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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Arbeitsprozesses an einem zu bearbeitenden Werkstück mittels eines mobilen Werkzeuges, insbesondere eines mobilen Schraubwerkzeuges, ein mobiles Werkzeug sowie eine Anordnung hiermit.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei Montagearbeiten, insbesondere im industriellen Bereich, kommen mobile Werkzeuge wie z.B. Schraubgeräte zum Einsatz, insbesondere sog. messende Schrauber bzw. Schraubgeräte, die einen oder mehrere Sensoren aufweisen, um z.B. ein Drehmoment zu bestimmen, mit dem eine Schraube angezogen worden ist. Außerdem kann z.B. ein bestimmtes Drehmoment vorgegeben werden.
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Dabei ist aber u.a. relevant, dass eine Arbeits- bzw. Schraubstelle, an der es z.B. eine Schraube festzudrehen gilt, richtig erkannt und zugeordnet wird, damit z.B. sichergestellt werden kann, dass der richtige Arbeits- bzw. Schraubprozess vorgenommen wird, insbesondere um festzustellen, ob die richtige Schraube angezogen wurde und/oder ob alle Schrauben angezogen wurden, ggf. in der richtigen Reihenfolge.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Durchführen eines Arbeitsprozesses, ein mobiles Werkzeug sowie eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betrieb von mobilen Werkzeugen wie z.B. mobilen Schraubgeräten, mittels welcher Arbeits- bzw. Schraubprozesse an einem zu bearbeitenden Werkstück durchgeführt werden, also z.B. Schrauben in Bauteile (Werkstücke) eingebracht (eingeschraubt) werden. Als mobile Werkzeuge sind dabei insbesondere tragbare und von einem Bediener oder Werker aufnehmbare Werkzeuge zu verstehen. Diese können z.B. akkubetrieben sein, oder aber auch kabelgebunden mit Energie versorgt sein (auch dann kann, bei entsprechend langem Kabel, von einem mobilen Werkzeug gesprochen werden).
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Außerdem sind dabei insbesondere mobile Werkzeuge mit einer Steuereinheit von Interesse, die dann z.B. bestimmte Arbeitsprogramme vornehmen können, als z.B. ein bestimmtes Drehmoment auf die Schraube ausüben können bzw. diese mit einem bestimmten Drehmoment festziehen können; ebenso kann hierzu ein solches Drehmoment dann z.B. entsprechend unter Verwendung eines geeigneten Sensors erfasst werden. In diesem Zusammenhang wird auch von sog. messenden Werkzeugen, z.B. messenden Schraubern gesprochen. Außerdem können mobile Werkzeuge Anzeigemittel wie z.B. Displays aufweisen, auf denen Informationen oder auch Anweisungen für einen Bediener angezeigt werden, insbesondere in Zusammenhang mit einem durchzuführenden Arbeitsprozess.
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Wenngleich hier und im Folgenden insbesondere mobile Schraubgeräte oder Schrauber behandelt werden, kommen grundsätzlich auch andere mobile Werkezuge in Betracht, wie z.B. elektronische Drehmomentschlüssel, Nietgeräte, Schweißgeräte oder Bohrgeräte.
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Wie schon erwähnt, ist bei der Verwendung von mobilen Werkzeugen ein wichtiger Punkt, dass eine Arbeitsstelle (bzw. Schraubstelle) an einem Werkstück, an dem der Arbeitsprozess vorzunehmen ist, also z.B. eine Schraube einzudrehen ist, sicher erkannt wird. Damit lässt sich eine Zuordnung des mobilen Werkzeuges zu dem Werkstück und/oder der Arbeitsstelle an dem Werkstück vornehmen und auch ein für das Werkstück oder die Arbeitsstelle vorgesehenes Arbeitsprogramm (bzw. Schraubprogramm) freigegeben. Bei der sog. Schraubstellenerkennung wird bestimmt, welche konkrete Schraube am Werkstück gerade eingeschraubt wird.
