DE102018126697B4

DE102018126697B4 - Verfahren zur Fügeprozessüberwachung

Info

Publication number: DE102018126697B4
Application number: DE102018126697.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Epperlein
Original assignee: Kromberg and Schubert Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: EP3752318A1; DE102018126697A1; WO2020083774A1; CN112074371A; CN112074371B

Abstract

Verfahren zur Fügeprozessüberwachung an einem Fügewerkzeug zum Fügen zumindest zweier Fügekörper (10, 20) zu einem Verbundkörper (30), von denen zumindest einer eine Litze ist, wobeidas Fügewerkzeug eine Auflagefläche (41) zur Auflage einer der Fügekörper (10,20), zumindest ein Klemmelement zur temporären Fixierung der Fügekörper (10, 20) während des Fügeprozesses aneinander und einen Werkzeugkopf (42) zum dauerhaften Fügen der Fügekörper (10, 20) zu dem Verbundkörper (30) umfasst und wobeizumindest eine Kamera (50) vorgesehen ist, durch welche zumindest ein Teil des Fügewerkzeugs optisch erfasst wird, wobeivor einem Fügen der Fügekörper (10, 20) das Fügewerkzeug durch die Kamera (50) optisch erfasst und Werkzeugeigenschaften des Fügewerkzeugs aus der optischen Erfassung bestimmt werden,vor dem Fügen der Fügekörper (10, 20) zumindest einer der Fügekörper (10, 20) von der Kamera (50) optisch erfasst und Fügekörpereigenschaften des oder der erfassten Fügekörper/s (10, 20) bestimmt werden undbei und/oder nach dem Fügen der Fügekörper (10, 20) zu dem Verbundkörper (30) der Verbundkörper (30) durch die Kamera (50) optisch erfasst und Verbundkörpereigenschaften bestimmt werden, wobeiaus den Werkzeugeigenschaften, den Fügekörpereigenschaften und den Verbundkörpereigenschaften Korrekturparameter zur Korrektur des Fügeprozesses und/oder Qualitätsmerkmale zur Bestimmung der Qualität des Fügeprozesses und des Verbundkörpers (30) bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fügeprozessüberwachung an einem Fügewerkzeug zum Fügen zumindest zweier Fügekörper zu einem Verbundkörper, von denen zumindest einer eine Litze ist.
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von unterschiedlichsten Prozessüberwachungsverfahren bekannt. Zumeist wird bei der Erzeugung eines Verbundkörpers die Qualität der Verbindung bzw. Qualitätsmerkmale des Verbundkörpers erst nach dem eigentlichen Fügeprozess auf einer dafür vorgesehenen und gesonderten Prüfstation kontrolliert. Bei einer nicht ausreichenden Qualität werden die Verbindungskörper aus dem jeweiligen Herstellungsprozess ausgeschleust, ohne dadurch eine Verbesserung des Fügeprozesses oder nachfolgender Verbundkörper erreichen zu können.
Sollen neben der Qualität des Fügeprozesses weitere Prozessparameter kontrolliert werden, ist hierfür im Stand der Technik zumeist eine gesonderte Prüf- oder Messstation vorgesehen, so dass die für die Prüfung erforderlichen Vorrichtungen mehrfach vorhanden und/oder auch räumlich separiert sind.
Die Anlagen zur Durchführung und Qualitätskontrolle solcher Fügeprozesse sind aufgrund der mehrfach notwendigen Vorrichtungen nicht nur in ihrer Anschaffung kostenintensiv, sondern es kommt hinzu, dass die erfassten Prüf- und Messdaten meist nicht miteinander in Zusammenhang bringbar sind, da zumeist kein Rückschluss von den Messdaten einer Qualitätskontrolle und den Messdaten einer Messvorrichtung zur Erfassung von Prozessgrößen während des Fügeprozesses auf die Prozessparameter eines bestimmten Fügeprozesses möglich ist.
Aus der CN 107 538 125 A ist beispielsweise ein Verfahren zur Fügeprozessüberwachung bekannt, bei welchem das Fügen jedoch weder optisch überwacht noch Korrekturparameter abgeleitet werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Prozessparameter eines Fügeprozesses zumindest teilweise vor dem Fügeprozess erfasst und überwacht werden können und demzufolge zugleich die Qualität einer nachfolgenden Fügeverbindung überprüft sowie der Fügeprozess für nachfolgende durch das Fügeverfahren hergestellte Fügeverbindungen verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Fügeprozessüberwachung an einem Fügewerkzeug zum Fügen zumindest zweier Fügekörper zu einem Verbundkörper vorgeschlagen. Durch den Fügeprozess wird insbesondere eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Fügekörpern hergestellt. Für die zumindest zwei Fügekörper gilt, dass zumindest einer der Fügekörper eine Litze ist. Das Fügewerkzeug zum Herstellen der Verbindung zwischen den Fügekörpern bzw. zum Herstellen des Verbundkörpers aus den Fügekörpern umfasst eine Auflagefläche zur Auflage einer der Fügekörper, zumindest ein Klemmelement zur temporären Fixierung der Fügekörper während des Fügeprozesses aneinander und einen Werkzeugkopf zum dauerhaften Fügen der Fügekörper zu dem Verbundkörper. Für das Verfahren ist darüber hinaus zumindest eine Kamera bzw. vorzugsweise genau eine Kamera vorgesehen, durch welche zumindest ein Teil des Fügewerkzeugs optisch erfasst wird. Vor einem Fügen der Fügekörper wird das Fügewerkzeug durch die Kamera optisch erfasst und Werkzeugeigenschaften des Fügewerkzeugs aus der optischen Erfassung bestimmt. Darüber hinaus wird vor dem Fügen der Fügekörper zumindest einer der Fügekörper von der Kamera optisch erfasst und Fügekörpereigenschaften des oder der erfassten Fügekörper/s bestimmt. Bei und/oder nach dem Fügen der Fügekörper zu dem Verbundkörper wird ferner der Verbundkörper durch die Kamera optisch erfasst und Verbundkörpereigenschaften bestimmt. Aus den hierdurch bestimmten Werkzeugeigenschaften, Fügekörpereigenschaften und Verbundkörpereigenschaften werden vor, während und/oder nach dem Fügeprozess Korrekturparameter zur Korrektur des Fügeprozesses und/oder Qualitätsmerkmale zur Bestimmung der Qualität des Fügeprozesses und des Verbundkörpers bestimmt. Weichen bestimmte Merkmale von Soll-Merkmalen ab und sollte eine Korrektur der Merkmale nicht möglich sein, kann ein Fügeprozess gänzlich entfallen.
