借助冲铆装置连接至少两个构件的方法、冲铆装置和制造设备与流程

本发明涉及一种用于借助于冲铆装置来连接至少两个构件的方法，一种用于执行该方法的计算单元，一种冲铆装置以及一种具有这样的冲铆装置的制造设备。

背景技术：

用于冲铆的方法用于将至少两个在连接区域中尤其平整地构造的构件（接合对）相连。冲铆方法的特征在于，不需要彼此有待相连的构件的预制孔。其实，铆钉借助于冲制头或冲制工具能够被压入到所述至少两个构件中，其中，通过相应地成形的（例如以阴模为形式的）与冲制工具配合作用的配合固定架而确保的是，铆钉以特定的方式和方法在彼此有待相连的构件内形变，以便在所述构件之间建立传力配合的和形状配合的连接，并且同时避免背离于所述铆钉的构件的穿透。

此外，例如从ep2318161bl或de102014203357al中已知所谓的超声波冲铆方法，其中使用振动发生器、例如超声波发生器，以便将一个或多个组件在构件连接的情况中置于振动中。通过这种振动例如减小用于压入铆钉的有待花费的力。

技术实现要素：

根据本发明建议了具有本发明的特征的一种用于借助于冲铆装置来连接至少两个构件的方法，一种用于其执行的计算单元，一种冲铆装置以及一种制造设备。有利的设计方案是优选实施例和其它实施例的和接下来的说明的主题。

发明优势

根据本发明的方法用于借助于冲铆装置来连接至少两个构件。在此，所述至少两个构件布置在冲制头和配合固定架之间，布置在冲制头和所述至少两个构件的朝向所述冲制头的构件之间的铆钉借助于所述冲制头被压入到所述至少两个构件中，办法是：所述冲制头利用一种力来加载并且把至少一个在压入所述铆钉时所参与的组件、尤其所述冲制头在所述压入时借助于振动发生器而设置到振动中。在此，在所述压入期间求取在所述冲制头和所述铆钉之间的接触部的变化曲线，尤其是在时间上的变化曲线。在这里能够把所谓的半空心铆钉以及所谓的实心铆钉理解为铆钉。

在传统的冲铆方法中，能够考虑一种力，该力作为用于所述冲铆工艺的品质评价的冲制头的位置的函数。在此，能够例如研究的是，是否所述力变化曲线在某种极限值、例如所谓的包络曲线内运动。在一种冲铆方法中（在其中，把振动加入到所述连接区域中，例如办法是：把冲制头设置到振动中），这样的力变化曲线能够在大多情况下不再被考虑用于品质评价，因为对所述冲制头的力由于所述振动而振荡。分别按照用于所述力的测量位置、测量的类型以及所述测量设备的取样速率或敏感性，在此所述力变化曲线能够较强或较不强地振荡。这点阻碍了对于在工业中的许多应用所需的品质评价，因为通常所使用的极限值在这里没有意义。

不同地，通过检测在压入期间在所述冲制头和铆钉之间的接触部的所述变化曲线，对于具有振动耦合的冲铆方法也能够提供用于品质评价的可行方案。为此的原因在于，通过所述接触部的这种变化曲线，能够达成关于铆接过程的论断，因为在按照规定的铆接过程中，经限定的接触部变化曲线是前提条件，这能够通过求取所述接触部的变化曲线来识别。例如由此能够保证一种有效的铆接工艺，办法是：检查所述接触部变化曲线的尽可能最佳的变化曲线。如果不是这种情况，则能够例如达成对策。也还能够识别的是，是否频率（所述接触部以该频率闭合和打开）对应于所述振动的频率或者是否例如存在谐振动。在所述铆接过程的变化曲线中也还能够识别不同的相关的点。在此适当的是，所述变化曲线的求取在线地或在实时中进行，因为然后甚至在铆接过程期间必要时能够进行用于消除故障的措施。

