Die Erfindung betrifft ein Werkzeuggerät und eine

Fertigungsassistenzvorrichtung mit einer Ultraschallortung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 10.

Stand der Technik

Zur Verbesserung von Fertigungsprozessen sind Assistenzsysteme bzw. Überwachungssysteme 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 1 645 921 Bl eine Überwachung der Bewegung einer menschlichen Hand oder eines manuell geführten Bauteiles, insbesondere eines Werkzeugs, beschrieben. Hierin wird zur Verbesserung von Fertigungsprozessen die Verfolgung 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, die eine Empfangseinheit mit drei Empfängern für Ultraschallsignale 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

Prozessschritten, 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.

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 Aktionsraum des Empfängers ein Koordinatensystem definiert, das als Bezugsgröße sowohl für die Sendereinheit als auch für die Empfangseinheit gilt.

Nachteilig ist jedoch, der vor allem auf Seiten des mobilen bzw. zu ortenden Gegenstandes bzw. Werkzeugs der konstruktive und steuerungstechnische Aufwand relativ groß und das

Platzangebot sowie gerade bei mit Akkus betriebenen Werkzeugen auch die Energieversorgung beschränkt sind. Jedoch ist auch auf der stationären Seite der steuerungstechnische Aufwand bzgl. der Verarbeitung und Auswertung der Signale

vergleichsweise groß, insbesondere wenn eine relativ große Genauigkeit der Ortung bzw. der Fertigung erreicht werden soll.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber, ein Werkzeuggerät und eine Fertigungsassistenzvorrichtung mit einer

Ultraschallortung zur Ultraschallortung vorzuschlagen, das/die weniger Aufwand erfordert und insbesondere eine präzisere Ortung und/oder Fertigung erreicht.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Werkzeuggerät und einer Fertigungsassistenzvorrichtung der einleitend genannten Art, jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 10 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 die Gerade der Sendeeinheit und die Bearbeitungslängsachse einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen .

Bei einer vorteilhaften festen Fixierung bzw. Montage der Sendeeinheit am Werkzeuggerät ist die Lage bzw. Ausrichtung des gemeinsamen Schnittpunkts eindeutig festgelegt. Denn die Bearbeitungslängsachse ist eindeutig festgelegt durch das Gerät als solches und bei entsprechender eindeutiger Lage und Ausrichtung der Sendeeinheit bzw. der beiden Sender folglich auch die Lage und Ausrichtung der Geraden. So ist in

vorteilhafter Weise der Abstand des gemeinsamen Schnittpunkts von der Sendeeinheit bzw. den Sendern fest vorgegeben bzw. bekannt .

Vorteilhafterweise ist der Schnittpunkt-Abstand, d.h. der Abstand des gemeinsamen Schnittpunkts zur Sendeeinheit bzw. zu einem der Sender, bekannt bzw. (exakt) fest vorgegeben. Gemäß der vorteilhaften Variante der Erfindung ist aufgrund der Kenntnis der Lage bzw. des Abstandes des gemeinsamen

Schnittpunkts eine deutliche Reduktion bzgl. des Aufwands für die Ortung des Werkzeuggerätes und/oder des Arbeitspunktes des Bearbeitungswerkzeugs, d.h. des sogenannten „Tool Points", erreicht. Auch kann durch die o.g. Kenntnis der Lage des gemeinsamen Schnittpunkts eine besonders genaue Ortung des Werkzeuggerätes und/oder des Arbeitspunktes des

Bearbeitungswerkzeugs, d.h. des sogenannten „Tool Points", realisiert werden.

Vorteilhafterweise ist der gemeinsame Schnittpunkt zugleich der Arbeitspunkt des Bearbeitungswerkzeugs, d.h. des

sogenannten „Tool Points". Bei dieser Variante der Erfindung ist keinerlei Umrechnung bzw. Software-Berechnung notwendig, um die exakte Lage des für die Bearbeitung entscheidenden Punktes zu erhalten. Demzufolge ist dies eine besonders wenig aufwendige Variante der Erfindung. Zugleich kann hiermit eine sehr genaue, z.B. eine Millimeter genaue oder sogar 1/10 oder 1/100 Millimeter genaue Ortung und Fertigungsassistenz

verwirklicht werden. So wird die Qualität bzw. Zuverlässigkeit der Fertigungsassistenz weiter verbessert bzw. eine

fehlerhafte Fertigung aufgrund einer ungenauen Ortung

wirkungsvoll verhindert.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungslängsachse ist im

Wesentlichen eine Längsachse des Bearbeitungswerkzeugs, in die das Bearbeitungswerkzeug und/oder das Werkzeuggerät längs ausgerichtet ist. So kann diese Bearbeitungslängsachse

beispielsweise bei einer Elektroden-Schweißzange die

Ausrichtung der Schweißelektrode sein, bei einer

Punktschweißzange mit zwei Zangenarmen kann diese die

(zentrale) Mittellängsachse bzw. die ggf. vorhandene

Symmetrieachse sein.

