DE102017204629A1

DE102017204629A1 - System mit einem werkzeug und verfahren zum führen eines benutzers eines werkzeugs bei einer behandlung mindestens eines werkstücks

Info

Publication number: DE102017204629A1
Application number: DE102017204629.5A
Authority: DE
Inventors: Marcus Kiesslich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Es ist ein System (4) mit einem, insbesondere handgeführten, Werkzeug (10; 10A; 10B) und ein Verfahren zum Führen eines Benutzers eines, insbesondere handgeführten, Werkzeugs (10; 10A; 10B) bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks (6; 10A; 10B) bereitgestellt. Das System (4) umfasst mindestens ein Werkzeug (10; 10A; 10B), das ein Werkzeugelement (13) zum Behandeln mindestens eines Werkstücks (6; 6, 7) aufweist, eine erste Erfassungseinheit (50; 11; 11, 11A), die zur Erfassung des mindestens eines Werkstücks (6; 6, 7) angeordnet ist, eine Auswerteeinheit (161), die ausgestaltet ist zum Auswerten eines Erfassungsergebnisses der ersten Erfassungseinheit (11; 11, 11A) in Hinblick auf einen Behandlungsablauf, der von einer dem Werkzeug (10; 10A; 10B) übergeordneten Steuervorrichtung (20) für das erfasste Werkstück (6; 6, 7) vorgegeben wird, und eine Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A), die ausgestaltet ist zur Projektion eines zwei- oder dreidimensionalen Hinweises (9) in die Luft bei dem mindestens einen Werkstück (6; 6, 7) und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) in Abhängigkeit von der Auswertung der Auswerteeinheit (161), wobei der Hinweis (9) ein Hinweis in Bezug auf den Behandlungsablauf ist, der mit dem mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) an dem Werkstück (6; 6, 7) auszuführen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System mit einem, insbesondere handgeführten, Werkzeug und ein Verfahren zum Führen eines Benutzers eines, insbesondere handgeführten, Werkzeugs bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks.
Bei der industriellen Bearbeitung von Gegenständen finden in einer industriellen Anlage Transporteinrichtungen Verwendung, die Werkstücke nacheinander auf einem Band an mindestens einem Bearbeiter für das Werkstück vorbeitransportieren. Jeder Bearbeiter soll dann in möglichst kurzer Zeit die Bearbeitungen an dem Werkstück ausführen, die jeweils gefordert sind. Hierfür ist je nach Komplexität der Bearbeitungen eine mehr oder weniger lange Einarbeitung der jeweiligen Bearbeiter erforderlich. Je länger die Einarbeitungsphase dauert, desto höhere Kosten entstehen für den Betreiber der industriellen Anlage.
Zu beachten ist ferner, dass je nach Werkstück und industrieller Anlage an dem Werkstück mehr als eine Bearbeitung auszuführen ist. Hierbei ist es aufgrund der immer größer werdenden Variantenvielfalt auch möglich, dass sich die einzelnen Werkstücke auf dem Band voneinander unterscheiden und somit verschiedene Bearbeitungsvorgänge an den aufeinanderfolgenden Werkstücken auszuführen sind. Der Werker sieht beispielsweise an einem Transportband ein neues Werkstück oder Bauteil und muss wissen, was daran gearbeitet und/oder montiert und/oder geprüft werden soll. Bei vielen Werkstück-Varianten, die eventuell sogar unregelmäßig am Band auftauchen, muss in jedem Fall klar sein, was jeweils getan werden muss.
Ist die Bearbeitung des Werkstücks mit einem Werkzeug auszuführen, ist es je nach industrieller Anlage gefordert, dass eine Vielzahl von Behandlungen, wie Herstellen einer Verbindung, Bohren oder Fräsen, usw. an mindestens einem Werkstück mit mindestens einem Werkzeug durchzuführen ist. Auch wenn dem Bearbeiter des Werkstücks oder Benutzer des Werkzeugs, wie erwähnt, in der Regel hierfür wenig Zeit zur Verfügung steht, besteht dennoch die Forderung, dass der Bearbeiter möglichst fehlerlos arbeitet. Nur so können die geforderten Qualitätsanforderungen erfüllt werden und der Ausschuss der gesamten industriellen Anlage minimiert werden.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System mit einem Werkzeug und ein Verfahren zum Führen eines Benutzers eines, insbesondere handgeführten, Werkzeugs bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen ein System mit einem Werkzeug und ein Verfahren zum Führen eines Benutzers eines, insbesondere handgeführten, Werkzeugs bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks bereitgestellt werden, mit welchen auch bei einer Variantenvielfalt der Werkstücke und/oder der geforderten Behandlungen an verschiedenen Werkstücken nacheinander die Behandlungen der verschiedenen Werkstücke prozesssicher durchführbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 gelöst. Das System hat mindestens ein Werkzeug, das ein Werkzeugelement zum Behandeln mindestens eines Werkstücks aufweist, eine erste Erfassungseinheit, die zur Erfassung des mindestens eines Werkstücks angeordnet ist, eine Auswerteeinheit, die ausgestaltet ist zum Auswerten eines Erfassungsergebnisses der ersten Erfassungseinheit in Hinblick auf einen Behandlungsablauf, der von einer dem Werkzeug übergeordneten Steuervorrichtung für das erfasste Werkstück vorgegeben wird, und eine Projektionseinheit, die ausgestaltet ist zur Projektion eines zwei- oder dreidimensionalen Hinweises in die Luft bei dem mindestens einen Werkstück und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug in Abhängigkeit von der Auswertung der Auswerteeinheit, wobei der Hinweis ein Hinweis in Bezug auf den Behandlungsablauf ist, der mit dem mindestens einen Werkzeug an dem Werkstück auszuführen ist.
