CN103786127B - 用于记录拧紧螺丝的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于记录拧紧螺丝的方法，在该方法中，从装配工具的位置出发记下螺丝周围环境的图像，并且借助于图像信息实施对旋拧位置的定位和记录。

Description

用于记录拧紧螺丝的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于记录利用手持的装配工具完成的拧紧螺丝的一种方法和一种装置，其中，通过该装配工具检测拧紧螺丝的过程中的至少一个特征值。

背景技术

这种方法和装置由现有技术所公开，并且用于确保质量安全、例如确保在装配车辆时的质量安全。

即使在高度自动化的制造过程中，如今也仍多是借助于手持的装配工具、例如利用气动的、电动或电子气动的手持式螺丝刀手动地安装螺丝。在此将手持的装配工具理解为这种是由人、而非由机器人放置到螺丝上的装配工具，但并不排除存在附加的、使装配工具的操作变得简单化的引导部件。在此，为确保质量安全通常期望的或必要的是，对螺丝的置入进行监控。在此已公开的是，记录转矩和由装配工具在拧紧螺丝时实施的旋转。

但原则上也值得期望的是，将置入螺丝的装配位置记录下来。迄今为止，螺丝刀的借助于测量技术进行的测量不能以充分的精确性和可靠性实现。在其它的手持的工具中也可能出现类似问题。

在应用设有用于进行惯性导航的传感装置的装配工具时，实际上在流水线生产中产生了这一问题，即装配对象部分地以变化的速度沿传送带运动，并且单个的装配工位部分地在传送带方向上相对于底基运动。其中，螺丝刀例如被放置在能够沿装配带滑动的旋拧工位中，这使得不能利用相对简单的工具对相应的螺丝刀位置进行绝对确定。

发明内容

本发明的目的在于，提出使能够利用简单的工具以高度的精确性并且可靠地确定手持的装配工具的位置的一种方法和一种装置。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法实现，并且特别是这样实现，即从装配工具的位置出发记下螺丝周围环境的图像，并且借助于图像信息实施对旋拧位置的定位和记录。

本发明基于这一认识，即在从工具的放置位置直到应用位置的空间内的导航是非常困难并且花费高昂，这是由于装配对象是运动的，并且惯性导航仅能提供有限的精确性。因此根据本发明提出，从装配工具的位置出发记下螺丝周围环形的图像，并且借助于图像信息实施对旋拧位置的定位和记录，并且将检测到的拧紧过程的特征值与这样记录下的旋拧位置联系起来。

本发明的有利的实施方式在附图的说明以及从属权利要求中进行说明。

根据第一种有利的实施方式，能够在拧紧过程结束后记下图像，这能够通过所检测的拧紧过程的特征值、例如旋转的数量和/或最大转矩来确定。

用于进行图像处理和图像分析的投入能够通过另一种有利的实施方式大大降低，在该实施方式中，在装配工具远离拧紧螺丝的位置并且被带入预定的触发区域内后记下图像。也就是说，如果螺丝被拧紧并且紧接着取走螺丝刀的话，该运动便能够被惯性导航装置识别。在螺丝刀被取走后，随后能够拍摄图像，在这些图像中公开了工具在螺丝头上方的哪一高度上。借助于通常通过三个加速度接收器来实现的惯性导航装置，集成在螺丝刀中的传感装置也能够感应出图像是从哪一方向拍摄的。通过这种方式能够将在该时间点上仅包含主要信息、即螺丝和它邻近的周围环境的图像进行分类。

通过检测拧紧螺丝的过程中的特征值、即测量在整条路径上的旋转、转角和/或转矩，能够得出是否已将螺丝旋入的结论。通过在应用拍摄的在空间中的已知方向的情况下根据本发明来简化图像分析，能够快速地对旋拧位置进行归类。在完成了对旋拧位置的定位和验证后，便能将该旋拧位置记录下来。随后便又可将所拍摄的图像删除，以便将待储存的数据量保持在较低水平。

