BRPI0712683A2 - método melhorado e sistema para operação de uma máquina de produção cìclica em coordenação com uma máquina carregadora ou descarregadora - Google Patents
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Abstract
MéTODO MELHORADO E SISTEMA PARA OPERAçãO DE UMA MáQUINA DE PRODUçãO CìCLICA EM COORDENAçãO COM UMA MáQUINA CARREGADORA OU DESCARREGADORA. Um método para a sincronização de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção que compreende uma parte de trabalho e uma parte não de trabalho, cuja referida primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina. A primeira máquina realiza um processo durante a parte de trabalho do ciclo em uma peça de trabalho a qual é carregada para e/ou descarregada da referida primeira máquina por pelo menos uma referida segunda máquina durante a parte não de trabalho de cada ciclo de processo. A primeira máquina preferencialmente é uma prensa mecânica e a segunda máquina preferencialmente é um robó industrial disposto para a realização de uma função de carregador e/ou de descarregador. Um sistema para a realização do método e um programa de computador também são descritos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO MELHORADO E SISTEMA PARA OPERAÇÃO DE UMA MÁQUINA DE PRODUÇÃO CÍCLICA EM COORDENAÇÃO COM UMA MÁQUINA CAR-REGADORA OU DESCARREGADORA".
CAMPO TÉCNICO
A invenção concerne a um método melhorado para sincronização de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação com pelo menos uma segunda máquina para carregamento e/ou descarregamen-to da primeira máquina. Em particular, a invenção mostra uma seção de processo na qual a primeira máquina compreende uma prensa mecânica de um tipo usado para prensagens, estampagem ou puncionamento de partes de metal a partir de peças básicas. A prensa é acionada por pelo menos um motor elétrico e a segunda máquina é uma máquina carregadora ou descar-regadora, tal como um robô industrial.
ANTECEDENTES TÉCNICOS
As prensas mecânicas, tais como uma prensa de elo, uma prensa de manivela ou uma prensa excêntrica, são comumente usadas para a produção de peças automotivas estampadas ou prensadas a partir de peças básicas de aço. As prensas mecânicas de hoje em dia mais freqüentemente são acionadas por um volante. A função do volante é armazenar a energia necessária para a realização de uma operação de prensagem. Um motor elétrico de potência relativamente baixa acionada o volante, de modo que antes do começo de uma operação de prensagem o volante esteja rodando à velocidade na qual a prensagem ocorrerá. Acionamentos de servoprensas mecânicas do tipo de "acionamento direto" ou servomecânico usam a potência de um servomotor elétrico de potência relativamente alta para a provisão de energia para prensagem. Um outro tipo de servoprensa é de um tipo de "acionamento híbrido", ou uma prensa híbrida. Neste projeto, o volante ainda provê a energia necessária para prensagem, mas a potência para o movimento da prensa é suprida em parte por um servomotor adicional, geralmente um motor menor em uma prensa híbrida do que em uma prensa servome-cânica. Em linhas de prensa grande para a indústria automotiva, robôs freqüentemente são usados para o movimento de partes de uma prensa para a seguinte. Para uma produtividade ótima, o movimento de cada robô de descarregamento é sincronizado com o movimento de uma prensa, e o mo-5 vimento de um robô de carregamento é sincronizado com o movimento do robô descarregando a mesma prensa. O movimento da prensa em si, contudo, não pode ser normalmente controlado. Apenas o instante de começo da operação de prensagem pode ser escolhido em relação ao movimento do robô de carregamento.
O ciclo de produção de uma prensa, conforme descrito aqui, inclui um estágio de prensagem e um estágio não de prensagem. Estampa-gem, prensagem, puncionamento, formação, etc. correm durante o estágio de prensagem. Após o estágio de prensagem, o estágio não de prensagem inclui um primeiro tempo após a prensa ter começado a abrir, no qual uma ferramenta ou um robô pode atingir a prensa e descarregar uma peça de trabalho que foi formada ou prensada. Após isso ou antes de a prensa fechar, um robô ou um outro aparelho coloca uma nova peça de trabalho na prensa pronta para a próxima operação de prensagem/formação. Os objetivos do tipo convencional de sincronização da prensa com o robô são comumente que:
- a prensa deve atingir um certo ponto de seu movimento (denominado "Proteger Matriz", DP) durante o carregamento de uma parte ou peça básica, não antes de o robô ter passado de um certo ponto de se movimento, principalmente o tempo em que o carregador robô tiver se recolhido de entre as partes móveis da prensa. Uma falha em fazê-lo a tempo significa que uma colisão ocorrerá, causando danos à matriz de prensa e/ou à ferramenta robô,
- a prensa deve passar do ponto de DP tão brevemente quanto possível após o robô ter passado do certo ponto acima de seu movimento. Uma falha em fazê-lo significa perda de tempo, isto é, uma produtividade reduzida.
O mecanismo de sincronização de hoje em dia é baseado na hipótese que a prensa está parada em uma posição bem definida no começo de cada ciclo de prensa, e que a prensa então se moverá com um perfil de movimento pré-definido que não pode ser variado. Estas condições de operação são uma conseqüência direta da construção mecânica do acionamento de prensa, o qual consiste em um volante, uma embreagem e um freio. Em contraste com isso, os acionamentos de servoprensa do tipo de "acionamento direto" ou "acionamento híbrido" têm restrições fundamentalmente diferentes.
Por exemplo, uma servoprensa pode ser disposta com um acionamento que tem uma potência de pico de em torno de 10 vezes a potência
de pico do motor que aciona o volante nas prensas de hoje em dia. Um ser-vomotor como esse permite uma aceleração muito rápida da prensa de parada para uma velocidade alta. A prensa assim poderia ser começada e parada muito da mesma forma como uma combinação de volante - embrea-gem - freio tradicional, e uma sincronização com robôs seria muito similar ao esquema existente. Contudo, uma vez que esse pico de potência alto vem com custos inaceitavelmente altos de acionamento e instalação, pode-se usar, ao invés disso, uma prensa com um servoacionamento com uma potência de pico muito mais baixa. Por exemplo, uma potência de pico do motor direto ou auxiliar pode ser disposta para ser entre 1 e 4 vezes aquela do φ motor de volante tradicional. Uma desvantagem desta abordagem é que a
aceleração da prensa a partir de uma posição parada para uma velocidade máxima leva de 1 a 1,5 segundos, o que é muito mais lento do que uma aceleração usando-se a embreagem e, assim, leva uma parte significativa do 25 ciclo de produção (o qual tipicamente pode ser de em torno de 5 segundos no total).
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
De acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um melhoramento nos métodos para operação de uma primeira máquina de 30 uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, o referido ciclo de produção compreendendo uma parte de prensagem e uma parte não de prensagem, cuja referida primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina e cuja referida primeira máquina realiza um processo durante a parte de trabalho do ciclo em uma peça de trabalho, a qual é carregada na e/ou descarregada da referida primeira máquina por pelo menos uma referida segunda máquina durante a parte não de trabalho de cada ciclo de processo, e a sincronização da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina para desaceleração da primeira máquina em um ponto antes do ponto de começo de um estágio de descar-regamento após o qual um descarregamento é permitido e dependente de uma velocidade ou posição da referida segunda máquina.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação para a realização de um ciclo de produção, cuja referida primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina pela sincronização da velocidade da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina e aceleração ou desaceleração dela de acordo com um tempo estimado para a referida segunda máquina atingir o ponto de começo ou o ponto de fim de um estágio de descarregamento ou de carregamento do ciclo de processo.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação para a realização de um ciclo de produção, cuja referida primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina pela sincronização da velocidade da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina e pela desaceleração da referida primeira máquina em um ponto de começo antes de um tempo estimado no qual a referida primeira máquina deve atingir o começo do estágio de ponto de descarregamento em direção à velocidade zero e aceleração da referida primeira máquina para atingir o ponto de fim do estágio de carregamento na velocidade mais alta possível. De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, o referido ciclo de produção compreendendo uma parte de prensagem e uma parte não de prensagem, cuja primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina, e cuja primeira máquina realiza um processo durante a parte de trabalho do ciclo em uma peça de trabalho a qual é carregada na e/ou descarregada da referida primeira máquina por pelo menos uma referida segunda máquina durante a parte não de trabalho de cada ciclo de processo, e a sincronização pela reversão da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero e subseqüentemente acelerando em uma direção para frente, de modo que a referida primeira máquina esteja funcionando na velocidade mais alta possível, a qual pode ser maior do que uma velocidade de prensagem normal, quando atingir o ponto de fim do estágio de carregamento.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, cuja primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina, e a sincronização pela reversão da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero e subseqüentemente acelerando em uma direção para frente, de modo que ela atinja uma velocidade zero por uma segunda vez, de modo que a referida primeira máquina esteja funcionando na velocidade mais alta possível, quando atingir o ponto de fim do estágio de carregamento.
