DE202016106352U1

DE202016106352U1 - Datenübertragungssystem zur drahtlosen Übertragung von Daten von einer Werkzeugmaschine an ein kameraloses, mobiles Kommunikationsgerät

Info

Publication number: DE202016106352U1
Application number: DE202016106352.3U
Authority: DE
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2026-11-15

Abstract

Datenübertragungssystem (1) zur drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine (2) an ein mobiles Kommunikationsgerät (3), aufweisend: – eine Werkzeugmaschine (2) mit mindestens einer modulierbaren Signalquelle (4) zum Erzeugen von entsprechend den zu übertragenden Daten modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen (5), und – ein, insbesondere kameraloses, mobiles Kommunikationsgerät (3) mit mindestens einem Sensor (6) zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen (5) und mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit (7), die programmiert ist, aus empfangenen, modulierten Signalen (5) die darin enthaltenen Daten zurückzugewinnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine an ein mobiles Kommunikationsgerät.
Ein derartiges Datenübertragungssystem ist beispielsweise durch die DE 10 2011 083 817 A1 bekannt geworden. Dieses bekannte Datenübertragungssystem umfasst eine Werkzeugmaschine mit einer Maschinenanzeige, auf der die Zugangsdaten zu einem lokalen Funknetz der Werkzeugmaschine als maschinenlesbarer QR-Code auf der Maschinenanzeige angezeigt werden, und ein funknetzfähiges, mobiles Kommunikationsgerät mit einer Kamera zum optischen Erfassen des auf der Maschinenanzeige angezeigten QR-Code. Nach Dekodierung des optisch erfassten QR-Codes stehen dem mobilen Kommunikationsgerät die Zugangsdaten zu dem lokalen Funknetz der Werkzeugmaschine zur Verfügung. Diese bildbasierte Datenübertragung kann allerdings nur von mobilen Kommunikationsgeräten genutzt werden, die auch eine Kamera zum Einlesen des QR-Codes aufweisen, und ist daher für kameralose, mobile Kommunikationsgeräte, wie z. B. kameralose Minicomputer oder Smartwatches, nicht geeignet. Auch ist das Einlesen von QR-Codes aufgrund von falsch gewählter Schärfe oder Kamerafokussierung relativ störanfällig, was oftmals mehrere Einlesevorgänge erforderlich macht. In Industrieumgebungen funktioniert die bildbasierte Datenübertragung jedenfalls nicht zuverlässig genug und hat daher nur zu wenig Akzeptanz geführt.
Eine NFC-basierte Datenübertragung per Nahfeldkommunikation (NFC: Near Field Communication) zwischen der Werkzeugmaschine und dem mobilen Kommunikationsgerät erfordert eine entsprechende Hardware, die höhere Kosten bedeutet und daher bei Minicomputern und Smartwatches nicht vorhanden ist. Gleiches gilt auch für eine Bluetooth-basierte Datenübertragung und für eine RFID-basierte Datenübertragung (RFID: Radio-Frequency Identification) mit Transpondern zum automatischen und berührungslosen Identifizieren von Objekten mit Radiowellen. Auch wenn prinzipiell vorhanden sind solche NFC-, Bluetooth- oder RFID-basierten Komponenten oft an Kommunikationsgeräten nicht freigeschaltet (z. B. um Energie zu sparen, oder aus Sicherheitsgründen) oder sind kompliziert im Datenverbindungsaufbau.
Weiterhin ist es bekannt, Smartwatches durch manuelle Eingabe einer PIN mit einem externen Gerät zu koppeln. Allerdings sind bei Smartwatches das Display und der darauf abgebildete Ziffernblock sehr klein, so dass die PIN-Eingabe umständlich ist und bei der Eingabe leicht Tipp-Fehler passieren.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Datenübertragungssystem zur drahtlosen Datenübertragung von einer Werkzeugmaschine an ein mobiles Kommunikationsgerät anzugeben, das insbesondere kostengünstig, benutzerfreundlich und störungsfrei ist und ohne umständliche Eingabe einer PIN auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Datenübertragungssystem zur drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine an ein mobiles Kommunikationsgerät, aufweisend eine Werkzeugmaschine mit mindestens einer modulierbaren Signalquelle zum Erzeugen von entsprechend den zu übertragenden Daten modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen und ein, insbesondere kameraloses, mobiles Kommunikationsgerät mit mindestens einem Sensor zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen und mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit, die programmiert ist, aus empfangenen, modulierten Signalen die darin enthaltenen Daten zurückzugewinnen.
