DE10164005A1 - Verfahren zur Qualitätskontrolle eines Nietverbindungsvorgangs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Qualitätskontrolle von Nietverbindungsvorgängen, bei dem während mindestens eines Lernvernietungsvorgangs und nachfolgenden Vernietungsvorgängen jeweils eine auf einen Nietkopf wirkende Kraft kontinuierlich gemessen und in einem Koordinatensystem aufgezeichnet wird. In dem Koordinatensystem wird ein erstes Rechteck gebildet, das durch eine senkrecht auf einer Zeitachse stehende erste und zweite Gerade sowie eine parallel zur Zeitachse verlaufende obere und untere Grenze begrenzt wird, die die Messkurve schneiden. Innerhalb des ersten Rechtecks bildet sich eine erste Teilfläche unterhalb der Messkurve. In Abhängigkeit der Höhe der Abweichung des Verhältnisses der ersten Teilfläche zur Gesamtfläche des ersten Rechtecks kann bei nachfolgenden Vernietungsvorgängen Einfluss auf den Vernietungsvorgang genommen werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Nietverbindungsvorgängen, bei dem in einer Näherungsphase ein Stempel mit einem Nietkopf eines Niet in Kontakt gebracht wird, dann in einer Kopfformungsphase der Nietkopf durch den Stempel verformt, dann in einer Härtephase der Niet gehärtet, und schließlich in einer Rückfahrphase der Stempel mit dem Niet außer Kontakt gebracht wird.
• Nietverbindungen sind zur Verbindung von Bauteilen weit verbreitet. Sie sind schnell herzustellen und die Verbindung ist trotzdem äußerst sicher. Beispielsweise sind derartige Verbindungen für die Verbindung von Blechstücken oder -bahnen ausgesprochen gut geeignet. Im Fahrzeugbau werden Nietverbindungen auch für die Befestigung von Verbindungsteilen, z. B. Lagerböcken an Sitzschienen verwendet. An diesen Verbindungsteilen ist der eigentliche Fahrzeugsitz befestigt. An die Verbindungen sind erhöhte Anforderungen zu stellen, da sich diese beispielsweise im Falle eines Unfalls keinesfalls lösen dürfen. Die Befestigung ist für den Insassen des Fahrzeug sicherheitsrelevant und die Fertigung bzw. die Qualität der Nietverbindung somit von entsprechend hoher Bedeutung.
• Eine typische Vernietungsstation weist einen in Richtung eines Niet bewegbaren Stempel oder Döpper auf, der den sich durch die zu verbindenden Bauteile erstreckenden Niet gegen einen Gegenhalter verformt und somit die zu verbindenden Bauteile unlösbar und formschlüssig miteinander verbindet. Auch können Nieten mit Hilfe einer Vernietungsstation lediglich mit einem Bauteil verbunden und das mit der Niete verbundene Bauteil gegebenenfalls anschließend weiterverarbeitet werden. Weitere ausführliche Erläuterungen zur Technik von Nietverbindungen finden sich beispielsweise in Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag.
• Trotz der relativ weit entwickelten Technologie sind Nietverbindungen manchmal mangelhaft. Beispielsweise können die eingesetzten Nieten für die gewünschte Verbindung zu lang bzw. zu kurz oder auch zu hart bzw. zu weich sein. Gerade bei automatisierten Prozessen kann es auch vorkommen, dass sogar überhaupt keine Niete gesetzt wird bzw. die Vernietungsstation gänzlich unbearbeitet passieren lässt.
• Gängige Verfahren zur Kontrolle von Nietverbindungen bzw. des Vernietungsvorgangs selbst beschränken sich in der Regel auf nachträgliche Sicht- oder Messkontrollen. Es ist üblich, erst nach dem Produktionsprozess die Maßhaltigkeit der gefertigten Bauteile oder die Vollständigkeit der gewünschten Vernietungen zu überprüfen. Diese Vorgehensweise ist umständlich und führt insbesondere bei der Ermittlung fehlerhafter Ergebnisse aufgrund des relativ späten Erkennens des Fehler zu Störungen innerhalb eines Produktionsprozesses. Eine automatische Messung bereits während der Vernietung bzw. im direkten Anschluss daran macht die Installation einer Messtechnik erforderlich daran erfordert, was wiederum einen erheblichen technischen Aufwand bedeutet.
• Aus der DE 37 15 905 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine unmittelbare Kontrolle des Vernietungsvorgangs möglich ist. Über die Messung der Wegstrecke des Döppers aus der Nulllage heraus bis zum Kontakt mit dem Nietkopf wird geschlussfolgert, ob ein Niet vorhanden, zu lang oder zu kurz ist bzw. ob er sich in der richtigen Lage befindet. Ist der Niet in der richtigen Lage vorhanden, wird anschließend der Zeitraum ermittelt, den der Döpper benötigt, um den Niet zu verformen. Aus diesem Zeitraum kann abgeleitet werden, ob die Verformung bzw. Vernietung korrekt erfolgt ist. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass insbesondere die Kontrolle der Verformung nur relativ ungenau erfolgen kann. Kleinere Abweichungen der Materialhärte des Niets und/oder der zu verbindenden Bauteile können nicht erkannt werden. Gerade bei sicherheitsrelevanten Verbindungen ist jedoch eine Kontrolle notwendig, die auch kleinste Abweichungen des Istwertes vom Sollwert erkennt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein vollständig automatisierbares Verfahren zu schaffen, mit dem Nietverbindungen schnell und einfach hinsichtlich ihrer Qualität überprüft werden können. Das Verfahren soll insbesondere auch bei solchen automatisierten Produktionsprozessen einsetzbar sein, bei denen eine Vielzahl von Nietverbindungen in kurzer Zeit gefertigt werden, z. B. mehrere Nietverbindungen in einem Preßvorgang. Der Produktionsprozess soll dabei nicht verzögert werden. Die Qualitätskontrolle soll dabei bereits möglichst geringe Abweichungen eines Istzustandes von einem Sollzustand erkennen.
• Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren erreicht, bei dem
  
