DE102012111701A1

DE102012111701A1 - Handling device for gripping test tube, has capacitive sensor whose evaluating device determines measure for amount of pressing force from capacitance value or change in capacitance value of capacitive sensor

Info

Publication number: DE102012111701A1
Application number: DE201210111701
Authority: DE
Inventors: Maximilian Sailer
Original assignee: Lewicki Microelectronic GmbH
Current assignee: First Sensor Lewicki GmbH
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-05

Abstract

The device has pressing force sensor devices for determining a pressing force exerted on a workpiece (WS) by gripping surfaces (GF) of gripper arms (GA1) and comprising a capacitive sensor and an evaluating device. The sensor comprises an electrode (EF) and an elastic dielectric layer (KD), where an initial thickness (DA) and a minimum thickness of the layer relevant for a capacitance value of the sensor is reduced under action of the pressing force against a return force. The evaluating device determines a measure for an amount of the pressing force from the value or a change in the value. The elastic dielectric layer is made of a foam material. The pressing force sensor devices are designed as capacitive pressing force sensors. An independent claim is also included for a pressing force sensor device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung und einen insbesondere dafür geeigneten Druckkraftsensor.The invention relates to a handling device and a particular suitable pressure force sensor.

Vorrichtungen zur Handhabung von Werkstücken können u. a. in Form von Greifern mit wenigstens zwei Greifarmen ausgeführt sein, die unter der Einwirkung einer Antriebskraft aufeinander und auf ein zwischen den beiden Greifarmen angeordnetes Werkstück zu bewegbar sind, um das Werkstück mit einer Druckkraft zu erfassen und das Werkstück für einen Bearbeitungsvorgang zu fixieren oder das Werkstück an eine andere Position zu verlagern. Durch Wegnahme der Antriebskraft oder Aufbringen einer Öffnungskraft kann das Werkstück wieder freigegeben werden. Solche Handhabungsvorrichtungen werden auch als Greifhand bezeichnet.Devices for handling workpieces can u. a. be designed in the form of grippers with at least two gripping arms, which are movable towards each other under the action of a driving force and on a arranged between the two gripping arms workpiece to grasp the workpiece with a compressive force and fix the workpiece for a machining operation or the workpiece to relocate to another position. By removing the driving force or applying an opening force, the workpiece can be released again. Such handling devices are also referred to as gripping hand.

Die auf das Werkstück von den Greifarmen hereinwirkende Druckkraft soll einerseits das Werkstück zuverlässig halten, darf andererseits nicht so groß sein, dass Greifer oder Werkstück beschädigt werden können. Eine Überwachung der Druckkraft kann über die auf die Greifarme einwirkende Antriebskraft vorgenommen werden, was aber häufig durch die Geometrie der Handhabungsvorrichtung und durch Kraftverluste im Übertragungswerg von der Antriebskraft zur Druckkraft zu wenig präzis ist.On the one hand, the compressive force acting on the workpiece from the gripping arms should reliably hold the workpiece, but on the other hand should not be so great that gripper or workpiece can be damaged. A monitoring of the pressure force can be made via the force acting on the gripping arms driving force, but this is often too precise due to the geometry of the handling device and by power losses in Übertragungswerg from the driving force to the compressive force.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung mit einem Druckkraftsensor und einen insbesondere dafür geeigneten Druckkraftsensor anzugeben.The invention has for its object to provide a handling device with a pressure force sensor and a particular suitable pressure force sensor.

Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.Solutions according to the invention are described in the independent claims. The dependent claims contain advantageous refinements and developments of the invention.

Die Verwendung eines kapazitiven Sensors mit einer elastischen Dielektrikumsschicht zwischen einer ersten Sensorelektrodenfläche und einer Gegenelektrodenfläche und die Auswertung des veränderlichen Kapazitätswerts des kapazitiven Sensors ermöglicht vorteilhafterweise die Bestimmung der auf die elastische Dielektrikumsschicht wirkenden Druckkraft, mit welcher der die erste Sensorelektrodenfläche tragende Greifarm auf das Werkstück drückt. Hierfür ist die Dielektrikumsschicht zwischen der ersten Sensorfläche und der Gegenelektrodenfläche unter Einwirkung der Druckkraft reversibel in ihrer Dikke veränderbar, wodurch sich der vom Abstand der ersten Sensorfläche von der Gegenelektrodenfläche abhängige Kapazitätswert ändert. Der Kapazitätswert des kapazitiven Sensors oder die Änderung des Kapazitätswerts gegenüber einem z. B. bei Abwesenheit einer Druckkraft gegebenen Referenzwerts werden in einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Höhe der Druckkraft ausgewertet. Die Druckkraft kann dadurch innerhalb eines vorgebbaren Meßbereichs kontinuierlich oder zumindest in mehreren Zwischenwerten bestimmt werden.The use of a capacitive sensor with an elastic dielectric layer between a first sensor electrode surface and a counter electrode surface and the evaluation of the variable capacitance value of the capacitive sensor advantageously enables the determination of the compressive force acting on the elastic dielectric layer with which the gripping arm carrying the first sensor electrode surface presses onto the workpiece. For this purpose, the dielectric layer between the first sensor surface and the counter-electrode surface is reversibly changeable in its thickness under the action of the pressure force, whereby the capacitance value which depends on the distance of the first sensor surface from the counter-electrode surface changes. The capacitance value of the capacitive sensor or the change of the capacitance value with respect to a z. B. in the absence of a compressive force given reference value are evaluated in an evaluation to determine the amount of pressure force. The pressure force can be determined within a predefinable measuring range continuously or at least in several intermediate values.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:The invention is illustrated below with reference to preferred embodiments with reference to the figures still in detail. Showing:

