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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks und ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen Vorrichtungen einer Automatisierungsanlage.
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EP 2 072 192 A1 zeigt ein Steuermodul für Elektrowerkzeuge und/oder Elektrogeräte. Das Steuermodul hat einen Mikrocontroller und zumindest eine Schnittstelle, mit der das Steuermodul mit einer Elektronik eines Elektrowerkzeugs/Elektrogeräts derart verbunden werden kann, dass zwischen dem Mikrocontroller und der Elektronik Daten austauschbar sind.
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In einer Automatisierungsanlage, wie beispielsweise einer Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, usw., kommen in der Regel eine Vielzahl von Vorrichtungen, insbesondere handgehaltene oder stationäre Werkzeuge, Roboter, Schweißsysteme, Logistik usw. zum Einsatz. Hierbei besteht gegebenenfalls der Bedarf, dass eine Vorrichtung, wie beispielsweise ein Schraubwerkzeug, ein Schweißwerkzeug, usw., über ein einfaches Verfahren mit einer anderen Vorrichtung der Automatisierungseinrichtung kommuniziert oder Daten austauscht.
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Bei bisherigen Systemen sind zum Datenaustausch in einer Automatisierungsanlage meist sehr viele Komponenten erforderlich, wie beispielsweise zusätzliche Kommunikationseinrichtungen oder Steuerrechner. Allein dadurch ist das System nicht nur sehr komplex sondern auch mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden. Noch dazu ist das System mit steigender Anzahl der Komponenten umso störanfälliger. Hinzu kommt noch, dass eine Kommunikationsverbindung zum Steuerrechner Voraussetzung ist. Demzufolge ist eine zusätzliche Anbindung des Rechners an die Vorrichtungen der Automatisierungsanlage erforderlich.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Kommunikation bei bisherigen Systemen sehr zeitintensiv ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks und ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen Vorrichtungen einer Automatisierungsanlage bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks und ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen Vorrichtungen einer Automatisierungsanlage bereitgestellt werden, bei welchen ein Datenaustausch einfach und schnell sowie in Anschaffung und Betrieb kostengünstig möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks nach Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Werkzeugs sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Mit der einfachen Ausgestaltung des in den Patentansprüchen beschriebenen Werkzeugs ist realisiert, dass auch ohne zusätzliche Komponenten, wie insbesondere eine zusätzliche Steuereinheit oder -rechner (SPS), usw., eine schnelle und sichere Kommunikation und ein schneller und sicherer Datenaustausch zwischen batteriebetriebenen, handgehaltenen, messenden Werkzeugen, wie Schraubsystemen, und anderen Vorrichtungen einer Automatisierungsanlage möglich ist. Die Kommunikation oder der Datenaustausch ist zudem sehr stromsparend ausgestaltet.
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Noch dazu kann die Kommunikation bei dem in den Patentansprüchen beschriebenen Werkzeug in Echtzeit ablaufen.
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Somit ist mit dem in den Patentansprüchen beschriebenen Werkzeug eine sehr einfache und schnelle sowie eine sehr kostengünstige Möglichkeit zum Datenaustausch mit einer anderen Vorrichtung einer Automatisierungsanlage gegeben. Es sind nur wenige Komponenten zum Datenaustausch erforderlich, da keine zusätzlichen Kommunikationseinrichtungen oder Steuerrechner erforderlich sind. Dadurch ist das System auch sehr störunanfällig und damit sehr wartungsarm.
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Zudem ist bei dem in den Patentansprüchen beschriebenen Werkzeug keine Trennung zwischen Client und Server oder Master und Slave bei bestehenden Verfahren mehr erforderlich.
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Das Werkzeug kann eine Vorrichtung einer Automatisierungsanlage sein, welche mindestens zwei Vorrichtungen aufweist.
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In der Automatisierungsanlage ist eine Vernetzung einer Kommunikationseinrichtung jeglicher Art möglich, solange sie die hierin beschriebenen Anforderungen erfüllt. Somit ist die Automatisierungsanlage einfach an geänderte Konfigurationen anpassbar.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen Vorrichtungen einer Automatisierungsanlage nach Patentanspruch 10 gelöst.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Werkzeug genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen.
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Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Darstellung einer Automatisierungsanlage mit zwei Vorrichtungen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Automatisierungsanlage 1 mit einem Schweißroboter 10, einem Werkzeug 20 und einer Logistik 30. Der Schweißroboter 10, das Werkzeug 20 und die Logistik 30 sind Vorrichtungen der Automatisierungsanlage 1. Die Automatisierungsanlage 1 ist beispielsweise eine Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, usw. Die Automatisierungsanlage 1 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Schweißroboter 10, das Werkzeug 20 und die Logistik 30 kommen in der Automatisierungsanlage 1 zum Einsatz und sind Vorrichtungen der Automatisierungsanlage 1. Der Schweißroboter 10, das Werkzeug 20 und die Logistik 30 können miteinander mit Hilfe der Funkverbindungen 40, 41, 42 kommunizieren oder Daten austauschen, wie nachfolgend näher beschrieben.
