DE102016103761A1

DE102016103761A1 - Wirkmodul, Effektor und Verfahren zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102016103761A1
Application number: DE102016103761.3A
Authority: DE
Inventors: Marian Körber
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Wirkmodul (100) zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken (108), wobei das Wirkmodul (100) einen Halteabschnitt (104) zum Aufnehmen und/oder Halten eines Werkstücks (108) und einen optischen Sensorabschnitt (106) mit wenigstens einer Lichtquelle (114), wenigstens einem Bildsensor (116) und/oder einer elektrischen Kontrolleinrichtung aufweist, wobei der Sensorabschnitt (106) baulich in den Halteabschnitt (104) integriert ist, Effektor zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken (108), insbesondere für einen Industrieroboter, wobei der Effektor wenigstens ein derartiges Wirkmodul (100) aufweist, und Verfahren zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken (108) mithilfe eines derartigen Effektors, wobei der Effektor und/oder der Halteabschnitt (104) des wenigstens einen Wirkmoduls (100) unter Berücksichtigung von Informationen des Sensorabschnitts (106) des wenigstens einen Wirkmoduls (100) kontrolliert werden/wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirkmodul zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken. Außerdem betrifft die Erfindung einen Effektor zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken, insbesondere für einen Industrieroboter. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken.
Aus der DE 10 2013 202 571 A1 ist ein Endeffektor bekannt für einen Manipulator, aufweisend mehrere Wirkmodule zum Zusammenwirken mit Werkstücken und mehrere Aktuatormodule zum Bewegen der Wirkmodule, bei dem die Wirkmodule mithilfe der Aktuatormodule jeweils in sechs kartesischen Freiheitsgraden relativ zueinander bewegbar sind. Ein Wirkmodul kann ein Greifelement aufweisen. Ein Wirkmodul kann ein Saugelement aufweisen. Ein Werkstück kann aus einem Faserwerkstoff bestehen. Die Fasern können unidirektional, als Gewebe oder als Gelege vorliegen.
Aus der DE 10 2013 208 778 A1 ist eine Einrichtung bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von textilen Strukturen mit zwei winklig verkreuzten Fasersystemen, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei die Einrichtung eine Gitterstruktur mit einem ersten Stabsystem mit ersten parallelen Stäben und einem zweiten Stabsystem mit zweiten parallelen Stäben aufweist, wobei das erste Stabsystem und das zweite Stabsystem zueinander winklig verkreuzt angeordnet und rhombusartig oder parallelogrammartig verschiebbar sind. An der Gitterstruktur können Halteelemente zum Halten einer textilen Struktur variabel positionierbar angeordnet sein. Die Halteelemente können jeweils an eine textile Struktur angepasst positionierbar sein. Die Halteelemente können Sauggreifer sein. Die Halteelemente können einen Coanda-Effekt nutzen.
Aus der DE 10 2013 208 803 A1 ist eine Einrichtung bekannt zum gezielten Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Objekten aufweisend einen Unterdruckgreifer mit einer luftdurchlässig perforierten Greiferfläche mit Saugöffnungen und eine Adaptereinrichtung.
Aus der DE 198 14 779 A1 ist eine Vorrichtung an einem Roboterarm bekannt mit einer Hülse, die ein Werkzeug zum Eingriff mit einem optisch erfassbaren Gegenstand trägt. In der Hülse ist eine Kamera mit einer Kameraoptik angeordnet. An dem Werkzeug kann eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein.
Aus der DE 100 27 814 A1 ist ein Sauggreifer für einen Roboter bekannt mit einer Greiferplatte mit Löchern und einer Beleuchtungseinrichtung. Zusätzlich zu der Beleuchtungseinrichtung kann eine Kamera vorgesehen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Wirkmodul baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Effektor baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Wirkmodul zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken, wobei das Wirkmodul einen Halteabschnitt zum Aufnehmen und/oder Halten eines Werkstücks und einen optischen Sensorabschnitt mit wenigstens einer Lichtquelle, wenigstens einem Bildsensor und/oder einer elektrischen Kontrolleinrichtung aufweist, wobei der Sensorabschnitt baulich in den Halteabschnitt integriert ist.
