DE102004047971B4

DE102004047971B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Bewegungsabläufen bei Maschinen

Info

Publication number: DE102004047971B4
Application number: DE200410047971
Authority: DE
Inventors: Willi Diemer
Original assignee: Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: DE102004047971A1

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs von sich aneinander anzuschließenden Bewegungen (v, w) mit – einer ersten bewegbaren Einrichtung (2, 41), – einer zweiten bewegbaren Einrichtung (4, 42), – einer Einrichtung (5) zum Erfassen einer Zustandsgröße der ersten bewegbaren Einrichtung (2), und – einer Steuerungseinrichtung (6), die einer Zykluszeit unterliegt und zur Steuerung der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) ausgebildet ist, bei der – die Steuerungseinrichtung (6) während eines Bewegungsdurchgangs auf Grundlage der von der Erfassungseinrichtung (5) erfassten Zustandsgröße einen Zeitpunkt (tVv) ermittelt, zu dem die erste bewegbare Einrichtung (2, 41) in diesem Bewegungsdurchgang in einer ersten Bewegungsrichtung (v) voraussichtlich eine Endposition (xEv) erreicht hat, – zwischen einem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (tAw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) in eine zweite Bewegungsrichtung (w) und einem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung (tBw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4, 42) in die zweite Bewegungsrichtung (w) ein Zeitintervall (TTw) bestimmt ist, das größer als die Zykluszeit ist, und – die Steuerungseinrichtung (6) die zweite bewegbare Einrichtung (4, 42) zum Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (tAw) auf Grundlage der erfassten Zustandsgröße und einer in dem vorangegangenen Bewegungsdurchgang ermittelten Totzeit (TT) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) derart ansteuert, dass der voraussichtliche Zeitpunkt (tVv) zum Erreichen der Endposition (xEv) in dem Zeitintervall (TTw) liegt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern von Bewegungsabläufen bei Maschinen, insbesondere zum Optimieren von sequenziellen Arbeitsabläufen, wie sie beispielsweise bei einem aufeinanderfolgenden Abfahren von Bewegungsabläufen auftritt.
Hintergrund der Erfindung
Bei vielen verschiedenen Maschinen sind Bewegungen sequentiell auszuführen, z. B. beim Vermeiden einer Kollision zwischen einem Werkzeugwechsler oder einem anderen beweglichen Maschinenteil und einem festen Hindernis. Bei Bearbeitungszentren z. B. lassen sich durch Werkstückwechsel- und Magaziniersysteme und durch Werkzeugwechselsysteme erhebliche Rationalisierungserfolge erreichen. Auch bei der Bearbeitung eines Werkstücks an mehreren Bearbeitungsstationen ist jede Station mit einer Werkzeugmaschine ausgestattet, die einen oder mehrere bestimmte Arbeitsschritte an dem Werkstück vornimmt. Die Arbeitsschritte können sehr unterschiedlich sein, so dass ein Werkstück unter Umständen nach der Bearbeitung in einer Bearbeitungsstation zu einer weiteren Bearbeitungsstation transportiert werden muss, weil die vorangegangene Bearbeitungsstation den nachfolgenden Arbeitschritt aus verfahrenökonomischen Gründen oder aus fertigungstechnischen Gründen nicht durchführen kann.
Das zu bearbeitende Werkstück muss dann zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstationen transportiert und positioniert werden.
So kann beispielsweise bei einem automatisierten Ablauf einer Werkstückbearbeitung an mehreren Bearbeitungsstationen das bearbeitete Werkstück an die in der Bearbeitung folgende Bearbeitungsstation mittels eines Transportsystems weitergeliefert werden, ohne dass durch Einsatz von Personal in den Arbeitsablauf eingegriffen werden muss. Dabei können beispielsweise Greifsysteme das fertig bearbeitete Werkstück einer Bearbeitungsstation entnehmen und an eine weitere Station zur nachfolgenden Bearbeitung weiterreichen.
Stand der Technik
Oftmals sind aus platz- und wegökonomischen Gründen die Bearbeitungsstationen in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, sodass die Transportwege, und damit die Transportzeiten kurz werden. Aufgrund der oftmals komplexen Bauweisen müssen bei der Entladung der Werkstücke aus den Bearbeitungsstationen jedoch in der Regel Teile der Bearbeitungsmaschinen umfahren werden, sodass es im Regelfall notwendig ist, den Transportweg von einer Bearbeitungsstation zu einer nachfolgenden Bearbeitungsstation in mehrere Wegteilstücke zu zerlegen, die in der Regel jeweils aus geradlinigen Bewegungsabschnitten bestehen. Um mehrere Wegteilabschnitte bei einem Transport eines Werkstücks von einer Bearbeitungsstation zu einer nachfolgenden Bearbeitungsstation zu realisieren, sind die Transportsysteme beispielsweise mit mehreren Antrieben ausgerüstet, jeweils einem für eine der vorgesehenen Bewegungsrichtungen. Bei einer Transportbewegung, bei der auf geradlinigen Bewegungsabschnitten ein Hindernis, beispielsweise eine Ecke umfahren werden muss, ist die gesamte Bewegungsstrecke in mehrere Wegteilstücke zerlegt. Bei einem Umfahren eines Hindernisses muss gewährleistet sein, dass eine Bewegung in eine erste Bewegungsrichtung vollständig abgeschlossen ist, bevor eine Bewegung in eine zweite Bewegungsrichtung vorgenommen wird, andernfalls könnte es zu einer Kollision des Transportsystems bzw. des zu transportierenden Werkstücks oder Maschinenteils mit einem Hindernis kommen. Die einzelnen Wegteilstücke können somit nur sequenziell zurückgelegt werden, um Kollisionen mit Bearbeitungsmaschinenteilen bzw. Aggregaten und anderen Hindernissen zu vermeiden.
Die Bewegungsvorgänge in die unterschiedlichen Richtungen sind in einem Transportsystem in der Regel voneinander entkoppelt. Oft werden fluidbetätigte Systeme verwendet, die sich an NC-gesteuerte Antriebe anschließen. Dabei fährt eine erste bewegbare Einrichtung, z. B. ein Schlitten, in seine vorbestimmte Endposition, von der aus dann eine zweite bewegbare Einrichtung, z. B. ein linear und zu dem ersten Schlitten orthogonal geführter Greifer, ein weiteres Teilstück des Bewegungsablaufs vollzieht. Durch digitale Näherungsschalter (ein/aus 0/1) kann das Erreichen einer vorbestimmten Endposition überwacht werden. Meldet ein entsprechender digitaler Näherungsschalter (ein/aus 0/1) eine Bedeckung, so ist die Bewegung in eine erste Bewegungsrichtung vollzogen und der Schlitten befindet sich in einer entsprechenden erwarteten Stellung, die sicherstellt, dass bei einem Einleiten einer nachfolgenden Bewegung keine Kollision mit einem Hindernis auftritt. Anschließend kann die in diesem Fall dazu orthogonale Bewegung mit dem Greifer eingeleitet werden. Dieser Bedeckungs- oder Näherungssensor gibt ein entsprechendes Signal an eine Steuerung, so dass die Steuerung bei einem Vorliegen eines Bedeckungssignals einen nachfolgenden Bewegungsschritt einleiten kann.
