CN114079363A - 线性马达系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性马达系统，特别是运输系统，例如多载体，包括：导轨，具有沿导轨分布布置的多个电磁体；至少一个载体，其由导轨引导并可沿着导轨移动，并且包括用于与导轨的电磁体配合以移动载体的驱动磁体；以及控制装置，用于通过电磁体的相应控制来控制载体相对于导轨的运动，其中控制装置配置成在载体的运动期间检测载体的移动质量的惯性响应，并基于该惯性响应确定与载体的质量相关的质量信息。

Description

线性马达系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种线性马达系统，特别是运输系统，例如多载体，包括：导轨，具有沿导轨分布布置的多个电磁体；至少一个载体，其由导轨引导并可沿着导轨移动，并且包括用于与导轨的电磁体配合以移动载体的驱动磁体；以及控制装置，用于通过电磁体的相应控制来控制载体相对于导轨的运动。本发明还涉及一种操作这种系统的方法。

背景技术

线性马达今天被广泛使用。例如，它们可以用于在工厂中移动产品，尤其是运输它们。多载体特别有利于灵活运输各种各样的产品。它们尤其包括多个载体，即运输单元，这些载体可以单独地且彼此独立地移动。在典型的多载体系统中，导轨本身是封闭的，即它实际上是环形的，这使得能够进行旋转操作。

例如，在工厂中，经常需要确定产品的质量或产品数量，例如在填充预定数或量的产品时。为此，通常使用秤，这是为重量确定而设计的特殊设备，其包括机械系统和用于确定质量的传感器系统。

发明内容

本发明的目的是以特别简单的方式确定最初提到的那种线性马达系统中的载体和/或布置在载体上的物体的质量。

该目的通过根据权利要求1的线性马达系统来满足，特别地，控制装置配置成在载体的运动期间检测载体的移动质量的惯性响应，并且基于该惯性响应来确定关于载体质量的质量信息。

因此，本发明使用运动期间的质量惯性来确定质量信息。以这种方式确定的质量信息最初与载体本身和载体运输的任何物体有关。惯性响应尤其可以包括力、位置的变化和/或地点的变化，和/或实际值与期望值的偏差，所述偏差由控制装置针对载体的运动来确定。因此，可以简单的方式确定质量信息，通常通过线性马达系统无论如何都具有的装置来确定，而不必提供额外的传感器。

例如，在载体运动期间，移动质量即载体以及可能由载体移动的物体的惯性表现为反馈信息或多或少地偏离在控制装置中定义或计算的期望值，和/或运动调节的控制响应。因此，控制装置可以例如配置为控制载体执行运动，其中控制装置指定至少一个期望值，例如期望位置值、期望速度值或期望加速度值，并且基于实际值与期望值的偏差来确定与载体质量相关的质量信息，所述偏差尤其取决于移动质量的惯性。因此，本发明总体基于的思想是在运动期间利用载体质量的惯性来确定与载体质量相关的质量信息。

一般来说，质量信息包括关于由载体移动的总质量的信息，即如果物体由载体移动，例如因为产品位于载体上或布置在载体处，则该物体的质量也被最初记录。然而，没有这种物体的载体的质量通常是已知的，或者也可以在物体不在载体处的时间点确定。通过形成确定的质量信息和单独载体质量的质量信息之间的差异，可以导出仅与物体质量相关的质量信息。

质量信息可以例如进一步通常包括质量值，例如以克为单位。在这方面，载体的质量最终直接确定，如果与物体的质量一起适用的话。因此，载体最终就像秤。通常，载体和/或由载体移动的物体的质量因此可以通过本发明以简单的方式确定，特别是低至几克或几十克的范围。根据本发明的确定质量信息的方法通常可能不如高度精确的工业秤精确。然而，质量信息的粗略确定在许多应用情况下也是有利的，例如精确到几克，例如精确到5克。这尤其适用于需要确定产品是作为整体存在还是以正确数量存在于载体处的情况。

