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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie sowie eine Fertigungsvorrichtung als auch ein Computerprogrammprodukt und ein Steuergerät.
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In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge zumindest teilweise mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass diese als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgestaltet sind. Zur Bestromung des Elektromotors wird üblicherweise eine Hochvoltbatterie herangezogen, die mehrere einzelne Batterien, auch als Batteriezellen bezeichnet, aufweist. Diese sind miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, sodass die an der Hochvoltbatterie anliegende elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels jeder der Batterien bereitgestellten elektrischen Spannung entspricht.
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Jede Batterie weist eine Anode, eine Kathode und einen dazwischen angeordneten Separator sowie einen Elektrolyten mit freibeweglichen Ladungsträgern auf. Als ein derartiger Elektrolyt wird beispielsweise eine Flüssigkeit herangezogen. In einer Alternative ist die Batterie als Festkörperbatterie ausgestaltet, und der Elektrolyt liegt als Festkörper vor. Die Anode und die Kathode, die die Elektroden der Batterie bilden, umfassen üblicherweise einen Träger, der als Stromableiter fungiert. An diesem ist üblicherweise ein Aktivmaterial befestigt, das ein Bestandteil einer auf den Träger aufgebrachten Schicht ist. Hierbei ist es möglich, dass in der Schicht bereits der Elektrolyt vorhanden ist, oder dieser wird nachträglich eingebracht. Zumindest jedoch ist das Aktivmaterial zur Aufnahme der Arbeitsionen, z.B. Li-Ionen, geeignet.
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Üblicherweise weist jede Batterien mehrere derartige Anoden und Kathoden auf, die elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Hierfür ist ein elektrische Kontaktierung der einzelnen Elektroden untereinander erforderlich. Damit hierbei ein elektrischer Kontakt mit der Elektrode möglich ist, ist der Träger zumindest in einem Abschnitt nicht mit der Schicht versehen, und an diesem Abschnitt erfolgt die elektrische Kontaktierung. Für die elektrische Kontaktierung werden die einzelnen Träger miteinander und/oder mit einer jeweiligen Stromschiene verschweißt, sodass die jeweils gewünschte Schaltung realisiert ist. Aufgrund der vergleichsweise dünnen Ausgestaltung der einzelnen Träger wird üblicherweise Laserschweißen zum Herstellen der jeweiligen Schweißverbindung verwendet.
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Falls die Schweißverbindung fehlerhaft ist, ist beispielsweise die jeweilige Elektrode nicht mit den anderen Elektroden oder der Stromschiene verbunden. Dies kann zu einer verringerten Kapazität der Batterie oder einer verringerten an der Batterie anliegenden Spannung führen. Aufgrund dessen ist es möglich, dass bei Betrieb der Batterie, beispielsweise bei einem Laden, eine Überbelastung auftritt, die zu einem weiteren Fehlverhalten der Batterie, wie einem Abbrand, führen kann. Zumindest jedoch ist die Leistungsfähigkeit der Batterie verringert. Daher ist es erforderlich, die Schweißverbindung zu kontrollieren. Hierfür wird beispielsweise ein Computer-Tomografieverfahren verwendet, bei dem die Schweißverbindung durchleuchtet wird. Dieses ist jedoch vergleichsweise zeitaufwendig und arbeitsintensiv, sodass eine Herstellungszeit der Batterie verlängert ist. Auch ist ein derartiges Verfahren im Wesentlichen nicht kontinuierlich durchführbar, sodass eine Prozesszeit zur Herstellung der Batterie weiter erhöht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Batterie und eine besonders geeignete Fertigungsvorrichtung sowie ein besonders geeignetes Computerprogramm als auch ein besonders geeignetes Steuergerät anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Herstellungsgeschwindigkeit vergrößert und/oder ein Ausschuss reduziert sind.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Fertigungsvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6, hinsichtlich des Computerprogrammprodukts durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Steuergeräts durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Das Verfahren dient der Herstellung einer Batterie. Zum Beispiel ist die Batterie eine Sekundärbatterie. Die Batterie ist insbesondere ein galvanisches Element, das vorzugsweise zwei Elektroden aufweist, nämlich eine Anode und eine Kathode. Besonders bevorzugt umfasst die Batterie mehrere derartige Elektroden/galvanische Elemente, die beispielsweise elektrisch zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind. Die Batterie weist vorzugsweise einen Elektrolyten auf, der eine Anzahl an freibeweglichen Ladungsträger, zweckmäßigerweise Ionen, bereitstellt. Beispielsweise ist der Elektrolyt ein Bestandteil der Anode und/oder Kathode oder ist zumindest geeignet, sich dort anzulagern und somit von diesen aufgenommen zu werden. Die Batterie ist beispielsweise eine Festkörperbatterie, sodass der Elektrolyt als Festkörper vorliegt. Besonders bevorzugt jedoch ist der Elektrolyt flüssig.
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Vorzugsweise ist die Batterie im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die Batterie geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist die Batterie beispielsweise ein Bestandteil eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, der mehrere derartige Batterien aufweist. Die Batterien sind insbesondere in einem Gehäuse des Energiespeichers angeordnet und miteinander elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet. Somit ist die an dem Energiespeicher anliegende elektrische Spannung ein Vielfaches der mittels jeder der Batterien bereitgestellten elektrischen Spannung. Zweckmäßigerweise sind sämtliche Batterien dabei zueinander baugleich, was eine Fertigung vereinfacht. Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem Metall gefertigt, beispielsweise einem Stahl, wie einem Edelstahl, oder einem Aluminium und/oder in einem Druckgussverfahren. Insbesondere ist das Gehäuse verschlossen ausgestaltet. Zweckmäßigerweise ist in das Gehäuse eine Schnittstelle eingebracht, die einen Anschluss des Energiespeichers bildet. Die Schnittstelle ist dabei elektrisch mit der Batterie kontaktiert, sodass ein Einspeisen von elektrischer Energie und/oder eine Entnahme von elektrischer Energie aus der Batterie von außerhalb des Energiespeichers möglich ist, sofern an den Anschluss ein entsprechender Stecker gesteckt ist.
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Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt landgebunden und weist vorzugsweise eine Anzahl an Rädern auf, von denen zumindest eines, vorzugsweise mehrere oder alle, mittels eines Antriebs angetrieben sind. Geeigneterweise ist eines, vorzugsweise mehrere, der Räder steuerbar ausgestaltet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug unabhängig von einer bestimmten Fahrbahn, beispielsweise Schienen oder dergleichen, zu bewegen. Dabei ist es zweckmäßigerweise möglich, das Kraftfahrzeug im Wesentlichen beliebig auf einer Fahrbahn zu positionieren, die insbesondere aus einem Asphalt, einem Teer oder Beton gefertigt ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).
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Mittels des Antriebs erfolgt zweckmäßigerweise eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Zum Beispiel ist der Antrieb, insbesondere der Hauptantrieb, zumindest teilweise elektrisch ausgestaltet, und das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug. Der Elektromotor wird zum Beispiel mittels des Energiespeichers betrieben, der geeigneterweise als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet ist. Mittels der Hochvoltbatterie wird zweckmäßigerweise eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, wobei die elektrische Spannung zum Beispiel zwischen 200 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen 400 V beträgt. Vorzugsweise ist zwischen dem Energiespeicher und dem Elektromotor ein elektrischer Umrichter angeordnet, mittels dessen die Bestromung des Elektromotors eingestellt wird. In einer Alternative weist der Antrieb zusätzlich einen Verbrennungsmotor auf, sodass das Kraftfahrzeug als Hybrid-Kraftfahrzeug ausgestaltet ist. In einer Alternative wird mittels des Energiespeichers ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist, und mittels des Energiespeichers wird insbesondere eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitgestellt.
