DE69529603T2

DE69529603T2 - Scherkraftmesssystem

Info

Publication number: DE69529603T2
Application number: DE69529603T
Authority: DE
Inventors: David Alan Bourne; Moore, Jr.; Anne Marie Murray; Melvin W. Siegel
Original assignee: Amada Co Ltd; AMADA Ltd US; US Amada Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd; AMADA Ltd US; US Amada Ltd
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2015-11-10
Also published as: EP0738200B1; US6067862A; US5844146A; JPH09509497A; JP3727657B2; EP0738200A1; WO1996014968A1; EP1236546A2; DE69529603D1; EP1236546A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftsensor zum Messen von Scherkräften. Ein Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der US-A- 4942 767 bekannt. Ein Bezug auf die gleichzeitig eingereichten U.S.-Anwendungen wird hiermit genommen: "Intelligent System for Generating and Executing a Sheet Metal Bending Plan", eingereicht in den Namen von David Alan Boume, et al. (U.S. Patentanmeldung Nr. 08/338, 369); "Methods and Apparatuses for Backgaging and Sensor-Based Control of Bending Operations", eingereicht in den Namen von Richard M. Moore, Jr. et al. (U.S. Patentanmeldung Nr. 08/385, 829); und "Method for Planning/Controlling Robot Motion", eingereicht in den Namen von David Alan Boume et al. (U.S. Patentanmeldung Nr. 08/338, 115).
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fingerkissen-Krafterfassungssystem zum Schaffen elektrischer Signale, die repräsentativ der Kraft von Material in Berührung mit einem Fingerkissen-Kraftsensor sind. Noch genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Fingerkissen-Krafterfassungssystem, das verwendet wird, um eine Anzeige der auf einen ebenen Gegenstand angewandten Kraft zu schaffen, die in Berührung mit dem Fingerkissen-Kraftsensor des Systems ist.
In Massenproduktionssystemen zur Herstellung von Erzeugnissen, hergestellt aus derartig ebenen Materialien, wie z. B. Blech, ist eine Notwendigkeit, die gewünschten Erzeugnisse schnell, genau und mit den geringst- möglichen Kosten herzustellen. Massenproduktionssysteme, die große Serien eines Produktes erzeugen, sind in der Lage die Fehlerkosten zu verteilen und das Einrichten und Feinabstimmen der Herstellungsmaschine derart, daß die Kosten pro erzeugtem Produkt im Verhältnis gering sind. Es gibt jedoch einen fortwährende Betonung ein Erzeugnis mit den geringsten möglichen Kosten herzustellen.
Die Kosten pro hergestelltem Erzeugnis sind in Kleinserien und Maßteil-Herstellungssystemen, die nicht das Einsparungsmaß der Massenproduktionssysteme haben, sogar wichtiger, und können deshalb die Kosten von Irrtümern und Fehlern nicht über dieselben großen Erzeugnisseriengrößen, wie die Massenproduktionssysteme, verteilen. Demzufolge müssen solche Kleinserien und Maßteil-Herstellungssysteme automatisierte Maschinen verwenden, die das gewünschte Erzeugnis das erste Mal ordnungsgemäß herstellen, um kosteneffektiv zu sein und um das Erzeugnis wettbewerbsfähig zu anderen Erzeugnissen herzustellen. Fehler sollten entweder vor oder während der Herstellung des Erzeugnisses korrigiert werden. Trotzdem wäre es beim Herstellen eines Erzeugnisses wünschenswert, in der Lage zu sein, soviel wie möglich Fehler zu beseitigen, ob ein Massenproduktionssystem mit großen Seriengrößen, oder eine Kleinserie oder ein Maßteil-Herstellungssystem verwendet wird.
Eine Mehrheit von Herstellungsfehlern in automatisierten Massenproduktionssystemen tritt typischerweise auf, weil das Herstellungssystem nicht in der Lage ist, Veränderungen im Herstellungsverfahren angemessen zu kompensieren. Eine solche Veränderung, die in Verbindung mit dem Beispiel eines hierin beschriebenen automatisierten Massenproduktion-Herstellungssystems beschrieben wird, ist die Dicke des verwendeten Bleches in Verbindung mit der Herstellung der Blecherzeugnisse. Da die Herstellungsverfahrensveränderungen schwierig zu modellieren sind, bevor das Herstellungssystem tatsächlich in Betrieb ist, werden Sensoren verwendet um solche Herstellungsverfahrensveränderungen in Echtzeit zu erfassen und zu kompensieren.
Die US-A-4,745,812 zeigt einen an einem Greifer montierten dreiachsigen Tastsensor. Der Sensor ist in der Lage Scherkräfte zu bestimmen. Außerdem wird ein Kraftvektor berechnet, um die Richtung der seitlichen Belastung anzuzeigen oder zu erbringen.
Die US-A-4,942,767 betrifft eine Kraft-Meßaufnehmereinrichtung mit einem Infrarotsensor als eine Scherbeanspruchungs-Meßeinrichtung. Zwei Einzelmodusfasern werden zum Messen sowohl der Größe, als auch der Richtung der Ablenkung benötigt. Der Sensor erfordert eine Lichtquelle von kohärentem Licht. Licht aus einer optischen Faser wird durch das Faserende aufgeteilt, reflektiert und durch dasselbe Faserende empfangen. Die Größe kann dann durch Zählinterferenzstreifen in den erzeugten Interferenzmustern gemessen werden. Das für die Herstellung des Sensors verwendete Material ist Silizium.
Es ist eine Ziel der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Sensor, einen Industrie-Roboter, eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die zuverlässiger arbeiten und im Verhältnis preiswert sind.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung, wie in den unabhängigen Anspruch beansprucht, gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängenden Ansprüchen bestimmt.
Der Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit z. B. einer automatisierten Metallbiegearbeitsstation verwendet werden, die durch computerunterstützte Konstruktionssysteme beschriebene Kleinserien-Metallteile effektiv herstellt. Die automatisierte Arbeitstation kann einen Verfahrensplaner enthalten, der die notwendigen Stempel, Werkzeuge, Greifer und Sensoren auswählt, die Herstellungsab¬ folge bestimmt und dann die angemessenen Daten für die Software, die die Biegemaschine in Gang bringt, erzeugt. Nachdem der Verfahrensplan formuliert ist, sieht ein Arbeitsstation- basiertes System Echtzeit-Steuerung auf der Grundlage von Sensoren der Biegemaschine während des Herstellungsverfahrens vor, während auch die Verfahrensgeschichte für eine spätere Überprüfung durch den Bediener aufgezeichnet wird.
Der Gebrauch solch einer automatisierten Metallbiegemaschine ohne den Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung erzeugt mehrere Nachteile. Z. B., da die Original-Biegemaschine durch ein Lehr-Repetierverfahren programmiert ist, ist eine beträchtliche Zeitmenge erforderlich, um die Biegemaschine fein abzustimmen und einzustellen, um das gewünschte Teil zu erzeugen. Zusätzlich, selbst nachdem das System fein eingestellt worden ist, treten noch Fehler während der Herstellung von Teilen auf. Solche Fehler enthalten z. B. Zusammenstöße mit den Stempelwerkzeugen und schlechte Biegungen infolge von Fehlausrichtung des Teiles. Im wesentlichen treten solche Fehler auf, weil die Biegemaschine nicht die Intelligenz hat, die Position und Ausrichtung des Werkstückes genau zu wissen.
Es gibt nach dem Stand der Technik in den Systemen viele Gründe für die Posi¬ tionsunsicherheit des Teiles. Sie enthalten den in der Ladevorrichtung für die Biegemaschine vorhandenen mechanischen Schlupf, den Informationsverlust der Teilposition, wenn der Industrie-Robotergreifer das Werkstück während der Biegevorgänge freigibt, Rutschen des Werkstückes in dem Industrie-Robotergreiferwährend der Handhabung und des Biegens des Werkstückes während der Handhabung. Die vorliegende Erfindung widmet sich solch einer Werkstück-Positionsungewißheit durch Erweitern des Blechbiegemaschinensystems mit Fingerkissen-Kraftsensoren.
Das Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung überwindet die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik durch Erfassen von Verfahrensveränderungen, die in z. B. dem oben beschriebenen automatisierten Blechbiege-Herstellungssystem auftreten. Mehrere jener Fingerkissen-Kraftsensoren sind in die Greifunterlage des Industrie-Roboters, der einen Teil des automatisierten Blechbiege-Herstellungssystem bildet, eingebettet. Wenn auf das Blechwerkstück, das durch den Industrie-Robotergreifer gehalten wird, externe Kräfte angewandt werden, erzeugt die Verformung der Gummikissen eine Veränderung in dem Ausgangssignal des Sensors. Die Sensoren sind als ein integriertes Teil des Industrie-Robotergreifers gestaltet und gehen deshalb mit dem Werkstück mit. Die unmittelbare Ausführung gestattet somit dem Herstellungssystem den "Zustand" des Werkstückes jederzeit während aller Phasen des automatisierten Biegens zu überwachen: Materialbeschaffung, Materialhandhabung, Maschinenbeladen und -entladen. In jedem dieser Bereiche gibt es Probleme der dynamischen Kräfte zwischen dem Blech und dem Greifer, die aktiv wahrgenommen und gesteuert werden müssen. Auf diese Weise ermöglichen die verwendeten Sensoren mit der vorliegenden Erfindung dem Herstellungssystem das Werkstück an der Beladestation und der Abkantpresse auszurichten, ungeplante Kollisionen zwischen dem Werkstück und dem Herstellungssystem zu erfassen und auch nahe bevorstehendes Werkstückrutschen zu erfassen. Solches nahe bevorstehendes Werkstückrutschen in dem Industrie- Robotergreifer tritt auf, wenn der Industrie-Roboter große Teile zu schnell beschleunigt.
