WO2022008554A1 - Überwachnung eines rückzugsystems - Google Patents

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WO2022008554A1
WO2022008554A1 PCT/EP2021/068741 EP2021068741W WO2022008554A1 WO 2022008554 A1 WO2022008554 A1 WO 2022008554A1 EP 2021068741 W EP2021068741 W EP 2021068741W WO 2022008554 A1 WO2022008554 A1 WO 2022008554A1
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spring
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PCT/EP2021/068741
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English (en)
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Inventor
Marjan Radin-Macukat
Dirk Moldenhauer
Original Assignee
Leoni Protec Cable Systems Gmbh
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Publication date
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G11/00—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts
    • H02G11/006—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts using extensible carrier for the cable, e.g. self-coiling spring

Definitions

  • the present invention relates generally to monitoring a retraction system.
  • the present invention relates to a device for monitoring a retraction system with at least one spring, such a retraction system with such a device, a robot with such a device or such a retraction system, and a method for monitoring such a retraction system.
  • hose pack for example electrical versor ⁇ supply cable, electrical control cables, data cables and media guides for gases or liquids.
  • These individual lines are usually combined in the common feed arrangement, such as a hose pack, and are surrounded, for example, by a hose-shaped protective jacket.
  • a hose ⁇ packet is firstly because of the relative movements of the robotic arms to each other and in particular also because of the often adverse environmental conditions (high tem- temperatures, aggressive media such as welding spatter, etc.) are exposed to high loads.
  • Retraction systems ensure that the lines, such as the hose package, are guided closely to the robot with every movement. In other words, the retraction system serves to keep the lines as compact as possible on the robot arm.
  • such cable routing devices and/or retraction systems are used in industrial robots to tighten at least one feed arrangement guided along a robot arm of the industrial robot and to compensate for the length of the feed arrangement as a result of a movement of the robot arm.
  • Such a line routing arrangement is known from EP 1 848 571 B1.
  • a line routing device for routing a supply line, in particular for routing a hose pack of an industrial robot, is described therein.
  • Another line routing device in an industrial robot can be found, for example, in DE 201 13 742 U1.
  • the robot has a robot arm and a robot hand movable therefor, the supply system having a supply line, in particular a hose package and a guide for the supply line, and the supply line for supplying the robot hand is guided along the robot arm.
  • the supply system also has a number of sensors for monitoring at least one state variable of the supply system, with the values for the state variable determined by the sensors being used to draw conclusions about the functionality of the supply system.
  • the system described can also be referred to as a retraction system for robots.
  • the retraction system has sensors that record movements (tractive force, acceleration, speed, number, ...) of the compensation mechanism.
  • a device for monitoring a retraction system has at least one spring.
  • the device has at least one capacitor connected or interconnected to the at least one spring.
  • the at least one capacitor is such interconnected with the at least one spring or together ⁇ connected such that the wiring or interconnection from the forms at least one spring and at least a capacitor a resonant circuit.
  • the device has a frequency determination component.
  • the frequency determination component is designed to determine information relating to/about the frequency of the resonant circuit.
  • the device has an evaluation unit.
  • the evaluation unit is designed to derive information relating to/about a length of the at least one spring from the information relating to/about the frequency of the oscillating circuit.
  • the information regarding/about a length of the at least one spring may indicate the length of the at least one spring.
  • the length of the at least one spring can be derived from the information relating to/about the length of the at least one spring.
  • the retraction system can be a retraction system of a robot, in particular an industrial robot.
  • the retraction system can be part of Kaus operationseinrich ⁇ tung or feed assembly of a robot, in particular a Industrierobo ⁇ ters be.
  • Individual lines for supplying a robot can be combined in a common supply arrangement, such as a hose pack.
  • the individual lines may be, for example, electric power cable, electrical ⁇ cal control cable, data cable and media guides or feeding tubes for gases, liquids, bolts, rivets and screws.
  • An oscillating circuit also referred to as an electrical oscillating circuit or resonant circuit, is an electrical circuit capable of resonating with a coil and a capacitor that can perform electrical oscillations.
  • energy is trapped between the magnetic field of the coil and the electric field of the capacitor is periodically replaced, resulting in alternating high current or high voltage.
  • the at least one spring serves as a coil.
  • an oscillating circuit is created.
  • the interconnection can take place either in the form of a series connection or in the form of a parallel connection.
  • a voltage is ⁇ creates such a circuit, then the capacitor charges up to a maximum of on the voltage value of the voltage source. If the voltage is switched off again, the capacitor discharges again via the coil. The capacitor charges again with the opposite polarity through the coil. This process is repeated several times, with the voltage dropping over time due to the effective resistances in the oscillating circuit. In this way, a damped oscillation is created. In the ideal case of an undamped oscillation, however, the voltage values do not decrease.
  • the at least one spring and the at least one capacitor can each be connected in parallel to one another, ie form at least one parallel resonant circuit.
  • the at least one spring and the at least one capacitor can each be connected to one another in series, ie form at least one series resonant circuit (series resonant circuit).
  • the evaluation unit can be designed to derive information about a change in length of the at least one spring from the information about the frequency of the resonant circuit as information about the length of the at least one spring.
  • the length of the at least one spring can be derived or determined from the information about the change in length.
  • the length of the at least one spring can be derived or determined from the information about the change in length, taking into account an initial length before the change in length. From the information on the length or change in length of at least one spring, a traverse or BEWE ⁇ transmission link of the associated system, such as withdrawal system, can be determined.
  • a spring will change its length when loaded. This changes the coupling factor of the individual windings. This in turn changes their inductance. In a compressed spring, the individual coils are close(er) to each other and couple better with each other, so the inductance increases. With a stretched spring, on the other hand, the windings are further apart and poorly coupled, so the inductance drops. By measuring the inductance, the length of the spring can then be determined and thus indirectly the travel of the associated system having the spring. The inductance and the frequency of the resonant circuit depend on each other. As a result, the frequency of the resonant circuit changes when there is a change in the inductance of the at least one spring.
  • Such an oscillating circuit has a capacitor and a coil.
  • the resonant circuit can consist of the capacitor and the coil/spring.
  • the capacitor is initially in a charged state (e.g. charged by a current/voltage source). If the power source is decoupled (e.g. the system then only consists of the capacitor and the coil), the oscillating circuit is/is built.
  • the electric field of the capacitor results in a current flow that discharges the capacitor.
  • the current flowing through the coil induces a magnetic field.
  • the increasing magnetic field in turn induces a current that opposes the discharge current of the capacitor.
  • the frequency determining component may component as digital Frequenzarskompo ⁇ be formed or comprise a digital frequency determining component.
  • the digital frequency determination component is designed to determine, as information relating to the frequency of the oscillating circuit, a number of pulses that occur in the oscillating circuit during a predetermined period of time.
  • the predetermined period of time can correspond to at least part of a cycle of the oscillating circuit, for example half a cycle of the oscillating circuit.
  • the predetermined period of time can correspond to a complete cycle of the resonant circuit.
  • the frequency determination component can be designed to determine the information relating to the frequency of the resonant circuit, taking into account information relating to the frequency of a reference resonant circuit.
  • the device may include a digital-to-analog converter (sometimes referred to as a digital-to-analog converter).
  • the digital-to-analog converter can be trained be det to convert the information about the frequency of the oscillating circuit into a voltage value.
  • the digital-to-analog converter can be designed to transmit the voltage value to the evaluation unit.
  • the evaluation unit can be designed to derive the information about a length of the at least one spring from the transmitted voltage value.
  • the evaluation unit can receive the information relating to the frequency of the oscillating circuit, for example, from the frequency determination component and can, for example, determine the information relating to the length of the at least one spring directly from the information relating to the frequency of the oscillating circuit.
