DE102013221792A1 - Intelligent riveting tool - Google Patents
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Abstract
Die Qualität einer Nietverbindung kann derzeit nur oberflächlich ermittelt werden, speziell wenn es sich um mittels Hand-Nietgeräten durchgeführte Verbindungen handelt. Die Erfindung betrifft ein Nietsetzgerät, welches eine umfangreiche Sensorik zur qualitativen Analyse von Nietverbindungen umfasst. Dies erleichtert dem Anwender eine Aussage über die Qualität der Nietverbindung zu machen.The quality of a riveted joint can currently only be determined superficially, especially if it involves connections made by means of hand riveting devices. The invention relates to a rivet setting device which comprises a comprehensive sensor system for the qualitative analysis of riveted joints. This makes it easier for the user to make a statement about the quality of the riveted joint.
Description
Die Erfindung betrifft ein industrielles und elektrisch mittels eines Akkus angetriebenes Nietsetzgerät mit Gehäuse und Handgriff.The invention relates to an industrial and electrically driven by a battery riveting with housing and handle.
Aus dem Stand der Technik sind Nietsetzgeräte oder daraus aufgebaute Systeme bekannt.Nietsetzgeräte or systems constructed therefrom are known from the prior art.
Diese Systeme werden in der Regel mittels folgender Einrichtungen realisiert: Übergeordnete Steuerung (z. B. Basisstation, Nietcontroller) für eines oder mehrere Nietsetzgeräte, ein Leistungsteil je nach Anforderung an die Leistungsabgabe der Nietsetzgeräte, ein oder mehrere Nietsetzgeräte. Die Nietsetzgeräte umfassen üblicherweise mindestens eine Zugvorrichtung zum Ziehen des Nietdorns, welche mittels eines Antriebs (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch) realisiert ist, wobei zwischen Antrieb und Zugvorrichtung, vorzugsweise ein Getriebe, vorgesehen sein kann.These systems are usually implemented by means of the following devices: Higher-level control (eg base station, rivet controller) for one or more rivet setting devices, one power section depending on the requirement for the power output of rivet setting devices, one or more rivet setting devices. The Nietsetzgeräte usually include at least one pulling device for pulling the rivet mandrel, which is realized by means of a drive (pneumatic, hydraulic, electric), wherein between the drive and traction device, preferably a transmission can be provided.
Die Schrift
Diese Überwachungsmethode ist nicht ausreichend prozesssicher, insbesondere in Anwendungen wie zum Beispiel dem Karosseriebau.This monitoring method is not sufficiently reliable, especially in applications such as body construction.
Das zuvor genannte Gerät ermittelt die im Betrieb auftretenden Kräfte nur indirekt mittels des Stromes und damit ungenau. Außerdem geben derartige Geräte dem Anwender in der Regel lediglich eine OK/Nicht-OK – Rückmeldung für den durchgeführten Setzvorgang.The aforementioned device determines the forces occurring during operation only indirectly by means of the current and thus inaccurate. In addition, such devices usually give the user only an OK / non-OK feedback for the performed setting process.
Eine dauerhafte und auch später noch nachvollziehbare Qualitätskontrolle für jeden einzelnen Nietvorgang ist somit kaum realisierbar, obgleich eine solche Qualitätskontrolle bei vielen Anwendungen, wie beispielsweise in der KFZ-Industrie, aber auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie, eine entscheidende Rolle zur Erfüllung zahlreicher Sicherheitsrichtlinien eine große Rolle spielt.A permanent and later still traceable quality control for each riveting operation is therefore hardly feasible, although such quality control in many applications, such as in the automotive industry, but also in the aerospace industry, a crucial role in meeting many safety guidelines one big role plays.
Die Erfindung stellt ein Nietsetzgerät zur Verfügung, mittels dessen eine Qualitätskontrolle derart möglich ist, dass neben dem eigentlichen Ergebnis eines Setzvorganges (OK/Nicht-OK) auch die Prozessdaten bereitgestellt werden, die während des Setzvorganges entstanden sind.The invention provides a Nietsetzgerät available, by means of which a quality control is possible in such a way that in addition to the actual result of a setting process (OK / non-OK) and the process data are provided which have arisen during the setting process.
