DE202005005869U1 - Versorgungsleitung, insbesondere Schlauchpaket für einen Industrieroboter , sowie Vorrichtung mit einer solchen Versorgungsleitung - Google Patents

Versorgungsleitung, insbesondere Schlauchpaket für einen Industrieroboter , sowie Vorrichtung mit einer solchen Versorgungsleitung Download PDF

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Abstract

Versorgungsleitung (2), insbesondere Schlauchpaket für einen Industrieroboter (40), mit einer Anzahl von Kabeln (6A,6B) und/oder Leitungen (8A,8B) sowie mit einem integrierten Überwachungssensor (12) zur Überwachung der Verformung der Versorgungsleitung (2), der eine claddingfreie Lichtleiterfaser (14) umfasst, die von einer Ummantelung (16) derart umgeben ist, dass diese bei Krafteinwirkung gegen die Lichtleiterfaser (14) gepresst wird, wobei die Lichtleiterfaser (14) mit einer Einspeisestelle (28) zum Einkoppeln von Licht sowie mit einer Auswerteeinrichtung (32) verbindbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Versorgungsleitung, insbesondere ein Schlauchpaket für einen Industrieroboter, mit einem integrierten Überwachungssensor zur Überwachung der Verformung der Versorgungsleitung sowie eine Vorrichtung mit einer derartigen Versorgungsleitung.
  • In vielen technischen Bereichen werden Versorgungsleitungen in zum Teil hoch belasteten Bereichen eingesetzt und geführt, sind also mitunter extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Insbesondere bei der Anbindung von sich bewegenden Maschinenteilen muss die Versorgungsleitung eine ausreichend hohe Elastizität oder Biegeschlaffheit aufweisen, um den Bewegungen des Maschinenteils folgen zu können.
  • Ein derartiger hoch belastender Einsatzbereich liegt beispielsweise bei einem insbesondere mehrarmigen Industrieroboter vor, wie er in vielen Industriebereichen zu Automatisierungszwecken eingesetzt wird. Bei einem Industrieroboter wird die Versorgungsleitung, die als so genanntes Schlauchpaket mit einer Vielzahl von einzelnen Leitungskomponenten ausgestattet ist, über mehrere relativ zueinander bewegbare Roboterarme zu einem Werkzeugkopf, beispielsweise einem Schweißapparat, geführt. In dem Schlauchpaket sind üblicherweise elektrische Versorgungs- und Datenkabel, optische Kabel sowie Fluidleitungen zur Zuführung von Gasen oder Flüssigkeiten angeordnet. Der Ausfall eines Industrieroboters, beispielsweise aufgrund eines Adernbruches in einem elektrischen Kabel, kann zu hohen Stillstandszeiten und damit zu hohen Kosten führen. Ein derartiger Adernbruch tritt beispielsweise bei einer unzulässigen Biegebelastung des Schlauchpakets auf, bei der das elektrische Kabel über eine erlaubte Streckgrenze gedehnt wird. Eine derartige unzulässige Biegung stellt daher eine unzulässige Verformung des elastischen, biegeschlaffen Schlauchpakets dar.