In Anbetracht des Vorhergehenden sollte es deutlich werden, daß dort noch eine Notwendigkeit in der Technik für ein Verfahren von und eine Einrichtung für ein Sensorsystem besteht, das leicht in sowohl Groß-, als auch Kleinserien automatisierter Herstellungssysteme verwendet werden kann, um die kritischen Verfahrensveränderungen zu erfassen, die in solchen Systemen auftreten, um Abweichungen, z. B. in dem Werkstückhandhabungsverfahren auf der Basis der Daten zu erfassen, die durch das Meßwertsystem vorgesehen sind. Es ist demzufolge ein erster Aspekt dieser Erfindung, ein Verfahren von und eine Einrichtung für vorzusehen, um ein Kraftmeßsystem zu schaffen, das Verfahrensveränderungen in automatisierten Herstellungssystemen erfaßt und das insbesondere eine Anwendung für automatisierte Blechbiegemaschinensysteme hat.
Noch genauer ist es ein Aspekt dieser Erfindung, ein Fingerkissen-Kraftmeßsystem zu schaffen, das einen Teil der Greifunterlage eines Industrie-Roboters bildet und das Veränderungen in den Kräften erfaßt, die auf ein Werkstück, z. B. während eines Metallbiegeherstellungsverfahrens wirken.
Noch genauer ist es ein Aspekt dieser Erfindung, ein Fingerkissen-Kraftmeßsystem zum Handhaben eines Werkstückes zu schaffen, das einfache und zuverlässige elektronische Schaltkreise verwendet, die weder häufige Ausrichtung, noch kosteninten¬ sive Bauteile erfordern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, einen zuverlässigen und im Verhältnis preisgünstigen Verfahrensveränderungs-Detektormechanismus zur Anwendung beim Erfassen und Überwinden verschiedener Herstellungsverfahrensveränderungen, die in einem Metallbiegeherstellungsverfahrens auftreten, zu schaffen.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Überwachen der Kräfte zu schaffen, die auf ein Blechwerkstück während eines Metallbiegeherstellungsverfahrens wirken, um verschiedene Veränderungen der Herstellungsverfahren, wie z. B. Werkstückfehlausrichtung während des Herstellungsverfahrens, Werkstückzusammenstöße mit verschiedenen Bauteilen des Herstellungssystems, oder Werkstückrutschen in dem Industrie-Robotergreifer, zu korrigieren.
Kurz beschrieben, diese und weitere Aspekte der Erfindung werden durch Vorsehen einer Reihe von Sensoren vervollständigt, die an dem Greifer eines Industrie-Roboters befestigt sind, um Kraft- und Aufschlaginformationen für das durch den Greifer gehaltene Werkstück vorzusehen. Jeder der Sensoren ist aus einer verformbaren Gummikissen gebildet, die ein LED enthält, gegenüberliegend einem Positionserfassungssensor derart ausgerichtet, daß wenn die Gummikissen und LED-Kombination durch eine Scherkraft verformt werden, sich das Ausgangssignal des Positionserfassungssensors ändert, um somit einen Ausgangsstrom zu schaffen, der proportional der Wirkung der auf das Werkstück angewandten Kraft ist.
Die durch jeden der Positionserfassungssensoren ausgegebenen Ströme werden getrennt in eine Spannung umgewandelt und der Unterschied zwischen der Spannung berechnet. Dieses Differenzspannungssignal wird dann sowohl auf einen computergesteuerten Versatz-Nullschaltkreis, als auch einen Gleichstrom-Filterschaltkreis angelegt, um ein Gleichstrom-Signal zu erzeugen, repräsentativ des durch den Sensor erfahrenen Kraftbetrages und ein Wechselstromsignal, repräsentativ des Stoßes jener der durch den Sensor erfahrenen Kraft.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung, die die verschiedenen Bauteile veranschaulicht, die typischerweise bei einer automatisierten Blechbiegemaschine verwendet werden;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt des Fingerkissen- Kraftsensors der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes des Fingerkissen- Kraftsensors von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Querschnitt des Fingerkissen-Kraftsensors der vorliegenden Erfindung unter einer Abscherbelastung;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes des Fingerkissen-Kraftsensors von Fig. 4 unter derselben Abscherbelastung;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht des Vorderendes eines Industrie-Robotergreifers, der einen Fingerkissen-Kraftsensor mit eindimensionalen Sensoren verwendet;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht des Vorderendes eines Industrie-Roboters, der einen Fingerkissen-Kraftsensor mit zweidimensionalen Sensoren verwendet;
die Fig. 8A-8B sind schematische Blockdiagramme der Signalverarbeitungselektroniken, die bei dem Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
die Fig. 9A-9D sind elektrische, schematische Darstellungen von Schaltkreisen für den Gebrauch als die in Fig. 8 gezeigten Signalverarbeitungselektroniken;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das die Integration des Fingerkissen-Kraftsensors der vorliegenden Erfindung bei einer automatisierten Blechbiegemaschine zeigt;
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung, das die hierarchisch aufgebaute Unterstützungssoftware für den Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Fingerkissen-Kraftsensors der vorliegenden Erfindung, verkehrt herum zeigt; und
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, die Greifer veranschaulicht, die ein Werkstück ergreifen, das durch einen Stempel und ein Abkantpreßwerkzeug gebogen worden ist.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Nunmehr ausführlich auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei ähnliche Teile durchweg durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind, ist in Fig. 1 ein automatisiertes Blechbiegemaschinensystem 10 gezeigt, in dem eine Materialbeschickungsvorrichtung/-entladevorrichtung 100 verwendet wird, um ein Werkstück 102 aufzunehmen. Das Werkstück 102 wird dann von der Materialbeschickungsvorrichtung/-entladevorrichtung 100 durch einen Industrie-Roboter 104 mit fünf Freiheitsgraden aufgenommen. Noch genauer, der Greifer 106 des Industrie-Roboters, an dem das Fingerkissen- Kraftmeßsystem befestigt ist, wie nachstehend hierin diskutiert werden wird, wird verwendet, das Werkstück 102 zu ergreifen und es in eine Position entlang der Schien 108 und gegen die Rückanschläge 110 der Abkantpresse 112 zu bewegen. Einmal richtig positioniert werden die Stempelwerkzeuge 114 verwendet, um das Werkstück 102 zu erzeugen. In dem Fall, daß der Industrie-Roboter 104 eine Einstellung benötigt, um seinen Greifer auf dem Werkstück einzustellen, kann der Rückstellgreifer 116 verwendet werden.
Wie vorher ausführlich diskutiert worden ist, treten verschieden Verfahrensveränderungen auf, wenn das automatisierte Blechbiegemaschinensystem 10 oder andere solch ähnlicher Typen von Herstellungssystemen verwendet werden. Z. B. kann das Werkstück 102 fehlausgerichtet sein, wenn es durch den Industrie-Roboter 104 an die Materialbeladungs/-entladungsstation 100 herangeschafft, oder wenn der Industrie- Roboter 104 das Werkstück 102 in die Abkantpresse 112 zum Biegen platziert wird. Auch können gelegentlich Zusammenstöße zwischen dem Werkstück 102 und der Presse 112, dem Industrie-Roboter 104 oder anderen Hindernissen auftreten. Eine weitere, übliche Herstellungsverfahrensveränderung ist das Rutschen zwischen dem Werkstück 102 und dem Greifer 106 des Industrie-Roboters 104, das auftreten kann, wenn der Industrie-Roboter 104 während des Greifens eines großen Werkstückes 102 zu schnell beschleunigt.
Deshalb ist der Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung, wie z. B. in den Fig. 2 und 3 gezeigt, entwickelt worden, um eine Echtzeit-Kompensation für jene Herstellungsverfahrensveränderungen vorzunehmen. Insbesondere wird das Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung den Industrie-Roboter 104 beim richtigen Anordnen des Werkstückes 102, Erfassen und/oder Wiederherstellen aus einem Zusammenstoß zwischen dem Werkstück und verschiedenen Bauteilen des automatisierten Blechbiegemaschinensystems 10 unterstützen und Rutschen des Werkstückes 102 verfhindern, während es in dem Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 ist.
