DE102019123551A1 - Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre, Fertigungsverfahren und Prüflehre - Google Patents

Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre, Fertigungsverfahren und Prüflehre Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts (4) zwischen einem ersten Werkstück (1) und einer Referenzkontur (5) einer Prüflehre (3), wobei das erste Werkstück (1) zum Zusammenfügen mit einem zweiten Werkstück (2) vorgesehen ist und die Referenzkontur (5) dieselben geometrischen Abmessungen aufweist wie eine Kontur des zweiten Werkstücks (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:-- in einem Anordnungsschritt (11) werden die Prüflehre (3) und das erste Werkstück (1) aneinander angeordnet und/oder ausgerichtet, wobei eine Kontaktkontur (6) der Prüflehre (3) derart an dem ersten Werkstück (1) anliegt, dass die Prüflehre (3) eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück (1) einnimmt,-- in einem Messchritt (12) werden über eine berührungslose Messung die Abmessungen und/oder die Bündigkeit des Spalts (4) zwischen dem ersten Werkstück (1) und der Referenzkontur (5) geprüft und/oder vermessen.Ferner betrifft die Erfindung ein Fertigungsverfahren und eine Prüflehre (3).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre.
  • Verfahren zur Prüfung oder Vermessung von Werkstücken sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Bei einer durch Zusammenfügen mehrerer Komponenten hergestellten Baugruppe, wie beispielsweise einer aus verschiedenen Karosserieteilen zusammengesetzten Fahrzeugkarosserie, entstehen insbesondere Spalt- und Bündigkeitsmaße zwischen den einzelnen Teilen, die bei der Fertigung auf die Einhaltung der geforderten Toleranzen hin überprüft werden müssen. Bei Kraftfahrzeugen wirken sich beispielsweise Spaltmaße an Türen oder Haubendeckeln unmittelbar auf den Luftwiderstand des Fahrzeugs und auf die Geräuschentwicklung beim Fahren aus, so dass der Überprüfung bzw. Vermessung dieser Spaltmaße eine hohe Bedeutung zukommt.
  • In diesem Zusammenhang wird beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2006 059 704 A1 eine Vorrichtung zum Messen von Dichtungsspalten von Fahrzeugen beschrieben, mit der sich Abmessungen eines Zwischenraums zwischen einem Bewegungsteil und einem Montageteil einer Fahrzeugkarosserie messen lassen. In der KR 101271891 B1 wird eine Vorrichtung zur berührungsfreien Versatzmessung eines Motorhauben-Schlossbügels vorgeschlagen und in der DE 10 2014 007 883 A1 wird ein Verfahren zum Ausrichten eines Flügelelements relativ zu einer Karosserie eines Fahrzeugs diskutiert, mit dem beispielsweise ein Spalt zwischen dem geschlossenen Flügelelement und einem, an das geschlossene Flügelelement angrenzenden Bauteil vermessen werden kann. In der DE 41 11 768 A1 wird eine Vorrichtung zur Prüfung von Blechformteilen beschrieben, deren Grundkörper von einer, im Wesentlichen analog zum zu prüfenden Blechformteil ausgebildeten Schablone gebildet wird und mit der sich eine Prüfung des darauf aufgelegten Blechformteils mittels Sensoreinheiten durchführen lässt.
  • Die Prüfung und/oder Vermessung des Spalts zwischen zwei zusammengefügten Werkstücken lässt sich üblicherweise erst nach dem Zusammenfügen durchführen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem bereits vor dem Zusammenfügen eine effiziente und zeitsparende Untersuchung bezüglich Spaltmaß und Bündigkeit durchgeführt werden kann.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre vorgeschlagen, wobei das erste Werkstück zum Zusammenfügen mit einem zweiten Werkstück vorgesehen ist und die Referenzkontur dieselben geometrischen Abmessungen aufweist wie eine Kontur des zweiten Werkstücks, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • -- in einem Anordnungsschritt werden die Prüflehre und das erste Werkstück aneinander angeordnet und/oder ausgerichtet, wobei eine Kontaktkontur der Prüflehre derart an dem ersten Werkstück anliegt, dass die Prüflehre eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück einnimmt,
    • -- in einem Messchritt werden über eine berührungslose Messung die Abmessungen und/oder die Bündigkeit des Spalts zwischen dem ersten Werkstück und der Referenzkontur geprüft und/oder vermessen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Grundgedanken, den sich beim Zusammensetzen ergebenden Spalt zwischen erstem und zweitem Werkstück bereits vor dem Zusammensetzen nachzubilden, indem eine analog zum zweiten Werkstück geformten Referenzkontur einer Prüflehre an dem ersten Werkstück angeordnet wird. Die Auswirkungen von fertigungsbedingten Toleranzen des ersten Werkstücks auf die Spaltmaße sind auf diese Weise einer Messung oder zumindest vorläufigen Überprüfung zugänglich, ohne dass das zweite Werkstück dafür am Ort der Messung vorhanden sein muss. Vorteilhafterweise lässt sich das Verfahren also auch dann durchführen, wenn das zweite Werkstück zum Zeitpunkt der Messung noch nicht fertiggestellt ist oder an einem räumlich getrennten Ort der Fertigungsanlage hergestellt wird.
