BRPI0900060B1

BRPI0900060B1 - Método e sistema para fabricar um artigo

Info

Publication number: BRPI0900060B1
Application number: BRPI0900060-7A
Authority: BR
Inventors: Thomas J. Meyer; Michael J. Hilby; Michael J. Meyers; Alexander Stoytchev; Eliot Winer; Marisol Martinez; Matthew A. Miller; Peter W. Wong; Jivko Sinapov
Original assignee: Deere & Company; Iowa State University Research Foundation, Inc.
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2019-02-26
Also published as: US20090192644A1; ES2471455T3; BRPI0900060A2; EP2085849B1; EP2085849A2; EP2085849A3

Abstract

método e sistema para fabricar um artigo. é descrito um método para fabricar um artigo que inclui as etapas de: estabelecer uma localização definida para ocorrer uma atividade de ferramenta; determinar uma localização real da ferramenta; comparar a localização real da ferramenta com a localização definida; certificar de uma ocorrência da atividade de ferramenta na localização real; e verificar se a atividade da ferramenta ocorreu na localização definida.

Description

“MÉTODO E SISTEMA PARA FABRICAR UM ARTIGO”

Campo Da Invenção [0001] A presente invenção diz respeito a um método e sistema para fabricar um artigo e, mais particularmente, a um método e sistema para evitar equívocos no uso de ferramentas manuais portáteis durante a fabricação de um artigo.

Fundamentos Da Invenção [0002] Durante a fabricação de um artigo, geralmente é necessário que o trabalhador use uma ferramenta manual para realizar várias etapas de fabricação, tais como montagem, soldagem, pintura, etc. O artigo pode ser na forma de um conjunto ou subconjunto, tais como uma transmissão, chassi da máquina, cabine do operador, acondicionamento eletrônico, etc.

[0003] No ambiente de fabricação, um trabalhador usando uma ferramenta portátil não pode duplicar consistentemente o exato trabalho de um conjunto para o outro. Por exemplo, Unhas de montagem geralmente exigem que muitos prendedores de rosca sejam montados usando uma pistola de torque em uma única estação de trabalho. Sistemas de controle conhecidos podem contar o número de vezes que a pistola de torque atinge o valor de torque exigido, mas não pode determinar se todos os prendedores foram apertados, ou se algum foi apertado duas vezes, ou se os prendedores foram apertados em uma seqüência específica.

[0004] O que é necessário na tecnologia é um método e sistema que não possa somente determinar se uma tarefa de fabricação particular é reahzada, mas também determinar se a tarefa de fabricação foi realizada na locahzação correto e/ou na seqüência correta.

Sumário Da Invenção [0005] A invenção em uma forma está voltada para um método de fabricação de um artigo, incluindo as etapas de: estabelecer uma locahzação definida para ocorrer uma atividade de ferramenta; determinar uma locahzação

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 13/26

2/8 real da ferramenta; comparar a localização real da ferramenta com a localização definida; certificar de uma ocorrência da atividade da ferramenta na localização real; e verificar se a atividade da ferramenta ocorreu na localização definida. [0006] A invenção em uma outra forma está voltada para um sistema para fabricar um artigo, incluindo uma ferramenta para realizar uma atividade de ferramenta no artigo, uma memória que armazena uma localização definida para ocorrer a atividade da ferramenta, um detector de localização para detectar uma localização real da ferramenta, e um processador elétrico em comunicação com a memória e o detector de memória. O processador elétrico é configurado para comparar a localização real da ferramenta com a localização definida, certificar de uma ocorrência da atividade de ferramenta na localização real; e verificar se a atividade de ferramenta ocorreu na localização definida.

Descrição Resumida Dos Desenhos [0007] A figura 1 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de um sistema da presente invenção para fabricar um artigo; e

A figura 2 é um fluxograma de uma modalidade do método da presente invenção para fabricar um artigo, que pode ser realizado usando o sistema mostrado na figura 1.

