062]由此，可以避免对离开组装线的每一个产品3的最终检查，或者至少减少到仅一些随机样品，因为已经在制造过程中确保了对每一个关节应用了正确的扭矩。针对产品的工作后检查可以缩减至绝对最小值，或者对关键关节的附加检查可以避免，这是由于所述检查已在生产线29处直接做出。与人工操纵相反，在呈现的自动化电子数据库系统还可以保证所收集的数据100%完整和准确，减少行政和文书工作并且更容易储存和备用。工序和工具I的控制由于工具定位和工具状况有关的信息给出，并且还可以提供工具I在何时与何地被校准、谁最后使用该工具1、工具I被用于哪个工件3和哪处拧紧的更加详细的信息以及最近自测试和诊断结果。
[0063]根据本发明的SLAM导航不仅允许在不依靠周围环境的精确的预先获知的空间信息的情况下自主的工件定位，而且可以另外用于获得有关工件3和环境2的动态更新信息。这种信息可以由通信装置60收集并且由观察和/或安全系统61来评估，观察和/或安全系统61可以识别并评估环境中的所有变化并且可以提供用于警告、防撞或制造流程管理的信息。
[0064]通过利用根据本发明的工具定位系统，不仅实际的工作进展控制(例如，检查是否在正确位置和正确的顺序将关节拧紧在正确位置并处于正确序列，或者胶水是否以正确量施加在正确位置)，而且还可以建立起全自动的文档制作。通过当前描述的系统，可以无缝地记录是否所有工具作业任务都已经执行以及它们是否成功(例如，处于正确的地点/位置、在正确的物体/车体处、组装正确部件和处于正确时间等)。利用通过根据本发明的摄像头4a/4b，这些所得文档可以例如与安装的部件、以正确扭矩拧紧的螺丝钉的摄像头4a图像，或者所施敷的胶水的图像等组合。例如，所施加的螺母的图像可以与扭矩曲线、组装时间和工具定位再加上另一些参数一起提供并存储在数据库62中。
[0065]用于数据收集、过程改进以及组装过程控制的软件应用可以在计算装置63上运行。所准备的制造信息数据(像历史数据、统计信息、能力指标等)例如还可以由另一计算机64经由数据库访问或标准web浏览器访问。这允许实时虚拟地跟随生产。本发明允许收集所有拧紧结果并将它们存储在数据库62中。可以从数据库62生成与指定的时段或产品有关的自动报告，例如用于过程改进、工具维护、质量变化、可追溯性、变化管理、法律文件等。这种信息非常有价值，特别是在保证召回方面。
[0066]由于实现为实时系统，操作员还可以例如通过他的工作台或工具处的信号灯而被提供对他的工作的反馈，因此如果出现问题则他可以应用自我纠正措施。例如，通过在工具位置处监测拧紧过程期间的圈数或角度，该系统可以自动检测拉丝或交叉螺纹(strippedand crossed thread)，确保紧固件完全运行到头，检测丢失垫圈，警告材料或线缆是否看起来无意中压在螺栓头下面等。
[0067]由于本发明与其它系统相比在工具使用上具有较高的灵活性，因而还可以用于修理台、灵活组装单元以及用于体积小、价值高的组件的组装。
[0068]如果工具可以被工人使用可互换螺母、钻头或工具尖端(tooltip)，则该摄像头图像还可以被用于工具尖端识别。根据摄像头视场(其优选地相当大)，使用该工具的工人还可以通过图像中的面部识别来识别，以使例如该工具不能被不熟练操作员操作用来应用关键关节。
[0069]图2示出了本发明的另一例示图，其中，工具I配备有拍摄用于工具定位的SLAM导航的图像的摄像头4a。在工件3处，通过目标位置6a至6e的局部坐标系例示了必须应用工具I的希望目标位置6a至6e。SLAM确定的工具定位针对局部工件坐标系来参照，并且工具作业参数可以适于每一个位置，例如，与6c和6d或6e相比，针对位置6a和6b限定了不同的扭矩需求。根据工具定位，还可以确保所有位置6a至6e已经按它们的正确次序作业，为此，现有技术UWB系统的分辨率将不足。为确定扭矩或其它加工参数，工件I可以包括用于确定相应信息的传感器装置。该图还示出了附加MU 8的选项，以帮助如前所述的工具导航。
[0070]所示工具I还包括通信装置9。该通信装置在此被示出为无线的，因为这在许多实例中是优选选项，但在另一实施方式中也可以是有线的，例如，如果无论如何都存在电源线。由此，工具作业数据和工具定位数据可以发送至控制台计算机61，控制台计算机61也具有通信链路9。显而易见的是，通信可以经由一些中间设备来路由，其中，仅选定信息可以传递，或者信息被预处理和/或重新格式化。
[0071]而且，在该实施方式中示出了参照工具I的可选外部摄像头4c。该可选摄像头4c也可以建立通信链路9，并且可以将由此收集的信息与来自工具I的SLAM导航的信息组合。在这个示例性实施方式中，工具I还配备有可视标记15，以在用于参照制造环境2中的工具I的摄像头4c的图像中跟踪。
[0072]图3示出了工具I在两个坐标系中的移动，所述两个坐标系还可以彼此相对移动。
[0073]在工具I的最下侧视图中，工具I的摄像头4对制造环境2进行成像，根据图像，在对应的全局坐标系40中进行SLAM导航以确定工具定位。
