DE102024207087A1 - Method for operating a hand-held power tool - Google Patents
Method for operating a hand-held power toolInfo
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- DE102024207087A1 DE102024207087A1 DE102024207087.4A DE102024207087A DE102024207087A1 DE 102024207087 A1 DE102024207087 A1 DE 102024207087A1 DE 102024207087 A DE102024207087 A DE 102024207087A DE 102024207087 A1 DE102024207087 A1 DE 102024207087A1
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Abstract
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine, die Handwerkzeugmaschine umfassend einen Elektromotor, das Verfahren umfassend die Verfahrensschritte:
S1 Während einer Anwendung der Handwerkzeugmaschine, Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors;
S2 Überwachen einer Frequenz des Signals der Betriebsgröße während der Anwendung;
S3 Bestimmen eines Arbeitsfortschrittes der Anwendung zumindest teilweise auf Grundlage der Frequenz des Signals der Betriebsgröße.
The disclosure relates to a method for operating a hand-held power tool, the hand-held power tool comprising an electric motor, the method comprising the following process steps:
S1 During use of the hand-held power tool, determining a signal of an operating parameter of the electric motor;
S2 Monitoring a frequency of the signal of the operating quantity during application;
S3 Determining the progress of the application at least partially based on the frequency of the signal of the operating variable.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine, und eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Handwerkzeugmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erkennung eines Arbeitsfortschrittes einer Anwendung einer Handwerkzeugmaschine.The invention relates to a method for operating a hand-held power tool and a hand-held power tool configured for carrying out the method. In particular, the present invention relates to a method for detecting the progress of work in the application of a hand-held power tool.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik, siehe beispielsweise
Aus der
Bei der Verwendung von Drehschlagschraubern ist benutzerseitig ein hohes Maß an Konzentration auf den Arbeitsfortschritt erforderlich, um bei Wechsel bestimmter Maschinencharakteristiken, beispielsweise dem Ein- bzw. Aussetzen des Schlagwerkes, entsprechend zu reagieren, etwa den Elektromotor zu stoppen und/oder eine Veränderung der Drehzahl über den Handschalter durchzuführen. Da benutzerseitig oft nicht schnell genug oder nicht angemessen auf einen Arbeitsfortschritt, beispielsweise auf ein Aufliegen eines Schraubenkopfes am zu verschraubenden Material, reagiert werden kann, kann es bei der Verwendung von Drehschlagschraubern bei Einschraubvorgängen beispielsweise zum Überdrehen von Schrauben kommen, und bei Ausschraubvorgängen zum Herunterfallen von Schrauben, wenn diese mit zu hoher Drehzahl herausgedreht werden.When using impact wrenches, the user must maintain a high level of concentration on the work progress in order to react appropriately to changes in certain machine characteristics, such as the engagement or disengagement of the impact mechanism. This includes stopping the electric motor and/or adjusting the speed using the hand switch. Because the user often cannot react quickly or appropriately to changes in the work process, such as a screw head making contact with the material being fastened, impact wrenches can lead to problems such as overtightening screws during tightening operations and causing screws to fall out when being unscrewed at excessive speed.
Es ist daher generell erwünscht, den Betrieb weitergehend zu automatisieren und dem Kunden zu helfen, einfacher einen vollständig abgeschlossenen Arbeitsfortschritt zu erzielen und zuverlässig reproduzierbare Ein- und Ausschraubvorgänge hoher Qualität zu gewährleisten. Ferner soll der Benutzer durch dem Arbeitsfortschritt angemessene, maschinenseitig ausgelöste Reaktionen oder Routinen des Gerätes unterstützt werden. Beispiele solcher maschinenseitig ausgelösten Reaktionen oder Routinen umfassen etwa ein Abschalten des Motors, eine Änderung der Motordrehzahl, oder das Auslösen einer Meldung an den Benutzer.It is therefore generally desirable to further automate operations and help the customer to more easily achieve a completely finished work process and to ensure reliably reproducible, high-quality screwing and unscrewing operations. Furthermore, the user should be supported by machine-triggered reactions or routines appropriate to the work progress. Examples of such machine-triggered reactions or routines include switching off the motor, changing the motor speed, or triggering a message to the user.
Die Bereitstellung von solchen intelligenten Werkzeugfunktionen kann unter anderem durch die Identifizierung des gerade anliegenden Betriebszustands erfolgen. Eine Identifizierung desselben wird im Stand der Technik, unabhängig von der Bestimmung eines Arbeitsfortschrittes oder des Status einer Anwendung, beispielsweise durch die Überwachung der Betriebsgrößen des Elektromotors, wie etwa Drehzahl und elektrischer Motorstrom, durchgeführt. Hierbei werden die Betriebsgrößen dahingehend untersucht, ob bestimmte Grenzwerte und/oder Schwellwerte erreicht werden. Entsprechende Auswertemethoden arbeiten mit absoluten Schwellwerten und/oder Signalgradienten.The provision of such intelligent tool functions can be achieved, among other things, by identifying the current operating state. In the prior art, this identification is carried out, independently of determining work progress or the status of an application, for example, by monitoring the operating parameters of the electric motor, such as speed and electrical motor current. Here, the operating parameters are examined to determine whether certain limit values and/or thresholds are reached. Corresponding evaluation methods work with absolute threshold values and/or signal gradients.
Nachtteilig ist hierbei, dass ein fester Grenzwert und/oder Schwellwert praktisch nur für einen Anwendungsfall perfekt eingestellt sein kann. Sobald sich der Anwendungsfall 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 Verläufe funktioniert nicht mehr.The disadvantage here is that a fixed limit value and/or threshold can practically only be perfectly set for one specific application. As soon as the application changes, the corresponding current and/or speed values, or their time profiles, also change, and impact detection based on the set limit value and/or threshold, or their time profiles, no longer works.
So kann es vorkommen, dass beispielsweise eine auf der Erkennung des Schlagbetriebs basierende automatische Abschaltung bei einzelnen Anwendungsfällen bei einer Verwendung von selbstschneidenden Schrauben zuverlässig in verschiedenen Drehzahlbereichen abschaltet, allerdings in anderen Anwendungsfällen bei der Verwendung von selbstschneidenden Schrauben keine Abschaltung erfolgt. Für verschiedene Anwendungen müssen daher diverse Einstellungen an der Handwerkzeugmaschine beziehungsweise ihrer Steuerung vorgenommen getätigt werden. um die gewünschte Funktionalität zuverlässig zu erreichen.Thus, it can happen that, for example, an automatic shut-off based on the detection of impact operation reliably shuts off in various speed ranges in some applications when using self-tapping screws, but fails to shut off in other applications when using self-tapping screws. For various Therefore, various settings must be adjusted on the hand-held power tool or its control system to reliably achieve the desired functionality.
Bei anderen Verfahren zur Bestimmung von Betriebsmodi bei Drehschlagschraubern werden zusätzliche Sensoren, etwa Beschleunigungssensoren, eingesetzt, um von Schwingungszuständen des Werkzeugs auf den gerade anliegenden Betriebsmodus zu schließen.Other methods for determining operating modes in rotary impact wrenches use additional sensors, such as accelerometers, to infer the current operating mode from the vibration states of the tool.
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 Handwerkzeugmaschinen ohne diese Sensorik steigt.Disadvantages of these methods include additional costs for the sensors and a reduction in the robustness of the hand-held power tool, as the number of built-in components and electrical connections increases compared to hand-held power tools without these sensors.
Prinzipiell existiert die Problematik, einen Betrieb weitestgehend zu automatisieren auch bei anderen Handwerkzeugmaschinen wie etwa Schlagbohrmaschinen, sodass die Erfindung nicht auf Drehschlagschrauber begrenzt ist.In principle, the problem of largely automating a business also exists with other hand-held power tools such as impact drills, so the invention is not limited to impact wrenches.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren um Betrieb einer Handwerkzeugmaschine anzugeben, welches die oben genannten Nachteile zumindest teilweise behebt, oder zumindest eine Alternative zum Stand der Technik anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Handwerkzeugmaschine anzugeben.It is an object of the invention to provide an improved method for operating a hand-held power tool compared to the prior art, which at least partially overcomes the aforementioned disadvantages, or at least to provide an alternative to the prior art. A further object is to provide a corresponding hand-held power tool.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist mittels eines Verfahrens zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst, durch eine Steuereinheit gemäß Anspruch 16, und durch eine Handwerkzeugmaschine gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.The object of the invention is achieved by means of a method for operating a hand-held power tool according to claim 1, by means of a control unit according to claim 16, and by means of a hand-held power tool according to claim 16. Advantageous further developments, additional features and/or advantages of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description.
Gemäß einem ersten Aspekt offenbart die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine, die Handwerkzeugmaschine umfassend einen Elektromotor, das Verfahren umfassend die Verfahrensschritte:
- S1 Während einer Anwendung der Handwerkzeugmaschine, Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors;
- S2 Überwachen einer Frequenz des Signals der Betriebsgröße während der Anwendung;
- S3 Bestimmen eines Arbeitsfortschrittes der Anwendung zumindest teilweise auf Grundlage der Frequenz des Signals der Betriebsgröße.
- S1 During use of the hand-held power tool, determining a signal of an operating parameter of the electric motor;
- S2 Monitoring a frequency of the signal of the operating quantity during application;
- S3 Determining the progress of the application at least partially based on the frequency of the signal of the operating variable.
Durch das vorstehend definierte Verfahren kann beispielsweise bei Schraubanwendungen mit Drehschlagschraubern ein Ende des Einschraubvorgangs, wenn der Schraubenkopf am zu verschraubenden Material anliegt beziehungsweise nahezu bündig versenkt ist, zuverlässig vollautomatisch erkannt werden, da sich gegen Ende des Einschraubvorgangs eine charakteristische Änderung der Frequenz beispielsweise der Drehzahl des Elektromotors einstellt. Für die Überwachung der Frequenz und somit der Bestimmung des Arbeitsfortschritts wird ausschließlich auf bereits im Gerät verwendete Sensorik und Signale zurückgegriffen, zusätzliche Sensoren beziehungsweise andere Hardware sind nicht notwendig. Ohnehin für den Betrieb der Maschine notwendige Signale können einfach mit Mitteln der digitalen Signalverarbeitung durch in Steuerungssoftware implementierte Funktionen ausgewertet werden. Dies ist für verschiedenste Schraubanwendungen wie beispielsweise Holzschrauben, selbstschneidende Blechschrauben, und Betondirektschrauben möglich.The method defined above allows, for example, the reliable and fully automatic detection of the end of the screwing process in impact wrench applications, when the screw head is in contact with the material being screwed or is almost flush. This is because a characteristic change in frequency, such as the speed of the electric motor, occurs towards the end of the screwing process. Monitoring the frequency and thus determining the progress of the work relies exclusively on sensors and signals already integrated into the device; no additional sensors or other hardware are required. Signals that are necessary for the operation of the machine can be easily evaluated using digital signal processing functions implemented in the control software. This is possible for a wide variety of screwing applications, such as wood screws, self-tapping sheet metal screws, and direct concrete screws.
