CN105589414B - 工具和利用工具的工具元件加工处理工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工具（10；30）和一种用于借助于工具（10；30）的工具元件（22；32）加工处理工件（3；4）的方法。工具（10；30）包括用于加工处理工件（3；4）的工具元件（22；32）、用于探测工具（10；30）和/或工具元件（22；32）在空间上的状态的探测装置（233；33）、用于评价由探测装置（233；33）探测的值和用于依据是否该评价的结果以预定的值位于预定的公差范围中来控制工具（10；30）的控制机构（23；34）。

Description

工具和利用工具的工具元件加工处理工件的方法

技术领域

本发明涉及一种工具和一种利用工具的工具元件加工处理工件的方法。

背景技术

在制造设备中，如用于机动车如汽车、飞机等等，家具等等的生产线，常常使用加工处理工件的工具。这种工具例如是铆接工具或旋拧工具或钻孔工具，冲压工具，等等。这种工具在此情况下例如利用铆钉或螺钉将工件的两个端部或将两个或更多个工件相互连接起来。或者借助于该工具在工件中钻孔或冲孔。

在制造设备中进行成批生产时，一方面常常反复地实施一个工序，常常是在每个要生产的物品情况下。此外，用于保证质量，在此情况下要求以预定的方式和方法利用工具实施对工件的加工处理。

因此目前例如使用埋头铆钉装配器作为铆接工具，其中，铆钉器的最小压力被确定。但是尽管如此还是发生，铆接连接被工具的控制机构评估为正常，尽管该铆接连接没有满足要求的质量要求。

在旋入螺钉方面，使用旋拧工具，其中扭矩和旋转角变化被测量，以便在结束旋拧工序时切断旋拧工具。由此应该实现，以给定的拧紧力拧入螺钉。但是，尽管有这种质量保证，仍然不能够确信制造的旋拧连接确实满足此时期望的质量。

发明内容

因此本发明的任务是提供一种工具和一种利用工具的工具元件加工处理工件的方法，借此可以解决上述问题。尤其是提供一种工具和一种利用工具的工具元件加工处理工件的方法，其中可以可靠地满足给定的质量要求。

这个任务通过一种能被编程的工具来解决。该工具包括用于加工处理工件的工具元件、用于探测工具和/或工具元件在空间上的状态和/或相对于工件的表面的状态的探测装置、用于评价由探测装置探测的值和用于依据是否该评价的结果以预定的值位于预定的公差范围中来控制工具的控制机构，所述探测装置被设计用于探测所述工具和/或所述工具元件的加速度和在空间上的位置，其中，所述探测装置具有加速度传感器和/或陀螺仪传感器，其中，在工具中存储的值被设置用于教导所述工具移动到至少一个预定的位置，并且其中，用于控制所述工具的控制机构被这样地设计，即工具移动到至少一个预定的位置以加工处理所述工件。

借助于该工具可以探测工具和/或工具元件的倾斜状况，以便然后实施合适的策略。因此在空间上定向（调整）工具时考虑允许的阈值或公差范围。由此可以确保保证期望的工件加工处理质量。

该工具因此实现显著地提高利用工具加工处理工件的质量。例如在用埋头铆钉铆接工件时也可以从在紧接着起动铆接之前一直到铆钉芯轴断开检查铆钉和埋头铆钉装配器的状况。在旋拧工具的情况下可以检查旋拧工具和/或旋拧工具的旋拧元件与要旋拧的螺钉的轴线的轴向平行度或者说对准度。类似地也适用于钻孔工具和它的钻孔元件相对于工件的情况。

本发明还涉及所述工具的有利的其它的设计方案。

在所述工具中，所述依据评价的结果来控制工具可以是一个利用工具元件加工处理工件的启动条件，和/或对工具的控制可以依据评价的结果包括评估是否利用工具元件实施的对工件的加工处理是正常的或是有问题的。

