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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Herstellung einer mittels eines Bohrschraubers hergestellten Schraubverbindung in einer Produktionsumgebung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus der
DE 43 43 110 C2 ist eine Vorrichtung zum drehwinkelüberwachten Anziehen oder Lösen von Verschraubungen bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Drehwinkel-Messeinrichtung zur Erfassung eines um eine zur Rotationsachse der Schraube beziehungsweise der Mutter parallelen Schwenkachse gegenüber einem Festpunkt zurückgelegten absoluten Drehwinkels. Dabei ist die Drehwinkel-Messeinrichtung entweder als optischer Kreisel ausgebildet, dessen Ebene seines Lichtweges, die durch zumindest eine gewickelte Glasfaser gebildet ist, quer angeordnet ist und dessen bei einer Auslenkung des Gehäuses erfassbarer und der Drehfrequenz des Gehäuses des Schraubers zuordenbarer Laufzeitunterschied einfach integrierbar ist, oder als piezoelektrischer Kreisel ausgebildet, dessen bei einer Auslenkung des Gehäuses erfassbares und der Drehbeschleunigung um die Schrauberwelle zuordenbares Beschleunigungssignal zweifach integrierbar ist.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2019 006 810 A1 ein Verfahren zur Überprüfung einer Herstellung einer Steckverbindung. Das Verfahren sieht vor, dass während der Herstellung der Steckverbindung ein korrektes Herstellen der Steckverbindung durch eine Erhebung von der Herstellung der Steckverbindung betreffenden Daten mittels einer externen Sensorik und einer Analyse der Daten durch mindestens ein vortrainiertes neuronales Netz überprüft wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Herstellung einer Schraubverbindung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch eine Vorrichtung, welche die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Verfahren zur Überwachung einer Herstellung einer mittels eines, insbesondere kabellosen, Bohrschraubers hergestellten Schraubverbindung in einer Produktionsumgebung, sieht erfindungsgemäß vor, dass während der Herstellung der Schraubverbindung akustische Signale und/oder Beschleunigungsdaten des Bohrschraubers mit einer an dieser befestigten Erfassungseinheit erfasst werden. Diese erfassten akustischen Signale und/oder Beschleunigungsdaten werden dann zur Auswertung an eine mit der Erfassungseinheit datentechnisch gekoppelte Rechnereinheit übermittelt.
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Das Verfahren stellt eine vergleichsweise kostengünstige Lösung zur Überwachung von Schraubprozessen dar.
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Durch Anwendung des Verfahrens ist es möglich, alle Fehlermodi, welche bei der Herstellung einer Schraubverbindung auftreten können, zu erkennen, um dann in der Produktionsumgebung eine womöglich fehlerhaft hergestellte Schraubverbindung korrigieren zu können. Dadurch ist es beispielsweise möglich, ein Risiko für einen kostenintensiven Werkstattaufenthalt und/oder Kulanzmaßnahmen oder sogar für einen Rückruf, insbesondere eines Fahrzeuges, aufgrund einer fehlerhaften Schraubverbindung erheblich zu verringern.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist im Wesentlichen kein Einsatz eines lokalen, sogenannten Controllers in der Produktionsumgebung erforderlich, da eine Fehlerermittlung mittels der Rechnereinheit erfolgt.
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Eine Kommunikation zwischen der Erfassungseinheit und der Rechnereinheit erfolgt dabei über ein einheitliches Kommunikationsformat, so dass es hierfür nicht erforderlich ist, zusätzliche Komponenten vorzusehen.
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In einer Ausführung des Verfahrens werden die erfassten akustischen Signale und/oder die erfassten Beschleunigungsdaten in der Rechnereinheit mittels eines neuronalen Netzes verarbeitet und ausgewertet. Dabei erfolgt die Verarbeitung und Auswertung der akustischen Signale und/oder der Beschleunigungsdaten, um eine Entscheidung in Bezug auf einen Zustand der Schraubverbindung zutreffen.
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In einer weiteren Ausführung werden beziehungsweise wird die Herstellung der Schraubverbindung und/oder die Schraubverbindung selbst klassifiziert. Beispielsweise erfolgt die Klassifizierung dahingehend, ob eine verschraubte Schraube in Ordnung ist und mit einem richtigen Drehmoment gesetzt wurde. Zudem kann klassifiziert werden, dass die Schraube nicht vollständig eingeschraubt wurde etc.
