专利名称：装配设备和装配方法
技术领域：
本发明涉及具有用于紧固或松开螺钉的马达驱动的螺钉设备的装配设备和方法。本发明的背景在许多技术领域中(例如在汽车制造中)，螺钉连接被用于连接组件。在这种情况下，旋转角或屈服点紧固方法被用于紧固螺钉。与螺钉连接被紧固直至达到特定力矩值为止的扭矩紧固方法形成对照，这些旋转角或屈服点的紧固方法关于螺钉连接中达到的预拉力提供了更大的精确度，并且提供了螺钉强度的更好利用。结果，减小了在动态螺钉连接情况下在螺钉上施加的负荷，这在改变螺钉处负荷的螺钉连接的情况下关于螺钉连接的耐久性方面具有重要意义。 使用旋转角受控的紧固方法，通过从阈值カ矩值或接合点的预定义的角度来进ー步紧固螺钉。在这种情况下，旋转角的保持是极其重要的，因为这直接影响连接的強度和耐久性。使用屈服点受控的紧固方法，在紧固期间螺钉绕其转动的真实旋转角的获取对紧固的结果而言是决定性的。如果螺钉的紧固使用手持式马达驱动的螺接工具来实现，则由螺接工具的用户进行的该螺接工具绕螺钉头的轴线的旋转可直接影响螺钉从接合点或阈值カ矩值进ー步旋转的旋转角。这导致以下情况螺钉头相对于螺钉设备外壳所测得的旋转与螺钉头相对于エ件的旋转角不一致。因此，使用手持式螺接工具，旋转角不能被正确地确定，这是因为其可能受螺钉工具运动的影响。因此，在与安全相关的螺钉连接的情况中将不被考虑使用手持式马达驱动的螺钉工具，这是因为不能确保在达到接合点或阈值カ矩值之后的旋转角的保持。这特别应用于根据VDI 2862A分类的螺钉连接(其被分类为具有触及生命危险的螺钉连接)以及用于B分类的螺钉连接(其可能会导致相关功能的失效或机动车的故障)。
现有技术迄今为止，出于上述给出的原因，螺钉设备主要用于抵靠エ件进行支撑或以固定方式安装。在这种情况下，螺钉设备相对于エ件的旋转是不可能的。该设备的缺点在于，其实质上比手持式螺钉设备的灵活性小，这是因为螺钉设备在任何情况下都必须抵靠エ件进行支撑。因此，这使得灵活省时的使用变得不可能。抵靠エ件的支撑在大多数情况下也是达不到的。牢固地与操纵设备(台、伸縮筒)配合的螺钉设备的替代方案同样也限制了灵活性。为了监视螺钉设备的外壳相对于周围物的运动，专利说明书DE4243317A1和DE4343110C2在各自情况中提出角度測量设备，以用于获取外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角。此意图为通过获取外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角，通过校正螺钉头相对于外壳的获取的旋转角，从而使螺钉设备相对于周围物的运动能够被更精确地确定，并且因此更精确地确定螺钉头相对于エ件的旋转角。
这些实施例中的缺点在于，不能确保方法和设备的操作可靠性以及安全性。因此，不能确定例如由于传感器中的温度波动或缺陷而发生的传感器的测量误差。因此利用这些系统，螺钉相对于工件的旋转角的可靠确定也是不可能的。此外，VDI 2862针对A分类的螺钉连接需要测量和控制值的冗余监视，以及测量传感器设备的自测试。因为旋转角属于这些测量和控制值，所以根据所参考的专利中的描述的方法和设备实际上是不可实施的。对于B分类的螺钉连接，其使用也是不可取的，这是因为例如在汽车制造中的错误紧固可导致严重的材料损坏。本发明的目的因此，期望提供一种改进的螺钉设备和方法，其解决至少一些涉及的问题，并且导致更精确、更可靠、更安全的螺钉和螺母的紧固。目的的解决方案由具有权利要求I的特征的装配设备来提供该目的的解决方案。 该装配设备包括马达驱动的螺钉设备，其用于紧固或松开螺钉，该螺钉设备具有螺钉头和外壳，其中，螺钉设备包括第一角度测量设备，该第一角度测量设备用于确定外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角。装配设备的特征在于，所述装配设备包括用于识别静止状态的检测单元，以及用于将静止状态测得的传感器值与预定义的阈值进行比较的比较装置。因此，由第一角度测量设备确定外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角。借由用于识别错误传感器数据的检测单元，现在由用于识别静止状态的装置来确定螺钉设备是否处于静止状态中。如果是这个情况，则将在第一角度测量设备的静止状态中测得的传感器值与预定义的阈值进行比较。由于第一角度测量设备在静止状态中测得的值是已知的，测量角度应该基本为零，因此现在可以通过与预定义的阈值或容差范围分别进行比较，以确定来自第一角度测量设备的输出是否正确。如果在静止状态中第一角度测量设备测量的值超过或低于阈值，则证明角度测量设备中存在错误。随后可禁止螺钉设备的进一步使用，以防止使用有缺陷的第一角度测量设备来紧固螺钉连接，否则会导致有缺陷的螺钉连接。还可以将从测试装置进行最后测试以后而实现的连接评估为不适当，这是因为不能保证用于这些螺钉连接的第一角度测量设备的功能正确。结果，装配设备的这个特性可以用来检测来自螺钉设备中的角度测量设备的错误传感器数据，并且适当时，向用户发出信号，或阻止装配设备。