Die vorhergehenden Ziele können durch Integrieren der Hardware und der Software des Fingerkissen-Kraftmeßsystems mit jener des automatisierten Blechbiegemaschinensystems 10 erreicht werden. Die Hardware des Fingerkissen-Kraftmeßsystems, d. h. der Fingerkissen-Kraftsensor 210 und die verbundene Signalzustandsleiterplatte 1000 verbinden mit dem Computer 1006 der Metallbiegemaschine mittels einer analogzu- digital Umwandlerleiterplatte 1002 und einer digitalen Ausgangsleiterplatte 1004. Die digitale Ausgangsleiterplatte 1004 gestattet dem Computer 1006 der Biegemaschine die Versatz - Nullfunktionalität der Signalzustandsleiterplatte 1000 des Kraftsensors zu steuern. Die Integration des Fingerkissen-Kraftmeßsystems mit einer automatisierten Blechbiegemaschine ist in Fig. 10 gezeigt.
Die Software des Fingerkissen-Kraftsensors enthält Programme, die dem Computer 1006 der Biegemaschine gestatten, die Sensorausgangswerte zu lesen, die Sensorausgangsspannurigswerte in äquivalente Krafteinheiten umzuwandeln, das Versatz - Nullmodul der Signalzustandsleiterplatte 1000 zu steuern und Steuerstrategien auf der Grundlage von Sensoren auszuführen. Wie in Fig. 11 veranschaulicht, besteht die Sensorsoftware aus einer dreistufigen Hierarchie. Auf dem untersten Niveau ist die Erstniveau-Vorrichtungsantriebssoftware 1104 für die analog-zu-digital Leiterplatte 1002 und die digitalisierungsfähige Ausgangsleiterplatte 1004. Die Erstniveau-Vorrichtungsantriebe bestimmen die Befehle, die dem Computer 1006 der Biegemaschine gestatten, mit der analog-zu-digital Leiterplatte 1002 und der digitalen Ausgangsleiterplatte 1004 zu kommunizieren. Das nächste Niveau 1102, genannt die Zweitniveau-Antriebsfahrvorrichtung, enthält den Vorrichtungsantrieb für das Fingerkissen-Kraftmeßsystem. Die Zweitniveau-Vorrichtungsantrieb des Sensorsystems verkörpert die Programme, die dem Computer 1006 der Biegemaschine gestatten, mit der Signalzustandsleiterplatte 1000 des Fingerkissen-Kraftsensors zu kommunizieren, was einschließt die Programme zu lesen und die Sensorausgangssignale umzuwandeln und das Versatz - Nullmodul der Signalzustandsleiterplatte 1000 zu aktivieren. Der Zweitniveau-Vorrichtungsantrieb bildet sich während der durch die Erstniveau-Vorrichtungsantrieb bestimmten Befehle. Das Drittniveau der Software 1100 enthält die Echtzeitanwendungsprogramme, die in die Gesamtanwendungssoftware (z. B. die Ausführungsreihenfolge) der Biegemaschine eingebettet sind.
Die Anwendungsprogramme des Fingerkissen-Kraftsensors enthalten Steuer¬ strategien auf der Grundlage von Sensoren zur Krafterfassung, sowie Datenbeschaffungsprogramme. Wie in Fig. 11 gezeigt, verwendet das Anwendungsprogramm die in dem Zweitniveau-Vorrichtungsantrieb bestimmten Softwareprogramme als Aufbaublöcke für ausführlichere Anwendungsprogramme. Dies ist ein allgemeines Softwareparadigma, das z. B. in CHIMERA II Real Time Prooramming Environment: Prorgram Documentation, durch David B. Stewart, Donald E. Schmitz, und Pradeep K. Khosla, 1991 herausgegeben 1991 durch Carnegie Mellon University, auf den Seiten 154-167 beschrieben ist.
Während des Herstellungsverfahrens ist es möglich, daß ein gebogenes Werkstück 102 mit dem Stempelwerkzeug 114 kollidieren kann, wenn der Industrie-Roboter 104 versucht es von der Abkantpresse 112 zu entfernen. Die Kollision verursacht eine große, plötzliche Veränderung in den Sensorsignalen, die verwendet werden können eine Steuerprogramm auf der Grundlage von Sensoren zu initiieren, um der Biegemaschine zu helfen, sich wieder von der Kollision herzustellen. Das Sensorprogramm kann auch verwendet werden das Industrie-Roboterprogramm derart zu unterbrechen, daß sich der Industrie-Roboter 104 von dem Stempelwerkzeug 114 wegbewegt. Das verhindert Beschädigungen am Werkstück 102, am Industrie-Roboter 104, am Stempelwerkzeug 114 oder an den Sensoren 210. Das Sensorprogramm kann dann den Verfahrensplaner des Fehlers benachrichtigen und kann dann verwendet werden, den Weg des Industrie-Roboters 104 durch Verwenden der Information des Sensors, was die Stoßkraftrichtung betrifft, einzustellen, um das Stempelwerkzeug 114 und ein gebogenes Werkstück 102 wiederherzustellen. Auch kann der Industrie-Roboter 104 angewiesen werden, sich entlang des neueingestellten Weges zu bewegen, dabei von den Sensoren 210 erhaltene Rückmeldung verwendend, um seinen Weg aus der Abkantpresse 112 "herauszutasten". Folglich verwendet das Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung sowohl die Erfassung des Fehlers während des Herstellungsverfahrens, als auch ein Steuerungsschema auf der Grundlage von Sensoren zum Kompensieren eines erfaßten Fehlers, um solch einen Fehler am Wiederkehren zu hindern.
Der Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung, wie oben diskutiert, ist an dem Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 montiert. Auf diese Weise kann ein Satz von Sensoren für zahlreiche Kraftsensoranwendungen verwendet werden. Der Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 ist ein idealer Platz des Montierens der Kraftsensoren, da die Kräfte von dem Werkstück 102 auf den Greifer 106 übertragen werden, wenn sich das Werkstück 102 mit seiner Umgebung gegenseitig beeinflußt. Der Satz der Kraftsensoren 210 reist auch mit dem Werkstück 102 mit und ist immer vorhanden, um die Kräfte zu messen, die das Werkstück 102 beeinflussen, und insbesondere jene, die während des Vorgangs des Beladens des Werkstückes 102 in die Abkantpresse 112 zum Biegen auftreten.
Jeder der Kraftsensoren 210 ist als ein einstückiges Bauteil der Parallel-Klemmbackengreifers 106 des Industrie-Roboters gebildet und bildet in der Wirkung ein Fingerkissen für den Industrie-Roboter 104. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist der Fingerkissen-Kraftsensor der vorliegenden Erfindung durch Montieren eines oder mehrerer positionsempfindlicher Detektoren 206 (nur ein einzelner positionsempfindlicher Detektor ist für den Zweck der Klarheit gezeigt) in einer Aluminiummontageplatte 202 hergestellt. Die Aluminiummontageplatte 202 wird dann mit der Bodenhälfte 106b des Greifers 106 des Industrie-Roboters 104 unter Verwendung der vorhandenen Schraubenbohrungen (nicht gezeigt) des Greifers 106 befestigt.
Eine Gummikissen 200, die eine in sie geschnittene Ausnehmung 212 hat, ist mit einer dünnen Blechbasisplatte 304 durch z. B. einen Klebstoff montiert. Die Basisplatte 304 hat ein in sie geschnittenes Loch, um dem Licht von dem LED 300 zu gestatten, die positionsempfindliche Vorrichtung 206 zu erreichen. Das Gummikissen 200 und seine Basis 304 sind mit der oberen Oberfläche der Aluminiummontageplatte 202 mit den Schrauben 306 befestigt. Zusätzlich kann ein weiteres Gummikissen 208 ebenso mit der Aluminiumplatte montiert sein, um die Greifoberfläche eben zu machen. In einer ähnlichen Weise kann eine Anzahl von weiteren Gummikissen 208 mit einem Klebstoff mit den Blechbasisplatten 204 montiert sein, die wiederum mit der Greiferspitze 106a durch irgendein geeignetes Mittel, wie z. B. mit Schrauben (nicht gezeigt), befestigt sind. Das Licht von dem LED 300 des Gummikissens 200 kann auf die positionsempfindlichen Detektoren 206 durch Bewegen des Gummikissens 200 und seiner Basisplatte 304, innerhalb der Beschränkungen der vergrößerten Schraubendurchgangsbohrungen, durch die die Gummikissenbasisplatte mit der Aluminiumplatte 202 verbunden ist, konzentriert werden. Alternativ kann die Aluminiummontageplatte 202 in solch einer Weise konstruiert werden, daß kleine Satzschrauben in ihre Seiten eingesetzt werden, um die positionsempfindliche Vorrichtung 206 in eine zentrierte Position im Verhältnis zu der Sensorunterlage LED 300 zu drücken. Die Aluminiummontageplatten 202 sind an dem Bodengreifer 106b durch geeignete Vorrichtungen, wie z. B. die in Fig. 3 gezeigten Schrauben 308, montiert.
Unter Verwendung der vorhergehenden Konstruktion wird der Zugang zu den Sensoren 210 leicht erhalten, da die Montageplatte 202 schnell von dem Greiferboden 106b entfernt werden kann. Deshalb braucht der Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 nicht vom Servicedienst für lange Zeiträume entfernt zu werden, um die Sensoren 210 zu reparieren.
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Abschnitt von Fig. 2, der eine Gummikissen 200 enthält, die eine darin gebildete Ausnehmung, sowie den auf seiner Aluminiumplatte 202 montierten positionsempfindlichen Detektor 206 hat. Der Kraftsensor 210 ist z. B. aus einem eindimensionalen positionsempfindlichen Detektor gebildet, der eine empfindliche Fläche von vorzugsweise 1 mm · 3,5 mm hat. Vorzugsweise wird ein zweidimensionaler positionsempfindlicher Detektor verwendet. Der eindimensionale positionsempfindliche Detektor kann Teil Nr. S3274-01 sein, erhältlich von Hamamatsu Photonics KK von Japan. Der zweidimensionale positionsempfindliche Detektor kann Teil Nr. S4744 sein, auch von demselben Unternehmen erhältlich.