Mit dem System wird eine Führung eines Werkers oder Benutzers des Werkzeugs durch eindeutige Hinweise bei dem Werkstück und/oder Werkzeug realisiert. Dadurch ist dem Benutzer sehr klar signalisierbar, welches Werkzeug für die nächste Behandlung oder Bearbeitung des Werkstücks zu verwenden ist. Zusätzlich oder alternativ ist dem Benutzer sehr klar signalisierbar, welche Behandlung oder Bearbeitung als nächstes mit dem bereits verwendeten Werkzeug an dem Werkstück auszuführen ist, beispielsweise dass eine Verbindung oder eine Bohrung, usw. herzustellen ist.
Mit dem System wird der Werker oder Benutzer des Werkzeugs sehr sicher auf die auszuführenden Arbeitsschritte hingewiesen und vorbereitet. Dadurch ist eine verbesserte Kommunikation zwischen Mensch und Maschine bzw. Werkzeug realisiert. Dies trägt dazu bei, Fehler bei der Behandlung des Werkstücks mit dem Werkzeug zu minimieren. Zudem wird dadurch die Behandlung der Werkstücke mit den jeweils zu verwendenden Werkzeugen beschleunigt. Dadurch ist das System im Kontext von Industrie 4.0 anwendbar.
Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften des Systems kann das System auch für die Einarbeitung neues Personal in der industriellen Anlage genutzt werden. Dadurch lassen sich die Kosten für die Einarbeitung deutlich senken.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Systems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Projektionseinheit ausgestaltet, mindestens ein holographisches Vektorbild in die Luft bei dem Werkstück und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug zu projizieren.
Vorzugsweise weist die Projektionseinheit einen Laser auf, um den zwei- oder dreidimensionalen Hinweis in die Luft zu zeichnen.
Bei dem System kann die erste Erfassungseinheit eine Kamera sein. Zusätzlich oder alternativ ist die erste Erfassungseinheit eine Kamera, die an dem Werkzeug angeordnet ist, und die eine bis zu halbkugelförmige Erfassungscharakteristik hat. Zusätzlich oder alternativ hat die erste Erfassungseinheit zwei Kameras, die um 180° versetzt am Werkzeug angeordnet sind und/oder von denen die erste Kamera an der Unterseite des Werkzeugs und die zweite Kamera an der Oberseite des Werkzeugs angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsvariante hat das System eine weitere Erfassungseinheit zur Erfassung von mindestens einer Geste eines Benutzers des Werkzeugs, wobei die Projektionseinheit ausgestaltet ist, den Hinweis auf der Grundlage der von der zweiten Erfassungseinheit erfassten mindestens einen Geste zu modifizieren. Hierbei ist die Projektionseinheit möglicherweise ausgestaltet, abhängig von der Geste, die von der weiteren Erfassungseinheit erfasst wurde, den Hinweis im Raum zu drehen oder zu vergrößern oder zu verkleinern. Zusätzlich oder alternativ ist die Projektionseinheit ausgestaltet, abhängig von der Geste, die von der weiteren Erfassungseinheit erfasst wurde, für die Auswahl des projizierten Hinweises in dem Behandlungsablauf vor- oder zurückzublättern.
Das Werkzeug kann zudem eine Speichereinheit zur Speicherung eines Ergebnisses einer Auswertung der Auswerteeinheit aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Projektionseinheit zur Projektion des Hinweises in Echtzeit ausgestaltet sein.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist bei dem System das Werkzeug ein Schraubwerkzeug und/oder ein Bohrwerkzeug und/oder ein Fräswerkzeug. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das Werkzeug ein Schweißwerkzeug. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das Werkzeug ein Schneidwerkzeug. Das Werkzeug kann außerdem ein Nietwerkzeug oder ein Toxwerkzeug oder ein Stanzwerkzeug sein.
Das zuvor beschriebene System kann Teil einer industriellen Anlage zur Behandlung mindestens eines Werkstücks sein. Die Anlage kann zudem eine Steuervorrichtung zur Kommunikation mit einer Steuereinrichtung des mindestens einen Werkzeugs aufweisen, wobei die Steuervorrichtung dem Werkzeug den Behandlungsablauf zum Behandeln des mindestens einen Werkstücks vorgibt.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Führen eines Benutzers eines Werkzeugs bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks mit einem Werkzeugelement nach Anspruch 10 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte: Erfassen, mit einer ersten Erfassungseinheit, des mindestens einen Werkstücks, Auswerten, mit einer Auswerteeinheit, eines Erfassungsergebnisses der ersten Erfassungseinheit in Hinblick auf einen Behandlungsablauf, der von einer dem Werkzeug übergeordneten Steuervorrichtung für das erfasste Werkstück vorgegeben wird, und Projizieren, mit einer Projektionseinheit, eines zwei- oder dreidimensionalen Hinweises in die Luft bei dem mindestens einen Werkstück und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug in Abhängigkeit von der Auswertung der Auswerteeinheit, wobei der Hinweis ein Hinweis in Bezug auf den Behandlungsablauf ist, der mit dem mindestens einen Werkzeug an dem Werkstück auszuführen ist.
Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das System genannt sind.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einem System mit einem Werkzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einem System mit einem Werkzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
3 eine schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einem System mit einem Werkzeug gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine industrielle Anlage 1, bei der in Bezug auf ein System 4 mit Hilfe einer Transporteinrichtung 5 mindestens zwei Werkstücke 6, 7 nacheinander und/oder aneinander transportiert werden. Die industrielle Anlage 1 hat mindestens ein Werkzeug 10 und mindestens eine übergeordnete Steuervorrichtung 20, die von einem Benutzer 30 genutzt oder bedient werden können. Zwischen dem Werkzeug 10 und der übergeordneten Steuervorrichtung 20 können Daten 40 zur Steuerung des Werkzeugs 10 durch die übergeordnete Steuervorrichtung 20 ausgetauscht werden. Zudem sind eine erste Erfassungseinheit 50 und eine Projektionseinheit 60 mit einem Laser 61 vorgesehen. Zwischen dem Werkzeug 10 und der übergeordneten Steuervorrichtung 20 können Daten 40 zur Steuerung des Werkzeugs 10 durch die übergeordnete Steuervorrichtung 20 ausgetauscht werden. Zwischen der ersten Erfassungseinheit 50 und der übergeordneten Steuervorrichtung 20 können Daten 45 ausgetauscht werden. Zwischen der Projektionseinheit 60 und der übergeordneten Steuervorrichtung 20 können Daten 47 ausgetauscht werden. Das Werkzeug 10, die Steuervorrichtung 20, die erste Erfassungseinheit 50 und die Projektionseinheit 60 bilden das System 4.
Die Daten 40 können beispielsweise ein Bearbeitungs- oder Behandlungsablauf sein, der von dem Werkzeug 10 abzuarbeiten ist. Das Werkzeug 10 ist somit ein gesteuertes Werkzeug, insbesondere ein gesteuertes Schraubtechnik-Werkzeug. Die Daten 45, 47 sind nachfolgend noch genauer beschrieben.
Die industrielle Anlage 1 ist beispielsweise eine Fertigungsanlage für Gegenstände, wie Fahrzeuge, Möbel, Elektrogeräte, usw.. Die industrielle Anlage 1 kann aber auch eine Anlage zur Wartung oder Demontage usw. von Gegenständen sein. Das Werkzeug 10 ist in 1 ein Schraub- und/oder Bohrwerkzeug. Bei Bedarf ist das Werkzeug 10 jedoch zum Fräsen verwendbar.
Das Werkzeug 10 dient zum Bearbeiten oder Behandeln von mindestens einem der Werkstücke 6, 7. Ein von dem Werkzeug 10 abzuarbeitender Bearbeitungs- oder Behandlungsablauf umfasst mindestens zwei Behandlungen des mindestens einen Werkstücks 6, 7 mit dem Werkzeug 10. Alternativ umfasst der abzuarbeitende Bearbeitungs- oder Behandlungsablauf eine oder verschiedene Bearbeitung(en) oder Behandlung(en), die an mehreren Werkstücken 6, 7 nacheinander auszuführen sind. Beispielsweise kann mit dem Werkzeug 10 ein Loch in mindestens eines der Werkstücke 6, 7 gebohrt werden. Es jedoch denkbar, dass das erste und zweite Werkstück 6, 7 unter Verwendung des Werkzeugs 10 verbunden oder voneinander gelöst werden, indem mit dem Werkzeug 10 ein Befestigungselement 8, das hier als Schraube ausgebildet ist, in das erste und zweite Werkstück 6, 7 geschraubt oder aus mindestens einem der Werkstücke 6, 7 geschraubt wird. Das erste und zweite Werkstück 6, 7 sind möglicherweise Bauteile eines zu fertigenden oder zu bearbeitenden Gegenstands. Wie zuvor beschrieben, können aber nur zwei Ränder ein und desselben Werkstücks 6 mit mindestens einem Befestigungselement 8, wie einer Schraube, miteinander verbunden oder voneinander gelöst werden.
Das Werkzeug 10 ist ein Handwerkzeug, das beim Bearbeiten oder Behandeln von mindestens einem der Werkstücke 6, 7 in der Hand des Benutzers 30 gehalten werden kann. Es ist jedoch möglich, dass das Werkzeug 10 an einer Halterung befestigt ist und von der Halterung gehalten wird. In diesem Fall kann das Werkzeug 10 von dem Benutzer 30 im Raum bewegt werden. In beiden genannten Fällen ist das Werkzeug 10 ein handgeführtes Werkzeug.
Das Werkzeug 10 hat ein Werkzeugelement 13, eine Antriebseinheit 14, eine Erfassungseinheit 15, die nachfolgend als zweite Erfassungseinheit 15 bezeichnet wird, eine Steuereinrichtung 16, eine Energieversorgungseinheit 17, und einen Handgriff 18. Die Energieversorgungseinheit 17 ist bei dem Werkzeug 10 von 1 als Beispiel als Batterie, insbesondere als wiederaufladbare Batterie, ausgeführt, so dass das Werkzeug 10 ein kabelloses Werkzeug ist.
Die übergeordnete Steuervorrichtung 20 hat eine Steuereinheit 21, eine Auswerteeinheit 22 und eine Schnittstelle 23 zur Kommunikation mit dem Werkzeug 10 und der Steuereinrichtung 20. Die Schnittstelle 23 ist drahtgebunden oder drahtlos ausführbar. Die übergeordnete Steuervorrichtung 20 kann mehr als ein Werkzeug 10, insbesondere eine Vielzahl von Werkzeugen 10 steuern, auch wenn in 1 nur ein Werkzeug 10 gezeigt ist.
