EP4208762A1 - Fertigungsassistenzvorrichtung mit wenigstens einer ortungseinheit - Google Patents

Fertigungsassistenzvorrichtung mit wenigstens einer ortungseinheit

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Publication number
EP4208762A1
EP4208762A1 EP21819406.6A EP21819406A EP4208762A1 EP 4208762 A1 EP4208762 A1 EP 4208762A1 EP 21819406 A EP21819406 A EP 21819406A EP 4208762 A1 EP4208762 A1 EP 4208762A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
locating
receiving
units
transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21819406.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Jauch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sarissa GmbH
Original Assignee
Sarissa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sarissa GmbH filed Critical Sarissa GmbH
Publication of EP4208762A1 publication Critical patent/EP4208762A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41805—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by assembly
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31027—Computer assisted manual assembly CAA, display operation, tool, result
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37275—Laser, interferometer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a manufacturing assistance device with at least one locating unit for locating one or more transmitter units for transmitting locating signals, in particular ultrasonic signals or light signals, or for locating objects connected to the transmitter unit(s), such as tools and/or workpieces and/or components or the like, according to the preamble of claim 1.
  • assistance systems or monitoring systems have become known, by means of which the workpieces or tools can be monitored and the production or assembly can also be monitored.
  • Monitoring of the movement of a human hand or a manually guided component, in particular a tool is described in EP 1 645921 B1.
  • the tracking and recording of movement sequences of a tool for example a screwdriver, is proposed here.
  • the correctness of a predetermined sequence of manufacturing steps to be carried out one after the other, such as the attachment of a certain number of screws at certain predetermined positions can be monitored and documented.
  • locating devices are already known commercially, which include, for example, a receiving unit with three receivers for ultrasonic signals.
  • the receiver unit is able to locate the transmitter unit via a transmitter unit with three transmitters attached to tools by means of propagation time measurements of signals from the transmitters and thereby determine its position or that of the corresponding tools/objects. This makes it possible to locate the tools and to determine the orientation of the tools.”
  • the sequence of process steps such as screw connections, can be recorded. If a tool parameter, for example the operating status and/or the torque of a screwdriver, is recorded at the same time, not only the correct sequence but also the correct strength of the screw connection can be checked.
  • a system is also in use, in which the receiving unit includes a camera with image recording.
  • the screw connection to be processed next or the next assembly step can be displayed to an operator of the tool via a monitor, thus facilitating the sequence of activities. If the specified process steps are not observed, a warning signal can be given and/or the tool can be shut down. In this way, the system offers the operator enormous assistance due to the process control, while quality assurance is guaranteed at the same time.
  • the receiver unit In order to clearly determine the position of the objects to be monitored or the transmitter unit, the receiver unit has a coordinate system so that the position of the object to be located is determined Object or the transmitter in space can be clearly described or determined. Accordingly, a coordinate system is defined in the receiver's area of action to be monitored, which serves as a reference for both the transmitter unit and the receiver unit.
  • both the receiving unit and the transmitting unit have a limited transmission or reception range and thus a limited action range and thus localization range.
  • the ultrasonic transmitter units are mostly mobile or are arranged on a mobile tool, so that no wired energy supply can be implemented to supply energy to the transmitter unit and/or the tool. Due to the energy supply by means of batteries or accumulators, only limited transmission power and thus ranges can generally be generated, so that the range of action of the system is clearly limited, especially when using mobile transmitters or receivers.
  • the object of the invention is to propose a production assistance device, in which the disadvantages of the prior art are at least partially improved or with which, in particular, work/coordinate systems that are considerably more precise than the prior art can be implemented and/or an extended range of action or action space and/or as far as possible flexible adaptation to .
  • a wide variety of manufacturing processes in particular for particularly large workpieces and/or production systems or production lines or the like.
  • a device is characterized in that at least one laser measuring unit comprising at least one laser light and/or a laser beam is provided for measuring and/or calibrating the stationary locating components and/or at least the first and second receiving units.
  • the laser measuring unit With the help of the laser measuring unit according to the invention, a higher level of accuracy and/or a significantly larger effective range or working area can be covered or measured in an advantageous manner.
  • the working range or calibration/measuring range of tens of meters and fractions of a millimeter can be precisely measured.
  • An (overall or »laser) coordinate system is advantageously implemented by means of the laser measuring unit, into which an individual coordinate system of a receiving unit, i.e. the first and/or the second receiving unit and/or numerous, e.g. -approx. 10-50 or countless or any number of receiving units and thus approx. 10-50 or countless or any number of individual coordinate systems can be integrated or recorded and linked or calculated/calculated.
  • the individual coordinate systems can be coordinated or calibrated with the (overall or laser) coordinate system and with the respective other individual coordinate systems without a concatenation error occurring when the two or numerous individual coordinate systems are joined together. This advantageously increases the accuracy of the location and thus also the production.
  • a coordinate system of the workpiece and/or the manufacturing process and/or a mobile robot or Workpiece transport system and/or a CAD system of the workpiece used which is advantageously linked/calibrated or calculated or brought into agreement with the (overall or laser) coordinate system.
  • Locomotive and / or wagons, or comparatively very large and / or very long or several meters large workpieces or the like a predetermined by the design or the CAD system: or introduced CAD coordinate system can be used for localization.
  • the (CAD) coordinate origin (0/0/0) of an airplane is usually: the nose of the airplane.
  • the (overall/laser) locating coordinate system of the production assistance device can now carry out an advantageous calibration and calculation with the aid of the laser measuring device, so that the coordinate origin (0/0/0) of the (overall/laser) Locating coordinate system is identical to the CAD coordinate origin or to the tip or nose of the aircraft.
  • the individual coordinate systems of the receiving units can advantageously be linked/calculated with one another/among each other and with the (overall or laser) positioning coordinate system or brought into agreement in such a way that the individual coordinate origins (0/0 /0) of the individual coordinate systems individually in the overall or Laser) locating coordinate system and at the same time also advantageously integrated / included in the coordinate system of the workpiece and / or production and / or a mobile robot or workpiece transport system and / or a CAD system of the workpiece.
  • a possibly complex learning or teaching in an advantageous manner omitted, which significantly improves the setting up of the positioning system according to the invention and can be implemented very quickly.
  • the laser measuring unit and each receiving unit can be installed/mounted/attached without great accuracy in the production/work area or in the vicinity of the workpiece.
  • the laser measuring unit is then measured/calibrated using laser light.
  • Advantageous calibration elements can be used here, for example a so-called "calibration angle" with at least one calibration point.
  • This calibration point or preferably three calibration points calibrate the system in an advantageous manner gap, a step, a groove and/or an edge or reference points provided for this purpose, etc. of the workpiece or the aircraft ⁇ or the wagon or
  • This calibration point and/or this point, edge, line, etc. of the workpiece can be used to calibrate the location coordinate system.
  • the coordinate point known from the CAD system e.g. in the case of a window opening
  • the window opening edge has an X coordinate of 8000 (mm), the bottom window opening edge has a Y coordinate of 4000 (mm) and a Z coordinate of 3000 (mm).
  • the test coordinate system is then correspondingly linked/calculated or brought into agreement with the CAD system or workpiece coordinate system.
  • a calibration or linkage with the individual coordinate systems of the receiving units can also be implemented before or after this. Consequently, all individual coordinate systems are mutually and linked or calibrated/measured with the overall location coordinate system and/or the workpiece coordinate system.
  • a calibration element and/or a calibration angle or the like preferably has at least one laser calibration point for the laser measuring unit and at least one transmitter, preferably at least one transmitter is arranged between/two laser calibration points for the laser measuring unit.
  • the calibration element and/or the calibration angle has at least three transmitters, one transmitter advantageously being arranged between two laser calibration points for the laser measuring unit.
  • the location of the tool and/or transmitter of the object that is to be located for production can be achieved on the one hand with the laser coordination system in that the position of the transmitter/object in relation to the receiving unit is "added” or added to the position of the receiving unit, so that the position of the transmitter/object in relation to the laser coordination system is known/recognized.
  • the laser coordination system in that the position of the transmitter/object in relation to the receiving unit is "added" or added to the position of the receiving unit, so that the position of the transmitter/object in relation to the laser coordination system is known/recognized.
  • At least the first receiving unit (E1) has a first coordinate system comprising a first coordinate origin (U1) for determining the position of the transmitter (S). and/or the object with first coordinates (X1, Y1, Z1) and at least the second receiving unit (E2) is assigned a second coordinate system comprising a second coordinate origin (02) for determining the position of the transmitter and/or the object with second coordinates ( X2, Y2, 22) and/or a coordinate transformation unit is provided for transforming at least one of the at least two coordinate systems, so that the at least two receiving units (E1, E 2 ) have a common, a common coordinate origin (U) and/or a common Space orientation comprehensive coordinate system is assigned.
  • This allows the coordinate system of the receiving unit or the individual coordinate system to be classified in the overall/laser coordinate system or positioned in this in an advantageous manner, so that the coordinates of the located
  • Transmitter / object can be converted or classified into the: total / laser coordinate system.
  • there is also a coordination/linking with the coordinate system of the workpiece such as that of an airplane, railroad car and/or a mobile workpiece transport system or the like.
  • a mobile robot or a mobile transport system is used in the automotive industry, which can be measured or scanned with the laser measuring unit according to the invention, so that the position of the mobile robot or mobile transport system can advantageously be detected and measured/calibrated is.
  • the coordinate system of the robot/transport system can be matched or linked to the laser or overall coordinate system.
  • a first and/or second distance is advantageously provided between the laser measuring unit and the first and/or second receiving unit (E1, E2 ). So can a separate Laser measuring unit can be flexibly fixed/assembled/installed anywhere in the production area. The calibration according to the invention then takes place.
  • the first and/or second receiving unit (E1, E2) comprises at least the laser measuring unit, with a housing in particular comprising at least the laser measuring unit and the first or second receiving unit (E1, E2).
  • the laser measuring unit is thus integrated in one or in each receiving unit, in particular arranged within a housing of the receiving unit.
  • each or the receiving unit can measure/calibrate itself or integrate or classify itself in the (overall/laser) positioning coordinate system.
  • the receiving units can be moved to an advantageous place or position in the production area or in the vicinity of the Workpiece are mounted / positioned / fixed and then the "own calibration" takes place in the overall system or in the positioning system and / or in the / the production space / coordinate system.
  • the production assistance system according to the invention can be flexibly adapted to a wide variety of requirements and spaces and advantageously modularly expanded, with not only a second, but if necessary an almost unlimited number of further receiving units being provided or the already existing or first receiving unit being able to be added.
  • essentially an entire area of an assembly line or the like can be covered with two or more receiving units according to the invention, so that complete monitoring of production along a corresponding assembly line can be implemented. It is conceivable that, for example, with a matrix-like arrangement of numerous receiving units, almost the entire production hall can be monitored accordingly or the transmitters or objects can be located there and assigned to the common coordinate system.
  • the separate receiving units can be mounted or fixed in an advantageous manner in each case at a specific or arbitrary position, with each separate receiving unit initially having its own coordinate system with its own coordinate origin and/or its own spatial orientation .
  • the advantageous transformation of the coordinate systems into a common coordinate system with a common coordinate origin and/or common spatial orientation it is now possible for the position of an object or transmitter to be fully detectable and localized, even if it is from one reception area to another reception area is moved or adjusted. In this way, the transmitter or object can also be clearly detected or located when it moves from the first action or reception area to the second action or reception area, and its position can be clearly determined and labeled.
  • a common action and reception area possibly almost unlimited within the production area, with a common or uniform coordinate system is generated with several receiving units.
  • an advantageous production assistance can also be used in large production processes, for example with very large or long assembly lines, such as in automobile production or the like. Consequently, the inventive Manufacturing assistance device can be adapted or used with the help of an advantageous variation of the number of receiving units used for a wide variety of manufacturing processes or manufacturing conditions.
  • a production assistance device system can be used advantageously for mobile and/or manually operated applications or mobile and/or manually operated transmitters/objects. With this, a practicable and efficient or economically favorable localization is realized.
  • the coordinate system(s) are advantageously designed as three-dimensional and/or rectilinear and/or orthogonal coordinate systems. This can advantageously be used to locate transmitters or objects that have a transmitter and that move or can be arranged three-dimensionally in space, which is particularly advantageous in mobile and/or manually guided applications.
  • a receiving unit with only a single ultrasonic receiver is conceivable, with this receiving unit requiring additional components for establishing/determining, above all, the spatial orientation or coordinate axes, for example for the exact definition of a three-dimensional, orthogonal coordinate system.
  • a single ultrasonic receiver can be used to unambiguously define a three-dimensional, orthogonal individual coordinate system, with the origin of the coordinates being arranged exactly in the center of the receiver, for example.
  • the (preferably constructed as a structural unit) comprises first and/or second and/or third and/or
  • the fourth or nth receiving unit has at least three receivers, in particular ultrasonic receivers, which clearly generate a plane or surface of the coordinate system with a triangular arrangement, to which the associated third dimension or
  • Coordinate axis is aligned.
  • the three receivers of the respective receiving unit are arranged in an isosceles triangle, with the center point of the isosceles triangle preferably forming the coordinate origin of the respective coordinate system of this receiving unit.
  • the third orthogonal axis of the respective coordinate system can also be arranged in an advantageous manner perpendicular to the (isosceles) triangle at the coordinate origin.
  • the respective receiving unit or structural unit has its own or independent coordinate system, which preferably has three interacting components for the precise definition of the respective own coordinate origin and the respective own spatial orientation or the three coordinate axes.
  • a receiving unit comprises, for example, three ultrasonic components or ultrasonic receivers or possibly one ultrasonic component and also a compass and a plumb bob.
  • Such an individual receiving unit or structural unit is already ready for operation for the unambiguous location of transmitters or objects during production processes due to its own, precisely defined coordinate system.
  • the laser measuring unit according to the invention can advantageously be integrated into or comprise the individual receiving unit or structural unit.
  • the respective coordinate system of the respective receiving unit or structural unit is defined exactly for itself and this is already done during or with the manufacture of the respective receiving unit.
  • the respective receiving unit in the sense of the invention can therefore be produced independently of other, further receiving units of the production assistance system before the coordinate transformation according to the invention and can be mounted/fixed with its own defined (preferably three-dimensional) coordinate system at the respective location or its position in the production area.
