DE102019127867A1

DE102019127867A1 - Verfahren zum Rüsten einer Fügevorrichtung zum Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019127867A1
Application number: DE102019127867.8A
Authority: DE
Inventors: Daria Wilke; Ansgar Hagen
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-04-22
Also published as: WO2021073895A1; US20220234304A1; CN114555342B; US11724462B2; CN114555342A

Abstract

Verfahren zum Rüsten einer Fügevorrichtung (1) zum Fügen einer Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wobei die Fügevorrichtung (1) eine Haltevorrichtung (12) zur Aufnahme der Lichtscheibe (2) und eine Aufnahmevorrichtung (13) zur Aufnahme des Gehäuses (3) aufweist, wobei die Haltevorrichtung (12) und die Aufnahmevorrichtung (13) mittels Verstellmitteln (11) relativ zueinander translatorisch und/oder rotatorisch verfahrbar sind, und wobei wenigstens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:- Erstellen (100) eines ersten virtuellen Modells der Fügevorrichtung (1) mit einer darin aufgenommenen Lichtscheibe (2) und mit einem darin aufgenommenen Gehäuse (3), wobei die relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) einer Sollanordnung entspricht,- Erstellen (200) einer Mehrzahl von virtuellen Modellen der Fügevorrichtung (1) mit der darin aufgenommenen Lichtscheibe (2) und mit dem darin aufgenommenen Gehäuse (3), wobei jeweils mittels virtueller Auslenkungen der Verstellmittel (11) die relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) von der Sollanordnung abweicht,- Berechnen (300) eines funktionalen Zusammenhangs zwischen den relativen Anordnungen der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) und den Auslenkungen der Verstellmittel (11) anhand der im ersten und zweiten Verfahrensschritt (100, 200) erstellten virtuellen Modelle,- Fügen (400) einer Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) zu einer Testbaueinheit bei einer Eingangsstellung der Verstellmittel (11),- Vermessen (500) der relativen Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) in der Testbaueinheit,- Berechnen (600) von Sollauslenkungen der Verstellmittel (11) anhand des im dritten Verfahrensschritt (300) berechneten funktionalen Zusammenhangs und der im fünften Verfahrensschritt (500) vermessenen relativen Anordnung in der Testbaueinheit, wobei durch ein Verstellen der Verstellmittel (11) um die Sollauslenkungen eine Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) in Sollanordnung fügbar ist, und- Verstellen (700) der Verstellmittel (11) aus der Eingangsstellung um die Sollauslenkungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rüsten einer Fügevorrichtung zum Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wobei die Fügevorrichtung eine Haltevorrichtung zur Aufnahme der Lichtscheibe und eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Gehäuses aufweist, wobei die Haltevorrichtung und die Aufnahmevorrichtung mittels Verstellmitteln relativ zueinander translatorisch und/oder rotatorisch verfahrbar sind.
STAND DER TECHNIK
Beim Einbau von Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen in eine Fahrzeugkarosserie besteht eine wesentliche Anforderung darin, dass der Fugen- und Konturverlauf zwischen der Lichtscheibe der eingebauten Beleuchtungseinrichtung und der Karosserie mit möglichst geringen Abweichungen einem vorbestimmten Verlauf entspricht. Die Verbindung mit der Karosserie wird für gewöhnlich über das Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung hergestellt, so dass ein Referenzpunktsystem für die Fertigung der Beleuchtungseinrichtung üblicherweise dem Gehäuse zugeordnet wird. Die vorliegende Erfindung adressiert das reproduzierbar maßhaltige Fügen von Lichtscheiben und Gehäusen, um den genannten Anforderungen an die Einbaumaße von Beleuchtungseinrichtungen zu entsprechen.
Eine Ursache für Abweichungen von den Sollmaßen der Beleuchtungseinrichtung liegt in anfallenden Streuungen aus der Einzelteilfertigung von Gehäuse und Lichtscheibe und/oder der Vorfertigung, welche sich auf die final gefügte Baueinheit durchschlagen. Diese Problematik wird im Stand der Technik beispielsweise anhand von aus den Druckschriften DE 10 2010 024 169 A1 oder DE 10 2016 116 122 A1 bekannten Verfahren eliminiert.
So lehrt die DE 10 2010 024 169 A1 , an der Lichtscheibe und an dem Gehäuse fertigungsseitig angespritzte Toleranzausgleichsbereiche im Bereich der Fügeflächen vorzuhalten und diese Toleranzausgleichsbereiche vor dem Fügen der Lichtscheibe mit dem Gehäuse um ein solches Maß abzutragen, welches erforderlich ist um eine maßhaltige Baueinheit fügen zu können.
