CN101454733B - 用于操作循环生产机械与装载或卸载机械协同工作的改进方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于操作循环生产机械与装载或卸载机械协同工作的改进方法和系统。该方法用于使设置用于实施包括工作阶段和非工作阶段的生产循环的制造加工部分的第一机械同步，其中所述第一机械与至少一部第二机械协同操作。第一机械在生产循环的工作阶段期间对工件进行加工，该工件由所述至少一部第二机械在每个生产循环的非工作阶段期间装载到所述第一机械中和/或从所述第一机械卸载出。第一机械优选地是机械压力机，第二机械优选地是设置用于完成装载机和/或卸载机功能的工业机器人。还描述了一种用于实现该方法的系统和一种计算机程序。

Description

用于操作循环生产机械与装载或卸载机械协同工作的改进方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于使制造加工部分的第一机械和用于装载和/或卸载第一机械的至少一个第二机械同步的改进方法。具体而言，本发明公开了一种加工部分，在该加工部分中第一机械包括用于将来自坯料的金属部件压制、冲压或冲孔这种类型的机械压力机。压力机由至少一个电机驱动，第二机械是装载或卸载机械，例如工业机器人。 
背景技术
机械压力机例如连杆式压力机、曲柄压力机或偏心压力机通常被用于生产从钢坯冲压或压制出的汽车部件。目前大型的机械压力机绝大多数都由飞轮驱动。飞轮的功能是存储必要的能量以完成压制操作。相对低功率的电机驱动飞轮，使得在压制操作开始之前飞轮以压制即将开始的速度旋转。“直接驱动”或机械伺服类型的机械伺服压力机驱动器使用相对高功率的伺服电机的功率来提供用于压制的能量。伺服压力机的另一种类型是“混合驱动”型，或叫混合动力压力机。在这种设计中飞轮仍然提供用于压制的必要能量，但是用于压制动作的动力部分地由附加的伺服电机提供，通常混合动力压力机中的电机要小于直接伺服机械压力机中的电机。 
US 4653311描述了一种传统类型的压力机，该压力机与第二机械协作使用，用于传输机构的传输机构根据第一机械的位置，即，偏心装置的角位置(或曲柄转角)来控制。GB 1179447描述了一种动力压力机加速控制系统，其中，对处于压力机生产线上的多个压力机进行控制，以与第一压力机相同的恒定操作速度运行。EP 1615090描述了对机械特别是压力机生产线系统基本上以不变的速度操作进行同步控制，其中，装载/卸载(第二机械)的速度可以改变，并且压力机可以停止以使装载装置能够补偿延迟。EP 1279447描述了一种冲压机，其具有在HH1的冲压机循环中用于开始打开的固定点，以及在HH2中恰在冲压机关闭时的固定点。压力机的伺服电机的加速是恒定的。US 6242877描述了一种方法和图形接口，操作者利用该图形接口能够选择或设计一种或多种与机械，诸如热成形机械中的多于一个驱动器未连接的速度曲线。这使得能够根据所选定的速度曲线对在成形过程中的分离的驱动器进行控制，使得机械或工件在选定的时间到达过程中的选定点。 
在用于汽车工业的大型压制生产线上，经常使用机器人将部件从一个压力机移动到下一个压力机。为了最优的生产率，每个卸载机器人的动作都与压力机的动作同步，装载机器人的动作与卸载同一部压力机的机器人的动作同步。但是压力机自身的动作通常都无法控制。只有压力机操作的起始时刻能够被选择为与装载机器人的 动作相关。 
如本文中所描述的压力机的生产循环包括压制阶段和非压制阶段。冲压、压制、冲孔、成型等在压制阶段完成。在压制阶段后，非压制阶段包括在压力机已开始打开之后的第一时间，在第一时间内工具或机器人可以伸入压力机并卸载已被成型或压制的工件。在这之后和在压力机关闭之前，机器人或其它设备将新的工件放入压力机内为下一次压制/成型操作做好准备。压力机和机器人同步的常规类型的目的通常是： 
在部件或坯料的装载期间不早于机器人已经经过其动作的某确定位置之前，主要是在装载机器人已经从压力机上的移动部件之间收回的时刻，压力机应该到达其动作的某确定位置(称为“模具保护”，DP)。未能及时完成就意味着将有冲突发生，造成对压力机模具和/或机器人工具的损害。 
在机器人已经经过其动作的上述确定位置之后，压力机应该尽快经过DP位置。未能完成就意味着时间的损失，也就是降低的生产率。 
目前的同步机构都是基于以下假设：在每一次压制循环开始时压力机都静止固定在明确限定的位置上，并且压力机随后将沿无法被改变的预定的运动曲线移动。这些操作条件是由压力机驱动器的机械结构直接决定的，其中，该压力机驱动器由飞轮、离合器和制动器构成。与此形成对比的是，“直接驱动”或“混合动力驱动”类型的伺服压力机驱动器具有完全不同的约束条件。 
例如，伺服压力机可以设有驱动器，该驱动器的峰值功大约为在目前的压力机中驱动飞轮的电机的峰值功率的10倍。这样的伺服电机允许压力机从静止非常快地加速到高速。因此压力机能够基本像传统的飞轮-离合器-制动器组合那样被启动和停止，并且和机器人的同步会和现有方案非常类似。但是，由于如此高的峰值功率是由无法接受的高速驱动器和安装成本带来的，因此人们可以用装有峰值功率大大降低的伺服驱动器的压力机来代替。例如，直接驱动电 机或辅助电机的峰值功率可以被设置为处于传统飞轮电机峰值功率的1到4倍之间。这种方法的缺点是压力机从静止到最大速度的加速要用1-1.5秒，这比使用离合器加速要慢得多，并因此占用了生产循环(通常整个生产循环大约为5秒)中的一大部分。 