根据另一种有利的实施方式，从相对于螺旋轴的方向来看，在装配工具被带入预定的间隔区域内和预定的角度范围内后，可以记下图像。换句话说，即当装配工具与旋转轴之间具有一定距离，并且相对于旋转轴处于一定的角度位置上时，则记下图像。由于间隔区域和角度范围可参数化，能够使触发范围与装配工人的情况相适应，由此基于自动的图像删除不会额外地增加装配工人的负担。借助于装配工具的惯性导航装置能够确定何时到达了触发区域。

在此可能有利的是，为了对旋拧位置进行定位，也检测装配工具是由何人操作的。通过这种方式可以兼顾考虑到操作螺丝刀的工人是惯用右手或者是惯用左手，这是由于在这两种情况下握持螺丝刀的方式是不同的，而这则可能导致图像的背景稍有差异。

根据本发明的另一种实施方式，当装配工具在完成拧紧过程后的预定的时间间隔内未到达预定的触发区域内时，便可以发出光学的或声学的警告信号。即：如果基于螺丝刀的通过装配工人引起的不利运动而未到达预期的触发区域，便能够通过警告信号促使装配工人将装配工具放入触发区域内，但或者也可以手动地删除拍摄的图像。例如可以将集成在螺丝刀上的或螺丝刀内的光学的或声学的信号发射器设计为信号发射器。

根据另一种实施方式，装配工具以及用于记下图像的摄像机设有光学标记单元、例如激光指示器，该激光指示器沿摄像头的观察方向取向，并且由此使得易于进行合适的和正确的图像拍摄。这种目的辅助装置既可以持续地激活，或者也可以仅在未到达触发区域时激活。装配工具能够可替换地或附加地设有触发装置，装配工人能够借助于该触发装置附加地手动消除拍摄的图像。

根据另一种有利的实施方式，能够在装配工具中借助于合适的传感器在拧紧螺丝的过程中检测振动波谱。该检测能够通过惯性导航装置的加速度传感器来进行，但或者也可以通过一个或多个附加的固体声传感器来进行。由此能够记录并分析装配工具的振动。在此，可以给所记录的波谱确定类型，由此能够确定偏差。通过将对该波谱的分析和对拧紧螺丝过程中所测量的转矩和转速的分析组合起来，能够确定错误的拧紧螺丝。例如能够在拧紧十字槽头螺丝时诊断螺丝接头的继续滑动，这是由于这种继续滑动是与振动和突然的转矩和转速变化相联系的。也存在这种可能性，即识别发生偏移的工具并且显示必要的更换。也能够自动识别在单个的拧紧螺丝的过程中是否出现了偏差，如果出现了偏差，便能够为了实现文献证明和质量安全的目的将拍摄的图像储存起来。

也就是说，根据本发明能够监控装配工具的运动流程并且/或者检测操纵装配工具所在的装配位置、例如放置螺丝的位置。例如当放置了多个螺丝时，能够分别检测所放置的螺丝的位置和/或所放置的螺丝的顺序。

特别是能够将运动流程和/或装配位置与预设的额定运动流程和/或额定装配位置进行比较。在有待先后拧入多个螺丝时，例如也能够控制是否已将所有的螺丝放置在预设的装配位置上，和/或是否遵照了预设的顺序。

根据本发明的另一方面，本发明也涉及一种手持的、用于实施前述方法的装配工具，在该装配工具中集成了用于记下图像的装置、例如数字摄像机。

此外，该装配工具也可以包括具有至少一个加速度传感器和/或至少一个旋转率传感器的惯性测量单元、特别是具有三个加速度传感器和两个或三个旋转率传感器的惯性导航系统。各三个在空间轴方向上起作用的加速度传感器和旋转率传感器的组合使得能够拍摄系统的所有可能的运动。如果将测量单元例如沿手持螺丝刀的螺旋轴装配，则也能够利用仅两个旋转率传感器对装配工具的运动进行完整的检测。如果系统的、可自由选择的、彼此独立的运动可能性小于6，则能够相应地减少所需的传感器的数量。

