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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Detektion eines Produktionsmerkmals eines Werkstücks, insbesondere eines aus mehreren Teilen zusammengefügten Werkstücks.
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Während der Herstellung von Werkstücken, insbesondere von aus mehreren Teilen zusammen gefügten Werkstücken, kann es aufgrund verschiedener Ursachen, beispielsweise aufgrund eines defekten Werkzeugs, zu Fehlteilproduktionen kommen. Für die weitere Verarbeitung des Werkstücks bzw. die Qualität des damit hergestellten Produkts ist deshalb eine regelmäßige Kontrolle des Werkstücks hinsichtlich eines Produktionsfehlers unabdingbar. Aus diesem Grund müssen bei fügenden Fertigungsverfahren, wie beispielsweise dem Halbhohlstanznieten, Merkmale bestimmt werden, anhand derer eine Qualität der Verbindung messbar ist. Beim Halbhohlstanznieten ist dies beispielsweise der Nietkopfüberstand bzw. der Nietkopfunterstand. Eine übliche Vorgehensweise ist das Messen des Nietkopfüberstands bzw. des Nietkopfunterstands mittels eines Makroschliffs. Nachdem diese Methode eine zerstörende Prüfung ist, wird der Makroschliff jedoch nicht regelmäßig angewendet, sondern vorzugsweise stichprobenartig. Da dies für eine Qualitätssicherung des Werkstücks meist nicht ausreichend ist, muss der Nietkopfüberstand bzw. der Nietkopfunterstand zusätzlich regelmäßig, beispielsweise händisch mittels einer Messuhr, kontrolliert werden. Für gewöhnlich erfolgt die Kontrolle regelmäßig mittels einer manuellen Zeiger- bzw. einer Digitalmessuhr.
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Nachteilig ist dabei zunächst die teils schwierige Zugänglichkeit der Nietelemente oder, dass die Messpunkte durch spätere Fügefolgen verdeckt und somit in einer Prüfstation nicht mehr zugänglich sind. Darüber hinaus ist ein weiterer Nachteil, dass die händische Überprüfung mittels der Messuhr von einem Menschen durchgeführt werden muss, wodurch aufgrund der schwierigen Messsituation weitere Fehlerquellen hinsichtlich der Messergebnisse entstehen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem zuverlässig ein Produktionsmerkmal eines Werkstücks, insbesondere eines aus mehreren Teilen zusammengefügten Werkstücks erkannt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Detektion eines Produktionsmerkmals eines Werkstücks vorgeschlagen, insbesondere eines aus mehreren Teilen zusammengefügten Werkstücks, das zumindest zweistufig erfolgt und die folgenden Schritte umfasst:
- Anfangs erfolgen in einer ersten Stufe das Detektieren eines vorbestimmten Bezugselements des Werkstücks mittels einer Kamera und das Vergleichen des Bezugselements mit einer in einem Datenspeicher hinterlegten Soll-Geometrie des Bezugselements.
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Bei einer ausreichenden Übereinstimmung des kameratechnisch erfassten Bezugselements mit der hinterlegten Soll-Geometrie schließen sich die folgenden Schritte einer zweiten Stufe an:
- Zunächst wird das Werkstück mittels eines Linienlasers vermessen. Dabei ermittelt der Linienlaser eine Distanz zwischen dem Linienlaser und jeweils wenigstens einer vorbestimmten Position des Bezugselements und des Werkstücks. Anschließend wird die Distanz der jeweiligen vorbestimmten Position mit einem in dem Datenspeicher hinterlegten und zu der entsprechenden vorbestimmten Position korrespondierenden Grenzwert verglichen.
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Das Bezugselement ist die hinsichtlich eines Produktionsmerkmals zu vermessene Komponente des Werkstücks. Ein Produktionsmerkmal ist dabei beispielsweise eine resultierende geometrische Form oder ein Maß wie ein Nietkopfüberstand bzw. ein Nietkopfunterstand durch einen vorhergehenden Produktionsschritt. Die Soll-Geometrie bezeichnet die vorbestimmte Geometrie des Bezugselements, die je nach Anforderung an einen Grad der Übereinstimmung mit dem kameratechnisch erfassten Bezugselement entsprechend detailliert in dem Datenspeicher hinterlegt ist. Auf diese Weise kann mit der Kamera bestimmt werden, ob das Werkstück für das Vermessen des Bezugselements richtig platziert ist oder ob die zu vermessende Komponente des Werkstücks vorhanden ist. Nachdem eine Soll-Geometrie des Werkstücks erkannt wurde, tastet der Linienlaser das Werkstück bzw. das Bezugselement ab. Entsprechend der Entfernung des Linienlasers zur Oberfläche des Werkstücks bzw. des Bezugselements werden die Laserstrahlen schneller bzw. langsamer reflektiert. Der Linienlaser kann mit den Laufzeitinformationen bestimmte Abhängigkeiten der Entfernungen berechnen bzw. ein 3D-Bild des Werkstücks erstellen. Darüber hinaus können in der Software des Linienlasers bzw. in dem Datenspeicher feste Bezugsgrößen definiert werden, wie beispielsweise für ein Verhältnis von der Werkstückoberfläche zu der Bezugselementoberfläche.