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In einer Alternative ist die Batterie ein Bestandteil eines Flurförderfahrzeug, einer Industrieanlage, eines handgeführten Geräts, wie beispielsweise eines Werkzeugs, insbesondere eines Akkuschraubers. In einer weiteren Alternative ist die Batterie ein Bestandteil einer Energieversorgung und wird dort beispielsweise als sogenannte Pufferbatterie verwendet. In einer weiteren Alternative ist die Batterie ein Bestandteil eines tragbaren Geräts, beispielsweise eines tragbaren Mobiltelefons, oder eines sonstigen Wearables. Auch ist es möglich, eine derartige Batterie im Campingbereich, Modellbaubereich oder für sonstige Outdoor-Aktivitäten zu verwenden.
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Das Verfahren sieht vor, dass zwei Batteriekomponenten in einem Schweißvorgang stoffschlüssig mittels einer Schweißverbindung gefügt werden. Mit anderen Worten wird ein Schweißvorgang durchgeführt, sodass eine Schweißverbindung erstellt wird, die nachfolgend insbesondere auch als Schweißnaht bezeichnet wird. Im Anschluss hieran sind die beiden Batteriekomponenten miteinander stoffschlüssige verbunden. Beispielsweise sind die beiden Batteriekomponenten bereits vor Erstellen der Schweißverbindung aneinander befestigt, beispielsweise provisorisch. Alternativ hierzu sind vor Erstellen der Schweißverbindung die beiden Batteriekomponenten lose. Die beiden Batteriekomponenten sind ein Bestandteil der Batterie oder bilden zumindest einen Bestandteil der Batterie nach Abschluss der Fertigung. Insbesondere sind die beiden Batteriekomponenten aus einem Metall oder Kunststoff erstellt. Alternativ hierzu ist eine der Batteriekomponenten aus einem Kunststoff und die andere aus einem Metall gefertigt. Besonders bevorzugt ist eine der Batteriekomponenten, vorzugsweise beide Batteriekomponenten, jeweils einer der etwaigen Elektroden der Batterie, vorzugsweise des etwaigen Trägers, der auch als Ableiter bezeichnet wird. Mit anderen Worten werden mittels des Schweißvorgangs zwei oder mehr Ableiter der Batterie miteinander verschweißt. Als zum Herstellen der Schweißverbindung wird insbesondere ein Laserschweißverfahren verwendet.
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In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird mittels eines Wirbelstromsensors erste Messdaten erstellt, die die Schweißverbindung charakterisieren. Hierfür werden mittels des Wirbelstromsensors Wirbelströme erfasst, die sich innerhalb der Schweißverbindung sowie daran angrenzenden Bereichen der beiden Batteriekomponenten ausbilden, wenn eine elektrische Spannung dort angelegt wird. Geeigneterweise wird mittels des Wirbelstromsensors die elektrische Spannung angelegt, wofür beispielsweise eine direkte elektrische Kontaktierung der Schweißverbindung und/oder der Batteriekomponenten durchgeführt wird. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt das Anlegen der elektrischen Spannung induktiv mittels des Wirbelstromsensors, mittels dessen beispielsweise ein sich änderndes Magnetfeld erstellt wird. Auf diese Weise ist ein direkter mechanischer Kontakt des Wirbelstromsensors mit den Batteriekomponenten und/oder der Schweißverbindung nicht erforderlich was einerseits eine Zeitdauer verkürzt. Andererseits ist ein Verschleiß verringert. Besonders bevorzugt erfolgt das Erfassen der Wirbelströme kontaktlos, insbesondere anhand der sich aufgrund der Wirbelströme ergebenden Magnetfelder. Zusammenfassend dient der Wirbelstromsensor der Erzeugung und dem Erfassen von Wirbelströmen in der Schweißverbindung, und der Wirbelstromsensor ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet.
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Verunreinigungen oder Beschädigungen der Schweißverbindung, also Defekte oder Fehler, beeinflussen die elektrische Leitfähigkeit und/oder Permeabilität der Schweißverbindung. Mit anderen Worten ist doch ein Ausbilden der Wirbelströme und/oder der sich daraus ergebenden Magnetfelder gestört, was mittels der ersten Messdaten abgebildet ist. Anhand der ersten Messdaten ist somit eine Tiefeninformation betreffend die Schweißverbindung vorhanden. Mit anderen Worten unterscheiden sich die erste Messdaten zwischen unterschiedlichen Schweißverbindungen oder zumindest unterschiedlichen Bereichen der gleichen Schweißverbindung, wenn dort beispielsweise Luftblasen oder Fremdpartikel eingeschlossen sind, die jedoch von außerhalb der Schweißverbindung nicht sichtbar sind.
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Zum Erstellen der erste Messdaten wird der Wirbelstromsensor geeigneterweise zumindest teilweise entlang der Schweißverbindung geführt. Hierbei liegt der Wirbelstromsensor beispielsweise an der Schweißverbindung an oder ist zu dieser bevorzugt beabstandet. Mit anderen Worten wird der Wirbelstromsensor somit insbesondere entlang des Verlaufs der Schweißverbindung geführt oder auch teilweise senkrecht hierzu. Insbesondere wird mittels des Wirbelstromsensors die Schweißverbindung mehrmals überfahren, oder abgetastet, sodass die erste Messdaten zumindest teilweise redundant sind oder zu einem vergleichsweise großen Abschnitt der Schweißverbindung korrespondieren. Aufgrund des mehrmaligen Bewegens des Wirbelsturmsensors ist somit eine Genauigkeit erhöht.
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In einem weiteren Arbeitsschritt, der beispielsweise vor dem Erfassen der ersten Messdaten, gleichzeitig zum Erfassen der ersten Messdaten und /oder zeitlich nachfolgend zum Erstellen der ersten Messdaten durchgeführt wird, werden zweite Messdaten erstellt, die ebenfalls die Schweißverbindung charakterisieren. Hierfür wird die Schweißverbindung mittels einer Lichtquelle beleuchtet, und mittels einer Kamera wird ein sich deswegen ergebende Helligkeitsverteilung auf der Oberfläche der Schweißverbindung und/oder der Batteriekomponenten erfasst.
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Die Helligkeitsverteilung befindet sich hierbei direkt zur Schweißverbindung benachbart und ist insbesondere monochrom. Beispielsweise ist die Lichtquelle ebenfalls monochrom oder mittels dieser wir Licht mit unterschiedlichen Wellenlänge ausgesandt. Die Helligkeitsverteilung ergibt sich hierbei aufgrund eines Schattenwurfs hervorstehender Bereiche der Batteriekomponenten und/oder der Schweißverbindung, sodass die zweite Messdaten zu einer Oberflächeninformation der Schweißverbindung korrespondieren. Mit anderen Worten wird insbesondere ein sogenanntes „Shape-from-Shading“-Verfahren durchgeführt, und die zweiten Messdaten korrespondieren insbesondere zur dreidimensionalen Form der Schweißverbindung und/oder beispielsweise eines direkt benachbarten Bereichs einer oder beider Batteriekomponenten und bilden diese beispielsweise ab. Zum Beispiel wirb beim Erstellen der zweiten Messdaten die Lichtquelle bewegt, oder die Lichtquelle weist mehrere unterschiedliche Emissionsvorrichtung auf, wie unterschiedliche Leuchtmittel. Beispielsweise werden zeitlich nachfolgend oder gleichzeitig unterschiedliche der Lichtmittel aktiviert, sodass sich unterschiedliche Helligkeitsverteilung ergeben, die jeweils mittels der Kamera erfasst werden. Somit ist eine Genauigkeit der zweiten Messdaten erhöht.
