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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer wenigstens einen Betriebsparameter eines Schraubwerkzeugs im Rahmen eines Schraubprozesses steuernden Arbeitsregel.
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Im Stand der Technik sind Schraubwerkzeuge bekannt, deren Betriebsparameter im Rahmen eines Schraubprozesses aufgrund diese steuernden Arbeitsregeln geändert werden. So ist es bekannt, dass ein Schraubwerkzeug eine Arbeitsregel aufweist, wobei im Falle des Vorliegens eines erfassten Schwellwerts im Zusammenhang mit einem Schraubprozess eine Änderung der Betriebsweise des Schraubwerkzeugs bzw. ein Betriebsparameter des Schraubwerkzeugs eine Änderung erfährt. Die Arbeitsregeln des Schraubwerkzeugs sind nicht immer und/oder nicht in standardisierter Art und Weise öffentlich zugänglich. Mit anderen Worten werden derartige Informationen typischerweise nicht oder nicht in standardisierter Art und Weise von den Herstellern der Schraubwerkzeuge preisgegeben. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn Schraubwerkzeuge unterschiedlicher Hersteller zur Montage einer Vielzahl an Produkten, zum Beispiel von Massenprodukten, eingesetzt werden. Aufgrund der unbekannten Arbeitsregel wird eine Dokumentation des Schraubprozesses bzw. Montageprozesses der Vielzahl an Produkten erschwert oder weist eine zumindest geschwächte Aussagekraft auf, insbesondere dann, wenn das Schraubwerkzeug ein den Schraubprozess zumindest teilweise beschreibendes Ausgabesignal liefert, kann durch die mit Berücksichtigung der Arbeitsregel eine weitergehende Interpretation des Ausgabesignals erreicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Maßnahme, eine Ermittlung einer wenigstens einen Betriebsparameter eines Schraubwerkzeugs im Rahmen eines Schraubprozesses steuernden Arbeitsregel ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung einer, wenigstens einen Betriebsparameter eines Schraubwerkzeugs im Rahmen eines Schraubprozesses steuernden Arbeitsregel gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens. Ferner wird die Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer wenigstens einen Betriebsparameter eines Schraubwerkzeugs im Rahmen eines Schraubprozesses steuernden Arbeitsregel. Dabei weist das Verfahren die nachfolgend dargelegten Schritte auf. Es erfolgt ein Ausführen eines Schraubprozesses mit einem Schraubwerkzeug in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter, wobei während des Schraubprozesses ein Erfassen wenigstens einer ersten, eine physikalische Größe beschreibenden Erfassungsinformation ausgeführt wird. Hierbei steht die durch die Erfassungsinformation beschriebene physikalische Größe im Zusammenhang mit dem durch das Schraubwerkzeug ausgeführten Schraubprozess. Beispielsweise beschreibt die Erfassungsinformation wenigstens einen Drehmomentwert; insbesondere einen Drehmomentverlauf, während des Schraubprozesses. Es erfolgt ferner ein Ermitteln des der Erfassungsinformation in der Arbeitsregel zugeordneten Betriebsparameters zur Ansteuerung des Schraubwerkzeugs. Mit anderen Worten ist die Arbeitsregel eine Bedingung bzw. eine Wenn-Dann-Beziehung, welche in Abhängigkeit des Werts oder der Werte der Erfassungsinformation eine diesem bzw. diesen Wert(en) zugeordnete Betriebsweise - vordefinierte entsprechende Betriebsparameter - des Schraubwerkzeug anzeigt oder ausgibt. Im vorliegenden Verfahren erfolgt ferner ein Auswerten der ersten, zur der Arbeitsregel folgenden Steuerung des Schraubwerkzeugs eingesetzten, Erfassungsinformation und wenigstens einer zweiten, während des Schraubprozesses erfassten, eine physikalische Größe beschreibenden Erfassungsinformation. Vermittels dieser wenigstens zwei Erfassungsinformationen, welche bevorzugt unterschiedliche physikalische Größen beschreiben, erfolgt ein Erzeugen einer aus den wenigstens zwei Erfassungsinformationen ermittelten und die Arbeitsregel abbildenden ermittelten Arbeitsregelinformation.