Der Verfahrensschritt S2 kann umfassen, dass die Frequenz des Signals der Betriebsgröße während der Anwendung dahingehend überwacht wird, ob eine Veränderung der Frequenz ein vorbestimmtes Maß der Veränderung erreicht.The process step S2 may include monitoring the frequency of the operating variable signal during application to determine whether a change in frequency reaches a predetermined level of change.
Die Veränderung der Frequenz des Signals der Betriebsgröße kann durch ein Verhältnis einer zu einem ersten Zeitpunkt während der Anwendung ermittelten ersten Frequenz und einer zu einem zweiten Zeitpunkt während der Anwendung ermittelten zweiten Frequenz des Signals der Betriebsgröße ermittelt werden.The change in the frequency of the operating variable signal can be determined by the ratio of a first frequency determined at a first time during the application and a second frequency of the operating variable signal determined at a second time during the application.
Der Verfahrensschritt S2 kann umfassen, dass die Frequenz des Signals der Betriebsgröße während der Anwendung dahingehend überwacht wird, ob eine vorbestimmte Frequenz erreicht wird.The process step S2 may include monitoring the frequency of the operating parameter signal during application to determine whether a predetermined frequency is reached.
Die Frequenz des Signals der Betriebsgröße kann zumindest teilweise unter Verwendung eines Filters überwacht werden, das Frequenzen unterhalb einer vorbestimmten Frequenz aus dem Signal der Betriebsgröße herausfiltert, insbesondere unter Verwendung eines Bandfilters.The frequency of the operating variable signal can be monitored at least partially using a filter that filters out frequencies below a predetermined frequency from the operating variable signal, in particular using a bandpass filter.
Die Frequenz des Signals der Betriebsgröße kann dadurch bestimmt werden, dass Nulldurchgänge in dem gefilterten Signal der Betriebsgröße bestimmt werden.The frequency of the operating variable signal can be determined by identifying zero crossings in the filtered operating variable signal.
Das Verfahren kann den folgenden Verfahrensschritt umfassen:
- S4 Ausführen einer ersten Routine der Handwerkzeugmaschine zumindest teilweise auf Basis des in Verfahrensschritt S3 bestimmten Arbeitsfortschrittes.
- S4 Execute a first routine of the hand-held machine tool, at least partially, based on the work progress determined in process step S3.
Die erste Routine kann das Stoppen des Elektromotors unter Berücksichtigung eines oder mehrerer definierter und/oder vorgebbarer, insbesondere durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine vorgebbarer Parameter umfassen. Beispiele für solche Parameter umfassen einen Zeitraum, eine Anzahl von Umdrehungen des Elektromotors, eine Anzahl von Umdrehungen der Werkzeugaufnahme, einen Drehwinkel des Elektromotors, und eine Anzahl von Schlägen des Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine.The first routine can include stopping the electric motor based on one or more defined and/or predefinable parameters, particularly those predefinable by a user of the hand-held power tool. Examples of such parameters include a time period, a number of revolutions of the electric motor, a number of revolutions of the tool holder, a rotation angle of the electric motor, and a number of blows from the impact mechanism of the hand-held power tool.
Die erste Routine kann eine Änderung, insbesondere eine Reduzierung und/oder eine Erhöhung, einer Drehzahl des Elektromotors umfassen. Eine solche Änderung der Drehzahl des Elektromotors kann beispielsweise mittels einer Veränderung des Motorstroms, der Motorspannung, des Akkustroms, oder der Akkuspannung erreicht werden, oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen.The first routine may involve a change, in particular a reduction and/or an increase, in the speed of the electric motor. Such a change in the speed of the electric motor can be achieved, for example, by changing the motor current, the motor voltage, the battery current, or the battery voltage, or by a combination of these measures.
Eine Amplitude der Änderung der Drehzahl des Elektromotors kann durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine definierbar sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Änderung der Drehzahl des Elektromotors auch durch einen Zielwert vorgegeben werden. Der Begriff der Amplitude soll in diesem Zusammenhang auch allgemein im Sinne einer Höhe der Änderung verstanden und nicht ausschließlich mit zyklischen Prozessen assoziiert werden.The amplitude of the change in the speed of the electric motor can be defined by a user of the hand-held power tool. Alternatively or additionally, the change in the speed of the electric motor can also be specified by a target value. In this context, the term amplitude should be understood generally as the magnitude of the change and not exclusively associated with cyclical processes.
Die Änderung der Drehzahl des Elektromotors kann mehrfach und/oder dynamisch erfolgen, insbesondere zeitlich gestaffelt und/oder entlang einer Kennlinie der Drehzahländerung und/oder anhand des Arbeitsfortschritts der Handwerkzeugmaschine.The speed of the electric motor can be changed multiple times and/or dynamically, in particular in a time-staggered manner and/or along a characteristic curve of the speed change and/or based on the work progress of the hand-held power tool.
Der Arbeitsfortschritt kann einem Benutzer der Handwerkzeugmaschine unter Verwendung einer Ausgabevorrichtung der Handwerkzeugmaschine ausgegeben werden. Unter Ausgabe mittels der Ausgabevorrichtung kann insbesondere die Anzeige oder Dokumentation des Arbeitsfortschritts verstanden werden. Hierbei kann eine Dokumentation auch das Auswerten und/oder Speichern von Arbeitsfortschritten sein. Dies umfasst beispielsweise das Speichern mehrfacher Schraubvorgänge auch in einem Speicher.The progress of a work can be displayed to a user of the hand-held power tool using an output device on the tool. Displaying or documenting the work progress can refer to this. Documentation can also include evaluating and/or saving work progress. This includes, for example, saving multiple screwdriving operations to memory.
Die erste Routine und/oder charakteristische Parameter der ersten Routine können über eine Anwendungssoftware („App“) oder eine Benutzerschnittstelle („Human-Machine Interface“, „HMI“) durch einen Benutzer einstellbar und/oder darstellbar sein.The first routine and/or characteristic parameters of the first routine can be set and/or displayed by a user via application software (“App”) or a user interface (“Human-Machine Interface”, “HMI”).
Das HMI kann an der Maschine selbst angeordnet sein oder an externen Geräten, beispielsweise einem Smartphone, einem Tablet, oder einem Computer.The HMI can be located on the machine itself or on external devices, such as a smartphone, a tablet, or a computer.
Die erste Routine kann eine optische, akustische, und/oder haptische Rückmeldung an einen Benutzer umfassen.The first routine may include visual, auditory, and/or haptic feedback to a user.
Die Betriebsgröße kann eine Drehzahl des Elektromotors oder eine mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße sein.The operating parameter can be the rotational speed of the electric motor or an operating parameter that correlates with the rotational speed.
Das Signal der Betriebsgröße kann in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen werden, oder als Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors.The operating parameter signal can be recorded in process step S1 as a time series of measured values of the operating parameter, or as measured values of the operating parameter as a parameter of the electric motor that correlates with the time series.
Das Signal der Betriebsgröße kann in dem Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen werden und in einem dem Verfahrensschritt folgenden Verfahrensschritt S1a kann eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors erfolgen.The signal of the operating variable can be recorded in process step S1 as a time series of measured values of the operating variable, and in a process step S1a following the process step, a transformation of the time series of measured values of the operating variable into a series of measured values of the operating variable as a quantity of the electric motor that correlates with the time series can take place.
Das Verfahren kann die Verfahrensschritte umfassen:
- V1 Bereitstellen zumindest einer Modellsignalform, wobei die Modellsignalform dem Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine zuordenbar ist;
- V2 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform und Ermitteln einer Übereinstimmungsbewertung aus dem Vergleich;
- V3 Bestimmen des Arbeitsfortschrittes zumindest teilweise anhand der in Verfahrensschritt S3 ermittelten Übereinstimmungsbewertung.
- V1 Providing at least one model signal shape, wherein the model signal shape is assignable to the work progress of the hand-held machine tool;
- V2 Comparing the signal of the operating variable with the model signal shape and determining a conformance rating from the comparison;
- V3 Determine the progress of the work, at least partially, based on the conformity assessment determined in procedure step S3.
Der Arbeitsfortschritt kann zumindest teilweise anhand einer gemeinsamen Auswertung der Verfahrensschritte S3 und V3 bestimmt werden.The progress of the work can be determined, at least in part, by means of a joint evaluation of the process steps S3 and V3.
Die Modellsignalform in Schritt V1 kann ein Schwingungsverlauf, etwa ein Schwingungsverlauf um einen Mittelwert, insbesondere ein im Wesentlichen trigonometrischer Schwingungsverlauf, sein. Dabei kann die Modellsignalform beispielsweise einen idealen Schlagbetrieb eines Hammers auf einen Amboss eines Drehschlagwerks eines Drehschlagschraubers darstellen, wobei der ideale Schlagbetrieb bevorzugterweise ein Schlag ohne Weiterdrehen der Werkzeugspindel der Handwerkzeugmaschine ist. Alternativ und/oder zusätzlich dazu kann die Modellsignalform einen Verlauf des Signals der Betriebsgröße kurz vor oder während eines Aufliegens eines Schraubkopfes auf einer Schraubunterlagen repräsentieren, oder einen anderen definierten Arbeitsfortschritt.The model signal shape in step V1 can be a vibration profile, such as a vibration profile around a mean value, in particular an essentially trigonometric vibration profile. The model signal shape can, for example, represent an ideal impact operation of a hammer on an anvil of a rotary impact mechanism of a rotary impact wrench, where the ideal impact operation is preferably an impact without further rotation of the tool spindle of the power tool. Alternatively and/or additionally, the model signal shape can represent a signal profile of the operating parameter shortly before or during contact of a screw head with a screw base, or another defined work progress.
Die in Schritt S1 ermittelte Betriebsgröße kann über einen geeigneten Messwertgeber aufgenommen werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass diesbezüglich kein zusätzlicher Sensor notwendig ist, da diverse Sensoren, wie beispielsweise zur Drehzahlüberwachung, insbesondere Hallsensoren, bereits in Elektromotoren eingebaut sind.The operating parameter determined in step S1 can be recorded using a suitable sensor. It is advantageous that no additional sensor is required for this purpose, as various sensors, such as those for speed monitoring, especially Hall sensors, are already integrated into electric motors.