Bei dem Fügeprozess wird das Fügewerkzeug zunächst für das Fügen gerichtet, wobei dabei bewegliche Elemente, wie beispielsweise das zumindest eine Klemmelement und der Werkzeugkopf auf eine Ausgangsposition bewegt werden. Bevor die Fügekörper auf der Auflagefläche angeordnet werden, werden das Fügewerkzeug und insbesondere die Auflagefläche von der Kamera zur Erzeugung der Werkzeugeigenschaften optisch erfasst, welche hierfür noch frei von den Fügekörpern ist. Hierbei kann durch die Kamera auch erfasst werden, ob die beweglichen Elemente in ihrer vorbestimmten Ausgangsposition sind und das Fügewerkzeug für einen Fügeprozess gerichtet bzw. vorbereitet ist.
Anschließend werden die Fügekörper gleichzeitig oder nacheinander in dem Fügewerkzeug und insbesondere auf der Auflagefläche angeordnet, wobei die Fügekörper bei oder nach dem Anordnen auf der Auflagefläche einzeln oder gemeinsam durch die Kamera zur Ermittlung der Fügekörpereigenschaften erfasst werden. Das zumindest eine Klemmelement wird während oder nach dem Anordnen der Fügekörper von seiner Ausgangsposition auf eine Klemmposition bewegt und die Fügekörper auf bzw. an der Auflagefläche festgeklemmt, so dass diese für das Fügen temporär auf der Auflagefläche und aneinander fixiert sind. Die Erfassung durch die Kamera zur Ermittlung von Fügekörpereigenschaften kann hierbei vor oder nach dem Klemmen durchgeführt werden, so dass sowohl Eigenschaften der Fügekörper als auch eine Klemmung bzw. Fixierung der Fügekörper auf der Auflagefläche erfasst werden können.
Nach oder auch bei dem Fügen der Fügekörper zu dem Verbundkörper, können die Verbundkörpereigenschaften des Verbundkörpers ermittelt werden, ohne dass die Klemmung gelöst werden muss.
Zur Verbesserung der optischen Erfassung durch die Kamera kann bei dem Verfahren zudem eine Lichtquelle vorgesehen sein, welche den von der Kamera optisch erfassten Bereich ausleuchtet, so dass während der optischen Erfassung durch die Kamera vorzugsweise gleichbleibende einheitliche Lichtverhältnisse hergestellt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass ferner eine mit der Kamera verbundene Auswerteeinheit vorgesehen ist. Bei der bzw. für die Bestimmung der Werkzeugeigenschaften wird ein erstes Bild des Fügewerkzeugs durch die Kamera erfasst und das erste Bild an die Auswerteeinheit übertragen. Analog wird bei der bzw. für die Bestimmung der Fügekörpereigenschaften ein zweites Bild des Fügewerkzeugs mit zumindest einem auf der Auflagefläche angeordneten Fügekörper durch die Kamera erfasst und das zweite Bild an eine Auswerteeinheit übertragen. Darüber hinaus wird zudem bei der bzw. für die Bestimmung der Verbundkörpereigenschaften ein drittes Bild mit dem Verbundkörper durch die Kamera erfasst und das dritte Bild an eine Auswerteeinheit übertragen.
Die Auswerteeinheit und die Kamera können als Einheit ausgebildet sein, wobei zumindest die Kamera gegenüber dem Fügewerkzeug vorzugsweise in einer vorbestimmten Position und Orientierung angeordnet ist.
Die Kamera ist darüber hinaus insbesondere eine Videokamera, kann jedoch alternativ zu vorbestimmten Zeitpunkten auch Einzelbilder aufnehmen.
Durch das Verfahren ist bei einer Variante des Verfahrens vorteilhafterweise vorgesehen, dass das erste Bild die Auflagefläche des Fügewerkzeugs zeigt. Durch die Auswerteeinheit wird die Auflagefläche in dem ersten Bild erfasst und als Werkzeugeigenschaften ein Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad der Auflagefläche bestimmt. Beispielsweise können auf der Auflagefläche von den vorhergehenden Fügeprozessen bzw. Fügeverfahren Verschmutzungen oder Kupferreste zurückgeblieben sein. Die Auflagefläche weist zudem vorzugsweise eine auf den Fügeprozess angepasste Geometrie, wie eine Vielzahl von auf der Auflagefläche verlaufende Nuten oder Erhebungen auf. Durch die Auswerteeinheit kann als Werkzeugeigenschaft somit auch der Abnutzungsgrad oder auch eine Beschädigung einer solchen Geometrie ermittelt werden. Hierzu wird aus dem ersten Bild zumindest ein Oberflächenwert, wie beispielsweise ein Oberflächenverlauf bestimmt, und mit einem vorbestimmten Vergleichswert verglichen.
