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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Überprüfung von Steckverbindungen und zur Erkennung von ggf. fehlerhaft montierten 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 bzw. gesteckt werden. Dabei kann die Anzahl von Steckverbindungen, die an einem bestimmten Bauteil bzw. in einem einzigen Prozessschritt innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums erstellt werden müssen, relativ groß sein (z.B. 10, 20, 30 oder mehr).
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Zur Überwachung der Montage der einzelnen Steckverbindungen können für die jeweiligen Steckverbindungen bei der Montage jeweils Kraft-Zeit-Verläufe erfasst und ausgewertet werden. So kann in zuverlässiger Weise eine fehlerhaft montierte Steckverbindung erkannt werden. Da die Reihenfolge, mit denen die einzelnen Steckverbindungen montiert werden, jedoch meist nicht bekannt ist, und von Bauteil zu Bauteil bzw. von Prozessschritt zu Prozessschritt variieren kann, kann eine fehlerhaft montierte Steckverbindung meist nicht eindeutig identifiziert werden. Als Folge daraus ergibt sich ein relativ hoher Nachbearbeitungsaufwand.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in zuverlässiger und effizienter Weise eine Mehrzahl von Steckverbindungen, die in einem gemeinsamen Prozessschritt hergestellt werden, zu überprüfen.
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Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Mehrzahl von Steckverbindungen beschrieben, die in einem Prozessschritt mit der Hand eines Monteurs hergestellt werden. Die Steckverbindungen können z.B. an einem (einzigen) Bauteil angeordnet sein. Dabei können die Steckverbindungen von dem Monteur ggf. in unterschiedlichen Reihenfolgen gesteckt werden. Insbesondere kann es sein, dass der Monteur, in aufeinanderfolgenden Prozessschritten (bei denen jeweils die gleichen Steckverbindungen hergestellt werden müssen) zumindest teilweise unterschiedliche Reihenfolgen zur Herstellung der Steckverbindungen verwendet.
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Für eine Steckverbindung kann ein erstes Steckteil (z.B. ein Stopfen oder ein Steckverbinder) mit einem zweiten Steckteil verbunden werden. Insbesondere kann ein erstes Steckteil in ein Loch des zweiten Steckteils gesteckt 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. Ein bestimmter Typ einer Steckverbindung kann einen bestimmten Typ von ersten und zweiten Steckteilen aufweisen. Als Folge daraus weisen die durch einen Monteur aufgewendeten Kräfte meist typische Werte für einen bestimmten Typ von Steckverbindung auf. Unterschiedliche Arten bzw. Typen von Steckverbindungen können somit unterschiedliche (Referenz-) Kraft-Zeit-Verläufe aufweisen
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen. Die Steckverbindungen werden dabei typischerweise nacheinander bzw. sequentiell hergestellt, so dass eine (zeitliche) Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen ermittelt werden kann. Zur Ermittlung eines Kraft-Zeit-Verlaufs kann ein Kraft- bzw. Drucksensor an einem Handschuh des Monteurs verwendet werden. Der Kraft-Zeit-Verlauf für eine Steckverbindung kann die Kraft (als Funktion der Zeit) anzeigen, die der Monteur aufgebracht hat, um die Steckverbindung herzustellen.
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Der Kraft-Zeit-Verlauf bei der Herstellung einer Steckverbindung kann dazu verwendet werden, die Steckverbindung zu überprüfen. Insbesondere kann auf Basis des Kraft-Zeit-Verlaufs bestimmt werden, ob eine Steckverbindung in Ordnung (IO) oder nicht in Ordnung (NIO) ist. Zu diesem Zweck kann der ermittelte Kraft-Zeit-Verlauf ggf. mit einem Referenz-Kraft-Zeit-Verlauf für die Steckverbindung (oder für den Typ der Steckverbindung) verglichen werden.
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Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln von Sensordaten eines Bewegungssensors bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen. Dabei können die Sensordaten die Bewegung der Hand des Monteurs während der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen anzeigen. Der Bewegungssensor kann an der Hand des Monteurs angeordnet sein, mit der die Steckverbindungen gesteckt werden. Der Bewegungssensor kann z.B. zumindest einen Beschleunigungssensor und/oder eine inertiale Messeinheit umfassen.