Descrição Detalhada Da Invenção [0008] Referindo-se agora aos desenhos e, mais particularmente, à figura 1, está mostrada uma modalidade de um sistema 10 para fabricar um artigo 12. O artigo 12 pode ser qualquer tipo de artigo manufaturado que é montado, soldado, pintado, etc. Por exemplo, o artigo 12 podería ser uma transmissão, chassi de máquina, etc. Para facilidade de ilustração, o artigo 12 está mostrado simplesmente como um bloco tridimensional com dimensões nas direções X, Y e Z. Percebe-se que o tamanho e forma exatos do artigo 12 podem variar.

[0009] Para um dado processo de fabricação, o artigo 12 é

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 14/26

3/8 considerado com inúmeras localizações definidas 14 correspondentes às atividades de ferramenta a ser realizadas usando a ferramenta 16. Na modalidade mostrada na figura 1, a ferramenta 16 é considerada uma pistola de torque, e localizações definidas 14 são consideradas as localizações de aberturas rosqueadas no artigo 12 para receber prendedores rosqueados, tais como parafusos. No caso de uma operação de soldagem por pontos, localizações definidas 14 poderíam corresponder a localizações da solda por pontos. Similarmente, no caso de uma operação de soldagem ou pintura que exige movimento de uma pistola, as localizações definidas 14 poderíam ser usadas para representar os pontos de início e/ou final para um movimento predefinido da pistola.

[00010] Conforme indicado antes, a ferramenta 16 é considerada uma pistola de torque na modalidade mostrada na figura 1. Com esta finalidade, embora a ferramenta 16 esteja mostrada na forma de um bloco simplificado, percebe-se que a forma exterior se aproximaria mais de uma pistola de torque típica. A pistola de torque 16 inclui um soquete acionado rotacionalmente 18, que, por sua vez, é encaixado e aciona a cabeça de um parafuso rosqueado (não mostrado) colocado em um respectivo furo rosqueado em uma localização definida correspondente 14. A pistola de torque 16 é acoplada a uma fonte adequada de potência, tal como por meio de uma mangueira de ar 20 conectada a uma fonte de ar remota (não mostrada). Percebe-se que a pistola de torque 16 poderia ser acionada eletricamente, em cujo caso o número de referência 20 correspondería a um cabo elétrico acoplado a uma fonte de alimentação elétrica.

[00011] A ferramenta 16 poderia também ter a forma de outros tipos de ferramentas manuais portáteis, tais como uma chave de torque, pistola de solda, pistola de tinta, pistola de pulsos, ferramenta pneumática ou ferramenta de cintagem.

[00012] A ferramenta 16 também inclui um ou mais alvos ópticos 22

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 15/26

4/8 que são colocados em localizações exteriores correspondentes. Na modalidade mostrada, a ferramenta 16 inclui um único alvo óptico na forma de um alvo ativo que emana um tipo particular de luz. Em vez de ser um alvo ativo que exige uma fonte de energia elétrica (por exemplo, energia de bateria), é também possível que o alvo 22 possa ser um alvo passivo, tais como diversas esferas refletivas, uma tira refletiva, uma projeção com uma forma predefmida, etc.

[00013] Um circuito elétrico 24 inclui um processador elétrico 26, memória 28, uma ou mais câmeras 30 e realimentação 31. O processador elétrico 26, preferivelmente, é um microprocessador que é acoplado em cada uma da memória 28 e câmera(s) 30. O processador elétrico 26 é ligado por fios em cada uma da memória 28 e da câmera 30 na modalidade ilustrada, mas podería também ser acoplado por meio de conexões sem fio, etc.

[00014] A memória 28 é qualquer tipo adequado de memória capaz de armazenar dados a longo prazo que são providos ao processador elétrico 26. Por exemplo, a memória 28 pode ser usada para armazenar as coordenadas de localizações definidas 14 a respeito do artigo 12.

[00015] A câmera 30 é usada para detectar a real localização do alvo óptico 22 na ferramenta 16, e fornece sinais de saída correspondentes ao processador elétrico 26. Na modalidade mostrada, a câmera 30 é considerada uma câmera infravermelha (IR) que detecta luz que é transmitida pelo alvo óptico 22. Preferivelmente, são usadas múltiplas câmeras em diferentes localizações associadas com a estação de trabalho na qual o artigo 12 está localizado, de forma que o alvo óptico 22 possa ser localizado mais precisamente, relativo a uma coordenada conhecida.

