DE102012022332A1

DE102012022332A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Materialversagen an Falzkanten

Info

Publication number: DE102012022332A1
Application number: DE201210022332
Authority: DE
Inventors: Martin Zubeil
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Materialversagen (B1 bis Bn) an Falzkanten (FK). Erfindungsgemäß wird während der Erzeugung einer Falzkante (FK) ein ortsaufgelöster Kraftverlauf (KV) einer Umformkraft (F) erfasst und mathematisch differenziert, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes (F_Grenz) im differenzierten Kraftverlauf (KV') ein Materialversagen (B1 bis Bn) an einer mit einer Position (POS) im differenzierten Kraftverlauf (KV') korrespondierenden Position an der Falzkante (FK) erfasst wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (4) zur Detektion von Materialversagen (B1 bis Bn) an Falzkanten (FK). Die Vorrichtung (4) umfasst eine Falzvorrichtung (2) zur Erzeugung einer Falzkante (FK), eine Erfassungseinheit (4.1) zur Erfassung eines ortsaufgelösten Kraftverlaufs (KV) einer zur Erzeugung der Falzkante (FK) aufgebrachten Umformkraft (F), eine Recheneinheit (4.4) zur mathematischen Differenzierung des ortsaufgelösten Kraftverlaufs (KV) und eine Auswerteeinheit (4.5), mittels welcher bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes (F_Grenz) im differenzierten Kraftverlauf (KV') ein Materialversagen (B1 bis Bn) an einer mit einer Position (POS) im Kraftverlauf korrespondierenden Position an der Falzkante (FK) erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Materialversagen an Falzkanten.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Detektion von Materialversagen an Falzkanten.
Aus dem Stand der Technik sind Bauteile bekannt, welche eine Falzkante aufweisen. Ein solches Bauteil mit einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech und einem Innenblech beschreibt die DE 198 40 617 A1 . Das Außenblech weist einen ungebogenen, an einer ersten Seite des Innenblechs anliegenden Abschnitt und einen eine Kante des Innenbleches umgebenden Biegeanschnitt auf.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Materialversagen an Falzkanten bekannt. Die Falzkanten werden hierbei mittels optischer Messsysteme untersucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung von Materialversagen an Falzkanten anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In dem Verfahren zur Detektion von Beschädigungen an Falzkanten wird erfindungsgemäß während der Erzeugung einer Falzkante ein ortsaufgelöster Kraftverlauf einer Umformkraft erfasst und mathematisch differenziert, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes im differenzierten Kraftverlauf eine Beschädigung an einer mit einer Position im differenzierten Kraftverlauf korrespondierenden Position an der Falzkante erfasst wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, bereits während des Falzprozesses gegebenenfalls auftretende Risse an der Falzkante zu erfassen. Daraus resultiert wiederum, dass die Beschädigungen besonders frühzeitig detektierbar sind und frühzeitig Maßnahmen ergriffen werden können, um ein Materialversagen abzustellen. Ferner resultiert aus der In-situ-Überwachung der Falzkante während deren Erzeugung eine Zeit- und Kostenersparnis, da zusätzliche und aufwändige Detektionsverfahren, welche nach der Erzeugung der jeweiligen Falzkante durchgeführt werden, entfallen können. Insbesondere ist es im Gegensatz zu optischen Verfahren auch möglich, Beschädigungen von Oberflächenrauhigkeiten zu unterscheiden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Ausschnitt eines Bauteils mit einer Falzkante,
2 schematisch ein mittels eines optischen Messsystems erzeugtes Bild, welches einen Abschnitt der Falzkante gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung zeigt,
3 schematisch ein mittels eines optischen Messsystems in einer Auflichtmikroskopie erzeugtes Bild, welches einen Abschnitt der Falzkante gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung zeigt,
4 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Erzeugung einer Falzverbindung zwischen zwei Bauteilen,
5 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Erzeugung eines Haubenelements eines Fahrzeugs,
6 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von Beschädigungen an Falzkanten,
7 schematisch einen mittels der Vorrichtung gemäß 6 ermittelten ortsaufgelösten Kraftverlauf einer zur Erzeugung einer Falzkante aufgebrachten Umformkraft,
8 schematisch einen ortsaufgelösten mathematisch differenzierten Kraftverlauf der Umformkraft gemäß 7 und
9 schematisch ein Bauteil im Bereich einer Falzkante mit Beschädigungen und ein dazugehöriger ortsaufgelöste mathematisch differenzierter Kraftverlauf einer Umformkraft.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ausschnitt eines Bauteils 1 dargestellt, wobei das Bauteil 1 ein Innenblech 1.1 und ein um eine Kante des Innenblechs 1.1 gebogenes Außenblech 1.2 umfasst. Das Außenblech 1.2 weist dabei eine Falzkante FK auf, welche sich im Bereich der Biegung des Außenblechs 1.2 um das Innenblech 1.1 ausbildet.