Die Betriebsgröße kann eine Drehzahl des Elektromotors oder eine mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße sein. Durch das starre Übersetzungsverhältnis von Elektromotor zum Schlagwerk ergibt sich beispielsweise eine direkte Abhängigkeit zwischen Motordrehzahl und Schlagfrequenz. Der mit der Drehzahl korrelierende Motorstrom kann ebenfalls als Betriebsgröße, deren Signal in Schritt S1 ermittelt wird, gewählt werden. Die Betriebsgröße des Elektromotors kann auch eine Motorspannung, ein Hallsignal des Motors, ein Batteriestrom, oder eine Batteriespannung sein. Ebenfalls kann die Betriebsgröße des Elektromotors eine Beschleunigung des Elektromotors, eine Beschleunigung einer Werkzeugaufnahme, oder ein Schallsignal eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine sein.The operating parameter can be the rotational speed of the electric motor or an operating parameter correlated with the rotational speed. For example, the fixed gear ratio between the electric motor and the impact mechanism results in a direct relationship between motor speed and impact frequency. The motor current, which correlates with the rotational speed, can also be selected as an operating parameter, the signal of which is determined in step S1. The operating parameter of the electric motor can also be a motor voltage, a Hall effect signal from the motor, a battery current, or a battery voltage. Similarly, the operating parameter of the electric motor can be an acceleration of the electric motor, an acceleration of a tool holder, or a sound signal from the impact mechanism of the power tool.
In Verfahrensschritt V2 kann das Signal der Betriebsgröße mittels eines Vergleichsverfahrens dahingehend verglichen werden, ob zumindest ein vorgegebener Schwellwert der Übereinstimmung erfüllt ist.In process step V2, the signal of the operating parameter can be compared using a comparison procedure to determine whether at least a predetermined threshold of agreement is met.
Das Vergleichsverfahren kann zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren umfassen.The comparison procedure can include at least a frequency-based comparison procedure and/or a comparative comparison procedure.
Dabei kann zumindest teilweise mittels dem frequenzbasierten Vergleichsverfahren, insbesondere einer Bandpassfilterung und/oder einer Frequenzanalyse, die Entscheidung getroffen werden, ob ein zu erkennender Arbeitsfortschritt im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde.In this process, at least partially, the decision can be made using the frequency-based comparison method, in particular a bandpass filter and/or a frequency analysis, as to whether a detectable work progress has been identified in the signal of the operating quantity.
Das frequenzbasierte Vergleichsverfahren kann zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse umfassen, wobei der vorgegebene Schwellwert zumindest 90%, insbesondere 95%, ganz insbesondere 98%, eines vorgegebenen Grenzwerts beträgt.The frequency-based comparison method can include at least bandpass filtering and/or frequency analysis, wherein the specified threshold is at least 90%, in particular 95%, and most especially 98%, of a specified limit value.
In der Bandpassfilterung wird beispielsweise das aufgenommene Signal der Betriebsgröße über einen Bandpass, dessen Durchlassbereich mit der Modellsignalform übereinstimmt, gefiltert. Eine entsprechende Amplitude im resultierenden Signal ist bei Vorliegen des maßgeblichen zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere beim idealen Schlag ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Bandpassfilterung kann daher zumindest 90%, insbesondere 95%, ganz insbesondere 98%, der entsprechenden Amplitude im zu erkennenden Arbeitsfortschritt, insbesondere dem idealen Schlag ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, sein. Der vorgegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude im resultierenden Signal eines idealen zu erkennenden Arbeitsfortschritts, insbesondere eines idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, sein.In bandpass filtering, for example, the recorded signal of the operating parameter is filtered via a bandpass filter whose passband matches the model signal waveform. A corresponding amplitude in the resulting signal is to be expected when the relevant work progress to be detected is present, particularly in the case of an ideal strike without further rotation of the struck element. The specified threshold value of the bandpass filter can therefore be at least 90%, particularly 95%, and most especially 98%, of the corresponding amplitude in the work progress to be detected, particularly in the case of an ideal strike without further rotation of the struck element. The specified limit value can here be the corresponding amplitude in the resulting signal of an ideal work progress to be detected, particularly in the case of an ideal strike without further rotation of the struck element.
Durch das bekannte frequenzbasierte Vergleichsverfahren der Frequenzanalyse kann die zuvor festgelegte Modellsignalform, beispielsweise ein Frequenzspektrum des zu erkennenden Arbeitsfortschrittes, insbesondere eines idealen Schlages 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 Arbeitsfortschrittes, insbesondere des idealen Schlages ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Frequenzanalyse kann zumindest 90%, insbesondere 95%, ganz insbesondere 98%, der entsprechenden Amplitude im zu erkennenden Arbeitsfortschritt, insbesondere 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 Elementes, sein. Dabei kann eine angemessene Segmentierung des aufgenommenen Signals der Betriebsgröße notwendig sein.Using the well-known frequency-based comparison method of frequency analysis, the previously defined model signal shape, for example, a frequency spectrum of the work progress to be detected, in particular an ideal strike without further rotation of the struck element, can be searched for in the recorded signals of the operating variable. A corresponding amplitude of the work progress to be detected, in particular an ideal strike without further rotation of the struck element, is to be expected in the recorded signals of the operating variable. The specified threshold value of the frequency analysis can be at least 90%, in particular 95%, and most especially 98%, of the corresponding amplitude in the work progress to be detected, in particular an ideal strike without further rotation of the struck element. The specified limit value can be the corresponding amplitude in the recorded signals of an ideal work progress to be detected, in particular an ideal strike without further rotation of the struck element. Appropriate segmentation of the recorded signal of the operating variable may be necessary.
Das vergleichende Vergleichsverfahren kann zumindest eine Parameterschätzung und/oder eine Kreuzkorrelation umfassen, wobei der vorgegebene Schwellwert zumindest 40% einer Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform beträgt.The comparative comparison method can include at least a parameter estimation and/or a cross-correlation, where the specified threshold is at least 40% agreement between the operating variable signal and the model signal shape.
Das gemessene Signal der Betriebsgröße kann mit der Modellsignalform mittels des vergleichenden Vergleichsverfahrens 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 von einem Grad der Übereinstimmung oder einer Abweichung des Vergleichs, kann ein Ergebnis ausgegeben werden, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt, insbesondere der ideale Schlag ohne Weiterdrehen 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 kann das vergleichende Verfahren mittels des Vergleichs des gemessenen Signals der Betriebsgröße mit der Modellsignalform einen Grad eines Vergleichs zueinander als Ergebnis des Vergleichs ausgeben. Hierbei kann eine Übereinstimmung von zumindest 60% zueinander 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 Übereinstimmung bei 90% liegt. Entsprechend liegt die obere Grenze für den Vergleich bei 60% und die untere Grenze für den Vergleich liegt bei 10%.The measured signal of the operating variable can be compared with the model signal waveform using a comparative comparison method. The measured signal of the operating variable is determined such that it has essentially the same finite signal length as that of the model signal waveform. The comparison of the model signal waveform with the measured signal of the operating variable can be output as a signal of finite length, in particular discrete or continuous. Depending on the degree of agreement or deviation of the comparison, a result can be output indicating whether the work progress to be detected, in particular the ideal strike without further rotation of the struck element, is present. If the measured signal of the operating variable matches the model signal waveform by at least 40%, the work progress to be detected, in particular the ideal strike without further rotation of the struck element, can be detected. Furthermore, the comparative method can output a degree of similarity between the measured signal of the operating variable and the model signal waveform as a result of the comparison. In this context, a degree of agreement of at least 60% can be a criterion for demonstrating the progress of the work, particularly the achievement of an ideal strike without further rotation of the struck element. It can be assumed that the lower limit for agreement is 40% and the upper limit is 90%. Accordingly, the upper limit for comparison is 60% and the lower limit is 10%.
Bei der Parameterschätzung kann auf einfache Weise ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße erfolgen. Hierzu können geschätzte Parameter der Modellsignalform identifiziert werden, um die Modellsignalform dem gemessenen Signal der Betriebsgrößen anzugleichen. 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 erfolgen, ob der vorgegebene Schwellwert erreicht wurde. Diese Bewertung kann entweder eine Gütebestimmung der geschätzten Parameter oder die Übereinstimmung zwischen der festgelegten Modellsignalform und dem erfassten Signal der Betriebsgröße sein.Parameter estimation allows for a simple comparison between the previously defined model signal waveform and the signal of the operating variable. For this purpose, estimated parameters of the model signal waveform can be identified to align the model signal waveform with the measured signal of the operating variable. By comparing the estimated parameters of the previously defined model signal waveform with a threshold value, a result can be determined regarding the presence of the desired work progress, in particular the ideal impact without further rotation of the impacted element. Subsequently, a further evaluation of the comparison result can be performed to determine whether the predefined threshold value has been reached. This evaluation can either assess the accuracy of the estimated parameters or the agreement between the defined model signal waveform and the measured signal of the operating variable.
Der Verfahrensschritt V2 kann einen Schritt V2a einer Gütebestimmung der Identifizierung der Modellsignalform im Signal der Betriebsgröße umfassen, wobei in Verfahrensschritt V3 das Bestimmen des Arbeitsfortschrittes zumindest teilweise anhand der Gütebestimmung erfolgt. Als ein Maß der Gütebestimmung kann eine Anpassungsgüte der geschätzten Parameter ermittelt werden.Process step V2 can include step V2a of a quality assessment for identifying the model signal shape within the operational variable signal, whereby in process step V3 the progress of the work is determined at least partially based on the quality assessment. A measure of the quality assessment can be the goodness of fit of the estimated parameters.
In Verfahrensschritt V3 kann zumindest teilweise mittels der Gütebestimmung, insbesondere des Maßes der Güte, eine Entscheidung getroffen werden, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde. In process step V3, at least partially, a decision can be made by means of the quality determination, in particular the measure of quality, as to whether the work progress to be recognized has been identified in the signal of the company size.
