DE102005014901A1

DE102005014901A1 - Pneumatische Schraubanlage und Verfahren zur Kontrolle eines Schraubvorgangs

Info

Publication number: DE102005014901A1
Application number: DE200510014901
Authority: DE
Inventors: Lorenz Stoeger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-04-02
Also published as: DE102005014901B4

Abstract

Die pneumatische Schraubanlage enthält ein Schraubgerät, das eine Wegmesseinrichtung aufweist, die den zurückgelegten Weg des Schraubwerkzeugs bis zum Ende des Schraubvorgangs erfasst. Das Schraubgerät enthält eine weitere Messeinrichtung, die die Position der Werkstückoberkante erfasst. In der Schraubenzuführungseinrichtung der Schraubanlage ist ein Messtaster vorgesehen, mit dem die Kopfhöhe der jeweils zuzuführenden Schraube messbar ist. Der Messtaster ist von einer separat angesteuerten Messhülse umgeben, die über den Schraubenkopf hinweg in Anlage an die Auflagefläche der Schraube bewegbar ist, wenn dies der Schraubenkopf zulässt.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Schraubanlage mit einem Schraubgerät, das an einer Halterung befestigt ist und das ein Schraubwerkzeug enthält, das in einem Schrauberkanal zwischen einer zurückgezogenen Ausgangsstellung und einer vorgeschobenen Schraubstellung hin- und herbewegbar ist, ferner mit einer Schraubenzuführungseinrichtung mit einem Magazin, aus dem jeweils eine Schraube in den Schrauberkanal gefördert wird, und mit einem Arbeitstisch, auf dem ein Werkstück befestigbar ist, in das die Schraube eindrehbar ist, sowie mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung, mit der das Drehmoment erfaßt wird, mit dem die Schraube eingedreht wird, wobei das Schraubgerät eine Wegmeßeinrichtung aufweist, die den zurückgelegten Weg des Schraubwerkzeugs bis zum Ende des Schraubvorgangs erfaßt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kontrolle des Schraubvorgangs.

Der Schraubvorgang mit einem Schraubgerät der betrachteten Art wird in aller Regel dann beendet, wenn ein vorgegebenes Drehmoment beim Eindrehen der Schraube erreicht wird. Dieses vorgegebene Drehmoment wird normalerweise dann erreicht, wenn der Schraubenkopf an dem Werkstück anliegt.

Es kommt aber auch vor, daß das vorgegebene Drehmoment bereits dann erreicht wird, wenn zwischen dem Schraubenkopf und dem Werkstück noch ein Abstand verbleibt, der beispielsweise 1 mm betragen kann. Ein solcher Schraubvorgang ist fehlerhaft und muß wiederholt werden. Dabei besteht aber das Problem, daß ein solcher fehlerhafter Schraubvorgang bisher von der Schraubanlage nicht automatisch erfaßt wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei den bisher bekannten Schraubanlagen nur der Vorschubweg des Schraubwerkzeugs bis zum Ende des Schraubvorgangs erfaßt wird. Da die jeweilige Kopfhöhe der einzudrehenden Schrauben variieren kann und auch die genaue Lage der Oberkante des Werkstücks nicht konstant ist, da dessen Abmessungen variieren können und da das Werkstück beim Schraubvorgang unter Umständen ein wenig kippen oder federnd nachgeben kann, kann es geschehen, daß eine Schraube nur unvollständig eingeschraubt wird.

Bisher wird in aller Regel mit einem großen Toleranzfenster der Eindringtiefe der Schraube gearbeitet, die abhängig ist von der Kopfhöhentoleranz und der Toleranz der Lage der Oberkante des Werkstücks. Wenn bei einem Schraubvorgang das vorgegebene Drehmoment erreicht wird und der Weg der Schraubspindel im Bereich des vorgegebenen Toleranzfensters liegt, kann ein Schraubvorgang als „gut" gemeldet werden, obwohl der Schraubenkopf noch einen Abstand von beispielsweise 1 mm von der Oberkante des Werkstücks hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubanlage der betrachteten Art so weiter zu entwickeln, daß derartige Fehlmeldungen vermieden sind. Außerdem soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem erfaßbar ist, ob die Schrauben tatsächlich ihre vorgegebenen Endpositionen erreichen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung sieht vor, daß das Schraubgerät eine weitere Meßeinrichtung aufweist, die die Lage der Werkstückoberkante erfaßt. Diese weitere Meßeinrichtung wird unabhängig von der oben erwähnten Wegmeßeinrichtung des Schraubwerkzeugs gesteuert und enthält ein Meßglied, das in axialer Richtung des Schraubgerätes hin- und herbewegbar ist und dessen Weg bis zur Anlage an der Werkstückoberkante erfaßt wird.