Die fluidbetägtigten Systeme im Stand der Technik umfassen oftmals pneumatische bzw. hydropneumatische oder hydraulische Antriebssysteme, bei denen Greifer o. ä. mittels Pneumatik- oder Hydraulikzylindern in die entsprechende Bearbeitungs- und Gegenrichtung bewegt werden.
Die benötige Zeit für einen Transport bzw. eine Bewegung von einer Bearbeitungsstation zu einer nachfolgenden Bearbeitungsstation setzt sich im Wesentlichen aus der Zeit zusammen, in der das Transportsystem, bzw. das zu bewegende Teil eine Bewegung vollzieht, und der Zeit, die durch die Ansteuerung und die Totzeiten bis zu einem Einsetzen der nachfolgenden Bewegung gegeben sind. Die Bewegungszeiten hängen im Wesentlichen von den Antriebsgeschwindigkeiten des Transportsystems ab. Die Ansteuerungszeiten bzw. die Totzeiten sind durch Zykluszeiten gegeben, die beispielsweise von Zykluszeiten einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder NC bzw. CNC, oder von Totzeiten zwischen einer Ansteuerung, beispielsweise eines Ventils, und einem Einsetzen einer entsprechenden Bewegung eines fluidbetätigten Antriebs herrühren.
Diese Problematik tritt allgemein bei verschiedensten Maschinen auf, kann aber gut an einer Werkstückpositionierung, oder einer Werkzeugpositionierung oder Maschinenbewegung verdeutlicht werden, beispielsweise bei einem automatisierten Werkzeugwechsel an einer Werkzeugmaschine.
Aus DE 295 05 468 U1 , ist eine Vorrichtung zur Berücksichtigung der Reaktionszeit eines Betriebsmittels bei einer von einem Verfahrweg abhängigen Ansteuerung beschrieben, bei dem auf der Grundlage eines vorgespeicherten Wertes einer Reaktionszeit durch Erfassung von zwei Istwerten eines Verfahrweges die aktuelle Größe eines Vorhalteweges ermittelt wird.
Ferner ist aus EP 1 431 187 A2 eine Verpackungsmaschine bekannt, bei deren Regelung dynamische Bewegungsprozesse im Voraus berechnet werden durch vorgebbare abgespeicherte Bahnkurventabellen, mathematische Funktionen und/oder weitere dynamische Bewegungsprozesse der Maschinenelemente, um in Abhängigkeit der Betriebszustandsdaten und der dynamischen Bewegungsprozesse einen Zeitpunkt für die Ein- bzw. Ausschaltung eines elektronischen Nockenschaltwerkes zu bestimmen.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Zeit zum Ausführen einer Abfolge von voneinander abhängigen gesteuerten Bewegungen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 18. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß kann das Ansteuern der zweiten bewegbaren Einrichtung derart stattfinden, dass das Zeitintervall zwischen dem Ansteuerungsbeginn der zweiten bewegbaren Einrichtung in eine zweite Bewegungsrichtung und dem Bewegungsbeginn der zweiten bewegbaren Einrichtung in diese Bewegungsrichtung zumindest teilweise vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt liegt, zu dem die erste bewegbare Einrichtung ihre Endposition erreicht hat.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung bietet erhebliche Vorteile. So weist ein hydraulischer Antrieb typischerweise eine Verzögerungszeit im Bereich von 50 ms bis 100 ms auf. Die Verzögerungszeit kann für eine Abschätzung aus dem vorangegangenen Arbeitstakt der Hydraulik ermittelt werden. Daraus resultiert eine Wartezeit zwischen dem Beginn der Ansteuerung t_A und dem Beginn der Bewegung t_B in eben dieser Länge von 50 ms bis 100 ms, wenn die Folgebewegung in dem Moment angesteuert wird, wenn von einem digitalen Näherungsschalter oder Maßstab detektiert wird, dass die vorangegangene Bewegung ihre Zielstellung oder ihre Ziellage erreicht hat. Die dazwischenliegende Zeit ist die Totzeit der Hydraulik T_T, die sich aus der Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung t_A und dem Beginn der Bewegung t_B ergibt.
Eine Zeitersparnis kann gemäß der vorliegenden Erfindung bei wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Bewegungsschritten erreicht werden. Dabei wird der erste Bewegungsschritt mit v und der darauf folgende Bewegungsschritt mit w bezeichnet.
Bearbeitungszentren, Werkzeugmaschinen oder Montageanlagen weisen zum Teil 20 bis 30 und mehr sequentielle Bewegungsabschnitte oder Teilabschnitte auf. Bei einer derart hohen Anzahl von Bewegungsabschnitten tritt ein hohes Zeiteinsparpotenzial auf.
Die Zykluszeiten bisheriger speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) weisen eine Länge im Bereich von etwa 50 ms auf. Das bedeutet, dass ein Prozessvorgang in zwei aufeinanderfolgenden Takten der speicherprogrammierbaren Steuerung in einem zeitlichen Abstand von wenigstens der Zykluszeit gestartet werden können. Um keinesfalls eine Kollision hervorzurufen, muss diese Zeit im Fall einer ungünstigsten Lage im Taktzyklus als Sicherheitszeit eingehalten werden. Das hatte bislang zur Folge, dass bei Totzeiten in ähnlichen Größenordnungen eine Überlappung von einer Bewegung des vorangegangenen Arbeitsschritts und Ansteuerung des daran anschließenden Arbeitsschritts nicht für eine Zeitersparnis genutzt werden konnte, da die mögliche Zeitersparnis in der Größenordnung der Zykluszeit der speicherprogrammierbaren Steuerung liegt und diese als Sicherheitsreserve vorgehalten werden musste.