Die Erfindung betrifft ein Nietsetzgerät, vorzugsweise ein handgehaltenes Akku-Nietsetzgerät, zum Setzen von aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehenden Blindnieten oder Blindmuttern. Erfindungsgemäß wird dieses Nietsetzgerät mit einer umfangreichen Sensorik ausgestattet, beispielsweise einem ersten Sensor zur Erfassung eines zurückgelegten Weges. Dieser Wegesensor ist im Gerät derart angeordnet, dass er direkt oder indirekt den zurückgelegten Weg der vom Gerät umfassten Zugvorrichtung erfassen kann. Ein zweiter Sensor dient zur Erfassung einer von der Zugvorrichtung aufgebrachten Kraft. Vorzugsweise kann dieser Kraftsensor die Kraft direkt oder indirekt messen.The invention relates to a Nietsetzgerät, preferably a hand-held battery riveting, for setting consisting of a rivet and a rivet mandrel rivets or blind nuts. According to the invention, this riveting tool is equipped with a comprehensive sensor system, for example a first sensor for detecting a distance traveled. This path sensor is arranged in the device such that it can detect directly or indirectly the distance covered by the device covered by the traction device. A second sensor serves to detect a force applied by the pulling device. Preferably, this force sensor can measure the force directly or indirectly.
Die Erfindung stellt somit ein kompaktes Nietsetzgerät zur Verfügung, mittels dessen ein prozesssicheres Setzen von Blindnieten und Blindmuttern realisierbar wird. Speziell bei der Ausführung als handgehaltenes Akku-Nietsetzgerät kann ein prozesssicheres Arbeiten auch an schwer zugänglichen Stellen gewährleitet werden. Dies ist von besonders hohem Nutzen beim Setzen von sicherheitsrelevanten Blindnieten und Blindmuttern, wie dies beispielsweise bei der Befestigung von Airbags in einem Kraftfahrzeug der Fall ist.The invention thus provides a compact rivet setting device by means of which a reliable setting of blind rivets and blind nuts can be achieved. Especially in the design as a hand-held cordless riveting tool, process-reliable working can be ensured even in hard-to-reach places. This is of particular benefit when setting safety-relevant blind rivets and blind nuts, as is the case, for example, in the attachment of airbags in a motor vehicle.
Vorzugsweise ist zusätzlich im Gerät ein Gerätesteuermittel mit Datenspeicher integriert, welches derart mit dem ersten und dem zweiten Sensor verbunden ist, dass dieses die von den Sensoren während eines Setzvorgangs kontinuierlich gelieferte Datenmenge speichern und/oder auswerten kann.Preferably, a device control means with data memory is additionally integrated in the device, which is connected to the first and the second sensor such that it can store and / or evaluate the data supplied continuously by the sensors during a setting process.
Die Erfindung ermöglicht somit eine Protokollierung/Ermittlung von während eines Setzvorgangs angefallen Prozessdaten, wie beispielsweise Kraft-Weg-Daten. Der Protokollierung kann eine Beurteilung und Weitergabe der Daten an eine übergeordnete Einrichtung folgen. Es wäre auch denkbar, dass alternativ oder zusätzlich zum Gerätesteuermittel ein alternatives Mittel vorgesehen ist, welches lediglich die Funktion einer Datenanbindung/Datenschnittstelle zur Anbindung des Nietsetzgerätes an eine übergeordnete Einrichtung erfüllt und die Protokollierung/Ermittlung von während eines Setzvorgangs angefallen Prozessdaten, wie beispielsweise Kraft-Weg-Daten, mittels der übergeordneten Einrichtung erfolgt.The invention thus enables a logging / determination of process data incurred during a setting process, such as force-displacement data. Logging may be followed by an assessment and transfer of the data to a higher level entity. It would also be conceivable that, alternatively or in addition to the device control means, an alternative means is provided which only fulfills the function of a data connection / data interface for connecting the rivet setting device to a higher-level device and the logging / determination of process data incurred during a setting process, such as force Path data, done by the parent device.
Vorzugsweise ist der Sensor zur Erfassung einer aufgebrachten Kraft als Kraftsensor mit Nietdorndurchführung ausgebildet. Dies ermöglicht eine kompaktere Bauweise des Gerätes.Preferably, the sensor for detecting an applied force is designed as a force sensor with Nietdorndurchführung. This allows a more compact design of the device.
Die Zugvorrichtung ist vorzugsweise mittels eines Spindeltriebs realisiert, mittels dessen eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umsetzbar ist. Der Wegsensor ist derart am Spindeltrieb angeordnet, dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung über die Drehbewegung der Spindel realisiert ist. Der Einsatz eines linearen Wegaufnehmers ist damit nicht erforderlich, die Genauigkeit ist jedoch vergleichbar.The pulling device is preferably realized by means of a spindle drive, by means of which a rotary movement can be converted into a translatory movement. The displacement sensor is arranged on the spindle drive in such a way that an indirect displacement measurement of the tensioning device via the rotational movement of the spindle is realized. The use of a linear Position transducer is not required, but the accuracy is comparable.
