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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Handwerkzeuges innerhalb eines Arbeitsbereiches.
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Bei industriellen Montagearbeiten kommen üblicherweise Handwerkzeuge zum Einsatz, die einfach und flexibel handhabbar sind. Dazu können solche Handwerkzeuge von einem Benutzer aufgenommen, benutzt und wieder zurückgelegt werden. Solche Handwerkzeuge sind beispielsweise, nachfolgend mit der Abkürzung bspw. abgekürzt, Akkuschrauber, Nietgeräte, Stanzgeräte und dergleichen, wie sie bei entsprechenden Montagearbeiten benötigt werden.
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Für eine gewisse Prozesssicherheit können dabei im Handwerkzeug integrierte Steuerungen und Sensoriken vorgesehen sein, durch die die auszuführende Arbeit, bspw. das Festdrehen einer Schraube, überwacht oder sogar selbsttätig durchgeführt wird. Dabei kann bspw. ein spezielles Drehmoment vorgegeben werden.
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Ein weiterer Punkt hinsichtlich der Prozesssicherheit ist dabei, dass das Handwerkzeug auch immer an der dafür vorgesehenen Stelle vom Benutzer aufzufinden ist. Dazu kann das Handwerkzeug bspw. mittels eines Zugseils befestigt sein, wodurch allerdings die Handhabbarkeit und der Aktionsradius mitunter deutlich eingeschränkt sein können.
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Es ist daher wünschenswert, die Prozesssicherheit bei der Benutzung von Handwerkzeugen weiter zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß werden eine Anordnung, ein Handwerkzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung dient zur Überwachung einer Position eines Handwerkzeuges innerhalb eines Arbeitsbereiches. Dazu umfasst die Anordnung das Handwerkzeug zur Verwendung innerhalb des Arbeitsbereiches, Mittel, die dazu eingerichtet sind, ein virtuelles Abbild des Arbeitsbereiches zu erzeugen, und Mittel, die dazu eingerichtet sind, eine Ist-Position des Handwerkzeuges innerhalb des Abbildes zu ermitteln. Dabei weist das Handwerkzeug Anzeigemittel auf, die dazu eingerichtet sind, die Ist-Position darzustellen.
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Eine Ist-Positions-Ermittlung kann dabei insbesondere auf Prinzipien einer Innenraumortung basieren. Die Anzeigemittel können bspw. ein Display und eine entsprechende Ansteuerung, durch die das virtuelle Abbild und die Ist-Position innerhalb des Abbildes auf dem Display angezeigt werden, umfassen. Das virtuelle Abbild kann bspw. nur eine Grundfläche des Arbeitsbereiches im Sinne einer zweidimensionalen Darstellung umfassen, oder aber auch eine räumliche Darstellung im Sinne einer dreidimensionalen Darstellung. Zu jedem Raumpunkt im virtuellen Abbild können raumpunktspezifische Informationen bspw. mittels einer Datenbank bereitgehalten werden, unter anderem raumpunktspezifische Anweisungen an einen Benutzer des Handwerkzeuges, raumpunktspezifische Soll-Bedingungen für den mittels des Handwerkzeuges auszuführenden Arbeitsprozess wie zulässige Beschleunigung, Geschwindigkeit, oder Position des Werkzeuges an der aktuellen Raumposition und dergleichen.
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Die oben genannten Mittel, die dazu eingerichtet sind, die Ist-Bedingungen wie Ist-Position, Ist-Geschwindigkeit oder Ist-Beschleunigung zu erfassen, können bspw. Sende- und/oder Empfangseinrichtungen umfassen, mittels derer eine Ist-Feldstärkemessung, insbesondere auch kombiniert mit einer Richtungserkennung zum Beispiel unter Verwendung eines digitalen Kompasses, möglich ist. Insbesondere kann ein Abgleich der gemessenen Ist-Feldstärke mit einzelnen den Raumpunkten des Arbeitsbereiches zugeordneten Feldstärkeinformationen erfolgen. Diese Feldstärkeinformationen sind in einer Datenbank, insbesondere zusammen mit weiteren Bedingungen wie bspw. Positionsangaben abgespeichert. Die Datenbank kann im Handwerkzeug abgespeichert oder für das Handwerkzeug zugänglich (z.B. über Netzwerkanbindung) und abrufbar realisiert sein. Die auf diese Weise aus der Datenbankinformation erhältlichen Positionsdaten können anschließend für die Ermittlung der Ist-Position abhängig von der gemessenen Feldstärke und insbesondere auch für eine Navigation des Handwerkzeug-Benutzers innerhalb des Arbeitsbereiches verwendet werden. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass unter Berücksichtigung eines Toleranzbereiches jedem Raumpunkt eine bestimmte Feldstärke zuordenbar ist. Aus der Feldstärke ist daher umgekehrt auch der Raumpunkt bestimmbar. Weitet man dieses Prinzip auf die Berücksichtigung mehrerer Sendeeinrichtungen auf und ermittelt basierend auf den von Sendeeinrichtungen empfangenen Signalen die jeweiligen den Signalen zugeordneten Positionen im Handwerkzeug, so kann im Handwerkzeug mittels Überlagerung der ermittelten Positionsdaten ein interner Abgleich der so ermittelten Positionsdaten erfolgen und die Genauigkeit erhöht bzw. ein Toleranzbereich ermittelt werden. Sendeeinrichtungen können bspw. Bluetooth-Beacons, WLAN-Access-Points und dergleichen sein.
