DE102019110912B3

DE102019110912B3 - Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage und Blocksauger für eine solche Handhabungsanlage

Info

Publication number: DE102019110912B3
Application number: DE102019110912.4A
Authority: DE
Inventors: Ralf Stockburger
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-04-27
Also published as: CN111843560A; CN111843560B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage (10) mit einer Bearbeitungsmaschine (12), einem Unterdruckspannsystem (18) und einer Steuereinrichtung. Das Verfahren umfasst in einem Konfigurationsmodus (A): Anordnen des Blocksaugers (20) an der Konsole (22), Übertragung eines Identifikationssignals (S100) und Aktivierung der Versorgung des Blocksaugers (20) mit Betriebs-Unterdruck; In einem Prüfmodus (B): Erfassen einer Betriebsgröße und Übertragung (S300) der erfassten Betriebsgröße von dem Blocksauger (20) an die Steuereinrichtung (44); In einem Überwachungsmodus (C): Überwachung, ob der Druck einen Funktionsschwellwert (p2) überschreitet, wobei dann, wenn eine Überschreitung des Funktionsschwellwerts (p2) festgestellt wird, ein Stoppsignal (S600) an die Steuereinrichtung (44) übertragen wird. Im Prüfmodus (B) erfolgt eine Überwachung daraufhin erfolgt, ob der Druck (p) den Funktionsschwellwert (p2) unterschreitet, wobei dann, wenn eine Unterschreitung des Funktionsschwellwerts (p2) festgestellt wird, ein Freigabesignal (S200) an die Steuereinrichtung (44) übertragen wird und eine Bearbeitung des Werkstücks mit einer gedrosselten Intensität der Bearbeitungsmaschine (12) freigegeben wird. Im Überwachungsmodus (C)erfolgt eine Überwachung daraufhin, ob der Druck (p) einen Solldruck (p1) erreicht, wobei dann, wenn ein Erreichen des Solldrucks (p1) festgestellt wird, ein Volllastsignal (S400) übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Blocksauger gemäß Anspruch 13.
Für eine Bearbeitung eines Werkstückes in der Bearbeitungsanlage wird das Werkstück mit einer Spanneinrichtung fixiert bzw. gespannt. Insbesondere großflächige Werkstücke, wie beispielsweise Holzplatten, werden dabei in der Regel an einer Mehrzahl von Positionen fixiert. Hierfür kommen insbesondere Unterdruckspannsysteme mit einer Mehrzahl von Blocksaugern zum Einsatz. Die Blocksauger werden derart an zugeordneten Konsolen fixiert, dass das Werkstück an Positionen entsprechend seiner Form und Material sowie entsprechend dem auszuführenden Bearbeitungsprozess gespannt wird. In modernen Handhabungsanlagen sind die Blocksauger modulartig ausgebildet und können unabhängig voneinander ausgetauscht werden. Ebenso ist es möglich, Blocksauger in verschiedenen Bearbeitungsanlagen einzusetzen. Die einzelnen Blocksauger müssen daher individuell an einer jeweiligen Maschinensteuerung angemeldet werden und werden dann von der Maschinensteuerung prozessgerecht angesteuert.
Bei der Bearbeitung des gespannten Werkstückes mit der Bearbeitungsmaschine wirken auf das Werkstück Bearbeitungskräfte, welche z.B. zu Vibrationen und Schwingungen führen können. Diese Störungen sind in der Regel umso größer, je größer die Bearbeitungsintensität (z.B. Leistung, Drehzahl und/oder Amplitude) der Bearbeitungsmaschine ist. Die Bearbeitungskräfte können sich negativ auf die Haltekräfte des jeweiligen Blocksaugers auswirken und damit die Präzision und Betriebssicherheit der Bearbeitung beeinträchtigen.
Es ist bekannt, Funktionszustände und Betriebsgrößen der einzelnen Blocksauger zu überwachen und an die Maschinensteuerung zu übermitteln. Die Maschinensteuerung kann dann in Abhängigkeit der Informationen über die Blocksauger eine entsprechende Ansteuerung der Bearbeitungsmaschine vornehmen. Die damit verbundene Datenkommunikation kann aber die internen Energiequellen der Blocksauger (z.B. Batterien) belasten und eine häufige Wartung erforderlich machen.
Die DE 10 2015 014 585 A1 beschreibt ein Unterdruckspannsystem für eine Holzbearbeitungsmaschine, welche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 betrieben wird. Die Blocksauger werden zunächst an Spannbrücken positioniert und konfiguriert. Hierzu senden die Blocksauger per Funk Identifikationsdaten an eine Maschinensteuerung. Hieran schließt sich eine Prüfphase an, in welcher Betriebsgrößen, wie beispielsweise die Dichtigkeit des Systems mit anliegendem Werkstück, überprüft werden. Erst wenn die Prüfung ein akzeptables Ergebnis liefert, wird die Bearbeitung durch die Bearbeitungsmaschine freigegeben. Während der Bearbeitung erfolgt eine Überwachung daraufhin, ob der Druck in einer Saugstelle eines Blocksaugers unter einen vorgegebenen Grenzwert abfällt. Wird dies registriert, so löst der Blocksauger über Funk eine NotAbschaltung der Bearbeitungsmaschine aus. Bei diesem Vorgehen muss der Grenzwert also so gewählt sein, dass bei Vorliegen eines dem Grenzwert entsprechenden Druckes noch eine Bearbeitung mit der Bearbeitungsmaschine möglich ist. Es kann somit erforderlich sein, entweder die Haltevorrichtung überdimensioniert auszulegen, so dass auch dann, wenn der Druck auf den genannten Sicherheitsschwellwert abgefallen ist, noch eine Bearbeitung mit voller Intensität durch die Bearbeitungsmaschine möglich ist. Andererseits kann es erforderlich sein, die Bearbeitungsmaschine so auszulegen, dass sie stets nur mit einer gedrosselten Intensität betrieben wird, da ein Not-Aus erst bei Unterschreitung des Sicherheitsschwellwertes ausgelöst wird. Derartige Sicherheitspuffer führen dazu, dass die einzelnen Komponenten nicht kosteneffizient ausgelegt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Betrieb einer Handhabungsanlage mit Unterdruckspannsystem und Bearbeitungsmaschine derart zu ermöglichen, dass eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet ist und der Wartungsaufwand verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage, wobei die Handhabungsanlage eine Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks und ein Unterdruckspannsystem zum Halten des Werkstückes sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Handhabungsanlage (insbesondere zur Steuerung der Bearbeitungsmaschine und/oder des Unterdruckspannsystems) umfasst. Das Unterdruckspannsystem bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang eine Einrichtung mit mehreren funktionalen Komponenten im Sinne einer Sachgesamtheit. Insofern umfasst das Unterdruckspannsystem einen bzw. vorzugsweise mehrere Blocksauger sowie wenigstens eine Konsole, an welcher die Blocksauger in einer jeweils gewünschten Position angeordnet werden können. Jeder Blocksauger weist wenigstens eine Saugstelle auf und ist dazu ausgebildet, bei Versorgung mit einem Betriebs-Unterdruck das an der Saugstelle anliegende Werkstück anzusaugen und dadurch zu fixieren.