Die Infrarotlicht emittierende Diode (LED) 300, die in die Gummikissen 200, in dem Abschnitt der Gummikissen 200 eingebettet ist, die die Ausnehmung 212 überbrückt, kann vorzugsweise ein kleines, 2 mm breites LED, Teil-Nr. LD 261-5 für den Gebrauch mit dem eindimensionalen Sensor, oder ein kleines, 1 mm breites LED, Teil- Nr. SFH 405-3, für den Gebrauch in dem zweidimensionalen Sensor sein. Beide von jenen Bauteilen sind von Siemens Components, Inc. of Cupertino, Kalifornien, erhältlich.
Der Sensor 210 ist derart konstruiert, daß sich, wenn ein externer Kraft auf das durch den Greifer 106 gehaltene Werkstück 102 wirkt, das Gummikissen verformt und somit das LED 300 veranlaßt, sich entlang der empfindlichen Fläche des positionsempfindlichen Detektors 206 zu verschieben. Der positionsempfindliche Detektor 206 erfaßt das Verschieben der Lichtquelle, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, und das elektrische Ausgangssignal von dem positionsempfindlichen Detektor 206 wird beeinflußt. Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Querschnittes des Zeitpunktkraftsensors 210 unter einer Scherbelastung F, deren Ausgabe auf die linke Seite des Werkstückes 102, das durch die Gummikissen 208 und 200 gegriffen ist, angewandt wird. Für den Zweck der Vereinfachung sind nicht alle der in Fig. 2 gezeigten verbleibenden Bauteile in Fig. 4 ge- - zeigt.
Fig. 5 ist eine Vergrößerung 500 eines Abschnittes von Fig. 4, der das Gummikissen 200 enthält, das das LED 300 trägt, das die verschobene Beziehung zwischen dem LED 300 und dem positionsempfindlichen Detektor 206 zeigt, wenn die Scherbelastung F auf das Werkstück, wie in Fig. 4 gezeigt, angewandt wird. Die Veränderungen in dem Ausgangssignal von dem positionsempfindlichen Detektor 206 können dann verwendet werden die Kraftmenge, ausgeübt durch das Werkstück 102, und seine Anwendungsrichtung zu bestimmen. Es wird bevorzugt, daß die Sensoren 210 eine Meßauflösungsvermögen von zumindest 1 Pfund und einen Bereich von zumindest 10 Pfunden in jeder Erfassungsrichtung haben.
Ein typisches Gummikissen 200 kann vorzugsweise ¹/&sub2; in. · 1 in. · 3/8 in. in der Größe für die 1-D Sensoren (und 1 · 1 · 3/8 für 2-D Sensoren) messen und kann eine in ihm ausgeschnittene Ausnehmung 212 für das LED 300 haben, sowie einen Kanal 302 für die mit dem LED 300 verbundenen Drähte. Ein Epoxidklebstoff kann verwendet werden das LED 300 in das Gummikissen 200 einzubetten. Das Verfahren, um das LED 300 in das Gummikissen 200 einzubetten schließt ein, sowenig wie möglich Gummimaterial von dem Kissen 200 zu entfernen und nur eine kleine Menge von Epoxidzement derart zu verwenden, daß sich die mechanischen Eigenschaften des Gummikissens 200 nicht wesentlich ändern. Vorzugsweise werden zumindest zwei eindimensionale Sensoren 210 an dem vorderen Ende des Greifers 106 verwendet.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht des vorderen Endes des Greifers 106. Während die unmittelbare Erfindung mit den Sensoren 210 beschrieben ist, die mit dem Greiferboden 106b befestigt sind und den Gummikissen 208, die mit der Greiferspitze 106a befestigt sind, sollte es verstanden werden, daß die Sensoren 210 alternativ mit der Greiferspitze 106a befestigt werden, während die Gummikissen 208 mit dem Greiferboden 106b befestigt werden könnten, oder die Sensoren 210 könnten mit beiden, mit der Spitze und mit dem Boden des Greifers befestigt werden.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht des vorderen Endes des Greifers 106, der die Anordnung und die Ausrichtung der vier zwei-dimensionalen Kraftsensoren 210a veranschaulicht. Die vier zwei-dimensionalen Kraftsensoren 210a sind mit einer Montageplatte in einer ähnlichen Weise montiert, wie in Verbindung mit der Montage der Sensoren 210 mit der Montageplatte 202 in Fig. 2 beschrieben. Durch den Gebrauch der vier zwei-dimensionalen Kraftsensoren 210a und Messen des Unterschiedes zwischen den Ausgangssignalen von den oberen End- und den Bodensätzen der Sensoren 210a kann es möglich sein, zwischen Scher- und Normalkräften, die auf das Werkstück angewandt werden, zu unterscheiden. Die Richtung und die Größe der durch die Oberseiten- und Bodensensoren erfaßten Kräfte ist ähnlich, wenn Scherkräfte in der Ebene der Sensoren 210a angewandt werden, während sich die Größe und die Richtung unterscheiden, wenn eine Normalkraft auf das Werkstück 102 angewandt wird. Die durch die Sensoren 210 und 210a überwachten typischen Scherkräfte gewährleisten 1 lb bis 10 lbs.
Der um die Unterlagen 200 und 208 zu bildende, verwendete Gummi, kann vorzugsweise aus Neoprengummi hergestellt sein, der eine 45A Shore-Härteeinstufung hat. Es ist gefunden worden, daß solche Gummikissen sowohl eine Hysterese, als auch eine Kriecheigenschaft zeigen, die die Antwortzeit und die Wiederherstellungszeit des Sensors bewirken. Die Kriecheigenschaft des Gummikissens 200 führt auch zu einer langsamen Ausregelzeit für das Ausgangssignal des Sensors, wenn der Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 am Beginn schließt. Die langsame Ausregelzeit des Sensor- Ausgangssignales kann durch Vorladen des Sensors mit einem Kompressionskraft größer als der typische nominale Greifkraft von 300 psi vermindert werden. Alternativ kann eine Verweistabelle entwickelt werden, die die durchschnittliche Veränderung der Ausgangssignale der Sensoren für jede andere angewandte Belastung enthält. Solch ein Tabelle würde die Veränderungen enthalten, die während sowohl der Belastung, als auch der Entlastung der Sensoren auftreten, d. h., Veränderungen infolge Kriechens oder Wiederherstellens. Solch eine Verweistabelle könnte mit Software, verwendet in Verbindung mit den durch das Fingerkissen-Kraftsystem momentan erzeugten Ausgangssignalen verwendet werden.
Die Hysterese- und die Kriecheigenschaften der Gummikissen betreffen auch die Bandbreite des Sensors. Solche unerwünschten Eigenschaften können durch Verwenden eines Gummimateriales mit mehr Naturgummi und weniger Verstärkungsfüllstoffen minimiert werden. Z. B. kann eine Gummikissen alternativ aus giesbaren Urethan hergestellt werden, das auch eine 45 A Shore-Härteeinstufung durch Gießen von flüssigen Urethans in eine Gießform hat, in der das LED 300, seine zugehörigen Drähte und die Unterlagenbasisplatte 304 bereits an Ort und Stelle befestigt worden sind. Die Gummikissen ist dann als die Urethanvulkanisierungen gebildet. Dieses Verfahren der Herstellung des Sensors 210 minimiert die Veränderlichkeit zwischen LED-eingebetteten Gummikissen und stellt sicher, daß das LED in der Mitte der Gummikissen platziert und rechtwinklig zu dem positionsempfindlichen Detektor 206 ist. Flüssiges Urethan ist z. B. von Conap, Inc. of Olean, New York, unter der Teil-Nr. CONATHANE TU-500 erhältlich.
Fig. 12 zeigt eine alternative und bevorzugte Sensorunterlagengestaltung für die Verwendung mit dem Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung (verkehrt herum gezeigt). Diese Konstruktion bietet gegenüber dem vorher beschriebenen LED-eingebetteten Gummikissen mehrere Verbesserungen. Ihre Verbesserungen enthalten leichtere Herstellung, genaueres Anordnen des LED 300 in der Sensorunterlage und bessere Scherverlagerung unter einer Belastung. Anstelle des Platzierens des LED 300 in ein festes Gummistück, wie bei der Sensorunterlage 200 der Fig. 2, verwendet dieses alternative Verfahren drei Schichten von Material, um die Sensorunterlage 200a zu bilden. Diese drei Lagen sind aus einem Kork-Gummikissen 1200 gebildet, einer gedruckten Leiterplatte (PCB) 1202 mit Kupferoberfläche, und einer Gummikissen 1204, hergestellt aus Naturgummi.
Das Kork-Gummikissen 1200 schafft eine gut- griffige Oberfläche und absorbiert die an den durch den Industrie-Roboters 104 bewegten Blechteilen verwendeten Öle. Die Abmessungen der Kork-Gummikissen sind vorzugsweise 1" · 1" · 1/16". Die gedruckte Leiterplatte 1202 mit Kupferoberfläche hält das LED 300 und verbindet das LED 300 mit der Stromquelle und dem Erdanschluß durch die Drähte 1206. Eine Leitung ist von der Kupferoberfläche des PCB 1202 weggeätzt, um die Leiterplatte elektrisch in zwei Kupferabschnitte zu isolieren (ein Abschnitt für die Stromquelle und der andere für die Erde). Das LED 300 wird dann paßgerecht in eine Bohrung auf der Kupferseite der gedruckte Leiterplatte 1202 eingesetzt. Die Leitungen des LED 300 werden dann mit der Kupfertafel, auf jeder Seite eine Leitung, verlötet. Die Drähte 1206 sind mit jedem Kupferabschnitt verlötet, um die Strom- und die Erdungssignale für den Betrieb des LED 300 zu unterstützen. Die Abmessungen der Kupfertafel PCB 1202 sind vorzugsweise 1" · 1" · 1/16".
Die dritte Schicht besteht aus einer natürlichen Gummikissen 1204 von 45 A Shore-Härte, die in ihrer Mitte eine ausgeschnittene Bohrung 1210 hat, um dem Licht von dem LED 300 zu gestatten durchzugehen, zu dem positionsempfindlichen Detektor 206, 206a und einer zweiten Bohrung 1212, nahe der Ecke der Unterlage 1204, um die Drähte 1206 zu dem Kupfer PCB 1202 durchzuführen. Die Abmessungen der Gummikissen 1204 sind vorzugsweise 1" · 1" · 1/8".
