CN107685254A - 操作装置和用于监控操作装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作设备(20)，具有用于固定工件(12)的保持装置(21)，尤其是负压抓取装置或负压夹紧装置(22)，并且具有传感器装置(36)，用于检测振动和用于由此产生测量值，其中所述传感器装置(36)设置在所述保持装置(21)上并且设置为和这样设定为，使得检测利用所述保持装置(21)固定的工件(12)的振动。本发明也涉及一种用于监控操作设备的方法。

Description

操作装置和用于监控操作装置的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的操作装置，其包括尤其是用于固定工件的保持装置和用于检测振动的和由此产生测量值的传感器装置。
背景技术
所述类型的操作装置例如使用于在用于加工工件的加工设备中。这样的加工设备除了操作装置之外也包括加工装置例如机床、锯子、铣床、钻孔机。在此情况下，利用保持装置固定并且必要时移动工件。在此上下文中，保持装置尤其是构成为抓取装置或夹紧装置。夹紧装置尤其用于在其加工期间尤其将工件固定不动。抓取装置可以构建为移动或转变固定在该抓取装置上的工件。
在加工装置运行中，在该装置的不同部分上会出现不期望的振动。振动的原因可能存在于加工过程中，例如由于被驱动的工具(钻孔机、铣床、锯子等)作用于工件上。但，其他运动的部分例如驱动轴、飞轮、马达也会引起振动产生。当在所述装置的运动的部分上存在匹配误差、损伤或磨损(驱动损伤、传动损伤、轴承损伤、失稳等)时，出现大幅度的振动。当机械影响量(力、质量、加速度、操作的速度、时钟速率等)未充分相互协调时，操作装置例如借助夹具转换物体也会引起振动。
如果出现过大幅度的振动，则这会引起所使用装置的不期望的质量降低、损伤和提高磨损。此外，出现增强的噪音。振动会传递到工件上并且在那里引起损坏和/或使利用保持装置的固定不可靠。尤其是，存在如下危险：由于所述装置中的共振现象出现非常大的振动幅度，这会引起单个部件的损毁。
在机床中已知的是，监控运动的机械零件如旋转的轴或驱动元件的不期望的振动。用于对装置或机械元件进行振动分析的方法和装置例如在DE 10 2011055 523A1或DE44 05 660A1中予以描述。在DE 10 2006 049 867A1中描述了一种具有夹紧装置和被驱动的工具的机床，其中借助传感器确定夹紧装置和工具的相对振动速度。在此有问题的是，以合适的方式将传感器定位在运动的机械零件上来识别不期望的振动。
发明内容
本发明所基于的任务是，以简单方式能够实现可靠的操作工件并且改善在加工设备中工件的加工质量的可靠性。
该任务通过根据权利要求1所述的操作装置来解决。该操作装置包括至少一个保持装置，所述保持装置构建为将工件固定在所述保持装置上。此外，该操作装置包括传感器装置，该传感器装置构建为检测振动和用于由此产生测量值。该传感器装置尤其设置在所述保持装置上。该传感器装置设定和也定位在所述保持装置上，使得有针对地检测利用保持装置固定的工件的振动(例如震动、传播的噪声、纵向和/或横向机械振动)。就此而言，该传感器装置并不主要设定为，监控运动的机械零件的振动，而是尤其用于对固定的工件进行振动监控。
在加工设备中，所述保持设备是直接与工件形成作用连接的功能单元。通常也在较长的时间存在与工件的接触，尤其是在利用加工装置加工期间。通过将传感器装置设置在用于工件的保持装置上因此可以实现持续的且可靠的监控。在此不需要有问题地将传感器设置在运动的机械零件如驱动轴或活塞上。
借助传感器装置确定的测量值能够尤其实现控制利用操作装置执行的操作过程。尤其是，通过监控振动可以确定，是否利用操作装置固定工件和/或是否充分或可靠地进行固定。附加地，根据振动特性可以推断出操作过程和/或加工过程的其他损坏。这种损坏的实例是：用于加工的不匹配的过程参数、过高的时钟率、具有过大的加速度的运动过程例如工件的转换时，操作装置相对于加工装置和/或工件不精确的定位、磨损的或不匹配的工具等。
