EP4003657A1 - Verfahren zur erkennung eines arbeitsfortschrittes einer handwerkzeugmaschine - Google Patents

Verfahren zur erkennung eines arbeitsfortschrittes einer handwerkzeugmaschine

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Publication number
EP4003657A1
EP4003657A1 EP20739931.2A EP20739931A EP4003657A1 EP 4003657 A1 EP4003657 A1 EP 4003657A1 EP 20739931 A EP20739931 A EP 20739931A EP 4003657 A1 EP4003657 A1 EP 4003657A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
operating variable
electric motor
work progress
power tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20739931.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Erbele
Wolfgang Herberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4003657A1 publication Critical patent/EP4003657A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1475—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0221—Preprocessing measurements, e.g. data collection rate adjustment; Standardization of measurements; Time series or signal analysis, e.g. frequency analysis or wavelets; Trustworthiness of measurements; Indexes therefor; Measurements using easily measured parameters to estimate parameters difficult to measure; Virtual sensor creation; De-noising; Sensor fusion; Unconventional preprocessing inherently present in specific fault detection methods like PCA-based methods
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224—Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
    • G05B23/0235—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on a comparison with predetermined threshold or range, e.g. "classical methods", carried out during normal operation; threshold adaptation or choice; when or how to compare with the threshold

Definitions

  • the invention relates to a method for recognizing the work progress of a handheld power tool, and a handheld power tool set up to carry out the method.
  • An impact wrench of this type includes, for example, a structure in which an impact force in a rotating direction is transmitted to a screw element by a rotation force of a hammer.
  • the impact wrench which has this structure, includes a motor, a hammer to be driven by the motor, an am boss which is hit by the hammer, and a tool.
  • EP 2 599 589 B1 also discloses an impact wrench with a motor, with a hammer and a rotational speed detection unit, where the hammer is driven by the motor.
  • the disadvantage here is that a fixed limit value and / or threshold value can practically only be perfectly set for one application. As soon as the application changes, the associated current or speed values or their temporal progressions also change, and impact detection based on the set limit value and / or threshold value or their temporal progression no longer works.
  • additional sensors such as acceleration sensors, are set to infer the current operating mode from vibration states of the tool.
  • the object of the invention is to provide a method for recognizing the work progress or the status of an application which is improved over the prior art, which at least partially eliminates the above-mentioned disadvantages, or at least to provide an alternative to the prior art.
  • Another task is to specify a corresponding hand tool machine.
  • a method for recognizing a work progress of a handheld power tool is disclosed, the handheld power tool having an electric motor.
  • the process comprises the following steps:
  • the model signal form is a state-typical model signal form, which is state-typical for a certain work progress of the handheld power tool, for example the resting of a screw head on a mounting base or the free rotation of a loosened screw.
  • the model signal shape is preferably an oscillation curve around an average value, in particular an essentially trigonometric oscillation curve.
  • the model signal form preferably represents an ideal striking operation of the hammer on the anvil of the rotary percussion mechanism, the ideal percussion operation preferably being an impact without further turning the tool spindle of the handheld power tool.
  • the operating variable is advantageously a speed of the electric motor or an operating variable that correlates with the speed.
  • the rigid transmission ratio of the electric motor to the hammer mechanism results, for example, in a direct dependence of the motor speed on the hammer frequency.
  • Another conceivable operating variable that correlates with the speed is the motor current.
  • a motor voltage, a Hall signal from the motor, a battery current or a battery voltage are also conceivable as the operating variable of the electric motor, with an acceleration of the electric motor, an acceleration of a tool holder or a sound signal from a hammer mechanism of the hand power tool also being conceivable as the operating variable.
  • the determination of the correspondence assessment in method step S3 preferably comprises a comparison of the correspondence between the signal of the operating variable and the model signal shape with at least one threshold value of the correspondence.
  • step S3 comprises comparing the signal of the operating variable with the model signal shape and determining a deviation from the comparison.
  • the threshold value of the agreement can be determined by a user of the hand-held power tool; in further embodiments, the threshold value of the agreement is predefined at the factory.
  • the threshold value of the agreement can be selected by a user on the basis of a factory-predefined preselection of use cases of the handheld power tool. This can be done, for example, via a user interface, for example an HMI (human-machine interface), for example a mobile device, in particular a smartphone and / or a tablet.
  • a user interface for example an HMI (human-machine interface)
  • HMI human-machine interface
  • the model signal shape can be defined variably, in particular by a user.
  • the model signal shape is assigned to the work progress to be recognized, so that the user can specify the work progress to be recognized.
  • a limit and / or threshold value for an existing correspondence or an existing error from the signal of the operating variable to the model signal shape can also represent an adjustable variable for applications for recognizing the progress of work.
  • the method advantageously further comprises a method step S5 of triggering a routine of the handheld power tool, at least partially on the basis of the work progress recognized in method step S4. Basically, it should be noted that method step S5 can follow S4.
  • At least one or more of the reactions or routines of the group comprising changing a speed of the electric motor, reversing a direction of rotation of the electric motor and / or an optical, acoustic and haptic feedback to a user is carried out in method step S5 carried out.
  • the model signal shape is advantageously predefined in method step S1, in particular set at the factory.
  • the model signal shape is stored or stored inside the device, alternatively and / or additionally loaned the handheld power tool is provided, in particular is provided by an ex ternal data device.
  • the signal of the operating variable is recorded in method step S2 as a time curve of measured values of the operating variable, or recorded as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor that correlates with the time curve, for example an acceleration, a jolt, in particular a higher order, a power , an energy, an angle of rotation of the electric motor, an angle of rotation of the tool holder or a frequency.
  • the signal of the operating variable is recorded in method step S2 as a time course of measured values of the operating variable, with a transformation of the time course of the measured values of the operating variable into a curve of the measured values of the transmission in a step S2a following the method step S2
  • Operating variable takes place as a variable of the electric motor that correlates with the course of time.
  • the method according to the invention thus enables the progress of work to be recognized independently of at least one setpoint speed of the electric motor, at least one start-up characteristic of the electric motor and / or at least one charging state of a power supply, in particular a battery, of the handheld power tool.
  • the signal of the company size should be understood here as a time sequence of measured values.
  • the signal of the operating variable can also be a frequency spectrum.
  • the signal of the operating variable can also be post-processed, such as, for example, smoothed, filtered, fitted and the like.
  • the signal of the operating variable is stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring memory, in particular the handheld power tool.
  • the signal of the operating variable is compared by means of one of the comparison methods comprising at least one frequency-based comparison method and / or a comparative comparison method, the comparison method comparing the signal of the operating variable with the model signal form to determine whether at least one predetermined threshold value is met becomes.
  • the preset threshold value can be preset at the factory or can be set by a user.
  • the decision can be made at least partially by means of the frequency-based comparison method, in particular a bandpass filtering and / or a frequency analysis, as to whether a work progress to be recognized has been identified in the signal of the operating variable.
  • the frequency-based comparison method comprises at least the bandpass filtering and / or the frequency analysis, the predefined threshold value being at least 90%, in particular 95%, especially 98%, of a predefined limit value.
  • the recorded signal of the operating size is filtered via a bandpass whose pass band matches the model signal form.
  • a corresponding amplitude in the resulting signal is to be expected when the relevant work progress to be recognized is present, in particular in the ideal stroke without further turning of the hit element.
  • the predefined threshold value of the bandpass filtering can therefore be at least 90%, in particular 95%, in particular 98%, of the corresponding amplitude in the work progress to be recognized, in particular the ideal stroke without further turning the hit element.
  • the pre-given limit value can be the corresponding amplitude in the resulting signal of an ideal work progress to be recognized, in particular an ideal stroke without further turning of the struck element.
  • the previously determined model signal shape for example a frequency spectrum of the work progress to be recognized, in particular an ideal stroke without further turning the hit element
  • the recorded signals of the operating variable a corresponding amplitude of the work progress to be recognized, in particular of the ideal stroke without further turning of the hit element
  • the predetermined threshold value of the frequency analysis can be at least 90%, in particular 95%, in particular 98%, of the corresponding amplitude in the work progress to be recognized, in particular the ideal stroke without further turning the hit element.
  • the predetermined limit value can be the corresponding amplitude in the recorded signals of an ideal work progress to be recognized, in particular the ideal stroke without further turning of the hit element. Appropriate segmentation of the recorded signal of the farm size may be necessary.
  • the comparative comparison method comprises at least one parameter estimation and / or a cross-correlation, the predefined threshold value being at least 40% of a match between the signal of the operating variable and the model signal shape.
  • the measured signal of the operating variable can be compared with the model signal shape by means of the comparative comparison method.
  • the measured signal of the operating variable is determined in such a way that it has essentially the same finite signal length as that of the model signal shape.
  • the comparison of the model signal shape with the measured signal of the operating variable can be output as a, in particular discrete or continuous, signal of a finite length. Depending on a degree of agreement or a deviation of the comparison, a result can be output as to whether the work progress to be recognized, in particular the ideal stroke without further turning the hit element, is present. If the measured signal of the operating variable agrees at least 40% with the model signal form, the work progress to be recognized, in particular the ideal field, can be performed without Continue turning the struck element.
  • the comparative method can output a degree of comparison with one another as the result of the comparison by comparing the measured signal of the operating variable with the model signal shape.
  • the comparison of at least 60% to one another can be a criterion for the existence of the work progress to be recognized, in particular the ideal stroke without further turning of the hit element. It can be assumed that the lower limit for agreement is 40% and the upper limit for agreement is 90%. Accordingly, the upper limit for the deviation is 60% and the lower limit for the deviation is 10%.
  • a comparison between the previously established model signal shape and the signal of the operating variable can be made.
  • estimated parameters of the model signal shape can be identified in order to match the model signal shape to the measured signal of the operating variables.
  • a result can be determined on the existence of the work progress to be recognized, in particular the ideal stroke without further turning the hit element.
  • a further evaluation of the result of the comparison can then follow whether the predefined threshold value has been reached. This evaluation can either be a determination of the quality of the estimated parameters or the correspondence between the defined model signal shape and the recorded signal of the operating variable.
  • method step S3 contains a step S3a of a quality determination of the identification of the model signal shape in the signal of the operating variable, whereby in method step S4 the decision as to whether the work progress to be recognized is present is made at least in part on the basis of the quality determination.
  • a goodness of fit of the estimated parameters can be determined as a measure of the quality determination.
  • method step S4 by means of the quality determination, in particular the measure of the quality, the decision can be made as to whether the work progress to be recognized was identified in the signal of the operating variable.
  • method step S3a can include a determination of agreement between the identification of the model signal shape and the signal of the operating variable.
  • the correspondence of the estimated parameters of the model signal shape with the measured signal of the operating variable can be, for example, 70%, in particular 60%, in particular 50%.
  • the decision is made as to whether the work progress to be recognized is present, at least in part based on the Compliance determination.
  • the decision as to whether the work progress is to be recognized can be made at the predetermined threshold value of at least 40% agreement between the measured signal of the operating variable and the model signal shape.
  • a comparison can be made between the previously established model signal shape and the measured signal of the operating variable.
  • the previously defined model signal shape can be correlated with the measured signal of the operating variable.
  • a degree of correspondence between the two signals can be determined. The degree of agreement can be, for example, 40%, in particular 50%, very particularly 60%.
  • the decision as to whether the work progress to be recognized is present can be made at least partially on the basis of the cross-correlation of the model signal shape with the measured signal of the operating variable.
  • the decision can be made at least partially on the basis of the predetermined threshold value of at least 40% correspondence between the measured signal of the operating variable and the model signal shape.
  • the work progress to be recognized is based on less than ten blows of an impact mechanism of the hand tool machine, in particular less than ten impact oscillation periods of the electric motor, preferably less than six impacts of an impact mechanism of the hand tool machine, in particular less than six impact oscillation periods of the electric motor preferably fewer than four strokes of a striking mechanism, especially special less than four shock oscillation periods of the electric motor, identified.
  • an impact of the impact mechanism is to be understood as an axial, radial, tangentia ler and / or circumferential impact of an impact mechanism hammer, in particular a hammer, on a striking mechanism body, in particular an anvil.
  • the impact oscillation period of the electric motor is correlated with the operating size of the electric motor.
  • An impact oscillation period of the electric motor can be determined on the basis of operating variable fluctuations in the signal of the operating variable.
  • the progress of work can be identified, for example, by the fact that a further angle of rotation of the tool holder is reduced when the hammer mechanism hits.
  • the further angle of rotation can be that angle of rotation of the tool recording that is rotated per impact of the hammer mechanism.
  • the further angle of rotation can thus decrease as the work progresses, which can additionally be reflected by a decreasing period duration.
  • a handheld power tool comprising an electric motor, a measured value pick-up for an operating variable of the electric motor, and a control unit, wherein the handheld power tool is advantageously an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the work progress to be recognized is an impact without further turning a tool holder of the handheld power tool is. Since the electric motor sets an input spindle in rotation, an output spindle from being connected to the tool holder.
  • An anvil is non-rotatably connected to the output spindle and a hammer is connected to the input spindle in such a way that it executes an intermittent movement in the axial direction of the input spindle as well as an intermittent rotational movement around the input spindle as a result of the rotational movement of the input spindle, the hammer in this way strikes the anvil intermittently and thus emits an impact and a rotary impulse to the anvil and thus to the output spindle.
  • a first sensor transmits a first signal to the control unit, for example to determine an engine rotation angle.
  • a second sensor can transmit a second signal to the control unit to determine an engine speed.
  • the control unit is partly designed to perform a method described above.
  • the handheld power tool advantageously has a memory unit in which various values can be stored.
  • the handheld power tool is a battery-powered handheld power tool, in particular a battery-powered rotary impact wrench. In this way, flexible and network-independent use of the handheld power tool is guaranteed.
