DE102017205586A1

DE102017205586A1 - Stanznietvorrichtung und Verfahren zum Überwachen einer Stanznietvorrichtung

Info

Publication number: DE102017205586A1
Application number: DE102017205586.3A
Authority: DE
Inventors: Florian Woelke; Armin Karle; Steven Maul; Reiner Ramsayer; Christoph Kauth; Martin Dieterle; Andre Philipskoetter; Patrick Nickel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung (10) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels eines Niets (20), mit einem Stempel (15) zum Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) und einem Schwingungserzeuger (32), der dazu eingerichtet ist, während wenigstens einer Betriebsphase wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) beteiligte Komponente (11, 12, 15, 18, 20) in Schwingung zu versetzen, wobei wenigstens eine Messeinrichtung (85), die dazu eingerichtet ist, Schwingungen, die durch die in Schwingung versetzte Komponente erzeugt werden, mittels wenigstens eines Laserstrahls zu erfassen, sowie ein Verfahren zum Überwachen einer solchen Stanznietvorrichtung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung mit einem Schwingungserzeuger sowie ein Verfahren zum Überwachen einer solchen Stanznietvorrichtung.
Stand der Technik
Nietverfahren dienen zum Verbinden wenigstens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet mittels eines Fügewerkzeugs, das einen Stempel umfasst, in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Fügewerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt werden kann, dass der Niet oder die Bauteile sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.
Weiterhin ist beispielsweise aus der EP 2 318 161 B1 ein sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bekannt, bei dem ein Schwingungserzeuger, wie beispielsweise ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird beispielsweise die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden eine Stanznietvorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen einer Stanznietvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung dient zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets, und weist einen Schwingungserzeuger auf, der dazu eingerichtet ist, während wenigstens einer Betriebsphase wenigstens eine beim Eindrücken des Niets in die wenigstens zwei Bauteile beteiligte Komponente beim Eindrücken in Schwingung zu versetzen. Zum Eindrücken des Niets dient ein Stempel als Teil eines Fügewerkzeugs, der Teil der Stanznietvorrichtung ist, und ebenfalls in Schwingung versetzt werden kann. Dabei ist in der Regel auch ein Gegenhalter, beispielsweise in Form einer Matrize, auf der dem Stempel gegenüberliegenden Seite der wenigstens zwei Bauteile vorgesehen. Als Schwingungserzeuger kommt dabei insbesondere ein Schall-Generator, insbesondere ein Ultraschall-Generator, in Betracht. Als die wenigstens eine beim Eindrücken des Niets beteiligte Komponente, die in Schwingung versetzt wird, kommen insbesondere der Niet und/oder der Stempel und/oder der Gegenhalter und/oder wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile in Betracht. Denkbar ist im Falle des Stempels als diejenige Komponente, die in Schwingung versetzt wird, dass der Stempel gleichzeitig als Sonotrode dient bzw. ausgebildet ist und über einen Booster mit einem Schwingungskonverter verbunden ist, welcher wiederum an den Schwingungserzeuger angebunden ist.
