CN107791264B - 操作设备和用于监控操作过程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保持物体(12)的操作设备(10)，所述操作设备具有基本部段(22)和靠置部段(20)，和传感器装置(26)，所述传感器装置具有第一传感器部件(28)和第二传感器部件(30)，所述传感器部件共同作用以确定所述操作设备(10)的运行特征量。所述传感器装置(26)设定为，确定所述第一传感器部件(28)相对于所述第二传感器部件(30)的位置的改变，其中，所述第一传感器部件(28)构成并且设置为，使得当所述物体(12)靠置和保持在所述靠置部段(20)上时，将所述物体(12)相对于所述基本部段(22)的移动与所述第一传感器部件(28)相对于所述基本部段(22)的移动相关联，和所述第二传感器部件(30)设置在相对于所述基本部段(22)的固定的位置中。本发明也涉及一种用于利用操作设备监控操作过程的方法。

Description

操作设备和用于监控操作过程的方法

技术领域

本发明涉及一种用于保持物体的操作设备以及一种用于监控操作过程的方法。

背景技术

操作设备尤其是使用在用于物体的加工过程中。物体借助操作设备保持并且例如在加工期间固定。操作设备也可以用于转移和定向被保持的物体。就此而言，在此意义下的操作设备可以是抓取设备或夹紧设备。

在操作设备运行中，满足需要的且精确的控制是重要的。例如，作用于物体上的保持力必须与所执行的操作过程和/或所执行的加工过程相一致。此外，通常要尽可能精确地定位物体。

控制尤其根据操作设备的不同的运行特性量来执行。相关的运行变量的实例是：要保持的物体在操作设备的靠置部段上的存在或不存在(精确控制)、对象的位置、所施加的保持力或作用于物体的力/加速度。感兴趣的也有对干扰影响的检测，如被保持的物体的滑动或振动。尤其是，要能够实现可靠且精确地监控在被固定的物体与操作设备之间的相对运动，因为这样的相对运动导致操作过程的不精确性，并且结果不精确地执行对物体的加工过程。

为了确定允许特征量，已知的是，分别将相应的传感器装置设置在操作设备上。例如，DE 10 2014 221 294A1示出了一种传感器设备，其具有至少两个压力传感器，借助所述压力传感器可以确定作用于抓取设备的靠置部段上的力分布。

为了全面监控，在已知的设备中会需要设置多个不同类型的传感器装置。这导致构造上的开销提高且易故障。

发明内容

本发明的任务在于，以在构造上简单的方式且可靠地监控操作设备的运行并且尤其监控所保持的物体的位置精度和位置忠诚度。

该任务通过根据本发明的用于保持物体的操作设备来解决。该操作设备优选构成为抓取设备或夹紧设备。该设备包括基本部段和靠置部段，其中，靠置部段构成为在保持物体时靠置在物体上。靠置部段尤其提供用于物体的靠置面。基本部段例如可以用于将操作设备固定在执行器或控制台上。此外，该操作设备包括传感器装置，该传感器装置具有第一传感器部件和第二传感器部件。这些传感器部件共同作用，以便能够实现对操作设备的运行特征量的测量或确定。

这些传感器装置设定为，确定第一传感器部件相对于第二传感器部件的位置的改变。在此，第一传感器部件构成并且也设置为，使得当物体保持在靠置部段上时，将物体相对于基本部段的移动(必要时在靠置部段形变的情况下)与第一传感器部件相对于基本部段的移动相关联。第二传感器部段设置在相对于基本部段的固定位置中，使得第一传感器部段相对于基本部段的移动与第一传感器部件相对于第二传感器部段的移动耦合。

当保持物体时，则因此某种程度上也建立在物体与第一传感器部件之间的运动耦合。例如，当物体保持在靠置部段上时，物体可以与第一传感器部件形成力锁合的接触。物体的运动例如滑动或振动因此被传递到第一传感器部段上。第一传感器部件的运动于是可以借助第二传感器部件来检测。