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Mit anderen Worten werden während des Schraubprozesses, den Schraubprozess beschreibende Erfassungsinformationen erfasst und diese Erfassungsinformationen dazu genutzt, die Parametrisierung bzw. die Arbeitsregeln, die zur Steuerung des Schraubwerkzeugs eingesetzt wurden, zu identifizieren bzw. nachzubilden. So nach kann die ermittelte Arbeitsregelinformation zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, die Parametrisierung bzw. die Arbeitsregel, nach welcher das Schraubwerkzeug den Schraubprozess ausgeführt hat, nachbilden. Somit kann vorteilhafterweise ein Verhalten des Schraubwerkzeugs, insbesondere auch schraubwerkzeugherstellerübergreifend, für wenigstens ein Schraubwerkzeug, bevorzugt für eine Vielzahl an Schraubwerkzeugen, als ermittelte Arbeitsregelinformation ermittelt werden. Durch eine Dokumentation der ermittelten Arbeitsregel und deren Zuordnung zu einer das verwendete Schraubwerkzeug identifizierenden Schraubwerkzeugidentifikationsinformation kann zu einem späteren Zeitpunkt eine qualitative Aussage zu einer Fügestelle erfolgen. Beispielsweise kann im Zuge einer zeitlich später erfolgenden Analyse der Fügestelle (z. B. im Zuge einer Gewährleistungsbetrachtung), aufgrund der Schraubwerkzeugidentifikationsinformation und aufgrund von dieser Fügestelle das entsprechende Schraubwerkzeug und gegebenenfalls den Schraubzeitpunkt zuordnenden Informationen eine Beurteilung des Schraubprozesses zur Bildung dieser Fügestelle und damit eine tiefergehende Aussage über die Qualität der Fügestelle vorgenommen werden.
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Es ist möglich, dass die wenigstens eine erste und/oder die wenigstens eine zweite Erfassungsinformation wenigstens (a) eine Drehzahl einer Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs und/oder (b) eine Drehwinkelposition der Antriebswelle des Schraubwerkzeugs und/oder (c) ein an der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs anliegendes Drehmoment und/oder (d) eine ein an der Antriebswelle des Schraubwerkzeugs anliegende Drehmomentänderung und/oder (e) eine Winkelgeschwindigkeit einer Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs und/oder (f) einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung eines die Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs antreibenden Aktors und/oder (g) einen Zeitpunkt und/oder einen Zeitraum des Betriebs des Schraubwerkzeugs und/oder (h) eine Drehrichtung der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs abbildet. Die jeweilige Erfassungsinformation kann hierbei einen Mindestwert und oder einen Maximalwert und oder einen Mittelwert (arithmetisches Mittel und/oder Median) der jeweiligen Größe bzw. des jeweiligen Parameters, s. beispielsweise (a) bis (h), umfassen. So ist es beispielsweise möglich, dass wenigstens eine Erfassungsinformation eine Mindestdrehzahl und/oder eine Maximaldrehzahl und/oder eine mittlere Drehzahl (arithmetisches Mittel und/oder Median) des Abtriebsmittels des Schraubwerkzeugs beschreibt. Auch kann die Erfassungsinformation einen maximalen und/oder minimalen und/oder mittleren Strom und/oder eine entsprechende elektrische Spannung beschreiben. Ferner kann die Erfassungsinformation eine Drehwinkelposition der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs beschreiben. Mit anderen Worten die Drehwinkelausrichtung eines Rotors relativ zu einem Stator eines für den Antrieb der Abtriebswelle und damit für den Antrieb des mit dem Schraubwerkzeug verbundenen Schraubmittels vorgesehenen Aktors des Schraubwerkzeugs beschreiben oder abbilden.
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Es ist möglich, dass aus wenigstens zwei Erfassungsinformationen eine Hilfsinformation abgeleitet wird und die Ermittlung der ermittelten Arbeitsregelinformation in Abhängigkeit der Hilfsinformation erfolgt. Typischerweise wird bei schraubwerkzeuggestützt ausgeführten Schraubprozessen die Drehzahl, d. h. die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl, des Schraubwerkzeugs nicht mitprotokolliert. Jedoch wird es ermöglicht, durch eine Betrachtung eines ersten und eines weiteren Winkels über den zeitlichen Verlauf eine Geschwindigkeit, d. h. eine Winkelgeschwindigkeit, des Abtriebsmittels des Schraubwerkzeugs als Hilfsinformation abzuleiten.
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Als Hilfsinformation kann auch aus wenigstens zwei Erfassungsinformationen eine Fügekurve des Schraubprozesses erzeugt werden und ausgehend von der Fügekurve durch Untersuchung des Graphen bzw. der Fügekurve eine Funktion auf dessen geometrische Eigenschaft gebildet und zur Ermittlung der ermittelten Arbeitsregel eingesetzt werden. Auch kann die Arbeitsregel selbst als Kurve, insbesondere als Steuerungskurve bzw. als Steuergrößenkurve, ermittelt und ausgegeben werden.
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Vermittels einer Fügekurve kann beispielsweise die Geschwindigkeit, d. h. z. B. die Winkelgeschwindigkeit aus der Betrachtung einer das Drehmoment beschreibenden ersten Erfassungsinformation und einer eine Zeit oder einen Zeitraum beschreibenden weiteren Erfassungseinrichtung als Hilfsinformation, abgeleitet werden. Damit kann eine Bestimmung der Parametrisierung bzw. der Arbeitsregel des Schraubwerkzeugs aus der wenigstens einen Fügekurve abgeleitet werden.