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Auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors kann die Bewegung der Hand des Monteurs zwischen den einzelnen Steckprozessen bzw. zwischen den einzelnen Steck-Ereignissen für die Mehrzahl von Steckverbindungen ermittelt werden. Aus der Bewegung zwischen den unterschiedlichen Steck-Ereignissen kann wiederum auf die Relativpositionen der unterschiedlichen Steck-Ereignisse zueinander geschlossen werden. Es kann somit auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors geschätzt werden, wie die unterschiedlichen Steck-Ereignisse (zum Stecken der Mehrzahl von Steckverbindungen) relativ zueinander angeordnet sind. Diese Schätz-Anordnung kann mit der (tatsächlichen) Referenz-Anordnung der Mehrzahl von Steckverbindungen verglichen werden, um die unterschiedlichen Steck-Ereignisse (und damit die unterschiedlichen Kraft-Zeit-Verläufe) den unterschiedlichen Steckverbindungen zuzuordnen.
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Außerdem umfasst das Verfahren das Überprüfen der Mehrzahl von Steckverbindungen auf Basis der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen und auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors. Insbesondere können die Sensordaten dazu verwendet werden, wie oben dargelegt, die einzelnen Kraft-Zeit-Verläufe den unterschiedlichen Steckverbindungen zuzuordnen. Die einzelnen Kraft-Zeit-Verläufe können dann dazu genutzt werden, zu überprüfen, ob die einzelnen Steckverbindungen IO oder NIO sind. Es kann dann in Abhängigkeit von der Überprüfung der einzelnen Steckverbindungen eine fokussierte und effiziente Nacharbeitung der ein oder mehreren Steckverbindungen erfolgen, die als NIO identifiziert wurden.
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Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren ermöglicht somit, auch bei der Herstellung einer Mehrzahl von Steckverbindungen in einem gemeinsamen Prozessschritt, eine präzise und zuverlässige Überprüfung der einzelnen Steckverbindungen.
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Das Verfahren kann umfassen, das Zuordnen eines ersten Kraft-Zeit-Verlaufes aus der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen zu einer ersten Steckverbindung aus der Mehrzahl von Steckverbindungen, auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors. Die erste Steckverbindung kann dann auf Basis des ersten Kraft-Zeit-Verlaufes überprüft werden, insbesondere durch Vergleich des ersten Kraft-Zeit-Verlaufes mit dem Referenz-Kraft-Zeit-Verlauf für die erste Steckverbindung. In entsprechender Weise kann jeder Steckverbindung jeweils ein Kraft-Zeit-Verlauf zugeordnet werden, um die einzelnen Steckverbindungen in zuverlässiger Weise auf Basis des jeweils zugeordneten Kraft-Zeit-Verlaufs zu überprüfen.
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Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln, auf Basis der Sensordaten, einer Schätz-Anordnung der Mehrzahl von Steckverbindungen zueinander. Wie bereits oben dargelegt, können die Sensordaten des Bewegungssensors dazu verwendet werden, zu schätzen, an welchen Positionen (relativ zueinander) die unterschiedlichen Steck-Ereignisse bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen erfolgt sind. Es kann somit eine Schätz-Anordnung von Steck-Ereignissen ermittelt werden, wobei jedes Steck-Ereignis mit genau einer Steckverbindung assoziiert ist.
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Die Schätz-Anordnung kann dann mit einer (tatsächlichen) Referenz-Anordnung der Mehrzahl von Steckverbindungen verglichen werden, wobei sich die Referenz-Anordnung typischerweise aus den (CAD-) Daten des herzustellenden Bauteils ergeben.
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Die Mehrzahl von Steckverbindungen kann dann in Abhängigkeit von dem Vergleich bzw. dem Matching der Schätz-Anordnung zu der Referenz-Anordnung überprüft werden. Insbesondere kann auf Basis des Vergleichs von Schätz-Anordnung und Referenz-Anordnung, eine Eins-zu-Eins-Zuordnung der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen zu der Mehrzahl von Steckverbindungen ermittelt werden. Die einzelnen Steckverbindungen der Mehrzahl von Steckverbindungen können dann in präziser Weise auf Basis des jeweils zugeordneten Kraft-Zeit-Verlaufs überprüft werden, insbesondere durch Vergleich des jeweiligen Kraft-Zeit-Verlaufes mit dem Referenz-Kraft-Zeit-Verlauf für die jeweilige Steckverbindung (bzw. für den Typ der jeweiligen Steckverbindung).