Das Wirkmodul kann zum Halten von Werkstücken dienen. Das Wirkmodul kann pneumatisch wirken. Das Wirkmodul kann mithilfe einer Druckdifferenz wirken. Das Wirkmodul kann mithilfe eines Unterdrucks wirken. Das Wirkmodul kann dazu dienen, mit einer Werkstückoberfläche eine Wirkpaarung zu bilden. Das Wirkmodul kann einen pneumatischen Anschluss aufweisen. Das Wirkmodul kann einen elektrischen Anschluss aufweisen. Das Wirkmodul kann mithilfe einer elektrischen Steuereinrichtung kontrollierbar sein. Das Wirkmodul kann einen Basisabschnitt aufweisen. Der Basisabschnitt kann Saugkanäle aufweisen. Der Basisabschnitt kann eine Aufnahme für den Sensorabschnitt aufweisen.
Das Werkstück kann flächig sein. Das Werkstück kann biegeschlaff sein. Das Werkstück kann ein textiles Konfektionsteil sein. Das Werkstück kann ein Zuschnitt sein. Das Werkstück kann ein Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht, Nähgewirke oder Tape sein. Das Werkstück kann organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Fasern können Filamente aufweisen. Die Filamente können zu einem Roving zusammengefasst sein. Das Werkstück kann ein Faserhalbzeug sein. Das Werkstück kann ein trockenes Faserhalbzeug sein. Das Wirkmodul kann zum Drapieren des Werkstücks an eine Oberfläche eines Formwerkzeugs dienen. Das Werkstück kann zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils dienen.
Das Werkstück kann zur Einbettung in einer Matrixkomponente dienen. Die Matrixkomponente kann eine thermoplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Die Matrixkomponente kann eine duroplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharze, wie Melaminharz (MF/MP) oder Harnstoffharz (UF), aufweisen. Die Matrixkomponente kann Benzoxaine aufweisen.
Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Laminierverfahren hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Harzinjektionsverfahren hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Vakuum-Infusionsverfahren hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Spritzpressverfahren, auch Resin Transfer Moulding (RTM), hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein Fahrzeugbauteil sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Kraftfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Raumfahrzeug sein.
Das Werkstück kann ein Wafer sein. Das Werkstück kann ein monokristalliner Wafer sein. Das Werkstück kann ein polykristalliner Wafer sein. Der Wafer kann zur mikroelektronischen Verwendung dienen. Der Wafer kann zur Herstellung von Solarzellen dienen. Das Werkstück kann ein Blech sein. Das Werkstück kann ein Metallblech sein.
Der Halteabschnitt kann eine Haltefläche aufweisen. Die Haltefläche kann beispielsweise eine kreisartige Form aufweisen. Die Haltefläche kann Saugöffnungen aufweisen. Die Saugöffnungen können mithilfe offener Enden von Saugkanälen gebildet sein. Die Saugöffnungen können mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beaufschlagbar sein. Die Saugöffnungen können über die Haltefläche verteilt angeordnet sein. Die Saugöffnungen können über die Haltefläche regelmäßig und/oder gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Die Haltefläche kann zumindest annähernd eben sein. Die Haltefläche kann einen zumindest annähernd ebenen Halteflächenabschnitt aufweisen. Der zumindest annähernd ebene Halteflächenabschnitt kann eine kreisringartige Form aufweisen. Der zumindest annähernd ebene Halteflächenabschnitt kann erste Saugöffnungen aufweisen. Die Haltefläche kann einen konkaven Halteflächenabschnitt aufweisen. Der konkave Halteflächenabschnitt kann eine kugelkalottenartige Form aufweisen. Der konkave Halteflächenabschnitt kann zweite Saugöffnungen aufweisen. Die ersten Saugöffnungen und die zweiten Saugöffnungen können mit einer unterschiedlichen Saugluftströmung und/oder einem unterschiedlichen Unterdruck beaufschlagbar sein.
Der Halteabschnitt kann aktivierbar sein. Zum Aktivieren des Halteabschnitts können die Saugöffnungen mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beaufschlagt werden. Ein Aktivieren des Halteabschnitts kann zum Aufnehmen und/oder Halten eines Werkstücks dienen. Der Halteabschnitt kann deaktivierbar sein. Zum Deaktivieren des Halteabschnitts kann eine Beaufschlagung der Saugöffnungen mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beendet werden. Ein Deaktivieren des Halteabschnitts kann zum Ablegen eines Werkstücks dienen.