Durch die Auswerteeinheit wird bei einer Weiterbildung des Verfahrens zudem eine Wartungsmeldung mit dem Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad zur Reinigung und/oder zum Wechsel der Auflagefläche als Korrekturparameter erzeugt. Der Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad kann beispielsweise eine prozentuale Abweichung von dem vorbestimmten Vergleichswert sein. Wenn der Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad einen vorbestimmten Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrenzwert überschreitet, wird die Wartungsmeldung anschließend an eine Bedienperson ausgegeben. Alternativ kann die Wartungsmeldung auch beispielsweise an eine automatisierte Reinigungs- oder Werkzeugwechselvorrichtung ausgegeben bzw. weitergeleitet werden. Anschließend kann die Auflagefläche abhängig von der Wartungsmeldung gereinigt oder das die Auflagefläche aufweisende Werkzeugelement ausgetauscht werden.
Das zweite Bild zeigt die Auflagefläche mit zumindest einem darauf angeordneten Fügekörper. Durch die Auswerteeinheit wird eine Ist-Position und eine Ist-Ausrichtung des oder der Fügekörper/s auf der Auflagefläche in dem zweiten Bild bestimmt. Anschließend wird als Fügekörpereigenschaften eine Abweichung der Ist-Position von einer vorbestimmten Soll-Position und der Ist-Ausrichtung von einer vorbestimmten Soll-Ausrichtung sowie jeweils ein Korrekturwert zur Korrektur der Ist-Position zu der Soll-Position und zur Korrektur der Ist-Ausrichtung zu der Soll-Ausrichtung ermittelt bzw. bestimmt.
Basierend auf den mit dem zweiten Bild ermittelten Daten, wird durch die Auswerteeinheit anschließend eine Korrekturmeldung mit dem jeweiligen Korrekturwert zur Korrektur der Ist-Position zu der Soll-Position und/oder der Ist-Ausrichtung zu der Soll-Ausrichtung des zumindest einen Fügekörpers auf der Auflagefläche als Korrekturparameter erzeugt. Die Korrekturmeldung wird beispielsweise durch eine optische Visualisierung an eine Bedienperson oder eine automatisierte Positioniervorrichtung zur Positionierung und Ausrichtung des zumindest einen Fügekörpers ausgegeben. Durch die Bedienperson bzw. durch die Positioniervorrichtung kann die Position und Ausrichtung anschließend korrigiert werden, so dass die Position und Ausrichtung der Fügekörper für den Fügeprozess bzw. für das Fügen der Fügekörper den Vorgaben entsprechen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass neben einer herkömmlichen und unabhängigen Überwachung sogenannter rein maschinenbezogenen Prozessparametern, wie z. B. eingestellter Schweissstrom, Prozess-Temperatur, Arbeitsdruck und dergleichen auch solche Parameter vor dem Fügeprozess überwacht werden können, die im Stand der Technik erst in einem nachfolgenden Überwachungs- und Bewertungsschritt geprüft werden.
Weisen die oder der Fügekörper eine von den Sollwerten abweichende Position bzw. Ausrichtung auf, kann es bei dem Fügen zu einer qualitativ minderwertigen Verbindung kommen, so dass ein ohne eine Korrektur der Position und Ausrichtung der Fügekörper hergestellter Verbundkörper nachträglich als Ausschuss aussortiert werden müsste.
Werden beispielsweise vier Fügekörper durch das Fügeverfahren verbunden, sollen diese übereinander angeordnet sein, um den Verbundkörper durch das Fügeverfahren erzeugen zu können. Durch die Erfassung der Ist-Position und der Soll-Position der Fügekörper kann sichergestellt werden, dass die Fügekörper in der korrekten Anordnung übereinander sind und einander überlappen oder dass die Fügekörper in ihre korrekte Anordnung gebracht werden und zwar bevor die Fügekörper miteinander verbunden werden.
Das zweite Bild zeigt die Auflagefläche mit zumindest einem darauf angeordneten Fügekörper. Durch die Auswerteeinheit wird bei dem Verfahren eine Ist-Außenkontur des Fügekörpers in dem zweiten Bild erfasst und als Fügekörpereigenschaften eine Kontur-Abweichung des Fügekörpers der Ist-Außenkontur des Fügekörpers von einer vorbestimmten Soll-Außenkontur des Fügekörpers bestimmt. Dadurch können Fügekörper erkannt werden, welche bei dem anschließenden Fügen zu einem qualitativ minderwertigen Verbundkörper führen würden. Entsprechend können bereits vor dem Fügen Maßnahmen zur Verbesserung der Qualität getroffen werden.