  • the handheld power tool is advantageously an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the work progress to be recognized is an impact of the rotary hammer mechanism without further turning the hammered element or the tool holder.
  • the identification of the impacts of the impact mechanism of the handheld power tool, in particular the impact oscillation periods of the electric motor, can be achieved, for example, by using a fast-fitting algorithm, by means of which an evaluation of the impact detection within less than 100ms, in particular less than 60ms , in particular less than 40ms, can be made possible.
  • the inventive method mentioned enables the progress of work to be recognized essentially for all of the above-mentioned applications and a screw connection for loose and fixed fastening elements in the fastening carrier.
  • the present invention largely eliminates the need for complex methods of signal processing such as filters, signal loopbacks, system models (static and adaptive) and signal tracking.
  • these methods allow an even faster identification of the impact operation or the work progress, which can cause an even faster reaction of the tool. This applies in particular to the number of past blows from the onset of the hammer mechanism to identification and also in special operating situations such as the start-up phase of the Drive motor. No restrictions on the functionality of the tool, such as a reduction in the maximum drive speed, have to be made. Furthermore, the functioning of the algorithm is also independent of other influencing variables such as target speed and battery charge status.
  • the handheld power tool is a cordless screwdriver, a drill, a percussion drill or a hammer drill, it being possible to use a drill, a drill bit or various bit attachments as the tool.
  • the hand power tool according to the invention is designed in particular as an impact wrench tool, with a higher peak torque for a screwing in or unscrewing a screw or a screw nut being generated by the pulsed release of the engine energy.
  • the transfer of electrical energy is to be understood in particular as meaning that the handheld power tool transfers energy to the body via a battery and / or via a power cable connection.
  • the screwing tool can be designed to be flexible in the direction of rotation. In this way, the proposed method can be used both for screwing in and for unscrewing a screw or a screw nut.
  • “determine” should in particular include measuring or recording, with “recording” being understood in the sense of measuring and storing, and “determining” should also include possible signal processing of a measured signal.
  • “decide” should also be understood as recognizing or detecting, with an unambiguous assignment being achieved.
  • “Identify” is to be understood as recognizing a partial match with a pattern, which can be made possible, for example, by fitting a signal to the pattern, a Fourier analysis or the like. The “partial agreement” should be understood to mean that the fitting has an error that is less than a predefined threshold, in particular less than 30%, in particular less than 20%.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electrical craft
  • FIG. 2 (b) shows a correspondence of the signal shown in FIG. 2 (a)
  • Farm size with a model signal is a schematic representation of two different recordings of the signal of the operating variable
  • FIG. 5 shows a joint illustration of a signal of an operating quantity and an output signal of a bandpass filtering based on a model signal
  • FIG. 6 shows a joint illustration of a signal of an operating variable and an output of a frequency analysis based on a model signal
  • FIG. 8 shows a joint illustration of a signal of an operating variable and a model signal for the cross-correlation
  • Fig. 9 (a) shows a signal of an operational quantity
  • Fig. 9 (b) shows an amplitude function of a first frequency contained in the signal of Fig. 9 (a).
  • FIG. 9 (c) shows an amplitude function of a second, in the signal of FIG.
  • FIG. 1 shows a handheld power tool 100 according to the invention, which has a housing 105 with a handle 115.
  • the handheld power tool 100 can be mechanically and electrically connected to a battery pack 190 for mains-independent power supply.
  • the hand power tool 100 is exemplified as a cordless rotary impact screwdriver. It should be noted, however, that the present invention is not limited to cordless impact wrenches, but in principle for handheld power tools 100 in which the detection of a work progress Step is necessary, such as impact drills, can be used.
  • An electric motor 180 which is supplied with power by the battery pack 190, and a transmission 170 are arranged in the housing 105.
  • the electric motor 180 is connected to an input spindle via the transmission 170.
  • a control unit 370 is arranged within the housing 105 in the area of the battery pack 190, which is used to control and / or regulate the electric motor 180 and the transmission 170, for example by means of a set motor speed n, a selected angular momentum, a desired gear x or the like acts on this.
  • the electric motor 180 can be operated, for example, via a manual switch 195, i. H. can be switched on and off and can be any type of motor, for example an electronically commutated motor or a direct current motor.
  • the electric motor 180 can be electronically controlled or regulated in such a way that both a reversing operation and specifications with regard to the desired motor speed n and the desired angular momentum can be implemented.
  • the mode of operation and the structure of a suitable electric motor are sufficiently known from the prior art, so that a detailed description is dispensed with here for the sake of brevity.
  • a tool holder 140 is rotatably mounted in the housing 105 via an input spindle and an output spindle.
  • the tool holder 140 serves to hold a tool and can be molded directly onto the output spindle or connected to it in the form of an attachment.
  • the control unit 370 is connected to a power source and is designed in such a way that it can electronically control or regulate the electric motor 180 by means of various power signals.
  • the various current signals ensure different rotational impulses of the electric motor 180, the current signals being passed to the electric motor 180 via a control line.
  • the power source can be designed as a battery or, as in the illustrated embodiment, as a battery pack 190 or as a mains connection.
  • operating elements not shown in detail can be provided in order to set different operating modes and / or the direction of rotation of the electric motor 180.
  • a method is provided by means of which work progress, for example of the handheld power tool 100 shown in FIG. 1, can be determined during an application, for example a screwing in or unscrewing process.
  • the method is essentially based on an examination of signal shapes and a determination of a degree of correspondence between these signal shapes, which can correspond, for example, to an evaluation of further turning of an element driven by the handheld power tool 100, such as a screw.
  • FIG. 2 shows an exemplary signal of an operating variable 200 of an electric motor 180 of a rotary impact wrench, as it occurs in this way or in a similar form when a rotary impact wrench is used as intended. While the following explanations relate to a rotary impact wrench, they also apply accordingly within the scope of the invention to other handheld power tools 100 such as, for example, impact drills.
  • the time is plotted as a reference variable on the abscissa x.
  • a time-correlated variable is plotted as a reference variable, such as the angle of rotation of the tool holder 140, the angle of rotation of the electric motor 180, an acceleration, a jolt, in particular a higher order, a power, or an energy.
  • the engine speed n present at any point in time is plotted on the ordinate f (x) in the figure.
  • f (x) represents a signal of the motor current, for example.
  • Motor speed and motor current are operating variables that are usually used in hand tool machines 100 by a control unit without additional effort 370 can be recorded.
  • the determination of the signal of an operating variable 200 of the electric motor 180 is identified in FIG. 4, which shows a schematic flow diagram of a method according to the invention, as method step S2.
  • a user of the hand machine tool 100 can select based on which operating variable the inventive method is to be carried out.
  • a loose fastening element for example a screw 900
  • a fastening support 902 for example a wooden board
  • the signal includes a first range 310, which is characterized by a monotonous increase in the engine speed ge, as well as a range of comparatively constant engine speed, which can also be referred to as a plateau.
  • the intersection between abscissa x and ordinate f (x) in Figure 2 (a) corresponds to the start of the impact wrench during the screwing process.
  • the screw 900 encounters a relatively low resistance in the mounting bracket 902, and the torque required for screwing in is below the disengagement torque of the rotary hammer mechanism.
  • the course of the engine speed in the first range 310 thus corresponds to the operating state of screwing without impact.
  • the head of the screw 900 in the area 322 does not rest on the fastening support 902, which means that the screw 900 driven by the impact wrench is rotated further with each impact.
  • This additional angle of rotation can become smaller as the work progresses, which is reflected in the figure by a decreasing period duration.
  • a further screwing in is also indicated by a mean speed decrease.
  • the rotary percussion operation carried out in the second 322 and third area 324 is characterized by an oscillating profile of the signal of the operating variable 200, wherein the form of the oscillation can be, for example, trigonometric or oscillating in some other way.
  • the oscillation has a course that can be described as a modified trigonometric function.
  • This characteristic form of the signal of company size 200 in impact wrench operation is created by the pulling up and free running of the impact mechanism hammer and the system chain, including the gearbox 170, located between the impact mechanism and the electric motor 180.
  • the qualitative signal form of the impact operation is known in principle due to the inherent properties of the impact wrench.
  • at least one state-typical model signal shape 240 is provided in a step S1, the state-typical model signal shape 240 being assigned to a work progress, for example when the head of the screw 900 rests on the fastening support 902 .
  • the model signal shape 240 typical for the state contains features typical for the work progress, such as the presence of an oscillation curve, oscillation frequencies or amplitudes, or individual signal sequences in continuous, quasi-continuous or discrete form.
  • the work progress to be detected can be characterized by signal forms other than oscillations, for example by discontinuities or growth rates in the function f (x).
  • the state-typical model signal form is characterized by these parameters instead of vibrations.
  • the state-typical model signal shape 240 can be determined by a user in method step S1.
  • the state-typical model signal form 240 can also be stored or stored inside the device.
  • the state-typical model signal form can alternatively and / or can also be provided to handheld power tool 100, for example from an external data device.
  • the signal of the operating variable 200 of the electric motor 180 is compared with the state-typical model signal form 240.
  • the “compare” feature is to be interpreted broadly and in the sense of a signal analysis, so that a result of the comparison can in particular also be a partial or gradual correspondence of the signal of the operating variable 200 of the electric motor 180 with the state-typical model signal form 240 , the degree of correspondence between the two signals can be determined using various mathematical methods that will be mentioned later.
  • step S3 a correspondence evaluation of the signal of the operating variable 200 of the electric motor 180 with the state-typical model signal shape 240 is determined from the comparison and a statement is thus made about the agreement of the two signals.
  • the implementation and sensitivity of the conformity assessment are parameters that can be set in the factory or by the user for recognizing the progress of work.
  • FIG. 2 (b) shows a curve of a function q (x) of a correspondence evaluation 201 corresponding to the signal of the company variable 200 of FIG. 2 (a), which at every point on the abscissa x shows a value of the agreement between the signal of the company variable 200 of the electric motor 180 and the model signal shape 240 typical for the state.
  • this evaluation is used to determine the amount of further rotation in the event of a blow.
  • the state-typical model signal form 240 predetermined in step S1 corresponds in the example to an ideal impact without further turning, i.e. the state in which the head of the screw 900 rests on the surface of the mounting bracket 902, as shown in area 324 of FIG. 2 (a). Accordingly, there is a high degree of correspondence between the two signals in area 324, which is indicated by a consistently high value of the function q (x) of the over- sentiment rating 201 is reflected. In contrast, in the area 310, in which the impact is always associated with high angles of rotation of the screw 900, only small correspondence values are achieved.
  • a method step S4 of the method according to the invention the progress of the work is now at least partially recognized on the basis of the conformity assessment 201 determined in method step S3.
  • the correspondence evaluation 201 of the signals for striking the distinction is well suited for this because of its more or less erratic form, this erratic change being caused by the likewise more or less erratic change in the further rotation angle of the screw 900 when the exemplary work process.
  • the progress of work can be recognized, for example, at least partially on the basis of a comparison of the conformity assessment 201 with a threshold value, which is identified in FIG. 2 (b) by a dashed line 202.
  • the intersection point SP of the function q (x) of the conformity assessment 201 with the line 202 is assigned to the progress of the work of resting the head of the screw 900 on the surface of the mounting bracket 902.
  • the criterion derived from this on the basis of which the work progress is determined, can be set in order to make the function usable for a wide variety of applications. It should be noted that the function is not limited to screwing-in cases, but also includes use in unscrewing applications.
  • an evaluation of the further rotation of an element driven by an impact wrench to determine the work progress of an application can be made. men will be.
  • an application-related, suitable reaction or routine of the tool is carried out at least partially on the basis of the work progress, for example switching off the machine, changing the speed of the electric motor 180, and / or an optical, acoustic, and / or haptic feedback to the user of handheld power tool 100.
  • the method steps S2 and S3 are carried out repeatedly during the operation of a handheld power tool 100 in order to monitor the work progress of the application carried out.
  • the determined signal of the operating variable 200 can be segmented in method step S2, so that method steps S2 and S3 are carried out on signal segments, preferably always of the same, fixed length.
  • the signal of the operating variable 200 can be stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring memory.
  • the handheld power tool 100 includes the memory, preferably the ring memory.
  • the signal of the operating variable 200 is determined as the time curve of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor 180 that correlates with the time curve the measured values can be discrete, quasi-continuous or continuous.
  • the signal of the farm variable 200 is recorded in method step S2 as a time curve of measured values of the farm variable and in a method step S2a following method step S2 a transformation of the time curve of the measured values of the farm variable into a curve of the measured values of the farm variable takes place as a variable of the electric motor 180 that correlates with the course of time, such as the angle of rotation of the tool holder 140, the angle of rotation of the motor, an acceleration, a jolt, in particular a higher order, a power, or an energy.
  • FIG. 3a shows signals f (x) of an operating variable 200 over an abscissa x, in this case over time t.
  • the operating variable can be an engine speed or a parameter that correlates with the engine speed.
  • the figure contains two signal curves of the operating variable 200, which can each be assigned to a work progress, in the case of an impact screwdriver, for example, the impact screwdriving mode.
  • the signal comprises a wavelength of an idealized sinusoidal waveform, the signal with a shorter wavelength, T1 with a higher beat frequency, and the signal with a longer wavelength, T2, with a profile with a lower beat frequency.
  • Both signals can be generated with the same handheld power tool 100 at different engine speeds and are, among other things, dependent on the rotational speed the user requests from the handheld power tool 100 via the operating switch.
  • the parameter “wavelength” is to be used to define the typical state model signal shape 240
  • at least two different wavelengths T1 and T2 would have to be stored as possible parts of the typical state model signal shape so that the comparison of the signal of the operating variable 200 with the state-typical model signal form 240 leads to the result “agreement” in both cases. Since the motor speed can change over time in general and to a large extent, this means that the searched wavelength also varies and the methods for recognizing this beat frequency would have to be adjusted accordingly.
