-
Die Erfindung betrifft einen Flächensauggreifer zum Ansaugen und Handhaben von Gegenständen, mit einem Grundmodul, in welchem eine mit Unterdruck beaufschlagbare Unterdruckkammer vorgesehen ist, wobei das Grundmodul auf einer Saugseite Saugöffnungen aufweist, wobei der Saugseite eine elastisch komprimierbare, mit den Saugöffnungen korrespondierende Durchgangsöffnungen aufweisende Struktur mit einer Anlagefläche zur Anlage des anzusaugenden Gegenstandes zugeordnet ist, wobei im Betrieb die Struktur oder ein Teilabschnitt der Struktur, in welchem an der Anlagefläche keine Gegenstande angesaugt gehalten sind, einen Neutralzustand einnehmen, und wobei im Betrieb die Struktur oder ein Teilabschnitt der Struktur, in welchem Gegenstände an der Anlagefläche angesaugt gehalten sind, einen Komprimierzustand einnehmen.
-
Derartige Flächensauggreifer dienen insbesondere zum lageweisen Ergreifen und Anheben von Gegenständen, die unregelmäßige und komplexe Oberflächen aufweisen, insbesondere lagestabile Flachmaterialien, wie z.B. Bretter oder Platten, oder von kleineren Gegenständen, wie z.B. Dosen, Bechern, Schalen oder dergleichen. Der Flächensauggreifer weist dabei eine flexible Struktur, insbesondere einen Belag auf, der üblicherweise an die Oberseite der zu greifenden Gegenstände angelegt wird. Als vorteilhaft hat sich eine Struktur aus Schaumstoff oder Dichtschaum erwiesen, da sich diese an die mitunter unebene Oberfläche gut anschmiegt.
-
Aus der
DE 10 2006 050 970 A1 sind Flächensauggreifer bekannt, bei welchen die Struktur in Form eines Schaumstoffbelags mit einer Decklagenschicht versehen ist, welche Saugöffnungen aufweist, deren Strömungsquerschnitt exakt an die zu greifenden Gegenstände angepasst sind.
-
Aus der
DE 10 2013 201 249 B4 sind ähnliche Flächensauggreifer mit einer schaumstoffartigen Struktur bekannt.
-
Aus der
EP 3 153 282 A1 sind Flächensauggreifer mit einer elektrisch leitfähigen Platte als Anlagefläche bekannt, wobei die Kapazität der Platte gegenüber dem Grundmodul gemessen wird. Eine elastisch komprimierbare Struktur ist nicht vorgesehen. Mit einem solchen Flächensauggreifer können insbesondere eine gleichmäßige, metallische Oberfläche aufweisenden Gegenstände, wie Bleche, gegriffen werden. Gegenstände, die eine unregelmäßige oder komplexe Oberfläche aufweisen, können nur schwerlich oder nicht gehandhabt werden. Zudem wird das elektrische Feld von der Maschinenumgebung leicht beeinflusst, was zu falschen Ergebnissen führt.
-
Aus der
DE 20 2017 101 333 U1 sind Flächensauggreifer bekannt, bei denen in jeder Strömungsöffnung ein Strömungssensor in Form eines Strömungsmessers vorgesehen ist. Die Anordnung und Instandhaltung der Strömungsmesser ist dabei vergleichsweise aufwändig.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flächensauggreifer bereitzustellen, mit dem der Greifvorgang funktionssicher erfolgt und überwachbar ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flächensauggreifer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Folglich ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen dem Grundmodul und der Struktur oder in der Struktur Drucksensoren vorsehen sind, die derart eingerichtet sind, dass sie im Komprimierzustand Sensorsignale erzeugen, die die auf die Struktur wirkenden Druckkräfte repräsentieren.
-
Die Sensorsignale können dabei analoge oder digitale Signale sein und repräsentieren die jeweils auf die Struktur an der jeweiligen Stelle der Struktur wirkenden Druckkraft. Die auf die Struktur an der jeweiligen Stelle wirkende Druckkraft korrespondiert vorzugsweise linear mit der Haltekraft, mit der der angesaugte Gegenstand gehalten wird. Je höher die Haltekraft, desto höher der auf die Struktur wirkende Druckkraft. Wird folglich eine hohe Druckkraft detektiert, so kann daraus auf eine hohe Haltekraft rückgeschlossen werden. Wird lediglich eine geringe Druckkraft auf Basis der den Druck repräsentierenden Sensorsignale detektiert, so ist die Haltekraft entsprechend geringer.
