DE102007031760A1 - Vacuum device for handling tools has a vacuum-gripper module fitted with a suction gripper applied with a vacuum for causing a sucking effect so as to grip an object - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Handhabungsvorrichtung, mit mindestens einem Vakuum-Greifmodul, an dem mindestens ein Sauggreifer angebracht oder anbringbar ist, an den ein eine Saugwirkung zum Greifen eines Gegenstandes entfaltendes Vakuum anlegbar ist, wobei das Vakuum-Greifmodul ein als elektrisch ansteuerbares Proportionalventil ausgebildetes Vakuumventil zur Steuerung des an den Sauggreifer angelegten Vakuums, einen den daraus resultierenden Saugvolumenstrom messenden Durchflusssensor, eine das Vakuumventil in Abhängigkeit von den Daten des Durchflusssensors ansteuernde Auswerteelektronik und eine Kommunikationsschnittstelle zur Datenkommunikation zwischen der Auswerteelektronik und einer externen Steuerelektronik enthält.The The invention relates to a vacuum handling device, with at least a vacuum gripping module, mounted on the at least one suction pad or attachable to the a suction for gripping a Object unfolding vacuum can be applied, wherein the vacuum gripping module a trained as electrically controllable proportional valve Vacuum valve for controlling the vacuum applied to the suction pad, a the resulting suction volume flow measuring flow sensor, a the vacuum valve depending on the data of the Flow sensor controlling evaluation and a communication interface for data communication between the transmitter and a contains external control electronics.
Bei
einer aus der
Aufgrund der möglichen individuellen Ansteuerung des Vakuum-Greifmoduls ist ein energiesparender Betrieb möglich. Anhand der Sensordaten kann beispielsweise dafür gesorgt werden, dass die Vakuumerzeugung abgeschaltet wird, wenn ein vorbestimmter Unterdruck erzeugt ist. Ist eine Vakuum-Handhabungsvorrichtung mit mehreren Vakuum-Greifmodulen ausgestattet, können diejenigen Greifmodule vorübergehend deaktiviert werden, die für den momentanen Greifvorgang nicht benötigt werden.by virtue of the possible individual control of the vacuum gripping module is an energy-saving operation possible. Based on the sensor data can For example, be ensured that the vacuum generation is turned off when a predetermined negative pressure is generated. Is a vacuum handling device with multiple vacuum gripping modules equipped, those gripping modules can be temporary disabled for the current gripping process not needed.
In flexibel ausgelegten Fertigungs- und Montageanlagen ist man damit konfrontiert, in gewissem Wechsel Werkstücke unterschiedlicher Art handhaben zu müssen. Oftmals unterscheiden sich diese Werkstücke nicht nur in ihrer Größe – was man mit Hilfe einer matrixartigen Vielfachanordnung von Vakuum-Greifmodulen kompensieren könnte –, sondern auch in ihrer Beschaffenheit, in ihrem Gewicht oder in ihrer Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Diesen unterschiedlichen Randbedingungen kann man beispielsweise dadurch begegnen, dass man unterschiedlich ausgelegte Vakuum-Greifmodule bereithält, die man von Fall zu Fall selektiv einsetzt, indem die Anlage umgerüstet wird. Damit verbunden ist jedoch ein relativ hoher Zeitbedarf. Zudem benötigt man eine Vielzahl unterschiedlichster Greifmodule, was die Systemkosten verteuert.In flexible designed manufacturing and assembly equipment is one with it confronted with different workpieces To handle kind. Often these workpieces differ not just in size - what you can do with help compensate for a matrix-like array of vacuum gripping modules could - but also in their constitution, in their weight or in their sensitivity to mechanical stresses. These different boundary conditions You can, for example, counter that by being different designed vacuum gripping modules, which one of case selectively relies on the case by rebuilding the plant becomes. However, this requires a relatively high amount of time. moreover you need a variety of different gripping modules, which increases the system costs.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die auch unter wechselnden Einsatzbedingungen einen effektiven und kostengünstigen Betrieb einer Vakuum-Handhabungsvorrichtung erlauben.It An object of the present invention is to provide measures to propose, even under changing conditions of use effective and inexpensive operation of a vacuum handling device allow.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vakuum-Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Auswerteelektronik eine Regelungselektronik beinhaltet, durch die das Vakuumventil derart ansteuerbar ist, dass der Saugvolumenstrom auf einen zum Ergreifen eines Gegenstandes gewünschten, über die Kommunikationsschnittstelle von der externen Steuerelektronik vorgegebenen und in der Auswerteelektronik abgespeicherten Sollwert eingeregelt wird.to Solution to this problem is in a vacuum handling device of the type mentioned provided that the transmitter includes a control electronics through which the vacuum valve is controlled such that the suction volume flow to a for Grab an item you want, over the communication interface of the external control electronics predetermined and adjusted in the transmitter stored setpoint becomes.
