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Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Handhabungsvorrichtung, mit mindestens einem Vakuum-Greifmodul, an dem mindestens ein Sauggreifer angebracht oder anbringbar ist, an den ein eine Saugwirkung zum Greifen eines Gegenstandes entfaltendes Vakuum anlegbar ist, wobei das Vakuum-Greifmodul ein als elektrisch ansteuerbares Proportionalventil ausgebildetes Vakuumventil zur Steuerung des an den Sauggreifer angelegten Vakuums, einen den daraus resultierenden Saugvolumenstrom messenden Durchflusssensor, eine das Vakuumventil in Abhängigkeit von den Daten des Durchflusssensors ansteuernde Auswerteelektronik und eine Kommunikationsschnittstelle zur Datenkommunikation zwischen der Auswerteelektronik und einer externen Steuerelektronik enthält.
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Bei einer aus der
DE 10140248 A1 bekannten Vakuum Handhabungsvorrichtung dieser Art ist ein mit einem Sauggreifer ausgestattetes Vakuum-Greifmodul vorgesehen, das mit einer Auswerteelektronik ausgestattet ist, mit der sich das zum Zwecke einer Handhabung erfolgende unterdruckbedingte Greifen eines Gegenstandes steuern lässt. Die Auswerteelektronik kommuniziert mit einer externen Steuerelektronik und steuert ein internes Vakuumventil an, das in die Verbindung zwischen einer externen Unterdruckquelle und dem Sauggreifer eingeschaltet ist. Die Unterdruckquelle kann auch unmittelbarer Bestandteil des Greifmoduls sein, sodass auf externe Fluidverbindungen verzichtet werden kann. Die Ansteuerung des Vakuumventils erfolgt auf der Basis von Daten eines Drucksensors, wobei allerdings auch andere Arten von Sensoren einsetzbar sind, beispielsweise ein Sensor zum Erfassen der Durchflussmenge. Als Vakuumventil wird ein miniaturisiertes Magnetventil vorgeschlagen. Auch proportional steuerbare Miniaturventile auf der Basis von Memory-Metall sind als alternative Ausführungsform erwähnt.
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Aufgrund der möglichen individuellen Ansteuerung des Vakuum-Greifmoduls ist ein energiesparender Betrieb möglich. Anhand der Sensordaten kann beispielsweise dafür gesorgt werden, dass die Vakuumerzeugung abgeschaltet wird, wenn ein vorbestimmter Unterdruck erzeugt ist. Ist eine Vakuum-Handhabungsvorrichtung mit mehreren Vakuum-Greifmodulen ausgestattet, können diejenigen Greifmodule vorübergehend deaktiviert werden, die für den momentanen Greifvorgang nicht benötigt werden.
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In flexibel ausgelegten Fertigungs- und Montageanlagen ist man damit konfrontiert, in gewissem Wechsel Werkstücke unterschiedlicher Art handhaben zu müssen. Oftmals unterscheiden sich diese Werkstücke nicht nur in ihrer Größe – was man mit Hilfe einer matrixartigen Vielfachanordnung von Vakuum-Greifmodulen kompensieren könnte –, sondern auch in ihrer Beschaffenheit, in ihrem Gewicht oder in ihrer Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Diesen unterschiedlichen Randbedingungen kann man beispielsweise dadurch begegnen, dass man unterschiedlich ausgelegte Vakuum-Greifmodule bereithält, die man von Fall zu Fall selektiv einsetzt, indem die Anlage umgerüstet wird. Damit verbunden ist jedoch ein relativ hoher Zeitbedarf. Zudem benötigt man eine Vielzahl unterschiedlichster Greifmodule, was die Systemkosten verteuert.
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Aus der
DE 40 01 937 A1 ist eine Vakuum-Handhabungsvorrichtung bekannt, die ein Vakuum-Greifmodul enthält, bei dem in die Zuleitung zu einem Sauggreifer ein Drucksensor eingeschaltet ist, dessen Messwert herangezogen wird, um durch Vergleich mit einem Sollwert eine korrekte Greiffunktion zu detektieren. Beispielsweise kann ein Alarmsignal ausgelöst werden, wenn der erfasste Unterdruck zu gering oder zu hoch ist. Es ist ferner die Möglichkeit gegeben, in Verbindung mit einem externen Regler einer Steuerelektronik eine geregelte Unterdruckeinstellung vorzunehmen, damit am Sauggreifer stets ein konstanter Unterdruck herrscht.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die auch unter wechselnden Einsatzbedingungen einen effektiven und kostengünstigen Betrieb einer Vakuum-Handhabungsvorrichtung erlauben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vakuum-Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Auswerteelektronik eine Regelungselektronik beinhaltet, durch die das Vakuumventil derart ansteuerbar ist, dass der Saugvolumenstrom auf einen zum Ergreifen eines Gegenstandes gewünschten, über die Kommunikationsschnittstelle von der externen Steuerelektronik vorgegebenen und in der Auswerteelektronik abgespeicherten Sollwert eingeregelt wird.
