DE102004048277A1

DE102004048277A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102004048277A1
Application number: DE200410048277
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Class; Heiko Dipl.-Ing. Steinmetz; Hans-Günther Dipl.-Betriebsw. Ziegler (VWA)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) für ein Kraftfahrzeug in einem Herstellungsprozess, bei dem eine Qualitätskontrolle automatisiert herstellungsprozessnah durchgeführt wird und das Bauteil (10) bei Erkennen eines Qualitätsmangels ausgesondert wird. Eine automatisierte Bauteilbehandlung mit automatisierter Nacharbeit ist möglich, wenn das Bauteil (10) automatisiert in den Herstellungsprozess wieder eingeschleust und erneut dem Herstellungsprozess unterzogen wird und eine erneute automatisierte Qualitätskontrolle herstellungsprozessnah durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei thermischen Fügeprozessen werden die gefügten Bauteile mit einer definierten Prüfschärfe visuell oder zerstörend befundet. Das Befundungsergebnis entscheidet über durchzuführende Nacharbeiten bzw. Ausschuss. Häufig müssen zu befundende Bauteile zwischengelagert und die Nacharbeit separat ausgeführt werden, wodurch eine automatische Linienfertigung eines Bauteils nicht möglich ist.

Aus der Patentschrift DE 35 43 681 C2 ist bekannt, bei einem Schweißverfahren ein Bauteil mit Sensoren zerstörungsfrei zu prüfen und nach bzw. während des Schweißens eine Qualitätskontrolle automatisiert durchzuführen. Wird ein Fehler erkannt, wenn z.B. die Schweißintensität zu hoch oder zu niedrig ist oder der Fügespalt zu groß ist oder dergleichen, wird ein Fehlersignal erzeugt, und das betreffende Bauteil kann ausgesondert werden. Treten zu viele Fehler auf, kann die Schweißanlage stillgelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils anzugeben, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit dem eine automatische Linienfertigung eines Bauteils ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils in einem Herstellungsprozess, bei dem eine Qualitätskontrolle automatisiert herstellungsprozessnah durchgeführt wird und das Bauteil bei Erkennen eines Qualitätsmangels ausgesondert wird, sieht vor, dass das Bauteil automatisiert in den Herstellungsprozess wieder eingeschleust und erneut dem Herstellungsprozess unterzogen wird und eine erneute automatisierte Qualitätskontrolle herstellungsprozessnah durchgeführt wird. Durch das Wiedereinschleusen und Unterziehen unter den Herstellungsprozess entfällt die Notwendigkeit einer separaten Nacharbeit. Das Verfahren ist somit nacharbeitfrei. Zweckmäßigerweise ist in den Herstellungsprozess wenigstens ein Qualitätsbefundungssystem integriert, das so ausgestaltet ist, dass eine definierte Rückmeldung in den Herstellungsprozess bzw. die Anlage über den Ort und eine geeignete Strategie des Nacharbeitens möglich ist, insbesondere wo eine partielle Wiederholung des Herstellungsschritts notwendig ist. Es ist somit eine vollständige Automatisierung der Bauteilhandhabung möglich. Ein logistischer Aufwand in einer Fertigung, insbesondere einer Linienfertigung mit großen Stückzahlen, kann reduziert werden. Die Anzahl von zerstörenden Bauteilprüfungen kann reduziert werden oder sogar ganz entfallen.

Wird bei einer Bearbeitung von einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Bauteilen in dem Herstellungsprozess bei jedem der Bauteile eine automatisierte Qualitätskontrolle durchgeführt, kann eine lückenlose Qualitätsbefundung erfolgen und der Herstellungsprozess automatisiert ablaufen. Ein Qualitätsmangel wird zuverlässig festgestellt und kann durch automatisiertes Nacharbeiten beseitigt werden, ohne dass manuell eingegriffen werden muss. Bevorzugt wird der Qualitätsmangel automatisiert klassifiziert. Dies erfolg zweckmäßigerweise durch Einsatz von Expertensystemen zum Erkennen von spezifischen, bei dem Herstellungsprozess auftretenden Fehlern oder Qualitätsmängeln, beispielsweise durch Einsatz von Bildverarbeitung.