Der Sensorabschnitt kann eine Lichtquelle, einen Bildsensor, wenigstens eine optische Linse und/oder einen Controller aufweisen. Die Lichtquelle kann dazu dienen, Licht in Richtung einer Werkstückoberfläche in einem schrägen Winkel relativ zu der Werkstückoberfläche zu emittieren. Die Lichtquelle kann eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode sein. Der Bildsensor kann dazu dienen, reflektiertes Licht von der Werkstückoberfläche zu detektieren. Der Bildsensor kann ein CMOS-Bildsensor sein. Der Bildsensor kann ein CCD-Bildsensor sein. Die wenigstens eine optische Linse kann dazu dienen, auf dem Bildsensor ein scharfes Bild der Werkstückoberfläche zu erzeugen. Der Controller kann dazu dienen, Bilddaten von dem Bildsensor zu empfangen. Der Controller kann dazu dienen, Tracking-Merkmale in den Bilddaten zu identifizieren. Der Sensorabschnitt kann zum Detektieren einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem textilen Werkstück parametrisiert sein.
Der Sensorabschnitt kann gegenüber der Haltefläche zurückgesetzt sein. Der Sensorabschnitt kann an der Haltefläche angeordnet sein. Der Sensorabschnitt kann an der Haltefläche zentral angeordnet sein. Der Sensorabschnitt kann an der Haltefläche zumindest annähernd mittig angeordnet sein. Der Sensorabschnitt kann an dem konkaven Halteflächenabschnitt angeordnet sein.
Mithilfe des Sensorabschnitts kann feststellbar sein, ob ein Werkstück aufgenommen und/oder gehalten ist. Mithilfe des Sensorabschnitts kann ein Material feststellbar sein. Das Material kann ein Werkstückmaterial sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann eine Entfernung zu einem Werkstück feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann ein Vektor einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann eine Faserrichtung eines textilen Werkstücks feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts können Bilder aufnehmbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts können Tracking-Merkmale einer Oberfläche feststellbar sein.
Das Wirkmodul kann den Dopplereffekt nutzen. Der Sensorabschnitt kann ein vor dem wenigstens einen Bildsensor angeordnetes Objektiv aufweisen. Das Objektiv kann eine Festbrennweite aufweisen. Das Objektiv kann piezoelektrisch verstellbar sein.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Effektor zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken, insbesondere für einen Industrieroboter, wobei der Effektor wenigstens ein derartiges Wirkmodul aufweist. Der Effektor kann einen Anschlussflansch zur Verbindung mit dem Industrieroboter aufweisen. Der Effektor kann einen pneumatischen Anschluss aufweisen. Der Effektor kann einen elektrischen Anschluss aufweisen. Der Effektor kann mehrere Wirkmodule aufweisen. Die Wirkmodule können jeweils einzeln oder gruppenweise gesondert wirken. Die Wirkmodule können miteinander signalleitend verbunden sein. Die Kontrolleinrichtungen der Wirkmodule können miteinander signalleitend verbunden sein. Die Kontrolleinrichtungen der Wirkmodule können miteinander sternförmig verbunden sein. Der Effektor kann eine elektrische Kontrolleinrichtung aufweisen. Die Kontrolleinrichtung des Effektors kann eine übergeordnete Kontrolleinrichtung sein. Die Kontrolleinrichtungen der Wirkmodule können mit der Kontrolleinrichtung des Effektors signalleitend verbunden sein. Die Kontrolleinrichtungen der Wirkmodule können mit der Kontrolleinrichtung des Effektors sternförmig verbunden sein.
Der Industrieroboter kann einen Manipulator aufweisen. Der Industrieroboter kann einen Anschlussflansch zur Verbindung mit dem Effektor aufweisen. Der Industrieroboter kann eine Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann zum Kontrollieren des Wirkmoduls dienen.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken mithilfe eines derartigen Effektors, wobei der Effektor und/oder der Halteabschnitt des wenigstens einen Wirkmoduls unter Berücksichtigung von Informationen des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kontrolliert werden/wird.
Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann festgestellt werden, ob ein Werkstück aufgenommen und/oder gehalten ist. Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann ein Material festgestellt werden. Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann eine Entfernung zu einem Werkstück festgestellt werden. Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück festgestellt werden. Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann ein Vektor einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück festgestellt werden. Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann eine Faserrichtung eines textilen Werkstücks festgestellt werden. Mithilfe des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls können Bilder aufgenommen werden.
