DE10150264B4

DE10150264B4 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Nietauswahl für Nietverbindungen

Info

Publication number: DE10150264B4
Application number: DE2001150264
Authority: DE
Inventors: Henrik Flöge
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: DE10150264A1

Abstract

Verfahren zur Auswahl von Nieten für Nietverbindungen, insbesondere von Blindnietverbindungen, wobei die Nietklemmlänge entsprechend der Wanddicke des zu vernietenden Bauteils bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Herstellung einer Nietlochbohrung (5) beim Ansetzen eines Bohrwerkzeuges (4) an einer Nietstelle ein erster Messpunkt (A) einer Vorschubweggröße erfasst wird, der erste Messpunkt (A) an eine Steuer- und Auswerteeinheit (10) übergeben wird, die den Bohrprozess sowie einen Messprozess startet,
die Bohrvorschubkraft und der Vorschubweg während des Bohrprozesses gemessen und ausgewertet wird,
bei einem starken Abfall der Bohrvorschubkraft ein Durchdringen des Bohrwerkzeugs (4) durch das Bauteil (2) und damit einer zweiter Messpunkt (B) des Vorschubweges in Echtzeit erkannt wird,
eine Ermittlung des Differenzweges zwischen den Messpunkten erfolgt, wobei dieser Differenzweg der Bauteildicke entspricht und ein Niet mit einer entsprechenden Nietklemmlänge ausgewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nietauswahl für Nietverbindungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Herstellung von Nietverbindungen an Bauteilen insbesondere in der Flugzeugtechnik werden unter anderem Blindniete eingesetzt, bei denen beim Nietsetzen notwendige Arbeitsgänge an der Rückseite des Bauteils entfallen.
In vielen Fällen ist ein Zugang zum Bauteil nur von einer Seite möglich, beispielsweise im Bereich von Landeklappen eines Flugzeugflügels ist eine Zugänglichkeit nur von außen gegeben. Zur Feststellung der Wanddicke der tatsächlich zu vernietenden Bauteile kann somit eine beidseitige Tastmessung nicht erfolgen.
Zur Herstellung einer Nietverbindung mit einer korrekten Nietlänge wird nach dem derzeitigen Stand der Technik zunächst an vorgesehener Position das Nietloch gebohrt und gesenkt. Die Wanddicke wird mittels eines üblichen Tastmessers von der äußeren Bauteilseite gemessen. Entsprechend der gemessenen Wanddicke wird die korrekte Nietlänge für die Nietverbindung bestimmt, der Niet ausgewählt und der Niet gesetzt. Dieser Arbeitsvorgang dauert entsprechend lange, da er manuell erfolgt. Die Wanddickenmessung mittels des Tastmessers kann nur durch das gebohrte Nietloch erfolgen, was eine recht aufwendige Handhabung bedeutet und eine Automatisierung dieses Prozesses schwierig macht.

Aus DE 31 23 581 C2 ist ein Verfahren zur Auswahl von Nieten für Nietverbindungen bekannt, wobei die Nietklemmlänge entsprechend der Wanddicke des zu vernietenden Bauteils bestimmt wird. Die Bauteillänge wird hier durch ein Messlineal ermittelt.

Weiterhin zeigt US2001/0010783 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung, bei dem beim Ansetzen eines Bohrwerkzeuges ein erster Messpunkt einer Vorschubweggröße erfasst wird und während des Bohrprozesses die Bohrvorschubkraft gemessen und ausgewertet wird. Diese Erfassung der Bohrvorschubkraft wird jedoch nicht zur Ermittlung der Bauteildicke genutzt.

Die DE 38 52 634 T2 zeigt eine Nietvorrichtung, wobei an einer Bohrmaschine eine Steuer-und Auswerteeinheit gekoppelt ist und Mittel zur Auswertung vorgesehen sind. Eine Weg- und Kraftmesseinrichtung ist jedoch nicht vorgesehen. Eine Information über die Bauteildicke kann somit nicht erteilt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die unaufwendig und mit ausreichender Genauigkeit eine Nietklemmlängenbestimmung vornehmen kann. Unter Nutzung einer derartigen Vorrichtung sowie eines derartigen Verfahrens soll eine Automatisierung einer bisher manuell durchgeführten Herstellung einer Nietverbindung und damit eine Verkürzung der Fertigungszeit erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den im Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 6 angegeben.

Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass eine Messung der Bauteildicke während des Bohrvorganges möglich ist. Es ist im Gegensatz zu Ultraschallmessungen, Resonanzmessungen oder mechanischen Messungen mit sensiblen Fühlern kein zusätzlicher Arbeitszyklus notwendig und im Bereich des Bohrkopfes sind keine weiteren mechanischen Elemente vorzusehen. Eine Automatisierung des gesamten Herstellprozesses der Nietverbindung ist damit erreichbar, was eine Reduzierung der Fertigungszeit ermöglicht.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 sowie 7 und 8 sowie auch in der nachfolgenden Figurenbeschreibung angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachstehend anhand der 1 und 2 beschrieben ist. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnung zeigt im einzelnen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Nietklemmlängenbestimmung und

2 eine Übersicht über den Zusammenhang zwischen Bohrkraft und Bohrweg während des Bohrvorganges und der Wanddicke des Bauteils.