Eine weitere Ursache für mangelnde Maßhaltigkeit der Beleuchtungseinrichtung kann in einem unpräzisen Rüsten der Fügevorrichtung liegen. Beispielsweise werden Lichtscheibe und Gehäuse als Kunststoffbauteile mittels eines Schweißverfahrens, etwa Reibschweißen oder Heizelementschweißen, miteinander gefügt. Dazu wir die Lichtscheibe in einer Haltevorrichtung aufgenommen und das Gehäuse in einer Aufnahmevorrichtung, wobei Halte- und Aufnahmevorrichtung mittels geeigneter Verstellmittel relativ zueinander translatorisch und/oder rotatorisch verfahrbar sind. Der Rüstvorgang der Fügevorrichtung betrifft insbesondere die Ermittlung einer geeigneten relativen Positionierung von Halte- und Aufnahmevorrichtung zueinander, d.h. einer solchen Positionierung, die einer Sollanordnung der aufgenommenen Lichtscheibe zu dem aufgenommenen Gehäuse entspricht und ein maßhaltiges Fügen der beiden Bauteile ermöglicht.
Bei Fügeverfahren aus dem Stand der Technik wird das Rüsten wie folgt durchgeführt. Nach dem Bestücken der Fügevorrichtung mit Halte- und Aufnahmevorrichtung werden eine Lichtscheibe und ein Gehäuse in diese eingebracht und anschließend werden die Verstellmittel in eine Eingangsstellung verfahren, woraus eine grobe Vorpositionierung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse entsteht. In dieser Eingangsstellung der Verstellmittel werden Lichtscheibe und Gehäuse miteinander gefügt und die resultierende Baueinheit wird anschließend hinsichtlich der Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse, welches das karosserieseitige Referenzpunktsystem abbildet, vermessen. Auf Basis dieses Messprotokolls werden anschließend die Verstellmittel der Fügevorrichtung nachjustiert, um die Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse weiter an die geforderte Sollanordnung anzunähern. Dieses Nachjustieren wird im Stand der Technik einzig auf Grundlage der praktischen Erfahrung des zuständigen Bedienpersonals durchgeführt, und aufgrund der Vielzahl an Freiheitsgraden bei der Relativpositionierung von Halte- und Aufnahmevorrichtung, beispielsweise drei translatorische und ein rotatorischer Freiheitsgrad, ist üblicherweise eine Vielzahl an Versuchen notwendig, bis dass die Verstellmittel näherungsweise um die erforderlichen Sollauslenkungen verfahren worden sind. Es muss also der Prozess des versuchsweisen Fügens einer Baueinheit und ihr anschließendes Vermessen vielfach wiederholt werden, um die Fügevorrichtung letztlich derart einzurüsten, dass ein maßhaltiges Fügen einer Beleuchtungseinrichtung darauf möglich ist.
Dieser Rüstprozess nach dem Stand der Technik ist mit einem nachteilig hohen Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden. Zudem können mit der verwendeten Methode die für das maßhaltige Fügen optimalen Sollauslenkungen der Verstellmittel nur approximiert werden, so dass ein erhöhtes Risiko besteht, dass die gefügte Beleuchtungseinrichtung beispielsweise aufgrund von etwaigen Streuungen aus der Einzelteilfertigung eine nicht mehr zu tolerierende Fehlpassung aufweist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Rüsten einer Fügevorrichtung zum Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung vorzuschlagen, welches die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

- Erstellen eines ersten virtuellen Modells der Fügevorrichtung mit einer darin aufgenommenen Lichtscheibe und mit einem darin aufgenommenen Gehäuse, wobei die relative Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse einer Sollanordnung entspricht,
- Erstellen einer Mehrzahl von virtuellen Modellen der Fügevorrichtung mit der darin aufgenommenen Lichtscheibe und mit dem darin aufgenommenen Gehäuse, wobei jeweils mittels virtueller Auslenkungen der Verstellmittel die relative Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse von der Sollanordnung abweicht,
- Berechnen eines funktionalen Zusammenhangs zwischen den relativen Anordnungen der Lichtscheibe zu dem Gehäuse und den Auslenkungen der Verstellmittel anhand der im ersten und zweiten Verfahrensschritt erstellten virtuellen Modelle,
- Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse zu einer Testbaueinheit bei einer Eingangsstellung der Verstellmittel,
- Vermessen der relativen Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse in der Testbaueinheit,
- Berechnen von Sollauslenkungen der Verstellmittel anhand des im dritten Verfahrensschritt berechneten funktionalen Zusammenhangs und der im fünften Verfahrensschritt vermessenen relativen Anordnung in der Testbaueinheit, wobei durch ein Verstellen der Verstellmittel um die Sollauslenkungen eine Lichtscheibe mit einem Gehäuse in Sollanordnung fügbar ist, und
- Verstellen der Verstellmittel aus der Eingangsstellung um die Sollauslenkungen.

Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, den im Stand der Technik verwendeten trial-and-error Ansatz zum Ermitteln der optimalen Stellung der Verstellmittel durch eine simulationsbasierte Berechnung zu ersetzen. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt ein virtuelles Modell der Fügevorrichtung, d.h. insbesondere der Haltevorrichtung, der Aufnahmevorrichtung und der Verstellmittel, mit darin aufgenommener Lichtscheibe und Gehäuse generiert. Die Erstellung eines solchen Computermodells bedarf dabei keines großen Aufwandes, wenn die Fügevorrichtung und die zu fügenden Bauteile typischerweise mittels CAD-Verfahren konstruiert wurden und damit bereits als virtuelle Objekte vorliegen.
Ausgangspunkt der Simulation ist eine Sollanordnung der aufgenommenen Lichtscheibe zu dem aufgenommenen Gehäuse, in welcher die beiden virtuellen Bauteile eine maßhaltige Baueinheit darstellen. Diese Sollanordnung soll beispielsweise bei Verwendung eines Reibschweißverfahrens am Ende des Reibvorgangs eingenommen werden. Anschließend werden die virtuellen Verstellmittel der simulierten Fügevorrichtung ausgelenkt, woraus eine entsprechende Verschiebung und/oder Rotation der virtuellen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung und somit eine Abweichung der relativen Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse von der Sollanordnung resultiert. Die relativen Anordnungen werden quantifiziert, beispielsweise indem die Lage von definierten Aufpunkten auf der Oberfläche der Lichtscheibe in Bezug auf Referenzpunkte am Gehäuse bestimmt wird. Im nächsten Verfahrensschritt wird ein funktionaler Zusammenhang zwischen diesen relativen Anordnungen und den zugehörigen Auslenkungen der Verstellmittel bestimmt, wobei die dazu verwendete Methodik weiter unten näher erläutert wird.
Nach dem Bestücken der realen Fügevorrichtung mit Halte- und Aufnahmevorrichtung befinden sich die Verstellmittel in einer undefinierten Eingangsstellung und es stellt sich für den Einrichter nun die Aufgabe, die Verstellmittel um solche Auslenkungen zu verstellen, dass eine aufgenommene Lichtscheibe in Sollanordnung zu einem aufgenommenen Gehäusegebracht wird. Diese gesuchten Auslenkungen werden als Sollauslenkungen bezeichnet. Zu ihrer Bestimmung wird versuchsweise eine Lichtscheibe mit einem Gehäuse bei der Eingangsstellung der Verstellmittel gefügt. Anschließend wird eine Vermessung der so entstandenen Testbaueinheit vorgenommen, und die relative Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse wird quantifiziert.
Anhand des zuvor ermittelten funktionalen Zusammenhangs zwischen den relativen Anordnungen der Lichtscheibe zu dem Gehäuse und den Auslenkungen der Verstellmittel kann somit unmittelbar auf die Sollauslenkungen der Verstellmittel geschlossen werden. Im letzten Verfahrensschritt werden die Verstellmittel aus ihrer Eingangsstellung um die Sollauslenkungen verstellt, so dass Halte- und Aufnahmevorrichtungen in der gewünschten Position sind, um eine Lichtscheibe mit einem Gehäuse in Sollanordnung zu fügen. Damit ist die Fügevorrichtung optimal eingerüstet und steht für eine zu produzierende Serie an Beleuchtungseinrichtungen bereit. Im Vergleich zu dem aufwendigen Rüstverfahren aus dem Stand der Technik, welches eine Vielzahl an versuchsweise gefügten Baueinheiten benötigt, muss erfindungsgemäß nur mehr eine einzige Testbaueinheit gefügt und vermessen werden, und die Bestimmung der optimalen Einstellung der Verstellmittel erfolgt anschließend unmittelbar unter Zuhilfenahme der Simulationsergebnisse.
