CN107529504B - 控制包括真空发生器装置的真空系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制包括真空发生器装置的真空系统，还涉及通过方法和控制器的真空系统的节能，该方法和控制器能够基于针对当前工作周期WCn(n＝1.2,3...)确定的目标系统压力
Figure DDA0001310679280000011
和预设的系统压力
Figure DDA0001310679280000012
通过确定针对每个工作周期WC的最大系统压力S2H和最小系统压力S2h，考虑系统中的系统压力的波动。该方法特别适合于包括真空夹持器工具的真空系统的系统压力水平的波动。

Description

控制包括真空发生器装置的真空系统
技术领域
本发明涉及一种控制包括真空发生器装置的真空系统的方法以及用于包括真空发生器装置的真空系统的控制器，所述真空发生器装置通过压缩空气驱动以便产生适用于吸杯或相似器件的负压。
背景技术
本发明总体涉及材料处理系统，更具体地涉及控制用于材料处理系统的吸杯的真空发生器装置的材料处理系统，该材料处理系统与物体接合并基本上经由包括真空发生器装置和吸杯的真空系统的操作与其密封。已知的是提供了一种材料处理系统，其包括适合移动接合物体并且将物体提升和移动到所需位置的吸杯等，该物体例如为基本上平坦的物体或面板等。吸杯可移动接合物体，且真空发生器装置可以被致动以在物体和吸杯之间形成真空，使得在物体被运输到目标区域的同时其保留在吸杯中。这样的材料处理系统可以是一个或多个工作站的一部分。
通过真空系统中的真空发生器装置提供在一个或多个吸杯处产生的真空，由此，加压空气被供应或提供给真空发生器装置。
当通向真空发生器的空气供给被停止使得不产生真空时，在真空系统中的真空可通过使真空系统连接至该系统外部的大气的通风口而消散；并且当真空在该系统中和吸杯中消散到足够量时，吸杯可以离开物体。
从例如EP-1064464已知一种现有技术的装置，其公开了用于产生用于运输或提升目的的负压的真空喷射泵。此外，在US-7950422中公开了用于物料处理系统的自动释放真空装置。
用于运输物体的真空系统涉及用于在夹持工具中激活真空产生的一个或多个通风口。这样的通风口是电子开启的(例如通过螺线管)，以使空气通过真空发生器在夹持器中产生真空压力。通风口是机械闭合的(例如通过弹性装置或磁体)，当至少达到预设的真空压力和/或没有真空压力产生时，不会有空气通过真空发生器。当通风口闭合时，通风口不会消耗电力。真空系统可能因此涉及通过不向真空系统的通风口供电来节省能量的节能(ES)功能。因此，真空控制器使用控制信号来控制节能(ES)功能。所述节能功能利用定义压力区间的真空压力水平设置，其中，当检测到最小压力水平时，真空产生才被激活，并且需要将真空压力提高到预设的最大压力水平，在预设的最大压力水平处，真空产生停止。
根据现有技术，最小压力水平参数ES低和最大压力水平ES高的设定通过工作站的操作者或用户手动执行，并且需要操作者考虑到在夹持器的应用中，系统压力随着时间的任何波动，该波动将影响真空发生器达到系统真空压力(即等于或高于ES高的系统压力p-)的能力。
因此，一个缺陷是：操作者必须为工作站的任何夹持工具应用手动设置阈值ES低和ES高。另外的一个缺陷或问题是：操作者必须非常熟练和有经验地能够设定阈值ES低和ES高，并且考虑到真空产生和真空压力随着时间的任何波动以及夹持器应用中的许多重复的工作周期WC。
发明内容
本发明的目的是通过更加用户友好型地处理以实现改进的真空系统，该改进的真空系统消除或至少减少上述缺陷。
本发明的一个目的是提供用于控制真空发生器装置的方法、控制单元和真空系统，该方法、控制单元和真空系统消除或至少减少上述缺陷。
上述目的是根据独立权利要求的各方面和实施方式由本发明得以实现。优选的实施方式在从属权利要求中陈述。
根据一个方面，提供一种用于压力水平的自动确定和适应的方法。所述方法能够在操作用于运输物体的真空夹持器工具的真空系统的工作周期中实现节能。所述真空系统包括通过压缩空气流驱动的真空发生器装置。真空发生器装置经由作为真空系统一部分的真空腔室布置成与所述真空夹持器工具流体连接，以便由于压缩空气流而向真空夹持器供应真空。用于监控系统压力p-(t)的压力传感器布置在真空腔室的内部。真空系统控制器电连接至主控制器，其中，所述真空系统控制器布置成控制所述真空发生器装置、与所述真空发生器装置通信，以及与所述压力传感器通信。所述真空系统控制器布置成连续监控所测量的系统压力p-(t)，其特征在于，所述真空系统控制器还能够计算在工作周期期间的系统压力时间导数D(t)＝dp-/dt。所述方法包括：确定在工作周期启动时在预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000035
下的系统压力时间导数的值D0；使用所述值D0计算目标系统压力时间导数的值D目标；将系统压力时间导数D(t)与D目标比较，直至D(t)等于D目标；以及当D(t)等于D目标时，确定目标系统压力
Figure BDA0001310679260000031
所述方法还包括通过目标系统压力
Figure BDA0001310679260000032
和预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000033
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h；以及当真空系统压力p-(t)等于或近似等于最小系统压力S2h时，操作真空发生器装置以将真空系统压力p-(t)恢复至最大系统压力S2H。
