DE202018006821U1 - Safe tool changer - Google Patents
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Abstract
Werkzeugwechsler (1) zum sicheren Wechseln von Werkzeugen, wobei der Werkzeugwechsler (1) umfasst:
- eine Mastereinheit (2), umfassend:
- eine Sicherheitssteuerung (21) mit mindestens zwei separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen (22, 23),
- eine Verbindungseinrichtung (24), die mindestens zwei Ventile (241, 242) umfasst,
- mindestens zwei Verbindungssensoren (25, 26),
- eine Werkzeugeinheit (3), umfassend:
- mindestens einen Werkzeugeinheitsensor (31), der erkennt, ob sich die Werkzeugeinheit (3) in einem Werkzeugständer (4) befindet, wobei der mindestens eine Werkzeugeinheitsensor (31) zwei Ausgabesignale (32, 33) liefert und die Ausgabesignale an die Sicherheitssteuerung (21) gesendet werden, wenn die Werkzeugeinheit (3) mit der Mastereinheit (2) verbunden ist, wobei die Verbindungseinrichtung (24) zwischen einem verbundenen Zustand, in dem die Werkzeugeinheit (3) mit der Mastereinheit (2) verbunden ist, und einem getrennten Zustand bewegbar ist, in dem die Werkzeugeinheit (3) von der Mastereinheit (2) getrennt ist, wobei die Verbindungseinrichtung (24) aus dem verbundenen Zustand in den getrennten Zustand bewegt wird, wenn beide Ventile betätigt werden, und die mindestens zwei Verbindungssensoren (25, 26) einzeln erkennen, ob die Werkzeugeinheit (3) mit der Mastereinheit (2) über die Verbindungseinrichtung (24) verbunden ist, und die Ausgabesignale von den Verbindungssensoren (25, 26) an die Sicherheitssteuerung (21) gesendet werden,
wobei die beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen (22, 23) einzeln so angeordnet sind, 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,
- eine erste (22) der beiden separaten Verarbeitungsschaltungsanordnungen (22, 23) ein 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, 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, wobei die Verbindungseinrichtung (24) so eingerichtet ist, 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.
Tool changer (1) for safely changing tools, the tool changer (1) comprising:
- a master unit (2) comprising:
- a safety controller (21) with at least two separate processing circuit arrangements (22, 23),
- a connecting device (24) which comprises at least two valves (241, 242),
- at least two connection sensors (25, 26),
- a tool unit (3) comprising:
- at least one tool unit sensor (31) which detects whether the tool unit (3) is located in a tool stand (4), the at least one tool unit sensor (31) delivering two output signals (32, 33) and the output signals to the safety controller (21 ) are sent when the tool unit (3) is connected to the master unit (2), the connection means (24) switching between a connected state in which the tool unit (3) is connected to the master unit (2) and a disconnected state is movable in that the tool unit (3) is disconnected from the master unit (2), the connection means (24) being moved from the connected state to the disconnected state when both valves are actuated, and the at least two connection sensors (25, 26) recognize individually whether the tool unit (3) is connected to the master unit (2) via the connection device (24) and the output signals are sent from the connection sensors (25, 26) to the safety controller (21),
the two separate processing circuitry (22, 23) being individually arranged to:
- receive a request to disconnect the tool unit (3),
- receive the output from the at least two connection sensors (25, 26) and the at least one tool unit sensor (31),
- determine on the basis of the output from the at least two connection sensors (25, 26) whether the tool unit (3) is connected to the master unit (2) via the connection device (24),
- determine whether the tool unit (3) is in the tool stand (4) based on the output from the at least one tool unit sensor (31),
- send the result of the determinations to the other processing circuitry,
- receive a result of determinations from the other processing circuitry,
- a first (22) of the two separate processing circuits (22, 23) sends a disconnect signal to operate a first valve (241) of the two valves and a second (23) of the two separate processing circuits (22, 23) sends the disconnect signal to operate a second valve (242) of the two valves if the determination result is identical to the received determination result and if the determination results both indicate that:
◯ no tool unit (3) is connected to the master unit (2), or
◯ the tool unit (3) is connected to the master unit (2) and also located in the tool stand (4), the connecting means (24) being arranged to move to a disconnected state when the at least two separate processing circuitry ( 22, 23) both send a disconnection signal to disconnect the tool unit (3).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugwechsler zum sicheren Wechseln von Werkzeugen.The present invention relates to a tool changer for changing tools safely.