De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, cuja primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina, e a sincronização mediante uma detecção que o estágio de carregamento está sendo atrasado, antes do tempo de desaceleração ter começado, antes do começo do descarregamento, pela mudança subseqüente de torque positivo para torque negativo e aceleração da referida primeira máquina em uma direção para frente a partir de um ângulo reverso aumentado, de modo que a referida primeira máquina atinja o fim do estágio de carregamento no tempo mais curto possível.
De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, cuja primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina, e a sincronização pela estimativa de um tempo no qual a referida segunda máquina deve atingir o começo do estágio de ponto de descarregamento (UC), então, calculando-se a partir da estimativa um tempo no qual a referida primeira máquina deve atingir o ponto de fim do estágio de carregamento (DP).
De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, cuja primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina, e a sincronização pelo cálculo de um ponto no qual uma desaceleração da referida primeira máquina é para ser 20 começada, de modo que a velocidade da referido primeira máquina no começo da fase de descarregamento e no fim da fase de carregamento seja tão alta quanto possível, e que o fim da fase de carregamento seja atingido no momento em que o carregamento for completado.
De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um melhoramento é provido em métodos para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, cuja primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina, e a sincronização da velocidade da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da ve-locidade da referida primeira máquina, onde dados descrevendo o movimento da referida segunda máquina coletados durante um número finito ou infinito de ciclos prévios são usados adicionalmente, para o cálculo do instante de tempo desejado.
A invenção compreende formas para adaptação do movimento da prensa de modo que a prensa seja sincronizada com o movimento do robô descarregador e/ou carregador, resultando em tempos de ciclo ótimos.
O método proposto compreende a mudança de pontos de regulagem no movimento de prensa, dependendo de um ponto de tempo de sincronização estimado. A invenção também provê um método para a otimização automática da linha de prensa enquanto em operação. Também, são descritos métodos propostos que podem ser usados para a sincronização do robô des-4 carregador para a prensa também. Para otimização da produtividade de linhas de prensa e/ou de linha de servoprensa, o movimento das prensas deve ser sincronizado com o movimento do equipamento de carregamento e vice-versa. Especialmente para o movimento de reversão ("bidirecional alternativo"), isto requer um novo conceito para sincronização, diferente daquele que tem sido usado para prensas mecânicas. Uma linha de prensa compreende várias prensas, usualmente dispostas para a realização de uma seqüência de operações. Neste relatório descritivo, o termo "linha de prensa" também pode incluir uma prensa única e um carregador e/ou descarregador mecanizado.
Para fins de controle, os inventores descrevem o ciclo de produ-
4 ção (prensagem) como compreendendo duas partes: o ciclo de prensagem e o ciclo não de prensagem. No estágio de prensagem, a prensa é denominada "aberta". Durante o estágio não de prensagem, a prensa está suficientemente aberta para que um carregador/descarregador entre na prensa para carregamento e/ou descarregamento. A parte aberta do ciclo é limitada pelos dois pontos no ciclo. O primeiro ponto é denominado aqui o ponto de UC (cama de descarregamento), o ponto inicial no ciclo em que o descarregador pode entrar na prensa sem qualquer colisão ocorrer. O segundo ponto é o ponto de DP (proteger matriz), o ponto após o qual o carregador deve estar fora da prensa, para se evitar uma colisão. De acordo com um aspecto da invenção, DP não é tratado como uma posição fixa no ciclo. Quando a prensa está se movendo lentamente (por exemplo, quando freando), a prensa tem permissão para se mover mais para baixo do que quando se movendo rapidamente, uma vez que DP é escolhido de modo que quando em DP uma frenagem de emergência seja começada, um carregador ou descarregador dentro da prensa não seja tocado. Uma vez que uma frenagem à alta velocidade requer uma distância mais longa de frenagem, DP é mais alto (mais cedo no ciclo) à velocidade alta do que à velocidade baixa.
Sistemas de servoacionamento (direto/pleno e híbrido) para prensas mecânicas introduzem duas novas condições na sincronização da prensa com o robô, de acordo com a invenção, cujas condições compreendem:
- a prensa deve passar pelo ponto DP conforme estiver fechando com uma velocidade tão alta quanto possível. Uma vez que a velocidade após DP afeta o tempo de ciclo, a prensa deve ser acelerada tanto quanto possível antes deste ponto. Nota: antes de DP, o tempo de ciclo depende da velocidade dos robôs, uma vez que a prensa essencialmente está esperando pelos robôs; e
- a prensa deve passar do ponto UC conforme estiver se abrindo com uma velocidade tão alta quanto possível.
A segunda condição pode requerer alguma explicação adicional. O ponto de UC, onde UC significa carne de descarregamento, é o ponto no movimento da prensa em que a prensa se abriu suficientemente para que o robô descarregador entre na prensa. Veja, por exemplo, a Fig. 8, em que o ponto de UC em um ciclo para frente (horário) é mostrado alguns graus após a prensagem e, neste caso, antes de TDC. A partir de um ponto vista de controle, UC é o ponto no tempo do começo do estágio de descarregamento.
Tradicionalmente, o movimento da prensa próximo deste ponto não tem qualquer relação que seja com a sincronização da prensa para um carregador próximo do ponto de DP. Contudo, de acordo com o conceito de servo descrito aqui, e, em particular, quando se usa um "movimento bidirecional alternativo", tal como descrito em um pedido de EP número EP 06011673.8, depositado em 06/06/2006, e o qual é incorporado desse modo neste relatório descritivo plenamente por meio desta referência, a prensa nunca pode parar completamente entre UC e DP. Os inventores determinaram que um movimento de prensa ótimo, para um dado tamanho de motor, prensa, etc. em certos casos pode requerer uma desaceleração de torque plena de partida antes de se atingir UC1 e ao atingir uma velocidade zero, a reversão da prensa por um certo ângulo, também com torque pleno e, então, sem pausar, uma reaceleração da prensa com torque pleno até passar por DP.
Tipicamente, a vantagem principal é um tempo de ciclo de produção encurtado. Em regulagens de produção em que mais de uma prensa trabalha em um mesmo processo de produção ou em um relacionado, ou é uma prensa em uma linha de várias prensas, os métodos de sincronização inventivos provêem maior oportunidade para otimização de uma linha de prensa pelo controle adaptativo do movimento de cada uma das prensas e alimentadores ou mecanismos de transferência/descarregadores, tais como robôs de carregamento/descarregamento, no processo ou na linha de prensa.
Por exemplo, uma coordenação de linha de uma seção de processo inteira pode ser melhorada pelo controle dessa linha usando-se um único controlador disposto para a realização de métodos de acordo com uma modalidade da invenção, devido, em parte, à capacidade de controle melhorada das servoprensas diretas ou servoprensas híbridas. Uma coordenação ou otimização pode ser obtida, em parte, pela adaptação da velocidade durante a abertura/o fechamento de uma prensa (durante, por exemplo, uma manutenção de uma velocidade requerida e saída de energia durante a parte de prensagem/estampagem do ciclo), resultando em tempos de ciclo os quais podem ser reduzidos, dependendo de parâmetros tais como: um estado de processo a jusante; ou um estado de um processo a montante ou uma outra consideração tal como consumo de potência geral; consumo de energia reduzido; suavização de picos de consumo de potência na linha de prensa.
Um recurso dos métodos mostrados é que uma predição melhorada para o tempo estimado de chegada da prensa em pontos de sincroni- zação, tais como UC e DP, é usada. Esta estimativa também é adaptativa, e pode ser atualizada antes da chegada real em um ponto de sincronização. A estimativa melhorada é produzida por uma função de controle de motor. Uma vez que o controle de uma servoprensa direta ou servoprensa híbrida é por meio de um controle de motor de um conversor de freqüência e um motor controla o movimento da prensa. O controlador de prensa é capaz de calcular e predizer o momento exato em que a prensa cruzará o ângulo de carne de descarregamento. Uma vez que a velocidade de prensa é controlada pelo servomotor direto ou pelo servomotor híbrido, esta predição pode ser mais acurada do que uma predição tradicional (a qual é baseada em uma hipótese de uma operação de velocidade constante para uma prensa mecânica tradicional com, por exemplo, uma roda excêntrica). O controle de prensa comunica a estimativa do momento em que checará em UC para o controlador de descarregador, o qual controlará o robô descarregador para entrar na prensa exatamente tão logo o movimento de prensa o permita ou a-pós UC. Enquanto a prensa está se movendo mais próxima do ângulo de came de descarregamento, o controle de prensa pode, se necessário, enviar uma predição atualizada de tempo de chegada em UC para o controlador de descarregador. O controle de carregador então comunica, por sua vez, para o controle de prensa o momento em que ele calculou um tempo estimado para o carregador deixar a prensa. O controle de prensa então determina quando começar, retomar ou mudar a velocidade do movimento da prensa e como controlar a velocidade da prensa de modo que a prensa cruze o ângulo de proteger matriz DP exatamente no momento em que o carregador deixar a prensa. Todo o tempo durante um carregamento, o controle de carregador pode enviar, se necessário, uma predição atualizada.