Dabei ist bevorzugt, daß das Meßglied eine Meßhülse ist, die das Schraubwerkzeug umgibt, wobei es aber auch im Rahmen der Erfindung liegt, daß das Meßglied keine geschlossene Zylinderform hat, sondern aus einzelnen Segmenten einer Hülse bestehen kann.

Das Meßglied wird bevorzugt durch eine pneumatische Kolben-Zylindereinheit bewegt, wobei aber auch ein elektrischer Antrieb in Betracht kommt.

Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraubanlage bleiben die Toleranzen der Höhe der Köpfe der einzudrehenden Schrauben noch außer Betracht.

Zu einer genaueren Kontrolle des Schraubvorgangs gelangt die Erfindung, wenn nach einem weiteren Vorschlag die Schraubenzuführungseinrichtung an geeigneter Stelle eine dritte Meßeinrichtung aufweist, mit der die Kopfhöhe der jeweils zuzuführenden Schraube meßbar ist.

Hierzu wird vorgeschlagen, daß die Schraubenzuführungseinrichtung zwischen dem Schraubenmagazin und dem seitlich in den Schrauberkopf einmündenden Schraubenzuführarm eine Aufnahmeeinrichtung für die jeweils ankommende Schraube aufweist, die eine Auflagefläche für die Unterseite des Schraubenkopfs und einen Meßtaster aufweist, der senkrecht zu der Auflagefläche in Anlage an den Schraubenkopf bewegbar ist, wobei der zurückgelegte Weg des Meßtasters gemessen wird. Dabei bildet die Auflagefläche für den Schraubenkopf den bekannten Referenzwert, so daß die Höhe des Schraubenkopfs exakt erfaßt wird.

In weiteren Einzelheiten wird vorgeschlagen, daß der Meßtaster an seinem Kopfende eine der konvexen Form des Schraubenkopfs entsprechende konkave Ausbuchtung hat, und daß das Schraubwerkzeug dieselbe Kontur wie der Meßtaster aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle eines Schraubvorgangs des automatischen Schraubegerätes sieht demnach vor, daß die Kopfhöhe (a) der jeweils einzudrehenden Schraube gemessen wird, daß der Abstand (b) des Schraubwerkzeugs zwischen dessen zurückgezogener Ausgangsposition und der Werkstückoberkante im Bereich der einzudrehenden Schraube gemessen wird, daß der zurückgelegte Weg (c) des Schraubwerkzeugs von der zurückgezogenen Ausgangsposition bis zum Ende des Schraubvorgangs gemessen wird und daß der Weg (c) mit der Differenz (b-a) verglichen wird. Wenn dieser Vergleich ergibt, daß (c) = (b-a) ist, liegt der Schraubenkopf an dem Werkstück an, so daß der Schraubvorgang vollkommen einwandfrei erfolgt ist. Wenn eine kleine Differenz im Bereich von hundertstel Millimeter verbleibt, kann dies als Toleranzbereich für den Schraubvorgang vorgegeben werden.

Wenn diese Differenz einen vorgegebenen Toleranzbereich übersteigt, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, daß ein Fehlersignal erzeugt wird, wobei es sich beispielsweise um ein optisches oder ein akustisches Signal handeln kann.

Nach einem Zahlenbeispiel kann das erfindungsgemäße Verfahren zu folgenden Ergebnissen führen: Die Meßhülse mißt einen Weg von 80,03 mm, die gemessene Kopfhöhe beträgt 5,03 mm und das Schraubwerkzeug hat einen Weg 75,00 mm zurückgelegt. Damit steht fest, daß der Schraubenkopf an der Werkstückoberkante anliegt.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Messtaster der an der Schraubenzuführung angeordneten dritten Messeinrichtung bei seiner Vorhubbewegung um seine Längsachse gedreht werden. Dies ermöglicht es, daß der Vorsprung bzw. Dorn des Messtasters in die Angriffsaussparung des Schraubenkopfs, (beispielsweise Torx, Kreuzschlitz, Sechskant etc.) eintritt, wenn sich diese Eingriffsaussparung im Zentrum des Schraubenkopfs befindet. Sollte der Messtaster mit seinem Vorsprung bzw. Prüfdorn nicht in den Schraubenkopf eintauchen können, so wird dies erfasst und ausgewertet.