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，所述生产循环包括压制阶段和非压制阶段，其中所述第一机械和至少一部第二机械协同操作并且其中所述第一机械在生产循环的工作阶段期间在由所述至少一部第二机械在每个生产循环的非工作阶段期间装入所述第一机械和/或从所述第一机械卸出的工件上完成加工，通过控制所述第一机械的速度以在卸载阶段的起点之前的某点减速所述第一机械并根据所述第二机械的速度或位置来使所述第一机械同步于所述第二机械，在所述起点之后卸载即被允许。 
根据本发明的一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械通过控制所述第一机械的速度并根据对所述第二机械到达生产循环的卸载或装载阶段的起点或终点的估算时间加速或减速所述第一机械以使所述第一机械的速度同步于所述第二机械而协同操作。 
根据本发明的一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械通过控制所述第一机械的速度并通过在所述第一机械应该到达卸载点阶段开始的估算时间之前的起点朝着零速度减速所述第一机械和加速所述第一机械以在最高可能速度下到达装载阶段的终点来使所述第一机械的速度同步于所述第二机械而协同操作。 
根据本发明的另一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产 循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，所述生产循环包括压制阶段和非压制阶段，其中所述第一机械和至少一部第二机械协同操作并且其中所述第一机械在生产循环的工作阶段期间在由所述至少一部第二机械在每个生产循环的非工作阶段期间装入所述第一机械和/或从所述第一机械卸出的工件上完成加工，并通过在达到零速度后反转所述第一机械和随后沿前向加速以使所述第一机械在其到达装载阶段的终点时在可能高于正常冲压速度的最高可能速度下运行来同步。 
根据本发明的一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械协同操作并通过在达到零速度后反转所述第一机械和随后沿前向加速所述第一机械以使其第二次达到零速度从而使所述第一机械在其到达装载阶段的终点时在最高可能速度下运行来同步。 
根据本发明的另一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械协同操作，并通过在检测到装载阶段被延迟时，在已在卸载开始前开始的减速时间之前，通过连续地从正转矩变为负转矩并沿前向从增加的反向角加速所述第一机械以使所述第一机械在最短可能时间内到达装载阶段的终点来同步。 
根据本发明的另一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械协同操作，并通过估算所述第二机械应该到达卸载点阶段起点(UC)的时间，然后根据该估算值算出所述第一机械应该到达装载阶段终点(DP)的时间来同步。 
根据本发明的另一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械协同操作，并通过计算所述第一机械的减速将要开始的时刻，以使得所述第一机械在卸载阶段起点和在装载阶段终点的速度都尽可能高，并使得装载阶段的终点在装载完成的时刻到达来同步。
根据本发明的一个实施例，提供了对用于操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法的一种改进，其中所述第一机械和至少一部第二机械通过控制所述第一机械的速度使所述第一机械的速度同步于所述第二机械而协同操作，其中在之前的有限次或无限次生产循环期间收集的描述所述第二机械动作的数据被结合使用，以计算所需的时刻。 
根据本发明的一个实施例，至少一部所述第一机械是机械压力机，其包括至少一个驱动电机；用于控制电机、柱塞、飞轮、离合器的驱动控制装置；和用于将所述飞轮沿第一旋转方向的旋转动作转换为所述柱塞的线性动作的构件，所述柱塞被设置为沿线性路径降低和升高，用于操作所述压力机来实施一个压力机生产循环，包括压制阶段和所述循环的一个或多个非压制阶段。 
根据本发明的一个实施例，机械压力机包括第二驱动电机或设置为连接至所述柱塞的致动器，并通过向所述第二驱动电机的驱动控制装置提供控制输出，使得所述第二驱动电机的速度在所述压力机生产循环的至少一个阶段期间是变化的。 
本发明包括适应压力机动作的方法以使压力机和卸载和/或装载机器人的动作同步，得到最优的循环次数。所提出的方法包括根据估算的同步时间点改变压力机动作中的设定点。本发明还提供了一种用于在操作中自动优化冲压生产线的方法。另外，所提出的方法被描述为也可以被用于使卸载机器人和压力机同步。为了优化冲压生产线和/或伺服冲压生产线的生产率，压力机的动作应该和装载设备的动作同步，反之亦然。特别是对于反转(“交替的双向”)动作，这需要一种对同步的新概念，与已经被用于机械压力机的同步概念不同。一条冲压生产线包括多台压力机，通常设置用于完成一系列操作。在本说明书中，术语“冲压生产线”还可以包括单部压力机和机械化的装载机和/或卸载机。 
