DE3324333A1

DE3324333A1 - Verfahren zur ueberwachung eines elektronisch gesteuerten schraubers

Info

Publication number: DE3324333A1
Application number: DE19833324333
Authority: DE
Inventors: Bernhard 7081 Riesbürg Polzer
Original assignee: Gardner Denver Deutschland GmbH; Deutsche Gardner Denver GmbH
Current assignee: Deutsche Gardner Denver GmbH
Priority date: 1983-07-06
Filing date: 1983-07-06
Publication date: 1985-01-24
Also published as: FR2551387A1; IT8421663A1; IT8421663A0; SE8403335L; DE3324333C2; IT1176357B; SE467243B; SE8403335D0

Description

DEUTSCHE GARDNER-DENVER A 37 Gesellschaft mit

beschränkter Haftung - S ~ _ R

Industriestraße *

7081 Westhausen

Verfahren zur überwachung eines elektronisch gesteuerten Schraubers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur überwachung eines elektronisch gesteuerten Schraubers gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 .

Derartige Schrauber führen in der Automations- und Verschraubungstechnik kritische Schraubverbindungen aus_f an die hohe Sicherheitsanforderungen gestellt sind. So werden mit derartigen Schraubern, ζ. B. Schraubverbindungen bei Bremssätteln, Lenkungen, Achsaufhängungen, Radbefestigung an PKW's etc._rausgeführt.

Bei bekannten Schraubern ist je eih Drehmoment- und Winkelgeber vorgesehen, deren Signale einer Steuerelektronik zugeführt sind. Beim sogenannten streckgrenzgesteuerten Anziehverfahren wird während des Schraubvorgangs der Gradient /ζ~ aus den Ausgangssignalen der Geber gebildet und bei Überschreiten einer vorgegebenen Größe des Gradienten der Schrauber abgeschaltet. Die Steuerelektronik hat

dann noch zu prüfen, ob die im Zeitpunkt des Abschaltens anliegenden absoluten Ausgangssignale der Geber innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Diese Grenzwerte definieren in der Drehmoment-über-Winkel-Darstellung ein sogenanntes Akzeptanzfenster. Liegt der Endpunkt der den Schraubvorgang darstellenden Drehmoment/Winkel-Kurve des ausgeführten Schraubvorgangs innerhalb dieses Fensters, so ist die Schraubverbindung in Ordnung, was angezeigt wird. Liegt sie außerhalb des Fensters, so wird die Fehlerhaftigkeit der Schraubverbindung ebenfalls angezeigt. Die Verschraubung muß in diesem Fall gelöst und durch entsprechende Nacharbeit in Ordnung gebracht werden.

Da die Funktion der Steuerelektronik sowie der Geber bei jedem Schraubvorgang mit höchstmöglicher Sicherheit gewährleistet sein muß, werden diese bekannten Schraubvorrichtungen mit sehr hohem manuellen Aufwand in kurzen Zeitabständen geprüft. Eine die Funktion des Schraubers beeinträchtigende Änderung, z. B. der

LinearJ tätskennlinie bzw. der Kalibrierung der

Steuerelektronik oder ein Funktionsfehler der für die Grenzwertvorgabe erforderlichen Referenzglieder, kann dabei nur durch Gegenmessen mit sogenannten rotierenden Vorsatzdrehmomentmeßwert-Aufnehmern oder durch Verwendung von Meisterwerkstücken ("Master"-Verschraubung) erfolgen. Werden diese geschilderten Abweichungen festgestellt, müssen sämtliche Verschraubungen überprüft _ werden, die im letzten Kontrollzeitraum ausgeführt wurden. Die bekannten Systeme erfordern daher einen hohen Sicherheitssteuerungsaufwand (Systemkontrolle) innerhalb der Steuerelektronik, um auftretende Fehler

möglichst rasch

zu erkennen und anzuzeigen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur überwachung von Schraubern anzugeben, durch das bei hoher Funktions-

sicherheit auf die manuelle überprüfung der Steuerelektronik ("Master"-Versehraubungen) sowie auf eine überprüfung der Geber weitgehend verzichtet und die Systemkontrolle auf ein Minimum reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch das zusätzlich eingeführte Kontrollsignal wird das bisher zweidimensionale Akzeptanzfenster, das durch die vorgegebenen Grenzwerte definiert ist, zu einem Akzeptanzkubus erweitert, d. h., daß die Lage des Endpunktes der Anziehkurve nunmehr in drei Dimensionen überprüft wird. Um eine Verschraubung als ordnungsgemäß zu akzeptieren, müssen alle Vergleichsergebnisse ergeben, daß die Gebersignale sowie das Kontrollsignal innerhalb ihrer zugeordneten Grenzwerte liegen. Liegt nur eins der überprüften Signale außerhalb der ihm zugeordneten Bandbreite, die durch die Minimal- und Maximalwerte bestimmt ist, so liegt ein Systemfehler vor, was von einer auswertenden Logik zweifelsfrei und ohne höheren elektronischen Aufwand erkannt und zur Anzeige gebracht werden kann. Da sich die Gebersignale sowie das Kontrollsignal als Funktion des Schraubvorganges darstellen läßt, Kesfeeh€-.äuch· eine mittelbare Beziehung zwischen dem Kontrollsignal und der Ausgangssignale der Geber. Anhand dieser Beziehung kann nun durch Vergleich des Kontrollsignals mit den Gebersignalen unmittelbar die Funktion der Geber überwacht werden, während umgekehrt mit den Gebersignalen das Kontrollsignal