  • the evaluation unit can receive the voltage value from the digital-to-analog converter, for example, and can determine the information about the length of the at least one spring directly from the voltage value, and thus indirectly from the information relating to the frequency of the oscillating circuit.
  • the device can also have a magnet and a sensor component for detecting the magnet.
  • the evaluation unit can be designed, if the sensing component detects the magnet least to compare the information determined upon detection over a length of the minutes ⁇ a spring with known information about a length of the at least one spring and information previously known about a deviation (between the determined and information) from the comparison.
  • the sensor component can have a Hall sensor or be designed as a Hall sensor.
  • a retraction system has at least one spring.
  • the retraction system has at least one carriage connected to the at least one spring.
  • the retraction system has at least one guide.
  • the guide is designed to guide the at least one carriage.
  • the carriage can move on the guide. In other words the carriage can perform a translational motion from ⁇ on the guide.
  • the retraction system includes a device as described herein.
  • the movement of the carriage on the guide tensions or relaxes the spring, for example.
  • the carriage can be moved from its home position by the application of an external force. When the external force is removed, the carriage can move back to the starting position on the guide.
  • the spring can be designed as a tension spring or as a compression spring.
  • the sensor component can be arranged on the at least one carriage and the magnet can be arranged on the at least one guide.
  • the magnet may be disposed on the at least one slide and sorkomponente ⁇ Sen may be disposed on the at least one guide.
  • the position of the sensor component and the magnet can relative to each other be selected so that takes place in each cycle a detection of the magnet by the sensor component such as the sensor component of the magnet überstri ⁇ we chen or vice versa. As a result, any deviation caused by interference fields is taken into account or eliminated in each cycle.
  • a robot in particular an industrial robot, is proposed.
  • the robot has a device as described herein. Additionally or alternatively, the device has a retraction system as described herein.
  • a method for monitoring a retraction system has at least one spring.
  • minimum At least one capacitor is connected or interconnected to the at least one spring in such a way that the interconnection or interconnection of the min ⁇ least one spring and the at least one capacitor forms an oscillating circuit.
  • the method includes determining information about/concerning a frequency of the resonant circuit.
  • the method includes deriving information about/regarding a length of the at least one spring from the information about/regarding the frequency of the resonant circuit.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device according to a possible exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a flowchart of a method according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a retraction system with a device according to a possible exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a spring in different states
  • FIG. 5 shows a possible evaluation of several springs.
  • FIG. 1 shows schematically an apparatus 10 for monitoring a rinsesys ⁇ tems.
  • the retraction system is not shown in FIG.
  • the device 10 has a spring 12 .
  • the spring 12 is part of the retraction system.
  • the spring 12 serves in the device 10 as a coil.
  • the device 10 also has a capacitor 14 .
  • the capacitor 14 and the spring/coil 12 are interconnected/interconnected with one another in such a way that the interconnection/interconnection results in a resonant circuit 16, more precisely an LC resonant circuit.
  • L stands for the inductance of the spring/coil 12.
  • C stands for the capacitance of the capacitor 14.
  • the capacitor 14 is connected in series with the spring/coil 12 in FIG.
  • the resonant circuit 16 is designed as a series resonant circuit, for example.
  • the capacitor 14 and the spring/coil 12 can be connected in parallel with one another.
  • the resonant circuit 16 is designed as a parallel resonant circuit.
  • the oscillating circuit 16 can have further elements which can be neglected for the explanation of the functionality of the oscillating circuit 16 .
  • the resonant circuit 16 can also have one or more resistors and one or more current sources/voltage sources.
  • the device 10 is not limited to that number.
  • the device 10 can have more than one spring/coil 12 and/or more than one Capacitor 14 have.
  • the device 10 also has a frequency determination component 20 .
  • the frequency determination component 20 is connected or coupled to the resonant circuit 16 in a manner that the frequency determination component 20 can determine information about/pertaining to a frequency of the resonant circuit 16 .
  • the device 10 also has an evaluation unit 30 .
  • the evaluation unit 30 is connected/coupled or can be connected/coupled to the frequency determination component 20 .
  • the evaluation unit 30 is connected/coupled or connectable/coupling to the frequency determination component 20 in such a way that the evaluation unit 30 can receive the information about/regarding the frequency of the oscillating circuit 30 from the frequency determination component 20 or from the information about/regarding the frequency of the oscillating circuit 30 derived information can be obtained.
  • step S202 the frequency switching component 20 determines information about/related to a frequency of the oscillating circuit 16.
  • step S204 the evaluation unit 30 forwards information about/related to a length the at least one spring/coil 12 from the information relating to/about the frequency of the oscillating circuit 16.
  • FIGS. 3 to 5 Further possible details and modifications of the exemplary embodiments from FIGS. 1 and 2 will now be described with reference to FIGS. 3 to 5.
  • a retraction system 100 is shown schematically in FIG.
  • the retraction system 100 can be used/be present in an industrial robot.
  • the retreat ⁇ system 100 may be a cable guide or feeder for an industrial robot or form the cable guide or feeder part.
  • the retraction system 100 has a spring 12 .
  • the retraction system 100 also has a carriage 110 and a guide 120 .
  • the carriage 110 is arranged on the guide 120 and is guided by the guide 120 .
  • the Füh ⁇ tion can be a, for example, or more rails, which engage in the carriage 110 or in which engages the carriage 110th
  • the carriage 110 can perform a translatory movement on the guide 120 .
  • the carriage 110 is connected to the spring 12 .
  • the spring 12 is embodied in FIG. 3 as a tension spring.
  • FIG. 3 shows a starting position of the spring 12 and the carriage 110 by way of example. If the carriage 110 is moved translationally on the guide 120 from this initial position by the action of an external force in a direction counter to the spring 12 and counter to the tensile force of the spring 110, the spring 12 is deflected. If the external force on the carriage 110, which moves the carriage 110 translationally (has), then the carriage 110 automatically moves back to its starting position due to the tensile force of the spring 12. The spring 12 contracts again and is relaxed.
  • the spring 12 assumes the function of a coil and is therefore referred to as spring/coil 12 in the following.
  • the spring/coil 12 is connected to a capacitor and forms an oscillating circuit with this and possibly other elements.
  • This oscillating circuit is shown as an example in FIG. 3 as or as part of an oscillator 18 .
  • Oscillator 18 is a variable frequency oscillator. Therefore, the frequency of the oscillator 18 can change depending on the stretching and compression, ie the length, of the spring/coil 12 .
  • a frequency range of 280 to 400 kHz for the oscillator 18 is mentioned here purely by way of example.
  • the spring/coil 12 is shown separate from the oscillator 18, although the spring/coil is actually part of the resonant circuit and hence of the oscillator 18.
  • the spring/coil 12 is shown separately from the oscillator 18 in FIG. 1 to emphasize the importance of the spring/coil 12 in both the retraction system 100 and the circuit.
  • the device 10 also has an amplifier 22 and a sampler 24 .
  • the device 10 also has a reference oscillator or a reference circuit.
  • the reference oscillator or the reference circuit is designed as a piezoelectric oscillator in FIG. 3, for example.
  • the piezoelectric oscillator comprises a piezoelectric resonator 42, by way of example be a piezoelectric crystal ⁇ forms, and an oscillator 44 with constant frequency.
  • An amplifier 46 is connected behind the oscillator 44 .
  • the outputs of the scanner 24 and the Verstär ⁇ kers 46 are connected to a counter 26th Both the sampler 24 and the amplifier 46 generate a digital clock from their respective analog input signal, which is input to the counter 26 in each case.
  • the output of counter 26 is connected to a digital-to-analog converter 28 .
  • the apparatus 10 further includes a magnet 50, which is formed by way of example as a permanent magnet ⁇ .