一般有效的工艺和品质评价标准（正如它们能够利用根据本发明的方法来提供那样）还通常是用于把新技术引入到系列应用中的基础前提。

有利地，在所述冲制头和所述铆钉之间的接触部的变化曲线借助于在包括了在冲制头和铆钉之间的至少一个接触位置的区域中在压入期间进行电求取。优选地，在此，在所述冲制头和所述铆钉之间的接触部的变化曲线能够通过检测在所述区域上进行下降的接触电压和/或在所述区域中流动的电流来求取。从而能够例如这样来产生在所述区域处的电压：即，电压源联接至所述区域和对此串接的电阻。在所述区域上进行下降的接触电压然后例如几乎对应于所述电压源的电压值（当在冲制头和铆钉之间不存在接触部时），并且按照所述电阻与所述区域的电阻的比例、利用在冲制头和铆钉之间的接触部来计量。如果例如额外地，一个另外的电阻相对于所述区域并联，则在所述区域（和所述另外的电阻）上进行下降的接触电压当在冲制头和铆钉之间存在接触时几乎为零，并且在冲制头和铆钉之间没有接触时按照所述电阻与所述另外的电阻的比例来计量。所述电流例如此时是零：即当在冲制头和铆钉之间不存在接触时。取代电压源，也能够使用电流源，在该电流源中能够设定所述电流。以这些方式能够以简单的方式来求取所述接触部的变化曲线。

优选地，对此，在所述冲制头和所述铆钉、所述构件之一或者配合固定架之间能够施加电压和/或电流。在此，在这些情况中的每个情况中，检测在冲制头和铆钉之间的相关的接触位置。最合适的用于施加电压或电流的位置在此能够例如分别按照所述冲铆装置的具体的结构来选择。在所述配合固定架处的电压接触/电流接触能够例如持久地保持维持，而不同地，在构件处的电压接触/电流接触可能实现较小的电阻。

针对性地，作为所述至少两个构件中的至少一个构件，使用能够导电的构件。显然，在此分别按照位置（在该位置处施加有电压或电流），在所述构件中没有一个构件能够导电、一个构件能够导电也或者全部构件能够导电。在冲制头和铆钉之间施加电压或电流时，所述构件中的任一个构件不必例如能够导电，不同地，在冲制头和配合固定架之间施加电压或电流时所有的构件必须能够导电。在冲制头和朝向所述铆钉的构件之间施加电压或电流时，必须例如仅这个构件能够导电。分别按照所述电压或电流的施加的方式，不能够导电的构件因而也能够借助于当前的方法连接并且在此监控所述铆接过程。在这里，作为所述构件的材料，例如能够考虑铝片、铝铸件、钢片、热成形的钢、镁材料当然也以及碳纤维强化的塑料。在此要注意的是，较小的电传导率也能够是足够的。

有利地，在所述冲制头和所述铆钉之间的接触部的变化曲线借助于在压入期间检测在冲制头和铆钉之间的接触位置的光学的透过性进行求取。在此，尤其所述光学的透过性能够借助于检测光学的信号来求取，该信号取向到包括所述接触位置的区域上。作为备选方案或附加方案，这样的光学的检测能够被考虑用于电检测所述接触部的变化曲线。在这里，也能够很简单地检测所述接触部变化曲线。尤其，以这种方式，一种定性的评估也是可行的，因为例如被侦测到的光量表现为对于在冲制头和铆钉之间的间距的尺度。此外，不导电的构件也能够相连。

有利的是，在检测所述接触部的变化曲线时的取样速率计为由所述振动发生器产生的振动的频率至少五倍、尤其至少十倍，该频率例如对应于15和35khz之间。以这种方式能够例如识别额外的谐振动，该谐振动也能够被考虑用于评价所述铆接过程。

优选地，从在冲制头和铆钉之间的接触部的变化曲线中，求取在所述压入期间在冲制头和所述铆钉之间的接触部的数量、所述接触部的持续时间、在两个接触部之间的持续时间和/或按百分比的接触部变化曲线。这些值实现了所述铆接过程的另外的或更好的评价。

有利地，在显示件上尤其图形地展示所述接触部的变化曲线。在这里，它能够优选地例如指的是一种显示器，在该显示器上图形地展示了所述变化曲线。这例如对于所述冲铆装置的操作者实现了所述变化曲线的尤其简单的和可观察的示意，该操作者由此能够很快速地判断所述铆接过程。