这通过使用手持式马达驱动的螺钉设备而提高了安全性和可靠性，并允许测量传感器装置的自测试。讲一步实施例及其优点检测单元优选布置有发信号装置和阻止装置，其中，所述发信号装置用于将消息发送至用户，所述阻止装置用于禁止螺钉设备的使用。如果检测到角度测量设备的错误功能，可以向用户告知这种错误功能，并禁止螺钉设备的进一步使用，以避免使用不正确工作的角度测量设备并因此产生错误螺接。在一个实施例中用于检测静止状态的装置优选包括螺钉设备中用于检测运动的至少一个传感器。由于传感器被定位在螺钉设备中，因此利用用于检测运动的传感器，螺钉设备的运动可被检测到。如果输出值不在可以为相对短的或处于狭窄限度内的时间单元内变化，则可以假定该工具处于静止状态，并且可实现错误传感器数据的检测。 在另ー个实施例中，用于检测静止状态的装置可包括螺钉设备中的传感器，其用于检测螺钉设备与表面的接触，或检测其接近表面。这允许基于对放在表面上或接近这个表面的该工具的检测而检测静止状态。这样的检测可以被获取，例如，可借由基于电感、电容、光学或机械的压力传感器或其它传感器来获取检測。这种类型的静止状态的检测非常稳健，因为例如用于检测物理接触的机械传感器具有极低的误差概率。在另ー实施例中，用于检测静止状态的装置可包括具有至少ー个传感器的工具台，所述至少一个传感器用于检测螺钉设备在工具台中的位置，以进行静止状态的检测。类似于上述实施例类似的方式，也可在这种情况下实现静止状态的可靠检測。同时，可以简单地集成到在先工作序列，这是因为在螺接过程之间该工具通常被放置在工具台中。根据另ー实施例，用于检测静止状态的装置可包括螺钉设备中的、例如经由三角測量来检测螺钉设备在空间中的位置的装置。这允许甚至是在没有被放置在特定工具台中的情况下也能够检测静止状态。因此，这意味着甚至极轻地拿着工具，或将其放下在任何其它期望表面上，也可因而被检测为静止状态。这增加了螺钉设备使用的灵活性。根据另ー实施例，用于检测静止状态的装置可包括至少ー个应答器以及用于读取应答器的装置，其中，应答器或用于读取应答器的装置被布置在螺钉设备中。比较装置也可以如下方式设计其将传感器值与最小极限值和最大极限值进行比较。比较装置也可以如下方式设计其将传感器数据与在定义的初始值周围的容差范围进行比较。在另ー实施例中，装配设备还包括用于时间测量的装置，其测量从用于检测静止状态的装置最后检测到螺钉设备放下的情况以后的时间；发信号装置，其用于如果测得的时间超过第一阈值，则向用户发送消息；以及阻止装置，其用于如果测得的时间超过第二阈值，则禁止螺钉设备的使用。这确保螺钉设备被定期放下，并且测量误差被定期确定。错误螺钉操作因此可以进ー步最小化，这是因为可及时地识别传感器中的、例如可能由于螺钉设备的长期使用造成的缺陷或发热而发生的错误。在这种情况下，首先请求用户放下螺钉设备。如果他不遵循这个请求，则如果第二阈值被超过，将禁止螺钉设备的使用。在另ー实施例中，装配设备包括在螺钉设备中设置的第二角度測量装置，其用于检测螺钉头相对于外壳的旋转角；以及在装配设备中设置的角度校正単元，其用于根据测得的螺钉头的旋转角和检测到的外壳的运动，来确定螺钉头相对于周围物的实际旋转角。由于额外的第二角度測量设备，除了測量外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角以外，还测量螺钉头相对于外壳的旋转角，这允许由角度校正単元确定螺钉头相对于周围物的实际旋转角。在另ー实施例中，第一角度測量设备包括用于每个情况中的、对螺钉设备的旋转角进行冗余测量的多个传感器，或者至少固有的安全传感器。第一角度测量设备还可包括使用不同测量方法的多个传感器，例如旋转速率传感器或加速度传感器。特别地，装配设备可以配备有误差检测装置，以用于检测来自传感器的测量误差，其中，误差检测装置包括计算装置，其用于计算多个传感器的多个测得的值中的至少一个差值；发信号装置，其用于如果至少一个差值超过阈值，则将消息发送到用户；以及阻止装置，其用于禁止螺钉设备的使用。通过使用多个传感器或固有安全传感器(其中，多个传感器可表现不同测量方法)，并且通过使用误差检测装置，可在操作期间检测错误传感器数据，并且进行螺钉连接的相应评估，可实施向用户发信号或阻止螺钉设备。这支持检测错误传感器数据以及确保无差错螺接。另一实施例还可包括测量范围比较装置，其用于将第一角度测量设备测得的传感器值与第一角度测量设备的传感器的预定的测量范围进行比较；供电电压测量装置，其用于监视传感器的供电电压；或者位于至少一个传感器的区域中的至少一个温度测量单 元，其用于测量该至少一个传感器的温度。在优选实施例中，螺钉设备可设计为电力的、液压的或压力驱动的螺钉设备。螺钉设备还可以包括用于供电的电池。还通过权利要求20所述的方法来解决目的。借由马达驱动的螺钉设备来紧固或松开螺钉的方法，该螺钉设备具有螺钉头和外壳，该方法包括检测外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角的步骤，并且特征在于借由检测单元来在静止状态中检测错误传感器数据的步骤，所述检测错误传感器数据的步骤包括检测静止状态的步骤(S1803)，以及借由比较装置而将在静止状态中测得的传感器值与预定义的阈值进行比较的步骤。