Während der Erzeugung der Falzkante FK besteht jedoch die Gefahr, dass ein Materialversagen des Außenblechs 1.2 entlang der Biegeachse auftritt und somit Beschädigungen B1 bis Bn an dieser auftreten. Aufgrund von Vordehnungen und damit verbundenen Vorschädigungen besitzt das Außenblech 1.2 ein entsprechendes Restumformvermögen. Wird dieses Restumformvermögen während des Biegeprozesses erreicht, entsteht ein Materialversagen in Form eines Risses gemäß B1 bis Bn.
2 zeigt ein mittels eines optischen Messsystems erzeugtes Bild, welches einen Abschnitt des Bauteils 1 gemäß 1 im Bereich der Falzkante FK in einer vergrößerten Darstellung zeigt. Das Bild zeigt ein Schliffbild der Falzkante FK, wobei in der Oberfläche der Falzkante FK als Risse ausgebildete Beschädigungen B1 bis Bn ausgebildet ist.
In 3 ist ein mittels eines optischen Messsystems in einer Auflichtmikroskopie erzeugtes Bild dargestellt, welches einen Abschnitt des Bauteils 1 gemäß 1 im Bereich der Falzkante FK in einer vergrößerten Darstellung zeigt.
Zur Erfassung der in den 2 und 3 dargestellten Bilder wird gemäß dem Stand der Technik nach dem Falzvorgang die Falzkante FK mittels des optischen Messsystems gescannt und somit nach Erzeugung der Falzkante FK in einem gesonderten Arbeitsschritt mit großem Aufwand die Oberfläche der Falzkante FK beurteilt. Dabei können jedoch signifikante Unterschiede zwischen Oberflächenrauheiten und Mikrorissen nicht oder zumindest nicht eindeutig ermittelt werden. Auch ist eine gesamtheitliche Betrachtung der Falzkante FK aufgrund der erforderlichen Messzeiten im Serienprozess bei der Erzeugung der Falzkante FK nicht oder nur zu unzureichend realisierbar.
4 zeigt schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Erzeugung einer Falzverbindung zwischen zwei Bauteilen, das heißt zwischen dem Innenblech 1.1 und dem Außenblech 1.2 zur Erzeugung des Bauteils 1 mittels einer Falzvorrichtung 2.
Der im Falzvorgang durchgeführte Biegeprozess des Außenblechs 1.2 wird mittels einer robotergeführten Falzrolle 2.1 ausgeführt, wobei die Falzrolle 2.1 unter Ausübung einer Anpresskraft über einen Bereich des umzuformenden Außenblechs 1.2 führbar ist. Das Außenblech 1.2 und das Innenblech 1.1 sind dabei auf einem Falzbett 2.2 angeordnet. Während des Falzens wird ein Flanschbereich des Außenblechs 1.2, welches beispielsweise ein Beplankungsteil einer Fahrzeugkarosserie ist, um das innen liegende Innenblech 1.1 in mehreren Schritten S1 bis S3 gebogen. Durch diesen Vorgang werden das Außenblech 1.2 und das Innenblech 1.1 zu einem gemeinsamen Bauteil 1 gefügt. Die Schritte S1 und S2 stellen dabei ein so genanntes Vorfalzen und der Schritt S3 ein so genanntes Fertigfalzen dar.
