DE102015001922A1

DE102015001922A1 - A method of determining a quality of a joining operation and apparatus for determining a quality of a joining operation

Info

Publication number: DE102015001922A1
Application number: DE102015001922.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Kühner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Qualität eines Fügevorgangs zur Herstellung einer Fügeverbindung wenigstens zweier durch ein Fügeelement miteinander zu fügender Bauteile, mit zumindest folgenden Schritten: – Ermitteln eines den Fügevorgang beschreibenden Fügedatensatzes, welcher wenigstens eine Kraft-Weg-Kurve (10) beschreibt, wobei die Kraft-Weg-Kurve (10) eine zum Eintreiben des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile aufgewendete Kraft (F) in Abhängigkeit von einem durch das Fügeelement bei dessen Eintreiben in die miteinander zu fügenden Bauteile zurückgelegten Weg (x) beschreibt, – Ermittlung eines Steigungsdatensatzes aus dem Fügedatensatz, wobei der Steigungsdatensatz eine Mehrzahl von eine Änderung der Steigung der Kraft (F) in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg (x) beschreibenden Steigungswerten (20, 22, 28, 30) der wenigstens einen Kraft-Weg-Kurve (10) zumindest in einem vorbestimmten Bereich beschreibt, – Vergleichen des Steigungsdatensatzes mit einem Referenzdatensatz zum Ermitteln der Qualität des Fügevorgangs, wobei der Referenzdatensatz eine Mehrzahl von Referenzsteigungen (24, 26) umfasst.The invention relates to a method for determining a quality of a joining process for producing a joining connection of at least two components to be joined by a joining element, comprising at least the following steps: determining a joining data set describing the joining process, which describes at least one force-displacement curve (10) in which the force-displacement curve (10) describes a force (F) applied to drive the joining element into the components to be joined as a function of a path (x) traveled by the joining element as it is driven into the components to be joined together, Determining a slope data set from the joint data set, the slope data set having a plurality of slope values (20, 22, 28, 30) of the at least one force-displacement curve describing a change in the slope of the force (F) as a function of the distance traveled (x) (10) describes at least in a predetermined range, - comparing the Gradient data set with a reference data record for determining the quality of the joining process, wherein the reference data set comprises a plurality of reference slopes (24, 26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Qualität eines Fügevorgangs zur Herstellung einer Fügeverbindung wenigstens zweier durch ein Fügeelement miteinander zu fügender Bauteile. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Qualität eines derartigen Fügevorgangs.The invention relates to a method for determining a quality of a joining process for producing a joint connection of at least two by a joining element to be joined together components. Furthermore, the invention relates to a device for determining a quality of such a joining process.

Das Fügen stellt eine Möglichkeit zur dauerhaften Verbindung von Bauteilen dar und ist insbesondere in der Serienproduktion, insbesondere im Kraftfahrzeugbau besonders weit verbreitet. So stellt beispielsweise das Bolzensetzen eine Fügetechnik dar, bei welcher auch bei einseitiger Zugänglichkeit von zu fügenden Bauteilen eine sichere Fügeverbindung mit hoher Qualität hergestellt werden kann. Beim Bolzensetzen trifft ein Metallbolzen mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche eines zu fügenden Bauteils auf. Der Metallbolzen durchdringt dabei im Fügeprozess die miteinander zu fügenden Bauteile, wobei letztere im Bereich um die Fügezone durch den Metallbolzen durchbohrt und somit plastisch verformt werden.Joining represents a possibility for the permanent connection of components and is especially widespread in series production, in particular in motor vehicle construction. Thus, for example, the bolt setting represents a joining technique in which a reliable joint connection with high quality can be produced even with one-sided accessibility of components to be joined. During pinching, a metal pin strikes a surface of a component to be joined at high speed. The metal bolt penetrates in the joining process, the components to be joined together, the latter being pierced in the area around the joining zone by the metal bolt and thus plastically deformed.

Eine weitere Verbindungsmöglichkeit, welche hier ebenso wie das Bolzensetzen lediglich beispielhaft für eine Vielzahl von Fügetechniken erwähnt sei, stellt das sogenannte Vollstanznieten dar. Hierbei werden zu Beginn des Fügeverfahrens die zu fügenden Bauteile zwischen einer sogenannten Matrize und einem Niederhalter angeordnet. Mittels des Niederhalters werden die zu fügenden Bauteile dabei vorgespannt. Ein beim Vollstanznieten eingesetzter Niet stanzt dabei durch beide zu fügenden Bauteile hindurch.A further possibility of connection, which here as well as the bolt set is only mentioned by way of example for a multiplicity of joining techniques, represents the so-called solid punching. In this case, the components to be joined are arranged between a so-called die and a hold-down at the beginning of the joining process. By means of the blank holder, the components to be joined are preloaded. A rivet inserted in the solid punch rivet punches through both components to be joined.

Bei derartigen Fügetechniken zum Herstellen einer Fügeverbindung ist insbesondere in der Serienproduktion eine hohe Prozesssicherheit wünschenswert um mangelhafte Fügestellen, welche hohe Nachbearbeitungskosten verursachen können, zuverlässig und frühzeitig erkennen zu können.In such joining techniques for producing a joint connection, a high process reliability is desirable in particular in mass production to be able to reliably and early detect defective joints, which can cause high reworking costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen die Prozesssicherheit besonders weitreichend verbessert werden kann und mangelhafte Fügeverbindungen zuverlässig und frühzeitig erkannt werden können.Object of the present invention is to provide a method and an apparatus of the type mentioned, in which the process reliability can be particularly far-reaching improvement and defective joints can be reliably and early detected.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a device having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Qualität eines Fügevorgangs zur Herstellung einer Fügeverbindung wenigstens zweier durch ein Fügeelement miteinander zu fügender Bauteile erfolgt ein Ermitteln eines einen Fügevorgang beschreibenden Fügedatensatzes, welcher wenigstens eine Kraft-Weg-Kurve beschreibt, wobei die Kraft-Weg-Kurve eine zum Eintreiben des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile aufgewendete Kraft in Abhängigkeit von einem durch das Fügeelement bei dessen Eintreiben in die miteinander zu fügenden Bauteile zurückgelegten Weg beschreibt. Zudem erfolgt eine Ermittlung eines Steigungsdatensatzes aus dem Fügedatensatz, wobei der Steigungsdatensatz eine Mehrzahl von eine Änderung der Steigung der Kraft in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg beschreibenden Steigungswerten der wenigstens einen Kraft-Weg-Kurve zumindest in einem vorbestimmten Bereich beschreibt. Aus der Mehrzahl von Steigungswerten kann sogar eine Steigungskurve ermittelt werden, welche beispielsweise sämtliche Steigungswerte der Kraft-Weg-Kure enthält. Des Weiteren erfolgt ein Vergleichen des Steigungsdatensatzes mit einem Referenzdatensatz zum Ermitteln der Qualität des Fügevorgangs, wobei der Referenzdatensatz eine Mehrzahl von Referenzsteigungen umfasst.In the method according to the invention for determining a quality of a joining process for producing a joining connection of at least two components to be joined by a joining element, a joining data set describing a joining process is determined, which describes at least one force-displacement curve, wherein the force-displacement curve is a for driving the joining element in the components to be joined expended force depending on a traversed by the joining element in its driving into the components to be joined together path. In addition, a slope data set is determined from the joint data set, wherein the slope data set describes a plurality of slope values of the at least one force-displacement curve describing a change in the slope of the force as a function of the distance traveled at least in a predetermined range. From the plurality of slope values, even a slope curve can be determined, which contains, for example, all slope values of the force-displacement curve. Furthermore, the gradient data set is compared with a reference data record for determining the quality of the joining process, wherein the reference data record comprises a plurality of reference gradients.