  • Aus der DE 198 06 629 A1 ist ein Lichtleitkabelsystem zur Biegeradius- und Bruchüberwachung von Lichtleitfasern zu entnehmen. Das Lichtleitkabelsystem ist als Hochleistungs-Lichtleitkabel vorgesehen, durch das hochenergetische Laserstrahlung geleitet wird. Die Überwachung eines derartigen Lichtleitkabels ist vorgeschrieben und dient der Arbeitssicherheit. Zur Überwachung der Lichtleitfaser ist eine zusätzliche Überwachungsfaser vorgesehen. Bei Überschreitung eines bestimmten Biegeradiusses der zu überwachenden Lichtleitfaser wird der Reflexionswinkel der Totalreflektion überschritten und Licht tritt aus der überwachten Faser in die Überwachungsfaser aus. Dieses dann in der Überwachungsfaser detektierte Licht wird als Signal für eine unzulässige Biegung ausgewertet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unzulässige Verformung, insbesondere bei einem Schlauchpaket eines Industrieroboters mit einfachen Mitteln erfassen zu können.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Versorgungsleitung gemäß Anspruch 1. Danach ist vorgesehen, dass die elastische oder biegeschlaffe Versorgungsleitung einen Überwachungssensor zur Detektion einer unzulässigen Verformung aufweist. Zur Ausbildung des Überwachungssensors ist in die Versorgungsleitung eine claddingfreie Lichtleiterfaser integriert, die von einer Ummantelung umgeben ist. Beim Betrieb wird durch die Lichtleiterfaser Licht geleitet, so dass sich an der Außenoberfläche der Lichtleiterfaser das so genannte Evanescent-Feld ausbildet. Bei einer unzulässigen Verformung wird auf die Ummantelung ein Druck ausgeübt, so dass die Ummantelung gegen die Faser gepresst wird, wodurch das Evanescent-Feld und damit die Lichtausbreitung gestört wird. Diese Störung wird als Intensitätsänderung erfasst und bei Bedarf ausgewertet.
  • Diese Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass bei der Lichtausbreitung in einer Lichtleiterfaser sich im oberflächennahen Bereich das Evanescent-Feld ausbildet, dass also die elektromagnetischen Wellen sich in diesem oberflächen nahen Bereich ausbreiten. Herkömmliche Lichtwellenleiter sind von einem so genannten Cladding umgeben, welches einen Mantel oder eine Beschichtung der optischen Faser (Lichtleiterfaser) darstellt und die gewünschte Totalreflektion durch die Wahl eines Brechungsindex kleiner dem der Lichtleiterfaser gewährleistet. Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, dass eine Störung der Lichtwellenausbreitung im Bereich des Evanescent-Feldes zu einer messbaren Intensitätsveränderung führt, die ausgewertet werden kann. Ausgehend hiervon ist zur Ausgestaltung des Überwachungssensors wesentlich, dass die Lichtleiterfaser claddingfrei ist, dass sie also keine direkte Beschichtung aufweist. Dadurch wird ermöglicht, dass bei einer Druckbeaufschlagung die Ummantelung gegen die claddingfreie Lichtleiterfaser gepresst wird, so dass das Evanescent-Feld gestört wird.
  • Ausgehend von diesem Sensorprinzip ist bei der vorliegenden Erfindung die Integration eines derartig ausgebildeten Überwachungssensors in eine Versorgungsleitung vorgesehen. Wird die Versorgungsleitung unzulässig verformt, so führt dies nämlich dazu, dass die Ummantelung gegen die Lichtleiterfaser gedrückt wird, so dass eine Intensitätsveränderung erfasst und ausgewertet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil des Überwachungssensors ist darin zu sehen, dass er bereits ohne Verformung der Lichtleiterfaser sensitiv ist. Es genügt daher, wenn die Ummantelung zum Anliegen an die Lichtleiterfaser kommt.
  • Bei dem Überwachungssensor handelt es sich daher um einen drucksensitiven Sensor. Für dessen Wirkung ist von entscheidender Bedeutung, dass durch das Andrücken der Ummantelung gegen die Lichtleiterfaser das Evanescent-Feld und damit die Lichtausbreitung beeinträchtigt wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Ummantelung vorzugsweise einen Brechungsindex aufweist, der größer ist als der der Lichtleiterfaser, so dass die Bedingung für Totalreflektion bei anliegender Ummantelung unterbrochen ist. Alternativ weist die Ummantelung ein hohes Dämpfungs- oder Absorptionsvermögen auf, so dass – selbst wenn die Bedingung für die Totalreflektion gegeben ist – das Licht sich im oberflächennahen Bereich durch die eine hohe Dämpfung aufweisende Ummantelung ausbreiten muss und dadurch geschwächt wird.
  • Um im normalen, also unbelasteten Zustand eine weitgehend störungsfreie Lichtausbreitung zu ermöglichen, ist vorzugsweise die Lichtleiterfaser unter Freilassung eines Zwischenraums von der Ummantelung umgeben. Zweckdienlicherweise wird bei der Versorgungsleitung eine unzulässige Biegung erfasst und der Überwachungssensor ist außerhalb einer neutralen Faser der Versorgungsleitung angeordnet.