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Eine Hilfsinformation kann beispielsweise auch ein, aus dem durch die Erfassungsinformationen erkennbare Verhalten des Schraubwerkzeugs während des Schraubprozesses, insbesondere durch Vergleich eines Musters aus der Erfassungsinformation mit vordefinierten Erfassungsmustern, abgeleitete Verschraubungsart bzw. abgeleiteten Verschraubungsfall darstellen. So kann z. B. aufgrund eines als Erfassungsinformation erfassten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf ein Rückschluss darauf gegeben werden, ob eine Direktverschraubung, d. h. ein Verschrauben von selbstschneidenden Schrauben ausgeführt wurde, oder ob eine nichtselbstschneidende Verschraubung, z. B. eine genormte oder auch metrische Verschraubung, vorliegt. Diese Verschraubungsart kann durch einen Vergleich der während des Schraubprozesses erfassten Erfassungsinformation mit vordefinierten, die jeweilige Verschraubungsart repräsentierenden Referenzinformationen bestimmt werden. Eine die Verschraubungsart spezifizierende Information des Schraubprozesses kann sonach als Hilfsinformation aus erfassten Erfassungsinformationen abgeleitet werden. Beispielsweise kann eine Hilfsinformation einer ermittelten Arbeitsregelinformation zugeordnet werden und oder einen Einfluss auf die Ermittlung der ermittelten Arbeitsregelinformation haben.
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Es ist möglich, dass wenigstens eine zumindest einen Zeitpunkt oder einen Zeitraum beschreibende Erfassungsinformation verknüpft bzw. verbunden wird mit einer einen Drehwinkel und/oder einen Drehwinkelverlauf und/oder ein Drehmoment und/oder einen Drehmomentverlauf beschreibenden Erfassungsinformation zur Bildung einer Hilfsinformation, wobei die Ermittlung der ermittelten Arbeitsregelinformation in Abhängigkeit dieser Hilfsinformation erfolgt.
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Das in dem hierin beschriebenen Verfahren eingesetzte Schraubwerkzeug kann beispielsweise ein elektrisch und/oder pneumatisch antreibbares Schraubwerkzeug sein. Dabei kann beispielsweise die Arbeitsregel die Betriebsparameter des, also die Steuersignale zur Ansteuerung des, Schraubwerkzeugs abhängig von einer das Drehmoment beschreibenden Erfassungsinformation in seiner Winkelgeschwindigkeit (Drehzahl) verändern. So kann beispielsweise durch die Arbeitsregel eine erste Arbeitsregel vorgegeben sein bzw. eine erste Bedingung definiert sein, die vorgibt, dass (a) wenn das Drehmoment in einem ersten Drehmomentbereich liegt und/oder einen vordefinierten Drehmomentschwellwert nicht überschreitet, das Schraubwerkzeug in einer ersten Winkelgeschwindigkeit bzw. in einer ersten Drehzahl betrieben wird und (b) wenn das Drehmoment in einem vom ersten Drehzahlbereich unterschiedlichen Drehzahlbereich liegt und/oder einen vordefinierten Drehmomentschwellwert überschreitet in einer zweiten, einen höheren Wert aufweisenden, Drehzahl betrieben wird.
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Ein elektrisch antreibbares oder angetriebenes Schraubwerkzeug meint hierbei ein Schraubwerkzeug, dessen Abtriebswelle zum Antreiben eines Schraubmittels vermittels eines elektrisch angetriebenen, Aktors, d. h. z. B. einen Elektromotor, in Drehbewegung versetzt wird. Alternativ kann ein Schraubwerkzeug eingesetzt sein, dessen Antrieb der Abtriebswelle pneumatisch erfolgt.
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Es ist möglich, dass das Schraubwerkzeug beispielsweise als mechatronischer Drehmomentschlüssel ausgebildet ist, sodass zumindest ein Teil, bevorzugt ein überwiegender Teil, des Drehmoments bzw. des Antriebs des Schraubwerkzeug, besonders bevorzugt sämtliches Drehmoment, vermittels Muskelkraft aufgebracht wird und das Schraubwerkzeug mit einem elektrischen und/oder elektronischen Drehmoment- und/oder Drehwinkelsensors ausgestattet ist, um den mit dem Schraubwerkzeug ausgeführten Schraubprozess zu überwachen bzw. die Erfassungsinformation zu erfassen.
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Es ist möglich, dass das Schraubwerkzeug mit einer Rutschkupplung ausgestattet ist, wobei vermittels der Rutschkupplung eine drehmomentabhängige Veränderung der Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) des Schraubwerkzeugs ausführbar ist. Damit kann die Rutschkupplung eingesetzt werden - je nach deren Einstellung -, um das mit dem Schraubwerkzeug auf eine Schraubverbindung aufgebrachte Drehmoment zu begrenzen. Alternativ kann das Schraubwerkzeug als ein mit einem elektronischen Sensor als Erfassungseinrichtung ausgestatteter Knickschlüssel ausgebildet sein, wobei die Drehmomentunterbrechung und/oder das akustische und/oder optische und/oder haptische Signal für das Erreichen eines vordefinierten Drehmomentwerts auf mechanischem Wege erzeugt wird.