  • Um mit dem Verfahren zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, müssen die Abmessungen der Referenzkontur möglichst genau den Nennmaßen der für den Spalt relevanten Konturen des zweiten Werkstücks entsprechen, so dass die Referenzkontur getreues Abbild des zweiten Werkstücks bildet und die Spaltmaße und Bündigkeit zwischen erstem Werkstück und Referenzkontur die zu erwartenden Spaltmaße und Bündigkeit zwischen erstem und zweiten Werkstücks abbilden. Neben der getreuen Nachbildung des zweiten Werkstücks durch die Referenzkontur ist es weiterhin notwendig, dass die Referenzkontur eine definierte Lage relativ zum ersten Werkstück einnimmt, die möglichst genau der vorgesehenen Lage des zweiten Werkstücks entspricht. Die Prüflehre, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt, weist dazu neben der Referenzkontur eine Kontaktkontur auf, die so an das erste Werkstück angelegt wird, dass die Prüflehre und insbesondere die Referenzkontur eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück einnimmt. Die Kontaktkontur ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass die Prüflehre bei mechanischem Kontakt zwischen Kontaktkontur und erstem Werkstück keinerlei weitere Bewegungsfreiheit hat, dass also der mechanische Kontakt die Position und die Orientierung der Prüflehre derart einschränkt oder fixiert, dass eine Verschiebung oder Verdrehung der Prüflehre gegenüber dem ersten Werkstück effektiv unterbunden ist. Beispielsweise kann dazu die Kontaktkontur komplementär zu einer Kontur des ersten Werkstücks ausgebildet sein und die Kontur des ersten Werkstücks aufnehmen bzw. von ihr aufgenommen werden. Das erste Werkstück und die Kontaktkontur der Prüflehre können auch ineinander einrasten oder die Kontaktkontur kann einen oder mehrere Stifte oder Erhebungen aufweisen, die von entsprechenden Öffnungen oder Ausnehmungen des ersten Werkstücks aufgenommen werden. Die Kontaktkontur kann durch eine oder mehrere ausgedehnte Flächen der Prüflehre gebildet werden oder zumindest teilweise in einer Mehrzahl im Wesentlichen punktförmiger Kontaktbereiche bestehen. Die Position und Orientierung eines Körpers sind durch die Festlegung von mindestens sechs Punkten eindeutig bestimmt. Die Prüflehre weist im Falle von im Wesentlichen punktförmigen Kontaktbereichen daher vorzugsweise mindestens 6 derartige Kontaktpunkte auf. Die Prüflehre bzw. das erste Werkstück können auch zumindest teilweise durch das Gewicht der Prüflehre oder des ersten Werkstücks in Position gehalten werden. Die Prüflehre kann beispielsweise in das erste Werkstück eingelegt oder auf das erste Werkstück aufgelegt werden oder das erste Werkstück kann umgekehrt in die Prüflehre eingelegt, bzw. auf diese aufgelegt werden. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung der Prüflehre relativ zum ersten Werkstück so, dass es zu keinen mechanischen Spannungen oder elastischen Verformungen der Prüflehre oder des ersten Werkstücks kommt. Die Kontaktkontur ist vorzugsweise in starrer Weise mit der Referenzkontur verbunden, so dass eine Festlegung der Position und Orientierung der Kontaktkontur eine Festlegung der Position und Orientierung der Referenzkontur hervorruft.