可替代地或另外，质量信息可以例如不包括质量值，但可以例如仅与载体的质量相关，可能连同与物体的质量一起相关。在许多应用中，例如，没有必要确定质量值。因此，知道惯性响应和/或质量信息是否在预定范围内通常可能就足够了。例如，也可以仅确定第一条质量信息和随后确定的第二条质量信息之间的差异或比率，并且可以从该差异导出进一步的信息。惯性响应和/或质量信息是否在预定范围内的确定以及两条质量信息的差异或比率的确定都可以简单的方式用于确定物体特别是产品是否存在于载体处，可能以提供的数和/或量。

最初提到的那种线性马达系统通常包括信息反馈装置，用于向控制装置返回关于载体运动和/或载体运动期间电磁体活动的至少一条反馈信息。

示例性信息反馈装置包括位置检测装置。这种装置可以例如配置为增量编码器或绝对编码器。位置检测装置可以优选地以磁性方式工作。例如，载体可以包括位置磁体，其中多个磁传感器可以沿着导轨布置。可替代地或另外，例如，也可以提供光学位置检测装置。

此外，最初提到的那种线性马达系统的控制装置通常配置成尤其基于反馈信息来调节载体的运动。这允许载体沿着导轨精确移动。例如，可以提供速度调节、位置调节、加速度调节、电流调节和/或力调节。

本发明现在特别有利地使用该信息反馈和/或通常无论如何都存在的调节以简单的方式确定载体的质量。因此，控制装置可以配置成基于控制偏差和/或控制响应来确定与载体质量相关的质量信息。换句话说，惯性响应可以是或包括控制偏差和/或控制响应。质量信息尤其可以基于轮廓误差来确定。

因此，通过本发明，无需额外的硬件，特别是无需额外的传感器，并且无需额外的机械系统，就可以确定质量信息。本发明尤其使用传感器系统，其通常无论如何都存在于线性马达系统中，并且否则只能以软件实现。因此，“称重”功能可以通过本发明容易地集成到线性马达系统中，并且甚至可以通过软件更新以特别简单的方式在现有系统中进行改进。因此，载体最终形成质量确定装置，其特别独立于相对于导轨的位置，用于由载体移动的物体。除了载体之外，通常不需要或不存在其他质量确定装置，比如秤、压电编码器等，如果这种装置还可以另外设置在特定系统中的话。

优选地，在相对于导轨的纵向方向上检测惯性响应，特别是单独地检测，并且基于该惯性响应确定质量信息。惯性响应尤其可以基于由位置检测系统检测的载体沿着导轨的位置、速度和/或加速度或者沿着导轨的运动方向来检测。纵向方向上的惯性响应尤其可以在载体沿纵向方向的加速期间发生并被检测。在这方面，加速度通常可以是正的或负的。

期间检测惯性响应的载体运动通常可以是正常和期望的运动，即沿着导轨向前和/或向后。因此，正常运动有利地用于确定质量信息，因为在这方面，惯性响应同样出现在导轨的纵向方向上，并且与载体的加速度相反。通常，在线性马达系统中，载体的运动基本只可能在一个维度上，即沿着导轨，但通常沿着导轨在两个相反的方向上。

就控制装置还配置成调节载体的运动而言，该调节因此尤其涉及导轨的纵向方向。与之相关的是例如可以调节载体的位置、速度和/或加速度，和/或电磁体施加在载体上的力。

然而，惯性响应也可以例如相对于另一空间方向检测，例如横向于导轨，并且可以用作确定质量信息的基础。在这方面，导轨可以例如包括弯曲，并且在载体在弯曲中运动期间可以检测横向于导轨的惯性响应。这种惯性响应的发生是因为载体的质量在弯曲期间向外离心推动。质量信息也可以基于这样的惯性响应来确定。在最简单的情况下，运动在检测惯性响应期间以恒定速度发生，但它通常可以具有任何期望的速度分布。

本发明的另一优点是，质量信息可以独立于线性马达系统和/或载体在空间中布置的定向和由载体移动的物体相对于载体布置的定向来确定。这是因为惯性响应仅由载体的运动产生，可能与另一物体一起产生。相比之下，普通的质量确定装置比如秤只能相对于重力方向即竖直地工作。

根据一实施例，规定基于载体相对于导轨的位置特别是沿着导轨的位置来检测惯性响应。载体的位置例如可以是反馈信息。位置检测装置通常无论如何都存在于线性马达系统中，使得可以使用无论如何都存在的该传感器系统，并且不需要另外的传感器。此外，线性马达系统的位置检测装置具有高精度和大量的数量。

