利用基於電磁的局部定位能力優化生產過程的系統和方法
2023-09-10 13:26:25
專利名稱：利用基於電磁的局部定位能力優化生產過程的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及製造環境中局部定位能力的使用，尤其涉及用於優化製造工作單兀內的產生過程的基於電磁的局部定位系統和方法。
背景技術：
存在各種用於確定人或物體相對位置的方法和設備，其中精度根據使用的特殊技術變化很大。例如，嵌入或包含在可攜式或車載導航系統中的全球定位系統(GPS)感受器使用戶能夠接收衛星發送的定位信息。根據給定時刻在感受器瞄準線內定位的GPS信號發送衛星的數量，定位信息在相對精度和特異性上都會變化。也就是說，利用GPS性能，可以在一定精度內提供2維(2D)信息(即用戶現在的緯度和經度)或者3D位置信息(即用戶的緯度、經度和海拔)，在某些情況下大約低至用戶的真實位置的+/-3米。通過比較，局部定位系統(LPS)可以用於提供更精確的位置信息。例如，通過在大·型製造場所中使用LPS設備，人們可以識別一貨架用品或一項存貨所在的場所的特殊區域或地區或者貨物等待裝運或接收的裝載碼頭。幾個更普通的LPS技術包括光學檢測設備、紅外系統、超寬帶檢測以及射頻識別(RFID)標籤，其中每個技術具有其自身的優勢和劣勢。例如，雖然RFID標籤對於某些目的，例如安全地標記一件商品來說非常有用，以減少偷盜，但是該設備具有有限的有效距離和精度。同樣地，當用在某些高精度的應用時，在某種程度上由於在現代工作空間中(例如金屬結構和/或接近熱源)遇到的許多障礙造成的潛在的幹擾，光學系統和紅外系統以稍略於最優的方式來執行。在大體積的製造組裝環境中，組裝過程中的某些步驟可以被自動化以減少成本以及增加生產處理能力和精度。組裝機器人具有相關的用於每個運動軸的硬接線數據編碼器，該機器人可以快速地執行傳統的勞動密集型組裝步驟，例如緊固、焊接、噴漆等。但是，當工作件放置在相對受限或有限的工作空間中時，使用自動化組裝機器人會無效，甚至不可行。在這種情況下，具有手持組裝工具的操作者可以進入有限的工作空間以執行所需的組裝步驟，例如這些操作者對於某些汽車組裝過程足夠有經驗。在這些應用中，尤其當定位設備用於測量組裝工具由於在有限的工作空間內在組裝位置之間移動而經常增加的位置變化時，上述傳統的全局和局部定位設備和方法不是最優的。
發明內容
相應地，提供了一種基於電磁的局部定位系統(ELPS)和方法，以用在相對有限的工作空間，即工作單元。ELPS和該方法利用電磁引導能力以優化組裝或生產過程，例如用於將螺紋緊固件安裝入工作件的手持轉矩扳手的操作，需要在工作單元內完成校準工作順序,該工作單元在這裡示例為大約3米(3m)x3m的工作空間。尤其在汽車生產中，物理的進入放置在發動機機艙、客艙或車輛的其他部分中的部分會受到車輛框架或車身的阻礙，因此，阻止了上述組裝機器人的有效利用。在該種環境下，操作者利用手持工具手動安裝緊固件或執行其他步驟，在這裡手持工具以自動轉矩扳手示例，但是該工具不必限制於該特殊實施例。此外，通常根據特定的順序完成生產步驟，並且在校準順序的每個位置具有可能不同的設定，例如轉矩扳手的不同的轉矩設定。由此，操作者通常受到給定生產過程的正確順序和設置的訓練，其中如果需要，操作者通過使用諸如所屬領域已知類型的自動化插座輸入/輸出(I/O)盤(socket input/output tray)。利用傳統的方法，直到該步驟完成之後，操作者才能檢測與下一個正確的順序位置或設定有關的誤差，潛在地增加了成本很高的返工。在本發明的保護範圍內，ELPS包括手持組裝工具，例如但不限於上述的示例性手持轉矩扳手，其構造為在工作單元內執行生產過程。電磁信號發射器或「標記器」連接至手持工具以提供追蹤移動元件，其適用於在工作單元內發送校準的磁場。一個或多個靜態的檢測元件或感受器位於工作單元內以接收或測量校準的磁場，以及響應其產生或中繼原始位置信號。核心器件包含所需的處理電子電路，並與主機和感受器通信。該位置信號被發送至處理核心器件，其計算位置值(即X、Y和Z卡迪爾坐標)以及姿態值(即偏航角、俯仰角、搖擺角)。主機22利用位置和姿態值，連續計算或監視工作單元內手持工具或者工具當前所做工作的現在位置，由此確定由工具安裝的任何物體(例如螺紋緊固件或者其他工作件)的實際位置。