  • Im auf den Anordnungsschritt folgenden Messschritt werden die Spaltabmessungen und/oder die Bündigkeit des Spalts zwischen dem ersten Werkstück und der im Anordnungsschritt positionierten Referenzkontur der Prüflehre geprüft bzw. vermessen. Die Messung erfolgt dabei berührungslos, wodurch insbesondere eine zusätzliche Krafteinwirkung auf das erste Werkstück und die Referenzkontur vermieden wird und es zu keiner unerwünschten Verschiebung und einer damit verbundenen Veränderung der Spaltmaße bzw. Spaltbündigkeit kommt. Durch die berührungslose Messung wird weiterhin eine rasche und genaue Erfassung des Spalts realisiert, so dass eine zeitsparende und effiziente Prüfung und/oder Vermessung des Spalts ermöglicht wird. Der oder die berührungslos arbeitenden Sensoren sind dabei vorzugsweise an der Prüflehre angeordnet oder anordenbar. Denkbar ist jedoch auch, dass die Sensoren als separate Einheiten oder als Teil einer separaten Vorrichtung vorliegen und im Messchritt beispielsweise manuell oder teilweise bzw. vollständig automatisiert in die Nähe des Spalts geführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in besonders vorteilhafter Weise im Kraftfahrzeugbau eingesetzt werden, wie beispielsweise bei der Fertigung der Kraftfahrzeugkarosserie und insbesondere bei der Montage von Anbauteilen wie Türen, Hauben, Heckklappen oder Schiebedächern. Die Referenzkontur der Prüflehre kann dabei beispielsweise eine Randkontur eines solchen Anbauteils nachbilden, wobei die Kontaktkontur derart an eine Kontur der Karosserie angelegt, bzw. in diese eingesetzt wird, dass die Positionierung der Referenzkontur die Lage des (später hinzuzufügenden) Anbauteils bzw. der für den Spalt relevanten Kontur des Anbauteils nachbildet. Weitere Einsatzmöglichkeiten ergeben sich beispielsweise bei der Herstellung von Schienenfahrzeugen oder von Luft- oder Wasserfahrzeugen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die berührungslose Messung mittels einer Mehrzahl von Sensoren. Insbesondere werden die verschiedenen Bereiche des Spalts gleichzeitig geprüft und/oder vermessen. Vorzugsweise sind die Sensoren fest mit der Prüflehre verbunden oder können an dieser lösbar angebracht werden. Die Sensoren sind dabei beispielsweise in der Umgebung der Referenzkontur, insbesondere in gleichmäßigen Abständen entlang der Referenzkontur angeordnet. Die Messung kann auch mit Hilfe einer separaten, eine Mehrzahl von Sensoren aufweisenden Vorrichtung durchgeführt werden. Vorzugsweise messen die Sensoren jeweils verschiedene Bereiche des Spalts und besonders bevorzugt wird die Prüfung und/oder Vermessung der verschiedenen Bereiche zeitgleich durchgeführt. Auf diese Weise wird eine rasche und präzise Erfassung des Spalts über seine gesamte Ausdehnung ermöglicht und die Prüf- bzw. Messdauer vorteilhafterweise verkürzt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Sensor während der berührungslosen Messung zumindest an einem Teilbereich des Spalts entlanggeführt. Auf diese Weise lässt sich durch einen einzelnen Sensor vorteilhafterweise ein räumlich ausgedehnter Bereich des Spalts oder sogar die gesamte Ausdehnung des Spalts erfassen. Der Sensor bzw. die Sensoren können dabei manuell am Teilbereich des Spalts entlanggeführt werden oder die Prüflehre kann zu diesem Zweck ein Führungssystem, beispielsweise in Form einer Führungsschiene aufweisen, an der der Sensor entlangbewegt werden kann. Vorzugsweise verläuft die Führungsschiene parallel zum Spalt bzw. entlang der Referenzkontur der Prüflehre. Die Führung des Sensors kann auch durch eine separate Vorrichtung, insbesondere durch einen Manipulator eines Roboters erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die berührungslose Messung mittels einer optischen Entfernungsmessung, insbesondere mittels Lasertriangulation durchgeführt. Vorzugsweise wird die berührungslose Messung mittels einer elektrooptischen Entfernungsmessung wie beispielsweise einer Laufzeitmessung, einer Phasenlagemessung und besonders bevorzugt mittels Lasertriangulation durchgeführt. Zu diesem Zweck kann der Sensor bzw. die Sensoren eine Lichtquelle wie beispielsweise einen Laser oder eine Leuchtdiode aufweisen, deren Licht auf die, den Spalt begrenzenden Bereiche des ersten Werkstücks und der Referenzkontur fokussiert wird, wobei das an diesen Bereichen reflektierte Licht von einem lichtempfindlichen Element detektiert wird und einen Rückschluss auf den Abstand zur reflektierenden Fläche ermöglicht. So wird beispielsweise bei der Lasertriangulation ein Lichtpunkt unter einem definierten Winkel auf die zu vermessende Fläche geworfen, von dieser reflektiert und durch eine Detektionseinheit, beispielsweise eine Kamera, Photodioden oder eine CCD-Zeile ortsaufgelöst erfasst, so dass aus den trigonometrischen Verhältnissen der Abstand zwischen Fläche und Sensor ermittelt werden kann. Denkbar ist auch, die geometrische Form des Spalts durch Streifenprojektion oder Photogrammetrie zu erfassen.
