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Die Anmeldung betrifft eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung, insbesondere einer thermisch induzierten Bewegung und/oder Verformung, eines Werkstücks, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugkarosserieteils. Ferner umfasst die Anmeldung ein System zum Verarbeiten eines Fahrzeugteils mit einer solchen Messvorrichtung sowie ein Messverfahren zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung eines Werkstücks unter Verwendung einer solchen Messvorrichtung.
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In der industriellen Fertigung, beispielsweise in der Automobilindustrie, werden thermische Prozesse zum Einbrennen von Grundierungen und/oder Lackierungen in Oberflächen sowie zum Aushärten von Klebstoffen durch Erwärmung eines Werkstücks, etwa einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugkarosserieteils, eingesetzt. Beispielsweise ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Werkstück in einem Durchlaufofen angeordnet und einstellbare Heißluftdüsen auf das Werkstück gerichtet werden. Aufgrund unterschiedlicher Materialdicken und/oder der Anordnung und/oder Ausrichtung der Heißluftdüsen kann es - insbesondere in Aufheiz- und Abkühlhasen - zu lokalen Temperaturdifferenzen kommen, die sich in unterschiedlichen Materialausdehnungen äußern. Dadurch werden innerhalb des Werkstücks Bewegungen und/oder Verformungen induziert, die mehrere Millimeter betragen können. Diese können zu erheblichen Problemen, etwa Reißen von Klebeverbindungen, Zerstörung von mechanischen Fügeelementen, Leckagen in Dichtstrukturen und/oder Abzeichnungen auf Außenhäuten des Werkstücks, führen. Besonders ausgeprägt sind die genannten Effekte, wenn das Werkstück aus mehreren unterschiedlichen Werkstoffen besteht (so genannter Δα-Effekt).
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Den genannten Problemen kann durch Optimierung von Prozess- oder Prozessanlagenparametern (etwa Ausrichtung und/oder Anordnung von Heizelementen, beispielweise Heizluftdüsen im Durchlaufofen) entgegengewirkt werden. Dazu sind genaue Messungen der Verformung und/oder Bewegung des Werkstücks mittels einer geeigneten Messvorrichtung erforderlich. Basierend auf solchen Messungen können auch numerische Simulationen des Prozesses bzw. der Prozessanlage zur Optimierung der Prozess- oder Prozessanlagenparameter verwendet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind entsprechende Messvorrichtungen und - systeme bekannt. Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 10 2015 203 314 A1 ein System zum Überwachen von Prozessen in einer thermischen Prozesskammer mittels einer oder mehrerer Kameras. Die bekannten Messvorrichtungen können verschiedene Nachteile aufweisen, etwa aufgrund beschränkter Zugänglichkeit von relevanten Teilen des Werkstücks, Größe und/oder Komplexität der Messvorrichtung und/oder hoher technischer Aufwand der Umsetzung von Messverfahren unter Verwendung der bekannten Messvorrichtungen.
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Die Druckschrift
DE 10 2016 010 557 A1 offenbart eine Verwendung eines Schleppzeigers zur Ermittlung einer thermisch bedingten Bewegung eines Bauteils, wobei der Schleppzeiger einen Basiskörper, eine Befestigungsvorrichtung, die an einem ersten Endbereich des Basiskörpers ausgebildet ist, und ein Anzeigeelement aufweist, das an einem zweiten Endbereich des Basiskörpers verschiebbar angeordnet ist, wobei der Schleppzeiger mithilfe der Befestigungsvorrichtung an dem Bauteil befestigt wird, wobei der Schleppzeiger derart angeordnet wird, dass das Anzeigeelement an dem Bauteil anliegt, wobei daraufhin das Bauteil ausgehend von einer Ursprungstemperatur erwärmt oder abgekühlt wird und anschießend wieder zumindest annähernd auf die Ursprungstemperatur gebracht wird, wobei daraufhin gemessen wird, wie weit sich das Anzeigeelement auf dem Basiskörper verschoben hat.
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Eine Aufgabe, die der vorliegenden Anmeldung zugrunde liegt, besteht im Bereitstellen einer Messvorrichtung, welche Nachteile bekannter Messvorrichtungen verringert oder vermeidet. Ferner sollen ein System zum Verarbeiten eines Fahrzeugteils mit einer solchen Messvorrichtung sowie ein Messverfahren zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung eines Werkstücks unter Verwendung einer solchen Messvorrichtung bereitgestellt werden.
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Dementsprechend werden eine Messvorrichtung nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 9 sowie ein Messverfahren nach Anspruch 11 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich jeweils mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Die vorgeschlagene Messvorrichtung zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung, insbesondere einer thermisch induzierten Bewegung und/oder Verformung, eines Werkstücks, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugkarosserieteils, umfasst:
- ein Halteelement,
- einen verschiebbar mit dem Halteelement verbundenen Taststab,
- ein Vorspannelement, mittels dessen der Taststab in Richtung des Werkstücks elastisch vorspannbar oder vorgespannt ist,
- ein erstes Gleitelement und ein zweites Gleitelement, die jeweils an dem Taststab angeordnet und an dem Taststab entlang einer Längsrichtung des Taststabs verschiebbar sind,
- einen ersten Anschlag und einen zweiten Anschlag, die jeweils bezüglich des Halteelements ortsfest angeordnet oder anordenbar sind.