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主機通過處理核心器件與感受器通信。手持工具的計算位置可以與校準順序中相應編程的、所需的或其他期望的位置比較。控制單元(例如緊固件控制單元(FCU)或其他取決於工具設計的控制單元)可以用於和主機、感受器以及手持工具通信，並可以自動更新工具所需的性能設定。因此，主機構造為向F⑶發出信號以自動更新設定，並當手持工具或者工作的現在位置不等於校準順序中希望的位置時，執行一個或多個控制動作。ELPS可以通過顯示設備，向工具的操作者發出信號或提示操作者序列中下一個正確的生產位置，即「期望的位置」，該顯示設備構造為圖形用戶界面(GUI)或另一恰當的顯示設備。該標記器充分小型化，並安裝在手持工具上或手持工具內。如果工具構造為轉矩扳手，例如，工具的位置，這樣由工具安裝的任何緊固件可以被快速確定在幾分之幾英寸內的精度，其中工具和標記器與緊固件之間的距離是已知的或校準值。主機與標記器和工具之間的通信允許自動校驗正確的順序位置，其在這裡示意為下一個緊固件位置或其他期望的位置，以及允許在校準順序的期望的位置立即確認正確的組裝設定。在安裝緊固件之後，操作者再次通過GUI或其他設備被提示下一個正確的緊固件位置，其中由主機自動參考校準順序確定期望的位置。主機可以在本地或在獨立的資料庫中收集和存儲歷史的組裝數據，以提供記錄。該記錄可以用於質量保證或質量控制目的，以改進操作者的培訓，以支撐保證退回或修復過程等。可以通過將數據連續下載至主機和/或相關的資料庫實時地或者預定間隔地(例如在預設的間隔，諸如在預定長度的組裝執行的最後)自動收集歷史組裝數據。可以在組裝執行的任意點執行所需的恰當的控制動作，例如但不限於，通過GUI直接向操作者傳送或發送消息、臨時禁用工具直到採取糾正動作、選擇性地啟動獨立於或遠程於GUI的音頻和/視頻設備等。一種在工作單元內優化緊固件安裝過程的方法包括，利用電磁感受器陣列感測由電磁標記器發出的校準的磁場，其中電磁標記器連接至工作單元中的手持轉矩扳手。利用感受器陣列產生原始位置信號。該方法也包括利用處理核心器件處理原始位置信號，由此將原始位置信號轉換為電磁標記器的位置和姿態值，並基於位置值和姿態值在工作單元內利用主機監視轉矩扳手現在的位置，將轉矩扳手現在的位置與校準順序中期望的位置進行比較，以及當轉矩扳手現在的位置不等於校準順序中期望的位置時，執行控制動作。當結合附圖時，本發明的上述特徵和優勢以及其他特徵和優勢可以從下述用於實施本發明的最佳實施方式的詳細描述中容易顯而易見。
圖I是用在有限的工作單元中的電磁局部定位系統(ELPS)的示意性圖示；圖2是圖I中ELPS的手持工具和主機的示意性圖示；以及圖3是描述利用圖I的ELPS的控制算法或方法的流程圖。
具體實施例方式參照附圖，其中在整個若干附圖中，類似的附圖標記器對應類似或相似的元件，以圖I開始，相對有限的製造工作空間或單元10由其三個主軸限定，即，描述了單元10的深度的X軸、描述了其寬度的Y軸以及描述了其高度的Z軸。在圖I的示例性實施例中，軸X、Y和Z限定了代表相對受限的有限組裝工作空間的大約3mx3m的面積，但是在不脫離意在創新範圍的情況下，也可以使用或大或小的工作單元10。如上所述，車輛或另一相似複雜結構的生產需要操作者14在物理上進入由車體限定的車輛區域，例如，但不限於客艙、發動機機艙或者另一相對有限的工作空間。在該工作空間中，通常由圖I中的緊固件32代表的螺釘、螺栓或其他螺紋緊固件必須根據校準順序安裝。