Weiterhin ist nun wenigstens eine Messeinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, Schwingungen, die durch die in Schwingung versetzte Komponente erzeugt werden, mittels wenigstens eines Laserstrahls zu erfassen. Denkbar ist hierbei, dass eine betreffende Komponente, die schwingt, mittels des Laserstrahls abgetastet wird. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die wenigstens eine Messeinrichtung jeweils eine Sensoreinheit und eine Messeinheit aufweist, wobei die Sensoreinheit ein Medium, durch das der wenigstens eine Laserstrahl führbar ist, insbesondere zwischen zwei Spiegeln, umgibt, und wobei die Messeinheit dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Laserstrahl zu erfassen, nachdem er durch das jeweilige Medium geführt wurde. Dabei ist die jeweilige Sensoreinheit so angeordnet, dass das jeweilige Medium Druckschwingungen unterliegt, die durch Schwingungen, die durch die in Schwingung versetzbare Komponente erzeugbar sind, hervorgerufen sind. Bei einer solchen Messeinrichtung kann es sich insbesondere um ein sog. Lasermikrofon handeln. Solche Lasermikrofone sind beispielsweise von der Firma Xarion bekannt. Die Funktionsweise eines solchen Lasermikrofons basiert darauf, dass der Laserstrahl vorzugsweise zwischen zwei Spiegeln mehrmals durch das Medium, bei dem es sich vorzugsweise um Luft handeln kann, geführt wird. Durch die Schwingungen, welchen das Medium unterliegt, bzw. durch den Schall ist dieses Medium damit Druckänderungen ausgesetzt. Diese Druckänderungen wiederum resultieren in einer Veränderung bzw. Variation des Brechungsindex bzw. der optischen Weglänge des Mediums. Eine dadurch hervorgerufene Verzögerung des Laserstrahls kann dann durch Vergleich mit einem Referenzstrahl ermittelt werden. Hierzu sei auch auf die EP 2 710 335 B1 verwiesen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Mikrofonen, die bewegliche Bauteile wie beispielsweise eine Membran aufweisen, sind bei Verwendung des Laserstrahls bzw. des Lasermikrofons keine beweglichen Bauteile nötig. Damit eignet sich beispielsweise ein solches Lasermikrofon besonders zur Verwendung in einer Stanznietvorrichtung, vor allem, wenn beteiligte Komponenten Schwingungen ausgesetzt sind. Zu dem können Störgeräusche ausgeblendet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein solches Lasermikrofon im Vergleich zu herkömmlichen Mikrofonen ein deutlich breiteres Frequenzspektrum abdeckt. Insbesondere kann damit beispielsweise in Luft ein Frequenzspektrum von10 Hz bis 1 MHz abgedeckt werden. Zudem bietet ein solches Lasermikrofon eine lineare Abhängigkeit der erfassten Signale von der Frequenz, ein Wandler hingegen ist nicht frequenzabhängig. Außerdem ist damit eine hohe räumlich zeitliche Auflösung erreichbar.
Hinsichtlich bevorzugter Anwendungen bzw. einer Weiterverarbeitung der auf diese Weise erfassten Schwingungen sei an dieser Stelle auf die noch folgenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Vorzugsweise ist wenigstens eine der Sensoreinheiten in einem Stempel als wenigstens eine beim Eindrücken des Niets beteiligte Komponente angeordnet. Insbesondere kann eine der Sensoreinheiten derart im Stempel angeordnet sein, dass eine Mittelachse des Stempels durch das Medium läuft. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch bevorzugt, wenn eine der Sensoreinheiten derart im Stempel angeordnet ist, dass das Medium außerhalb einer Mittelachse des Stempels liegt, insbesondere in einem äußeren Randbereich des Stempels. Im ersten Fall können damit Schwingungen im Bereich der Ultraschallfrequenz erkannt werden, ebenso aber auch Rückkopplungen der Wechselwirkung zwischen dem Stempel bzw. der Sonotrode und den Bauteilen. Außerdem können beispielsweise ein Abheben des Stempels vom Niet sowie ein Prozessende mit vollständigem Setzen und Umformen des Niets als charakteristische Merkmale des Prozessverlaufs erkannt werden. Die Ausrichtung der Sensoreinheit kann dabei entsprechend der Ausbreitungsrichtung des Schalls im Stempel bzw. in der Sonotrode vorgenommen werden. Im zweiten Fall lässt sich beispielsweise ein schräges Aufsetzen des Stempels auf dem Niet oder ein schräges Fügen des Niets erkennen. Ebenso kann ein sog. Hämmern, bei dem die Sonotrode während des Fügevorgangs zeitweise den Kontakt zum Niet verliert, erkannt werden.
