DE102016108875A1

DE102016108875A1 - Verfahren zum Befüllen einer Nietkassette mit Nietelementen

Info

Publication number: DE102016108875A1
Application number: DE102016108875.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Eusterwiemann
Original assignee: Broetje Automation GmbH
Current assignee: Broetje Automation GmbH
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16
Also published as: WO2017194749A1; US11167339B2; US20190291171A1; RU2769709C2; EP3455009A1; CN109311076A; CN109311076B; RU2018139926A; RU2018139926A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen einer Nietkassette (2) mit Nietelementen (3) mittels einer Nietbeladestation (1) mit einer Nietbereitstellungseinheit (4) zur Bereitstellung der Nietelemente (3) und mit einer Nietkassettenaufnahme (5) zur Aufnahme einer Nietkassette (2), wobei die Nietelemente (3) aus der Nietbereitstellungseinheit (4) einer in der Nietkassettenaufnahme (5) aufgenommenen Nietkassette (2) zugeführt und darin ausgerichtet aufgenommen werden. Es wird vorgeschlagen, dass die Nietbeladestation (1) vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften der Nietelemente (3) vor der Zuführung zur Nietkassette (2) erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen einer Nietkassette mit Nietelementen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14 sowie eine Nietbeladestation gemäß Anspruch 16.
Bei der Herstellung von Strukturbauteilen müssen regelmäßig große Anzahlen von Nietverbindungen hergestellt werden. Die Herstellung dieser Nietverbindung erfolgt zunehmend automatisiert durch Nietmaschinen. Diese Nietmaschinen werden in der Regel ebenfalls automatisiert mit Nieten aus Nietspeichereinheiten, sogenannten Racks, versorgt. In diesen Racks sind in der Regel mehrere Nietkassetten mit den Nietelementen aufgenommen.
An die Nietverbindung werden sehr hohe Qualitätsanforderungen gestellt. Insbesondere gilt es dabei Nietkopfüberstände oder durch den Nietvorgang verursachte Beschädigungen an den Bauteilen zu vermeiden. Diese und andere Fehler können insbesondere dann entstehen, wenn das Nietelement hinsichtlich seiner Maße nicht zu der Bohrung passt, in welche es eingesetzt werden soll.
Um bereits vor dem Herstellen der Nietverbindung beurteilen zu können, ob ein zu verwendender Niet hinsichtlich seiner Toleranzen und Chargenabweichungen für das Setzen in eine ebenso toleranzbehaftete Bohrung geeignet ist, wird eine Vermessung der Bohrung und insbesondere des Senkdurchmessers vorgenommen. Durch den Vergleich der Bohrung mit dem Niet kann dann entschieden werden, ob ein spezieller Niet für diese spezielle Bohrung verwendet werden kann.
Insbesondere Niethersteller vermessen stichprobenartig Nietelemente aus einem Herstellungszyklus, der sogenannten Charge, und schließen statistisch auf die Toleranzbereiche einer solchen Charge. Zum Teil werden diese Chargeninformationen auf eine Verpackung mit aufgedruckt. Dies ermöglicht im gewissen Rahmen eine chargenspezifische Einstellung des Bohrprozesses an die zu setzenden Nieten. Hierdurch kann bereits eine Verbesserung des Nietprozesses erreicht werden. Nichtsdestotrotz sind diese Toleranzbereiche zum Teil zu groß, um die vorbeschriebenen Fehler bei der Herstellung einer Bohrnietverbindung sicher zu vermeiden.
Die internationale Patentanmeldung WO 2015/169727 schlägt deshalb vor, die Nietelemente auf der Transportstrecke in Richtung einer Nietmaschine zur Bestimmung einer Nietgeometrie des Niets zu vermessen.
Nachteilig hieran ist, dass erst auf dem Weg zum Nietkopf festgestellt wird, ob das Nietelement zur Bohrung passt oder nicht, bzw. erst zu diesem Zeitpunkt festgestellt werden kann, ob der Niet eventuell fehlerhaft ist und nicht verwendet werden kann.
Außerdem kann das Nietelement zu diesem Zeitpunkt in aller Regel einer bestimmten Charge und/oder einem bestimmten Hersteller nicht mehr zugeordnet werden, so dass eine Reklamation desselben nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Nietbeladestation bereitzustellen, welche eine frühzeitige und umfassende Prüfung der Nietelemente ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des Kennzeichens von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass die Nietbeladestation vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften der Nietelemente, insbesondere als solche, vor der Zuführung zur Nietkassette erfasst, wird eine frühzeitige und umfassende Prüfung der Nietelemente ermöglicht.
Da die in die Nietkassetten einzuordnenden Nietelemente hier und vorzugsweise auch den Umverpackungen, in denen sie geliefert wurden, noch zugeordnet werden können, ist hier ein umfassendes Reklamationsmanagement möglich.
Ferner können den Nietkassetten, denen die Nietelemente zugeführt werden, die für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften der zugeführten Nietelemente zugeordnet werden. Hierdurch können Bohrungen für in den Nietkassetten aufgenommene Nietelemente bereits durchgeführt werden, bevor diese zum Nietkopf einer Fertigungseinrichtung transportiert werden.
In Anspruch 2 werden bevorzugte für den Bohrprozess und/oder Nietprozess ggf. relevante Eigenschaften benannt.
Die Ansprüche 3 bis 9 befassen sich mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer Prüfeinheit zur zumindest teilweisen Erfassung der vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften der Nietelemente.
Der Anspruch 10 schlägt vor, dass mehrere Nietkassettenaufnahmen mit mehreren Nietkassetten vorgesehen sind und dass in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften eines Nietelements dieser einer Nietkassette zugeführt wird. Hierdurch ist ein Sortieren der Nietelemente in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften möglich.
