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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Fügen eines ersten Bauteils mit wenigstens einem zweiten Bauteil ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2006 002 237 B4 bekannt. Bei dem Verfahren wird das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil mittels wenigstens eines Fügeelements gefügt, indem das Fügeelement mittels einer Fügevorrichtung relativ zu den Bauteilen bewegt wird. Beispielsweise wird das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung derart relativ zu den Bauteilen bewegt, dass das Fügeelement durch die Bauteile hindurchbewegt wird, das heißt dass das Fügeelement in die Bauteile eingetrieben wird, sodass das Fügeelement die Bauteile durchdringt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Bauteile besonders robust und prozesssicher gefügt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass Bauteile besonders robust und prozesssicher gefügt werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels wenigstens eines Erfassungselements ein Weg, den das Fügeelement beim Fügen relativ zu wenigstens einem der Bauteile zurücklegt, erfasst wird, wobei das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Weg bewegt wird. Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Üblicherweise wird beim Fügen der Bauteile eine beim Fügen auftretende Kraft, welche auch als Fügekraft bezeichnet wird, erfasst. Diese Kraft ist beispielsweise eine beim Fügen über das Fügeelement auf die beispielsweise als Roboter ausgebildete Fügevorrichtung wirkende Kraft, welche wiederum aus einer Kraft resultiert, die von der Fügevorrichtung auf das Fügeelement ausgeübt wird, um das Fügeelement in die Bauteile einzutreiben. Im Rahmen dieses Eintreibens wird das Fügeelement derart relativ zu den Bauteilen bewegt, dass das Fügeelement die Bauteile durchdringt. Hierbei ist das Fügeelement beispielsweise als Nagel ausgebildet, welcher auch als Tack bezeichnet wird.
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Bei diesem herkömmlichen Fügen ist die Fügevorrichtung üblicherweise derart programmiert, dass eine Koordinate im Raum, bei welcher die Fügevorrichtung das Fügeelement stoppt, genau die Koordinate ist, bei welcher ein Kopf des Fügeelements genau auf einem der Bauteile aufliegt und mit einer kleinen Kraft auf dieses Bauteil gedrückt wird. Wird das Fügeelement zu gering in die Bauteile eingedrückt, so steht der Kopf des Fügeelements über, was auch als Kopfüberstand bezeichnet wird. Wird das Fügeelement mittels der Vorrichtung zu stark gegen die Bauteile gedrückt, so verliert das Fügeelement seine Haltekraft, was als Durchschlag bezeichnet wird. Kommt es somit zu dem Kopfüberstand oder dem Durchschlag, so war das Fügen der Bauteile nicht erfolgreich. Das präzise Stoppen des Fügeprozesses, wenn das Fügeelement die oben genannte Koordinate erreicht, ist somit sehr wichtig zur Realisierung einer hinreichenden Fügequalität.
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Ein Problem dieses herkömmlichen Fügeprozesses ist jedoch, dass die Fügevorrichtung auf die Koordinate und somit auf einen bestimmten Punkt im Raum eingelernt ist. Sind die Bauteile, insbesondere ihre Oberflächen, jedoch bezogen auf den Punkt, auf den die Fügevorrichtung eingelernt ist, etwas vor- oder zurückversetzt, so kommt es zum Fehlerfall, also beispielsweise zum Kopfüberstand oder zum Durchschlag. Dies geschieht beispielsweise aufgrund von Toleranzen hinsichtlich der Geometrie des jeweiligen Bauteils und/oder aufgrund von Dickentoleranzen und/oder aufgrund von ungenauen Passungen. Ferner kann es zum Fehlerfall kommen, wenn beispielsweise eine Halterung zum Haltern der Bauteile geändert wird.
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Ferner besteht üblicherweise das Problem, dass ein Einlernprozess zum Einlernen der Fügevorrichtung auf die Koordinate sehr präzise erfolgen muss. Mit anderen Worten muss die Fügevorrichtung sehr präzise auf die Lage des Fügeelements, insbesondere dessen Kopfes, relativ zur Oberfläche wenigstens eines der Bauteile eingelernt werden. Trotz dieses präzisen Einlernens kann es jedoch zu Prozessschwankungen kommen.
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Beispielsweise durch Verunreinigung der Bauteiloberfläche kann es zur Erhöhung der Fügestelle kommen. Darüber hinaus können Toleranzen der Steifigkeit der Bauteile, der Fügevorrichtung und/oder der Lage, der Geometrie und/oder Passung auftreten, wodurch es zu fehlerhaften Fügeprozessen kommen kann. Somit wird beispielsweise der Fügeprozess auf Basis der oben beschriebenen Kraftmessung gestoppt, obwohl das Fügeelement seine gewünschte Lage noch nicht erreicht hat. Oder das Fügeelement wird zu spät gestoppt, sodass es zum Durchschlag kommt.
