DE102012101979A1 - Producing relative movement between mobile elements against each other and against base, comprises performing relative movement between mobile elements corresponding to factor for motion distribution of relative movements of mobile elements - Google Patents

Producing relative movement between mobile elements against each other and against base, comprises performing relative movement between mobile elements corresponding to factor for motion distribution of relative movements of mobile elements Download PDF

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Abstract

Producing a relative movement between at least two mobile elements (11) against each other and against a base (10), comprises performing the relative movement between the mobile elements corresponding to a factor for motion distribution of the relative movements of the mobile elements against the base and/or with respect to upstream mobile elements, where data transmitted in base and/or upstream moving elements and motion tasks adjusted corresponding to mass of the moving elements, in its course over time in amount of identical drive reaction forces in the base cancel each other. Independent claims are also included for: (1) an apparatus for performing the above method, comprising at least two largely rigid- and light elements with respect to each other and are movable relative to a base, where the rigid- and light elements are designed such that they provide drive reaction forces required for generating a network motion to their movement, and which are movably arranged with respect to the base such that the drive reaction forces formed immediately in the base are introduced at the current location and in the current direction during the movement and the kinematic chain is immediately closed for generating the network motion and to compensate with suppressed vibration excitation of the base; and (2) a control technical process for carrying out the above method, comprises controlling the movement of the mobile elements by separate cascaded position control loops with lower speed- or speed control loop, lower-power-, torque-, acceleration- or current control loop, where each control loop, which is valid for the respective mobile element and the respective direction of motion, receives values of at least one control parameter, which is determined by analytical calculations or optimization calculation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zwei oder mehr relativ zueinander und relativ gegenüber einer Basis beweglichen Elementen einer Bewegungseinrichtung sowie eine regelungstechnische Anordnung zur Realisierung dieses Verfahrens.The invention relates to a method and a device for generating a relative movement between two or more relative to each other and relative to a base movable elements of a moving device and a control engineering arrangement for implementing this method.

Die Erzeugung präziser und schneller Relativbewegungen von Elementen gegenüber einem Bezugspunkt ist die Grundvoraussetzung für die Mehrzahl der industriellen Fertigungsverfahren. Dies umfasst insbesondere die Bearbeitung von Werkstücken mit Werkzeugmaschinen und ähnlichen bewegungsgeführten Maschinensystemen (beispielsweise auch in der Halbleiterindustrie) sowie die Handhabung von Werkstücken mit Handhabungseinrichtungen. Dabei wird üblicherweise die relative Bewegung zwischen Werkstück (WST) und dem Werkzeugbezugspunkt bzw. Endeffektorpunkt – auch als „Tool Center Point” (TCP) bezeichnet – betrachtet. Die wesentliche Herausforderung in der heutigen industriellen Fertigung stellt die weitere Steigerung der Produktivität unter Gewährleistung einer mindestens gleichbleibend hohen Qualität der bearbeiteten Werkstücke dar. Die Maßnahmen zur Produktivitätssteigerung sind vielfältig und greifen dementsprechend an verschiedenen Punkten der Prozessketten ein. Als Beispiele seien die Komplettbearbeitung auf einer Werkzeugmaschine, beispielsweise Drehen, Fräsen und Bohren auf einem Bearbeitungszentrum, oder die Reduktion unproduktiver Nebenzeiten, beispielsweise beim Werkzeugwechsel in der Werkzeugmaschine, genannt. Da diese Maßnahmen nach dem Stand der Technik vielfach weitestgehend ausgereizt sind, kann die weitere Steigerung der Produktivität nur durch eine erhöhte Dynamik der prozessführenden Bewegungseinrichtungen erreicht werden. Der Oberbegriff Dynamik umfasst dabei die Bewegungsgrößen Geschwindigkeit v, Beschleunigung a und Beschleunigungsänderung (Ruck) r der Relativbewegung zwischen TCP und Werkstück.The generation of precise and rapid relative movements of elements to a reference point is the prerequisite for the majority of industrial manufacturing processes. This includes in particular the machining of workpieces with machine tools and similar motion-guided machine systems (for example, in the semiconductor industry) as well as the handling of workpieces with handling equipment. Usually, the relative movement between the workpiece (WST) and the tool reference point or end effector point - also referred to as "Tool Center Point" (TCP) - is considered. The main challenge in today's industrial production is the further increase in productivity while ensuring at least consistently high quality of the machined workpieces. The measures to increase productivity are diverse and therefore intervene at various points in the process chains. Examples include the complete machining on a machine tool, such as turning, milling and drilling on a machining center, or the reduction of unproductive non-productive times, for example when changing tools in the machine tool, called. Since these measures are often largely exhausted according to the prior art, the further increase in productivity can only be achieved by increasing the dynamics of the process-guiding movement devices. The generic term dynamic comprises the motion quantities speed v, acceleration a and acceleration change (jerk) r of the relative movement between TCP and workpiece.

Problematisch ist, dass die Steigerung der Dynamik, insbesondere der Beschleunigung und des Rucks, mit erhöhten Antriebskräften und Kraftanstiegsgeschwindigkeiten einhergehen. Damit erhöht sich zum einen die für die Bewegungserzeugung erforderliche Leistung gemäß P = F·v, was in Folge von Wandlungsverlusten (beispielsweise im elektrischen Antrieb selbst oder in Bremswiderständen) einen absoluten Mehrbedarf an Energie pro gefertigtem Werkstück bedeuten kann. Darüber hinaus werden die Strukturbauteile, insbesondere aber die Gestelle der Bewegungseinrichtungen durch die betragsmäßig vergrößerten Antriebsreaktionen (Reaktionskräfte und Reaktionsmomente) und steileren Kraftanstiege zu stärkeren Schwingungen angeregt. Diese pflanzen sich über die kinematische Kette zum TCP fort und werden durch den Bearbeitungsprozess im Werkstück abgebildet, was eine Minderung der Qualität bedeutet. Die nach dem Stand der Technik bekannten Lösungsansätze zur Steigerung der Dynamik bewegungsgeführter Maschinensysteme unter Maßgabe des Erhalts oder der Verbesserung der Bewegungsgenauigkeit und damit der Qualität des bearbeiteten Werkstücks werden im Folgenden dargelegt und bewertet.The problem is that the increase in dynamics, in particular acceleration and jerk, are accompanied by increased drive forces and force increase rates. This increases, on the one hand, the power required for the generation of motion according to P = F * v, which as a result of conversion losses (for example in the electric drive itself or in braking resistors) can result in an absolute additional energy requirement per manufactured workpiece. In addition, the structural components, but in particular the racks of the movement devices are stimulated by the magnitude increased drive reactions (reaction forces and reaction moments) and steeper force increases to stronger vibrations. These propagate via the kinematic chain to the TCP and are imaged by the machining process in the workpiece, which means a reduction in quality. The solution approaches known from the prior art for increasing the dynamics of motion-guided machine systems in accordance with the preservation or improvement of the movement accuracy and thus the quality of the machined workpiece are set out below and evaluated.

Eine seit langem praktizierte Lösung zur Reduktion der Schwingungsanregung ist die Begrenzung der Dynamik der bewegungsgeführten Maschinensysteme. Durch Beschleunigungs-, besonders aber durch Ruckbegrenzung wird der Frequenzgehalt im Antriebskraftsignal zu niedrigeren Frequenzen hin verschoben (analog zur Tiefpassfilterung), was eine geringere Anregung von Strukturschwingungen bewirkt. Allerdings steht die Dynamikbegrenzung in Konkurrenz zur erreichbaren Produktivität und vermindert zudem die Konturtreue. Niedrige Dynamikgrenzen sind damit nicht mehr zeitgemäß.A long-practiced solution for reducing vibration excitation is limiting the dynamics of the motion-guided machine systems. By acceleration, but especially by Jerkbegrenzung the frequency content in the drive force signal is shifted towards lower frequencies (analogous to the low-pass filtering), which causes less excitation of structural vibrations. However, the dynamics limitation is in competition with the achievable productivity and also reduces the contour accuracy. Low dynamic limits are therefore no longer up-to-date.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik seit langem bekannt, dass die Position der Krafteinleitung an einer bewegten Baugruppe einen wesentlichen Einfluss auf die von der Bewegungseinrichtung erreichbare Bewegungsgüte hat. Wirkt die Antriebskraft außerhalb des Massenschwerpunktes der bewegten Baugruppe, entsteht in Folge des Hebelabstands des Massenschwerpunktes zur Krafteinleitungsstelle ein Kippmoment. Dieses bewirkt eine Schwingung der Baugruppe in ihren Führungen oder gar die Schwingungsanregung der tragenden Baugruppe (beispielsweise des Maschinengestells). Der Antrieb im Massenschwerpunkt ist daher in hochdynamischen Bewegungseinrichtungen bestmöglich einzuhalten. Dazu kommen vermehrt Parallelantriebe (beispielsweise Gantry-Anordnung in Fräsmaschinen) zum Einsatz, welche auch bei veränderlicher Lage des resultierenden Massenschwerpunktes die Einhaltung des Kraftangriffs im Massenschwerpunkt ermöglichen.Furthermore, it has long been known from the prior art that the position of the introduction of force on a moving assembly has a significant influence on the achievable by the movement device movement quality. If the drive force acts outside the center of gravity of the moving assembly, a tilting moment arises as a result of the lever distance of the center of mass to the force introduction point. This causes a vibration of the assembly in their guides or even the vibration excitation of the supporting assembly (for example, the machine frame). The drive in the center of mass is therefore to be kept in the best possible way in highly dynamic motion devices. For this purpose, increasingly parallel drives (for example, gantry arrangement in milling machines) are used, which allow compliance with the force application in the center of gravity even with variable position of the resulting center of mass.

Redundante Achsanordnungen sind seit längerem bekannt. In den ersten Anwendungen erfolgte noch eine getrennte Bewegung der redundanten Achsen, also beispielsweise eine Achse mit großem Bewegungsraum zum Abdecken des Arbeitsraumes, welche fixiert wird, während eine präzise Achse mit begrenztem Bewegungsraum für die lokale Positionierung verwendet wird. Derartige Anwendungen sind insbesondere aus der Halbleiterfertigung bekannt. Die nächste Entwicklungsstufe stellen redundante Achsanordnungen dar in denen die Achsen synchron Verfahren werden. Dies setzt eine Aufteilung der Sollbewegung auf die Achsen voraus. Ein frühes Anwendungsbeispiel ist die Unrundbearbeitung (Unrunddrehen). Dabei werden die hochfrequenten Bewegungsanteile beispielsweise von einem hochdynamischen Piezoaktor mit begrenztem Stellweg ausgeführt, während die niederfrequenten Bewegungsanteile von der herkömmlichen Vorschubeinheit erzeugt werden. In dieser Anwendung erfolgt die Aufteilung der Bewegungsanteile durch eine Fouriertransformation.Redundant axle arrangements have been known for some time. In the first applications, there was still a separate movement of the redundant axes, so for example an axis with a large space for movement to cover the working space, which is fixed, while a precise axis with limited range of motion is used for local positioning. Such applications are known in particular from semiconductor manufacturing. The next stage of development is redundant axis arrangements in which the axes become synchronous. This sets a distribution of the target movement on the axes ahead. An early application example is the non-circular machining (non-circular turning). The high-frequency motion components are executed, for example, by a highly dynamic piezoelectric actuator with a limited travel, while the low-frequency motion components are generated by the conventional feed unit. In this application, the distribution of the motion components is performed by a Fourier transformation.

In der Druckschrift US 5 798 927 A wird eine redundante Achsanordnung bestehend aus einer langsamen, kartesischen Bewegungseinrichtung (beispielsweise einem Kreuztisch) sowie einer Einheit zur hochdynamischen Ablenkung eines hochenergetischen Strahls (z. B. Lasterstrahl, Elektronenstrahl oder Ionenstrahl) beschrieben. Dabei wird ein Positioniervorgang (Punkt-zu-Punkt-Bewegung) auf die langsame Bewegungseinrichtung und die hochdynamische Strahlablenkeinheit aufgeteilt. Als Bewegungsprofil zwischen den Sollpositionen werden halbsinusförmige Rampen verwendet. Die Aufteilung der Positionierbewegung erfolgt durch Filterung des Zeit-Sollweg-Signals. So wird die Sollbahn der langsamen Bewegungseinrichtung beispielsweise durch Tiefpassfilterung gewonnen, die Sollbahn der Strahlablenkeinheit aus der Differenz von Ausgangssignal und gefiltertem Signal. Eine derartige redundante Achsanordnung ermöglicht hochdynamische Positionierbewegungen im gesamten Arbeitsbereich. An den definierten Positionen wird dann die Bearbeitung (z. B. an einem Halbleiter) mittels des hochenergetischen Strahls durchgeführt. Andere Verfahren erweitern das in der Druckschrift US 5 798 927 A vorgestellte Prinzip auf kontinuierliche Bewegungen (Bahnfahrt). Für sehr „leichte” Werkzeuge, wie z. B. einen mittels Spiegeln ablenkbaren Laserstrahl oder einen mittels einer Spulenanordnung ablenkbaren Elektronenstrahl, stellen derartige redundante Achsanordnungen die ideale Lösung zur signifikanten Steigerung der Dynamik dar.In the publication US 5 798 927 A A redundant axle arrangement consisting of a slow Cartesian movement device (for example a cross table) and a unit for highly dynamic deflection of a high-energy beam (eg load beam, electron beam or ion beam) is described. In this case, a positioning operation (point-to-point movement) is divided between the slow moving device and the highly dynamic beam deflecting unit. Semi-sinusoidal ramps are used as the movement profile between the nominal positions. The division of the positioning movement is carried out by filtering the time Sollweg signal. Thus, the desired path of the slow movement device is obtained, for example, by low-pass filtering, the desired path of the beam deflection unit from the difference between the output signal and the filtered signal. Such a redundant axle arrangement allows highly dynamic positioning movements throughout the work area. At the defined positions, processing (eg on a semiconductor) is then carried out by means of the high-energy beam. Other methods extend this in the document US 5 798 927 A presented principle on continuous movements (train journey). For very "light" tools, such. As a deflectable laser beam by means of mirrors or deflectable by means of a coil assembly electron beam, such redundant axle arrangements represent the ideal solution for significantly increasing the dynamics.

Für diverse Laserbearbeitungsanlagen wurden ähnliche Lösungen entwickelt, wobei mit dem Aufkommen von Faserlasern bzw. beim Einsatz größerer Laserleistung die Anwendung von Strahlablenkeinheiten (Galvanometerantriebe und Ablenkspiegel) nicht mehr sinnvoll ist. Zudem erfordert die Laserbearbeitung dickerer Materialen einen Strahleintritt normal zur Oberfläche des Werkstücks. Dies führte zur Entwicklung diverser redundanter kartesischer Kinematiken, sowie verschiedenen Ansätzen zur Bewegungsaufteilung. Da die hochdynamischen Zusatzachsen der Strahl-Bearbeitungsmaschinen bei steigender Strahlleistung immer schwerer werden und zudem höchste Beschleunigungen und Rucke gefordert sind, kommt es wiederum zur Anregung der Maschinenstrukturen durch die Antriebsreaktionskräfte und -momente.Similar solutions have been developed for various laser processing systems, with the advent of fiber lasers or the use of larger laser power, the use of beam deflection units (galvanometer drives and deflection mirrors) no longer makes sense. In addition, the laser processing of thicker materials requires a jet entrance normal to the surface of the workpiece. This led to the development of various redundant Cartesian kinematics, as well as different approaches to the distribution of motion. Since the highly dynamic additional axes of the beam-processing machines with increasing beam power are getting heavier and also highest accelerations and jerks are required, it comes again to the excitation of the machine structures by the drive reaction forces and moments.

Eine Lösung hierfür wird in der Druckschrift EP 1 724 054 A1 am Beispiel einer Laserbearbeitungsanlage (Lasterstrahlschneiden oder Laserstrahlschweißen) vorgestellt. Zur Verringerung oder idealerweise vollständigen Auslöschung der Antriebsreaktionskräfte werden Ausgleichsmassen (in der Druckschrift EP 1 724 054 A1 auch „Gegengewichtseinheiten” genannt) entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der werkzeugtragenden Zusatzachsen beschleunigt. Dabei verfügen die Ausgleichsmassen über eigene geregelte Antriebe und haben in Summe die gleiche Masse wie die werkzeugtragende Baugruppe (Nutzmasse). Nutzmasse und Ausgleichsmassen erhalten identische Bewegungsvorgaben, so dass sich ein im Wesentlichen gleicher Bewegungszustand (gekennzeichnet durch den zeitlichen Verlauf von Weg s, Geschwindigkeit v, Beschleunigung a und Ruck r) einstellt. Damit entstehen im Idealfall entgegengesetzt gerichtete Antriebsreaktions- und Reibkräfte gleicher Amplitude, welche sich in der die Nutz- und Ausgleichsmassen tragenden Baugruppe kompensieren. Dieses als „Kraftkompensation” bekannte Verfahren wurde zunächst für andere Bewegungseinrichtungen zur hochdynamischen und hochpräzisen Bewegungserzeugung (beispielsweise für die die schnelle Positionierung eines Strahlenfilters, wie er in Röntgen-Computer-Tomographen verwendet wird oder in Zugriffsmechanismen von Festplatten) entwickelt.A solution for this is in the document EP 1 724 054 A1 the example of a laser processing system (load beam cutting or laser beam welding) presented. To reduce or ideally complete extinction of the drive reaction forces are balancing weights (in the document EP 1 724 054 A1 also called "counterweight units") opposite to the direction of movement of the tool-carrying auxiliary axes accelerated. The balancing weights have their own controlled drives and, in total, have the same mass as the tool-carrying module (payload). Payload and balancing weights receive identical motion specifications, so that a substantially identical state of motion (characterized by the time course of path s, speed v, acceleration a and jerk r) sets. This ideally produces oppositely directed drive reaction and friction forces of the same amplitude, which compensate each other in the assembly carrying the useful and compensating masses. This technique, known as "force compensation", was initially developed for other motion devices for high dynamic and high precision motion generation (e.g., for rapid positioning of a beam filter as used in x-ray computer tomographs or hard disk access mechanisms).

Eine in der Druckschrift EP 0 523 042 A1 beschriebene Bewegungseinrichtung setzt die Kraftkompensation für eine Bewegung in der Ebene um. Dazu werden zwei, jeweils ober- und unterhalb einer feststehenden Baugruppe beweglich gelagerte und gleichschwere Platten mittels elektrischer Direktantriebe (beispielsweise elektrodynamische Antriebe) mit gleicher Sollwegvorgabe entgegengesetzt bewegt. In der feststehenden Baugruppe heben sich die entstehenden Antriebsreaktionskräfte auf. Die Anordnung ermöglicht neben der Bewegung in X- und Y-Richtung zudem die Rotation der bewegten Platten um die Hochachse Z. Die hinter dem Verfahren stehenden Anwendungen beziehen sich auf die hochdynamische und präzise Positionierung kleinster Bauteile gegenüber einem Bezugspunkt. Als Beispiele sind die Rasterelektronenmikroskopie, Lithografie, Robotermontage und das automatische Testen elektronischer Schaltungen aufgeführt. Die vorgestellte Ausführung mit plattenförmigen bewegten Baugruppen ermöglicht es zudem die Wirklinie der resultierenden Antriebskräfte in den Massenschwerpunkt zu verlegen. Damit entfallen Kippmomente in den bewegten Baugruppen, was die Bewegungsqualität nochmals steigert. In der Druckschrift EP 0 523 042 A1 wird jedoch nicht die Ausnutzung der zwischen oberer und unterer Platte entstehenden Relativbewegung in Betracht gezogen.One in the publication EP 0 523 042 A1 described movement device converts the force compensation for in-plane movement. For this purpose, two, each above and below a fixed assembly movably mounted and equally heavy plates by means of electric direct drives (for example, electro-dynamic drives) with the same Sollwegvorgabe moved opposite. In the fixed assembly, the resulting drive reaction forces cancel. In addition to the movement in the X and Y directions, the arrangement also permits the rotation of the moving plates about the vertical axis Z. The applications behind the method relate to the highly dynamic and precise positioning of the smallest components with respect to a reference point. Examples include Scanning Electron Microscopy, lithography, robotic assembly and automatic electronic circuit testing. The presented embodiment with plate-shaped moving assemblies also makes it possible to lay the line of action of the resulting drive forces in the center of mass. This eliminates tilting moments in the moving assemblies, which further increases the quality of movement. In the publication EP 0 523 042 A1 However, the utilization of the resulting between the upper and lower plate relative movement is not considered.

