DE102020205641A1

DE102020205641A1 - Überwachungseinrichtung für eine Fügevorrichtung, Fügevorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102020205641A1
Application number: DE102020205641.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Woelke; Peter Stritt; Friedhelm Guenter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-05-05
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Überwachungseinrichtung 10 für eine Fügevorrichtung 1, wobei die Fügevorrichtung 1 ein Fügewerkzeug 16 zum Fügen zweier Fügeteile 2, 2a, 2b an mindestens einer Fügestelle 8 aufweist, mit einem Dynamic-Vision-Sensor 11 und einem Auswertemodul 12, wobei der Dynamic-Vision-Sensor 11 einen Erfassungsbereich 13 aufweist und angeordnet ist, die Fügestelle 8, das Fügewerkzeug 16 und/oder mindestens eines der Fügeteile 2, 2a, 2b mit dem Erfassungsbereich 13 sensortechnisch zu erfassen und ausgebildet ist, eine lokale Helligkeitsänderung als Ereignisdaten zu detektieren und bereitzustellen, wobei dem Auswertemodul 12 die Ereignisdaten bereitgestellt sind und das Auswertemodul 12 ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten die Fügevorrichtung 1, das Fügewerkzeug 16, das Fügen und/oder mindestens eines der Fügeteile 2, 2a, 2b zu überwachen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Fügevorrichtung, wobei die Fügevorrichtung ausgebildet ist, ein zwei oder mehrere Fügeteile mit einem Fügewerkzeug an mindestens einer Fügestelle zu fügen, , wobei die Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, die Fügevorrichtung und/oder den Fügeprozess zu überwachen.
Vorrichtungen zum Fügen sind in der Fertigung weit verbreitet. Insbesondere in der industriellen Fertigung finden Fügevorrichtung zum Löten und/oder Schweißen Einsatz. Hierbei werden Fügeteile mittels Verlöten, eines Schweißpunktes und/oder einer Schweißnaht in einem Fügeprozess verbunden. Damit sichergestellt werden kann, dass dieser Prozess und/oder das daraus hergestellte Werkstück eine bestimmte Qualität erfüllt, ist es häufig vorgesehen, den Fügeprozess, die Fügeteile oder das Fügewerkzeug mittels Sensoren zu überwachen. Hierzu werden beispielsweise Videokameras eingesetzt. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 063 236 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wird eine Überwachungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Verfahren zur Überwachung einer Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15vorgeschlagen. Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Überwachungseinrichtung für eine Fügevorrichtung bereitzustellen, welche einen wirtschaftlich effizienten Einsatz der Fügevorrichtung ermöglicht, insbesondere auch für die Serienfertigung. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geregelte Prozessführung des Fügeverfahrens (auch Fügeprozesses genannt) basierend auf einer Sensorüberwachung des Fügeverfahrens zur ermöglichen. Insbesondere ermöglicht die Überwachungseinrichtung eine kostengünstige Sensorüberwachung mit hoher zeitlicher Auflösung und reduzierter Datenmenge, insbesondere reduzierter Bilddatenmenge. Im Speziellen ist durch eine reduzierte Datenmenge auch eine Sensorüberwachung und Datenspeicherung, beispielsweise zu Qualitätssicherungszwecken, auch für Fügeverfahrens möglich, die mehrere Stunden oder Tage dauern.
Es wird eine Überwachungseinrichtung für eine Fügevorrichtung vorgeschlagen. Die Überwachungseinrichtung ist insbesondere integrierbar, integriert und/oder nachrüstbar in die Fügevorrichtung. Die Überwachungseinrichtung ist zur Überwachung der Fügevorrichtung, eines Fügeverfahrens und/oder eines Verfahrensschrittes des Fügeverfahrens ausgebildet. Beispielsweise ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, eine Überwachung zur Qualitätssicherung, Regelung, insbesondere Prozessregelung, und/oder Betriebssicherheit durchzuführen und/oder zu unterstützen.
Die Fügevorrichtung weist mindestens ein Fügewerkzeug auf. Das Fügewerkzeug ist beispielsweise eine Schweißzange. Das Fügewerkzeug kann ferner ein Werkzeug zum Biegen oder Kraftbeaufschlagen eines Fügeteils. Ferner kann das Fügewerkzeug als eine Einrichtung zum Bestrahlen des Fügeteils insbesondere an der Fügestelle ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Fügevorrichtung als eine Anlage zum Schweißen, Löten, selektiven Laser- oder Elektronenstrahlschweißen ausgebildet. Die Fügevorrichtung ist zur Herstellung eines Werkstücks ausgebildet, insbesondere durch Fügen von mindestens zwei Fügeteilen. Als Fügeteil werden im Speziellen die Komponenten des Werkstücks verstanden, die mittels des Fügens verbunden werden, insbesondere unlöslich und/oder stoffschlüssig. Zwei Fügeteile können insbesondere auch einstückig als ein Bauteil ausgebildet sein, wobei durch das Fügen beispielsweise zwei freie Enden als Fügeteile verbunden werden.