此外，每個緊固件32可以具有唯一的扭矩規格或設定，即本領域技術人員公知的扭矩和角度設定，因此，對於給定位置來說，操作者14相對於正確的下一緊固件位置和/或轉矩設定的誤差潛在地會導致組裝誤差和成本高昂的返工。為了在有限的工作空間中工作，操作者14把持一個可攜式或手持式組裝工具16，其在圖I和2的示例性實施例中構造為可攜式和可充電式電轉矩扳手，但是如本領域技術人員所理解的，在本發明的保護範圍內，可以使用其他組裝設備，例如焊炬、衝擊鑽、鉚槍、噴膠槍等。如果構造為圖I所示的轉矩扳手，當操作者14例如通過觸發工具內部的電動機(未示出)在扳柄47 (參見圖2)上施加力時，工具16具有能夠向緊固件32傳遞預定轉矩(箭頭T)的旋轉軸18。工具16用作電磁局部定位系統(ELPS)50(參照圖2)的一部分，其中利用單元10內的磁場發射和檢測持續監視和跟蹤工具的位置。為此，工具16包括一個或多個電磁源或標記器48，其適用於相對於該工具保持校準的電磁場33，其中通過位於單元10內的一個或多個感受器(R) 13持續測量該電磁場。在一個實施例中，感受器13包含在圍繞工具16的陣列中。感受器13適用於測量來自標記器48的校準的磁場33，並響應於校準的磁場產生原始位置信號11。處理核心器件21處理原始位置信號11，以由此校準工具16的位置值(即X、Y和Z笛卡爾值)以及姿態值(即偏航角、俯仰角、搖擺角)。主機22在生產期間(例如在工具構造為轉矩扳手的實施例中，在安裝圖I示出的緊固件32時)監視XYZ慣性參考系內單元10內的工具16的位置。
在單元10內，多個緊固件32可以根據校準順序(如分別由緊固件位置A-F的特殊順序所代表)安裝在工作件12中。例如，可以首先在位置A安裝緊固件32，接著是在位置B安裝另一個緊固件，接著在位置C安裝再一個緊固件等。順序A、B、C等是示意性的，並且可以是可用位置的任意組合，例如C、B、A或B、A、C等，如由主機22存儲或可訪問的校準順序34(參照圖2)所確定。此外為了簡單起見，圖I僅示出六個緊固件位置(A-F)。但是，可以理解，在本發明的保護範圍內，可以根據圖2的校準順序34提供或多或少的緊固件32，其中每個緊固件具有期望的位置。主機22包括適用於執行本發明方法的控制算法100。ELPS 50包括核心器件21，其中主機22通過通信路徑17與核心器件21連續地有線或無線通信。核心器件21依次與感受器13進行連續無線通信，當工具在單元10內移動時，感受器13依次與標記器48和工具16進行連續地無線通信。當工具16構造為示出的轉矩扳手時，ELPS 50也可以包括緊固件控制單元(F⑶)25，其中F⑶通過電纜70連接至該工具。當工具構造為轉矩扳手時，F⑶25適用於例如通過自動下載或更新工具的轉矩和/或角度設定自動更新工具16的組裝設定。同樣，FCU 25可以在安裝期間確定施加於任何緊固件32的轉矩和角度，並且可以通過將該數據傳遞至用於驗證的主機22減少交叉的扣紋或錯誤的轉矩測量實例的發生。·F⑶25適用於通過另一電纜71或其他恰當的通信路徑向主機22發送用於描述轉矩和角度測量的信息、數據和/或信號(箭頭80)，以由此使得主機收集和記錄數據。主機22同樣地適用於通過電纜71或其他恰當的通信路徑向FCU25發送信息、數據或信號(箭頭81)，以使工具16能夠自動和優化的控制。最後，具有校準坐標，即固定或已知位置的靜態基座單元20通過電纜72與F⑶25通信。基座單元20構造為在系統故障和/或再啟動期間等，基於標記器48的功率周期，在開始生產時接收工具16，以如參照下面圖3所描述那樣恰當地再次校準或調零工具，由此使得位置誤差最小。簡要參照圖2，主機22包括通信控制模塊(CCM) 38，其能夠與工具16和標記器48遠程或無線通信。CCM 38執行各種程序或算法，包括下述圖3的算法100，其一起控制工具16的操作。