根据另一方面，提供一种用于压力水平的自动确定和适应的控制器，所述控制器能够在操作用于运输物体的真空夹持器工具的真空系统的工作周期中实现节能，所述真空系统包括通过压缩空气流驱动的真空发生器装置。真空发生器装置经由作为真空系统一部分的真空腔室布置成与所述真空夹持器工具流体连接，以便由于压缩空气流而向真空夹持器供应真空。用于监控系统压力p-(t)的压力传感器布置在真空腔室的内部。真空系统控制器电连接至主控制器，其中，所述真空系统控制器布置成控制所述真空发生器装置、与所述真空发生器装置通信，以及与所述压力传感器通信。所述真空系统控制器布置成连续监控所测量的系统压力p-(t)，其特征在于，所述真空系统控制器还能够计算在工作周期期间的系统压力时间导数D(t)＝dp-/dt。所述控制器包括在处理电路中的处理器，所述处理器可操作以执行以下步骤：确定在工作周期启动时在预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000034
下的系统压力时间导数的值D0；使用所述值D0计算目标系统压力时间导数的值D目标；将系统压力时间导数D(t)与D目标比较直至D(t)等于D目标；以及当D(t)等于D目标时，确定目标系统压力
Figure BDA0001310679260000041
真空系统控制器还配置成通过目标系统压力
Figure BDA0001310679260000042
和预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000043
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h；以及当真空系统压力p-(t)等于或近似等于最小系统压力S2h时，操作真空发生器装置以将真空系统压力p-(t)恢复至最大系统压力S2H。
根据另一方面，提供一种用于运输物体的真空系统，所述系统包括上述规定的控制器。
根据各个方面和实施方式，本发明解决了如下问题：其经常在具有工作站和人机控制的提升设备的应用中遇到但不限于此应用，该提升设备具有包括吸杯的夹持器且具有节能的可能性。
本发明的另一目的是提供一种具有节能功能的真空系统，该真空系统能适应于对于空气的变化需求，以便中断在真空夹持器工具中的真空。
附图说明
在下面参考附图更加详细地解释了本发明，其中，示意性地示出了本发明的实施方式：
图1是示出根据现有技术的真空系统10的示意图的框图；
图2是示出真空系统的工作周期的压力对时间的示意图；
图3是示出现有技术中使用的基于真空的控制信号C11和C12的示意图；
图4是说明现有技术的一个问题的压力对时间的示意图；
图5是根据本发明的真空系统100的示意图；
图6是根据本发明的用于压力水平的自动确定和适应的方法的流程图；
图7是示出对于工作周期WC1的压力水平确定和设置的示意图；
图8是示出对于另一个工作周期WC2的压力水平确定和设置的示意图；
图9是示出作为真空压力的函数的基于真空的控制信号C11和C13的示意图；和
图10是示出压力水平对工作周期的适应性的压力对时间的示意图。
具体实施方式
为了大致描述用于运输物体的真空系统10的实施方式，最初参考图1。
在本文中，“真空夹持器”或“真空夹持器工具”交替使用，但是这两个术语指的是相同种类的真空夹持机构，其也可以包括多个真空夹持器。
真空系统10包括经由第一开/关阀1或用于控制压缩空气流的其它机构通过压缩空气流驱动的真空发生器3，其中，真空发生器3经由作为真空系统10的一部分的真空腔室11布置成与包括在真空系统10中的一个或多个真空夹持器6流体连接，以便由于通向真空发生器3的压缩空气流而向真空夹持器6供应真空。真空系统10包括布置成将压缩空气供应到真空系统10中的第二阀2。在图1中，线路P空气供应源表示来自压缩空气供应源AIR SOURCE的压缩空气流经由第一阀1到真空发生器3的方向。对于将压缩空气供应到真空发生器3(换言之供应到第一阀1)、以及将压缩空气供应到用于允许压缩空气进入系统10(通常进入真空腔室11内部)内的第二阀2(但是经由如图中所示的不同的供应连接1a和1b)，空气供应源AIR SOURCE通常是同一个。
用于监控系统压力P＝p-(t)＝p-的压力传感器4设置在真空腔室11的内部、或在真空腔室11处、或居中地位于真空腔室11中。真空系统10还包括真空系统控制器5(也被称为“控制器”)。作为示例，但不限于此，阀1和阀2可为直动式电磁阀或者操作为先导阀，以致动先导阀向真空发生器和/或真空系统10供应空气。
通常，控制器5布置成与第一开/关阀1(经由信号V01)、第二阀2和压力传感器4通信。真空系统10和/或真空发生器3可以与控制器5、控制阀1、控制阀2、以及系统压力传感器4(有时也被称为压力计)集成在一起，其中系统压力传感器4可被用于监控真空系统中的系统压力P＝p-，特别地监控真空腔室11中的系统压力P。控制器5经由信号U01被主控制器7监控和控制，信号U01是从主控制器到控制器5的真空控制信号。信号V01是到第一开/关阀1的内部真空控制信号。信号U01和信号V01的值可以是二进制的，例如“1”或“0”，即“一”或“零”。信号电平“1”和“0”可以分别被理解为“真”或“假”。因此，如果“1”设置为“真”则“0”设置为“假”，或者如果“1”对应于“假”则“0”对应于“真”。另外，信号值“1”可以表征为“高”，且信号值“0”可以表征为“低”。此外，可以使用除了“1”和“0”以外的其它数值，例如“1”和“-1”，“0”和“-1”等。
例如，如果从主控制器7到控制器5的信号U01为“高”，这意味着夹持工具6应该被激活以通过抽吸附着到待被提升的物体上。反之，如果从主控制器7到控制器5的信号U01为“低”，这意味着夹持工具6应该被去激活以释放真空夹持器工具所附着的物体。因此，主控制器7经由控制器5控制真空夹持器工具对物体的附着或释放。控制器5控制第一开/关阀1、第二阀2以及真空发生器3，以及真空系统的其它部件。