bzw. dessen Geber überwacht werden. Durch das eingeführte Kontrollsignal ist daher sowohl eine überprüfung der Gebersignale und ihrer Elektronik und umgekehrt eine Überprüfung des Kontrollsignals und seiner Eletronik möglich. Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Systemfehler sofort und unabdingbar feststellbar ist,

kann das manuelle, aufwendige Gegenmessen mittels rotierender Drehmomentaufnehmer oder die Verwendung teurer und komplizierter Meß- und Einstellmeister zur Gegenmessung völlig entfallen. Das System überprüft seine fehlerfreie Funktion während jedem Schraubvorgang erneut. Es ist somit eine kontinuierliche überwachung gewährleistet.

Eine einfache Ausfuhrungsform ist dadurch gegeben, daß die Steuerelektronik und deren Eingangssignale erzeugende Geber doppelt ausgeführt sind. Die Eingangssignale der weiteren Steuerelektronik sind dabei (unmittelbar) unabhängig von den Eingangssignalen der anderen Steuerelektronik, wobei die Ausgangssignale beider Steuerelektroniken in einer übergeordneten Zentrallogik verarbeitet werden. Anhand der Ausgangssignale kann die Zentrallogik zweifelsfrei erkennen, ob beide Systeme ordnungsgemäß arbeiten und ob - bei systemfehlerfreier Funktion - eine ordnungsgemäße oder eine fehlerhafte Verschraubung vorliegt oder ob ein Systemfehler in einer der beiden Steuerelektroniken vorliegt.

In einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden drei Größen, nämlich die Ausgangssignale der Geber und ein Kontrollsignal derart miteinander verknüpft, daß die einzelnen Zustände sofort und unabdingbar erkannt werden können. Hierzu wird vorteilhafterweise eine Kenngröße des Schraubermotors als Kontrollsignal herangezogen, wobei bei einem elektromotorisch angetriebenen Schrauber vorteilhafterweise der Betriebsstrom als Kenngröße verwendet wird. Ist dieses nicht möglich, so ist auch das Ausgangssignal eines Kontrol!drehmomentgebers als Kenngröße bzw. Kontrollsignal verwendbar.

Die Anzeige eines Systemfehlers erfolgt vorteilhafterweise optisch durch Aktivierung z. B. einer Leuchtdiode, einer Glühlampe oder ähnlicher Einrichtungen. Bei vollautomatischen Schraubern, die nicht kontinuierlich von einer Person optisch überwacht werden, ist die Anzeige eines Systemfehlers durch akustische Mittel angebracht. Die akustischen Mittel können eigenständig oder neben optischen Anzeigemitteln vorgesehen werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das in einer von zwei Signalen aufgespannten Ebene durch die zugeordneten Grenzwerte definierte Akzeptanzfenster auf die gesamte Soll-Kurve einer "Master"-Verschraubung übertragen. Diese Soll-Kurve beschreibt einen unter optimalen Verschraubungsbedingungen sich ergebenden Kurvenverlauf einer sogenannten "Master"-Verschraubung. Durch Übertragung des zugeordneten Akzeptanzfensters auf jeden Punkt dieser Soll-Kurve wird ein Akzeptanzbereich um die Kurve geschaffen. Bei einer nachfolgenden Verschraubung kann der Kurvenverlauf der nachfolgenden Verschraubung nunmehr in jedem beliebigen Punkt der Kurve oder kontinuierlich überprüft werden .Verläßt die Kurve eines Schraubvorgangs den Akzeptanzbereich, so wird dies sofort erkannt werden und der Schraubvorgang wird abgebrochen, wobei der Fehler optisch oder akustisch angezeigt wird.

In ähnlicher Weise besteht eine kontinuierliche Überwachungsmöglichkeit des Schraubvorgangs in einem durch drei Signale definierten System. Die drei Signale definieren einen Raumkoordinatensystem, in dem durch die den Signalen zugeordneten Minimal- und Maximal-Werten ein Akzeptanzkubus darstellbar ist. Wird dieser Akzeptanzkubus - entsprechend der vorhergehenden Ausführungen - auf jeden Punkt der Soll-Kurve einer "Master"-Verschraubung übertragen, so ergibt sich im dreidimensionalen Raum ein Akzeptanzkanal. Bei jeder nachfolgenden Verschraubung muß die Kurve des Schraubvor-

gangs, um als ordnungsgemäßer Schraubvorgang beendet werden zu können, innerhalb dieses Akzeptanzkanals verlaufen. Verläßt die Kurve eines Schraubvorgangs in einem beliebigen Punkt den Akzeptanzkanal, so wird dieses erkannt, der Schraubvorgang abgebrochen und der Fehler angezeigt.

um das Verfahren bezüglich des Akzeptanzbereiches bzw. des Akzeptanzkanales zu vereinfachen, wird ggf. zur Linearisierung der Soll-Kurve einer "Master"-Verschraubung eine Funktionstabelle zwischengeschaltet.