Hintergrundbackground
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.For a number of years, robots have been used in industry to perform repetitive work tasks such as welding, riveting, assembly of sub-components, and the like. However, for some work tasks, tools at the end of the robot arm need to be changed in order to increase the number of work tasks that the robot can perform. Separable attachment devices have therefore been developed, enabling the robot to change tools automatically.
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.Different types of tool changers are commonly used to simplify and allow flexible use of robots in different applications. Such a tool changer is mounted on the robot arm and can, with a special attachment or connection device, grip and hold various tools mounted on tool mounting plates. Gripping and holding the tool must then be safe and comply with current standards and regulations. The word "secure" used in the following text means "according to relevant safety standards". In addition to the secure mechanical design and construction, the logic control of connecting and disconnecting the tool changer must also be secure.
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.Safely disconnecting or opening the tool changer means that opening is not permitted until no tool is attached in the tool changer, or if a tool is attached, the tool must be in the tool stand.
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.Current safe control and latching of the disconnect request signal from the robot controller typically uses a safety relay mounted in the robot control cabinet that interrupts the disconnect signal when the goal is to prevent the tool changer from opening. Normally all tool stands are equipped with switches that are wired to the safety relay. Only when all switches indicate that all tools are in the tool stands, i.e. the robot is not holding any tools, should it be possible to open the tool changer.
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.Such safe solutions involve quite high costs for the additional safety relay and the physical wiring from the tool stand switches to the robot control cabinet. In other words, a problem with existing solutions is that physical cables are required between the tool stand switches and the robot control cabinet, making the system difficult to set up.
Die
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.A
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.With the known solution there is a risk that if one of the input signals fails or is erroneous, the interlocking switch may disconnect the tool unit on the basis of erroneous information. There is therefore a need for a tool changer with improved security.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
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.The aim of the present invention is to at least partially overcome the above problems and to provide an improved tool changer with improved safety when changing tools.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.This aim is achieved with a device according to
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.
- - received a request to disconnect the tool unit,
- - receive the output from the at least two connection sensors and the at least one tool unit sensor,
- - determine whether the tool unit is connected to the master unit via the connection device based on the output from the at least two connection sensors,
- - determine whether the tool unit is in the tool stand based on the output from the at least one tool unit sensor,
- - send the result of the determinations to the other processing circuitry,
- - receive a result of determinations from the other processing circuitry,
- - send a disconnection signal to the connection device to disconnect the tool unit from the master unit with the connection device if the result of the determinations is identical to the received result of determinations and if the results of the determinations both indicate that:
- ◯ no tool unit is connected to the master unit, or
- ◯ the tool unit is connected to the master unit and is also located in the tool stand.
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.The connector is arranged to move to a disconnected state when the at least two separate processing circuitry both send a disconnect signal to disconnect the tool unit. Compared to the prior art, this tool changer provides more safety in several aspects. There are at least two sensors that individually determine whether the tool unit is connected to the master unit. The two sensors must both show that it is connected, so that there is no disconnection if one of the sensors fails. So if a sensor fails, it will be detected immediately and the tool changer will not separate the tool unit.
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.There is at least one tool unit sensor that detects whether the tool unit is in the tool stand and has at least two outputs, both of which must indicate the same thing for a disconnect to occur. So there are two channels and both channels must show that the tool is in the tool stand before a disconnect occurs. So if a channel has interference, there will be no disconnection.
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.The determination of whether it is safe to disconnect the tool unit is made independently by two different processing circuitry. In other words, two independent processing circuitries each collect sensor data from all of the sensors and determine what the state of the tool changer is. No separation can take place if both processing circuitry do not agree on the results. Furthermore, both processing circuitry must send a disconnect signal in order for the disconnect to be triggered.
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.In other words, the two processing circuitry independently determine whether both connection sensors indicate that the tool unit is connected to the master unit, determine whether both channels of tool unit sensors indicate that the tool unit is in the tool stand, and determine whether the other processing circuitry comes to the same conclusions, and sends a disconnect signal if a disconnect is allowed and has been requested. Furthermore, the tool unit will not be disconnected until both processing circuitry send the disconnect signal.
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.Due to the multiple redundancies and the way the tool changer is built, any defects or errors are detected so that the tool unit is not separated from the master unit in an unacceptable state.