Die Sensorunterlage 200a ist durch Platzieren der drei Lagen 1200-1204 gebildet, die zusammen einen geeigneten Klebstoff verwenden. Noch genauer, das Kork- Gummikissen 1200 ist mit der nicht-Kupferseite der gedruckten Leiterplattenschicht 1202 verbunden und das Gummikissen 1204 ist mit der Kupferseite der gedruckten Leiterplattenschicht 1202 verbunden. Die Naturgummiseite der geschichteten Sensorunterlage 200a ist dann mit einer Blechbasisplatte 304a mit geeignetem Klebstoff verbunden. Die Basisplatte 304a hat eine in ihrer Mitte ausgeschnittene Bohrung 1218, um dem Licht von dem LED 300 zu gestatten, zu dem positionsempfindlichen Detektor 206, 206a durchzugehen, an jedem Ende Schraubenbohrungen 1214, um die Basisplatte 304a mit der Aluminiummontageplatte 202 des Sensors zu verbinden, und eine vierte Bohrung 1216 nahe ihrer Ecke, um die Drähte 1206 zu der Kupferplatte 1202 durchzuführen.
Fig. 8A zeigt ein schematisches Diagramm eines eindimensionalen Kraftsensorsignal-Zustandsschaltkreises, der verwendet werden kann, um die Photostrom-Ausgangssignale des positionsempfindlichen Detektors 206 in Spannungssignale umzuwandeln. Der Kraftsensorsignal-Zustandsschaltkreis erzeugt zwei Signale für jeden Sensor, ein Gleichstrom-Niveau - Signal für jeden Sensor, um die auf den Sensor angewandten Kräfte zu erfassen und ein AC-Signal, um Kollisionen zu erfassen.
Jeder der eindimensional-empfindlichen Detektoren erzeugt zwei Ausgangsströme 11 und 12, die jeweils zu ersten Strom-zu-Spannungsumwandlern 800a und 800b zugeführt werden, die diese Ströme in Spannungswerte v1 und v2 umwandeln. Diese Ausgangsspannungen v1 und v2 werden zu einem Differenzverstärker 802 zugeführt, der durch Subtrahieren der Spannung v2 von der Spannung v1 bezüglich der Lichtposition des LED 300 auf dem photoempfindlichen Detektor Meßbereich 206 bestimmt. Das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 802 wird sowohl zu einem Versatz - Nullmodul 804, als auch zu einem DC-Filtermodul 806 zugeführt. Das Versatz-Nullmodul 804 ist verbunden, um durch den Computer der Biegemaschinen gesteuert zu werden. Das Versatz - Nullmodul 804 unter Computersteuerung funktioniert, um die große Gleichstrom-Komponente des Differenz-Ausgangssignales (v1 - v2) zu entfernen, die auftritt, wenn der Greifer 106 schließt und die Gummikissen 200 zusammenpreßt. Das DC-Filtermodul 806 funktioniert, um nur die Veränderungen in dieser Differenzspannung zum Zweck der Kollisionserfassung durchzulassen. Jede der Stufen 800-806 funktioniert auch, um die Signale zu verstärken, die zu ihnen eingegeben werden. Jeder der Kraftsensoren 210 verwendet einen jeweiligen Kraftsensorsignal-Zustandsschaltkreis, wie z. B. diesen in Fig. 8 gezeigten.
Wo zweidimensionale Sensoren 210a, wie in Fig. 7 gezeigt, verwendet werden, ist dann der in Fig. 8a gezeigten Schaltkreis demgemäß modifiziert. Die Modifikationen auf den in Fig. 8A gezeigten Schaltkreis sind minimal für die zweidimensionale (2-D) positionsempfindliche Vorrichtung (PSD) 206a, da ihre betrieblichen Eigenschaften ähnlich zu den eindimensionalen (1-D) PSD 206 sind. Für diesen Typ der 2-D PSD ist der Schaltkreis in Fig. 8A zweimal dupliziert (für jede Meßrichtung einmal) und für alle Module sind die Verstärkungszuwächse und Kondensatorwerte eingestellt. Solch ein Schaltkreis ist in Fig. 8B gezeigt.
Ein spezifischer Schaltkreis, der mit den Strom-zu-Spannungswandlern 800 verwendet werden kann, ist in Fig. 9A gezeigt; ein Schaltkreis für den Gebrauch als die Differentverstärker 802 ist in Fig. 9B gezeigt; ein Schaltkreis für die Verwendung als die Gleichstrom-Filtermodule 806 ist in der Fig. 9C gezeigt; und ein Schaltkreis für den Gebrauch als die computergesteuerten Versatz - Nullmodule 804 ist in Fig. 9D gezeigt.
Wie oben diskutiert, ist das Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung hilfreich für das Korrigieren von Werkstückfehlausrichtung an der Ladestation und der Abkantpresse, zum Erfassen von ungeplanten Werkstückkollisionen und zum Erfassen nahe bevorstehenden Werkstückrutschens. Jede von diesen Anwendungen und einer vorgeschlagenen Meßstrategie wird nachstehend beschrieben und in den Tabellen 1-3 beschrieben. In jeder der Beschreibungen, die folgen, ist der Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 mit vier zweidimensionalen Kraftsensoren 210a ausgerüstet, wie in Verbindung mit Fig. 7 gezeigt und beschrieben.
Die erste Anwendung, die diskutiert werden wird, ist die der Ausrichtung des Werkstückes an der Ladestation. Die Materialbeschickungsvorrichtung/-entladevorrichtung 100 nimmt ein ungebogenes Werkstück 102 mit seinen Saugschalen auf und führt das Plattenwerkstück 102 zu dem Industrie-Roboter 104 zum Biegen in einer bekannten Weise. Obwohl die Werkstücke 102 in ihrem Behälter gewöhnlich ausgerichtet sind, bevor sie die Materialbeschickungsvorrichtung/-entladevorrichtung 100 aufnimmt, kann die Lageinformation infolge der mechanischen Unvollkommenheiten in der Ladevorrichtung verlorengegangen sein. Das somit zu dem Industrie-Roboter 104 weitergereichte Werkstück 102 wird somit in schräge Lage gebracht. Falls die Fehlausrichtung des Werkstückes nicht korrigiert wird, dann wird sich eine krumme Biegung ergeben und das Werkstück 102 wird als Ausschuß entfernt werden müssen.
Durch Korrektur der mechanischen Unvollkommenheiten in der Materialbeschickungsvorrichtung/-entladevorrichtung 100 kann die unbestimmte Werkstückposition korrigiert werden. Alternativ kann ein L-förmiger Halter, wie in Tabelle 1 gezeigt, verwendet werden, um das Werkstück 102 an der Ladestation 100 auszurichten. Durch Verwenden der Kraftrückkopplungsinformation des Fingerkissen-Kraftmeßsystems, kann der Industrie-Roboter 104 eine Ecke des Werkstückes 102 in die Ecke des Ausrichthalters einsetzen, deren Position durch die Abkantpresse 112 genau bekannt ist. Nach dem Übereinstimmen der Ecken wird der Grad der Fehlausrichtung durch Berechnen des Unterschiedes zwischen der Position und der Orientierung des Industrie-Roboters vor dem Ausrichten des Werkstückes 102 bestimmt. Ein Positions- und Orientierungsausgleichswert wird dann zu allen anderen Industrie-Roboterbewegungen durchweg im Herstellungsverfahren addiert, um die anfängliche Werkstückfehlausrichtung zu korrigieren. Die Korrektur der Werkstückfehlausrichtung an der Ladestation minimiert oder beseitigt die Notwendigkeit für die Neuausrichtung des Werkstückes 102 an der Abkantpresse 112 für jede Biegung.
Tabelle 1 veranschaulicht ein fünfstufiges Ausrichtungsverfahren und die durch die Sensoren 210a während des Verfahrens angezeigten Drücke während des Vervollständigens der Ausrichtung einer Ecke des Werkstückes 102 mit der Ecke des Ausrichthalters. Nachdem der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 von der Materialbeschickungsvorrichtung 100 aufnimmt, dreht er das Werkstück 102 in Uhrzeigerrichtung und bewegt dann das Werkstück in die +y- Richtung, bis mit dem Halter Kontakt hergestellt ist. Der Industrie-Roboter 104 dreht das Werkstück 102 anfänglich in Uhrzeigerrichtung, um sicherzustellen, daß die untere linke Ecke des Werkstückes 102 den Halter berührt. Die x-Richtungs- und die y-Richtungskraftsignale, erzeugt durch jeden der vier Sensoren 210a zeigen an, daß Kontakt hergestellt ist. Insbesondere die resultierenden Kraftsignale für jeden der vier Sensoren 210a werden in einer Uhrzeigerausrichtung sein, wenn die linke untere Ecke des Werkstückes 102 zuerst den Ausrichthalter berührt.
Es sollte beachtet werden, daß es in der Diskussion dieser Aufgabe angenommen wird, daß der Drehpunkt für das Kraftmoment in der Mitte der Montageplatte des Kraftsensors 210a angeordnet ist. Es wird auch angenommen, daß die Kompressionskraft, die auf die vier Gummikissen wirkt, die einen Teil dieser vier Sensoren 210a bilden, derselbe ist, und daß die Gummikissen alle denselben Kontaktoberflächenbereich haben. In dem Fall, daß der mit dem Fingerkissen-Kraftsensorsystem verwendete Greifer 106 der vorliegenden Erfindung eine Kompressionskraft erfährt, die wegen der Greiferkonstruktion für die hintere Unterlage größer ist, als für die vorderen Unterlagen, würde der Drehpunkt in Richtung der Mitte der zwei hinteren Sensoren weiter zurück sein, aber die gesamten Ergebnisse, wie hierin beschrieben, sind dieselben.