可替代地或另外，惯性响应可以例如基于至少一个电磁体的线圈电流来检测。这种线圈电流可以例如以简单的方式从控制响应导出，但也可以例如被测量。例如，在给定的期望加速度下，相比于要移动的较小质量，质量越大，线圈电流可能越大。

在有利实施例中，控制装置配置成基于质量信息来确定与将由载体移动的产品相关的产品信息，特别是与该产品和/或多个产品或产品部件的质量相关的质量信息。产品信息可以例如包括关于产品存在的信息，可能以提供的数和/或量。然而，产品信息例如也可以包括产品的质量值，例如以克为单位。例如，与产品质量相关的质量信息可以通过从与带有产品的载体质量相关的确定质量信息中减去与不带有产品的载体质量相关的先前已知或先前确定的质量信息来确定。最终，与产品相关的大量信息可以因此通过质量信息导出。例如，该信息可以有利地用作过程控制的一部分，例如在灌装厂或分拣厂，以便改进过程。

控制装置可以例如配置为控制载体执行质量确定运动，在质量确定运动期间检测惯性响应，特别是通过反馈信息，检测控制偏差和/或控制响应，以及基于所述惯性响应来确定质量信息。术语“质量确定运动”是指纯质量确定运动。因此，所谓的运动只是为了确定质量信息而发生的。质量确定运动通常从起点开始，并且还包括返回到起点。该起点尤其是提供产品向或从载体供给或排出的位置。

然而，质量信息通常可以在任何期望的运动中确定，特别是也在运动期间，该运动无论如何都应该作为线性马达系统的应用的一部分来执行。

此外，在沿着无论如何都被提供的路径的运动期间，运动的运动轮廓可以具有质量确定轮廓，即与正常运动的特定偏差，其中质量确定轮廓可以例如相对于质量确定的高精度被优化。

一般来说，期间确定惯性响应或质量信息的运动或运动轮廓可以例如包括至少部分或至少基本线性的斜坡形状、锯齿形状或正弦形状的速度轮廓。

质量信息可以例如在相对于导轨的至少一个质量确定部分中确定。根据优选实施例，规定可以选择质量确定部分，特别是可以改变该选择。这允许灵活使用线性马达系统来确定质量信息。一个或多个质量确定部分尤其可以自由选择和/或自由定义。

在进一步的发展中，线性马达系统包括用于输出质量信息的接口。接口例如可以是总线接口。接口可以例如配置为向用户装置输出质量信息。例如，具有线性马达系统作为运输系统的工业系统经常包括大量不同装置，每个在这里形成用户装置。此外，过程控制系统也可以在这个意义上形成用户装置。过程控制系统可以获取质量信息，并且工业系统的各种装置可以基于该信息被控制。

可替代地或另外，线性马达系统可以包括用于由用户和/或用户装置输入数据和/或命令的接口。通过该接口，用户例如能够输入质量信息的至少一个极限值或范围。例如，线性马达系统可以基于该输入确定误差信息。例如，也可以通过接口选择导轨的一部分，在该部分中确定质量信息并且特别是与某个极限值或范围进行比较。

控制装置优选地包括控制库，即例如存在于或用于控制装置的软件库，其提供用于根据惯性响应计算质量信息的功能。然后，只能通过接口输出一个质量值或一条关于产品存在的信息，可能以正确的量和/或数。也可以输出误差信息。这些措施使得用户能够简单地使用质量信息。

另一优点是，线性马达系统可以例如包括多个载体，其特别可彼此独立地移动。对于所有载体，质量信息可以特别(单独)确定。此外，例如，两个连接的和/或共同移动的载体的协调质量确定也是可能的。例如，当两个载体共同移动特别是运输物体例如产品或容器时，这可能是有用的。

