Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Modellbasierte inline Prozessüberwachung für Clinchprozesse

Ziel dieses Vorhabens ist die Umsetzung einer inline fähigen Prozessüberwachung von Clinchprozessen im industriellen Umfeld. Eine verbesserte Prozessüberwachung ermöglicht die Reduktion von Pseudofehlern, was zu einer verbesserten Produktqualität und Anlagenverfügbarkeit führt und somit eine deutliche Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der adressierten KMU ermöglicht. Hierfür wird mittels eines schnellen Berechnungsmodells von gemessenen Kraft-Weg-Verläufen während des Clinchens auf die resultierenden qualitätsrelevanten Kenngrößen der Fügestelle (Halsdicke, Bodendicke, Hinterschnitt) zurückgerechnet. Das erste Teilziel ist daher die Implementierung einer geeigneten Sensorik nahe der tatsächlichen Fügestelle zur Aufnahme präziser Kraft-Weg-Verläufe während des Prozesses. Weiterhin erfolgt die Erstellung eines schnellen, Berechnungsmodells auf der Grundlage einer linear-elastischen FEA, die mit einer Halbanalytik zur Korrektur der Knotenverschiebungen mittels Minimierung der Umformenergie im System gekoppelt wird. Mithilfe dieses Berechnungsansatzes lässt sich die Simulationsdauer deutlich reduzieren bei vergleichbarer Ergebnisqualität gemessen an konventionellen FEM-Lösungen. Die kurzen Berechnungszeiten ermöglichen eine prozessbegleitende Bewertung des Fügeprozesses hinsichtlich der sich ausbildenden geometrischen Qualitätskriterien. Durch die Nachberechnung der gemessenen Kraft-Weg-Verläufe ist so eine inline Prozessüberwachung umsetzbar, die eine individuelle Korrektur der Prozessparameter von Fügepunkt zu Fügepunkt erlaubt. Die Ermittlung der Prognosegüte des Modells erfolgt durch die Abbildung der Abweichung der inline Simulation von den experimentellen Daten in Abhängigkeit von der Art der Ergebnisgrößenabweichung unter Berücksichtigung von gezielter Änderung der Reibung, Verfestigung und Blechdicke. Abschließend erfolgt die Übertragung des inline Modells in ein eigenständiges Softwaremodul.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel dieses Vorhabens war die Umsetzung einer inlinefähigen Prozessüberwachung von Clinchprozessen im industriellen Umfeld. Eine verbesserte Prozessüberwachung ermöglicht die Reduktion von Pseudofehlern, was zu einer verbesserten Produktqualität und Anlagenverfügbarkeit führt. Hierfür wurde angestrebt mittels eines schnellen Berechnungsmodells von gemessenen Kraft-Weg-Verläufen während des Clinchens auf die resultierenden qualitätsrelevanten Kenngrößen der Fügestelle (Halsdicke, Bodendicke, Hinterschnitt) zu schließen. Zur Aufnahme präziser Kraft-Weg-Verläufe während des Prozesses wurde die Fügeanlage zunächst um eine zusätzliche Messsensorik nahe der Fügestelle erweitert. Weiterhin erfolgte die Erstellung eines schnellen, Berechnungsmodells auf der Grundlage einer linear-elastischen FEA, die mit einer Halbanalytik zur Korrektur der Knotenverschiebungen mittels Minimierung der Umformenergie im System gekoppelt wird. Mithilfe dieses Berechnungsansatzes lässt sich die Simulationsdauer deutlich reduzieren. Die Ermittlung der Prognosegüte des Modells erfolgt durch die Abbildung der Abweichung der inline Simulation von den experimentellen Daten in Abhängigkeit von der Art der Ergebnisgrößenabweichung unter Berücksichtigung von gezielter Änderung der Reibung, Verfestigung und anlagenseitigen Faktoren. Hier hat sich gezeigt, dass die erzielbare Prognosegüte nicht den Anforderungen an ein inlinefähiges System zur Prozessüberwachung genügt. Die Abbildung der untersuchten Eingangsparameterschwankungen via konventioneller FEA konnte erfolgreich umgesetzt werden.