Die Weiterentwicklungen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 11 bis 13 ermöglichen ein Reklamationsmanagement für fehlerhafte Nietelemente.
Darüber hinaus wird die eingangs genannte Aufgabe bei einem Verfahren gemäß Anspruch 14 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 14 gelöst.
Mit dem Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils werden die gleichen Vorteile erreicht, wie zuvor im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Befüllen einer Nietkassette beschrieben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist in Anspruch 15 beschrieben. Diese ermöglicht eine hohe Qualität bei der Herstellung der Nietverbindung.
Vorrichtungsmäßig wird die eingangs genannte Aufgabe durch eine Nietbeladestation gemäß den Merkmalen von Anspruch 16 erreicht.
Die Vorrichtung kann alle in Zusammenhang mit den Verfahren beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen. Es ergeben sich dieselben Vorteile wie in Verbindung mit den Verfahren beschrieben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Nietbeladestation zur Durchführung eines vorschlagsgemäßen Verfahrens a) in einer Seitenansicht, b) in einer Aufsicht,
2 schematisch eine Fertigungseinrichtung mit einer Nietspeichereinheit und einem Bohr-Niet-Werkzeug und
3 beispielhaft von einem Greifer gegriffene Nietelemente.
In der 1 ist eine vorschlagsgemäße Nietbeladestation 1 zum Befüllen einer Nietkassette 2 mit Nietelementen 3 gezeigt. Die Nietbeladestation 1 weist eine Nietbereitstellungseinheit 4 zur Bereitstellung von Nietelementen 3 und eine Nietkassettenaufnahme 5 zum Aufnehmen einer Nietkassette 2 auf. Die Nietelemente 3 werden aus der Nietbereitstellungseinheit 4 einer in der Nietkassettenaufnahme 5 aufgenommenen Nietkassette 2 zugeführt und darin ausgerichtet, insbesondere lagegesichert, aufgenommen.
Vorzugsweise erfolgt zumindest ein Teil des Transports von der Nietbereitstellungseinheit 4 zur Nietkassette 2 roboterbasiert. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erfolgt mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 80%, weiter vorzugsweise mindestens 95% des Transports, insbesondere des Transportweges, der Nietelemente 3 von der Nietbereitstellungseinheit 4 zur Nietkassette 2 roboterbasiert.
Der roboterbasierte Transport erfolgt mittels eines Roboters 6. Bei dem Roboter 6 handelt es sich hier und vorzugsweise um einen Roboter 6 mit mindestens zwei Rotationsachsen. Der Roboter 6 kann jedoch auch mindestens drei oder vier oder mehr Rotationsachsen aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Roboter 6 ein Skara-Roboter oder ein Industrieroboter.
Dadurch, dass ein Roboter 6 die Nietelemente 3 hier und vorzugsweise aus der Nietbereitstellungseinheit 4 entnimmt und der Nietkassette 2 zuführt, kann die Nietbeladestation 1 viele verschiedene Nietelemente 3 auf einfache Art und Weise handhaben und verschiedenen Nietkassetten 2 zuführen.
Bei den Nietelementen 3 kann es sich beispielsweise um Niete 3a und/oder Nietkollare 3b und/oder Spacer handeln. Insbesondere kann die Nietbeladestation 1 mehrere Nietkassettenaufnahmen 5 zur Aufnahme von Nietkassetten 2 aufweisen.
Die Nietelemente 3 werden hier und vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Prüfung, insbesondere durch eine Prüfeinheit 11, welche später näher beschrieben werden soll, in unterschiedliche Nietkassetten 2 aufgenommen.
Vorzugsweise können mit der Nietbeladestation 1 Nieten unterschiedlicher Gattung, insbesondere unterschiedlichen Typs, und/oder unterschiedlicher Nennlänge und/oder unterschiedlichen Nenndurchmessers durch die Nietbeladestation 1 ohne Veränderung der mechanischen Konfiguration der Nietbeladestation 1 einer Nietkassette 2 bzw. verschiedenen Nietkassetten 2 zugeführt werden.
Zusätzlich oder alternativ können Nietkollare unterschiedlicher Gattung, insbesondere unterschiedlichen Typs, und/oder unterschiedlicher Nennlänge und/oder unterschiedlichen Nenndurchmessers durch die Nietbeladestation 1 ohne Veränderung der mechanischen Konfiguration der Nietbeladestation einer Nietkassette 2 bzw. verschiedenen Nietkassetten 2 zugeführt werden.
Es ist vorzugsweise also auch möglich, Nieten und Nietkollare durch die Nietbeladestation 1 ohne Veränderung der mechanischen Konfiguration der Nietladestation 1 einer Nietkassette 2 bzw. verschiedenen Nietkassetten 2 zuzuführen.
Das gleiche gilt hier und vorzugsweise auch für Spacer. Auch Spacer unterschiedlicher Gattung, insbesondere unterschiedlichen Typs, und/oder unterschiedlicher Nennlänge und/oder unterschiedlichen Nenndurchmessers können durch die Nietbeladestation 1 ohne Veränderung der mechanischen Konfiguration der Nietbeladestation 1 einer Nietkassette 2 bzw. verschiedenen Nietkassetten 2 zugeführt werden.