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Ein und dasselbe Vakuum-Greifmodul kann somit äußerst variabel ohne mechanische Umrüstarbeiten zum Handhaben unterschiedlicher Gegenstände eingesetzt werden. Variieren die handzuhabenden Gegenstände beispielsweise in ihrem Gewicht und/oder in ihrer Empfindlichkeit gegen durch das Ansaugen hervorgerufene mechanische Beanspruchungen, lässt sich der gewünschte und angemessene Unterdruck von außen, beispielsweise über einen angeschlossenen Bus, individuell vorgeben und mittels des Durchflusssensors präzise überwachen. Von besonderem Vorteil ist die durch die Regelungselektronik ermöglichte präzise Einregelung des Saugvolumenstroms auf einen gewünschten Sollwert, wobei dieser Sollwert gegenstandsspezifisch durch die externe Steuerelektronik eingespeist werden kann, um dann für die dezentrale Verarbeitung innerhalb des Vakuum-Greifmoduls bis zur nächsten Veränderung zur Verfügung zu stehen. Durch die exakte Regelung des Saugvolumenstromes kann man insbesondere auch verhindern, dass dünne und/oder bruchempfindliche Gegenstände, beispielsweise Folien oder Glasplatten, im Moment des Ansaugens überbeansprucht werden und bleibend verformt werden oder zu Bruch gehen.
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Über die Kommunikationsschnittstelle hinweg ist jederzeit eine Datenkommunikation zwischen der zweckmäßigerweise auch zu der Vakuum-Handhabungsvorrichtung gehörenden externen Steuerelektronik und der Auswerteelektronik möglich, sodass auf diesem Wege bei Bedarf auch Rückmeldesignale übermittelt werden können, beispielsweise zu Diagnosezwecken. Um ein Greifmodul hinsichtlich seiner Greifintensität an unterschiedliche zu ergreifende Gegenstände anzupassen, genügt eine elektrische Übermittlung des jeweiligen Sollwertes aus der externen Steuerelektronik an die lokal vorhandene Auswerteelektronik. Für den Datentransfer zwischen dem Vakuum-Greifmodul und der Steuerelektronik wird vorzugsweise ein serieller Bus eingesetzt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Der Regelungsvorgang bezüglich des Saugvolumenstroms kann vor dem ersten Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand beendet werden. Das proportional arbeitende Vakuumventil wird dann in der entsprechenden Schaltstellung festgehalten, ohne weitere Regelungsressourcen der Auswerteelektronik in Anspruch zu nehmen. Der Durchflusssensor kann somit problemlos für nachfolgend anstehende Aufgaben eingesetzt werden, insbesondere zur Detektion des Greifstatus des zu greifenden Gegenstandes.
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Bei dieser Greifstatus-Detektion werden die vom Durchflusssensor gelieferten Durchflussdaten mit einem in der Auswerteelektronik gespeicherten Greifstatus-Referenzwert verglichen, woraus geschlossen werden kann, ob ein Gegenstand angesaugt und festgehalten ist oder nicht. In dem Moment, in dem ein Sauggreifer von einem zu ergreifenden Gegenstand abgedeckt ist, verringert sich der Saugvolumenstrom allmählich, wobei auf ein korrektes Ergreifen geschlossen wird, wenn ein vorgegebener Schwellwert unterschritten wird. Zweckmäßigerweise ist diesem Schwellwert noch ein darunter liegender Toleranzbereich zugeordnet, sodass auf das Vorhandensein einer Störung geschlossen werden kann, wenn die ermittelten Durchflussdaten den Toleranzbereich verlassen.