Neuere speicherprogrammierbare Steuerungen weisen jedoch wesentlich geringere Zykluszeiten auf, sodass vor diesem Hintergrund eine Zeitersparnis durch zeitliche Überlappung von einer Bewegung eines vorangegangenen Arbeitsschritts und einer Ansteuerung des daran anschließenden Arbeitsschritts für Berechnungen genutzt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit die Taktzeit einer Maschine oder Montageeinrichtung erheblich reduziert werden. Es werden Nebenzeiten/Totzeiten auf ein Minimum reduziert, teilweise sogar negativ, da die Folgebewegung vor der Endposition der vorausgehenden Bewegung eingeleitet werden.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung die erste oder die zweite bewegbare Einrichtung auf eine bewegliche oder eine ortsfeste Ziellage angesteuert werden. Die erste und/oder die zweite bewegbare Einrichtung können/kann drehbeweglich oder translatorisch beweglich sein. Gleiches gilt gegebenenfalls für die Ziellage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Erfassungseinrichtung einen Analogsensor umfassen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Erfassungseinrichtung Digitalsensoren und Maßstäbe umfasst. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform entspricht die Zustandgröße wenigstens einer Position und einer Geschwindigkeit. Die ermittelte Zustandsgröße kann jedoch auch wenigstens zwei Positionen zu wenigstens zwei verschiedenen Zeitpunkten entsprechen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel können die erste Bewegungsrichtung und die zweite Bewegungsrichtung voneinander verschieden sein.
Vorteilhafterweise können die bewegbaren Einrichtungen auf eine Endposition fahren und einen fluidbetätigten Antrieb umfassen, so z. B. einen pneumatischen bzw. hydropneumatischen oder hydraulischen Antrieb. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Positioniereinrichtung mit Ventilen angesteuert. Diese Ventile können ebenso pneumatische bzw. hydropneumatische oder hydraulische Ventile, jedoch auch Ventile im elektrischen Sinne sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung eine speicherprogrammierbare Steuerung bzw. eine numerische Steuerung (NC/CNC).
Vorteilhafterweise steuert die Steuerungseinrichtung den Beginn der Ansteuerung derart, dass das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung im Wesentlichen vollständig vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt zum Erreichen einer Endposition liegt. Die Steuerungseinrichtung kann jedoch das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung auch derart einstellen, dass es im Wesentlichen vollständig vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt zum Erreichen der Endposition liegt.
Vorteilhafterweise kann die Steuerungseinrichtung die vorausgehende Teilbewegung derart überwachen, dass sie den Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung der nachfolgenden Teilbewegung abgeschaltet, wenn die Endposition nicht die errechneten Positionen bzw. die Endlage erreicht werden können.
Die Steuerungseinrichtung unterliegt vorteilhafterweise einer Zykluszeit und ermittelt den voraussichtlichen Zeitpunkt, zu dem die vorausgehende Bewegung abgeschlossen ist, aus den im vorangegangenen Takt durch die von einer Erfassungseinrichtung ermittelten Zustandgrößen. Dabei kann die Steuerungseinrichtung vorteilhafterweise diesen voraussichtlichen Zeitpunkt aus einer momentanen Bewegung durch die Geschwindigkeit und einer momentanen Position ermitteln, bzw. aus zwei Positionen zu verschiedenen Zeitpunkten ermitteln.
Gemäß einer weitern vorteilhaften Ausführungsform kann die Erfassung der Geschwindigkeit und die Verrechung der Zeiten auch direkt auf der E/A-Ebene erfolgen. Hierfür wird eine intelligente Baugruppe eingebaut. Diese Baugruppe kann mit einer noch kleineren Zykluszeit die Positionen und Geschwindigkeit erfassen. Die ermittelten Werte sind so genauer und die Folgebewegung kann unabhängig von der SPS-Zykluszeit der SPS erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren erläutert. Der Gegenstand der Erfindung ist dabei jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr dienen die beschriebenen Ausführungsformen dem Vermitteln des Verständnisses für die vorliegende Erfindung. Es zeigt:
1 eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Bewegung in zwei Bewegungsabschnitte aufgeteilt ist;
2 eine Steuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Ein- und Ausgabeelementen;
3 ein Weg-Zeit-Diagramm zum Verdeutlichen von relevanten Zeiten und Positionen bei einem Ablauf aufeinander folgender Bewegungsabschnitte;
4a ein Weg-Zeit-Diagramm für zwei aufeinander folgende Bewegungsabschnitte für einen Fall, in dem ein Folge-Bewegungsabschnitt nach Beendigung des vorangegangenen Bewegungsabschnitts angesteuert wird;
4b ein Weg-Zeit-Diagramm für zwei aufeinander folgende Bewegungsabschnitte für einen Fall, in dem ein Folge-Bewegungsabschnitt vor Beendigung des vorangegangenen Bewegungsabschnitts angesteuert wird;
5 eine Positioniervorrichtung für einen Bewegungsabschnitt mit einer Anordnung eines Entfernungssensors;
6 eine Positioniervorrichtung für einen Bewegungsabschnitt mit einer Anordnung eines Entfernungsmessers in einer Verwendung bei einer Werkzeugmaschine; und
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dargestellt und beschrieben ist rein beispielhaft eine Vorrichtung zum Positionieren eines Werkstücks oder eines Werkzeugs 1 relativ zu einem Ziellage 3, die Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Weitere Anwendungsmöglichkeiten liegen z. B. darin, eine Transporteinrichtung vertikal auszuheben, anschließend horizontal zu bewegen und in der vorderen Position wieder abzulegen (Taktstange oder Obertransfer). Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist eine Ladeeinrichtungen mit sequenziellen Abläufen, oder eine Montageeinrichtungen mit sequentiellen Abläufen. Ferner besteht eine Anwendungsmöglichkeit in Systemen mit Greifer (schließen/öffnen), wobei vor der Endposition der Achse der Greifer bereits geöffnet/geschlossen wird, bzw. ein Start vor Greiferendlage erfolgt. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sind Spannvorrichtungen mit sequentiellen Abläufen oder eine Ansteuerung von Fremdsystemen über Interface, wobei vor der Endposition bereits der nächste Befehl ausgegeben wird. Ferner ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit das Ein- und Ausschalten von Medien, wie beispielsweise Kühlmittel, insbesondere der Start der Folgebewegung, bevor Druckschalter geschaltet haben. Außerdem ist eine Anwendung das Spannen/Entspannen von Werkzeugen in einer Spindel, wobei vor Erreichen der Endposition der Befehl für das Spannen und Entspannen ausgegeben wird. Die Achsbewegung wird vor der Endposition der Spanneinrichtung gestartet.
In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist bei der Vorrichtung eine Gesamtbewegung in zwei Bewegungsabschnitte v, w unterteilt. Ein erster Bewegungsabschnitt v ist in v-Richtung ausgerichtet und ein zweiter Bewegungsabschnitt w ist in w-Bewegungsrichtung ausgerichtet. Die Erfindung ist anhand von zwei Bewegungsabschnitten erläutert, es sollte aber klar geworden sein, dass sie nicht auf zwei beschränkt ist, sondern vielmehr ihre vorteilhaften Wirkungen bei zahlreicheren aufeinander folgenden Bewegungsabschnitte noch stärker entfaltet.
