DE10014741C1 - Verfahren zum mehrstufigen Richten eines Metallbauteils an mindestens zwei Richtpunkten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten eines Metallbauteils an mindestens zwei Richtpunkten, beispielsweise einer Rohbaukarosserie in der Serienfertigung von Kraftfahrzeugen, mit dem das Richten an mehreren Richtpunkten unter Berücksichtigung von abhängigen Verformungen dadurch ermöglicht wird, daß zunächst ein Probehub P1 an einem ersten Richtpunkt X1 ausgeführt wird, der bezüglich des Ausmaßes seines Hubes zwar den elastischen Verformungsbereich deutlich überschreitet, aber noch nicht ein gewünschtes Sollmaß S1 herbeiführt, daß der Richtpunkt X1 entspannt wird, daß entsprechende Probehübe P2 bis Pn mit anschließender Entspannung sukzessive an den Richtpunkten X2 bis Xn ausgeführt werden, wobei plastische Verformungen, die an den Richtpunkten X2 bis Xn jeweils durch vorhergehende und folgende Pobehübe P1 bis Pn auftreten, berücksichtigt werden, daß die Größe der erforderlichen Resthübe R1 bis Rn zum einen aufgrund der plastischen Verformung durch die Probehübe P1 bis Pn und zum anderen unter Berücksichtigung der plastischen Verformung, die an den Richtpunkten X1 bis Xn jeweils durch vorherige und folgende Resthübe R1 bis Rn auftreten, ermittelt und ausgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mehrstufigen Richten eines Metallbauteils an mindestens zwei Richtpunkten, beispielsweise einer Rohbaukarosserie in der Serienfertigung von Kraftfahrzeugen.

Ein Beispiel für ein zu richtendes Bauteil sind Integralträger. Solche Integralträger werden im Frontteil von Kraftfahrzeugen eingebaut. Der Fahrzeugmotor sitzt auf dem Integralträger auf. Der Integralträger dient dazu die Steifigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen. Der Integralträger be­ steht im Allgemeinen aus Aluminium und wird aus einem Stück gegossen. Beim Gießen auf­ tretende Fehler führen zu Formungenauigkeiten, die das anschließende Fräsen erschweren bzw. unmöglich machen. Aus diesem Grund muß der Integralträger vor dem Fräsen auf die gewünschte Form gerichtet werden.

Ein derartiges Richtverfahren ist beispielsweise aus der DE 198 09 967 C1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird während des Richtens das Kraft/Verformungsweg-Verhalten der Rohbaukarosserie ermittelt und beim Richten überwacht. Das Richten erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird ein Probehub ausgeführt, dann der zu richtende Bereich entspannt und das Verformungsverhalten bestimmt und anschließend aufgrund des Verformungsverhaltens des zu richtenden Bereichs die Größe des erforderlichen Resthubs ermittelt und der Resthub durchgeführt. Mit dem bekannten Verfahren wird jeweils eine plastische Verformung an einer Stelle des Bauteils durchgeführt. Es ist nicht möglich mehrere Stellen gleichzeitig zu richten. Des weiteren bleiben die Auswirkungen des Richtens einer Stelle auf die Verformung anderer Bereiche des Bauteils (sogenannte abhängige Verformungen) unberücksichtigt.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbesser­ tes Verfahren zum mehrstufigen Richten eines Metallbauteils an mindestens zwei Richtpunkten zu schaffen. Insbesondere soll das Richten an mehreren Richtpunkten unter Berücksichtigung von abhängigen Verformungen ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße mehrstufige Richtverfahren ermöglicht es, ein Bauteil an mehreren Stellen exakt zu richten, indem abhängige Verformungen, daß heißt Verformungen, die durch Einwirken auf andere Richtpunkte entstehen, berücksichtigt werden. Dazu werden schon während der Probehübe P2 bis Pn die plastischen Verformungen berücksichtigt, die an den jeweiligen Richtpunkten X2 bis Xn durch vorherige Probehübe P1 bis Pi - 1 oder nachfolgende Probehübe Pi + 1 bis Pn entstehen. Die Beeinflussung von vorherigen Probehüben kann durch Berücksichtigung der tatsächlichen Verformung an den jeweiligen Richtpunkten erfolgen. Das kann aber auch durch Einbeziehen von Erfahrungswerten geschehen. Über derartige Erfah­ rungswerte können auch die Auswirkungen von nachfolgenden Probehüben P2 bis Pn berück­ sichtigt werden.