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Bei Bedarf kann zusätzlich zu dem Durchflusssensor auch noch ein Drucksensor vorhanden sein, der den aktuell herrschenden Unterdruck misst. Die Druckmessung kann der Durchflussmessung überlagert sein, um eine noch zuverlässigere Regelung und/oder eine anderweitige Funktionsüberwachung zu ermöglichen.
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Um ein zeitsparendes und präzises Abwerfen eines bis dahin vom Sauggreifer festgehaltenen Gegenstandes zu ermöglichen, beinhaltet das Vakuum-Greifmodul zweckmäßigerweise ein als Abwurfventil bezeichnetes Ventil, durch das in den Sauggreifer ein atmosphärischem Überdruck unterliegender Abwurfimpuls eingeleitet werden kann. Das Vakuum innerhalb des Sauggreifers wird dadurch schlagartig aufgehoben und der Gegenstand freigegeben. Indem das Abwurfventil als Proportionalventil ausgebildet ist, lässt sich durch Einstellung des Volumenstroms die Intensität des Abwurfimpulses variabel vorgeben, unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften des momentan festgehaltenen Gegenstandes. Die Intensität kann insbesondere je nach mechanischer Empfindlichkeit und/oder Gewicht des Gegenstandes unterschiedlich hoch ausfallen.
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Wie bei der Vakuumerzeugung können auch bei der Erzeugung des Abwurfimpulses die erforderlichen Vorgaben individuell über die externe Steuerelektronik zur Verfügung gestellt werden. Diese liefert gegenstandsspezifische Intensitäts-Vorgabewerte, die in der Auswerteelektronik lokal gespeichert werden und fortan für einen Vergleich mit aktuell erfassten Istwerten zur Verfügung stehen. Als Istwerte werden zweckmäßigerweise wiederum Durchflussdaten eines Durchflusssensors herangezogen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, den gleichen Durchflusssensor als Datenlieferant heranzuziehen, der auch für die Regelung des Vakuums und die Ermittlung des Greifstatus genutzt wird. Man greift hierbei auf einen bidirektionalen Druckflusssensor zurück, der in der Lage ist, einen Durchfluss in zwei einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen zu erfassen. Mithin kann hier ein einziger Durchflusssensor eine kostensparende Dreifachfunktion übernehmen.
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Wie schon bei der Einstellung des Vakuums kann auch bei der Einstellung der Intensität des Abwurfimpulses eine präzise Regelung stattfinden, auf der Basis einer Kooperation der Regelungselektronik mit dem als Proportionalventil ausgebildeten Abwurfventil.
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Indem es sich bei dem Vakuumventil und dem Abwurfventil um zwei eigenständige Ventile handelt, besteht die vorteilhafte Möglichkeit einer sehr einfachen, voneinander unabhängigen Ansteuerung durch die Auswerteelektronik.
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Sowohl für das Vakuumventil als auch für das Abwurfventil empfiehlt sich besonders eine Realisierung als Piezoventil, insbesondere derjenigen Gattung, deren Betätigungsglied als Biegewandler ausgebildet ist. Solche Piezoventile ermöglichen eine sehr flache Bauweise und gestatten folglich einen kompakten Aufbau des Vakuum-Greifmoduls. Anders als Magnetventile können sie auch ohne ständige Leistungsaufnahme in einer eingestellten Schaltstellung verbleiben, was einen effizienten Einsatz der Handhabungsvorrichtung begünstigt.
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Die Vakuumerzeugung erfolgt zweckmäßigerweise lokal direkt im Vakuum-Greifmodul. Dieses ist dann zweckmäßigerweise mit mindestens einer Ejektoreinrichtung ausgestattet, die über eine Luftversorgungsschnittstelle des Vakuum-Greifmoduls mit Druckluft versorgt wird und an einer Saugseite einen Absaugeffekt hervorruft, aus dem der Saugvolumenstrom resultiert. Das proportional arbeitende Vakuumventil ist zwischen die Luftversorgungsschnittstelle und den Einlass der Ejektoreinrichtung eingeschaltet, sodass über den in die Ejektoreinrichtung eingespeisten Volumenstrom der für den Sauggreifer erzeugte Saugvolumenstrom reguliert werden kann.
