DE19907713A1 - Kalibrierbox - Google Patents

Abstract

Eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung von Steuerkarten von Bearbeitungsgeräten, insbesondere von Elektroschraubern, umfaßt zumindest eine Signalausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Ausgangssignalen an die Steuerkarte, zumindest eine Signaleingangseinrichtung zum Messen von Eingangssignalen von der Steuerkarte und zumindest eine mit der Signalausgabeeinrichtung und der Signaleingabeeinrichtung verbundene Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, jeweils für die vorbestimmten oder vorbestimmbaren Ausgangssignale Signalabweichungen der zugeordneten gemessenen Eingangssignale Signalabweichungen der zugeordneten gemessenen Eingangssignale von vorbestimmten oder vorbestimmbaren zugeordneten Referenzsignalen zu bestimmen. Bevorzugt ist die Kalibriervorrichtung derartig ausgebildet, um die vollständige "elektrische Umgebung" einer Steuerkarte eines Bearbeitungsgerätes nachzubilden, so daß die zu prüfende Steuerkarte unter den gleichen Betriebsbedingungen geprüft werden kann, als wäre ein Bearbeitungsgerät angeschlossen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kalibriervorrichtung sowie ein Kalibrier­ verfahren zur Kalibrierung von Steuerkarten von Bearbeitungsgeräten, insbeson­ dere von Handschraubern wie in Anspruch 1 bzw. 9 beschrieben.

Für die Steuerung von Bearbeitungsgeräten, insbesondere Elektroschraubern in der Montagetechnik, werden elektronische Meß- und Steuerkarten eingesetzt. Solche Steuerkarten messen bzw. detektieren Strom- und/oder Spannungs­ signale des angeschlossenen Bearbeitungsgerätes (beispielsweise Sensordaten), um in Abhängigkeit von diesen detektierten Signalen beispielsweise einen Motor des Bearbeitungsgerätes geeignet zu steuern. Um eine ordnungsgemäße Meß­ genauigkeit und Funktionssicherheit solcher Bearbeitungsanordnungen zu ge­ währleisten, müssen solche Steuerkarten regelmäßig auf ihre Kalibrierung hin überprüft werden. Herkömmlicherweise werden hierzu Referenzmessungen mit angeschlossenen Bearbeitungsgeräten durchgeführt. Im Falle eines Elektro­ schraubers kann hierzu beispielsweise zu diesen Prüf- bzw. Testzwecken ein Schraubvorgang durchgeführt werden, bei dem die Drehmoment-/Drehwinkelkur­ ve aufgezeichnet wird und mit einer Referenzkurve verglichen wird. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß sich eventuelle Abweichungen der gemessenen Drehmoment- /Drehwinkelkurve von der Referenzkurve nicht eindeutig dem Elektroschrauber oder der Steuerkarte zuordnen lassen. Folglich kann eine Kompensation dieses Fehlers jeweilig nur für eine bestimmte Bearbeitungsgerät-Steuerkartenanordnung erfolgen. Bei derartigen geprüften Bearbeitungsgerätanordnungen ist es demge­ mäß nicht möglich, die Bearbeitungsgeräte ohne eine weitere Referenzmessung untereinander auszutauschen.