Solche Erfahrungswerte erhält man, indem man an identischen Bauteilen eine Serie von Ver­ suchen durchführt. Bei solchen Versuchen werden entsprechende Bauteile an den Stellen, an denen später das Richten durchgeführt werden soll, verformt und wieder entspannt. Die plas­ tische Verformung am jeweiligen Richtpunkt selbst und an den übrigen Richtpunkten wird gemessen. Dabei wird der Hub am jeweiligen Richtpunkt sukzessive erhöht, um von jedem Punkt einen kontinuierlichen Datensatz zu erhalten. Diese Datensätze lassen sich in Form von durch geeignete Approximierungsverfahren ermittelte Kennlinien darstellen, und geben die Einflüsse der abhängigen Verformungen wieder.

Mit Hilfe dieser Kennlinien läßt sich die Größe der einzelnen Probehübe Pi bestimmen, weil man ablesen kann, welche abhängigen Verformungen am Richtpunkt Xi durch Richten an an­ deren Punkten noch auftreten werden.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei der Er­ mittlung der Größe der Resthübe R1 bis Rn plastische Verformungen durch die Probehübe P1 bis Pn sowie plastische Verformungen am jeweiligen Richtpunkt Xi durch vorherige Resthübe R1 bis Ri - 1 und folgende Richthübe Ri + 1 bis Rn an anderen Richtpunkten berücksichtigt wer­ den. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die auf Erfahrungswerten basierenden Kennlinien an die durch die Probehübe tatsächlich erfolgten Verformungen angepaßt werden und die Resthübe R1 bis Rn mit Hilfe dieser Kennlinie ermittelt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Resthübe R1 bis Rn mit Hilfe von durch Rechner durchgeführte Simulationen zu ermitteln, die auf den Werten der durch die Probe­ hübe P1 bis Pn tatsächlich erzielten Verformungen und den Kennlinien aufbauen. Der Rechner führt dazu zufallsgesteuert verschiedene Sätze von Resthüben R1 bis Rn an den Richtpunkten X1 bis Xn durch und berechnet die Verformungen - sowohl die aufgrund des Richtens an den jeweiligen Punkten entstehenden als auch die abhängigen Verformungen durch Richten an anderen Punkten.

Zur Optimierung können von diesen Ergebnissen die zwei besten Sätze ausgewählt werden. Zwischen diesen wird eine erneute zufallsgesteuerte Simulation - wieder mit unterschied­ lichen Sätzen von Richtwerten R1 bis Rn, die jedoch diesmal zwischen den durch die besten Ergebnisse gebildeten Grenzen liegen - durchgeführt. Dieser Prozeß kann sooft wiederholt werden, bis man Ergebnisse erzielt, die nah genug an die zu erzielenden Sollwerte S1 bis Sn herankommen (Fehlerbaumanalyse). Anschließend werden die Richthübe R1 bis Rn ent­ sprechend der mit Hilfe der Simulation ermittelten Werte ausgeführt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Resthübe R1 bis Rn mittels neuronaler Netze ermittelt. Dazu werden beispielsweise Radiale-Basisfunktionsnetze eingesetzt, die unter anderem auch mit Backpropagation trainiert werden. Es ist aber auch denkbar, mit Gradien­ tenabstiegsverfahren zu operieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Diagramme des näheren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der durch einen Richtvorgang vorzunehmenden Ver­ formung an vier Richtpunkten X1 bis X4;

Fig. 2 eine Richtmatrix für vier Richtpunkte X1 bis X4;

Fig. 3 eine angepaßte Richtmatrix für vier Richtpunkte X1 bis X4;