In 1 ist eine Vorrichtung zur Nietklemmlängenbestimmung 1 in schematischer Darstellung ersichtlich. Für die Herstellung beispielsweise einer Blindnietverbindung ist die exakte Wanddicke eines Bauteils 2 (bzw. eines zu vernietenden Bauteilpakets) zu bestimmen, um eine Auswahl eines passendes Nietes mit entsprechender Nietklemmlänge vornehmen zu können. Aufgrund von unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Werkstoffkombinationen innerhalb des Bauteilpakets, wie beispielsweise Faserverbundmaterialien, Aluminium oder Stahl, ist aus den Konstruktionszeichnungen die Wanddicke in etwa bekannt, muss jedoch möglichst genau ermittelt werden, um einen optimalen Sitz des Niets zu gewährleisten. Zur Feststellung der Wanddicke der tatsächlich zu vernietenden Bauteile ist aufgrund der Ausbildung des Bauteils 2 nur ein Zugang von einer Seite möglich. Ein derartiges Bauteil 2 ist beispielsweise eine Landeklappe an einem Flugzeugflügel. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zur Ermittlung der Bauteildicke die beim Bohren notwendige Vorschubkraft zu messen und auszuwerten. An dem Bauteil 2 wird ein zu einer Bohrmaschine 3 zugehöriges Bohrwerkzeug 4 an einer vorbestimmten Stelle positioniert, um dort eine Nietlochbohrung 5 (gezeigt in 2) einzubringen. In 2 ist in einem Kraft-Weg-Prinzipdiagramm dargestellt, wie sich während des Bohrvorganges die Bohrvorschubkraft entsprechend der Wanddicke des zu durchbohrenden Bauteils 2 verhält. Es ist ersichtlich, dass der erste Kraftanstieg beim Ansetzen der Bohrerspitze an die Bauteiloberfläche erfolgt (Messpunkt A). In der gezeigter Ausführungsform erfolgt das Ansetzen der Bohrerspitze ohne eine Drehung des Bohrwerkzeuges 4. Der Antrieb des Bohrwerkzeugs 4 erfolgt über einen Spindelantrieb 6, die Vorschubbewegung wird mittels einer Vorschubeinheit 7 erzeugt. In die Vorschubeinheit 7 sind Messeinrichtungen integriert, wobei eine Kraftmessdose 8 zur Messung der Vorschubkraft und eine Wegmesseinrichtung 9 zur Messung des Bohrvorschubweges vorgesehen sind. Mit dem Ansetzen der Bohrerspitze am Bauteil 2 erfolgt die Aufnahme des Messwertes A, d.h. der Anfangspunkt zur Wegmessung wird erfasst. Der Messwert wird an eine Steuer- und Auswerteeinheit 10 übergeben, der Messvorgang wird gestartet und ein Startsignal zum Starten des Bohrprozesses wird an den Spindelantrieb 6 sowie an die Vorschubeinheit 7 geleitet. Während des gesamten Bohrprozesses wird die Vorschubkraft mittels der Kraftmessdose 8 im Vorschubantrieb 7 gemessen und an die Steuer- und Auswerteeinheit 10 übertragen. Gleichzeitig wird vorzugsweise über den Wegaufnehmer 9 im Vorschubantrieb 7 der Spindelweg aufgezeichnet und ebenfalls an die Steuer- und Auswerteeinheit 10 übertragen. Wie in 2 ersichtlich, fällt die Bohrkraft nach dem Durchdringen des Bauteils 2 stark ab (Position des Bohrwerkzeuges 4'). Dieser Messpunkt B wird durch eine Online-Auswertung während des Bohrprozesses durch Ermittlung der relativen Kraftänderung pro Zeit- oder Wegintervall in der Steuer- und Auswerteeinheit 10 ermittelt. Durch Ausnutzung der Messung der relativen Kraftänderung in Zeit- oder Wegeintervallen ist eine Unabhängigkeit von variierenden Absolutkräften erreicht. Da die ungefähre Wanddicke des Bauteils 2 in der bevorzugten Ausführungsform bekannt ist, kann vorzugsweise die Auswertung zur Ermittlung des Messpunktes B auf einen kleineren Abfrageintervall im Bereich des erwarteten Werkzeugaustrittes beschränkt werden. Mit einer Einschränkung auf den erwarteten Austrittsbereich E des Bohrers (gekennzeichnet als gestrichelte Kurve in 2) können eventuelle Kraftschwankungen bzw. plötzliche Bohrkraftänderungen während des Bohrprozesses als Fehlerquelle ausgeschlossen werden. Nach Ermittlung des Messpunktes B wird der Mess- und Bohrvorgang unterbrochen und der Bohrvorgang mit dem Herausziehen des Bohrwerkzeuges 4 aus der Nietlochbohrung 5 beendet. Es erfolgt eine Auswertung der Messdaten mit dem Ziel der Ermittlung des Differenzweges zwischen den Messpunkten A und B, die der durchbohrten Wanddicke des Bauteils 2 entspricht. Die durch die Bohrergeometrie zu berücksichtigenden werkzeugsspezifischen Korrekturwerte werden rechnerisch in die Ermittlung eingebracht. Zu berücksichtigende Korrekturen sind dabei u.a. der Bohrspitzenwinkel. Nach der rechnerischen Ermittlung der realen Wanddicke des Bauteils 2 kann ein passender Niet ausgewählt werden. Entsprechend des Auswerteprogramms kann entweder die Wanddicke oder bereits ein für diese Wanddicke empfohlener Niet als Ergebnis ausgegeben werden. Dann wird das Ergebnis als ein Signal 11 an eine Nietauswahl übergeben. Es wird ein passender Niet ausgewählt und der Nietstelle zum Ausführen des Setzvorganges übergeben. In einer bevorzugten Ausführung wird das Signal 11 an einen mit Nieten unterschiedlicher Länge bestückten Niet-Revolverkopf weitergegeben, der automatisch den entsprechend ausgewählten Niet an der Nietstelle zur Verfügung stellt.
Das Verfahren zur Nietklemmlängenbestimmung sowie die dafür notwendige Vorrichtung ermöglicht, dass gleichzeitig während des eigentlichen Bohrvorganges eine Messung der Wanddicke erfolgen kann. Damit gibt es keine Zeitverzögerung im Fertigungsprozess für einen zusätzlichen Messvorgang. Auch sind für den Messvorgang im Bereich des Bohrkopfes keine zusätzlichen mechanischen Elemente notwendig. In einer Weiterentwicklung der Erfindung und insbesondere um eine Automatisierung der Herstellung derartiger Nietverbindungen zu realisieren, kann eine Erfassung der Messdaten Bohrvorschubkraft und Bohrweg auch für andere Auswertungs- und Überwachungsfunktionen genutzt werden. So ist es beispielsweise möglich, eine Echtzeit-Bohrkraftregelung während des Bohrprozesses vorzunehmen, d.h. die Bohrvorschubkraft durch variables Steuern der Vorschubgeschwindigkeit konstant zu halten. Auch eine Werkzeugbrucherkennung ist durch die Auswertung der Messdaten möglich.