Um die für die Kraftkompensation benötigten Verfahrwege zu verringern ist es vorteilhaft wenn die Ausgleichsmassen um ein Vielfaches größer als die Nutzmassen sind. Ein anderer, in der Druckschrift DE 10 2004 057 062 A1 dargelegter Ansatz verringert den Weg der Kompensationsmassen durch Modifikation des in der Kompensationskraft beinhalteten Frequenzspektrums. Hierzu wird die Sollkraft des Antriebs der Nutzmasse (im Folgenden auch als Nutzantrieb bezeichnet) mit einem Bandpass gefiltert und dem Antrieb der Kompensationsmasse (im Folgenden auch als Kompensationsantrieb bezeichnet) als Sollkraftvorgabe zugeführt. Die in der Antriebskraft enthaltenen niedrigen Frequenzen (bis etwa zur unteren Grenzfrequenz fG des Bandpasses) und die damit einhergehende Starrkörperbewegung des Kompensationsantriebes werden dadurch stark verringert. Hohe Frequenzen (bis etwa zur oberen Grenzfrequenz fG + fB des Bandpasses) werden ebenfalls herausgefiltert, um eine Anregung des Stromregelkreises durch hochfrequente Störungen zu vermeiden. In order to reduce the travel distances required for the force compensation, it is advantageous if the balancing weights are many times greater than the useful masses. Another, in the publication DE 10 2004 057 062 A1 The approach described reduces the path of the compensation masses by modifying the frequency spectrum included in the compensation force. For this purpose, the desired force of the drive of the useful mass (hereinafter also referred to as useful drive) is filtered with a bandpass and the drive of the compensation mass (hereinafter referred to as compensation drive) supplied as a target force specification. The low frequencies contained in the driving force (up to about the lower limit frequency f G of the bandpass) and the concomitant rigid body movement of the compensation drive are thereby greatly reduced. High frequencies (up to the upper limit frequency f G + f B of the bandpass filter) are also filtered out in order to avoid excitation of the current control loop due to high-frequency interference.

Dieses als Impulskompensation bezeichnete Verfahren wurde in „Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen” [ Müller, Jens: Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 untersucht. In „Vorab-Sollwertberechnung für die Impulskompensation von Lineardirektantrieben” [ Großmann, Knut; Müller, Jens; Peukert, Christoph: Vorab-Sollwertberechnung für die Impulskompensation von Lineardirektantrieben. ZWF 106 (2011) 5, S. 352–356 ] wurde darüber hinaus ein Ansatz zur Generierung des Kompensationskraft-Signals aus der Sollwegvorgabe des Nutzantriebes bzw. der Nutzmasse erläutert. Kraft- und Impulskompensation bieten zwar ein erhebliches Potential zur Reduktion der schwingungsanregenden Antriebsreaktionskräfte, gehen aber mit einem signifikanten konstruktiven und steuerungsseitigen Mehraufwand einher. Zudem bedeuten die zusätzlich bewegten, nicht an der Bewegungserzeugung beteiligten Ausgleichsmassen einen Mehrverbrauch an Energie bei gleicher Dynamik.This process, known as pulse compensation, was described in "Comparative Investigation of Methods for Reducing Frame Excitation by Machine-Tool Axes driven by Linear Machine" [ Müller, Jens: Comparative investigation of methods for reducing the frame excitation by linear motor-driven machine tool axes. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 examined. In "Pre-setpoint Calculation for Pulse Compensation of Linear Direct Drives" [ Grossmann, Knut; Müller, Jens; Peukert, Christoph: Pre-setpoint calculation for the pulse compensation of linear direct drives. ZWF 106 (2011) 5, pp. 352-356 ] an approach for generating the compensation force signal from the Sollwegvorgabe the Nutzantriebes or payload was also explained. Although force and pulse compensation offer considerable potential for reducing the vibration-inducing drive reaction forces, they are accompanied by significant additional design and control overhead. In addition, the additional moving, not involved in the movement generation equalization masses mean an increase in energy consumption with the same dynamics.

In „Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen” [ Müller, Jens: Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 ] wurde ebenfalls das Verfahren der Ruckentkopplung bzw. Impulsentkopplung untersucht. Das Prinzip entspricht dem Rohrrücklauf bei Geschützen und wurde für die Anwendung in Werkzeugmaschinen adaptiert. Die Antriebsreaktionskraft wird zuerst auf einen beweglichen Entkopplungsschlitten übertragen, welcher mittels Feder- und Dämpferelementen an der unterlagerten Baugruppe (meist das Maschinengestell) befestigt ist. Die Anordnung aus Feder, Masse des Entkopplungsschlittens und Dämpfer entspricht einem mechanischen Tiefpass – die verminderte Anregung der Maschinenstruktur wird also analog zur Ruckbegrenzung erreicht. Zur maschinennahen Realisierung der Ruckentkopplung wurden diverse weitere Anordnungen entwickelt. Die Ruck- bzw. Impulsentkopplung kann zwar die Strukturanregung vermindern, erfordert dafür aber bei gleicher Dynamik einen höheren Energieeinsatz in Folge der Energiedissipation im Dämpfer. Zudem erhöht sich der konstruktive Aufwand durch die zur Entkopplung benötigten Bauteile und Baugruppen, welche nicht aktiv zur Bewegungserzeugung in der kinematischen Kette beitragen. Auch die Ableitung der Antriebsreaktionskräfte auf eine gestellunabhängige Basis wurde in Betracht gezogen ist aber als wenig praxistauglich einzustufen.In "Comparative Investigation of Methods for Reducing Frame Excitation by Linear Motor-Driven Machine Tool Axes" [ Müller, Jens: Comparative investigation of methods for reducing the frame excitation by linear motor-driven machine tool axes. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 ], the method of jerk decoupling was also investigated. The principle corresponds to the pipe return for guns and has been adapted for use in machine tools. The drive reaction force is first transmitted to a movable decoupling slide, which is fixed by means of spring and damper elements on the subordinate assembly (usually the machine frame). The arrangement of spring, mass of the decoupling carriage and damper corresponds to a mechanical low-pass - the reduced excitation of the machine structure is thus achieved analogously to Jerkbegrenzung. For close-to-machine realization of the jerk decoupling various other arrangements have been developed. Although the jerk or impulse decoupling can reduce the structure excitation, but requires the same dynamics, a higher energy input due to the energy dissipation in the damper. In addition, the design complexity increases due to the components and assemblies required for decoupling, which do not actively contribute to the generation of motion in the kinematic chain. The derivation of the drive reaction forces on a frame-independent basis was also considered but is classified as less practicable.

In der Druckschrift CZ 298 615 B6 und „New Principles for Design of Highly Dynamic Machine Tools” [ Bubak, A.; Soucek, P.; Zelený, J.: New Principles for Design of Highly Dynamic Machine Tools, In: Proceedings of the international conference ICPR-17, Blacksburg, Virginia, USA. 08/2003 .] wird ein als „floating principle” bezeichnetes Verfahren zur Bewegungserzeugung durch die Einleitung einer Antriebskraft zwischen zwei relativ zueinander und relativ gegenüber dem Maschinengestell beweglich – „schwimmend” – gelagerten Baugruppen vorgestellt. Die kinematische Kette vom Werkstück zum TCP wird zwischen den beiden bewegten Maschinenbaugruppen geschlossen. Die bewegten Baugruppen müssen gegenüber dem Maschinengestell zentriert werden. Hierzu dient im einfachsten Fall eine Feder, in der Druckschrift CZ 298 615 B6 wird ein weiterer Antrieb mit schwach eingestelltem Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis bevorzugt. Das Maschinengestell bzw. die Basis ist – bis auf die zur Zentrierung der bewegten Baugruppen aufgebrachten Kräfte – praktisch frei von Antriebsreaktionskräften. Allerdings ist bei dieser Form der Kraftentkopplung die auf die Maschinenbasis übertragene Anregung von eher untergeordneter Bedeutung. Da die kinematische Kette zum TCP über die relativ zueinander bewegten Baugruppen geschlossen wird, müssen diese ausreichende Abstände und Freiräume zueinander realisieren. Damit wird es, besonders bei mehrachsigen Anordnungen, schwierig den Anforderungen nach hoher statischer und dynamischer Steifigkeit der Baugruppen nachzukommen – die bewegten Baugruppen werden gestellähnlich. Bei großen Abständen der Antriebskrafteinleitung zu den Masseschwerpunkten der bewegten Baugruppen kann es damit zu den bekannten Schwingungsproblemen durch eine Momentenanregung kommen. Das „floating principle” eignet sich demnach vorwiegend für eine einachsige Bewegungseinrichtung mit einer hochdynamischen Haupt-Vorschub-Bewegung und falls erforderlich weiteren Zustellbewegungen.In the publication CZ 298 615 B6 and "New Principles for Design of Highly Dynamic Machine Tools" Bubak, A .; Soucek, P .; Zelený, J .: New Principles for Design of Highly Dynamic Machine Tools, In: Proceedings of the International Conference ICPR-17, Blacksburg, Virginia, USA. 08/2003 .] is presented as a "floating principle" method for generating movement by the introduction of a driving force between two relative to each other and relative to the machine frame movable - "floating" - mounted assemblies. The kinematic chain from the workpiece to the TCP is closed between the two moving machine assemblies. The moving assemblies must be centered relative to the machine frame. This is done in the simplest case, a spring in the document CZ 298 615 B6 another drive is preferred with weakly adjusted position and speed control loop. The machine frame or the base is - except for the forces applied to center the moving assemblies - virtually free of drive reaction forces. However, in this form of power decoupling, the excitation transferred to the machine base is of minor importance. Since the kinematic chain is closed to the TCP on the relatively moving assemblies, they must realize sufficient distances and open spaces to each other. This makes it difficult, especially in multiaxial arrangements, to meet the requirements for high static and dynamic rigidity of the assemblies - the moving assemblies become frame-like. For large distances of the driving force introduction to the center of gravity of the moving assemblies, it may thus come to the known vibration problems by a torque excitation. Accordingly, the "floating principle" is predominantly suitable for a uniaxial one Movement device with a highly dynamic main feed motion and, if necessary, further feed movements.

Nach dem Stand der Technik stehen verschiedene Verfahren zur Steigerung der Dynamik bewegungsgeführter Maschinensysteme unter Maßgabe des Erhalts oder der Verbesserung der Bewegungsqualität zur Verfügung. Den bekannten Verfahren ist gemein, dass eine Reduktion der Schwingungsanregung bei gleicher Dynamik nur mit einem erhöhten konstruktiven Aufwand sowie einem gesteigerten Energieverbrauch erreicht werden kann. Eine Ausnahme bildet das in der Druckschrift CZ 298 615 B6 vorgestellte „floating principle”, wobei ein Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren nur bei einer einachsigen Bewegungseinrichtung erwartet wird. Ebenso bieten redundante Achsanordnungen bei hinreichend geringem Gewicht der dynamischen Achse (insbesondere bei Ablenkung eines praktisch masselosen hochenergetischen Strahls) Vorteile hinsichtlich eines verminderten Energieeinsatzes bei gesteigerter Dynamik und mindestens gleichbleibender Bewegungsqualität.According to the prior art, various methods are available for increasing the dynamics of motion-guided machine systems while retaining or improving the quality of movement. The known method has in common that a reduction of the vibration excitation can be achieved with the same dynamics only with increased design complexity and increased energy consumption. An exception is the one in the document CZ 298 615 B6 presented "floating principle", with an advantage over the known method is expected only in a uniaxial motion device. Likewise, redundant axle arrangements with a sufficiently low dynamic axis weight (especially when deflecting a virtually massless high-energy jet) offer advantages in terms of reduced energy input with increased dynamics and at least constant motion quality.

Die Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung einer präzisen ein- oder mehrdimensionalen Relativbewegung zwischen zwei oder mehr relativ zueinander und relativ gegenüber einer Basis beweglichen Elementen sowie eine Vorrichtung hierzu und ein regelungstechnisches Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung anzubieten, wobei die beweglichen Elemente bei minimaler Schwingungsanregung durch die mechanischen Rückwirkungen auf die Basis mit hoher Dynamik bewegt werden können.The invention therefore has the object to provide a method for producing a precise one- or multi-dimensional relative movement between two or more relative to each other and relatively movable relative to a base elements and a device therefor and a control method for controlling the device, wherein the movable elements in minimal vibration excitation can be moved by the mechanical reactions to the base with high dynamics.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zwei oder mehr relativ zueinander und relativ gegenüber einer Basis beweglichen Elementen. Die Relativbewegung zwischen den beweglichen Elementen ist entsprechend einem Faktor, welcher im Wesentlichen aus dem Massenverhältnis der beweglichen Elemente gebildet wird, aus den Relativbewegungen der beweglichen Elemente gegenüber der Basis und/oder gegenüber vorgelagerten beweglichen Elementen zusammengesetzt. Die in die Basis und/oder in das vorgelagerte bewegliche Element übertragenen und in Folge der entsprechend der Massen der beweglichen Elemente angepassten Bewegungsvorgaben im Wesentlichen in ihrem Zeitverlauf identischen Antriebsreaktionskräfte heben sich in der Basis im Wesentlichen auf. Es sind im Wesentlichen entgegengesetzte Relativbewegungen gegenüber der Basis bzw. gegenüber dem vorgelagerten beweglichen Element betroffen. Die Basis ist zunächst eine im Wesentlichen gegenüber dem äußeren Bezug unbewegliche Baugruppe, die in den Bewegungsrichtungen, die mit den dominierenden Richtungen des Kraftflusses gleichzusetzen sind, möglichst steif ausgeführt ist. Als Basis ist auch ein gegenüber weiteren unterlagerten Baugruppen bewegliches Element anzusehen.The object of the invention is achieved by methods for generating a relative movement between two or more relative to each other and relative to a base movable elements. The relative movement between the movable elements is composed of the relative movements of the movable elements relative to the base and / or to upstream movable elements in accordance with a factor which is essentially formed by the mass ratio of the movable elements. The motive forces transmitted in the base and / or in the upstream movable element and as a result of the movement specifications corresponding to the masses of the movable elements substantially identical over time, essentially cancel each other out in the base. Essentially opposite relative movements relative to the base or to the upstream movable element are concerned. The base is initially a substantially immovable relative to the outer cover assembly that is as stiff as possible in the directions of movement, which must be equated with the dominant directions of the power flow. The basis is also to be regarded as a movable element compared to other subordinate assemblies.

Die Bewegungsvorgaben sind Sollweg s, Sollgeschwindigkeit v, Sollbeschleunigung a und Sollruck r jeweils über der Zeit. Die Basis ist eine im Wesentlichen gegenüber dem äußeren Bezug unbewegliche Baugruppe, kann aber auch durch ein gegenüber weiteren unterlagerten Baugruppen bewegliches Element gebildet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zusätzliche oder redundante Achsen durch ein oder mehrere zusätzliche bewegliche Elemente auf einem gegenüber der Basis beweglichen Element erzeugt werden. Dann ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl geeignet, in dem als sekundäre Basis anzusehenden beweglichen Element die Reaktionskräfte auszugleichen, insbesondere wenn sich mehr als ein bewegliches Element der zweiten oder einer höheren Ebene dort bewegt. Zudem ist aber auch vorgesehen, die Reaktionskräfte insgesamt, die die beweglichen Elemente aller Ebenen hervorrufen, von dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erfassen und die Relativbewegungen aller beweglichen Elemente in allen Ebenen zu kontrollieren bzw. zu steuern.The movement specifications are Sollweg s, target speed v, target acceleration a and target pressure r respectively over time. The base is a substantially immovable relative to the outer cover assembly, but can also be formed by a relation to other subordinate assemblies movable element. This is particularly the case when additional or redundant axes are generated by one or more additional movable elements on a base movable member. Then, the method according to the invention is both suitable for compensating for the reaction forces in the movable element to be considered as a secondary base, in particular if more than one movable element of the second or a higher level moves there. In addition, however, it is also intended to detect the reaction forces as a whole, which cause the movable elements of all levels, by the method according to the invention and to control or control the relative movements of all movable elements in all planes.

Die Steuerung erfolgt somit über mehrere bewegliche Elemente hinweg, also beispielsweise wenn sich zwei Zusatzachsen auf den Elementen (insbesondere Normal zur Bewegungsrichtung der Elemente) bewegen und der Kraftschluss nicht direkt über die Basis erfolgt, sondern die Kräfte auch ein Stück weit über die beweglichen Elemente gehen müssen.The control is thus carried out over several movable elements, so for example when two additional axes on the elements (in particular normal to the direction of movement of the elements) move and the adhesion does not take place directly over the base, but the forces go a little way on the moving elements have to.

Dabei erfolgt die Bewegung der (beispielsweise in Normalenrichtung wirksamen) Zusatzachsen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.In this case, the movement of the auxiliary axes (which are effective, for example, in the normal direction) takes place in accordance with the method according to the invention.

Erfindungsgemäß wird eine redundante Achsanordnung so aufgebaut, dass eine Relativ- oder Nutzbewegung zwischen mindestens zwei gegenüber einer Basis beweglichen Elementen entsteht, wenn sich diese Elemente im Wesentlichen jeweils entgegengesetzt (bezogen auf die Basis) bewegen. Dazu werden die Elemente gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren so angesteuert, dass sich möglichst identische Antriebskraft-Zeit-Verläufe ausbilden, wodurch sich die auf die Basis wirkenden Antriebsreaktionskräfte im Wesentlichen aufheben (Kraftkompensation). Das Verfahren wird auch als „kinematisch gekoppelte Kraftkompensation” bezeichnet. Die kinematischen Größen, also Sollweg ssoll bzw. xsoll, Sollgeschwindigkeit vsoll, Sollbeschleunigung asoll und Sollruck rsoll, der beweglichen Elemente werden durch einen formalen Zusammenhang abhängig vom Verhältnis der Massen Km bzw. der Dynamik KD der beweglichen Elemente festgelegt (siehe Gleichungen 1 bzw. 2 beispielhaft für zwei bewegliche Elemente). Gleichungen 1, 2 und 3:

Figure 00090001
According to the invention, a redundant axle arrangement is constructed such that a relative or useful movement arises between at least two elements which are movable relative to a base, when these elements essentially move in opposite directions (relative to the base). For this purpose, the elements are controlled in accordance with the method according to the invention in such a way that identical driving force-time courses are formed, as a result of which the drive reaction forces acting on the base essentially cancel each other out (force compensation). The method is also called "kinematically coupled force compensation" designated. The kinematic variables, so s target path to or x is to rated speed v Soll, target acceleration a to and set jerk r is to the movable elements are dependent on the ratio of the masses by a formal context K m and the dynamics K set D of the movable elements (See Equations 1 and 2, respectively, for two movable elements). Equations 1, 2 and 3:
Figure 00090001

Gemäß Gleichung 3 ergeben sich im Wesentlichen identische Kraft-Zeit-Verläufe für die Antriebskräfte der beweglichen Elemente, welche sich in der Basis annährend aufheben. Dadurch wird die Schwingungsanregung der Maschinenstruktur (Basis und bewegliche Elemente) stark vermindert, was die Bewegungsqualität steigert.According to Equation 3, substantially identical force-time profiles result for the driving forces of the movable elements, which approximately cancel each other out in the base. As a result, the vibration excitation of the machine structure (base and movable elements) is greatly reduced, which increases the quality of motion.