• a) während mindestens eines Lernvernietungsvorgangs eine auf den Nietkopf wirkende Kraft während des gesamten Vernietungsvorgangs kontinuierlich gemessen und
• b) aus den sich daraus ergebenden Kraftmesswerten von einem Rechner in einem Koordinatensystem mit einer Zeitachse und einer Kraftachse eine Messkurve gebildet wird, dann
• c) anhand der sich ergebenden Messkurve ein erster Schwellenwert und zweiter Schwellenwert bestimmt werden, wobei der erste Schwellenwert etwa dem Kraftaufwand entspricht, der notwendig ist um die Kopfformungsphase einzuleiten und der zweite Schwellenwert etwa dem Kraftaufwand entspricht, der notwendig ist, um die Härtephase einzuleiten, dann
• d) in dem Koordinatensystem ein erstes Rechteck gebildet wird, das durch eine senkrecht auf der Zeitachse stehende erste Gerade und eine senkrecht auf der Zeitachse stehende zweite Gerade sowie eine parallel zur Zeitachse verlaufende obere Grenze und eine parallel zur Zeitachse verlaufende untere Grenze begrenzt wird, wobei die erste Gerade und die untere Grenze die Messkurve im Punkt des ersten Schwellenwertes schneiden und die zweite Gerade und die obere Grenze die Messkurve im Punkt des zweiten Schwellenwertes schneiden, sodass innerhalb des ersten Rechtecks eine erste Teilfläche unterhalb der Messkurve gebildet wird, und
• e) eine erste Referenzverhältniszahl aus dem Verhältnis der ersten Teilfläche zur Gesamtfläche des ersten Rechtecks gebildet wird, dann
• f) bei nachfolgenden Vernietungsvorgängen jeweils
  • - auf Basis der zuvor bestimmten Schwellenwerte ebenfalls das durch die erste Gerade und die zweite Gerade sowie die obere Grenze und untere Grenze begrenzte erste Rechteck gebildet wird, und
  • - eine erste Verhältniszahl aus dem Verhältnis der ersten Teilfläche zur Gesamtfläche des ersten Rechtecks gebildet wird, dann
  • - die erste Verhältniszahl mit der ersten Referenzverhältniszahl verglichen und aus der Differenz ein erster Vergleichswert ermittelt wird, dann
  • - in Abhängigkeit von der Höhe des ersten Vergleichswertes eine Anzeige für die Qualität der Nietverbindung gemacht.
• Das erfindungsgemäße Verfahren integriert die Qualitätskontrolle der Vernietungen direkt in den laufenden Fertigungsprozess. Es ist lediglich notwendig, die durch den Stempel aufzubringende Kraft über die Zeit messtechnisch zu erfassen und an einen Rechner weiterzugeben. Da nicht der gesamte Vernietungsprozess sondern nur mindestens ein repräsentativer Bereich der sich ergebenden Messkurve ausgewertet wird, sind die Berechnung und der Ist-/Sollabgleich extrem schnell (in Realzeit) durchzuführen. Dieser Vorteil kommt gerade in der Serien und Massenfertigung zum tragen, da in diesen Fällen eine Vielzahl von Vernietungsvorgängen parallel oder in kurzen Abständen, also sehr schnell hintereinander durchgeführt werden und die Vernietungsvorgänge selbst ebenfalls nur einem geringen Zeitraum bedürfen. Die schnelle Kontrolle ermöglicht weiterhin entsprechend kurze Reaktionszeiten in Fällen, in denen beispielsweise Fehler oder Qualitätsmängel ermittelt werden. Weicht die erste Verhältniszahl zu stark von der ersten Referenzverhältniszahl ab, kann das erstellte Bauteil beispielsweise sofort automatisch ausgesondert werden, weicht die erste Verhältniszahl nur gering (z. B. ±10%, ±5%, ±3%) von der ersten Referenzverhältniszahl ab, kann es ausreichen, lediglich ein Warnsignal zu generieren, den Fertigungsprozess jedoch weiterlaufen zu lassen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in Realzeit, also während des Nietvorgangs, durchführen. Die eigentliche Produktion wird nicht zeitlich verlängert. Die Prüfung ist automatisierbar.
• Es ist auch möglich, die Fläche oberhalb der Messkurve im Rechteck zu betrachten und das Verhältnis dieser zweiten Teilfläche zur Gesamtfläche des Rechtecks oder das Verhältnis der beiden Teilflächen als Kontrollzahl zu nehmen.
