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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes zum Fügen einer Baugruppe.
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Im Karosseriebau werden beim Fügen von Karosserieteilen diese in einem Einspannsystem eingespannt, welches aus wenigstens einem, zumeist aber mehreren, Einspanneinrichtungen besteht. Solche Vorrichtungen sind ein entscheidendes Glied im Karosseriebauprozess. Insbesondere sind sie maßgebend für die erreichbare Genauigkeit der Fügebaugruppe. So ist es nicht ausreichend, die Spannpunkte der Einspanneinrichtungen in einer Normlage der jeweiligen Spannstellen der ungefügten Baugruppe auszurichten. Aufgrund von Maßtoleranzen der einzelnen Karosserieteile ist das Justieren der Lage der Einspanneinrichtungen erforderlich, um die Abweichungen der einzelnen Bauteile der Baugruppe von den jeweiligen Normmaßen auszugleichen und schließlich eine gefügte Baugruppe zu erhalten, deren Maßtoleranzen innerhalb definierter Grenzen liegen.
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Aus dem bekannten Stand der Technik ist eine Justiermöglichkeit bekannt, bei der die Einspanneinrichtungen händisch nachjustiert werden. Üblicherweise sind derartige Einspanneinrichtungen auf einer Konsole angeordnet, welche wiederum an einem Vorrichtungsgrundgestell befestigt ist, wobei zwischen einer Einspanneinrichtung und einer Konsole Abstimmelemente angeordnet sein können, die auch Shimbleche genannt werden.
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Für die Justage einer Einspannrichtung können je nach Anforderung Shimbleche hinzugefügt oder entnommen werden. Solche Justiermaßnahmen werden von Anlagenmitarbeitern erfahrungsbasiert vorgenommen, da die Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Spannstellen der Einspanneinrichtungen komplex sind und zusätzlich zwischen unterschiedlichen Bauteilen und/oder Baugruppen variieren können. Die Genauigkeit der gefügten Baugruppe wird hierdurch begrenzt. Insbesondere geht dies mit einer Streuung der jeweils erzielten Maßgenauigkeiten einher.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik in der
DE 10 2011 116 808 A1 ein automatisches Bauteilausrichtungs- und Spannsystem bekannt, bei dem die Justage der einzelnen Spannpunkte der Einspanneinrichtungen mittels einer hydraulischen Stellaktorik erfolgt. Durch eine derartige Stellaktorik kann zeitsparend eine Justage der einzelnen Einspanneinrichtungen vorgenommen werden. Ferner wird in der
DE 10 2011 116 808 A1 vorgeschlagen, die Justage der Einspanneinrichtungen mittels einer nicht näher erläuterten Regelung vorzunehmen.
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Aus der
US 5 901 426 A ist es bekannt, die Verformung von in einer Spannvorrichtung eingelegten Bauteilen durch jeweils in den Spannelementen integrierte Kraftsensoren zu erfassen. Diese kraftsensorisch erfasste Verformung der Bauteile dient anschließend als Berechnungsgrundlage für das Stellmaß. Die Kraftsensoren messen aber vorwiegend die hohe Kraft, die die Spannelemente im geschlossenen Zustand bewirken. Die für das Stellmaß wichtigen Kraftwirkungen zwischen den einzelnen Spannelementen sind aber durch eine solche bekannte Anordnung nicht direkt messbar.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes zum Fügen einer Baugruppe anzugeben, mit dem das jeweils erforderliche Soll-Stellmaß mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig geringem Aufwand bestimmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
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Bei einem Verfahren wird eine Baugruppe in einem ungefügten Zustand an wenigstens zwei zueinander beabstandeten Spannstellen in jeweils einer auf einem Ist-Stellmaß eingestellten Einspanneinrichtung eingespannt.
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In dem eingespannten Zustand wird für wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe eine Reaktionskraft auf die jeweilige Einspanneinrichtung erfasst.
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Weiterhin wird für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe aus der erfassten Reaktionskraft, aus dem Ist-Stellmaß der jeweiligen Einspanneinrichtung sowie aus einer bekannten Steigung einer Kraft-Weg-Charakteristik der Spannstelle der ungefügten Baugruppe der Kraft-Weg-Verlauf für die entsprechende Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt.
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Nach einem weiteren Verfahrensschritt wird für die wenigstens eine Spannstelle der gefügten Baugruppe aus einer bekannten Steigung einer Kraft-Weg-Charakteristik der Spannstelle der gefügten Baugruppe sowie einem Sollmaß der Spannstelle der gefügten Baugruppe ein Sollmaß-Kraft-Weg-Verlauf ermittelt. Dabei entspricht das Sollmaß der Spannstelle der gefügten Baugruppe einem gewünschten Normmaß der entsprechenden Spannstelle der gefügten Baugruppe.
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Die gewünschte Normgeometrie der gefügten Baugruppe wird dementsprechend bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt.