  • Zweckdienlicherweise ist der Überwachungssensor außerhalb einer neutralen Faser der Versorgungsleitung angeordnet, so dass bei einer Biegung der Versorgungsleitung gewährleistet ist, dass auf den Überwachungssensor ein Druck in – bezogen auf die Biegung der Versorgungsleitung – radialer Richtung ausgeübt wird.
  • Um eine einfache Herstellung zu ermöglichen, ist zweckdienlicherweise die Versorgungsleitung oder eine Leitungskomponente von ihr gemeinsam mit der Lichtleiterfaser extrudiert. D.h. die Versorgungsleitung und die Lichtleiterfaser werden kostengünstig als Meterware hergestellt.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist der Überwachungssensor, umfassend die Lichtleiterfaser und die Ummantelung, mit weiteren Leitungskomponenten zur Ausbildung der Versorgungsleitung verseilt.
  • Zweckdienlicherweise ist die Lichtleiterfaser in einem Mantel der Versorgungsleitung integriert. Dies hat den Vorteil, dass die Lichtleiterfaser im Außenbereich angeordnet ist, in dem die Verformung und damit die Druckeinwirkung auf den Überwachungssensor am größten ist. Vorzugsweise bildet hierbei der Mantel zugleich auch die Ummantelung der Faser. Der Mantel und die Lichtleiterfaser werden hierbei insbesondere koextrudiert.
  • Um eine hohe Sensibilität zu gewährleisten ist die Ummantelung insbesondere leicht verformbar ausgebildet und weist eine nur geringe Eigensteifigkeit auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Ummantelung hierbei als ein die Lichtleiterfaser umgebender Schlauch ausgebildet, in dem diese insbesondere lose einliegend geführt ist. Die Ausgestaltung mit der lose einliegenden Faser ist aufgrund ihrer einfachen Herstellbarkeit sehr kostengünstig. Die Faser ist hierbei in etwa schlangenlinienartig innerhalb des Schlauches geführt und schmiegt sich an den Umkehrpunkten an der Ummantelung an. Bei Druckbelastung kommen größere Teilbereiche der Lichtleiterfaser mit der Ummantelung in Berührung.
  • Alternativ hierzu wird zur Ausbildung der Ummantelung die Faser umschäumt. Insbesondere bildet hierbei die Umschäumung zugleich auch den Mantel der Versorgungsleitung oder einer Leitungskomponente der Versorgungsleitung. Zweckdienlicherweise wird hierbei ein offenporiger Schaum verwendet, so dass die Ummantelung sich nicht vollflächig an der Lichtleiterfaser abstützt. Ein geschlossenporiger Schaum kann verwendet werden, wenn der Brechungsindex des Schaummaterials kleiner ist als der der Lichtleiterfaser. In diesem Fall wird bei einer Druckausübung, also dem Anpressen der Ummantelung gegen die Lichtleiterfaser, der Schaum komprimiert, wodurch sein Dämpfungsverhalten stark verändert wird, was zu der Intensitätsveränderung führt.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere ein Industrieroboter gemäß Anspruch 12. Die Vorrichtung ist hierbei insbesondere eine Maschine oder eine Anlage, bei der zwei relativ zueinander bewegbare Maschinenteile vorgesehen sind und die Versorgungsleitung über diese hinweg – oder an diesen entlang geführt ist. Die im Hinblick auf die Versorgungsleitung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Vorrichtung zu übertragen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Intensitätsverlauf des erfassten Lichts in einer Auswerteeinrichtung gespeichert. Durch das Abspeichern besteht die Möglichkeit, auch zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt Ursachen für eine Beschädigung der Versorgungsleitung nachzuvollziehen. Aufgrund des teilweise hohen wirtschaftlichen Schadens bei Ausfall einer Produktionsanlage aufgrund einer schadhaften Versorgungsleitung ist dies besonders relevant im Hinblick auf Garantie- und Gewährleistungsansprüche. Durch diese Maßnahme hat nämlich der Hersteller oder Lieferant der Versorgungsleitung die Möglichkeit, eine unzulässige und nicht mehr unter die Gewährleistung fallende Benutzung nachzuweisen. Die abgespeicherten Intensitätsverläufe werden hierzu bei Bedarf aus dem Speicher ausgelesen und ausgewertet. Hierzu ist vorzugsweise auch eine Ferndiagnose vorgesehen.