Gemäß dem Verfahren werden verschiedene Schritte in verschiedenen Modi der Handhabungsanlage durchgeführt. In einem Konfigurationsmodus erfolgt zunächst ein Anordnen des Blocksaugers an der Konsole in einer werkstückgerechten und prozessgerechten Position. Danach erfolgt eine, insbesondere drahtlose, Übertragung eines Identifikationssignals von dem Blocksauger zur Steuereinrichtung zum Anmelden bzw. Registrieren des Blocksaugers an der Steuereinrichtung. Hierauf wird der Blocksauger aktiviert, d.h. die Versorgung mit Betriebs-Unterdruck beginnt. Dadurch wird die Saugstelle mit Unterdruck beaufschlagt, beispielsweise durch eine entsprechende Unterdruckschnittstelle zur Konsole hin bzw. durch in der Konsole verlaufende Unterdruckkanäle hindurch.
In einem Prüfmodus der Handhabungsanlage erfolgt dann ein Erfassen (insbesondere im Sinne einer Messung) von wenigstens einer Betriebsgröße des Blocksaugers, während dieser mit Betriebs-Unterdruck versorgt wird und insbesondere während das Werkstück an der Saugstelle anliegt. Die Betriebsgröße wird nach ihrer Erfassung, insbesondere unmittelbar danach, in Form eines Datensignals mittels einer vorzugsweise drahtlosen Kommunikationsverbindung von dem Blocksauger an die Steuereinrichtung übertragen. Die Betriebsgröße gibt beispielsweise Qualitätseigenschaften des Blocksaugers wie Dichtigkeit oder Leistungsfähigkeit wieder, beispielsweise in der Art einer Evakuierungszeit oder als Maß für eine Leckage.
In einem Überwachungsmodus der Handhabungsanlage erfolgt dann insbesondere während der Bearbeitung des Werkstückes mit der Bearbeitungsmaschine eine Überwachung des in der Saugstelle herrschenden Druckes daraufhin, ob der Druck (ausgehend von einem für ein sicheres Fixieren des Werkstückes ausreichenden Unterdruckniveau kommend) einen Funktionsschwellwert erreicht oder überschreitet, wobei dann, wenn ein Erreichen oder eine Überschreitung des Funktionsschwellwertes festgestellt wird, ein Stoppsignal mittels der Kommunikationsverbindung (vorzugsweise drahtlos) von dem Blocksauger an die Steuereinrichtung übertragen wird. Dadurch wird die Steuereinrichtung dazu veranlasst, eine Bearbeitung des Werkstückes mit der Bearbeitungsmaschine zu unterbinden. Insofern wird der in Saugstelle herrschende Druck daraufhin überwacht, ob ein ausreichender Unterdruck vorliegt, um das Werkstück bei seiner Bearbeitung sicher zu spannen. Im vorliegenden Zusammenhang gibt ein Unterdruck stets einen positiven Druckbetrag an, um welchen der herrschende Druck den Umgebungsdruck der Handhabungsanlage unterschreitet.
Gemäß dem Verfahren erfolgt im Prüfmodus außerdem eine Überwachung des in der Saugstelle herrschenden Druckes daraufhin, ob der (insbesondere vom Umgebungsdruck her abfallend) Druck in der Saugstelle den Funktionsschwellwert unterschreitet. Wenn eine solche Unterschreitung des Funktionsschwellwertes zumindest einmal festgestellt wird, wird ein Freigabesignal über die (vorzugsweise drahtlose) Kommunikationsverbindung von dem Blocksauger an die Steuereinrichtung übertragen. Das Freigabesignal veranlasst die Steuereinrichtung dazu, eine Bearbeitung des Werkstückes mit einer gedrosselten Intensität der Bearbeitungsmaschine freizugeben. Insofern kann bereits eine Bearbeitung mit der gedrosselten Intensität erfolgen. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Bearbeitung kann grundsätzlich auch noch unterbleiben und eine Messung einer Betriebsgröße erfolgen, beispielsweise Druckabbauzeit, wie unten näher erläutert.
Gemäß dem Verfahren ist außerdem vorgesehen, dass im Überwachungsmodus zusätzlich zu der Überwachung des Funktionsschwellwertes auch eine Überwachung daraufhin erfolgt, ob der in der Saugstelle herrschende Druck (insbesondere von höheren Druckwerten her abfallend) einen Solldruck erreicht oder sogar unterschreitet. Der Solldruck liegt dabei unterhalb des Funktionsschwellwertes. Wenn ein solches Erreichen oder eine Unterschreitung des Solldruckes festgestellt wird, so wird ein Volllastsignal über die (insbesondere drahtlose) Kommunikationsverbindung von dem Blocksauger an die Steuereinrichtung übertragen und die Steuereinrichtung dazu veranlasst, eine vorher noch gedrosselte Bearbeitung des Werkstückes nun mit einer maximalen Intensität bzw. mit einer Soll-Intensität der Bearbeitungsmaschine zuzulassen.