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.In some aspects, the at least one tool unit sensor includes two 24V power connections that are activated by a passive circuit in the tool stand, and its signals are routed from the tool unit to the security module when the tool unit is in the tool stand and when the tool unit is connected to the master unit connected is. In other words, there are two channels that indicate whether the tool unit is in the tool stand; both are sent to both processing circuitry. If there are discrepancies between the signals, the tool changer will not separate the tool unit. The passive circuitry in the tool stand is circuitry that does not require a power supply, such as an RFID circuitry.
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.In some aspects, the at least one tool unit sensor is at least two tool unit sensors. The at least one tool unit can therefore include two channels and can also be two different sensors, each with one channel.
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.In some aspects, the two separate processing circuitry are two different types of processing circuitry. Different types of processing circuitry may have different weaknesses and also approach calculations differently. It is therefore advantageous to use two different types so that the processing circuitry is not only redundant in number but also in how it makes calculations and how it processes data. The selection of different technologies brings with it a higher security rating.
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.In some aspects, the two different types of processing circuitry are selected from the following types: a microcontroller (MCU), a complex programmable logic device (CPLD), a field programmable gate array (FPGA), and a programmable array logic (PAL). Such circuits are accessible, cheap and robust. For example, both MCU and CPLD are inexpensive and easy to program.
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.In some aspects, the at least two connection sensors are different sensor types. Different types of sensors use different means to detect whether the master unit and the tool unit are connected. Since different sensors may react to different things, it is advantageous to use different sensors as it improves the robustness of the system. For example, if a type of sensor is used that is water sensitive during operation and if the tool changer is used in a humid environment, another sensor may be of a non-water sensitive type to minimize the risk of the sensors interfering at the same time.
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.In some aspects, the different sensor types are selected from the following types: mechanical switches, electrical contacts, and proximity sensors. These sensor types can represent stable and robust sensors with reliable output.
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.In some aspects, the mechanical switch includes a normally closed switch that provides a high signal when the tool unit is disconnected from the master unit, the electrical contact includes a bridge that is connected across the tool unit and provides a high signal when the tool unit is connected to the master unit, and the proximity sensors include inductive sensors, magnetic sensors, capacitive sensors, optical sensors and RFID sensors.
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.In some aspects, the connector includes at least two valves, and wherein the connector is moved from the connected state to the disconnected state when both valves are actuated, and a first of the two separate processing circuitry sends the disconnect signal to actuate a first valve of the two valves and a second of the two separate processing circuitry sending the disconnect signal to actuate a second valve of the two valves. In other words, the connector is arranged to move to a disconnected state when the at least two separate processing circuitry both send a disconnect signal for disconnecting the tool unit, and the disconnect signal is a signal sent by the two processing circuitry to one valve each .
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.In some aspects, the at least two separate processing circuitry are individually arranged to determine whether any of the received sensor output values indicate an unexpected condition in the tool changer and that they do not send the disconnect signal in case of an unexpected condition. An unexpected condition provides a sensor output value outside of a predetermined range of values. A check for unexpected states thus takes place in both processing circuit arrangements. For example, an unexpected condition is when two sensor readings that should indicate the same condition indicate different states.
Figurenlistecharacter list
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 derUS 6840895 B2 -
2 zeigt ein Blockschaubild, das dieOffenbarung 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.
-
1 shows a tool changer according to theUS6840895B2 -
2 shows a block diagram illustrating the disclosure ofclaim 1, -
3 12 shows an illustration of the tool changer according to some aspects of the disclosure, -
4 12 shows a representation of the hardware architecture of the tool changer, in accordance with some aspects of the disclosure; -
5 Figure 12 shows the steps performed individually by the at least two processing circuitry.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
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.Aspects of the present disclosure are described more fully below with reference to the accompanying drawings. However, the apparatus disclosed herein may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the aspects set forth herein. Like reference numbers in the drawings refer to like elements throughout.
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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular aspects of the disclosure only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a”, “an”, “the”, “the” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise.
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.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. It is further understood that terms used throughout this document should be construed to have a meaning consistent with their meaning in the context of this specification and the relevant art, and not in an idealized or overly formal sense, unless they are not expressly so defined herein.
Wie im Abschnitt Hintergrund erörtert wurde, ist
Wie auch in der
In dieser Offenbarung ist die Mastereinheit 2 mit einer integrierten Sicherheitssteuerung 21 zur sicheren Verriegelung einer Trennanforderung von der Steuerung, was vereinfacht in
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.One aspect of the present disclosure is the replacement of the safety relay and all wiring between tool stands and the robot control cabinet with the proposed safety control system. This safety control is an integral part of the
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:
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 3im Werkzeugständer 4 angeordnet ist.
