DE19728909A1

DE19728909A1 - Method for producing screw connection using compressed air screwing unit of screw elements

Info

Publication number: DE19728909A1
Application number: DE19728909A
Authority: DE
Inventors: Nikolas Wagner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: DE19728909B4

Abstract

The method is carried out by the rotation of a compressed air screwing unit, supplied with compressed air by a compressed air supply line (11,2,3). The screwing operation is ended on achievement of a specified torque value. The timely behaviour of the measuring value is decided using a Fourier analysis, whether a proper screwing exists or not. The flow through the compressed air line (2,3) is measured, as is the pressure in the line (2). The Fourier analysis is carried out of a down sloping edge of the measurement signal peak. A value for the Fourier analysis of between 9 and 11 Hertz is recorded, and this value is compared with other signals or prespecified values. A neural network is used in order to achieve a self-activated adjustment of a frequency value to be analysed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schraubverbindungen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 18.The invention relates to a method and an apparatus for producing 18. Screw connections according to the preambles of claims 1 and 18 respectively.

Druckluftschrauber werden in der industriellen Fertigung, insbesondere in der Endmontage einer Automobilfertigung, in großem Umfang eingesetzt. Dem Druckluftschrauber wird dabei von einer Druckluftversorgung über eine Zuleitung Druckluft zugeführt. Bei den überwiegend verwendeten Abschaltschraubern wird, wenn ein an dem Schrauber abtriebsseitig gemesse nes Drehmoment einen Sollwert erreicht, die Luftzufuhr unterbrochen, im allgemeinen über ein mechanisch betätigtes Abschaltventil. Derartige Abschaltschrauber zeichnen sich unter anderem durch ihr geringes Gewicht, geringe Geräuschentwicklung, Robustheit, Langlebig keit und ihren niedrigen Anschaffungspreis aus.Pneumatic screwdrivers are used in industrial production, especially in final assembly an automobile production, used on a large scale. The pneumatic screwdriver is used Compressed air supplied from a compressed air supply via a supply line. Most of them Shut-off screwdrivers used are measured on the output side of the screwdriver torque reaches a setpoint, the air supply is interrupted, generally over a mechanically operated shut-off valve. Such shut-off screwdrivers stand out due to their low weight, low noise, robustness, long life and their low purchase price.

Dabei können mehrere Probleme auftreten. Da in der Produktion in vielen Fertigungsschrit ten mehrere Verschraubungen durchgeführt werden müssen, können Verschraubungen ver sehentlich ausgelassen werden. Dies kann grundsätzlich durch Zählen der ordnungsgemäßen Verschraubungen z. B. pro Fertigungstakt oder pro Bauteil erreicht wer den, wozu jedoch die Schraubvorgänge erfaßt werden müssen. Hierzu muß dementspre chend zwischen einer ordnungsgemäßen und einer Leerverschraubung unterschieden wer den, bei der der Bedienende den Starthebel des Schraubers betätigt ohne hierbei eine Schraube einzudrehen. Eine solche Leerverschraubung kann beispielsweise zwischen zwei Eindrehvorgängen auftreten, wenn der Bedienende die Funktionsfähigkeit des Schraubers testet oder versehentlich den Starthebel betätigt.There can be several problems. Because in production in many manufacturing steps If several screw connections have to be carried out, screw connections can be used to be left out accidentally. This can basically be done by counting the proper screw connections e.g. B. achieved per production cycle or per component which, however, for which the screwing operations must be recorded. For this, accordingly A distinction is made between a proper and an empty screw connection the one in which the operator operates the start lever of the screwdriver without one Screw in. Such an empty screw connection can, for example, be between two Screwing operations occur when the operator checks the functionality of the screwdriver tests or accidentally actuates the start lever.

Auch kann durch eine erhöhte Reibung an der Antriebsseite, d. h. am Motor, das Abschalt moment nicht erreicht werden.Also, increased friction on the drive side, i.e. H. on the engine, the shutdown moment cannot be reached.

Weiterhin können Druckschwankungen in der Druckluftversorgung auftreten. Der Schrauber wird anfangs bei einem bestimmten Nenndruck auf ein Anziehdrehmoment eingestellt. Steigt beim Betrieb der Versorgungsdruck an, hat dies keine Auswirkungen. Fällt er aber unter ei nen bestimmten Mindestdruck ab, so wird das Solldrehmoment nicht erreicht, und anstatt abzuschalten, wird der Schrauber abgewürgt und bleibt stehen. Tritt eine Leckage an der Versorgungsleitung auf, so fällt der Versorgungsdruck am Schrauber ab, so daß der Schrauber ebenfalls abgewürgt wird und stehen bleibt.Pressure fluctuations can also occur in the compressed air supply. The screwdriver is initially set to a tightening torque at a certain nominal pressure. Increases when operating the supply pressure, this has no effect. But it falls under egg NEN a certain minimum pressure, the target torque is not reached, and instead switch off, the screwdriver is stalled and stops. If there is a leak at the Supply line on, the supply pressure on the screwdriver drops so that the Screwdriver is also stalled and stops.