有利的是，所述接触部的变化曲线与从属的冲铆过程关联并且存储在存储介质上。由此，能够记录所述铆接过程和其品质。例如，以这种方式能够稍后轻易地发现或者阐释有误的铆连接部。此外，对于工业的应用通常规定了这样的记录。在此，所述记录能够借助于数据线进行，当然也能够无线缆地、例如经过wlan进行。

优选地，所述接触部的变化曲线被用于冲铆装置的振动特性的品质评价、所述冲铆装置的张紧特性的品质评价、从属的冲铆过程的品质评价和/或所述至少两个构件的在这个冲铆过程中所产生的连接部的品质评价。在此，这样的品质评价能够也例如至少部分地自动进行，从而例如冲铆装置的操作者自动地被提示到以下方面，即当产生了较差的或者有误的铆连接部时。通过评价所述振动特性和/或所述张紧特性，也即所耗用的用于把所述构件和/或所述力稳固保持到所述铆钉上的张紧力，在此能够实现所述冲铆装置的设定的修正。因此，能够评价所述振动特性和/或所述张紧特性，因为所述冲铆装置的错误的设定能够例如导致的是，所述接触时间（具有接触部的持续时间相对于不具有接触部的持续时间）和由此以及所述按百分比的接触部变化曲线和所述接触部的数量改变，或者所述铆钉和所述冲制头逆向地也或者同向地振动。

有利地，作为振动发生器使用声音发生器、尤其超声波发生器，例如模拟或者数字发生器。在此，它指的是用于产生振动的简单的办法。此外，在一种声音发生器或超声波发生器中，能够简单地检测功率。

根据本发明的计算单元，例如用于冲铆装置的控制单元或者控制器，尤其在程序技术方面被设置用于执行根据本发明的方法。在此，这样的计算单元能够优选地也设置用于：操控必要的检测器件或者甚至也至少部分包括此检测器件。在此，计算单元通常本来就被联接至电压供应部，该电压供应部然后例如能够被合适地使用。

根据本发明的冲铆装置具有冲制头、配合固定架、振动发生器和用于把所述至少两个构件在铆钉的压入期间按压到所述配合固定架处的压紧装置。此外，所述冲铆装置具有检测器件，借助于该检测器件能够求取在压入期间在冲制头和铆钉之间的接触部的变化曲线。以这种方式实现的是，在使用具有合适的检测器件的冲铆装置的情况中，求取在铆接过程期间的在冲制头和铆钉之间的接触部的变化曲线。在其余情况中，为了避免关于根据本发明的冲铆装置的另外的优点的重复，参照对于根据本发明的方法的上述的实施方案。

有利地，所述检测器件具有电压源或电流源和电压测量器和/或电流测量器，其中，借助于所述电压源或电流源能够在包括了在冲制头和铆钉之间的至少一个接触位置的区域处施加电压或电流。

优选地，所述压紧装置和/或所述配合固定架相对于所述冲铆装置的保持装置电绝缘，它们布置在该保持装置中。对此，能够例如把合适的电绝缘的材料例如塑料或者陶瓷安装在相应的位置处。以这种方式，避免了经过所述保持装置或者进一步经过整个制造设备（所述冲铆装置能够安装在所述制造设备处）的电压支流或电流支流。这实现了更好的测量结果。

有利地，所述检测器件具有光学的信号源和光学的传感器，它们如此地布置：使得在所述冲制头和所述铆钉之间的接触位置位于所述光学的信号源和所述光学的传感器之间。

根据本发明的制造设备具有根据本发明的冲铆装置和根据本发明的计算单元，并且优选地还具有显示件，该显示件构造用于：尤其图形地展示在所述冲制头和所述铆钉之间的接触部的变化曲线。

为了避免关于根据本发明的冲铆装置的另外的优点的重复，参照对于根据本发明的方法和根据本发明的冲铆装置的上述的实施方案。

以计算机程序的形式实施本方法也是有利的，因为这可产生特别低的成本，特别是当执行中的控制器还可用于其它的任务并且因此本来就已设置时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘、闪存、eeprom、dvd等。也能够经由计算机网络（因特网、以太网等）对程序进行下载。

