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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion fehlerhafter Schraubverbindungen gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 10.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 39 566 A1 ist eine Einrichtung zur Ermittlung einer Schraubqualität bei einem handgeführten Maschinen-Schraubwerkzeug mit Messeinrichtungen für ein Drehmoment und einen Drehwinkel einer Schraubspindel des Werkzeugs bekannt, wobei ein Gehäuse des Schraubwerkzeugs mit einem die ortsfeste Umgebung der zu bearbeitenden Schraubverbindung erfassenden Detektor versehen ist, und wobei dieser Detektor ein durch ein Andreh-Reaktionsmoment bewirktes Rückdrehen des Schraubwerkzeug-Gehäuses erfasst, wobei der ermittelte Wert des Werkzeug-Rückdrehwinkels den ermittelten Drehmoment- und/oder Drehwinkelwerten als Korrekturgröße aufgegeben wird.
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Mithilfe einer solchen Einrichtung können Schraubfehler erfasst werden, die eine Abweichung eines Drehmoments oder eines Drehwinkels der Verschraubung von einem Sollwert umfassen. Es ist allerdings möglich, dass diese Soll-Parameter bei einer Verschraubung eingehalten werden, wobei gleichwohl ein Schraubfehler vorliegt, nämlich ein drehmoment- und/oder drehwinkelunabhängiger Schraubfehler. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn trotz erreichtem Soll-Drehmoment keine plane Auflage zwischen den zu verschraubenden Objekten erreicht wird, weil beispielsweise eines der zu verschraubenden Objekte von vornherein eine mangelnde Planheit aufweist, oder weil das Schraubwerkzeug schräg angesetzt wurde. Auch Fremdeinwirkungen, beispielsweise durch das Schraubwerkzeug, durch einzelne Adern, die auf einem Schraubpunkt liegen, durch Schmutzpartikel oder Fremdkörper, können zu einer mangelhaften Verschraubung trotz erreichtem Soll-Drehmoment und erreichtem Soll-Drehwinkel führen. Solche Schraubfehler können mit der bekannten Einrichtung nicht detektiert werden. Dies kann letztlich zu Ausfällen von Verschraubungen im bestimmungsgemäße Betrieb führen, was nachteilig ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche die genannten Nachteile vermeiden.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Die Vorrichtung zur Detektion fehlerhafter Schraubverbindungen weist ein Schraubwerkzeug auf, das einen eine Schraubspindel aufweisenden Schraubkopf aufweist. Der Schraubkopf weist eine Detektionseinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Erzeugung und Übermittlung von wenigstens einem Datum. Es ist eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zum Empfangen des wenigstens einen Datums und zum Auswerten des wenigstens einen Datums in Hinblick auf einen drehmoment- und/oder drehwinkelunabhängigen Schraubfehler. Auf diese Weise ist es möglich, Schraubfehler unabhängig von dem Erreichen eines Soll-Drehmoments und/oder eines Soll-Drehwinkels sicher zu erkennen, sodass insbesondere Schraubverbindungen, welche zwar die genannten Soll-Parameter erfüllen, jedoch trotzdem fehlerhaft sind, vermieden werden können. Ausfälle von Verschraubungen, insbesondere im Anwendungsfeld, können so vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden.