  • Neben den genannten optischen Methoden ist es auch denkbar, die Prüfung und/oder Vermessung des Spalts mit akustischen Methoden, insbesondere mit Ultraschallmessungen, oder mit einem induktiven oder kapazitiven Verfahren durchzuführen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Prüflehre während des Anordnungsschritts mit Hilfe eines Roboterarms oder eines Gewichtsausgleichs (engl. Balancer) am ersten Werkstück angeordnet und/oder ausgerichtet. Durch ein solches Unterstützungssystem wird sowohl die allgemeine Handhabung, als auch die exakte Positionierung der Prüflehre vorteilhafterweise erleichtert. Insbesondere lässt sich durch den Einsatz eines Balancers das durch die Sensoren bedingte, erhöhte Gewicht der Prüflehre kompensieren. Eine ähnliche Unterstützung der Handhabung kann durch eine Mensch-Roboter-Kollaboration erreicht werden. Wird die Prüflehre durch einen Roboterarm geführt, so kann die Positionierung und Orientierung der Prüflehre im Werkstück an sechs Punkten berührungslos mit Sensorik erfolgen. Dabei misst die Sensorik die Position an den Ausrichtstellen und der Roboterarm führt die Prüflehre sensorgesteuert nach, bis die Sollposition entsprechend Position und Orientierung erreicht ist
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren werden die bei der berührungslosen Messung erfassten Daten elektronisch verarbeitet und/oder ausgewertet. Die erfassten Daten können zu diesem Zweck beispielsweise durch ein Datenkabel oder über eine drahtlose Funkschnittstelle an eine Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden. Die Datenverarbeitungseinheit kann beispielsweise in Form eines mobilen oder stationären Rechners. Denkbar ist auch, dass die Datenverarbeitungseinheit Teil der Prüflehre ist. Die Datenverarbeitung bzw. Auswertung kann beispielsweise die Rekonstruktion der räumlichen Form des Spalts in Form eines 3D-Modells umfassen und/oder zumindest teilweise darin bestehen, die erfassten Spaltabmessungen mit den Nennwerten und deren zulässigen Abweichungen zu vergleichen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die verarbeiteten Daten in Form einer zwei- oder dreidimensionalen grafischen Darstellung visualisiert. Vorzugsweise weist die Datenverarbeitungseinheit zu diesem Zweck einen Bildschirm auf, auf dem die geometrische Form des Spalts grafisch dargestellt wird. Vorzugsweise ist die Visualisierung interaktiv bedien- bzw. manipulierbar. Denkbar sind auch andere Visualisierungsformen wie beispielsweise in Form eines Holograms oder eines Virtual- bzw. Augmented-Reality-Systems.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fertigungsverfahren mit einem Fügeschritt, in dem ein erstes und ein zweites Werkstück zusammengefügt werden, wobei vor dem Fügeschritt ein vorstehend beschriebenes Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen dem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre durchgeführt wird. Vorteilhafterweise ist es bei diesem Verfahren möglich, eine zumindest vorläufige Überprüfung des ersten Werkstücks bereits vor dem Zusammenfügen mit dem zweiten Werkstück durchzuführen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Prüflehre zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstücks und einer Referenzkontur der Prüflehre, wobei die Prüflehre eine Kontaktkontur aufweist, die derart an das ersten Werkstück anlegbar ist, dass die Prüflehre eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück einnimmt, wobei die Prüflehre mindestens einen berührungslos arbeitenden Sensor aufweist, der zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung der Abmessungen und/oder der Bündigkeit des Spalts zwischen dem ersten Werkstück und der Referenzkontur konfiguriert ist. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Prüflehre dazu geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre durchzuführen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Prüflehre ist die Kontaktkontur komplementär zu einer Kontur des zweiten Werkstücks ausgestaltet. Auf diese Weise wird eine präzise Positionierung der Prüflehre dadurch erreicht, dass die Kontaktkontur die komplementäre Kontur des ersten Werkstücks aufnimmt bzw. von ihr aufgenommen wird. Das erste Werkstück und die Kontaktkontur der Prüflehre können auch ineinander einrasten oder die Kontaktkontur kann einen oder mehrere Stifte oder Erhebungen aufweisen, die von entsprechend komplementär gestalteten Öffnungen oder Ausnehmungen des ersten Werkstücks aufgenommen werden. Die Kontaktkontur kann durch eine oder mehrere ausgedehnte Flächen der Prüflehre gebildet werden oder zumindest teilweise in einer Mehrzahl im Wesentlichen punktförmiger Kontaktbereiche bestehen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Prüflehre weist die Prüflehre mehrere Anbindungspunkte zur Anbindung eines oder mehrerer Sensoren auf. Bei den Anbindungspunkten kann es sich beispielsweise um Öffnungen handeln, in die der oder die Sensoren eingesteckt, eingerastet oder in anderer Weise lösbar befestigt werden. Die Anbindungspunkte erhöhen vorteilhafterweise die Einsatzflexibilität und erlauben es, die Prüflehre an verschiedenartige Mess- bzw. Prüfsituationen anzupassen. Beispielsweise ist auch denkbar, dass mit einer solchen Mehrzahl von vorzugsweise gleichmäßig beabstandeten Anbindungspunkten der Spalt über seine gesamte Ausdehnung hinweg mittels eines einzigen Sensors vermessen wird, der manuell nacheinander an den einzelnen Anbindungspunkten angebracht wird.
