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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer von einer programmierbaren
Steuerung angesteuerten Unterdruckhandhabungseinrichtung mit mindestens
einem Unterdruckerzeuger.
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Eine
Unterdruckhandhabungseinrichtung besteht in der Regel aus einem
Vakuumerzeuger, einer Ventiltechnik zum Steuern des Vakuums, einer Sensorik
zur Überwachung
des Vakuums und mindestens einem pneumatischen Greifermodul. Derartige
Systeme werden sowohl im Bereich der manuellen Handhabung von Stückgütern als
auch in der Automatisierungstechnik eingesetzt.
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Gerade
in der Automatisierungstechnik wird über eine zentrale Steuer- und
Regeleinrichtung bei mehrere Greifermodule aufweisenden Flächengreifern
jedes Greifermodul separat angesteuert, was zum einen einen enormen
Aufwand bei der Vernetzung der Bauteile, zum anderen eine sehr hohe
Fehleranfälligkeit
mit sich bringt.
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Die
mit dem Aufbau dieser Unterdruckhandhabungseinrichtung verbundenen
Kosten hängen maßgeblich
von der Auswahl des Vakuumerzeugers ab. Besteht ein Flächengreifer
beispielsweise aus k Einzelgreifern, so muss das Vakuumerzeugungssystem
so ausgelegt sein, dass alle k Einzelgreifer mit Unterdruck versorgt
werden können.
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Bei
dichten Werkstoffen gestaltet sich die Auswahl eines geeigneten
Vakuumerzeugers aufgrund der Größe des zu
evakuierenden Volumens und aufgrund der zu erzeugenden Haltekraft
einfach.
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Schwieriger
wird es, wenn nicht mit Sicherheit vorhergesagt werden kann, ob
sich alle k Einzelgreifer während
des Greifvorgangs in Kontakt mit dem zu greifenden Objekt befinden.
Sind beispielsweise I Einzelgreifer während des Greifvorgangs nicht
in Kontakt mit dem zu greifenden Objekt, dann beteiligen sich nur
m = k – I
Greifer an der Kraftübertragung.
Kritisch ist in diesem Zusammenhang außerdem, dass der Vakuumerzeuger
nicht nur m Einzelgreifer mit Unterdruck versorgen, sondern gleichzeitig
die Fremdluft aus I nicht belegten Greifern ebenfalls absaugen muss.
Abhängig
von der Saugleistung des Vakuumerzeugers kann dieser Sachverhalt
zu einem Versagen des Gesamtsystems führen.
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Bei
undichten bzw. porösen
Werkstoffen bringt der oben beschriebene Sachverhalt noch wesentlich
größere Probleme
mit sich, da bereits im Optimalzustand, wenn alle k Einzelgreifer
an der Kraftübertragung
beteiligt sind, eine große
Menge an Leckluft abgesaugt werden muss.
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Dieses
Problem wird mit einer Unterdruckhandhabungseinrichtung gemäß der
DE 101 40 248 A1 gelöst. Mit
einer derartigen Unterdruckhandhabungseinrichtung können also
nicht nur poröse
Werkstücke
angesaugt sondern es können
auch Werkstücke
gehandhabt werden, die kleiner sind als das Greiferfeld, das heißt es müssen nicht
alle Greifermodule am Werkstück
anliegen. Die nicht am Werkstück anliegenden
Greifermodule können
mittels des Steuerventils abgeschaltet werden. Dies kann zum Beispiel
dadurch erfolgen, dass mittels einer Kamera ein Bild vom anzusaugenden
Gegenstand aufgenommen wird, und dass anhand der durch dieses Bild
gewonnenen Daten ermittelt wird, welche Greifermodule am Werkstück anliegen
und welche Greifermodule außerhalb
des Werkstücks
sich befinden, so dass die außerhalb
des Werkstücks
sich befindenden Greifermodule von der zentralen Unterdruckversorgung
abgeschaltet werden können.