  • the device 10 has a sensor 52, which is embodied as a Hall sensor in FIG.
  • the sensor 52 is designed to detect the magnet 50 or, more precisely, to record the magnetic field of the magnet 50 . More specifically, the sensor 52 senses the magnetic field of the magnet 50 when the magnet 50 approaches the sensor 52 so close that the distance between the magnet 50 and the sensor 52 is less than a predetermined limit.
  • the magnet 50 is arranged on the carriage 110, for example, and the sensor 52 is arranged on the guide 120, for example. Alternatively, however, it is possible for the magnet 50 to be arranged on the guide 120 and the sensor 52 to be arranged on the carriage 110 .
  • the distance between the magnet 50 and the sensor 52 in the direction in which the guide 120 extends is measured in such a way that the magnet 50 passes the sensor 52 or comes close to the sensor 52 at predetermined time intervals.
  • the distance in the starting position of the carriage 110 is dimensioned such that the magnet 50 passes the sensor 52 or comes close to it at least once in each cycle of the oscillating circuit or falls below the predetermined limit value.
  • the length of the spring/coil 12 is measured by building it as an LC resonant circuit.
  • the spring/coil 12, more precisely the return spring 12, represents the inductance of the LC resonant circuit.
  • the change in length due to the movement of the carriage causes a change in the inductance of the spring/coil 12.
  • the change in the inductance of the spring / Coil 12 there is a change in the frequency of the LC resonant circuit acting as oscillator 18 .
  • the frequency of the LC resonant circuit is determined by the frequency determination component 20 . This can be done for example by reducing the number of pulses of the Refe ⁇ ence resonant circuit is determined. In FIG.
  • the counter 26 detects or receives the pulses of the LC resonant circuit and the pulses of the reference resonant circuit.
  • the counter 26 captures or receives the pulses during a predetermined period of time, for example during a half cycle of the LC tank circuit.
  • a counter value of 200 to 3800 recorded or received by the counter 26 is mentioned purely as an example at this point.
  • the counter value is converted into a voltage.
  • the voltage value of the voltage can, purely by way of example, assume a value of 0.2 to 3.8V.
  • the voltage value can be transmitted to an analysis unit/evaluation unit 30 . In this way, a simple transmission of the information to the analysis unit/evaluation unit 30 is made possible.
  • the digital-to-analog converter 28 is dispensed with and the digital frequency counter value of the counter 26 is used for further data processing.
  • the digital frequency counter value, as determined by counter 26, can be forwarded to evaluation unit 30, or further data processing can be performed in counter 26 based on the digital counter value. So it is conceivable that the further evaluation is carried out in the digital-to-analog converter.
  • the counter 26 can have the evaluation unit 30 or be embodied as an evaluation unit 30 or the evaluation unit 30 can have the counter 26 or be embodied as a counter 26 .
  • the sensor 52 e.g. a Hall sensor, on the guide 120 and a Magnet 50 on carriage 110 (or vice versa) arranged or installed.
  • a (previously known) position is compared with the position determined by the LC frequency in order to eliminate deviations in the signal (ie an offset) that occur.
  • the position of the Hall sensor 52 is selected in such a way that it is swept over by the carriage 110 in as many cycles as possible.
  • the length or change in length of the spring /coil 12 is determined and compared with a previously known, for example stored, length or change in length that should exist at this position of the carriage 110. If a discrepancy between the measured length or change in length of the spring/coil 12 and the previously known, e.g. stored, length or change in length of the coil/spring 12 is determined, the discrepancy in the/all length or length calculations in the cycle and/or taken into account in further cycles, e.g. all cycles. In one embodiment variant, a deviation is determined at least once per cycle and this deviation is taken into account for all calculations in the same cycle. In this way, the accuracy of determining the length or change in length of the spring/coil 12 is increased.
  • the invention has been explained in relation to only one spring, the invention is not limited to this. It is also possible in systems with several reren springs 12 to connect the springs in parallel or in series, as indicated with reference to FIG. In this case, the total inductance resulting from the respective wiring can be used to determine the length or change in length of the spring 12 and thus to determine the travel path of the carriage 110 . In this case it is conceivable to connect or contact the evaluation unit 30 only with the fixed ends of the springs 12 . In this case, the mechanical structure is simple and stable.
  • a greater change in inductance can be achieved by positioning one or more iron cores partially or completely in the system and compressing and/or stretching the spring leading to a relative change in position/coverage between spring and core.
  • the shape of the core can be varied to achieve different effects (e.g. linear or exponential changes in inductance).
  • a ring around the spring(s) can also be used.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Überwachung eines Rückzugsystems (100). Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung (10) zur Überwachung eines Rückzugsystems (100) mit mindestens einer Feder (12), ein solches Rückzugsystem (100) mit einer derartigen Vorrichtung (10), einen Roboter mit einer derartigen Vorrichtung (10) oder einem solchen Rückzugsystem (100) und ein Verfahren zur Überwachung eines solchen Rückzugsystems (100). Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung (10() weist auf: mindestens einen mit der mindestens einen Feder (12) derart zusammengeschalteten Kondensator (14), dass die Zusammenschaltung aus der mindestens einen Feder (12) und dem mindestens einen Kondensator (14) einen Schwingkreis (16) bildet; eine Frequenzermittlungskomponente (20), die ausgebildet ist, Informationen über eine Frequenz des Schwingkreises (16) zu ermitteln; und eine Auswerteeinheit (30), die ausgebildet ist, aus den Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16) Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder (12) abzuleiten.

Description

Überwachung eines Rückzugsystems Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Überwachung eines Rückzugsystems. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung eines Rückzugsystems mit mindestens einer Feder, ein solches Rückzugsystem mit einer derartigen Vorrichtung, einen Roboter mit einer derartigen Vorrichtung oder einem solchen Rückzugsystem und ein Verfahren zur Überwachung eines solchen Rückzugsystems.
Mit größerer Vielfalt in der automatisierten Produktionstechnik steigen die Anforderungen an Energieführungssysteme. Immer öfter müssen an Robotern, wie z.B. Industrierobotern und Fertigungsrobotern, nicht nur elektrische und pneumatische Leitungen geführt werden, sondern auch Zuführschläuche für beispielsweise Bolzen, Nieten und Schrauben. Das heißt, Industrieroboter führen heutzutage neben Energie- , Daten- und Medienleitungen ebenfalls häufig Zuführschläuche für beispielsweise Nieten oder Schrauben. Die verschiedenen Leitungen werden für gewöhnlich gemeinsam in einem Leitungspaket zusammengefasst und oftmals als Schlauchpaket bezeichnet. Die Bewegungen eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, sind je nach Applikation komplex. Industrieroboter beispielsweise in der Automobilin¬ dustrie arbeiten mit hohen Rotationen und schnellen Bewegungen, um Fahrzeugteile zu montieren. Damit die Leitungen für Daten, Pneumatik und Energieversorgung möglichst sicher am Roboter geführt werden, setzen Hersteller und/oder Anwender auf Leitungsführungen, wie Energieketten.
Bei heutzutage üblicherweise eingesetzten mehrachsigen Industrierobotern werden dem vordersten, auch als Roboterhand bezeichneten Roboterarm über eine Zuführungsanordnung, z.B. ein Schlauchpaket, mehrere Einzelleitungen zur Versorgung eines an der Roboterhand angeordneten Werkzeugs, beispielsweise eines Schweißwerkzeugs, zugeführt. Die Einzelleitungen sind beispielsweise elektrische Versor¬ gungskabel, elektrische Steuerkabel, Datenkabel sowie Medienführungen für Gase oder Flüssigkeiten. Diese Einzelleitungen werden für gewöhnlich in der gemeinsamen Zuführungsanordnung, wie einem Schlauchpaket, zusammengefasst und beispiels- weise von einem schlauchförmigen Schutzmantel umgeben. Ein derartiges Schlauch¬ paket ist zum einen wegen der Relativbewegungen der Roboterarme zueinander und insbesondere auch wegen der oftmals widrigen Umgebungsbedingungen (hohe Tem- peraturen, aggressive Medien, wie Schweißspritzer, etc.) hohen Belastungen ausgesetzt.