控制器5可通过组件限定和/或操作，该组件包括在现有的控制器中实施的用于控制第一开/关阀1、第二阀2和真空发生器3以及在真空系统中的其它部件的特定控制算法。
当开/关阀1不使空气流到真空发生器3、且控制器5例如通过通向第一阀1或真空发生器本身的信号V01指示无真空产生的状态时，以及如果检测到系统压力P的从压力平衡到负时间导数的波动，例如如果在真空夹持器6处或在真空腔室11的内部检测到真空，则控制器5布置成激活第二阀2，允许一定量的压缩空气流入真空腔室11用于补偿以重新建立压力平衡，使得如所预期的不存在负压而是大气压力。
以这种方式，第二阀2向真空夹持器6提供立即空气供应以用于主动释放被真空夹持器6夹持的物体。本文中术语“真空夹持器”还包括多个真空夹持器和真空夹持器工具。
如通过图1的描述所理解的，当真空夹持器工具已经应用于物体时，工作周期开始，且当物体已被释放时工作周期结束。
图2是示出真空夹持器工作周期的压力对时间的示意图。
当真空夹持器工具的新的工作周期WC1开始时，控制器激活真空产生，并且系统的系统压力P＝p-从空值“0”升高到在时间t1处的系统压力
Figure BDA0001310679260000071
在系统压力
Figure BDA0001310679260000072
处，通过控制器关闭第一开/关阀，真空产生停止，导致来自空气供应源的通过第一开/关阀的空气流被切断。这个时间被示为t1。系统压力P＝p-将由于系统中的泄漏而下降，特别是在真空夹持器工具中的泄漏。当系统压力下降至p-＝ES低时，第一开/关阀被控制器开启，真空腔室中的系统压力p-产生开始并升高至p-＝ES高，在p-＝ES高处，通过关闭来自空气源的通过第一开/关阀的空气流来停止真空产生。在系统和夹持工具中的泄漏将再次导致系统压力p-的下降。当系统压力下降至p-＝ES低时，第一开/关阀将被控制器再次开启，并且真空腔室中的系统压力p-产生开始并上升至p-＝ES高，在p-＝ES高处，通过关闭从空气供应源到真空发生器的通过第一开/关阀的空气流来停止真空产生。该重复过程包括：使系统压力p-下降至p-＝ES低，在真空腔室中系统压力p-的产生开始至升高到p-＝ES高，重复该过程直至控制器发送用于从运输的物体上释放真空夹持器工具的释放控制信号。该释放控制信号通过使空气进入夹持器而使系统压力p-下降至空值“0”。当夹持工具在工作站的运输路径的末端已经释放物体时，主控制器将夹持工具引导回运输路径的起点或出发点。用于真空夹持器工具的新的工作周期WC2开始。
压力传感器将测量的真空压力p-转换为电信号，该电信号的值取决于所测量的系统压力p-。
图3是示出根据已知现有技术的作为系统压力的函数的基于真空的控制信号C11和C12的示意图。C11和C12是基于真空度的控制信号。控制信号C11是基于以S2L-1和S2L示出的两个系统压力水平。控制信号C12是基于以ES低和ES高示出的两个系统压力水平。在下面的示例中，信号C11和信号C12的值是二进制的，例如“1”或“0”，即“一”或“零”。信号电平“1”和“0”分别可以被理解为“真”或“假”。因此，如果“1”设置为“真”则“0”设置为“假”，或者如果“1”对应于“假”则“0”对应于“真”。另外，信号值“1”可以表征为“高”，且信号值“0”可以表征为“低”。此外，可以使用除了“1”和“0”以外的其它数值，例如“1”和“-1”，“0”和“-1”等等。
通常，存在于真空系统中的控制信号C11被用作用于工作站的更高级别的控制系统(例如图1中的主控制器7)的“准备”信号。在图3示出的示例中，对于测量的系统压力p-(每个系统压力p-大于p-＝S2L-1但小于或等于p-＝S2L)，控制信号C11被设置为1。对于系统压力值p-小于或等于p-＝S2L-1或大于p-＝S2L，C11＝0，即C11被设置为0。因此，在定义的和规定的系统压力区间内，C11被设置为“1”/高/真，在所述区间外，C11被设置为“0”/低/假。
当测量的系统压力p-等于p-＝ES高或者下降至等于p-＝ES低时，控制信号C12被设置为1。对于小于p-＝ES低或者大于p-＝ES高的系统压力值p-，C12＝0，即C12被设置为0。因此，当系统压力p-下降时，C12在定义的和规定的系统压力区间内被设置为“1”/高/真，以及在所述区间外，C12被设置为“0”/低/假，或者当系统压力p-升高时，即使压力p-在所述值范围内，C12被设置为“0”/低/假。在U01为“真”的工作周期期间，当达到特定的真空度时，C12为“1”或真，控制器将通往喷射器的压缩空气自动关闭。由于真空发生器现在不消耗任何能量以维持系统(图1中的10)的可接受的等于或高于ES低的系统压力水平p-，这将节省能量。如果真空度下降低于ES低，在此C12变为“0”(或假)，则压缩空气被重新打开。
因此，控制器5使用控制信号C11和C12来控制节能(ES)功能。
根据现有技术，信号C12的设置和压力区间值ES高和ES低的设置由工作站的操作者或用户手动执行，并且需要操作者考虑到在夹持器的应用中，系统压力随着时间的任何波动，该波动将影响真空发生器达到等于或高于ES高的系统压力p-的能力。
因此，一个缺陷是：操作者必须为工作站的任何夹持工具应用手动设置参数值ES低和ES高。另外的一个缺陷或问题是：操作者必须非常熟练和有经验地能够设定阈值ES低和ES高，并且考虑到真空产生和真空压力随着时间的任何波动以及夹持器应用中的许多重复的工作周期WC。
图4是示出真空夹持器的工作周期的压力对时间的示意图。