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Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinrichtung zusätzlich eingerichtet zur Detektion eines reaktionsmomentbedingten Rückdrehwinkels des Schraubwerkzeugs beim Andrehen. Es kann also ein durch ein Andreh-Reaktionsmoment bewirktes Rückdrehen des Schraubwerkzeugs erfasst werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist weiterhin bevorzugt eingerichtet, um einen entsprechenden Messwert als Korrekturgröße den insbesondere anderweitig ermittelten Werten des Drehmoments und/oder des Drehwinkels der Verschraubung zuzuführen, wobei die Korrekturgröße bei deren Auswertung berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise ist die Vorrichtung zusätzlich in der Lage, besonders genaue Werte für das Drehmoment und/oder den Drehwinkel der Verschraubung zu detektieren und entsprechende Schraubfehler zu vermeiden.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung ist weiterhin bevorzugt eingerichtet zur Identifikation eines zu verschraubenden Objekts. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Mutter, eine Schraube, einen Stehbolzen oder ein anderes geeignetes zu verschraubendes Objekt handeln. Durch die entsprechende Ausbildung der Vorrichtung ist es in einfacher Weise möglich, Fehlverschraubungen zu vermeiden, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn eine Vielzahl verschiedener Verschraubungen mit dem Schraubwerkzeug hergestellt werden sollen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Detektionseinrichtung als Kamera ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Detektionseinrichtung dar, wobei insbesondere auch sehr kleine Kameras erhältlich sind, welche den Bauraum der Vorrichtung und insbesondere des Schraubkopfs nicht wesentlich vergrößern. Die Kamera ist vorzugsweise eingerichtet zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich, also zur Erfassung von sichtbarem Licht. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Kamera eingerichtet ist zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung im nicht-sichtbaren Bereich, insbesondere von Infrarotstrahlung oder UV-Strahlung. Ist die Detektionseinrichtung als Kamera ausgebildet, erzeugt und übermittelt sie als Datum bevorzugt ein Bildsignal und/oder ein Videosignal an die Datenverarbeitungseinrichtung.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist an dem Schraubkopf – vorzugsweise in räumlicher Nähe zu der Detektionseinrichtung – eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet. Hierdurch können die Detektionsbedingungen für die Detektionseinrichtung verbessert werden, insbesondere wenn diese als Kamera ausgebildet ist. Bei der Beleuchtungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Ringbeleuchtung handeln, insbesondere um einen LED-Ring. Die Ringbeleuchtung ist bevorzugt symmetrisch um eine Apertur der als Kamera ausgebildeten Detektionseinrichtung angeordnet. So kann eine besonders homogene und intensive Ausleuchtung eines von der Detektionseinrichtung erfassten Bereichs ermöglicht werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinrichtung als Bilderkennungseinrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, durch optische Bildverarbeitung Schraubfehler zu erkennen, was ebenso zuverlässig, sicher wie einfach und kostengünstig ist. In die Datenverarbeitungseinrichtung ist bevorzugt ein Computerprogrammprodukt geladen, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein geeignetes Bilderkennungsverfahren zur Erkennung von Schraubfehlern anhand des von der Detektionseinrichtung übermittelten Datums durchgeführt werden kann, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Datenverarbeitungseinrichtung läuft. Alternativ kann eine entsprechende Datenverarbeitungsstruktur auch fest in eine Hardware der Datenverarbeitungseinrichtung implementiert sein. In diesem Fall kann die Datenverarbeitungseinrichtung besonders kompakt und kostengünstig ausgebildet sein. Eine Software-Lösung hat dagegen den Vorteil, dass die Datenverarbeitungseinrichtung flexibel auf verschiedene Anwendungsfälle eingerichtet werden und in einfacher Weise aktualisiert werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Detektionseinrichtung an dem Schraubkopf montiert ist. Das Schraubwerkzeug kann so besonders einfach und kostengünstig zusammengestellt werden, wobei es insbesondere auch möglich ist, vorhandene Schraubwerkzeuge mit der Detektionseinrichtung nachzurüsten.
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Alternativ wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, bei welchem die Detektionseinrichtung in den Schraubkopf integriert ist. Hierbei können Störkonturen an dem Schraubwerkzeug vermieden werden, und dieses kann besonders klein und raumsparend bauen. Damit ist es auch möglich, mit dem Schraubwerkzeug in einer beengten Umgebung zu arbeiten.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinrichtung in die Detektionseinrichtung und/oder in den Schraubkopf integriert ist. Auf diese Weise ergeben sich besonders kurze Leitungswege zwischen der Detektionseinrichtung und der Datenverarbeitungseinrichtung, und eine Auswertung der von der Detektionseinrichtung erfassten Daten kann direkt in dem Schraubwerkzeug selbst erfolgen, wodurch es gegebenenfalls keinerlei Rückgriff auf externe Ressourcen bedarf. Das Schraubwerkzeug ist dadurch sehr mobil.