从说明书以及所附的附图中得出本发明的其它优点和构造方案。

显然，前面提到的以及接下来还要阐释的特征不仅能使用在相应地说明的组合中，也能使用在其它的组合中或单独使用，而不脱离本发明的框架。

本发明依据附图中的实施例被示意性地示出并且在下文中参考附图被详细地描述。

附图说明

图1简化和示意地示出了在一个优选的实施方式中的根据本发明的制造设备；

图2a至2d示出了在冲铆方法的执行的不同的阶段中的冲铆装置；

图3示意示出了在一个优选的实施方式中的根据本发明的冲铆装置，该冲铆装置适合用于执行根据本发明的方法；

图4示意示出了在一个另外的优选的实施方式中的根据本发明的根据本发明的冲铆装置，该冲铆装置适合用于执行根据本发明的方法；

图5示意示出了在一个优选的实施方式中的根据本发明的根据本发明的冲铆装置，该冲铆装置适合用于执行根据本发明的方法。

具体实施方式

在图1中简化和示意地示出了在一个优选的实施方式中的根据本发明的制造设备100。所述制造设备100能够例如指的是在例如用于汽车车身制造的制造车间中的工业机器人。当然，能够考虑固定的制造设备，例如具有不设有能够运动的或者能够调节的机械臂的固定的框支架。

在此，所述制造设备100具有布置在底部上的承载结构3和两个布置在该处的、彼此相连的和能够运动的臂4和5。在所述臂5的端部处布置有冲铆装置10，在图3中更加详细地说明了该冲铆装置。

此外，示出了一种计算单元80，其例如指的是用于所述冲铆装置10的控制单元。所述计算单元80也还能够作为控制单元设置用于整个制造设备，也即，除了所述冲铆装置之外也尤其用于操控所述能够运动的臂。此外，设置显示件90、例如显示器，在其上能够显示例如所述冲铆装置的实时的运行参数。

在图2a至2d中展示了在冲铆方法的不同的阶段中的冲铆装置10。冲铆装置10具有冲制头15，该冲制头例如具有圆形的横截面。

冲制头15被套筒形的压紧装置16径向地包围并且相对于该压紧装置沿着纵向能够移动地布置。尤其，所述冲制头15与这里未示出的驱动装置、例如液压的或气动的驱动装置耦合，该驱动装置用于：为了将铆钉20压入到所述两个构件11、12中而施加所需的力f。

同样地，将压紧装置16设定用于，利用压紧力向着朝向冲制头15的构件11的表面进行挤压。对此，能够例如设置自身的驱动装置。但是，所述压紧装置也能够例如借助弹簧耦合至冲制头15的驱动装置。

在两个构件11、12的对置于冲制头15和压紧装置16的侧部上布置有作为配合固定架起作用的阴模18。阴模18同样在纵轴线19的方向上能够升高和下降，冲制头15和压紧装置16也能够移动地布置在该方向上。压紧装置16和阴模18用于：所述两个构件11、12在压紧装置16和阴模18之间在加工期间通过冲制头15来固紧或压合并且稳固保持其预先给定的位置。阴模18在朝向构件12的侧部上具有平整的上侧21，凹腔形的或槽状（kuhlenförmig）的空隙22以该上侧为起点。

铆钉20（这里例如是半空心铆钉）至少在铆杆24的区域中优选地由相对于两个构件11、12的材料更硬的材料形成。背离于构件11的平整的上侧26布置在与冲制头15的有效连接中，该冲制头平面地靠置在铆钉20的上侧26处。由此，所述铆钉的上侧26表现为在铆钉和冲制头之间的接触位置27。

冲制头15与用于产生振动或颤振的振动发生器30有效相连。尤其，借助于所述振动发生器30，产生带有在10μm和110μm之间（也即从5μm至55μm的幅值）的振宽（在振动的最大的正的幅值和负的幅值之间的间距）和在15khz和35khz之间的频率的超声波振动。