图4示出了在工作站的操作过程期间可能发生的另一个缺陷。由于阈值ES低和ES高是手动设置的，因此在每个工作周期WC期间，该设置不会适应于真空产生和真空压力的波动。如果用户已经选择无法达到的C12设置或者C12设置在系统中根本不存在，则在所有的工作周期中将不可能节省能量。在图4的示例中，阈值ES低和ES高是手动设定的，并且对于第一工作周期WC1，设定的阈值是合适的。然而，由于真空产生的波动，用于第二工作周期WC2的真空腔室和夹持工具中的系统压力将不如第一工作周期中的那样高。系统压力将不会达到阈值ES低和ES高，这将会导致这样一个工作周期不会发生节能。
本申请通过向使用真空夹持器工具的工作站提供自动水平确定(ALD)功能来解决至少一个所述缺陷或问题。所述ALD功能利用控制信号C13。当来自主控制器的控制信号U01为U01＝1(真或高)时，基于控制信号C11和C13执行节能功能。来自真空系统控制器的控制信号V01的状态(真或假)由ALD功能的算法控制，该算法动态地计算信号C13的阈值S2H和S2h。
因此，提供一种解决方案：使用自动适应于操作用于运输物体的真空夹持器工具的真空系统的工作周期(WC)中的系统压力水平进行节能的装置和方法。
图5是根据本发明的真空系统100的示意图。
现将参照图5描述本发明的实施方式，其中实施方式的对应于上述对真空系统的描述的细节将由先前在图1中使用的对应的附图标记表示。对于用于运输物体的真空系统10的实施方式的大致描述首先参考图1。
真空系统100包括经由一个供应连接1a通过压缩空气流驱动的真空发生器装置30。真空发生器装置30包括真空发生器3，真空发生器3包括第一开/关阀1，或者用于控制压缩空气流的其它机构。如图5所示，真空发生器和阀1可以设计为一个单元30。根据另一个实施方式，真空发生器3和阀1可以被设计为真空发生器装置30的单独的部件。因此，真空发生器装置30的设计不限于图5所示的实施方式。真空发生器3可以被实现为真空喷射器。真空系统100还包括真空腔室11，该真空腔室11布置成与一个或多个包含在真空系统100内的真空夹持器6流体连接。通过真空发生器3的压缩空气流导致真空夹持器6中产生真空压力。真空系统100可以包括布置成将压缩空气供应至真空系统100的第二阀。在图5中，线路P空气供应源表示来自压缩空气供应源AIR SOURCE的经由第一阀1的压缩空气流在真空发生器3中的方向。
用于监控系统压力P＝p-(t)＝p-的压力传感器4设置在真空腔室11的内部、或在真空腔室11处、或居中地位于真空腔室11中。真空系统100还包括真空系统控制器50(也被称为用于操作和控制真空发生器3的“控制器”)。作为示例，但不限于此，真空发生器3可以经由阀1被直接控制。所述阀1可为直动式电磁阀或者操作为先导阀，以致动先导阀向真空发生器和/或真空系统100供应空气。
通常，控制器50布置成与第一开/关阀1(经由信号V01)和压力传感器4通信。真空系统100和/或真空发生器装置30可以与控制器5和控制阀1和控制阀2、以及系统压力传感器4(有时也被称为压力计)集成在一起，其中系统压力传感器可被用于监控在真空系统中的系统真空压力(系统压力P)，特别是监控真空腔室11中的系统压力P。控制器50经由信号U01被主控制器7监控和控制，信号U01是从主控制器到控制器50的真空控制信号。信号V01是到真空发生器装置30的真空发生器或第一开/关阀1的内部真空控制信号。信号U01和信号V01的值优选是二进制的，例如“1”或“0”，即“一”或“零”。信号电平“1”和“0”可以分别被理解为“真”或“假”。因此，如果“1”设置为“真”则“0”设置为“假”，或者如果“1”对应于“假”则“0”对应于“真”。另外，信号值“1”可以表征为“高”，且信号值“0”可以表征为“低”。此外，可以使用除了“1”和“0”以外的其它数值，例如“1”和“-1”，“0”和“-1”等。
例如，如果从主控制器7到控制器50的信号U01为“高”，这意味着夹持工具6应该被激活以通过抽吸附着到待被提升的物体上。反之，如果从主控制器7到控制器50的信号U01为“低”，这意味着夹持工具6应该被去激活以释放真空夹持器工具所附着的物体。因此，主控制器7经由控制器50控制真空夹持器工具对物体的附着或释放。控制器50控制第一开/关阀1和真空发生器3，以及真空系统的其它部件。
控制器50可通过组件限定和/或操作，该组件包括在的现有的控制器中实施的用于控制真空发生器装置30的第一开/关阀1以及在真空系统中的其它部件的特定控制算法。
控制器50例如通过通向真空发生器装置30的真空发生器本身或开/关阀1的信号V01指示无真空产生的状态。以这种方式，第二阀2向真空夹持器6提供立即空气供应以用于主动释放被真空夹持器6夹持的物体。
根据本发明，所述真空系统控制器50配备有自动水平确定(ALD)功能，该功能以具有附图标记50的框表示。利用自动确定和适应在操作一个或多个用于运输工作站的物体的真空夹持器工具的真空系统100的工作周期中的系统压力水平，所述ALD功能使得控制器50能够在真空系统100中执行用于节能的方法S100。真空系统控制器配置成监控和控制系统压力P＝p-(t)＝p-，以及测定由最大系统压力S2H和最小系统压力S2h定义的节能系统压力区间，其中，最大系统压力S2H对应于手动设定的ES高且最小系统压力S2h对应于手动设定的ES低。所述方法S100在图6中示出。
图6是根据本发明的自动级别确定(ALD)和适应的方法流程图。该方法使得能够在包括和操作真空发生器装置的真空系统中在工作周期期间实现节能。图1和图5中均描述了这样的系统。该方法可以被实施为计算机程序软件中的可执行的计算机程序指令或实施为硬件。所述计算机程序软件将使可编程逻辑计算机在运行时通过可编程逻辑计算机(PLC)执行该方法的步骤。上述真空系统控制器(图5中的50)是可编程逻辑计算机。该方法或者ALD功能可由真空系统控制器或者能够与所述控制器通信的构成真空系统控制器装置的另一个PLC来执行。真空系统控制器布置成控制真空发生器装置以及与真空发生器装置和用于测量系统压力P＝p-(t)＝p-的压力传感器通信。控制器布置成连续地监控所测量的系统压力p-。控制器还能够计算在工作周期期间的系统压力时间导数D(t)＝dp-/dt。