In vorteilhafter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Berechnen des funktionalen Zusammenhangs zwischen den relativen Anordnungen der Lichtscheibe zu dem Gehäuse und den Auslenkungen der Verstellmittel eine lineare Näherung durchgeführt wird. Insbesondere wird dabei ein inhomogenes lineares Gleichungssystem aufgestellt, wobei die Variablen des Gleichungssystems die Auslenkungen der Verstellmittel darstellen und die Absolutglieder des Gleichungssystems die relative Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse. Beim Berechnen der Sollauslenkungen der Verstellmittel wird dieses lineare Gleichungssystem dann gelöst, wobei die Absolutglieder des Gleichungssystems die im vorangegangenen Verfahrensschritt vermessene relative Anordnung an der Testbaueinheit darstellen. Dieses Vorgehen wird weiter unten ausführlicher erläutert.
Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft beim Erstellen des ersten virtuellen Modells Aufpunkte an der Lichtscheibe und Referenzpunkte am Gehäuse zu definieren, wobei die relative Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse anhand der relativen Lage der Aufpunkte zu den Referenzpunkten beschrieben wird. Beim Vermessen der relativen Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse der realen Testbaueinheit werden vorzugsweise dementsprechend die relativen Lagen der Aufpunkte an der Lichtscheibe zu den Referenzpunkten am Gehäuse vermessen.
In weiterer Ausführungsform entsprechen die mittels der Verstellmittel durchführbaren Auslenkungen folgenden Relativbewegungen der in der Haltevorrichtung aufgenommenen Lichtscheibe gegenüber dem in der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Gehäuse:

- Translation in vertikaler Richtung,
- Translation in zwei Richtungen in einer horizontalen Ebene, und
- Rotation um die vertikale Richtung als Drehachse.

Eine solche Einschränkung der Freiheitsgrade der Verstellmittel führt in der Praxis zu einem geeigneten Kompromiss aus den zum Positionieren von Lichtscheibe und Gehäuse notwendigen Einstellmöglichkeiten und einer geringen Fehleranfälligkeit des erfindungsgemäßen Rüstverfahrens.
Vorzugsweise wird als Fügevorrichtung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Reibschweißverfahrens oder eines Heizelementschweißverfahrens verwendet, welche für das Fügen der für die Lichtscheibe und das Gehäuse verwendeten Kunststoffe überaus geeignet sind. Alternativ kann die Fügevorrichtung aber beispielsweise auch zur Durchführung eines Klebeverfahrens ausgebildet sein.
Zum Vermessen der relativen Anordnung der Lichtscheibe zu dem Gehäuse wird vorzugsweise ein Koordinatenmessgerät verwendet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mittels einer Fügevorrichtung, wobei das Rüsten der Fügevorrichtung mittels des erfindungsgemäßen Rüstverfahrens durchgeführt wird, so dass das anschließende Fügen der Lichtscheibe mit dem Gehäuse in Sollanordnung vollzogen wird.
Figurenliste
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 Teilansicht einer Fügevorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Rüst- und Fügeverfahren,
2 Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Rüst- und Fügeverfahren, und
3a-c schematische Darstellungen von Verfahrensschritten der erfindungsgemäßen Rüst- und Fügeverfahren.

1 zeigt eine Teilansicht einer Fügevorrichtung 1 zur Durchführung eines Reibschweißverfahrens zum Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse einer Beleuchtungseinrichtung. Die Fügevorrichtung 1 umfasst die Bodenplatte 14, auf welcher die Aufnahmevorrichtung 13 zur Aufnahme eines Gehäuses angeordnet ist. Die Bodenplatte 14 ist parallel zu der durch X und Y aufgespannten, horizontalen Ebene orientiert. In der dazu vertikalen Richtung Z befindet sich oberhalb der Bodenplatte 14 die Haltevorrichtung 12 zur Aufnahme einer Lichtscheibe an der der Aufnahmevorrichtung 13 zugewandten Unterseite.
Die Haltevorrichtung ist entlang der vertikalen Richtung Z verfahrbar, wobei die dazu verwendeten Verstellmittel 11 hier nicht näher dargestellt sind, beispielsweise aber als ein Portalsystem ausgebildet sein können. Als Verstellmittel 11 für die Aufnahmevorrichtung 13 dienen die drei Fixierblöcke 11a-c, mittels derer die Bodenplatte 14 samt Aufnahmevorrichtung 13 in X- und Y-Richtung verschoben und in eingeschränktem Maße in der X-Y-Ebene gedreht werden kann. Zu diesem Zweck weisen die Fixierblöcke 11a-c beispielsweise Langlöcher auf.
2 zeigt ein Flussdiagramm der Verfahrensschritte der erfindungsgemäßen Rüst- und Fügeverfahren, wobei die Schritte 100 bis 700 den Rüstvorgang darstellen. Für die im Folgenden genannten Bezugszeichen betreffend Fügevorrichtung und Bauteile wird auf die Beschreibung der 1 und 3a-c verwiesen.