• Eine wesentliche Erkenntnis liegt darin, dass gerade der ausgewählte Bereich, nämlich der Bereich der Kopfformung, ausreicht, um alle notwendigen Informationen für eine ausreichende Qualitätskontrolle zu erhalten. Verläuft beispielsweise der Anstieg der Messkurve innerhalb des Rechtecks zu steil oder zu flach, ergibt sich eine von der Referenzverhältniszahl abweichende Verhältniszahl, wobei aus der Abweichung unmittelbar auf die Eigenschaften, insbesondere auf die Härte der verwendeten Materialien geschlossen werden kann. Ebenfalls zeigt sich, wenn ein falscher Niet eingesetzt wurde, der beispielsweise eine andere Kopfform und damit ein anderes spezifisches Kopfformungsverhalten aufweist, woraus sich eine Abweichung des gemessenen Messkurvenverlaufs vom gewünschten Messkurvenverlauf ergibt. Auch führt ein gänzlich fehlender oder fehlerhaft eingesetzter Niet zu einem abweichenden Messkurvenverlauf innerhalb des Rechtecks und kann somit erkannt werden.
• Vorteilhafterweise kann der Rechner auch räumlich getrennt von der Vernietungsstation angeordnet sein, wodurch die Überwachung der Vernietungsvorgänge beispielsweise in einem separaten Raum erfolgen kann.
• In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird ebenfalls der Zeitraum zwischen den beiden Schwellenwerten, also der für die Kopfformung benötigte Zeitraum, mit einem vorher festgelegten Sollzeitraum verglichen. Dieser zusätzliche Kontrollwert erlaubt genauere Rückschlüsse auf beispielsweise die Länge des eingesetzten Niets. Auch kann ausgeschlossen werden, dass, wie es in seltenen Fällen vorkommen kann, die Verhältniszahl von der mit der Referenzverhältniszahl kaum abweicht, obwohl der Zeitraum zwischen den Schwellenwerten unterschiedlich ist. Dies könnte beispielsweise bei einem im wesentlichen geraden Messkurvenverlauf der zu vergleichenden Messkurve der Fall sein.
• Zur Bestimmung der Schwellenwerte kann es sinnvoll sein, wenn die vom Rechner errechnete Messkurve auf einem Monitor dargestellt wird. Anhand bekannter, charakteristischer Kurvenverläufe können die Übergange zwischen den Phasen der Vernietung erkannt und somit die Schwellenwerte exakt bestimmt werden.
• Vorteilhaft ist auch die Durchführung mehrerer Lernvernietungsvorgänge, aus denen dann durch Ermittlung der entsprechenden Mittelwerte eine charakteristische Messkurve gebildet und die gewünschten Schwellenwerte bestimmt werden. Beispielsweise haben sich fünf Lernvernietungsvorgänge als ausreichend erwiesen.
• In weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsvarianten kann es zur Erhöhung der Genauigkeit der Kontrolle zielführend sein, wenn weitere zusätzliche Messbereiche und/oder -werte ermittelt bzw. bestimmt und kontrolliert werden.
• Beispielsweise kann ein Maximalwert eingeführt werden, der im Bereich der bei den Lernvernietungsvorgängen höchstens während der Härtephase aufgetretenen gemessenen Kraftmesswerte liegt. Der Maximalwert sollte deren Wert bzw. deren Mittelwert um einen definierten Betrag, beispielsweise um 5%, unterschreiten. Bei den nachfolgenden Nietvorgängen muss dann dieser Maximalwert jeweils erreicht werden, um eine ausreichende Härtung zu garantieren.
• Auch kann ein dritter Schwellenwert im Bereich des Übergangs von der Härtephase zur Rückfahrphase des Stempels bestimmt werden. Der Zeitraum zwischen dem zweiten und dem dritten Schwellenwert entspricht also der Härtehase. Wie bereits bei der Kontrolle der Kopfformungsphase kann dann weiterhin ein zweites Rechteck gebildet werden. Dieses zweite Rechteck ist durch die senkrecht auf der Zeitachse stehende zweite Gerade und eine senkrecht auf der Zeitachse stehende dritte Gerade sowie einen Maximalwert bzw. eine durch diesen parallel zur Zeitachse verlaufende Maximalgrenze und eine parallel zur Zeitachse verlaufende Minimalgrenze begrenzt, wobei die dritte Gerade und Minimalgrenze die Messkurve im Punkt des dritten Schwellenwertes schneiden und die Maximalgrenze und die Minimalgrenze die senkrecht auf der Zeitachse stehende zweite Gerade schneiden, sodass innerhalb des Rechtecks eine zweite Teilfläche unterhalb der Messkurve gebildet wird. Wie auch bei der Beurteilung der Kopfformungsphase wird eine zweite Referenzverhältniszahl aus dem Verhältnis der zweiten Teilfläche zur Gesamtfläche des zweiten Rechtecks gebildet. Diese zweite Referenzverhältniszahl wird als Sollwert bei nachfolgenden Vernietungsvorgängen mit den sich ergebenden zweiten Verhältniszahlen (Istwerten) verglichen und es wird ein zweiter Vergleichswert gebildet. In Abhängigkeit der Höhe des zweiten Vergleichswertes wird dann Einfluss auf den Vernietungsvorgang genommen. Aus der Form der Messkurve innerhalb des zweiten Rechtecks kann auf die Aushärtung des Materials, insbesondere des Niets rückgefolgert werden. Ist beispielsweise der Niet zu weich bzw. zu hart, ergibt sich eine flachere bzw. steilere Messkurve innerhalb des zweiten Rechtecks.