Die Steuereinrichtung 16 hat eine Auswerteeinheit 161 und eine Speichereinheit 162. Die Auswerteeinheit 161 ist ausgestaltet, Erfassungsergebnisse der zweiten Erfassungseinheit 15 auszuwerten. In der Speichereinheit 162 werden die Erfassungsergebnisse der zweiten Erfassungseinheit 15 gespeichert. Außerdem sind in der Speichereinheit 162 die Daten 40 zu einem Bearbeitungs- oder Behandlungsablauf gespeichert, der von dem Werkzeug 10 zur Bearbeitung oder Behandlung des mindestens einen Werkstücks 6, 7 abzuarbeiten ist. Der Bearbeitungs- oder Behandlungsablauf kann von der übergeordneten Steuervorrichtung 20 an die Steuereinrichtung 16 gesendet werden.
Mit der ersten Erfassungseinheit 50 wird das mindestens eine Werkstück 6, 7 an der Transporteinrichtung 5 erfasst. Die zugehörigen Daten 45 werden an die Steuervorrichtung 20 gesendet. Optional können die Daten 45 mittels der Daten 40 auch an die Steuereinrichtung 16 des Werkzeugs 10 gesendet werden.
Insbesondere wird mit der ersten Erfassungseinheit 50 die Oberfläche des Werkstücks 6, 7 erfasst. Die erste Erfassungseinheit 50 ist bevorzugt als Kamera ausgestaltet, die ein Bild des mindestens einen Werkstücks 6, 7 und/oder dessen Oberfläche erfasst. Die erste Erfassungseinheit 50 hat räumlich eine möglichst weite Erfassungscharakteristik, insbesondere eine bis zu halbkugelförmige Erfassungscharakteristik, um einen möglichst großen Bereich des mindestens einen Werkstücks 6, 7 und/oder dessen Oberfläche zu erfassen. Beispielsweise ist die erste Erfassungseinheit 50 als halbkugelförmige Kamera ausgestaltet, die derart zu der Transporteinrichtung 5 angeordnet ist, dass die erste Erfassungseinheit 50 die Werkstück(e) 6, 7 an der Transporteinrichtung 5 erfassen kann, bevor diese von dem Benutzer 30 mit dem Werkzeug 10 zu bearbeiten sind. Die Transporteinrichtung 5 ist beispielsweise als Transportband ausgestaltet. Es ist selbstverständlich eine oder mehrere andere gängige Transporteinrichtung(en) 5 einsetzbar.
Mit der zweiten Erfassungseinheit 15 kann erfasst werden, ob das Werkzeug 10 mindestens ein Werkstück 6, 7 behandelt, wie zuvor beschrieben. Das Erfassungsergebnis der zweiten Erfassungseinheit 15 wird von der zweiten Erfassungseinheit 15 als Daten an die Steuereinrichtung 16 gesendet und in der Speichereinheit 162 gespeichert. Das Erfassungsergebnis ist auch über Daten 40 an die Steuervorrichtung 20 übertragbar.
Die Daten der zweiten Erfassungseinheit 15 sind beispielsweise Daten über die Leistung oder das Drehmoment der Antriebseinheit 14 beim Einschrauben einer Schraube 8. Die Leistung oder das Drehmoment beim Einschrauben oder Verschrauben ist ein Hinweis für eine mit dem Einschrauben oder Verschrauben verursachte Beanspruchung des Werkzeugs 10. Aus der Beanspruchung resultiert, ob das Werkzeug 10 die vorgesehene Bearbeitung oder Behandlung des Werkstücks 6, 7 ausgeführt hat oder nicht.
Die Auswerteeinheit 161 und/oder die Auswerteeinheit 22 können/kann die Daten in Bezug auf die Auswerteergebnisse der ersten Erfassungseinheit 50 und gegebenenfalls der zweiten Erfassungseinheit 15 in Hinblick auf den für das Werkzeug 10 vorgesehenen Bearbeitungs- oder Behandlungsablauf auswerten. Hierfür greift die Auswerteeinheit 161 auf die Speichereinheit 162 zu. Auch das Auswerteergebnis der Auswerteeinheit 161 wird in der Speichereinheit 162 gespeichert. Das Auswerteergebnis ist auch über Daten 40 an die Steuervorrichtung 20 übertragbar. Zudem kann die Auswerteeinheit 22 der Steuervorrichtung 20 das Erfassungsergebnis der ersten Erfassungseinheit 15 und/oder das Auswerteergebnis der Auswerteeinheit 161 in Bezug auf Erfassungsergebnis(se) der ersten Erfassungseinheit 60 auswerten.
Als Ergebnis der Auswertung der Auswerteeinheit 161 und/oder der Auswerteeinheit 22 wird die Projektionseinheit 60 mittels der Daten 47 von der Steuereinrichtung 16 angesteuert, einen zwei- oder dreidimensionalen Hinweis 9 beim Werkstück 6 und/oder Werkstück 7 und/oder dem Werkzeug 10 anzuzeigen. Der zwei- oder dreidimensionale Hinweis 9 wird vorzugsweise in einem Bereich angezeigt, der beim Arbeiten an der Transporteinrichtung 5 in dem üblichen Sichtfeld des Benutzers 30 angeordnet ist.
Zusätzlich ist es möglich, dass die Auswertung Auswerteeinheit 161 und/oder der Auswerteeinheit 22 auf einer nicht dargestellten Anzeigeeinrichtung des Werkzeugs 10 und/oder der übergeordneten Steuervorrichtung 20 angezeigt wird.