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Schließlich wird aus dem Schnittpunkt des Kraftwegverlaufs der Spannstelle der ungefügten Baugruppe sowie des Sollmaß-Kraft-Weg-Verlaufs der gefügten Baugruppe das Soll-Stellmaß für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird einerseits die präzise Bestimmung eines Soll-Stellmaßes für zumindest eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe gewährleistet. Gleichzeitig ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ermittlung des Soll-Stellmaßes mit nur geringem Aufwand und insbesondere systematisiert und damit reproduzierbar vorzunehmen.
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Gemäß der Erfindung werden bei einem Verfahren zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes zum Fügen einer Baugruppe zunächst für wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe Abweichungen der Bauteile von einer Normgeometrie durch geometrische Messung ermittelt.
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Eine solche geometrische Messung kann beispielsweise durch taktile oder optische Sensorik erfolgen. Dabei kann die geometrische Messung außerhalb einer Einspanneinrichtung, insbesondere in einem zur Einspannung der Baugruppe vorgelagerten Verfahrensschritt erfolgen. Ebenso ist es möglich, die geometrische Vermessung während des Einspannens der Baugruppe in eine Einspanneinrichtung durchzuführen. Hierzu können die Bauteile der ungefügten Baugruppe in eine Einspanneinrichtung eingelegt werden und die während des Festspannens der Baugruppe erfolgende Verformung der Bauteile an zumindest einer Spannstelle gemessen werden, beispielsweise mittels Laserabstandsmessung. Die gemessene Verformung lässt Rückschlüsse auf die ursprüngliche Geometrie der Bauteile sowie auf die Reaktionskräfte zu, welche von der ungefügten Baugruppe auf die auf Ist-Stellmaß eingestellte Einspanneinrichtung wirken.
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Anschließend wird für wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe aus den ermittelten Abweichungen sowie aus einem Ist-Stellmaß einer Einspanneinrichtung eine im eingespannten Zustand der ungefügten Baugruppe auf die jeweilige Einspanneinrichtung wirkende Reaktionskraft ermittelt. Hierzu bedarf es nicht zwingend der Einspannung der Baugruppe in die jeweilige Einspanneinrichtung. Es genügt zu ermitteln, welche Reaktionskraft die ungefügte Baugruppe an der jeweiligen Spannstelle auf Einspanneinrichtung im eingespannten Zustand ausüben würde. Dies kann anhand der ermittelten Abweichungen der Bauteile sowie dem jeweiligen Ist-Stellmaß der Einspanneinrichtung rechnerbasiert ermittelt werden.
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Weiterhin wird gemäß dieser Lehre für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe aus der ermittelten Reaktionskraft, aus dem Ist-Stellmaß der jeweiligen Einspanneinrichtung sowie aus einer bekannten Steigung einer Kraft-Weg-Charakteristik der Spannstelle der ungefügten Baugruppe der Kraft-Weg-Verlauf für die Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt.
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Für die wenigstens eine Spannstelle der gefügten Baugruppe wird weiterhin aus einer bekannten Steigung einer Kraft-Weg-Charakteristik der Spannstelle der gefügten Baugruppe sowie einem Sollmaß der Spannstelle der gefügten Baugruppe ein Sollmaß-Kraft-Weg-Verlauf ermittelt.
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Schließlich wird nach dieser Lehre der Erfindung in einem weiteren Verfahrensschritt aus dem Schnittpunkt des Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der ungefügten Baugruppe sowie des Sollmaß-Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der gefügten Baugruppe das Soll-Stellmaß für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt.
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Auch durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dieser Lehre wird die präzise Bestimmung eines Soll-Stellmaßes für zumindest eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe gewährleistet.
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Vorzugsweise wird das Soll-Stellmaß für mehr als eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt, wodurch die Präzision der gefügten Baugruppe weiter gesteigert werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Einfluss des Soll-Stellmaßes einer Spannstelle der ungefügten Baugruppe auf das Soll-Stellmaß einer anderen Spannstelle der ungefügten Baugruppe erfasst und umgekehrt. Dabei kann der gegenseitige Einfluss von Soll-Stellmaßen unterschiedlicher Spannstellen bei der Ermittlung der Soll-Stellmaße berücksichtigt werden. Die gegenseitigen Wechselwirkungen der Spannstellen sowie der Soll-Stellmaße können anhand von Tensoren ermittelt werden. Dies gewährleistet eine weiter verbesserte Präzision der gefügten Baugruppe.