方法S100可以包括以下步骤：
S110：确定在工作周期启动时在预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000121
下的系统压力时间导数的值D0(S110)；
S120：使用值D0计算目标系统压力时间导数的值D目标；
S130：将系统压力时间导数D(t)与D目标比较，直至D(t)等于D目标；
S140：当D(t)等于D目标时，确定目标系统压力
Figure BDA0001310679260000124
S150：通过目标系统压力
Figure BDA0001310679260000123
和预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000122
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h；
S160：当真空系统压力p-(t)等于或近似等于最小系统压力S2h时，操作真空发生器装置以将真空系统压力p-(t)恢复至最大系统压力S2H。
该方法在真空系统的每个新的工作周期中自动重复。在该方法的一个实施方式中，该方法可以将PLC设置为等待或待机模式。因此，所述方法可以包括步骤：
S105：新的WC？
现在将参考图7和图8更详细地说明S100的方法步骤。
图7和图8是示出真空系统压力p-随着时间变化的曲线WC1、WC2的示意图。所述曲线属于两个不同的工作周期WC1和WC2。真空系统控制器5布置成连续监控系统压力，并为真空夹持器工具的工作周期WC确定由最大系统压力S2H和最小系统压力S2h定义的节能系统压力区间。
在图7中，工作周期WC1启动且系统中的真空压力升高。在预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000133
下，在步骤S110中测量并计算系统压力随时间的变化D0。系统压力随时间的变化是在
Figure BDA0001310679260000134
处的系统压力时间导数dp/dt切线的斜率D01。斜率D01的值可以使用数值方法确定。系统压力传感器(图5中4)在p＝p0＝C11之前和之后均测量系统压力p-(t)的增长。通过测量并记录在
Figure BDA0001310679260000135
之前和之后的多个点中的p-(t)的值，所述值可以用于公知的用于计算导数的数值算法。所述导数D0之后用在步骤S120中，用于使用在预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000136
下的值D0(在该示例中为D01)来计算目标系统压力时间导数的值D目标。可以通过乘以合适的预选系数k(小于一，即小于“1”)来计算D目标：
D目标＝k*D0(等式1)
其中，0<k<1。
值D目标之后用在步骤S130中，用于将在系统压力升高期间的系统压力时间导数D(t)与D目标比较，直至D(t)等于D目标。在步骤S140，当D(t)等于D目标时，通过测量和选择值
Figure BDA0001310679260000137
确定目标系统压力
Figure BDA0001310679260000138
时间以t＝t1表示。
根据本发明，在步骤S150中，建议通过目标系统压力
Figure BDA0001310679260000139
和预设的系统压力
Figure BDA00013106792600001310
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h。最大系统压力S2H可以通过以下等式来计算：
Figure BDA0001310679260000131
其中，K1设定为值0.5≤K1<1.0。
最小系统压力S2h通过以下等式来计算：
Figure BDA0001310679260000132
其中，K2设定为值0<K2≤20。
真空系统控制器5现在能够执行步骤S160，在步骤S160中，真空发生器装置根据操作条件说明在由最大系统压力S2H和最小系统压力S2h定义的节能系统压力区间内被控制和操作，以当真空系统压力p-(t)等于或近似等于最小系统压力S2h时，将真空系统压力p-(t)恢复至最大系统压力S2H。其中，近似是指S2h的±5％。因此，如果p-(t)>S2H，则通过将V01设定为对应于“关”的二进制值，关闭真空发生器装置，并且如果p-(t)≤S2h，则通过将V01设定为对应于“开”的二进制值，启动真空系统中的真空发生器装置，在“开”的情况下，真空发生器装置打开，以使空气通过它。
在图7中，示出了工作周期WC1的操作条件。在时间t＝t1处，达到目标系统压力
Figure BDA0001310679260000143
此时系统压力时间导数等于目标系统压力时间导数的值D目标。真空系统控制器将V01设定为对应于“关”的二进制值，从而关闭真空发生器装置(例如真空发生器装置的开/关阀)，并且系统压力p-(t)将会下降。当p-(t)下降至p-(t)≤S2h时，控制器将V01设定为对应于“开”的二进制值，其中，真空发生器装置打开，并且系统压力再次升高直到p-(t)>S2H，此时真空系统控制器将V01设定为对应于“关”的二进制值，从而通过开/关阀关闭通过真空发生器装置的空气流，并且系统压力p-(t)将会下降。将重复该操作直至从主控制器到真空系统控制器的信号U01被设定为对应于“释放”真空夹持器的二进制值。系统压力会下降至“零”，并且工作站已经准备好开始新的工作周期。因此，对于每个新的工作周期，重复方法S100的步骤。