Die Projektionseinheit 60 ist bevorzugt als holographische Vektorbildanzeige ausgestaltet, die den Hinweis 9 mit Lichtstrahlen 9A in der Luft projiziert oder zeichnet. Der Hinweis 9 ist ein in der Luft leuchtendes Objekt. Die Projektionseinheit 60 ist hierbei in ihrer Projektionscharakteristik, insbesondere Projektionshelligkeit, vorzugsweise an die in der industriellen Anlage 1 im Arbeitsbereich des Werkzeugs 10 herrschenden Lichtverhältnisse anpassbar.
Hierfür ist die Projektionseinheit 60 ausgestaltet, einen vorbestimmten Projektionsraum 9B in der Luft in Bezug auf Eigenschaften im Unterschied zu dem Luftraum zu modifizieren, der den vorbestimmten Projektionsraum 9B umgibt. Die Eigenschaften, welche den vorbestimmten Projektionsraum 9B in der Luft in Bezug auf Eigenschaften im Unterschied zu dem den Projektionsraum 9B umgebenden Luftraum unterscheiden, sind insbesondere der Lichtbrechungsindex und/oder die Lufttemperatur und/oder der Luftdruck. Die Modifikation der genannten Eigenschaften des vorbestimmten Projektionsraums 9B durch die Projektionseinheit 60 erhöht oder erniedrigt den Anteil des einfallenden Lichts, der von einer Oberfläche reflektiert wird. Außerdem bewirkt die Modifikation eine Änderung der Beugungseigenschaften an der Grenze zwischen der modifizierten Luft im Projektionsraum 9B und der unmodifizierten Luft außerhalb des Projektionsraums 9B. Wird nun der eingeschaltete Laserstrahl des Lasers 61 als Lichtstrahl 9A zwischen zwei Punkten in dem Projektionsraum 9B bewegt, wird eine Line als 3D-Vektor gezeichnet. Werden viele Vektoren nacheinander verbunden, kann ein holographischer Vektor projiziert werden, der den Hinweis 9 bildet.
Die Modifikation der Eigenschaften zwischen Projektionsraum 9B und dem den Projektionsraum 9B umgebenden Luftraum erfolgt derart, dass ein Laserstrahl des Laser 61 der Projektionseinheit 60 mit den Lichtstrahlen 9A ein vorbestimmtes Objekt, nämlich den Hinweis 9, in den vorbestimmten Projektionsraum zeichnen kann. Der Hinweis 9 kann bis zu dreidimensionale Informationen umfassen. Der vorbestimmte Projektionsraum und damit der Hinweis 9 sind in der Luft frei bewegbar.
Die von der Projektionseinheit 60 für den Hinweis 9 projizierten Bilder müssen keine besonders hohe Auflösung haben. Je nach Anwendung genügen einfache Strukturen. Beispielsweise hat das projizierte Bild eine Kreisform oder eine andere spezielle Struktur, wie ein Dreieck, ein Ring, ein Viereck, ein Stern, usw. Das projizierte Bild kann insbesondere ein spezielles Symbol sein. Zusätzlich oder alternativ ist als Bild die Darstellung von / einer Bedienungsanleitung/en möglich. Die Art oder Geometrie des von der Projektionseinheit 60 projizierten zwei- oder dreidimensionalen Bilds ist frei wählbar.
Mit der Projektionseinheit 60 kann der Hinweis 9 so groß ausgebildet werden, wie jeweils erforderlich. Die Projektionseinheit 60 ist in Bezug auf das Werkzeug 10 und die Werkstücke 6, 7 derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass die Projektionseinheit 60 den Hinweis 9 möglichst an beliebiger Stelle beim Werkstück 6, 7 und/oder Werkzeug 10 projizieren kann.
Die erste und zweite Erfassungseinheit 50, 15, die Projektionseinheit 60, die Steuereinrichtung 16 und die Steuervorrichtung 20 sind derart ausgestaltet, dass die Projektion des Hinweises 9 auf die nächste Behandlungsstelle des Werkstücks 6, 7 in Echtzeit ausgeführt wird. Gemäß der inzwischen durch DIN ISO/IEC 2382 abgelösten Norm DIN 44300 (Informationsverarbeitung), Teil 9 (Verarbeitungsabläufe) wird unter Echtzeit der Betrieb eines Rechensystems verstanden, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind. Die Daten können je nach Anwendungsfall nach einer zeitlich zufälligen Verteilung oder zu vorherbestimmten Zeitpunkten anfallen. Demzufolge sind die erste und zweite Erfassungseinheit 50, 15, die Projektionseinheit 60, die Steuereinrichtung 16 und die Steuervorrichtung 20 derart ausgestaltet, dass durch die Hardware und Software keine Verzögerungen verursacht werden und auftreten, welche die Einhaltung dieser Bedingungen verhindern. Bei dem System 4 wird demzufolge die Verarbeitung der Daten 40, 45, 47 garantiert schnell genug für die Abarbeitung des Behandlungsablaufs des mindestens einen Werkstücks 6, 7 ausgeführt, so dass durch die Verarbeitung der Daten 40, 45, 47 keine Verzögerung bei der Abarbeitung des Behandlungsablaufs des mindestens einen Werkstücks 6, 7 stattfindet.