Als eine Möglichkeit zu einer Überwachung derartiger Fehler kann das Drehmoment und der Drehwinkel des Schraubelements über Sensoren erfaßt und mittels einer Auswerteelektronik gesteuert werden, wodurch gleichzeitig eine Zählung der Schraubvorgänge ermöglicht wird, was aber auch zu höheren Anschaffungskosten und Problemen in Gewicht, Größe, Robust heit und Anfälligkeit des Schraubers führt. Weiterhin ist der Einsatz elektronisch angetriebe ner und elektrisch überwachter Schrauber möglich, was jedoch ebenfalls zu hohen Investi tionen (ca. ein Faktor 5 bis 10 gegenüber Druckluftschraubern) und ähnlichen Problemen wie bei Druckluftschraubern mit Sensoren führt.As a way of monitoring such errors, the torque and the Angle of rotation of the screw element detected by sensors and by means of evaluation electronics can be controlled, which at the same time enables the screwing operations to be counted, but also to higher acquisition costs and problems in weight, size, robustness of the screwdriver. The application is also electronically driven ner and electrically monitored screwdriver possible, but also too high investment tion (approx. a factor of 5 to 10 compared to pneumatic screwdrivers) and similar problems as with pneumatic screwdrivers with sensors.

Die DE 196 06 381 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Schraubverbindungen, bei dem Schraubelemente mittels eines von einer Druckluftzuleitung mit Druckluft versorgten Druckluftschraubers eingedreht werden und bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments der Einschraubvorgang beendet wird. Dabei wird in der Druckluftzuleitung über einen entsprechenden Sensor der Durchfluß gemessen, und aus dem zeitlichen Verhalten des Durchflusses während des Einschraubvorgangs geschlossen, ob eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt. Hierzu wird überprüft, ob das Durchfluß signal zunächst einen breiten und hohen ersten Peak aufweist, der dem Einschraubvorgang entspricht, und unmittelbar anschließend einen zweiten breiten, viel niedrigeren Peak auf weist, der dem Festziehen der Verschraubung entspricht. Diese Überprüfung wird dabei durch eine logische Schaltung vorgenommen.DE 196 06 381 A1 describes an apparatus and a method for producing Screw connections, in which screw elements by means of a compressed air supply line compressed air screwdriver supplied with compressed air and when reaching a predetermined torque, the screwing process is ended. It is in the Compressed air supply line measured via a corresponding sensor, and off the temporal behavior of the flow during the screwing-in process is closed, whether there is a proper screw connection. For this purpose, it is checked whether the flow signal initially has a wide and high first peak, which corresponds to the screwing-in process corresponds, and immediately afterwards a second broad, much lower peak points, which corresponds to the tightening of the screw connection. This review will do so made by a logic circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstel len von Schraubverbindungen zu schaffen, mit denen derartige Fehler auf einfache und kos tengünstige Weise erkannt werden können, wobei bereits bekannte Druckluftschrauber weit gehend weiterverwendet werden können.The invention has for its object a method and an apparatus for manufacturing len of screw connections to create such errors on simple and free can be recognized inexpensively, with already known pneumatic screwdrivers widely can continue to be used.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach An spruch 18 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to Spell 18 solved. The sub-claims describe preferred developments of the inventions method according to the invention and the device according to the invention.

Erfindungsgemäß wird somit vorgesehen, eine Fourieranalyse des Meßsignals, insbeson dere eines Meßwerts des Durchflusses nach Anspruch 2 oder des Drucks nach Anspruch 3, vorzunehmen und aufgrund dieser Fourieranalyse die Qualität der Verschraubung zu beur teilen. Dabei kann insbesondere nach Anspruch 5 eine Fourieranalyse einer abfallenden Kante des Meßsignal-Peaks vorgenommen werden, um aus einem möglichen Nachschwin gen des Meßsignals des Massenstroms auf den Vorgang der Verschraubung selbst Rück schlüsse ziehen zu können.According to the invention, a Fourier analysis of the measurement signal is therefore provided, in particular a measured value of the flow according to claim 2 or of the pressure according to claim 3, and use this Fourier analysis to assess the quality of the screw connection divide. In particular, according to claim 5, a Fourier analysis of a falling Edge of the measurement signal peak can be made in order to avoid a possible post-oscillation conditions of the measuring signal of the mass flow to the process of screwing itself back to be able to draw conclusions.