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Der erste Anschlag ist dazu eingerichtet, das erste Gleitelement an dem Taststab entlang der Längsrichtung zu verschieben, wenn der Taststab in Bezug auf das Halteelement in einer zu der Längsrichtung parallelen ersten Richtung verschoben wird, so dass anhand einer Position des ersten Gleitelements ein erster Abstand erfassbar ist, um welchen der Taststab in Bezug auf das Halteelement während der Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks in der ersten Richtung verschoben worden ist.
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Der zweite Anschlag ist dazu eingerichtet, das zweite Gleitelement an dem Taststab entlang der Längsrichtung zu verschieben, wenn der Taststab in Bezug auf das Halteelement in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verschoben wird, so dass anhand einer Position des zweiten Gleitelements ein zweiter Abstand erfassbar ist, um welchen der Taststab in Bezug auf das Halteelement während der Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks in der zweiten Richtung verschoben worden ist.
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Die erste Position und die zweite Position sind Positionen des ersten bzw. zweiten Gleitelements bezüglich eines jeweiligen Referenzpunktes der Messvorrichtung. Ein solcher Referenzpunkt kann beispielsweise durch den ersten oder zweiten Anschlag, die Haltevorrichtung, eine Messskala (siehe unten), einen Nullpunktgleitring (siehe unten) oder eine andere Komponente der Messvorrichtung gegeben sein.
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Die Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks kann eine Relativbewegung zwischen verschiedenen Abschnitten und/oder Komponenten des Werkstücks sein und kann insbesondere eine Bewegung und/oder Verformung sein, die aufgrund thermischer Ausdehnung und/oder Kontraktion, hervorgerufen beispielsweise durch Erwärmen oder Abkühlen während eines industriellen thermischen Prozesses des oben genannten Art, zustande kommt.
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Das Vorspannelement erlaubt es, während einer Messung (d. h. während des Auftretens der zu erfassenden Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks) einen ständigen Kontakt zwischen dem Taststab und dem Werkstück herzustellen. Dazu kann der Taststab zu Beginn der Messung in Bezug auf das Halteelement so verschoben werden, dass ein Kontakt zwischen Taststab und Werkstück hergestellt ist, und das Vorspannelement kann so eingestellt werden, dass der Kontakt gehalten wird, wenn sich das Werkstück innerhalb eines zu erwartenden Bereichs bewegt und/oder verformt. Am Ende der Messung gibt der erste Abstand Auskunft über die während der Messung aufgetretene maximale lokale Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks zur Messvorrichtung hin, der zweite Abstand über die während der Messung aufgetretene maximale lokale Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks von der Messvorrichtung weg (der erste und zweite Abstand können hierbei auch vertauscht sein).
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Dadurch, dass die Messvorrichtung den ersten und zweiten Abstand in der beschriebenen Weise erfassbar macht, können wichtige Kenngrößen der Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks auf einfache Weise erfasst werden. Basierend auf diesen Kenngrößen können beispielsweise Prozess- und Prozessanlagenparameter industrieller thermischer Prozesse zuverlässig optimiert werden. Die Messvorrichtung zeichnet sich dabei durch eine einfache, robuste und langlebige Konstruktion aus, die unter typischen Bedingungen, die bei solchen Prozessen vorliegen, von Vorteil sein kann. Zudem kann die beschriebene Messvorrichtung sehr kompakt ausgeführt werden, wodurch gute Zugänglichkeit von relevanten Teilen des Werkstücks gewährleistet werden kann. Ferner ist die Messvorrichtung kosteneffizient und kann dadurch an vielen Punkten des Werkstücks platziert werden, um eine gute räumliche Messauflösung zu erzielen. Messungen mittels der Messvorrichtung können ohne Beschädigung des Werkstücks durchgeführt und auf einfache Weise ausgewertet werden.
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Das Halteelement kann dazu eingerichtet sein, eine feste (d. h. während eines Messvorgangs statische) Verbindung der Messvorrichtung mit dem Werkstück und/oder einer Prozessanlage herzustellen. Dadurch sind der erste und zweite Abstand als reproduzierbare, vergleichbare und einfach interpretierbare Messgrößen bestimmbar. Zum Herstellen der festen Verbindung kann das Halteelement ein Passungselement und/oder Verbindungselement aufweisen. Das Halteelement kann eine Bohrung oder Aussparung zum verschiebbaren Aufnehmen des Taststabs aufweisen. Der erste und/oder zweite Anschlag kann an dem Halteelement angeordnet sein.
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Der Taststab kann ein längliches Element sein, beispielsweise ein Stab mit kreisförmigem, elliptischem, polygonalem oder anders geformtem Profil. Der Taststab kann ein dem Werkstück in einer vorgesehenen Messanordnung zugewandtes erstes Ende aufweisen. Der Taststab kann sich zum ersten Ende hin verjüngen oder verbreitern. Das erste Ende kann eine Endfläche aufweisen, die dazu eingerichtet ist, einen Kontakt mit dem Werkstück herzustellen. Die Endfläche kann beispielsweise planar oder gerundet, beispielsweise sphärisch gerundet, sein.