  • the time values on the abscissa are therefore transformed into values that correlate with the time values, such as acceleration values, higher-order jerk values, power values, energy values, frequency values, angle of rotation values of the tool holder 140 or angle of rotation values of the electric motor 180.
  • This is possible because through the rigid transmission ratio of the electric motor 180 to the hammer mechanism and to the tool recording 140 results in a direct, known dependence of the motor speed on the impact frequency.
  • the state-specific model signal form 240 valid for all speeds by a single parameter of the wavelength via the time-correlating variable, such as the angle of rotation of the tool holder 140, the engine angle of rotation, an acceleration, an Jerk, especially a higher order, a power, or an energy.
  • the time-correlating variable such as the angle of rotation of the tool holder 140, the engine angle of rotation, an acceleration, an Jerk, especially a higher order, a power, or an energy.
  • the comparison of the signal of the operating variable 200 takes place in method step S3 using a comparison method, the comparison method comprising at least one frequency-based comparison method and / or a comparative comparison method.
  • the comparison method compares the signal of the operating variable 200 with the state-typical model signal form 240, as to whether at least a predetermined threshold value is met.
  • the comparison method compares the measured signal of the operating variable 200 with at least one predetermined threshold value.
  • the frequency-based comparison method comprises at least the bandpass filtering and / or the frequency analysis.
  • the comparative comparison method comprises at least the parameter estimation and / or the cross-correlation. The frequency-based and the comparative comparison method are described in more detail below.
  • the input signal transformed to a variable that correlates with time Signal filtered through one or more bandpass filters whose passbands match one or more state-typical model signal shapes.
  • the pass band results from the state-typical model signal form 240. It is also conceivable that the pass band corresponds to a frequency established in connection with the state-typical model signal form 240. In the event that amplitudes of this frequency exceed a previously defined limit value, as is the case when the work progress to be recognized is reached, the comparison in method step S3 then leads to the result that the signal of the operating variable 200 is the same as the state-typical model signal shape 240, and that the work progress that can be recognized has been achieved.
  • the definition of an amplitude limit value can be interpreted as determining the correspondence evaluation of the typical model signal shape 240 with the signal of the operating variable 200, on the basis of which it is decided in method step S4 whether the work progress to be recognized is present or not.
  • the embodiment is to be explained with reference to FIG. 9, in which frequency analysis is used as a frequency-based comparison method.
  • the signal of the operational variable 200 which is shown in Figure 9 (a) and, for example, corresponds to the course of the speed of the electric motor 180 over time, is based on the frequency analysis, for example the fast Fourier transformation (Fast Fourier Transformation, FFT), transformed from a time domain into the frequency domain with appropriate weighting of the frequencies.
  • FFT Fast Fourier transformation
  • time range is to be understood according to the above statements both as “course of the company size over time” and as “course of the company size as a variable that correlates with time”.
  • Frequency analysis in this form is well known as a mathematical tool for signal analysis from many areas of technology and is used, among other things, to approximate measured signals as series developments of weighted periodic harmonic functions of different wavelengths.
  • weighting factors KI (X) and K 2 (x) indicate, as function curves 203 and 204 over time, whether and how strong the corresponding frequencies or frequency bands are are not specified at this point for the sake of clarity, in the signal under investigation, that is, the course of the operating variable 200, are present.
  • the frequency analysis can therefore be used to determine whether and with what amplitude the frequency assigned to the state-typical model signal shape 240 is present in the signal of the operating variable 200.
  • frequencies can also be defined, the non-existence of which is a measure of the existence of the recognizable work progress.
  • a limit value of the amplitude can be established, which is a measure of the degree of correspondence between the signal of the operating variable 200 and the model signal shape 240 typical for the state.
  • the amplitude KI (X) of a first frequency, which is typically not found in the state-typical model signal form 240, in the signal of the operating variable 200 falls below an associated limit value 203 (a), which in the example is a necessary but not sufficient criterion for the existence of the work progress to be recognized.
  • the amplitude K2 (x) of a second frequency typically found in the state-typical model signal form 240 in the signal of the operating variable 200 exceeds an associated limit value 204 (a).
  • Amplitude functions KI (X) or K 2 (x) the decisive criterion for the correspondence evaluation of the signal of the farm size 200 with the state-specific model signal form 240.
  • method step S4 it is determined that the work progress to be recognized has been achieved.
  • the signal of the operating variable 200 with the state-typical mo- dellsignalform 240 compared to find out whether the measured signal of the operational variable 200 has at least a 50% agreement with the state-typical model signal shape 240 and thus the predetermined threshold is reached. It is also conceivable that the signal of the operating variable 200 is compared with the state-typical model signal form 240 in order to determine whether the two signals match one another.
  • the measured signal of the operating variables 200 is compared with the state-typical model signal shape 240, estimated parameters being identified for the state-typical model signal shape 240.
  • estimated parameters it is possible to determine a degree of correspondence between the measured signal of the operating variables 200 and the state-typical model signal form 240, as to whether the work progress to be recognized has been achieved.
  • the parameter estimation is based on the compensation calculation, which is a mathematical optimization method known to those skilled in the art.
  • the mathematical optimization method enables the model signal form 240, which is typical for the state, to be matched to a series of measurement data of the signal of the operational variable 200.
  • the decision as to whether the work progress to be recognized has been achieved can be made as a function of a degree of correspondence between the state-typical model signal shape 240 parameterized by means of the estimated parameters and a limit value.
  • a degree of agreement between the estimated parameters of the state-typical model signal shape 240 and the measured signal of the operating variable 200 can be determined.
  • a method step S3a following method step S3a is carried out in method step S3a. If the correspondence between the state-typical model signal form 240 and the measured signal of the operating variable of 70% is telt, the decision can be made as to whether the work progress to be recognized has been identified using the signal of the company size and whether the work progress to be recognized has been achieved.
  • a quality determination for the estimated parameters is carried out in a further embodiment in a method step S3b following method step S3.
  • values for a quality between 0 and 1 are determined, whereby the following applies that a lower value means a higher confidence in the value of the identified parameter and thus represents a higher correspondence between the state-typical model signal form 240 with the signal of the operational variable 200 .
  • the decision as to whether the work progress to be recognized is present is made in the preferred embodiment in method step S4 at least partially on the basis of the condition that the value of the quality is in a range of 50%.
  • the method of cross-correlation is used as the comparative comparison method in method step S3.
  • the method of cross-correlation is known per se to the person skilled in the art.
  • the state-typical model signal form 240 is correlated with the measured signal of the operating variable 200.
  • the result of the cross-correlation is again a signal sequence with an added signal length from a length of the signal of the operating variable 200 and the model signal shape 240 typical for the state, which represents the similarity of the time-shifted input signals.
  • the maximum of this output sequence represents the point in time at which the two signals, i.e. the signal of the operating variable 200 and the state-typical model signal form 240, are the most closely matched, and is therefore also a measure of the correlation itself, which in this embodiment is used as a decision criterion in method step S4 is used to achieve the work progress to be recognized.
  • any state-typical model signal shapes can be used for the cross-correlation, while in the parameter estimation the state-typical model signal shape 240 must be able to be represented by parametrizable mathematical functions.
  • FIG. 5 shows the measured signal of the operating variable 200 for the case that bandpass filtering is used as the frequency-based comparison method.
  • the time or a variable correlating with time is plotted as the abscissa x.
  • FIG. 5a shows the measured signal of the operating variable, an input signal of the bandpass filtering, the hand-held power tool 100 being operated in screwdriving mode in the first area 310. In the second area 320, the handheld power tool 100 is operated in rotary impact mode.
  • FIG. 5b shows the output signal after the bandpass filter has filtered the input signal.
  • FIG. 6 shows the measured signal of the operating variable 200 for the case that the frequency analysis is used as the frequency-based comparison method.
  • the first area 310 is shown in which the hand-held power tool 100 is in the screwing mode.
  • Time t or a quantity correlated with time is plotted on the abscissa x in FIG. 6a.
  • the signal of the operating variable 200 is shown transformed, it being possible, for example, to transform time into a frequency by means of a Fast Fourier Transformation.
  • the frequency f is plotted on the abscissa x ‘in FIG. 6b, so that the amplitudes of the signal of the operating variable 200 are shown.
  • FIG. 6c shows the measured signal of operational variable 200 plotted over time in rotary impact operation.
  • FIG. 6d shows the transformed signal of operational variable 200, the signal of operational variable 200 being plotted against frequency f as abscissa x ‘.
  • Figure 6d shows characteristic amplitudes for the rotary impact operation.
  • FIG. 7a shows a typical case of a comparison using the comparative comparison method of parameter estimation between the signal of an operating variable 200 and a state-typical model signal form 240 in the First area 310 described in FIG. 2. While the state-typical model signal shape 240 has an essentially trigonometric profile, the signal of the operating variable 200 has a profile that deviates greatly therefrom. Regardless of the selection of one of the comparison methods described above, in this case the comparison carried out in method step S3 between the state-typical model signal shape 240 and the signal of the operating variable 200 has the result that the degree of correspondence between the two signals is so low that in method step S4 the work progress to be recognized is not determined.
  • FIG. 8 shows the comparison of the state-typical model signal shape 240, see FIGS. 8b and e, with the measured signal of the operating variable 200, see FIGS. 8a and 8d, for the case that the cross-correlation is used as the comparative comparison method.
  • FIGS. 8a-f the time or a quantity correlating with time is plotted on the abscissa x.
  • FIGS. 8 a - c the first area 310, corresponding to the screwdriving operation, is shown.
  • the third area 324 corresponding to the work progress to be recognized, is shown in FIGS. 8d-f.
  • the measured signal of the operating variable FIGS.
  • FIGS. 8a and 8d is correlated with the state-typical model signal form, FIGS. 8b and 8e. Respective results of the correlations are shown in FIGS. 8c and 8f.
  • the result of the correlation during the first area 310 is shown in FIG. 8c, whereby it can be seen that there is little agreement between the two signals. In the example in FIG. 8c, it is therefore decided in method step S4 that the work progress to be recognized has not been achieved.
  • the result of the correlation during the third area 324 is shown in FIG. 8f. It can be seen in Figure 8f that a high There is agreement so that it is decided in method step S4 that the work progress to be recognized has been achieved.

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Abstract

Verfahren zur Erkennung eines Arbeitsfortschritts einer Handwerkzeugmaschine offenbart, wobei die Handwerkzeugmaschine einen Elektromotor aufweist. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte: S1 Bereitstellen zumindest einer Modellsignalform, wobei die Modellsignal-form dem Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine zuordenbar ist; S2 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors; S3 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform und Ermitteln einer Übereinstimmungsbewertung aus dem Vergleich; S4 Erkennen des Arbeitsfortschrittes zumindest teilweise anhand der in Verfahrensschritt S3 ermittelten Übereinstimmungsbewertung. Ferner wird eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere eine Schlagschraubmaschine, mit einem Elektromotor und einer Steuerungseinheit offenbart, wobei die Steuerungseinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Erkennung eines Arbeitsfortschrittes einer Handwerkzeugmaschi ne
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Arbeitsfortschrittes einer Handwerkzeugmaschine, und eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichte te Handwerkzeugmaschine.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, siehe beispielsweise EP 3 381 615 A1 , sind Dreh schlagschrauber zum Anziehen von Schraubenelementen, wie beispielsweise Gewindemuttern und Schrauben bekannt. Ein Drehschlagschrauber von diesem Typ umfasst beispielsweise einen Aufbau, bei welchem eine Schlagkraft in einer Drehrichtung durch eine Drehschlagkraft eines Hammers an ein Schraubenele ment übertragen wird. Der Drehschlagschrauber, welcher diesen Aufbau hat, um fasst einen Motor, einen durch den Motor anzutreibenden Hammer, einen Am boss, welcher durch den Hammer geschlagen wird, und ein Werkzeug. Bei dem Drehschlagschrauber wird der in einem Gehäuse eingebaute Motor angetrieben, wobei der Hammer durch den Motor angetrieben, der Amboss wiederum durch den sich drehenden Hammer geschlagen und eine Schlagkraft an das Werkzeug abgegeben wird, wobei zwei unterschiedliche Betriebszustände, nämlich„kein Schlagbetrieb“ und„Schlagbetrieb“ unterschieden werden können. Aus der EP 2 599 589 B1 ist auch ein Drehschlagschrauber mit einem Motor, mit einem Hammer und einer Drehgeschwindigkeitserfassungseinheit bekannt, wo bei der Hammer durch den Motor angetrieben wird.
Bei der Verwendung von Drehschlagschraubern ist es wünschenswert, maschi nenintern Aussagen über den Arbeitsfortschritt treffen zu können, um damit be stimmte gewünschte Reaktionen oder Routinen des Gerätes auszulösen, bei spielsweise ein Abschalten des Motors, eine Änderung der Motordrehzahl, oder das Auslösen einer Meldung an den Benutzer.
Für die Bereitstellung von solchen intelligenten Werkzeugfunktionen ist unter an derem eine Kenntnis über den gerade anliegenden Betriebszustand erforderlich. Eine Identifizierung desselben wird im Stand der Technik beispielsweise durch die Überwachung der Betriebsgrößen des Elektromotors, wie etwa Drehzahl und elektrischer Motorstrom, durchgeführt. Hierbei werden die Betriebsgrößen dahin gehend untersucht, ob bestimmte Grenzwerte und/oder Schwellwerte erreicht werden. Entsprechende Auswertemethoden arbeiten mit absoluten Schwellwer ten und/oder Signalgradienten.
Nachtteilig ist hierbei, dass ein fester Grenzwert und/oder Schwellwert praktisch nur für einen Anwendungsfall perfekt eingestellt sein kann. Sobald sich der An wendungsfall verändert, verändern sich auch die dazugehörigen Strom- bzw. Drehzahlwerte bzw. deren zeitlichen Verläufe und eine Schlagerkennung anhand des eingestellten Grenzwertes und/oder Schwellwertes bzw. deren zeitliche Ver läufe funktioniert nicht mehr.