一个或多个载体可以优选地在导轨处被机械地引导，特别是通过滚轮引导装置。

该目的还通过根据针对其的独立权利要求的方法来满足。该方法服务于线性马达系统的操作，该线性马达系统包括：导轨，具有沿导轨分布布置的多个电磁体；至少一个载体，其由导轨引导并可沿着导轨移动，并且包括用于与导轨的电磁体配合以移动载体的驱动磁体；以及控制装置，用于通过电磁体的相应控制来控制载体相对于导轨的运动。该方法还包括：在载体的运动期间检测载体的移动质量的惯性响应，并基于该惯性响应确定与载体的质量相关的质量信息。

在一实施例中，规定在第一运动期间确定第一条质量信息，其中在同一载体的第二运动期间确定第二条质量信息。在这方面，产品可以优选地在运动之间被供给到载体或从载体排出。因此，例如，可以通过比较第一条质量信息和第二条质量信息以简单的方式确定与产品相关的质量信息。例如，还可以确定产品是否被实际供给或排出，可能以正确的量。例如，供给或排出可以在静止下进行。然而，它通常也可以在运动期间发生。因此，第一运动和第二运动不必通过中间静止而彼此分开。

根据进一步的发展，规定确定两条质量信息之间的差异，特别是第一条质量信息和第二条质量信息之间的差异。基于该差异，可以在整个系统中导出各种各样的信息，例如关于产品是否存在的信息。

线性马达系统的控制可以例如基于质量信息和/或差异进行。因此，基于此，可以例如接近某个位置，可以改变最大电流或最大加速度，可以执行电磁体的电功率的功率规划等。进一步的部件特别是用户装置可以例如基于质量信息或从中导出的信息而被控制。

例如，还可以规定将质量信息和/或两条质量信息之间的差异，特别是两条确定的质量信息，与期望值和/或期望范围进行比较。特别地，可以基于比较来确定误差信息。如果存在误差，则例如可以控制线性马达系统，使得载体移回到供给装置或排出装置。然后例如，可以通过供给或排出其他量或数的产品来校正误差。一般来说，误差可以例如通过自动供给装置、排出装置或校正装置被校正。可替代地，例如，可以将载体标记为有故障并启动手动校正。

误差信息可以例如包括关于产品是否以提供的数量和/或质量存在于载体上的信息。在这方面，质量信息的容差范围可以例如被定义，例如它可以由用户预定义。

在有利实施例中，质量信息在相对于导轨的线性马达系统的多个部分中被监控。因此，如果质量信息的变化不对应于由载体移动的物体的质量的期望变化，则可以容易地确定这些变化，并且可以导出误差信息。优选地，可以在载体的总的提供的运动路径上提供监控。此外，还可以为多个载体提供对质量信息的监控。最终，对所有载体的质量信息的监控，特别是全面的和/或永久的监控，可以在线性马达系统的整个运动路径上实现。由此可以更好地控制使用这种线性马达系统的过程，并且可以节省用于质量确定的多个传感器和单独的过程步骤。

根据本发明的方法或根据本发明的线性马达系统的示例性应用例如是填充系统，例如用于将散装材料或液体填充到容器中。在这方面，线性马达系统可以例如用于将容器定位在供给装置处和/或运输容器。容器或散装材料或液体的质量在这里可以通过本发明以简单的方式确定，特别是在容器不必同时转移到单独秤的情况下。

另一示例性应用是分拣系统，例如包括取放机器人。这里的线性马达系统同样用于定位载体，即相对于机器人。机器人抓取产品并将其放在载体处，如有必要，放在位于载体上或载体处的容器中。这特别被重复，直到预定数量的产品出存在于载体或容器处。例如，载体可以随后将产品或容器运走。根据本发明的质量信息的确定例如可以有利地在这里用于确定机器人执行的步骤是否成功，即机器人是否已经将预定数量的产品实际放置在载体处或容器中。为了确定此，在载体运动期间确定质量信息。如果质量信息位于预定的预期范围内，则可以假设机器人执行的步骤是成功的。如果不是这种情况，这可能例如表明一个或多个产品没有按计划放置在载体处，例如，因为机器人在其他地方丢失了产品，或者一开始就没有正确抓住它。