Die Überwachungseinrichtung weist einen Dynamic-Vision-Sensor auf. Der Dynamic-Vision-Sensor wird insbesondere auch bezeichnet als Eventkamera, neuromorphische Kamera und/oder silicon retina. Der Dynamic-Vision-Sensor weist vorzugsweise eine Mehrzahl an Pixeln auf und ist im Speziellen ausgebildet, für die einzelnen Pixel unabhängig und/oder asynchron von den anderen Pixeln eine Helligkeitsänderung im jeweiligen Pixel zu detektieren und/oder auszugeben, wobei Pixel für die keine Helligkeitsänderung feststellbar ist stumm bleiben und/oder kein Signal ausgeben. Es ist eine Überlegung des Dynamic-Vision-Sensors für Pixel unabhängig eine auf Helligkeitsänderung basierendes Ausgabesignal zu bestimmen sodass insbesondere nur Veränderungen detektiert und ausgegeben werden, wobei statische Szenen oder Pixel stumm bleiben ohne eine Ausgabe. Insbesondere ist der Dynamic-Vision-Sensor ausgebildet, eine Helligkeitsänderung ab einem vorgegebenen und/oder einstellbaren Schwellenwert als solche zu detektieren. Vorzugsweise ist der Dynamic-Vision-Sensor ausgebildet, zur Ausgabe eines Pixels Zusatzinformationen zu bestimmen und/oder anzugeben, beispielsweise eine Pixeladresse, einen Zeitstempel, eine Polarität und/oder ein Ansteige/Absteigeverhalten der Helligkeitsänderung. Der Dynamic-Vision-Sensor weist vorzugsweise eine Zeitauflösung besser als eine Mikrosekunde und/oder eine Dynamik besser als 120 dB auf.
Der Dynamic-Vision-Sensor ist insbesondere in und/oder an der Fügevorrichtung anordenbar, befestigbar und/oder montierbar. Der Dynamic-Vision-Sensor weist einen Erfassungsbereich auf. Der Dynamic-Vision-Sensor ist ausgebildet, Helligkeitsänderungen für Abschnitte die vom Erfassungsbereich erfassbar und/oder abbildbar sind zu detektieren. Der Dynamic-Vision-Sensor ist im Speziellen so angeordnet und/oder zur Überwachung anordenbar, einen Abschnitt oder das gesamte Fügeteils, die Fügestelle, das Fügewerkzeug und/oder das Werkstück sensortechnisch zu überwachen. Mit anderen Worten ist der Dynamic-Vision-Sensor angeordnet und/oder für den Betrieb so anzuordnen, dass ein Fügebereich, das Fügeteil, das Fügewerkzeug oder das Werkstück im Erfassungsbereich des Dynamic-Vision-Sensor liegt. Als Fügebereich wird beispielsweise der Bereich verstanden, an welchem das Fügen, insbesondere der Fügeprozess, an den Fügeteilen stattfindet, beispielsweise die Lötstelle, an der die Fügeteile verlötet werden, oder die Schweißstelle an der die Fügeteile durch den Schweißprozess verbunden werden. Insbesondere ist der Dynamic-Vision-Sensor angeordnet, einen Auftreffbereich des energiereichen Strahls an der Fügestelle zu erfassen. Beispielsweise weist die Überwachungsrichtung ein Ausrichtungsmodul auf, wobei das Ausrichtungsmodul ausgebildet ist, den Dynamic-Vision-Sensor so auszurichten und/oder nachzuführen, dass die Fügestelle, das Fügewerkzeug, das Fügeteil und/oder Werkstück im Erfassungsbereich liegen.
Der Dynamic-Vision-Sensor ist ausgebildet, die lokale Helligkeitsänderung als Ereignisdaten bereitzustellen. Die detektierte Helligkeit kann durch spektrale Filter auf bevorzugte spektrale Bereiche zur Detektion einer Helligkeitsänderung eingeschränkt werden. Insbesondere umfassen die Ereignisdaten Signale und/oder Informationen aus Pixeln für die eine Helligkeitsänderung detektiert ist, wobei die Ereignisdaten vorzugsweise geringe oderkeine Daten oder Informationen aus Pixeln umfassen die keine Helligkeitsänderung detektiert haben. Im Vergleich zu üblichen optischen Bildern und/oder Aufnahmen umfassen die Ereignisdaten damit im Speziellen nur Informationen Signale und/oder Daten aus Pixeln die Änderungen insbesondere Helligkeitsänderungen, detektiert haben und keine Informationen, Signale und/oder Daten aus Pixeln für die die Szene statisch bleibt, so dass die Ereignisdaten im Vergleich zu üblichen Bilddaten einer optischen Aufnahme datenreduziert sind.
Die Überwachungseinrichtung weist ein Auswertemodul auf. Das Auswertemodul kann softwaretechnisch oder hardwaretechnisch ausgebildet sein. Insbesondere kann das Auswertemodul integriert oder Teil des Dynamic-Vision-Sensor sein. Dem Auswertemodul sind die Ereignisdaten bereitgestellt.
