(57)【要約】【課題】加工設備での工作物の信頼度と加工品質の改善。【解決手段】本発明は、工作物（１２）を固定するための保持装置（２１）、特に負圧把持装置または負圧クランプ装置（２２）と、振動を検出してそこから測定値を生成するためのセンサ装置（３６）とを有する取扱装置（２０）に関するものであり、センサ装置（３６）は保持装置（２１）に配置されており、保持装置（２１）により固定される工作物（１２）の振動が検出されるようにセットアップされている。本発明は、取扱装置を監視する方法も対象とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物（１２）を固定するための保持装置（２１）と、振動を検出してそこから測定値を生成するためのセンサ装置（３６）とを有する取扱装置（２０）において、前記センサ装置（３６）は前記保持装置（２１）に配置されており、前記保持装置（２１）により固定される工作物（１２）の振動が検出されるようにセットアップされ、かつそのように位置決めされている取扱装置（２０）。
【請求項２】
測定値が入力値として供給される評価装置（３８）が設けられており、前記評価装置（３８）は前記保持装置（２１）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の取扱装置（２０）。
【請求項３】
前記評価装置（３８）は、前記評価装置（３８）に格納されているデータ処理プログラムを用いて測定値を処理し、前記評価装置に保存されている限界値基準が非遵守の場合にエラー信号を生成するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の取扱装置（２０）。
【請求項４】
前記保持装置（２１）は工作物から前記保持装置へ伝達される振動を吸収および／または減衰するために構成された少なくとも１つの吸収部材（４２）を有していることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の取扱装置（２０）。
【請求項５】
前記保持装置（２１）は、固定された工作物（１２）の振動を補償するために前記保持装置（２１）で振動を能動的に生成するために構成された駆動可能な振動アクチュエータ（４４）を有していることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の取扱装置（２０）。
【請求項６】
前記保持装置（２１）は定義された周波数領域の振動と共振させることが可能な共振装置を有していることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の取扱装置（２０）。
【請求項７】
前記保持装置（２１）は上位の制御装置（２６）と通信をするための、特にワイヤレス通信をするためのデータ伝送手段（４８）を有していることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の取扱装置（２０）。
【請求項８】
工作物（１２）の取扱をするときに取扱装置の動作を監視する方法において、工作物（１２）を固定するための保持装置（２１）と、振動を検出するためのセンサ装置（３６）とを有しており、前記保持装置（２１）で固定された工作物（１２）の振動が前記方法に基づいて前記センサ装置（３６）により検出される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に工作物を固定するための保持装置と、振動を検出してそこから測定値を生成するためのセンサ装置とを含む、請求項１に記載されている取扱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した種類の取扱装置は、たとえば工作物を加工するための加工設備で適用される。このような加工設備は、取扱装置のほかに加工装置、たとえば工作機械、鋸、フライス盤、ドリルなども含んでいる。このとき工作物は保持装置によって固定され、場合により変位させられる。本件の関連において、保持装置は特に把持装置またはクランプ装置として構成される。クランプ装置は、特に、工作物をその加工中に特に定置に固定する役目を果たす。把持装置は、これに固定された工作物を変位または移動させるために構成されていてよい。
【０００３】
加工装置の作動時に、装置のさまざまな部品で望ましくない振動が発生することがある。そのような振動の原因は、加工プロセスそのものにあり得るのであり、加工プロセスにおいては、たとえば駆動される工具（ドリル、フライス盤、鋸など）が工作物に作用する。あるいは振動の生成にはそれ以外の可動部品、たとえば駆動シャフト、フライホイール、モータなどが関与することもあり得る。振動が高い程度で発生するのは、調整不良、損傷、あるいは摩耗などが装置の可動部品に存在している場合である（駆動装置損傷、伝動装置損傷、軸受損傷、バランス不良など）。たとえばグリッパによる対象物の移動などの取扱プロセスも振動を生じさせることがあり得るが、それは、機械的な要因（力、質量、加速度、取扱の速度、サイクル時間など）が不十分にしか相互に調整されていない場合である。