In 5 ist ein Ablauf eines Verfahrens zur Erzeugung eines als Haubenelement eines Fahrzeugs 3 ausgebildeten Bauteils 1 dargestellt, wobei das Verfahren analog zu dem in 4 dargestellten und beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Bauteil 1 um ein anderes Karosseriebauteil des Fahrzeugs 3, beispielsweise um eine Tür, einen Heckdeckel, eine Kofferraumklappe oder ein Fahrzeugdach.
Das Außenblech 1.2 stellt dabei eine Beplankung des Innenblechs 1.1 dar und wird im Bereich der Falzkante FK um das Innenblech 1.1 gebogen.
Beim Falzen muss sichergestellt werden, dass sich eine Biegekante, d. h. die Falzkante FK nach dem Falzprozess in einem einwandfreien Zustand befindet, d. h. kein Materialversagen B1 bis Bn, insbesondere in Form von Rissen, aufweist. Gründe, welche zu derartigen Beschädigungen B1 bis Bn führen können, sind Chargenschwankungen des zugelieferten Blechmaterials, Prozessveränderungen im Presswerk sowie im Rohbau oder eine fehlerhafte Programmierung einer Rollfalzbahn.
Zur Detektion solcher Beschädigungen B1 bis Bn sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass während der Erzeugung der Falzkante FK ein in den 6 und 7 näher dargestellter ortsaufgelöster Kraftverlauf KV einer Umformkraft F erfasst und mathematisch differenziert wird, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes F_Grenz im differenzierten Kraftverlauf KV', dargestellt in 8, eine Beschädigung B1 bis Bn an einer mit einer Position POS im differenzierten Kraftverlauf KV' korrespondierenden Position an der Falzkante FK erfasst wird.
6 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 zur Detektion von Beschädigungen B1 bis Bn an Falzkanten FK.
Die Vorrichtung 4 umfasst die als Rollfalzvorrichtung ausgebildete Falzvorrichtung 2 mit der Falzrolle 2.1 und dem Falzbett 2.2 zur Erzeugung der Falzkante FK. Die Falzrolle 2.1 ist dabei an einem Roboterarm 2.3 befestigt und mittels des Roboterarms 2.3 definiert führbar.
Die Detektion der Beschädigungen B1 bis Bn erfolgt während des Rollfalzprozesses, indem mittels einer Erfassungseinheit 4.1 die sich bei der Umformung an der Falzkante FK ergebende Umformkraft F erfasst wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinheit 4.1 ein Kraftmesssystem mit mehreren nicht gezeigten Piezoelementen zur Erfassung einer Anpresskraft der Falzrolle 2.1.
In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst das Kraftmesssystem alternativ oder zusätzlich zumindest einen weiteren Kraftsensor, eine so genannte Kraftmessdose, zur Erfassung der Anpresskraft.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Erfassungseinheit 4.1 in nicht näher dargestellter Weise zumindest einen Stromsensor zur Erfassung eines elektrischen Motorstroms von elektrischen Antrieben des Roboterarms 2.3. Aus dem Motorstrom des Roboterarms 2.3 ist wiederum die Anpresskraft der Falzrolle 2.1 ermittelbar.