Daher sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vorteilhafterweise vor, dass durch die Auswerteeinheit eine Korrekturmeldung mit der Kontur-Abweichung des Fügekörpers zur Korrektur des Fügekörpers oder Ausschleusung des Fügekörpers aus dem Fügeprozesses erzeugt wird, wenn die Kontur-Abweichung des Fügekörpers einen vorbestimmten Kontur-Abweichungsgrenzwert des Fügekörpers überschreitet. Beispielsweise ist immer zumindest einer der Fügekörper eine Litze, welche aus einer Vielzahl von Einzeldrähten besteht. Beim Einlegen bzw. Positionieren der Litze auf der Auflagefläche kann es dazu kommen, dass die Litze bzw. die Einzeldrähte der Litze auffächern oder Schleifen bilden. Durch das Auffächern oder die Schleifenbildung, kann ein mit der Litze hergestellter Verbundkörper wiederum von minderer Qualität sein. Als von minderer Qualität werden beispielsweise Verbundkörper betrachtet welche nicht eine vorbestimmte Form aufweisen oder eine geringere Kraft- oder Strombelastbarkeit aufweisen als Verbundkörper, welche mit den korrekten vorbestimmten Parametern hergestellt wurden. Insbesondere durch einzelne abstehende Einzeldrähte einer Litze können zudem nachfolgende Prozessschritte behindert werden. Soll nach dem Fügen ein Umwickeln (Tapen) oder ein Aufschrumpfen eines Schrumpfschlauchs durchgeführt werden, um den Bereich, in welchem zwischen den Fügekörpern die Verbindung hergestellt wurde, elektrisch zu isolieren und gegen Feuchtigkeit zu schützen, kann es durch die abstehenden Einzeldrähte zum Beispiel dazu kommen, dass keine vollständige und ausreichende Isolierung und Abdichtung herstellbar ist.
Das dritte Bild zeigt den Verbundkörper. Durch die Auswerteeinheit wird eine Ist-Außenkontur des Verbundkörpers und/oder optische Ist- Eigenschaften in dem dritten Bild erfasst und als ein Qualitätsmerkmal des Fügeprozesses und des Verbundkörpers eine Kontur-Abweichung des Verbundkörpers der Ist-Außenkontur des Verbundkörpers von einer vorbestimmten Soll-Außenkontur des Verbundkörpers und/oder eine Eigenschaftsabweichung des Verbundkörpers der optischen Ist-Eigenschaften von vorbestimmten optischen Soll-Eigenschaften bestimmt.
Bei einer Konturerfassung wird insbesondere nur ein Teil der gesamten Kontur erfasst. Beispielsweise können eine Oberfläche und eine Seitenfläche sowie eine dem Querschnitt entsprechende Stirnfläche von Fügekörpern bzw. dem Verbundkörper erfasst werden. Wird nicht die gesamte Kontur, sondern lediglich ein Teil der gesamten Kontur erfasst, werden die jeweils nachfolgenden Verfahrensschritte basieren auf den vorhandenen Informationen ausgeführt. Beispielsweise kann hierdurch auch überprüft werden, ob durch den Fügeprozess auf den Verbundkörper übertragene Formen in ihrer vorbestimmten Weise ausgebildet sind. Wird beispielsweise eine Riffelung bzw. Vorsprünge und Nuten beim Fügen als das jeweilige Negativ von der Auflagefläche auf den Verbundkörper übertragen, kann anhand der erfassten Konturen und Formen des Verbundkörpers bzw. der Eindrücktiefe der Vorsprünge oder Nuten in den Verbundkörper ermittelt werden, ob ein sogenanntes „Unterschweißen“ stattgefunden hat und der Fügeprozess mit zu geringer Kraft und/oder zu geringer Temperatur durchgeführt wurde.
Zu den erfassten optischen Eigenschaften kann beispielsweise eine Farbe des Verbundkörpers bzw. eine Farbe einer Fläche des Verbundkörpers gehören. Insbesondere bei einem Fügen der Fügekörper durch ein auf einer Temperaturerhöhung basierendem Verfahren bzw. einem Ultraschallschweißen, kommt es durch den Fügeprozess zu einer Veränderung der Farbe des Verbundkörpers, wobei von der Farbe auf Prozessparameter und eine Qualität der Verbindung rückgeschlossen werden kann. Beispielsweise kann von der Farbe des Verbundkörpers bzw. von der Farbe eines Verbindungsabschnitts zwischen den Fügekörpern darauf geschlossen werden, ob ein sogenanntes „Überschweißen“ stattgefunden hat und die Temperatur während des Fügeprozesses zu hoch war.
Wenn die Kontur-Abweichung des Verbundkörpers einen vorbestimmten Kontur-Abweichungsgrenzwert des Verbundkörpers und/oder die Eigenschaftsabweichung einen vorbestimmten Eigenschafts-Grenzwert überschreitet, wird durch die Auswerteeinheit eine Qualitätsmeldung mit der Kontur-Abweichung des Verbundkörpers und/oder der Eigenschaftsabweichung zur Beurteilung der Qualität des durchgeführten Fügeprozesses erzeugt.
Die Qualitätsmeldung wird dann anschließend an eine Bedienperson oder eine automatisierte Ausschleusevorrichtung zur Ausschleusung des Verbundkörpers weitergeleitet. Alternativ oder zusätzlich und insbesondere, wenn eine Korrektur des Verbundkörpers oder nachfolgender Fügeprozesse möglich ist, wird die Qualitätsmeldung an die Bedienperson oder eine Korrekturvorrichtung zur Korrektur nachfolgender Fügeprozesse ausgegeben.
Die Kamera und der von ihr optisch erfasste Bereich sind vorzugsweise stationär und positionsfest. Darüber hinaus ist bei dem Verfahren insbesondere die Verwendung genau einer Kamera vorgesehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind ein erster Fügekörper eine Litze, welche aus einer Vielzahl von Einzeldrähten gebildet ist, und ein zweiter Fügekörper ein Endverbinder zur Verbindung der Litze mit einem Kontaktbauteil. Der Endverbinder, der auch als Terminal bezeichnet wird, besteht dabei aus einem elektrisch leitfähigen Material und weist vorzugsweise eine Anschlusseinrichtung, wie beispielsweise einen Steckverbinder, eine Rastvorrichtung oder ein Durchgangsloch, zum Anschluss an weitere Bauteile auf.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erster Fügekörper und ein zweiter Fügekörper jeweils eine Litze sind, welche jeweils aus einer Vielzahl von Einzeldrähten gebildet sind.