Es ist von Vorteil, wenn wenigstens eine der Sensoreinheiten in einem Gegenhalter als wenigstens eine beim Eindrücken des Niets beteiligte Komponente angeordnet ist. Insbesondere kann dabei eine der Sensoreinheiten derart in dem Gegenhalter angeordnet sein, dass eine Mittelachse des Stempels durch das Medium läuft. Alternativ kann die Sensoreinheit auch derart angeordnet sein, dass das Medium außerhalb der Mittelachse liegt. Die Sensoreinheit kann hier beispielsweise in eine Bohrung in dem Gegenhalter bzw. in der Matratze eingebracht werden. Damit lassen sich insbesondere Übertragungen von Ultraschall von der Sonotrode über den Niet auf die Bauteile zum Gegenhalter detailliert analysieren.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine der Sensoreinheiten von den beim Eindrücken des Niets beteiligten Komponenten beabstandet angeordnet. Insbesondere ist dabei eine der Sensoreinheiten derart von den beim Eindrücken des Niets beteiligten Komponenten beabstandet angeordnet, dass sie in Bezug auf die Bauteile auf Seiten des Stempels, insbesondere auf Höhe des Stempels, angeordnet ist. Damit können Schwingungen von mehreren in Schwingung versetzten Komponenten erfasst werden.
Vorzugsweise weist die Stanznietvorrichtung wenigstens einen Lichtwellenleiter auf, mittels welchem der wenigstens eine Laserstrahl zu der wenigstens einen Sensoreinheit geführt wird. Damit ist eine besonders einfache Kontaktierung der Sensoreinheit möglich.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Überwachen einer Stanznietvorrichtung, die zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels eines Niets dient und bei der während wenigstens einer Betriebsphase beim Eindrücken wenigstens eine beim Eindrücken des Niets in die wenigstens zwei Bauteile beteiligte Komponente mittels eines Schwingungserzeugers in Schwingung versetzt wird. Insbesondere kann es sich dabei um eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung handeln, wie sie bereits ausführlich beschrieben wurde. Dabei werden während der wenigstens einen Betriebsphase wenigstens zeitweise Schwingungen, die durch die in Schwingung versetzte Komponente erzeugt werden, mittels wenigstens eines Laserstrahls erfasst. Insbesondere können die Schwingungen mittels des wenigstens einen Laserstrahls erfasst werden, indem der wenigstens eine Laserstrahl die schwingende Komponente abtastet oder indem der wenigstens eine Laserstrahl durch ein Medium geführt wird, welches Medium von diesen Schwingungen hervorgerufenen Druckänderungen unterliegt. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung verwiesen.
Vorzugsweise wird dabei wenigstens eine Größe der erfassten Schwingungen ermittelt, welche ausgewählt ist aus einer Frequenz, einer Amplitude und einer Phase. Bei all diesen Größen handelt es sich um solche Größen, anhand welcher sich Aussagen über den Prozessverlauf bei Verwendung einer Stanznietvorrichtung treffen lassen. Hierzu können übliche Techniken wie beispielsweise Hüllkurven, statistische Methoden, Frequenzanalysen oder dergleichen verwendet werden. Im Vergleich zum Betrieb herkömmlicher Stanznietvorrichtungen, bei denen beispielsweise Kräfte oder zurückgelegte Wege überwacht werden, können mit den gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ermittelbaren Größen insbesondere bei Ultraschall-Stanznietvorrichtungen deutlich genauere Aussagen über den Prozessverlauf getroffen werden.
Besonders bevorzugt wird die wenigstens eine Größe für eine Qualitätsbewertung eines zugehörigen Stanznietvorgangs und/oder einer in diesem Stanznietvorgang erzeugten Verbindung der wenigstens zwei Bauteile und/oder eine Steuerung und/oder Regelung der Stanznietvorrichtung verwendet. Im Falle der Steuerung bzw. der Regelung kann die Steuerung bzw. Regelung hinsichtlich wenigstens einer Steuergröße, die ausgewählt ist aus einer Leistung des Schwingungserzeugers, einer Kraft zum Eindrücken des Niets und einem Vorschub eines Stempels als beim Eindrücken des Niets beteiligte Komponente, vorgenommen werden. Da durch die Verwendung des Laserstrahls, wie erwähnt, eine besonders genaue und eine ein breites Frequenzspektrum abdeckende Messgröße erhalten werden kann, ist damit auch eine besonders genaue Steuerung bzw. Regelung der erwähnten Größen beim Betrieb der Stanznietvorrichtung möglich. Falls nötig, können auch weitere Größen wie beispielsweise eine benötigte Energie, und/oder Kräfte und/oder Wege herangezogen werden, um die nötigen Informationen zum Überwachen des Prozessverlaufs zu erhalten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt vereinfacht und schematisch eine Fertigungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
2 zeigt schematisch eine detailliertere Darstellung der Stanznietvorrichtung aus 1.