[0074]在该工具的中间视图中，环境2和工件3两者都被包括在摄像头4的视场中。SLAM导航在图像的包括环境2的至少一部分(与全局坐标系20有关)的视图的一部分上并且还在图像的包括工件3的至少一部分(与局部坐标系30有关)的视图的一部分上进行。由此，在两个坐标系中获知该工具定位。
[0075]在最上侧的视图中，工具I相对于工件3的局部坐标系30的移动，这是基于摄像头4的现在仅示出工件3的图像通过SLAM导航确定的。与由此确定的工具定位(例如，由局部和/或全局坐标系中的定位信息58示出)有关地，工具使用的扭矩曲线被记录并与对应于该工具定位58的期望范围相比较。如果期望的结果56 (如在所示示例中)在希望位置58处实现，则发出OK信号，其还可以向操作工具I的工人指示。
[0076]根据本发明，基于摄像头的SLAM导航系统(包括至少一个光学摄像头4)被用于工具位置确定。由此，建立了制造环境2中的工具I的跟踪，但本发明还可以扩展至制造环境2中的其它可移动物品。
[0077]针对交互和数据交换，通信系统9 (特别是诸如WIF1、长距Bluetooth或等同物的无线通信系统)也被包括在根据本发明的设置中。通信系统9被构建成交换与制造过程有关的数据，如上述位置信息58和/或工具参数56、57 (像锁定、解锁、期望任务的参数、工具状况、校准状况、电池水平等)。
[0078]通信例如可以涉及摄像头4实体、工具传感器系统、引导和控制系统、制造规划软件、质量管理系统、控制终端、制造数据的数据库、服务器等。通信可以发生在工具I上的测量传感器之间、工件3和环境2之间、机器/机器人或存储和后勤系统之间、以及与其它工具I之间。通信可以由中央组装线管理系统61或智能分配系统来管理。例如，工具定位所需的信息可以通过从摄像头4、服务器61等获得必要的信息而局部地组织。环境控制还可以通过向中央系统推送用于处理那些数据的信息来建立。这种网络化组装线环境还可以具有针对一些中间件的接口，以将传感器连接至企业网络。可以使用像在US 7，735，060、US8，015，547、US 8，095，923或US 2008/0005721中提出的示例的方法来连接本发明及其位置和/或传感器数据和诸如制造规划工具、物资供应软件、文档制作软件、现有的质量管理系统、企业网络等的其它系统。
[0079]图4中示出的本发明的实施方式涉及用于组装线29中的工件3 (如所示的车体制造)的示例性制造环境2。这种组装线29的范围可以超出60…10m甚或更多，因而图4仅例示了其一小部分。尽管环境2可以被划分成多个逻辑区段，甚至可以是在地理上分离的，尽管如此，仍需要整个组装线的概观以规划和控制制造。就灵活制造而言，不仅静态的组装线29被用于沿制造环境2中的明确限定轨道来移动工件，而且现今许多自主推车(未物理连接至轨道(像在轨道引导系统中那样))被另选地用于静态的组装线29以输送工件3。特别是在这种灵活的系统中，由于该环境中的工件位置不总是精确已知，因此本发明可以获得附加优点。
[0080]由此，制造环境2与对应的全局或世界坐标系20相关联。根据本发明，确定制造环境2中的工具I的定位，特别是针对例如需要限定旋转扭矩或工具操作的另一参数(就工件质量而言其可能是关键的)的工具2。
[0081]全局坐标系20还可以通过组装线信息(例如，如CAD信息的数字数据格式)或者用于制造控制的组装线信息系统来表示。组装线信息可以包括移动组装线、沿组装线的关联存储、制造机器人以及其它固定物品，但也存在诸如推车、工人、服务和维护设备等。组装线信息及其坐标参照可以从工作环境的设计文件中提取，和/或可以例如通过利用激光扫描对组装线环境的初始测量或扫描或基于图像的从运动恢复结构或SLAM技术来生成或核实。该信息可以基于确定的点方式、线方式或2D/3D元件地理空间信息或与确定的点方式、线方式或2D/3D元件地理空间信息组合地存储在环境信息模型中。
[0082]在扩展实施方式中，根据本发明的系统的摄像头4不仅可以布置在工具I上，而且可以布置在制造物品3上，例如，布置在组装线中的车体的引擎罩上。这样，通过根据本发明的SLAM导航(优选地，实时)，不仅工具I而且移动的车体3都可以在较大组装线环境中定位。
[0083]车体3系统还在局部坐标系30中表示，例如可以根据车体的计算机辅助设计(CAD)信息来限定。局部坐标系30构建了车体处用于制造工作的参照，为此，使用了专用工具I。
[0084]工具I可以分别在全局制造坐标系20并且在局部车体坐标系30这二者中定位，因为它们可以彼此相关联。
[0085]根据本发明，摄像头4被用于从运动恢复结构或SLAM算法以导出位置信息，特别是结合导出环境特征位置。其中，绝对工具定位可以在全局坐标系20中确定，特别是通过已知环境信息来辅助。结合导出工件或制造物体特征位置，可以确定(可能移动的)工件(例如，车体)系统中的局部坐标30，特别是还可以通过工件3的已知CAD来辅助。根据在摄像头的实际视场收集到的图像，可以执行基于局部、全局或者两种摄像头的SLAM坐标确定。这样，还可以发生全局20与局部30参照系之间的无缝转换，例如，在将工具I移动到车体中时，其中，工具上的摄像头根本不能或至少不能充分地对外部世界系统参照进行成像，以应用SLAM导