Dabei kann eine derartige Fourieranalyse, insbesondere der abfallenden Kante des Meß signal-Peaks nach Anspruch 5, insbesondere für ein Verfahren nach Anspruch 8 verwendet werden, bei dem die Unterbrechung des Druckluftstroms zu dem Druckluftschrauber durch zwei verschiedene Ventile bewerkstelligt wird, ein Startventil, mit dem der Bedienende den Massenstrom öffnet oder unterbricht, und ein Abschaltventil, mit dem die Luftzufuhr bei Er reichen des Solldrehmoments automatisch unterbrochen wird, da in diesem Fall eine unter schiedliche Beendigung des Druckluftflusses durch die beiden Ventile im Fall einer ord nungsgemäßen Verschraubung, bei dem die Druckluftzufuhr abgeschaltet wird, und einer Leerverschraubung, bei dem der Bedienende die Druckluftzufuhr über das Startventil unter bricht, gegeben ist.Such a Fourier analysis, in particular the falling edge of the measurement Signal peaks according to claim 5, in particular used for a method according to claim 8 be in which the interruption of the compressed air flow to the pneumatic screwdriver two different valves is accomplished, a start valve with which the operator Mass flow opens or interrupts, and a shut-off valve with which the air supply at Er range of the target torque is automatically interrupted, since in this case a under different termination of the compressed air flow through the two valves in the case of an ord Fitting according to the invention, in which the compressed air supply is switched off, and one Empty screw connection, in which the operator presses the compressed air supply via the start valve breaks, is given.

Die Erfindung wird im folgenden an einer Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeich nungen näher erläutert.The invention is based on an embodiment with reference to the accompanying drawings nations explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; FIG. 1 shows the structure of an embodiment of a device according to the invention;

Fig. 2 den Verlauf des Druckluftstroms in dem Schrauber in Fig. 1; FIG. 2 shows the course of the compressed air flow in the screwdriver in FIG. 1;

Fig. 3a, b Meßwerte des Massenstroms in der Druckluftzuleitung in Abhängigkeit von der Zeit jeweils bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung und einer Leer verschraubung; Fig. 3a, b measured values of the mass flow in the compressed air supply line as a function of time in each case with a proper screw connection and an empty screw connection;

Fig. 4a, b eine Fourieranalyse der Diagramme aus Fig. 3a, b; FIG. 4a, b, a Fourier analysis of the diagrams of Figure 3a, b.

Fig. 5a, b Meßwerte des Drucks in der Druckluftzuleitung in Abhängigkeit von der Zeit jeweils bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung und einer Leerverschrau bung; Fig. 5a, b measured values of the pressure in the compressed air supply line as a function of time in each case with a proper screw connection and an empty screw;

Fig. 6a, b eine Fourieranalyse der Diagramme aus Fig. 5a, b; FIG. 6a, b, a Fourier analysis of the diagrams of Figure 5a, b.

Fig. 7 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Massenstroms bei einer Ver schraubung, bei der das Solldrehmoment nicht erreicht wird. Fig. 7 is a diagram of the time course of the mass flow at a screw connection, in which the target torque is not reached.

Die in Fig. 1 gezeigte Druckluftschraubvorrichtung weist eine Druckluftversorgung 6 auf, die über ein Leitungsstück 11, eine Versorgungsleitung 2 und einen Spiralschlauch 3, die zu sammen eine Druckluftzuleitung bilden, mit einem Druckluftschrauber 4 verbunden ist. Dabei sind zwischen dem Leitungsstück 11 und der Versorgungsleitung 2 ein Druckbegrenzer 10 und zwischen der Versorgungsleitung 2 und dem Spiralschlauch 3 ein Drucksensor 8 und ein Durchflußsensor 9 angeordnet, deren Meßwerte als analoge oder digitale elektrische Signale an einer Auswerteeinheit 5 weitergeleitet werden. Der Durchfluß kann dabei bei spielsweise als Druckdifferenzmessung oder durch eine Heißfilmmessung bestimmt werden.The compressed air screwing device shown in FIG. 1 has a compressed air supply 6 , which is connected to a compressed air screwdriver 4 via a line section 11 , a supply line 2 and a spiral hose 3 , which together form a compressed air supply line. A pressure limiter 10 and between the supply line 2 and the spiral hose 3, a pressure sensor 8 and a flow sensor 9 are arranged between the line section 11 and the supply line 2 , the measured values of which are forwarded to an evaluation unit 5 as analog or digital electrical signals. The flow can be determined for example as a pressure difference measurement or by a hot film measurement.