1 eine Handhabungsvorrichtung mit Druckkraftsensoren, 1 a handling device with pressure force sensors,

2 einen vergrößerten Ausschnitt des Sensorbereichs, 2 an enlarged section of the sensor area,

3 eine Ausführung mit verlängerter Sensoranordnung, 3 an embodiment with extended sensor arrangement,

4 eine Sensorausführung mit Sandwich-Kondensator, 4 a sensor version with sandwich capacitor,

5 eine Ausführung mit metallischem Werkstück, 5 a version with a metallic workpiece,

6 eine mehrteilige Sensorfläche, 6 a multi-part sensor surface,

7 eine Greifsituation zu einem Sensor nach 6. 7 a gripping situation to a sensor after 6 ,

1 zeigt in schematischer Ausführung eine Handhabungsvorrichtung HV mit einem von dieser gegriffenen Werkstück WS. Die Handhabungsvorrichtung weist beispielsweise an einem freien Ende einer Tragstruktur TS ein Gehäuse AG auf, an welchem zwei Greifarme GA1 und GA2 um Schwenkgelenke SG1, SG2 drehbar gelagert sind. Es kann auch vorgesehen sein, nur einen der beiden Greifarme schwenkbar zu lagern. Dem Werkstück WS zu weisend sind an den einander zu weisenden Flächen der Greifarme GA1, GA2 jeweils Greifflächen GF ausgebildet, welche vorteilhafterweise flexibel und elastisch nachgebend ausgebildet sind. Die Greifflächen GF liegen in der dargestellten Greifsituation an dem Werkstück WS an und sind vorzugsweise rutschhemmend ausgebildet. Eine Verschwenkung der Greifarme GA1, GA2 relativ zueinander und zu dem Werkstück um die Schwenkgelenke SG1, SG2 kann beispielsweise in der Art vorgesehen sein, dass ein Aktuator AK, beispielsweise ein Druckluftbalg, die dem Werkstück abgewandten Enden der Greifarme GA1, GA2 bei Druckluftbeaufschlagung auseinander drückt und hierdurch die dem Werkstück zugewandten Enden der Greifarme GA1, GA2 mit den einander und dem Werkstück WS zu weisenden Greifflächen GF auf das Werkstück zu bewegt werden. Eine solche Schließbewegung kann beispielsweise entgegen der rückstellend, d. h. die Greifarme öffnend wirkenden Feder FE erfolgen. Die Art der Ausbildung des Antriebs der Greifarme zu deren Verlagerung zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ist hierbei lediglich beispielhaft zu verstehen. Mechanismen für die Betätigung solcher Greifarme sind in zahlreichen Ausführungen an sich bekannt. 1 shows in a schematic embodiment a handling device HV with a gripped by this workpiece WS. The handling device has, for example at a free end of a support structure TS a housing AG, on which two gripping arms GA1 and GA2 are rotatably mounted about pivot joints SG1, SG2. It can also be provided to pivotally support only one of the two gripping arms. To point the workpiece WS are respectively formed on the mutually facing surfaces of the gripping arms GA1, GA2 gripping surfaces GF, which are advantageously flexible and resiliently yielding. The gripping surfaces GF are in the illustrated gripping situation on the workpiece WS and are preferably designed slip-resistant. A pivoting of the gripping arms GA1, GA2 relative to one another and to the workpiece about the pivot joints SG1, SG2 may be provided, for example, in such a way that an actuator AK, for example a compressed air bellows, presses apart the ends of the gripping arms GA1, GA2 facing away from the workpiece when the compressed air is applied and thereby the ends of the gripping arms GA1, GA2 facing the workpiece are moved toward the workpiece with the gripping surfaces GF to be pointed towards each other and the workpiece WS. Such a closing movement, for example, against the restoring, ie the gripping arms opening acting spring FE done. The nature of the formation of the drive of the gripping arms to their displacement between an open position and a closed position is to be understood merely as an example. Mechanisms for the operation of such gripping arms are known per se in numerous embodiments.

