DE102020103149B4

DE102020103149B4 - Fehlersicherungswerkzeug für befestigungselemente

Info

Publication number: DE102020103149B4
Application number: DE102020103149.1A
Authority: DE
Inventors: Robert H. Dietze
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-02-08
Also published as: DE102020103149A1; CN111716277A; US20200298354A1; US10953502B2; CN111716277B

Abstract

Werkzeugsysteme und -verfahren können zur Montage einer Vielzahl von optisch ähnlichen Gewindebefestigungen an einer Vielzahl von Baugruppen verwendet werden. Jede der Baugruppen kann eine oder mehrere Gewindeanschlussflächen haben, die so eingerichtet sind, dass sie verschiedene Arten von Gewindebefestigungen aufnehmen können, die z.B. aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Das Werkzeugsystem kann ein oder mehrere Werkzeuge mit einer Antriebsfläche umfassen, die so eingerichtet ist, dass ein Gewindebefestigungselement durch relative Drehung eines Greifmerkmals des Befestigungselements in Bezug auf ein entsprechendes Gegengewinde installiert wird, wobei jedes Werkzeug einen Sensor aufweist, der neben der Antriebsfläche angeordnet und so eingerichtet ist, dass das Vorhandensein des ersten Materials erkannt wird, wenn ein Greifmerkmal des einen der Gewindebefestigungselemente des ersten Befestigungstyps auf der Antriebsfläche positioniert wird. Das Werkzeugsystem kann auch eine Steuerung enthalten, der so eingerichtet ist, dass er den Typ des ausgewählten Gewindeverbinders auf der Grundlage des Sensors bestimmt.

Description

EINLEITUNG
Hersteller, z. B. von Fahrzeugen, können im Allgemeinen ein Montageband verwenden, an dem Teile zu einem Fahrzeug montiert werden, das sich zwischen verschiedenen Stationen oder Zellen des Montagebandes bewegt. An einer bestimmten Station kann es erforderlich sein, mehrere verschiedene Arten von Teilen oder Befestigungselementen an den Fahrzeugen anzubringen, die optisch ähnlich sind, z. B. die gleiche Größe, Form und/oder Farbe haben, die aber auch unterschiedliche Leistungsmerkmale aufweisen, z. B. für verschiedene Fahrzeugtypen oder - modelle, die auf der Linie montiert werden.
Beispielsweise können Befestigungselemente aus unterschiedlichen Materialien an einem Ort, z.B. in einer bestimmten Station am Fließband, an verschiedenen Fahrzeugen installiert werden. Wenn die Befestigungselemente visuell schwer zu unterscheiden sind, z. B. durch eine ähnliche oder identische Konfiguration, Größe, Form und/oder Farbe, kann es vorkommen, dass der Bediener gelegentlich das falsche Befestigungselement an einem Fahrzeug anbringt. Außerdem können die Befestigungselemente unterschiedliche Montagegeschwindigkeiten und/oder Drehmomentwerte erfordern und somit falsch montiert werden. Die einfache Verwendung von mehreren Werkzeugen für die Montage der verschiedenen Befestigungsmittel ist nicht ausreichend fehlersicher, da es für den Bediener immer noch möglich ist, (1) das falsche Befestigungsmittel mit dem richtigen Werkzeug zu verwenden, (2) das richtige Befestigungsmittel mit dem falschen Werkzeug zu verwenden oder (3) das falsche Befestigungsmittel mit dem falschen Werkzeug für ein bestimmtes Fahrzeug zu verwenden.
Dementsprechend ist ein verbessertes System für den Einbau von Teilen erforderlich, das die oben genannten Mängel behebt.
DE 10 2010 030 410 A1 beschreibt ein Steuerungsverfahren für einen Schrauber. Eine Spindel wird mittels eines Motors zum Drehen einer Schraube um eine Drehachse angetrieben. Ein Magnetfeld wird um die sich drehende Schraube erzeugt. Eine durch die sich drehende Schraube hervorgerufene Modulation des Magnetfelds wird erfasst. Ein Abstellkriterium wird basierend auf der erfassten Modulation durch eine Schraubenerkennungseinrichtung ausgewählt.
DE 10 2018 210 505 A1 beschreibt ein Montagewerkzeug zum Verbinden von Befestigungselementen mit zumindest einem Bauteil. Das Montagewerkzeug weist ein Werkzeugteil zum Übertragen einer Kraft auf ein Befestigungselement während eines Verbindungsvorgangs, eine Messeinrichtung zum Messen wenigstens einer elektrischen Kenngröße des Befestigungselements, und eine Auswerte- und Steuereinrichtung zur Auswertung von von der Messeinrichtung aufgenommenen Messwerten und zum Steuern des Werkzeugteils in Abhängigkeit der Auswertung auf.
DE 33 27 964 A1 beschreibt ein Verfahren zum Identifizieren von Verbindungsschrauben nach Typ und/oder Anziehvorschrift, das ein rasches und sicheres Erkennen der Schrauben ermöglicht und darüber hinaus die Voraussetzung für das Programmieren elektronischer Schraubenschlüssel hinsichtlich Drehmoment und Drehwinkel der betreffenden Schraube schafft.
DE 39 22 049 A1 beschreibt ein tragbares kraftangetriebenes Werkzeug zum Anziehen von Schrauben oder Muttern, das von einem Festkörper Inverter aus elektrisch angetrieben und mit einem beliebigen Schrauben- oder Mutterneingriffsglied aus einer Reihe von Eingriffsgliedern gekuppelt wird, die jeweils einen Antrieb erfordern, der das Anziehen der erfassten Schraube oder Mutter nach ihrer Größe oder Art spezifischen Parametern (z. B. Drehmoment, Winkel, Drehzahl) ermöglicht.
WO 2008/094615 A1 beschreibt ein Befestigungssystem zum Festziehen. Das System verfügt über ein Anzugswerkzeug, das so konfiguriert ist, dass es ein Drehmoment auf ein Befestigungselement aufbringt. Darüber hinaus verfügt das System über einen Befestigungsdatenspeicher.