Das Werkzeug 10 bildet somit ein intelligentes Handwerkzeug und/oder handgeführtes Werkzeug, dessen Umgebung mittels erster Erfassungseinheit 50, insbesondere Kamera, und Bildverarbeitung erkannt wird und mittels Projektionseinheit 60 eine Anzeige für die nächsten Arbeitsschritte ermöglicht wird, die von dem Benutzer 30 auszuführen sind. Das System 4 realisiert somit eine Werkerführung oder Benutzerführung bzw. Anzeige der nächsten Arbeitsaufgabe mithilfe von Intelligenz und Elektronik, ausgeführt durch die Systemkomponenten 50, 15, 16, 20 und 60.
Auf die zuvor beschriebene Weise wird in der industriellen Anlage 1 mit dem System 4 ein Verfahren zum Führen eines Benutzers 30 eines, insbesondere handgeführten, Werkzeugs 10 bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks 6, 7 ausgeführt. Dadurch können die nächsten Arbeitsschritte, z.B. Schraubstellen, bei dem Werkstück 6, 7 und/oder dem Werkzeug 10 angezeigt werden.
Insbesondere ist bei Ausführung der Erfassungseinheit 50 als Kamera zur Werkstückerkennung in Kombination mit der Auswerteinheit 22 für die Bildverarbeitung eine Werkerführung an bewegten Werkstücken 6, 7 möglich.
2 zeigt eine industrielle Anlage 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Hier kommen im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel an einem Werkzeug 10A zusätzlich Erfassungseinheiten 11, 11A und Projektionseinheiten 12, 12A zum Einsatz. Das Werkzeug 10A ist ansonsten auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in Bezug auf das Werkzeug 10 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Demzufolge weist das Werkzeug 10A eine optional zweiteilige Erfassungseinheit 11, 11A auf, die beispielsweise zwei Kameras aufweist.
Die Kameras haben beispielsweise eine bis zu halbkugelförmige Erfassungscharakteristik. Bei dem Beispiel in 2 sind die zwei Kameras um 180° versetzt am Werkzeug 10A angeordnet. Hierbei ist eine Kamera oder die erste Kamera der Erfassungseinheit 11, 11A an der Unterseite des Werkzeugs 10A angeordnet. Die andere Kamera oder die zweite Kamera der Erfassungseinheit 11, 11A ist an der Oberseite des Werkzeugs 10A angeordnet. Je nach Bedarf kann auf eine der Erfassungseinheiten 11, 11A verzichtet werden.
Außerdem weist das Werkzeug 10A eine optional zweiteilige Projektionseinheit 12, 12A auf, die ausgestaltet ist, wie die Projektionseinheit 60 des ersten Ausführungsbeispiels. Zur Vereinfachung ist bei den Projektionseinheiten 12, 12A der zugehörige Laser nicht dargestellt. Bei dem Beispiel in 2 sind die zwei Projektionseinheiten 12, 12A um 180° versetzt am Werkzeug 10A angeordnet. Hierbei ist die Projektionseinheit 12 an der Unterseite des Werkzeugs 10A angeordnet. Die Projektionseinheit 12A ist an der Oberseite des Werkzeugs 10A angeordnet. Je nach Bedarf kann auf eine der Projektionseinheiten 12, 12A verzichtet werden.
Je nach Anwendungsfall ist dadurch auch die externe Erfassungseinheit 50 verzichtbar, um Kosten zu sparen oder wenn die Erfassung durch die Erfassungseinheiten 11, 11A ausreichend ist. Die externe Erfassungseinheit 50 ist jedoch auch zusätzlich zu den Erfassungseinheiten 11, 11A einsetzbar.
Wird auf die für das Werkzeug 10A externe Erfassungseinheit 50 und die externe Projektionseinheit 60 verzichtet, kann mit dem Werkzeug 10A eine in sich autarke Werkerführung realisiert werden. Hierbei kann das Werkzeug 10A auch die Auswertungen der Erfassungsergebnisse der mindestens einen Erfassungseinheit 11, 11A allein ausführen, also ohne Auswerteunterstützung durch die Steuervorrichtung 20.
Durch die Ausgestaltung des Werkzeugs 10A kann das Werkstück 6, 7 in allen Richtungen um das Werkzeug 10A herum erfasst werden. Außerdem kann in allen Richtungen um das Werkzeug 10A herum ein Hinweis 9 projiziert werden.
In einer Modifikation des Systems 4 wird die externe Erfassungseinheit 50 und/oder zumindest eine der Erfassungseinheiten 11, 11A eingesetzt, um mindestens eine Geste 35 des Benutzers 30 zu erfassen. Die Gesten 35 sind einsetzbar, um Hinweise 9 zu drehen und/oder zu vergrößern und/oder zu verkleinern. Weiterhin kann beispielsweise durch ein Wischen als Geste 35 ermöglicht werden, dass in den Hinweisen 9 Arbeitsschritte zurück- oder vorgeblättert werden. Damit werden die Hinweise 9 Gesten-gesteuert.
3 zeigt eine industrielle Anlage 3 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hier kommt im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ein Winkelkopfschraubwerkzeug 10B zum Einsatz, das zusätzlich Erfassungseinheiten 11, 11A aufweist. Das Werkzeug 10B ist ansonsten bis auf seine in 2 gezeigte Geometrie auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in Bezug auf das Werkzeug 10 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Demzufolge weist das Werkzeug 10B eine zweiteilige Erfassungseinheit 11, 11A auf, die beispielsweise zwei Kameras aufweist. Bei dem Beispiel in 3 sind die zwei Kameras um 90° versetzt am Werkzeug 10B angeordnet. Hierbei ist eine Kamera 11 oder die erste Kamera der Erfassungseinheit 11, 11A an der Unterseite des Werkzeugs 10B angeordnet. Die andere Kamera oder die zweite Kamera 11A der Erfassungseinheit 11, 11A ist dagegen seitlich am Gehäuse im Bereich des Abtriebs des Werkzeugs 10A angeordnet.