Durch diese Weiterbildung des Verfahrens kann die Überwachung nunmehr kontinuierlich über den gesamten Schraubvorgang erfolgen. Es wird jedoch meist ausreichend sein, in fest vorgegebenen Punkten bzw. Ebenen des zwei- bzw. dreidimensionalen Systems die Kurve eines Schraubvorgangs zu untersuchen und auf den zugeordneten Akzeptanzbereich zu überprüfen. Verläßt in einer der Prüfpunkte die Kurve den Akzeptanzbereich, dann wird der Schraubvorgang als fehlerhaft abgebrochen, wobei gleichzeitig ein gegebenenfalls aufgetretener Systemfehler angezeigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach mit einem Mikroprozessor durchführbar, der anhand der vorgegebenen Grenzwerte die Schraubverbindung sowie das System überprüft und ggf. auftretende Fehler erkennbar macht. · ■

Um im erfindungsgemäßen Verfahren die Grenzwerteingabe bzw. die Eingabe der Abschaltkriterien zu erleichtern, werden diese unter Kennzeichnung für den entsprechenden Schraubvorgang in einem Speicher abgelegt und von dort zu Anfang oder während des Schraubvorgangs abgerufen und den einzelnen verarbeitenden Einheiten zugeführt. In vorteilhafter Ausführung können die Grenzwerte und Abschaltkriterien durch Ausführung einer "Master"-Ver-

schraubung ermittelt und - vorzugsweise automatisch in den Speicher eingegeben werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schrauber mit zugeordneter Elektronik,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Schraubers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Drehmoment/Drehwinkel-Diagramm mit unterschiedlichen Kennlinien,

Fig. 4 ein Betriebsstrom/Drehwinkel-Diagramm mit verschiedenen Kennlinien,

Fig." 5 eine Darstellung der Diagramme aus den Fig. 3 und 4 im (I, M, W)-Raum,

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5 mit eingezeichnetem Akzeptanzkanal.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Schrauber S dient zum Anziehen von Schrauben 41 in Schraubverbindungen V. Mit dem Schrauber S ist

ein Drehmomentgeber MD, ein Drehwinkelgeber W und ein Kontrolldrehwinkelgeber WK verbunden, die ihre Ausgangssignale an eine Elektronik E melden. Über die Leitung L steuert die Elektronik E in Abhängigkeit der Ausgangssignale den - im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Elektromotors angetriebenen - Schrauber S, wobei

eine Betriebsgröße des Antriebsmotor, im Ausführungsbeispiel der Betriebsstrom, als zusätzliches Kontrollsignal verarbeitet wird. Die Elektronik E aktiviert in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Geber bzw. des Kontrollsignals nach vorgebenen Kriterien die Anzeige A. Weiterhin ist über einen Bildschirm B die Linearitätskennlinie der Elektronik überprüfbar oder aber ζ. B. die Drehmoment/ Drehwinkel-Kennlinie darstellbar.

Anhand des Blockschaltbildes in Fig. 2 soll nun der schematische Aufbau der Elektronik sowie ihre Funktionsweise erläutert werden. Die Elektronik besteht im wesentlichen aus einem Steuerkreis MK, der die Ausgangssignale der Geber MD und W verarbeitet, und einem Kontrollkreis KK, der das vom Kontrollwinkelgeber WK abgegebene Kontrollsignal und das vom Betriebsstrom des Elektromotors EM abgeleitete Kontrollsignal verarbeitet.

Im Teilblock S¹ ist der Schrauber im wesentlichen durch seinen Elektromotor EM sowie der mit dem Schrauber verbundenen Geber WK, MD und W. angedeutet.

Der Drehmomentgeber MD wird, je nach Aufnehmerausführung, mit Gleichstrom, einer Trägerfrequenz, einer Gleichspannung oder mit Wechsel-bzw. Drehstrom gespeist. Im unbelasteten Zustand gibt der Geber MD ein Null-Ausgangssignal an einen nachgeschalteten Verstärker 16 ab. Die aufgrund der mechanischen Kopplung mit dem Schrauber während des Schraubvorgangs erfolgende Verdrehung des Gebers MD ergibt eine dem Drehmoment proportionale Veränderung seines Ausgangssignals. Die im Verstärker 16 verstärkte Änderung des Ausgangssignals wird zum Steuern des nachgeschalteten,einstellbaren Fensterdiskrimina tors 1 7 verwendet, über Potentiometer 19 und 20 werden dem Fensterdiskriminator 17 Grenzwerte

vorgegeben, die jeweils ein maximales und ein minimales

Drehmoment, nämlich M_min und M_max definieren. Der Fenster

diskriminator 17 vergleicht das Ausgangssignal des Drehmomentgebers MD mit den vorgegebenen Grenzwerten und meldet über drei Leitungen einem Speicher 18, ob das Ausgangssignal größer als M , kleiner als M . oder innerhalb der Grenzwerte liegt. Der Speicher 18 steht mit einem Logikkreis 24 in Verbindung, so daß die Vergleicherergebnisse weiterverarbeitet werden können.