这些振动15从振动发生器30经过冲制头15耦合到铆钉20中。振动发生器30的颤振的耦入方向能够就此例如平行于纵轴线19（纵向）、也即平行于铆钉20到铆钉20中或者构件11、12中的接合方向来进行。以相同方式，也能够扭曲地把声音耦合到所述铆钉20或者构件11、12中。所述振动发生器30连接至所述计算单元80并且能够由这个计算单元操控。

在图2a中所示的阶段表现为冲铆方法的起始，在其中，铆杆24到达与所述构件11的上侧的有效连接中。在此，利用力f将冲制头15向着朝向冲制头15的构件11进行挤压。

在在图2b中所示的另外的阶段中，也即在铆接过程的进一步的变化曲线期间并且在在耦合到构件11、12中的振动的辅助下，铆杆24首先切割或冲压到构件11中。在此，两个构件11、12塑形地形变，其中，朝向所述空隙22的构件12在相应的区域中被压入到所述空隙22中。

在相应于图2c的铆钉20的进一步的运动行程或进一步的向下运动期间，铆杆24在空隙22的区域中向外张开，从而所述两个构件11、12沿着轴向保险地形状配合地和传力配合地彼此相连。

在此主要是，相应于示出了铆钉20的终端位置的图2d，铆杆24不从构件12中向外伸出或不完全地穿透该构件。

在铆钉20达到了在图2d中所示的终端位置之后（在该终端位置中，铆钉20的上侧26至少几乎与所述构件11的上侧齐平地结束（这在具有铆接元件即沉头铆接元件的金属铆接部中是常见的，在塑料铆接部中一般也构造了具有平圆头的元件）），接下来冲制头15再次从构件11、12沿着反方向向上运动。

在图3中此时示出了在一个优选的实施方式中的根据本发明的冲铆装置10’。所述冲铆装置10’与在图2a至2d中所示的冲铆装置10的区别在于，所述压紧装置16’的内侧与所述冲制头15的外侧15间隔。以这种方式能够确保的是，在冲制头15和压紧装置16’之间不产生电接触。

此外，所述压紧装置16’具有绝缘环41，该绝缘环由电绝缘的或不传导的材料组成。此外，在所述阴模18的下侧处也加入了绝缘环41，该绝缘环同样由电绝缘的或不传导的材料组成。由此，包括所述冲制头15在内的冲铆装置10’的被设置在绝缘环41和绝缘环41之间的区域电地相对于在这里未示出的支架进行电绝缘，在所述支架处，所述阴模18能够安装在在图3中所示的视图的下侧处，并且所述压紧装置16’能够安装在在图3中所示的视图的上侧处。

此外，示出了一种电路装置81，该电路装置具有电压源50，该电压源联接至所述冲制头15和所述阴模18。在此，在所述冲制头15和所述电压源50之间布置有相对于包括所述冲制头15、铆钉20、构件11、12和阴模18的区域进行串联的电阻r1。在此，此区域包括了在冲制头15和铆钉20之间的接触位置27并且在此形成了电阻，该电阻称作r3。此外，电阻r2并行于所述电阻r3布置。借助于电压测量器51，能够求取在所述区域或r3和与此并行的电阻r2上进行下降的电压。

在此，所述电路装置81能够是所述计算单元80的一部分。由此，所述电压源50（其优选提供了恒定的电压）以及所述电压测量器51因而也能够是所述计算单元80的一部分。所述计算单元80由此例如能够简单地经过两个线路连接至冲制头15和阴模18。显然，对此在冲制头15处和所述阴模18处设置了合适了接触位置或联接位置。

此时应该利用在图3中所示的冲铆装置10和所述电路装置81在下文说明在一个优选的实施方式中的根据本发明的方法。

所述铆接过程本身、也即把所述铆钉20压入到所述构件11、12中在此这样地或者类似地运行，正如在图2a至2d中对于具有振动发生器的传统的冲铆方法所阐释的那样。

但是在铆接过程期间，此时以持续的方式，把通过所述电压源50所提供的并且在这里在所述电阻r2上进行下降的电压施加在所述冲制头15和所述阴模18之间。

当在冲制头15、铆钉20、构件11、12和阴模18之间存在电接触时，所述电阻r3的值向着零走向。这意味着，通过所述电压测量器51不会测量到电压，因为所述电压下跌（zusammenbricht）。