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Wie bereits oben dargelegt, wird die Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen typischerweise sequentiell während eines Prozessschrittes ermittelt und bildet somit eine Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen. Im Rahmen des Verfahrens kann in sequentieller Weise für die einzelnen Kraft-Zeit-Verläufe aus der Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen, auf Basis eines jeweils aktuellen Kraft-Zeit-Verlaufes ein aktuelles Steck-Ereignis detektiert werden. Beispielsweise kann der Zeitpunkt detektiert werden, an dem die Ableitung des aktuellen Kraft-Zeit-Verlaufes ein Maximum oder ein Minimum aufweist.
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In Reaktion auf das Detektieren des aktuellen Steck-Ereignisses kann dann ein Ausschnitt der Sensordaten des Bewegungssensors ab dem aktuellen Steck-Ereignis bis zu dem, auf Basis des direkt nachfolgenden Kraft-Zeit-Verlaufes detektierten, nachfolgenden Steck-Ereignis, ermittelt werden. Dieser Ausschnitt der Sensordaten beschreibt typischerweise die Bewegung der Hand des Monteurs von dem aktuellen Steck-Ereignis bis zu dem nachfolgenden Steck-Ereignis. Es kann somit auf Basis des Ausschnittes der Sensordaten eine Positionsveränderung (der Hand des Monteurs) zwischen dem aktuellen Steck-Ereignis und dem nachfolgenden Steck-Ereignis ermittelt werden. Diese Positionsveränderung zeigt dabei die Relativposition bzw. den Abstand zwischen der Position des aktuellen Steck-Ereignisses und der Position des nachfolgenden Steck-Ereignisses an.
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Im Rahmen des Verfahrens kann somit eine Sequenz von Positionsveränderungen für die, der Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen entsprechenden, Sequenz von Steck-Ereignissen ermittelt werden. Des Weiteren kann auf Basis der Sequenz von Positionsveränderungen (d.h. auf Basis der Relativpositionen zwischen den Positionen der Steck-Ereignisse) eine Schätz-Anordnung der (Positionen der) Sequenz von Steck-Ereignissen ermittelt werden.
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Die Schätz-Anordnung der Sequenz von Steck-Ereignissen kann dann mit der Referenz-Anordnung der Mehrzahl von Steckverbindungen verglichen werden. Außerdem können in Abhängigkeit von dem Vergleich die Sequenz von Steck-Ereignissen (und damit die Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen) der Mehrzahl von Steckverbindungen zugeordnet werden (insbesondere in einer Eins-zu-Eins-Zuordnung). Alternativ oder ergänzend kann in Abhängigkeit von dem Vergleich die Mehrzahl von Steckverbindungen überprüft werden. Durch das Erkennen von Steck-Ereignissen wird eine besonders zuverlässige Überprüfung von Steckverbindungen ermöglicht.
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Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln von Referenz-Kraft-Zeit-Verläufen für ein oder mehrere der Mehrzahl von Steckverbindungen. Insbesondere können Referenz-Kraft-Zeit-Verläufe für alle Steckverbindungen der Mehrzahl von Steckverbindungen ermittelt werden. Die ein oder mehreren Referenz-Kraft-Zeit-Verläufe können dann auch dazu verwendet werden, die Mehrzahl von Steckverbindungen zu überprüfen. Insbesondere können die ein oder mehreren Referenz-Kraft-Zeit-Verläufe beim Zuordnen der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen zu der Mehrzahl von Steckverbindungen berücksichtigt werden. Durch die zusätzliche Berücksichtigung von ein oder mehreren Referenz-Kraft-Zeit-Verläufen können die Zuverlässigkeit der Zuordnung bzw. der Überprüfung weiter erhöht werden.
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Wie bereits oben dargelegt, kann die Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen eine entsprechende Mehrzahl von Steck-Ereignissen anzeigen. Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln von ein oder mehreren Zeitdauern zwischen ein oder mehreren Paaren von Steck-Ereignissen. Insbesondere kann die Zeitdauer zwischen direkt aufeinander folgenden Steck-Ereignissen ermittelt werden (ggf. für alle Paare von Steck-Ereignissen). Die Mehrzahl von Steckverbindungen kann dann auch in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Zeitdauern überprüft werden. Insbesondere kann die Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Zeitdauern der Mehrzahl von Steckverbindungen zugeordnet werden (in einer Eins-zu-Eins Zuordnung). So können die Zuverlässigkeit der Zuordnung bzw. der Überprüfung weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Handschuh für einen Monteur von Steckverbindungen beschrieben. Der Handschuh umfasst einen Drucksensor, der eingerichtet ist, bei der Herstellung einer Mehrzahl von Steckverbindungen eine entsprechende Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen zu erfassen. Der Drucksensor kann insbesondere an einem Daumen, etwa an einer Daumenfläche, des Handschuhs angeordnet sein.
