DE102018107726B4 - Tool for machining a workpiece and recording machining points - Google Patents
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Abstract
Werkzeug (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Erfassung von Bearbeitungsstellen, wobeidas Werkzeug (1) eine Lichtlaufzeitkamera (2) mit einem ein Licht aussendenden Sender (5), einem nach dem Lichtlaufzeitverfahren arbeitenden optischen Sensor (6) und einer Steuerelektronik (7), die die Steuerung des Senders (5) und des optischen Sensors (6) vornimmt, aufweist, wobei der Sensor (6) als Pixelarray aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnetdass das Werkzeug (1) eine Freigabeeinrichtung (11) aufweist, die eine Bearbeitung mit dem Werkzeug (1) nur freigibt, wenn die Bearbeitungsstelle erkannt und ein Speichereintrag zur Dokumentation erstellt wurde.Tool (1) for machining a workpiece and for detecting machining points, the tool (1) having a time-of-flight camera (2) with a transmitter (5) that emits light, an optical sensor (6) operating according to the time-of-flight method and control electronics (7) , which controls the transmitter (5) and the optical sensor (6), the sensor (6) being constructed as a pixel array, characterized in that the tool (1) has a release device (11) which enables processing with the Tool (1) only releases when the processing point has been recognized and a storage entry has been created for documentation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Erfassung von Bearbeitungsstellen, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Erfassung von Bearbeitungsstellen sowie die Verwendung eines Werkzeuges mit einer Lichtlaufzeitkamera.The present invention relates to a tool for machining a workpiece and for detecting machining locations, a method for machining a workpiece and for detecting machining locations, and the use of a tool with a time-of-flight camera.
In der automatisierten Serienfertigung werden die Montagevorgänge von Maschinen automatisch ausgeführt. Diese Montagevorgänge umfassen insbesondere das Festdrehen oder Lösen von Schrauben oder Muttern, oder Nietvorgänge. Die Maschinen können mit Hilfe von konventioneller Sensorik, beispielsweise durch Verwendung von Laserwegmesssystemen, die Arbeitsschritte schnell, präzise und sorgfältig ausführen.In automated series production, the assembly processes of machines are carried out automatically. These assembly processes include in particular the tightening or loosening of screws or nuts, or riveting processes. The machines can carry out the work steps quickly, precisely and carefully with the help of conventional sensors, for example by using laser path measuring systems.
Gattungsgemäße Handwerkzeuge zeigen die Schriften:
Allerdings gibt es Arbeitsvorgänge, die nicht mittels Maschinen bzw. nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand rein maschinell durchgeführt werden können. Derartige Arbeitsvorgänge werden immer noch von Hand durchgeführt. In der Regel werden hierzu handgeführte Werkzeuge, wie beispielsweise handgeführte elektrische Schraubwerkzeuge, eingesetzt. Diese elektrischen Werkzeuge werden entweder kabelgebunden oder kabellos, d.h. Akku-betrieben, verwendet.However, there are work processes that cannot be carried out using machines or can only be carried out purely mechanically with disproportionate effort. Such operations are still carried out by hand. As a rule, hand-held tools, such as hand-held electric screwdrivers, are used for this purpose. These electric tools are used either corded or cordless, i.e. battery operated.
Bei diesen händisch mit Hilfe von Werkzeugen durchgeführten Bearbeitungsvorgängen ergeben sich jedoch Probleme im Zusammenhang mit der Prozesssicherheit. Um die Produktsicherheit gewährleisten und belegen zu können, ist es nötig, die Produkte nach dem aktuellen Stand der Technik zu fertigen und den Montageprozess nachvollziehbar und detailliert zu dokumentieren. Nur mit vollumfassend überwachten Bearbeitungsvorgängen und einer eindeutigen Unterscheidung jedes Bearbeitungsvorgangs kann die korrekte Bearbeitung dokumentiert werden. Dies gilt vor allem bei sicherheitsrelevanten Verschraubungen, wie für Schraubfällen der Kategorie A nach VDIA/DE 2862, die bei Ausfall, beispielsweise aufgrund unvollständiger oder nicht sachgemäßer Verschraubung, eine Gefahr für Leib, Leben und Umwelt darstellen. Um die einzelnen Bearbeitungsvorgänge möglichst detailliert voneinander zu unterscheiden und zu dokumentieren, wird versucht, die Positionierung der Werkzeuge, insbesondere der handgeführten Werkzeuge, durchgehend möglichst genau zu erfassen.However, these machining processes, which are carried out manually with the help of tools, cause problems in connection with process reliability. In order to guarantee and prove product safety, it is necessary to manufacture the products according to the current state of the art and to document the assembly process in a comprehensible and detailed manner. Correct processing can only be documented with fully monitored processing processes and a clear distinction between each processing process. This applies especially to safety-relevant screw connections, such as category A screwing cases according to VDIA/DE 2862, which pose a danger to life, limb and the environment in the event of failure, for example due to incomplete or improper screw connection. In order to distinguish and document the individual machining processes in as much detail as possible, attempts are made to record the positioning of the tools, especially the hand-held tools, as precisely as possible throughout.
