DE102023200607A1

DE102023200607A1 - Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine und Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102023200607A1
Application number: DE102023200607.3A
Authority: DE
Inventors: Uwe Tröltzsch; Jan Linus Steuler; Andreas Frischen; Lars Beseke; Stefan Leidich; Oender Kara; Jan Doepner; Bernhard Hegemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-01-26
Filing date: 2023-01-26
Publication date: 2024-08-01
Also published as: CN118393867A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine (100), wobei die Handwerkzeugmaschine (100) als ein Schrauber ausgebildet ist, und wobei das Verfahren (200) umfasst:Empfangen (201) von Sensordaten wenigstens einer Betriebsgröße (119) der Handwerkzeugmaschine (100);Ausführen (203) eines Zustandsbestimmungsmoduls (107) auf die Sensordaten und Ermitteln eines Betriebszustands (A, B, C) der Handwerkzeugmaschine (100), wobei der ermittelte Betriebszustand (A, B, C) eine Einschraubtiefe einer durch das Handwerkzeug (100) in ein Werkstück (137) eingeschraubten Schraube (169) beschreibt;Ermitteln (205) einer Drehzahl, die durch einen Motor (101) der Handwerkzeugmaschine (100) auszuführen ist, um ausgehend von dem ermittelten Betriebszustand (A, B, C) die Schraube (169) bis zu einem bündigen Angrenzen des Schraubenkopfes (170) an eine Oberfläche (167) des Werkstücks (169) in das Werkstück (137) einzuschrauben; undSteuern (207) der Handwerkzeugmaschine (100) durch Ausführen der ermittelten Drehzahl durch den Motor (101).Die Erfindung betrifft ferner eine Handwerkzeugmaschine (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Handwerkzeugmaschine, die eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Steuern von Handwerkzeugmaschinen bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine und eine Handwerkzeugmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine und die Handwerkzeugmaschine der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine bereitgestellt, wobei die Handwerkzeugmaschine als ein Schrauber ausgebildet ist, und wobei das Verfahren umfasst:

Empfangen von Sensordaten wenigstens einer Betriebsgröße der Handwerkzeugmaschine;
Ausführen eines Zustandsbestimmungsmoduls auf die Sensordaten und Ermitteln eines Betriebszustands der Handwerkzeugmaschine, wobei der ermittelte Betriebszustand eine Einschraubtiefe einer durch das Handwerkzeug in ein Werkstück eingeschraubten Schraube beschreibt;
Ermitteln einer Drehzahl und/oder einer Umdrehungszahl, die durch einen Motor der Handwerkzeugmaschine auszuführen ist, um ausgehend von dem ermittelten Betriebszustand die Schraube bis zu einem bündigen Angrenzen des Schraubenkopfes an eine Oberfläche des Werkstücks in das Werkstück einzuschrauben; und
Steuern der Handwerkzeugmaschine durch Ausführen der ermittelten Drehzahl und/oder der ermittelten Umdrehungszahl durch den Motor.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine bereitgestellt werden kann. Die Handwerkzeugmaschine ist hierbei insbesondere als ein Schrauber, beispielsweise als ein Drehschlagschrauber, ausgebildet. Zum Steuern werden zunächst Sensordaten wenigstens einer Betriebsgröße empfangen. Hierauf basierend wird ein Zustandsbestimmungsmodul auf die empfangenen Sensordaten angewendet und ein Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine ermittelt. Der Betriebszustand beschreibt hierbei wenigstens eine Einschraubtiefe einer durch das Handwerkzeug in ein Werkstück eingeschraubten Schraube. Hierauf basierend wird eine Drehzahl und/oder eine Umdrehungszahl des Motors der Handwerkzeugmaschine ermittelt, die durch den Motor der Handwerkzeugmaschine auszuführen ist, um die in das Werkstück einzuschraubende Schraube bis zu einem fluchtenden Angrenzen eines Schraubenkopfs der Schraube an eine Oberfläche des Werkstücks in das Werkstück einzuschrauben. Hierauf basierend wird die Handwerkzeugmaschine derart angesteuert, dass durch den Motor die ermittelte Umdrehungszahl derart ausgeführt wird, dass das Einschrauben der Schraube exakt mit dem fluchtenden Abschließen des Schraubenkopfs mit der Oberfläche des Werkstücks beendet ist. Das fluchtende Angrenzen wird im Folgenden als Flush-Point bezeichnet. Durch das Ermitteln des Betriebszustands, in dem die Einschraubtiefe der Schraube in das Werkstück definiert ist, kann somit die noch zum weiteren Einschrauben bis zum Flush-Point der Schraube in das Werkstück benötigte Umdrehungszahl der Schraube berechnet werden. Bei Kenntnis der noch bis zum Erreichen des Flush-Points auszuführenden Umdrehungen der Schraube kann das Einschrauben der Schraube in das Werkstück bis zum exakten Erreichen des Flush-Points bewirkt werden. Es kann somit vermieden werden, dass die Schraube über den Flush-Point hinaus in das Werkstück eingeschraubt wird und das Werkstück damit beschädigt wird, bzw. dass das Einschrauben bereits vor dem Erreichen des Flush-Points beendet wird.
Für das Berechnen der noch bis zum Erreichen des Flush-Points auszuführenden Umdrehungszahl der Schraube ist eine Kenntnis des Schraubentyps notwendig, die wenigstens eine Schraubenlänge und/oder eine Form des Schraubenkopfs der Schraube umfasst. Basierend auf der Schraubenlänge kann ausgehend von der im Betriebszustand ermittelten Einschraubtiefe die ausgehend von der vorliegenden Einschraubtiefe noch auszuführende Anzahl von Umdrehungen berechnet werden. Die Einschraubtiefe kann beispielsweise durch das Ermitteln der bereits vergangenen Zeit des Schraubvorgangs beziehungsweise basierend auf der ausgeführten Umdrehungszahl berechnet werden.
Nach einer Ausführungsform ist der ermittelte Betriebszustand dadurch gekennzeichnet, dass ein Schraubenkopf der Schraube an der Oberfläche des Werkstücks angrenzt.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Ermittlung der Einschraubtiefe der Schraube in das Werkstück im Zuge der Bestimmung des Betriebszustands ermöglicht ist. Die Einschraubtiefe der Schraube ist hierbei durch das Angrenzen des Schraubenkopfs an der Oberfläche des Werkstücks definiert. Die hierauf berechnete Umdrehungszahl, die die Schraube weiter in das Werkstück bis zum Erreichen des Flush-Points einzuschrauben ist, ergibt sich hierbei als die Umdrehungszahl, die benötigt wird, zum Einschrauben der Schraube zwischen dem angrenzenden Schraubenkopf an der Oberfläche des Werkstücks und dem Erreichen des Flush-Points. Der Schraubenkopf kann hierbei insbesondere als ein Schraubenkopf einer Senkkopfschraube ausgebildet sein.
Nach einer Ausführungsform wird die Umdrehungszahl in Abhängigkeit eines Schraubentyps der einzuschraubenden Schraube ermittelt.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass für beliebige verschiedene Schraubentypen ein präzises Einschrauben der Schraube bis zum exakten Erreichen des Flush-Points ermöglicht ist. Je nach Schraubentyp, der wenigstens die Länge der jeweiligen Schraube und die Art des Schraubenkopfs, beispielsweise Senkkopfschraube, definiert, kann präzise eine Umdrehungszahl ermittelt werden, um die die Schraube beim Einschrauben rotiert werden muss, um vom Anfang des Schraubvorgangs die Schraube exakt bis zum Erreichen des Flush-Points in das Werkstück einzuschrauben.
Nach einer Ausführungsform ist der Schraubentyp aus einer Mehrzahl von vorgespeicherten Schraubentypen durch einen Nutzer der Handwerkzeugmaschine wählbar.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch Auswahl des Nutzers, der Kenntnis über den Schraubentyp der einzuschraubenden Schraube hat, die exakte Umdrehungszahl definiert werden kann, die zum Einschrauben der Schraube des jeweils ausgewählten Schraubentyps ausgeführt werden muss, um die Schraube exakt bis zum Erreichen des Flush-Points in das Werkstück einzuschrauben. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung der Handwerkzeugmaschine für eine Mehrzahl verschiedener Schraubentypen.
Nach einer Ausführungsform ist die Umdrehungszahl durch den Nutzer wählbar.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch den Nutzer individuell die Einschraubtiefe gewählt werden kann. Beispielsweise kann durch den Nutzer gewählt werden, die Schraube nicht bis zum Flush-Point einzuschrauben, falls dies im jeweiligen Anwendungsfall positiv ist.
Nach einer Ausführungsform wird die Umdrehungszahl durch das Zustandsbestimmungsmodul ermittelt, wobei das Zustandsermittlungsmodul darauf trainiert ist, basierend auf dem ermittelten Betriebszustand die Umdrehungszahl zu ermitteln.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Ermittlung der zum Einschrauben der Schraube bis zum exakten Erreichen des Flush-Points benötigten Umdrehungszahl ermöglicht ist. Das Zustandsbestimmungsmodul kann hierbei darauf trainiert sein, unter Kenntnis des jeweiligen Schraubentyps bei Ermittlung des Betriebszustands inklusive der bereits zurückgelegten Einschreibtiefe, die noch bis zum Erreichen des Flush-Points benötigte Umdrehungszahl zu ermitteln. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung der Handwerkzeugmaschine.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Empfangen eines auf einer Betätigung des Auslöseschalters durch den Nutzer der Handwerkzeugmaschine basierenden Eingabewerts für einen Steuerungsparameter der Handwerkzeugmaschine;
Ermitteln eines ersten Zielwerts des Steuerungsparameters basierend auf den Sensordaten und dem Eingabewert;
Ermitteln eines zweiten Zielwerts des Steuerungsparameters basierend auf der auf den ermittelten Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine angepassten Schaltercharakteristik; und wobei das Steuern der Handwerkmaschine umfasst: Ermitteln eines Ausgabezielwerts des Steuerungsparameters basierend auf dem ersten Zielwert und dem zweiten Zielwert; und
Ausgeben des Ausgabezielwerts an eine Aktorik der Handwerkzeugmaschine zum Steuern der Handwerkzeugmaschine.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass die Steuerung der Handwerkzeugmaschine exakt an den vorliegenden Betriebszustand angepasst wird. Hierzu wird die Steuerung der Handwerkzeugmaschine basierend auf ersten und zweiten Zielwerten eines Steuerungsparameters bewirkt. Der erste Zielwert basiert hierbei auf einer Nutzereingabe des Nutzers der Handwerkzeugmaschine. Der zweite Zielwert wird hingegen unter Berücksichtigung des ermittelten Betriebszustands der Handwerkzeugmaschine ermittelt. Unter Berücksichtigung der ersten und zweiten Zielwerte des Steuerungsparameters wird daraufhin ein Ausgabezielwert des Steuerungsparameters ermittelt, der abschließend zur Steuerung der Handwerkzeugmaschine an die Aktorik der Handwerkzeugmaschine ausgegeben wird.