Oft sind die Bewegungsrichtungen nicht parallel, häufig sogar orthogonal zueinander, jedoch ist die Erfindung nicht auf orthogonal zueinanderstehende Bewegungsrichtungen beschränkt. Die Bewegungsrichtungen können sogar parallel, bzw. identisch sein, beispielsweise, wenn eine gradlinige Bewegung bzw. geradliniger Bewegungsabschnitt in mehrere Bewegungsabschnitte der gleichen Richtung unterteilt ist.
Die Positioniervorrichtung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel für jeden Bewegungsabschnitt v, w eine Teilpositioniereinrichtung. Diese Teilpositioniereinrichtung nimmt eine Positionierung in einem entsprechenden Bewegungsabschnitt vor. Dabei ist eine Teilpositioniereinrichtung zum Positionieren eines Werkstücks oder eines Werkzeugs 1 auf einem Schlitten 10 befestigt, der wiederum von einer weiteren Teilpositioniereinrichtung 41 positioniert werden kann. Die Teilpositioniereinrichtung ist hier in Form eines Positionierzylinders ausgestaltet. Jedoch kann im Sinne der Erfindung auch ein anderes Positionierprinzip verwendet werden, etwa eine elektrischer Antrieb oder NC/CNC. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bewegt der Positionierzylinder 41 einen Schlitten 10 zunächst in die v-Richtung bis dieser Schlitten 10 eine Endposition x_Ev in v-Richtung erreicht hat. Nach dem Erreichen der Endposition x_Ev bewegt sich ein zweiter Positionierzylinder 42 in die w-Richtung, um das Werkstück oder das Werkzeug 1 in die Endposition x_Ew des Bewegungsabschnittes der w-Richtung zu bewegen, die bei zwei Bewegungsabschnitten dem Ziellage 3 entspricht, zu dem die Positioniereinrichtung 4 relativ ein Werkzeug oder ein Werkstück bewegt. Bei mehreren Bewegungsabschnitten schließt an den zweiten Bewegungsabschnitt ein oder mehrere weiterer Bewegungsabschnitte an, die analog zu dem vorangehend beschriebenen Bewegungsabschnitt ausgeführt werden.
Die Einrichtung zum Halten eines Werkstücks oder eines Werkzeugs 2 kann beispielsweise aus einem Greifer oder einer anderen Einrichtung bestehen, die in der Lage ist, das Werkstück beziehungsweise das Werkzeug gemäß den Anforderungen des Produktionsprozesses zu haltern. Eine Erfassungseinrichtung 5 ermittelt eine Zustandsgröße der ersten bewegbaren Einrichtung 2 und der Ziellage 3 relativ zueinander. Zu diesem Zweck werden in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Bedeckungssensoren, Näherungssensoren oder digitale Näherungsschalter 12 verwendet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann dabei ein Analogsensor verwendet werden, der in der Lage ist, ein Signal in Abhängigkeit von der Entfernung und Geschwindigkeit der ersten bewegbaren Einrichtung auszugeben. Dadurch können einer Steuerung 6 Weg-Zeit-Werte zur Verfügung gestellt werden, aufgrund derer die Steuerung 6 einen voraussichtlichen Zeitpunkt errechnet, zu dem die entsprechende Teilpositioniereinrichtung ihre Endposition erreicht hat. Wenn die Bewegungscharakteristik der zweiten bewegbaren Einrichtung und die Signalcharakteristik des Sensors bekannt ist, kann durch die Veränderung des Signals dabei rückgeschlossen werden, auf den Zeitpunkt, zu dem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Halteeinrichtung durch die Teilpositioniereinrichtung in v-Richtung bewegt wird und ihre Endposition x_Ev erreicht.
Alternativ kann zur Erfassung der Zustandsgröße auch ein Maßstab oder eine Mehrzahl von Digitalsensoren verwendet werden, die örtlich an verschiedenen Stellen angeordnet sind. Ein Digitalsensor gibt bei einem Überschreiten eines Schwellenwertes ein Signal aus. Durch die Anordnung an verschiedenen Stellen kann durch Erfassen der Zeitpunkte der Überschreitung der jeweiligen Schwellenwerte bei Kenntnis der Charakteristik des Sensors auf die Geschwindigkeit und damit auf den voraussichtlichen Zeitpunkt geschlossen werden, zu dem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Teilpositioniereinrichtung 42 in v-Richtung die Halteeinrichtung 2 ihre entsprechende Endposition x_Ev gebracht hat. Durch die Verwendung von Analogsensoren stehen jedoch theoretisch beliebig viele Weg-Zeit-Datenpaare zur Verfügung, so dass mit nur einem Sensor auch eine Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung erfasst werden kann. Geeignete Sensoren werden beispielsweise von der Firma Balluff mit Sensoren aus der BAW (M-Serie) geliefert. Andere geeignete Produkte gibt es von Telemecanique, IFM, Euchner.
Sensoren (analog und digital) benötigen in der Regel eine möglichst definierte Fläche, deren Abstand sie detektieren können. Um definierte Flächen an der Positioniervorrichtung, bzw. den Teilpositioniereinrichtungen zur Verfügung stellen zu können, werden entsprechend definierte Flächen an den Teilpositioniereinrichtungen angebracht. Durch eine entsprechende Wahl der Flächen und der Position der Sensoren kann die Bewegungscharakteristik der Schlitten an die Erfassungscharakteristik der Sensoren angepasst werden. Zu diesem Zweck können rampenförmige Vorrichtungen 11 vorgesehen werden, die in ihrer Geometrie entsprechend angepasst werden können, so dass eine hinreichende Erfassungsgenauigkeit gewährleistet wird. So kann beispielsweise eine schnelle Bewegung in eine vorbestimmte Richtung in eine verlangsamte Bewegung in eine dazu orthogonale Richtung umgewandelt werden. Bei einer Steigung einer Rampe beispielsweise von 2 halbiert sich die erfasste Annäherungsgeschwindigkeit der Fläche an den Sensor im Vergleich zu der eigentlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Teilpositioniereinrichtung. Falls keine Analogeingangskarte verwendet wird, kann auch ein Analogsensor mit mehreren programmierbaren digitalen Ausgängen eingebaut werden.
Die Positionierzylinder 41, 42 werden im vorliegenden Beispiel mittels pneumatischen bzw. hydropneumatischen oder hydraulischen Ventilen 13 angesteuert. Jedoch kann bei einer Verwendung eines andersartigen Antriebs, wie etwa eines elektromotorischen Antriebs die Ansteuerung mittels elektrischen Schaltelementen vorgenommen werden, wie etwa Schützen oder Halbleiterschaltern (Transistoren). Die vorliegende Erfindung ist jedoch dabei nicht auf ein Antriebs- oder Ansteuerungsprinzip begrenzt. Die Realisierung wird hier dem Fachmann überlassen, der eine für die Anwendung geeignete Auswahl der Antriebs- und Ansteuerelemente trifft.
