DE102012109888B4 - Suction gripper, suction gripper system and control device for controlling at least one suction gripper - Google Patents
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Abstract
Sauggreifer (9, 9') zum Ansaugen und Halten von Werkstücken, insbesondere von biegeschlaffen luftdurchlässigen Halbzeugen, aufweisend ein Gehäuse mit wenigstens einem Lufteinlass und wenigstens einem Luftauslass und einer Vielzahl von Saugöffnungen (13) in einer Saugfläche (11) zum Ansaugen mindestens eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugfläche (11) auf ihrer dem anzusaugenden Werkstück zugewandten Seite wenigstens zwei mit einer Spannungsmesseinrichtung (5) verbundene Elektroden (15, 17; 15', 17') aufweist.Suction grippers (9, 9 ') for sucking and holding workpieces, in particular pliable, air-permeable semi-finished products, comprising a housing with at least one air inlet and at least one air outlet and a plurality of suction openings (13) in a suction surface (11) for sucking in at least one workpiece , characterized in that the suction surface (11) has at least two electrodes (15, 17; 15 ', 17') connected to a voltage measuring device (5) on its side facing the workpiece to be sucked on.
Description
Die Erfindung betrifft einen Sauggreifer zum Ansaugen und Halten von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Sauggreifersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 und eine Regelungseinrichtung zum Regeln eines Sauggreifers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19.The invention relates to a suction gripper for sucking in and holding workpieces according to the preamble of
Sauggreifer zum Ansaugen und Halten von Werkstücken, um diese beispielsweise in einem Produktionsprozess zu transportieren, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. So zeigt die
Aus der
Die
In der
Aus der
Sauggreifer der oben beschriebenen Art weisen in der Regel eine Steuervorrichtung auf, welche den Volumenstrom der anzusaugenden Luft bzw. der zugeführten Druckluft und somit den entstehenden Unterdruck in dem Sauggreifer steuert, um ein anzusaugendes Werkstück an einer Saugfläche des Sauggreifers zu halten. Die Steuervorrichtung basiert im Wesentlichen auf Erfahrungswerten, die für verschiedene Anwendungsfälle getrennt evaluiert werden müssen. Bei den bekannten Sauggreifern kann es dabei vorkommen, dass ein Werkstück nicht sicher von dem Sauggreifer gehalten wird, so dass es zu Unterbrechungen im Produktionsprozess kommt, wenn sich ein Werkstück aufgrund eines fehlerhaften Greifens von der Saugfläche löst. Sofern der Sauggreifer von einem Stapel mehrerer übereinander geschichteter Werkstücke ein einzelnes greifen soll, kann es darüber hinaus vorkommen, dass der Sauggreifer beim Absortieren des Werkstückstapels nicht nur ein einzelnes Werkstück, sondern mehrere Werkstücke gleichzeitig greift. Problematisch ist also insgesamt, dass bei den bekannten Sauggreifern keinerlei Informationen darüber vorliegen, ob der Sauggreifer ein Zielwerkstück sicher gegriffen hat und wie viele Werkstücke gegriffen wurden. Ein weiteres Problem der bekannten Sauggreifer ist darüber hinaus der hohe Luftverbrauch, der bei ca. 250 l/min liegen kann. Bei Sauggreifersystemen, die je nach Anwendungsfall bis zu 1000 oder mehr Einzelsauggreifer aufweisen können, ergibt sich folglich ein enormer Luft- und Energieverbrauch.Suction grippers of the type described above usually have a control device which controls the volume flow of the air to be sucked in or the supplied compressed air and thus the resulting negative pressure in the suction gripper in order to hold a workpiece to be sucked on a suction surface of the suction gripper. The control device is essentially based on empirical values that have to be evaluated separately for different applications. With the known suction grippers, it can happen that a workpiece is not securely held by the suction gripper, so that interruptions in the production process occur if a workpiece becomes detached from the suction surface due to incorrect gripping. If the suction gripper is to grip a single work piece from a stack of several stacked workpieces, it can also happen that the suction gripper grips not only a single workpiece but several workpieces at the same time when sorting the stack of workpieces. Overall, the problem is that the known suction grippers do not have any information as to whether the suction gripper has safely gripped a target workpiece and how many workpieces have been gripped. Another problem with the known suction cups is the high air consumption, which can be around 250 l / min. In the case of suction gripper systems, which, depending on the application, can have up to 1000 or more individual suction grippers, there is consequently an enormous consumption of air and energy.