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Der Taststab kann eine Messskala aufweisen, wobei der erste und/oder zweite Abstand anhand einer Position des ersten und/oder zweiten Gleitelements in Bezug auf die Messskala erfassbar ist. Durch eine Messskala kann das Erfassen des ersten und/oder zweiten Abstands erleichtert werden.
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Die Messskala kann integral mit dem Taststab gebildet sein. Die Messskala kann beispielsweise durch Hervorhebungen oder Vertiefungen des Taststabs gebildet sein und/oder auf den Taststab aufgedruckt oder aufgeprägt sein. Die Messskala kann auch auf einem mit dem Taststab verbundenen separaten Element angeordnet sein.
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Die Messskala kann radial drehbar an dem Taststab angeordnet sein und/oder der Taststab kann mit der Messskala radial drehbar sein. Durch eine solche Ausgestaltung der Messskala und/oder des Taststabs ist die Messskala unter verschiedenen Betriebsbedingungen gut ablesbar.
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Das Vorspannelement kann eine Schraubenfeder und/oder ein elastisches Polymerelement und/oder eine Gasdruckfeder und/oder ein sonstiges Vorspannelement sein oder aufweisen.
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Das erste und/oder zweite Gleitelement kann ein Gleitring und/oder ein sonstiges an einer Außenseite des Taststabs angeordnetes Gleitelement sein; das erste und/oder zweite Gleitelement kann auch ganz oder teilweise innerhalb einer Aussparung oder eines Hohlraums des Taststabs angeordnet sein. Das Gleitelement kann entlang einer in Längsrichtung an dem Taststab verlaufenden Rille und/oder Schiene verschiebbar angeordnet sein.
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Die Messvorrichtung kann eine Stellhülse umfassen, die zum Anpassen einer mittels des Vorspannelements erzeugten Vorspannkraft verschiebbar und feststellbar, beispielsweise mittels einer Feststellschraube und/oder eines Feststellhebels feststellbar, mit dem Taststab verbindbar oder verbunden ist. Auf diese Weise kann die Messvorrichtung an die zu erwartende Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks und/oder dabei auftretende Kräfte angepasst werden.
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Die Messvorrichtung kann ein in der Längsrichtung verschiebbar an dem Taststab angeordnetes Stellelement und eine mit dem Halteelement ortsfest verbindbare oder verbundene Fixierwelle umfassen, wobei die Fixierwelle mit dem Stellelement zum Einstellen eines mittels der Messvorrichtung erfassbaren Abstandsbereichs verschiebbar und feststellbar verbunden ist. Auch auf diese Weise kann die Messvorrichtung an die zu erwartende Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks angepasst werden. Der erste und/oder zweite Anschlag kann an dem Stellelement angeordnet sein.
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Der Taststab und/oder das Halteelement kann ein Material mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere Keramik, beispielsweise Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid, oder eine Metalllegierung, beispielsweise Invar, aufweisen. Auch andere Teile der Messvorrichtung können eines oder mehrere solcher Materialien aufweisen. Durch Verwendung eines solchen Materials kann eine Verformung der Messvorrichtung während eines thermischen Prozesses minimiert werden, wodurch die Verformung und/oder Bewegung des Werkstücks besonders genau und reproduzierbar erfasst werden kann.
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Der Taststab und/oder das Halteelement kann eine Trennschicht zum Verringern von Anhaftungen, insbesondere eine Plasmapolymerschicht, aufweisen. Die Trennschicht kann etwa Anhaftungen von Lack auf dem Taststab vermeiden oder verringern. Diese kommen dadurch zustande, dass Lack während des Durchlaufens des Ofens auf dem Werkstück einbrennen und es dadurch zum Verkleben auf dem Werkstück (im Bereich des Taststabs) kommen kann.
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Das erste und/oder zweite Gleitelement kann ein elastisches Stabilisierelement aufweisen, mittels dessen die Position des ersten bzw. zweiten Gleitelements in Bezug auf die den Taststab stabilisierbar ist, insbesondere eine Druckfeder und/oder eine Kugelfeder. Das elastische Stabilisierelement kann eine verstellbare Spannung aufweisen.
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Das erste und/oder zweite Gleitelement kann ein Arretierelement aufweisen, mittels dessen die Position des ersten bzw. zweiten Gleitelements in Bezug auf den Taststab feststellbar ist, insbesondere eine Feststellschraube und/oder einen Klemmring.
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Mittels eines Stabilisierelements und/oder eines Arretierelements kann ein unerwünschtes Verschieben des jeweiligen Gleitelements während und/oder nach der Messung (etwa durch Vibrationen und/oder Stöße) verhindert und somit ein zuverlässiges Erfassen des ersten und/oder zweiten Abstands sichergestellt werden.
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Die Messvorrichtung kann mindestens ein Nullpunktgleitelement aufweisen, das an dem Taststab angeordnet und an dem Taststab entlang einer Längsrichtung des Taststabs zum Einstellen eines Nullpunkts verschiebbar ist. Das Nullpunktgleitelement kann dazu eingerichtet sein, vor Beginn einer Messung einen Referenzpunkt (Nullpunkt) des Taststabs und/oder der Messskala festzulegen, wodurch ein Ablesen des ersten und/oder zweiten Abstands erleichtert werden kann.