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Die Erfassung der Reaktionskraft an der wenigstens einen Spannstelle kann beispielsweise mittels einer Kraftsensorik vorgenommen werden. Hierfür können beispielsweise Dehnungsmessstreifen an den Einspanneinrichtungen oder an den die Einspanneinrichtungen tragenden Konsolen vorgesehen sein. Gleichermaßen kann im Fall einer Einspanneinrichtung mit hydraulischer Verstellaktorik auch ein hydraulischer Drucksensor vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Kraft-Weg-Charakteristik der wenigstens einen Spannstelle der ungefügten Baugruppe oder die Kraft-Weg-Charakteristik der wenigstens einen Spannstelle der gefügten Baugruppe und/oder das Sollmaß zumindest einer Spannstelle der gefügten Baugruppe und/oder das Ist-Stellmaß der jeweiligen Einspanneinrichtung in einer zentralen Speichereinheit abgelegt werden, wodurch eine Automatisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet werden kann.
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Die Kraft-Weg-Charakteristika der Spannstellen der ungefügten sowie der gefügten Baugruppe können dabei empirisch oder analytisch, insbesondere mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM), bestimmt werden.
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In vorteilhafter Weise kann die Ermittlung des Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle mittels einer zentralen Recheneinheit vorgenommen werden, die insbesondere Daten von einer Kraftsensorik empfängt und/oder Daten von einer zentralen Speichereinheit abruft, was ebenfalls zu einer Automatisierung und damit Reproduzierbarkeit des Verfahrens beiträgt.
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Für den Fall, dass das erfindungsgemäße Verfahren die geometrische Messung von Formabweichungen umfasst, kann die zentrale Recheneinheit ebenso Daten von einer optischen oder taktilen Senorik empfangen und verarbeiten. Auch hierdurch wird zu einer Automatisierung und damit zu einer Reproduzierbarkeit des Verfahrens beigetragen.
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Weiterhin kann die für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe erfasste Reaktionskraft sowie das für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelte und der erfassten Reaktionskraft zugehörige Soll-Stellmaß gespeichert, insbesondere in einer zentralen Speichereinheit abgelegt werden. Auf diese Weise können die jeweils ermittelten Daten für Zwecke der Analyse und Verbesserung der Fügeprozesse bereitgestellt werden.
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Ebenso kann die für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelte Reaktionskraft sowie das für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelte und der ermittelten Reaktionskraft zugehörige Soll-Stellmaß gespeichert, insbesondere in einer zentralen Speichereinheit abgelegt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann für die wenigstens eine Spannstelle der gefügten Baugruppe das Ist-Maß mit dem Sollmaß verglichen werden und aus der Differenz ein Korrekturfaktor zur Korrektur von zu ermittelnden Soll-Stellmaßen bestimmt werden. Die Bestimmung der Differenz kann beispielsweise durch optische oder taktile Vermessung der gefügten Baugruppe vorgenommen werden. Sofern keine Differenz vorliegt, also das Ist-Maß dem Sollmaß entspricht, wird ein Korrekturfaktor von „1” bestimmt.
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Ferner kann der für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelten Reaktionskraft sowie dem jeweils ermittelten Soll-Stellmaß der jeweilige Korrekturfaktor zugeordnet und gespeichert, insbesondere in einer zentralen Speichereinheit abgelegt werden.
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Die Bestimmung und Speicherung eines solchen Korrekturfaktors ermöglicht eine permanente Verbesserung und Präzisierung des Verfahrens zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und kann somit die Grundlage für ein selbstlernendes System bilden.
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In weiterhin vorteilhafter Weise kann die für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe erfasste Reaktionskraft mit Reaktionskräften vorangehender Baugruppen verglichen werden und im Fall identischer oder im Wesentlichen identischer Reaktionskräfte die Ermittlung des Soll-Stellmaßes anhand eines zugehörigen Korrekturfaktors ermittelt werden. Unter „im Wesentlichen identischer Reaktionskräfte” sollen hier Reaktionskräfte verstanden werden, die bis zu 20% insbesondere bis zu 10% voneinander abweichen. Ebenso können hierunter Reaktionskräfte verstanden werden, die bis zu 30%, vorzugsweise bis zu 40%, weiter vorzugsweise bis zu 60% und insbesondere bis zu 80% voneinander abweichen.
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Gleichermaßen ist es möglich, die für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe erfasste Reaktionskraft mit Reaktionskräften vorangehender Baugruppen zu vergleichen und für den Fall, dass die miteinander verglichenen Reaktionskräfte in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, welches innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, die Ermittlung des Soll-Stellmaßes anhand eines zugehörigen Korrekturfaktors vorzunehmen. Der jeweilige Verhältnisbereich kann je nach Berechnungsweise angepasst werden.
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Sofern für eine bestimmte Reaktionskraft ein großer Korrekturfaktor hinterlegt worden ist, kann dieser in besonders vorteilhafter Weise bei einer identischen oder im Wesentlichen identischen Reaktionskraft für die jeweilige Soll-Stellmaß Ermittlung herangezogen werden. Aber auch bei verhältnismäßig kleinen Korrekturfaktoren, die für bestimmte Reaktionskräfte hinterlegt worden sind, lässt sich auf diese Weise ein weiterhin präzisiertes Soll-Stellmaß ermitteln.