所述两个传感器部件相对于彼此的侧向移动尤其能够实现检测被保持的物体的不期望的滑动。所述两个传感器部件例如在垂直于靠置面的方向上的间距的监控(靠置面形成靠置部段)可以用于检测作用于物体的力和/或执行精确控制。

因此，提供简单的且可靠的传感器装置，利用该传感器装置可以确定不同的运行特征量。仅需要一个传感器，以便针对被保持的物体实现位置监控、存在性检验等。直接与物体共同作用的传感器并不一定是必需的。

优选地，第一传感器部件与靠置部段以运动耦合的方式连接和/或直接设置在靠置部段上。靠置部段尤其构成为，使得其在保持物体时直接靠置在物体上并且于是可以记录其运动。例如，靠置部段设置有(尤其是平坦的)靠置面，所述靠置面靠置在物体上。靠置部段例如可以可形变地构成，以便能够匹配物体。可考虑的是，第一传感器部件嵌入在靠置部段中。

然而，第一传感器部件也可以相对于靠置部段可运动地设置。尤其是，于是第一传感器部件具有自己的接触部段，当物体保持在操作设备上时，该接触部段与物体接触。由此，物体的运动传递到第一传感器部件上。

第二传感器部件优选固定地设置在基本部段上。

原则上，所述两个传感器部件彼此物理上分开地构成，例如构成为两个模块化的且共同作用的组件单元。但也可考虑的是，所述两个传感器部件彼此物理地连接。彼此的可运动性于是例如通过如下方式实现：所述两个传感器部件经由关节装置、弹性的连接环节等彼此固定。

靠置部段优选可弹性变形地构成。例如可考虑的是，靠置部段是可形变的密封板、抓取器的可形变的涂层或吸盘的靠置的部段。相应地，基本部段尤其是固定的本体，例如壳体或载体。优选地，可弹性变形的靠置部段设置在固定的基本部段上。由此，当靠置部段贴靠在物体上并且使物体运动时，可弹性变形的靠置部段的区域相对于基本部段移动。

传感器装置尤其构成，使得通过监控所述两个传感器部件彼此间的间距可以确定作用于靠置部段上的力。为此，第一传感器部件可以设置为，使得可以确定变形行程，该变形行程表征了从未受负载的状态过渡到带有正确保持的物体的状态时靠置部段的变形。为此，第一传感器部件尤其与可弹性变形的靠置部段连接。如果靠置部段的材料的弹性特性是已知的，这样变形行程可以换算成作用于靠置部段上的力。

尤其是，传感器装置具体地设定为，确定第一传感器部件与第二传感器部件的间距的改变和/或确定第一传感器部件与第二传感器部件的绝对间距。

第一传感器部件和第二传感器部件的共同作用可以基于不同的技术和/或物理的作用原理。尤其是，第一传感器部件和第二传感器部件以电容方式、以电感方式、以磁性方式或以电磁方式共同作用。有利地，也可以设置光学的或声学的(例如经由超声耦合)共同作用。也可以进行热耦合，例如通过第二传感器部件检测第一传感器部件的热辐射。原则上也可考虑的是，第一传感器部件对第二传感器部件的机械影响。例如，由此可以获得压电的改变或压力改变，其被检测。

根据一种有利的设计方案，所述两个传感器部件中的一个构成霍尔传感器或线圈传感器，用以测量磁场强度。这优选适合于固定设置的第二传感器部件。相应其他的传感器部件(优选可运动的第一传感器部件)尤其可以构成为永磁体。以此方式可以提供简单且可靠的传感器装置。

为了屏蔽来自环境的磁的和/或电磁的干扰场，并且以此方式使得上述的传感器装置更可靠，靠置部段和/或基本部段可以具有用于屏蔽的涂层或其他屏蔽元件。

精确的且快速的测量也可以通过如下方式实现：传感器装置基于光学信号传输。由此，所述两个传感器部件中的一个传感器部件可以构成为用于输出限定的辐射强度的光源而另一传感器部件构成为辐射传感器(例如光电二极管)。