Das Verfahren kann folgende Schritte umfassen: Lenken eines einfallenden Lichts in Richtung einer Werkstückoberfläche in einem schrägen Winkel relativ zu der Werkstückoberfläche; Bilden eines Bilds der Werkstückoberfläche auf einem Bildsensor, der dazu dient, reflektiertes Licht von der Werkstückoberfläche zu detektieren; Erfassen einer Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Bilder der Werkstückoberfläche; Lokalisieren wenigstens eines Tracking-Merkmals in der Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Bilder der Werkstückoberfläche; Verfolgen von Änderungen in der Lokalisierung des wenigstens einen Tracking-Merkmals über die Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Bilder der Werkstückoberfläche.
Es können/kann eine Richtung, eine Geschwindigkeit und/oder ein Weg der Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück bestimmt werden. Bei aktiviertem Halteabschnitt kann die Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück detektiert werden, um eine das Werkstück betreffende Positionsinformation zu aktualisieren. Bei deaktiviertem Halteabschnitt kann die Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück detektiert werden, um die Relativbewegung zu kontrollieren. Die Relativbewegung kann zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück während eines Aufnehmens, Handhabens und/oder Ablegens eines Werkstücks detektiert werden.
Es kann eine Entfernung zwischen dem Sensorabschnitt und einem Werkstück detektiert werden. Es kann eine Entfernung zwischen der Haltefläche und einem Werkstück detektiert werden. Es kann eine Entfernung zwischen dem konkaven Halteflächenabschnitt und einem Werkstück detektiert werden. Es kann eine Entfernung zwischen dem konkaven Halteflächenabschnitt und einer von dem Werkstück gebildeten Wölbung detektiert werden. Es kann eine Entfernung zwischen dem Sensorabschnitt und einem Werkstück detektiert werden, um eine Saugkraft zu bestimmen und/oder zu kontrollieren. Unter Berücksichtigung von Informationen des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kann eine Saugkraft des Halteabschnitts bestimmt und/oder kontrolliert werden. Eine Entfernungsinformation zwischen dem Sensorabschnitt und einem Werkstück kann mit Versuchsdaten und/oder berechneten Daten verglichen werden. Damit können gestapelte Werkstücke vereinzelt werden. Es kann eine vorbestimmte Anzahl von Lagen gegriffen werden. Ein Energiebedarf kann kontrolliert werden. Ein Energiebedarf kann reduziert werden.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Optimierung eines Drapierverfahrens von textilen Verstärkungslagen unter Zuhilfenahme von optischen Sensoren zur quantitativen Identifizierung von Relativbewegungen zwischen Wirkfläche und textilem Halbzeug. Eine Materialoberfläche kann mit einer Lichtquelle beleuchtet werden. Eine Materialoberfläche kann mit einer kleinen Kamera aufgenommen werden. Diese kann die Bewegung des Materials auf der Wirkfläche bestimmen. Ein optisches Sensorsystem kann in eine Wirkfläche integriert werden. Die Wirkfläche kann eine Komponente eines Coanda-Saugers sein. Ein Zuschnitt kann direkt an dieser Wirkfläche aufliegen und dadurch eine gute Bewegungsdetektion erlauben. Ziel einer Messung kann eine Erhebung der Daten von der Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und/oder des Weges sein. Eine Messung kann online durchgeführt werden. Ein Greifprozess kann überwacht werden. Ein Greifprozess kann auf seine Ziele hin optimiert werden. Das System kann in Saugerwirkflächen integriert sein, ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen. Ein optischer Sensor kann die Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und/oder den Weg während eines Rutschvorganges von Fasermaterial ermitteln und diese Daten an einen Prozessrechner weiterleiten. Eine Abtastrate kann erheblich höher sein als eine Abtastrate bestehender Faserwinkelsensoren. Ein Sensorsystem kann auf Fasergewebe parametrisiert und mit einer Saugertechnik kombiniert sein. Das System kann ohne viel Aufwand an jedes Greifsystem anbaubar sein.
Das Sensorsystem kann unmittelbar in die Wirkfläche integriert sein. Die Funktionalitäten Ermittlung von Abständen, Relativbewegung, Materialerkennung und/oder Greif-/Saugprozess können verknüpft zusammengefügt werden in einem Hardwaresystem. Daraus ergibt sich eine Vielzahl von Prozessmöglichkeiten. Das Greifen von Werkstücken, insbesondere Fasermaterial, und die sensorische Auswertung können in einem System zusammengeführt werden. Diese Aspekte sind insbesondere in der Faserverbundproduktion wichtig.