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Das hierin beschriebene Schraubwerkzeug kann beispielsweise ein sogenannter EC-Schrauber und/oder ein durch Handkraft eine Verschraubung ausführendes Werkzeug, z. B. eine Ratsche oder Knarre sein. Dabei kann das Schraubwerkzeug einen Sensor bzw. eine Mechanik aufweisen, welche in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmoments eine Antriebskraft gemäß der Arbeitsregel durch Veränderung des Betriebsparameters des Schraubwerkzeugs zum Antreiben eines durch das Schraubwerkzeug zu verschraubenden Schraubmittels verändert bzw. aufhebt.
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Alternativ kann das Schraubwerkzeug auch ein händisch bzw. durch einen das Schraubwerkzeug handhabenden Montagemitarbeiter und damit zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt ausschließlich, durch Muskelkraft angetrieben sein, wobei jedoch das Schraubwerkzeug mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung ausgestattet ist, welche es ermöglicht eine Erfassungsinformation zur, der Arbeitsregel entsprechenden Veränderung eines Betriebsparameters des Schraubwerkzeugs zu verändern. Beispielsweise kann bei einem muskelkraftbetriebenen Schraubwerkzeug der Betriebsparameter der Winkel und/oder der Abstand einer Handhabe zu einem dem Schraubmittel zugewandten Verbindungskörper des Schraubwerkzeugs sein. So kann bei einem ersten Betriebsparameter das die Handhabe des Schraubwerkzeugs einen ersten Winkel mit dem, dem Schraubmittel zugwandten Verbindungskörper des Schraubwerkzeugs einschließen, als während des zweiten Betriebsparameters. Hierbei kann das Schraubwerkzeug beispielsweise als sogenannter Knickschlüssel ausgebildet sein, der bei Anliegen bzw. bei Überschreiten eines vordefinierten Schwelldrehmoments eine Knickbewegung am Antriebsschaft bzw. zwischen der Handhabe und dem dem Schraubwerkzeug zugewandten Verbindungskörper ausführt. Alternativ oder zusätzlich kann sich durch die Änderung des Betriebsparameters, insbesondere durch eine Mechanik des Schraubwerkzeugs, der Abstand zwischen der Handhabe und dem Angriffspunkt zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Schraubmittel und dem Schraubwerkzeug im bestimmungsgemäßen Betrieb verändern bzw. unterschiedliche Abstandswerte aufweisen. Bei manuellen Werkzeugen kann die Anzuggeschwindigkeit eine interessante Information im Zuge der Auswertung darstellen.
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Es ist möglich, dass die Arbeitsregel Betriebsparameter des Schraubwerkzeug während eines Übergangabschnitts während eines Übergangs von einer ersten Drehzahl auf eine zweite Drehzahl der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs beschreibt, bevorzugt weist der Übergangsabschnitt einen nicht linearen Drehwinkel zu Drehwinkel Verlauf auf. Dadurch dass die Arbeitsregel die Betriebsparameter während des Übergangsabschnitts beschreibt, kann damit ein in seiner Art und Weise nahezu beliebiger Übergang von einer ersten Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) zu einer zweiten Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) „gefahren“ werden. So ist es möglich, dass mit einer Veränderung der Drehzahl des Schraubwerkzeugs ein Lastwechsel erfolgt, welcher im Falle eines handgehaltene Schraubwerkzeugs für den das Schraubwerkzeug haltenden Montagemitarbeiter störend sein kann. Dadurch, dass während des Übergangsabschnitts eine durch die Arbeitsregel und damit durch das Schraubwerkzeug vordefiniertes Verhalten ausgeführt wird, z. B. eine kontinuierliche oder auch „sanfte“ Veränderung der Drehzahl des Schraubwerkzeugs mit entsprechenden Betriebsparametern bzw. mit entsprechenden Steuerungssignalen ausgeführt werden kann, wird damit auch ein unangenehmer, ggf. einen Schlag auf die ihn haltende Hand induzierender, Lastwechsel verhindert oder zumindest abgeschwächt.
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Es ist möglich, dass die Ermittlung der Arbeitsregelinformation in Abhängigkeit einer den Schraubprozess und/oder das Ergebnis des Schraubprozesses beschreibenden Ergänzungsinformation erfolgt. So kann beispielsweise eine den Schraubprozess beschreibende Ergänzungsinformation die Art des vorliegenden Schraubfalls anzeigen. So kann beispielsweise angezeigt werden, ob es sich um eine Direktverschraubung oder eine Standardverschraubung handelt. Eine das Ergebnis des Schraubfalls beschreibende Ergänzungsinformation kann beispielsweise i. O. und/oder eine n. i. O. Information nach einer Sichtprüfung oder nach einer prüfvorrichtungsgestützten Untersuchung der ausgeführten Verschraubung umfassen. Die Ergänzungsinformation kann beispielsweise durch (a) ein von einer Person während des Schraubprozesses wahrgenommenes Ereignis und/oder durch (b) einen durch Sichtprüfung eines Ergebnisses des Schraubprozesses durch eine Person beschreibenden Zustand einer Schraubverbindung beschrieben werden. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Schraubwerkzeug ein Eingabemittel umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann ein mit einer das Schraubwerkzeug ansteuernden Rechnereinheit verbundenes Eingabemittel zur Eingabe der Ergänzungsinformation dienen.
