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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Überwachung eines Montageprozesses für Steckverbindungen.
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Bei der Montage von Erzeugnissen, z.B. bei der Montage von Fahrzeugen, müssen häufig mit der Hand Steckverbindungen durch einen Monteur erstellt werden. Das wiederholte Erstellen von Steckverbindungen kann zu einer Belastung für den Monteur führen. Des Weiteren kann die Qualität einer Steckverbindung von dem Vorgehen des Monteurs bei der Herstellung von Steckverbindungen abhängen.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Montage von Steckverbindungen überwacht werden kann, insbesondere um die Belastung für einen Monteur zu reduzieren und/oder um eine hohe Qualität von Steckverbindungen zu gewährleisten.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Überwachung eines Montageprozesses einer Steckverbindung beschrieben. Bei der Steckverbindung kann ein erstes Steckteil mit einem zweiten Steckteil verbunden werden. Beispielsweise kann ein Stopfen als erstes Steckteil in ein Loch (z.B. in ein Loch eines Karosserieteils eines Fahrzeugs) eingeführt werden, um eine Steckverbindung herzustellen. Eine bestimmte Art einer Steckverbindung weist dabei bestimmte Anforderungen in Bezug auf das erste und das zweite Steckteil auf. Insbesondere kann eine bestimmte Art einer Steckverbindung eine bestimmte Art von ersten und zweiten Steckteilen aufweisen. Als Folge daraus weisen die im Montageprozess durch einen Monteur aufgewendeten Kräfte meist typische Werte für eine bestimmte Art von Steckverbindung auf.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer von einem Monteur während eines Montageprozesses einer Steckverbindung aufgebrachten Ist-Kraft. Beispielsweise kann ein Kraft-Zeit-Verlauf der von dem Monteur während des Montageprozesses der Steckverbindung aufgebrachten Kraft als Funktion der Zeit ermittelt werden. Es kann dann ein (zumindest lokales) Maximum des Kraft-Zeit-Verlaufs als Ist-Kraft ermittelt werden. Insbesondere können dabei eine Fügekraft und/oder eine Nachdrückkraft des Montageprozesses ermittelt werden.
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Das Verfahren umfasst weiter das Vergleichen der Ist-Kraft mit einer Referenz-Kraft. Die Referenz-Kraft kann dabei auf Basis einer Vielzahl von Montageprozessen einer entsprechenden Vielzahl von Steckverbindungen, insbesondere durch Verwendung eines Machine-Learning-Verfahrens, ermittelt worden sein. Beispielsweise kann ein Machine-Learning-Verfahren angewendet werden, um die Ist-Kraft mit einer Referenz-Kraft zu vergleichen. Dabei kann die Referenz-Kraft eine Kraft anzeigen, die typischerweise in einem Montageprozess einer Steckverbindung (von einer bestimmten Art) aufgebracht werden sollte oder ggf. überschritten werden sollte oder ggf. nicht überschritten werden sollte.
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Das Verfahren umfasst weiter das Veranlassen einer Maßnahme in Bezug auf den Montageprozess, in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Ist-Kraft und der Referenz-Kraft. Die Maßnahme kann darauf ausgelegt sein, die Qualität der Steckverbindung zu verbessern und/oder einen zukünftigen Montageprozess für eine zu erstellende Steckverbindung anzupassen.
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Durch Überwachung der Kraftaufwendung eines Monteurs bei der Montage einer Steckverbindung kann die Qualität einer Steckverbindung und/oder die Belastung eines Monteurs bei dem Montageprozess in effizienter und zuverlässiger Weise überwacht werden.
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Die Steckverbindung kann derart ausgelegt sein, dass in dem Montageprozess ein mechanischer Widerstand überwunden werden muss, um die Steckverbindung herzustellen, insbesondere um zu bewirken, dass Rast-Mittel zwischen dem ersten Steckteil und dem zweiten Steckteil einrasten. Das Ermitteln der Ist-Kraft kann umfassen, das Ermitteln der Ist-Kraft, die zur Überwindung des mechanischen Widerstands aufgebracht wurde. Die Überwindung des mechanischen Widerstands kann die Ursache eines (ggf. ersten) lokalen Maximums des Kraft-Zeit-Verlaufs sein, wobei das lokale Maximum meist in zuverlässiger Weise bestimmt werden kann. Die Ist-Kraft zur Überwindung des mechanischen Widerstands kann als Fügekraft bezeichnet werden. Die Referenz-Kraft kann in diesem Fall die Kraft anzeigen, die typischerweise zur Überwindung des mechanischen Widerstands aufgebracht werden muss.