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Weiterhin kann in vorteilhafter Weise nach der Ermittlung des Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe die jeweilige Einspanneinrichtung, insbesondere im eingespannten Zustand der ungefügten Baugruppe, auf das ermittelte Soll-Stellmaß eingestellt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer hydraulischen Verstellaktorik erfolgen, wie sie in dem Stand der Technik der
DE 10 2011 116 808 A1 beschrieben worden ist. Insoweit wird auf den Offenbarungsgehalt der
DE 10 2011 116 808 A1 Bezug genommen.
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Dementsprechend kann die Einstellung der wenigstens einen Einspannvorrichtung auf das ermittelte Soll-Stellmaß automatisiert, insbesondere mittels einer hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Verstellaktorik, vorgenommen werden. Ein händisches Nachjustieren kann hierdurch vermieden werden.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das ermittelte Stellmaß als Handlungsanweisung für händisches Justieren genutzt wird.
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Vorzugsweise wird die ungefügte und eingespannte Baugruppe in einem Zustand, in dem die wenigstens eine Einspanneinrichtung auf das ermittelte Soll-Stellmaß eingestellt ist, gefügt. Hiernach kann die gefügte Baugruppe losgespannt und aus den Einspanneinrichtungen entnommen werden.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren für eine einzige Baugruppe mehr als einmal, insbesondere zwei- oder dreimal durchgeführt werden. Die Bestimmung des Soll-Stellmaßes wird demgemäß also mehrfach vorgenommen, bevor es letztlich zum eigentlichen Fügen der Baugruppe kommt. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn nach erstmaliger Bestimmung des Soll-Stellmaßes eine Einstellung der Einspanneinrichtung auf das erstmalig ermittelte Soll-Stellmaß vorgenommen wird und auf Grundlage dieses neuen Ist-Stellmaßes eine erneute Ermittlung des Soll-Stellmaßes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt.
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Durch eine solche mehrmalige Ermittlung des Soll-Stellmaßes kann der tatsächliche Kraft-Weg-Verlauf, also der Ist-Kraft-Weg-Verlauf der Spannstelle der ungefügten Baugruppe bestimmt werden. Die Genauigkeit des letztlich für den Fügeprozess maßgeblichen Soll-Stellmaßes kann hierdurch verbessert werden. Der Einfluss möglicher Ungenauigkeiten des erfindungsgemäß zu Grunde gelegten Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der ungefügten Baugruppe und/oder des erfindungsgemäß zu Grunde gelegten Sollmaß-Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der gefügten Baugruppe wird dadurch verringert. Bei einer solchen mehrmaligen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es selbstverständlich genügen, den Verfahrensschritt des Einspannens der Baugruppe in eine Einspanneinrichtung nur einmal, insbesondere bei erstmaliger Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzunehmen. Es ist aber auch möglich die mehrmalige Durchführung des Verfahrens derart vorzunehmen, dass die Baugruppe nach erstmaliger Durchführung wieder losgespannt und bei erneuter Durchführung wieder eingespannt wird.
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Die Ermittlung des Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe sowie die entsprechende Justierung der Einspanneinrichtungen auf das ermittelte Soll-Stellmaß sowie das letztliche Fügen der Baugruppe kann insbesondere innerhalb eines Spann- und Lösevorgangs, insbesondere mittels einer einzigen Vorrichtung, vorgenommen werden, wodurch sich der Handhabungsaufwand auf ein Minimum reduzieren lässt. Ferner besteht hierdurch gegenüber einer herkömmlichen Vorgehensweise, gemäß der einzelne gefügte Baugruppen zur Vermessung ausgeschleust und anhand der Messdaten Soll-Stellmaße bestimmt werden, der Vorteil, dass jede Baugruppe im jeweils günstigsten Justagezustand gefügt wird. Insbesondere kann durch das beschriebene Verfahren vermieden werden, dass bis zur Ermittlung der Soll-Stellmaße durch Vermessung einer gefügten Baugruppen weitere Baugruppen in einem ungeeigneten oder wenig günstigen Justagezustand gefügt werden. Die Baugruppenqualität kann hierdurch insgesamt verbessert werden.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass zumindest ein Bauteil der ungefügten Baugruppe in Abhängigkeit des ermittelten Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle charakterisiert wird. Die Charakterisierung erfolgt also im ungefügten Zustand. Hierdurch kann die Ermittlung eines Soll-Stellmaßes für einen späteren, insbesondere mittels einer weiteren Vorrichtung vorzunehmenden Fügeprozess klassifiziert werden. Dies kann unabhängig von der Frage erfolgen, ob die Ermittlung der Reaktionskraft und des daraus abgeleiteten Soll-Stellmaßes durch kraftsensorische oder geometrische Messung erfolgt.