有利地，所述方法还包括由发信号装置向用户发送消息的步骤，以及由阻止装置暂停该螺钉设备的使用的步骤。有利地，检测静止状态的步骤包括由螺钉设备中的传感器检测运动。有利地，检测静止状态的步骤包括在预定时间段内，分别检测传感器的恒定输出值或者角度测量设备的恒定输出值。有利地，检测静止状态的步骤包括检测螺钉设备与表面的接触，或检测其接近表面。有利地，检测静止状态的步骤包括检测螺钉设备放在工具台中。有利地，检测静止状态的步骤包括例如经由三角测量来确定螺钉设备在空间中的位置。有利地，所述方法还包括以下步骤测量从最后检测到放置螺钉设备以后的时间，如果测得的时间超过第一阈值，则向用户发送消息，并且如果测得的时间超过第二阈值，则暂停螺钉设备的使用。有利地，所述方法还包括以下步骤检测螺钉头相对于外壳的旋转角，并且根据测得的螺钉头的旋转角和检测到的外壳的旋转角来检测螺钉头相对于周围物的实际旋转角。有利地，所述方法还包括以下步骤从第一角度测量设备的多个传感器来计算多个测得的值的至少一个差值；如果至少一个差值超过阈值，则向用户发送消息，并且如果至少ー个差值超过阈值或另ー预定的阈值，则暂停螺钉设备的使用。有利地，所述方法还包括以下步骤确定外壳绕螺钉头的轴线的旋转角速度，将该旋转角速度与阈值进行比较，并且如果该旋转角速度超过阈值，则将正在进行的螺接操作评估为不适当。有利地，所述方法还包括以下步骤将外壳绕螺钉头的轴线的旋转角与阈值进行比较，并且如果该旋转角超过阈值，则将正在进行的螺接操作评估为不适当。有利地，所述方法还包括以下步骤如果在螺接操作期间出现错误，则将正在进行的螺接操作评估为不适当。 在从属权利要求中提供本发明的进ー步有利实施例和改进。參照附图，基于本发明的实施例，在下文更详细地解释本发明。
附图中示出图I是根据本发明的装配设备的总体原理；图2是检测单元的扩展实施例；图3是具有用于检测静止状态的装置的另ー实施例的装配设备；图4是用于检测静止状态的装置的另ー实施例；图5是用于使用工具台来检测静止状态的装置的另ー实施例；图5b是用于检测静止状态的装置的另ー实施例；图6是用于借由三角測量来检测静止状态的装置的另ー实施例；图7是比较装置的另ー实施例；图8是比较装置的另ー实施例；图9是具有发信号装置和阻止装置的装配设备的另ー实施例；图10是具有角度校正单元的装配设备的另ー实施例；图11是角度测量设备的另一实施例；图12是角度测量设备的另一实施例；图13是角度测量设备的另一实施例；图14是具有误差识别装置的装配设备的另ー实施例；图15是装配设备的另ー实施例；图16是装配设备的另ー实施例；图17是螺钉设备的另ー实施例；图18是根据本发明的方法的实施例的流程图；图19是根据本发明的方法的另ー实施例的流程图；图20是根据本发明的方法的另ー实施例的流程图；图21是根据本发明的方法的另ー实施例的流程图；并且图22是根据本发明的方法的另ー实施例的流程图。本发明的基本原理本发明的基本原理在图I中示出。基于该图，将在下文中更详细地解释本发明的基本原通。
装配设备100包括用于紧固或松开螺钉的马达驱动的螺钉设备101。螺钉设备101包括外壳103和螺钉头102，该螺钉头102被设计用于容纳螺钉或螺母。在螺钉设备101的外壳103中设置第一角度测量设备104，所述第一角度测量设备104用于检测外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角。装配设备100还包括用于检测静止状态中的丢失传感器数据的检测单元105，该检测单元105包括用于检测静止状态的装置106、以及用于将在静止状态中测得的传感器数据与预定义的阈值进行比较的比较装置107。检测单元在外观上可被布置在螺钉设备101外部或螺钉设备101的外壳103内部。如果该检测单元105被布置在装配设备100中的螺钉设备外部，则其例如借由线缆连接而连接到螺钉设备。其它的数据传送方式(例如通过无线)也是可行的。第一角度测量设备104可被设计为例如旋转速度传感器或几个加速度传感器的组合。第一角度测量设备104的目的现在是对可能的错误测得值进行检查。要做到这一点，由用于检测静止状态的装置执行关于螺钉设备101是否处于静止状态的检查。在下文描述用于确定静止状态的可能方法。例如，旋转速率传感器的输出可被用来确定静止状态，这是因为对传感器的输出是否基本上恒定为零进行检查。例如如果传感器的输出在定义的时间段内小于定义的阈值，则可以假定符合静止状态。比较装置107随后可将来自第一 角度测量设备的输出与预定义的阈值进行比较。如果测得的传感器值不在由预定义的阈值确定的容差范围内，则假定第一角度测量设备104没有正常工作。这可能例如由有缺陷的角度测量设备、温度波动或其它影响所导致。如果适合的话，可采取适当措施，例如通知用户、阻止装配设备或适当评估最近螺接操作。下文提供了更准确的细节。同样，例如，假定传感器值位于可允许限度内，则例如通过定义第一零点，而可实现对从第一测量设备测得的值的校正。因此，可保证由第一角度测量设备进行的精确和可靠的角度测量，并且使得能够检测错误传感器数据。