Fig. 4 eine Baumstruktur einer Fehlerbaumanalyse und

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Verformung von vier Richtpunkten während eines mehrstu­ figen Richtprozesses.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ausgangssituation eines Richtprozesses. Es sind für verschie­ dene Richtpunkte X1 bis X4 eines Bauteils die Abweichung von deren Sollwerten S1 bis Sn dargestellt. Die Abweichung bei X3 ist in dem dargestellten Beispiel am größten, die bei X4 am kleinsten. Durch mehrstufiges Richten soll nun erreicht werden, daß diese Abweichung minimiert, im Idealfall ganz eliminiert werden. Unter mehrstufigem Richten versteht man im vorliegenden Fall, daß zunächst ein Probehub, durch den ein Teil der insgesamt durchzufüh­ renden Verformung erzielt wird, und anschließend ein Resthub durchgeführt wird, durch die die endgültige Verformung erreicht wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Schritt an den Richtpunkten X1 bis X4 Probehübe P1 bis P4 durchgeführt. Bei diesen Probehüben werden jeweils die plas­ tischen Verformungen berücksichtigt, die an einem Richtpunkt Xi durch vorherige Probehübe P1 bis Pi - 1 an anderen Stelle hervorgerufen wurden. Das geschieht dadurch, daß die tatsäch­ liche Verformung an einem Richtpunkt Xi aufgenommen und bei der Bestimmung der Größe des Probehubes Pi berücksichtigt wird. Es fließen aber auch die Auswirkungen von zukünfti­ gen Probehüben Pi + 1 bis Pn an anderen Richtstellen ein. Das ist durch Erfahrungswerte mög­ lich, die in Form von Kennlinien zur Verfügung stehen.

In Fig. 2 ist ein solcher Satz von Kennlinien dargestellt und zwar in Form einer Richtmatrix. Um solche Kennlinien aufstellen zu können wird an identischen Bauteilen eine Reihe von Ver­ suchen durchgeführt. Und zwar werden Bauteile an den Stellen, an denen später das Richten durchgeführt werden soll, verformt und wieder entspannt. Die plastische Verformung am je­ weiligen Richtpunkt Xi selbst und an den übrigen Richtpunkten wird gemessen. Dabei wird der Hub am jeweiligen Richtpunkt Xi sukzessive erhöht, um von jedem Punkt einen kontinuier­ lichen Datensatz zu erhalten. Diese Datensätze lassen sich in Form von durch geeignete Ap­ proximierungsverfahren ermittelte Kennlinien darstellen.

In dem Koordinatensystem oben links in Fig. 2 ist die plastische Verformung über den Richt­ weg an dem Richtpunkt X1 durch eine Verformung an dem Richtpunkt X1 dargestellt. Das Koordinatensystem rechts daneben zeigt die plastische Verformung an dem Richtpunkt X1 durch eine Verformung an dem Richtpunkt X2, das Koordinatensystem wiederum rechts da­ neben zeigt die plastische Verformung an dem Richtpunkt X1 durch eine Verformung an dem Richtpunkt X3 usw. In der zweiten Zeile sind entsprechend die plastischen Verformungen an dem Richtpunkt X2 durch Verformungen an den Richtpunkten X1 bis X4 dargestellt. So ergibt sich in dem dargestellten Beispiel für jeden Richtpunkt ein Satz von vier Diagrammen.

Wenn nun die Probehübe P1 bis P4 ausgeführt werden und man der Richtmatrix entnehmen kann, daß beispielsweise die Verformung durch den Probehub P4 an dem Richtpunkt X4 auf den Richtpunkt X3 eine starke Auswirkung hat (vgl. eingezeichnete Pfeile in Fig. 2), dann wird man die Größe der Probehübe P1 bis P3 so gering auswählen, daß der letzte Probehub P4 auch noch einen Teil zur Verformung bei X3 beiträgt. Auf diese Weise werden die Verformung durch zukünftige Probehübe Pi + 1 bis Pn berücksichtigt. Beispielsweise kann man dazu die Kennlinien an die tatsächlich aufgetretenen Verformungen anpassen. Wie das möglich ist, wird weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben.