Bei der Werkzeugmaschine kann es sich beispielsweise um Maschinen zum 2D-Laserschneiden, zum Laser-Rohrschneiden, zum Stanzen, zur Stanz-Laser-Bearbeitung oder zum Biegen von Werkstücken handeln. Mobiles Kommunikationsgerät dient als übergeordneter Begriff für Smartgeräte, wie z. B. Smartphone, Tablet, Smartwatch oder Minicomputer.
Erfindungsgemäß ist keine zusätzliche NFC- oder RFID-Hardware erforderlich, sondern lediglich ein auch in Minicomputern und Smartwatches vorhandener Licht-, Schall- oder Vibrationssensor zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen. Insbesondere können auch sehr leichte, kleine Kommunikationsgeräte ohne Kamera und sehr robuste industrietaugliche Kommunikationsgeräte ohne Kamera eingesetzt werden. Die Erfindung bietet, sofern nur im Nahbereich von wenigen cm eingesetzt, maximale Abhörsicherheit und somit einen sicheren Datenaustausch.
Bei besonderes bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die mindestens eine Signalquelle der Werkzeugmaschine als punktförmige Lichtquelle oder als flächiger Display zum Anzeigen von modulierten Lichtsignalen und der Sensor des mobilen Kommunikationsgeräts als Lichtsensor, insbesondere als Helligkeitssensor, zum Empfangen von Lichtsignalen ausgeführt. Bis auf wenige Ausnahmen besitzen heutzutage alle mobile Kommunikationsgeräte, also auch kameralose Minicomputer und Smartwatches, einen Helligkeitssensor für die Umgebungsbeleuchtung, um die Helligkeit des Displays entsprechend anpassen zu können. Zum Verbinden mit der Werkzeugmaschine genügt es, in einer HMI-Applikation mit der Lichtquelle oder auf einer definierten Displayfläche eine Signalfolge von unterschiedlich hellen Lichtsignalen, z. B. eine Lichtsignalfolge von weißen und schwarzen Pixeln, anzuzeigen. Die Signalfolge definiert dabei eindeutig die zu übertragenden Daten. Damit wird beim Verbindungsaufbau zwischen Smartgerät und Maschine eine dynamische PIN sicher übertragen, und zwar ohne Zusatzhardware. Der dabei sehr geringe Abstand zwischen Lichtsignalquelle und Helligkeitssensor gewährleistet einen sicheren Datenaustausch, zumal wenn sich das mobile Kommunikationsgerät in Anlage an der Lichtsignalquelle befindet. Zum Anzeigen der Lichtsignalfolge kann vorteilhaft das bei modernen Werkzeugmaschinen vorhandene Display-Panel genutzt werden.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die mindestens eine Signalquelle der Werkzeugmaschine als Schallquelle (z. B. Lautsprecher) zum Erzeugen von modulierten Schallsignalen und der Sensor des mobilen Kommunikationsgeräts als Schallsensor (z. B. Mikrophon oder Audiosensor) zum Empfangen von Schallsignalen ausgeführt. Die Schallquelle kann auch durch eine bewegbare Maschinenkomponente gebildet sein, welche zwecks Datenübertragung von der Maschinensteuerung zur Schallerzeugung angesteuert wird, ohne dass wirklich eine Bearbeitung ausgeführt wird. Bei der Maschinenkomponente kann es sich beispielsweise um einen Bearbeitungskopf (Stanzkopf, Laserbearbeitungskopf), ein Werkstück (Blech), Automatisierungselemente etc. handeln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die mindestens eine Signalquelle der Werkzeugmaschine als Vibrationsquelle zum Erzeugen von modulierten Vibrationssignalen und der Sensor des mobilen Kommunikationsgeräts als Beschleunigungssensor zum Empfangen von Vibrationssignalen ausgeführt. Auch hier kann die Vibrationsquelle durch eine bewegbare Maschinenkomponente gebildet sein, welche zwecks Datenübertragung von der Maschinensteuerung zur Vibration angesteuert wird, ohne dass wirklich eine Bearbeitung ausgeführt wird. Bei der Maschinenkomponente kann es sich beispielsweise um einen Bearbeitungskopf (Stanzkopf, Laserbearbeitungskopf), ein Werkstück (Blech), Automatisierungselemente etc. handeln.