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Der Benutzer des Handwerkzeuges erhält somit direkt auf dem Display seines Handwerkzeuges Informationen über seine aktuelle Position und er kann damit bspw. sehr schnell überprüfen, ob er sich aktuell an der richtigen Position für den aktuell durchzuführenden Arbeitsschritt befindet. Weiterhin kann die aktuelle Position des Handwerkzeuges bspw. an eine übergeordnete Steuerung übertragen werden und zum Auffinden des Handwerkzeuges dienen. Damit können sowohl die Arbeitsgeschwindigkeit als auch die Prozesssicherheit erhöht werden. Der Benutzer kann außerdem positionsabhängige Instruktionen oder Hinweise von einer übergeordneten Einrichtung, welche die Handwerkzeugposition empfängt und auswertet, erhalten. Handelt es sich um Hinweise bzgl. des Arbeitsprozesses, so können diese Informationen auch innerhalb des Handwerkzeuges gespeichert werden, beispielsweise zusammen mit einem für das Handwerkzeug implementierten Steuerprogramm, welches auch einer vom Handwerkzeug umfassten Handwerkzeugsteuereinrichtung abgearbeitet werden kann.
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Vorteilhafterweise umfasst die Anordnung weiterhin Mittel, die dazu eingerichtet sind, eine Start-Position des Handwerkzeuges innerhalb des Abbildes (virtueller Standort) zu ermitteln, wobei die Mittel, die dazu eingerichtet sind, die Ist-Position zu ermitteln, vorzugsweise auch Mittel zur Richtungserkennung ausgehend von der Start-Position umfassen.
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Die Start-Position ist dabei bspw. bestimmbar, indem ein Anwender sich zu einem definierten Punkt im (realen) Arbeitsbereich begibt und eine Taste am Handwerkzeug betätigt. Das Handwerkzeug ordnet den realen Standort dann einem vordefinierten und im virtuellen Abbild identischen Standort zu, indem davon ausgegangen wird, dass der aktuelle Standort zum Zeitpunkt des Betätigens der Taste oder bei Durchführung einer sonstigen entsprechenden Aktion, im wesentlichen identisch mit dem virtuellen Standort ist.
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Bspw. kann ein Anwender aber auch im (realen) Arbeitsbereich an einer definierten Stelle einen Code (Barcode, Matrixcode etc.) einscannen. Der Code umfasst dabei eine Referenz auf Daten eines virtuellen Abbildes und Koordinaten der aktuellen Position. Mittels dieser Information wird die Datenbasis des virtuellen Abbildes in das Handwerkzeug geladen (bspw. von einer externen Datenbank) oder ausgewählt (von einer internen Datenbank) und der Ausgangspunkt im virtuellen Abbild ist definiert durch die Koordinaten. Das Handwerkzeug umfasst hierzu bspw. einen zusätzlichen, geeigneten Codescanner oder kann an einen solchen angebunden werden.
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Alternativ kann der Anwender auch einen markanten realen Raumpunkt mittels eines vom Handwerkzeug zusätzlich umfassten Bilderfassungsmittels, wie beispielsweise einer CCD-Kamera, erfassen. Mittels eines vom Handwerkzeug zusätzlich umfassten Bilderkennungsmittels wird nun eine dem erkannten markanten Punkt zugeordnete Datenbasis ermittelt und geladen. Der Ausgangspunkt im virtuellen Abbild ist nun durch den markanten Raumpunkt definiert, welche auch im virtuellen Abbild vorhanden ist. Die Koordinaten dieses Raumpunktes sind vorzugsweise ebenfalls Bestandteil der Datenbasis. Das Handwerkzeug umfasst entweder die Kamera oder kann an eine Kamera angebunden werden. Vorteil dieser Lösung ist, dass keine zusätzlichen Markierungen im Raum angebracht werden müssen, sondern der Raum als solcher selbsttätig erkannt werden kann, sofern geeignete markante Raumpunkt vorhanden sind.
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Je nach vorliegenden Gegebenheiten, d.h. ob bspw. entsprechende Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen innerhalb des Arbeitsbereiches vorliegen, Markierungen vorhanden sind oder keine Markierungen vorhanden sind, kann die jeweils gewünschte Variante der Ist-Positionsbestimmung von einem Benutzer des Handwerkzeuges gewählt werden. Vorteilhafterweise unterstützt das Handwerkzeug hierzu alle zuvor genannten Varianten und hält diese im Rahmen eines Auswahlmenüs für den Benutzer zur Auswahl bereit.
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Besonders vorteilhaft ist auch eine Kombination mehrerer Möglichkeiten der Ist-Positions-Ermittlung. Damit kann entweder eine genauere Positions-Ermittlung erfolgen, sofern mehrere der Möglichkeiten gleichzeitig genutzt werden können, oder aber das entsprechende Handwerkzeug kann universell in verschiedenen Arbeitsbereichen, die jeweils nur eine der Möglichkeiten der Ist-Positions-Ermittlung erlauben, verwendet werden.