So kann es Vorkommen, dass beispielsweise ein auf der Erkennung des Schlag betriebs basierende automatische Abschaltung bei einzelnen Anwendungsfällen bei einer Verwendung von selbstschneidenden Schrauben zuverlässig in ver schiedenen Drehzahlbereichen abschaltet, allerdings in anderen Anwendungsfäl len bei der Verwendung von selbstschneidenden Schrauben keine Abschaltung erfolgt.
Bei anderen Verfahren zur Bestimmung von Betriebsmodi bei Drehschlag schraubern werden zusätzliche Sensoren, etwa Beschleunigungssensoren, ein- gesetzt, um von Schwingungszuständen des Werkzeugs auf den gerade anlie genden Betriebsmodus zu schließen.
Nachteile dieser Verfahren sind zusätzlicher Kostenaufwand für die Sensoren sowie Einbußen in der Robustheit der Handwerkzeugmaschine, da die Anzahl der eingebauten Bauteile und elektrischen Verbindungen im Vergleich zu Hand werkzeugmaschinen ohne diese Sensorik steigt.
Ferner ist oft eine simple Information, ob das Schlagwerk arbeitet oder nicht, nicht ausreichend, um zutreffende Aussagen über den Arbeitsfortschritt treffen zu können. So setzt zum Beispiel beim Einschrauben bestimmter Holzschrauben das Drehschlagwerk schon sehr früh ein, während die Schraube noch nicht voll ständig in das Material eingeschraubt ist, aber das geforderte Moment das soge nannte Ausrückmoment des Drehschlagwerks schon überschreitet. Eine Reakti on rein aufgrund des Betriebszustands (Schlagbetrieb und kein Schlagbetrieb) des Drehschlagwerks ist also für eine korrekte automatische Systemfunktion des Werkzeugs, wie beispielsweise ein Abschalten, nicht ausreichend.
Prinzipiell existiert die Problematik, Aussagen über den Arbeitsfortschritt treffen zu müssen, auch bei anderen Handwerkzeugmaschinen wie etwa Schlagbohr maschinen, sodass die Erfindung nicht auf Drehschlagschrauber begrenzt ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Erkennung des Arbeitsfortschrittes oder den Status einer Anwendung anzugeben, welches die oben genannten Nachteile zumindest teilweise behebt, oder zumindest eine Alternative zum Stand der Technik anzu geben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Handwerkzeug maschine anzugeben.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erkennung eines Arbeitsfortschrittes einer Handwerkzeugmaschine offenbart, wobei die Handwerkzeugmaschine einen Elektromotor aufweist. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:
51 Bereitstellen zumindest einer Modellsignalform, wobei die Modellsignal form dem Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine zuordenbar ist;
52 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors;
53 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform und Ermitteln einer Übereinstimmungsbewertung aus dem Vergleich;
54 Erkennen des Arbeitsfortschrittes zumindest teilweise anhand der in Ver fahrensschritt S3 ermittelten Übereinstimmungsbewertung.
Auf diese Weise kann eine einfache und sichere Überwachung und Steuerung zur Erkennung des Arbeitsfortschrittes erfolgen, wobei grundsätzlich als Be triebsgrößen, welche über einen geeigneten Messwertgeber aufgenommen wer den, verschiedene Betriebsgrößen in Frage kommen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass diesbezüglich kein zusätzlicher Sensor notwendig ist, da diverse Sensoren, wie beispielsweise zur Drehzahlüberwachung, vorzugsweise
Hallsensoren, bereits in Elektromotoren eingebaut sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Modellsignalform um eine zustandstypische Modellsignalform, die zustandstypisch für einen be stimmten Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine ist, beispielsweise das Aufliegen eines Schraubenkopfes auf einer Befestigungsunterlage, oder das freie Drehen einer gelösten Schraube.
Der Ansatz zur Erkennung des Arbeitsfortschritts über Betriebsgrößen in den werkzeuginternen Messgrößen, wie beispielsweise die Drehzahl des Elektromo tors, erweist sich als besonders vorteilhaft, da mit dieser Methode den Arbeits- fortschritt besonders zuverlässig und weitgehend unabhängig vom allgemeinen Betriebszustand des Werkzeugs bzw. dessen Anwendungsfall erfolgt.
Dabei wird im Wesentlichen auf, insbesondere zusätzliche, Sensoreinheiten zur Erfassung der werkzeuginternen Messgrößen verzichtet, wie beispielsweise eine Beschleunigungssensoreinheit, sodass im Wesentlichen ausschließlich das er findungsgemäße Verfahren zur Erkennung des Arbeitsfortschritts dient.
Bevorzugterweise ist die Modellsignalform ein Schwingungsverlauf um einen Mit telwert, insbesondere ein im Wesentlichen trigonometrischer Schwingungsver lauf. Dabei stellt die Modellsignalform vorzugsweise einen idealen Schlagbetrieb des Hammers auf den Amboss des Drehschlagwerks dar, wobei der ideale Schlagbetrieb bevorzugterweise ein Schlag ohne Weiterdrehen der Werk zeugspindel der Handwerkzeugmaschine ist.
Vorteilhafterweise ist die Betriebsgröße eine Drehzahl des Elektromotors oder eine mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße. Durch das starre Überset zungsverhältnis von Elektromotor zum Schlagwerk ergibt sich beispielsweise ei ne direkte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlagfrequenz. Eine weitere denkbare mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße ist der Motorstrom. Als Betriebsgröße des Elektromotors sind auch eine Motorspannung, ein Hallsignal des Motors, ein Batteriestrom oder eine Batteriespannung denkbar, wobei als die Betriebsgröße auch eine Beschleunigung des Elektromotors, eine Beschleuni gung einer Werkzeugaufnahme oder ein Schallsignal eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine denkbar ist.
Bevorzugterweise umfasst das Ermitteln der Übereinstimmungsbewertung in Verfahrensschritt S3 einen Vergleich der Übereinstimmung zwischen dem Signal der Betriebsgröße und der Modellsignalform mit zumindest einem Schwellwert der Übereinstimmung.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst Schritt S3 das Ver gleichen des Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform und Ermitteln einer Abweichung aus dem Vergleich. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwellwert der Übereinstimmung durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine festlegbar, in weiteren Aus führungsformen ist der Schwellwert der Übereinstimmung werksseitig vordefi niert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Schwellwert der Über einstimmung auf Grundlage einer werksseitig vordefinierten Vorauswahl von An wendungsfällen der Handwerkzeugmaschine von einem Benutzer auswählbar. Dies kann beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle, etwa ein HMI (Human- Machine Interface), etwa ein Mobilgerät, insbesondere ein Smartphone und/oder ein Tablet geschehen.
Insbesondere kann in Verfahrensschritt S1 die Modellsignalform variabel, insbe sondere von einem Benutzer, festgelegt werden. Hierbei ist die Modellsignalform dem zu erkennenden Arbeitsfortschritt zugeordnet, sodass der Benutzer den zu erkennenden Arbeitsfortschritt vorgeben kann. In diesem Zusammenhang kann auch ein Grenz- und/oder Schwellwert für eine vorhandene Übereinstimmung beziehungsweise einen vorliegenden Fehler vom Signal der Betriebsgröße zur Modellsignalform eine einstellbare Größe für Anwendungsfälle für eine Erken nung des Arbeitsfortschritts darstellen.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ferner einen Verfahrensschritt S5 des Auslösens einer Routine der Handwerkzeugmaschine zumindest teilweise auf Basis des in Verfahrensschritt S4 erkannten Arbeitsfortschrittes. Grundsätzlich sei dabei angemerkt, dass der Verfahrensschritt S5 nach S4 erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt S5 zumindest ei ne oder mehrere der Reaktionen bzw. Routinen der Gruppe umfassend das Än dern einer Drehzahl des Elektromotors, die Umkehr einer Drehrichtung des Elekt romotors und/oder eine optische, akustische und haptische Rückmeldung an ei nen Benutzer durchgeführt.
Vorteilhafterweise wird die Modellsignalform in Verfahrensschritt S1 vordefiniert, insbesondere werksseitig festgelegt. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Modell signalform geräteintern hinterlegt oder gespeichert ist, alternativ und/oder zusätz- lieh der Handwerkzeugmaschine bereitgestellt wird, insbesondere von einem ex ternen Datengerät bereitgestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße in Verfah rensschritt S2 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, oder als Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors aufgenommen, beispielsweise eine Beschleunigung, einen Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, eine Energie, ein Drehwinkel des Elektromotors, ein Drehwinkel der Werkzeugaufnahme oder eine Frequenz.
In der letztgenannten Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass sich ei ne gleichbleibende Periodizität des zu untersuchenden Signals unabhängig von der Motordrehzahl ergibt.
Alternativ wird das Signal der Betriebsgröße in Verfahrensschritt S2 als Zeitver lauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, wobei in einem dem Ver fahrensschritt S2 folgenden Schritt S2a auf Basis eines starren Übersetzungs verhältnisses des Getriebes eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors erfolgt. Somit ergeben sich wiederum dieselben Vorteile wie bei der direkten Aufnahme des Signals der Betriebsgröße über die Zeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so die Erkennung des Arbeitsfort schritts unabhängig von zumindest einer Solldrehzahl des Elektromotors, zumin dest einer Anlaufcharakteristik des Elektromotors und/oder zumindest eines La dezustands einer Energieversorgung, insbesondere eines Akkus, der Handwerk zeugmaschine.
Das Signal der Betriebsgröße soll hier als eine zeitliche Abfolge von Messwerten aufgefasst werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Be triebsgröße auch ein Frequenzspektrum sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Betriebsgröße auch nachgearbeitet werden, wie beispielsweise geglättet, gefiltert, gefittet und dergleichen. In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, insbe sondere der Handwerkzeugmaschine, gespeichert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt S3 das Signal der Betriebsgröße mittels eines der Vergleichsverfahren umfassend zu mindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren verglichen, wobei das Vergleichsverfahren das Signal der Betriebsgröße mit der Modellsignalform vergleicht, ob zumindest ein vorgegebe ner Schwellwert erfüllt wird. Der vorgegebene Schwellwert kann dabei werkssei tig vorgegeben sein oder von einem Benutzer einstellbar sein.
Dabei kann zumindest teilweise mittels dem frequenzbasierten Vergleichsverfah ren, insbesondere einer Bandpassfilterung und/oder einer Frequenzanalyse, die Entscheidung getroffen werden, ob ein zu erkennender Arbeitsfortschritt im Sig nal der Betriebsgröße identifiziert wurde.
In einer Ausführungsform umfasst das frequenzbasierte Vergleichsverfahren zu mindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse, wobei der vorge gebene Schwellwert zumindest 90%, insbesondere 95%, ganz insbesondere 98%, eines vorgegebenen Grenzwerts beträgt.
In der Bandpassfilterung wird beispielsweise das aufgenommene Signal der Be triebsgröße über einen Bandpass, dessen Durchlassbereich mit der Modellsig nalform übereinstimmt, gefiltert. Eine entsprechende Amplitude im resultierenden Signal ist bei Vorliegen des maßgeblichen zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere im idealen Schlag ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elemen tes, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Bandpassfilterung kann da her zumindest 90%, insbesondere 95%, ganz insbesondere 98%, der entspre chenden Amplitude im zu erkennenden Arbeitsfortschritt, insbesondere dem idealen Schlag ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, sein. Der vor gegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude im resultieren den Signal eines idealen zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere eines idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, sein. Durch das bekannte frequenzbasierte Vergleichsverfahren der Frequenzanalyse kann die zuvor festgelegte Modellsignalform, beispielsweise ein Frequenzspekt rum des zu erkennenden Arbeitsfortschrittes, insbesondere eines idealen Schla ges ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, in den aufgenommenen Signalen der Betriebsgröße gesucht werden. In den aufgenommenen Signalen der Betriebsgröße ist eine entsprechende Amplitude des zu erkennenden Ar beitsfortschrittes, insbesondere des idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Fre quenzanalyse kann zumindest 90%, insbesondere 95%, ganz insbesondere 98%, der entsprechenden Amplitude im zu erkennenden Arbeitsfortschritt, insbe sondere dem idealen Schlag ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, sein. Der vorgegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude in den aufgenommenen Signalen eines idealen zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere des idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Ele mentes, sein. Dabei kann eine angemessene Segmentierung des aufgenomme nen Signals der Betriebsgröße notwendig sein.
In einer Ausführungsform umfasst das vergleichende Vergleichsverfahren zu mindest eine Parameterschätzung und/oder eine Kreuzkorrelation, wobei der vorgegebene Schwellwert zumindest 40% einer Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform beträgt.
Das gemessene Signal der Betriebsgröße kann mit der Modellsignalform mittels dem vergleichenden Vergleichsverfahren verglichen werden. Das gemessene Signal der Betriebsgröße wird derart ermittelt, dass es im Wesentlichen dieselbe endliche Signallänge wie jene der Modellsignalform aufweist. Der Vergleich der Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann dabei als ein, insbesondere diskretes oder kontinuierliches, Signal einer endlichen Länge ausgegeben werden. Abhängig eines Grads der Übereinstimmung oder einer Abweichung des Vergleichs, kann ein Ergebnis ausgegeben werden, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt, insbesondere der ideale Schlag ohne Weiterdre hen des geschlagenen Elementes, vorhanden ist. Wenn das gemessene Signal der Betriebsgröße zumindest zu 40% mit der Modellsignalform übereinstimmt, kann der zu erkennende Arbeitsfortschritt, insbesondere der ideale Schlag ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, vorliegen. Zudem ist denkbar, dass das vergleichende Verfahren mittels des Vergleichs des gemessenen Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform einen Grad eines Vergleichs zueinander als Ergebnis des Vergleichs ausgeben kann. Hierbei kann der Vergleich von zu mindest 60% zueinander als ein Kriterium für ein Vorliegen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere des idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, sein. Dabei ist davon auszugehen, dass die untere Grenze für die Übereinstimmung bei 40% und die obere Grenze für die Überein stimmung bei 90% liegt. Entsprechend liegt die obere Grenze für die Abweichung bei 60% und die untere Grenze für die Abweichung liegt bei 10%.