In der in 1 dargestellten Greifstellung drücken die Greifarme GA1, GA2 mit den Greifflächen GF gegen das Werkstück WS, welches im Beispielsfall der 1 in der gezeigten Ansicht als Hohlzylinder ausgeführt sein kann und beispielsweise durch ein zu ergreifendes Reagenzglas mit vertikaler Zylinderachse WA gegeben sein kann. Die Kraft, mit welcher die Greifflächen GF auf das Werkstück WS drücken, ist durch die Aktuatorkraft des Aktuators AE und die rückstellende Kraft der Feder FE bestimmt, hängt aber auch ab von dem Abstand des Werkstücks WS von den Schwenkgelenken SG1, SG2 und von eventuellen Kraftverlusten im Mechanismus der Greifarme, welcher im Realfall komplexer sein kann als in der in 1 schematisch dargestellten einfachen Ausführung.In the in 1 shown gripping position press the gripping arms GA1, GA2 with the gripping surfaces GF against the workpiece WS, which in the example of the 1 in the view shown can be designed as a hollow cylinder and can be given for example by a to be taken test tube with vertical cylinder axis WA. The force with which the gripping surfaces GF press on the workpiece WS, is determined by the Aktuatorkraft of the actuator AE and the restoring force of the spring FE, but also depends on the distance of the workpiece WS from the pivot joints SG1, SG2 and possible power losses in the mechanism of the gripping arms, which in the real case can be more complex than in the 1 schematically illustrated simple design.

Zur Bestimmung der tatsächlich zwischen den Greifflächen GF und dem Werkstück WS wirkenden Kräfte ist an wenigstens einem der beiden Greifarme eine Sensoreinrichtung mit einem Druckkraftsensor vorgesehen. Wenn bedingt durch die Ausführung der Anlenkung der Greifarme davon ausgegangen werden kann, dass die Druckkräfte, mit welchen die Greifflächen GF auf das Werkstück WS wirken, an beiden Greifflächen entgegen gesetzt gleich groß sind oder wenn aus anderem Grund nur die Druckkraft an einem Greifarm zu bestimmen ist, kann eine Sensoreinrichtung an einem der beiden Greifarme ausreichend sei. Im skizzierten Beispiel sind beide Greifarme GA1, GA2 mit jeweils einer eigenen Sensoreinrichtung SA1, SA2 ausgestattet.To determine the forces actually acting between the gripping surfaces GF and the workpiece WS, a sensor device with a pressure force sensor is provided on at least one of the two gripping arms. If due to the execution of the articulation of the gripping arms can be assumed that the compressive forces with which the gripping surfaces GF act on the workpiece WS, set against both gripping surfaces are equal or if to determine only the compressive force on a gripping arm for other reasons is, a sensor device on one of the two gripping arms is sufficient. In the example shown, both gripper arms GA1, GA2 are each equipped with their own sensor device SA1, SA2.

Die Sensoreinrichtungen sind als kapazitive Druckkraftsensor ausgebildet, welche in Abhängigkeit von der zwischen Greiffläche GF und Werkstück wirkenden Druckkraft einen veränderlichen Kapazitätswert aufweisen. Der jeweilige aktuelle Kapazitätswert wird in einer Auswerteeinrichtung AE, welche beispielsweise in dem Gehäuse AG untergebracht sein kann, ausgewertet.The sensor devices are designed as capacitive pressure force sensors, which have a variable capacitance value as a function of the pressure force acting between the gripping surface GF and the workpiece. The respective current capacitance value is evaluated in an evaluation device AE, which can be accommodated, for example, in the housing AG.

Für die Ausbildung als kapazitiver Druckkraftsensor weist eine Sensoreinrichtung eine erste Elektrodenfläche auf, welche mit einer Gegenelektrodenfläche einen Kondensator bildet. Die erste Elektrodenfläche und die Gegenelektrodenfläche sind durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt, welche elastisch verformbar ist und deren Dicke unter der Einwirkung zwischen Greiffläche und Werkstück wirkenden Druckkraft reversibel verringerbar ist. Durch die Verringerung der Dicke der Dielektrikumsschicht zwischen erster Elektrodenfläche und Gegenelektrodenfläche erhöht sich der Kapazitätswert des Kondensators, dessen Kondensatorflächen durch die erste Elektrodenfläche und die Gegenelektrodenfläche gebildet sind. Der Kapazitätswert und/oder die Veränderung des Kapazitätswerts gegenüber einem Referenzwert, welcher insbesondere der Kapazitätswert bei Abwesenheit einer Druckkraft sein kann, kann in der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, um ein Maß für die zwischen Greiffläche GF und Werkstück WS bei der jeweiligen Sensoranordnung im wesentlichen in Richtung der Flächennormale der Greiffläche wirkende Kraft zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung kann hierfür insbesondere wenigstens einen Oszillator, beispielsweise in Form eines Schwingkreises oder eines Multivibrators, enthalten, dessen Oszillationsfrequenz vom Kapazitätswert des kapazitiven Sensors abhängt und zur Bestimmung eines Maßes für die Druckkraft auswertbar ist. Erste Elektrodenfläche und Gegenelektrodenfläche sind hierfür mit der Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden.For the design as a capacitive pressure force sensor, a sensor device has a first electrode surface, which forms a capacitor with a counter-electrode surface. The first electrode surface and the counter electrode surface are separated from each other by a dielectric layer, which is elastically deformable and whose thickness is reversibly reduced under the action of compressive force acting between gripping surface and workpiece. By reducing the thickness of the dielectric layer between the first electrode surface and the counter electrode surface, the capacitance value of the capacitor whose capacitor surfaces are formed by the first electrode surface and the counter electrode surface increases. The capacitance value and / or the change in the capacitance value with respect to a reference value, which may be, in particular, the capacitance value in the absence of a compressive force, can be evaluated in the evaluation device in order to measure the distance between gripping surface GF and workpiece WS in the respective sensor arrangement substantially in the direction To determine the surface normal of the gripping surface acting force. For this purpose, the evaluation device can in particular contain at least one oscillator, for example in the form of a resonant circuit or a multivibrator, whose oscillation frequency depends on the capacitance value of the capacitive sensor and can be evaluated to determine a measure of the compressive force. First electrode surface and counter electrode surface are electrically connected to the evaluation device for this purpose.