Claims

Verfahren zur Auswahl von Nieten für Nietverbindungen, insbesondere von Blindnietverbindungen, wobei die Nietklemmlänge entsprechend der Wanddicke des zu vernietenden Bauteils bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung einer Nietlochbohrung (5) beim Ansetzen eines Bohrwerkzeuges (4) an einer Nietstelle ein erster Messpunkt (A) einer Vorschubweggröße erfasst wird, der erste Messpunkt (A) an eine Steuer- und Auswerteeinheit (10) übergeben wird, die den Bohrprozess sowie einen Messprozess startet, die Bohrvorschubkraft und der Vorschubweg während des Bohrprozesses gemessen und ausgewertet wird, bei einem starken Abfall der Bohrvorschubkraft ein Durchdringen des Bohrwerkzeugs (4) durch das Bauteil (2) und damit einer zweiter Messpunkt (B) des Vorschubweges in Echtzeit erkannt wird, eine Ermittlung des Differenzweges zwischen den Messpunkten erfolgt, wobei dieser Differenzweg der Bauteildicke entspricht und ein Niet mit einer entsprechenden Nietklemmlänge ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Wanddicke werkzeugspezifische Korrekturwerte, wie die Bohrgeometrie des Bohrwerkzeuges (4) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der gemessenen Bohrvorschubkraft und des Vorschubweges während des Bohrprozesses auf den erwarteten Austrittsbereich (E) des Bohrwerkzeugs (4) beschränkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messpunkt (B) durch Ermittlung der relativen Kraftänderung pro Weg- oder Zeitintervall in einem gleichzeitig zum Bohrvorgang ablaufenden Auswerteprozess festgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ermittlung des zweiten Messpunktes (B) in Echtzeit der Bohr- und Messvorgang beendet wird und das Bohrwerkzeug (4) aus der Nietlochbohrung (5) herausgezogen wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Auswahl von Nieten für Nietverbindungen, insbesondere von Blindnietverbindungen, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Bohrmaschine (3) mit einem Bohrwerkzeug (4), welches über einen Antrieb (6) und einer Vorschubeinheit (7) verfügt, eine Steuer- und Auswerteeinheit (10) gekoppelt ist, die von einer Wegmesseinrichtung (9) sowie einer Kraftmesseinrichtung (8) zur Messung des Bohrvorschubweges sowie der Bohrvorschubkraft Messsignale erhält, Mittel zur Auswertung vorgesehen sind und als Ausgangssignal der Weg- und Messeinrichtung (10) eine Information über die Bauteildicke und/oder ein Steuersignal (11) zur Nietauswahl vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinrichtung (9) und/oder die Kraftmesseinrichtung (8) in die Vorschubeinheit (7) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (10) durch Auswertung der Bohrvorschubkraft ein Durchdringen des Bohrwerkzeugs (4) durch das Bauteil (2) erkennt und eine Information über die Vorschubregelung an die Vorschubeinheit (7) übergibt.