原则上，操作设备具有保持力效应器，即一种装置，借助其可以将保持力施加到物体上。优选地，保持力效应器是用于借助负压施加保持力的装置。尤其是，操作设备具有吸取口或吸取腔，其中借助在吸取口中或在吸取腔中作用的负压可吸取物体。靠置部段于是尤其构成在吸取口或吸取腔的区域中。

具体而言，操作设备可以构成为负压操作设备并且具有可弹性变形的吸取体。靠置部段于是尤其构成在吸取体的朝向被保持的物体的区域上。吸取体尤其是设置在连接元件上或与连接元件连接。连接元件于是形成基本部段。吸取体尤其可以构成为吸盘或风箱吸取器。第一传感器部件优选设置在密封唇中或在吸取体的壁部部段中，其在物体运动时一同运动。所述的连接元件例如可以是吸取器的接头。但吸取体也可以构成为吸取夹紧设备的吸取部段(例如块式吸取器(Blocksuager))。在此，吸取体例如可以由密封板形成，该密封板具有吸取口，通过吸取口可吸取物体。

另一有利的设计方案通过如下方式形成：负压操作设备具有可弹性变形的吸取体，其中靠置部段构成在吸取体的如下区域上，该区域朝向被保持的物体，并且其中第一传感器部件设置在该靠置部段上。第二传感器部件于是设置在吸取体的背离靠置部段的区域上。就此而言，背离的区域可以形成前面意义下的基本部段，因为背离的区域在操作物体时并不形变或不怎么强地形变(与靠置部段比较)。在此，吸取体尤其也可以构成为吸盘或风箱吸取器。第一传感器部件优选设置在密封唇中或在吸取体的壁部部段中。第二传感器部件例如可以设置在承载元件上，该承载元件设置在吸取体之内，优选设置在通过吸取体限界的吸取腔中。

传感器装置优选仅通过所述两个共同作用的传感器部件形成。尤其是，每个传感器部件本身不是有作用的传感器，而是传感器作用通过所述两个传感器部件共同作用才实现。

开头提出的任务也通过用于监控操作设备的方法来解决。操作过程尤其是利用前面所描述的类型的操作设备来执行。根据该方法，物体与操作设备的靠置部段接触并且将保持力施加到物体上。在保持物体期间和/或整个操作过程期间，根据该方法确定第一传感器部件相对于第二传感器部件的位置的改变和/或确定第一传感器部件相对于第二传感器部件的间距的改变。如所阐述的那样，通过确定横向位置改变(例如沿着平坦的靠置面)可以确定被保持的物体的滑动。通过确定垂直于靠置面的位置改变，尤其是通过确定在两个传感器部件之间的间距可以对被保持的物体进行精确性检验。此外，可以确定的是，是否和以何种程度将保持力施加到物体上。

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示出了在具有符合规定地靠置的工件的状态中的根据本发明的操作设备，该操作设备具有负压吸取抓取器；

图2示出了根据图1的设备，其中横向的力被施加到被保持的物体上并且物体滑动；

图3示出了在夹紧有工件的运行状态中的根据本发明的操作设备，该操作设备构成为夹紧设备；

图4示出了根据图3的带有侧向滑动的物体的设备；

图5示出了根据本发明的夹紧设备的另一设计方案；

图6示出了根据本发明的夹紧设备的其他设计方案；

图7示出了在符合规定的运行状态中的根据本发明的操作设备作为风箱吸取器的另一实施形式；

图8示出了根据图7的在侧向力作用于被保持的物体的情况下的设备。

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。

具体实施方式

图1和图2示出了用于操作和保持物体12的操作设备10。操作设备10在所示的实例中包括负压抓取器14。操作设备10在此情况下具有可弹性变形的吸取体16，该吸取体例如以吸取盘的类型构成。