 为了控制的目的，本发明将生产(冲压)循环描述为包括两个阶段：压制阶段和非压制阶段。在非压制阶段内压力机被称为“打开”。在非压制阶段期间压力机被充分打开用于装载机/卸载机进入压力机以供装载和/或卸载。循环的打开部分被循环内的两点限定。第一点在这里被称为UC点(卸载凸轮)，卸载机能够进入压力机而不会发生任何碰撞的循环内的最早点。第二点是DP点(模具保护)，该点之后装载机必须离开压力机以避免碰撞。根据本发明的一个方面，DP不被作为循环内的固定点处理。当压力机移动缓慢时(例如刹车时)，由于DP被选择为使得当在DP开始紧急刹车时，不会碰到压力机内的装载机或卸载机，因此与移动快速时相比压力机被允 
许进一步向下移动。由于高速时刹车需要更长的刹车距离，因此DP在高速时比在低速时更高(在循环内更早)。 
根据本发明，用于机械压力机的伺服驱动(直接/完全和混合动力)系统在压力机和机器人的同步方面引入了两个新条件，这些条件包括： 
压力机应该以尽可能快的速度在其关闭时通过DP点。由于DP后的速度影响循环时间，所以压力机在该点之前应该被尽可能的加速。注意：由于此时压力机基本上在等候机器人，因此在DP前循环时间取决于机器人的速度；和 
压力机应该以尽可能快的速度在其打开时通过UC点。 
第二个条件可能需要一些进一步的解释。UC点，此处UC代表卸载凸轮，是在压力机打开足够大以供卸载机器人进入压力机的压力机动作中的点。此处在(顺时针的)前向循环中的UC点被示为在冲压之后并且在此情况下在TDC之前一定角度。从控制点的角度看，UC是卸载阶段开始时刻的点。 
传统上，该点附近的压力机动作与压力机和装载机在DP点附近的同步无论如何都没有关系。但是根据本文中介绍的伺服概念，并且特别是在使用例如2006-06-06提交的申请号为EP 06011673.8的EP申请中描述的“交替双向动作”时，且因此其内容通过该引用被全部并入本说明书，压力机可能在UC和DP之间永远不会完全停止。发明人已经确定最优的压力机动作对于给定的电机尺寸，压力机，等等可能在某些情况下需要在到达UC点之前开始全转矩减速，并且在达到零速度时，也使用全转矩反转压力机转过一定角度，然后，没有暂停，以全转矩重新加速压力机直到通过DP之后为止。 
通常主要优点是缩短了生产循环时间。在多于一部压力机在相同或相关生产过程内工作，或者是多部压力机生产线中的一部压力机的生产设置中，本发明的同步方法通过在该过程或压力机生产线内适应性地控制每部压力机和进料器或传动机构/卸载机例如装载/卸载机器人的动作，提供了用于优化压力机生产线的更好机会。 
例如，部分由于直接伺服或混合动力伺服压力机改善的可控性，整个加工部分的生产线协调可以通过使用设置为实现根据本发明实施例方法的单个控制器控制这样的生产线进行改进。协调和优化可以通过在打开/关闭压力机期间适应速度(例如在循环的冲压/压制阶段保持所需的速度和能量输出)而被部分实现，导致循环时间可以根据一些参数而被缩短，例如以下参数：下游加工的状态；或上游加工的状态或其它因素例如整体功耗；减低能耗；在压力机生产线内平滑功耗峰值。 
所公开方法的一个方面是在同步点例如所使用的UC和DP处对压力机到达估算时间的改进预测。该估算也是适应性的，并可以在实际到达同步点之前更新。通过电机控制函数生成改进的估算时间。由于直接伺服或混合动力伺服压力机的控制是利用电机控制变频器和利用电机控制压力机动作，因此压力机控制器能够计算和预测压力机将要经过卸载凸轮角度的准确时间。由于压力机速度是通过直接伺服或混合动力伺服电机控制的，因此该预测能够比传统预测(基于对例如带有偏心轮的传统机械压力机匀速操作的假设)更为精确。压力机控制将其要到达UC的时刻的估算值传递至卸载机控制器，一旦压力机动作在UC或UC之后允许，卸载机控制器就将控制卸载机器人立刻进入压力机。当压力机移动到离卸载凸轮角度更近的时候，压力机控制能够(如果需要)将到达UC时间的更新预测值发送至卸载控制器。卸载机控制随即将它已算出的装载机离开压力机的估算时间的时刻依次通知压力机控制。然后压力机控制决定何时启动，恢复，或改变压力机动作的速度以及如何控制压力机速度以使压力机恰好在装载机离开压力机的时刻经过模具保护角度DP。装载时的全部时间内，装载机控制都能够发出，如果需要，和更新预测值。 
作为该同步方法的结果，将有可能实现比目前的系统更好的同步，导致循环时间的缩短。甚至有可能增加模具保护角度，这将导致时间的进一步缩短。 
由于在压力机控制和对应的卸载机/装载机控制之间通信的只有时刻信息，因此在这些控制器之间所需的通信带宽很低。在压力机控制是独立单元，也就是说，没有和卸载机或装载机控制集成在一起的情况下这是一个优点。 
本发明的另一个优点是它可应用于各种条件。例如所提出的方法不受限于最大电机转矩是常数的情况。减速和加速过程中使用的转矩有利地等于驱动器所能提供的最大转矩，但是该最大值可以是电机速度，电机温度，转换器温度，由齿轮施加的限制，其它机械约束等的函数。 
所提出同步方法的另一个优点是不受限于带有偏心轮机构的机械压力机。它也可以被用于带有所谓的连杆传动机械的压力机而无需修改。通过一些修改，该方法也可以用于使用滚珠螺杆机构(通常使用双向操作)的机械压力机上。另外，该方法既可以被用于混合动力型的伺服压力机(其中在冲压时使用离合器和飞轮提供作用力)也可以被用于直接型的伺服压力机(其中不存在离合器)。 
尽管该方法被介绍用于压力机在每个循环内都沿相同方向移动的情况，但是通过一些修改该方法也可以被用于其中每个循环都沿不同方向交替进行(双向动作)的压力机上。 