2 zeigt schematisch eine Steuerung 6 in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung, die eine Eingabekarte 15 und eine Ausgabekarte 16 umfasst. In dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Eingabekarte 15 um eine analoge Eingabekarte, so dass analogen Signalwerte von Sensoren 12 in Form von Analogsensoren verarbeitet werden können. Durch den zunehmenden Preisverfall bei elektronischen Komponenten sind analoge Eingabekarten mittlerweile zu Preisen erhältlich, die einen Einsatz bei einer derartigen Steuerung zu respektablen Kosten erlaubt. Auf der Grundlage von erfassten Werte in Form von Zeit-Weg-Daten der analogen Sensoren 15, die über die analoge Eingabekarte zu der zentralen Recheneinheit 61 der speicherprogrammierbaren Steuerung geliefert werden, kann die Steuerung 6 in Form einer speicherprogrammierbare Steuerung zu den geeigneten Zeiten über die Ausgabekarte 16 Ventile 13 ansteuern, die eine entsprechende Teilpositioniereinrichtung mit einem Antriebsmedium versehen. Da die Ventile 13 in der Regel nur in zwei Zuständen, geöffnet oder geschlossen, betrieben werden, kann für die Ausgabekarte in dem hier gezeigten Beispiel eine digitale Ausgabekarte verwendet werden.
An dieser Stelle sei jedoch betont, dass beispielsweise bei Verwendung von Digitalsensoren bzw. Analogsensoren mit digitalen Ausgängen auch die Positionen einer NC-Achse für die Auswertung herangezogen werden können, und eine digitale Eingabekarte verwendet werden kann. Ungeachtet dessen kann für eine Ansteuerung der Ventile, die nicht nur die Zustände geöffnet und geschlossen ansteuert, sondern auch teilweise geöffnete Zustände ansteuert, auch eine analoge Ausgabekarte verwendet werden.
Bei einer Ansteuerung einer Positioniervorrichtung oder einer Teilpositioniereinrichtung im Sinne der Erfindung initiiert die Steuerung die eigentliche Ansteuerung eines Ventils, wodurch das Ventil betätigt wird und das Ansteuerungsmedium zu beispielsweise einer Teilpositioniereinrichtung freigibt. Das Ansteuermedium für die Positioniervorrichtung bzw. Teilpositioniereinrichtung kann bei einem pneumatischen Ventil Luft, bei einem hydraulischen Ventil Öl, und bei einem elektrischen Ventil Strom sein. Die Totzeit T_T umfasst dabei die Zeit zwischen einer Ansteuerung eines Ventils und dessen Betätigung (z. B. Öffnungsverzögerung) und die Zeit zwischen der Betätigung des Ventils und der Beginn der Bewegung des Positionierelementes (z. B. Trägheitsverzögerung). Zusätzlich können, je nach Auslegung einer entsprechenden Positioniereinrichtung in der Totzeit auch Zeiten zwischen der Initiierung des Ventils und dessen Ansteuerung enthalten sein (z. B. wenn die Phasenlage der speicherprogrammierbaren Steuerung und die Lage der Ansteuerung des Ventils im Taktzyklus bekannt ist und berücksichtigt wird), und bzw. oder Zeiten, die ein Positionierelement schon in Bewegung ist, jedoch noch keinen kritischen Punkt (z. B. eine Stelle, in der eine Kollision möglich ist) erreicht hat. Bei dieser Ansteuerung der Positioniervorrichtung bzw. Teilpositioniereinrichtung muss beachtet werden, dass die Ansteuerung eines Ventils im Taktzyklus einer speicherprogrammierbaren Steuerung nicht bekannt sein kann und die Phasenlage eines Taktzyklus in der Regel nicht bekannt ist.
Bei einem Initiieren einer Ansteuerung eines Ventils seitens der Steuerung 6 vor Beenden eines vorangegangenen Bewegungsabschnitts darf nicht früher als eine vorbestimmte Totzeit T_T seitens der Steuerung 6 initiiert werden, da im ungünstigsten Fall angenommen werden muss, dass die Ansteuerung eines Ventils unmittelbar nach der Initiierung erfolgt. In diesem Fall ist die Zeit minimal zwischen dem Initiieren und dem Ansteuern. Wenn jedoch die Ansteuerung des Ventils in einer Taktposition der speicherprogrammierbaren Steuerung vorgesehen ist, die unmittelbar vor dem Initiieren abgearbeitet worden ist, so erfolgt die Ansteuerung des Ventils erst im darauffolgenden Taktschritt. In diesem Fall ist die Zeit maximal zwischen dem Initiieren und dem Ansteuern und entspricht etwa der Zykluszeit (Zeit, die eine SPS zum Durchlaufen eines Taktes benötigt) der speicherprogrammierbaren Steuerung.
Da die Verzögerungen, wie zuvor beschrieben, bei einer kleinen Zykluszeit einer speicherprogrammierbare Steuerungen für eine Vorrichtung zum Positionieren eines Werkstücks oder eines Werkzeugs relativ zu einem Ziellage am geringsten ist, ist es vorteilhaft eine speicherprogrammierbare Steuerungen mit niedrigen Zykluszeiten zu verwenden. Geeignet sind für das genannte Ausführungsbeispiel mit pneumatischen bzw. hydropneumatischen oder hydraulischen Positionierelementen beispielsweise eine SPS S7 von Siemens (30 ms bis 60 ms) oder ein CNC 30i von GE-Fanuc mit integrierter SPS (Zykluszeit von 4 ms). Für andere Anwendungsfälle können jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung auch speicherprogrammierbare Steuerungen mit längeren oder kürzeren Zykluszeiten verwendet werden.