Das Auswertemodul ist ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten eine Überwachung durchzuführen. Beispielsweise ist das Auswertemodul ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten die Fügevorrichtung, das Fügewerkzeug, das Fügen und/oder mindestens eines der Fügeteile zu überwachen. Beispielsweise ist das Auswertemodul ausgebildet basierend auf den Ereignisdaten die Fügestelle, im Speziellen den Auftreffbereich des energiereichen Strahls oder Kontaktbereich der Schweißzange mit dem Fügeteil zu überwachen. Vorzugsweise ist das Auswertemodul ausgebildet, das Aufschmelzen, Löten, Scheißen und/oder Erstarren an der Fügestelle zu überwachen. Zum Beispiel ist das Auswertemodul ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten die Intaktheit der Fügestelle, insbesondere Schweißnaht oder Schweißpunkt, zu überwachen. Insbesondere ist das Auswertemodul ausgebildet basierend auf den Ereignisdaten die Fügestelle auf Risse, Blasen und/oder Spannungen zu überwachen. Im Speziellen wird als Überwachen das Abweichen von einer Norm oder einem Durchschnitt untersucht und/oder geprüft. Beispielsweise weist das Auswertemodul Daten, auch Referenzdaten genannt, zu üblichen Eigenschaften des Fügeprozesses, des Werkstücks und/oder der Fügestelle, wie Glattheit, Geometrie und/oder Verlauf. Insbesondere kann das Auswertemodul ausgebildet sein, Abweichungen, insbesondere solche die über einen Toleranzwert hinausgehen, zu melden, beispielsweise als Alarm, oder Regelungs- und/oder Steuerwerte zu bestimmen, die den Abweichungen entgegenwirken und/oder diese bereinigen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine Überwachungseinrichtung bereitzustellen, die eine Prozessüberwachung einer Fügevorrichtung ermöglicht, die datenreduziert den Fügeprozess überwacht und somit insbesondere eine geringe Datenrate aufweist und Anforderungen an Speicher und Überwachungsbandbreite reduziert. Ferner ermöglicht die Überwachungseinrichtung ein hohes zeitliches Auflösungsvermögen. Insbesondere zeichnet sich die Überwachungsvorrichtung durch geringe Kosten und geringen Bauraum aus, im Speziellen im Vergleich zu konventionellen High-Speed-Kameras mit zeitlicher Auflösung im Mikrosekundenbereich.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Dynamic-Vision-Sensor ein pixelliertes Sensorelement aufweist. Das pixelliertes Sensorelement weist eine Mehrzahl an Pixeln auf. Die Pixel können beispielsweise matrixartig angeordnet sein. Die Pixel sind jeweils ausgebildet, eine Helligkeitsänderung zu detektieren, insbesondere eine Helligkeitsänderung die einen vorgegebenen und/oder einstellbaren Schwellenwert überschreitet. Im Speziellen sind die Pixel ausgebildet, eine festgestellte Helligkeitsänderung als Signal auszugeben und bei Nichtvorliegen einer Helligkeitsänderung oder einer Helligkeitsänderung kleiner als der Schwellenwert kein Signal auszugeben. Beispielsweise umfassen die Ereignisdaten die ausgegebenen Signale der Pixel, beispielsweise als Signal des Pixels und Pixeladresse. Es ist eine Überlegung der Ausgestaltung, eine Prozessüberwachung mittels des Dynamic-Vision-Sensors durchzuführen, sodass Ereignisse in Form von Veränderungen und/oder Abweichungen im Erfassungsbereich detektiert und ausgegeben werden, jedoch ein Großteil des Erfassungsbereichs nicht als Daten zu übertragen sind, wenn dieser Bereich statisch verbleibt.
Optional ist es vorgesehen, dass der Dynamic-Vision-Sensor ausgebildet ist, Helligkeitsänderungen zu detektieren die auf Spritzern, Schmauch, Rauch und/oder einer Schmelzbadveränderung basieren. Als Spritzer werden insbesondere Spritzer im Bereich des Auftreffbereichs des energiereichen Strahls und/oder im Bereich der Fügestelle verstanden. Als Rauch kann insbesondere ein Rauch im Bereich des Auftreffbereichs des energiereichen Strahls und/oder im Bereich der Fügestelle detektiert und/oder überwacht werden. Das Schmelzbad ist insbesondere im Bereich der Fügestelle angeordnet und ist beispielsweise als Schmelze des und/oder der Fügeteile und/oder eines Löt- oder Schweißmaterials ausgebildet. Als Schmelzbadveränderung wird von der Überwachungsvorrichtung beispielsweise eine Änderung und/oder Abweichung der Form, Kontur, Fläche und/oder Farbe überwacht und/oder detektiert.
Besonders bevorzugt ist es, dass das Auswertemodul ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten eine Auswertung eines Ereignisses und/oder der Abweichung durchzuführen. Ein Ereignis ist insbesondere eine Abweichung und/oder Veränderung gegenüber einem vorherigen Zeitpunkt. Insbesondere kann das Auswertemodul ausgebildet sein eine Auswertung des Ereignisses basierend auf angrenzenden und/oder umliegenden Pixel und/oder einer Pixelgruppe durchzuführen. Insbesondere ist das Auswertemodul ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten für einen Spritzer, für Rauch und/oder Schmauch eine Geschwindigkeit zu bestimmen. Als Geschwindigkeit kann hierbei insbesondere eine betragsmäßige Geschwindigkeit, eine Geschwindigkeitsrichtung oder eine vektorielle Geschwindigkeit bestimmt werden. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, eine Überwachung der Fügevorrichtung durchzuführen, die eine datenreduziert und/oder eine geringe Bandbreite zur Datenübertragung benötig und dennoch globalere Zusammenhänge zur Überwachung nutzen kann.