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Gleichermaßen besteht die Möglichkeit, die ungefügte Baugruppe nach der Ermittlung des Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle ungefügt wieder los zu spannen und aus den Einspanneinrichtungen zu entnehmen, wobei zumindest ein Bauteil der entnommenen Baugruppe in Abhängigkeit des ermittelten Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle charakterisiert wird. Auch auf diese Weise kann die Ermittlung eines Soll-Stellmaßes für einen späteren, insbesondere mittels einer weiteren Vorrichtung vorzunehmenden Fügeprozess klassifiziert werden.
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Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von Bauteilen und/oder Baugruppen in Abhängigkeit der Soll-Stellmaß-Charakterisierung zu Gruppen sortiert, wobei die Bauteile und/oder Baugruppen gemäß der Sortierung gruppenweise einer Fügevorrichtung zugeführt und in dieser eingespannt und schließlich gefügt werden. Dies ermöglicht die Ermittlung des Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe sowie den letztlichen Fügeprozess der jeweiligen Baugruppe auf zwei unterschiedlichen Vorrichtungen vorzunehmen, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau haben und damit kostengünstig bereitzustellen sind.
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Dabei kann zumindest eine Einspanneinrichtung der Fügevorrichtung auf das Soll-Stellmaß der jeweiligen Spannstelle einer nach Soll-Stellmaß-Charakterisierung sortierten Gruppe von Bauteilen und/oder Baugruppen eingestellt werden, bevor die Bauteile und/oder Baugruppen zugeführt werden. Die jeweilige Fügevorrichtung wird dementsprechend an eine jeweils vorsortierte Gruppe von Bauteilen und/oder Baugruppen angepasst, so dass der Justageaufwand insgesamt verringert werden kann. Dabei kann die Einstellung der zumindest einen Einspanneinrichtung der Fügevorrichtung auf das Soll-Stellmaß manuell, insbesondere mittels Shimen, vorgenommen werden. Ebenso kann die Justage der Einspanneinrichtungen der Fügevorrichtung mittels einer Stellaktorik, wie Sie in der
DE 10 2011 116 808 A1 beschrieben worden ist, vorgenommen werden.
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Eine Anordnung zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und/oder zum Fügen einer Baugruppe, insbesondere zur Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens, weist zumindest eine erste Vorrichtung auf, die wenigstens zwei Einspanneinrichtungen zum Einspannen einer Baugruppe, wenigstens eine Erfassungseinheit zum Erfassen der Reaktionskraft an wenigstens einer der Einspanneinrichtungen sowie eine Auswerteeinheit zum Auswerten der erfassten Reaktionskraft und zur Ermittlung des Soll-Stellmaßes für eine Spannstelle einer ungefügten Baugruppe umfasst.
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Eine weitere Anordnung zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und/oder zum Fügen einer Baugruppe, insbesondere zur Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens, weist zumindest eine erste Vorrichtung auf, die wenigstens zwei Einspanneinrichtungen zum Einspannen einer Baugruppe, wenigstens eine Messeinrichtung zum geometrischen Vermessen der Bauteile sowie eine Auswerteinheit zum Auswerten der Messdaten und Ermitteln der Reaktionskraft auf wenigstens eine der Einspanneinrichtungen sowie zur Ermittlung des Soll-Stellmaßes für eine Spannstelle einer ungefügten Baugruppe aufweist.
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Bei einer derartigen Anordnung kann zumindest eine der Einspanneinrichtungen der ersten Vorrichtung einstellbar sein. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn die erste Vorrichtung nicht nur zur Ermittlung des Soll-Stellmaßes der wenigstens einen Spannstelle sondern auch zum letztlichen Fügen der Baugruppe eingerichtet ist.
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Gleichermaßen kann eine Anordnung in vorteilhafter Weise neben einer ersten Vorrichtung auch eine zweite Vorrichtung aufweisen, wobei die erste Vorrichtung zur Soll-Stellmaß-Charakterisierung von Bauteilen und/oder Baugruppen eingerichtet ist. Dabei können die Einspanneinrichtungen der ersten Vorrichtung einstellbar ausgebildet sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
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Auch die zweite Vorrichtung einer solchen, in 2 gezeigten Anordnung weist wenigstens zwei Einspanneinrichtungen auf, die einstellbar ausgebildet sein können, wobei die zweite Vorrichtung zum Fügen der Baugruppe eingerichtet ist.
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Wie voranstehend beschrieben, kann bei einer Anordnung, die eine erste und eine zweite Vorrichtung aufweist, mittels der ersten Vorrichtung lediglich eine Soll-Stellmaß-Charakterisierung von Bauteilen und/oder Baugruppen vorgenommen werden, sodass eine dementsprechende Sortierung der Bauteile und/oder Baugruppen ermöglicht wird. Mittels der zweiten Vorrichtung kann dann der letztliche Fügeprozess der sortierten Bauteile und/oder Baugruppen durchgeführt werden.