Durch die Berücksichtigung der ersten und zweiten Zielwerte kann somit für die Ermittlung des Ausgabezielwerts sowohl die Nutzereingabe durch den Nutzer als auch der jeweils vorliegende Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine für die Steuerung der Handwerkzeugmaschine berücksichtigt werden. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere für Fälle, in denen die Nutzereingabe durch den Nutzer, die beispielsweise durch Betätigung eines Auslöseschalters erfolgt, für den jeweils vorliegenden Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine keine optimale Steuerung der Handwerkzeugmaschine zulässt, durch Berücksichtigung des an den vorliegenden Betriebszustand angepassten zweiten Zielwert, die Steuerung trotz der unpassenden Nutzereingabe dennoch an den vorliegenden Betriebszustand angepasst werden kann.
Durch die Berücksichtigung des auf der Nutzereingabe basierenden ersten Zielwerts bleibt die Steuerung der Handwerkzeugmaschine trotzdem weiterhin primär in der Hand des Nutzers. Nur für bestimmte Betriebszustände kann in Gestalt des Ausgabezielwerts, in dem der zweite Zielwert berücksichtigt wird, die Nutzereingabe überschrieben beziehungsweise besser an den vorliegenden Betriebszustand angepasst werden. Das Verfahren ermöglicht somit eine an den jeweils vorliegenden Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine angepasste Steuerung der Handwerkzeugmaschine, die neben den Nutzereingaben an die jeweils vorliegenden Betriebszustände der Handwerkzeugmaschine angepasste Zielwerte eines Steuerungsparameters berücksichtigt.
Ein Zielwert ist im Sinne der Anmeldung ein Soll-Wert des Steuerungsparameters.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Ausgabezielwerts: Definieren des Ausgabezielwerts als einen Minimalwert oder einen Maximalwert der ersten und zweiten Zielwerte; und/oder Definieren des Ausgabezielwerts als den ersten Zielwert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und Definieren des Ausgabezielwerts als einen vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist; und/oder Definieren des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus den ersten und zweiten Zielwerten; und/oder
Definieren des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem ersten vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und Definieren des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem zweiten vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein möglichst präziser Ausgabezielwert des Steuerungsparameters ermittelt wird durch die Definition des Ausgabezielwerts als Minimalwert oder Maximalwert zwischen den ersten und zweiten Zielwerten kann eine möglichst einfache Ermittlung des Ausgabezielwerts erreicht werden. Je nach ermitteltem Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine und je nach Art des Steuerungsparameters kann durch den gewählten Minimalwert oder Maximalwert zwischen den ersten und zweiten Zielwerten des Steuerungsparameters ein auf den jeweils ermittelten Betriebszustand optimal angepasster Ausgabezielwert des Steuerungsparameters ermittelt werden. Dies ermöglicht eine möglichst präzise auf den jeweils vorliegenden Betriebszustand angepasste Steuerung der Handwerkzeugmaschine.
Der Steuerungsparameter kann beispielsweise eine Drehzahl und/oder eine Umdrehungszahl und/oder ein Drehmoment eines Motors der Handwerkzeugmaschine sein. Der Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine kann beispielsweise einen Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine beschreiben. Ist beispielsweise die Handwerkzeugmaschine als ein Elektroschrauber ausgebildet, so kann ein Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine beschreiben, dass die jeweils zu verschraubende Schraube bereits formschlüssig in das jeweilige Werkstück eingeschraubt ist.
Die durch die Nutzereingabe des Nutzers durch Betätigung des Auslöseschalters der Handwerkzeugmaschine eingegebene Solldrehzahl bzw. das eingegebene Solldrehmoment des Motors kann für einen derartigen vorliegenden Formschluss der einzuschraubenden Schraube zu hoch sein, so dass unter Berücksichtigung des jeweils ermittelten Betriebszustands berechneten zweiten Ausgabezielwerts in Form einer entsprechend geringeren Motordrehzahl bzw. eines entsprechend geringeren Motordrehmoments, der Ausgabezielwert des Steuerungsparameters eine gegenüber der Nutzereingabe reduzierte Drehzahl bzw. ein gegenüber der Nutzereingabe reduziertes Drehmoment des Motors der Handwerkzeugmaschine beschreibt. Über den Ausgabezielwert kann somit eine an den jeweils vorliegenden Betriebszustand optimal angepasste Steuerung der Handwerkzeugmaschine erreicht werden.
Durch Definition des Ausgabezielwerts als Maxmalwert oder Minimalwerte der ersten und zweiten Zielwerte kann der jeweils am besten zu dem vorliegenden Betriebszustand passende Zielwert als Ausgabezielwert ausgewählt werden. Insbesondere kann der Zielwert gegenüber dem Eingabeparameter auf einen für den aktuellen Betriebszustand passenden Wertebereich begrenzt werden.
Durch die Multiplikation der ersten und zweiten Zielwerte kann der zweite Zielwert als Sensitivität in Bezug auf den ersten Zielwert fungieren. Durch den zweiten Zielwert kann somit der erste Zielwert, der auf der Nutzereingabe des Nutzers basiert, in Bezug auf den jeweils vorliegenden Betriebszustand durch einen Faktor in Form des zweiten Zielwerts entsprechend erhöht oder erniedrigt werden. Die Nutzereingabe und die darauf basierende Steuerung der Handwerkzeugmaschine durch den Nutzer kann somit effizient an den jeweils vorliegenden Betriebszustand angepasst werden.
Durch das Definieren des Ausgabezielwerts als den ersten Zielwert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und das Definieren des Ausgabezielwerts als einen vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist, kann ein wiederum präzisierter Ausgabezielwert bereitgestellt werden, der optimal an den jeweils vorliegenden Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine angepasst ist.
Hierzu wird entweder der auf der Nutzereingabe des Nutzers basierende erste Zielwert oder ein vordefinierter Zielwert als Ausgabezielwert verwendet, in Abhängigkeit des zweiten Zielwerts in Bezug auf einen vordefinierten Schwellenwert.
Die Berücksichtigung des vordefinierten Schwellenwerts ermöglicht eine einfache und präzise Anpassung des Ausgabezielwerts an den jeweils vorliegenden Betriebszustand. Je nach Art des jeweils vorliegenden Betriebszustands kann der vordefinierte Zielwert wie auch der vordefinierte Schwellenwert des Steuerungsparameters derart angepasst sein, dass der jeweils resultierende Ausgabezielwert eine optimale Steuerung der Handwerkzeugmaschine ermöglicht.
Der basierend auf dem jeweils ermittelten Betriebszustand ermittelte zweite Wert des Steuerungsparameters kann somit als Schaltwert für den ersten Zielwert der Nutzereingabe fungieren. Je nach Beurteilung des zweiten Zielwerts in Bezug auf den vordefinierten Schwellenwert wird zwischen dem ersten Zielwert der Nutzereingabe und dem vordefinierten Zielwert als Ausgabezielwert verschaltet.
Durch das Definieren des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem ersten vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und Definieren des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem zweiten vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist, kann ein wiederum präzisierter Ausgabezielwert bereitgestellt werden. In Abhängigkeit des in Bezug auf den ermittelten Betriebszustand ermittelten zweiten Zielwerts auf einen vordefinierten Schwellenwert wird der Ausgabezielwert als ein Produkt aus dem auf der Nutzereingabe basierenden ersten Zielwert mit einem ersten vordefinierten Zielwert oder einem zweiten vordefinierten Zielwert definiert. Die ersten und zweiten vordefinierten Zielwerte können hierbei als konstante Zielwerte ausgebildet sein.
Wie in der vorherigen Ausführungsform können die vordefinierten Zielwerte wie auch der vordefinierte Schwellenwert jeweils an den vorliegenden Betriebszustand angepasst sein. Die ersten und zweiten vordefinierten Zielwerte dienen hierbei wiederum als Sensitivitätswerte, die durch die Multiplikation mit dem ersten Zielwert, den ersten Zielwert jeweils erhöhen oder erniedrigen und hierüber an den jeweils vorliegenden Betriebszustand anpassen.
Der in Bezug auf den Betriebszustand ermittelte zweite Zielwert dient hierbei wiederum als Schaltwert, indem in Bezug auf den jeweils vordefinierten Schwellenwert durch den zweiten Zielwert zwischen dem Produkt des ersten Zielwerts mit dem ersten vordefinierten Zielwert und dem Produkt des ersten Zielwerts mit dem zweiten vordefinierten Zielwert verschaltet wird. Dies ermöglicht eine möglichst präzise Anpassung des Ausgabezielwerts an den jeweils ermittelten Betriebszustand.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Betriebszustands: Vorhersagen eines Ereigniszeitpunkts, wobei am Ereigniszeitpunkt ein Übergang der Handwerkzeugmaschine von einem Betriebszustand in einen weiteren Betriebszustand erfolgt.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass neben dem tatsächlichen Ermitteln eines bereits vorliegenden Betriebszustands zusätzlich oder alternativ durch das Zustandsbestimmungsmodul ein Ereigniszeitpunkt vorhergesagt werden kann, der einen Übergang zwischen verschiedenen Betriebszuständen der Handwerkzeugmaschine definiert. Durch das Vorhersagen des Ereigniszeitpunkts kann somit die Steuerung der Handwerkzeugmaschine auf einen bevorstehenden Übergang in einen weiteren Betriebszustand angepasst werden. Dies ermöglicht eine möglichst präzise Steuerung der Handwerkzeugmaschine, indem die Steuerung bereits auf noch nicht eingetretene Ereignisse bzw. Betriebszustände angepasst werden kann, in die die Handwerkzeugmaschine erst in Zukunft eintreten wird.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Steuerungsparameter eines oder mehrere aus der Liste: Motordrehzahl, Motorstrom, Motorleistung eines Motors der Handwerkzeugmaschine.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Steuerung der Handwerkzeugmaschine unter Berücksichtigung der Ausgabezielwerte des Steuerungsparameters ermöglicht ist. Die Motordrehzahl, der Motorstrom bzw. die Motorleistung des Motors der Handwerkzeugmaschine stellen hierbei zuverlässige Steuerungsparameter dar, auf denen basierend eine Steuerung der Handwerkzeugmaschine ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Betriebsgröße eines oder mehrere aus der Liste: Motorstrom, Motor-Positionswinkel, Motor-Drehgeschwindigkeit, Spannung einer Spannungsquelle der Handwerkzeugmaschine, Bewegungen und/oder Vibrationen der Handwerkzeugmaschine oder in der Handwerkzeugmaschine.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass die Betriebsgröße eine sinnvolle Messgröße zur Bestimmung des Betriebszustands bereitstellt. Durch Messungen des Motorstroms, der Motorpositionswinkel, der Motordrehgeschwindigkeit, einer Betriebsspannung einer Spannungsquelle der Handwerkzeugmaschine oder Bewegungen und/oder Vibration der Handwerkzeugmaschine oder in der Handwerkzeugmaschine können aussagekräftige Informationen erhalten werden, auf denen ein Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine ermittelt werden kann.