-
Insgesamt kann dadurch auf die jeweils vorhandene Haltekraft rückgeschlossen werden, wodurch der Greifvorgang funktionssicher erfolgen und sicher überwacht werden kann.
-
Vorteilhafterweise ist eine Vielzahl von Drucksensoren vorgesehen, die insbesondere in gleichmäßigen Abständen zueinander in einer Ebene liegend verteilt angeordnet sind. Ebene verläuft dabei vorzugsweise parallel zur Ansaugen Fläche. Je nach gewünschter örtlicher Auflösung der Druckkräfte, und damit eines auf die Struktur wirkenden Druckprofils, können unterschiedlich viele Drucksensoren Verwendung finden. Soll eine vergleichsweise hohe örtliche Auflösung bereitgestellt werden, sind vergleichsweise viele Sensoren vorzusehen; genügt eine vergleichsweise geringe örtliche Auflösung, kann eine geringere Anzahl von Sensoren ausreichend sein.
-
Dabei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drucksensoren in oder an wenigstens einer Drucksensormatte oder Drucksensorfolie vorgesehen sind oder von einer solchen gebildet werden. Es ist denkbar, dass eine Matte oder Folie an oder in der Struktur vorgesehen ist, die im Bereich der Saugöffnungen Durchbrüche vorsieht. Ferner ist denkbar, dass mehrere Matten oder Folien in den Bereichen zwischen den Saugöffnungen Verwendung finden.
-
Die Drucksensoren der Drucksensormatte oder Drucksensorfolie können dabei insbesondere von in Textilien vorgesehen Fäden mit sensorischen Eigenschaften gebildet werden. Derartige Fäden mit sensorischen Eigenschaften sind beispielsweise aus der
WO 2007/059971 A2 bekannt.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine die Sensorsignale auswertende Auswerteeinheit vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, aus den Sensorsignalen eine oder mehrere Größen zu bestimmen. Zu diesen Größen zählt insbesondere ein 2- oder 3-dimensionales Druckprofil der auf die Struktur wirkenden Druckkräfte. Ein solches Profil kann eine parallel zur Anlagefläche, sich in X- und Y-Richtung erstreckende Grundfläche aufweisen und eine dazu senkrecht verlaufende Z-Richtung, in der die Höhe der jeweiligen Druckkräfte wiedergegeben wird. Aus einem solchen Druckprofil kann abgeleitet werden, an welchen Stellen oder Teilabschnitten der Struktur welche Haltekraft anliegt und ob insbesondere eine ausreichende Haltekraft vorgesehen ist. Ferner kann festgestellt werden, welche Teilabschnitte der Ansaugfläche einen Gegenstand greifen und welche keinen Gegenstand greifen. Zudem kann der Belegungsgrad der Anlagefläche bestimmt werden, insbesondere auch, ob alle zu greifenden Gegenstände tatsächlich gegriffen werden. Ferner ist denkbar, die Komprimiertiefe der Struktur beim Ansaugen der Gegenstände zu bestimmen. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass bei bekanntem Kraft/Weg Verhältnis (Fehlerrate) der Struktur aus den gemessenen Druckkräften auf den Komprimierweg rückgeschlossen werden kann. Ist die Komprimiertiefe sehr gering, ist denkbar, dass der Gegenstand nicht wie vorgesehen angesaugt ist. Ferner ist vorteilhaft, wenn die Veränderung der Komprimiertiefe beziehungsweise des Komprimierzustands während der Handhabung bestimmt wird. Der Komprimierzustand kann sich insbesondere aufgrund von Gewichtskräften oder Trägheitskräften während des Bewegens des Flächensauggreifers ändern. Sollte der Komprimierzustand während des Greifvorgangs und der Handhabung einen kritischen Schwellwert unterschreiten, dann kann ein Lösen des Gegenstands von der Anlagefläche nicht ausgeschlossen werden. Die Auswerteinheit kann dann entsprechende Gegenmaßnahmen treffen, beispielsweise den Ansaugdruck erhöhen, die gegriffenen Gegenstände ablegen oder entsprechend geeignete Maßnahmen veranlassen. Zudem kann die Auswerteeinheit die Anzahl der Komprimierzustände in einem vorgegebenen Zeitpunkt bestimmen. Denkbar ist, dass über die Anzahl der Komprimierzustände auf die Alterung oder einen Verschleiß der Struktur rückgeschlossen wird, so dass die Struktur rechtzeitig ausgetauscht werden kann.