Die zum Eintreiben des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile aufgewendete Kraft hängt dabei einerseits von der Geschwindigkeit des Eintreibens des Fügeelements als auch von der momentanen Position des Fügeelements relativ zu den zu fügenden Bauteilen ab. Dementsprechend unterscheidet sich die Kraft zum Eintreiben des Fügeelements zum Beginn des Eintreibens des Fügeelements von derjenigen Kraft, welche bei größerem zurückgelegtem Weg relativ zu den Bauteilen, also bei weiter fortgeschrittenem Eindringen des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile zum Fügen benötigt wird. Aus jeden Fügevorgang resultiert dabei eine zu diesem Fügevorgang gehörende Kraft-Weg-Kurve. Die für den Fügevorgang aus der Kraft und dem Weg ermittelte Kraft-Weg-Kurve des Fügedatensatzes kann beispielsweise mit Erfahrungswerten verglichen werden, wobei diese Erfahrungswerte von bereits zuvor durchgeführten Fügeverbindungen stammen können, welche für qualitativ in Ordnung befunden wurden. Um eine besonders hohe Prozesssicherheit gewährleisten und dementsprechend besonders zuverlässig und frühzeitig feststellen zu können, ob eine Kraft-Weg-Kurve eines momentanen Fügevorgangs in Ordnung ist oder nicht, wird aus dem Fügedatensatz der Steigungsdatensatz ermittelt, wobei der Steigungsdatensatz beispielsweise die Ableitung der Kraft-Weg-Kurve in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg umfasst. Der Steigungsdatensatz kann dabei sowohl einen einzelnen Steigungswert umfassen, welcher die Steigung der Kraft-Weg-Kurve an einer bestimmten Stelle (und somit an einem bestimmten Wegpunkt des Fügeelements relativ zu den zu fügenden Bauteilen) beschreibt, oder auch als Mittelwert von mehreren Steigungen an verschiedenen Stellen der Kraft-Weg-Kurve gebildet sein. Die Bildung eines Mittelwertes würde beispielsweise die Fehleranfälligkeit infolge von etwaigem Messrauschen bei der Messung der Kraft durch einen geeigneten Kraftsensor oder des Weges durch einen geeigneten Wegsensor verringern. Des Weiteren kann der Steigungsdatensatz auch mehrere Steigungswerte an voneinander unterschiedlichen Stellen (Wegpunkten) umfassen. Durch das Bestimmen mehrerer Steigungswerte kann eine etwaiger Fehler beim Herstellen der Fügeverbindung genauer hinsichtlich seiner Fehlerart klassifiziert werden. So kann beispielsweise ein zu kleines Fügeelement, welches beispielsweise einem Niet entspricht, durch den Steigungsverlauf von einem ausreichend großen Fügeelement unterschieden werden und damit frühzeitig eine Fehlerbehebung, also in diesem Fall das Austauschen des Nietes eingeleitet werden.The force used to drive the joining element into the components to be joined depends on the one hand on the speed of driving in of the joining element and on the instantaneous position of the joining element relative to the components to be joined. Accordingly, the force for driving the joining element for the beginning of the driving of the joining element differs from that force which is required with a greater distance traveled relative to the components, ie more advanced penetration of the joining element into the components to be joined for joining. Each joining process results in a force-displacement curve belonging to this joining process. The force-displacement curve of the joint data set determined for the joining process from the force and the path can be compared, for example, with empirical values, whereby these empirical values can originate from previously performed joint connections which were found to be qualitatively in order. In order to ensure a particularly high process reliability and accordingly to be able to determine particularly reliably and early whether a force-displacement curve of a current joining process is in order or not, the gradient data set is determined from the joint data set, wherein the gradient data set, for example, the derivative of the force-displacement Curve as a function of the distance covered. The slope data set can in this case comprise both a single slope value which indicates the slope of the force-displacement curve at a specific location (and thus at a certain waypoint of the joining element relative to the components to be joined), or else be formed as an average value of several gradients at different points of the force-displacement curve. The formation of an average would, for example, reduce the susceptibility to error due to any measurement noise in the measurement of force by a suitable force sensor or the path through a suitable displacement sensor. Furthermore, the slope data set may also include a plurality of slope values at mutually different locations (waypoints). By determining a plurality of slope values, any error in making the joint connection can be more accurately classified with respect to its type of error. Thus, for example, a too small joining element, which corresponds for example to a rivet, are distinguished by the pitch curve of a sufficiently large joining element and thus early troubleshooting, so in this case the replacement of the rivet be initiated.