Anstelle einer einzigen Signalquelle kann die Werkzeugmaschine auch mehrere unterschiedliche Signalquellen, also z. B. einen Display und eine Schallquelle, aufweisen, um Daten auf unterschiedlichen Signalwegen auszusenden. Das kann insbesondere bei Authentifizierungsvorgängen, bei denen die Sicherheit eine hohe Rolle spielt, vorteilhaft sein.
Vorzugsweise sind die von der Signalquelle erzeugten modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignale gepulst und beispielsweise pulsweiten- oder intensitätsmoduliert. Ein pulsweitenmoduliertes Signalmuster erlaubt eine einfache Codierung, wobei die Pulslänge als Zeit in ms maßgeblich für die Zuordnung zu einem zu übertragenen Datenzeichen ist. Durch eine definierte Pausenzeit können somit hintereinander mehrere Datenzeichen übertragen werden. Damit können geringe Datenmengen sicher und auf nahezu allen Smartgeräten unidirektional übertragen werden. Die Abtastrate des Sensors ist entweder herstellerspezifisch festgelegt und kann einmalig aufgenommen werden. Oder die Abtastrate wird durch die Applikation auf eine sinnvolle Zeit von z. B. 20 ms festgelegt. In beiden Fällen kann die Signalquelle entsprechend konfiguriert werden, sodass eine robuste Übertragung der Daten ermöglicht wird.
Darüber hinaus sind weitere Signalmodellierungen möglich. Zum Beispiel kann eine Sinus-Frequenz als dynamische Helligkeitsvariation von weiß auf schwarz erfolgen. Statt einer Schwarz/Weiß-Signalfolge können auch weitere Farben des Displays verwendet, insbesondere farbenmoduliert werden, sofern am mobilen Kommunikationsgerät eine farbempfindliche Kamera zur Signalauswertung zur Verfügung steht.
Anstatt eines gepulsten Signals kann auch ein, insbesondere unregelmäßig, an- und abschwellendes Signal übertragen werden. Das kann dann für eine Authentifizierung sicherer sein, weil ein solches Signal durch unerwünschte Beobachter nicht so leicht merkbar ist.
Das übertragene Signal kann nach einem Übertragungsprotokoll erfolgen, das dem mobiles Kommunikationsgerät und der Werkzeugmaschine bekannt ist. Das Übertragungsprotokoll kann zur sicheren Datenübertragung ein Prüfsignal, wie z. B. eine Prüfsumme, mit übertragen. Dann kann das mobile Kommunikationsgerät dieses Prüfsignal mit den übertragenen Daten überprüfen und einen Fehler in der Datenübertragung erkennen.
Das Datenübertragungssystem kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das mobile Kommunikationsgerät mit einer berührungsempfindlichen Anzeige ausgestattet ist. Dadurch kann sich die Bedienung weiter vereinfachen.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine an ein mobiles Kommunikationsgerät, aufweisend die Verfahrensschritte:

– Erzeugen eines entsprechend den zu übertragenden Daten modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignals durch eine Werkzeugmaschine, z. B. mittels mindestens einer modulierbaren Signalquelle,
– Empfangen des modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignals mittels eines, insbesondere kameralosen, mobilen Kommunikationsgeräts, z. B. mit mindestens einem Sensor zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen, und
– Zurückgewinnen der im modulierten Signal enthaltenen Daten durch das mobile Kommunikationsgerät, z. B. mittels einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäße Datenübertragungssystem zur Übertragung von Daten von einer Werkzeugmaschine an ein mobiles Kommunikationsgerät; und
2a–2d das in 1 gezeigte Datenübertragungssystem am Beispiel eines als Smartphone ausgeführten mobilen Kommunikationsgeräts.