Wird während des Anziehvorgangs der vorgegebene Maximalwert für das Drehmoment überschritten, so gibt der Logikkreis 24 über die Leitung 43 unmittelbar an die Motorsteuerung 3 ein Abschaltsignal, worauf der Elektromotor EM stillgesetzt wird.

Der Winkelgeber W wird über eine nicht näher gezeigte Versorgungsspannung gespeist. Beim Drehen der Schrauberspindel S" (Fig. 1) gibt er dem Drehwinkel proportionale Impulse auf einen Zähler 31 mit integriertem Digital/ Analogwandler, über ein Triggersignal auf der Leitung 27, das im gezeigten Ausführungsbeispiel bei Erreichen eines Schwellmomentes MS vom Fensterdiskriminator 17 abgegeben wird, wird der Zähler 31 freigegeben. Das Schwellmoment MS wird dem Fensterdiskriminator 17 mittels eines Potentiometers 26 vorgegeben. Der ab dem Schwellmoment MS während des Anziehvorgangs durchfahrende Drehwinkel steht nach Freigabe des Zählers 31 als proportionale Analogspannung am Eingang des Verstärkers 21 an. Das verstärkte Signal wird zum Steuern eines nachgeschalteten Fensterdiskriminators 22 verwendet. Die Grenzwerte des "Fensters", d. h. der minimal zulässige Wert und der maximal zuläsöige Wert des Drehwinkels (W .„ und W„,„) werden über Potentiometer 24 und min max

25 dem Fensterdiskriminator 22 vorgegeben. Während des Anziehvorganges werden durch die Verstärkerausgangsspannung die am Fensterdiskriminator 22 eingestellten Grenzwerte getriggert und mit

m * ι

■ 4t *

dem Ausgangssignal des Drehwinkelgebers W verglichen, über drei parallele Ausgangsleitungen werden die Vergleichsergebnisse dem Speicher 23 zugeführt, der diese Werte wiederum dem Logikkreis 24 zur Verfügung stellt. Der Fensterdiskriminator 22 meldet auf getrennten
Leitungen dem Speicher die Zustände: "Ausgangssignal
des Winkelgebers W größer als der maximal zugelassene Drehwinkel W ", "Ausgangssignal kleiner als der maxi- mal zugelassene minimale Drehwinkel W . " und "Ausgangssignal innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte".

Wird der maximal zugelassene Drehwinkel W während des

max

Anziehvorganges überschritten, so wird vom Logikkreis unmittelbar über die Leitung 43 in die Motorsteuerung 3 eingegriffen und der Elektromotor stillgesetzt, der Anziehvorgang also abgebrochen.

Dem Meßkreis MK entspricht das Drehmoment/Drehwinkel-Diagramm in Fig. 3. Durch die am Fensterdiskriminator 22 über die Potentiometer 24 und 25 eingestellten Grenzwerte W . und W ist das Akzeptanzfenster FMK in
X-Richtung definiert, während die am Diskriminator 17 mittels der Potentiometer 19 und 20 eingestellten Drehmomentgrenzwerte Μ~_&χ und M. das Akzeptanzfenster FMK in Y-Richtung definieren. Mittels des Logikkreises 24 kann nun überprüft werden, ob im Abschaltzeitpunkt des Schraubers das Ende der Drehmoment/Drehwinkel-Kurve I (Fig. 3) innerhalb des' Akzeptanzfenster FMK liegt. Ist das der Fall, so ist - falls kein Systemfehler vorliegt die Verschraubung in Ordnung.

Der in Fig. 2 mit KK bezeichnete Kontrollkreis verarbeitet zwei Kontrollsignale, die unabhängig von den
AusgangsSignalen der Geber MD und W sind, sich aber in Abhängigkeit des Schraubvorganges ändern. Der dem
Elektromotor EM über die Motorsteuerung 3 zugeführte
Betriebsstrom wird mittels eines zwischenge-

schalteten Strorameßgliedes 4 ermittelt. Das Strommeßglied ist so ausgeführt, daß keine Verfälschung der Messung bzw. der Motoransteuerung auftritt. Mit zunehmenden Drehmoment, das der Elektromotor abgeben muß/ ergibt sich eine - ggf. proportionale - Zunahme des Betriebsstromes. Diese Veränderung bewirkt ein sich änderndes Ausgangssignal des Strommeßgliedes 4, das im Verstärker 5 verstärkt, zum Steuern eines nachfolgenden Fensterdiskriminators 6 verwendet ist. über Potentiometer 8 und 9 werden den zulässigen Drehmomenten M^_13x und M_n^_n entsprechende Grenzwerte für Imax und Imin vorgegeben. Der Fensterdiskriminator 6 meldet - entsprechend den bereits beschriebenen Fensterdiskriminatoren 17 und 22 ein überschreiten des maximal zulässigen Betriebsstroms", ein"unterschreiten des maximal zulässigen Betriebsstroms" sowie ein innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegender Betriebsstrom" dem Speicher 7, der diese Information einem Logikkreis 15 zur Verfugung stellt. Wird während des Anziehvorgangs der maximal zulässige Betriebsstrom überschritten, so wird der Logikkreis unmittelbar über die Leitung 42 in die Motorsteuerung 3 eingreifen und den Elektromotor stillsetzen.