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Sauggreifer zu schaffen, der ein sicheres Handhaben eines Werkstücks gewährleistet und der darüber hinaus energieeffizient ausgebildet ist.The object of the present invention is therefore to create a suction gripper which ensures safe handling of a workpiece and which is also designed to be energy-efficient.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein Sauggreifer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der Sauggreifer dient zum Ansaugen und Halten von Werkstücken, insbesondere von biegeschlaffen luftdurchlässigen Halbzeugen. Der Sauggreifer weist ein Gehäuse auf, welches mehrteilig ausgebildet sein kann, und welches wenigstens einen Lufteinlass und wenigstens einen Luftauslass sowie eine Vielzahl von Saugöffnungen in einer Saugfläche zum Ansaugen von Werkstücken aufweist. Der Sauggreifer zeichnet sich dadurch aus, dass die Saugfläche wenigstens zwei Elektroden aufweist.To solve the above-mentioned problem, a suction gripper with the features of
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt also darin, dass mittels der Elektroden auf einfache Art und Weise eine sensorielle Rückkopplung von Zustandsdaten eines zu greifenden Werkstücks erfolgen kann. Durch die Elektroden, die im Bereich der Saugfläche angeordnet sind bzw. die Saugfläche bilden, ist es somit nicht nur möglich Informationen über den Zustand eines oder mehrerer gegriffener luftdurchlässiger Werkstücke zu erhalten, sondern gleichzeitig lässt sich dadurch der Luftverbrauch so regeln, dass zum sicheren Handhaben eines Werkstücks ein minimaler Luftverbrauch dynamisch eingestellt werden kann. Gleichzeitig erfordert der erfindungsgemäße Sauggreifer keinen erheblichen Mehraufwand bei der Herstellung. In jedem Fall überwiegt die Ressourceneinsparung den durch die Elektroden und die Implementierung der Regelung entstehenden Mehraufwand bei weitem.An essential point of the invention is therefore that by means of the electrodes, a sensor-based feedback of status data of a workpiece to be gripped can take place in a simple manner. By the electrodes, which are arranged in the area of the suction surface or the suction surface form, it is thus not only possible to obtain information about the state of one or more gripped air-permeable workpieces, but at the same time the air consumption can be regulated in such a way that a minimum air consumption can be dynamically set for safe handling of a workpiece. At the same time, the suction gripper according to the invention does not require any significant additional expenditure in production. In any case, the saving of resources far outweighs the additional effort resulting from the electrodes and the implementation of the regulation.
Besonders bevorzugt wird ein Sauggreifer, bei dem die wenigstens zwei Elektroden mit einer Spannungsmesseinrichtung verbindbar sind bzw. mit dieser verbunden sind. Die Spannungsmesseinrichtung kann in den Sauggreifer integriert oder extern angeordnet sein. Durch eine Veränderung des gemessenen Spannungsabfalls zwischen den mindestens zwei Elektroden lässt sich in „Echtzeit“ während des Greifprozesses feststellen, ob ein Werkstück und insbesondere auch wie viele Werkstücke von dem Sauggreifer gegriffen wurden. Der Spannungsabfall zwischen den mindestens zwei Elektroden lässt einen Rückschluss über den vorhandenen Widerstand zwischen den Elektroden zu, der sich je nach Zustand und Lage des gegriffenen Werkstücks und in Abhängigkeit der Anzahl der gegriffenen Werkstücke verändert. Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Elektroden jeweils mindestens einen elektrischen Anschluss zur Verbindung mit der Spannungsmesseinrichtung auf.Particularly preferred is a suction gripper in which the at least two electrodes can be or are connected to a voltage measuring device. The tension measuring device can be integrated into the suction gripper or arranged externally. By changing the measured voltage drop between the at least two electrodes, it is possible to determine in “real time” during the gripping process whether a workpiece and, in particular, how many workpieces were gripped by the suction gripper. The voltage drop between the at least two electrodes allows a conclusion about the existing resistance between the electrodes, which changes depending on the state and position of the gripped workpiece and depending on the number of gripped workpieces. The at least two electrodes preferably each have at least one electrical connection for connection to the voltage measuring device.