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Außerdem umfasst der Handschuh einen Bewegungssensor, der eingerichtet ist, Sensordaten in Bezug auf eine Bewegung des Handschuhs bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen zu erfassen. Der Bewegungssensor kann z.B. an einem Handrücken des Handschuhs angeordnet sein.
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Des Weiteren umfasst das Handschuh ein Kommunikationsmodul (bzw. einen Transponder), das eingerichtet ist, die Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen und die Sensordaten, und/oder davon abgeleitete Daten, (ggf. über eine drahtlose Kommunikationsverbindung) an eine externe Einheit zu senden, um eine Überprüfung der Mehrzahl von Steckverbindungen zu ermöglichen. Die Bereitstellung eines derartigen Handschuhs ermöglicht eine zuverlässige Überprüfung von Steckverbindungen, die im Rahmen eines Prozessschrittes hergestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung (z.B. als Teil eines Handschuhs oder als Teil eines Servers) zur Überprüfung einer Mehrzahl von Steckverbindungen beschrieben, die in einem Prozessschritt mit der Hand eines Monteurs hergestellt bzw. gesteckt werden. Die Vorrichtung ist eingerichtet, eine Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen zu ermitteln. Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, Sensordaten eines Bewegungssensors bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen zu ermitteln, wobei die Sensordaten eine Bewegung der Hand des Monteurs anzeigen. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, die Mehrzahl von Steckverbindungen auf Basis der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen und auf Basis der Sensordaten zu überprüfen.
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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. Des Weiteren 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
- 1a einen beispielhaften Verlauf der durch einen Monteur bei der Montage einer Steckverbindung aufgebrachten Kraft als Funktion der Zeit, sowie eine Ableitung der Kraft-Zeit-Kurve;
- 1b einen beispielhaften Ausschnitt der Ableitung der Kraft-Zeit-Kurve einer korrekten Steckverbindung;
- 1c einen beispielhaften Verlauf der Kraft-Zeit-Kurve einer fehlerhaften Steckverbindung;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überprüfung einer Steckverbindung;
- 3 ein beispielhaftes Bauteil mit einer Mehrzahl von Steckverbindungen;
- 4 einen beispielhaften Montage-Handschuh; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überprüfung einer Mehrzahl von Steckverbindungen.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Überprüfung von Steckverbindungen an einem Bauteil.
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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 eine 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 bei der Montage z.B. Handschuhe tragen, die ein oder mehrere Drucksensoren (insbesondere an einem Daumen) aufweisen, durch die die aufgebrachte Kraft während der Montage einer Steckverbindung erfasst werden kann. Ein beispielhafter Handschuh 400 mit einem Drucksensor 402 ist in 4 dargestellt.
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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 1a dargestellt. Des Weiteren ist in 1a ein entsprechender Ableitungs-Verlauf 113 der ersten Ableitung 111 der Kraft 101 nach der Zeit 102 für den Kraft-Zeit-Verlauf 103 dargestellt.
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Wie aus 1a 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 Einführen 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. Auf Basis der Kraft-Zeit-Verlaufs 103 zwischen der Fügekraft 104 und der Aufschlagkraft 105 kann typischerweise ein Verrastpunkt bzw. ein Einrastpunkt bzw. ein Steck-Ereignis ermittelt werden. Insbesondere kann auf Basis des Kraft-Zeit-Verlaufs 103 und/oder des Ableitungs-Verlaufs 113 zwischen der Fügekraft 104 und der Aufschlagkraft 105 ermittelt werden, ob der Kraft-Zeit-Verlauf 103 einen Einrastpunkt aufweist oder nicht (und die Steckverbindung somit in Ordnung oder nicht in Ordnung ist).
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Der in 1a dargestellte Kraft-Zeit-Verlauf 103 hat sich in einer Vielzahl von Untersuchungen als typisch für die Montage eines bestimmten Typs von Steckverbindungen erwiesen. Dabei ergeben sich für unterschiedliche Typen von Steckverbindungen (z.B. für Steckverbindungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Einrastmechanismen) unterschiedliche (Referenz-) Kraft-Zeit-Verläufe 103, die jedoch typischerweise jeweils lokale Kraft-Maxima aufweisen, die der Fügekraft 104, der Aufschlagkraft 105 und der Nachdrückkraft 106 entsprechen.
