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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugwechsler zum sicheren Wechseln von Werkzeugen.
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Hintergrund
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Seit mehreren Jahren sind in der Industrie zum Ausführen von sich wiederholenden Arbeitsaufgaben wie Schweißen, Nieten, Montage von Unterkomponenten und Ähnlichem Roboter eingesetzt worden. Für einige Arbeitsaufgaben müssen jedoch Werkzeuge am Ende des Roboterarms gewechselt werden, damit die Anzahl der vom Roboter ausführbaren Arbeitsaufgaben erhöht wird. Es sind deshalb trennbare Anschlussvorrichtungen entwickelt worden, wodurch der Roboter in die Lage versetzt wird, Werkzeuge automatisch zu wechseln.
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Zur Vereinfachung und Ermöglichung des flexiblen Einsatzes von Robotern bei verschiedenen Anwendungen werden normalerweise unterschiedliche Arten von Werkzeugwechslern verwendet. Ein derartiger Werkzeugwechsler ist an dem Roboterarm montiert und kann mit einer speziellen Anschluss- oder Verbindungsvorrichtung verschiedene Werkzeuge, die an Werkzeugbefestigungsplatten montiert sind, greifen und halten. Das Greifen und Halten des Werkzeugs müssen dann sicher sein und aktuellen Normen und Vorschriften entsprechen. Das im folgenden Text verwendete Wort „sicher“ bedeutet „einschlägigen Sicherheitsstandards entsprechend“. Zusätzlich zur sicheren mechanischen Ausgestaltung und Konstruktion muss auch die Logiksteuerung des Verbindens und Trennens des Werkzeugwechslers sicher sein.
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Ein sicheres Trennen oder Öffnen des Werkzeugwechslers bedeutet, dass ein Öffnen erst dann zulässig ist, wenn kein Werkzeug im Werkzeugwechsler befestigt ist, oder wenn ein Werkzeug befestigt ist, sich das Werkzeug im Werkzeugständer befinden muss.
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Bei der aktuellen sicheren Steuerung und Verriegelung des Trennanforderungssignals von der Robotersteuerung wird normalerweise ein Sicherheitsrelais verwendet, das im Roboterschaltschrank montiert ist und das Trennsignal unterbricht, wenn ein Öffnen des Werkzeugwechslers verhindert werden soll. Normalerweise sind alle Werkzeugständer mit Schaltern ausgestattet, die über eine Verkabelung mit dem Sicherheitsrelais verbunden sind. Erst wenn alle Schalter anzeigen, dass sich alle Werkzeuge in den Werkzeugständern befinden, d.h. der Roboter kein Werkzeug hält, soll es möglich sein, den Werkzeugwechsler zu öffnen.
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Derartige sichere Lösungen bringen recht hohe Kosten für das zusätzliche Sicherheitsrelais und die physikalische Verkabelung von den Werkzeugständerschaltern zum Roboterschaltschrank mit sich. Anders ausgedrückt ist ein Problem bei bestehenden Lösungen, dass physikalische Kabel zwischen den Werkzeugständerschaltern und dem Roboterschaltschrank benötigt werden, wodurch sich die Einrichtung des Systems schwierig gestaltet.
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Die
US 6840895 B2 offenbart einen Roboterwerkzeugwechsler mit einer Sicherheitsverriegelung. Der Werkzeugwechsler ist vereinfacht in
1 dargestellt. Es wird ein Verriegelungsschalter
34 verwendet, der ein elektrischer Arbeitskontakt und ein Stößel ist, der von einer Betätigungsfläche am Werkzeugständer
4 heruntergedrückt wird und so den elektrischen Kontakt schließt. Das Werkzeug kann solange nicht vom Roboterarm getrennt werden, wie der elektrische Kontakt offen ist; was solange der Fall ist, wie sich das Werkzeug
5 nicht im Werkzeugständer befindet.
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Ein Näherungsdetektor 27 an der Mastereinheit 2 und ein Näherungsindikator 35 an der Werkzeugeinheit 3 werden verwendet, um zu erkennen, ob eine Werkzeugeinheit 3 an der Mastereinheit 2 angebracht ist. Ein Relais 28 in der Mastereinheit wird durch ein Signal „Werkzeug vorhanden“ von dem Näherungsdetektor angesteuert. Wenn die Steuerung 29 ein Signal zum Trennen der Werkzeugeinheit sendet, kann das Entriegelungssignal die Verbindungseinrichtung 24 nicht betätigen, ohne den Verriegelungsschalter 34 zu passieren, der erst dann geschlossen wird, wenn sich das Werkzeug im Werkzeugständer befindet. Anders ausgedrückt kann die Werkzeugeinheit erst dann von der Mastereinheit getrennt werden, wenn ein Signal „Werkzeug vorhanden“ vorliegt und wenn sich das Werkzeug im Werkzeugständer befindet.
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Bei der bekannten Lösung besteht die Gefahr, dass der Verriegelungsschalter, wenn eins der Eingangssignale ausfällt oder fehlerhaft ist, die Werkzeugeinheit auf Grundlage fehlerhafter Informationen möglicherweise trennt. Es besteht folglich Bedarf an einem Werkzeugwechsler mit verbesserter Sicherheit.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die zumindest teilweise Überwindung der vorstehenden Probleme sowie die Bereitstellung eines verbesserten Werkzeugwechslers mit verbesserter Sicherheit beim Wechseln von Werkzeugen.
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Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.