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Das Vakuum-Greifmodul ist zweckmäßigerweise mit einer Zentralschnittstelleneinrichtung ausgestattet, über die es lösbar und auch leicht auswechselbar mit einer Antriebseinrichtung der Vakuum-Handhabungsvorrichtung gekoppelt ist, die die Positionierung des Vakuum-Greifmoduls übernimmt. In der Zentralschnittstelleneinrichtung sind zweckmäßigerweise sämtliche Schnittstellen des Vakuum-Greifmoduls vereinigt, wobei es sich außer der Kommunikationsschnittstelle und der Luftversorgungsschnittstelle zweckmäßigerweise auch noch um eine zum Einspeisen elektrischer Betätigungsenergie dienende Energieversorgungsschnittstelle handelt sowie um eine mechanische Schnittstelle zum lösbaren mechanischen Koppeln mit der erwähnten Antriebseinrichtung. Das Umrüsten der Vakuum-Handhabungsvorrichtung auf ein anderes Vakuum-Greifmodul kann dadurch sehr einfach und schnell vonstatten gehen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur (1) zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuum-Handhabungsvorrichtung.
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Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Vakuum-Handhabungsvorrichtung umfasst eine strichpunktiert angedeutete Antriebseinrichtung 2, an der mittels lösbaren Schnittstellenmitteln 3 ein Vakuum-Greifmodul 4 angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung 2 ist beispielsweise als Mehrachssystem konzipiert und ist in der Lage, translatorische und/oder rotative Bewegungen auszuführen, die auf das Vakuum-Greifmodul 4 übertragen werden, um dieses der jeweiligen Anwendung entsprechend zu verlagern und zu positionieren.
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Mit Hilfe des Vakuum-Greifmoduls 4 können beliebige Gegenstände 5 mittels Unterdruck ergriffen und umpositioniert werden. Exemplarisch ist als Gegenstand 5 ein plattenförmiges Erzeugnis illustriert, hier in Gestalt einer dünnen Glasplatte.
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Die Vakuum-Handhabungsvorrichtung 1 kann gleichzeitig mit mehreren Vakuum-Greifmodulen 4 ausgestattet sein. Mehrere Vakuum-Greifmodule 4 können an ein und derselben oder an unterschiedlichen Antriebseinrichtungen 2 – insbesondere auswechselbar – fixiert sein.
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Das im Folgenden vereinfacht nur noch als ”Greifmodul” bezeichnete Vakuum-Greifmodul 4 umfasst eine Moduleinheit 6, an der – insbesondere lösbar – mindestens ein Sauggreifer 7 angeordnet ist. Bei dem Sauggreifer 7 handelt es sich exemplarisch um einen mit einem Befestigungsstutzen versehenen Saugnapf oder Saugteller. Er begrenzt eine eine Arbeitsöffnung 8 aufweisende Saugkammer 12 und ist durch entsprechende Betätigung der Antriebseinrichtung 2 derart positionierbar, dass er mit seiner Arbeitsöffnung 8 voraus an dem handzuhabenden Gegenstand 5 zur Anlage gelangt. Im Moment der Anlage ist die Arbeitsöffnung 8 durch den Gegenstand 5 abgedeckt und die Saugkammer 12 zur Atmosphäre hin verschlossen. Dieser Zustand ist in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet.
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An der Moduleinheit 6, insbesondere einem stabilen Grundkörper 13 derselben, ist eine Zentralschnittstelleneinrichtung 14 angeordnet, die gemeinsam mit einer an der Antriebseinrichtung 2 angeordneten Gegenschnittstelleneinrichtung 15 die Schnittstellenmittel 3 definiert. An ihr befindet sich eine mechanische Schnittstelle 16 zur lösbaren mechanischen Kopplung mit der Antriebseinrichtung 2, eine Luftversorgungsschnittstelle 17 zur Einspeisung von Druckluft einer externen Druckluftquelle 18, eine Kommunikationsschnittstelle 22 für den Datenaustausch elektrischer Daten beziehungsweise Signale mit einer bezüglich dem Greifmodul 4 externen Steuerelektronik 23 und eine Energieversorgungsschnittstelle 24 zum Einspeisen der für den Betrieb der elektrischen Verbraucher des Greifmoduls 4 erforderlichen, von einer externen Energiequelle 25 stammenden elektrischen Energie.
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Die Druckluftquelle 18 und/oder Steuerelektronik 23 und/oder Energiequelle 25 können bei Bedarf Bestandteil der Vakuum-Handhabungsvorrichtung 1 sein. Die Verbindung zwischen der Steuerelektronik 23 und der Kommunikationsschnittstelle 22 erfolgt insbesondere über einen seriellen Bus 26.