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Ist ein Bezugselement beispielsweise an einer Stelle abgebrochen oder weist es einen Riss auf, benötigt das Licht des Linienlasers mehr Zeit für die Reflektion und der Linienlaser erkennt die Bruchstelle oder den Riss. Das Licht des Linienlasers verhält sich beispielsweise bei einem Bezugselement, das zu weit von der Oberfläche des Werkstücks hervorsteht, gegenteilig und wird schneller reflektiert. Dadurch können die Anordnung, ein Bruch bzw. Risse oder ungeeignete Abmessungen des Bezugselements des Werkzeugs, insbesondere eines aus mehreren Teilen zusammengefügten Werkstücks, zuverlässig bestimmt werden.
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Dabei ist günstig, dass bei einer Abweichung erkannt wird, dass eine Bruchstelle oder ungeeignete Abmessung des Bezugselements des Werkzeugs vorliegt. Ferner lässt sich die Position der Bruchstelle bzw. der ungeeigneten Abmessung anhand der Position der Abweichung ermitteln. In der Software des Linienlasers bzw. dem Datenspeicher kann weiter definiert werden, ab welchen Grenzwerten ein Produktionsmerkmal bzw. ein Produktionsfehler des Werkstücks bzw. des Bezugselements vorliegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Ausführungsvariante derart durchgeführt, dass nach dem Vergleichen des Bezugselements mit der hinterlegten Soll-Geometrie bei einer Abweichung des Bezugselements von der hinterlegten Soll-Geometrie von einer Signalvorrichtung ein Warnsignal ausgegeben wird. Auf diese Weise wird einem Anwender mitgeteilt, dass beispielsweise das Werkstück oder das Bezugselement nicht an der gewünschten Position für die Vermessung angeordnet ist.
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In einer vorteilhaften Ausführung des vorliegenden Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass der Linienlaser positionsveränderlich angeordnet ist und beim Vermessen des Bezugselements des Werkstücks wenigstens einen vorbestimmten Bereich um das Bezugselement an einer Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkstücks abtastet. Durch die bewegliche Anordnung des Linienlasers wird dieser befähigt, das Bezugselement und den vorbestimmten Bereich des Werkstücks, insbesondere das gesamte Werkstück, abzutasten. Der Linienlaser kann somit jeden zu vermessenen Punkt des Werkstücks oder des Bezugselements von der dafür bestmöglichen Position aus vermessen. Folglich wird die Genauigkeit des Ergebnisses für sämtliche Positionen des Werkstücks verbessert.
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In einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die vorbestimmten Positionen ein Maximum und/oder ein Minimum des Bezugselements und des vorbestimmten Bereichs um das Bezugselement an einer Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkstücks sind. Auf diese Weise kann eine grobe Vermessung der Geometrie des Werkzeugs erfolgen, die bereits zuverlässige Ergebnisse liefert, da die Maxima und Minima der Geometrie des Bezugselements hinsichtlich des vorbestimmten Bereichs des Werkstücks die kritischen Stellen in Bezug auf einen Produktionsfehler und somit ein geeignetes Produktionsmerkmal darstellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist das Bezugselement einen vorbestimmten Durchmesser auf und eine der vorbestimmten Positionen ist ein Mittelpunkt einer Querschnittsfläche des Bezugselements, der mittels des vorbestimmten Durchmessers bestimmbar und in dem Datenspeicher hinterlegt ist. Dabei ist günstig, dass der Mittelpunkt der Querschnittsfläche des Bezugselements eine besonders geeignete Position für ein Produktionsmerkmal ist, da der Mittelpunkt häufig eine kritische Stelle hinsichtlich eines Produktionsfehlers ist.