3 zeigt schematisch eine Sensoreinheit, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
4 bis 7 zeigen Ausschnitte einer Stanznietvorrichtung in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
8 zeigt einen Verlauf einer Frequenz der Schwingungen, wie er bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auftreten kann.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist vereinfacht und schematisch eine Fertigungseinrichtung 100 mit einer Stanznietvorrichtung 10 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Bei der Fertigungseinrichtung 100 kann es sich beispielsweise um einen Industrieroboter in einer Fertigungshalle, beispielsweise für einen automobilen Karosseriebau, handeln.
Die Fertigungseinrichtung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und zwei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Arme 4 und 5 auf. Am Ende des Armes 5 ist die Stanznietvorrichtung 10 angeordnet, welche nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.
Es versteht sich, dass die Stanznietvorrichtung nur beispielhaft in Verbindung mit einer Fertigungseinrichtung, insbesondere Industrieroboter, veranschaulicht ist und dass die Stanznietvorrichtung auch an anderen Handlings- bzw. Handhabungseinrichtungen angebracht werden und damit verwendet werden kann.
Weiterhin ist eine Recheneinheit 80 gezeigt, bei der es sich beispielsweise um eine Steuereinheit für die Stanznietvorrichtung 10 handelt. Die Recheneinheit 80 kann zudem auch als Steuereinheit für die gesamte Fertigungseinrichtung, d.h. neben der Stanznietvorrichtung insbesondere auch für die Ansteuerung der beweglichen Arme vorgesehen sein. Weiterhin sind Anzeigemittel 90, beispielsweise ein Display, vorgesehen, auf denen aktuelle Betriebsparameter der Stanznietvorrichtung angezeigt werden können. Es kann sich bei dem Element 90 auch um ein kombiniertes Anzeige-/Eingabemittel, beispielsweise einen Touchscreen, handeln.
Weiterhin ist eine Messeinrichtung 85 vorgesehen, mittels welcher Schwingungen erfasst werden können. Für eine detailliertere Beschreibung der Messeinrichtung der Funktionsweise sei auf die noch folgenden Figuren sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. Von der Messeinrichtung 85 erfasste Werte können dann beispielsweise an die Recheneinheit 80 übermittelt werden.
In 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Rahmen 60 auf, der vorzugsweise in Form eines C-Rahmens oder C-Bügels vorliegt, an welchem die einzelnen Komponenten bei einer Stanznietvorrichtung in der Regel angeordnet sind, um die gewünschte Position zueinander einnehmen zu können. Über den Rahmen 60 kann die Stanznietvorrichtung 10 beispielsweise an einem Arm wie in 1 gezeigt befestigt sein.
Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel (bzw. eine Sonotrode) 15 auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Der Stempel 15 ist von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Niederhalter ist mittels einer Feder am Stempel 15 befestigt. Weiterhin ist der Stempel 15 mit einem Antrieb 50 gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. Der Antrieb 50 kann beispielsweise mittels der Recheneinheit 80 gesteuert werden. Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des dem Stempel 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken.
Auf der dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist ein Gegenhalter in Form einer Matrize 18 angeordnet. Der Stempel 15 und die Matrize 18 sind in vertikaler Richtung, wie auch der Niederhalter 16, beweglich angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch den Stempel 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken.
Der Niet 20, hier beispielhaft ein Halbhohlniet, besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich eines Nietschafts. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite des Niets ist in Wirkverbindung mit dem Stempel 15 angeordnet, der an der Oberseite des Niets 20 flächig anliegt.