Eine derartige Bildauswertung erfordert jedoch einen leistungsstarken
und schnellen Prozessor, weshalb derartige Anlagen relativ teuer
sind und die Arbeits-beziehungsweise Prozessgeschwindigkeit durch
die Geschwindigkeit der Bildverarbeitung gebremst wird. Außerdem besteht das
Problem, dass in relativ dunklen Räumen keine konturenscharfe
Bilder erzeugt werden können,
dass in staubbelasteten Räumen
oder in Räumen,
in denen keine freie Sicht auf den zu handhabenden Gegenstand herrscht,
die Bildaufzeichnung ebenfalls nicht zufriedenstellend ist. Ferner
bereiten spiegelnde Oberflächen
von zu handhabenden Gegenständen,
zum Beispiel blanke Metalloberflächen,
Kunststoffoberflächen
beziehungsweise Oberflächen
von Kunststofffolien Probleme bei der Bildaufzeichnung.
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Aus
der
US 4252 497 A ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der die Sensoren der Greifermodule
mit einem Computer verbunden sind. Dieser verarbeitet die Signale
der Sensoren und steuert den Flächengreifer.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Unterdruckhandhabungseinrichtung vorzuschlagen, so dass erkannt werden
kann, ob das korrekte Werkstück
ergriffen bzw. ob die Lage des ergriffenen Werkstücks korrekt ist.
Außerdem
soll nicht unnötig
Unterdruck verbraucht werden.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs
1 aufweist.
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Durch
Verwendung der Daten, die mit dem im Greifermodul integrierten Drucksensor
erfasst worden sind, kann das Steuerventil dieses Drucksensors,
können
die Steuerventile anderer Drucksensoren und/oder kann die Vorrichtung,
mit welcher die Unterdruckhandhabungseinrichtung manipuliert wird angesteuert
werden. An Stelle des Drucksensors können auch andere Sensoren verwendet
werden.
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Dabei
sind in einem Speicher der programmierbaren Steuerung der Form der
zu ergreifenden Werkstücke
entsprechende Muster abgelegt. Über diese
Muster können
mittels der programmierbaren Steuerung exakt die Greifermodule angesteuert
werden, die benötigt
werden, um den Gegenstand ergreifen zu können. Alle außerhalb
des Gegenstands sich befindenden Greifermodule werden abgeschaltet. Dadurch
wird vermieden, dass über
diese Greifermodule permanent Luft angesaugt wird, die mittels des Unterdruckerzeugers
abgeführt
werden muss. Hierdurch wird ein sehr effizientes und kostensparendes Arbeiten
ermöglicht.
Außerdem
wird auf diese Weise sehr schnell der zum Anheben des Gegenstands
erforderliche Unterdruck aufgebaut, da unmittelbar nach dem Anlegen
der Greifermodule am zu ergreifenden Gegenstand keine Leckluft mehr
angesaugt wird beziehungsweise bei porösen Gegenständen lediglich noch die den
Gegenstand passierende Luft angesaugt wird. Es können also alle die vom Gegenstand
abgedeckten Greifermodule geschaltet werden.
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Es
besteht jedoch auch die Möglichkeit,
dass von diesen Greifermodulen nur ein Teil geschaltet wird, und
zwar so viele, welche zum sicheren Ergreifen und Handhaben des Gegenstands
erforderlich sind. Dies sind zum Beispiel die Greifermodule im Randbereich
des Gegenstands oder Greifermodule, die gleichmäßig über die Fläche des Gegenstands verteilt
angeordnet sind. Diese Information kann mit dem Muster hinterlegt
werden.
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Außerdem ist
vorgesehen, dass der Drucksensor bei am Werkstück anliegendem Greifermodul ein
Signal an die programmierbare Steuerung abgibt und die programmierbare
Steuerung aus den von den Greifermodulen empfangenen Signalen ein
Belegbild erzeugt und dieses Belegbild mit den abgelegten Mustern
vergleicht. Bei dieser Ausführungsform der
Erfindung wird also mittels der Greifermodule die Form des Werkstücks quasi
ertastet, so dass das ertastete Belegbild mit den abgelegten Mustern
verglichen werden kann. Stimmt das Belegbild mit einem Muster überein,
dann wurde der ergriffene Gegenstand erkannt. Dadurch können auf
einfache Weise unterschiedliche Gegenstände ergriffen und mit diesen
unterschiedlichen Gegenständen
unterschiedliche Handhabungsprozesse durchgeführt werden. Ferner kann dadurch
festgestellt werden, ob der richtige Gegenstand ergriffen wurde
beziehungsweise ob der Gegenstand richtig gegriffen wurde. Ferner
ist dadurch feststellbar, ob die Greifermodule defekt und/oder verschmutzt
sind, da diese Greifermodule dann kein korrektes Signal für das Belegbild
beisteuern können.