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Darüber hinaus ist eine Ausführungsvariante günstig, bei der eine der vorbestimmten Positionen ein Punkt in dem vorbestimmten Bereich um das Bezugselement an einer Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkstücks und eine andere der vorbestimmten Positionen der Mittelpunkt des Bezugselements ist. Auf diese Weise kann ein Verhältnis von der Werkstückoberfläche zu dem Mittelpunkt des Bezugselements gemessen und dementsprechend beispielsweise eine Dimension bestimmt werden, um welche das Bezugselement von dem Werkstück hervorsteht.
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In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird nach dem Vergleichen der Distanz der jeweiligen vorbestimmten Position mit dem entsprechenden Grenzwert bei einer Überschreitung des Grenzwerts von der Signalvorrichtung ein Warnsignal ausgegeben. Dadurch wird einem Anwender signalisiert, dass das Bezugselement bzw. das Werkstück eine ungeeignete Abmessungen oder eine Bruchstelle aufweist.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei dem Vergleichen der Distanz der jeweiligen vorbestimmten Position mit dem entsprechenden Grenzwert eine/ein Differenz/Verhältnis der Distanz von zwei vorbestimmten Positionen ermittelt wird, wobei die/das Differenz/Verhältnis mit einem entsprechenden Grenzwert verglichen wird. Mit Hilfe der Distanzen zwischen dem Linienlaser und der vorbestimmten Positionen lassen sich bestimmte Verhältnisse von jeweils wenigstens einer vorbestimmten Position des Bezugselements und des Werkstücks bestimmen. Mit diesem Verhältnis kann das Werkstück hinsichtlich der vorbestimmten Positionen bzw. des Bezugselements vermessen werden. Weist beispielsweise das Bezugselement ungeeignete Abmessungen auf, ändert sich auch das Verhältnis der Distanz beispielsweise von einer Oberfläche des Werkstücks zu einer vorbestimmten Position des Bezugselements. Mittels des Grenzwerts hinsichtlich eines Verhältnisses kann folglich ein Toleranzbereich festgelegt werden, in dem ein Werkstück bzw. ein Bezugselement als fehlerfrei bewertet wird.
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Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Signalvorrichtung eine Anzeige aufweist, die nach dem Vergleichen der Distanz der jeweiligen vorbestimmten Position mit dem entsprechenden Grenzwert eine graphische Darstellung des Bezugselements und/oder des Werkstücks anzeigt. Hierfür wird die graphische Darstellung des Bezugselements und/oder des Werkstücks anhand der Distanz zwischen dem Linienlaser und den vorbestimmten Positionen des Werkstücks bestimmt. Vorteilhaft dabei ist, dass dem Anwender graphisch angezeigt wird, an welcher Position und/oder um wie viel das jeweilige Bezugselement einen Grenzwert überschreitet und sich eine ungeeignete Abmessung des Bezugselements bzw. des Werkstücks oder eine Bruchstelle befindet. Dadurch wird die Fehlteilproduktion des Werkstücks bzw. des Bezugselements reduziert. Mittels des Linienlasers lässt sich die Distanz zu vorbestimmten Positionen ermitteln und über bestimmte Verhältnisse dieser Positionen des Werkstücks die graphische Darstellung umsetzen. Darüber hinaus benötigt der Anwender keine weiteren Daten für die graphische Anzeige der Geometrie des Werkzeugs.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das Werkstück mittels eines Stanznietverfahrens hergestellt ist und das Bezugselement ein Nietkopf ist. Für ein Stanznietverfahren ist das Verfahren besonders geeignet, da damit ein Nietkopfüberstand bzw. ein Nietkopfunterstand gemessen werden kann. Der Nietkopfüberstand bzw. der Nietkopfunterstand eines Nietkopfs ist eine wichtige Kenngröße für die Qualität der Nietverbindung. Ferner sind in einem Toleranzbereich eingehaltene Abmessungen eines Nietkopfs für eine weitere Verarbeitung des Werkstücks von besonderer Bedeutung, da beispielsweise Abstände zu anderen Komponenten eingehalten werden müssen. Darüber hinaus sind auch andere Fertigungsverfahren hergestellte Werkstücke vermessbar, die Bezugselemente in Form von beispielsweise Haken, Bolzen oder Ösen aufweisen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Detektion eines Produktionsmerkmals eines aus mehreren Teilen zusammengefügten Werkstücks
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Detektion eines Produktionsmerkmals eines aus mehreren Teilen zusammengefügten Werkstücks 1 gezeigt. Das in 1 dargestellte Werkstück 1 ist mittels eines Stanznietverfahrens hergestellt. Ferner ist eine Kamera 5 zur Detektion eines vorbestimmten Bezugselements 2 des Werkstücks 1 angeordnet. Dabei ist das Bezugselement 2 ein Nietkopf.