Ferner weisen die Litzen bzw. weist die Litze bei einer Ausführungsvariante einen die Litze in Radialrichtung elektrisch isolierenden Mantel auf. Die Litze wird dabei insbesondere von einem in einem Querschnitt der Litze in Radialrichtung innenliegendem leitfähigen Leiter, beispielsweise aus der Vielzahl von Einzeldrähten, und einen den Leiter in Umfangsrichtung umgebenden Mantel gebildet. Zur Verbindung der Litze mit einer weiteren Litze oder mit dem Endverbinder weist die Litze an zumindest einem endseitigen Abschnitt einen freien Abschnitt auf, der von dem Mantel frei ist, bzw. über welchen der Mantel abisoliert ist. Der von dem Mantel freie Abschnitt wird bei dem Fügeverfahren bzw. für das Fügen auf der Auflagefläche des Fügewerkzeugs angeordnet und soll eine bestimmte Soll-Position einnehmen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Verfahrensweiterbildung, ist das Fügeverfahren ein Ultraschallschweißverfahren. Der Werkzeugkopf und/oder die Auflagefläche des Fügewerkzeugs ist hierbei eine Sonotrode.
Sind an dem Fügewerkzeug weitere Sensoren zur Erfassung von Prozesswerten vorgesehen, können die von der Kamera erfassten Daten bzw. die aus durch die Bilder und die Auswerteeinheit bestimmten Daten für den Fügeprozess unmittelbar mit den von den Sensoren erfassten Daten abgeglichen werden. Beispielsweise kann ein Kraftsensor, welcher die Klemmkraft des Klemmelements ermittelt, bzw. ein Messwert des Kraftsensors durch den ermittelt wird, ob das Klemmelement die Fügekörper klemmt durch die Fügekörpereigenschaften überprüft werden, da aus dem zweiten Bild abgeleitet werden kann, ob die Fügekörper durch das Klemmelement geklemmt sind. Beispielsweise können zudem aus den durch die Kamera erfassten Bildern auch Positionen der Komponenten des Fügewerkzeugs, wie beispielsweise der Auflagefläche, des zumindest einen Klemmelements und des Werkzeugkopfes erfasst und mit durch Sensoren ermittelten Positionswerten abgeglichen werden. Dadurch können Sensorwerte überprüft und korrigiert sowie defekte Sensoren erkannt werden.
Sollen im Rahmen der Erfassung der Werkzeugeigenschaften, der Fügekörpereigenschaften oder der Verbundkörpereigenschaften Bauteile des Fügewerkzeugs, wie beispielsweise der Werkzeugkopf, die Auflagefläche oder das Klemmelement, durch die Kamera erfasst bzw. durch die Auswerteeinheit ausgewertet werden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass an dem Fügewerkzeug Marker angeordnet oder ausgebildet sind. Die Marker können beispielsweise farbige Punkte, QR-Codes oder durch das jeweilige Bauteil ausgebildete Erhöhungen und Vertiefungen sein. Durch die Marker wird beispielsweise eine Erfassung einer Position des jeweiligen Bauteils vereinfacht.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 einen ersten Schritt des Verfahrens;
2 einen zweiten Schritt des Verfahrens;
3 einen dritten Schritt des Verfahrens.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
1 zeigt ein Fügewerkzeug sowie eine Kamera 50 aus einer schematischen Seitenansicht. Das Fügewerkzeug umfasst für den Fügeprozess einen beweglichen Werkzeugkopf 42 und ein positionsfestes Auflageelement 43, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Fügekörper 10, 20 durch ein Ultraschallschweißverfahren gefügt werden und der Werkzeugkopf 42 daher ein Amboss und das Auflageelement 43 eine Sonotrode sind. Vor dem Fügeprozess wird durch die Kamera 50 ein erstes Bild erfasst, welches in einem Bildausschnitt bzw. Bildbereich durch einen angedeuteten ersten Bildwinkel 101 eine Auflagefläche 41 darstellt. Die Auflagefläche 41 wird von dem Auflageelement 43 auf der dem Werkzeugkopf 42 zugewandten Seite ausgebildet. Das durch die Kamera 50 aufgenommene erste Bild wird an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit übermittelt und ausgewertet. Hierbei wird das erste Bild beispielsweise durch die Auswerteeinheit mit einem in der Auswerteeinheit gespeicherten Vergleichsbild abgeglichen und Abweichungen von Ist-Merkmalen zu Soll-Merkmalen ermittelt, wodurch ein Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad der durch das erste Bild dargestellten Auflagefläche 41 von einer durch das Vergleichsbild dargestellten Auflagefläche ermittelt werden können. Der Verschmutzungs- sowie der Abnutzungsgrad entsprechen jeweils einer Werkzeugeigenschaft, welche mittels einer Wartungsmeldung weitergegeben werden, sofern der Verschmutzungs- und/oder der Abnutzungsgrad einem vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Ist die Verschmutzung oder Abnutzung der Auflagefläche 41 zu groß bzw. überschreitet einen vorbestimmten Grenzwert, wird die Abnutzung bzw. die Verschmutzung einer Bedienperson signalisiert, welche das Auflageelement 43 bzw. die Sonotrode reinigen oder gegebenenfalls austauschen kann.