Wie oben bereits angedeutet wurde, können die wenigstens zwei Elektronen auf der dem anzusaugenden Werkstück zugewandten Seite der Saugfläche angeordnet sein. Insbesondere kann die Saugfläche aus einem isolierenden Material ausgebildet sein. Die Elektroden können auf der Saugfläche beispielsweise in Form einer Beschichtung aufgebracht sein. Denkbar ist es grundsätzlich auch, dass die Elektroden zumindest einen Teil der Saugfläche bilden. Entscheidend ist, dass die Elektroden elektrisch voneinander isoliert ausgebildet sind. Sofern die Elektroden auf der Saugfläche aufgebracht sind, kann diese als Isolation zwischen den beiden Elektroden dienen. Andererseits ist es denkbar, die Saugfläche mehrteilig auszubilden. Beispielsweise kann die Saugfläche mindestens drei Bereiche aufweisen, von denen mindestens zwei aus einem leitfähigen Material ausgebildet sind und ein dritter Bereich aus einem isolierenden Material ausgebildet ist, der die zwei leitfähigen Bereiche elektrisch voneinander isoliert.As already indicated above, the at least two electrons can be arranged on the side of the suction surface facing the workpiece to be sucked on. In particular, the suction surface can be formed from an insulating material. The electrodes can be applied to the suction surface, for example in the form of a coating. In principle, it is also conceivable that the electrodes form at least part of the suction surface. It is crucial that the electrodes are designed to be electrically insulated from one another. If the electrodes are applied to the suction surface, this can serve as insulation between the two electrodes. On the other hand, it is conceivable to design the suction surface in several parts. For example, the suction surface can have at least three areas, of which at least two are made from a conductive material and a third area is made from an insulating material that electrically isolates the two conductive areas from one another.
Grundsätzlich lässt sich zwischen den mindestens zwei Elektroden dann eine Veränderung des Spannungsabfalls beim Greifen eines Werkstücks feststellen, wenn es sich dabei um ein Werkstück aus einem leitfähigen Material handelt. Um auch eine Veränderung des Spannungsabfall zwischen den mindestens zwei Elektroden beim Greifen eines nicht leitfähigen Werkstücks feststellen zu können, kann auf der dem anzusaugenden Werkstück zugewandten Seite der wenigstens zwei Elektroden eine elektrisch leitfähige und luftdurchlässige Zwischenschicht, beispielsweise ein Kohlefasergewebe angeordnet sein. Im Betrieb des Sauggreifers ist die elektrisch leitfähige Zwischenschicht zwischen den Elektroden bzw. der Saugfläche und dem zu greifenden Werkstück angeordnet. Dadurch, dass auch ein nicht leitfähiges Werkstück eine größere Normalkraft auf die elektrisch leitfähige Zwischenschicht ausübt, wodurch sich der Widerstand zwischen den Elektroden verändert, kann auch in diesem Fall ein Spannungsabfall zwischen den mindestens zwei Elektroden gemessen werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die leitfähige Zwischenschicht Öffnungen aufweist, die mit den Saugöffnungen der Saugfläche fluchten. Die Funktionsweise des Sauggreifers wird auf diese Weise durch die leitfähige Zwischenschicht nicht beeinträchtigt. Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass die leitfähige Zwischenschicht aus einem porösen, luftdurchlässigen Material ausgebildet ist. Der Sauggreifer ist somit zum Ansaugen eines porösen und durchsaugenden Werkstücks, insbesondere eines luftdurchlässigen Gewebes oder Geleges aus Glas-, Aramid- oder Kohlefasern ausgebildet.In principle, a change in the voltage drop when a workpiece is gripped can then be determined between the at least two electrodes if it is a workpiece made of a conductive material. In order to be able to determine a change in the voltage drop between the at least two electrodes when gripping a non-conductive workpiece, an electrically conductive and air-permeable intermediate layer, for example a carbon fiber fabric, can be arranged on the side of the at least two electrodes facing the workpiece to be sucked on. When the suction gripper is in operation, the electrically conductive intermediate layer is arranged between the electrodes or the suction surface and the workpiece to be gripped. Because a non-conductive workpiece also exerts a greater normal force on the electrically conductive intermediate layer, as a result of which the resistance between the electrodes changes, a voltage drop between the at least two electrodes can also be measured in this case. It is particularly advantageous here if the conductive intermediate layer has openings which are aligned with the suction openings of the suction surface. In this way, the functioning of the suction pad is not impaired by the conductive intermediate layer. On the other hand, it can also be provided that the conductive intermediate layer is formed from a porous, air-permeable material. The suction gripper is thus designed to suck in a porous workpiece that is sucked through, in particular an air-permeable fabric or scrim made of glass, aramid or carbon fibers.