Wie in Schritt 2 in Tabelle 1 gezeigt dreht der Industrie-Roboter, nachdem die Berührung des Werkstückes 102 mit dem Halter vorgenommen worden ist, in eine dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung rund um den Berührungspunkt herum, bis die Seite des Werkstückes 102 in vollständigem Kontakt mit der linken Seite des Halters ist. Nachdem solch eine Berührung eingetreten ist, werden die Sensoranzeigewerte eine von drei Möglichkeiten anzeigen. Zuerst ist der Moment vorwärts des Drehpunktes größer als der Moment unterhalb des Drehpunktes, so daß die Sensoren 210a resultierende Kräfte im Uhrzeigersinn lesen. Zweitens, die entgegengesetzten Momente um den Drehpunkt sind gleich, so daß all vier der Sensoren 210a eine Kraft in der y-Richtung lesen und möglicherweise eine kleine Kraft in die +x-Richtung. Die dritte Möglichkeit ist, daß die Bewegung hinter dem Drehpunkt größer als die Bewegung vor dem Drehpunkt ist, so daß die Sensoren 210a eine resultierende Kraft in die entgegengesetzte Uhrzeigerrichtung, größer als die anfängliche Berührungskraft lesen. Durch Herstellen des anfänglichen Berührungspunktes an der unteren linken Ecke des Werkstückes 102, können die Linienkontaktkräfte mit dem Werkstück und Halterseiten unterschieden werden, da die durch das Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung erzeugten Kraftanzeigewerte die Richtung wechseln werden, oder mit einer erhöhten Größe in derselben Richtung sein werden.
Sobald ein Linienkontakt erreicht ist, dreht der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 in Uhrzeigerrichtung oder entgegen der Uhrzeigerrichtung, wie es notwendig ist, um die entgegengesetzten Momente, die auf das Werkstück 102 wirken, aufzuheben. Dieser Schritt gründet die Orientierung des Werkstückes 102 und macht es leichter, den Kontakt mit der Ecke des Halter in dem nächsten Schritt zu erfassen. Nachdem die Momente aufgehoben worden sind, bewegt der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 zurück, während die Berührung mit der Seite des Halters beibehalten wird, bis das Werkstück 102 die Ecke des Halters berührt. Die Berührung zwischen dem Halter und dem Werkstück 102 wird durch einen in Uhrzeigerrichtung resultierende Kraftanzeigewert, erzeugt durch die Sensoren 210a, angezeigt. Dieser Schritt stellt die Position des Werkstückes 102 her. Wie vorher diskutiert, wird dann ein Ausgleichswert, der mit der Position und Ausrichtung des Werkstückes 102 übereinstimmt, durch das gesamte Herstellungsverfahren für die Beschickungsverfahrensveränderung verwendet.
Schritt 5, der abschließende Schritt in dem Ausrichtungsverfahren, ist das Werkstück 102 von der Ecke wegzudrücken, bevor der Industrie-Roboter 104 seine nächste Bewegung ausführt. Dieser Schritt entfernt vorhandene Drehmomente, die auf das Werkstück wirken und hindert die Gummikissen, die einen Teil des Sensors 210a bilden, vor dem, "Zurückspringen", wenn der Industrie-Roboter 104 eventuell das Werkstück von dem Ausrichtungshalter entfernt.
Tabelle 2 veranschaulicht die drei Schritte und die resultierenden Sensorkraftanzeigen, die verwendet werden, um das Werkstück 102 in der Abkantpresse 112 derart auszurichten, daß der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 passend gegen die Rückanschläge 110 der Abkantpresse 112 platziert. Sobald das Werkstück 102 in der Abkantpresse 112 richtig ausgerichtet ist, wird das Werkstück gebogen. Ein gerades Biegen ist gewünscht. Die Schritte für das Ausrichten des Werkstückes 102 an den Rückanschlägen 110 der Abkantpresse 112 sind ähnlich der oben beschriebenen Ausrichtungsaufgabe in Verbindung mit der Beschickungsstation 100. Die Aufgaben unterscheiden sich jedoch, weil ein Werkstück 102 auf zwei Wegen in die Abkantpresse 112 geladen werden kann. Der erste Weg, um ein Werkstück 102 in die Abkantpresse 112 zu laden, ist rechtwinklig zu der gewünschten Biegelinie mit dem Greifer 106. Dieser Typ des Beladens wird Frontbeschickung genannt. Der zweite Typ des Beschickens ist, daß indem der Greifer 106 parallel zu der Biegelinie ist. Dieser Typ des Beschickens wird als Seitenbeschickung bezeichnet. Die Schritte zum Erreichen der Frontbeschickung sind in Tabelle 2A gezeigt, während die Schritte zum Erreichen der Seitenbeschickung in der Tabelle 2B gezeigt sind. Obwohl jede Beschickungstechnologie eine leicht unterschiedliche Meßstrategie erfordert, ist das Ziel dasselbe, d. h., die Seite des Werkstückes 102 gegen die Rückanschläge 110 der Abkantpresse 112 zu platzieren.
Da der Greifer 106 des Industrie-Roboters 104 das Werkstück 102, das gebogen werden soll, oft über einen Flansch hält, können nur die vorderen zwei Sensoren der in Fig. 7 gezeigten vier Sensoren 210a effektiv benutzt werden, um das Werkstück 102 gegen die Rückanschläge 110 auszurichten, da sich das Werkstück 102 nicht über die hintersten zwei Sensoren erstreckt. Deshalb wird die folgende Beschreibung der Schritte des Ausrichtens des Werkstückes 102 in der Abkantpresse 112 gegen die Rückanschläge 110 beschrieben, wobei nur die verfügbare Information der an dem Greifer 106 montierten vorderen zwei Sensoren 210a verwendet werden.
Da die Meßstrategie und Kraftsensoranzeigen zum Ausrichten des Werkstückes 102 an der Abkantpresse 112 ähnlich zu jenen an der Beschickungsvorrichtung/- entladevorrichtung 100 sind, werden solche nicht emeut ausführlich diskutiert.
Das Frontbeschickungs-Ausrichtverfahren hat drei Schritte, die in Tabelle 2A veranschaulicht sind. Zuerst bewegt der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 in die Abkantpresse 112 vorwärts, bis das Werkstück die Rückanschläge 110 berührt. Falls das Werkstück fehlausgerichtet ist, wird es entweder die rechte Ecke des rechten Rückanschlages berühren, somit ein Moment in Uhrzeigerrichtung erzeugend, oder die linke Ecke des linken Rückanschlages, somit ein Moment entgegen der Uhrzeigerrichtung erzeugend. Durch Analysieren der durch die Sensoren 210a gelesenen Kraftmuster kann der Berührungspunkt bestimmt werden, da die Position der Rückanschläge 110 bekannt ist. Der Industrie-Roboter 104 dreht dann das Werkstück 102 um den Berührungspunkt, bis er beide Rückanschläge 110 berührt. Abschließend stellt der Industrie-Roboter 104 die Position des Werkstückes 102 ein, bis die entgegengesetzten Momente, die auf das Werkstück 102 wirken, innerhalb der gewünschten Toleranz sind. Das Werkstück 102 ist somit ausgerichtet und die Abkantpresse 112 kann dann fortfahren das Werkstück zu biegen.
Die zwei Schritte zum Erreichen der Seitenbeschickung des Werkstückes 102 in die Abkantpresse 112 sind in Tabelle 2B gezeigt. Zuerst dreht der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 in Richtung der Abkantpresse 112, um zu sichern, daß das Werkstück den Rückanschlag 110 weitest entfernt von dem Greifer 106 trifft. Der Industrie- Roboter 104 bewegt dann das Werkstück 102 in die Abkantpresse 112, bis das Werkstück 102 die Ecke des weitest entfernten der zwei Rückanschläge 110 berührt. Letztlich dreht der Industrie-Roboter 104 das Werkstück 102 um den Berührungspunkt, bis das Werkstück 102 den zweiten Rückanschlag 110 berührt. Der Industrie-Roboter 104 handhabt das Werkstück 102 nur, bis es beide Rückanschläge 110 berührt. Der Industrie-Roboter 104 versucht nicht die auf das Werkstück 102 angewandten entgegengesetzten Momente auszugleichen. Die Berührung des Werkstückes 102 mit beiden Rückanschlägen 110 wird nur durch eine Zunahme in dem gemessenen Kraft angezeigt, da es keine Veränderung in der Vorwärtsrichtung gibt, wobei an jedem Rückanschlag 110 auch ergänzende Berührungssensoren verwendet werden können.
Wie oben diskutiert, kann das Fingerkissen-Kraftmeßsystem der vorliegenden Erfindung auch verwendet werden, um Aufschläge zu erfassen. Das ist wünschenswert, weil eine solche Erfassung die Beschädigung des Industrie-Roboters 104, des Stempels und der Werkzeuge 108, 114 und des Werkstückes 102 verhindern kann. Zusätzlich zeigt die Erfassung einer ungeplanten Kollision, daß dort ein Fehler in der Planungssoftware einer unerwarteten Verfahrensveränderung ist. Solche Fehler können dann, nachdem sie entdeckt worden sind, vor dem Beginnen des Herstellungsverfahrens, wieder mit einem neuen Werkstück, korrigiert werden. Es ist deshalb wünschenswert, ungeplante Kollisionen mit dem Werkstück 102 zu erfassen und, falls möglich, von jenen Kollisionen, weg von dem Stoß, durch Unterstützung wiederherzustellen.