Das Erstellen 100 eines ersten virtuellen Modells der Fügevorrichtung 1 mit einer darin aufgenommenen Lichtscheibe 2 und mit einem darin aufgenommenen Gehäuse 3, wobei die relative Anordnung der Lichtscheibe 2 zu dem Gehäuse 3 der zum maßhaltigen Fügen geeigneten Sollanordnung entspricht, wird vorzugsweise auf Grundlage von bereits vorliegenden CAD-Datensätzen der Fügevorrichtung 1 und der beiden zu fügenden Bauteile 2, 3 durchgeführt. Zur Quantifizierung der relativen Anordnung werden auf der Oberfläche der Lichtscheibe 2 Aufpunkte definiert und zu einem Referenzpunktsystem am Gehäuse 3 referenziert. Gebräuchlich ist dabei die Angabe von Spalt- und Oberflächenmaßen, d.h. es wird die relative Lage jedes Aufpunktes durch Angabe von beispielsweise zwei Maßen festgelegt, und somit wird durch die Gesamtheit aller Aufpunkte die relative Anordnung der Lichtscheibe 2 zu dem Gehäuse 3 quantifiziert. Ein Vektor B= (B₁, ...,B_2N) enthält paarweise die Spalt- und Oberflächenmaße von N Aufpunkten und repräsentiert somit die relative Anordnung der Lichtscheibe 2 zu dem Gehäuse 3. Bei dem im ersten Verfahrensschritt 100 erstellten Modell befindet sich die Lichtscheibe 2 in Sollanordnung B= B ⁽⁰⁾ zu dem Gehäuse 3 und die zugehörige Stellung D = (x, y₁, y₂, z) der Verstellmittel 11 wird als Sollstellung D ⁽⁰⁾ = (x⁽⁰⁾, y₁ ⁽⁰⁾, y₂ ⁽⁰⁾ ,z⁽⁰⁾) definiert. Die Elemente x, y₁, y₂ und z repräsentieren darin die Stellungen der Verstellmittel 11, d.h. der drei Fixierblöcke 11a, 11b und 11c sowie dem zur Verschiebung der Haltevorrichtung 12 in Z-Richtung ausgebildeten Mittel, wobei dazu prinzipiell beliebige und vorzugsweise praxistaugliche Einheiten, beispielsweise Skalenteile oder die Anzahl sichtbarer Gewindegänge einer Stellschraube, verwendet werden können.
Ausgehend von dem ersten virtuellen Modell der Fügevorrichtung 1 mit einer Lichtscheibe 2 in Sollanordnung zu einem Gehäuse 3 wird im zweiten Verfahrensschritt 200 eine Vielzahl entsprechender virtueller Modelle erstellt, wobei jeweils mittels virtueller Auslenkungen d = (d_x, d_y1, d_y2, d_z) der Verstellmittel 11 die relative Anordnung B der Lichtscheibe 2 zu dem Gehäuse 3 variiert wird.
Im anschließenden Verfahrensschritt 300 wird anhand der virtuellen Modelle ein funktionaler Zusammenhang zwischen den relativen Anordnungen B der Lichtscheibe 2 zu dem Gehäuse 3 und den zugehörigen Auslenkungen D der Verstellmittel 11 aufgestellt, wobei dieser Zusammenhang als linear angenommen wird. Bei rein translatorischer Verschiebung der Lichtscheibe 2 gegenüber dem Gehäuse 3 ist diese Annahme identisch erfüllt, während sie im Hinblick auf eine relative Rotation nur im Grenzfall ausreichend kleiner Änderungen näherungsweise gültig ist. Der funktionale Zusammenhang entspricht einem inhomogenen linearen Gleichungssystem mit den Auslenkungen 15 als Variablen und der relativen Anordnung B als Absolutglied, d.h. Ä * D = Ä * (D ⁽⁰⁾ ₊ d) = B. Die Koeffizienten der Matrix A werden dabei auf einfache Weise durch Einsetzen von konkreten Werten für D und B in das lineare Gleichungssystem ermittelt, wobei solche konkrete Werte aus den eingangs aufgestellten virtuellen Modellen gewonnen werden.
In der Praxis stehen nach dem Bestücken der realen Fügevorrichtung 1 mit Halte- und Aufnahmevorrichtung 2, 3 die Verstellmittel 11 in einer Eingangsstellung D ⁽¹⁾ welche üblicherweise nicht wohldefiniert ist, weil beispielsweise die Fixierblöcke 11a-c als reine Toleranzausgleichsmittel konstruiert sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt nun darauf ab, die Sollauslenkungen d ⁽⁰⁾ zu ermitteln, mittels derer die Verstellmittel 11 von der Eingangsstellung D ⁽¹⁾ in die Sollstellung D ⁽⁰⁾ überführt werden können, d.h. für die gilt: D ⁽¹⁾ - d⁽⁰ ⁾ ₌ D ⁽⁰⁾.