所述保持装置尤其构建为负压保持装置，其中该工件借助负压可固定在所述保持装置上。例如，可以是抽吸夹具或抽吸夹紧装置。在这种负压保持装置中，通过监控工件的振动可以识别，工件是否贴靠在保持装置(存在检查)和/或工件是否可靠地固定和/或工件是否正确定位。在现有技术中，在此方面已知的是，例如通过对固定工件有效的压力的压力测量来监控负压操作装置的操作过程。就此而言，所描述的设计方案提供了用于监控操作过程的替选的可能性，该操作过程可靠且简单地运行。附加地，可以获得关于在固定的工件上执行的加工过程和/或利用固定的工件执行的操作过程(例如转换、移动)的信息。
有利的构造通过如下方式得到：所述保持装置具有壳体(例如负压夹紧装置、抽吸夹具等的壳体)和所述传感器装置集成地安装到所述保持装置的壳体中。
所述保持设备尤其具有设备部段，该设备部段贴靠在工件上用于固定工件。所述保持部段例如可以是保持装置的壳体的朝向工件的侧。所述保持部段也可以由附加的组件形成，例如由平面夹具的抽吸板、夹紧装置的接触面等形成。
根据一种有利的设计方案，传感器装置具有至少两个振动传感器，其中，一个振动传感器设置在贴靠部段上，和第二振动传感器设置在保持设备的与贴靠部段隔开的部段上。通过将两个传感器的测量进行比较可以有针对地确定工件振动的贡献。也可以执行参考测量并且这样进行更精确的数据分析。
优选地，附加地设置分析装置，该分析装置被输送给测量值作为输入值。在此情况下，尤其有利的是，分析装置也可以设置在所述保持装置上。这具有如下优点：所述保持装置在更为复杂的操作装置中可以作为独立的模块化的监控单元起作用(除了其用于固定工件的功能之外)。尤其是，分析装置可以集成地安装到所述操作装置的壳体中。
然而原则上有利的是，分析装置并不设置在所述保持装置上。就此而言，后续所阐述的分析装置的设计方案也可以与分析装置的具体设置位置无关地设置。
该分析装置尤其也可以配设有存储器装置，在该存储器装置中可存储测量值和/或通过分析装置分析测量值的结果。由此可以与时间有关地记录操作过程的变化过程和在需要时在操作装置本身上读出。
根据本发明的一个特别有利的方面，分析装置构建为，借助保存在分析装置中的数据处理程序来处理测量值并且就此而言生成处理结果。此外，可以设计为，在未遵守在分析装置中保存的极限值标准时(即在分析的结果在通过至少一个极限值限定的公差范围之外时)产生错误信号。
如果传感器装置例如检测具有特征量的振动(例如强度、幅度、(振动)行程、(振动)速度、(振动)加速度等)，该特征值超过确定的视为临界的阈值，则这表示：工件未正确地固定或操作过程受其他影响(例如借助抓取装置过快的运动改变、在所配设的加工装置中的错误的或磨损的工具、过高的加工强度等)。如所描述的那样随之出现，分析装置确定分析结果，该分析结果在极限值标准之外。错误信号的输出于是能够实现，修正地介入操作过程中。
错误信号例如可以是电信号，该电信号被输送给数据输出单元，其用于显示测量结果和/或报警信号。也可考虑的是，分析单元直接产生光学的、声学的或其他的报警信号。
对于其他设计方案，可以设置机构，以便衰减或增强作用于保持装置的振动或确定的振动分量。为此，可以设置被动的或主动的装置。
例如，可以设置至少一个被动的吸收元件，所述吸收元件构建为，吸收和/或衰减振动，所述振动被从工件传递到保持装置上。至少一个吸收元件优选设置在保持装置上。
也可考虑的是，保持装置具有共振装置，该共振装置可以以限定的频率范围的振动置于共振。通过谐振装置可以有针对地增强确定的振动分量。这样，可以实现保持装置与振动的工件受控制的耦合。
有利地，也可以是，保持装置具有主动驱动的可驱动的振动致动器。
振动致动器尤其构成为，为了至少部分补偿固定的工件的振动，在保持装置上产生主动的(逆向)振动。振动致动器例如包括主动驱动的摆轮，例如旋转和/或振荡地驱动的飞轮。因此，不仅可以实现可靠的监控，而且也可以通过振动主动地抵消影响。
根据一个有利的设计方案，设计为，上述的分析装置与振动致动器共同作用，并且根据测量值控制振动致动器。
根据使用目的，可以有利的是，上面所述的机构(吸收元件、振动致动器和/或共振装置)分别可选地、相互补充地或替选地设置。
简单的传感器装置例如可以包括开关元件，在超过确定程度的作用时开关元件切换并且就此而言形成离散响应的传感器。但也有利的是，传感器装置能够实现连续的并且渐进的监控，即构成为使得作用的不同的强度可以不同。