  • Wenn die Messsensoren geometrisch eindeutig an der Prüflehre fixiert sind, so ist der Abstand der Sensoren zur Referenzkontur an der Prüflehre unabhängig vom Werkstück fixiert und eindeutig. In dem Fall ist es ausreichend, nur das Werkstück zu messen und das fixierte Maß in der Auswertesoftware rechnerisch zu ergänzen und den Messwert zu berechnen. Die Referenzkontur kann damit lokal unterbrochen sein oder ganz entfallen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Prüflehre können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre beschrieben worden sind. In ähnlicher Weise ergeben sich die in Bezug auf dieses Verfahren beschriebenen Vorteile auch für das dieses Verfahren umfassende Fertigungsverfahren.
  • Bei der Prüflehre können zudem auch die im Hinblick auf das Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts zwischen einem ersten Werkstück und einer Referenzkontur einer Prüflehre erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale Anwendung finden. Analog ergeben sich aus den für dieses Verfahren diskutierten vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale entsprechende Ausgestaltungen und Merkmale des Fertigungsverfahrens.
  • Nachfolgend sollen anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele weitere vorteilhafte Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erläutert werden. Hierin zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Spalts zwischen einem ersten und zweiten Werkstück;
    • 2 eine schematische Darstellung des Anordnungsschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 3 eine schematische Darstellung des Messschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüflehre;
    • 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens.
  • In der 1 ist ein Teil einer, aus einem ersten Werkstück 1 und einem zweiten Werkstück 2 zusammengesetzte Baugruppe abgebildet, die zwischen dem ersten und zweiten Werkstück 1, 2 einen Spalt 4' aufweist. Es handelt sich hier lediglich um eine schematische und stark vereinfachte Darstellung, die der Illustration des technischen Hintergrunds des erfindungsgemäßen Prüf- und/oder Messverfahrens dienen soll. Das erste und zweite Werkstück 1, 2 können dabei fest miteinander verbunden sein oder derart aneinander angeordnet sein, dass eine relative Bewegung möglich ist. Ein Beispiel für eine solche bewegliche Anordnung wäre insbesondere eine Fahrzeugtür oder ein anderes Flügelelement, das bewegbar mit dem Rest der Karosserie verbunden ist (in diesem Fall würde die in der Abbildung dargestellte Konfiguration dem geschlossenen Zustand entsprechen). Im Falle von Kraftfahrzeugen, Schienen- oder Luftfahrzeugen kommen den Spalten zwischen Komponenten, die Teil der Außenkontur des Fahrzeugs bilden, eine besondere technische Bedeutung zu, da sie sich unmittelbar auf das aerodynamische Verhalten des Fahrzeugs auswirken.
  • Zwei wichtige Größen zur Charakterisierung des Spalts 4'sind die Breite 7 und die Bündigkeit 8 des Spalts 4'. In der vollständigen, dreidimensionalen Ausdehnung der Werkstücke 1, 2 sind diese Werte entlang des Spalts (d.h. in Bezug auf die Abbildung senkrecht zur Zeichenebene) nicht konstant, so dass Spaltbreite 7 und Bündigkeit eine Funktion der Position entlang des Spaltes sind. Es sind auch komplexere Charakterisierungen der Spaltgeometrie möglich, insbesondere in Form eines vollständigen Höhenprofils des Spalts über seine gesamte Ausdehnung hinweg.