相應地，CCM 38可以構造為基於微處理器的設備，其具有諸如微處理器或CPU39的公共元件、包括但不限於只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)等的存儲器54以及任何所需的電子電路55，其包括但不限於高速時鐘(未示出)、模數(A/D)電路、數模(D/A)電路、數位訊號處理器或DSP以及必要的輸入/輸出(I/O)設備和其他信號調節和/或緩衝電路。但是，最終構造為，主機22優選地支持最普遍使用的現場總線，例如但不限於DeviceNet、Profibus、Ethernet IP、ProfiNet等，以與可編程邏輯控制器(PLC)或其他設備容易地通信。工具16包括能量存儲系統(ESS) 30，例如可充電鎳鎘或鋰離子電池、電容模塊和/或另一恰當的能量存儲設備。工具16可以包括用於當工具返回至基座單元20時為ESS 30充電的電觸點或導線23，和/或一旦工具連接或返回至基座單元20就向主機22傳輸信息或數據的信號。如果這樣構造的話，作為替換，可以通過電纜70由FCU 25提供向ESS 30的再次充電。ESS 30可以用於為標記器48的傳感器供電，或者為運行工具16所需的部分或所有能量供電。當工具16構造為各個附圖示出的轉矩扳手時，通過經由電纜70從F⑶25傳遞由主機22根據校準順序34所確定的轉矩設定(箭頭84)來自動更新或改變工具的轉矩設定，可以自動改變施加的轉矩(箭頭T)。將工具16的信號(箭頭86)發送至F⑶25以描述例如工具當前的轉矩設定或其他結構數據。再次參照圖1，主機22根據圖2的校準順序34自動提示操作者14正確的第一螺栓位置，然後驗證和/或更新工具16在特殊位置使用的轉矩設定。通過顯示設備，例如放置在單元10內或者在其附近放置的觸控螢幕圖形用戶界面或GUI 40，給操作者14提供提示，以使得在單元10內組裝進行時，GUI容易被操作者觀察到。在生產開始之前，基於標記器周期功率，基於故障/再啟動等，利用校準的或已知的基座單元20的固定位置，調零或再次校準工具16及其連接的標記器48的位置，使得任何位置誤差都最小。在每個步驟之後，操作者14再次被提示有圖2的校準順序34中正確的下一個緊固件位置，同時由FCU 25自動收集任何相關聯的轉矩和角度數據，並被實時地或者以預定間隔(例如，當工具16返回至基座單元20時的運行或順序的結束)中繼至主 機22，用於歷史數據收集。在本發明的保護範圍內，工具16、主機22、算法100、F⑶25、核心器件21、感受器13、標記器48以及基座單元20是ELPS 50的整體元件。利用ELPS50，在單元10內可以精確確定工具16的當前位置，以及由此可以精確確定利用工具安裝的每個緊固件32，並利用校準順序34提供的值確認(參照圖2)。在組裝過程中，可以在任意點採取一個或多個控制行動，例如但不限於暫時禁用工具16，直到主機22確認校準順序34中用於對應位置的期望的位置或校準的轉矩和角度設定，在GUI 40上向操作者14顯示消息，暫時禁用工具直到實現正確的相應的位置，激活單元10外部的可選的外部音頻/視頻報警設備41或者任何其他理想的控制動作。在圖I的示例性實施例中，可選的外部音頻/視頻設備41包括恰當的視頻指示器(例如紅燈(R) 42和綠燈(G) 43)和/或音頻話筒44，以簡化或定製與操作者14和/或位於單元10外部的另一個人(例如生產監督員、遠程質量控制監視站等)溝通的反饋消息。在該實施例中，紅燈42發光指示故障情況或錯誤，綠燈43發光指示定位和轉矩設定與每個緊固件的任意校準的設定恰當的一致，並且如果定位和/或轉矩設定不符合校準規範等，那麼音頻話筒44可以用於發音或報警。ELPS 50適用於收集用於最終識別單個物體的X、Y和Z坐標的位置數據，在這種情況下，在單元10內，標記器48定位在工具16中或工具16上。因為正在安裝的緊固件的頭部總是與工具上的標記器間隔相同距離，所以標記器48與緊固件32的距離是已知的。因此，主機22可以基於計算的標記器48的位置，計算緊固件32現在的位置。