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Gemäß einigen Aspekten der Offenbarung stellt sie einen Werkzeugwechsler zum sicheren Wechseln von Werkzeugen bereit. Der Werkzeugwechsler umfasst eine Mastereinheit, die eine Sicherheitssteuerung mit mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen umfasst, eine Verbindungseinrichtung und mindestens zwei Verbindungssensoren. Der Werkzeugwechsler umfasst auch eine Werkzeugeinheit, die mindestens einen Werkzeugeinheitsensor umfasst, der erkennt, ob sich die Werkzeugeinheit in einem Werkzeugständer befindet, wobei der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor zwei Ausgabesignale liefert und die Ausgabesignale an die Sicherheitssteuerung gesendet werden, wenn die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist. Die Verbindungseinrichtung ist zwischen einem verbundenen Zustand, in dem die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist, und einem getrennten Zustand bewegbar, in dem die Werkzeugeinheit von der Mastereinheit getrennt ist, und die mindestens zwei Verbindungssensoren erkennen einzeln, ob die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit über die Verbindungseinrichtung verbunden ist, und die Ausgabesignale von den Verbindungssensoren werden an die Sicherheitssteuerung gesendet. Die beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen sind einzeln so angeordnet, dass sie:
- - eine Anforderung zum Trennen der Werkzeugeinheit empfangen,
- - die Ausgabe von den mindestens zwei Verbindungssensoren und dem mindestens einen Werkzeugeinheitsensor empfangen,
- - auf Grundlage der Ausgabe von den mindestens zwei Verbindungssensoren feststellen, ob die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit über die Verbindungseinrichtung verbunden ist,
- - auf Grundlage der Ausgabe von dem mindestens einen Werkzeugeinheitsensor feststellen, ob sich die Werkzeugeinheit im Werkzeugständer befindet,
- - das Ergebnis der Feststellungen an die andere Verarbeitungsschaltungsanordnung senden,
- - ein Ergebnis von Feststellungen aus der anderen Verarbeitungsschaltungsanordnung empfangen,
- - ein Trennsignal an die Verbindungseinrichtung zum Trennen der Werkzeugeinheit von der Mastereinheit mit der Verbindungseinrichtung senden, wenn das Ergebnis der Feststellungen identisch ist mit dem empfangenen Ergebnis von Feststellungen und wenn die Ergebnisse der Feststellungen beide erkennen lassen, dass:
- ◯ keine Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist, oder
- ◯ die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist und sich auch im Werkzeugständer befindet.
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Die Verbindungseinrichtung ist so eingerichtet, dass sie sich in einen getrennten Zustand bewegt, wenn die mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen beide ein Trennsignal zum Trennen der Werkzeugeinheit senden. Dieser Werkzeugwechsler sorgt gegenüber dem Stand der Technik in mehreren Aspekten für mehr Sicherheit. Es sind mindestens zwei Sensoren vorhanden, die einzeln feststellen, ob die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist. Die zwei Sensoren müssen beide erkennen lassen, dass sie verbunden ist, sodass keine Trennung stattfindet, wenn einer der Sensoren eine Störung aufweist. Wenn also ein Sensor eine Störung aufweist, wird dies unmittelbar erfasst und der Werkzeugwechsler trennt die Werkzeugeinheit nicht.
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Es ist mindestens ein Werkzeugeinheitsensor vorhanden, der erfasst, ob sich die Werkzeugeinheit in dem Werkzeugständer befindet, und er weist mindestens zwei Ausgänge auf, die beide dasselbe anzeigen müssen, damit eine Trennung erfolgt. Es sind also zwei Kanäle vorhanden und beide Kanäle müssen erkennen lassen, dass sich das Werkzeug im Werkzeugständer befindet, bevor eine Trennung erfolgt. Wenn also ein Kanal eine Störung aufweist, kommt es nicht zur Trennung.
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Die Feststellung, ob es sicher ist, die Werkzeugeinheit zu trennen, erfolgt unabhängig durch zwei unterschiedliche Verarbeitungsschaltungsanordnungen. Anders ausgedrückt erfassen zwei unabhängige Verarbeitungsschaltungsanordnungen jeweils Sensordaten von allen Sensoren und stellen fest, in welchem Zustand sich der Werkzeugwechsler befindet. Es kann keine Trennung stattfinden, wenn beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen bei den Ergebnissen nicht übereinstimmen. Des Weiteren müssen beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen ein Trennsignal senden, damit die Trennung ausgelöst wird.
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Anders ausgedrückt stellen die beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen unabhängig voneinander fest, ob beide Verbindungssensoren erkennen lassen, dass die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist, stellen fest, ob beide Kanäle von den Werkzeugeinheitsensoren erkennen lassen, dass sich die Werkzeugeinheit im Werkzeugständer befindet, und stellen fest, ob die andere Verarbeitungsschaltungsanordnung zu denselben Schlussfolgerungen kommt, und senden ein Trennsignal, wenn ein Trennen zulässig ist und angefordert wurde. Des Weiteren wird die Werkzeugeinheit nicht getrennt, bis nicht beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen das Trennsignal senden.
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Aufgrund der mehrfachen Redundanzen und der Art, wie der Werkzeugwechsler aufgebaut ist, werden eventuelle Defekte oder Fehler erkannt, sodass die Werkzeugeinheit in einem nicht zulässigen Zustand nicht von der Mastereinheit getrennt wird.
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Gemäß einigen Aspekten umfasst der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor zwei 24V-Stromanschlüsse, die von einer passiven Schaltung in dem Werkzeugständer aktiviert werden, und seine Signale werden von der Werkzeugeinheit aus zum Sicherheitsmodul geführt, wenn sich die Werkzeugeinheit im Werkzeugständer befindet und wenn die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist. Anders ausgedrückt sind zwei Kanäle vorhanden, die angeben, ob sich die Werkzeugeinheit im Werkzeugständer befindet; alle beide werden an beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen gesendet. Sollten Abweichungen zwischen den Signalen auftreten, trennt der Werkzeugwechsler die Werkzeugeinheit nicht. Die passive Schaltung in dem Werkzeugständer ist eine Schaltung, die keine Stromversorgung benötigt, beispielsweise ein RFID-Schaltkreis.
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Gemäß einigen Aspekten ist der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor mindestens zwei Werkzeugeinheitsensoren. Die mindestens eine Werkzeugeinheit kann also zwei Kanäle umfassen und kann auch zwei verschiedene Sensoren mit je einem Kanal sein.
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Gemäß einigen Aspekten sind die beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen zwei unterschiedliche Arten von Verarbeitungsschaltungsanordnungen. Unterschiedliche Arten von Verarbeitungsschaltungsanordnungen können unterschiedliche Schwächen aufweisen und gehen auch unterschiedlich bei Berechnungen vor. Es ist deshalb von Vorteil, zwei unterschiedliche Arten zu verwenden, damit die Verarbeitungsschaltungsanordnungen nicht nur hinsichtlich der Anzahl redundant sind, sondern auch dahingehend, wie sie Berechnungen vornehmen und wie sie Daten verarbeiten. Die Auswahl unterschiedlicher Technologien bringt eine höhere Sicherheitseinstufung mit sich.
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Gemäß einigen Aspekten sind die beiden unterschiedlichen Arten von Verarbeitungsschaltungsanordnungen aus den folgenden Typen ausgewählt: ein Mikrocontroller (MCU), ein Complex Programmable Logic Device (CPLD), ein Field-Programmable Gate Array (FPGA) und ein Programmable Array Logic (PAL). Derartige Schaltungen sind zugänglich, günstig und robust. So sind beispielsweise sowohl MCU als auch CPLD kostengünstig und leicht zu programmieren.