Zu diesem Zweck wird im Verfahrensschritt 400 eine Testbaueinheit aus einer Lichtscheibe 2 und einem Gehäuse 3 bei der Eingangsstellung D ⁽¹⁾ der Verstellmittel 11 gefügt, und im anschließenden Verfahrensschritt 500 wird die relative Anordnung B ⁽¹⁾ der Lichtscheibe 2 in dieser Testbaueinheit vermessen.
Es gilt dann: ${\bar{B}}^{(1)} = \bar{\bar{A}} * ({\bar{D}}^{(0)} + {\bar{d}}^{(0)}) = {\bar{B}}^{(0)} + \bar{\bar{A}} * {\bar{d}}^{(0)},$
und somit folgen die gesuchten Sollauslenkungen als: ${\bar{d}}^{(0)} = {\bar{\bar{A}}}^{^{- 1}} * ({\bar{B}}^{(1)} - {\bar{B}}^{(0)}) .$
Diese Berechnung der Sollauslenkungen d⁽⁰⁾ erfolgt im Verfahrensschritt 600 unter Verwendung der im Verfahrensschritt 300 bestimmten Koeffizientenmatrix $\bar{\bar{A}}$
beziehungsweise einer Pseudoinversen ${\bar{\bar{A}}}^{- 1}$
der vorgegebenen Sollanordnung B ⁽⁰⁾ der Lichtscheibe 2 zu einem Gehäuse 3 in einer perfekt maßhaltigen Beleuchtungseinrichtung sowie der im Verfahrensschritt 500 vermessenen relativen Anordnung B ⁽¹⁾ der Lichtscheibe 2 in der Testbaueinheit. Im einfachsten Fall kann die relative Anordnung B durch lediglich N = 2 Aufpunkte definiert sein, welche jeweils durch ein Spalt- und ein Oberflächenmaß gegeben sind. Dies hat den Vorteil, dass die Koeffizientenmatrix $\bar{\bar{A}}$
dann eine quadratische 4x4-Gestalt annimmt und bei der Berechnung der Sollauslenkungen d⁽⁰⁾ daher auf rechnerisch einfache Weise die gewöhnliche Inverse gebildet werden kann.
Das erfindungsgemäße Rüstverfahren endet mit dem Verfahrensschritt 700, in welchem die Verstellmittel 11 aus der Eingangsstellung D ⁽¹⁾ um die zuvor bestimmten Sollauslenkungen d ⁽⁰⁾ verstellt werden, so dass die Verstellmittel 11 dann die Sollstellung D ⁽⁰⁾ einnehmen, in welcher eine Lichtscheibe 2 mit einem Gehäuse 3 in der gewünschten Sollanordnung B ⁽⁰⁾) fügbar ist.
Vorrichtungsseitig ist somit mit geringem Zeit- und Arbeitsaufwand die Voraussetzung für die Produktion von maßhaltigen Beleuchtungseinrichtungen geschaffen worden. Der Verfahrensschritt 800, das Fügen einer Lichtscheibe 2 mit einem Gehäuse 3 in Sollanordnung B⁽⁰⁾, stellt insbesondere den Beginn einer ganzen Produktionsserie dar, während welcher im Idealfall nicht mehr in die vorliegende Sollstellung D ⁽⁰⁾der Verstellmittel 11 eingegriffen werden muss. Etwaig auftretende maßliche Abweichungen der damit gefertigten Beleuchtungseinrichtungen sind dann insbesondere darauf zurückzuführen, dass die miteinander gefügten Bauteile, d.h. die Lichtscheibe 2 und das Gehäuse 3, bereits aus der Einzelteilfertigung mit maßlicher Streuung behaftet sind. Eine Ausnahme kann der Fall darstellen, dass die Eingangsstellung D ⁽¹⁾ der Verstellmittel 11 stark von ihrer Sollstellung D ⁽⁰⁾ abweicht und die Sollauslenkungen d ⁽⁰⁾ eine derart ausgeprägte Rotation des in der Aufnahmevorrichtung 13 aufgenommen Gehäuses 3 gegenüber der Lichtscheibe 2 verursachen, dass die dem Verfahrensschritt 300 zugrundeliegende lineare Näherung nicht gültig ist. In diesem Fall ist es notwendig, eine weitere Testbaueinheit zu fügen und zu vermessen, und auf dieser Grundlage die Sollauslenkungen d ⁽⁰⁾ der Verstellmittel 11 zu aktualisieren. Dieses optionale Vorgehen entspricht einer Wiederholung der Verfahrensschritte 400 bis 800 und wird in der 2 durch den gestrichelten Pfeil dargestellt. Notwendigenfalls sind diese Schritte so oft zu iterieren, bis dass die Stellung der Verstellmittel 11 so dicht an ihre Sollstellung D ⁽⁰⁾ herangeführt wurde, dass die Berechnung der Sollauslenkungen d ⁽⁰⁾ in linearer Näherung gültig ist bzw. maßhaltige Beleuchtungseinrichtungen mit der gerüsteten Fügevorrichtung 1 fügbar sind.