  • Da abhängig von dem jeweiligen Einsatzgebiet der Versorgungsleitung diese einen komplexen Aufbau aufweist und zudem für unterschiedliche Anwendungen vorgesehen sein kann, wird der Überwachungssensor gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung, zunächst geeicht. Hierzu wird die Versorgungsleitung mit dem integrierten Überwachungssensor den beim Einsatz der Versorgungsleitung jeweils erlaubten Belastungen ausgesetzt. Die hierbei zwangsläufig auftretenden Intensitätsänderungen des erfassten Lichts werden als zulässige Referenzkurven gespeichert. Hierbei werden zweckdienlicherweise in einer Tabelle für unterschiedliche Betriebsarten unterschiedliche Referenzverläufe gegebenenfalls mit Toleranzabweichungen abgespeichert, so dass die gesamten Arbeitsprofile und das gesamte Arbeitsspektrum beispielsweise eines Industrieroboters abgedeckt sind. Zur Ermittlung, ob eine unzulässige Belastung stattgefunden hat, werden dann die im Betrieb erfassten Intensitätsverläufe mit den Referenzverläufen verglichen. Eine Abweichung oberhalb vorgegebener Schwellwerte wird dann als unzulässige Belastung ausgewertet.
  • Um einen störungsfreien Betrieb eines Anlagenprozesses zu gewährleisten, ist der Überwachungssensor zweckdienlicherweise mit einer Prozessüberwachung verbunden und bei Auftreten einer unzulässigen Belastung wird von der Prozessüberwachung ein Fehlersignal abgegeben. Als Fehlersignal wird hierbei ein optisches, akustisches oder auch ein Abschaltsignal abgegeben, welches zu einer Zwangsabschaltung der Anlage führt, um weitere Schäden zu vermeiden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und teilweise stark vereinfachten Darstellungen:
  • 1 ein Schlauchpaket mit mehreren unterschiedlichen Leitungskomponenten und mehreren integrierten Überwachungssensoren,
  • 2A bis 2C unterschiedliche Ausführungsvarianten des Überwachungssensors,
  • 3 eine Fluidleitung mit mehreren integrierten Lichtleiterfasern,
  • 4 ein elektrisches Kabel mit integriertem Überwachungssensor, und
  • 5 eine stark schematisierte Darstellung eines Industrieroboters mit einer Versorgungsleitung mit integriertem Überwachungssensor sowie einer Auswerteeinrichtung.
  • In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die in 1 dargestellte Versorgungsleitung 2 wird insbesondere als so genanntes Schlauchpaket bei Industrierobotern zur Versorgung eines Werkzeugkopfes mit elektrischen oder optischen Signalen, mit einer elektrischen Stromversorgung sowie zur Versorgung mit unterschiedlichen Medien wie Gasen, Flüssigkeiten usw. eingesetzt. Das hier vorgeschlagene Konzept ist prinzipiell für alle Anwendungen geeignet, bei denen eine Überwachung einer Leitung im Hinblick auf eine Druck- und/oder Biegebelastung gefordert ist. Die Versorgungsleitung 2 umfasst einen außen liegenden, als Schutzmantel ausgebildeten Mantel 4, der mehrere Leitungskomponenten unterschiedlicher Typen umgibt. Im Ausführungsbeispiel sind als unterschiedliche Typen für die Leitungskomponenten elektrische Kabel 6A,6B, Fluidleitungen 8A,8B sowie Füllstränge 10 vorgesehen.