Die wenigstens zwei Elektroden können so ausgebildet sein, dass eine erste punktförmige Elektrode zentrisch in Bezug auf die Saugfläche angeordnet ist, die von einer zweiten ringförmigen Elektrode umgeben ist. Vorzugsweise ist die Saugfläche im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Andererseits können auch eine erste und eine zweite Elektrode vorgesehen sein, die beide ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Grundsätzlich ist es noch denkbar mehr als zwei ringförmig ausgebildete und konzentrisch zueinander angeordnete Elektroden vorzusehen. Die Elektroden können dabei den überwiegenden Teil der Saugfläche bedecken bzw. den überwiegenden Teil der Saugfläche bilden. Um die Saugöffnungen und damit die Funktionsweise des Sauggreifers nicht zu blockieren, sind die Elektroden vorzugsweise im Bereich zwischen den Saugöffnungen angeordnet. Sofern die Elektroden zumindest einen Teil der Saugfläche bilden, sind die Saugöffnungen die Elektroden durchsetzend angeordnet.The at least two electrodes can be designed such that a first point-shaped electrode is arranged centrally with respect to the suction surface, which is surrounded by a second ring-shaped electrode. The suction surface is preferably designed to be essentially circular. On the other hand, a first and a second electrode can also be provided, both of which are annular and are arranged concentrically to one another. In principle, it is also conceivable to provide more than two electrodes which are designed in the form of a ring and are arranged concentrically to one another. The electrodes can cover the major part of the suction surface or form the major part of the suction surface. In order not to block the suction openings and thus the functioning of the suction gripper, the electrodes are preferably arranged in the area between the suction openings. If the electrodes form at least part of the suction surface, the suction openings are arranged to penetrate the electrodes.
Der Sauggreifer kann nach dem Bernoulli-, Coanda-, Vortex-, Strahldüsen- oder Venturi-Prinzip arbeiten. Entscheidend dass ein Werkstück durch den Unterdruck gegriffen werden kann. Zur Erzeugung des Unterdrucks kann der Sauggreifer Druckluft betrieben ausgebildet sein. Denkbar ist es jedoch auch, eine Luftfördereinrichtung, insbesondere einen Propeller in den Sauggreifer zur Erzeugung eines Unterdrucks zu integrieren. Dementsprechend kann der Sauggreifer eine integrierte oder eine externe Unterdruckerzeugungseinrichtung aufweisen.The suction gripper can work according to the Bernoulli, Coanda, Vortex, jet nozzle or Venturi principle. It is crucial that a workpiece can be gripped by the negative pressure. To generate the negative pressure, the suction gripper can be designed to be operated by compressed air. However, it is also conceivable to integrate an air delivery device, in particular a propeller, into the suction gripper to generate a negative pressure. Accordingly, the Suction grippers have an integrated or an external vacuum generating device.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch ein Sauggreifersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 18 vorgeschlagen. Das Sauggreifersystem zeichnet sich durch mehrere erfindungsgemäße Sauggreifer aus. Diese können zur Erzeugung eines Sauggreifersystems derart miteinander verbunden werden, dass großflächige Werkstücke von bis zu ca. 1000 Einzelsauggreifern angesaugt und gehalten werden können.A suction gripper system with the features of claim 18 is also proposed to solve the above-mentioned object. The suction gripper system is characterized by several suction grippers according to the invention. To create a suction gripper system, these can be connected to one another in such a way that large-area workpieces can be sucked in and held by up to approx. 1000 individual suction grippers.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch eine Regelungseinrichtung zum Regeln von ein oder mehreren Sauggreifern mit den Merkmalen des Anspruchs 19 vorgeschlagen. Die Regelungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie den Betriebsdruck und/oder den Betriebsvolumenstrom des Sauggreifers in Abhängigkeit von einem gemessenen Spannungsabfall zwischen den wenigstens zwei Elektroden regelt. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen zum sicheren Handhaben des Werkstücks minimal benötigten Luftverbrauch einzustellen.In order to achieve the above-mentioned object, a regulating device for regulating one or more suction grippers with the features of