【０００４】
発生する振動の程度が大きすぎると、このことは望ましくない品質低下、損傷、およびさまざまな装置のいっそう大きい摩耗につながり得る。さらに、いっそう強い騒音エミッションが発生する。振動が工作物に伝達されて、そこで障害を生じさせ、および／または取扱装置による固定を不確実にすることがあり得る。特に、各装置の共振振動に基づいて非常に大きい振動振幅が発生するという危険があり、このことは、個々のコンポーネントの破損につながりかねない。
【０００５】
工作機械では、回転するシャフトや駆動部材のような可動の機械部品を、望ましくない振動に関して監視することが知られている。設備や機械要素の振動分析をする方法および装置が、たとえば特許文献１や特許文献２に記載されている。特許文献３には、クランプ装置と駆動される工具とを有する工作機械が記載されており、センサによって、クランプ装置と工具との相対的な振動速度が判定される。この場合に問題となるのは、望ましくない振動を認識するために、センサを適切な仕方で可動の機械部品に位置決めすることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２０１１０５５５２３Ａ１号明細書
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第４４０５６６０Ａ１号明細書
【特許文献３】ドイツ特許出願公開第１０２００６０４９８６７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、工作物の確実な取扱を簡単な仕方で可能にするとともに、加工設備での工作物の信頼度と加工品質を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は請求項１に記載の取扱装置によって解決される。この取扱装置は、工作物を保持装置で固定するために構成された少なくとも１つの保持装置を含んでいる。さらに取扱装置は、振動を検出してそこから測定値を生成するために構成されたセンサ装置を含んでいる。センサ装置は特に保持装置に配置される。センサ装置は、保持装置により固定される工作物の振動（たとえばバイブレーション、固定伝搬音、縦方向および／または横方向の機械的振動）が的確に検出されるようにセットアップされ、かつそのように保持装置で位置決めされている。その意味においてセンサ装置は、可動の機械部品の振動を監視するために主としてセットアップされるのではなく、特に、固定されている工作物の振動監視をする役目を果たす。
【０００９】
加工設備において、保持装置は工作物と直接的に作用接続される機能単位である。工作物との接触は、通常、特に加工装置による加工中に比較的長い時間にわたって続く。したがって、工作物についてのセンサ装置を保持装置に配置することで、継続的で確実な監視を実現することができる。駆動シャフトやピストンといった可動の機械部品へのセンサの問題のある配置は、この場合には必要ない。
【００１０】
センサ装置によって判定される測定値は、特に、取扱装置により実行される取扱プロセスを管理することを可能にする。特に、振動が監視されることで、工作物が取扱装置と固定されているかどうか、および／または固定が十分な程度に、もしくは確実に行われているかどうかを判断することができる。これに加えて振動挙動から、取扱プロセスおよび／または加工プロセスのその他の障害を推定することができる。そのような障害の例は、加工について不適切なプロセスパラメータ、過剰なサイクル速度、たとえば工作物を移動させるときの高すぎる加速度での運動経過、加工装置および／または工作物に対する保持装置の不正確な位置決め、摩耗した工具または不適合な工具などである。
【００１１】
保持装置は特に負圧保持装置として構成され、工作物を負圧によって保持装置に固定可能である。たとえば、これは吸引グリッパまたは吸引クランプ装置であってよい。このような種類の負圧保持装置では、工作物の振動を監視することで、工作物が保持装置に当接しているかどうか（存在管理）、および／または工作物が確実に固定されているかどうか、および／または工作物が正しく位置決めされているかどうかを認識することができる。従来技術ではこの点に関して、負圧取扱装置の取扱プロセスをたとえば工作物の固定のために有効な圧力の圧力測定によって監視することが知られている。その意味で、説明している構成は、取扱プロセスを監視するために確実かつ簡単に機能する代替的な選択肢を提供する。これに加えて、固定された工作物で実行される加工プロセスに関する情報、および／または固定された工作物で実行される取扱プロセス（たとえば移動、変位）に関する情報を得ることができる。
【００１２】
保持装置がハウジングを有しており（たとえば負圧クランプ装置のハウジング、吸引グリッパのハウジングなど）、センサ装置が保持装置のハウジングに統合されて組み付けられることによって、１つの好ましい構成がもたらされる。
【００１３】