Beispielsweise kann in dem oberen Beispiel durch Messungen des Motorstroms erkannt werden, ob eine einzuschraubende Schraube bereits formschlüssig in das jeweils zu bearbeitende Werkstück eingeschraubt ist. Beim Erreichen des Formschlusses sind Änderungen des Motorstroms wie auch der Motordrehgeschwindigkeit bzw. der Motordrehzahl zu erkennen, so dass hierauf eine präzise Ermittlung des Betriebszustands ermöglicht ist. Beispielsweise kann auch anhand der Bewegungssignale erkannt werden, ob die Handwerkzeugmaschine, beispielsweise der Schrauber, zum nächsten Arbeitsort bewegt wurde, und somit die vorherige Arbeitsphase, sprich der vorherige Schraubvorgang, abgeschlossen wurde. Dies ermöglicht ein zeitlich passendes Zurücksetzen des Betriebszustands, entsprechend der dann neuen Arbeitsphase, sprich des dann neuen Schraubvorgangs.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Zustandsermittlungsmodul eine trainierte künstliche Intelligenz, die darauf trainiert ist, basierend auf den Sensordaten der Betriebsgröße den Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine zu ermitteln und/oder den Ereigniszeitpunkt vorherzusagen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein möglichst zuverlässiges und leistungsfähiges Zustandsermittlungsmodul bereitgestellt werden kann, das eingerichtet ist, vorliegende Betriebszustände zu erkennen bzw. zukünftige Ereigniszeitpunkte vorherzusagen.
Nach einem Aspekt wird eine Recheneinheit bereitgestellt, die eingerichtet ist, das Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Nach einem Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle bereitgestellt, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Nach einem Aspekt wird eine Handwerkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit bereitgestellt, wobei die Handwerkzeugmaschine eingerichtet ist, das Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform;
2 eine weitere schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine, in der einzelne Funktionsabläufe der Handwerkzeugmaschine illustriert sind;
3 zeitliche Verläufe einer Betriebsgröße einer Handwerkzeugmaschine und eines Rotationswinkels eines Motors der Handwerkzeugmaschine;
4 eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform, wobei die Handwerkzeugmaschine in verschiedenen Betriebszuständen gezeigt ist;
5 eine schematische Darstellung einer Antriebsregelung der Handwerkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform;
6 ein Flussdiagramms eines Verfahrens zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform;
7 ein weiteres Flussdiagramms des Verfahrens zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 eine schematische Darstellung einer künstlichen Intelligenz, die eingerichtet ist, in einer Steuerung der Handwerkzeugmaschine eingesetzt zu werden; und
9 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform.
Die beispielhafte Handwerkzeugmaschine 100 umfasst einen Motor 101 mit einer Motorsteuerung 103. Die Handwerkzeugmaschine 100 umfasst ferner eine Recheneinheit 105, auf der ein Zustandsbestimmungsmodul 107 installiert und ausführbar ist. Die Recheneinheit 105 mit dem Zustandsbestimmungsmodul 107 sind eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine 100 auszuführen. Die Handwerkzeugmaschine 100 umfasst ferner eine Spannungsquelle 111 und eine Strommessvorrichtung 113. Die Handwerkzeugmaschine 100 umfasst ferner einen Auslöseschalter 109, mittels dem durch einen Nutzer die Handwerkzeugmaschine 100 steuerbar ist. Darüber hinaus umfasst die Handwerkzeugmaschine 100 eine Einstellvorrichtung 115 mit der verschiedene Betriebsmodi der Handwerkzeugmaschine 100 einstellbar sind. Abschließend umfasst die Handwerkzeugmaschine 100 ein Werkzeug 117, mittels dem durch Ausführung der Handwerkzeugmaschine 100 entsprechende Arbeitsvorgänge ausgeführt werde können.
Die Handwerkzeugmaschine 100 kann beispielsweise als ein Schrauber bzw. ein akkubetriebener Schrauber ausgebildet sein. Hierzu kann das Werkzeug 117 insbesondere als eine Aufnahme für auswechselbare Schraubendreherklingen ausgebildet sein.
Die gezeigte Motorsteuerung 103 kann insbesondere ein zugehöriges Leistungsteil der Motorsteuerung umfassen. Der Motor 101 kann ferner ein entsprechendes Getriebe umfassen, das in 1 nicht explizit dargestellt ist.
Der Motor 101 kann beispielsweise als ein mechanischer oder elektrisch kommutierter Gleichstrommotor ausgebildet sein. Das entsprechende Getriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß kann der Leistungsteil der Motorsteuerung 103 ein Ansteuersignal beispielsweise über PWM Pulsweitenmodulation in die für den Motor 101 erforderlichen Spannungs- bzw. Stromverläufe umwandeln. Hierzu können zunächst die Ansteuersignale in entsprechende Digitalsignale umgewandelt werden, worauf das entsprechend umgewandelte Signal über eine n geeigneten Datenbus, beispielsweise I2C oder SPI, übertragen werden kann. Für den Fall eines elektrisch kommutierten Gleichstrommotors kann ein entsprechendes Drehfeld erzeugt werden, welches synchron zur Drehung des Rotors nachgeführt werden kann. Die Motorsteuerung kann eine spannungsgeführte oder drehzahlgeführte Regelung realisieren. Bei einer spannungsgeführten Regelung wird mit steigender Last (Drehmoment) unter Anstieg des Betriebsstroms die Motordrehzahl reduziert. Eine Information zur Motordrehzahl bzw. zum Drehwinkel kann systeminhärent anhand der Phasenwechsel abgeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein kontinuierlicher Drehwinkelsensor (in 1 nicht dargestellt) zur Erkennung der Rotorposition eingesetzt werden. Ein derartiges Rotorpositionssignal kann an die Recheneinheit 105 zur Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 übertragen werden. Diese Signalübertragung kann wiederum über PWM, 12C, SPI oder analog erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform wird anstelle des Drehwinkelsensors ein Algorithmus in einer Steuereinheit realisiert, der anhand der gemessenen Motor-Ströme und -Spannungen, welche Signalanteile beinhalten, die aus dem Rotor zurückinduzierten Spannungen entstehen, auf den Drehwinkel zurückschließt. In dieser Ausführungsform kann durch die Algorithmusausführung der Drehwinkelsensor funktional ersetzt werden.
Die Stromversorgung über die Spannungsquelle 111 kann durch eine Mehrzahl von Batterieelementen, beispielsweise Lithium-Ion-Zellen, bereitgestellt werden. Durch ein entsprechendes Batteriemanagementsystem können Überladungen, Überströme und Tiefentladungen verhindert werden.
Der Auslöseschalter 109 kann gemäß einer Ausführungsform als ein Potenziometer ausgeführt werden, das der Recheneinheit 103 zur Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 analoge Steuersignale bereitstellt, die der linearen Betätigung des Auslöseschalters 109 entsprechen. Über die Betätigung des Auslöseschalters 109 können entsprechende Nutzereingaben zur Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 bereitgestellt werden.
Die Strommessvorrichtung 113 kann den Akkustrom der Spannungsquelle 111, der vom Motorstrom des Motors 101 dominiert wird, bestimmen. Die Steuerung hat in der Regel eine Stromaufnahme von weniger als 200 Milliampere. Als Messelement kann ein niederohmiger Widerstand oder ein Hall-Sensor verwendet werden. Mithilfe einer Verstärkerschaltung und einer Pegelanpassung kann der Recheneinheit 103 als Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 ein stromproportionales analoges Signal zur Verfügung gestellt werden.
Die Einstellvorrichtung 115 kann als Drehpotenziometer, als Schaltwippe oder als Doppelschaltelement ausgeführt sein. Es gilt den für die Automatikfunktion benötigten Schwellwert durch den Nutzer beeinflussbar zu realisieren.
Die Recheneinheit 101 kann einen Microcontroller mit üblicher Beschaltung (Spannungsregler, Taktquelle, EMV-Maßnahmen) und Kommunikationsvorrichtung (BlueTooth, 4G, WLAN) umfassen. Der Microcontroller kann einen Analog-Digital-Wandler und digitale Schnittstellen umfassen, um die Signale des Auslöseschalters 109, der Einstellvorrichtung 115, der Strommessvorrichtung 113, der Versorgungsspannung, der Motordrehzahl und die Ansteuersignale des Motors 101 zu erzeugen bzw. zu erfassen. Der Microcontroller (in 1 nicht explizit dargestellt) kann das Zustandsbestimmungsmodul 107 zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der Handwerkzeugmaschine 100 ausführen.
Die Handwerkzeugmaschine 100 kann als ein Schrauber, ein Drehschlagschrauber oder als ein einfacher Akku-Schrauber ausgebildet sein. Alternativ kann die Handwerkzeugmaschine 100 als ein elektrischer Bohrer, ein Schlagbohrer, ein Bohrhammer oder ein Bohrmeißel ausgebildet sein.
2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine 100, in der einzelne Funktionsabläufe der Handwerkzeugmaschine 100 illustriert sind.
2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine 100. Die Handwerkzeugmaschine 100 umfasst den Motor 101, die Recheneinheit 105, die auf einer Platine 127 angeordnet ist, die Energiequelle 109 und das Werkzeug 117.
Anhand der gezeigten graphischen Darstellung werden einige Funktionsweisen der Handwerkzeugmaschine 100 dargestellt. Es sind einige der Bauteile der Handwerkzeugmaschine 100 aus 1 dargestellt, während andere Bauteile bzw. Komponenten nicht dargestellt sind, um die gezeigte Darstellung möglichst einfach zu halten. Die gezeigte Handwerkzeugmaschine 100 kann jedoch alle in 1 dargestellten Komponenten umfassen.
Neben der Recheneinheit 105, die wie oben bereits beschrieben, als ein Microcontroller ausgebildet sein kann, bzw. einen derartigen Microcontroller umfassen kann, und auf der erfindungsgemäß das in 1 gezeigte Zustandsbestimmungsmodul 107 installiert ist, sind auf der Platine 127 ferner ein Drehzahlsensor 129, mittels dem eine Motordrehzahl des Motors 101 gemessen werden kann, und ein Vibrationssensor 131, mittels dem Vibrationen der Handwerkzeugmaschine 100 gemessen werden können und ein Wechselrichter 133 installiert.
Über den Auslöseschalter 109 kann ein Nutzer der Handwerkzeugmaschine 100 Nutzereingaben 139 an die Recheneinheit 105 mittels einer elektrischen Signalübertragung 147 übertragen. Über die Nutzereingaben 139, die beispielsweise ein Triggerlevel des Auslöseschalters 109 umfassen, kann eine Leistung der Handwerkzeugmaschine 100 geregelt werden. Ferner können die Nutzereingaben 139 Drehrichtungen des Motors 101, die beispielsweise eine Schraub- oder Borrichtung definieren, oder Betriebsmodi der Handwerkzeugmaschine 100, die beispielsweise einen Schraubvorgang mit oder ohne Schlagfunktion beschreiben, festlegen.