现在将参考图8描述本发明相对现有技术的优点。图中示出了两个工作周期WC1和WC2的系统压力曲线。上文已经描述了方法和压力曲线WC1。在以下的一个工作周期WC2中，真空系统压力p-(t)可能不像先前的工作周期WC1那样上升，并且目标系统压力
Figure BDA0001310679260000141
可能会较低。这种情况将在预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000142
(其在工作周期间不发生变化)处检测到。在步骤S110中，测量系统压力随着时间的变化以及计算系统压力时间导数D0。系统压力随着时间的变化是切线的斜率D02，并且D02不同于(斜率小于)导数D01。然后，在步骤S120中使用所述导数值D02利用等式1计算目标系统压力时间导数值D目标。
然后，在步骤S130中使用目标系统压力时间导数D目标用于在系统压力上升期间将系统压力时间导数D(t)与D目标比较，直至D(t)等于D目标。在步骤S140中，当D(t)等于D目标时，通过测量和选择测量值
Figure BDA0001310679260000158
确定目标系统压力
Figure BDA0001310679260000153
时间以t＝t1表示。用于WC2的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000157
需要低于用于WC1的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000159
在步骤S150中，通过目标系统压力
Figure BDA0001310679260000151
预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000152
以及等式1和等式2计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h。在步骤S160中，真空发生器装置在由最大系统压力S2H和最小系统压力S2h定义的节能系统压力区间内被控制和操作。如果最大系统压力S2H和最小系统压力S2h已经被手动设定，不可变且适应于与WC1相关的目标系统压力，则系统压力波动可能会导致节能功能的损失。
本发明相对于现有技术的优点在于，本发明可以考虑系统中系统压力的波动，并且针对每个工作周期WC，基于已确定的目标系统压力
Figure BDA00013106792600001510
和预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000156
通过计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h来确定系统中系统压力的波动。因此，基于预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000155
和对于当前工作周期WCn(n＝1.2,3...)确定的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000154
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h。以这种方式，针对每个工作周期WC的最大系统压力S2H和最小系统压力S2h适应于真空夹持器工具的真空腔室的所测量的系统压力中的系统压力水平的波动。
图9示出基于真空的控制信号C11和C13随着系统压力变化的示意图。C11和C13是基于真空度的控制信号。在该示意图中，控制信号C11被限定在以S2L-1和S2L表示的两个系统压力水平之间。所述控制信号C11已经在对图3的说明文字中进行描述。
控制信号C13被限定在以S2h和S2H表示的两个系统压力水平之间。在下面的示例中，信号C11和C13的值是二进制的，“一”或“零”。对于任一工作周期WC，当真空产生为“关”时，节能期间的C13设定为“1”，其中，真空系统压力p-(t)从系统压力S2H下降至S2h。当真空系统压力p-(t)等于或小于S2h时，C13从“一”切换为“零”。C13保持为“一”，直到系统压力p-(t)等于S2H，此时C13切换至“零”并且真空发生器被设定为“关”。当真空夹持器工具被释放时，系统压力将会迅速下降至“零”。
如图9中还示出，工作周期WC的系统压力越接近真空系统压力C11，S2H和S2h之间的压力摆动(即允许的压力带)越窄，这是可能的。因此，针对工作周期WC1的压力摆动比针对工作周期WC2的压力摆动大。这是由于这样的事实：针对WC2的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000164
必须低于针对WC1的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000167
并且系统压力C11和目标系统压力
Figure BDA0001310679260000165
之间的距离随着允许更小的压力摆动的减小的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000166
而减小，这也在图10中示出。
图10是示出真空夹持器的工作周期的压力对时间的示意图。当阈值ES高和ES低为手动设定时，相应的图4示出了可能在工作站的操作期间发生的问题，其中，在每个工作周期WC期间，该手动设定未适应于真空产生和真空压力的波动。本发明相对于现有技术的优点在于，本发明可以考虑系统中系统压力的波动，并且针对每个工作周期WC，基于已确定的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000168