Vorteilhaft kann bei Erkennen eines Qualitätsmangels ein Regelungseingriff oder Steuerungseingriff in den Herstellungsprozess erfolgen. Damit kann die Qualität des momentan bearbeiteten Bauteils und/oder weiterer anschließend zu bearbeitender Bauteile verbessert werden und die Effizienz des Herstellungsverfahrens verbessert werden. Die Zuverlässigkeit einer automatisierten Fertigung wird erhöht.

Wird die Qualitätskontrolle während des Herstellens vorgenommen, können z.B. bei einem Schweißprozess Schweißfehler und/oder eine fehlerhafte Bahnführung erkannt und korrigiert werden. Einem Qualitätsmangel kann gegebenenfalls schon während des Prozessschritts entgegengewirkt werden.

Wird die Qualitätskontrolle vor dem Herstellen vorgenommen, kann z.B. bei einem Schweißprozess eine Abweichung von einer gewünschten Bahnführung festgestellt und rechtzeitig entgegengewirkt werden.

Wird die Qualitätskontrolle nach dem Herstellen vorgenommen, kann die Qualitätskontrolle auf einem Transport des Bauteils von einer Bearbeitungsstation zu einer folgenden Bearbeitungsstation erfolgen. Dadurch können Taktzeiten einzelner Prozessschritte vorteilhaft verkürzt werden.

Bevorzugt wird in einer günstigen Ausgestaltung als Herstellungsprozess ein Fügeprozess eingesetzt. Durch eine Integra tion zerstörungsfreier Qualitätsbefundungssysteme und Nahtführungssysteme kann einem nachfolgenden, beispielsweise thermischen Fügeprozess ein gut befundetes Bauteil übergeben werden. Weiterhin kann im Falle eines befundeten Qualitätsmangels das Bauteil in demselben Prozessschritt gezielt und automatisiert nachgearbeitet werden. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass das Qualitätsbefundungssystem dem Prozessschritt bzw. der Herstellanlage definiert rückmeldet, an welcher Stelle, mit welcher geeigneten Strategie, eine partielle Wiederholung der Fügeoperationen erforderlich ist. Ein derartiger Fügeprozess kann beispielsweise ein Klebeprozess sein.

Besonders bevorzugt wird ein thermischer Fügeprozess, insbesondere ein Schweißverfahren eingesetzt. Als Schweißverfahren können insbesondere Laserschweißen, Plasmaschweißen, Metall-Schutzgas-Schweißen in einer Inertgasatmosphäre oder einer reduzierenden Aktivgasatmosphäre (MSG, MIG, MAG), Hybridschweißen oder dergleichen eingesetzt werden.

Als geeignete Sensoren für eine Qualitätskontrolle kommen bevorzugt optische Verfahren zur Bahnverfolgung bzw. zur Schmelzbadanalyse, akustische Verfahren, wie Schallemission zur Erkennung von einem Durchbrand und/oder Einbrand der Schweißnaht, thermische Verfahren, wie z.B. Temperatur-Reflexionsmessungen des zu schweißenden Bauteils zum Einsatz.

Besonders bevorzugt wird das Bauteil mit Hybridschweißen gefügt, bei dem ein Laserstrahl und ein Lichtbogen auf das zu fügende Bauteil einwirken. Das Hybridschweißen verbindet vorteilhaft eine sehr hohe Schweißgeschwindigkeit des Laserschweißens mit einer sehr guten Spaltüberbrückbarkeit des Lichtbogenschweißens. Vorteilhaft kann in einer günstigen Weiterbildung nach einem Wiedereinschleusen des Bauteils ab hängig vom detektierten Qualitätsmangel oder Fehler gezielt nur mit dem Laserstrahl oder nur mit dem Lichtbogen automatisiert nachgearbeitet werden.