所提出的用于预测机器人动作的方法也可以被用于预测压力机动作。由于压力机动作取决于很多参数(机构不同部分的质量，配装汽缸内压力的调节，上模的质量等)，这些参数很难在压力机控制器中加以考虑，因此提出对于给定的设置(例如冲压速度，在卸载阶段开始时或之前的减速起始位置，转矩反向时的位置或时间或速度，最大冲压速度)在线分析压力机的动作。基于在之前的有限次或无限次压力机循环期间获得的动作，上述设置能够被修改以获得最优的循环时间和用于通过DP的时刻。 
该方法为冲压生产线提供了最高可能生产率。在一个生产程序中例如在通过传送装置或其它自动装置将坯料装入压力机和/或从压力机卸载冲压部件时，和其它机械相关联的动作可以被优化。在生 产程序中这样的其它机械可能是一个或多个机器人。控制压力机和通过自动进料器，其它进料器，输送装置，机器人装载机/卸载机，等等进行的进料控制同步，提供了进料器/装载机动作和压力机动作同步的优点，提供了缩短的整个生产加工循环时间而不会影响冲压质量。一条包括多部压力机的冲压生产线，通常设置用于完成一系列操作。在本说明书中术语冲压生产线也可以包括单部压力机和机械式装载机和/或卸载机。 
在本发明的方法的优选实施例中，该方法可以通过包括一个或多个微处理器单元的计算装置或计算机实现。一个或多个控制单元包括存储装置或用于保存一个或多个计算机程序来执行改进方法以控制机械压力机操作的记忆存储装置。优选地这样的计算机程序包括用于使处理器执行如上所述和下面更详细介绍的方法的指令。在另一个实施例中，计算机程序在计算机可读数据载体例如DVD上提供或存储在计算机可读存储装置内。 
附图说明
下面特别参照附图来描述仅以示例性方式给出的本发明的实施方式，在附图中： 
图1是根据本发明的一种实施方式示出了生产循环的示意图，其中非压制阶段被分为与压力机和第二机械的同步有关的三个时间段； 
图2是根据本发明的一种实施方式示出了用于一个压制循环的速度-时间曲线的示意图，在曲线上示出了与压力机和用作可能延迟的装载机的第二机械的同步有关的同步点； 
图3是根据本发明的另一种实施方式示出了在压力机的反向动作被限定为小角度的情况下的速度-时间曲线的示意图； 
图4是根据本发明的一种实施方式在关于其中没有发生反向的压制循环的速度曲线上示出了同步点的一个示意性的压制循环； 
具体实施方式
如本文中所描述的压力机和装载机器人或其他的装载机械的同步包括两个部分。第一部分涉及获得对装载机器人要经过同步点时的时刻的预测。第二部分由用于适应压力机动作以获得最优同步的方法构成。 
同步可以用将压力机循环分为以下四个部分的方式进行说明，如图1所示。图中示出了压制循环的速度/时间图。该图表明，从图的左侧开始压力机就在可为最大速度的速度W下运行。在D处或D之后，UC(卸载凸轮，用于卸载的最早点)之前的点，压力机可以开始减速。在UC之后，非压制阶段开始。图1示出了在非压制阶段期间有T3，T1和T4三段，其中： 
T3是压力机通过UC位置的时刻和卸载机进入压力机的时刻之间的时间； 
T1是卸载机和装载机位于压力机内的时间； 
T4是在压力机通过DP位置之前，装载机位于压力机外的时间。 
其次，在压制阶段T2期间： 
T2是压力机被关闭的时间，这包括关闭、压制(循环的工作部分)和打开；这是在经过DP和经过UC之间的总时间。决定生产率的总循环时间是T1+T2+T3+T4。 
卸载机和压力机同步的目的是为了使T3最小化，也就是使T3接近于零或等于零。卸载机和压力机同步的另一个目的也是为了确保卸载机尽快地进入压力机，以使T1的卸载机相关部分最小化。装载机和卸载机同步的目的也是为了使T1最小化。 
压力机和装载机同步的目的会涉及多于一个时间段。首先，同步应该使T4最小化。当T4等于零时，这表明压力机恰好在装载机离开压力机时经过DP(尽管可以包括一定的安全余量)。其次，同步的目的在于使整个压制阶段的时间T2最小化。这通过确保压力机在DP的速度和压力机在UC的速度都尽可能高来实现。在稳态时，发现在UC的速度和在DP的速度可以近似相等时T2为最优。 
在卸载/装载设备非常快速，或伺服驱动非常强劲，或DP和UC之间的角距离非常大的情况下，UC和DP处的速度可以和压力机的最大速度相等。在这种情况下，压力机可以在UC之后开始加速，并且重新加速将在DP处或DP之前完成。在这种情况下，可以在小于最大转矩时操作驱动器(在UC和DP之间)，而不会恶化循环时间。这将适合于降低驱动器内的能量损失。 
但是，通常这三个条件不能同时满足。在此情况下，通过在减速期间，尽可能在转向期间，以及在重新加速期间以最大转矩操作电机来获得最短可能的循环时间。在这种情况下，减速将在到达UC之前在D点处开始，而重新加速即使在经过点DP之后仍将继续。 
(在附图标记被加入附图之后，在此添加附图标记) 
由于直接伺服或混合动力伺服压力机的控制是利用电机控制，例如变频机和电机控制压力机的运动。因此压力机控制器能够计算和预测压力机要经过卸载凸轮角度的精确时刻。由于控制了压力机速度，因此该预测能够比传统预测(基于对带有例如偏心轮的机械压力机匀速操作的假设)更为精确。压力机控制器将其要到达UC的时刻的估算值传递至卸载机控制器，一旦压力机动作在UC处或UC之后被允许，卸载机控制器就将控制卸载机器人立刻进入压力机。当压力机移动到离卸载凸轮角度更近的时候，压力机控制器能够(如果需要)将到达UC时间的更新预测值发送至卸载机控制器。 
装载机控制器随即又将它算出的离开压力机的估算时间的时刻通知压力机控制器。然后压力机控制器决定何时启动或恢复压力机动作以及如何控制压力机速度，使得压力机恰好在装载机离开压力机的时刻经过模具保护角度DP。在装载时的全部时间内，装载机控制器都能够发出，如果需要，和更新离开压力机的估算时间的更新预测值给压力机控制器。与目前的机械压力机不同，伺服压力机即使在开始动作后也将允许压力机动作的一定角度的调节。 