Zur Bewertung der Qualität des Fügevorgangs wird also nicht nur die absolute Kraft-Weg-Kurve, sondern auch deren Steigungswert, bzw. Steigungswerte an einem oder mehreren Positionen des Fügeelements relativ zu den zu fügenden Bauteilen und damit in Abhängigkeit vom Weg herangezogen. Der Steigungswert, bzw. die Mehrzahl von Steigungswerten der Kraft werden beispielsweise durch Ableitung der Kraft-Weg-Kurve ermittelt und in dem besagten Steigungsdatensatz hinterlegt. Der Vergleich des Steigungsdatensatzes (welcher auch sämtliche Steigungswerte der Kraft-Weg-Kurve enthalten kann aus denen die vollständige, zu der Kraft-Weg-Kurve gehörende Steigungskurve ermittelt werden kann), mit dem Referenzdatensatz ermöglicht ein besonders zuverlässiges Erkennen unzulässig hoher oder niedriger Steigungswerte der Kraft beim Eintreiben des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile. Sind die Steigungswerte der Kraft beispielsweise zum Beginn des Fügevorgangs, also bei lediglich geringem zurückgelegtem Weg des Fügeelements relativ zu den zu fügenden Bauteilen, besonders hoch, so kann dies ein Indiz dafür sein, dass das Fügeelement (in mangelhafter Weise) relativ zu den zu fügenden Bauteilen beispielsweise verkippt ist oder sogar um 180° verdreht ist. Eine unerwartete Umkehr eines oder mehrerer Steigungswerte der Kraft kann beispielsweise auf einen plötzlichen Bruch eines oder mehrerer der zu fügenden Bauteile, oder auf eine Beschädigung eines zur Herstellung der Fügeverbindung benötigten Werkzeugs hindeuten. Lediglich beispielhaft sei hierzu auf das Ausbrechen einer Matrix, welche bei einem Nietvorgang (als Fügevorgang) als Gegenhalter der zu fügenden Bauteile fungiert, verwiesen. Der Referenzdatensatz umfasst eine Mehrzahl von Referenzsteigungen, welche beispielsweise im Rahmen einer Finite Elemente Berechnung (FEM) durch eine Simulation vorab ermittelt und zum Vergleich mit dem Steigungsdatensatz herangezogen werden können. Der Referenzdatensatz kann jedoch auch im Rahmen von Erfahrungswerten von bereits durchgeführten und für in Ordnung befundenen früheren Fügeverbindungen ermittelt werden und somit aus durch Messwerte gewonnenen Referenzsteigungen bestehen, welche zum Vergleich mit dem Steigungsdatensatz verwendet werden. Weicht der Steigungsdatensatz oder einzelne Steigungswerte zu stark von dem Referenzdatensatz, bzw. entsprechenden Referenzsteigungen ab, so lässt sich daraus auf einen mangelhaften Fügevorgang schließen.In order to assess the quality of the joining process, not only the absolute force-displacement curve, but also its slope value or gradient values at one or more positions of the joining element relative to the components to be joined and thus depending on the path are used. The slope value or the plurality of slope values of the force are determined, for example, by deriving the force-displacement curve and stored in the said slope data set. The comparison of the slope data set (which may also include all slope values of the force-displacement curve from which the complete slope curve associated with the force-displacement curve can be determined) with the reference data set enables particularly reliable detection of impermissibly high or low slope values Force when driving the joining element in the components to be joined. If the gradient values of the force, for example at the beginning of the joining process, ie with only a small distance traveled by the joining element relative to the components to be joined, are particularly high, this may be an indication that the joining element is (in a defective manner) relative to the joining For example, components is tilted or even rotated by 180 °. An unexpected reversal of one or more slope values of the force may, for example, indicate a sudden rupture of one or more of the components to be joined, or damage to a tool needed to make the joint. By way of example only, reference may be made here to the breaking out of a matrix, which acts as a counter-holder of the components to be joined during a riveting operation (as a joining process). The reference data set comprises a plurality of reference slopes, which can be determined in advance by means of a simulation, for example as part of a finite element calculation (FEM), and used for comparison with the slope data record. However, the reference data set can also be determined within the framework of empirical values of previous joint connections that have already been made and found to be in order, and thus consist of reference slopes obtained by measured values which are used for comparison with the slope data record. If the slope data set or individual slope values deviates too much from the reference data record or corresponding reference gradients, then it is possible to conclude that the joining process is inadequate.

Von Vorteil ist weiterhin, wenn ein Ermitteln der Steigungswerte des Steigungsdatensatzes mittels einer Fast-Fourier-Transformation erfolgt. Die Fast-Fourier-Transformation stellt eine besonders störunanfällige Auswertemöglichkeit dar, wobei auch ein etwaiges Messrauschen, wie es beispielsweise bei der Aufzeichnung der Kraft durch einen geeigneten Kraftsensor und zusätzlich oder alternativ bei der Aufzeichnung des Weges durch einen Wegsensor auftreten kann, erkannt und herausgefiltert werden kann.It is furthermore advantageous if the slope values of the slope data set are determined by means of a fast Fourier transformation. The fast Fourier transformation represents a particularly störunanfällige evaluation possibility, with any measurement noise, as may occur, for example, when recording the force by a suitable force sensor and additionally or alternatively when recording the path through a displacement sensor, are detected and filtered out can.

Von Vorteil ist weiterhin, wenn ein Vergleichen des Fügedatensatzes und/oder des Steigungsdatensatzes mit einem ersten Hülldatensatz, welcher wenigstens eine, mindestens einen zulässigen oberen Grenzwert für die Kraft-Weg-Kurve vorgebende, erste Hüllkurve umfasst, erfolgt. Die erste Hüllkurve kann als oberen Grenzwert einerseits einen einzelnen Zahlenwert umfassen, welcher dann beispielsweise als Obergrenze für sämtliche Wegpunkte, also sämtliche Positionen des Fügeelements relativ zu den zu fügenden Bauteilen gilt. In diesem Fall wird die Qualität der Fügeverbindung als nicht in Ordnung befunden, wenn die zu der einzelnen Fügeverbindung gehörende Kraft-Weg-Kurve diesen oberen Grenzwert erreicht oder überschreitet, also wenn die Kraft-Weg-Kurve diesen Wert tangiert oder schneidet. Dies stellt eine besonders einfache Bewertungsmöglichkeit dar. Alternativ dazu kann die erste Hüllkurve auch mehrere obere Grenzwerte umfassen, wobei dann die erste Hüllkurve selbst eine vom Weg abhängige, obere Kraft-Weg-Hüllkurve bildet. Unabhängig davon ob die erste Hüllkurve lediglich einen einzelnen oberen Grenzwert umfasst, oder mehrere obere Grenzwerte, welche die besagte obere Kraft-Weg-Hüllkurve bilden, kann die erste Hüllkurve sowohl mit dem Fügedatensatz, als auch zusätzlich oder alternativ mit dem Steigungsdatensatz verglichen werden. Hierzu können einerseits die einzelnen Absolutwerte der Kraft-Weg-Kurve des Fügedatensatzes mit den entsprechenden Werten des ersten Hülldatensatzes verglichen werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch Hüllkurven-Steigungswerte an verschiedenen Stellen der ersten Hüllkurve ermittelt werden und mit entsprechenden Steigungswerten des Steigungsdatensatzes an den jeweils selben Stellen (Wegpunkten) verglichen werden. Durch den Vergleich des Fügedatensatzes mit dem ersten Hülldatensatz kann besonders zuverlässig und schnell festgestellt werden, ob eine Grenzwertüberschreitung beim vorliegenden Fügevorgang erfolgt. Wird zusätzlich neben dem Fügedatensatz noch der Steigungsdatensatz zur Bewertung herangezogen (und dabei mit entsprechenden Hüllkurven-Steigungswerten an verschiedenen Stellen der ersten Hüllkurve verglichen), ob es sich um eine Fügeverbindung handelt, welche in Ordnung ist (IO-Verbindung) oder um eine Fügeverbindung, welche nicht in Ordnung ist (NIO-Verbindung) so können die IO-Verbindungen noch zuverlässiger von den NIO-Verbindungen unterschieden werden. Dies ist damit zu begründen, dass durch den Vergleich der Steigungswerte an einer oder verschiedenen Stellen auch beispielsweise Werkstoffanomalien oder beispielsweise Fehlstellungen des Fügeelements relativ zu den miteinander zu fügenden Bauteilen besonders zuverlässig erkannt werden können, selbst wenn diese zu einer Fügeverbindung führen, die den oberen Grenzwert (die erste Hüllkurve) nicht verletzen.It is furthermore advantageous if a comparison of the joint data record and / or the slope data record with a first envelope data record, which comprises at least one, at least one permissible upper limit value for the force-displacement curve predetermining, first envelope. The first envelope may include, on the one hand, a single numerical value as the upper limit value, which then applies, for example, as the upper limit for all waypoints, ie all positions of the joining element relative to the components to be joined. In this case, the quality of the joint connection is found to be inappropriate if the force-displacement curve associated with the individual joint connection reaches or exceeds this upper limit value, ie if the force-displacement curve touches or intersects this value. This represents a particularly simple evaluation option. Alternatively, the first envelope may also comprise a plurality of upper limit values, in which case the first envelope itself forms a path-dependent upper force-displacement envelope. Regardless of whether the first envelope comprises only a single upper limit, or a plurality of upper limits which form said upper force-displacement envelope, the first envelope may be compared both with the joint data set and additionally or alternatively with the slope data set. For this purpose, on the one hand, the individual absolute values of the force-displacement curve of the joint data set can be compared with the corresponding values of the first envelope data set. Additionally or alternatively, envelope slope values may also be determined at different locations of the first envelope and with corresponding ones Pitch values of the slope data set at the same points (waypoints) are compared. By comparing the joint data set with the first envelope data set, it is possible to determine particularly reliably and quickly whether a limit value violation occurs in the present joining process. If, in addition to the joint dataset, the gradient data set is also used for the evaluation (and compared with corresponding envelope slope values at different points of the first envelope), whether it is a joint connection which is OK (IO connection) or a joint connection, which is not OK (NIO connection), the IO connections can be distinguished even more reliably from the NIO connections. This is to be justified by the fact that by comparing the slope values at one or different locations, for example, material anomalies or, for example, malpositions of the joining element relative to the components to be joined together can be detected particularly reliable, even if they lead to a joint connection, which is the upper limit (the first envelope) do not hurt.