In einer vorteilhaften Alternative wird als Herstellungsprozess ein Beschichtungsprozess zum Beschichten des Bauteils verwendet.

Das Verfahren ist insbesondere für die Fertigung von Bauteilen für ein Kraftfahrzeug geeignet. Bevorzugt wird das Verfahren zur Herstellung eines Achsträgers und/oder zur Herstellung eines Achsbauteils eines Kraftfahrzeugs verwendet. Eine Qualitätskontrolle durch einen Werker kann entfallen. Es kann eine höhere Qualität der Bauteile erzielt werden, da z.B. durch Ermüdungserscheinungen verursachte Fehlbefundungen vermieden werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
Dabei zeigen:
1 ein Bauteil in einem Fügeprozess;
2 einen bevorzugten Ablauf zweier bevorzugter Fügeprozesse; und
3 einen alternativen bevorzugten Ablauf zweier Fügeprozesse.
Aus der 1 ist ersichtlich, wie eine automatisierte Qualitätskontrolle mit Befundung und Qualitätssicherung in einem bevorzugten als Schweißprozess ausgebildeten Fügeprozess durchgeführt werden kann. Ein zu fügendes Bauteil 10 besteht aus einem ersten Teil 11 und einem zweiten Teil 12, zwischen denen ein Fügespalt 13 durch Schweißen geschlossen werden soll. Das Bauteil 10 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v_s relativ zu einem Schweißstrahl, z.B. einem Laserstrahl, einem Elektronenstrahl, einem Lichtbogen oder dergleichen, der in seinem Kontaktbereich mit dem Bauteil 10 ein Schmelzbad 14 an dem Fügespalt 13 erzeugt. Das Schmelzbad 14 erstarrt, wenn sich der Schweißstrahl entlang des Fügespalts 13 weiterbewegt und bildet eine Schweißnaht 15. Erfolgt eine Qualitätskontrolle in einem Bereich 16, in dem sich der Fügespalt 13 befindet, fügeprozessnah vor dem Schweißen, kann eine Bahnführung beim Schweißen kontrolliert und verbessert werden. Ist der Fügespalt 13 oder die Bahnführung des Bauteils 10 mangelhaft, kann das Bauteil 10 ausgeschleust werden und wieder automatisch in den Fügeprozess eingeschleust werden, wobei eine Korrektur des Zusammenfügens der Teile 11 und 12 bzw. der Bahnführung erfolgen kann. Vorteilhaft kann hier die Qualitätskontrolle mit Hilfe eines Lichtschnitts erfolgen.
Erfolgt die Qualitätskontrolle in einem Bereich 17, in dem sich das Schmelzbad 14 befindet, während des Schweißens, können Schweißfehler und/oder die Bahnführung kontrolliert und korrigiert werden, wobei gegebenenfalls ein Eingriff in die Schweißparameter und/oder die Schweißregelung erfolgt, so dass nicht nur das aktuell vorliegende Bauteil 10 sondern auch nachfolgende Bauteile mit verbesserter Qualität geschweißt werden können. Ebenso kann bei einem Erkennen von Qualitätsmängeln des Schmelzbads 14 das Bauteil 10 ausgeschleust und nach dem automatisierten Wiedereinschleusen erneut verschweißt werden. Zur Sensierung der Qualität des Schmelzbads 14 können elektrische Größen, elektromagnetische Strahlung von dem Schmelzbad 14 oder eine binarisierte Bildverarbeitung herangezogen werden.
Erfolgt die Qualitätskontrolle erst nach dem Schweißen, in einem Bereich 18, in dem sich die Schmelznaht 15 befindet, können Oberflächenfehler wie Nahtbreite der Schweißnaht 15, Vorliegen von Löchern, Einbrandkerben und dergleichen detektiert werden. Das Bauteil 10 kann bei Vorliegen von Qualitätsmängeln ausgeschleust und zum automatisierten Nacharbeiten wieder eingeschleust werden. Zur Sensierung der Qualität der Schweißnaht eignen sich besonders akustische Verfahren, Scannertechnologie und/oder ein Lichtschnitt.
Bei zu großen Qualitätsmängeln kann das Bauteil 10 gegebenenfalls auch aus dem Herstellungsprozess ausgeschieden werden.