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Dabei
ist vorgesehen, dass die am Werkstück nicht anliegenden Greifermodule
ein Signal abgeben, aus welchen das Belegbild erzeugt wird. Dieses
Signal wird vom Drucksensor abgegeben, sobald der Drucksensor nach
dem Anlegen des Greifermoduls am Werkstück keinen Anstieg des Unterdrucks erfasst.
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Ein
Vorteil wird darin gesehen, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
aus dem Vergleich von Belegbild und abgelegten Mustern die Lage
des ergriffenen Werkstücks
erkannt wird. Es ist also nicht mehr erforderlich, dass die zu ergreifenden
Werkstücke
vor dem Ergreifen exakt positioniert werden, so dass sie aus dieser
Position ergriffen und in eine andere Lage transportiert und dort
lagerichtig abgelegt werden können.
Auch versetzt und/oder verdreht angeordnete Werkstücke können ergriffen
und die augenblickliche Lage des Werkstücks ermittelt werden, so dass
sie unabhängig
von ihrer Ausgangslage in die korrekte Endposition verbracht werden
können.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die mit den Drucksensoren erfassten Daten von der programmierbaren
Steuerung genutzt werden, um Greifermodule, die mit dem zu handhabenden
Gegenstand nicht in Kontakt sind, abzuschalten. Hierdurch wird das
Ansaugen von Leckluft wesentlich verringert.
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Von
Vorteil ist, wenn während
des Handhabungsprozesses funktionsuntüchtige Handhabungsmodule sofort
abgeschaltet werden. Auch dieser Verfahrensschritt vermeidet unnötigen Verbrauch
an Unterdruck.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
defekte Werkstücke
erkannt werden, da bei mit den abgelegten Mustern nicht übereinstimmenden Belegbildern
eine Fehlermeldung abgegeben wird. Ein defektes Werkstück, welches
eine unvollständige Form
beziehungsweise Kontur aufweist, erzeugt ein Belegbild, welches
nicht mit den abgelegten Mustern übereinstimmt, so dass die Handhabungsvorrichtung entweder
eine Fehlermeldung abgibt oder dieses Werkstück an einem gesonderten Platz
ablegt.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugt der Unterdruckerzeuger vor dem Aufsetzen auf das Werkstück einen
ersten Unterdruck P1 im System, wobei die
in den Greifermodulen enthaltenen Drucksensoren bei einem zweiten
Unterdruck, nämlich
den Schaltdruck P2 schalten und der zweite
Unterdruck P2 kleiner ist als der erste
Unterdruck P1. Als erster Unterdruck P1 werden z. B. ein Unterdruck von 150 mbar
(ca. 850 mbar Absolutdruck) und als Schaltdruck P2 z.
B. ein Unterdruck von 100 mbar (ca. 900 mbar Absolutdruck) verwendet.
Solange die Greifermodule nicht am Werkstück anliegen, herrscht in ihnen
auch bei angelegtem Unterdruck Umgebungsdruck oder ein vernachlässigbarer
Unterdruck. Auf jeden Fall ist dieser vernachlässigbare Unterdruck wesentlich
kleiner als der Schaltdruck P2 der Drucksensoren.
Der mittels des Unterdruckerzeugers erzeugte Unterdruck P1 im System ist aber größer als der Schaltdruck P2, so dass dann, wenn das Greifermodul am
Werkstück
anliegt und keine Luft mehr angesaugt wird, der Unterdruck im Greifermodul
innerhalb von wenigen Millisekunden auf einen Wert verändert wird,
der jenseits des Schaltdruckes P2 liegt, so
dass der Drucksensor anspricht. Unmittelbar nach dem Anlegen des
Greifermoduls am Werkstück
erhält
die programmierbare Steuerung das Signal, dass dieses Greifermodul
das Werkstück
ergriffen hat.