3 zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm für eine lineare Bewegung bzw. einem linearen Weg-Zeit-Verlauf in einem ersten Bewegungsabschnitt 31 und einen linearen Weg-Zeit-Verlauf in einem zweiten Bewegungsabschnitt 32. Die von der Erfassungseinrichtung erfassten Zustandsgrößen umfassen in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine erfasste Position x₁ zu einer Zeit t₁ und eine Position x₂ zu einem Zeitpunkt t₂. Wenn die Weg-Zeit-Bewegungscharakteristik bekannt ist, wie in diesem Beispiel eine lineare Weg-Zeit-Charakteristik, so kann aus in diesem Fall zwei bekannten Wertepaaren x₁, t₂ und x₂, t₂ der Zeitpunkt t_V errechnet werden, zu dem die Positioniereinrichtung die Endposition x_E erreicht hat. Dieses Prinzip kann jedoch auch angewendet werden für nicht-lineare Weg-Zeit-Charakteristiken. Wenn eine lineare bzw. nicht-lineare Weg-Zeit-Charakteristik vollständig bekannt ist, kann für eine Abschätzung auch ein Wertepaar ausreichen, es geht jedoch jede Überprüfungsmöglichkeit verloren, mit der eine Veränderung der Weg-Zeit-Charakteristik detektiert werden kann. Je nach Anwendungsfall können, beispielsweise für Überwachungszwecke oder nicht bekannten Weg-Zeit-Charakteristiken mehr als zwei Weg-Zeit-Wertepaare notwendig sein, um den Zeitpunkt t_V zu ermitteln, zu dem die Positioniereinrichtung die Endposition x_E erreicht hat. Eine Überwachung dient letztendlich auch dazu festzustellen, ob eine ursprünglich bekannte Weg-Zeit-Charakteristik eventuell durch etwa Störungen zu einer unbekannten Weg-Zeit-Charakteristik geworden ist. Die Weg-Zeit-Charakteristik einer Positioniereinrichtung kann dabei auf der Basis von vorangegangenen Arbeitstaken der zweiten bewegbaren Einrichtung ermittelt werden. Die Weg-Zeit-Charakteristik einer Positioniereinrichtung kann beispielsweise bei einem Hydraulikzylinder von der Öltemperatur oder einer Abnutzung (Reibung) abhängen. Die Öltemperatur kann beispielsweise eine Schwankung über den Tagesverlauf aufweisen oder eine Schwankung über die Betriebszeit, oder von der Arbeitsumgebung der zweiten bewegbaren Einrichtung abhängen, beispielsweise wenn die Positioniereinrichtung einige Bewegungsabschnitte in der Nähe einer Wärmebehandlungseinrichtung durchführt.
3 zeigt die Lage der Zeiten und Positionen in einem ersten Bewegungsabschnitt 31 bezogen auf einen zweiten Bewegungsabschnitt 31. In der Praxis treten jedoch häufig mehrere Bewegungsabschnitte auf, jedoch sei das Prinzip hier anhand von zwei Bewegungsabschnitte erläutert. In der 3 schließt an den ersten Bewegungsabschnitt 31 ein zweiter Bewegungsabschnitt 32 an. Sowohl der erste Bewegungsabschnitt 31 in v-Richtung, als auch der zweite Bewegungsabschnitt 32 in w-Richtung wird in diesem Beispiel mit einer linearen Weg-Zeit-Charakteristik gezeigt. In der Praxis ist eine lineare Weg-Zeit-Charakteristik jedoch im Regelfall nicht vorhanden, da es beim Starten und beim Beenden einer Bewegung zu Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen kommt. Zur Vereinfachung sei in dieser Figur jedoch eine rein lineare Weg-Zeit-Charakteristik angenommen. Der zweite Bewegungsabschnitt 32 in w-Richtung startet zu der Betätigungszeit t_Bw. Bevor die Bewegung des zweiten Bewegungsabschnittes eintritt, muss jedoch die entsprechende Teilpositioniereinrichtung für den zweiten Bewegungsabschnitt 32 in w-Richtung angesteuert werden, was dazu führt, dass zwischen der Ansteuerungszeit t_Aw für den zweiten Bewegungsabschnitt 32 in w-Richtung und der Zeit des Bewegungsbeginns t_Bw für den zweiten Bewegungsabschnitt 32 in w-Richtung eine gewisse Zeitspanne liegt. Diese Zeit wird hier als Totzeit T_Tw bezeichnet. Da der zweite Bewegungsabschnitt 32 erst gestartet werden kann, wenn der erste Bewegungsabschnitt 31 beendet ist, das heißt, wenn die Teilpositioniereinrichtung für den ersten Bewegungsabschnitt 31 in v-Richtung die Endposition x_Ev erreicht hat, wird der voraussichtliche Zeitpunkt t_Vv aus den zuvor ermittelten Zustandsgrößen x_1v, t_1v, x_2v, t_2v ermittelt. Dadurch kann erreicht werden, dass der Ansteuerungszeitpunkt t_Aw schon zu der Zeit erfolgen kann, wenn der erste Bewegungsabschnitt 31 noch nicht abgeschlossen ist. Somit überlappt sich die Totzeit T_Tw zumindest zeitweise mit der Zeit, in der die Bewegung des Bewegungsabschnittes 31 noch andauert.
Es ist jedoch in einer weiteren Ausführungsform vorstellbar, dass durch einen unvorhergesehenen Umstand die Endposition x_Ev zum vorgesehenen Zeitpunkt t_Vv noch nicht erreicht ist, obwohl die Ansteuerung zum Zeitpunkt der Ansteuerung t_Aw bereits erfolgt ist. In diesem Fall muss die Ansteuerungsvorrichtung derart ausgelegt sein, dass entweder die Totzeit T_Tw künstlich verlängert wird, oder die Ansteuerung der zweiten bewegbaren Einrichtung für den Bewegungsabschnitt 32 abgebrochen wird. Durch eine derartige Maßnahme kann eine unbeabsichtigte Kollision in einem unvorhergesehenen Zustand vermieden werden. Stellt die Steuerung fest, dass die Endposition x_Ev zum erwarteten voraussichtlichen Zeitpunkt t_Vv erreicht wird, so leitet sie keine Maßnahmen ein, um den vorgesehenen Ablauf zu verändern.
4a und 4b zeigen Weg-Zeit-Diagramme für eine Positioniervorrichtung für zwei Bewegungsabschnitte, sowohl in v-Richtung, als auch in w-Richtung. Eine Positioniervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch mehr Bewegungsabschnitte aufweisen. In dem vorliegenden Bespiel wird jedoch das Prinzip beispielhaft für zwei Bewegungsabschnitte erläutert.
4a zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm für die beiden Bewegungsrichtungen, Bewegungsrichtung v und Bewegungsrichtung w, bei der keine Überlappung der Totzeit mit der Zeit stattfindet, zu der sich die Positioniereinrichtung in v-Richtung noch bewegt. Der Bewegungsabschnitt in w-Richtung darf nicht eher eingeleitet werden, bevor nicht die Teilpositioniereinrichtung in v-Richtung ihre Endposition x_Ev erreicht hat. Gemäß dem in 4a gezeigten Beispiel startet die Bewegung in v-Richtung zu dem Zeitpunkt t_Bv Wenn die Bewegung in v-Richtung abgeschlossen ist, wird bei einer Vorrichtung ohne eine zeitliche Überlappung die Ansteuerung zum Zeitpunkt t_Aw vorgenommen. Nach einer Totzeit T_Tw setzt sich dann zum Zeitpunkt t_Bw die Positioniereinrichtung in w-Richtung in Bewegung. Zum Zeitpunkt t_END erreicht dann auch die Positioniereinrichtung in w-Richtung ihre Endposition x_Ew.
Bei nur zwei Bewegungsabschnitten ist damit auch die Zielposition oder das Ziellage 3 erreicht.