Je mehr sich der Roboterarm des Roboters bewegt und dreht, umso mehr Komponentenlänge wird bei den Leitungen erforderlich. Bei minimalen Bewegungen wird diese zusätzliche Komponentenlänge nicht benötigt und könnte am Roboter herunterhängen. Rückzugsysteme sorgen dafür, dass die Leitungen, wie z.B. das Schlauchpaket, bei jeder Bewegung eng am Roboter geführt werden. Anders ausgedrückt, das Rückzugsystem dient dazu, die Leitungen möglichst kompakt am Roboterarm zu halten.
Anders ausgedrückt dienen solche Leitungsführungseinrichtungen und/oder Rückzugsysteme im Anwendungsbereich von Industrierobotern zur Straffung zumindest einer entlang eines Roboterarms des Industrieroboters geführten Zuführungsanordnung und zum Längenausgleich der Zuführungsanordnung in Folge einer Bewegung des Roboterarm. Ein solche Leitungsführungsanordnung ist aus der EP 1 848 571 Bl bekannt. Darin wird eine Leitungsführungseinrichtung zur Führung einer Versorgungsleitung, insbesondere zur Führung eines Schlauchpakets eines Industrieroboters, beschrieben. Eine weitere Leitungsführungseinrichtung bei einem Industrieroboter ist beispielsweise aus der DE 201 13 742 Ul zu entnehmen.
In der DE 10 2018 204 184 Al wird ein Verfahren zur Überwachung eines Versorgungssystems eines Roboters beschrieben. Der Roboter weist einen Roboterarm sowie eine hierzu bewegliche Roboterhand auf, wobei das Versorgungssystem einen Versorgungsstrang, insbesondere ein Schlauchpaket sowie eine Führung für den Versorgungsstrang aufweist und der Versorgungsstrang zur Versorgung der Roboterhand am Roboterarm entlanggeführt ist. Das Versorgungssystem weist weiterhin eine Anzahl von Sensoren zur Überwachung von zumindest einer Zustandsvariablen des Versorgungssystems auf, wobei anhand der von den Sensoren ermittelten Werte für die Zustandsvariable auf die Funktionsfähigkeit des Versorgungssystems zurückgeschlossen wird. Das beschriebene System kann auch als ein Rückzugsystem für Roboter bezeichnet werden. Das Rückzugsystem weist eine Sensorik auf, die Bewegungen (Zugkraft, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Anzahl, ...) des Ausgleichsmechanismus erfasst. Die Anbringung von zusätzlichen Sensoren einer sol¬ chen Sensorik, wie einem Seilzugsensor am Rückzugsystem, ist hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums problematisch und kann insbesondere das Risiko eines Sensor-Defektes mit sich bringen. Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung zur Überwachung eines Rückzug- systems, welche eine möglichst einfache Integration in den vorhandenen Bauraum des Rückzugsystems gewährleistet. Insbesondere ist wünschenswert, dass diese Vorrichtung, z.B. Sensorik, robust und ausfallsicher ist, sowie eine ausreichend genaue und messfehlerfreie Messung mit möglichst wenig zusätzlichem Aufwand ermöglicht. Die Vorrichtung, z.B. Sensorik, sollte idealerweise auf verschiedene Rückzugsysteme anwendbar sein.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Rückzugsystems vorgeschlagen. Das Rückzugsystem weist mindestens eine Feder auf. Die Vorrichtung weist mindestens einen mit der mindestens einen Feder verschalteten oder zusammengeschalteten Kondensator auf. Der mindestens eine Kondensator ist derart mit der mindestens einen Feder verschaltet oder zusammen¬ geschaltet, dass die Verschaltung oder Zusammenschaltung aus der mindestens einen Feder und dem mindestens einen Kondensator einen Schwingkreis bildet. Die Vorrichtung weist eine Frequenzermittlungskomponente auf. Die Frequenzermittlungskomponente ist ausgebildet, Informationen betreffend/über die Frequenz des Schwingkreises zu ermitteln. Die Vorrichtung weist eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit ist ausgebiidet, aus den Informationen betreffend/über die Frequenz des Schwingkreises Informationen betreffend/über eine Länge der mindestens einen Feder abzuleiten. Die Informationen betreffend/über eine Länge der mindestens einen Feder können die Länge der mindestens einen Feder angeben. Die Länge der mindestens einen Feder kann aus den Informationen betreffend/über die Länge der mindestens einen Feder ableitbar sein.
Das Rückzugsystem kann ein Rückzugsystem eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, sein. Das Rückzugsystem kann Teil einer Leitungsführungseinrich¬ tung oder Zuführungsanordnung eines Roboters, insbesondere eines Industrierobo¬ ters, sein. Einzelleitungen zur Versorgung eines Roboters können in einer gemeinsamen Zuführungsanordnung, wie einem Schlauchpaket, zusammengefasst sein. Die Einzelleitungen können beispielsweise elektrische Versorgungskabel, elektri¬ sche Steuerkabel, Datenkabel sowie Medienführungen oder Zuführschläuche für Gase, Flüssigkeiten, Bolzen, Nieten und Schrauben sein.
Ein Schwingkreis, auch als elektrischer Schwingkreis oder auch als Resonanzkreis bezeichnet, ist eine resonanzfähige elektrische Schaltung mit einer Spule und einem Kondensator, die elektrische Schwingungen ausführen kann. Bei dem Schwingkreis wird Energie zwischen dem magnetischen Feld der Spule und dem elektrischen Feld des Kondensators periodisch ausgetauscht, wodurch abwechselnd hohe Stromstärke oder hohe Spannung vorliegen. In der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt dient die mindestens eine Feder als Spule.
Anders ausgedrückt, schaltet man eine Spule (Induktivität) und einen Kondensator (Kapazität) zusammen, so entsteht ein Schwingkreis. Die Zusammenschaltung kann entweder in Form einer Reihenschaltung oder in Form einer Parallelschaltung erfolgen. Wird an solch eine Schaltung, beispielsweise kurzfristig, eine Spannung ange¬ legt, dann lädt sich der Kondensator bis maximal auf den Spannungswert der Spannungsquelle auf. Schaltet man die Spannung wieder ab, dann entlädt sich der Kondensator über die Spule wieder. Durch die Spule lädt sich der Kondensator erneut mit entgegengesetzter Polarität auf. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals, wobei die Spannungshöhe aufgrund der im Schwingkreis vorhandenen Wirkwiderstände mit der Zeit geringer wird. Es entsteht auf diese Weise eine gedämpfte Schwingung. Im idealen Fall einer ungedämpften Schwingung nehmen die Spannungswerte hingegen nicht ab.
Die mindestens eine Feder und der mindestens eine Kondensator können jeweils parallel zueinander geschaltet sein, d.h. mindestens einen Parallelschwingkreis bilden. Die mindestens eine Feder und der mindestens eine Kondensator können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein, d.h. mindestens einen Reihenschwing¬ kreis (Serienschwingkreis) bilden.
Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, aus den Informationen betreffend die Frequenz des Schwingkreises, als Informationen über die Länge der mindestens einen Feder, Informationen über eine Längenänderung der mindestens einen Feder abzuleiten. Aus den Informationen über die Längenänderung kann die Länge der mindestens einen Feder ableitbar sein oder ermittelt werden. Beispielsweise kann aus den Informationen über die Längenänderung, unter Berücksichtigung einer Ausgangslänge vor der Längenänderung, die Länge der mindestens einen Feder ableitbar sein oder ermittelt werden. Aus den Informationen über die Länge oder die Längenänderung der mindestens einen Feder kann ein Verfahrweg oder eine Bewe¬ gungsstrecke des zugehörigen Systems, beispielsweise Rückzugsystems, ermittelt werden.
Eine Feder wird bei Belastung ihre Länge verändern. Damit ändert sich der Kopplungsfaktor der einzelnen Windungen. Das wiederum ändert ihre Induktivität. Bei einer gestauchten Feder sind die einzelnen Windungen dicht(er) beieinander und koppeln miteinander besser, somit steigt die Induktivität. Bei einer gestreckten Feder hingegen sind die Windungen weit(er) auseinander und schlechter verkoppelt, somit sinkt die Induktivität. Durch Messen der Induktivität kann dann die Länge der Feder festgestellt werden und somit indirekt der Verfahrweg des zugehörigen, die Feder aufweisenden Systems. Die Induktivität und die Frequenz des Schwingkreises hängen voneinander ab. Dadurch ändert sich bei einer Änderung der Induktivität der mindestens einen Feder die Frequenz des Schwingkreises.
Ein solcher Schwingkreis weist einen Kondensator und eine Spule auf. Beispielsweise kann der Schwingkreis aus dem Kondensator und der Spule/Feder bestehen. Der Kondensator ist zu Beginn in aufgeladenem Zustand (beispielsweise durch eine Stromquelle/Spannungsquelle aufgeladen). Wird die Stromquelle abgekoppelt (z.B. besteht das System dann nur noch aus dem Kondensator und der Spule), wird/ist der Schwingkreis aufgebaut. Das elektrische Feld des Kondensators führt zu einem Stromfluss, der den Kondensator entlädt. Der damit durch die Spule fließende Strom induziert ein Magnetfeld. Das wachsende Magnetfeld induziert seinerseits einen Strom, der dem Entladestrom des Kondensators entgegengesetzt wirkt. Sobald der Kondensator hinreichend entladen ist, wird dieser Strom stärker als der Entladestrom, und der Stromfluss kehrt sich um. Dadurch wird der Kondensator wieder aufgeladen und das Magnetfeld wird abgeschwächt, bis wieder die Ausgangskonfiguration erreicht ist. Ein vollständiger Zyklus ist/wird damit abgeschlossen. Damit be¬ ginnt der Zyklus erneut - die Schwingung ist im Gange.
Die Frequenzermittlungskomponente kann als digitale Frequenzermittlungskompo¬ nente ausgebildet sein oder eine digitale Frequenzermittlungskomponente aufweisen. Die digitale Frequenzermittlungskomponente ist ausgebildet, als Informationen be¬ treffend die Frequenz des Schwingkreises eine Anzahl von auftretenden Pulsen in dem Schwingkreis während einer vorgegebenen Zeitdauer zu ermitteln. Die vorgegebene Zeitdauer kann zumindest einem Teil eines Zyklus des Schwingkreises entsprechen, beispielsweise einem halben Zyklus des Schwingkreises. Die vorgegebene Zeitdauer kann einem vollständigen Zyklus des Schwingkreises entsprechen.
Die Frequenzermittlungskomponente kann ausgebildet sein, die Informationen betreffend die Frequenz des Schwingkreises unter Berücksichtigung von Informationen betreffend die Frequenz eines Referenz-Schwingkreises zu ermitteln.
Die Vorrichtung kann einen Digital-Analog-Wandler (manchmal auch als Digital- Analog-Umsetzer bezeichnet) aufweisen. Der Digital-Analog-Wandler kann ausgebil- det sein, die Informationen betreffend die Frequenz des Schwingkreises in einen Spannungswert umzuwandeln.
Der Digital-Analog-Wandler kann ausgebildet sein, den Spannungswert an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, aus dem übermittelten Spannungswert die Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder abzuleiten.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinheit die Informationen betreffend die Frequenz des Schwingkreises beispielsweise von der Frequenzermittlungskomponente erhalten und kann beispielsweise unmittelbar aus den Informationen betreffend die Frequenz des Schwingkreises die Informationen über die Länge der mindestens einen Feder ermitteln.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinheit den Spannungswert beispielsweise von dem Digital-Analog-Wandler erhalten und kann beispielsweise unmittelbar aus dem Spannungswert, und damit mittelbar aus den Informationen betreffend die Frequenz des Schwingkreises, die Informationen über die Länge der mindestens einen Feder ermitteln.
Die Vorrichtung kann ferner einen Magnet und eine Sensorkomponente zur Detektion des Magneten aufweisen.
Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, wenn die Sensorkomponente den Magneten detektiert, die bei Detektion ermittelten Informationen über eine Länge der min¬ destens einen Feder mit vorbekannten Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder zu vergleichen und Informationen über eine Abweichung (zwischen den ermittelten und vorbekannten Informationen) aus dem Vergleich zu ermitteln.
Auf diese Weise können auftretende Störfelder berücksichtigt werden. Bei Überstrei¬ chen des Sensors durch den Magneten oder Annähern des Sensors an den Magneten kann eine vorbekannte Position mit der ermittelten Position abgeglichen werden. Durch ermittelte Unterschiede können auftretende Abweichungen entsprechend im Signal eliminiert oder berücksichtigt werden. Die Position der Sensorkomponente und des Magneten relativ zueinander kann dabei so gewählt werden, dass bei jedem Zyklus eine Detektion des Magneten durch die Sensorkomponente erfolgt, wie z.B. dass die Sensorkomponente von dem Magneten überstrichen wird oder umgekehrt. Dadurch wird bei jedem Zyklus eine etwaige Abweichung durch Störfelder berücksichtigt oder eliminiert.
Die Sensorkomponente kann einen Hall-Sensor aufweisen oder als Hall-Sensor ausgebildet sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Rückzugsystem vorgeschlagen. Das Rückzugsystem weist mindestens eine Feder auf. Das Rückzugsystem weist mindestens einen mit der mindestens einen Feder verbundenen Schlitten auf. Das Rückzugsystem weist mindestens eine Führung auf. Die Führung ist ausgebildet, den mindestens einen Schlitten zu führen. Der Schlitten kann sich auf der Führung bewegen. Anders ausgedrückt kann der Schlitten auf der Führung eine translatorische Bewegung aus¬ führen. Das Rückzugsystem weist eine Vorrichtung auf wie sie hierin beschrieben wurde/wird.
Durch die Bewegung des Schlittens auf der Führung wird die Feder beispielsweise gespannt oder entspannt. Der Schlitten kann durch Einwirken einer äußeren Kraft aus seiner Ausgangsposition heraus bewegt werden. Bei Wegfall der äußeren Kraft kann sich der Schlitten auf der Führung wieder in die Ausgangsposition zurückbewegen. Die Feder kann als Zugfeder oder als Druckfeder ausgebildet sein.