Die Regelungseinrichtung kann einen Mikroprozessor aufweisen, der entweder extern oder auch in dem Sauggreifer integriert angeordnet ist. Auf dem Mikroprozessor lässt sich ein Programm ausführen, welches auf der Grundlage des gemessenen Spannungsabfalls zwischen den mindestens zwei Elektroden dynamisch den Betriebsdruck und/oder den Betriebsvolumenstrom des Sauggreifers regelt. Die Regelungseinrichtung wirkt also vorzugsweise mit der Spannungsmesseinrichtung zusammen und regelt auf der Grundlage der gemessenen Spannungswerte den Greifprozess.The control device can have a microprocessor which is arranged either externally or also integrated in the suction gripper. A program can be executed on the microprocessor which dynamically regulates the operating pressure and / or the operating volume flow of the suction gripper on the basis of the measured voltage drop between the at least two electrodes. The regulating device thus preferably interacts with the tension measuring device and regulates the gripping process on the basis of the measured tension values.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung einer Kontaktwiderstandsmessung zwischen einer ersten und einer zweiten Fläche; -
2 ein Prinzipschaltbild zur Durchführung einer Kontaktwiderstandsmessung gemäß der Erfindung; -
3 eine schematische Stirnseitenansicht eines erfindungsgemäßen Sauggreifers nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
4 eine schematische Stirnseitenansicht eines Sauggreifers nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; -
5 ein Schaubild der Messspannung, des Betriebsvolumenstroms und des Betriebsdrucks des Sauggreifers; -
6 ein Schaubild der Messspannung, des Betriebsvolumenstroms und des Betriebsdrucks des Sauggreifers beim Greifen von unterschiedlich vielen Werkstücken; -
7 ein Schaubild der Messspannung, des Betriebsvolumenstroms und des Betriebsdrucks, bei einer dynamischen Regelung des Betriebsvolumenstroms und des Betriebsdrucks, und -
8 ein Schaubild der Messspannung, des Betriebsvolumenstroms und des Betriebsdrucks, bei einer dynamischen Ausgleichsregelung des Betriebsvolumenstroms und des Betriebsdrucks bei Ausübung einer Quer- und/oder Normalkraft auf ein angesaugtes Werkstück.
-
1 a schematic diagram of a contact resistance measurement between a first and a second surface; -
2 a basic circuit diagram for performing a contact resistance measurement according to the invention; -
3 a schematic end view of a suction gripper according to the invention according to a first embodiment of the invention; -
4th a schematic end view of a suction gripper according to a further embodiment of the invention; -
5 a diagram of the measuring voltage, the operating volume flow and the operating pressure of the suction pad; -
6th a diagram of the measuring voltage, the operating volume flow and the operating pressure of the suction gripper when gripping different numbers of workpieces; -
7th a diagram of the measurement voltage, the operating volume flow and the operating pressure, with a dynamic control of the operating volume flow and the operating pressure, and -
8th a diagram of the measurement voltage, the operating volume flow and the operating pressure, with a dynamic compensation control of the operating volume flow and the operating pressure when a transverse and / or normal force is exerted on a workpiece that is sucked in.
