WO2013068114A1 - Verfahren zum betreiben einer vakuumgreifeinrichtung, vakuumsteuereinrichtung und manipulator - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer vakuumgreifeinrichtung, vakuumsteuereinrichtung und manipulator Download PDF

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WO2013068114A1
WO2013068114A1 PCT/EP2012/004641 EP2012004641W WO2013068114A1 WO 2013068114 A1 WO2013068114 A1 WO 2013068114A1 EP 2012004641 W EP2012004641 W EP 2012004641W WO 2013068114 A1 WO2013068114 A1 WO 2013068114A1
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vacuum
fluid
time
control
control valve
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PCT/EP2012/004641
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Wagner
Original Assignee
Festo Ag & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/48—Control
    • F04F5/52—Control of evacuating pumps

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a vacuum gripping device, the vacuum gripper, a processing device, a sensor device for providing a fluid and / or vacuum-related sensor signal and a controllable by the processing fluid control valve to provide a fluid flow, preferably a vacuum, in particular a vacuum and an overpressure, to the vacuum gripper, wherein the processing device is designed for processing the sensor signal and for controlling the fluid control valve. Furthermore, the invention relates to a vacuum control device and a manipulator.
  • a vacuum generating device which has an ejector device which is connected to a suction channel connected to a suction pad.
  • a pressure detection device is connected, which communicates with a control electronics.
  • the device allows the implementation of a method in which the evacuation time and / or the ventilation time of the suction channel is detected and compared with at least one reference time value in order to generate an electrical diagnostic signal as a function of the comparison result.
  • DE 10 2007 058 114 A1 discloses a vacuum generating device and a method suitable for its operation.
  • An ejector device is connected at its inlet to an air supply duct, which can optionally be shut off or released by an electronic control device to selectively switch off or on the ejector device.
  • an electronic control device to selectively switch off or on the ejector device.
  • Ejektor is operated so that the negative pressure between an upper switching value and a lower switching value oscillates.
  • the operating time of the ejector device is determined in order to generate a diagnostic signal that indicates the presence of leakage.
  • the object of the invention is to provide a method for operating a vacuum gripper and a vacuum control device and a manipulator, which allow faster handling of workpieces compared to the prior art
  • the processing device can determine a characteristic of a fluidic system comprising the fluid control valve, the vacuum gripper and fluid channels formed therebetween and use them for optimized activation of the fluid control valve in a subsequent activation cycle for the fluid control valve and if necessary provide for other purposes.
  • vacuum gripping devices are operated in continuously recurring and running according to a predetermined scheme operating cycle in which on the one hand gripping and set from a workpiece by appropriate control of the vacuum gripper takes place and on the other hand, a movement of the vacuum gripper between a workpiece receiving location and a Maschinen Swissabsetzort is performed.
  • the control of the fluid control valve takes place in a likewise recurring drive cycle in which drive timings and drive durations for the fluid control valve are defined.
  • An optimized control of the fluid control valve for the purpose of accelerated handling of workpieces can be effected, for example, by shifting a timing for the control of the fluid control valve by means of the calculated correction value in order to achieve the desired change of a functional state, which is provided with an earlier time a fluid or a vacuum is related to the vacuum gripper.
  • the driving time can be in particular with a movement of the Vacuum gripper, for example, with an approach of the vacuum gripper to a workpiece for gripping this workpiece or with a distance of the
  • Vacuum gripper from the workpiece after setting down the workpiece and at least partially releasing the vacuum.
  • pressurized fluid to the vacuum gripper.
  • Vacuum gripper accelerated by the excess fluid the amount of fluid provided for the ventilation process must be chosen very precisely. This amount of fluid can be determined during a first startup of the vacuum gripper by a suitable characterization of the overall system, in which the vacuum gripper is a component. However, since due to aging phenomena, for example on the fluid control valve and / or on the vacuum gripper, a change in the system properties may occur, it is advantageous if the gripping behavior of the vacuum gripper is analyzed according to the method according to the invention and, if appropriate, by changing the activation time and / or the activation duration precisely Release the vacuum on the vacuum gripper to ensure.
  • a control signal for providing a vacuum to the vacuum gripper is provided at the time of actuation, and at the time of action, a predeterminable pressure drop and / or a predeterminable rate of change for one Pressure drop on vacuum gripper present.
  • it may be due to electrical and / or mechanical inertia of the fluid control valve and / or due to fluidic inertia, in particular due to a large length of the fluid channel between fluid control valve and vacuum gripper and / or due to compressibility effects in the fluid channel and / or due to the properties of
  • Vacuum gripper and / or the workpiece to be gripped come to a significant delay between the provision of the control signal to the fluid control valve and the vacuum structure.
  • the resulting delays can be reduced by the inventive method in their practical effects, since with knowledge of the time delay between the driving time and the effective time, for example, a correspondingly changed control of
  • Fluid control valve can be made.
  • the effective time is determined either on the basis of a predefinable pressure drop, ie a change in the pressure on the vacuum gripper by a predefinable amount or on the basis of reaching a predeterminable amount and / or in the presence of a predeterminable rate of change for the pressure drop on the vacuum gripper.
  • a control signal for aeration of the vacuum gripper is provided at the activation time and the effective time is determined on the basis of a predefinable pressure increase and / or a
  • predeterminable rate of change is determined for a pressure increase at the vacuum gripper.
  • Vacuum gripper the deposition of the sucked workpiece is initiated.
  • Vacuum gripper exerts on the workpiece. Once the holding force on the vacuum grippers, which are in contact with the workpiece, is low than the weight of the workpiece, the workpiece can be stored and the vacuum gripper (s) removed. Ventilation is thus a passive pressure equalization without active compressed air supply, except for an ambient pressure level prevailing in the vicinity of the vacuum gripper.
  • a control signal for providing an overpressure on the vacuum gripper is provided at the activation time and the effective time is determined based on a predefinable pressure increase and / or a predeterminable rate of change for a pressure increase on the vacuum gripper.
  • Vacuum gripper and / or other system components can be at least partially compensated and unwanted acceleration of the gripped workpiece can be avoided when depositing.
  • a predefinable duration for the control signal for actuating the fluid valve is corrected by means of the correction value.
  • an adaptation of the predefinable time duration of the control signal to the real circumstances of the gripping process can be carried out by the vacuum gripper.
  • it can be provided to extend the ventilation time when the vacuum gripper is released, if it has been detected in a previous actuation cycle for the vacuum gripper based on the pressure increase or the rate of change of the pressure increase that there is a deviation from a predefined pressure curve which is based on an extended switching time close the fluid control valve.
  • time difference between the actuation time point and the time of action prefferably stored as the reference value during startup of the vacuum gripping device, and in subsequent actuation cycles a comparison of the reference value with the respectively last-determined time difference between the actuation time and the actuation time is performed when a Deviation between the two time differences, which is above a predefinable threshold, is issued by the processing device a warning message.
  • This will provide a diagnostic function for the condition of
  • Vacuum gripper device in particular for a state of wear of the fluid control valve realized.
  • commissioning after assembly of the vacuum gripping device or start-up after previous shutdown of the vacuum gripping device can be understood as commissioning.
  • the diagnostic function is based on the consideration that the fluid control valve at the time of commissioning in an advantageous state, in particular in a state of low wear, and with increasing number of driving cycles of wear, in particular the internal friction of the fluid control valve increases, thereby usually an extension of the switching times of the fluid control valve occurs.
  • the vacuum gripping device can be monitored and a warning message is output when a predefinable threshold value is exceeded in order to signal to the user that now a predetermined state of wear has been reached and if appropriate countermeasures, for example maintenance measures, should be provided for the vacuum gripper.
  • the processing device at the time of action provides a status signal to an external communication system, which is designed for communication with a machine control in order to effect a change of a movement state of the vacuum gripper by the status signal.
  • an external communication system which is designed for communication with a machine control in order to effect a change of a movement state of the vacuum gripper by the status signal.
  • Vacuum gripper however, a prediction for the further gripping operation can be made by the vacuum gripper. Based on this prediction, it can be foreseen whether, at the point in time when the movement of the workpiece actually takes place, the holding force has already reached a level which allows workpiece movement. Thus, a delay time, in connection with the control technical and / or mechanical inertia of a manipulator, the
  • Vacuum gripper is, at least partially compensated by the fact that ready at a very early time during the gripping process for the workpiece, the status signal to the machine control is provided, which leads to the supply of the control signals or the manipulator and that at the time to which an actual acceleration of the workpiece takes place by the manipulator, the gripping operation is completed by the vacuum gripper at least so far that the workpiece reliably adheres to the vacuum gripper despite the acceleration introduced.
  • a vacuum control device is provided with a fluid connection for a fluid supply, with a fluid outlet for the provision of a fluid and / or a vacuum to a consumer, with a processing device that is capable of processing at least one fluid and / or vacuum-related sensor signal and for providing formed of control signals is, as well as with a controllable by the control signals fluid control valve which is connected to the fluid port or to the fluid port and the fluid outlet, and / or with a vacuum control valve which is connected to the fluid port and the fluid outlet to provide a temporary supply of fluid and / or to allow vacuum at the fluid outlet.
  • the processing device is designed to detect and process at least one correction value that results from a time difference between the provision of a control signal to the fluid control valve and / or the vacuum control valve and a specifiable change of the fluid and / or vacuum-related sensor signal.
  • the vacuum control device can either independently achieve improved fluidic control of the connectable vacuum gripper or, in cooperation with a machine control, optimized motion control for a manipulator which can be controlled by the machine control and carries and moves the vacuum gripper.
  • the vacuum gripper is assigned a sensor device which is designed for providing the vacuum-related sensor signal to the processing device.
  • a determination of the vacuum on site takes place directly on the vacuum gripper, whereby a high accuracy of the determined measured value for the at least one characteristic of the vacuum to be generated is ensured.
  • the processing device is associated with a pressure sensor for determining a fluid pressure at the fluid connection and that the processing device is designed for a change of the control signal to the fluid control valve and / or the vacuum control valve on the basis of the determined fluid pressure.