  • Die dargestellte Versorgungsleitung 2 weist eine Mehrzahl von Überwachungssensoren 12 auf. Vier von ihnen sind hierbei im Mantel 4 der Versorgungsleitung 2 integriert, zwei weitere sind mit den weiteren Leitungskomponenten 6A,6B,8A,8B, 10 verseilt, ein Überwachungssensor ist im elektrischen Kabel 6A integriert, und zwei Fluidleitungen 8A weisen wiederum jeweils vier Überwachungssensoren 12 auf. Um bei einer Biegung in einem druckbelasteten Bereich angeordnet zu sein liegen die Überwachungssensoren außerhalb einer (nur zeichnerisch dargestellten) neutralen Faser 18 der Versorgungsleitung 2 sowie der Fluidleitung 8A und des elektrischen Kabels 6A.
  • In 1 sind die Überwachungssensoren nur beispielhaft dargestellt. Durch die Integration in den Mantel 4 oder auch durch das Verseilen mit den weiteren Leitungskomponenten ist die Überwachung der Versorgungsleitung 2 als solche ermöglicht. Durch die Integration in den einzelnen Leitungskomponenten, beispielsweise in die Fluidleitung 8A oder in das elektrische Kabel 6A, können diese zusätzlich überwacht werden. Alternativ hierzu werden lediglich eine oder mehrere Leitungskomponenten überwacht, ohne dass ein Überwachungssensor 12 im Mantel 4 integriert oder mit verseilt ist.
  • Beispiele für die Ausbildung der Überwachungssensoren sind in den 2A bis 2C dargestellt. Der Überwachungssensor 12 umfasst notwendigerweise eine innen liegende Lichtleiterfaser 14 sowie eine diese umgebende Ummantelung 16.
  • Bei den beiden Überwachungssensoren gemäß den 2A und 2B ist zwischen der Lichtleiterfaser 14 und der Ummantelung 16 ein insbesondere mit Luft gefüllter Zwischenraum 20 vorgesehen, so dass die Lichtleiterfaser 14 von der Ummantelung 16 beabstandet ist. Die Lichtleiterfaser 14 stützt sich hierbei lediglich an einzelnen Punkten an der Ummantelung ab. Gemäß der 2B sind hierzu Stützstege 22 vorgesehen, die einen Teil der Ummantelung 16 bilden. Die Ummantelung 16 weist daher eine Art Innenprofilierung auf. Dies kann auch durch eine besonders große Oberflächenrauhigkeit erreicht werden.
  • Gemäß 2A ist die Ummantelung 16 als ein Schlauch ausgebildet, in dem die Lichtleiterfaser 14 lose einliegend geführt ist, so dass diese über die Längserstreckung des Überwachungssensors 12 betrachtet in dem Schlauch schlangenlinienförmig oder bogenartig angeordnet ist und sich lediglich an ihren Umkehrpunkten jeweils an der Ummantelung 16 abstützt.
  • Bei der dritten Ausführungsvariante des Überwachungssensors 12 gemäß 2C ist kein Zwischenraum 20 vorgesehen. Vielmehr liegt die Ummantelung 16 unmittelbar an der Lichtleiterfaser 14 an.
  • Für die Wirksamkeit des Überwachungssensors bei der Einwirkung eines Druckes, hervorgerufen durch eine Verformung der Versorgungsleitung 2, ist zum einen wesentlich, dass die Lichtleiterfaser kein so genanntes Cladding aufweist. Das Cladding ist üblicherweise eine Beschichtung oder ein Fasermantel, welcher einen kleineren Brechungsindex als die Lichtleiterfaser 14 aufweist, so dass die Bedingung für die Totalreflektion im Grenzbereich zwischen der Faser und dem Cladding gewährleistet ist. Ein weitergehender, mit der Ummantelung 16 vorgesehener Schutzmantel hat in diesem Fall keinerlei Auswirkung auf die Lichtausbreitung. Dem gegenüber ist beim vorliegenden Überwachungssensor 12 der Einfluss der Ummantelung 16 von entscheidender Bedeutung. Und zwar bildet sich bei der Lichtausbreitung im oberflächennahen Außenbereich das so genannte Evanescent-Feld aus. Die Eindringtiefe desselben in den Außenbereich beträgt wenige μm. Die Wirkung des Überwachungssensors beruht nun darauf, dass das Evanescent-Feld und damit die Lichtausbreitung beeinträchtigt wird. Gemäß einer ersten Variante weist hierbei die Ummantelung 16 einen höheren Brechungsindex als die Lichtleiterfaser 14 auf, so dass das Licht aus der Lichtleiterfaser 14 quasi ausgekoppelt und nicht mehr reflektiert wird, sobald sich die Ummantelung 16 an die Faser 14 anlehnt. Diesen Effekt nutzen insbesondere die Ausführungsvarianten gemäß den 2A und 2B aus. Voraussetzung hierfür ist, dass die Ummantelung ausreichend elastisch ist, so dass bei einer Druckbelastung diese sich zusätzlich zu den Stützstellen flächig an die Faser 14 anschmiegt.