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Es ist möglich, dass ein Speichern einer zu einem Schraubwerkzeug ermittelten Arbeitsregelinformation in einem Datenspeicher und Zuordnen einer dieses Schraubwerkzeug beschreibendenden Schraubwerkzeugidentifikationsinformation ausgeführt wird. Bevorzugt erfolgt zusätzlich ein Speichern einer die dem Schraubprozess zu Grunde liegende Fügestelle beschreibende Fügestellenidentifikationsinformation, sodass über den Schraubprozess dieser Fügestelle zu einem späteren Zeitpunkt eine Aussage, über die zur Bildung der Fügestelle verwendeten Arbeitsregel des Schraubwerkzeugs getätigt werden kann.
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Das Schraubwerkzeug kann beispielsweise in seiner Fähigkeit eine Erfassungsinformation zu erzeugen verändert werden. Z. B. kann ein Offset oder eine anderweitige Veränderung der, insbesondere schraubwerkzeugseitigen, Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Erfassungsinformation ausführbar sein. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn etwaige Änderungen der Erfassungseinrichtung und/oder der Erzeugung von Erfassungsinformationen in dem Datenspeicher, bevorzugt mit einer zugeordneten Zeitinformation und/oder einer dem Schraubwerkzeug zugeordneten Schraubwerkzeugidentifikationsinformation, abgespeichert werden. So ist es möglicher zu einem späteren Zeitpunkt nachzuvollziehen, welche Änderungen und ggf. in welche Art an Änderung bzgl. der Erfassungsinformationserzeugung ausgeführt wurde.
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Die ermittelte Arbeitsregelinformation ermöglicht eine tiefergehende Beurteilung der Schraubprozesse, da das Steuerungs- und/oder Arbeitsverhalten des Schraubwerkzeugs besser nachvollziehbar ist, erfolgen. So kann beispielsweise eine aus dem Schraubprozess erzeugte Erfassungsinformation im Lichte der ermittelten Arbeitsregelinformation präziser, insbesondere hinsichtlich eines Defekts des Schraubwerkzeug, interpretiert werden. Im Falle eines mit dem vorliegenden Verfahren ermöglichten sensitiveren Monitorings der Funktionsweise der Schraubwerkzeug kann sonach frühzeitiger eine Überprüfungsinformation, welche eine anzuratende Überprüfung des Schraubwerkzeugs anzeigt, ausgegeben werden. Beispielsweise kann als Konsequenz einer ausgegebenen Überprüfungsinformation eine, insbesondere standardisierte, Prozessfähigkeitsuntersuchung des Schraubwerkzeug ausgeführt werden.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung eine Anordnung, umfassend eine Rechnereinheit sowie wenigstens ein Schraubwerkzeug zur Ausführung eines hierin beschriebenen Verfahrens. Dabei kann die die Anordnung beispielsweise wenigstens zwei Schraubwerkzeuge umfassen, wobei zu den wenigstens zwei Schraubwerkzeugen jeweils eine ermittelte Arbeitsregelinformation ermittelt und dem jeweiligen Schraubwerkzeug zugeordnet wird. Insbesondere wenn die verwendeten Schraubwerkzeuge von unterschiedlichen Herstellern stammen, kann die vorliegende Anordnung eine einheitliche bzw. standardisierte Dokumentation der Arbeitsweise der Schraubwerkzeuge ermöglichen.
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Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf den erfindungsgemäßen Formkörper übertragbar bzw. anzuwenden.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Ermittlung einer wenigstens einen Betriebsparameter eines Schraubwerkzeugs im Rahmen eines Schraubprozesses steuernden Arbeitsregel gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Prinzipdarstellung von Drehmoment und Drehwinkel beschreibenden Erfassungsinformationen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Prinzipdarstellung von Zeit und Drehwinkel beschreibendenden Erfassungsinformationen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Prinzipdarstellung von Winkelgeschwindigkeit und Drehwinkel beschreibenden Erfassungsinformation gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In 1 werden die grundlegenden Schritte des Verfahrens 1 zur Ermittlung einer wenigstens einen Betriebsparameter 10 eines Schraubwerkzeugs im Rahmen eines Schraubprozesses steuernden Arbeitsregel 20, gezeigt. Das Verfahren 1 sieht es vor, dass ein Ausführen 100 eines Schraubprozesses mit einem Schraubwerkzeug in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter 10 erfolgt. Während des Ausführens 100 des Schraubprozesses erfolgt ein Erfassen 200 wenigstens einer ersten, eine physikalische Größe beschreibenden Erfassungsinformation 30. Basierend auf der ersten Erfassungsinformation 30 ereignet sich ein Ermitteln 300 eines Betriebsparameters 10, wobei hierzu anhand der Arbeitsregel 20 ein der Erfassungsinformation 30 zugeordneter Betriebsparameters 10 ermittelt wird. So kann die Arbeitsregel 20 beispielsweise wenigstens eine Bedingung beschreiben, welche angibt, dass wenn der Wert der ersten Erfassungsinformation 30 einen vordefinierten Schwellwert unterschreite oder überschreitet oder entspricht, ein Betriebsparameter 10 geändert wird bzw. ein bestimmter, aus einer Vielzahl an vordefinierten Betriebsparametern 10 gewählt bzw. eingesetzt wird. Der Betriebsparameter 10 wird zur Ansteuerung 400 des Schraubwerkzeugs verwendet, wobei im Falle einer Änderung des Betriebsparameters 10 dies zu einer Veränderung der Betriebsweise des Schraubwerkzeugs führt.