Erreicht wird dies durch den Einsatz des Roboters 6. Dieser kann mit seinem Greifer 7, insbesondere einem Zweifinger-Greifer, die Nietelemente 3 verschiedenster Ausgestaltung greifen und sicher und ausgerichtet, insbesondere lagedefiniert, den Nietkassetten 2 zuführen. Insbesondere können alle einer Nietkassette zugeführten Nietelemente 3 vom Roboter 6 aufgenommen, ausgerichtet und der Nietkassette 2 zugeführt werden. Es können also vorzugsweise alle Nietelemente 3 auf dem Transportweg von der Nietbereitstellungseinheit 4 zur Nietkassette ausgerichtet werden. Ihre Ausrichtung muss nicht vor der Aufnahme in die Nietkassette 2 geprüft werden und im Falle einer Falschausrichtung müssen diese somit auch nicht gedreht oder erneut der Nietbereitstellungseinheit 4 zugeführt werden.
Ferner kann eine Steuerung 8 zur Steuerung der Nietbeladestation 1 vorgesehen sein. Dabei kann die Steuerung 8 zentral oder dezentral ausgebildet sein, also entweder eine zentrale Steuerungseinheit aufweisen oder mehrere dezentrale Steuerungseinheiten aufweisen. Die Steuerung 8 steuert hier und vorzugsweise die Nietbereitstellungseinheit 4 und den Roboter 6.
Zur Bereitstellung der Nietelemente 3 ist die Nietbereitstellungseinheit 4 vorzugsweise als Vereinzelungseinheit ausgebildet. Der Nietbereitstellungseinheit 4 werden die Nietelemente 3 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens aus einer Umverpackung zugeführt. Von der Steuerung 8 können Informationen über die Nietelemente 3, insbesondere mit der Umverpackung verbundene Informationen über die Nietelemente 3, erfasst werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Typ der Nietelemente 3 und/oder geometrische Sollabmaße und/oder Chargeninformationen handeln. Insofern umfassen die Informationen über die Nietelemente 3 vorzugsweise Spezifikationen der Nietelemente 3. Die Erfassung kann beispielsweise mittels eines Barcode-Scanners und/oder eines RFID-Lesegerätes erfolgen. Darüber hinaus ist jedoch auch eine manuelle Eingabe und/oder Auswahl durch einen Bediener möglich.
Auf diese Weise können Sollinformationen, insbesondere Nennmaße der Nietelemente und ggf. chargenspezifische Toleranzbereiche, festgestellt werden, auf welche die Nietelemente 3 geprüft werden können.
Hier und vorzugsweise weist die Nietbereitstellungseinheit 4 einen Bevorratungsbereich 4a zur Aufnahme und Bevorratung von Nietelementen 3 auf. Sodann weist die Nietbereitstellungseinheit 4 vorzugsweise einen Vereinzelungsbereich 4b zur Vereinzelung der Nietelemente 3 und einen Abgreifbereich 4c auf. Hier und vorzugsweise können der Vereinzelungsbereich 4b und der Abgreifbereich 4c fließend ineinander übergehen. Im Abgreifbereich 4c sind hier die Nietelemente 3 chaotisch aber vereinzelt angeordnet. iIm Ausführungsbeispiel schüttet die Nietbereitstellungseinheit 4, insbesondere Im Ausführungsbeispiel schüttet die Nietbereitstellungseinheit 4, insbesondere durch Rüttelbewegungen, zur Bereitstellung von Nietelementen 3 einige Nietelemente 3 aus dem Bevorratungsbereich 4a in den Vereinzelungsbereich 4b, von wo die Nietelemente 3, insbesondere durch Rüttelbewegungen, vereinzelt und dem Abgreifbereich 4c zugeführt werden. Die Nietelemente 3 werden hier und vorzugsweise im Abgreifbereich 4c roboterbasiert, insbesondere durch den Roboter 6, abgegriffen.
Ferner weist die Nietbeladestation 1 hier und vorzugsweise eine Sensoranordnung 9, insbesondere mit einem optischen Sensor 10 auf, mittels der bzw. dem die Steuerung 8 die Nietelemente 3 erfasst. Vorzugsweise wird auch die Sensoranordnung 9 und damit ggf. der optische Sensor 10 hier von der Steuerung 8 gesteuert.
Der optische Sensor 10 ist vorzugsweise über der Nietbereitstellungseinheit 4, insbesondere dem Abgreifbereich 4c, angeordnet. Der Erfassungsbereich des optischen Sensors 9 ist vorzugsweise auf den Abgreifbereich 4c gerichtet. Dabei kann der optische Sensor 9 vorzugsweise ortsfest über der Nietbereitstellungseinheit 4 insbesondere dem Abgreifbereich 4c angeordnet sein, er kann jedoch auch am Roboter 6 befestigt sein.
Bevorzugt ist hier eine von Roboterbewegungen unabhängige Befestigung oberhalb der Nietbereitstellungseinheit 4. Dann können parallel zu Arbeitsbewegungen des Roboters 6 die Nietelemente 3 erfasst werden und ihre Position und/oder Ausrichtung bestimmt werden, insbesondere dann, wenn der Roboter 6 aus dem Erfassungsbereich des optischen Sensors 10 herausbewegt ist.
Um die Erfassung der Nietelemente 3 im Abgreifbereich 4c zu verbessern, ist zumindest der Abgreifbereich 4c hier und vorzugsweise von unten beleuchtet. Dazu kann der Abgreifbereich einen lichtdurchlässigen Boden aufweisen.
Mittels des optischen Sensors 10 erfasst die Steuerung 8 im Ausführungsbeispiel die Position und/oder Ausrichtung der Nietelemente 3 in der Nietbereitstellungseinheit 4, insbesondere im Abgreifbereich. Zum Greifen der Nietelemente 3 steuert die Steuerung 8 basierend auf der Position und/oder Ausrichtung der Nietelemente 3 den Roboter zur Aufnahme, insbesondere zum Greifen, eines Nietelements 3 an. Unter Ausrichtung ist hier und vorzugsweise die Orientierung der Längsachse des Nietelements 3 und insbesondere seines Kopfes 3c zu verstehen.