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Anhand der ersten Messdaten, die einer Tiefeninformation der Schweißverbindung entsprechen oder hierzu korrespondierende, und der zweiten Messdaten, die zu einer Oberflächeninformation der Schweißverbindung entsprechen oder korrespondieren, wird ein Qualitätsmaß der Schweißverbindung ermittelt. Hierfür werden beispielsweise die ersten Messdaten und die zweiten Messdaten miteinander überlagert, wobei zweckmäßigerweise zunächst eine Skalierung erfolgt, sodass die einzelnen Werte der ersten und zweite Messdaten jeweils zum gleichen Bereich der Schweißverbindung korrespondieren. Auf diese Weise ist ein Ermitteln des Qualitätsmaßes vereinfacht.
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Aufgrund des Verfahrens ist somit jeder Schweißverbindung ein Qualitätsmaß zugeordnet. Dieses betrifft die Schweißverbindung in deren Gänze, also vollumfänglich. Mit anderen Worten ist mittels des Qualitätsmaßes angegeben, wie ein tieferer Bereich der Schweißverbindung ausgestaltet ist, und ob beispielsweise Lufteinschlüsse oder dergleichen vorliegen. Auf betrifft das Qualitätsmaß die Oberflächenbeschaffenheit der Schweißverbindung, und etwaige vorhandene Schweißperlen führen zu einem veränderten Qualitätsmaß. Zusammenfassend wird mittels des Qualitätsmaßes die Schweißverbindung voll umfassend bewertet. Anhand dieser Information ist es somit möglich, fehlerhafte Schweißverbindungen in einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne zu ermitteln, sodass diese nicht weiter mehr beim Herstellen der Batterie verwendet werden. Somit ist ein Ausschuss der vollständig erstellten Batterien reduziert. Auch ist zum Ermitteln des Qualitätsmaßes lediglich eine vergleichsweise geringe Zeitdauer erforderlich, weswegen eine Herstellungszeit zum Erstellen der Batterie verkürzt ist. Hierbei ist es möglich, auch bei einer Massenproduktion das Verfahren durchzuführen, sodass für jede Schweißverbindung der Batterien ein entsprechendes Qualitätsmaß ermittelt wird, und nicht lediglich Stichproben, sodass ein Ausschuss bei der Herstellung der Batterien verringert ist. Ferner erfolgt das Erstellen der beiden Messdaten zerstörungsfrei.
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Das Qualitätsmaß ist beispielsweise binär, und sagt somit aus, ob die Schweißverbindung einen bestimmten Standard und/oder Vorgabe erfüllt oder nicht. Alternativ hierzu weist das Qualitätsmaß mehrere Stufen auf oder ist beispielsweise kontinuierlich. Insbesondere weist das Qualitätsmaß dabei Grenzen auf, insbesondere 0 % und 100 %, wobei zum Beispiel 0 % einer nicht bestehenden Schweißverbindung und 100 % einer vollständig durchgehenden Schweißverbindung zugeordnet ist. Mit anderen Worten entspricht das Qualitätsmaß somit dem Prozentsatz, entlang derer die Schweißverbindung erstellt ist und/oder fehlerfrei ist.
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Beispielsweise wird anhand des Qualitätsmaßes der Schweißvorgang für nachfolgend hergestellte Schweißverbindungen angepasst, sodass anhand des Qualitätsmaßes eine Steuerung und/oder Regelung des Schweißvorgangs erfolgt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird anhand des Qualitätsmaßes die Schweißverbindungen und somit die beiden Batteriekomponenten aussortiert. Vorzugsweise wird zur Durchführung des Verfahrens eine Fertigungsvorrichtung verwendet, die eine Schweißvorrichtung, einen Wirbelstromsensor, eine Lichtquelle und eine Kamera aufweist, und die insbesondere entsprechend des Verfahrens betrieben ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erstellen des Qualitätsmaßes der Schweißverbindung, also die Wirbelstromuntersuchung und das Shape-from-Shading-Verfahren, inline durchgeführt. Dies bedeutet, dass das Erstellen des Qualitätsmaßes hinsichtlich der Herstellung der Batterie prozessintegriert ausgeführt ist. Das Erstellen der Messdaten wird also im Zuge der Herstellungs- oder Produktionslinie, beispielsweise „on-the-fly“ durchgeführt, wodurch eine besonders gleichförmige Produktion und Herstellung der Batterien ermöglicht ist. Somit werden Ausschussteile reduziert, wodurch in der Folge Produktions- und Herstellungskosten der Batterie reduziert werden. Insbesondere ist somit eine Vollautomatisierung einer Untersuchung und/oder Prüfung der Schweißverbindung ermöglicht, welche vorzugsweise im Produktionstakt erfolgt, und wofür insbesondere das jeweilige Qualitätsmaß herangezogen wird.
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Beispielsweise wird anhand der Messdaten unter Zuhilfenahme einer Formel das Qualitätsmaß ermittelt. Alternativ hierzu wird hierfür beispielsweise eine Tabelle oder Datenbank verwendet. Besonders bevorzugt jedoch wird anhand der ersten Messdaten und der zweiten Messdaten und einer trainierten künstlichen Intelligenz das Qualitätsmaß erstellt. Mit anderen Worten wird ein Künstliche Intelligenz-Algorithmus verwendet. Somit werden in einem Arbeitsschritt die ersten und zweiten Messdaten mittels der künstlichen Intelligenz ausgewertet und auf diese Weise das Qualitätsmaß erstellt. Dabei wird beispielsweise auch eine etwaige Wechselwirkung einzelner Effekte berücksichtigt, die zum Beispiel zu einer Veränderung der Oberfläche der Schweißverbindung und/oder tiefer liegenden Defekten führen. Aufgrund der Verwendung des künstliche Intelligenz ist hierbei ein genaues Wissen um den Mechanismus dieser Wechselwirkung nicht erforderlich, was die Durchführung des Verfahrens oder zumindest die Implementierung des Verfahrens erleichtert. Es ist nämlich lediglich das Trainieren der künstlichen Intelligenz erforderlich.