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Die Messskala und/oder das erste und/oder zweite Gleitelement und/oder das Nullpunktgleitelement kann eine Noniusskala aufweisen. Damit ist ein besonders genaues Ablesen des ersten und/oder zweiten Abstands möglich.
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Der Taststab kann eine verlängerbare und/oder austauschbare Messspitze aufweisen. Durch eine austauschbare und/oder verlängerbare Messspitze des Taststabs kann die Messvorrichtung an verschiedene Verwendungen angepasst bzw. die Langlebigkeit der Messvorrichtung verbessert werden.
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Die Messvorrichtung kann zusätzlich einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise kapazitive Sensoren, zum Erfassen des ersten und/oder zweiten Abstands aufweisen. Mittels solcher Sensoren ist eine automatisierte Erfassung und/oder Verarbeitung der gemessenen Parameter möglich.
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Das vorgeschlagene System zum Verarbeiten eines Fahrzeugteils, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugkarosserieteils, durch Wärmeeinwirkung auf das Fahrzeugteil innerhalb einer Prozesskammer, weist eine wenigstens teilweise in der Prozesskammer angeordnete oder anordenbare Messvorrichtung der oben beschriebenen Art auf und ist zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung des Fahrzeugteils aufgrund der Wärmeeinwirkung mittels der Messvorrichtung eingerichtet.
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Im Kontext eines solchen Systems kann die Messvorrichtung somit in vorteilhafter Weise für die Optimierung des Verarbeitens des Fahrzeugteils eingesetzt werden. Die Prozesskammer kann insbesondere ein Durchlaufofen Einbrennen von Grundierungen und/oder Lackierungen in eine Oberfläche des Fahrzeugteils sein. Vorzugsweise kann das System mehrere Messvorrichtungen der beschriebenen Art aufweisen, wodurch mehrere Kenngrößen der Bewegung und/oder Verformung des Fahrzeugteils erfassbar sind.
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Das System kann zusätzlich eine oder mehrere Kameras aufweisen, die zum Aufnehmen von Bildern des Fahrzeugteils während des Verarbeitens eingerichtet sind, so dass anhand der Bilder wenigstens ein Teil der Bewegung und/oder Verformung des Fahrzeugteils aufgrund der Wärmeeinwirkung erfassbar ist.
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Das vorgeschlagene Messverfahren zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung eines Werkstücks unter Verwendung einer Messvorrichtung der oben beschriebenen Art, umfasst die folgenden Schritte, die auszuführen sind, bevor die Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks erfolgt ist:
- Anordnen des Halteelements in einer definierten Position in Bezug auf das Werkstück,
- Verschieben des Taststabs so, dass ein Ende des Taststabs das Werkstück berührt, und
- elastisches Vorspannen des Taststabs in Richtung des Werkstücks mittels des Vorspannelements.
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Ferner umfasst das Messverfahren den folgenden Schritt, der auszuführen ist, nachdem die Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks erfolgt ist:
- Erfassen des ersten und/oder zweiten Abstands anhand der Position des ersten bzw. zweiten Gleitelements.
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Bei dem beschriebenen Messverfahren kann die Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks aufgrund einer thermischen Ausdehnung des Werkstücks erfolgen.
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Im Folgenden werden die vorgeschlagene Messvorrichtung, das vorgeschlagene System und das vorgeschlagene Messverfahren anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert, wobei die beigefügten Abbildungen zum besseren Verständnis der beispielhaften Ausführungsformen samt ihrer oben genannten und sonstigen Vorteile beitragen sollen. Hierbei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Messvorrichtung,
- 2 bis 5 Seitenansichten der Messvorrichtung gemäß 1 während verschiedener Schritte eines Messverfahrens,
- 6 ein System zum Verarbeiten eines Fahrzeugteils, umfassend mehrere Messvorrichtungen gemäß 1.
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Wiederkehrende und ähnliche Merkmale werden in den Abbildungen mit identischen Bezugszeichen versehen, wobei Bezugszeichen bereits zuvor gezeigter Merkmale auch ausgelassen werden können. Ebenso kann bei der Beschreibung verschiedener Abbildungen auf die Erwähnung bereits beschriebener Merkmale verzichtet werden.
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Die in 1 gezeigte Messvorrichtung 1 umfasst ein Halteelement 2 sowie einen verschiebbar mit dem Halteelement verbundenen Taststab 3 mit einer Messskala 4.
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Der Taststab 3 ist ein zylindrisches, längliches Element. Der Taststab 3 kann auch andere Formen aufweisen, beispielsweise ein Stab mit kreisförmigem, elliptischem, polygonalem oder anders geformtem Profil sein. Der Taststab 3 kann sich optional zu einem Ende hin verjüngen oder verbreitern.
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Ein erstes Ende 5 des Taststabs 3 weist eine planare Endfläche 6 auf. Die Endfläche 6 kann alternativ eine andere Form haben, etwa eine sphärisch gerundete Form.