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Es kann in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Ist-Kraft und der Referenz-Kraft bestimmt werden, ob die Steckverbindung ein Qualitätsproblem aufweist. Beispielsweise kann die Steckverbindung ein Qualitätsproblem aufweisen, wenn die Ist-Kraft (insbesondere die Fügekraft) um mehr als einen bestimmten Wert (z.B. um mehr als einen bestimmten Prozentwert) von der Referenz-Kraft abweicht. Es kann dann als Maßnahme veranlasst werden, dass die Steckverbindung überprüft und/oder nachgearbeitet wird, wenn bestimmt wurde, dass die Steckverbindung ein Qualitätsproblem aufweist. So kann die Qualität einer Steckverbindung in zuverlässiger Weise erhöht werden.
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Die Ist-Kraft kann eine Kraft anzeigen, mit der der Monteur im Anschluss an ein Herstellen der Steckverbindung nachdrückt. Diese Kraft kann als Nachdrückkraft bezeichnet werden. Die Nachdrückkraft kann als ein (ggf. globales) Maximum (das zeitlich nach der Fügekraft angeordnet ist) aus dem Kraft-Zeit-Verlauf bestimmt werden. Die Nachdrückkraft kann dazu verwendet werden, ein Ausmaß an körperlicher Belastung für den Monteur zu bestimmen.
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Die Maßnahme in Bezug auf den Montageprozess kann umfassen, das Übermitteln von Information in Bezug auf die Ist-Kraft an den Monteur. Dabei kann das Übermitteln von Information insbesondere das Ausgeben eines haptischen, akustischen und/oder optischen Signals an den Monteur umfassen.
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Insbesondere kann das Verfahren umfassen, das Ermitteln, ob die Ist-Kraft die Referenz-Kraft erreicht oder überschreitet. Die Information in Bezug auf die Ist-Kraft kann dann daraufhin ausgelegt sein, den Monteur zu veranlassen, die Ist-Kraft (insbesondere die Nachdrückkraft) in einem folgenden Montageprozess zu reduzieren, wenn ermittelt wurde, dass die Ist-Kraft die Referenz-Kraft erreicht oder überschreitet. So kann bewirkt werden, dass der Monteur die aufgebrachte Nachdrückkraft und damit auch das Ausmaß an körperlicher Belastung reduziert.
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Die Steckverbindung kann einer bestimmten Art aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Arten von Steckverbindungen entsprechen. Die Referenz-Kraft kann dann von der bestimmten Art der Steckverbindung abhängen, wobei die Referenz-Kraft für die unterschiedlichen Arten von Steckverbindungen unterschiedlich sein kann. So kann die Zuverlässigkeit der Überwachung eines Montageprozesses weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Montageprozesses einer Steckverbindung beschrieben, wobei bei der Steckverbindung ein erstes Steckteil mit einem zweiten Steckteil verbunden wird. Die Vorrichtung ist eingerichtet, eine von einem Monteur während eines Montageprozesses einer Steckverbindung aufgebrachte Ist-Kraft zu ermitteln. Die Vorrichtung ist weiter eingerichtet, die Ist-Kraft mit einer Referenz-Kraft zu vergleichen. Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Ist-Kraft und der Referenz-Kraft eine Maßnahme in Bezug auf den Montageprozess zu veranlassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 einen beispielhaften Verlauf der durch einen Monteur bei der Montage einer Steckverbindung aufgebrachten Kraft als Funktion der Zeit; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überwachung der Montage einer Steckverbindung.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Überwachung der Montage von Steckverbindungen.
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Bei einer Steckverbindung wird typischerweise ein erstes Steckteil (z.B. ein Pin oder ein Bolzen oder ein Stopfen) in ein zweites Steckteil (z.B. in ein Aufnahme für einen Pin oder einen Bolzen oder ein Stopfen) eingesteckt. Dabei muss bei der Herstellung der Steckverbindung typischerweise ein Widerstand überwunden werden (z.B. zur Aktivierung eines Einrastmechanismus oder Klickmechanismus), um die Steckverbindung einzurasten.