和预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000161
调整最大系统压力S2H和最小系统压力S2h。因此，基于预设的系统压力
Figure BDA0001310679260000162
和对于当前工作周期WCn(n＝1.2,3...)确定的目标系统压力
Figure BDA0001310679260000163
可以计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h。
相比于现有技术的其它的优点是没有浪费和/或易于使用。通常地但不限于此，由于仅使用了一个系统压力传感器4，故无需附加的传感器和外部功能。在每个真空夹持器6、例如吸杯上无需传感器，但仅有一个如上述的居中定位的传感器或中央传感器。
在真空系统控制器(图5中50)而不是主控制器(图5中7)中定位ADL功能和方法是一个优点。所述控制器经由总线布线(例如电缆)彼此通信。所述布线通常由于布线的长度而引入延迟。这样的延迟可能具有显著的导致真空系统的控制和操作的干扰的重要性。如果ADL功能和方法位于真空系统控制器(该真空系统控制器比主控制器更靠近真空系统)中，则所述延迟将消除。
控制器50或本发明的方法不需要手动干扰或设置以便使用。与通常需要操作者的大量的手动劳动或操作者设定控制参数具有不必要的长时间段以确保适当地排放到空气中的现有技术装置相比，这是一个优点。同样也不需要手动设置和校准，因为每个循环的成功被自动评估和使用，以提高性能。
该实施方式的优点是，由于方法S100和真空系统控制器连续地适应，仅如往常一样被激活且激活应用的实际需要指示的所需时间。
但是，根据替选实施方式，或此外，真空系统控制器可被调整成使得操作者还可以手动调整控制参数以更好地适合应用或用途的各个需求。
可以连续地或周期性地监控真空系统压力p-(t)，并且可以自主地检测波动。
根据实施方式，分析了每个先前的释放周期，且其参数自主地重新评估。
在图1和图5中示意性示出的真空发生器3通常实现为喷射器。真空夹持器工具6可实现为通常由真空发生器3供应的吸杯或一组吸杯。
应当注意的是，图1和图5仅仅出于说明本发明的目的描绘了真空系统的总体配置，且在实际中真空系统可包括附加的阀、传感器和流体连接件以便使真空系统适应所需的功能性，这为本领域的技术人员已知。
本发明在所附的权利要求书中限定，其涵盖了从上面提供的教导而为本领域的技术人员所能理解的对本发明的上述变型和其它变型。
作为示例，在该示例中限定和/或操作真空系统控制器的组件可通过在一个或多个通用或专用的计算设备上运行的特定用途的软件(或固件)实施。这种计算设备可包括一个或多个处理单元，例如CPU(“中央处理器”)、DSP(“数字信号处理器”)、ASIC(“专用集成电路”)、离散模拟和/或数字组件，或一些其它的可编程的逻辑设备，例如FPGA(“现场可编程门阵列”)。在上下文中，可以理解的是控制器5的每个“组件”指代算法的概念上的等效替代；在组件和特定部分的硬件例程或软件例程之间不总是有一对一的对应。一块硬件有时包括不同的组件。例如，当执行一个指令时，处理单元可以充当一个组件，但当执行另一指令时，可以充当另一组件。此外，在某些情况下，一个组件可通过一个指令实施，但在一些其它情况下，可通过多个指令实施。计算设备还可以包括系统内存和系统总线，系统总线将包括系统内存的各个系统组件耦合到处理单元。系统总线可以是多种类型的总线结构中的任意类型，包括：内存总线或内存控制器、外围总线、和使用多种总线结构中的任意结构的局部总线。系统内存可以包括以易失性和/或非易失性内存形式的计算机存储介质，例如只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和闪存。专用软件可以存储在系统内存中，或存储在其它可移除的/不可移除的易失性/非易失性计算机存储介质(其包括在计算装置中或计算装置可访问，例如磁介质、光学介质、闪存卡、数字磁带、固态RAM、固态ROM等)上。计算设备可包括一个或多个通信接口，例如串行接口、并行接口、USB接口、无线接口、网络适配器等。一个或多个I/O装置可经由通信接口连接到计算设备，包括例如键盘、鼠标、触摸屏、显示器、打印机、磁盘驱动器等。专用软件可在任何合适的计算机可读介质上提供给计算设备，该计算机可读介质包括记录介质、只读存储器、或电子载波信号。
通常，操作控制器和方法的所有功能包含在一个压缩程序包中。

Claims (14)

1.一种用于压力水平的自动确定和适应的方法，所述方法能够在操作用于运输物体的真空夹持器工具的真空系统的工作周期中实现节能，所述真空系统包括通过压缩空气流驱动的真空发生器装置，其中，所述真空发生器装置经由作为所述真空系统的一部分的真空腔室布置成与所述真空夹持器工具流体连接，以便由于所述压缩空气流而向真空夹持器供应真空，其中，用于监控系统压力p-(t)的压力传感器布置在所述真空腔室的内部；并且，真空系统控制器电连接至主控制器，其中，所述真空系统控制器布置成控制所述真空发生器装置、与所述真空发生器装置通信，以及与所述压力传感器通信，所述真空系统控制器布置成连续监控所测量的系统压力p-(t)，其特征在于，所述真空系统控制器还能够计算在所述工作周期期间的系统压力时间导数D(t)＝dp-/dt，其中，所述方法包括以下步骤：
S110：确定在工作周期启动时在预设的系统压力
Figure FDA0002557299710000011
下的所述系统压力时间导数的值D0；
S120：使用所述值D0计算目标系统压力时间导数的值D目标；
S130：将所述系统压力时间导数D(t)与D目标比较，直至D(t)等于D目标；