-
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit eingerichtet und dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit wenigstens einer der mehreren Größen Signale auszugeben und/oder Maßnahmen zu ergreifen. Derartige Maßnahmen können beispielsweise eine Erhöhung des Unterdrucks, ein Senken des Unterdrucks, ein Beschleunigen des Flachsauggreifers, ein Abbremsen des Flachsauggreifers oder ein Notlauf des Flachsauggreifers sein.
-
Die Auswerteeinheit kann dabei im oder am Flachsauggreifer vorgesehen sein. Allerdings ist auch denkbar, dass die Auswerteeinheit extern vorgesehen und insbesondere mit einer übergeordneten Maschinensteuerung gekoppelt ist.
-
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Auswerteeinheit derart vorgesehen und dazu eingerichtet ist, einen Unterdruckerzeuger zur Erzeugung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer in Abhängigkeit der Sensorsignale anzusteuern. Werden geringe auf die Struktur wirkende Druckkräfte detektiert, so kann insbesondere der Unterdruckerzeuger zur Erzeugung eines höheren Unterdrucks angesteuert werden. Werden vergleichsweise hohe Druckkräfte an der Struktur, und damit eine vergleichsweise hohe Haltekraft detektiert, kann der Unterdruckerzeuger beispielsweise derart angesteuert werden, dass ein geringerer, aber noch ausreichender Unterdruck erzeugt wird.
-
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Struktur von Schaum, insbesondere Schaumstoff oder technischem Dichtschaum gebildet wird. Dabei ist denkbar, dass der Schaum aus mehreren, insbesondere parallel zur Saugseite verlaufenden Schichten gebildet ist. Bei einer derartigen Ausführungsform können die Drucksensoren zwischen den Schichten angeordnet sein. Insbesondere ist auch denkbar, dass eine Drucksensormatte oder Drucksensorfolien zwischen den Schichten vorgesehen sind. Hierdurch werden die Drucksensoren vor störenden Umwelteinflüssen geschützt.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Struktur von einer Matrix aus Balg- oder Flachsaugern gebildet wird. Derartige Balg- oder Flachsauger weisen einen elastischen nachgiebigen, und damit einen komprimierbaren Saugnapf auf.
-
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Flächensauggreifers, wobei der Unterdruck in der Unterdruckkammer in Abhängigkeit der Sensorsignale, die die auf die Struktur wirkenden Druckkräfte repräsentieren, bereitgestellt wird. Hierdurch kann eine insbesondere von auf die Struktur wirkenden Druckkräften abhängige Regelung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer bereitgestellt werden.
-
Dabei ist denkbar, dass die Bereitstellung des Unterdrucks derart ist, dass im Komprimierzustand ein gerade noch zulässiger, minimaler Unterdruck bereitgestellt wird. Insgesamt kann dadurch ein vergleichsweise energiesparendes Betreiben des Flächensauggreifers erreicht werden.
-
Ferner ist denkbar, dass die Bereitstellung des Unterdrucks derart ist, dass im Komprimierzustand ein maximal zulässiger Unterdruck bereitgestellt wird. Dadurch kann eine maximale Haltekraft erzielt werden, wodurch maximale Beschleunigungen des gegriffenen Gegenstandes möglich werden. Insgesamt kann hierdurch eine zeitoptimierte Handhabung erreicht werden.
-
Die Bereitstellung des Unterdrucks ist dabei derart, dass der Unterdruck während der Handhabung des Gegenstands konstant sein kann oder variieren kann, insbesondere in Abhängigkeit von der räumlichen Ausrichtung und/oder der Beschleunigung des Gegenstands.
-
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
-
In der 1 ist ein schematischer Aufbau eines Flächensauggreifers 10 gezeigt, der ein Grundmodul 12 aufweist, in dem eine mit Unterdruck beaufschlagbare Unterdruckkammer 14 vorgesehen ist. Im Grundmodul 12 kann eine entsprechende Ventiltechnik untergebracht sein (in den Figuren nicht gezeigt), mit der Saugöffnungen 18 an einer Saugseite 20 des Grundmoduls 12 geöffnet beziehungsweise verschlossen werden können. An der Saugseite 20 ist eine elastisch komprimierbare Struktur 22 vorgesehen, die insbesondere aus einem Schaum 24, insbesondere aus einem technischen Dichtschaum gebildet ist. Die Struktur 22 kann auch aus einer Matrix von Balg- oder Flachsaugern gebildet sein.
-
Wie aus der 1 deutlich wird, weist die Struktur 22 Durchgangsöffnungen 26 auf, welche mit den Saugöffnungen 18 korrespondieren. Zwischen der Saugseite 20 und der Struktur 22 kann auch eine Ventilfolie angeordnet sein.