通過標記器48利用多個校準的電磁場，可以將緊固件32現在的位置在單元10內分解為一英寸的幾分之幾。由單元10限定的空間內感興趣的一個點可以在二分之一解析度內被識別，使得當緊固件32擰緊時，主機22能夠立即獲得其相關的坐標信息，以允許轉矩信息和校準順序中預定的緊固件的位置相關聯。換言之，標記器48構造為捕捉或收集原始位置信號11以全面描述搖擺角、俯仰角和偏航角，其統稱為物體(例如緊固件32)分別相對於單元10中XYZ慣性系內X、Y和Z軸的姿態。再次參照圖2，更詳細示出了 ELPS 50，其中工具16與主機22通信。工具16包括上述的標記器48。標記器48可以構造為小型化的電磁源模塊，其不會給工具16過度增加負擔或阻礙工具16。在與標記器48通信中，感受器13測量由標記器保持的校準電磁場的強度、方向和其他特性。可以從各種來源在商業上獲得標記器48和感受器13，其能夠電磁地發射和接收能夠用在ELPS 50內位置數據。例如，參照由佛蒙特州的科爾切斯特市的Polhemus 提供的 「Liberty Latus，，。標記器48可以定位在工具16的軸18的旋轉軸28上或周圍，例如，定位在臨近軸的可旋轉驅動部分49上或鄰近處。例如，標記器48可以具有圓形橫截面並直接放置在軸18附近，或者可以是環形或圓圈形，使得標記器包圍軸，因此，允許軸自由地沿著標記器徑向向內的旋轉，同時標記器固定在工具16上。作為替換，如圖2中的陰影所示，標記器48可以安裝在把手部分35上方的工具16的尾端，其中標記器的中心優選地依然定位在旋轉軸28上，以提高計算的整體精度。在這種情況下，標記器48與緊固件32的距離是已知的，因此算法100容易相對於標記器的位置計算出緊固件的位置。因此，緊固件32現在的位置可以和校準順序34中相應的位置做比較，同時可以根據需要更新此位置現在的轉矩設定，以由此和校準順序或參考順序中的任何轉矩設定一致。也就是說，一個或多個感受器13連續地測量由圖I和2中標記器48保持和/或發送的校準的電磁場，以精確描述標記器和工具相對於X、Y和Z軸的運動。在圖2軸18末·端的緊固件的距離是已知的，因此主機22可以利用該值來通過該數據連續地計算工具16相對於緊固件的現在的位置。也就是說，主機22最終利用了原始位置信號11以確定給定的緊固件32圍繞X軸的搖擺角或旋轉度(參照圖I)、工具16圍繞X軸的俯仰角或旋轉度、工具圍繞Y軸的俯仰角或旋轉度以及工具16圍繞Z軸的偏航角或旋轉度，並在單元10的慣性參考系中建立X、Y和Z坐標。在這種情況下，工具的位置可以精確確定。再次參照圖1，GUI 40構造為允許向操作者14發送字母數字混合的提示。當中繼至核心器件21時，由核心器件處理來自感受器13的原始位置信號11，以確定工具16的位置和姿態值。這些被發送至主機22，其監視單元10中工具16的位置，並且下一個緊固件位置A-F被顯示在⑶I 40上。當前的緊固件位置與主機22中存儲的正確的或校準的轉矩設定相關聯。這些設定通過FCU 25直接下載至工具16，以用於自動調整工具16，而不需要傳統的插座盤I/O的幫助。如果需要的話，在⑶I 40上顯示關於工作件12的板塊的用戶友好的符號，例如浮動圖標，使得操作者14被連續告知組裝進度和過去的歷史。例如，工作件12的板塊可以顯示在⑶I 40上，並且圓形或其他恰當的圖標可以朝向校準順序34中下一個正確的位置(參見圖2)移動以引導或提示操作者14，和/或為了相同的目的顯示文本。利用圖I和2中示出的ELPS 50的各種元件，算法100確定了慣性參考系XYZ中每個卡迪爾坐標XYZ以及歐拉角或姿態，即偏航角、俯仰角和搖擺角。算法100將工具16的位置和姿態結合，並且通過使用慣性參考系XYZ中標記器48和工具16的原始方位作為初始狀態以及連續地監視標記器48提供的工具的姿態，連續更新標記器和工具當前的方位。換言之，對於六個自由度，即X、Y、Z、偏航角、俯仰角以及搖擺角中每一個來說，算法100連續計算和更新工作單元10內標記器48和工具16的當前的位置和方位。