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Die Fügekraft 104 zeigt typischerweise an, ob das erste Steckteil (z.B. ein Stopfen) erfolgreich in das zweite Steckteil (z.B. eine Öffnung in einem Karosserieteil) eingedrückt wurde. Dabei ist die Fügekraft 104 typischerweise ein charakteristischer Wert für den Typ der Steckverbindung, d.h. insbesondere für den Typ des ersten Steckteils (z.B. den Typ von Stopfen), das für eine Steckverbindung verwendet wurde. Für unterschiedliche Typen von Steckverbindungen kann die Fügekraft 104 unterschiedlich hoch sein.
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Für einen bestimmten Typ von Steckverbindung (insbesondere für einen bestimmten Typ des ersten Steckteils) kann eine Referenz-Fügekraft ermittelt werden (z.B. durch Mittelung einer Vielzahl von Montagevorgängen für Steckverbindungen des bestimmten Typs). Die Fügekraft 104 für eine Steckverbindung des bestimmten Typs kann dann mit der Referenz-Fügekraft verglichen werden, um zu bestimmen,
- • ob die Steckverbindung korrekt montiert bzw. hergestellt wurde; und/oder
- • 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) als charakteristische Größe des Kraft-Zeit-Verlaufs 103 dazu verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Steckverbindung korrekt montiert bzw. hergestellt wurde.
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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 bzw. überprüft werden (z.B. zur Qualitätssicherung).
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1b zeigt den zeitlichen Verlauf 113 der Ableitung 111 der Kraft 101 nach der Zeit 102. Der Ableitung- Verlauf 113 zeigt deutliche Auslenkungen beim Fügen einer Steckverbindung und zeigt in dem in 1b dargestellten Fall eine korrekte Steckverbindung an. Andererseits zeigt 1c den Kraft-Zeit-Verlauf 103 einer fehlerhaften Steckverbindung an.
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Auf Basis des Kraft-Zeit-Verlaufs 103 des Montageprozesses einer Steckverbindung kann somit zuverlässig bestimmt werden, ob eine Steckverbindung „IO“ (in Ordnung) oder „NIO“ (nicht in Ordnung) ist. Häufig werden jedoch mehrere Steckverbindungen in einem Produktionsschritt und/oder an einem Bauteil hergestellt. In solch einem Produktionsschritt kann dann lediglich ermittelt werden, ob im Rahmen des Produktionsschrittes alle Steckverbindungen IO sind, oder ob ein oder mehrere Steckverbindungen NIO sind. Allerdings kann eine fehlerhafte Steckverbindung typischerweise nicht eindeutig identifiziert und zugeordnet werden. Eine eindeutige Zuordnung kann typischerweise nur dann erfolgen, wenn die in einem Produktionsschritt hergestellten Steckverbindungen in einer festgelegten Reihenfolge hergestellt werden. Dies kann jedoch meist nicht zuverlässig sichergestellt werden. Des Weiteren kann die Festlegung einer bestimmten Reihenfolge zu einer reduzierten Montage-Produktivität führen.
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3 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 300 mit einer Mehrzahl von Steckverbindungen 301. Die Steckverbindungen 301 können von einem Monteur im Rahmen eines Produktionsschrittes hergestellt werden. Dabei kann ggf. die Reihenfolge 302, in denen die Steckverbindungen 301 hergestellt werden, für unterschiedliche Bauteile 300 des gleichen Bauteiltyps unterschiedlich sein.
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Im Rahmen eines Produktionsschrittes können für jede hergestellte Steckverbindung 301 jeweils ein Kraft-Zeit-Verlauf 103 ermittelt werden (z.B. mittels eines Sensors 402 an der Hand des Monteurs). Es können somit für die Mehrzahl von Steckverbindungen 301 eine entsprechende Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen 103 ermittelt werden. Dabei kann jedoch typischerweise keine eindeutige Zuordnung eines Kraft-Zeit-Verlaufes 103 zu einer bestimmten Steckverbindung 301 erfolgen, da die Reihenfolge 302, mit der die Steckverbindungen 301 hergestellt werden bzw. wurden, unbekannt ist.