Außerdem ist mit Vorteil vorgesehen, daß der Meßtaster von einer separat angesteuerten Meßhülse umgeben ist, die nach vorne bis zu der Auflagefläche für den Schraubenkopf bewegbar ist, wenn die Meßhülse über den Schraubenkopf hinweg ausfahren kann.

Der Meßtaster und die Meßhülse sind bevorzugt pneumatisch oder alternativ elektrisch bewegbar. Die Meßhülse hat eine Innenbohrung, die um die vorgegebene zulässige Toleranz größer ist als der Nenndurchmesser des Schraubenkopfs. Wenn die Meßhülse nicht bis zur Auflagefläche bzw. Referenzfläche des Schraubenkopfs ausfahren kann, ist der Schraubenkopf unrund oder er hat einen Grat, so daß die Schraube nicht verwendbar ist.

Schrauben, die sich innerhalb der zulässigen Toleranz bewegen, werden der Schraubeinheit der Schraubanlage zugeführt. Schrauben, die außerhalb der Toleranz liegen, werden durch eine nachgeschaltete Weiche aus der Schraubenzuführungseinrichtung ausgeschleust.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen auf rein schematische Weise:
1 das Kopfende des Schraubwerkzeugs des erfindungsgemäßen Schraubgerätes mit einer in ein Werkstück eingedrehten Schraube und
2 die Meßeinrichtung für die Kopfhöhe einer Schraube.
1 zeigt rein schematisch ein Werkstück 1, das auf einem nicht dargestellten Arbeitstisch unter einem fest installierten Schraubgerät befestigt ist, von dem nur das Kopfende des Schraubendrehers 2 dargestellt ist. Weitere Einzelheiten eines derartigen Schraubgerätes, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung sind, sind beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen 102 43 911.7 und 103 38 902.4 von demselben Anmelder beschrieben.
Der Schraubendreher 2 ist von einer Meßhülse 3 umgeben, die mit einer Wegabfrage versehen ist und separat gesteuert ist, was auch bei dem Schraubendreher 2 der Fall ist.
Der Schraubendreher 2 hat an seiner Stirnfläche eine konkave Kontur, die bevorzugt mit der konvexen Form des Schraubenkopfs übereinstimmt. Der in die Angriffsaussparung (Torx, Kreuzschlitz, Sechskant etc.) des Kopfs 4 der Schraube 5 eingreifende Vorsprung 6 des Schraubendrehers ist so kurz ausgebildet, daß er nicht den Boden der Kopfaussparung erreicht, da die Tiefe der Kopfaussparung von Schrauben beträchtlich variieren kann.
Der in 2 ebenfalls rein schematisch abgebildete Meßtaster 7 hat an seiner Stirnfläche dieselbe Kontur und denselben Vorsprung wie der Schraubendreher 2. Die Schraube 5 ist mit ihrem Schaft im Bereich der Schraubenzuführungseinrichtung in eine Halterung der dritten Meßeinrichtung 8 aufgenommen und darin zentriert und liegt mit der Unterseite des Schraubenkopfs 4 auf der Meßoberkante 9 der Meßeinrichtung 8 auf. Damit erfaßt der Meßtaster 7, der senkrecht zur Meßoberkante 9 hin- und herbeweglich angeordnet ist und beim Vorhub um seine Längsachse gedreht wird und beispielsweise von einer pneumatischen Kolben/Zylinder-einheit betätigbar ist, exakt die Kopfhöhe a der jeweiligen Schraube 5. Wenn der Vorsprung des Meßtasters 7 nicht in den Schlitz, Sechskant oder dergleichen des Schraubenkopf eintreten kann, wird dies erfaßt und die Schraube wird ausgesondert.
Außerdem wird eine Meßhülse 10, die den Meßtaster 7 umgibt, über den Schraubenkopf 4 hinweg bis zur Meßoberkante bzw. Referenzfläche 9 vorgeschoben, wenn die Abmessungen des Schraubenkopfs 4 dies zulassen. Der Innendurchmesser der Meßhülse 10 ist um eine vorgegebene Toleranz größer als der Nenndurchmesser des Schraubenkopfs 4. Wenn die Meßhülse den Schraubenkopf 4 nicht passieren kann, ist der Schraubenkopf (zu) unrund oder hat einen überstehenden Grat, so daß die Schraube ausgesondert wird.
Die Toleranzen des erfindungsgemäßen Schraubgerätes liegen in der Größenordnung von hundertstel Millimeter.