Vorzugsweise ist das Auswertemodul ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten eine Trajektorie des oder der Fügeteile, der Fügestelle und/oder des Fügewerkzeuges zu bestimmen. Als Trajektorie wird insbesondere der Pfad verstanden, vorzugsweise mit zugehörigen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen. Das Auswertemodul ist insbesondere ausgebildet, basierend auf der oder den Trajektorien Anomalien und/oder Abweichungen, beispielsweise von einer oder mehreren Referenztrajektorien, das Fügen und/oder den Fügeprozess zu überwachen. Beispielsweise ist für das Werkzeug eine Referenztrajektorie hinterlegt, wobei das Auswertemodul bei Abweichung von der Referenztrajektorie den Fügeprozess als kritisch oder fehlerhaft zu bewerten. Der Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass ein Dynamic Vision Sensor besonders gut zur Überwachung von Bewegungen und Trajektorien bei der Überwachung von Fügeprozessen anwendbar ist.
Insbesondere sind die Ereignisdaten frei von statischen Bilddaten und/oder statischen Bildinformationen. Die Ereignisdaten umfassen damit vorzugsweise nur dynamische Bilddaten und/oder Informationsdaten von Veränderungen, insbesondere Helligkeitsänderungen. Die Veränderungen sind insbesondere bezüglich eines Zeitintervalls bestimmt, wobei das Zeitintervall vorzugsweise kleiner ist als 1 ms, insbesondere kleiner 500 µs und im Speziellen kleiner ist als 1 µs. Der Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Reduzierung der Datenrate und/oder der Datenmenge zur Aufnahme und/oder Überwachung der Fügevorrichtung dadurch zu reduzieren, dass die Ereignisdaten nur Informationen über Veränderungen umfassen und keine statischen Informationen als Ballast übertragen werden müssen.
Im Speziellen ist es vorgesehen, dass die Fügevorrichtung regelbare und/oder einstellbare Fügeparameter aufweist. Die Fügevorrichtung ist beispielsweise durch die Fertigungsparameter parametrierbar, einstellbar und/oder regelbar. Beispielsweise sind Fügeparameter Strahlintensität, Ablenkparameter für den energiereichen Strahl, Positionierung und/oder eine Trajektorie von Fügeteil, Fügestelle, Fügewerkzeug und/oder Werkstück.. Das Auswertemodul ist insbesondere ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten und/oder basierend auf der Überwachung Regelsignale für die Fügevorrichtung zu bestimmen. Das Auswertemodul bestimmt die Regelsignale dabei insbesondere so, dass diese als Fügeparameter einsetzbar sind oder zur Nachregelung der Fügeparameter anwendbar sind. Mittels der Regelsignale können Probleme und/oder Abweichungen bei der Herstellung des Bauteils durch die Fügevorrichtung behoben werden.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Fügevorrichtung zum Fügen von mindestens zwei Fügeteilen. Die gefügten Fügeteile bilden insbesondere das Werkstück. Insbesondere ist die Fügevorrichtung ausgebildet wie für die Überwachungseinrichtung beschrieben. Die Fügevorrichtung weist ein Fügewerkzeug. Das Fügewerkzeug ist beispielsweise eine Schweißzange, ein Biegewerkzeug oder eine Bestrahlungseinheit zur Laserbestrahlung oder Elektronenstrahlbestrahlung. Insbesondere kann die Fügevorrichtung einen Anlagenraum aufweisen, wobei der Fügeprozess insbesondere im Anlagenraum stattfindet. Die Fügevorrichtung ist ausgebildet die mindestens zwei Fügeteile an einer Fügestelle oder einem Fügebereich zu fügen, insbesondere untrennbar und/oder stoffschlüssig zu verbinden. Beispielsweise ist die Fügevorrichtung als eine Schweißvorrichtung oder als eine Lötvorrichtung. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung der Fügevorrichtung als Elektronenstrahl- oder Laserstrahlschweißvorrichtung. Das Fügen als Löten und/oder Schweißen kann unter Verwendung eines Hilfsstoffes erfolgen, beispielsweise Schweiß- oder Lotmaterial.
Die Fügevorrichtung umfasst eine Überwachungseinrichtung. Die Überwachungseinrichtung ist insbesondere ausgebildet wie vorher beschrieben. Die Überwachungseinrichtung umfasst einen Dynamic-Vision-Sensor. Der Dynamic-Vision-Sensor ist insbesondere im Anlagenraum angeordnet und/oder so angeordnet, dass die Fügestelle, das Werkstück, die Fügeteile, das Fügewerkzeug und/oder den Anlagenraum sensortechnisch erfassen und/oder überwachen kann. Der Dynamic-Vision-Sensor ist ausgebildet, mit seinem Erfassungsbereich mindestens einen Abschnitt eines oder mehrerer Fügeteile, des Werkstücks, die Fügestelle, den Fügebereich und/oder das Fügewerkzeug zu erfassen und lokale Helligkeitsänderungen als Ereignisdaten an ein Auswertemodul bereitzustellen.
Das Auswertemodul ist insbesondere Teil der Fügevorrichtung und/oder im Speziellen Teil der Überwachungseinrichtung. Das Auswertemodul ist ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten das Fügen, einen Fügeschritt des Fügeverfahrens und/oder das gesamte Fügeverfahren zu überwachen.