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Eine solche Erkennung oder Ortung von Arbeits- oder insbesondere Schraubstellen kann z.B. unter Verwendung optischer Systeme mit Kameras und z.B. auch IR-Sendern erfolgen; damit kann erkannt werden, ob das mobile Werkzeug sich an der richtigen Stelle für die Durchführung des Arbeitsprozesses befindet. Auch die Verwendung von Ultraschall ist möglich. Hierfür kann auf eine Triangulation zur Positionsbestimmung zurückgegriffen werden. Bei diesem Vorgehen ergibt sich aber insbesondere bei größeren Montagelinien das Problem, dass diese Systeme nicht oder nur sehr aufwändig beherrschbar sind; die erreichbare Positionsgenauigkeit ist dann unzureichend. Für ein einwandfrei funktionierendes System ist nämlich zwischen Sender und Empfänger immer eine Sichtverbindung nötig. Soll über die Positionserkennung z.B. ein zugeordnetes Arbeits- oder Schraubprogramm gestartet werden, so müsste über eine Auswertung der optischen- / Ultraschallerkennung eine elektrische Verbindung geschaffen werden, was einen hohen Installationsaufwand bedeuten würde und meist lokal fixiert wäre.
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Vor diesem Hintergrund wird die Verwendung von Nahfeldkommunikation wie z.B. RFID-Technologie vorgeschlagen. Hierzu wird das mobile Werkzeug mit wenigstens einer Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung, z.B. einer RFID-Leseeinrichtung, ausgestattet, d.h. das mobile Werkzeug weist dann wenigstens eine Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung auf. An einem zu bearbeitenden Werkstück, an dem der Arbeitsprozess durchzuführen ist, wird dann wenigstens ein Nahfeldkommunikations-Transponder, z.B. ein RFID-Transponder, auch als RFID-Tag bezeichnet, vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich wird an einer für den Arbeitsprozess verwendeten Hilfseinrichtung wenigstens ein Nahfeldkommunikations- bzw. RFID-Transponder vorgesehen. Ein solcher Nahfeldkommunikations-Transponder kann z.B. mittels geeigneter Ausgestaltung aufgeklebt oder anderweitig befestigt sein.
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Unter einer Hilfseinrichtung ist dabei insbesondere eine Einrichtung oder Gerät oder ähnliches zu verstehen, mittels dessen der Arbeitsprozess unterstützt wird. Es kann sich dabei z.B. um einen Rahmen oder Hilfsrahmen handeln, mittels dessen eine Schraube und/oder ein anzuschraubendes Bauteil an das Werkstück gehalten wird, bis es festgeschraubt ist. Ebenso kann es sich beispielsweise um einen Roboterarm handeln, der ein Werkstück hält. Diese Unterstützung (z.B. Halterung, Transport usw.) kann auch automatisiert sein. Ebenso kann die Hilfseinrichtung aber z.B. auch ein Regal oder ähnliches sein, in dem Hilfsmittel wie Schrauben für den Arbeits- bzw. Schraubprozess vorgehalten sind.
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Es wird dann vor oder bei Beginn des Arbeitsprozesses der an dem zu bearbeitenden Werkstück oder der Hilfseinrichtung angeordnete wenigstens eine Nahfeldkommunikations-Transponder mittels der wenigstens einen Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung gelesen.
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Mittels der Steuereinheit des mobilen Werkzeuges wird dann, basierend auf dem Auslesen des Nahfeldkommunikations-Transponders eine Zuordnung des mobilen Werkzeuges zu dem Werkstück und/oder der Arbeitsstelle an dem Werkstück vorgenommen (insbesondere sog. Schraubstellenerkennung), außerdem wird ein für das Werkstück oder die Arbeitsstelle vorgesehenes Arbeitsprogramm, insbesondere Schraubprogramm freigegeben. Unter einer Freigabe eines Arbeitsprogramms ist dabei insbesondere zu verstehen, dass das mobile Werkzeug dann betätigbar bzw. verwendbar ist; zuvor bzw. ohne Freigabe ist das mobile Werkzeug hingegen ohne Funktion, d.h. es würde z.B. bei Betätigung eines Betätigungsknopfes nichts passieren. Vorzugsweise wird das Arbeitsprogramm nur für eine vorgegebene Zeitdauer freigegeben, d.h. es muss innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer von z.B. 5 Sekunden der Arbeitsprozess durchgeführt oder zumindest gestartet werden, z. B. Betätigung des Betätigungsknopfes am mobilen Werkzeug.
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Für eine Arbeitsstellen- bzw. Schraubstellenerkennung können insbesondere mehrere Transponder und/oder mehrere Leseeinrichtungen eingesetzt werden, so dass beispielsweise eine Echtzeit-Lokalisierung (engl. real-time location system, RTLS) möglich wird, beispielsweise durch Triangulation. Es kann aber auch jede Arbeitsstelle mit einem eigenen Transponder ausgerüstet sein. Insbesondere bei einem Einsatz von Hilfseinrichtungen bietet es sich an, die Hilfseinrichtung mit Transpondern auszurüsten und so für alle Werkstücke mit denselben (wenigen) Transpondern auszukommen.