Zu diesem Zweck werden die Werkzeuge über Manipulatoren mit Messwertaufnahmeeinrichtungen an die Bearbeitungsstellen herangeführt, oder es werden Echtzeit-Ortungssysteme eingesetzt, die die Werkzeuge im Raum lokalisieren können. Die Lokalisierung erfolgt über an den Werkzeugen angebrachte Funksender, mittels im Raum positionierter Kameras, die das Werkzeug und das Werkstück erfassen, oder, bei kabelgebundenen Werkzeugen, mittels einer direkt am Werkzeug angebrachten Kamera, die die Bearbeitungsstellen erfasst.For this purpose, the tools are brought to the processing points via manipulators with measurement recording devices, or real-time positioning systems are used that can locate the tools in space. Localization is carried out using radio transmitters attached to the tools, using cameras positioned in the room that record the tool and the workpiece, or, in the case of wired tools, using a camera attached directly to the tool that records the processing points.
Die Lokalisierung mit Hilfe von Funksendern bzw. von im Raum angeordneter Kameras benötigt allerdings ein komplexes Netzwerk von Sensoren/Empfängern/Kameras und ist mit hohen Kosten verbunden.However, localization using radio transmitters or cameras arranged in space requires a complex network of sensors/receivers/cameras and is associated with high costs.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugen, die eine Kamera zur Erfassung der Bearbeitungsstelle aufweisen ist, dass die aufgenommen Bilder häufig unbrauchbar sind. Dies liegt unter anderem daran, dass Umgebungslicht, wechselnde Materialoberflächen und wechselnde Materialfarben sowie perspektivische Verzerrungen die Aufnahmen beeinträchtigen. Zudem können Referenzaufnahmen, die das Werkstück vor einem Hintergrund zeigen, nicht mehr verwendet werden, wenn sich der Hintergrund geändert hat, beispielsweise aufgrund von geänderten Lichtverhältnissen. Die in diesen industrietauglichen Kameras verwendeten Objektive sind schwer und beeinflussen die Handhabbarkeit der Werkzeuge äußerst negativ. Zudem sind für die Auswertung der Aufnahmen leistungsstarke Datenverarbeitungssysteme notwendig, da die Auswertung rechenintensiv ist, sodass derartige Datenverarbeitungssysteme aufgrund des hohen Energiebedarfs nicht an kabellosen, d.h. Akku-betriebenen, Werkzeugen angebracht werden. Für den Fall, dass die Datenverarbeitung extern stattfindet, werden hohe Latenzzeiten verzeichnet oder es sind zusätzliche Daten- und Spannungsleitungen notwendig, die die Handhabbarkeit der Werkzeuge einschränken.The disadvantage of the tools known from the prior art, which have a camera for recording the processing point, is that the images recorded are often unusable. This is due, among other things, to the fact that ambient light, changing material surfaces and material colors as well as perspective distortions affect the recordings. In addition, reference images that show the workpiece against a background can no longer be used if the background has changed, for example due to changed lighting conditions. The lenses used in these industrial cameras are heavy and have an extremely negative impact on the handling of the tools. In addition, powerful data processing systems are necessary for evaluating the recordings, as the evaluation is computationally intensive, so such data processing systems cannot be attached to wireless, i.e. battery-operated, tools due to the high energy requirement. In the event that data processing takes place externally, high latency times are recorded or additional data and power lines are necessary, which limit the manageability of the tools.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Werkzeug bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Die Aufgabe der Erfindung kann somit darin gesehen werden, ein Werkzeug bereitzustellen, dass die Bearbeitungsstellen unabhängig vom Umgebungslicht, von der Materialoberfläche und -farbe, von der Perspektive eindeutig erfassen kann, ohne dass die Handhabbarkeit des Werkzeugs erheblich eingeschränkt wird.The object of the invention is to provide a tool that overcomes the disadvantages known from the prior art. The object of the invention can therefore be seen as providing a tool that can clearly detect the processing locations regardless of the ambient light, the material surface and color, and the perspective, without significantly restricting the handling of the tool.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Erfassung von Bearbeitungsstellen vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Werkzeug eine Lichtlaufzeitkamera mit einem ein Licht aussendenden Sender, einen nach dem Lichtlaufzeitverfahren arbeitenden optischen Sensor und eine Steuerelektronik, die die Steuerung des Senders und des optischen Sensors vornimmt, aufweist.To solve the problem, a tool is provided for machining a workpiece and for detecting machining points, which is characterized in that the tool has a time-of-flight camera with a transmitter that emits light, an optical sensor that works according to the time-of-flight method and control electronics that control the Transmitter and the optical sensor.