  • no high accuracy requirements with regard to the specific position and/or orientation of the respective receiving unit with its integrated respective coordinate system have to be met. In this way, even less qualified people can install and commission the production assistance system.
  • the first receiving unit has a first receiving area and the second receiving unit has a second receiving area, with the at least two receiving areas comprising a common overlapping area, with the overlapping area being designed as a transformation area of the coordinate transformation unit and with at least one transmitter im Transformation area is arranged and / or moves.
  • the coordinate transformation unit preferably comprises a mathematical, in particular electronic, calculation device for mathematically calculating the coordinate transformation or the conversion of at least the one coordinate system to be transformed.
  • the coordinate transformation unit advantageously generates the common coordinate origin of the common coordinate system and/or the common spatial orientation of the common coordinate system using mathematical methods.
  • the expression effective range is to be understood not only spatially, for example with regard to the range of the locating device, but also functionally.
  • entry into the area of action of the locating device can be accomplished by activating an object to be located in this area of action.
  • there is thus a flexible possibility of using the objects to be located which is also variable with regard to the number, type and function.
  • tools can be used that are brought to the workpiece in the temporal process sequence at the respective time from outside the effective area of the locating device, for example outside a group work station or even from outside an assembly hall.
  • the assembly on an assembly line can be easily monitored by a device according to the invention, since the
  • Locating objects that enter through the movement of the locating device connected to the workpiece on the assembly line and/or through their own movement in its sphere of action can be recorded with regard to at least one process-relevant property and can be included in the process monitoring.
  • the locating is carried out by means of a transit time measurement between the locating sensors. Over the term of the locating signal, an exact distance between a transmitter and a receiver can be determined. When using several running routes, the localization can be made more precise. With a total of three linearly independent running routes, a maximum of two points remain as positions to be located, one of which can usually be excluded by a plausibility analysis. For example, a second theoretically possible point can always be systematically outside the effective range of the locating device.
  • the transmission or the transmitter or the transmission units can be designed to be mobile or moveable, in particular can be arranged on the mobile tool or on the mobile workpiece.
  • the receiver or the receiver or the receiver units/components can be mobile or moveable, in particular can be arranged on the mobile tool or on the mobile workpiece.
  • the locating sensors of the locating device and the objects to be located include ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers. Runtime measurements by means of ultrasonic transmitters and receivers allow precise localization and are already in use in devices according to the state of the art mentioned at the outset.
  • the locating device in a device according to the invention, is equipped with at least one ultrasonic transmitter and the object to be located is equipped with at least one ultrasonic receiver.
  • the Locating device works via one or more transmitters, the spatial effective range of the locating device is fixed relative to the stationary workpiece arranged with the locating device by the range of the respective transmitter. As soon as a receiver enters the spatial effective area, the detection unit according to the invention can then become active. Conversely, the effective range of the locating device is more difficult to define, since it depends on the range of transmitters that can be moved relative to the workpiece.
  • the additional or separate data transmission is carried out by means of a transmitter provided for transit time measurement.
  • a frequent time measurement as well as an additional or separate data transmission can be carried out at the same time by a number or by a time sequence of ultrasonic pulses.
  • an identifier for the transmitter can be transmitted so that a computer on the receiver side, for example the process monitoring computer or another computer containing the detection unit, can detect the transmitter when it enters the effective range of the locating device.
  • the locating device and/or the objects to be located comprise a data connection separate from the locating signal.
  • this embodiment has the advantage that regardless of the Runtime measurement information both between location sensors 'and if necessary between location sensors and a computer equipped with the appropriate data connection is possible'.
  • a trigger signal for the transit time measurement can also be transmitted via such a data connection.
  • the data connection can be implemented via cable. However, it is advantageously implemented with a wireless transmission link.
  • the separate data connection can also be formed via a separate data unit, for example the acquisition unit or the process monitoring computer.
  • the data connection can be established via the detour of such a separate data unit between the locating device and the object to be located.
  • the communication between the corresponding data unit and the locating device on the one hand or the data unit and the locating object on the other hand can remain without a direct connection between the locating device and the locating object.
  • the trigger signal for a transit time measurement is generated via this data connection, it can be generated either by a locating sensor or by a separate data unit.
  • the only decisive factor is that where the transit time is recorded, i.e. either directly at the receiver of a location sensor after receipt of a trigger signal and/or in a separate data unit after detection of a trigger signal and transmission of a received signal by a location sensor, the transit time is detected.
  • the data connection mentioned is advantageously used for the transmission of process-relevant actual data of the objects to be located. This use is advantageous in any case, J both in an embodiment in which the trigger signal is transmitted via this connection or also in an embodiment in which the trigger signal is transmitted in some other way.
  • a locating sensor for a locating object newly entering the effective range of a locating device can, for example, send a signal as process-relevant actual data for receiving a transit time signal to the detection unit for locating objects newly entering the effective range. If this is associated with an identifier, for example, not only is the entry of a specific locating sensor detected into the effective range of the corresponding locating device, but at the same time a locating signal is also present due to the transit time measurement already carried out.
  • a process memory is preferably provided, in which process-relevant desired data from process sequences are stored.
  • a corresponding process monitoring computer can compare whether the corresponding process sequences or process steps are progressing according to the target data or whether errors occur in the process sequences.
  • Various data are conceivable as process-relevant data which correspond to process-relevant properties. For example, identification data for identifying a locating sensor or an object to be located that is connected to the locating sensor come into consideration. Type data, for example for identifying a tool type, come into consideration. Part identification numbers for assembly parts that are provided with corresponding location sensors can also be transmitted via a corresponding data connection. Functional data such as rotational speeds or torques of tools can also be used as process-relevant data, as can operating data that provide information about a specific operating state. For example, the detection of a locating object or an associated locating sensor newly entering the effective range can be carried out in that the switched-on state is transmitted via the data connection provided for this purpose.
  • the location data can also be transmitted via such a data connection.
  • the transit time is determined directly at the location of the recipient of a transit time signal and is transmitted as information to a further processing unit, for example a process monitoring computer.
  • a further processing unit for example a process monitoring computer.
  • the transit time can be more precisely/recorded since, in addition to the actual transit time, only the transmission time for the trigger signal is included in this transit time measurement.
  • the data connection for the transmission of process-relevant data is preferably designed as a digital, electromagnetic, wireless data connection.
  • the design as a digital data connection enables a large number of participants to be connected on the same frequency channel, such as this is the case in wireless bus systems.
  • the configuration as an electromagnetic data connection also offers the advantage, even in the case of the transmission of a trigger signal, that the transmission speed of electromagnetic waves differs from ultrasonic propagation speeds by orders of magnitude.
  • Wireless transmission of the process-relevant data also provides the device according to the invention with significantly greater flexibility for a wide variety of manufacturing processes.
  • newly added locating sensors or their associated locating objects do not have to be wired, but can simply be detected if they come within the range of the locating device.
  • monitoring of the sequence of specified process steps is provided using the process-relevant actual and target data. If the process flow is correct, a corresponding file, for example a table of target data, can be processed over time. In the case of faulty process steps, a corresponding reaction can take place.
  • a display is preferably present in a device according to the invention in order to display the process steps that have been carried out and/or that still have to be carried out.
  • a warning signal can then be issued, for example by the process monitoring computer.
  • an intervention in the control of at least one tool and/or a production machine and/or a production plant in the case of process steps that have not been completed correctly be provided.
  • the process can also be accompanied in the sense of process management by people who are involved in the corresponding manufacturing processes.
  • the tool to be used next, the assembly position to be processed next, or the like can be displayed, so that the people entrusted with production are guided through the production processes.
  • the corresponding tool setting and/or provision can be initiated automatically, for example by the process monitoring computer.
  • the necessary number of receivers can be set up along the workpiece on which the position of, for example, hand-held tools is to be monitored and logged.
  • a laser unit is installed in such a way that the entire working range of all ultrasonic receivers can advantageously be measured with the laser beam.
  • a calibration part is attached "face-to" face to the workpiece in such a way that the ultrasonic marker and the laser reflection surfaces (e.g. mirror) are aligned with the receiver and the laser.
  • the laser is used with suitable software to determine the exact position of the mirrors, which are each assigned to an ultrasonic marker and which are in known calibration distance from one another are to be determined.
  • the location information from the mirrors can be used to determine exactly where the ultrasonic transmitters (markers) are located.
  • the associated coordinate system for the respective receiver can be determined from the location information of the mirrors. After the coordinate system has been determined for each recipient, these are advantageously combined to form a common coordinate system and, if necessary, linked to the coordinate system of the workpiece.
  • each of the ultrasonic receivers (or each of the cameras) has a built-in laser in order to exactly determine the position of the workpiece in relation to the ultrasonic receiver (determine and compare coordinate systems) after the assembly environment has been set up, can also be realized will.
  • a variant can also be used after the (mobile and/or self-propelled) workpiece or the (mobile and/or self-propelled) shelf/(parts) storage unit has arrived in the work area and, in particular, a has assumed almost any position within a certain tolerance range.
  • the mobile or autonomous transport system can be calibrated in the assembly position in seconds, so that the coordinates of the assembly positions for hand-held tools in the real situation match the coordinate data from the CAD planning data with sufficient accuracy and, as a side effect, the time-consuming teaching of the positions is no longer necessary or can be reduced to strategically necessary key data. If necessary, teaching can be dispensed with entirely. In any case, according to of the invention, work can be carried out at the intended positions and the use of the correct tool with the correct parameters can be monitored.
  • a receiving unit preferably includes three receivers for ultrasonic signals.
  • the receiving unit is able to locate the transmitting unit and thereby determine its position or that of the corresponding tools/objects via a transmitting unit attached to tools with, for example, three transmitters by means of propagation time measurements of signals from the transmitter.
  • This makes it possible, among other things, to locate the tools or tool devices and to determine the orientation of the tools in an advantageous manner.
  • the sequence of process steps such as screw connections, can be recorded. If a tool parameter, for example the operating status and/or the torque of a screwdriver, is recorded at the same time, not only the correct sequence, but also the correct strength of the screw connection can be checked.
  • the transmission unit or transmission units each comprise at least one, in particular three, locating transmitters for transmitting locating signals, in particular ultrasonic signals or LED/light signals, for the first and/or second receiving unit for locating the at least one locating transmitter by determining at least one Distance of the at least one locating transmitter from at least the first and/or second receiving unit for receiving the locating signals by measuring the transit time of the locating signals.
  • locating transmitters for transmitting locating signals, in particular ultrasonic signals or LED/light signals, for the first and/or second receiving unit for locating the at least one locating transmitter by determining at least one Distance of the at least one locating transmitter from at least the first and/or second receiving unit for receiving the locating signals by measuring the transit time of the locating signals.
  • One or two or three ultrasonic transmitters can be used.
  • the transmitter unit or transmitter units each comprise at least one position sensor for detecting a position and/or a movement/rotation of the respective sensor unit and/or the respective object(s) and at least one data transmission unit for wireless or wired transmission of data/information from the position sensor and/or the at least one locating transmitter for the locating unit.
  • a single locating transmitter in particular an ultrasonic transmitter or an LED/light source, is to be provided, which is/are advantageously combined by means of the position sensor for locating.
  • the data transmission unit is advantageously used for data transmission, especially of the position sensor and/or other data/information/parameters.
  • the version with an ultrasonic source enables a higher accuracy of the location, esp. "Geodesists”, as if as before commercially available three ultrasonic transmitters are used or "charged'".
  • the advantageous data transmission unit or integrated radio transmission unit is also advantageously designed or suitable for sending data with which, for example, preventive maintenance etc. can be supported.
  • the transmitting unit comprises at least one trigger unit and/or clock for starting the runtime measurement
  • any sources of interference that are spatially limited can also be avoided in the case of spatially spaced transmitters.
  • a wireless trigger signal this should of course have a significantly higher propagation speed than the measurement signal for the transit time measurement to determine the distance.
  • At least one receiving unit also includes an evaluation unit, so that identification and distance determination or location of all transmitters to be detected can be carried out at a central point.
  • each receiving unit which all transmitters within one spatial area, for example a work area, is recorded with regard to transmitter identity and distance or location, so that all transmitters located therein or objects connected to the transmitters, such as tools or the like, can be monitored by means of the receiving unit assigned to this spatial area.
  • At least one unit for comparing the transmitters or transmitters identified by different evaluation units Provide objects and / or their position. By comparing the results determined by different evaluation units, errors can be determined and correctly determined results can be confirmed.
  • the first receiving unit preferably comprises a plurality of receivers which are spatially spaced apart from one another for receiving the locating signals by measuring the transit time of the locating signals. This means, for example, that one (stationary)
  • Receiving unit comprises three receivers, which receive the locating signal or ultrasonic signal or the light signal of the preferably single locating transmitter of the transmitting unit and advantageously make it usable for determining coordinates or locating, in particular by means of an advantageous evaluation unit or so-called "microcontroller” or the like advantageous coordinate system is preferably as a three-dimensional orthogonal coordinate system with three perpendicular to each other aligned coordinate axes X, Y, Z and a coordinate origin ü formed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first production assistance device according to the invention with a separate/external fiber measuring unit
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a calibration unit for the first device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second production assistance device according to the invention with two receiving units, each with an internal/integrated laser measuring unit and
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an aircraft production with the first production assistance device according to the invention with a common coordinate origin of an aircraft nose.
  • a first production assistance device in “bird's eye view” and in Figure 3, a second production assistance device is arranged, each with a first receiver unit E1 and a second receiver unit Ea at two positions spaced apart from one another.
  • the two separate receiver units'E1 and E 2 are as separately manageable and mountable, each essentially in one piece Unit formed and each have separate individual coordinate systems.'These individual coordinate systems are preferably designed as three-dimensional orthogonal coordinate systems with three mutually perpendicular coordinate axes X, Y, Z and the coordinate origin U.
  • each coordinate system or each receiver unit E 1 and E 2 is already capable of locating a transmitter unit S or a transmitter S and/or the object with transmitter unit S or transmitter S on its own.
  • these advantageously include three ultrasonic receivers 1 and 2, which each for the receiving unit E 1 and E 2 , the three respective coordinate axes X, Y, Z and the respective Coordinate origin U can be clearly defined.