  • the pressure sensor is electrically connected directly to a printed circuit board on which the processing device is formed.
  • a vacuum generator in particular an ejector
  • the required vacuum can be generated directly in the vacuum control device.
  • an optional provision of a vacuum and an overpressure at the fluid outlet can be achieved solely by switching over the vacuum control valve.
  • the vacuum control valve provides the compressed air provided at the fluid connection to the vacuum generator, in particular the ejector, in a first switching position, so that a vacuum is provided at the fluid outlet.
  • the fluid connection is blocked by the vacuum control valve.
  • a third switching position an immediate forwarding of the compressed air provided at the fluid connection to the fluid outlet takes place, so that an overpressurization of the connected there
  • Vacuum gripper can be done.
  • a second fluid connection is provided on the vacuum control device, which is designed to provide a second fluid to the fluid control valve and / or the vacuum control valve and that the fluid control valve and / or the vacuum control valve for selectively releasing a communicating connection is formed between the first or the second fluid port and the fluid outlet and for blocking the connection to the fluid outlet.
  • a configuration of the fluid control valve and / or the vacuum control valve is advantageous when both compressed air and vacuum are provided to the vacuum control device.
  • the fluid control valve and / or the vacuum control valve are responsible for switching between the provided vacuum, the provided compressed air and possibly a blocking of the fluid outlet.
  • a manipulator with a movable manipulator arm and a vacuum gripper attached thereto for gripping, moving and settling of workpieces is provided, wherein the vacuum gripper fluidly communicating with a vacuum control device according to the invention, as well as with a machine control, which is responsible for a control of the manipulator arm and for communication with the Vacuum control device is formed via an external communication system. Furthermore, it is provided that the machine control is set up in such a way that a change of a movement state of the
  • Manipulator takes place in response to a status signal of the vacuum control device.
  • Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawing. Hereby shows:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vacuum gripping device
  • Figure 2 is a modular fluid control device for
  • FIG. 3 shows a pneumatic circuit diagram of a first embodiment of a vacuum control device
  • FIG. 4 shows a pneumatic circuit diagram of a second embodiment of a vacuum control device
  • Figure 5 is a timing diagram for the operation of a
  • the vacuum gripper 1 shows a vacuum gripping device 1 is shown schematically, as it can be used for example for maneuvering plate-shaped objects 2.
  • the vacuum gripper 1 comprises by way of example a plurality of vacuum grippers 4 mounted on a common dimensionally stable frame 3 and flexible at least in some areas.
  • the frame 3 is presently attached to two linear actuators 5 aligned parallel to one another, which are electrical or fluidic adjusting means, in particular
  • Each of the vacuum grippers 4 is fluidly communicating with a supply line 6, which is designed for providing a fluid flow from a limited by the vacuum gripper 4 and the associated workpiece 2, not shown cavity or a fluid stream in this cavity.
  • the For example, vacuum grippers 4 can first be placed on the surface of the workpiece 2, in order then to effect an evacuation of the cavity via the supply line in a subsequent step, whereby a holding force between vacuum gripper 4 and workpiece 2 builds up. With sufficient sealing action between the vacuum gripper 4 and the workpiece 2 and sufficient vacuum pressure of the cavity, the workpiece 2 can thereby be raised and / or lowered by means of the linear steeper 5.
  • the linear actuator 5 as
  • Pneumatic cylinders are pressure lines 7, 8 are provided, can be passed through the compressed air to the linear actuators 5, to effect the desired lifting or lowering operation.
  • the cavities of the respective vacuum grippers 4 are vented or possibly subjected to overpressure in order to bring about a rapid reduction of the holding forces and to be able to deposit the workpiece 2 quickly.
  • the supply line 6 is like the pressure lines 7 and 8 connected to a fluid control device 9, which is composed of a plurality of modules 10, 11, 12 shown in more detail in the figure 2. Preferably, these modules 10, 11, 12 arranged in juxtaposition and communicate with each other electrically and fluidly in communicating connection.
  • the fluid control device 9 comprises a vacuum module 10 and two compressed air modules 11 and a control module 12.
  • the vacuum grippers 4 are connected to the vacuum module 10 via the supply line 6.
  • the two linear dividers 5 are connected via the pressure lines 7, 8 with the compressed air modules 11 responsible for the lifting or lowering movement.
  • the control module 12 is provided to coordinate the functions of the other modules 10, 11, for this purpose, for example, a parallel interconnection of the modules 10, 11 with the control module 12 or an internal communication system between the modules 10, 11 and the control module 12 may be provided.
  • the control module 12 also serves to implement control commands that are provided by a machine controller 13 via a communication system 15 to the control module 12.
  • a pressure sensor 14 may be disposed on at least one of the vacuum grippers 4, which is electrically coupled to the vacuum module 10 and which is configured to provide an actual pressure value signal to the vacuum module 10. With the help of the pressure sensor 14 can actually on
  • Vacuum gripper 4 applied fluid pressure can be determined to allow an advantageous control of the vacuum module 10.
  • FIG. 2 shows the modular construction of a preferred embodiment of a fluid control device 9.
  • the control module 12 comprises an external communication interface 16, an internal communication interface 17 and two external fluid connections 18, 19 and two internal fluid connections 20, 21.
  • the internal fluid connections 20 , 21 then serve as an example for forwarding the compressed air and the vacuum to the modules 10, 11.
  • the external communication interface 16 is used to connect an external communication system 15, the exemplary transmission of control commands and sensor data between the machine controller 13 and the control module 12 to the Profibus Protocol.
  • the internal communication interface 17 is provided for forwarding control commands from the control module 12 to the modules 10, 11 and for providing sensor and / or status signals of the modules 10, 11 to the control module 12 and can, for example, for a data transmission to the I / O -Link- Be formed protocol.
  • the internal communication interface 17 on the control module 12 and corresponding communication interfaces 17 on the modules 10, 11 as a parallel bus system, according to I / O-Link or as parallel wiring, in particular multipole formed.
  • the first embodiment of a vacuum module 10 embodied as a vacuum control device 22 in FIG. 3 comprises a fluid connection 23, a control valve 24, an ejector 25, an exhaust air muffler 28, a suction port 29 arranged at the ejector 28, a fluid line 30, a fluid outlet 31, a processing device 32 and a sensor device designed as a pressure sensor 33.
  • the fluid port 23 is configured to supply compressed air to the vacuum controller 22 and is disposed on a sidewall of the vacuum module 10 so that it can be communicated with a corresponding internal fluid port 20 of an adjacently located module 10, 11, 12.
  • the fluid connection 23 is connected to a control valve 24, which is designed for an optional forwarding of the provided compressed air to the ejector 25 or directly to the fluid outlet 31.
  • the control valve 24 is designed as an example as 3/3 way valve and can be controlled electromagnetically.
  • processing device 32 is provided, which communicates via the internal communication interface 17 with the control module 12 in electrically communicating connection.
  • the communication interface 17 can be designed as an example for a data exchange with the control module 12 according to the I / O link protocol or another bus protocol or alternatively as a multipole connection.
  • the control valve 24 can in a first, shown in Figure 3 switching position for a compressed air supply of the Ejector 23 may be provided so that at the suction port 29 and thus also at the fluid outlet 31, a negative pressure is applied, with which the vacuum gripper 4 shown in Figure 1 can be firmly sucked on the workpiece 2.
  • a pressurization of the vacuum gripper 4 is provided for a quick depositing of the workpiece 2.
  • the connections between the fluid connection 23 and the fluid outlet 31 are blocked.
  • the processing device 32 is electrically connected to the pressure sensor 33, which in turn communicates fluidly with the fluid line 30 leading to the fluid outlet 31.
  • the pressure sensor 33 By means of the pressure sensor 33, the actual fluid pressure applied to the fluid outlet 31 can be determined in order to be able to carry out an advantageous activation of the control valve 24.
  • the processing device is designed as a structurally separate component of the vacuum control device or is integrated in the control module.
  • the vacuum control unit 42 also includes a processing device 32, a pressure sensor 33 and a fluid outlet 31. Contrary to the vacuum control unit 22, two fluid ports 43, 44 are provided in the vacuum control unit 42, which a Druck Kunststoffschreib. Vacuum supply into the vacuum control unit 42 serve. Each of the two fluid connections 43, 44 is assigned a control valve 45, 46 which is designed as a 2/2-way valve, wherein each of the control valves 45, 46 is electrically coupled to the processing device 32.
  • control valves 45, 46 control such that either the provided at the fluid port 43 compressed air or provided at the fluid port 44 negative pressure to the fluid outlet 31 is provided.
  • both control valves 45, 46 are switched by the processing device 32 into the respective blocking position, so that there is no fluid flow between the fluid connections 43, 44 and the fluid outlet 31
  • a control signal from the processing device 32 is output to the control valve 46 to effect a vacuum application of the fluid outlet 31.
  • the control signal is symbolized as a black bar in the line B of Figure 5, which begins at time tl. Due to electrical and / or mechanical and / or fluidic inertias, a time delay occurs between the output of the control signal by the processing device 32 and an actual change in the pressure at the fluid outlet, so that the time of action, to which, for example, a specifiable pressure change ⁇ has actually occurred, is present in the present case at time t2.
  • This time difference t2-tl is determined by the processing device 32 by evaluating the electrical sensor signal of the pressure sensor 33 and stored as a delay time tdl.
  • a further time difference td2 between the actuation of the control valve 46 drawn in line A at time t6 and the associated time of action t8 can be calculated, starting from that present at time t6 Pressure has set a predeterminable pressure difference ⁇ 2. Due to the pressurization of the vacuum gripper 4, which is initiated with the control signal from the time t6, but actually due to internal delays, for example in the control valve 46 only starts from a time t7, a rapid reduction of the vacuum takes place in the vacuum gripper 4.