保持装置は、特に、工作物を固定するためにこれに当接する当接区域を有している。保持区域は、たとえば工作物のほうを向いている保持装置のハウジングの側であってよい。保持区域は追加のコンポーネントによって、たとえば面状グリッパの吸引プレート、クランプ装置の載置面などによって、形成されていてもよい。
【００１４】
１つの好ましい実施形態では、センサ装置は少なくとも２つの振動センサを有しており、１つの振動センサは当接区域に配置されており、第２の振動センサは当接区域から間隔をおいている保持装置の区域に配置される。両方のセンサの測定を比較することで、工作物振動の寄与を的確に判定することができる。対照測定を実行することもでき、そのようにしていっそう正確なデータ評価を行うことができる。
【００１５】
測定値が入力値として供給される評価装置が追加的に設けられるのが好ましい。このとき特に、評価装置も保持装置に配置されていると好ましい。このことは複雑な取扱装置において、保持装置が工作物を固定するための機能に追加して、独立したモジュール形式の監視ユニットとして作用できるという利点がある。特に評価装置は、保持装置のハウジングに統合されて組み付けられていてよい。
【００１６】
しかしながら原則として、評価装置が保持装置に配置されていないと好ましい場合もある。その意味で、以下に説明する評価装置の実施形態は、評価装置の具体的な配置位置に関わりなく意図されていてもよい。
【００１７】
評価装置には、特に、測定値および／または評価装置による測定値の評価の結果を保存可能である記憶装置が付属していてもよい。それにより、取扱プロセスの推移を時間依存的に記録することができ、必要時に取扱装置そのもので読み出すことができる。
【００１８】
本発明の特別に好ましい１つの態様では、評価装置は、評価装置に格納されているデータ処理プログラムによって測定値を処理し、その限りにおいて処理結果を生起するために構成される。これに加えて、評価装置に保存されている限界値基準の非遵守の場合に（すなわち、評価の結果が少なくとも１つの限界値により定義される許容範囲の外にある場合に）、エラー信号が生成されることが意図されていてよい。
【００１９】
たとえばセンサ装置が、クリティカルとみなされる特定の閾値を上回る特性量（たとえば強度、振幅、（振動）経路、（振動）速度、（振動）加速度など）を有する振動を検出したとき、このことは、工作物が正しく固定されていないか、または取扱プロセスがその他の仕方で損なわれていることを示唆する（たとえば把持装置による高速の運動変化、付属の加工装置の間違った工具や摩耗した工具、高すぎる加工強度など）。このことは、上述したとおり、限界基準の外にある評価結果を評価装置が判定することを伴う。そのときエラー信号の出力は、修正をするために取扱プロセスへ介入することを可能にする。
【００２０】
エラー信号は、たとえば測定結果および／または警告信号を表示するためにデータ出力ユニットに供給される電気信号であってよい。評価ユニットが光学式、音響式、またはその他の警告信号を直接生成することも考えられる。
【００２１】
さらに発展させた実施形態のために、保持装置に対して作用する振動ないし特定の振動成分を減衰または増幅するための手段が設けられていてよい。そのために、受動的または能動的な装置が設けられていてよい。
【００２２】
たとえば、工作物から保持装置へ伝達される振動を吸収および／または減衰するために構成された、少なくとも１つの受動的な吸収部材が設けられていてよい。少なくとも１つの吸収部材は保持装置に配置されるのが好ましい。
【００２３】
定義された周波数領域の振動と共振させることが可能な共振装置を保持装置が有することも考えられる。共振装置により、特定の振動成分を的確に増幅することができる。そのようにして、振動をする工作物と保持装置との管理された結合を実現することができる。
【００２４】
能動的に駆動される駆動可能な振動アクチュエータを保持装置が有しているのが好ましい場合もある。振動アクチュエータは、特に、固定されている工作物の振動を少なくとも部分的に補償するために保持装置で（反対の）振動を能動的に生成するために構成される。振動アクチュエータは、たとえば能動的に駆動される回転質量体、たとえば回転駆動および／または発振駆動されるフライホイールを含んでいる。そのようにして、確実な監視を実現できるばかりでなく、振動による障害に能動的に対処することもできる。
【００２５】
１つの好ましい実施形態では、上に述べた評価装置が振動アクチュエータと協同作用し、測定値に依存して振動アクチュエータを制御することが意図される。
【００２６】
利用目的に応じて、上に挙げた手段（吸収部材、振動アクチュエータ、および／または共振装置）をそれぞれ任意選択として、補足として、相互に、または代替的に設けるのが好ましい場合がある。
【００２７】
１つの単純なセンサ装置は、たとえば作用が特定の程度を上回ったときに切換られ、その意味において離散的に反応するセンサを形成する切換部材を含むことができる。あるいは、センサ装置が連続的、段階的な監視を可能にし、すなわち、作用のさまざまな強度を区別できるように構成されるのも好ましい。
【００２８】