可以设想，探测装置被设计用于探测工具和/或工具元件相对于工件的表面的状态。

此外可以设想，探测装置被设计用于探测在空间上工具和/或工具元件的加速度和/或位置。

探测装置也可以具有加速度传感器和/或陀螺仪传感器。

可能地，工具包括显示装置，其用于显示由探测装置探测的值和/或当利用工具元件实施的对工件的加工处理是有问题时显示警告。

在一个设计方案中，在工具中存储的值被设置用于教导（训练）工具移动到至少一个预定位置， 其中，用于控制工具的控制机构被这样地设计，使工具移动到至少一个预定位置以加工处理工件。

工具可以是铆接工具或旋拧工具或钻孔工具或冲压工具。

该工具可以是用于制造由至少一个工件构成的物品的制造设备的一部分，其中，工具用于加工处理所述工件。

该任务此外通过一种用于利用能被编程的工具的工具元件加工处理工件的方法来解决。该方法具有步骤：借助于工具的探测装置探测所述工具和/或所述工具元件在空间上的状态和/或相对于所述工件的表面的状态，借助于工具的控制机构评价由探测装置探测的值，和借助于工具的控制机构，依据是否该评价的结果以预定的值位于预定的公差范围中进行控制，所述探测装置被设计用于探测所述工具和/或所述工具元件的加速度和在空间上的位置，其中，所述探测装置具有加速度传感器和/或陀螺仪传感器，其中，在工具中存储的值被设置用于教导所述工具移动到至少一个预定的位置，并且其中，用于控制所述工具的控制机构被这样地设计，即工具移动到至少一个预定的位置以加工处理所述工件。

该方法实现与前面针对工具指出的相同的优点。

本发明的其它的可能的实施方案也包括前面或者下面针对实施例描述的特征或实施方式的没有明确指出的组合。在此专业人员也可以将单独的方面作为改进或补充加入本发明的各个基本形式中。

下面参照附图和借助于实施例详细描述本发明。

附图说明

图1显示了按照第一实施例的具有工具制造设备的框图；

图2显示了用于说明按照第一实施例的用于利用工具的工具元件加工处理工件的方法的流程图；

图3显示了按照第二实施例的工具的框图；和

图4显示了用于说明按照第二实施例的用于利用工具的工具元件加工处理工件的方法的流程图。

只要没有另外的说明，在图中相同的或者功能相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意示出用于制造物品2的制造设备1，其中，工具10被用于加工处理工件3，4，例如安置铆钉5，尤其是埋头铆钉。工件3，4例如可以是作为物品2的机动车的车身部件，其中，工件3，4用铆钉5连接。在此，工具10例如可以利用铆钉5将工件2的两个端部或者将工件3，4或还有其它的没有示出的工件相互连接起来。工具10在本例中因此是铆接工具和尤其是埋头铆钉装配器。但是工具10也可以是旋拧工具和/或钻孔工具或冲压工具。

工具10具有外壳11，电源12，带有功率电子装置131的电源接口13，电缆束14，接通/断开开关15，马达16，尤其是带有偏置位移（错位）的传动机构17，带有铆钉芯轴通道的梯形或球形旋转主轴18，行程传感器19，带有铆钉芯轴通道的力传感器20，用于保持工具元件22的口件21，控制机构23和铆钉芯轴容器24。控制机构23具有通讯模块231，显示装置232，例如显示器，和探测装置233。控制机构23可以包括控制电子装置。

在工具10情况下电源12可以通过电网部件或者借助于电池，尤其是不可再充电或可再充电的电池（蓄电池）实现。工具元件22在工具20情况下作为示例是用于安置铆钉5的铆钉芯轴。

在本实施例中，工具10设计成质量评估式的埋头铆钉装配器。因此工具10通过行程传感器19和/或力传感器20和/或探测装置233收集关于被装配的铆钉5，尤其是埋头铆钉，的质量的数据，并且可以评估是否装配的铆钉5符合或不符合先前规定的标准。由此工具10一般地可以在制造设备1中在例如机动车的成批装配或成批生产中使用，因为在成批生产机动车中制造详情的文件记录在机动车的以后可能的事故情况下要被保险公司评价。