Von Vorteil ist weiterhin, wenn ein Vergleichen des Fügedatensatzes und/oder des Steigungsdatensatzes mit einem zweiten Hülldatensatz, welcher wenigstens eine, mindestens einen zulässigen unteren Grenzwert der Kraft-Weg-Kurve vorgebende zweite Hüllkurve umfasst. Die zweite Hüllkurve kann als unterer Grenzwert einerseits einen einzelnen Zahlenwert umfassen, welcher dann beispielsweise als Untergrenze für sämtliche Wegpunkte, also sämtliche Positionen des Fügeelements relativ zu den zu fügenden Bauteilen gilt. In diesem Fall wird die Qualität der Fügeverbindung als nicht in Ordnung befunden, wenn die zu der einzelnen Fügeverbindung gehörende Kraft-Weg-Kurve diesen unteren Grenzwert erreicht oder unterschreitet, also wenn die Kraft-Weg-Kurve diesen Wert tangiert oder schneidet. Dies stellt eine besonders einfache Bewertungsmöglichkeit dar. Alternativ dazu kann die zweite Hüllkurve auch mehrere untere Grenzwerte umfassen, wobei dann die zweite Hüllkurve selbst eine weitere, vom Weg abhängige, untere Kraft-Weg-Hüllkurve bildet. Unabhängig davon ob die zweite Hüllkurve lediglich einen einzelnen unteren Grenzwert umfasst, oder mehrere untere Grenzwerte, welche die besagte untere Kraft-Weg-Hüllkurve bilden, kann die zweite Hüllkurve sowohl mit dem Fügedatensatz, als auch zusätzlich oder alternativ mit dem Steigungsdatensatz verglichen werden. Hierzu können einerseits die einzelnen Absolutwerte der Kraft-Weg-Kurve des Fügedatensatzes mit den entsprechenden Werten des zweiten Hülldatensatzes verglichen werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch Hüllkurven-Steigungswerte an verschiedenen Stellen der zweiten Hüllkurve ermittelt werden und mit entsprechenden Steigungswerten des Steigungsdatensatzes an den jeweils selben Stellen verglichen werden. Durch den Vergleich des Fügedatensatzes mit dem zweiten Hülldatensatz kann besonders zuverlässig und schnell festgestellt werden, ob eine Grenzwertunterschreitung beim vorliegenden Fügevorgang erfolgt. Wird zusätzlich neben dem Fügedatensatz noch der Steigungsdatensatz zur Bewertung herangezogen (und dabei mit entsprechenden Hüllkurven-Steigungswerten an verschiedenen Stellen der zweiten Hüllkurve verglichen), ob es sich um IO-Verbindung oder um eine NIO-Verbindung handelt, so können die IO-Verbindungen noch zuverlässiger von den NIO-Verbindungen unterschieden werden. Dies ist damit zu begründen, dass durch den Vergleich der Steigungswerte an einer oder verschiedenen Stellen auch beispielsweise Werkstoffanomalien oder beispielsweise Fehlstellungen des Fügeelements relativ zu den miteinander zu fügenden Bauteilen besonders zuverlässig erkannt werden können, selbst wenn diese zu einer Fügeverbindung führen, die den unteren Grenzwert (die zweite Hüllkurve) nicht verletzen.It is furthermore advantageous if a comparison of the joint data record and / or the slope data record with a second envelope data record comprises at least one second envelope that predetermines at least one permissible lower limit value of the force-displacement curve. The second envelope may, on the one hand, comprise a single numerical value as the lower limit value, which then applies, for example, as a lower limit for all waypoints, ie all positions of the joining element relative to the components to be joined. In this case, the quality of the joint connection is found to be inappropriate if the force-displacement curve belonging to the individual joint connection reaches or falls below this lower limit value, ie if the force-displacement curve touches or intersects this value. This represents a particularly simple evaluation option. Alternatively, the second envelope may also comprise a plurality of lower limit values, in which case the second envelope itself forms a further path-dependent, lower force-displacement envelope. Regardless of whether the second envelope comprises only a single lower limit, or a plurality of lower limits that form said lower force-displacement envelope, the second envelope may be compared both with the joint data set and additionally or alternatively with the slope data set. For this purpose, on the one hand, the individual absolute values of the force-displacement curve of the joint data set can be compared with the corresponding values of the second envelope data set. Additionally or alternatively, envelope slope values may also be determined at different locations of the second envelope and compared to corresponding slope values of the slope data set at the respective same locations. By comparing the joint data set with the second envelope data set, it can be determined particularly reliably and quickly whether a limit value undershoot occurs in the present joining process. If, in addition to the joint data record, the gradient data record is also used for the evaluation (and compared with corresponding envelope slope values at different points of the second envelope), whether it is an IO connection or an NIO connection, then the IO connections can still be used be distinguished more reliably from the NIO connections. This is to be justified by the fact that by comparing the slope values at one or different locations, for example, material anomalies or, for example, malpositions of the joining element relative to the components to be joined together can be detected particularly reliably, even if they lead to a joint connection, which is the lower limit (the second envelope) do not hurt.