本发明的实施方式通过参照附图来在下文中详细描述本发明的优选实施例。在这种情况下，在不同图示中的相同或彼此对应的组件在每个情况中由相同或相似的参看标号表示。图2示出了根据本发明的检测单元的另一实施例。在这种情况下，除了提供用于检测静止状态的装置206以及用于将在静止状态中测得的传感器值与预定义的阈值进行比较的比较装置107之外，还提供用于向用户发送消息的发信号装置208，以及用于禁止螺钉设备的使用的阻止装置209。如果在比较装置207处检测到超过/小于预定义的阈值的结果，则可由发信号装置208将消息发送至用户。这可例如为可视的和/或可听的类型。振动报警或清晰文本显示也是可行的。不同的发信号方法的组合当然也是可行的。在阻止装置209的协助下，可以在发信号装置208给用户通知的同时或在其后的特定时间之后，来实现禁止螺钉设备的使用。这例如可通过中断电螺钉设备的情况下的电压或其它供应方式(例如在由压缩空气驱动的螺钉设备的情况中的压缩空气)来实现。例如，其它阻止方式(例如对控制元件(比如开关)的阻止)也是可行的。因此，如果存在缺陷，将避免或禁止螺钉设备的进一步使用。图3示出用于检测静止状态的装置306的实施例。在这种情况下，作为用于检测静止状态的装置306的一部分的至少一个传感器310位于螺钉设备301中，优选位于外壳303中。通过使用“本发明的基本原理”下描述的方法进行类推，可借由传感器310确定螺钉设备是否处于静止状态。传感器310可在这种情况下被设计为例如加速度传感器。然而，设计为倾斜或旋转速率传感器或其它运动传感器同样是可能且可行的。在检测静止状态之后，然后可实现对从第一角度測量设备测得的值的检查和/或校正。在这种情况下，检测单元305的比较装置307可被布置在外部，即还在螺钉设备301内部。图4示出了用于检测静止状态的装置406的设计的另ー可能性。在这种情况下，在螺钉设备中设置传感器411，该传感器411检测螺钉设备101与表面的接触。在这种情况下，传感器可以为例如压カ传感器或另ー类型的电感的、电容的、光学的或机械的传感器/开关。在这种情况下，在螺钉设备和表面之间没有直接接触是必要的，以使得例如可以使用接近开关或反射光挡板，其中，可在螺钉设备和表面之间适合有特定间隔。同样，在螺钉设备101中可布置多个相应开关，以使得可在螺钉设备的每一侧上检测到放下(layingdown)。在这种情况下由传感器对放下的检测表示对静止状态的相对可靠的检测，因为可使用很少的传感器，所以这不易于有缺陷并且技术简単。用于检测设备被放下的多个不同 传感器的组合也是可行的。在图5中，用于检测静止状态的装置506包括工具台(tool stand) 512。在该エ具台中设置用于检测在工具台512中放置的螺钉设备501的传感器513。以电感、电容、光学或机械为基础，该传感器能以与上述实施例类似方式工作。工具台512可例如在螺钉设备501的使用位置处被固定为固定装置。如果螺钉设备501被放在工具台512上，这将由传感器513检测到。螺钉设备501现在处于静止状态，并且可实现检测以及如果适当的话可实现第一角度測量设备的测量误差的校正。工具台512可以以不同的形式来设计，并还可被设计为使得螺钉设备501能以任何期望的方向和位置放在工具台512上，包括使得螺钉设备501能够仅以固定的预定方向和位置放下。在后的布置还提供如下的可能性例如在螺钉设备501中使用的加速度传感器不仅可检查恒定值，而且因为螺钉设备501中的传感器的位置是已知的，所以该加速度传感器还可检查传感器相对于工具台512的位置，还可检查对测得的值的校正。工具台512还可装备有另外元件，例如由于电池供电的螺钉设备的充电站或者额外组件。图5b示出了用于检测静止状态的装置2206的另ー实施例，其中，装配设备包括至少ー个应答器529B以及用于读取应答器的装置530b，其中，在螺钉设备中布置应答器或用于读取应答器的装置。通过周期检查关于用于读取应答器的(例如可被布置在台中的)装置是否可实际读出(例如可被布置在螺钉设备中的)应答器，可检测静止状态。如果可以读取，则假定螺钉设备在这个示例中是在台中。静止状态可因此被检测出。自然地，在这种情况下，用于读取应答器的装置也可被设置在螺钉设备中，其中，应答器此时必须被设置在螺钉设备外部。自然也可以使用发射器和接收器的其它组合。图6示出用于检测静止状态的装置606的另ー实施例，其中，螺钉设备606包括用于(例如通过三角測量)确定螺钉设备在空间中的位置的装置613。在装置613的协助下，可确定螺钉设备在空间中的位置。如果该位置在特定时间段内基本上是恒定的，则可假设螺钉设备606处于静止状态，并且可实现对测得的传感器值的检测和校正。空间中的位置例如工具台的位置也可以被定义为静止位置，在该位置处螺钉设备必须以周期方式放下。在这种情况下，三角测量仅是用于确定螺钉设备606在空间中的位置的一个示例。位置确定的另外可能性对于本领域技术人员来说是公知的。用于检测静止状态的装置的前述可能实施例中的每一个可以任意地与一个或多个其它实施例结合，以使得能更精确地和/或冗余地检测静止状态。因此，例如，工具台512与螺钉设备中的传感器310的组合是可行的。