Prinzipiell ergeben sich bei einer Menge von k beweglichen Elementen die Sollverläufe für die Bewegungsgrößen Weg s, Geschwindigkeit v, Beschleunigung a, und Ruck r, bzw. die korrespondierenden bewegungserzeugenden physikalischen Größen, bspw. eine Kraft F, ein Motorstrom i oder ein Druck p, gemäß den Gleichungen 4 in Abhängigkeit der jeweiligen an den anderen beweglichen Elementen wirksamen Größen. Dabei können eine Vielzahl weiterer Parameter P, wie bspw. Übersetzungsverhältnisse, Kraftkonstanten, Zeitkonstanten oder allgemeine Übertragungsfunktionen, für die Ermittlung der Bewegungs- bzw. weiteren Größen relevant sein. Gleichungen 4: sk(t) = f(t, m1 ... mj, s1 ... sj, P1 ... Pz) vk(t) = f(t, m1 ... mj, v1 ... vj, P1 ... Pz) ak(t) = f(t, m1 ... mj, a1 ... aj, P1 ... Pz) rk(t) = f(t, m1 ... mj, r1 ... rj, P1 ... Pz) Fk(t) = f(t, m1 ... mj, F1 ... Fj, P1 ... Pz) ik(t) = f(t, m1 ... mj, i1 ... ij, P1 ... Pz) pk(t) = f(t, m1 ... mj, p1 ... pj, P1 ... Pz) In principle, given a set of k moving elements, the desired curves for the motion variables path s, velocity v, acceleration a, and jerk r, or the corresponding motion-generating physical variables, for example a force F, a motor current i or a pressure p, according to the equations 4 depending on the respective sizes effective on the other movable elements. In this case, a multiplicity of further parameters P, such as, for example, gear ratios, force constants, time constants or general transfer functions, may be relevant for determining the quantities of motion or other variables. Equations 4: s k (t) = f (t, m 1 ... m j , s 1 ... s j , P 1 ... P z ) v k (t) = f (t, m 1 ... m j , v 1 ... v j , P 1 ... P z ) a k (t) = f (t, m 1 ... m j , a 1 ... a j , P 1 ... P z ) r k (t) = f (t, m 1 ... m j , r 1 ... r j , P 1 ... P z ) F k (t) = f (t, m 1 .. m j , F 1 ... F j , P 1 ... P z ) i k (t) = f (t, m 1 ... m j , i 1 ... i j , P 1 .. P z ) p k (t) = f (t, m 1 ... m j , p 1 ... p j , P 1 ... P z )

Abhängig von der Größe der bewegten Massen bzw. Trägheiten ist es möglich die für die Bewegungserzeugung aufzubringende kinetische Energie gegenüber der Bewegung einer Einzelachse (eines einzelnen gegenüber der Basis beweglichen massebehafteten Elementes) signifikant zu verringern. Dies schlägt sich direkt in den von den Antrieben bereitzustellenden Antriebsleistungen nieder, welche bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung deutlich gesenkt werden können. Zur Erläuterung sei auf Gleichung 5 verwiesen. So ergibt sich beispielsweise bei zwei beweglichen Elementen mit m1 = m2 = m und v1 = v2 = ½v gegenüber der Bewegung einer einzelnen Masse m mit der Geschwindigkeit v die Hälfte der kinetischen Energie. Bei Betrachtung der Antriebsleistung gemäß Gleichung 6 ergibt sich für das eingeführte Beispiel (m1 = m2 = m, v1 = v2 = ½v und demnach a1 = a2 = ½a) eine ebenfalls auf die Hälfte des Ausgangswertes (Bewegung einer einzelnen Masse m mit der Geschwindigkeit v und der Beschleunigung a) reduzierte Gesamt-Antriebsleistung. Gleichungen 5 und 6:

Figure 00100001
Depending on the size of the moving masses or inertias, it is possible to significantly reduce the kinetic energy to be applied to the motion generation relative to the movement of a single axis (a single mass-moving element movable with respect to the base). This is reflected directly in the drives to be provided by the drives, which can be significantly reduced in an advantageous embodiment of the invention. For explanation, reference is made to equation 5. Thus, for example, with two moving elements with m 1 = m 2 = m and v 1 = v 2 = ½v with respect to the movement of a single mass m with the speed v half of the kinetic energy. Considering the driving power according to Equation 6, for the example introduced, (m 1 = m 2 = m, v 1 = v 2 = ½v and therefore a 1 = a 2 = ½a) one also obtains half of the initial value (movement of a single Mass m with the speed v and the acceleration a) reduced total drive power. Equations 5 and 6:
Figure 00100001

Ebenso können die elektrischen Verluste (Stromwärme) in den Antrieben signifikant vermindert werden wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Mehrzahl von Antrieben an der Bewegungserzeugung beteiligt ist. Die benötigten Kräfte und – proportional zu diesen – die Motorströme sinken. Da der Motorstrom nach Gleichung 7 quadratisch in die elektrische Verlustleistung eingeht kann diese, ebenso wie die im Antrieb dissipierte Energie, vergleiche Gleichung 8, signifikant verringert werden. Der Antrieb kann also kleiner (geringere mechanische Leistung und geringere Verlustleistung) dimensioniert werden. Gleichungen 7 und 8:

Figure 00110001
Likewise, the electrical losses (current heat) in the drives can be significantly reduced if according to the inventive method a plurality of drives is involved in the movement generation. The required forces and - proportional to these - the motor currents decrease. Since the motor current according to equation 7 square in the electrical power loss can enter this, as well as in the drive dissipated energy, compare equation 8, be significantly reduced. The drive can thus be dimensioned smaller (lower mechanical power and lower power loss). Equations 7 and 8:
Figure 00110001

Auch die mechanischen Verluste gemäß Gleichungen 9 und 10 können in einer Anordnung mit mehreren an der Relativbewegungserzeugung beteiligten Antrieben verringert werden. Dies folgt aus der i. d. R. proportional zur Geschwindigkeit ansteigenden Reibkraft der nach dem Stand der Technik bekannten Führungssysteme. Sind bspw. zwei bewegliche Elemente an der Erzeugung einer Relativbewegung beteiligt bleibt der von den reibungsbehafteten Elementen zurückgelegte Weg gleich, während in Folge der geringeren Geschwindigkeit eine geringere Reibkraft überwunden werden muss. Gleichungen 9 und 10:

Figure 00110002
The mechanical losses according to Equations 9 and 10 can also be reduced in an arrangement with several drives involved in the relative movement generation. This follows from the friction force, which is generally proportional to the speed, of the guide systems known from the prior art. If, for example, two movable elements are involved in generating a relative movement, the path covered by the frictional elements remains the same, whereas a lower frictional force must be overcome as a result of the lower speed. Equations 9 and 10:
Figure 00110002

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem Stand der Technik das Potential zur weiteren Steigerung der Bewegungsqualität in Verbindung mit einem verminderten Leistungs- und Energiebedarf für die Bewegungserzeugung. Dabei ist der konstruktive Aufwand für eine Bewegungseinrichtung nicht höher als der konstruktive Aufwand für die Realisierung der nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Reduktion der Schwingungsanregung bewegungsgeführter Maschinensysteme.Compared with the prior art, the method according to the invention offers the potential for further increasing the quality of movement in conjunction with a reduced power and energy requirement for the generation of movement. The design effort for a movement device is not higher than the design effort for the realization of the known in the prior art method for reducing the vibration excitation motion-guided machine systems.

Als vorteilhaft hat sich die Aufteilung der Bewegungsvorgaben auf die beweglichen Elemente vor oder während der Ausführung der Bewegung mittels analytischer Berechnungen und durch einen konstanten oder variablen Faktor erwiesen. Als Faktor wird bevorzugt ein Massenfaktor verwendet.It has proved advantageous to divide the motion specifications onto the moving elements before or during the execution of the movement by means of analytical calculations and by a constant or variable factor. The factor used is preferably a mass factor.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Aufteilung der Bewegungsvorgaben auf die beweglichen Elemente vor oder während der Ausführung der Bewegung auf einer Optimierungsrechnung basierend und durch einen konstanten oder variablen Faktor erfolgt. Es können auch Vorgaben für Sollgeschwindigkeit, Sollbeschleunigung und Sollruck bzw. Sollstrom oder andere physikalischer Sollgrößen, die mit der Bewegungserzeugung in Verbindung stehen, für die jeweiligen beweglichen Elemente generiert werden.Further advantages result if the distribution of the movement specifications on the movable elements before or during the execution of the movement is based on an optimization calculation and takes place by means of a constant or variable factor. It is also possible to generate specifications for the setpoint speed, setpoint acceleration and setpoint pressure or setpoint current or other physical setpoint values which are associated with the motion generation for the respective movable elements.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der konstante oder variable Faktor zur Bewegungsaufteilung entsprechend den während der Bewegung veränderlichen oder unveränderlichen und für die Ausprägung der auf die Basis wirkenden Antriebsreaktionskräfte relevanten Systemparametern während der Ausführung der Bewegung oder/und im Vorfeld der Bewegungsausführung zur Steigerung der Bewegungsgüte angepasst wird. Die Anpassung der Bewegungsaufteilung erfolgt damit prozessaktuell entsprechend des Massenverhältnisses oder anderer für die Ausprägung und Wirkung der Antriebskräfte relevanter Systemparameter. Als relevante, veränderliche Systemparameter kommen beispielsweise die Massen der bewegten Elemente, während der Bewegung veränderliche Störkräfte, beispielsweise Reibkräfte, während der Bewegung veränderlichen Verstärkungsfaktoren der Regelkreise bzw. der Antriebe in Frage.It is furthermore advantageous if the constant or variable factor for the movement distribution is adapted to the system parameters that are variable or immutable during the movement and relevant to the characteristics of the drive reaction forces acting on the base during the execution of the movement and / or in advance of the movement execution to increase the motion quality becomes. The adjustment of the movement distribution is thus carried out process-current according to the mass ratio or other relevant for the expression and effect of the driving forces system parameters. As relevant, variable system parameters, for example, the masses of the moving elements, while moving variable disturbing forces, such as friction forces during movement variable gain factors of the control circuits or the drives in question.

Als Faktor zur Bewegungsaufteilung wird bevorzugt ein Massenfaktor verwendet, die Verwendung anderer Systemparameter oder physikalischer Größen ist jedoch vorgesehen.As a factor of motion distribution, a mass factor is preferably used, but the use of other system parameters or physical quantities is provided.

Vorteilhaft ist auch ein Verfahren, bei dem eine unabhängige Bewegungsführung der beweglichen Elemente untereinander und/oder der beweglichen Elemente gegenüber der Basis ohne eine Kraftkompensation und/oder ohne eine kinematische Kopplung der Bewegungen der beweglichen Elemente möglich ist. Dies ist besonders für langsame Bewegungen wie Zustell- oder Vorschubbewegungen wichtig, aber auch für Werkzeug- bzw. Werkstückwechsel.Also advantageous is a method in which an independent motion control of the movable elements with each other and / or the movable elements relative to the base without force compensation and / or without a kinematic coupling of the movements of the movable elements is possible. This is especially important for slow movements such as infeed or feed movements, but also for changing tools or workpieces.

Es ist vorgesehen, dass zwei oder mehr, relativ zueinander und relativ zu einer Basis bewegliche, in sich möglichst steife und leichte Elemente die zu ihrer Bewegung benötigten Antriebsreaktionskräfte in die Basis ableiten, so dass sich die Antriebsreaktionskräfte in der Basis möglichst vollständig auslöschen. Dabei ist die Basis eine im Wesentlichen gegenüber dem äußeren Bezug unbewegliche Baugruppe oder durch ein gegenüber weiteren unterlagerten Baugruppen bewegliches Element gebildet. Eine Veränderung des Ortes bzw. der Richtung der Reaktionskrafteinleitung auf die Basis kann während der Bewegung, zum, Beispiel bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Koppelgetriebe, möglich sein. Die Basis ist in den Bewegungsrichtungen, welche mit den dominierenden Richtungen des Kraftflusses gleichzusetzen sind, bevorzugt möglichst steif ausgeführt. Gleiches gilt für die beweglichen Elemente, vor allem, wenn sie als Basis für ein bewegliches Element einer zweiten oder höheren Ebene dienen.It is envisaged that two or more, relative to each other and relative to a base movable, as stiff as possible and light elements derive the drive reaction forces required for their movement in the base, so that the drive reaction forces as completely as possible extinguish in the base. there the base is a substantially immovable relative to the outer cover assembly or formed by a relation to other subordinate assemblies movable element. A change in the location or the direction of the introduction of reaction force to the base may be possible during the movement, for example in an application of the method according to the invention in a coupling gear. The base is preferably designed to be as stiff as possible in the directions of movement which are to be equated with the dominant directions of the force flow. The same applies to the moving elements, especially if they serve as the basis for a moving element of a second or higher level.

Weitere Vorzüge ergeben sich, wenn die auf die beweglichen Elemente wirkenden und in die Basis abgeleiteten Antriebskräfte einander in ihrem zeitlichen Verlauf in der Weise angeglichen werden, dass die in die Basis abgeleitete resultierende Restkraft minimiert und/oder die in die Basis eingeleiteten resultierenden Restschwingungen gezielt modifiziert werden. Insbesondere weist erfindungsgemäß die relativ zwischen den beweglichen Elementen untereinander bzw. zwischen den beweglichen Elementen und der im Basis zu erzeugende Sollbewegung ein Bewegungsprofil mit begrenzter Geschwindigkeit, begrenzter Beschleunigung und endlichem Ruck auf. Im Vorfeld der Bewegungsausführung ist eine Modifikation des Bewegungsprofils zur Verbesserung der Bewegungsgenauigkeit oder Steigerung der Kompensationsgüte zulässig. Weiterhin werden die auf die beweglichen Elemente wirkenden und in die Basis abgeleiteten Antriebskräfte durch geeignete steuerungs- und regelungstechnische Maßnahmen einander in ihrem zeitlichen Verlauf angeglichen, so dass die in der Basis verbleibende Restkraft minimiert bzw. hinsichtlich ihres Frequenzinhaltes gezielt verändert wirdFurther advantages result if the driving forces acting on the movable elements and derived in the base are adjusted to each other in their time course in such a way that the resulting residual force derived from the base minimizes and / or selectively modifies the resulting residual vibrations introduced into the base become. In particular, according to the invention, the relative motion to be generated between the movable elements with each other or between the movable elements and the base to be generated in the base has a motion profile with limited speed, limited acceleration and finite jerk. Prior to the execution of the motion, a modification of the motion profile to improve the motion accuracy or increase the compensation quality is permitted. Furthermore, the forces acting on the movable elements and derived in the base driving forces are adjusted by appropriate control and regulatory measures each other in their time course, so that the residual power remaining in the base is minimized or selectively changed in terms of their frequency content

Vorteilhafter Weise erfolgt eine Relativbewegung zwischen den beweglichen Elementen im Wesentlichen in einer Bewegungsrichtung und diese Bewegung ist von Relativbewegungen in einem oder zwei weiteren Bewegungsfreiheitsgraden überlagerbar, wobei das Antriebs- und Führungssystem eine Bewegung in diesen weiteren Bewegungsfreiheitsgraden ermöglicht.Advantageously, a relative movement between the movable elements substantially in a direction of movement and this movement is superimposed by relative movements in one or two other degrees of freedom of movement, the drive and guide system allows movement in these other degrees of freedom of movement.

Günstig ist es auch, wenn die Relativbewegung zwischen den beweglichen Elementen im Wesentlichen in zwei Bewegungsrichtungen erfolgt und diese Bewegung von Relativbewegungen in einem weiteren Bewegungsfreiheitsgrad überlagerbar ist, wobei das Antriebs- und Führungssystem eine Bewegung in diesem weiteren Bewegungsfreiheitsgrad ermöglicht.It is also favorable if the relative movement between the movable elements takes place essentially in two directions of movement and this movement of relative movements can be superimposed in a further degree of freedom of movement, wherein the drive and guidance system makes it possible to move in this further degree of freedom of movement.

Dabei ist die Relativbewegung beispielsweise eine planare Bewegung oder eine rotativ-translatorische Bewegung. Diese kann von einer in ihrer Amplitude begrenzten Relativbewegung, welche durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Mehrzahl von Antrieben (Parallelantrieb) erzeugt wird, in einem weiteren oder mehreren Freiheitsgraden überlagert sein. Es ist vorteilhaft, wenn ein Antriebs-, Mess- und Steuer- und/oder Regelungssystem eine Ansteuerung dieser zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrade zulässt.The relative movement is, for example, a planar movement or a rotational-translatory movement. This can be superimposed by a limited in their amplitude relative movement, which is generated by the inventive arrangement of a plurality of drives (parallel drive), in a further or more degrees of freedom. It is advantageous if a drive, measuring and control and / or regulating system permits control of these additional degrees of freedom of movement.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn zu dem oder den Bewegungsfreiheitsgraden der beweglichen Elemente ein oder mehrere zusätzliche oder/und redundante Bewegungsfreiheitsgrade durch zumindest eine auf wenigstens einem der beweglichen Elemente angebrachte zusätzliche Bewegungseinrichtung oder durch in der kinematischen Kette eingebrachte zusätzliche Stellelemente hinzutreten. Diese zusätzlichen Freiheitsgrade und Bewegungsrichtungen werden bevorzugt durch aufgesetzte (serielle) Achsen oder durch zusätzliche kleine Bewegungen, beispielsweise in den Anbindungen zur Führung realisiert. Bei diesen Bewegungseinrichtungen handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um Verstelleinrichtungen mit kleinsten Verstellwegen (z. B. Piezo-Aktoren), die direkt, alternativ über eine kinematische Transformation (Hebel) oder auf andere nach dem Stand der Technik bekannte Weise die Bewegung erzeugen. Die zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrade werden also bei dieser Ausführungsform durch Mikrostellachsen hervorgerufen. Dies kann so realisiert sein, dass auf einem Führungsschuh ein Piezoaktor aufgebracht wird und so eine begrenzte Drehung bzw. über den Hebel zum TCP auch eine Verschiebung erreicht werden kann.It has furthermore proved to be advantageous if one or more additional and / or redundant degrees of freedom of movement are added to the one or more degrees of freedom of movement by at least one additional movement device mounted on at least one of the movable elements or by additional adjusting elements introduced in the kinematic chain. These additional degrees of freedom and directions of movement are preferably realized by patch (serial) axes or by additional small movements, for example in the connections to the guide. In a preferred embodiment, these movement devices are adjusting devices with the smallest adjustment paths (eg piezoactuators) which generate the movement directly, alternatively via a kinematic transformation (lever) or in other ways known from the prior art. The additional degrees of freedom of movement are thus caused in this embodiment by Mikrostellachsen. This can be realized so that on a guide shoe, a piezoelectric actuator is applied and so a limited rotation or over the lever for TCP also a shift can be achieved.

Vorteile erwachsen zudem aus einer Ausführungsform, bei der die beweglichen Elemente durch Führungssysteme, welche die Bewegungsfreiheitsgrade zur Verfügung stellen und in den darüber hinaus gehenden Koordinatenrichtungen im Wesentlichen unbeweglich gelagert sind. Damit ist eine sichere Führung bei hoher Bewegungsgenauigkeit möglich.Advantages also accrue from an embodiment in which the movable elements are supported substantially immovably by guide systems which provide the degrees of freedom of movement and are substantially immobile in the additional coordinate directions. This safe guidance with high accuracy of movement is possible.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die beweglichen Elemente ausschließlich gegenüber der Basis oder gegenüber der Basis bzw. gegenüber einem äußeren Bezug sowie relativ zueinander beweglich sind. Damit ist deren Bewegung gegenüber einem definierten Bezugspunkt möglich mit der Folge einer sehr sicheren, kontrollierbaren und qualitativ hochwertigen Bewegungsführung. Durch die unterschiedlichen Varianten besteht darüber hinaus eine hohe Flexibilität bei der Wahl des Bezugspunktes.It is furthermore advantageous if the movable elements are movable exclusively relative to the base or relative to the base or relative to an outer cover and relative to one another. Thus, their movement relative to a defined reference point is possible with the result of a very safe, controllable and high-quality motion control. Due to the different variants there is also a high degree of flexibility in the choice of the reference point.

Bevorzugt werden ein bis sechs Bewegungsfreiheitsgrade zur Verfügung gestellt werden. Damit kann bei überschaubarem Steuerungsaufwand die Mehrzahl der Bewegungsaufgaben realisiert werden. Preferably, one to six degrees of freedom of movement will be provided. This can be realized with manageable control effort, the majority of motion tasks.

Günstig ist es auch, wenn eine durch ein Führungssystem in unzureichendem Maße aufgebrachte relative Steifigkeit zwischen den beweglichen Elementen oder/und mindestens einem beweglichen Element und der Basis, durch ein Regelungssystem kompensiert wird, sofern die Anordnung der Antriebe die Erzeugung einer Antriebskraft oder eines Antriebsmomentes in dieser Bewegungsrichtung zulässt und die Rückführung des aktuellen Bewegungszustandes in dieser Bewegungsrichtung über Messsysteme realisiert werden kann. Die Führungssysteme stellen die benötigen Bewegungsfreiheitsgrade der beweglichen Elemente zur Verfügung mit Bezug ausschließlich gegenüber der Basis oder gegenüber der Basis und relativ zueinander. Weiterhin stellen die Führungssysteme die benötigen Bewegungsfreiheitsgrade alternativ gegenüber einem äußeren Bezug zur Verfügung. In den überzähligen Koordinatenrichtungen sind die beweglichen Elemente im Wesentlichen unbeweglich gelagert, wobei die relative Steifigkeit zwischen den beweglichen Elementen durch das Regelungssystem erzeugt werden kann. Als hierfür geeignete Bewegungsformen kommen neben anderen vor allem Translation, Rotation, Planare Bewegung, planar-rotatorische Bewegung und translatorisch-rotatorische Bewegung in Frage. Die Antriebe umfassen sowohl die Antriebe für die Hauptbewegung als auch zusätzliche Stellelemente für andere als die Bewegungsachsen der Hauptbewegung.It is also favorable if a relative stiffness between the movable elements or / and at least one movable element and the base, which is insufficiently applied by a guide system, is compensated by a control system, provided that the arrangement of the drives means the generation of a drive force or a drive torque This direction of movement allows and the return of the current state of motion in this direction of movement can be realized by measuring systems. The guide systems provide the required degrees of freedom of movement of the movable members with respect only to the base or to the base and relative to each other. Furthermore, the guide systems provide the required degrees of freedom of movement as an alternative to an external cover. In the excess coordinate directions, the movable elements are substantially immovably supported, whereby the relative rigidity between the movable elements can be generated by the control system. As suitable for this form of movement are, among others, especially translation, rotation, planar motion, planar-rotational movement and translational-rotational movement in question. The drives include both the main motion drives and additional control elements for other than the main motion motion axes.