Zum Fügen der Fügekörper 10, 20 werden diese, wie es in 2 dargestellt ist, anschließend auf der Auflagefläche 41 angeordnet. Hierbei ist für die Verbindung zwischen den Fügekörpern 10, 20 wichtig, dass vorgegebene Parameter eingehalten werden. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise die Position und die Ausrichtung der Fügekörper 10, 20 auf der Auflagefläche 41 und zueinander. Darüber hinaus müssen sich die Fügekörper 10, 20 in einer vorbestimmten Weise überlappen. Die Fügekörper 10, 20 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehende Litze, wobei die Litze abschnittsweise einen Mantel 12, 22 bzw. einen Abschnitt 11, 21 ohne Mantel 12, 22 aufweist. Zur Verbindung der Fügekörper 10, 20 miteinander wird jeweils ein Abschnitt der Litzen ohne den Mantel 12, 22 in dem Fügewerkzeug bzw. auf der Auflagefläche 41 angeordnet. Dass die Mäntel 12, 22 der Litzen außerhalb des Fügewerkzeugs angeordnet sind, ist vorzugsweise ebenfalls ein durch die Kamera 50 zu erfassender und durch die Auswerteeinheit zu prüfender Parameter.
Wurden die Fügekörper 10, 20 auf der Auflagefläche 41 angeordnet, wird durch die Kamera 50 ein zweites Bild erfasst und an die Auswerteeinheit weitergeleitet. Durch die schematisch dargestellten Bildwinkel 201, 202, 203 können aus dem zweiten Bild durch die Auswerteeinheit verschiedene Fügekörpereigenschaften ermittelt und mit den vorbestimmten Parametern verglichen werden.
Aus dem zweiten Bildwinkel 201 ist beispielsweise ermittelbar, ob sich ein Mantel einer der Litzen bzw. Fügekörper 10, 20 bis zwischen den Werkzeugkopf 42 und das Auflageelement 43 hinein erstreckt. Ist das der Fall, kann durch eine Korrekturmeldung an das Bedienpersonal des Fügewerkzeugs der Auftrag erteilt werden, die Fügekörper 10, 20 zu prüfen, neu auszurichten und/oder auszutauschen.
Durch den mit dem dritten Bildwinkel 202 erfassten Bildausschnitt des zweiten Bildes kann darüber hinaus eine Überlappung der Fügekörper 10, 20 miteinander überprüft werden. In dem zweiten Bild ist über den durch den dritten Bildwinkel 202 erfassten Bildausschnitt sichtbar, ob die Fügekörper 10, 20 in eine zu der Darstellungsebene der 1 bis 3 orthogonalen Querrichtung zueinander verschoben oder miteinander deckungsgleich sind.
Sind die Fügekörper 10, 20 zueinander verschoben, kann es bei einem Fügen dazu kommen, dass die Verbindung bzw. der Übergang zwischen den Fügekörpern keine für den Verbundkörper 30 ausreichende Strom- und/oder Kraftbelastbarkeit aufweist. Wird eine solche Verschiebung der Fügekörper 10, 20 erkannt, kann durch die Auswerteeinheit eine Korrekturmeldung an das Bedienpersonal, beispielsweise mittels einer optischen Anzeige auf einem Monitor, übermittelt und das Bedienpersonal zur Korrektur aufgefordert werden. Ein erneutes Ausrichten und eine dadurch erreichte Überlappung oder Verschiebung kann durch die Kamera 50 wiederum erfasst und der Vorgang bis zum Erreichen der vorbestimmten Überlappung der Fügekörper 10, 20 wiederholt werden.
Das zweite Bild enthält in dem durch den vierten Bildwinkel 203 erfassten Bildausschnitt zudem auch Informationen zur Ist-Position und Ist-Ausrichtung des unmittelbar auf der Auflagefläche 41 an- bzw. aufliegenden Fügekörpers 20. Aus dem durch den dritten Bildwinkel 202 erfassten Bildausschnitt und den vierten Bildwinkel 203 ist zudem auch die Ist-Position und Ist-Ausrichtung des anderen Fügekörpers 10 ermittelbar, der nicht unmittelbar auf der Auflagefläche 41 aufliegt. Durch die vorbekannte und feste Ausrichtung der Kamera 50 gegenüber dem Fügewerkzeug und insbesondere zu dem Auflageelement 43 bzw. der Auflagefläche 41 kann aus dem zweiten Bild die Ist-Position und die Ist-Ausrichtung der Fügekörper 10, 20 bestimmt und mit einer vorbestimmten Soll-Position bzw. Soll-Ausrichtung verglichen werden. Insbesondere, wenn die Ist-Werte über einen vorbestimmten Grenzwert hinaus von den Soll-Werten abweichen, wird durch die Auswerteeinheit aus einer Abweichung der Ist-Position zu der Soll-Position und der Ist-Ausrichtung zu der Soll-Ausrichtung ein Korrekturwert bzw. jeweils ein Korrekturwert bestimmt. Der Korrekturwert bzw. die Korrekturwerte werden einem Bedienpersonal angezeigt. Bei und/oder nach der Korrektur durch das Bedienpersonal werden die Ist-Position und die Ist-Ausrichtung erneut ermittelt und ggf. Korrekturwerte bestimmt, bis die Ist-Position und die Ist-Ausrichtung innerhalb der durch die Grenzwerte bestimmten Toleranz liegen.