[00016] A realimentação 31 é uma representação esquemática de algum tipo de realimentação que é provida a um operador ou montador durante o processo de fabricação, discutido com mais detalhes a seguir.

[00017] Referindo-se agora à figura 2, será descrita com mais detalhes

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 16/26

5/8 uma modalidade do método da presente invenção para fabricar um artigo. Inicialmente, uma ou mais localizações definidas para realizar uma atividade de ferramenta são estabelecidas usando dados armazenados na memória 28 (bloco 40). Se o artigo 12 for colocado precisamente em uma posição e orientação conhecidas na estação de trabalho, então é possível que as localizações definidas possam ser simplesmente coordenadas absolutas tridimensionais relativas a uma coordenada conhecida. Altemativamente, é possível estabelecer as localizações definidas 14 relativas a um modelo tridimensional do artigo 12 na estação de trabalho. Esta abordagem pode permitir uma referenciação mais dinâmica das localizações definidas 14 para uma dada atividade de ferramenta relativa ao tamanho, forma, posição exata e orientação do artigo 12 na estação de trabalho (isto é, uma determinação mais relativa do que absoluta das localizações definidas 14 no artigo 12).

[00018] Na modalidade mostrada, é gerada uma representação tridimensional do artigo 12 e armazenada em uma biblioteca de desenho auxiliada por computador (CAD) na memória 28. Cada localização definida 14 é correlacionada com um ponto correspondente na representação tridimensional do artigo 12. A coordenada tridimensional de cada ponto correlacionado é similarmente armazenada na memória 28. Adicionalmente, uma atividade de ferramenta definida é atribuída a cada ponto correlacionado na representação tridimensional do artigo 12. As atividades de ferramenta atribuídas para cada ponto correlacionado são similarmente armazenadas na memória 28. Assim, as localizações definidas 14 essencialmente se sobrepõem à representação tridimensional do artigo 12, e cada localização definida tem uma atividade de ferramenta definida correspondente.

[00019] Em vez de usar uma biblioteca CAD ou técnica de análise numérica para estabelecer as localizações definidas 14 para uma atividade de ferramenta, é também possível estabelecer empiricamente as localizações definidas 14. Em particular, a(s) posição(s) da ferramenta 16 pode(m) ser

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 17/26

6/8 rastreada(s) durante um estágio de coleta de dados inicial e correlacionada(s) com a ocorrência de atividades de ferramenta para estabelecer as localizações definidas 14 que são armazenadas me memória 28. No caso de uma atividade de ferramenta móvel, tais como soldagem ou pintura, um conjunto de localizações definidas detectadas 14 pode ser usado para definir a atividade de ferramenta.

[00020] O processador elétrico 26 usa os sinais de saída da câmera 30 para determinar a real localização da ferramenta 16 (bloco 42). A real localização é comparada com uma localização definida correspondente para uma dada atividade de ferramenta (bloco 44). O processador elétrico 26 então certifica se a atividade de ferramenta prescrita ocorreu na verdadeira localização (bloco 46). Por exemplo, no caso de uma pistola de torque, é possível detectar se o torque que é aplicado na cabeça do parafuso atinge um valor de torque predefinido. Esta informação pode ser enviada por meio de uma conexão por fio ou sem fio ao processador elétrico 26. A atividade de ferramenta prescrita tem que ocorrer, e a real localização tem que casar com a localização definida, a fim de que a atividade de ferramenta seja verificada (bloco 48).

[00021] No bloco de decisões 50, é feita uma determinação se um operador tem que ser provido com realimentação no caso de que o processo de fabricação não está se dando como esperado. Mais particularmente, se a atividade de ferramenta não corresponder à atividade de ferramenta prescrita, e a real localização não casar com a localização definida, então um operador é provido com realimentação (bloco 52). Por exemplo, o processador elétrico 26 pode controlar o processo de fabricação para desligar a ferramenta 16, não deixar que o artigo 12 avance para uma estação de trabalho seguinte, disparar uma luz de alerta observável pelo operador e/ou gerar um relatório escrito. A realimentação pode ser positiva ou negativa. Por exemplo, um monitor pode ser colocado na frente de um operador com um modelo do conjunto que tem

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 18/26

7/8 componentes que mudam para uma cor diferente quando a atividade é completada nesse componente. Isto dá ao operador realimentação visual sobre o que fica completo, ou mostra o que é o seguinte na seqüência, se for necessária uma seqüência. Outros tipos de realimentação são certamente também possíveis.