Im Stand der Technik sind weiterhin Prüfvorrichtungen und Verfahren zur Prü­ fung von Steuerkarten bekannt, bei denen einzelne elektronische Bauelemente der Steuerkarte manuell geprüft werden. Hierzu werden herkömmlicherweise Nadelprüfstände bzw. Spitzenmeßplätze verwendet, mit welchen ein Benutzer unter Zuhilfenahme eines Strom- und Spannungsmessers sowie einer Referenz­ spannungsquelle eine manuelle Prüfung der Steuerkarte vornimmt. Dies erfordert jedoch den Ausbau der Steuerkarte aus ihrer zugeordneten Steuereinheit, was mit einem Produktionsausfall verbunden ist. Zudem ist die manuelle Prüfung in ihrer Genauigkeit zeitaufwendig (insbesondere die Anfertigung eines Prüfproto­ kolls) und damit teuer. Auch muß das Bedienpersonal zur ordnungsgemäßen Durchführung der manuellen Prüfung geschult werden, um eine ausreichende Qualität der Prüfung zu gewährleisten. Dies zieht einen weiteren Anstieg der Prüfkosten nach sich.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung, eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung von Steuerkarten von Bearbeitungsgeräten anzugeben, welche eine Kalibrierung einer Steuerkarte in einfacher Weise in kurzer Zeit ermöglicht, und wobei insbesondere die Kalibriervorrichtung für ihre Bedienung kein hochqualifi­ ziertes Personal benötigt. Des weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kalibrierverfahren vorzuschlagen, das eine einfache, schnelle und fehlersichere Kalibrierung von Steuerkarten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird von einer Kalibriervorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Kalibrierverfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungs­ formen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung von Steuerkarten von Bearbeitungsgeräten, insbesondere von Elektroschraubern, Elektrohandschraubern, Fräs-, Bohr- und Drehmaschinen zumindest eine Signal­ ausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Ausgabesignalen an die Steuerkarte, zumindest eine Signaleingangseinrichtung zum Messen bzw. Detektieren von Eingangssignalen von der Steuerkarte und zumindest eine mit der Ausgabeein­ richtung und der Eingabeeinrichtung verbundenen Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, jeweils für die vorbestimmten oder vorbestimm­ baren Ausgangssignale Signalabweichungen der zugeordneten gemessenen Eingangssignale von vorbestimmten oder vorbestimmbaren zugeordneten Refe­ renzsignalen zu bestimmen. Vorteilhafterweise wird die Kalibriervorrichtung an den Bearbeitungsgeräteanschluß bzw. an die Bearbeitungsgeräteanschlüsse anstelle des Bearbeitungsgerätes angeschlossen. Die von der Signalausgabeein­ richtung ausgegebenen Ausgangssignale an die Steuerkarte beinhalten vorteilhaf­ terweise sämtliche Ausgangssignale, die ein der Steuerkarte zugeordnetes Bearbeitungsgerät an die Steuerkarte betriebsgemäß ausgibt. Somit bildet die Kalibriervorrichtung vorteilhafterweise die komplette elektrische Umgebung des Bearbeitungsgerätes nach. Vorteilhafterweise werden die an die Steuerkarte ausgegebenen Ausgangssignale in Form von Ausgangssignalsätzen ausgegeben, d. h. es wird eine bestimmte Kombination von Ausgangssignalen, die beispiels­ weise Sensorsignale bzw. -daten umfassen, von der Kalibriervorrichtung an die Steuerkarte ausgegeben. Als Antwort auf diesen Ausgangssignalsatz mißt bzw. detektiert die Kalibriervorrichtung mittels der Signaleingangseinrichtung die Eingangssignale bzw. den Eingangssignalsatz der Steuerkarte und bestimmt Signalabweichungen dieser Eingangssignale von den vorbestimmten oder vor­ bestimmbaren zugeordneten Referenzsignalen. Diese Referenzsignale können beispielsweise in der Steuereinrichtung der Kalibriervorrichtung als vorbestimmte Daten gespeichert sein oder mittels übergeordneter Parameter jeweilig für eine Steuerkarte berechnet werden. Die Kalibrierung von Steuerkarten von Bearbei­ tungsgeräten mittels der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung erfordert nicht den Ausbau der Steuerkarte aus einer Steuereinheit einer Bearbeitungsanord­ nung, wodurch die Kalibrierung auch in einer Produktionspause kurzfristig durchgeführt werden kann. Weiterhin ist für die Bedienung der Kalibriervor­ richtung kein hochqualifiziertes Bedienpersonal notwendig, da es nicht erforder­ lich ist, einzelne elektronische Bauelemente oder Baugruppen der Steuerkarte manuell zu prüfen. Zur Kalibrierung der Steuerkarte muß vorteilhafterweise lediglich die Kalibriervorrichtung anstelle des Bearbeitungsgerätes an die Steuer­ karte angeschlossen werden. Die Meß- bzw. Steuergenauigkeitsprüfung und Funktionsprüfung der Steuerkarte erfolgt mit der erfindungsgemäßen Kalibriervor­ richtung unabhängig von einem Bearbeitungsgerät, so daß ein problemloser Austausch der Bearbeitungsgeräte zwischen verschiedenen derartige kalibrierten Steuerkarten möglich ist, ohne daß eine zusätzliche Referenz- bzw. Gegen­ messung erforderlich wäre.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerein­ richtung ausgelegt, aus den Signalabweichungen Korrektur- und/oder Einstell­ werte für die Steuerkarte zu berechnen. Solche Korrektur- und/oder Einstellwerte können neue Abgleich- bzw. Trimmparameter für elektronische Bauelemente oder Bauelementgruppen der Steuerkarte umfassen. Insbesondere können die Korrek­ tur- und/oder Einstellwerte zur Korrektur bzw. Neueinstellung von Potentio­ metern dienen. Besonders bevorzugt ist hierbei der Einsatz von Digitalpotentio­ metern, die aufgrund der Einstellwerte neu eingestellt werden können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Korrektur- und/oder Einstellwerte mit einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Einstell­ wertausgabeeinrichtung an die Steuerkarte übertragen. Besonders bevorzugt ist eine derartige Ausführungsform in Kombination mit elektrisch bzw. elektronisch einstellbaren bzw. abgleichbaren elektronischen Bauelementen oder Bauelement­ gruppen, insbesondere Digitalpotentiometern. Hierdurch ist es möglich, ohne jeglichen manuellen Eingriff des Benutzers, die Einstellungen bzw. die Betriebs­ parameter der Steuerkarte zu ändern, so daß die zuvor bestimmte Signalabwei­ chung korrigiert bzw. kompensiert wird.