  • the value td2 may be stored in the processing device 32 as well as the value tdl. Furthermore, the processing device 32 is set up in such a way that it makes possible a comparison of the currently determined values for tdl and td2 with preceding values, in particular immediately preceding values for tdl and tdl, and if there is a deviation, a correction of the activation duration, in particular for the control signal for aeration of the For example, it may be provided that, given an increase in the time difference td2 in the current drive cycle compared to the preceding drive cycle for the subsequent drive cycle, an extension of the drive duration for the control valve 46 is provided.
  • a comparison of the current values for tdl and / or td2 with values for tdl and / or td2 determined during startup of the vacuum gripper 1 can also be made to realize a diagnostic function for the vacuum gripper 1. With this diagnostic function, an aging process of the vacuum gripper 1 can be traced, which is reflected in particular in increased values tdl and / or td2.
  • the vacuum control unit 42 preferably emits a message as soon as a difference between a value tdl and / or td2 stored as a reference value during startup and a current value for tdl and / or td2 exceeds a predefinable limit value.
  • the vacuum reduction in the vacuum gripper 4 is completed at time t9, but the control period for the control valve 46 is chosen so that it remains open beyond the time t9 and thus takes place in the vacuum gripper 4, a slight overpressure build-up, which may be very easy and possibly on the vacuum gripper 4 adhering workpiece easier.
  • the extension of the activation period can thus be provided by way of example in order to ensure that a predeterminable, albeit low, overpressure level in the vacuum gripper 4 is attained, as indicated at time t10 in FIG.
  • the processing device 32 continuously determines the change in the pressure that has occurred, ie the time derivative of the pressure or rate of pressure change.
  • a status signal is output by the processing device 32 after a time period within which the pressure change rate has reliably exceeded a specifiable level has elapsed. This is the case by way of example at time t4.
  • the status signal which is shown by way of example in line D of FIG. 5, can be forwarded, for example, via the internal communication system to the control module 12 and from there via the external communication system 15 to the machine controller 13. Based on this status signal can be triggered in the machine control 13, for example, the control of the linear divider 5. Between the output of a corresponding drive signal by the machine controller 13 and an actual movement of the linear actuator 5 is also a time difference in which a further pressure drop has taken place on the vacuum gripper, thereby increasing the holding forces. Therefore, it is possible to output the Statussig ⁇ nal already at a time, are still present to the insufficient retaining forces between the vacuum grippers 4 and the workpiece 2, as to an actual acceleration of the workpiece 2, the holding forces have reached a sufficient level to be.
  • the delay time tdl determined at the beginning of the negative pressure application of the fluid output in the current activation cycle can be used for a safe and rapid depositing of the workpiece 2.
  • Vacuum gripper 4 should take place only when the workpiece 2 is stored reliably. To ensure this, it is known from the prior art, after aeration or pressurization of the vacuum gripper 4 to provide a waiting time within which no movement of the vacuum gripper 4 takes place. This waiting time must be chosen so that all electrical, mechanical and fluidic inertias are taken into account between the processing device 32, the control valve 45, 46, the fluid outlet 31 and the
  • Vacuum grippers 4 may occur.
  • the delay time tdl which occurs when vacuum is applied to the vacuum gripper 4 is taken into account by the processing device 32 during ventilation or pressurization of the vacuum gripper 4, which takes place, for example, at a time t6 by the processing device 32 in synchronism with a deactivation of the vacuum was determined by the processing device 32.
  • this delay time which in the figure 5 as a time difference between the time t6 and the beginning of the pressure rise in the
  • Vacuum grippers is visible at time t7, the processing device 32 is an information available, on the basis of which the time t8, to which a substantial, in particular complete, reduction of the vacuum to the
  • Vacuum grippers 4 is done, can be determined more accurately. Thus, the time from the aeration or pressurization of the vacuum gripper 4 to a relative movement between the vacuum grippers 4 and the workpiece 2 can be shortened.
  • the processing device 32 can also monitor the pressure signal of the pressure sensor 33 in order to provide a status signal to the machine controller 13 when a predeterminable minimum pressure, in particular the ambient pressure, is reached, by means of which a movement of the linear divider 5 can be initiated.
  • a predeterminable minimum pressure in particular the ambient pressure
  • Vacuum gripper 4 a delay time td2 are determined, which is a time difference between the switching time t6 for the control valve 45, in this case for pressurizing the vacuum gripper 4, and the attainment of a predetermined minimum pressure, for example at time t8, to the
  • Vacuum grippers 4 results.
  • This delay time td2 can also be taken into account by the processing device 32 in order to output the status signal to the machine control 13 at the earliest possible time, without the risk of the vacuum grippers 4 being lifted off the workpiece 2 at a time, to which still a significant holding force is present.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumgreifeinrichtung (1), die einen Vakuumgreifer (4), eine Verarbeitungseinrichtung (32), eine Sensoreinrichtung (14; 33) zur Bereitstellung eines fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals und ein von der Verarbeitungseinrichtung (32) ansteuerbares Fluidsteuerventil (24; 45, 46) zur Bereitstellung eines Vakuums an den Vakuumgreifer (4) umfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung (32) zur Verarbeitung des Sensorsignals und zur Ansteuerung des Fluidsteuerventils (24; 45, 46) ausgebildet ist, mit den Schritten: Ausgeben eines Steuersignals von der Verarbeitungseinrichtung (32) an das Fluidsteuerventil (24; 45, 46) zu einem Ansteuerungszeitpunkt (t1; t8), Ermitteln eines Wirkzeitpunkts (t2; t6), zu dem eine Änderung des fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals um einen vorgebbaren Änderungsbetrag eingetreten ist und Berechnen eines Korrekturwerts anhand einer zeitlichen Differenz (td1, td2) zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt (t1; t6) und dem Wirkzeitpunkt (t2; t8) und Korrektur des Ansteuerungszeitpunkts (t1; t6) und/oder Korrektur einer Ansteuerungsdauer für das Fluidsteuerventil (24; 45, 46) in einem nachfolgenden Ansteuerungszyklus mit dem ermittelten Korrekturwert.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Vakuumgreifeinrichtung,
Vakuumsteuereinrichtung und Manipulator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumgreifeinrichtung, die einen Vakuumgreifer, eine Verarbeitungseinrichtung, eine Sensoreinrichtung zur Bereitstellung eines fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals und ein von der Verarbeitungseinrichtung ansteuerbares Fluidsteuer- ventil zur Bereitstellung eines Fluidstroms, vorzugsweise eines Vakuums, insbesondere eines Vakuums und eines Überdrucks, an den Vakuumgreifer umfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung des Sensorsignals und zur Ansteuerung des Fluidsteuerventils ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuumsteuereinrichtung und einen Manipulator.
Aus der DE 10 2007 061 820 AI ist eine Vakuumerzeugervorrichtung bekannt, die eine Ejektoreinrichtung aufweist, welche mit einem an einen Sauggreifer angeschlossenen Saugkanal verbunden ist. An den Saugkanal ist eine Druckerfassungseinrichtung angeschlossen, die mit einer Steuerelektronik kommuniziert. Die Vorrichtung erlaubt die Durchführung eines Verfahrens, bei dem die Evakuierungszeit und/oder die Belüftungs- zeit des Saugkanals erfasst und mit mindestens einem Referenzzeitwert verglichen wird, um in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein elektrisches Diagnosesignal zu erzeugen. Die DE 10 2007 058 114 AI offenbart eine Vakuumerzeugervorrichtung und ein zu deren Betreiben geeignetes Verfahren. Eine Ejektoreinrichtung ist mit ihrem Einlass an einen Luftversorgungskanal angeschlossen, der durch eine elektronische Regelungseinrichtung wahlweise abgesperrt oder freigegeben werden kann, um die Ejektoreinrichtung wahlweise auszuschalten oder einzuschalten. Bei eingeschalteter Ejektoreinrichtung wird in einem Saugkanal ein Unterdruck erzeugt . Die
Ejektoreinrichtung wird so betrieben, dass der Unterdruck zwischen einem oberen Schaltwert und einem unteren Schaltwert pendelt. Durch einen Vergleich mit einem Referenzzeitwert wird die Betriebsdauer der Ejektoreinrichtung ermittelt, um ein Diagnosesignal zu generieren, das auf die vorhandene Leckage schließen lässt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumgreifeinrichtung sowie eine Vakuumsteuereinrichtung und einen Manipulator anzugeben, die verglichen mit dem Stand der Technik eine schnellere Handhabung von Werkstücken ermöglichen
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung für ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei sind die folgenden
Schritte vorgesehen: Ausgeben eines Steuersignals von der Verarbeitungseinrichtung an das Fluidsteuerventil zu einem Ansteuerungszeitpunkt, Ermitteln eines Wirkzeitpunkts, zu dem eine Änderung des fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals um einen vorgebbaren Änderungsbetrag eingetreten ist, Berechnen eines Korrekturwerts anhand einer zeitlichen Differenz zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt und dem Wirkzeitpunkt und Korrektur des Ansteuerungszeitpunkts und/oder Korrektur einer Ansteuerungsdauer für das Fluidsteuerventil in einem nachfolgenden Ansteuerungszyklus mit dem ermittelten Korrekturwert .
Durch die Ermittlung der zeitlichen Differenz zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt und dem Wirkzeitpunkt kann die Verarbeitungseinrichtung eine Charakteristik eines fluidischen Systems, das das Fluidsteuerventil, den Vakuumgreifer sowie dazwischen ausgebildete Fluidkanäle umfasst, ermitteln und für eine optimierte Ansteuerung des Fluidsteuerventils bei einem nachfolgenden Ansteuerungszyklus für das Fluidsteuerventil einsetzen sowie gegebenenfalls für andere Zwecke bereitstellen.
Häufig werden Vakuumgreifeinrichtungen in stetig wiederkehrenden und nach einem vorgebbaren Schema ablaufenden Betriebszyklus betrieben, in dem einerseits ein Greifen und Ab setzen eines Werkstücks durch entsprechende Ansteuerung des Vakuumgreifers erfolgt und andererseits eine Bewegung des Vakuumgreifers zwischen einem Werkstückaufnahmeort und einem Werkstückabsetzort durchgeführt wird. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Fluidsteuerventils in einem ebenfalls wiederkehrenden Ansteuerungszyklus, in dem AnsteuerungsZeitpunkte und Ansteuerungsdauern für das Fluidsteuerventil festgelegt sind.