2 zeigt eine erste vorteilhafte Ausführung einer derartigen Sensoreinrichtung mit einem kapazitiven Druckkraftsensor. Die Sensoreinrichtung SA1, die an einem dem Werkstück WS zuweisenden Bereich des Greifarms GA1 angeordnet ist, weist eine erste Elektrodenfläche EF aus einem elektrisch leitendem Material, insbesondere einem Metall aus, welche von dem Greifarm GA1 durch eine elastisch verformbare Dielektrikumsschicht KD beabstandet ist. Als Material für die Dielektrikumsschicht KD kann insbesondere ein geschäumtes Kunststoffmaterial, vorgesehen sein. Auf der der Dielektrikumsschicht KD abgewandten Seite der ersten Elektrodenfläche EF ist eine Deckschicht DS vorgesehen, welche zum einen die elektrisch leitende Elektrodenfläche EF elektrisch gegen das Werkstück WS isoliert und welche zum anderen für ein sicheres Greifen des Werkstücks WS rutschhemmend ausgebildet sein kann. Die Deckschicht DS, die erste Elektrodenschicht EF und die Dielektrikumsschicht KD sind vorzugsweise fest miteinander verbunden und können beispielsweise miteinander verklebt oder als Laminatstruktur vorbereitet sein. 2 shows a first advantageous embodiment of such a sensor device with a capacitive pressure force sensor. The sensor device SA1, which is arranged on a region of the gripping arm GA1 facing the workpiece WS, has a first electrode surface EF made of an electrically conductive material, in particular a metal, which is spaced from the gripping arm GA1 by an elastically deformable dielectric layer KD. In particular, a foamed plastic material can be provided as the material for the dielectric layer KD. On the side facing away from the dielectric layer KD side of the first electrode surface EF, a cover layer DS is provided, which on the one hand electrically isolates the electrically conductive electrode surface EF against the workpiece WS and which on the other hand can be slip-resistant for a secure gripping of the workpiece WS. The cover layer DS, the first electrode layer EF and the dielectric layer KD are preferably fixedly connected to one another and can, for example, be glued together or prepared as a laminate structure.

In dem Beispielsfall nach 2 sei angenommen, dass der Greifarm GA1 metallisch sei und die Gegenelektrodenfläche GE zu der ersten Elektrodenfäche EF für die Ausbildung eines Kondensators bildet. Die erste Elektrodenfläche EF ist über eine Leitung LE elektrisch mit der Auswerteeinrichtung AE verbunden. Bei Ausführung des Greifarms GA1 aus einem nicht elektrisch leitendem Material kann die Gegenelektrodenfläche GE durch eine zwischen die Dielektrikumsschicht KD und den Greifarm GA1 eingefügte elektrisch leitende Schicht gebildet sein, welche dann wiederum gesondert mit der Auswerteeinrichtung AE zu verbinden ist. Für die Kontaktierung der Leitung LE mit der ersten Elektrodenfläche EF ist in dem in 2(A) dargestellten Beispiel die Elektrodenfläche EF in einem Randbereich von der Deckschicht DS befreit.In the example case after 2 Assume that the gripping arm GA1 is metallic and forms the counter electrode surface GE to the first electrode surface EF for the formation of a capacitor. The first electrode surface EF is electrically connected to the evaluation device AE via a line LE. When the gripper arm GA1 is made of a non-electrically conductive material, the counterelectrode surface GE can be formed by an electrically conductive layer inserted between the dielectric layer KD and the gripping arm GA1, which in turn is to be connected separately to the evaluation device AE. For the contacting of the line LE with the first electrode surface EF is in the in 2 (A) illustrated example the Electrode surface EF freed in an edge region of the cover layer DS.