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Die Positionsermittlung ausgehend von der nun bekannten Start-Position kann bspw. realisiert werden, indem eine Standortbestimmung mittels Auswertung von Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und/oder Zeit erfolgt, bspw. mittels einer Beschleunigungssensorik, z.B. 3-Achs-Beschleunigungssensorik, Gyrosensorik und unter Verwendung eines entsprechend eingerichteten Auswertealgorithmus. Der Auswertealgorithmus ermittelt bspw. basierend auf den Signalen der Beschleunigungssensorik den zurückgelegten Weg und/oder die Lage im Raum durch mehrfache Integration der erhaltenen Sensorsignale. Zwischenergebnisse wie die Geschwindigkeit der Bewegung können ebenfalls verarbeitet werden. Die Positionsermittlung ausgehend von der nun bekannten Start-Position kann alternativ oder in Kombination auch basierend auf einer Schrittzählung bevorzugt in Verbindung mit einer Richtungserkennung in Form eines digitalen Kompasses durchgeführt werden. Die Schrittzählung und/oder Richtungserkennung kann auf mechanischen Methoden wie mechanischen Kontakten oder elektronischen Methoden in Verbindung mit geeigneter Sensorik wie Beschleunigungssensorik, Hallsensorik und dergleichen basieren. Bei der Schrittzählung werden in einer dem Handwerkzeug zugänglichen Benutzerdatenbank zusätzliche Benutzerinformationen wie die Schrittweite des Benutzers abgelegt. Aus der Schrittweite, den Schrittanzahl und der Verwendung definierter Zeitfenster kann der zuvor erwähnte Algorithmus Geschwindigkeit, zurückgelegten Weg und die Beschleunigung mittels der bekannten Zusammenhänge zwischen diesen Größen ermitteln. Das Handwerkzeug könnte alternativ oder ergänzend auch Mittel zur radarbasierten Geschwindigkeits- und/oder Distanzmessung umfassen, welches bspw. mittels eines Radar Sensor Systems realisiert ist und dessen Signale mittels des zuvor genannten Algorithmus zur Geschwindigkeitsmessung und/oder Wegmessung eingesetzt wird.
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Vorzugsweise umfasst die Anordnung Mittel, die dazu eingerichtet sind, eine Soll-Bewegungsbahn des Handwerkzeuges vorzugeben und/oder eine Ist-Bewegungsbahn des Handwerkzeuges zu ermitteln. Insbesondere umfasst die Anordnung zudem Mittel, die dazu eingerichtet sind, die Ist-Position unter Berücksichtigung der Soll-Bewegungsbahn und/oder Abweichungen der Ist-Bewegungsbahn von der Soll-Bewegungsbahn zu ermitteln. Die Soll-Bewegungsbahn ist dabei insbesondere durch die Start-Position oder eine andere Ausgangsposition sowie durch eine oder mehrere Zielpositionen definiert. Die Bewegungsbahn könnte bspw. auch mittels eines Sollwertgenerators vorgegeben werden.
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Eine Vorgabe der Soll-Bewegungsbahn und/oder Ermittlung der Ist-Bewegungsbahn, insbesondere auch eine automatische Ermittlung der Bewegungsbahn, kann dabei ausgehend von manuell oder mittels einer Datenbasis vorgebbaren Ausgangsinformationen (z.B. Montageanleitung/Stückliste etc. für durchzuführende Montagearbeiten an einem bestimmten Objekt) erfolgen. Dem Benutzer kann somit auf sehr einfache und schnelle Weise mitgeteilt werden, welchen Weg er mit dem Handwerkzeug zurückzulegen hat und insbesondere auch, ob bzw. dass er sich auf einem falschen Weg befindet.
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Es ist von Vorteil, wenn die Anordnung Mittel umfasst, die dazu eingerichtet sind, eine Benutzerführung und/oder eine Benutzeranweisung basierend auf der Ist-Position zur Darstellung auf den Anzeigemitteln zu erzeugen. Bspw. erhält der Benutzer bei der Montage positionsabhängige Anweisungen hinsichtlich des von ihm zurückzulegenden Weges oder von ihm auszuführender Arbeiten mittels eines vom Handwerkzeug umfassten Displays. Im Handwerkzeug oder einer vom Handwerkzeug mittels Netzwerkanbindung zugänglichen Datenbank sind hierzu bspw. zu den einzelnen Raumpunkten Referenzen auf den Raumpunkten zugeordnete Hinweise für den Benutzer abgelegt. Dem Benutzer kann so mitgeteilt werden, welche Arbeitsschritte er an welcher Position durchzuführen hat. Dies erhöht die Prozesssicherheit noch weiter.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die Anordnung Mittel umfasst, die dazu eingerichtet sind, eine Diebstahlsicherung zu erzeugen. Dazu können bspw. am Handwerkzeug selbst oder über eine Netzwerkanbindung des Handwerkzeuges eine Alarmfunktion ausgelöst und/oder das gesamte Handwerkzeug oder einzelne Funktionen des Handwerkzeuges gesperrt werden, wenn sich das Handwerkzeug außerhalb des Arbeitsbereiches befindet. Auch dies erhöht zum einen die Prozesssicherheit, da sichergestellt wird, dass das Handwerkzeug im Arbeitsbereich verbleibt. Zum anderen wird möglichem Diebstahl vorgebeugt.
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Ein erfindungsgemäßes Handwerkzeug dient der Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung. Dabei weist das Handwerkzeug Anzeigemittel zur Darstellung einer Ist-Position des Handwerkzeuges innerhalb eines virtuellen Abbildes eines Arbeitsbereiches auf. Insbesondere umfasst das Handwerkzeug dabei wenigstens eines der Mittel einer erfindungsgemäßen Anordnung, vorzugsweise alle Mittel. Bspw. ist das Handwerkzeug mittels Funk (WLAN) an eine übergeordnete Steuerung zum Datenaustausch bezüglich digitaler Raumplänen, positionsabhängiger Statusinformationen, positionsabhängiger Mitteilungen an den Benutzer, und dergleichen angebunden. Ein solches Handwerkzeug weist dabei die oben bereits genannten Vorteile auf.
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Vorzugsweise ist das Handwerkzeug als Schrauber, als Nietwerkzeug oder als Stanzgerät ausgebildet. Dabei handelt es sich um bei industriellen Montagearbeiten bevorzugt eingesetzte Arten von Handwerkzeugen. Jedoch sind auch weitere Arten von Handwerkzeugen denkbar, die erfindungsgemäß ausgestaltet sein können.
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Das Handwerkzeug umfasst dabei insbesondere eine integrierte Steuerung und eine Sensorik, insbesondere inkl. Beschleunigungssensorik. Diese Sensorik kann dabei eine Doppelfunktion haben, nämlich neben der Einbindung der Sensorsignale für die Überwachung bspw. des Schraub- oder Nietprozesses auch die Nutzung für die erfindungsgemäße Innenraumnavigation.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Überwachung einer Position eines Handwerkzeuges, das zur Verwendung innerhalb eines Arbeitsbereiches vorgesehen ist, innerhalb des Arbeitsbereiches. Dabei wird ein virtuelles Abbild des Arbeitsbereiches erzeugt, eine Ist-Position des Handwerkzeuges innerhalb des Abbildes wird ermittelt und die Ist-Position wird auf einem Anzeigemittel des Handwerkzeuges dargestellt.
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Vorzugsweise werden bei dem Verfahren von den Mitteln einer erfindungsgemäßen Anordnung durchzuführende Schritte durchgeführt. Es versteht sich, dass die zur erfindungsgemäßen Anordnung erwähnten bevorzugten Ausgestaltungen auch jeweils bei einem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden. Zu den Vorteilen eines erfindungsgemäßen Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die oben genannten Ausführungen verwiesen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine übergeordnete Steuerungseinheit in einem Arbeitsbereich, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Handwerkzeug in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung.
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2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Handwerkzeug in einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung.
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3 zeigt schematisch eine industrielle Produktionsstätte mit einem Arbeitsbereich, für den eine erfindungsgemäße Anordnung Anwendung finden kann.
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4 zeigt schematisch ein Anzeigemittel eines erfindungsgemäßen Handwerkzeuges mit einer Darstellung eines virtuellen Abbildes eines Arbeitsbereichs.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist ein Handwerkzeug 100 als Winkelschrauber dargestellt (Mittelgriffschrauber ebenfalls denkbar), das zur Durchführung von Schraubaufgaben – als Handschrauber oder als stationäre Schraubspindel ausgebildet – dient und ein Gehäuse 110 umfasst. Das Gehäuse 110 wiederum umfasst mindestens einen Abtrieb 111, ein Getriebe 113 und einen Motor 114 und vorzugsweise noch einen Drehmomentaufnehmer 112 und einen Rotorlagegeber 115.
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Der Abtrieb 111 ist mittels des Motors 114 und unter Verwendung des Getriebes 113 antreibbar. Von dem Gehäuse 110 des Schraubers 100 ist ein integriertes Schraubprozesssteuermittel 116 zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Schraubprozesses umfasst. Der Schrauber 100 ist zumindest zeitweise autark und mittels des internen Steuermittels 116 unabhängig von einer übergeordneten Schraubprozesssteuerung 131 betreibbar.
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Der Schrauber 100 kann mit der übergeordneten Schraubprozesssteuerung 131 oder auch mit anderen Einrichtungen 128 per Funkverbindung 129 (z.B. Access-Point/Router) kommunizieren sowie Daten mit diesen Einrichtungen 131, 128 austauschen (Schraubprogramm, Ergebnisdaten und dergleichen). Das Schraubprozesssteuermittel 116 umfasst als Komponenten mindestens einen Mikroprozessor 117 mit Speicher 117a oder eine Speicheraufnahmevorrichtung 117b und vorzugsweise zusätzlich ein Messmodul 118 und einen Servoverstärker 119.
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Das Schraubprozesssteuermittel 116 kann zudem als Mittel zur Erzeugung eines virtuellen Abbildes des Arbeitsbereiches verwendet werden. In Zusammenwirkung mit bspw. den Funkverbindungen 129 bzw. den dahinterstehenden Einrichtungen 131, 128 kann die Ist-Position des Schraubers 100 im virtuellen Abbild bestimmt werden. Vorzugsweise werden jedoch alle von der beanspruchten Anordnung umfassten Mittel vom Handwerkzeug umfasst und mittels des Schraubprozesssteuermittels 116 oder einer zusätzlichen vom Handwerkzeug umfassten Recheneinrichtung realisiert. Das Handwerkzeug enthält damit zusätzlich die Funktion einer Innenraumnavigation, welche vorzugsweise ausschließlich auf der vom Handwerkzeug umfassten Sensorik und Elektronik wie Beschleunigungssensorik, Schrittzähler und/oder elektronischer Kompass und ggf. basierend auf einem auf dem Schraubprozesssteuermittels 116 vorzugsweise in Echtzeit ablaufenden Algorithmus zur Auswertung der Sensorik und zur Ermittlung der Ist-Position basiert.
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Der Eingang des Messmoduls 118 ist mit dem Ausgang des Drehmomentaufnehmers 112 mittels einer Verbindung 123 datenübertragend verbunden. Die Verbindung 123 ist dabei bspw. ein Datenbus oder auch eine entsprechende serielle Datenverbindung ist denkbar. Der Servoverstärker 119 ist mit dem Rotorlagegeber 115 mittels einer Verbindung 122 (bspw. ebenfalls in Form eines Datenbusses oder einer seriellen Datenverbindung) und mit dem Messmodul 118 mittels einer weiteren, separaten Verbindung 127 verbunden. Die Verbindung 127 ist ein Datenbus, welcher eine Querkommunikation zwischen den Komponenten 117, 118, 119, 120 ermöglicht.
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Der Motor 114 kann unter Berücksichtigung der Rotorlage und der Ausgangsdaten des Drehmomentaufnehmers 112 mittels eines vom Mikroprozessor 117 ausführbaren Schraubprogramms gesteuert werden. Der Mikroprozessor 117 liest das Schraubprogramm aus dem Speicher 117a oder aus einer in die Speicheraufnahmevorrichtung 117b eingefügten Flash-Speicherkarte aus.
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Eingabe-/Ausgabeeinheiten 120 als weitere umfasste Komponenten realisieren eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (z.B. zwischen Schrauber und Bediener durch Tastatur und Display) und/oder eine Maschine-Maschine-Schnittstelle (z.B. zwischen Schrauber und PC durch Datenschnittstellen) vorzugsweise mit Visualisierung von für den Schraubprozess relevanten Daten (z. B. mittels eines Farbdisplays 124) für den Bediener.
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Das Farbdisplay 124 kann dabei als erfindungsgemäßes Anzeigemittel, oder zumindest als ein Teil davon verwendet werden. Bspw. kann das Farbdisplay 124 in Zusammenwirkung mit dem Schraubprozesssteuermittel 116 das virtuelle Abbild des Arbeitsbereiches und die Ist-Position des Schraubers 100 im virtuellen Abbild darstellen.
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Nahe am Abtrieb 111 oder unmittelbar am Abtrieb 111 ist ein optionales Bilderfassungsmittel 132 angeordnet oder eine Anordnung 133 zur mechanischen beziehungsweise elektrischen Anbindung eines zuvor genannten Bilderfassungsmittels 132 vorgesehen. Das Schraubprozesssteuermittel 116 kann gleichzeitig die Funktion der Bildverarbeitung/Bildanalyse 130 übernehmen.
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Dieser Funk-Akkuschrauber umfasst alle nötigen Details zur Realisierung von sicherheitskritischen Verschraubungen wie Ergebnis-Speicherung, Ergebnisausgabe und Ergebnisdokumentation. Ein integrierter Sender 121 überträgt die Verschraubungsdaten per Funk 129 an eine Empfangsstation 128, 131, bspw. unter Einbindung eines Access-Points. Bei einem auftretenden kurzzeitigen Funkschatten puffert die integrierte Elektronik die Daten im Schrauber und gibt sie weiter, sobald wieder eine Funkverbindung 129 besteht.
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Auch der Sender 121 kann als Teil des Mittels zur Ermittlung der Ist-Position verwendet werden, indem im Zusammenwirken mit den Empfangsstationen 128, 131, die Position ermittelt wird.
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Die komplett integrierte Steuerungs- und Leistungselektronik hebt die bisherige Aufteilung solcher Anordnungen auf mehrere, über Leistungs- und Kommunikationskabel verbundene, Komponenten quasi auf und gewährleistet eine 100%-Dokumentation aller Vorgänge, sorgt damit für eine hohe Verfügbarkeit und trägt entscheidend zur Prozesssicherheit bei.
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Zur Parametrierung und Werkerinformation an den Schraubern 100 steht ein Farbdisplay 124 zur Verfügung. Wie bereits oben erwähnt, kann das Farbdisplay 124 auch als erfindungsgemäßes Anzeigemittel zur Darstellung der Ist-Position und des zugehörigen virtuellen Abbildes des Arbeitsbereiches genutzt werden. Ferner können auf dem Farbdisplay auch Ist- und/oder Soll-Bewegungsbahnen, die bspw. mittels des Schraubprozesssteuermittels 116 ermittelt bzw. vorgegeben werden, angezeigt werden. Ebenso ist eine Anzeige von positionsabhängigen Bedienungsanweisungen an einen Benutzer des Handwerkzeuges möglich.
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Eine integrierte, lichtstarke LED sorgt auch bei wechselnden Lichtverhältnissen stets für eine optimale Ausleuchtung der Schraubstelle. Aus der farblichen Hinterlegung der Displayanzeige (z. B. rot/grün) kann man auf das Ergebnis der gerade von der Spindel hergestellten Schraubverbindung schließen. Mit dem Schrauber werden Drehmomente bis 50 Nm erreicht und Lithium-Ionen-Akkus sorgen für einen sicheren Betrieb.
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Am Display 124 können auch vom Bilderfassungsmittel 132, 133 und/oder vom Schraubprozesssteuermittel 116 und/oder von einer übergeordneten Einrichtung 128, 131 generierte Bildinformationen und/oder Zusatzbildinformationen eingeblendet werden, wie beispielsweise Textanweisungen/Bildanweisungen an den Werkzeugbediener. Audiovorrichtungen (Mikrofoneingang, Lautsprecherausgang beziehungsweise Mikrofon oder Lautsprecher) 126 und/oder ein Bluetoothmodul 125 zur Audiodatenübertragung stellen eine akustische Anbindungsmöglichkeit des Bedieners an eine übergeordnete Einrichtung 128, 131 bereit. Das Bluetoothmodul 125 kann zudem auch zur Ermittlung der Ist-Position verwendet werden, indem es als Empfangseinrichtung für eine im Raum angeordnete Bluetooth-Sendeeinrichtung fungiert, deren Feldstärke vom Handwerkzeug selbsttätig zur Positionsermittlung ermittelt wird. Hierzu wird empfohlen als Aktionsradius des Benutzers des Handwerkzeuges innerhalb eines Arbeitsraumes einen Kreis zu definieren, in dessen Zentrum sich die Bluetooth-Sendeeinrichtung befindet. Die Bluetooth-Sendeeinrichtung müsste im Raum angebracht werden, z.B. Fußboden, Decke o.ä. Wegen des geringeren Energieverbrauchs wird BLE empfohlen (Bluetooth Low Energy). Die Bluetooth-Sendeeinrichtung könnte mittels Solarzellen versorgt werden und die Innenraumausleuchtung als Energiequelle nutzen. Entsprechend geeignete und empfindliche Solarzellen sind am Markt erhältlich. Die Idee der Bluetooth-Sendeeinrichtung ist auch auf WLAN-Access-Points in Verbindung mit Feldstärkemessungen zur Standortbestimmung des Gerätes übertragbar. In der Industrie nimmt WLAN zunehmend Einzug und die Infrastruktur wäre dann ohnehin vorhanden. Je nach Anordnung der Sendeeinrichtungen können unterschiedliche Arbeitsraumgrundrisse abgebildet werden. Die im Handwerkzeug vorhandene Rechenintelligenz ist dazu eingerichtet, aus den Feldstärkemessungen einer oder mehrerer Sendeeinrichtungen die Ist-Position innerhalb des virtuellen und realen Arbeitsraumes zu ermitteln.
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Sämtliche hier genannten Varianten der Ist-Positionsermittlung könnten mit einer GPS-Auswertung von GPS kombiniert werden, indem bei vorhandemen GPS-Signal dieses unterstützend oder ausschließlich verwendet wird. Hierzu wäre ein GPS-Empfänger in das Handwerkzeug zu integrieren, wobei permanent die GPS-Signalstärke überwacht und abhängig von der Signalstärke mit oder ohne GPS die Ist-Position ermittelt und/oder verifiziert wird.
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Das erfindungsgemäße Prinzip kann außerdem dazu verwendet werden, eine Diebstahlsicherung zu realisieren. Dazu können bspw. eine oder mehrere, insbesondere alle, Funktionen des Schraubers 100 gesperrt werden, sobald erkannt wird, dass sich die Ist-Position außerhalb des Arbeitsbereiches, oder eines anderen festgelegten Bereiches, befindet.
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In 2 ist ein als Nietsetzgerät bzw. Nietwerkzeug ausgebildetes Handwerkzeug 200 dargestellt, welches zur Durchführung von Einpressarbeiten dient. Damit können aus einer Niethülse und einem abreißbaren Nietdorn bestehende Blindnieten oder Blindmuttern gesetzt werden. Es handelt sich um ein Akkugerät für den Handbetrieb. Abgesehen von den funktionalen und mechanischen Unterschieden sind alle unter 1 erwähnten Gerätefunktionen betreffend die Erfindung auch in dem Nietwerkzeug realisiert oder realisierbar. Auch hier ist eine geräteinterne Steuerelektronik vorhanden, welche unter anderem den Nietprozess koordiniert und ggf. vollständig autark durchführt, und welche zur Durchführung der für die Realisierung der erfindungsgemäßen Innenraumnavigation erforderlichen Schritte, selbsttätig und/oder unter Einbindung einer übergeordneten Recheneinrichtung, eingerichtet ist.
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Vorgesehen ist ein Gerätekopf 210 mit Mundstück zum Halten des Nietdorns. Entlang derselben Achse 213 sind angrenzend zueinander der Gerätekopf 210 und/oder ein Kraftsensor mit Nietdorndurchführung 209 und/oder eine Trapez- oder Kugelumlaufspindel 207 mit Nietdorndurchführung und/oder vorzugsweise ein Nietdornbehälter 212 angeordnet. Der während der Montage vom Mundstück gehaltene Nietdorn kann somit nach dessen Abriss durch die zuvor genannten Komponenten 210, 209, 207 hindurch bis zum Nietdornbehälter 212 geführt werden.
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Die Trapez- oder Kugelumlaufspindel 207 wird mittels eines Elektromotors 205, vorzugsweise in Verbindung mit einem Getriebe 206, ggf. mit Versatz, angetrieben. An der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 207 ist ein Wegesensor 208 angeordnet, welcher den von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 207 zurückgelegten Weg direkt oder indirekt, mittels des von der Trapez- oder Kugelumlaufspindel 207 zurückgelegten Drehwinkels, erfassen kann. Alternativ könnte der Wegesensor 208 auch am Motor 205 angeordnet sein.
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Bezugszeichen 211 kennzeichnet eine Steuerelektronik mit Kommunikationsmodul und Bezugszeichen 220 bezeichnet ein Display, welche beide oder auch einzeln zumindest teilweise auch vom Gehäuse umfasst sein können. Der Nietdornbehälter 212 kann auch zumindest teilweise vom Gehäuse umfasst sein. Elektrisch versorgt wird die gesamte zuvor genannte Anordnung mittels eines Akkus 201, wozu ein Kabelbaum 203 vorgesehen ist. Zum Ein- und Ausschalten dient der Startschalter 204.
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Bezugszeichen 202 kennzeichnet die Schnittstelle mit Leistungselektronik zur Ansteuerung des Motors 205. Zumindest die Komponenten 202, 203, 205, 206, 207, 208, 209 sind vollständig vom Gehäuse des Nietsetzgerät umschlossen, vorzugsweise auch noch die Komponente 211. Die Steuerelektronik 211 ist mit einem Datenspeicher ausgestattet und derart mit den Sensoren 208, 209 verbunden, dass diese die von den Sensoren während eines Setzvorgangs kontinuierlich gelieferte Datenmenge im Datenspeicher speichern und/oder auswerten kann.
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Vorzugsweise umfasst das Nietsetzgerät ein Funkmodul 214, vorzugsweise ein WLAN-Modul und/oder Mobilfunk-Modul (GSM/G3/G4), zur drahtlosen Übertragung von Prozessdaten oder abgespeicherten Daten an eine übergeordnete Steuerung 215. Beide Module könnten auch alternierend beispielsweise abhängig von der Signalqualität und der Anbindung an Datennetze aktiviert werden.
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Unter Prozessdaten werden kontinuierliche Datenströme verstanden, welche während des Setzvorganges von Blindnieten oder Blindnietmuttern mittels der Kraft- und Wegsensorik erzeugt werden und damit für einen spezifischen Setzvorganges charakteristische Daten darstellen, welche unter anderem eine Qualitätsanalyse zulassen (Kraft-Weg-Daten). Eine solche Qualitätsanalyse kann unter Heranziehung von Referenzdatensätzen (Kraft-Weg-Daten) entweder mittels der internen Steuerelektronik 211 und/oder mittels einer übergeordneten Einrichtung 215 durchgeführt werden.
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Dasselbe gilt für die Bildverarbeitung und die damit verbundenen Bilddaten. Im Display 220 können somit neben einer reinen OK/NOK – Information (NOK = Nicht OK) an den Benutzer auch Kraft-Weg-Kurven oder darauf bezogene Analyseergebnisse angezeigt werden. Eine übergeordnete Einrichtung 215 bedient sich hierzu eines externen Displays. Derartige Analysen erlauben es dann die Kraft-Weg-Diagramme einer jeden einzelnen Nietverbindung, welche innerhalb einer Fertigungslinie realisiert wurde, zu bewerten.
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Der Gerätekopf 210 umfasst ein Bilderfassungsmittel 216 oder es ist eine Anordnung 217 zur mechanischen beziehungsweise elektrischen Anbindung eines zuvor genannten Bilderfassungsmittels 216 an das Nietsetzgerät vorgesehen. Die Steuerelektronik 211 übernimmt gleichzeitig die Funktion der Bildverarbeitung/Bildanalyse, alternativ wird dies von der übergeordneten Einrichtung 215 erledigt, welche mittels Funk mit dem Nietsetzgerät kommuniziert.
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Die Steuerelektronik 211 kann zudem als Mittel zur Erzeugung eines virtuellen Abbildes des Arbeitsbereiches verwendet werden. Autark oder in Zusammenwirkung mit bspw. dem Funkmodul 214 bzw. der dahinterstehenden übergeordneten Einrichtung 215 kann die Ist-Position des Nietwerkzeugs 200 im virtuellen Abbild basierend auf den in der Beschreibung zuvor erläuterten Methoden wie bspw. der Raumpunkterkennung mittels Bilderkennung oder mittels eines einscannbaren Codes bestimmt werden.
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Das Display 220 kann dabei als erfindungsgemäßes Anzeigemittel, oder zumindest als ein Teil davon verwendet werden. Bspw. kann das Display 220 in Zusammenwirkung mit der Steuerelektronik 211 das virtuelle Abbild des Arbeitsbereiches und die Ist-Position des Nietwerkzeuges 200 im virtuellen Abbild darstellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem dazu verwendet werden, wie unter 1 bereits erläutert, eine geräteinterne Diebstahlsicherung zu realisieren. Dazu können bspw. eine oder mehrere, insbesondere alle, Funktionen des Nietwerkzeuges 200 gesperrt werden, sobald erkannt wird, dass sich die Ist-Position außerhalb des Arbeitsbereiches, oder eines anderen festgelegten Bereiches, befindet.
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Die Ausführungen in 1 und 2 treffen auch auf weitere intelligente Handwerkzeuge zu, beispielsweise Stanzwerkzeuge, allgemein auf Werkzeuge mit integrierter Steuerung zur selbsttätigen Durchführung, Überwachung und/oder Protokollierung von industriellen Prozessen. Das erfindungsgemäße Prinzip ist in allen diesen Geräten identisch. Unterschiede ergeben sich lediglich durch den mechanischen Aufbau der Geräte und deren Einsatzbereiche bzw. Funktion. Generell handelt es sich um Geräte zur Bearbeitung von Werkstücken oder zur Durchführung von Arbeiten an einem Werkstück.
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In 3 ist schematisch ein Ausschnitt aus einer industriellen Produktionsstätte, beispielhaft an einer Automobilfertigung, dargestellt. Ein Arbeitsbereich 320 umfasst dabei beispielhaft ein Automobil 330. Ein Handwerkzeug 300 befindet sich in dem Arbeitsbereich 320. Bei dem Handwerkzeug 300 kann es sich bspw. um eines der oben genannten Handwerkzeuge 100 oder 200 oder ein Stanzgerät handeln. Denkbare wäre auch eine Handschweißzange zur Realisierung von Schweißpunkten oder Schweißnähten an Karosserien. Diese wären dann mit einem Display und einer Recheneinrichtung sowie der für die Realisierung der erfindungsgemäßen Mittel erforderlichen Sensoren und Einrichtungen auszustatten. Weiterhin sind beispielhaft zwei Funkübertragungseinrichtungen 310, 311 dargestellt, mit denen das Handwerkzeug verbunden ist bzw. kommunizieren kann.
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In 4 ist schematisch ein Display 400 als Teil eines Anzeigemittels eines Handwerkzeuges dargestellt. Bei diesem Display kann es sich bspw. um eines der oben genannten Displays 124 oder 220 handeln. Auf dem Display 400 wird ein virtuelles Abbild 430 des Arbeitsbereiches 320 dargestellt. Das Abbild 430 kann bspw. aus hinterlegten Lageplänen oder dergleichen gewonnen werden.
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Weiterhin wird auf dem Display 400 innerhalb des virtuellen Abbildes 430 eine aktuelle Ist-Position 410 des Handwerkzeuges 300 dargestellt. Diese aktuelle Ist-Position wird bspw. mittels der beiden Funkübertragungseinrichtungen 310, 311, die mit dem Handwerkzeug 300 in Verbindung stehen, gewonnen. Je mehr solcher Funkübertragungseinrichtungen vorhanden sind, desto genauer lässt sich die aktuelle Ist-Position ermitteln und darstellen.
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Weiterhin ist beispielhaft eine Soll-Bewegungsbahn 420 in dem virtuellen Abbild 430 gezeigt, die um die virtuelle Darstellung 440 des Automobils 330 herum führt und verschiedene Haltepunkte anzeigt. Ein Benutzer des Handwerkzeuges 300 kann somit genau sehen, welche Haltepunkte für die Bearbeitung mit dem Handwerkzeug 300 in dem Arbeitsbereich 320 vorgesehen sind.
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Weiterhin kann der Benutzer auch sehen, ob er möglicherweise von der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn 420 abweicht, nämlich dann, wenn die Ist-Position 410 nicht mehr auf der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn 420 liegt. Je nach Ausgestaltung kann in einem solchen Fall auch eine Warnung, bildlich, schriftlich und/oder akustisch, ausgegeben werden. Besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass an den Benutzer positionsabhängige Anweisungen im Rahmen des von ihm durchzuführenden Arbeitsprozesses am Display visuell und ggf. über Lautsprecher oder Mikrofonausgang sogar akustisch ausgegeben werden können.
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Mittels übergeordneter Einrichtungen, wie die in den 1 und 2 gezeigten Einrichtungen 128, 131, 215, kann der von dem Handwerkzeug 100, 200 mittels des Benutzers ausgeführte Arbeitsprozess aufgrund der vom Handwerkzeug 100, 200 bereitgestellten Positionsangabe des Benutzers leicht überwacht werden. Die Ist-Daten des Benutzers bzw. Handwerkzeuges werden hierzu zyklisch oder wiederkehrend an die übergeordneten Einrichtungen 128, 131, 215 übermittelt. Die übergeordneten Einrichtungen 128, 131, 215 sind damit in der Lage den Arbeitsprozess oder mehrere Arbeitsprozesse vorzugsweise gleichzeitig anhand entprechender Soll-Daten zu überwachen und Abweichungen vom Sollprozeß zu dokumentieren. Ist oder Soll-Daten können sich auf Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und davon abgeleiteten Daten beziehen.
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Ist-Daten können jedoch auch vom Handwerkzeug mittels geeigneter Sensorik wie bspw. einer Kamera erfasster Umgebungsinformationen oder mittels biometriescher Daten erfasster Benutzerinformationen sein. Die ermöglicht es beispielsweise im Rahmen einer Prozessüberwachung auch festzustellen, ob sich der richtige Benutzer sich am richtigen Ort befindet und die prozessrelevanten Arbeiten vorschriftsmäßig ausführt.