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Alternativ wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, bei welchem die Datenverarbeitungseinrichtung extern zu einem Element, welches ausgewählt ist aus der Detektionseinrichtung und dem Schraubkopf, angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass die Datenverarbeitungseinrichtung extern sowohl zu der Detektionseinrichtung als auch zu dem Schraubkopf und insbesondere extern zu dem Werkzeug angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich bei der Datenverarbeitungseinrichtung um einen separaten Computer oder Server handeln. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Datenverarbeitungseinrichtung eine große und nahezu unbeschränkte Rechenleistung und Speicherkapazität aufweisen kann.
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Eine Kommunikation zwischen der Detektionseinrichtung und der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt bevorzugt analog oder digital. Dabei ist es möglich, dass die Detektionseinrichtung und die Datenverarbeitungseinrichtung über wenigstens ein Kabel miteinander verbunden sind, alternativ ist aber auch eine kabellose Verbindung möglich, beispielsweise eine drahtlose LAN-Verbindung (W-LAN).
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung eingerichtet zur Ausgabe eines Signals, welches einen erkannten Schraubfehler anzeigt. Wird ein Schraubfehler erkannt, kann dies durch das Signal einem ausführenden Werker angezeigt werden. Das Signal kann bevorzugt als optisches oder akustisches Signal oder als Vibrationssignal ausgebildet sein. Der Werker muss in diesem Fall nicht selbst permanent die von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgewerteten Daten beobachten, sondern kann sich ganz auf die Verschraubung konzentrieren. Wird ein Schraubfehler von der Datenverarbeitungseinrichtung erkannt, wird der Werker durch das diesen anzeigende Signal hierauf hingewiesen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Wiedergabeeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Wiedergabe des wenigstens einen erfassten Datums. Dies kann vorzugsweise unmittelbar auf das den Schraubfehler anzeigende Signal, oder aber auf eine manuelle Abfrage durch den Werker geschehen. Beispielsweise ist es möglich, dass dem Werker durch das Signal ein Schraubfehler angezeigt wird, wobei unmittelbar die Wiedergabe des wenigstens einen erfassten Datums, insbesondere eines Bildes oder eines Videos, auf der Wiedergabeeinrichtung gestartet wird. Alternativ ist es möglich, dass der Werker auf das Signal hin manuell die Wiedergabe des wenigstens einen erfassten Datums, insbesondere eines Bildes oder eines Videosignals starten kann. Es ist dem Werker hierdurch möglich, bei einer Fehleranzeige durch eine zeitnahe Datenabfrage insbesondere eine Visualisierung zu starten, um den Fehler analysieren zu können und daraus eine resultierende Maßnahme zu treffen. Insbesondere kann eine Nacharbeit mit einem weiteren Schraub- und Detektionsvorgang durchgeführt werden, um die Verschraubung korrekt fertigzustellen.