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Eine Ausführung sieht vor, dass ein Ergebnis der Klassifizierung der Schraubverbindung von der Rechnereinheit an die Erfassungseinheit übermittelt und eine entsprechende Rückmeldung auf einer Anzeigeeinheit der Erfassungseinheit an einen Werker ausgegeben wird. Somit hat der Werker die Möglichkeit, den Schraubprozess gegebenenfalls zu wiederholen, wobei eine fehlerhafte Schraube gegen eine andere Schraube ausgetauscht wird.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Bohrschrauber mittels eines Lokalisierungstags und/oder anhand einer Positionsbestimmung der Erfassungseinheit in der Produktionsumgebung geortet. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine funktionsweise Positionsbestimmung des Bohrschraubers, so dass eine Zuordnung des Schraubprozesses, zum Beispiel zu einem Fahrzeug, und eine Schraubposition möglich ist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung der Herstellung der Schraubverbindung, welche in einer Produktionsumgebung mit einem, insbesondere kabellosen, Bohrschrauber hergestellt wird. Erfindungsgemäß ist eine an dem Bohrschrauber befestigte Erfassungseinheit ausgebildet, während der Herstellung der Schraubverbindung akustische Signale und/oder Beschleunigungsdaten des Bohrschraubers zu erfassen. Zudem ist die Erfassungseinheit ausgebildet, die erfassten akustischen Signale und/oder Beschleunigungsdaten des Bohrschraubers an die mit der Erfassungseinheit datentechnisch gekoppelte Rechnereinheit zu übermitteln.
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In einer Ausführung ist die Erfassungseinheit als Smartwatch ausgebildet, da eine solche Smartwatch üblicherweise sowohl ein Mikrofon als auch einen Drehraten- und/oder Beschleunigungssensor aufweist. Zudem ist es anhand eines Armbandes der Smartwatch möglich, diese ohne großen Aufwand an dem Bohrschrauber zu befestigen.
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In einer Ausbildung weist der Bohrschrauber ein Gehäuse zur Aufnahme der Erfassungseinheit auf, so dass die Erfassungseinheit sicher an dem Bohrschrauber gehalten und zumindest entsprechend zu erfassender akustischer Signale ausgerichtet ist. Das Gehäuse ist insbesondere derart ausgeformt, dass die Erfassungseinheit form- und kraftschlüssig in dem Gehäuse anordbar ist. Dadurch kann weitestgehend ausgeschlossen werden, dass die Erfassungseinheit bei Öffnen des Gehäuses oder bei Entnahme des Gehäuses von dem Bohrschrauber herausfällt und beschädigt wird. Beispielsweise ist das Gehäuse aus einem Polyurethan, insbesondere einem thermoplastischen Polyurethan, gebildet. Ist das Gehäuse als Hülle der Erfassungseinheit aus Polyurethan gebildet, ist zumindest das Gehäuse vergleichsweise sturzunempfindlich.
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Der Bohrschrauber weist in einer möglichen Ausführung Formelemente, beispielsweise Rastnasen, auf, die mit an dem Gehäuse angeordneten weiteren Formelementen form- und kraftschlüssig korrespondieren. Somit ist es möglich, das Gehäuse form- und kraftschlüssig an dem Bohrschrauber zu befestigen und gegen ein ungewolltes Lösen zu sichern. Der Bohrschrauber und die Erfassungseinheit in Form der Smartwatch bilden so eine kompakte Einheit, welche weitestgehend herstellerunabhängig hergestellt werden kann.
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Da die Erfassungseinheit an dem Bohrschrauber befestigt wird, erfolgt keine Personenbindung, insbesondere der Erfassungseinheit, so dass auch keine Aufzeichnung persönlicher oder personenbezogener Daten eines den Bohrschrauber nutzenden Werkers erfolgt.
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In einer weiteren möglichen Ausführung weist das Gehäuse eine zum Mikrofon der Erfassungseinheit gerichtete Schallkammer auf. Durch diese Schallkammer ist das Mikrofon der Erfassungseinheit, also der Smartwatch, gegenüber anderen Geräuschen in der Produktionsumgebung geschützt angeordnet, wobei dadurch im Wesentlichen und beabsichtigt ausschließlich Geräusche des Bohrschraubers durch die Schallkammer zu dem Mikrofon der Smartwatch gelangen. Diese Geräusche, also diese akustischen Signale, werden dann zur Klassifizierung der Schraubverbindung an die datentechnisch mit der Erfassungseinheit gekoppelte Rechnereinheit übermittelt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Übersicht einer Vorrichtung zur Überwachung einer Schraubverbindung während ihrer Herstellung,
- 2 schematisch eine perspektivische, teiltransparente Ansicht eines Bohrschraubers und
- 3 schematisch eine Schnittdarstellung eines an dem Bohrschrauber befestigbaren Gehäuses zur Aufnahme einer Erfassungseinheit.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Überschicht einer Vorrichtung 1 zur Überwachung einer Schraubverbindung während ihrer Herstellung.