如上已述，借助于工具10尤其可以将作为物品2的机动车的车身部件通过工具10铆接起来。在成批生产作为物品2的机动车中，每种铆接情况都是已知的。铆接情况例如可以是在机动车的车身内部的任何铆接和是利用工具10对工件3，4的加工处理。

通过工件10可以针对对工件3，4的每次加工处理确定和调整围绕一个理想值、预定的值、要保持的值的极限或公差范围T。因此通过工具10例如可以为每个铆接情况，针对例如触发力、铆接力、铆接行程，确定和调整一个极限。产生的极限可以是用于启动利用工具进行的铆接工序的前提或者也是用于该铆接工序的好或坏评的前提，即是否该通过工具10实施的铆接工序（对工件3和/或4的加工处理）是正常的还是有问题的。

因此工件10在成批生产中例如可以仅仅用于正好一个铆接情况，即对工件3和/或4的一次加工处理。但也可以的是，工具10被如此地编程，即它对于每个铆接情况，即对工件3和/或4的加工处理，都具有自己的用于质量评判的标准。

采用埋头铆钉的铆接质量取决于从紧靠近开始铆接之前一直到作为工具元件22的铆钉芯轴断开时铆钉5和工具10的状况等等。探测装置233能够探测工具10在空间上的倾斜状态以便实施合适的策略。为此探测装置233具有加速度传感器和必要时陀螺仪传感器。工具10的控制机构23此时可以依据由探测装置233提供的数据借助于重力加速度随时确定工具10在空间上的状态。

依据通过探测装置233探测的工具10的倾斜状况，可以使用下面的策略。

一种策略可以是，利用工具10进行的一个加工处理，即一个铆接工序，仅仅可以在工具10的一个合适的状态下启动。另一个策略可以是，利用工具10的一个加工处理，即一个铆接工序，尽管也可以在工具10的一个不合适的状态下启动，但是作为该铆接工序的结果，对该铆接进行事后的差评。

针对作为对工件3和/或4的加工处理的要实施的铆接情况，开始时每个铆接情况以工具在空间上的状态教导（训练）工具10。借助于探测装置233，工具10认识它的用于每个单独的铆接情况的理想状态。在理想状态下，工具10和铆钉5垂直于工件3，4的表面定向。可以与理想状态偏离一个预定的偏差。预定的偏差例如可以是+/-5º，由此理想状态以例如+/-5º的公差被补充（修正）。因此围绕理想状态存在一个公差范围T，它具有用于启动铆接工序或好评该铆接工序的可能性的上和下阈值。

如果工件10在本例中位于该预定的公差范围T中，例如一个围绕垂直于工件3，4的表面的状态的+/-5º或+4º和-6º的范围，则可以启动铆接工序或者对于行程传感器19和力传感器20的探测结果也是正常的情况，该铆接工序被评估为好或者说正常。否则，即如果工具10在本例中位于预定公差范围T之外，则阻止启动铆接工序或者，如果该铆接工序仍然可以被启动，则该铆接工序被评估为差或者说有问题。这个差评与行程传感器19和力传感器20的探测结果相独立地进行。

因此借助于工具10，更准确地说它的控制机构23和探测装置233，可以实施在图2中示出的方法。

在步骤S1中，通过探测装置233探测工具10在空间上的状态。之后流程进入步骤S2，其中检查，是否工具10布置在用于加工处理工件3，4的理想的状态上，必要时以预定的公差范围T补充。由此检查，是否工具10的状态（位置）对应于在公差范围T中的一个预定值。如果工具10布置在理想的状态上，必要时以预定的公差范围T补充（修正），则流程进入到步骤S3。否则流程进入到步骤S4。

在步骤S3中，通过工具10启动对工件3和/或4的加工处理。之后流程进入到步骤S5。

相应地在步骤S4中阻止通过工具10对工件3和/或4的加工处理，由此不能够启动铆接工序。之后流程返回到步骤S1。

在步骤S5中通过工具10实施对工件3和/或4的加工处理。在此情况下行程传感器19探测在加工处理工件3和/或4时经过的行程和/或力传感器20探测在加工处理工件3和/或4时施加的或者出现的力。之后流程进入到步骤S6。