In dem genannten Konfigurationsmodus wird insbesondere nach Anmeldung des Blocksaugers die Unterdruckversorgung aktiviert. Daraufhin baut sich über die Zeit ein Unterdruck auf, d.h. der Druck in der Saugstelle sinkt ausgehend von dem Umgebungsdruck ab, je nach Dichtigkeit und Betriebszustand der Unterdruckversorgung. Das Identifikationssignal umfasst insbesondere Identifikationsdaten und dient beispielsweise der Zuordnung des Blocksaugers zur jeweiligen Handhabungsanlage. Dadurch wird verhindert, dass nicht angemeldete Blocksauger von der Steuereinrichtung angesteuert werden. Dies ist insbesondere in großen Anlagen mit einer Mehrzahl von Blocksaugern und einer Mehrzahl von Bearbeitungsmaschinen von Bedeutung. Denkbar ist auch, dass das Identifikationssignal Servicedaten übermittelt, welche in dem Blocksauger hinterlegt sind. Die Identifikationssignale können auch Programmstartbefehle umfassen, mittels welchen ein Konfigurationsprogramm in der Steuereinrichtung gestartet wird und ggf. ein Programmdialog auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Denkbar ist auch, dass das Identifikationssignal Servicehandlungen auslöst.
In dem Prüfmodus kann bereits eine Bearbeitung mit der genannten verringerten Intensität erfolgen. Dadurch werden unerwünschte Bearbeitungspausen reduziert. Die Intensität der Bearbeitungsmaschine charakterisiert im vorliegenden Zusammenhang den Betriebsmodus der Bearbeitungsmaschine, beispielweise eine Leistung, Drehzahl und/oder Amplitude eines von der Bearbeitungsmaschine angetriebenen Werkzeuges (z.B. Fräskopf). Die für die Steuerung der Bearbeitungsmaschine erforderlichen Signale werden insbesondere nur bei Erreichen der jeweiligen Druckschwellwerte übertragen, so dass unnötige Datenkommunikation vermieden wird und der interne Energiespeicher des Blocksaugers geschont wird.
Das Verfahren wird in vorteilhafter Weise zur Inbetriebnahme der Handhabungsanlage angewendet. Dabei werden die Verfahrensschritte des Konfigurationsmodus, des Prüfmodus und des Überwachungsmodus in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Zur weiteren Ausgestaltung erfolgt im Prüfmodus die Übertragung der Betriebsgröße erst dann, wenn die Unterschreitung des Funktionsschwellwertes festgestellt wird. Vorzugsweise ist vor der Übertragung des Freigabesignals die Kommunikationsverbindung deaktiviert, um Energie einzusparen. Nach Übertragung des Freigabesignals ist die Kommunikationsverbindung vorzugsweise wieder zunächst inaktiv, bis eine Übertragung der weiteren Signale (z.B. Volllastsignal) erfolgt. Die Übertragung der Betriebsgröße erfolgt insbesondere gemeinsam mit oder auch erst nach Übertragung des Freigabesignals.
Der Überwachungsmodus kann dadurch weiter ausgestaltet sein, dass die Bearbeitungsmaschine durch Übertragung eines Drosselsignals in ihrer Intensität gedrosselt wird, wenn der in der Saugstelle herrschende Druck wieder über den Solldruck ansteigt, d.h. wenn sich der herrschende Unterdruck unter die durch den Solldruck wiedergegebene Grenze abbaut. Solange der in der Saugstelle herrschende Druck unterhalb des Solldrucks liegt, kann, wie oben erläutert, eine Bearbeitung des Werkstückes mit der Sollintensität der Bearbeitungsmaschine erfolgen. Steigt der Druck über den Solldruck, so wird die Bearbeitungsmaschine gedrosselt, um eine ungewollte Beeinträchtigung des Bearbeitungsprozesses durch ungenügende Haltekräfte zu vermeiden. Steigt der Druck dann weiter auch noch über den Funktionsschwellwert an, so erfolgt eine Deaktivierung der Bearbeitung durch Übertragung des Stoppsignals, wie oben erläutert.
Im Sinne eines energieeffizienten Betriebs ist die Kommunikationsverbindung vorzugsweise nur zur Übertragung des Freigabesignals, der Betriebsgröße, des Vollastsignals, des Drosselsignals und des Stoppsignals aktiv ist und andernfalls inaktiv ist. In diesem Fall wird das Identifikationssignal vorzugsweise nicht über die Kommunikationsverbindung übertragen, sondern vorzugsweise über einen hiervon unabhängigen, passiven Transponder (siehe unten).
Vorzugsweise erfolgt in dem Überwachungsmodus überhaupt nur dann eine Übertragung von Signalen (Stoppsignal, Volllastsignal, Drosselsignal usw.), wenn entweder der Funktionsschwellwert oder der Solldruck erreicht wird bzw. überschritten oder unterschritten wird. Eine Überschreitung oder Unterschreitung bzw. ein Erreichen des jeweiligen Schwellwertes löst insofern die Signalübertragung aus. Vorzugsweise erfolgt nur eine einmalige Signalübertragung. Denkbar ist jedoch auch, dass die Signalübertragung so lange erfolgt, bis ein Quittierungssignal von der Steuereinrichtung zurückempfangen wird. Insbesondere im Überwachungsmodus kann daher der interne Energiespeicher (insbesondere Batterie) des Blocksaugers geschont werden. Dadurch wird die Datenübertragung reduziert und Energie eingespart, was insbesondere bei Verwendung von drahtlosen Kommunikationsverbindungen vorteilhaft ist.