Die Sensorkomponente kann an dem mindestens einen Schlitten angeordnet sein und der Magnet kann an der mindestens einen Führung angeordnet sein. Alternativ kann der Magnet an dem mindestens einen Schlitten angeordnet sein und die Sen¬ sorkomponente kann an der mindestens einen Führung angeordnet sein. Die Position der Sensorkomponente und des Magneten relativ zueinander kann dabei so gewählt werden, dass bei jedem Zyklus eine Detektion des Magneten durch die Sensorkomponente erfolgt, wie z.B. dass die Sensorkomponente von dem Magneten überstri¬ chen wir oder umgekehrt. Dadurch wird bei jedem Zyklus eine etwaige Abweichung durch Störfelder berücksichtigt oder eliminiert.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Roboter, insbesondere ein Industrieroboter, vorgeschlagen. Der Roboter weist eine Vorrichtung auf wie sie hierin beschrieben wurde/wird. Zusätzlich oder alternativ weist die Vorrichtung ein Rückzugsystem auf wie es hierin beschrieben wurde/wird.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zur Überwachung eines Rückzugsystems vorgeschlagen. Das Rückzugsystem weist mindestens eine Feder auf. Mindes- tens ein Kondensator ist derart mit der mindestens einen Feder verschaltetet oder zusammengeschaltet, dass die Verschaltung oder Zusammenschaltung aus der min¬ destens einen Feder und dem mindestens einen Kondensator einen Schwingkreis bildet. Das Verfahren weist ein Ermitteln von Informationen über/betreffend eine Frequenz des Schwingkreises auf. Das Verfahren weist ein Ableiten von Informationen über/betreffend eine Länge der mindestens einen Feder aus den Informationen über/betreffend die Frequenz des Schwingkreises auf.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch in entsprechender Weise in dem Rückzugsystem, dem Roboter und/oder dem Verfahren realisiert sein/werden.
Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:
Figur 1 ein Blockdiagram einer Vorrichtung gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel;
Figur 2 ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 3 ein Rückzugsystem mit einer Vorrichtung gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel;
Figur 4 eine Feder in verschiedenen Zuständen; und Figur 5 eine mögliche Auswertung mehrerer Federn.
Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten De¬ tails abweichen können. Beispielsweise werden im Folgenden spezifische Konfigurationen und Ausgestaltungen beschrieben, die nicht als einschränkend anzusehen sind.
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Überwachung eines Rückzugsys¬ tems. Das Rückzugsystem ist in Figur 1 nicht dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist eine Feder 12 auf. Die Feder 12 ist ein Teil des Rückzugsystems. Die Feder 12 dient in der Vorrichtung 10 als Spule. Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Kondensator 14 auf. Der Kondensator 14 und die Feder/Spule 12 sind derart miteinander verschaltet/zusammengeschaltet, dass durch die Verschaltung/Zusammenschaltung ein Schwingkreis 16 entsteht, genauer gesagt ein LC-Schwingkreis. L steht hierbei für die Induktivität der Feder/Spule 12. C steht hierbei für die Kapazität des Kondensators 14. Der Kondensator 14 ist in Figur 1 beispielhaft mit der Feder/Spule 12 in Reihe geschaltet. Daher ist der Schwingkreis 16 in Figur 1 beispielhaft als Reihenschwingkreis ausgebildet. Alternativ können der Kondensator 14 und die Feder/Spule 12 zueinander parallel geschaltet sein. In diesem Fall ist der Schwingkreis 16 als Parallelschwingkreis ausgebildet. In Figur 1 sind der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber lediglich die Feder/Spule 12 und der Kondensator 14 als Teil des Schwingkreises 16 gezeigt. Der Schwingkreis 16 kann jedoch weitere Elemente aufweisen, die für die Erklärung der Funktionalität des Schwingkreises 16 jedoch vernachlässigt werden können. Beispielsweise kann der Schwingkreis 16 ferner einen oder mehrere Widerstände sowie eine oder mehrere Stromquellen/Spannungsquellen aufweisen. Auch wenn in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nur eine Feder/Spule 12 und nur ein Kondensator 14 gezeigt ist, so ist die Vorrichtung 10 nicht auf diese Anzahl beschränkt, Die Vorrichtung 10 kann mehr als eine Feder/Spule 12 und/oder mehr als einen Kondensator 14 aufweisen.
Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Frequenzermittlungskomponente 20 auf. Die Frequenzermittlungskomponente 20 ist mit dem Schwingkreis 16 in einer Weise verbunden oder gekoppelt, dass die Frequenzermittlungskomponente 20 Informationen über/betreffend eine Frequenz des Schwingkreises 16 ermitteln kann. Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Auswerteeinheit 30 auf. Die Auswerteeinheit 30 ist mit der Frequenzermittlungskomponente 20 verbunden/gekoppelt oder verbindbar/koppelbar. Die Auswerteeinheit 30 ist mit der Frequenzermittlungskomponente 20 derart verbunden/gekoppelt oder verbind bar/koppel bar, dass die Auswerteeinheit 30 von der Frequenzermittlungskomponente 20 die Informationen über/betreffend die Frequenz des Schwingkreises 30 erhalten kann oder aus den Informationen über/betreffend die Frequenz des Schwingkreises 30 abgeleitete Informationen erhalten kann.
Die grundsätzliche Funktionsweise der Vorrichtung 10 wird nun anhand des Flussdia- grams aus Figur 2 skizziert. In Schritt S202 ermittelt die Frequenzvermittlungskomponente 20 Informationen über/betreffend eine Frequenz des Schwingkreises 16. In Schritt S204 leitet die Auswerteeinheit 30 Informationen über/betreffend eine Länge der mindestens einen Feder/Spule 12 aus den Informationen betreffend/über die Frequenz des Schwingkreises 16 ab.
Weitere mögliche Details und Abwandlungen der Ausführungsbeispiele aus den Figu- ren 1 und 2 werden nun in Bezug auf die Figuren 3 bis 5 beschrieben.
In Figur 3 ist schematisch ein Rückzugsystem 100 gezeigt. Das Rückzugsystem 100 kann in einem Industrieroboter eingesetzt werden / vorhanden sein. Das Rückzug¬ system 100 kann Teil einer Leitungsführungseinrichtung oder Zuführanordnung für einen Industrieroboter sein oder die Leitungsführungseinrichtung oder Zuführanordnung bilden. Das Rückzugsystem 100 weist eine Feder 12 auf. Das Rückzugsystem 100 weist ferner einen Schlitten 110 und eine Führung 120 auf. Der Schlitten 110 ist auf der Führung 120 angeordnet und wird durch die Führung 120 geführt. Die Füh¬ rung kann beispielsweise ein oder mehrere Schienen aufweisen, die in den Schlitten 110 eingreifen oder in die der Schlitten 110 eingreift. Der Schlitten 110 kann auf der Führung 120 eine translatorische Bewegung ausführen. Der Schlitten 110 ist mit der Feder 12 verbunden. Die Feder 12 ist in Figur 3 beispielhaft als Zugfeder ausgebildet. Alternativ kann alternativ auch als andersartige Feder 12 ausgebildet sein, beispielsweise als Druckfeder. In Figur 3 ist beispielhaft eine Ausgangsposition der Feder 12 und des Schlittens 110 gezeigt. Wird der Schlitten 110 durch Wirkung einer äußeren Kraft aus dieser Ausgangsposition translatorisch auf der Führung 120 in eine Richtung entgegen der Feder 12 und entgegen der Zugkraft der Feder 110 bewegt, so wird die Feder 12 ausgelenkt. Entfällt die äußere Kraft auf den Schlitten 110, welche den Schlitten 110 translatorisch bewegt (hat), so bewegt sich der Schlitten 110 durch die Zugkraft der Feder 12 wieder in seine Ausgangsposition automatisch zurück. Die Feder 12 zieht sich wieder zusammen und ist entspannt.