Die Erfassungseinheit 4.1 ist unabhängig von ihrer Ausbildung vorzugsweise derart beschaffen, dass die Anpresskraft dreidimensional ermittelt werden kann. Während des Rollfalzvorganges wird mittels der Erfassungseinheit 4.1 ein Kraftverlauf der Anpresskraft in Abhängigkeit einer Position der Falzrolle 2.1 ermittelt. Ein besonderer Vorteil, der sich aus einer solchen so genannten In-situ-Messung ergibt, ist die Möglichkeit einer Erfassung von momentanen, signifikanten Veränderungen des Kraftverlaufs.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinheit 4.1 mit einem Ladungs-Spannungs-Wandler 4.2, auch als Ladungsverstärker bezeichnet, gekoppelt, mittels welchem die elektrische Ladung der piezoelektrischen Sensoren, d. h. der Piezoelemente, in eine dazu proportionale elektrische Spannung umgewandelt wird.
Der Ladungs-Spannungs-Wandler 4.2 ist mit einem Analog-Digital-Wandler 4.3 zur Umsetzung analoger Eingangssignale ES in digitale Ausgangssignale AS gekoppelt.
Als Ausgangssignale AS wird der Kraftverlauf der Anpresskraft einer Recheneinheit 4.4 zugeführt, welche aus der Anpresskraft der Falzrolle 2.1 den ortsaufgelösten Kraftverlauf KV der bei der Erzeugung der Falzkante FK auftretenden Umformkraft F ermittelt. Dabei ist die Umformkraft F ein Resultat, welches sich aufgrund eines Umformwiderstandes des jeweiligen Materials während des Biegevorgangs ergibt.
Mittels der Recheneinheit 4.4 wird der ortsaufgelöste Kraftverlauf KV mathematisch differenziert, wodurch eine Ermittlung von Extremwerten zur Bestimmung von lokalen Minima und Maxima ermöglicht wird.
Der differenzierte Kraftverlauf KV' wird anschließend einer Auswerteeinheit 4.5 zugeführt, mittels welcher dieser ausgewertet wird. Bei Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes F_Grenz im differenzierten Kraftverlauf KV' wird darauf geschlossen, dass sich eine Beschädigung B1 bis Bn an einer mit einer Position POS im differenzierten Kraftverlauf KV korrespondierenden Position an der Falzkante FK befindet. Das heißt, die berechneten Maxima liegen im Bezug auf die Falzkante FK an den Positionen, an denen während des Falzprozesses die Beschädigungen B1 bis Bn entstehen. Somit ist eine In-situ-Detektion der Beschädigungen B1 bis Bn, insbesondere von Rissen, anhand der ermittelten Kraftverläufe KV, KV' möglich.
In 7 ist der mittels der Vorrichtung 4 gemäß 6 ermittelte ortsaufgelöste Kraftverlauf KV der zur Erzeugung der Falzkante FK aufgebrachten Umformkraft F dargestellt, wobei der Kraftverlauf KV insbesondere im dritten Schritt S3 der Erzeugung der Falzkante FK, d. h. während des so genannten Fertigfalzens, mittels der Erfassungseinheit 4.1 erfasst wird.
8 zeigt den ortsaufgelösten mathematisch differenzierten Kraftverlauf KV' der Umformkraft F gemäß 7, wobei die differenzierte Umformkraft F' vorzugsweise durch mehrmalige mathematische Ableitung der Umformkraft F ermittelt wird. Beispielsweise ist die differenzierte Umformkraft F' die fünfte mathematische Ableitung der Umformkraft F.