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Die Wiedergabeeinrichtung ist nach allem bevorzugt eingerichtet zur optischen Wiedergabe des wenigstens einen erfassten Datums, insbesondere nämlich eines Bildes oder eines Videos. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist als Wiedergabeeinrichtung einen Monitor oder Fernseher auf.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinrichtung eingerichtet ist zur Erkennung von wenigstens einem Schraubfehler, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem schrägen Ansetzen des Schraubwerkzeugs, einer Fremdeinwirkung, beispielsweise eines Werkzeugs oder einer auf dem Schraubpunkt liegenden Ader, einem Fremdkörper oder Schmutzpartikel im Bereich der Verschraubung, und einer mangelnden Planheit einer Auflagefläche der Verschraubung. Letzteres spricht insbesondere eine mangelnde Planheit einer Kontaktfläche von einem der miteinander zu verschraubenden Objekte, beispielsweise einer Schraube, einer Mutter oder eines Stehbolzens, an. Die hier genannten Schraubfehler können zu einer fehlerhaften Schraubverbindung trotz Erreichen eines Soll-Drehmoments und/oder eines Soll-Drehwinkels führen. Die Vorteile der Erfindung verwirklichen sich daher in besonderem Maße, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung zum Erkennen von wenigstens einem dieser Fehler eingerichtet ist. Vorzugsweise ist sie eingerichtet zur Erkennung von einer Mehrzahl der hier genannten Fehler, ganz besonders bevorzugt zum Erkennen aller dieser Fehler, sowie gegebenenfalls weiterer, hier nicht explizit aufgeführter Schraubfehler.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung ein handgeführtes Schraubwerkzeug aufweist. Hiermit sind besonders flexible Einsätze möglich, wobei zugleich ein Schraubfehler durch schräges Ansetzen des Schraubwerkzeugs eher wahrscheinlich ist als bei einem stationären Schraubwerkzeug. Das handgeführte Schraubwerkzeug ist vorzugsweise als elektrischer Schrauber, insbesondere als EC-Schrauber ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass das handgeführte Schraubwerkzeug als Druckluftschrauber ausgebildet ist.
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Alternativ wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, bei welcher das Schraubwerkzeug als stationäres Schraubwerkzeug ausgebildet ist. Auch hierbei sind die oben angesprochenen Schraubfehler möglich, sodass sich die Vorteile der Erfindung verwirklichen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zu Detektion fehlerhafter Schraubverbindungen mit den Schritten des Anspruchs 10 geschaffen wird. Dabei wird mittels einer Detektionseinrichtung wenigstens ein Datum erzeugt und an eine Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt, wobei mittels der Datenverarbeitungseinrichtung das wenigstens eine Datum ausgewertet wird in Hinblick auf einen drehmoment- und/oder drehwinkelunabhängigen Schraubfehler. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorrichtung erläutert wurden.
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Im Rahmen des Verfahrens wird als Detektionseinrichtung bevorzugt eine Kamera verwendet, wobei als Datenverarbeitungseinrichtung bevorzugt eine Bilderkennungseinrichtung verwendet wird.
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Wird ein Schraubfehler erkannt, wird durch die Datenverarbeitungseinrichtung vorzugsweise ein diesen anzeigendes Signal ausgegeben. Das wenigstens eine erfasste Datum wird vorzugsweise auf manuelle Abfrage oder auf das den Schraubfehler anzeigende Signal hin auf einer Wiedergabeeinrichtung wiedergegeben.
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Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens eine Vorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet.
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Die Beschreibung der Vorrichtung einerseits und des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Vorrichtung erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale der Vorrichtung, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Vorrichtung bedingt ist. Die Vorrichtung zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt des Verfahrens bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Detektion fehlerhafter Schraubverbindungen.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Detektion fehlerhafter Schraubverbindungen. Die Vorrichtung 1 weist ein Schraubwerkzeug 3 mit einem Schraubkopf 5 und einer an dem Schraubkopf 5 angeordneten Schraubspindel 7 auf.
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Der Schraubkopf 5 weist eine Detektionseinrichtung 9 auf, die mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 11 wirkverbunden ist. Die Datenverarbeitungseinrichtung 11 ist hier extern zu dem Schraubwerkzeug 3 angeordnet. Alternativ ist es möglich, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 11 in das Schraubwerkzeug 3, insbesondere in die Detektionseinrichtung 9 oder in den Schraubkopf 5 integriert ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Detektionseinrichtung 9 an dem Schraubkopf 5 angeordnet, insbesondere an diesem montiert oder befestigt. Alternativ ist es möglich, dass die Detektionseinrichtung 9 in den Schraubkopf 5 integriert ist.