Basierend auf den Nutzereingaben 139 steuert die Recheneinheit 105 die Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 und gibt über eine elektrische Signalübertragung 147 entsprechende Steuersignale an den Wechselrichtung 133 aus. Der Wechselrichter 133 gibt eine entsprechende elektrische Energieübertragung 141 an den Motor 101 aus. Der Motor 101 bewirkt über eine entsprechende Kraft-Drehmoment-Übertragung 143 eine Kraftübertragung 135 an das Werkzeug 117, mittels dem das Werkstück 137 bearbeitet werden kann.
Erfindungsgemäß nutzt das Verfahren zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine 100, das durch die Recheneinheit 105 ausgeführt wird, Messwerte einer Betriebsgröße, auf der basierend Betriebszustände der Handwerkzeugmaschine 100 ermittelt werden. Die Betriebsgröße kann hierbei beispielsweise der Motorstrom, eine Motorleistung, sowie eine Drehzahl- bzw. ein Drehmoment des Motors 101 sein. In der gezeigten Ausführungsform wird als Betriebsgröße, auf der basierend durch das erfindungsgemäße Verfahren Betriebszustände der Handwerkzeugmaschine 100 bestimmt werden, die Motordrehzahl des Motors 101 berücksichtigt. Diese werden durch den dargestellten Drehzahlsensor 129 gemessen, der die Bewegung 145 des Motors 101 detektiert. Ferner werden in der gezeigten Ausführungsform Vibrationen/Bewegungen 145 der Handwerkzeugmaschine 100 bzw. des Werkzeugs 117 bzw. des Werkstücks 137 als Betriebsgröße berücksichtigt. Die Vibrationen/Bewegungen werden hierbei durch den Vibrationssensor 131 gemessen. Entsprechende Messsignale werden zur Weiterverarbeitung von dem Drehzahlsensor 129 und dem Vibrationssensor 131 an die Recheneinheit 105 weitergeleitet.
Der Vibrationssensor 131 kann beispielsweise als ein Beschleunigungssensor ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß werden zum Steuern der Handwerkzeugmaschine 100 die gemessene Drehzahl bzw. die detektierten Vibrationen durch Ausführung eines Zustandsbestimmungsmoduls 107 analysiert und ein vorliegender Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine 100 ermittelt. Basierend auf dem ermittelten Betriebszustand wird die Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 entsprechend angepasst.
Für eine nähere Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der Handwerkzeugmaschine 100 wird auf die Beschreibung der folgenden Figuren verwiesen.
Die Kraftübertragung 135 der Handwerkzeugmaschine 100 kann als ein Direktantrieb oder über ein Getriebe realisiert werden.
Ferner kann der in den 1 und 2 nur schematisch angedeutet Antrieb der Handwerkzeugmaschine 100 verschiedene Antriebsoptionen umfassen, wie beispielsweise ein Schlagwerk, ein Hammerwerk oder ein Meißelwerk.
Wie bereits erwähnt kann die Übertragung der Kraft des Motors 101 auf den Antrieb der Handwerkzeugmaschine 100 über ein Getriebe bewirkt werden. Dieses kann beispielsweise als ein Schaltgetriebe mit zwei, drei oder mehr Gängen ausgebildet sein. Das Getriebe kann mit einer Rutschkupplung verbunden sein, die wiederum eine Direktverbindung an den Antrieb aufweist. Eine alternative Lösung ohne Rutschkupplung, in der das Getriebe unmittelbar mit dem Antrieb verbunden ist, ist ebenfalls denkbar.
Die durch den Vibrationssensor 131 gemessenen Vibrationen bzw. Bewegungen können beispielsweise durch den Nutzer der Handwerkzeugmaschine 100 ausgelöste Bewegungen der Handwerkzeugmaschine 100 umfassen. Ferner können die Bewegungen bzw. Vibrationen durch den Motor bzw. das Getriebe bzw. den Antrieb hervorgerufen sein. Alternativ hierzu können die Bewegungen bzw. Vibrationen, die durch den Vibrationssensor 131 gemessen werden, durch Bewegungen eines Bits auf einem Schraubenkopf hervorgerufen werden bzw. auf Krafteinwirkungen der Schraube auf das zu bearbeitende Werkstück 137 resultieren.
3 zeigt zeitliche Verläufe einer Betriebsgröße 119 einer Handwerkzeugmaschine 100 und eines Rotationswinkels α_rot eines Motors 101 der Handwerkzeugmaschine 100.
In der Graphik a) ist ein zeitlicher Verlauf einer Betriebsgröße 119 einer Handwerkzeugmaschine 100 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform beschreibt die Betriebsgröße 119 einen Motorstrom eines Motors 101 einer Handwerkzeugmaschine 100. Die Handwerkzeugmaschine 100 ist in der gezeigten Ausführungsform als ein Schrauber ausgebildet und der gezeigte Verlauf der Betriebsgröße 119 zeigt den zeitlichen Verlauf des Motorstroms in einem Schraubfall, in dem eine selbstschneidende Schraube in ein Werkstück 137 aus Holz oder einem vergleichbaren Material eingeschraubt wird.
Der zeitliche Verlauf der Betriebsgröße 119 beschreibt eine Zeitreihe 123, die aus einer Mehrzahl zeitlich geordneter Messwerte 121 des Motorstroms besteht. Die Messwerte 121 wurden während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine 100, sprich beim Einschrauben der Schraube in das Werkstück, durch einen entsprechenden Stromsensor innerhalb der Handwerkzeugmaschine 100 aufgenommen.
Grafik a) beschreibt hierbei einen typischen Verlauf des Motorstroms I beim Einschrauben einer selbstschneidenden Schraube in Holz oder ähnliche Werkstoffe. Der Motorstrom I bildet durch die Drehmomentkonstante mit der Einheit Newtonmeter pro Ampere das vom Motor 101 abgegebene Drehmoment ab. Das aus dem Anlaufstrom resultierende Drehmoment wird zu Beginn des Schraubfalls für die Beschleunigung des Rotors des Elektromotors 101 aufgewendet. Hieraus resultiert der zu Beginn der Zeitreihe 123 auftretende Peak des Motorstroms I. Im Anschluss an den Anlauf des Rotors ist die Drehzahl weitestgehend konstant, wodurch der nahezu waagerechte Verlauf des Motorstroms I bewirkt wird.
Dieser Bereich, in dem zunächst der Anlaufpeak und darauffolgend der nahezu waagerechte Verlauf des Motorstroms I detektiert wird, wird in Grafik a) durch den Betriebszustand A charakterisiert. In diesem Betriebszustand A wird zu einem Großteil von über 90 % das aufgebrachte Drehmoment in tatsächliche mechanische Arbeit an der Schraube bzw. dem Werkstück umgewandelt und die Schraube entsprechend in das Werkstück eingeschraubt.
In Grafik a) sind ferner zwei Ereigniszeitpunkte 125, 126 markiert, in denen ein Übergang zwischen dem Betriebszustand A, zunächst in einen Betriebszustand B und darauffolgend in einen weiteren Betriebszustand C erfolgen.
Im Bereich des Ereigniszeitpunkts 126 zeigt der Motorstrom I im Betriebszustand A einen gleichmäßigen Anstieg. Dies ist auf das weitere Einschrauben der Schraube in das Werkstück begründet, für das mit zunehmender Einschraubtiefe ein immer größeres Drehmoment benötigt wird, zu dessen Generierung ein ansteigender Motorstrom I benötigt wird.
Ausgehend von dem Ereigniszeitpunkt 126 erfolgt ein steilerer Anstieg des Motorstroms I im Vergleich zu dem im Betriebszustand A verhältnismäßig sanft ansteigenden Anstieg. Dieser vermehrt steilere Anstieg des Motorstroms I ist durch das Aufliegen des kegelförmigen Schraubenkopfes der selbstschneidenden Schraube auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks verursacht. Zum Zeitpunkt des Ereigniszeitpunkts 126 trifft der kegelförmige Schraubenkopf der selbstschneidenden Schraube auf die Oberfläche des Werkstücks auf. Der Betriebszustand B ist somit durch das Einschrauben des kegelförmigen Schraubenkopfes in das Werkstück gekennzeichnet. Aufgrund der Kegelform des Schraubenkopfes wird für das Einschrauben des Schraubenkopfes in das Werkstück ein erhöhtes Drehmoment benötigt, wodurch der steile Anstieg des Motorstroms I begründet ist.
Der Ereigniszeitpunkt 125 beschreibt hingegen den Übergang aus dem Betriebszustand B, in dem das Einschrauben des kegelförmigen Schraubenkopfes in das Werkstück beschrieben ist, in den Betriebszustand C, in dem der Schraubenkopf vollständig in das Werkstück eingeschraubt ist. Der Ereigniszeitpunkt 125 beschreibt hierbei den Punkt, an dem der Schraubenkopf eben mit der Oberfläche des Werkstücks abschließt. Dieser Zeitpunkt wird im Übrigen auch als Flush-Point bezeichnet. Der durch den Ereigniszeitpunkt 126 gekennzeichnete Zeitpunkt, an dem die Kontaktierung des kegelförmigen Schraubenkopfes mit der Oberfläche des Werkstücks auftritt, wird im Übrigen auch als Pre-Flush-Point bezeichnet.
In der gezeigten Ausführung ist im Betriebszustand C ein abflachender Verlauf des Motorstroms I dargestellt. Dies kann durch das Abscheren des Kopfes oder durch eine Beschädigung des Materials des Werkstücks bei weiterer Verschraubung der Schraube über den Flush-Point hinaus realisiert sein.
Grafik b) zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Rotationswinkels α_rot. Der zeitliche Verlauf zeigt exemplarisch das Signal eines Drehwinkelgebers. Im gezeigten Beispiel weist der Sensor einen Eindeutigkeitsbereich von 360° auf. Dies ist nicht erforderlich, kleinere Eindeutigkeitsbereiche sind ebenso ausreichend. In der Regel kann der Eindeutigkeitsbereich des Sensors an die Drehzahl des Motors 101 gekoppelt sein. Eine absolute Drehwinkelinformation über den gesamten Schraubvorgang von Beginn (Betätigen des Auslöseschalters 109 durch den Nutzer) bis zum gewünschten Abschalten kann anhand des Drehwinkelsensorsignals mithilfe des sogenannten Phase-Unwrapping erlangt werden. Dazu kann mithilfe des Wissens über die kontinuierliche Drehung des Motors 101 erkannt werden, dass der Wechsel von plus 180° zu beispielsweise minus 179° tatsächlich einem Drehwinkel von plus 181° entspricht.
In Grafik b) sind ferner Rotationszeitpunkte t_rot gekennzeichnet. In den Rotationszeitpunkten t_rot ist eine vollständige Rotation des Motors 101 erfolgt. Die Kenntnis bezgl. der Rotationszeitpunkte t_rot bzw. des Rotationswinkels α_rot des Motors 101 kann im Folgenden zur Vorhersage der Ereigniszeitpunkte 125, 126 genutzt werden. Bei Erreichen des oben beschriebenen Ereigniszeitpunkts 126, in dem ein Aufliegen des kegelförmigen Schraubenkopfes auf die Oberfläche des Werkstücks erfolgt, kann unter Kenntnis des Rotationswinkels der Ereigniszeitpunkt 125 vorhergesagt werden, an dem die Schraube eben mit der Oberfläche des Werkstücks abschließt. Grafik b) zeigt ferner eine Drehwinkeldifferenz Δ_rot als eine Differenz zwischen den Drehwinkeln α_rot zu den Ereigniszeitpunkten 125, 126.