S140：当D(t)等于D目标时，确定目标系统压力
Figure FDA0002557299710000012
S150：通过所述目标系统压力
Figure FDA0002557299710000013
和所述预设的系统压力
Figure FDA0002557299710000014
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h；
S160：当真空系统压力p-(t)等于或近似等于所述最小系统压力S2h时，操作所述真空发生器装置以将所述真空系统压力p-(t)恢复至所述最大系统压力S2H。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述值D目标的计算通过使用等式D目标＝k*D0执行，其中，0＜k＜1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，计算步骤S150包括通过
Figure FDA0002557299710000021
计算所述最大系统压力S2H；以及通过
Figure FDA0002557299710000022
计算所述最小系统压力S2h，其中，K1设定为0.5≤K1＜1.0的值，且K2设定为0＜K2≤20的值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在操作步骤S160中，如果p-(t)＞S2H，则所述真空发生器装置关闭；如果p-(t)＜S2h，则所述真空发生器装置开启。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在操作步骤S160中，所述真空发生器装置包括开/关阀，如果p-(t)＞S2H，则所述开/关阀关闭，以及如果p-(t)＜S2h，则所述开/关阀开启。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，连续监控系统压力p-(t)，且自主地检测波动。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，定期监控系统压力p-(t)，且自主地检测波动。
8.一种用于压力水平的自动确定和适应的控制器，所述控制器能够在操作用于运输物体的真空夹持器工具的真空系统的工作周期中实现节能，所述真空系统包括通过压缩空气流驱动的真空发生器装置，其中，所述真空发生器装置经由作为所述真空系统的一部分的真空腔室布置成与所述真空夹持器工具流体连接，以便由于所述压缩空气流而向真空夹持器供应真空，其中，用于监控真空系统压力p-(t)的压力传感器布置在所述真空腔室的内部；并且，真空系统控制器电连接至主控制器，其中，所述真空系统控制器布置成控制所述真空发生器装置、与所述真空发生器装置通信，以及与所述压力传感器通信，所述真空系统控制器布置成连续监控所测量的系统压力p-(t)，其特征在于，所述真空系统控制器还能够计算在所述工作周期期间的系统压力时间导数D(t)＝dp-/dt，所述控制器包括处理电路中的处理器，所述处理电路能够操作以执行以下步骤：
确定在工作周期启动时在预设的系统压力
Figure FDA0002557299710000023
下的系统压力时间导数的值D0；
使用所述值D0计算目标系统压力时间导数的值D目标；
将所述系统压力时间导数D(t)与D目标比较，直至D(t)等于D目标；
当D(t)等于D目标时，确定目标系统压力
Figure FDA0002557299710000031
通过所述目标系统压力
Figure FDA0002557299710000032
和所述预设的系统压力
Figure FDA0002557299710000033
计算最大系统压力S2H和最小系统压力S2h；
当真空系统压力p-(t)等于或近似等于所述最小系统压力S2h时，操作所述真空发生器装置以将所述真空系统压力p-(t)恢复至最大系统压力S2H。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述值D目标的计算通过使用等式D目标＝k*D0执行，其中，0＜k＜1。
10.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，所述最大系统压力S2H的计算通过使用等式
Figure FDA0002557299710000034
执行；以及所述最小系统压力S2h的计算通过使用等式
Figure FDA0002557299710000035
执行，其中，K1设定为0.5≤K1＜1.0的值，且K2设定为0＜K2≤20的值。
11.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，如果p-(t)＞S2H，则所述真空发生器装置被操作为关闭，如果p-(t)＜S2h，则所述真空发生器装置被操作为开启。
12.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，所述真空发生器装置包括开/关阀，如果p-(t)＞S2H，则所述真空发生器装置被操作为关闭，以及如果p-(t)＜S2h，则所述真空发生器装置被操作为开启。
13.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，系统压力p-(t)被连续监控，且波动被自主地检测。
14.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，系统压力p-(t)被定期监控，且波动被自主地检测。
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