- 1. die
- Locking of
tool changer 1, disconnection only possible, ie possibility of disconnection only if:- 1. the
master unit 2 is separate from anytool unit 3 or - 2. the
master unit 2 with thetool unit 3 connected to it is arranged in thetool stand 4 .
- 1. the
Die Offenbarung umfasst zusätzlich die folgenden Vorteile:
- • automatisches Verbinden des
Werkzeugwechslers 1,wenn ein Werkzeug 5 inden 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
- • automatic connection of
tool changer 1 when atool 5 is inserted intotool changer 1 - • built-in monitoring of all signals and sensors
- • Data transmission via bus or via wires
- • 24V automatic shutdown during tool change
- • automatic cut-off of the power supply to valves in the event of an emergency stop
Die Sicherheitseinheit oder anders ausgedrückt die Sicherheitssteuerung 21 ist an der Mastereinheit 2 des Werkzeugwechslers 1 montiert oder darin angeordnet, wie in
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.The two
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.The
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.According to some aspects of the disclosure, the at least one
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
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.The connector, according to some aspects of the disclosure, comprises at least two valves, and wherein the connector is moved from the connected state to the disconnected state when both valves are actuated, and a first 22 of the two
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.The at least two
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.As with the processing circuitry, the at least two
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.It should be noted that both the processing circuitry and the connection sensors can be of the same type. There are many aspects to consider when determining which processing types and sensor types to select, with robustness and reliability being very important aspects.
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
25, 26 und demmindestens zwei Verbindungssensoren mindestens einen Werkzeugeinheitsensor 31 empfangen, - - auf Grundlage der Ausgabe von den
25, 26 feststellen, ob diemindestens zwei Verbindungssensoren Werkzeugeinheit 3mit der Mastereinheit 2 über dieVerbindungseinrichtung 24 verbunden ist, - - auf Grundlage der Ausgabe von dem
mindestens einen Werkzeugeinheitsensor 31 feststellen, ob sich dieWerkzeugeinheit 3im 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 3von der Mastereinheit 2mit 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 3mit der Mastereinheit 2 verbunden ist, oder- ◯ die
Werkzeugeinheit 3mit der Mastereinheit 2 verbunden ist und sich auchim Werkzeugständer 4 befindet.
- - received a request to disconnect the
tool unit 3, - - receive the output from the at least two
25, 26 and the at least oneconnection sensors tool unit sensor 31, - - determine on the basis of the output from the at least two
25, 26 whether theconnection sensors tool unit 3 is connected to themaster unit 2 via theconnection device 24, - - determine whether the
tool unit 3 is in thetool stand 4 based on the output from the at least onetool unit sensor 31, - - send the result of the determinations to the other processing circuitry,
- - receive a result of determinations from the other processing circuitry,
- - send a disconnection signal to the
connection device 24 for disconnecting thetool unit 3 from themaster unit 2 with theconnection device 24 if the result of the determinations is identical to the received result of determinations and if the results of the determinations both indicate that:- ◯ no
tool unit 3 is connected to themaster unit 2, or - ◯ the
tool unit 3 is connected to themaster unit 2 and is also located in thetool stand 4.
- ◯ no
Anders ausgedrückt führen beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen die vorstehenden Schritte einzeln aus. Die Schritte beider Verarbeitungsschaltungsanordnungen sind in
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.In some aspects, receiving a request occurs from a robot controller. According to some aspects, the output values of the sensors are received via direct wiring to the sensors in the master unit. In some aspects, determining whether the tool unit is connected to the master unit is performed by comparing the sensor output data to stored data indicating which output data values indicate a connected tool unit and which output data values indicate a disconnected tool unit. Determining whether the tool unit is in the tool stand using the sensor output values from the tool unit sensor can be done in the same way. The processing circuitry may have access to internal memories storing these values for comparison, or they may have access to a memory unit in the safety controller. Sending and receiving the results of the determinations occurs through physical wiring between the processing circuitry.
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.The
Dieser Werkzeugwechsler 1, wie er in
Der Empfang einer Anforderung zum Trennen der Werkzeugeinheit erfolgt gemäß einigen Aspekten von einer Robotersteuerung aus.In some aspects, receiving a request to disconnect the tool assembly occurs from a robot controller.
