DE4405648C2 - Anordnung zur Prozeßüberwachung bei fluidisch betriebenen Eintreibegeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Prozeßüber­ wachung bei Eintreibegeräten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das sind in erster Linie druckbe­ triebene Nagelgeräte oder Geräte zum Eintreiben von Klammern.

Bisher sind in geringem Umfang Sicherheitseinrichtun­ gen an entsprechenden Geräten bekannt. Sie verhindern dabei Gefahren für die Geräte und das Bedienpersonal. Dies geschieht bei den bekannten Geräten jeweils nur für eine einzige vom Gerät ausgehende Gefahrenquelle.

Jede der bisher bekannten Sicherheitseinrichtungen hat für sich gesehen außerdem noch Defizite, die ihre Wirksamkeit einschränken bzw. keine vollständige Si­ cherheit garantieren. Ein Einfluß auf die eigentliche Steuerung solcher Geräte auch in Bezug auf eine ver­ besserte Sicherheit der hergestellten Fügeverbindung ist nicht bekannt.

Aus der DE 42 13 421 ist ein Taumelnietwerkzeug be­ kannt, das mit einem Industrieroboter verbindbar ist und bei dem verschiedene Sensoren den Bearbeitungspro­ zeß steuern und beeinflussen.

Ein druckbetriebenes Werkzeug wird in der DE 19 02 196 beschrieben, das eine Sicherheitseinrichtung aufweist, die verhindert, daß mit dem Werkzeug nur gearbeitet werden kann, wenn dieses direkt auf der Oberfläche des Werkstücks aufliegt.

Daraus ergibt sich als zu lösendes Problem die Verbes­ serung der entsprechenden Eintreibgeräte dahingehend, daß eine selbsttätige Überwachung des Fügeprozesses und eine automatische Beeinflussung dieses Prozesses erfol­ gen kann.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.

Durch die Auswertung der mittels des bzw. der senso­ renerfaßten Signale in der Auswerteeinheit ist es möglich, neben dem Einfluß auf eine automatische Steuerung des Eintreibgerätes auch eine Sicherheits­ einrichtung auszulösen. Dabei kann durch die Steuer­ einheit das das Eintreibgerät manipulierende Handha­ bungssystem dahingehend beeinflußt werden, daß bei­ spielsweise bei Erkennen eines Metallstückes am Werk­ stück oder bei Feststellung, daß das in das Werkstück eingetriebene Verbindungselement eine nicht ausrei­ chende Fügekraft aufbringen kann, das Eintreibgerät durch das Handhabungssystem örtlich verschoben und ein erneuter bzw. ein neuer Fügevorgang ausgelöst werden. Der Abstand vom vorgesehenen ersten Fügeort kann dabei durch das Steuerprogramm der Steuereinheit zum neuen, also dem zweiten nachfolgenden Fügevorgang vorgegeben sein.

Außerdem ist es möglich, für eine statistische Quali­ tätskontrolle in der Auswerteeinheit die erfaßten Sensorsignale zwischenzuspeichern und bei Bedarf für eine entsprechende Auswertung bereitzustellen bzw. diese Auswertung direkt in der Auswerteeinheit vor­ nehmen zu können.

Als Sensor für die Erkennung von Metallen bieten sich besonders vorteilhaft die bekannten berührungslos wirkenden Metallsensoren an, die die Signalerfassung auf induktivem bzw. kapazitivem Wege erreichen. Be­ sonders günstig ist es, wenn die Meßempfindlichkeit der Sensoren je nach erforderlicher Genauigkeit ein­ stellbar ist. Diese Einstellung kann in Abhängigkeit vom Werkstückmaterial oder vom Material bzw. von der Größe der Verbindungselemente gewählt werden. Als Kriterium kann dabei die Eindringtiefe des Verbin­ dungselementes im Werkstück dienen, die die erforder­ liche Eindringtiefe des Metallsensors vorgeben kann.