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Die Messskala 4 ist in der Form eingefräster Vertiefungen integral mit dem Taststab 3 gebildet. Der Taststab 3 mit der Messskala 4 ist bezüglich des Halteelements 3 drehbar angebracht. Die Messskala 4 kann auch durch Hervorhebungen des Taststabs 3 gebildet sein und/oder auf den Taststab 3 aufgedruckt oder aufgeprägt sein. Die Messskala 4 kann auch auf einem mit dem Taststab 3 verbundenen separaten Element angeordnet sein oder ganz weggelassen werden.
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Eine Längsachse des Taststabs 3 definiert eine Längsrichtung 7. Parallel bzw. koaxial zu der Längsrichtung 7 sind eine erste Richtung 8 und eine der ersten Richtung 8 entgegengesetzte zweite Richtung 9 definiert.
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Die Messvorrichtung 1 weist eine um den Taststab 3 herum angeordnete Schraubenfeder als Vorspannelement 10 auf. Das Vorspannelement 10 kann alternativ ein elastisches Polymerelement und/oder eine Gasdruckfeder und/oder ein sonstiges Vorspannelement sein oder aufweisen.
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Mittels des Vorspannelements 10 ist der Taststab 3 entlang der Längsrichtung vorspannbar. Das Vorspannelement 10 ist zwischen einer Fixierhülse 11 und einer Stellhülse 12 angeordnet, wobei die Fixierhülse 11 und die Stellhülse 12 den Taststab 3 radial umfassen. Die Fixierhülse 11 durchtritt ein Durchgangsloch 13 des Halteelements 2 und ist mittels einer ersten Feststellschraube 14 mit dem Halteelement 2 fest verbindbar. Die Stellhülse 12 ist zum Anpassen einer mittels des Vorspannelements 10 erzeugten Vorspannkraft entlang des Taststabs 3 verschiebbar und mittels einer zweiten Feststellschraube 15 feststellbar.
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Ein Anpassen der Vorspannkraft ist auch mittels einer geeigneten Positionierung des Halteelements 2 in Bezug auf eine Fläche, auf die die Vorspannkraft wirken soll, möglich. In bestimmten Ausführungsformen kann die Stellhülse 12 daher durch eine feste Verbindung des Vorspannelements 10 mit dem Taststab 3 ersetzt sein.
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Die Messvorrichtung 1 weist ferner ein erstes Gleitelement 16 und ein zweites Gleitelement 17 auf, wobei die Gleitelemente 16 und 17 an dem Taststab 3 angeordnet und an dem Taststab 3 entlang der Längsrichtung 7 verschiebbar sind. Die Gleitelemente 16 und 17 sind als Gleitringe, d. h. als den Taststab 3 radial umfassende Ringe ausgebildet. Das erste und/oder zweite Gleitelement 16/17 kann alternativ ganz oder teilweise innerhalb einer Aussparung oder eines Hohlraums des Taststabs 3 angeordnet sein. Das Gleitelement 16/17 kann auch entlang einer in der Längsrichtung 7 an dem Taststab 3 verlaufenden Rille und/oder Schiene verschiebbar angeordnet sein.
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Jedes der Gleitelemente 16 und 17 weist intern ein (in den Zeichnungen nicht sichtbares) Stabilisierelement auf, mittels dessen die Position des jeweiligen Gleitelements 16/17 in Bezug auf den Taststab 3 stabilisierbar ist. Das Stabilisierelement kann etwa eine Druckfeder und/oder eine Kugelfeder sein oder aufweisen. Zusätzlich kann das erste und/oder zweite Gleitelement 16/17 ein Arretierelement aufweisen, mittels dessen die Position des Gleitelements 16/17 in Bezug auf den Taststab 3 feststellbar ist, etwa eine Feststellschraube und/oder einen Klemmring.
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Die Messvorrichtung 1 weist ein in der Längsrichtung 7 verschiebbar an dem Taststab 3 angeordnetes Stellelement 18 (hier einen Stellring) und eine mit dem Halteelement 2 ortsfest verbundene Fixierwelle 19 auf. Die Fixierwelle 19 ist mit dem Stellelement 18 zum Einstellen eines mittels der Messvorrichtung 1 erfassbaren Abstandsbereichs verschiebbar verbunden und mittels einer dritten Feststellschraube 20 feststellbar.
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Eine dem Halteelement 2 zugewandte Fläche des Stellelements 18 bildet einen ersten Anschlag 21, der bei festgezogener dritter Feststellschraube 20 bezüglich des Halteelements 2 ortsfest angeordnet ist. Der erste Anschlag 21 ist dazu eingerichtet, das erste Gleitelement 16 an dem Taststab 3 entlang der Längsrichtung 7 zu verschieben, wenn der Taststab 3 in Bezug auf das Halteelement 2 in der ersten Richtung 8 verschoben wird, so dass anhand einer Position des ersten Gleitelements 16 ein erster Abstand erfassbar ist, um welchen der Taststab 3 in Bezug auf das Halteelement 2 während einer Bewegung und/oder Verformung eines mit der Endfläche 7 in Kontakt stehenden Werkstücks in der ersten Richtung 8 verschoben worden ist. Der erste Anschlag 21 kann alternativ an einer anderen Komponente der Messvorrichtung 1 angeordnet sein, beispielsweise an dem Halteelement 2.