Die Kommunikationsverbindung ist vorzugsweise als drahtlose Kommunikationsverbindung ausgebildet. Insofern erfolgt die Kommunikation drahtlos (insbesondere per Funk) zwischen entsprechenden Signalübertragungseinrichtungen, z.B. Transmitter-Einrichtung, Receiver-Einrichtung oder Transceiver bzw. Transponder.
Zur weiteren Energieeinsparung erfolgt die Übertragung des Identifikationssignals drahtlos mittels eines passiven Transponders, der in oder an dem Blocksauger angeordnet ist. Der passive Transponder ist insbesondere dazu ausgebildet, mittels eines Auslese-Transceivers (Sende-Empfänger) ausgelesen zu werden. Insofern erzeugt der Auslese-Transceiver ein Auslesesignal, welches den passiven Transponder mit der notwendigen Energie zur Übertragung des Identifikationssignals speist. Der passive Transponder kann z.B. ein NFC-Etikett oder ein RFID-Chip sein. Im Konfigurationsmodus muss der Blocksauger daher noch keine Energie aus seiner internen Energieversorgung (z.B. Batterie) entnehmen, was ein langlebiges und wartungsarmes System ermöglicht. Der Auslese-Transceiver ist vorzugsweise an der Handhabungsanlage und insbesondere im Bereich der Konsole für den oder die Blocksauger angeordnet.
Demgegenüber ist die drahtlose Kommunikationsverbindung, über welche insbesondere die Betriebsgröße und/oder das Stoppsignal und/oder das Freigabesignal und/oder das Volllastsignal und/oder das Drosselsignal usw. übertragen werden, von einem aktiven Transmitter oder einem aktiven Transceiver bereitgestellt. Die drahtlose Kommunikationsverbindung kann beispielsweise nach dem Blue-Tooth-Standard erfolgen. Hierfür weist der Blocksauger vorzugsweise eine interne Energiequelle (z.B. Batterie) und eine entsprechende aktive Transmitter-Einrichtung auf.
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt in dem Prüfmodus während der Versorgung des Blocksaugers mit Betriebs-Unterdruck, und insbesondere auch bei an der Saugstelle anliegendem Werkstück, eine Messung einer Druckabbauzeit. Die Druckabbauzeit charakterisiert die Dichtigkeit und Qualität des Blocksaugers und gibt im Wesentlichen diejenige Zeitdauer wieder, die bei anliegendem Werkstück für die Evakuierung der Saugstelle vom Wert des Funktionsschwellwerts auf den tieferen Solldruck benötigt wird. Dies ermöglicht eine Verschleißüberwachung. Beispielsweise kann während des Prüfmodus ein vollständig abdichtend wirkendes Referenz-Werkstück an dem Blocksauger angelegt werden. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass eine Bearbeitung unterbleibt und auch nicht mit gedrosselter Intensität stattfindet.
Die Druckabbauzeit kann dann als Betriebsgröße an die Steuereinrichtung übermittelt werden.
Denkbar ist, dass die Verfahrensschritte des Prüfmodus und des darauffolgenden Überwachungsmodus oder nur die Verfahrensschritte des Überwachungsmodus einen Arbeitszyklus definieren und eine Mehrzahl von Arbeitszyklen durchgeführt werden. Vorzugsweise werden die Arbeitszyklen nach einem vorausgehenden Durchlaufen der Verfahrensschritte des Konfigurationsmodus ausgeführt. Die Zahl der durchlaufenden Arbeitszyklen kann beispielsweise als Betriebsgröße in einer Speichereinrichtung des Blocksaugers hinterlegt werden. Auch andere Betriebsgrößen, welche zu verschiedenen Zeitpunkten und insbesondere in verschiedenen Arbeitszyklen erfasst werden, können in einer geeigneten Speichereinrichtung hinterlegt werden. Dies ermöglicht es, eine Trendinformation zu ermitteln, beispielsweise betreffend die Druckabbauzeit. Wird ein bestimmtes Qualitätskriterium nicht mehr erfüllt oder zeigt der Trend sonstige Auffälligkeiten, so kann ein Service ausgelöst werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Trendinformationen von der Steuereinrichtung auf den Blocksauger zurückgeschrieben werden. Der Blocksauger kann dann als Modul entnommen werden und an einer Servicestelle gewartet werden.
Für eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens ist der Funktionsschwellwert derart gewählt, dass er einem Druck im Bereich von 50% bis 70% (vorzugsweise 60%) des erreichbaren Vakuums entspricht. Der Solldruck ist vorzugsweise derart gewählt, dass er einem Druck im Bereich von 75% bis 85% (vorzugsweise 75% oder 80%) des erreichbaren Vakuums entspricht.
Die verschiedenen Schwellwerte (Funktionsschwellwert, Solldruck) sind insbesondere als Betriebsparameter in einer Speichereinrichtung des Blocksaugers hinterlegt.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch einen Blocksauger für ein Unterdruckspannsystem gelöst, welcher speziell für die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist. Der Blocksauger umfasst eine Anlagefläche mit Saugstelle (z.B. Saugöffnung), welche zum kraftschlüssigen Spannen eines anliegenden Werkstückes mit Unterdruck beaufschlagt wird. Der Blocksauger umfasst außerdem eine Sensoreinrichtung, mittels welcher erfasst werden kann, ob der Druck in der Saugstelle den Funktionsschwellwert oder den Solldruck erreicht. Ferner umfasst der Blocksauger eine Transmitter-Einrichtung für eine vorzugsweise drahtlose Kommunikationsverbindung, wobei die Transmitter-Einrichtung vorzugsweise als aktiver Sender ausgebildet ist. Hierzu umfasst der Blocksauger außerdem einen internen Energiespeicher zur Versorgung der aktiven Transmitter-Einrichtung mit Energie (insbesondere Batterie).
Zur weiteren Ausgestaltung umfasst der Blocksauger einen von der aktiven Transmitter-Einrichtung separaten, passiven Transponder, welcher mittels eines externen Auslese-Transceivers (Sende-Empfänger) auslesbar ist.