Im Druckluftweg 14 im Druckluftschrauber 4 sind gemäß Fig. 2 ein Startventil 13 und ein Abschaltventil 12 hintereinandergeschaltet. Bei Betätigung des Druckluftschraubers öffnet der Bedienende das Startventil 13, so daß ein Druckluftstrom im Druckluftweg 14 durch das geöffnete Startventil 13 und das im Ruhezustand geöffnete Abschaltventil 12 ermöglicht wird.According to FIG. 2, a start valve 13 and a shutoff valve 12 are connected in series in the compressed air path 14 in the compressed air screwdriver 4 . When the pneumatic screwdriver is actuated, the operator opens the start valve 13 , so that a compressed air flow in the compressed air path 14 is made possible by the opened start valve 13 and the shut-off valve 12 which is open in the idle state.

Dabei zeigt sich bei einem Zeitpunkt t1 ein Anstieg des gemessenen Massenstromes in Fig. 3 bzw. ein Abfall des Drucks p in Fig. 5. Zu dem Zeitpunkt t2 ist dann der jeweilige stationäre Wert bei geöffnetem Startventil und offenem Abschaltventil während der Ver schraubung erreicht. Wird aufgrund höheren Widerstands der Schraube das Abschaltmo ment erreicht, schließt das Abschaltventil 12, so daß in den Diagrammen 3b und 5b dieWerte des Massenstroms und des Drucks p wieder auf die Ausgangswerte zurückgehen. Bei den Fig. 3a und 5a gehen die Meßwerte wieder auf die Ausgangswerte zurück, wenn der Bedienende das Startventil losläßt.At a time t1 there is an increase in the measured mass flow in FIG. 3 or a drop in the pressure p in FIG. 5. At time t2 the respective stationary value is then reached with the start valve open and the shutoff valve open during screwing. If the shut-off torque is reached due to the higher resistance of the screw, the shut-off valve 12 closes, so that in diagrams 3 b and 5 b the values of mass flow and pressure p return to the initial values. In Figs. 3a and 5a the measurements go back to the initial values when the operator lets go of the start valve.

Die Fig. 2a und 4a zeigen jeweils den Massenstrom und den Druck p einer Leerver schraubung, bei der keine Schraube in ein Gewinde eingedreht wurde, wohingegen die Kurven 2b und 4b jeweils ordnungsgemäße Verschraubungen zeigen. Aus dem Abstand der Zeitpunkte t2 und t3 alleine kann dabei jeweils nicht zwischen einer Leerverschraubung und einer ordnungsgemäßen Verschraubung unterschieden werden. Zwar ergibt sich die Ein schraubzeit grundsätzlich aus dem Quotienten der Gewindezahl und der Drehzahl der Ab triebswelle des Schraubers, bei den jeweiligen Einschraubvorgängen können sich jedoch aufgrund unterschiedlicher Bedienung des Startventils 13 und unterschiedlicher Reibung der Schraube im Gewinde unterschiedliche Werte ergeben. Die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t3 und t2 bzw. die Zeitdifferenz zwischen den jeweiligen Halbwertsbreiten der ansteigenden und der abfallenden Flanke kann weiterhin auch bei einer Leerverschraubung in etwa den gleichen Betrag einnehmen wie bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung, wenn der Bedienende das Startventil in einem entsprechenden Zeitraum losläßt. Dement sprechend können eine ordnungsgemäße Verschraubung der Fig. 3b und 5b nicht von Leerverschraubungen der Kurven 3a und 5a alleine aufgrund des Flächenintegrals oder der Zeitdifferenz t3 und t2 bzw. t3 und t1 unterschieden werden. Figs. 2a and 4a show, respectively, the mass flow and the pressure p of a Leerver schraubung was screwed in no screw in a thread, whereas the curves 2 b and 4 b respectively show proper fittings. From the distance between the times t2 and t3 alone, it is not possible to differentiate between an empty screw connection and a correct screw connection. Although the screwing-in time basically results from the quotient of the number of threads and the speed of the drive shaft of the screwdriver, the respective screwing-in processes can result in different values due to different operation of the start valve 13 and different friction of the screw in the thread. The time difference between the times t3 and t2 or the time difference between the respective half-value widths of the rising and falling flanks can also take about the same amount with an empty screw connection as with a proper screw connection, if the operator releases the start valve within a corresponding period . Accordingly, may have a proper fitting of FIG. 3b and 5b not empty glands of the curves 3 a and 5 a discriminated alone due to the surface integral, or the time difference t3 and t2 and t3 and t1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Meßkurven des Massestroms bzw. des Drucks p einer Fourier-Analyse zu unterziehen. Hierfür kann vorteilhafterweise eine Fast-Fourier- Transformation gewählt werden, die eine Frequenzanalyse der Meßkurve zuverlässig und schnell zur Verfügung stellt. Die Fouriertransformationen der Meßkurven der Fig. 3 und 5 sind jeweils in den Fig. 4 und 6 wiedergegeben. Dabei ist bei einer Leerverschraubung in den Fig. 4a und 6a keine Nachschwingung in dem gezeigten Frequenzdiagramm zu er kennen, wohingegen bei einer ordnungsgemäßen, d. h. harten Verschraubung eine deutli che Erhöhung zwischen 8 und 13 Hertz bei einem Maximum von etwa 10 Hertz zu erkennen ist.According to the invention, the measurement curves of the mass flow or the pressure p are subjected to a Fourier analysis. For this purpose, a Fast Fourier transformation can advantageously be selected, which provides a frequency analysis of the measurement curve reliably and quickly. The Fourier transformations of the measurement curves of FIGS . 3 and 5 are shown in FIGS . 4 and 6, respectively. It is know at a Leerverschraubung in Figs. 4a and 6a no reverberation in the shown frequency diagram to it, whereas in a proper, ie hard screwing a MACHINES SHOW che increase 8-13 Hertz can be seen at a maximum of about 10 Hertz.