Die Projektionseinheit 12 ist ebenfalls an der Unterseite des Werkzeugs 10A angeordnet. Jedoch ist die Projektionseinheit 12 schräg zur Kamera 11 der Erfassungseinheit 11, 11A angeordnet. Zur Vereinfachung ist auch bei der Projektionseinheit 12 der zugehörige Laser nicht dargestellt.
Auf diese Weise kann das Werkstück 6, 7 noch besser in allen Richtungen um das Werkzeug 10A herum erfasst werden. Außerdem kann in allen Richtungen um das mindestens eine Werkstück 6, 7 und/oder das Werkzeug 10A herum ein Hinweis 9 projiziert werden, wie zuvor in Bezug auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
Somit ist hier auf die für das Werkzeug 10B externe Erfassungseinheit 50 und die externe Projektionseinheit 60 verzichtet. Dadurch ist mit dem Werkzeug 10B eine in sich autarke Werkerführung realisiert. Hierbei kann das Werkzeug 10 auch die Auswertungen der Erfassungsergebnisse der mindestens einen Erfassungseinheit 11, 11A allein ausführen. Daher ist die Auswerteeinheit 22 der Steuervorrichtung 20 nur optional vorhanden.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Anlagen 1, 2, 3, des Systems 4, der Werkzeuge 10, 10A, 10B, der Erfassungseinheiten 11, 11A, 15, 50 der Projektionseinheiten 12, 12A, 60, der Steuereinrichtung 16, der Steuervorrichtung 20 und des Verfahrens zum Führen des Benutzers 30 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
Anstelle der beschriebenen Schraub-, Bohr- oder Fräswerkzeuge 10, 10A, 10B kann die zuvor beschriebene Erfindung auch bei einem beliebigen anderen, insbesondere handgeführten, Werkzeug zum Einsatz kommen, wie beispielsweise bei einem Nietwerkzeug oder Schweißwerkzeug oder Schneidwerkzeug oder Toxwerkzeug oder Stanzwerkzeug. Insbesondere können die Einheiten 11, 11A, 12, 12A, 15, 16, 50, 60 bei einem beliebigen Fügewerkzeug zum Einsatz kommen.
In der industriellen Anlage 1, 2, 3 sind je nach Anwendungsfall beliebige Werkstoffe in beliebiger Kombination für die Werkstücke 6, 7 einsetzbar, wie beispielsweise Metall, Kunststoff, Leder, Glas, Papier, usw.. Zudem kann in einer derartigen Anlage ein Arbeitsverfahren ausgeführt werden, wie Transportieren der Werkstücke 6, 7 zu dem Werkzeug 10, 10A, 10B in der industriellen Anlage 1, 2, 3 und/oder weg von dem Werkzeug 10, 10A, 10B und/oder Stapeln der Werkstücke 6, 7 usw.
Ganz allgemein ist es denkbar, dass die zweite Erfassungseinheit 15 je nach Werkzeug 10, 10A, 10B, Fügewerkzeug oder sonstigem Werkzeug derartige Daten sammelt, die für die Verwendung des Werkzeugs charakteristisch sind.
Die Werkzeuge 10, 10A, 10B können auch Werkzeuge 10, 10A, 10B mit Aufhängung sein, die von dem Benutzer manövrierbar ist, um insbesondere eine horizontale Lage des Werkzeugs 10, 10A, 10B im Raum je nach Bedarf variieren zu können. Die Aufhängung kann das jeweilige Werkzeug 10, 10A, 10B auch vertikal oder in der Höhe verstellbar machen. Ganz allgemein kann die Lage des Werkzeugs 10, 10A, 10B im Raum variierbar sein.
Die Anzahl der Kameras der Erfassungseinheiten 11, 11A ist je nach Anwendungsfall beliebig wählbar. Zudem ist die Anordnung der Kameras der Erfassungseinheiten 11, 11A am jeweiligen Werkzeug 10A, 10B je nach Anwendungsfall beliebig wählbar. Die Kameras der Erfassungseinheiten 11, 11A müssen auch nicht alle gleich ausgeführt sein sondern können in Größe und/oder Erfassungsart unterschiedlich sein.
Die Anzahl der Teile der Projektionseinheit 12, 12A ist je nach Anwendungsfall beliebig wählbar. Zudem ist die Anordnung der Teile der Projektionseinheit 12, 12A am jeweiligen Werkzeug 10, 10A, 10B je nach Anwendungsfall beliebig wählbar. Die Teile der Projektionseinheit 12, 12A müssen auch nicht alle gleich ausgeführt sein sondern können in Größe und/oder Projektionsart unterschiedlich sein.