1: Werkstückoberkant
2: Bit mit Wegabfragung (c),
: separat gesteuert
3: Meßhülse mit Wegabfragung (b),
: separat gesteuert
a: Maß Kopfhöhe

Claims

Pneumatische Schraubanlage, mit einem Schraubgerät, das an einer Halterung befestigt ist und das ein Schraubwerkzeug enthält, das in einem Schrauberkanal zwischen einer zurückgezogenen Ausgangsstellung und einer vorgeschobenen Schraubstellung hin- und herbewegbar ist, mit einer Schraubenzuführungseinrichtung mit einem Magazin, aus dem jeweils eine Schraube in den Schrauberkanal gefördert wird, und mit einem Arbeitstisch, auf dem ein Werkstück befestigbar ist, in das die Schraube eindrehbar ist, und mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung, wobei das Schraubgerät eine Wegmeßeinrichtung aufweist, die den zurückgelegten Weg des Schraubwerkzeugs bis zum Ende des Schraubvorgangs erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubgerät eine weitere Meßeinrichtung (3) aufweist, die die Position der Werkstückoberkante (1) erfaßt.
Schraubanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Meßeinrichtung ein Meßglied (3) aufweist, das in axialer Richtung des Schraubgerätes hin- und herbewegbar ist und dessen Weg bis zur Anlage an der Werkstückoberkante (1) von der Meßeinrichtung erfaßbar ist.
Schraubanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied eine Meßhülse (3) ist, die das Schraubwerkzeug (2) umgibt.
Schraubanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (3) pneumatisch oder elektrisch bewegbar ist.
Schraubanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenzuführungseinrichtung eine dritte Meßeinrichtung (8) aufweist, mit der die Kopfhöhe (a) der jeweils zuzuführenden Schraube (5) meßbar ist.
Schraubanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Meßeinrichtung (8) eine Auflagefläche (9) für die Unterseite des Schraubenkopfs (6) und einen Meßtaster (7) aufweist, der senkrecht zu der Auflagefläche in Anlage an den Schraubenkopf bewegbar ist, wobei der zurückgelegte Weg gemessen wird.
Schraubanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) an seinem Kopfende eine der konvexen Form des Schraubenkopfs (6) entsprechende konkave Ausbuchtung und einen Vorsprung zum Eintritt in die Angriffsaussparung (z.B. Torx, Kreuzschlitz, Sechskant etc.) des Schraubenkopfs (6) hat.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) bei der Vorhubbewegung um seine Längsachse drehbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) von einer separat angesteuerten Meßhülse (10) umgeben ist, deren Innendurchmesser um eine vorgegebene Toleranz größer ist als ein Nenndurchmesser des Schraubenkopfs (6) wobei die Meßhülse senkrecht zu der Auflagefläche (9) über den Schraubenkopf (8) hinweg in Anlage an die Auflagefläche (9) bewegbar ist, wenn dies der Schraubenkopf (6) zulässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) und die Meßhülse (10) unabhängig voneinander pneumatisch oder elektrisch bewegbar sind.
Schraubanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubwerkzeug (2) dieselbe Ausbuchtung und denselben Vorsprung wie der Meßtaster (7) hat.
Verfahren zur Kontrolle eines Schraubvorgangs eines Schraubgerätes, bei dem eine Schraube in ein Werkstück eingeschraubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfhöhe (a) der Schraube gemessen wird, daß der Abstand (b) einer zurückgezogenen Ausgangsposition des Schraubwerkzeugs von der Werkstückoberkante gemessen wird, daß der Weg (c) des Schraubwerkzeugs von der zurückgezogenen Ausgangsposition bis zum Ende des Schraubvorgangs gemessen wird, und daß der Weg (c) mit der Differenz (b-a) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Differenz zwischen c und b-a größer als ein vorgegebener Toleranzwert ist, ein Fehlersignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ferner überprüft wird, ob der Schraubenkopf über eine vorgegebene Toleranz hinaus unrund ist und ob seine Angriffsaussparung im Zentrum des Schraubenkopfs liegt.