Das Ziel der Werkstück-Erfassungssysteme gemäß dem Stand der Technik ist durchweg, das Werkstück möglichst hochauflösend und damit detailliert zu erfassen. Da die in Lichtlaufzeitkameras verwendeten Sensoren allerdings ein sehr viel geringere Pixeldichte aufweisen, mit zum Teil weniger als 200 x 200 Pixeln, war es besonders überraschend, dass ein Werkzeug mit einer Laufzeitkamera zur Werkstück-Erfassung vorteilhaft gegenüber den im Stand der Technik verwendeten Werkzeugen mit konventionellen hochauflösenden Kameras ist.The aim of the workpiece detection systems according to the state of the art is to capture the workpiece with as high a resolution as possible and therefore in detail. However, since the sensors used in time-of-flight cameras have a much lower pixel density, sometimes less than 200 x 200 pixels, it was particularly surprising that a tool with a time-of-flight camera for workpiece detection is advantageous over the conventional tools used in the prior art high-resolution cameras.
Die Lichtlaufzeitkamera kann in dem Werkzeug integriert sein oder außen auf das Werkzeug aufgesetzt sein. Die einzelnen Bestandteile der Lichtlaufzeitkamera können an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein. So können Bestandteile teilweise in dem Werkzeug integriert und teilweise von außen auf das Werkzeug aufgesetzt sein. Es ist klar, dass dabei der Sender so angeordnet ist, dass das ausgestrahlte Licht auf das Werkstück treffen kann und der Sensor so angeordnet ist, dass er das von dem Werkstück zurückgestrahlte Licht detektieren kann.The time-of-flight camera can be integrated into the tool or placed on the outside of the tool. The individual components of the time-of-flight camera can be arranged at different locations. Components can be partially integrated into the tool and partially placed on the tool from the outside. It is clear that the transmitter is arranged so that the emitted light can hit the workpiece and the sensor is arranged so that it can detect the light reflected back from the workpiece.
Die Lichtlaufzeitkamera ist eine Kamera, die Distanzen durch das Lichtlaufzeitverfahren ermittelt, wozu Licht über einen Sender, d.h. einen Emitter, auf einen Bereich des Werkstücks ausgestrahlt wird und anhand der Zeit, die das Licht vom Sender bis zum Werkstück und zum Sensor benötigt, die Distanz für jeden Bildpunkt berechnet wird. Das Licht wird entweder als Lichtimpuls oder moduliert mit einer sich sinusförmig ändernden Intensität ausgesendet.The time-of-flight camera is a camera that determines distances using the time-of-flight method, for which light is emitted onto an area of the workpiece via a transmitter, i.e. an emitter, and the distance is determined based on the time that the light takes from the transmitter to the workpiece and the sensor is calculated for each pixel. The light is emitted either as a light pulse or modulated with a sinusoidally changing intensity.
Die Lichtlaufzeitkamera umfasst einen Sender, bevorzugt in Form von LEDs oder Laserdioden, der bevorzugt Licht mit Wellenlängen von >700 nm, besonders bevorzugt >750 nm, insbesondere >800 nm aussendet, um auf diese Weise für eine möglichst geringe Störung der Umgebung zu sorgen. Zudem wird auf diese Weise erreicht, dass die Lichtlaufzeitkamera unempfindlicher gegenüber natürlichen Umgebungseinflüssen ist.The time-of-flight camera comprises a transmitter, preferably in the form of LEDs or laser diodes, which preferably emits light with wavelengths of >700 nm, particularly preferably >750 nm, in particular >800 nm, in order to ensure as little disruption to the environment as possible. This also ensures that the time-of-flight camera is less sensitive to natural environmental influences.