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Das Ausführen 100 des Schraubprozesses kann beispielsweise durch Betätigung 90 eines schraubwerkzeugseitigen Tasters erfolgen. Dabei kann durch die Betätigung 90 der Aktor des Schraubwerkzeug aktiviert und die Arbeitsregel 20 sowie die arbeitsregelabhängige Erzeugung der Steuersignale für den Betrieb des Aktors erzeugt werden.
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In einem weiteren Schritt erfolgt ein Auswerten 500 der ersten Erfassungsinformation 30 und wenigstens einer zweiten, während des Schraubprozesses erfassten, eine physikalische Größe beschreibenden Erfassungsinformation 31, 31' zur Ermittlung 600 einer aus den wenigstens zwei Erfassungsinformationen 30, 31, 31' ermittelten und die Arbeitsregel 20 abbildenden ermittelten Arbeitsregelinformation 40. Mit anderen Worten wird durch eine Auswertung 500 der wenigstens zwei Erfassungsinformationen 30, 31, 31' das Steuerungsverhalten des Schraubwerkzeugs und damit die Arbeitsregel 20 in einer ermittelten Arbeitsregelinformation 40 ermittelt (600) oder auch abgebildet oder nachgebildet. Sonach kann durch dieses Verfahren 1 eine ermittelte Arbeitsregelinformation 40 ermittelt werden, welche es erlaubt das Arbeitsverhalten des Schraubwerkzeug zu qualifizieren bzw. zu beschreiben.
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Die wenigstens eine erste und/oder die wenigstens eine zweite Erfassungsinformation 30, 31, 31' kann beispielsweise wenigstens (a) eine Drehzahl einer Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs und/oder (b) eine Drehwinkelposition der Antriebswelle des Schraubwerkzeugs und/oder (c) ein an der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs anliegendes Drehmoment und/oder (d) eine ein an der Antriebswelle des Schraubwerkzeugs anliegende Drehmomentänderung und/oder (e) eine Winkelgeschwindigkeit einer Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs und/oder (f) einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung eines die Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs antreibenden Aktors und/oder (g) einen Zeitpunkt und/oder einen Zeitraum des Betriebs des Schraubwerkzeugs und/oder (h) eine Drehrichtung der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs abbilden bzw. beschreiben. Bevorzugt können die Erfassungsinformationen Größen betreffe, welche in schraubwerkzeugseitigen Erfassungsmitteln erfasst werden, z. B. kann wenigstens eine Erfassungsinformation (z. B. Drehmoment) durch einen schraubwerkzeugseitigen Drehmomentsensor ermittelt werden. Eine weitere Erfassungsinformation kann beispielsweise die Zeit bzw. einen Zeitraum betreffen, hierzu kann ein schraubwerkzeugseitiges Zeiterfassungsmittel oder ein außerhalb des Schraubwerkzeugs befindliches Zeiterfassungsmittel verwendet werden, welches dem Schraubwerkzeug derart zugeordnet ist, dass es aufgrund von schraubwerkzeugseitigen Signalen einzelne Zeitpunkte oder einen Zeitraum definierter Arbeitsereignisse des Schraubwerkzeugs erfassen kann.