Hier und vorzugsweise erfasst die Steuerung 8 mittels der Sensoranordnung 9, insbesondere des optischen Sensors 10, die Gattung, vorzugsweise den Typ, eines von der Nietbereitstellungseinheit 4 bereitgestellten, insbesondere im Abgreifbereich 4c liegenden, Nietelements 3. Der Typ eines Nietelements 3 unterscheidet sich insofern von dessen Gattung, als dass die Gattung die Art des Niets, Nietkollars, und/oder Spacers bestimmt, sich hinsichtlich der Dimensionen seiner Merkmale, insbesondere hinsichtlich seiner Nennmaße, jedoch nicht festlegt. Der Typ eines Nietelements 3 spezifiziert nicht nur die Gattung, sondern auch die Nennmaße des Nietelements 3, also insbesondere den Nenndurchmesser und die Nennlänge. Vorzugsweise kontrolliert die Steuerung 8, ob es sich bei dem Typ um einen in eine Nietkassette 2 zu füllenden Solltyp handelt. Auf diese Weise können der Nietkassette 2 bzw. den Nietkassetten 2 nur solche Nietelemente 3 zugeführt werden, welche dem Solltyp entsprechen.
Hier werden vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften der Nietelemente 3, insbesondere der Nietelemente 3 als solcher, vor der Zuführung zur Nietkassette 2 erfasst. Vorzugsweise sind die vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften geometrische Eigenschaften der Nietelemente 3 und die Steuerung 8 misst mittels einer Sensoranordnung 9, insbesondere mittels eines der Sensoranordnung 9 zugeordneten optischen Sensors 10 und/oder einer der Sensoranordnung 9 zugeordneten Prüfeinheit 11, diese Eigenschaften. Dies ermöglicht beim späteren Herstellen der Nietverbindung ein abgestimmtes Bohren und/oder Nieten entsprechend der erfassten Eigenschaften des Nietelements 3 und/oder die Auswahl eines Nietelements 3 passend zu einer vorgenommenen Bohrung. Insbesondere Kopfüberstände eines Nietelements 3 über einen vordefinierten Toleranzbereich hinaus können auf diese Weise wirksam vermieden werden.
Die für den Bohrprozess und/oder Nietprozess relevanten Eigenschaften der Nietelemente 3 sind vorzugsweise diejenigen Eigenschaften, aufgrund denen der Bohrprozess und/oder Nietprozess nietelementspezifisch, insbesondere für Nietelemente 3 gleichen Typs, angepasst wird bzw. diejenigen Eigenschaften, aufgrund denen das Nietelement 3 gegenüber einem Nietelement 3 gleichen Typs für eine durchgeführte Bohrung für diese ausgewählt wird.
Hier und vorzugsweise können die für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften die Nietlänge und/oder der Schaftdurchmesser und/oder die Schaftlänge sein. Diese Größen werden hier und vorzugsweise durch die Sensoranordnung 9, insbesondere den auf den Abgreifbereich gerichteten Sensor 10, erfasst. Zur Erfassung von mittels des optischen Sensor 10 zu erfassenden Eigenschaften der Nietelemente 3, insbesondere der Eigenschaften Nietlänge und/oder Schaftdurchmesser und/oder Schaftlänge führt die Steuerung 8 eine Transformation der optischen Aufnahme durch. Dies ist notwendig, da bspw. die Nietköpfe der Nietelemente 3 hier und vorzugsweise eine leichte Schräglage im Abgreifbereich 4c bewirken. Die Messtoleranz dieser Messung liegt vorzugsweise im Bereich von mindestens 500 mμ, weiter vorzugsweise von mindestens 200 mμ, weiter vorzugsweise von mindestens 100 mμ.
Hier und vorzugsweise prüft die Steuerung 8 mittels der Sensoranordnung 9, insbesondere des optischen Sensors 10, die Nietelemente 3 auf eine Beschädigung. Hier kann beispielsweise erkannt werden, ob der Kopf 3c eines Nietelements 3 fehlt. Die Erfassung bzw. Prüfung der Nietelemente 3 mittels des auf den Abgreifbereich 4c gerichteten Sensors 10 erfolgt vorzugsweise vor dem Abgreifen des Nietelemente 3 durch den Roboter 6.
Vorzugsweise weist die Nietbeladestation 1 eine Prüfeinheit 11 zur Erfassung von vorbestimmten, für den Bordprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften der Nietelemente 3 auf. Die Prüfeinheit 11 wird hier und vorzugsweise ebenfalls von der Steuerung 8 gesteuert.
Hier und vorzugsweise werden mit der Prüfeinheit 11 als vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften ein Nietkopfdurchmesser D_K und/oder eine Nietkopflänge L_K und/oder ein Winkel eines Nietsenkkopfes W und/oder ein Übergangsradius R gemessen und erfasst. Bei einem Übergangsradius R handelt es sich hier und vorzugsweise um einen Radius zwischen zwei Abschnitten eines Nietelements 3, insbesondere zwischen Kopf 3c und Schaft 3d eines Niets 3a. Zusätzlich kann ggf. auch der Schaftdurchmesser D_S ermittelt werden. Hier und vorzugsweise ist die Messtoleranz der Messung mit der Prüfeinheit 11 deutlich geringer, insbesondere mindestens um den Faktor 10 geringer, als die Messtoleranz bei der Messung mit dem auf die Nietbereitstellungseinheit 4 gerichteten optischen Sensor 10.