BESCHREIBUNG
Zumindest in einem Beispiel kann ein Werkzeugsystem zur Montage einer Vielzahl von optisch ähnlichen Gewindebefestigungen an einer Vielzahl von Baugruppen verwendet werden. Jede der Baugruppen kann eine oder mehrere Gewindeeingriffsflächen haben, die so eingerichtet sind, dass sie die Gewindebefestigungselemente aufnehmen können, wobei die Vielzahl der Gewindebefestigungselemente einen ersten Befestigungstyp aus einem ersten Material und einen zweiten Befestigungstyp aus einem zweiten, vom ersten Material verschiedenen Material umfasst.
Das Werkzeugsystem kann ein oder mehrere Werkzeuge mit einer Antriebsfläche umfassen, die so eingerichtet ist, dass ein ausgewähltes Gewindebefestigungselement durch relative Drehung eines Greifmerkmals des ausgewählten Gewindebefestigungselements in Bezug auf entsprechende Gegengewinde installiert wird, wobei jedes Werkzeug einen Sensor aufweist, der neben der Antriebsfläche angeordnet und so eingerichtet ist, dass er das Vorhandensein des ersten Materials erkennt, wenn ein Greifmerkmal des einen der Gewindebefestigungselemente des ersten Befestigungstyps auf der Antriebsfläche positioniert wird. Das Werkzeugsystem kann auch eine Steuerung enthalten, die mit einem oder mehreren Werkzeugen kommuniziert und so eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage des Sensors bestimmt, ob es sich bei dem ausgewählten Befestigungselement um den ersten oder zweiten Befestigungselementtyp handelt.
Der Sensor kann in einigen Beispielen entweder ein Magnetfeldsensor oder ein Metall-Näherungssensor sein.
In einigen Beispielen enthält das Werkzeug einen Magneten.
Das Werkzeug kann in einigen Beispielkonzepten eine Buchse enthalten.
Zumindest in einigen Beispielen kann die Buchse so eingerichtet werden, dass sie einen Kopf der Gewindebefestigung aufnimmt, der das Greifmerkmal definiert.
In einigen Beispielen enthält das Werkzeug einen Magneten, der bewegbar im Werkzeug angeordnet ist.
Zumindest in einigen Beispielen kann das Werkzeug eine Feder enthalten, die den Magneten in eine erste Position vorspannt, wobei der Magnet so eingerichtet ist, dass er in eine zweite Position gleitet, wenn ein Befestigungselement des ersten Befestigungstyps in die Buchse eingeführt wird.
In einigen Beispielen kann das Werkzeug erste und zweite Ringsensoren enthalten, die in einer Richtung parallel zu einer Gleitrichtung des Magneten beabstandet sind, so dass die Ringsensoren so eingerichtet sind, dass sie bestimmen, ob sich der Magnet in einer ersten oder einer zweiten Position befindet.
Zumindest in einigen Beispielen kann ein Werkzeugsystem zum Installieren einer Vielzahl von visuell ähnlichen Gewindebefestigungen an einer Vielzahl von Baugruppen vorgesehen werden, wobei jede der Baugruppen eine oder mehrere Gewindeeingriffsflächen aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie die Gewindebefestigungen aufnehmen, und die Vielzahl von Gewindebefestigungen einen ersten Befestigungstyp, der aus einem ersten magnetisch empfindlichen Material gebildet ist, und einen zweiten Befestigungstyp, der aus einem zweiten Material gebildet ist, das nicht magnetisch empfindlich ist, umfasst. In einigen Beispielen kann das Werkzeugsystem ein oder mehrere Werkzeuge mit einer Antriebsfläche umfassen, die so eingerichtet ist, dass ein ausgewähltes Gewindebefestigungselement durch relative Drehung einer Greifvorrichtung des ausgewählten Gewindebefestigungselements in Bezug auf die entsprechenden Gegengewinde installiert wird, wobei jedes Werkzeug einen neben der Antriebsfläche angeordneten Magneten aufweist. Das Werkzeug kann so eingerichtet werden, dass es eine Magnetkraft erkennt, die von einem der Gewindebefestigungselemente des ersten Befestigungstyps ausgeübt wird, wenn ein Greifmerkmal des einen der Gewindebefestigungselemente auf der Antriebsfläche positioniert wird. Das Werkzeugsystem kann ferner eine Steuerung enthalten, die mit dem einen oder mehreren Werkzeugen kommuniziert und so eingerichtet ist, dass sie feststellt, zumindest basierend auf dem Magneten, ob es sich bei dem ausgewählten Gewindebefestigungselement um den ersten oder zweiten Befestigungstyp handelt.
In einigen Beispielen enthält das Werkzeug eine Buchse, die so eingerichtet ist, dass sie einen Kopf der Gewindebefestigung aufnimmt, wobei der Kopf der Gewindebefestigung das Greifmerkmal definiert.
Zumindest in einigen Beispielkonzepten enthält das Werkzeug einen Haltering, der so eingerichtet ist, dass der Magnet im Werkzeug gehalten wird.
Der Magnet kann, in einigen Beispielen, bewegbar im Werkzeug angeordnet sein.
In einigen Beispielen kann das Werkzeug eine Feder enthalten, die den Magneten in eine erste Position vorspannt.
Zumindest in einigen Beispielkonzepten ist der Magnet so eingerichtet, dass er in eine zweite Position gleitet, wenn ein Befestigungselement des ersten Typs in die Buchse eingeführt wird.
In einigen Beispielen enthält das Werkzeug erste und zweite Ringsensoren, die in einer Richtung parallel zu einer Gleitrichtung des Magneten beabstandet sind, so dass die Ringsensoren so eingerichtet sind, dass sie bestimmen, ob sich der Magnet in einer ersten oder einer zweiten Position befindet.