Von Vorteil ist weiterhin, wenn die Fügeverbindung eine Nietverbindung ist. Die Qualität eines Fügevorgangs zur Herstellung einer Nietverbindung kann besonders zuverlässig durch das hier vorgestellte Verfahren ermittelt werden. Dabei wird als einzutreibendes Fügeelement ein Niet verwendet, wobei der den Fügevorgang (hier: Nietvorgang) beschreibende Fügedatensatz besonders einfach zu ermitteln ist, da sowohl die zum Eintreiben des Nietes erforderliche Kraft, als auch der durch den Niet relativ zu den zu fügenden Bauteilen zurückgelegte Weg mit besonders einfachen Mitteln gemessen werden kann. Dementsprechend kann die zugehörige Kraft-Weg-Kurve mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.It is also advantageous if the joint connection is a riveted joint. The quality of a joining process for producing a riveted joint can be determined particularly reliably by the method presented here. In this case, a rivet is used as einzutreibendes joining element, wherein the joining process (here: riveting) descriptive joining data set is particularly easy to determine because both the force required to drive the rivet, as well as the distance traveled by the rivet relative to the components to be joined can be measured with very simple means. Accordingly, the associated force-displacement curve can be determined with high accuracy.

Zu der Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Qualität eines Fügevorgangs zur Herstellung einer Fügeverbindung wenigstens zweier miteinander zu fügender Bauteile, mit wenigstens einem Kraftsensor zum Ermitteln einer zum Eintreiben des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile aufgewendeten Kraft, mit wenigstens einem Wegsensor zum Ermitteln eines von dem Fügeelement bei dessen Eintreiben in die miteinander zu fügenden Bauteile zurückgelegten Weg und mit wenigstens einer Auswerteeinheit zum Ermitteln eines den Fügevorgang beschreibenden Fügedatensatzes, welcher wenigstens eine die Kraft in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg beschreibende Kraft-Weg-Kurve beschreibt. Um die Qualität des Fügevorgangs zur Herstellung der Fügeverbindung besonders zuverlässig zu ermitteln, ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, einen Steigungsdatensatz aus dem Fügedatensatz zu ermitteln, wobei der Steigungsdatensatz eine Mehrzahl von eine Änderung der Steigung der Kraft über dem Weg beschreibenden Steigungswerten der wenigstens einen Kraft-Weg-Kurve zumindest in einem vorbestimmten Bereich beschreibt. Eine besonders schnelle Ermittlung der Qualität des Fügevorgangs zur Herstellung der Fügeverbindung wird dadurch erreicht, dass die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, den Steigungsdatensatz mit einem Referenzdatensatz zum Ermitteln der Qualität des Fügevorgangs zu vergleichen, wobei der Referenzdatensatz eine Mehrzahl von Referenzsteigungen umfasst. Der Referenzdatensatz kann dabei beispielsweise Erfahrungswerte aus früheren IO-Verbindungen umfassen, welche mit dem Steigungsdatensatz verglichen werden.The invention also includes a device for determining a quality of a joining process for producing a joint connection of at least two components to be joined, with at least one force sensor for determining a force applied to drive the joining element into the components to be joined, with at least one displacement sensor for determining a from the joining element when it is driven into the components to be joined together, and with at least one evaluation unit for determining a joining data record describing the joining process, which describes at least one force-displacement curve describing the force as a function of the distance covered. In order to determine the quality of the joining process for producing the joint connection with particular reliability, the evaluation unit is designed to determine a gradient data record from the joint data record, wherein the gradient data record contains a plurality of slope values of the at least one force value describing a change in the slope of the force over the path. Way curve at least in a predetermined Area describes. A particularly rapid determination of the quality of the joining process for producing the joint connection is achieved in that the evaluation unit is adapted to compare the slope data set with a reference data set for determining the quality of the joining process, wherein the reference data set comprises a plurality of reference slopes. The reference data record can include, for example, empirical values from earlier IO connections, which are compared with the slope data record.

Die in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt.The preferred embodiments presented in relation to the method according to the invention and their advantages apply correspondingly to the device according to the invention and vice versa.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert.In the following, the invention is explained once again with reference to a concrete embodiment.

Die einzige Fig. zeigt in einem Kraft-Weg-Diagramm verschiedene Kraft-Weg-Kurven eines Fügedatensatzes, welcher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt wird.The single FIGURE shows in a force-displacement diagram various force-displacement curves of a joint data set, which is determined in the method according to the invention.

Die einzige Fig. zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraft-Weg-Diagramms 11, in welchem vorliegend zwei Kraft-Weg-Kurven 10 aufgetragen sind. Auf der Abszisse des Kraft-Weg-Diagramms 11 ist ein Weg x aufgetragen und auf der Ordinate des Kraft-Weg-Diagramms 11 eine Kraft F. Das Kraft-Weg-Diagramm 11 dient zur schematischen Darstellung einzelner Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Qualität eines Fügevorgangs zur Herstellung einer Fügeverbindung wenigstens zweier durch ein Fügeelement miteinander zu fügender Bauteile. Das Fügeelement entspricht im vorliegenden Beispiel einem Niet, welcher zum Fügen der Bauteile verwendet wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung 44 verwendet, zu welcher ein hier nicht weiter dargestellter Kraftsensor zum Ermitteln der zum Eintreiben des Fügeelements in die zu fügenden Bauteile aufgewendeten Kraft F, sowie ein hier ebenfalls nicht weiter dargestellter Wegsensor zum Ermitteln des von dem Fügeelement bei dessen Eintreiben in die miteinander zu fügenden Bauteile zurückgelegten Weges x gehört. Der von dem Kraftsensor ermittelte Verlauf der Kraft F und der dazugehörende Verlauf des Weges x werden mittels der Auswerteeinheit 46 aufgezeichnet und daraus die jeweiligen Kraft-Weg-Kurven 10 gebildet. Des Weiteren gehört zu der Vorrichtung 44 eine Auswerteeinheit 46 zum Ermitteln eines den Fügevorgang beschreibenden Fügedatensatzes. Der Fügedatensatz kann mehrere der Kraft-Weg-Kurven 10 umfassen, wie anhand des Kraft-Weg-Diagramms 11 veranschaulicht ist. Der Verlauf der zum Eintreiben des Fügeelements erforderlichen Kraft F in Abhängigkeit von dem beim Eintreiben des Fügeelements zurückgelegten Weg x ist somit anhand der Kraft-Weg-Kurven 10 beschrieben, wobei jede der beiden hier dargestellten Kraft-Weg-Kurven 10 jeweils einen Fügevorgang beschreibt.The single FIGURE shows an embodiment of a force-displacement diagram 11 in which present two force-displacement curves 10 are applied. On the abscissa of the force-displacement diagram 11 is a path x plotted and on the ordinate of the force-displacement diagram 11 a force F. The force-displacement diagram 11 serves for the schematic representation of individual process steps of the method according to the invention for determining a quality of a joining process for producing a joint connection of at least two by a joining element to be joined together components. The joining element corresponds in the present example a rivet, which is used for joining the components. To carry out the method is a device 44 used, to which a not further shown force sensor for determining the expended for driving the joining element in the components to be joined force F, and also not shown here distance sensor for determining the traveled by the joining element in its driving into the components to be joined together Way x belongs. The course of the force F determined by the force sensor and the associated course of the path x are determined by means of the evaluation unit 46 recorded and from this the respective force-way curves 10 educated. Furthermore belongs to the device 44 an evaluation unit 46 for determining a joining data record describing the joining process. The joining data set can be several of the force-displacement curves 10 include as the force-displacement diagram 11 is illustrated. The course of the force F required to drive in the joining element as a function of the distance x traveled during the driving in of the joining element is thus based on the force-displacement curves 10 described, each of the two force-displacement curves shown here 10 each describes a joining process.