在图2-4中描述了三种用于同步的方法，其中一种，图4中的C1线，与机械压力机同步的结果类似，但是其他方法是新的并特别 针对具有双向动作的伺服压力机。图2中示出了用于同步延迟的装载机的方法。图2在压力机速度和时间的坐标轴上示出了四条速度曲线C1，C1′，C1″，C1″′。四条曲线都在卸载阶段起始处通过UC点，在此时间Tnp开始运行。图中示出了第一曲线C1。在该图中，T3+T1+T4是机器人卸载和装载压力机所需的时间。该时间在UC开始(假设卸载机和压力机理想同步)并在DP结束(假设在机器人完成装载时压力机恰好到达该点)。 
在图2中，C1曲线表示对于给定的机器人卸载和装载时间Tnp的最优压力机动作。在该动作中，减速在D点开始，D点在到达卸载开始的UC点之前。从D点开始，压力机以全转矩减速。它经过UC点，并在Z1点到达零速度。继续以相同的全转矩动作，现在这会导致压力机反转，在图1-4的示例中反转表示沿逆时针方向旋转。在R点，该点已经过计算以在通过UC之后的时间Tnp＝T3+T1+T4到达DP，转矩的符号被改变。压力机现在开始减慢其反转动作，直到在点Z2处第二次到达零速度为止。压力机随后继续全转矩加速，直到在DP后达到全速并进入压制阶段时为止。因此压力机以作为装载装置的从动机的方式同步。 
在具有反转并用角位移和TDC(上止点)与BDC(下止点)的传统压力机循环位置表示的压力机的生产循环中，压力机沿顺时针方向经过BDC并向TDC移动。压力机在Z1处是零速度或穿越零速度。在图中到达Z1时，压力机即反转到示出的R点，然后再次反转为向前的顺时针方向并在Z2处再此穿越零速度。压力机继续加速，基本上以全转矩，以在最大速度下通过DP。这可以与图2，图3中的相同情况相对比。 
选择哪种方法和延迟的装载机同步取决于在动作期间获得关于延迟信息的时刻。如果信息在通过点R′之后获得，那么同步将由在点Z2处暂停压力机的动作组成，如图2中的曲线C1′所示。该方法给出的结果类似于机械压力机的同步-在被重新启动之前压力机在Z2′点等待。压力机动作曲线作为压力机位置的函数不受该方法的影 响。 
如果关于装载机的延迟信息能够在循环内较早地得到，也就是在经过D点后但在经过R点前得到，那么通过改变点R的位置即可有利地获得同步。通过反转过较大的角度，如图2中C1″曲线所示，不但可以获得更长的Tnp＝T3+T1+T4时间，而且DP″处的速度也增加了。与压力机在Z2处等待来获得相同的Tnp的情况相比，这会导致循环时间减少。 
如果关于装载机的延迟信息能够在循环内更早地得到，也就是，在经过D点之前得到，那么通过改变减速起始点D即可有利地获得同步。通过更晚地开始减速，并同时调整点R，与单独改变点R相比即可获得对于给定Tnp的更短的循环时间。这是由于以下事实：在减速更晚地开始时，高速被保持的时间更长，到达DP时的速度更高。 
在哪一点得知关于延迟卸载的即时信息的压力机减速/加速调节可以完成以下步骤： 
60在D之前发现 
61卸载机器人将延迟到达D， 
然后62设置D延迟 
60在D之前发现 
64卸载机器人将准时到达 
50a使驱动电机从D开始以最大转矩减速，和 
52设置电机转矩以全转矩反转并经过零速度Z1； 
65在D之后R之前发现 
66装载机器人将延迟到达DP 
然后67反转转过更大角度到达R 
54设置电机在R处改变转矩符号并以全转矩加速向前然后在Z2再次经过零速度， 
68在R之后发现装载机器人将延迟到达DP 
然后70在点Z2暂停且然后 
56使驱动电机加速到最大速度或W1，使得压力机以最大速度到达DP。 
类似地，取决于在哪一点得知关于装载提前的即时信息的压力机的减速/加速调节可以完成以下步骤： 
71远远在D之前发现 
72装载机器人将提前到达D 
然后62设置D提前，且 
50a使驱动电机从点D开始以最大转矩减速， 
52设置电机以全转矩反转并经过零速度Z1； 
74在D之后R之前发现装载机器人将提前到达DP 
然后76反转转过较小角度到达R， 
54设置电机在R处改变转矩符号并以全转矩加速向前然后在Z2再次经过零速度， 
56使驱动电机加速到最大速度或W1，使得压力机以最大速度到达DP。 
这些方法的应用受到可用于反转的压力机动作角度的限制。如果压力机反转过度，这可以例如造成压力机与卸载机和/或装载机之间在Z2点附近的碰撞。同样地，如果例如减速开始得太迟，在Z1点附近就有压力机靠得太近以至于发生碰撞的危险。 
图3给出了在压力机反转只转过小角度的情况下(也可参见下面的图3)如何定位不同的点D，Z1，R，Z2和DP的例子。 
用类似的方法实现与提前装载的同步，如图4所示。但是，如果关于提前装载的信息只能在经过R点之后获得，那么压力机就不可能适应其动作，因为在该点后压力机就已在全转矩加速。如果关于装载提前的信息在减速开始后但在R点前获知，那么即可通过将R点移动得更靠近Z1点来获得同步，如图3中的C1′曲线所示。遗憾的是，如该曲线所示，DP是在较低速度下通过的，但由于过早地到达DP，因此在DP点后更长的加速中消耗的循环时间比通过循环时间中的获益所补偿的时间更多。 
如果关于装载提前的信息是在减速开始前获知，那么即可通过提前开始减速获得同步，如C1″曲线所示。同样，由于过早地到达DP，因此这一更早的减速将导致压制时间的恶化(将在更低的速度下通过UC″和DP″)，它比通过Tnp中的获益所补偿的时间更多。与那些在减速开始之后获知关于提前的信息的情况相比，该方法给出了略微改进的循环时间。 
