DE102016105303B4

DE102016105303B4 - Verfahren zum fügen eines verzogenen werkstückes an ein anderes werkstück

Info

Publication number: DE102016105303B4
Application number: DE102016105303.1A
Authority: DE
Inventors: Neil David Mckay; Pei-Chung Wang; Dalong Gao; Bradley J. Blaski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: CN106003694A; DE102016105303A1; US9796134B2; CN106003694B; US20160279859A1

Abstract

Verfahren zum Fügen eines ersten Werkstückes (110), das eine Deformität aufweist, an ein zweites Werkstück (120), umfassend, dass:das erste Werkstück (110) benachbart des zweiten Werkstückes (120) positioniert wird, sodass eine erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110), das die Deformität aufweist, sich nahe bei einer Spitze (142) eines Schweißhorns (140) befindet, und eine zweite Oberfläche (114) des ersten Werkstückes (110) sich benachbart einer ersten Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) befindet;bestimmt wird, ob die Spitze (142) des Schweißhorns (140) rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist und, falls die Spitze (142) des Schweißhorns (140) nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist, das Schweißhorn (140) derart ausgerichtet wird, dass die Spitze (142) des Schweißhorns (140) rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist;nach der Ausrichtung des Schweißhorns (140) ein Material des ersten Werkstückes (110) durch Anwenden einer ersten vorbestimmten Menge von Energie von dem Schweißhorn (140) auf die erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) bei oder nahe bei der Deformität erweicht wird;nach dem Beginnen des Erweichens des Materials des ersten Werkstückes (110) eine Kraft auf die erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) bei oder nahe bei der Deformität angewendet wird, die bewirkt, dass sich das erste, erweichte Werkstück (110) in eine Position allgemein parallel mit der ersten Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) umformt, um so einen Trennungsraum (130) an einer Fügegrenzfläche zu verkleinern, die durch die zweite Oberfläche (114) des ersten Werkstückes (110) und die erste Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) gebildet wird; undeine zweite vorbestimmte Menge von Energie, die größer ist als die erste vorbestimmte Menge von Energie, auf das erste umgeformte Werkstück (110) angewendet wird, um eine Schweißverbindung an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Werkstück (110) und dem zweiten Werkstück (120) zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Technologie betrifft allgemein das Verbinden von Werkstücken durch Schweißen. Im Spezielleren betrifft die vorliegende Technologie Verfahren zum Schweißen von Werkstücken, wenn eines der Werkstücke verformt ist.
HINTERGRUND
Ultraschallschweißen ist eine industrielle Technik, bei der Hochfrequenz-Ultraschallschwingungen lokal auf Werkstücke angewendet werden, die unter Druck zusammengehalten werden, um eine Schmelzschweißnaht zu erzeugen. Diese Technik wird üblicherweise zum Fügen von gleichartigen und verschiedenartigen Kunststoffen verwendet. Die Technik wird in Industrien wie unter anderen z. B. für Automobile, Haushaltsgeräte, Elektronik, Verpackung, Textil und Medizin verwendet.
Beim Ultraschallschweißen sind die Ausrichtung und die Nivellierung einer Schweißhalterung, eines Schweißhorns und der Werkstücke von Bedeutung. Als ein Beispiel, wenn das Schweißhorn nicht allgemein rechtwinklig zu einem Werkstück positioniert ist, können in der Schweißnaht Unstimmigkeiten wie z. B. unter anderen ein Unterschweißen und eine Uneinheitlichkeit der Schweißnaht auftreten. Ein Verziehen oder Verformen innerhalb eines Werkstückes kann bewirken, dass das Schweißhorn während des Fügens in unerwünschter Weise in Bezug auf ein Werkstück, z. B. nicht rechtwinklig zu dem Werkstück, positioniert wird, was Unstimmigkeiten in der Schweißnaht verursacht.
Wenn das verzogene Werkstück nahe bei einem zweiten Fügewerkstück zum Fügen positioniert wird, ist ein unerwünschter Raum zwischen dem verzogenen Werkstück und dem Fügewerkstück vorhanden. Der Raum zwischen dem verzogenen Werkstück und dem Fügewerkstück kann ebenfalls zu einer nicht idealen Schweißnahtbildung führen.
Herkömmliche Ultraschallschweißverfahren sind aus den Druckschriften DE 21 59 930 A , DE 101 01 236 A1 und WO 2007 / 141 454 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht der Bedarf an Verfahren zum Ausrichten einer Schweißspitze allgemein rechtwinklig zu einem verzogenen Werkstück, um das verzogene Werkstück mit einem zweiten oder Fügewerkstück zu fügen. Die Verfahren würden einen zwischen dem verzogenen Werkstück und dem Fügewerkstück vor dem oder während des Fügen/s gebildeten Raum verkleinern oder eliminieren.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Fügen eines ersten Werkstückes, das eine Deformität aufweist, an ein zweites Werkstück umfasst, dass das erste Werkstück benachbart des zweiten Werkstückes positioniert wird, sodass eine erste Oberfläche des ersten Werkstückes, das die Deformität aufweist, sich nahe bei einer Spitze eines Schweißhorns befindet, und eine zweite Oberfläche des ersten Werkstückes sich benachbart einer ersten Oberfläche des zweiten Werkstückes befindet. Ferner wird bestimmt, ob die Spitze des Schweißhorns rechtwinklig zu der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks positioniert ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird das Schweißhorn derart ausgerichtet, dass die Spitze des Schweißhorns rechtwinklig zu der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks positioniert ist.
Nach der Ausrichtung des Schweißhorns wird das Material des ersten Werkstückes durch Anwenden einer ersten vorbestimmten Menge von Energie von dem Schweißhorn auf die erste Oberfläche des ersten Werkstückes bei oder nahe bei der Deformität erweicht. Nach dem Beginnen des Erweichens des Materials des ersten Werkstückes wird eine Kraft auf die erste Oberfläche des ersten Werkstückes bei oder nahe bei der Deformität angewendet, die bewirkt, dass sich das erste, erweichte Werkstück in eine Position allgemein parallel mit der ersten Oberfläche des zweiten Werkstückes umformt, um so einen Trennungsraum an einer Fügegrenzfläche zu verkleinern, die durch die zweite Oberfläche des ersten Werkstückes und die erste Oberfläche des zweiten Werkstückes gebildet wird. Eine zweite vorbestimmte Menge von Energie, die größer ist als die erste vorbestimmte Menge von Energie, wird auf das erste umgeformte Werkstück angewendet, um eine Schweißverbindung an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück zu bilden.
Gemäß einigen Ausführungsformen können mehr als ein Werkstück einen Verzug oder eine Verformung aufweisen. Der Prozess zum Umformen jedes Werkstückes kann in einer vorbestimmten Weise durchgeführt werden, um eine Trennung zu reduzieren, die zwischen den zu fügenden Werkstücken vorhanden ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird das verzogene Werkstück durch Positionieren verformt, das durch Verwendung einer Oberflächenanordnungs-Erfassungsvorrichtung wie z. B. eines Laserscanners erleichtert wird, welche Oberflächen während des Fügens findet und/oder verfolgt, um eine Position des Schweißhorns aufrechtzuerhalten, die allgemein rechtwinklig in Bezug auf das verzogene Werkstück steht. Das Laserscannen umfasst Komponenten wie z. B. eine Kamera und einen Elektronenstrahl-Generator. Solche Vorrichtungen werden verwendet, um Abschnitte des verzogenen Werkstückes entsprechend zu erkennen, die vor dem oder während des Fügen/s umgeformt werden müssen.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird die Kamera mit einem Controller verwendet, der Programme ausführt, die auf einer definierten Schweißaufgabe basieren. Die Kamera nimmt unter Verwendung von Sensoren, um Licht einzufangen, Eigenschaften des verzogenen Werkstückes auf und leitet die Eigenschaften als Daten an den Controller weiter. Der Controller verarbeitet die Daten zu einem Bild des verzogenen Werkstückes und führt Anweisungen aus, um das Schweißhorn in eine Position rechtwinklig zu dem sich fügenden verzogenen Werkstück einzustellen.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird das verzogene Werkstück mithilfe einer Positionierungsvorrichtung umgeformt, die das Schweißhorn mit dem verzogenen Werkstück ausrichtet. Die Positionierungsvorrichtung verwendet translatorische und rotatorische Komponenten, um das Schweißhorn allgemein rechtwinklig zu dem verzogenen Werkstück zu positionieren.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird das verzogene Werkstück unter Verwendung des Schweißhornes, um Material des verzogenen Werkstückes zu erweichen, was als Erweichen mittels Wärme bezeichnet werden kann, umgeformt. Sobald das Material des (z. B. innerhalb des) verzogenen Werkstückes erweicht ist, wird eine gerichtete Kraft auf das verzogene Werkstück angewendet. Die auf das erweichte Werkstück angewendete Kraft bewirkt, dass es sich weg von der verzogenen Form umformt, um eine durch Positionieren des verzogenen Werkstückes gegen ein Fügewerkstück gebildete Trennung zu reduzieren.
Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden hierin nachfolgend zum Teil ersichtlich und zum Teil aufgezeigt.
Figurenliste

1 illustriert schematisch ein Positionierungssystem gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
2 ist eine alternative Ausführungsform des Positionierungssystems von 1.
3 ist ein Blockdiagramm eines Controllers zur Verwendung in Verbindung mit dem Positionierungssystem der 1 und 2.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine durch den Controller in 3 durchgeführte Ausrichtungssequenz illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Anforderung sind hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen davon ausgeführt sein können. Wie hierin verwendet, beziehen sich z. B. „beispielhaft“, illustrativ und ähnliche Ausdrücke weitgehend auf Ausführungsformen, die als ein/e Veranschaulichung, Probeexemplar, Modell oder Muster dienen.
Die Beschreibungen sind allgemein als innerhalb des Geistes der Beschreibung zu betrachten. Beispielsweise sollen Verweise auf Verbindungen zwischen beliebigen zwei Teilen hierin die beiden Teile einschließen, die direkt oder indirekt miteinander verbunden werden. Als ein anderes Beispiel ist eine hierin, z. B. in Verbindung mit einer oder mehreren Funktionen beschriebene einzelne Komponente so zu verstehen, dass sie Ausführungsformen abdeckt, in denen stattdessen mehr als eine Komponente verwendet werden, um die Funktion/en auszuführen. Und umgekehrt - d. h. Beschreibungen von vielen Komponenten in Verbindung mit einer oder mehreren Funktionen hierin sind so zu verstehen, dass sie Ausführungsformen abdecken, in denen eine einzelne Komponente die Funktion/en ausführt.
Die Fig. sind nicht unbedingt maßstabgetreu und einige Elemente können übertrieben oder stark verkleinert sein, um z. B. Details spezieller Komponenten zu zeigen. In einigen Fällen wurden gut bekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren nicht im Detail beschrieben, um zu vermeiden, dass die vorliegende Offenbarung unklar wird. Aus diesem Grund sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend, sondern rein als eine Basis für die Ansprüche und als eine repräsentative Basis zu betrachten, Fachleute darüber zu unterrichten, wie die vorliegende Offenbarung verschiedenartig zu verwenden ist.
Übersicht über die Offenbarung - Fig. 1 bis 3
Während sich die Beschreibungen hierin hauptsächlich auf ein Szenario konzentrieren, in dem eines der beiden Werkstücke, zumindest eine Oberfläche, verzogen ist, ist die Technologie auch hilfreich in Situationen, in denen mehr als eine Oberfläche des ersten Werkstückes irgendeine Deformität oder Verunstaltung aufweisen, oder wenn zumindest eine Oberfläche beider Werkstücke, die gefügt werden, eine fehlerhafte Formung aufweist. Solch ein/e Verzug und Deformität kann z. B. die Folge einer Schrumpfung des verzogenen Werkstückes infolge einer Temperaturschwankung sein, z. B. wenn das verzogene Werkstück einer Temperatur außerhalb einer vorbestimmten Fertigungstoleranz ausgesetzt ist.
Während das Ultraschallschweißen hierin als Hauptbeispiel beschrieben ist, kann die Technologie in Verbindung mit anderen Arten des Schweißens verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wendet man sich nun den Fig. und insbesondere der ersten Fig. zu, so zeigt 1 ein Fügesystem 100 in Verbindung mit einem Roboter 10 oder einer anderen automatisierten Vorrichtung. Der Roboter 10 und das Fügesystem 100 empfangen Anweisungen von einem Controller 20.
Das Fügesystem 100 wird verwendet, um ein erstes Werkstück 110, das einen Verzug innerhalb seiner Materialstruktur aufweist (hierin nachfolgend das verzogenes Werkstück), mit einem zweiten Werkstück 120 (hierin nachfolgend das Fügewerkstück 120) auszurichten, so dass sie z. B. mittels Ultraschallschweißen gefügt werden.
Das verzogene Werkstück 110 umfasst eine erste Oberfläche 112 und eine zweite Oberfläche 114, die der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 entgegengesetzt ist. Gleichermaßen umfasst das Fügewerkstück 120 eine erste Oberfläche 122 und eine zweite Oberfläche 124, die der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 entgegengesetzt ist.
Eine Schweißnaht wird durch die zweite Oberfläche 114 des ersten Werkstückes 110 gebildet, die sich mit der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 zusammenfügt. Die Grenzfläche der zweiten Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 und der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 bildet während des Schweißens eine Fügegrenzfläche (d. h. eine Stoßgrenzfläche).
Das verzogene Werkstück 110 ist ein vorgefertigtes Werkstück, das, wenn es mit dem Fügewerkstück 120 in Kontakt gebracht wird, nicht vollständig mit dem Fügewerkstück 120 zusammentrifft, wie gewünscht. Beispielsweise gelangt die zweite Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 nicht in einer stetigen Weise mit der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 in Kontakt, wie erforderlich, damit eine einwandfreie Schweißnaht an der Grenzfläche gebildet wird. Im Spezielleren kann z. B. eine Krümmung oder ein/e andere/r Verzug oder Deformität verhindern, dass die zweite Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 allgemein parallel oder fluchtend mit der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 ist.
Das verzogene Werkstück 110 und das Fügewerkstück 120 können eine gleichartige Materialstruktur aufweisen. Beispielsweise können das verzogene Werkstück 120 und das Fügewerkstück 120 beide aus einem Polymerverbundwerkstoff zusammengesetzt sein. Im Gegensatz dazu kann das verzogene Werkstück 110 aus einem anderen Material bestehen als das Fügewerkstück 120.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann/können eines oder mehrere von den Werkstücken 110, 120 Polymere wie z. B. (funktionalisiertes) Polycarbonat, Polyolefin (z. B. Polyethylen und Polypropylen), Polyamid (z. B. Nylons), Polyacrylat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol umfassen, ist/sind aber nicht darauf beschränkt.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann/können eines oder mehrere von den Werkstücken 110, 120 Verbundstoffe umfassen, ist/sind aber nicht darauf beschränkt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken 110, 120 einen faserverstärkten Polymer (FRP, vom engl. fiber-reinforced polymer)-Verbundstoff wie z. B. ein kohlefaserverstärktes Polymer (CFRP, vom engl. carbon-fiber-reinforced polymer) oder ein glasfaserverstärktes Polymer (GFRP, vom engl. glass-fiber-reinforced polymer). Der Verbundstoff kann z. B. ein Fiberglas-Verbundstoff sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der FRP-Verbundstoff ein Kunststoff-Metall-Hybrid-Verbundstoff (z. B. ein Kunststoff-Verbundstoff, der Metallverstärkungsfasern enthält). Gemäß einigen Ausführungen umfasst das Material ein Polymer in Polyamidqualität, das allgemein als Polyamid bezeichnet werden kann. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material eines oder beider Werkstücke 110, 120 Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material eines oder beider Werkstücke 110, 120 Polycarbonat (PC).
Das Material eines oder beider Werkstücke 110, 120 kann auch eine Art von Harz umfassen. Beispielhafte Harze umfassen ein mit Fiberglas verstärktes Polypropylen (PP)-Harz, ein PC/PBT-Harz und ein PC/ABS-Harz.
Zumindest eines von den Werkstücken 110, 120 kann synthetische oder anorganische Moleküle umfassen. Während die Verwendung von so genannten Biopolymeren (oder grünen Polymeren) zunimmt, sind Polymere auf Erdölbasis noch immer viel üblicher. Das Material eines oder beider Werkstücke 110, 120 kann auch wiederaufbereitetes Material wie z. B. ein Polybutylenterephthalat (PBT)-Polymer umfassen, das aus etwa fünfundachtzig Prozent Alt-Polyethylenterephthalat (PET) besteht. Gemäß einer Ausführungsform kann/können eines oder beide von den Werkstücken 110, 120 eine Art von Kunststoff umfassen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material einen Thermoplast.