在此位置处也提到的是，参与所述电压测量的组件针对性地是能够导电的。这对于所述冲制头15、铆钉20以及所述阴模18而言一般本来就是所述情况。所述有待连接的构件，在这里所述构件11、12应该在这里所示的实施方式中据此同样能够导电。在此，所述构件的电传导率的大小并不必需要很高，因为低的传导率、也即不能够忽略的电阻r3仅导致有限的但是较低的电压。这例如在碳纤维强化的塑料（cfk）中是所述情况。

不同地，如果在冲制头15、铆钉20、构件11、12和阴模18之间不存在连通的电接触部，所述电阻r3的值向着无限走向。这意味着，通过所述电压测量器51所测量的电压对应于在所述电阻r2上进行下降的电压。如果所述电阻r1和r2例如大小相同，也即如果r1=r2，则测量到由所述电压源50所提供的电压的一半。

在不能够忽略的电阻r3也即较差能够导电的构件11、12的情况中，能够如此选择所述电阻r1和r2：使得还能够区分在冲制头和铆钉之间的接触部已被打开和闭合时的电压值。

在此，一般地，在冲制头15和铆钉20之间的电接触部会被中断。在此，所述接触部的这种中断是由通过所述振动发生器30而设置到振动中的冲制头15而造成的，而所述铆钉20一般稳固地设置在所述构件11、12中的至少一个构件中。由此，借助于经过所述电压测量器51所测量的所述电压的在时间上的变化曲线，能够求取在冲制头和铆钉之间的接触部的在时间上的变化曲线。

对于评价而言，能够例如从所述接触部变化曲线中导出接触频率。

对于一个优选的示意，能够在铆钉的压入期间相对于所述冲制头的位置来展示例如接触频率，当此位置通过合适的器件同样被检测到时。这实现了所述铆接过程的简单和快速的评价。

还要注意的是，在例如在所述压紧装置16’和构件11之间另外地施加电压时，所述构件12不必能够导电。

在图4中示出了在另一个优选的实施方式中的根据本发明的冲铆装置10’。所述冲铆装置10’能够在这里例如正如在图3中所示的冲铆装置那样来构建。但是，在这里，取代具有电压源和电压测量器的电路装置，设置了具有电流源60和电流测量器61的电路装置82。同样，所述电路装置82能够是所述计算单元80的一部分。

在执行在一个优选的实施方式中的根据本发明的方法时，在这里在铆接过程期间此时提供了通过所述电流源60所施加的电流。如果此时在所述冲制头15和所述阴模18之间建立了能够传导的连接部或触头，则所述电流开始流动。此时，现有的电流能够通过合适的电子的评估电路或电流测量器61来监控并且作为数字的或者模拟的信号提供给测量技术部。在其余情况中，参照关于图3而作出的实施方案。

在图5中示出了在另一个优选的实施方式中的根据本发明的冲铆装置10’。在这里，所述冲铆装置10’与在图3和4中所示的冲铆装置的不同之处在于，光学的信号源70例如激光或者高功率led（高功率led）和光学的传感器71例如光电二极管必要时设有具有例如在ns范围中的上升时间（anstiegszeit）的放大器。

信号源70和传感器71在此例如布置在所述压紧装置16’外部的冲制头15的对置的侧部上和在冲制头15和铆钉20之间的接触区域的高度上。所述压紧装置16’能够此时例如具有例如以槽为形式的空隙72，从而借助于所述信号源70能够照射在冲制头和铆钉之间的接触区域。如果在冲制头和铆钉之间不存在接触，则所述光学的信号或所述信号源70的光线到达所述传感器71。通过把所述传感器71联接至所述计算单元80，能够此时例如求取在时间上的接触部变化曲线。

在此，应注意的是，考虑在冲制头或接触位置和压紧装置之间的相对运动。从而，能够例如长形和/或扁平、尤其矩形地选择所述信号源和所述传感器。但是，所述信号源和所述传感器能够例如也通过合适的布置而随着冲制头运动而一同导送。