Vorzüge erwachsen insbesondere auch daraus, dass in wenigstens einer der Bewegungsachsen oder wenigstens einer Zusatzachse ein oder mehrere Verfahren zur Verminderung der Schwingungsanregung durch die Antriebsreaktionskräfte angewandt werden. Dies erfolgt bevorzugt durch den Einsatz einer kraftkompensierten oder ruckentkoppelten Teilkinematik, beispielsweise in Z-Richtung, oder auch in anderen Bewegungsrichtungen, damit in dieser Ausführungsform einseitig, beispielsweise nur auf der Werkzeugseite. Als geeignete Verfahren zur Verminderung der Schwingungsanregung sind bevorzugt Ruckbegrenzung, Kraftkompensation, Impulskompensation, Ruckentkopplung bzw. Impulsentkopplung vorgesehen. Dies gilt für alle Ebenen einschließlich einer bewegten Basis, auf die insoweit gleichfalls Kompensationsverfahren anwendbar sind.Benefits also arise in particular from the fact that in at least one of the axes of motion or at least one additional axis, one or more methods are used for reducing the vibration excitation by the drive reaction forces. This is preferably done by the use of a force-compensated or jerk-decoupled partial kinematics, for example in the Z direction, or in other directions of movement, so in this embodiment, on one side, for example only on the tool side. As a suitable method for reducing the vibration excitation preferably jerk limitation, force compensation, pulse compensation, jerk decoupling or impulse decoupling are provided. This applies to all levels, including a moving base, to which compensation procedures are also applicable.

Vorteile bringt es auch, wenn die Messung wenigstens eines der Werte aktuelle Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck ausschließlich relativ zwischen den beweglichen Elementen und am Werkzeugbezugspunkt (TCP) erfolgt, wobei eine Einrichtung zur Rückführung der beweglichen Elemente in deren Nulllage gegenüber der Basis vorgesehen ist (dies ist beispielsweise eine Feder). Eine Messung am Werkzeugbezugspunkt (TCP) umfasst dabei auch Messungen, die nahe bzw. möglichst nahe am TCP erfolgen, zumal dieser einen virtuellen Punkt im Raum beschreibt und nicht in jedem Fall physisch auch einer Messung zugänglich ist. Abweichungen zwischen dem tatsächlichen TCP und dem Messpunkt werden vorteilhafterweise von der Steuerung berücksichtigt. Bei der Messung relativ zwischen den beweglichen Elementen erfolgt eine Aufteilung des gemessenen Signals mit dem für die Aufteilung der Sollbewegung verwendeten Faktor (bevorzugt der Massenfaktor) oder durch andere geeignete Mittel, beispielsweise inverse Strukturmodelle oder Mehrkörpermodelle. Bei Verwendung eines gemeinsamen übergeordneten Regelkreises für mehrere bewegliche Elemente kann auf eine Aufteilung des relativ zwischen den beweglichen Elementen gemessenen Wertes verzichtet werden.It also brings advantages if the measurement of at least one of the values actual position, velocity, acceleration and jerk takes place exclusively relative between the movable elements and at the tool reference point (TCP), wherein a device for returning the movable elements in their zero position relative to the base is provided (this is for example a spring). A measurement at the tool reference point (TCP) also includes measurements that are close to or as close as possible to the TCP, especially since this describes a virtual point in space and is not physically accessible to a measurement in any case. Deviations between the actual TCP and the measuring point are advantageously taken into account by the controller. When measuring relatively between the movable elements, the measured signal is divided with the factor used for the distribution of the desired movement (preferably the mass factor) or by other suitable means, for example inverse structural models or multi-body models. When using a common superordinate control circuit for a plurality of movable elements can be dispensed with a division of the relatively measured value between the movable elements.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Messung wenigstens eines der Werte aktuelle Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck ausschließlich jeweils zwischen einem beweglichen Element gegenüber der Basis oder zwischen einem im Wesentlichen unbewegten und von der Basis unabhängigen Bezugspunkt und dem jeweils beweglichen Element erfolgt.It is particularly favorable if the measurement of at least one of the values current position, speed, acceleration and jerk takes place exclusively between a movable element relative to the base or between a substantially stationary and independent from the base reference point and the respective movable element.

Alternativ hierzu erfolgt die Messung wenigstens eines der Werte aktuelle Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck sowohl zwischen beweglichen Elementen und Basis oder einem im Wesentlichen unbewegten und von der Basis unabhängigen Bezugspunkt, als auch relativ zwischen den beweglichen Elementen, wobei ggf. eine Aufteilung des relativ zwischen den beweglichen Elementen gemessenen Signals erfolgt.Alternatively, the measurement of at least one of the current position, velocity, acceleration, and jerk values occurs between both movable elements and base or a substantially stationary and base independent reference point, and relative between the movable elements, optionally with a distribution of the relative between the moving elements measured signal takes place.

Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn zu einer Handhabung von Werkzeugen und einer Bearbeitung von Werkstücken die beweglichen Elemente in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verschiedene Stationen anfahren, in denen die Bearbeitung oder Handhabung erfolgt, wobei die beweglichen Elemente mittels eines Führungs- und Antriebssystem in der Vorrichtung umlaufen oder aus der Vorrichtung entnommen und wieder zugeführt werden können. Die beweglichen Elemente werden dann bevorzugt in Form einer Werkstückpalette beispielsweise in einem Kreislauf handhabbar und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in dieser Ausführungsform in der Art einer Taktstraße betrieben werden. Die beweglichen Elemente sind bevorzugt mit einem eigenen Antrieb ausgestattet, um sich von Station zu Station zu bewegen, alternativ werden sie durch externe Antriebsmittel bewegt.It has been found that it is particularly advantageous if the handling of tools and a machining of workpieces, the moving elements in the inventive device approach different stations in which the processing or handling takes place, wherein the movable elements by means of a management and Drive system in the device revolve or removed from the device and can be fed again. The movable elements are then preferably handled in the form of a workpiece pallet, for example in a circuit and the device according to the invention can be operated in this embodiment in the manner of a tact line. The moving elements are preferably equipped with its own drive to move from station to station, alternatively they are moved by external drive means.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend zwei oder mehr, relativ zueinander und relativ zu einer Basis bewegliche, in sich weitgehend steife und leichte Elemente. Diese sind so gestaltet, dass sie die zu ihrer Bewegung und zur Erzeugung einer resultierenden Nutzbewegung benötigten Antriebsreaktionskräfte in die Basis ableiten. Sie sind weiterhin derart gegenüber der Basis beweglich angeordnet sind, dass sich die am momentanen Ort und in der momentanen Richtung während der Bewegung einleitbaren Antriebsreaktionskräfte in der Basis unmittelbar und bei unterdrückter Schwingungsanregung der Basis im Wesentlichen ausgleichen. Die kinematische Kette zur Erzeugung der Nutzbewegung wird unmittelbar, also auf einem möglichst kurzen Weg geschlossen. Dabei wird ein Kraftverlauf über z. B. auskragende, dynamisch weiche Elemente, der sich zu weit von dem Wirkort der Nutzbewegung entfernt, vermieden.The object of the invention is further achieved by a device for carrying out a method according to the invention, comprising two or more, relative to each other and relative to a base movable, in itself substantially rigid and light elements. These are designed to divert the drive reaction forces needed to move them and produce a resultant payload into the base. They are further arranged so as to be moveable relative to the base, so that the driving reaction forces in the base, which can be introduced at the current location and in the current direction, are substantially equal in the base and in the suppressed vibration excitation of the base. The kinematic chain for generating the useful movement is closed immediately, so on the shortest possible way. In this case, a force curve over z. B. cantilevered, dynamically soft elements, which is too far away from the site of action of the useful movement avoided.

Die Basis ist dabei eine im Wesentlichen gegenüber dem äußeren Bezug unbewegliche Baugruppe, sie kann auch durch ein gegenüber weiteren unterlagerten Baugruppen bewegliches Element gebildet werden. Die Basis ist so ausgeführt, dass sie die Relativbewegung der beweglichen Elemente in der Weise zulässt, dass die Ableitung der Reaktionskräfte auf dem kürzesten Weg und damit unmittelbar erfolgt.The base is a substantially immovable relative to the outer cover assembly, it can also be formed by a relation to other subordinate assemblies movable element. The base is designed so that it allows the relative movement of the movable elements in such a way that the derivative of the reaction forces in the shortest path and thus takes place immediately.

Günstig ist es, wenn die Basis in den Bewegungsrichtungen, welche mit den dominierenden Richtungen des Kraftflusses gleichzusetzen sind, möglichst steif ausgeführt ist. Eine Veränderung des Ortes und/oder der Richtung der Reaktionskrafteinleitung auf die Basis während der Bewegung, beispielsweise bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Koppelgetriebe, ist möglich.It is favorable if the base is designed to be as stiff as possible in the directions of movement which are to be equated with the dominant directions of the force flow. A change of the location and / or the direction of the reaction force introduction to the base during the movement, for example in an application of the method according to the invention in a coupling gear, is possible.

Als vorteilhaft wird eine Vorrichtung angesehen, bei der die beweglichen Elemente für eine überwiegend lineare oder planare Bewegung ausgeführt sind. Ebenso vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der die beweglichen Elemente für eine überwiegend rotative oder rotativ-translatorische oder rotativ-rotative Bewegung als zylindrische oder kugelartige, in den Bewegungsrichtungen steife Elemente oder Stabtragwerke ausgeführt sind. Die beweglichen Elemente sind in den Bewegungsrichtungen möglichst steif ausgeführt und dazu beispielsweise als plattenförmige bewegliche Elemente oder Stabtragwerke für eine überwiegend lineare oder planare Bewegung bzw. als zylindrische Elemente oder entsprechende Stabtragwerke für eine überwiegend rotatorische oder rotatorisch-translatorische Bewegung gestaltet. Die beweglichen Elemente weisen bevorzugt zusätzliche Gestaltungsmerkmale zur Verstärkung (z. B. Rippen, Stäbe oder Zuganker) in den Bewegungsrichtungen sowie anderen als den Bewegungsrichtungen auf.A device is considered advantageous in which the movable elements are designed for a predominantly linear or planar movement. Also advantageous is a device in which the movable elements are designed for a predominantly rotary or rotary-translatory or rotary-rotary movement as cylindrical or spherical, rigid in the directions of movement elements or rod structures. The movable elements are as stiff as possible in the directions of movement and designed for example as a plate-shaped movable elements or rod structures for a predominantly linear or planar movement or as cylindrical elements or corresponding rod structures for a predominantly rotary or rotational translational movement. The movable elements preferably have additional design features for reinforcement (eg ribs, rods or tie rods) in the directions of movement as well as other than the directions of movement.

Als vorteilhaft erwies sich auch, wenn die Verbindung der Basis zur unterlagerten Struktur eine Ruckentkopplung aufweist. Dies erfährt seine bevorzugte praktische Ausgestaltung vor allem mit der Entkopplung der unbeweglichen Basis vom Fundament. Hierzu ist die Basis durch geeignete Feder- und Dämpfermittel elastisch und dämpfend mit dem Untergrund oder einer oder mehreren unterlagerten Baugruppen verbunden. Die Verbindung der Basis zur unterlagerten Struktur kann auch durch eine Ruckentkopplung, bestehend aus einem zusätzlichen oder durch die Basis gebildeten Ruckentkopplungsschlitten und Feder- und Dämpfermittel, gebildet werden.It has also proven to be advantageous if the connection of the base to the underlying structure has a jerk decoupling. This learns its preferred practical embodiment, especially with the decoupling of the immovable base of the foundation. For this purpose, the base is connected by suitable spring and damper means elastic and damping with the ground or one or more subordinate assemblies. The connection of the base to the subordinate structure can also be formed by a jerk decoupling, consisting of an additional or formed by the base jerk decoupling slide and spring and damper means.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der Antrieb der beweglichen Elemente gegenüber der Basis im Wesentlichen im Massenschwerpunkt des jeweiligen beweglichen Elementes erfolgt. Als Antriebsanordnung kommt bevorzugt ein Parallelantrieb in Betracht. Weiterhin ist der Antrieb der beweglichen Elemente gegenüber der Basis durch mechanisch übersetzende Antriebssysteme (beispielsweise Kugelgewindeantrieb, Ritzel und Zahnstange, Zahnriemenantrieb, Differentialzahnriemenantrieb, Seil- oder Bowdenzüge) oder durch nicht mechanisch übersetzende Direktantriebe (beispielsweise Synchronlinearmotoren, Asynchronlinearmotoren, elektrodynamische Linearantriebe, auch als „Voice-Coil” bezeichnet, oder Linearschrittmotoren bzw. fluidische Antriebe, z. B. Hydraulik und Pneumatik) vorgesehen. Eine andere Kategorie der Ausführungsformen der Erfindung betrifft aus den zuletzt genannten Antriebsformen zusammengesetzte Planarantriebe (beispielsweise planarer Asynchronantrieb, planarer Synchronantrieb, Planarschrittmotor) oder entsprechenden Mehrkoordinatenantriebe, wie sie nach dem Stand der Technik beispielsweise zur Realisierung einer rotativ-translatorischen Bewegung zum Einsatz kommen. Der Angriff des Antriebs erfolgt im Wesentlichen, wie nach dem Stand der Technik bekannt in der vorliegenden Vorrichtung in den bevorzugten Ausführungsformen erforderlich, im oder in der Nähe des Massenschwerpunktes des jeweiligen beweglichen Elementes, wozu auch in einer alternativen Ausführungsform eine Mehrzahl von Antrieben der oben genannten Arten zwischen je einem beweglichem Element und der Basis zur Anwendung gebracht werden kann (Parallelantrieb).Advantageous is an embodiment in which the drive of the movable elements relative to the base takes place substantially in the center of mass of the respective movable element. As a drive arrangement is preferably a parallel drive into consideration. Furthermore, the drive of the movable elements relative to the base by mechanically translating drive systems (for example, ball screw drive, pinion and rack, timing belt drive, differential toothed belt drive, cable or Bowden cables) or non-mechanically translating direct drives (for example, synchronous linear motors, asynchronous linear motors, electrodynamic linear drives, also called "Voice Coil "or linear stepper motors or fluidic drives, eg hydraulics and pneumatics) are provided. Another category of embodiments of the invention relates to planar drives composed of the last-mentioned drive types (for example, planar asynchronous drive, planar synchronous drive, planar stepping motor) or corresponding multi-coordinate drives, as are used in the prior art, for example for realizing a rotary-translatory movement. The attack of the drive is essentially as required by the prior art in the present device in the preferred embodiments, in or near the center of gravity of the respective movable element, including in an alternative embodiment, a plurality of drives of the above Species between each movable element and the base can be applied (parallel drive).

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein bewegliches Element mindestens eine zusätzliche Bewegungseinrichtung mit wenigstens einem weiteren beweglichen Element aufweist oder durch wenigstens ein in die kinematischen Kette eingebrachtes zusätzliches Stellelement wenigstens ein zusätzlicher oder/und redundanter Bewegungsfreiheitsgrad bereitgestellt wird. Hieraus resultieren zusätzliche Freiheitsgrade und Bewegungsrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch aufgesetzte (serielle) Achsen oder durch zusätzliche kleine Bewegungen, beispielsweise in den Anbindungen zur Führung. Die zusätzlichen Bewegungseinrichtungen sind in einer bevorzugten Ausführungsform als Verstelleinrichtungen mit kleinsten Verstellwegen (z. B. Piezo-Aktoren) ausgeführt. Diese erzeugen direkt oder über eine kinematische Transformation (Hebel) die Bewegung. It is particularly advantageous if at least one movable element has at least one additional movement device with at least one further movable element or at least one additional and / or redundant degree of freedom of movement is provided by at least one additional positioning element introduced into the kinematic chain. This results in additional degrees of freedom and directions of movement of the device according to the invention by patch (serial) axes or by additional small movements, for example in the connections to the guide. In a preferred embodiment, the additional movement devices are designed as adjusting devices with the smallest adjustment paths (eg piezoactuators). These generate the movement directly or via a kinematic transformation (lever).

Vorteilhaft ist es auch, wenn Führungssysteme vorgesehen sind, welche den beweglichen Elementen die erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade zur Verfügung stellen, wobei die Führungssysteme ausschließlich zwischen den beweglichen Elementen und der Basis, zwischen den beweglichen Elementen und der Basis und gleichzeitig relativ zwischen mindestens zwei beweglichen Elementen oder zwischen den beweglichen Elementen und einem äußeren Bezugspunkt wirken und die Führungssysteme in den übrigen Koordinatenrichtungen im Wesentlichen unbeweglich sind. Es ist somit zu unterscheiden zwischen Relativführung (zwischen den Elementen einer Ebene) und Absolutführung (ebenenübergreifend zur Basis bzw. zum äußeren Bezug), die durch Führungssysteme realisiert werden. Die Führungssysteme stellen bevorzugt ein bis sechs Bewegungsfreiheitsgrade ausschließlich gegenüber der Basis, gegenüber der Basis sowie relativ zur Verfügung, wo demnach die beweglichen Elemente zueinander beweglich sind. In den weiteren, den überzähligen Koordinantenrichtungen sind sie im Wesentlichen unbeweglich gelagert, wobei die relative Steifigkeit zwischen den beweglichen Elementen durch das Regelungssystem erzeugt werden kann, sofern das Führungssystem in dem zugeordneten Freiheitsgrad keine oder eine nur unzureichende Steifigkeit realisiert und die Anordnung der Antriebe die Erzeugung einer Antriebskraft oder eines Antriebsmomentes in dieser Bewegungsrichtung zulässt und die Rückführung des aktuellen Bewegungszustandes in dieser Bewegungsrichtung über Messsysteme realisiert werden kann. Als zu beeinflussende Bewegungsarten kommen bevorzugt Translation, Rotation, planare Bewegung, planar-rotatorische Bewegung, translatorisch-rotatorische Bewegung in Betracht.It is also advantageous if guide systems are provided which provide the movable elements with the required degrees of freedom of movement, the guide systems exclusively between the movable elements and the base, between the movable elements and the base and at the same time relatively between at least two movable elements or between acting on the movable elements and an external reference point and the guide systems are substantially immobile in the other coordinate directions. It is thus to distinguish between relative guidance (between the elements of a plane) and absolute guidance (across planes to the base or to the outer reference), which are realized by guide systems. The guide systems preferably provide one to six degrees of freedom of movement only relative to the base, relative to the base, and relative to where, accordingly, the movable elements are mutually movable. In the other, the supernumerary coordinate directions they are substantially immobile, wherein the relative stiffness between the movable elements can be generated by the control system, provided that the guide system in the associated degree of freedom no or only insufficient rigidity realized and the arrangement of the drives generation a driving force or a drive torque in this direction of movement permits and the return of the current state of motion in this direction of movement can be realized by measuring systems. As movement types to be influenced are preferably translation, rotation, planar motion, planar-rotational motion, translational-rotational movement into consideration.