Zusätzlich oder alternativ zur Gütebestimmung kann Verfahrensschritt V2a eine Vergleichsbestimmung der Identifizierung der Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße umfassen. Der Vergleich der geschätzten Parameter der Modellsignalform zum gemessenen Signal der Betriebsgröße kann beispielsweise 70%, insbesondere 60%, ganz insbesondere 50%, betragen. In Verfahrensschritt V3 kann die Entscheidung, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt vorliegt, zumindest teilweise anhand der Vergleichsbestimmung erfolgen. Die Entscheidung zum Vorliegen des zu erkennenden Arbeitsfortschrittes kann bei dem vorgegebenen Schwellwert von zumindest 40% Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der Modellsignalform erfolgen.In addition to or as an alternative to the quality determination, process step V2a can include a comparative determination of the identification of the model signal shape and the signal of the operating variable. The comparison of the estimated parameters of the model signal shape to the measured signal of the operating variable can be, for example, 70%, particularly 60%, and most especially 50%. In process step V3, the decision as to whether the work progress to be detected has occurred can be made, at least partially, based on the comparative determination. The decision regarding the presence of recognizable work progress can be made at the specified threshold of at least 40% agreement between the measured signal of the operating parameter and the model signal shape.
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 gemessenen 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 Übereinstimmung kann beispielsweise 40%, insbesondere 50%, ganz insbesondere 60%, betragen.Cross-correlation allows a comparison between the previously defined model signal shape and the measured signal of the operating variable. In cross-correlation, the previously defined model signal shape can be correlated with the measured signal of the operating variable. By correlating the model signal shape with the measured signal of the operating variable, a measure of agreement between the two signals can be determined. This measure of agreement could be, for example, 40%, more specifically 50%, and most particularly 60%.
In Verfahrensschritt V3 kann das Bestimmen des Arbeitsfortschrittes zumindest teilweise anhand der Kreuzkorrelation der Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße erfolgen. Das Bestimmen kann dabei zumindest teilweise anhand des vorgegebenen Schwellwerts von zumindest 40% Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der Modellsignalform erfolgen.In process step V3, the progress of the work can be determined, at least partially, by cross-correlation of the model signal shape with the measured signal of the operating variable. This determination can be based, at least partially, on a predefined threshold of at least 40% agreement between the measured signal of the operating variable and the model signal shape.
In einer Ausführungsform ist der Schwellwert der Übereinstimmung durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine festlegbar und/oder werksseitig vordefiniert.In one embodiment, the conformity threshold can be set by a user of the hand-held power tool and/or is predefined at the factory.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und der Arbeitsfortschritt ein Einsetzen oder Aussetzen eines Schlagbetriebs, insbesondere eines Drehschlagbetriebs, ist.In another embodiment, the hand-held power tool is an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the work progress is an initiation or cessation of an impact operation, in particular a rotary impact operation.
In einer Ausführungsform ist der Schwellwert der Übereinstimmung auf Grundlage einer werksseitig vordefinierten Vorauswahl von Anwendungsfällen 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.In one embodiment, the conformance threshold can be selected by a user based on a factory-predefined preselection of application cases for the hand-held power tool. This can be done, for example, via a user interface, such as a human-machine interface (HMI), such as a mobile device, in particular a smartphone and/or a tablet.
Insbesondere kann in Verfahrensschritt S1 die Modellsignalform variabel, insbesondere von einem Benutzer, festgelegt werden. Hierbei ist die Modellsignalform dem zu erkennenden Arbeitsfortschritt zugeordnet, sodass der Benutzer den zu erkennenden Arbeitsfortschritt vorgeben kann.In particular, the model signal shape can be variably defined in process step S1, especially by a user. Here, the model signal shape is assigned to the work progress to be detected, so that the user can specify the work progress to be detected.
Vorteilhafterweise wird die Modellsignalform in Verfahrensschritt S1 vordefiniert, insbesondere werksseitig festgelegt. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Modellsignalform geräteintern hinterlegt oder gespeichert ist, alternativ und/oder zusätzlich der Handwerkzeugmaschine bereitgestellt wird, insbesondere von einem externen Datengerät bereitgestellt wird.Advantageously, the model signal shape is predefined in process step S1, particularly at the factory. In principle, it is conceivable that the model signal shape is stored or stored internally on the device, or alternatively and/or additionally provided to the hand-held power tool, particularly by an external data device.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße in Verfahrensschritt 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 another embodiment, the signal of the operating variable is recorded in process step S2 as a time series of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a quantity of the electric motor correlating with the time series, for example an acceleration, a jerk, in particular of a higher order, a power, an energy, a rotation angle of the electric motor, a rotation angle of the tool holder or a frequency.
In der letztgenannten Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass sich eine gleichbleibende Periodizität des zu untersuchenden Signals unabhängig von der Motordrehzahl ergibt.In the latter embodiment, it can be ensured that a constant periodicity of the signal to be examined results regardless of the engine speed.
Wird das Signal der Betriebsgröße in Verfahrensschritt S2 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, erfolgt in einem dem Verfahrensschritt S2 folgenden Schritt S2a auf Basis eines starren Übersetzungsverhältnisses 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. Somit ergeben sich wiederum dieselben Vorteile wie bei der direkten Aufnahme des Signals der Betriebsgröße über die Zeit.If the operating variable signal is recorded in process step S2 as a time series of measured values of the operating variable, then in a subsequent step S2a, based on a fixed gear ratio of the transmission, the time series of measured values of the operating variable is transformed into a series of measured values of the operating variable as a quantity of the electric motor that correlates with the time series. This results in the same advantages as with the direct recording of the operating variable signal over time.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so die Erkennung des Arbeitsfortschritts unabhängig von zumindest einer Solldrehzahl des Elektromotors, zumindest einer Anlaufcharakteristik des Elektromotors und/oder zumindest eines Ladezustands einer Energieversorgung, insbesondere eines Akkus, der Handwerkzeugmaschine.The method according to the invention thus enables the detection of the work progress independently of at least one target speed of the electric motor, at least one starting characteristic of the electric motor and/or at least one state of charge of a power supply, in particular a battery, of the hand-held power tool.
Das Signal der Betriebsgröße soll hier als eine zeitliche Abfolge von Messwerten aufgefasst werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Betriebsgröße auch ein Frequenzspektrum sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Betriebsgröße auch nachgearbeitet werden, wie beispielsweise geglättet, gefiltert, gefittet und dergleichen.The operating parameter signal should be understood here as a temporal sequence of measured values. Alternatively and/or additionally, the operating parameter signal can also be a frequency spectrum. and/or additionally, the signal of the operating parameter can also be processed, such as smoothed, filtered, fitted, and the like.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, insbesondere der Handwerkzeugmaschine, gespeichert.In another embodiment, the signal of the operating variable is stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring buffer, in particular in the hand-held power tool.
In einem Verfahrensschritt wird der zu erkennende Arbeitsfortschritt anhand von weniger als zehn Schlägen eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere weniger als zehn Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, bevorzugt weniger als sechs Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere weniger als sechs Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, ganz bevorzugt weniger als vier Schlägen eines Schlagwerks, insbesondere weniger als vier Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, identifiziert. Hierbei soll als ein Schlag des Schlagwerks ein axialer, radialer, tangentialer und/oder in Umfangsrichtung gerichteter Schlag eines Schlagwerksschläger, insbesondere eines Hammers, auf einen Schlagwerkskörper, insbesondere einen Amboss, verstanden werden. Die Schlagschwingungsperiode des Elektromotors ist mit der Betriebsgröße des Elektromotors korreliert. Eine Schlagschwingungsperiode des Elektromotors kann anhand von Betriebsgrößenschwankungen im Signal der Betriebsgröße ermittelt werden.In a process step, the work progress to be detected is identified based on fewer than ten impacts from a percussion mechanism of the power tool, in particular fewer than ten impact oscillation periods of the electric motor, preferably fewer than six impacts from a percussion mechanism of the power tool, in particular fewer than six impact oscillation periods of the electric motor, and most preferably fewer than four impacts from a percussion mechanism, in particular fewer than four impact oscillation periods of the electric motor. Here, an impact from the percussion mechanism is defined as an axial, radial, tangential, and/or circumferentially directed impact of a percussion striker, in particular a hammer, on a percussion body, in particular an anvil. The impact oscillation period of the electric motor is correlated with the operating parameter of the electric motor. An impact oscillation period of the electric motor can be determined based on fluctuations in the operating parameter signal.
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 Drehschlagschraubmaschine, ist, und die Handwerkzeugmaschine zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.Another object of the invention is a hand-held power tool comprising an electric motor, a sensor for an operating parameter of the electric motor, and a control unit, wherein the hand-held power tool is advantageously an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the hand-held power tool is set up to carry out the method described above.
Bevorzugterweise entspricht der zu erkennende Arbeitsfortschritt einem Schlag ohne Weiterdrehen einer Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine.Preferably, the discernible work progress corresponds to a blow without further rotation of a tool holder of the hand-held power tool.
Der Elektromotor der Handwerkzeugmaschine versetzt eine Eingangsspindel in Rotation, und eine Ausgangsspindel ist mit der Werkzeugaufnahme verbunden. Ein Amboss ist drehfest mit der Ausgangsspindel verbunden und ein Hammer ist derart mit der Eingangsspindel verbunden, dass er infolge der Drehbewegung der Eingangsspindel eine intermittierende Bewegung in axialer Richtung der Eingangsspindel sowie eine intermittierende rotatorische Bewegung um die Eingangsspindel ausführt, wobei der Hammer auf diese Weise intermittierend auf den Amboss aufschlägt 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 Motorgeschwindigkeit an die Steuerungseinheit übermittelt.The electric motor of the hand-held power tool rotates an input spindle, and an output spindle is connected to the tool holder. An anvil is fixedly connected to the output spindle, and a hammer is connected to the input spindle in such a way that, as a result of the input spindle's rotation, the hammer performs an intermittent axial movement along the input spindle as well as an intermittent rotational movement around the input spindle. In this way, the hammer intermittently strikes the anvil, thus transferring an impact and a rotational impulse to the anvil and consequently to the output spindle. A first sensor transmits a first signal, for example, to determine the motor's rotation angle, to the control unit. Furthermore, a second sensor can transmit a second signal to the control unit to determine the motor's speed.
Vorteilhafterweise weist die Handwerkzeugmaschine eine Speichereinheit auf, in der diverse Werte gespeichert werden können.Advantageously, the hand-held power tool has a storage unit in which various values can be stored.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine eine akkubetriebene Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein akkubetriebener Drehschlagschrauber. Auf diese Weise ist eine flexible und netzunabhängige Benutzung der Handwerkzeugmaschine gewährleistet.In another embodiment, the hand-held power tool is a battery-powered power tool, in particular a battery-powered impact wrench. This ensures flexible and mains-independent use of the power tool.
Vorteilhafterweise ist die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und der zu erkennende Arbeitsfortschritt ein Schlag des Drehschlagwerkes ohne Weiterdrehen des geschlagenen Elementes bzw. der Werkzeugaufnahme.Advantageously, the hand-held power tool is an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the discernible work progress is an impact of the rotary impact mechanism without further rotation of the impacted element or the tool holder.