通常，由载体移动的物体可以是例如一个产品、一定量或数的产品，和/或容器或其他载体，例如用于一定量或数的产品。

应当理解，本文描述的方法还可以在关于设备描述的各个特征和实施例的意义上进一步发展，具体而言，线性马达系统和运输系统，反之亦然。

本发明将在下文中参考示意图仅以示例的方式进行解释。

附图说明

图1示出了配置为运输系统的线性马达系统；

图2示出了图1的运输系统的弯曲部分；

图3示出了图1的运输系统的横截面，其中截平面垂直于导轨；以及

图4示出了载体的不同运动路径的绘图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的运输系统10，其配置为多载体系统。运输系统10包括多个线性马达12，其成行布置，使得载体14沿着导轨16的连续且在这种情况下旋转运动成为可能。运输系统10还包括多个载体14，载体14形成运输系统10的各个运输元件并且可以通过线性马达12沿着导轨16移动，特别是彼此独立地移动。

图2以放大视图示出了运输系统10的弯曲部分。这里仅示出了一个载体14，其可沿着导轨16移动，即通过线性马达12移动。用于控制线性马达12的不同电子装置在导轨16的远离载体14的一侧可见，即在弯曲部分内。

在图3中，运输系统10以剖视图和放大图示出。载体14是可见的，其在导轨16处被可移动地引导。在这方面，载体14可沿着引导轴线18或运动轴线移动。为了沿着引导轴线18运动，载体14由多个电磁体20控制，电磁体20布置在导轨16处并且沿着其均匀分布。在这方面，电磁体20与永磁体22配合，永磁体22布置在载体14处并且也可被指定为驱动磁体，用于驱动载体。

载体14在导轨16处被机械地引导，即由滚轮引导装置引导。所述滚轮引导装置包括位于载体14处的引导滚轮24和位于导轨16处的引导轨道26。在这方面，载体14尤其通过永磁体22保持在导轨16处。

运输系统10还包括位置检测装置28。所述位置检测装置可以例如形成为沿着导轨16延伸的一系列多个磁传感器。例如，可以在载体14处设置永磁体30，其也可被指定为定位磁体，并且在图2中可见。

运输系统10还包括未单独示出的控制装置，其配置成以目标方式控制电磁体20，以便沿着导轨16或引导轴线18移动载体14。在这方面，位置检测装置28将与载体14相对于引导轴线18的位置相关的位置信息返回给控制装置。控制装置基于位置信息调节载体14的运动。

当载体14移动时，通常会产生惯性响应。由于惯性响应作为运动调节的一部分在沿着导轨16的加速期间被表达，因此这里可以通过控制装置以简单的方式检测到。因此，控制偏差和/或控制响应尤其取决于惯性。惯性响应在这方面取决于运动质量。例如，位置检测系统可以容易地检测到控制偏差。控制响应例如由控制装置的调节器的输出值产生，特别是由至少一个电磁体的线圈电流产生。

如果质量小，则控制偏差小和/或控制响应不是特别强。相反，如果质量较大，则控制偏差和/或控制响应强。在本发明的框架内，该关系有利地用于确定与载体质量和/或由载体移动的物体质量相关的质量信息。在这方面，通常甚至不需要确定某个或甚至确切质量值。相反，特别简单的实施方式包括确定载体14要移动的物体是否存在于载体处，可能以正确的数或量。

图4示出了载体的不同运动路径的绘图，其中横坐标表示时间并被指定为t，并且其中纵坐标表示载体相对于导轨的位置并被指定为x。x方向因此对应于图3中标记的引导轴线18。

示出了示例性的调节质量确定运动的期望运动路径32。在这方面，载体以恒定速度从第一位置移动到不同于第一位置的第二位置。

另外示出了载体的实际运动路径34。它具有与期望运动路径32的控制偏差36，该控制偏差36在这里形成为轮廓误差。载体的另一实际运动路径38同样具有相对于期望运动路径32的控制偏差40。

与移动载体相关的质量信息可以基于控制偏差36或40来确定，因为控制偏差是系统的惯性响应。控制偏差36或40越大，载体的移动质量越大。基于控制偏差36和40的差异，也可以得出各个载体的移动质量的差异。如果所示的运动路径涉及某个载体，则载体的空载状态和负载状态可以例如基于控制偏差36和40的差异来区分。在这方面，运动路径34将对应于空载状态，而运动路径38将对应于负载状态。