Bei Position 101 in den 1 und 2 kommt das Schweißhorn 140 gemäß einigen Ausführungsformen zumindest teilweise in Kontakt mit der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110. Allerdings ist bei Position 101 die Kante oder Spitze 142 des Schweißhornes 140 (in einer nicht einschränkenden Weise und der Einfachheit halber als die Spitze bezeichnet) nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 positioniert (die rechtwinklige Position zu der Zielschweißfläche ist in einer Strichlinie durch das Schweißhorn 140 hindurch illustriert). Wie oben stehend erörtert, kann, wenn die Spitze 142 des Schweißhornes 140 nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes gehalten wird, eine nicht korrekte Schweißnahtbildung zwischen den Werkstücken 110, 120 stattfinden. Gemäß einer in Erwägung gezogenen Ausführungsform, die einen Laser oder ein anderes Erfassungssystem auf elektronischer Basis beinhaltet, wird das Horn 140 in Richtung der rechtwinkligen Position eingestellt, bevor und/oder nachdem die Spitze 142 mit dem nahe gelegenen Werkstück 110 in Kontakt tritt/getreten ist.
Das Ausrichten der Spitze 142 des Schweißhornes 140 mit der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 kann unter Verwendung eines/r beliebigen Systems, Apparatur, Vorrichtung oder Verfahrens bewerkstelligt werden, welche/s das Schweißhorn 140 allgemein rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 positioniert - d. h. das Horn 140 mit dem Werkstück 110 ausrichtet. Das Ausrichten kann z. B. eine Abtastausrichtung (in 1 illustriert) oder eine Positionierungsausrichtung (in 2 illustriert) umfassen, wie unten stehend im Detail erörtert.
Bei Position 102 in den 1 und 2 kann das Schweißhorn 140, nachdem es eingestellt wurde, sodass es rechtwinklig zu der Oberfläche 112 steht, mit der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 an einem Energieübertragungsbereich 145 in Kontakt treten. Der Energieübertragungsbereich 145 wird anfänglich durch einen Kontaktbereich zwischen der Spitze 142 des Schweißhornes 140 und der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 gebildet.
Wie in den 1 und 2 illustriert, ist das verzogene Werkstück 110 anfänglich durch einen Raum 130 von dem Fügewerkstück 120 getrennt. Bei traditionellen Ultraschallverfahren wird das Schweißhorn 140 in einer voreingestellten Weise in Richtung des nahe gelegenen Werkstückes (des verzogenen Werkstückes 110) bewegt, die rechtwinklig zu der nahe gelegenen Oberfläche (der ersten Oberfläche 112) stehen würde, wenn die nahe gelegene Oberfläche korrekt geformt wäre. Das Horn 140 wird z. B. durch den Roboter 10 in einer vertikalen Weise gesenkt, aber das Horn 140 ist mit der ersten Oberfläche 112 nicht rechtwinklig ausgerichtet, wenn die Oberfläche 112 verzogen ist. Die rechtwinklige Ausrichtung des Schweißhornes 140 mit dem verzogenen Werkstück 110 schafft idealere Schweißbedingungen.
Im Gegensatz zu traditionellen Ultraschallverfahren positioniert das Fügesystem 100 das Schweißhorn 140 allgemein rechtwinklig zu dem verzogenen Werkstück 110, was den Kontakt zwischen dem Horn 140 und dem Werkstück 110 verbessert und zulässt, dass mehr Ultraschallenergie von dem Schweißhorn 140 auf das Werkstück 110 angewendet und somit mehr und gleichmäßiger über einen Bereich des Materials des verzogenen Werkstückes 110 hinweg übertragen wird. Das Positionieren des Schweißhornes 140 allgemein rechtwinklig zu dem verzogenen Werkstück 110 ermöglicht es, dass das Schweißhorn 140 Ultraschallenergie direkter oder robuster auf das verzogene Werkstück 110 und das Fügewerkstück 120 überträgt.
Wenn das Schweißhorn 140 nicht rechtwinklig zu dem verzogenen Werkstück 110 steht, werden beträchtliche Mengen von Ultraschallenergie (z. B. durch Ultraschallwellen getragenem Schall) von der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 reflektiert, anstatt in das verzogene Werkstück 110 hinein übertragen zu werden. Demzufolge wäre eine Übertragung der Ultraschallenergie reduziert, was möglicherweise eine unstimmige oder unterdimensionierte Schweißnaht zur Folge hätte. Das Umformen des verzogenen Werkstückes 110, sodass die zweite Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 parallel oder zumindest paralleler oder fluchtend mit dem Fügewerkstück 120 ist, ermöglicht eine bessere Schweißnahtbildung, wobei die Schweißnaht über den gesamten Schweißbereich gleichmäßiger gebildet wird.
Bei Position 103 der 1 und 2 wird eine gerichtete Kraft (als Pfeile illustriert) auf die erste Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 und die zweite Oberfläche 124 des Fügewerkstückes 120 angewendet, wodurch die Werkstücke 110, 120 in Richtung zueinander gedrückt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen wird die gerichtete Kraft als Spannkraft angewendet.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird das verzogene Werkstück 110 mithilfe von Wärme erreicht, die infolge von Ultraschallschwingungen von dem Schweißhorn 140 vor und/oder während der Anwendung einer gerichteten Kraft produziert wird. Dieser Prozess, der als Wärmeerweichen bezeichnet werden kann, ermöglicht es, dass sich Material innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 für eine Umformung in eine zum Schweißen mit dem Fügewerkstück 120 besser geeignete Form erweicht. Infolge des Wärmeerweichens und/oder der gerichteten Kraft wird somit der Raum 130, der sich zwischen der zweiten Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 und der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 befindet, verkleinert, wenn nicht vollständig eliminiert.
Weitere Details in Verbindung mit dem Prozess, die zweite Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 paralleler oder fluchtend mit der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 zu machen, sind in Verbindung mit 4 erörtert.
Gemäß einigen Ausführungsformen erzeugt während des Umformens Ultraschallenergie, die von dem Schweißhorn 140 produziert wird, eine Hochfrequenz-Schwingung (z. B. 10 kHz oder höher), die die Molekülstruktur des verzogenen Werkstückes 110 verändert. Diese Schwingungsenergie wird durch intermolekulare Reibung zu Wärme verändert, die das Material innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 erweicht. Die von dem Schweißhorn 140 übertragene Ultraschallenergie kann anfänglich an einer beliebigen Stelle der ersten Oberfläche 122 des verzogenen Werkstückes 120 bei oder nahe bei dem Verzug oder einer Deformität des Materials des verzogenen Werkstückes 110 angewendet werden.
Während die Hochfrequenz-Schwingungen andauern, dehnt sich eine Größe des Energieübertragungsbereiches 145, wie zwischen Position 102 und Position 103 in den 1 und 2 illustriert, weiter aus. Während sich der Energieübertragungsbereich 145 ausdehnt, das Material innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 sich erweicht und die Kraft die Werkstücke 110, 120 in Richtung zueinander drückt, wird das verzogene Werkstück 110 umgeformt, wodurch ermöglicht wird, dass die zweite Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 allgemein parallel oder fluchtend mit der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 zumindest bei oder benachbart zu dem Energieübertragungsbereich 145 wird, wie bei Position 104 gezeigt.
Schließlich dehnt sich der Energieübertragungsbereich 145 durch einen Teil des oder das gesamte verzogene Werkstück 110 hindurch und in das Fügewerkstück 120 hinein aus, wie bei Position 104 in den 1 und 2 illustriert. In den 1 und 2 hat sich der Energieübertragungsbereich 145 ausgedehnt, was ein Erweichen durch zusätzliches Material innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 und des Fügewerkstückes 120 bewirkt. Schließlich dehnt sich der Energieübertragungsbereich 145 aus, um eine Schweißnaht an der Fügegrenzfläche (z. B. der Stoßgrenzfläche) zwischen dem verzogenen Werkstück 110 und dem Fügewerkstück 120 zu bilden. Der Energieübertragungsbereich 145 würde sich nicht auf das Fügewerkstück 120 oder zumindest nicht in einem so großen Ausmaß übertragen, wenn das verzogene Werkstück 110 nicht umgeformt wäre, um den Kontakt zwischen dem verzogenen Werkstück 110 und dem Fügewerkstück 120 zu vergrößern, wie beschrieben.