吸取体16限界吸取腔18，该吸取腔在朝向物体12的方向是打开的并且可以施加以负压，以便吸取物体12，例如施加保持力。吸取体16的朝向物体12的区域形成操作设备10的靠置部段20。靠置部段20就此而言用于保持物体12而引导经过物体并且与物体12接触。

吸取体16设置在操作设备12的基本部段22上。基本部段22构成为固定的组件，在所示的实例中构成为负压抓取器14的连接元件24。

操作设备10包括传感器装置26，该传感器装置在所示的实施例中包括两个传感器部件，即第一传感器部件28和第二传感器部件30。

第一传感器部件28设置在可弹性变形的吸取体16的与物体12接触的区域中(例如在靠置部段20上)。尤其是，在保持力被施加到物体12上时，靠置部段20力锁合地靠置在物体12上。在物体12运动时，因此第一传感器部件28至少部分一同运动。

第二传感器部件30位置固定地设置在基本部段22上。因此，借助传感器装置26可以确定第一传感器部件28相对于第二传感器部件30的相对运动。

在图2中概略地示出了，第一传感器部件28在物体12保持在靠置部段20上时如何与物体12运动耦合，使得物体12相对于基本部段22的移动同样与第一传感器部件28相对于基本部段22的移动相关联。在根据图2的视图中，物体12施加以相对于靠置部段20侧向作用的力，使得物体12侧向地相对于基本部段22移动。在此情况下，物体12带动靠置部段20并且因此带动第一传感器部件28，这导致第一传感器部件相对于第二传感器部件移动了变形行程31。这可以借助传感器装置26来检测。从变形行程31于是可以通过吸取体16的已知的弹性模量确定作用于物体12的力。

参照图3和图4阐述了另一操作设备10，其构成为夹紧设备32。尤其是涉及负压夹紧设备(块式吸取器)。基本部段22例如固定在控制台或工具台上。靠置部段20由在某种程度上可弹性变形的密封板34提供。尤其是，靠置部段20具有基本上平坦的靠置面36，所述靠置面靠置在物体12上用于固定该物体。保持力通过如下方式施加，使得物体12通过在密封板34中的吸取口38被吸取。

传感器装置26在所示的实例中包括第一传感器部件28，该第一传感器部件可弯折地设置在第二传感器部件30上。第二传感器部件30固定在基本部段22上。第一传感器部件28具有接触区域40(参见图4)，该接触区域与被保持的工件12接触，使得其在工件12运动时一同运动。在此，第一传感器部件28相对于第二传感器部件30弯折(参见图4)。

图5和图6示例性地参照夹紧设备32示出了替选的设计方案，尤其是在第一传感器部件28相对于第二传感器部件30能够如何运动地设置方面。

基本上，如在图5中所示，第一传感器部件28物理上与第二传感器部件30分开地构成。附加地，第一传感器部件28也物理上与靠置部段分开地构成。例如，传感器部段28可以形状锁合地保持在靠置部段20的合适的留空部中。这能够实现，传感器部件28灵敏地对物体的运动作出反应。

基本的设计可能性在于，第一传感器部件28与尤其可弹性变形的靠置部段20一体地构成。在图6的实例中，第一传感器部件28嵌入在靠置部段20中。

图7和图8示出了操作设备10，该操作设备具有风箱吸取器42，其就此而言形成可形变的吸取体。风箱吸取器42的下部部段提供靠置部段20，该靠置部段为了抓取物体12靠置在该物体上。风箱吸取器42又围绕向下敞开的吸取腔18，该吸取腔通过连接件44借助负压时可加载，以便施加保持力。第二传感器部段30位置固定地设置在其上的基本部段22在所示的实例中由承载元件46提供。承载元件46设置在吸取腔18的内部中并且横跨该吸取腔。尤其是，承载元件46可以构成为横跨吸取腔18的横梁或板。通过该构造能够实现，在保持物体12时，即使在靠置部段20因物体12移动而形变(参见图8)时保持第二传感器部件30位置固定。