Besonders vorteilhaft ist wenigstens eine Messeinrichtung, die die Messung der aktuellen Position und/oder der Geschwindigkeit, der Beschleunigung, des Ruckes ausschließlich relativ zwischen den beweglichen Elementen und am Werkzeugbezugspunkt (TCP), ausschließlich jeweils zwischen einem beweglichen Element gegenüber der Basis, zwischen einem im Wesentlichen unbewegten und von der Basis unabhängigen Bezugspunkt und dem jeweiligen beweglichen Element und/oder sowohl zwischen beweglichen Elementen und Basis als auch relativ zwischen den beweglichen Elementen erfolgen kann. Bei der Messung ausschließlich relativ zwischen den beweglichen Elementen ist eine Einrichtung zur Rückführung der beweglichen Elemente in deren Nulllage gegenüber der Basis vorgesehen. Bei der Messung relativ zwischen den beweglichen Elementen ist eine Aufteilung des gemessenen Signals mit dem für die Aufteilung der Sollbewegung verwendeten Faktor vorgesehen. Der Faktor umfasst dabei auch geeignete Mittel, insbesondere geeignete physikalische Größen und Systemparameter, wie sie im Zuge der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrfach erwähnt sind.Particularly advantageous is at least one measuring device, the measurement of the current position and / or the speed, the acceleration, the jerk exclusively relative between the movable elements and the tool reference point (TCP), exclusively between a movable element relative to the base, between a in Substantially stationary and base independent reference point and the respective movable element and / or can be done both between movable elements and base and relative between the movable elements. When measuring only relative between the movable elements, means are provided for returning the movable elements in their zero position relative to the base. In the measurement relative between the movable elements, a division of the measured signal is provided with the factor used for the distribution of the desired movement. The factor also includes suitable means, in particular suitable physical parameters and system parameters, as they are mentioned several times in the description of the method according to the invention.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn wenigstes eines der beweglichen Elemente und/oder die Basis wenigstens ein Mittel zur Aufnahme von einem Werkstück und/oder Werkzeug und/oder Mittel zur Ablenkung von Strahlung besitzt, wobei die erforderlichen Relativbewegungen zur Bearbeitung, Positionierung und Handhabung zwischen Werkzeug und Werkstück oder alternativ zur Ablenkung von Strahlung als Relativbewegung zwischen jeweils zwei oder mehreren beweglichen Elementen und/oder einem oder mehreren beweglichen Elementen und der Basis entstehen. Bevorzugt ist eine Vorrichtung mit in einer oder mehreren Bewegungsfreiheitsgraden wirksamem mechanisch übersetzendem Antrieb, beispielsweise Zahnstangenantrieb, Spindelantrieb oder Koppelgetriebe, nicht mechanisch übersetzendem Antrieb wie Lineardirektantrieb oder fluidischem Antrieb (Hydraulik, Pneumatik).It has proven to be particularly favorable if at least one of the movable elements and / or the base has at least one means for receiving a workpiece and / or tool and / or means for deflecting radiation, wherein the required relative movements for machining, positioning and Handling between tool and workpiece or alternatively to the deflection of radiation as a relative movement between each two or more movable elements and / or one or more movable elements and the base arise. Preferred is a device with effective in one or more degrees of freedom of movement mechanically translating drive, such as rack drive, spindle drive or coupling gear, not mechanically translating drive as linear direct drive or fluidic drive (hydraulics, pneumatics).

Dabei besitzen die beweglichen Elemente bevorzugt Spannvorrichtungen zur Aufnahme von Werkstücken bzw. Werkzeugen, bzw. Werkstücke und oder Werkzeuge sind der Basis zugeordnet, wobei die zur Bearbeitung, Positionierung, Handhabung usw. erforderlichen Relativbewegungen zwischen Werkzeugen und Werkstücken als Relativbewegung zwischen jeweils zwei oder mehreren beweglichen Elementen bzw. einem oder mehreren beweglichen Elementen und der Basis entstehen. Als Bearbeitungsverfahren sind bevorzugt abtragende Fertigungsverfahren (z. B. Spanende Formgebung) oder auftragende bzw. generative Fertigungsverfahren vorgesehen. Ebenso ist der Einsatz für Kameraführungen, beispielsweise zur Überwachung von Fertigungsprozessen, für Mikroverfahren wie in der Halbleiterfertigung vorgesehen. Hinzu kommt die Führung von energiereicher Strahlung, wie z. B. Laser, Elektronenstrahl. Die beweglichen Elemente besitzen Mittel zur Ablenkung hochenergetischer Strahlung (z. B. Laserstrahlung), welche derart angeordnet sind, dass durch eine Relativbewegung der beweglichen Elemente zueinander bzw. gegenüber dem Gestell eine definierte Ablenkung des hochenergetischen Strahls bewirkt wird. Der Strahl verbleibt bevorzugt während der Ablenkung in seiner ursprünglichen Lotrichtung, alternativ erfährt er eine Ablenkung aus der ursprünglichen Lotrichtung, und zusätzliche, den beweglichen Elementen und oder der Basis zugeordnete Mittel zur Fokussierung des Strahls und zur Bereitstellung weiterer Prozessfunktionalitäten (z. B. Schneidgaszufuhr) können verwendet werden.In this case, the movable elements preferably have clamping devices for receiving workpieces or tools, or workpieces and tools are assigned to the base, wherein the required for machining, positioning, handling, relative movements between tools and workpieces as a relative movement between two or more movable Elements or one or more movable elements and the base arise. As a machining method, preferably abrasive machining methods (eg, chip forming) or applying or additive manufacturing methods are provided. Likewise, the use for camera guides, for example, for monitoring of manufacturing processes, for micro-processes as provided in semiconductor manufacturing. In addition, the leadership of high-energy radiation, such. B. laser, electron beam. The moving elements have means for Distraction of high-energy radiation (eg laser radiation), which are arranged such that a defined deflection of the high-energy beam is effected by a relative movement of the movable elements relative to one another or with respect to the frame. The beam preferably remains in its original perpendicular direction during deflection, alternatively it undergoes deflection from the original perpendicular direction, and additional means associated with the movable elements and or base for focusing the beam and providing additional process functionality (eg, cutting gas supply). can be used.

Weiterhin sind Handhabungsgeräte, Fräser, Drehmeißel, Räumwerkzeuge, Stoßwerkzeuge, Schleifscheiben oder Schleifstifte, Kameraoptik, Wasserstrahl oder Sandstrahl, um nur einige Einsatzgebiete zu nennen, in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, speziell der bewegliche Elemente und der Basis, einsetzbar.Furthermore, handling devices, milling cutters, turning tools, broaching tools, impact tools, grinding wheels or grinding pencils, camera optics, water jet or sand blasting, to name but a few fields of application, can be used in conjunction with the device according to the invention, especially the movable elements and the base.

Ebenso ist ein Werkstückträgerkonzept vorgesehen, nach dem die beweglichen Elemente Mittel zur Aufnahme von Werkstücken bzw. Werkzeugen besitzen, bzw. Werkstücke und oder Werkzeuge der Basis zugeordnet sein können, wobei die beweglichen Elemente in der Bearbeitungseinrichtung mehrere Stationen anfahren können, um dort unterschiedliche Bearbeitungen, Messungen, Handhabungen oder ähnliche Aktionen durchzuführen, Werkstücke und oder Werkzeuge aufzunehmen bzw. auszuwechseln. Nicht in allen Stationen muss hierbei das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden.Likewise, a workpiece carrier concept is provided according to which the movable elements have means for receiving workpieces or tools, or workpieces and / or tools may be assigned to the base, wherein the movable elements in the processing device can approach several stations in order to perform different processing, To carry out measurements, manipulations or similar actions, to pick up or replace workpieces and / or tools. Not in all stations in this case the inventive method must be realized.

Ein besonders vorteilhafter Praxiseinsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit einem Bearbeitungsverfahren mit wenigstens einem dominierenden hochdynamisch zu bedienenden Bewegungsfreiheitsgrad realisierbar. Dies kann auf vielfältige Weise an Maschinen nach dem Stand der Technik oder entsprechend modifizierten Anlagen erfolgen. Insbesondere ist ein Einsatz bei einer Presse (Linearmotorpresse, Kurbelpresse, Spindelpresse), beim Flachschleifen, Hobeln oder Unrunddrehen und beim Öffnen und Schließen von geteilten Werkzeugen (beispielsweise Druck- oder Spritzgießen) vorgesehen. Weiter Einsatzfelder bestehen bei zwei oder mehr gleichberechtigten, hochdynamisch zu bedienenden Bewegungsfreiheitsgraden, wie sie bei spanenden Fertigungsverfahren (z. B. Fräsen), trennenden Fertigungsverfahren (z. B. Laserbearbeitung), generativen Fertigungsverfahren (z. B. Lasersintern) erforderlich sind.A particularly advantageous practical application of the device according to the invention can be realized with a processing method having at least one dominant degree of freedom of movement which can be used highly dynamically. This can be done in many ways on state-of-the-art machines or modified systems. In particular, a use in a press (linear motor press, crank press, screw press), when surface grinding, planing or non-circular turning and opening and closing of shared tools (for example, pressure or injection molding) is provided. Further areas of application are two or more equal, highly dynamic degrees of freedom of movement, such as those required in metal-cutting production processes (eg milling), separating production processes (eg laser processing), generative production processes (eg laser sintering).

Besonderes vielversprechend ist eine erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine Ablenkung und/oder Modifikation von Strahlung mittels optischer Elemente in der Weise realisierbar ist, dass die Ablenkung und/oder Modifikation der Strahlung durch wenigstens zwei bewegliche Elemente oder auch im Zusammenspiel mit der Basis erfolgt. Die beweglichen Elemente bzw. die Basis sind hierzu mit optischen Elementen wie Spiegel, Linsen oder optische Gitter ausgestattet.Particularly promising is a device according to the invention, in which a deflection and / or modification of radiation by means of optical elements can be realized in such a way that the deflection and / or modification of the radiation by at least two movable elements or in interaction with the base. For this purpose, the movable elements or the base are equipped with optical elements such as mirrors, lenses or optical gratings.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem gelöst durch ein regelungstechnisches Verfahren zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zwei oder mehr relativ zueinander und relativ gegenüber einer Basis beweglichen Elementen, wobei die Regelung der Bewegung der beweglichen Elemente durch getrennte, kaskadierte Lageregelkreise mit unterlagertem Geschwindigkeits- oder Drehzahlregelkreis, unterlagertem Kraft-, Momenten-, Beschleunigungs- oder Stromregelkreis erfolgt. Von denen kommt bevorzugt je nach Aufbau des Antriebs eine Variante zum Einsatz. Jeder Regelkreis erhält die für das jeweilige bewegliche Element und die jeweilige Bewegungsrichtung gültigen, durch analytische Berechnungen oder Optimierungsrechnung ermittelten Werte wenigstens einer Führungsgröße. Die Regelung erhält dabei den ermittelten, zeitlichen Bewegungsverlauf und alternativ auch zusätzlich den Verlauf von Sollgeschwindigkeit, Sollbeschleunigung bzw. Sollstrom oder eine entsprechende physikalische Führungsgröße, zudem den Sollruck bzw. eine korrespondierende physikalische Führungsgröße als Sollvorgabe.The object of the invention is also achieved by a control method for carrying out a method according to the invention for producing a relative movement between two or more relative to each other and relative to a base movable elements, wherein the control of the movement of the movable elements by separate, cascaded Lageregelkreise with unterlagertem speed - or speed control loop, lower-level force, torque, acceleration or current control loop takes place. Of these, a variant is preferably used depending on the structure of the drive. Each control loop receives the values of at least one reference variable which are valid for the respective movable element and the respective direction of movement and have been determined by analytical calculations or optimization calculations. The control receives the determined, time course of movement and, alternatively, additionally the course of desired speed, target acceleration or desired current or a corresponding physical command variable, also the target pressure or a corresponding physical command variable as a target specification.

Es ist auch vorgesehen, das regelungstechnische Verfahren für andere bewegungserzeugende physikalische Größen anzuwenden, z. B. für Fluidantriebe wie Hydraulik- oder Pneumatikantriebe.It is also envisaged to apply the control technique to other motion-generating physical quantities, e.g. B. for fluid drives such as hydraulic or pneumatic drives.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Lage- oder eine Lage- und Geschwindigkeitsregelung für jeweils zwei oder mehr bewegliche Elemente in einer den Elementen zugeordneten Bewegungsrichtung durch jeweils einen für alle beweglichen Elemente wirksamen, übergeordneten Lageregelkreis oder Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis erfolgt. Vorteilhaft ist die Aufteilung der Sollgeschwindigkeiten im übergeordneten Lageregelkreis entsprechend dem Massenverhältnis der beweglichen Elemente. Gleichfalls günstig ist die alternative Aufteilung der Sollströme im übergeordneten Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis entsprechend einem Antriebsfaktor, der sich aus den elektrischen Parametern der beteiligten Antriebssysteme der beweglichen Elemente ergibt, so dass im Wesentlichen gleiche Kraft-Zeit-Verläufe der beweglichen Elemente resultieren. Alternativ ist ein anderer Faktor aus einer physikalischen Größe Grundlage des Regelungsverfahrens.It is advantageous if a position or a position and speed control for each two or more movable elements in a movement direction associated with the elements by one for all movable elements effective, higher-level position control loop or position and speed control loop is advantageous. Advantageously, the distribution of the desired speeds in the higher-level position control loop according to the mass ratio of the movable elements. Equally favorable is the alternative distribution of the desired currents in the higher-level position and velocity control loop corresponding to a drive factor which results from the electrical parameters of the participating drive systems of the movable elements, so that essentially the same force-time characteristics of the movable elements result. Alternatively, another factor of a physical size is the basis of the regulatory process.

Es ist dabei zwischen der Aufteilung der Sollgeschwindigkeit und der Aufteilung der Sollströme zu unterscheiden. Bei der Geschwindigkeit wird entsprechend dem Faktor zur Bewegungsaufteilung, bevorzugt dem Massenverhältnis, aufgeteilt, beim Strom wird im Wesentlichen ein Faktor +/–1 (bei zwei Elementen und gleicher Kraftkonstante) berücksichtigt. Als Faktor ist bevorzugt ein Antriebsfaktor vorgesehen, der sich aus den elektrischen Parametern der beteiligten Antriebssysteme der beweglichen Elemente ergibt. Beim Aufteilen des Stromes sind also in erster Linie die Parameter der beiden beteiligten Antriebssysteme relevant, so dass sich im Wesentlichen gleiche Kraft-Zeit-Verläufe ergeben. It is to distinguish between the distribution of the desired speed and the distribution of the desired currents. The speed is divided according to the factor for the distribution of movement, preferably the mass ratio, the current is essentially a factor of +/- 1 (for two elements and the same force constant) taken into account. As a factor, a drive factor is preferably provided which results from the electrical parameters of the participating drive systems of the movable elements. When dividing the current, therefore, the parameters of the two drive systems involved are relevant in the first place, so that essentially the same force-time characteristics result.

Die Lage- oder Lage- und Geschwindigkeitsregelung erfolgt für jeweils zwei oder mehr bewegliche Elemente in einer den Elementen zugeordneten Bewegungs- bzw. Antriebsrichtung durch jeweils einen für beide Elemente wirksamen, übergeordneten Lage- oder Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis, während die Ansteuerung der Achsantriebe durch getrennte, unterlagerte Geschwindigkeits- und Beschleunigungs- bzw. Stromregelkreise (übergeordneter Lageregler) bzw. durch getrennte, unterlagerte Beschleunigungs- bzw. Stromregelkreise (übergeordneter Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis) erfolgt. Die Aufteilung der Sollgeschwindigkeiten (übergeordneter Lageregelkreis) bzw. der Sollströme (übergeordneter Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis) wird entsprechend einem analytisch oder anderweitig bestimmten Faktor (z. B. Massenverhältnis) vorgenommen.The position or position and speed control is carried out for each two or more movable elements in a movement or drive direction associated with the elements by one for both elements effective, higher-level position or position and speed control loop, while the control of the final drives by separate , subordinate speed and acceleration or current control loops (superordinate position controller) or by separate, lower-level acceleration or current control loops (higher-level position and speed control loop). The distribution of the desired speeds (higher-level position control loop) or the setpoint currents (higher-level position and speed control loop) is carried out according to an analytically or otherwise determined factor (eg mass ratio).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Steuerungs- und Regelungsverfahren werden anhand der Figuren dargestellt. Es zeigen:Further details and advantages of the invention and advantageous embodiments of the method according to the invention, the device according to the invention and the control and regulation method according to the invention are illustrated by the figures. Show it:

1A: ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1A a block diagram of an embodiment of the method according to the invention;

1B: eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen einachsigen Bewegungseinrichtung; 1B a schematic diagram of an embodiment of a uniaxial movement device according to the invention;

2A bis 2C: jeweils ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufteilung der Sollbewegung (Solltrajektorie) auf die beweglichen Elemente dargestellt; 2A to 2C : in each case a block diagram of an embodiment of the method according to the invention for the distribution of the desired movement (desired trajectory) to the movable elements;

3: eine Diagrammdarstellung eines für Werkzeugmaschinen und Handhabungseinrichtungen typischen Verlaufs der Antriebskraft und deren Angleichung; 3 FIG. 2 is a diagrammatic representation of a typical course of the driving force and its adaptation for machine tools and handling devices; FIG.

4A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit elektromechanischem Spindelantrieb 4A : A perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention with electromechanical spindle drive

4B: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit elektromechanischem Spindelantrieb; 4B a perspective exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention with electromechanical spindle drive;

5A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad; 5A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement;

5B: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad; 5B a perspective exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement;

6A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad und zwei weiteren ansteuerbaren Bewegungsfreiheitsgraden; 6A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement and two other controllable degrees of freedom of movement;

6B: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad und zwei weiteren ansteuerbaren Bewegungsfreiheitsgraden; 6B : An exploded perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement and two further controllable degrees of freedom of movement;

7A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer planaren Bewegung; 7A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a planar movement;

7B: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer planaren Bewegung; 7B a perspective exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a planar movement;

8A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer planaren Bewegung mit Parallelantrieb in einer Bewegungsrichtung; 8A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a planar movement with parallel drive in a direction of movement;

8B: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer planaren Bewegung mit Parallelantrieb in einer Bewegungsrichtung; 8B a perspective exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a planar movement with parallel drive in a direction of movement;

9A: eine perspektivische Darstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-translatorischen Bewegung; 9A a perspective view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-translatory movement;

9B: eine perspektivische Explosionsdarstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-translatorischen Bewegung; 9B a perspective exploded view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-translatory movement;

10A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-translatorischen Bewegung; 10A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-translatory movement;

10B: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-translatorischen Bewegung; 10B a perspective exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-translatory movement;

11A: eine perspektivische Darstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-rotatorischen Bewegung; 11A a perspective view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-rotary motion;

11B: eine perspektivische Explosionsdarstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-rotatorischen Bewegung; 11B a perspective exploded view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-rotary motion;

12A: eine perspektivische Darstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-rotatorischen Bewegung; 12A a perspective view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-rotary motion;

12B: eine perspektivische Explosionsdarstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung einer rotatorisch-rotatorischen Bewegung; 12B a perspective exploded view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a rotary-rotary motion;

13A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad und jeweils einer seriell angeordneten Zusatzachse an jedem beweglichen Element; 13A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement and in each case a serially arranged additional axis on each movable element;

13B: eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad und jeweils einer seriell angeordneten Zusatzachse an jedem beweglichen Element; 13B : an exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement and in each case a serially arranged additional axis on each movable element;

14: eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer einachsigen erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung, welche über ein Relativführungssystem zwischen den beweglichen Elementen verfügt; 14 a schematic diagram of an embodiment of a uniaxial movement device according to the invention, which has a relative guidance system between the movable elements;

15: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad und jeweils einer seriell angeordneten Zusatzachse an jedem beweglichen Element und Ausgleichsmassen; 15 a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention with a dominant degree of freedom of movement and in each case a serially arranged additional axis on each movable element and balancing masses;

16: ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem eigenen kaskadierten Regelkreise für jedes bewegliche Element; 16 a block diagram of an embodiment of a method according to the invention for controlling the movement of a movement device according to the invention with its own cascaded control circuits for each movable element;

17: ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem übergeordneten Lageregelkreis für beide beweglichen Elemente; 17 a block diagram of an embodiment of a method according to the invention for controlling and regulating the movement of a movement device according to the invention with a higher-level position control loop for both movable elements;

18: ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem übergeordneten Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis für beide beweglichen Elemente; 18 a block diagram of an embodiment of a method according to the invention for controlling and regulating the movement of a movement device according to the invention with a higher-level position and velocity control loop for both movable elements;

19: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung eines trennenden bzw. umformenden Fertigungsverfahrens (Stanzen); 19 a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a separating or reshaping manufacturing process (punching);

20: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung eines trennenden Fertigungsverfahrens (Flachschleifen); 20 a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a separating manufacturing process (surface grinding);

21: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung eines trennenden Fertigungsverfahrens (Hobeln); 21 a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a separating manufacturing process (planing);

22: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Realisierung eines trennenden Fertigungsverfahrens (Unrunddrehen); 22 a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for the realization of a separating manufacturing process (non-circular turning);

23A: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Ablenkung eines hochenergetischen Strahls; 23A a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention for deflecting a high-energy beam;

23B: eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung zur Ablenkung eines hochenergetischen Strahls; 23B an exploded view of an embodiment of a movement device according to the invention for deflecting a high-energy beam;

24A: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem hydraulisch angetriebenen Koppelgetriebe (Kniehebel) in geschlossener Stellung; 24A : A plan view of an embodiment of a movement device according to the invention with a hydraulically driven coupling mechanism (toggle lever) in the closed position;

24B: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem hydraulisch angetriebenen Koppelgetriebe (Kniehebel) in geöffneter Stellung; 24B a top view of an embodiment of a movement device according to the invention with a hydraulically driven coupling mechanism (toggle lever) in the open position;

25A: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem elektromechanisch angetriebenen Koppelgetriebe (Kniehebel) in geschlossener Stellung; 25A : A plan view of an embodiment of a movement device according to the invention with an electromechanically driven coupling mechanism (toggle lever) in the closed position;

25B: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem elektromechanisch angetriebenen Koppelgetriebe (Kniehebel) in geöffneter Stellung; 25B : A top view of an embodiment of a movement device according to the invention with an electromechanically driven coupling mechanism (toggle lever) in the open position;

26A: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem elektromechanischen Antrieb (Spindelantrieb) in geöffneter Stellung; und 26A a top view of an embodiment of a movement device according to the invention with an electromechanical drive (spindle drive) in the open position; and

26B: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem elektromechanischen Antrieb (Spindelantrieb) in geschlossener Stellung. 26B : A plan view of an embodiment of a movement device according to the invention with an electromechanical drive (spindle drive) in the closed position.