In einem zweiten Schritt des mehrstufigen Richtverfahrens werden die Resthübe R1 bis Rn ermittelt und ausgeführt. In die Ermittlung der Resthübe fließen ein:

• a) die tatsächlich durch die Probehübe P1 bis P4 aufgetretenen plastischen Verfor­ mungen und
• b) die plastischen abhängigen Verformungen, die an den Richtpunkten X1 bis X4 je­ weils durch vorhergehende und folgende Resthübe R1 bis Rn auftreten.

Die tatsächlich aufgetretenen Verformungen werden beispielsweise dadurch berücksichtigt, daß die Kennlinien der Richtmatrix an die tatsächlichen Zustände angepaßt werden. Das ist in Fig. 3 dargestellt. Dazu werden alle Ausgangskennlinien entlang der X-Achse des Diagramms solange verschoben, bis die Kennlinie auf dem jeweiligen Meßwert liegt, der der tatsächlichen Verformung entspricht. Durch diese Verschiebung wird sichergestellt, daß die Kennlinie den Meßwert funktional abbilden kann und gleichzeitig der charakteristische Verlauf der Kennlinie erhalten bleibt. Anhand der angepaßten Richtmatrix können nun die Richthübe R1 bis R4 ent­ sprechend der Probehübe P1 bis P4 unter Berücksichtigung der abhängigen Verformungen durchgeführt werden. Es ist auch denkbar, die Richtmatrix nach jedem durchgeführten Richt­ hub Ri erneut anzupassen.

Die Richtwerte können jedoch auch mit Hilfe einer Fehlerbaumanalyse ermittelt werden (vgl. Fig. 4). Dazu geht man von dem Zustand nach den Probehüben und den dadurch erzielten tat­ sächlichen Verformungen aus. Diese Werte werden in einen Rechner eingegeben, der auch über die Informationen der Kennlinien zu den einzelnen Richtpunkten verfügt. Von dem Rech­ ner läßt man mit Hilfe einer zufallsgesteuerte Simulation für beliebig viele Sätze von Richt­ hüben R1 bis R4 die Werte der Verformungen an den Stellen X1 bis Xn berechnen (vgl. Fig. 4). Die Ergebnisse für die Verformungen werden ausgewertet, beispielsweise indem man über alle 4 Richtpunkte X1 bis X4 die Quadrate der Abweichungen des simulierten Zustandes vom Sollzustand ermittelt. Die kleinste Summe steht für die besten Ergebnisse.

Will man diese Ergebnisse optimieren, so ermittelt man von dieser Simulation jeweils die zwei besten Ergebnisse. Das sind in Fig. 4 die Datensätze 2 und n der Ebene II. Zwischen diesen zwei Sätzen für R1 bis R4 wird nun eine erneute Simulation mit beliebig vielen Sätzen für die Richtwerte R1 bis R4 durchgeführt und die Ergebnisse wie oben beschrieben ausgewertet. Das sind in Fig. 4 die Datensätze 1 und 2 der Ebene III. Zwischen diesen Sätzen kann nun eine erneute Simulation durchgeführt werden. Dieses Verfahren kann so oft wie nötig wieder­ holt werden, um möglichst geringe Abweichung von den Sollwerten S1 bis S4 zu erhalten. Die über diese Fehlerbaumanalyse ermittelten Richtwerte R1 bis R4 werden dann ausgeführt.

Der zeitliche Verlauf der Verformung an vier Richtpunkten X1 bis X4 während eines mehr­ stufigen Richtprozesses ist in Fig. 5 dargestellt. Das Diagramm oben links zeigt den zeitlichen Verlauf des Richtpunktes X1. Die waagerechte Linie bei 3 mm stellt den Sollwert S1 dar. Zeit­ punkt 1 entspricht in allen Diagrammen jeweils dem Ausgangszustand, Zeitpunkt 5 entspricht dem Zustand nach den Probehüben P1 bis P4 und Zeitpunkt 11 dem Zustand nach den Rest­ hüben R1 bis R4.

Betrachtet man nun den Richtpunkt X1, so erfährt dieser die stärkste Verformung jeweils durch die Hübe P1 und R1. Aber es ist auch ein Einfluß durch die anderen Hübe erkennbar. Insbesondere die Hübe an dem Richtpunkt X3 wirken sich auf die Stelle X1 aus. Ent­ sprechende Abhängigkeiten sind den übrigen Diagrammen zu entnehmen.