在步骤S6中检查，是否由行程传感器19和/或力传感器20探测的值位于给定的极限内。如果该值位于给定的极限内，则流程进入到步骤S7，其中通过工具10对工件3和/或4的加工处理被评估为“好”或“正常”。评估的结果例如可以借助于通讯模块231传导到一个上级部门，例如制造设备1的控制机构、移动操作设备等等和/或通过显示装置232显示。

否则，即如果该值中之一位于给定的极限之外，则流程进入到步骤S8，其中通过工具10对工件3和/或4的加工处理被评估为“差”或“有问题”。该评估的结果例如也可以借助于通讯模块231传导到一个上级部门，例如制造设备1的控制机构、移动操作设备等等和/或通过显示装置232显示。之后流程返回到步骤S1。

如果工具10被断开，则该方法结束。

按照第一实施例的一个修改方案，探测装置233通过其加速度传感器能够确定不允许的运行状态，例如工具10的坠落、在工具10上的冲击等等。在此情况下确定的数据可以借助于通讯模块231传递到一个上级部门，例如制造设备1的控制机构、移动操作设备等等和/或通过显示装置232显示和/或在保修情况下考虑。

按照第一实施例的另一个修改方案，由加速度传感器和陀螺仪传感器构成的组合不仅提供对工具10在空间上的状态的确定，而且提供工具10在空间上的位置（定位）。在这种情况下，通过教导（训练），工具10获得一个它被调整到其上的初始位置和在空间上的状态。从这个位置和状态出发，工具10可以通过在随时间上确定的加速度值和扭矩值（旋转值）随时确定它的新的状态和位置和然后为了加工处理工件3和/或4即为了铆接工序移动到（接近）该新的状态和位置。在这个设计方案中在工具10中此时只可以在给定的状态和位置上例如释放铆接工序。

图3示出按照第二实施例的工具30。工具30在本例中是旋拧工具和尤其是手持式旋拧工具。因此工具30用于旋入螺钉40到一个或多个工件3，4中。但是工具30也可以是铆接工具或钻孔工具或冲压工具。此外工具30可以具有用于电缆连接的电流供给的电网部件或具有用于工具30的无电缆的设计方案的电池。该电池可以是可再充电的或不可再充电的。因此工具30是一种电缆连接的或电池驱动的工具。工具30也可以在按照第一实施例的用于制造物品2的制造设备1中使用。

工具30具有外壳31，工具元件32，探测装置33，控制机构34，显示装置35和工具轴线36。在工具元件32中可以容纳螺钉40的螺钉头41，由此可以启动旋拧工序或螺旋接合。工具元件32具有轴线321。轴线321和工具轴线36在工具30情况下大致相互垂直地布置。

通过工具30实施的螺旋接合的质量除了其它方面以外还取决于工具元件32的轴线321相对于螺钉轴线42的轴向平行性。更准确地说，螺纹连接的质量，除了其它方面以外，取决于：工具30的输出轴线，即轴线321，尽可能对齐地但是至少在公差范围T中相对于工件3，4处的螺钉40的旋入轴线被定向。在图3中螺钉40的旋入轴线正好垂直于工件3，4地布置。在工具元件32在螺钉40上，准确地说在螺钉脱耦41处，歪斜的情况下，轴线321和螺钉轴线42不是相互对准的，如图3中所示。这种歪斜导致波浪形的扭矩和转角变化并且因此导致精度减小而不能够实现目标值，该目标值应该在通过工具30实施的旋拧工序结束时达到。

因此探测装置33能够探测工具30或工具元件32的轴线321在空间上或相对于螺钉轴线42的倾斜状态，以便然后实施合适的策略。因此探测装置33也能够探测工具30和/或工具元件32相对于工件3，4的表面的状态。为了这个任务，探测装置33具有加速度传感器和必要时陀螺仪传感器。工具30的控制机构34然后可以基于由探测装置33提供的数据借助于重力加速度随时确定工具30在空间上的状态。