Como resultado deste método de sincronização, uma melhor sincronização será possível do que com o sistema de hoje em dia, resultando em um tempo de ciclo reduzido. Pode mesmo ser possível aumentar o ângulo de proteger matriz, o qual resultará em uma redução adicional.
Como apenas instantes de tempo são comunicados entre o controle de prensa e o controle de carregador de resposta de descarregador, a largura de banda de comunicação requerida entre estes controladores é baixa. Isto é uma vantagem no caso de o controle de prensa ser uma unidade em separado, isto é, não integrada com o controle de descarregador ou carregador.
Uma outra vantagem da invenção é que ela é aplicável a uma faixa de condições. Por exemplo, os métodos propostos não estão limitados ao caso em que um torque de motor máximo é uma constante. O torque u-sado na desaceleração e na aceleração vantajosamente é igual ao torque máximo o qual o acionamento pode suprir, mas este máximo pode ser uma função de velocidade do motor, de temperatura do motor, de temperatura de conversor, limitações impostas por engrenagens, outras restrições mecânicas, etc.
Uma outra vantagem é que o método de sincronização proposto não está limitado a uma prensa mecânica com um mecanismo excêntrico. Ele pode ser usado em prensas com um assim denominado mecanismo de acionamento de elo também, sem modificação. Com algumas modificações, o método também pode ser usado em uma prensa mecânica usando um mecanismo de fuso de esferas (tipicamente usando uma operação bidirecio-nal). Também, o método pode ser usado para servoprensas do tipo híbrido (no qual uma embreagem e um volante são usados para se proporcionar força durante a prensagem) e do tipo direto (no qual nenhuma embreagem está presente).
Embora o método seja descrito para o caso em que a prensa em cada ciclo se move na mesma direção, com algumas modificações o método pode ser usado também em uma prensa na qual cada outro ciclo é realizado em uma direção diferente (movimento bidirecional).
O método proposto para predição de movimento de robô pode também ser usado para a predição de movimento da prensa. Uma vez que o movimento de prensa depende de muitos parâmetros (massas de partes diferentes do mecanismo, ajuste de pressão em cilindros de contra-equilíbrio, massa da matriz superior, etc.), os quais são difíceis de levar em consideração em um controlador de prensa, é proposto analisar on-line o movimento da prensa para dadas regulagens, tais como velocidade de prensagem, posição em que uma desaceleração é começada no ou antes do começo do estágio de descarregamento, posição ou tempo ou velocidade em que um torque é revertido, velocidade máxima da prensa. Com base no movimento obtido durante um número finito ou infinito de ciclos de prensa prévios, as regulagens mencionadas acima podem ser adaptadas de modo que um tempo de ciclo ótimo e um instante de tempo para passagem de DP sejam obtidos.
O método provê a produtividade mais alta possível para uma linha de prensa. Um movimento pode ser otimizado em relação a outras máquinas em uma seqüência de produção, quando, por exemplo, peças básicas forem carregadas na prensa e/ou partes estampadas descarregadas da prensa por dispositivos de transferência ou outros dispositivos automatizados. Essas outras máquinas na seqüência de produção podem ser um ou mais robôs. O controle da prensa em sincronização com um controle da alimentação por alimentadores automáticos, outros alimentadores, doppins, carregadores/descarregadores robôs, etc. provê a vantagem de sincronização de movimento de alimentador/carregador e movimento de prensa, provendo tempos de ciclo de produção de produção gerais reduzidos, sem comprometimento da qualidade da prensagem. Uma linha de prensa compreende várias prensas, usualmente dispostas para a realização de uma seqüência de operações. Neste relatório descritivo, o termo linha de prensa também pode incluir uma prensa única e um carregador e/ou descarregador mecanizado.
Em uma modalidade preferida do método da invenção, o método pode ser realizado por um dispositivo de computação que compreende uma ou mais unidades de microprocessador ou computadores. Uma ou mais unidades de controle compreendem um meio de memória ou um dispositivo de armazenamento em memória para o armazenamento de um ou mais programas de computador para a realização dos métodos melhorados para controle da operação de uma prensa mecânica. Preferencialmente, esse programa de computador inclui instruções para o processador realizar o méto- do, conforme mencionado acima e descrito em maiores detalhes abaixo. Em uma outra modalidade, o programa de computador é provido em um portador de dados que pode ser lido em computador, tal como um DVD, ou armazenado em um dispositivo de armazenamento que pode ser lido em computador.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As modalidades da invenção serão descritas, agora, a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos associados, nos quais:
a figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um ciclo de produção no qual uma parte não de prensagem é dividida em três intervalos de tempo relevantes para a sincronização de uma prensa com uma segunda máquina, de acordo com uma modalidade da invenção;
a figura 2 é um diagrama esquemático que mostra perfis de velocidade e tempo para um ciclo de prensa que mostram pontos de sincronização nos perfis relevantes para a sincronização de uma prensa com uma segunda máquina operando como um carregador o qual pode estar atrasado, de acordo com uma modalidade da invenção;
a figura 3 é um diagrama esquemático que mostra perfis de velocidade e tempo em um caso em que um movimento de reversão de uma prensa é limitado a um ângulo pequeno, de acordo com uma outra modalidade da invenção;
a figura 4 é um ciclo de prensa esquemático que mostra os pontos de sincronização nos perfis de velocidade de um ciclo de prensa em que uma reversão não ocorre, de acordo com uma modalidade da invenção;
a figura 5 é um fluxograma esquemático que mostra um método de sincronização para sincronização da prensa para um robô descarregador ou carregador, no caso de um descarregador atrasado, de acordo com uma modalidade da invenção;
a figura 6 é um fluxograma esquemático que mostra um método de sincronização para sincronização da prensa para um robô carregador ou descarregador no caso de um carregador adiantado, de acordo com uma outra modalidade da invenção; e a figura 8 é um diagrama esquemático para um ciclo de produção de prensa que mostra uma rotação angular para frente em uma direção horária, com reversão, em conjunto com posições angulares de UC e DP, de acordo com uma modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES
Uma sincronização da prensa para um robô carregador ou uma outra máquina carregadora, conforme descrito aqui, compreende duas partes. A primeira parte está relacionada à obtenção de uma predição do instante em que o robô carregador passará pelo ponto de sincronização. A segunda parte consiste em métodos para adaptação do movimento da prensa de modo que uma sincronização ótima seja obtida.
Uma sincronização pode ser descrita em termos de divisão do ciclo da prensa nas quatro partes a seguir, conforme mostrado na Figura 1. A figura mostra um diagrama de velocidade/tempo para um ciclo de prensa. Este mostra, começando a partir do lado esquerdo do diagrama, a prensa funcionando a uma velocidade W, a qual pode ser uma velocidade máxima. Em ou após D, um ponto antes de uma desaceleração de UC (carne de des-carregamento, o ponto mais cedo para descarregamento) da prensa poder começar. Após UC, o estágio não de prensagem começou. A Figura 1 mostra que durante o estágio não de prensagem há três partes T3, T1 e T4, onde:
- T3 é o tempo entre o momento em que a prensa cruza a posição UC e o momento em que o descarregador entra na prensa;
- T1 é um tempo em que o descarregador e o carregador estão dentro da prensa;
- T4 é o tempo em que o carregador está fora da prensa, antes de a prensa cruzar a posição DP.
Em segundo lugar, e durante o estágio de prensagem T2:
- T2 é o tempo em que a prensa está fechada, isto incluindo fechamento, prensagem (parte de trabalho do ciclo) e abertura; este é o tempo
total entre a passagem de DP e a passagem de UC. O tempo de ciclo total, o qual determina a produtividade, é T1 + T2 + T3 + T4. A meta da sincronização do descarregador para a prensa é minimizar T3, isto é, de modo que T3 se aproxime de zero ou seja zero. Uma outra meta da sincronização do descarregador da prensa também é assegurar que o descarregador entre na prensa tão rapidamente quanto possível, de modo a se minimizar a parte dependente de descarregador de T1. A meta de sincronização do carregador para o descarregador também é minimizar T1 (isto ainda está correto?).