• Ebenfalls kann der Zeitraum der Härtephase überwacht werden, dieser ergibt sich aus dem Zeitraum zwischen Erreichen des zweiten und des dritten Schwellenwertes.
• Aus spezifischen fertigungstechnischen Gründen kann es auch sinnvoll sein, andere Phasen des Vernietungsvorgangs zu überwachen. Die Bildung der Überwachungsrechtecke kann in jedem beliebigen Bereich der Messkurve erfolgen. Auch kann es sinnvoll sein, wenn die Schwellenwerte auf den Zeitpunkt ihres Auftretens während des Lernvernietungsvorganges und nicht auf den Kraftaufwand bezogen bestimmt werden. Solche Zeitschwellenwerte würden dann die fixen Parameter bilden, während die diesen zugehörigen Kraftmesswerte die variablen Werte wären.
• Zusätzlich kann auch der Gesamtzeitraum der Vernietung, also vom Beginn der Näherungsphase bis zum Ende der Rückfahrphase als Kontrollwert in die Überwachung aufgenommen werden.
• Die Auswertung und Verarbeitung der Messwerte kann sowohl analog als auch digital erfolgen. Es können auch die Messwerte von Unter-Zeiträumen zusammengefasst und als nur ein Wert weiterverarbeitet werden. Hierdurch kann das Verfahren weiter beschleunigt und die benötigte Rechnerkapazität verringert werden.
• Die oben aufgeführten Ausführungsbeispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt der sich für das erfindungsgemäße Verfahren ergebenden Möglichkeiten dar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in der Figurenbeschreibung und den Unteransprüchen enthalten.
• Die einzige Figur zeigt eine prinzipielle Darstellung einer Messkurve, wie sie sich durch Messung einer von einem Stempel aufgebrachten Kraft über den Zeitraum eines Vernietungsvorgangs ergibt.
• Eine Vernietungsstation weist einen in Richtung eines Niet bewegbaren Stempel oder Döpper auf, der den sich durch die zu verbindenden Bauteile erstreckenden Niet gegen einen Gegenhalter verformt und somit die zu verbindenden Bauteile unlösbar und formschlüssig miteinander verbindet. Auch können Nieten mit Hilfe einer Vernietungsstation lediglich mit einem Bauteil verbunden und das mit der Niete verbundene Bauteil anschließend weiterverarbeitet werden. Als geeignet haben sich beispielsweise Excenterpressen erwiesen.
• Ein an die Vernietungsstation angeschlossener Rechner zeichnet eine auf den Niet wirkende und über eine Messeinrichtung gemessene Kraft F über der Zeit t auf. Die auf den Niet wirkende Kraft F kann durch eine Messkurve M beschrieben werden, die auf einem Monitor darstellbar ist. Dabei ist die auftretende Kraft F über die Zeit t aufgetragen, ein entsprechendes Koordinatensystem weist also eine Kraftachse K und eine Zeitachse Z auf.
• Ein Vernietungsvorgang besteht im wesentlichen aus vier Phasen, die jeweils in der Messkurve M erkennbar sind.
• Sobald der Stempel aus seiner Ruhelage bewegt wird, beginnt die Näherungsphase 2. Sie endet, wenn der Stempel Kontakt mit dem Niet hat.
• Mit dem Kontakt des Stempels mit dem Niet beginnt die Kopfformungsphase 4. Während dieser Phase wird das dem Stempel zugewandte Ende des Niets, der Nietkopf, plastisch verformt. Diese plastische Verformung dauert an, bis beispielsweise bei einer Kugelkopfnietung der Nietkopf Pilzform hat, oder bei einer Senkkopfnietung der Nietkopf kegelförmig geworden ist.
• An die Kopfformungsphase 4 schließt sich die Härtephase 6 an. Das fertig geformte Ende bzw. der fertig geformte Nietkopf wird auf das zu nietende Material gedrückt, das von dem auftretenden Druck zur Seite gedrückt wird. Sobald der Stempel seinen tiefsten Punkt überschritten hat, wird die Kraft, die sich auf das zu nietende Material auswirkt, wieder geringer. Das vernietete Material beginnt, in seine Ausgangslage zurückzufließen, wodurch der Niet unter Spannung gesetzt wird. Diese Phase endet, sobald der Stempel keine Kraft mehr auf den Niet ausübt und ihn nicht mehr berührt.
• Der Vernietungsvorgang endet mit einer letzten Phase, der Rückfahrphase 8. In dieser Phase wird der Stempel zurück in seine Grundposition gefahren.
• Diese Phasen 2, 4, 6, 8 können über ihre gesamte Dauer erfasst werden, es kann aber ausreichend sein, lediglich charakteristische Bereiche innerhalb der einzelnen Phasen 2, 4, 6, 8 zu erfassen. Auch kann es sinnvoll sein, Phasenübergänge auszuwerten und zu überwachen.