-
Zum Ansaugen und Handhaben von Gegenständen 16 wird die Struktur 22, beziehungsweise deren Anlagefläche 30 mit dem zu greifenden Gegenstand 16 in Kontakt gebracht. Aufgrund des in den Durchgangsöffnungen 26 anliegenden, von einem Unterdruckerzeuger 28 erzeugten Unterdrucks (durch Pfeile angedeutet) wird der Gegenstand 16 in Richtung Grundmodul 12 angezogen und die elastisch komprimierbare Struktur 22 in dem Teilabschnitt, in welchem der Gegenstand 16 an der Anlagefläche 30 anliegt, aus einem Neuralzustand in einen Komprimierzustand gebracht.
-
Zwischen dem Grundmodul 12 und der Struktur 22 sind Drucksensoren 32 vorsehen sind, die derart eingerichtet sind, dass sie im Komprimierzustand Sensorsignale erzeugen, die die auf die Struktur 22 wirkenden Druckkräfte repräsentieren. Die Drucksensoren 32 sind dabei in gleichmäßigen Abständen in einer parallel zur Saugseite 20 verlaufenden Ebene E verteilt angeordnet. Die Drucksensoren 32 sind ferner in oder an wenigstens einer Drucksensormatte 34 oder Drucksensorfolie vorgesehen, die Durchbrüche in den Bereichen der Saugöffnungen 18 bzw. der Durchgangsöffnungen 26 aufweist.
- Wie aus 1 deutlich wird, ist am oder im Grundkörper 12 eine Auswerteeinheit 38 vorgesehen ist, die die von den Drucksensoren 32 erzeugten Sensorsignale auswertet. Der Auswerteeinheit 38 ist dabei über eine Leitung 40 mit der Drucksensormatte 34, und damit mit den Drucksensoren 32 verbunden.
-
Die Auswerteeinheit 38 so eingerichtet, dass sie aufgrund der Sensorsignale bzw. der an der Struktur 22 anliegenden Druckkräften bestimmen kann, welcher Teilabschnitt die Struktur 22 einen Komprimierzustand einnimmt und kann daraus rückschließen, ob oder das dort das Bauteil 16 gegriffen wird. Die Auswerteeinheit 38 kann zudem aus den anliegenden Druckkräften die Höhe der Greifkraft bestimmen. Dabei ist denkbar, dass die Auswerteeinheit 38 ein Druckprofil erzeugt, welches über der Anlagefläche 30, die sich in X Richtung und Y Richtung erstreckt, die Druckkräfte in Z Richtung aufzeigt. In den Bereichen, in denen Gegenstände 16 gegriffen werden entsprechend große Haltekräfte vorliegen, zeigt das Druckprofil in Z Richtung entsprechend hohe Werte. Vorteilhafterweise kann das Druckprofil an einer Ausgabeeinheit, wie beispielsweise einem Monitor, ausgegeben werden, sodass der Bediener ein optisches Bild über den Greifzustand des Flächensauggreifers 10 präsentiert bekommt.
-
Die Auswerteeinheit 38 kann dabei auch den gesamten Belegungsgrad der Anlagefläche 30 bestimmen. Ferner ist denkbar, dass die Auswerteeinheit 38 eine Veränderung der Druckkräfte, und damit des Komprimierzustands während der Handhabung der Gegenstände 40 bestimmt. Auch die Anzahl der Druckänderungen in einem vorgesehenen Zeitraum oder eine Veränderung des Komprimierverhaltens bei Alterung oder Verschließ der Struktur kann bestimmt werden.
-
Ferner ist vorgesehen, dass die die Sensorsignale auswertende Auswerteeinheit 38 auch dazu eingerichtet ist, den Unterdruckerzeuger 28 in Abhängigkeit der Sensorsignale anzusteuern, sodass stets ein ausreichend hoher Unterdruck, und dadurch eine ausreichend hohe Greifkraft, zur Verfügung steht. Dies kann derart erfolgen, dass im Komprimierzustand ein gerade noch zulässiger, minimaler Unterdruck bereitgestellt wird, um ein energiesparendes Greifen zu ermöglichen. Auch denkbar ist, dass ein maximal zulässiger Unterdruck bereitgestellt wird, ein sicheres Greifen auch bei maximalen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten des Gegenstands 16 erzielbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006050970 A1 [0003]
- DE 102013201249 B4 [0004]
- EP 3153282 A1 [0005]
- DE 202017101333 U1 [0006]
- WO 2007/059971 A2 [0013]