  • the receiver unit E 1 and Er can each also include a camera, in particular with distance measurement or autofocus or the like.
  • the receiver or receiving units E 1 and E 2 In order to be able to determine the position in space of the transmitter units S or signal transmitters, preferably the ultrasonic transmitters S, it is advantageous first in the reception area Bi and Bz or the respective area of action of the receiver or the reception units E1 and E 2 defines the respective coordinate system, which is used as a reference for the transmitter S and the receiver or the receiving unit E 1 and E 2 . Both the receiver or receiving units E 1 and E 2 and the transmitter(s) S have a technically sensible and realizable range of action or localization range.
  • a calibration angle W according to FIG. 2 can advantageously be used for this purpose.
  • This calibration angle W preferably has two mirrors 8 on each of the two leg ends and in the angle area, between which a calibration transmitter 5 or transmission unit S is arranged.
  • This calibration angle W is preferably positioned, as illustrated in FIG.
  • the exact position of the calibration angle W is then determined using the mirror with the laser measuring unit L or 11 .
  • the laser scans the calibration angle W or mirror 8, especially using a measuring figure eight, so that the center of the mirror can be determined exactly, ie to fractions of a millimeter. Due to the known position of the transmitter 5 or transmitter unit 'S in the calibration angle W, the position or exact position of the calibration angle W can then be determined/located with the receiver units E1 or E2 to E as desired. In this way, the respective individual coordinate system of the receiving units E 1 and E 2 to E can be offset or linked and/or standardized with one another and/or with the overall/laser coordinate system.
  • the laser L several receivers or receiving units E 1 and E 2 , which are advantageously installed and linked logically or in terms of data technology in an advantageous manner, so that they are like a common receiving unit or a higher-level positioning system with an (arbitrarily) large Radius of action or a particularly precise common coordinate system act.
  • the receivers ie two or more or receiver units E 1 and E 2 , are advantageously installed or arranged in the work area in such a way that the action radii of the individual receivers advantageously overlap in an overlapping area UB shown hatched.
  • the receivers or receiving units E 1 and E 2 are advantageously synchronously connected to one another or work synchronously.
  • a transmitter S or a hand tool/object with at least one transmitter S can be brought into the overlapping area UB in an advantageous manner, with the transmitter S being moved back and forth as desired in the overlapping area UB or in an entire, large area (see arrows in the hatched area in FIG.
  • the tool and/or the transmitter unit S or the transmitter S being able to be located in each position/position of the exemplary arrow line.
  • a kind of "data cloud" of points/positions in space can be determined for locating.
  • Each point is, for example, X, Y, 2 data/coordinates of both
  • the two receiving units E 1 or E 2 advantageously each having their own laser measuring unit L.
  • the respective receiving unit E 1 or E 2 can "calibrate itself” in an advantageous manner.
  • the system according to the invention is of great advantage in the production of an aircraft fuselage 10 with a length of approx. 20 meters or with a longitudinal seam 12 with a length of approx. 16 m centimeters with a high degree of accuracy over the entire length, ie approx. 16m, can be introduced by hand.
  • a positioning system or an overall coordinate system can now be generated and, if required or optionally, also with the CAD coordinate system of the ; Aircraft construction program or the CAD system are linked or identically "laid over it".
  • the receiving units E 1 to E 10 become more advantageous Way arranged along the aircraft 10 and the longitudinal seam 12 and calibrated by means of calibration angle W or calibrated.
  • the individual coordinate systems of the receiving units E 1 to E 10 are then advantageously measured/calibrated to the origin 0/0/0 or the nose/tip of the aircraft. All of the individual coordinate systems of the receiving units E 1 to E 10 are thus advantageously chained/linked to one another.
  • the assembly/manufacturing/drilling of the bores or rivets along the meter-long longitudinal seam 12 can be monitored and/or logged and/or controlled over the entire location area BL or the aircraft fuselage 10 .
  • This can be done using the laser L with a high accuracy of fractions of a millimeter.
  • the same can also be realized with a mobile robot or workpiece transport system, as is currently being used in the automotive industry.
  • the receiving units E 1 and E 2 etc. can be mounted separately without great accuracy requirements, ie in relation to the operating position and the alignment of the respective coordinate axes.
  • the coordinate transformation according to the invention by means of the laser measuring unit L or
  • the common coordinate system is generated and the two or more originally separate coordinate systems of the receiving units Ei and E 2 are connected to one another or formed or "merged" into a single operational/work coordinate system Locating range BL enlarged accordingly, so that a common coordinate system can also be implemented in larger production halls by means of a plurality of receiving units E 1 to E 10 .
  • the identification and/or control of a screwdriver 4 and/or the screwing positions/sequences etc. takes place in a manner that is already known, e.g. by means of bidirectional communication, optionally also by radio signals, with the receiving units E 1 and E2 not only have the ultrasonic receivers 1, 2, but also the transmission unit S or transmitter S, in particular the radio transmitter 3.
  • the transmission units S or transmitters S of the screwdriver 4 or the like can also have a radio receiver or the like.
  • the receiving units E 1 and E 2 are preferably not only connected via the common coordinate system, but also optionally or possibly via data or signal and/or energy lines to one another or to a data processing and/or control unit 7 or computer or the like tied together.
  • the object can also include a receiving unit E 1 and E 2 in the sense of the invention, and the transmitting unit S or the transmitter S can then be arranged at a fixed position in a production hall, on/next to an assembly line or the like, with which the location of the object or a mobile receiver is realized. That is to say, within the meaning of the invention, the receiving units E 1 and E 2 can each be designed as a transmitter unit Si and S2, and the transmitter S can be designed as a receiver or receiver unit E 1 or E 2 .

Abstract

Es wird ein Fertigungsassistenzvorrichtung mit wenigstens einer Ortungseinheit zur Ortung von einer oder mehrerer Sendeeinheiten (S) zum Senden von Ortungssignalen, insbesondere von Ultraschallsignalen oder Lichtsignalen, oder zur Ortung von mit der/den Sendeeinheiten (S) verbundenen Gegenständen (4), wie Werkzeuge und/oder Werkstücke und/oder Bauelemente oder dergleichen, wobei wenigstens eine erste Empfangseinheit (E1) zum Empfangen der Ortungssignale der/den Sendeeinheiten (S) vorgesehen ist, wobei wenigstens eine zweite Empfangseinheit (E2) zum Empfangen der Ortungssignale der/den Sendeeinheiten (S) vorgesehen ist, wobei als mobile Ortungskomponenten insbesondere die Sendeeinheiten (S) und wobei als stationäre Ortungskomponenten insbesondere die erste und zweite Empfangseinheiten (E1, E2) ausgebildet sind, vorgeschlagen, wobei die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise verbessert werden bzw., womit insbesondere ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich genaueres Arbeiten/Koordinatensystem realisierbar ist und/oder erweiterter Aktionsbereich bzw. Aktionsraum und/oder möglichst eine flexible Anpassung an unterschiedlichste Fertigungsprozesse, insbesondere bei besonders großen Werkstücken und/oder Produktionsanlagen bzw. Fertigungsstraßen oder dergleichen realisiert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,-dass wenigstens eine zumindest ein Laserlicht und/oder einen Laserstrahl umfassende Laser-Messeinheit zum Einmessen und/oder Kalibrieren der stationären Ortungskomponenten und/oder wenigstens der ersten und zweiten Empfangseinheiten (E1, E2) vorgesehen ist.

Description

"Fertigungsassistenzvorrichtung mit wenigstens einer
Ortungseinheit"
Die Erfindung betrifft eine Fertigungsassistenzvorrichtung mit wenigstens einer Ortungseinheit zur Ortung von einer'oder mehrerer Sendeeinheiten zum Senden von Ortungssignalen, insbesondere von Ultraschallsignalen oder Lichtsignalen,oder zur Ortung von mit der/den Sendeeinheiten verbundenen Gegenständen, wie Werkzeuge und/oder Werkstücke und/oder Bauelemente oder dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zur Verbesserung von Fertigungsprozessen sind Assistenzsysteme bzw. Überwachungssysterne bekannt geworden, mittels denen die Werkstücke bzw. Werkzeuge zum einen überwacht'und zum anderen die Fertigung bzw. Montage auch begleitet werden kann. So ist in der.EP 1 645921 B1 eine Überwachung der Bewegung einer menschlichen Hand oder eines manuell geführten Bauteiles, insbesondere eines Werkzeugs, beschrieben. Hierin wird zur Verbesserung von Fertigungsprozessen die Verfölgung und Aufzeichnung von Bewegungsabläufen eines Werkzeugs, z.B. eines Schraubers, vorgeschlagen. Beispielsweise kann damit die Korrektheit einer vorgegebenen Reihenfolge von hintereinander durchzuführenden Fertigungsschritten, wie z.B. die Anbringung einer bestimmten Anzahl von Schrauben an bestimmten, vorgegebenen Positionen überwacht und dokumentiert werden. Im Handel sind hierzu bereits Ortungsvorrichtungen bekannt geworden, die z.B. eine Empfangseinheit mit drei Empfängern für ültraschallsignale umfassen. Die Empfangseinheit ist über eine an Werkzeugen angebrachte Sendeeinheit mit drei Sendern mittels Laufzeitmessungen von Signalen der Sender in der Lage, die Sendeeinheit zu orten und hierbei deren Position bzw. die der entsprechenden Werkzeuge/Gegenstände zu ermitteln. Hierdurch sind eine Ortung der Werkzeuge sowie eine Bestimmung der Orientierung der Werkzeuge möglich« Somit kann durch Verfolgung der Werkzeugbewegungen die Abfolge von Prozessschritteh, beispielsweise Verschraubungen, erfasst werden. Wird gleichzeitig ein Werkzeugparameter, beispielsweise der Betriebszustand und/oder das Drehmoment eines Schraubers erfasst, so kann nicht nur die korrekte Abfolge, sondern auch die korrekte Stärke der Verschraubung überprüft werden.
Weiterhin ist auch ein System im Einsatz, wobei die Empfangseinheit eine Kamera mit Bildaufnahme umfasst.
Beispielsweise über einen Monitor kann einer Bedienperson des Werkzeugs die als nächstes zu bearbeitende Verschraubung bzw. der nächste Montageschritt angezeigt und somit die Abfolge der Tätigkeiten erleichtert werden. Bei Nichteinhaltung der vorgegebenen Prozessschritte kann ein Warnsignal gegeben und/oder das Werkzeug außer Betrieb gesetzt werden. Auf diese Weise;bietet das System der Bedienperson aufgrund der Prozessführung eine enorme Hilfestellung, wobei zugleich eine Qualitätssicherung gewährleistet ist.
Zur eindeutigen Bestimmung der Position der zu überwachenden Gegenstände bzw. Sendereinheit weist die Empfangseinheit ein Koordinatensystem auf, sodass die Position des zu ortenden Gegenstandes bzw. des Senders im Raum eindeutig beschrieben bzw. bestimmt werden kann. Dementsprechend ist im zu überwachenden Aktionsraüm des Empfängers ein Koordinatensystem definiert, das als Bezugsgröße sowohl für die Sendereinheit als auch für die Empfangseinheit gilt.
Nachteilig ist jedoch, dass sowohl die Empfangseinheit als auch die Sendereinheit technisch bedingt einen begrenzten Sende— bzw. Empfangsbereich und somit einen begrenzten Aktionsbereich und somit Örtungsbereich aufweisen.
Dies ist vor allem deshalb von Nachteil, da die Ultraschall- Sendeeinheiten meistens mobil sind bzw. an einem mobilen Werkzeug angeordnet sind, sodass zur Energieversorgung derSendereinheit und/oder des Werkzeugs keine kabelgebundene Energieversorgung realisiert werden kann. Durch die Energieversorgung mittels Batterien oder•Akkumulatoren können im Allgemeinen auch nur begrenzte Sendeleistungen und somit Reichweiten generiert werden, sodass gerade bei der Verwendung von mobilen Sendern oder Empfängern der Aktionsbereich des Systems deutlich begrenzt ist.
Bei den bislang bekannten Systemen mit Ultraschallortung ist der bislang •realisierte Aktionsbereich auf ca. 4 m Radius begrenzt. Bei modernen (industriellen) Fertigungsprozessen mit Montagebändern, .insbesondere im Automobilbereich oder dergleichen, sind jedoch Aktionsbereiche von 4 m Radius, das heißt 8 m Durchmessern, vielfach zu klein, um eine sinnvolle oder möglichst vollständige Fertigungsassistenz gewährleisten zu können.
So stellt derzeit eine Kernherausforderung nach wie vor das gemeinsame Einlernen mehrerer Empfänger in ein gemeinsames Koordinatensystem dar. Zwar konnte durch die bisherigen Verbesserungen das Einlernen der Koordinatehsysteme einzelner Receiver signifikant verbessert werden, es birgt jedoch Risiken, die Kalibrierung des Koordinatensystems „aus dem System heraus" zu machen. Zusätzlich addieren sich 'die Messungenauigkeiten bei einer Kalibrierung eines Empfängers über einen anderen Empfänger, was bei wiederholter Anwendung aufgrund der Regeln zur Fehlerfortpflanzung mittelfristig zu signifikant größeren Fehlern führt. Eolgerichtig sollte ein System geschaffen werden, dass redundant die Positionen zum Bestimmen des Koordinatensystems für die einzelnen Empfänger Millimeter-genau bestimmt .
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber, eine Fertigungsassistenzvorrichtung vorzuschlagen, wobei die Nachteile des Stands der Technik wenigsten teilweise verbessert werden bzw. womit insbesondere ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich genaueres Arbeiten/Koordinatensystem realisierbar ist und/oder erweiterter Aktionsbereich bzw. Aktionsraum und/oder möglichst eine flexible Anpassung an . unterschiedlichste Fertigungsprozesse, insbesondere,bei besonders großen Werkstücken und/oder Produktionsanlagen bzw. Fertigungsstraßen oder dergleichen realisiert wird.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich. Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass wenigstens eine zumindest ein Laserlicht und/oder einen Laserstrahl umfassende Laser-Messeinheit tum Einmessen und/oder Kalibrieren den stationären Ortungskomponenten und/oder wenigstens der ersten und zweiten Empfangseinheiten vorgesehen ist.