• Für das erfindungsgemäße Verfahren ist Kopfformungsphase 4 und in einer weiteren vorteilhaften Variante auch die Härtephase 6 von besonderer Bedeutung. Das Verfahren wird im Folgenden beispielhaft für eine Ausführungsvariante beschrieben, bei der diese beiden Phasen, also die Kopfformungsphase 4 und die Härtephase 6, überwacht werden. Die Kopfformungsphase 4 beginnt beispielsweise etwa im mittleren Bereich der Anstegsflanke der Messkurve M und endet beispielsweise etwa 10-30% unterhalb der maximal gemessenen Kraft F.
• Zunächst werden zur Ermittlung einer charakteristischen Messkurve M, die zum Beispiel der Überwachung einer anschließenden Serienfertigung zugrunde liegen soll, einige Lernvernietungsvorgänge durchgeführt, deren Messkurven M gespeichert und anschließend gemittelt werden. Die Anzahl der Lernvernietungsvorgänge ist von vielen Faktoren, wie beispielsweise Qualität oder Homogenität der Werkstoffe, Komplexität der Vernietung und ähnlichem abhängig. Es hat sich gezeigt, dass das Durchführen von fünf Lernvernietungsvorgänge bei gewöhnlichen Vernietungsvorgängen im Rahmen einer Serienfertigung in der Regel ausreichend ist.
• Anschließend wird aus der gelernten Referenzmesskurve mindestens eine, vorzugsweise werden zwei Kurvenabschnitte bestimmt, die der Überwachung zugrunde liegen sollen. Im vorliegenden Beispiel sind dies, wie bereits erläutert, die Kopfformungsphase 4 und die Härtephase 6. Sowohl die Kopfformungsphase 4 als auch die Härtephase 6 sind durch den charakteristischen Verlauf der Messkurve M identifizierbar.
• Im Bereich der Übergänge der Phasen 2, 4, 6, 8 werden kraftbezogene Schwellenwerte, nämlich ein erster Schwellenwert 10 etwa zu Beginn der Kopfformungsphase 4, ein zweiter Schwellenwert 12 etwa am Ende der Kopfformungsphase 4 bzw. zu Beginn der Härtephase 6 und ein dritter Schwellenwert 14 etwa am Ende der Härtephase 6 gesetzt. Der dritte Schwellenwert 14 liegt etwa im mittleren Bereich der Abstiegsflanke der Messkurve M. Die Schwellenwerte 10, 12, 14 sollten zwar möglichst exakt an den Übergängen der einzelnen Phasen 2, 4, 6, 8, jedoch sind gewisse Abstände zweckmässig, um Messfehler zu vermeiden. Beispielsweise hat sich gezeigt, dass der erste Schwellenwert 10 etwa 5-30%, vorzugsweise 10-20% oberhalb des Übergangs der Näherungsphase 2 in die Kopfformphase 4 liegen kann. Der dritte Schwellenwert 14 kann etwa 10-70%, insbesondere 50% etwa oberhalb des Übergangs von der Härtephase 6 zur Rückfahrphase 8 liegen.
• Die Messkurve M der anschließenden Vernietungsvorgänge muss innerhalb der durch die Schwellenwerte 10, 12, 14 definierten Bereiche einen bestimmten, sich mit der gelernten Referenzmesskurve weitgehend deckenden bzw. lediglich einen im zulässigen Grad abweichenden Verlauf aufweisen.
• Erfindungsgemäß wird der zulässige oder gewünschte Verlauf innerhalb der des durch den ersten Schwellenwert 10 und den zweiten Schwellenwert 12, definierten Bereichs über ein erstes Rechteck 16 definiert. Dieses erste Rechteck 16 wird durch eine senkrecht auf der Zeitachse Z stehende erste Gerade 18 und eine senkrecht auf der Zeitachse stehende zweite Gerade 20 sowie eine parallel zur Zeitachse verlaufende obere Grenze 22 und eine parallel zur Zeitachse verlaufende untere Grenze 24 begrenzt. Die erste Gerade 18 und die untere Grenze 24 schneiden die Messkurve M im Punkt des ersten Schwellenwertes 10 und die zweite Gerade 20 und die obere Grenze 22 schneiden die Messkurve M im Punkt des zweiten Schwellenwertes 12. Innerhalb des ersten Rechtecks 16 wird somit eine erste Teilfläche 26 unterhalb der Messkurve M gebildet. Zur Definition des zulässigen oder gewünschten Verlaufs der Messkurve M wird das Verhältnis der ersten Teilfläche 26 unter der Messkurve M zur Gesamtfläche des umgebenden ersten Rechtecks 16 ermittelt und in Form einer ersten Referenzverhältniszahl angegeben.
• Bei nachfolgenden Vernietungsvorgängen wird dann jeweils auf Basis der zuvor bestimmten Schwellenwerte 10, 12 ebenfalls das durch die erste Gerade 18 und zweite Gerade 20 sowie die obere Grenze 22 und untere Grenze 24 begrenzte erste Rechteck 16 gebildet und eine erste Verhältniszahl aus dem Verhältnis der ersten Teilfläche 26 zur Gesamtfläche des umgebenden ersten Rechtecks 16 gebildet. Die gewonnene erste Verhältniszahl wird mit der zuvor gewonnenen ersten Referenzverhältniszahl verglichen und aus der Differenz bzw. Abweichung der beiden Werte ein erster Vergleichswert ermittelt. In Abhängigkeit der Höhe des ersten Vergleichswertes kann dann eine Aussage über die Qualität des Vernietungsvorgangs bzw. auf nachfolgende Bearbeitungsvorgänge genommen werden. Ist der erste Vergleichswert bzw. der Unterschied zwischen der ersten Verhältniszahl und der ersten Referenzverhältniszahl hoch, kann beispielsweise eine automatische Abschaltung des laufenden oder des nächsten Montagevorgangs erfolgen, bei geringen Abweichungen kann ein Warnsignal ausreichen.