Die Identifizierung der Schläge des Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Fitting-Algorithmus verwendet wird, mittels dem eine Auswertung der Schlagerkennung innerhalb von weniger 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 feste Befestigungselemente in den Befestigungsträger.The identification of the impacts of the impact mechanism of the hand-held power tool, in particular the impact oscillation periods of the electric motor, can be achieved, for example, by using a fitting algorithm that enables an evaluation of the impact detection within less than 100 ms, in particular less than 60 ms, and most especially less than 40 ms. The aforementioned inventive method enables the detection of work progress for essentially all of the above-mentioned applications and of the tightening of both loose and fixed fasteners into the mounting bracket.
Durch die vorliegende Erfindung ist ein weitestgehender Verzicht auf aufwändigere Methoden der Signalverarbeitung wie z.B. Filter, Signalrückschleifen, Systemmodelle (statische sowie adaptive) und Signalnachführungen möglich.The present invention makes it possible to largely dispense with more complex signal processing methods such as filters, signal feedback, system models (static and adaptive) and signal tracking.
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 Anzahl der vergangenen Schläge nach Einsetzen des Schlagwerks bis zur Identifikation 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 Antriebsdrehzahl getroffen werden. Des Weiteren ist das Funktionieren des Algorithmus auch unabhängig von weiteren Einflussgrößen wie bspw. Solldrehzahl und Akkuladezustand.Furthermore, these methods allow for even faster identification of the impact mechanism or work progress, enabling an even faster response from the tool. This applies particularly to the number of impacts elapsed after the impact mechanism is activated until identification, and also in special operating situations such as the start-up phase of the drive motor. This also eliminates the need to restrict the tool's functionality, such as reducing the maximum drive speed. Moreover, the algorithm's operation is independent of other influencing factors such as the target speed and battery charge level.
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.No additional sensors (e.g., accelerometers) are generally required; however, these evaluation methods can also be applied to signals from other sensors. Furthermore, in other motor designs that, for example, do not require speed measurement, this method can also be used for other signals.
Die Handwerkzeugmaschine kann ein Akku-Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, eine Schlagbohrmaschine, oder ein Bohrhammer sein, wobei als Werkzeug ein Bohrer, eine Bohrkrone oder verschiedene Bitaufsätze verwendet werden können. Die Handwerkzeugmaschine ist insbesondere als Schlagschraubwerkzeug ausgebildet, wobei durch die impulshafte Freisetzung der Motorenergie ein höheres Spitzendrehmoment für ein Einschrauben oder ein Herausschrauben einer Schraube oder einer Schraubenmutter erzeugt wird. Unter Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über einen Akku und/oder über eine Stromkabelanbindung an den Korpus Energie weiterleitet.The hand-held power tool can be a cordless screwdriver, a drill, an impact wrench (in particular a rotary impact wrench), a hammer drill, or a rotary hammer, using a drill bit, a core drill bit, or various bit attachments as tools. The hand-held power tool is specifically designed as an impact wrench, where the pulsed release of motor energy generates a higher peak torque for driving or unscrewing a screw or nut. In this context, "transmission of electrical energy" refers specifically to the hand-held power tool transferring energy to the body via a battery and/or a power cable connection.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Schraubwerkzeug 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.Furthermore, depending on the chosen embodiment, the screw tool can be designed to be flexible in the direction of rotation. In this way, the proposed method can be used for both tightening and loosening a screw or nut.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll „ermitteln“ insbesondere messen oder aufnehmen einschließen, wobei „aufnehmen“ im Sinne von messen und speichern aufgefasst werden soll, zudem soll „ermitteln“ auch eine mögliche Signalverarbeitung eines gemessenen Signals einschließen.Within the scope of the present invention, "determine" shall in particular include measuring or recording, wherein "record" shall be understood in the sense of measuring and storing, and furthermore, "determine" shall also include possible signal processing of a measured signal.
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 werden, die beispielsweise durch ein Anfitten eines Signals an das Muster, eine Fourier-Analyse oder dergleichen ermöglicht werden kann. Die „teilweise Übereinstimmung“ soll derart verstanden werden, dass das Anfitten einen Fehler aufweist, der geringer als eine vorgegebene Schwelle ist, insbesondere geringer als 30%, ganz insbesondere geringer als 20%.Furthermore, "decide" should also be understood as recognizing or detecting, whereby a clear assignment should be achieved. "Identify" should be understood as recognizing a partial match with a pattern, which can be made possible, for example, by fitting a signal to the pattern, performing a Fourier analysis, or similar methods. "Partial match" should be understood as the fitting exhibiting an error that is less than a predefined threshold, in particular less than 30%, and most specifically less than 20%.
Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Offenbarung eine Steuerungseinheit für eine Handwerkzeugmaschine, wobei die Steuerungseinheit zur Durchführung des oben definierten Verfahrens eingerichtet ist.According to another aspect, the present disclosure discloses a control unit for a hand-held machine tool, wherein the control unit is configured to carry out the method defined above.
Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Offenbarung eine Handwerkzeugmaschine, umfassend einen Elektromotor, einen Messwertaufnehmer einer Betriebsgröße des Elektromotors, und eine wie vorstehend definierte Steuerungseinheit.According to another aspect, the present disclosure discloses a hand-held power tool comprising an electric motor, a sensor for an operating parameter of the electric motor, and a control unit as defined above.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the characters
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. In den lediglich beispielhaften Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine; -
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine; -
3(a) einen Arbeitsfortschritt einer Beispielanwendung sowie ein zugeordnetes Signal einer Betriebsgröße; -
3(b) das in3(a) gezeigte Signal der Betriebsgröße, nachdem es mit einem Filter bearbeitet wurde; -
3(c) einen Frequenzverlauf des in3(b) gezeigten Signal der Betriebsgröße; -
4(a) einen Arbeitsfortschritt einer Beispielanwendung sowie ein zugeordnetes Signal einer Betriebsgröße; -
4(b) eine Übereinstimmung des in4(a) gezeigten Signals der Betriebsgröße mit einem Modellsignal; -
5 eine schematische Darstellung zweier verschiedener Aufzeichnungen von Signalen einer Betriebsgröße; -
6(a) ein Signal einer Betriebsgröße; -
6(b) eine Amplitudenfunktion einer ersten, in dem Signal der10 (a) enthaltenen Frequenz. -
6(c) eine Amplitudenfunktion einer zweiten, in dem Signal der10(a) enthaltenen Frequenz. -
7 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines Ausgabesignals einer Bandpassfilterung, basierend auf einem Modellsignal; -
8 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und einer Ausgabe einer Frequenzanalyse, basierend auf einem Modellsignal; -
9 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines Modellsignals für die Parameterschätzung; und -
10 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines Modellsignals für die Kreuzkorrelation.
-
1 a schematic representation of an electric hand-held power tool; -
2 a schematic representation of a method for operating a hand-held power tool; -
3(a) a progress indicator of a sample application and an associated signal of an operational variable; -
3(b) the in3(a) Signal shown of the operating size after it has been processed with a filter; -
3(c) a frequency response of the in3(b) displayed signal of the operating size; -
4(a) a progress indicator of a sample application and an associated signal of an operational variable; -
4(b) a match of the in4(a) shown signal of the operating quantity with a model signal; -
5 a schematic representation of two different recordings of signals of an operational variable; -
6(a) a signal of an operational variable; -
6(b) an amplitude function of a first signal, in which the signal of10 (a) contained frequency. -
6(c) an amplitude function of a second, in which the signal of10(a) contained frequency. -
7 a combined representation of a signal of an operating parameter and an output signal of a bandpass filter, based on a model signal; -
8 a combined representation of a signal of an operating parameter and an output of a frequency analysis, based on a model signal; -
9 a combined representation of a signal from an operating variable and a model signal for parameter estimation; and -
10 a joint representation of a signal of an operating variable and a model signal for cross-correlation.
Anhand der
Die
In dem Gehäuse 105 sind ein von dem Akkupack 190 mit Strom versorgter, elektrischer Elektromotor 180 und ein Getriebe 170 angeordnet. Der Elektromotor 180 ist über das Getriebe 170 mit einer Eingangsspindel verbunden. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 105 im Bereich des Akkupacks 190 eine Steuerungseinheit 370 angeordnet, welche zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 180 und des Getriebes 170 beispielsweise mittels einer eingestellten Motordrehzahl n, einem angewählten Drehimpuls, einem gewünschten Getriebegang x oder dergleichen auf diese einwirkt.The housing 105 contains an electric motor 180, powered by the battery pack 190, and a gearbox 170. The electric motor 180 is connected to an input spindle via the gearbox 170. Furthermore, a control unit 370 is located within the housing 105 in the area of the battery pack 190. This control unit acts on the electric motor 180 and the gearbox 170 for control and/or regulation, for example, by means of a set motor speed n, a selected angular momentum, a desired gearbox gear x, or the like.
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 Motordrehzahl n und des gewünschten Drehimpulses realisierbar sind. Die Funktionsweise 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.The electric motor 180, for example, can be operated via a hand switch 195, i.e., switched on and off, and can be any type of motor, such as an electronically commutated motor or a DC motor. In principle, the electric motor 180 is electronically controllable in such a way that both reversing operation and specifications regarding the desired motor speed n and the desired angular momentum are possible. The operating principle and construction of a suitable electric motor are sufficiently known from the prior art, so a detailed description is omitted here for the sake of brevity.
Über eine Eingangsspindel und eine Ausgangsspindel ist eine Werkzeugaufnahme 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.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 integrally formed with the output spindle or attached to it as an add-on.
Die Steuerungseinheit 370 steht mit einer Stromquelle in Verbindung und ist derart ausgebildet, dass sie den Elektromotor 180 mittels verschiedener Stromsignale 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 werden. Die Stromquelle kann beispielsweise als Batterie oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Akkupack 190 oder als Netzanschluss ausgebildet sein.The control unit 370 is connected to a power source and is designed to electronically control the electric motor 180 using various current signals. These different current signals generate different rotational impulses for the electric motor 180, which are transmitted to the motor via a control line. The power source can be, for example, a battery, a battery pack 190 (as shown in the illustrated embodiment), or a mains connection.