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Um dieses Problem nun zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine Wegmessung während des Fügens vorgesehen, sodass das Erfassungselement ein den vom Fügeelement beim Fügen relativ zu wenigstens einem der Bauteile zurückgelegten Weg charakterisierendes Messsignal bereitstellt, wobei eine Regelung oder Steuerung des Fügeprozesses in Abhängigkeit von dem Messsignal erfolgt. Darüber hinaus kann eine nachgeschaltete Prozessüberwachung in Abhängigkeit von dem Messsignal erfolgen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Weg erfasst wird, den das Fügeelement relativ zu einer Oberfläche des wenigstens einen Bauteils zurücklegt. Dabei wird der Weg beispielsweise zwischen der Oberfläche und dem Fügeelement gemessen. Hierbei wird beispielsweise wenigstens ein erster Messpunkt auf dem Fügeelement genutzt. Ferner kann vorzugsweise wenigstens ein zweiter Messpunkt auf dem wenigstens einen Bauteil verwendet werden, wobei der zweite Messpunkt auf dem Bauteil idealerweise so nah wie möglich an einer Fügestelle angeordnet ist, an welcher das Fügeelement in Kontakt mit dem wenigstens einen Bauteil kommt beziehungsweise das wenigstens eine Bauteil durchdringt. Diese möglichst nahe Anordnung des zweiten Messpunkts an der Fügestelle ist aufgrund einer Trichterbildung vorteilhaft, zu welcher es beim Fügen, insbesondere beim Eintreiben des Fügeelements in das wenigstens eine Bauteil, kommen kann. Gegebenenfalls ist auch eine Messung des Wegs von der Seite denkbar. Hierbei kann beispielsweise mittels des Erfassungselements eine berührungslose Messung des Weges erfolgen, wobei beispielsweise die zuvor genannten Messpunkte als Referenzpunkte genutzt werden.
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Zum Messen beziehungsweise Erfassen des Weges kommt beispielsweise ein berührungsempfindlicher beziehungsweise berührender Sensor als das Erfassungselement zum Einsatz. Bei diesem berührenden Sensor kann es sich beispielsweise um einen Wegtaster handeln. Alternativ oder zusätzlich ist eine berührungslose Messung des Weges denkbar. Hierbei kommt beispielsweise ein Lasersensor zum Einsatz.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Fügeelement mittels eines Roboters bewegt wird. Dabei erfolgt beispielsweise die Messung des Weges über den Roboter. Wird zum Bewegen, insbesondere Eintreiben, des Fügeelements ein Werkzeug, insbesondere ein Setzwerkzeug, verwendet, so erfolgt beispielsweise eine werkzeuginterne Messung, insbesondere eine setzwerkzeuginterne Messung, zum Erfassen des Weges.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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1 schematische Seitenansichten auf eine Fügevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Fügen eines ersten Bauteils mit wenigstens einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil mittels wenigstens eines Fügeelements gefügt wird, indem das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung relativ zu den Bauteilen bewegt wird, wobei mittels wenigstens eines Erfassungselements ein Weg, den das Fügeelement beim Fügen relativ zu wenigstens einem der Bauteile zurücklegt, erfasst wird, und wobei das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Weg bewegt wird.
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1 zeigt schematische Seitenansichten auf eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Fügevorrichtung 10 zum Fügen eines in 1 ausschnittsweise dargestellten ersten Bauteils 12 mit wenigstens einem in 1 nicht dargestellten zweiten Bauteil, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird die Fügevorrichtung 10 genutzt, um ein Verfahren zum Fügen des ersten Bauteils 12 mit dem zweiten Bauteil durchzuführen. Dabei zeigt 1 eine erste Ausführungsform der Fügevorrichtung 10. Im Rahmen des genannten Verfahrens wird das erste Bauteil 12 mit dem zweiten Bauteil mittels wenigstens eines Fügeelements 14 gefügt und somit verbunden, indem das Fügeelement 14 mittels der Fügevorrichtung 10 relativ zu den Bauteilen bewegt wird. Vorliegend ist das Fügeelement 14 ein Nagel, welcher auch als Tack bezeichnet wird. Um die Bauteile miteinander zu verbinden, werden die Bauteile relativ zueinander derart angeordnet, dass sich die Bauteile zumindest in jeweiligen Teilbereichen gegenseitig überlappen. Ferner wird das Fügeelement 14 an einer in den Teilbereichen angeordneten Fügestelle mittels der Fügevorrichtung 10 in die Bauteile eingetrieben. Darunter ist zu verstehen, dass das Fügeelement 14 mittels der Fügevorrichtung 10 derart relativ zu den Bauteilen bewegt wird, dass das Fügeelement 14 an der Fügestelle durch die Bauteile hindurchgetrieben, insbesondere hindurchgedrückt, wird, sodass das Fügeelement 14 die Bauteile durchdringt. Dadurch wird beispielsweise ein Fügeprozess durchgeführt, in dessen Rahmen die Bauteile miteinander verbunden werden. Dieser Fügeprozess ist beispielsweise Clinchen beziehungsweise Durchsetzfügen.