In zumindest einigen Beispielvorgehensweisen kann ein Werkzeug zum Installieren einer Vielzahl von visuell ähnlichen Gewindebefestigungselementen an einer Vielzahl von Baugruppen bereitgestellt werden, wobei jede der Baugruppen eine oder mehrere mit einem Gewinde versehene Passflächen aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie die Gewindebefestigungselemente aufnehmen, und die Vielzahl von Gewindebefestigungselementen einen ersten Befestigungselementtyp, der aus einem ersten magnetisch empfindlichen Material gebildet ist, und einen zweiten Befestigungselementtyp, der aus einem zweiten Material gebildet ist, das nicht magnetisch empfindlich ist, umfasst. Das Werkzeug kann eine Antriebsfläche enthalten, die so eingerichtet ist, dass ein ausgewähltes Befestigungselement durch relative Drehung eines Greifmerkmals des ausgewählten Befestigungselements in Bezug auf die entsprechenden Gegengewinde installiert wird. Das Werkzeug kann auch einen Magneten enthalten, der neben der Antriebsfläche angeordnet und so eingerichtet ist, dass er eine Magnetkraft erkennt, die von einem der Gewindebefestigungselemente des ersten Befestigungstyps ausgeübt wird, wenn ein Greifmerkmal des einen der Gewindebefestigungselemente auf der Antriebsfläche positioniert wird.
In einigen dieser Beispiele enthält das Werkzeug eine Buchse, die so eingerichtet ist, dass sie einen Kopf der Gewindebefestigung aufnimmt, wobei der Kopf der Gewindebefestigung das Greifmerkmal definiert.
Zumindest in einigen Beispielkonzepten ist der Magnet bewegbar im Werkzeug angeordnet.
In einigen dieser Beispiele kann das Werkzeug eine Feder enthalten, die den Magneten in eine erste Position vorspannt, wobei der Magnet so eingerichtet ist, dass er in eine zweite Position gleitet, wenn ein Befestigungselement des ersten Typs in die Buchse eingeführt wird.
Zumindest in einigen Beispielen kann das Werkzeug erste und zweite Ringsensoren enthalten, die in einer Richtung parallel zu einer Gleitrichtung des Magneten beabstandet sind, so dass die Ringsensoren so eingerichtet sind, dass sie bestimmen, ob sich der Magnet in einer ersten oder zweiten Position befindet.
Figurenliste
Im Folgenden werden eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren beschrieben, wobei gleichartige Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen, und wobei

1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Herstellung von Baugruppen aus Teilen, nach einem beispielhaften Ansatz;
2A ist eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs für das System von 1, nach einem Beispiel;
2B ist eine Teilschnittansicht des Werkzeugs aus 2A, das einen ersten Typ von Befestigungselementen nach einem Beispiel installiert;
2C ist eine Teilschnittansicht des Werkzeugs aus 2A, das einen zweiten Typ von Befestigungselementen installiert, nach einem Beispiel;
3 ist eine Teilschnittansicht eines anderen Werkzeugs für das System von 1, nach einem Beispiel; und
4 ist ein Prozess-Flussdiagramm für eine beispielhafte Methode zur Herstellung von Baugruppen aus Teilen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Abbildungen können auf Systeme und Verfahren zur Herstellung von Baugruppen verweisen, z.B. die Montage von Fahrzeugen im Rahmen eines sequenziellen Bauprozesses oder am Fließband. In einigen Beispielabbildungen können Befestigungselemente mit ähnlichem oder identischem Aussehen, aber unterschiedlichen Merkmalen durch Fehlersicherheit oder „intelligente“ Werkzeuge oder Systeme unterschieden werden. Zu den unterschiedlichen Merkmalen können Leistungsmerkmale, Materialunterschiede oder andere Merkmale gehören, die von den Befestigungselementen visuell nicht leicht zu erkennen sind. In einigen Beispielabbildungen kann ein Werkzeug oder ein Steuergerät das Material eines in das Werkzeug eingeführten Befestigungsmittels erkennen, z.B. um verschiedene Befestigungsmittel wie Aluminium- und Stahlbefestigungen zu unterscheiden. Dementsprechend stellen Beispielsysteme und -methoden im Allgemeinen sicher, dass das richtige Befestigungselement an einer Baugruppe installiert wird und dass die richtigen Verbindungsparameter für den einzutreibenden Verbindungstyp verwendet werden. Beispielhafte Darstellungen dieser Fehlersicherungssysteme können mit anderen Fehlersicherungssystemen kombiniert werden, die die korrekten Drehmomentwerte und/oder die korrekte Anzahl von Befestigungselementen in einem bestimmten Montageschritt oder Prozess gewährleisten und so sicherstellen, dass das richtige Befestigungselement mit dem richtigen Installationsprozess installiert wird.
Zu den hier beschriebenen Befestigungselementen gehören unter anderem Gewindebolzen. Als solche können Beispielprozesse und -systeme auch auf andere Befestigungselemente mit Gewinde, wie z.B. Muttern oder sogar auf Befestigungselemente ohne Gewinde, angewendet werden. Darüber hinaus können die hier aufgeführten Beispielsysteme und -verfahren im Zusammenhang mit jeder anderen Art von Teilen angewandt werden, wenn verschiedene Teile an einer bestimmten Station oder Zelle zu einer Baugruppe installiert werden. Beispielmethoden können besonders vorteilhaft sein, wenn die verschiedenen einzubauenden Teile ähnlich oder identisch aussehen oder wenn es für einen Bediener oder Montageroboter sonst schwierig sein könnte, die verschiedenen Teile visuell zu unterscheiden.
In 1 wird nun ein Beispiel für das Werkzeugsystem 100 gezeigt. Das System 100 kann eine Vielzahl von Zellen oder Stationen 102a, 102b, 102c (zusammen 102) zum Aufbau der jeweiligen Baugruppen 104a, 104b und 104c (zusammen 104) enthalten. In einem Beispiel werden die Baugruppen 104 zwischen den Stationen 102 bewegt, z.B. wie in einem Fließbandprozess. In einem Beispiel können in jeder der Stationen 102 verschiedene Teile auf/in die Baugruppen 104 installiert werden, wobei die Baugruppen 104 von Station 102a, zu Station 102b und zu Station 102c weitergehen.