Besonders bevorzugt ist es, dass das Auswertemodul ausgebildet ist, einen oder mehrere Fügeparameter der Fügevorrichtung basierend auf der Überwachung und/oder den Ereignisdaten zu regeln und/oder zu steuern. Beispielsweise ist das Auswertemodul ausgebildet, die Fügevorrichtung basierend auf dem oder den Fügeparametern so zu regeln, dass von dem Auswertemodul bestimmte Abweichungen und/oder Fehler beim Fügen behoben werden. Beispielsweise können hierzu Betriebsmittel wie zu Versatz und/oder Positionierung und/oder Laserintensität und/oder Laserintensitätsverteilung geregelt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Fügevorrichtung eine Strahlquelle aufweist. Die Strahlquelle kann beispielsweise eine Laserquelle oder eine Elektronenstrahlquelle bilden. Die Strahlquelle ist ausgebildet, mindestens eines der Fügeteile und/oder den Hilfsstoff lokal zu erwärmen und aufzuschmelzen, insbesondere lokal an der Fügestelle und/oder im Fügebereich. Durch das Aufschmelzen wird insbesondere das Schmelzbad gebildet. Ein Abkühlen und Erstarren des Schmelzbades führt im Speziellen zur stoffschlüssigen Verbindung der Fügeteile. Im Speziellen kann als Strahlquelle ein Ablenkspiegel verstanden werden, der einen von einer Ursprungsquelle erzeugten energiereichen Strahl auf den Auftreffbereich ablenkt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Dynamic-Vision-Sensor und die Strahlquelle einen gleichen Abstand zur Fügestelle und/oder dem Fügebereich aufweisen, wobei als gleicher Abstand beispielsweise verstanden wird, dass der Dynamic-Vision-Sensor und die Strahlquelle in einer gemeinsamen Ebene parallel zu einer Ebene aufgespannt durch den Fügebereich, die Fügestelle und/oder die Fügeteile eine gemeinsame Bildebene besitzen. Insbesondere sind der Dynamic-Vision-Sensor und die Strahlquelle koaxial angeordnet. Diese Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine datenreduzierte und verbesserte Überwachung des Fügebereichs, der Fügestelle, des Fügeverfahrens und/oder des Aufschmelzprozesses bereitzustellen.
Optional schließen eine Haupterfassungsrichtung des Dynamic-Vision-Sensors und eine Fügebereichnormale einen Winkel zwischen 90 und 120 Grad ein. Im Speziellen stehen Fügebereichnormale und Haupterfassungsrichtung senkrecht zueinander. Die Haupterfassungsrichtung ist insbesondere die Normale auf das Sensorelement. Die Haupterfassungsrichtung gibt beispielsweise die Richtung an, die zum vom Dynamic-Vision-Sensor erfassbaren Bereich gerichtet ist. Die Fügebereichnormale ist beispielsweise als eine Senkrechte auf eine Ebene, in der der Fügebereich und/oder die Fügeteile liegen, ausgebildet, bei nicht ebenen Fügebereichen und/oder Fügeteilen beispielsweise eine effektive oder gemittelte Senkrechte, vorzugsweise in der Umgebung der Fügestelle und/oder des Fügebereichs. Mit anderen Worten ist der Dynamic-Vision-Sensor zur seitlichen Überwachung und/oder tangentialen Überwachung der Fügestelle und/oder des Fügebereichs angeordnet. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine verbesserte Überwachung des Fügens, von Rauch, Schmauch und Spritzern zu ermöglichen, insbesondere verbessert gegenüber einer Schmauch-, Rauch- und Spritzüberwachung aus der Vogelperspektive.
Insbesondere kann die Überwachungseinrichtung und/oder die Fügevorrichtung eine Mehrzahl an Dynamic-Vision-Sensoren aufweisen, wobei die Dynamic-Vision-Sensoren unterschiedlich zur Fügezone orientiert angeordnet sind, beispielsweise ein Dynamic-Vision-Sensor koaxial, ein Dynamic-Vision-Sensor off-axis und/oder ein Dynamic-Vision-Sensor seitlich.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Überwachung einer Fügevorrichtung, des Fügewerkzeugs, der Fügestelle, des Fügebereichs und/oder eines Anlagenraums einer Fügevorrichtung. Insbesondere erfolgt die verfahrensgemäße Überwachung mittels der Überwachungseinrichtung wie vorher beschrieben. Der Anlagenraum, insbesondere wie oben beschrieben, wird mittels eines Dynamic-Vision-Sensors auf Helligkeitsänderungen überwacht. Beispielsweise werden Bewegungen, Spritzer, Verformungen, Blasenbildung, Risse und/oder Rauch als Helligkeitsänderungen überwacht. Die Helligkeitsänderung wird mittels des Dynamic-Vision-Sensor pixelbasiert, für einzelne Pixel unabhängig bestimmt. Es wird Ereignisdaten erzeugt, bereitgestellt und/oder gebildet, wobei die Ereignisdaten die Helligkeitsänderungen umfassen. Insbesondere umfassen die Ereignisdaten geringe oder keine Daten und/oder Inforationen über statische Bereiche, Abschnitte und/oder Pixel für die keine Helligkeitsänderung detektiert wurde. Basierend auf den Ereignisdaten und/oder der Detektion des Dynamic-Vision-Sensors wird der Anlagenraum, die Fügevorrichtung und/oder die Herstellung des Bauteils mittels der Fügevorrichtung überwacht.
Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und der Beschreibung. Dabei zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Fügevorrichtung;
2a, b, c schematische Aufnahmen während eines Fügeverfahrens.

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Fügevorrichtung 1. Die Fügevorrichtung 1 ist als eine Anlage zum Laserstrahlschweißen ausgebildet. Mittels der Fügevorrichtung 1 sind zwei Fügeteile 2 durch Schweißen mittels einer Schwernaht 3 verbindbar. Das Zusammenschweißen der beiden Fügeteile wird auch als Fügeverfahren und/oder Fügeprozess bezeichnet.
Bei den Fügeteilen 2 handelt es sich um metallische Bauteile. Die Fügeteile 2 sind auf einem Werkstückträger 4 angeordnet, wobei diese mittels des Werkstückträgers 4 im Raum bewegt war und positioniert war sind. Die Bewegung erfolgt beispielsweise entlang einer Trajektorie, wobei die Bewegung insbesondere mittels eines kartesischen Koordinatensystems 5 beschreibbar ist. Die Fügevorrichtung 1 weist eine Strahlquelle 6 auf, wobei diese als eine Laserstrahlquelle ausgebildet ist, zum Aussenden eines Laserstrahls 7. die Strahlquelle 6 ist ausgebildet, beispielsweise mittels zusätzlicher Ablenkspiegel, den Laserstrahl 7 zu den Fügeteilen 2 zu führen, um so eine lokale Erwärmung im Bereich einer Fügestelle 8 zu bewirken. Die Fügestelle 8 ist insbesondere der Bereich, an welchem die Fügeteile 2 durch fügen verbunden werden sollen. Insbesondere ist die Fügevorrichtung 1 ausgebildet, zur Fügestelle 8 einen Hilfsstoff 9 zu führen, hier einen Schweißzusatzstoff. Mittels des Fügeverfahrens wird der Hilfsstoff 9 im Bereich der Fügestelle 8 aufgeschmolzen, sodass dieser beim Erstarren die Fügeteile 2 an der Fügestelle stoffschlüssig verbindet.
Die Qualität des Fügeverfahrens hängt stark von unterschiedlichen Parametern wie beispielsweise der Positionierungsgenauigkeit der Fügeteile zwei, beispielsweise durch den Werkstückträger 4, von der Position ihr Genauigkeit des Auftragsbereichs des Lasers 7 durch die Strahlquelle 6, die Leistungsdichte des Laserstrahls im Bereich der Fügestelle 8 und/oder der Hilfsstoffzuführung. Um eine Qualitätssicherung des Fügeverfahrens zu ermöglichen, weist die Fügevorrichtung 1 eine Überwachungseinrichtung 10 auf.
Die Fügevorrichtung 1 weist eine Überwachungseinrichtung 10 auf. Die Überwachungseinrichtung 10 weist einen Dynamic-Vision-Sensor 11 und ein Auswertemodul 12 auf. Der Dynamic-Vision-Sensor 11 weist einen Erfassungsbereich 13 auf, wobei Objekte, Szenen und Ereignisse, insbesondere Bewegungen, im Erfassungsbereich 13 vom Dynamic-Vision-Sensor 11 detektierbar und erfassbar sind. Der Dynamic-Vision-Sensor 18 ist so angeordnet, dass im Erfassungsbereich 13 die Fügestelle 8 liegt. Insbesondere weist der Dynamic-Vision-Sensor 11 eine Fokusebene auf, wobei die Fokusebene in diesem Ausführungsbeispiel mit der Ebene zusammenfällt, in der die Schweißnaht 3 liegt, zusammenfällt.
Der Dynamic-Vision-Sensor 11 ist ausgebildet, Helligkeitsänderungen im Erfassungsbereich 13 zu erfassen und zu detektieren, wobei die Detektion mittels Pixeln eines Sensorelements des Dynamic-Vision-Sensors 11 erfolgt. Der Dynamic-Vision-Sensor 11 ist ausgebildet, die Helligkeitsänderung in den Pixel unabhängig zu detektieren, wobei nur Helligkeitsänderungen zu Signalen und/oder Ausgaben führen und Pixel für die keine Helligkeitsänderung festgestellt wurde schweigen und keine Ausgaben bzw. Signale liefern. Damit ist der Dynamic-Vision-Sensor 11 ausgebildet, nur auf Änderungen im Erfassungsbereich 13 zu reagieren und diese aufzunehmen und Statisches im Erfassungsbereich nicht zu detektieren und/oder zu einer Signalausgabe führen. Der Dynamic-Vision-Sensor 11 ist ausgebildet detektierte Helligkeitsänderungen als Ereignisdaten bereitzustellen. Vor dem Dynamic-Vision-Sensor 11 ist ein optischer Filter 30 angeordnet, der ausgebildet ist, Helligkeitsänderungen spektral vorzufiltern. Vom Dynamic-Vision-Sensor 11 werden bei Verwendung des optischen Filters nur Helligkeitsänderungen in einem spektralen Auswahlbereich erfasst. Eine Beleuchtungsquelle 31 ist angeordnet und ausgebildet die Fügestelle 8 zu beleuchten, wobei der Dynamic-Vision-Sensor 11 als Helligkeitsänderungen gestreutes und/oder reflektiertes Licht der Beleuchtungsquelle detektiert. Die Beleuchtungsquelle ist vorzugsweise koaxial zum Strahl 7 angeordnet und/oder wird so nachgeführt.