Inhomogenitäten des Werkstückmaterials oder Fehler des einzelnen Verbindungselementes können dadurch erfaßt werden, daß die Eintreibkraft des Verbindungs­ elementes gemessen wird. Der Kraftsensor kann dabei direkt im Eintreibmechanismus integriert sein und die Eintreibkraft des Verbindungselementes erfassen. Wird in der Auswerteeinheit festgestellt, daß bei einem Vergleich mit einem in der Auswerteeinheit abgespei­ cherten Sollwert bzw. Sollwert-Kurvenverlauf eine Abweichung außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbe­ reiches auftritt, wird die Steuereinheit dahingehend aktiviert, daß ein Signal generiert wird, das einmal dazu genutzt werden kann, daß das gesamte Eintreib­ gerät örtlich verschoben, ein erneuter Fügevorgang ausgelöst und/oder eine Sicherheitseinrichtung ausge­ löst wird, die beispielsweise als akustisches und/oder optisches Warnsignal alarmiert.

Das Problem, daß das Eintreibgerät gesperrt wird, wenn sich kein Werkstück vor der Austrittsöffnung für die Verbindungselemente befindet, kann durch die An­ ordnung eines Abstandssensors in der Nähe der Aus­ trittsöffnung gelöst werden. Hierbei ist für bestimm­ te Anwendungsfälle die Kombination des Abstandssen­ sors mit dem bereits genannten Metallsensor möglich und auch sinnvoll. Auch für die Anwendung als Ab­ standssensor bieten sich Sensoren an, die auf verän­ derte Induktivitäten und Kapazitäten reagieren.

Neben optischen und mit Ultraschall betriebenen Sen­ soren bietet sich insbesondere bei mit Druckluft be­ triebenen Eintreibgeräten eine relativ einfache und günstige Lösung an, die auch bei nichtmetallischen Werkstücken eine ausreichende Erkennbarkeit gewähr­ leistet. Dabei kann eine in Richtung des Werkstücks weisende Luftaustrittsdüse genutzt werden. Diese Düse ist über eine Bypassleitung mit dem normalen Druck­ luftkreislauf verbunden und kann über ein Ventil ge­ öffnet oder geschlossen werden. Vor jedem Auslösevor­ gang des Eintreibgerätes wird das entsprechende Ven­ til geöffnet und Druckluft gelangt über die Leitung durch die Austrittsdüse auf das Werkstück zu. Entwe­ der innerhalb der Leitung oder im Bereich der Aus­ trittsdüse befindet sich ein Drucksensor, der den Druckverlauf erfassen kann. Befindet sich in einem bestimmten Abstand vor der Austrittsdüse kein Werk­ stück, wird ein relativ großer Druckabfall mit ent­ sprechend größerer Strömungsgeschwindigkeit erfaßt und damit festgestellt, daß ein Auslösevorgang der Eintreibevorrichtung verhindert werden muß. Im Gegen­ satz hierzu kommt es, wenn sich ein Werkstück in ei­ nem ausreichend geringen Abstand vor der Austritts­ öffnung für die Befestigungselemente befindet, zu einer erhöhten Stauwirkung vor der Luftaustrittsöff­ nung, die erfaßt werden kann und als Signal zur Er­ kennung des Werkstückes ausreichend ist. Auch bei einer solchen Variante kann eine Berührung der Luft­ austrittsdüse und damit eine mechanische Beschädigung der Werkstückoberfläche ausgeschlossen werden, wenn trotzdem eine ausreichende Erfassungsgenauigkeit er­ reicht wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann neben den unbe­ dingt erforderlichen Auswerte- und Steuereinheiten, die bei Bedarf als Kombination beider Einrichtungen ausgeführt sind, auch mit einem Handhabungssystem zu dessen Manipulation verbunden sein. Die gesamte An­ ordnung ist mit mindestens einem der genannten Sen­ sorsystemen auszustatten, dessen/deren Signale einen Einfluß auf die eigentliche Steuerung des Eintreib­ gerätes haben. Je nach Bedarf können dabei auch par­ allel gleichzeitig mehrere Signale erfaßt und ent­ sprechend verarbeitet werden und die Manipulation des Handhabungs- bzw. Auslösesystems des Eintreibgerätes oder der Sicherheitseinrichtung erfolgt auch dann, wenn nur ein einziges Signal eine entsprechende Reak­ tion des Systems erfordert.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand mehrerer Aus­ führungsbeispiele näher beschrieben werden. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Anordnung zur Prozeßüberwa­ chung;