Die Signalverarbeitung des Kontrollwinkelgebers WK erfolgt entsprechend der bereits beschriebenen Signalverarbeitung des Winkelgebers W. Bei Erreichen des Schwellmomentes MS wird der Fensterdiskriminator 17 über die Leitung 27 den Zähler 32 mit dem integrierten Digital/ Analog-Wandler freischalten, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker 10 dem Fensterdiskriminator 11 zugeführt ist, der - entsprechend dem Fensterdiskriminator 22 - auf getrennten Leitungen dem Speicher 12 meldet, ob die an den Potentiometern 13 und 14 eingestellten Grenzwerte unter- oder überschritten sind oder ob das Ausgangssignal des Kontrollwinkelgebers WK innerhalb dieser Grenzwerte liegt. Der Speicher 12 stellt diese Information dem Logikkreis 15 zur Verfügung, dor wiederum

-16-

bei einem überschreiten des maximal zulässigen Kontrolldrehwinkels WK über die Leitung 42 in die Motor-

XU el X

steuerung 3 eingreift und den Elektromotor stillsetzt.

Die Kontrollsignale des Kontrollkreises KK definieren eine Betriebsstrom/Kontrollwinkel-Ebene, in der die Grenzwerte I_n^, l^, WK_min, WK_max ein Akzeptanzfenster FKK definieren. Liegen die Kontrollsignale für den Betriebsstrom bzw. den Kontrollwinkel am Ende eines Schraubvorganges innerhalb des Akzeptanzfensters FKK, d. h., endet die I/WK-Kurve im Akzeptanzfenster FKK, so weist die Schraubverbindung -. vorbehaltlich eines Systemfehlers - eine ausreichende Vorspannkraft auf.

Die Logikkreise 15 und 24 melden ihre Ergebnisse einer Zentrallogik 2, die nun ihrerseits überprüft, ob nun die Verschraubung entsprechend den vorgegebenen Parametern ausgeführt wurde oder nicht oder ob ein Systemfehler im Kontrollkreis oder auch im Meßkreis bzw. im Teilblock S» vorliegt. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, daß bei übereinstimmenden AusgangsSignalen der iogikkreise 15 und 24 zur Zentrallogik 2 ein Systemfehler mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht vorliegen wird. Ist dies der Fall, kann die Zentrallogik 2 anhand der ihr von den Logikschaltungen 15 und 24 gemeldeten Ergebnisse unmittelbar entscheiden, ob die Schraubverbindung entsprechend den vorgegebenen Parametern als - in Ordnung - zu bezeichnen ist.

Der Schraubvorgang wird durch ein Signal des Eingangskreises 1 an die Zentrallogik 2 gestartet. Das Startsignal kann im Eingangskreis manuell oder aufgrund anderer elektronischer Glieder ausgelöst werden, über die Leitung 28 wird auf das Startsignal hin die Zentrallogik 2 die Speicher 7, 12, 18 und 23 löschen und weiterhin den Meßkreis und den Kontrollkreis nullen. Danach

wird die Zentrallogik 2 über die Leitung 44 die Motorsteuerung 3 starten, die unmittelbar den Antriebsmotor EM einschaltet, wodurch der Schrauber seine Drehbewegung aufnimmt. Nach Anlage des Schraubkopfes 40 (Fig. 1) an der Schraube 41 wird sich das Drehmoment M sowie der Betriebsstrom I erhöhen, überschreitet das Ausgangssignal des Drehmomentgebers MD den am Potentiometer voreingestellten Schwellwert MS, werden die Zähler 31 und 32 vom Fensterdiskriminator 17 über die Leitung freigeschaltet, so daß die Drehwinkelmessung erfolgt. Erfolgt der Schraubvorgang nach dem bekannten streckgrenzgesteuerten Anziehverfahren, so wird bei Erreichen eines bestimmten Schaltgradienten, der aus dem Ausgangssignal des Drehmomentgebers MD und dem Winkelgeber W errechnet wird, der Elektromotor stillgesetzt und der Schraubvorgang beendet. Die im Abschaltzeitpunkt anliegenden Informationen in den Speichern 7, 12, 18 und 23 werden von den entsprechenden Logikschaltungen 15 und 24 ausgewertet, deren Ausgangssignale der Logikschaltung 2 zur Verfügung gestellt sind. Sind die Ausgangssignale der Logikkreise 15 und 24 gleich und liegen die Ausgangssignale der Geber sowie die Kontrollsignale des Kontrollkreises in ihren zugeordneten Akzeptanzfenstern FKK und FMK (vgl. Fig. 2 und 3), so wird durch Aktivieren der Lampe 30 das"Okay"der Verschraubung angezeigt. Liegen jedoch die Ausgangssignale sowie die Kontrollsignale außerhalb der zugeordneten Akzeptanzfenster, so wird durch Aktivieren der Lampe die fehlerhafte Verschraubung angezeigt. Sind die Ausgangssignale der Logikkreise 15 und 24 voneinander