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Der Monteur kann bei der Montage der Steckverbindungen 301 einen an der Hand des Monteurs angeordneten Bewegungssensor 404 aufweisen. Insbesondere kann der Monteur einen Handschuh 400 tragen, an dem auch ein Bewegungssensor 404 angeordnet ist. Der Bewegungssensor 404 kann einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor und/oder eine inertiale Messeinheit (auf Englisch, eine Inertial Measurement Unit) umfassen.
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Auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors 404 kann (z.B. durch eine Auswerteeinheit 401) die Bewegung ermittelt werden, die der Monteur zwischen zwei direkt nacheinander hergestellten Steckverbindungen 301 durchführt. Insbesondere kann auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors 404 ermittelt werden, wie eine bestimmte Steckverbindung 301 relativ zu der direkt zuvor hergestellten Steckverbindung 301 positioniert ist.
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3 veranschaulicht durch Pfeile die Reihenfolge 302, in der die Steckverbindungen 301 des Bauteils 300 durch einen Monteur hergestellt werden. Des Weiteren zeigt 3 den relativen Abstand 303 in x-Richtung und den relativ Abstand 304 in y-Richtung zwischen zwei direkt nacheinander hergestellten Steckverbindungen 301. Diese relativen Abstände 303, 304 können auf Basis der Sensordaten eines Bewegungssensors 404 ermittelt werden.
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Es können somit im Rahmen eines Prozessschrittes für die Mehrzahl von Steckverbindungen 301 neben der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen 103 auch ein oder mehrere relative Abstände 303, 304 bzw. relative Positionen zwischen den nacheinander hergestellten Steckverbindungen 301 ermittelt werden. Die ein oder mehrere relative Abstände 303, 304 bzw. relative Positionen zwischen den nacheinander hergestellten Steckverbindungen 301 können zu einer Schätz-Anordnung zusammengefasst werden. Des Weiteren kann die Schätz-Anordnung mit einer (tatsächlichen) Referenz-Anordnung der Mehrzahl von Steckverbindungen 301 an dem Bauteil 300 verglichen werden, um eine eindeutige Zuordnung zwischen den Kraft-Zeit-Verläufen 103 und den einzelnen Steckverbindungen 301 herzustellen.
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Zur Erfassung der Kraft-Zeit-Verläufe 103 und/oder der Sensordaten eines Bewegungssensors 404 kann, wie in 4 dargestellt, ein Handschuh 400 bereitgestellt werden, an dem ein Drucksensor 402 und ein Bewegungssensor 404 angeordnet sind. Des Weiteren kann an dem Handschuh 400 eine Auswerteeinheit 401 zur Verarbeitung der Daten des Drucksensors 402 und/oder des Bewegungssensors 404 angeordnet sein. Außerdem kann an dem Handschuh 400 ein Kommunikationsmodul 403 angeordnet sein, das eingerichtet ist, die Daten des Drucksensors 402 und/oder des Bewegungssensors 404 und/oder durch die Auswerteeinheit 401 verarbeitete Daten an eine zentrale Auswerteeinheit (z.B. an einen Server) zu senden. Das Kommunikationsmodul 403 kann eingerichtet sein, Daten über eine drahtlose Kommunikationsverbindung (z.B. WLAN) zu versenden.
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Es wird somit ein Verfahren beschrieben, mit dem die Positionen der eingerasteten Steckverbindungen 301 bestimmt werden können, und mit dem bestimmt werden kann, welche ein oder mehreren Steckverbindungen 301 gar nicht beziehungsweise fehlerhaft gesetzt wurden.
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Anhand der erfassten Kraft-Zeit-Verläufe 103 kann (z.B. mittels des Verfahrens 200) bestimmt werden, ob im Rahmen eines Prozessschrittes zumindest eine Steckverbindung 301 NIO ist. Die einzelnen Kraft-Zeit-Verläufe 103 können mittels eines Drucksensors 402 an einem Handschuh 400 erfasst werden. An dem Handschuh 400 kann auch ein Transponder 403 zur drahtlosen Kommunikation angebracht sein. Des Weiteren kann der Handschuh 404 einen Bewegungssensor bzw. Beschleunigungssensorik 404 aufweisen, die typischerweise in kosteneffizienter Weise bereitgestellt werden kann.
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Typischerweise ist bei der Montage einer Mehrzahl von Steckverbindungen 301 (z.B. an einem Bauteil 300) im Vorfeld bekannt, an welchen unterschiedlichen Positionen die einzelnen Steckverbindungen 301 montiert werden sollen. Es ist somit typischerweise eine Referenz-Anordnung der Mehrzahl von Steckverbindungen 301 bekannt.