Eine optimierte Ansteuerung des Fluidsteuerventils zum Zweck einer beschleunigten Handhabung von Werkstücken kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Zeitpunkt für die Ansteuerung des Fluidsteuerventils mittels des berechneten Kor rekturwerts verschoben wird, um zu einem früheren Zeitpunkt die gewünschte Änderung eines Funktionszustands zu erzielen, der mit einer Bereitstellung eines Fluids oder eines Vakuums an den Vakuumgreifer in Zusammenhang steht . Der Ansteuerungs Zeitpunkt kann insbesondere mit einer Bewegung des Vakuumgreifers in Verbindung stehen, beispielsweise mit einer Annäherung des Vakuumgreifers an ein Werkstück zum Ergreifen dieses Werkstücks oder mit einer Entfernung des
Vakuumgreifers vom Werkstück nach Absetzen des Werkstücks und zumindest teilweisem Aufheben des Vakuums. Je nach Art der zu greifenden Werkstücke und in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Vakuumgreifers kann es erforderlich sein, das Vakuum durch aktives Zuführen von druckbeaufschlagtem Fluid an den Vakuumgreifer rasch aufzuheben. Da hierbei jedoch, insbesondere bei sehr leichten Werkstücken, vermieden werden muss, dass diese durch einen Fluidüberschuss bei Belüften des
Vakuumgreifers durch das überschüssige Fluid beschleunigt werden, muss die für den Belüftungsvorgang bereitgestellte Fluidmenge sehr genau gewählt werden. Diese Fluidmenge kann bei einer Erstinbetriebnahme des Vakuumgreifers durch eine geeignete Charakterisierung des Gesamtsystems, in dem der Vakuumgreifer eine Komponente darstellt, bestimmt werden. Da allerdings aufgrund von Alterungserscheinungen, beispielsweise am Fluidsteuerventil und/oder am Vakuumgreifer, eine Veränderung der Systemeigenschaften auftreten kann, ist es vorteilhaft, wenn das Greifverhalten des Vakuumgreifers entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren analysiert wird und gegebenenfalls durch Veränderung des Ansteuerungszeitpunkts und/oder der Ansteuerungsdauer eine präzise Aufhebung des Vakuums am Vakuumgreifer zu gewährleisten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Ansteuerungszeitpunkt ein Steuersignal für eine Bereitstellung eines Vakuums an den Vakuumgreifer bereitgestellt wird und zum Wirkzeitpunkt ein vorgebbarer Druckabfall und/oder eine vorgebbare Änderungsgeschwindigkeit für einen Druckabfall am Vakuumgreifer vorliegen. Hierdurch wird bei der erfindungsgemäßen Differenzbildung ermittelt, welcher zeitliche Zusammenhang zwischen der Bereitstellung des elektrischen Steuersignals an das elektrofluidische Fluidsteuer- ventil zur Bereitstellung des Vakuums an den Vakuumgreifer und dem tatsächlichen Aufbau des Vakuums am Vakuumgreifer besteht.
Beispielsweise kann es aufgrund von elektrischen und/oder mechanischen Trägheiten am Fluidsteuerventil und/oder aufgrund von fluidischen Trägheiten, insbesondere aufgrund einer großen Länge des Fluidkanals zwischen Fluidsteuerventil und Vakuumgreifer und/oder aufgrund von Kompressibilitätseffekten im Fluidkanal und/oder aufgrund der Eigenschaften des
Vakuumgreifers und/oder des zu ergreifenden Werkstücks zu einer erheblichen Verzögerung zwischen der Bereitstellung des Steuersignals an das Fluidsteuerventil und dem Vakuumaufbau kommen .
Die hierdurch eintretenden Verzögerungen können durch das erfindungsgemäße Verfahren in ihren praktischen Auswirkungen reduziert werden, da bei Kenntnis der zeitlichen Verzögerung zwischen dem AnsteuerungsZeitpunkt und dem Wirkzeitpunkt beispielsweise eine entsprechend geänderte Ansteuerung des
Fluidsteuerventils vorgenommen werden kann. Der Wirkzeitpunkt wird entweder anhand eines vorgebbaren Druckabfalls, also einer Änderung des Drucks am Vakuumgreifer um einen vorgebbaren Betrag oder anhand eines Erreichens eines vorgebbaren Betrags und/oder bei Vorliegen einer vorgebbaren Änderungsgeschwindigkeit für den Druckabfall am Vakuumgreifer bestimmt.
Durch geeignete Auswahl des Kriteriums für den Wirkzeitpunkt kann beispielsweise zu einem sehr frühen Zeitpunkt nach Ansteuerung des Fluidsteuerventils mit einer erheblichen Si- cherheit vorhergesagt werden, dass ein zuverlässiger Aufbau des Vakuums und somit ein sicheres Greifen des Werkstücks durch den Vakuumgreifer erfolgen wird. Somit können nachfolgende Verarbeitungsschritte für das Werkstück, die in einem Zusammenhang mit dem Greifvorgang durch den Vakuumgreifer stehen, besonders rasch nach der Ansteuerung des Fluidventils eingeleitet werden.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, dass zum Ansteuerungszeitpunkt ein Steuersignal für eine Belüftung des Vakuumgreifers bereitgestellt wird und der Wirkzeitpunkt anhand eines vorgebbaren Druckanstiegs und/oder einer
vorgebbare Änderungsgeschwindigkeit für einen Druckanstieg am Vakuumgreifer bestimmt wird. Mit einer Belüftung des
Vakuumgreifers wird das Ablegen des angesaugten Werkstücks eingeleitet. Durch die Belüftung wird die Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Raumvolumen, das vom Vakuumgreifer und dem angesaugten Werkstück begrenzt wird, reduziert, wodurch eine Reduktion der Haltekraft eintritt, die der
Vakuumgreifer auf das Werkstück ausübt. Sobald die Haltekraft an den Vakuumgreifern, die mit dem Werkstück in Kontakt stehen, gering als die Gewichtskraft des Werkstücks ist, kann das Werkstück abgelegt und der oder die Vakuumgreifer entfernt werden. Bei der Belüftung handelt es sich also um einen passiven Druckausgleich ohne aktive Druckluftzufuhr bis auf ein in der Umgebung des Vakuumgreifers herrschendes Umge- bungs-Druckniveau .
Ergänzend oder alternativ kann ebenfalls vorgesehen werden, dass zum Ansteuerungszeitpunkt ein Steuersignal für eine Bereitstellung eines Überdrucks am Vakuumgreifer bereitgestellt wird und der Wirkzeitpunkt anhand eines vorgebbaren Druckanstiegs und/oder einer vorgebbaren Änderungsgeschwindigkeit für einen Druckanstieg am Vakuumgreifer bestimmt wird. Bei einer Bereitstellung eines Überdrucks in das von Vakuumgreifer und angesaugtem Werkstück begrenzten Raumvolumen wird ein besonders rascher Abbau der Haltekraft erreicht, so dass das Werkstück besonders schnell abgelegt werden kann. Hierbei ist die erfindungsgemäße Korrektur des Ansteuerungs- zeitpunkts und/oder der Ansteuerungsdauer für das Fluidsteu- erventil von besonderem Vorteil, da durch diese Korrektur die Alterung des Fluidsteuerungsventils und/oder des
Vakuumgreifers und/oder anderer Systemkomponenten zumindest teilweise ausgeglichen werden kann und ein unerwünschtes Beschleunigen des gegriffenen Werkstücks beim Ablegen vermieden werden kann.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine vorgebbare Dauer für das Steuersignal zur Ansteuerung des Fluidventils mittels des Korrekturwerts korrigiert wird. Dadurch kann eine Anpassung der vorgebbaren zeitlichen Dauer des Steuersignals an die realen Umstände des Greifvorgangs durch den Vakuumgreifer vorgenommen werden. Exemplarisch kann vorgesehen werden, bei der Aufhebung des Vakuums eine Belüftungsdauer zu verlängern, wenn in einem vorausgegangenen An- steuerungszyklus für den Vakuumgreifer anhand des Druckanstiegs oder der Änderungsgeschwindigkeit des Druckanstiegs detektiert wurde, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Druckverlauf vorliegt, die auf eine verlängerte Schaltzeit des Fluidsteuerventils schließen lässt.
Zweckmäßig ist es, wenn bei Inbetriebnahme der Vakuumgreif- einrichtung die zeitliche Differenz zwischen dem Ansteue- rungsZeitpunkt und dem Wirkzeitpunkt als Referenzwert gespeichert wird und in nachfolgenden Ansteuerungszyklen ein Vergleich des Referenzwerts mit der jeweils zuletzt ermittelten zeitlichen Differenz zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt und dem Wirkzeitpunkt vorgenommen wird und beim Auftreten einer Abweichung zwischen den beiden zeitlichen Differenzen, die oberhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt, von der Verarbeitungseinrichtung eine Warnmeldung ausgegeben wird. Hierdurch wird eine Diagnosefunktion für den Zustand der
Vakuumgreifereinrichtung, insbesondere für einen Verschleißzustand des Fluidsteuerventils verwirklicht. Als Inbetriebnahme kann insbesondere eine erste Inbetriebnahme nach einer Montage der Vakuumgreifeinrichtung oder eine Inbetriebnahme nach vorausgegangener Abschaltung der Vakuumgreifeinrichtung verstanden werden. Die Diagnosefunktion basiert auf der Überlegung, dass sich das Fluidsteuerventil zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme in einem vorteilhaften Zustand, insbesondere in einem Zustand geringen Verschleißes, befindet und mit zunehmender Anzahl von Ansteuerungszyklen der Verschleiß, insbesondere die innere Reibung, des Fluidsteuerventils zunimmt, wodurch in der Regel eine Verlängerung der Schaltzeiten des Fluidsteuerventils eintritt. Mit Hilfe der Diagnosefunktion kann die Vakuumgreifeinrichtung überwacht werden und bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts eine Warnmeldung ausgegeben werden, um dem Benutzer zu signalisieren, dass nunmehr ein vorgegebener Verschleißzustand erreicht ist und eventuell Gegenmaßnahmen, beispielsweise Wartungsmaßnahmen, für die Vakuumgreifeinrichtung vorgesehen werden sollten.