Bei einem Betriebsstoff- bzw. Klebstoff-, Schmierstoff- bzw. Fettspender oder bei einer Lack-/Farbpistole, einer Heißluft-, Druckluftpistole oder dergleichen kann die

Bearbeitungslängsachse in vorteilhafter Weise als die zentrale Längsachse der entsprechenden Düse ausgebildet sein. Bei einem Stanzgerät, Nietwerkzeug oder Bolzensetzgerät wie ein

Nagelgerät, Kramp- oder Klammerapparat, kann die

Bearbeitungslängsachse als Verstellrichtung bzw.

Vorschubrichtung des jeweiligen Elements bzw. des

Bearbeitungswerkzeuges ausgebildet werden.

In einer besonderen Weiterbildung ist die

Bearbeitungslängsachse als Symmetrie- und/oder Drehachse des Bearbeitungswerkzeugs ausgebildet. Zahlreiche und

unterschiedlichste Werkzeuggeräte weisen Bearbeitungswerkzeuge auf, die sich um eine (elektrisch oder pneumatisch, motorisch antreibbare) Symmetrie- oder Drehachse drehen. Dies ist u.a. bei Schraubern, Bohrern, aber auch bei Werkzeuggeräten wie Drehmomentenschlüssel von Vorteil. Denn auch bei Letzteren oder ähnlichen Werkzeuggeräten ist eine zentrale

Symmetrieachse des Bearbeitungswerkzeuges, z.B. des

(auswechselbaren) Steckschlüssels, d.h. der sog. „Nüsse", und/oder (auswechselbaren) Schraubendreherklinge, d.h. sog. „Bit", vorhanden, die im Sinn der Erfindung als

Bearbeitungslängsachse ausgebildet wird.

Vorzugsweise umfasst die Sendeeinheit die zwei, auf der

Geraden angeordneten Ultraschall-Sender und zudem wenigstens einen dritten, in einem Abstand zur Geraden angeordneten

Ultraschall-Sender. Hiermit kann erreicht werden, dass gerade auch bei nicht-drehsymmetrischen Werkzeuggeräten wie z.B. bei sog. Pistolenwerkzeugen, d.h. mit einem gegenüber der

Bearbeitungslängsachse abgewinkelten, vielmals stumpfwinklig abgewinkelten Handgriff, in vorteilhafter Weise eine

Ermittlung bzw. Berechnung der Orientierung bzw. Ausrichtung des Werkzeuggerätes realisiert werden kann.

So ist durch die wenigstens drei Sender der Sendeeinheit eine vorteilhafte Sende-Ebene exakt definiert und ermittelbar bzw. mittels der Ortungseinheit erfassbar. Damit ist die

Orientierung des gesamten Werkzeugs und somit u.a. in vorteilhafter Weise die exakte Lage und Ausrichtung der

Bearbeitungslängsachse erfassbar und auswertbar, insbesondere in Bezug auf den Arbeitspunkt des Bearbeitungswerkzeugs, d.h. den sog. „Tool Point". Demzufolge kann das manuell geführte Werkzeuggerät in vorteilhafter Weise geortet und dessen Lage sowie Orientierung bzw. Ausrichtung ermittelt bzw. berechnet werden.

Grundsätzlich kann der gemeinsame Schnittpunkt auch

verschieden zum Arbeitspunkt des Bearbeitungswerkzeugs, d.h. den sog. „Tool Point" sein. Das heißt, dass der Arbeitspunkt des Bearbeitungswerkzeugs, d.h. den sog. „Tool Point", und der gemeinsame Schnittpunkt zwar auf der Bearbeitungslängsachse angeordnet sind, jedoch an unterschiedlichen

Stellen/Positionen bzw. voneinander beabstandet sind. Dieser Abstand kann je nach (auswechselbarem) Bearbeitungswerkzeug unterschiedlich groß sein. Allerdings sind gewöhnlich

standardisierte Bearbeitungswerkzeuge bzw.

Bearbeitungswerkzeuge mit bekannten Dimensionen vorhanden, so dass die unterschiedlichen Abstände des Arbeitspunkts des Bearbeitungswerkzeugs, d.h. des sog. „Tool Points", gegenüber dem gemeinsamen Schnittpunkt berücksichtigt werden kann, insb. von der elektronischen Kontroll-/Steuereinheit .

Vorteilhafterweise sind der dritte Ultraschall-Sender und ein vierter Ultraschall-Sender der Sendeeinheit auf einer zweiten Geraden angeordnet, wobei die zweite Gerade der Sendeeinheit und die Bearbeitungslängsachse einen zweiten, gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. Hiermit kann die Präzision der Ortung weiter verbessert werden.

Alternativ oder in Kombination zur Erfindung gemäß Anspruch 1 können die beiden Geraden der beiden Ultraschall-Sender-Paare der Sendeeinheit sich in einem gemeinsamen Geraden- Schnittpunkt schneiden, insb. unabhängig bzw. beabstandet von der Bearbeitungsgeraden des Bearbeitungswerkzeugs. Das heißt, dass bei einem Werkzeuggerät gemäß dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 die erfindungsgemäße Aufgabe auch mit einer

Ausführungsform gelöst wird, bei der sich die wenigsten zwei Geraden von zwei Senderpaaren schneiden. Auch hiermit können die Ortung bzw. Überwachung des Werkzeuggerätes verbessert, insbesondere präziser realisiert werden. Dieser fest

definierte Geraden-Schnittpunkt kann mit einem entsprechend bekannten „Offset" bzw. Abstand zum Arbeitspunkt bzw. „Tool Point" eine hochpräzise Fertigungsassistenz bzw. Ortung ermöglichen .

Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Schnittpunkte identisch. So sind die beiden Schnittpunkte der beiden Sender-Paare der Sendereinheit bevorzugt auf der Bearbeitungsgerade angeordnet und zudem an der gleichen bzw. identischen Stelle/Position.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist ein Sender- Abstand zwischen zwei Ultraschall-Sendern der Sendeeinheit größer als ein Abstand zwischen dem Schnittpunkt und dem nächstliegenden bzw. einem der Ultraschall-Sender. Hiermit wird erreicht, dass die vorteilhaften Längen- bzw.

Abstandsverhältnisse eine besonders präzise bzw. genaue Ortung ermöglichen. So sind kleinere Toleranzen bzgl. der konkreten Lage der montierten Sender weniger oder nahezu nicht relevant.

Vorteilhafterweise ist ein Winkel zwischen der

Bearbeitungslängsachse und den Geraden bzw. der Geraden eines Senderpaares bzw. der beiden Ultraschall-Sender als spitzer Winkel, insbesondere zwischen 1° und 30°, vorzugsweise

zwischen ca. 15° und 20°, ausgebildet. Hiermit ist eine vorteilhafte Anordnung der Sendeeinheit und/oder Kreuzung der Geraden bzw. Achsen realisierbar.

Eine Bedienperson kann in vorteilhafter Weise über eine längere Zeit mit dem entsprechenden Werkzeuggerät arbeiten, wenn dies nicht zu schwer und somit der elektrische Anschluss oder der Akku bzw. die Batterie nicht zu schwer ist.

Demzufolge ist ein Fertigungsassistenzvorrichtungssystem in vorteilhafter Weise für mobile und/oder manuell geführte

Anwendungen bzw. mobile und/oder manuell geführte

Werkzeuggeräte bzw. 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.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert .

Im Einzelnen zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines

erfindungsgemäßen Akku-Schraubers in

Seitenansicht,

Figur 2 eine schematische Darstellung des

erfindungsgemäßen Akku-Schraubers in Draufsicht und

Figur 3 eine schematische Darstellung des

erfindungsgemäßen Akku-Schraubers in

perspektivischer Ansicht.

In Figur 1 ist ein Werkzeuggerät gemäß der Erfindung als Akkuschrauber 1 abgebildet. Dieser ist mit einer Sendeeinheit 2 für eine Fertigungsassistenzvorrichtung ausgestattet. Die Sendereinheit 2 ist fest im/am Gehäuse 3 des Akkuschraubers 1 montiert/integriert . Der Akkuschrauber 1 weist u.a. einen Handgriff 14 sowie einen Akku 15 auf. Die Sendeeinheit 2 weist in diesem Beispiel zweimal zwei

Sender 4 und 5 sowie 6 und 7 auf. Die zwei Sender 4, 5 und 6, 7 bilden ein Senderpaar, das jeweils auf einer Geraden 8, 9 angeordnet ist. Diese beiden Geraden 8, 9 kreuzen bzw.

schneiden sich in einem Schnittpunkt 10. Der Schnittpunkt 10 liegt zudem auf einer Achse 11. Die Achse 11 entspricht der Drehachse des Akkuschraubers 1.

Im abgebildeten Beispiel gemäß Figur 1 wird deutlich, dass die vier Sender 4, 5, 6, 7 alle auf einer Ebene angeordnet sind.

Da die Sendereinheit 2 fest im Gehäuse 2 integriert ist bzw. unlösbar am Akkuschrauber 1 angeordnet ist, ist ein Abstand 12 des Schnittpunktes 10 von einer Werkzeugaufnahme 13 bekannt und festgelegt. Auch sind die nicht näher dargestellten, auswechselbaren Werkzeuge wie sog. „Bits" und/oder „Nüsse" und/oder Bohrer bzw. deren Dimensionen, d.h. Länge etc., bekannt. So kann zum Beispiel fest abgespeicherte Angaben zu den jeweiligen Einsätze/Werkzeuge dafür verwendet werden, dass der jeweilige Arbeitspunkt bzw. sog. „Tool Point" in Bezug zum Schnittpunkt 10 berechnet bzw. bekannt ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ohne großen Aufwand eine besonders präzise Fertigungsassistenz realisiert werden.

In Figur 2 ist zudem ein Koordinatensystem bzw. drei

orthogonale Koordinatenachsen X, Y, Z schematisch dargestellt.

Bezugszeichenliste

1 Akkuschrauber

2 Sendeeinheit

3 Gehäuse

4 Sender

5 Sender

6 Sender

7 Sender

8 Gerade

9 Gerade

10 Schnittpunkt

11 Achse

12 Abstand

13 Aufnahme

14 Handgriff

15 Akku

X Koordinatenachse Y Koordinatenachse Z Koordinatenachse