  • Eine Intensitätsveränderung wird in einer zweiten Alternative dadurch hervorgerufen, dass lediglich eine Dämpfung des Evanescent-Feldes und damit der Lichtausbreitung erfolgt. Auf diesem Effekt beruht die Ausgestaltung gemäß 2C. Hierbei kann die Randbedingung für die Totalreflektion weiterhin erfüllt sein, der Brechungsindex der Ummantelung ist also kleiner als der der Faser 14. Wesentlich ist, dass das Dämpfungsverhalten der Ummantelung 16 bei Druckbelastung verändert wird. Dies wird dadurch erzielt, dass das Material der Ummantelung 16 kompressibel und beispielsweise geschäumtes Material ist. Bei Druckbelastung wird die Ummantelung 16 komprimiert, so dass die Dämpfung erhöht wird. Wird ein offenporiges geschäumtes Material verwendet, welches keine geschlossene Oberfläche, sondern eine Oberfläche mit einer Porenstruktur aufweist, so bilden diese Poren quasi einzelne Zwischenräume zu der Lichtleiterfaser 14.
  • Im Unterschied zu den Ausführungsvarianten gemäß den 2A bis 2C ist die Querschnittsgeometrie des Überwachungssensors 12 nicht notwendigerweise rund.
  • In 3 ist nochmals die Fluidleitung 8A mit den integrierten Überwachungssensoren 12 dargestellt. Diese sind als in den Schlauchmantel 26 der Fluidleitung 8A integrierte Lichtleiterfasern 14 ausgebildet. Der Schlauchmantel 26 bildet daher zugleich die Ummantelung 16. Die Überwachungssensoren 12 sind hierbei um den Umfang der Fluidleitung 8A in etwa gleichmäßig verteilt, so dass die Biegungen der Fluidleitung 8A in unterschiedliche Richtungen ohne weiteres erfasst werden können. Die 4 zeigt das elektrische Kabel 6A, in dem – zusammen mit den hier nicht näher dargestellten einzelnen elektrischen Leitungen oder Drähten – ein Überwachungssensor 12 integriert, insbesondere verteilt oder eingeflochten ist.
  • In 5 ist stark vereinfacht ein Industrieroboter 40 mit mehreren relativ zueinander beweglich gelagerten Roboterarmen 42 dargestellt. Die Versorgungsleitung 2 wird von einer Anschluss-Schnittstelle 44 an den einzelnen Roboterarmen 42 entlang geführt zu einem hier nicht dargestellten Werkzeugkopf, um diesen zu versorgen. Der Industrieroboter 40 führt im Betrieb z.T. sehr komplexe Bewegungen aus, so dass die elastische Versorgungsleitung 2 Biege- und auch Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt ist. Wird die zulässige Beanspruchung der Versorgungsleitung 2 überschritten, beispielsweise durch ein zu weites Ausfahren oder ein Überdrehen der Roboterarme 42, so führt dies zu einer unzulässigen Verformung der Versorgungsleitung 2, wie beispielsweise Streckung, Stauchung oder Biegung, wodurch sich lokale Bereiche mit erhöhter Druckbeanspruchung ausbilden, die zu einem Ansprechen des Überwachungssensors 12 führen.