Der Blocksauger weist vorzugsweise auch Schnittstellen auf, um an der eingangs genannten Konsole gehaltert zu werden und/oder um durch die Konsole mit Betriebsunterdruck versorgt zu werden.
Ferner umfasst der Blocksauger vorzugsweise weitere Sensorik, mittels welcher ein Verrutschen oder ein Schwingen des Werkstückes detektiert werden kann. Denkbar ist außerdem, dass der Blocksauger Sensorik zur Positionserkennung aufweist, um den Blocksauger an der Konsole prozessgerecht und werkstückgerecht zu positionieren.
Zur weiteren Ausgestaltung umfasst der Blocksauger eine Speichereinrichtung, in welcher zumindest die genannten Betriebsgrößen hinterlegbar sind.
Um das vorstehend beschriebene Verfahren in vorteilhafter Weise auszuführen, umfasst der Blocksauger vorzugsweise auch eine Zeitmesseinrichtung, welche derart mit der Sensoreinrichtung zusammenwirkt, dass eine Druckabbauzeit als diejenige Zeitdauer gemessen werden kann, welche vergeht, bis der in der Saugstelle herrschende Druck von dem Funktionsschwellwert auf den Solldruck abgesunken ist.
Eine einfache und robuste Realisierung der Sensoreinrichtung besteht darin, dass die Sensoreinrichtung einen ersten Vakuumschalter aufweist, welcher bei Erreichen des Funktionsschwellwertes schaltet sowie einen zweiten Vakuumschalter aufweist, welcher bei Erreichen des Solldrucks schaltet. Insofern kann es ausreichen, wenn nur die jeweiligen Schwellwerte überwacht werden. Eine Messung von Zwischenwerten ist gegebenenfalls nicht zwingend erforderlich. Denkbar ist jedoch auch, dass die Druckmessung kontinuierlich bzw. barometrisch erfolgt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1: Skizzierte Darstellung einer Handhabungsanlage mit Unterdruckspannsystem und Bearbeitungsmaschine;
2: Skizzierte Darstellung eines Blocksaugers für die Handhabungsanlage;
3: Druck-Zeit-Diagramm zur Erläuterung des Konfigurationsmodus, des Prüfmodus und des Überwachungsmodus.

In der folgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt in skizzierter Darstellung eine Handhabungsanlage 10 mit einer Bearbeitungsmaschine 12 zum Bearbeiten eines Werkstücks 14. Die Bearbeitungsmaschine 12 ist beispielsweise eine Fräse mit Fräskopf 16.
Zum Fixieren des Werkstücks 14 bei seiner Bearbeitung ist ein Unterdruckspannsystem 18 vorgesehen, welches eine Mehrzahl von Blocksaugern 20 umfasst, die an einer Konsole 22 positionierbar und fixierbar sind und zum Spannen des Werkstücks 14 mittels Unterdruck ausgebildet sind.
Wie in 2 ersichtlich, erstreckt sich die Konsole 22 entlang einer Konsolen-Längsrichtung 24 und die Blocksauger 20 können an einer gewünschten Position entlang der Konsolen-Längsrichtung 24 an der Konsole 22 fixiert werden.
Jeder Blocksauger 20 weist eine Anlagefläche 26 auf, die zum Fixieren des Werkstücks 14 an dessen Oberfläche angelegt wird. In der Anlagefläche ist wenigstens eine Saugstelle 28 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel als Saugöffnung ausgebildet ist. Wird die Saugstelle 28 mit Unterdruck beaufschlagt, so kann auf das an der Anlagefläche 26 anliegende Werkstück 14 eine Haltekraft zum Spannen des Werkstückes ausgeübt werden. Zur Verbesserung der Haltekraft ist die Anlagefläche 26 beispielsweise von einer umlaufenden Dichtlippe 30 begrenzt (vgl. 2).
Der Blocksauger 20 umfasst eine in 2 skizziert dargestellte Sensoreinrichtung 32, die grundsätzlich dazu eingerichtet ist, ein Erreichen bzw. ein Überschreiten oder Unterschreiten von bestimmten Druck-Grenzwerten in der Saugstelle 28 zu erfassen. Konkret ist die Sensoreinrichtung 32 dazu ausgebildet, den in der Saugstelle 28 herrschenden Druck daraufhin zu überwachen, ob ein unterhalb des Umgebungsdrucks liegender und in einer Speichereinrichtung des Blocksaugers hinterlegter Funktionsschwellwert erreicht wird. Ebenso ist die Sensoreinrichtung 32 dazu eingerichtet, den in der Saugstelle 28 herrschenden Druck daraufhin zu überwachen, ob ein noch unterhalb des Funktionsschwellwerts liegender und ebenfalls in einer Speichereinrichtung des Blocksaugers 20 hinterlegter Solldruck erreicht wird. Hierzu kann die Sensoreinrichtung 32 zwei separate Sensoren aufweisen, wobei je ein Sensor für je einen der beiden Grenzwerte ausgelegt ist. Es kann aber auch ein Sensor mit zwei Empfindlichkeitspunkten verwendet werden.
Vorzugsweise umfasst der Blocksauger 20 auch weitere Messeinrichtungen. Insbesondere ist eine Zeitmesseinrichtung 34 vorgesehen, welche mit der Sensoreinrichtung zusammenwirkt und dazu ausgebildet ist, eine Druckabbauzeit zu messen, wie nachfolgend noch näher erläutert. Zur Hinterlegung von erfassten Daten oder sonstigen Informationen kann der Blocksauger 20 auch eine Speichereinrichtung 36 aufweisen.
Der Blocksauger 20 umfasst ferner eine aktive Transmitter-Einrichtung für eine Kommunikationsverbindung 38, beispielsweise eine Bluetooth-Vorrichtung. Zur Versorgung der Einrichtung 38 sowie ggf. anderer elektronischer Bauteile weist der Blocksauger 20 außerdem einen internen Energiespeicher 40 auf, beispielsweise einen Akkumulator oder eine Batterie.