Bevorzugt umfaßt die Steuereinrichtung zumindest einen Mikroprozessorrechner, der zu einer Bestimmung der Signalabweichungen der zugeordneten gemessenen Eingangssignale von den vorbestimmten oder vorbestimmbaren zugeordneten Referenzsignalen ausgelegt ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Steuerein­ richtung zwei Mikroprozessorrechner, die über eine serielle Schnittstelle mitein­ ander verbunden sind. Hierbei kann der eine Mikroprozessorrechner gemeinsam mit der Signalausgabeeinrichtung und der Signaleingangseinrichtung in einer Kalibrierbox untergebracht sein, wohingegen der zweite Mikroprozessorrechner ein externer handelsüblicher PC ist. Besonders bevorzugt erfolgt die Bedienung der Kalibriervorrichtung über den zweiten Mikroprozessorrechner, d. h. den externen PC. Besonders bevorzugt werden sämtliche den Kalibriervorgang betreffenden Daten zu dem externen PC übertragen, so daß diese dort in Form einer papierlosen Dokumentation abgelegt werden können oder über einen an den externen PC angeschlossenen Drucker in Form eines Kalibrierprotokolls ausgedruckt werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung mit einem Speicherbauteil, insbesondere einem EEROM verbunden, das zum Speichern von Kalibrierungsdaten der Kalibriervorrichtung ausgelegt ist. Die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung stellt in ihrer Verwendung zur Kalibrierung von Steuerkarten selbst ein Prüfmittel dar, das einer regelmäßigen Eichung bzw. Kalibrierung unterliegt. Die Verwendung einer Kalibriervorrichtung mit abgelaufenem Gültig­ keitsdatum zur Kalibrierung einer Steuerkarte kann somit unerwünscht sein. Diesem Problem kann dadurch vorgebeugt werden, daß in dem Speicherbauteil das Gültigkeitsdatum (Kalibrierdatum der Kalibriervorrichtung) abgespeichert ist und die Steuereinrichtung eine Kalibrierung einer Steuerkarte nicht mehr erlaubt, wenn das Gültigkeitsdatum abgelaufen ist.

Besondere Vorteile ergeben sich aus einer Verwendung einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung einer Steuerkarte eines Elektroschraubers in der Montagetechnik, wobei die Ausgabeeinrichtung hierfür derart ausgelegt ist, daß die Ausgabesignale Elektroschrauberausgabesignale sind und insbesondere Drehwinkelsignale und Drehmomentsignale umfassen. Steuerkarten für Elektro­ schrauber zeichnen sich durch eine Vielzahl von Sensoreingängen aus, die zur Messung von Drehwinkel, Drehmoment, Motorlage, Startschalterstellung u. a. dienen. Die Ausgabe der Motorversorgungsleistung durch die Steuerkarte an den Elektroschrauber erfolgt in Abhängigkeit von diesen gemessenen Sensordaten. Um demgemäß eine Steuerkarte für einen Elektroschrauber prüfen zu können, ist es vorteilhaft, sämtliche Sensordaten des Elektroschraubers "elektrisch nach­ zubilden", um anschließend beispielsweise die Ausgabe der Elektromotorversor­ gung von der Steuerkarte zu dem Elektrohandschrauber prüfen zu können. Da die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung sämtliche notwendigen Ausgangs­ signale, die zu einer Kalibrierung der Steuerkarte notwendig sind, erzeugen kann, ist auch eine einfache, fehlersichere und schnelle Kalibrierung von komplexen Steuerkarten für moderne Elektroschrauber möglich. Da weiterhin keine kom­ plizierte manuelle Prüfung einzelner elektronischer Bauelemente oder Baugruppen erfolgt, kann eine derartige Verwendung einer erfindungsgemäßen Kalibriervor­ richtung auch von einem nicht hochqualifizierten Bedienpersonal vorgenommen werden.