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Zur Überwachung der Montage von Steckverbindungen kann die von einem Monteur aufgebrachte (Druck-)Kraft als Funktion der Zeit ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann der Monteur z.B. bei der Montage Handschuhe tragen, die ein oder mehrere Drucksensoren aufweisen, durch die die aufgebrachte Kraft während der Montage einer Steckverbindung erfasst werden kann. Somit kann während der Montage einer Steckverbindung ein Kraft-Zeit-Verlauf 103 ermittelt werden, der die von einem Monteur aufgebrachte Kraft 101 als Funktion der Zeit 102 anzeigt. Ein derartiger Kraft-Zeit-Verlauf 103 ist beispielhaft in 1 dargestellt.
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Wie aus 1 zu entnehmen ist, umfasst der Kraft-Zeit-Verlauf 103 der Montage einer Steckverbindung unterschiedliche Phasen und unterschiedliche (lokale oder globale) Kraft-Maxima. In einer ersten Phase wird die Kraft bis zu einer Fügekraft 104 aufgebaut. In dieser ersten Phase erfolgt typischerweise das Einführen des ersten Steckteils in das zweite Steckteil bis zur Aktivierung eines Einrastmechanismus. Anschließend erfolgt typischerweise ein weiteres Einführung des ersten Steckteils bis zum Erreichen einer Aufschlagkraft 105, bei der das erste Steckteil nicht weiter in das zweite Steckteil eingeführt werden kann. Im Anschluss daran werden durch einen Monteur typischerweise ein Nachdrücken bis zu einer Nachdrückkraft 106 sowie ein anschließender Kraftabbau bewirkt.
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Der in 1 dargestellte Kraft-Zeit-Verlauf 103 hat sich in einer Vielzahl von Untersuchungen als typisch für die Montage einer bestimmten Art von Steckverbindungen erwiesen. Dabei ergeben sich für unterschiedliche Arten von Steckverbindungen (z.B. für Steckverbindungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Einrastmechanismen) unterschiedliche Kraft-Zeit-Verläufe 103, die jedoch typischerweise lokale Kraft-Maxima aufweisen, die der Fügekraft 104, der Aufschlagkraft 105 und der Nachdrückkraft 106 entsprechen.
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Aus dem (ggf. gemittelten) Kraft-Zeit-Verlauf 103 der Montage einer Steckverbindung kann ein Modell eines Montagevorgangs abgeleitet werden, das aus den folgenden vier Phasen besteht: 1. Kraftaufbau, 2. Fügen, 3. Nachdrücken, 4. Kraftabbau. Dabei hat sich insbesondere gezeigt, dass typischerweise der globale Maximalwert der Kraft 101 in einem Kraft-Zeit-Verlauf 103 nicht der eigentlichen Fügekraft 104 bzw. der Aufschlagkraft 105 sondern der Nachdrückkraft 106 entspricht.
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Die Fügekraft 104 zeigt an, ob das erste Steckteil (z.B. ein Stopfen) erfolgreich in das zweite Steckteil (z.B. eine Öffnung in einem Karosserieteil) eingedrückt wurde. Außerdem kann die Fügekraft 104 dazu genutzt werden, die Verbaureihenfolge verschieden gearteter Stopfen zu überprüfen, denn die Fügekraft 104 ist ein charakteristischer Wert für die Art der Steckverbindung, d.h. insbesondere für die Art des ersten Steckteils (z.B. der Art von Stopfen), das für eine Steckverbindung verwendet wurde. Für unterschiedliche Arten von Steckverbindungen kann die Fügekraft 104 unterschiedlich hoch sein. Insofern kann die Fügekraft 104 für Zwecke der Qualitätssicherung herangezogen werden.
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Aus der Prozessüberwachung und der Ermittlung der Kraft-Zeit-Verläufe 103 ergeben sich somit Daten, die im Rahmen von Predictive Analytics genutzt werden können, um Informationen in Bezug auf die Qualität von Steckverbindungen zu ermitteln. Der Kraft-Zeit-Verlauf 103 eines Montagevorgangs ermöglicht Rückschlüsse auf die Toleranzen und die Beschaffenheit einer Charge von ersten Steckteilen (z.B. von Stopfen). Mit Hilfe von Machine-Learning-Verfahren kann der Kraft-Zeit-Verlauf 103 eines bestimmten Montagevorgangs mit einem typischen Kraft-Zeit-Verlauf für die Steckverbindung verglichen werden. So können in effizienter und zuverlässiger Weise bereits frühzeitig Fehlproduktionen detektiert und korrigiert werden.