Ein und dasselbe Vakuum-Greifmodul kann somit äußerst variabel ohne mechanische Umrüstarbeiten zum Handhaben unterschiedlicher Gegenstände eingesetzt werden. Variieren die handzuhabenden Gegenstände beispielsweise in ihrem Gewicht und/oder in ihrer Empfindlichkeit gegen durch das Ansaugen hervorgerufene mechanische Beanspruchungen, lässt sich der gewünschte und angemessene Unterdruck von außen, beispielsweise über einen angeschlossenen Bus, individuell vorgeben und mittels des Durchflusssensors präzise überwachen. Von besonderem Vorteil ist die durch die Regelungselektronik ermöglichte präzise Einregelung des Saugvolumenstroms auf einen gewünschten Sollwert, wobei dieser Sollwert gegenstandsspezifisch durch die externe Steuerelektronik eingespeist werden kann, um dann für die dezentrale Verarbeitung innerhalb des Vakuum-Greifmoduls bis zur nächsten Veränderung zur Verfügung zu stehen. Durch die exakte Regelung des Saugvolumenstromes kann man insbesondere auch verhindern, dass dünne und/oder bruchempfindliche Gegenstände, beispielsweise Folien oder Glasplatten, im Moment des Ansaugens überbean sprucht werden und bleibend verformt werden oder zu Bruch gehen.One and the same vacuum gripping module can thus be extremely variable without mechanical retooling for handling different objects are used. Vary the objects to be handled, for example, in theirs Weight and / or sensitivity to suction caused mechanical stresses, can be the desired and appropriate negative pressure from outside, for example via a connected bus, individually preset and precisely monitored by means of the flow sensor. Of particular advantage is the enabled by the control electronics Precise control of the suction volume flow to a desired Setpoint, whereby this setpoint is object-specific by the external control electronics can be fed to then for the decentral processing within the vacuum gripping module up to to the next change available to stand. Due to the exact regulation of the suction volume flow can In particular, to prevent that thin and / or fragile Objects, such as foils or glass plates, im Moment of suction are overstressed and lasting be deformed or break.
Über die Kommunikationsschnittstelle hinweg ist jederzeit eine Datenkommunikation zwischen der zweckmäßigerweise auch zu der Vakuum-Handhabungsvorrichtung gehörenden externen Steuerelektronik und der Auswerteelektronik möglich, sodass auf diesem Wege bei Bedarf auch Rückmeldesignale übermittelt werden können, beispielsweise zu Diagnosezwecken. Um ein Greifmodul hinsichtlich seiner Greifintensität an unterschiedliche zu ergreifende Gegenstände anzupassen, genügt eine elektrische Übermittlung des jeweiligen Sollwertes aus der externen Steuerelektronik an die lokal vorhandene Auswerteelektronik. Für den Datentransfer zwischen dem Vakuum-Greifmodul und der Steuerelektronik wird vorzugsweise ein serieller Bus eingesetzt.Throughout the communication interface is at any time a data communication between the expediently also to the vacuum hand owned device belonging external control electronics and the transmitter possible, so that in this way, if required, feedback signals can be transmitted, for example, for diagnostic purposes. In order to adapt a gripping module with respect to its gripping intensity to different objects to be gripped, an electrical transmission of the respective desired value from the external control electronics to the locally existing evaluation electronics is sufficient. For the data transfer between the vacuum gripping module and the control electronics, a serial bus is preferably used.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims out.
Der Regelungsvorgang bezüglich des Saugvolumenstroms kann vor dem ersten Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand beendet werden. Das proportional arbeitende Vakuumventil wird dann in der entsprechenden Schaltstellung festgehalten, ohne weitere Regelungsressourcen der Auswerteelektronik in Anspruch zu nehmen. Der Durchflusssensor kann somit problemlos für nachfolgend anstehende Aufgaben eingesetzt werden, insbesondere zur Detektion des Greifstatus des zu greifenden Gegenstandes.Of the Control process with respect to the suction flow can before the first contact with the object to be grasped. The proportional working vacuum valve is then in the appropriate Switch position held without additional control resources of Evaluation electronics claim. The flow sensor can thus easily used for subsequent tasks be, in particular for the detection of the gripping status of the gripping Object.