振动和/或震动的可靠测量例如可以通过如下方式实现：传感器装置包括加速度传感器和/或传播的噪声传感器，或由其形成。
为了将工件的振动传递到传感器装置，优选地设置传递部件。传递部件尤其是构成为，吸收作用于保持设备的设备部段的振动并且将其传递给传感器装置。例如，传递部件可以由流体弹簧、压力弹簧、柱塞等等形成。通常，传递部件具有将振动能量从工件传递到传感器装置的功能。
对于其他设计方案，该保持装置具有数据传输机构，用于与上级的控制装置(例如机床控制装置)和/或与存储器装置通信。数据传输机构可以构建为与控制装置直接通信，亦或构建为例如经由网络间接通信。根据一个有利的设计方案，数据传输机构构成为无线通信。数据传输机构也可以构成为用于数据总线、IO链接等的连接元件。
数据传输机构可以构成为将测量值传输给传感器装置和控制装置。尤其可考虑的是，数据传输机构与所述的分析装置共同作用和将分析结果传输给控制装置和/或传输出错报告。
除了用于测量振动的传感器装置之外，可以设置其他传感器，如压力传感器(例如用于监控固定工件的负压)、力传感器、行程测量装置等。这样，可以实现对操作过程和/或加工过程的更全面的监控。
操作设备可以是工件的更为复杂的加工设备的部分。这样的加工设备包括至少一个所述类型的操作设备和至少一个用于加工工件的加工设备例如机床如圆锯、铣床、钻孔机。
开头提出的任务也通过用于监控操作装置的方法或通过用于监控操作装置的运行的方法来解决。操作装置为此包括至少一个用于固定工件的保持装置和用于检测振动的传感器装置。借助传感器装置检测与保持装置固定的工件的振动。
由此能够实现的监控允许在操作过程不满足所期望的标准时修正地进入操作过程。就此而言，通过该方法可以改善操作过程的可靠性。
该方法基本上可以通过所有结合操作装置所阐述的措施进一步构成。
优选地，对利用传感器装置实现的测量结果例如利用上面所述的分析单元进行分析。如所描述的那样，在未遵守所限定的极限值标准时(即在分析的结果在通过至少一个极限值限定的公差范围之外时)产生错误信号。可考虑的是，当检测到的振动与预设的期望值偏差时，生成错误信号。分析也可以进行为使得在检测到的振动或振动分量随时间改变时生成报警信号。如所阐述的那样，另一方面，确定的振动分量可以被共振装置放大，使得该分量可以被更好地分析。也可以如所阐述的那样可以利用保持装置的可驱动的振动致动器来补偿确定的振动分量。根据该方法，也可以附加地一起分析其他传感器信号，例如测量到的压力值、测量到的在保持装置与工件之间的距离值等等。
附图说明
在下文中参照附图详细地阐述本发明。
在附图中：
图1示出了具有根据本发明的操作装置的加工设备的示意图；
图2示出了根据本发明的操作装置的概略图。
具体实施方式
在后续的描述中以及在附图中，对于相同的或彼此对应的特征分别使用相同的附图标记。
在图1中示意性地示出了用于加工例如板状的工件12的加工设备10。该加工设备10包括加工装置14，该加工装置在所示的实例中构建为铣削装置16，其具有主动驱动的铣削工具18。
在该加工设备10中，除了利用加工装置14加工工件12之外也进行工件12的操作。为此，设置操作装置20，借助操作装置可以固定工件12。例如，工件12被固定并且借助操作设备20的运动致动器(未示出)转换，并且例如带至另一加工站。在此情况下，操作装置包括抓取装置。另一方面，操作装置20可以在工件的加工期间固定工件，其中操作装置包括夹紧装置。
在所示的实例中，工件12在其加工时借助操作装置20的保持装置21固定。保持装置21因此在所示的实例中构建为负压夹紧装置22。负压夹紧装置22设置在机床工作台24上，使得工件12在加工时位置固定不动。
为了控制加工装置14和/或保持装置21，在所示的实例中上级的控制装置26设置为机床控制装置，所述控制装置经由相应的信号传输路径28与加工装置14和/或保持装置21通信。
在图2中概略示出的保持装置21具有壳体30，该壳体的朝向工件12的侧设置有概略所示的抽吸板32。抽吸板32在所示的实例中形成保持装置21的设备部段。设备部段(在此：抽吸板32)在所示的实例中具有概略的抽吸口34，该抽吸口连接到未进一步详细示出的负压供给系统。如果工件12贴靠在贴靠部段32，则通过对抽吸口34施加负压可以固定工件12。