Fig. 2 die schematische Anordnung eines Metallsen­ sors an einem Eintreibgerät;

Fig. 3 die schematische Anordnung eines Kraftsen­ sors in einem Eintreibgerät;

Fig. 4 die schematische Darstellung eines Ein­ treibgerätes mit einem an diesem angeord­ neten Abstandssensor;

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Sensors in der Zuführleitung für die Verbindungs­ elemente und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch eine Zufuhr­ einrichtung für Verbindungselemente.

Das in der Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild gibt eine mögliche Variante zur erfindungsgemäßen Anord­ nung der Prozeßüberwachung von fluidisch betriebenen Eintreibgeräten wieder, die mittels eines Handha­ bungssystems 7 automatisch manipuliert werden. Das eigentliche Eintreibgerät 15 ist am Handhabungssystem 7 fixiert und kann mit dessen Hilfe bei Bedarf in den möglichen sechs Freiheitsgraden bewegt und entspre­ chend zu einem Werkstück 3 ausgerichtet werden. Am Eintreibgerät 15 sind in diesem Beispiel mehrere Sen­ soren zur Erfassung bestimmter, die Betriebssicher­ heit gewährleistender Meßsignale vorhanden. So sind der Metallsensor 4, der Kraftsensor 8 und ein Ab­ standssensor 13 über Verbindungsleitungen mit der Auswerteeinheit 5 verbunden. In der Auswerteeinheit 5 werden die erfaßten Meßsignale mit in einer Wissens­ basis abgespeicherten Sollwerten oder Sollwertfunk­ tionen verglichen, und bei Abweichungen aus einem vorgegebenen Toleranzbereich wird von der Auswerte­ einheit 5 ein Signal an die Steuereinheit 6 ge­ liefert. Die Steuereinheit 6 übt über die Leitung 14 einen entsprechenden steuernden Einfluß auf das Hand­ habungssystem 7 und damit auch gleichzeitig auf das Eintreibgerät 15 aus. Ergibt also ein von den Senso­ ren erfaßtes Signal, daß der Eintreibvorgang eines Verbindungselementes zur Zeit bzw. an dem Ort nicht möglich oder nicht mit ausreichender Festigkeit mög­ lich ist, kann das Handhabungssystem 7 angesteuert werden und das Eintreibgerät 15 je nach Vorgabe aus der Steuereinheit 6 örtlich so weit verschoben wer­ den, daß ein erneutes Auslösen des Eintreibgerätes erfolgen kann. Somit wird gesichert, daß Beschädigun­ gen vermieden werden, die vorkommen können, wenn Me­ talle an der Werkstückoberfläche bzw. im Werkstück vorhanden sind, oder daß es nicht möglich ist, ein Befestigungselement aus dem Eintreibgerät 15 zu ent­ fernen, wenn der Abstandssensor 13 ein entsprechendes Signal geliefert hat, das wiedergibt, daß kein Werk­ stück vor der Austrittsöffnung des Eintreibgerätes 15 vorhanden ist.

Als weitere Möglichkeit löst der Kraftsensor 8 ein Signal nach einer Betätigung des Eintreibgerätes 15 aus, wenn er festgestellt hat, daß es infolge von Inhomogenität des Werkstückmaterials oder durch Feh­ ler am Verbindungselement dazu gekommen ist, daß der Fügevorgang mit Hilfe des Verbindungselementes keinen ausreichenden Verbindungshalt herstellen kann. In einem vorgegebenen Abstand wird dann ein erneuter Fügevorgang mit Hilfes des Handhabungssystems 7 aus­ gelöst.