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Da bei einer derartigen Anordnung der Justageaufwand für die zweite Vorrichtung verringert wird, besteht die Möglichkeit diese ohne Verstellaktorik auszuführen und die Justierbarkeit beispielsweise mittels Shimen zu gewährleisten, wodurch insbesondere die zweite Vorrichtung konstruktiv einfach und dementsprechend kostengünstig ausgeführt sein kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine Anordnung zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und/oder zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 eine Anordnung zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und/oder zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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3 eine schematische Darstellung des Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der ungefügten Baugruppe sowie des Sollmaß-Kraft-Weg-Verlauf der gefügten Baugruppe.
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4 einen Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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5 einen Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der
1 ist eine perspektivische Prinzipskizze einer Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Anordnung gemäß
1 weist eine erste Vorrichtung
1 auf, die ein Vorrichtungsgrundgestell
4, an diesem befestigte Konsolen
6 sowie an den Konsolen
6 angeordnete Einspanneinrichtungen
8 umfasst. Die Einspanneinrichtungen
8 sind über Verstellsysteme
10 relativ zu den Konsolen
6 einstellbar angeordnet. Dabei können die Stellsysteme
10 eine Bewegung beziehungsweise Justage der Einspanneinrichtungen
8 relativ zu den Konsolen
6 in einer oder mehreren Orientierungen gewährleisten. Auch diesbezüglich wird auf den Offenbarungsgehalt in der
DE 10 2011 116 808 A1 Bezug genommen.
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Ferner sind an den Konsolen 6 Erfassungseinrichtungen 12 zum Erfassen der Reaktionskräfte, die beim Einspannen einer Baugruppe auf die Einspanneinrichtungen 8 beziehungsweise die Konsolen 6 wirken, angeordnet. Die Erfassungseinheiten 12 können beispielsweise als Dehnungsmessstreifen oder als hydraulische Drucksensoren oder dergleichen ausgebildet sein.
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Die Anordnung gemäß 1 weist ferner eine Auswerteeinheit 14 auf, die beispielsweise mit einer zentralen Recheneinheit 16 sowie einer zentralen Speichereinheit 18 ausgestattet sein kann. Dabei kann die zentrale Recheneinheit 16 dazu eingerichtet sein, Daten von den Erfassungseinheiten 12 zu empfangen, sowie Daten von der zentralen Speichereinheit 18 abzurufen und automatisiert eine Ermittlung eines Soll-Stellmaßes für zumindest eine Spannstelle einer ungefügten Baugruppe durchzuführen.
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In 2 ist eine Anordnung zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und/oder zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Anordnung gemäß 2 umfasst eine erste Vorrichtung 1 sowie eine zweite Vorrichtung 2. Auch hier ist die erste Vorrichtung 1 mit einem Vorrichtungsgrundgestell 4, daran befestigten Konsolen 6 sowie an den Konsolen 6 angeordneten Einspanneinrichtungen 8 ausgestattet. Ebenfalls können gemäß dieser Anordnung bei der Vorrichtung 1 Stellsysteme 10 vorgesehen sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
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Weiterhin sind auch bei der Vorrichtung 1 gemäß der in 2 dargestellten Anordnung an den Konsolen 6 Erfassungseinrichtungen 12 zur Erfassung von Reaktionskräften, die beim Einspannen einer Baugruppe in der Vorrichtung 1 auf die Konsolen 6 beziehungsweise auf die Einspanneinrichtungen 8 wirken. Die Erfassungseinrichtungen 12 sind mit einer Auswerteinheit 14 verbunden, die eine zentrale Recheneinheit 16 sowie eine zentrale Speichereinheit 18 aufweisen kann, wobei die zentrale Speichereinheit 16 Daten von den Erfassungseinrichtungen 12 empfängt und Daten aus der zentralen Speichereinheit 18 abruft, um das Soll-Stellmaß zumindest einer Spannstelle einer ungefügten Baugruppe zu ermitteln.
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Gemäß der in 2 dargestellten Anordnung dient die Vorrichtung 1 lediglich zur Ermittlung des Soll-Stellmaßes zumindest einer Spannstelle einer ungefügten Baugruppe, wobei nach der Ermittlung der jeweiligen Soll-Stellmaße einer Mehrzahl von Baugruppen beziehungsweise Bauteilen diese zu Gruppen 20, 22 und 24 sortiert werden können. In Abhängigkeit der jeweils vorgenommenen Soll-Stellmaß-Charakterisierung werden die entsprechend sortierten Gruppen einer zweiten Vorrichtung 2 zugeführt werden, in der die Bauteile beziehungsweise Baugruppen eingespannt und schließlich zu einer Baugruppe gefügt werden.
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Die Vorrichtung 2 weist ebenfalls ein Vorrichtungsgrundgestell 4, daran befestigte Konsolen 6 sowie an den Konsolen angeordnete Einspanneinrichtungen 8 auf. Vorzugsweise sind die Einspanneinrichtungen 8 gegenüber den Konsolen 6 über Stellsysteme 10 beweglich angeordnet, so dass eine Einstellung der Einspanneinrichtungen gemäß den ermittelten Soll-Stellmaßen vorgenommen werden kann.