1A zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der relativ zwischen Werkzeug (dieses ist beispielsweise dem ersten beweglichen Element 11 bzw. der Bewegungsachse AX1 zugeordnet) und Werkstück (dieses ist beispielsweise dem zweiten beweglichen Element 12 bzw. der Bewegungsachse AX2 zugeordnet) zu erzeugende Sollweg ssoll_TCP_12 wird an die Bahnaufteilung BAT weitergeleitet und von den Antriebsregelgeräten ATR eine korrespondierende bewegungserzeugende physikalische Größe (beispielsweise ein Motorstrom isoll bei elektrischen Direktantrieben) ermittelt und an die Antriebe der beteiligten Bewegungsachsen AXi weitergegeben. In der Bahnaufteilung wird für zwei bewegliche Elemente 1 und 2 gemäß Gleichung 11:

Figure 00270001
die Dynamik der beweglichen Elemente 11, 12 festgelegt. Die Gleichung 11 und 1A beschränken sich dabei nicht auf die Relativbewegung zwischen ausschließlich zwei Elementen 11, 12. Außerdem können Relativbewegungen zwischen einer Mehrzahl von Elementen bzw. Bewegungsachsen AX1 bis AXi, beispielsweise wenn mehrere Werkzeuge gleichzeitig an einem Werkstück im Eingriff sind (so entsteht beispielsweise sTCP_2i), oder Relativbewegungen zwischen einem oder mehreren Elementen gegenüber der Basis 10 (beispielsweise sTCP_Bj zwischen AXj und der Basis 10) erzeugt und für den Prozess bzw. die Handhabung genutzt werden. Es gilt dann im Wesentlichen die Gleichung 12. 1A shows a block diagram of an embodiment of the method according to the invention. The relative between tool (this is for example the first moving element 11 or the movement axis AX 1 assigned) and workpiece (this is, for example, the second movable element 12 or the movement axis AX 2 assigned) to be generated Sollweg s soll_TCP_12 is forwarded to the web splitting BAT and the drive controllers ATR a corresponding motion-generating physical quantity (for example, a motor current i should in direct electrical drives) determined and passed on to the drives of the participating axes of motion AX i , In the railway division is for two moving elements 1 and 2 according to equation 11:
Figure 00270001
the dynamics of the moving elements 11 . 12 established. The equation 11 and 1A are not limited to the relative movement between only two elements 11 . 12 , In addition, relative movements between a plurality of elements or movement axes AX 1 to AX i , for example, when multiple tools are simultaneously engaged on a workpiece (for example, s TCP_2i ), or relative movements between one or more elements relative to the base 10 (For example, s TCP_Bj between A Xj and the base 10 ) and used for the process or handling. It is then essentially the equation 12.

Erfindungsgemäß wird dabei die vollständige oder zumindest teilweise Auslöschung der Antriebsreaktionskräfte in der Basis 10 durch die kinematische Kopplung (also eine überlagerten Bewegung) mindestens zweier beweglicher Elemente 11, 12 erreicht. Der zur Bewegungsaufteilung verwendete mathematische Zusammenhang kann von Gleichung 11 bzw. Gleichung 12 abweichen. Es sind auch andere formale Zusammenhänge zur Bewegungsaufteilung vorstellbar, beispielsweise mittels Übertragungsfunktionen, durch iterative Optimierungsverfahren oder auf andere Weise.According to the invention, the complete or at least partial extinction of the drive reaction forces in the base 10 by the kinematic coupling (ie a superimposed movement) of at least two movable elements 11 . 12 reached. The mathematical relationship used to distribute the motion may differ from Equation 11 or Equation 12. Other formal relationships for the distribution of movement are also conceivable, for example by means of transfer functions, by iterative optimization methods or in another way.

Gleichung 12 (m bewegliche Elemente in positiver Bewegungsrichtung, n bewegliche Elemente in negativer Bewegungsrichtung):

Figure 00280001
Equation 12 (m moving elements in the positive direction of movement, n moving elements in the negative direction of movement):
Figure 00280001

Es können auch weitere bewegliche Elemente 11, 12 in das System eingebracht werden, die nicht in der kinematischen Kette liegen und lediglich dazu dienen die Kompensationsgüte zu steigern (beispielsweise AXk). Die Bewegungsvorgaben für diese Elemente genügen dann weiterhin beispielsweise der Gleichung 12 bzw. den Gleichungen 4 oder können durch andere nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Verminderung der Strukturanregung erzeugt werden, beispielsweise durch Verfahren zur aktiven und adaptiven Schwingungsdämpfung.There may also be other moving elements 11 . 12 be introduced into the system, which are not in the kinematic chain and only serve to increase the compensation quality (for example, AX k ). The motion specifications for these elements then continue to satisfy, for example, Equation 12 and Equations 4, respectively, or may be generated by other methods known in the art for reducing the structure excitation, such as active and adaptive vibration damping techniques.

1B zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen einfachen, einachsigen Bewegungseinrichtung mit Bewegung in X-Richtung. Die Einrichtung verfügt über ein Führungssystem 18 zur Führung der beweglichen Elemente 11, 12 gegenüber der Basis 10. Zur Abstraktion der Schwingungsfähigkeit der Basis 10 in sich wird diese elastisch und dämpfend (cB, bB) über ein Feder-Dämpfer-Element 9 an das Fundament 7 gekoppelt. 1B shows a schematic diagram of an embodiment of a simple, uniaxial movement device according to the invention with movement in the X direction. The facility has a guidance system 18 for guiding the moving elements 11 . 12 opposite the base 10 , To the abstraction of the vibrational ability of the base 10 in itself, this becomes elastic and damping (c B , B B ) via a spring-damper element 9 to the foundation 7 coupled.

Als Antrieb ist beispielhaft ein elektrischer Lineardirektantrieb 15, bestehend aus dem im Beispiel an den beweglichen Elementen 11, 12 befestigten Primärteilen 13 (bevorzugt ein Spulensystem) und an der Basis 10 befestigten Sekundärteilen 14 (bevorzugt Permanentmagnete) vorgesehen. Auf die Abbildung der Steuerungs- und Regelungseinrichtungen sowie Messsysteme wurde im Sinne der Übersichtlichkeit hier verzichtet. Zudem wird die dominante Eigenfrequenz des elastischen Gestells durch die elastisch mit cB und dämpfend mit bB gegenüber dem Fundament 7 befestigte Masse mB der Basis 10 abstrahiert. In realen Anordnungen treten immer eine Vielzahl von relevanten Eigenfrequenzen und zugehörigen Eigenschwingformen auf.The drive is exemplified by an electric linear direct drive 15 consisting of the example in the moving elements 11 . 12 fastened primary parts 13 (preferably a coil system) and at the base 10 attached secondary parts 14 (preferably permanent magnets) provided. For the sake of clarity, the illustration of the control and regulating devices and measuring systems has been omitted here. In addition, the dominant natural frequency of the elastic frame by the elastic with c B and damping with b B against the foundation 7 fixed mass m B of the base 10 abstracted. In real arrangements, a large number of relevant natural frequencies and associated natural vibration modes always occur.

In 1B ist die Entstehung der Nutzbewegung beispielhaft als Relativbewegung zweier beweglicher Elemente 11, 12 (AX1 und AX2) abgebildet, weitere Elemente AXi bis AXk gemäß 1A wurden im Sinne der Übersichtlichkeit nicht abgebildet. Die Nutzbewegung xTCP am Werkzeugbezugspunkt TCP ergibt sich als Differenz der Bewegungsgrößen (Weg s bzw. x, Geschwindigkeit v, Beschleunigung a, Ruck r) der beweglichen Elemente 11, 12 AX1 und AX2. Dabei ist es unerheblich, ob die Bewegungen (x1 bzw. x2) der Elemente 11, 12 absolut, also gegenüber dem Fundament 7 (beispielsweise xabs1 bzw. xabs2), oder relativ gegenüber der Basis 10 (beispielsweise xrel1, xrel2) erfasst werden. Dementsprechend kann die Messung der Bewegungsgrößen absolut gegenüber dem Fundament 7, relativ gegenüber der Basis 10 oder relativ zwischen den beweglichen Elementen 11, 12 erfolgen. Die Messverfahren können auch sinnvoll miteinander kombiniert werden.In 1B is the emergence of Nutzbewegung example as a relative movement of two movable elements 11 . 12 (AX 1 and AX 2 ), further elements AX i to AX k according to 1A were not shown in the interest of clarity. The useful movement x TCP at the tool reference point TCP results as a difference of the movement quantities (path s or x, velocity v, acceleration a, jerk r) of the movable elements 11 . 12 AX 1 and AX 2 . It is irrelevant whether the movements (x 1 or x 2 ) of the elements 11 . 12 Absolutely, so opposite to the foundation 7 (For example, x abs1 or x abs2 ), or relative to the base 10 (For example, x rel1 , x rel2 ) are detected. Accordingly, the measurement of the motion quantities can be absolutely opposite to the foundation 7 , relative to the base 10 or relative between the moving elements 11 . 12 respectively. The measuring methods can also be meaningfully combined with each other.

In 1B ist eine unvollständige Kompensation der dynamischen Antriebsreaktionskräfte (FB_1 und FB_2) dargestellt. Es verbleibt eine geringe Restkraft FRest_B, welche die Basis 10 zu minimalen Schwingungen anregt. Die dargestellten beweglichen Elemente 11, 12 sollen, ebenso wie die Basis 10, in sich möglichst steif und leicht sein.In 1B an incomplete compensation of the dynamic drive reaction forces (F B_1 and F B_2 ) is shown. There remains a small residual force F residual_B , which is the base 10 stimulates minimal vibrations. The illustrated movable elements 11 . 12 should, as well as the base 10 to be as stiff and light as possible.

2A bis 2C zeigen jeweils ein Blockschaltbild 91, 92, 93 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufteilung der Sollbewegung (Solltrajektorie) auf die beweglichen Elemente. 2A to 2C each show a block diagram 91 . 92 . 93 an embodiment of the method according to the invention for the distribution of the desired movement (desired trajectory) on the movable elements.

In den 2A bis 2C ist beispielhaft für zwei bewegliche Elemente die Aufteilung der zu realisierenden Bewegungsgrößen und anderer Sollgrößen auf die elektrischen Direktantriebe dieser Elemente dargestellt. Stellvertretend für die Bewegungsgrößen wird der Sollweg ssoll verwendet. ST bezeichnet einen Solltrajektoriengenerator, BAT eine Bahnaufteilung, SP einen Speicher, ATR ein Antriebsregelgerät und AX eine Achse, die Bewegungsführung und Antrieb eines beweglichen Elementes 1 oder 2. Es kann sich aber gleichermaßen um die Ableitungen des Sollweges nach der Zeit (Geschwindigkeit v, Beschleunigung a und Ruck r) handeln sowie deren Entsprechungen für Drehbewegungen (Drehwinkel φ, Winkelgeschwindigkeit φ ., Winkelbeschleunigung φ .. und Winkelruck φ ...).In the 2A to 2C is an example of two movable elements, the distribution of the moving variables to be realized and other target variables on the electrical direct drives of these elements shown. The nominal path s soll is used as a representative of the motion variables. ST denotes a target trajectory generator, BAT a path splitting, SP a memory, ATR a drive controller and AX an axis, the motion control and drive of a movable element 1 or 2 , But it may equally be the derivatives of the desired path by time (speed v, acceleration a and jerk r) and their correspondences for rotational movements (rotation angle φ, angular velocity φ., Angular acceleration φ .. and angular pressure φ ...).

Ebenso können andere Sollgrößen, wie Sollströme i und Spannungen U, welche hier stellvertretend für die bewegungserzeugenden physikalischen Größen genannt seien, vorausberechnet werden. In 2A und 2B werden zunächst die Bewegungsgrößen im Solltrajektoriengenerator ST erzeugt. Dieser kann Bestandteil der übergeordneten Steuereinrichtung (beispielsweise einer CNC-Steuerung) sein. In 2A wird die Solltrajektorie erzeugt, gegebenenfalls zwischengespeichert (Zwischenspeicher nicht dargestellt) und direkt in der Bahnaufteilung BAT in die Solltrajektorien der Achsen AX1(ssoll1) und AX2(ssoll1) aufgeteilt und in einem Speicher SP1 bzw. SP2 abgelegt. Die Erzeugung der Solltrajektorien der einzelnen Achsen erfolgt also vor der Ausführung der Bewegung. Zur Laufzeit wird entsprechend einer zeit- oder wegdiskreten Taktung (in 2a bis 2C sind die zeitdiskrete Taktung mit dem Zeitschritt ti dargestellt) die jeweilige Sollgröße (ssoll1(ti), ssoll2(ti)) für den aktuellen Schritt aus dem Speicher an die Antriebsregelgeräte ATR1 bzw. ATR2 weitergegeben. Diese erzeugen ihrerseits beispielsweise einen Sollstrom (isoll1(ti) bzw. isoll2(ti)) welcher über den Antrieb die mechanische Bewegung der Achsen AX1 bzw. AX2 bewirkt. Entsprechend dem Stand der Technik können dazu lagegeregelte Achsantriebe verwendet werden.Likewise, other setpoints, such as setpoint currents i and voltages U, which are mentioned here as representative of the motion-generating physical variables, can be calculated in advance. In 2A and 2 B First, the motion quantities in the desired trajectory generator ST are generated. This may be part of the higher-level control device (for example, a CNC controller). In 2A the desired trajectory is generated, if necessary intermediately stored (intermediate memory not shown) and directly in the path division BAT into the target trajectories of the axes AX 1 (s soll1 ) and AX 2 (s soll1 ) divided and stored in a memory SP 1 and SP 2 . The generation of the desired trajectories of the individual axes thus takes place before the execution of the movement. At runtime, according to a discrete-time or discrete clocking (in 2a to 2C are the discrete-time clocking with the time step t i shown) the respective target size (s soll1 (t i ), s soll2 (t i )) passed from the memory to the drive controllers ATR 1 and ATR 2 for the current step. These in turn generate, for example, a desired current (i soll1 (t i ) or i soll2 (t i )) which causes the mechanical movement of the axes AX 1 and AX 2 via the drive. According to the state of the art, position-controlled axle drives can be used for this purpose.

Auf die Darstellung der Rückführung der Messsignale wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Je nach Antriebsprinzip können auch andere physikalische Größen als der Strom als Ausgangsgrößen der Anriebsregelgeräte auftreten.The representation of the feedback of the measuring signals has been omitted for reasons of clarity. Depending on the drive principle, other physical variables than the current can also occur as output variables of the drive controllers.

In 2B erfolgt die Bewegungsaufteilung während der Ausführung der Bewegung mit dem Takt ti. Hierzu kann die Solltrajektorie aus dem Generator ST vorab in einem Speicher SP abgelegt worden sein. Die Bewegungsaufteilung BAT ruft die aktuelle Sollbewegungsgröße ssoll(ti) aus dem Speicher ab und teilt sie in die Sollbewegungsgrößen der Antriebsregelgeräte ATR1 und ATR2 (ssoll1(ti), ssoll2(ti)) auf, welche daraus wiederum Sollströme isoll1(ti) bzw. isoll2(ti) generieren die in den Achsantrieben eine Antriebskraft bzw. ein Antriebsmoment hervorrufen und damit die Achsen AX1 bzw. AX2 in Bewegung versetzen. In 2C wird ein möglicher Zwischenschritt der Optimierung OPT der Sollbewegung ssoll eingeführt, welcher zur weiteren Verbesserung der Bewegungsqualität beiträgt. Die Optimierung ist unabhängig vom Verfahren der Bewegungsaufteilung (vor oder während der Bewegung) und kann auf verschiedenen Verfahren basieren.In 2 B the movement division takes place during the execution of the movement with the clock t i . For this purpose, the desired trajectory from the generator ST may have been stored in advance in a memory SP. The movement division BAT retrieves the current target amount of movement s soll (t i) from memory and divides it into the target movement amounts of the drive controllers ATR 1 and ATR 2 (s set1 (t i), s soll2 (t i)) to which it in turn Target currents i soll1 (t i ) or i soll2 (t i ) generate the cause in the axle drives a driving force or a drive torque and thus enable the axes AX 1 and AX 2 in motion. In 2C a possible intermediate step of the optimization OPT of the desired movement s soll is introduced, which contributes to the further improvement of the motion quality. The optimization is independent of the movement splitting method (before or during the movement) and can be based on different methods.

In 2A, 2B und 2C wird auch die Anpassung der Faktoren für die Bewegungsaufteilung dargestellt. Beispielsweise wird der Massenfaktor Km bzw. Km(ti) während der Bewegung an veränderliche Bedingungen (z. B. Verringerung einer an der Bewegungserzeugung beteiligten Masse in Folge eines abtragenden Bearbeitungsprozesses) angepasst. Diese Anpassung kann wiederum vor oder während der Bewegungsausführung erfolgen. Es können dabei auch weitere Kenngrößen der Regelung (z. B. Verstärkungsfaktoren, Filterparameter, usw.) angepasst werden. Mit der zeitaktuellen Anpassung der Parameter ändert sich Gleichung 11 entsprechend, so dass Gleichung 13 entsteht:

Figure 00310001
In 2A . 2 B and 2C The adjustment of the movement splitting factors is also shown. For example, the mass factor K m or K m (t i ) during the movement is adapted to changing conditions (eg reduction of a mass involved in the motion generation as a result of an erosive machining process). This adaptation can again take place before or during the execution of the movement. Other parameters of the control (eg gain factors, filter parameters, etc.) can also be adapted. With the timely adjustment of the parameters, Equation 11 changes accordingly to give Equation 13:
Figure 00310001

Für Werkzeugmaschinen und ähnliche Bewegungseinrichtungen werden in der Regel ruck- und beschleunigungsbegrenzte Bewegungsprofile, wie beispielsweise das bekannte 7-Segment-Profil, verwendet. Auch andere in der Dynamik begrenzte Bewegungsprofile können als Bewegungsvorgabe für die Bewegung am TCP oder der einzelnen relativ gegenüber der Basis bewegten Elemente verwendet werden. Als Beispiel seien sinusförmige Geschwindigkeitsprofile, wie sie häufig bei Positionieranwendungen zum Einsatz kommen, genannt. Auch andere Methoden zur Dynamikbegrenzung wie beispielsweise eine Tiefpassfilterung oder das Ausblenden bestimmter Frequenzbereiche in der Bewegungsvorgabe beispielsweise mit Hilfe einer schnellen Fouriertransformation (FFT) oder einer Bandpassfilterung sind zulässig.For machine tools and similar motion devices usually jerk and acceleration-limited motion profiles, such as the known 7-segment profile used. Other dynamics-limited motion profiles may also be used as the motion constraint for the movement on the TCP or the individual relatively moving elements. As an example, sinusoidal velocity profiles, as they are often used in positioning applications, called. Other methods for limiting the dynamics, such as low-pass filtering or masking certain frequency ranges in the motion specification, for example by means of a fast Fourier transform (FFT) or bandpass filtering, are also permissible.