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Für eine bestimmte Art von Steckverbindung (insbesondere für eine bestimmte Art des ersten Steckteils) kann eine Referenz-Fügekraft ermittelt werden (z.B. durch Mittelung einer Vielzahl von Montagevorgängen für Steckverbindungen der bestimmten Art). Die Fügekraft 104 für eine Steckverbindung der bestimmten Art kann dann mit der Referenz-Fügekraft verglichen werden, um zu bestimmen,
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- • ob ein Teil der Steckverbindung (insbesondere das erste Steckteil) einen Defekt aufweist oder nicht; und/oder
- • ob ggf. ein falsches erstes Steckteil für eine Steckverbindung genutzt wurde.
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Des Weiteren kann die Nachdrückkraft 106 (die typischerweise das globale Maximum eines Kraft-Zeit-Verlaufs 103 dargestellt) dazu verwendet werden, einen Grad der Belastung eines Monteurs bei der Durchführung von Montageprozessen zu bestimmen. Insbesondere kann eine Rückmeldung an den Monteur generiert werden.
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Das Überdrücken nach Verrasten des ersten Steckteils (insbesondere Stopfens) ist typischerweise eine Folge der Geschwindigkeit, mit der der Montageprozess durchgeführt wird. Meist steigt die Nachdrückkraft 106 mit steigender Geschwindigkeit des Montageprozesses an. Da die Nachdrückkraft 106 keinen Einfluss auf die Qualität einer Steckverbindung darstellt, stellt die Nachdrückkraft 106 für den Monteur eine schädliche und nicht erforderliche Zusatzbelastung dar. Ziel ist es folglich die Nachdrückkraft 106 möglichst gering zu halten.
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Zur Reduzierung der Nachdrückkraft 106 kann Information in Bezug auf die Nachdrückkraft 106 an einen Monteur ausgegeben werden. Beispielsweise kann eine Benachrichtigung an den Monteur übermittelt werden, wenn die Nachdrückkraft 106 einen bestimmten Kraft-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Dabei kann der Monteur darüber informiert werden, dass er in einem ergonomisch ungünstigen Bereich agiert und die Nachdrückkraft 106 reduzieren sollte. So kann bei einem nachfolgenden Montageprozess ein ggf. schädliches Überdrücken verhindert oder zumindest reduziert werden. Die Benachrichtigung an den Monteur kann über ein haptisches, akustisches und/oder visuelles Signal erfolgen.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Überwachung eines Montageprozesses einer Steckverbindung, bei der ein erstes Steckteil mit einem zweiten Steckteil verbunden wird. Das Verfahren 200 umfasst das Ermitteln 201 einer von einem Monteur während eines Montageprozesses einer Steckverbindung aufgebrachten Ist-Kraft 104, 106. Zu diesem Zweck kann ein Kraft-Zeit-Verlauf 103 des Montageprozesses erfasst werden. Des Weiteren kann die Ist-Kraft 104, 106 als ein lokales (und ggf. globales) Maximum des Kraft-Zeit-Verlaufs 103 bestimmt werden. Die Ist-Kraft 104, 106 kann z.B. der Fügekraft 104 und/oder der Nachdrückkraft 106 entsprechen.
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Das Verfahren 200 umfasst weiter das Vergleichen 202 der Ist-Kraft 104, 106 mit einer Referenz-Kraft. Der Vergleich kann dabei im Rahmen eines Machine-Learning-Verfahrens erfolgen, z.B. durch Anwendung eines neuronalen Netzes und/oder durch Anwendung einer Support Vektor Machine.
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Außerdem umfasst das Verfahren 200 das Veranlassen 203 einer Maßnahme in Bezug auf den Montageprozess, in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Ist-Kraft 104, 106 und der Referenz-Kraft. Insbesondere kann dann eine Maßnahme veranlasst werden, wenn die Ist-Kraft 104, 106 in einem zu starken Ausmaß von der Referenz-Kraft abweicht (z.B. bei Überschreiten eines Abweichungs-Schwellenwertes). So kann durch das Verfahren 200 in zuverlässiger Weise ein Montageprozess überwacht werden (z.B. zur Qualitätssicherung). Des Weiteren kann so die Belastung eines Monteurs durch den Montageprozess reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