Die vorliegende Erfindung nutzt das Prinzip der Kontaktwiderstandsmessung zwischen einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, welches im Folgenden anhand der
Dabei ist E* das effektive Elastizitätsmodul, p der spezifische elektrische Widerstand, RA die Rauhigkeit der Oberfläche und FN die auf die Kontaktstelle ausgeübte Normalkraft. Der sogenannte Engwiderstand REng entsteht durch die mikroskopische Unebenheit einer Kontaktfläche, während der sogenannte Fremdschichtwiderstand RFremd durch Oxidation oder Korrosion auf der Kontaktoberfläche entsteht. Diese Fremdschicht erhöht den Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Fläche.E * is the effective modulus of elasticity, p is the specific electrical resistance, R A is the roughness of the surface and F N is the normal force exerted on the contact point. The so-called narrow resistance R Eng arises from the microscopic unevenness of a contact surface, while the so-called foreign layer resistance R foreign arises from oxidation or corrosion on the contact surface. This foreign layer increases the resistance between the first and the second surface.
Die vorliegende Erfindung macht sich die Abhängigkeit des Kontaktwiderstands RKontakt von der Normalkraft FN zu nutze. Diese Normalkraft ändert sich, sobald ein Werkstück von dem Sauggreifer gegriffen wird, welches infolgedessen auf den Elektroden im Bereich der Saugfläche aufliegt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen ihnen herstellt. Weiterhin ändert sich die Normalkraft im Kontaktbereich, wenn mehr als ein Werkstück von dem Sauggreifer gegriffen wurde. Die Veränderung der Normalkraft hingegen hat eine Veränderung des messbaren Widerstands im Kontaktbereich zur Folge, was wiederum einen veränderten Spannungsabfall im Kontaktbereich zur Folge hat.The present invention makes use of the dependence of the contact resistance R contact on the normal force F N. This normal force changes as soon as a workpiece is gripped by the suction gripper, which consequently rests on the electrodes in the area of the suction surface and creates an electrically conductive connection between them. Furthermore, the normal force in the contact area changes if more than one workpiece was gripped by the suction gripper. The change in normal force, on the other hand, results in a change in the measurable resistance in the contact area, which in turn results in a changed voltage drop in the contact area.
Die
Die Abhängigkeit der Messspannung von der auf die Kontaktstelle ausgeübte Normalkraft FN ergibt sich dabei im Wesentlichen durch den Kontaktwiderstand RKontakt, der wie oben beschrieben, mit der Normalkraft, die auf die Kontaktstelle zwischen dem Werkstück und der Elektrode ausgeübt wird, variiert. Der Widerstand des Werkstücks RHZ hingegen entspricht dem ohmschen Widerstand des Werkstücks und ist folglich für einen bestimmten Werkstücktyp im Wesentlichen als konstant anzusehen. Entscheidend ist folglich die Tatsache, dass sich der Kontaktwiderstand RKontakt zwischen dem Werkstück und den Elektroden mit der auf die Kontaktstelle wirkenden Normalkraft FN ändert. Je nachdem, wie stark das Werkstück auf die Elektroden gedrückt wird, ändert sich folglich auch der Kontaktwiderstand RKontakt. Diese Widerstandsänderung schlägt sich in der Messspannung UMess nieder, welche die Spannung misst, die an dem Messwiderstand RMess abfällt.The dependency of the measurement voltage on the normal force F N exerted on the contact point results essentially from the contact resistance R contact , which, as described above, varies with the normal force exerted on the contact point between the workpiece and the electrode. The resistance of the workpiece R HZ, on the other hand, corresponds to the ohmic resistance of the workpiece and is consequently to be regarded as essentially constant for a specific workpiece type. The decisive factor is therefore the fact that the contact resistance R contact between the workpiece and the electrodes changes with the normal force F N acting on the contact point. Depending on how strongly the workpiece is pressed onto the electrodes, the contact resistance R contact consequently also changes. This change in resistance is reflected in the measuring voltage U Mess , which measures the voltage that drops across the measuring resistor R Mess.
Durch die Verwendung von zwei Elektroden auf oder neben der Saugfläche, die mit einer Spannungsmesseinrichtung verbunden sind, lässt sich folglich durch eine Veränderung des gemessenen Spannungsabfalls UMess zwischen den beiden Elektroden feststellen, ob und wie viele Werkstücke von der Saugfläche gehalten werden.By using two electrodes on or next to the suction surface, which are connected to a voltage measuring device, a change in the measured voltage drop U Mess between the two electrodes can be used to determine whether and how many workpieces are held by the suction surface.