  • Würden die Abmessungen der Werkstücke 1, 2 exakt mit den vorgesehenen Nennwerten übereinstimmen, ergäben sich daraus Spaltmaße, die ebenfalls vollständig den gewünschten bzw. vorgegebenen Werten entsprächen. Beispielsweise könnte für eine solche Baugruppe ein bestimmter Nennwert für die Spaltbreite 7 und eine perfekte Bündigkeit 8 vorgesehen sein. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ergeben sich jedoch Abweichungen, so dass es erforderlich ist, die realen Abmessungen während des Fertigungsprozesses zu überprüfen.
  • In der 2 ist eine, an einem ersten Werkstück 1 anliegende Prüflehre 3 abgebildet. Auch hier handelt es sich, ähnlich wie bei 1 um eine stark vereinfachte, schematische Darstellung, anhand derer das erfindungsgemäße Prüf- und/oder Messverfahrens illustriert werden soll.
  • Während der in 1 dargestellte Spalt 4' zwischen erstem und zweiten Werkstück 1, 2 erst nach dem Zusammensetzen vermessen werden kann, beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, das zweite Werkstück 2 durch die Prüflehre 3 zu ersetzen bzw. zu imitieren. Dazu weist die in 2 dargestellte Prüflehre 3 eine Referenzkontur 5 auf, deren geometrische Form und Abmessungen die entsprechende Kontur des zweiten Werkstücks möglichst exakt nachbilden. Weiterhin weist die Prüflehre 3 eine Kontaktkontur 6 auf, mit der sichergestellt wird, dass die, am ersten Werkstück 1 anliegende Prüflehre 3 eine definierte Position und Orientierung relativ zum ersten Werkstück 1 einnimmt. Bezüglich der Abbildung ist zu beachten, dass der dargestellte Teil der Kontaktkontur 6 lediglich einem Schnitt einer dreidimensionalen Kontaktkontur 6 entspricht, deren räumlicher Verlauf so geformt ist, dass keine Relativbewegung zwischen erstem Werkstück 1 und Prüflehre 3 möglich ist, ohne dass der mechanische Kontakt zwischen erstem Werkstück 1 und Kontaktkontur 6 verloren geht. Mit anderen Worten wird durch das Anliegen der Kontaktkontur 6 am ersten Werkstück 1 eine genau definierte Positionierung und Ausrichtung der Prüflehre 3 relativ zum ersten Werkstück 1 erzwungen. Die Kontaktkontur kann als Kontaktpunkte ausgeführt werden. Führt ein Roboterarm die Prüflehre 3, so können die Kontaktpunkte berührungslos ausgeführt werden, wobei Sensorik an den definierten Kontaktpunkten die Abstände misst und das Robotersystem solange nachführt, bis die Sollabstände erreicht sind. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Kontaktkontur 6 komplementär zu der Kontur des ersten Werkstücks 1 geformt ist, mit der sie im angeordneten Zustand in mechanischem Kontakt steht. Die Referenzkontur 5 und die Kontaktkontur 5 sind so an der Prüflehre 3 angeordnet, dass die durch die Kontaktkontur 5 erzwungene Positionierung und Ausrichtung die Lage des zweiten Werkstücks 2 möglichst exakt nachgebildet wird. Entspricht das erste Werkstück 1 den Nennmaßen, ergibt sich bei der Anordnung der Prüflehre 3 ein Spalt 4, dessen Abmessungen und Bündigkeit ebenfalls den vorgegebenen Nennmaßen entsprechen.
  • In der 3 ist wiederum eine, an einem ersten Werkstück 1 anliegende Prüflehre 3 abgebildet, wobei das abgebildete erste Werkstück in diesem Fall aufgrund von Fertigungstoleranzen (der besseren Sichtbarkeit halber überzeichnet dargestellte) Abweichungen von der, in 2 dargestellten Form aufweist. Die Prüflehre 3 liegt auch hier wieder mit der Kontaktkontur 6 am ersten Werkstück 1 an, wobei die Referenzkontur 5 aufgrund der Abweichungen nun eine etwas andere Lage einnimmt und der Spalt 4 zwischen der Prüflehre 3 und dem ersten Werkstück 1 dementsprechend eine andere geometrische Form bzw. andere Abmessungen aufweist.