Besonders bevorzugt wird eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Kalibrier­ vorrichtung, wobei die Steuereinrichtung aus den Signalabweichungen Korrektur- und/oder Einstellwerte für die Steuerkarte berechnet, die mit einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Einstellwertausgabeeinrichtung an die Steuerkar­ te übertragen werden, wobei eine Änderung von Einstellungen und/oder Merk­ malen der Steuerkarte durch eine Einstellungsänderung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Digitalpotentiometern, auf der Steuerkarte gemäß dem Korrektur- und/oder Einstellwerten erfolgt. In diesem Fall ist auch zum Abgleich der Steuerkarte zwecks einer Kompensation einer eventuellen Signalabweichung kein (manueller) Eingriff eines Benutzers notwendig. Statt­ dessen ermöglicht die Verwendung einer derartigen Kalibriervorrichtung eine vollautomatische Kalibrierung der angeschlossenen Steuerkarte.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Kalibrierverfahren für Steuerkarten von Bearbeitungsgeräten vorgeschlagen, insbesondere für Elektroschrauber, mit folgenden Schritten in dieser Reihenfolge:

• - Ausgabe eines Ausgabesignalsatzes von einer Kalibriervorrichtung zu der Steuerkarte;
• - Messen eines dem Ausgabesignalsatz zugeordneten Eingangssignalsatzes der Steuerkarte mit der Kalibriervorrichtung; und
• - Bestimmen eines Signalabweichungssatzes aus dem Eingangssignalsatz und einem zugeordneten vorbestimmten oder vorbestimmbaren Referenz­ signalsatz.

Bei dem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren erfolgt demgemäß die Messung bzw. Detektion eines Eingangssignalsatzes der Steuerkarte, beispielsweise einer Motorversorgungsspannung, mit der Kalibriervorrichtung als Antwort auf einen zuvor ausgegebenen Ausgabesignalsatz von der Kalibriervorrichtung zu der zu kalibrierenden Steuerkarte. Nachfolgend wird der Signalabweichungssatz aus dem gemessenen Eingangssignalsatz und dem Referenzsignalsatz bestimmt bzw. berechnet.

Bevorzugt ist ein Kalibrierverfahren, bei welchem der Signalabweichungssatz an den Benutzer ausgegeben wird, beispielsweise durch eine LCD-Anzeige und/oder durch eine Ausgabe bzw. Übertragung des Signalabweichungssatzes an einen externen Mikroprozessorrechner bzw. PC.

Besonders bevorzugt ist ein Kalibrierverfahren mit folgenden zusätzlichen Schrit­ ten:

• - Prüfen, ob der Signalabweichungssatz innerhalb eines zugeordneten vorbestimmten oder vorbestimmbaren Toleranzsignalsatzes liegt;
• - Bestimmen eines zugeordneten Korrektur- und/oder Einstellwertsatzes für die Steuerkarte im Fall eines negativen Toleranzprüfungsergebnisses; und
• - Ändern von Einstellungen und/oder Merkmalen der Steuerkarte entspre­ chend dem Korrektur- und/oder Einstellwertsatz.

In vielen Fällen können bei der Steuerung von Bearbeitungsgeräten gewisse Signalabweichungen des Eingangssignalsatzes von dem Referenzsignalsatz hingenommen werden. Übersteigt jedoch die Größe des Signalabweichungs­ satzes einen gewissen zugeordneten vorbestimmten oder vorbestimmbaren Toleranzsignalsatz, so ist eine Kompensation der Signalabweichung durch eine Korrektur bzw. Einstellungsänderung der Steuerkarte notwendig. Somit muß der zugeordnete Korrektur- und/oder Einstellwertsatz nur für den Fall eines negativen Toleranzprüfungsergebnisses bestimmt werden, d. h. nur wenn der Signalabwei­ chungssatz nicht innerhalb des Toleranzsignalsatzes liegt. Anschließend erfolgt eine Kompensation des Steuerkartenfehlers aufgrund einer Änderung von Einstel­ lungen und/oder Merkmalen der Steuerkarte auf Grundlage des Korrektur- und/oder Einstellwertsatzes.

Besonders bevorzugt erfolgt das Ändern der Einstellungen und/oder der Merkma­ le der Steuerkarte durch eine Einstellungsänderung von elektronischen Bau­ elementen oder Baugruppen, insbesondere von Digitalpotentiometern auf der Steuerkarte, durch eine Ausgabe des Korrektur- und/oder Einstellwertsatzes zu der Steuerkarte. Besonders bevorzugt werden diese Schritte des erfindungs­ gemäßen Kalibrierverfahrens in automatischer Weise von einer Kalibriervor­ richtung derart durchgeführt, daß kein manueller Eingriff des Bedienpersonals für (manuelle) Prüf- bzw. Einstellschritte der Steuerkarte notwendig ist. Stattdessen muß der Benutzer lediglich eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung an die Steuerkarte anschließen und das Kalibrierverfahren initiieren.