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Das für das Ergreifen eines Gegenstandes 5 erforderliche Vakuum wird unmittelbar in dem Greifmodul 4 erzeugt. Dieses ist mit mindestens einer Ejektoreinrichtung 27 ausgestattet und beinhaltet mindestens eine nach dem Ejektorprinzip arbeitende Saugdüse 28, deren Einlass 29 über eine Luftversorgungsleitung 32 an die Luftversorgungsschnittstelle 17 angeschlossen ist. Ihr Auslass 33 führt zur Atmosphäre, erforderlichenfalls über einen nicht weiter dargestellten Schalldämpfer hinweg. Ihre Saugseite 34 ist über einen Saugkanal 35 an die Saugkammer 12 des Sauggreifers 7 angeschlossen.
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In den Verlauf der Luftversorgungsleitung 32 ist ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil mit 2/2-Wege-Funktionalität eingeschaltet, das im Folgenden als Vakuumventil 36 bezeichnet sei. Es kann den Luftdurchgang durch die Luftversorgungsleitung 32 wahlweise komplett absperren oder variabel für unterschiedliche Strömungsraten freigeben.
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Ein Proportionalventil gleicher Art – als Abwurfventil 37 bezeichnet – ist in den Verlauf einer zur besseren Unterscheidung als Abwurfleitung 38 bezeichneten weiteren Luftversorgungsleitung eingeschaltet, die einenends in den Saugkanal 35 mündet und andernends auch mit der Luftversorgungsschnittstelle 17 verbunden ist.
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In den Verlauf des Saugkanals 35 ist ein Durchflusssensor 42 (Flow Sensor) eingeschaltet, der die Strömungsrate der den Saugkanal 35 durchströmenden Luft erfasst. Er misst hier den Volumendurchfluss. Bevorzugt handelt es sich um einen bidirektionalen Durchflusssensor 42, der Luftströmungen in beiden Richtungen messen kann.
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Als weitere Komponente beinhaltet das Greifmodul 4 eine Auswerteelektronik 43, die unter anderem eine Regelungselektronik 44 umfasst. Über eine erste elektrische Steuerleitung 45 ist die Auswerteelektronik 43 mit der Kommunikationsschnittstelle 22 verbunden und kommuniziert auf diese Weise mit der Steuerelektronik 23.
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Eine von der Energieversorgungsschnittstelle 24 ausgehende Energieversorgungsleitung 46 des Greifmoduls 4 legt an die Ansteuerelektronik 43 die erforderliche Betriebsspannung an und kann – über die Auswerteelektronik 43 oder direkt mittels nicht weiter gezeigter Leitungen – auch alle weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten des Greifmoduls 4 mit der erforderlichen Betätigungsenergie versorgen.
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Das Vakuumventil 36 ist über eine zweite Steuerleitung 47 und das Abwurfventil über eine dritte Steuerleitung 48 an die Regelungselektronik 44 angeschlossen. Eine elektrische Signalleitung 52 verbindet den Durchflusssensor 42 mit der Auswerteelektronik 43 und dort insbesondere auch mit der Regelungselektronik 44.
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Soweit in der vorliegenden Beschreibung von einzelnen Leitungen die Rede ist, versteht es sich, dass für die einzelnen Zwecke auch jeweils mehrere Leitungen einsetzbar sind.
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Die aktuelle Schaltstellung des Vakuumventils 36 bestimmt die Strömungsrate der einlassseitig in die Ejektoreinrichtung 27 eingespeisten Druckluft und somit auch den als Folge daraus in dem angeschlossenen Saugkanal 35 hervorgerufenen Saugvolumenstrom. Der Saugvolumenstrom resultiert aus der Luft, die die Ejektoreinrichtung 27 aus der Saugkammer 12 absaugt. Der Durchflusssensor 42 ist in der Lage, diesen Saugvolumenstrom zu messen und die Messdaten über die Signalleitung 52 an die Auswerteelektronik 43 des Greifmoduls 4 zu übermitteln.