Insbesondere können in einem Verfahren folgende Schritte durchgeführt werden: Feststellen, ob ein Werkstück gegriffen wurde; Feststellen, welches Material sich unter dem Wirkmodul befindet; Feststellen, wie weit der Effektor von einem Werkstück oder einer Oberfläche entfernt ist; Feststellen einer Relativbewegung zwischen einem Werkstück und dem Wirkmodul; bei einer Relativbewegung zwischen einem Werkstück und dem Wirkmodul Feststellen eines Vektors der Relativbewegung; bei einer Relativbewegung zwischen einem Werkstück und dem Wirkmodul gezieltes Steigern oder Senken einer Saugkraft; Aufnehmen von Bildern einer Oberfläche; Auswerten der Bilder, um Informationen über die Oberfläche zu erhalten, beispielsweise über Faserwinkel.
Materialien und/oder Oberflächenstrukturen können erkannt werden. Der Sensorabschnitt kann sehr unterschiedlich auf verschiedene Materialien und Oberflächen reagieren. Je nach Oberflächen kann der Sensorabschnitt mehr oder weniger markante Punkte, Tracking-Merkmale, finden, mithilfe derer die Relativbewegungen berechnet werden kann. Die Anzahl dieser markanten Punkte kann einen Aufschluss über das Material oder die Oberfläche geben. Somit besteht bei einer größeren Anzahl von Wirkmodulen die Möglichkeit, dass jedes Wirkmodul einzeln und automatisiert entscheiden kann, ob das zu greifende Werkstück innerhalb seines Wirkbereiches liegt oder ob es für den momentanen Aufnahmeprozess nicht benötigt und somit nicht aktiviert werden muss.
Distanzen können gemessen werden. Der Sensorabschnitt kann erkennen, ob das Wirkmodul an einer Oberfläche anliegt. Wenn das Wirkmodul nicht an einer Oberfläche anliegt bzw. ein Abstand zwischen Wirkmodul und Oberfläche einen vorbestimmten Wert überschreitet, kann eine Signalisierung unterbleiben. Diese Funktion kann genutzt werden, um die Entfernung zwischen dem Wirkmodul und der Oberfläche / dem Werkstück zu bestimmen. Dies kann ermöglicht werden, indem die Anzahl der markanten Punkte, bezogen auf das Material, ausgelesen und in Relation zur Entfernung gesetzt wird. Es kann ein Doppler-Effekt genutzt werden, der bei einer Relativbewegung auf zwei Laser-Dioden-Strahlen wirkt. Anhand dieses Prinzips kann der Sensor in der Lage sein, neben einer ebenen Bewegung in x- und y-Richtung auch eine Entfernung in z-Richtung direkt zu bestimmen.
Damit kann bestimmt werden, ob die Wirkfläche Kontakt zum Material hat oder ob die Distanz zum Material zu groß ist und somit die Positionierung des Effektors angepasst werden muss.
Mehrere Sensoren können sternförmig vernetzt sein. Eine größere Anzahl von Wirkmodulen kann ein Netzwerk bilden. Die Wirkmodule können sternförmig vernetzt sein. Die Wirkmodule können über ein Bussystem miteinander verbunden sein. Das Bussystem kann auf einem I2C-Bus basieren. Das Bussystem kann eine Kommunikation zwischen Kontrolleinrichtungen der Wirkmodule, Slaves, und einer übergeordneten elektrischen Kontrolleinrichtung, Master, ermöglichen. Der Bus kann einen derart schnellen Datenfluss ermöglichen, dass alle Informationen aus den einzelnen Slaves (Wirkflächensensoren) abgegriffen und weiter verarbeitet werden können, um die Informationen aller Sensoren online in einer GUI darstellen und auslesen zu können.
Der Sensoranschnitt kann zur komplexen Überwachung der Materialoberflächen dienen. Als Sensorabschnitt kann ein Maussensor dienen. Der Sensorabschnitt kann einen Bildsensor, wie CMOS oder CCD, aufweisen. Vor den Sensor kann ein Objektiv geschalten werden. Das Objektiv kann eine Festbrennweite für sehr kurze Distanzen aufweisen. Es kann ein piezoelektrischen Objektiv verwendet werden. Die Brennweite kann sich variieren lassen, was wiederrum einige Vorteile mit sich bringt. Einerseits kann man sicherstellen, dass die Bildschärfe hoch genug ist. Andererseits besteht die Möglichkeit, die Entfernung des Objektes oder der Oberfläche anhand des Fokus zu bestimmen. Es können Algorithmen bereitgestellt werden, die die Bewegung des Sensors mithilfe von markanten Punkten berechnet. Zusätzlich können eine oder mehrere Lichtquellen in einem Platinendesign oder in der Konstruktion berücksichtigt sein. Kleine CMOS oder. CCD-Sensoren können vorgesehen sein. Piezoelektrische Objektive für den Nahbereich können vorgesehen sein. LEDs können in der Wirkfläche integriert sein.