Wie zuvor beschrieben, ist es möglich, dass das Werkzeug 10, 10A, 10B für den Handbetrieb mit Batterie, insbesondere wiederaufladbarer Batterie, ausgestaltet ist. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch ein drahtgebundener Anschluss an ein Stromversorgungsnetz möglich. In diesem Fall ist das Werkzeug 10, 10A, 10B ein kabelgebundenes Werkzeug.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO/IEC 2382 [0043]
Norm DIN 44300 [0043]

Claims

System (4), mit mindestens einem Werkzeug (10; 10A; 10B), das ein Werkzeugelement (13) zum Behandeln mindestens eines Werkstücks (6; 6, 7) aufweist, einer ersten Erfassungseinheit (50; 11; 11, 11A), die zur Erfassung des mindestens einen Werkstücks (6; 6, 7) angeordnet ist, einer Auswerteeinheit (161), die ausgestaltet ist zum Auswerten eines Erfassungsergebnisses der ersten Erfassungseinheit (11; 11, 11A) in Hinblick auf einen Behandlungsablauf, der von einer dem Werkzeug (10; 10A; 10B) übergeordneten Steuervorrichtung (20) für das erfasste Werkstück (6; 6, 7) vorgegeben wird, und einer Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A), die ausgestaltet ist zur Projektion eines zwei- oder dreidimensionalen Hinweises (9) in die Luft bei dem mindestens einen Werkstück (6; 6, 7) und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) in Abhängigkeit von der Auswertung der Auswerteeinheit (161), wobei der Hinweis (9) ein Hinweis in Bezug auf den Behandlungsablauf ist, der mit dem mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) an dem Werkstück (6; 6, 7) auszuführen ist.
System (4) nach Anspruch 1, wobei die Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A) ausgestaltet ist, mindestens ein holographisches Vektorbild in die Luft bei dem Werkstück (6; 6, 7) und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) zu projizieren.
System (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A) einen Laser (61) aufweist, um den zwei- oder dreidimensionalen Hinweis (9) in die Luft zu zeichnen.
System (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Erfassungseinheit eine Kamera (60; 11; 11A) ist, und/oder wobei die erste Erfassungseinheit eine Kamera (11; 11A) ist, die an dem Werkzeug (10; 10A; 10B) angeordnet ist, und die eine bis zu halbkugelförmige Erfassungscharakteristik hat, und/oder wobei die erste Erfassungseinheit zwei Kameras (11, 11A) aufweist, die um 180° versetzt am Werkzeug (10A; 10B) angeordnet sind und/oder von denen die erste Kamera (11) an der Unterseite des Werkzeugs (10A; 10B) und die zweite Kamera (11A) an der Oberseite des Werkzeugs (10A; 10B) angeordnet ist.
System (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer weiteren Erfassungseinheit (50) zur Erfassung mindestens einer Geste (35) eines Benutzers (30) des Werkzeugs (10; 10A, 10B), wobei die Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A) ausgestaltet ist, den Hinweis (9) auf der Grundlage der von der zweiten Erfassungseinheit erfassten mindestens einen Geste (35) zu modifizieren.
System (4) nach Anspruch 5, wobei die Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A) ausgestaltet ist, abhängig von der Geste (35), die von der weiteren Erfassungseinheit erfasst wurde, den Hinweis (9) im Raum zu drehen oder zu vergrößern oder zu verkleinern, und/oder wobei die Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A) ausgestaltet ist, abhängig von der Geste (35), die von der weiteren Erfassungseinheit (50) erfasst wurde, für die Auswahl des projizierten Hinweises (9) in dem Behandlungsablauf vor- oder zurückzublättern.
System (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Speichereinheit (162) zur Speicherung eines Ergebnisses einer Auswertung der Auswerteeinheit (161), und/oder wobei die Projektionseinheit (60; 12; 12A) zur Projektion des Hinweises (9) in Echtzeit ausgestaltet ist.
System (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug (10; 10A; 10B) ein Schraubwerkzeug und/oder ein Bohrwerkzeug und/oder ein Fräswerkzeug ist, oder wobei das Werkzeug ein Schweißwerkzeug ist, oder wobei das Werkzeug ein Nietwerkzeug ist, oder wobei das Werkzeug ein Toxwerkzeug ist, oder wobei das Werkzeug ein Schneidwerkzeug ist, oder wobei das Werkzeug ein Stanzwerkzeug ist.
Industrielle Anlage (1; 2; 3) zur Behandlung von Werkstücken (6; 6, 7), mit mindestens einem System (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Behandlung mindestens eines Werkstücks (6; 6, 7), und einer Steuervorrichtung (20) zur Kommunikation mit einer Steuereinrichtung (16) des mindestens einen Werkzeugs (10; 10A; 10B), wobei die Steuervorrichtung (20) dem Werkzeug (10; 10A; 10B) den Behandlungsablauf zum Behandeln des mindestens einen Werkstücks (6; 7) vorgibt.
Verfahren zum Führen eines Benutzers eines handgeführten Werkzeugs (10; 10A; 10B) bei einer Behandlung mindestens eines Werkstücks (6; 6, 7) mit einem Werkzeugelement (13), wobei das Verfahren die Schritte aufweist Erfassen, mit einer ersten Erfassungseinheit (50; 11; 11, 11A), des mindestens einen Werkstücks (6; 6, 7), Auswerten, mit einer Auswerteeinheit (161), eines Erfassungsergebnisses der ersten Erfassungseinheit (11; 11, 11A) in Hinblick auf einen Behandlungsablauf, der von einer dem Werkzeug (10; 10A; 10B) übergeordneten Steuervorrichtung (20) für das erfasste Werkstück (6; 6, 7) vorgegeben wird, und Projizieren, mit einer Projektionseinheit (60; 12; 12, 12A), eines zwei- oder dreidimensionalen Hinweises (9) in die Luft bei dem mindestens einen Werkstück (6; 6, 7) und/oder dem mindestens einen zu verwendenden mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) in Abhängigkeit von der Auswertung der Auswerteeinheit (161), wobei der Hinweis (9) ein Hinweis in Bezug auf den Behandlungsablauf ist, der mit dem mindestens einen Werkzeug (10; 10A; 10B) an dem Werkstück (6; 6, 7) auszuführen ist.