Der Antrieb ist bevorzugt mittels eines elektrischen Motors realisiert, wobei vorzugsweise der Wegsensor derart am Motor angeordnet ist, dass eine indirekte Wegmessung der Zugvorrichtung über die Drehbewegung des Motors realisierbar ist. Derartige Messtechnik ist preiswert am Markt erhältlich. Denkbar wäre es auch die Zugvorrichtung und den Motor durch einen Linearantrieb mit geeigneter Linearwegeerfassung zu ersetzen.The drive is preferably realized by means of an electric motor, wherein preferably the displacement sensor is arranged on the engine, that an indirect displacement measurement of the traction device via the rotational movement of the motor can be realized. Such measurement technology is available inexpensively on the market. It would also be conceivable to replace the traction device and the motor by a linear drive with suitable linear path detection.
Ganz besonders bevorzugt ist von dem erfindungsgemäßen Gerät ein Funkmodul, vorzugsweise ein WLAN-Modul, zur drahtlosen Übertragung von Prozessdaten umfasst.Most preferably, the device according to the invention comprises a radio module, preferably a WLAN module, for the wireless transmission of process data.
Die Prozessdaten können somit ortsunabhängig an übergeordnete Einrichtungen wie Prozesssteuerungen und/oder Gerätesteuerungen, übermittelt werden.The process data can thus be transferred to higher-level facilities such as process controls and / or device controllers, regardless of location.
Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Verfahren zum Betrieb eines Nietsetzgerätes wie zuvor beschrieben mit den Schritten:
- a) Erfassen des von der Zugvorrichtung zurückgelegten Weges während eines Setzvorgangs mittels des Wegsensors in Form von Wege-Daten;
- b) Erfassen der von der Zugvorrichtung aufgebrachten Kraft während eines Setzvorgangs mittels des Kraftsensors in Abhängigkeit des zurückgelegten Weges ind Form von Kraftdaten;
- a) detecting the distance traveled by the traction device during a setting process by means of the displacement sensor in the form of path data;
- b) detecting the force applied by the pulling device during a setting operation by means of the force sensor as a function of the distance traveled in the form of force data;
Anschließend erfolgt eine Protokollierung der Daten. Hierzu werden die Daten von dem integrierten oder externen Gerätesteuermittel vorzugsweise in Abhängigkeit zueinander in Form von Kraft-Weg-Daten erfasst.Subsequently, the data is logged. For this purpose, the data from the integrated or external device control means is preferably detected as a function of one another in the form of force-displacement data.
Das Verfahren ermöglicht die zuvor bereits beschriebenen Vorteile hinsichtlich der prozesssicheren Anbringung von Nieten und Muttern, insbesondere an sicherheitsrelevanten Baugruppen.The method allows the advantages already described above with regard to the reliable attachment of rivets and nuts, in particular to safety-relevant assemblies.
Bei gewünschter zentraler Überwachung der durchgeführten Prozesse können die protokollierten Kraft-Weg-Daten vorzugsweise drahtlos, an eine übergeordnete Steuereinrichtung übertragen und/oder in einem vom Setzgerät umfassten Datenspeicher abgelegt und damit zwischengespeichert werden.In the case of desired central monitoring of the processes carried out, the logged force-displacement data can preferably be transmitted wirelessly to a higher-level control device and / or stored in a data memory encompassed by the setting device and thus temporarily stored.
Der Setzvorgang kann unter Verwendung der protokollierten Kraft-Weg-Daten mittels eines vom Setzgerät umfassten Gerätesteuermittels unmittelbar im Gerät selbst oder mittels einer übergeordneten Steuereinrichtung, insbesondere hinsichtlich der Qualität, analysiert werden. Dem Benutzer werden so umfangreiche Informationen über den zuletzt ausgeführten Nietvorgang geliefert, welche weit über eine OK/Nicht-OK-Information hinausgehen.The setting process can be analyzed using the recorded force-displacement data by means of a device control device comprised by the setting device directly in the device itself or by means of a higher-level control device, in particular with regard to the quality. The user is thus provided with a great deal of information about the most recently performed riveting process, which goes far beyond an OK / non-OK information.
Es ist damit möglich eine automatische Dokumentation und ein sicheres Setzen von Nieten analog zu Klasse A-Verschraubungen (Gefahr für Leib und Leben) mittels eines einzigen kompakten Gerätes zu realisieren.It is thus possible to realize an automatic documentation and a safe setting of rivets analogous to class A screwing (danger to life and limb) by means of a single compact device.