[00022] Por outro lado, se a atividade de ferramenta corresponder à atividade de ferramenta esperada, e a real localização casar com a localização definida, então não há necessidade de fornecer realimentação a um operador (linha 54).

[00023] No bloco de decisões 56, é feita uma determinação se a ferramenta 16 deve mover-se para localizações definidas adicionais 14 para atividades de ferramenta adicionais. Caso deva, então o controle volta para o bloco 42 e a lógica de controle é repetida. Por outro lado, se houver somente uma única localização definida para uma atividade de ferramenta, ou a ferramenta 16 estiver na localização definida correspondente à última atividade de ferramenta, então a lógica de controle simplesmente termina.

[00024] Para um artigo que tem múltiplas localizações definidas com atividades de ferramenta correspondentes em cada localização definida, é possível rastrear as reais localizações e/ou atividades de ferramenta em cada localização real com vários propósitos. Por exemplo, um propósito para rastrear as reais localizações e atividades de ferramenta em cada localização real é identificar o artigo particular 12 que está sendo fabricado. Isto permite que o processador elétrico 26 saiba a seqüência das demais localizações definidas e atividades de ferramenta correspondentes que devem ocorrer depois que o artigo 12 for identificado. Se um operador não realizar uma atividade de ferramenta esperada seguinte para um dado artigo 12, então realimentação pode ser provida ao operador no bloco 52.

[00025] Pela descrição apresentada, fica aparente que o método e sistema da presente invenção evitam dinamicamente equívocos durante o

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 19/26

8/8 processo de fabricação, rastreando a posição e operação da ferramenta 16 relativa a um artigo predeterminado ou dinamicamente identificado 12.

[00026] No sistema 10 para fabricar um artigo supradescrito, um detector de localização detecta a posição da ferramenta 16 usando a câmera 30 e o alvo óptico 22. O alvo óptico 22 assim essencialmente é um componente passivo, cuja posição é detectada usando uma ou mais câmeras 30. As câmeras 30 são, portanto, os componentes ativos que fornecem sinais de saída ao processador elétrico 26. É também possível configurar o sistema 10 com um detector de localização que tem um componente ativo na ferramenta 16 que fornece um sinal de saída ao processador elétrico 26 para determinar a real localização da ferramenta 16. Por exemplo, a ferramenta 16 pode incluir um detector de localização na forma de um sensor ativo que detecta sua posição relativa a uma coordenada fixa e transmite um sinal sem fio ao processador elétrico 26.

[00027] Tendo sido descrita a modalidade preferida, ficará aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção definida nas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para fabricar um artigo (12), compreendendo as etapas de:

estabelecer uma localização definida (14) para ocorrer uma atividade de ferramenta (16);

determinar uma localização real da ferramenta (16);

comparar a localização real da ferramenta (16) com a localização definida (14);

certificar de uma ocorrência da atividade da ferramenta (16) na localização real; e verificar se a atividade da ferramenta (16) ocorreu na localização definida (14);

caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

repetir para pelo menos uma outra localização definida (14) cada uma das etapas de estabelecer, determinar, comparar, certificar e verificar; e armazenar dados para cada localização definida (14), a localização real correspondente e a atividade de ferramenta (16) correspondente; e identificar o artigo (12) com base nos dados armazenados.
2. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de rastrear as localizações reais com base nos dados armazenados.
3. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que incluiu a etapa de rastrear as atividades de ferramenta (16) com base nos dados armazenados.
4. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de correlacionar cada localização definida (14) com um ponto no artigo (12) identificado.