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Eine dem Stellelement 18 zugewandte Fläche der Fixierhülse 11 bildet einen zweiten Anschlag 22, der bei festgezogener erster Feststellschraube 14 bezüglich des Halteelements 2 ortsfest angeordnet ist. Der zweite Anschlag 22 ist dazu eingerichtet, das zweite Gleitelement 17 an dem Taststab 3 entlang der Längsrichtung 7 zu verschieben, wenn der Taststab 3 in Bezug auf das Halteelement 2 in der zweiten Richtung 9 verschoben wird, so dass anhand einer Position des zweiten Gleitelements 17 ein zweiter Abstand erfassbar ist, um welchen der Taststab 3 in Bezug auf das Halteelement 2 während einer Bewegung und/oder Verformung des mit der Endfläche 7 in Kontakt stehenden Werkstücks in der zweiten Richtung 9 verschoben worden ist. Statt des Stellelements 18 kann alternativ ein bezüglich des Halteelements 2 fest angeordnetes Element vorgesehen sein, an welchem der zweite Anschlag 22 angeordnet ist.
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Die Messvorrichtung 1 ist somit zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung, insbesondere einer thermisch induzierten Bewegung und/oder Verformung, des Werkstücks, welches insbesondere eine Fahrzeugkarosserie oder ein Fahrzeugkarosserieteil sein kann, eingerichtet.
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Das Halteelement 2, der Taststab 3, die Fixierhülse 11, die Stellhülse 12, das erste Gleitelement 16, das zweite Gleitelement 17, das Stellelement 18 und die Fixierwelle 19 sind beispielsweise aus der wärmeausdehnungsarmen Eisennickellegierung 1.3912 gefertigt. Eine oder mehrere der genannten Komponenten können auch aus anderen Materialien gefertigt sein, vorzugsweise Materialien mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, etwa Keramik (beispielsweise Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid) oder Metalllegierungen (beispielsweise Invar).
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Die Endfläche 6 weist eine Plasmapolymerschicht als Trennschicht zum Verringern von Anhaftungen, insbesondere Lackanhaftungen, auf.
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Anhand von 2 bis 5 werden im Folgenden ein Messverfahren zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung eines Werkstücks 23 unter Verwendung der Messvorrichtung 1 sowie weitere Aspekte der Messvorrichtung 1 erläutert. Die Bewegung und/oder Verformung des Werkstücks 23 erfolgt hierbei aufgrund einer thermischen Ausdehnung des Werkstücks 23 während eines thermischen Prozesses. Mittels des Verfahrens können jedoch auch Bewegungen und/oder Verformungen aufgrund anderer Prozesse, beispielsweise mechanischer Prozesse, erfasst werden.
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Das in 2 gezeigte Werkstück 23 ist ein Fahrzeugkarosserieteil, umfassend ein Stützelement 24, einen Seitenaufprallschutz 25 und eine Beplankung 26, wobei der Seitenaufprallschutz 25 zwischen dem Stützelement 24 und der Beplankung 26 angeordnet und an der Beplankung 26 mittels einer Klebstoffschicht 27 befestigt ist.
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In dem gezeigten Beispiel soll als zu erfassende Verformung des Werkstücks 23 eine Änderung eines Komponentenabstands 28 zwischen dem Stützelement 24 und der Beplankung 26 während einer Erwärmung des Werkstücks 23 erfasst werden.
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2 zeigt die Messvorrichtung 1 und das Werkstück 23 im Anschluss an einen ersten Schritt des Messverfahrens, welcher auszuführen ist, bevor die Verformung erfolgt ist. Der erste Schritt umfasst ein Anordnen des Halteelements 2 in einer definierten Position in Bezug auf das Werkstück 23. Hierzu weist das Halteelement 2 eine geeignete äußere Anschlagsfläche 29 auf und ist somit dazu eingerichtet, eine statische Verbindung der Messvorrichtung 1 mit dem Werkstück 23 herzustellen. Zum Herstellen der statischen Verbindung ist das Halteelement 2 ferner mit einer nicht gezeigten Trägerkonstruktion verbindbar. Beim Anordnen des Halteelements 2 in der definierten Position wird der Taststab 3 durch ein Strukturloch 30 des Stützelements 24 geführt.
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Weiterhin umfasst der erste Schritt ein Verschieben des Taststabs 3 so, dass das erste Ende 5 des Taststabs 3 mit der Endfläche 6 das Werkstück 23 (genauer gesagt die Beplankung 26) berührt, und ein elastisches Vorspannen des Taststabs 3 in Richtung des Werkstücks 23 (genauer gesagt der Beplankung 26) mittels des Vorspannelements 10.
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Zum elastischen Vorspannen des Taststabs 3 wird dabei zunächst die zweite Feststellschraube 15 gelöst, dann die Stellhülse 12 in die erste Richtung 8 verschoben, wodurch die als Vorspannelement 10 dienende Schraubenfeder komprimiert wird. Nach anschließendem Feststellen der zweiten Feststellschraube 15 übt das Vorstellelement 10 eine Vorspannkraft auf den Taststab 3 in die zweite Richtung 9 aus. Das Vorspannelement 10 erlaubt es somit, während der nachfolgenden Messung (d. h. während des Auftretens der zu erfassenden Verformung des Werkstücks 23) einen ständigen Kontakt zwischen dem Taststab 3 und dem Werkstück 23 zu halten.