Generell können an den Baugruppen 104 an jeder der Stationen 102 Sammlungen verschiedener Teile (schematisch in 1 durch Kästchen 112 dargestellt) installiert werden. Genauer gesagt, wie in 1 gezeigt, umfassen die Teile 112 zwei verschiedene Arten von Befestigungselementen 112a, 112b, die an der Station 102a installiert werden, zusätzliche Arten von Befestigungselementen 112c, 112d, die an der Station 102b installiert werden, und Befestigungselemente 112e, 112f, die beide an der Station 102c installiert werden. Die Teile können verschiedene Konfigurationen oder Typen von Gewindebefestigungen sein, z.B. Bolzen, Muttern, Stiftschrauben oder ähnliches. Wie in den nachfolgenden Beispielen zu sehen ist, sind die Teile 112 als Gewindebolzen dargestellt, die jeweils in entsprechende Gewindeöffnungen 110 der Baugruppen 104 eingebaut werden. In Verbindung mit den hier abgebildeten Beispielen können auch andere Arten von Befestigungselementen verwendet werden, wie z.B. Muttern, Stiftschrauben oder gewindelose Befestigungselemente oder sogar ganz andere Arten von Teilen.
In den folgenden Beispielen werden die Befestigungselemente 112 als verschiedene Arten von Gewindebolzen dargestellt und beschrieben, die sich visuell ähneln. Genauer gesagt, kann das Befestigungselement 112a ein Gewindebolzen aus einem Material auf Aluminiumbasis sein, während das Befestigungselement 112b ein Gewindebolzen aus einem Stahlmaterial sein kann. Während an jeder Station 102 zwei verschiedene Typen von Befestigungselementen 112 gezeigt werden, gibt es keine Beschränkung der Anzahl der Teile oder Befestigungselemente, die an den Baugruppen 104 an jeder Station 102 installiert werden können.
Jede der Stationen 102 hat auch ein oder mehrere Werkzeuge 106 für die Montage der verschiedenen Teile/Befestigungselemente 112. Die Werkzeuge 106 können in der Lage sein, Befestigungselemente mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen einzutreiben, z.B. durch Variation des Drehmoments oder der Geschwindigkeit, um verschiedene Befestigungselemente 112 in einer Weise einzutreiben, die ihren unterschiedlichen Eigenschaften entspricht. Während jede Station 102 mit einem einzelnen Werkzeug 106 gezeigt wird, können in anderen Beispielen mehrere Werkzeuge 106 an jeder Station 102 vorhanden sein, z.B. wobei jedes Werkzeug 106 für einen anderen Typ oder eine andere Konfiguration des Befestigungselements 112 bestimmt ist, z.B. durch die Bereitstellung unterschiedlicher Drehmoment- und/oder Drehzahlkennlinien für die Montage der Befestigungselemente 112.
Wie in 1 dargestellt, verfügt die Station 102a über ein Werkzeug 106a, die Station 102b über ein Werkzeug 106b und die Station 102c über ein Werkzeug 106c. In den folgenden Beispielen ist das Werkzeug 106a so eingerichtet, dass es das Aluminium-Befestigungselement 112a mit einem vorgegebenen Drehmoment und einer vorgegebenen Drehzahl antreibt. Das Werkzeug 106a kann auch variable Montageparameter wie das Drehmoment, die Drehzahl und/oder die Montagezeit haben, wie sie zum Eintreiben eines anderen Befestigungselements, z.B. des Stahlschraubers 112b, erforderlich sind. So kann das Werkzeug 106 so eingerichtet werden, dass mindestens eine der Drehzahlen, das Drehmoment und/oder die Montagezeit so verändert wird, dass das Eintreiben des Aluminium-Befestigungselements 112a oder des Stahl-Befestigungselements 112b möglich ist. Um eine sachgerechte Montage der Befestigungselemente 112a, 112b an ihren jeweiligen Baugruppen 104 zu gewährleisten, sollten daher für die Montage der Befestigungselemente 112a, 112b generell die richtigen Montageparameter für das Werkzeug 106a verwendet werden. Wie oben erwähnt, können die Baugruppen 104 jeweils eine Vielzahl von Gewindeöffnungen 110 definieren, und die Öffnungen 110 können die Befestigungselemente 112a, 112b aufnehmen, z.B. um ein anderes Teil an der Baugruppe 104 zu befestigen oder um Teile der Baugruppe 104 zusammen zu befestigen.
Wie in den folgenden Beispielen weiter beschrieben wird, können eines oder mehrere der Teile 112, die an den Baugruppen 104 in jeder der Stationen 102 installiert werden, visuell ähnlich oder identisch sein. Zum Beispiel können die Befestigungselemente 112a, 112b, die in die entsprechenden Gewindeöffnungen 110 der Baugruppen 104 an der Station 102a installiert werden, die gleiche Größe, Konfiguration und/oder Farbe haben. In einem Beispiel sind die Befestigungselemente 112a, 112b eine im Wesentlichen identische Länge, Kopfkonfiguration (z.B. M6 hex), Kopfgröße und Farbe. So kann die visuelle Unterscheidung der Befestigungselemente 112a, 112b voneinander durch einen Bediener oder Montageroboter schwierig oder fehleranfällig sein.