图7和图8示出比较装置707、807的可能实施例。在这种情况下，传感器的值可以与最小极限值MinGW和最大极限值MaxGW进行比较，或者可以与在定义的初始值AW周围的容差范围进行比较。在后者的情况下，例如，当操作装配设备100时，可以使第一角度测量设备测得的值被确定为O。这使得可被包含的偏移被补偿。容差范围随后可限定在这个初始值周围，其中静止状态中的传感器值可被假定是正确的。绝对最小极限值MinGW与最大极限值MaxGW与相对于初始值AW的相对极限值的组合是可行的。如果在静止状态中的绝对极限值被定义为例如-200和+200，并且此外，允许在初始值周围有+/-50的最大波动，则作为示例，针对160的初始值AW，静止状态中的信号可以在+110和+200之间波动。如果 超过或低于这个范围，这将被定义为角度测量单元的错误功能并且如前描述的那样开始相应措施。利用在静止状态中对正确信号的检测分别对初始值AW或零点进行新的定义也是可行的。这即使在例如由于操作中温度变化而造成恒定变化的情况中，也可以允许校正来自第一角度测量设备的输出。图9示出装配设备900，其还包括用于时间测量的装置914、发信号装置915和阻止装置916。用于时间测量的装置914测量从用于检测静止状态的装置906对静止状态进行最后检测以后的时间。如果装置906在预定时间段内没有检测到静止状态，则发信号装置915将信号以视觉、听觉或其它形式向用户发出信号，以请求他放下螺钉设备。如果用户不遵照该请求，则如果测得的时间小于第二阈值的话，阻止装置916将禁止螺钉设备901的进一步使用。如已经描述的，可以通过切断螺钉设备的供电来实现停止所述使用。针对本实施例，确保了用户定期放下螺钉设备。为了使任何可能的缺陷和/或不正确测得的值被检测到，这是必要的。这使得发生缺陷的时间段受限于在角度测量设备的两个检查/校正之间的时间中。如果在按照请求放下螺钉设备时检测到缺陷，则例如从最后放下螺钉设备的时间以后的螺钉过程可被评估为不适当，从而保证安全和可靠的螺接。作为不适当的评估可例如通过将信号发送至NOK评估单元或控制计算机来实现。图10示出了装配设备1000的另一实施例。在这种情况下，在螺钉设备1001中设置的第一角度测量设备1004测量外壳相对于周围物绕螺钉头1002的轴线的旋转角。第二角度测量设备1018包括螺钉头1002相对于外壳1003的旋转角。基于来自两个角度测量设备1004和1018的输出，角度校正单元1019现在可分别确定螺钉头1002相对于周围物和相对于工件的实际旋转角。这使得在即使螺钉设备1001运动时，也可以例如使用旋转角或屈服点的紧固方法正确确定螺钉相对于工件的旋转角。在这种情况下，用于检测错误传感器数据的检测单元1005确保了外壳1003的旋转角的正确测量，并甚至允许用于关键螺接操作。在这种情况下，第一角度测量设备可形成为旋转速率传感器以及加速度传感器或其它运动传感器的组合。第二角度测量设备可例如被设计为递增或绝对转速传感器系统。角度校正单元1019和用于检测错误传感器数据的检测单元1005可都被布置在螺钉设备中，或者在其之外。如图IlA所示，第一角度测量设备1104还能以具有用于螺钉设备的旋转角的冗余测量的多个传感器1120的冗余格式设计，或者如图IlB所示，所述第一角度测量设备1104可包括固有的用于测量螺钉设 备的旋转角的安全传感器1121。这些实施例所提供的优点在于，即使在螺钉设备运动期间而并非只在静止状态下，也可以监视来自角度测量设备的输出。这对于紧固方法的精确度和可靠性作出进一步
-Tj. 士 [>贝献。如图12所示，第一角度测量设备1204的传感器也可被设计为使用不同测量方法1120a、1120b的传感器，以例如通过使用不同类型的传感器而减少温度的影响。如图13中所示，这些传感器可以为例如旋转速率传感器1120_DS和/或加速度传感器1120_BS。如图14所示，对于第一角度测量设备104的传感器值的校正和误差检测，另外可包含误差检测装置1422以检测螺钉设备中的传感器的测量误差。在这种情况下，计算装置1423计算多个传感器在同一时刻测量的多个不同值的差值。如果形成的差值超过阈值，则假定不能正确实现来自第一角度测量设备104的测量。在此之后，通过发信号装置1424，可将消息以听觉、视觉或其它形式向用户发出。此外，通过阻止装置1425，可禁止或中断螺钉设备的使用。同样实现将螺钉过程评估为“不适当(NOK) ”。同样对于差值，通过使用确定偏差的其它方法或其它形式，还可以实现其它形式的对测得的值的比较。因此，测量误差的检测也可以在静止状态以外进行，并且进一步提高安全性。图15示出装配设备1500，该装配设备1500具有测量比较装置1526，所述测量比较装置1526用于将从第一角度测量设备测得的传感器值与第一角度测量设备的传感器的预定测量范围进行比较。如果来自第一角度测量设备的传感器的信号超过该传感器的测量范围，则测量信号可被评估为无效。超过测量范围意味着可不再进行螺钉设备的可靠性的确切分析，并且适当时，螺钉连接可被评估为不适当和/或可向用户发出信号。结合角度校正单元，这种类型的监视所提供的优点在于，抵靠螺钉工具的偏差或螺钉工具相对于螺接进入设备的一致移动只可能在特定的几何和生理极限内。