Live-Bilder können direkt ausgegeben werden. Bilder der Sensoren können direkt verarbeitet und als Live-Stream an eine Kontrollsoftware gesendet werden. Auf diese Weise ist der Bediener in der Lage, den Greifprozess schnell und effektiv zu überblicken und zu steuern. Beispielsweise kann er den Greifer manuell korrigieren wenn dieser nicht optimal über dem zu greifenden Halbzeug platziert ist.
Faserwinkel können berechnet werden. Ein Sensor kann unterschiedlich reagieren, je nachdem in welchem Winkel er sich über die Fasern bewegt. Es besteht somit die Möglichkeit, mithilfe eines vorbestimmten Bewegungsschemas die Faserrichtung anhand des faserrichtungsabhängigen Sensorverhaltens zu bestimmen. Ebenso können mithilfe der verbauten Bildsensoren Bilder des Fasermaterials generiert werden, mit deren Hilfe die Faserrichtung bestimmt werden kann.
Mit „kann” sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Mit der Erfindung wird bei einem Halten, Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken ein stabiler und/oder zuverlässiger Prozess gewährleistet. Eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück ist quantitativ beobachtbar und/oder aktiv steuerbar. Eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück ist erfassbar, messbar und/oder detektierbar. Ein kleines, leichtes, einfaches, robustes, dynamisches und/oder schnelles System zum Detektieren einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem Werkstück wird zur Verfügung gestellt. Es wird eine Erkennung unmittelbar an dem Wirkmodul ermöglicht. Es wird eine besonders frühzeitige Erkennung ermöglicht. Eine Herstellungsqualität wird verbessert. Eine Prozesssicherheit wird erhöht. Ein Ausschuss wird reduziert. Eine Reaktionszeit wird reduziert. Eine Funktionsintegration wird ermöglicht. Es können neue Prozessmöglichkeiten bereitgestellt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 ein Wirkmodul mit einem Basisabschnitt, einem ebenen Halteabschnitt und einem optischen Sensorabschnitt in Draufsicht und in seitlicher Schnittansicht,
2 ein Wirkmodul mit einem Basisabschnitt, einem abschnittsweise ebenen und abschnittsweise konkaven Halteabschnitt und einem optischen Sensorabschnitt in Draufsicht und in seitlicher Schnittansicht und
3 ein Wirkmodul mit einem Basisabschnitt, einem Halteabschnitt und einem optischen Sensorabschnitt mit einem Objektiv in seitlicher Schnittansicht.
1 zeigt ein Wirkmodul 100 mit einem Basisabschnitt 102, einem Halteabschnitt 104 und einem optischen Sensorabschnitt 106 in Draufsicht und in seitlicher Schnittansicht. Das Wirkmodul 100 dient zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von textilen Konfektionsteilen, wie 108, bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen. Der Halteabschnitt 104 dient zum Halten des Konfektionsteils 108. Der Sensorabschnitt 106 dient zum Detektieren einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul 100 und dem Konfektionsteil 108.
Der Halteabschnitt 104 weist eine ebene Haltefläche 110 mit Saugöffnungen, wie 112, auf. Die Saugöffnungen 112 sind über die Haltefläche 110 verteilt angeordnet.
Der Halteabschnitt 104 ist aktivierbar und/oder deaktivierbar. Zum Aktivieren des Halteabschnitts werden die Saugöffnungen 112 mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beaufschlagt. Bei aktiviertem Halteabschnitt 104 kann das Konfektionsteil 108 aufgenommen und/oder gehalten werden. Bei deaktiviertem Halteabschnitt 104 sind die Saugöffnungen 112 nicht mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beaufschlagt. Bei deaktiviertem Halteabschnitt 104 kann das Konfektionsteil 108 abgelegt werden.