Besonders bevorzugt werden die obigen Verfahrensschritte insgesamt so lange wiederholt, bis das Toleranzprüfungsergebnis positiv ist, d. h. so lange, bis der bestimmte Signalabweichungssatz innerhalb des zugeordneten vorbestimmten oder vorbestimmbaren Toleranzsignalsatzes liegt. Ein solcher wiederholter Durchlauf der einzelnen Verfahrensschritte kann notwendig sein, wenn der Korrektur- und/oder Einstellwertsatz nicht in einer Weise bestimmt werden kann, die eine sofortige Kompensation der Signalabweichung ermöglicht, sondern stattdessen iterativ vorgenommen werden muß. Auch eine Abweichung der Spezifikationen der elektronischen Bauelemente, die zum Abgleich der Steuerkar­ te dienen, von ihren vorbestimmten Spezifikationen, kann eine wiederholte Anwendung der Verfahrensschritte insgesamt notwendig machen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielhaft beschrie­ ben, in denen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild wesentlicher Komponenten einer Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung; und

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens.

In Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Blockansicht wesentlicher Kompo­ nenten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kalibrierbox dargestellt. Eine Steuereinrichtung CPU ist über Busleitungen mit einem Analog-Digitalwand­ ler ADC sowie einem Digital-Analogwandler DAC verbunden. Der Digital-Analog­ wandler DAC ist mit drei unterschiedlichen Signaleingangs- bzw. Signalaus­ gangsgruppen verbunden: einem Spannungsausgang für einen Spannungs­ abgleich im Voltbereich (typischerweise für einen Abgleich zwischen 0-5 V), einem Stromausgang einen Stromschleifenmeßeingang (vorzugsweise 0-20 mA) sowie einem Millivoltausgang für den Spannungsabgleich im Millivoltbereich, vorzugsweise 1-2 mV/V, in der Form einer Dehnungsmeßstreifenbrücke DMS.

Der Ausgang des Digital-Analogwandlers DAC, der dem Spannungsausgang U im Voltbereich zugeordnet ist, ist mit einem Pufferverstärker 10 (dargestellt als Dreieck) verbunden. Um den Wert der von dem Digital-Analogwandler DAC ausgegebenen Spannung genau steuern bzw. regeln zu können, ist ein Regel­ kreis mit einer Rückkoppelschaltung vorgesehen. Hierbei wird der Spannungsaus­ gang U über einen weiteren Verstärker einem zugeordneten Eingang eines Analog-Digitalwandlers ADC zugeführt, der einen digitalisierten Spannungswert an die Steuereinrichtung CPU weitergibt. Um eine hochgenaue, analoge Ausgabe am Spannungsausgang U sicherzustellen, wird ein hochgenauer Analog-Digital­ wandler mit einer Auflösung von 16 bit verwendet. Entspricht die am Span­ nungsausgang U ausgegebene Spannung nicht dem von der Steuereinrichtung bestimmten Wert, so wird von der Steuereinrichtung CPU ein neuer digitaler Spannungswert an den Digital-Analogwandler DAC gesendet. Die Genauigkeit des analogen Spannungsausgangs U wird somit von der Genauigkeit des Analog- Digitalwandlers ADC bestimmt.

In ähnlicher Weise ist auch an dem Stromausgang 1 für den Stromschleifenmeß­ eingang ein Rückkoppelregelkreis vorgesehen. Hierzu wird ein Spannungsabfall an einem Widerstand gemessen, der in Serie mit dem Stromausgang I und einem Pufferverstärker 12 angeordnet ist. Der Spannungsabfall wird über einen Ver­ stärker einem getrennten Eingang des Analog-Digitalwandlers ADC zugeführt. Zur Vereinfachung sind in dem schematischen Blockschaltbild von Fig. 1 die unterschiedlichen Ein- und Ausgänge und Verbindungen von dem Analog-Digital­ wandler ADC und Digital-Analogwandler DAC lediglich als schematisch verdickte Leitungen dargestellt, wobei es sich jedoch tatsächlich um Bündel von Leitungen handelt. Aus dem digitalisierten Wert der am Widerstand R abgefallenen Span­ nung kann mit der Steuereinrichtung CPU die Stromstärke am Stromausgang I berechnet werden.