Die
Die beiden Elektroden
Die
Bei der Ausführungsform gemäß
Ein Vergleich der Ausführungsform der Erfindung gemäß den
Bei der Ausführungsform gemäß
Statt einer Beschichtung können die Elektroden auch integral mit der Saugfläche
Bei den Ausführungsformen gemäß den
Um das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern, wird im Folgenden davon ausgegangen, dass ein Unterdruck in dem Sauggreifer
Das Verhalten des Betriebsvolumenstroms
Die
Die Abhängigkeit der Messspannung UMess von der auf die Kontaktfläche zwischen einem Werkstück und den Elektroden wirkenden Normalkraft FN macht sich die vorliegende Erfindung zu nutze, indem aufgrund der Messspannung UMess festgestellt werden kann, ob und wenn ja wie viele Werkstücke von dem Sauggreifer angesaugt und gehalten werden. Dies wird insbesondere anhand der
Der Betriebsdruck
Die
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es jedoch nicht nur, wie in der
Die
Die
Um zu verhindern, dass sich das Werkstück vollständig von der Saugfläche
Innerhalb der Regelungseinrichtung können entsprechende Schwellwerte für die gemessene Spannung UMess definiert werden, innerhalb derer ein sicheres Greifen des Werkstücks oder auch mehrerer Werkstücke gewährleistet ist. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass die gemessene Spannung UMess einen Wert von 3 V nicht unterschreiten darf, um ein Ablösen des Werkstücks von der Saugfläche zu verhindern. Falls sich die Messspannung diesem Wert nähert, muss folglich der Betriebsvolumenstrom und damit der Unterdruck erhöht werden, bis sich die Spannung wieder in einem akzeptablen Bereich befindet.Corresponding threshold values for the measured voltage U Mess can be defined within the regulating device, within which a reliable gripping of the workpiece or also of several workpieces is guaranteed. For example, it can be specified that the measured voltage U Mess must not fall below a value of 3 V in order to prevent the workpiece from detaching from the suction surface. If the measuring voltage approaches this value, the operating volume flow and thus the negative pressure must consequently be increased until the voltage is again in an acceptable range.
Die
Um den Luftverbrauch aktiv durch die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung regeln zu können, ist die Kenntnis über die oben beschriebenen Parameterzusammenhänge erforderlich. Hieraus kann dann ein Regler entworfen werden. Die Regelung ist von vielen Einflussfaktoren abhängig. Insbesondere ist die Regelung an ein entsprechendes zu greifendes Werkstück anzupassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Halbzeug, wie ein Gewebe oder Gelege handeln, welches vorzugsweise aus einem luftdurchlässigen und leitfähigen Material wie Kohlefaser besteht. Weitere Parameter betreffen die Bindungsart des Halbzeugs, eine Behinderung, die Gestaltung der Elektroden, die Garnfeinheit, der Betriebsdruck und die Normalkraft. Dadurch, dass die hier vorgestellte Regelung des Luftverbrauchs die Luftdurchlässigkeit des Werkstücks erfordert, ist die vorliegende Erfindung besonders für luftdurchlässige Werkstücke geeignet.In order to be able to actively regulate the air consumption by the regulating device according to the invention, knowledge of the parameter relationships described above is required. A controller can then be designed from this. The regulation depends on many influencing factors. In particular, the regulation is to be adapted to a corresponding workpiece to be gripped. This can be, for example, a semi-finished product, such as a fabric or scrim, which preferably consists of an air-permeable and conductive material such as carbon fiber. Other parameters relate to the type of weave of the semi-finished product, a handicap, the design of the electrodes, the yarn count, the operating pressure and the normal force. Because the regulation of the air consumption presented here requires the workpiece to be air permeable, the present invention is particularly suitable for workpieces that are permeable to air.