从上述可清楚地看出要获得最佳的同步过程，对机器人的动作进行可靠的预测是基本前提。发明人建议使用机器人控制器计算压力机应到达DP位置的预测(估算)时刻，并在机器人动作期间更新该估算值。所描述的用于预测当压力机应到达DP位置的时刻的方法包括两个部分，如前所述。由于对压力机的控制而言在压制循环结束段的减速过程开始之前知道该所需时刻非常重要，因此不可能只依赖于机器人动作的实时估算或预测。事实上，装载机器人的动作很有可能在循环的初期无法准确知道，因为在循环初期装载机器人可能仍作为另一压力机的卸载机器人工作或与本压力机的卸载机器人同步。也就是说作为循环的一部分，装载机器人被同步作为卸载机器人的从动装置。但是，该机器人的动作在每个循环都基本上是相同的。因此提出基于装载机器人在之前的有限次或无限次的压制循环过程中的动作来计算出估算值、预测值，并利用这个估算值来确定压力机减速的起始点，以及也可估算压力机动作的R点。一旦装载机器人不再与卸载机器人同步，就能够给出其自身动作的精确估算。这时装载机器人控制器能够对当前循环期间压力机要到达DP的估算时间给出精确的目标时间更新。该目标时间随后即可替代基于之前的循环计算出的目标时间。 
替代用于装载和卸载压力机的机器人，也可以使用其它类型的装载/卸载装置，例如特别为该任务设计的传送机构。在另一种实施方式中，对装载机/卸载机要到达特定位置的预测计算可以在控制装置或控制单元内而不是在机器人控制器内完成。 
所描述的用于使压力机的双向动作和其它装置(另一个装置) 的动作同步的方法也可以用于(卸载)机器人的动作。为了尽可能快地卸载压力机，重要的是不但要恰好在压力机通过UC位置的时刻让卸载机进入压力机，而且要在尽可能快的速度下进行。通过对卸载机器人引入“交替的双向”动作，以及使该动作与压力机同步，卸载将比目前的同步方法更快。在本说明书中，术语“交替的双向动作”被用来表示：替代在两点之间的中间处停止动作来等待同步，允许在更长距离上减速，然后沿特定距离反向移动，并最终从先前的位置再次加速。 
对于没有足够的时间来完成交替的双向动作，或由于某些原因不允许或不可能反向的情况，所提出的方法也可以适用于单向动作。这已在图4中示出。对卸载/装载时间短而言，动作变得连续，也就是说，没有到达零速度的点。图4示出了在不发生反向动作的压制循环的速度曲线上的同步点，但在其中可能会出现可变的等待时间。 
所描述的方法并不受限于最大电机转矩为常量的情况。减速和加速过程中使用的转矩有利地等于驱动器所能提供的最大转矩，但这个最大值可以是电机速度、电机温度、有效电压、转换器温度、由齿轮施加的限制、以及其它机械约束等的函数。所描述的同步方法并非仅限于带偏心机构的压力机使用。它也可以用于带有所谓的连杆传动机构的压力机而无需修改。通过一些修改，该方法可以用于使用滚珠螺杆机构(通常使用双向操作)的压力机上。通过类似修改，该方法可用于使用双向操作或交替的双向操作的直接(也就是非混合动力)伺服压力机。 
根据本发明的用于预测机器人动作的方法也可用于预测压力机动作。由于压力机动作取决于很多参数(机构不同部分的质量、平衡汽缸内的压力调节、上模的质量等)，这些参数很难在压力机控制器中加以考虑，因此提出对于给定的设置(例如压制速度、减速起始位置D、转矩反向时的位置R、最大压制速度)在线分析压力机的动作。基于在之前的有限次或无限次压制循环期间获得的动作，上述设置能够被修改以获得最优的循环时间和用于通过DP的所需 时刻。 
依据操作机械压力机的改进方法的压制循环，在此情况下沿顺时针方向旋转，压力机在UC点稍前的点8处接近减速点D。减速开始且压力机转过UC，此时卸载机/装载机进入压力机卸载部件。压力机以最大转矩持续减速并在Z1处通过零速度，然后反转转过从Z1到R′的小角度。在点R′压力机再次沿前向顺时针方向以全转矩加速，然后在Z2′处第二次通过零速度并从Z2′向DP加速，以在最大可能速度下向着点1通过DP。当压力机到达DP时，已装载了新部件的装载/卸载机器人必须被移出压力机。在压制阶段，在传统的具有飞轮的机械压力机中，压制的工作阶段通常在压力机到达BDC位置的时刻或在此期间发生。在此时，传统压力机的速度往往会因为能量已转移至工件而下降。但是在根据本发明实施方式的混合动力伺服或直接伺服压力机中，混合动力或直接伺服电机可以在冲击后也许在到达BDC之前的任意选定时刻再次加速，例如在dp点处。 
通过使用再生制动可以对压力机的驱动电机的电力消耗进行改进或使其平稳。具体而言，第二电机可以部分通过再生制动被减速至低速或零速度。例如，在压制阶段期间从W1至Wp的减速，和在UC之后在非压制阶段中从W1至零的减速。实现根据本发明实施方式的方法的系统可以包括能量恢复装置，用于在减速或制动期间从压力机的第一或第二电机或第一机械中恢复能量。这可以是任意的恢复装置，例如电子、机械或化学式的恢复装置。这可以包括使用一个或多个电容、电池、机械装置例如飞轮、机械弹簧或包括可压缩流体的容器的装置。例如，从第二电机恢复的能量可被储存在由第一驱动电机驱动的飞轮中。存储的能量主要在以下一个或多个压制循环中的不同时期中重新利用：压制循环开始时的初始加速；压制；压制后的再次加速；反向过程的加速；压制后飞轮的再次加速。 
用类似的方式可以通过使用再生制动来改进(或平稳)直接伺服压力机的驱动电机的电能消耗。待被再生(和/或平稳)的能量总量会比类似压力机吨位的混合动力伺服机器更大。具体而言，伺服 电机可以部分通过再生制动来减速至低速或零速度。例如在压制阶段期间从W1至Wp的减速，和在非压制阶段期间从W1到零的减速。实现根据本发明实施方式的方法的系统可以包括能量恢复装置，例如在之前关于混合动力压力机的段落中的上述例子中的任意一种，用于在减速或制动期间从压力机的伺服电机或第一机械恢复能量。 