Der Stempel 15 ist mit einem (mechanischen) Schwingungskonverter 30, der über einen Schwingungserzeuger 32, insbesondere einen Ultraschallgenerator, zur Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen anregbar ist, verbunden. Insbesondere werden dabei Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 µm und 110 µm (entspricht einer Amplitude von 5 µm bis 55 µm) und einer Frequenz zwischen 15 kHz und 35 kHz oder ggf. auch höher erzeugt. Diese Schwingungen werden von dem Schwingungskonverter 30 über einen Booster 31 und den Stempel 15, der auch als Sonotrode dient, in den Niet 20 eingekoppelt.
Bei dem Antrieb 50 kann es sich beispielsweise um einen Antrieb mit Kugel-, Rollen- oder Planetengewindetrieb oder dergleichen handeln, der dazu geeignet ist, eine Kraft F zum Eindrücken des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 aufzubringen. An dem Antrieb 50 sind der Booster 31 und darüber der Schwingungskonverter 32 mit der Stempel 15 und der Niederhalter 16 mittels einer Haltevorrichtung 35 angebracht.
Weiterhin ist am Rahmen 60 der Stanznietvorrichtung 10 eine Messeinheit 87 als Teil der Messeinrichtung 85 angeordnet. Weiterhin umfasst die Messeinrichtung 85 eine Sensoreinheit 86, die hier beispielhaft im Stempel 15 vorgesehen ist. Mittels eines Lichtwellenleiters 88, der beispielsweise durch ein geeignetes Langloch im Niederhalter 16 geführt werden kann, kann einen Laserstrahl von der Messeinheit 87 zu der Sensoreinheit 86 geführt werden und umgekehrt. Die Messeinheit 87 kann auch mit der Recheneinheit 80 verbunden sein, denkbar ist jedoch auch, dass sie in diese integriert ist. Hinsichtlich der Funktionsweise sowie verschiedener Ausgestaltungen der Messeinrichtung 85 sowie Anordnungen der Sensoreinheit 86 sei auf die nachfolgenden Figuren verwiesen.
In 3 ist schematisch eine Sensoreinheit 86 dargestellt, wie sie beispielsweise auch in der Stanznietvorrichtung gemäß 2 vorgesehen sein kann. Die Sensoreinheit 86 weist beispielsweise ein Interferometer auf, wie in der EP 2 710 335 B1 beschrieben. Insbesondere befindet sich ein Medium 95, insbesondere Luft, zwischen (ggf. teildurchlässigen) Spiegeln 89. Damit umgibt die Sensoreinheit 86 das Medium 95. Über den Lichtwellenleiter 88 kann ein Laserstrahl 91 in die Sensoreinheit 86 eingebracht werden.
In 4 ist ein Stempel 15 dargestellt, der auf einem Niet 20 aufsetzt. Die Sensoreinheit 86 ist hier in dem Stempel 15 angeordnet, und zwar derart, dass eine Mittelachse R durch die Sensoreinheit 86 und damit durch das in der Sensoreinheit 86 vorgesehene Medium läuft. Die Sensoreinheit 86 kann hierzu in einer Ausnehmung in dem Stempel 15 eingebracht sein. Insbesondere kann die Sensoreinheit 86 in die Ausnehmung eingeklebt oder darin vergossen sein.
Weiterhin sind Schwingungen S dargestellt, die sich entlang der Mittelachse und damit in Fügerichtung in dem Stempel 15 und damit auch in dem Niet 20 ausbreiten. Zudem können Schwingungen, die hier insbesondere in Form von Schallwellen vorliegen, auch am Niet 20 oder an den Bauteilen, die hier nicht zu sehen sind, reflektiert werden. All diese Schwingungen können mittels der Sensoreinheit 86 erfasst werden, insbesondere wenn sich die Schwingungen entlang der Mittelachse R ausbreiten.
In 5 ist nun ein Stempel 15 ähnlich zu 4 dargestellt, allerdings ist die Sensoreinheit 86 hier außerhalb der Mittelachse R angeordnet, insbesondere in einem äußeren Randbereich des Stempels 15. Zusätzlich sind hier Schwingungen dargestellt, die vom Niet 20 bzw. der Kontaktstelle zwischen dem Stempel 15 und dem Niet 20 reflektiert werden.