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Ein strichpunktiert angedeuteter, angesaugter Gegenstand 5 wird durch das infolge des Absaugens erzeugte Vakuum festgehalten. Um ihn wieder abzuwerfen, wird das Vakuum in der Saugkammer 12 aufgehoben. Dies kann prinzipiell allein durch Schließen des Vakuumventils 36 und das anschließende allmähliche Entlüften des Saugkanals 35 über den Auslass 33 der Ejektoreinrichtung 27 realisiert werden. Für einen kontrollierten Betrieb mit kurzen Taktzeiten ist allerdings das Abwurfventil 37 unerlässlich, da es die bedarfsgemäße Einspeisung von unter atmosphärischem Überdruck stehender Druckluft in den Saugkanal 35 steuern kann, wobei die Ejektoreinrichtung 27 umgangen wird. Die Einspeisestelle der Abwurfleitung 38 liegt zweckmäßigerweise zwischen der Ejektoreinrichtung 27 und dem Durchflusssensor 42.
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Durch das Öffnen des Abwurfventils 37 wird schlagartig Druckluft in den Saugkanal 35 eingeblasen, die das dort herrschende Vakuum zerstört und aktiv dafür sorgt, dass der Gegenstand 5 vom Sauggreifer 7 gelöst wird.
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Indem das Abwurfventil 37 als Proportionalventil ausgebildet ist, lässt sich die Intensität des Überdruck-Abwurfimpulses variabel vorgeben. Der Abwurf-Volumenstrom ist umso größer, je weiter das Abwurfventil 37 geöffnet wird.
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Im Folgenden wird, unter ergänzender Beschreibung weiterer Funktionalitäten der Komponentendes Greifmoduls 4, eine bevorzugte Betriebsweise des Greifmoduls 4 erläutert.
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Im Ausgangszustand ist der Sauggreifer 7 von dem in durchgezogenen Linien abgebildeten und in der Folge umzupositionierenden Gegenstand 5 beabstandet. In diesem Zustand wird durch elektrische Ansteuerung des Vakuumventils 36 die Vakuumerzeugung der Ejektoreinrichtung 27 in Betrieb gesetzt, sodass über die noch offene Arbeitsöffnung 8 hinweg ein ständiger Saugvolumenstrom durch den Saugkanal 35 hindurchtritt. Beim anschließenden Ansetzen des Sauggreifers 7 an den Gegenstand 5 wird Letzterer angesaugt. Dieses Ansaugen erfolgt derart kontrolliert, dass der Gegenstand 5 nicht beschädigt wird. Da der Gegenstand 5 bruchempfindlich ist, könnte er bei zu starker Saugwirkung eine mechanische Überbeanspruchung erfahren, sodass er bricht.
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Die Kontrolle des Saugvorganges erfolgt unter Verarbeitung der von dem Durchflusssensor 42 an die Auswerteelektronik 43 übermittelten Durchflussdaten. Diese Durchflussdaten werden in der Regelungselektronik 44 als Istwerte verarbeitet und mit einem in der Auswerteelektronik 43 gespeicherten Sollwert verglichen. Darauf aufbauend erfolgt eine geregelte Ansteuerung des Vakuumventils 36, bis der gemessene Saugvolumenstrom dem Sollwert entspricht.
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Der Sollwert wurde zuvor durch die Steuerelektronik 23 in das Greifmodul 4 eingespeist. Es handelt sich bei dem Sollwert um einen Erfahrungswert, der spezifisch auf den momentan handzuhabenden Typ von Gegenstand 5 abgestimmt ist und dessen Eigenschaften berücksichtigt. Ändert sich die Art des handzuhabenden Gegenstandes 5, wird diesem Umstand dadurch Rechnung getragen, dass in die Auswerteelektronik 43 durch die externe Steuerelektronik 23 ein neuer gegenstandsspezifischer Sollwert eingespeist und dort abgespeichert wird.
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Auf diese Weise kann man durch entsprechende Ansteuerung mittels der Steuerelektronik 23 sehr flexibel und variabel auf unterschiedliche Typen handzuhabender Gegenstände 5 reagieren und jeweils ein Optimum an Saugvolumenstrom zur Verfügung stellen.
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Die Auswerteelektronik 43 ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass die Regelung in Bezug auf die Schaltstellung des Vakuumventils 36 eingestellt wird, nachdem sich im Saugkanal 35 der gewünschte Saugvolumenstrom eingestellt hat. Das Vakuumventil 36 wird dann in seiner aktuellen Stellung festgehalten und liefert nurmehr eine konstante Luftströmung zur Ejektoreinrichtung 27, was einen konstant bleibenden Saugvolumenstrom zur Folge hat.
