DE102004001605A1 - Verfahren zur Prüfung von Fügegeometrien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Fügegeometrien bei Stanznietverbindungen (1). Zur Vermeidung individueller Fehlerquellen aufgrund des Bedieners wird zunächst mittels einer CCD-Kamera eine digitale Bilddarstellung des Verbindungsbereiches erzeugt. Anschließend werden auf der Basis dieser Bilddarstellung unterschiedliche Graustufen (3, 4, 5, 6, 7, 8) bestimmt, deren Übergangsbereiche (9, 10, 11, 12, 13, 14) auf diese Weise identifizierbar sind. Diese charakteristischen Übergangsbereiche (9, 10, 11, 12, 13, 14) entsprechen dem Verlauf der gewünschten Istwert-Grenzlinie, die dann mit entsprechenden Sollwert-Grenzlinien verglichen und eine mögliche Abweichung bestimmt wird. Die Abweichung der Istwert-Grenzlinie von den Sollwert-Grenzlinien wird dabei insbesondere als geometrischer Abstand bestimmt. Der ermittelte Abstand dient dabei als Grundlage für ein objektives Qualitätskriterium mit reproduzierbaren Ergebnissen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Fügegeometrien nach DIN 8593 T5, insbesondere Durchsetzfügeverbindungen oder Stanznietverbindungen von zwei Werkstücken, deren Verbindungsbereich geschnitten und insbesondere mittels einer Kamera eine digitale Bilddarstellung des Verbindungsbereiches erzeugt wird.
• Ein solches Verfahren wird in der Praxis zur Sicherung der Qualitätsanforderungen der mittels eines Umformverfahrens realisierten Durchsetzfüge- oder Stanznietverbindung bereits vielfach eingesetzt und zählt daher durch offenkundige Vorbenutzung zum Stand der Technik.
• Solche Umformverfahren gewinnen durch den Einsatz von Leicht- oder Hybridbauweisen seit einiger Zeit an zunehmender Bedeutung. Zur Sicherung der Prozessqualität wird statistisch die geometrische Ausführung des Verbindungsbereiches untersucht, welche wesentlich die Festigkeit der Durchsetzfüge- oder Stanznietverbindung bestimmt. Dies geschieht im Allgemeinen durch ein Trennen im Verbindungsbereich.
• Von dieser so geschaffenen Schnittprobe des Verbindungsbereiches wird beispielsweise anschließend eine Bilddarstellung mittels einer Kamera auf einem angeschlossenen Monitor erzeugt. Die Auswertung erfolgt anschließend manuell, indem beispielsweise auf der Monitordarstellung Hilfslinien eingeblendet werden. Diese werden dann manuell entsprechend dem durch den Bediener identifizierten Verlauf der Kontaktlinien zwischen den Fügepartnern positioniert.
• Als nachteilig erweist es sich dabei, dass das Prüfungsergebnis wesentlich durch die subjektive Wahrnehmung beeinflusst wird. Zahlreiche Fehlereinflussgrößen aufgrund der individuell abweichenden Durchführung des Verfahrens führen daher zu insgesamt nur beschränkt vergleichbaren und nicht eindeutig reproduzierbaren Ergebnissen. Beispielswiese führen Parallaxefehler beim Betrachten der Bilddarstellung, ungenaue Positionierung der Hilfslinien sowie deren nicht reproduzierbare Definition und Anordnung zu Ungenauigkeiten.
• Die optische Kontrolle mittels Bildverarbeitungssystemen im Zusammenhang mit Produktionsverfahren ist auch bereits Gegenstand einer Vielzahl unterschiedlicher Verfahren.
• Bei einem Verfahren gemäß der DE 197 45 728 A1 zur optischen Kontrolle eines mechanischen Befestigungselementes mittels einer auf eine Abschlussfläche des Elements gerichteten Bilderkennungseinrichtung mit nachgeschalteter Bildverarbeitungseinrichtung besitzt das Befestigungselement in seiner Abschlussfläche eine optische Eigenschaft, die einem charakteristischen Parameter zugeordnet ist. Diese spezielle optische Eigenschaft wird mit der Bilderkennungseinrichtung erfasst und in der Bildverarbeitungseinrichtung durch Vergleich mit vorgegebenen Sollbildern für die unterschiedlichen Eigenschaften identifiziert.
• Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Prüfen von Formteilen mit Köpfen und Schäften nach der DE 43 10 464 A1 ist eine Videokamera von oben auf die Köpfe gerichtet. Die dabei von der Videokamera erzeugten Videosignale werden einer Bildverarbeitungseinrichtung zugeführt. Dabei werden die Formteile von unten beleuchtet, so dass Licht durch mehrere, sich mit der Umfangslinie der Köpfe überschneidende Öffnungen in der Fördereinrichtung hindurch tritt und von der Videokamera erfasst werden können. Durch Auswertung des durch die Öffnungen hindurch tretenden Lichtes werden mindestens drei Punkte am Umfang des Kopfes ermittelt, aus denen der Mittelpunkt und der Radius bzw. der Durchmesser berechnet werden.
• Bei der US 57 27 300 A wird zur Prüfung der Größe und Orientierung der Verbindungselemente ein Bildverarbeitungssystem eingesetzt, welches vorbestimmte Punkte erfasst und mit entsprechenden Punkten bezogen auf die Größe und Orientierung des Verbindungselementes in der Sollposition vergleicht.