Mit der hier gezeigten Anordnung der Sensoreinheit 86 lassen sich also insbesondere auch solche Schwingungen erfassen, die sich nicht entlang der Mittelachse R ausbreiten. Insbesondere lässt sich damit beispielsweise ein schräges Aufsetzen des Stempels 15 auf dem Niet 20 erkennen. Ebenso kann ein schräges Fügen des Niets 20 erkannt werden. In diesen Fällen treten insbesondere Schwingungen auf, die sich schräg zur Mittelachse R ausbreiten.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Sensoreinheit 86 in dem Gegenhalter bzw. der Matrize 18 angeordnet ist. Auch hier ist die Sensoreinheit 86 auf der Mittelachse R angeordnet, d.h. in der gezeigten Ausführungsform können insbesondere solche Schwingungen erfasst werden, die sich entlang der Mittelachse R ausbreiten.
In Figur 7ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Sensoreinheit 86 von den beim Eindrücken des Niets 20 beteiligten Komponenten beabstandet ist. Dies bedeutet, dass die Sensoreinheit 86 insbesondere weder im Stempel 15 noch im Gegenhalter 18 angeordnet ist. Es versteht sich, dass die Sensoreinheit 86 auf geeignete Weise an der gezeigten Position zu befestigen ist. Mit der hier gezeigten Ausführungsform können also Schwingungen, die an verschiedenen Stellen entstehen, erfasst werden. Beispielhaft sind hier Schwingungen gezeigt, die an der Kontaktstelle zwischen dem Stempel 15 und dem Niet 20 und der Kontaktstelle zwischen dem Bauteil 12 und dem Gegenhalter 18 entstehen.
In 7 ist nun ein Verlauf einer Frequenz der Schwingungen, wie er bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auftreten kann, dargestellt. Hierzu ist eine Frequenz f der Schwingungen gegen eine Position x aufgetragen. Die Position x kann dabei die Position des Stempels gegenüber einer Referenzposition, also beispielsweise einem festen Punkt am Rahmen, beim Eindrücken des Niets bezeichnen. Es versteht sich, dass die Frequenz f auch gegen die Zeit t die erfasst werden kann.
Hier ist am Verlauf der Frequenz f zu sehen, dass diese mit zunehmender Strecke, die zurückgelegt wurde, zunächst zunimmt, dann wieder abnimmt. Es sei angemerkt, dass hier lediglich ein beispielhafter Verlauf zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
Anhand des Verlaufs der Frequenz kann nun der Betrieb der Stanznietvorrichtung überwacht werden. So können beispielsweise eventuelle Funktionseinschränkungen oder anderweitige Probleme erkannt werden, da der Verlauf der Frequenz dann beispielsweise von einem Soll-Verlauf abweicht.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang beispielsweise auch die Verwendung einer sog. Hüllkurventechnik. Hierzu sind beispielhaft zwei verschiedene obere Grenzverläufe G₁₁ und G₁₂ sowie zwei untere Grenzverläufe G₂₁ und G₂₂ dargestellt, bei deren Überschreiten bzw. Unterschreiten beispielswiese auf eine Funktionseinschränkung erkannt werden kann. Ebenso denkbar ist beispielsweise die Verwendung der sog. Fenstertechnik, bei der ein oder mehrere prozessrelevante Fenster, hier beispielhaft mit Fenster 701 gezeigt, festgelegt werden können, innerhalb welcher einzuhaltende Grenzwerte festgelegt und überwacht werden können.
Ebenso kann die Frequenz f oder eine andere der eingangs erwähnten Größen dazu verwendet werden, die Stanznietvorrichtung zu steuern bzw. zu regeln. Hierzu kann beispielsweise die in 2 gezeigte Recheneinheit 80 verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2318161 B1 [0003]
EP 2710335 B1 [0006, 0031]

Claims

Stanznietvorrichtung (10) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels eines Niets (20), mit einem Stempel (15) zum Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) und einem Schwingungserzeuger (32), der dazu eingerichtet ist, während wenigstens einer Betriebsphase beim Eindrücken wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) beteiligte Komponente (11, 12, 15, 18, 20) in Schwingung zu versetzen, gekennzeichnet durch wenigstens eine Messeinrichtung (85), die dazu eingerichtet ist, Schwingungen (S), die durch die in Schwingung versetzte Komponente erzeugt werden, mittels wenigstens eines Laserstrahls (91) zu erfassen.
Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Messeinrichtung (85) jeweils eine Sensoreinheit (86), die ein Medium (95), durch das der wenigstens eine Laserstrahl (91) führbar ist, insbesondere zwischen zwei Spiegeln (89), umgibt, und eine Messeinheit (87), die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Laserstrahl (91) zu erfassen, nachdem er durch das jeweilige Medium (95) geführt wurde, aufweist, wobei die jeweilige Sensoreinheit (86) derart angeordnet ist, dass das jeweilige Medium (95) Druckschwingungen unterliegt, die durch Schwingungen (S), die durch die in Schwingung versetzbare Komponente erzeugbar sind, hervorgerufen sind.
Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine der Sensoreinheiten (86) in dem Stempel (15) als wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) beteiligte Komponente angeordnet ist.
Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei eine der Sensoreinheiten (86) derart im Stempel (15) angeordnet ist, dass eine Mittelachse (R) des Stempels (15) durch das Medium läuft.
Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine der Sensoreinheiten (86) derart im Stempel angeordnet ist, dass das Medium außerhalb einer Mittelachse (R) des Stempels (15) liegt, insbesondere in einem äußeren Randbereich des Stempels (15).
Stanznietvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei wenigstens eine der Sensoreinheiten (86) in einem Gegenhalter (18) als wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) beteiligte Komponente angeordnet ist.
Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei eine der Sensoreinheiten (86) derart in dem Gegenhalter (18) angeordnet ist, dass eine Mittelachse (R) des Stempels (15) durch das Medium läuft.
Stanznietvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei wenigstens eine der Sensoreinheiten (86) von den beim Eindrücken des Niets (20) beteiligten Komponenten beabstandet angeordnet ist.
Stanznietvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei eine der Sensoreinheiten (86) derart von den beim Eindrücken des Niets (20) beteiligten Komponenten beabstandet angeordnet ist, dass sie in Bezug auf die Bauteile (11, 12) auf Seiten des Stempels (15), insbesondere auf Höhe des Stempels (R), angeordnet ist.
Stanznietvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, mit wenigstens einem Lichtwellenleiter (88), mittels welchem der wenigstens eine Laserstrahl zu der wenigstens einen Sensoreinheit geführt wird.
Verfahren zum Überwachen einer Stanznietvorrichtung (10), die zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels eines Niets (20) dient und bei der während wenigstens einer Betriebsphase beim Eindrücken wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) beteiligte Komponente (11, 12, 15, 18, 20) mittels eines Schwingungserzeugers (32) in Schwingung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der wenigstens einen Betriebsphase wenigstens zeitweise Schwingungen (S), die durch die in Schwingung versetzte Komponente erzeugt werden, mittels wenigstens eines Laserstrahls (91) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Schwingungen mittels des wenigstens einen Laserstrahls (91) erfasst werden, indem der wenigstens eine Laserstrahl (91) durch ein Medium (95) geführt wird, welches Medium (95) von diesen Schwingungen (S) hervorgerufenen Druckänderungen unterliegt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei wenigstens eine Größe der erfassten Schwingungen (S) ermittelt wird, welche Größe ausgewählt ist aus einer Frequenz (f), einer Amplitude und einer Phase.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die wenigstens eine Größe für eine Qualitätsbewertung eines zugehörigen Stanznietvorgangs und/oder einer in diesem Stanznietvorgang erzeugten Verbindung der wenigstens zwei Bauteile (11, 12) und/oder eine Steuerung und/oder Regelung der Stanznietvorrichtung (10) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Steuerung und/oder Regelung der Stanznietvorrichtung (10) hinsichtlich wenigstens einer Steuergröße, die ausgewählt ist aus einer Leistung des Schwingungserzeugers (32), einer Kraft (F) zum Eindrücken des Niets (20) und einem Vorschub eines Stempels (15) als beim Eindrücken des Niets (20) beteiligte Komponente, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem eine Stanznietvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird.