DE102014226993A1

DE102014226993A1 - Tool and method for detecting process-relevant quantities directly on the tool element

Info

Publication number: DE102014226993A1
Application number: DE102014226993.8A
Authority: DE
Inventors: Werner Meister; Andreas MADER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-06-30

Abstract

Es ist ein Werkzeug (2) für eine Automatisierungsanlage (1) und ein Verfahren zum Erfassen von prozessrelevanten Größen direkt am Werkzeugelement (21) eines Werkzeugs (2) bereitgestellt. Das Werkzeug (2) umfasst ein Werkzeugelement (21) zum Behandeln mindestens eines Werkstücks (5, 6), eine Erfassungseinrichtung (30) zum Erfassen mindestens einer beim Behandeln des Werkstücks prozessrelevanten Größe als analoges Signal (S), wobei die Erfassungseinrichtung (30) am Werkzeugelement (21) angeordnet ist, und einen Ausgang (31) zur digitalen Ausgabe der von der Erfassungseinrichtung (30) erfassten mindestens einen prozessrelevanten Größe an eine Datenleitung (32) zur Übertragung der von der Erfassungseinrichtung (30) erfassten mindestens einen prozessrelevanten Größe zu einer Steuereinrichtung (10).There is provided a tool (2) for an automation system (1) and a method for detecting process-relevant variables directly on the tool element (21) of a tool (2). The tool (2) comprises a tool element (21) for treating at least one workpiece (5, 6), a detection device (30) for detecting at least one process-relevant variable when treating the workpiece as an analog signal (S), wherein the detection device (30) is arranged on the tool element (21), and an output (31) for digital output of at least one process-relevant variable detected by the detection device (30) to a data line (32) for transmitting the at least one process-relevant variable detected by the detection device (30) a control device (10).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug und ein Verfahren zum Erfassen von prozessrelevanten Größen direkt am Werkzeugelement eines Werkzeugs, wobei das Werkzeug insbesondere ein Schweißwerkzeug mit einer Schweißzange zum Widerstandspunktschweißen ist.The present invention relates to a tool and a method for detecting process-relevant variables directly on the tool element of a tool, wherein the tool is in particular a welding tool with a welding gun for resistance spot welding.

Werkzeuge, wie ein Schweißwerkzeug, Bohrwerkzeug, Nietwerkzeug, Stanzwerkzeug, usw. werden beispielsweise in Fertigungsanlagen für Fahrzeuge, Möbel usw. zum Behandeln von Werkstücken eingesetzt. Bei einer solchen Behandlung werden die Werkstücke oder Enden eines Werkstücks miteinander verbunden, eine Öffnung in ein oder mehrere Werkstücke eingebracht, usw. Insbesondere beim Widerstandspunktschweißen werden dabei Messwerte oder Messsignale in Bezug auf die Behandlung der Werkstücke mit einer Schweißzange als Werkzeugelement gemessen bzw. erfasst, wie beispielsweise beim Schweißen verwendeter Strom, Spannung und Anpresskraft der Schweißzange am Werkstück.Tools such as a welding tool, drilling tool, riveting tool, punching tool, etc. are used, for example, in manufacturing equipment for vehicles, furniture, etc. for treating workpieces. In such a treatment, the workpieces or ends of a workpiece are connected to each other, an opening is made in one or more workpieces, etc. Measurements or measurement signals relating to the treatment of the workpieces are measured or recorded with a welding tongs as a tool element, in particular in resistance spot welding. such as current used in welding, voltage and contact force of the welding gun on the workpiece.

Es ist denkbar, die Messsignale einer Erfassungseinrichtung in analoger Form zu einer Steuereinrichtung des Werkzeugs zu übertragen und die Signale in der Steuereinrichtung zu erfassen. Problematisch daran ist jedoch, wenn die Messleitung zwischen der Erfassungseinrichtung und der Steuereinrichtung so lang ist, dass die Messsignale auf der Messleitung durch Störeinstrahlung verfälscht werden können. Dies ist beispielsweise bei einem Schweißwerkzeug oft der Fall.It is conceivable to transmit the measuring signals of a detection device in analogous form to a control device of the tool and to detect the signals in the control device. The problem with this, however, is when the measuring line between the detection device and the control device is so long that the measuring signals on the measuring line can be falsified by interference. This is often the case, for example, with a welding tool.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die analogen Messsignale jeweils separat von der Erfassungseinrichtung zu der Steuereinrichtung übertragen werden müssen. Hierfür können beispielsweise verdrillte Leitungen als Messleitung zum Einsatz kommen, wobei für jedes Messsignal separat ein verdrilltes Adernpaar benötigt wird. Bei großer Entfernung zwischen der Erfassungseinrichtung und der Steuereinrichtung, wie insbesondere in einer Fertigungs- oder Automatisierungsanlage gegeben, ergibt sich somit ein hoher Verdrahtungsaufwand. Hierbei ist auch schon bei der Installation der Anlage zu berücksichtigen, dass eventuell später benötigte verdrillte Adernpaare als Reserve vorgehalten werden oder die Möglichkeit besteht, solche verdrillte Adernpaare später nachzuinstallieren, falls zusätzliche Eigenschaften des Werkzeugelements, z. B. die Schweißtransformatortemperatur, usw. benötigt werden. In jedem Fall resultiert aus dem hohen Verdrahtungsaufwand ein großer Platzbedarf und hohe Kosten für Material, Raum und Zeitaufwand für die Installation. Zudem stellt jede zusätzliche Leitung zwischen der Erfassungseinrichtung und der Steuereinrichtung eine zusätzliche Brandlast dar.Another problem is that the analog measurement signals must each be transmitted separately from the detection device to the control device. For this purpose, for example, twisted lines can be used as a measuring line, wherein for each measuring signal separately a twisted wire pair is needed. Given a large distance between the detection device and the control device, as given in particular in a manufacturing or automation system, thus resulting in a high wiring complexity. It should also be taken into account during the installation of the system that any later required twisted wire pairs are kept as a reserve or the possibility exists, such twisted wire pairs later nachinstallieren, if additional properties of the tool element, eg. As the welding transformer temperature, etc. are needed. In any case, the high wiring costs result in a large space requirement and high costs for material, space and time required for the installation. In addition, each additional line between the detection device and the control device represents an additional fire load.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Erfassen von prozessrelevanten Größen direkt am Werkzeugelement eines Werkzeugs bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen ein Werkzeug und ein Verfahren zum Erfassen von prozessrelevanten Größen direkt am Werkzeugelement bereitgestellt werden, bei welchen der Aufwand zum Erfassen von prozessrelevanten Größen reduziert und Störungen der erfassten prozessrelevanten Größen vermieden werden.It is therefore an object of the present invention to provide a tool and a method for detecting process-relevant variables directly on the tool element of a tool, with which the aforementioned problems can be solved. In particular, a tool and a method for detecting process-relevant variables are to be provided directly on the tool element, in which the effort for detecting process-relevant variables is reduced and disturbances of the acquired process-relevant variables are avoided.

Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug für eine Automatisierungsanlage nach Patentanspruch 1 gelöst. Das Werkzeug umfasst ein Werkzeugelement zum Behandeln mindestens eines Werkstücks, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen mindestens einer beim Behandeln des Werkstücks prozessrelevanten Größe als analoges Signal, wobei die Erfassungseinrichtung am Werkzeugelement angeordnet ist, und einen Ausgang zur digitalen Ausgabe der von der Erfassungseinrichtung erfassten mindestens einen prozessrelevanten Größe an eine Datenleitung zur Übertragung der von der Erfassungseinrichtung erfassten mindestens einen prozessrelevanten Größe zu einer Steuereinrichtung.This object is achieved by a tool for an automation system according to claim 1. The tool comprises a tool element for treating at least one workpiece, a detection device for detecting at least one process-relevant variable when treating the workpiece as an analog signal, wherein the detection device is arranged on the tool element, and an output for the digital output of the detected by the detection device at least one process-relevant variable to a data line for transmitting the at least one process-relevant variable detected by the detection device to a control device.

Mit dem Werkzeug können sehr kostengünstig die benötigten prozessrelevanten Größen erfasst werden. Aufgrund der Erfassung oder Messung der prozessrelevanten Größen als analoge Signale direkt am Werkzeugelement und Übertragung der erfassten Signale oder Messsignale als digitale Signale können Störungen der erfassten prozessrelevanten Größen sicher vermieden werden.With the tool, the required process-relevant variables can be detected very cost-effectively. Due to the detection or measurement of the process-relevant variables as analog signals directly on the tool element and transmission of the detected signals or measurement signals as digital signals disturbances of the acquired process-relevant variables can be safely avoided.

Zudem ist mit dem Werkzeug auch eine für zukünftige Erweiterungen der prozessrelevanten Größen zukunftssichere Lösung geboten. Es muss nicht vorab Platz oder Leitungsmaterial als Reserve vorgehalten werden, der oder die im Nachhinein eventuell gar nicht benötigt wird. Dies ist neben der Senkung der Kosten für das Werkzeug auch eine Schonung von Ressourcen.In addition, the tool also offers a future-proof solution for future expansion of the process-relevant parameters. It does not need to be kept in advance as a reserve space or line material, which may or may not be needed in retrospect. This is in addition to the reduction of the cost of the tool also a conservation of resources.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Werkzeugs sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the tool are specified in the dependent claims.

Möglicherweise weist die Erfassungseinrichtung den Ausgang auf und/oder ist zur Wandlung von analogen Erfassungssignalen in digitale Erfassungssignale ausgestaltet und/oder zur zeitsynchronen Erfassungswertaufnahme und -übertragung ausgestaltet. Zusätzlich oder alternativ kann das Werkzeug ein Bohrwerkzeug und/oder ein Schraubwerkzeug und/oder ein Stanzwerkzeug und/oder ein Nietwerkzeug sein.The detection device may have the output and / or is designed to convert analog detection signals into digital detection signals and / or for time-synchronized detection value recording and transmission. Additionally or alternatively, the tool may be a drilling tool and / or a screwing tool and / or a punching tool and / or a riveting tool.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat das Werkzeug zudem eine Leistungsendstufe zum Betrieb des Werkzeugelements, und/oder eine Steuereinrichtung zur Erzeugung einer Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung der Leistungsendstufe. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung Feldbus-Master-Funktionalität aufweist, um die Erfassungseinrichtung als Feldbus-Slave zu steuern. According to one embodiment, the tool also has a power output stage for operating the tool element, and / or a control device for generating a pulse width modulation for driving the power output stage. In this case, it is advantageous if the control device has fieldbus master functionality in order to control the detection device as a fieldbus slave.

Es ist auch denkbar, dass die Steuereinrichtung zur Erzeugung einer Pulsweitenmodulation synchron zum Takt eines Feldbusses ausgestaltet ist, mit welchem die von der Erfassungseinrichtung erfasste mindestens eine prozessrelevante Größe von dem Ausgang zu der Steuereinrichtung übertragen wird.It is also conceivable that the control device for generating a pulse width modulation is configured synchronously with the clock of a field bus, with which the at least one process-relevant variable detected by the detection device is transmitted from the output to the control device.

In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung ausgestaltet, zu einer vorbestimmten Zeit eine Erfassungszeit an die Erfassungseinrichtung zu senden, so dass die Erfassungseinrichtung die Erfassung der beim Behandeln des mindestens einen Werkstücks relevanten mindestens einen prozessrelevanten Größe zwischen Schaltzeiten ausführen kann, bei welchen die Leistungsendstufe geschaltet wird. Hierbei kann die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, die Erfassungszeit derart zu ermitteln, dass die Erfassungszeit genau in der Mitte zwischen zwei Schaltzeiten angeordnet ist.In one embodiment, the control device is configured to send a detection time to the detection device at a predetermined time so that the detection device can perform the detection of at least one process-relevant variable between switching times relevant to the treatment of the at least one workpiece in which the power output stage is switched. In this case, the control device can be configured to determine the detection time such that the detection time is arranged exactly in the middle between two switching times.

Das zuvor beschriebene Werkzeug kann ein Schweißwerkzeug sein, wobei das Werkzeugelement eine Schweißzange sein kann, und wobei die Steuereinrichtung zur Berechnung einer Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation abhängig von einem an die Schweißzange angelegten Schweißstrom beim Schweißen ausgestaltet sein kann.The tool described above may be a welding tool, wherein the tool element may be a welding gun, and wherein the control device for calculating a duty cycle of the pulse width modulation depending on a welding current applied to the welding gun during welding may be configured.

Das zuvor beschriebene Werkzeug kann auch Teil einer Automatisierungsanlage sein.The tool described above can also be part of an automation system.

Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Erfassen von prozessrelevanten Größen direkt am Werkzeugelement eines Werkzeugs nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Behandeln mindestens eines Werkstücks mit dem Werkzeugelement; Erfassen, mit einer Erfassungseinrichtung, mindestens einer beim Behandeln des Werkstücks relevanten mindestens einen prozessrelevanten Größe als analoges Signal, wobei die Erfassungseinrichtung am Werkzeugelement angeordnet ist, und digital Ausgeben, mit einem Ausgang, der von der Erfassungseinrichtung erfassten mindestens einen prozessrelevanten Größe an eine Datenleitung zur Übertragung der von der Erfassungseinrichtung erfassten mindestens einen prozessrelevanten Größe zu einer Steuereinrichtung.The object is also achieved by a method for detecting process-relevant variables directly on the tool element of a tool according to claim 10. The method comprises the steps of: treating at least one workpiece with the tool element; Detecting, with a detection device, at least one relevant during the treatment of the workpiece at least one process-relevant variable as an analog signal, wherein the detection device is arranged on the tool element, and digitally output, with an output, of the detection device detected at least one process-relevant variable to a data line to Transmission of the detected by the detection device at least one process-relevant variable to a control device.

Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Werkzeug genannt sind.The method achieves the same advantages as previously mentioned with respect to the tool.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show it:

1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Automatisierungsanlage mit einem Schweißwerkzeug als Beispiel für ein Werkzeug, das eine Vorrichtung zum Führen einer Schweißzange als Werkzeugelement und eine Steuereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel verwendet; und 1 a highly simplified schematic view of an automation system with a welding tool as an example of a tool that uses a device for guiding a welding gun as a tool element and a control device according to a first embodiment; and

2 ein Zeitverlaufsdiagramm von Zeitverläufen bei dem Schweißwerkzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 2 a timing chart of time courses in the welding tool according to the first embodiment.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.

1 zeigt eine Automatisierungsanlage 1 mit einem Werkzeug 2, das bei dem Beispiel von 1 ein Schweißwerkzeug ist. Die Automatisierungsanlage 1 kann beispielsweise eine Fertigungsanlage für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw. sein, in welcher metallische Werkstücke 5, 6 durch Schweißen derart verbunden werden, dass eine Schweißverbindung 7 hergestellt wird. Hierzu weist das Werkzeug 2 eine Steuereinrichtung 10, eine Vorrichtung 20 zum Führen eines Werkzeugelements 21, das bei dem Beispiel in 1 eine Schweißzange ist, eine Erfassungseinrichtung 30, die auch als Messfrontend bezeichnet werden kann, und eine Bedieneinrichtung 40 auf. Die Vorrichtung 20 kann insbesondere ein Roboter sein. Die Bedieneinrichtung 40 kann beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Maus, ein Laptop, ein berührungsempfindlicher oder berührungsunempfindlicher Bildschirm, usw. oder deren Kombinationen sein. 1 shows an automation system 1 with a tool 2 that in the example of 1 is a welding tool. The automation system 1 may for example be a manufacturing plant for vehicles, furniture, structures, etc., in which metallic workpieces 5 . 6 be connected by welding such that a welded joint 7 will be produced. This is indicated by the tool 2 a control device 10 , a device 20 for guiding a tool element 21 that in the example in 1 a welding gun is a detection device 30 , which may also be referred to as a measuring front end, and an operating device 40 on. The device 20 may be in particular a robot. The operating device 40 For example, it may be a keyboard and / or a mouse, a laptop, a touch-sensitive or touch-screen, etc., or combinations thereof.

Die Steuereinrichtung 10 hat eine Ermittlungseinheit 11, eine Auswerteeinheit 12, eine Speichereinrichtung 13, eine Eingangsschnittstelle 14 und eine Ausgangsschnittstelle 15. Die Speichereinrichtung 13 dient zur Speicherung von internen Grundparametern bzw. Sollwerten eines Schweißvorgangs mit dem Werkzeugelement 21, die entweder ab Werk oder später mit Hilfe der Bedieneinrichtung 40 von einem Benutzer eingegeben werden können. Die internen Grundparameter oder Sollwerte können Parameter des Werkzeugs 2 sein. Zudem können die internen Grundparameter oder Sollwerte Parameter der Steuereinrichtung 10 sein, mit welchen das Werkzeugelement 21 gesteuert wird. Insbesondere sind die internen Grundparameter oder Sollwerte ein Phasenanschnitt des Schweißstroms I und ein Widerstand R des Werkzeugelements 21 beim Ausführen einer Schweißung.The control device 10 has an investigative unit 11 , an evaluation unit 12 , a storage device 13 , an input interface 14 and an output interface 15 , The storage device 13 serves to store internal basic parameters or nominal values of a welding process with the tool element 21 , either factory or later with the help of the operating device 40 can be entered by a user. The internal basic parameters or Setpoints can be parameters of the tool 2 be. In addition, the internal basic parameters or setpoint parameters of the control device 10 be, with which the tool element 21 is controlled. In particular, the internal basic parameters or setpoints are a phase angle of the welding current I and a resistance R of the tool element 21 when performing a weld.

Zudem können bei Bedarf die Erfassungsergebnisse der Erfassungseinrichtung 30 über einen Ausgang 31 und eine Datenleitung 32 als Daten 33 an die Steuereinrichtung 10 übertragen und in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden. Darüber hinaus kann die Ermittlungseinheit 11 auf die Speichereinrichtung 13 zugreifen und Daten in der Speichereinrichtung 13 speichern oder Daten aus ihr abrufen. Die Ermittlungseinheit 11 kann auch direkt Daten von der Eingangsschnittstelle 14 empfangen. Ebenso kann die Auswerteeinheit 12 auf die Speichereinrichtung 13 zugreifen und Daten in der Speichereinrichtung 13 speichern oder aus ihr abrufen. Die Auswerteeinheit 12 kann auch direkt Daten an die Ausgangsschnittstelle 15 weitergeben.In addition, if necessary, the detection results of the detection device 30 via an exit 31 and a data line 32 as data 33 to the controller 10 transferred and in the storage device 13 get saved. In addition, the investigative unit 11 on the storage device 13 access and data in the storage device 13 save or retrieve data from it. The determination unit 11 can also directly receive data from the input interface 14 receive. Likewise, the evaluation unit 12 on the storage device 13 access and data in the storage device 13 save or retrieve from it. The evaluation unit 12 can also directly send data to the output interface 15 pass on.

Die Vorrichtung 20 zum Führen des Werkzeugelements 21 stellt als Schweißverbindung 7 beispielsweise einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht her. Dadurch können zwei metallische Bauteile, wie beispielsweise die Werkstücke 5, 6, miteinander verbunden werden. Das Werkzeugelement 21 kann beispielsweise eine Schweißzange mit mindestens einer Elektrodenkappe 211, 212 sein. Beim Führen des Werkzeugelements 21 mit einem Arm 24 der Vorrichtung 24 wird die Vorrichtung 20 von ihrer Steuereinrichtung 25 gesteuert. Hierfür ist die Steuereinrichtung 25 mit der Steuereinrichtung 10 über eine Eingangsschnittstelle 26 mit Hilfe einer ersten Verbindungsleitung 27 und über eine Ausgangsschnittstelle 28 mit Hilfe einer zweiten Verbindungsleitung 29 verbunden. Über die Verbindungsleitungen 28, 29 können relevante Daten für die Durchführung einer Schweißung mit dem Werkzeugelement 21 zwischen der Steuereinrichtung 10 und der Vorrichtung 20, genauer gesagt der Steuereinrichtung 25, ausgetauscht werden. Zudem können die internen Grundparameter oder Sollwerte in der Speichereinrichtung 13 Parameter der Steuereinrichtung 25 sein, mit welchen das Werkzeug 2 gesteuert wird.The device 20 for guiding the tool element 21 provides as a welded joint 7 For example, a weld point and / or a weld forth. This allows two metallic components, such as the workpieces 5 . 6 to be connected with each other. The tool element 21 For example, a welding tongs with at least one electrode cap 211 . 212 be. When guiding the tool element 21 with one arm 24 the device 24 becomes the device 20 from their controller 25 controlled. This is the control device 25 with the control device 10 via an input interface 26 with the help of a first connection line 27 and via an output interface 28 with the help of a second connecting line 29 connected. Over the connecting lines 28 . 29 can provide relevant data for performing a weld with the tool element 21 between the controller 10 and the device 20 More specifically, the controller 25 , be replaced. In addition, the internal basic parameters or setpoints in the memory device 13 Parameters of the control device 25 be, with which the tool 2 is controlled.

Allgemein gesagt, empfängt die Ermittlungseinheit 11 von der Erfassungseinrichtung 30 die Erfassungsergebnisse in Bezug auf Schweißungen, die mit dem Schweißwerkzeug 21 durchgeführt werden, und die Auswerteeinheit 12 wertet die Erfassungsergebnisse aus, wie nachfolgend beschrieben. Hierbei werden die für die Schweißvorgänge bzw. Schweißungen benötigten Einstellungen an der Bedieneinrichtung 40 hergestellt. Die Auswerteergebnisse werden der Steuereinrichtung 25 für die Steuerung des Schweißwerkzeugs 21 zur Verfügung gestellt.Generally speaking, the discovery unit receives 11 from the detection device 30 the detection results with respect to welds made with the welding tool 21 be carried out, and the evaluation unit 12 evaluates the detection results as described below. In this case, the settings required for the welding operations or welds on the operating device 40 produced. The evaluation results are the controller 25 for the control of the welding tool 21 made available.

Die Erfassungseinrichtung 30 ist bei dem Werkzeug 2 von 1 direkt an dem Werkzeugelement 21 angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 30 erfasst ihre Erfassungsergebnisse bei einem Betrieb des Werkzeugs, der insbesondere eine Behandlung mindestens eines der Werkstücke 5, 6 ist, als analoge Signale. Die Erfassungseinrichtung 30 wandelt die Erfassungsergebnisse in digitale Signale oder die Daten 33 um. Über den Ausgang 31 werden die Erfassungsergebnisse, die von der Erfassungseinrichtung 30, insbesondere bei der Durchführung einer Behandlung mindestens eines der Werkstücke 5, 6, erfasst wurden, mit Hilfe der Datenleitung 32 an die Steuereinrichtung 10 übertragen. Die Erfassungsergebnisse werden von dem Ausgang 31 in digitaler Form auf die Datenleitung 32 gespeist und an die Eingangsschnittstelle 14 gesendet.The detection device 30 is with the tool 2 from 1 directly on the tool element 21 arranged. The detection device 30 detects its detection results in an operation of the tool, in particular a treatment of at least one of the workpieces 5 . 6 is, as analog signals. The detection device 30 converts the detection results into digital signals or the data 33 around. About the exit 31 are the detection results obtained by the detection device 30 in particular when carrying out a treatment of at least one of the workpieces 5 . 6 , were recorded using the data line 32 to the controller 10 transfer. The detection results are from the output 31 in digital form on the data line 32 fed and to the input interface 14 Posted.

Die Datenleitung 32 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als zwei paarweise verdrillte und geschirmte Litzen ausgeführt, so dass eine Übertragung insbesondere gemäß dem Ethernet-Standard erfolgen kann, wie er in der IEEE 8002.3 definiert ist. Beispielsweise ist mit der Datenleitung 32 zwischen der Erfassungseinrichtung 30 und der Steuereinrichtung 10 ein Feldbus, insbesondere Sercos III, usw. realisiert. Die Steuereinrichtung 10 fungiert in diesem Fall als Feldbus-Master oder hat Feldbus-Master-Funktionalität. Dagegen fungiert die Erfassungseinrichtung 30 als Feldbus-Slave, welcher dem Feldbus-Master steuerungsmäßig untergeordnet ist.The data line 32 is executed in this embodiment as two twisted pair and shielded strands, so that a transmission can be made in particular according to the Ethernet standard, as shown in the IEEE 8002.3 is defined. For example, with the data line 32 between the detection device 30 and the controller 10 a fieldbus, especially Sercos III, etc. implemented. The control device 10 in this case acts as a fieldbus master or has fieldbus master functionality. In contrast, the detection device acts 30 as a fieldbus slave, which is subordinate to the fieldbus master control.

Daher muss nicht jedes Signal der Erfassungseinrichtung 30, wie Strom, Spannung und Kraft, usw., als analoges Signal in einer eigenen verdrillten Leitung zur Steuereinrichtung 10 geführt werden, sondern die Signale können gemeinsam über nur eine einzige Datenleitung als Ethernet-Leitung übertragen werden. Wird ein weiteres Messsignal oder Erfassungssignal z. B. eine Transformatortemperatur der Leistungsendstufe 22 benötigt, muss keine weitere Leitung gezogen werden.Therefore, not every signal needs to be detected by the detector 30 , such as current, voltage and power, etc., as an analog signal in its own twisted line to the controller 10 but the signals can be transmitted together via a single data line as an Ethernet line. If another measurement signal or detection signal z. B. a transformer temperature of the power output stage 22 needed, no further line must be pulled.

Das Erfassungssignal oder die Erfassungssignale kann/können mit der Erfassungseinrichtung 30 erfasst werden. Das jeweilige Erfassungssignal oder auch mehrere Erfassungssignale kann/können in ein entsprechendes digitales Signal gewandelt werden und kann dann digital über die Datenleitung 32, beispielsweise gemäß dem Ethernet-Protokoll oder einem Protokoll eines Feldbusses, übertragen werden.The detection signal or the detection signals can with the detection device 30 be recorded. The respective detection signal or even a plurality of detection signals can / can be converted into a corresponding digital signal and can then be digital via the data line 32 , for example, according to the Ethernet protocol or a protocol of a fieldbus, transmitted.

Da die Erfassungsergebnisse bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in digitaler Form über die Datenleitung 32 übertragen werden, sind die Erfassungsergebnisse nicht durch Störspannungen verfälschbar.Since the detection results in the present embodiment in digital form via the data line 32 be transferred, the detection results are not falsified by interference voltages.

2 zeigt Zeitverläufe zur Veranschaulichung von Messzeiten bzw. Erfassungszeiten t_M bei einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Automatisierungsanlage 1 und das Werkzeug 2 in weiten Teilen auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in 1 gezeigt. Daher sind im Folgenden nur die Unterschiede zwischen der Automatisierungsanlage 1 und dem Werkzeug 2 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel und dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. 2 shows time courses for illustrating measurement times or detection times t _M in a second embodiment. In this embodiment, the automation system 1 and the tool 2 in much the same way as in 1 shown. Therefore, in the following, only the differences between the automation system 1 and the tool 2 according to the foregoing embodiment and the present embodiment.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung der Erfassungseinrichtung 30, wie mit den drei Zeitverläufen von 2 veranschaulicht. In 2 ist im obersten Zeitverlauf eine Spannung U über der Zeit t dargestellt, die durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) der Steuereinrichtung 10 entsteht. In dem mittleren Zeitverlauf ist ein analoges Signal S aufgetragen, das sich bei einer Behandlung des oder der Werkstücke 5, 6 mit dem Werkzeugelement 21 ergibt. Das analoge Signal S ist eine prozessrelevante Größe, die von der Erfassungseinrichtung 30 erfassbar ist. Im untersten Zeitverlauf ist der Datentransfer oder die Datenübertragung auf der Datenleitung 32 veranschaulicht.In the present embodiment, the control of the detection means takes place 30 , as with the three time courses of 2 illustrated. In 2 is shown in the uppermost time a voltage U over the time t, by a pulse width modulation (PWM) of the control device 10 arises. In the middle time course, an analog signal S is applied, which is in a treatment of the workpiece or workpieces 5 . 6 with the tool element 21 results. The analog signal S is a process-relevant variable that is detected by the detection device 30 is detectable. At the lowest time is the data transfer or the data transfer on the data line 32 illustrated.

Wie aus 2 ersichtlich, erzeugt die Steuereinrichtung 10 zeitsynchron mit dem Feldbus auf der Datenleitung 32, beispielsweise dem Sercos III Bus, eine Pulsweitenmodulation (PWM) zur Ansteuerung der Leistungsendstufe 22 im Takt T_Z. Dabei ist es vorteilhaft, mit der Erfassungseinrichtung 30 an dem Werkzeugelement 30 immer zu einem Erfassungszeitpunkt oder der Erfassungszeit t_M zu erfassen oder zu messen, bei welchem keine Störungen durch das Schalten von Leistungshalbleitern der Leistungsendstufe 22 entstehen. Die Leistungshalbleiter schalten immer bei einer steigenden Flanke der Spannung U der Pulsweitenmodulation (PWM) und bei einer fallenden Flanke der Spannung U der Pulsweitenmodulation (PWM), nämlich bei einem Schaltzeitpunkt oder einer Schaltzeit t_S. Daher ist es vorteilhaft, die Erfassungszeit t_M zwischen der steigenden und fallendenden Flanke der Spannung U der Pulsweitenmodulation (PWM) anzuordnen, wie beispielsweise in 2 gezeigt.How out 2 can be seen, generates the control device 10 time synchronous with the fieldbus on the data line 32 For example, the Sercos III bus, a pulse width modulation (PWM) for controlling the power amplifier 22 in time T _Z. It is advantageous with the detection device 30 on the tool element 30 always to detect or measure at a detection time or the detection time t _M , in which no interference from the switching of power semiconductors of the power amplifier 22 arise. The power semiconductors always switch at a rising edge of the voltage U of the pulse width modulation (PWM) and at a falling edge of the voltage U of the pulse width modulation (PWM), namely at a switching time or a switching time t _S. Therefore, it is advantageous to arrange the detection time t _M between the rising and falling edge of the voltage U of the pulse width modulation (PWM), such as in 2 shown.

Zum einem vorbestimmten Zeitpunkt oder Zeit t0 sendet die Steuereinrichtung 10 die Erfassungszeit t_M mit dem Master Daten Telegramm (MDT) 51 an die Erfassungseinrichtung 30. Die Erfassungseinrichtung 30 führt die Messung oder Erfassung des analogen Signals S von 2, Außerdem führt die Erfassungseinrichtung 30 eine Analog/Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) des analogen Signals S durch und sendet mit dem Antworttelegramm (AT) 52 das Erfassungsergebnis als Daten 33 an die Steuereinrichtung 10 als Vorgangsgerät. Die Steuereinrichtung 10 kann nun ihren Regelzyklus durchlaufen. Hierbei kann die Steuereinrichtung 10 mit der Auswerteeinheit 12 die Daten 33 auswerten und mit der Ermittlungseinheit 11 neue Ansteuerzeiten für die PWM, die in 2 als T_PWM angegeben ist, ermitteln, insbesondere berechnen, und/oder eine neue Erfassungszeit t_M vorgeben.At a predetermined time or time t0, the controller sends 10 the acquisition time t _M with the master data telegram (MDT) 51 to the detection device 30 , The detection device 30 performs the measurement or detection of the analog signal S of 2 In addition, the detection device performs 30 An analog / digital conversion (A / D conversion) of the analog signal S and transmits with the response telegram (AT) 52 the detection result as data 33 to the controller 10 as a process device. The control device 10 can now go through its control cycle. In this case, the control device 10 with the evaluation unit 12 the data 33 evaluate and with the investigation unit 11 new drive times for the PWM, which in 2 as T _{PWM is} specified, determine, in particular calculate, and / or specify a new acquisition time t _M.

Somit liegt die Spannung U für die PWM im obersten Zeitverlauf von 2 synchron zum Bustakt des Feldbusses im untersten Zeitverlauf von 2. Vorzugsweise berechnet die Steuereinrichtung 10 die Einschaltdauer der PWM, die Zeitdauer T_PWM, je nach Schweißstrom. Die Erfassungszeit t_M liegt bevorzugt genau in der Hälfte der Ansteuerung der PWM, wie in 2 dargestellt. Da die Leistungshalbleiter der Leistungsendstufe 22 mit steigender bzw. fallender Flanke der PWM schalten, liegt in diesem Fall der Erfassungszeit t_M genau zwischen den beiden Schaltvorgängen. Dadurch können Störungen der Erfassungsergebnisse sicher ausgeschlossen werden. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 10, genauer gesagt ihre Ermittlungseinrichtung 11, ausgestaltet, den Erfassungszeit t_M an einer beliebigen Stelle zwischen den beiden zuvor genannten Schaltvorgängen der Leistungshalbleiter der Leistungsendstufe 22 zu setzen, an welcher Störungen durch Schaltvorgänge der Leistungshalbleiter der Leistungsendstufe 22 ausgeschlossen oder zumindest sehr gering sind. Hierbei legt die Steuereinrichtung 10 den Erfassungszeit t_M bevorzugt jedoch für alle Erfassungen in den vorderen Teil der Zeitdauer T_PWM oder für alle Erfassungen in den hinteren Teil der Zeitdauer T_PWM.Thus, the voltage U for the PWM in the uppermost time course of 2 synchronous to the bus clock of the field bus in the lowest time of 2 , Preferably, the controller calculates 10 the duty cycle of the PWM, the time duration T _PWM , depending on the welding current. The detection time t _M is preferably exactly in the half of the control of the PWM, as in 2 shown. As the power semiconductors of the power amplifier 22 switch with rising or falling edge of the PWM, in this case, the detection time t _{M is} exactly between the two switching operations. As a result, disturbances of the detection results can be safely excluded. In a third embodiment, the control device 10 , more precisely their detection device 11 , configured, the detection time t _M at any point between the two aforementioned switching operations of the power semiconductor of the power amplifier 22 to set on which disturbances due to switching operations of the power semiconductors of the power output stage 22 excluded or at least very low. This puts the controller 10 the acquisition time t _M but preferably for all observations in the front part of the time period T or _PWM for all observations in the rear part of the time period T _PWM.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Werkzeugs 2 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.All previously described embodiments of the tool 2 and the method can be used individually or in all possible combinations. In particular, all features and / or functions of the embodiments described above can be combined as desired. In addition, the following modifications are conceivable, in particular.

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.The parts shown in the figures are shown schematically and may differ in the exact embodiment of the shapes shown in the figures, as long as their functions described above are guaranteed.

Auch wenn in 1 als Beispiel für ein Werkzeug 2 ein Schweißwerkzeug gezeigt ist, so kann das Werkzeug auch ein Bohrwerkzeug und/oder ein Schraubwerkzeug und/oder ein Stanzwerkzeug und/oder ein Nietwerkzeug usw. sein.Even if in 1 as an example of a tool 2 a welding tool is shown, the tool may also be a drilling tool and / or a screwing tool and / or a punching tool and / or a riveting tool, etc.

Die Steuereinrichtung 10 kann eine nur zur Steuerung des Werkzeugs 2 ausgestaltete Steuereinrichtung sein. Die Steuereinrichtung 10 kann jedoch auch eine Steuerung sein, welche zur Steuerung der gesamten Automatisierungsanlage 1 ausgestaltet ist.The control device 10 One can only control the tool 2 be designed control device. The control device 10 However, it can also be a controller which controls the entire automation system 1 is designed.

Außerdem ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 10 eine Schraubsteuerung oder SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)), die beispielsweise Sercos III Master ist. Somit ist es also denkbar, die Erfassungseinrichtung 30 an einer anderen Steuereinrichtung 10 als Vorgangssteuerung (z. B. Schraubsteuerung oder SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)), die beispielsweise Sercos III Master ist, zu betreiben. It is also possible that the control device 10 a screw controller or PLC (Programmable Logic Controller)), which is, for example, Sercos III Master. Thus, it is therefore conceivable, the detection device 30 at another control device 10 as a process control (eg screw control or PLC (Programmable Logic Control)), which is for example Sercos III master to operate.

Die Steuereinrichtungen 10, 25 können auch ein und dieselbe Steuereinrichtung sein.The control devices 10 . 25 may also be one and the same control device.

Auch wenn bei der vorangehenden Beschreibung meist der Sercos III Bus als Beispiel für einen Feldbus auf der Datenleitung 32 oder der Ethernet-Standard als Protokoll für eine Übertragung über die Datenleitung 32 genannt ist, kann auch jeder beliebige andere der bekannten Feldbusse oder ein beliebiges geeignetes anderes Datenübertragungsprotokoll zur digitalen Übertragung der Daten 33 für die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen.Although in the foregoing description, the Sercos III bus is mostly an example of a field bus on the data line 32 or the Ethernet standard as a protocol for transmission over the data line 32 may also be any other of the known field buses or any other suitable data transmission protocol for digital transmission of the data 33 used for the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

IEEE 8002.3 [0029]

Claims

Tool ( 2 ) for an automation system ( 1 ), with a tool element ( 21 ) for treating at least one workpiece ( 5 . 6 ), a detection device ( 30 ) for detecting at least one process-relevant variable when treating the workpiece as an analog signal (S), wherein the detection device ( 30 ) on the tool element ( 21 ) and with an output ( 31 ) to the digital output of the detector ( 30 ) recorded at least one process-relevant variable to a data line ( 32 ) for transmitting the information from the detection device ( 30 ) recorded at least one process-relevant variable to a control device ( 10 ).

Tool ( 2 ) according to claim 1, wherein the detection device ( 30 ) the output ( 31 ) and / or is configured to convert analog detection signals (S) into digital detection signals and / or is designed for time-synchronized detection value recording and transmission.

Tool ( 2 ) according to claim 1 or 2, further comprising a power output stage ( 22 ) for operating the tool element ( 21 ), and / or a control device ( 10 ) for generating a pulse width modulation for controlling the power output stage ( 22 ).

Tool ( 2 ) Claim 3, wherein the control device ( 10 ) Has fieldbus master functionality.

Tool ( 2 ) Claim 3 or 4, wherein the control device ( 10 ) is designed to generate a pulse width modulation in synchronism with the clock of a field bus, with which by the detection device ( 30 ) detected at least one process-relevant variable from the output ( 31 ) to the control device ( 10 ) is transmitted.

Tool ( 2 ) according to one of claims 3 to 5, wherein the control device ( 10 ) is configured at a predetermined time (t0) a detection time (t _M ) to the detection device ( 30 ), so that the detection device ( 30 ) the detection of when treating the at least one workpiece ( 5 . 6 ) relevant at least one process-relevant variable between switching times (t _S ) can perform in which the power amplifier ( 22 ) is switched.

Tool ( 2 ) according to claim 6, wherein the control device ( 10 ) is configured to determine the detection time (t _M ) such that the detection time (t _M ) is located exactly in the middle between two switching times (t _S ).

Tool ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the tool ( 2 ) is a welding tool, wherein the tool element ( 21 ) is a welding tongs, and wherein the control device ( 10 ) for calculating a duty cycle (T _PWM ) of the pulse width modulation depending on one of the welding tongs ( 21 ) Welding current is designed during welding.

Automation system ( 1 ), with at least one tool ( 2 ) according to one of the preceding claims.

Method for detecting process-relevant variables directly on the tool element ( 21 ) of a tool ( 2 ), with the steps treating at least one workpiece ( 5 . 6 ) with the tool element ( 21 ), Detecting, with a detection device ( 30 ), at least one during treatment of the workpiece ( 5 . 6 ) relevant at least one process-relevant variable as an analog signal (S), wherein the detection device ( 30 ) on the tool element ( 21 ) and digital output, with one output ( 31 ) detected by the detection device ( 30 ) recorded at least one process-relevant variable to a data line ( 32 ) for transmitting the information from the detection device ( 30 ) recorded at least one process-relevant variable to a control device ( 10 ).