Bei dieser Greifstatus-Detektion werden die vom Durchflusssensor gelieferten Durchflussdaten mit einem in der Auswerteelektronik gespeicherten Greifstatus-Referenzwert verglichen, woraus geschlossen werden kann, ob ein Gegenstand angesaugt und festgehalten ist oder nicht. In dem Moment, in dem ein Sauggreifer von einem zu ergreifenden Gegenstand abgedeckt ist, verringert sich der Saugvolumenstrom allmählich, wobei auf ein korrektes Ergreifen geschlossen wird, wenn ein vorgegebener Schwellwert unterschritten wird. Zweckmäßigerweise ist diesem Schwellwert noch ein darunter liegender Toleranzbereich zugeordnet, sodass auf das Vorhandensein einer Störung geschlossen werden kann, wenn die ermittelten Durchflussdaten den Toleranzbereich verlassen.at This gripping status detection will be that delivered by the flow sensor Flow data with a gripping status reference stored in the transmitter compared, from which it can be concluded whether an object sucked and detained or not. The moment in which a suction pad is covered by an object to be gripped, decreases the suction volume flow gradually, being on a correct Gripping is closed when a predetermined threshold falls below becomes. Conveniently, this threshold still assigned an underlying tolerance range, so on the presence of a fault can be inferred if the determined flow data leave the tolerance range.
Bei Bedarf kann zusätzlich zu dem Durchflusssensor auch noch ein Drucksensor vorhanden sein, der den aktuell herrschenden Unterdruck misst. Die Druckmessung kann der Durchflussmessung überlagert sein, um eine noch zuverlässigere Regelung und/oder eine anderweitige Funktionsüberwachung zu ermöglichen.at Demand may also be added to the flow sensor a pressure sensor be present, the currently prevailing vacuum measures. The pressure measurement can be superimposed on the flow measurement be an even more reliable scheme and / or a to enable other functional monitoring.
Um ein zeitsparendes und präzises Abwerfen eines bis dahin vom Sauggreifer festgehaltenen Gegenstandes zu ermöglichen, beinhaltet das Vakuum-Greifmodul zweckmäßigerweise ein als Abwurfventil bezeichnetes Ventil, durch das in den Sauggreifer ein atmosphärischem Überdruck unterliegender Abwurfimpuls eingeleitet werden kann. Das Vakuum innerhalb des Sauggreifers wird dadurch schlagartig aufgehoben und der Gegenstand freigegeben. Indem das Abwurfventil als Proportionalventil ausgebildet ist, lässt sich durch Einstellung des Volumenstroms die Intensität des Abwurfimpulses variabel vorgeben, unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften des momentan festgehaltenen Gegenstandes. Die Intensität kann insbesondere je nach mechanischer Empfindlichkeit und/oder Gewicht des Gegenstandes unterschiedlich hoch ausfallen.Around a time-saving and accurate dropping one by then to allow the object held by the suction pad to includes the vacuum gripping module expediently a designated as a release valve, through which in the suction pads an atmospheric overpressure underlying ejection pulse can be initiated. The vacuum inside the suction pad will be abruptly lifted and released the object. By doing the discharge valve is designed as a proportional valve leaves By adjusting the volume flow, the intensity of the ejection pulse variable, taking into account the specific properties of the object currently being held. The intensity may vary depending on the mechanical sensitivity and / or weight of the object vary in height.
Wie bei der Vakuumerzeugung können auch bei der Erzeugung des Abwurfimpulses die erforderlichen Vorgaben individuell über die externe Steuerelektronik zur Verfügung gestellt werden. Diese liefert gegenstandsspezifische Intensitäts-Vorgabewerte, die in der Auswerteelektronik lokal gespeichert werden und fortan für einen Vergleich mit aktuell erfassten Istwerten zur Verfügung stehen. Als Istwerte werden zweckmäßigerweise wiederum Durchflussdaten eines Durchflusssensors herangezogen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, den gleichen Durchflusssensor als Datenlieferant heranzuziehen, der auch für die Regelung des Vakuums und die Ermittlung des Greifstatus genutzt wird. Man greift hierbei auf einen bidirektionalen Drucksensor zurück, der in der Lage ist, einen Durchfluss. in zwei einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen zu erfassen. Mithin kann hier ein einziger Durchflusssensor eine kostensparende Dreifachfunktion übernehmen.As in the vacuum generation can also in the generation of the Abwurfimpulses the required requirements individually about the external control electronics are provided. This provides object-specific intensity default values that stored locally in the transmitter and henceforth for a comparison with currently recorded actual values available stand. As actual values are expediently again used flow data of a flow sensor. in this connection it is particularly advantageous to use the same flow sensor as To use data supplier, who also for the scheme of the vacuum and the determination of the gripping status is used. you relies on a bidirectional pressure sensor, which is capable of a flow. in two opposite directions To capture flow directions. Therefore, here can be a single Flow sensor take a cost-saving triple function.