这使得一个或多个传感器关于精度方面的测量范围能够相对于用作螺钉工具的角度校正单元的传感器而进行最佳选择，与此同时，这使得测量传感器装置中的或涉及用户部分的错误能被可靠地检测。同样，最大可允许旋转角速度和阈值，或最大可允许旋转角和阈值可分别被定义。如果其中的一个被超过，则当前螺接过程被评估为“不适当(NOK) ”。除了这个以外，如图16和17所示，可进一步监视操作参数。另外，在图16中，借由供电电压监视装置1627来监视供电电压。如果供电电压偏离容差范围，将不再保证可靠的传感器功能，并且螺接操作可被评估为不适当，和/或可向用户发出相应信号，和/或可阻止螺钉工具。此外，在图17中，螺钉设备1701示出有温度测量单元1728。该温度测量设备1728可位于传感器区域中，以监视传感器的温度或传感器周围物的温度。如果检测到的温度超出容差范围，则不能保证正确的传感器功能，并且同样可以发出相应的信号，或完全阻止螺钉设备的使用。在这种情况下，由在螺钉设备1701的不同区域中或在不同传感器处的单独温度测量单元来实现监视。可在传感器操作期间被监视的其它额外工作參数通常是本领域技术人员已知的，并且不需要在此更详细地解释。图18示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。在这种情况下，在步骤S1801中，由第一角度测量设备来检测外壳相对于周围物绕螺钉头的轴线的旋转角。随后的步骤，由检测设备在静止状态中检测错误传感器数据S1802，首先包含检测静止状态的步骤S1803。如果检测到静止状态，则在随后步骤中将第一角度确定单元的传感器值分别与预定义的阈值或容差范围进行比较S1804。在这种情况下如果检测到该传感器值位于容差范围之外或者高于/低于阈值(其中，两个阈值可定义容差范围)，则在步骤S1805中，可由发信号装置将消息发送到用户。禁止螺钉设备的使用(S1806)也是可行的。在这种情况下，可由已经描述的方法实现静止状态的检測。此外，第一角度测量设备或另一传感器可用在螺钉设备中，因为其检查限定的时间段内从其得到的恒定输出值或恒定角度信号。如果，例如角度測量设备发出恒定或接近恒定的值，则假定螺钉设备处于静止状态。
图19示出了根据本发明的方法的另ー实施例的流程图，具有请求用户放下螺钉工具的步骤。在这种情况下，在步骤S1907中，測量从最后放下螺钉设备以后的时间。如果时间T超过了第一阈值SW1，则进行步骤S1908，在该步骤中向用户发出消息。如果现在超过了第二阈值SW2，则在步骤S1909中禁止螺钉设备的使用。图20示出了根据本发明的方法的另ー实施例的流程图。这包括检测螺钉头相对于外壳的旋转角α的步骤S2011。这之后，在步骤S2012中利用该旋转角，从测得的螺钉头的旋转角α和检测出的外壳的旋转角β来计算螺钉头相对于周围物的实际旋转角Θ。因此，由于确定了相对于エ件或周围物的实际旋转角，所以使螺钉设备的旋转运动对旋转角的影响最小化(例如在接合点或阈值カ矩之后通过该旋转角而发生进一歩的旋转)。作为另ー实施例，图21示出用于在螺钉设备使用期间对测量误差进行检测的方法。在这种情况下，在步骤S2114中，首先从来自至少两个传感器的至少两个测得的值α ’ α ”来计算至少一个差值Λ。如果至少一个差值Λ超过阈值SW3，则在步骤S2115中向用户发出消息。如果也超过了阈值SW4，则在步骤S2216中可完全禁止装配设备的使用。适当时必须中断螺接，并且螺接操作必须被评估为“不适当(NOK) ”。在这种情况下，可使用两个不同阈值，或甚至只使用一个阈值(SW3 = SW4)。同样，如图22示出，分别限定了最大可允许旋转角速度或阈值。在步骤S2219中，通过使用第一角度測量设备在步骤S2218中确定的的旋转角速度与阈值进行比较。如果旋转角速度超过阈值，则当前螺接操作被评估为“不适当(NOK) ”。在这种情况下，旋转角速度可通过使用第一旋转角測量设备来确定。以类似的方式，可分别定义可允许的最大旋转角或阈值角。如果其被超过，则当前螺接操作同样被评估为“不适当(NOK) ”。这进ー步提高了系统的操作安全性。此外，如果在螺接操作期间发生错误，则当前螺接操作可被评估为“不适当(NOK) ”。在这种情况下，错误可为前述情况之一，例如超过阈值或容差范围。在这种情况下，评估可以以信号而向用户发出，和/或以信号被提供以由外部设备作进ー步处理。实施例的螺钉装置被设计为马达驱动的螺钉设备。在这种情况下，其可为例如由电力、液压或压缩空气而提供动カ的螺钉设备。针对电驱动的螺钉工具，可借由电池(被称为EC电池螺钉工具)和/或经由线缆来确保供电。如果适当的话，该线缆还可用于将信号传送到装配设备的外部组件或从该外部组件传送信号。如已描述的，装配设备的不同组件可被直接布置在螺钉设备中或在附加模块之夕卜。一些组件也可被集成在螺钉设备的已有控制系统中。在这种情况下，例如，螺钉设备的组件控制可被实施为基于微处理器的装置、计算机控制的装置，或者由本领域技术人员已知的其它装置。权利要求中弓丨用的任何期望的特征组合也是可以的。螺钉设备不限于附图中示出的角度螺钉设备。将所述螺钉设备设计为例如具有直驱的螺钉设备(条形螺钉设备或手枪形螺钉设备)也是可行的。从前述说明中，本技术领域技术人员将认识到，在不偏离本发明范围的情况下，可对装配设备和相应的方法执行各种修改和变型。此外，本发明通过参考特定示例而被描述，然而，该特定示例仅旨在用于更好地理 解本发明，而并非旨在对其进行限制。本技术领域技术人员将立即认识到，硬件、软件和固件的许多不同组合可用于实现本发明，特别是对于检测单元功能的实现而言。工业应用装配设备可用在例如最后装配中的汽车构造中或车辆组件的装配中。同样可以用在其它用途上(例如机械工程领域中或使用螺钉设备的其他领域中)。