在其他的实施方式中： 
装载机控制通常也要和生产线上在前的压力机(在图中未示出)的卸载机同步。卸载机控制通常给生产线上的下一个压力机的装载机发出同步信号； 
尽管图中示出的电机控制使用了电机上的位置传感器，但是该传感器也可以由位置估算算法所替代(无传感器控制)； 
尽管通常旋转传感器被用于偏心轮的位置检测，但是替代地线性传感器也可被用于给出冲模位置； 
压力机控制可与电机控制集成在一起，可能在单个处理器中(作为由压力机控制，电机控制和转换器构成的驱动单元的一部分)； 
压力机控制可与卸载机控制或装载机控制集成在一起，相当于机器人控制器内的外部轴的控制； 
可以有更高级别的控制整条压制生产线或其中一部分的控制。所示控制器之间的通信可通过该高级别控制或通过总线进行； 
一部压力机的卸载机可以是和下一压力机的装载机相同的物理单元。这种情况下用于该一部压力机的卸载机控制可以和下一压力机的装载机控制是相同硬件。也就是说，无论卸载和装载是由单个机器人，两个独立机器人，还是更多数量的机器人实现，所提出的方法都能够应用。替代标准机器人，也可以使用专用的装载/卸载设备。 
一个或多个微处理器(或处理器或计算机)包括一个中央处理单元CPU，执行根据本发明的一个或多个方面的方法的各个步骤。一种或多种方法是在一个或多个计算机程序的共同作用下实现的，这些程序至少部分存储在存储器或计算机可读存储装置中，并可被 一个或多个处理器访问。应该理解这些用于实现根据本发明方法的计算机程序也可以被运行在一个或多个通用目的的工业微处理器或计算机中，而不是只能被运行在一个或多个专用的计算机或处理器中。 
计算机程序包括计算机程序代码元件或软件代码部分以使计算机或处理器利用方程、算法、数据、存储的数值、计算等执行如前所述的方法。计算机程序可包括一个或多个小的可执行程序。程序的一部分可以被存储在上述处理器中，也可存在ROM、RAM、PROM、EPROM或EEPROM芯片或类似存储装置中。或某些程序还可以部分或整体地被本地(或集中)存储在，或存入，其它适合的计算机可读媒介中，例如磁盘、CD-ROM或DVD磁盘、硬盘、磁光存储部件、易失性存储器、闪存、固件、包括可擦除存储媒体、或存储在数据服务器中。程序也可以部分地通过数据网络支持，包括公用网络例如互联网提供。所介绍的计算机程序也可被部分设置作为能够在多台不同的计算机或计算机系统中几乎同时运行的分布式应用。 
应当注意尽管以上介绍了本发明的示例性实施方式，但是可以对公开的方案进行各种变形和修改而不会背离本发明由所附权利要求书限定的保护范围。 

Claims (24)

1.一种操作用于完成生产循环的制造加工部分的第一机械的方法，所述生产循环包括压制阶段和非压制阶段，所述第一机械与至少一部第二机械协同操作并且所述第一机械在生产循环的工作阶段期间实施对工件的加工，所述工件通过所述至少一部第二机械在每个生产循环的非工作阶段期间装载到所述第一机械中和/或从所述第一机械卸载出，其特征在于，根据所述第二机械的速度或位置适应性地控制所述第一机械的速度W以在起点UC之前的点D处减速所述第一机械，在所述起点UC之后允许进行卸载，并且通过控制所述第一机械的速度和根据对所述第二机械到达生产循环的卸载或装载阶段的起点UC或终点DP的估算时间加速或减速所述第一机械以使所述第一机械同步于所述第二机械。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过控制所述第一机械的速度和通过：
在所述第一机械应该到达卸载阶段的起点UC的估算时间之前的起点D处朝着零速度Z1减速所述第一机械，和
加速所述第一机械以在可能的最高速度下到达装载阶段的终点DP来使所述第一机械的速度同步于所述第二机械。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在达到零速度Z1之后反转所述第一机械并随后沿前向加速，使得所述第一机械在其到达装载阶段的终点DP时在可能的最高速度下运行。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在检测到装载阶段被延迟时，在已在卸载的起点UC前开始的减速时间点D之前，通过随后从正转矩变为负转矩并沿前向从增加的反向角R′，R″加速所述第一机械，或者
在减速D已开始之后和在所述第一机械已从负转矩变为正转矩以沿前向R移动之前，不再继续负转矩且在更大的角度R″，C1″上反转并在比计划延迟的时间点变为正转矩，随后再沿前向加速，使得所述第一机械在可能的最短时间T1′内到达装载阶段的终点DP。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在改变方向为前向R之后检测到装载阶段应该被延迟时，在变为正转矩之前将所述第一机械保持在零速度Z2′一段时间并沿前向加速至最大前向速度。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在先于卸载起点UC开始的减速时间点D之前的某时刻检测到装载阶段应该被延迟时，延迟转矩的改变并开始减速到更迟的时间点D″′，并且通过反转转过更大的角度并在比计划更晚的时间点R″′从负转矩变为正转矩，在检测到装载阶段能够在减速已开始之后和在所述第一机械已变为前向R之前的某时刻提前开始时，在沿前向驱动压力机之前反转转过较小角度并在比计划提前的时间点R′从负转矩变为正转矩。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，在达到零速度Z1之后反转所述第一机械并在先于卸载起点UC开始的减速时间点D之前检测到装载阶段应该被延迟时，通过随后在更迟的时间点从负转矩变成正转矩并因此沿前向加速所述第一机械，使得压力机在可能的最短时间内到达装载阶段的终点DP。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