Ferner können nicht im Detail dargestellte Bedienelemente vorgesehen sein, um verschiedene Betriebsmodi und/oder die Drehrichtung des Elektromotors 180 einzustellen.Furthermore, operating elements, not shown in detail, may be provided to set different operating modes and/or the direction of rotation of the electric motor 180.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine 100 bereitgestellt, mittels dessen ein Arbeitsfortschritt beispielsweise der in
Aspekte des Verfahrens beruhen unter anderem auf einer Untersuchung zumindest einer Signalform und einer Bestimmung einer Frequenz der Signalform. Zusätzlich hierzu kann eine Bestimmung eines Grades der Übereinstimmung dieser Signalform mit einer Modellsignalform vorgenommen werden, wobei die Modellsignalform beispielsweise einem Weiterdrehen eines durch die Handwerkzeugmaschine 100 getriebenen Elements, etwa einer Schraube, entsprechen kann.Aspects of the procedure are based, among other things, on an examination of at least one signal waveform and a determination of the frequency of that waveform. In addition, a determination of the degree of correspondence between this waveform and a model waveform can be made, where the model waveform can, for example, correspond to the continued rotation of an element driven by the hand-held power tool 100, such as a screw.
In
Auf der Abszisse x ist im vorliegenden Beispiel der
Motordrehzahl und Motorstrom sind Betriebsgrößen, die bei Handwerkzeugmaschinen 100 üblicherweise und ohne Zusatzaufwand von einer Steuerungseinheit 370 der Handwerkzeugmaschine 100 erfasst werden. Es werden hierfür also keinerlei zusätzlichen Sensoren oder dergleichen benötigt. In Ausführungsformen kann ein Benutzer der Handwerkzeugmaschine 100 auswählen, basierend auf welcher Betriebsgröße das Verfahren ausgeführt werden soll.Motor speed and motor current are operating parameters that are typically detected by a control unit 370 of the hand-held power tool 100 without any additional effort. Therefore, no additional sensors or similar components are required. In some embodiments, a user of the hand-held power tool 100 can select the operating parameter on which the process is to be executed.
In
In dem ersten Bereich 310 trifft die Schraube 900 auf einen relativ geringen Widerstand in dem Befestigungsträger 902, und das zum Einschrauben erforderliche Drehmoment liegt unterhalb des Ausrückmoments des Drehschlagwerks. Der Verlauf der Motordrehzahl im ersten Bereich 310 entspricht also dem Betriebszustand des Schraubens ohne Schlag.In the first section 310, the screw 900 encounters relatively little resistance in the mounting bracket 902, and the torque required for screwing it in is below the disengagement torque of the rotary impact mechanism. The motor speed profile in the first section 310 therefore corresponds to the operating state of screwdriving without impact.
In einem Schritt S2 des Verfahrens wird eine Frequenz des Signals der Betriebsgröße 200 während der Anwendung überwacht. Zu diesem Zweck wird das Signal der Betriebsgröße 200 in Ausführungsformen des Verfahrens zunächst gefiltert, um konstante und niederfrequente Anteile zu beseitigen.
Im zweiten Bereich 322 ist der Widerstand der Schraube gegen Einschrauben so groß, dass der Drehschlagbetrieb ausgelöst wird. Wie in
Der in dem zweiten 322 (und auch dem dritten Bereich 324) ausgeführte Drehschlagbetrieb ist ferner durch einen oszillierenden Verlauf des Signals der Betriebsgröße 200 gekennzeichnet, wobei die Form der Oszillation beispielsweise trigonometrisch oder anderweitig oszillierend sein kann. Dies ist anhand den gefilterten Signals 200" in
Der zusätzliche Drehwinkel kann bei fortschreitendem Arbeitsvorgang geringer werden, was in der
Nähert sich der Kopf der Schraube 900 gegen Ende des zweiten Bereichs 322 der Unterlage 902, ist zum weiteren Einschrauben ein noch höheres Drehmoment und damit mehr Schlagenergie nötig. Da die Handwerkzeugmaschine 100 jedoch nicht mehr Schlagenergie liefert, dreht sich die Schraube 900 nicht mehr beziehungsweise nur noch um einen signifikant kleineren Drehwinkel weiter. Die Frequenz des Signals der Betriebsgröße steigt somit weiter und erreicht zu einem Zeitpunkt tG, der in der dargestellten Ausführungsform den Übergang zu dem dritten Bereich 324 darstellt, ein vorbestimmtes Maß der Veränderung, das wie in
Wenn der vordefinierte Grenzwert FG der Frequenz erreicht ist, wird in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform in einem Schritt S3 erkannt, dass der Arbeitsfortschritt des Aufliegens des Kopfes der Schraube 900 auf dem Befestigungsträger 902 erreicht ist. Der Grenzwert FG der Frequenz kann dabei ein beispielsweise durch Versuche ermittelter Wert sein, und/oder durch den Benutzer eingestellt werden.When the predefined frequency limit F<sub>G</sub> is reached, the embodiment described here recognizes in step S3 that the progress of the screw head 900 resting on the mounting bracket 902 has been achieved. The frequency limit F<sub>G</sub> can be a value determined, for example, through testing, and/or can be set by the user.
In Ausführungsformen des Verfahrens wird alternativ oder zusätzlich zu dem Vorstehenden in Schritt S2 die Frequenz des Signals der Betriebsgröße 200 während der Anwendung dahingehend überwacht, ob ein Verhältnis einer zu einem ersten Zeitpunkt t1 während der Anwendung ermittelten ersten Frequenz F1 und einer zu einem zweiten Zeitpunkt t2 während der Anwendung ermittelten zweiten Frequenz F2 des Signals der Betriebsgröße 200 erreicht. Wenn ein bestimmter Verhältniswert überschritten wird, wird darauf geschlossen, dass der korrespondierende Arbeitsfortschritt, beispielsweise das Aufliegen des Kopfes der Schraube 902 auf dem Befestigungsträger 900, erreicht ist. Der Verhältniswert kann dabei ein beispielsweise durch Versuche ermittelter Wert sein, und/oder durch den Benutzer eingestellt werden.In embodiments of the method, alternatively or additionally to the above, in step S2 the frequency of the signal of operating quantity 200 is monitored during application to determine whether a ratio of a first frequency F1, determined at a first time t1 during application, and a second frequency F2 of the signal of operating quantity 200, determined at a second time t2 during application, is reached. If a certain ratio value is exceeded, it is concluded that the corresponding work progress, for example, the head of the screw 902 resting on the mounting bracket 900, has been achieved. The ratio value can be a value determined, for example, through tests, and/or set by the user.
Die Frequenz des Signals der Betriebsgröße 200 zu einem bestimmten Zeitpunkt kann in Schritt S2 dadurch bestimmt werden, dass Nulldurchgänge in dem gefilterten Signal der Betriebsgröße 200' bestimmt werden. Dies kann anhand
Die Nulldurchgänge können dabei in Schritt S2b dadurch festgestellt werden, dass die Werte der gesampelten Zeitreihe des gefilterten Signals der Betriebsgröße 200' das Vorzeichen wechseln, in der
Wie der
In Ausführungsformen des Verfahrens wird in einem Schritt S4 zumindest teilweise auf Grundlage des in Schritt S3 bestimmten Arbeitsfortschrittes eine anwendungsbezogene erste Routine der Handwerkzeugmaschine 100 ausgeführt. Um beispielsweise den Schraubenkopf der Schraube 900 am Eindringen in den Befestigungsträger 902 zu hindern, kann 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 ausgeführt werden.In embodiments of the method, in step S4, an application-specific first routine of the hand-held power tool 100 is executed, at least partially, based on the work progress determined in step S3. For example, to prevent the screw head of the screw 900 from penetrating the fastening carrier 902, the machine can be switched off, the speed of the electric motor 180 can be changed, and/or visual, acoustic, and/or haptic feedback can be provided to the user of the hand-held power tool 100.
In einer Ausführungsform umfasst die erste Routine das Stoppen des Elektromotors 180 unter Berücksichtigung zumindest eines definierten und/oder vorgebbaren, insbesondere durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine vorgebbaren, Parameters.In one embodiment, the first routine comprises stopping the electric motor 180 taking into account at least one defined and/or predefinable parameter, in particular one predefinable by a user of the hand-held power tool.
In Bezug auf
Um die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter zu steigern, kann daher wie in
In einem Schritt V1 wird ausgehend von dieser Erkenntnis zumindest eine zustandstypische Modellsignalform 240 bereitgestellt, wobei die zustandstypische Modellsignalform 240 einem Arbeitsfortschritt, beispielsweise dem einem Drehschlagbetriebs oder dem Erreichen des Aufliegens des Kopfes der Schraube 900 auf dem Befestigungsträger 902, zuordenbar ist. Mit anderen Worten enthält die zustandstypische Modellsignalform 240 für den Arbeitsfortschritt typische Merkmale wie Vorhandensein eines Schwingungsverlaufs, Schwingungsfrequenzen beziehungsweise -amplituden, oder einzelne Signalsequenzen in kontinuierlicher, quasi-kontinuierlicher oder diskreter Form.In step V1, based on this finding, at least one state-typical model signal waveform 240 is provided, wherein the state-typical model signal waveform 240 can be assigned to a work progress, for example, a rotary impact operation or the point at which the head of the screw 900 rests on the mounting bracket 902. In other words, the state-typical model signal waveform 240 contains features typical for the work progress, such as the presence of a vibration profile, vibration frequencies or amplitudes, or individual signal sequences in continuous, quasi-continuous, or discrete form.
In anderen Anwendungen kann der zu detektierende Arbeitsfortschritt durch andere 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 other applications, the work progress to be detected may be characterized by signal forms other than oscillations, such as discontinuities or growth rates in the function f(x). In such cases, the state-typical model signal form is characterized by these parameters instead of oscillations.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann in Verfahrensschritt V1 die zustandstypische Modellsignalform 240 durch einen Benutzer festgelegt werden. Die zustandstypische Modellsignalform 240 kann ebenfalls geräteintern hinterlegt oder gespeichert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die zustandstypische Modellsignalform alternativ und/oder zusätzlich der Handwerkzeugmaschine 100 bereitgestellt werden, beispielsweise von einem externen Datengerät.In one embodiment of the method, the state-typical model signal waveform 240 can be defined by a user in process step V1. The state-typical model signal waveform 240 can also be stored or stored internally within the device. In an alternative embodiment, the state-typical model signal waveform can alternatively and/or additionally be provided to the hand-held power tool 100, for example, from an external data device.