Tabelle 3 zeigt ein Beispiel einer ungeplanten Kollision zwischen dem Werkstück 102 oder einem Teil und einem Hindernis. Um solche ungeplanten Kollisionen zu erfassen, wird die durch die Sensoren 210a in Abhängigkeit der Stoßkräfte erzeugte Information verwendet. Zuerst wird ein Grenzkraftwert festgelegt, der gut oberhalb des Geräuschniveaus des Sensors 210a ist und die nominellen Sensoranzeigewerte, erzeugt durch mechanische Schwingungen in dem Herstellungssystem. Falls ein Kraft größer als ein Grenzwert ist, registriert durch den Sensor 210a während des Bewegens im Freiraum, dann ist ein Stoß aufgetreten. Wenn ein Stoß oder eine Kollision auftritt, überschreitet der Plan auf der Grundlage des Sensors den aktuellen Bewegungsplan des Industrie- Roboters 104 und, unter Verwendung der von den Sensoren 210a erhaltenen Stoßrichtungsinformation, bewegt sich der Industrie-Roboter 104 weg von dem Hindernis. Dann, abhängend von der Industrie-Roboterbewegung im Verlauf der Zeit der Kollision, können die Sensoren 210a, oder können nicht verwendet werden, um die gewünschte Industrie-Roboterbewegung zu beenden.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, hat sich die rechte Ecke des Werkstückes 102 eine ungeplante Kollision mit einem unbekannten Hindernis zugezogen, in einem Bereich, der normalerweise ein "sicherer" oder offener Raum mit keinen bekannten Hindernissen sein würde. Der Industrie-Roboterbewegungsplaner kann dann die durch die Sensoren 210a erzeugte Information verwenden, um das Werkstück 102 hinüber weiter nach links zu bewegen und dann die Frontbeschickung wieder zu versuchen. Alternativ können dann, falls das Werkstück 102 mit den Stempelwerkzeugen 114 kollidiert, während der Industrie-Roboter 104 es aus der Abkantpresse 112 herauszuziehen versucht, die durch die Sensoren 210a erzeugten Signale verwendet werden, dem Industrie-Roboter 104 zu helfen, seinen Weg aus der Abkantpresse 112 heraus zu "fühlen".
Alternativ kann eine weitere Methode verwendet werden, schwerwiegende Beschädigung an dem Roboter 104 und dann an der Abkantpresse 112 zu vermeiden. Wie in Verbindung mit den Fig. 8A und 8B gezeigt und beschrieben, werden zwei Signaltypen durch jeden Signalzustandsschaltkreis des Kraftsensors erzeugt; nämlich ein Gleichstrom-Niveau-Ausgangssignal um Drücke zu messen und ein Wechselstrom- Signal, das nur die Übergänge in den Kraftanzeigewerten durchläuft. Das Wechselstrom- Ausgangssignal kann zur Aufschlagerfassung durch Festlegen eines Grenzkraftwertes für eine schwerwiegende Kollision verwendet werden. Wenn das durch die Sensoren 210a erzeugte Wechselstrom-Signal die vorhandenen Grenzwerte erreicht, kann es verwendet werden, eine Systemunterbrechung auszulösen, um den Industrie-Roboter 104 anzuhalten. Somit kann das Wechselstrom-Signal als eine Vorkehrung verwendet werden, die eine Hardwareunterbrechung erzeugt, um den Industrie-Roboter 104 und die Biegemaschine 112 nach der Erfassung einer schwerwiegenden Kollision stillzulegen.
Die vierte, oben diskutierte Erfassungsanwendung ist die, das Rutschen des Werkstückes 102 innerhalb des Greifers 106 des Industrie-Roboters 104 zu erfassen, während sich der Industrie-Roboter schnell dreht. Solches Rutschen tritt auf, wenn der Kraft, der auf das Werkstück 102 wirkt, die Reibungskraft zwischen den Gummikissen des Fingerkissen-Meßsystems und des Werkstückes 102 überschreitet. Falls ein Werkstück 102 in dem Greifer 106 rutscht, dann ist die Information hinsichtlich der Position des Werkstückes 102 und seiner Ausrichtung verloren. Das Fingerkissen-Meßsystem der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um Werkstückrutschen durch Warnen des Industrie-Robotersystems vor einem bevorstehenden Rutschzustand zu verhindern. Diese Warnvorrichtung kann verwendet werden, die Geschwindigkeit oder die Be¬ schleunigung des Industrie-Roboters 104 zu steuern. Z. B. um wirksam zu arbeiten kann der Industrie-Roboter 104 instruiert werden, das Werkstück 102 so schnell wie er kann zu bewegen, bis die Sensoren 210a ein Signal erzeugen, das verwendet wird den Industrie-Roboter anzuweisen, seine Geschwindigkeit zu vermindern, da das Werkstück 102 im Begriff sein kann zu rutschen.
Die Vorrichtung zum Erfassen bevorstehenden Werkstückrutschens ist ähnlich zu jener in Verbindung mit der Erfassung eines Stoßes diskutierten. Ein Kraftgrenzwert, der unterhalb der nominalen Reibungskraft zwischen den Gummikissen und den Blechwerkstücken 102 ist, kann verwendet werden. Wenn die Sensoren 210a einen Kraft an oder oberhalb dieses Grenzwertes anzeigen, ist das Werkstück 102 im Begriff ist zu rutschen und der Industrie-Roboter 104 wird gewarnt/angewiesen zu verlangsamen.
Die durch das Fingerkissen-Kraftsensorsystem der vorliegenden Erfindung erzeugte Information kann in einem offen-prozeßgekoppelten System innerhalb des Steuersystems auf der Grundlage der Position des Industrie-Roboters 104 verwendet werden. Z. b. während der Ausrichtungsaufgaben, wie oben diskutiert, wird der Industrie- Roboter 104 eine kleine Schrittweite bewegt und dann werden die Werte der Sensoren 210a gelesen. Auf der Grundlage der durch die Sensoren 210a erzeugten Signale wird die nächste Bewegung des Industrie-Roboters 104 bestimmt. Alternativ kann die durch die Sensoren 210a erzeugte Information in die Steuerschleife des Industrie-Roboters 104 eingebunden werden, um die Effektivität der Sensoren 210a und die Abhängigkeit des Industrie-Roboters 104 zu den Berührungskräften zu verbessern. Zu diesem Zweck kann eine Steuerschleife auf der Grundlage der Kraft rund herum um die Positionssteuerung des Industrie-Roboters 104 platziert werden. Dies kann durch Verbinden der gewünschten, stetig wachsenden Kraft mit der gewünschten stetig wachsenden Industrie- Roboterposition durch eine Proportionalitätskonstante erreicht werden. Solch ein Schema ist ein Proportionalkraft-Steuerschema auf der Grundlage der Position bezeichnet, wobei ein Beispiel dessen in Tabelle 4 gezeigt ist. Dieses System arbeitet wie folgt. Wenn die Bewegung des Industrie-Roboters 104 z. B. gezwungen wird, und der Industrie-Roboter das Werkstück 102 gegen die Rückanschläge 110 der Abkantpresse 112 hochgedrückt hat, kann die Industrie-Robotersteuerung zu dem Kraftsteuerschema umschalten, um den Industrie-Roboter 104 beim Einstellen seiner Bewegungen zu unterstützen, bis der gewünschte Kraftanzeigewert erreicht ist. Solch ein Verfahren ist wünschenswert, weil es eine natürliche Möglichkeit des Implementierens der Anwendungsaufgabe schafft, die Möglichkeit des Fehlens eines wichtigen Vorkommnisses, wie z. B. eines Stoßes, minimiert und auch die Möglichkeit der Anwendung übermäßiger Kräfte auf das Werkstück 102 beseitigt.
Es ist auch wünschenswert, die Flexibilität des gleichzeitigen Verwendens einer Kraftsteuerung in Richtungen der erzwungenen Bewegung zu haben, d. h., in Richtungen, in denen es eine Berührung des Werkstückes mit einem befestigten Aufbau, wie z. B. den Rückanschlägen 110, und einer Positionssteuerung in Richtungen der freien Bewegungen, d. h. Richtungen, in denen es keinen physischen Kontakt zwischen dem Werkstück 102 und irgendeinem anderen Aufbau, ausgenommen dem Greifer 106, gibt. Solch ein Schema wird eine Hybridposition-Kraftsteuerung genannt und ist veranschaulicht und beschrieben in Introduction to Robotics: Mechanics and Control. Von J. J. Craig, 2. Auflage, veröffentlicht durch Addison-Wesley of Reading, Massachusetts 1989. Wie jedoch in einem Artikel, betitelt "Problems and Research Issues Associated with Hybrid Control of Force and Displacement", Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, von R. P. Paul, veröffentlicht 1987, auf den Seiten 1966-1977, beschrieben, wenn ein Steuermodus verwendet wird, sollten die Kraft und die Position hinsichtlich unerwarteter Veränderungen überwacht werden. Solche Veränderungen könnten ein Problem in dem Industrie-Roboterarbeitsweise anzeigen.
In Übereinstimmung mit dem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Bewegung des Industrie-Roboters, der ein Werkstück ergreift, auch während eines Biegevorgangs in dem Werkstück gesteuert. Dies bedeutet, wie in Fig. 13 gezeigt, wenn ein durch die Greifer 106a, 106b gegriffenes Werkstück 102, durch einen Stempel P und ein Werkzeug D der Abkantpresse 112 gebogen wird, kann das Werkstück 102 durch einen Stempel P und ein Werkzeug D in eine Richtung, in Fig. 13 angezeigt durch A, gedrückt werden. Gleichzeitig wird eine durch das Werkstück 102 erfahrene Scherkraft durch die in den Greifern 106a, 106b vorgesehenen Sensoren 210 erfaßt. Ein Signal des Sensors 210 wird dann zu einer Steuerung übertragen, um die Bewegung des Industrie- Roboters zu steuern, und die Greifer 106a, 106b werden in die Richtung A bewegt, so daß die durch das Werkstück erfahrene Scherkraft verschwindet. Mit dieser Anordnung ist das durch die Greifer 106a, 106b am Rutschen zwischen den Greifern während des Biegevorgangs gehindert. Es sollte beachtet werden, daß die Möglichkeit der Rutschens des Werkstückes im Verhältnis zu den Greifern ein Problem verursacht, daß die Steuerung, die den Industrie-Roboter steuert, den Speicherinhalt einer richtigen Greifposition des durch die Greifer ergriffenen Werkstückes verliert, d. h. das Problem, daß sich eine Greifposition des Werkstückes, gespeichert in einem Speicher der Steuerung, von der tatsächlichen Greifposition des durch die Greifer ergriffenen Werkstückes unterscheidet. Tabelle 1 Tabelle 2A. Tabelle 4 Tabelle 2B Tabelle 3