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Alternativ hierzu wird anhand der ersten Messdaten und einer trainierten ersten künstlichen Intelligenz ein erstes Qualitätsmaß erstellt. Das erste Qualitätsmaß korrespondiert somit lediglich zu den Tiefeninformationen. Anhand der zweiten Messdaten und einer trainierten zweiten künstlichen Intelligenz wird ein zweites Qualitätsmaß erstellt, das separat von dem ersten Qualitätsmaß ist. Auf diese Weise sind die beiden Qualitätsmaße zueinander unabhängig, und eine Zeitdauer zum Erstellen der beiden Qualitätsmaße ist verkürzt. Auch ist somit insbesondere ein Trainieren der beiden künstlichen Intelligenzen unabhängig voneinander möglich. Zum Beispiel wird für jede künstliche Intelligenz ein neuronales Netz verwendet, die zum Beispiel gleichartig aufgebaut, jedoch unterschiedlich trainiert sind. Auf diese Weise ist beispielsweise das Verwenden einer gleichen Hardware möglich. Anhand des ersten Qualitätsmaßes und des zweiten Qualitätsmaßes wird das Qualitätsmaß erstellt. Das erste und zweite Qualitätsmaß stellen somit Hilfswerte bei der Ermittlung des Qualitätsmaßes dar. Zum Erstellen des Qualitätsmaßes werden das erste und zweite Qualitätsmaß zu dem Qualitätsmaß zusammengeführt, oder das Qualitätsmaß wird aus dem ersten Qualitätsmaß und dem zweiten Qualitätsmaß errechnet. Hierfür wird zum Beispiel eine Formel verwendet. Alternativ hierzu wird mittels einer weiteren künstlichen Intelligenz anhand des ersten Qualitätsmaßes und des zweiten Qualitätsmaßes das Qualitätsmaß erstellt. Aufgrund der beiden künstlichen Intelligenzen ist ein unabhängiges Auswerten der beiden Messdaten ermöglicht, was zu einer Zeitersparnis führt, insbesondere wenn zum Beispiel der Umfang einer der Messdaten vergrößert ist.
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ALs jeweilige künstliche Intelligenz, also beispielsweise als künstliche Intelligenz, als erste künstliche Intelligenz, als zweite künstliche Intelligenz und/oder als etwaige weiter künstliche Intelligenz, wird zum Beispiel ein neuronales Netz verwendet. Dieses weist insbesondere mehrere Ebenen auf, vorzugsweise ein zumindest eine Zwischenebene, beispielsweise mehr derartige Zwischenebene. Vorzugsweise wird als neuronales Netz ein Convolutional Neural Network (CNN oder CovNet) verwendet. Besonders bevorzugt erfolgt das Anlernen, also das Trainieren, der jeweiligen künstlichen Intelligenz mittels Backpropagation, was eine Zeitdauer zum Trainieren verkürzt.
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Beispielsweise wird anhand der jeweiligen künstlichen Intelligenz ein prognostizierter Qualitätsparameter einer Referenzmethode als jeweiliges Qualitätsmaß, also als das Qualitätsmaß, erste und/oder zweite Qualitätsmaß erzeugt. Beispielsweise wird mittels der künstlichen Intelligenz jeweils direkt der Qualitätsparameter erstellt, oder aber zumindest ein Zwischenwert, anhand dessen der Qualitätsparameter erzeugt wird. Der Qualitätsparameter selbst würde sich mit hoher Wahrscheinlichkeit ergeben, wenn die Referenzmethode zum Untersuchen der Schweißverbindung verwendet werden würde. Mit anderen Worten wird anhand des künstlichen Intelligenz eine Prognose für den Qualitätsparameter erstellt, der sich bei einer Untersuchung der Schweißverbindung mit der Referenzmethode tatsächlich ergeben würde. Auf diese Weise ist einerseits eine Verständlichkeit der Aussagekraft des Qualitätsmaßes erhöht. Andererseits ist auf diese Weise das Trainieren der künstlichen Intelligenz erleichtert. Hierfür ist lediglich ein Untersuchen mehrerer Schweißverbindungen mit der Referenzmethode erforderlich, und die auf diese Weise ermittelten Qualitätsparameter werden zum Trainieren verwendet. Hierbei ist es auch möglich, eine vergleichsweise zeitintensive Untersuchung der Schweißverbindung als Referenzmethode zu verwenden. Auf diese Weise ist eine Genauigkeit beim Erstellen des Qualitätsmaßes erhöht. Das Verfahren selbst ist in einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer durchführbar, da hierfür nicht die Referenzmethode, sondern die künstliche Intelligenz verwendet wird.
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Beispielsweise wird bei der Untersuchung mit der Referenzmethode an den beiden Batteriekomponenten gezogen, bis die Schweißverbindung aufbricht. Mit anderen Worten wird somit ein zerstörender Zugversuch durchgeführt. Alternativ hierzu wird ein Thermographie-Verfahren als Referenzmethode verwendet. Mit anderen Worten wird die Schweißverbindung und auch teilweise die beiden Batteriekomponenten erwärmt, und anhand der abgegebenen Wärmestrahlung der Qualitätsparameter ermittelt. Besonders bevorzugt jedoch wird als Referenzmethode ein Tomographieverfahren verwendet. Mit anderen Worten wird die Schweißverbindung und/oder die Batteriekomponenten zumindest teilweise durchleuchtet, sodass auch innenliegende Defekte oder Fehler ermittelt werden können. Je nach verwendeter Strahlung erfolgt auch eine Untersuchung der Oberfläche der Schweißverbindung. Besonders bevorzugt wird ein Computer-Tomographieverfahren (CT-Verfahren) verwendet. Ein derartiges Computer- Tomographieverfahren liefert vergleichsweise detailreiche Bilder, wobei jedoch eine Zeitdauer zur Herstellung der jeweiligen Messdaten vergleichsweise groß ist. Da dies jedoch lediglich im Rahmen des Trainierens der jeweiligen künstlichen Intelligenz erfolgt, ist das Durchführen des Verfahrens einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer möglich, sodass dieses insbesondere „inline“ durchgeführt wird.
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Die Fertigungsvorrichtung dient der Herstellung einer Batterie und weist eine Schweißvorrichtung auf. Die Schweißvorrichtung ist geeignet sowie insbesondere vorgesehen und eingerichtet, zwei Batteriekomponenten stoffschlüssig miteinander zufügen, wobei eine Schweißverbindung hergestellt wird. Insbesondere weist die Schweißvorrichtung einen Laser auf, mittels dessen bei Betrieb die beiden Batteriekomponenten zumindest teilweise verflüssigt werden, sodass die Schweißverbindung hergestellt wird.
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Ferner umfasst die Fertigungsvorrichtung einen Wirbelstromsensor, der dem Erstellen von die Schweißverbindung charakterisierenden ersten Messdaten dient. Hierfür ist der Wirbelstromsensor geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere ist der Wirbelstromsensor bewegbar gelagert, sodass dieser parallel zur Schweißverbindung bewegt werden kann, mittels derer die beiden Batterieelemente gefügt sind.
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Ferner weist die Fertigungsvorrichtung eine Lichtquelle und eine Kamera auf. Die Lichtquelle dient dem Beleuchten der Schweißverbindung. Die Lichtquelle ist insbesondere zum Aussenden von Licht geeignet sowie vorgesehen und eingerichtet. Beispielsweise wird mittels der Lichtquelle monochromes Licht oder Licht mit unterschiedlichen Farben ausgesandt. Beispielsweise weist die Lichtquelle lediglich ein einziges Leuchtelement oder mehrere Leuchtelemente auf, die zum Beispiel zueinander beabstandet angeordnet sind. Alternativ hierzu ist mittels der Leuchtelemente ein Array gebildet. Die Kamera ist vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich sensitiv, sodass Herstellungskosten reduziert sind. Die Kamera ist bei Betrieb auf die Schweißverbindung gerichtet, die mittels der Lichtquelle bestrahlt ist.