Zum System 108 gehört auch ein Steuerung 108, die mit den Stationen 102a, 102b, 102c z.B. über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation kommuniziert. Die Steuerung 108 kann somit generell mit den Stationen 102 oder deren Komponenten wie z.B. den Werkzeugen 106 oder mit einer Steuerung oder einem der Station(en) 102 zugeordneten Bediener kommunizieren. Wie weiter unten besprochen wird, kann das Steuergerät 108 von einem Werkzeug 106 eine Anzeige erhalten, die anzeigt, dass ein Befestigungselement 112 in dem Werkzeug 106 für die Montage positioniert wurde und/oder dass das Befestigungselement 112, das für die Montage z.B. in dem Werkzeug 106 positioniert wurde, das richtige (oder falsche) Befestigungselement 112 für eine bestimmte Baugruppe 104 ist. Die Steuerung 108 kann ein Signal oder einen anderen Ausgang, z.B. die Einstellung der Installationsparameter des Werkzeugs 106, liefern, wenn bestätigt wird, dass ein korrektes Befestigungselement 112 im Werkzeug 106 für die gegebene Baugruppe 104 positioniert ist. So kann ein Bediener eine Bestätigung erhalten, dass das richtige Befestigungselement 112 vom Bediener für den Einbau in die Baugruppe 104 ausgewählt wurde. Die Steuerung 108 kann auch ein Signal ausgeben, z.B. auf ein Display oder durch Ausgabe eines akustischen Alarms (nicht in 1 dargestellt), um anzuzeigen, dass ein falsches Befestigungsmittel 112 oder Werkzeug 106 für eine bestimmte Baugruppe 104 verwendet wird. Während eine einzelne Steuerung 108 in 1 dargestellt ist, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass weitere Steuerungen oder Substeuerungen verwendet werden können. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Stationen 102 eine eigene Steuerung haben. Darüber hinaus kann der/die Steuerung 108 in einigen Beispielansätzen direkt in eines oder mehrere der Tools 106 integriert werden. Der/die für die Verarbeitung Verantwortliche(n) 108 kann/können mindestens einen Prozessor und einen Speicher umfassen, einschließlich eines nicht vorübergehenden computerlesbaren Speichers zur Speicherung von Befehlen (z. B. Software), auf die der Prozessor zur Durchführung der von dem Verantwortlichen 108 durchgeführten Verarbeitung zugreifen kann.
Wenn wir uns nun den 2A-2C zuwenden, wird ein Beispielwerkzeug 106 näher erläutert. In den folgenden Beispielbildern wird das Werkzeug 106a der Station 102a dargestellt. Die nachstehend erörterten Grundsätze können jedoch ohne Einschränkung im Zusammenhang mit einem oder mehreren der anderen Instrumente 106b, 106c usw. angewandt werden. Darüber hinaus können, wie oben erwähnt, in einer einzigen Station 102 zusätzliche Werkzeuge 106 vorhanden sein, die dem Werkzeug 106a ähnlich oder identisch sind, wie unten beschrieben.
Das Werkzeug 106a, wie es am besten in 2A zu sehen ist, kann einen Griff oder Hauptkörper 107 enthalten, der so eingerichtet ist, dass die Handhabung/Positionierung des Werkzeugs 106a erleichtert wird, z.B. für die Installation von Befestigungselementen 112 an einer Baugruppe 104 (nicht in 2A dargestellt). Das Werkzeug 106a kann auch einen drehbaren Mitnehmer 116 haben, der von einer Welle 120 gedreht wird. Zum Beispiel kann der Mitnehmer 116 eine Steckdose sein, wie in 2A-2C dargestellt. Die Welle 120 kann von einem Motor (nicht abgebildet) angetrieben werden. Die Welle 120 kann den Mitnehmer 116 mit einer gewünschten Drehzahl drehen und/oder ein gewünschtes Drehmoment über den Mitnehmer 116 aufbringen. Der Mitnehmer 116 kann einen Hohlraum haben, der für die Aufnahme eines Kopfteils 113 des Befestigungselements 112a eingerichtet ist. Wie dargestellt, kann der Mitnehmer 116 eine Mitnehmerfläche 118 definieren, die so bemessen ist, dass sie im Allgemeinen mit einem Greifmerkmal des Befestigungselements 112a, z.B. dem Kopf 113 des Befestigungselements 112a, übereinstimmt, so dass der Mitnehmer 116 das Befestigungselement 112a sicher eintreiben/drehen kann. Die Drehung des Befestigungselements 112a kann es ermöglichen, dass ein Gewindeende des Befestigungselements 112a gegenüber dem Greifer/Kopf 113 in entsprechende Gegengewinde einer der Baugruppen 104 (nicht abgebildet) eingetrieben werden kann.
Das Werkzeug 106a kann einen oder mehrere Sensoren 128, 130 enthalten, um die Bestimmung des Materials oder der Zusammensetzung des Befestigungselements 112a zu erleichtern. In dem in 2A-2C dargestellten Beispiel sind zwei Magnetfeldsensoren 128, 130 vorgesehen, die die Position eines verschiebbaren Magneten 122 erfassen. Die Sensoren 128, 130, die im Allgemeinen ringförmig sein können, sind so eingerichtet, dass sie ein vom Permanentmagneten 122 erzeugtes Magnetfeld erkennen. Lediglich als Beispiele können die Sensoren 128, 130 jeweils ein Vorhandensein oder Fehlen eines Magnetfeldes, eine Stärke eines Magnetfeldes oder eine relative Differenz der Magnetfeldstärke zwischen den beiden Sensoren 128, 130 erkennen. Der Magnet 122 kann z.B. durch eine Feder 124 in eine erste Position vorgespannt werden, wie in 2A dargestellt. Der Magnet 122 kann in einer Hülse 126, die aus Bronze oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann, gleitend angeordnet werden, um den Magneten 122 in eine zweite Position gleiten zu lassen, wie weiter unten besprochen wird. Der Magnet 122 kann durch einen Haltering 132 im Werkzeug 106a gehalten werden. In einem Beispiel ist der Sicherungsring 132 ein geteilter oder Sprengring, der im Allgemeinen einen geteilten Ring umfasst, der anfangs einen größeren Durchmesser als der Hohlraum innerhalb des Mitnehmers 116 definiert, so dass der Sicherungsring 132 innerhalb des Mitnehmers 116 durch den relativ kleineren Durchmesser eines durch den Mitnehmer 116 definierten Schulterabschnitts 133 gehalten wird. Der Magnet 122 kann zur Unterscheidung der Befestigungselemente 112a, 112b verwendet werden, je nachdem, ob ein eingesetztes Befestigungselement aus einem magnetisch empfindlichen Material besteht oder nicht.