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Ist die Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung vorteilhafterweise auch als Nahfeldkommunikations-Schreibeinrichtung betreibbar, kann bei oder nach Ende des Arbeitsprozesses der Nahfeldkommunikations-Transponder mittels der Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung auch beschrieben werden, insbesondere mit Informationen über den vorgenommenen Arbeitsprozess.
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Vorzugsweise wird auch bei oder nach Ende des Arbeitsprozesses von dem mobilen Werkzeug eine Information über das Ende des Arbeitsprozesses an eine externe Steuereinrichtung übermittelt. Diese externe Steuereinrichtung ist dabei insbesondere dem Werkstück oder der Hilfseinrichtung zugeordnet. Dann wird z.B. von der externen Steuereinrichtung ein dem Arbeitsvorgang nachfolgender Prozess bei dem Werkstück oder der Hilfseinrichtung eingeleitet oder vorgenommen. Es kann z.B. die Hilfseinrichtung von der Arbeitsstelle entfernt werden, so dass das Werkstück weiterbewegt werden kann, und/oder das Werkstück wird weiterbewegt und das nächste Werkstück wird hinbewegt.
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Vorzugsweise weist das mobile Werkzeug eine Energieversorgungsschnittstelle auf, an die die Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung, insbesondere abnehmbar, zur Energieversorgung angebunden ist. Bei der Energieversorgungsschnittstelle kann es sich z.B. um einen USB-Anschluss handeln. Außerdem kann das mobile Werkzeug eine, insbesondere drahtlose oder drahtgebundene, Datenübertragungsschnittstelle aufweisen, über die die Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung datenübertragend mit der Steuereinheit des mobilen Werkzeugs verbunden ist. Im Falle einer drahtgebundenen Datenübertragungsschnittstelle kann diese z.B. integriert mit der Energieversorgungsschnittstelle ausgebildet sein, d.h. es kann z.B. die USB-Schnittstelle nicht nur zur Energieversorgung, sondern auch zur Datenübertragung genutzt werden. Im Falle einer drahtlosen Datenübertragungsschnittstelle kann es sich z.B. um eine Funk-, insbesondere Bluetooth- oder WLAN-Schnittstelle handeln.
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Das mobile Werkzeug benötigt hierbei keinen weiteren elektrischen Aufbau, über seine interne Spannungsversorgung kann die Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung bzw. dort eine Antenne zur Detektion von z.B. RFID betrieben werden. Die Kosten für lokale Installation von weiterer Sensorik entfallen. Weiterhin wird an den Nahfeldkommunikations- bzw. RFID-Transpondern (Tags) keine Spannungsversorgung benötigt. Das ist im Falle von flexiblen, ortsunabhängigen Montageplätzen von großem Vorteil.
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Außerdem kann das mobile Werkzeug neben der Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung auch eine weitere Kommunikationseinheit wie z.B. für das erwähnte WLAN oder Bluetooth aufweisen, das eine zusätzliche Ortung oder Erkennung von Werkstücken, nicht aber notwendigerweise der konkreten Arbeitsstelle ermöglicht.
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Nachfolgend sollen einige konkrete Beispiele genannt werden, bei denen die Erfindung eingesetzt werden kann.
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Bei der Fahrzeugendmontage können die z.B. mit zwei Antennen versehenen Schraubwerkzeuge z.B. im Long-Range-Verfahre (z.B. über WLAN oder Bluetooth) das betreffende Fahrzeug (Werkstück) erkennen und im Short-Range-Verfahren (mit der Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung) dann die betreffende Schraubstelle, z.B. das Schiebedach im Fahrzeuginneren, erkennen und verschrauben. Für den Einbau von Schiebedächern werden z.B. häufig Hilfsrahmen (Hilfseinrichtung) eingesetzt, die das Schiebedach in der gewünschten Position halten, bis es verschraubt ist. An diesem Hilfsrahmen können z.B. entsprechende RFID-Tags angebracht sein, die beim Schraubprozess gelesen werden und über die (interne) Steuerung des mobilen Schraubers der Schraubstelle zugeordnet werden. Sind alle notwendigen Verschraubungen (im Rahmen des Schraubprozesses) getätigt, kann der mobile Schrauber ein Signal an die externe Steuereinrichtung des Hilfsrahmens senden, sodass dieser aus dem Fahrzeug entfernt werden kann.