Wie schon bei der Einstellung des Vakuums kann auch bei der Einstellung der Intensität des Abwurfimpulses eine präzise Regelung stattfinden, auf der Basis einer Kooperation der Regelungselektronik mit dem als Proportionalventil ausgebildeten Abwurfventil.As even when adjusting the vacuum can also be in the setting the intensity of the ejection pulse a precise Regulation take place on the basis of cooperation of the control electronics with designed as a proportional valve discharge valve.
Indem es sich bei dem Vakuumventil und dem Abwurfventil um zwei eigenständige Ventile handelt, besteht die vorteilhafte Möglichkeit einer sehr einfachen, voneinander unabhängigen Ansteuerung durch die Auswerteelektronik.By doing it is the vacuum valve and the discharge valve to two independent Valves is the advantageous possibility of a very simple, independent control by the Evaluation.
Sowohl für das Vakuumventil als auch für das Abwurfventil empfiehlt sich besonders eine Realisierung als Piezoventil, insbesondere derjenigen Gattung, deren Betätigungsglied als Biegewandler ausgebildet ist. Solche Piezoventile ermöglichen eine sehr flache Bauweise und gestatten folglich einen kompakten Aufbau des Vakuum-Greifmoduls. Anders als Magnetventile können sie auch ohne ständige Leistungsaufnahme in einer eingestellten Schaltstellung verbleiben, was einen effizienten Einsatz der Handhabungsvorrichtung begünstigt.Either for the vacuum valve as well as for the discharge valve is particularly recommended implementation as a piezoelectric valve, in particular the genus whose actuator designed as a bending transducer is. Such piezo valves allow a very flat design and thus allow a compact construction of the vacuum gripping module. Unlike solenoid valves, they can also be permanent without Power consumption remain in a set switching position, which favors efficient use of the handling device.
Die Vakuumerzeugung erfolgt zweckmäßigerweise lokal direkt im Vakuum-Greifmodul. Dieses ist dann zweckmäßigerweise mit mindestens einer Ejektoreinrichtung ausgestattet, die über eine Luftversorgungsschnittstelle des Vakuum-Greifmoduls mit Druckluft versorgt wird und an einer Saugseite einen Absaugeffekt hervorruft, aus dem der Saugvolumenstrom resultiert. Das proportional arbeitende Vakuumventil ist zwischen die Luftversorgungsschnittstelle und den Einlass der Ejektoreinrichtung eingeschaltet, sodass über den in die Ejektoreinrichtung eingespeisten Volumenstrom der für den Sauggreifer erzeugte Saugvolumenstrom reguliert werden kann.The vacuum generation is expediently carried out locally directly in the vacuum gripping module. This is then expediently with at least one Ejektoreinrichtung equipped, which is supplied via an air supply interface of the vacuum gripping module with compressed air and on a suction side causes a suction effect, from which the suction volume flow results. The proportionally operating vacuum valve is switched on between the air supply interface and the inlet of the ejector device, so that the suction volume flow generated for the suction gripper can be regulated via the volumetric flow fed into the ejector device.