參照圖3，參照圖2的ELPS 50的各種元件，該流程圖更詳細地描述了方法100。如上所述，通過由主機22執行的計算機執行算法，實現方法100。方法100或者更具體地，方法的算法實施例可以容易地訪問和使用任何由主機在工具16處收集的和/或駐留在主機22內的數據，所述數據包括校準順序34中包括的任何數據。以步驟102開始，利用基座單元20的校準的、固定的或已知的位置或坐標，在新生產開始時校準或調零工具16。如電磁控制方法中典型具有的，在各種金屬存在的影響下，在由標記器48提供的數據內會出現積分漂移。也就是說，未校準的金屬存在會引起標記器48和工具16的位置和姿態的測量誤差。因此，在開始運行之前，在步驟102校準或調零工具16的初始位置。在這種方式中，誤差可以最小並可預測。在步驟102，例如通過設定圖I的示例性A-F實施例中的N =A，可以初始化或設定指針值「N」，其對應於第一個緊固件的期望的或期待的第一位置。然後，方法100前進至步驟104。在步驟104，通過⑶I 40提示操作者14至單元10內期望的或相應的位置(Pn)，其中N的值對應於校準順序34內正確的緊固件位置。如所期望的，之前已經收集和記錄校準 順序34中每個緊固件32的正確的位置，以恰當地訓練算法100，算法100立刻知道操作者14現在的位置是否正確或是相應的位置(Pn)。在通過例如但不限於在⑶I 40上顯示文本消息或其他恰當的符號提示操作者14之後，算法100前進至步驟106。在步驟106，利用上述的ELPS 50，電磁地測量、檢測、計算或確定工具16的當前位置(P。)。也就是說，感受器13收集標記器48發出的電磁場33 (例如，磁場)，並將其變換為原始位置信號11，以在XYZ參考系內確定描述標記器48和工具16運動的位置數據。可以利用來自感受器13的原始位置信號11，通過主機22計算距標記器48已知距離的緊固件32現在的位置，以如上所述確定當前位置(Pc)。然後，算法100前進至步驟108。在步驟108，將當前位置(P。)與正確的或對應的位置(Pn)比較。如果Pc和值不相等，那麼算法100前進至步驟110。否則，算法100前進至步驟112。在步驟110，可以由主機22有選擇性地執行預定的控制動作。控制動作可以包括任意數量的期望的響應，例如但不限於暫時禁用工具16直到操作者14移動至正確的位置，在GUI 40或其他設備上顯示警告消息，暫時關閉進程直到採取糾正的動作，照射外部A/V設備41等。然後算法100重複步驟104。在步驟112，在步驟108已經確定操作者14位於恰當的緊固件位置，即P。= Pn，那麼算法100測量、檢測或者確定工具16當前的轉矩設定T。。一旦確定當前的轉矩設定(Te)，那麼方法100前進至步驟114。在步驟114，參照校準順序34或一組相關聯的轉矩設定，將步驟112的當前的轉矩設定(Te)與校準的轉矩設定Tn相比較。如果T。= Tn，那麼算法100前進至步驟116。否貝U，算法100前進至步驟115。在步驟115，自動調整當前的轉矩設定(Tc)。如上所述，向FCU 25發出信號，以通過電纜70自動調整、更新或下載所需的轉矩設定至工具16。然後算法100前進至步驟116。在步驟116，利用在當前位置Pc處現在確認的轉矩設定T。，完成緊固件32的安裝，其中當前位置Pc之前已經在上述步驟108確認。然後算法100前進至步驟118。在步驟118，ELPS 50以自動模式收集過程數據，使得在其收集或者數據值改變時，連續收集過程數據，並且下載至主機22。這裡使用的過程數據是指任何數據、測量值或者其他在步驟116中描述安裝的信息，其可以用於各種目的，例如但不限於，質量保證或質量控制目的，以改進操作者的培訓、支持質量保證退還或修復過程等。作為替換，例如通過將數據暫時存儲在工具16中以及在預定間隔或者當工具16返回至基座單元20時將數據發送或下載至主機22，算法100可以包括周期性的收集該過程數據。