Ein dritter Ausgang des Digital-Analogwandlers DAC ist mit einem Pufferver­ stärker 14 für eine Dehnungsmeßstreifenbrücke DMS verbunden. Diese Brücken­ schaltung dient der Nachbildung eines Drehmomentsensors eines Elektroschrau­ bers, welche herkömmlicherweise mit Dehnungsmeßstreifen arbeiten. Um der Steuerkarte unterschiedliche Drehmomentsensordaten zu simulieren, kann die Dehnungsmeßstreifenbrücke DMS mit dem Digital-Analogwandler DAC gezielt verstimmt werden. Hierbei sind zwei Brückenpole mit den Versorgungsspan­ nungsausgängen B+ sowie Erde 0 V verbunden. Der Spannungsausgang B+ der Steuerkarte liefert hierbei im normalen Betrieb der Bearbeitungsanordnung die Ausgangsspannung der Steuerkarte für den Elektroschrauber, d. h. dessen Motorversorgungsspannung. In der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung sind diese Versorgungsspannungseingänge B+, Erde (0 V) mit Eingängen des Analog-Digitalwandlers ADC verbunden, welcher digitale Spannungswerte an die Steuereinrichtung CPU übermittelt. An die zu prüfende Steuerkarte ausgegeben werden Spannungen im mV-Bereich von Spannungsausgängen MD+ und MD-, die in der zu prüfenden Steuerkarte von einem Differenzverstärker weiterbearbei­ tet werden. Die Differenzspannung zwischen diesen beiden Spannungsaus­ gängen MD+ und MD- entspricht einem von einem Drehmomentsensor eines Schraubers gemessenen Drehmomentwert. Diese Differenzspannung wird über einen Differenzverstärker 16 dem Analog-Digitalwandler ADC zur Digitalisierung zugeführt.

Die Steuereinrichtung CPU enthält ferner eine Reihe von digitalen Ausgängen, die insbesondere das Motorlagegebersensorsignal, das Drehwinkelsensorsignal, ein Synchronisationssignal sowie Ein- und Ausgangssignale einer übergeordneten Steuerungselektronik (SPS-Steuerung) nachbilden. Bei den mit Winkel 1 und Winkel 2 bezeichneten digitalen Ausgängen handelt es sich um nachgebildete, 90° zueinander verschobene Drehwinkellageausgänge und bei dem Synchron­ sensorausgang um einen Referenzimpulsausgang zur Absolutlagebestimmung des Drehwinkels.

Mit Hilfe der oben genannten digitalen Ein- und Ausgänge sowie den zuvor beschriebenen analogen Ein- und Ausgänge ist eine vollständige Nachbildung der "elektrischen Umgebung" möglich, die eine Steuerkarte im ordnungsgemäßen Betrieb mit einem Elektroschrauber erfährt. Die an die Kalibriervorrichtung angeschlossene, zu prüfende Steuerkarte, erkennt somit nicht, daß anstelle eines Elektroschraubers die Kalibriervorrichtung angeschlossen ist. Die beschriebenen Ein- und Ausgänge der Kalibriervorrichtung werden über geeignete Stecker- bzw. Verbindersysteme an die Steuerkarte angeschlossen, wobei diese Verbinder­ systeme typischerweise genau den Verbindersystemen des Elektroschraubers entsprechen.

Die Steuereinrichtung CPU ist über eine angeschlossene serielle Schnittstelle RS 232 mit einem externen Mikroprozessorrechner bzw. PC verbunden, der Teil der Steuereinrichtung ist. Die Steuerung des Kalibriervorgangs der Steuerkarte wird typischerweise über diesen externen PC vom Benutzer vorgenommen. Ferner ist die Steuereinrichtung CPU mit einer Korrektur- bzw. Einstellwertausgabeein­ richtung 20 verbunden. Die Korrektur- bzw. Einstellwertausgabeeinrichtung 20 ist hierbei ausgelegt, Korrektur- und/oder Einstellwertspannungen an elektrisch abstimmbare Bauelemente bzw. Baugruppen der Steuerkarte anlegen zu können. Insbesondere können dies elektrisch abstimmbare Potentiometer, insbesondere Digitalpotentiometer sein.