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Um
das Ansaugen von Umgebungsluft auf ein Minimum zu reduzieren, werden
nach dem Ergreifen des Werkstücks
diejenigen Greifermodule von der Unterdruckversorgung abgeschaltet,
bei denen der Saugdruck kleiner als der Schaltdruck P2 ist. Dies
sind die Greifermodule, die nicht am Werkstück anliegen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der
programmierbaren Steuerung auch erkannt wird, ob das Belegbild ein
Vielfaches eines abgelegten Musters ist, so dass erkannt wird, ob
ein oder mehrere Werkstücke
angesaugt wurden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Ansaugen
mehrerer Werkstücke durch
gezielte Ansteuerung einzelner Greifermodule die Werkstücke einzeln
abgelegt werden. Dies kann entweder unmittelbar nach dem Ergreifen
erfolgen, so dass beim Ansaugen mehrerer Werkstücke alle bis auf eines wieder
abgelegt werden, so dass lediglich ein Werkstück ergriffen und abgehoben
wird oder dass die mehreren angesaugten Werkstücke angehoben und an unterschiedliche
Orte transportiert werden, wo sie nacheinander abgelegt werden.
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Zum
schnellen Belüften
des Greifermoduls ist das Steuerventil für den Unterdruck als 2-3-Wege-Ventil
ausgebildet. Das Ventil besitzt also einen Ausgang zum Werkstück, einen
Ausgang zum Unterdruckerzeuger und einen Ausgang in die Umgebung, wobei
in der einen Schaltstellung der Unterdruckerzeuger mit dem Ausgang
zum Werkstück
und in der anderen Stellung die Umgebung mit dem Ausgang zum Werkstück verbunden
werden. Dadurch ist ein schnelles Belüften der Greifermodule und
somit ein schnelles Abwerfen des Gegenstands möglich.
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Um
neue Werkstücksformen
schnell abspeichern zu können
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
beim erstmaligen Ergreifen eines Gegenstands ein Lernprogramm durchlaufen
wird und anhand der belegten Greifermodule ein Belegbild erzeugt
wird, das als Muster in einem Speicher der programmierbaren Steuerung
ablegbar ist. Hierdurch können,
wie bereits erwähnt,
neue Formen eingelesen, es können aber
auch gleiche Gegenstände
in unterschiedlichen Positionen beziehungsweise Drehlagen erfasst
werden. Dadurch wird die Erfassungsgenauigkeit und Erkennungsgenauigkeit
weiter verbessert.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Unterdruckhandhabungseinrichtung
sowie ein Verfahrensschema im einzelnen beschrieben werden.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Greifermoduls;
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2 einen
Ausschnitt einer Unterdruckhandhabungseinrichtung mit mehreren Greifermodulen;
und
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3 ein
Flussdiagramm, das erfindungsgemäße Verfahren
darstellend.
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In
der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Greifermodul
bezeichnet, welches an seinem unteren Ende ein Saugelement 12 aufweist,
das nur beispielhaft für
alle Varianten von Saugelementen dargestellt ist. Das Saugelement 12 besitzt
Saugöffnungen 14,
mittels denen ein Werkstück 50 angesaugt
wird. Das Saugelement 12 ist an einer Hülse 16 befestigt,
die ihrerseits in einer Aufnahme 18 verschieblich gehalten
ist. Die hülsenförmige Aufnahme 18 stützt sich
sowohl mit ihrer Oberseite als auch mit ihrer Unterseite jeweils über eine
Wendelfeder 20 beziehungsweise 22 an flanschartigen
Vorsprüngen 24 in
der Hülse 16 abstützen. Die
Hülse 16 ist
somit nach beiden Seiten in der Aufnahme 18 gelagert. Am oberen
Ende der Hülse 18 ist
ein Nippel 26 angeschlossen, in welchem ein Drucksensor
und ein Steuerventil vorhanden ist. Mit dem Bezugszeichen 28 ist ein
Anschlusskontakt für
einen Stecker 30 einer Datenleitung bezeichnet, mit welcher
Daten vom Nippel 26 zu einer programmierbaren Steuerung 32 beziehungsweise
von der programmierbaren Steuerung 32 zum Nippel 26 übertragen
werden können.
Das obere Ende bildet ein Anschlussstück 34, an welchem
ein Unterdruckschlauch 36 befestigt wird.