Bei der Parameterschätzung kann auf einfache Weise ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße erfol gen. Hierzu können geschätzte Parameter der Modellsignalform identifiziert wer den, um die Modellsignalform dem gemessenen Signal der Betriebsgrößen an zugleichen. Mittels eines Vergleichs zwischen den geschätzten Parametern der zuvor festgelegten Modellsignalform und einem Grenzwert, kann ein Ergebnis zum Vorliegen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere des idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, ermittelt werden. Anschließend kann eine weitere Bewertung des Ergebnisses des Vergleichs er folgen, ob der vorgegebene Schwellwert erreicht wurde. Diese Bewertung kann entweder eine Gütebestimmung der geschätzten Parameter oder die Überein stimmung zwischen der festgelegten Modellsignalform und dem erfassten Signal der Betriebsgröße sein.
In einer weiteren Ausführungsform enthält Verfahrensschritt S3 einen Schritt S3a einer Gütebestimmung der Identifizierung der Modellsignalform im Signal der Be triebsgröße, wobei in Verfahrensschritt S4 die Entscheidung, ob der zu erken nende Arbeitsfortschritt vorliegt, zumindest teilweise anhand der Gütebestim mung erfolgt. Als ein Maß der Gütebestimmung kann eine Anpassungsgüte der geschätzten Parameter ermittelt werden.
In Verfahrensschritt S4 kann zumindest teilweise mittels der Gütebestimmung, insbesondere des Maßes der Güte, die Entscheidung getroffen werden, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde. Zusätzlich oder alternativ zur Gütebestimmung kann Verfahrensschritt S3a eine Übereinstimmungsbestimmung der Identifizierung der Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße umfassen. Die Übereinstimmung der geschätzten Pa rameter der Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann beispielsweise 70%, insbesondere 60%, ganz insbesondere 50%, betra gen. In Verfahrensschritt S4 erfolgt die Entscheidung, ob der zu erkennende Ar beitsfortschritt vorliegt, zumindest teilweise anhand der Übereinstimmungsbe stimmung. Die Entscheidung zum Vorliegen des zu erkennenden Arbeitsfort schrittes kann bei dem vorgegebenen Schwellwert von zumindest 40% Überein stimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der Modellsignalform erfolgen.
Bei einer Kreuzkorrelation kann ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten Modellsignalform und dem gemessenen Signal der Betriebsgröße erfolgen. Bei der Kreuzkorrelation kann die zuvor festgelegte Modellsignalform mit dem ge messenen Signal der Betriebsgröße korreliert werden. Bei einer Korrelation der Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann ein Maß der Übereinstimmung der beiden Signale ermittelt werden. Das Maß der Über einstimmung kann beispielsweise 40%, insbesondere 50%, ganz insbesondere 60%, betragen.
In Verfahrensschritt S4 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Entschei dung, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt vorliegt, zumindest teilweise an hand der Kreuzkorrelation der Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße erfolgen. Die Entscheidung kann zumindest teilweise anhand des vorgegebenen Schwellwerts von zumindest 40% Übereinstimmung des gemes senen Signals der Betriebsgröße und der Modellsignalform getroffen werden.
In einem Verfahrensschritt wird der zu erkennende Arbeitsfortschritt anhand von weniger als zehn Schlägen eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, ins besondere weniger als zehn Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, be vorzugt weniger als sechs Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugma schine, insbesondere weniger als sechs Schlagschwingungsperioden des Elekt romotors, ganz bevorzugt weniger als vier Schlägen eines Schlagwerks, insbe- sondere weniger als vier Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, identi fiziert. Hierbei soll als ein Schlag des Schlagwerks ein axialer, radialer, tangentia ler und/oder in Umfangsrichtung gerichteter Schlag eines Schlagwerksschlägers, insbesondere eines Hammers, auf einen Schlagwerkskörper, insbesondere einen Amboss, verstanden werden. Die Schlagschwingungsperiode des Elektromotors ist mit der Betriebsgröße des Elektromotors korreliert. Eine Schlagschwingungs periode des Elektromotors kann anhand von Betriebsgrößenschwankungen im Signal der Betriebsgröße ermittelt werden.
Der Arbeitsfortschritt kann beispielsweise daran identifiziert werden, dass ein Weiterdrehwinkel der Werkzeugaufnahme bei Schlägen des Schlagwerks sich reduziert. Dabei kann der Weiterdrehwinkel jener Drehwinkel der Werkzeugauf nahme sein, der pro Schlag des Schlagwerks gedreht wird. So kann sich der Weiterdrehwinkel bei fortschreitendem Arbeitsfortschritt geringer werden, was zusätzlich durch eine kleiner werdende Periodendauer reflektiert werden kann.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Handwerkzeugmaschine, aufweisend einen Elektromotor, einen Messwertaufnehmer einer Betriebsgröße des Elektromotors, und eine Steuerungseinheit, wobei vorteilhafterweise die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Dreh schlagschraubmaschine, und der zu erkennende Arbeitsfortschritt ein Schlag oh ne Weiterdrehen einer Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine ist. Da bei versetzt der Elektromotor eine Eingangsspindel in Rotation, wobei eine Aus gangsspindel mit der Werkzeugaufnahme verbunden ist. Ein Amboss ist drehfest mit der Ausgangsspindel verbunden und ein Hammer ist derart mit der Ein gangsspindel verbunden, dass er infolge der Drehbewegung der Eingangsspin del eine intermittierende Bewegung in axialer Richtung der Eingangsspindel so wie eine intermittierende rotatorische Bewegung um die Eingangsspindel aus führt, wobei der Hammer auf diese Weise intermittierend auf den Amboss auf schlägt und so einen Schlag- und einen Drehimpuls an den Amboss und somit an die Ausgangsspindel abgibt. Ein erster Sensor übermittelt ein erstes Signal beispielsweise zur Ermittlung eines Motordrehwinkels an die Steuerungseinheit. Ferner kann ein zweiter Sensor ein zweites Signal zur Ermittlung einer Motorge schwindigkeit an die Steuerungseinheit übermittelt. Die Steuerungseinheit ist vor- teilhafterweise dazu ausgelegt, ein vorstehend beschriebenes Verfahren durch zuführen.
Vorteilhafterweise weist die Handwerkzeugmaschine eine Speichereinheit auf, in der diverse Werte gespeichert werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine eine akkube triebene Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein akkubetriebener Dreh schlagschrauber. Auf diese Weise ist eine flexible und netzunabhängige Benut zung der Handwerkzeugmaschine gewährleistet.
Vorteilhafterweise ist die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und der zu erkennende Arbeits fortschritt ein Schlag des Drehschlagwerkes ohne Weiterdrehen des geschlage nen Elementes bzw. der Werkzeugaufnahme.
Die Identifizierung der Schläge des Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, kann bei spielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Fast-Fitting-Algorithmus verwen det wird, mittels dem eine Auswertung der Schlagerkennung innerhalb von weni ger als 100ms, insbesondere weniger als 60ms, ganz insbesondere weniger als 40ms, ermöglicht werden kann. Hierbei ermöglicht das genannte erfinderische Verfahren die Erkennung eines Arbeitsfortschrittes im Wesentlichen für sämtliche oben genannte Anwendungsfälle und einer Verschraubung für lose als auch fes te Befestigungselemente in den Befestigungsträger.
Durch die vorliegende Erfindung ist ein weitestgehender Verzicht auf aufwändi gere Methoden der Signalverarbeitung wie z.B. Filter, Signalrückschleifen, Sys temmodelle (statische sowie adaptive) und Signalnachführungen möglich.
Darüber hinaus erlauben diese Methoden eine noch schnellere Identifikation des Schlagbetriebs bzw. des Arbeitsfortschritts, womit eine noch schnellere Reaktion des Werkzeugs hervorgerufen werden kann. Dies gilt insbesondere für die An zahl der vergangenen Schläge nach Einsetzen des Schlagwerks bis zur Identifi kation und auch in besonderen Betriebssituationen wie z.B. der Anlaufphase des Antriebsmotors. Dabei müssen auch keine Einschränkungen der Funktionalität des Werkzeugs wie beispielsweise eine Herabsetzung der maximalen Antriebs drehzahl getroffen werden. Des Weiteren ist das Funktionieren des Algorithmus auch unabhängig von weiteren Einflussgrößen wie bspw. Solldrehzahl und Akku ladezustand.
Es ist grundsätzlich keine zusätzliche Sensorik (z.B. Beschleunigungssensor) notwendig, dennoch können diese Auswertemethoden auch auf Signale weiterer Sensorik angewendet werden. Des Weiteren kann in anderen Motorkonzepten, welche beispielsweise ohne Drehzahlerfassung auskommen, diese Methode auch bei anderen Signalen zur Anwendung kommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine ein Akku- Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine oder ein Bohrhammer, wobei als Werkzeug ein Bohrer, eine Bohrkrone oder verschiedene Bitaufsätze verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine ist insbesondere als Schlagschraubwerkzeug ausgebildet, wobei durch die impuls hafte Freisetzung der Motorenergie ein höheres Spitzendrehmoment für ein Ein schrauben oder ein Herausschrauben einer Schraube oder einer Schraubenmut ter erzeugt wird. Unter Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusam menhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über einen Akku und/oder über eine Stromkabelanbindung an den Korpus Ener gie weiterleitet.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Schraubwerk zeug in der Drehrichtung flexibel ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Verfahren sowohl zum Eindrehen als auch zum Herausdrehen einer Schraube beziehungsweise einer Schraubenmutter verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll„ermitteln“ insbesondere messen o- der aufnehmen einschließen, wobei„aufnehmen“ im Sinne von messen und speichern aufgefasst werden soll, zudem soll„ermitteln“ auch eine mögliche Sig nalverarbeitung eines gemessenen Signals einschließen. Weiter soll„entscheiden“ auch als erkennen oder detektieren verstanden werden, wobei eine eindeutige Zuordnung erreicht werden soll. Als„identifizieren“ soll ein Erkennen einer teilweisen Übereinstimmung mit einem Muster verstanden wer den, die beispielsweise durch ein Anfitten eines Signals an das Muster, eine Fou rier-Analyse oder dergleichen ermöglicht werden kann. Die„teilweise Überein stimmung“ soll derart verstanden werden, dass das Anfitten einen Fehler auf weist, der geringer als eine vorgegebene Schwelle ist, insbesondere geringer als 30%, ganz insbesondere geringer als 20%.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung erge ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Er findung, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die in den Figuren beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in belie biger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zu sammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie un abhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung nur einen beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispie len näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch und zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Handwerk
zeugmaschine;
Fig. 2(a) einen Arbeitsfortschritt einer Beispielanwendung sowie ein zuge ordnetes Signal einer Betriebsgröße;
Fig. 2(b) eine Übereinstimmung des in Figur 2(a) gezeigten Signals der
Betriebsgröße mit einem Modellsignal; Fig. 3 eine schematische Darstellung zweier verschiedener Aufzeich nungen des Signals der Betriebsgröße;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 5 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines Ausgabesignals einer Bandpassfilterung, basierend auf einem Modellsignal;
Fig. 6 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und einer Ausgabe einer Frequenzanalyse, basierend auf einem Modellsignal;
Fig. 7 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines Modellsignals für die Parameterschätzung;
Fig. 8 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines Modellsignals für die Kreuzkorrelation;
Fig. 9(a) ein Signal einer Betriebsgröße;
Fig. 9(b) eine Amplitudenfunktion einer ersten, in dem Signal der Fig. 9 (a) enthaltenen Frequenz.
Fig. 9(c) eine Amplitudenfunktion einer zweiten, in dem Signal der Fig.
9(a) enthaltenen Frequenz.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine 100, die ein Gehäuse 105 mit einem Handgriff 115 aufweist. Gemäß der dargestellten Aus führungsform ist die Handwerkzeugmaschine 100 zur netzunabhängigen Strom versorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 190 verbindbar. In Fig. 1 ist die Handwerkzeugmaschine 100 beispielhaft als Akkudrehschlag schrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Drehschlagschrauber beschränkt ist, sondern prinzipiell bei Handwerkzeugmaschinen 100 bei denen die Erkennung eines Arbeitsfort- Schrittes notwendig ist, wie etwa Schlagbohrmaschinen, seine Anwendung finden kann.
In dem Gehäuse 105 sind ein von dem Akkupack 190 mit Strom versorgter, elektrischer Elektromotor 180 und ein Getriebe 170 angeordnet. Der Elektromo tor 180 ist über das Getriebe 170 mit einer Eingangsspindel verbunden. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 105 im Bereich des Akkupacks 190 eine Steue rungseinheit 370 angeordnet, welche zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 180 und des Getriebes 170 beispielsweise mittels einer eingestell ten Motordrehzahl n, einem angewählten Drehimpuls, einem gewünschten Ge triebegang x oder dergleichen auf diese einwirkt.