Darüber hinaus umfasst der Blocksauger 20 einen passiven Transponder 42, welcher vorzugsweise von der aktiven Transmitter-Einrichtung 38 separat und unabhängig ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Transponder 42 als NFC-Etikett oder RFID-Chip ausgestaltet sein.
Der Blocksauger 20 wirkt mit übrigen Komponenten der Handhabungsanlage 10 zusammen, wie im Folgenden anhand von 1 näher erläutert.
Zur Steuerung der Bearbeitungsmaschine 12 und des Unterdruckspannsystems 18 sowie gegebenenfalls weiterer Komponenten der Handhabungsanlage 10 ist eine Steuereinrichtung 44 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 44 empfängt Signale einerseits über einen Auslese-Transceiver 46 und andererseits über einen weiteren Transceiver 48.
Der Auslese-Transceiver 46 dient dazu, Informationen aus dem passiven Transponder 42 eines jeden Blocksaugers auszulesen. Hierzu gibt der Auslese-Transceiver insbesondere ein AusleseSignal ab, welches den passiven Transponder 42 dazu veranlasst, ein Identifikationssignal zurückzusenden. Der weitere Transceiver 48 hingegen dient zur vorzugsweise bidirektionalen Kommunikation mit der jeweiligen aktiven Transmitter-Einrichtung 38 eines Blocksaugers 20.
In Abhängigkeit der erhaltenen Informationen steuert die Steuereinrichtung 24 beispielsweise einen Unterdruckerzeuger 50 an, welcher ein nicht näher dargestelltes Unterdruckversorgungssystem für die Blocksauger 20 mit Betriebs-Unterdruck versorgt. Ebenso steuert die Steuereinrichtung vorzugsweise Ventileinrichtungen (nicht näher dargestellt) in den Blocksaugern 20 prozessgerecht an.
Das Verfahren zum Betreiben der Handhabungsanlage wird anhand von 3 näher erläutert. Die 3 zeigt ein Diagramm, in welchem der zeitliche Verlauf eines Druckes p in der Saugstelle eines bestimmten, ausgewählten Blocksaugers dargestellt ist. Dies bedeutet aber nicht zwingend, dass der zeitliche Verlauf des Druckes p auch tatsächlich kontinuierlich und durchgehend gemessen wird. Zwar ist dies denkbar, jedoch gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nicht notwendigerweise erforderlich.
In einem Konfigurationsmodus A der Handhabungsanlage 10, der von einer Ausgangszeit t₀ bis zu einem Zeitpunkt t₁ andauert, erfolgt zunächst ein Anordnen des jeweiligen Blocksaugers 20 an einer gewünschten Position an der Konsole 22 (vgl. 2). Danach, gegebenenfalls nach geeigneter Quittierung mittels einer Bestätigungseinrichtung an dem Blocksauger (nicht näher dargestellt), erfolgt eine Übertragung eines Identifikationssignals von dem Blocksauger 20 zu der Steuereinrichtung 44, vgl. Schritt S100 in 3.
Die Übertragung des Identifikationssignals erfolgt vorzugsweise mittels des passiven Transponders 42 über den Auslese-Transceiver 46. Die Steuereinrichtung 44 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie durch das Identifikationssignal dazu veranlasst wird, die Versorgung des Blocksaugers 20 mit Betriebs-Unterdruck zu aktivieren. Dies erfolgt beispielsweise durch Einschalten des Unterdruckerzeugers 50 und/oder durch Schalten einer Ventileinrichtung des Blocksaugers 20 in eine Aktiv-Stellung (nicht näher dargestellt).
Insbesondere dann, wenn ein Werkstück 14 an dem Blocksauger 20 anliegt, beginnt nach der Aktivierung der Versorgung des Blocksaugers 20 mit Betriebs-Unterdruck der in 3 aufgetragene Druck in der Saugstelle 28 unter den Umgebungsdruck p₃ der Handhabungsanlage 10 abzusinken.
Bei einem idealen, vollständig dichtend an der Saugstelle 28 anliegendem Werkstück 14 könnte der Druck in der Saugstelle 28 bis auf einen Ideal-Unterdruck p₀ absinken. Dies wird in der Praxis jedoch selten erreicht.
Der Beginn der Versorgung mit Betriebs-Unterdruck initiiert im dargestellten Beispiel den Prüfmodus B, der sich im Diagramm der 3 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erstreckt.
Bei ausreichender Abdichtung der Saugstelle 28 durch das Werkstück 14 sinkt der Druck in der Saugstelle nach gegebener Zeit unter einen Funktionsschwellwert p₂ ab, der unterhalb des Umgebungsdrucks p₃ liegt und in dem System vorgegeben ist. Dieser Zeitpunkt ist in 3 mit t_i markiert. In dem Prüfmodus B wird dann ein Freigabesignal (Schritt S200) von dem Blocksauger 20 an die Steuereinrichtung 44 übertragen, welches die Steuereinrichtung 44 dazu veranlasst, eine Bearbeitung mit einer gedrosselten Intensität der Bearbeitungsmaschine 12 freizugeben. Insofern ist der Funktionsschwellwert p₂ so gewählt, dass für eine gedrosselte Bearbeitung noch eine ausreichende Haltekraft auf das Werkstück 14 ausgeübt werden kann.
Bei ausreichend dichtend anliegendem Werkstück 14 an der Saugstelle 28 sinkt dann bei weiterer Versorgung mit Betriebs-Unterdruck der Druck in der Saugstelle 28 weiter ab. Zur weiteren Ausgestaltung kann mittels der Zeitmesseinrichtung 24 in dem Prüfmodus B eine Druckabbauzeit als diejenige Zeitdauer T_A gemessen werden, die benötigt wird, bis der in der Saugstelle herrschende Druck von dem Funktionsschwellwert p₂ zu einem Solldruck p₁ abgesunken ist. In 3 entspricht dies der Zeitdauer vom Zeitpunkt t_i bis t₂.