1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem 1 zur drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine 2 an ein mobiles Kommunikationsgerät 3. Bei der Werkzeugmaschine 2 kann es sich beispielsweise um eine Maschine zum 2D-Laserschneiden, zum Laser-Rohrschneiden, zum Stanzen, zur Stanz-Laser-Bearbeitung oder zum Biegen von Werkstücken handeln. Bei dem mobilen Kommunikationsgerät 3 kann es sich um ein Smartgerät, wie z. B. Smartphone, Tablet, oder, was bevorzugt ist, um einen kameralosen Minicomputer, wie z. B. eine Smartwatch, handeln.
Die Werkzeugmaschine 2 weist eine modulierbare Signalquelle 4 zum Erzeugen von entsprechend den zu übertragenden Daten modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen 5 auf. Das mobile Kommunikationsgerät 3 weist einen Sensor 6 zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen 5 und eine mit dem Sensor 6 verbundene elektronische Signalverarbeitungseinheit 7 auf, die programmiert ist, aus empfangenen, modulierten Signalen 5 die darin enthaltenen Daten zurückzugewinnen.
Im Fall von Lichtsignalen 5 ist die Signalquelle 4 der Werkzeugmaschine 2 als punktförmige Lichtquelle oder als flächiger Display zum Anzeigen von modulierten Lichtsignalen 5 und der Sensor 6 des mobilen Kommunikationsgeräts 3 als Helligkeitssensor zum Empfangen von Lichtsignalen 5 ausgeführt. Zum Übertragen von Daten wird von der Lichtquelle bzw. vom Display in einer HMI-Applikation eine Signalfolge von unterschiedlich hellen Lichtsignalen 5, z. B. eine Lichtsignalfolge von weißen und schwarzen Pixeln, angezeigt. Diese Signalfolge definiert dabei eindeutig die zu übertragenden Daten.
Im Fall von Schallsignalen ist die Signalquelle 4 der Werkzeugmaschine 2 als Schallquelle zum Erzeugen von modulierten Schallsignalen 5 und der Sensor 6 des mobilen Kommunikationsgeräts 3 als Schallsensor zum Empfangen von Schallsignalen 5 ausgeführt. Die Schallquelle kann durch einen Lautsprecher oder durch eine bewegbare Maschinenkomponente (z. B. Stanzkopf oder Laserbearbeitungskopf) gebildet sein, welche zwecks Datenübertragung von der Maschinensteuerung zur Schallerzeugung angesteuert wird, ohne dass wirklich eine Bearbeitung ausgeführt wird. Der Schallsensor kann durch ein Mikrophon oder einen Audiosensor gebildet sein.
Im Fall von Vibrationssignalen ist die Signalquelle 4 der Werkzeugmaschine 2 als Vibrationsquelle zum Erzeugen von modulierten Vibrationssignalen 5 und der Sensor 6 des mobilen Kommunikationsgeräts 3 als Beschleunigungssensor zum Empfangen von Vibrationssignalen 5 ausgeführt. Auch hier kann die Vibrationsquelle durch eine bewegbare Maschinenkomponente (z. B. Stanzkopf oder Laserbearbeitungskopf) gebildet sein, welche zwecks Datenübertragung von der Maschinensteuerung zur Vibration angesteuert wird, ohne dass wirklich eine Bearbeitung ausgeführt wird.
In allen Fällen können die von der Signalquelle 4 erzeugten Signale 5 pulsweiten- oder intensitätsmodulierte Signalpulse sein. Lichtsignale können zusätzlich oder alternativ auch farbenmoduliert sein.