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Es ist möglich, dass aus wenigstens zwei Erfassungsinformationen 30, 31, 31' eine Hilfsinformation 50 abgeleitet wird und die Ermittlung der ermittelten Arbeitsregelinformation 40 in Abhängigkeit der Hilfsinformation 50 erfolgt. Beispielsweise kann durch eine Erfassung des durch eine Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs ausgeführten Drehwinkels a - als eine erste Erfassungsinformation 30 - über die Zeit - als zweite Erfassungsinformation - ein zeitlicher Verlauf des Drehwinkels α als Kurve erzeugt werden, vgl. 3. Die Steigung dieser Kurve ergibt die Drehwinkelgeschwindigkeit ω. Somit kann aus wenigstens zwei Erfassungsinformationen (Drehwinkel α und Zeitpunkte t1, t2) eine Hilfsinformation 50 (Drehwinkelgeschwindigkeit ω) abgeleitet bzw. erzeugt werden. In einem weiteren Beispiel wird wenigstens (a) eine zumindest einen Zeitpunkt oder einen Zeitraum beschreibende Erfassungsinformation 30, 31, 31' verknüpft mit (b) einer einen Drehwinkel α und/oder einen Drehwinkelverlauf und/oder ein Drehmoment M und/oder einen Drehmomentverlauf beschreibenden Erfassungsinformation 30, 31, 31' zur Bildung einer Hilfsinformation 50 verwendet, wobei die Ermittlung der ermittelten Arbeitsregelinformation 40 in Abhängigkeit dieser Hilfsinformation 50 erfolgt. Durch die Betrachtung der Winkelgeschwindigkeit ω über den zeitlichen Verlauf kann, insbesondere in Zusammenschau mit dem zu den jeweiligen Zeitpunkten anliegenden Drehmomente M, erkannt werden, welches Verhalten (d. h. z. B. Art und Weise) das Schraubwerkzeug aufweist. Dabei kann insbesondere auf die beispielsweise drehmomentabhängige Steuerung des betrachteten Schraubwerkzeugs geschlossen werden.
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Als Schraubwerkzeug kann beispielsweise ein elektrisch und/oder pneumatisch antreibbares Schraubwerkzeug verwendet werden. Die Arbeitsregel 20 kann es beispielsweise vorsehen, dass eine Änderung des wenigstens einen Betriebsparameters 10, z. B. eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit ω des Schraubwerkzeugs in Abhängigkeit von einer das Drehmoment beschreibenden Erfassungsinformation 30, 31, 31' ausgeführt wird. In dem in den Diagrammen der 2 bis 4 dargestellten Verschraubungsprozess liegt eine Direktverschraubung vor, d. h., dass ein Schraubmittel während des Schraubprozesses das für dessen Aufnahme erforderliche Aufnahmegewinde zumindest teilweise, insbesondere gänzlich, in dem zur Aufnahme des Schraubmittels vorgesehenen Verbindungspartner formt bzw. erzeugt. Der Verlauf dieses Schraubprozesses stellt sich wie folgt dar. In den ersten 25° des Drehwinkels gelangen die ersten Gewindegänge der Schraube in Eingriff mit dem Aufnahmegewinde des Verbindungspartners. In einer Anfangsphase liegt kein oder nur ein geringes Drehmoment an, da das Schraubmittel, vorliegend die Schraube, in ein vorgefertigtes Gewinde eingeschraubt wird und sich hierbei keine wesentlichen Widerstände gegen die Schraubbewegung ergeben. Bei dem Drehwinkelwert α von ca. 380° beginnt ein Anstieg des Drehmoments bis zum Drehwinkelwert α von ca. 475°. Danach liegt ein nahezu konstantes Drehmoment von ca. 43 Nm an, vgl. die Drehmoment-Drehwinkelkurve aus 2.
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In Zusammenschau der Drehmomentwerte aus 2 mit den aus 3 abgeleiteten und in 4 angezeigten Drehgeschwindigkeitswerten ω kann als ermittelte Arbeitsregelinformation 40 erkannt werden, dass in der Anfädelphase die Abtriebswelle eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω von ca. 120 Umdrehungen pro Sekunde aufweist. Sodann wird bei einem Drehwinkelwert α von ca. 30° die Drehwinkelgeschwindigkeit auf ca. 300 Umdrehungen pro Minute erhöht, die wellenartige Form des Drehwinkelgeschwindigkeitsverlaufs zu Beginn der Phase der erhöhten Drehwinkelgeschwindigkeit ω kann als Überschießen während des Ansteuerns der erhöhten Geschwindigkeit erkannt werden. Bei einem Drehwinkelwert α von ca. 420° ist erkennbar, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit ω von dem Wert 300 auf einen Wert von ca. 45 Umdrehungen pro Sekunde verzögert wird. Sonach kann aus den Erfassungsinformationen 30, 31, 31' die ermittelte Arbeitsregelinformation 40 erkannt werden, dass die das Schraubwerkzeug in einer Anfangsphase auf eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω von ca. 120 Umdrehungen pro Sekunde, in einer mittleren Phase auf eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω von ca. 300 Umdrehungen pro Sekunde und in einer Endanzugsphase auf eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω von ca. 45 Umdrehungen pro Sekunde betrieben wird. Folglich kann erkannt werden, dass das Schraubwerkzeug eine Reduzierung der Drehwinkelgeschwindigkeit ω von 300 auf 45 Umdrehungen pro Sekunde bei dem Erfassen bzw. bei dem Anliegen eines Drehmoments von ca. 15 Nm ausführt, vgl. 2.
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Die Arbeitsregel 20 kann beispielsweise Betriebsparameter 10 des Schraubwerkzeugs während eines Übergangabschnitts 60 während eines Übergangs von einer ersten Drehzahl 61 bzw. einer ersten Drehwinkelgeschwindigkeit ω auf eine zweite Drehzahl 62 bzw. eine zweite Drehwinkelgeschwindigkeit ω der Abtriebswelle des Schraubwerkzeugs beschreiben. Bevorzugt weist der Übergangsabschnitt 60 einen nicht linearen Drehmoment-zu-Drehwinkel-Verlauf auf, vgl. Drehwinkelbereich zwischen 380° bis 430° in 2.