Die 3a-c illustrieren unterschiedliche Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Rüst- bzw. Fügeverfahrens. In 3a-b sind verschiedene Arbeitsschritte des Fügeprozesses mittels einer Heizelementschweißvorrichtung 1 dargestellt. Die Lichtscheibe 2 ist in der Haltevorrichtung 12 aufgenommen und das Gehäuse 3 in der Aufnahmevorrichtung 13. Die Verstellmittel 11 umfassen die Fixierblöcke 11a-c sowie eine hier nicht näher spezifizierte Vorrichtung zur Verschiebung der Haltevorrichtung 2 entlang der vertikalen Achse Z. Mittels der Fixierblöcke 11a-c kann die Bodenplatte 14 samt der Aufnahmevorrichtung 13 auf der Grundplatte 15 in der X-Y-Ebene verschoben und in gewissem Maße auch verdreht werden.
In 3a ist die Haltevorrichtung 12 in eine zur Aufnahmevorrichtung 13 weit beabstandete Position verfahren, und in den Spalt zwischen Lichtscheibe 2 und Gehäuse 3 ist das Heizelement 5 eingefahren worden. Das Heizelement 5 dient dem Plastifizieren der Fügefläche an der Lichtscheibe 2. Die Wärmeeinbringung erfolgt beispielsweise berührungslos mittels Laser- oder Infrarotstrahlung oder mittels Heisgas. Der resultierende Plastifizierungsgrad der Fügefläche der Lichtscheibe 2 ist ausreichend groß, dass ein anschließendes Aufeinanderpressen der Fügeflächen von Lichtscheibe 2 und Gehäuse 3 zur Herstellung der gewünschten Fügeverbindung führt. Alternativ kann zusätzlich auch die Fügefläche des Gehäuses 3 mittels Wärmeeinbringung plastifiziert werden.
Das Aufeinanderpressen der beiden Fügepartner 2, 3 ist in 3b dargestellt. Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dies entweder dem Verfahrensschritt 400, d.h. dem Fügen einer Testbaueinheit bei einer Eingangsstellung der Verstellmittel 11, oder dem Verfahrensschritt 800, d.h. dem Fügen einer maßhaltigen Beleuchtungseinrichtung bei der Sollstellung der Verstellmittel 11, entsprechen.
Schließlich illustriert 3c den Verfahrensschritt 500, in welchem insbesondere eine Testbaueinheit aus miteinander gefügter Lichtscheibe 2 und Gehäuse 3 in einem Koordinatenmessgerät 4 vermessen wird. Die Testbaueinheit wird dabei mit dem Gehäuse 3 an der Messaufnahme 42 aufgenommen, so dass Lage und räumliche Orientierung des Gehäuses 3 in Bezug auf das interne Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts 4 vorgeben und wohlbekannt sind. Mittels des Messkopfes 41 werden definierte Aufpunkte auf der Oberfläche der Lichtscheibe 4 überfahren und somit ihre relative Lage in Bezug auf die Referenzpunkte am Gehäuse 3 bestimmt. Jedem Aufpunkt wird üblicherweise ein Spalt- und ein Oberflächenmaß zugeordnet und aus der Gesamtheit der vermessenen Aufpunkte ergibt sich die relative Anordnung B der Lichtscheibe 2 zu dem Gehäuse 3.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Fügevorrichtung
11: Verstellmittel
11a-c: Fixierblöcke
12: Haltevorrichtung
13: Aufnahmevorrichtung
14: Bodenplatte
15: Grundplatte
2: Lichtscheibe
3: Gehäuse
4: Koordinatenmessgerät
41: Messkopf
42: Messaufnahme
5: Heizelement
100, 200: Erstellen virtueller Modelle
300: Berechnen funktionaler Zusammenhänge
400: Fügen einer Testbaueinheit
500: Vermessen der Anordnung
600: Berechnen von Sollauslenkungen
700: Verstellen der Verstellmittel
800: Fügen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024169 A1 [0003, 0004]
DE 102016116122 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Rüsten einer Fügevorrichtung (1) zum Fügen einer Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wobei die Fügevorrichtung (1) eine Haltevorrichtung (12) zur Aufnahme der Lichtscheibe (2) und eine Aufnahmevorrichtung (13) zur Aufnahme des Gehäuses (3) aufweist, wobei die Haltevorrichtung (12) und die Aufnahmevorrichtung (13) mittels Verstellmitteln (11) relativ zueinander translatorisch und/oder rotatorisch verfahrbar sind, und wobei wenigstens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: - Erstellen (100) eines ersten virtuellen Modells der Fügevorrichtung (1) mit einer darin aufgenommenen Lichtscheibe (2) und mit einem darin aufgenommenen Gehäuse (3), wobei die relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) einer Sollanordnung entspricht, - Erstellen (200) einer Mehrzahl von virtuellen Modellen der Fügevorrichtung (1) mit der darin aufgenommenen Lichtscheibe (2) und mit dem darin aufgenommenen Gehäuse (3), wobei jeweils mittels virtueller Auslenkungen der Verstellmittel (11) die relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) von der Sollanordnung abweicht, - Berechnen (300) eines funktionalen Zusammenhangs zwischen den relativen Anordnungen der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) und den Auslenkungen der Verstellmittel (11) anhand der im ersten und zweiten Verfahrensschritt (100, 200) erstellten virtuellen Modelle, - Fügen (400) einer Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) zu einer Testbaueinheit bei einer Eingangsstellung der Verstellmittel (11), - Vermessen (500) der relativen Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) in der Testbaueinheit, - Berechnen (600) von Sollauslenkungen der Verstellmittel (11) anhand des im dritten Verfahrensschritt (300) berechneten funktionalen Zusammenhangs und der im fünften Verfahrensschritt (500) vermessenen relativen Anordnung in der Testbaueinheit, wobei durch ein Verstellen der Verstellmittel (11) um die Sollauslenkungen eine Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) in Sollanordnung fügbar ist, und - Verstellen (700) der Verstellmittel (11) aus der Eingangsstellung um die Sollauslenkungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Berechnen (300) der funktionalen Zusammenhänge zwischen den relativen Anordnungen der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) und den Auslenkungen der Verstellmittel (11) eine lineare Näherung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Berechnen (300) des funktionalen Zusammenhangs ein inhomogenes lineares Gleichungssystem aufgestellt wird, wobei die Variablen des Gleichungssystems die Auslenkungen der Verstellmittel (11) darstellen und die Absolutglieder des Gleichungssystems die relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) darstellen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Berechnen (600) der Sollauslenkungen der Verstellmittel (11) das lineare Gleichungssystem gelöst wird, wobei die Absolutglieder des Gleichungssystems die im vorangegangenen Verfahrensschritt (500) vermessene relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) in der Testbaueinheit darstellen.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erstellen (100) des ersten virtuellen Modells Aufpunkte an der Lichtscheibe (2) und Referenzpunkte am Gehäuse (3) definiert werden, wobei die relative Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) anhand der relativen Lage der Aufpunkte zu den Referenzpunkten beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vermessen (500) der relativen Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) die relativen Lagen der Aufpunkte an der Lichtscheibe (2) zu den Referenzpunkten am Gehäuse (3) vermessen werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Verstellmittel (11) durchführbaren Auslenkungen folgenden Relativbewegungen der in der Haltevorrichtung aufgenommenen Lichtscheibe (2) gegenüber dem in der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Gehäuse (3) entsprechen: - Translation in vertikaler Richtung (Z), - Translation in zwei Richtungen (X, Y) in einer horizontalen Ebene, und - Rotation um die vertikale Richtung (Z) als Drehachse.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügevorrichtung (1) eine Vorrichtung zur Durchführung eines Reibschweißverfahrens oder eines Heizelementschweißverfahrens oder eines Klebeverfahrens verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vermessen (500) der relativen Anordnung der Lichtscheibe (2) zu dem Gehäuse (3) ein Koordinatenmessgerät (4) verwendet wird.
Verfahren zum Fügen einer Lichtscheibe (2) mit einem Gehäuse (3) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mittels einer Fügevorrichtung (1), wobei wenigstens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: - Rüsten der Fügevorrichtung (1) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, und - Fügen (800) der Lichtscheibe (2) mit dem Gehäuse (3) in Sollanordnung.