In 2a bis 2d ist eine mögliche Ausgestaltung des Datenübertragungssystems 1 gezeigt. Dabei ist das mobile Kommunikationsgerät eine Smartwatch 3. Die modulierbare Signalquelle ist als ein Teilbereich 4 eines Computerbildschirms 8 ausgestaltet, insbesondere als ein Fenster, das auf dem Bildschirm 8 dargestellt ist. Wie man im Vergleich von 2a mit 2b erkennen kann, wird dieser Teilbereich 4 des Computerbildschirms 8 zu einem Zeitpunkt in 2a mit einem hellen, z. B. weißen Licht und zu einem späteren Zeitpunkt in 2b mit einem dunklen Hintergrund dargestellt. Dieser Wechsel kann sich mehrmals mit einer vorgegebenen Dauer der einzelnen Helligkeitsstufen wiederholen. Es können auch mehrere Helligkeitsstufen und/oder Farben durchlaufen werden, wenn die Smartwatch 3 geeignet ist, diese zu erkennen. Auf diese Weise wird auf einfache Weise ohne zusätzliche Hardware ein moduliertes Lichtsignal vom Computerbildschirm 8 der Maschine 1 an die Smartwatch 3 übertragen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Teilbereich 4, der auf dem Computerbildschirm 8 als modulierbare Signalquelle 4 dient, größer als die Smartwatch 3 ausgestaltet. Um die Sicherheit z. B. bei Authentifizierungsvorgängen zu erhöhen, kann dieser Teilbereich 4 auch kleiner als die Smartwatch 3 ausgestaltet sein, so dass die Smartwatch 3 den modulierbaren Teilbereich 4 verdecken kann. In 2c und 2d ist die Smartwatch 3 mit ihrem Bildschirm 9 nach einer erfolgten Übertragung von Daten dargestellt. Auf dem Bildschirm 9 ist das erkannte Helligkeitssignal in Form einer Kurve 10 dargestellt, die die ermittelte Helligkeit über der Zeit darstellt. So kann erkannt werden, ob die Datenübertragung erfolgreich war. Falls sie nicht erfolgreich war, kann über einen ebenfalls auf dem Bildschirm 9 dargestellten „RESTART” Button 11 die Smartwatch 3 zur Wiederholung des Datenempfangs gestartet werden. Zusätzlich zu dem Helligkeitssignal kann beispielsweise auch ein Tonsignal von einem Lautsprecher des Computerbildschirms 8 an die Smartwatch 3 übertragen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011083817 A1 [0002]

Claims

Datenübertragungssystem (1) zur drahtlosen Übertragung von Daten, insbesondere von Zugangsdaten, von einer Werkzeugmaschine (2) an ein mobiles Kommunikationsgerät (3), aufweisend: – eine Werkzeugmaschine (2) mit mindestens einer modulierbaren Signalquelle (4) zum Erzeugen von entsprechend den zu übertragenden Daten modulierten Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen (5), und – ein, insbesondere kameraloses, mobiles Kommunikationsgerät (3) mit mindestens einem Sensor (6) zum Empfangen von Licht-, Schall- oder Vibrationssignalen (5) und mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit (7), die programmiert ist, aus empfangenen, modulierten Signalen (5) die darin enthaltenen Daten zurückzugewinnen.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Signalquelle (4) der Werkzeugmaschine (2) als punktförmige Lichtquelle oder als flächiger Display zum Anzeigen von modulierten Lichtsignalen (5) und der Sensor (6) des mobilen Kommunikationsgeräts (3) als Lichtsensor, insbesondere als Helligkeitssensor, zum Empfangen von Lichtsignalen (5) ausgeführt ist.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Signalquelle (4) der Werkzeugmaschine (2) als Schallquelle zum Erzeugen von modulierten Schallsignalen (5) und der Sensor (6) des mobilen Kommunikationsgeräts (3) als Schallsensor zum Empfangen von Schallsignalen (5) ausgeführt ist.
Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Signalquelle (4) der Werkzeugmaschine (2) als Vibrationsquelle zum Erzeugen von modulierten Vibrationssignalen (5) und der Sensor (6) des mobilen Kommunikationsgeräts (3) als Beschleunigungssensor zum Empfangen von Vibrationssignalen (5) ausgeführt ist.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schall- oder Vibrationsquelle (4) durch eine bewegbare Maschinenkomponente der Werkzeugmaschine (2) gebildet ist.
Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Kommunikationsgerät (3) ein kameraloser Miniaturcomputer, insbesondere eine Smartwatch, ist.
Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Signalquelle (4) erzeugten Licht-, Schall- oder Vibrationssignale (5) gepulst sind.
Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Signalquelle (4) erzeugten Licht-, Schall- oder Vibrationssignale (5) pulsweiten- oder intensitätsmoduliert sind.
Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Signalquelle (4) erzeugten Lichtsignale (5) farbenmoduliert sind.
Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Kommunikationsgerät (3) mit einer berührungsempfindlichen Anzeige ausgestattet ist.