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Aus 1 ist erkennbar, dass das Fügeelement 14 einen Schaft 16 und einen sich daran anschließenden Kopf 18 aufweist. Im Rahmen des Fügeprozesses ist es wünschenswert, das Fügeelement 14 derart in die Bauteile einzubringen, dass der Kopf 18 nach dem Fügen genau auf einer beim Fügen der Fügevorrichtung 10 zugewandten Oberfläche 20 des Bauteils 12 anliegt. Im Rahmen des Fügeprozesses soll vermieden werden, dass der Kopf 18 von der Oberfläche 20 beabstandet ist, was auch als Kopfüberstand bezeichnet wird. Kommt es zu einem solchen Kopfüberstand, so hat die Fügevorrichtung 10 den Fügeprozess zu früh gestoppt beziehungsweise das Fügeelement 14 nicht weit genug durch die Bauteile hindurchgetrieben. Ferner ist ein sogenannter Durchschlag zu vermeiden. Zu einem solchen Durchschlag kommt es, wenn mittels der Fügevorrichtung 10 das Fügeelement 14 zu weit in die Bauteile eingetrieben wird.
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Um nun mittels der Fügevorrichtung 10 Bauteile besonders robust und prozesssicher fügen zu können und somit die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Durchschlag oder zu einem Kopfüberstand kommt, besonders gering zu halten, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass mittels wenigstens eines Erfassungselements 22 ein Weg, den das Fügeelement 14 beim Fügen relativ zu wenigstens einem der Bauteile zurücklegt, erfasst wird, wobei das Fügeelement 14 mittels der Fügevorrichtung 10 in Abhängigkeit von dem erfassten Weg bewegt wird. Somit erfolgt eine Regelung oder Steuerung und Überwachung des Fügeprozesses auf Basis des erfassten Weges, welcher auch als Fügeweg bezeichnet wird.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Fügevorrichtung 10 ist an dieser das Erfassungselement 22 gehalten, sodass das Erfassungselement 22 beim Fügen der Bauteile mit der Fügevorrichtung 10 mitbewegt wird. Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Erfassungselement 22 als berührungsempfindlicher beziehungsweise berührender Sensor ausgebildet, wobei das Erfassungselement 22 als sogenannter Taster oder Wegtaster ausgebildet ist. Hierbei umfasst das Erfassungselement 22 beispielsweise ein Gehäuse 24 und einen filigranen Taststab 26, welcher beispielsweise in engen Grenzen relativ zum Gehäuse 24 bewegbar ist.
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Wird beispielsweise das Fügeelement 14 mittels der Fügevorrichtung 10 in die Bauteile eingetrieben, indem das Fügeelement 14 mittels der Fügevorrichtung 10 durch die Bauteile gedrückt wird, sodass die Fügevorrichtung 10 in Richtung der Oberfläche 20 bewegt wird, so kommt beispielsweise zunächst der Taststab 26 in Kontakt mit der Oberfläche 20. Wird dann die Fügevorrichtung 10 weiter in Richtung der Oberfläche 20 bewegt, um das Fügeelement 14 in die Bauteile einzutreiben, so wird auch das Gehäuse 24 in Richtung der Oberfläche 20 bewegt, da das Gehäuse 24 an der Fügevorrichtung 10 gehalten ist. Da jedoch der Taststab 26 an der Oberfläche 20 abgestützt ist, kommt es beispielsweise zu einer Relativbewegung, insbesondere zu einer translatorischen Relativbewegung, zwischen dem Gehäuse 24 und dem Taststab 26 entlang dessen Längserstreckungsrichtung. Diese Relativbewegung kann erfasst werden, sodass auf den Weg rückgeschlossen werden kann, den das Fügeelement 14 relativ zum Bauteil 12 im Rahmen des Fügeprozesses bewegt wird.