Die Erfindung geht dabei von der überraschenden Erkenntnis aus, daß sich bei einer ord nungsgemäßen Verschraubung ein Nachschwingen in der Meßkurve, in den gezeigten Dia grammen bei etwa 10 Hertz, feststellen läßt, wohingegen eine derartige Nachschwingung bei einer Leerverschraubung fehlt. Dementsprechend tritt eine Nachschwingung offensicht lich nur auf, wenn der Luftstrom im Druckluftweg 14 im Schrauber 4 zunächst durch das Ab schaltventil 12 und anschließend durch das Startventil 13 unterbrochen wird, nicht jedoch bei einer Unterbrechung lediglich durch das Startventil 13. Die Schwingung kann dabei eventuell dadurch erklärt werden, daß der Reststrom, der bei gesperrtem Abschaltventil 12 verbleibt, durch Loslassen des Startventils 13 unterbrochen wird. Eine Unterbrechung dieses Rest stroms durch das Startventil 13 bewirkt dabei eine Schwingung der Luftsäule, die durch den Spiralschlauch 3, den Durchflußsensor 9, den Drucksensor 8 und die Versorgungsleitung 2 zwischen dem Druckbegrenzer 10 und dem Schrauber 4 gebildet wird. Die Tatsache, daß diese Schwingung nur bei Unterbrechung des Reststroms des Abstandsventils 12 durch das Startventil 13 gebildet wird, kann durch das Modell einer Resonanzanregung in der Luftsäule erklärt werden. Bei der Schwingung der Luftsäule wirkt der Spiralschlauch 3 als Dämpfung. Das Schwingungssystem kann dabei durch das Ersatzmodell eines Feder-Masse-Dämpfers angenommen werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß sich die Druckluft nach dem Abschalten des Startventils in einem abgeschlossenem Volumen befindet, das eine Luft säule bildet. Durch plötzliches Schließen der Druckleitung durch das Startventil des Schrau bers wird ein Druckanstieg hervorgerufen. Der gesamte Luftstrom des Druckluftnetzes wird zunächst dafür verwendet, um die Leitung aufzuladen. Dies bedeutet, daß sich durch den Zustrom der Luft der Druck in einem eingeschlossenen Volumen erhöht. Die Druckluft ver hält sich demnach wie ein Kontinum, in dem Wellenbewegungen mit Reflektionen und Überlagerungen des Druckes und des Luftstromes stattfinden. Weiterhin entstehen im Lei tungssystem Dichteänderungen der Druckluft. Die Änderungen des Drucks und des Durch flusses können dabei in dem Drucksensor 8 und dem Durchflußsensor 9 gemessen werden.The invention is based on the surprising finding that a reverberation in the measurement curve, in the slides shown at about 10 Hertz, can be determined with a proper screw connection, whereas such a reverberation is missing in an empty screw connection. Accordingly, a ringing obviously occurs only when the air flow in the compressed air path 14 in the screwdriver 4 is first interrupted by the shut-off valve 12 and then by the start valve 13 , but not in the event of an interruption only by the start valve 13 . The oscillation can possibly be explained by the fact that the residual current, which remains when the shut-off valve 12 is blocked, is interrupted by releasing the start valve 13 . An interruption of this residual current through the start valve 13 causes an oscillation of the air column, which is formed by the spiral hose 3 , the flow sensor 9 , the pressure sensor 8 and the supply line 2 between the pressure limiter 10 and the screwdriver 4 . The fact that this oscillation is formed only when the residual flow of the distance valve 12 is interrupted by the start valve 13 can be explained by the model of resonance excitation in the air column. When the air column vibrates, the spiral hose 3 acts as damping. The vibration system can be adopted by the replacement model of a spring-mass damper. It is assumed that the compressed air is in a closed volume after switching off the start valve, which forms an air column. A sudden increase in pressure line through the screwdriver start valve causes an increase in pressure. The entire air flow of the compressed air network is initially used to charge the line. This means that the pressure in an enclosed volume increases due to the inflow of air. The compressed air therefore behaves like a continent in which wave movements take place with reflections and superimpositions of the pressure and the air flow. Density changes in the compressed air also occur in the line system. The changes in pressure and the flow can be measured in the pressure sensor 8 and the flow sensor 9 .