In einem Verfahrensschritt V2 des Verfahrens wird das Signal der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 verglichen. Das Merkmal „vergleichen“ soll im Kontext mit der vorliegenden Erfindung breit und im Sinne einer Signalanalyse ausgelegt werden, sodass ein Ergebnis des Vergleichs insbesondere auch eine teilweise oder graduelle Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 sein kann, wobei der Grad der Übereinstimmung der beiden Signale durch verschiedene mathematische Verfahren ermittelt werden kann, die an späterer Stelle noch genannt werden.In process step V2 of the method, the signal of the operating parameter 200 of the electric motor 180 is compared with the state-typical model signal waveform 240. The feature "compare" is to be interpreted broadly in the context of the present invention and in the sense of a signal analysis, so that a The result of the comparison may in particular be a partial or gradual agreement between the signal of the operating parameter 200 of the electric motor 180 and the state-typical model signal form 240, whereby the degree of agreement between the two signals can be determined by various mathematical procedures, which will be mentioned later.
In Schritt V2 wird aus dem Vergleich überdies eine Übereinstimmungsbewertung des Signals der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 ermittelt und somit eine Aussage über die Übereinstimmung der beiden Signale getroffen. Hierbei sind die Durchführung und Sensitivität der Übereinstimmungsbewertung werks- oder benutzerseitig einstellbare Parameter für die Erkennung des Arbeitsfortschrittes.In step V2, a conformity assessment is also determined from the comparison between the signal of operating parameter 200 of the electric motor 180 and the state-typical model signal waveform 240, thus making a statement about the conformity of the two signals. The execution and sensitivity of the conformity assessment are factory- or user-adjustable parameters for detecting work progress.
Das Vorstehende wird nun unter Bezugnahme auf
Im vorliegenden Beispiel des Eindrehens der Schraube 900 wird diese Bewertung herangezogen, um das Maß des Weiterdrehens bei einem Schlag zu bestimmen. Die in Schritt V2 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 Befestigungsträgers 902 aufliegt, wie in Bereich 324 der
In einem Verfahrensschritt V3 der vorliegend beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens wird der Arbeitsfortschritt nun zumindest teilweise anhand der in Verfahrensschritt V2 ermittelten Übereinstimmungsbewertung 201 bestimmt. Wie im Beispiel der
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 Ausschraubanwendungen beinhaltet.The resulting criterion used to determine work progress is adjustable to make the function suitable for a wide variety of applications. It should be noted that the function is not limited to screw-in applications but also includes applications for unscrewing.
In Ausführungsformen des Verfahrens wird der Arbeitsfortschritt zumindest teilweise anhand einer gemeinsamen Auswertung der Verfahrensschritte S3 und V3 bestimmt. Das bedeutet, dass zunächst die Verfahrensschritte S2 und V2 im Wesentlichen parallel ausgeführt werden. Abhängig davon, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt zuerst auf Grundlage der Frequenzänderung des Signals der Betriebsgröße festgestellt wird oder auf Grundlage der Übereinstimmungsbewertung mit der Modellsignalform, kann das jeweils andere Kriterium zur Kontrolle herangezogen werden und der Arbeitsfortschritt wird dann als erkannt angenommen, wenn beide Kriterien erfüllt sind. Alternativ kann der Arbeitsfortschritt dann als erkannt angenommen werden, wenn er entweder auf Grundlage der Frequenzänderung des Signals der Betriebsgröße oder auf Grundlage der Übereinstimmungsbewertung mit der Modellsignalform festgestellt wird.In embodiments of the method, the progress is determined at least partially by a joint evaluation of process steps S3 and V3. This means that process steps S2 and V2 are initially executed essentially in parallel. Depending on whether the progress to be detected is first determined based on the frequency change of the operating variable signal or based on the conformity assessment with the model signal shape, the other criterion can be used for verification, and the progress is then considered detected if both criteria are met. Alternatively, the progress can be considered detected if it is determined either based on the frequency change of the operating variable signal or based on the conformity assessment with the model signal shape.
Erfindungsgemäß kann also durch Unterscheidung von Signalformen eine Bewertung des Weiterdrehens eines durch einen Drehschlagschrauber getriebenen Elements zur Feststellung des Arbeitsfortschritts einer Anwendung vorgenommen werden.According to the invention, by differentiating signal shapes, it is therefore possible to evaluate the further rotation of an element driven by an impact wrench in order to determine the progress of an application.
Es werden im Folgenden einige technische Zusammenhänge und Ausführungsformen betreffend der Durchführung der Verfahrensschritte V1-V3 erläutert.The following explains some technical relationships and embodiments concerning the execution of process steps V1-V3.
In praktischen Anwendungen kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte V2 und V3 sich wiederholend während des Betriebs einer Handwerkzeugmaschine 100 ausgeführt werden, um den Arbeitsfortschritt der ausgeführten Anwendung zu überwachen. Zu diesem Zweck kann in Verfahrensschritt V2 eine Segmentierung des ermittelten Signals der Betriebsgröße 200 erfolgen, sodass die Verfahrensschritte V2 und V3 an Signalsegmenten, vorzugsweise stets gleicher, festgelegter Länge, durchgeführt werden.In practical applications, it may be necessary to repeatedly execute process steps V2 and V3 during the operation of a hand-held power tool 100 in order to monitor the progress of the application. For this purpose, process step V2 may involve segmenting the determined signal of the operating parameter 200, so that process steps V2 and V3 are carried out on signal segments, preferably always of the same, fixed length.
Zu diesem Zweck kann das Signal der Betriebsgröße 200 als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, gespeichert werden. In dieser Ausführungsform umfasst die Handwerkzeugmaschine 100 den Speicher, vorzugsweise den Ringspeicher.For this purpose, the signal of the operating parameter 200 can be stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring buffer. In this embodiment, the hand-held power tool 100 includes the memory, preferably the ring buffer.
Wie bereits erwähnt, wird in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verfahrensschritt S1 das Signal der Betriebsgröße 200 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße ermittelt, oder als Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180. Dabei können die Messwerte diskret, quasi kontinuierlich oder kontinuierlich sein.As already mentioned, in preferred embodiments of the invention, in process step S1 the signal of the operating variable 200 is determined as a time series of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a quantity of the electric motor 180 that correlates with the time series. The measured values can be discrete, quasi-continuous or continuous.
Eine Ausführungsform sieht dabei vor, dass das Signal der Betriebsgröße 200 in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen wird und in einem dem Verfahrensschritt S1 folgenden Verfahrensschritt S1a eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180 erfolgt, wie beispielsweise der Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140, der Motordrehwinkel, eine Beschleunigung, ein Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, oder eine Energie.One embodiment provides that the signal of the operating variable 200 is recorded in process step S1 as a time series of measured values of the operating variable and in a process step S1a following process step S1, a transformation of the time series of measured values of the operating variable into a series of measured values of the operating variable as a quantity of the electric motor 180 that correlates with the time series takes place, such as the rotation angle of the tool holder 140, the motor rotation angle, an acceleration, a jerk, in particular of a higher order, a power, or an energy.
Die Vorteile dieser Ausführungsform werden im Folgenden anhand
Die Abbildung enthält zwei Signalverläufe der Betriebsgröße 200, die jeweils einem Arbeitsfortschritt zugeordnet sein können, im Falle eines Drehschlagschraubers also beispielsweise dem Drehschlagschraubmodus. In beiden Fällen umfasst das Signal eine Wellenlänge eines idealisiert als sinusförmig angenommenen 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.The figure shows two signal waveforms of operating parameter 200, each of which can be assigned to a work progress, for example, the impact wrench mode in the case of a rotary impact wrench. In both cases, the signal comprises a wavelength of an idealized oscillation waveform assumed to be sinusoidal, with the signal with the shorter wavelength, T1, exhibiting a waveform with a higher impact frequency, and the signal with the longer wavelength, T2, exhibiting a waveform with a lower impact frequency.
Beide Signale können mit derselben Handwerkzeugmaschine 100 bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten erzeugt werden und sind unter anderem abhängig davon, welche Umdrehungsgeschwindigkeit der Benutzer über den Bedienschalter von der Handwerkzeugmaschine 100 anfordert.Both signals can be generated with the same hand tool 100 at different motor speeds and depend, among other things, on the rotational speed requested by the user via the operating switch of the hand tool 100.
Soll nun beispielsweise der Parameter „Wellenlänge“ zur Definition der zustandstypischen Modellsignalform 240 herangezogen werden, müssten also im vorliegenden 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 Motordrehzahl 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 werden müssten.If, for example, the parameter "wavelength" is to be used to define the state-typical model signal waveform 240, then in this case at least two different wavelengths T1 and T2 would have to be defined as possible components of the state-typical model signal waveform so that the comparison of the signal of the operating parameter 200 with the state-typical model signal waveform 240 leads to the result "match" in both cases. Since the motor speed can generally change significantly over time, this means that the required wavelength also varies, and therefore the methods for detecting this stroke frequency would have to be adjusted accordingly.
Bei einer Vielzahl von möglichen Wellenlängen würde der Aufwand des Verfahrens und der Programmierung entsprechend schnell ansteigen.With a large number of possible wavelengths, the effort required for the process and programming would increase correspondingly quickly.
In der Ausführungsform werden daher die Zeitwerte der Abszisse in mit den Zeitwerten korrelierende Werte transformiert, wie beispielsweise Beschleunigungswerte, Ruckwerte höherer Ordnung, Leistungswerte, Energiewerte, Frequenzwerte, Drehwinkelwerte der Werkzeugaufnahme 140 oder Drehwinkelwerte des Elektromotors 180. Dies ist möglich, weil sich durch das starre Übersetzungsverhältnis von Elektromotor 180 zum Schlagwerk und zur Werkzeugaufnahme 140 eine direkte, bekannte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlagfrequenz ergibt. Durch diese Normierung wird ein von der Motordrehzahl unabhängiges Schwingungssignal gleichbleibender Periodizität erreicht, was in
Entsprechend kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die zustandstypische Modellsignalform 240 gültig für alle Drehzahlen durch einen einzigen Parameter der Wellenlänge über die mit der Zeit korrelierende Größe festgelegt werden, wie beispielsweise den Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140, den Motordrehwinkel, eine Beschleunigung, einen Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, oder eine Energie.Accordingly, in this embodiment of the invention, the state-typical model signal shape 240 can be defined validly for all rotational speeds by a single parameter of the wavelength via the time-correlated quantity, such as the rotation angle of the tool holder 140, the motor rotation angle, an acceleration, a jerk, in particular of a higher order, a power, or an energy.