Der erfindungsgemäße Sauggreifer und die entsprechende Regelungseinrichtung können in vorteilhafter Weise auch für ein Sauggreifersystem zum Einsatz kommen, welches eine Mehrzahl von Einzelsauggreifern gemäß der Erfindung aufweist. Es versteht sich, dass auch bei einem Sauggreifersystem eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung derart zum Einsatz kommen kann, dass der Gesamtluftverbrauch in Abhängigkeit von der gemessenen Messspannung UMess derart geregelt werden kann, dass ein minimaler Luftverbrauch einstellbar ist.The suction gripper according to the invention and the corresponding control device can advantageously also be used for a suction gripper system which has a plurality of individual suction grippers according to the invention. It goes without saying that a control device according to the invention can also be used in a suction gripper system in such a way that the total air consumption can be controlled as a function of the measured voltage U Mess in such a way that a minimum air consumption can be set.
Im Übrigen kann durch das Zusammenwirken der Regelungseinrichtung mit den Elektroden eine definierte Normal- bzw. Querkraft zwischen der Saugfläche und dem Halbzeug eingestellt werden. Dies ist beispielsweise beim Drapieren von Halbzeugen erforderlich, da hier die Halbzeuge während des Umformungsvorganges mit definierten Normal- und Querkräften an der Saugfläche des Greifers abgleiten müssen aber dennoch sicher gehalten werden sollen.In addition, a defined normal or transverse force between the suction surface and the semi-finished product can be set through the interaction of the control device with the electrodes. This is necessary, for example, when draping semi-finished products, since here the semi-finished products have to slide off the suction surface of the gripper with defined normal and transverse forces during the forming process, but should nevertheless be held securely.
Insgesamt schafft die vorliegende Erfindung einen vorteilhaften Sauggreifer, der mit Hilfe von wenigstens zwei Elektroden, die mit einer Spannungsmesseinrichtung verbindbar sind, wesentlich zuverlässiger und energieeffizient arbeiten kann. Insbesondere ist es durch die Erfindung möglich, festzustellen, ob ein Werkstück sicher von dem Sauggreifer angesaugt wurde und von diesem gehalten wird. Darüber hinaus ist es möglich festzustellen, wie viele Werkstücke von dem Sauggreifer gehalten werden. Außerdem ist eine Regelungseinrichtung in der Lage, aufgrund der gemessenen Messwerte den Volumenstrom und den Betriebsdruck des Sauggreifers derart zu regeln, dass ein minimaler durchschnittlicher Luftverbrauch eingestellt werden kann.Overall, the present invention creates an advantageous suction gripper which, with the aid of at least two electrodes that can be connected to a voltage measuring device, can work much more reliably and energy-efficiently. In particular, the invention makes it possible to determine whether a workpiece has been safely sucked in by the suction gripper and is being held by it. It is also possible to determine how many workpieces are being held by the suction gripper. In addition, a control device is able to regulate the volume flow and the operating pressure of the suction gripper based on the measured values in such a way that a minimum average air consumption can be set.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- erste Flächefirst surface
- 33
- zweite Flächesecond face
- 55
- SpannungsmesseinrichtungVoltage measuring device
- 77th
- StromquellePower source
- 9, 9'9, 9 '
- SauggreiferSuction cups
- 1111
- SaugflächeSuction surface
- 1313th
- SaugöffnungenSuction openings
- 15, 15'15, 15 '
- erste Elektrodefirst electrode
- 17, 17'17, 17 '
- zweite Elektrodesecond electrode
- 19, 19'19, 19 '
- IsolierbereichIsolation area
- 2121
- Kontaktfläche erste ElektrodeContact surface of the first electrode
- 2222nd
- Widerstand WerkstückResistance workpiece
- 2323
- Kontaktfläche zweite ElektrodeSecond electrode contact surface
- 2525th
- mittlerer Luftverbrauchaverage air consumption
- PP.
- Betriebsdruckoperating pressure
- VV
- VolumenstromVolume flow
- UMessUMess
- MessspannungMeasuring voltage
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012109888.3A DE102012109888B4 (en) | 2012-10-17 | 2012-10-17 | Suction gripper, suction gripper system and control device for controlling at least one suction gripper |
Applications Claiming Priority (1)
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