Über eine Eingabetastatur an der Auswerteeinheit 5 kann auf die Meßempfindlichkeit der Sensoren Einfluß genommen werden. Dabei kann bei entsprechender Ein­ gabe die Größen für das Werkstück- und Befestigungs­ elementmaterial sowie der Größe des verwendeten Befe­ stigungselementes berücksichtigt werden. Entsprechend dieser Eingabe werden bei der Auswertung die Sollwer­ te bzw. Sollwertverläufe ausgewählt und mit den Meß­ werten der Sensoren verglichen (indirekte Einstellung der Meßempfindlichkeit der Sensoren). Im Ergebnis dieses Vergleiches wird ein entsprechendes Steuersi­ gnal an die Steuereinheit 6 gegeben, das die gesamte Vorrichtung entsprechend beeinflußt. Die in der Fig. 2 schematisch dargestellte Eintreibvorrichtung ver­ fügt über einen Betätigungskolben 1, der in einem Gehäuse 9 geführt ist und bei diesem Beispiel mittels Druckluft bewegt wird. Wirkt also in Richtung des mit P gekennzeichneten Pfeiles ein erhöhter Luftdruck auf den Arbeitskolben 1, bewegt sich dieser in Richtung auf das Werkstück 3 und treibt ein Verbindungselement 2, das in diesem Beispiel ein Nagel ist, in das Werk­ stück 3 hinein. Direkt neben der Austrittsöffnung für die Verbindungselemente 2 ist ein Metallsensor 4 an­ geordnet, der erfaßt, ob in dem Bereich, in dem ein Verbindungselement 2 in das Werkstück 3 eingetrieben werden soll, bereits ein Metallpartikel vorhanden ist. Liefert der Metallsensor 4 ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit 5, so kann günstiger­ weise neben einem Signal von der Steuereinheit 6, das ein in diesem Beispiel nicht dargestelltes Sperrven­ til für die Druckluftversorgung schließt, auch ein zusätzliches Signal an das Handhabungssystem 7 gelie­ fert werden, das dieses veranlaßt, das Eintreibgerät 15 örtlich so weit zu verschieben, daß die Austritts­ öffnung für die Befestigungselemente 7 entlang der Oberfläche des Werkstückes 3 so weit verschoben ist, daß keine Kollision mit einem am Werkstück 3 bzw. innerhalb des Werkstückes 3 befindlichen Metallkörper erfolgen kann.

Fig. 3 gibt schematisch die Anordnung eines Kraftsen­ sors 8 im Eintreibmechanismus des Eintreibgerätes 15 wieder. Bei diesem Beispiel ist der Kraftsensor 8 di­ rekt unterhalb der Druckfläche des Austreibkolbens 1 angeordnet und mißt die Kraft direkt in Eintreibrich­ tung der Befestigungselemente 2. Das an die Auswerte­ einheit 5 gegebene Kraftsignal kann in dieser entwe­ der mit einem Sollwertverlauf (zeit- oder wegabhän­ gig) oder die aus den Meßwerten ermittelte Amplitude mit einem solchen, eine zulässige Maximalkraft repre­ sentierenden Sollwert verglichen werden. Ergibt der Vergleich, daß eine bestimmte vorgegebene Kraft nicht erreicht worden ist, wird ein erneuter Ein­ treibvorgang eines Befestigungselementes in unmittel­ barer Nähe des vorhergegangenen Eintreibortes akti­ viert, um zu gewährleisten, daß ein ausreichender Verbund hergestellt worden ist. Überschreitet dagegen das vom Sensor 8 gemessene Kraftsignal einen eben­ falls vorgegebenen Grenzwert, wird eine entsprechende Sicherheitseinrichtung aktiviert, die einmal den Ein­ treibvorgang des Verbindungselementes sofort beendet und damit eine Beschädigung des gesamten Gerätes ver­ hindert, und zum anderen auf relativ einfache Weise ein optisches und/oder akustisches Warnsignal lie­ fert.

Ein Abschalten des Eintreibgerätes kann von dem Steu­ ergerät 6 mit dem Sicherheitsventil 11, das in der Fig. 4 explizid dargestellt ist, erreicht werden. Im von der Auswerteeinheit 5 erfaßten Notfall wird das Ventil 11, das in der Druckluftzufuhrleitung instal­ liert ist, sofort geschlossen, und der Kolben 1 kann nicht mehr in Richtung auf das Werkstück 3 bewegt werden. In dieser Figur ist ein zusätzlicher Ab­ standssensor 13 in Richtung auf das Werkstück 3 ge­ richtet. Der Abstandssensor 13 erfaßt, ob sich in einem ausreichend kleinen Abstand von der Austritts­ öffnung ein Werkstück 3 befindet.