Die Dielektrikumsschicht KD besitze in einem in 2(A) dargestellten Ausgangszustand, in welchem die Greiffläche GF der Deckschicht DS noch nicht an dem Werkstück WS anliegt und deshalb noch keine Druckkraft zwischen Werkstück und Greiffläche wirkt, eine Dicke DA. In 2(B) ist eine Situation dargestellt, in welcher das Werkstück WS von der Handhabungsvorrichtung ergriffen ist und durch eine zwischen Greiffläche GF und dem Werkstück WS wirkende Druckkraft die Dielektrikumsschicht KD in einer der Kontur der Werkstückoberfläche folgenden Form elastisch komprimiert ist. Die Dicke der Dielektrikumsschicht KD ist hierbei gegenüber der Ausgangsdicke DA bis zu einer minimalen Schichtdicke DD verringert, wodurch sich der Kapazitätswert des durch die erste Elektrodenfläche EF und die Gegenelektrodenfläche GE gebildeten Kondensators erhöht. Diese Erhöhung des Kapazitätswerts kann in der Auswerteeinrichtung AE ausgewertet werden, wobei mit an sich bekannten und gebräuchlichen Oszillatoreinrichtungen bereits Kapazitätsänderungen von wenigen Picofarad detektiert werden können.The dielectric layer KD has an in 2 (A) illustrated initial state in which the gripping surface GF of the cover layer DS is not yet applied to the workpiece WS and therefore still no pressure force between the workpiece and gripping surface acts, a thickness DA. In 2 B) a situation is shown in which the workpiece WS is gripped by the handling device and the dielectric layer KD is elastically compressed in a shape following the contour of the workpiece surface by a pressure force acting between the gripping surface GF and the workpiece WS. In this case, the thickness of the dielectric layer KD is reduced with respect to the initial thickness DA up to a minimum layer thickness DD, which increases the capacitance value of the capacitor formed by the first electrode surface EF and the counterelectrode surface GE. This increase in the capacitance value can be evaluated in the evaluation device AE, it being possible to detect capacitance changes of a few picofarads with conventional oscillator devices known per se and in use.

Die Elektrodenfläche EF und die Deckschicht DS seien dabei als weitgehend kraftfrei flexibel verformbar angesehen. Die Schichtdicken sind nicht als maßstäblich zu verstehen. Insbesondere kann die erste Elektrodenfläche EF eine wesentlich geringere Schichtdicke aufweisen als die Deckschicht DS. Die erste Elektrodenfläche EF kann auch in sich strukturiert sein und beispielsweise eine Mehrzahl kleinflächiger Durchbrüche aufweisen, durch welche eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Deckschicht DS und der Dielektrikumsschicht KD herstellbar sein kann. Der Greifarm GA1 sei an seiner der Dielektrikumsschicht KD zu weisenden Fläche als im Vergleich zur Verformbarkeit der Dielektrikumsschicht KD starr angesehen. Nach Wegfall der Druckkraft zwischen Werkstück und Greiffläche GF bzw. Greifarm GA1 nimmt die Sensoranordnung SA1 wieder die in 2(A) dargestellte Ausgangssituation ein.In this case, the electrode surface EF and the cover layer DS are considered to be flexibly deformable to a large extent without force. The layer thicknesses are not to be understood as true to scale. In particular, the first electrode surface EF can have a substantially smaller layer thickness than the cover layer DS. The first electrode surface EF can also be structured in itself and, for example, have a plurality of small-area openings through which a direct mechanical connection between the cover layer DS and the dielectric layer KD can be produced. The gripping arm GA1 should be considered as being rigid in relation to the deformability of the dielectric layer KD on its surface facing the dielectric layer KD. After elimination of the compressive force between the workpiece and the gripping surface GF or gripping arm GA1, the sensor assembly SA1 resumes the in 2 (A) illustrated starting situation.

In 3 ist eine Variante dargestellt, bei welcher die Schichtenkombination aus Dielektrikumsschicht KD, über eine größere Länge des Greifarms vom eigentlichen Greifbereich weg verlängert ist bis in den Bereich des Gehäuses AG, wodurch eine vorteilhaft störungsfreie Führung der elektrische Verbindung der ersten Elektrodenfläche EF über deren Verlängerung entlang des Greifarms GA1 und über eine Leitung LE mit der Auswerteeinrichtung AE möglich ist. Hierbei ist angenommen, dass der Kapazitätswert in der Ausgangssituation auch durch die Verlängerung der Schichtstruktur und die dadurch erhöhte Kondensatorfläche zwischen erster Elektrodenfläche EF und Gegenelektrodenfläche des Greifarms klein bleibt gegenüber der bei Einwirkung einer Druckkraft sich ergebenden Kapazitätserhöhung.In 3 a variant is shown, in which the layer combination of dielectric layer KD is extended over a greater length of the gripper arm away from the actual gripping area into the region of the housing AG, whereby an advantageously trouble-free management of the electrical connection of the first electrode surface EF on their extension along the Gripper arm GA1 and a line LE with the evaluation device AE is possible. In this case, it is assumed that the capacitance value in the initial situation also remains small as a result of the extension of the layer structure and the condenser surface between the first electrode surface EF and the counterelectrode surface of the gripping arm compared with the increase in capacitance resulting from the action of a compressive force.