Zum Beispiel kann, wie in 2A gezeigt, das Befestigungselement 112b, das aus einem Stahl oder einem anderen magnetisch empfindlichen Material besteht, z.B. von einer Bedienungsperson oder einer Maschine (nicht abgebildet) in die Nähe des Werkzeugs 106a gebracht werden. In 2B kann eine Greifvorrichtung, wie z.B. der Kopfteil 113b des Befestigungselements 112b, in den Mitnehmer 116 des Werkzeugs 106a eingesetzt werden. Wenn der Kopf 113b des Befestigungselements 112b in den Mitnehmer 116 eingeführt wird, gleitet der Magnet 122 in Richtung des Kopfes 113b infolge der magnetischen Anziehung des Magneten 122 auf den Kopf 113b des Stahlbefestigungselements 112b, der die von der Feder 124 erzeugte Haltekraft überwindet. Genauer gesagt kann die Feder 124 den Magneten 122 in der Regel in einer ersten Position halten, d.h. weiter vom Mitnehmer 116 entfernt, wenn das Stahlbefestigungelement 112b nicht in den Mitnehmer 116 eingesetzt wird. Die Sensoren 128, 130 können eine Bewegung des vom Permanentmagneten 122 erzeugten Magnetfeldes erkennen, wenn es sich von der ersten Position zu einer zweiten Position bewegt, die näher am Mitnehmer 116 und/oder am Kopf 113b des Befestigungsmittels 112b liegt.
Die Sensoren 128, 130 können jede Art von Sensor sein, die so eingerichtet sind, dass sie die Bewegung des Magneten 122 erkennen. Während in 2A-2C zwei Sensoren 128, 130 mit axialem Abstand zueinander dargestellt sind (z.B. zur Erfassung der axialen Bewegung des Magneten 122 zwischen der ersten und zweiten Position), kann in anderen Beispielen eine andere Anzahl von Sensoren eingesetzt werden. Darüber hinaus kann ein einzelner Sensor in einigen Beispielansätzen verwendet werden. In einer Beispieldarstellung sind die Sensoren 128, 130 beide Reedschalter, mit einem internen bewegbaren Reed (nicht dargestellt), der aus einem metallischen oder anderweitig magnetisch empfindlichen Material gebildet wird. Das Reed kann bewegt werden oder anderweitig magnetische Kraft erkennen, die durch die Bewegung des Magneten 122 in/aus der Nähe der Sensoren 128, 130 ausgeübt wird.
In 2C wird nun das Werkzeug 106a mit einer Greifvorrichtung (z.B. Kopf 113a) eines anderen Typs von Befestigungselement 112a dargestellt, das in den Mitnehmer 116 eingesetzt wird, der aus einem nicht magnetisch empfindlichen Material besteht. In diesem speziellen Beispiel ist der Verschluss 112a aus einem Aluminiumwerkstoff geformt. Dementsprechend bleibt der Magnet 122 durch die Haltekraft der Feder 124 und die fehlende Anziehungskraft zwischen dem Magneten 122 und dem Kopf 113a des Aluminiumverschlusses 112a in der ersten Position.
Dementsprechend können die Sensoren 126, 128 erkennen, dass der Magnet 122 in der ersten Position bleibt, wie in 2C dargestellt.
Das Werkzeug 106a kann, wie oben erwähnt, mit dem Steuerung 108 in Verbindung stehen. Das Werkzeug 106a kann somit ein Signal liefern oder anderweitig mit der Steuerung 108 kommunizieren, um anzuzeigen, welches Befestigungsmittel 112a oder 112b im Werkzeug 106a positioniert ist. Die Steuerung 108 kann die Installationseinstellungen für die Befestigungselemente 112a, 112b und das Werkzeug 106a steuern. Genauer gesagt, nach der Bestätigung, dass das Aluminium-Befestigungselement 112a in das Werkzeug 106a eingebaut ist, kann die Steuerung 108 die Drehzahl und/oder das Abtriebsdrehmoment des Werkzeugs 106a auf die für den Einbau des Aluminium-Befestigungselements 112a geeigneten Grenzwerte einstellen. Alternativ kann die Steuerung 108 nach Bestätigung, dass das Stahlbefestigungselement 112b in das Werkzeug 106a eingebaut ist, die Drehzahl und/oder das Abtriebsdrehmoment des Werkzeugs 106a auf die für den Einbau des Stahlbefestigungselements 112b geeigneten Grenzwerte einstellen. Dadurch kann die Steuerung 108 sicherstellen, dass für jedes der Befestigungselemente 112a, 112b geeignete Installationsparameter verwendet werden.
In einigen Beispielansätzen kann die Steuerung 108 auch bestätigen, dass die richtigen der Befestigungselemente 112a, 112b an einer bestimmten Baugruppe 104 installiert sind. Zum Beispiel kann die Baugruppe 104a (siehe 1) einen bestimmten Ausstattungsgrad oder Optionsinhalt haben, der nur die Verwendung der Aluminiumbefestigung 112a in der/den entsprechenden Gewindeöffnung(en) 110 erfordert. Dementsprechend bestätigt die Steuerung 108, bevor sie die Verwendung des Werkzeugs 106a zulässt, wenn die Baugruppe 104a in der Station 102a positioniert wird, dass das entsprechende Befestigungselement 112a im Werkzeug 106a positioniert ist. Die Steuerung 108 kann auch die Installationseinstellung(en) des Werkzeugs 106a entsprechend dem Aluminium-Befestigungselement 112a anpassen, z.B. durch Änderung der Drehzahl und/oder des Drehmoments des Werkzeugs 106a. Eine andere Baugruppe 104 kann die Verwendung von Stahlbefestigungselementen 112b in der/den gleichen Gewindeöffnung(en) 110 erfordern, z.B. die Gewindeöffnungen 110 der Baugruppe 104b. Dementsprechend kann die Steuerung 108 bei der Positionierung der Baugruppe 104b in der Station 102a das Werkzeug 106a aktivieren und die entsprechenden Einstellungen (z.B. Drehzahl, Abtriebsdrehmoment usw.) des Werkzeugs 106a kontrollieren, nachdem er bestätigt hat, dass das richtige Stahlbefestigungselement 112b im Werkzeug 106a positioniert und bereit ist, in die Öffnung(en) 110 eingebaut zu werden.