In einer Ausführungsform erfolgt der Vergleich des Signals der Betriebsgröße 200 in Verfahrensschritt V2 mit einem Vergleichsverfahren, wobei das Vergleichsverfahren zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren umfasst. Das Vergleichsverfahren vergleicht das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240, ob zumindest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird. Das Vergleichsverfahren vergleicht das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert. Das frequenzbasierte Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse. Das vergleichende Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation. Das frequenzbasierte und das vergleichende Vergleichsverfahren wird im Folgenden detaillierter beschrieben.In one embodiment, the signal of operating parameter 200 is compared in process step V2 with a comparison method, wherein the comparison method comprises at least a frequency-based comparison method and/or a comparative comparison method. The comparison method compares the signal of operating parameter 200 with the state-typical model signal waveform 240 to determine whether at least one predefined threshold is met. The comparison method compares the measured signal of operating parameter 200 with at least one predefined threshold. The frequency-based comparison method comprises at least bandpass filtering and/or frequency analysis. The comparative comparison method comprises at least parameter estimation and/or cross-correlation. The frequency-based and the comparative comparison methods are described in more detail below.
In Ausführungsformen mit Bandpassfilterung wird das, gegebenenfalls wie beschrieben, auf eine mit der Zeit korrelierenden Größe transformierte Eingangssignal 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 Zusammenhang mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 festgelegten Frequenz übereinstimmt. In dem Fall, dass Amplituden dieser Frequenz einen vorher festgelegten Grenzwert überschreiten, wie dies bei Erreichen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts der Fall ist, führt der Vergleich in Verfahrensschritt V2 dann zu dem Ergebnis, dass das Signal der Betriebsgröße 200 der zustandstypischen Modellsignalform 240 gleicht, und dass somit der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht ist. Die Festlegung eines Amplitudengrenzwertes kann in dieser Ausführungsform als Ermittlung der Übereinstimmungsbewertung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 aufgefasst werden, auf Grundlage derer in Verfahrensschritt V3 bestimmt wird, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt vorliegt oder nicht.In embodiments with bandpass filtering, the input signal, optionally transformed to a time-correlated quantity as described, is filtered by one or more bandpass filters whose passbands correspond to one or more state-typical model signal waveforms. The passband is derived from the state-typical model signal waveform 240. It is also conceivable that the passband corresponds to a frequency defined in connection with the state-typical model signal waveform 240. In the event that amplitudes of this frequency exceed a predetermined limit, as is the case when the work progress to be detected is reached, the comparison in process step V2 then leads to the result that the signal of the operating quantity 200 corresponds to the state-typical model signal waveform 240, and that thus the work progress to be detected has been reached. In this embodiment, the determination of an amplitude limit value can be understood as the determination of the conformity assessment of the state-typical model signal shape 240 with the signal of the operating parameter 200, on the basis of which it is determined in process step V3 whether the work progress to be detected is present or not.
Anhand der
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 Reihenentwicklungen gewichteter periodischer, harmonischer Funktionen unterschiedlicher Wellenlänge anzunähern. In der
Bezogen auf das vorliegend offenbarte Verfahren kann mithilfe der Frequenzanalyse also festgestellt werden, ob und mit welcher Amplitude die der zustandstypischen 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 erkennenden 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 zustandstypischen Modellsignalform 240 ist.With regard to the method disclosed herein, frequency analysis can thus be used to determine whether and with what amplitude the frequency associated with the state-typical model signal waveform 240 is present in the signal of the operating parameter 200. Furthermore, frequencies can also be defined whose absence is a measure of the presence of the work progress to be detected. As mentioned in connection with bandpass filtering, a limit value for the amplitude can be set, which is a measure of the degree of correspondence between the signal of the operating parameter 200 and the state-typical model signal waveform 240.
Im Beispiel der
In der zugehörigen Ausführungsform der Erfindung ist das gemeinsame Vorliegen des Unter- bzw. Überschreitens der Grenzwerte 203(a), 204(a) durch die Amplitudenfunktionen κ1(x) bzw. κ2(x) das maßgebliche Kriterium für die Übereinstimmungsbewertung des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240. Entsprechend wird in diesem Fall in Verfahrensschritt V3 festgestellt, dass der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht ist.In the corresponding embodiment of the invention, the joint occurrence of the limit values 203(a) and 204(a) being exceeded or fallen below by the amplitude functions κ 1 (x) and κ 2 (x), respectively, is the decisive criterion for the conformity assessment of the signal of the operating parameter 200 with the state-typical model signal shape 240. Accordingly, in this case, it is determined in process step V3 that the work progress to be detected has been achieved.
In Ausführungsformen, in denen das vergleichende Vergleichsverfahren verwendet wird, wird das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 verglichen, um herauszufinden, ob das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 zumindest eine Übereinstimmung von 50% mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 aufweist und damit der vorgegebene Schwellwert erreicht wird. Denkbar ist auch, dass das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 vergleichen wird, um eine Übereinstimmung der beiden Signale miteinander zu ermitteln.In embodiments where the comparative comparison method is used, the signal of the operating parameter 200 is compared with the state-typical model signal waveform 240 to determine whether the measured signal of the operating parameter 200 exhibits at least a 50% match with the state-typical model signal waveform 240, thus reaching the predetermined threshold. It is also conceivable that the signal of the operating parameter 200 is compared with the state-typical model signal waveform 240 to determine the similarity between the two signals.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen die Parameterschätzung 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 Betriebsgrößen 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 bekannte, mathematische Optimierungsmethode ist. Die mathematische Optimierungsmethode ermöglicht mit Hilfe der geschätzten Parameter die zustandstypische Modellsignalform 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 Arbeitsfortschritt erreicht ist, getroffen werden.In embodiments of the method according to the invention, where parameter estimation is used as a comparative method, the measured signal of the operating variables 200 is compared with the state-typical model signal waveform 240, whereby estimated parameters are identified for the state-typical model signal waveform 240. Using the estimated parameters, a measure of the agreement between the measured signal of the operating variables 200 and the state-typical model signal waveform 240 can be determined, indicating whether the desired progress has been achieved. The parameter estimation is based on least squares analysis, a mathematical optimization method known to those skilled in the art. This mathematical optimization method allows the state-typical model signal waveform 240 to be adapted to a series of measurement data from the signal of the operating variable 200 using the estimated parameters. Depending on a measure of agreement between the state-typical model signal waveform 240, parameterized using the estimated parameters, and a limit value, a decision can be made as to whether the desired progress has been achieved.
Mit Hilfe der Ausgleichsrechnung des vergleichenden Verfahrens der Parameterschätzung kann auch ein Maß einer Übereinstimmung der geschätzten Parameter der zustandstypischen Modellsignalform 240 zu dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 ermittelt werden.Using the adjustment calculation of the comparative method of parameter estimation, a measure of the agreement between the estimated parameters of the state-typical model signal form 240 and the measured signal of the operating variable 200 can also be determined.
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung oder ein ausreichend geringer Vergleich der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit den geschätzten Parametern zum gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in dem Verfahrensschritt V2 folgenden Verfahrensschritt V2a eine Vergleichsbestimmung durchgeführt. Wird der Vergleich von der zustandstypischen Modellsignalform 240 zum gemessenen Signal der Betriebsgröße von 70% ermittelt, kann die Entscheidung getroffen werden, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt anhand des Signals der Betriebsgröße identifiziert wurde und ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt erreicht wurde.To determine whether there is sufficient agreement or a sufficiently low comparison between the state-typical model signal waveform 240 and the estimated parameters of the measured signal of the operating variable 200, a comparison determination is carried out in the following procedure step V2a. If the comparison between the state-typical model signal waveform 240 and the measured signal of the operating variable is determined to be 70%, a decision can be made as to whether the work progress to be detected has been identified based on the signal of the operating variable and whether the work progress to be detected has been achieved.
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in einer weiteren Ausführungsform in einem dem Verfahrensschritt V2 folgenden Verfahrensschritt V2a 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 Übereinstimmung zwischen der zustandstypischen Modelsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 repräsentiert. Die Entscheidung, ob der zu erkennende Arbeitsfortschritt vorliegt, wird in der bevorzugten Ausführungsform in dem Verfahrensschritt V3 zumindest teilweise anhand der Bedingung getroffen, dass der Wert der Güte in einem Bereich von 50% liegt.To determine whether there is sufficient agreement between the state-typical model signal waveform 240 and the signal of the operating parameter 200, a quality assessment of the estimated parameters is performed in a further embodiment in a process step V2a following process step V2. In this quality assessment, values between 0 and 1 are determined, where a lower value signifies higher confidence in the value of the identified parameter and thus represents a higher degree of agreement between the state-typical model signal waveform 240 and the signal of the operating parameter 200. In the preferred embodiment, the decision as to whether the required progress has been made is made, at least partially, in process step V3 based on the condition that the quality value is within the range of 50%.
In einer Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens wird als vergleichendes Vergleichsverfahren in Verfahrensschritt V2 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 Modellsignalform 240 mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 korreliert.In one embodiment of the inventive method, the cross-correlation method is used as a comparative method in process step V2. Like the mathematical methods described above, the cross-correlation method is known to those skilled in the art. In the cross-correlation method, the state-typical model signal waveform 240 is correlated with the measured signal of the operating parameter 200.
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 zustandstypischen Modellsignalform 240, welches die Ähnlichkeit der zeitverschobenen Eingangssignale darstellt. Dabei stellt das Maximum dieser Ausgangsfolge 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 Ausführungsform in Verfahrensschritt V3 als Entscheidungskriterium für das Erreichen des zu erkennenden Arbeitsfortschritts verwendet wird. In der Implementierung im erfindungsgemäßen Verfahren ist ein wesentlicher Unterschied zur Parameterschätzung, dass für die Kreuzkorrelation beliebige zustandstypische Modelsignalformen verwendet werden können, während bei der Parameterschätzung die zustandstypische Modellsignalform 240 durch parametrisierbare mathematische Funktionen dargestellt werden können muss.In comparison to the parameter estimation method presented above, the result of the cross-correlation is again a signal sequence with an added signal length consisting of the length of the signal representing the operating variable 200 and the state-typical model signal waveform 240, which represents the similarity of the time-shifted input signals. The maximum of this output sequence represents the point in time of highest similarity between the two signals, i.e., the signal representing the operating variable 200 and the state-typical model signal waveform 240, and is thus also a measure of the correlation itself. In this embodiment, this measure is used in process step V3 as a decision criterion for achieving the desired progress. A key difference in the implementation of the method according to the invention compared to parameter estimation is that any state-typical model signal waveform can be used for cross-correlation, whereas in parameter estimation, the state-typical model signal waveform 240 must be representable by parameterizable mathematical functions.
In
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.The invention is not limited to the described and illustrated embodiments. Rather, it also encompasses all further developments by skilled craftsmen within the scope of the invention defined by the claims. In addition to the described and illustrated embodiments, further embodiments are conceivable, which may include further modifications and combinations of features.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 3 202 537 A1 [0002]EP 3 202 537 A1 [0002]
- US 9 744 658 [0003]US 9 744 658 [0003]
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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