Erst wenn die Fügekörper 10, 20 in ihrer vorbestimmten Weise bzw. mit den vorbestimmten Parametern auf der Auflagefläche 41 angeordnet sind, wird der Fügeprozess bzw. das Fügen der Fügekörper 10, 20 fortgesetzt. Dazu wird der Werkzeugkopf 42 mit einer vorbestimmten Kraft in Richtung des Auflageelements 43 bewegt. Sind die Fügekörper 10, 20 mit der vorbestimmten Kraft zwischen der Auflagefläche 41 bzw. dem Auflageelement 43 und dem Werkzeugkopf 42 angeordnet, wird durch zumindest das Auflageelement 43 eine Ultraschallschwingung auf die Fügekörper 10, 20 übertragen und diese dadurch miteinander verschweißt.
Durch das Verschweißen wird aus den Fügekörpern 10, 20 der in 3 schematisch dargestellte Verbundkörper 30 gebildet. Zwischen den aneinander anliegenden Abschnitten der Fügekörper 10, 20 entsteht dabei ein Übergangsbereich 31, in welchem die Fügekörper 10, 20 stoffschlüssig verbunden sind. Durch die Kraft, mit welcher die Fügekörper 10, 20 zwischen dem Werkzeugkopf 42 und dem Auflageelement 43 aneinander gepresst werden, überträgt sich zudem eine Form der Auflagefläche 41 und einer der Auflagefläche 41 zugewandten Fläche des Werkzeugkopfes 42 auf die Fügekörper 10, 20.
Durch die Kamera wird von dem Verbundkörper 30 ein drittes Bild erfasst. Durch den mit dem fünften Bildwinkel 301 erfassten Bildausschnitt des dritten Bildes, ist die Form einer von dem Werkzeugkopf geprägten Oberfläche 32 des Verbundkörpers 30 bzw. die Form von durch den Werkzeugkopf auf den Verbundkörper 30 übertragene Vertiefungen und zugleich eine Farbe der Oberfläche 32 erfassbar. Aus der Farbe und der Form der Oberfläche kann mittels der Auswerteeinheit und geeigneter Vergleichswerte ermittelt werden, ob ein Über- oder Unterschweißen bei dem Fügeprozess stattgefunden hat, die Fügekörper 10, 20 also bei dem Ultraschallschweißen mit einer zu hohen oder zu niedrigen Prozesstemperatur und/oder einer zu hohen oder zu niedrigen Kraft gefügt wurden, obschon z.B. die voreingestellten Maschinenwerte korrekt eingestellt waren. Aus dem durch den sechsten Bildwinkel 302 erfassten Bildausschnitt des dritten Bildes kann die Form des Verbundkörpers in die zu der Darstellungsebene orthogonale Querrichtung erfasst werden. Die Form des Verbundkörpers in Querrichtung kann durch die Auswerteeinheit ebenfalls mit geeigneten Soll-Werten bzw. Vergleichsbildern abgeglichen werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, ob Einzeldrähte oder andere Vorsprünge in Querrichtung aus dem Verbundkörper 30 hervorstehen und ein nachfolgender Prozessschritt beeinträchtigt wäre. Wurde durch das dritte Bild mittels der Auswerteeinheit ein Über- oder Unterschweißen sowie eine falsche Querschnittsform des Verbundkörpers 30 ermittelt, kann der hergestellte Verbundkörper 30 als Ausschuss ausgeschleust werden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Verfahren zur Fügeprozessüberwachung an einem Fügewerkzeug zum Fügen zumindest zweier Fügekörper (10, 20) zu einem Verbundkörper (30), von denen zumindest einer eine Litze ist, wobei das Fügewerkzeug eine Auflagefläche (41) zur Auflage einer der Fügekörper (10,20), zumindest ein Klemmelement zur temporären Fixierung der Fügekörper (10, 20) während des Fügeprozesses aneinander und einen Werkzeugkopf (42) zum dauerhaften Fügen der Fügekörper (10, 20) zu dem Verbundkörper (30) umfasst und wobei zumindest eine Kamera (50) vorgesehen ist, durch welche zumindest ein Teil des Fügewerkzeugs optisch erfasst wird, wobei vor einem Fügen der Fügekörper (10, 20) das Fügewerkzeug durch die Kamera (50) optisch erfasst und Werkzeugeigenschaften des Fügewerkzeugs aus der optischen Erfassung bestimmt werden, vor dem Fügen der Fügekörper (10, 20) zumindest einer der Fügekörper (10, 20) von der Kamera (50) optisch erfasst und Fügekörpereigenschaften des oder der erfassten Fügekörper/s (10, 20) bestimmt werden und bei und/oder nach dem Fügen der Fügekörper (10, 20) zu dem Verbundkörper (30) der Verbundkörper (30) durch die Kamera (50) optisch erfasst und Verbundkörpereigenschaften bestimmt werden, wobei aus den Werkzeugeigenschaften, den Fügekörpereigenschaften und den Verbundkörpereigenschaften Korrekturparameter zur Korrektur des Fügeprozesses und/oder Qualitätsmerkmale zur Bestimmung der Qualität des Fügeprozesses und des Verbundkörpers (30) bestimmt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ferner eine mit der Kamera (50) verbundene Auswerteeinheit vorgesehen ist und bei der Bestimmung der Werkzeugeigenschaften ein erstes Bild des Fügewerkzeugs durch die Kamera (50) erfasst und das erste Bild an die Auswerteeinheit übertragen wird, bei der Bestimmung der Fügekörpereigenschaften ein zweites Bild des Fügewerkzeugs mit zumindest einem auf der Auflagefläche (41) angeordneten Fügekörper (10, 20) durch die Kamera (50) erfasst und das zweite Bild an eine Auswerteeinheit übertragen wird, bei der Bestimmung der Verbundkörpereigenschaften ein drittes Bild mit dem Verbundkörper (30) durch die Kamera (50) erfasst