Wenn wir uns nun 3 zuwenden, wird ein weiteres Beispiel für das Werkzeug 106' gezeigt. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Werkzeug 106' wird beim Werkzeug 106' mit einem einzigen Eisen-/Nichteisen-Sensor 136 ein Material des Befestigungselements 112 beim Einsetzen in das Werkzeug 106' bestimmt. Das Werkzeug 106' kann einen Mitnehmer 116' haben, der von einer Welle 120' drehbar angetrieben wird, um ein Befestigungselement 112 zu installieren. Der Mitnehmer 116' kann innerhalb einer stationären Außenhülse 134 positioniert werden. Der Sensor 136 kann ein Näherungssensor sein, der so eingerichtet ist, dass er erkennt, wenn ein metallisches (z.B. eisenhaltiges) Material in die Nähe des Sensors 136 gebracht wird, z.B. wenn sich der Kopf 113b des Stahlbefestigungselements 112b innerhalb des Treibers 116' befindet. Der Mitnehmer 116' kann aus einem Nichteisenwerkstoff gebildet werden, um Störungen des Sensors 136 zu verhindern, soweit dies erforderlich ist, um zu verhindern, dass der Sensor 136 falsche positive Signale ausgibt. Dementsprechend kann das Werkzeug 106' je nach den Fähigkeiten des Sensors 136 zur Erkennung der Nähe im Allgemeinen das Vorhandensein oder Fehlen eines bestimmten Materials (z. B. Metall, Eisen usw.) erkennen und dadurch verschiedene Befestigungsmittelarten auf dieser Grundlage unterscheiden. In einem Beispiel können verschiedene Arten von Befestigungselementen 112 metallische (z.B. eisenhaltige) und nichtmetallische (z.B. Kunststoff) Befestigungselementtypen umfassen, die durch das Werkzeug 106' unterschieden werden.
In 4 wird nun ein Beispielprozess für die Bestimmung von Befestigungsmittel-Typen, z.B. in einem System wie System 100, dargestellt. Der Prozess 400 kann im Block 405 beginnen, wo eine Baugruppe für die Installation eines oder mehrerer Teile positioniert wird. Wie oben erwähnt, können die zu installierenden Teile in einigen Beispielabbildungen unterschiedliche Befestigungselemente 112 enthalten, die ein ähnliches oder identisches Erscheinungsbild haben, z. B. eine ähnliche oder identische Größe, Form und/oder Farbe. Zum Beispiel können die Befestigungselemente 112, wie oben beschrieben, eine Vielzahl von Befestigungselementtypen umfassen, wie z.B. ein erster Befestigungselementtyp 112a, der aus einem Aluminiummaterial gebildet wird, und ein zweiter Befestigungselementtyp 112b, der aus einem Stahlmaterial gebildet wird. Wie oben diskutiert, kann eine Baugruppe, z.B. die Baugruppe 104a, in einer bestimmten Zelle oder Station 102a positioniert werden.
Im Anschluss an den Block 410 kann ein Befestigungselement in ein Werkzeug zum Einbau in die Baugruppe eingesetzt werden. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, ein Bediener oder Roboter Anweisungen oder andere Hinweise auf einen bestimmten Typ von Befestigungsmittel 112 erhalten, der für die Montage 104a geeignet ist. Beispielsweise kann ein Bediener visuell, akustisch oder anderweitig angewiesen werden, das Stahlbefestigungselement 112b für die Baugruppe 104a auszuwählen. Dementsprechend kann der Bediener eines der Befestigungselemente 112b auswählen und das Befestigungselement 112b in das Werkzeug 106a einführen. Der Bediener oder Roboter kann dann bestätigen, dass ein Befestigungselement in das Werkzeug 106a eingesetzt wurde. In anderen Beispielansätzen kann das Werkzeug 106a oder das System 100 das Einsetzen des Befestigungselements 112 automatisch erkennen, z.B. über einen oder mehrere zusätzliche Sensoren im Werkzeug 106a oder an anderer Stelle in der Station 102a.
Nach Block 415 kann der Prozess 400 abfragen, ob das vom Bediener/Roboter identifizierte Teil der richtige Typ ist. Zum Beispiel kann die Steuerung 108, ausgehend vom vorstehenden Beispiel, mit Hilfe der Sensoren 128, 130 oder Sensor 126 feststellen, ob das in das Werkzeug 106a eingesetzte Befestigungsmittel der erste Typ ist, d.h. Befestigungsmittel 112b aus einem Stahlwerkstoff, der als der richtige Befestigungsmittel-Typ für die Baugruppe 104a in Block 410 identifiziert wurde. Das Werkzeug 106a kann sich zum Beispiel auf den/die Sensor(en) 128, 130 oder Sensor 136 stützen, um festzustellen, dass das eingesetzte Befestigungselement das Stahlbefestigungselement 112b ist.
Wenn Prozess 400 in Block 415 feststellt, dass das in das Werkzeug 106a eingesetzte Befestigungselement 112 der richtige Typ ist (in diesem Beispiel das Stahlbefestigungselement 112b), kann Prozess 400 mit Block 420 fortfahren. Im Block 420 kann die Steuerung 108 einen oder mehrere Installationsparameter festlegen, die für das Werkzeug 106a und/oder das bestätigte Teil (hier Stahlbefestigung 112b) geeignet sind. Lediglich als Beispiele kann die Steuerung 108 einen Motor des Werkzeugs 106a aktivieren oder einschalten (d.h., um dem Bediener oder Roboter die Fortsetzung der Installation des Teils zu ermöglichen, wie weiter unten beschrieben) und/oder ein Installationsdrehmoment, eine Rotationsgeschwindigkeit, eine Installationszeit oder andere Installationsparameter einstellen, die für das bestätigte Teil oder das Befestigungselement 112 geeignet sind.
Wenn in Block 415 festgestellt wird, dass das falsche Teil identifiziert wurde (z.B. der Bediener hat irrtümlich ein Aluminiumbefestigungselement 112a in das Werkzeug 106a eingeführt), kann der Prozess 400 mit Block 425 fortfahren. In Block 425 kann die Behebung des Bedienungsfehlers vorgenommen werden. So kann z.B. ein Alarm oder eine andere Benachrichtigung an den Bediener und/oder die Steuerung 108 erfolgen, das Werkzeug 106a kann deaktiviert werden, usw. Der Prozess 400 kann zum Block 410 zurückgehen, d.h. dem Bediener oder Roboter erlauben, das zuvor identifizierte/eingefügte Teil durch ein neues Teil oder Befestigungsmittel des richtigen Typs zu ersetzen.