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.There is at least one
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.Determining whether a separation is safe is made independently by two
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. In other words, the two
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.Due to the multiple redundancies and the way the
Es sei darauf hingewiesen, dass das Werkzeug 5 und der Werkzeugständer 4 in
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.In some aspects, the at least two
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.In some aspects, the robot controller may command the safety controller to emergency stop. This is to shut off the power to the valves to avoid the risk of electric shock to maintenance personnel during maintenance work. It is an automatic shutoff of power to valves in the event of an emergency stop. Power to the valves is also removed in the event of an internal error in the tool changer, i.e. an error condition detected by the processing circuitry. This corresponds to putting the tool changer in a locked state.
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.The exemplary system has two monostable, double 3/2-way normally open/normally closed
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 „WW_leer“, 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 „WW_leer“ 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.The security module has two
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.After placing a tool in the
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
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.To control the opening and closing of the tool changer, a signal from the robot controller is used to inform the
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.In some aspects, the connecting
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 „Be-reit_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.In addition to the control signal locking described above, the
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.If the internal monitor indicates an unexpected condition, the
Zu Überwachungszwecken empfängt die Robotersteuerung möglicherweise Fehlersignale, Fehlercodesignale und/oder Sensorsignale von der Sicherheitssteuerung.For monitoring purposes, the robot controller may receive error signals, error code signals, and/or sensor signals from the safety controller.
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.The
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 WW_leer, WA_verbunden, Werkzeug_in Ständer_1 und Werkzeug_in_Ständer_2. Alle vier Signale werden an beide Verarbeitungsschaltungsanordnungen gesendet.Starting in the top left corner, an OpenWW control signal is sent from a robot controller to the two processing circuitry. The sensors used as input to the processing logic are shown on the left. These are WW_empty, WA_connected, tool_in stand_1 and tool_in_stand_2. All four signals are sent to both processing circuitry.
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.Several signals are sent to the robot controller. Both processing circuitry send error signals,
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.With the mutual monitoring between the processing circuitry, it is illustrated that the processing circuitry send their determined sensor status to each other as previously described. The processing circuitry checks one another and only activates the output signals to the valves when equal results are calculated. The actuating circuits in the valves are also aligned with the signals Feedback_AUS1/2, and the disconnection process is completely interrupted if they differ.
Wie in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Werkzeugwechslertool changer
- 22
- Mastereinheitmaster unit
- 2121
- Sicherheitssteuerungsafety control
- 211211
- Datenübertragungsmoduldata transfer module
- 212212
- Sicherheitsmodulsecurity module
- 2222
- Erste VerarbeitungsschaltungsanordnungFirst processing circuitry
- 2323
- Zweite VerarbeitungsschaltungsanordnungSecond Processing Circuitry
- 2424
- Verbindungseinrichtungconnecting device
- 241241
- Erstes Ventilfirst valve
- 242242
- Zweites Ventilsecond valve
- 243243
- Erster MagnetsensorFirst magnetic sensor
- 244244
- Zweiter MagnetsensorSecond magnetic sensor
- 245245
- Erster DrucksensorFirst pressure sensor
- 246246
- Zweiter DrucksensorSecond pressure sensor
- 2525
- Erster VerbindungssensorFirst connection sensor
- 2626
- Zweiter VerbindungssensorSecond connection sensor
- 2727
- Näherungsdetektor (Stand der Technik)Proximity detector (state of the art)
- 2828
- Relais (Stand der Technik)Relay (state of the art)
- 2929
- Steuerungsteering
- 33
- Werkzeugeinheittool unit
- 3131
- Werkzeugeinheitsensortool unit sensor
- 3232
- Erstes AusgabesignalFirst output signal
- 3333
- Zweites AusgabesignalSecond output signal
- 3434
- Verriegelungsschalter (Stand der Technik)Interlock Switch (Prior Art)
- 3535
- Näherungsindikator (Stand der Technik)Proximity indicator (state of the art)
- 44
- Werkzeugständertool stand
- 4141
- Passive Schaltungpassive circuit
- 55
- WerkzeugTool
- 66
- Robotersteuerungrobot controller
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 6840895 B2 [0007, 0027, 0031, 0032]US 6840895 B2 [0007, 0027, 0031, 0032]
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1751471A SE541958C2 (en) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | Safe tool changer |
SE1751471-2 | 2017-11-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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