Während Ultraschallschwingungen als ein Hauptbeispiel für das Wärmeerweichen beschrieben sind, kann die Technologie in Verbindung mit anderen Aufheizverfahren verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Wärmeerweichen des Materials des verzogenen Werkstückes 110 kann z. B. über andere Aufheizverfahren wie z. B. Infrarotstrahlen oder Laseremission stattfinden. Das zum Wärmeerweichen des verzogenen Werkstückes 110 verwendete Aufheizverfahren kann für die Anwendung spezifisch sein, für die das Fügen erforderlich ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist das Schweißhorn 140 an dem Roboter 10 angebracht und wird von demselben bewegt. Der Roboter 10 kann programmiert sein (z. B. durch Programmieren des Controllers 20), um das Schweißhorn 140 zu manövrieren, um das Erweichen und Schweißen eines oder mehrerer Teilstücke innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 zu ermöglichen. Das Ultraschallschweißen profitiert von der genauen Positionierung des Schweißhornes 140, die der Roboter 10 mithilfe des Controllers 20 bereitstellen kann.
Der Roboter 10 kann Komponenten umfassen, die eine räumliche Erfassung durchführen, wie z. B. in einem Prozess, der als visuelle Intelligenz bezeichnet werden kann. Komponenten wie z. B. Infrarotsensoren, Stoßsensoren, Kameraanordnungen, Sichtprozessoren und andere Komponenten sind dem räumlichen Erfassen zugeordnet. Beispielsweise kann ein Stoßsensor den Roboter 10 informieren, dass er mit einem unbeabsichtigten Objekt zusammengestoßen ist, und ein Roboter-Steuerprogramm beenden oder einen Ablauf innerhalb des Programmes überarbeiten, sodass der Roboter einen Ort des Zusammenstoßes nicht wieder aufsucht.
3 illustriert den Controller 20, der eine verstellbare Hardware ist, die gemäß vielerlei Ausführungsformen von einem Computer ausführbare Anweisungen speichert und verarbeitet. Der Controller 20 ist ausgestaltet, um mit dem Roboter 10 (z. B. mithilfe von Steuersignalen) in Kommunikation zu stehen. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Controller 20 ausgestaltet, um in Kommunikation mit der Kamera 150 (1) zu stehen, um Rückmeldungen von und/oder Steuerfunktionen der Kamera 150 zu empfangen.
Der Controller 20 kann ein Mikrocontroller, ein Mikroprozessor, eine steuerprogrammierbare Steuerung (SPS), ein komplexes programmierbares logisches Bauteil (KPLD), ein feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGF) oder dergleichen sein. Der Controller kann mithilfe von Code-Bibliotheken, statischen Analysetools, Software, Hardware, Firmware oder dergleichen entwickelt werden. Jede Verwendung von Hardware oder Firmware umfasst einen Grad von Flexibilität und Hochleistung, die von dem FPGF verfügbar sind, um die Vorteile von Einzweck- und Mehrzwecksystemen zu kombinieren.
Der Controller 20 umfasst einen Speicher 210 mit Hardware und Software. Der Speicher 210 kann verschiedene Kategorien von Software und Daten umfassen, die in dem Controller 20 verwendet werden, u. a. Anwendungen 220, eine Datenbank 220, ein Betriebssystem (BS) 240 und E/A-Gerätetreiber 250.
Wie Fachleute auf dem Gebiet einsehen werden, kann das BS 240 jedes beliebige Betriebssystem zur Verwendung mit einem Datenverarbeitungssystem sein. Die E/A-Gerätetreiber 250 können verschiedene Routinen umfassen, auf die das BS 240 durch die Anwendungen 220 zugreift, um mit Vorrichtungen und bestimmten Speicherkomponenten zu kommunizieren.
Die Anwendungen 220 können in dem Speicher 210 und/oder in einer Firmware (nicht gezeigt) als ausführbare Anweisungen gespeichert sein und können von einem Prozessor 260 ausgeführt werden. Die Anwendungen 220 umfassen verschiedene Programme wie z. B. eine Ausrichtsequenz 300 (in 4 gezeigt), die unten beschrieben ist und von dem Prozessor 260 ausgeführt wird.
Die Anwendungen 220 können auf Daten angewendet werden, die in der Datenbank 230 gespeichert sind, wie z. B. definierte Bewegungen/Positionen des Roboters 10, und Daten von der Kamera 150, die z. B. über die E/A-Datenports 270 empfangen werden. Die Datenbank 230 stellt die statischen und dynamischen Daten dar, die von den Anwendungen 220, dem BS 240, den E/A-Gerätetreibern 250 und anderen Softwareprogrammen, die sich in dem Speicher 210 befinden können, verwendet werden.
Während der Speicher 210 als nahe bei dem Prozessor 260 gelegen illustriert ist, sollte verständlich sein, dass zumindest ein Abschnitt des Speichers 210 ein entfernt zugängliches Speichersystem wie z. B ein Server in einem Kommunikationsnetzwerk, eine entferntes Festplattenlaufwerk, ein entfernbares Speichermedium, Kombinationen davon und dergleichen sein kann. Somit können beliebige von den Daten, Anwendungen und/oder der Software, die oben beschrieben sind/ist, innerhalb des Speichers 219 gespeichert und/oder durch Netzwerkverbindungen mit anderen Datenverarbeitungssystemen (nicht gezeigt), die z. B. ein lokales Netzwerk (LAN), ein innerstädtisches Netz (MAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN) umfassen können, darauf zugegriffen werden.
Es sollte einzusehen sein, dass 3 und die obige Beschreibung eine kurze, allgemeine Beschreibung einer geeigneten Umgebung bereitstellen sollen, in der die verschiedenen Aspekte einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung realisiert werden können. Während sich die Beschreibung auf computerlesbare Anweisungen bezieht, können Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch in Kombination mit anderen Programmmodulen und/oder als eine Kombination aus Hardware und Software zusätzlich zu oder anstelle von computerlesbaren Anweisungen realisiert werden.
Der Ausdruck „Anwendung“ oder Varianten desselben wird hierin weitreichend verwendet und umfasst Routinen, Programmmodule, Programme, Komponenten, Datenstrukturen, Algorithmen und dergleichen. Anwendungen können auf verschiedenen Systemkonfigurationen implementiert sein, die Einprozessor- oder Mehrprozessorsysteme, Minicomputer, Großrechner, Personal Computer, Handheldcomputereinrichtungen, mikroprozessorbasierte programmierbare Verbraucherelektronik, Kombinationen daraus und dergleichen umfassen.
Ausführungsformen des Positionierungssystems - Fig. 1 und 2
Das Fügesystem 100 kann mit einer beliebigen einer breiten Vielfalt von Ausrichtvorrichtungen, -komponenten oder -strukturen umfassen oder damit verwendet werden, um das Schweißhorn 140 korrekt zu positionieren. Die Ausrichtvorrichtungen und -strukturen sollten sich selbst, entweder mechanisch oder über einen automatisierten Apparat wie z. B. dem, der eine Software zum Steuern des Roboters 10 ausführt, in eine gewünschte Position einstellen. Die Ausrichtstruktur kann z. B. eine Laserabtastvorrichtung, wie in 1 illustriert, oder eine mechanische Positionierungsvorrichtung, wie in 2 illustriert, umfassen.
1 illustriert eine exemplarische Ausführungsform des Fügesystems 100, das eine Laserabtastung verwendet, um Oberflächen während des Ausrichtens und/oder Fügens zu finden und/oder zu verfolgen, um eine korrekte Position des Schweißhornes 140 in Bezug auf das verzogene Werkstück 110 (z. B. allgemein rechtwinklig zu dem Werkstück) aufrechtzuerhalten.
Es können Komponenten wie z. B., aber nicht beschränkt auf, eine Visualisierungskomponente 150 verwendet werden, um einen Verzug des verzogenen Werkstückes 110 entsprechend zu erkennen und anzupassen. Im Speziellen kann die Visualisierungskomponente 150 in Kommunikation mit dem Controller 20 stehen (wie in 1 illustriert), um von der Visualisierungskomponente 150 wahrgenommene Daten weiterzuleiten, die einen Verzug zumindest der ersten Oberfläche 112 des Werkstückes 110 erkennen. Der Controller 20 übt Funktionen wie z. B. die Ausführung eines Programmes oder Unterprogrammes aus, das auf einer definierten Schweißaufgabe basiert.
Während die Visualisierungskomponente 150 hierin primär als eine Kamera beschrieben ist, kann die Visualisierungskomponente 150 eine oder mehrere beliebige aus einer breiten Vielfalt von Komponenten umfassen, die einen Visualisierungseingang an den Roboter bereitzustellen, um z. B. eine Robotervisualisierung zu ermöglichen. Beispielhafte Visualisierungskomponenten 150 umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Sensoren (z. B. Kameras oder Drucksensoren), Laser und Radare, die ausgestaltet sind, um verwendet zu werden, um die Position und/oder die Orientierung eines Werkstückes vor dem oder während des Schweißens der Fügegrenzfläche zu erkennen. Die Bezugnahme auf die Visualisierungskomponente als eine Kamera 150 in der Patentbeschreibung soll solch (eine) Komponente(n) abdecken.