Der in 3 gezeigte Sachverhalt soll nur beispielhaft einen möglichen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens illustrieren. Andere Anwendungsfälle, in denen die Handwerkzeugmaschine 100 nicht als Schrauber sondern beispielsweise als Bohrer oder Meißel oder Stichsäge ausgebildet ist, sollen durch die vorliegende Erfindung ebenfalls abgedeckt sein. Auch können mehr oder weniger und anders ausgestaltete Betriebszustände (A, B, C) berücksichtigt werden, als das in diesem Beispiel beschrieben ist.
Beispielsweise kann die Handwerkzeugmaschine 100 als Schrauber ausgebildet sein. Mögliche Betriebszustände A, B, C könne hierbei eine Schraubtiefe einer einzuschraubenden Schraube, ein Schrauben in einem bestimmten Schraubmodus (Schlagmodus, Ein-/Ausschrauben), eine Arbeitseffizienz, ein definiertes Drehmoment, eine Wahl der verwendeten Schraube oder einen Kickback bei hohen Drehmomenten beschreiben.
Fener kann die Handwerkzeugmaschine 100 als ein Bohrer ausgebildet sein. Die Betriebszustände A, B, C können hierbei einen Bohrmodus (Schlagbohren etc.), eine Ausrichtung der Handwerkzeugmaschine 100 zu einer Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks, eine Art des Einsatzwerkzeugs (Metall-, Holz-, Steinbohrer), eine Bohrtiefe, eine Ausrichtung der Handwerkzeugmaschine 100 relativ zu einer vorbestimmten Bohrstelle, eine Anbohren von Kabeln oder Rohren, ein Ausschlagen eines Bohrlochs, ein Auftreten von Bohrstaub oder ein Kickback bei einem plötzlichen Festdrehen der Handwerkzeugmaschine 100 beschreiben.
Ferner kann die Handwerkzeugmaschine 100 als ein Schlagbohrer oder ein Bohrhammer ausgebildet sein. Die Betriebszustände A, B, C können einen Betriebsmodus, einen Arbeitsfortschritt, eine Gefahr von Beschädigungen, Vibrationen und Lärm oder einen fehlenden Anpressdruck beschreiben.
Ferner kann die Handwerkzeugmaschine 100 als ein Meißel ausgebildet sein. Mögliche Betriebszustände A, B, C können ein falsches Einsatzwerkzeug, eine effektive Haltung der Handwerkzeugmaschine 100 oder einen Arbeitsfortschritt beschreiben.
Ferner können unabhängig von der Ausbildung der Handwerkzeugmaschine 100 mögliche Betriebszustände A, B, C Aspekte einer Arbeitssicherheit/Komfort wie beispielsweise Vibrations-/Lärmentwicklung, Vibrationsmonitoring, Drehmomentkontrolle bezüglich maximaler Drehmomente, einfaches Steuern der Handwerkzeugmaschine 100, richtiges Einspannen eines Werkzeugs in die Handwerkzeugmaschine 100 oder ein Erkennen von Situationen, wie ein Fallen von einer Leiter, ein Bohren in Kabel oder Rohre, umfassen.
Durch ein entsprechendes Training einer künstlichen Intelligenz des Zustandsbestimmungsmoduls 107 können die angeführten Betriebszustände A, B, C oder ähnliche Betriebszustände, die bei einem Betrieb einer Handwerkzeugmaschine 100 auftreten können, basierend auf Messwerten 121 einer Betriebsgröße 119 während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine 100 ermittelt werden.
Die Betriebsgröße 119 kann hierbei beispielsweise der Motorstrom I oder ein Motor-Positionswinkel, eine Motor-Drehgeschwindigkeit, eine Spannung einer Spannungsquelle, Bewegungen und/oder Vibrationen innerhalb der Handwerkzeugmaschine (100) oder ähnliche messbare Parameter der Handwerkzeugmaschine 100 umfassen.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform, wobei die Handwerkzeugmaschine 100 in verschiedenen Betriebszuständen A, B, C gezeigt ist.
4 beschreibt in grafischer Darstellung die zu 3 beschriebenen Betriebszustände A, B, C der Handwerkzeugmaschine 100. Die Handwerkzeugmaschine 100 ist wiederum als Schrauber ausgebildet und die Betriebszustände A, B, C beschreiben den Schraubverlauf, in dem eine Schraube 169 in ein Werkstück 137 eingeschraubt wird. Die Schraube 169 kann beispielsweise eine selbstschneidende Schraube sein und das Werkstück 137 aus Holz gefertigt sein. Die Handwerkzeugmaschine 100 weist hierzu ferner ein Schraubbit 168 auf.
In Grafik a) ist der Betriebszustand A dargestellt, in dem die Schraube 169 in das Werkstücks 137 eingeschraubt wird.
Grafik b) beschreibt den Betriebszustand B, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der kegelförmige Schraubenkopf 170 an der Oberfläche 167 des Werkstück 137 angrenzt und im weiteren Verlauf in das Werkstück 137 eingeschraubt wird.
Grafik c) beschreibt den Betriebszustand C, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schraube 169 eben mit der Oberfläche 167 des Werkstück 137 abschließt und damit der Flush-Point erreicht ist.
Wie oben beschrieben, stellt Grafik a) der 3 den zeitlichen Verlauf des Motorstroms des Motors 101 der Handwerkzeugmaschine 100 in den verschiedenen Betriebszuständen A, B, C während des Einschraubens der Schraube 169 in das Werkstück 137 dar.
Im Betriebszustand A, in dem die Schraube 169 gleichmäßig in das Werkstück 137 eingeschraubt wird, zeigt der Motorstrom I einen weitestgehend waagerechten Verlauf, der mit zunehmender Einschraubtiefe eine leichte Steigung aufweist.
Der Betriebszustand B, der durch das Angrenzen des kegelförmigen Schraubenkopfes 170 an die Oberfläche 167 des Werkstücks 137 und das Einschrauben des Schraubenkopfes 170 in das Werkstück 137 gekennzeichnet ist, zeigt der Motorstrom I einen steilen Anstieg an, der durch das erhöhte Drehmoment begründet ist, der zum Einschrauben des kegelförmigen Schraubenkopfes 170 in das Werkstück 137 benötigt wird.
Der Betriebszustand C, der durch das Abschließen des Schraubenkopfes 170 mit der Oberfläche 167 gekennzeichnet ist, zeigt in Grafik 3 hingegen einen abflachenden Verlauf des Motorstroms I, der durch die Zerstörung der Schraube bzw. eine Zerstörung des Werkstücks 137 begründet sein kann.
In 4 weist die Handwerkzeugmaschine 100 ferner einen externen Sensor 171 auf. Der externe Sensor 171 ist in der gezeigten Ausführungsform als ein Kamerasensor ausgebildet und ermöglicht das Aufnehmen von Kameradaten, mittels denen der Schraubverlauf des Einschraubens der Schraube 169 in das Werkstück 137 abgebildet werden kann. Die entsprechenden Kameradaten können wie zu den folgenden Figuren näher beschrieben werden wird, für ein Training des Zustandsbestimmungsmoduls 107 bzw. einer künstlichen Intelligenz 149 des Zustandsbestimmungsmoduls 107 verwendet werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsregelung 197 der Handwerkzeugmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform.
5 zeigt eine Regelungskette der Handwerkzeugmaschine 100.
Erfindungsgemäß umfasst die Regelungskette einen inneren Regelkreis 193 und einen äußeren Regelkreis 191. Der innere Regelkreis 193 dient hierbei zur Regelung des Antriebs der Handwerkzeugmaschine 100 basierend auf den Nutzereingaben 173 des Nutzers.
Zum Regeln des Antriebs der Handwerkzeugmaschine 100 basierend auf den Nutzereingaben 173 des Nutzers durch ausschließlich den inneren Regelkreis 193 erfolgen zunächst Nutzereingaben 173 durch den Nutzer. Dies kann beispielsweise durch Betätigung des Auslöseschalters 109 erfolgen. Hierüber können erste Zielwerte eines Steuerungsparameters der Handwerkzeugmaschine 100 durch die Nutzereingabe des Nutzers definiert werden. Der Steuerungsparameter kann hierbei beispielsweise eine Motordrehzahl, eine Motorleistung, ein über die Motordrehzahl definiertes Drehmoment umfassen. Alternativ kann der Steuerungsparameter eine Drehrichtung, wie beispielsweise beim Ein- oder Ausschrauben einer Schraube, oder eine Betriebsmodus, wie beispielsweise den Schlagmodus oder den Hammermodus, umfassen. Die Nutzereingaben 173 beschreiben hierbei Werte des Steuerungsparameters.
Über Sensormessungen 175 einer Betriebsgröße 119 werden Ist-Werte des Steuerungsparameters aufgenommen, die einen Ist-Zustand der Aktorik 195 einer Antriebsregelung 197 der Handwerkzeugmaschine 100 beschreiben.
Die Sensormessungen 175 der Betriebsgröße 119 können hierbei Messungen des Motorstroms, der Motordrehzahl, der Motorleistung, von Vibrationen des Motors bzw. der Handwerkzeugmaschine 100 oder andere aussagekräftige Betriebsgrößen umfassen, mittels denen eine Bestimmung eines Betriebszustands A, B, C ermöglicht ist.
Die ersten Zielwerte der Nutzereingaben 173 und die Ist-Werte der Sensormessungen 175 des Steuerungsparameters werden unter Ausführung einer digitalen Signalvorverarbeitung 177 an den inneren Regelkreis 193 übertragen.
Durch den inneren Regelkreis 193 werden entsprechende Steuerungssignale an die Aktorik 195 zum Ansteuern der Handwerkzeugmaschine 100 ausgegeben.
Der äußere Regelkreis 191 wird nun dazu verwendet, bei der Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 einen Betriebszustand A, B, C zu berücksichtigen, in dem sich die Handwerkzeugmaschine 100 während des Betriebs befindet.
Hierzu werden die ersten Zielwerte des Steuerungsparameters der Nutzereingabe 173 und insbesondere die Ist-Werte der Sensormessungen 175 des Steuerungsparameters nach einer digitalen Signalvorverarbeitung 197 einer Modellinferenz 183 unterzogen. In der Modellinferenz 183 greift die bereits beschriebene Ausführung des Zustandsbestimmungsmoduls 107. Da Zustandsbestimmungsmodul 107 ist hierbei eingerichtet, basierend auf den Sensormessungen 175 bzw. den entsprechenden Sensordaten des Steuerungsparameters einen Betriebszustand A, B, C, in dem sich die Handwerkzeugmaschine 100 befindet, zu erkennen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Zustandsbestimmungsmodul 107 eingerichtet sein, basierend auf den Sensordaten der Sensormessungen 175 der Betriebsgröße 119 einen Ereigniszeitpunkt 125, 126 vorherzusagen, an dem ein Übergang zwischen verschiedenen Betriebszuständen A, B, C der Handwerkzeugmaschine 100 erfolgt.