所示的期望运动路径32可以例如表示载体的运动，无论如何都提供该运动，并且在该运动期间可以执行质量确定。

附图标记列表

10运输系统

12线性马达

14载体

16导轨

18引导轴线

20电磁体

22驱动磁体

24引导滚轮

26引导轨道

28位置检测装置

30位置磁体

32期望的运动路径

34运动路径

36控制偏差

38运动路径

40控制偏差。

Claims (15)

1.一种线性马达系统(10)，特别是运输系统，例如多载体，包括：

导轨(16)，具有沿导轨分布布置的多个电磁体(20)；

至少一个载体(14)，其由导轨(16)引导并可沿着导轨(16)移动，并且包括用于与导轨(16)的电磁体(20)配合以移动载体(14)的驱动磁体(22)；以及

控制装置，用于通过电磁体(20)的相应控制来控制载体(14)相对于导轨(16)的运动，

其特征在于，

所述控制装置配置成在载体(14)的运动期间检测载体(14)的移动质量的惯性响应，并基于该惯性响应确定与载体(14)的质量相关的质量信息。

2.根据权利要求1所述的线性马达系统(10)，

其中，所述线性马达系统(10)包括信息反馈装置(28)，用于将至少一条反馈信息返回到所述控制装置，该反馈信息涉及载体的运动和/或在载体(14)运动期间电磁体(20)的活动。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的线性马达系统，

其中，所述控制装置配置成调节所述载体(14)的运动，特别是基于反馈信息，并且基于控制偏差(36、40)和/或控制响应来确定所述质量信息。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的线性马达系统(10)，其中，基于载体(14)相对于导轨(16)的位置来检测所述惯性响应，特别是沿着导轨(16)的位置。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的线性马达系统(10)，其中，基于电磁体(20)之一的线圈电流来检测所述惯性响应。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的线性马达系统(10)，其中，所述控制装置配置为基于所述质量信息来确定与将由载体(14)移动的产品相关的产品信息，特别是与该产品和/或多个产品或产品部件的质量相关的产品信息。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的线性马达系统(10)，其中，所述控制装置配置为控制载体(14)执行质量确定运动，在质量确定运动期间检测惯性响应，特别是通过反馈信息，以及基于所述惯性响应来确定质量信息。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的线性马达系统(10)，其中，所述质量信息可以在相对于所述导轨的至少一个质量确定部分中确定，并且其中，所述质量确定部分可被选择，并且特别地，该选择可被改变。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的线性马达系统(10)，其中，所述线性马达系统(10)包括用于特别是向用户装置输出所述质量信息和/或用于由用户和/或用户装置输入数据和/或命令的接口。

10.一种操作线性马达系统(10)的方法，

所述线性马达系统特别是运输系统，例如多载体系统，

特别是根据前述权利要求中任一项所述的线性马达系统，

其中所述线性马达系统(10)包括：

导轨(16)，具有沿导轨(16)分布布置的多个电磁体(20)；

至少一个载体(14)，其由导轨(16)引导并可沿着导轨(16)移动，并且包括用于与导轨(16)的电磁体(20)配合以移动载体(14)的驱动磁体(22)；以及

控制装置，用于通过电磁体(20)的相应控制来控制载体(14)相对于导轨(16)的运动，

其中，该方法包括：

在载体(14)的运动期间检测载体(14)的移动质量的惯性响应，并基于该惯性响应确定与载体(14)的质量相关的质量信息。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中在第一运动期间确定第一条质量信息，并且其中在第二运动期间确定第二条质量信息，

特别是其中产品在所述运动之间被供给到载体(14)或从载体(14)排出。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中，确定所述质量信息的差异。

13.根据权利要求10至12中至少一项所述的方法，

其中，将所述质量信息和/或两条质量信息之间的差异，特别是两条确定的质量信息，与期望值和/或期望范围进行比较。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中，基于所述比较确定误差信息，

特别是其中，所述误差信息包括关于产品是否以提供的数量和/或质量存在于载体(14)处的信息。

15.根据权利要求10至14中至少一项所述的方法，

其中，所述质量信息在线性马达系统(10)的多个部分中相对于导轨(16)被监控，特别是在载体(14)的总的提供的运动路径上。

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