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Diese Beibehaltung der eingeregelten Schaltstellung lässt sich mit besonders geringem Energieaufwand realisieren, wenn das Vakuumventil 36 als Piezoventil ausgebildet ist, wie dies in der Zeichnung in dem rechts neben dem Greifmodul 4 liegenden, strichpunktiert umrahmten Bereich illustriert ist. Piezoventile haben außerdem den Vorteil, dass sie sehr exakt steuerbar sind und sehr kleine Abmessungen ermöglichen. Vorzugsweise handelt es sich um ein Piezoventil, dessen Betätigungsglied als Biegewandler 53 ausgeführt ist und bei Ansteuerung eine strichpunktiert bei 54 angedeutete Auslenkung erfährt.
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Sobald die Regelung des Saugvolumenstromes abgeschaltet ist, fungiert der Durchflusssensor 42 nurmehr als Detektor für den Greifstatus des zu greifenden Gegenstandes 5. Er misst weiterhin den Saugvolumenstrom und meldet diesen an die Auswerteelektronik 43. Dort wird er jetzt mit einem wiederum gegenstandsspezifisch abgespeicherten und zuvor über die Steuerelektronik 23 eingespeisten Greifstatus-Referenzwert verglichen.
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Das Ergreifen eines Gegenstandes 5 führt zu einem Herabsetzen des Saugvolumenstromes im Saugkanal 35. Als Greifstatus-Referenzwert ist ein Schwellwert abgespeichert, der dem in der Saugkammer 12 mindestens gewünschten Vakuum entspricht. Unterschreiten die Messwerte diesen Schwellwert, ist dies ein Indikator für ein sicheres Ergreifen des Gegenstandes 5. Ist dieser Zustand erreicht, sendet die Auswerteelektronik 43 ein Bestätigungssignal an die externe Steuerelektronik 23, um die Antriebseinrichtung 2 und mithin das Umpositionieren des Greifmoduls 4 zu initiieren.
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Vor allem in Abhängigkeit vom Gewicht der anzuhebenden Gegenstände 5 bedarf es unterschiedlicher Intensitäten des sich in der Saugkammer 12 aufbauenden Vakuums, um einen sicheren Greifvorgang zu gewährleisten. Der von außen her vorgegebene Greifstatus-Referenzwert trägt diesem Umstand Rechnung.
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Um mögliche Störungen zu erkennen und melden zu können, ist dem Schwellwert zweckmäßigerweise ein gewisser Toleranzbereich zugeordnet, in dem sich das erzeugte Vakuum unterhalb des Schwellwertes bewegen kann und darf. Das Überschreiten dieses Toleranzbereiches durch die Messwerte in der einen oder anderen Richtung deutet auf eine Fehlfunktion hin und kann von der Auswerteelektronik 43 vor Ort am Greifmodul 4, aber auch zu der externen Steuerelektronik 23 gemeldet werden, um Abhilfe schaffen zu können.
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Während ein Gegenstand 5 an den Sauggreifer 7 angesaugt ist, bleibt die Ejektoreinrichtung 27 zweckmäßigerweise ständig in Betrieb. Durch die unveränderte Schaltstellung des Vakuumventils 36 kann eine Überbeanspruchung des Gegenstandes 5 ausgeschlossen werden.
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Der Vakuumbetrieb des Greifmoduls 4 bleibt sodann unverändert beibehalten, bis der Gegenstand 5 durch Verlagerung des Greifmoduls 4 in seine Abwurfposition verbracht wurde. Ist diese erreicht, wird die Auswerteelektronik 43 so initialisiert, dass der Durchflusssensor 42 eine dritte Detektionsfunktion erfüllt. Er ist nun in der Lage, die Strömungsrate von Luft zu erfassen, die ihn zum Sauggreifer 7 hin durchströmt.
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Um den Gegenstand 5 abzuwerfen, wird anschließend – gesteuert durch die Auswerteelektronik 43 – das Abwurfventil 37 aus seiner bis dahin eingenommenen Schließstellung in eine Offenstellung umgeschaltet. Folglich strömt ein Überdruck-Abwurfimpuls durch den Durchflusssensor 42 hindurch in die Saugkammer 12 hinein und hebt das dortige Vakuum auf.