Das in der Modellinferenz 183 ausgeführte Zustandsbestimmungsmodul 107 kann hierbei als eine entsprechend trainierte künstliche Intelligenz ausgebildet sein, die auf das Ermitteln von Betriebszuständen A, B, C bzw. das Vorhersagen von Ereigniszeitpunkten 125, 126 basierend auf Messwerten einer Betriebsgröße 119 trainiert ist.
Die durch das Zustandsbestimmungsmodul 107 in Gestalt der Modellinferenz 183 ermittelte Information bzgl. der vorliegenden Betriebszustände A, B, C bzw. vorhergesagten Ereigniszeitpunkten 125, 126 werden nach einer Nachverarbeitung 187 dem äußeren Regelkreis 191 bereitgestellt.
Der äußere Regelkreis 191 ist daraufhin eingerichtet, basierend auf den Informationen der Modellinferenz 183 bzgl. der vorliegenden Betriebszustände A, B, C bzw. der vorhergesagten Ereigniszeitpunkte 125, 126 entsprechende zweite Zielwerte für den Steuerungsparameter zu definieren. Die durch den äußeren Regelkreis 191 definierten zweiten Zielwerte für den Steuerungsparameter sind hierbei auf den jeweils vorliegenden Betriebszustand A, B, C bzw. den entsprechend vorhergesagten Ereigniszeitpunkten 125, 126 abgestimmt. Unter Berücksichtigung des durch den äußeren Regelkreis 191 generierten zweiten Zielwert des Steuerungsparameters kann die Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 optimal auf den jeweils vorliegenden Betriebszustand A, B, C bzw. den entsprechenden vorhergesagten Ereigniszeitpunkten 125, 126 angepasst werden.
Der durch den Regelkreis 191 generierte zweiten Zielwert für den Steuerungsparameter wird darauffolgend dem inneren Regelkreis 193 bereitgestellt.
Erfindungsgemäß ist der innere Regelkreis 193 nun eingerichtet, unter Berücksichtigung des in der Nutzereingabe 173 durch den Nutzer bereitgestellten ersten Zielwerts für den Steuerungsparameter und den weiteren durch den äußeren Regelkreis 191 unter Berücksichtigung des vorliegenden Betriebszustands A, B, C bzw. des vorhergesagten Ereigniszeitpunkts 125, 126 bereitgestellten zweiten Zielwerts für den Steuerungsparameter einen Ausgabezielwert zu berechnen und basierend auf dem Ausgabezielwert die Aktorik 195 der Handwerkzeugmaschine 100 anzusteuern.
Der Ausgabezielwert kann hierbei durch den inneren Regelkreis 193 beispielsweise als ein Produkt aus dem ersten Zielwert der Nutzereingabe 173 und dem zweiten Zielwert des äußeren Regelkreis 191 berechnet werden. Durch das Produkt aus den und ersten und zweiten Zielwerten kann der erste Zielwert der Nutzreingabe 173 somit durch den zweiten Zielwert des äußeren Regelkreises 191, der in Bezug auf den vorliegenden Betriebszustand A, B, C bzw. dem vorhergesagten Ereigniszeitpunkt 125, 126 ermittelt wurden, sensitiviert, sprich auf den jeweiligen Betriebszustand A, B, C bzw. zu erwartenden Ereigniszeitpunkt 125, 126 angepasst werden. Alternativ kann der Ausgabezielwert als ein Minimalwert bzw. Maximalwert der ersten und zweiten Zielwerte definiert werden. Hierdurch kann der Ausgabeziel als der Wert der ersten und zweiten Zielwerte definiert werden, der am besten zu dem jeweils ermittelten Betriebszustand A, B, C passt.
Alternativ kann der Ausgabezielwert durch den ersten Zielwert der Nutzreingabe 173 definiert sein, falls der zweite Zielwert des äußeren Regelkreises 191 kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und als ein vordefinierter Zielwert definiert sein, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierter Schwellenwert ist. Der vordefinierte Zielwert kann hierbei als ein konstanter Wert des Steuerungsparameters gegeben sein, der beispielsweise bei einer Voreinstellung der Handwerkzeugmaschine 100 auf den jeweils vorliegenden Betriebszustand A, B, C bzw. vorausliegendem Ereigniszeitpunkt 125, 126 angepasst wurde. Der vordefinierte Schwellenwert kann beispielsweise empirisch durch entsprechenden Messungen an die jeweils auftretenden Betriebszustände A, B, C und mögliche zweite Zielwerte angepasst sein.
Alternativ kann der Ausgabezielwert als ein Produkt des ersten Zielwerts der Nutzereingabe 173 mit einem ersten vordefinierten Zielwert definiert sein, falls der zweite Zielwert des äußeren Regelkreis 191 kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und als ein Produkt aus dem ersten Zielwert der Nutzereingabe 173 und einem zweiten vordefinierten Zielwert definiert sein, falls der zweite Zielwert des äußeren Regelkreises 191 größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist. In Abhängigkeit des durch den äußeren Regelkreises 191 ermittelten zweiten Zielwerts kann somit der erste Zielwert der Nutzereingabe 173 in Form der ersten und zweiten vordefinierten Zielwerte, die jeweils als konstante Werte des Steuerungsparameters definiert und auf die jeweils vorliegenden Betriebszustände bzw. zu erwartenden Ereigniszeitpunkte angepasst sein können, auf den jeweils vorliegenden Betriebszustand A, B, C bzw. zu erwartenden Ereigniszeitpunkt 125, 126 sensitiviert bzw. angepasst werden. Die ersten und zweiten vordefinierten Zielwerte und vordefinierten Schwellenwerte können wiederum empirisch für mögliche Betriebszustände A, B, C bestimmt sein.
In Form des durch den inneren Regelkreis 193 ermittelten Ausgabezielwerts kann die Handwerkzeugmaschine 100 somit unter Berücksichtigung der durch den Nutzer der Handwerkzeugmaschine 100 getätigten Nutzereingabe 173 und dem entsprechenden ersten Zielwert des Steuerungsparameters und unter Berücksichtigung des in Bezug auf den vorliegenden Betriebszustand A, B, C bzw. dem zu erwartenden Ereigniszeitpunkt 125, 126 ermittelten zweiten Zielwert des Steuerungsparameters angesteuert werden.
In der Ausführungsform der 3 und 4, in der die Handwerkzeugmaschine 100 als Schrauber ausgebildet ist, und in der ein Schraubfall beschrieben wird, bei dem eine selbstschneidende Schraube 169 in ein Holzwerkstück 137 eingeschraubt wird, und in der die verschiedenen Betriebszustände A, B, C das Einschrauben der Schraube 169 in das Werkstück 137 im Betriebszustand A, das Einschrauben des kegelförmigen Schraubenkopfes 170 in das Werkstück 137 im Betriebszustand B und das ebene Abschließen des Schraubenkopfes 170 mit der Oberfläche 167 des Werkstücks 137 im Betriebszustand C beschreiben, kann der Steuerungsparameter beispielsweise eine Drehzahl des Motors 101 der Handwerkzeugmaschine 100 sein.
Die Nutzereingabe 173 kann beispielsweise Signale des durch den Nutzer betätigten Auslöseschalters 109 umfassen, mittels denen der jeweilige erste Zielwert der Motordrehzahl definiert wird.
Die in den Sensormessungen 175 ermittelte Betriebsgröße 119 kann beispielsweise durch den Motorstrom I des Motors 101 der Handwerkzeugmaschine 100 gegeben sein.
Das Zustandsbestimmungsmodul 107, das gemäß der Modellinferenz 183 auf die Messwerte des Motorstroms I angewendet wird, kann entsprechend eingerichtet sein, basierend auf dem Motorstrom I, gemäß der Grafik A der 3, die verschiedenen Betriebszustände A, B, C zu ermitteln. Ferner kann das Zustandsbestimmungsmodul 107 eingerichtet sein, basierend auf den Messwerten 121 die jeweiligen Ereigniszeitpunkte 125, 126 vorherzusagen.
Im Folgenden werden die oben beschriebenen Vorgänge und insbesondere das Ermitteln des zweiten Zielwerts durch den äußeren Regelkreis 191 bzw. das Ermitteln des Ausgabezielwerts durch den inneren Regelkreis 193 an einem Anwendungsfall beschrieben, in dem gemäß den Ausführungsformen zu den 3 und 4 die Handwerkzeugmaschine 100 als Schrauber ausgebildet ist und durch diesen eine Schraube 169 in ein Werkstück 137 eingeschraubt wird.
Die auf der Betätigung des Auslöseschalters 109 basierende Nutzereingabe 173 kann als ersten Zielwert beispielsweise einen entsprechend hohen Wert der Motordrehzahl definieren. Basierend auf den Sensormessungen 175 des Motorstroms ermittelt das Zustandsbestimmungsmodul 107 hingegen, dass die Handwerkzeugmaschine 100 sich bereits im Betriebszustand C der Grafik 3 befindet, in der der Flush-Point bereits erreicht ist und ein Abschluss des Schraubenkopfes 170 mit der Oberfläche 167 des Werkstücks 137 erzielt ist. Hierauf basierend berechnet der äußere Regelkreis 191 als zweiten Zielwert einen wesentlichen geringeren Wert für die Motordrehzahl, um eine Beschädigung der Schraube bzw. des Werkstücks 137, die bei der hohen Motordrehzahl der Nutzereingabe 173 zu befürchten wären, zu verhindern. Durch die Ermittlung des Ausgabezielwerts durch den inneren Regelkreis 193 kann somit der offensichtlich zu hohe Zielwert für die Motordrehzahl der Nutzereingabe 173 durch den durch den äußeren Regelkreis 191 berechneten wesentlich geringeren zweiten Zielwert für den die Motordrehzahl herabgeregelt werden, um somit die Handwerkzeugmaschine 100 entsprechend dem vorliegenden Betriebszustand C anzusteuern und gegebenenfalls abzuschalten.
Hierzu kann der zweite Zielwert wie auch die ersten und zweiten vordefinierten Zielwerte den Zahlenwert 0 nehmen. Es kann der Ausgabezielwert ebenfalls auf den Zahlenwert 0 herabgeregelt werden, wodurch die Handwerkzeugmaschine 100 zum Stillstand gebracht werden kann.
In der gezeigten Ausführungsform kann die Information der Modellinferenz 183 ferner in einer Statusanzeige 189 angezeigt werden.