Ein weiterer Bestandteil der Lichtlaufzeitkamera ist ein Sensor, d.h. Detektor, der als Pixelarray aufgebaut ist, und für jeden Pixel die Laufzeit misst. Bevorzugt wird als Sensor ein PMD-Sensor (Photomischdetektor) verwendet. Bevorzugt kann der PMD-Sensor Fremdlicht aktiv unterdrücken.Another component of the time-of-flight camera is a sensor, i.e. detector, which is constructed as a pixel array and measures the time of flight for each pixel. A PMD sensor (photomix detector) is preferably used as the sensor. The PMD sensor can preferably actively suppress extraneous light.
Zudem umfasst die Lichtlaufzeitkamera eine Steuerelektronik, die die Steuerung des Senders und des optischen Sensors vornimmt.The time-of-flight camera also includes control electronics that control the transmitter and the optical sensor.
Die Lichtlaufzeitkamera kann des Weiteren eine oder mehrere der Komponenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lichtfilter, Objektiv, Datenspeicher, Schnittstelle und Ausgabeeinheit, wie Bildschirm oder Lautsprecher, umfassen. The time-of-flight camera can further comprise one or more of the components selected from the group consisting of a light filter, lens, data storage, interface and output unit, such as a screen or loudspeaker.
Bevorzugt weist das Werkzeug eine Optik auf, die das von der Umgebung reflektierte Licht sammelt und auf den Sensor lenkt.The tool preferably has optics that collect the light reflected from the environment and direct it to the sensor.
Bevorzugt weist das Werkzeug einen Griff und einen Werkzeugkopf auf. Der Werkzeugkopf umfasst den Bereich, der mit dem Werkstück zur Bearbeitung bzw. mit dem an dem Werkzeug anzubringendem Element in Kontakt gebracht wird, d.h. die Aufnahmevorrichtung. Im Falle eines Schraubers wäre dies beispielsweise die Schraubwerkzeuge-Aufnahme für z.B. eine Schraubernuss oder einen Bit. Die Lichtlaufzeitkamera, zumindest der Sender und der Sensor, sind bevorzugt im Bereich des Werkzeugkopfes angeordnet. Der Sender und der Sensor der Lichtlaufzeitkamera sind am Werkzeugkopf bevorzugt so angeordnet, dass sie beim Bearbeitungsvorgang auf die Bearbeitungsstelle gerichtet sind.The tool preferably has a handle and a tool head. The tool head includes the area that is brought into contact with the workpiece for processing or with the element to be attached to the tool, i.e. the holding device. In the case of a screwdriver, for example, this would be the screwdriver holder for a screwdriver socket or a bit. The time-of-flight camera, at least the transmitter and the sensor, are preferably arranged in the area of the tool head. The transmitter and the sensor of the time-of-flight camera are preferably arranged on the tool head in such a way that they are directed towards the machining point during the machining process.
Die von der Lichtlaufzeitkamera berechnete Distanz zum Werkstück wird bevorzugt als eine Koordinate (X, Y, Z) je Pixel von der Lichtlaufzeitkamera ausgegeben, sodass die ausgegeben Daten Informationen über eine Art „Punktewolke“ liefern. Da je Pixel nur eine Distanz gespeichert wird, ist die Datenmenge je Aufnahme im Vergleich zu einer konventionellen Foto-Aufnahme nur sehr gering. Dies hat den Vorteil, dass sich die Daten schnell übertragen und weiterverarbeiten lassen und nur wenig Speicherplatz einnehmen. Vorteilhaft ist somit, dass das Werkstück dreidimensional erfasst werden kann, ohne, dass großen Datenmengen je Aufnahme erzeugt werden.The distance to the workpiece calculated by the time-of-flight camera is preferably output as a coordinate (X, Y, Z) per pixel by the time-of-flight camera, so that the output data provides information via a type of “point cloud”. Since only one distance is stored per pixel, the amount of data per shot is very small compared to a conventional photo shot. This has the advantage that the data can be transferred and processed quickly and takes up little storage space. It is therefore advantageous that the workpiece can be captured three-dimensionally without large amounts of data being generated per recording.