\durch

verschieden, so wird»Aktivieren der Lampe 29 ein Systemfehler angezeigt. Bei der Anzeige des Systemfehlers ist es unerheblich, ob das Akzeptanzfenster FMK (Fig. 3) oder das Akzeptanzfenster FKK (Fig. 4) nicht erreicht wurde. Bei brennender Lampe 29 weiß der Benutzer, daß ein Systemfehler in der Anlage selbst vorliegt, und zwar entweder im Meßkreis MK, Kontrollkreis KK oder

aber auch im Teilblock S¹ (Fig. 2).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können so eine Vielzahl von Fehlern erkannt werden:

Ist z. B. der Drehmomentgeber MD gestört, so daß er ein zu großes Ausgangssignal abgibt,oder die ihm nachgeschaltete Elektronik arbeitet fehlerhaft, so wird ein größeres Drehmoment gemessen als real aufgebracht wurde. Nach dem Abschalten liegt der Endpunkt der M/W-Kennlinie I (Fig. 3) zwar im Fenster FMK, d. h., der Messkreis MK signalisiert - Verschraubung in Ordnung -, obwohl das tatsächliche Drehmoment der Schraubverbindung niedriger und daher fehlerhaft ist, dies wird aber durch den Kontrollkreis KK erkannt. Da nämlich bei dem aufgebrachten, geringeren Drehmoment der Betriebsstrom kleiner als ¹IiUn ^^s^ ^un(^ damit gemäß Kennlinie V im I/WK-Diagramm (Fig. 4) verläuft, liegt der Endpunkt der I/WK-Kennlinie außerhalb des FKK-Fensters, so daß die Logikkreise 15 und 24 unterschiedliche Meldungen an die Zentrallogik 2 abgeben, wodurch diese den Systemfehler erkennt.

Entsprechendes gilt, wenn z. B. das Strommeßglied 4 fehlerhaft arbeitet. Durch das Nebeneinander von Meßkreis und Kontrollkreis, die mit voneinander unabhängigen Signalen arbeiten, kann daher sowohl der Meßkreis als auch der Kontrollkreis auf fehlerfreie Funktion überwacht werden. Ist z. B. der Kontrollwinkelgeber WK defekt oder arbeitet seine Elektronik fehlerhaft, so kann in der M/W-Ebene der Fig. 3 zwar das FMK-Fenster erreicht werden (Kurve I), in der I/WK-Ebene der Fig. 4 kann dieses dann jedoch nicht der Fall sein (vgl. Kurve III). Die Zentrallogik stellt unterschiedliche Ergebnisse der Logikkreise 15 und 24 fest und zeigt durch Aktivieren der Lampe 29 einen Systemfehler an.

Aufgrund der zur Verfügung stehenden Signale kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur der Systemfehler als solcher erkannt werden, sondern es kann auch der fehlerhafte Bereich genauer festgelegt werden. Wird z. B. bei einem Schraubvorgang die I/WK-Kurve gemäß V in Fig. 4 verlaufen und die M/W-Kurve gemäß I aus Fig. 3, so kann aus den Vergleichsergebnissen/ die den Logikkreisen 15 und 24 gemeldet werden, unmittelbar abgelesen werden, daß der Betriebsstrom im Abschaltzeitpunkt außerhalb der vorgegebenen Grenzwerte lag, also in diesem Bereich der Systemfehler aufgetreten ist. In ähnlicher Weise können Fehler in den anderen Bereichen erkannt werden.

Durch die Darstellung zweier Signale in einer Ebene (vgl. Fig. 3 und 4) ist jeweils ein Diagramm gegeben, in das eine einen ordnungsgemäßen Schraubvorgang darstellende Soll-Kurve (vgl. Kurven I und II in den Fig. 3 und 4) eingetragen wird. In einem derartigen Diagramm wird durch die den dargestellten Signalen zugeordneten Minimal- und Maximalwerte jeweils ein Akzeptanzfenster (FMK, FKK) definiert.. . .

So führt die Darstellung der Ausgangssignale der Geber MD und W zu dem Diagramm gemäß Fig. 3, in dem die zugeordneten Minimal- und Maximalwerte M , M . , W , W . das Akzeptanzfenster FMK definieren, in dessen Zentrum der Endpunkt der einen ordnungsgemäßen Schraubverlauf darstellende Kurve I liegt.

Entsprechendes gilt für die Darstellung in Fig. 4.

Bereits mit drei Signalen kann ein Raumkoordinatensystem gemäß Fig. 5 aufgespannt werden. In diesem Raumkoordinatensystem sind die Meßgrößen M und W sowie das Kontrollsignal I miteinander verknüpft. In der I/W-Ebene, die der Darstellung in Fig. 4 entspricht, liegt das

Akzeptanzfenster FKK, während das in der Fig. 3 dargestellte Akzeptanzfenster FMK in der M/W-Ebene des Raumkoordinantensystems liegt. Durch die beiden Akzeptanz fenster wird im Raum der Akzeptanzkubus AKK gebildet. Die den ordnungsgemäßen Schraubvorgang in den Fig. 3 und 4 beschreibenden Kurven I und II ergeben, übertragen auf das Raumkoordinatensystem der Fig. 5, eine Kurve im Raum, deren Endpunkt im Akzeptanzkubus AKK liegt. Endet bei einem Schraubvorgang die Raumkurve außerhalb des Akzeptanzkubusses, so entspricht die Schraubverbindung nicht den vorgegebenen Werten und wird als fehlerhaft kenntlich gemacht.