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Die Detektionseinrichtung 9 ist eingerichtet zur Erzeugung und Übermittlung von wenigstens einem Datum, wobei das wenigstens eine Datum an die Datenverarbeitungseinrichtung 11 übermittelt wird. Diese ist eingerichtet, um das übermittelte Datum zu empfangen und in Hinblick auf einen drehmoment- und/oder drehwinkelunabhängigen Schraubfehler auszuwerten. Zusätzlich ist die Datenverarbeitungseinrichtung 11 vorzugsweise eingerichtet zur Detektion eines durch ein Antrieb-Reaktionsmoment des Schraubwerkzeugs 3 bewirktes Rückdrehen desselben, und/oder zur Identifizierung eines zu verschraubenden Objekts, insbesondere durch Auswerten des wenigstens einen von der Detektionseinrichtung 9 übermittelten Datums.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Detektionseinrichtung 9 als Kamera 13 ausgebildet, wobei in diesem Fall das wenigstens eine Datum ein Bild oder ein Videosignal darstellt. Die Kamera 13 kann insbesondere im sichtbaren und/oder im nicht-sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums empfindlich sein.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung 11 ist vorzugsweise als Bilderkennungseinrichtung 15 eingerichtet. Insbesondere ist es möglich, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 11 als Computer ausgebildet ist, in den ein Computerprogrammprodukt geladen ist, welches Anweisungen aufweist, aufgrund derer eine zur Auswertung des wenigstens einen Datums geeignete Bilderkennung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung 11 ist vorzugsweise eingerichtet zur Ausgabe eines Signals, welches einen erkannten Schraubfehler anzeigt, wenn ein Schraubfehler erkannt wird. Bei dem Signal kann es sich um ein optisches und/oder akustisches Signal handeln. Es ist auch möglich, dass das Signal als Vibrationssignal ausgestaltet ist, wobei es insbesondere möglich ist, dass das Schraubwerkzeug 3 vibriert, wenn ein Schraubfehler erkannt wird.
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Die Vorrichtung 1 weist außerdem bevorzugt eine Wiedergabeeinrichtung 17 auf, die eingerichtet ist zur vorzugsweise optischen Wiedergabe des wenigstens einen erfassten Datums, insbesondere eines Bilds oder eines Videos. Dabei ist es möglich, dass die Wiedergabeeinrichtung eingerichtet ist, um das Datum auf manuelle Abfrage eines Werkers oder automatisiert auf das einen erkannten Schraubfehler anzeigende Signal hin wiederzugeben. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Wiedergabeeinrichtung 17 als Monitor oder Fernseher ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wiedergabeeinrichtung 17 extern von der Datenverarbeitungseinrichtung 11 und dem Schraubwerkzeug 3 vorgesehen. Es ist aber auch möglich, dass die Wiedergabeeinrichtung 17 in die Datenverarbeitungseinrichtung 11 und/oder in das Schraubwerkzeug 3, insbesondere in die Detektionseinrichtung 9 und/oder in den Schraubkopf 5 integriert ist.
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Das hier dargestellte Schraubwerkzeug 3 ist als handgeführtes Schraubwerkzeug, insbesondere als Elektroschrauber und ganz besonders als EC-Schrauber, ausgebildet. Es weist insoweit einen Handgriff 19 auf, mit welchem es von einem Werker gehalten und geführt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, dass das Schraubwerkzeug 3 als stationäres Schraubwerkzeug ausgebildet ist.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe der Vorrichtung 1 und auch mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens möglich ist, entstehende Schraubfehler unabhängig von dem Erreichen eines Soll-Drehmoments und/oder eines Soll-Drehwinkels schon vor oder während eines Schraubvorgangs zu erkennen, wodurch aufwändige Nacharbeiten am fertigen Werkstück sowie fehlerhafte Schraubverbindungen vermieden werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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