Bevorzugt ist das Werkzeug ein handgeführtes elektrisches Werkzeug, bevorzugt ein handgeführtes EC-Werkzeug, besonders bevorzugt ein handgeführter EC-Schrauber.The tool is preferably a hand-held electric tool, preferably a hand-held EC tool, particularly preferably a hand-held EC screwdriver.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Werkzeug kabellos betrieben. Unter „kabellos“ wird erfindungsgemäß verstanden, dass keine externe Leistungsquelle die Energieversorgung mittels eines Kabels übernimmt, sondern eine Batterie, ein Akkumulator oder ein Kondensator zur Energieversorgung in dem Werkzeug integriert ist. Kabellos betriebene Werkzeuge sind flexibel handhabbar, können mitgeführt werden, ohne dass eine zusätzliche Ablagemöglichkeit für das Werkzeug in der Nähe der Bearbeitungsstelle notwendig ist, und verursachen, im Falle eins empfindlichen, z.B. eines lackierten, Werkstücks durch den Wegfall des Kabels weniger Beschädigungen. Bisher war der Betrieb von Werkzeugen mit integrierter Kamera nur kabelgebunden möglich, da für die verwendeten konventionellen Kameras und die Datenverarbeitungseinrichtungen eine so hohe Leistung notwendig ist, dass der Akku-Betrieb nicht ausreichend lange möglich ist. Die Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Werkzeuge dahingegen ist hinreichend gering, sodass lange Arbeitszeiten möglich sind.In an advantageous embodiment, the tool according to the invention is operated wirelessly. According to the invention, “wireless” means that no external power source supplies the energy using a cable, but rather a battery, an accumulator or a capacitor is integrated into the tool for the energy supply is. Cordlessly operated tools can be handled flexibly, can be carried along without the need for an additional storage option for the tool near the processing point, and, in the case of a sensitive workpiece, such as a painted one, cause less damage due to the elimination of the cable. Until now, tools with an integrated camera could only be operated using a cable, as the conventional cameras and data processing devices used required such high performance that battery operation was not possible for a sufficiently long time. The power consumption of the tools according to the invention, on the other hand, is sufficiently low so that long working times are possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Werkzeug eine Datenverarbeitungseinrichtung auf und/oder kann auf eine extern angeordnete Datenverarbeitungseinrichtung zugreifen, die die von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten verarbeitet. Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinrichtung in dem erfindungsgemäßen Werkzeug integriert, sodass das Werkzeug auf keine externe Datenverarbeitungseinrichtung zugreifen muss.In an advantageous embodiment of the invention, the tool has a data processing device and/or can access an externally arranged data processing device which processes the data output by the time-of-flight camera. The data processing device is preferably integrated in the tool according to the invention, so that the tool does not have to access any external data processing device.
Es ist vorteilhaft, wenn das Werkzeug einen Datenspeicher aufweist und/oder auf einen externen Datenspeicher zugreifen kann, in dem die von Datenverarbeitungseinrichtung und/oder von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten, bevorzugt zusammen mit einer Zeitinformation, gespeichert werden. Die Zeitinformation enthält Informationen über mindestens einen Zeitpunkt, bevorzugt ausgewählt aus dem Ausgabezeitpunkt der von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten, dem Zeitpunkt der Lichtbildkamera-Aufnahme oder dem Speicherzeitpunkt, wobei anzumerken ist, dass sich diese Zeitpunkte in der Regel nur minimal voneinander unterscheiden. Die Zeitinformation enthält somit bevorzugt Informationen zum Datum und zur Uhrzeit, die bevorzugt mindestens auf die Sekunde genau ermittelt wird. Bevorzugt ist der Datenspeicher in dem erfindungsgemäßen Werkzeug integriert, sodass kein externer Datenspeicher notwendig ist. Die Lichtlaufzeitkamera ist bevorzugt so eingestellt, dass fortlaufend und in einem geringen zeitlichen Abstand, bevorzugt in einem zeitlichen Abstand von weniger als 5 Sekunden, besonders bevorzugt von weniger als 1 Sekunde, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,5 Sekunden, vor dem Bearbeitungsvorgang, während des Bearbeitungsvorganges und/oder nach dem Bearbeitungsvorgang mindestens eine Aufnahme gemacht wird, wobei die Daten und/oder die entsprechende Zeitinformation in dem Datenspeicher zur Dokumentation gespeichert werden.It is advantageous if the tool has a data memory and/or can access an external data memory in which the data output by the data processing device and/or by the time-of-flight camera are stored, preferably together with time information. The time information contains information about at least one time, preferably selected from the output time of the data output by the time-of-flight camera, the time of the photo camera recording or the storage time, whereby it should be noted that these times usually only differ minimally from one another. The time information therefore preferably contains information about the date and time, which is preferably determined at least to the second. The data storage is preferably integrated in the tool according to the invention, so that no external data storage is necessary. The time-of-flight camera is preferably set so that continuously and at a short time interval, preferably at a time interval of less than 5 seconds, particularly preferably of less than 1 second, very particularly preferably of less than 0.5 seconds, before the processing process, at least one recording is made during the editing process and/or after the editing process, the data and/or the corresponding time information being stored in the data memory for documentation.