依据通过探测装置33探测的工具30的倾斜状态，可以使用下面的策略。

一种策略可以是，一个通过工具30实施的加工处理即一个旋拧工序，仅仅在工具元件32相对于螺钉40的合适的状态下可以被启动。另一种策略可以是，工具元件32相对于螺钉40的错误的定位（不对准）是已知的并且此时通过控制机构34以软件技术的方式被补偿，由此一个通过工具30实施的加工处理即一个旋拧工序可以被启动。关于旋拧工序的值可以分别由控制机构34储存。

通过使用工具30中的探测装置33的加速度传感器，获知工具30或工具元件32在空间上的状态（位置）。只有当工具30或工具元件32的位置处于可编程的或可教导的公差范围T中时，才能够启动旋拧工序。公差范围T可以例如以+/-3º或+2º和-3º围绕理想状态设置。该理想状态是当工具元件32的轴线321和螺钉40的轴线42在空间上相互对准即对齐时。因此围绕理想状态存在一个公差范围，其具有用于可能启动旋拧工序的上和下阈值。

因此通过工具30，更准确地说，通过它的控制机构34和探测装置33，可以实施在图4中示出的方法。该方法在很大部分上类似于在按照图2的方法。因此下面主要描述不同点。

在步骤S1中，通过探测装置33探测工具30在空间上的状态。之后流程进入到步骤S2，其中检查，是否工具30布置在用于加工处理工件3，4的理想的状态上，必要时以预定的公差范围T补充。由此检查，是否工具30的状态对应于一个预定的值。如果工具30布置在理想的状态上，必要时以预定的公差范围T补充，则流程进入到步骤S3。否则流程进入到步骤S14。

在步骤S3中，可以通过工具30启动对工件3和/或4的加工处理，即旋拧工序。之后流程进入到步骤S5。

相应地在步骤S14中通过控制机构34以软件技术的方式补偿工具元件32相对于螺钉40的错误位置（不对准），由此可以启动通过工具30的加工处理，即旋拧工序。由此流程进入到步骤S3。

在步骤S15中通过工具30实施对工件3和/或4的加工处理。在此情况下探测装置33探测螺旋接合的扭矩和拧紧力或在加工处理工件3和/或4时施加的或者出现的力。之后流程进入到步骤S6。

在步骤S6中检查，是否在步骤S15中探测的值位于给定的极限内。如果该值位于给定的极限内，则流程进入到步骤S7，其中通过工具30对工件3和/或4的加工处理被评估为“好”或“正常”。评估的结果例如可以通过显示装置35显示。

否则，即如果该值中之一位于给定的极限之外，则流程进入到步骤S8，其中通过工具30对工件3和/或4的加工处理被评估为“差”或“有问题”。该评估的结果例如也可以通过显示装置35显示。之后流程返回到步骤S1。

如果工具30被断开，则该方法结束。

按照本实施例的一个修改方案，探测装置33通过其加速度传感器能够确定不允许的运行状态，例如工具30的坠落、在工具30上的冲击，工具30的滥用，等等。在此情况下确定的数据可以通过显示装置35显示。此外通过显示装置35可以显示相应的警告或指示，例如需要维护，等等。

按照本实施例的另一个修改方案，由加速度传感器和陀螺仪传感器构成的组合不仅提供对工具30或工具元件32在空间上的状态的确定，而且提供工具10或工具元件32在空间上的位置。在这种情况下，通过教导，工具10或工具元件32获得一个它可以被调整到其上的在空间上的初始位置和状态。这也可以通过工具的使用者的操作经由在显示装置35上的定向（调整）指令来实施。从相应的位置和状态出发，工具30可以通过在随时间上确定的加速度值和扭矩值（旋转值）随时确定它的新的状况和位置和然后为了加工处理工件3和/或4即为了旋拧工序被定向（调整）。在这个设计方案中在工具30中此时只可以在给定的状况和位置上例如释放旋拧工序。