Vorteilhaft ist es, wenn die Verarbeitungseinrichtung zum Wirkzeitpunkt ein Statussignal an ein externes Kommunikationssystem bereitstellt, das für eine Kommunikation mit einer Maschinensteuerung ausgebildet ist, um durch das Statussignal eine Änderung eines Bewegungszustands des Vakuumgreifers zu bewirken. Mit Hilfe des Statussignals können Bewegungsund/oder Verarbeitungsschritte für das Werkstück eingeleitet werden, die in einem Zusammenhang mit dem Ergreifen des Werkstücks durch den Vakuumgreifer stehen. Beispielsweise kann anhand des Statussignals ein Bewegungssignal für eine Bewegung des Werkstücks zu einem Zeitpunkt ausgegeben werden, zu dem die Haltekraft noch nicht ausreichend ist, um eine Werkstückbewegung zuzulassen. Anhand des exemplarischen Kriteriums der Änderungsgeschwindigkeit für den Druckabfall am
Vakuumgreifer kann jedoch eine Vorhersage für den weiteren GreifVorgang durch den Vakuumgreifer getroffen werden. Anhand dieser Vorhersage ist absehbar, ob zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem die Bewegung des Werkstücks tatsächlich stattfindet, die Haltekraft bereits ein Niveau erreicht hat, das eine Werkstückbewegung zulässt. Somit kann eine Verzögerungszeit, die im Zusammenhang mit der steuerungstechnischen und/oder mechanischen Trägheit eines Manipulators, dem der
Vakuumgreifer zugeordnet ist, steht, zumindest teilweise dadurch kompensiert werden, dass bereit zu einem sehr frühen Zeitpunkt während des Greifvorgangs für das Werkstück das Statussignal an die Maschinensteuerung bereitgestellt wird, das zur Bereitstellung des oder der Steuerungssignale an den Manipulator führt und dass zu dem Zeitpunkt, zu dem eine tatsächliche Beschleunigung des Werkstücks durch den Manipulator stattfindet, der GreifVorgang durch den Vakuumgreifer zumindest soweit abgeschlossen ist, dass das Werkstück trotz der eingeleiteten Beschleunigung zuverlässig am Vakuumgreifer anhaftet.
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Hierbei ist eine Vakuumsteuereinrichtung mit einem Fluidanschluss für eine Fluid- zufuhr vorgesehen, mit einem Fluidausgang für die Bereitstellung eines Fluids und/oder eines Vakuums an einen Verbraucher, mit einer Verarbeitungseinrichtung, die zur Verarbeitung wenigstens eines fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals und zur Bereitstellung von Steuersignalen ausgebildet ist, sowie mit einem von den Steuersignalen ansteuerbaren Fluidsteuerventil, das mit dem Fluidanschluss oder mit dem Fluidanschluss und dem Fluidausgang verbunden ist, und/oder mit einem Vakuumsteuerventil, das mit dem Fluidanschluss und dem Fluidausgang verbunden ist, um eine zeitweilige Bereitstellung von Fluid und/oder Vakuum am Fluidausgang zu ermöglichen. Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungseinrichtung für die Ermittlung und Verarbeitung wenigstens eines Korrekturwerts ausgebildet, der sich aus einer zeitlichen Differenz zwischen der Bereitstellung eines Steuersignals an das Fluidsteuerventil und/oder an das Vakuumsteuerventil und einer vorgebbaren Änderung des fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals ergibt. Mit einer derartigen Verarbeitungseinrichtung, die in einer Vakuumsteuereinrichtung enthalten ist, wird eine Optimierung von Greif- und/oder Ablegevorgängen für ein Werkstück ermöglicht, das von einem Vakuumgreifer gegriffen werden soll, der mit einem von der Vakuumsteuereinrichtung bereitgestellten Unterdruck und ggf. Überdruck beaufschlagt wird. Die Vakuumsteuereinrichtung kann anhand des von der Verarbeitungseinrichtung ermittelten Korrekturwerts entweder eigenständig eine verbesserte fluidische Ansteuerung des anschließbaren Vakuumgreifers oder in Zusammenwirkung mit einer Maschinensteuerung eine optimierte Bewegungssteuerung für einen von der Maschinensteuerung ansteuerbaren Manipulator, der den Vakuumgreifer trägt und bewegt, erreicht werden.
Vorteilhaft ist es, wenn dem Vakuumgreifer eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist, die für eine Bereitstellung des vakuumbezogenen Sensorsignals an die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist. Somit erfolgt eine Ermittlung des Vakuums vor Ort direkt am Vakuumgreifer, wodurch eine hohe Genauigkeit des ermittelten Messwerts für die wenigstens eine Charakteristik des zu erzeugenden Vakuums gewährleistet wird. Zweckmäßig ist es, wenn der Verarbeitungseinrichtung ein Drucksensor für die Ermittlung eines Fluiddrucks am Fluidan- schluss zugeordnet ist und dass die Verarbeitungseinrichtung für eine Änderung des Steuersignals an das Fluidsteuerventil und/oder das Vakuumsteuerventil anhand des ermittelten Fluiddrucks ausgebildet ist. Durch die Integration des Drucksensors in die Vakuumsteuereinrichtung kann eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden, da auf Anschlussmittel für einen externen Drucksensor, beispielsweise auf Steckbuchsen für Signalkabel, verzichtet werden kann. Zudem ist keine aufwendige Aufbereitung der Ausgangssignale des Drucksensors erforderlich, vielmehr werden die Ausgangssignale des Drucksensors auf kurzem Wege an die Verarbeitungseinrichtung weitergeleitet. Besonders bevorzugt ist der Drucksensor direkt mit einer Leiterplatte elektrisch verbunden, auf der die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Fluidanschluss und dem Fluidaus- gang ein Vakuumerzeuger, insbesondere ein Ejektor, fluidisch eingeschleift ist. Hierdurch kann das benötigte Vakuum unmittelbar in der Vakuumsteuereinrichtung erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine wahlweise Bereitstellung eines Vakuums und eines Überdrucks am Fluidausgang allein durch Umschaltung des Vakuumsteuerventils erreicht werden kann. Dabei stellt das Vakuumsteuerventil in einer ersten Schaltstellung die am Fluidanschluss bereitgestellte Druckluft dem Vakuumerzeuger, insbesondere dem Ejektor, zur Verfügung, so dass am Fluidausgang ein Vakuum bereitgestellt wird. In einer zweiten Schaltstellung wird der Fluidanschluss vom Vakuumsteuerventil blockiert. In einer dritten Schaltstellung findet eine unmittelbare Weiterleitung der am Fluidanschluss bereitgestellten Druckluft an den Fluidausgang statt, so dass eine Überdruckbeaufschlagung des dort angeschlossenen
Vakuumgreifers erfolgen kann.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass an der Vakuumsteuereinrichtung ein zweiter Fluidanschluss vorgesehen ist, der für eine Bereitstellung eines zweiten Fluids an das Fluidsteuer- ventil und/oder das Vakuumsteuerventil ausgebildet ist und dass das Fluidsteuerventil und/oder das Vakuumsteuerventil für eine wahlweise Freigabe einer kommunizierenden Verbindung zwischen dem ersten oder dem zweiten Fluidanschluss und dem Fluidausgang sowie für eine Absperrung der Verbindung zum Fluidausgang ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung des Fluidsteuerventil und/oder des Vakuumsteuerventils ist vorteilhaft, wenn sowohl Druckluft als auch Vakuum an die Vakuumsteuereinrichtung bereitgestellt werden. Somit sind das Fluidsteuerventil und/oder das Vakuumsteuerventil für eine Umschaltung zwischen dem bereitgestellten Vakuum, der bereitgestellten Druckluft und gegebenenfalls einer Blockierung des Fluidausgangs verantwortlich.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Hierbei ist ein Manipulator mit einem beweglichen Manipulatorarm und einem daran angebrachten Vakuumgreifer zum Ergreifen, Bewegen und Absetzen von Werkstücken vorgesehen, wobei der Vakuumgreifer fluidisch kommunizierend mit einer erfindungsgemäßen Vakuumsteuereinrichtung, sowie mit einer Maschinensteuerung, die für eine Ansteuerung des Manipulatorarms und für eine Kommunikation mit der Vakuumsteuereinrichtung über ein externes Kommunikationssystem ausgebildet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Maschinensteuerung derart eingerichtet ist, dass eine Änderung eines Bewegungszustands des
Manipulatorarms in Abhängigkeit von einem Statussignal der Vakuumsteuereinrichtung erfolgt . Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vakuumgreifein- richtung,
Figur 2 eine modular aufgebaute Fluidsteuereinrichtung zur
Ansteuerung der in Figur 1 dargestellten Vakuumgreifeinrichtung,
Figur 3 einen pneumatischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines Vakuumsteuergeräts,
Figur 4 einen pneumatischen Schaltplan einer zweiten Aus- führungsform eines Vakuumsteuergeräts und
Figur 5 ein zeitliches Ablaufschema für den Betrieb einer
Vakuumgreifeinrichtung .