4 zeigt eine Ausführung, bei welcher die erste Elektrodenfläche EF sandwichartig zwischen zwei auf gleichem Potential, vorzugsweise Massepotential MA liegende Gegenelektrodenflächen GE1 und GE2 eingefügt und durch Dielektrikumsschichten KD1, KD2 von beiden Gegenelektrodenflächen beabstandet und elektrisch getrennt ist. Die Kapazität der Sensoranordnung ist dann durch die Summe zweier Teilkapazitäten zwischen der ersten Elektrodenfläche EF einerseits gegen die Gegenelektrodenfläche GE1 und andererseits gegen die Gegenelektrodenfläche GE2 bestimmt. Vorzugsweise sind beide Dielektrikumsschichten KD1, KD2 in der zu 2 beschriebenen Weise bei Einwirkung einer Druckkraft elastisch kompressibel, wodurch bei beiden Teilkapazitäten bei Einwirkung einer Druckkraft eine Kapazitätserhöhung auftritt. Die Einbettung der ersten Elektrodenfläche EF zwischen zwei Gegenelektrodenflächen GE1, GE2 kann die Abschirmung der ersten Elektrodenfläche EF gegen Störeinflüsse aus der Umgebung verbessern und auch eine eventuell zwischen Elektrodenfläche EF und Werkstück auftretende, a priori nicht bekannte parasitäre Kapazität neutralisieren. Über der Gegenelektrodenfläche GE2 ist dem Werkstück zu weisend wieder eine Deckschicht DS aus vorzugsweise elektrisch isolierendem und insbesondere rutschhemmend ausgebildetem Material vorgesehen. Die elektrische Potentialverbindung zwischen den beiden Gegenelektrodenflächen GE1, GE2 ist durch die leitende Verbindung MV angedeutet. 4 shows an embodiment in which the first electrode surface EF sandwiched between two at the same potential, preferably ground potential MA counter electrode surfaces GE1 and GE2 inserted and spaced by dielectric layers KD1, KD2 of both counter electrode surfaces and electrically separated. The capacitance of the sensor arrangement is then determined by the sum of two partial capacitances between the first electrode surface EF on the one hand against the counter electrode surface GE1 and on the other hand against the counter electrode surface GE2. Preferably, both dielectric layers KD1, KD2 are in the 2 described manner under the action of a compressive force elastically compressible, whereby at both partial capacities under the action of a compressive force, an increase in capacity occurs. The embedding of the first electrode surface EF between two counter-electrode surfaces GE1, GE2 can improve the shielding of the first electrode surface EF against environmental influences and also neutralize any a parasitic capacitance which may occur between the electrode surface EF and the workpiece. A covering layer DS of preferably electrically insulating and in particular slip-resistant material is again provided over the counterelectrode surface GE2 facing the workpiece. The electrical potential connection between the two counter-electrode surfaces GE1, GE2 is indicated by the conductive connection MV.

5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine Elektrodenfläche EG auf einem Greifarm GI aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist. Ein Werkstück WM sei als elektrisch leitend angesehen. Auf der dem Werkstück WM zu weisenden Seite der ersten Elektrodenfläche EG ist eine elastisch verformbare Dielektrikumsschicht GD angeordnet, welche in diesem Beispiel zugleich die Greiffläche gegenüber dem Werkstück WM bildet. Das Werkstück WM mit elektrisch leitender Oberfläche zumindest in einem der Dielektrikumsschicht KD zu weisenden Oberflächenbereich kann in einer solchen Ausführungsform die Gegenelektrode für die Ausbildung eines Kondensators mit der ersten Elektrodenfläche EG bilden und hierfür beispielsweise mit dem Massepotential MA verbunden sein. Der Kapazitätswert des durch die erste Elektrodenfläche EG und die elektrisch leitende Oberfläche des Werkstücks WM gebildeten Kondensators verändert sich wieder in Abhängigkeit von der zwischen Greifarm GI und Werkstück wirkenden Druckkraft, welche zu einer Verringerung der Dicke der Dielektrikumsschicht KD gegenüber einer Ausgangsdicke führt. 5 shows an embodiment in which an electrode surface EG is arranged on a gripping arm GI made of electrically insulating material. A workpiece WM is considered to be electrically conductive. On the side of the first electrode surface EG to be pointed toward the workpiece WM, an elastically deformable dielectric layer GD is arranged, which in this example at the same time forms the gripping surface with respect to the workpiece WM. In such an embodiment, the workpiece WM with electrically conductive surface at least in a dielectric layer KD to be facing surface region may form the counter electrode for the formation of a capacitor with the first electrode surface EG and for this purpose, for example, connected to the ground potential MA. The capacitance value of the capacitor formed by the first electrode surface EG and the electrically conductive surface of the workpiece WM changes again depending on the pressure force acting between the gripping arm GI and the workpiece, which leads to a reduction of the thickness of the dielectric layer KD compared to an initial thickness.