  • Im Messschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun der Spalt 4 berührungslos vermessen bzw. geprüft, wobei von den gemessenen Abweichungen auf entsprechende Abweichungen des ersten Werkstücks 1 von der idealen Form geschlossen werden kann. Die Prüflehre 3 weist dazu einen optischen Sensor 9 auf, der durch Aussenden und Empfangen von Laserstrahlen 15 den Spalt 4 (beispielsweise durch Lasertriangulation) ausmisst. In der dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 9 mit der Prüflehre 3 verbunden (angedeutet durch die Verbindung 16), wobei der Sensor 9 jedoch auch Teil einer separaten Vorrichtung sein kann, die in der Nähe des Spalts 4 positioniert wird.
  • In der 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüflehre dargestellt, wie sie beispielsweise im Automobilbau Anwendung finden kann. Das erste Werkstück 1 ist in diesem Fall eine Baugruppe 1 einer Fahrzeugkarosserie. Genauer gesagt handelt es sich bei dem zu prüfenden bzw. zu vermessenden Teil um die, von der Baugruppe 1 gebildete Öffnung zum Motorraum, in die eine Motorhaube eingefügt werden soll. Die Baugruppe 1 wird bei dieser Ausführungsform derart in die Prüflehre 3 eingelegt oder auf diese aufgelegt, dass eine Kontaktkontur 6 der Prüflehre 3 an der Baugruppe 1 anliegt, die Baugruppe 1 eine definierte, gegen Verschieben oder Verrutschen gesicherte Lage einnimmt und eine Referenzkontur 5 der Prüflehre 3 die Kante der an der Baugruppe 1 anzubringenden Motorhaube nachbildet. Die Prüflehre 3 weist weiterhin eine Mehrzahl von optischen Sensoren 9 auf, mit denen der Spalt zwischen der Baugruppe 1 und der Prüflehre 3 vermessen werden kann. Die Sensoren 9 können zusätzlich weitere geometrische Merkmale der Baugruppe 1 wie beispielsweise die Position und Form von Befestigungsöffnungen erfassen. Die Sensoren 9 sind mit einer Auswertungs- und Speichereinheit 10 verbunden, die die ermittelten Daten empfängt, speichert, auswertet und an den mobilen Rechner 17 weitergibt, wo sie für den Bediener visualisiert werden. Auf diese Weise lässt vorteilhafterweise eine zeitsparende geometrische Analyse der Baugruppe 1 realisieren und es lassen sich insbesondere Informationen über Spaltabmessungen gewinnen, die im weiteren Fertigungsverfahren durch Zusammenfügen mit der Motorhaube entstehen.
  • 5 zeigt das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren in einer schematischen Darstellung. In einem ersten Schritt 11 wird die Prüflehre 2 und das erste Werkstück 1 durch mechanischen Kontakt einer Kontaktkontur 6 der Prüflehre 3 mit dem ersten Werkstück 1 aneinander angeordnet und/oder ausgerichtet. Im zweiten Schritt 12 wird der durch die Anordnung entstandene Spalt 4 zwischen Prüflehre 3 und erstem Werkstück 1 berührungslos vermessen. Diese beiden Schritte bilden zusammen das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts 4 zwischen einem ersten Werkstück 1 und einer Referenzkontur 5 einer Prüflehre 3. Bei dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren umfasst neben den beiden ersten Schritten 11, 12, d.h. dem Anordnungsschritt 11 und dem Messschritt 12, noch einen dritten Schritt 13 (Fügeschritt 13), in dem das erste und das zweite Werkstück 1, 2 nach der Überprüfung bzw. Vermessung zusammengefügt werden.
  • Die vorstehend beschriebene Prüflehre 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüflehre 3 zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts 4 zwischen einem ersten Werkstück 1 und einer Referenzkontur der 5 Prüflehre 3, wobei die Prüflehre 3 eine Kontaktkontur 6 aufweist, die derart an das erste Werkstück 1 anlegbar ist, dass die Prüflehre 3 eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück 1 einnimmt, wobei die Prüflehre 3 mindestens einen berührungslos arbeitenden Sensor 9 aufweist, der zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung der Abmessungen und/oder der Bündigkeit des Spalts 4 zwischen dem ersten Werkstück 1 und der Referenzkontur 5 konfiguriert ist.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts 4 zwischen einem ersten Werkstück 1 und einer Referenzkontur 5 einer Prüflehre 3, ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das erste Werkstück 1 zum Zusammenfügen mit einem zweiten Werkstück 2 vorgesehen ist, wobei die Referenzkontur 5 dieselben geometrischen Abmessungen aufweist wie eine Kontur des zweiten Werkstücks 2, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • -- in einem Anordnungsschritt 11 werden die Prüflehre 3 und das erste Werkstück 1 aneinander angeordnet und/oder ausgerichtet, wobei eine Kontaktkontur 6 der Prüflehre 3 derart an dem ersten Werkstück 1 anliegt, dass die Prüflehre 3 eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück 1 einnimmt,
    • -- in einem Messchritt 12 werden über eine berührungslose Messung die Abmessungen und/oder die Bündigkeit des Spalts 4 zwischen dem ersten Werkstück 1 und der Referenzkontur 5 geprüft und/oder vermessen.