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Die Fertigungsvorrichtung ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem zwei Batteriekomponenten in einem Schweißvorgang stoffschlüssig mittels einer Schweißverbindung gefügt werden, wofür die Schweißvorrichtung verwendet wird. Mittels des Wirbelstromsensors werden die Schweißverbindung charakterisierende erste Messdaten erstellt. Ferner wird die Schweißverbindung mittels der Lichtquelle beleuchtet, und mittels der Kamera wird eine sich ergebende Helligkeitsverteilung erfasst und daraus die Schweißverbindung charakterisierende zweite Messdaten erstellt. Anhand der ersten Messdaten und der zweiten Messdaten wird ein Qualitätsmaß der Schweißverbindung ermittelt, also insbesondere erstellt.
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Geeigneterweise wird die Fertigungsvorrichtung verwendet, um das Verfahren durchzuführen. Insbesondere ist die Fertigungsvorrichtung kontinuierlich betrieben. Die Fertigungsvorrichtung weist geeigneterweise ein Steuergerät auf, das vorgesehen und/oder eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Das Steuergerät umfasst beispielsweise einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC) oder besonders bevorzugt einen Computer, der geeigneterweise programmierbar ausgestaltet ist. Insbesondere umfasst das Steuergerät ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogrammprodukt, das auch als Computerprogramm bezeichnet ist, gespeichert ist, wobei bei Ausführung dieses Computerprogrammprodukts, also des Programms, der Computer veranlasst wird, das Verfahren durchzuführen.
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Besonders bevorzugt weist die Fertigungsvorrichtung eine Transportvorrichtung auf, mittels derer bei Betrieb die Batterieelemente von der Schweißvorrichtung zum Wirbelstromsensor sowie zur Lichtquelle und der Kamera bewegt werden. Geeigneterweise werden mittels der Transportvorrichtung die Batterieelemente auch zur Schweißvorrichtung transportiert. Beispielsweise ist die Transportvorrichtung mittels eines Transportbands gebildet. Alternativ hierzu weist die Transportvorrichtung unterschiedliche Einheiten auf, wie unterschiedliche Transportbänder und/oder Greifer.
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Beispielsweise ist der Wirbelstromsensor in Reflexionsgeometrie ausgeführt. Besonders bevorzugt jedoch ist der Wirbelstromsensor eine Gabelsensor in Transmissionsgeometrie, also ein Transmission-Gabelsensor. Der Gabelsensor weist hierbei beispielsweise ein hufeisen- oder U-förmiges (Sensor-)Gehäuse auf, wobei im Bereich der Freienden der vertikalen U-Schenkel eine Sendespule und eine gegenüberliegend angeordnete Empfängerspule angeordnet sind. Die Spulen, also das Spulenpaar, ist geeigneterweise in einem transformatorischen Prinzip mit einer Steuereinheit des Wirbelstromsensor verbunden, bei Betrieb erfolgt hierbei mittels der Steuereinheit eine Bestromung der Spulen. Die Erregerfrequenz der Spulen, also die Frequenz des bei Bestromung der Spulen erzeugten magnetischen Feldes, ist hierbei derart gewählt, dass eine ausreichende Durchdringung des elektrisch leitenden Materials der Schweißverbindung gewährleistet ist. Zur Untersuchung der Schweißverbindung, also zum Erstellen der ersten Messdaten, werden die Batteriekomponenten im Bereich der Gabelöffnung (Maulöffnung) zwischen die Schenkel eingeführt. Durch die Gabelform ist der Wirbelstromsensor hierbei einfach entlang der Schweißverbindung bewegbar und/oder verschwenkbar. Der Wirbelstromsensor wird im Zuge des Verfahrens insbesondere linienförmig über/entlang die Schweißverbindung geführt und ist geeigneterweise entsprechend gelagert. Vorzugsweise wird zum Erstellen der ersten Messdaten die Schweißverbindung mehrmals mittels des Wirbelstromsensors überfahren. Mit anderen Worten wird der Wirbelstromsensor mehrmals entlang der Schweißverbindung bewegt, wobei hierbei insbesondere zumindest ein geringfügiger Versatz der Schweißverbindung zu dem Wirbelstromsensor vorhanden ist. Somit ist auch eine flächige Analyse der Schweißverbindung ermöglicht, was insbesondere auch durchgeführt wird.
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Zur Optimierung der Messdauer ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass der Wirbelstromsensor ein Array aus mehreren Spulenpaaren aufweist, die beispielsweise in einer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, sodass mittels des Wirbelstromsensors in einer einzelnen Fahrt über/entlang der Schweißverbindung die notwendigen Daten zum Erstellen der ersten Messdaten erfasst werden. Dadurch wird die benötigte Messzeit erheblich reduziert, wodurch die Anwendbarkeit in der Produktion verbessert wird.
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Das Computerprogrammprodukt umfasst eine Anzahl an Befehle, die bei der Ausführung des Programms (Computerprogrammprodukts) durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie durchzuführen, bei welchem zwei Batteriekomponenten in einem Schweißvorgang stoffschlüssig mittels einer Schweißverbindung gefügt werden. Mittels eines Wirbelstromsensors werden die Schweißverbindung charakterisierende erste Messdaten erstellt. Die Schweißverbindung wird mittels einer Lichtquelle beleuchtet, und mittels einer Kamera wird eine sich ergebende Helligkeitsverteilung erfasst. Daraus werden die Schweißverbindung charakterisierende zweite Messdaten erstellt. Anhand der ersten Messdaten und der zweiten Messdaten wird ein Qualitätsmaß der Schweißverbindung ermittelt. Der Computer ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil eines Steuergeräts oder Elektronik und beispielsweise mittels dieser gebildet. Der Computer umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor oder ist mittels dessen gebildet. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise eine Datei oder ein Datenträger, der ein ausführbares Programm enthält, das bei einer Installation auf einem Computer das Verfahren automatisch ausführt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Ein derartiges Speichermedium ist beispielsweise eine CD-ROM, eine DVD oder eine Blu-Ray Disc. Alternativ hierzu ist das Speichermedium ein USB-Stick oder ein sonstiger Speicher, der zum Beispiel wiederbeschreibbar oder lediglich einmalig beschreibbar ist. Ein derartiger Speicher ist beispielsweise ein Flash Speicher, ein RAM oder ein ROM.