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In solchen Situationen können optische oder akustische Systeme schnell versagen, da sie aus dem Inneren des Fahrzeugs nicht bis kaum Kontakt zu den Ortungssystemen halten können, insbesondere, wenn bei einer Fließbandfertigung.
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Entsprechendes gilt auch für Fahrzeugtüren und diese haltende Roboterarme usw.
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Bei Montageplätzen mit einer Werkerführung kann der mobile Schrauber z.B. im Display eine Arbeitsanweisung (z.B. in Bild- und/oder Textform) enthalten, die das Entnehmen von Teilen in bestimmter Reihenfolge aus einem bereitgestellten Regal (Hilfseinrichtung) verlangt. Zur Bestätigung kann der Werker dann mit der Schrauberspitze an das am Regal oder dort einem Fach angebrachte RFID-Tag tippen, sodass durch das Lesen des RIFD-Tags die Entnahme bestätigt und der Schrauber für die dafür vorgesehenen Schraubaufgaben in z.B. Drehmoment und Anzahl (Schraubprogramm) freigegeben wird. Diese Regale können in der flexiblen Montage z.B. auch mit Fahrzeug auf dem Fließband mitwandern und benötigen keine elektrische Versorgung, wie es für ein sog. „Pick to Light“ (Anstrahlen der Arbeitsstelle) notwendig wäre.
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Neben dem beschriebenen Verfahren und dem mobilen Werkzeug betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit einem solchen mobilen Werkzeug und einem Werkstück und/oder einer Hilfseinrichtung, auf dem bzw. auf der ein Nahfeldkommunikations-Transponder angeordnet ist. Es sei erwähnt, dass die vorstehenden und noch folgenden Ausführungen, insbesondere hinsichtlich besonderer Ausgestaltungen und Vorteile für das Verfahren, das mobile Werkzeug sowie die Anordnung gleichermaßen gelten.
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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 eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem mobilen Werkzeug in einer bevorzugten Ausführungsform, mit der auch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
- 2 zeigt schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 102 mit einem erfindungsgemäßen, mobilen Werkezeug, hier in Form eines mobilen Schraubgeräts 100, in einer bevorzugten Ausführungsform, dargestellt. Bei dem Schraubgerät bzw. Schrauber 100 handelt es sich hier beispielhaft um einen Winkelschrauber; es könnte jedoch ebenso z.B. ein Schrauber in Pistolenform verwendet werden.
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Der Winkelschrauber 100 weist ein Gehäuse 140, zwei Handgriffe 141 und 142, einen Montagekopf 120, einen Akku 150 sowie ein Betätigungselement bzw. einen Betätigungsschalter 145 zum Betätigen des Winkelschraubers 100 und damit zum Ausführen eines Arbeits- bzw. Schraubvorgangs oder eines Arbeitsprozesses auf.
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In dem Montagekopf 120 kann beispielsweise ein Bit 121 zum Aufsetzen auf eine Schraube 160 vorgesehen sein. Zudem ist in dem Winkelschrauber ein Elektromotor 130 als elektrischer Antrieb vorgesehen, der zum bzw. als Antrieb des Winkelschraubers und damit zur Durchführung eines Schraubvorgangs dient, bei dem die Schraube 160 an einer Schraubstelle 162 in ein Werkstück 164 eingedreht wird. Dabei ist vorliegend ein mittels einer externen Steuerung 192 steuerbarer Hilfsrahmen 190 (Hilfseinrichtung) vorgesehen, mittels dessen z.B. das Werkstück 164 in Position gehalten wird, bis der Schraubvorgang beendet ist. Es kann sich dabei z.B. auch um einen Roboterarm o.ä. handeln.
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Weiterhin ist eine Steuereinheit 110 vorgesehen, auf der beispielsweise ein Anwendungs- oder Arbeitsprogramm hinterlegt ist und die die nötige Elektronik zum Betrieb des Winkelschraubers 100 aufweist. Zudem ist ein Anzeigemittel 111 (z.B. ein Display oder Touchdisplay) vorgesehen, auf dem beispielswiese bestimmte Parameter oder Informationen wie Arbeitsanweisungen angezeigt werden können.