传感器装置26可以利用不同的物理作用原理。尤其是，有利的会是，第二传感器部件30构成为霍尔传感器，用于测量磁场强度。第一传感器部件于是例如可以构成为永磁体。在这种设计方案中有利的会是，靠置部段20和/或基本部段22设置有防止磁的和/或电磁的干扰场的屏蔽部60(例如涂层)，(概略地示出在图1中)。

Claims (14)

1.一种用于保持物体(12)的操作设备(10)，所述操作设备具有：

基本部段(22)和靠置部段(20)，其中在保持物体(12)时所述靠置部段(20)靠置在所述物体(12)上，和

传感器装置(26)，所述传感器装置具有第一传感器部件(28)和第二传感器部件(30)，其中所述第一传感器部件(28)和第二传感器部件(30)共同作用以确定所述操作设备(10)的运行特征量，其中，所述传感器装置(26)设定为，确定所述第一传感器部件(28)相对于所述第二传感器部件(30)的位置的改变，并且所述第一传感器部件(28)构成并且设置为，使得当所述物体(12)靠置和保持在所述靠置部段(20)上时，将所述物体(12)相对于所述基本部段(22)的移动与所述第一传感器部件(28)相对于所述基本部段(22)的移动相关联，以及所述第二传感器部件(30)设置在相对于所述基本部段(22)的固定的位置中，其中，所述传感器装置(26)设定为，确定所述第一传感器部件与所述第二传感器部件的间距，并且所述操作设备(10)构成为，借助负压保持所述物体(12)，所述操作设备包括能弹性变形的吸取体(16)，其中，所述靠置部段(20)构成在所述吸取体(16)的如下区域上，所述区域朝向被保持的物体(12)。

2.根据权利要求1所述的操作设备(10)，其中，所述操作设备是抓取设备或夹紧设备。

3.根据权利要求1所述的操作设备(10)，其中，所述第一传感器部件(28)与所述靠置部段(20)以运动耦合的方式连接。

4.根据权利要求1所述的操作设备(10)，其中，所述第一传感器部件(28)以相对于所述靠置部段(20)能运动的方式设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述第二传感器部件(30)固定地设置在所述基本部段(22)上。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述靠置部段(20)能弹性变形地构成。

7.根据权利要求6所述的操作设备(10)，其中，所述第一传感器部件(28)设置为，使得能够确定变形行程(31)，所述变形行程表征了从未受负载的状态过渡到保持有物体的状态时所述靠置部段(20)的变形。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述传感器装置(26)设定为，确定所述第一传感器部件(28)与所述第二传感器部件(30)的间距的改变。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述第一传感器部件(28)和第二传感器部件(30)中的一个传感器部件构成为霍尔传感器或者线圈传感器，用于测量磁场强度，而另一传感器部件构成为永磁体。

10.根据权利要求9所述的操作设备(10)，其中，所述靠置部段(20)和/或所述基本部段(22)具有防止来自环境的磁的和/或电磁的干扰场的屏蔽部(60)。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述第一传感器部件(28)和第二传感器部件(30)中的一个传感器部件构成为用于输出限定的辐射强度的光源而另一传感器部件构成为辐射传感器。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述吸取体设置在连接元件(24)上，所述连接元件形成基本部段(22)。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的操作设备(10)，其中，所述传感器装置(26)构成为，使得仅通过所述第一传感器部件(28)与所述第二传感器部件(30)共同作用进行测量结果的确定。

14.一种用于利用根据权利要求1至13中任一项所述的操作设备监控操作过程的方法，其中，将物体与所述操作设备的靠置部段置于接触，和确定第一传感器部件相对于第二传感器部件的位置的改变和/或确定第一传感器部件与第二传感器部件的间距。

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