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Das Ermitteln 600 der Arbeitsregelinformation 40 kann beispielsweise in Abhängigkeit einer den Schraubprozess und/oder das Ergebnis des Schraubprozesses beschreibenden Ergänzungsinformation 70 erfolgen. Bevorzugt wird die Ergänzungsinformation 70 durch eine Eingabe einer Person in eine Eingabeeinheit erzeugt. So kann die Person z. B. die Art der Verschraubung (Direktverschraubung oder z. B. metrische Standardverschraubung) in ein System eingeben, wobei diese Ergänzungsinformation 70 bei der Ermittlung 600 der ermittelten Arbeitsregelinformation 40 berücksichtigt werden kann.
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Es ist möglich, dass ein Speichern 700 einer zu einem Schraubwerkzeug ermittelten Arbeitsregelinformation 40 in einem Datenspeicher und ein Zuordnen zu einer dieses Schraubwerkzeug beschreibendenden Schraubwerkzeugidentifikationsinformation 80 erfolgt. Dadurch, dass in dem Datenspeicher den jeweiligen Schraubwerkzeugen zuordenbare Arbeitsregelinformationen 40 ablegbar sind, kann zu einem späteren Zeitpunkt auf den Fügeprozess bzgl. den Schraubwerkzeugeinsatz darlegende Informationen zurückgegriffen werden.
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Neben dem Verfahren 1 betrifft die Erfindung eine Anordnung, umfassend eine Rechnereinheit sowie wenigstens ein Schraubwerkzeug zur Ausführung eines hierin beschriebenen Verfahrens 1, insbesondere umfasst die Anordnung wenigstens zwei Schraubwerkzeuge, wobei zu den wenigstens zwei Schraubwerkzeugen jeweils eine ermittelte Arbeitsregelinformation 40, 41 ermittelt und dem jeweiligen Schraubwerkzeug zugeordnet wird. So kann eine erste ermittelte Arbeitsregelinformation 40 die nachgebildete Arbeitsregel 20 eines ersten Schraubwerkzeugs und die wenigstens eine weitere ermittelte Arbeitsregelinformation 41 die nachgebildete Arbeitsregel eines weiteren Schraubwerkzeugs nachbilden. Die Arbeitsregelinformationen 40, 41 können mit, die jeweiligen Schraubwerkzeugen betreffenden Schraubwerkzeugidentifikationsinformationen zugeordnet abgespeichert (700) werden.
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In der Zusammenschau der 2 und 4 ist ersichtlich, dass aus 2 zunächst lediglich ein Abfall der Drehmoment-über-Drehwinkelkurve erkennbar ist. Aus 4 ist erkennbar, dass in diesem Bereich ein Abschalten des Aktors des Schraubwerkzeugs erfolgte und dieser sodann wieder mit einem Überschießen aktiviert und sich schließlich auf den Winkelgeschwindigkeitswert von ca. 45 Umdrehungen pro Sekunde eingependelt hat.
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Es sind Schraubwerkzeuge bekannt, welche zur Komfortsteigerung im Übergangsbereich von einer ersten Winkelgeschwindigkeit auf eine weitere Winkelgeschwindigkeit entlang einer vordefinierten „Rampe“ betrieben bzw. gefahren werden. Die Gestalt und die Ausformung dieser Rampe bzw. dieses herstellerspezifisch vorgegebenen Steuerungsverhaltens sind meist über die Hersteller nicht oder herstellerübergreifend nicht in standardisierter Form beziehbar. Damit bildet das vorliegende Verfahren 1 eine einfache und präzise Maßnahme, für eine Vielzahl von Schraubwerkzeugen, deren Arbeitsverhalten (Arbeitsregel 20), insbesondere in den Drehwinkelgeschwindigkeitsveränderungsphasen, in Form von ermittelten Arbeitsregelinformationen 40, 41 zu qualifizieren und/oder zu quantifizieren. Somit wird eine Ausleitung von Schraubwerkzeugparametern aus den Fügekurven ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verfahren
- 10
- Betriebsparameter
- 20
- Arbeitsregel
- 30
- erste Erfassungsinformation
- 31, 31'
- zweite Erfassungsinformation
- 40
- ermittelte Arbeitsregelinformation
- 41
- weitere ermittelte Arbeitsregelinformation
- 50
- Hilfsinformation
- 60
- Übergangsabschnitt
- 61
- erste Drehzahl
- 62
- zweite Drehzahl
- 70
- Ergänzungsinformation
- 80
- Schraubwerkzeugidentifikationsinformation
- 90
- Betätigung
- 100
- Ausführen
- 200
- Erfassen
- 300
- Ermitteln
- 400
- Ansteuern
- 500
- Auswerten
- 600
- Ermitteln von 40
- 700
- Speichern