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Gemäß einigen Aspekten sind die mindestens zwei Verbindungssensoren unterschiedliche Sensorarten. Unterschiedliche Sensorarten nutzen unterschiedliche Mittel, um zu erfassen, ob die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit verbunden sind. Da unterschiedliche Sensoren möglicherweise auf unterschiedliche Dinge reagieren, ist es von Vorteil, unterschiedliche Sensoren zu verwenden, da somit die Robustheit des Systems verbessert wird. Wenn beispielsweise ein Sensortyp verwendet wird, der im Betrieb wasserempfindlich ist, und wenn der Werkzeugwechsler in einer feuchten Umgebung verwendet wird, kann ein weiterer Sensor ein nicht wasserempfindlicher Typ sein, damit die Gefahr einer gleichzeitigen Störung der Sensoren minimiert wird.
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Gemäß einigen Aspekten sind die unterschiedlichen Sensorarten aus den folgenden Typen ausgewählt: mechanische Schalter, elektrische Kontakte und Näherungssensoren. Diese Sensorarten können stabile und robuste Sensoren mit zuverlässiger Ausgabe darstellen.
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Gemäß einigen Aspekten umfasst der mechanische Schalter einen im Ruhezustand geschlossenen Schalter, der ein High-Signal liefert, wenn die Werkzeugeinheit von der Mastereinheit getrennt ist, der elektrische Kontakt umfasst eine Brücke, die über die Werkzeugeinheit angeschlossen ist und ein High-Signal liefert, wenn die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist, und die Näherungssensoren umfassen induktive Sensoren, Magnetsensoren, kapazitive Sensoren, optische Sensoren und RFID-Sensoren.
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Gemäß einigen Aspekten umfasst die Verbindungseinrichtung mindestens zwei Ventile, und wobei die Verbindungseinrichtung aus dem verbundenen Zustand in den getrennten Zustand bewegt wird, wenn beide Ventile betätigt werden, und wobei eine erste der beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen das Trennsignal zum Betätigen eines ersten Ventils der beiden Ventile sendet und eine zweite der beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen das Trennsignal zum Betätigen eines zweiten Ventils der beiden Ventile sendet. Anders ausgedrückt ist die Verbindungseinrichtung so eingerichtet, dass sie sich in einen getrennten Zustand bewegt, wenn die mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen beide ein Trennsignal zum Trennen der Werkzeugeinheit senden, und das Trennsignal ist ein Signal, das von den beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen an jeweils ein Ventil gesendet wird.
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Gemäß einigen Aspekten sind die mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen einzeln so angeordnet, dass sie feststellen, ob einer der empfangenen Sensorausgabewerte einen unerwarteten Zustand im Werkzeugwechsler anzeigt, und dass sie im Fall eines unerwarteten Zustands das Trennsignal nicht senden. Ein unerwarteter Zustand liefert einen Sensorausgabewert außerhalb eines vorher festgelegten Wertebereichs. Somit findet also in beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen eine Überprüfung auf unerwartete Zustände statt. Ein unerwarteter Zustand ist beispielsweise, dass zwei Sensorwerte, die denselben Zustand angeben sollten, unterschiedliche Zustände angeben.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun mit der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung und unter Bezug auf die beigefügten Figuren ausführlicher erläutert.
- 1 zeigt einen Werkzeugwechsler gemäß der US 6840895 B2 nach dem Stand der Technik,
- 2 zeigt ein Blockschaubild, das die Offenbarung nach Anspruch 1 veranschaulicht,
- 3 zeigt eine Darstellung des Werkzeugwechslers gemäß einigen Aspekten der Offenbarung,
- 4 zeigt eine Darstellung der Hardwarearchitektur des Werkzeugwechslers gemäß einigen Aspekten der Offenbarung,
- 5 zeigt die Schritte, die einzeln von den mindestens zwei Verarbeitungsschaltungsanordnungen ausgeführt werden.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen umfassender beschrieben. Die im vorliegenden Dokument offenbarte Vorrichtung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen umgesetzt sein und sollte nicht so ausgelegt werden, als wäre sie auf die im vorliegenden Dokument dargelegten Aspekte beschränkt. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen beziehen sich überall auf gleiche Elemente.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung besonderer Aspekte der Offenbarung und soll die Erfindung nicht einschränken. Die hierin verwendeten Singularformen „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ sollen auch die Pluralformen beinhalten, sofern sich aus dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes ergibt.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann in dem Fachgebiet, in das diese Offenbarung gehört, verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass im vorliegenden Dokument verwendete Begriffe so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext dieser Beschreibung und des entsprechenden Fachgebiets übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder zu förmlichen Sinn ausgelegt werden, sofern sie hierin nicht ausdrücklich derart definiert sind.
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Wie im Abschnitt Hintergrund erörtert wurde, ist
1 eine vereinfachte Darstellung der in der
US 6840895 B2 vorgestellten Lösung, die einen Roboterwerkzeugwechsler
1 mit einer Sicherheitsverriegelung mit einem Relais
28 offenbart.
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Wie auch in der
US 6840895 B2 umfasst ein Werkzeugwechsler
1 normalerweise eine Mastereinheit
2 und eine Werkzeugeinheit
3, wobei die Mastereinheit
2 am Roboterarm montiert ist, mit einer Verbindungsvorrichtung
24, d.h. einer Verbindungseinrichtung, zum Verbinden der Werkzeugeinheit
3 mit einem daran montierten Werkzeug
5.
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In dieser Offenbarung ist die Mastereinheit 2 mit einer integrierten Sicherheitssteuerung 21 zur sicheren Verriegelung einer Trennanforderung von der Steuerung, was vereinfacht in 2 dargestellt ist. 2 ist eine Darstellung gemäß den umfassendsten Aspekten der Offenbarung.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Austausch des Sicherheitsrelais und der gesamten Verkabelung zwischen Werkzeugständern und dem Roboterschaltschrank durch das vorgeschlagene Sicherheitssteuerungssystem. Diese Sicherheitssteuerung ist ein integraler Bestandteil des Werkzeugwechslers 1 und umfasst somit die sichere Verriegelung einer Trennanforderung von der Robotersteuerung.
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Grundlage der Sicherheitssteuerung 21 ist die Verwendung sicherer Eingangswerte von verschiedenen Sensoren, um zu erkennen, ob die Mastereinheit 2 mit einer Werkzeugeinheit 3 verbunden ist, und wenn sie es ist, ob sich die Werkzeugeinheit 3 mit einem Werkzeug 5 in einem Werkzeugständer 4 befindet. Unter Verwendung sicherer Logikschaltkreise und Software wird die Trennanforderung vom Roboter unter den folgenden Bedingungen verriegelt:
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Verriegelung des Werkzeugwechslers 1, Trennen nur dann möglich, d.h. Möglichkeit zum Trennen nur dann, wenn:
- 1. die Mastereinheit 2 von jeder beliebigen Werkzeugeinheit 3 getrennt ist oder
- 2. die Mastereinheit 2 mit der damit verbundenen Werkzeugeinheit 3 im Werkzeugständer 4 angeordnet ist.