Der Elektromotor 180 ist beispielsweise über einen Handschalter 195 betätigbar, d. h. ein- und ausschaltbar, und kann ein beliebiger Motortyp, beispielsweise ein elektronisch kommutierter Motor oder ein Gleichstrommotor, sein. Grundsätzlich ist der Elektromotor 180 derart elektronisch Steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich der gewünschten Motor drehzahl n und des gewünschten Drehimpulses realisierbar sind. Die Funktions weise und der Aufbau eines geeigneten Elektromotors sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
Über eine Eingangsspindel und eine Ausgangsspindel ist eine Werkzeugauf nahme 140 drehbar im Gehäuse 105 gelagert. Die Werkzeugaufnahme 140 dient zur Aufnahme eines Werkzeugs und kann unmittelbar an die Ausgangsspindel angeformt sein oder aufsatzförmig mit dieser verbunden sein.
Die Steuerungseinheit 370 steht mit einer Stromquelle in Verbindung und ist der art ausgebildet, dass sie den Elektromotor 180 mittels verschiedener Stromsigna le elektronisch Steuer- bzw. regelbar ansteuern kann. Die verschiedenen Strom signale sorgen für unterschiedliche Drehimpulse des Elektromotors 180, wobei die Stromsignale über eine Steuerleitung an den Elektromotor 180 geleitet wer den. Die Stromquelle kann beispielsweise als Batterie oder, wie in dem darge stellten Ausführungsbeispiel als Akkupack 190 oder als Netzanschluss ausgebil det sein. Ferner können nicht im Detail dargestellte Bedienelemente vorgesehen sein, um verschiedene Betriebsmodi und/oder die Drehrichtung des Elektromotors 180 einzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, mittels dessen ein Arbeitsfortschritt beispielsweise der in Figur 1 dargestellten Hand werkzeugmaschine 100 bei einer Anwendung, beispielsweise einem Ein- oder Ausschraubvorgang, festgestellt werden kann. Das Verfahren beruht im Wesent lichen auf einer Untersuchung von Signalformen und einer Bestimmung eines Grades der Übereinstimmung dieser Signalformen, die beispielsweise einer Be wertung eines Weiterdrehens eines durch die Handwerkzeugmaschine 100 ge triebenen Elements, etwa einer Schraube, entsprechen kann.
In Figur 2 ist diesbezüglich ein beispielhaftes Signal einer Betriebsgröße 200 ei nes Elektromotors 180 eines Drehschlagschraubers, wie es so oder in ähnlicher Form bei der bestimmungsgemäßen Verwendung eines Drehschlagschraubers auftritt, dargestellt. Während sich die folgenden Ausführungen auf einen Dreh schlagschrauber beziehen, gelten sie im Rahmen der Erfindung sinngemäß auch für andere Handwerkzeugmaschinen 100 wie beispielsweise Schlagbohrmaschi nen.
Auf der Abszisse x ist im vorliegenden Beispiel der Figur 2 die Zeit als Bezugs größe aufgetragen. In einer alternativen Ausführungsform wird jedoch eine mit der Zeit korrelierten Größe als Bezugsgröße aufgetragen, wie beispielsweise der Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140, der Drehwinkel des Elektromotors180, eine Beschleunigung, ein Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, oder eine Energie. Auf der Ordinate f(x) ist in der Figur die zu jedem Zeitpunkt anliegende Motordrehzahl n aufgetragen. Anstelle der Motordrehzahl kann auch eine andere, mit der Motordrehzahl korrelierende Betriebsgröße gewählt werden. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung repräsentiert f(x) beispielsweise ein Signal des Motorstroms.
Motordrehzahl und Motorstrom sind Betriebsgrößen, die bei Handwerkzeugma schinen 100 üblicherweise und ohne Zusatzaufwand von einer Steuerungseinheit 370 erfasst werden. Das Ermitteln des Signals einer Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 ist in Figur 4, die ein schematisches Ablaufdiagramm eines er findungsgemäßen Verfahrens zeigt, als Verfahrensschritt S2 gekennzeichnet. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann ein Benutzer der Hand werkzeugmaschine 100 auswählen, basierend auf welcher Betriebsgröße das er finderische Verfahren ausgeführt werden soll.
In Fig. 2(a) ist ein Anwendungsfall eines losen Befestigungselements, beispiels weise einer Schraube 900, in einen Befestigungsträger 902, beispielsweise ein Holzbrett, gezeigt. Man erkennt in Figur 2(a), dass das Signal einen ersten Be reich 310 umfasst, der durch ein monotones Anwachsen der Motordrehzahl ge kennzeichnet ist, sowie durch einen Bereich vergleichsweise konstanter Motor drehzahl, den man auch als Plateau bezeichnen kann. Der Schnittpunkt zwi schen Abszisse x und Ordinate f(x) in Figur 2(a) entspricht beim Schraubvorgang dem Start des Drehschlagschraubers.
In dem ersten Bereich 310 trifft die Schraube 900 auf einen relativ geringen Wi derstand in dem Befestigungsträger 902, und das zum Einschrauben erforderli che Drehmoment liegt unterhalb des Ausrückmoments des Drehschlagwerks.
Der Verlauf der Motordrehzahl im ersten Bereich 310 entspricht also dem Be triebszustand des Schraubens ohne Schlag.
Wie Figur 2(a) entnommen werden kann, liegt der Kopf der Schraube 900 im Be reich 322 nicht auf dem Befestigungsträger 902 auf, was bedeutet, dass die durch den Drehschlagschrauber getriebene Schraube 900 mit jedem Schlag wei tergedreht wird. Dieser zusätzliche Drehwinkel kann bei fortschreitendem Ar beitsvorgang geringer werden, was in der Figur durch eine kleiner werdende Pe riodendauer reflektiert ist. Außerdem zeigt sich ein weiteres Einschrauben auch durch eine im Mittel abnehmende Drehzahl.
Erreicht anschließend der Kopf der Schraube 900 die Unterlage 902, ist zum wei teren Einschrauben ein noch höheres Drehmoment und damit mehr Schlagener gie nötig. Da die Handwerkzeugmaschine 100 jedoch nicht mehr Schlagenergie liefert, dreht sich die Schraube 900 nicht mehr beziehungsweise nur noch um ei nen signifikant kleineren Drehwinkel weiter. Der in dem zweiten 322 und dritten Bereich 324 ausgeführte Drehschlagbetrieb ist durch einen oszillierenden Verlauf des Signals der Betriebsgröße 200 ge kennzeichnet, wobei die Form der Oszillation beispielsweise trigonometrisch oder anderweitig oszillierend sein kann. Im vorliegenden Fall hat die Oszillation einen Verlauf, den man als modifizierte trigonometrische Funktion bezeichnen kann. Diese charakteristische Form des Signals der Betriebsgröße 200 im Schlag schraubbetrieb entsteht durch das Aufziehen und Freilaufen des Schlagwerks schlägers und der zwischen Schlagwerk und Elektromotor 180 befindlichen Sys temkette u.a. des Getriebes 170.
Die qualitative Signalform des Schlagbetriebs ist aufgrund der inhärenten Eigen schaften des Drehschlagschraubers also prinzipiell bekannt. In dem erfindungs gemäßen Verfahren der Figur 4 wird ausgehend von dieser Erkenntnis in einem Schritt S1 zumindest eine zustandstypische Modellsignalform 240 bereitgestellt, wobei die zustandstypische Modellsignalform 240 einem Arbeitsfortschritt, bei spielsweise dem Erreichen des Aufliegens des Kopfes der Schraube 900 auf dem Befestigungsträger 902, zugeordnet ist. Mit anderen Worten enthält die zu standstypische Modellsignalform 240 für den Arbeitsfortschritt typische Merkmale wie Vorhandensein eines Schwingungsverlaufs, Schwingungsfrequenzen bezie hungsweise -amplituden, oder einzelne Signalsequenzen in kontinuierlicher, quasi-kontinuierlicher oder diskreter Form.
In anderen Anwendungen kann der zu detektierende Arbeitsfortschritt durch an dere Signalformen als durch Schwingungen gekennzeichnet sein, etwa durch Unstetigkeiten oder Wachstumsraten in der Funktion f(x). In solchen Fällen ist die zustandstypische Modellsignalform durch eben diese Parameter gekennzeichnet anstelle durch Schwingungen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens kann in Ver fahrensschritt S1 die zustandstypische Modellsignalform 240 durch einen Benut zer festgelegt werden. Die zustandstypische Modellsignalform 240 kann eben falls geräteintern hinterlegt oder gespeichert sein. In einer alternativen Ausfüh rungsform kann die zustandstypische Modellsignalform alternativ und/oder zu- sätzlich der Handwerkzeugmaschine 100 bereitgestellt werden, beispielsweise von einem externen Datengerät.
In einem Verfahrensschritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sig nal der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Mo dellsignalform 240 verglichen. Das Merkmal„vergleichen“ soll im Kontext mit der vorliegenden Erfindung breit und im Sinne einer Signalanalyse ausgelegt wer den, sodass ein Ergebnis des Vergleichs insbesondere auch eine teilweise oder graduelle Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 des Elektromo tors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 sein kann, wobei der Grad der Übereinstimmung der beiden Signale durch verschiedene mathemati sche Verfahren ermittelt werden kann, die an späterer Stelle noch genannt wer den.
In Schritt S3 wird aus dem Vergleich überdies eine Übereinstimmungsbewertung des Signals der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypi schen Modellsignalform 240 ermittelt und somit eine Aussage über die Überein stimmung der beiden Signale getroffen. Hierbei sind die Durchführung und Sensi- tivität der Übereinstimmungsbewertung werks- oder benutzerseitig einstellbare Parameter für die Erkennung des Arbeitsfortschrittes.
Figur 2(b) zeigt einen Verlauf einer Funktion q(x) einer zu dem Signal der Be triebsgröße 200 der Figur 2(a) korrespondierenden Übereinstimmungsbewertung 201 , die an jeder Stelle der Abszisse x einen Wert der Übereinstimmung zwi schen dem Signal der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 und der zu standstypischen Modellsignalform 240 angibt.
Im vorliegenden Beispiel des Eindrehens der Schraube 900 wird diese Bewer tung herangezogen, um das Maß des Weiterdrehens bei einem Schlag zu be stimmen. Die in Schritt S1 prädeterminierte zustandstypische Modellsignalform 240 entspricht im Beispiel einem idealen Schlag ohne Weiterdrehen, das heißt dem Zustand, bei dem der Kopf der Schraube 900 auf der Oberfläche des Befes tigungsträgers 902 aufliegt, wie in Bereich 324 der Figur 2(a) gezeigt. Dement sprechend ergibt sich im Bereich 324 eine hohe Übereinstimmung der beiden Signale, was durch einen gleichbleibend hohen Wert der Funktion q(x) der Über- einstimmungsbewertung 201 reflektiert wird. Im Bereich 310 dagegen, in dem je der Schlag mit hohen Drehwinkeln der Schraube 900 einhergeht, werden nur kleine Übereinstimmungswerte erreicht. Je weniger sich die Schraube 900 beim Schlag weiterdreht, desto höher ist diese Übereinstimmung, was daran erkenn bar ist, dass die Funktion q(x) der Übereinstimmungsbewertung 201 bereits bei Einsetzen des Schlagwerks im Bereich 322, der durch einen je Schlag fortlau fend kleiner werdenden Drehwinkel der Schraube 200 aufgrund des steigenden Einschraubwiderstands gekennzeichnet ist, kontinuierlich anwachsende Überein stimmungswerte wiedergibt.
In einem Verfahrensschritt S4 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ar beitsfortschritt nun zumindest teilweise anhand der in Verfahrensschritt S3 ermit telten Übereinstimmungsbewertung 201 erkannt. Wie im Beispiel der Figur 2 er kennbar ist, ist die Übereinstimmungsbewertung 201 der Signale zur Schlagun terscheidung aufgrund ihrer mehr oder weniger sprunghaften Ausprägung hierfür gut geeignet, wobei diese sprunghafte Änderung durch die ebenfalls mehr oder weniger sprunghafte Änderung des Weiterdrehwinkels der Schraube 900 beim Abschließen des exemplarischen Arbeitsvorgangs bedingt ist. Das Erkennen des Arbeitsfortschritts kann dabei beispielsweise zumindest teilweise anhand eines Vergleichs der Übereinstimmungsbewertung 201 mit einem Schwellwert erfolgen, welcher in Figur 2(b) durch eine gestrichelte Linie 202 gekennzeichnet ist. Im vorliegenden Beispiel der Figur 2(b) ist der Schnittpunkt SP der Funktion q(x) der Übereinstimmungsbewertung 201 mit der Linie 202 dem Arbeitsfortschritt des Aufliegens des Kopfes der Schraube 900 auf der Oberfläche des Befestigungs trägers 902 zugeordnet.
Das daraus abgeleitete Kriterium, anhand dessen der Arbeitsfortschritt bestimmt wird, ist dabei einstellbar, um die Funktion für verschiedenste Anwendungsfälle nutzbar zu machen. Es ist dabei anzumerken, dass sich die Funktion nicht nur auf Einschraubfälle beschränkt, sondern auch einen Einsatz bei Ausschrauban wendungen beinhaltet.
Erfindungsgemäß kann also durch Unterscheidung von Signalformen eine Be wertung des Weiterdrehens eines durch einen Drehschlagschrauber getriebenen Elements zur Feststellung des Arbeitsfortschritts einer Anwendung vorgenom- men werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem Verfahrensschritt S5 eine anwendungsbezogene, passende Reaktion oder Routine des Werkzeugs zumindest teilweise auf Basis des Arbeitsfortschritts ausgeführt, etwa ein Abschalten der Maschine, eine Änderung der Drehzahl des Elektromotors 180, und/oder eine optische, akustische, und/oder haptische Rückmeldung an den Benutzer der Handwerkzeugmaschine 100.
In praktischen Anwendungen kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte S2 und S3 sich wiederholend während des Betriebs einer Handwerkzeugma schine 100 ausgeführt werden, um den Arbeitsfortschritt der ausgeführten An wendung zu überwachen. Zu diesem Zweck kann in Verfahrensschritt S2 eine Segmentierung des ermittelten Signals der Betriebsgröße 200 erfolgen, sodass die Verfahrensschritte S2 und S3 an Signalsegmenten, vorzugsweise stets glei cher, festgelegter Länge, durchgeführt werden.