In der Figur 1 ist eine Vakuumgreifeinrichtung 1 schematisch dargestellt, wie sie beispielsweise zum Manövrieren von plat- tenförmigen Gegenständen 2 eingesetzt werden kann. Die Vakuumgreifeinrichtung 1 umfasst exemplarisch mehrere an einem gemeinsamen formstabilen Rahmen 3 angebrachte, zumindest bereichsweise flexibel ausgebildete Vakuumgreifer 4. Der Rahmen 3 ist vorliegend an zwei parallel zueinander ausgerichteten Linearstellern 5 angebracht, bei denen es sich um elektrische oder fluidische Stellmittel, insbesondere um
Pneumatikzylinder, handeln kann. Jeder der Vakuumgreifer 4 ist fluidisch kommunizierend mit einer Versorgungsleitung 6 verbunden, die für eine Bereitstellung eines Fluidstroms aus einem vom Vakuumgreifer 4 und dem zugeordneten Werkstück 2 begrenzten, nicht näher dargestellten Hohlraum oder eines Fluidstroms in diesen Hohlraum ausgebildet ist. Die Vakuumgreifer 4 können beispielsweise zunächst auf die Oberfläche des Werkstücks 2 aufgesetzt werden, um dann in einem nachfolgenden Schritt eine Evakuierung des Hohlraums über die Versorgungsleitung zu bewirken, wodurch sich eine Haltekraft zwischen Vakuumgreifer 4 und Werkstück 2 aufbaut. Bei ausreichender Dichtwirkung zwischen dem Vakuumgreifer 4 und dem Werkstück 2 und ausreichender Unterdruckbeaufschlagung des Hohlraums kann dadurch das Werkstück 2 mittels der Linear- steiler 5 angehoben und/oder abgesenkt werden. Bei einer beispielhaften Ausgestaltung der Linearsteller 5 als
Pneumatikzylinder sind Druckleitungen 7, 8 vorgesehen, über die Druckluft zu den Linearstellern 5 geleitet werden kann, um den gewünschten Hub- oder Absenkvorgang zu bewirken.
In einem nachfolgenden Schritt werden die Hohlräume der jeweiligen Vakuumgreifer 4 belüftet oder gegebenenfalls mit Überdruck beaufschlagt, um einen raschen Abbau der Haltekräfte zu bewirken und das Werkstück 2 schnell ablegen zu können.
Die Versorgungsleitung 6 ist wie die Druckleitungen 7 und 8 mit einer Fluidsteuereinrichtung 9 verbunden, die aus mehreren, in der Figur 2 näher dargestellten Modulen 10, 11, 12, aufgebaut ist. Vorzugsweise sind diese Module 10, 11, 12 aneinandergereiht angeordnet und stehen untereinander elektrisch und fluidisch in kommunizierender Verbindung. Exemplarisch umfasst die Fluidsteuereinrichtung 9 ein Vakuummodul 10 sowie zwei Druckluftmodule 11 und ein Steuermodul 12. Die Vakuumgreifer 4 sind über die Versorgungsleitung 6 mit dem Vakuummodul 10 verbunden. Die beiden Linearsteiler 5 sind über die Druckleitungen 7, 8 mit den für die Hub- bzw. Absenkbewegung zuständigen Druckluftmodulen 11 verbunden. Das Steuermodul 12 ist zur Koordination der Funktionen der anderen Module 10, 11 vorgesehen, hierzu kann beispielsweise eine parallel Verschaltung der Module 10, 11 mit dem Steuermodul 12 oder ein internes Kommunikationssystem zwischen den Modulen 10, 11 und dem Steuermodul 12 vorgesehen sein. Zudem dient das Steuermodul 12 auch zur Umsetzung von Steuerbefehlen, die von einer Maschinensteuerung 13 über ein Kommunikationssystem 15 an das Steuermodul 12 bereitgestellt werden. An wenigstens einem der Vakuumgreifer 4 kann fakultativ ein Drucksensor 14 angeordnet werden, der mit dem Vakuummodul 10 elektrisch gekoppelt ist und der für die Bereitstellung eines Ist -Druckwert-Signals an das Vakuummodul 10 ausgebildet ist. Mit Hilfe des Drucksensors 14 kann der tatsächlich am
Vakuumgreifer 4 anliegende Fluiddruck ermittelt werden, um eine vorteilhafte Steuerung des Vakuummoduls 10 zu ermöglichen.
Aus der Figur 2 ist der modulare Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer Fluidsteuereinrichtung 9 erkennbar. Das Steuermodul 12 umfasst eine externe Kommunikationsschnittstelle 16, eine interne Kommunikationsschnittstelle 17 sowie zwei externe Fluidanschlüsse 18, 19 und zwei interne Fluidan- schlüsse 20, 21. An den beiden externen Fluidanschlüssen 18, 19 können beispielsweise Druckluft und Vakuum angeschlossen werden, die internen Fluidanschlüsse 20, 21 dienen dann exemplarisch zur Weiterleitung der Druckluft und des Vakuums an die Module 10, 11. Die externe Kommunikationsschnittstelle 16 dient zum Anschluss eines externen Kommunikationssystems 15, das exemplarisch eine Übertragung von Steuerbefehlen und Sensordaten zwischen der Maschinensteuerung 13 und dem Steuermodul 12 nach dem Profibus-Protokoll vorsieht. Die interne Kommunikationsschnittstelle 17 ist für eine Weiterleitung von Steuerbefehlen vom Steuermodul 12 an die Module 10, 11 sowie zur Bereitstellung von Sensor- und/oder Statussignalen der Module 10, 11 an das Steuermodul 12 vorgesehen und kann beispielsweise für eine Datenübertragung nach dem I/O-Link- Protokoll ausgebildet sein. Alternativ sind die interne Kommunikationsschnittstelle 17 am Steuermodul 12 und entsprechende Kommunikationsschnittstellen 17 an den Modulen 10, 11 als Parallelbussystem, gemäß I/O-Link oder als Parallelverdrahtung, insbesondere Multipol, ausgebildet.
Die der in Figur 3 dargestellte erste Ausführungsform eines als Vakuumsteuergerät 22 ausgebildeten Vakuummoduls 10 um- fasst einen Fluidanschluss 23, ein Steuerventil 24, einen Ejektor 25, einen Abluftschalldämpfer 28, einen am Ejektor 28 angeordneten Sauganschluss 29, eine Fluidleitung 30, einen Fluidausgang 31, eine Verarbeitungseinrichtung 32 sowie eine als Drucksensor 33 ausgebildete Sensoreinrichtung. Der Fluidanschluss 23 ist für eine Druckluftzufuhr in das Vakuumsteuergerät 22 ausgebildet und an einer Seitenwand des Vakuummoduls 10 angeordnet, so dass er mit einem korrespondierenden internen Fluidanschluss 20 eines benachbart angeordneten Moduls 10, 11, 12 in kommunizierende Verbindung gebracht werden kann. Der Fluidanschluss 23 steht mit einem Steuerventil 24 in Verbindung, das für eine wahlweise Weiterleitung der bereitgestellten Druckluft an den Ejektor 25 oder unmittelbar an den Fluidausgang 31 ausgebildet ist. Das Steuerventil 24 ist exemplarisch als 3/3 -Wegeventil ausgebildet und kann elektromagnetisch angesteuert werden. Hierzu ist die im Vakuumsteuergerät 22 angeordnete Verarbeitungseinrichtung 32 vorgesehen, die über die interne Kommunikationsschnittstelle 17 mit dem Steuermodul 12 in elektrisch kommunizierender Verbindung steht. Die Kommunikationsschnittstelle 17 kann exemplarisch für einen Datenaustausch mit dem Steuermodul 12 gemäß dem I/O-Link-Protokoll oder einem anderen Busprotokoll oder alternativ als Multipol-Verbindung ausgebildet sein. Das Steuerventil 24 kann in einer ersten, in der Figur 3 dargestellten Schaltstellung für eine Druckluftversorgung des Ejektors 23 vorgesehen sein, so dass an dem Sauganschluss 29 und somit auch am Fluidausgang 31 ein Unterdruck anliegt, mit dem die in der Figur 1 dargestellten Vakuumgreifer 4 am Werkstück 2 festgesaugt werden können. In einer zweiten Schalt - Stellung des Steuerventils 24 ist eine Druckbeaufschlagung der Vakuumgreifer 4 für ein schnelles Ablegen des Werkstücks 2 vorgesehen. In einer dritten Schaltstellung des Steuerventils 24 sind die Verbindungen zwischen dem Fluidanschluss 23 und dem Fluidausgang 31 blockiert. Die Verarbeitungseinrichtung 32 ist elektrisch mit dem Drucksensor 33 verbunden, der seinerseits in kommunizierender fluidischer Verbindung mit der zum Fluidausgang 31 führenden Fluidleitung 30 steht. Mit Hilfe des Drucksensors 33 kann der tatsächlich am Fluidausgang 31 anliegende Fluiddruck ermittelt werden, um eine vorteilhafte Ansteuerung des Steuerventils 24 vornehmen zu können. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung als baulich getrennter Bestandteil des Vakuumsteuergeräts ausgebildet oder ist im Steuermodul integriert .
Bei der in Figur 4 dargestellten zweiten Ausführungsform eines als Vakuumsteuergerät 42 ausgeführten Vakuummoduls 10 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezeichnungen wie beim Vakuumsteuergerät 22 benutzt. Das Vakuumsteuergerät 42 umfasst ebenfalls eine Verarbeitungseinrichtung 32, einen Drucksensor 33 und einen Fluidausgang 31. Abweichend vom Vakuumsteuergerät 22 sind beim Vakuumsteuergerät 42 zwei Fluidanschlüsse 43, 44 vorgesehen, die einer Druckluftbzw. Vakuumversorgung in das Vakuumsteuergerät 42 dienen. Den beiden Fluidanschlüssen 43, 44 ist jeweils ein als 2/2- Wegeventil ausgebildetes Steuerventil 45, 46 zugeordnet, wobei jedes der Steuerventile 45, 46 mit der Verarbeitungseinrichtung 32 elektrisch gekoppelt ist. Die Verarbeitungsein- richtung 32 kann die Steuerventile 45, 46 derart ansteuern, dass wahlweise die am Fluidanschluss 43 bereitgestellte Druckluft oder der am Fluidanschluss 44 bereitgestellte Unterdruck an den Fluidausgang 31 bereitgestellt wird. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass beide Steuerventile 45, 46 von der Verarbeitungseinrichtung 32 in die jeweilige Sperrstellung geschaltet werden, so dass kein Fluidstrom zwischen den Fluidanschlüssen 43, 44 und dem Fluidausgang 31 vorliegt
Aus dem in Figur 5 dargestellten zeitlichen Ablaufschema für den Betrieb einer Vakuumgreifeinrichtung 1 geht hervor, in welcher Weise eine vorteilhafte Ansteuerung des in Figur 4 dargestellten Vakuumsteuergeräts 42 vorgenommen werden kann. Auf der Abszissenachse des Schaubilds ist die Zeit t aufgetragen, auf der Ordinatenachse ist der Druck p aufgetragen.