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In 1 hat der Schweißroboter 10 ein Funkmodul 11 und eine Schweißeinrichtung 12, die beispielsweise zum Schweißen von Werkstücken, insbesondere Karosserieteilen eines Fahrzeugs, verwendbar ist.
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Das Werkzeug 20 in 1 ist ein in einer Hand eines Benutzers zu haltendes Werkzeug 20, das nachfolgend auch als handgehaltenes Werkzeug 20 oder einfach als Werkzeug 20 bezeichnet ist. Das Werkzeug 20 dient zum Bearbeiten eines nicht dargestellten Werkstücks. Das Werkzeug 20 ist insbesondere ein Schweißwerkzeug oder ein Nietwerkzeug. Das Werkzeug 20 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Werkzeug 20 kann auch beispielsweise zum Schrauben, Bohren oder Fräsen usw. zum Einsatz kommen.
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In 1 hat das Werkzeug 20 ein Funkmodul 21, einen Winkelkopf 22, ein Getriebe 23, einen Motor 24, einen Winkelgeber 25, eine Antriebselektronik 26, eine wiederaufladbare oder nicht wiederaufladbare Batterie 27, und eine Steuer- und Anzeigeeinheit 28.
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Darüber hinaus hat die Logistik 30 in 1 ein Funkmodul 31 und weitere hier nicht genauer beschriebene Komponenten.
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Die Funkmodule 11, 21, 31 sind jeweils derart ausgestaltet, dass in ihnen eine Antenne integriert ist, die als Sender und Empfänger von Funksignalen dient. Ein Funksignal kann zwischen zwei oder mehreren der Vorrichtungen der Automatisierungsanlage 1, also dem Schweißroboter 10, dem Werkzeug 20 und der Logistik 30 übertragen werden. Mit einem oder mehreren der Funksignale können Daten zwischen den Vorrichtungen der Automatisierungsanlage 1, also dem Schweißroboter 10, dem Werkzeug 20 und der Logistik 30 übertragen werden. Die Daten können beispielsweise Messdaten sein, welche das Werkzeug 20 an den Schweißroboter 10 sendet. Die Daten können aber auch beispielsweise Messdaten sein, welche das Werkzeug 20 von dem Schweißroboter 10 empfängt. Das Werkzeug 20 und/oder der Schweißroboter 10 können also auch als messende Vorrichtungen bezeichnet werden. Das Werkzeug 20 ist insbesondere ein batteriebetriebenes, handgehaltenes, messendes Werkzeug 20.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in der Automatisierungsanlage 1 ein einfaches Verfahren zur direkten Kommunikation oder zum Datenaustausch zwischen den Vorrichtungen der Automatisierungsanlage 1, also dem Schweißroboter 10, dem Werkzeug 20 und der Logistik 30, ausgeführt. Die Kommunikation oder der Datenaustausch findet in Echtzeit statt. Echtzeit heißt hier, dass die Kommunikation oder der Datenaustausch gemäß menschlichem Empfinden in der tatsächlichen Zeit, also in Realzeit, stattfindet. Die von den Funkmodulen 11, 21, 31 benötigte Zeit zur Durchführung der Kommunikation oder des Datenaustauschs wird hierbei von einem Menschen nicht als Verzögerung wahrgenommen. Die Funkmodule 11, 21, 31 arbeiten und/oder reagieren also in einem sehr kleinen vorgegebenen Zeitrahmen.
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Bei dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Verfahren werden Daten zwischen den Vorrichtungen 10, 20, 30 der Automatisierungsanlage 1 ausgetauscht. Hierbei werden beispielsweise von dem Werkzeug 20 mit Hilfe des Funkmoduls 21 über die Kommunikationsverbindung 41 Daten an das Funkmodul 11 und damit den Roboter 10 gesendet. Der Roboter 10, genauer gesagt sein Funkmodul 11, empfängt die von dem Werkzeug 20 gesendeten Daten. Wie zuvor erwähnt, erfolgt hierbei die Kommunikation also das Senden und Empfangen der Daten in Echtzeit. Die Daten können von dem Roboter 10 beispielsweise bei einer Steuerung der Schweißeinrichtung 12 herangezogen werden.