In 9 sind das Bauteil 1 im Bereich der Falzkante FK mit Beschädigungen B1 bis Bn und der dazugehörige ortsaufgelöste mathematisch differenzierte Kraftverlauf KV' der Umformkraft F dargestellt, wobei einzelne Maxima im Verlauf der mathematisch differenzierten Umformkraft F' und Gruppen dieser jeweils eine als Riss ausgebildete Beschädigung B1 bis Bn an der korrespondierenden Position POS an der Falzkante FK wiedergeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 und das erfindungsgemäße Verfahren sowie deren Ausgestaltungen ermöglichen eine so genannte In-situ-Detektion der Beschädigungen B1 bis Bn während der Erzeugung der Falzkante FK. Da im Gegensatz zu optischen Messverfahren kein zusätzlicher Arbeitsschritt nach der Erzeugung der Falzkante FK erforderlich ist, sondern die Detektion parallel mit der Umformung erfolgt, ist eine vollständige Untersuchung der Falzkante FK ohne zusätzlichen zeitlichen Aufwand realisierbar. Insbesondere dann, wenn die Erfassungseinheit 4.1 zur Erfassung der Anpresskraft der Falzrolle 2.1 derart ausgebildet ist, dass diese die elektrischen Motorströme der Antriebe des Roboterarms 2.3 erfasst, ist es möglich, ohne zusätzliche externe Messvorrichtungen die Detektion der Beschädigungen B1 bis Bn, insbesondere eine Rissdetektion, auf Basis der Extremwerbetrachtung zu realisieren, woraus sich wiederum ein minimierter Kostenaufwand ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19840617 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Detektion von Materialversagen (B1 bis Bn) an Falzkanten (FK), dadurch gekennzeichnet, dass während der Erzeugung einer Falzkante (FK) ein ortsaufgelöster Kraftverlauf (KV) einer Umformkraft (F) erfasst und mathematisch differenziert wird, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes (F_Grenz) im differenzierten Kraftverlauf (KV') eine Beschädigung (B1 bis Bn) an einer mit einer Position (POS) im differenzierten Kraftverlauf (KV') korrespondierenden Position an der Falzkante (FK) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftverlauf (KV) der Umformkraft (F) aus einer Anpresskraft einer Falzvorrichtung (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftverlauf (KV) der Umformkraft (F) aus einem elektrischen Motorstrom einer Falzvorrichtung (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsauflösung der Kraftverlaufs (KV) anhand einer Ermittlung der Umformkraft (F) an einer jeweiligen Position einer Falzvorrichtung (2) relativ zur Falzkante (FK) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Matieralversagen (B1 bis Bn) Risse erkannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Falzvorrichtung (2) eine Roll-Falzvorrichtung verwendet wird.
Vorrichtung (4) zur Detektion von Beschädigungen (B1 bis Bn) an Falzkanten (FK), gekennzeichnet durch – eine Falzvorrichtung (2) zur Erzeugung einer Falzkante (FK), – eine Erfassungseinheit (4.1) zur Erfassung eines ortsaufgelösten Kraftverlaufs (KV) einer zur Erzeugung der Falzkante (FK) aufgebrachten Umformkraft (F), – eine Recheneinheit (4.4) zur mathematischen Differenzierung des ortsaufgelösten Kraftverlaufs (KV) und – eine Auswerteeinheit (4.5), mittels welcher bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes (F_Grenz) im differenzierten Kraftverlauf (KV') ein Materialversagen (B1 bis Bn) an einer mit einer Position (POS) im Kraftverlauf korrespondierenden Position an der Falzkante (FK) erfassbar ist.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (4.1) zumindest einen Kraftsensor und/oder zumindest ein Piezoelement zur Erfassung einer Anpresskraft der Falzvorrichtung (2) umfasst, wobei aus der Anpresskraft die Umformkraft (F) ermittelbar ist.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (4.1) zumindest einen Stromsensor zur Erfassung eines elektrischen Motorstroms der Falzvorrichtung (2) umfasst, wobei aus dem Motorstrom eine Anpresskraft der Falzvorrichtung (2) und aus der Anpresskraft die Umformkraft (F) ermittelbar ist.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Falzvorrichtung (2) zur Erzeugung der Falzkante (FK) zumindest eine Falzrolle (2.1) umfasst, welche unter Ausübung einer Anpresskraft zumindest über einen Bereich eines umzuformenden Bauteils (1) führbar ist.