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung vergleicht die Datenverarbeitungseinrichtung die von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten mit gespeicherten Daten von vorgegebenen Bearbeitungsstellen und weist bei Übereinstimmung den von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten der entsprechenden vorgegebenen Bearbeitungsstelle zu und erstellt einen Speichereintrag. Die vorgegebenen Bearbeitungsstellen sind die Stellen des Werkstücks, an denen das Werkzeug zur Bearbeitung anzusetzen ist. Die Daten dieser vorgegebenen Bearbeitungsstellen wurden vorab erstellt und in dem Datenspeicher, bevorzugt in dem Datenspeicher, der in dem Werkzeug integriert ist, gespeichert, um als Referenz zu dienen. Durch den Vergleich der gespeicherten Daten der Referenzstellen mit den von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten mit den vorgegebenen Bearbeitungsstellen kann festgestellt werden, ob der aufgenommene Bereich des Werkstücks einer der vorgegebenen Bearbeitungsstellen entspricht, was bei einer Übereinstimmung der Fall ist. Die von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten können vor dem Vergleich zunächst von der Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitet worden sein und erst in verarbeiteter Form mit den Referenzdaten verglichen werden. Die Referenzdaten entsprechen von der Art bevorzugt den von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten, sodass die Referenzdaten bevorzugt ebenfalls als „Punktewolke“, also als 3D-Aufnahme, vorliegen.In an advantageous embodiment, the data processing device compares the data output by the time-of-flight camera with stored data from predetermined processing points and, if there is a match, assigns the data output by the time-of-flight camera to the corresponding predetermined processing point and creates a memory entry. The specified machining points are the points on the workpiece where the tool is to be placed for machining. The data of these predetermined processing points were created in advance and stored in the data memory, preferably in the data memory integrated in the tool, to serve as a reference. By comparing the stored data of the reference points with the data output by the time-of-flight camera with the specified processing points, it can be determined whether the recorded area of the workpiece corresponds to one of the specified processing points, which is the case if there is a match. The data output by the time-of-flight camera can first have been processed by the data processing device before the comparison and can only be compared with the reference data in processed form. The type of reference data preferably corresponds to the data output by the time-of-flight camera, so that the reference data is also preferably available as a “point cloud”, i.e. as a 3D image.
Bevorzugt werden die Daten mit Hilfe einer Logik verglichen, wobei bevorzugt eine Fuzzy-Logik verwendet wird. Unter Übereinstimmung muss somit nicht zwangsläufig eine 100%ige Übereinstimmung verstanden werden, sodass Abweichungen aufgrund von Aufnahmeungenauigkeiten toleriert werden können.The data are preferably compared using logic, with fuzzy logic preferably being used. Agreement does not necessarily mean 100% agreement, so that deviations due to recording inaccuracies can be tolerated.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Vergleichsprozess, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung die von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen und gegebenenfalls verarbeiteten Daten mit Referenzdaten vergleicht, unter Verwendung von Machine Learning-Verfahren stetig optimiert.In an advantageous embodiment, the comparison process, in which the data processing device compares the data output and possibly processed by the time-of-flight camera with reference data, is continuously optimized using machine learning methods.