Zu einem Zeitpunkt to sind beide Steuerventile 45, 46 in die Sperrstellung geschaltet, so dass weder ein Vakuum noch ein Überdruck am Fluidausgang 31 anliegen. Dementsprechend ist der vom Drucksensor 33 gemessene Druck gleich dem Umgebungsdruck pO .
Zum Zeitpunkt tl, der auch als erster Ansteuerungszeitpunkt bezeichnet wird und als Beginn eines sich zeitlich zwischen tl und tlO erstreckenden Ansteuerungszyklus angesehen werden kann, wird von der Verarbeitungseinrichtung 32 ein Steuersig nal an das Steuerventil 46 ausgegeben, um eine Vakuumbeaufschlagung des Fluidausgangs 31 zu bewirken. Das Steuersignal ist als schwarzer Balken in der Zeile B der Figur 5 symbolisiert, der zum Zeitpunkt tl beginnt. Aufgrund von elektrischen und/oder mechanischen und/oder fluidischen Trägheiten tritt ein zeitlicher Verzug zwischen der Ausgabe des Steuersignals durch die Verarbeitungseinrichtung 32 und einer tatsächlichen Änderung des Drucks am Fluidausgang ein, so dass der Wirkzeitpunkt, zu dem beispielsweise eine vorgebbare Druckänderung Δρΐ tatsächlich eingetreten ist, im vorliegenden Fall zum Zeitpunkt t2 vorliegt. Diese zeitliche Differenz t2-tl wird von der Verarbeitungseinrichtung 32 durch Auswertung des elektrischen Sensorsignals des Drucksensors 33 ermittelt und als Verzögerungszeit tdl gespeichert.
In gleicher Weise und ergänzend oder alternativ zur Bestimmung der ersten Verzögerungszeit tdl kann eine weitere zeitliche Differenz td2 zwischen der in Zeile A eingezeichneten Ansteuerung des Steuerventils 46 zum Zeitpunkt t6 und dem zugehörigen Wirkzeitpunkt t8 berechnet werden, zu dem sich ausgehend von dem zum Zeitpunkt t6 vorliegenden Druck eine vorgebbare Druckdifferenz Δρ2 eingestellt hat. Durch die Druckbeaufschlagung des Vakuumgreifers 4, die mit dem Steuersignal ab dem Zeitpunkt t6 eingeleitet wird, effektiv jedoch aufgrund interner Verzögerungen, beispielsweise im Steuerventil 46 erst ab einem Zeitpunkt t7 tatsächlich beginnt, findet ein rascher Abbau des Vakuums im Vakuumgreifer 4 statt.
Der Wert td2 kann ebenso wie der Wert tdl in der Verarbeitungseinrichtung 32 gespeichert werden. Ferner ist die Verarbeitungseinrichtung 32 derart eingerichtet, dass sie einen Vergleich der aktuell ermittelten Werte für tdl und td2 mit vorausgegangenen, insbesondere mit unmittelbar vorausgegangenen Werten für tdl und tdl ermöglicht und bei Vorliegen einer Abweichung eine Korrektur der Ansteuerungsdauer, insbesondere für das Steuersignal zur Belüftung des Vakuumgreifers 4 ab dem Zeitpunkt t6, ermöglicht/Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer Vergrößerung der zeitlichen Differenz td2 beim aktuellen Ansteuerungszyklus verglichen mit dem vorausgegangen Ansteuerungszyklus für den nachfolgenden Ansteuerungszyklus eine Verlängerung der Ansteuerungsdauer für das Steuerventil 46 vorgesehen wird. Neben einem Vergleich der aktuellen Werte tdl und td2 mit den Werten aus einem vorausgegangenen Ansteuerungszyklus kann auch ein Vergleich der aktuellen Werte für tdl und/oder td2 mit Werten für tdl und/oder td2, die bei einer Inbetriebnahme der Vakuumgreifeinrichtung 1 ermittelt wurden, vorgenommen werden, um eine Diagnosefunktion für die Vakuumgreifeinrichtung 1 zu verwirklichen. Mit dieser Diagnosefunktion kann ein Alterungsprozess der Vakuumgreifeinrichtung 1 nachverfolgt werden, der sich insbesondere in vergrößerten Werten tdl und/oder td2 niederschlägt. Vorzugsweise wird vom Vakuumsteuergerät 42 eine Meldung ausgegeben, sobald eine Differenz zwischen einem bei der Inbetriebnahme als Referenzwert gespeicherten Wert tdl und/oder td2 und einem aktuellen Wert für tdl und/oder td2 einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
Der Vakuumabbau im Vakuumgreifer 4 ist an sich zu Zeitpunkt t9 abgeschlossen, allerdings ist die Ansteuerungsdauer für das Steuerventil 46 so gewählt, dass dieses über den Zeitpunkt t9 hinaus geöffnet bleibt und somit im Vakuumgreifer 4 ein geringfügiger Überdruckaufbau stattfindet, der das Ablegen des gegebenenfalls sehr leichten und möglicherweise am Vakuumgreifer 4 anhaftenden Werkstücks erleichtert. Die Verlängerung der Ansteuerungsdauer kann also exemplarisch vorgesehen werden, um ein Erreichen eines vorgebbaren, wenngleich geringen, Überdruckniveaus im Vakuumgreifer 4 zu gewährleisten, wie es in der Figur 5 zum Zeitpunkt tlO angegeben ist.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ansteuerungszyklus für den Vakuumgreifer 4 tritt dieser zu einem Zeitpunkt t3 in Kontakt mit dem Werkstück 2, so dass ein rascher Aufbau eines Vakuums in dem vom Vakuumgreifer 4 und dem Werkstück 2 begrenzten Hohlraum und somit auch ein Aufbau einer Haltkraft zwischen Vakuumgreifer 4 und Werkstück 2 erfolgt. Ab dem Zeitpunkt* t3 ermittelt die Verarbeitungseinrichtung 32 fortlaufend die eingetretene Änderung des Drucks, also die zeitliche Ableitung des Drucks oder Druckänderungsgeschwindigkeit. Exemplarisch kann vorgesehen sein, nach Verstreichen einer Zeitdauer, innerhalb derer die Druckänderungsgeschwindigkeit zuverlässig ein vorgebbares Niveau überschritten hat, ein Statussignal durch die Verarbeitungseinrichtung 32 auszugeben. Dies ist exemplarisch zum Zeitpunkt t4 der Fall. Das Statussignal, das exemplarisch in der Zeile D der Figur 5 dargestellt ist, kann beispielsweise über das interne Kommunikationssystem an das Steuermodul 12 und von dort über das externe Kommunikationssystem 15 an die Maschinensteuerung 13 weitergeleitet werden. Anhand dieses Statussignals kann in der Maschinensteuerung 13 beispielsweise die Ansteuerung der Linearsteiler 5 ausgelöst werden. Zwischen der Ausgabe eines entsprechenden Ansteuersignais durch die Maschinensteuerung 13 und einer tatsächlichen Bewegung der Linearsteller 5 liegt ebenfalls eine zeitliche Differenz vor, in der ein weiterer Druckabfall am Vakuumgreifer stattgefunden hat, wodurch sich die Haltekräfte erhöhen. Daher ist es möglich, das Statussig¬ nal bereits zu einem Zeitpunkt auszugeben, zu dem noch keine ausreichenden Haltekräfte zwischen den Vakuumgreifern 4 und dem Werkstück 2 vorliegen, da bis zu einer tatsächlichen Beschleunigung des Werkstücks 2 die Haltekräfte ein ausreichendes Niveau erreicht haben werden.
Im Gegensatz dazu erfordert ein Erreichen eines vorgebbaren Druckniveaus als Auslöser für ein gleichartiges Statussignal eine längere Wartezeit, da im Gegensatz zur Druckänderungsgeschwindigkeit erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt eine zuverlässige Aussage darüber getroffen werden kann, ob das Werkstück 2 von den Vakuumgreifern 4 sicher gehalten ist. Der Zeitpunkt, zu dem ein druckbasiertes Statussignal ausgegeben werden könnte, ist in der Figur 5 mit t5 bezeichnet. Offensichtlich ergibt sich durch die Analyse der Druckänderungsgeschwindigkeit ein Zeitvorteil für das Anheben des Werkstücks 2, so dass eine entsprechende Vakuumgreifeinrichtung 1 effizienter betrieben werden kann.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, anstelle der im vorausgegangenen Ansteuerungszyklus ermittelten zeitlichen Differenz td2 die zu Beginn der Unterdruckbeaufschlagung des Fluidausgangs im aktuellen Ansteuerungszyklus ermittelte Verzögerungszeit tdl für ein sicheres und rasches Ablegen des Werkstücks 2 einzusetzen. Beim Ablegen des Werkstücks 2 besteht die Problematik darin, dass eine Bewegung der
Vakuumgreifer 4 erst dann erfolgen sollte, wenn das Werkstück 2 zuverlässig abgelegt ist. Um dies sicherzustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, nach einer Belüftung oder einer Druckbeaufschlagung der Vakuumgreifer 4 eine Wartezeit vorzusehen, innerhalb derer keine Bewegung der Vakuumgreifer 4 erfolgt. Diese Wartezeit muss so gewählt werden, dass alle elektrischen, mechanischen und fluidischen Trägheiten berücksichtigt sind, die zwischen der Verarbeitungseinrichtung 32, dem Steuerventil 45, 46, dem Fluidausgang 31 und den
Vakuumgreifern 4 auftreten können. Um diese Wartezeit zu verkürzen, wird von der Verarbeitungseinrichtung 32 bei der Belüftung oder Druckbeaufschlagung der Vakuumgreifer 4, die exemplarisch zu einem Zeitpunkt t6 von der Verarbeitungseinrichtung 32 synchron zu einer Abschaltung des Vakuums erfolgt, die Verzögerungszeit tdl berücksichtigt, die bei der Vakuumbeaufschlagung der Vakuumgreifer 4 von der Verarbeitungseinrichtung 32 ermittelt wurde. Mit dieser Verzögerungszeit, die in der Figur 5 als zeitliche Differenz zwischen dem Zeitpunkt t6 und dem Beginn des Druckanstiegs in den
Vakuumgreifern zum Zeitpunkt t7 sichtbar ist, steht der Ver- arbeitungseinrichtung 32 eine Information zu Verfügung, anhand derer der Zeitpunkt t8, zu dem ein weitgehender, insbesondere vollständiger, Abbau des Vakuums an den
Vakuumgreifern 4 erfolgt ist, exakter bestimmt werden kann. Damit kann die Zeitspanne von der Belüftung oder Druckbeaufschlagung der Vakuumgreifer 4 bis zu einer Relativbewegung zwischen den Vakuumgreifern 4 und dem Werkstück 2 verkürzt werden .