• Diese bekannten Verfahren gestatteten jedoch keine qualitative Bewertung der Fügegeometrien beim Umformen.
• Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung von Fügegeometrien der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass dadurch individuelle Fehlerquellen aufgrund des Bedieners weitgehend ausgeschlossen sind.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
• Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem zunächst mittels einer Graustufenanalyse der Bilddarstellung einzelne diskrete Übergangsbereiche und daraus der Verlauf einer Istwert-Grenzlinie durch ein Programm ermittelt werden und durch eine vergleichende Betrachtung mit entsprechenden Sollwert-Grenzlinien eine Abweichung bestimmt und bei unzulässig hoher Abweichung ein Signal ausgelöst wird. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Qualität der Messergebnisse dann wesentlich verbessert wird, wenn die Auswertung der Bilddarstellung nicht wie beim Stand der Technik von der Wahrnehmung des Bedieners abhängig ist, sondern die Bilddarstellung aufgrund der Auswertung der Bildpunkte in der Bilddarstellung programmgestützt durch ein automatisiertes Verfahren erfolgt. Die Bestimmung der Grenzlinie erfolgt daher in Abhängigkeit der Helligkeitsstufen der Bildpunkte, die als objektives Kriterium zu reproduzierbaren Qualitätsmerkmalen führen. Die so geschaffenen Istwert-Grenzlinien werden hierzu mit entsprechend in einem Speicher vorhandenen Sollwert-Grenzlinien verglichen und daraus der Abstand insbesondere aufgrund mathematischer Berechnungen bestimmt. Dieser Abstand hinsichtlich Betrag und Richtung gestattet dabei eine Qualitätsbeurteilung der Fügeverbindung.
• Dabei wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass die Abweichung der Istwert-Grenzlinie von der Sollwert-Grenzlinie als geometrischer Abstand bestimmt wird. Hierdurch wird ein zuverlässig reproduzierbares und insbesondere auf der Basis von Erfahrungswerten qualitativ bewertbares Kriterium geschaffen, welches zudem eine Aussage über die Größenordnung der zu erwartenden Minderung der Belastbarkeit der Verbindung gestattet.
• Eine andere ebenfalls besonders zweckmäßige Ausgestaltung wird auch dann erreicht, wenn die Ermittlung der Istwert-Grenzlinie auf der Basis vorbestimmter Parameter der Sollwert-Grenzlinien ermittelt wird. Hierdurch gelingt es, die Istwert-Grenzlinie als eine mathematische Funktion darzustellen, so dass die Bewertung der Abweichungen wesentlich erleichtert und die Genauigkeit der daraus abgeleiteten Aussagen wesentlich optimiert werden.
• Dabei erweist es sich als besonders praxisnah, wenn das Verfahren automatisiert durchgeführt wird. Hierdurch kann insbesondere der zeitliche Aufwand für die Durchführung des Verfahrens wesentlich verringert und mögliche Fehlereinflüsse zuverlässig ausgeschlossen werden.
• Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Bildaufnahme mittels eines CCD-Sensors und daher eine fehlerfreie Bilderfassung als Pixeldarstel lung erreicht wird. Zudem sind CCD-Kameras und CCD-Sensoren problemlos verfügbar und an die jeweiligen Einsatzbedingungen optimal anpassbar.
• Weiterhin ist es für den praktischen Einsatz von entscheidender Bedeutung, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen eine Aussage über die minimale Belastbarkeit der Durchsetzfüge- oder Stanznietverbindung getroffen wird, die dadurch als Grundlage weiterer erfasster Größen eine wesentlich zuverlässigere Beurteilung der voraussichtlichen Belastbarkeit der zu größeren Baueinheiten verbundenen Einzelkomponenten dient. Eine Vorhersage über die Wahrscheinlichkeit des Bauteilversagens wird durch mit vergleichsweise hoher Genauigkeit realisierbar.
• Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung einen durch eine Stanznietverbindung 1 gebildeten Verbindungsbereich 2. Zur Prüfung der Fügegeometrien der Stanznietverbindungen 1 wird zunächst mittels einer nicht gezeigten CCD-Kamera eine digitale Bilddarstellung des Verbindungsbereiches erzeugt. Anschließend werden auf der Basis dieser Bilddarstellung unterschiedliche Graustufen 3, 4, 5, 6, 7, 8 bestimmt, deren Übergangsbereiche 9, 10, 11, 12, 13, 14 auf diese Weise identifizierbar sind. Diese charakteristischen Übergangsbereiche 9, 10, 11, 12, 13, 14 entsprechen dem Verlauf der gewünschten Istwert-Grenzlinie die dann mit entsprechenden Sollwert-Grenzlinien verglichen und eine mögliche Abweichung bestimmt wird. Die Abweichung der Istwert-Grenzlinie von den Sollwert-Grenzlinien wird dabei insbesondere als geometrischer Abstand bestimmt, der dabei als Grundlage für ein objektives Qualitätskriterium mit reproduzierbaren Ergebnissen dient.