Im Vergleich dazu zeigt die 4b ein Weg-Zeit-Diagramm für die beiden Bewegungsrichtungen, Bewegungsrichtung v und Bewegungsrichtung w, bei der eine Überlappung der Totzeit mit der Zeit stattfindet, zu der sich die Positioniereinrichtung in v-Richtung noch bewegt. Zum Zeitpunkt t_Bv setzt sich die Positioniereinrichtung in v-Richtung in Bewegung. Durch ein Ermitteln eines voraussichtlichen Zeitpunktes, wie in der Erläuterung zu 3 gezeigt, kann die Ansteuerung zum Zeitpunkt t_Aw erfolgen, wenn nach der Totzeit T_Tw die voraussichtliche Endposition x_Ev in v-Richtung erreicht ist. Wenn dann die Bewegung in w-Richtung zum Zeitpunkt t_Bw eintritt, so ist die Endposition x_Ev der Teilpositioniereinrichtung in v-Richtung erreicht. Der Zeitpunkt zum voraussichtlichen Erreichen der Endposition x_Ev zum Zeitpunkt t_Vv darf nicht vor dem Bewegungszeitpunkt der zweiten bewegbaren Einrichtung in w-Richtung liegen, zumindest bei einer kollisionsgefährdeten Anordnung, wenn eine Kollision vermieden werden soll (evtl. leichte Überlappung).
Wie aus dem Vergleich der 4a und 4b zu sehen ist, ist die Endposition in w-Richtung um die Totzeit T_Tw früher erreicht, als im Fall, der in 4a gezeigt ist, bei dem keine Überlappung der Totzeit T_Tw und der Zeit stattfindet, bei der sich die Positioniervorrichtung in v-Richtung noch in Bewegung befindet. Diese Zeitersparnis addiert sich für jeden weitern sequentiellen Bewegungsabschnitt analog.
5 zeigt ein schematisches Beispiel, bei dem die Positioniereinrichtung 4 die Einrichtung 2 zum Halten des Werkzeugs oder des Werkstücks 1 in Richtung der Endposition x_E positioniert. Dabei ist hier das Ziellage 3 identisch mit der Endposition x_E der Bewegungsrichtung. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel misst eine Spannvorrichtung in einer Spindel 5 in Form eines Sensors 12 den Abstand direkt zu dem zu positionierenden Werkstück oder Werkzeug 1, so dass keine zusätzlichen Einrichtungen, wie beispielsweise der in 1 gezeigten Rampen 11 notwendig sind, um eine Zustandsgröße der ersten bewegbaren Einrichtung 2 zu erfassen. Der Sensor 5 liefert dabei die gewonnen Daten zu der Steuerungseinrichtung, die hier eine geeignete Vorrichtung zum Erfassen der von dem Sensor 12 ausgegebenen Daten enthält. Die Steuerungseinrichtung 6 steuert dabei über ein geeignetes Ausgabemedium die Positioniereinrichtung 4 an, so dass ein Rückkopplungskreis gebildet wird, bei dem die Positionierung der zweiten bewegbaren Einrichtung 4 so lange durch die Steuerung 6 angesteuert wird, so lange das Werkstück beziehungsweise das Werkzeug 1 das Ziellage 3, wie durch den Sensor gemessen, nicht erreicht hat. Der Analogsensor, Ultraschallsensor oder optische Sensor kann dabei auch aus einem Bilderfassungs- und Bilderkennungssystem bestehen, durch das entsprechende Werkszeuge und Werkstücke sowohl als solche, als auch in ihrer Position und Geschwindigkeit erkannt werden, sodass die daraus resultierenden Daten für eine entsprechende Weiterverarbeitung im Sinne der Erfindung zur Verfügung gestellt werden können.
6 zeigt eine konkrete Ausgestaltung für eine Positionierung eines Werkzeugs mittels einer Positioniereinrichtung 4, wobei die Halteeinrichtung 2 das Werkzeug 1, hier einen Drehmeißel, haltert. Die Erfassungseinrichtung 5 in Form eines Sensors 5 ermittelt entsprechend Bewegungswerte, so dass die Zustandsgrößen der ersten bewegbaren Einrichtung 2 ermittelt werden können. Hat die Positioniereinrichtung die Halteeinrichtung mit dem Werkzeug bis zu dem vorbestimmten voraussichtlichen Endzeitpunkt bewegt, so startet die Ansteuerung der Folgebewegung, so dass beim Erreichen der Endposition x_E die Folgebewegung, beispielsweise eine anschließende Radialbewegung mittels einer hier nicht gezeigten weiteren Positioniereinrichtung unmittelbar ohne Zeitverlust einsetzen kann.
7 zeigt ein Flussdiagramm, dass das Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zum Positionieren eines Werkstücks oder eines Werkzeugs relativ zu einem Ziellage ausführt. Nach dem Start 100 des Verfahrens werden jeweils für die Positioniereinrichtungen einer jeden Bewegungsrichtung die jeweilige Endposition x_E eingegeben, sowie die aus Vorversuchen beziehungsweise vorangegangenen Bearbeitungszyklen ermittelte Totzeit T_T eingegeben 110. Durch die Erfassungseinrichtung 5 werden mittels Sensoren Weg-Zeit-Messwertepaare eingegeben 120. In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Messwertepaare eingegeben. Wie oben bereits erläutert können auch mehr Messwertepaare herangezogen werden, um ein genaueres Bewegungsprofil erstellen zu können. Aus den Messwertepaaren wird der voraussichtliche Zeitpunkt t_V errechnet, zu dem die Endposition x_E voraussichtlich erreicht wird 130. Im folgenden Schritt 140 wird abgefragt, ob der Zeitpunkt erreicht ist, zu dem der voraussichtliche Zeitpunkt zum Erreichen der Endposition x_E weniger als die Totzeit T_T entfernt ist. Wenn das nicht der Fall ist, wird eine gewisse Zeit abgewartet, so dass nach einem weiteren Fortschreiten der Zeit erneut die gleiche Abfrage 140 getätigt wird. Ist jedoch der voraussichtliche Zeitpunkt t_V bis zum Erreichen der Endposition x_E weniger als die Totzeit T_T entfernt, so wird abgefragt, ob die Endposition x_E noch vor den voraussichtlichen Zeitpunkt t_V erreicht werden kann 150. Ist dies nicht der Fall, wird der Wert des voraussichtlichen Zeitpunkts t_V erhöht 160, um zu verhindern, dass die Ansteuerung des folgenden Positionierungsschrittes gestartet wird, bevor die Positioniereinrichtung des vorangegangenen Positionierungsschritte ihre Endposition x_E vor dem Zeitpunkt t_V erreichen kann. So lange die Endposition x_E noch vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt t_V erreicht werden kann, kann der folgende Bearbeitungsschritt 170 gestartet werden, so dass die Ansteuerung für den folgenden Bearbeitungsschritt vorgenommen werden kann. Dann startet das Verfahren erneut 200.