  • Die Intensitätsänderung des erfassten Lichts bei einer Verformung der Versorgungsleitung 2 rührt also daher, dass in den Bereichen außerhalb der neutralen Faser 18 der Versorgungsleitung 2 Bereiche mit erhöhter Zug- oder erhöhter Druckbeanspruchung vorliegen. Infolge einer solchen insbesondere aufgrund einer Biegung hervorgerufenen Druckbeanspruchung wird die Ummantelung 16 des Überwachungssensors 12 gegen die Lichtleiterfaser 14 gepresst, wodurch die Intensitätsverringerung des sich im Überwachungssensors 12 ausbreitenden Lichts wie beschrieben hervorgerufen wird.
  • Im Betrieb wird zur Überwachung einer unzulässigen Verformung der Versorgungsleitung 2 über eine Einspeisestelle 28 Licht insbesondere einer Leuchtdiode in die Lichtleiterfaser 14 eingekoppelt, welches über eine Auskoppeleinheit 30 wieder ausgekoppelt wird. Die Lichtintensität des ausgekoppelten Lichts wird von einem hier nicht dargestellten Sensor, insbesondere eine Diode erfasst. Die Einspeisestelle 28 sowie die Auskoppeleinheit 30 sind mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 32 über Signalleitungen 33 verbunden, In dieser wird die Intensitätsveränderung zwischen dem eingekoppelten und dem ausgekoppelten Licht erfasst und bei Bedarf ausgewertet. Die Auswerteeinheit 32 umfasst hierbei insbesondere einen Speicher 34, in dem die ermittelten Intensitätsverläufe abgelegt werden. Gleichzeitig sind im Speicher Referenzkurven abgelegt, die die Intensitätsverläufe bei einer normalen und zulässigen Beanspruchung wiedergeben. Zur weitergehenden Auswertung werden die erfassten oder die abgespeicherten Intensitätsverläufe insbesondere durch Vergleich mit den Referenzkurven ausgewertet. Dies erfolgt entweder innerhalb der Auswerteeinheit 32 oder die Daten werden über eine Datenschnittstelle 36 an eine externe Auswerteeinheit 38 beispielsweise drahtlos übertragen.
  • Bevorzugt ist eine Online-Überwachung während des Betriebs im Rahmen einer Prozessüberwachung vorgesehen, um Beschädigungen frühzeitig zu erkennen. In diesem Fall werden die Intensitätsverläufe kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen ausgewertet. Wird eine unzulässige Belastung festgestellt, so wird ein Fehlersignal F von der Auswerteeinheit 32 abgegeben und beispielsweise über eine weitere Signalleitung 33 an den Industrieroboter 40 übermittelt und dort akustisch oder optisch angezeigt. Bei einem schweren Fehler kann über die Signalleitung 33 auch eine Zwangsabschaltung des Industrieroboters 40 vorgenommen werden.
  • Die Überwachung einer Versorgungsleitung 2 lässt sich in vielen technischen Bereichen einsetzen, bei denen die Versorgungsleitung 2 mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn über die Versorgungsleitung 2 sich bewegende Maschinenteile versorgt werden. Dies betrifft beispielsweise Kräne und Krananlagen, in so genannten Schleppketten geführte Versorgungsleitungen 2, elektrische Kabelbäume bei Windkraftanlagen, Benzin- oder Fluidleitungen bei Tanks oder Betankungsanlagen, Gasleitungen bei Schweißgeräten, elektrische Kabel bei Aufzügen, mechanisch belastete Steuerleitungen oder Energieversorgungsleitungen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich usw.