Während des herkömmlichen Fügens können Kameras Daten aufnehmen und weiterleiten, die die Übereinstimmung des Werkstückes gegenüber einem vorbestimmten Satz von Parametern wie z. B. Schweißnahtfehler (z. B. Porosität oder Risse) bestimmen. Außerdem können die Kameras verwendet werden, um z. B. zu verifizieren, ob ein Werkstück Code-Anforderungen (z. B. eine Go/No-Go-Situation) erfüllt, um Schweißnahtmessungen mit vorbestimmten Daten (z. B. innerhalb der Controllersoftware befindlichen Toleranzen) in Beziehung zu setzen.
Im Betrieb nimmt die Kamera 150 unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren Eigenschaften der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 wie z. B. einen Verzug oder eine Deformität auf. Eigenschaften können z. B. in der Form von Licht aufgenommen werden, das von der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 reflektiert wird.
Die Kamera 150 leitet die aufgenommenen Eigenschaften als Daten (Kennwerte) an den Controller 20 weiter. Der Controller 20 verarbeitet die Kennwerte zu einem Bild der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 und führt unter Verwendung des Roboters 10 Anweisungen aus, um das Schweißhorn 140 so einzustellen, dass es zum Fügen rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 steht.
Gemäß einigen Ausführungsformen projiziert ein Laserstrahl 165 mit weniger Leistung, der z. B. von einem Elektronenstrahl-Generator 160 erzeugt wird, Licht, das von der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 reflektiert wird. Licht von dem Laserstrahl 165 überträgt sich als Kennwerte in Richtung der Kamera 150. Von hier wandelt der Controller 20 die Kennwerte in das Bild der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 um, das zu Verbindungsstoßverfolgungs- oder Schweißnahtprüfzwecken verwendet werden kann.
Eine Plattform 12 ist ausgestaltet, um eine Verbindung mit einer Ausrichtvorrichtung herzustellen, welche das Schweißhorn 140 so ausrichtet und positioniert, dass es allgemein rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 steht. Die Plattform 12 enthält eine erste Oberfläche 14, die ausgestaltet ist, um an einem Abschnitt des Roboters 10 (z. B. dem Roboterarm) befestigt zu sein, und eine oder mehrere zweite Oberflächen 16, die ausgestaltet ist/sind, um an Komponenten befestigt zu sein, die beim Ausrichten des Schweißhornes 140 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 hilfreich sind.
Die Plattform 12 kann z. B. die zweite/n Oberfläche/n 16 u. a. mit einer Visualisierungsvorrichtung (z. B. der Kamera 150) oder einer Laservorrichtung (z. B. einem Elektronenstrahl-Generator 160) verbinden, wie in 1 illustriert. Wenn die Kamera 150 und der Elektronenstrahl-Generator 160 verwendet werden, ist die erste Oberfläche der Plattform 12 an dem Roboter 10 befestigt, eine zweite Oberfläche unter einem Winkel von der ersten Oberfläche der Plattform 12 ist ausgestaltet, um die Kamera 150 zu positionieren, und eine dritte Oberfläche unter einem Winkel von der ersten Oberfläche der Plattform ist ausgestaltet, um den Laser-Generator 160 zu positionieren. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Kamera 150 und der Laser-Generator 160 auf der gleichen Oberfläche positioniert sein (z. B. wenn die Kamera 150 einen Laser-Generator 160 umfasst).
2 illustriert eine andere exemplarische Ausführungsform des Fügesystems 100. Das System 100 von 2 umfasst eine Positionierungsvorrichtung 170, um das Schweißhorn 140 während des Ausrichtens und/oder Fügens allgemein rechtwinklig zu dem verzogenen Werkstück 110 zu positionieren. Die Positionierungsvorrichtung 170 besteht aus einer oder mehreren mechanischen Vorrichtungen oder Komponenten, die eine Translation (x, y, z) wie auch eine Rotation (x, y, z) bereitstellen und sechs Freiheitsgrade bereitstellen, um das Schweißhorn 140 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 auszurichten.
Eine Translation gestattet es der Positionierungsvorrichtung 170, sich auf einer seitlichen Ebene nach vor und zurück (entlang einer x-Achse), nach links und nach rechts (entlang einer y-Achse) und nach oben und/oder nach unten (entlang einer z-Achse) zu bewegen. Eine Rotation, zusätzlich oder alternativ, gestattet, dass die Positionierungsvorrichtung 170 um die x-Achse, die y-Achse und/oder die z-Achse rotiert, um zuzulassen, dass sich die Positionierungsvorrichtung 170 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 ausrichtet. Die translatorischen und/oder rotatorischen Komponenten der Positionierungsvorrichtung 170 können das Schweißhorn 140 mithilfe von mechanischen Mitteln wie z. B. Scharnieren, Federn, Spulen, Lagern und dergleichen positionieren.
Die Plattform 12 kann ausgestaltet sein, um eine Verbindung mit der Positionierungsvorrichtung 170 herzustellen, wie in 2 illustriert. Wenn die Positionierungsvorrichtung 170 verwendet wird, ist die erste Oberfläche 14 der Plattform 12 an dem Roboter 10 befestigt, eine zweite Oberfläche 16 der Plattform 12 ist der ersten Oberfläche 14 entgegengesetzt und ausgestaltet, um an einer Aufspannplatte 172 der Positionierungsvorrichtung 170 befestigt zu sein, um so die Positionierungsvorrichtung 170 mit dem Roboter 10 zur Verwendung während des Positionierens, Umformens und/oder Fügens der Werkstücke 110, 120 zu verbinden.
Die Aufspannplatte 172 stellt eine Verbindung mit der zweiten Oberfläche 16 der Plattform 12 her, um die Positionierungsvorrichtung 170 und somit das Schweißhorn 140 in eine Position rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 einzustellen. Die Aufspannplatte 172 kann unabhängig als ein Mittel zum Verbinden der Positionierungsvorrichtung 170 mit dem Roboter 10, oder in Verbindung mit Komponenten der Positionierungsvorrichtung 170 verwendet werden, die bei der Ausrichtung des Schweißhornes 140 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 hilfreich sind. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Aufspannplatte 172 nicht vorhanden, und ein Abschnitt der Positionierungsvorrichtung 170 wäre mit einem Abschnitt des Roboters 10 verbindbar.
Die Plattform 12 kann auch ausgestaltet sein, um sich mit der Positionierungsvorrichtung 170 während des Einstellens des Schweißhornes 140 allgemein rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 einzustellen, wenn das Material des verzogenen Werkstückes 110 weich wird und sich zu einer Stelle allgemein parallel zu dem Fügewerkstück 120 umformt.
Das System 100 kann eine oder mehrere andere Vorrichtungen und Komponenten innerhalb des Systems 100 oder in Unterstützung des Systems 100 umfassen. Es können z. B. mehrere Controller verwendet werden, um eine Einstellung des Schweißhornes 140, falls notwendig unter Verwendung von z. B. Anweisungen an den Roboter 10 zu produzieren.
Betriebsverfahren - Fig. 4
4 ist ein Flussdiagramm, das Verfahren zum Durchführen einer Positionierungs- und Schweißabfolge 300 illustriert, wobei die zweite Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes 110 dazu gebracht wird, dass sie paralleler oder fluchtend mit der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 ist.
Es sollte verständlich sein, dass die Schritte der Verfahren nicht unbedingt in irgendeiner speziellen Reihenfolge dargestellt sind, und dass die Durchführung einiger oder aller Schritte in einer alternativen Reihenfolge, einschließlich über diese Fig. hinweg, möglich ist und in Erwägung gezogen wird.
Die Schritte wurden zur einfachen Beschreibung und Illustration in der demonstrierten Reihenfolge dargestellt. Es können Schritte hinzugefügt, weggelassen und/oder gleichzeitig durchgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Es sollte auch verständlich sein, dass das illustrierte Verfahren oder Unterverfahren jederzeit beendet werden kann/können.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden einige oder alle Schritte dieses Prozesses und/oder im Wesentlichen gleichwertige Schritte von einem Prozessor, z. B. einem Computer-Prozessor durchgeführt, der von einem Computer ausführbare Anweisungen ausführt, die einem oder mehreren entsprechenden Algorithmen und zugehörigen unterstützenden Daten, die in einem computerlesbaren Medium wie z. B. einem beliebigen der oben beschriebenen computerlesbaren Speicher einschließlich dem entfernten Server und Fahrzeugen gespeichert oder enthalten sind, entsprechen.