工具10，30和方法的全部上述设计方案可以单独地或在任何可能的组合下使用。尤其是上述实施例和/或它们的修改方案的全部特征和/或功能可以任意地组合或单独地使用。附加地可以尤其考虑下面的修改方案。

在图中示出的部件是示意示出的并且在精确的设计中可以不同于在图中示出的形状，只要其上述的功能得到保证。

在制造设备中也可以使用多于一个的工具10和/或30。

在第一实施例中和/或它的修改方案中的探测装置233也可以与控制机构23分开地提供。作为另外的可能性，在第二实施例中和它的修改方案中的探测装置33作为控制机构34的一部分提供。

通讯模块231也可以无线地通讯。

工具30也可以具有通讯模块231。

步骤S6至S7在工具30和/或它的修改方案中也可以取消。

Claims (6)

1.一种能被编程的工具（10；30），具有用于加工处理一种工件（3；4）的工具元件（22；32）、用于探测所述工具（10；30）和/或工具元件（22；32）在空间上的状态和/或相对于工件（3；4）的表面的状态的探测装置（233；33）、用于评价由探测装置（233；33）所探测的值和用于依据是否该评价的结果以预定的值位于预定的公差范围中来控制所述工具（10；30）的控制机构（23；34），所述探测装置（233；33）被设计用于探测所述工具（10；30）和/或所述工具元件（22；32）的加速度和在空间上的位置，其中，所述探测装置（233；33）具有加速度传感器和/或陀螺仪传感器，其中，在工具（10；30）中存储的值被设置用于教导所述工具（10；30）移动到至少一个预定的位置，并且其中，用于控制所述工具（10；30）的控制机构（23；34）被这样地设计，即工具（10；30）移动到至少一个预定的位置以加工处理所述工件（3；4）。

2.根据权利要求1所述的工具（10；30），其中，依据所述评价的结果来对于所述工具（10；30）进行的控制是一个利用所述工具元件（22；32）来加工处理所述工件（3；4）的启动条件，和/或其中依据所述评价的结果来对于所述工具（10；30）进行的控制包括：评估利用所述工具元件（22；32）所实施的、对工件（3；4）的加工处理是正常的还是有问题的。

3.根据权利要求1或2所述的工具（10；30），此外具有显示装置（232；35），其用于显示由所述探测装置（233；33）所探测的值，和/或当利用所述工具元件（22；32）所实施的、对于工件（3；4）的加工处理是有问题时显示警告。

4.根据权利要求1或2所述的工具（10；30），其中，所述工具（10；30）是铆接工具或旋拧工具或钻孔工具或冲压工具。

5.用于制造由至少一个工件（3；4）构成的物品的制造设备（1），具有至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的工具（10；30），其中，所述工具（10；30）用于加工处理所述工件（3；4）。

6.一种用于利用能被编程的工具（10；30）的工具元件（22；32）来对于工件（3；4）进行加工处理的方法，具有步骤：借助于所述工具（10；30）的探测装置（233；33）来探测所述工具（10；30）和/或所述工具元件（22；32）在空间上的状态和/或相对于所述工件（3；4）的表面的状态，借助于所述工具（10；30）的控制机构（23；34）来评价由所述探测装置（233；33）所探测的值，并且借助于所述工具（10；30）的控制机构（23；34）依据是否该评价的结果以预定的值位于预定的公差范围中来进行控制，所述探测装置（233；33）被设计用于探测所述工具（10；30）和/或所述工具元件（22；32）的加速度和在空间上的位置，其中，所述探测装置（233；33）具有加速度传感器和/或陀螺仪传感器，其中，在工具（10；30）中存储的值被设置用于教导所述工具（10；30）移动到至少一个预定的位置，并且其中，用于控制所述工具（10；30）的控制机构（23；34）被这样地设计，即工具（10；30）移动到至少一个预定的位置以加工处理所述工件（3；4）。

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