振動および／またはバイブレーションの確実な測定は、たとえば、センサ装置が加速度センサおよび／または固体伝搬音センサを含んでおり、もしくはこれらにより形成されることによって実現することができる。
【００２９】
工作物の振動をセンサ装置へ伝達するために、伝達部が設けられるのが好ましい。伝達部は、特に、保持装置の当接区域に対して作用する振動を受け止めて、センサ装置へ伝達するために構成される。たとえば伝達部は流体スプリング、圧縮空気ばね、タペットなどにより形成されていてよい。一般に伝達部は、振動エネルギーを工作物からセンサ装置へと伝達する機能を有する。
【００３０】
さらに発展させた実施形態のために、保持装置は、上位の制御装置（たとえば機械制御部）および／または記憶装置と通信をするためのデータ伝送手段を有する。データ伝送手段は、制御装置との直接的な通信のために構成されていてよく、あるいは、たとえばネットワークを介しての間接的な通信のために構成されていてよい。１つの好ましい実施形態では、データ伝送手段はワイヤレス通信をするために構成される。データ伝送手段は、データバスのための接続部材、ＩＯリンクなどとして構成されていてもよい。
【００３１】
データ伝送手段は、センサ装置の測定値を制御装置へ伝送するために構成されていてよい。特に、データ伝送手段は前述した評価装置と協同作用し、評価結果を制御装置へ伝送し、および／またはエラーメッセージを伝送することが考えられる。
【００３２】
振動を測定するためのセンサ装置に追加して、圧力センサ（たとえば工作物を固定するための負圧を監視するため）、力センサ、距離測定装置などのような別のセンサが設けられていてよい。そのようにして、取扱プロセスおよび／または加工プロセスのいっそう包括的な監視を可能にすることができる。
【００３３】
取扱装置は、工作物のための複雑な加工設備の一部であってよい。このような加工設備は、上述した種類の少なくとも１つの取扱装置と、工作物を加工するための少なくとも１つの加工装置、たとえば丸鋸、フライス盤、ドリルのような工作機械とを含んでいる。
【００３４】
冒頭で課された課題は、取扱装置を監視する方法、ないし取扱装置の動作を監視する方法によっても解決される。そのために取扱装置は、工作物を固定するための少なくとも１つの保持装置と、振動を検出するためのセンサ装置とを含んでいる。センサ装置により、保持装置で固定された工作物の振動が検出される。
それによって可能となる監視は、取扱プロセスが希望される基準を満たしていないとき、これに修正をするように介入することを可能にする。その意味において本方法により、取扱プロセスの信頼度を向上させることができる。
【００３５】
本方法は、原則として、取扱装置との関連で説明したすべての方策によって、さらに発展させて構成することができる。
【００３６】
センサ装置によって得られた測定結果の評価は、たとえば上に説明した評価ユニットによって行われるのが好ましい。上述したとおり、評価は特に定義された限界値基準の非遵守の場合に（すなわち、評価の結果が少なくとも１つの限界値により定義される許容範囲の外にある場合に）、エラー信号が生成されるように行われる。検出された振動が所定の目標値から逸脱しているときに、エラー信号が生起されることが考えられる。評価は、検出された振動または振動成分が時間を通じて変化しているときに、警告信号が生起されるように行うこともできる。説明したように、特に、特定の振動成分が吸収部材によって吸収および／または減衰されるのも好ましい。その一方で、特定の信号成分を共振装置によって増幅することもでき、それにより、当該成分をより良く評価することができる。特定の振動成分を、説明したように、保持装置の駆動可能な振動アクチュエータによって補償することもできる。本方法では、たとえば測定された圧力値、保持装置と工作物の間の測定された間隔値など、その他のセンサ信号を追加的に一緒に評価することもできる。
【００３７】
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による取扱装置を備える加工設備を示す模式図である。
【図２】本発明による取扱装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下の説明ならびに図面では、同一または互いに対応する構成要件について、それぞれ同一の符号が使われている。
【００４０】
図１には、たとえばプレート状の工作物１２を加工するための加工設備１０が模式的に示されている。加工設備１０は、図示した例では能動的に駆動されるフライス加工工具１８を有するフライス加工装置１６として構成された加工装置１４を含んでいる。
【００４１】
加工設備１０では、加工装置１４による工作物１２の加工のほかに、工作物１２の取扱も行われる。そのために取扱装置２０が設けられており、これを用いて工作物１２を固定することができる。たとえば工作物１２が固定され、取扱装置２０の運動アクチュエータ（図示せず）によって移動させられ、たとえば次の加工ステーションへと移される。このケースでは、取扱装置は把持装置を含んでいる。その一方で取扱装置２０は、工作物をその加工中に固定することができ、このとき取扱装置はクランプ装置を含んでいる。
【００４２】
図示した例では、工作物１２はその加工時に取扱装置２０の保持装置２１によって固定される。したがって保持装置２１は、図示した例では負圧クランプ装置２２として構成される。負圧クランプ装置２２は機械テーブル２４に配置されており、それにより、工作物１２を加工のときに定置に固定可能である。
【００４３】
加工装置１４および／または保持装置２１を制御するために、図示した例では機械制御部として上位の制御装置２６が設けられており、これが相応の信号伝送経路２８を介して加工装置１４および／または保持装置２１と通信をする。
【００４４】
図２に概略的に示す保持装置２１はハウジング３０を有しており、その工作物１２のほうを向く側は、概略的に示す吸引プレート３２を備えている。吸引プレート３２は、図示した例では、保持装置２１の当接区域を形成する。当接区域（ここでは吸引プレート３２）は、図示した例では、詳しくは図示しない負圧供給システムに接続された、略示する吸引開口部３４を有している。工作物１２が当接区域３２に当接すると、吸引開口部３４を負圧で負荷することによって工作物１２を固定することができる。
【００４５】
保持装置２１は、図示した例では、センサ装置３６ならびに別のセンサ装置３６ａを有している。センサ装置３６は、当接区域３２のほうを向いている保持装置２１の領域に配置されており、ハウジング３０に統合されて組み付けられるのが好ましい。センサ装置３６ａは、当接区域３２と反対を向いているほうの保持装置２１の区域に配置される（好ましくは同じくハウジング３０に統合されて、ただし、センサ装置３６よりも当接区域３２から遠く間隔をおいて）。センサ装置３６、３６ａは振動を検出するためのセンサである。センサ装置は、検出された振動から測定値を生成し、これを評価装置３８へ供給することができる（信号経路を破線で図示）。
【００４６】
特にセンサ装置３６は、当接区域３２に当接している工作物１２の振動を検知することができるように配置される。振動は、図面では工作物のコーナーのところで二重線により記号で示されている。工作物１２の振動をセンサ装置３６へ伝達するために、保持装置２１は、相応の伝達部４０を有することができる。別のセンサ装置３６ａは、たとえば対照測定を実行し、および／または工作物１２の振動をいっそう正確に測定することを可能にする。
【００４７】
保持装置は、図２に略示するように、保持装置に対して作用する振動ないし特定の振動成分を減衰し、増幅し、または定義された仕方で影響を及ぼすために、手段４２を有することができる。たとえばこの手段４２は吸収部材を含むことができ、これによって特定のバイブレーションまたは振動を吸収することができる。手段４２は、定義された周波数領域の振動と共振させることが可能な共振装置を有することもできる。このような受動的な手段の代替または補足として、手段４２は、振動に対して作用するために能動的に構成されていてもよい。たとえば手段４２は、たとえば反対の振動を生成するために能動的に駆動される回転質量体を有する、駆動可能な振動アクチュエータ４４を含むことができる。
【００４８】
上に説明したとおり、評価ユニット３８は、センサ装置３６（および必要により３６ａ）の測定値を評価するために構成される。特に評価装置３６は、評価された結果が定義された限界値基準を遵守していないときに（たとえば検出された振動が、大きすぎる偏向、振幅、速度、または加速度を有しているときに）、エラー信号を生成することが意図される。評価装置３８は、検出された振動を補償するために、相応の反対の振動を生成するための振動アクチュエータ４４を制御することも考えられる。
【００４９】
保持装置２１はデータ出力ユニット４６を有することができ、これによって評価ユニット３８の評価結果および／または上述したエラー信号を出力することができる。たとえばこれは光学式または音響式のデータ出力部であってよい。
【００５０】
保持装置２１は、たとえば制御装置２６と通信をするために、データ伝送手段４８をさらに有することができる。データ伝送手段４８は、たとえばバスインターフェースとして、またはワイヤレス通信用のインターフェースとして構成されていてよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０   加工設備
１２   工作物
１４   加工装置
１６   フライス加工装置
１８   フライス加工工具
２０   取扱装置
２１   保持装置
２２   負圧クランプ装置
２４   機械テーブル
２６   制御装置
２８   信号伝送経路
３０   ハウジング
３２   吸引プレート
３２   当接区域
３４   吸引開口部
３６   評価装置
３６   センサ装置
３６ａ センサ装置
３８   評価ユニット
３８   評価装置
４０   伝達部
４２   手段（吸収部材）
４４   振動アクチュエータ
４６   データ出力ユニット
４８   データ伝送手段
【図１】
2018020434.tif 000003
【図２】
2018020434.tif 000004
【外国語明細書】
2018020434000001.pdf