Im Falle einer Zugfeder als Feder 12, ist die Feder 12 in ihrer Ausgangsposition gestaucht, wird durch Wirken einer äußeren Kraft gestreckt und wird bei Wegfall der äußeren Kraft wieder gestaucht. Das heißt, die Feder 12 wird bei Belastung ihre Länge verändern. Damit ändert sich der Kopplungsfaktor der einzelnen Windungen. Das wiederum ändert ihre Induktivität. Bei einer gestauchten Feder (siehe Figur 4a) sind die einzelnen Windungen dicht beieinander und koppeln miteinander besser, somit steigt die Induktivität. Bei einer gestreckten Feder (Figur 4b) hingegen, sind die Windungen weiter auseinander und schlechter verkoppelt, somit sinkt die Induktivität. Durch Messen der Induktivität kann daher die Länge der Feder 12 festgestellt werden und somit indirekt der Verfahrweg des mit der Feder 12 verbundenen Schlit¬ tens 110. Die Feder 12 ist in Figur 3 nicht nur als Teil des Rückzugsystems 100 dargestellt sondern im rechten Teil der Figur als Teil einer Schaltung. In der Schaltung nimmt die Feder 12 die Funktion einer Spule ein und wird daher nachfolgend als Feder/Spule 12 bezeichnet. Die Feder/Spule 12 ist, wie in Bezug auf Figur 1 beschrieben, mit einem Kondensator verschaltet und bildet mit diesem, und ggf. weiteren Elementen, einen Schwingkreis. Dieser Schwingkreis ist in Figur 3 beispielhaft als oder als Teil eines Oszillators 18 dargestellt. Der Oszillator 18 ist ein Oszillator mit variabler Frequenz. Daher kann sich die Frequenz des Oszillators 18 in Abhängigkeit der Streckung und Stauchung, d.h. der Länge, der Feder/Spule 12 ändern. Rein beispielhaft sei hier ein Frequenzbereich von 280 bis 400 kHz für den Oszillator 18 genannt. In Figur 3 ist die Feder/Spule 12 getrennt von dem Oszillator 18 dargestellt, obwohl die Feder/Spule tatsächlich Teil des Schwingkreises und folglich des Oszillators 18 ist. Die Feder/Spule 12 ist in Figur deshalb getrennt von dem Oszillator 18 dargestellt, um die Bedeutung der Feder/Spule 12 sowohl in dem Rückzugsystem 100 als auch in der Schaltung hervorzu heben.
Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Verstärker 22 und einen Abtaster 24 auf.
Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Referenzoszillator oder eine Referenzschaltung auf. Der Referenzoszillator oder die Referenzschaltung ist beispielhaft in Figur 3 als piezoelektrischer Oszillator ausgebildet. Der piezoelektrische Oszillator weist einen piezoelektrischen Resonator 42, der beispielhaft als piezoelektrischer Kristall ausge¬ bildet ist, und einen Oszillator 44 mit konstanter Frequenz auf. Hinter den Oszillator 44 ist ein Verstärker 46 geschaltet. Die Ausgänge des Abtasters 24 und des Verstär¬ kers 46 sind mit einem Zähler 26 verbunden. Sowohl der Abtaster 24 als auch der Verstärker 46 erzeugen aus ihrem jeweiligen analogen Eingangssignal einen digitalen Takt, der jeweils in den Zähler 26 eingegeben wird. Der Ausgang des Zählers 26 ist mit einem Digital-Analog-Wandler 28 verbunden.
Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Magneten 50 auf, der beispielhaft als Dauer¬ magnet ausgebildet ist. Zudem weist die Vorrichtung 10 einen Sensor 52 auf, der in Figur 3 beispielhaft als Hall Sensor ausgebildet ist. Der Sensor 52 ist ausgebildet, den Magneten 50 zu detektieren, oder, genauer gesagt, das Magnetfeld des Magneten 50 zu erfassen. Genauer gesagt erfasst der Sensor 52 das Magnetfeld des Magneten 50, wenn sich der Magnet 50 dem Sensor 52 so sehr nähert, dass der Abstand zwischen dem Magneten 50 und dem Sensor 52 unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt. In der Figur 3 ist der Magnet 50 beispielhaft an dem Schlitten 110 angeordnet und der Sensor 52 ist beispielhaft an der Führung 120 angeordnet. Alternativ ist es jedoch möglich, dass der Magnet 50 an der Führung 120 angeordnet ist und der Sensor 52 an dem Schlitten 110 angeordnet ist. Der Abstand zwischen dem Magneten 50 und dem Sensor 52 in Richtung der Erstreckung der Führung 120 ist dabei so be¬ messen, dass der Magnet 50 in vorbestimmten Zeitabständen den Sensor 52 passiert oder in die Nähe des Sensors 52 kommt. Beispielsweise ist der Abstand, in der Ausgangsposition des Schlittens 110, so bemessen, dass der Magnet 50 in jedem Zyklus des Schwingkreises zumindest einmal den Sensor 52 passiert oder in dessen Nähe kommt oder den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
Um mit der Feder/Spule 12 den Verfahrweg zu bestimmen, wird die physikalische Eigenschaft einer Feder beim Strecken/Stauchen verwendet. Die Feder/Spule 12 wird bei Belastung ihre Länge verändert. Damit ändert sich der Kopplungsfaktor der ein- zelnen Windungen. Das wiederum ändert ihre Induktivität. Bei einer gestauchten Feder (Figur 4a) sind die einzelnen Windungen dicht beieinander und koppeln miteinander besser. Somit steigt die Induktivität der Feder/Spule 12 in der Vorrichtung.
Bei einer gestreckten Feder (Figur 4b) hingegen, sind die Windungen weit auseinander und schlechter verkoppelt. Somit sinkt die Induktivität der Feder/Spule 12. Durch Ermitteln/Messen der Induktivität kann dann die Länge der Feder festgestellt werden und somit indirekt der Verfahrweg.
Hierin wird die Länge der Feder/Spule 12 gemessen durch den Aufbau als LC- Schwingkreis. Die Feder/Spule 12, genauer gesagt die Rückstell-Feder 12, stellt die Induktivität des LC-Schwingkreises dar. Die Längenänderung aufgrund der Verfahr- Bewegung des Schlittens bewirkt eine Änderung der Induktivität der Feder/Spule 12. Durch die Änderung der Induktivität der Feder/Spule 12 kommt es zu einer Änderung der Frequenz des als Oszillator 18 wirkenden LC-Schwingkreises. Die Frequenz des LC-Schwingkreises wird durch die Frequenzermittlungskomponente 20 ermittelt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Anzahl der Pulse des Refe¬ renz-Schwingkreises ermittelt wird. In Figur 3 erfasst oder erhält der Zähler 26 die Pulse des LC-Schwingkreises und die Pulse des Referenz-Schwingkreises. Der Zähler 26 erfasst oder erhält die Pulse während einer vorbestimmten Zeitspanne, beispiels- weise während eines halben Zyklus des LC-Schwingkreises. Rein beispielhaft sei an dieser Stelle ein durch den Zähler 26 erfasster oder erhaltener Zählerwert von 200 bis 3800 genannt. Mit dem Digital-Analog-Wandler 28 wird der Zählerwert in eine Spannung konvertiert. Der Spannungswert der Spannung kann, rein beispielhaft, einen Wert von 0,2 bis 3,8V annehmen. Der Spannungswert kann an eine Analyseeinheit/Auswerteeinheit 30 übertragen werden. Auf diese Weise wird eine einfache Übertragung der Information an die Analyseeinheit/Auswerteeinheit 30 ermöglicht. Ferner ist es denkbar, dass auf den Digital-Analog-Wandler 28 verzichtet wird und der digitale Frequenz-Zähler- Wert des Zählers 26 zur weiteren Datenverarbeitung verwendet wird. Beispielsweise kann der digitale Frequenz-Zähler-Wert, wie er von dem Zähler 26 ermittelt wurde, an die Auswerteeinheit 30 weitergegeben werden oder die weitere Datenverarbeitung kann basierend auf dem digitalen Zählerwert in dem Zähler 26 vorgenommen werden. So ist es denkbar, dass die weitere Auswertung in dem Digital-Analog- Wandler vorgenommen wird. Anders ausgedrückt kann der Zähler 26 die Auswerteeinheit 30 aufweisen oder als Auswerteeinheit 30 ausgebildet sein oder die Auswerteeinheit 30 kann den Zähler 26 aufweisen oder als Zähler 26 ausgebildet sein.