1

Stanznietverbindung

2

Verbindungsbereich

3

Graustufe

4

Graustufe

5

Graustufe

6

Graustufe

7

Graustufe

8

Graustufe

9

Übergangsbereich

10

Übergangsbereich

11

Übergangsbereich

12

Übergangsbereich

13

Übergangsbereich

14

Übergangsbereich

Claims (6)

1. Verfahren zur Prüfung von Fügegeometrien insbesondere bei Durchsetzfügeverbindungen oder Stanznietverbindungen von zwei Werkstücken, deren Verbindungsbereich geschnitten und insbesondere mittels einer Kamera eine digitale Bilddarstellung des Verbindungsbereiches erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mittels einer Graustufen Analyse der Bilddarstellung einzelne Übergangsbereiche und daraus der Verlauf einer oder mehrerer Istwert-Grenzlinien durch ein Programm ermittelt werden und durch eine vergleichende Betrachtung mit entsprechenden Sollwert-Grenzlinien eine Abweichung bestimmt und bei gegebenenfalls unzulässig hoher Abweichung ein Signal ausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Istwert-Grenzlinie von der Sollwert-Grenzlinie als geometrischer Abstand bestimmt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Istwert-Grenzlinie auf der Basis vorbestimmter Parameter der Sollwert-Grenzlinien ermittelt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrens automatisiert durchgeführt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme mittels eines CCD-Sensors erfolgt.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ermittelten Abweichungen eine Aussage über die minimale Belastbarkeit der Fügeverbindung getroffen wird.