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält der Speichereintrag zumindest Informationen über die erkannte, zugewiesene Bearbeitungsstelle, bevorzugt zusammen mit einer Zeitinformation. Die Zeitinformation enthält Informationen über mindestens einen Zeitpunkt, bevorzugt ausgewählt aus dem Ausgabezeitpunkt der von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten, dem Zeitpunkt der Lichtbildkamera-Aufnahme oder dem Speicherzeitpunkt. Die Zeitinformation enthält somit bevorzugt Informationen zum Datum und zur Uhrzeit, die bevorzugt mindestens auf die Sekunde genau ermittelt wird. Auf diese Weise ist eine vollständige Dokumentation der Bearbeitung des Werkstücks gewährleistet. Es ist ebenso vorgesehen, dass Daten der bereits bearbeiteten Werkstückbereiche als Referenz verwendet werden, mit denen die von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten verglichen werden. Stimmen die von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten einer bereits bearbeiteten Bearbeitungsstelle mit den als Referenz vorgegebenen gespeicherten Daten der entsprechenden bearbeiteten Bearbeitungsstelle überein, kann auf diese Weise dokumentiert werden, dass die Bearbeitung korrekt durchgeführt wurde. Auf dies Weise kann beispielsweise überwacht und/oder dokumentiert werden, ob das richtige Bauteil eingebaut wurde und ob das Bauteil vorgabegemäß in dem Werkstück angeordnet ist. Bevorzugt werden weitere Parameter zur Dokumentation gespeichert, wie beispielsweise Soll- und/oder Ist-Bearbeitungsparameter.In an advantageous embodiment, the memory entry contains at least information about the recognized, assigned processing point, preferably together with time information. The time information contains information about at least one time, preferably selected from the output time of the data output by the time-of-flight camera, the time of the photo camera recording or the storage time. The time information therefore preferably contains information about the date and time, which is preferably determined at least to the second. This ensures complete documentation of the processing of the workpiece. It is also planned that data from the already stored prepared workpiece areas are used as a reference with which the data output by the time-of-flight camera is compared. If the data output by the time-of-flight camera of a processing point that has already been processed match the stored data of the corresponding processed processing point specified as a reference, it can be documented in this way that the processing was carried out correctly. In this way, for example, it can be monitored and/or documented whether the correct component has been installed and whether the component is arranged in the workpiece as specified. Additional parameters are preferably saved for documentation, such as target and/or actual processing parameters.
Bevorzugt weist das Werkzeug eine Bearbeitungsparameter-Vorgabeeinrichtung auf, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung die für die erkannte und zugewiesene Bearbeitungsstelle gespeicherten vorgesehenen Bearbeitungsparameter an die Bearbeitungsparameter-Vorgabeeinrichtung ausgibt. Die Bearbeitungsparameter sind bevorzugt Verschraubungsparameter, besonders bevorzugt ein vorgegebenes Drehmoment und/oder ein vorgegebener Drehwinkel, oder Vernietungsparameter, besonders bevorzugt eine vorgegebene Kraft. Diese Bearbeitungsparameter mit dem das Werkstück bearbeitet, z.B. eine Schraube festgezogen, wird, unterscheiden sich in der Regel von Bearbeitungsstelle zu Bearbeitungsstelle. Die Bearbeitungsparameter-Vorgabeeinrichtung gibt automatisch die Parameter für die erkannte Bearbeitungsstelle vor, sodass die Parameter nicht anderweitig an dem Werkzeug eingestellt werden müssen.The tool preferably has a machining parameter specification device, wherein the data processing device outputs the intended machining parameters stored for the recognized and assigned machining point to the machining parameter specification device. The processing parameters are preferably screwing parameters, particularly preferably a predetermined torque and/or a predetermined angle of rotation, or riveting parameters, particularly preferably a predetermined force. These processing parameters with which the workpiece is processed, e.g. a screw is tightened, usually differ from processing point to processing point. The machining parameter specification device automatically specifies the parameters for the recognized machining location, so that the parameters do not have to be set elsewhere on the tool.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Werkzeug eine Freigabeeinrichtung aufweist, die eine Bearbeitung mit dem Werkzeug nur freigibt, wenn die Bearbeitungsstelle erkannt und/oder ein Speichereintrag zur Dokumentation erstellt wurde. Solange das Werkzeug nicht von der Freigabeeinrichtung freigegeben ist, kann das Werkzeug trotz Betätigung eines Auslösers bzw. trotz Einschaltung nicht betrieben werden.It is also advantageous if the tool has a release device that only releases processing with the tool if the processing point has been recognized and/or a memory entry has been created for documentation. As long as the tool is not released by the release device, the tool cannot be operated despite actuation of a trigger or despite switching on.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Werkzeug eine Steuerungseinrichtung auf, die das Werkzeug so reguliert, dass der Ist- mit dem Soll-Bearbeitungsparameterwert in Übereinstimmung gebracht wird. Die Steuereinrichtung überwacht somit den Bearbeitungsvorgang, indem der Ist-Parameterwert während des Bearbeitungsvorgangs gemessen wird und mit dem Soll-Parameterwert verglichen wird. Sobald der Ist-Parameterwert den Soll-Parameterwert erreicht, wird der Bearbeitungsvorgang gestoppt.In an advantageous embodiment, the tool has a control device which regulates the tool so that the actual and target machining parameter values are brought into agreement. The control device thus monitors the machining process by measuring the actual parameter value during the machining process and comparing it with the target parameter value. As soon as the actual parameter value reaches the target parameter value, the machining process is stopped.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks und zur Erfassung von Bearbeitungsstellen vorgesehen, umfassend die Schritte,