3 zeigt eine Diagrammdarstellung eines für Werkzeugmaschinen und Handhabungseinrichtungen typischen Verlaufs der Beschleunigung mit der dazu korrespondierenden Antriebskraft und deren Angleichung. Die voneinander beispielsweise in Folge unterschiedlicher Motorkraftkonstanten oder abweichender Reibverhältnisse abweichenden Kraftverläufe (durchgezogene und gestrichelte Linie) werden einander durch die erfindungsgemäße Kopplung der entsprechenden Regelkreise (beispielsweise Stromregelkreise) angeglichen. Auf diese Weise kann die Kompensationsgüte der Kraftkompensation weiter erhöht werden, wobei natürlich die kinematischen Zwangsbedingungen einzuhalten sind. 3 shows a diagram representation of a typical for machine tools and handling equipment course of acceleration with the corresponding driving force and their approximation. The deviating from each other, for example, as a result of different engine power constants or deviating friction ratios force curves (solid and dashed line) are equalized by the inventive coupling of the corresponding control circuits (for example, current control circuits). In this way, the compensation quality of the force compensation can be further increased, of course, the kinematic constraints are met.

Im Folgenden werden die grundlegenden Prinzipien der Kraftleitung in der Basis bzw. den beweglichen Elementen dargestellt. In der einfachsten Ausführung wird der Kraftschluss in einer stabförmigen Basis erreicht. Die Antriebsreaktionskräfte werden dann überwiegend als Zug- und Druckkräfte F weitergeleitet. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung dass stabförmige Bauteile mit hinreichend großem Querschnitt eine hohe Zug- und Drucksteifigkeit aufweisen. Zudem erfahren stabförmige Bauteile unter ideal zentrischer Belastung im Schwerpunkt ausschließlich eine Längenänderung in ihrer Achsrichtung.The basic principles of the power line in the base or movable elements are shown below. In the simplest embodiment of the adhesion is achieved in a rod-shaped base. The drive reaction forces are then forwarded mainly as tensile and compressive forces F. It is advantageous in this embodiment that rod-shaped components having a sufficiently large cross section have a high tensile and compressive rigidity. In addition, rod-shaped components under ideal centric loading in the center of gravity experience only a change in length in their axial direction.

Ebenfalls vorteilhaft ist die Kraftleitung als Schubkraft F, beispielsweise in einer Platte oder in einem kompakten Körper. Der Körper erfährt jeweils eine Deformation entsprechend einem Parallelogramm. Wie bei der Kraftleitung als Zug-/Druckkraft F können auch bei verteiltem Lastangriff und Kraftleitung über Querkraftschub hohe Steifigkeiten erreicht werden.Also advantageous is the power line as a thrust F, for example in a plate or in a compact body. The body undergoes a deformation corresponding to a parallelogram. As in the power line as tensile / compressive force F high stiffness can be achieved even with distributed load attack and power line over shear force thrust.

Bei Drehbewegungen ist eine Kraftleitung F als Torsionsmoment (Torsionsschubspannung) vorteilhaft. Es erfolgt lediglich eine Verdrehung der Enden des Körpers gegeneinander sofern das resultierende Torsionsmoment im Schwerpunkt des Querschnitts angreift. Allgemein können kompakte Querschnitte bzw. geschlossene kreisförmige Querschnitte eine hohe Steifigkeit gegenüber Schubkräften bzw. Torsionsmomenten realisieren. Zudem erfolgt die Deformation im Wesentlichen in Richtung der angreifenden Last. Eine Kraftleitung als Torsionsschubspannung ist auch in gekrümmten Bauteilen (beispielsweise Kugelschalen) möglich.When rotating a force line F as a torsional (torsional shear stress) is advantageous. There is only a rotation of the ends of the body against each other if the resulting torsional moment acts in the center of gravity of the cross section. In general, compact cross sections or closed circular cross sections can realize a high rigidity against shear forces or torsional moments. In addition, the deformation is essentially in the direction of the attacking load. A power line as Torsionsschubspannung is also possible in curved components (eg spherical shells).

Als ungünstig wird ein Kraftschluss F angesehen, der Biegemomente hervorruft. Während der Kraftschluss im Wesentlichen durch Zugkräfte realisiert wird, entsteht in Folge des Kraftangriffs außerhalb der neutralen Faser ein Biegemoment. Dieses führt zur Deformation der Basis (Biegebalken) außerhalb der Richtung der Kraftwirkung und damit normal zur Bewegungsrichtung. Noch ungünstiger ist die Kraftableitung über geknickte Biegebalken. In Folge der größeren Hebelabstände entstehen hier signifikante Biegemomente, welche dominierend zur Schwingungsanregung der Struktur beitragen.Unfavorable is considered a traction F, which causes bending moments. While the traction is essentially realized by tensile forces, resulting from the force application outside the neutral fiber, a bending moment. This leads to the deformation of the base (bending beam) outside the direction of the force and thus normal to the direction of movement. Even less favorable is the power dissipation over bent bending beam. As a result of the larger lever distances, significant bending moments arise here, which predominantly contribute to the vibration excitation of the structure.

Alternativ zu einem mechanisch zwangläufigen Spindelantrieb für jeweils zwei bewegliche Elemente können auch getrennte Spindelantriebe für die beweglichen Elemente verwendet werden. Eine entsprechende Bewegungseinrichtung 149, beispielsweise eine Servospindelpresse, ist in 4A dargestellt. 4B zeigt die Explosionsdarstellung zu 4A. Durch die Anordnung von jeweils drei mittels Elektromotor 154 angetriebenen Spindelantrieben 153 rotierende Spindel, nicht rotierende Spindelmutter, können die beweglichen Elemente neben der Zustellbewegung in X-Richtung auch in gewissen Grenzen um die Y- und Z-Achse gekippt werden. Dazu muss das Führungssystem 158 eine Bewegung in diesen Freiheitsgraden zulassen. Die beweglichen Elemente 151 und 152 tragen die Umformwerkzeuge – bspw. Stempel 140 und Matrize 141. Im vorliegenden Beispiel wird die Basis durch zwei mittels Zugankern verspannte Platten gebildet, wodurch ein unmittelbarer Kraftschluss zwischen den Antrieben erreicht wird. Das vorgestellte Maschinenkonzept bietet die mit der erfindungsgemäßen Ausführung einhergehenden Vorteile hinsichtlich erreichbarer Dynamik, möglicher Energieeinsparung und der weitgehenden Kompensation der dynamischen- und Prozesslasten. Darüber hinaus ist ein modulares Maschinenkonzept geschaffen, wobei die Basis (beispielsweise durch den Einsatz kürzerer oder längerer Zuganker) an andere Prozesse und Werkzeugabmessungen angepasst werden kann. Auch ein Austausch der Antriebssysteme ist einfach realisierbar. Vorteilhaft ist die in 4A und 4B dargestellte Ausführung insbesondere in einer horizontalen Anordnung wodurch ein Gewichtsausgleich vollständig entfällt.As an alternative to a mechanically zwangläufigen spindle drive for each two movable elements and separate spindle drives can be used for the movable elements. A corresponding movement device 149 , for example, a servo screw press, is in 4A shown. 4B shows the exploded view 4A , By the arrangement of three each by means of electric motor 154 driven spindle drives 153 rotating spindle, non-rotating spindle nut, the movable elements can be tilted in addition to the feed movement in the X direction and within certain limits around the Y and Z axis. This requires the leadership system 158 to allow a movement in these degrees of freedom. The moving elements 151 and 152 carry the forming tools - eg stamp 140 and die 141 , In the present example, the base is formed by two plates tensioned by tie rods, whereby an immediate adhesion between the drives is achieved. The presented machine concept offers the advantages associated with the embodiment according to the invention with regard to achievable dynamics, possible energy savings and the extensive compensation of the dynamic and process loads. In addition, a modular machine concept is created, whereby the base can be adapted (eg by using shorter or longer tie rods) to other processes and tool dimensions. It is also easy to replace the drive systems. Advantageously, the in 4A and 4B illustrated embodiment, in particular in a horizontal arrangement whereby a weight compensation completely eliminated.

Neben der in 4A bzw. 4B dargestellten Ausführungsvariante können derartige Bewegungssysteme auch in anderen Anordnungen der Antriebe aufgebaut werden. So können die beweglichen Elemente 151, 152 auch fluchtend hintereinander angeordnet sein (die Spitzen der dreieckigen beweglichen Elemente zeigen dann in die gleiche Richtung). Der Antrieb ist auch mit angetriebenen Spindelmuttern möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einem Antrieb mit angetriebenen Spindelmuttern jeweils eine durchgehende in der Basis verankerte Spindel für den Antrieb mehrerer beweglicher Elemente genutzt wird. Die nicht rotierende Spindel bildet dann einen Teil der Basis. Die von den angetriebenen Spindelmuttern in die nicht rotierende Spindel eingeleiteten Kräfte schließen sich in dieser auf kürzestem Wege als reine Zug- und Druckkräfte. Eine derartige Ausführung erreicht damit bei geringem Aufwand für die Gestellbauteile eine maximale Steifigkeit und einen unmittelbaren Kraftschluss in der Basis.In addition to the in 4A respectively. 4B illustrated embodiment, such motion systems can be constructed in other arrangements of the drives. So can the moving elements 151 . 152 also be aligned in a row (the tips of the triangular moving elements then point in the same direction). The drive is also possible with driven spindle nuts. It is particularly advantageous if, in the case of a drive with driven spindle nuts, in each case a continuous spindle anchored in the base is used for driving a plurality of movable elements. The non-rotating spindle then forms part of the base. The introduced by the driven spindle nuts in the non-rotating spindle forces close in this by the shortest route as pure tensile and compressive forces. Such an embodiment thus achieves a maximum rigidity and an immediate adhesion in the base with little effort for the frame components.

5A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad X, einer dominierenden Bewegungsrichtung. 5B zeigt hierzu eine perspektivische Explosionsdarstellung. Die Basis 10 der Bewegungseinrichtung 1 ruht auf einem Untergestell 8, welches mit dem Fundament 7 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel erfolgt der Antrieb der plattenförmigen beweglichen Elemente 11, 12 mittels eisenloser elektrischer Lineardirektantriebe 15, bevorzugt als permanentmagneterregte Synchronmotoren ausgeführt. Diese bestehen jeweils aus einem Primärteil 13 (hier beispielhaft vergossene Motorwicklungen) und einem Sekundärteil 14 (z. B. Magnete und Eisenrückschluss). In 5A und 5B sind die Sekundärteile 14 gestückelt ausgeführt. 5A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 with a dominant degree of freedom of movement X, a dominant direction of movement. 5B shows a perspective exploded view. The base 10 the movement device 1 resting on a base 8th which with the foundation 7 connected is. In the present example, the drive of the plate-shaped movable elements takes place 11 . 12 by means of ironless electric linear direct drives 15 , Preferably designed as a permanent magnet synchronous motors. These each consist of a primary part 13 (here exemplified potted motor windings) and a secondary part 14 (eg magnets and iron yoke). In 5A and 5B are the secondary parts 14 pieced executed.

Die Bewegungseinrichtung 1 verfügt über ein Führungssystem 18, bevorzugt in Form von Profilschienenwälzführungen, bestehend aus Führungswagen 17 und Führungsschienen 16. Auf die Darstellung im Ausführungsbeispiel vorhandener Steuerungs- und Regelungseinrichtungen sowie Messsysteme zur Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.The movement device 1 has a leadership system 18 , preferably in the form of profiled rail roller guides, consisting of guide carriage 17 and guide rails 16 , On the representation in the embodiment of existing control and regulating devices and measuring systems for position, speed and acceleration measurement has been omitted for reasons of clarity.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von mechanisch nicht übersetzenden Antrieben (elektrische Lineardirektantriebe) ausgegangen. Prinzipiell kann das Verfahren auf jede Art von Antriebssystem sowohl für translatorische, rotatorische oder kombinierte Bewegungen angewendet werden. Beispielhaft seien für die mechanisch übersetzenden Antriebssysteme Kugelgewindetriebe, Zahnstangenantriebe, Reibradantriebe, Riemenantriebe bzw. Differentialzahnriemenantriebe und Seilzugantriebe genannt. Auch pneumatische oder hydraulische Antriebe können zum Einsatz kommen. Als Beispiel für elektrische Antriebssysteme seien Synchron- bzw. Asynchron-Linearmotoren genannt, lineare bzw. rotatorische Schrittmotoren und elektrodynamische Antriebe (auch als „Voice Coil” bezeichnet) aufgeführt. Die Antriebe können dabei in einem oder mehreren Bewegungsfreiheitsgraden wirksam sein. Solche Mehrkoordinatenantriebe können beispielsweise als elektrische Asynchronmotoren für eine planare Bewegungserzeugung realisiert werden. Auch planare Schrittmotoren sind bekannt. In the present embodiment is assumed by mechanically non-translating drives (electrical linear direct drives). In principle, the method can be applied to any type of drive system for both translational, rotary or combined movements. By way of example, ball screw drives, rack drives, friction wheel drives, belt drives or differential toothed belt drives and cable pull drives may be mentioned as examples for the mechanically translating drive systems. Pneumatic or hydraulic drives can also be used. As an example of electric drive systems may be mentioned synchronous or asynchronous linear motors, linear or rotary stepper motors and electrodynamic drives (also referred to as "voice coil") listed. The drives can be effective in one or more degrees of freedom of movement. Such multi-coordinate drives can be realized, for example, as electrical asynchronous motors for a planar motion generation. Even planar stepper motors are known.

In 5A erfolgt der Kraftschluss im Wesentlichen als Zug-/Druckkraft über die Sekundärteile 14, welche alternativ auch aus einem Stück gefertigt sein können. Der Angriff der Antriebskraft an den beweglichen Elementen 11, 12 erfolgt im Beispiel in der Ebene des Schwerpunktes des jeweiligen Elementes 11, 12, wodurch vorteilhafterweise die Entstehung von Kippmomenten vermindert wird. Die beweglichen Elemente 11, 12 sind in 5A und 5B als plattenförmige Elemente dargestellt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit in Bewegungsrichtung, hier X, aus. Es wären aber auch andere Ausführungen denkbar, beispielsweise Stabtragwerke oder kompakte bewegliche Elemente. Darüber hinaus können die beweglichen Elemente auch über Gestaltungsmerkmale zur Steigerung ihrer Steifigkeit – wie beispielsweise Verstrebungen, Verrippungen, Zuganker oder ähnliches – verfügen.In 5A The adhesion is essentially as tensile / compressive force on the secondary parts 14 which alternatively can be made of one piece. The attack of the driving force on the moving elements 11 . 12 takes place in the example in the plane of the center of gravity of the respective element 11 . 12 , whereby advantageously the formation of tilting moments is reduced. The moving elements 11 . 12 are in 5A and 5B shown as plate-shaped elements. These are characterized by a high rigidity in the direction of movement, here X, from. However, other embodiments would also be conceivable, for example bar structures or compact movable elements. In addition, the movable elements may also have design features to increase their rigidity - such as struts, ribs, tie rods or the like - have.

Neben erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtungen mit je einem Antrieb pro beweglichem Element können auch Einrichtungen mit einer Mehrzahl von Antrieben an jedem beweglichen Element realisiert werden. Die in 5A und 5B dargestellte Bewegungseinrichtung 1 verfügt beispielhaft über eine parallele Anordnung von jeweils zwei Lineardirektantrieben 15 an jedem beweglichen Element 11, 12. Durch differentielle Ansteuerung ist es damit möglich einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad – die Drehung des Schlittens um die Hochachse φZ – in gewissen Grenzen zu ermöglichen und gezielt anzusteuern. Dazu müssen die Führungen eine hinreichende Nachgiebigkeit für diesen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad aufweisen. Hierzu können beispielsweise Festkörpergelenke als Gelenke dienen (nicht dargestellt). Derartige zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade können besonders vorteilhaft für die Korrektur von Bewegungsfehlern, wie sie beispielsweise in Folge thermischer Dehnung oder Biegung entstehen, genutzt werden.In addition to movement devices according to the invention, each having one drive per movable element, it is also possible to implement devices with a plurality of drives on each movable element. In the 5A and 5B shown movement device 1 has for example a parallel arrangement of two linear direct drives 15 on every moving element 11 . 12 , By differential control, it is thus possible to allow a further degree of freedom of movement - the rotation of the carriage about the vertical axis φ Z - within certain limits and to selectively control. For this purpose, the guides must have sufficient flexibility for this additional degree of freedom of movement. For this example, solid joints can serve as joints (not shown). Such additional degrees of freedom of movement can be used particularly advantageously for the correction of movement errors, such as those resulting from thermal expansion or bending, for example.

6A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad X und zwei weiteren ansteuerbaren Bewegungsfreiheitsgraden φy, φz. Es sind jeweils drei Lineardirektantriebe 15, 15', 15'' an jedem beweglichen Element 11, 12 dargestellt. 6A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 with a dominant degree of freedom of movement X and two further controllable degrees of freedom of movement φ y , φ z . There are three linear direct drives each 15 . 15 ' . 15 '' on every moving element 11 . 12 shown.

6B zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad X und zwei weiteren ansteuerbaren Bewegungsfreiheitsgraden φy, φz. In der Explosionsdarstellung sind Gelenke 19, beispielsweise Festkörpergelenke, sichtbar, welche es den beweglichen Elementen 11, 12 erlauben sich in zwei weiteren Freiheitsgraden φy, φz definiert zu bewegen. Dies sind die Rotation um die Hochachse Z und die Rotation um die Querachse Y. Bei hinreichender Nachgiebigkeit der Gelenke 19 wird die Steifigkeit in den zusätzlichen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden φy, φz nur durch die Regelung begrenzt. Voraussetzung ist die Messung der Verdrehung in den zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgraden φy, φz, welche auch aus den Messsignalen mehrerer (im Beispiel vorzugsweise dreier jeweils an den Lineardirektantrieben 15, 15', 15'' angeordneter) Linearmesssysteme abgeleitet werden kann. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die durch den Parallelantrieb ansteuerbaren zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrade ist möglich. 6B shows an exploded perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 with a dominant degree of freedom of movement X and two further controllable degrees of freedom of movement φ y , φ z . In the exploded view are joints 19 For example, solid-state joints, visible to the moving elements 11 . 12 allow to move in two other degrees of freedom φ y , φ z defined. These are the rotation about the vertical axis Z and the rotation about the transverse axis Y. With sufficient flexibility of the joints 19 the stiffness in the additional rotational degrees of freedom of movement φ y , φ z is limited only by the control. Prerequisite is the measurement of the rotation in the additional degrees of freedom of movement φ y , φ z , which also from the measurement signals of several (in the example, preferably three each on the linear direct drives 15 . 15 ' . 15 '' arranged) linear measuring systems can be derived. The application of the method according to the invention to the controllable by the parallel drive additional degrees of freedom is possible.

Die erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung 1 kann auch für mehr als einen dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad realisiert werden. Die Figuren 7 bis 12 zeigen einige Beispiele solcher Bewegungseinrichtungen mit mehr als einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad.The movement device according to the invention 1 can also be realized for more than one dominant degree of freedom of movement. The figures 7 to 12 show some examples of such moving devices with more than one dominant degree of freedom of movement.