然後，算法100前進至步驟120。在步驟120，再次參考校準順序34，以查看最新完成的緊固件安裝N是否對應於順序34的最後或最終步驟，即Nf。如果對應，那麼工具16返回至其基座單元20，其空閒直到下一周期開始。然後，方法100完成。否則，方法100前進至步驟122。在步驟122，增加N的值，其中N對應於每個校準順序34中相應的位置。例如，如果正確的或相應的位置是圖I中的B，那麼主機22自動更新，以使得其期待或期望操作者14移至位置B。然後，方法100重複上述的步驟108。相應地，通過利用上述提出的本發明的裝置和方法，因為操作者被自動地提示至正確的位置，所以緊固工具的位置被定位、確認和防止誤差。可以通過觸屏設備(例如圖I 的GUI 40)啟動與該裝置和方法相關聯的數據收集，以確定任何安裝的緊固件的數量和位置以及相關聯的轉矩和角度數據，所有這些可以顯示在GUI 40上或者另一設備上以提供及時反饋。例如通過識別與比期望誤差率高的誤差率常規一致的特殊的安裝步驟、批處理和/或獨立的操作者，可以自動收集和存儲最終的運行數據以用於今後的參考。在這種方式下，質量安全可以最優，和/或可以實現目標訓練，每個都確保最優的處理效率。雖然已經詳細描述了實施本發明的最佳實施方式，但是本發明涉及的本領域技術人員會知道用於實現本發明的各種替換的設計和實施例也落入所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.ー種優化工作単元內具有校準順序的過程的系統，所述裝置包括 手持工具，其構造為執行校準順序的步驟； 連接至所述手持工具的電磁標記器，所述電磁標記器構造為在所述工作単元內發射校準的磁場； 電磁感受器，其定位在所述工作単元中並適用於測量校準的磁場，以及響應於校準的磁場產生原始位置信號； 與所述電磁感受器通信的處理核心器件，所述處理核心器件適用於處理原始位置信號，以由此計算手持工具的位置值和姿態值中的每個；以及與所述處理核心器件通信的主機，所述主機適用於 利用所述位置值和姿態值，連續監視所述工作単元內的手持工具現在的位置； 將所述手持工具現在的位置與校準順序中期望的位置進行比較；以及 當所述手持工具現在的位置不等於校準順序中期望的位置時，執行控制動作。
2.如權利要求I所述的系統，進一歩包括與主機和手持工具中每ー個通信的控制單元，所述控制単元用於響應於主機的信號、自動更新手持工具的性能設定； 其中所述主機用於向控制單元發送信號以自動更新所述性能設定。
3.如權利要求I所述的系統，其中所述處理核心器件利用校準的磁場，以沿著手持エ具的各個X軸、Y軸和Z軸確定電磁標記器和手持工具中每ー個的位置。
4.如權利要求I所述的系統，其中所述手持工具包括具有縱軸的可旋轉的軸部分，以及其中所述電磁標記器定位在縱軸上。
5.如權利要求I所述的系統，進一歩包括顯示設備，用於顯示來自主機的消息。
6.如權利要求I所述的系統，其中從實質由下述組成的組中選擇控制動作暫時禁用手持工具、啟動音頻/視頻設備以及向手持工具的操作者顯示消息。
7.ー種優化工作単元內緊固件安裝過程的系統，所述系統包括 手持轉矩扳手，其適用於將螺紋緊固件安裝至工作件內，所述手持轉矩扳手具有旋轉軸； 在旋轉軸上連接至所述手持轉矩扳手的電磁標記器，所述電磁標記器適用於在工具單元內緊鄰手持轉矩扳手處產生校準的磁場； 電磁感受器陣列，其定位在所述工作単元中並適用於測量磁場，以及響應於所述磁場產生原始位置信號； 與所述感受器陣列通信的處理核心器件，所述處理核心器件適用於處理位置信號，以由此計算電磁標記器的位置值和姿態值；以及 與所述電磁標記器通信的主機，所述主機用於 利用所述位置值和姿態值，連續監視手持轉矩扳手現在的位置； 利用所述手持轉矩扳手現在的位置，計算螺紋緊固件現在的位置； 將所述螺紋緊固件現在的位置與校準緊固件順序中期望的緊固件位置進行比較；以及 當所述螺紋緊固件現在的位置不等於期望的緊固件位置時，執行至少ー個控制動作。
8.