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In ähnlicher Weise können über die Kommunikationsverbindung 40 Daten zwischen den Funkmodulen 11, 31 und damit dem Roboter 10 und der Logistik 30 in Echtzeit ausgetauscht werden. Zudem können in ähnlicher Weise über die Kommunikationsverbindung 42 Daten zwischen den Funkmodulen 21, 31 und damit dem Werkzeug 20 und der Logistik 30 in Echtzeit ausgetauscht werden.
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Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren stehen die Kommunikation oder der Datenaustausch und damit die ausgetauschten Daten schnell zur Verfügung. Hierfür kommt ein normiertes und echtzeitfähiges Protokoll mit kleinen Datenpaketen zum Einsatz, wie beispielsweise ein kompaktes Feldbusprotokoll. Hierbei handelt es sich um ein sehr einfaches Protokoll. Mit der schnellen Verfügbarkeit der Daten wird sichergestellt, dass die Vorrichtungen der Automatisierungsanlage 1, also der Schweißroboter 10, das Werkzeug 20 und die Logistik 30, sehr schnell einsatzbereit sind.
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Zusammengefasst findet bei der Automatisierungsanlage 1 ein Echtzeitdatenaustausch, vorzugsweise funkbasiert, zur Synchronisation zwischen Werkzeugen, speziell handgehaltenen, möglicherweise batteriebetriebenen, Schraubwerkzeugen, Schraubspindeln, Nietwerkzeugen untereinander sowie zwischen den zuvor genannten Werkzeugen sowie anderen Vorrichtungen der Automatisierungsanlage, beispielsweise dem Roboter 10, der Schweißeinrichtung 12, stationären Schraubsystemen und dergleichen, gegebenenfalls unter Einbindung der Infrastruktur statt, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Kommunikation in der Automatisierungsanlage 1 dazu verwendet, mehrere Vorrichtungen 10, 20, 30, insbesondere gleichzeitig, zu überwachen. Hierbei können insbesondere der Roboter 10 und das Werkzeug 20 auf der Grundlage der gleichen Daten gesteuert werden. Dadurch können die Vorrichtungen 10, 20, 30 beispielsweise synchronisiert werden. Zudem können mehrere Vorrichtungen 10, 20, 30 der Automatisierungsanlage 1 gleichzeitig konfiguriert werden. Ansonsten ist die Automatisierungsanlage 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise ausgeführt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel sind zumindest einige der Vorrichtungen 10, 20, 30 derart ausgestaltet, dass sie sowohl als Client als auch als Server oder als Master und Slave dienen. Dadurch kann die entsprechend ausgestaltete Vorrichtung der Vorrichtungen 10, 20, 30 als Gateway, Router, Zugriffspunkt (Accesspoint) arbeiten. Somit kann die entsprechende Vorrichtungen nicht nur selbst Daten senden und empfangen sondern auch Daten an andere Vorrichtungen 10, 20, 30 der Automatisierungsanlage 1 durchreichen.
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Auf diese Weise kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Netzausdehnung oder Reichweite der einzelnen Funkverbindungen erhöht werden. Das sich damit ergebende Netz kann auch als Maschennetz (Mesh-Net) bezeichnet werden.
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Ansonsten ist die Automatisierungsanlage 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise ausgeführt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird die Kommunikation in der Automatisierungsanlage 1 auch dazu verwendet, mehrere Vorrichtungen 10, 20, 30, insbesondere gleichzeitig, zu überwachen. Zudem besteht die Möglichkeit einer Fehlererkennung durch redundante Ausführung des bidirektionalen Kommunikationsaustausches oder einer Datenübermittlung zwischen den Vorrichtungen 10, 20, 30 der Automatisierungsanlage 1. Ansonsten ist die Automatisierungsanlage 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise ausgeführt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Automatisierungsanlage 1 und ihrer Vorrichtungen 10, 20, 30 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Das Werkzeug 10 muss kein handgehaltenes Werkzeug 10 sein. Das Werkzeug 10 kann auch eine Schraubspindel sein, die auf einer Unterlage angeordnet oder an einer Halterung montiert ist.
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Ferner muss das Werkzeug 20 kein batteriebetriebenes Werkzeug 20 sein. Das Werkzeug 20 kann auch ein netzteilbetriebenes Werkzeug sein, das über ein Netzteil an die allgemeine Stromversorgung für die Automatisierungsanlage 1 angeschlossen ist.
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Zumindest eines der Funkmodule 11, 21, 31 kann auch derart ausgestaltet sein, dass die Antenne separat vom entsprechenden Funkmodul 11, 21, 31 angeordnet ist. In einem solchen Fall sind also der Sender und/oder der Empfänger von Funksignalen separat vom Funkmodul 11, 21, 31 angeordnet.
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Darüber hinaus können auch zwei separate Antennen für den Sender und den Empfänger von zumindest einem der Funkmodule 11, 21, 31 vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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