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In
der 2 sind mehrere derartige Greifermodule 10 über die
Aufnahmen 18 an einem Balken 38 befestigt, wobei
mehrere derartige Balken 38 zu einem Flächengreifer 40 zusammengefasst
sind. Die Balken 38 sind so ausgebildet, dass sie einen
Unterdruckkanal besitzen, an welchen das freie Ende 42 des
Unterdruckschlauchs 36 angeschlossen ist.
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Die 3 zeigt
ein Flussdiagramm für
das Verfahren zum Betreiben des Flächengreifers 40, der in 2 dargestellt
ist. Im ersten Verfahrensschritt 44 wird ein Unterdruckerzeuger 46,
an welchen die Balken 38 mittels einer Unterdruckleitung 48 angeschlossen
sind, angeschaltet. Dabei berühren
die Saugelemente 12 noch nicht das anzusaugende Werkstück 50.
Mit den Greifermodulen 10 wird Luft aus der Umgebung angesaugt
und es herrscht ein Unterdruck P1 in der
Unterdruckleitung 48 von mindestens 150 mbar. Daraufhin
wird im Verfahrensschritt 52 der Flächengreifer 40 auf
das Werkstück 50 abgesenkt.
Im Verfahrensschritt 54 berühren die Saugelemente 12 das
Werkstück 50.
In den Greifermodulen 10, die das Werkstück 50 berühren, steigt der
Unterdruck auf einen Wert von mindestens 150 mbar an, was vom Drucksensor
ermittelt wird, der einen Schaltdruck von 100 mbar besitzt. 200
ms nach dem Aufsetzen der Flächengreifer 40 auf
das Werkstück 50 wird
im Verfahrensschritt 56 ermittelt, ob der Unterdruck im Greifermodul 10 auf
einen Wert oberhalb von 100 mbar angestiegen ist oder nicht, das heißt ob das
Greifermodul 10 auf dem Werkstück 50 aufsitzt oder
nicht. Ist das Saugelement 12 vom Werkstück 50 nicht
bedeckt, dann wird im Verfahrensschritt 58 das Steuerventil
in diesem Greifermodul 10 geschlossen. Ist dagegen das
Saugelement 12 vom Werkstück 50 abgedeckt, dann
wird der Verfahrensschritt 58 übersprungen, das heißt, das
Steuerventil bleibt geöffnet,
so dass am Saugelement 12 weiterhin der Unterdruck anliegt.
Im Verfahrensschritt 60 wird der Gesamtdruck im System,
das heißt
der Unterdruck in der Unterdruckleitung 48, gemessen. Dieser
Gesamtdruck liefert der programmierbaren Steuerung 32 einen
Wert, mit dem die Saugkraft, das heißt die Haltekraft, ermittelt
werden kann, in Abhängigkeit
der zum Beispiel ein Robotersystem, insbesondere die Beschleunigungen
des Robotersystems gesteuert werden.
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Das
Werkstück 50 kann
unmittelbar nach dem Aufsetzen des Flächengreifers 40 angehoben werden.
Jedoch ist der Gesamtdruck des Systems, das heißt in der Unterdruckleitung 48,
noch relativ gering, so dass noch nicht die maximale Leistung des Robotersystems
gefahren werden kann, da noch nicht die maximalen Haltekräfte erreicht
sind. Dies bedeutet, dass abhängig
vom ermittelten Unterdruck in der Unterdruckleitung 48 das
Robotersystem angesteuert wird, so dass das Werkstück 50 sehr
früh gehandhabt
werden kann, wobei nach wie vor sichergestellt ist, dass das Werkstück 50 nicht vom
Flächengreifer 40 abgerissen
wird. Auf diese Weise können
die Werkstücke 50 schneller
transportiert werden. Im Verfahrensschritt 62 wird die
Geschwindigkeit des Robotersystems permanent an den sich aufbauenden
Unterdruck im Gesamtsystem angepasst, so dass mit zunehmendem Unterdruck
das Werkstück 50 schneller
transportiert wird beziehungsweise die auf das Werkstück 50 einwirkenden
Kräfte
erhöht
werden können.
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Im
Verfahrensschritt 64 wird das Werkstück 50 abgesetzt und
es werden die Greifermodule 10 belüftet, indem die Steuerventile
mit der Umgebung verbunden werden. Mit 66 ist das Ende
des Handhabungsverfahrens und somit das Abheben des Flächengreifers 40 vom
Werkstück 50 bezeichnet.