Der Sensorabschnitt 106 weist eine Lichtquelle 114 und einen Bildsensor 116 auf. Der Sensorabschnitt 106 ist baulich in den Halteabschnitt 104 integriert. Die Lichtquelle 114 und der Bildsensor 116 sind mittig an der Haltefläche 110 angeordnet. Zum Detektieren einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul 100 und dem Konfektionsteil 108 wird mithilfe der Lichtquelle 114 Licht 118 in einem schrägen Winkel in Richtung einer Oberfläche des Konfektionsteils 108 emittiert und von der Werkstückoberfläche reflektiertes Licht 120 mithilfe des Bildsensors 116 detektiert. Zeitlich aufeinanderfolgend werden Bilder der Oberfläche des Konfektionsteils 108 erfasst, Tracking-Merkmale lokalisiert und Änderungen in der Lokalisierung der Tracking-Merkmale verfolgt. Damit kann eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul 100 und dem Konfektionsteil 108 detektiert werden, beispielsweise wenn das Konfektionsteil 108 bei aktiviertem Halteabschnitt 104 an dem Wirkmodul 100 rutscht oder das Wirkmodul 100 bei deaktiviertem Wirkmodul 100 über dem Konfektionsteil 108 bewegt wird.
2 zeigt ein Wirkmodul 200 mit einem Basisabschnitt 202, einem abschnittsweise ebenen und abschnittsweise konkaven Halteabschnitt 204 und einem optischen Sensorabschnitt 206 in Draufsicht und in seitlicher Schnittansicht.
Die Haltefläche weist einen ebenen Halteflächenabschnitt 208 und mit ersten Saugöffnungen, wie 210, und einen konkaven Halteflächenabschnitt 212 mit zweiten Saugöffnungen, wie 214, auf. Der Sensorabschnitt 206 ist an dem konkaven Halteflächenabschnitt 212 angeordnet. Damit ist der Sensorabschnitt 206 geschützt. Die zweiten Saugöffnungen 214 sind vorliegend zumindest teilweise zwischen der Lichtquelle 216 und dem Bildsensor 218 angeordnet.
Bei aktiviertem Halteabschnitt 204 wird das Konfektionsteil 220 im Bereich des konkaven Halteflächenabschnitts 212 eingezogen und bildet eine Wölbung 222. Die Wölbung 222 kann durch eine entsprechende Beaufschlagung der zweiten Saugöffnungen 214 mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck gezielt eingestellt werden, um ein Detektieren einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul 200 und dem Konfektionsteil 220 zu erleichtern. Es kann eine Entfernung zwischen dem Sensorabschnitt 206 bzw. dem konkaven Halteflächenabschnitt 212 und dem Konfektionsteil 220 detektiert werden, um eine Saugkraft zu bestimmen und/oder zu kontrollieren. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
3 zeigte ein Wirkmodul 300 mit einem Basisabschnitt 302, einem Halteabschnitt 304 und einem optischen Sensorabschnitt 306 mit einem Objektiv 308 in seitlicher Schnittansicht.
Die ebene Haltefläche weist eine Ausnehmung auf, in der der Bildsensor 310 mit vorgeordnetem Objektiv 308 angeordnet ist. Seitlich des Blickfelds 312 sind Lichtquellen 314 angeordnet. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Bezugszeichenliste

100: Wirkmodul
102: Basisabschnitt
104: Halteabschnitt
106: Sensorabschnitt
108: Werkstück, textiles Konfektionsteil
110: Haltefläche
112: Saugöffnung
114: Lichtquelle
116: Bildsensor
118: emittiertes Licht
120: reflektiertes Licht
200: Wirkmodul
202: Basisabschnitt
204: Halteabschnitt
206: Sensorabschnitt
208: ebener Halteflächenabschnitt
210: erste Saugöffnung
212: konkaver Halteflächenabschnitt
214: zweite Saugöffnung
216: Lichtquelle
218: Bildsensor
220: Werkstück, textiles Konfektionsteil
222: Wölbung
300: Wirkmodul
302: Basisabschnitt
304: Halteabschnitt
306: Sensorabschnitt
308: Objektiv
310: Bildsensor
312: Blickfeld
314: Lichtquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202571 A1 [0002]
DE 102013208778 A1 [0003]
DE 102013208803 A1 [0004]
DE 19814779 A1 [0005]
DE 10027814 A1 [0006]

Claims

Wirkmodul (100, 200, 300) zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken (108, 220), dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkmodul (100, 200) einen Halteabschnitt (104, 204, 304) zum Aufnehmen und/oder Halten eines Werkstücks (108, 220) und einen optischen Sensorabschnitt (106, 206, 306) mit wenigstens einer Lichtquelle (114, 216, 314), wenigstens einem Bildsensor (116, 218, 310) und/oder einer elektrischen Kontrolleinrichtung aufweist, wobei der Sensorabschnitt (106, 206, 306) baulich in den Halteabschnitt (104, 204, 304) integriert ist.