Mit Hilfe der Laser-Messeinheit gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise eine höhere Genauigkeit und/oder ein deutlich größerer Wirkbereich bzw. Arbeitsbereich abgedeckt bzw. ausgemessen werden. So kann beispielsweise der Arbeitsbereich bzw» Kalibrier-/Messbereich von dutzenden Metern und Bruchteilen von Millimetern genau vermessen werden. In vorteilhafter Weise wird ein (Gesamt- bzw» Laser-)Koordinatensystem mittels der Laser-Messeinheit verwirklicht, in das in vorteilhafter Weise jeweils ein Einzel-Koordinatensystem einer Empfangseinheit, d.h, der ersten und/oder der zweiten Empfangseinheit und/oder zahlreicher, z.B.-ca. 10-50 oder unzählige bzw.beliebig viele Empfangseinheiten und damit ca. 10-50 oder unzählige bzw. beliebig viele Einzel-Koordinatensysteme, integriert bzw, aufgenommen und verknüpft bzw. eingerechnet/verrechnet werden kann. So kann eine Abstimmung bzw. Kalibrierung der Einzel- Koordinatensysteme mit dem (Gesamt- bzw. Laser-) Koordinatensystem und mit den jeweils anderen Einzel- Koordinatensystemen verwirklicht werden, ohne dass ein Verkettungsfehlef bei aneinanderfügen der zwei bzw. zahlreichen Einzel-Koordinatensystemen entsteht. Dies erhöht in vorteilhafter Weise die Genauigkeit der Ortung und damit auch der Fertigung.
Vorzugsweise wird ein Koordinatensystem des Werkstückes und/oder der Fertigung und/oder eines mobilen Roboters'bzw. Werkstück- Transportsystems und/oder eines CAD-Systems des Werkstückes verwendet, das in vorteilhafter Weise mit dem (Gesamt- bzw. Laser-) Koordinatensystem verknüpft/kalibriert bzw. verrechnet bzw. in Obereinstimmung gebracht wird.So kann beispielsweise: bei der Fertigung eines Flugzeuges oder eines Eisenbahn- Fahrzeuges, d,.h. Lokomotive und/oder Wagons, bzw. vergleichsweise sehr große und/oder sehr lange bzw. mehrere Meter große Werkstücke oder dergleichen ein von der Konstruktion bzw. dem CAD-System vorgegebenes:bzw. eingeführtes CÄD- Koordinatensy stem zur Ortung verwendet werden.
Zum Beispiel ist der (CAD-)Koordinatenursprung (0/0/0) eines Flugzeuges üblicherweise:die Flugzeugspitze bzw. -nase. Gemäß der Erfindung kann nun das (Gesamt-/Laser-)Ortungs- Koordinatensystem der Fertigungsassistenzvorrichtung mit Hilfe der Laser-Messeinrichtung eine vorteilhafte Kalibrierung und Verrechnung durchführen, so dass der Koordinatenursprung (0/0/0) des (Gesamt-/Laser-)Ortungs-Koordinatensystems Identisch mit dem CAD-Koordinatenur sprung bzw. mit der Flugzeugspitze bzw. -nase ist.
Zudem können'in vorteilhafter Weise die Einzel- Koordinatensysteme der Empfangseinheiten derart miteinander/untereinander sowie mit dem (Gesamt-bzw. Laser-) Ortungs-Koordinatensystem verknüpft/verrechnet bzw. derart in Übereinstimmung gebracht werden, dass sich die einzelnen Koordinatenursprünge (0/0/0) der Einzel-Koordinatensysteme jeweils individuell in das Gesamt-bzw. Laser-) Ortungs- Koordinat ensystem und zugleich auch in vorteilhafter Weise in das Koordinatensystem des Werkstückes und/oder der Fertigung und/oder eines mobilen Roboters bzw. Werkstück-Transportsystems und/oder eines CAD-Systems des Werkstückes eingebunden/eingerechnet werden. Hierdurch kann ein ggf. aufwändiges Einlerne bzw. Einteachen in vorteilhafter Weise entfallen, was das Einrichten des Ortungssystem gemäß der Erfindung deutlich verbessert bzw. sehr schnell realisiert werden kann. So kann die Laser-Messeinheit und jede Empfangseinheit ohne große Genauigkeit im Fertigungs-/Arbeitsbereich bzw. in der Nähe des Werkstückes installiert/montiert/befestigt werden. Anschließend erfolgt das Einmessen/Kalibrieren der Laser- Messeinheit mittels Laserlicht. Hierbei können vorteilhafte Kalibrierfflittel/-elemente verwendet werden, z.B. ein sog. „Kalibrierwinkel" mit wenigstens einem Kalibierpunkt. DieserKalibierpunkt oder vorzugsweise drei Kalibierpunkte eichen das System in vorteilhafter Weise. Hier können auch Punkte des Werkstückes wie die Nasenspitze des Flugzeuges oder eine Fensteröffnung, eine Lucke, ein Absatz, eine Nut und/oder eineKante oder dafür vorgesehene Referenzpunkte, etc. des Werkstückes bzw. des Flugzeuges^oder des Wagons bzw.
Eisenbahnwagens verwendet werden. So kann dieser Kalibierpunkt und/oder dieser Punkt, Kante, Linie etc. des Werkstückes zum Kalibrieren des Ortungskoordinatensystems verwendet werden.
Beispielsweise wird der vom CAD-System bekannte Koordinatenpunkt, z.B. bei einer Fensteröffnung weist die vordere
Fensteröf fnungskante eine X-Koordinate von 8000 (mm) auf, die untere Fensteröffnungskante weist eine Y-’Koordinate von 4000 (mm) auf und eine Z-Koordinate von 3000 (mm) auf. Das prtungs- Koordinatensystem wird so dann nach dem Einmessen mittels der Laser-Messeinheit dieser Fensteröffnung mit dem CAD-System bzw. Werkstück-Koordinatensystem entsprechend verknüpft/verrechnet bzw. in Übereinstimmung gebracht. Anschließen oder davor kann /wird zudem eine Kalibrierung bzw. Verknüpfung mit den Einzel-Koordinatensystemen der Empfangseinheiten verwirklicht. Folglich sind alle Einzel- Koordinatensystemene miteinander und mit dem Gesamt-Ortungskoordinatensystem und/oder dem Werkstück- Koordinatensystem verknüpft bzw. kalibriert/eingemessen.
Vorzugsweise weist ein Kalibrierelement und/oder ein Kalibrierwinkel oder dergleichen wenigstens einen Laser- Kalibrierpunkt für die Laser-Messeinheit und wenigstens einen Sender auf, vorzugsweise ist wenigstens ein Sender zwischen /zwei Laser-Kalibrierpünkten für die Laser-Messeinheit'angeordnet. In einer bevorzugten Variante der Erfindung weist das Kalibrierelement und/oder der Kalibrierwinkel wenigstens drei Sender auf, wobei jeweils in vorteilhafter Weise ein Sender zwischen zwei Laser-Kalibrierpunkten für die Laser-Messeinheit angeordnet ist. So kann,in vorteilhafter Weise ein Kalibrieren/Einmessen einer einzelnen Empfangseinheit mit der Laser-Messeinheit verwirklicht werden. Hierdurch ist die exakte Position der jeweiligen Empfangseinheit bekannt, d.h, in Bezug mit dem
Ortungskoordinatensystem bzw; der Gesamt-Koordinatensystem, Die Ortung des Werkzeuges und/oder Senders des Gegenstandes, das/der für die Fertigung zu orten ist, kann hierdurch einerseits mit dem Laser-Koordinationssystem dadurch erreicht werden, dass die Position des Senders/GegenStandes in Bezug auf die Empfangseinheit mit der'Position der Empfangseinheit „addiert" bzw. hinzugefügt wird, so dass die .Position des Senders/Gegenstandes in Bezug auf das Laser-Koordinationssystem bekannt /erkannt wird. Das bedeutet, dass eine sog.
„Verkettung" der Position des Senders/Gegenstandes mit der Position der Empfangseinheit realisierbar ist.
Vorzugsweise ist wenigstens der ersten Empfangseinheit (E1) ein erstes, einen ersten Koordinatenursprung (U1) umfassendes Koordinatensystem zur Bestimmung der Position des Senders (S) und/oder des Gegenstandes mit ersten Koordinaten (X1, Y1, Z1) zugeordnet undist wenigstens der zweiten Empfangseinheit (E2) ein zweites, einen zweiten Koordinatenursprung (02) umfassendes Koordinatensystem zur Bestimmung der Position des Senders und/oder des Gegenstandes mit zweiten Koordinaten (X2, Y2, 22) zugeordnet und/oder ist eine^Koordinatentransformationseinheit zum Transformieren zumindest eines der wenigstens zwei Koordinatensysteme vorgesehen, so dass den wenigstens zwei Empfangseinheiten (E1, E2) ein gemeinsames, einen gemeinsamen Koordinatenursprung (U) und/oder eine gemeinsame Raumorientierung umfassendes Koordinatensystem zugeordnet ist. Hiermit kann das Koordinatensystem der Empfangseinheit bzw. das Einzel-Koordinatensystem in das Gesamt-/Laser-Koordinatensystem eingeordnet bzw. in dieses in vorteilhafter Weise positioniert werden, so dass die Koordinaten des georteten
Senders /Gegenstandes in das:Gesamt-/Laser-Koordinatensystem umgerechnet bzw. eingeordnet werden können. Gegebenenfalls erfolgt zudem eine Abstimmung/Verknüpfung mit dem Koordinatensystem des Werkstückes wie eines Flugzeuges, Eisenbahnwagons und/oder eines mobilen Werkstücktransportsystems oder dergleichen. Beispielsweise wird in der Automobilindustrie ein mobiler Roboter bzw. ein mobiles Transportsystem eingesetzt, der/das mit der erfindungsgemäßen Laser-Messeinheit vermessen bzw. gescant werden kann, so dass in vorteilhafter Weise die Position des mobilen Roboters bzw. mobilen Transportsystems erfassbar und vermessbar/kalibrierbar ist. Dadurch kann das Koordinatensystem des Roboters/Transportsystems mit dem Laser- bzw. Gesamt-Koordinatensystem in Übereinstimmung bzw. miteinander verknüpft werden.
Vorteilhafterwiese ist zwischen der Laser-Messeinheit und der ersten und/oder zweiten Empfangseinheit (E1, E2) ein erster und/oder zweiter Abstand vorgesehen. So kann eine separate Laser-Messeinheit flexibel, ggf. beliebig im Fertigungsbereich fixiert/montiert/installiert werden. Anschließend erfolgt die Kalibrierung gemäß der Erfindung. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die erste und/oder zweite Empfangseinheit (E1, E2) wenigstens die Laser-Messeinheit, wobei insbesondere ein Gehäuse zumindest die Laser-Messeinheit und die erste oder zweite Empfangseinheit (E1, E2) umfasst.
Somit wird die Laser-Messeinheit in eine bzw. in jede Empfangseinheit integriert, insbesondere innerhalb eines Gehäuses der Empfangseinheit angeordnet. Hiermit kann sich quasi jede bzw. die Empfangseinheit „selber" einmessen/kalibrieren bzw. in das (Gesamt-/Laser)Ortungskoordinatensystem einbinden bzw. einordnen. Dementsprechend können die Empfangseinheiten an einen vorteilhaften Platz bzw. Position im Fertigungsbereich bzw. in der Nähe des Werkstückes montiert/positioniert/fixiert werden und anschließend erfolgt die „eigene Kalibrierung" in das Gesamtsystem bzw. in das Ortungssystem und/oder in den/das Fertigungs raum/-koordinatensystem.
Das erfindungsgemäße Fertigungsassistenzsystem kann flexibel an unterschiedlichste Anforderungen und Räumlichkeiten angepasst und in vorteilhafter Weise modular erweitert, wobei nicht nur ein zweiter, sondern bei Bedarf eine nahezu unbegrenzte Vielzahl an weiteren Empfangseinheiten vorgesehen werden kann bzw. der bereits vorhandenen bzw. ersten Empfangseinheit hinzugefügt werden kann. Beispielsweise kann mit zwei oder mehreren erfindungsgemäßen Empfangseinheiten im Wesentlichen ein gesamter Bereich eines Montagebandes oder dergleichen abgedeckt werden, sodass eine vollständige Überwachung einer Fertigung längs eines entsprechenden Montagebandes realisierbar ist. So ist denkbar, dass beispielsweise mit einer matrixartigen Anordnung zahlreicher Empfangseinheiten nahezu die gesamte Fertigungshalle entsprechend überwacht bzw. hierin die Sender oder Gegenstände geortet und dem gemeinsamen Koordinatensystem zugeordnet werden können.
Mit Hilfe der vorteilhaften Koordinatentransformationseinheiten ist es möglich, dass in vorteilhafter Weise die jeweils separaten Empfangseinheiten jeweils an einer bestimmten bzw. beliebigen Position montiert bzw. fixiert werden können, wobei jede separate Empfangseinheit zunächst jeweils ein eigenes Koordinatensystem mit eigenem Koordinatenursprung und/oder eigener Raumorientierung aufweist. Durch'die vorteilhafte Transformation der Koordinatensysteme zu einem gemeinsamen Koordinatensystem mit gemeinsamen Koordinatenursprung und/oder gemeinsamer Raumorientierung ist es nunmehr möglich, dass die Position eines Gegenstands bzw. Senders vollständig erfassbar ist und geortet werden kann, selbst wenn dieser von einem Empfangsbereich zu einem anderen Empfangsbereich bewegt bzw. verstellt wird. So kann der Sender bzw. Gegenstand auch bei einem Übertritt vom ersten Aktions- bzw. Empfangsbereich in den zweiten Aktions- bzw. Empfangsbereich eindeutig erfasst bzw. geortet und dessen Position eindeutig bestimmt sowie bezeichnet werden.