权利要求
1.ー种装配设备(100，300，500,900,1500，1600)，具有用于紧固或松开螺钉的马达驱动的螺钉设备(101，301，501，1001，1701)，所述螺钉设备具有螺钉头(102，302，502，1002)和外壳(103，303，503，1003)，其中，所述螺钉设备包括a)第一角度测量设备(104，304，504，1004，1104，1204，1304)，所述第一角度测量设备用于检测所述外壳相对于周围物绕所述螺钉头的轴线的旋转角；其特征在于b)所述装配设备(100，300，500，900，1000，1500，1600)包括用于在静止状态检测错误传感器数据的检测单元(105，205，305，505，1005)，所述检测单元包括bl)用于检测所述静止状态的装置(106，206，306，406，506，606，1006);以及b2)用于将所述静止状态中测得的传感器值与预定义的阈值进行比较的比较装置(107,207,307,507,707,807,1007)。
2.根据权利要求I所述的装配设备(200)，其中，所述检测単元(205)还包括用于将消息发送至用户的发信号装置(208);以及用于禁止所述螺钉设备的使用的阻止装置(209)。
3.根据权利要求I或2所述的装配设备(300)，其中，用于检测所述静止状态的所述装置(306)包括所述螺钉设备(301)中的用于检测运动的至少ー个传感器(310)。
4.根据权利要求I至3之一所述的装配设备(400)，其中，用于检测所述静止状态的所述装置(406)包括所述螺钉设备(301)中的至少ー个传感器(411)，所述至少一个传感器(411)用于检测所述螺钉设备与表面的接触，或检测所述螺钉设备接近表面。
5.根据权利要求I至4之一所述的装配设备(500)，其中，用于检测所述静止状态的所述装置(506)包括工具台(512)，所述工具台(512)具有用于检测所述螺钉设备放在所述エ具台中的至少ー个传感器(513)，以检测所述静止状态。
6.根据权利要求I至5之一所述的装配设备￠00)，其中，用于检测所述静止状态的所述装置(606)包括所述螺钉设备(301)中例如经由三角測量来检测所述螺钉设备在空间中的位置的装置(613)。
7.根据权利要求I至6之一所述的装配设备(500b)，其中，用于检测所述静止状态的所述装置(506b)包括至少ー个应答器(52%)、以及用于读取所述应答器的装置(530b)，其中，所述应答器或用于读取所述应答器的装置被布置在所述螺钉设备中。
8.根据权利要求I至7之一所述的装配设备(700)，其中，所述比较装置(707)将所述传感器值与最小极限值和最大极限值进行比较。
9.根据权利要求I至8之一所述的装配设备(800)，其中，所述比较装置(807)将所述传感器数据与在定义的初始值周围的容差范围进行比较。
10.根据权利要求I至9之一所述的装配设备(900)，还包括用于时间测量的装置(914)，测量从用于检测所述静止状态的所述装置(906)检测到所述螺钉设备最后放下以后的时间；发信号装置(915)，用于如果测得的时间超过第一阈值，则向所述用户发送消息；以及阻止装置(916)，用于如果测得的时间超过第二阈值，则禁止所述螺钉设备(901)的使用。
11.根据权利要求I至10之一所述的装配设备(1000)，还包括位于所述螺钉设备中的第二角度測量装置(1018)，用于检测所述螺钉头(1002)相对于所述外壳(1003)的旋转角；以及位于所述装配设备中的角度校正単元(1019)，用于根据测得的所述螺钉头(1002)的旋转角以及检测到的所述外壳(1003)的旋转角，来确定所述螺钉头(1002)相对于所述周围物的实际旋转角。
12.根据权利要求I至11之一所述的装配设备(1100)，其中，所述第一角度测量设备(1104)包括用于每个情况中的、对所述螺钉设备的旋转角进行冗余测量的多个传感器(1120)，或者至少ー个固有的安全传感器(1121)。
13.根据权利要求I至12所述的装配设备(1200)，其中，所述第一角度測量设备(1204)包括使用不同測量方法的多个传感器。
14.根据权利要求12或13所述的装配设备(1300)，其中，所述第一角度測量设备(1304)的传感器以旋转速率传感器或加速度传感器形成。
15.根据权利要求12至14之一所述的装配设备(1400)，还包括用于检测来自所述传感器的测量误差的误差检测装置(1422)，所述误差检测装置(1422)包括计算装置(1423)，用于根据来自所述多个传感器的多个测得的值计算至少ー个差值；发信号装置(1424)，用于如果所述至少一个差值超过阈值，则将消息发送到所述用户；以及阻止装置(1425)，用于禁止所述螺钉设备的使用。