Darüber hinaus kann die Modellinferenz einem Reset-Vorgang unterzogen werden, in dem die Modellausführungen auf einen Ausganswert zurückgesetzt werden. Dies kann beispielweise bei separaten Schraubvorgängen vorgenommen werden. Beispielsweise kann für jeden neuen Schraubvorgang, bei dem eine individuelle Schraube in ein Werkstück 137 eingeschraubt- bzw. aus diesem ausgeschraubt wird, das Zustandsbestimmungsmodul 107 resettet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Resett auch beim Ein- oder Ausschalten der Handwerkzeugmaschine 100 ausgeführt werden.
Hierzu wird zunächst basierend auf den Sensormessungen 175 eine Reset-Vorverarbeitung 181 durchgeführt und hierauf basierend eine Resett-Entscheidung 185 bewirkt. Die Reset-Entscheidung 185 kann ferner unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Modellinferenz 183 bewirkt werden.
Die Informationen der Modellinferenz 183 und Nachverarbeitung 187 können in digitaler oder quasi analoger Form bereitgestellt werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform.
Zum Steuern der Handwerkzeugmaschine 100, die insbesondere als ein Schrauber ausgebildet ist, werden zunächst in einem Verfahrensschritt 201 Sensordaten wenigstens einer Betriebsgröße 119 der Handwerkzeugmaschine 100 empfangen. Die Betriebsgröße 119 kann hierbei beispielsweise ein Motorstrom, Beschleunigungswerte eines Beschleunigungssensors, Drehratenwerte eines Drehratensensors, Motorpositionswinkel, Motordrehgeschwindigkeiten, Spannungen einer Spannungsquelle oder ähnliche physikalisch messbare Größen sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt 203 wird ein Zustandsbestimmungsmodul 107 auf die Sensordaten angewendet und ein Betriebszustand A, B, C der Handwerkzeugmaschine 100 ermittelt. Der ermittelte Betriebszustand A, B, C umfasst hierbei eine Einschraubtiefe einer durch das Handwerkzeug 100 in ein Werkstück 137 eingeschraubten beziehungsweise einzuschraubenden Schraube 169. Der Betriebszustand A, B, C kann insbesondere gemäß den Betriebszuständen der zu 4 beschriebenen Ausführungsform entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Betriebszustand A, B, C dadurch gekennzeichnet, dass ein Schraubenkopf 170 der Schraube 169 an der Oberfläche 167 des Werkstücks 137 angrenzt. Dies beschreibt insbesondere den Betriebszustand B des Anwendungsfalls in 4. Im Betriebszustand B grenzt der Schraubenkopf 170 der hier als Senkkopfschraube ausgebildeten Schraube 169 an die Oberfläche 167 des Werkstücks 137 an.
Ausgehend von dem ermittelten Betriebszustand A, B, C und der im Zusammenhang ermittelten Einschraubtiefe der Schraube 169 wird in einem weiteren Verfahrensschritt 205 eine Drehzahl und/oder eine Umdrehungszahl, die durch einen Motor 107 der Handwerkzeugmaschine 100 auszuführen ist, ermittelt. Die Umdrehungszahl ist hierbei derart eingerichtet, dass bei der ermittelten Einschraubtiefe der Schraube 169 bei Ausführung der ermittelten Umdrehungszahl die Schraube 169 bis zum Erreichen des Flush-Points in das Werkstück 137 eingeschraubt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Umdrehungszahl in Abhängigkeit eines Schraubentyps der einzuschraubenden Schraube 169 ermittelt. Der Schraubentyp umfasst hierbei wenigstens eine Länge der Schraube und eine Ausgestaltung des jeweiligen Schraubenkopfs 170, beispielsweise als Senkkopfschraube.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der jeweilige Schraubentyp aus einer Mehrzahl von vorgespeicherten Schraubentypen durch den Nutzer ausgewählt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die auszuführende Umdrehungszahl, um die die Schraube beim Ausführen des Einschraubvorgangs durch die Handwerkzeugmaschine 100 rotiert wird, durch den Nutzer auswählbar. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Nutzer präzise einstellen kann, wie weit die Schraube 169 in das Werkstück 137 einzuschrauben ist. Insbesondere kann der Nutzer wählen, dass die Schraube nicht exakt bis zum Erreichen des Flush-Points eingeschraubt wird, sondern der Schraubenkopf 170 um eine beliebige auswählbare Distanz von der Oberfläche 167 des Werkstücks 137 hervorsteht.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Umdrehungszahl durch das Zustandsbestimmungsmodul 107 ermittelt. Das Zustandsbestimmungsmodul ist hierbei darauf trainiert, basierend auf dem ermittelten Betriebszustand, der insbesondere die bereits ausgeführte Einschraubtiefe der Schraube 169 definiert, und unter Berücksichtigung des jeweiligen Schraubentyps die bis zum Erreichen des Flush-Points noch auszuführende Umdrehungszahl zu ermitteln.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zustandsbestimmungsmodul 107 hierzu als eine entsprechend trainierte künstliche Intelligenz ausgebildet. Die künstliche Intelligenz ist hierbei zum einen darauf ausgebildet, basierend auf den Messwerten der Zustandsgröße 119 den jeweiligen Betriebszustand A, B, C, beispielsweise gemäß den Anwendungsfällen der 3 und 4, zu ermitteln. Die künstliche Intelligenz ist ferner darauf trainiert, bei Kenntnis des ermittelten Betriebszustands A, B, C inklusive der bereits ausgeführten Einschraubtiefe der Schraube 169, die noch bis zum Erreichen des Flush-Points auszuführende Umdrehungszahl zu ermitteln. Die künstliche Intelligenz kann hierbei für eine Mehrzahl verschiedener Schraubentypen und eine Mehrzahl verschiedener Arten von Werkstücken 137 entsprechende Anzahl von Umdrehungen zu ermitteln, die für beliebige Einschraubtiefen bis zum Erreichen des Flush-Points auszuführen sind.
Die Umdrehungszahl kann sich hierbei auf den Motor 101, das Schraubbit 168 oder die Schraube 169 beziehen.
Die Einschraubtiefe, die beim Ermitteln des Betriebszustands A, B, C ermittelt wird, kann entweder durch das oben beschriebene Angrenzen des Schraubenkopfs 170 an die Oberfläche 167 des Werkstücks 137 ermittelt werden. Wie in 3 beschrieben, kann das Angrenzen des Schraubenkopfs 170 an der Oberfläche 167 des Werkstücks 137 aufgrund eines charakteristischen Verlaufs der Betriebsgröße 119, beispielsweise des Motorstroms I, erkannt werden. Alternativ hierzu kann die geführte Schraubentiefe durch die bereits ausgeführte Anzahl von Umdrehungen der Schraube 169 ermittelt werden. Hierzu wird eine Kenntnis des jeweiligen Schraubentyps, insbesondere der Schraubenlänge, benötigt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 207 wird die Handwerkzeugmaschine 100 durch Ausführen der jeweils ermittelten Umdrehungszahl der Schraube 169 angesteuert. Durch das Ausführen der entsprechend ermittelten Umdrehungszahl der Schraube 169, kann diese exakt bis zum Erreichen des Flush-Points in das Werkstück 137 eingeschraubt werden. Alternativ kann die Schraube 169 exakt bis zu der Einschraubtiefe, die über die Wahl der jeweiligen Umdrehungszahl durch den Nutzer, definiert ist, in das Werkstück 137 eingeschraubt werden.
7 zeigt ein weiteres Flussdiagramm des Verfahrens 200 zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in 6 und umfasst alle dort beschriebenen Verfahrensschritte.
In einem Verfahrensschritt 209 wird ein auf einer Nutzereingabe eines Nutzers der Handwerkzeugmaschine 100 basierender Eingabewert für einen Steuerungsparameter der Handwerkzeugmaschine empfangen. Der Eingabewert basiert hierbei auf einer Betätigung des Auslöseschalters 109 der Handwerkzeugmaschine 100 durch den Nutzer. Der Steuerungsparameter kann hierbei beispielsweise eine Motordrehzahl des Motors 101 der Handwerkzeugmaschine umfassen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 211 wird ein erster Zielwert des Steuerungsparameters basierend auf den Sensordaten und dem Eingabewert ermittelt.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Betriebszustands A, B, C ferner das Vorhersagen von Ereigniszeitpunkten 125, 126 in einem Verfahrensschritt 227.
Ferner wird ein einem weiteren Verfahrensschritt 213 ein zweiter Zielwert des Steuerungsparameters basierend auf dem ermittelten Betriebszustand A, B, C der Handwerkzeugmaschine 100 ermittelt.
Die ersten und zweiten Zielwerte des Steuerungsparameters berücksichtigen hiermit zum einen die Eingabe des Nutzers durch Betätigung des Auslöseschalters 109 und zum anderen den beim vorliegenden Betriebszustand A, B, C optimierten Eingabewert für den Steuerungsparameter.
Zum Steuern der Handwerkzeugmaschine 100 wird darauf folgend in einem Verfahrensschritt 215 ein Ausgabezielwert des Steuerungsparameters basierend auf dem ersten Zielwert und dem zweiten Zielwert ermittelt. Durch den Ausgabezielwert werden somit die Eingabe des Nutzers durch Betätigung des Auslöseschalters 109 als auch der vorliegende Betriebszustand A, B, C berücksichtigt.
Hierzu wird in einem Verfahrensschritt 219 der Ausgabezielwert als ein Minimalwert oder ein Maximalwert der ersten und zweiten Zielwerte definiert.
Alternativ oder zusätzlich wird der Ausgabezielwert als der erste Zielwert definiert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist. Ferner wird der Ausgabezielwert als ein vordefinierter Zielwert definiert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist.
Alternativ oder zusätzlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Ausgabezielwert als ein Produkt aus den ersten und zweiten Zielwerten definiert.
Alternativ oder zusätzlich wird der Ausgabezielwert als ein Produkt aus dem ersten Zielwert und einem ersten vordefinierten Zielwert definiert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist. Ferner wird der Ausgabezielwert als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem zweiten vordefinierten Zielwert definiert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist.
Durch die Verfahrensschritte 219, 221, 223, 225 kann der Ausgabezielwert basierend auf dem ersten Zielwert, der auf der Eingabe des Nutzers durch Betätigung des Handauslöseschalters 109 basiert, und dem zweiten Zielwert, der auf den ermittelten Betriebszustand A, B, C angepasst ist, in verschiedenen Verhältnissen berücksichtigt. Dies ermöglicht, die Handwerkzeugmaschine präzise gemäß dem ermittelten Betriebszustand A, B, C zu steuern, unabhängig von der Eingabe des Nutzers. So kann beispielsweise die Motordrehzahl drastisch reduziert werden, wenn dies aufgrund des vorliegenden Betriebszustands A, B, C zum Erreichen des Flush-Points notwendig ist, selbst wenn der Nutzer durch Betätigung des Auslöseschalters 109 eine maximale Drehzahl ansteuert. Alternativ kann die Drehzahl auch erhöht werden, wenn dies für das Erreichen des Flush-Points beim vorliegenden Betriebszustand A, B, C vorteilhaft ist, selbst wenn dies durch den Nutzer nicht explizit durch die Betätigung des Auslöseschalters 109 bewirkt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt 217 wird der Ausgabezielwert an eine Aktorik der Handwerkzeugmaschine 100 zum Steuern der Handwerkzeugmaschine 100 ausgegeben. Die Aktorik kann hierbei beispielsweise eine Motorsteuerung sein.