Die 2 und 3 veranschaulichen Abläufe zweier bevorzugter Fügeprozesse. In 2 ist der Ablauf gezeigt, wenn eine Qualitätskontrolle jeweils innerhalb eines von mehreren aufeinander folgenden Prozessschritten 100 und 200 erfolgt. Innerhalb eines ersten Prozessschrittes 100 in einer bevorzugten Linienfertigung erfolgt in einem Schritt 101 ein erstes thermisches Fügen mit einer Befundung im Prozess in einem Schritt 102 sowie einer automatisierten Nacharbeit eines Bauteils mit Qualitätsmangel in Schritt 103. Das gegebenenfalls automatisiert nachgearbeitete Bauteil wird ohne Qualitätsmangel einem folgenden Prozessschritt 200 zugeführt, in dem ein zweites thermisches Fügen in einem Schritt 201 sowie eine weitere Befundung innerhalb des Prozesses 200 in Schritt 202 und gegebenenfalls eine automatisierte Nacharbeit eines einen Qualitätsmangel aufweisenden Bauteils in einem Schritt 203. Dieser Ablauf ist günstig, wenn Taktzeiten der einzelnen Prozessschritte 100 und 200 unkritisch sind.
3 zeigt einen alternativen Ablauf, wenn eine Qualitätskontrolle herstellungsprozessnah nach dem Herstellungsprozess erfolgt. In einem Prozessschritt 300 erfolgt ein erstes thermisches Fügen in Schritt 301. Nach dem Fügen erfolgt eine Qualitätskontrolle bei einem Transfer des Bauteils in eine andere Bearbeitungsstation in einem Schritt 401 eines Transferschritts 400. Gegebenenfalls erfolgt eine automatisierte Nacharbeit in einem Schritt 402, wenn ein Qualitätsmangel des Bauteils festgestellt und dieses ausgeschleust wurde. Anschließend wird das nachgearbeitete Bauteil in einem weiteren Prozessschritt 500 wiederum einem zweiten thermischen Fügeprozess in einem schritt 501 unterzogen. Dieser Ablauf ist vorteilhaft, wenn Taktzeiten der einzelnen Prozessschritte 300 und 500 kritisch sind und möglichst minimiert werden sollen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) für ein Kraftfahrzeug in einem Herstellungsprozess, bei dem eine Qualitätskontrolle automatisiert herstellungsprozessnah durchgeführt wird und das Bauteil (10) bei Erkennen eines Qualitätsmangels ausgesondert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) automatisiert in den Herstellungsprozess wieder eingeschleust und erneut dem Herstellungsprozess unterzogen wird und eine erneute automatisierte Qualitätskontrolle herstellungsprozessnah durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bearbeitung von einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Bauteilen (10) in dem Herstellungsprozess bei jedem der Bauteile (10) eine automatisierte Qualitätskontrolle durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätsmangel automatisiert klassifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Qualitätsmangels ein Regelungeseingriff oder Steuerungseingriff in den Herstellungsprozess erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle während des Herstellens vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle vor dem Herstellen vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle nach dem Herstellen vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle auf einem Transport des Bauteils (10) von einer Bearbeitungsstation zu einer folgenden Bearbeitungsstation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Herstellungsprozess ein Fügeprozess eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügeprozess ein Schweißverfahren eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) mit Hybridschweißen gefügt wird, bei dem ein Laserstrahl und ein Lichtbogen auf das zu fügende Bauteil (10) einwirken.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Wiedereinschleusen des Bauteils (10) gezielt nur mit dem Laserstrahl oder nur mit dem Lichtbogen automatisiert nachgearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Herstellungsprozess ein Beschichtungsprozess zum Beschichten des Bauteils (10) verwendet wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Achsträgers eines Kraftfahrzeugs.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Achsbauteils eines Kraftfahrzeugs.