DE102007031760B4 - Vacuum handling device - Google Patents
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Abstract
Vakuum-Handhabungsvorrichtung, mit mindestens einem Vakuum-Greifmodul (4), an dem mindestens ein Sauggreifer (7) angebracht oder anbringbar ist, an den ein eine Saugwirkung zum Greifen eines Gegenstandes entfaltendes Vakuum anlegbar ist, wobei das Vakuum-Greifmodul (4) ein als elektrisch ansteuerbares Proportionalventil ausgebildetes Vakuumventil (36) zur Steuerung des an den Sauggreifer (7) angelegten Vakuums, einen den daraus resultierenden Saugvolumenstrom messenden Durchflusssensor (42), eine das Vakuumventil (36) in Abhängigkeit von den Daten des Durchflusssensors (42) ansteuernde Auswerteelektronik (43) und eine Kommunikationsschnittstelle (22) zur Datenkommunikation zwischen der Auswerteelektronik (43) und einer externen Steuerelektronik (23) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (43) eine Regelungselektronik (44) beinhaltet, durch die das Vakuumventil (36) derart ansteuerbar ist, dass der Saugvolumenstrom auf einen zum Ergreifen eines Gegenstandes gewünschten, über die Kommunikationsschnittstelle (22) von der externen Steuerelektronik (23) vorgegebenen und in der Auswerteelektronik (43) abgespeicherten Sollwert eingeregelt wird.A vacuum handling device, comprising at least one vacuum gripping module (4) to which at least one suction gripper (7) is attached or attachable, to which a vacuum evolving a suction action for gripping an object can be applied, wherein the vacuum gripping module (4) vacuum valve (36) designed as an electrically controllable proportional valve for controlling the vacuum applied to the suction gripper (7), a flow sensor (42) measuring the resulting suction volume flow, an evaluation electronics controlling the vacuum valve (36) in dependence on the data of the flow sensor (42) (43) and a communication interface (22) for data communication between the transmitter (43) and an external control electronics (23), characterized in that the transmitter (43) includes control electronics (44) through which the vacuum valve (36) can be controlled that the Saugvolumenstrom gewü to one for grasping an object nschten, via the communication interface (22) from the external control electronics (23) predetermined and in the evaluation (43) stored setpoint is adjusted.
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 invention relates to a vacuum handling device having at least one vacuum gripping module, to which at least one suction gripper is attached or attachable, to which a vacuum for gripping an object unfolding vacuum can be applied, wherein the vacuum gripping module designed as an electrically controllable proportional valve Vacuum valve for controlling the vacuum applied to the suction pad, a flow sensor measuring the resulting suction volume flow, an evaluation electronics which actuate the vacuum valve as a function of the data of the flow sensor and a communication interface for data communication between the evaluation electronics and an 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.Due to the possible individual control of the vacuum gripping module, energy-saving operation is possible. On the basis of the sensor data, for example, it can be ensured that the vacuum generation is switched off when a predetermined negative pressure is generated. If a vacuum handling device is equipped with multiple vacuum picking modules, those picking modules that are not needed for the current picking operation can be temporarily deactivated.
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 flexibly designed manufacturing and assembly plants one is confronted with having to handle workpieces of different types in a certain amount of change. Often, these workpieces differ not only in their size - which could be compensated for by means of a matrix-like array of vacuum gripping modules - but also in their nature, in their weight or in their sensitivity to mechanical stresses. These different boundary conditions can be counteracted, for example, by providing differently designed vacuum gripping modules, which can be used selectively on a case-by-case basis by retrofitting the system. However, this requires a relatively high amount of time. In addition, you need a variety of different gripping modules, which increases the cost of the system.
Aus der
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die auch unter wechselnden Einsatzbedingungen einen effektiven und kostengünstigen Betrieb einer Vakuum-Handhabungsvorrichtung erlauben.It is an object of the invention to propose measures that allow effective and cost-effective operation of a vacuum handling device even under changing conditions of use.
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 solve this problem is provided in a vacuum handling device of the type mentioned above, that the evaluation electronics includes control electronics, through which the vacuum valve is controlled such that the suction flow to a desired for grasping an object, predetermined by the communication interface of the external control electronics and setpoint stored in the transmitter is adjusted.