16.根据权利要求I至15之一所述的装配设备(1500)，还包括测量范围比较装置(1526)，用于将从所述第一角度測量设备测得的传感器值与来自所述第一角度測量设备的传感器的预定的測量范围进行比较。
17.根据权利要求I至16之一所述的装配设备(1600)，还包括供电电压监视装置(1627)，用于监视所述传感器的供电电压。
18.根据权利要求I至17之一所述的装配设备(1700)，其中，所述螺钉设备(1701)还包括位于传感器的区域中用于测量所述传感器的温度的至少ー个温度测量单元(1728)。
19.根据权利要求I至18之一所述的装配设备(100)，其中，所述螺钉设备(101)被设计为电カ的、液压的或压缩空气驱动的螺钉设备。
20.根据权利要求I至19之一所述的装配设备(100)，其中，螺钉设备(101)还包括用于为所述螺钉设备供电的电池。
21.借由马达驱动的螺钉设备(101，301，501，1001，1701)来紧固或松开螺钉的方法，所述螺钉设备具有螺钉头(102，302，502，1002)和外壳(103，303，503，1003)，其中，所述方法包括步骤a)借由第一角度测量设备(104，304，504，1004，1104，1204，1304)来检测所述外壳相对于周围物绕所述螺钉头(102，302，502，1002)的轴线的旋转角(S1801)；并且其特征在于以下步骤b)借由检测单元来在静止状态中检测错误传感器数据(S1802)，包括步骤bl)检测所述静止状态(S1803);以及b2)借由比较装置而将在所述静止状态中测得的所述传感器值与预定义的阈值进行比较(S1804)。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括步骤由发信号装置向用户发送消息(S1805);以及由阻止装置禁止所述螺钉设备的使用(S1806)。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中，所述检测静止状态的步骤包括借由所述螺钉设备中的传感器检测运动。
24.根据权利要求21至23所述的方法，其中，所述检测静止状态的步骤包括在预定时间段内，分别检测来自所述传感器的恒定输出值或者来自所述角度測量设备的恒定输出值。
25.根据权利要求21至24所述的方法，其中，所述检测静止状态的步骤包括检测所述螺钉设备与表面的接触，或检测所述螺钉设备接近表面。
26.根据权利要求21至25所述的方法，其中，所述检测静止状态的步骤包括检测所述螺钉设备放在工具台上。
27.根据权利要求21至26所述的方法，其中，所述检测静止状态的步骤包括例如经由三角測量来确定所述螺钉设备在空间中的位置。
28.根据权利要求21至27之一所述的方法，还包括以下步骤测量从当所述螺钉设备放下时的最后时刻以后的时间(S1907)；如果所述测得的时间超过第一阈值，则向所述用户发送消息(S1908);以及如果所述测得的时间超过第二阈值，则禁止所述螺钉设备的使用(S1909)。
29.根据权利要求21至28之一所述的方法，还包括以下步骤检测所述螺钉头相对于所述外壳的所述旋转角(S2011);以及根据所述测得的螺钉头的旋转角和所述检测到的外壳的旋转角，来检测所述螺钉头相对于所述周围物的实际旋转角(S2012)。
30.根据权利要求21至29之一所述的方法，还包括以下步骤从所述第一角度測量设备的多个传感器来计算多个测得的值的至少ー个差值(S2114)；如果所述至少ー个差值超过阈值，则向所述用户发送消息(S2115)；如果所述至少ー个差值超过阈值或另ー预定的阈值，则禁止所述螺钉设备的使用(S2116)。
31.根据权利要求21至30之一所述的方法，还包括以下步骤确定所述外壳绕所述螺钉头的轴线的旋转角速度(S2118)；将所述旋转角速度与阈值进行比较(2119)；如果所述旋转角速度超过阈值，则将正在进行的螺接操作评估为不适当(NOK)。
32.根据权利要求21至31之一所述的方法，还包括以下步骤如果所述外壳绕所述螺钉头的轴线的所述旋转角超过阈值，则将正在进行的螺接操作评估为不适当(NOK)。
33.根据权利要求21至32之一所述的方法，还包括以下步骤如果在螺接操作期间出现例如超过阈值的错误，则将正在进行的螺接操作评估为不适当(NOK)。
全文摘要
本发明涉及一种具有用于紧固及松开螺钉的螺钉设备(101)的装配设备(100)和方法，该螺钉设备具有螺钉头(102)和外壳(103)，其中，借由用于在静止状态中检测错误传感器数据的检测单元(105)来校正角度测量设备(104)的测量误差，从而使螺钉或螺母能够更加精确和安全地固定。
文档编号B25B23/14GK102834225SQ201080066029
公开日2012年12月19日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者托马斯·策勒 申请人:阿尔芬装配技术有限公司