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2 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht eines Bohrschraubers 2 und in 3 ist eine Schnittdarstellung eines an dem Bohrschrauber 2 befestigbaren Gehäuses 3 für eine Erfassungseinheit 4 dargestellt.
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In einer Endmontage eines Fahrzeuges in einer Produktionsumgebung werden üblicherweise sogenannte Akkuabschaltschrauber als kabellose Bohrschrauber 2 und eine sogenannte EC-Schraubtechnik verwendet. Diese EC-Schraubtechnik ist vergleichsweise kostenintensiv, ermöglicht aber eine vollständige Überwachung eines Schraubprozesses, also die Herstellung einer Schraubverbindung, einschließlich einer Drehwinkel- und Drehmomentüberwachung. Eine aus der Verwendung der EC-Schraubtechnik resultierende Schraubkurve kann im Rückruffall zur Eingrenzung einer Anzahl fehlerhafter Fahrzeuge verwendet werden.
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Ein Akkuabschaltschrauber, also ein kabelloser Bohrschrauber 2 ist in Bezug auf die Herstellung einer Schraubverbindung im Wesentlichen unüberwacht, so dass eine vergessene oder eine fehlerhafte Schraube nicht detektiert wird und erst im Reparaturfall, insbesondere bei einem Endkunden, auffällt. Eine Folge hieraus kann beziehungsweise können ein relativ kostenintensiver Werkstattaufenthalt, Kulanzmaßnahmen oder sogar ein Rückruf einer Fahrzeugcharge sein.
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Um die Herstellung einer Schraubverbindung in einer Produktionsumgebung, insbesondere von Fahrzeugen, vergleichsweise kostengünstig zu überwachen, sind im Folgenden die Vorrichtung 1 und ein mittels dieser durchgeführtes Verfahren beschrieben.
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Die Vorrichtung 1 weist den kabellosen Bohrschrauber 2, die Erfassungseinheit 4 in Form einer Smartwatch, einen an dem Bohrschrauber 2 befestigten Lokalisierungstag 5 und eine mit der Erfassungseinheit 4 datentechnisch gekoppelte Rechnereinheit 6 auf.
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Die Erfassungseinheit 4 in Form der Smartwatch wird an dem Bohrschrauber 2, einem sogenannten Akkuabschaltschrauber, befestigt. Mittels einer Sensorik der Erfassungseinheit 4, das heißt mittels zumindest eines Mikrofons und eines Drehraten- und/oder Beschleunigungssensors, werden akustische Signale und/oder Beschleunigungsdaten während des Schraubprozesses erfasst.
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Als akustische Signale oder Akustikdaten werden Geräusche eines Elektromotors des Bohrschraubers 2 beim Einschalten, Geräusche beim Aufsetzen eines Schraubenkopfes auf einem Fügepartner und beim Erzeugen einer Flächenpressung, Geräusche bei einem Einsetzen einer Rutschkupplung bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes sowie ein akustisches Informationssignal, das heißt ein Piepsen, bei Nichterreichen eines Soll-Drehmomentes, als Hinweis für einen Werker, dass eine Verschraubung nicht in Ordnung ist, erfasst.
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Als Beschleunigungsdaten wird insbesondere ein „Schlag“, also ein abruptes Beenden einer Drehbewegung des Bohrschraubers 2, bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmomentes und dem Einsetzen der Rutschkupplung an dem Bohrschrauber 2 oder an einem Handgelenk, sofern die Erfassungseinheit 4 am Handgelenk getragen wird, erfasst.
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Die erfassten akustischen Signale und die Beschleunigungsdaten werden über eine drahtlose Verbindung, insbesondere eine Funkverbindung, von der Erfassungseinheit 4 an die Rechnereinheit 6, auch als zentraler Server bezeichnet, übermittelt.