Ebenso von der Erfindung umfasst ist ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage, zum Beispiel Fertigungslinien in der Blech und Metallverarbeitung und dergleichen, umfassend zumindest eine übergeordnete Prozesssteuerung und zumindest ein Nietsetzgerät wie zuvor beschrieben. Die übergeordnete Prozesssteuerung ist mit dem Nietsetzgerät drahtlos und/oder drahtgebunden verbunden. Die während eines Setzvorgangs mittels der im Nietsetzgerät verwendeten Sensorik entstandenen Daten werden mit dem übergeordneten Prozesssteuerungmittel ausgetauscht.Likewise encompassed by the invention is a method for operating a plant, for example production lines in sheet metal and metal processing and the like, comprising at least one higher-level process controller and at least one rivet setting device as described above. The higher-level process control is connected to the rivet setting device wirelessly and / or wired. The data resulting during a setting process by means of the sensors used in the riveting tool data is exchanged with the parent process control means.
Das erfindungsgemäße Nietsetzgerät kann auch autark, das bedeutet ohne die Notwendigkeit einer übergeordneten Steuerung, in die zuvor genannte Anlage integriert sein und nur bei Bedarf Daten an die übergeordnete Prozesssteuerung übermitteln. Ggf. kann sogar eine integrierte Gerätesteuerung die zentrale Steuerung für mehrerer Nietsetzgerät eines Verbundes von Nietsetzgeräten erfüllen.The rivet setting device according to the invention can also be self-sufficient, which means that without the need for a higher-level control system, it can be integrated into the aforementioned system and transmit data to the higher-level process control system only when necessary. Possibly. For example, even an integrated device control can fulfill the central control for several rivet setting devices of a combination of rivet setting devices.
Die übergeordnete Prozesssteuerung kann die Daten analysieren und/oder visuell aufbereiten und beispielsweise an eine Liniensteuerung weiterleiten. Die Erfindung umfasst auch eine Bearbeitungsvorrichtung, vorzugsweise einen Nietautomaten, zur Bearbeitung eines Werkstückes. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst mindestens ein Nietsetzgerät, wie bereits beschrieben. Umfasst ist zusätzlich eine Haltevorrichtung, mittels welcher das Nietsetzgerät in einer Bearbeitungsposition an einer Oberfläche des Werkstücks gehalten und/oder bewegbar ist (vertikal/horizontal) und mindestens eine Vorrichtung, mittels welcher das Werkstück horizontal/vertikal bewegbar und/oder fixiert ist.The higher-level process control can analyze the data and / or visually processed and forward, for example, to a line control. The invention also includes a processing device, preferably a riveting machine, for processing a workpiece. The processing device comprises at least one rivet setting device, as already described. In addition, a holding device is included, by means of which the rivet setting device is held and / or movable in a processing position on a surface of the workpiece (vertical / horizontal) and at least one device by means of which the workpiece is horizontally / vertically movable and / or fixed.
Das Nietsetzgerät kann in diesem speziellen Falle auch ohne integrierte Steuerung auskommen, da eine übergeordnete Steuerung verwendet werden kann, welche mit dem Nietsetzgerät derart mittels des im Nietsetzgerät integrierten Gerätesteuermittels oder mittels des im Nietsetzgerät integrierten Mittels zur Anbindung an die übergeordnete Steuerung verbunden ist, dass diese mit dem Nietsetzgerät im Nietsetzgerät bereitgehaltene Kraft-Weg-Daten austauschen kann.The Nietsetzgerät can do without integrated control in this particular case, as a higher-level control can be used, which is connected to the Nietsetzgerät so by means of the rivet setting device integrated device control means or means integrated in the riveting tool means for connection to the higher-level control that this can exchange with the Nietsetzgerät held in Nietsetzgerät force-displacement data.
Selbstverständlich sind auch Varianten denkbar, bei denen das Nietsetzgerät eine integrierte Steuerung umfasst oder sogar die Bearbeitungsvorrichtung und/oder einen Verbund von Bearbeitungsvorrichtungen selbst steuert.Of course, variants are conceivable in which the Nietsetzgerät includes an integrated control or even the Machining device and / or a composite of processing devices controls themselves.
Das in
Die Trapez- oder Kugelumlaufspindel
Bezugszeichen
Elektrisch versorgt wird die gesamte zuvor genannte Anordnung mittels eines Akkus
Zumindest die Komponenten
Die Steuerelektronik
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Nietsetzgerät ein Funkmodul
Eine solche Qualitätsanalyse kann unter Heranziehung von Referenzdatensätzen (Kraft-Weg-Daten) entweder mittels der Geräte-Steuerelektronik
Derartige Analysen erlauben es dann die Kraft-Weg-Diagramme einer jeden einzelnen Nietverbindung, welche innerhalb einer Fertigungslinie realisiert wurde, zu bewerten.Such analyzes then allow to evaluate the force-displacement diagrams of each individual riveted joint realized within a production line.
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