Bei elektrisch leitende Werkstückoberfläche oder insgesamt metallischen Werkstücken kann eine Kondensatoranordnung auch in der Weise ausgebildet sein, dass der Kondensator durch zwei elektrisch in Serie geschaltete Teilkondensatoren gebildet ist, welche zwischen jeweils einer ersten Elektrodenfläche EG der einander gegenüberstehenden beiden Greifarme GI und der elektrisch leitenden Oberflächenbereichen des Werkstücks WM gebildet und über das Werkstück miteinander verbunden sind.In the case of an electrically conductive workpiece surface or a total of metallic workpieces, a capacitor arrangement may also be formed in such a way that the capacitor is formed by two partial capacitors connected in series between a respective first electrode surface EG of the two gripping arms GI facing each other and the electrically conductive surface regions of the Workpiece WM formed and connected to each other via the workpiece.

6 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung mit einer Unterteilung der ersten Elektrodenfläche in mehrere benachbarte Teilelektrodenflächen FA, FB, FC und FD. Die Teilelektrodenflächen sind durch schmale Lücken SV, SH elektrisch gegeneinander isoliert und einzeln über Leitungen LA, LB, LC und LD mit der Auswerteeinrichtung AE kontaktiert. Die 6 bildet eine Ansicht in Richtung der Flächennormale der Elektrodenfläche EF der voran gegangenen Figuren. 6 shows an advantageous development with a subdivision of the first electrode surface into a plurality of adjacent partial electrode surfaces FA, FB, FC and FD. The partial electrode surfaces are electrically insulated from each other by narrow gaps SV, SH and contacted individually via lines LA, LB, LC and LD with the evaluation device AE. The 6 forms a view in the direction of the surface normal of the electrode surface EF of the preceding figures.

7 zeigt eine zu 2(B) analoge Darstellung für eine in Teilelektrodenflächen aufgeteilte erste Elektrodenfläche nach Art der 6. 7 shows one too 2 B) analogous representation for a divided into partial electrode surfaces first electrode surface of the type 6 ,

Bei nicht mittig über der Lücke SV liegendem Werkstück WS, welches hierfür wieder als einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisend angesehen sei, ergeben sich unterschiedliche Kapazitätswerte in den entsprechend der mehreren Teilelektrodenflächen gebildeten Teilkondensatoren zwischen den Teilelektrodenflächen und einer Gegenelektrodenfläche. Die einzelnen Kapazitätswerte der Teilkondensatoren sind durch getrennte elektrische Verbindungen der Teilelektrodenflächen mit der Auswerteeinrichtung AE getrennt auswertbar. Aus Ungleichheiten der Kapazitätswerte bzw. der Änderungen der Kapazitätswerte kann in der Auswerteeinrichtung auf die Position des Werkstücks relativ zu der Mitte der Greiffläche geschlossen und der Greifvorgang abgebrochen werden, wenn die Auswertung der Kapazitätswerte auf eine unzulässige Greifposition schließen läßt. In der in 7 dargestellten Greifposition ergibt sich im Bereich der Teilelektrodenfläche FA eine deutlich geringere minimale Dicke DMA der Dielektrikumsschicht KD als im Bereich der Teilelektrodenfläche FB mit der minimalen Dicke DMB. Die Kapazitätswerterhöhung ist daher für den Teilkondensator der Teilelektrodenfläche FA wesentlich höher als für den Teilkondensator der Teilelektrodenfläche FB.In the case of workpiece WS which is not located centrally above the gap SV and which is again regarded as having a circular-cylindrical cross-section, different capacitance values result in the partial capacitors formed between the partial electrode surfaces and a counterelectrode surface corresponding to the plurality of partial electrode surfaces. The individual capacitance values of the partial capacitors can be evaluated separately by separate electrical connections of the partial electrode surfaces with the evaluation device AE. From inequalities of the capacitance values or the changes in the capacitance values, the position of the workpiece relative to the center of the gripping surface can be closed in the evaluation device and the gripping process aborted if the evaluation of the capacitance values indicates an inadmissible gripping position. In the in 7 In the region of the partial electrode surface FA, the gripping position shown results in a significantly smaller minimum thickness DMA of the dielectric layer KD than in the region of the partial electrode surface FB with the minimum thickness DMB. The increase in capacitance is therefore considerably higher for the partial capacitor of the partial electrode area FA than for the partial capacitor of the partial electrode area FB.

