Werkzeug-tracking für schraubtechnische Applikationen

Sarissa präsentiert auf Motek sein Ultraschall- Ortungssystem
Es ist schon paar Jahre her, als der Akkuschrauber seinen Weg in die industrielle Montage fand. Am Anfang konnten die Geräte nur mit Kabelfreiheit punkten. Die Industrie braucht aber viel mehr. Drehmoment- und Drehwinkelüberwachung, Positionsüberwachung, Dokumentation des Schraubfalls u. v. m. Wollte man qualitätssichere Verschraubungen ausführen, kam man um ein Kabel nicht herum. Und dies ging mit viel Aufwand für das Kabelmanagement einher.
Heute gibt es verschiedene Lösungen für kabellose Tools.

Die Schraubdaten werden verschlüsselt an die Steuerung übertragen, die ihrerseits die Befehle an den Schrauber sendet.

Werkzeug-tracking

Aber mit neuen Möglichkeiten kommen auch neue Herausforderungen, wie z.B. die Zuordnung zu der Schraubstation oder die Positionsüberwachung. Diese lassen sich mit unterschiedlichen Lösungen realisieren. Wenn man ohnehin ein Reaktionsarm oder Teleskop im Einsatz hat, besteht z.B. die Möglichkeit die Gelenke des Arms mit entsprechenden Gebern zu versehen, und so die Koordinaten des Schraubwerkzeugs zu errechnen. Anders ist es, wenn es sich um loses Schraubwerkzeug handelt.

Indoor-Ortung-Technologien

Es gibt unterschiedliche funktionierende Lösungen auf dem Markt. Hier nennen wir nur zwei davon

  • Ultrabreitband-Technologie
  • Ultraschall-Technologie
Die erste Methode (UWB Ultra-Wide-Band-Technologie) ist eine Radiofrequenz-Technologie.
Die Erfassung der Positionsdaten erfolgt über zwei altbewährte Methoden: AOA (angle – of- arrival) oder TDO (time – of – arrival).
Bei manchen Produkten werden beide Technologien angewendet.
Als Frequenzband wird der Bereich zwischen 3,1 und 10,6 GHz benutzt.
Eine der bekanntesten Anbieter von UWB-Applikationen ist Ubisense Limited.

(Standorte in Deutschland: Düsseldorf und Darmstadt)

Funk-Transponder für Schraub-Werkzeugen

Einige Werkzeughersteller, wie z.B. Atlas Copco, haben auf UWB-Technologie basierte Transponder, zur Ortung der Werkzeuge, ins Lieferprogramm aufgenommen (Tool Location System – TLS). Dies ist kein Wunder, denn Atlas Copco ist ein Ubisense – Partner, und solch eine Erweiterung der Angebotpalette erweist sich als durchaus sinnvoll.

Die Technik scheint stabil zu funktionieren – als Referenz gibt Atlas Copco ein Projekt im BMW-Werk in Regensburg an.

Ultraschall-Technologie im Einsatz

Da die Ultraschallgeschwindigkeit relativ niedrig ist, bietet diese Technologie eine hohe Genauigkeit an. Allerdings ist eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger notwendig.
Auch die Störungen des Signals durch Lärm in der Halle waren früher ein Problem.
(UWB hat auch ihre Schwierigkeiten mit störenden Interferenzen). Aber auch diese Technologie hat sich durchgesetzt und bietet für manche Applikationsbereiche gute Lösungen.
Eine ausgereifte Filtertechnik macht das System Lärm gegenüber absolut unempfindlich(inklusive Lärm von Luftschraubern). Nur einzelne Schallbereiche, wie extrem lautes Zischen der Ausblaspistole, können evtl. störend wirken.

Auf der Motek-Messe in Stuttgart präsentierte die Sarissa GmbH eine Weiterentwicklung der im Jahr 2008 im Hause entwickelten Lösung. Die 3D-Koordinaten werden durch Messung der Laufzeit der Ultraschallsignale zwischen Transmitter und Empfänger errechnet (TDOA – „time-difference-off-arrival“).

Der Transmitter kann sich auf einem Schrauber oder Werkstückträger befinden.
Eine andere Möglichkeit ist die Positionierung der Transmitter auf dem Handgelenk des Werkers.
Die Methode ist für die Kommissionierungsaufgaben besonders gut geeignet.
Als Empfänger dient die Sarissa PositionBox. Die Box hat einen kompakten Aufbau in Form eines Dreiecks und kann einfach über der Schraubstation montiert werden.
Ob Atlas Copco, Bosch-Rexroth, Deprag, Desoutter oder Ingersoll-Rand – das System ist universell einsetzbar. Der Hersteller der Schraubtechnik spielt dabei keine Rolle.

Schon bevor die eigentliche Verschraubung anfängt, überwacht das System den Kommissionierungsvorgang. Dafür trägt der Werker auf jedem Handgelenk einen Sender.

Nach der üblichen Vormontage geht es zu dem qualitätsrelevanten Teil – Ausführung einer korrekten Verschraubung.

Um diese sicherzustellen, wird das Werkzeug nur freigegeben, wenn sich der Mitarbeiter an der richtigen Position befindet und in der richtigen Reihenfolge verschraubt. Nach der IO Freigabe für die Position und durchgeführtem Schraubvorgang, gibt der Schraubercontroller das IO für die korrekte Verschraubung. Bei einer NIO Verschraubung kann frei bestimmt werden, wie oft solch ein Arbeitsschritt wiederholt werden darf. Bei einem Materialfehler, z.B. einem defekten Gewinde, könnte beispielsweise nach einer dreimaligen Wiederholung, das zu verarbeitende Teil protokolliert ausgeschleust werden. Bei einem unkritischen Fehler, also einer Verschraubung, die lediglich zu wiederholen ist, wird der Mitarbeiter im System weitergeleitet und hat somit die Gewissheit, dass das Werkstück korrekt bearbeitet wurde. Eine Endkontrolle ist somit nicht mehr erforderlich, da die Qualitätssicherung während der Werkschöpfung erfolgt.
Das System ermöglicht eine millimetergenaue Positionierung. Der Arbeitsbereich wird in einem Radius von 4 Metern abgedeckt.
Jeder Schraubercontroller besitzt im System eine eigene IP-Adresse. Der Anschluss von Peripheriegeräten erfolgt durch Mod-Bus -TCP Protokoll und ermöglicht den Abgleich von Parametern in Echtzeit.
Das System ist in Werken von mehreren renommierten Autoherstellern im Einsatz.

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