A meta da sincronização da prensa para o carregador pode estar relacionada a mais do que um período de tempo. Antes de tudo, uma sincronização deve minimizar T4. Quando T4 é zero, isto significa que a prensa cruza DP exatamente quando o carregador deixa a prensa (embora possa haver alguma margem de segurança incluída). Em segundo lugar, isto tem por objetivo minimizar o tempo de estágio de prensagem total T2. Isto é feito ao se garantir que a velocidade da prensa em DP e a velocidade da prensa em UC sejam ambas tão altas quanto possível. Em um regime permanente, um ótimo para T2 e encontrado quando a velocidade em UC e a velocidade em DP podem ser aproximadamente iguais.
No caso de um equipamento descarregador/carregador muito rápido, ou um servoacionamento muito potente, ou uma distância angular muito grande entre DP e UC, a velocidade em UC e DP pode ser igual à velocidade máxima da prensa. Nesse caso, uma desaceleração da prensa pode ser começada após UC, e uma reaceleração se completará em ou antes de DP. Neste caso, também é possível operar o acionamento (entre UC e DP) a menos do que no torque máximo, sem deterioração do tempo de ciclo. Isto seria apropriado para redução das perdas de energia no acionamento.
Contudo, tipicamente, estas três condições não são todas plenamente cumpridas. Neste caso, o tempo de ciclo mais curto possível é obtido pela operação do motor no torque máximo durante uma desaceleração, qualquer reversão possível e reaceleração. Neste caso, uma desaceleração será começada antes de se atingir UC, em um ponto D, e uma reaceleração continuará após a passagem pelo ponto DP.
(Números de referência devem ser adicionados aqui, após terem sido adi- cionados aos desenhos).
Uma vez que o controle de uma servoprensa direta ou híbrida é por meio de um controle de motor, por exemplo, um conversor de freqüên- cia, e um motor controla o movimento da prensa. O controlador de prensa é capaz de calcular e predizer o momento exato em que a prensa cruzará o ângulo de carne de descarregamento. Uma vez que a velocidade da prensa é controlada, esta predição pode ser mais acurada do que uma predição tra- dicional (a qual é baseada na hipótese de operação de velocidade constante de uma prensa mecânica com, por exemplo, uma roda excêntrica). O contro- le de prensa comunica a estimativa do momento em que ela chegará a UC para o controlador de descarregador, o qual controlará o robô descarregador para entrar na prensa exatamente tão logo o movimento de prensa o permita no ou após UC. Enquanto a prensa está se movendo mais próxima do ângu- lo de carne de descarregamento, o controle da prensa pode enviar, se ne- cessário, uma predição atualizada de tempo de chegada em UC para o con- trolador de descarregador.
O controle de carregador, por sua vez, então, comunica para o controle de prensa o momento em que ele calcula um tempo estimado para deixar a prensa. O controle de prensa então determina quando começar ou retomar o movimento de prensa e como controlar a velocidade de prensa de modo que a prensa cruze o ângulo de proteger matriz DP exatamente no momento em que o carregador deixar a prensa. Todo o tempo durante um carregamento, o controle de carregador pode enviar, se necessário, uma predição atualizada do tempo estimado para se deixar a prensa para o con- trole de prensa. Diferentemente das prensas mecânicas de hoje em dia, a servoprensa permitirá um grau de adaptação do movimento de prensa mes- mo após o começo do movimento.
Três métodos para sincronização são descritos nas Fig. 2 a 4, um dos quais, a linha C1 da Fig. 4, é similar no resultado a uma sincroniza- ção de uma prensa mecânica, mas os outros métodos são novos e específi- cos para a servoprensa com um movimento bidirecional. Os métodos para sincronização para um carregador atrasado são ilustrados na Figura 2. A Figura 2 mostra quatro perfis de velocidade, C1, C1', C1", C1'" nos eixos de velocidade e tempo de prensa. Todos os quatro perfis passam por um ponto no começo de UC de um estágio de descarregamento, no qual um tempo Tnp começa a rodar. A figura mostra um primeiro perfil C1. Na figura, T3 + T1 + T4 é o tempo necessário pelos robôs para descarregamento e carregamento da prensa. Este tempo começa em UC (assumindo que o descarregador esteja sincronizado de forma ideal com a prensa) e termina em DP (assumindo que a prensa atinja este ponto exatamente quando o robô tiver terminado o carregamento).
Na Figura 2. a curva C1 representa o movimento de prensa ótimo para um dado tempo de descarregamento e carregamento de robô Tnp. Neste movimento, uma desaceleração começa em um ponto D, antes de atingir o ponto UC, onde um descarregamento começa. A partir do ponto D, a prensa desacelera a pleno torque. Ela passa pelo ponto UC, e atinge uma velocidade zerüTio ponto Z1. O movimento continua com o mesmo torque pleno, o qual agora faz com que a prensa reverta, o que nos exemplos nas Fig. 1 a 4 e 8 significa rodar em uma direção anti-horária. No ponto R, o qual foi calculado de modo que DP seja atingido no tempo Tnp = T3 + T1 + T4 após a passagem por UC, o sinal do torque é trocado. A prensa agora desacelera seu movimento de reversão até uma velocidade zero ser atingida por um segundo tempo em um ponto Z2. A prensa então continua com torque pleno até após DP, quando a velocidade plena é atingida e para o estágio de prensagem. Assim, a prensa é sincronizada desta forma como uma escrava de um dispositivo carregador.
A Figura 8 mostra um ciclo de produção de uma prensa com reversão e, em termos de rotação angular, e as posições de ciclo de prensa tradicionais de TDC (ponto morto superior) e BDC (ponto morto inferior). A Figura 8 mostra a prensa se movendo em uma direção horária diante de BDC e em direção a TDC. A prensa tem uma velocidade zero e passa pela velocidade zero em Z1. Ao atingir Z1 no diagrama, a prensa então reverte para um ponto mostrado como R, e reverte de novo para uma direção para frente, horária, e passa pela velocidade zero de novo em Z1. A prensa conti- nua acelerando, mais freqüentemente a pleno torque, para passar através de DP na velocidade máxima. Isto pode ser comparado com os mesmos e-ventos nas Figuras 2, 3.
Qual método de sincronização para um carregador atrasado é escolhido depende do momento durante o movimento no qual uma informação sobre o atraso é obtida (veja, também, a Figura 6). Se uma informação for obtida após a passagem pelo ponto R', uma sincronização consistirá em pausar o movimento da prensa no ponto Z2, conforme mostrado pela curva C1' na Figura 2. Este método proporciona um resultado o qual é similar à sincronização da prensa mecânica - a prensa espera antes de ser recomeçada em Z2'. O perfil de movimento da prensa como uma função da posição da prensa não é afetado por este método.
Se uma informação sobre o atraso do carregador estiver disponível mais cedo no ciclo, isto é, após a passagem pelo ponto D, mas antes 15 da passagem pelo ponto R, uma sincronização vantajosamente é obtida pela mudança de posição do ponto R. Pela reversão por um ângulo maior, conforme ilustrado pela curva C1" na Figura 2, não apenas é obtido um tempo Tnp = T3 + T1 + T4 mais longo, mas a velocidade em DP" também é aumentada. Isto resulta em uma diminuição no tempo de ciclo, se comparado com o caso em que a prensa teria esperado em Z2 para a obtenção do mesmo Tnp-
Se uma informação sobre o atraso do carregador estiver disponível ainda mais cedo no ciclo, isto é, antes da passagem pelo ponto D, uma sincronização é obtida vantajosamente pela mudança do ponto D em que a desaceleração é começada. Pelo começo da desaceleração mais tarde, e ao mesmo tempo adaptando-se o ponto R, um tempo de ciclo mais curto para um dado Tnp será obtido do que pela mudança do ponto R apenas. Isto é devido ao fato de quando uma desaceleração é começada mais tarde, uma alta velocidade ser mantida por um tempo mais longo, e uma velocidade mais alta é atingida em DP.
A Figura 7 mostra a desaceleração/aceleração de adaptação geral. A Figura 5 mostra a adaptação de desaceleração/aceleração da prensa, dependendo de em qual ponto no tempo uma informação sobre um descarregador atrasado é obtida. Assim, conforme mostrado na Figura 5, as etapas a seguir podem ser realizadas:
60 encontrar antes de D
61 o robô descarregador será atrasado para D, então,
62 regular D atrasado
64 o robô descarregador estará no horário
50a desacelerar o motor de acionamento a partir de D no torque máximo, e
52 regular o torque de motor para reverter a pleno torque e passar através da velocidade zero Z1;
65 encontrar após D antes de R para que
66 o robô carregador esteja atrasado para DP então,
67 reverter por um ângulo maior para R
54 regular o motor para mudar o sinal de torque em R e acelerar para frente a pleno torque e passar através da velocidade zero de novo Z2,
68 encontrar após R para que o robô carregador esteja atrasado para DP então,
70 pausar no ponto Z2, e, então,
56 acelerar o motor de acionamento para a velocidade máxima ou W1, de modo que a prensa esteja na velocidade máxima quando atingir DP.