Nach Bestätigung in Block 415, dass das richtige Teil/Befestigungselement für das Werkzeug identifiziert wurde, kann der Prozess 400 schließlich von Block 420 bis Block 430 fortgesetzt werden. Im Block 430 kann der bestätigte Teil in die Baugruppe eingebaut werden. In Fortführung des obigen Beispiels kann das Befestigungselement 112 mit dem Werkzeug 106a in die Baugruppe 104a eingetrieben werden. Wenn das Befestigungselement 112 ein Gewindebolzen wie oben beschrieben ist, kann die Baugruppe 104a eine oder mehrere entsprechende Gewindeöffnungen oder Muttern haben, an denen das Befestigungselement 112 mit dem Werkzeug 106a befestigt wird. Der Prozess 400 kann dann zum Block 435 übergehen.
Im Block 435 kann die Baugruppe, in die das Teil eingebaut ist, aus der Station 102 entfernt werden, oder die Installation kann andernfalls abgeschlossen werden. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, nach dem Einbau des einen oder mehrerer Teile 112 in die Baugruppe 104a in Station 102a die Baugruppe 104a in nachfolgende Stationen, z.B. 104b und/oder 104c, verschoben werden. Der Prozess 400 kann dann abbrechen.
Das Beispielsystem 100 und der Prozess 400 können im Allgemeinen Fehler bei der Installation von Teilen zu einer Baugruppe reduzieren, indem sie die Bestätigung der korrekten Installation von Teilen ermöglichen. Das hier beschriebene System und die Methoden zur Fehlersicherung können im Allgemeinen Unterschiede erkennen, z.B. bei Materialtypen wie Aluminium und Stahl, um sicherzustellen, dass die richtigen Befestigungsmittel oder andere Arten von Teilen von einem Bediener oder Roboter für die Installation ausgewählt werden. Durch die Verwendung der richtigen Befestigungsart und Installationsparameter können die Garantie- und Reparaturkosten reduziert werden.
Es ist zu verstehen, dass es sich bei den vorstehenden Ausführungen um die Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung handelt. Die Erfindung ist nicht auf die hierin offenbarte(n) besondere(n) Ausführungsform(en) beschränkt, sondern wird ausschließlich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkung des Erfindungsumfangs oder der Definition der in den Ansprüchen verwendeten Begriffe zu verstehen, es sei denn, ein Begriff oder eine Formulierung ist oben ausdrücklich definiert. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offengelegten Ausführungsform(en) werden für den Fachmann offensichtlich werden. Alle anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sind im Rahmen der beigefügten Ansprüche vorgesehen.
Wie in dieser Spezifikation und in den Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „z.B.“, „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie“ und „ähnlich“ und die Verben „umfassen“, „haben“, „einschließen“ und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung von einem oder mehreren Bestandteilen oder anderen Posten verwendet werden, jeweils als unbegrenzt auszulegen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als Ausschluss anderer, zusätzlicher Bestandteile oder Posten zu betrachten ist. Andere Begriffe sind im weitesten Sinne auszulegen, es sei denn, sie werden in einem Zusammenhang verwendet, der eine andere Auslegung erfordert.

Claims

Ein Werkzeugsystem (100) zum Installieren einer Vielzahl von visuell ähnlichen Gewindebefestigungselementen an einer Vielzahl von Baugruppen, wobei jede der Baugruppen eine oder mehrere Gewindeeingriffsflächen aufweist, die eingerichtet sind, die Gewindebefestigungselemente aufzunehmen, wobei die Vielzahl von Gewindebefestigungselementen einen ersten Befestigungselementtyp (112a), der aus einem ersten Material gebildet ist, und einen zweiten Befestigungselementtyp (112b), der aus einem zweiten, vom ersten Material verschiedenen Material gebildet ist, umfasst, wobei das Werkzeugsystem umfasst: ein oder mehrere Werkzeuge (106a) mit einer Antriebsfläche, die eingerichtet ist, ein ausgewähltes Gewindebefestigungselement durch relative Drehung eines Greifmerkmals des ausgewählten Gewindebefestigungselements in Bezug auf entsprechende Gegengewinde zu installieren, wobei jedes Werkzeug einen Sensor (128, 130) aufweist, der neben der Antriebsfläche angeordnet und eingerichtet ist, das Vorhandensein des ersten Materials zu erkennen, wenn ein Greifmerkmal des einen der Gewindebefestigungselemente des ersten Befestigungstyps auf der Antriebsfläche positioniert wird; und eine Steuerung (108), die mit dem einen oder mehreren Werkzeugen in Verbindung steht und eingerichtet ist, basierend zumindest auf dem Sensor (128, 130), zu bestimmen, ob das ausgewählte Gewindebefestigungselement vom ersten oder vom zweiten Befestigungselementtyp ist wobei die Buchse eingerichtet ist, einen Kopf des Gewindebefestigungselements aufzunehmen, wobei der Kopf des Gewindebefestigungselements das Greifmerkmal definiert, wobei das Werkzeug (106a) einen Magneten enthält, der bewegbar im Werkzeug angeordnet ist, wobei der Magnet (122) eingerichtet ist, in eine zweite Position zu gleiten, wenn ein Befestigungselement des ersten Befestigungstyps in die Buchse eingeführt wird.
Das Werkzeugsystem (100) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (128, 130) ein Magnetfeldsensor oder ein Metall-Näherungssensor ist.
Das Werkzeugsystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug (106a) einen Magneten (122) enthält.
Das Werkzeugsystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug (106a) eine Buchse ist.
Das Werkzeugsystem (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend erste und zweite Ringsensoren, die in einer Richtung parallel zu einer Gleitrichtung des Magneten (122) beabstandet sind, so dass die Ringsensoren so eingerichtet sind, zu bestimmen, ob sich der Magnet (122) in einer ersten oder einer zweiten Position befindet.