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Die Offenbarung umfasst zusätzlich die folgenden Vorteile:
- • automatisches Verbinden des Werkzeugwechslers 1, wenn ein Werkzeug 5 in den Werkzeugwechsler 1 gesteckt wird
- • eingebaute Überwachung aller Signale und Sensoren
- • Datenübertragung per Bus oder über Drähte
- • automatische Abschaltung 24V während Werkzeugwechsel
- • automatische Unterbrechung der Stromversorgung von Ventilen bei Notaus
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Die Sicherheitseinheit oder anders ausgedrückt die Sicherheitssteuerung 21 ist an der Mastereinheit 2 des Werkzeugwechslers 1 montiert oder darin angeordnet, wie in 2 dargestellt ist. Wie zuvor erörtert, veranschaulicht 2 die Offenbarung gemäß ihren umfassendsten Aspekten und zeigt einen Werkzeugwechsler 1 zum sicheren Wechseln von Werkzeugen. Der Werkzeugwechsler 1 umfasst eine Mastereinheit 2, die eine Sicherheitssteuerung 21 mit mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 umfasst. Die Mastereinheit 2 umfasst auch eine Verbindungseinrichtung 24 und mindestens zwei Verbindungssensoren 25, 26.
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Die beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 sind gemäß einigen Aspekten der Offenbarung zwei unterschiedliche Arten von Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23. Unterschiedliche Arten von Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 können unterschiedliche Schwächen aufweisen und gehen auch unterschiedlich bei Berechnungen vor. Einige Verarbeitungsschaltungsanordnungen können beispielsweise gegenüber physikalischen Bewegungen oder Temperaturunterschieden empfindlicher sein. Es ist deshalb von Vorteil, zwei unterschiedliche Arten zu verwenden, damit die Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 nicht nur hinsichtlich der Anzahl redundant sind, sondern auch dahingehend, wie sie Berechnungen vornehmen und wie sie Daten verarbeiten. Die Auswahl unterschiedlicher Technologien bringt eine höhere Sicherheitseinstufung mit sich. So sind beispielsweise sowohl MCU als auch CPLD kostengünstig und leicht zu programmieren. Die beiden unterschiedlichen Arten von Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 sind beispielsweise aus den folgenden Typen ausgewählt: ein Mikrocontroller (MCU), ein Complex Programmable Logic Device (CPLD), ein Field-Programmable Gate Array (FPGA) und ein Programmable Array Logic (PAL). Derartige Schaltungen sind zugänglich, günstig und robust.
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Der Werkzeugwechsler 1 umfasst auch eine Werkzeugeinheit 3, die mindestens einen Werkzeugeinheitsensor 31 umfasst, der erkennt, ob sich die Werkzeugeinheit 3 in einem Werkzeugständer 4 befindet, der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor 31 liefert zwei Ausgabesignale 32, 33 und die Ausgabesignale werden an die Sicherheitssteuerung 21 gesendet, wenn die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist. Die Werkzeugeinheit ist eine an einem Werkzeug 5 befestigte Einheit. Die Werkzeugeinheit wird verwendet, um das Werkzeug über die Mastereinheit mit dem Roboter zu verbinden. Die Werkzeugeinheit 3 kann ein integraler Bestandteil des Werkzeugs 5 sein oder die Werkzeugeinheit kann am Werkzeug befestigt werden, damit das Werkzeug 5 über die Werkzeugeinheit und die Mastereinheit mit dem Roboter verbunden wird.
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Der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor 31 umfasst gemäß einigen Aspekten der Offenbarung zwei 24V-Stromanschlüsse, die von einer passiven Schaltung 41 in dem Werkzeugständer 4 aktiviert werden, und seine Signale werden von der Werkzeugeinheit 3 aus zum Sicherheitsmodul geführt, wenn sich die Werkzeugeinheit 3 im Werkzeugständer 4 befindet und wenn die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist. Anders ausgedrückt sind zwei Kanäle 32, 33 für das Ausgabesignal vorhanden, die angeben, ob sich die Werkzeugeinheit 3 im Werkzeugständer 4 befindet; alle beide werden an beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 in der Sicherheitssteuerung gesendet. Sollten Abweichungen zwischen den Signalen auftreten, trennt der Werkzeugwechsler 1 die Werkzeugeinheit 3 nicht. Die passive Schaltung 41 in dem Werkzeugständer 4 ist eine Schaltung, die keine Stromversorgung benötigt, beispielsweise ein RFID-Schaltkreis. Gemäß einigen Aspekten ist der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor 31 mindestens zwei Werkzeugeinheitsensoren. Die mindestens eine Werkzeugeinheit 3 umfasst also zwei Kanäle und kann auch zwei verschiedene Sensoren mit je einem Kanal sein. In einem solchen Fall sind die beiden Werkzeugeinheitsensoren einzelne Sensoren, die ihre Ausgabesignale jeweils nicht beeinflussen. Andere Sensorarten, die verwendet werden können, sind induktive Sensoren und Magnetsensoren.
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Die Verbindungseinrichtung 24 ist zwischen einem verbundenen Zustand, in dem die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist, und einem getrennten Zustand bewegbar, in dem die Werkzeugeinheit 3 von der Mastereinheit 2 getrennt ist. Die Verbindungseinrichtung ist in 2 als ein Kasten mit zwei Anschlüssen von der Sicherheitssteuerung 21 dargestellt. Die Figur zeigt lediglich einen Werkzeugwechsler 1 mit Anschlüssen zu Veranschaulichungszwecken. Die Verbindungseinrichtung ist ein komplexer Bestandteil des Systems und Umsetzungsbeispiele werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
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Die Verbindungseinrichtung umfasst gemäß einigen Aspekten der Offenbarung mindestens zwei Ventile, und wobei die Verbindungseinrichtung aus dem verbundenen Zustand in den getrennten Zustand bewegt wird, wenn beide Ventile betätigt werden, und wobei eine erste 22 der beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 das Trennsignal zum Betätigen eines ersten Ventils 241 der beiden Ventile sendet und eine zweite 23 der beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 das Trennsignal zum Betätigen eines zweiten Ventils 242 der beiden Ventile sendet. Anders ausgedrückt ist die Verbindungseinrichtung 24 so eingerichtet, dass sie sich in einen getrennten Zustand bewegt, wenn die mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 beide ein Trennsignal zum Trennen der Werkzeugeinheit 3 senden, und das Trennsignal ist ein Signal, das von den beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 an jeweils ein Ventil gesendet wird. Die beiden Ventile sind beispielsweise monostabile, doppelte 3/2-Wege-Ventile, stromlos offen/stromlos geschlossen. Ein einzelnes monostabiles Ventil oder ein einzelnes bistabiles Ventil kann verwendet werden, jedoch nicht mit demselben Maß an Sicherheit wie bei der Verwendung von monostabilen, doppelten Ventilen. Die Ventilwahl kann von anderen Faktoren, beispielsweise den Kosten, beeinflusst sein.