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Wenn auf Basis eines erfassten Kraft-Zeit-Verlaufes 103 ein Einrasten einer Steckverbindung 301 detektiert wird, kann infolge des Einrastens ein Anker für diese hergestellte Steckverbindung 301 gesetzt werden. Mit anderen Worten, es kann infolge des Einrastens ein Steck-Ereignis detektiert werden. Somit kann für jede hergestellte Steckverbindung 301 jeweils ein Anker bzw. ein Steck-Ereignis gesetzt werden. Des Weiteren können auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors 404 die Relativpositionen zwischen den einzelnen Ankern bzw. Steck-Ereignissen (d.h. zwischen den einzelnen hergestellten Steckverbindungen 301) ermittelt werden. Auf Basis der Relativpositionen kann dann eine Schätz-Anordnung der hergestellten Steckverbindungen 301 geschätzt werden. Durch Vergleich der Schätz-Anordnung mit der Referenz-Anordnung kann dann eine eindeutige Zuordnung der Anker bzw. der damit jeweils assoziierten Kraft-Zeit-Verläufe 103 zu den Steckverbindungen 301 ermittelt werden.
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Die über die Sensordaten eines Bewegungssensors 404 ermittelten Relativpositionen sind typischerweise mit relativ großen Messfehlern behaftet. Dennoch kann eine auf Basis der Relativpositionen erstellte Schätz-Anordnung dennoch meist mit relativ hoher Zuverlässigkeit mit einer Referenz-Anordnung in Übereinstimmung gebracht bzw. „gematched“ werden, um eine eindeutige (Eins-zu-Eins) Zuordnung der Kraft-Zeit-Verläufe 103 zu den Steckverbindungen 301 zu erstellen.
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Wie bereits oben dargelegt, weisen unterschiedliche Typen von Steckverbindungen 301 typischerweise unterschiedliche Referenz-Kraft-Zeit-Verläufe auf. Insbesondere können für die unterschiedlichen Steckverbindungen 301 eines Prozessschrittes bzw. Bauteils 300 jeweils spezifische Referenz-Kraft-Zeit-Verläufe hinterlegt sein. Die für einen Prozessschritt bzw. für ein Bauteil 300 erfassten Kraft-Zeit-Verläufe 103 können dann mit den hinterlegten Referenz-Kraft-Zeit-Verläufen verglichen werden, um eine eindeutige Zuordnung der erfassten Kraft-Zeit-Verläufe 103 zu den unterschiedlichen Steckverbindungen 301 des Prozessschrittes bzw. Bauteils 300 zu ermitteln. Der Vergleich zwischen den erfassten Kraft-Zeit-Verläufe 103 und den Referenz-Kraft-Zeit-Verläufen kann dabei in präziser und robuster Weise durch einen Maschinen-erlernten Algorithmus erfolgen. Durch die Berücksichtigung der für die unterschiedlichen Steckverbindungen 301 charakteristischen Referenz-Kraft-Zeit-Verläufe kann die Zuordnung weiter verbessert werden.
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Alternativ oder ergänzend kann Zeitinformation in Bezug auf die Zeitpunkte der Herstellung der einzelnen Steckverbindungen 301 berücksichtigt werden, um eine Zuordnung der erfassten Kraft-Zeit-Verläufe 103 zu den unterschiedlichen Steckverbindungen 301 eines Prozessschrittes bzw. Bauteils 300 zu ermitteln. Insbesondere kann die Zeitdauer zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Ankern bzw. Steck-Ereignissen als Indiz für den räumlichen Abstand 303, 304 zwischen den damit assoziierten Steckverbindungen 301 berücksichtigt werden. So kann die Güte der Zuordnung weiter verbessert werden.
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Durch das in diesem Dokument beschriebene Matching- bzw. Zuordnungsverfahren kann bestimmt werden, welche ein oder mehreren Steckverbindungen 301 eines Bauteils 300 korrekt gesetzt wurden, und welche ein oder mehreren Steckverbindungen 301 nicht eingerastet sind. Diese Information ermöglicht eine fokussierte Nachbearbeitung der ein oder mehreren fehlerhaften Steckverbindungen 301. Insbesondere müssen aufgrund der ermittelten Zuordnung nicht mehr alle Steckverbindungen 301 eines Bauteils 300 nachgedrückt werden, sondern nur diejenigen, bei welchen ein Fehler detektiert wurde.