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Das Steuergerät ist vorgesehen und eingerichtet, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie durchzuführen, bei welchem zwei Batteriekomponenten in einem Schweißvorgang stoffschlüssig mittels einer Schweißverbindung gefügt werden. Mittels eines Wirbelstromsensors werden die Schweißverbindung charakterisierende erste Messdaten erstellt. Die Schweißverbindung wird mittels einer Lichtquelle beleuchtet, und mittels einer Kamera wird eine sich ergebende Helligkeitsverteilung erfasst. Daraus werden die Schweißverbindung charakterisierende zweite Messdaten erstellt. Anhand der ersten Messdaten und der zweiten Messdaten wird ein Qualitätsmaß der Schweißverbindung ermittelt. Das Steuergerät weist beispielsweise einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC) und/oder einen Mikroprozessor auf, mittels dessen das Verfahren zumindest teilweise durchgeführt wird. Insbesondere umfasst das Steuergerät ein Computerprogrammprodukt, das auf einem Speicher abgespeichert ist, und das bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, wie den Mikroprozessor, diesen veranlasst, das Verfahren durchzuführen.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die Fertigungsvorrichtung / die Verwendung / das Computerprogrammprodukt / das Speichermedium /das Steuergerät sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug, das eine Hochvoltbatterie mit mehreren Batterien aufweist,
- 2 schematisch in einer Schnittdarstellung eine der Batterien,
- 3 ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie,
- 4 schematisch eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung einer Batterie, mit einem Steuergerät,
- 5 eine alternative Ausführungsform des Verfahrens, und
- 6 eine alternative Ausführungsform des Steuergeräts zur Durchführung des Verfahrens gemäß 5.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw) dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, von denen zumindest einige mittels eines Antriebs 6 angetrieben sind, der einen Elektromotor umfasst. Somit ist das Kraftfahrzeug 2 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug. Der Antrieb 6 weist ferner einen Umrichter auf, mittels dessen der Elektromotor bestromt ist. Der Umrichter des Antriebs 6 wiederum ist mittels eines Energiespeichers 8 in Form einer Hochvoltbatterie bestromt. Hierfür ist der Antrieb 6 mit einer Schnittstelle 10 des Energiespeichers 8 verbunden, die in ein Gehäuse 12 des Energiespeichers 8 eingebracht ist, das aus einem Edelstahl erstellt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 sind mehrere Batterien 14 angeordnet, von denen zwei dargestellt sind. Die Batterien 14 sind zu mehreren, nicht dargestellten Modulen zusammengefasst. Die Batterien 14 jedes Moduls sind dabei teilweise elektrisch in Reihe und zueinander parallel geschaltet und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Module wiederum sind miteinander elektrisch kontaktiert, wobei ein Teil der Module zueinander elektrisch in Reihe und diese wiederum elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Der elektrische Verband der Module und somit auch der Batterien 14 ist mit der Schnittstelle 10 elektrisch kontaktiert, sodass bei Betrieb des Antriebs 6 ein Entladen der Batterien 14 erfolgt. Aufgrund der elektrischen Verschaltung ist dabei die an der Schnittstelle 10 bereitgestellte elektrische Spannung, die 400 V beträgt, ein Vielfaches der mit den zueinander baugleichen Batterien 14 jeweils bereitgestellten elektrischen Spannung.
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In 2 ist in einer Schnittdarstellung eine der zueinander baugleichen Batterien 14 dargestellt. Die Batterie 14 weist mehrere Anoden 16 und Kathoden 18 auf, von denen jeweils lediglich zwei dargestellt sind. Die Anoden 16 und die Kathoden 18 sind jeweils flächig ausgestaltet und zu einem Stapel abwechselnd aufeinandergeschichtet, wobei zwischen jeweils benachbarten Anoden 16 und Kathoden 18 ein nicht näher dargestellter Separator angeordnet ist. Die Anoden 16 stehen auf einer gemeinsamen Seite über die Kathoden 18 über, nämlich jeweils ein jeweiliger Ableiter, der mittels einer jeweiligen Metallfolie gebildet ist. In dem Bereich des Überstands ist dabei der jeweilige Ableiter frei von weiteren Bestandeilen, jedoch in den sonstigen Bereichen ist eine Schicht auf den jeweiligen Ableiter, der auch als Träger bezeichnet wird, aufgebracht, der ein Aktivmaterial umfasst. Auch die Kathoden 18 stehen in gleicher Weise über die Anoden 16 über, wobei sich die Überstände auf gegenüberliegenden Seiten des mittels der Anode 16 und Kathoden 18 gebildeten Stapels befinden.
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Die Überstände der Anoden 16 und der Kathoden 18 sind jeweils unter Ausbildung einer jeweiligen Schweißverbindung 20 an einer Stromschiene 22 angeschweißt, die aus einem Kupfer gefertigt ist. Hierbei ist den Anoden 16 und den Kathoden 18 jeweils eine gemeinsame Stromschienen 22 zugeordnet. Die Stromschienen 22 weisen jeweils einen Anschluss 24 auf, der durch ein Batteriegehäuse 26 geführt ist, innerhalb dessen die Anoden 16 und die Kathoden 18 angeordnet sind. Das Batteriegehäuse 26 ist fluiddicht ausgestaltet und mit einem Elektrolyten befüllt.
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In 3 ist ein Verfahren 28 zur Herstellung einer Batterie 14 dargestellt. Mit anderen Worten dient das Verfahren 28 der Herstellung der Batterie 14, wobei mittels des Verfahrens 28 lediglich ein Teil der Batterie 14 erstellt wird. Zur Herstellung der Batterie 14, also zur Durchführung des Verfahrens 28, wird eine in 4 schematisch gezeigte Fertigungsvorrichtung 30 verwendet. Mit anderen Worten ist die Fertigungsvorrichtung 30 gemäß dem Verfahren 28 betrieben. Die Fertigungsvorrichtung 30 umfasst hierfür ein Steuergerät 32, das einen Computer 34 in Form eines Mikroprozessors aufweist. Zudem weist das Steuergerät 32 ein Speichermedium 36 in Form eines Speichers auf. Auf dem Speichermedium 36 ist ein Computerprogrammprodukt 38 abgespeichert, das mehrere Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch den Computer 34 diesen veranlassen, das Verfahren 28 auszuführen, also auch durchzuführen. Somit ist das Steuergerät 32 vorgesehen und eingerichtet, das Verfahren 28 auszuführen.
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Die Fertigungsvorrichtung 30 umfasst ferner eine Transportvorrichtung 40, die mittels des Steuergeräts 32 gesteuert und/oder geregelt ist. Die Transportvorrichtung 40 weist ein Transportband 42 auf, das mittels mehrerer Rollen 44 geeignet geführt ist. Gemäß dem Verfahren 28 werden auf dem Transportband 42 jeweils zwei benachbart zueinander oder teilweise überlappend angeordnete Batteriekomponenten 46 angeordnet. Als Batteriekomponenten 46 werden dabei in einer Ausführung eine der Anoden 16 sowie die zugeordnete Stromschiene 22 verwendet. Bei einer Alternative eine der Kathoden 18 sowie die andere der Stromschienen 22 verwendet.
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In einem ersten Arbeitsschritt 48 wird mittels einer Schweißvorrichtung 50 der Fertigungsvorrichtung 30, welche einen Laser 52 umfasst, die beiden Batteriekomponenten 46 in einem Schweißvorgang stoffschlüssig miteinander verschweißt. Mit anderen Worten wird die Schweißverbindung 20 erstellt, sodass die beiden Batteriekomponenten 46 mittels der jeweiligen Schweißverbindung 20 gefügt sind. Hierfür werden mittels des Lasers 52 die beiden Batteriekomponenten 46 im aneinander angrenzenden Bereich oder im Bereich des Überlapps zumindest teilweise verflüssigt. Nachfolgend wird der Laser 52 abgeschaltet, sodass die beiden Batteriekomponenten 46 wieder erhärteten, wobei die stoffschlüssig Schweißverbindung 20 hergestellt ist, die auch als Schweißnaht bezeichnet wird. Die Steuerung der Schweißvorrichtung 50 erfolgt mittels des Steuergeräts 32.