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 21/26

2/5
5. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as localizações definidas (14) são estabelecidas usando um de um modelo CAD, uma técnica de análise numérica e uma análise empírica.
6. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de:

gerar uma representação tridimensional do artigo (12) a ser montado;

correlacionar cada localização definida (14) com um ponto na representação tridimensional;

atribuir uma atividade de ferramenta (16) definida a cada ponto correlacionado na representação tridimensional; e comparar cada atividade de ferramenta (16) definida em cada ponto correlacionado com a atividade de ferramenta (16) na localização real.
7. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de prover realimentação a um operador dependendo das etapas de verificar se as ditas atividades de ferramenta (16) ocorreram nas localizações definidas (14) correspondentes.
8. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a realimentação inclui um de:

desligar a ferramenta (16);

não deixar que o artigo (12) avance para uma estação de trabalho seguinte;

disparar uma luz de alarme; e gerar um relatório.
9. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar uma localização real da ferramenta (16) é realizada usando um alvo óptico (22) na

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 22/26

3/5 ferramenta (16) e pelo menos uma câmera (30), a pelo menos uma câmera (30) determinando uma localização do alvo óptico (22) relativo a uma coordenada conhecida.
10. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o alvo óptico (22) é um de um alvo ativo e um alvo inativo.
11. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (16) é uma ferramenta portátil manual (16).
12. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (16) é uma de uma pistola de torque, uma chave de torque, uma pistola de solda, uma pistola de tinta, uma pistola de pulso, uma ferramenta pneumática e uma ferramenta de cintagem.
13. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de prover realimentação a um operador dependendo da etapa de verificar se a atividade de ferramenta (16) ocorreu na localização definida (14).
14. Método para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a realimentação inclui um de:

desligar a ferramenta (16);

não deixar que o artigo (12) avance para uma estação de trabalho seguinte;

disparar uma luz de alarme;

exibir trabalho completado em um modelo; e gerar um relatório.
15. Sistema para fabricar um artigo (12), caracterizado pelo fato de que compreende:

uma memória (28) que armazena uma localização definida

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 23/26

4/5 (14) para ocorrer uma atividade de ferramenta (16);

um detector de localização para detectar uma localização real da ferramenta (16); e um processador elétrico (26) em comunicação com cada uma da memória (28) e do detector de localização, o processador elétrico (26) sendo configurado para comparar a localização real da ferramenta (16) com a localização definida (14), certificar a ocorrência da atividade de ferramenta (16) na localização real; e verificar se a atividade de ferramenta (16) ocorreu na localização definida (14);

a memória (28) é configurada para armazenar uma pluralidade de localizações definidas (14) para ocorrer as respectivas atividades de ferramenta (16);

o detector de localização detecta uma pluralidade de localizações reais da ferramenta (16); e o processador elétrico (26) é configurado para comparar as localizações reais da ferramenta (16) com as respectivas localizações definidas (14), certificar a ocorrência da atividade de ferramenta (16) em cada localização real, e verificar se cada atividade de ferramenta (16) ocorreu em uma respectiva localização definida (14);

em que o processador elétrico (26) é configurado para identificar o artigo (12) com base nos dados armazenados para cada um de localização definida (14), localização real correspondente e atividade de ferramenta (16) correspondente.
16. Sistema para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o detector de localização inclui um alvo óptico (22) na ferramenta (16) e uma câmera (30), a câmera (30) determinando uma localização do alvo óptico (22) relativo a uma coordenada conhecida.
17. Sistema para fabricar um artigo (12), de acordo com a

Petição 870180165367, de 19/12/2018, pág. 24/26

5/5 reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende uma ferramenta (16) para realizar uma atividade de ferramenta (16) no artigo (12).
18. Sistema para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (16) é uma de uma pistola de torque, uma chave de torque, uma pistola de solda, uma pistola de tinta, uma pistola de pulso, uma ferramenta pneumática e uma ferramenta de cintagem.
19. Sistema para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o alvo óptico (22) é um de um alvo ativo e um alvo inativo.
20. Sistema para fabricar um artigo (12), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a localização definida (14) é estabelecida usando um de um modelo CAD, uma técnica de análise numérica e uma análise empírica.