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Da beim Eintreiben des Fügeelements 14 in die Bauteile eine Kraft auf die Bauteil wirkt, kann es insbesondere im Bereich der Fügestelle zu einer Verformung der Bauteile kommen. Diese Verformung hängt von der Steifigkeit der Bauteile ab und wird auch als Trichterbildung bezeichnet, da die Bauteile zumindest im Bereich der Fügestelle und zumindest vorübergehend infolge der Umformung trichterförmig sind. Aufgrund dieser Trichterbildung ist es vorteilhaft, das Erfassungselement 22, insbesondere den Taststab 26, so nah wie möglich an dem Fügeelement 14 und somit an der Fügestelle anzuordnen. Das vorliegend als Taster ausgebildete Erfassungselement 22 misst genau die Oberfläche 20 des beispielsweise als Blech ausgebildeten Bauteils 12. Wird mittels des Erfassungselements 22 auf die beschriebene Weise erfasst, dass der Weg, den der Taststab 26 relativ zum Gehäuse 24 bewegt wurde und somit der Weg, den das Fügeelement 14 beim Fügen relativ zum Bauteil 12 zurücklegt, einen vorgebbaren Wert erreicht, so wird die beispielsweise als Roboter ausgebildete Fügevorrichtung 10 abgeschaltet, wodurch die Fügevorrichtung 10 und somit das Fügeelement 14 gestoppt werden. Dadurch unterbleibt eine weitere Bewegung des Fügeelements 14, sodass dieses in einer vorteilhaften Lage, in der es weder zu einem Durchschlag noch zu einem Kopfüberstand gekommen ist, zum Stehen kommt.
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Alternativ oder zusätzlich zu dieser berührenden Messung des Weges ist eine berührungslose Messung denkbar. Hierzu kommt als Erfassungselement beispielsweise ein berührungsloser Sensor zum Einsatz. Als ein solcher berührungsloser Sensor kommt beispielsweise ein Lasersensor zum Einsatz, sodass eine Lasermessung des Weges erfolgt. Auch hierbei geschieht die Wegmessung möglichst nahe am Fügeelement 14.
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Ferner ist es denkbar, die Messung des Weges über einen Roboter zu realisieren, mittels welchem das Fügeelement 14 in die Bauteile eingetrieben wird. Hierbei ist das Erfassungselement beispielsweise an dem Roboter gehalten sowie mit dem Roboter mitbewegbar.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Fügeelement 14 mit einer nur geringen Geschwindigkeit vorzugsweise von weniger als fünf Metern pro Sekunde in die Bauteile eingetrieben wird. Ferner ist es denkbar, den Weg aktiv zu erfassen und somit den Fügeprozess aktiv zu steuern oder zu regeln. Hierbei erfolgt die Messung beziehungsweise Aufnahme des Weges beispielsweise über ein Erfassungselement beziehungsweise einen Wegtaster und eine Software, mittels welcher die Fügevorrichtung 10 in Abhängigkeit von dem erfassten Weg geregelt oder gesteuert wird.
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Während des Fügeprozesses werden beispielsweise mehrere Werte des erfassten Weges gemessen, sodass beispielsweise der während des Fügeprozesses erfasste Weg als Weg-Kurve aufgezeichnet wird. Diese Weg-Kurve kann dann als Prozessüberwachung eingesetzt werden.
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Die Fügevorrichtung 10 und das durch sie realisierbare Verfahren ermöglichen somit einen robusten Prozess, welcher sicher durchgeführt werden kann. Insbesondere kann der Fügeprozess als robuster Prozess nahezu unabhängig von etwaigen Schwankungen in der Produktion durchgeführt werden. Im Rahmen des Fügeprozesses kann so lange nachgeregelt werden, bis eine hinreichende Fügequalität entstanden ist. Die Gefahr, dass es zu Fehlern in dem Fügeprozess kommt, kann besonders gering gehalten werden, sodass beispielsweise unerwünschte Nacharbeiten verhindert werden können. Ferner kann die Messung des Wegs in sehr einfacher Weise erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, den Fügeprozess beziehungsweise Fügevorgang zu überwachen, sodass ein Regelkreis darstellbar ist. Ferner kann ein selbst einlernender, intelligenter Prozess dargestellt werden. Ferner ist es möglich, die geschilderte Wegerfassung gegebenenfalls mit einer Krafterfassung zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006002237 B4 [0002]