Nachfolgend wird mit Bezug auf Fig. 2 die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Kalibriervorrichtung erläutert. Nach dem Anschließen der Kalibrier­ vorrichtung an die zu prüfende Steuerkarte wird der Kalibriervorgang vom Benutzer über die Steuereinrichtung initiiert. Zunächst werden hierbei über den digitalen Eingang In die Kenndaten der Steuerkarte ausgelesen, d. h. insbesonde­ re dessen Seriennummer und Herstellungsdatum. Aufgrund dieser Kenndaten der Steuerkarte lädt die Steuereinrichtung CPU aus dem Festspeicher des externen PCs ein für diese Steuerkarte geeignetes Kalibrierprogramm in den Speicher der Steuereinrichtung CPU und startet dies. Die Wahl des Kalibrierungsprogramms wird hierbei in ein Kalibrierungsprotokoll eingetragen. In einem nächsten Schritt wird ein erster Satz von Ausgabesignalen (sowohl analoge als auch digitale Signale) von den digitalen und analogen Ausgängen der Kalibriervorrichtung an die Steuerkarte ausgegeben. Nachfolgend wird ein erster Eingangssignalsatz von digitalen und analogen Daten an den Eingangsanschlüssen der Kalibriervor­ richtung gemessen. Anschließend erfolgt die Bestimmung eines ersten Signal­ abweichungssatzes aus einer Differenzbestimmung zwischen dem gemessenen ersten Eingangssignalsatz und einem ersten Referenzsignalsatz. Der Referenz­ signalsatz ist hierbei als vorbestimmter Datensatz in der Steuereinrichtung CPU abgespeichert und wird anhand der Kenndaten der Steuerkarte bereitgestellt. Der erste Ausgabesignalsatz, Eingangssignalsatz, Referenzsignalsatz, Signalabwei­ chungssatz sowie ein zugeordneter erster Toleranzsatz werden in das Kalibrie­ rungsprotokoll eingetragen.

Ähnlich zu dem Referenzsignalsatz ist auch der Toleranzsatz in der Steuerein­ richtung CPU abgelegt und kann anhand der Kenndaten der Steuerkarte bereit­ gestellt werden. In einem darauffolgenden Schritt nimmt die Steuereinrichtung CPU eine Prüfung vor, ob der erste Signalabweichungssatz kleiner als der erste Toleranzsatz ist. Ist dem der Fall, d. h. liegt ein positives Toleranzprüfungs­ ergebnis vor, so wird der Durchlaufszähler n um einen Wert erhöht und das Kalibrierverfahren wird mit der Ausgabe eines zweiten Ausgabesignalsatzes zu der Steuerkarte fortgesetzt. Liegt jedoch ein negatives Toleranzprüfungsergebnis vor, so erfolgt eine Bestimmung eines ersten (n = 1) Korrektur- und/oder Einstell­ wertsatzes für die Steuerkarte durch die Steuereinrichtung CPU auf der Basis des ersten Signalabweichungssatzes. Nach einem Eintrag des ersten Korrektur- und/oder Einstellwertsatzes in das Kalibrierungsprotokoll wird dieser Satz an elektrisch abgleichbare Bauteile oder Baugruppen der Steuerkarte ausgegeben. Hierbei finden insbesondere Digitalpotentiometer Verwendung.

Nachfolgend wird das Kalibrierverfahren mit dem Schritt der Ausgabe des ersten Ausgabesignalsatzes zu der Steuerkarte fortgesetzt, um zu prüfen, ob eine erfolgreiche Signalabweichungskorrektur bzw. -kompensation durch die Ausgabe des Korrektur- und/oder Einstellwertsatzes an die Steuerkarte erfolgt ist. Sind alle N Kalibrierungsdurchläufe (Anzahl abhängig von dem ausgewählten Kalibrie­ rungsprogramm) mit positivem Toleranzprüfungsergebnis durchlaufen worden, so wird das Kalibrierungsprotokoll im Festwertspeicher der Steuereinrichtung abgelegt (papierlose Dokumentation) oder auf einem angeschlossenen Drucker ausgedruckt. Es ist ebenfalls möglich, das Kalibrierungsergebnis auf der Steuer­ karte selbst auf einem geeigneten Speicherbauteil abzulegen. Nachfolgend zeigt der externe PC dem Benutzer das Ende des Kalibrierungsvorgangs an. Typischer­ weise beansprucht eine vollautomatische Kalibrierung einer Steuerkarte für einen Elektroschrauber eine Zeit von ungefähr 1 Minute.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Steuereinrichtung CPU über eine Datenlei­ tung mit einem Speicherbauteil EEROM verbunden. In diesem Speicherbauteil EEROM sind das Gültigkeitsdatum sowie weitere Eichungs- bzw. Kalibrierungs­ daten der Kalibriervorrichtung abgelegt. Wird ein Kalibrierungsvorgang mit einer Kalibriervorrichtung gestartet, dessen Gültigkeitsdatum abgelaufen ist, so ver­ weigert die Steuereinrichtung CPU die weitere Abarbeitung des Kalibrierungs­ programms. Erst wenn ein neues Gültigkeitsdatum durch Eichung- bzw. Kalibrie­ rung der Kalibriervorrichtung selbst in dem Speicherbauteil EEROM abgelegt wurde, kann die Kalibriervorrichtung wieder als Prüf- und Kalibriermittel für Steuerkarten eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