Um Messfehler zu verringern oder idealerweise gänzlich zu vermeiden, insbesondere einen Versatz (Offset) der Spannung des LC-Schwingkreises aufgrund von in der Industrieumgebung auftretenden Störfeldern, wird zur Kalibrierung weiterhin der Sensor 52, z.B. ein Hall-Sensor, an der Führung 120 und ein Magnet 50 am Schlitten 110 (oder umgekehrt) angeordnet oder eingebaut. Bei Überstreichen des Sensors 52 wird eine (vorab bekannte) Position mit der durch die LC-Frequenz ermittelten Position abgeglichen, um auftretende Abweichungen im Signal (d.h., einen Offset) zu eliminieren. Die Position des Hall-Sensors 52 wird so gewählt, dass sie bei möglichst jedem Zyklus vom Schlitten 110 überstrichen wird. Genauer gesagt wird, wenn der Sensor 52 den Magneten 50 detektiert, die Länge oder Längenänderung der Fe¬ der/Spule 12 ermittelt und mit einer vorbekannten, beispielsweise gespeicherten, Länge oder Längenänderung verglichen, die an dieser Position des Schlittens 110 bestehen müsste. Wird eine Abweichung zwischen der gemessenen Länge oder Längenänderung der Feder/Spule 12 und der vorbekannte, z.B. abgespeicherten, Länge bzw. Längenänderung der Spule/Feder 12 festgestellt, so wird die Abweichung bei den/allen Längen- oder Längenberechnungen in dem Zyklus und/oder in weiteren Zyklen, z.B. allen Zyklen, berücksichtigt. In einer Ausführungsvariante wird pro Zyklus mindestens einmal eine Abweichung ermittelt und diese Abweichung für alle Berechnungen im selben Zyklus berücksichtigt. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Ermittlung der Länge oder Längenänderung der Feder/Spule 12 erhöht.
Auch wenn die Erfindung in Bezug auf nur eine Feder erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So ist es ebenso möglich, bei Systemen mit meh- reren Federn 12, die Federn parallel oder in Reihe zu schalten, wie dies in Bezug auf Figur 5 angedeutet ist. In diesem Fall kann die sich aus der jeweiligen Verschaltung insgesamt ergebende gesamte Induktivität zur Ermittlung der Länge oder Längenänderung der Feder 12 und somit zur Ermittlung des Verfahrweges des Schlittens 110 verwendet werden. In diesem Fall ist es denkbar, die Auswerteeinheit 30 nur mit den festen Enden der Federn 12 zu verbinden oder zu kontaktieren. Der mechanische Aufbau ist in diesem Fall einfach und stabil.
Um die Sensibilität des Messverfahrens zu erhöhen, kann eine größere Induktivitätsänderung erzielt werden, indem ein oder mehrere Eisenkerne teilweise oder komplett im System positioniert werden und das Stauchen und/oder Strecken der Feder zu einer relativen Positionsänderung/Überdeckung zwischen Feder und Kern führt. Die Form des Kerns kann variiert werden, um verschiedenartige Effekte zu erzielen (z.B. lineare oder exponentielle Änderungen der Induktivität). Alternativ zu einem Eisenkern innerhalb der Feder(n) kann auch ein Ring um die Feder(n) verwendet werden.
Durch Messen der Federlänge und damit des Verfahrwegs des Schlittens 110 können zusätzliche Informationen gewonnen werden, wie beispielsweise eine Zykluserkennung, eine mechanische Belastung, eine Federkraft, eine Verfahrgeschwindigkeit, Beschleunigungen usw., die für eine statistische Auswertung und eine vorbeugende Instandhaltung relevant sein können. Speziell beim Einsatz von Energiezuführungen und Rückzugeinrichtung an Industrierobotern kann das oben beschriebene Verfahren mit entsprechendem Aufbau breite Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur Überwachung eines Rückzugsystems (100) mit mindestens einer Feder (12), wobei die Vorrichtung (10) aufweist:
- mindestens einen mit der mindestens einen Feder (12) derart zusam¬ mengeschalteten Kondensator (14), dass die Zusammenschaltung aus der mindestens einen Feder (12) und dem mindestens einen Kondensator (14) einen Schwingkreis (16) bildet;
- eine Frequenzermittlungskomponente (20), die ausgebildet ist, Informa¬ tionen über eine Frequenz des Schwingkreises (16) zu ermitteln; und
- eine Auswerteeinheit (30), die ausgebildet ist, aus den Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16) Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder (12) abzuleiten.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit (30) ausgebildet ist, aus den Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16) als Informationen über die Länge der mindestens einen Feder (12) Informationen über eine Längenänderung der mindestens einen Feder (12) abzuleiten.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Frequenzermittlungskomponente (20) als digitale Frequenzermittlungskomponente ausgebildet ist oder eine digitale Frequenzermittlungskomponente aufweist und die digitale Frequenzermittlungskomponente ausgebildet ist, als Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16) eine Anzahl von auftretenden Pulsen in dem Schwingkreis (16) während einer vorgegebenen Zeitdauer zu ermitteln.
4. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Frequenzermittlungskomponente (20) ausgebildet ist, die Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16) unter Berücksichtigung von Informationen über die Frequenz eines Referenz-Schwingkreises zu ermitteln.
5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung (10) einen Digital-Analog-Wandler (28) aufweist, der ausgebildet ist, die Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16) in einen Spannungswert umzuwandeln.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Digital-Analog-Wandler (28) ausgebildet ist, den Spannungswert an die Auswerteeinheit (30) zu übermitteln und die Auswerteeinheit (30) ausgebildet ist, aus dem übermittelten Spannungswert die Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder (12) abzuleiten.
7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (10) ferner einen Magnet (50) und eine Sensorkomponente (52) zur Detektion des Magneten (50) aufweist.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei, wenn die Sensorkomponente (52) den Magneten (50) detektiert, die Auswerteeinheit (30) ausgebildet ist, die bei Detektion ermittelten Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder (12) mit vorbekannten Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder (12) zu vergleichen und Informationen über eine Abweichung aus dem Vergleich zu ermit¬ teln.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Sensorkomponente (52) einen Hall-Sensor aufweist oder als Hall-Sensor ausgebildet ist.
10. Rückzugsystem (100) aufweisend:
- mindestens eine Feder (12);
- mindestens einen mit der mindestens einen Feder (12) verbundenen Schlitten (110);
- mindestens eine Führung (120), die ausgebildet ist, den mindestens einen Schlitten (110) zu führen; und
- eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Rückzugsystem (100) nach Anspruch 10, wobei die Sensorkomponente (52) an dem mindestens einen Schlitten (110) und der Magnet (50) an der mindestens einen Führung (120) angeordnet ist; oder der Magnet (50) an dem mindestens einen Schlitten (110) und die Sensorkomponente (52) an der mindestens einen Führung (120) angeordnet ist.
12. Roboter mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem Rückzugsystem (100) nach Anspruch 10 oder 11.
13. Verfahren zur Überwachung eines Rückzugsystems (100) mit mindestens einer Feder (12), wobei mindestens ein Kondensator (14) derart mit der mindestens einen Feder (12) zusammengeschaltet ist, dass die Zusammenschaltung aus der mindestens einen Feder (12) und dem mindestens einen Kondensator (14) einen Schwingkreis (16) bildet, wobei das Verfahren aufweist:
- Ermitteln (S202) von Informationen über eine Frequenz des Schwing- kreises (16); und
- Ableiten (S204) von Informationen über eine Länge der mindestens einen Feder (12) aus den Informationen über die Frequenz des Schwingkreises (16).
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