Dementsprechend wird mit mehreren Empfangseinheiten ein gemeinsamer, ggf. innerhalb des Fertigungsbereichs nahezu unbegrenzter Aktions- und Empfangsbereich mit gemeinsamem bzw. einheitlichem Koordinatensystem generiert. So ist auch bei großen Fertigungsprozessen beispielsweise mit sehr großen bzw. langen Montagebändern,wie z.B. in der Automobilprodüktion oder dergleichen, eine vorteilhafte Fertigungsassistenz einsetzbar. Folglich kann die erfindungsgemäße Fertigungsassistenzvorrichtung mit Hilfe einer vorteilhaften Variation der Anzahl verwendeter Empfangseinheiten für unterschiedlichste Fertigungsprozesse bzw. Fertigungsbedingungen angepasst bzw. eingesetzt werden.
Demzufolge ist ein Fertigungsassistenzvorrichtungssystem in vorteilhafter Weise für mobile und/oder manuell geführte Anwendungen bzw. mobile und/oder manuell geführte Sender/Gegenstände verwendbar. Hiermit wird eine praktikable und effiziente bzw. wirtschaftlich günstige Ortung realisiert.
Vorteilhafterweise sind das/die Koordinatensysteme als dreidimensionale und/oder geradlinige und/oder orthogonale Koordinatensysteme ausgebildet. Hiermit kann in vorteilhafterweise eine Ortung von Sendern bzw. einen Sender aufweisende Gegenstände realisiert werden, die sich dreidimensional im Raum bewegen bzw. anordenbar sind, was gerade bei mobilen und/oder manuell geführten Anwendungen von Vorteil ist.
Beispielsweise ist eine Empfangseinheit mit nur einem einzelnen Ultraschall-Empfänger denkbar, wobei zum Beispiel zur exakten Festlegung eines dreidimensionalen, orthogonalen Koordinatensystems diese Empfangseinheit weitere Komponenten zur Festlegung /Bestimmung vor allem der Raumorientierung bzw. Koordinatenachsen benötigt. Hiermit kann bereits mit einem einzelnen Ultraschall-Empfänger eine eindeutige Festlegung eines, dreidimensionalen, orthogonalen Einzel-Koordinatensystems realisiert werden, wobei beispielsweise der Koordinatenursprung exakt im Mittelpunkt des Empfängers angeordnet ist.
Vorzugsweise umfasst die (vorzugsweise als Baueinheit ausgebildete) erstemund/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte bzw. n-te Empfangseinheit jeweils mindestens 'dreiEmpfänger, insbesondere Ultraschall-Empfänger, die mit einer Dreieckanordnung eindeutig eine Ebene bzw. Fläche des Koordinatensystems generieren, zu der jeweils senkrecht bzw. orthogonal die dazugehörige dritte Dimension bzw.
Koordinatenachse ausgerichtet ist. Beispielsweise sind die drei Empfänger der jeweiligen Empfangseinheit in einem gleichschenkligen Dreieck angeordnet, wobei vorzugsweise der Mittelpunkt des gleichschenkligen Dreiecks den Koordinatenursprung des jeweiligen Koordinatensystems dieser Empfangseinheit bildet. Auch kann in vorteilhafter Weise senkrecht zu dem '(gleichschenkligen) Dreieck am Koordinatenursprung die dritte orthogonale Achse des jeweiligen Koordinatensystems angeordnet werden.
Im Sinn der'Erfindung weist die jeweilige Empfangseinheit bzw.. Baueinheit jeweils ein eigenes bzw. eigenständiges Koordinatensystem auf, das vorzugsweise drei zusammenwirkende Komponenten zur exakten Festlegung des jeweiligen, eigenen Koordinatenursprungs und der jeweiligen, eigenen Raumorientierung bzw. der drei Koordinatenachsen aufweist. Das heißt wie oben dargelegt, dass eine Empfangseinheit z.B. drei Ultraschall-Komponenten bzw. Ultraschall-Empfänger oder ggf. eine Ultraschall-Komponente und zudem ein Kompass sowie ein Lot umfasst. Eine derartige einzelne Empfangseinheit bzw. Baueinheit ist aufgrund ihres eigenen, exakt festgelegten Koordinatensystems bereits für sich betriebsbereit zur eindeutigen Ortung von Sendern bzw. Gegenständen bei- Fertigungsprozessen. Gegebenenfalls kann in der einzelnen Empfangseinheit bzw. Baueinheit in vorteilhafter Weise die Laser-Messeinheit gemäß der Erfindung integriert sein bzw. diese umfassen. So wird in vorteilhafter Weise das jeweilige Koordinatensystem der jeweiligen Empfangseinheit bzw. Baueinheit jeweils für sich exakt festgelegt und dies bereits durch die bzw. mit der Herstellung der jeweiligen Empfangseinheit. Die jeweilige Empfangseinheit im Sinn der Erfindung ist demzufolge vor der Koordinatentransformation gemäß der Erfindung unabhängig von anderen, weiteren Empfangseinheiten des Fertigungsassistenzsystems herstellbar und mit einem eigenen, definierten (vorzugsweise dreidimensionalen) Koordinatensystem am jeweiligen Ort bzw. ihrer Position im Fertigungsbereich montierbar/fixierbar . Bei Letzteren müssen keine hohen Genauigkeitsanforderungen in Bezug auf die konkrete Position und/oder Ausrichtung der jeweiligen Empfangseinheit mit ihrem integrierten jeweiligen Koordinatensystem erfüllt werden. So können auch wenig qualifizierte -Personen das Fertigungsassistenzsystem installieren und in Betrieb nehmen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die erste Empfangseinheit einen ersten Empfangsbereich und die zweite Empfangseinheit einen zweiten Empfangsbereich auf, wobei die wenigstens zwei Empfangsbereiche einen gemeinsamen Überlappungsbereich umfassen, wobei der Überlappungsbereich als Transformationsbereich der Koordinatentransformationseinheit ausgebildet ist und wobei wahrend einer Transformationsphase wenigstens ein Sender im Transformationsbereich angeordnet ist und/oder sich bewegt. Hiermit wird es möglich, dass die wenigstens zwei Empfangseinheiten nahezu beliebig, jedoch mit einem gemeinsamen Überlappungsbereich der einzelnen Ortungs- bzw. Empfangsbereiche, und ohne großen messtechnischen Aufwand positioniert bzw. an einem vorgegebenen Ort angeordnet bzw. fixiert werden. Hierbei ist weder der exakte Abstand, noch die jeweilige exakte Ausrichtung der'beiden oder mehreren Empfangseinheiten zueinander bzw. im Raum, d.h. z.B. in der Fertigungshalle oder dergleichen, notwendig. Vielmehr kann mit Hilfe dieser vorteilhaften Äusführungsförm der Erfindung und dem hierbei verwendeten Sender im gemeinsamen bzw. überlappenden Transformatiönsbereich eine vorteilhafte Erzeugung des gemeinsamen Koordinatensystems realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst die Koordinatentransformationseinheit eine mathematis ehe, insbesondere e1ektronisehe Berechnungsvorrichtung zum mathematischen Berechnen der Koordinatentransformation bzw. der Umrechnung zumindest des einen zu transformierenden Koordinatensystems. In vorteilhafter Weise generiert die Koordinatentransformationseinheit den gemeinsamen Koordinatenursprung des gemeinsamen Koordinatensystems und/oder die gemeinsame Raumorientierung des gemeinsamen Koordinatensystems mittels mathematischer Verfahren.
Grundsätzlich kann gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist es möglich, mit Hilfe einer zusätzlichen und/oder separaten Erfassung prozessrelevanter Daten von neu in den Wirkungsbereich der OrtungsVorrichtung eintretenden Ortungsgegenständen, einen Fertigüngsprozess für ein Werkstück zu verfolgen, ohne die gesamte Montagehalle bzw. den gesamten Raum, in dem sich das Werkstück während des Fertigungsprozesses aufhält, vollständig zu überwachen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, alle Werkzeuge oder sonstige Ortungsgegenstände, insbesondere auch nicht die zugehörigen Ortungssensoren permanent zu überwachen.
Es genügt vielmehr, wenn lediglich die Ortungsgegenstände in ihrer relativen Position zur Ortungsvorrichtung geortet werden, die in den Wirkungsbereich der Ortungsvorrichtung eintreten und hinsichtlich wenigstens einer prozessrelevanten Eigenschaft erfasst werden.
Der Ausdruck Wirkungsbereich ist dabei nicht nur räumlich, zum Beispiel im Hinblick auf die Reichweite der Ortungsvorrichtung, sondern auch funktional zu verstehen. So kann der Eintritt in den Wirkungsbereich der Ortungsvorrichtung beispielsweise dadurch vollzogen werden, dass in diesem Wirkungsbereich ein Ortungsgegenstand in Betrieb gehommen wird. Dies gilt insbesondere für die Inbetriebnahme entsprechender Ortungssensor, die der Ortung dienen, und die im ausgeschalteten Zustand von der Ortungsvorrichtung nicht zu orten sind. Erfindüngsgemäß ist 'Somit eine flexible und damit auch hinsichtlich der Anzahl, Art und Funktion«variable Einsatzmöglichkeit der Ortungsgegenstände gegeben.
So können beispielsweise Werkzeuge zum Einsatz kommen, die im zeitlichen Prozessablauf zur jeweiligen Zeit von außerhalb des Wirkungsbereichs der Ortungsvorrichtung, beispielsweise außerhalb eines Gruppenarbeitsplatzes oder sogar von außerhalb einer Montagehalle an das Werkstück verbracht werden. Auch die Montage auf einem Montageband ist durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Weiteres zu überwachen, da die
.Ortungsgegenstände, die durch die Bewegung der mit dem Werkstück ortsfest verbundenen Ortungsvorrichtung auf dem Montageband und/oder durch eigene Bewegung in deren Wirkungsbereich eintreten, hinsichtlich wenigstens einer prozessrelevanten Eigenschaft erfasst und in die Prozessüberwachung aufgenommen werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Ortung jedoch mittels einer Laufzeitmessung zwischen den Ortungssensoren vorgenommen. Über die Laufzeit des Ortungssignals lässt sich eine exakte Entfernung zwischen einem Sender und einem Empfänger bestimmen. Bei Verwendung mehrerer Laufstrecken lässt sich somit die Ortung präzisieren. Bei insgesamt drei linear unabhängigen Laufstrecken verbleiben maximal zwei Punkte als zu ortende Positionen, von denen in der Regel eine durch eine Plausibilitätsbeträchtung auszuschließen ist. So kann beispielsweise ein zweiter theoretisch möglicher Punkt systematisch immer außerhalb des Wirkungsbereichs der Ortungsvorrichtung liegen.
Diese Überlegungen basieren auf der Tatsache, dass bei drei gemessenen Entfernungen zu/einem Ortungssensor die gemeinsamen Schnittpunkte von drei Kugeloberflächen im Raum zu ermitteln sind.
Generell kann einerseits das Senden bzw. der Sender oder die Sendeeinheiten mobil bzw. beweglich ausgeführt werden, insb. am mobilen Werkzeug oder am mobilen Werkstück angeordnet werden. Andererseits kann das Empfängen bzw. der Empfänger oder die Empfangseinheiten/Baueinheiten mobil bzw. beweglich sein, insb. am mobilen Werkzeug oder am mobilen Werkstück angeordnet werden.
Vorteilhafterweise umfassen die Ortungssensoren der Ortungsvorrichtung sowie die Ortungsgegenstände Ültraschallsender und Ültraschallempfänger. Laufzeitmessungen mittels Ultraschallsender und “empfänger erlauben eine genaue präzise Ortung und sind bei Vorrichtungen gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik bereits in Gebrauch.
In einer besonderen Variante der Erfindung wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Ortüngsvorrichtung mit wenigstens einem Ultraschallsender und der Ortungsgegenstand mit wenigstens einem Ültraschallempfänger ausgestattet. Sofern die Ortungsvorrichtung über einen oder mehrere Sender arbeitet, ist der räumliche Wirkungsbereich der Ortungsvörrichtung relativ zu dem ortsfest mit der Ortungsvorrichtung angeordneten Werkstück durch die Reichweite des jeweiligen Senders festgelegt. Sobald ein Empfänger in den räumlichen Wirkungsbereich eintritt, kann sodann die erfindungsgemäße Erfas-sungseinheit tätig werden. Im umgekehrten Fall ist der Wirkungsbereich der Ortungsvorrichtung schwieriger zu definieren, da er von der Reichweite von Sendern abhängt, die relativ zum Werkstück bewegbar sind.
Grundsätzlich sind jedoch Ausführungen denkbar, die durch entsprechende Signalauswertung auch den Einsatz von Sendern bei den gegenüber dem Werkstück mobilen Ortungsgegenständen in Verbindung mit Empfängern auf Seiten der zum Werkstück ortsfesten Ortungsvorrichtung erlauben.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die .zusätzliche bzw. separate Datenübertragung mittels eines zur laufzeitmessung vorgesehenen Senders durchgeführt. Sokann beispielsweise durch eine Anzahl oder durch eine Zeitabfolge von Ultraschallimpulsen zugleich eine häufZeitmessung als auch eine zusätzliche bzw. separate Datenübertragung vorgenommen werden. Beispielsweise kann damit eine Kennung für den Sender übertragen werden, sodass auf Seiten des Empfängers ein Rechner, beispielsweise der Prozessbegleitrechner oder ein anderer, die Erfassungseinheit beinhaltender Rechner den Sender erfassen kann, wenn er den Wirkungsbereich der Ortüngsvorrichtung betritt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfassen die Ortungsvorrichtung und/oder die Ortungsgegenstände eine vom Ortungssignal separate Datenverbindung. Diese Ausführungsform beinhaltet zum einen den Vorteil, dass unabhängig von der- Laufzeitmessung Informationen sowohl zwischen Ortungssensoren ’ als auch bei Bedarf zwischen Ortungssensoren und einem mit der entsprechenden Datenverbindung ausgestatteten Rechner möglich ist'. Bei einem entsprechend schnellen Übertragungsmedium kann auch ein Triggersignal für die Laufzeitmessung über eine solche Datenverbindung übertragen werden. Im einfachsten Fall kann die Datenverbindung über Kabel realisiert werden. Sie ist jedoch vorteilhafterweise mit einer drahtlosen Übertragungsstrecke realisiert.