Darüber hinaus unterscheiden sich die Messungen mit dem auf die Nietbereitstellungseinheit 4 gerichteten optischen Sensor 10 und mit der Prüfeinheit 11 vorzugsweise dadurch, dass mit dem auf die Nietbereitstellungseinheit 4 gerichteten optischen Sensor 9 mehrere Nietelemente 3 gleichzeitig und, insbesondere vollständig, erfasst werden, während mit der Prüfeinheit 11 vorzugsweise nur ein Ausschnitt eines Nietelements 3 erfasst wird.
Hier und vorzugsweise weist die Prüfeinheit 11 einen optischen Sensor 11a auf. Mit dem optischen Sensor 11a der Prüfeinheit 11 werden vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften erfasst. Vorzugsweise erfasst die Steuerung 8 mittels des optischen Sensors 11a diese Eigenschaften.
Die Blickachse A des auf die Nietbereitstellungseinheit 4 gerichteten optischen Sensors 10 und die Blickachse B des optischen Sensors der Prüfeinheit 11a verlaufen hier und vorzugsweise nicht parallel zueinander. Weiter vorzugsweise sind die Blickachse A des auf die Nietbereitstellungseinheit 4 gerichteten optischen Sensors 9 und die Blickachse B des optischen Sensors 11a der Prüfeinheit 11 im Wesentlichen orthogonal zueinander. Auf diese Weise kann eine Prüfung des Nietelements 3 von zwei verschiedenen Seiten erfolgen und es können nur einseitig ausgeprägte Fehler eines Nietelements 3 besser erkannt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Prüfeinheit 11 eine Beleuchtung 11b zur Messung der vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften aufweisen, welche während der Erfassung das Nietelement 3 beleuchtet. Die Beleuchtung 11b ist hier und vorzugsweise dem Sensor 11a der Prüfeinheit 11 gegenüber angeordnet. Die Beleuchtungsachse und die Blickachse B des optischen Sensors 11a sind dabei vorzugsweise koaxial angeordnet. Die Blickrichtung des Sensors 11 und der Beleuchtung 11b sind hier auf einander ausgerichtet.
Im Ausführungsbeispiel ist die Prüfeinheit 11 als beidseitig telezentrisches System ausgebildet. Dies ermöglicht eine genaue Messung ohne eine genaue Positionierung des Nietelements 3 zwischen der Beleuchtung 11b und dem optischen Sensor 11a.
Hier und vorzugsweise ist die Messtoleranz mit der Prüfeinheit unter +/–5 μm, vorzugsweise unter +/–3 μm, weiter vorzugsweise im Wesentlichen bei +/–2 μm.
Ferner kann eine weitere Prüfung der Nietelemente 3 vorgesehen sein. Diese wird hier und vorzugsweise durch eine weitere Prüfeinheit 12 ausgeführt. Die weitere Prüfeinheit 12 weist vorzugsweise einen optischen und/oder mechanischen Sensor auf. Je nach zu erfassenden Eigenschaft der Nietelemente 3 kann die weitere Prüfeinheit 12 wie die Prüfeinheit 11 ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch einen anderen Aufbau aufweisen.
Beispielsweise kann die Prüfeinheit 12 zur Prüfung von Nietelementen 3, insbesondere Nietkollaren 3b und/oder Spacern vorgesehen sein. Auf diese können die Nietelemente 3 zur Prüfung aufgeschoben und/oder in diese können die Nietelemente 3 eingetaucht werden. Eine solche Prüfeinheit 12 hat sich insbesondere zur Prüfung von Schraubkollaren und/oder von Quetschkollaren bewährt. Mit einer solchen Prüfeinheit 12 können, insbesondere mittels einer Strukturerkennung, Schließrillen und/oder Schließgewinde erfasst und geprüft werden.
Hier und vorzugsweise führt eine Prüfeinheit 11, 12 eine Strukturerkennung zur Erkennung und/oder Vermessung von Merkmalen am Schaft 3d des Nietelements 3 durch. Beispielsweise kann die Strukturerkennung Schließrillen 3e und/oder Schließgewinde erfassen und prüfen.
Hier und vorzugsweise transportiert der Roboter 6 die Nietelemente 3, insbesondere einzeln, von der Nietbereitstellungseinheit 4 zu einer Prüfeinheit 11, 12 bzw. den Prüfeinheiten 11, 12. Vorzugsweise hält der Roboter 6 das Nietelement 3 während der Prüfung bzw. der Prüfungen mit der Prüfeinheit 11, 12 bzw. den Prüfeinheiten 11, 12 gegriffen. Die Prüfungen werden hier und vorzugsweise sequentiell durchgeführt. Auch zwischen den Prüfeinheiten 11, 12 wird das Nietelement 3 hier und vorzugsweise vom Roboter 6 transportiert. Ggf. kann es erforderlich sein, dass der Roboter 6 zwischen zwei Prüfeinheiten 11, 12 das Nietelement 3 absetzt und umgreift. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Greifer 7 des Roboters 6 aufgrund der Größe des Nietelements 3 dieses nur so greifen kann, dass beim Greifen zu messende Größen verdeckt sind.
Nach dem Prüfen in der Prüfeinheit 11, 12 bzw. den Prüfeinheiten 11, 12 wird das Nietelement 3 hier und vorzugsweise der Nietkassette 2 zugeführt.