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Die mindestens zwei Verbindungssensoren 25, 26 erfassen einzeln, ob die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 über die Verbindungseinrichtung 24 verbunden ist. Die Ausgabesignale von den Verbindungssensoren 25, 26 werden an die Sicherheitssteuerung 21 gesendet.
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Wie bei den Verarbeitungsschaltungsanordnungen sind gemäß einigen Aspekten der Offenbarung auch die mindestens zwei Verbindungssensoren 25, 26 unterschiedliche Sensorarten. Unterschiedliche Sensorarten nutzen unterschiedliche Mittel, um zu erfassen, ob die Mastereinheit 2 und die Werkzeugeinheit 3 verbunden sind. Da unterschiedliche Sensoren möglicherweise auf unterschiedliche Dinge reagieren, ist es von Vorteil, unterschiedliche Sensoren zu verwenden, da somit die Robustheit des Systems verbessert wird. Wenn beispielsweise ein Sensortyp verwendet wird, der im Betrieb wasserempfindlich ist, und wenn der Werkzeugwechsler 1 in einer feuchten Umgebung verwendet wird, kann der andere Sensor ein nicht wasserempfindlicher Typ sein, damit die Gefahr einer gleichzeitigen Störung der Sensoren minimiert wird. Gemäß einigen Aspekten sind die unterschiedlichen Sensorarten aus den folgenden Typen ausgewählt: mechanische Schalter, elektrische Kontakte und Näherungssensoren. Diese Sensorarten können stabile und robuste Sensoren mit zuverlässiger Ausgabe darstellen. Gemäß einigen Aspekten umfasst der mechanische Schalter einen im Ruhezustand geschlossenen Schalter, der ein High-Signal liefert, wenn die Werkzeugeinheit 3 von der Mastereinheit 2 getrennt ist, der elektrische Kontakt umfasst eine Brücke, die über die Werkzeugeinheit 3 angeschlossen ist und ein High-Signal liefert, wenn die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist, und die Näherungssensoren umfassen induktive Sensoren, Magnetsensoren, kapazitive Sensoren, optische Sensoren und RFID-Sensoren. Die Auswahl unterschiedlicher Technologien bringt höhere Sicherheitseinstufungen mit sich. Eine Brücke ist sowohl zuverlässig als auch günstig. Induktive Sensoren sind zuverlässig und zeichnen sich durch einen guten MTTF-Wert, die mittlere Zeit bis zum Ausfall, aus als z.B. mechanische Sensoren.
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Es sollte festgehalten werden, dass sowohl die Verarbeitungsschaltungsanordnungen als auch die Verbindungssensoren vom selben Typ sein können. Bei der Ermittlung, welche Verarbeitungstypen und Sensortypen ausgewählt werden sollen, müssen viele Aspekte berücksichtigt werden, wobei Robustheit und Zuverlässigkeit sehr wichtige Aspekte sind.
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Die beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 überprüfen beide die Sensorwerte von allen Sensoren und überprüfen sich zusätzlich gegenseitig auf Übereinstimmung, um herauszufinden, ob beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen zu denselben Ergebnissen kommen. Bei dem Vorgang der Feststellung, ob die Verarbeitungsschaltungsanordnungen ein Trennsignal senden sollten, sind die beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 einzeln so angeordnet, dass sie:
- - eine Anforderung zum Trennen der Werkzeugeinheit 3 empfangen,
- - die Ausgabe von den mindestens zwei Verbindungssensoren 25, 26 und dem mindestens einen Werkzeugeinheitsensor 31 empfangen,
- - auf Grundlage der Ausgabe von den mindestens zwei Verbindungssensoren 25, 26 feststellen, ob die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 über die Verbindungseinrichtung 24 verbunden ist,
- - auf Grundlage der Ausgabe von dem mindestens einen Werkzeugeinheitsensor 31 feststellen, ob sich die Werkzeugeinheit 3 im Werkzeugständer 4 befindet,
- - das Ergebnis der Feststellungen an die andere Verarbeitungsschaltungsanordnung senden,
- - ein Ergebnis von Feststellungen aus der anderen Verarbeitungsschaltungsanordnung empfangen,
- - ein Trennsignal an die Verbindungseinrichtung 24 zum Trennen der Werkzeugeinheit 3 von der Mastereinheit 2 mit der Verbindungseinrichtung 24 senden, wenn das Ergebnis der Feststellungen identisch ist mit dem empfangenen Ergebnis von Feststellungen und wenn die Ergebnisse der Feststellungen beide erkennen lassen, dass:
- ◯ keine Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist, oder
- ◯ die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist und sich auch im Werkzeugständer 4 befindet.
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Anders ausgedrückt führen beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen die vorstehenden Schritte einzeln aus. Die Schritte beider Verarbeitungsschaltungsanordnungen sind in 5 veranschaulicht.
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Der Empfang einer Anforderung erfolgt gemäß einigen Aspekten von einer Robotersteuerung aus. Der Empfang der Ausgabewerte der Sensoren erfolgt gemäß einigen Aspekten über eine direkte Verdrahtung zu den Sensoren in der Mastereinheit. Die Feststellung, ob die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist, erfolgt gemäß einigen Aspekten durch Vergleichen der Sensorausgabedaten mit gespeicherten Daten, die angeben, welche Ausgabedatenwerte eine verbundene Werkzeugeinheit anzeigen und welche Ausgabedatenwerte eine getrennte Werkzeugeinheit anzeigen. Die Feststellung, ob sich die Werkzeugeinheit im Werkzeugständer befindet, unter Verwendung der Sensorausgabewerte vom Werkzeugeinheitsensor kann auf dieselbe Weise erfolgen. Die Verarbeitungsschaltungsanordnungen haben möglicherweise Zugriff auf interne Speicher, in denen diese Werte für Vergleiche gespeichert sind, oder sie haben möglicherweise Zugriff auf eine Speichereinheit in der Sicherheitssteuerung. Senden und Empfangen der Ergebnisse der Feststellungen erfolgen durch eine physikalische Verdrahtung zwischen den Verarbeitungsschaltungsanordnungen.