Das Werkstück 137 kann ein Holz-, Metall-, Kunststoff, Steinwerkstück sein.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer künstlichen Intelligenz 149, die eingerichtet ist, in einer Steuerung der Handwerkzeugmaschine 100 eingesetzt zu werden.
Das Zustandsbestimmungsmodul 107 kann eine entsprechend trainierte künstliche Intelligenz 149 umfassen, die darauf trainiert ist, basierend auf Messwerten der Betriebsgröße 119 vorliegende Betriebszustände A, B, C zu ermitteln bzw. Ereigniszeitpunkte 125, 126 vorherzusagen. Das Zustandsbestimmungsmodul 107 kann ferner dazu ausgebildet sein, zweite Zielwerte bzw. Ausgabezielwerte zu ermitteln.
8 zeigt eine Ausführungsform einer solchen künstlichen Intelligenz 149, die zum Ermitteln von Betriebszuständen A, B, C bzw. Vorhersagen von Ereigniszeitpunkten 125, 126 verwendbar ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist die künstliche Intelligenz 149 als ein künstliches neuronales Netz und insbesondere als ein Long-Short-Term-Memory LSTM-Netz ausgebildet.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst das künstliche neuronale Netz ein Inputlayer 153 zur Aufnahme von Eingangsdaten 151. Die Eingangsdaten können die Sensordaten der Betriebsgröße 119 in einer entsprechend vorverarbeiteten Form umfassen.
Ferner umfasst das künstliche neuronale Netz zwei Dense-Layer 155 und zwei Pooling-Layer 157, die in abwechselnder Form nacheinander angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst das künstliche neuronale Netz zwei Long-Short-Term-Memory-Layer 159 zwischen dem ein Dropout-Layer 161 angeordnet ist. Abschießend umfasst das künstliche neuronale Netz ferner wiederum zwei Denzlayer und ein Outputlayer 163.
In der Datenverarbeitung erfolgt zunächst durch das Inputlayer 153, die ersten zwei Dense-Layer 155 und die zwei Pooling- Layer 157 ein Downsampling 164. Die beiden folgenden LSTM-Layer 159 und das zwischengeordnete Dropout-Layer 161 bewirken eine Merkmalsextraktion 165. Die beiden letzten Dense-Layer 155 und das Output-Layer 163 ermöglichen eine Vorhersage 166.
Abweichend von der gezeigten Ausführungsform kann die verwendete künstliche Intelligenz 149 auch in einer anderen Modellarchitektur strukturiert werden, die in der Lage ist, auf Basis einer Zeitreihe 123 von Messwerten 121 der Betriebsgröße 119 eine Regression oder Klassifikation durchzuführen. Eine Voraussetzung für die verwendete Modellarchitektur der künstlichen Intelligenz 149 ist hingegen, dass das jeweilige Modell in einem Format bereitgestellt werden kann, das auf einem Microcontroller einer Handwerkzeugmaschine 100 ausgeführt werden kann.
Für die hier beschriebene Ausführungsform kann ein Tensorflow/Keras-Model mit der nachfolgend abgebildeten Architektur genutzt werden. Nach Abschluss des Trainings kann das Modell zuerst in das Tensorflow-Lite Format konvertiert werden, welches wiederum mit Hilfe eines TVM Converters in C-Code für den Microcontroller übersetzt werden kann.
Die drei Eingangskanäle können beispielsweise der Motorstrom I des Motors 101, die Trigger-Spannung des Auslöseschalters 109 sowie die Motor-Umdrehungen pro Sekunde sein.

Die verwendete Architektur kann wie folgt aufgebaut sein:

Schicht (Typ)	Ausgabe Form	Parameter Anzahl
denseG0_8 (Dense)	(None, None, 8)	32
pool0_4 (AveragePooling1 D)	(None, None, 8)	0
denseG1_16 (Dense)	(None, None, 16)	114
pool1_4 (AveragePooling1 D)	(None, None, 16)	0
Istm0_32 (LSTM)	(None, None, 32)	2272
dropout0_0.25 (Dropout)	(None, None, 32)	0
Istm1_8 (LSTM)	(None, None, 8)	1312
denseG2_4 (Dense)	(None, None, 4)	36
dense0_1 (Dense)	(None, None, 1)	5

Absolute Anzahl der verwendeten Parameter: 7,801
Davon trainierbare Parameter: 7,801
nicht-trainierbare Parameter: 0

Das erste Dense-Layer 155 kann mit einem 6X8 Kernel und einem 8 Bias ausgebildet sein. Das zweite Dense-Layer 155 kann mit einem 8X16 Kernel und einem 16 Bias ausgebildet sein. Das erste LSTM-Layer 159 kann mit einem 16X128 Kernel, einem 32X128 Recurrent Kernel und einem 128 Bias ausgebildet sein. Das zweite LSTM-Layer 159 kann mit einem 32X32 Kernel, einem 8X32 Recurrent Kernel und einem 32 Bias ausgebildet sein. Das dritte Dense-Layer 155 kann mit einem 8X4 Kernel und einem 4 Bias ausgebildet sein. Das vierte Dense Layer 155 kann mit einem 4X1 Kernel und einem 1 Bias ausgebildet sein.
Die Dense-Layer 155 und die LSTM Layer 159 können mit einer TanH Aktivierungsfunktion ausgebildet sein.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 300, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren 200 zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine 100 auszuführen.
Das Computerprogrammprodukt 300 ist in der gezeigten Ausführungsform auf einem Speichermedium 301 gespeichert. Das Speichermedium 301 kann hierbei ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Speichermedium sein.

Claims

Verfahren (200) zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine (100), wobei die Handwerkzeugmaschine (100) insbesondere als ein Schrauber ausgebildet ist, und wobei das Verfahren (200) umfasst: Empfangen (201) von Sensordaten wenigstens einer Betriebsgröße (119) der Handwerkzeugmaschine (100); Ausführen (203) eines Zustandsbestimmungsmoduls (107) auf die Sensordaten und Ermitteln eines Betriebszustands (A, B, C) der Handwerkzeugmaschine (100), wobei der ermittelte Betriebszustand (A, B, C) eine Einschraubtiefe einer durch das Handwerkzeug (100) in ein Werkstück (137) eingeschraubten Schraube (169) beschreibt; Ermitteln (205) einer Drehzahl und/oder einer Umdrehungszahl, die durch einen Motor (101) der Handwerkzeugmaschine (100) auszuführen ist, um ausgehend von dem ermittelten Betriebszustand (A, B, C) die Schraube (169) bis zu einem bündigen Angrenzen des Schraubenkopfes (170) an eine Oberfläche (167) des Werkstücks (169) in das Werkstück (137) einzuschrauben; und Steuern (207) der Handwerkzeugmaschine (100) durch Ausführen der ermittelten Drehzahl durch den Motor (101).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei der ermittelte Betriebszustand (A, B, C) dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Schraubenkopf (170) der Schraube (169) an der Oberfläche (167) des Werkstücks (137) angrenzt.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umdrehungszahl in Abhängigkeit eines Schraubentyps der einzuschraubenden Schraube (169) ermittelt wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 3, wobei der Schraubentyp aus einer Mehrzahl von vorgespeicherten Schraubentypen durch einen Nutzer der Handwerkzeugmaschine (100) wählbar ist.
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die Umdrehungszahl durch den Nutzer wählbar ist.
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Umdrehungszahl durch das Zustandsbestimmungsmodul (107) ermittelt wird, und wobei das Zustandsermittlungsmodul (107) darauf trainiert ist, basierend auf dem ermittelten Betriebszustand (A, B, C) die Umdrehungszahl zu ermitteln.
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Empfangen (209) eines auf einer Nutzereingabe eines Nutzers der Handwerkzeugmaschine (100) basierenden Eingabewerts für einen Steuerungsparameter der Handwerkzeugmaschine (100); Ermitteln (211) eines ersten Zielwerts des Steuerungsparameters basierend auf den Sensordaten und dem Eingabewert; Ermitteln (213) eines zweiten Zielwerts des Steuerungsparameters basierend auf dem ermittelten Betriebszustand (A, B, C) der Handwerkzeugmaschine (100); und wobei das Steuern (207) der Handwerkzeugmaschine (100) umfasst: Ermitteln (215) eines Ausgabezielwerts des Steuerungsparameters basierend auf dem ersten Zielwert und dem zweiten Zielwert; und Ausgeben (217) des Ausgabezielwerts an eine Aktorik der Handwerkzeugmaschine (100) zum Steuern der Handwerkzeugmaschine (100).
Verfahren (200) nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln (215) des Ausgabezielwerts umfasst: Definieren (219) des Ausgabezielwerts als einen Minimalwert oder einen Maximalwert der ersten und zweiten Zielwerte; und/oder Definieren (221) des Ausgabezielwerts als den ersten Zielwert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und Definieren des Ausgabezielwerts als einen vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist; und/oder Definieren (223) des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus den ersten und zweiten Zielwerten; und/oder Definieren (225) des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem ersten vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, und Definieren des Ausgabezielwerts als ein Produkt aus dem ersten Zielwert mit einem zweiten vordefinierten Zielwert, falls der zweite Zielwert größer oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert ist.
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (203) des Betriebszustands (A, B, C) umfasst: Vorhersagen (227) eines Ereigniszeitpunkts (125, 126), wobei am Ereigniszeitpunkt (125, 126) ein Übergang der Handwerkzeugmaschine (100) von einem Betriebszustand (A, B, C) in einen weiteren Betriebszustand (A, B, C) erfolgt.
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Steuerungsparameter eine Motordrehzahl eines Motors (101) der Handwerkzeugmaschine (100) umfasst.
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsgröße (119) eines oder mehrere aus der Liste umfasst: Motorstrom, Beschleunigungswerte eines Beschleunigungssensors der Handwerkzeugmaschine (100), Drehratenwerte eines Drehratensensors der Handwerkzeugmaschine (100), Motor-Positionswinkel, Motor- Drehgeschwindigkeit, Spannung einer Spannungsquelle der Handwerkzeugmaschine (100).
Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Zustandsermittlungsmodul (107) eine trainierte künstliche Intelligenz (149) umfasst, die darauf trainiert ist, basierend auf den Sensordaten des Steuerungsparameters den Betriebszustand (A, B, C) der Handwerkzeugmaschine (100) zu ermitteln und/oder den Ereigniszeitpunkt (125, 126) vorherzusagen.
Recheneinheit (105), die eingerichtet ist, das Verfahren (200) zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Computerprogrammprodukt (400) umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren (200) zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Handwerkzeugmaschine (100) mit einer Recheneinheit (105) nach Anspruch 13, wobei die Handwerkzeugmaschine (100) eingerichtet ist, das Verfahren (200) zum Steuern einer Handwerkzeugmaschine (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.