估算所述第二机械应该到达卸载阶段的起点UC的时间，
从估算值算出所述第一机械应该到达装载阶段的终点DP的时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算驱动转矩从最大负转矩变成最大正转矩的点R，使得用尽可能快的速度在所需的时刻到达装载阶段的终点DP。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在之前的有限次或无限次生产循环期间收集的描述所述第二机械动作的数据被结合使用，以计算所需的时刻。
11.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，操作所述第一机械并优化所述第一机械的速度，使得所述第一机械在生产循环的非压制阶段的卸载起点UC处获得可能的最大速度，且同时最小化装载机离开压力机和装载阶段的终点DP之间的时间差T4。
12.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，操作所述第一机械并优化所述第一机械的速度，使得所述第一机械在生产循环的非压制阶段的卸载起点UC处获得可能的最大速度，并同时在装载阶段的终点处到达最大速度。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一机械或所述至少一部第二机械能够在循环的装载/卸载阶段期间反转。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过再生制动从所述第一机械恢复能量。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从压力机恢复能量并将能量存储在能量恢复装置中，使压力机的电力消耗平稳。
16.一种包括制造加工部分和制造加工部分的第一机械的系统，所述系统被设置用于完成包括工作阶段和非工作阶段的生产循环，所述第一机械与至少一部第二机械协同操作并且所述第一机械在生产循环的工作阶段期间对工件实施加工，所述工件在由所述至少一部第二机械在每个生产循环的非工作阶段期间装载到所述第一机械中和/或从所述第一机械卸载出，其特征在于，所述系统还包括至少一个控制装置，其用于根据所述第二机械的速度或位置适应性地控制所述第一机械以在起点UC之前的点D处减速所述第一机械，在所述起点UC之后允许进行卸载，并通过控制所述第一机械的速度W和根据对所述第二机械到达生产循环的卸载或装载阶段的起点UC或终点DP的估算时间加速或减速所述第一机械来使所述第一机械同步于所述第二机械。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述至少一个控制装置包括用于估算所述第二机械应该到达卸载阶段的起点UC以卸载所述第一机械的时间的硬件和/或软件。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述至少一个控制装置包括用于估算所述第二机械将要到达装载阶段的终点DP的时间的硬件和/或软件。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，至少一部所述第一机械是机械压力机，其包括至少一个驱动电机；用于控制电机、柱塞、飞轮、离合器的驱动控制装置；和用于将所述飞轮沿第一旋转方向的旋转动作转换为所述柱塞的线性动作的构件，所述柱塞被设置为沿线性路径降低和升高，用于操作所述压力机来实施一个压力机生产循环，包括压制阶段和所述循环的一个或多个非压制阶段。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，机械压力机包括第二驱动电机或设置为连接至柱塞的致动器，并通过向所述第二驱动电机的驱动控制装置提供控制输出，使得所述第二驱动电机的速度在所述压力机生产循环的至少一个阶段期间是变化的。
21.根据权利要求16或18所述的系统，其中，所述第二机械是传送装置或在生产循环的装载/卸载阶段期间将工件装载到第一机械中和/或从第一机械卸载出所述工件的装载和/或卸载机器人。
22.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一机械或所述至少一部第二机械能够在循环的装载和/或卸载阶段被反转。
23.根据权利要求16所述的系统，其中，至少一个控制装置包括用于控制机械压力机的至少一个驱动电机的速度或转矩的一种或多种计算机程序。
24.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于从压力机或第一机械的第一或第二电机中恢复能量的能量恢复装置。
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