Wie bereits erwähnt, ist es von Vorteil, diese Datenverbindung zwischen der Ortungsvorrichtung und dem Ortungsgegenstand vorZusehen, wobei insbesondere die Erfassungseinheit für neu hinzutretende Ortungsgegenstände auf Seiten der Ortungsvorrichtüng vorgesehen werden kann. Die separate DatenVerbindung kann jedoch auch über eine separate Dateneinheit, beispielsweise die Erfassungseinheit öder den Prozessbegleitrechner ausgebildet werden. Dabei kann die Datenverbindung über den Umweg einer solchen separaten Dateneinheit zwischen der OrtungsVorrichtung und dem Örtungsgegenstand hergestellt werden. Es kann jedoch auch in einer besonderen Ausführungsform bei der Kommunikation zwischen der entsprechenden Dateneinheit und der Ortungsvorrichtung einerseits bzw. der Dateneinheit und dem Ortungsgegenstand andererseits ohne unmittelbare Verbindung zwischen Ortungsvorrichtung und Ortungsgegenstand ’verbleiben. Sofern das Triggersignal für eine Laufzeitmessung über diese Datenverbindung erzeugt wird, kann dieses entweder von einem Ortungssensor oder von einer separaten Dateneinheit erzeugt werden. Entscheidend ist nur, dass dort, wo die Laufzeit erfasst wird, das heißt entweder unmittelbar beim Empfänger eines Ortungssensors nach Erhalt eines Triggersignals und/oder in einer separaten Dateneinheit nach Erfassung eines Triggersighals und Obermittlung eines Empfangssignals durch einen Ortungssensor die Laufzeit erfasst wird.
Die genannte Datenverbindung wird vorteilhafterweise zur Obertragung von prozessrelevanten Ist-Daten der Ortungsgegenstände verwendet. Diese Verwendung ist in jedem Fall von Vorteil,J sowohl in einer Ausführung, bei der das Triggersignal über diese Verbindung übermittelt wird oder auch bei einer Ausführung, bei der das Triggersignal anderweitig übermittelt wird.
Ein Ortungssensor eines neu in den Wirkungsbereich einer Ortungsvorrichtung eintretenden Ortungsgegenstandes kann beispielsweise als prozessrelevantes Ist-Datum ein Signal für den Erhalt eines Laufzeitsignals an die Erfassüngseinheit für neu in den Wirkungsbereich eintretende Ortungsgegenstände senden. Sofern dies zum Beispiel mit einer Kennung verbünden ist, ist nicht nur der Eintritt eines bestimmten Ortungssensors in den Wirkungsbereich der entsprechenden Ortungsvorrichtung erfasst, sondern zugleich auch ein Ortungssignal durch die bereits vorgenommene LaufZeitmessung vorhanden.
Vorzugsweise ist zudem ein Prozessspeicher vorgesehen, in dem prozessrelevante Soll-Daten von Prozessabläufen hinterlegt sind.
Durch Vergleich prozessrelevanter Ist-Daten mit den zugehörigen Prozess relevanter Soll-Daten kann ein entsprechender Prozessbegleitrechner abgleichen, ob die entsprechenden Prozessabläufe bzw. Prozessschritte den Soll-Daten entsprechend voranschreiten oder ob Fehler in den Prozessabläufen auftreten. Als prozessrelevante Daten, die prozessrelevanten Eigenschaften entsprechen^ sind verschiedene Daten denkbar. In Frage kommen beispielsweise Identifikationsdaten zur Identifikation eines Ortungssensors oder eines Ortungsgegenstandes, der mit dem Ortungssensor verbunden ist. Es kommen Typendaten, beispielsweise zur Erkennung eines Werkzeugtyps in Frage. Auch Teilekennziffern für Montageteile, die mit entsprechenden Ortungssensoren versehen sind, sind über eine entsprechende Datenverbindung übertragbar. Funktionsdaten wie beispielsweise Drehzahlen oder Drehmomente von Werkzeugen sind ebenso als' prozessrelevante Daten verwendbar, wie Betriebsdaten, die Aufschluss über einen bestimmten Betriebszustand geben. So kann beispielsweise die Erfassung eines neu in den Wirkungsbereich eintretenden Ortungsgegenstandes bzw. eines zugehörigen Ortungssensors dadurch durchgeführt werden, dass der eingeschaltete Zustand über die dafür vorgesehene Datenverbindung übermittelt wird.
Neben den genannten verschiedenen Daten können auch die Ortungsdaten über eine solche Datenverbindung übertragen werden.
So kann beispielsweise vorgesehen werden, dass die Laufzeit unmittelbar am Ort des Empfängers eines Laufzeitsignals bestimmt und als Information an eine weiter verarbeitende Einheit, beispielsweise einen Prozessbegleitrechner übertragen wird. Auf diese Weise lässt sich die Laufzeit präziser/erfassen, da neben der eigentlichen Laufzeit nur noch die Übertragungszeit für das Triggersignal in diese Messung der Laufzeit eingeht.
Vorzugsweise wird die DatenVerbindung zur Übertragung prozessrelevanter Daten als eine digitale, elektromagnetische drahtlose Datenverbindung ausgestaltet. Die Ausgestaltung als digitale Datenverbindung ermöglicht die Verbindung einer Vielzahl von Teilnehmern auf dem gleichen Frequenzkanal, wie dies in drahtlosen Bus-Systemen der Fall ist. Die Ausgestaltung als elektromagnetische DatenVerbindung bietet neben der Möglichkeit, etablierte Datenübertragungssysteme zu verwenden, auch im Falle der Übertragung eines Triggersignals den Vorteil, dass sich die Übertragungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen von ültraschallausbreitungsgeschwindigkeiten in Größenordnungen unterscheidet.
Eine drahtlose Übertragung der prozessrelevanten Daten verschafft der erfindungsgemäßen Vorrichtung zudem eine erheblich größere Flexibilität für unterschiedlichste Fertigungsprozesse. Insbesondere neu hinzutretende Ortungssensoren bzw. deren zugehörigen Ortungsgegenstände müssen dabei nicht verkabelt werden, sondern können einfach erfasst werden, sofern sie in die Reichweite der Ortungsvorrichtung gelangen.
Vorteilhafterweise werden in der Prozesseinheit bzw. im Prozessbegleitrechner eine Überwachung des Ablaufs vorgegebener Prozessschritte anhand der prozessrelevanten Ist- und Soll-Daten vorgesehen. Bei korrektem Prozessablauf kann eine entsprechende Datei, beispielsweise eine Tabelle von Soll-Daten im zeitlichen Ablauf abgearbeitet werden. Bei fehlerhaften Prozessschritten kann eine entsprechende Reaktion erfolgen.
Vorzugsweise ist eine Anzeige bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden, um die durchgeführten und/oder noch zu erledigenden Prözessschritte anzuzeigen. Bei fehlerhaften Prozessschritten kann sodann die Ausgabe eines Warnsignals zum Beispiel durch den Prozessbegleitrechner veranlasst werden. Ebenso kann ein Eingriff in die Steuerung von wenigstens einem Werkzeug und/oder einer Produktionsmaschine und/oder einer ‘ Produktionsanlage bei nicht korrekt erledigten Prozessschritten vorgesehen werden. Auf diese Weise können fehlerhafte Fertigungsschritte unterbunden und somit die Qualität verbessert werden. Mit Hilfe von Anzeigegeräten, die beispielsweise visuelle Anleitungen oder akustischer Anleitungen geben können, kann auch eine Prozessbegleitung im Sinne einer Prozessführung von Personen erfolgen, die mit entsprechenden Fertigungsprozessen befasst sind. So kann beispielsweise das als nächstes einzusetzende Werkzeug, die als nächste zu bearbeitende Montageposition oder dergleichen angezeigt werden, so dass die mit der Fertigung betrauten Personen durch die Fertigungsprozesse geführt werden. Ebenso kann in der Abarbeitung von Prozessschritten die entsprechende Werkzeugeinstellung und/öder “bereitstellung automatisch zum Beispiel durch den Prozessbegleitrechner veranlasst werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann entlang des Werkstückes, an welchem die Position von z.B. handgehaltenen Werkzeugen überwacht und protokolliert werden soll, die notwendige Anzahl von Empfängern aufgebaut werden. Zusätzlich wird eine Lasereinheit so installiert, dass in vorteilhafter Weise .mit dem Laserstrahl der gesamte Arbeitsbereich aller ültraschallempfänger ausgemessen werden kann. Jetzt wird im zentralen Empfangsbereich eines ültraschallempf ängers ;„Face-to“Face'' ein Kalibrierteil (Winkel) beim Werkstück so angebracht, dass die ültraschallmarker und die Laserreflektionsf lächen (z.B.Spiegel) zum Empfänger und zum Laser ausgerichtet sind. Jetzt wird der Laser mit geeigneter Software dazu verwendet, die exakte Position der Spiegel, welche jeweils einem ültraschallmarker zugeordnet sind und welche in bekanntem Kalibrier-Abstand zueinander angeordnet sind, zu ermitteln.
Aus den Ortsinformationen der Spiegel lässt sich genau bestimmen, wo die Ultraschallsender (Marker) sich befinden. Aus den Ortsinformationen der Spiegel lässt sich darüber hinaus für den jeweiligen Empfänger das zugehörige Koordinatensystem bestimmen. Nachdem für jeden Empfänger das Koordinatensystem bestimmt wurde, werden diese in vorteilhafter Weise zu einem gemeinsamen Koordinatensystem zusammengefasst und ggf. mit dem Koordinatensystem des Werkstückes verknüpft.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung, wobei jeder der Ultraschallempfänger (oder jede der Kameras)einen eingebauten Laser hat, um die Position des Werkstückes in Relation zum Ultraschallempfänger exakt zu ermitteln (Koordinatensysteme ermitteln und abgleichen), nachdem die Montageumgebung aufgebaut wurde, kann ebenfalls realisiert werden. Hinzukommt auch noch, dass gemäß der Erfindung eine;Variante auch angewendet werden kann, nachdem das (mobile und/oder selbstfahrende) Werkstück oder das (mobile und/oder selbstfahrende) Regal/(Teile-)Lagereinheit im Arbeitsbereich angekommen ist und insb. eine in einem gewissen Toleranz-Bereich nahezu beliebige Position eingenommen hat. Das mobile bzw. autonome Transportsystem kann in der Montageposition in Sekunden eingemessen werden, sodass die,Koordinaten der Montagepositionen für handgehaltene Werkzeuge in der realen Situation mit den Köordinatendaten aus den CAD-Planungsdaten hinreichend genau übereinstimmen und damit als Nebeneffekt auch das aufwendige Einteachen der Positionen entfallen oder auf strategisch notwendige Eckdaten reduziert werden kann. Ggf. kann auf das Einteachen gänzlich verzichtet werden. Auf jeden Fall kann gemäß der Erfindung an den vorgesehenen Positionen gearbeitet und der Einsatz des richtigen Werkzeuges mit den korrekten Parametern überwacht werden. Vörsugsweise umfasst eine Empfangseinheit drei Empfänger für Ultraschallsignale. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist Die Empfangseinheit über eine an Werkzeugen angebrachte Sendeeinheit mit beispielsweise drei Sendern mittels Laufzeitmessungen von Signalen der Sender in der Lage, die Sendeeinheit zu orten und hierbei deren Position bzw. die der entsprechenden Werkzeuge/Gegenstände zu ermitteln. Hierdurch sind u.a. eine Ortung der Werkzeuge bzw. Werkzeuggeräte sowie eine Bestimmung der Orientierung der Werkzeuge in vorteilhafter • Weise möglich. Somit kann durch Verfolgung der Werkzeugbewegungen die Abfolge von Prozessschritten, beispielsweise Verschraubungen, erfasst werden. Wirdgleichzeitig ein Werkzeugparameter, beispielsweise der Betriebszustand und/oder das Drehmoment eines Schraubers erfasst, so kann nicht nur die korrekte Abfolge, sondern auch die korrekte Stärke der Verschraubung überprüft werden.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sendeeinheit oder Sendeeinheiten jeweils wenigstens einen, insbesondere drei Ortungssender zum Senden von Ortungssignalen, insbesöndere von Ultraschallsignalen oder LED-/ Lichtsignalen, für die erste und/oder zweite Empfangseinheit zur Ortung des wenigstens einen Ortungssenders durch Bestimmung wenigstens eines Abstandes des wenigstens einen Ortungssenders von wenigstens der ersten und/oder zweiten Empfangseinheit zum Empfangen der Ortungssignale mittels Laufzeitmessung der Ortungssignale, So kann einer oder zwei oder drei Ultraschallsender verwendet werden. Vorzugsweise umfasst die Sendeeinheit oder Sendeeinheiten jeweils wenigstens einen Lagesensor zur Erfassung einer Lage und/oder einer Bewegung/Drehung der jeweiligen Sensoreinheit und/oder des/der jeweiligen Gegenstände sowie wenigstens eine Datenübertragungseinheit zum drahtlosen oder drahtgebundenen Übertragen von Daten/Informationen des Lagesensors und/oder des wenigstens einen Ortungssenders für die Ortungseinheit. Hiermit .eröffnen sich vollkommen neuartige vorteilhafte Möglichkeiten der Ortung.
So ist beispielsweise nur ein einziger Ortungssender, insb. Ultraschäll-Sender oder eine LED-/Licht-Quelle, vorzusehen, der/die in vorteilhafter Weise mittels dem Lagesensor für die Ortung kombiniert wird. Die Datenübertragungseinheit wird in vorteilhafter Weise zur Datenübertragung, insb. des Lagesensörs und/öder anderer Daten/Informationen/Parameter verwendet.
Es hat sich gezeigt, dass hiermit ein großer Vorteil der Kömbination aus einem einzigen Ortungssender, insb. ültraschalLsender, und einem Lagesensor, vorzugsweise einer inertialsensoreinheit, zusammen mit einer drahtlosen Datenübertragung bzw. einer Eunkstrecke/-Übermittlung in einer sehr kompakten bzw. Platz sparenden Bauform besteht. So kann die Sendeeinheit am/im Werkzeuggerät kleiner als bislang realisiert werden. Dementsprechend vorteilhaft können die Ortungskomponenten bzw. die Sendeeinheit im/am Werkzeuggerät integriert und zudem auch gegen Beschädigungen, etc. geschützt werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Ausführung mit einer Ültraschallguelle eine höhere Genauigkeit der Ortung, insb. der Koördinatenbestimmung bzw.,sog. „Geodäten", als wenn wie bislang handelsüblich drei Ultraschallsender verwendet bzw. „verrechnet'" wenden.