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In 3 sind die Kraft-Weg-Verläufe einer Spannstelle einer ungefügten sowie gefügten Baugruppe dargestellt. In dem gezeigten Koordinatensystem bezeichnet die Achse 26 einen Weg, also ein Maß, um welches eine Spannstelle einer gefügten oder ungefügten Baugruppe im Raum bewegt werden kann, sowie ein Maß, um welches der Spannpunkt einer Einspanneinrichtung im Raum verstellt werden kann.
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Die Achse 28 bezeichnet die Reaktionskraft, die von einem Bauteil an einer Spannstelle bei Bewegung aus einer Ausgangslage ausgeübt wird. Dabei zeigt die Gerade 30 den Kraft-Weg-Verlauf für eine gefügte Baugruppe und die Gerade 32 zeigt den Kraft-Weg-Verlauf für eine ungefügte Baugruppe. Die Steigung dieser Geraden können anhand empirischer Versuche oder analytischer Methoden, insbesondere mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM), ermittelt werden.
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Für die Ermittlung des Soll-Stellmaßes einer Spannstelle einer ungefügten Baugruppe bedarf es jedoch über die Kenntnis der Steigung der jeweiligen Kraft-Weg-Charakteristika der gefügten und ungefügten Baugruppe hinaus auch deren exakte Lage in einem entsprechenden Koordinatensystem, also letztlich der Bestimmung der exakten Verläufe.
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In Bezug auf den Kraft-Weg-Verlauf 30 der gefügten Baugruppe wird hierzu davon ausgegangen, dass die Gerade den Sollmaß-Punkt 34 der gefügten Baugruppe schneidet, so dass zumindest ein Punkt des Kraft-Weg-Verlaufs 30 der gefügten Baugruppe per Definition festgelegt wird und durch Kenntnis der Steigung der Geraden schließlich auch dessen exakter Verlauf.
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In Bezug auf den Verlauf 32 der ungefügten Baugruppe wird für die jeweilige Spannstelle der ungefügten Baugruppe aus der erfassten Reaktionskraft sowie aus dem Ist-Stellmaß der jeweiligen Einspanneinrichtung, also der aktuellen Weg-Position der Einspanneinrichtung, ein Punkt der Gerade 32 der ungefügten Baugruppe ermittelt. Aufgrund der Kenntnis über die Steigung des Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der ungefügten Baugruppe kann wiederum deren exakter Verlauf bestimmt werden.
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Der Schnittpunkt 36 beider Geraden kann schließlich für die Ermittlung des Soll-Stellmaßes für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe herangezogen werden.
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In 3 ist das Soll-Stellmaß mit 38 bezeichnet. Es versteht sich, dass sich die gefügte Baugruppe im eingespannten Zustand nicht zwingend in Soll-Geometrie befindet, da sich die Einspanneinrichtungen in einer von dem jeweiligen Sollmaß verstellten Lage befinden. Nach dem Lospannen der gefügten Baugruppe sowie deren Entnahme, erfolgt hingegen eine dem Soll-Stellmaß entsprechende elastische Rückformung der Baugruppe, sodass das gefügte Bauteil schließlich einer Norm-Geometrie entspricht.
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In 4 ist ein Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. In einem ersten Schritt werden Bauteile, die mit Maßtoleranzen behaftet sein können, in eine erste Vorrichtung eingelegt. In dieser ersten Vorrichtung werden die Bauteile der Baugruppe eingespannt und bilden somit eine ungefügte Baugruppe. Im eingespannten Zustand wird zumindest in Bezug auf eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe die Reaktionskraft gemessen, die von der Spannstelle der ungefügten Baugruppe auf die Einspanneinrichtung ausgeübt wird.
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Durch Erfassung der Reaktionskräfte kann gemäß der in 3 dargestellten Zusammenhänge die Ermittlung des Soll-Stellmaßes für zumindest eine Einspanneinrichtung vorgenommen werden. Nach der Ermittlung des Soll-Stellmaßes an zumindest einer Einspanneinrichtung wird diese dementsprechend justiert. Im Anschluss daran können die Bauteile der noch ungefügten Baugruppe zu einer gefügten Baugruppe gefügt werden. Schließlich werden die Einspanneinrichtungen losgespannt und die gefügte Baugruppe kann aus der Vorrichtung entnommen werden. Im Ergebnis können somit Baugruppen in Soll-Maßgeometrie gefertigt werden.
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5 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes und zum Fügen einer Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Auch hier werden zunächst Bauteile, die mit Maßtoleranzen behaftet sein können, in eine erste Vorrichtung eingelegt und gespannt. In dem gespannten Zustand werden die Reaktionskräfte, die von einer Spannstelle der ungefügten Baugruppe auf zumindest eine der Einspanneinrichtungen wirken, erfasst. Im Anschluss daran wird gemäß den in 3 beschriebenen Zusammenhängen das Soll-Stellmaß für zumindest eine Einspanneinrichtung ermittelt.