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs von sich aneinander anzuschließenden Bewegungen (v, w) mit – einer ersten bewegbaren Einrichtung (2, 41), – einer zweiten bewegbaren Einrichtung (4, 42), – einer Einrichtung (5) zum Erfassen einer Zustandsgröße der ersten bewegbaren Einrichtung (2), und – einer Steuerungseinrichtung (6), die einer Zykluszeit unterliegt und zur Steuerung der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) ausgebildet ist, bei der – die Steuerungseinrichtung (6) während eines Bewegungsdurchgangs auf Grundlage der von der Erfassungseinrichtung (5) erfassten Zustandsgröße einen Zeitpunkt (t_Vv) ermittelt, zu dem die erste bewegbare Einrichtung (2, 41) in diesem Bewegungsdurchgang in einer ersten Bewegungsrichtung (v) voraussichtlich eine Endposition (x_Ev) erreicht hat, – zwischen einem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) in eine zweite Bewegungsrichtung (w) und einem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung (t_Bw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4, 42) in die zweite Bewegungsrichtung (w) ein Zeitintervall (T_Tw) bestimmt ist, das größer als die Zykluszeit ist, und – die Steuerungseinrichtung (6) die zweite bewegbare Einrichtung (4, 42) zum Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) auf Grundlage der erfassten Zustandsgröße und einer in dem vorangegangenen Bewegungsdurchgang ermittelten Totzeit (T_T) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) derart ansteuert, dass der voraussichtliche Zeitpunkt (t_Vv) zum Erreichen der Endposition (x_Ev) in dem Zeitintervall (T_Tw) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (5) wenigstens einen Analogsensor umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (5) Digitalsensoren umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Zustandsgröße wenigstens einer Position (x) und einer Geschwindigkeit (dx/dt) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Zustandsgröße wenigstens zwei Positionen (x₁, x₂) zu verschiedenen Zeitpunkten (t₁, t₂) entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite bewegbare Einrichtung (4) mit Ventilen angesteuert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine NC/CNC ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) den Beginn der Ansteuerung (t_Aw) derart einstellt, dass das Zeitintervall (T_Tw) zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung (t_Bw) im Wesentlichen vollständig vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt (t_Vv) zum Erreichen der Endposition (x_Ev) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) das Zeitintervall (T_Tw) zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung (t_Bw) derart einstellt, dass es im Wesentlichen vollständig vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt (t_Vv) zum Erreichen der Endposition (x_Ev) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) eine Bewegung der ersten bewegbaren Einrichtung derart überwacht, dass sie den Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) verzögert, wenn die Endposition (x_Ev) nicht vor oder zu dem voraussichtlichen Zeitpunkt (t_Vv) erreicht werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) den voraussichtlichen Zeitpunkt (t_Vv) zum Erreichen der Endposition (x_E) unter Berücksichtigung der Zustandsgrößen ermittelt, die bei einer vorangegangenen Regelung des zeitlichen Ablauf Bewegungen durch die Erfassungseinrichtung (5) ermittelt wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, oder Anspruch 4 und einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) den voraussichtlichen Zeitpunkt (t_Vv) zum Erreichen der Endposition (x_Ev) aus einer momentanen Bewegung (dx/dt) und einer momentanen Position (x; x_1v, x_2v) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, oder Anspruch 5 und einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) den voraussichtlichen Zeitpunkt (t_V) zum Erreichen der Endposition (x_Ev) aus zwei verschiedenen Positionen (x_1v, x_2v) der ersten bewegbaren Einrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten (t_1v, t_2v) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bewegungsrichtung (v) und die zweite Bewegungsrichtung (w) voneinander verschieden sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite bewegbare Einrichtung (2, 4) einen fluidbetriebenen Antrieb, wie einen pneumatischen, einen hydropneumatischen, oder einen hydraulischen Antrieb umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endposition (x_Ev) eine Endposition einer Einrichtung (4) zum Positionieren eines Werkstücks oder eines Werkzeugs (1) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine intelligente Baugruppe vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, dass sie Positionen und/oder Geschwindigkeiten erfasst, und die Folgebewegungen unabhängig von der Zykluszeit der Steuerungseinrichtung erfolgt.
Verfahren zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs von sich aneinander anzuschließenden Bewegungen (v, w), bevorzugt zur Steuerung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Erfassen wenigstens eines Zustandes einer ersten bewegbaren Einrichtung (2), – Ermitteln eines voraussichtlichen Zeitpunktes (t_Vv), zu dem in einem Bewegungsdurchgang eine Endposition (x_Ev) in eine erste Bewegungsrichtung erreicht wird, auf der Grundlage des während dieses Bewegungsdurchganges erfassten Zustandes, – derartiges Ansteuern einer zweiten bewegbaren Einrichtung (4) zu einem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) auf Grundlage des erfassten Zustands und einer in einem vorangegangenen Bewegungsdurchgang ermittelten Totzeit (T_T) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4), dass der ermittelte voraussichtliche Zeitpunkt (t_Vv) zum Erreichen der Endposition (x_Ev) in einem Zeitintervall (T_Tw) zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) in eine zweite Bewegungsrichtung und einem Zeitpunkt des Beginns der Positionierung (t_Bw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) in die zweite Bewegungsrichtung liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Zustand wenigstens eine Position (x, x_1v, x_2v) und wenigstens eine Geschwindigkeit (dx/dt) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Zustand wenigstens zwei Positionen (x_1v, x_2v) zu zwei verschiedenen Zeitpunkten (t_1v, t_2v) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansteuerungsschritt das Zeitintervall (T_Tw) zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung (t_Aw) und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung (t_Bw) der zweiten bewegbaren Einrichtung (4) im Wesentlichen vollständig vor dem Zeitpunkt (t_Vv) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen weiteren Schritt des Überwachens derart umfasst, dass im Ansteuerungsschritt der Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung verzögert werden kann, bevorzugt verzögert wird, wenn die Endposition nicht vor oder zu dem voraussichtlichen Zeitpunkt (t_Vv) erreicht werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in Zykluszeiten gesteuert wird, und der voraussichtliche Zeitpunkt (t_Vv) durch die Steuerungseinrichtung (6) aus den im vorangegangenen Takt ermittelten Zustandsgrößen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der voraussichtliche Zeitpunkt (t_Vv) durch die Steuerungseinrichtung (6) aus einer momentanen Bewegung (dx/dt) und einer momentanen Position (x, x_1v, x_2v) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der voraussichtliche Zeitpunkt (t_Vv) durch die Steuerungseinrichtung (6) aus zwei Positionen (x_1v, x_2v) zu verschiedenen Zeitpunkten (t_1v, t_2v) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Geschwindigkeit und/oder die Verrechung der Zeiten auf der E/A-Ebene erfolgt, sodass die Folgebewegung unabhängig von der Zykluszeit der Steuerungseinrichtung erfolgt.