Die Software kann durch Controller-Aktivitäten (z. B. mithilfe eines Startprogrammes) eingeschaltet werden, die von dem Prozessor 260 durchgeführt werden, um die Abfolge 300 zu beauftragen. Die Abfolge 300 kann beispielsweise von dem Controller 20 in Übereinstimmung mit beliebigen von verschiedenen Zeitablaufprotokollen wie z. B. kontinuierlich oder beinahe kontinuierlich oder in spezifischen Zeitintervallen (z. B. jede Sekunde) ausgeführt werden. Alternativ kann das Startprogramm auf Basis des Stattfindens eines oder mehrerer vorbestimmter Ereignisse ausgeführt werden, wie z. B. wenn bestimmt wird, dass das Schweißhorn 140 nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstückes 110 steht.
Sobald die Software eingeschaltet ist, bestimmt der Prozessor 260 bei Schritt 310, ob die Spitze 142 des Schweißhornes 140 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 positioniert ist.
Wenn die Abfolge 300 bestimmt, dass die Spitze 142 des Schweißhornes 140 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 (z. B. Weg 312) positioniert ist, führt der Prozessor 260 bei Schritt 350 Anweisungen aus, die bewirken, dass das Schweißhorn 140 zumindest einen Abschnitt der Werkstücke 110, 120 fügt.
Wenn die Spitze 142 des Schweißhornes 140 nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 positioniert ist, schreitet der Fluss für Ausführungsformen, welche die beispielhafte Positionierungsvorrichtung 170 (2) verwenden, um das Schweißhorn 140 zu positionieren (z. B. Weg 314), zu Schritt 330 weiter, wo sich die Positionierungsvorrichtung 170 selbst ausrichtet, um das Schweißhorn 140 rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 zu positionieren. Im Spezielleren gestattet die Positionierungsvorrichtung 170 mithilfe mechanischer Komponenten ohne die Verwendung einer zusätzlichen Anweisung von dem Controller 20, sobald der Roboter 10 unter Verwendung des Controllers 20 in eine vorbestimmte Position zum Umformen und/oder Fügen der Werkstücke 110, 120 positioniert ist, die Einstellung einer Orientierung des Schweißhornes 140, bis es allgemein rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 steht.
Bei Schritt 330 kann das Positionieren des Schweißhornes 140 mithilfe der Positionierungsvorrichtung 170 eine Einstellung der Positionierungsvorrichtung 170 selbst wie z. B. der Aufspannplatte 172 oder die Einstellung von dem Roboter 10 zugeordneten Komponenten wie z. B. der Plattform 12 umfassen. Zum Beispiel kann sich die Aufspannplatte 172 mithilfe mechanischer Komponenten translatorisch um eine oder mehrere Achsen verschieben und/oder um eine oder mehrere Achsen rotieren, um das Schweißhorn 140 korrekt rechtwinklig zu dem verzogenen Werkstück 110 zu positionieren.
Wenn die Spitze 142 des Schweißhornes 140 nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 positioniert ist und eine Abtast-Ausrichtvorrichtung wie z. B. die Kamera 150 und der Laser-Generator 160 verwendet werden, um das Schweißhorn 140 zu positionieren (z. B. Weg 316), kann die Abfolge 300 optional nach Schritt 310 die erste Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 bei Schritt 320 abtasten. Der Controller 20 bestimmt gemäß einigen Ausführungsformen, dass eine oder mehrere Abtast-Ausrichtvorrichtungen vorhanden ist/sind oder verwendet werden, indem das Vorhandensein einer lnstrumentierung wie z. B. des Elektronenstrahl-Generators 160 und der Kamera 150, die z. B. über die E/A-Ports 270 kommunizieren, erkannt wird.
Bei Schritt 320 findet, wie in Verbindung mit 1 erörtert, ein Abtasten durch den Laserstrahl 165 statt, der Licht projiziert, das von der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 reflektiert wird und zu der Kamera 150 als Kennwerte weitergeleitet wird, die von dem Controller 20 zu dem Bild der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 verarbeitet werden. Der Controller 20 interpretiert das Bild der ersten Oberfläche 112 und bestimmt, ob das Schweißhorn 140 eingestellt werden muss, um das Schweißhorn 140 rechtwinklig zu der verzogenen Oberfläche 110 zu machen.
Sobald die erste Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 abgetastet wurde, führt der Prozessor 260 bei Schritt 330 Anweisungen auf Basis des Bildes der ersten Oberfläche 112 aus, um das Schweißhorn 140 so zu positionieren, dass es allgemein rechtwinklig zu ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes 120 steht. Das Positionieren des Schweißhornes 140 mithilfe der Abtastausrichtung kann eine Einstellung des Elektronenstrahl-Generators 160 (und somit des Strahles 165) umfassen.
Als Nächstes, bei Schritt 340, bestimmt der Prozessor 260, ob ein Spalt (z. B. ein Raum 130) zwischen der zweiten Oberfläche 114 des verzogenen Werkstückes und der ersten Oberfläche 122 des Fügewerkstückes vorhanden ist. Das Vorhandensein des Raumes 130 kann die Bildung einer bevorzugten oder idealen Schweißnaht, welche die Werkstücke 110, 120 fügt, verhindern.
Das Vorhandensein des Raumes 130 kann mithilfe beliebig vieler Verfahren und Prozeduren einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine visuelle Überprüfung des Systems 100 durch einen menschlichen Bediener oder Berechnungen unter Verwendung von Daten, die von einer Visualisierungsvorrichtung (z. B. Kamera) oder einem Objektdetektionssystem (z. B. Radar) abgeleitet sind, bestimmt werden.
Der Controller 20 kann z. B. Einstellwerte (z. B. innerhalb seines Speichers 210) enthalten, welche eine vorbestimmte Distanz definieren, bei der die Spitze 142 des Schweißhornes 140 mit der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 in Kontakt treten sollte. Wenn bei einem anfänglichen Positionieren des Schweißhornes 140 (z. B. bei Position 101 der 1 und 2) und/oder Ausrichten des Schweißhornes 140 (z. B. bei Position 102 der 1 und 2) bestimmt wird, dass das Schweißhorn 140 die erste Oberfläche 112 erreicht hat, bevor die vorbestimmte Distanz erreicht wurde, oder dass das Schweißhorn 140 um mehr als die vorbestimmte Distanz bewegt wurde, ohne mit der ersten Oberfläche 112 in Kontakt zu treten. Der Controller 20 kann bestimmen, dass die vorbestimmte Distanz nicht erreicht ist oder vorzeitig erreicht wurde, und dass eine ungewollte Trennung (z. B. der Raum 130) zwischen den Werkstücken 110, 120 vorhanden ist.
Wenn der Raum 130 nicht vorhanden ist, fließt der Fluss der Abfolge (z. B. Weg 342) zu Schritt 350, wo der Controller 20 Anweisungen ausführt, die bewirken, dass das Schweißhorn 140 zumindest einen Abschnitt der Werkstücke 110, 120 fügt.
Die Ultraschallschwingungen, die verwendet werden, um die Werkstücke 110, 120 zu fügen, weisen eine Frequenz auf, welche die Erzeugung von Wärme fördert, die hinreichend ist, um Material des verzogenen Werkstückes 110 zum Schmelzen zu bringen. Es kann z. B. eine Frequenz zwischen 10 KHz und 70 KHz verwendet werden, um das Material des verzogenen Werkstückes 120 zum Schmelzen zu bringen.
Die Hochfrequenzschwingungen mit niedriger Amplitude bewirken eine Verformung des verzogenen Werkstückes 110, hauptsächlich bei oder benachbart zu der Fügegrenzfläche (z. B. Stoßgrenzflächen und Oberflächenunebenheiten). Die Verformung wird durch intermolekulare Reibung in Wärme umgewandelt. Die Wärme, die an der Fügegrenzfläche am größten ist, ist hinreichend, um das verzogene Werkstück 110 zum Schmelzen zu bringen und die Werkstücke 110, 120 zu verschmelzen.