Die vorteilhafte Datenübertragungseinheit bzw. integrierte Funksendeeinheit ist darüber hinaus in vorteilhafter Weise ausgebildet bzw.-geeignet, Daten zu senden, mit welchen z.B. eine vorbeugende Wartung etc. unterstützt werden kann.
Vorteilhafterweise umfasst die Sendeeinheit wenigstens eine Triggereinheit und/oder Uhr zum Starten der Laufzeitmessung Somit kann durch eine vorgegebene Startzeit oder durch eine Triggereinheit bzw. Uhr eine erfindungsgemäße Laufzeitmessung gestartet werden, um z.B. mittels mehreren, insb. drei
Empfängern eine Ortung bzw. Koordinatenbestimmung in vorteilhafter Weise zu verwirklichen.
Im Fall einer vorteilhaften drahtlosen Triggerübermittlung können auch bei räumlich beabstandeten Sendern etwaige Störquellen, die räumlich begrenzt sind, vermieden werden. Bei drahtlosem Triggersignal sollte dieses selbstverständlich eine wesentlich größere Ausbreitungsgeschwindigkeit äufweisen als dasMesssignal für die Laufzeitmessung zur Bestimmung des Abstandes.
Dies ist beispielsweise bei Verwendung elektromagnetischer Strahlung für das Triggersignal und Verwendung von Ultraschallsignalen für die Laufzeitmessung der Fall.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst wenigstens eine Empfangseinheit zugleich eine AusWerteeinheit, sodass an zentraler Stelle eine Identifizierung und Abstandsbestimmung bzw. Ortung aller zu erfassenden Sender vorgenommen werden kann.
Denkbar wäre jedoch auch, jeder 'Empfangseinheit eine Auswerteeinheit zuzuordnen, die alle Sender innerhalb eines räumlichen Bereichs, beispielsweise eines Arbeitsbereichs, hinsichtlich Senderidentität und Abstand bzw. Ort erfasst, sodass mittels der diesem räumlichen Bereich zugeordneten Empfangseinheit alle darin befindlichen Sender bzw. mit den Sendern verbundene Gegenstände, wie beispielsweise Werkzeuge oder dergleichen,'überwacht werden können.
Im Falle verschiedener Auswerteeinheiten ist es weiterhin sinnvoll, wenigstens eine Einheit zum Abgleich der von verschiedenen Auswerteeinheiten identifizierten Sender bzw. . Gegenstände und/oder deren Position vorzusehen. Durch Abgleich der von unterschiedlichen Auswerteeinheiten ermittelten Ergebnisse können Fehler ermittelt und korrekt festgestellte Ergebnisse bestätigt werden.
Wie bereits erwähnt, ist die Verwendung von Ultraschallsignaien als Messsignal für die LaufZeitmessung bei einer erfindungsgemäßen Ortungsvorrichtung von Vorteil, da sich derartige Messverfahren für die Ortung innerhalb räumlich begrenzter Arbeitsbereiche bereits bewährt haben. vorzugsweise umfasst die erste Empfangseinheit mehrere räumlich voneinander beabstandete Empfänger zum Empfangen der Ortungssignale mittels Laufzeitmessung der Ortungssignale. Das bedeutet beispielsweise, dass eine/jede (stationäre)
Empfangseinheit drei Empfänger umfasst, die das Ortungssignal bzw. Ultraschalsignal oder das Lichtsignal des vorzugsweise einen einzigen Ortungssenders der Sendeeinheit empfangen und in vorteilhafter Weise zur Koordinatenbestimmung bzw. Ortung verwendbar machen, insb. mittels vorteilhafter Auswerteeinheit bzw. sog. „Microcontroller" oder dergleichen. Das vorteilhafte Koordinatensystem ist vorzugsweise als dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem mit drei senkrecht zueinander ausgerichteten Koordinatenachsen X, Y, Z sowie einem Koordinatenursprung ü ausgebildet.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel den Erfindung ist in der Zeichnung daxgestellt und wild anhand der Figuren nachfolgend naher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Fertigungsassistenzvorrichtung mit separater/externer Faser-Messeinheit,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Kalibrier- Äinkels für die erste erfindungsgemäße
: Fertigungsassistenzvorrichtung gemäß Figur 1,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Fertigungsässistenzvorrichtung mit zwei Empfängseinheiten mit jeweils interner/integrierter Laser-Messeinheit und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Flugzeug- Fertigung mit der ersten erfindungsgemäßen Fertigungsässistenzvorrichtung mit gemeinsamem Koordinatenursprung einer Flugzeugspitze.
In Figur 1 ist eine erste Fertigungsassistenzvoxrichtung (in „Vogelperspektive") und in Figur 3 ist eine zweite Fertigungsassistenzvorrichtung jeweils mit einer ersten Empfängereinheit E1 und einer zweiten Empfängereinheit Ea an zwei voneinander beabstandeten Positionen angeordnet.-Die beiden separaten Empfängereinheiten'E1 und E2 sind als separat handhabbare und montierbare, jeweils im Wesentlichen einstückige Baueinheit ausgebildet und weisen jeweils separate Einzel- Koordinatensysteme auf.'Diese Einzel-Koordinatensysteme sind vorzugsweise als dreidimensionale orthogonale Koordinatensysteme mit drei senkrecht zueinander ausgerichteten Koordinatenachsen X, Y, Z sowie dem Koordinatenursprung U ausgebildet.
Dementsprechend ist jedes Koordinatensystem bzw. jede Empfängereinheit E1 und E2 bereits für sich alleine zur Ortung einer Sendeeinheit S bzw. eines Senders S und/oder des Gegenstands mit Sendeeinheit S bzw. Sender S fähig. Zur exakten Festlegung des jeweiligen Koordinatensystems der E1 bzw. E2 umfassen diese in vorteilhafter Weise jeweils drei Ultraschall- Empfänger 1 bzw. 2, womit jeweils für die Empfangseinheit E1 und E2 die drei jeweiligen Koordinatenachsen X, Y, Z und der jeweilige Koordinatenursprung U eindeutig festgelegt werden können. Es können die Empfängereinheit E1 und Er jeweils auch als Alternative eine Kamera insb. mit Entfernungsmessung bzw. Autofokus oder dergleichen umfassen. 'Um von den Sendeeinheiten S bzw. Signalsendern, vorzugsweise den Ultraschall-Sendern S, die Position im Raum bestimmen zu können, wird in vorteilhafter Welse zuerst im Empfangsbereich Bi und Bz bzw. dem jeweiligen Aktionsraum des Empfängers bzw. der Empfangseinheiten E1 und E2 das jeweilige Koordinatensystem definiert, das als Bezugsgröße für die Sender S und den Empfänger bzw. der Empfangseinheit E1 und E2 gilt. Sowohl die Empfänger bzw. Empfangseinheiten E1 und E2 als auch der/die Sender S besitzen einen technisch sinnvollen und auch realisierbaren Aktionsbereich bzw. Ortungsbereich.
Wird die Funktion der Positionsbestimmung von Sendeeinheiten S : bzw. Sendern S auf einen größeren Aktionsradius als ein einzelner Bereich B ausgeweitet, so wird gemäß der Erfindung mit Hilfe einer Laser-Messeinheit L bzw. 11 ein übergeordnetes Koordinatensystem bzw. ein gemeinsames Gesamt-/Laser- Koordinatensystem verwendet bzw. die einzelnen, ursprünglich separaten Einzel-Koordinatensysteme eingemessen bzw. kalibriert bzw. verknüpft. Hierzu kann in .vorteilhafter Weise ein Kalibrier-Winkel W gemäß Figur 2 verwendet werden.
Dieser Kalibrier-Winkel W weist vorzugsweise an beiden Schenkelenden und im Winkelbereich jeweils zwei Spiegel 8 auf, zwischen-denen jeweils ein Kalibrier-Sender 5 bzw. Sendeeinheit S angeordnet ist. Dieser Kalibrier-Winkel W wird vorzugsweise wie in Figur 1 verdeutlicht/ möglichst im mittleren Bereich des Ortungsbereiches B (beliebig/ungenau) positioniert. Anschließend wird mit der Laser-Messeinheit L bzw. 11 die exakte Position des Kalibrier-Winkels W mittels der Spiegel ermittelt. Hierzu scannt der Laser den Kalibrier-Winkel W bzw. Spiegel 8 ab, insb. mittels einer Mess-Acht, so dass exakt die Mitte des Spiegels ermittelt werden kann, d.h. auf Bruchteile eines Millimeters. Durch die bekannte Lage des Senders 5 bzw. Sendeeinheit 'S im Kalibrier-Winkel W kann dann mit den Empfangseinheiten E1 oder E2 bis E beliebig jeweils die Lage bzw. exakte Position des Kalibrier-Winkels W ermittelt/geortet werden. Hiermit kann das jeweilige Einzel-Koordinatensystem der Empfangseinheiten E1 und E2 bis E beliebig miteinander und/oder mit dem Gesamt-/Laser- Koordinatensystem verrechnet bzw. verknüpft und/oder vereinheitlicht werden.
Folglich können mit dem Laser L mehrere Empfänger bzw. Empfangseinheiten E1 und E2, die vorteilhaft installiert und logisch bzw. datentechnisch in vorteilhafter Weise verknüpft werden, so dass diese wie eine,gemeinsame Empfangseinheit bzw. ein übergeordnetes Ortungssystem mit einem (beliebig) großen Aktionsradius bzw. einem besonders exakten gemeinsamen Koordinatensystem wirken. Hiermit wird erreicht, dass alle verwendeten Empfänger bzw. Empfangseinheiten E1 und E2 ein gemeinsames Gesamt-Koordinatensystem verwenden und die Positionsbestimmung über einen gesamten Fertigungsabschnitt in vorteilhafter Weise erfolgen kann. Hierbei wird das Einrichten eines gemeinsamen Koordinatensystems mit sehr geringem Aufwand möglich, wobei auch technisch wenig begabte Nutzer bzw. Bedienpersonen mit geringem Aufwand dazu in der Lage sind. Die Empfänger, das heißt zwei oder mehrere bzw. Empfangseinheiten E1 und E2, werden in vorteilhafter Weise derart im Arbeitsbereich installiert bzw. angeordnet, dass die Aktionsradien der einzelnen Empfänger sich in vorteilhafter Weise in einem schraffiert dargestellten Überlappungsbereich UB überlappen. Die Empfänger bzw. Empfangseinheiten E1 und E2 werden hierbei in vorteilhafter Welse synchron miteinander verschaltet bzw. arbeiten synchron. In den Überlappungsbereich ÜB kann ein Sender S bzw. ein Hand-Werkzeug/Gegenstand mit wenigstens einem Sender S in vorteilhafter Weise eingebracht, wobei der Sender S im Überlappungsbereich ÜB oder in einem gesamten, großen Bereich beliebig hin und her bewegt wird (vgl. Pfeile in der schraffierten Fläche in Figur 3), wobei in jeder Stellung/Pösitiön der beispielhaften Pfeil-Linie das Werkzeug und/oder die Sendeeinheit S bzw. der Sender S ortenbar ist. Mit den jeweiligen beiden Empfängern bzw. Empfangseinheiten E1 und E2 kann eine Art ’'Datenwolke" von sich im Raum befindlicher Punkte/Positionen zur Ortung ermittelt werden. Jedem Punkt sind beispielsweise X, Y, 2-Daten/-Koordinaten von beiden
Empfangseinheiten E1 und E2 zugeordnet.
Bei bzw. für die Kalibrierung wird eine
Koordinatentrans formation des Einze1-Koordinatensystems der Empfangseinheiten E1 und E2 auf das Koordinatensystem der Laser- Messeinheit L bzw, 11 durchgeführt. Hierbei erfahren die Punkte der Einzel-Koordinatensysteme der jeweiligen Empfangseinheiten E1 und Eg jeweils eine Translation und ggf. beliebige Rotation im Raum, sodass die Einzel-Koordinatensysteme im Gesamt-/Laser- Koordinatensystem integriert bzw. an-/eingebunden sind. Durch vorteilhaftes Verrechnen wird dann vorzugsweise in einen Empfänger bzw. eine der Empfangseinheiten E1 oder Ea in vorteilhafter Weise der gemeinsame Ursprung ü des gemeinsamen Koordinatensystems gelegt. Alle weiteren, nicht näher dargestellten Empfänger bzw. Empfangseinheiten En setzen beispielsweise darauf auf bzw. können miteinander verkettet werden. Vorzugsweise ist ein nicht näher dargestelltes Bechensystem zur Koordinatenbestimmung bzw. Koordinatentransformation vorgesehen. In Figur 3 ist die zweite Fertigungsassistenzvorrichtung abgebildet, wobei die beiden Empfangseinheiten E1 oder E2 in Vorteilhafter Weise jeweils eine eigene Laser-Messeinheit L aufweisen. Das bedeutet, dass diese jeweils ein Gehäuse 14 aufweisen, in dem nicht nur die Laser-Messeinheit L, sondern auch die drei Empfänger 1 jeweils untergebracht bzw. integriert sind. Somit kann die jeweilige Empfangseinheit E1 oder E2 in vorteilhafter Weise sich „selbst kalibrieren". Das bedeutet, dass mittels eines Winkels W, der an definierter Stelle im einzelnen Ortungsbereich B oder im gemeinsamen Überlabungsbereich UB, wie in Figur 3 schematisch dargestellt, einerseits sich selbst einmessen/kalibrieren kann und/oder sich mit der benachbarten Empfangseinheiten Ef oder E1 in vorteilhafter Weise verketten bzw. kalibrieren und/oder mit einem übergeordneten Gesamt-Koordinatensystem kalibrieren bzw. abgleichen kann.