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Die Bauteile und/oder Baugruppen werden gemäß der jeweils ermittelten Soll-Stellmaße charakterisiert. Die noch ungefügten Bauteile können losgespannt und aus der ersten Vorrichtung entnommen und entsprechend der Soll-Stellmaß-Charakterisierung zu Gruppen sortiert werden. Entsprechend der Gruppierung können die Bauteile und/oder Baugruppen einer zweiten Vorrichtung zugeführt werden, in der die Bauteile und/oder Baugruppen eingespannt und schließlich gefügt werden. Dabei kann die zweite Vorrichtung im Hinblick auf die Soll-Stellmaß-Charakterisierung einer Gruppe von Bauteilen und/oder Baugruppen justiert werden, so dass der Justageaufwand insgesamt reduziert wird, insbesondere weniger häufig justiert werden muss.
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Ebenso ist es möglich, Bauteile einer Baugruppe nach Ihrer Soll-Stellmaßcharakterisierung derart miteinander zu kombinieren, dass keine oder nur eine geringe Justage der zweiten Vorrichtung erforderlich ist. Insbesondere können Bauteile auf eine Weise miteinander zu Baugruppen kombiniert werden, dass sich einzelne geometrische Abweichungen beziehungsweise Verspannungszustände in der schließlich gefügten Baugruppe aufheben. Dies ermöglicht den Einsatz weiter vereinfachter Fügevorrichtungen, die beispielsweise mit fest und unverstellbar angeordneten Einspanneinrichtungen ausgestattet sein können.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die erfindungsgemäße Ermittlung eines Soll-Stellmaßes während der Handhabung der Bauteile und/oder Baugruppen, welche beispielsweise mittels eines Greifers erfolgen kann, vorzunehmen. Derartige Greifer zur Handhabung von Bauteilen und/oder Baugruppen sind beispielsweise an Robotern angeordnet und können dazu eingesetzt werden Bauteile und/oder Baugruppen in eine Einspannvorrichtung einzulegen oder zwischen zwei unterschiedlichen Füge- oder Bearbeitungsstationen zu bewegen. Durch Ermittlung des Soll-Stellmaßes während der Handhabung können Prozessnebenzeiten effektiv genutzt werden.
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Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, die bei der Soll-Stellmaß-Charakterisierung ermittelten Daten zu speichern und für eine Modifikation ausgewählter Parameter beim Umformen, insbesondere beim Pressen der Bauteile zu verwenden. Auf diese Weise können bereits die Maßtoleranzen der Eingangsbauteile reduziert werden.
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Zur Verwendung der bei der Soll-Stellmaß-Charakterisierung ermittelten Daten für die Modifikation technologischer Parametern des Umformvorgangs können beispielsweise analytische, also formelbasierte Berechnungsverfahren zum Einsatz kommen. Ebenso können selbstlernende Algorithmen eingesetzt werden, die eine sogenannte Erfahrungsdatenbank laufend mit Daten speisen und auf diese zurückgreifen können. Unabhängig von dem jeweils gewählten Berechnungsverfahren zur Modifikation der Umformparameter können auch weitere Regelgrößen, wie beispielsweise technologische Parameter des Eingangsmaterials, berücksichtigt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Soll-Stellmaßes zum Fügen einer Baugruppe bei dem die Baugruppe in einem ungefügten Zustand an wenigstens zwei zueinander beabstandeten Spannstellen in jeweils einer auf einem Ist-Stellmaß befindlichen Einspanneinrichtung eingespannt wird, bei dem für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe eine Reaktionskraft auf die jeweilige Einspanneinrichtung erfasst wird, bei dem für wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe aus der erfassten Reaktionskraft, aus dem Ist-Stellmaß der jeweiligen Einspanneinrichtung sowie aus einer bekannten Steigung einer Kraft-Weg-Charakteristik der Spannstelle der ungefügten Baugruppe der Kraft-Weg-Verlauf für die Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt wird, bei dem für die wenigstens eine Spannstelle der gefügten Baugruppe aus einer bekannten Steigung einer Kraft-Weg-Charakteristik der Spannstelle der gefügten Baugruppe sowie einem Sollmaß der Spannstelle der gefügten Baugruppe ein Sollmaß-Kraft-Weg-Verlauf ermittelt wird, und bei dem aus dem Schnittpunkt des Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der ungefügten Baugruppe sowie des Sollmaß-Kraft-Weg-Verlaufs der Spannstelle der gefügten Baugruppe das Soll-Stellmaß für die wenigstens eine Spannstelle der ungefügten Baugruppe ermittelt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf Bauteile und/oder Baugruppen aus dem Karosseriebau beschränkt sondern für beliebige Bauteile, insbesondere für solche mit großflächiger Ausdehnung und verhältnismäßig geringer Schichtdicke, anwendbar.