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Bei einer nicht näher dargestellten Varianten der Batterie 14 werden zunächst sämtliche Überstände der Anoden 16 sowie sämtliche Überstände der Kathoden 18 mittels einer jeweiligen Schweißverbindung 20 aneinandergefügt, und erst im Anschluss hieran wird die jeweilige Stromschiene 22 daran festgeschweißt. In diesem Fall werden mittels des Lasers 52 nicht nur lediglich zwei Batteriekomponenten 46, sondern mehrere Batteriekomponenten 46 mittels der gemeinsamen Schweißverbindung 20 gefügt.
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Mittels der Transportvorrichtung 40 wird der auf diese Weise erstellte Verbund der beiden Batteriekomponenten 46 zu einem Wirbelstromsensor 54 der Fertigungsvorrichtung 30 transportiert, der als Gabelsensor ausgestaltet und mittels des Steuergeräts 32 betrieben ist. In einem zweiten Arbeitsschritt 56 werden mittels des Wirbelstromsensors 54 in der Schweißverbindung 20 elektrische Spannung induziert und die sich ergebenden Wirbelströme erfasst, wobei erste Messdaten 58 erstellt werden. Der Wirbelstromsensor 54 weist hierfür mehrere elektrische Spulen auf, wobei mittels einiger der elektrischen Spule ein sich veränderndes Magnetfeld erstellt wird, anhand dessen in der Schweißverbindung 20 sowie teilweise den Batteriekomponenten 46 eine elektrische Spannung induziert wird, aufgrund derer sich die Wirbelströme ergeben. Mittels einer weiteren der Spulen des Wirbelstromsensors 54 werden die sich aufgrund der Wirbelströme ergebenden Magnetfelder erfasst. Hierfür wird der Wirbelstromsensor 54 entlang der Schweißverbindung 20 geführt, wobei sich die beiden Schenkel der Gabel des als Gabelsensor ausgestalteten Wirbelstromsensors 54 auf unterschiedlichen Seiten der Schweißverbindung 20 befinden. Dabei erfolgt keine Berührung der Schweißverbindung 20 durch den Wirbelstromsensor 54, sodass das Erstellen der ersten Messdaten 58 berührungslos erfolgt. Sofern die Schweißverbindung 20 Defekte oder Fehler aufweist, sind die sich ergebenden Magnetfelder nicht homogen. Somit unterscheiden sich die ersten Messdaten 58 zwischen unterschiedlichen Schweißverbindungen 20 aufgrund deren jeweilige Fehler und Defekte. Folglich charakterisieren die ersten Messdaten 58 die Schweißverbindung 20 und enthalten Informationen hinsichtlich von Fehlern oder Defekten innerhalb der Schweißverbindung 20, die von außen nicht sichtbar sind.
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Mittels der Transportvorrichtung 40 wird der Verbund aus den beiden Batteriekomponenten 46 zu einer Lichtquelle 60 und einer Kamera 62 transportiert. Die Lichtquelle 60 ist mittels eines einzigen Leuchtmittels gebildet, mittels des monochromes Licht abgegeben werden kann. Die Kamera 62 ist eine monochrome Kamera, wobei diese auch vergleichsweise kleine Strukturen erfassen kann. Sowohl die Lichtquelle 60 als auch die Kamera 62 sind mittels des Steuergeräts 32 betrieben.
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In einem dritten Arbeitsschritt 64 wird mittels der Lichtquelle 60 die Schweißverbindung 20 beleuchtet. Unebenheiten, also auch Schweißperlen, der Oberfläche der Schweißverbindung 20 und der Batteriekomponenten 46 führen zu einem Schattenwurf und somit zu einer Helligkeitsverteilung. Mittels der Kammer 62 wird die sich ergebende Helligkeitsverteilung erfasst. Die Lichtquelle 60 wird bezüglich der Schweißverbindung 20 in unterschiedlichen Positionen angeordnet, und mittels der Kamera 62 die sich jeweils ergebenden Helligkeitsverteilungen erfasst. Anhand der Helligkeitsverteilungen wird die Oberflächenstruktur der Schweißverbindung 20 sowie der angrenzenden Bereiche der Batteriekomponenten 46 ermittelt und als zweite Messdaten 66 herangezogen. Somit charakterisieren auch die zweiten Messdaten 66 die Schweißverbindung 20. Zum Erstellen der zweiten Messdaten 66 wird hierbei ein sogenanntes „Shape-from-Shading“-Verfahren verwendet.
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In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt 68 wird mittels einer trainierten künstlichen Intelligenz 70 ein Qualitätsmaß 72 der Schweißverbindung 20 erstellt und auf diese Weise ermittelt. Hierfür werden die ersten Messdaten 50 und die zweiten Messdaten 66 verwendet und als Eingabe für die künstliche Intelligenz 70 herangezogen, die in dem Speichermedium 36 abgespeichert ist. Die künstliche Intelligenz 70 ist ein Algorithmus und weist ein neuronales Netz mit mehreren Ebenen auf. Mittels der künstlichen Intelligenz wird dabei ein prognostizierter Qualitätsparameter einer Referenzmethode erstellt und als das Qualitätsmaß 72 verwendet. Hierfür wurde die künstliche Intelligenz 70 entsprechend trainiert.
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Zum Trainieren der künstlichen Intelligenz 70 wurden mehrere Batteriekomponenten 46 mittels der jeweiligen Schweißverbindung 20 gefügt und jeweils korrespondierende erste und zweite Messdaten 50, 66 erstellt. Anschließend wurde jede dieser Schweißverbindung 20 mittels der Referenzmethode untersucht und auf diese Weise die künstliche Intelligenz 70, also das neuronale Netz, angelernt. Hierfür wird insbesondere eine sogenannte Backpropagation-Methode verwendet.
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Als Referenzmethode wird ein Computer-Tomografieverfahren verwendet. Mit anderen Worten wird die Schweißverbindung 20 sowie die beiden Batteriekomponenten 46 mittels eines Computertomografen durchleuchtet und auf diese Weise etwaige Defekte und Fehler der jeweiligen Schweißverbindung 20 ermittelt. Das Überprüfen der Schweißverbindung 20 mittels der Referenzmethode ist dabei vergleichsweise zeitaufwendig und dauert länger als die Untersuchung mittels des Wirbelstromsensors 54 sowie der Lichtquelle 60 und der Kamera 62. Die Referenzmethode wird daher auch nicht bei der Fertigungsvorrichtung 30 verwendet, sondern lediglich zum Anlernen der künstlichen Intelligenz 70. Als weitere Referenzmethode wird ein Tomographieverfahren sowie ein zerstörender Zugversuch bei der jeweiligen Schweißverbindung 20 durchgeführt. Somit wird zum Anlernen die jeweilige Schweißverbindung 20. Jedoch stehen somit vergleichsweise präzise Daten zum Anlernen der künstlichen Intelligenz 70 zur Verfügung. Das Qualitätsmaß 72 ist binärer ausgestaltet und weist lediglich zwei Zustände auf. Bei einem der Zustände genügt die Schweißverbindung 20 einer bestimmten Vorgabe. Bei dem anderen Zustand wird die Vorgabe nicht erfüllt, und die Schweißverbindung 20 ist fehlerhaft.