Den Fig. 5 und 6 ist die Möglichkeit einer Anordnung zu Überwachung, ob noch Verbindungselemente 2 in der Zuführeinrichtung 12 vorhanden sind, zu entnehmen.

Damit wird gewährleistet, daß eine Bewegung des Ar­ beitskolbens 1 in Richtung auf das Werkstück 3 ver­ hindert wird, wenn der Sensor 14 erfaßt hat, daß sich kein Verbindungselement 2 mehr im Bereich der Aus­ trittsöffnung befindet und damit Beschädigungen ins­ besondere des Arbeitskolbens mit dem Austreibemecha­ nismus verhindert werden können.

Die Fig. 5 gibt die Anordnung des Sensors 14 in einer Zuführleitung des Zufuhrsystems für Verbindungsele­ mente wieder.

Die Fig. 6 gibt eine Schnittdarstellung durch eine Zufuhreinrichtung 12 wieder. Dabei ist in der Zuführ­ einrichtung 12 ein Sensor 14 angeordnet, der erfaßt, ob sich in seinem Bereich noch mindestens ein Verbin­ dungselement 2 befindet. Als Sensortyp kommen dabei die bereits genannten, auf veränderte elektrische In­ duktivitäten und Kapazitäten reagierende Sensoren zur Anwendung, insbesondere dann, wenn die Verbindungs­ elemente 2 metallisch sind. Ist dies nicht der Fall, kann an der Vorschubeinrichtung 17 für die Verbin­ dungselemente 2 ein Magnet 18 angeordnet sein, der das Abschaltsignal am Sensor 14 generiert, wenn der Magnet 18 in den Bereich des Sensors 14 gelangt.

Sollten die verwendeten Verbindungselemente 2 nicht metallisch sein, kann als Sensor 14 auch ein opto­ elektronisches Erfassungssystem angewendet werden, daß in der Zuführeinrichtung 12 entsprechend angeord­ net und ausgerichtet ist, um zu erfassen, ob sich im Austrittsbereich noch mindestens ein Verbindungsele­ ment 2 befindet oder nicht.

Claims (8)

1. Steuerung für fluidisch betriebene und von einem Handhabungssystem manipulierbare Ein­ treibegeräte für Verbindungselemente zur Überwachung des Fügevorganges mittels Sen­ soren, die mit einer Auswerte- und Steuer­ einheit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abstandssensor (13) und ein den Fügebereich überwachender Metall­ sensor (4) vorgesehen sind, und die Auswer­ te- und Steuereinheit (5, 6) auf der Grund­ lage von vor dem Fügevorgang generierten Sensorsignalen eine Blockierung der Auslö­ sung des Fügevorganges aktiviert und an­ schließend gegebenenfalls einen örtlich verschobenen Fügevorgang einleitet.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Kraftsensor (8) zur Messung der Eintreibe­ kraft vorgesehen ist und die Auswerte- und Steuereinheit (5, 6) auf der Grundlage von während des Fügevorgangs von dem Kraftsen­ sor (8) generierten Signalen einen örtlich verschobenen Fügevorgang einleitet.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (14) in der Verbindungselementzuführung (12) des Eintreibegerätes (15) angeordnet ist.

4. Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in die Fluidleitung geschaltetes Abschaltventil (11) die Blockierung aktiviert.

5. Steuerung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bloc­ kierung eine akustische und/oder optische Warneinrichtung aktiviert wird.

6. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstands­ sensor (13) ein kapazitiv wirkender Sensor ist.

7. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstands­ sensor (13) ein induktiv wirkender Sensor ist.

8. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstands­ sensor (13) ein in einer in Richtung auf das zu fügende Werkstück gerichteten Luft­ austrittsdüse angeordneter Drucksensor ist.