- - Erfassen eines Werkstücks mit Hilfe eines Werkzeugs mit einer Lichtlaufzeitkamera,
- - Verarbeiten der von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten, umfassend den Schritt des Vergleichens der von der Lichtlaufzeitkamera ausgegebenen Daten mit gespeicherten Daten von vorgegebenen Bearbeitungsstellen, wobei bei Übereinstimmung den ausgegebenen Daten die entsprechende vorgegebene Bearbeitungsstelle zugewiesen wird,
- - Erstellen eines Speichereintrages, wobei der Speichereintrag zumindest Informationen über die zugewiesene Bearbeitungsstelle, bevorzugt zusammen mit einer Zeitinformation, enthält.
- - Capturing a workpiece using a tool with a time-of-flight camera,
- - Processing the data output by the time-of-flight camera, comprising the step of comparing the data output by the time-of-flight camera with stored data from predetermined processing points, whereby if there is a match, the corresponding predetermined processing point is assigned to the output data,
- - Creating a memory entry, the memory entry containing at least information about the assigned processing point, preferably together with time information.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren die Verwendung eines Werkzeuges mit einer Lichtlaufzeitkamera zur Bearbeitung eines Werkstücks, zur Erfassung von Bearbeitungsstellen und zur Dokumentation der Erfassung der Bearbeitungsstellen vorgesehen. Die Dokumentation umfasst bevorzugt die Erstellung von Speichereinträgen, die Informationen über die erfassten Bearbeitungsstellen zusammen mit Zeitinformationen über den Zeitpunkt der Erfassung der Bearbeitungsstellen oder der Erstellung der Speichervorgänge selbst enthalten.To solve the problem, the use of a tool with a time-of-flight camera for processing a workpiece, for recording processing points and for documenting the recording of the processing points is also provided. The documentation preferably includes the creation of storage entries that contain information about the recorded processing points together with time information about the time of recording the processing points or the creation of the storage processes themselves.
Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Werkzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens, einschließlich der erfindungsgemäßen Verwendung, sind als komplementär zueinander zu versehen, sodass Verfahrensschritte die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläutert sind, ebenfalls einzeln oder kombiniert als Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind. Merkmale der Vorrichtung, die im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert sind, sind einzeln oder miteinander kombiniert auch als Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verstehen.The description of the tool according to the invention and the method according to the invention, including the use according to the invention, are to be provided as complementary to one another, so that method steps that are explained in connection with the device are also to be understood individually or in combination as steps of the method according to the invention. Features of the device that are explained in connection with the method are also to be understood individually or combined with one another as features of the device according to the invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren nochmals erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Werkzeugs. -
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Werkzeugs. -
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Werkzeugs. -
4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Werkzeugs.
-
1 shows a schematic representation of an embodiment of a tool according to the invention. -
2 shows a schematic representation of a further embodiment of a tool according to the invention. -
3 shows a schematic representation of a further embodiment of a tool according to the invention. -
4 shows a schematic representation of a further embodiment of a tool according to the invention.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- WerkzeugTool
- 22
- LichtlaufzeitkameraTime of flight camera
- 33
- GriffHandle
- 44
- AufnahmevorrichtungRecording device
- 55
- SenderChannel
- 66
- Sensorsensor
- 77
- SteuerelektronikControl electronics
- 88th
- DatenverarbeitungseinrichtungData processing device
- 99
- DatenspeicherData storage
- 1010
- Bearbeitungsparameter-VorgabeeinrichtungMachining parameter specification device
- 1111
- FreigabeeinrichtungRelease facility
- 1212
- SteuerungseinrichtungControl device
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-
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