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Darüber hinaus weist die Anordnung einen Datenspeicher 7 auf, in dem eine Soll-Geometrie 3 des Bezugselements 2 zum Vergleich mit dem Bezugselement 2 hinterlegt ist. Bei einer Abweichung des Bezugselements 2 von der hinterlegten Soll-Geometrie 3 wird von einer Signalvorrichtung 8 ein Warnsignal ausgegeben.
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Desweiteren ist ein Linienlaser 6 vorgesehen mittels dem die Vermessung des Werkstücks 1 durchgeführt wird. Der Linienlaser 6 ist positionsveränderlich angeordnet und tastet beim Vermessen des Bezugselements 2 des Werkstücks 1 eine Distanz 9 zwischen dem Linienlaser 6 und jeweils einer vorbestimmten Position 13 des Bezugselements 2 und zwei vorbestimmten Positionen 11, 11' des Werkstücks 1 ab. Das Bezugselement 2 umfasst einen vorbestimmten Durchmesser, beispielsweise ein Nietkopfdurchmesser von 7,75 mm, und die vorbestimmte Position 13 ist ein Mittelpunkt 13 einer Querschnittsfläche des Bezugselements 2, der mittels des vorbestimmten Durchmessers bestimmbar und in dem Datenspeicher 7 hinterlegt ist. Des Weiteren sind die anderen vorbestimmten Positionen 11, 11' jeweils ein Punkt 11, 11' in einem vorbestimmten Bereich um das Bezugselement 2 an der Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkstücks 1. Hierfür fährt der Linienlaser 6 geradlinig von einer Position 11 in dem vorbestimmten Bereich um das Bezugselement 2 an der Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkstücks 1, die beispielsweise 2,5 mm von dem Bezugselement 2 entfernt ist, über den Mittelpunkt 13 zu einer weiteren Position 11' an der Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkstücks 1, die beispielsweise ebenfalls 2,5 mm von dem Bezugselement 2 beabstandet ist.
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Außerdem sind in dem Datenspeicher 7 zu der entsprechenden vorbestimmten Position 11, 11' und dem Mittelpunkt 13 korrespondierende Grenzwerte 10 hinterlegt. Bei dem Vergleichen der Distanz 9 der vorbestimmten Position 11, 11' und des Mittelpunkts 13 mit dem entsprechenden Grenzwert 10 wird ein Verhältnis der Distanz 9 der beiden Positionen 11, 11' und des Mittelpunkts 13 ermittelt und anschließend diese Differenz mit einem entsprechenden Grenzwert 10 verglichen. Mittels des Grenzwerts 10 ist somit ein Toleranzbereich bestimmt, der individuell an eine jeweilige Messsituation anpassbar ist und einen Bereich definiert, in dem das Werkstück 1 als fehlerfrei beurteilt wird. Für einen Nietkopfüberstand bzw. einen Nietkopfunterstand des Nietkopfs bzw. des Mittelpunkts 13 des Bezugselements 2 ist ein Grenzwert 10 festgelegt, der für die Differenz der Distanz von einer der vorbestimmten Positionen 11, 11' zu dem Mittelpunkt 13 einen Toleranzbereich von 0,5 mm bis -0,3 mm definiert. Demzufolge gelten Nietköpfe als fehlerfrei, wenn sie einen gewünschten Nietkopfüberstand bzw. Nietkopfunterstand um maximal 0,5 mm überschreiten bzw. um maximal 0,3 mm unterschreiten.
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Nach dem Vergleichen der Distanz 9 der vorbestimmten Position 11, 11' und des Mittelwerts 13 mit dem entsprechenden Grenzwert 10 wird bei einer Überschreitung des Grenzwerts 10 von der Signalvorrichtung 8 ein Warnsignal ausgegeben. Ferner weist die Signalvorrichtung 8 eine Anzeige 12 auf, die nach dem Vergleichen der Distanz 9 der vorbestimmten Position 11, 11', 13 mit dem entsprechenden Grenzwert 10 eine graphische Darstellung des Bezugselements 2 und des Werkstücks 1 anzeigt. Die graphische Darstellung des Bezugselements 2 und des Werkstücks 1 wird anhand der Distanz 9 zwischen dem Linienlaser 6 und den vorbestimmten Positionen 11, 11', 13 des Werkstücks 1 bestimmt wird.