Besonders bevorzugt ist das Verfahren in der Art ausgebildet, dass alle einer Nietkassette 2 zugeführten Nietelemente 3 auf die vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften geprüft wurden. Vorzugsweise werden jedoch zumindest 50%, weiter vorzugsweise zumindest 80%, weiter vorzugsweise mindestens 95% aller einer Nietkassette zugeführten Nietelemente 3 geprüft. Insofern unterscheidet sich hier und vorzugsweise das Verfahren von einer chargenweisen stichprobenartigen Prüfung von Nietelementen 3 bei einem Niethersteller dadurch, dass eine signifikante Anzahl von Nietelementen 3 von der Nietladestation 1 vor der Zuführung zur Nietkassette 2 auf vorbestimmte, für den Bohr- und/oder Nietprozess relevante Eigenschaften geprüft werden. Vorzugsweise werden von der Steuerung 8 fehlerhafte Nietelemente 3 erfasst und deren Fehler protokoliert. Vorzugsweise werden die fehlerhaften Nietelemente 3 der Umverpackung zugeordnet, welcher sie entnommen wurden. Dies ermöglicht ein umfassendes Reklamationsmanagement von Nietelementen 3 gegenüber dem Hersteller der Nietelemente 3.
Zusätzlich oder alternativ können mehrere Nietkassettenaufnahmen 5 mit Nietkassetten 2 vorgesehen sein, wobei die erfassten bzw. geprüften Nietelemente 3 in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften eines Nietelements 3 einer Nietkassette 2 zugeführt werden. Vorzugsweise werden mindestens zwei der mehreren Nietkassetten 2 Nietelemente 3 des gleichen Typs zugeführt. Dies ist insbesondere zum Sortieren der Nietelemente 3 wie nachfolgend beschrieben vorteilhaft.
Vorzugsweise werden zum Sortieren der Nietelemente 3 eines Typs Subkategorien gebildet und diesen Subkategorien, insbesondere jeweils, eine Nietkassette 2 zugeordnet. Zusätzlich oder alternativ können auf der Grundlage der Informationen über die Nietelemente 3, insbesondere der Spezifikation der Nietelemente 3, Subkategorien gebildet und diesen Subkategorien, insbesondere jeweils, eine Nietkassette 2 zugeordnet werden. Die Nietelemente 3 können dann in Abhängigkeit von ihrer Prüfung in der Prüfeinheit 11, 12 entsprechend ihrer Einordnung in eine Subkategorie der dieser Subkategorie zugeordneten Nietkassette 2 zugeführt werden.
Vorzugsweise werden die Subkategorien durch Toleranzbereiche gebildet. Auf diese Weise ist eine Chargenunterverteilung von Nietelementen 3 in die Nietkassetten 2 möglich. Die Nietelemente 3 können also in der Weise von der Nietbeladestation 1 sortiert werden, dass die, insbesondere aus einer Umverpackung stammenden, Nietelemente 3 in verschiedene kleinere Toleranzbereiche sortiert werden. Dann befinden sich in den einzelnen Nietkassetten 2 nach dem Sortieren nur Nietelemente 3 mit einer in der Gesamtheit geringeren Toleranzbereichsbreite, als die der Nietbeladestation 1 ursprünglich aus einer Umverpackung zugeführten Nietelementen 3 aufweisen.
In diesem Zusammenhang hat es sich besonders gewährt, wenn Informationen über die einer Nietkassette zugeführten Nietelemente 3 oder einer Nietkassette 2 zuzuführenden Nietelemente 3 verknüpft werden. Vorzugsweise werden die Informationen, insbesondere die Spezifikation und/oder die Subkategorie mit der Nietkassette 2 verknüpft. Dabei kann es sich insbesondere um einen Toleranzbereich handeln. Zusätzlich oder alternativ können jedoch auch Eigenschaften, insbesondere Abmessungen, jedes einzelnen Nietelements und ggf. die Reihenfolge der Nietelemente 3 in der Nietkassette 2 mit der Nietkassette 2 verknüpft werden. Die Verknüpfung kann beispielsweise dadurch geschehen, dass diese Informationen auf einen RFID-Chip der Nietkassette 2 geschrieben werden. Hierdurch wird eine genaue Abstimmung des Bohr- als auch des Nietprozesses auf die für die Nietung vorgesehenen Nietelemente 3 ermöglicht.
Auf Basis dieser Informationen kann später unter verschiedenen Nietelementen 3 eines Typs nach dem Vermessen einer Bohrung ein Nietelement 3 zum Setzen in die Bohrung ausgewählt werden, indem eine Fertigungseinrichtung 14 ein entsprechendes Nietelement 3 anfordert. Zusätzlich oder alternativ kann die mit der Fertigungseinrichtung 14 zu erstellende Bohrung auf der Basis eines zu setzenden Nietelements 3 – insbesondere aufgrund seiner Einordnung in eine Subkategorie – bestimmt oder angepasst werden, beispielsweise die zu bohrende Senktiefe in Abhängigkeit von den Abmessungen des Nietkopfes bestimmt oder angepasst werden. Hierfür werden vorzugsweise die verknüpften Informationen von der Fertigungseinrichtung 14 abgefragt.
Hier und vorzugsweise weisen die Nietkassettenaufnahme 5 und/oder die Nietkassette 2 eine Ablage 5a auf, in die die Nietelemente 2 vom Roboter 6 abgelegt werden. Ggf. kann die Nietkassette 2 die Nietelemente 3 auch direkt vom Roboter 6 übernehmen.
In die Nietkassette 2 werden die Nietelemente 3 hier und vorzugsweise mittels einer Druckdifferenz, also insbesondere mittels eines Unterdrucks und/oder mittels Druckluft in die Nietkassette 2 gefördert. Dabei können die Nietelemente 3 mit dem Schaft 3d oder dem Kopf zuerst in die Nietkassette 2 gefördert werden.