Dem Auswertemodul 12 sind die Ereignisdaten des Dynamic-Vision-Sensors 11 bereitgestellt. Die Verwendung eines Dynamic-Vision-Sensors 11 zur Überwachung des Fügeverfahrens und der Fügestelle 8 hat den Vorteil, dass die zu übertragenden Daten zwischen Auswertemodul 12 und Dynamic-Vision-Sensor 11 gegenüber üblichen optischen Detektoren wie Kameras, weit geringer sind und auch zu speichernde Daten geringer sind. Das Auswertemodul 12 ist ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten das Fügeverfahren, insbesondere das Ausführen des Zusammenschweißens der Fügeteile 2, zu überwachen. Insbesondere ist das Auswertemodul 12 ausgebildet, basierend auf den Ereignisdaten die Qualität, der Fügestelle 8 und/oder der Schweißnaht 3 4 festzustellen. Dies liegt beispielsweise daran, dass bei einem Vorschub des Werkstücks und/oder der Fügeteile 2 entlang der Schweißnaht tritt für Sensoraufnahmen entlang der Schweißnaht keine Veränderung auf. Blasen oder Rissen würden bei Überwachung entlang der Schweißnaht zu Diskontinuitäten führen und somit vom Dynamic-Vision-Sensor als Veränderung erfasst werden.
Ferner ist das Auswertemodul 12 ausgebildet, basierend auf dieser Überwachung Maßnahmen und Regelsignale zu bestimmen, mittels derer die Fügevorrichtung, insbesondere die Strahlquelle, die Positionierung der Fügeteile und/oder die Hilfsstoffzuführung nachregelbar sind. Dazu weist das Auswertemodul 12 eine Datenschnittstelle 14 auf, um die Regelsignale an die zu regelnden Komponenten zu schicken.
2 2a zeigt schematisch eine Aufnahme von zu fügenden Fügeteilen zu einem ersten Zeitpunkt, wobei 2b eine Aufnahme der gleichen Fügeteile zu einem späteren Zeitpunkt nach dem eigentlichen Fügen. Bei der Fügung handelt es sich um eine Gabelschweißung, bei der zwei Enden eines Bauteils 15 jeweils als Fügeteil 2a, 2b dienen. Die Fügeteile 2a, 2b sind somit bereits vor dem Fügen einstückig in einem Bauteil zusammengefasst, wobei nach dem Fügen ein weiterer stoffschlüssiger Kontakt im Bereich der Knickinnenseite erfolgt. Im Bereich des Knicks, im Speziellen in der Knickinnenseite ist ein Schweißhilfsstoff als Hilfsstoff 9 eingelegt.
Mittels des Fügewerkzeugs 16, beispielsweise einer Schweißzange, wird das Fügeteil 2a mittels Kraftbeaufschlagung F nach unten gedrückt und ein Stromkreis durch das Bauteil 15 geschlossen. Der Hilfsstoff 9 wird dabei durch den Stromfluss erwärmt und geschmolzen. Der Stromfluss und die Erwärmung wird anschließend gestoppt, sodass der Hilfsstoff sich verfestigt und im Knickinnenbereich einen Stoffschluss zwischen den Schenkeln gebildet durch die Fügeteile 2a, 2b erzeugt. Das Bauteil mit stoffschlüssigen Kontakt nach dem Fügen ist in 2b gezeigt.
2c zeigt schematisch Ereignisdaten des Fügeverfahrens aus den 2a, 2b aufgenommen durch einen Dynamic-Vision-Sensor 11. Die Ereignisdaten sind hierbei als Eventbild 17 gezeigt, wobei ein Bildpunkt im Eventbild für eine Helligkeitsänderung steht. Bei Durchführung des Fügeverfahrens bleiben Teile des Bauteils stationär und unverändert, insbesondere in ihrer Lage und Form z.B. Fügeteil 2b. Andere Teile ändern ihre Position, zum Beispiel Fügeteil 2a, und/oder ihre Form, zum Beispiel Hilfsstoff 9. Der Dynamic-Vision-Sensor 11 ist ausgebildet nur Veränderungen und/oder Bewegungen zu erfassen, da diese zu Helligkeitsänderungen und/oder Farbänderungen führen, wobei stationäre Teile die keine Helligkeitsänderung bewirken nicht erfasst bzw. in Ereignisdaten abgebildet werden. Die Ereignisdaten zeigen bei diesem Ausführungsbeispiel somit nur die Veränderung des Fügeteils 2a und des Hilfsstoff 9. Diese Veränderungen sind charakteristisch für einen Fügeprozess und können beispielsweise mit einer Referenzaufnahme abgeglichen werden, wobei die Referenzaufnahme beispielsweise Ereignisdaten eines Referenzfügeprozesses sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010063236 A1 [0002]

Claims

Überwachungseinrichtung (10) für eine Fügevorrichtung (1),wobei die Fügevorrichtung (1) ein Fügewerkzeug (16) zum Fügen zweier Fügeteile (2, 2a, 2b) an mindestens einer Fügestelle (8) aufweist, mit einem Dynamic-Vision-Sensor (11) und einem Auswertemodul (12), wobei der Dynamic-Vision-Sensor (11) einen Erfassungsbereich (13) aufweist und angeordnet ist, die Fügestelle (8), das Fügewerkzeug (16) und/oder mindestens eines der Fügeteile (2, 2a, 2b) mit dem Erfassungsbereich (13) sensortechnisch zu erfassen und ausgebildet ist, eine lokale Helligkeitsänderung als Ereignisdaten zu detektieren und bereitzustellen, wobei dem Auswertemodul (12) die Ereignisdaten bereitgestellt sind und das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten die Fügevorrichtung (1), das Fügewerkzeug(16), das Fügen und/oder mindestens eines der Fügeteile (2, 2a, 2b) zu überwachen.
Überwachungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, der Dynamic-Vision-Sensors (11) zur sensortechnischen Erfassung des Erfassungsbereichs (13) ein pixelliertes Sensorelement mit Pixel aufweist, wobei eine lokale Helligkeitsänderung einer Helligkeitsänderung in einem Pixel entspricht.
Überwachungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen spektralen Filter (30) zur spektralen Vorfilterung der Helligkeitsänderung vor dem Dynamic-Vision-Sensor (11).
Überwachungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügevorrichtung (1) ausgebildet ist, die Fügeteile (2, 2a, 2b) mittels Löten und/oder Schweißen zu fügen, wobei der Dynamic-Vision-Sensor (11) ausgebildet ist, Spritzer, Schmauchentwicklung, Rauch und/oder eine Schmelzbadveränderung als Helligkeitsänderungen zu detektieren.
Überwachungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten eine Geschwindigkeit, insbesondere Betrag und Richtung, eines Spritzers, von Schmauch und/oder Rauch zu bestimmen.
Überwachungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten eine Trajektorie der Fügeteile (2, 2a, 2b), des Fügewerkzeugs (16), eines Spritzers und/oder eines Werkstückträgers (4) zu bestimmen, wobei das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, basierend auf der Trajektorie Anomalien und/oder Abweichungen des Fügens, des Fügens und/oder eines herzustellenden Werkstücks (15) zu bestimmen.
Überwachungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet, das mindestens zwei Dynamic-Vision-Sensoren (11) angeordnet sind die Fügestelle (8), das Fügewerkzeug (16) und/oder mindestens eines der Fügeteile (2, 2a, 2b) mit dem Erfassungsbereich (13) sensortechnisch zu erfassen und das Auswertemodul ausgebildet ist, basierend auf Ereignisdaten eine Trajektorie der Fügeteile (2, 2a, 2b), des Fügewerkzeugs (16), eines Spritzers und/oder eines Werkstückträgers (4) in drei Dimensionen zu bestimmen.
Überwachungseinrichtung (10) gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsquelle (31) zur, insbesondere koaxialen, Beleuchtung der Fügestelle (8), des Fügewerkzeugs (16) und/oder mindestens eines der Fügeteile (2, 2a, 2b), wobei gestreutes und/oder reflektiertes Licht die Helligkeitsänderungen bildet.
Überwachungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ereignisdaten frei von statischen Bildinformationen sind.
Überwachungseinrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügevorrichtung (1) regelbare und/oder einstellbare Fügeparameter aufweist, wobei das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten und/oder der Überwachung Regelsignale zur Regelung der Fügeparameter zu bestimmen.
Fügevorrichtung (1) mit einem Fügewerkzeug (16) zum Fügen zweier Fügeteile (2, 2a, 2b) an einer Fügestelle (8), mit einer Überwachungseinrichtung (10), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Überwachungseinrichtung (10) einen Dynamic-Vision-Sensor (11) und ein Auswertemodul (12) aufweist, wobei der Dynamic-Vision-Sensor (12) angeordnet ist, mit seinem Erfassungsbereich (13) die Fügestelle (8), das Fügewerkzeug (16) und/oder mindestens eines der Fügeteile (2, 2a, 2b) sensortechnisch zu erfassen und lokale Helligkeitsänderungen als Ereignisdaten bereitzustellen, wobei das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, basierend auf den Ereignisdaten das Fügen, eine Fügewerkzeugbewegung, eine Fügeteilbewegung und/oder ein hergestelltes Werkstück (15) zu überwachen.
Fügevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügevorrichtung mindestens einen Fügeparameter zur Regelung des Fügens aufweist, wobei das Auswertemodul (12) ausgebildet ist, die Fügevorrichtung (1), mindestens einen die Fügeparameter basierend auf den Ereignisdaten zu regeln und/oder zu steuern.
Fügevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Strahlquelle (6) zum lokalen bestrahlen und Fügen der Fügeteile (2, 2a, 2b) mit dem energiereichen Strahl (7), wobei die Strahlquelle (6) und der Dynamic-Vision-Sensor (1) gleich beabstandet von der Fügestelle (8) und/oder koaxial angeordnet sind.
Fügevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dynamic-Vision-Sensor (11) angeordnet ist, eine Seitenansicht der Fügeteile und/oder des Werkstücks erfasst.
Verfahren zum Überwachen einer Fügevorrichtung (1), wobei mittels eines Dynamic-Vision-Sensors (11) eine Fügestelle (8), Fügeteile (2, 2a, 2b) und/oder ein Fügewerkzeug (16) sensortechnisch überwacht wird und als Ereignisdaten bereitgestellt wird, wobei basierend auf den Ereignisdaten das Fügen und/oder ein Fügeverfahren überwacht wird.