  • Das vorstehend beschriebene Fertigungsverfahren ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens mit einem Fügeschritt 13, in dem ein erstes und ein zweites Werkstück 1, 2 zusammengefügt werden, wobei vor dem Fügeschritt 13 ein vorstehend genanntes Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts 4 zwischen dem ersten Werkstück 1 und einer Referenzkontur 5 einer Prüflehre 3 durchgeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Werkstück
    2
    Werkstück
    3
    Prüflehre
    4
    Spalt
    4'
    Spalt
    5
    Referenzkontur
    6
    Kontaktkontur
    7
    Breite
    8
    Bündigkeit
    9
    Sensor
    10
    Auswertungs- und Speichereinheit
    11
    Anordnungsschritt
    12
    Messschritt
    13
    Fügeschritt
    16
    Verbindung
    17
    Rechner
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006059704 A1 [0003]
    • KR 101271891 B1 [0003]
    • DE 102014007883 A1 [0003]
    • DE 4111768 A1 [0003]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts (4) zwischen einem ersten Werkstück (1) und einer Referenzkontur (5) einer Prüflehre (3), wobei das erste Werkstück (1) zum Zusammenfügen mit einem zweiten Werkstück (2) vorgesehen ist und die Referenzkontur (5) dieselben geometrischen Abmessungen aufweist wie eine Kontur des zweiten Werkstücks (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: -- in einem Anordnungsschritt (11) werden die Prüflehre (3) und das erste Werkstück (1) aneinander angeordnet und/oder ausgerichtet, wobei eine Kontaktkontur (6) der Prüflehre (3) derart an dem ersten Werkstück (1) anliegt, dass die Prüflehre (3) eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück (1) einnimmt, -- in einem Messchritt (12) werden über eine berührungslose Messung die Abmessungen und/oder die Bündigkeit des Spalts (4) zwischen dem ersten Werkstück (1) und der Referenzkontur (5) geprüft und/oder vermessen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Messung mittels einer Mehrzahl von Sensoren (9) erfolgt und insbesondere die verschiedenen Bereiche des Spalts (4) gleichzeitig geprüft und/oder vermessen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (9) während der berührungslosen Messung zumindest an einem Teilbereich des Spalts (4) entlanggeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Messung mittels einer optischen Entfernungsmessung, insbesondere mittels Lasertriangulation durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüflehre (3) während des Anordnungsschritts (11) mit Hilfe eines Roboterarms oder eines Gewichtsausgleichs am ersten Werkstück (1) angeordnet und/oder ausgerichtet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der berührungslosen Messung erfassten Daten elektronisch verarbeitet und/oder ausgewertet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die verarbeiteten Daten in Form einer zwei- oder dreidimensionalen grafischen Darstellung (17) visualisiert werden.
  8. Fertigungsverfahren mit einem Fügeschritt (13), in dem ein erstes und ein zweites Werkstück (1, 2) zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügeschritt (13) ein Verfahren zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts (4) zwischen dem ersten Werkstück (1) und einer Referenzkontur (5) einer Prüflehre (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird.
  9. Prüflehre (3) zur Prüfung und/oder Vermessung eines Spalts (4) zwischen einem ersten Werkstücks (1) und einer Referenzkontur (5) der Prüflehre (3), wobei die Prüflehre (3) eine Kontaktkontur (6) aufweist, die derart an das ersten Werkstück (1) anlegbar ist, dass die Prüflehre (3) eine definierte Position und eine definierte Orientierung relativ zum ersten Werkstück (1) einnimmt, wobei die Prüflehre mindestens einen berührungslos arbeitenden Sensor (9) aufweist, der zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung der Abmessungen und/oder der Bündigkeit des Spalts (4) zwischen dem ersten Werkstück (1) und der Referenzkontur (5) konfiguriert ist.
  10. Prüflehre (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkontur (6) komplementär zu einer Kontur des zweiten Werkstücks (2) ausgestaltet ist.
  11. Prüflehre (3) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüflehre (3) mehrere Anbindungspunkte zur Anbindung eines oder mehrerer Sensoren (9) aufweist.
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Citations (6)

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