Claims

1. Kraftsensor zum Messen von Scherkräften, angewandt auf eine Platte eines ebenen Materiales, wobei der Kraftsensor aufweist:

ein Stück (200) von ebenem Material;

eine Ausnehmung (212), gebildet in dem Stück von ebenem Material;

eine Lichtquelle (300); und

einen Positionserfassungs-Detektor (206, 206a), derart montiert, daß Licht, emittiert durch die Lichtquelle, auf den Positionserfassungs-Detektor auftrifft.

gekennzeichnet dadurch, daß

das ebene Material verformbar ist,

die Lichtquelle in der Ausnehmung des Stückes von verformbaren Material montiert ist,

der Positionserfassungs-Detektor benachbart zu der Ausnehmung montiert ist, und Scherkräfte, die auf die Platte aus ebenem Material aufgebracht werden, eine Verformung des Stückes aus verformbarem, ebenen Material verursachen, um so einen Auftreffort von Licht auf den Positionserfassungs-Detektor zu bewegen.

2. Kraftsensor von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine infrarotes Licht emittierende Diode ist.

3. Kraftsensor von Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück aus verformbarem, ebenen Material aus einem Material gebildet ist, das eine Shorehärte von A 45 hat.

4. Kraftsensor eines der Ansprüche 1 bis 3, außerdem gekennzeichnet durch eine Basisplatte (304), in der der Positionserfassungs-Detektor ausgenommen ist und an dem das Stück aus verformbarem, ebenen Material befestigt ist.

5. Kraftsensor eines der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück aus verformbarem, ebenen Material über dem Positionserfassungs-Detektor befestigt ist, derart, daß sich ein Ausgangssignal des Positionserfassungs-Detektors ändert, wenn die Scherkraft auf das Stück aus verformbarem, ebenen Material aufgebracht wird.

6. Kraftsensor von Anspruch 5, außerdem gekennzeichnet durch einen Verarbeitungsschaltkreis, um das Ausgangssignal von dem Positionserfassungs-Detektor zu empfangen und um Signale zu erzeugen, die repräsentativ für die Größe und Richtung der Kraft und das Auftreten eines Aufschlages, erfahren durch den Kraftsensor, sind.

7. Kraftsensor von Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsschaltkreis aufweist:

eine Mehrzahl von Strom-zu-Spannung-Umwandlem (800a, 800b, 800a2, 800b1, 800b2) zum Umwandeln der Ausgangssignale des Kraftsensors in Ausgangsspannungen;

einen Differenzverstärker (802, 802a, 802b) zum Erfassen der Ausgangsspannungen und um ein Differenzsignal aus diesem zu erzeugen;

einen computergesteuerten Versatz-Null-Schaltkreis (804, 804a, 804b), um das Differenzsignal aufzunehmen und um ein Gleichstrom-Signal zu erzeugen, dass die von dem Kraftsensor erfahrene Scherkraft repräsentiert.

einen Filterschaltkreis (806, 806a, 806b) zum Aufnehmen des Differenzsignales und zum Herausfiltern einer Gleichstromkomponente, derart, dass ein Wechselstromsignal, repräsentativ für den von dem Kraftsensor erfahrenen Aufschlag erzeugt wird.

8. Kraftsensor eines der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor zweidimensionale Positionserfassungs-Detektoren enthält.

9. Kraftsensor eines der Ansprüche 1 bis 8, außerdem gekennzeichnet durch:

ein erstes Stück von ebenem Material, das ein Werkstück berührt; und

ein zweites Stück von ebenem Material, das einen Bodenabschnitt von dielektrischem Material und einen oberen Abschnitt von elektrisch leitendem Material hat, wobei das zweite Stück von ebenem Material mit seinem Bodenabschnitt an der Bodenoberfläche des ersten Stückes von ebenem Material befestigt ist;

wobei die Lichtquelle (300) an dem elektrisch leitenden oberen Abschnitt des zweiten Stückes von ebenen Material befestigt ist; und

die Ausnehmung, gebildet in dem Stück von verformbarem ebenen Material eine Öffnung ist, um darin Licht, emittiert durch die Lichtquelle, zu gestatten, dort hindurchzugehen, wobei das Stück von verformbaren ebenen Material an dem oberen Abschnitt des zweiten Stückes von ebenen Material befestigt ist.

10. Roboter, gekennzeichnet durch:

einen Greifer (106) zum Halten eines Werkstückes (102); und

zumindest einen Fingerdruckkissen-Kraftsensor (210, 210a) eines der vorhergehenden Ansprüche.

11. Roboter von Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 9 aufgebaut ist.

12. Roboter von Anspruch 10 oder 11, außerdem gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen eines Kraftgrenzwertes und um zu erfassen, daß ein Aufschlag oder eine Kollision aufgetreten ist, wenn eine durch den Sensor erfaßte Kraft größer als die Kraftgrenzwert ist.

13. Roboter von einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vier der Fingerdruckkissen-Kraftsensoren auf einer Seite des Greifers befestigt sind, jeder ungefähr gleichbeabstandet von einem Mittelpunkt auf der einen Seite des Greifers.

14. Roboter von einem der Ansprüche 10 bis 13, der ein Roboter für eine Biegepresse ist, wobei die Biegepresse ein Paar Werkzeuge (P, D) hat, die miteinander zusammenwirken, um ein dazwischen vorgesehenes Plattenwerkstück (102) zu biegen, wobei der Roboter ein Paar von Greifern (106a, 106b) hat, die angepaßt sind das Werkstück dazwischen zu greifen und zumindest mit einen Fingerdruckkissen- Kraftsensor (210) zum Erfassen einer Scherkraft, erfahren von dem Werkstück, vorgesehen sind, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Einrichtung, um den Roboter mit einem Signal zu versehen, um das durch die Greifer zwischen dem Werkzeugpaar gegriffene Werkstück anzuzeigen;

eine Einrichtung, um die Biegepresse mit einem Signal zum Biegen des Werkstückes durch das Werkzeugpaar zu versehen;

eine Einrichtung, um von dem Sensor ein Signal aufzunehmen, das die Scherkraft, erfahren durch das Werkstück während des Biegens, anzeigt; und

eine Einrichtung, um den Roboter mit einem Signal zu versehen, um den Roboter in eine geeignete Richtung zu bewegen, so daß die Scherkraft, erfahren von dem Werkstück, verschwindet.

15. Roboter von einem der Ansprüche 10 bis 14, der in der Lage ist, durch eine Steuerung gesteuert, um eine Scherkraft auf das durch den Greifer gehaltene Werkstück auszuüben, und eine Verformung der Fingerdruckkissen-Kraftsensors in Abhängigkeit von der durch das Werkstück erfahrene Scherkraft zu erfassen.

16. Roboter von einem der Ansprüche 10 bis 15, der ein Roboter für ein Biegepressen ist, wobei der Roboter in der Lage ist durch eine Steuerung gesteuert zu werden, um ein Werkstück zwischen den Greifern zu greifen, das Werkstück zwischen dem Werkzeugpaar zu präsentieren, das Werkstück durch ein Werkzeugpaar zu biegen, eine Scherkraft, erfahren durch das Werkstück während des Biegens, zu erfassen, und den Roboter in eine geeignete Richtung zu bewegen, so daß die von dem Werkstück erfahrene Scherkraft verschwindet.