Wenn bestimmt wird, dass der Raum 130 vorhanden ist, schreitet der Fluss der Abfolge (z. B. Weg 344) zu Schritt 360 weiter, wo der Controller 20 Anweisungen ausführt, die bewirken, dass das Schweißhorn 140 zumindest einen Abschnitt des verzogenen Werkstückes 110 bei oder nahe bei einer Stelle eines/r Verzuges/Deformität erweicht und umformt. Gemäß einigen Ausführungsformen wird das Umformen durch Erzeugen der Wärme zum Erweichen des Materials und durch Anwendung gerichteter Kräfte (Schritt 370) bewerkstelligt. Das Umformen des verzogenen Werkstückes 110 verkleinert den Raum 130 zwischen dem verzogenen Werkstück 110 und dem Fügewerkstück 120, falls es denselben nicht überhaupt eliminiert. Das Umformen des verzogenen Werkstückes 110 beinhaltet das Erweichen des Materials des verzogenen Werkstückes 110 und das Zulassen, dass sich das verzogene Werkstück 110 in Richtung einer gewünschten Form umformt.
Gemäß einigen Ausführungsformen findet das Erweichen des Materials des verzogenen Werkstückes 110 durch Erwärmen des Materials mithilfe von Ultraschallschwingungen statt. Die Ultraschallschwingungen werden anfänglich an beliebig vielen Stellen auf der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 durch das Schweißhorn 140 verteilt und bewirken, dass sich Moleküle innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 bewegen und Wärme innerhalb des Energieübertragungsbereiches 145 erzeugen. Im Lauf der Zeit findet eine Ausdehnung des Energieübertragungsbereiches 145 durch Erwärmen zusätzlicher Moleküle des verzogenen Werkstückes 110 statt.
Die Ultraschallschwingungen, die ein Erwärmen des verzogenen Werkstückes 110 bewirken, können durch Anwenden von mechanischen Hochfrequenzschwingungen mit relativ niedriger Amplitude, die in Richtung des verzogenen Werkstückes 110 gerichtet sind, bewerkstelligt werden. Diese Amplituden und Frequenzen können z. B. niedriger sein als jene, die zum Schweißen verwendet werden. Es können z. B. eine Amplitude zwischen etwa 1 Mikrometer (µm) und etwa 250 µm und eine Frequenz zwischen etwa 10 Kilohertz (kHz) und etwa 70 kHz verwendet werden, um das Material des verzogenen Werkstückes 110 umzuformen. Amplituden und Frequenzen innerhalb dieses Bereiches ermöglichen das Umstellen des Materials in eine Position, die zum Fügen wünschenswert ist (z. B. allgemein parallel zu dem Fügewerkstück 120).
Ein Abkühlen des erweichten Materials innerhalb des verzogenen Werkstückes 110 kann durch einen Wärmeaustausch mit der Umgebung (z. B. Wärmeverlust zu der Umgebungsluft) stattfinden, um ein erstarrtes Werkstück ohne Verzug an der Fügegrenzfläche zu bilden.
Wie erwähnt, kann das Umformen der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 bei Schritt 370 die Anwendung von gerichteten Kräften wie z. B. durch den Prozessor 260 umfassen, der Anweisungen ausführt, welche gerichtete Kräfte auf die Werkstücke wie z. B. auf die erste Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 und die zweite Oberfläche 124 des Fügewerkstückes 120 anwenden, um dadurch die Werkstücke 110, 120 in Richtung zueinander zu drücken. Eine gerichtete Kraft kann z. B. durch den Controller 20 initiiert werden, der Anweisungen ausführt, welche bewirken, dass Komponenten wie z. B. Druckklammern eine gerichtete Kraft (z. B. eine Spannkraft) auf die erste Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 und die zweite Oberfläche 124 des Fügewerkstückes 120 anwenden. Das Anwenden einer gerichteten Kraft auf Material des verzogenen Werkstückes 110, erweicht oder anders, kann bei der Umbildung des verzogenen Werkstückes 110 helfen, um zu ermöglichen, dass das verzogene Werkstück 110 allgemein parallel oder fluchtend zu dem Fügewerkstück 120 positioniert wird.
Eine gerichtete Kraft kann an beliebig vielen einer oder mehrerer von vielerlei Stellen auf dem verzogenen Werkstück 110 angewendet werden, die hinreichend sind, um das verzogene Werkstück 110 umzuformen. Eine gerichtete Kraft kann z. B. an einer Stelle auf der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 angewendet werden, wo ein Verzug oder eine Deformität z. B. durch Verwendung der Kamera als vorhanden bestimmt wurde. Wie bei Position 103 der 1 und 2 illustriert, kann eine gerichtete Kraft (als Pfeile angezeigt) an allgemein einer Stelle angewendet werden, wo die Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 beginnt, von ihrer vorgesehenen Form, z. B. dass sie eine allgemein ebene Oberfläche ist, abzuweichen.
Die gerichtete Kraft kann auch an einer oder mehreren Stellen der zweiten Oberfläche 124 des Fügewerkstückes 120 angewendet werden. In Fällen, in denen eines der Werkstücke, z. B. das Fügewerkstück 120, durch ein statisches Objekt wie z. B. einen Arbeitstisch, eine Bank, einen Amboss oder Boden an Ort und Stelle gehalten wird, kann die gerichtete Kraft auf diesem Werkstück von dem statischen Objekt in Ansprechen auf die gerichtete Kraft empfangen werden, die an der Objekt/Werkstück-Grenzfläche von der gerichteten Kraft empfangen wird, die an dem anderen Werkstück angewendet wird.
Der Betrag an gerichteter Kraft, der notwendig ist, um das verzogene Werkstück 110 umzuformen, liegt gemäß verschiedenen Ausführungsformen im Bereich zwischen etwa 50 und etwa 4 000 Newton (N). Parameter, die den Betrag angewendeter Kraft beeinflussen können, können z. B. beliebige von der Dicke des Werkstückes, dem Material des Werkstückes und der Temperatur, bei der das Werkstück umgeformt wird, umfassen. Beispielsweise kann die gerichtete Kraft, die erforderlich ist, um das verzogene Werkstück 110 umzuformen, wenn es aus thermoplastischen Materialien besteht, zwischen etwa 50 und etwa 1000 N liegen. Allerdings kann die gerichtete Kraft, die erforderlich ist, um das verzogene Werkstück 110 bei der gleichen Temperatur umzuformen, wenn es aus Metallmaterialien besteht, zwischen etwa 50 und etwa 4000 N liegen.
Der Betrag an gerichteter Kraft, der erforderlich ist, um das verzogene Werkstück 110 umzuformen, kann durch die Temperatur des verzogenen Werkstückes 110 beeinflusst sein, wenn die gerichtete Kraft angewendet wird. Im Spezielleren nimmt der Betrag an gerichteter Kraft, der erforderlich ist, um das verzogene Werkstück 110 umzuformen, ab, wenn die Temperatur des verzogenen Werkstückes 110 ansteigt. Beispielsweise ist der Betrag an gerichteter Kraft, der erforderlich ist, um das verzogene Werkstück 110 bei Raumtemperatur umzuformen, größer als der Betrag an gerichteter Kraft, der erforderlich ist, um das verzogene Werkstück 110 bei einer Temperatur umzuformen, die höher ist als Raumtemperatur, aber niedriger ist als eine Rekristallisationstemperatur des Materials des verzogenen Werkstückes 110.
Wenn sich zwei oder mehr Stellen gerichteter Kraft auf der gleichen Oberfläche befinden, kann der Betrag an gerichteter Kraft gleich oder ungleich unter den Stellen zugeteilt werden. Wie in den 1 und 2 illustriert, wird die gerichtete Kraft an vielen Stellen auf der ersten Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 und der zweiten Oberfläche 124 des Fügewerkstückes 120 angewendet.
Gemäß einigen Ausführungsformen beinhaltet das Umformen des verzogenen Werkstückes 110 das Anwenden der gerichteten Kräfte vor, während oder nach dem Anwenden von Energie, um das Material des verzogenen Werkstückes 110 zu erweichen, wie in Verbindung mit Schritt 350 beschrieben. Gemäß einigen Ausführungsformen können das Erweichen des Materials (z. B. Schritt 360) und das Anwenden einer gerichteten Kraft (z. B. Schritt 370) zu einem Schritt oder Prozess kombiniert und mehr oder weniger gleichzeitig durch den Controller 20 ausgeführt werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Controller 20 (in dem Speicher 210) einen oder mehrere Einstellwerte umfassen, welche/r die Menge an Ultraschallenergie oder den Betrag an gerichteter Kraft, die auf die erste Oberfläche 112 des verzogenen Werkstückes 110 bei den Schritten 360 bzw. 370 angewendet werden, während jeder Iteration von Schritt 360 auf eine/n vorbestimmte/n Menge/Betrag regelt, um das verzogene Werkstück 110 nicht zu sehr zu erweichen oder zusammenzudrücken, was einen möglichen Defekt des verzogenen Werkstückes 110 verursacht. Im Betrieb würde der Controller 20 mithilfe des Prozessors 260 Anweisungen ausführen, um die/den vorbestimmte/n Menge an Ultraschallenergie oder Betrag an gerichteter Kraft auf die Werkstücke 110, 120 vor, während oder nach dem Erweichen anzuwenden, um den Raum 130 zu verkleinern, der zwischen den Werkstücken 110, 120 vorhanden ist.