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 überbeansprucht werden und bleibend verformt werden oder zu Bruch gehen.One and the same vacuum gripping module can thus be used extremely variably without mechanical retooling for handling different objects. If the objects to be handled vary, for example, in their weight and / or in their sensitivity to mechanical stresses caused by the suction, the desired and appropriate negative pressure can be preset externally, for example via a connected bus, and precisely monitored by means of the flow sensor. Of particular advantage is the precise control of the suction volume flow made possible by the control electronics to a desired setpoint value, this setpoint being fed object-specifically by the external control electronics can then be available for decentralized processing within the vacuum gripping module until the next change. Due to the exact regulation of the suction volume flow, it is also possible in particular to prevent thin and / or break-sensitive objects, for example foils or glass plates, from being overstressed at the moment of suction and becoming permanently deformed or breaking.
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.Via the communication interface, data communication between the external control electronics and the evaluation electronics, which expediently also belong to the vacuum handling device, is possible at any time, so that, if required, feedback signals can also be transmitted in this way, 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 developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
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.The control process with respect to the suction volume flow can be terminated before the first contact with the object to be gripped. The proportional working vacuum valve is then held in the appropriate switching position, without further control resources of the transmitter to complete. The flow sensor can thus be used without problems for subsequent tasks, in particular for detecting the gripping status of the object to be gripped.
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.In this gripping status detection, the flow data provided by the flow sensor is compared with a gripping status reference value stored in the transmitter, from which it can be deduced whether or not an item has been sucked and held. The moment in which a suction gripper is covered by an object to be gripped, the suction volume flow gradually decreases, wherein a correct gripping is closed when a predetermined threshold value is exceeded. Conveniently, this threshold is associated with an underlying tolerance range, so that it can be concluded that there is a fault when 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.If required, in addition to the flow sensor also a pressure sensor may be present, which measures the currently prevailing negative pressure. The pressure measurement may be superimposed on the flow measurement to allow even more reliable control and / or 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.In order to enable a time-saving and precise ejection of a hitherto held by the suction pad object, the vacuum gripping module expediently includes a designated as a release valve, through which in the suction pad an atmospheric pressure underlying discharge pulse can be initiated. The vacuum within the suction pad is abruptly lifted and released the object. By the discharge valve is designed as a proportional valve, the intensity of the discharge pulse can be variably preset by adjusting the volume flow, taking into account the specific properties of the currently held object. In particular, the intensity can vary depending on the mechanical sensitivity and / or weight of the object.
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 Druckflusssensor 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 case of vacuum generation, the required specifications can also be made available individually via the external control electronics when generating the ejection pulse. This provides object-specific intensity default values which are stored locally in the evaluation electronics and are henceforth available for comparison with currently recorded actual values. Flow values of a flow sensor are expediently used again as actual values. It is particularly advantageous to use the same flow sensor as a data supplier, which is also used for the regulation of the vacuum and the determination of the gripping status. In this case, one accesses a bidirectional pressure flow sensor which is able to detect a flow in two opposite directions of flow. Thus, a single flow sensor can take on a cost-saving triple function here.
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 with the setting of the vacuum, a precise regulation can also take place when setting the intensity of the ejection pulse, based on a cooperation of the control electronics with the discharge valve designed as a proportional 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 being in the vacuum valve and the discharge valve to two independent valves, there is the advantageous possibility of a very simple, independent control by the transmitter.
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.Especially for the vacuum valve as well as for the discharge valve is particularly recommended Realization as a piezoelectric valve, in particular those genus whose actuator is designed as a bending transducer. Such piezo valves allow a very flat design and thus allow a compact design of the vacuum gripping module. Unlike solenoid valves, they can also remain without constant power consumption 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 equipped with at least one Ejektoreinrichtung which is supplied via an air supply interface of the vacuum gripping module with compressed air and causes a suction on a suction side, 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 equipped with a central interface device, via which it is detachably and also easily interchangeable coupled to a drive device of the vacuum handling device, which takes over the positioning of the vacuum gripping module. In the central interface device expediently all interfaces of the vacuum gripping module are combined, which is expediently also serving for supplying electrical actuation energy supply interface in addition to the communication interface and the air supply interface and a mechanical interface for releasable mechanical coupling with said drive means. Converting the vacuum handling device to another vacuum gripping module can thereby be very simple and fast.
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.As far as in the present description of individual lines is mentioned, it is understood that in each case several lines can be used for the individual purposes.
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 Komponentendes 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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