• Vom Anwender wird festgelegt, oberhalb welchen Unterschieds, also welcher Abweichung von der Referenzverhältniszahl ein Bauteil als fehlerhaft bezeichnet wird. Dies kann durch Referenzversuche festgelegt werden. Ein automatisches Aussortieren eines genieteten Bauteils kann z. B. erfolgen, wenn die Abweichung bei ±10%, ±5%, ±3% oder ±1% vom Referenzwert liegt. Es können auch unsymmetrische Abweichungen festgelegt werden, z. B. +10%, -5%.
• Die Analyse der Härtephase 6 erfolgt durch die Bildung eines zweiten Rechtecks 28. Dieses zweite Rechteck 28 ist durch die senkrecht auf der Zeitachse Z stehende zweite Gerade 20 und eine senkrecht auf der Zeitachse stehende dritte Gerade 30 sowie eine parallel zur Zeitachse Z verlaufende Maximalgrenze 32 und eine parallel zur Zeitachse Z verlaufende Minimalgrenze 34 begrenzt, wobei die dritte Gerade 30 und die Minimalgrenze 34 die Messkurve M im Punkt des dritten Schwellenwertes 14 schneiden und die Maximalgrenze 32 und die Minimalgrenze 34 die senkrecht auf der Zeitachse Z stehende zweite Gerade 20 schneiden, sodass innerhalb des zweiten Rechtecks 28 eine zweite Teilfläche 36 unterhalb der Messkurve M gebildet wird. Wie auch bei der Beurteilung der Kopfformungsphase 4 wird eine zweite Referenzverhältniszahl aus dem Verhältnis der zweiten Teilfläche 36 zur Gesamtfläche des zweiten Rechtecks 28 gebildet. Diese zweite Referenzverhältniszahl wird wiederum als Sollwert bei nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen mit den sich dann ergebenden Verhältniszahlen (Istwerten) verglichen und es wird ein zweiter Vergleichswert gebildet. In Abhängigkeit der Höhe des zweiten Vergleichswertes kann dann eine zusätzliche Aussage über die Qualität des Vernietungsvorgangs erhalten werden. Aus der Form der Messkurve M innerhalb des zweiten Rechtecks 28 kann auf die Aushärtung des Niet oder des zu vernietenden Materials rückgefolgert werden.
• Die Maximalgrenze 32 basiert auf einem Maximalwert, der je nach Anforderung des Prozesses beliebig gesetzt werden kann; eine Unterschreitung des bei dem oder den Lernvernietungsvorgängen ermittelten maximale Kraftaufwands um etwa fünf Prozent hat sich als geeignet erwiesen. Somit kann überprüft werden, ob der gewünschte und zuvor ermittelte Maximalwert 32 auch tatsächlich erreicht wird. Ist dies nicht der Fall, kann ebenfalls Einfluss auf den oder die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge genommen werden.
• Über die Zeitachse Z ist Dauer der jeweiligen Phasen 2, 4, 6, 8 ablesbar, diese Zeitdauer kann bei den nachfolgenden Vernietungsvorgängen ebenfalls überwacht werden und muss innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Sollten diese Grenzen nicht eingehalten werden, wird vom Rechner eine zuvor eingestellte Reaktion, zum Beispiel die Abgabe eines Warnsignals oder das Abschalten des laufenden oder des nachfolgenden Vorganges, verursacht. So erfolgt z. B. eine negative Anzeige, wenn die Zeitdauer einer der Phasen um mehr als 50% gegenüber der Referenzmessung zurückbleibt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Qualitätskontrolle eines Nietverbindungsvorgangs eignet sich insbesondere für die Überwachung von sicherheitsrelevanten Vernietungen, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbau bei der Verbindung von Teilen von Fahrzeugsitzen zu finden sind. Durch die erfindungsgemäße Kontrolle eines ausgewählten Messkurvenabschnitts ist es möglich, eine nahezu beliebig genaue Analyse durchzuführen, wodurch die geringste Abweichung der Ist- von den Sollwerten unmittelbar nachgewiesen werden kann. Das Verfahren ist demnach äußerst genau, schnell durchzuführen und für auf jede beliebige, frei zu wählende Prozessphase anwendbar.
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst jegliche, im Sinne der Erfindung wirkenden und sich die Erfindung zunutze machenden Prüfverfahren.