Hier werden die Nietelemente 3 ausgerichtet, insbesondere lagedefiniert, von der Nietkassette 2 aufgenommen. Dies kann beispielsweise durch einen insbesondere gewickelten Schlauch in der Nietkassette 2 erfolgen, in welchem die Nietelemente 3 aufgenommen und von welchem die Nietelemente 3 geführt werden. Besonders bewährt hat es sich, wenn die Zufuhr bzw. Abfuhr der Nietelemente 3 in die Nietkassette 2 bzw. aus der Nietkassette 2 nach dem Prinzip des First In – First Out und/oder nach dem Prinzip des First In – Last Out erfolgt. Die Reihenfolge der Nietelemente 3 in der Nietkassette 2 kann vorzugsweise nicht innerhalb der Nietkassette geändert werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung und der 1 hervorgeht, sind die Nietbereitstellungseinheit 4, ggf. die Prüfeinheiten 11, 12 und die Nietkassettenaufnahme 5 mit einer darin ggf. aufgenommenen Nietkassette 2 miteinander verkettet, also insbesondere räumlich beieinander angeordnet. Die Nietelemente 3 werden vorzugsweise durch einen, insbesondere feststehend montierten. Roboter 6 von der Nietbereitstellungseinheit 4 ggf. über die Prüfeinheiten 11, 12 der Nietkassette 2 zugeführt. Für den Transport können jedoch ggf. auch mehrere Roboter 6 vorgesehen sein.
Fehlerhafte Nietelemente 3 werden vorzugsweise einem Ausschussbehälter 13a zugeführt. Dies kann beispielsweise roboterbasiert, insbesondere mittels des Roboters 6, erfolgen, oder aber, sollte die fehlerhaften Nietelemente 3 im Abgreifbereich 4c erfolgen, können gute Nietelemente 3 vom Roboter 6 den Nietkassetten 2 zugeführt werden und, insbesondere wenn nur noch fehlerhafte Nietelemente 3 im Abgreifbereich verblieben sind, die im Abgreifbereich 4c verbliebenen Nietelemente 3 von der Nietbereitstellungseinheit 4, beispielsweise mittels Rüttelbewegungen, einem Ausschussbehälter 13b zugeführt werden.
In der 2 wird die vorschlagsgemäße Fertigungseinrichtung 14 zur Herstellung eines Strukturbauteils 15 schematisch gezeigt. Nachdem eine Nietkassette 2 mit dem zuvor beschriebenen Verfahren befüllt wurde, kann diese Nietkassette 2 in eine Nietspeichereinheit 16 eingesetzt werden. Zum Bohren und Nieten weist die Fertigungseinrichtung 14 ein Bohr-Niet-Werkzeug 17 auf.
Auf der Basis der mit der Nietkassette 2 verknüpften Informationen kann die Fertigungseinrichtung 14 den Bohrprozess und/oder den Nietprozess an das zusetzende Nietelement 3 anpassen. Zusätzlich oder alternativ kann für ein bereits gebohrtes und ggf. vermessenes Loch ein passendes Nietelement 3 aus der Nietspeichereinheit 16 angefordert werden.
Bevorzugt wird somit auf der Basis der vor der Zuführung der Nietelemente 3 zur Nietkassette 2 erfassten, vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften der Nietelemente 3, die Bohrung und/oder die Nietung vorgenommen, und/oder, es wird auf der Basis der vor der Zuführung der Nietelemente 3 zur Nietkassette 2 erfassten, vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaften der Nietelemente 3, für eine Bohrung 15a ein passendes Nietelement 3 aus der Nietspeichereinheit 16 angefordert und eine Nietverbindung hergestellt.
Von besonderer Bedeutung ist dabei insbesondere die Vermessung der Köpfe 3c der Nietelemente 3 und die Anpassung der Bohrung 15a, insbesondere der Senkung 15b an den Kopf 3c des Nietelements 3 bzw. die Auswahl eines Nietelements 3 mit einem passenden Kopf 3c für eine Bohrung 15a, insbesondere die Senkung 15b einer Bohrung 15a. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfasst die Nietbeladestation 1 beispielsweise als vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften der Nietelemente 3 den Nietkopfdurchmesser und/oder die Nietkopflänge vor der Zuführung zur Nietkassette und dass die Fertigungseinrichtung auf der Basis des Nietkopfdurchmessers und/oder der Nietkopflänge die Bohrung bestimmt und vornimmt, insbesondere die Senktiefe für die Bohrung bestimmt und vornimmt.
In der 3 sind schließlich beispielhaft für die Nietelemente 3 in a) ein Vollniet mit Senkkopf, in b) ein Passniet mit Senkkopf und ein zum Passniet korrespondierender Nietkollar 3b gezeigt. Darüber hinaus können auch viele weitere Nietelemente mit der Nietbeladestation auf dieselbe Art und Weise Nietkassetten zugeführt werden. Dies können insbesondere auch Schraubnieten und/oder Blindniete sein.
Für die in der 3 gezeigten Nietelemente 3 sind beispielhaft für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess mögliche relevante Eigenschaften gezeigt, wobei eine Auswahl aus diesen jeweils von den Anforderungen an die zu erzeugende Nietverbindung abhängen können. Die relevanten Eigenschaften sind hier und vorzugsweise die Nietläng L_N und/oder die Schaftlänge L_S und/oder die Kopflänge L_K und/oder der Kopfdurchmesser D_K und/oder der Schaftdurchmesser D_S bemaßt. Ferner sind der Senkkopfwinkel W sowie der Übergangsradius R als mögliche für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften eingezeichnet Darüber hinaus ist eine Nietstruktur, nämlich die Schließrillen 3e des Passniets in 3b), gezeigt.