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Die Verbindungseinrichtung 24 ist so eingerichtet, dass sie sich in einen getrennten Zustand bewegt, wenn die mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 beide ein Trennsignal zum Trennen der Werkzeugeinheit 3 senden.
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Dieser Werkzeugwechsler 1, wie er in 2 dargestellt und zuvor beschrieben ist, sorgt gegenüber dem Stand der Technik in mehreren Aspekten für mehr Sicherheit. Es sind mindestens zwei Sensoren vorhanden, die einzeln feststellen, ob die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist. Die zwei Sensoren müssen beide erkennen lassen, dass sie verbunden ist, sodass keine Trennung stattfindet, wenn einer der Sensoren eine Störung aufweist. Wenn also ein Sensor eine Störung aufweist, wird dies unmittelbar erfasst und der Werkzeugwechsler 1 trennt die Werkzeugeinheit 3 nicht.
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Der Empfang einer Anforderung zum Trennen der Werkzeugeinheit erfolgt gemäß einigen Aspekten von einer Robotersteuerung aus.
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Es ist mindestens ein Werkzeugeinheitsensor 31 vorhanden, der erfasst, ob sich die Werkzeugeinheit 3 in dem Werkzeugständer 4 befindet, und er weist mindestens zwei Ausgänge auf, die beide dasselbe anzeigen müssen, damit eine Trennung erfolgt. Es sind also zwei Kanäle vorhanden und beide Kanäle müssen erkennen lassen, dass sich das Werkzeug im Werkzeugständer 4 befindet, bevor eine Trennung erfolgt. Wenn also ein Kanal eine Störung aufweist, kommt es nicht zur Trennung.
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Die Feststellung, ob eine Trennung sicher ist, erfolgt unabhängig von zwei unterschiedlichen Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23. Anders ausgedrückt erfassen zwei unabhängige Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 jeweils Sensordaten von allen Sensoren und stellen fest, in welchem Zustand sich der Werkzeugwechsler 1 befindet. Es kann keine Trennung stattfinden, wenn beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 bei den Ergebnissen nicht übereinstimmen. Des Weiteren müssen beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 ein Trennsignal senden, damit die Trennung ausgelöst wird.
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Anders ausgedrückt stellen die beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 unabhängig voneinander fest, ob beide Verbindungssensoren 25, 26 erkennen lassen, dass die Werkzeugeinheit 3 mit der Mastereinheit 2 verbunden ist, stellen fest, ob beide Kanäle von den Werkzeugeinheitsensoren erkennen lassen, dass sich die Werkzeugeinheit 3 im Werkzeugständer 4 befindet, und stellen fest, ob die andere Verarbeitungsschaltungsanordnung zu denselben Schlussfolgerungen kommt, und senden ein Trennsignal, wenn eine Trennung zulässig ist und angefordert wurde. Des Weiteren wird die Werkzeugeinheit 3 nicht getrennt, bevor nicht beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 das Trennsignal senden. Aufgrund der mehrfachen Redundanzen und der Art, wie der Werkzeugwechsler 1 aufgebaut ist, werden eventuelle Defekte oder Fehler erkannt, sodass die Werkzeugeinheit 3 in einem nicht zulässigen Zustand nicht von der Mastereinheit 2 getrennt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das Werkzeug 5 und der Werkzeugständer 4 in 2 mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Der Grund dafür ist, dass sie kein Bestandteil des beanspruchten Werkzeugwechslers 1 sind, in der Figur jedoch für einen guten Überblick darüber benötigt werden, wie der Werkzeugwechsler aufgebaut ist.
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Gemäß einigen Aspekten sind die mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 einzeln so angeordnet, dass sie feststellen, ob einer der empfangenen Sensorausgabewerte einen unerwarteten Zustand im Werkzeugwechsler 1 anzeigt, und dass sie im Fall eines unerwarteten Zustands das Trennsignal nicht senden. Ein unerwarteter Zustand liefert einen Sensorausgabewert außerhalb eines vorher festgelegten Wertebereichs. Somit findet also in beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 eine Überprüfung auf unerwartete Zustände statt. Die Überprüfung auf unerwartete Zustände erfolgt also in beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen, wobei ein unerwarteter Zustand beispielsweise ist, dass zwei Sensorwerte, die denselben Zustand anzeigen sollten, unterschiedliche Zustände anzeigen; beispielsweise lässt ein Verbindungssensor erkennen, dass die Werkzeugeinheit mit der Mastereinheit verbunden ist und der andere Verbindungssensor lässt erkennen, dass die Werkzeugeinheit nicht mit der Mastereinheit verbunden ist. Der vorher festgelegte Wertebereich hängt vom verwendeten Sensortyp ab. Die Verarbeitungsschaltungsanordnungen erhalten gemäß einigen Aspekten Anweisungen, damit sie feststellen, ob Sensorausgabewerte außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen oder anders ausgedrückt von einem erwarteten Zustand abweichen, indem sie die Sensorausgabedaten mit gespeicherten Werten in einer Datenbank vergleichen. Die gespeicherten Werte geben an, welche Sensorwerte einem verbundenen Zustand zugehörig sind und welche Werte einem getrennten Zustand zugehörig sind.
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Die Robotersteuerung kann gemäß einigen Aspekten an die Sicherheitssteuerung den Befehl zum Notaus geben. Damit soll der Strom zu den Ventilen unterbrochen werden, damit für das Wartungspersonal bei Wartungsarbeiten die Gefahr von elektrischen Schlägen vermieden wird. Es handelt sich um eine automatische Unterbrechung der Stromversorgung von Ventilen bei einem Notaus. Die Stromversorgung der Ventile wird auch bei internen Fehlern im Werkzeugwechsler unterbrochen, d.h. einem Fehlerzustand, der von den Verarbeitungsschaltungsanordnungen erfasst worden ist. Dies entspricht einem Versetzen des Werkzeugwechslers in einen arretierten Zustand.