Claims (9)

1. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Nietverbindungsvorgängen, bei dem in einer Näherungsphase (2) ein Stempel mit einem Nietkopf eines Niet in Kontakt gebracht wird, dann in einer Kopfformungsphase (4) der Nietkopf durch den Stempel verformt, dann in einer Härtephase (6) der Niet gehärtet, und schließlich in einer Rückfahrphase (8) der Stempel mit dem Niet außer Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass

a) während mindestens eines Lernvernietungsvorgangs eine auf den Nietkopf wirkende Kraft (F) in Abhängigkeit von der Zeit t während des gesamten Vernietungsvorgangs kontinuierlich gemessen und

b) aus den sich daraus ergebenden Kraftmesswerten von einem Rechner in einem Koordinatensystem mit einer Zeitachse (Z) und einer Kraftachse (K) eine Messkurve (M) gebildet wird, dann

c) anhand der sich ergebenden Messkurve ein erster Schwellenwert (10) und zweiter Schwellenwert (12) bestimmt werden, wobei der erste Schwellenwert (10) etwa dem Kraftaufwand entspricht, der notwendig ist um die Kopfformungsphase (4) einzuleiten und der zweite Schwellenwert (12) etwa dem Kraftaufwand entspricht, der notwendig ist, um die Härtephase (6) einzuleiten, dann

d) in dem Koordinatensystem ein erstes Rechteck (16) gebildet wird, das durch eine senkrecht auf der Zeitachse (Z) stehende erste Gerade (18) und eine senkrecht auf der Zeitachse (Z) stehende zweite Gerade (20) sowie eine parallel zur Zeitachse (Z) verlaufende obere Grenze (22) und eine parallel zur Zeitachse (Z) verlaufende untere Grenze (24) begrenzt wird, wobei die erste Gerade (18) und die untere Grenze (24) die Messkurve (M) im Punkt des ersten Schwellenwertes (10) schneiden und die zweite Gerade (20) und die obere Grenze (22) die Messkurve (M) im Punkt des zweiten Schwellenwertes (12) schneiden, sodass innerhalb des ersten Rechtecks (16) eine erste Teilfläche (26) unterhalb der Messkurve (M) gebildet wird, und

e) eine erste Referenzverhältniszahl aus dem Verhältnis der ersten Teilfläche (26) zur Gesamtfläche des ersten Rechtecks (16) gebildet wird, dann

f) bei nachfolgenden Vernietungsvorgängen jeweils
auf Basis der zuvor bestimmten Schwellenwerte (10, 12) ebenfalls das durch die erste Gerade (18) und die zweite Gerade (20) sowie die obere Grenze (22) und untere Grenze (24) begrenzte erste Rechteck (16) gebildet wird, und
eine erste Verhältniszahl aus dem Verhältnis der ersten Teilfläche (26) zur Gesamtfläche des ersten Rechtecks (16) gebildet wird, dann
die erste Verhältniszahl mit der ersten Referenzverhältniszahl verglichen und aus der Differenz ein erster Vergleichswert ermittelt wird, dann
in Abhängigkeit der Höhe des ersten Vergleichswertes ein Signal für die Qualität des Vernietungsvorgangs erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zeitdauer vom Erreichen des ersten Schwellenwerts (10) bis zum Erreichen des zweiten Schwellenwerts (12) während des mindestens einen Lernvernietungsvorganges erfasst und gespeichert wird, dann
während der nachfolgenden Vernietungsvorgänge die Zeitdauer vom Erreichen des ersten Schwellenwerts (10) bis zum Erreichen des zweiten Schwellenwerts (12) ebenfalls erfasst wird, und
die während der nachfolgenden Vernietungsvorgänge benötige Zeitdauer vom Erreichen des ersten Schwellenwerts (10) bis zum Erreichen des zweiten Schwellenwerts (12) mit der während des mindestens einen Lernvernietungsvorganges erfassten und gespeicherten Zeitdauer verglichen wird, und
in Abhängigkeit möglicher Abweichungen ein Signal über die Qualität des Vernietungsvorgangs erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