Dies kann in vorteilhafter Weise bei sehr großen bzw. langen Werkstücken von großem Vorteil sein. So ist beispielsweise gemäß Figur 4 bei der Fertigung eines Flugzeugrumpfes 10 mit ca. 20 Metern Länge bzw. mit einer Längsnaht 12 mit ca. 16 m Länge das System gemäß der Erfindung von großem Vorteil, So müssen hier längs der Längsnaht 12 Bohrungen im Abstand weniger Zentimeter mit hoher Genauigkeit über 'die gesamte Länge, d.h. ca. 16m, von Hand eingebracht werden. Mit der Erfindung kann nun ein Ortungssystem bzw. ein gesamt-Koordinatensystem generiert werden und zudem bei Bedarf bzw. optional auch mit dem CAD~ Koordinatensystem des; Flugzeugkonstruktionsprogrammes bzw. dem CAD-System verknüpft bzw. identisch „darüber gelegt" werden, Das bedeutet, dass das CAD-Koordinatensystem mit dem Ursprung 0/0/0 an der Flugzeugspitze/-nase für das Ortungssystem bzw. als Koordinatenursprung 0/0/0 des Laser-Koordinatensystems verwendet wird. So werden die Empfängseinheiten E1 bis E10 in vorteilhafter Weise längs des Flugzeuges 10 bzw. der Längsnaht 12 angeordnet und mittels Kalibrierwinkel W eingemessen bzw. kalibriert. So dann werden die Einzel-Koordinatensysteme der Empfangseinheiten E1 bis E10 in vorteilhafter Weise auf den Ursprung 0/0/0 bzw. die FLugzeugnase/-spitze eingemessen/kalibriert. Damit sind alle Einzel-Koordinatensysteme der Empfangseinheiten E1 bis E10 in vorteilhafter Weise miteinander verkettet/verknüpft. Dementsprechend kann über den gesamten Ortungsbereich BL bzw. den Flugzeugrumpf 10 die Montage/Fertigung/Bohrung der Bohrungen bzw. Nieten längs der meterlangen Längsnaht 12 überwacht und/oder protokolliert und/oder kontrolliert werden. Dies kann mittels des Laser L mit hoher Genauigkeit von Bruchteilen von Millimetern erfolgen. Entsprechendes kann auch mit einem mobilen Roboter bzw. Werkstücktransportsystem wie dies gerade in -der Automobilindustrie Einzug hält, verwirklicht werden.
Generell ist wesentlich, dass gemäß der Erfindung die Empfangseinheit E1 und E2 etc. ohne große Genauigkeitsanforderungen separat montiert werden können, d.h. in Bezug auf die Betriebsposition und die Ausrichtung der jeweiligen Koordinatenachsen. Durch die erfindungsgemäße Koordinatentransformation mittels der Laser-Messeinheit L bzw.
11 wird das gemeinsame Koordinatensystem generiert und hierbei die beiden oder.mehreren ursprünglich separaten Koordinatensysteme der Empfangseinheiten Ei und E2 miteinander verbunden bzw. zu einem einzigen Betriebs-/Arbeits- Koordinatensystem ausgebildet bzw. „verschmolzen". So wird im Betrieb der gesamte, realisierte Ortungsbereich BL entsprechend vergrößert, so dass auch in größeren Fertigungshallen ein gemeinsames Koordinatensystem^mittels mehrerer Empfangseinheiten E1 bis E10 verwirklicht werden kann.
Die Identifizierung und/oder Steuerung eines Schraubers 4 und/oder der Schraubpositionen/-abläufe etc. (vgl. schematisch in Figur 3 dargestelit) erfolgt in bereits bekannter Weise, z.B. mittels einer bidirektionalen Kommunikation, gegebenenfalls auch zusätzlich per Funksignäle, wobei die Empfangseinheiten E1 und E2 nicht nur die Ultraschall-Empfänger 1, 2, sondern auch Sendeeinheit S bzw» Sender S, insbesondere Funksender 3, aufweisen. Entsprechend können die Sendeeinheiten S bzw. Sender S des Schraubers 4 öder dergleichen auch einen Funkempfänger oder dergleichen aufweisen.
Vorzugsweise sind die Empfangseinheiten E1 und E2 nicht nur über das gemeinsame Koordinatensystem, sondern optional bzw. möglicherweise auch über Daten- bzw. Signal- und/oder Energieleitungen miteinander bzw. mit einem Datenverarbeitungs- und/oder Kontrolleinheit 7 bzw. Computer oder dergleichen verbunden.
Es hat sich gezeigt, dass vor allem aufgrund der Thematiken Datenverarbeitung, Energieversorgung und/oder Handhabbarkeit eines mobilen, insb. manuell geführten Gegenstandes bzw. Werkzeuges 4, es von besonderem Vorteil ist, dass der Gegenstand die Sendeeinheit S bzw. den Sender S umfasst..Generell kann jedoch auch im Sinn 'der Erfindung der Gegenstand eine Empfangseinheit E1 und E2 umfassen und hierbei dann die^ Sendeeinheit S bzw. der Sender S an einer festen Position in einer Fertigungshalle, an/neben einem Montageband oder dergleichen angeordnet werden, womit die Ortung des Gegenstandes bzw. eines mobilen Empfängers realisiert wird. D.h. im Sinn der Erfindung kann auch die Empfangseinheit E1 und E2 jeweils als eine Sendereinheit Si und S2 sowie der Sender S als Empfänger bzw. Empfangseinheit E1 oder E2 ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste
1 Empfänger
2 Empfänger
3 Montageband
4 Schrauber 5 Sender/Sendeeinheit
6 Akku
7 Einheit
8 Spiegel
9 Werkstück
10 Flugzeug
11 Rumpf
12 Längsnaht
13 Quernaht
B Ortungsbereich E Empfangseinheit
L Laser
P Position
R Richtung
S Sender/Sendeeinheit
UB Transformationsbereich ü Koordinatenursprung
W Kalibrier-Winkel
X Koordinatenachse
Y Koordinatenachse
Z Koordinatenachse

Claims

Ansprüche
1. Fertigungsassistenzvorrichtung mit wenigstens einer Ortungseinheit zur Ortung von einer oder mehrerer Sendeeinhelten (S) zum Senden von Ortungssignalen, nsbesondere von Oltraschallsignalen oder Lichtsignalen, oder zur Ortung von mit der/den Sendeeinheiten (S) verbundenen Gegenständen (4), wie . Werkzeuge und/oder Werkstücke und/oder Bauelemente oder dergleichen, wobei wenigstens eine erste Empfangseinheit (E1) zum Empfangen der Ortungssignale der/den Sendeeinheiten (S) Vorgesehen ist, wobei wenigstens eine zweite Empfangseinheit (E2) zum Empfangen der Ortungssignale der/den Sendeeinheiten (S) vorgesehen ist, wobei als mobile Ortungskomponenten insbesondere die Sendeeinheiten (S) und wobei als stationäre Ortungskomponenten insbesondere die erste und zweite Empfangseinheiten (E1, E2) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zumindest ein Laserlicht und/oder einen Laserstrahl umfassende-Laser-Messeinheit zum Einmessen und/oder Kalibrieren der stationären Ortungskomponenten und/oder wenigstens der ersten und zweiten Empfangseinheiten (E1, E2) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (S) oder Sendeeinheiten (S) jeweils wenigstens einen, insbesondere drei Ortungssender (5) zum 'Senden von Ortungssignalen, insbesondere von Oltraschallsignalen oder LED-/ Lichtsignalen, für die erste uhd/oder zweite Empfangseinheit (E1, E2) zur Ortung des wenigstens einen Ortungssenders (5) durch Bestimmung wenigstens eines Abstandes des wenigstens einen Ortungssenders (5) von wenigstens der ersten und/oder zweiten Empfangseinheit (E1, E2) zum Empfangen der Ortungssignale mittels Laufzeitmessung der OrtungsSignale,umfasst.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit oder Sendeeinheiten (S) jeweils wenigstens einen Lagesensor zur Erfassung einer Lage und/oder einer Bewegung/Drehung der jeweiligen Sensoreinheit (S) und/oder des/der jeweiligen Gegenstände (4) sowie wenigstens eine Datenübertragungseinheit zum drahtlosen oder drahtgebundenen Übertragen von Daten/Informationen des Lagesensors und/oder des wenigstens einen Ortungssenders für die Ortungseinheit (E1 bis E10) umfasst.
4. Werkzeuggerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (S) wenigstens eine Triggereinheit und/oder Uhr zum Starten der Laufzeitmessung umfasst.
5. Werkzeuggerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit als Infrarot- Einheit zur Übertragung von Infrarotlicht ausgebildet ist und/oder dass die Datenübertragungseinheit als Funkeinheit zur drahtlosen Übertragung elektro-magnetischer Wellen/Signale ausgebildet ist.
6. Werkzeuggerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit zur Übertragung eines Triggersignals für die Laufzeitmessung ausgebildet ist.
7. Werkzeuggerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor als Inertialsensor-Einheit mit wenigstens einem Beschleunigungssensor zur Erfassung einer linearen und/oder rotatorischen Beschleunigung und/oder mit wenigstens einem Drehratensensor zur Erfassung einer
ERSATZBLATT (REGEL26) Rotationsgeschwindigkeit/Rotation ausgebildet ist und/oder dass der Lagesensor als mikro-elektro-mechanische Inertialsensor- Einheit mit wenigstens einem mikro-elektro-mechanisehen Beschleunigungssensor zur Erfassung der linearen und/oder rotatorischen Beschleunigung und/oder mit wenigstens einem mikro-elektro-mechanisehen Drehratensensor zur Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit/Rotation ausgebildet ist und/oder dass der Lagesensor wenigsten eine Gyroskop-Einheit mit wenigstens einem Kreisel-Instrument umfasst.
B. Werkzeuggerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Messeinheit wenigstens einen Laserlicht-Sender zum Aussenden des Laserlichts/ Laserlichtstrahls und/oder wenigstens einen Laserlicht-Empfänger zum Empfangen des Laserlichts/Laserlichtstrahls umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laser-Messeinheit und der ersten und/oder zweiten Empfangseinheit (E1, E2) ein erster und/oder zweiter Abstand vorgesehen ist.
10 . Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die erste und/öder zweite Empfangseinheit (E1, E2) wenigstens die Laser-Messeinheit umfasst, wobei insbesondere ein Gehäuse zumindest die Laser-Messeinheit und die erste oder zweite Empfangseinheit (E1, E2) umfasst.
11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der ersten Empfangseinheit (E1) ein erstes, einen ersten Koordinatenursprung (U1).umfassendes Koordinatensystem zur Bestimmung der Position der Sendeeinheiten (S) und/oder der Gegenstände (4) mit ersten Koordinaten (X1, Y1, Z1) zugeordnet ist, dass wenigstens der zweiten Empfangseinheit (E2) ein zweites, einen zweiten Koordinatenursprung (U2) umfassendes Koordinatensystem zur Bestimmung der'Position der Sendeeinheiten (S) und/oder der Gegenstände (4) mit zweiten Koordinaten (X2, X2, Z2) zugeordnet ist und/oder dass eine Koordinaten-Transformationseinheit (7) zum Transformieren zumindest;eines der wenigstens zwei Koordinatensysteme vorgesehen ist, so dass den wenigstens zwei Empfangseinheiten (E1, E2) ein gemeinsames, einen gemeinsamen Koordinatenursprung (U) und/oder eine gemeinsame Raumorientierung umfassendes Koordinatensystem zugeordnet ist.
12.' Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (S) oder Sendeeinheiten (S) als Ultraschall-Sendeeinheit (S) zum Senden von Ultraschall und dass die erste sowie zweite Empfangseinheit (E1, E2) als Ultraschall-Empfangseinheiten (E1, E2) zum Empfangen von Ultraschall ausgebildet sind, wobei insbesondere die Ortungseinheit zur Ortung des/der Ultraschall-Sendeeinheiten (S) durch Bestimmung eines Ultraschall-Ortungsabstandes der Ultraschall-Sendeeinheiten (S) von wenigstens der ersten/zweiten Ultraschall-Empfangseinheit (E1, E2) zum Empfangen von Ultraschall mittels Laufzeitmessung eines Ultraschall- Messsignals ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (S) oder Sendeeinheiten (S) als Licht-Sendeeinheit (S) zum Senden von Licht, insbesondere sichtbares Licht und/oder Infrarot-Licht, und dass die erste sowie zweite Empfangseinheit (E1, E2) als Licht- Empfangseinheiten (E1, E2) zum Empfangen von Licht ausgebildet sind, wobei insbesondere die Ortungseinheit als Bildaufnahmegerät und/oder Kamera, insbesondere Video-Kamera, ausgebildet ist und/oder wobei insbesondere die Ortungseinheit zur Ortung der Licht-Sendeeinheiten (S) durch Bestimmung eines Licht-Abstandes des/der Licht-Sender (S) von wenigstens der ersten/zweiten Licht-Empfangseinheit (E1, E2) zum Empfangen von Licht eines Licht-Messsignals ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch- gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Empfangseinheit (E1, E2) jeweils drei Empfangsvorrichtungen zum Empfangen von Ortungssignalen, insbesondere von Ültraschallsignalen oder Lichtsignalen, umfasst 'und/oder dass die Sendeeinheiten (S) jeweils drei Benderelentente zum Senden von Ortungssignalen, insbesondere von Ultraschallsignalen und/oder Lichtsignalen, umfasst. 15. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der ersten Empfangseinheit (E1) ein erstes, einen ersten Koordinatenursprung (U1) umfassendes Koordinatensystem zur Bestimmung der Position der Sendeeinheiten (S) und/oder der Gegenstände (4) mit ersten Koordinaten (X1, Y1, Z1) zugeordnet ist und dass wenigstens -der zweiten Empfangseinheit (E2) ein zweites, einen zweiten Koordinatenursprung (U2) und/oder eine andere Raumorientierung umfassendes Koordinatensystem zur Bestimmung der Position der Sendeeinheiten (S) und/oder des Gegenstandes (4) mit zweiten Koordinaten (X2, Y2, Z2) zugeordnet ist und/oder dass eine Koordinatentransformationseinheit (7) zum Transformieren zumindest eines der wenigstens zwei Koordinatensysteme vorgesehen ist, so dass den wenigstens zwei Empfangseinheiten (E1, E2) ein gemeinsames, einen gemeinsamen Koordinatenursprung (U) und/oder eine:gemeinsame Raumorientierung umfassendes
Koordinatensystem zugeordnet ist.
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