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3 stellt ein beispielhaftes System mit einem Werkzeugwechsler gemäß einigen Aspekten der Offenbarung dar. Die Werkzeugeinheit 3 ist unter der Mastereinheit 2 in der verbundenen Position dargestellt. Die Sicherheitssteuerung 21 weist hier zwei Module auf, das Datenübertragungsmodul 211 und das Sicherheitsmodul 212. Das Datenübertragungsmodul kann auch ein integraler Bestandteil des Sicherheitsmoduls 212 sein. Das Sicherheitsmodul weist alle sicherheitstechnischen Teile für die zuvor und nachstehend beschriebenen Verriegelungsfunktionen auf, während das Datenübertragungsmodul zur Signalkopplung mit der Robotersteuerung verwendet wird. Diese Kopplung kann über ein E/A-Modul oder Busmodul erfolgen.
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Das beispielhafte System weist zwei monostabile, doppelte 3/2-Wege-Ventile 241, 242, stromlos offen/stromlos geschlossen, auf, die in ihrem passiven, d.h. stabilen, Zustand den Werkzeugwechsler 1 geschlossen halten. Durch die Redundanz des Systems müssen beide Ventile betätigt werden, damit der Werkzeugwechsler geöffnet wird. Die Ventilsteuersignale sind in diesem Dokument mit „WW öffnen1“ und „WW öffnen2“ als Bezugszeichen versehen.
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Das Sicherheitsmodul weist zwei separate Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 für „WW öffnen1“ und „WW öffnen2“ auf, die unabhängig für die Logiksteuerung arbeiten und die mit unterschiedlichen programmierbaren Technologien ausgeführt sind. Zum Nachweis, ob der Werkzeugwechsler 1 leer ist, werden zwei Verbindungssensoren 25, 26 parallel eingesetzt. Ein Verbindungssensor 25 verwendet einen im Ruhezustand geschlossenen Schalter „WWJeer“, der ein High-Signal liefert, um zu erkennen, ob der Werkzeugwechsler 1 leer ist, und ein weiterer Verbindungssensor 26 verwendet eine Brücke „WA_verbunden“, über die Werkzeugeinheit 3, um zu erkennen, ob ein Werkzeug an dem Werkzeugwechsler 1 befestigt ist. Die kombinierten Signale „WW_leer“ und „WA_verbunden“ werden in diesem Dokument mit dem Signal „WA_vorhanden“ bezeichnet. In diesem Beispiel wird für „WWJeer“ ein induktiver Näherungssensor 25 verwendet und für „WA_verbunden“ wird eine elektrische Brückenverbindung 26 verwendet. Es kann jedoch jeder beliebige mechanische oder elektrische Sensor oder Näherungssensor verwendet werden.
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Nachdem er ein Werkzeug in dem Werkzeugständer 4 platziert hat, wird der Werkzeugwechsler 1 in einen offenen oder anders ausgedrückt getrennten Zustand gehoben. Wenn jedoch die Signale „WA_vorhanden“ erkennen lassen, dass sich eine Werkzeugeinheit 3 noch im Werkzeugwechsler 1 befindet, wenn er aus dem Werkzeugaufbewahrungsständer gehoben wird, schließt der Werkzeugwechsler 1 automatisch. Damit soll die Werkzeugeinheit 3 mit dem Werkzeug sicher in einer verbundenen Position gehalten werden, ohne dass die Gefahr des unbeabsichtigten Fallenlassens besteht.
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Um zu erkennen, ob sich der Werkzeugwechsler 1 mit dem Werkzeug 5 im Werkzeugständer 4 befindet, werden doppelte Ausgabesignale 32, 33 „Werkzeug_in_Ständer“ verwendet, die in 3 dargestellt sind als Werkzeug_in_Ständer_1 und Werkzeug_in_Ständer_2. In diesem Beispiel wird ein RFID-Sensor verwendet, der eine passive Schaltung 41 im Werkzeugständer ist, jedoch kann jeder beliebige Näherungssensor verwendet werden. Beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 verwenden die beiden Signale „WA_vorhanden“ und die beiden Signale „Werkzeug_in_Ständer“. Da beide Signale, „WW öffnen1“ und „WW öffnen2“, aktiv sein müssen für eine Trennung, d.h. zum Öffnen des Werkzeugwechslers 1, verhindert ein Fehler in einer der Schaltungen, dass sich der Werkzeugwechsler 1 in gefährlichen Situationen öffnet. Des Weiteren müssen die Ergebnisse von beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen identisch sein, damit die Ausgabesignale aktiv geschaltet werden.
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Zum Steuern des Öffnens und Schließens des Werkzeugwechslers wird ein Signal von der Robotersteuerung verwendet, um die Sicherheitssteuerung 21 darüber zu informieren, dass ein Befehl zum Öffnen gegeben ist. Je nach Konfiguration des Datenübertragungsmoduls könnte dieses Signal auf unterschiedliche Weise gesendet werden, z.B. über einen Bus oder über diskrete Signale, wird jedoch als „ÖffneWW“ bezeichnet.
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Die Verbindungseinrichtung 24 umfasst gemäß einigen Aspekten einen Verriegelungskolben (nicht dargestellt), der betätigt wird, wenn die Werkzeugeinheit 3 verbunden ist. Zur internen Überwachung des Werkzeugwechslers 1 werden zwei Magnetsensoren 243, 244 verwendet, um die Position des Werkzeugwechsler-Verriegelungskolbens zu ermitteln. Die beiden Magnetsensoren weisen jeweils ein Ausgabesignal, das Signal „WW_geschlossen“ beziehungsweise „WW_offen“, für die Sicherheitssteuerung auf. Des Weiteren wird der Druck auf jeder Seite des Verriegelungskolbens von zwei Drucksensoren 245, 246 mit Ausgabesignalen überwacht, die mit „Druck_WW_schließen“ und „Druck_WW_öffnen“ bezeichnet sind. Diese Sensoren und ihre Ausgabesignale werden zur Steuerung der korrekten Funktionsweise der Hardware verwendet. Gemäß einigen Aspekten umfasst die Mastereinheit 2 somit zwei separate Drucksensoren, die auf zwei Seiten des Verriegelungskolbens zum Überwachen des Luftdrucks angeordnet sind, die Ausgabewerte von den Drucksensoren werden in der Sicherheitssteuerung 21 empfangen.
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Zusätzlich zur zuvor beschriebenen Steuersignalverriegelung verfügt der Werkzeugwechsler 1 auch über eine Zustandsüberwachung, z.B. wenn eine Werkzeugeinheit 3 verbunden ist (WA_vorhanden) oder wenn die Werkzeugeinheit 3 mit Werkzeug in einem Werkzeugständer 4 platziert ist („Werkzeug_in_Ständer“). Diese Statussignale können in der Robotersteuerung 6 gelesen werden. Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Signalen wird der Diagnosestatus des Werkzeugwechslers über kombinierte Signale der Werkzeugwechslersensoren bereitgestellt. Das Signal „Einsatzbereit“ wird also erzeugt, indem Sensorwerte mit den erwarteten Werten unter Berücksichtigung des Systemeingangssignals („ÖffneWW“) verglichen werden. Auf dieselbe Weise wie das Signal „Einsatzbereit“ wird ein Signal „Bereit_zum_Öffnen_WW“ von der Sicherheitssteuerung 21 an die Robotersteuerung 6 erzeugt, gibt jedoch den Zustand an, ob sich der Werkzeugwechsler in einer verbundenen oder getrennten Position befindet.