De modo similar, a Figura 6 resume a adaptação de desaceleração/aceleração da prensa, dependendo de em qual ponto no tempo uma informação sobre um carregador adiantado se tornar conhecida. Assim, conforme mostrado na Figura 6, as etapas a seguir podem ser realizadas:
71 encontrar bem antes de D para que
72 o robô carregador chegará cedo em D então,
72 regular D mais cedo, e
50a desacelerar o motor de acionamento a partir do ponto D em um torque máximo,
52 regular o motor para reverter a pleno torque e passar através da velocidade zero Zi
74 encontrar após D e antes de R para que o robô carregador chegue cedo em DP então,
76 reverter para R por um ângulo menor,
54 regular o motor para mudar o sinal de torque em R e acelerar para frente a pleno torque e passar através da velocidade zero de novo Z2,
56 acelerar o motor de acionamento para a velocidade máxima ou W1, de modo que a prensa atinja DP na velocidade máxima.
A aplicação destes métodos é limitada pelo ângulo de movimento de prensa que está disponível para reversão. Caso a prensa reverta demais, isto pode causar, por exemplo, uma colisão entre a prensa e o descarregador e/ou o carregador próximo do ponto Z2. De modo similar, se, por exemplo, uma desaceleração for começada tarde demais, há um risco de próximo do ponto Z1 a prensa fechar, de modo que uma colisão ocorra.
A Figura 3 proporciona um exemplo de como pontos diferentes D, Z1, R, Z2 e DP podem estar localizados para um caso em que a prensa reverte apenas um ângulo pequeno (veja, também, a Figura 3 abaixo).
Uma sincronização para um carregador adiantado é feita com métodos similares, conforme ilustrado na Figura 4. Contudo, se uma informação sobre um carregador adiantado for obtida apenas após a passagem pelo ponto R, não há uma possibilidade de a prensa adaptar seu movimento, uma vez que após este ponto ela já está acelerando a pleno torque. Se uma informação sobre a precocidade do carregador for conhecida após o começo de uma desaceleração, mas antes do ponto R, uma sincronização será obtida pelo movimento do ponto R mais próximo do ponto Z1, conforme mostrado ela curva C1' na Figura 3. Infelizmente, conforme esta curva mostra, DP é 30 passado a uma velocidade menor, mas o tempo de ciclo perdido em uma aceleração mais longa após DP é mais do que compensado por um ganho no tempo de ciclo, uma vez que DP é atingido muito mais cedo. Se uma informação sobre a precocidade do carregador for conhecida antes do começo da desaceleração, uma sincronização será obtida pelo começo da desaceleração mais cedo, conforme mostrado pela curva C1". De novo, esta desaceleração mais cedo resultará em uma deterioração do tempo de prensa (UC" e DP" são passados a uma velocidade menor), o que é mais do que compensado pelo ganho em Tnp, já que DP é atingido muito mais cedo. Este método proporciona um tempo de ciclo ligeiramente melhorado, se comparado com o caso em que uma informação sobre a precocidade tiver sido conhecida após o começo de uma desaceleração.
A partir do dito acima, é claro que para uma sincronização ótima, uma predição confiável do movimento de robô é essencial. Os inventores recomendam que o controlador de robô seja usado para o cálculo de uma predição (estimativa) para o instante de tempo em que a prensa deve atingir a posição DP, e uma atualização desta estimativa durante o movimento do robô. O método descrito para a predição do instante de tempo em que a prensa deve atingir a posição DP compreende duas partes, conforme mencionado previamente. Uma vez que é importante para o controle da prensa conhecer o instante de tempo requerido já antes do começo de uma desaceleração no final do ciclo de prensa, não é possível confiar em uma estimativa ou predição em tempo real do movimento de robô apenas. De fato, o movimento do robô carregador mais provavelmente não será exatamente conhecido cedo assim no ciclo, uma vez que o robô carregador cedo no ciclo ainda pode estar trabalhando como um robô descarregador para uma outra prensa ou estar sendo sincronizado para o robô descarregador desta prensa. Quer dizer que para parte do ciclo o robô carregador é sincronizado como um escravo para o robô descarregador. Contudo, um movimento deste robô tipicamente será o mesmo em cada ciclo. Portanto, é proposto calcular uma estimativa, uma predição, com base no movimento do robô carregador, durante um número finito ou infinito de ciclos prévios de prensa, e usar esta estimativa para determinar o ponto de começo para uma desaceleração da prensa, e possivelmente também um ponto R do movimento de prensa. Uma vez que o robô carregador não está mais sincronizado com o robô descarre- gador, ele pode ser capaz de prover uma estimativa acurada de seu próprio movimento. Neste momento, o controlador de robô carregador pode prover uma atualização de tempo alvo acurada para um tempo estimado no qual a prensa atingirá DP durante o ciclo presente. Este tempo alvo então pode substituir o tempo alvo calculado com base em ciclos prévios.
Ao invés de robôs para carregamento e descarregamento da prensa, outros tipos de equipamento de carregamento/descarregamento também podem ser usados, tais como mecanismos de transferência especificamente projetados para esta tarefa. Em uma outra modalidade, os cálculos para a predição de quando um carregador/descarregador atingirá um certo ponto podem ser realizados em um dispositivo de controle ou uma outra unidade de controle além de em um controlador de robô.
O método descrito para sincronização de um movimento bidire-cional da prensa com o movimento de alguma outra coisa (um outro dispositivo) pode ser aplicado ao movimento de um robô (descarregador) também. Para descarregamento da prensa são rapidamente quanto possível, é importante que o descarregador entre na prensa não apenas no momento exato em que a prensa cruza a posição UC, mas faça isto a uma velocidade tão alta quanto possível. Pela introdução de um movimento "bidirecional alternativo" para a prensa, um descarregamento será mais rápido do que com o método de sincronização dos dias de hoje. Neste relatório descritivo, as palavras "movimento bidirecional alternativo" são usadas para significarem: ao invés de parar um movimento na metade entre dois pontos para esperar por uma sincronização, permitir uma desaceleração por uma distância mais longa, então, se mover para trás por uma certa distância, e, finalmente, reacele-rar a partir de uma posição mais cedo.
Para casos em que tempo suficiente não está disponível para um movimento bidirecional alternativo, ou uma reversão por algum motivo não é permitida ou possível, os métodos propostos também podem ser adaptados para um movimento unidirecional. Isto foi ilustrado na Figura 4. Para tempos de descarregamento/carregamento curtos, o movimento se torna contínuo, isto é, não há um ponto em que uma velocidade zero é atingida. A Figura 4 mostra os pontos de sincronização nos perfis de velocidade em um ciclo de prensa no qual uma reversão não ocorre, mas no qual um tempo de espera variável pode ocorrer.
Os métodos descritos não estão limitados ao caso em que um torque de motor máximo é constante. O torque usado na desaceleração e na aceleração é vantajosamente igual ao torque máximo o qual o acionamento pode suprir, mas este máximo pode ser uma função de velocidade de motor, de temperatura de motor, de voltagem disponível, temperatura de conversor, limitações impostas por engrenagens, outras restrições mecânicas, etc. O método de sincronização descrito não está limitado a uma prensa com um mecanismo excêntrico. Ele pode ser usado em prensados com um assim denominado mecanismo de acionamento de elo também, sem modificação. Com algumas modificações, o método pode ser usado em uma prensa u-sando um mecanismo de fuso de esferas (tipicamente usando uma operação bidirecional). Com modificações similares, o método pode ser usado em uma servoprensa direta (isto é, não híbrida) usando uma operação bidirecional ou também uma operação bidirecional alternativa.
O método proposto para predição de movimento de robô também pode ser usado para a predição de um movimento de prensa. Uma vez que o movimento de prensa depende de muitos parâmetros (massas de partes diferentes do mecanismo, ajuste de pressão em cilindros de contra-equilíbrio, massa da matriz superior, etc.), os quais são difíceis de se levar em consideração em um controlador de prensa, é proposto analisar on-line o movimento da prensa para dadas regulagens (tais como velocidade de prensagem, posição D em que uma desaceleração é começada, posição R em que o torque é revertido, velocidade máxima da prensa). Com base no movimento obtido durante um número finito ou infinito de ciclos de prensa prévios, as regulagens mencionadas acima podem ser adaptadas, de modo que um tempo de ciclo ótimo e um instante de tempo requeridos para a passgem por DP sejam obtidos.