保持装置21在所示的实例中具有传感器装置36以及另一传感器装置36a。传感器装置36设置在保持装置21的朝向设备部段32的区域上并且优选集成地安装在壳体30中。传感器装置36a设置在保持装置21的背离设备部段32的部段上(优选地同样集成在壳体30中，但与设备部段32远远隔开，作为传感器装置36)。传感器装置36、36a是用于检测振动的传感器。传感器装置根据所检测的振动产生测量值，所述测量值可以输送给分析装置38(信号路径虚线绘出)。
尤其是，传感器装置36设置为使得能够探测贴靠在设备部段32上的工件12的振动。振动在所述附图中通过在工件的角部处的双线象征性表示。为了将工件12的振动传递到传感器装置36，保持装置21可以具有相应的传递部件40。其他传感器装置36a例如能够实现执行参考测量和/或更精确地测量工件12的振动。
保持装置如在图2中概略所示可以具有机构42，以便衰减、放大或以限定的方式影响作用于保持装置的振动或确定的振动分量。例如，该机构42可以包括吸收元件，利用吸收元件可以吸收确定的震动或振动。机构42也可以具有共振装置，该共振装置能够与限定的频率范围的振动共振。对被动机构替选地或补充地，机构42也可以主动地构成，以便作用振动。例如，机构42可以包括可驱动的振动致动器44，该针对致动器例如具有用于产生逆向振动的主动驱动的摆轮。
如上面所述，分析单元38构成为，分析传感器装置36(和必要时36a)的测量值。尤其是设计为，当所分析的结果未遵守限定的极限值规则时分析装置36产生错误信号(例如在所检测的振动具有过高的偏转、幅度、速度或加速度)。也可考虑的是，分析装置38控制振动致动器44，以产生相应的逆向振动来补偿所检测的振动。
保持装置21可以具有数据输出单元46，借助数据输出单元可以输出分析单元38的分析结果和/或所述错误信号。例如，可以是光学或声学数据输出。
该保持装置21还可以具有数据传输机构48，例如与控制装置26通信。数据传输单元48例如可以构成为总线接口或用于无线通信的接口。

Claims (8)

1.一种操作设备(20)，具有用于固定工件(12)的保持装置(21)，尤其是负压抓取装置或负压夹紧装置(22)，并且具有传感器装置(36)，用于检测振动和用于由此产生测量值，其中所述传感器装置(36)设置在所述保持装置(21)上并且设定为和这样定位为，使得检测利用所述保持装置(21)固定的工件(12)的振动。
2.根据权利要求1所述的操作设备(20)，其特征在于，设有分析装置(38)，所述分析装置被输送给测量值作为输入值，其中所述分析装置(38)设置在所述保持装置(21)上。
3.根据权利要求3所述的操作设备(20)，其特征在于，所述分析装置(38)构建为，借助在所述分析装置(38)中存储的数据处理程序来处理测量值，并且在未遵守在所述分析装置中所存储的极限值规则时产生错误信号。
4.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置(20)，其特征在于，所述保持装置(21)具有至少一个吸收元件(42)，所述吸收元件构建为，吸收和/或衰减振动，所述振动被从工件传递到所述保持装置上。
5.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置(20)，其特征在于，所述保持装置具有可驱动的振动致动器(44)，所述振动致动器构成为，为了补偿所固定的工件(12)的振动在所述保持装置(21)上主动产生振动。
6.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置(20)，其特征在于，所述保持装置(21)具有共振装置，该共振装置能够以限定的频率范围的振动共振。
7.根据上述权利要求中任一项所述的操作装置(20)，其特征在于，所述保持装置(21)具有数据传输机构(48)，用于与上级的控制装置(26)通信，尤其是无线通信。
8.一种用于在操作工件(12)时监控操作设备的运行的方法，所述操作装置具有用于固定工件(12)的保持装置(21)和用于检测振动的传感器装置(36)，其中根据该方法借助所述传感器装置(36)检测利用所述保持装置(21)固定的工件(12)的振动。
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