Der Solldruck p₁ ist vorzugsweise als derjenige Druck definiert, der es erlaubt, eine Bearbeitung des mit dem Blocksauger 20 gehaltenen Werkstückes bei voller Intensität bzw. bei Soll-Intensität der Bearbeitungsmaschine 12 vorzunehmen.
In dem Prüfmodus A ist insbesondere auch vorgesehen, dass eine erfasste Betriebsgröße, beispielsweise die Druckabbauzeit T_A, an die Steuereinrichtung 44 übertragen wird (Signal S300 in 3).
Wenn der Druck in der Saugstelle den Sollwert t₁ unterschreitet, so erfolgt im dargestellten Beispiel der Übergang in den sogenannten Überwachungsmodus C.
In dem Überwachungsmodus C wird ein Volllastsignal (3: S400) dann abgegeben, wenn der Druck p den Solldruckes p₁ erreicht bzw. unterschreitet. Dadurch wird die Steuereinrichtung 44 veranlasst, eine Bearbeitung durch die Bearbeitungsmaschine 12 mit voller Intensität bzw. Soll-Intensität herbeizuführen.
Wenn bei der Bearbeitung mit der Soll-Intensität der Druck in der Saugstelle 28 wieder über den Solldruck p₁ ansteigt (beispielsweise aufgrund von Werkstückschwingungen und dadurch herbeigeführter, geringfügiger Leckage), so wird in dem Überwachungsmodus C ein Drosselsignal S500 von dem Blocksauger 20 zu der Steuereinrichtung 44 übertragen. Dies veranlasst die Steuereinrichtung dazu, die Bearbeitungsmaschine 12 derart anzusteuern, dass eine Bearbeitung nur noch mit gedrosselter Intensität erfolgt.
Solange der Druck p noch unterhalb des Funktionsschwellwertes p₂ (und oberhalb des Solldrucks p₁) liegt, kann dann noch eine Bearbeitung mit gedrosselter Intensität erfolgen. Erst wenn der Druck noch weiter ansteigt und insbesondere den Funktionsschwellwert p₂ überschreitet, so wird in dem Überwachungsmodus ein Stoppsignal S600 von dem Blocksauger an die Steuereinrichtung 44 übermittelt. Dadurch wird die Steuereinrichtung 44 dazu veranlasst, eine weitere Bearbeitung mit der Bearbeitungsmaschine zu unterbinden, insbesondere die Bearbeitungsmaschine 12 zu deaktivieren.
Die Signale S200, S300, S400, S500 und S600 (Freigabesignal, Signal zur Übertragung der Betriebsgröße, Volllastsignal, Drosselsignal, Stoppsignal) erfolgt dabei mittels der aktiven Transmitter-Einrichtung 38, insbesondere gespeist durch den internen Energiespeicher 40 des Blocksaugers 20.
Im kontinuierlichen Betrieb der Handhabungsanlage 10 kann es vorteilhaft sein, nach einer Durchführung der Schritte des Konfigurationsmodus A mehrere Arbeitszyklen durchzuführen, welche jeweils die Schritte von Prüfmodus B und darauf die Schritte von Überwachungsmodus C oder nur die Schritte von Überwachungsmodus C umfassen. Während der Arbeitszyklen können verschiedene Betriebsgrößen ermittelt werden und jeweils in der Speichereinrichtung 36 hinterlegt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage (10), welche eine Bearbeitungsmaschine (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (14) und ein Unterdruckspannsystem (18) zum Halten des Werkstücks (14) und eine Steuereinrichtung (44) umfasst, wobei das Unterdruckspannsystem (18) wenigsten einen Blocksauger (20) und eine Konsole (22) zum Haltern des Blocksaugers (20) aufweist, wobei der Blocksauger (20) wenigstens eine Saugstelle (28) aufweist und dazu ausgebildet ist, bei Versorgung mit einem Betriebs-Unterdruck ein an der Saugstelle (28) anliegendes Werkstück (14) anzusaugen und zu fixieren, wobei das Verfahren folgendes umfasst: - In einem Konfigurationsmodus (A): Anordnen des Blocksaugers (20) an der Konsole (22), Übertragung eines Identifikationssignals (S100) zum Anmelden des Blocksaugers (20) an der Steuereinrichtung (44), und Aktivierung der Versorgung des Blocksaugers (20) mit Betriebs-Unterdruck; - In einem Prüfmodus (B): Erfassen wenigstens einer Betriebsgröße des Blocksaugers (20) während der Versorgung mit Betriebs-Unterdruck, und Übertragung (S300) der erfassten Betriebsgröße mittels einer Kommunikationsverbindung (38) von dem Blocksauger (20) an die Steuereinrichtung (44); - In einem Überwachungsmodus (C): Überwachung eines in der Saugstelle herrschenden Drucks (p) daraufhin, ob der Druck einen Funktionsschwellwert (p₂) überschreitet, wobei dann, wenn eine Überschreitung des Funktionsschwellwerts (p₂) festgestellt wird, ein Stoppsignal (S600) mittels der Kommunikationsverbindung (38) von dem Blocksauger (20) an die Steuereinrichtung (44) übertragen wird, um eine Bearbeitung des Werkstückes (14) mit der Bearbeitungsmaschine (12) zu unterbinden; dadurch gekennzeichnet, dass im Prüfmodus (B) eine Überwachung des in der Saugstelle (28) herrschenden Drucks (p) daraufhin erfolgt, ob der Druck (p) den Funktionsschwellwert (p₂) unterschreitet, wobei dann, wenn eine Unterschreitung des Funktionsschwellwerts (p₂) festgestellt wird, ein Freigabesignal (S200) über die Kommunikationsverbindung (38) von dem Blocksauger (20) an die Steuereinrichtung (44) übertragen wird und eine Bearbeitung des Werkstücks mit einer gedrosselten Intensität der Bearbeitungsmaschine (12) freigegeben wird, und dass im Überwachungsmodus (C)außerdem eine Überwachung des in der Saugstelle (28) herrschenden Drucks (p) daraufhin erfolgt, ob der Druck (p) einen Solldruck (p₁) erreicht oder unterschreitet, wobei der Solldruck (p₁) unterhalb des Funktionsschwellwerts (p₂) liegt, wobei dann, wenn ein Erreichen oder eine Unterschreitung des Solldrucks (p₁) festgestellt wird, ein Volllastsignal (S400) über die Kommunikationsverbindung (38) von dem Blocksauger (20) an die Steuereinrichtung (44) übertragen wird und eine Bearbeitung des Werkstücks mit einer Soll-Intensität der Bearbeitungsmaschine (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Prüfmodus (B) erst dann, wenn eine Unterschreitung des Funktionsschwellwertes (p₂) festgestellt wird, die Übertragung (S300) der Betriebsgröße erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Überwachungsmodus (C), wenn eine Bearbeitung des Werkstücks (14) mit der Soll-Intensität der Bearbeitungsmaschine (12) erfolgt, eine Überwachung des in der Saugstelle (28) herrschenden Drucks (p) daraufhin erfolgt, ob der Druck (p) den Solldruck (p₁) erreicht oder überschreitet, wobei dann, wenn ein Erreichen oder eine Überschreitung des Solldrucks (p₁) festgestellt wird, ein Drosselsignal (S500) über die Kommunikationsverbindung (38) von dem Blocksauger (20) an die Steuereinrichtung (44) übertragen wird und die Bearbeitung des Werkstücks nur noch mit der gedrosselten Intensität der Bearbeitungsmaschine (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kommunikationsverbindung (38) nur zur Übertragung des Freigabesignals (S200), der Betriebsgröße, des Vollastsignals (S400), des Drosselsignals (S500) und des Stoppsignals (S600) aktiv ist und andernfalls inaktiv ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kommunikationsverbindung (38) als drahtlose Kommunikationsverbindung (38) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Konfigurationsmodus (A) die Übertragung des Identifikationssignals (S100) drahtlos mittels eines von dem Blocksauger (20) umfassten, passiven Transponders (42) erfolgt, welcher mittels eines der Steuereinrichtung (44) zugeordneten Auslese-Transceivers (46) ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Prüfmodus (B) während der Versorgung des Blocksaugers (20) mit Betriebs-Unterdruck und insbesondere während das Werkstück (14) an der Saugstelle (28) anliegt, eine Druckabbauzeit (T_A) als diejenige Zeitdauer gemessen wird, welche vergeht, bis der in der Saugstelle (28) herrschende Druck von dem Funktionsschwellwert (p₂) auf den Solldruck (p₁) abgesunken ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Druckabbauzeit (T_A) als Betriebsgröße übermittelt wird, wenn oder nachdem der Solldruck (P₁) erreicht ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einmal die Verfahrensschritte des Konfigurationsmodus (A) ausgeführt werden und dann eine Mehrzahl von Arbeitszyklen umfassend jeweils die Verfahrensschritte eines Prüfmodus (B) und eines folgenden Überwachungsmodus (C) ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei in einer Speichereinrichtung (36) des Blocksaugers (20) die Anzahl der durchlaufenen Arbeitszyklen hinterlegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine definierte Betriebsgröße zu mehreren verschiedenen Zeitpunkten erfasst wird und jeweils in einer Speichereinrichtung (36) in dem Blocksauger (20) und/oder in einer Speichereinrichtung in der Steuereinrichtung (44) hinterlegt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei für das Unterdruckspannsystem (18) ein Ideal-Unterdruck (p₀) definiert ist, der mit einem vollständig dichtend an der Saugstelle (28) anliegenden Werkstück (14) erzielbar ist, und wobei der Funktionsschwellwert (p₂) als ein Wert definiert ist, der 50% bis 70% des Abstandes des Ideal-Unterdrucks (p₀) von dem Umgebungsdruck (p₃) unterhalb des Umgebungsdrucks (p₃) liegt, und wobei der Solldruck (p₁) als ein Wert definiert ist, der 75% bis 85% des Abstandes des Ideal-Unterdrucks (p₀) von dem Umgebungsdruck (p₃) unterhalb des Umgebungsdrucks (p₃) liegt.
Blocksauger (20) für ein Unterdruckspannsystem (18) zum Betreiben nach einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: - eine Anlagefläche (26) mit Saugstelle (28) zum kraftschlüssigen Spannen eines an der Saugstelle (28) anliegenden Werkstücks (14) mittels Unterdrucks; - eine Sensoreinrichtung (32) welche dazu eingerichtet ist, einen in der Saugstelle (28) herrschenden Druck daraufhin zu überwachen, ob ein in einer Speichereinrichtung (36) hinterlegter Funktionsschwellwert (p₂) und ein hiervon abweichender, in der Speichereinrichtung (36) hinterlegter Solldruck (p₁) erreicht wird; - eine Transmitter-Einrichtung (38) für eine, insbesondere drahtlose, Kommunikationsverbindung; - eine internen Energiespeicher (40) zur Versorgung der aktiven Transmitter-Einrichtung (38) mit Energie.
Blocksauger (20) nach Anspruch 13, außerdem umfassend einen passiven Transponder (42), welcher mittels eines externen Auslese-Transceivers (46) vorzugsweise drahtlos auslesbar ist.
Blocksauger nach einem der Ansprüche 13 oder 14, umfassen eine Zeitmesseinrichtung (24), welche derart mit der Sensoreinrichtung (32) zusammenwirkt, dass eine Druckabbauzeit als diejenige Zeitdauer gemessen werden kann, welche vergeht, bis der in der Saugstelle (28) herrschende Druck von dem Funktionsschwellwert (p₂) auf den Solldruck (p₁) abgesunken ist