Ergänzend oder alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 32 auch das Drucksignal des Drucksensors 33 überwachen, um bei Erreichen eines vorgebbaren Mindestdrucks, insbesondere des Umgebungsdrucks, ein Statussignal an die Maschinensteuerung 13 bereitzustellen, anhand dessen eine Bewegung der Linearsteiler 5 eingeleitet werden kann. In vorteilhafter Weise kann bei der Belüftung oder Druckbeaufschlagung der
Vakuumgreifer 4 eine Verzögerungszeit td2 ermittelt werden, die sich als zeitliche Differenz zwischen dem Schaltzeitpunkt t6 für das Steuerventil 45, vorliegend zur Druckbeaufschlagung der Vakuumgreifer 4, und dem Erreichen eines vorgebbaren Mindestdrucks, exemplarisch zum Zeitpunkt t8, an den
Vakuumgreifern 4 ergibt. Diese Verzögerungszeit td2 kann von der Verarbeitungseinrichtung 32 ebenfalls berücksichtigt werden, um zu einem möglichst frühen Zeitpunkt die Ausgabe des Statussignals an die Maschinensteuerung 13 vorzunehmen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Vakuumgreifer 4 zu einem Zeitpunkt vom Werkstück 2 abgehoben werden, zu dem noch eine nennenswerte Haltekraft vorliegt .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumgreifeinrichtung (1) , die einen Vakuumgreifer (4) , eine Verarbeitungseinrichtung (32), eine Sensoreinrichtung (14; 33) zur Bereitstellung eines fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals und ein von der Verarbeitungseinrichtung (32) ansteuerbares Fluidsteuer- ventil (24; 45, 46) zur Bereitstellung eines Fluidstroms, vorzugsweise eines Vakuums, insbesondere eines Vakuums und eines Überdrucks, an den Vakuumgreifer (4) umfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung (32) zur Verarbeitung des Sensorsignals und zur Ansteuerung des Fluidsteuerventils (24; 45, 46) ausgebildet ist, mit den Schritten: Ausgeben eines Steuersignals von der Verarbeitungseinrichtung (32) an das Fluidsteu- erventil (24; 45, 46) zu einem Ansteuerungszeitpunkt (tl; t6) , Ermitteln eines Wirkzeitpunkts (t2; t8) , zu dem eine Änderung des fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals um einen vorgebbaren Änderungsbetrag eingetreten ist und Berechnen eines Korrekturwerts anhand einer zeitlichen Differenz (tdl, td2) zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt (tl; t6) und dem Wirkzeitpunkt (t2; t8) und Korrektur des Ansteuerungs- zeitpunkts (tl; t6) und/oder Korrektur einer Ansteuerungsdau- er für das Fluidsteuerventil (24; 45, 46) in einem nachfolgenden Ansteuerungszyklus mit dem ermittelten Korrekturwert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuerungszeitpunkt (tl) ein Steuersignal für eine Bereitstellung eines Vakuums an den Vakuumgreifer (4) bereitge- stellt wird und dass der Wirkzeitpunkt (t2) anhand eines vorgebbaren Druckabfalls (Δρΐ) und/oder einer vorgebbaren Änderungsgeschwindigkeit für einen Druckabfall am Vakuumgreifer (4) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuerungszeitpunkt (t6) ein Steuersignal für eine Belüftung des Vakuumgreifers bereitgestellt wird und dass der Wirkzeitpunkt (t8) anhand eines vorgebbaren Druckanstiegs (Δρ2) und/oder einer vorgebbaren Änderungsgeschwindigkeit für einen Druckanstieg am Vakuumgreifer (4) bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuerungszeitpunkt (t6) ein Steuersignal für eine Bereitstellung eines Überdrucks am Vakuumgreifer (4) bereitgestellt wird und dass der Wirkzeitpunkt (t8) anhand eines vorgebbaren Druckanstiegs (Δρ2) und/oder einer vorgebbaren Änderungsgeschwindigkeit für einen Druckanstieg am
Vakuumgreifer bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Inbetriebnahme der Vakuumgreifeinrich- tung (1) die zeitliche Differenz (tdl, td2) zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt (tl; t6) und dem Wirkzeitpunkt (t2; t8) als Referenzwert gespeichert wird und in nachfolgenden An- steuerungszyklen ein Vergleich des Referenzwerts mit der jeweils zuletzt ermittelten zeitlichen Differenz (tdl, td2) zwischen dem Ansteuerungszeitpunkt (tl; t6) und dem Wirkzeitpunkt (t2; t8) vorgenommen wird und beim Auftreten einer Abweichung zwischen den beiden zeitlichen Differenzen, die oberhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt, von der Verarbeitungseinrichtung (32) eine Warnmeldung ausgegeben wird..
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (32) zum Wirkzeitpunkt ein Statussignal an ein externes Kommunikationssystem (15) bereitstellt, das für eine Kommunikation mit einer Maschinensteuerung (13) ausgebildet ist, um durch das Statussignal eine Änderung eines Bewegungszustands des Vakuumgreifers (4) zu bewirken.
7. Vakuumsteuereinrichtung mit einem Fluidanschluss (18, 19; 23; 43, 44) für eine Fluidzufuhr, mit einem Fluidausgang (31) für die Bereitstellung eines Fluids und/oder eines Vakuums an einen Verbraucher, mit einer Verarbeitungseinrichtung (32), die zur Verarbeitung wenigstens eines fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals und zur Bereitstellung von Steuersignalen ausgebildet ist, sowie mit einem von den Steuersignalen ansteuerbaren Fluidsteuerventil (24; 45, 46), das mit dem Fluidanschluss (18, 19; 23; 43, 44) oder mit dem Fluidanschluss (18, 19; 23; 43, 44) und dem Fluidausgang (31) verbunden ist, und/oder mit einem Vakuumsteuerventil (46) , das mit dem Fluidanschluss (44) und dem Fluidausgang (31) verbunden ist, um eine zeitweilige Bereitstellung von Fluid
und/oder Vakuum am Fluidausgang (31) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (32) für die Ermittlung und Verarbeitung wenigstens eines Korrekturwerts ausgebildet ist, der sich aus einer zeitlichen Differenz (tdl, td2) zwischen der Bereitstellung eines Steuersignals an das Fluidsteuerventil (24; 45) und/oder an das Vakuumsteuerventil (46) und einer vorgebbaren Änderung des fluid- und/oder vakuumbezogenen Sensorsignals ergibt.
8. Vakuumsteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vakuumgreifer (4) eine, insbesondere als Drucksensor ausgebildete, Sensoreinrichtung (14) zugeordnet ist, die für eine Bereitstellung des vakuumbezogenen Sensorsignals an die Verarbeitungseinrichtung (32) ausgebildet ist
9. Vakuumsteuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungseinrichtung (32) ein Drucksensor (33) für die Ermittlung eines Fluiddrucks am Fluidanschluss (31) zugeordnet ist und dass die Verarbeitungseinrichtung (32) für eine Änderung des Steuersignals an das Fluidsteuerventil (24; 45) und/oder das Vakuumsteuerventil (46) anhand des ermittelten Fluiddrucks ausgebildet ist.
10. Vakuumsteuereinrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fluidanschluss (23) und dem Fluidausgang (31) ein Vakuumerzeuger (25) , insbesondere ein Ejektor, fluidisch eingeschleift ist.
11. Vakuumsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Fluidanschluss (43) vorgesehen ist, der für eine Bereitstellung eines zweiten Fluids an das Fluidsteuerventil (45) und/oder das Vakuumsteuerventil (46) ausgebildet ist und dass das Fluidsteuerventil (45) und/oder das Vakuumsteuerventil (46) für eine wahlweise Freigabe einer kommunizierenden Verbindung zwischen dem ersten oder dem zweiten Fluidanschluss (43, 44) und dem Fluidausgang (31) sowie für eine Absperrung der Verbindung zum Fluidausgang (31) ausgebildet sind.
12. Manipulator mit einem beweglichen Manipulatorarm (3, 5) und einem daran angebrachten Vakuumgreifer (4) zum Ergreifen, Bewegen und Absetzen von Werkstücken (2) , wobei der
Vakuumgreifer (4) fluidisch kommunizierend mit einer Vakuumsteuereinrichtung (22; 42) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 verbunden ist, sowie mit einer Maschinensteuerung (13) , die für eine Ansteuerung des Manipulatorarms (3, 5) und für eine Kommunika ion mit der Vakuumsteuereinrichtung (22; 42) über ein externes Kommunikationssystem (15) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (13) derart eingerichtet ist, dass eine Änderung eines Bewegungszustands des Manipulatorarms (3, 5) in Abhängigkeit von einem Status- signal der Vakuumsteuereinrichtung (22; 42) erfolgt.
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