Eine weitere Auswertemöglichkeit ergibt sich über die Auswertung von Unterschieden zwischen Kapazitätswerten zu Teilelektrodenflächen FA und FC bzw. FB und FD in der Weise, dass bei gleichen Kapazitätswerten oder Kapazitätswertänderungen zu den Teilelektrodenflächen FA und FC einerseits und FB und FD andererseits von einer Ausrichtung einer Zylinderachse WA eines zylindrischen Werkstücks WS senkrecht zur Zeichenebene der 7 bzw. parallel zur Ausrichtung der Lücke SP nach 6 ausgegangen werden kann, und dass andererseits bei deutlichen Unterschieden in den Kapazitätswerten bzw. Kapazitätswertsänderungen zu der Teilelektrodenfläche FA gegenüber der Teilelektrodenfläche FC bzw. der Teilelektrodenfläche FB gegenüber der Teilelektrodenfläche FD zusätzlich eine Verkippung der Zylinderachse des zylindrischen Werkstückabschnitts WS im Greifbereich der Greifarme angenommen werden kann.A further evaluation possibility results from the evaluation of differences between capacitance values to sub-electrode areas FA and FC or FB and FD in such a way that with the same capacitance values or capacitance value changes to the sub-electrode areas FA and FC on the one hand and FB and FD on the other hand of an alignment of a cylinder axis WA a cylindrical workpiece WS perpendicular to the plane of the 7 or parallel to the alignment of the gap SP after 6 On the other hand, with significant differences in the capacitance value or capacitance value changes to the partial electrode surface FA with respect to the partial electrode surface FC or the partial electrode surface FB with respect to the partial electrode surface FD, a tilting of the cylinder axis of the cylindrical workpiece section WS in the gripping region of the gripping arms can additionally be assumed.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features indicated above and in the claims, as well as the features which can be seen in the figures, can be implemented advantageously both individually and in various combinations. The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but can be modified in many ways within the scope of expert knowledge.

Claims

Handling device (HV), which is designed for gripping a workpiece (WS, WM) and a gripping device with at least two gripper arms (GA1, GA2, GI), which under the action of a closing force with gripping surfaces (GF) relative to a to be arranged between the gripping arms Workpiece to be moved and with a pressure force sensor device (SA1, SA2), by means of which a pressure force exerted by the gripping surface (GF) of at least one gripping arm on the workpiece (WS, WM) can be determined, wherein the pressure force sensor device (SA1, SA2) at least one capacitive sensor at the gripping surface of the sensor arm and at least one evaluation device (AE) evaluating the capacitance value of the sensor, wherein the sensor has at least one first electrode surface (EF) and at least one elastic dielectric layer (KD) whose value is decisive for the capacitance value of the capacitive sensor Thickness (DA, DD) under the action of the compressive force against a restoring force ve Rringerbar, and wherein the evaluation of the capacitance value and / or a capacitance value change of the capacitive sensor determines a measure of the amount of pressure force.

Handling device according to claim 1, characterized in that the evaluation device (AE) at least one oscillator, whose variable oscillator frequency of the capacitance value of the capacitive sensor (SA1, SA2) depends, and is adapted to evaluate the oscillator frequency or its change for the determination of the pressure force ,

Handling device according to claim 1 or 2, characterized in that the Counter electrode surface is formed by a metallic surface of the workpiece (WM).

Handling device according to claim 1 or 2, characterized in that the counter-electrode surface (GE) is formed on the side facing away from the first electrode surface (EF) of the dielectric layer (KD).

Handling device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first electrode surface (EF) between two ground electrode surfaces as counter-electrode surfaces (GE1, GE2) embedded and isolated against both by dielectric layers (KD1, KD2), wherein at least one of the dielectric layers is formed by a dielectric layer with reduced thickness under the action of the compressive force.

Handling device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first electrode surface (EF) and / or the counter electrode surface (GE) comprises a plurality of adjacent partial electrode surfaces (FA, FB, FC, FD), which for the separate evaluation of their respective partial capacitance values can be connected to the evaluation device.

Handling device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the workpiece to be oriented surface of the gripping surface (GF) is designed to be slip-resistant.

Handling device according to one of claims 1 to 7, characterized in that capacitive sensors (SA1, SA2) on a plurality of gripper arms (GA1, GA2) are provided.

Handling device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrode material of the first electrode surface and / or the counter electrode surface (GE) is at least partially formed by a conductive material having a high resistance temperature coefficient and the evaluation of a resistance measurement, a temperature at the location of capacitive sensor determined.

Compressive force sensor device, in particular for a handling device according to claim 1, having at least one capacitive sensor, which at least a first electrode surface (EF) and between this and a counter electrode surface (GE) lying elastic dielectric layer (KD) whose layer thickness (DA) below the action of a compressive force against a restoring force can be reduced (DD), and with an evaluation device (AE) set up for evaluating the capacitance which can be varied as a function of the pressure force between the first electrode surface (EF) and the counter-electrode surface (GE).

Pressure force sensor device according to claim 10, characterized in that the dielectric layer (KD) of a foam material.