Eine der beiden in der Fig. dargestellten Kraft-Weg-Kurven 10 gehört vorliegend zu einer für in Ordnung befundenen Fügeverbindung, welche im Folgenden also IO-Verbindung 12 bezeichnet werden soll. Die andere Kraft-Weg-Kurve 10 gehört zu einer für mangelhaft befundenen Fügeverbindung, also einer Fügeverbindung, welche nicht in Ordnung ist und im Folgenden als NIO-Verbindung 14 bezeichnet werden soll.One of the two force-displacement curves shown in the figure 10 belongs in the present case to a joint connection which was found to be in order, which in the following therefore means an IO connection 12 should be designated. The other force-displacement curve 10 belongs to a faulty joint connection, ie a joint connection, which is not in order and in the following as an NIO connection 14 should be designated.

Um die Qualität des Fügevorgangs zur Herstellung der jeweiligen Fügeverbindung besonders zuverlässig zu ermitteln, und somit die IO-Verbindung 12 von der NIO-Verbindung 14 zu unterscheiden, ermittelt die Auswerteeinheit 46 einen Steigungsdatensatz aus dem Fügedatensatz, wobei der Steigungsdatensatz eine Mehrzahl von eine Änderung der Steigung der Kraft F in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg x beschreibenden Steigungswerten 20, 22, 28, 30 der Kraft-Weg-Kurven 10 zumindest in einem vorbestimmten Bereich beschreibt. Dieser vorbestimmte Bereich kann sich einerseits beispielsweise über die jeweils vollständige Kraft-Weg-Kurve 10 erstrecken und somit den vollständigen Verlauf der Kraft F während des gesamten Weges x, also während des gesamten Fügevorgangs erfassen oder aber auch beispielsweise, wie hier gezeigt, lediglich auf eine Zone zwischen einem ersten Wegpunkt 16 und einem zweiten Wegpunkt 18 begrenzt sein. Der erste Wegpunkt 16 steht hierbei lediglich exemplarisch für eine Stelle bzw. einen Wegabschnitt, an welchem das vorliegend als Niet ausgebildete Fügeelement soeben durch eine für den Niet vorgesehene Öffnung im ersten Bauteil der beiden zu fügenden Bauteile durchgetreten ist und somit beginnt durch eine für den Niet vorgesehene Öffnung im zweiten zu fügenden Bauteil durchzutreten. Der zweite Wegpunkt 18 entspricht einer Stelle bzw. einem Wegabschnitt, an welchem der Niet soeben durch die für den Niet vorgesehene Öffnung im zweiten Bauteil durchgetreten ist. Die Wegpunkte 16, 18 sind vorliegend ebenso wie der durch die Wegpunkte 16, 18 eingegrenzte, vorbestimmte Bereich lediglich beispielhaft gewählt und dienen lediglich zur Veranschaulichung. Die Steigungswerte 20, 22, 28, 30 sind vorliegend als Geraden verdeutlich, welche die Steigungswerte der jeweiligen Kraft-Weg-Kurven 10 an deren Schnittpunkten mit jeweiligen, die Wegpunkte 16, 18 verdeutlichenden senkrechten und gestrichelten Linien veranschaulichen sollen. Die Steigungswerte 20, 22, 28, 30 des Steigungsdatensatzes werden mittels einer Fast-Fourier-Transformation durch die Auswerteeinheit 46 ermittelt. Die Fast-Fourier-Transformation ist besonders störunanfällig und deshalb besonders gut dazu geeignet, einen Steigungsunterschied zwischen den Steigungswerten 20, 22 der Kraft-Weg-Kurve 10 der IO-Verbindung 12 bzw. einen Steigungsunterschied zwischen den Steigungswerten 28, 30 der Kraft-Weg-Kurve 10 der NIO-Verbindung 14 zu ermitteln. Somit kann mittels der Fast-Fourier-Transformation auch ein etwaiges Rauschen des Kraftsensors und zusätzlich oder alternativ des Wegsensors herausgefiltert werden, wobei gleichzeitig Fehlinterpretationen der jeweiligen Steigungswerte 20, 22, 28, 30 zumindest weitgehend unterbunden werden können.In order to determine the quality of the joining process for producing the respective joint connection particularly reliable, and thus the IO connection 12 from the NIO connection 14 to differentiate determines the evaluation unit 46 a slope data set from the joint data set, the slope data set comprising a plurality of slope values describing a change in the slope of the force F as a function of the distance traveled x 20 . 22 . 28 . 30 the force-way curves 10 at least in a predetermined range describes. This predetermined range can be on the one hand, for example, via the respective complete force-displacement curve 10 extend and thus capture the complete course of the force F during the entire path x, that is, during the entire joining process or else, for example, as shown here, only to a zone between a first waypoint 16 and a second waypoint 18 be limited. The first waypoint 16 Here, by way of example only, stands for a point or a path section at which the joining element designed as a rivet has just passed through an opening provided in the first component of the two components to be joined for the rivet and thus begins through an opening provided for the rivet in the second to pass through to be joined component. The second waypoint 18 corresponds to a location or a path portion at which the rivet just through the opening provided for the rivet in the second component has passed through. The waypoints 16 . 18 are present as well as the waypoints 16 . 18 limited, predetermined range selected only by way of example and are merely illustrative. The slope values 20 . 22 . 28 . 30 are presently illustrated as straight lines which the slope values of the respective force-displacement curves 10 at their intersections with respective, the waypoints 16 . 18 illustrate illustrative vertical and dashed lines. The slope values 20 . 22 . 28 . 30 of the slope data set are determined by means of a fast Fourier transformation by the evaluation unit 46 determined. The fast Fourier transformation is particularly susceptible to interference and therefore particularly well suited to a slope difference between the slope values 20 . 22 the force-displacement curve 10 the IO connection 12 or a slope difference between the slope values 28 . 30 the force-displacement curve 10 the NIO connection 14 to investigate. Thus, by means of the fast Fourier transformation, it is also possible to filter out any noise of the force sensor and, additionally or alternatively, of the displacement sensor, with simultaneous misinterpretations of the respective gradient values 20 . 22 . 28 . 30 at least largely be prevented.