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des Sensorabschnitts (106, 206, 306) feststellbar ist, ob ein Werkstück (108, 220) aufgenommen und/oder gehalten ist, ein Material feststellbar ist, eine Entfernung zu einem Werkstück (108, 220) feststellbar ist, eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul (100, 200, 300) und einem Werkstück (108, 220) feststellbar ist, ein Vektor einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul (100, 200, 300) und einem Werkstück (108, 220) feststellbar ist, eine Faserrichtung eines textilen Werkstücks feststellbar ist und/oder Bilder aufnehmbar sind.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des Sensorabschnitts (106, 206, 306) Tracking-Merkmale einer Oberfläche feststellbar sind.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkmodul (100, 200, 300) den Dopplereffekt nutzt.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorabschnitt (106, 206, 306) ein vor dem wenigstens einen Bildsensor (116, 218, 310) angeordnetes Objektiv aufweist.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine Festbrennweite aufweist oder piezoelektrisch verstellbar ist.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (104, 204, 304) eine Haltefläche (110, 208, 212) mit Saugöffnungen (112, 210, 214) aufweist.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorabschnitt (106, 206, 306) an der Haltefläche (110, 212) angeordnet ist.
Wirkmodul (100, 200, 300) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugöffnungen (112, 210, 214) über die Haltefläche (110, 208, 212) verteilt angeordnet sind und der Sensorabschnitt (106, 206) an der Haltefläche (110, 212) zentral angeordnet ist.
Wirkmodul (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (110) zumindest annähernd eben ist.
Wirkmodul (200) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche einen zumindest annähernd ebenen Halteflächenabschnitt (208) und einen konkaven Halteflächenabschnitt (212) aufweist.
Wirkmodul (200) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorabschnitt (106, 206, 306) an dem konkaven Halteflächenabschnitt (212) angeordnet ist.
Effektor zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken (108, 220), insbesondere für einen Industrieroboter, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor wenigstens ein Wirkmodul (100, 200, 300) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Effektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor mehrere Wirkmodule (100, 200, 300) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist und die Wirkmodule (100, 200, 300) jeweils einzeln oder gruppenweise gesondert wirken können.
Effektor nach wenigstens einem Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor mehrere Wirkmodule (100, 200, 300) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist und die Wirkmodule (100, 200, 300) miteinander signalleitend verbunden sind.
Verfahren zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken (108, 220) mithilfe eines Effektors nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor und/oder der Halteabschnitt (104, 204, 304) des wenigstens einen Wirkmoduls (100, 200, 300) unter Berücksichtigung von Informationen des Sensorabschnitts (106, 206, 306) des wenigstens einen Wirkmoduls (100, 200, 300) kontrolliert werden/wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des Sensorabschnitts (106, 206, 306) des wenigstens einen Wirkmoduls (100, 200, 300) festgestellt wird, ob ein Werkstück (108, 220) aufgenommen und/oder gehalten ist, ein Material festgestellt wird, eine Entfernung zu einem Werkstück (108, 220) festgestellt wird, eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul (100, 200, 300) und einem Werkstück (108, 220) festgestellt wird, ein Vektor einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul (100, 200, 300) und einem Werkstück (108, 220) festgestellt wird, eine Faserrichtung eines textilen Werkstücks festgestellt wird und/oder Bilder aufgenommen werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiviertem Halteabschnitt (104, 204, 304) die Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul (100, 200, 300) und einem Werkstück (108, 220) detektiert wird, um eine das Werkstück (108, 220) betreffende Positionsinformation zu aktualisieren.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei deaktiviertem Halteabschnitt (104, 204, 304) die Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul (100, 200, 300) und einem Werkstück (108, 220) detektiert wird, um die Relativbewegung zu kontrollieren.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung von Informationen des Sensorabschnitts (106, 206, 306) des wenigstens einen Wirkmoduls (100, 200, 300) eine Saugkraft des Halteabschnitts (104, 204, 304) bestimmt und/oder kontrolliert wird.