Auf der Grundlage der idealen Gasgleichung kann die Frequenz der Schwingung dabei er mittelt werden, wenn eine Schwingung des Gases mit adiabatischer Kompression ange nommen wird, bei der der Schlauch dämpfend wirkt.The frequency of the oscillation can be based on the ideal gas equation be averaged when an oscillation of the gas with adiabatic compression is indicated where the hose has a damping effect.

Es ergibt sich dabei eine gute Übereinstimmung der gemessenen Frequenz und der berech neten Frequenz.This results in a good agreement between the measured frequency and the calculated frequency frequency.

Somit kann durch eine einfache Fourieranalyse festgestellt werden, ob eine Leerverschrau bung oder eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt, bei der der Luftstrom zunächst durch das Abschaltventil und anschließend durch das Startventil unterbrochen wird.A simple Fourier analysis can thus be used to determine whether there is an empty screw exercise or a proper screw connection, in which the air flow initially is interrupted by the shut-off valve and then by the start valve.

Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Druckluftschraubvorrichtung über prüft werden, ob der Schrauber nicht das gewünschte Abschaltmoment erreicht. In diesem Fall zeigt sich in den Meßwerten z. B. des Massenstroms ein Verhalten, wie es in der Fig. 7 gezeigt ist. Nach dem üblichen Anstieg der Meßkurve fällt diese nicht in einer scharfen Kante auf den Ruhewert zurück, sondern es zeigt sich über eine gewisse Zeitdauer ein hö herer Meßwert, der als Schulter in der Meßkurve ersichtlich ist. Die Kurve fällt anschließend ab, wenn der Schrauber vom Bedienenden abgeschaltet wird. Auch hier ist keine Nach schwingung einer abfallenden Kurve zu sehen. Dieser Fall kann jedoch darüber hinaus von dem in den Fig. 3b und 5b gezeigten Fall einer Leerverschraubung aufgrund seines typi schen Verhaltens unterschieden werden. Dabei kann zwischen den beiden Zuständen, daß der Schrauber z. B. aufgrund eines Gewindefehlers oder erhöhter Reibung auf seiner An triebsseite das gewünschte Drehmoment nicht erreicht, und einem Fehler aufgrund eines zu geringen Drucks in der Zuführungsleitung, z. B. einer Leckage der Zuführung, unterschieden werden, indem der im Drucksensor 8 gemessene Druck p mit einem Sollwert verglichen wird.Furthermore, with the structure of the compressed air screwing device according to the invention, it can be checked whether the screwdriver does not achieve the desired shutdown torque. In this case, the measured values show z. B. the mass flow behavior as shown in FIG. 7. After the usual rise of the measurement curve, this does not fall back to the rest value in a sharp edge, but rather a higher measurement value is shown over a certain period of time, which is visible as a shoulder in the measurement curve. The curve then drops when the operator turns off the screwdriver. Here, too, there is no oscillation of a falling curve. However, this case can also be distinguished from the case of an empty screw connection shown in FIGS . 3b and 5b due to its typical behavior. It can be between the two states that the screwdriver z. B. due to a thread error or increased friction on its drive side does not reach the desired torque, and an error due to too low pressure in the supply line, for. B. a leakage of the feed can be distinguished by comparing the pressure p measured in the pressure sensor 8 with a desired value.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auch bei bereits verwendeten Schraubvorrich tungen angewandt werden, ohne daß es eines größeren Nachrüstaufwandes bedarf. Dabei muß insbesondere der Druckluftschrauber 4 selbst nicht mit weiteren Sensoren versehen werden, die eine komplizierte Weiterführung des Meßsignals vom Schrauber zu einer Aus werteeinheit erforderlich machen würden und somit in der Regel eine Neuanschaffung des Druckluftschraubers 4 selbst notwendig machen würden. Es müssen lediglich der Druck und der Durchfluß in der Druckluftzuleitung von der Druckluftversorgung 6 zum Druckluftschrau ber 4 gemessen werden. Dabei kann der Durchfluß gemäß Fig. 3 durch eine Heißfila mentmessung oder als Druckdifferenz über eine Drosselstelle gemessen werden. Alternativ dazu kann der Durchfluß auch gemäß Fig. 5 als Druck nach einem langen geraden Rohr gemessen werden, da der Durchfluß