Zu diesem Zweck kann das Signal der Betriebsgröße 200 als Folge von Mess werten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, gespeichert wer den. In dieser Ausführungsform umfasst die Handwerkzeugmaschine 100 den Speicher, vorzugsweise den Ringspeicher.
Wie im Zusammenhang mit Figur 2 bereits erwähnt, wird in bevorzugten Ausfüh rungsformen der Erfindung in Verfahrensschritt S2 das Signal der Betriebsgröße 200 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße ermittelt, oder als Mess werte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180. Dabei können die Messwerte diskret, quasi kontinuierlich o- der kontinuierlich sein.
Eine Ausführungsform sieht dabei vor, dass das Signal der Betriebsgröße 200 in Verfahrensschritt S2 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufge nommen wird und in einem dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrens schritt S2a eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgrö ße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180 erfolgt, wie beispielsweise der Dreh winkel der Werkzeugaufnahme 140, der Motordrehwinkel, eine Beschleunigung, ein Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, oder eine Energie. Die Vorteile dieser Ausführungsform werden im Folgenden anhand Figur 3 be schrieben. Ähnlich zu Figur 2 zeigt Figur 3a Signale f(x) einer Betriebsgröße 200 über eine Abszisse x, in diesem Fall über die Zeit t. Wie in Figur 2 kann die Be triebsgröße eine Motordrehzahl oder ein mit der Motordrehzahl korrelierender Parameter sein.
Die Abbildung enthält zwei Signalverläufe der Betriebsgröße 200, die jeweils ei nem Arbeitsfortschritt zugeordnet sein können, im Falle eines Drehschlagschrau bers also beispielsweise dem Drehschlagschraubmodus. In beiden Fällen um fasst das Signal eine Wellenlänge eines idealisiert als sinusförmig angenomme nen Schwingungsverlaufs, wobei das Signal mit kürzerer Wellenlänge, T1 Verlauf mit höherer Schlagfrequenz, und das Signal mit längerer Wellenlänge, T2 einen Verlauf mit niedrigerer Schlagfrequenz, aufweist.
Beide Signale können mit derselben Handwerkzeugmaschine 100 bei verschie denen Motorgeschwindigkeiten erzeugt werden und sind unter anderem abhän gig davon, welche Umdrehungsgeschwindigkeit der Benutzer über den Bedien schalter von der Handwerkzeugmaschine 100 anfordert.
Soll nun beispielsweise der Parameter„Wellenlänge“ zur Definition der zustands typischen Modellsignalform 240 herangezogen werden, müssten also im vorlie genden Fall zumindest zwei verschiedene Wellenlängen T1 und T2 als mögliche Teile der zustandstypischen Modellsignalform hinterlegt sein, damit der Vergleich des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 in beiden Fällen zum Ergebnis„Übereinstimmung“ führt. Da sich die Motor drehzahl über der Zeit allgemein und in großem Umfang ändern kann, führt dies dazu, dass auch die gesuchte Wellenlänge variiert und dadurch die Methoden zur Erkennung dieser Schlagfrequenz dementsprechend adaptiv eingestellt wer den müssten.
Bei einer Vielzahl von möglichen Wellenlängen würde der Aufwand des Verfah rens und der Programmierung entsprechend schnell ansteigen. In der bevorzugten Ausführungsform werden daher die Zeitwerte der Abszisse in mit den Zeitwerten korrelierende Werte transformiert, wie beispielsweise Be schleunigungswerte, Ruckwerte höherer Ordnung, Leistungswerte, Energiewerte, Frequenzwerte, Drehwinkelwerte der Werkzeugaufnahme 140 oder Drehwinkel werte des Elektromotors 180. Dies ist möglich, weil sich durch das starre Über setzungsverhältnis von Elektromotor 180 zum Schlagwerk und zur Werkzeugauf nahme 140 eine direkte, bekannte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlag frequenz ergibt. Durch diese Normierung wird ein von der Motordrehzahl unab hängiges Schwingungssignal gleichbleibender Periodizität erreicht, was in Figur 3b durch die beiden aus der Transformation der zu T1 und T2 gehörigen Signale dargestellt ist, wobei beide Signale nun die gleiche Wellenlänge P1=P2 aufwei sen.
Entsprechend kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die zustandstypi sche Modellsignalform 240 gültig für alle Drehzahlen durch einen einzigen Para meter der Wellenlänge über die mit der Zeit korrelierende Größe festgelegt wer den, wie beispielsweise den Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140, den Mo tordrehwinkel, eine Beschleunigung, einen Ruck, insbesondere höherer Ord nung, eine Leistung, oder eine Energie.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Vergleich des Signals der Be triebsgröße 200 in Verfahrensschritt S3 mit einem Vergleichsverfahren, wobei das Vergleichsverfahren zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren umfasst. Das Vergleichsverfah ren vergleicht das Signal der Betriebsgröße 200 mit dem zustandstypischen Mo dellsignalform 240, ob zumindest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird. Das Vergleichsverfahren vergleicht das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert. Das frequenzbasierte Vergleichs verfahren umfasst zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanaly se. Das vergleichende Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Parameter schätzung und/oder die Kreuzkorrelation. Das frequenzbasierte und das verglei chende Vergleichsverfahren wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
In Ausführungsformen mit Bandpassfilterung wird das, gegebenenfalls wie be schrieben, auf eine mit der Zeit korrelierenden Größe transformierte Eingangs- Signal über einen oder mehrere Bandpässe gefiltert, deren Durchlassbereiche mit einer oder mehreren zustandstypischen Modellsignalformen übereinstimmen.
Der Durchlassbereich ergibt sich aus der zustandstypischen Modellsignalform 240. Es ist auch denkbar, dass der Durchlassbereich mit einer im Zusammen hang mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 festgelegten Frequenz übereinstimmt. In dem Fall, dass Amplituden dieser Frequenz einen vorher fest gelegten Grenzwert überschreiten, wie dies bei Erreichen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts der Fall ist, führt der Vergleich in Verfahrensschritt S3 dann zu dem Ergebnis, dass das Signal der Betriebsgröße 200 der zustandstypischen Modellsignalform 240 gleicht, und dass somit der zu erkennende Arbeitsfort schritt erreicht ist. Die Festlegung eines Amplitudengrenzwertes kann in dieser Ausführungsform als Ermittlung der Übereinstimmungsbewertung der zustands typischen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 aufgefasst werden, auf Grundlage derer in Verfahrensschritt S4 entschieden wird, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt vorliegt oder nicht.
Anhand der Figur 9 soll die Ausführungsform erläutert werden, in welcher als fre quenzbasiertes Vergleichsverfahren die Frequenzanalyse zum Einsatz kommt. In diesem Fall wird das Signal der Betriebsgröße 200, welches in Figur 9(a) darge stellt ist und beispielsweise dem Verlauf der Drehzahl des Elektromotors 180 über der Zeit entspricht, auf Grundlage der Frequenzanalyse, beispielsweise der schnellen Fourier-Transformation (Fast-Fourier-Transformation, FFT), von einem Zeitbereich in den Frequenzbereich mit entsprechender Gewichtung der Fre quenzen transformiert. Hierbei ist der Begriff„Zeitbereich“ gemäß der obigen Ausführungen sowohl als„Verlauf der Betriebsgröße über die Zeit“ als auch als „Verlauf der Betriebsgröße als eine mit der Zeit korrelierenden Größe“ zu verste hen.
Die Frequenzanalyse in dieser Ausprägung ist als mathematisches Werkzeug der Signalanalyse aus vielen Bereichen der Technik hinreichend bekannt und wird unter anderem dazu verwendet, gemessene Signale als Reihenentwicklun gen gewichteter periodischer, harmonischer Funktionen unterschiedlicher Wel lenlänge anzunähern. In der Figur 9(b) und 9(c) beispielsweise geben Gewich tungsfaktoren KI (X) und K2(x) als Funktionsverläufe 203 und 204 über die Zeit an, ob und wie stark die korrespondierenden Frequenzen bzw. Frequenzbänder, die an dieser Stelle der Übersichtlichkeit halber nicht angegeben sind, in dem unter suchten Signal, also dem Verlauf der Betriebsgröße 200, vorhanden sind.
Bezogen auf das erfindungsgemäße Verfahren kann mithilfe der Frequenzanaly se also festgestellt werden, ob und mit welcher Amplitude die der zustandstypi schen Modellsignalform 240 zugeordnete Frequenz im Signal der Betriebsgröße 200 vorhanden ist. Darüber hinaus können jedoch auch Frequenzen definiert werden, deren Nicht-Vorhandensein ein Maß für das Vorliegen des zu erkennen den Arbeitsfortschrittes sind. Wie im Zusammenhang mit der Bandpassfilterung erwähnt, kann ein Grenzwert der Amplitude festgelegt werden, welcher ein Maß des Grades der Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zu standstypischen Modellsignalform 240 ist.
Im Beispiel der Figur 9(b) etwa fällt zum Zeitpunkt t2 (Punkt SP2) die Amplitude KI (X) einer ersten, in der zustandstypischen Modellsignalform 240 typischerweise nicht vorzufindenden Frequenz im Signal der Betriebsgröße 200 unter einen zu gehörigen Grenzwert 203(a), was im Beispiel ein notwendiges, jedoch nicht hin reichendes Kriterium für das Vorliegen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts ist. Zum Zeitpunkt tz (Punkt SP3) übersteigt die Amplitude K2(x) einer zweiten, in der zustandstypischen Modellsignalform 240 typischerweise vorzufindenden Fre quenz im Signal der Betriebsgröße 200 einen zugehörigen Grenzwert 204(a). In der zugehörigen Ausführungsform der Erfindung ist das gemeinsame Vorliegen des Unter- bzw. Überschreitens der Grenzwerte 203(a), 204(a) durch die
Amplitudenfunktionen KI (X) bzw. K2(x) das maßgebliche Kriterium für die Über einstimmungsbewertung des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandsty pischen Modellsignalform 240. Entsprechend wird in diesem Fall in Verfahrens schritt S4 festgestellt, dass der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht ist.
In alternativen Ausführungsformen der Erfindung wird nur eines dieser Kriterien genutzt, oder auch Kombinationen eines der oder beider Kriterien mit anderen Kriterien wie beispielsweise einem Erreichen einer Solldrehzahl des Elektromo tors 180.
In Ausführungsformen, in denen das vergleichende Vergleichsverfahren verwen det wird, wird das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Mo- dellsignalform 240 verglichen, um herauszufinden, ob das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 zumindest eine Übereinstimmung von 50% mit der zustands typischen Modellsignalform 240 aufweist und damit der vorgegebene Schwell wert erreicht wird. Denkbar ist auch, dass das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 vergleichen wird, um eine Überein stimmung der beiden Signale miteinander zu ermitteln.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen die Para meterschätzung als vergleichendes Vergleichsverfahren verwendet wird, wird das gemessene Signal der Betriebsgrößen 200 mit der zustandstypische Modell signalform 240 verglichen, wobei für die zustandstypische Modellsignalform 240 geschätzte Parameter identifiziert werden. Mit Hilfe der geschätzten Parameter kann ein Maß der Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgrö ßen 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 ermittelt werden, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht ist. Die Parameterschätzung basiert hierbei auf der Ausgleichsrechnung, die eine, dem Fachmann bekannten, ma thematische Optimierungsmethode ist. Die mathematische Optimierungsmethode ermöglicht mit Hilfe der geschätzten Parameter die zustandstypische Modellsig nalform 240 an eine Reihe von Messdaten des Signals der Betriebsgröße 200 anzugleichen. Abhängig von einem Maß der Übereinstimmung der mittels der geschätzten Parameter parametrisierten zustandstypischen Modellsignalform 240 und einem Grenzwert kann die Entscheidung, ob der zu erkennende Arbeits fortschritt erreicht ist, getroffen werden.
Mit Hilfe der Ausgleichsrechnung des vergleichenden Verfahrens der Parameter schätzung kann auch ein Maß einer Übereinstimmung der geschätzten Parame ter der zustandstypischen Modellsignalform 240 zu dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 ermittelt werden.
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung oder eine ausrei chende Güte der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit den geschätzten Parametern zum gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in dem Verfahrensschritt S3 folgenden Verfahrensschritt S3a eine Übereinstimmungsbe stimmung durchgeführt. Wird die Übereinstimmung von der zustandstypischen Modellsignalform 240 zum gemessenen Signal der Betriebsgröße von 70% ermit- telt, kann die Entscheidung getroffen werden, ob der zu erkennende Arbeitsfort schritt anhand des Signals der Betriebsgröße identifiziert wurde und ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht wurde.
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung der zustandstypi schen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in einer weiteren Ausführungsform in einem dem Verfahrensschritt S3 folgenden Verfahrensschritt S3b eine Gütebestimmung für die geschätzten Parameter durchgeführt. Bei der Gütebestimmung werden Werte für eine Güte zwischen 0 und 1 ermittelt, wobei gilt, dass ein niedrigerer Wert eine höhere Konfidenz in den Wert des identifizierten Parameters bedeutet und somit eine höhere Über einstimmung zwischen der zustandstypischen Modelsignalform 240 mit dem Sig nal der Betriebsgröße 200 repräsentiert. Die Entscheidung, ob der zu erkennen de Arbeitsfortschritt vorliegt, wird in der bevorzugten Ausführungsform in dem Verfahrensschritt S4 zumindest teilweise anhand der Bedingung getroffen, dass der Wert der Güte in einem Bereich von 50% liegt.
In einer Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens wird als vergleichendes Vergleichsverfahren in Verfahrensschritt S3 das Verfahren der Kreuzkorrelation verwendet. Wie die im vorstehenden beschriebenen mathematischen Verfahren auch, ist das Verfahren der Kreuzkorrelation dem Fachmann an sich bekannt.