9.如權利要求7所述的系統，進一歩包括與主機和手持轉矩扳手中每ー個通信的緊固件控制單元(FCU)，所述FCU適用於響應來自主機的信號、自動更新手持轉矩扳手現在的轉矩設定。
10.如權利要求8所述的系統，其中從實質由下述組成的組中選擇至少ー個控制動作暫時禁用所述自動手持轉矩扳手、向所述轉矩扳手的操作者顯示消息以及激活音頻報警。
11.如權利要求8所述的系統，進一歩包括圖形用戶界面(Gn)，其中至少ー個控制動作包括利用⑶I顯示消息。
12.如權利要求8所述的系統，其中所述電磁標記器具有圓形截面，並且接近可旋轉的軸放置。
13.ー種優化工作単元內緊固件安裝過程的方法，所述方法包括 利用電磁感受器陣列感測由電磁標記器發出的校準的磁場，其中所述電磁標記器連接至工作単元內的手持轉矩扳手； 利用所述感受器陣列產生原始位置信號； 利用處理核心器件處理原始位置信號，由此將原始位置信號轉換為電磁標記器的位置值和姿態值，以及 將主機用於 基於所述位置值和姿態值，連續監視工作単元內轉矩扳手現在的位置； 將轉矩扳手現在的位置與校準順序中期望的位置進行比較；以及 當所述轉矩扳手現在的位置不等於校準順序中期望的位置時，執行控制動作。
14.如權利要求13所述的方法，進ー步包括利用轉矩扳手現在的位置計算由手持轉矩扳手安裝的螺紋緊固件的現在的位置，以及當緊固件現在的位置不等於校準順序中相應的緊固件位置時，暫時禁用手持轉矩扳手。
15.如權利要求13所述的方法，進ー步包括 檢測手持轉矩扳手現在的轉矩設定； 將現在的轉矩設定與校準的轉矩設定進行比較；以及 當現在的轉矩設定不等於校準的轉矩設定時，自動更新現在的轉矩設定以匹配校準的轉矩設定。
16.如權利要求13所述的方法，包括圖形用戶界面(GUI)，所述方法進ー步包括利用GUI提示手持轉矩扳手的操作者相應的位置。
17.如權利要求13所述的方法，進ー步包括當所述螺紋緊固件的所述現在的位置不等於相應的位置時，激活工作単元外部的音頻/視頻報警設備。
全文摘要
一種系統包含用於在工作單元內執行順序步驟的手持工具。連接至工具的電磁標記器在單元中發出磁場。感受器檢測磁場，並響應其產生原始位置信號。控制單元更新工具的組裝設定。當利用原始數據確定的位置不等於順序中期望的位置時，主機執行控制動作。一種方法利用由標記器產生並由感受器陣列測量的磁場，計算轉矩扳手現在的位置，並計算工具或緊固件現在的位置。將緊固件現在的位置和校準順序中期望的位置進行比較，當緊固件位置不等於期望的位置時，可以禁用轉矩扳手。
文檔編號B25B23/142GK102695992SQ201080057814
公開日2012年9月26日 申請日期2010年10月18日 優先權日2009年10月19日
發明者H·A·盧斯, J·斯坦塞爾 申請人:費福思塞奈提科斯有限公司