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In einem optionalen Schritt des Messverfahrens kann die dritte Feststellschraube 20 gelöst, das Stellelement 18 entlang der Fixierwelle verschoben und schließlich die dritte Feststellschraube 20 angezogen werden, um einen mittels der Messvorrichtung 1 erfassbaren Abstandsbereichs einzustellen.
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3 zeigt die Messvorrichtung 1 und das Werkstück 23 im Anschluss an einen zweiten Schritt des Messverfahrens, welcher ebenfalls auszuführen ist, bevor die Verformung erfolgt ist. Im zweiten Schritt werden die beiden Gleitelemente 16 und 17 entlang des Taststabs 3 so entlang der ersten Richtung 8 und/oder der zweiten Richtung 9 verschoben, dass das erste Gleitelement 16 den ersten Anschlag 21 berührt und das zweite Gleitelement 17 den zweiten Anschlag 22 berührt.
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Sofern die Messvorrichtung 1 ein Nullpunktgleitelement aufweist, kann dieses in einem optionalen Schritt zum Festlegen eines Referenzpunktes (Nullpunktes) verschoben werden.
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4 zeigt die Messvorrichtung 1 und das Werkstück 23 im Anschluss an einen dritten Schritt des Messverfahrens. Im dritten Schritt erfolgt die thermische Ausdehnung des Werkstücks 23 durch Erwärmen als Teil des thermischen Prozesses. Durch die thermische Ausdehnung vergrößert sich der Komponentenabstand 28 zwischen dem Stützelement 24 und der Beplankung 26. Dabei verlängert sich das komprimierte Vorspannelement 10 und der Taststab 3 wird durch die durch das Vorspannelement 10 ausgeübte Vorspannkraft in die zweite Richtung 9 verschoben.
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Beim Verschieben des Taststabs 3 wird das erste Gleitelement 16 mitgeführt (behält also seine Position bezüglich des Taststabs 3 bei), während das zweite Gleitelement 17 durch den Anschlag 22 in seiner Position bezüglich des Halteelement 2 festgehalten wird und sich dementsprechend gegenüber dem Taststab 3 verschiebt.
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5 zeigt die Messvorrichtung 1 und das Werkstück 23 im Anschluss an einen vierten Schritt des Messverfahrens. Im vierten Schritt wird das Werkstück 23 auf die Ausgangtemperatur abgekühlt, wodurch sich der Komponentenabstand 28 zwischen dem Stützelement 24 und der Beplankung 26 auf den Ausgangswert reduziert (je nach Prozess kann der Endwert vom Ausgangswert abweichen). Der Taststab wird dabei in die erste Richtung 8 verschoben, das Vorspannelement 10 erneut komprimiert.
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Ein anschließender fünfter Schritt des Messverfahrens umfasst ein Erfassen eines ersten Abstands 31 und/oder eines zweiten Abstands 32 anhand der Position des ersten bzw. zweiten Gleitelements 16/17.
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Der erste Abstand 31 (im gezeigten Beispiel Null) entspricht der während der Messung aufgetretenen maximalen lokalen Verformung des Werkstücks 23 zur Messvorrichtung 1 hin (also in der ersten Richtung 8). Der erste Abstand 31 kann anhand der Messskala 4 oder alternativ (beispielsweise dann, wenn keine Messskala vorgesehen ist) mittels eines Messschiebers als Abstand zwischen dem ersten Gleitelement 16 und dem ersten Anschlag 21, dem Nullpunktgleitring (falls vorhanden) oder einem anderen Referenzpunkt der Messvorrichtung 1 gemessen werden.
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Der zweite Abstand 32 (im gezeigten Beispiel von Null verschieden) entspricht der während der Messung aufgetretenen maximalen lokalen Verformung des Werkstücks 23 von der Messvorrichtung 1 weg (also in der zweiten Richtung 9). Der zweite Abstand 32 kann anhand der Messskala 4 oder alternativ (beispielsweise dann, wenn keine Messskala vorgesehen ist) mittels eines Messschiebers als Abstand zwischen dem zweiten Gleitelement 17 und dem zweiten Anschlag 22, dem Nullpunktgleitring (falls vorhanden) oder einem anderen Referenzpunkt der Messvorrichtung 1 gemessen werden.
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Der fünfte Schritt kann durchgeführt werden, während die Messvorrichtung 1, wie in 5 gezeigt, weiterhin mit dem Werkstück 23 verbunden ist. Alternativ kann die Messvorrichtung 1 zunächst von dem Werkstück 23 entfernt werden. Die Positionen der Gleitelement 16 und 17 werden dabei durch die jeweiligen Stabilisier- und/oder Arretierelemente (sofern vorhanden) stabilisiert, wodurch Messfehler vermieden werden können. Sofern die Messvorrichtung 1 Sensoren zum Erfassen des ersten und/oder zweiten Abstands 31/32 aufweist, können diese zusätzlich oder alternativ zum Erfassen der Abstände 31/32 verwendet werden.