Wird nun in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens das in einer Ebene definierte Akzeptanzfenster, z. B. das Akzeptanz fenster FMK in Fig. 3_f auf jeden Punkt der Kurve I übertragen, so ergibt sich ein Akzeptanzbereich AKB (Fig. 3), innerhalb dem jede andere Kurve eines Schraubvorganges verlaufen muß, um eine innerhalb des Toleranzbereiches liegende,, ordnungsgemäße Verschraubung sicherzustellen. Durch die Schaffung des Akzeptanzbereiches AKB gemäß Fig. 3 ist es nunmehr möglich, während des ganzen Schraubvorganges in jedem Punkt der Kurve I, d. h. zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Schraubvorgangs, zu überprüfen, ob die Signale innerhalb der ihnen zugeordneten Akzeptanzbereiche liegen. Wird der durch die vorgegebenen Grenzwerte definierte Akzeptanzbereich überschritten, so wird der Schraubvorgang abgebrochen und der Fehler angezeigt.

Diese Weitebildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch in einem durch drei Signale definierten Raumkoordinatensystem, wie es in Fig. 5 beschrieben wurde, möglich. Durch Übertragung des Akzeptanzkubusses AKK auf jeden beliebigen Punkt der eine Soll-Verschraubung darstellenden Raumkurve wird ein Akζeptanζkanal AK im dreidimensionalen Raum geschaffen, innerhalb dem jede

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Raumkurve verlaufen muß, um eine ordnungsgemäße Schraubverbindung zu erzielen. Tritt die Raumkurve in einer der drei Richtungen aus dem Akzeptanzkanal aus, so wird dies anhand eines der Vergleichsergebnisse unmittelbar erkannt und der Schraubvorgang wird abgebrochen, wobei gleichzeitig eine Fehleranzeige erfolgt.

Durch Schaffung des Akzeptanzbereiches AKB bzw. des Akzeptanzkanals AK ist nunmehr eine kontinuierliche überwachung während des gesamten Schraubvorganges möglich, wodurch eine höhere Sicherheit erzielbar ist. Meist wird es aber ausreichend sein, eine überprüfung der Lage der Kurve in der Ebene bzw. im Raum bezüglich des Akzeptanzbereiches AKB bzw. des Akzeptanzkanals AK intervallmäßig auszuführen, d. h., jeweils an fest vorgebenen Punkten bzw. in fest vorgegebenen Ebenen eine Überprüfung vorzunehmen.

Um den Aufwand bei der Übertragung des Akzeptanzfensters bzw. des Akzeptanzkubusses auf die optimale Soll-Verschraubungskurve zu minimieren, werden die Kurven vorzugsweise durch Zwischenschalten einer Funktionstabelle linearisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft mit einem Mikroprozessor ausführbar, dem die Ausgangssignale der Geber sowie die vorgegebenen Grenzwerte der einzelnen Signale zugeführt sind. Mittels eines Mikroprozessors ist auch leicht eine kontinuierliche überprüfung des Schraubvorgangs ohne erhöhten vorrichtungstechnischen Aufwand möglich.

Um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, die den einzelnen Signalen (Ausgangssignale der Geber, Kontrollsignale) zugeordneten Grenzwerte sowie das gewünschte

Abschaltkriterium in einem Speicher abzulegen, von wo sie von den einzelnen verarbeitenden Einheiten abgerufen werden. Ebenso können die in einem Speicher abgelegten Grenzwerte und Abschaltkriterien bei Beginn des zugeordneten Schraubvorganges jeweils abgerufen und den einzelnen Einheiten zugeführt werden.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, die zuzulassenden Grenzwerte durch Ausführen einer "Master'^Verschraubung zu ermitteln, wobei diese Werte dann automatisch im Speicher abgelegt werden können.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren mögliche Systemfehlererkennung läßt sich außer durch das in Fig. 2 beschriebene Beispiel aus zwei unabhängig nebeneinander arbeitenden Steuerelektroniken, die ihre Ergebnisse einer Zentralelektronik melden, auch dadurch ausführen, daß z. B. die mittelbar voneinander abhängigen Signale zur Systemfehlererkennung miteinander verglichen werden, um dann die als fehlerfrei erkannten Signale zur Erkennung einer ordnungsgemäßen Schraubverbindung weiter zu verarbeiten. Angewendet auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 könnte also das Ausgangssignal des Drehmomentgebers MD unmittelbar mit dem Ausgangssignal des Strommeßgliedes 4 verglichen werden, das ein dem Betriebsstrom des Elektromotors EM proportionales Signal abgibt. Da die Betriebsstrom/Drehmoment- ■ Kurve des Elektromotors EM bekannt ist, kann aus der Gegenüberstellung der beiden Ausgangssignale sofort auf einen Systemfehler geschlossen werden. Aufgrund der identischen Ausführung der Drehwinkelgeber W und WK kann bei unterschiedlichen AusgangsSignalen unmittelbar auf einen Systemfehler geschlossen werden.