Das Vakuum-Greifmodul ist zweckmäßigerweise mit einer Zentralschnittstelleneinrichtung ausgestattet, über die es lösbar und auch leicht auswechselbar mit einer Antriebseinrichtung der Vakuum-Handhabungsvorrichtung gekoppelt ist, die die Positionierung des Vakuum-Greifmoduls übernimmt. In der Zentralschnittstelleneinrichtung sind zweckmäßigerweise sämtliche Schnittstellen des Vakuum-Greifmoduls vereinigt, wobei es sich außer der Kommunikationsschnittstelle und der Luftversorgungsschnittstelle zweckmäßigerweise auch noch um eine zum Einspeisen elektrischer Betätigungsenergie dienende Energieversorgungsschnittstelle handelt sowie um eine mechanische Schnittstelle zum lösbaren mechanischen Koppeln mit der erwähnten Antriebseinrichtung. Das Umrüsten der Vakuum-Handhabungsvorrichtung auf ein anderes Vakuum-Greifmodul kann dadurch sehr einfach und schnell vonstatten gehen.The Vacuum gripping module is expediently with a Central interface device equipped over the It is detachable and also easily replaceable with a drive device the vacuum handling device is coupled, which is the positioning of the vacuum gripping module takes over. In the central interface facility are expediently all interfaces of the vacuum gripping module, except for the communication interface and the air supply interface expediently even to one for feeding electrical actuation energy Serving power supply interface acts as well as a mechanical Interface for releasable mechanical coupling with the mentioned drive device. The conversion of the Vacuum handling device on another vacuum gripping module This can be done very easily and quickly.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. Die einzige Figur (
Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer
Mit
Hilfe des Vakuum-Greifmoduls
Die
Vakuum-Handhabungsvorrichtung
Das
im Folgenden vereinfacht nur noch als "Greifmodul" bezeichnete Vakuum-Greifmodul
An
der Moduleinheit
Die
Druckluftquelle
Das
für das Ergreifen eines Gegenstandes
In
den Verlauf der Luftversorgungsleitung
Ein
Proportionalventil gleicher Art – als Abwurfventil
In
den Verlauf des Saugkanals
Als
weitere Komponente beinhaltet das Greifmodul
Eine
von der Energieversorgungsschnittstelle
Das
Vakuumventil
Soweit in der vorliegenden Beschreibung von einzelnen Leitungen die Rede ist, versteht es sich, dass für die einzelnen Zwecke auch jeweils mehrere Leitungen einsetzbar sind.So far in the present description of individual lines the speech is, of course, that for each purpose as well in each case a plurality of lines can be used.
Die
aktuelle Schaltstellung des Vakuumventils
Ein
strichpunktiert angedeuteter, angesaugter Gegenstand
Durch
das öffnen des Abwurfventils
Indem
das Abwurfventil
Im
Folgenden wird, unter ergänzender Beschreibung weiterer
Funktionalitäten der Komponenten des Greifmoduls
Im
Ausgangszustand ist der Sauggreifer
Die
Kontrolle des Saugvorganges erfolgt unter Verarbeitung der von dem
Durchflusssensor
Der
Sollwert wurde zuvor durch die Steuerelektronik
Auf
diese Weise kann man durch entsprechende Ansteuerung mittels der
Steuerelektronik
Die
Auswerteelektronik
Diese
Beibehaltung der eingeregelten Schaltstellung lässt sich
mit besonders geringem Energieaufwand realisieren, wenn das Vakuumventil
Sobald
die Regelung des Saugvolumenstromes abgeschaltet ist, fungiert der
Durchflusssensor
Das
Ergreifen eines Gegenstandes
Vor
allem in Abhängigkeit vom Gewicht der anzuhebenden Gegenstände
Um
mögliche Störungen zu erkennen und melden zu können,
ist dem Schwellwert zweckmäßigerweise ein gewisser
Toleranzbereich zugeordnet, in dem sich das erzeugte Vakuum unterhalb
des Schwellwertes bewegen kann und darf. Das Überschreiten
dieses Toleranzbereiches durch die Messwerte in der einen oder anderen
Richtung deutet auf eine Fehlfunktion hin und kann von der Auswerteelektronik
Während
ein Gegenstand
Der
Vakuumbetrieb des Greifmoduls
Um
den Gegenstand
Auch
hierbei gilt es, Beschädigungen des Gegenstandes
Um
hier eine spezifische Ansteuerung zu ermöglichen, ist in
der Auswerteelektronik
Für
die Ausgestaltung des Abwurfventils
Sei
es für die Erzeugung des Vakuums, für die Detektion
des ergriffenen Gegenstandes
Hierbei
ist auch von Vorteil, dass das Vakuumventil
Die
externe Steuerelektronik
Prinzipiell
wäre es möglich, das Vakuum extern zu erzeugen
und über eine Luftversorgungsleitung in das Greifmodul
Die
diversen Luftleitungen werden in der Praxis, soweit wie möglich,
als interne Kanäle ausgeführt, die größtenteils
im Innern des Grundkörpers
Zusätzlich
zu dem Durchflusssensor
Die
Zentralschnittstelleneinrichtung
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