Als Nächstes, nachdem das Erwärmen und/oder die Druckkraft das verzogene Werkstück 110 umgeformt hat/haben, beurteilt die Abfolge 300 neu, ob der Raum 130 noch vorhanden ist. Wenn der Raum noch vorhanden ist, führt der Controller 20 erneut die Schritte 360 und 370 aus.
Sobald der Raum 130 verkleinert oder eliminiert wurde, können die Werkstücke 110, 120 bei Schritt 350 gefügt werden. Nachdem die Werkstücke 110, 120 bei Schritt 350 gefügt wurden, schaltet sich die Abfolge 300 unter Verwendung des Controllers 20 automatisch ab, nachdem die Schweißnaht bei Schritt 350 fertiggestellt wurde, oder es wird eine Nachricht „Ansprechmodus ausschalten“ abgeschickt, welche die Abfolge 300 beendet.
Ausgewählte Merkmale
Hierin sind oben stehend viele Merkmale der vorliegenden Technologie beschrieben. Der vorliegende Abschnitt bietet eine Zusammenfassung einiger ausgewählter Merkmale der vorliegenden Technologie. Es sollte verständlich sein, dass der vorliegende Abschnitt nur wenige der vielen Merkmale der Technologie hervorhebt und die nachfolgenden Absätze nicht als einschränkend zu verstehen sind.
Ein Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass das System sicherstellt, dass das Schweißhorn allgemein rechtwinklig zu einem Werkstück positioniert ist, selbst wenn ein Verzug oder eine Deformität innerhalb des Werkstückes vorhanden ist. Das Positionieren des Schweißhornes allgemein rechtwinklig zu dem Werkstück ermöglicht einen maximalen Kontaktflächenbereich zwischen dem Schweißhorn und einer ersten Oberfläche des Werkstückes zum Umformen des Werkstückes.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass das System das Erweichen und Umformen eines verzogenen Werkstückes vor dem Fügen ermöglicht. Das Umformen eines verzogenen Werkstückes ermöglicht es, dass das verzogene Werkstück während des Fügens allgemein parallel zu dem Fügewerkstück steht, was eine Schweißnaht erzeugt, die durchgehend einheitlich bezüglich Größe und Tiefe ist.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass das System die Einstellung des Schweißhornes auf Basis eines Verzuges verschiedener Werkstücke ermöglicht. Unter der Maßgabe, dass jedes Werkstück gegebenenfalls nicht in einer gleichen Art und Weise verzogen ist, stellt das System eine flexible Lösung zum Einstellen auf verschiedene Materialprobleme bereit.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass eine korrekte Ausrichtung des Schweißhornes zum Schweißen, außer dass die Menge und Effizienz einer Energieübertragung auf das erste Werkstück maximiert wird, eine Beschädigung des Schweißhornes reduziert. Wenn das Schweißhorn nicht allgemein rechtwinklig zu dem zu fügenden Werkstück ausgerichtet ist, wird das Schweißhorn nicht in seiner vorgesehenen Weise verwendet, was im Lauf der Zeit zu Problemen einer Fehlausrichtung und einer uneinheitlichen Schweißnahtbildung führen kann. Eine korrekte Ausrichtung reduziert ein Ausmaß an Wartung und Austausch, das notwendig ist, um die Horn-Lebensdauer zu erhöhen.
Schluss
Hierin sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen derselben zum Ausdruck gebracht werden können, und die für ein klares Verständnis der Prinzipien der Offenbarung dargelegt sind.

Claims

Verfahren zum Fügen eines ersten Werkstückes (110), das eine Deformität aufweist, an ein zweites Werkstück (120), umfassend, dass: das erste Werkstück (110) benachbart des zweiten Werkstückes (120) positioniert wird, sodass eine erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110), das die Deformität aufweist, sich nahe bei einer Spitze (142) eines Schweißhorns (140) befindet, und eine zweite Oberfläche (114) des ersten Werkstückes (110) sich benachbart einer ersten Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) befindet; bestimmt wird, ob die Spitze (142) des Schweißhorns (140) rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist und, falls die Spitze (142) des Schweißhorns (140) nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist, das Schweißhorn (140) derart ausgerichtet wird, dass die Spitze (142) des Schweißhorns (140) rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist; nach der Ausrichtung des Schweißhorns (140) ein Material des ersten Werkstückes (110) durch Anwenden einer ersten vorbestimmten Menge von Energie von dem Schweißhorn (140) auf die erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) bei oder nahe bei der Deformität erweicht wird; nach dem Beginnen des Erweichens des Materials des ersten Werkstückes (110) eine Kraft auf die erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) bei oder nahe bei der Deformität angewendet wird, die bewirkt, dass sich das erste, erweichte Werkstück (110) in eine Position allgemein parallel mit der ersten Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) umformt, um so einen Trennungsraum (130) an einer Fügegrenzfläche zu verkleinern, die durch die zweite Oberfläche (114) des ersten Werkstückes (110) und die erste Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) gebildet wird; und eine zweite vorbestimmte Menge von Energie, die größer ist als die erste vorbestimmte Menge von Energie, auf das erste umgeformte Werkstück (110) angewendet wird, um eine Schweißverbindung an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Werkstück (110) und dem zweiten Werkstück (120) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden der ersten vorbestimmten Menge von Energie bei oder nahe bei der Deformität auf der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) und das Umformen des Materials des ersten Werkstückes (110) wiederholt werden, bis der Trennungsraum (130) an der Fügegrenzfläche verkleinert oder eliminiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden der Kraft bei oder nahe bei der Deformität auf der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) und das Umformen des ersten Werkstückes (110) wiederholt werden, bis der Trennungsraum (130) an der Fügegrenzfläche verkleinert oder eliminiert ist.
Verfahren zum Fügen eines ersten Werkstückes (110), das eine Deformität aufweist, an ein zweites Werkstück (120), umfassend, dass: das erste Werkstück (110) und das zweite Werkstück (120) vorgesehen werden, wobei das erste Werkstück (110) eine erste Oberfläche (112) und eine zweite Oberfläche (114) aufweist und die zweite Oberfläche (114) des ersten Werkstückes (110) benachbart einer ersten Oberfläche (122) des zweiten Werkstückes (120) positioniert wird, um eine Fügegrenzfläche zu bilden; bestimmt wird, ob eine Spitze (142) eines Schweißhorns (140) rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist und, falls die Spitze (142) des Schweißhorns (140) nicht rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist, das Schweißhorn (140) derart ausgerichtet wird, dass die Spitze (142) des Schweißhorns (140) rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstücks (110) positioniert ist; nach der Ausrichtung des Schweißhorns (140) ein Material des ersten Werkstückes (110) durch Anwenden einer ersten vorbestimmten Menge von Energie von dem Schweißhorn (140) bei oder nahe bei der Deformität erweicht wird; nach dem Beginnen des Erweichens des Materials des ersten Werkstückes (110) eine Kraft auf die erste Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) und eine zweite Oberfläche (124) des zweiten Werkstückes (120) angewendet wird, um so einen Trennungsraum (130), der an der Fügegrenzfläche infolge der Deformität vorhanden ist, zu verkleinern; und eine zweite vorbestimmte Menge von Energie, die größer ist als die erste vorbestimmte Menge von Energie, auf das erste umgeformte Werkstück (110) angewendet wird, um eine Schweißverbindung an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Werkstück (110) und dem zweiten Werkstück (120) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Anwenden der Kraft zum Teil allgemein rechtwinklig zu der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) eine Umformung des ersten Werkstückes (110) in eine Position parallel zu dem zweiten Werkstück (120) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Anwenden der ersten vorbestimmten Menge von Energie bei oder nahe bei der Deformität auf der ersten Oberfläche (112) des ersten Werkstückes (110) und das Umformen des Materials des ersten Werkstückes (110) wiederholt werden, bis der Trennungsraum (130) an der Fügegrenzfläche verkleinert oder eliminiert ist.