Die Vorgabe der Grenzwerte an den einzelnen Fensterdiskriminatoren kann vorteilhafterweise durch mechanisch voreinstellbare Geber erfolgen, die durch Knopfdruck bzw. durch einen Schalter den entsprechenden Einheiten zugeschaltet werden.

Um die Funktionssicherheit des Verfahrens zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung in Digitaltechnik auszuführen.

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Claims

Ansprüche

1J Verfahren zur überwachung eines elektronisch gesteuerten Schraubers, der mit einem Drehmomentgeber und einem Winkelgeber verbunden ist/ deren Ausgangssignale einer Steuerelektronik zugeführt sind, die den Schraubvorgang überwacht und nach vorgegebenen Abschaltkriterien den Schrauber abschaltet und die Signale der Geber jeweils mit zugeordneten, vorgegebenen Minimal- und Maximalwerten vergleicht und in Abhängigkeit dieser Vergleichsergebnisse die Qualität der Verschraubung erkennbar macht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiteres, sich mit dem Schraubvorgang änderndes Kontrollsignal erzeugt wird, daß von den AusgangsSignalen der Geber (MD, W) unabhängig ist, und daß zumindest im AbschaltZeitpunkt des Schraubers (S) auch das Kontrollsignal mit einem vorgegebenen Minimal- und einem Maximalwert verglichen wird, wobei für einen Vergleich untereinander alle Vergleichsergebnisse eines Schraubvorgangs logisch miteinander verknüpft werden, und daß die Abweichung eines Signals aus der ihm zugeordneten Bandbreite, die durch die zugeordneten Minimal- und Maximalwerte bestimmt ist, anhand der Vergleichslogik (2) erkannt und ein Systemfehler angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, von der anderen Steuerelektronik (MK) unabhängige Steuer-

-2-

et* * ■

elektronik (KK) vorgesehen wird, die mit je einem, von den Ausgangssignalen der anderen Geber unabhängigen_Adrehmomentabhängigen und eine,m drehwinkelabhängigen Kontrollsignal gespeist wird, und daß die Ausgangssignale der Steuerelektroniken (KK, MK) in einer übergeordneten Zentrallogik (2) verarbeitet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß als Kontrollsignal eine Kenngröße des Schraubermotors herangezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß 'bei elektrisch angetriebenem Schrauber der Betriebsstrom des Elektromotors
als Kenngröße verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße das Ausgangssignal eines Kontrollwinkelgebers (WK) benutzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße das Ausgangssignal eines Kontrolldrehmomentgebers benutzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Systemfehler durch eine optische Anzeige kenntlich gemacht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Systemfehler
akustisch angezeigt wird.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis· 8, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Minimal- und Maximalwerte in einem durch zwei zugeordnete Signale beschriebenen Diagramm (Fig. ?, Fig. 3) definierte Akzeptanzfenster (FMK₇ FKK) entsprechend der in diesem Diagramm bei einem "Master"-Schraubvorgang durchlaufenden Soll-Kurve (I, II) auf jeden Punkt dieser Soll-Kurve übertragen wird, und daß bei einem nachfolgenden Schraubvorgang das Verlassen des so geschaffenen Akzeptanzbereiches (AKB) in einem beliebigen Punkt der Kurve angezeigt und der Schraubvorgang abgebrochen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem durch drei Signale definierten Raumkoordinatensystem durch die den Signalen zugeordneten Minimal- und Maximalwerte darstellbare Akzeptanzkubus (AKK) entsprechend der in diesem Raum bei einem "Master"-Schraubvorgang durchlaufende Soll-Kurve auf jeden Punkt der Soll-Kurve übertragen wird und daß bei einem nachfolgenden Schraubvorgang das Verlassen des so entstehenden Akzeptanzkanals in jedem beliebigen Punkt der Kurve angezeigt und der Schraubvorgang abgebrochen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die einem "Master"-Schraubvorgang zugeordnete Soll-Kurve, vorzugsweise durch Zwischenschalten einer Funktionstabelle, linearisiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schraubvorgangs in vorgegebenen Punkten der Kurve die

Signale auf Verlassen der ihnen zugeordneten Akzeptanzbereiche überprüft werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Geber sowie die Kontrollsignale einem Mikroprozessor zugeführt werden, der anhand vorgegebener Grenzwerte die Schraubverbindung prüft und Systemfehler erkennbar macht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung eines Schraubvorgangs erforderlichen Grenzwerte und Abschaltkriterien aus einem Speicher abgerufen werden und den einzelnen verarbeitenden Einheiten zugeführt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung eines Schraubvorgangs erforderlichen Grenzwerte und Abschaltkriterien durch Ausführung einer "Master"-Verschraubung ermittelt und vorzugsweise automatisch in den Speicher abgelegt werden.