sich aus einem solchen Idealfall, in dem der Druck nach einem langen geraden Rohr abfällt, berechnen läßt. Somit kann der Durchflußsensor 9 weggelassen werden.The method according to the invention can also be used with screwing lines already used, without requiring a major retrofitting effort. In particular, the pneumatic screwdriver 4 itself does not have to be provided with further sensors, which would make a complicated continuation of the measurement signal from the screwdriver to an evaluation unit necessary and would therefore generally make a new purchase of the pneumatic screwdriver 4 itself necessary. It is only necessary to measure the pressure and the flow in the compressed air supply line from the compressed air supply 6 to the compressed air screw via 4 . In this case, the flow, according to FIG. 3 ment measurement by a Heißfila or are measured as differential pressure across a throttle point. Alternatively, the flow can also be measured according to FIG. 5 as the pressure after a long straight pipe, since the flow can be calculated from such an ideal case in which the pressure drops after a long straight pipe. Thus, the flow sensor 9 can be omitted.

Die Auswertung der Meßwerte, d. h. die Fourieranalyse und die Bewertung dieser Fourier transformation geschieht dabei in der Auswerteeinheit 5. Sie kann durch ein Vergleich mit vorgegebenen Werten z. B. einem Frequenzband zwischen 8 und 15 Hertz, oder einem aus einen theoretischen Modell des Schraubers genommenen Wert vorgenommen werden. Da diese Werte jedoch von Schrauber zu Schrauber variieren können, ist eine Auswertung mit tels eines neuronalen Netzwerks sinnvoll, bei dem automatisch ein Frequenzband um einen gemessenen Peak herum mit anderen Frequenzbereichen verglichen wird, oder bei dem der Absolutwert des Integrals des Meßpeaks innerhalb eines gewissen Frequenzbereichs mit einem Referenzwert verglichen wird. Die Auswertung kann somit auf vorteilhafte Weise durch ein neuronales Netzwerk erfolgen, bei dem jeweils ein optimales Intervall des Fourier spektrums untersucht werden. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die Schwingungsfrequenz grundsätzlich von den spezifischen Eigenschaften jedes Schraubers bzw. Schraubersystems abhängig sein kann, so daß von Schraubvorrichtung zu Schraub vorrichtung unterschiedliche Frequenzwerte auftreten können. Ein entsprechend program miertes neuronales Netzwerk kann sich diesen Besonderheiten jedes Systems anpassen und auch Änderungen jedes Systems mit der Zeit, z. B. aufgrund von Verschleiß oder einem Altern des Schlauchmaterials und damit einhergehend veränderter Dämpfung, berücksichtigt werden. Das neuronale Netzwerk kann weiterhin auch zur Klassifikation der aufgenomme nen Meßsignale verwendet werden, indem aus den aufgenommenen Meßwerten verschie dene Zustände der Verschraubung und des Schraubersystems ermittelt werden.The evaluation of the measured values, ie the Fourier analysis and the evaluation of this Fourier transformation takes place in the evaluation unit 5 . You can z. B. a frequency band between 8 and 15 Hertz, or a value taken from a theoretical model of the screwdriver. However, since these values can vary from screwdriver to screwdriver, an evaluation using a neural network is useful, in which a frequency band around a measured peak is automatically compared with other frequency ranges, or in which the absolute value of the integral of the measurement peak is within a certain frequency range is compared with a reference value. The evaluation can thus be carried out in an advantageous manner by a neural network, in which an optimal interval of the Fourier spectrum is examined in each case. This takes into account the fact that the oscillation frequency can fundamentally depend on the specific properties of each screwdriver or screwdriver system, so that different frequency values can occur from screwing device to screwing device. A suitably programmed neural network can adapt to these peculiarities of each system and also changes in each system over time, e.g. B. due to wear or aging of the hose material and the associated change in damping, are taken into account. The neural network can also be used to classify the recorded measurement signals by determining various states of the screw connection and the screwdriver system from the recorded measurement values.