A Figura 8 mostra um diagrama esquemático para um ciclo de prensa de acordo com um método melhorado para operação de uma prensa mecânica de acordo com uma modalidade da invenção. A figura mostra, neste caso para uma rotação em uma direção horária, a prensa se aproximando do ponto de desaceleração D no ponto 8 imediatamente antes do ponto UC. Uma desaceleração começa e a prensa roda através de UC1 quando o descarregador/carregador entra na prensa para descarregar a parte. A prensa continua a desacelerar no torque máximo e passa através da velocidade zero em Zi e, então, é revertida por um ângulo pequeno a partir de Z1 para R'. No ponto R', a prensa é acelerada a um torque pleno na direção horária para frente, de novo, e passa através de zero por uma segunda vez em Z2', acelerando a partir de Z2' em direção a DP, de modo a passar por DP na velocidade maior possível em direção ao ponto 1. No momento em que a prensa atinge DP, o robô carregador/descarregador que estava carregando uma nova parte deve estar fora da prensa. No estágio de prensagem, em uma prensa mecânica tradicional com um volante, a parte de trabalho da prensagem usualmente ocorre no ou durante o tempo em que a prensa chega à posição BDC. Neste momento, a velocidade de uma prensa tradicional tende a cair, já que a energia é transferida para a peça de trabalho. Contudo, em uma servoprensa híbrida ou direta de acordo com uma modalidade da invenção, o servomotor híbrido ou direto pode ser reacelerado em qualquer tempo selecionado após um impacto, o qual pode ser antes de BDC ser atingido, por exemplo, no ponto dp na Figura 8.
O consumo de potência elétrica do motor de acionamento de uma prensa pode ser melhorado ou suavizado pelo uso de uma frenagem regenerativa. O segundo motor em particular pode ser desacelerado para uma velocidade reduzida ou para uma velocidade zero por meio, em parte, de uma frenagem regenerativa. Por exemplo, uma redução de velocidade de W1 para Wp durante o estágio de prensagem, e uma redução de velocidade após UC no estágio não de prensagem a partir de W1 para zero. Um sistema realizando os métodos de acordo com uma modalidade da invenção pode compreender um meio de recuperação de energia para a recuperação da energia do primeiro ou do segundo motor da prensa ou de uma primeira máquina durante uma desaceleração ou frenagem. Isto pode ser qualquer meio de recuperação, tal como, por exemplo, elétrico, mecânico ou químico. Isto também pode envolver o uso de um ou mais capacitores, baterias, dispositi- vos mecânicos, tais como volantes, molas mecânicas ou dispositivos com- preendendo um reservatório de um fluido compressível. Por exemplo, a e- nergia recuperada a partir do segundo motor pode ser armazenada no volan- te acionado pelo primeiro motor de acionamento. A energia armazenada é reusada principalmente durante um ou mais dos períodos a seguir do ciclo de prensa: aceleração inicial no começo do ciclo de prensa; prensagem; re- aceleração após uma prensagem; aceleração durante uma reversão; reace- leração do volante após uma prensagem.
De uma forma similar, um consumo de potência elétrica do mo- tor de acionamento de uma servoprensa direta pode ser melhorado (ou sua- vizado) pelo uso de uma frenagem regenerativa. A quantidade de energia a ser regenerada (e/ou suavizada) seria maior do que para uma servomáquina híbrida de uma tonelagem de prensa similar. O servomotor em particular po- de ser desacelerado para uma velocidade reduzida ou para uma velocidade zero por meio em parte de uma frenagem regenerativa. Por exemplo, uma redução de velocidade de W1 para Wp durante o estágio de prensagem, e uma redução de velocidade após UC no estágio não de prensagem a partir de W1 para zero. Um sistema realizando os métodos de acordo com uma modalidade da invenção pode compreender um meio de recuperação de energia, tal como qualquer um dos exemplos acima no parágrafo prévio para uma prensa híbrida, para recuperação de energia a partir do servomotor da prensa ou de uma primeira máquina durante uma desaceleração ou uma frenagem.
Em outras modalidades:
- o controle de carregador tipicamente terá uma sincronização também com o descarregador da prensa prévia na linha (não mostrado nas figuras). Um controle de descarregador tipicamente proporcionará sinais de sincronização para o carregador da próxima prensa na linha;
- embora a figura mostre um controle de motor usando um sen- sor de posição no motor, este sensor poderia ser substituído por um algorit- mo de estimativa de posição (controle sem sensor);
- embora tipicamente um sensor rotativo seja usado para a posição da roda excêntrica, alternativamente um sensor linear proporcionando a posição de matriz pode ser usado;
- um controle de prensa pode ser integrado com um controle de motor, possivelmente em um processador único (como parte da unidade de acionamento que consiste em um controle de prensa, um controle de motor e um conversor);
- um controle de prensa pode ser integrado com um controle de descarregamento ou um controle de carregador, equivalente ao controle de um eixo externo em um controlador de robô;
- pode haver um controle de nível mais alto que controle uma linha de prensa completa ou parte dela. Uma comunicação entre os controles mostrados pode passar através do controle de nível mais alto ou através de um barramento;
- o descarregador de uma prensa pode ser a mesma unidade física que o carregador da próxima prensa. Nesse caso, o controle de descarregador para uma prensa pode ser o mesmo hardware que o controle de carregador da próxima prensa. Isto é, o método proposto pode ser aplicado independentemente de um descarregamento e um carregamento serem realizado por um robô único, dois robôs em separado ou mesmo um número maior de robôs. Ao invés de robôs padronizados, também um aparelho de carregamento/descarregamento dedicado pode ser usado.
Um ou mais microprocessadores (ou processadores ou computadores) compreendem uma unidade de processamento central CPU que realizam as etapas dos métodos de acordo com um ou mais aspectos da invenção, conforme descrito, por exemplo, com referência ao fluxograma da Figura 7 ou aos esquemas de fluxo das Figuras 5 e 6. O método ou os métodos são realizados com o auxílio de um ou mais programas de computador, os quais são armazenados pelo menos em parte em uma memória ou em um dispositivo de armazenamento que pode ser lido em computador acessível por um ou mais processadores. É para ser entendido que os pro- gramas de computador para a realização de métodos de acordo com a invenção também podem ser rodados em um ou mais microprocessadores ou computadores industriais de finalidade geral, ao invés de em um ou mais computadores ou processadores especialmente adaptados.
O programa de computador compreende elementos de código de programa de computador ou porções de código de software que fazem com que o computador ou processador realize os métodos usando equações, algoritmos, dados, valores armazenados, cálculos e similares para os métodos previamente descritos, por exemplo, em relação às Figuras 5 a 7, e em relação ao perfil de velocidade das Fig. 2 a 4 e aos métodos descritos em relação às Fig. 5 a 6. O programa de computador pode incluir um ou mais pequenos programas executáveis. Uma parte do programa pode ser armazenada em um processador, conforme acima, mas também em um chip de ROM, RAM, PROM, EPROM ou EEPROM ou um meio de memória simi-lar. Os ou alguns dos programas, em parte ou no todo, também podem ser armazenados localmente (ou centralmente) em ou dentro de um outro meio que pode ser lido em computador adequado, tal como um disco magnético, um CD-ROM ou um disco DVD, um disco rígido, um meio de armazenamento em memória magneto-ótico, em uma memória volátil, em uma memória flash, como um firmware, incluindo um meio de memória removível, ou armazenados em um servidor de dados. O programa também pode ser suprido, em parte, a partir de uma rede de dados, incluindo uma rede pública, tal como a Internet. Os programas de computador descritos também podem ser dispostos em parte como um aplicativo distribuído capaz de rodar em vários computadores diferentes ou sistemas de computador mais ou menos ao mesmo tempo.
Deve ser notado que, embora o dito acima descreva modalidades de exemplo da invenção, há várias variações e modificações as quais podem ser feitas na solução mostrada, sem que se desvie do escopo da presente invenção, conforme definido nas reivindicações em apenso.