Um besonders zuverlässig zwischen der IO-Verbindung 12 und der NIO-Verbindung 14 zu unterscheiden, vergleicht die Auswerteeinheit 46 im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Steigungsdatensatz mit einem Referenzdatensatz zu welchem vorliegend eine Referenz-Kraft-Weg-Kurve 23 gehört. Hierdurch kann die Qualität des Fügevorgangs besonders gut bewertet werden, wobei die Referenz-Kraft-Weg-Kurve 23 und damit der Referenzdatensatz eine Mehrzahl von Referenzsteigungen 24, 26 umfasst. Die Referenzsteigungen 24, 26 entsprechen im vorliegenden Ausführungsbeispiel den jeweiligen Steigungen der Referenz-Kraft-Weg-Kurve 23 an deren Schnittpunkten mit dem ersten Wegpunkt 16 bzw. mit den zweiten Wegpunkt 18. Der Referenzdatensatz bzw. die zu diesem gehörende Referenz-Kraft-Weg-Kurve 23 steht dabei stellvertretend für eine oder mehrere Messungen früherer, für in Ordnung befundener Fügevorgänge, welche dementsprechend als Referenz und Bewertungskriterium für die Unterscheidung zwischen der IO-Verbindung 12 von der NIO-Verbindung 14 herangezogen wird, bzw. werden. Die Referenz-Kraft-Weg-Kurve 23 kann auch eine Mittelwertkurve darstellen, welche aus einer Vielzahl von Messungen früherer, für in Ordnung befundener Fügevorgänge bestimmt wurde.To be particularly reliable between the IO connection 12 and the NIO connection 14 to differentiate compares the evaluation unit 46 in the present embodiment, the slope data set with a reference data set to which present a reference force-displacement curve 23 belongs. As a result, the quality of the joining process can be evaluated particularly well, with the reference force-displacement curve 23 and thus the reference data set has a plurality of reference slopes 24 . 26 includes. The reference gradients 24 . 26 correspond in the present embodiment, the respective slopes of the reference force-displacement curve 23 at their intersections with the first waypoint 16 or with the second waypoint 18 , The reference data set or the associated reference force-displacement curve 23 stands here representative of one or more measurements of earlier joining processes found to be in order, which accordingly serve as a reference and evaluation criterion for the distinction between the IO connection 12 from the NIO connection 14 is used, or be. The reference force-displacement curve 23 may also represent a mean value curve determined from a variety of measurements of past jointing operations found to be in order.

Wie aus der Fig. hervorgeht, verläuft der Steigungswert 20 der Kraft-Weg-Kurve 10 der IO-Verbindung 12 parallel oder zumindest näherungsweise parallel zu der Referenzsteigung 24 an dem ersten Wegpunkt 16. Ähnliches gilt für den Steigungswert 22 der IO-Verbindung 12. Der Steigungswert 22 verläuft nämlich parallel oder zumindest näherungsweise parallel zu der Referenzsteigung 26 am zweiten Wegpunkt 18 im Gegensatz dazu sind die Steigungswerte 28, 30 der Kraft-Weg-Kurve 10 der NIO-Verbindung 14 nicht parallel zu den Referenzsteigungen 24, 26, wobei die fehlende Parallelität als Bewertungskriterium verwendet wird, um die NIO-Verbindung 14 als solche zu klassifizieren und den dazugehörenden Fügevorgang und damit die entsprechende Fügeverbindung für nicht in Ordnung zu befinden. Es ist klar, dass die Referenzsteigungen 24, 26 auch aus einer Simulation beispielsweise aus einer FEM-Simulation hervorgehen können und dementsprechend nicht zwangsläufig auf früheren Messwerten bzw. Erfahrungswerten beruhen müssen, sondern auch auf Berechnungen oder Schätzungen basieren können.As can be seen from the figure, the slope value runs 20 the force-displacement curve 10 the IO connection 12 parallel or at least approximately parallel to the reference slope 24 at the first waypoint 16 , The same applies to the slope value 22 the IO connection 12 , The slope value 22 namely runs parallel or at least approximately parallel to the reference slope 26 at the second waypoint 18 in contrast, the slope values 28 . 30 the force-displacement curve 10 the NIO connection 14 not parallel to the reference gradients 24 . 26 , where the missing parallelism is used as the evaluation criterion to the NIO connection 14 as such to classify and the associated joining process and thus the corresponding joint connection for not to be in order. It is clear that the reference gradients 24 . 26 can also emerge from a simulation, for example from an FEM simulation, and accordingly do not necessarily have to be based on earlier measured values or empirical values, but can also be based on calculations or estimates.