und das dritte Bild an eine Auswerteeinheit übertragen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Bild die Auflagefläche (41) des Fügewerkzeugs zeigt und durch die Auswerteeinheit die Auflagefläche (41) in dem ersten Bild erfasst und als Werkzeugeigenschaften ein Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad der Auflagefläche (41) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch die Auswerteeinheit eine Wartungsmeldung mit dem Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad zur Reinigung und/oder zum Wechsel der Auflagefläche (41) als Korrekturparameter erzeugt und an eine Bedienperson ausgegeben wird, wenn der Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrad einen vorbestimmten Verschmutzungs- und/oder Abnutzungsgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei das zweite Bild die Auflagefläche (41) mit zumindest einem darauf angeordneten Fügekörper (10, 20) zeigt und durch die Auswerteeinheit eine Ist-Position und eine Ist-Ausrichtung des oder der Fügekörper/s (10, 20) auf der Auflagefläche (41) in dem zweiten Bild bestimmt und als Fügekörpereigenschaften eine Abweichung der Ist-Position von einer vorbestimmten Soll-Position und der Ist-Ausrichtung von einer vorbestimmten Soll-Ausrichtung sowie jeweils einen Korrekturwert zur Korrektur der Ist-Position zu der Soll-Position und zur Korrektur der Ist-Ausrichtung zu der Soll-Ausrichtung bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch die Auswerteeinheit eine Korrekturmeldung mit dem jeweiligen Korrekturwert zur Korrektur der Ist-Position zu der Soll-Position und/oder der Ist-Ausrichtung zu der Soll-Ausrichtung des zumindest einen Fügekörpers (10, 20) auf der Auflagefläche (41) als Korrekturparameter erzeugt und an eine Bedienperson oder eine automatisierte Positioniervorrichtung zur Positionierung und Ausrichtung des zumindest einen Fügekörpers (10, 20) ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei das zweite Bild die Auflagefläche (41) mit zumindest einem darauf angeordneten Fügekörper (10, 20) zeigt und durch die Auswerteeinheit eine Ist-Außenkontur des Fügekörpers (10, 20) in dem zweiten Bild erfasst und als Fügekörpereigenschaften eine Kontur-Abweichung des Fügekörpers (10, 20) der Ist-Außenkontur des Fügekörpers (10, 20) von einer vorbestimmten Soll-Außenkontur des Fügekörpers (10, 20) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch die Auswerteeinheit eine Korrekturmeldung mit der Kontur-Abweichung des Fügekörpers (10, 20) zur Korrektur des Fügekörpers (10, 20) oder Ausschleusung des Fügekörpers (10, 20) aus dem Fügeprozesses erzeugt wird, wenn die Kontur-Abweichung des Fügekörpers (10, 20) einen vorbestimmten Kontur-Abweichungsgrenzwert des Fügekörpers (10, 20) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, wobei das dritte Bild den Verbundkörper (30) zeigt und durch die Auswerteeinheit eine Ist-Außenkontur des Verbundkörpers (30) und/oder optische Ist- Eigenschaften in dem dritten Bild erfasst und als ein Qualitätsmerkmal des Fügeprozesses und des Verbundkörpers (30) eine Kontur-Abweichung des Verbundkörpers (30) der Ist-Außenkontur des Verbundkörpers (30) von einer vorbestimmten Soll-Außenkontur des Verbundkörpers (30) und/oder eine Eigenschaftsabweichung des Verbundkörpers (30) der optischen Ist-Eigenschaften von vorbestimmten optischen Soll-Eigenschaften bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch die Auswerteeinheit eine Qualitätsmeldung mit der Kontur-Abweichung des Verbundkörpers (30) und/oder der Eigenschaftsabweichung zur Beurteilung der Qualität des durchgeführten Fügeprozesses erzeugt wird, wenn die Kontur-Abweichung des Verbundkörpers (30) einen vorbestimmten Kontur-Abweichungsgrenzwert des Verbundkörpers (30) und/oder die Eigenschaftsabweichung einen vorbestimmten Eigenschafts-Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Qualitätsmeldung an eine Bedienperson oder eine automatisierte Ausschleusevorrichtung zur Ausschleusung des Verbundkörpers (30) und/oder an die Bedienperson oder eine Korrekturvorrichtung zur Korrektur nachfolgender Fügeprozesse ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Fügekörper (10) eine Litze ist, welche aus einer Vielzahl von Einzeldrähten gebildet ist, und ein zweiter Fügekörper ein Endverbinder zur Verbindung der Litze mit einem Kontaktbauteil ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei ein erster Fügekörper (10) und ein zweiter Fügekörper (20) jeweils eine Litze sind, welche jeweils aus einer Vielzahl von Einzeldrähten gebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Litze einen die Litze in Radialrichtung elektrisch isolierenden Mantel (12, 22) aufweist und ein von dem Mantel (12, 22) freier Abschnitt der Litze auf der Auflagefläche (41) des Fügewerkzeugs zum Fügen angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügeverfahren ein Ultraschallschweißverfahren ist und der Werkzeugkopf (42) und/oder die Auflagefläche (41) des Fügewerkzeugs eine Sonotrode ist.