Claims (60)
1. Método para operação de uma primeira máquina de uma seção de processo de fabricação disposta para a realização de um ciclo de produção, o referido ciclo de produção compreendendo uma parte de prensagem e uma parte não de prensagem, cuja referida primeira máquina é o-perada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina e cuja referida primeira máquina realiza um processo durante a parte de trabalho do ciclo em uma peça de trabalho a qual é carregada em e/ou descarregada da referida primeira máquina por pelo menos uma referida segunda máquina durante a parte não de trabalho de cada ciclo de processo, caracterizado pela sincronização da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina para desaceleração da referida primeira máquina em um ponto (D), antes do ponto de começo (UC) após o que um descarregamento é permitido e dependente de uma velocidade ou posição da referida segunda máquina.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela sincronização da velocidade da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina e pela aceleração ou desaceleração dela de acordo com um tempo estimado para a referida segunda máquina atingir o ponto de começo (UC) ou o ponto de fim (DP) de um estágio de descarregamento ou de carregamento do ciclo de processo. - 2xx. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela sincronização da velocidade da referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina e pela: - desaceleração da referida primeira máquina em um ponto de começo (D) antes de um tempo estimado no qual a referida primeira máquina deve atingir o começo do estágio de ponto de descarregamento (UC) em direção a uma velocidade zero (Zi)l e - aceleração da referida primeira máquina para atingir o ponto de fim do estágio de carregamento (DP) com a velocidade mais alta possível (W1).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela reversão da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero (Z1) e, subseqüentemente, pela aceleração em uma direção para frente, de modo que a referida primeira máquina esteja funcionando na velocidade mais alta possível (W1) quando atingir o ponto final do estágio de carregamento (DP).
4. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pela reversão da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero (Z1) e, subseqüentemente, pela aceleração da referida primeira máquina na direção para frente, de modo que atinja uma velocidade zero por uma segunda vez (Z2), de modo que a referida primeira máquina esteja funcionando na velocidade mais alta possível (W1) quando atingir o ponto de fim de um estágio de carregamento (DP).
5. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pela reversão da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero (Z1) em um ângulo selecionado (R) e, subseqüentemente, pela mudança da direção e aceleração da referida primeira máquina na direção para frente, de modo que atinja o ponto de fim do estágio de carregamento (DP) se movendo com uma velocidade tão alta quanto possível.
6. Método, de acordo com qualquer reivindicação prévia, caracterizado por quando da detecção que o estágio de carregamento está sendo atrasado, antes do tempo de desaceleração (D) ter começado antes do começo de descarregamento (UC), subseqüentemente, pela mudança de torque positivo para torque negativo e pela aceleração da referida primeira máquina em uma direção para frente, a partir de um ângulo reverso (R', R") (T1P2, P3), de modo que a referida primeira máquina atinja o fim do estágio de carregamento (UC) no tempo mais curto possível (T1).
7. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3 ou 6, caracterizado por quando da detecção que o estágio de carregamento deve estar atrasado, antes do tempo de desaceleração (D) ter começado e antes de a referida primeira máquina ter mudado de torque negativo para positivo para se mover na direção para frente (R)1 ao invés de continuar no torque negativo e reverter por um ângulo maior (R'), (C1") e mudando para um torque positivo em um ponto posterior no tempo do que o planejado, e acelerando subseqüentemente na direção para frente até uma velocidade para frente pleno (W1).
8. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3 ou 6, caracterizado por quando da detecção, após a mudança de direção para a direção para frente (R), que o estágio de carregamento deve estar atrasado, pela manutenção da referida primeira máquina a uma velocidade zero por um período de tempo (Z2-Z1) antes da mudança para um torque positivo e aceleração na direção para frente para uma velocidade para frente plena (W1).
9. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por quando da detecção que o estágio de carregamento deve estar atrasado em um tempo antes do tempo de desaceleração (D) antes de o descarregamento (UC) começar, pelo atraso da mudança no torque e começo de desaceleração para um tempo posterior (D").
10. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por quando da detecção antes do tempo de desaceleração (D) antes do descarregamento (UC) começar que o estágio de carregamento deve estar atrasado, pelo atraso da mudança no torque e começo de desaceleração para um tempo posterior (D") e pela reversão por um ângulo maior e mudança de torque negativo para positivo em um ponto posterior no tempo (R"') do que o planejado antes do acionamento da prensa na direção para frente.
11. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3 ou 10, caracterizado por quando da detecção que o estágio de carregamento pode começar cedo em um tempo após a desaceleração ter começado (D) e antes da referida primeira máquina ter mudado para a direção para frente (R), pela reversão por um ângulo mais estreito e mudando de torque negativo para torque positivo em um ponto mais cedo no tempo (R') do que o planejado, antes do acionamento da prensa na direção para frente.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por quando da detecção que o estágio de carregamento pode começar cedo em um tempo antes do tempo de desaceleração (D) antes de o descarregamen-to (UC) começar, pela reversão por um ângulo ainda mais estreito e pela mudança de torque negativo para torque positivo em um ponto ainda mais 5 cedo no tempo (R') do que o planejado, antes do acionamento da prensa na direção para frente.
13. Método, de acordo com qualquer reivindicação prévia, caracterizado pela reversão da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero (Z1) e mediante uma detecção antes do tempo de desaceleração (D) antes de um descarregamento (UC) começar que o estágio de carregamento deve estar atrasado, pela mudança subseqüentemente de torque negativo para torque positivo em um ponto posterior no tempo (R', R") (Τ1P2, P3) e, assim, acelerando a referida primeira máquina em uma direção para frente, de modo que a prensa atinja o fim do estágio de carregamento (UC) no tempo mais curto possível (T1', T1").
14. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela(o): - estimativa de um tempo no qual a referida segunda máquina deve atingir o começo do estágio de ponto de descarregamento (UC), - cálculo a partir da estimativa de um tempo no qual a referida primeira máquina deve atingir o ponto de fim do estágio de carregamento (DP).
15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo cálculo de um ponto (R) no qual um torque de acionamento é mudado de negativo máximo para um positivo máximo, de modo que o ponto de fim do estágio de carregamento (DP) seja atingido em um instante de tempo desejado com uma velocidade tão alta quanto possível.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o instante de tempo desejado ser calculado com base na posição real e/ou na velocidade da referida segunda máquina.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de dados descrevendo o movimento da referida segunda máquina coletados durante um número finito ou infinito de ciclos prévios serem usados em adição para o cálculo do instante de tempo desejado.
18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o cálculo do ponto R usar dados que descrevem o movimento da referida primeira máquina durante um número finito ou infinito de ciclos prévios.
19. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o cálculo do ponto R ser restrito pelo fato de o movimento da primeira máquina não dever interferir com o movimento da referida segunda máquina.
20. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a velocidade da referida primeira máquina no ponto R ser negativa.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de entre o ponto de mudança de direção (R) e o ponto de fim do ponto de estágio de carregamento (DP) um movimento de prensa ser pausado, quando passando pela velocidade zero (Z) (no caso de neste ponto ou imediatamente antes ser detectado que a referida máquina 2 está atrasada com respeito ao que era esperado quando do cálculo do ponto R).
22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de valores possíveis para o ponto R serem limitados de modo que o ponto de velocidade zero (Z2) após R não caia fora de uma faixa limitada de posições determinadas, de modo a (se evitar uma colisão entre a máquina 1 e a máquina 2).
23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo cálculo de um ponto (D) no qual uma desaceleração da referida primeira máquina é para ser começada, de modo que a velocidade da referida primeira máquina no começo da fase de descarregamento (UC) e no fim da fase de carregamento (DP) seja tão alta quanto possível, e que o fim do ponto de fase de carregamento (DP) seja atingido no momento em que um carregamento for completado.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o instante de tempo desejado ser calculado com base na posição e/ou na velocidade real da referida segunda máquina.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de dados descrevendo o movimento da referida segunda máquina coletados durante um número finito ou infinito de ciclos prévios serem usados em adição, para o cálculo do instante de tempo desejado.
26. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o cálculo do começo de ponto de desaceleração (D) usar dados descrevendo o movimento da referida primeira máquina durante um número finito ou infinito de ciclos prévios.
27. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o cálculo do começo de ponto de desaceleração (D) ser restrito pelo fato de o movimento da primeira máquina não dever interferir com o movimento da referida segunda máquina ou outra.
28. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela: - atualização de uma estimativa prévia para o tempo para se a-tingir o ponto de fim do estágio de carregamento (DP) em um ciclo, com base no tempo real que foi gasto para se atingir UC.
29. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 13, caracterizado pela: - operação da referida primeira máquina em uma direção para frente ou reversa durante uma parte não de prensagem do referido ciclo de processo entre a prensagem e o estágio de ponto de descarregamento (UC) a uma velocidade (W1) maior do que a velocidade de prensagem (Wp).
30. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela: - operação da referida primeira máquina em uma direção para frente ou reversa durante a parte não de prensagem do referido ciclo de processo no qual um carregamento/descarregamento ocorre, e - otimização da velocidade da referida primeira máquina, de modo que a referida primeira máquina atinja uma velocidade (W1) no ponto de fim (DP) da parte de carregamento do ciclo de processo, a qual é maior do que a velocidade durante a parte de trabalho (Wp) do ciclo de processo.
31. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 13, caracterizado pela operação da referida primeira máquina em qualquer uma dentre uma direção para frente ou reversa, durante a parte do referido ciclo de processo na qual um carregamento/descarregamento ocorre e pela otimização da velocidade da referida primeira máquina de modo que a referida primeira máquina obtenha o tempo mais curto possível (Tnp = T3 + T1 + T4) para a parte de carregamento/descarregamento do ciclo de processo.
32. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 13, caracterizado pela operação da referida primeira máquina e pela otimização da velocidade da referida primeira máquina, de modo que a referida primeira máquina obtenha a velocidade mais alta possível no começo do descarregamento (UC) da parte não de prensagem do ciclo de processo, enquanto ao mesmo tempo se minimiza a diferença de tempo (T4) entre a saída do carregador da prensa e o ponto de fim do estágio de carregamento (DP).
33. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 13, caracterizado pela operação da referida primeira máquina e pela otimização da velocidade da referida primeira máquina, de modo que a referida primeira máquina obtenha a velocidade mais alta possível no começo do descarregamento (UC) da parte não de prensagem do ciclo de processo, enquanto atinge uma velocidade máxima no ponto de fim do estágio de carregamento (DP).
34. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de qualquer uma dentre a referida primeira máquina ou pelo menos uma referida segunda máquina poder ser revertida durante a parte de carregamento/descarregamento do ciclo.
35. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela determinação de um ponto no tempo ou ângulo de reversão (R) ou velocidade na qual se muda o sinal de torque de um movimento para frente ou um movimento reverso da referida segunda máquina.
36. Método, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pela determinação de um ponto no tempo no qual se começa a reduzir a velocidade de um movimento para frente da referida segunda máquina em direção a zero.
37. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a referida primeira máquina ser uma prensa mecânica que realiza uma operação de prensagem na peça de trabalho durante a parte de trabalho ou de prensagem do ciclo de processo.
38. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a referida segunda máquina ser um carregador e/ou descarregador robô carregando a peça de trabalho para e/ou para fora da referida primeira máquina, durante a parte de carregamento/descarregamento, a parte não de prensagem do ciclo de processo.
39. Sistema que compreende uma seção de processo de fabricação e uma primeira máquina da seção de processo de fabricação, disposto para a realização de um ciclo de produção compreendendo uma parte de trabalho e uma parte não de trabalho, cuja referida primeira máquina é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina e cuja referida primeira máquina realiza um processo durante a parte de trabalho do ciclo em uma peça de trabalho a qual é carregada em e/ou descarregada da referida primeira máquina por pelo menos uma referida segunda máquina durante a parte não de trabalho de cada ciclo de processo, caracterizado pelo fato de o referido sistema ainda compreender pelo menos um dispositivo de controle disposto para controle da referida primeira máquina para desaceleração da referida primeira máquina a partir de um ponto (D), antes do ponto de começo (UC) após o que um descarregamento é permitido e dependente de uma velocidade ou posição da referida segunda máquina, desse modo se sincronizando a referida primeira máquina com a referida segunda máquina pelo controle da velocidade da referida primeira máquina.
40. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um meio para desaceleração da referida primeira máquina a partir de um ponto (D) antes de um tempo estimado no qual a referida primeira máquina deve atingir o começo do estágio de ponto de descarregamento (UC) em direção à velocidade zero (Z1), e - pela aceleração da referida primeira máquina após atingir uma velocidade zero para atingir o ponto de fim do estágio de carregamento (DP) com a velocidade mais alta possível (W1).
41. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um meio de sensor para a determinação de uma posição de pelo menos uma referida segunda máquina.
42. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um hardware e/ou um software para a estimativa de um tempo no qual a referida segunda máquina deve chegar ao começo do estágio de ponto de descarregamento (UC) para descarregamento da referida primeira máquina.
43. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um aparelho para a estimativa de um tempo no qual a referida segunda máquina chegará ao ponto de fim do estágio de carregamento (DP).
44. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um meio para mudança da velocidade e/ou direção de pelo menos um motor de acionamento da referida primeira máquina.
45. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um meio para mudança da magnitude e/ou do sinal de torque de pelo menos um motor de acionamento da referida primeira máquina.
46. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos uma referida primeira máquina é uma prensa mecânica que compreende pelo menos um motor de acionamento elétrico, um meio de controle de acionamento para controle do motor, um êmbolo, um volante, uma embreagem e um membro para tradução de movimento rotativo do referido volante em uma primeira direção de rotação em um movimento linear do referido êmbolo disposto para ser abaixado e elevado ao longo de um percurso linear para operação da referida prensa para realização de um ciclo de produção de prensa incluindo uma parte de prensagem e uma ou mais partes não de prensagem do referido ciclo.
47. Sistema, de acordo com a reivindicação 46, onde a prensa mecânica compreende um segundo motor de acionamento ou atuador disposto conectado ao referido êmbolo e pela provisão de uma saída de controle para um meio de controle de acionamento do referido segundo motor de acionamento, de modo que anel de vedação elemento do referido segundo motor de acionamento seja variada durante pelo menos uma parte de um referido ciclo de produção de prensa.
48. Sistema, de acordo com a reivindicação 46 ou 47, onde a prensa mecânica é disposta com um aparelho para tradução de movimento rotativo de pelo menos um motor de acionamento em um movimento linear de um êmbolo da prensa e compreende qualquer tipo de transmissão a partir do grupo de: manivela, cotovelo, elo, came, fuso, fuso de esferas, mecanismo do tipo de cremalheira.
49. Sistema, de acordo com a reivindicação 39 ou 46 ou 48, onde a referida primeira máquina é uma prensa mecânica disposta com um único servomotor elétrico.
50. Sistema, de acordo com a reivindicação 46 ou 48, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um meio de sensor de posição para a determinação de um ângulo de rotação de manivela da prensa e/ou uma posição do referido êmbolo entre TDC e BDC.
51. Sistema, de acordo com a reivindicação 39 ou 48, onde a referida segunda máquina é um carregador e/ou descarregador robô carregando a peça de trabalho para e/ou para fora da primeira máquina durante a parte de carregamento/descarregamento do ciclo de processo.
52. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde uma referida segunda máquina é um dispositivo carregador e/ou descarregador.
53. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde uma referida segunda máquina é um dispositivo de transferência.
54. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde qualquer uma dentre referida primeira máquina ou pelo menos uma referida segunda máquina pode ser revertida durante a parte de carregamento e/ou de des-carregamento do ciclo.
55. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos um referido dispositivo de controle compreende um hardware e/ou software para a determinação de um ponto no tempo ou ângulo de reversão (R) ou velocidade na qual mudar a velocidade de um movimento para frente ou de um movimento reverso da referida segunda máquina pela mudança do sinal do torque.
56. Sistema, de acordo com a reivindicação 39, onde pelo menos uma unidade de controle compreende um ou mais programas de computador para controle da velocidade ou do torque de pelo menos um motor de acionamento da prensa mecânica.
57. Programa de computador, que compreende um meio de có-digo de computador e/ou porções de código de software para se fazer com que um computador ou processador realize um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 38.
58. Meio que pode ser lido em computador que compreende o programa de computador de acordo com a reivindicação 57 gravado nele.
59. Uso de um sistema de acordo com as reivindicações 39 a 56 para a realização de uma configuração ou de uma operação de regulagem de produção de qualquer uma a partir da lista de: estampagem, estampagem a quente, prensagem, embutimento profundo, corte, puncionamento.
60. Método de operação de uma linha de prensa, que compreende pelo menos uma prensa mecânica com pelo menos um motor de acionamento elétrico, um êmbolo, um meio mecânico para operação da referida prensa, e um outro dispositivo, a referida seção de processo sendo disposta para a realização de um ciclo de produção, o referido ciclo de produção compreendendo uma parte de prensagem e uma parte não de prensagem, cuja referida prensa mecânica é operada em conjunto com pelo menos uma segunda máquina e cuja referida prensa mecânica realiza um processo durante a parte de trabalho do ciclo em uma peça de trabalho, a qual é carre- gada para e/ou descarregada da referida prensa mecânica por pelo menos uma referida segunda máquina durante a parte não de trabalho de cada ciclo de processo, caracterizado pelo fato de a referida prensa ser disposta de modo que a velocidade de pelo menos um referido motor de acionamento elétrico possa ser variada durante pelo menos uma parte de prensagem ou não de prensagem de um ciclo de prensa e pelo controle do referido motor um movimento da referida prensa pode ser sincronizado para um movimento ou uma posição de pelo menos um referido outro dispositivo na referida linha de prensa.
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