Als zusätzliches Bewertungskriterium vergleicht die Auswerteeinheit 46 den Fügedatensatz (und damit die jeweiligen Kraft-Weg-Kurven 10) mit einem ersten Hülldatensatz, welcher vorliegend mehrere zulässige obere Grenzwerte 34, 36 für die Kraft-Weg-Kurve 10 umfasst. Die oberen Grenzwerte 34, 36 gehören dabei zu einer ersten Hüllkurve 32, welche sozusagen eine Obergrenze für die Kraft-Weg-Kurven 10 darstellt. Kommt es zu einem Schnittpunkt der Kraft-Weg-Kurven 10 mit der ersten Hüllkurve 32, so deutet dies unmittelbar auf das Vorliegen der NIO-Verbindung 14 hin. Die Auswerteeinheit 46 vergleicht den Fügedatensatz vorliegend auch mit einem zweiten Hülldatensatz, welcher vorliegend mehrere zulässige untere Grenzwerte 40, 42 für die Kraft-Weg-Kurven 10 umfasst. Die unteren Grenzwerte 40, 42 gehören dabei zu einer zweiten Hüllkurve 38, welche sozusagen eine untere Grenze für die Kraft-Weg-Kurven 10 bildet. Kommt es zu einem Schnittpunkt zwischen den Kraft-Weg-Kurven 10 mit der zweiten Hüllkurve 38, so deutet dies ebenso wie ein etwaiges Schneiden der Kraft-Weg-Kurven 10 mit der ersten Hüllkurve 32 auf das Vorliegen der NIO-Verbindung 14 hin. Das Heranziehen der ersten Hüllkurve 32 als Obergrenze und der zweiten Hüllkurve 38 als Untergrenze für die Kraft-Weg-Kurven 10 und somit für den Fügedatensatz stellt eine besonders einfache Möglichkeit zur Überwachung der Absolutwerte der Kraft-Weg-Kurven 10 dar. Aufgrund der üblicherweise auftretenden Streuung bei der Messung der Kraft F und zusätzlich oder alternativ des Weges x kann es bei alleiniger Verwendung der Hüllkurven 32, 38 vorkommen, dass nicht zuverlässig zwischen der IO-Verbindung 12 und der NIO-Verbindung 14 unterschieden werden kann. Dies geht vorliegend auch aus der Fig. hervor, denn sowohl die Kraft-Weg-Kurve 10 der IO-Verbindung 12 als auch die Kraft-Weg-Kurve 10 der NIO-Verbindung 14 liegen beide zwischen der ersten Hüllkurve 32 und der zweiten Hüllkurve 38. Erst durch das zusätzliche Heranziehen des Steigungsdatensatzes, also beispielsweise der Ableitung der Kraft-Weg-Kurven 10 bzw. der Ermittlung der Steigungswerte 20, 22, 28, 30 mittels Fast-Fourier-Transformation gelingt es auch das Kurvenverhalten der Kraft-Weg-Kurven 10 zu untersuchen und zwischen der IO-Verbindung 12 und der NIO-Verbindung 14 zu unterscheiden, obwohl beide Kraft-Weg-Kurven 10 der IO-Verbindung 12 und der NIO-Verbindung 14 zwischen der ersten Hüllkurve 32 und der zweiten Hüllkurve 38 liegen. Somit wird eine besonders genaue Auswertung und sichere Unterscheidung zwischen der IO-Verbindung 12 und der NIO-Verbindung 14 bereitgestellt. Die Bedingungen, dass die Kraft-Weg-Kurven 10 der zu untersuchenden Fügevorgänge zwischen der ersten Hüllkurve 32 und der zweiten Hüllkurve 38 liegen sollen und zudem die Steigungen parallel oder zumindest näherungsweise parallel sein sollen können problemlos gleichzeitig überwacht werden, ohne dass dadurch zusätzliche Kosten beispielsweise durch Modifikation der Vorrichtung 44 entstehen würden. Zusammenfassend wird durch das beschriebene Verfahren eine optimierte Prozessüberwachung von Fügevorgängen bereitgestellt, welche beispielsweise beim Nieten eingesetzt werden kann.As an additional evaluation criterion, the evaluation unit compares 46 the joining data set (and thus the respective force-displacement curves 10 ) with a first envelope data set, which in the present case has several permissible upper limit values 34 . 36 for the force-displacement curve 10 includes. The upper limits 34 . 36 belong to a first envelope 32 , which, so to speak, an upper limit for the force-displacement curves 10 represents. Does it come to an intersection of force-displacement curves 10 with the first envelope 32 , this indicates directly the presence of the NIO compound 14 out. The evaluation unit 46 in the present case also compares the joint data record with a second envelope data record, which in the present case has a number of permissible lower limit values 40 . 42 for the force-displacement curves 10 includes. The lower limits 40 . 42 belong to a second envelope 38 , which, so to speak, a lower limit for the force-displacement curves 10 forms. If there is an intersection between the force-displacement curves 10 with the second envelope 38 This indicates as well as any cutting of the force-displacement curves 10 with the first envelope 32 on the presence of the NIO compound 14 out. Drawing the first envelope 32 as the upper limit and the second envelope 38 as the lower limit for the force-displacement curves 10 and thus for the joint data set provides a particularly simple way to monitor the absolute values of the force-displacement curves 10 Due to the usually occurring scattering in the measurement of the force F and additionally or alternatively of the path x, it can when using the envelopes alone 32 . 38 Occur that not reliable between the IO connection 12 and the NIO connection 14 can be distinguished. In the present case, this is also apparent from the figure, because both the force-displacement curve 10 the IO connection 12 as well as the force-displacement curve 10 the NIO connection 14 both lie between the first envelope 32 and the second envelope 38 , Only through the additional use of the slope data set, so for example the derivation of the force-displacement curves 10 or the determination of the slope values 20 . 22 . 28 . 30 Fast Fourier transformation also enables the curve behavior of the force-displacement curves 10 to investigate and between the IO connection 12 and the NIO connection 14 to distinguish, though both force-displacement curves 10 the IO connection 12 and the NIO connection 14 between the first envelope 32 and the second envelope 38 lie. Thus, a particularly accurate evaluation and reliable distinction between the IO connection 12 and the NIO connection 14 provided. The conditions that the force-way curves 10 the joining operations to be examined between the first envelope 32 and the second envelope 38 should lie and also the slopes should be parallel or at least approximately parallel, can be monitored without any problems at the same time, without incurring additional costs, for example by modification of the device 44 would arise. In summary, the described method provides optimized process monitoring of joining processes, which can be used, for example, during riveting.

Claims

Method for determining a quality of a joining process for producing a joining connection of at least two components to be joined together by a joining element, comprising at least the following steps: determining a joining data set describing the joining process, which at least one force-displacement curve 10 ), wherein the force-displacement curve ( 10 ) describes a force (F) applied to drive the joining element into the components to be joined as a function of a path (x) traveled by the joining element as it is driven into the components to be joined together, - determination of a gradient data set from the joining data record, wherein the gradient data set a plurality of slope values describing a change in the slope of the force (F) as a function of the distance traveled (x) ( 20 . 22 . 28 . 30 ) the at least one force-displacement curve ( 10 ) describes at least in a predetermined range, - comparing the slope data set with a reference data set for determining the quality of the joining process, wherein the reference data set has a plurality of reference slopes ( 24 . 26 ).

Method according to Claim 1, characterized by the step of determining the slope values ( 20 . 22 . 28 . 30 ) of the slope data set by means of a fast Fourier transformation.

Method according to claim 1 or 2, characterized by the step of: comparing the joint data record and / or the slope data record with a first envelope data record which comprises at least one, at least one permissible upper limit value ( 34 . 36 ) for the force-displacement curve ( 10 ) predetermining, first envelope ( 32 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized by the step of: comparing the joint data record and / or the slope data record with a second envelope data record which comprises at least one, at least one permissible lower limit value ( 40 . 42 ) for the force-displacement curve ( 10 ) predetermining second envelope ( 38 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the joint connection is a riveted joint.

Contraption ( 44 ) with at least one force sensor for determining a force expended for driving the joining element into the components to be joined (F), with at least one displacement sensor for the purpose of determining a quality of a joining process for producing a joining connection of at least two components to be joined together by a joining element Determining a distance traveled by the joining element when it is driven into the components to be joined together (x) and - with at least one evaluation unit ( 46 ) for determining a joining data record describing the joining process, which has at least one force ( 10 ) in dependence on the distance traveled (x) describing force-displacement curve ( 10 ), characterized in that the evaluation unit ( 46 ) is adapted to: - determine a slope data set from the joint data set, the slope data set having a plurality of slope values describing a change in the slope of the force (F) over the path ( 20 . 22 . 28 . 30 ) the at least one force-displacement curve ( 10 ) at least in a predetermined range, and - comparing the slope data set with a reference data set for determining the quality of the joining process, wherein the reference data set has a plurality of reference slopes ( 24 . 26 ).