Die fehlerhafte Verschraubung kann dabei an einer Anzeigevorrichtung 7 angezeigt werden.The faulty screw connection can be displayed on a display device 7 .

Dabei kann insbesondere auch die Anzahl der ordnungsgemäßen Verschraubungen z. B. pro Fertigungstakt oder pro Kraftfahrzeug gezählt werden und ein entsprechendes Fehler signal bei Auslassen einer Verschraubung ausgegeben werden.In particular, the number of proper screw connections z. B. be counted per production cycle or per motor vehicle and a corresponding error signal when a screw connection is omitted.

Claims

1. A method for producing a screw connection, in which screwing elements are screwed in by means of a pneumatic screwdriver supplied with compressed air by a compressed air supply line ( 11 , 2 , 3 ) and the screwing-in process is terminated when the predetermined torque is reached, the measured value (, p) being used for the Compressed air in the compressed air supply line ( 2 , 3 ) is determined whether there is a proper screwing-in process, characterized in that a Fourier analysis of the temporal behavior of the measured value (p,) concludes whether there is a proper screwing or not.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flow () is measured in the compressed air supply line ( 2 , 3 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the pressure (p) is measured in the compressed air supply line ( 2 , 3 ).

4. The method according to claim 3, characterized in that the pressure (p) after a long tube is measured and then the flow rate is inferred.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a Fou rier analysis of a falling edge of the measurement signal peak is carried out.

6. The method according to claim 5, characterized in that a value of the Fourier analysis in the range between 8 and 15 Hertz, preferably 9 to 11 Hertz and is compared with other signals or predetermined values.

7. The method according to claim 5, characterized in that a neural network is used in which an automatic setting of a Fre to be examined is carried out.

8. The method according to claim 7, characterized in that from the measured values the neural network states of the screw connections and / or the screwdriver systems can be determined.

9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the compressed air supply is controlled via two valves connected in series, a start valve ( 13 ) to be operated by the operator and a shut-off valve ( 12 ) which, when egg nes are reached desired air torque stops the air supply.

10. The method according to claim 9, characterized in that the start valve ( 13 ) is arranged upstream of the shut-off valve ( 12 ).

11. The method according to claim 10, characterized in that when the air flow through the shut-off valve ( 12 ) remains a residual flow which is interrupted when the start valve ( 13 ) is closed.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that at hard a longer high measured value after reaching a maximum height, in particular when measuring the flow () according to claim 2, after reaching a Ma It is concluded that a shutdown torque has not been reached is.

13. The method according to claim 12, characterized in that upon detection of a low pressure (p) in the compressed air supply line, a corresponding error message is displayed.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a time difference between an increase in the measured value in the compressed air supply line and a drop in the Measured value in the compressed air supply line is compared with a quotient of thread number and the speed of the pneumatic screwdriver.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that in the case of supply a corresponding warning signal is issued in the event of a faulty screw connection becomes.

16. Method of making multiple screw connections using a Ver driving according to one of claims 1 to 15, characterized in that the number of proper screw connections per production cycle or per ver screwed component, preferably motor vehicle component, is counted and with a predetermined numerical value is compared.

17. The method according to claim 16, characterized in that when falling below the predefined numerical value an error signal and / or the manufacturing route is stopped.

18. Device for performing a method according to one of claims 1 to 17, characterized in that a measuring sensor ( 8 , 9 ) in the compressed air supply line ( 2 , 3 ) between the compressed air supply ( 6 ) and the pneumatic screwdriver ( 4 ) is provided.

19. The apparatus according to claim 18, characterized in that a pressure limiter is provided in the compressed air supply line between a line piece ( 11 ) and a supply line ( 2 ).

20. The apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that between the pneumatic screwdriver ( 4 ) and the supply line ( 2 ) a variable-length connecting part, preferably a spiral hose, is provided.

21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized by a display device ( 7 ) for displaying a faulty screw connection.