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Auch hierbei gilt es, Beschädigungen des Gegenstandes 5 zu vermeiden. Empfindliche Gegenstände 5 sind sanfter abzuwerfen als robuste Gegenstände. Um hier den jeweiligen Gegebenheiten Rechnung zu tragen, ermöglicht das Abwurfventil 37 – wie auch das Vakuumventil 36 – eine stufenlose Einstellung der zum Durchfluss freigegebenen Strömungsrate, sodass sich die Zeit, innerhalb der das Vakuum abgebaut und eine mehr oder weniger hohe Abwurfkraft aufgebaut wird, variieren lässt. Zwischen einem sanften Druckaufbau bis zu einem schlagartigen Druckaufbau ist alles möglich.
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Um hier eine spezifische Ansteuerung zu ermöglichen, ist in der Auswerteelektronik 43 ein zuvor über die externe Steuerelektronik eingespeister gegenstandsspezifischer Intensitäts-Vorgabewert abgespeichert, mit dem die ständig von dem Durchflusssensor 42 erfassten Durchflussdaten laufend verglichen werden, um darauf basierend das Abwurfventil 37 in geregelter Form anzusteuern. Es liegt also ein Regelkreis vor, durch den die Strömungsrate und mithin die Intensität des Überdruck-Abwurfimpulses auf ein gewünschtes Maß eingeregelt wird.
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Für die Ausgestaltung des Abwurfventils 37 gilt das oben zu dem Vakuumventil 36 Gesagte. Es handelt sich vorzugsweise um ein Piezoventil mit einem Biegewandler 53 als Betätigungselement.
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Sei es für die Erzeugung des Vakuums, für die Detektion des ergriffenen Gegenstandes 5 wie auch für den Abwurfimpuls, stets werden über die externe Steuerelektronik 23 die relevanten Parameter an die Auswerteelektronik 43 übermittelt, die diese benötigt, um lokal, im Greifmodul 4, die diversen Funktionen gegenstandsspezifisch zu veranlassen und zu überwachen.
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Hierbei ist auch von Vorteil, dass das Vakuumventil 36 und das Abwurfventil 37 völlig unabhängig voneinander angesteuert werden können.
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Die externe Steuerelektronik 23 wird also für die lokal im Greifmodul 4 auszuführenden Steuerungsaufgaben nicht benötigt. Die Datenverarbeitung erfolgt im Greifmodul 4 dezentral. Die Steuerelektronik 23 liefert lediglich die Rahmenbedingungen, insbesondere die für den Betrieb der Auswerteelektronik 43 erforderlichen gegenstandsspezifischen Parameter.
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Prinzipiell wäre es möglich, das Vakuum extern zu erzeugen und über eine Luftversorgungsleitung in das Greifmodul 4 einzuspeisen. Die Erzeugung lokal vor Ort im Greifmodul 4 hat allerdings den Vorteil kurzer Vakuumwege und bietet die Möglichkeit, bei einer Ausstattung der Vakuum-Handhabungsvorrichtung 1 mit mehreren Greifmodulen 4 jedes dieser Greifmodule 4 individuell mit einer Ejektoreinrichtung 27 auszustatten.
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Die diversen Luftleitungen werden in der Praxis, soweit wie möglich, als interne Kanäle ausgeführt, die größtenteils im Innern des Grundkörpers 13 verlaufen. An diesen sind die funktionellen Komponenten dann einzeln oder in Gestalt einer oder mehrerer Baugruppen angebaut.
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Zusätzlich zu dem Durchflusssensor 42 kann auch noch mindestens ein strichpunktiert angedeuteter Drucksensor 54 vorhanden sein, der den im Saugkanal 35 herrschenden Druck erfasst und entsprechende Daten an die Auswerteelektronik 43 zur dortigen Verarbeitung weiterleitet. Auf diese Weise kann beispielsweise ständig die Einhaltung eines gewünschten Unterdruckniveaus überwacht werden, während der ergriffene Gegenstand 5 durch Verlagerung des Greifmoduls 4 umpositioniert wird.
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Die Zentralschnittstelleneinrichtung 14 kann außer den geschilderten Schnittstellen auch noch weitere, insbesondere elektrische Schnittstellen aufweisen, die für hier nicht geschilderte Zwecke eine Signal- und Energieübertragung von und zu dem Greifmodul 4 ermöglichen.