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In der Rechnereinheit 6 werden die akustischen Signale und die Beschleunigungsdaten als Eingangsdaten mittels eines neuronalen Netzes verarbeitet, um eine Entscheidung in Bezug auf einen Zustand Z der hergestellten Schraubverbindung zu treffen. Dazu können basierend auf den oben genannten akustischen Signalen und den Beschleunigungsdaten folgende Fälle im Wesentlichen eindeutig erkannt und unterschieden, also klassifiziert werden:
- - Schraube ist in Ordnung und wurde mit richtigem Drehmoment gesetzt,
- - Schraube ist nicht vollständig eingeschraubt,
- - Schraube hat nicht das Soll- oder Zieldrehmoment erreicht,
- - Außengewinde der Schraube greift nicht formschlüssig in Innengewinde eines Fügepartners ein und kann unter Umständen verklemmt sein,
- - eine sogenannte Luftverschraubung,
- - ein erneutes Anziehen einer bereits richtig gesetzten Schraube,
- - ein Herausdrehen einer Schraube,
- - Unterschiede in Materialeigenschaften eines Fügepartners,
- - ein Setzen einer falschen, beispielsweise einer zu kurzen oder zu langen Schraube
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Zudem können Spiele in Lagern des Bohrschraubers 2 und/oder andere Veränderungen akustischer Signale erkannt werden, so dass der Bohrschrauber 2, zum Beispiel vorbeugend, gewartet werden kann.
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Eine Klassifizierung der hergestellten Schraubverbindung und/oder des Schraubvorganges wird anschließend von der Rechnereinheit 6 an die Erfassungseinheit 4 gesendet und in einem Produktionssystem der Produktionsumgebung dokumentiert.
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Zudem wird die Klassifizierung eines jeweils ermittelten vorliegenden Falles in Bezug auf die Schraubverbindung auf einer Anzeigeeinheit der Erfassungseinheit 4, das heißt der Smartwatch, angezeigt. Ein mit dem Bohrschrauber 2 arbeitender Werker erhält also eine Rückmeldung R, so dass dieser über einen jeweiligen Zustand Z der Schraubverbindung informiert ist und gegebenenfalls nacharbeiten kann.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Vorrichtung 1 einen Lokalisierungstag 5 auf, welcher für eine Positionsbestimmung des Bohrschraubers 2 genutzt wird, insbesondere um einen Schraubvorgang, einen Schraubfall/eine Schraubposition einem Fahrzeug zuzuordnen.
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Mittels des Lokalisierungstags 5 kann der Bohrschrauber 2 über ein sogenanntes Indoorsatellitengestütztes Positionsbestimmungssystem geortet werden.
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Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Ortung des Bohrschraubers 2 anhand einer Inertialnavigation über eine definierte Ablage des Bohrschraubers 2 an einer bekannten Position und einer anschließenden Positionsbestimmung über eine Integration erfasster Beschleunigungs- und Drehratendaten der Erfassungseinheit 4, also der Smartwatch.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist an dem Bohrschrauber 2 das Gehäuse 3 befestigt, welches zur Aufnahme der Erfassungseinheit 4 in Form der Smartwatch und als deren Schutzhülle dient.
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Dieses Gehäuse 3 ist aus thermoplastischem Polyurethan ausgebildet und weist somit, insbesondere bei einem Herunterfallen, eine stoßdämpfende Eigenschaft auf, so dass die in dem Gehäuse 3 befindliche Erfassungseinheit 4 vor stoßbedingten Beschädigungen weitestgehend geschützt ist.
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Insbesondere ist das Gehäuse 3 innenseitig derart ausgebildet und ausgeformt, dass die Erfassungseinheit 4, beispielsweise über eine Rastverbindung, form- und kraftschlüssig in einer Aufnahme des Gehäuses 3 gehalten ist. Hierzu können gehäuseseitig beispielsweise Rastnasen ausgeformt sein, die mit einer Kontur der Erfassungseinheit 4 und/oder mit an diesen ausgeformten Formelementen korrespondieren.
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Das Gehäuse 3 selbst ist über eine form- und kraftschlüssige Verbindung an dem Bohrschrauber 2 befestigbar, wobei auch hierzu an dem Bohrschrauber 2 und/oder an dem Gehäuse 3 Rastnasen und mit diesen korrespondierende Formelementen ausgebildet sind.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung eines Ausschnittes des Gehäuses 3 für die Erfassungseinheit 4, um diese an dem Bohrschrauber 2 zu befestigen.
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Das Gehäuse 3 weist eine Schallkammer S auf, welche während der Herstellung der Schraubverbindung entstehende Geräusche in Form akustischer Signale in Richtung des Mikrofons der Erfassungseinheit 4 führt. Zudem werden mittels der Schallkammer S und einem Material des Gehäuses 3 Geräusche externer Schallquellen in der Produktionsumgebung gedämpft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4343110 C2 [0002]
- DE 102019006810 A1 [0003]