  • 1
    Versorgungsleitung
    4
    Mantel
    6A,B
    elektrisches Kabel
    8A,B
    Fluidleitung
    10
    Füllstrang
    12
    Überwachungssensor
    14
    Lichtleiterfaser
    16
    Ummantelung
    18
    neutrale Faser
    20
    Zwischenraum
    22
    Stützsteg
    26
    Schlauchmantel
    28
    Einspeisestelle
    30
    Auskoppelelement
    32
    Auswerteeinrichtung
    33
    Signalleitung
    34
    Speicher
    36
    Datenschnittstelle
    38
    externe Auswerteeinheit
    40
    Industrieroboter
    42
    Roboterarm
    44
    Anschluss-Schnittstelle
    F
    Fehlersignal

Claims (15)

  1. Versorgungsleitung (2), insbesondere Schlauchpaket für einen Industrieroboter (40), mit einer Anzahl von Kabeln (6A,6B) und/oder Leitungen (8A,8B) sowie mit einem integrierten Überwachungssensor (12) zur Überwachung der Verformung der Versorgungsleitung (2), der eine claddingfreie Lichtleiterfaser (14) umfasst, die von einer Ummantelung (16) derart umgeben ist, dass diese bei Krafteinwirkung gegen die Lichtleiterfaser (14) gepresst wird, wobei die Lichtleiterfaser (14) mit einer Einspeisestelle (28) zum Einkoppeln von Licht sowie mit einer Auswerteeinrichtung (32) verbindbar ist.
  2. Versorgungsleitung (2) nach Anspruch 1, bei dem die Lichtleiterfaser (14) im unbelasteten Zustand unter Ausbildung eines Zwischenraums (20) von der Ummantelung (16) umgeben ist.
  3. Versorgungsleitung (2) nach Anspruch 1 oder 2, die eine neutrale Faser (36) aufweist und bei der der Überwachungssensor (14) außerhalb der neutralen Faser (36) verläuft.
  4. Versorgungsleitung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem diese oder ein Teilbereich von ihr zusammen mit der Lichtleiterfaser (14) extrudiert ist.
  5. Versorgungsleitung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Überwachungssensor (12) mit weiteren Leitungskomponenten (6A,B; 8A,B; 10) verseilt ist.
  6. Versorgungsleitung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die einen Mantel (4) aufweist, in den die Lichtleiterfaser (14) integriert ist.
  7. Versorgungsleitung nach Anspruch 6, bei dem der Mantel (4) zugleich die Ummantelung (16) der Lichtleiterfaser (14) bildet.
  8. Versorgungsleitung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Ummantelung (16) leicht verformbar ist und eine geringe Eigensteifigkeit aufweist.
  9. Versorgungsleitung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Ummantelung (16) als ein die Lichtleiterfaser (14) umgebender Schlauch ausgebildet ist, in dem die Lichtleiterfaser (14) geführt ist.
  10. Versorgungsleitung (2) nach Anspruch 9, bei dem die Lichtleiterfaser (14) in der Ummantelung (16) lose einliegend geführt ist.
  11. Versorgungsleitung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Lichtleiterfaser (14) zur Ausbildung der Ummantelung (16) umschäumt ist.
  12. Vorrichtung, insbesondere ein Industrieroboter (40), mit einer Versorgungsleitung (2) und einem in dieser integrierten Überwachungssensor (12) zur Überwachung der Verformung der Versorgungsleitung (2), die eine claddingfreie Lichtleiterfaser (14) aufweist, die im unbelasteten Zustand insbesondere unter Ausbildung eines Zwischenraums von einer Ummantelung (16) derart umgeben ist, dass diese bei Krafteinwirkung gegen die Faser gepresst wird, wobei die Lichtleiterfaser (14) mit einer Einspeisestelle (28) zum Einkoppeln von Licht sowie mit einer Auswerteeinrichtung (32) zur Erfassung des durch die Lichtleiterfaser (14) geleiteten Lichts verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Auswerteeinrichtung (32) derart ausgebildet ist, dass ein Intensitätsverlauf des durch die Lichtleiterfaser (14) geführten Lichts gespeichert wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der in der Auswerteeinrichtung (32) Referenzwerte für zulässige Intensitätsänderungen gespeichert sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der der Überwachungssensor (12) mit einer laufenden Prozessüberwachung verbunden ist, die derart ausgebildet ist, dass bei Auftreten einer unzulässigen Belastung ein Fehlersignal abgegeben wird.
DE200520005869 2004-04-15 2005-04-13 Versorgungsleitung, insbesondere Schlauchpaket für einen Industrieroboter , sowie Vorrichtung mit einer solchen Versorgungsleitung Expired - Lifetime DE202005005869U1 (de)

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