10

Pufferverstärker

12

Pufferverstärker

14

Pufferverstärker

16

Differenzverstärker

20

Korrektur- und Einstellwertausgabeeinrichtung
ADC Analog-Digitalwandler
B+ Versorgungsspannung
CPU Steuereinrichtung
DAC Digital-Analogwandler
DMS Dehnungsmesstreifen bzw. Dehnungsmesstreifenbrücke
I Stromausgang im mA-Bereich
U Spannungsausgang im Voltbereich

Claims (13)

1. Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung von Steuerkarten von Bearbeitungs­ geräten, insbesondere von Elektroschraubern, mit
zumindest einer Signalausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Ausgangs­ signalen an die Steuerkarte,
zumindest einer Signaleingangseinrichtung zum Messen von Eingangs­ signalen von der Steuerkarte und
zumindest einer mit der Signalausgabeeinrichtung und der Signaleingabeein­ richtung verbundenen Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, jeweils für die vorbestimmten oder vorbestimmbaren Aus­ gangssignale Signalabweichungen der zugeordneten gemessenen Eingangs­ signale von vorbestimmten oder vorbestimmbaren zugeordneten Referenz­ signalen zu bestimmen.

2. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung ausge­ legt ist, aus den Signalabweichungen Korrektur- und/oder Einstellwerte für die Steuerkarte zu berechnen.

3. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektur- und/oder Einstellwerte mit einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Einstellwert­ ausgabeeinrichtung an die Steuerkarte übertragbar sind.

4. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Steuerein­ richtung zumindest einen Mikroprozessorrechner umfaßt.

5. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung zwei Mikroprozessorrechner umfaßt, die über eine serielle Schnittstelle mitein­ ander verbunden sind.

6. Kalibriervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung mit einem Speicherbauteil, insbesondere einem EE- ROM, verbunden ist, das zum Speichern von Kalibrierungsdaten der Kali­ briervorrichtung ausgelegt ist.

7. Verwendung einer Kalibriervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Kalibrierung einer Steuerkarte eines Elektroschraubers, wobei die Ausgabeeinrichtung derart ausgelegt ist, daß die Ausgabesignale Elektroschrauberausgabesignale sind und insbesondere Drehwinkelsignale und Drehmomentsignale umfassen.

8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung aus den Siga­ nalabweichungen Korrektur- und/oder Einstellwerte für die Steuerkarte berechnet, die mit einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Einstellwert­ ausgabeeinrichtung an die Steuerkarte übertragen werden, wobei eine Änderung von Einstellungen und/oder Merkmalen der Steuerkarte durch eine Einstellungsänderung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Digitalpotentiometern, auf der Steuerkarte gemäß den Korrektur- und/oder Einstellwerten erfolgt.

9. Kalibrierverfahren für Steuerkarten von Bearbeitungsgeräten, insbesondere Elektroschraubern, mit folgenden Schritten in dieser Reihenfolge:

• - Ausgabe eines Ausgabesignalsatzes von einer Kalibriervorrichtung zu der Steuerkarte;
• - Messen eines dem Ausgabesignalsatz zugeordneten Eingangssignal­ satzes der Steuerkarte mit der Kalibriervorrichtung; und
• - Bestimmen eines Signalabweichungssatzes aus dem Eingangssignalsatz und einem zugeordneten vorbestimmten oder vorbestimmbaren Refe­ renzsignalsatz.

10. Kalibrierverfahren nach Anspruch 9, wobei der Signalabweichungssatz an den Benutzer ausgegeben wird.

11. Kalibrierverfahren nach Anspruch 9 oder 10 mit folgenden zusätzlichen Schritten:

• - Prüfen, ob der Signalabweichungssatz innerhalb eines zugeordneten vorbestimmten oder vorbestimmbaren Toleranzsignalsatzes liegt;
• - Bestimmen eines zugeordneten Korrektur- und/oder Einstellwertsatzes für die Steuerkarte im Fall eines negativen Toleranzprüfungsergeb­ nisses; und
• - Ändern von Einstellungen und/oder Merkmalen der Steuerkarte ent­ sprechend dem Korrektur- und/oder Einstellwertsatz.

12. Kalibrierverfahren nach Anspruch 1 l, wobei das Ändern der Einstellungen und/oder Merkmale der Steuerkarte durch eine Einstellungsänderung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Digitalpotentiometern, auf der Steuerkarte durch eine Ausgabe des Korrektur- und/oder Einstellwert­ satzes zu der Steuerkarte erfolgt.

13. Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1 l oder 12, wobei die Abfol­ ge der Verfahrensschritte insgesamt solange wiederholt wird, bis das Toleranzprüfungsergebnis positiv ist.