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Das in 6 gezeigte System 33 zum Verarbeiten eines Fahrzeugteils 34 umfasst einen Durchlaufofen 35 mit einer Prozesskammer 36 und einer Fördervorrichtung 37, die dazu eingerichtet ist, das Fahrzeugteil 34 oder mehrere Fahrzeugteile 34 in einer Durchlaufrichtung 38 durch die Prozesskammer 36 zu bewegen. Das Fahrzeugteil 34 kann beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie oder ein Fahrzeugkarosserieteil sein. Die Prozesskammer 36 ist zum Verarbeiten des Fahrzeugteils 34 durch Wärmeeinwirkung mittels eines oder mehrerer Heizelemente (nicht gezeigt) eingerichtet. Das Verarbeiten kann beispielsweise ein Einbrennen einer Lackierung und/oder Grundierung umfassen.
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Das System 33 weist mehrere Messvorrichtungen 1 der oben beschriebenen Art auf, mittels derer es zum Erfassen einer Bewegung und/oder Verformung des Fahrzeugteils 34 aufgrund der Wärmeeinwirkung eingerichtet ist.
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Das System 33 eignet sich insbesondere zum Durchführen des oben beschriebenen Messverfahrens. Hierbei werden der erste und zweite Schritt durchgeführt, bevor das Fahrzeugteil 34 durch einen Einlass 39 in die Prozesskammer 36 gelangt. In diesen Schritten werden die mehreren Messvorrichtungen 1 wie oben beschrieben an dem Fahrzeugteil 34 angeordnet und für die Messung vorbereitet.
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Der dritte Schritt, in dem insbesondere die Gleitelemente der Messvorrichtungen 1 wie oben beschrieben aufgrund der thermischen Ausdehnung des Fahrzeugteils 34 verschoben werden, findet innerhalb der Prozesskammer 36 statt.
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Nachdem das Fahrzeugteil 34 die Prozesskammer 36 durch einen Auslass 40 verlassen hat und auf die Ausgangstemperatur abgekühlt ist (vierter Schritt), werden im fünften Schritt der erste und/oder zweite Abstand 31/32 an jeder der Messvorrichtungen 1 erfasst. Dies kann manuell oder, sofern die Messvorrichtung 1 Sensoren zum Erfassen des ersten und/oder zweiten Abstands 31/32 aufweist, automatisiert erfolgen. Ein automatisiertes Erfassen kann ggf. auch zu mehreren Zeitpunkten während des Verfahrens, beispielsweise auch während des Durchlaufens der Prozesskammer 36, wiederholt werden.
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Das System 33 weist optional eine oder mehrere Kameraeinheiten 41 mit jeweils mindestens einer Kamera auf. Die Kameras der Kameraeinheiten 41 sind zum Aufnehmen von Bildern des Fahrzeugteils 34 während des Verarbeitens eingerichtet, so dass anhand der Bilder ein Teil der Bewegung und/oder Verformung des Fahrzeugteils 34 aufgrund der Wärmeeinwirkung erfassbar ist. Die Messvorrichtungen 1 und die Kameraeinheiten 41 können hierbei redundant arbeiten (d. und/oder komplementär arbeiten (d. h. verschiedene Teile der Bewegung und/oder Verformung bestimmen). Als Teil der Bewegung und/oder Verformung wird hierbei eine lokale Bewegung und/oder Verformung eines Teils des Fahrzeugteils 34 verstanden. Somit kann durch Kombination der Messvorrichtungen 1 mit den Kameraeinheiten 41 einerseits die Messgenauigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Messung verbessert werden, andererseits können Messungen an Teilen des Fahrzeugteils 34 mit unterschiedlich guter Zugänglichkeit für die beiden Messmethoden durchgeführt werden.
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Die Kameraeinheiten 41 (oder zusätzliche Kameraeinheiten) können alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, Bilder der Messvorrichtungen 1 während eines oder mehrerer Verfahrensschritte aufzuzeichnen, um den ersten und/oder zweiten Abstand 31/32 anhand der Bilder zu dokumentieren und/oder erfassbar zu machen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messvorrichtung
- 2
- Halteelement
- 3
- Taststab
- 4
- Messskala
- 5
- Erstes Ende
- 6
- Endfläche
- 7
- Längsrichtung
- 8
- Erste Richtung
- 9
- Zweite Richtung
- 10
- Vorspannelement
- 11
- Fixierhülse
- 12
- Stellhülse
- 13
- Durchgangsloch
- 14
- Erste Feststellschraube
- 15
- Zweite Feststellschraube
- 16
- Erstes Gleitelement
- 17
- Zweites Gleitelement
- 18
- Stellelement
- 19
- Fixierwelle
- 20
- Dritte Feststellschraube
- 21
- Erster Anschlag
- 22
- Zweiter Anschlag
- 23
- Werkstück
- 24
- Stützelement
- 25
- Seitenaufprallschutz
- 26
- Beplankung
- 27
- Klebstoffschicht
- 28
- Komponentenabstand
- 29
- Äußere Anschlagsfläche
- 30
- Strukturloch
- 31
- Erster Abstand
- 32
- Zweiter Abstand
- 33
- System
- 34
- Fahrzeugteil
- 35
- Durchlaufofen
- 36
- Prozesskammer
- 37
- Fördervorrichtung
- 38
- Durchlaufrichtung
- 39
- Einlass
- 40
- Auslass
- 41
- Kameraeinheit