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Wenn die interne Überwachung einen unerwarteten Zustand anzeigt, wechselt die Sicherheitssteuerung 21 automatisch in einen Fehlerzustand und schaltet beide Ausgabesignale, „WW_öffnen1“ und „WW_öffnen2“, auf Low, damit der Werkzeugwechsler 1 in einer verbundenen Stellung bleibt.
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Zu Überwachungszwecken empfängt die Robotersteuerung möglicherweise Fehlersignale, Fehlercodesignale und/oder Sensorsignale von der Sicherheitssteuerung.
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Die Sicherheitssteuerung 21 kann auch ein Relais aufweisen, das verwendet wird, um die Stromversorgung des Werkzeugs mit 24 V, wenn überhaupt, während des Verbindungs- oder Trennvorgangs zu unterbrechen. Damit soll eine Entstehung von Lichtbögen vermieden werden.
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4 beschreibt die Hardwarearchitektur gemäß einigen Aspekten der Offenbarung. Gemäß einigen Aspekten ist dies eine andere Art der Darstellung des Aufbaus in 3. Einige Details können sich jedoch unterscheiden, was an der Umsetzung des Werkzeugwechslers liegt. Die beiden zuvor erwähnten separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen 22, 23 sind hier eine erste Schaltung mit einem Mikrocontroller, MCU, und eine zweite Schaltung mit einem Complex Programmable Logic Device, CPLD. Die Schaltungen senden Aktorausgabesignale zur Aktivierung der Pneumatikventile, die den Pneumatikzylinder steuern, wenn eine Trennung angewiesen wird und wenn die Prozessoren festgestellt haben, dass eine Trennung zulässig ist. Die mit „Isolierung“ gekennzeichneten Kästchen sollen angeben, wo eine elektrische Isolierung vorhanden ist. Die elektrischen Isolatoren dienen der Entfernung von Störungen, sodass nur das erwünschte Signal passiert. Der elektrische Isolator ist beispielsweise ein optischer Isolator.
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In der Ecke oben links beginnend wird ein Steuersignal ÖffneWW von einer Robotersteuerung an die beiden Verarbeitungsschaltungsanordnungen gesendet. Die als Eingang für die Verarbeitungslogik verwendeten Sensoren sind links dargestellt. Diese lauten WWJeer, WA_verbunden, Werkzeug_in_Ständer_1 und Werkzeug_in_Ständer_2. Alle vier Signale werden an beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen gesendet.
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Es werden mehrere Signale an die Robotersteuerung gesendet. Beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen senden Fehlersignale, Fehler 1 und Fehler 2, wenn sie Fehler in dem Werkzeugwechsler erkannt haben, die eine Abschaltung des Roboters erfordern. Die Verarbeitungsschaltungsanordnungen senden auch ein Diagnosesignal an die Robotersteuerung. In diesem Einrichtungsbeispiel senden auch alle Sensoren ihre Ausgabesignale an die Robotersteuerung.
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Mit der gegenseitigen Überwachung zwischen den Verarbeitungsschaltungsanordnungen ist veranschaulicht, dass die Verarbeitungsschaltungsanordnungen ihren ermittelten Sensorzustand wie zuvor beschrieben aneinander senden. Die Verarbeitungsschaltungsanordnungen überprüfen sich gegenseitig und aktivieren die Ausgabesignale an die Ventile erst dann, wenn gleiche Ergebnisse berechnet werden. Mit den Signalen Rückmeldung_AUS1/2 werden auch die Betätigungsstromkreise in den Ventilen abgeglichen, und es kommt zu einer vollständigen Unterbrechung des Trennvorgangs, wenn sie sich unterscheiden.
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Wie in 4 erkennbar ist, sind zwei Pneumatikventile vorhanden; Kanal 1 und Kanal 2. Der Luftdruck in beiden Ventilen wird mit Sensoren überwacht, die die Signale Druck_WW_schließen und Druck_WW_öffnen liefern. Wenn beide Ventile betätigt werden, wird ein Ventil zum Betätigen eines Pneumatikzylinders auf der Öffnungsseite verwendet und ein weiteres Ventil wird zum Absaugen von Luft von der Schließseite verwendet, damit die Werkzeugeinheit getrennt wird. Eine Feder kann verwendet werden, um den Zylinder mechanisch geschlossen zu halten, wenn die Ventile nicht arbeiten oder Luftdruck fehlt. Zwei Magnetsensoren mit den Ausgabesignalen „WW_geschlossen“ und „WW_offen“ werden hier ebenfalls verwendet, damit die Position des Werkzeugwechsler-Verriegelungskolbens überwacht wird.
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Bezugszeichenliste
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| 1. |
Werkzeugwechsler |
| 2. |
Mastereinheit |
| |
21. |
Sicherheitssteuerung |
| |
211. |
Datenübertragungsmodul |
| 212. |
Sicherheitsmodul |
| 22. |
Erste Verarbeitungsschaltungsanordnung |
| 23. |
Zweite Verarbeitungsschaltungsanordnung |
| 24. |
Verbindungseinrichtung |
| |
241. |
Erstes Ventil |
| 242. |
Zweites Ventil |
| 243. |
Erster Magnetsensor |
| 244. |
Zweiter Magnetsensor |
| 245. |
Erster Drucksensor |
| 246. |
Zweiter Drucksensor |
| 25. |
Erster Verbindungssensor |
| 26. |
Zweiter Verbindungssensor |
| 27. |
Näherungsdetektor (Stand der Technik) |
| 28. |
Relais (Stand der Technik) |
| 29. |
Steuerung |
|
| 3. |
Werkzeugeinheit |
| |
31. |
Werkzeugeinheitsensor |
| 32. |
Erstes Ausgabesignal Zweites Ausgabesignal |
| 33. |
| 34. |
Verriegelungsschalter (Stand der Technik) |
| 35. |
Näherungsindikator (Stand der Technik) |
| 4. |
Werkzeugständer |
| 41. |
Passive Schaltung |
| 5. |
Werkzeug |
| 6. |
Robotersteuerung |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6840895 B2 [0007, 0027, 0031, 0032]