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Bei dem Winkelschrauber 100 handelt es sich beispielsweise um einen sog. messenden Schrauber, d.h. es können physikalische Parameter wie beispielsweise Drehmomente bzw. Anzugsdrehmomente gemessen, überwacht, überprüft und/oder mitgeloggt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Sensor 132 verwendet werden. Weiterhin ist ein Funkmodul 112 für z.B. WLAN vorgesehen, das an die Steuereinheit 110 angebunden ist, sodass die Steuereinheit 110 bzw. der Winkelschrauber 100 Daten mit einer übergeordneten Steuerung 170 austauschen kann. Von dort kann der Winkelschrauber 100 z.B. neue Anwendungsprogramme erhalten und Messwerte, die von den Sensoren erfasst werden, hinübertragen.
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Weiterhin ist an dem Winkelschrauber 100 eine Nahfeldkommunikations-, insbesondere RFID-Leseeinrichtung 180 vorgesehen, die über eine Schnittstelle 182 (z.B. USB) aus dem Winkelschrauber 100 mit Energie bzw. Strom versorgt und darüber z.B. auch datenübertragend an die Steuereinheit 110 angebunden ist. Außerdem ist ein Nahfeldkommunikations-, insbesondere RFID-Transponder 184 an dem Hilfsrahmen 190 angeordnet, der mittels der Nahfeldkommunikations- bzw. RFID-Leseeinrichtung 180 gelesen werden kann. Insbesondere kann für jede Schraubstelle ein eigener RFID-Transponder an dem Hilfsrahmen 190 angeordnet sein, um so eine Schraubstellenerkennung zu ermöglichen.
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In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Hierzu kann die Anordnung 102 wie in 1 gezeigt, verwendet werden.
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Zunächst kann, in Schritt 200, das mobile Werkzeug bzw. der Winkelschrauber 100 von einem Bediener oder Werker aufgenommen werden, mit dem Ziel, einen Arbeitsprozess bzw. Schraubvorgang an dem Werkstück 164 durchzuführen.
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Vor oder ggf. bei Beginn des Arbeitsprozesses wird, in Schritt 202, der an dem Hilfsrahmen 190 (Hilfseinrichtung) angeordnete RFID-Transponder 184 gelesen, und zwar mittels der RFID-Leseeinrichtung 180 des Winkelschraubers 100. Wie anhand von 1 zu sehen ist, ist es hierzu nötig, dass sich der Winkelschrauber 100 schon in der Nähe der Schraubstelle 162 mit der Schraube 160 befindet. Aufgrund der relativ geringen Reichweite der Nahfeldkommunikation wäre es z.B. nicht möglich, den RFID-Transponder zu lesen, wenn sich der Winkelschrauber 100 noch weiter weg befinden würde.
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Weiterhin wird dann, in Schritt 204, mittels der Steuereinheit 110 basierend auf dem Auslesen des RIFD-Transponders eine Zuordnung des Winkelschrauber 100 zu dem Werkstück 164 bzw. der Schraubstelle 162 vorgenommen. Zudem wird, in Schritt 206, ein für das Werkstück 164 bzw. diese Schraubstelle 162 vorgesehenes Arbeitsprogramm 208 freigegeben.
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Diese Freigabe erfolgt dabei beispielsweise nur für eine vorbestimmte Zeitdauer von z.B. 5 Sekunden, innerhalb welcher der Werker, in Schritt 210, den Schraubvorgang dann starten oder gar vollständig durchzuführen hat. Dies kann eine Betriebssicherheit erhöhen, so dass der Winkelschrauber 100 nicht zu einem späteren Zeitpunkt immer noch aktiv ist und unbeabsichtigt ausgelöst wird bzw. zu drehen beginnt.
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Anschließend kann, in Schritt 212, z.B. eine Information über den durchgeführten Schraubvorgang auf bzw. in den RFID-Transponder 184 geschrieben werden.
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Ebenso kann, in Schritt 214, vom Winkelschrauber 100 bzw. der Steuereinheit 110 eine Information über das Ende des Arbeitsprozesses an die externe Steuereinrichtung 192 übermittelt werden; dies kann z.B. über die Steuerung 170 erfolgen. Die externe Steuereinrichtung 192 kann dann, in Schritt 216, einen dem Schraubvorgang nachfolgenden Prozess einleiten, bei dem z.B. der Hilfsrahmen 190 entfernt wird. Danach kann der Werker einen weiteren Schraubvorgang starten.