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In einem sich anschließenden fünften Arbeitsschritt 74 werden die beiden mittels der Schweißverbindung 20 gefügten Batteriekomponenten 46 zu einem Greifer 76 transportiert. Anhand des Qualitätsmaßes 72 erfolgt ein Aussortieren der fehlerhaften Schweißverbindungen 20, sodass diese nicht weiter bei der Herstellung der Batterie 14 verwendet werden. Zum Beispiel werden diese Schweißverbindungen 20 mittels des Greifers 76 zu einer Stelle für eine Nachbearbeitung transportiert. Die anderen Schweißverbindungen 20 sowie die Batteriekomponenten 46 werden hingegen zum weiteren Herstellen der Batterie 14 verwendet.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform des Verfahrens 28 dargestellt. Auch hier werden zunächst die beiden Batteriekomponenten 46 mittels der Schweißverbindung 20 gefügt, also unverändert der erste Arbeitsschritt 48 durchgeführt. Zudem werden unverändert der zweite Arbeitsschritt 56 und der dritte Arbeitsschritt 64 durchgeführt, sodass nach Abschluss des dritten Arbeitsschritts 64 wiederum die ersten Messdaten 58 und die zweiten Messdaten 66 vorliegen.
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Es wird jedoch nachfolgend nicht der ursprünglichen vierte Arbeitsschritt 68 durchgeführt, sondern ein sechster Arbeitsschritt 78. In diesem wird anhand der ersten Messdaten 66 und einer trainierten ersten künstlichen Intelligenz 80 ein erstes Qualitätsmaß 82 erstellt. Die erste künstliche Intelligenz 80 ist in dem Speichermedium 36 des zur Durchführung dieser Variante des Verfahrens 28 verwendeten Steuergeräts 32 abgespeichert, das in 6 dargestellt ist, und die bei der Fertigungsvorrichtung 30 verwendet wird. Mit Ausnahme des abgeänderten Steuergeräts 32 ist die Fertigungsvorrichtung 30 nicht verändert. Die erste künstliche Intelligenz 80 ist gleichartig zur künstlichen Intelligenz 70 der vorhergehenden Variante ausgestaltet und umfasst ebenfalls ein neuronales Netz. Dabei werden lediglich die ersten Messdaten 58 als Eingabe für die trainierte erste künstlichen Intelligenz 80 herangezogen, und das erste Qualitätsmaß 82 stellt das Ergebnis der ersten künstlichen Intelligenz 80 dar. Als erstes Qualitätsmaß 82 wird ebenfalls ein prognostizierter Qualitätsparameter einer Referenzmethode herangezogen, wobei als Referenzmethode wiederum das Computer-Tomographieverfahren verwendet wird. Dabei betrifft das erste Qualitätsmaß 82, also der entsprechende prognostizierter Qualitätsparameter, lediglich das Vorhandensein von Fehlern oder Defekten innerhalb der Schweißverbindung 20, die teilweise von außerhalb nicht sichtbar sind. Derartige Fehler und Defekte sind dabei beispielsweise Lufteinschlüsse oder das Vorhandensein von Fremdpartikeln.
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In einem siebten Arbeitsschritt 84, der gleichzeitig mit dem sechsten Anschluss 78 ausgeführt werden kann, wird anhand der zweiten Messdaten 66 und einer trainierten zweiten künstlichen Intelligenz 86, die ebenfalls in dem Speichermedium 36 abgespeichert ist, ein zweites Qualitätsmaß 88 erstellt. Die erste und die zweite künstliche Intelligenz 80, 86 sind hierbei gleichartig aufgebaut. Auch hier werden die zweiten Messdaten 66 als Eingabe für die trainierten zweite künstliche Intelligenz 86 verwendet, und das zweite Qualitätsmaß 88 ist das Ergebnis, das mittels der zweiten künstlichen Intelligenz 86 bereitgestellt wird. Das Trainieren der zweiten künstlichen Intelligenz 86 erfolgt ebenfalls mittels einer Referenzmethode, wobei hierfür lediglich das Thermographieverfahren verwendet wird.
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Sowohl das erste als auch das zweite Qualitätsmaß 82, 88 sind binär ausgestaltet, und mittels dieser ist somit jeweils angegeben, ob die Schweißverbindung 20 eine jeweilige Vorgabe erfüllt. Hierbei wird mittels des ersten Qualitätsmaßes 82 beschrieben, ob die Anzahl etwaiger vorhandener Fehler und Defekte, wie Hohlräume oder sonstige Fehlstellen, geringer als eine vorgegebene Zahl ist, und mittels des zweiten Qualitätsmaßes 88 wird angegeben, ob eine Oberflächenbeschaffenheit der Schweißverbindung 20 eine andere Vorgabe erfüllt, also beispielsweise ob die Anzahl vorhandener Schweißperlen unterhalb einer bestimmten Vorgabe ist.
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In einem sich anschließenden achten Arbeitsschritt 90 wird anhand des ersten Qualitätsmaßes 82 und des zweiten Qualitätsmaßes das Qualitätsmaß 72 erstellt. Hierfür wird eine Kombinationseinheit 92 verwendet, die als ein Computerprogrammprodukt vorliegt und in dem Speichermedium 36 abgespeichert ist. Mit Ausnahme der beiden künstlichen Intelligenzen 80, 86 sowie der Kombinationseinheit 92 entspricht das bei dieser Variante des Verfahrens 28 verwendete Steuergerät 32 dem in 4 dargestellten Steuergerät 32, bei dem die künstliche Intelligenz 70 weggelassen ist.
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Das Qualitätsmaß 72 ist wiederum binär, wobei der eine Zustand bei einer fehlerhaften Schweißverbindung 20 verwendet, nämlich wenn zumindest das erste oder zweite Qualitätsmaß 82, 88 die jeweilige Vorgabe nicht erfüllt. Andernfalls wird der andere Zustand verwendet, der bezeichnet, dass die Schweißverbindung 20 fehlerfrei ist. Nachfolgend wird wiederum der fünfte Arbeitsschritt 74 durchgeführt und gegebenenfalls Schweißverbindung 20 sowie die jeweiligen Batteriekomponenten 46 aussortiert.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Rad
- 6
- Antrieb
- 8
- Energiespeicher
- 10
- Schnittstelle
- 12
- Gehäuse
- 14
- Batterie
- 16
- Anode
- 18
- Kathoden
- 20
- Schweißverbindung
- 22
- Stromschiene
- 24
- Anschluss
- 26
- Batteriegehäuse
- 28
- Verfahren
- 30
- Fertigungsvorrichtung
- 32
- Steuergerät
- 34
- Computer
- 36
- Speichermedium
- 38
- Computerprogrammprodukt
- 40
- Transportvorrichtung
- 42
- Transportband
- 44
- Rolle
- 46
- Batteriekomponente
- 48
- erster Arbeitsschritt
- 50
- Schweißvorrichtung
- 52
- Laser
- 54
- Wirbelstromsensor
- 56
- zweiter Arbeitsschritt
- 58
- erste Messdaten
- 60
- Lichtquelle
- 62
- Kamera
- 64
- dritter Arbeitsschritt
- 66
- zweite Messdaten
- 68
- vierter Arbeitsschritt
- 70
- künstliche Intelligenz
- 72
- Qualitätsmaß
- 74
- fünfter Arbeitsschritt
- 76
- Greifer
- 78
- sechster Arbeitsschritt
- 80
- erste künstliche Intelligenz
- 82
- erstes Qualitätsmaß
- 84
- siebter Arbeitsschritt
- 86
- zweite künstliche Intelligenz
- 88
- zweites Qualitätsmaß
- 90
- achter Arbeitsschritt
- 92
- Kombinationseinheit