a) ein dritter Schwellenwert (14) bestimmt wird, der etwa dem Kraftaufwand entspricht, der notwendig ist um die Rückfahrphase (8) einzuleiten, und

b) ein Maximalwert bestimmt wird, der einen während der Härtephase (6) maximal gemessenen Kraftaufwand um einen bestimmten Betrag unterschreitet, dann

c) ein zweites Rechteck (28) gebildet wird, dass durch die senkrecht auf der Zeitachse (Z) stehende zweite Gerade (20) und eine senkrecht auf der Zeitachse (Z) stehende dritte Gerade (30) sowie eine parallel zur Zeitachse (Z) verlaufende Maximalgrenze (32) und eine parallel zur Zeitachse (Z) verlaufende Minimalgrenze (34) begrenzt wird, wobei die dritte Gerade (30) und die Minimalgrenze (34) die Messkurve (M) im Punkt des dritten Schwellenwertes (14) schneiden und die Maximalgrenze (32) und die Minimalgrenze (34) die senkrecht auf der Zeitachse (Z) stehende zweite Gerade (20) schneiden, sodass innerhalb des zweiten Rechtecks (28) eine zweite Teilfläche (36) unterhalb der Messkurve (M) gebildet wird, und

d) eine zweite Referenzverhältniszahl aus dem Verhältnis der zweiten Teilfläche (36) zur Gesamtfläche des zweiten Rechtecks (28) gebildet wird, dann

e) bei nachfolgenden Vernietungsvorgängen jeweils
auf Basis der zuvor bestimmten Schwellenwerte (12, 14) ebenfalls das durch die zweite Gerade (20) und die dritte Gerade (30) sowie die Maximalgrenze (32) und Minimalgrenze (34) begrenzte zweite Rechteck (28) gebildet wird, und
eine zweite Verhältniszahl aus dem Verhältnis der zweiten Teilfläche (36) zur Gesamtfläche des zweiten Rechtecks (28) gebildet wird, dann
die zweite Verhältniszahl mit der zweiten Referenzverhältniszahl verglichen und aus der Differenz ein zweiter Vergleichswert ermittelt wird, dann
in Abhängigkeit der Höhe des zweiten Vergleichswertes ein Signal über die Qualität des Vernietungsvorgangs erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Zeitdauer vom Erreichen des zweiten Schwellenwerts (12) bis zum Erreichen des dritten Schwellenwerts (14) während des mindestens einen Lernvernietungsvorganges erfasst und gespeichert wird, dann

- während der nachfolgenden Vernietungsvorgänge die Zeitdauer vom Erreichen des zweiten Schwellenwerts (12) bis zum Erreichen des dritten Schwellenwerts (14) ebenfalls erfasst wird, und

- die während der nachfolgenden Vernietungsvorgänge benötige Zeitdauer vom Erreichen des zweiten Schwellenwerts (12) bis zum Erreichen des dritten Schwellenwerts (14) mit der während des mindestens einen Lernvernietungsvorganges erfassten und gespeicherten Zeitdauer verglichen wird, und
in Abhängigkeit möglicher Abweichungen ein Signal über die Qualität des Vernietungsvorgangs erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal für ordnungsgemäße Vernietung ausgegeben wird, wenn der Maximalwert einen während der Härtephase (6) maximal gemessenen Wert um weniger als zehn Prozent, insbesondere um etwa fünf Prozent unterschreitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis zehn, insbesondere fünf Lernvernietungsvorgänge durchgeführt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils die Zeitdauer der Näherungsphase (2), der Kopfformungsphase (4), Härtephase (6) und der Rückfahrphase (8) während des mindestens einen Lernvernietungsvorganges erfasst und gespeichert werden, dann
während der nachfolgenden Vernietungsvorgänge diese Zeitdauern ebenfalls erfasst werden, und
die während der nachfolgenden Vernietungsvorgänge benötigen Zeitdauern jeweils mit den entsprechenden während des mindestens einen Lernvernietungsvorganges erfassten und gespeicherten Zeitdauern verglichen werden, und
in Abhängigkeit möglicher Abweichungen Einfluss auf den Vernietungsvorgang genommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Messkurven auf einem Monitor dargestellt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Höhe möglicher Abweichungen von Ist- und Sollwerten derart Einfluss auf den Vernietungsvorgang genommen wird, dass bei geringeren Abweichungen von z. B. 5 bis 10% ein Warnsignal generiert wird und bei höheren Abweichungen von z. B. über 10% ein Aussortieren des genieteten Bauteils erfolgt.