Für den Nietkollar 3b sind hier als für den Nietprozess relevante Eigenschaften die Nietkollarlänge L_C sowie der Nietkollarinnendurchmesser D_CI und der Nietkollaraußendurchmesser D_CA gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/169727 [0006]

Claims

Verfahren zum Befüllen einer Nietkassette (2) mit Nietelementen (3) mittels einer Nietbeladestation (1) mit einer Nietbereitstellungseinheit (4) zur Bereitstellung der Nietelemente (3) und mit einer Nietkassettenaufnahme (5) zur Aufnahme einer Nietkassette (2), wobei die Nietelemente (3) aus der Nietbereitstellungseinheit (4) einer in der Nietkassettenaufnahme (5) aufgenommenen Nietkassette (2) zugeführt und darin ausgerichtet aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietbeladestation (1) vorbestimmte, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften der Nietelemente (3) vor der Zuführung zur Nietkassette (2) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietbeladestation eine Steuerung (8) aufweist, welche die Nietbeladestation steuert, vorzugsweise, dass die Steuerung (8) mittels einer Sensoranordnung (9), insbesondere mittels einer der Sensoranordnung (9) zugeordneten Prüfeinheit (11), die vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften der Nietelemente (3) vor der Zuführung zur Nietkassette (2) erfasst, vorzugsweise, dass die vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften geometrische Eigenschaften der Nietelemente (3) sind und dass die Steuerung (8) mittels einer Sensoranordnung (9), insbesondere mittels einer der Sensoranordnung (9) zugeordneten Prüfeinheit (11), diese Eigenschaften misst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevanten Eigenschaftenn ein Nietkopfdurchmesser D_K und/oder eine Nietkopflänge L_K und/oder ein Winkel W eines Nietsenkkopfes und/oder ein Übergangsradius R sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinheit (11) eine Beleuchtung (1b) zur Beleuchtung eines Nietelements (3) während der Erfassung der vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften aufweist und ein Nietelement (3) während der Erfassung beleuchtet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinheit (11) als beidseitig telezentrisches System ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtoleranz der Prüfeinheit (11) unter ±5 Micrometern, vorzugsweise ±3 Micrometern, weiter vorzugsweise bei ±2 Micrometern ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (8) eine Strukturerkennung zur Erkennung und/oder Vermessung von Merkmalen am Schaft des Nietelements (3) aufweist und eine Struktur am Schaft des Nietelements (3) mittels der Sensoranordnung (9), insbesondere der Prüfeinheit (11) erfasst, vorzugsweise, dass die Steuerung (8) Schließrillen und/oder Schließgewinde erfasst und prüft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfeinheit (12) zur Prüfung von Nietelementen (3), insbesondere Nietkollaren, in die Nietelemente (3) eintaucht und/oder die Nietelemente (3) auf die Prüfeinheit (12) aufgeschoben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren derart ausgebildet ist, dass alle einer Nietkassette (2) zugeführten Nietelemente (3) auf die vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften geprüft wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietbereitstellungseinheit (4) Nietelemente (3) aus einer Umverpackung zugeführt werden und dass von der Steuerung (8) Informationen über die Nietelemente (3), insbesondere mit der Umverpackung verbundene Informationen über die Nietelemente (3), erfasst werden, vorzugsweise, dass die Informationen die Spezifikation der Nietelemente umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nietkassettenaufnahmen (5) mit mehreren Nietkassetten (2) vorgesehen sind und dass in Abhängigkeit von den erfassten Eigenschaften eines Nietelements (3) dieses einer Nietkassette (2) zugeführt wird, vorzugsweise, dass mindestens zwei der mehreren Nietkassetten Nietelemente des gleichen Typs zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Typ Nietelemente (3) Subkategorien gebildet werden und/oder auf der Grundlage der Informationen über die Nietelemente (3), insbesondere der Spezifikation der Nietelemente (3), Subkategorien gebildet werden und dass diesen Subkategorien, insbesondere jeweils, eine Nietkassette (2) zugeordnet wird und dass die Nietelemente (3) in Abhängigkeit von ihrer Prüfung in der Prüfeinheit (11) entsprechend ihrer Einordnung in eine Subkategorie der dieser Subkategorie zugeordnete Nietkassette (2) zugeführt werden, vorzugsweise, dass die Subkategorien durch Toleranzbereiche gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über die in einer Nietkassette (2) zugeführten oder dieser zuzuführenden Nietkassette (2) verknüpft werden, vorzugsweise, dass die Informationen, insbesondere die Spezifikation und/oder die Subkategorie verknüpft wird.
Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (15), insbesondere eines Flugzeugstrukturbauteils, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nietkassette (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche befüllt wird und dass die Nietkassette (2) danach in eine Nietspeichereinheit (16) einer Fertigungseinrichtung (14) zur Herstellung eines Strukturbauteils (15) eingesetzt wird, die Fertigungseinrichtung (14) in ein Strukturbauteil (15) ein Loch zur Erzeugung einer Nietverbindung bohrt, ein Nietelement (3) aus der Nietkassette (2) in das Loch einsetzt und nietet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinrichtung (14) auf der Basis der vor der Zuführung der Nietelemente (3) zur Nietkassette (2) erfassten, vorbestimmten, für den Bohrprozess und/oder den Nietprozess relevante Eigenschaften die Bohrung und/oder die Nietung vornimmt bzw. für eine Bohrung ein passendes Nietelement (3) anfordert.
Nietbeladestation zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.