本发明的不受限制的实施例在附图中示出并且随后进行说明。

附图说明

附图示出已离开旋拧位置并被带入触发区域的装配工具的三维图。

具体实施方式

附图纯粹示例性地示出借助于多个螺丝12和14固定在装配面上的部件10。在此，拧紧螺丝是借助于手动的装配工具实施的，该手动的装配工具在示出的实施例中是具有圆柱体形的基体18的电子螺丝刀16，在该圆柱体形的前端部上安装了螺丝接头20。在此，图像示出螺丝刀16的在已将螺丝接头（Schraubeinsatz）20从最后旋入的螺丝14处稍微取出时的位置。螺丝接头20由此位于螺丝14的上方，其中，螺丝14的中轴几乎垂直于螺丝刀16的轴延伸。

在螺丝刀16的后部的区域内集成了仅示意性地示出的惯性导航装置22，该惯性导航装置以本身已知的方式包括三个加速度传感器，利用这三个传感器能够检测螺丝刀16在空间中的位置。

在螺丝刀16的后部的区域内同样也集成了数字摄像机24，其图像检测区域用虚线26示出。正如能够清楚看到的，摄像机指向螺丝接头20下方的区域，即摄像机在所示出的位置上检测所拧入的螺丝14和其邻近的周围环境。

通过导线28一方面向螺丝刀16供应电和/或气能。另一方面，螺丝刀16通过导线28与未详细示出的检测和评估装置连接，借助于该检测和评估装置不仅检测旋拧螺丝的过程的特征值，例如旋转和转矩。该分析装置也用于启动自动的图像删除、评估图像信息和由此定位和记录旋拧位置。

在装配工人将螺丝14拧入并且将装配工具16从旋拧位置上取出预设的和可参数化的距离后，则自动地通过摄像机24记下图像。在所记下的图像上包含螺丝14和其邻近的周围环境，从而能够借助于简单的图像分析过程可靠地和清楚地判断所涉及的是哪一个螺丝。由此不仅能够判断是否已按规定拧紧了所有所需的螺丝，当部件为特定的对安全性具有重要意义的部件时，必须对此进行记录。

Claims (10)

1.一种用于记录拧紧螺丝的方法，利用手持的装配工具来完成所述拧紧螺丝，其中，通过所述装配工具检测旋拧过程的至少一个特征值，其特征在于，从所述装配工具的位置出发记下螺丝周围环境的图像，并且借助于图像信息实施对旋拧位置的定位和记录，在所述旋拧过程结束后记下所述图像，在所述装配工具离开所述拧紧螺丝的位置并且被带入预定的触发区域内后记下所述图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述装配工具从相对于螺丝轴的方向来看被带入预定的间隔区域内和预定的角度范围内后记下所述图像。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测是由何人操作所述装配工具，以用于对螺丝位置进行所述定位。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述装配工具在所述旋拧过程结束后的预定的时间间隔内未被带入预定的触发区域时，发出光学的或声学的警告信号。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述装配工具在所述旋拧过程结束后的预定的时间间隔内未被带入预定的触发区域时，发出光学的或声学的警告信号。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述拧紧螺丝的过程期间在所述装配工具中检测振动波谱。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述拧紧螺丝的过程期间在所述装配工具中检测振动波谱。

8.一种用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的手持的装配工具，在所述手持的装配工具中集成有用于记下图像的装置。

9.根据权利要求8所述的手持的装配工具，其特征在于，所述手持的装配工具具有用于触发所述用于记下图像的装置的触发装置。

10.根据权利要求8或9所述的手持的装配工具，其特征在于，所述手持的装配工具具有至少一个固体声传感器和/或多个加速度传感器。