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Des Weiteren ermöglicht es das beschriebene Zuordnungsverfahren einem Monteur, die Reihenfolge 302 der Herstellung der einzelnen Steckverbindungen 301 frei zu wählen. Insbesondere ist kein spezifischer Startpunkt für die herzustellenden Steckverbindungen 301 einzuhalten, da lediglich die Relativpositionen ermittelt und ausgewertet werden. So kann die Produktivität eines Montageprozesses erhöht werden.
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Durch die präzise Erkennung von fehlerhaften Steckverbindungen 301 wird eine automatische und zuverlässige Dokumentation von Herstellungsprozessen ermöglicht (was insbesondere im Bereich der Produkthaftung erforderlich bzw. vorteilhaft sein kann).
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Überprüfung einer Mehrzahl von Steckverbindungen 301, die in einem Prozessschritt mit der Hand eines Monteurs hergestellt werden (z.B. im Rahmen der Herstellung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs). Dabei können die Steckverbindungen 301 z.B. Teil eines (einzigen) Bauteils 300 sein. Die Steckverbindungen 301 können von dem Monteur in einer beliebigen Reihenfolge 302 hergestellt bzw. gesteckt werden. Das Verfahren 500 kann von einer Auswerteeinheit 401 (z.B. mit einem Mikroprozessor) ausgeführt werden.
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Das Verfahren 500 umfasst das Ermitteln 501 einer Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen 103 bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen 301. Die Kraft-Zeit-Verläufe 103 können mittels eines Drucksensors 402 an der Hand des Monteurs erfasst werden. Dabei können sequentiell Kraft-Zeit-Verläufe 103 für die sequentiell durchgeführten Steckprozesse zum Stecken der Mehrzahl von Steckverbindungen 301 erfasst werden. Es kann somit eine Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen 103 ermittelt werden, wobei die Sequenz von Kraft-Zeit-Verläufen 103 mit einer entsprechenden Sequenz von Steckprozessen bzw. Steck-Ereignissen assoziiert ist (zum Stecken der Mehrzahl von Steckverbindungen 301).
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Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Ermitteln 502 von Sensordaten eines Bewegungssensors 404 bei der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen 301. Der Bewegungssensor 404 kann an der Hand des Monteurs angeordnet sein. Insbesondere können die Sensordaten des Bewegungssensors 404 die Bewegung der Hand des Monteurs während der Herstellung der Mehrzahl von Steckverbindungen 301 anzeigen. Beispielsweise können die Sensordaten die Bewegung der Hand des Monteurs zwischen den einzelnen Steck-Ereignissen zum Stecken der einzelnen Steckverbindungen 301 anzeigen. Aus der Bewegung der Hand des Monteurs zwischen den einzelnen Steck-Ereignissen kann auf die Relativpositionierung der einzelnen Steck-Ereignisse zueinander geschlossen werden.
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Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Überprüfen 503 der Mehrzahl von Steckverbindungen 301 auf Basis der Mehrzahl von Kraft-Zeit-Verläufen 103 und auf Basis der Sensordaten des Bewegungssensors 404. Insbesondere können die Sensordaten dazu verwendet werden, die einzelnen Kraft-Zeit-Verläufe 103 zu den einzelnen Steckverbindungen 301 zuzuordnen (in einer Eins-zu-Eins Zuordnung). Die einzelnen Kraft-Zeit-Verläufe 103 können dann analysiert werden, um festzustellen, ob die jeweils zugeordnete Steckverbindung 301 IO oder NIO ist. Es kann somit, auch bei einem Steckprozess mit mehreren Steckverbindungen 301, die in beliebiger Reihenfolge 302 gesteckt werden können, in zuverlässiger Weise eine Überprüfung der einzelnen Steckverbindungen 301 erfolgen.
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Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen ein zuverlässiges und präzises Matching von Einrastvorgängen zu Montageplänen. Das Matching kann dabei auf Basis der Positionsbestimmung durch einen Beschleunigungssensor 404, auf Basis der charakteristischen Referenz-Kraftkurven für verschiedene Steckverbindungen 301 und/oder auf Basis der Zeit zwischen zwei aufgezeichneten Einrast-Ereignissen erfolgen. Die beschriebenen Maßnahmen können in kosteneffizienter Weise (durch Bereitstellung eines drucksensiblen Handschuhs 400, eines Transponders 403 und eines Beschleunigungssensors 404) umgesetzt 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.