Bei dem Verfahren der Kreuzkorrelation wird die zustandstypische Modellsignal form 240 mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 korreliert.
Im Vergleich zum weiter oben vorgestellten Verfahren der Parameterschätzung ist das Ergebnis der Kreuzkorrelation wieder eine Signalfolge mit einer addierten Signallänge aus einer Länge des Signals der Betriebsgröße 200 und der zu standstypischen Modellsignalform 240, welches die Ähnlichkeit der zeitverscho benen Eingangssignale darstellt. Dabei stellt das Maximum dieser Ausgangsfol ge den Zeitpunkt der höchsten Übereinstimmung der beiden Signale, also des Signals der Betriebsgröße 200 und der zustandstypischen Modelsignalform 240, dar und ist damit auch ein Maß für die Korrelation selbst, welches in dieser Aus führungsform in Verfahrensschritt S4 als Entscheidungskriterium für das Errei chen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts verwendet wird. In der Implementie rung im erfindungsgemäßen Verfahren ist ein wesentlicher Unterschied zur Pa- rameterschätzung, dass für die Kreuzkorrelation beliebige zustandstypische Mo delsignalformen verwendet werden können, während bei der Parameterschät zung die zustandstypische Modellsignalform 240 durch parametrisierbare ma thematische Funktionen dargestellt werden können muss.
Figur 5 zeigt das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 für den Fall, dass als das frequenzbasierte Vergleichsverfahren die Bandpassfilterung verwendet wird. Hierbei wird ist als Abszisse x die Zeit oder eine mit der Zeit korrelierende Größe aufgetragen. Figur 5a zeigt das gemessene Signal der Betriebsgröße, ein Ein gangssignal der Bandpassfilterung, wobei im ersten Bereich 310 die Handwerk zeugmaschine 100 im Schraubbetrieb betrieben wird. Im zweiten Bereich 320 wird die Handwerkzeugmaschine 100 im Drehschlagbetrieb betrieben. Figur 5b stellt das Ausgangssignal dar, nachdem der Bandpass das Eingangssignal gefil tert hat.
Figur 6 stellt das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 für den Fall dar, dass als das frequenzbasierte Vergleichsverfahren die Frequenzanalyse verwendet wird. In Figur 6 a und b ist der erste Bereich 310 gezeigt, bei dem die Handwerk zeugmaschine 100 im Schraubbetrieb ist. Auf der Abszisse x der Figur 6a ist die Zeit t oder einer mit der Zeit korrelierten Größe aufgetragen. In Figur 6b ist das Signal der Betriebsgröße 200 transformiert dargestellt, wobei beispielsweise mit tels einer Fast-Fourier-Transformation von der Zeit in eine Frequenz transformiert werden kann. Auf der Abszisse x‘ der Figur 6b ist beispielsweise die Frequenz f aufgetragen, sodass die Amplituden des Signals der Betriebsgröße 200 darge stellt sind. In den Figuren 6c und d ist der zweite Bereich 320 dargestellt, in dem die Handwerkzeugmaschine 100 im Drehschlagbetrieb ist. Figur 6c zeigt das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 aufgetragen über die Zeit im Dreh schlagbetrieb dar. Figur 6d zeigt das transformierte Signal der Betriebsgröße 200, wobei das Signal der Betriebsgröße 200 über die Frequenz f als Abszisse x‘ aufgetragen ist. Figur 6d zeigt charakteristische Amplituden für den Drehschlag betrieb.
Figur 7a zeigt einen typischen Fall eines Vergleichs mittels des vergleichenden Vergleichsverfahrens der Parameterschätzung zwischen dem Signal einer Be triebsgröße 200 und einer zustandstypischen Modellsignalform 240 in dem in Fi- gur 2 beschriebenen ersten Bereich 310. Während die zustandstypische Modell signalform 240 einen im Wesentlichen trigonometrischen Verlauf aufweist, hat das Signal der Betriebsgröße 200 einen davon stark abweichenden Verlauf. Un abhängig von der Wahl eines der oben beschriebenen Vergleichsverfahren hat in diesem Fall der in Verfahrensschritt S3 durchgeführte Vergleich zwischen der zustandstypischen Modellsignalform 240 und dem Signal der Betriebsgröße 200 zum Ergebnis, dass der Grad der Übereinstimmung der beiden Signale derart gering ist, dass in Verfahrensschritt S4 der zu erkennende Arbeitsfortschritt nicht festgestellt wird.
In Figur 7b ist dagegen der Fall dargestellt, in dem der zu erkennende Arbeits fortschritt vorliegt und daher die zustandstypische Modellsignalform 240 und das Signal der Betriebsgröße 200 insgesamt einen hohen Grad der Übereinstimmung aufweisen, auch wenn an einzelnen Messpunkten Abweichungen feststellbar sind. So kann im vergleichenden Vergleichsverfahren der Parameterschätzung die Entscheidung, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht wurde, getrof fen werden.
Figur 8 zeigt den Vergleich der zustandstypischen Modellsignalform 240, siehe Figur 8b und e, mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200, siehe Figur 8a und 8d, für den Fall, dass als vergleichendes Vergleichsverfahren die Kreuz korrelation verwendet wird. In den Figuren 8a - f sind auf der Abszisse x die Zeit oder eine mit der Zeit korrelierende Größe aufgetragen. In den Figuren 8 a - c ist der erste Bereich 310, dem Schraubbetrieb entsprechend, gezeigt. In den Figu ren 8 d - f ist der dritte Bereich 324, korrespondierend mit dem zu erkennenden Arbeitsfortschritt, gezeigt. Wie weiter oben beschrieben, wird das gemessene Signal der Betriebsgröße, Figur 8a und Figur 8d, mit der zustandstypischen Mo dellsignalform, Figur 8b und 8e, korreliert. In den Figuren 8c und 8f sind jeweilige Ergebnisse der Korrelationen dargestellt. In Figur 8c wird das Ergebnis der Kor relation während des ersten Bereichs 310 gezeigt, wobei erkennbar ist, dass eine geringe Übereinstimmung der beiden Signale vorliegt. Im Beispiel der Figur 8c wird daher in Verfahrensschritt S4 entschieden, dass der zu erkennende Arbeits fortschritt nicht erreicht ist. In Figur 8f ist das Ergebnis der Korrelation während des dritten Bereich 324 gezeigt. Es ist in Figur 8f erkennbar, dass eine hohe Übereinstimmung vorliegt, sodass in Verfahrensschritt S4 entschieden wird, dass der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht ist.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbei- spiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildun gen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.
Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinati- onen von Merkmalen umfassen können.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung eines Arbeitsfortschrittes einer Handwerkzeugma schine (100), die Handwerkzeugmaschine (100) umfassend einen Elektro motor (180), das Verfahren umfassend die Verfahrensschritte
51 Bereitstellen zumindest einer Modellsignalform (240), wobei die Modell signalform (240) dem Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine zu ordenbar ist;
52 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße (200) des Elektromotors (180);
53 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße (200) mit der Modellsignal form (240) und Ermitteln einer Übereinstimmungsbewertung aus dem Vergleich;
54 Erkennen des Arbeitsfortschrittes zumindest teilweise anhand der in Verfahrensschritt S3 ermittelten Übereinstimmungsbewertung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Modellsignal form (240) ein Schwingungsverlauf ist, insbesondere ein im Wesentlichen trigonometrischer Schwingungsverlauf.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Be triebsgröße eine Drehzahl des Elektromotors (180) oder eine mit der Dreh zahl korrelierende Betriebsgröße ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Ermitteln der Übereinstimmungsbewertung in Verfahrensschritt S3 einen Vergleich der Übereinstimmung zwischen dem Signal der Be triebsgröße (200) und der Modellsignalform (240) mit zumindest einem Schwellwert der Übereinstimmung umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert der Übereinstimmung durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine festlegbar und/oder werksseitig vordefiniert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert der Übereinstimmung auf Grundlage einer werksseitig vordefinierten Vor auswahl von Anwendungsfällen der Handwerkzeugmaschine von einem Be nutzer auswählbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Modellsignalform (240) in Verfahrensschritt S1 variabel, insbe sondere durch einen Benutzer variabel vorgebbar, bereitstellbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Verfahren ferner einen Verfahrensschritt S5 des Auslösens ei ner Routine der Handwerkzeugmaschine (100) zumindest teilweise auf Basis des in Verfahrensschritt S4 erkannten Arbeitsfortschrittes umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion der Handwerkzeugmaschine (100) in Verfahrensschritt S5 zumindest eine der Routinen der Gruppe umfassend das Ändern einer Drehzahl des Elektromo tors (180), die Umkehr einer Drehrichtung des Elektromotors (180) und eine optische, akustische und haptische Rückmeldung an einen Benutzer um fasst.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Modellsignalform (240) in Verfahrensschritt S1 vordefiniert, insbesondere werksseitig festgelegt, wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Signal der Betriebsgröße (200) in Verfahrensschritt S2 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen wird, oder als Messwerte der Betriebsgröße über eine mit dem Zeitverlauf korrelierte Grö ße des Elektromotors (180).
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Signal der Betriebsgröße (200) in Verfahrensschritt S2 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen wird und in ei nem Verfahrensschritt S2a eine Transformation des Zeitverlaufs der Mess werte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße über eine mit dem Zeitverlauf korrelierte Größe des Elektromotors (180) er folgt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass in Verfahrensschritt S3 das Signal der Betriebsgröße (200) mittels eines der Vergleichsverfahren umfassend zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren vergli chen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das frequenz
basierte Vergleichsverfahren zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse umfasst, wobei der Schwellwert zumindest 90%, insbe sondere 95%, ganz insbesondere 98%, eines vorgegebenen Grenzwerts be trägt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das verglei
chende Vergleichsverfahren zumindest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation umfasst, wobei der Schwellwert zumindest 40% einer Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße (200) mit der Modellsignal form (240) beträgt.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfortschritt anhand von weniger als zehn Schlägen eines Schlag werks der Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere weniger als zehn Schlag schwingungsperioden des Elektromotors (180), bevorzugt weniger als sechs Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere we niger als sechs Schlagschwingungsperioden des Elektromotors (180), ganz bevor zugt weniger als vier Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere weniger als vier Schlagschwingungsperioden des Elektromo tors (180), identifiziert wird.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass die Handwerkzeugmaschine (100) eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und ein zu erkennender Arbeitsfortschritt, ein Schlag ohne Weiterdrehen einer Werkzeugaufnahme ist.
18. Handwerkzeugmaschine (100), umfassend einen Elektromotor (180), einen
Messwertaufnehmer einer Betriebsgröße des Elektromotors (180), und eine Steuerungseinheit (370), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsein heit (370) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 eingerichtet ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4234911A1 (de) * 2022-02-25 2023-08-30 Andreas Stihl AG & Co. KG Verfahren zum bestimmen einer information über eine veränderung eines mobilen garten-, forst-, bau- oder bodenbearbeitungsgeräts, mobiles garten-, forst-, bau- oder bodenbearbeitungsgerät und system
DE102022202416A1 (de) * 2022-03-10 2023-09-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19643933C1 (de) * 1996-10-30 1998-03-12 Thomas Dipl Ing Loeffler Verfahren zur Herstellung von Schraubverbindungen
EP1136188B1 (de) * 2000-03-16 2007-05-16 Makita Corporation Angetriebenes Schlagwerkzeug mit Mitteln zum Ermitteln des Schlaggeräusches
JP2010099765A (ja) * 2008-10-22 2010-05-06 Hitachi Ltd 電動ドライバー、ネジ締め状況判定方法及びネジ締め判定システム
JP5784473B2 (ja) 2011-11-30 2015-09-24 株式会社マキタ 回転打撃工具
DE102012001148A1 (de) * 2012-01-21 2012-08-02 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung einer vorgegebenen Schraubverbindung
DE102012208902A1 (de) * 2012-05-25 2013-11-28 Robert Bosch Gmbh Schlagwerkeinheit
DE102013212506A1 (de) * 2013-06-27 2014-12-31 Robert Bosch Gmbh Werkzeugmaschinenschaltvorrichtung
JP2015075821A (ja) * 2013-10-07 2015-04-20 横河電機株式会社 状態診断方法および状態診断装置
DE102014219392A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung, insbesondere Handwerkzeugmaschinensensorvorrichtung
DE102015005901A1 (de) * 2015-05-07 2015-12-03 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten einer Schraubverbindung
WO2017214194A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-14 Pro-Dex, Inc. Torque-limiting screwdriver devices, systems, and methods
JP6811130B2 (ja) * 2017-03-23 2021-01-13 株式会社マキタ インパクト締結工具
US10710220B2 (en) * 2017-04-07 2020-07-14 Black & Decker Inc. Waveform shaping in power tool powered by alternating-current power supply
US11731256B2 (en) * 2017-09-29 2023-08-22 Koki Holdings Co., Ltd. Electric tool
DE102017219477A1 (de) * 2017-11-02 2019-05-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Montage einer Schraubverbindung
EP3501741A1 (de) * 2017-12-20 2019-06-26 HILTI Aktiengesellschaft Setzverfahren für schraubverbindung mittels schlagschrauber
EP3501743A1 (de) * 2017-12-20 2019-06-26 HILTI Aktiengesellschaft Setzverfahren für spreizanker mittels schlagschrauber
DE102019204071A1 (de) * 2019-03-25 2020-10-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustandes einer Handwerkzeugmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220041852A (ko) 2022-04-01
US20220258315A1 (en) 2022-08-18
WO2021018539A1 (de) 2021-02-04
CN114502327A (zh) 2022-05-13
DE102019211303A1 (de) 2021-02-04
JP2022542896A (ja) 2022-10-07

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