Die Werte für die Richthübe R1 bis Rn können auch mit Hilfe von neuronalen Netzen ermittelt werden. Diese Netze werden anhand von geeigneten Ist- und Soll-Werten für bestimmte Bau­ teile solange trainiert, bis sie für beliebige Ist-Werte brauchbare Werte für die Richthübe R1 bis Rn liefern. Mit Hilfe der neuronalen Netze erzielt man insbesondere bei Aluminium­ druckgußteilen, die wegen der komplexen Abhängigkeiten beim Verformungsverhalten schwierig zu Richten sind, im Vergleich zu anderen Verfahren sehr gute Ergebnisse.

Claims (10)

1. Verfahren zum mehrstufigen Richten eines Metallbauteils an mindestens zwei Richt­ punkten, wobei das Verformungsweg-Verhalten des Metallbauteils ermittelt und beim Richten überwacht wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zunächst ein Probehub P1 an einem ersten Richtpunkt X1 ausgeführt wird, der bezüglich des Ausmaßes seines Hubes zwar den elastischen Verformungsbereich deutlich überschreitet, aber noch nicht ein gewünschtes Sollmaß S1 herbeiführt,
• - daß der Richtpunkt X1 dann entspannt wird,
• - daß entsprechende Probehübe P2 bis Pn mit anschließender Entspannung sukzes­ sive an Richtpunkten X2 bis Xn ausgeführt werden, wobei bei jedem Probehub Pi plastische Verformungen, die am Richtpunkt Xi jeweils durch vorhergehende Pro­ behübe P1 bis Pi - 1 und folgende Probehübe Pi + 1 bis Pn an an den Richtpunkten X1 bis Xi - 1 sowie Xi + 1 bis Xn auftreten, berücksichtigt werden,
• - daß die Größe der erforderlichen Resthübe R1 bis Rn zum einen unter Berücksich­ tigung der plastischen Verformungen durch die Probehübe P1 bis Pn selbst und zum anderen unter Berücksichtigung plastischer Verformungen, die am Richtpunkt Xi jeweils durch vorhergehende Resthübe R1 bis Ri - 1 und folgende Resthübe Ri + 1 bis Rn an den Richtpunkten X1 bis Xi - 1 sowie Xi + 1 bis Xn auftreten, ermittelt werden und
• - daß die Resthübe R1 bis Rn sukzessive durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorhergehende Probehübe P1 bis Pi - 1 dadurch berücksichtigt werden, daß die tat­ sächliche plastische Verformung am Richtpunkt Xi vor dem Probehub Pi aufgenommen wird und in die Dimensionierung des Probehubs Pi einfließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorhergehende Probehübe P1 bis Pi - 1 oder nachfolgende Probehübe Pi + 1 bis Pn durch Einbeziehung von Erfahrungswerten bei der Dimensionierung jedes Probehubes Pi berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resthübe R1 bis Rn mit Hilfe von auf Erfahrungswerten basierenden Kennlinien ermittelt werden, indem die Kennlinien an die tatsächlich ermittelten Verformungen an­ gepaßt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien nach jedem Resthub erneut an die tatsächlichen Verformungen an­ gepaßt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resthübe R1 bis Rn ermittelt werden, indem auf der Grundlage der tatsäch­ lichen Verformungen an den Richtpunkten X1 bis Xn zufallsgesteuert Simulationen für verschiedene Sätze von Resthüben R1 bis Rn durchgeführt und die besten Sätze ermit­ telt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besten Sätze als Grenzpunkte für weitere Sätze von Resthüben R1 bis Rn ge­ wählt werden, mit denen erneut zufallsgesteuerte Simulationen durchgeführt und die besten Sätze ermittelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Methode nach den Ansprüchen 6 und 7 zur Ermittlung der Resthübe R1 bis Rn beliebig oft wiederholt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resthübe R1 bis Rn mit Hilfe von neuronalen Netzen ermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probehübe P1 bis Pn etwa 2/3 der zu erwartenden gesamten Richthübe betra­ gen.