7A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 2 zur Realisierung einer planaren Bewegung, 7B zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung hierzu. Die Bewegungseinrichtung 2 besteht im Wesentlichen aus der Basis 20, der gegenüber zwei plattenförmige bewegliche Elemente 21, 22 angeordnet sind. Als Führungssystem 28 dienen kreuzförmig angeordnete Profilschienenwälzführungen, bestehend aus Führungsschienen 26 und Führungswagen 27. An der Basis 20 sind die Sekundärteile 24 des Linearmotors (Magnete segmentiert dargestellt) als Lineardirektantrieb 25 angebracht, wobei jedem beweglichen Element 21, 22 zwei Sekundärteile 24 (entsprechend den beiden Teilbewegungsrichtungen über und unter der Basis 20) zugeordnet sind. Die Sekundärteile 24 sind breiter als die an den beweglichen Elementen 21, 22 befestigten Primärteile 23 des Lineardirektantriebs 25. Dadurch bleiben gleiche magnetische Verhältnisse auch bei einer Verschiebung des jeweiligen Primärteils 23 quer zu seiner Vorschubrichtung erhalten. Als Beispiel für eine Bearbeitung ist eine in Z-Richtung beweglich gelagerte Frässpindel 45, alternativ auch Schleifspindel, am oberen, dem zweiten beweglichen Element 22, sowie ein Werkstück 29 mit angedeuteter Bearbeitungskontur am unteren, dem ersten beweglichen Element 21, angeordnet. 7A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 2 to realize a planar movement, 7B shows an exploded perspective view of this. The movement device 2 consists essentially of the base 20 , the opposite two plate-shaped movable elements 21 . 22 are arranged. As a management system 28 serve cross-shaped profile rail roller guides, consisting of guide rails 26 and carriages 27 , At the base 20 are the secondary parts 24 of the linear motor (magnets segmented) as Linear motor drive 25 attached, with each movable element 21 . 22 two abutments 24 (according to the two sub-movement directions above and below the base 20 ) assigned. The secondary parts 24 are wider than those on the moving elements 21 . 22 fastened primary parts 23 of the linear direct drive 25 , As a result, same magnetic conditions remain even with a shift of the respective primary part 23 obtained transversely to its feed direction. As an example of a machining is a movably mounted milling spindle in the Z direction 45 , alternatively also grinding spindle, at the top, the second movable element 22 , as well as a workpiece 29 with indicated machining contour at the bottom, the first moving element 21 arranged.

Der Antrieb der beweglichen Elemente 21, 22 erfolgt im Wesentlichen in den beiden Wirklinien, die sich im resultierenden Massenschwerpunkt des jeweiligen Elementes 21, 22 schneiden. Dadurch wird die Anregung von dynamischen Kippmomenten durch die Lineardirektantriebe 25 vermieden. Die Nutzbewegung ergibt sich als Summe der Relativbewegungen der beiden Elemente 21, 22 gegenüber der Basis 20. Über die Basis 20 wird der Kraftschluss durch eine Kraftübertragung als Querkraftschub realisiert. Ein Messsystem ist im Sinne der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Messsystem ist bei einer bevorzugten Ausführungsform in den als Profilschienenwälzführungen ausgeführten Führungssystemen 28 integriert. Bei der vorliegenden Anordnung wird die Steifigkeit in den Bewegungsrichtungen nur durch die Antriebe und deren Regelung bestimmt. Die Führungssysteme 28 verhindern im Beispiel die Verdrehung um die Hochachse Z und definieren die Lage der beweglichen Elemente 21, 22 in Z-Richtung.The drive of the moving elements 21 . 22 takes place essentially in the two lines of action, which are in the resulting center of mass of the respective element 21 . 22 to cut. This causes the excitation of dynamic tilting moments by the linear direct drives 25 avoided. The useful movement is the sum of the relative movements of the two elements 21 . 22 opposite the base 20 , About the base 20 the adhesion is realized by a power transmission as a shear force thrust. A measuring system is not shown in the interest of clarity. The measuring system is in a preferred embodiment in the running as a profile rail roller guides guide systems 28 integrated. In the present arrangement, the stiffness in the directions of movement is determined only by the drives and their regulation. The leadership systems 28 prevent in the example the rotation about the vertical axis Z and define the position of the moving elements 21 . 22 in the Z direction.

8A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 3 zur Realisierung einer planaren Bewegung mit Parallelantrieb in einer Bewegungsrichtung und eine Basis 30. Die Komponenten entsprechen im Wesentlichen denen aus 7. Die vorliegende Bewegungseinrichtung verfügt jedoch über einen Parallelantrieb in der X- bzw. Y-Achse, da für jedes bewegliche Element 31, 32 jeweils zwei Primärteile 33, 33' und zwei Sekundärteile 34, 34' zum Einsatz kommen, so dass für jede Bewegungsrichtung an jedem beweglichen Element 31, 32 ein Lineardirektantrieb 35, 35' zur Verfügung steht. Dadurch kann bei variabler Lage des Massenschwerpunktes (beispielsweise unterschiedliche Anordnung der Werkstücke 39 gegenüber der Frässpindel 45) die resultierende Antriebskraft immer in der Flucht des Schwerpunktes gehalten werden. Weiterhin ermöglicht es ein derartiger Parallelantrieb einen weiteren Freiheitsgrad, beispielsweise die Drehung (φZ) um die Hochachse Z, anzusteuern. Die in 8 dargestellten Führungswagen 37 müssten hierzu in Zusammenwirken mit den Führungsschienen 36 als Führungssystem 38 eine Verdrehung um ihre Hochachse Z zulassen. Alternativ wäre die Anordnung mit einer hydrostatischen Führung, einer magnetisch vorgespannten Luftlagerung oder einem ähnlichen, nur in Z-Richtung wirksamen Führungssystem 38 denkbar. In Verbindung mit einem berührungslosen, zweidimensionalen Messsystem kann die Einrichtung dann auch den Drehfreiheitsgrad φZ um die Hochachse Z in einem begrenzten Bereich ansteuern. 8A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 3 for realizing a planar movement with parallel drive in a direction of movement and a base 30 , The components essentially correspond to those of 7 , However, the present movement device has a parallel drive in the X and Y axis, as for each movable element 31 . 32 two primary parts each 33 . 33 ' and two abutments 34 . 34 ' are used, so that for each direction of movement on each moving element 31 . 32 a linear direct drive 35 . 35 ' is available. As a result, with variable position of the center of mass (for example, different arrangement of the workpieces 39 opposite the milling spindle 45 ) the resulting driving force is always kept in alignment with the center of gravity. Furthermore, such a parallel drive allows a further degree of freedom, for example the rotation (φ Z ) about the vertical axis Z, to be controlled. In the 8th shown carriages 37 would have to do this in cooperation with the guide rails 36 as a management system 38 allow a rotation about its vertical axis Z. Alternatively, the arrangement would be with a hydrostatic guide, a magnetically biased air bearing or a similar, effective only in the Z direction guide system 38 conceivable. In conjunction with a non-contact, two-dimensional measuring system, the device can then also control the rotational degree of freedom φ Z about the vertical axis Z in a limited range.

8B zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 3 zur Realisierung einer planaren Bewegung mit Parallelantrieb in einer Bewegungsrichtung. 8B shows an exploded perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention described above 3 for realizing a planar movement with parallel drive in one direction of movement.

9A zeigt eine perspektivische Darstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 4 zur Realisierung einer rotatorisch-translatorischen Bewegung und 9B eine perspektivische Explosionsdarstellung hierzu. Auf die Abbildung von Antriebs- und Führungselementen sowie Mess-, Regel- und Steuereinrichtungen wurde im Sinne der Übersichtlichkeit verzichtet. Hierzu sind die nach dem Stand der Technik bekannten Systeme adaptierbar. 9A shows a perspective view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention 4 for the realization of a rotary-translatory movement and 9B an exploded perspective view of this. The illustration of drive and guide elements and measuring, control and control devices has been omitted in the interests of clarity. For this purpose, the systems known from the prior art can be adapted.

Als Basis 40 dient im Beispiel ein Hohlzylinder. In diesem bewegen sich zwei zylindrische bewegliche Elemente 41, 42 jeweils in einem rotatorischen und einem translatorischen Freiheitsgrad φZ, Z. Eine Frässpindel 45 am oberen beweglichen Element 42 bzw. ein Werkstückspanntisch 43 mit Nuten am unteren beweglichen Element 41 verdeutlichen das Entstehen der Relativbewegung am TCP. Im Beispiel sind Frässpindel 45 und Werkstücktisch 43 jeweils einer zusätzlichen seriellen Bewegungsachse X-Y zugeordnet. Bei einer rotatorischen Bewegung φZ erfolgt die erfindungsgemäße Überlagerung der Relativbewegungen zur Nutzbewegung am TCP, während die entgegengesetzt auf die Basis wirkenden Antriebsmomente (Torsionsmomente) als Torsionsschubspannung in die Basis 40 geleitet werden und sich aufheben. Bei einer Bewegung der beweglichen Elemente 41, 42 in Z-Richtung werden die entgegengesetzt wirkenden Antriebskräfte ebenfalls in die Basis 40 eingeleitet und als Zug-/Druckkräfte weitergeleitet bis sie sich aufheben. Die Bewegung in Z-Richtung addiert sich somit ebenfalls.As a base 40 serves in the example a hollow cylinder. In this move two cylindrical moving elements 41 . 42 each in a rotational and a translatory degree of freedom φ Z , Z. A milling spindle 45 on the upper moving element 42 or a workpiece clamping table 43 with grooves on the lower moving element 41 illustrate the emergence of the relative movement at the TCP. In the example are milling spindle 45 and workpiece table 43 each associated with an additional serial movement axis XY. In the case of a rotational movement φ Z , the superimposition of the relative movements according to the invention to the useful movement takes place at the TCP, while the drive torques (torsional moments) acting in opposite directions on the base take the form of a torsional shear stress in the base 40 be directed and pick up. With a movement of the moving elements 41 . 42 in the Z direction, the opposing driving forces are also in the base 40 initiated and forwarded as tensile / compressive forces until they pick up. The movement in the Z-direction thus also adds up.

10A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 5 zur Realisierung einer rotatorisch-translatorischen Bewegung, 10B zeigt hierzu eine perspektivische Explosionsdarstellung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Basis 50 durch ein zylindrisches Bauteil gebildet, die beweglichen Elemente 51, 52 entsprechen zylinderförmigen Bauteilen mit einer Bohrung. Das erste bewegliche Element 51 weist einen Werkstückspanntisch, das zweite bewegliche Element 52 eine Frässpindel 45 auf. Entsprechend der Bewegungseinrichtung 4 aus 9 erfolgen der Momenten- bzw. Kraftschluss und die Überlagerung der Relativbewegungen zur Nutzbewegung. 10A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 5 for the realization of a rotational-translatory movement, 10B shows this an exploded perspective view. In the illustrated embodiment, the base 50 formed by a cylindrical component, the movable elements 51 . 52 correspond to cylindrical components with a bore. The first moving element 51 has a workpiece clamping table, the second movable element 52 a milling spindle 45 on. According to the movement device 4 out 9 occur the moment or adhesion and the superposition of relative movements to the useful movement.

11A zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 6 zur Realisierung einer rotatorisch-rotatorischen Bewegung, 11B zeigt die entsprechende Explosionsdarstellung. Auf die Abbildung von Antriebs- und Führungselementen sowie Mess-, Regel- und Steuereinrichtungen wurde auch hier im Sinne der Übersichtlichkeit verzichtet. Hierzu sind ebenfalls die nach dem Stand der Technik bekannten Systeme adaptierbar. 11A shows a perspective schematic representation with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention 6 for the realization of a rotational-rotational movement, 11B shows the corresponding exploded view. The illustration of drive and guide elements as well as measuring, control and control devices was also omitted here in the interest of clarity. For this purpose, the systems known from the prior art are also adaptable.

Als Basis 60 dient im Beispiel eine Kugelschale (vereinfacht ohne Trennung dargestellt). In dem einer Kugel entsprechenden und von der Kugelschale umschlossenen Volumen bewegen sich die beiden beweglichen Elemente 61, 62. Diese entsprechen jeweils einem Kugelsegment. Die Bewegungen der beweglichen Elemente 61, 62 addieren sich wiederum in Folge der erfindungsgemäßen Anordnung am (virtuellen, nicht dargestellten) Werkzeugbezugspunkt TCP zur Nutzbewegung. Dabei werden die entstehenden Antriebsmomente an der Innenseite in die Kugelschale (Basis 60) eingeleitet, im Wesentlichen als Torsionsschubspannung weitergeleitet und heben sich schließlich gegenseitig auf. Zur Verdeutlichung der Überlagerung der Relativbewegungen am TCP sind wiederum eine Frässpindel 45 bzw. ein Werkstücktisch 63 dargestellt. Die Frässpindel 45 realisiert einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad mittels einer seriell angeordneten Bewegungsachse, deren Richtung im definierten Koordinatensystem von der Stellung des zweiten beweglichen Elements 62 abhängt.As a base 60 serves in the example a spherical shell (simplified without separation shown). In the volume corresponding to a ball and enclosed by the spherical shell, the two moving elements move 61 . 62 , These each correspond to a spherical segment. The movements of the moving elements 61 . 62 add in turn as a result of the arrangement according to the invention at the (virtual, not shown) tool reference point TCP to Nutzbewegung. The resulting drive torques on the inside in the spherical shell (base 60 ), substantially forwarded as a torsional shear stress, and eventually cancel each other out. To clarify the superimposition of the relative movements on the TCP are again a milling spindle 45 or a workpiece table 63 shown. The milling spindle 45 realizes an additional degree of freedom of movement by means of a serially arranged movement axis, whose direction in the defined coordinate system from the position of the second movable element 62 depends.

12A zeigt eine perspektivische Darstellung mit verdeckten Kanten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 6' zur Realisierung einer rotatorisch-rotatorischen Bewegung, 12B die zugehörige Explosionsdarstellung. Im Beispiel wird die Basis 60' ebenfalls durch eine Kugelschale gebildet. 12A shows a perspective view with hidden edges of an embodiment of a movement device according to the invention 6 ' for the realization of a rotational-rotational movement, 12B the associated exploded view. In the example the basis becomes 60 ' also formed by a spherical shell.

Das innere, werkzeugtragende bewegliche Element 62' mit der Frässpindel 45 entspricht einem Kugelsegment. Die darin geführte Frässpindel 45 hat einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad, in der dargestellten Position etwa Z. Das äußere bewegliche Element 61' entspricht im Beispiel einer Kugelschale. Es trägt wie in den vorhergehenden Beispielen einen Werkstücktisch 63. Wie zuvor erläutert erfolgt die Überlagerung der Bewegungen am TCP und die Einleitung und Auslöschung der Antriebsreaktionskräfte bzw. -momente in der Basis 60'. Abweichend von dem in 11 abgebildeten Beispiel werden die Antriebsreaktionen jeweils an der Innenseite bzw. an der Außenseite der die Basis 60' bildenden Kugelschale eingeleitet.The inner, tool-carrying movable element 62 ' with the milling spindle 45 corresponds to a sphere segment. The milling spindle guided in it 45 has an additional degree of freedom of movement, in the position shown approximately Z. The outer movable element 61 ' corresponds in the example of a spherical shell. It carries as in the previous examples a workpiece table 63 , As previously discussed, the superposition of the motions at the TCP and the initiation and cancellation of the drive reaction forces or moments in the base occurs 60 ' , Notwithstanding the in 11 In the example shown, the drive reactions are respectively on the inside and on the outside of the base 60 ' forming spherical shell initiated.

13A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 mit einer Basis 10 und einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad und jeweils einer seriell angeordneten Zusatzachse an jedem beweglichen Element 11, 12 mit einer Explosionsdarstellung in 13B zum besseren Verständnis. Dabei ist die in 5 eingeführte erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung 1 mit einem dominierenden Freiheitsgrad X dargestellt. Die Komponenten entsprechen wiederum denen aus 5. 13A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 with a base 10 and a dominant degree of freedom of movement and a respective serially arranged additional axis on each movable element 11 . 12 with an exploded view in 13B for better understanding. Here is the in 5 introduced inventive movement device 1 represented with a dominant degree of freedom X. The components again correspond to those 5 ,

Zusätzlich verfügt die in 13 dargestellte Bewegungseinrichtung 1 über jeweils eine zusätzliche translatorische Bewegungsachse in Y- und Z-Richtung. Diese beiden Bewegungsachsen sind im Beispiel mittels Führungssystemen 76, 76', bevorzugt Profilschienenwälzführungen, bestehend aus Führungswagen 75, 75' und Führungsschienen 74, 74', geführt und werden durch einen Kugelgewindetrieb 71, 71' angetrieben. Die Antriebsmotoren der Gewindetriebe sowie Mess-, Regel- und Steuereinrichtungen sind im Interesse der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.In addition, the in 13 shown movement device 1 in each case via an additional translatory movement axis in the Y and Z directions. These two movement axes are in the example by means of guidance systems 76 . 76 ' , Preferably profiled rail roller guides, consisting of guide carriage 75 . 75 ' and guide rails 74 . 74 ' , and are guided by a ball screw 71 . 71 ' driven. The drive motors of the screw drives and measuring, control and control devices are not shown in the interests of clarity.

Die zusätzlichen Bewegungsachsen Y und Z erfüllen zwar nicht die Anforderungen an eine hohe Dynamik, eignen sich aber als Zustellachsen oder für die Realisierung von Bewegungen mit geringerer Dynamik. Die dominierend einachsige Bewegungseinrichtung X aus 5 wird durch die Zusatzachsen Y', Z' zu einer vollwertigen dreiachsigen Bewegungseinrichtung. Dabei realisiert die Hauptachse X die für den Prozess notwendige hochdynamische Bewegung, während die beiden Zusatzachsen Y', Z' Zustellbewegungen mit geringer Dynamik und ohne die Anforderung an eine Kraftkompensation ausführen. Entsprechend dem Stand der Technik sind auch andere Antriebssysteme für die Zusatzachsen X', Y' vorgesehen.Although the additional movement axes Y and Z do not meet the requirements for high dynamics, they are suitable as delivery axes or for the realization of movements with less dynamics. The dominant uniaxial motion device X out 5 is due to the additional axes Y ', Z' to a full triaxial movement device. In this case, the main axis X realizes the highly dynamic movement necessary for the process, while the two additional axes Y ', Z' execute feed movements with low dynamics and without the requirement for force compensation. According to the prior art, other drive systems for the additional axes X ', Y' are provided.

Als Alternative zu seriell an der erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung angeordneten Zusatzachsen sind auch Bewegungsachsen mit begrenztem Stellweg, beispielsweise Piezoaktoren oder Magnetlager mit einstellbarem Luftspalt, zur Realisierung zusätzlicher Bewegungsfreiheitsgrade vorgesehen. Als Beispiel sei auf die in 6B sichtbaren Festkörpergelenke verwiesen. Werden diese beispielsweise durch in Z-Richtung wirksame Piezoaktoren ersetzt, ergeben sich mit der Rotation der beweglichen Elemente um die X- und die Y-Achse zwei zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade φX, φY. As an alternative to additional axes arranged serially on the movement means according to the invention, movement axes with limited travel, for example piezo actuators or magnetic bearings with adjustable air gap, are provided for realizing additional degrees of freedom of movement. As an example, the in 6B directed to visible solid-state joints. If these are replaced, for example, by piezoactuators which are effective in the Z direction, two additional degrees of freedom of movement φ X , φ Y result with the rotation of the movable elements about the X and Y axes.

14 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer einachsigen erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1', welche über eine Relativführung 77 zwischen den beweglichen Elementen 11, 12 verfügt. Dabei wird die aus 1B bekannte erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung X aufgegriffen und modifiziert. Der Antrieb der beweglichen Elemente 11, 12 erfolgt bevorzugt ebenfalls durch elektrische Lineardirektantriebe 15. 14 shows a schematic diagram of an embodiment of a uniaxial movement device according to the invention 1' which have a relative guidance 77 between the moving elements 11 . 12 features. This is the off 1B known movement device X taken and modified. The drive of the moving elements 11 . 12 is preferably also done by electrical linear direct drives 15 ,

Abweichend von 1B wird die Führung des zweiten beweglichen Elementes 12' ausschließlich als Relativführung 77 gegenüber dem ersten beweglichen Element 11' realisiert. Eine derartige Anordnung kann vorteilhaft für den Kraftfluss zwischen den beweglichen Elementen 11', 12' sein, da weniger Führungselemente benötigt werden. Zudem kann die Absolutführung 78 gegenüber der Basis 10 so gestaltet werden, dass sie unerwünschte Momentenwirkungen bzw. Kippschwingungen nicht an bzw. in die beweglichen Elemente 11', 12' überträgt. Sollte in einer solchen Anordnung die Basis 10 schwingen, würde sich diese Schwingung kaum auf die beweglichen Elemente 11', 12', welche mittels einer Relativführung 77 sehr steif gegeneinander geführt werden, übertragen. Damit kann die Bewegungsqualität in der erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1' nochmals gesteigert werden. Prinzipiell können Relativ- und Absolutführungssysteme 77, 78 beliebig kombiniert werden. Jedoch muss mindestens eines der beweglichen Elemente 11', 12' über eine Absolutführung 78 gegenüber der Basis 10 oder einem äußeren Bezug (nicht dargestellt) verfügen.Deviating from 1B becomes the guide of the second moving element 12 ' exclusively as a relative guide 77 opposite the first movable element 11 ' realized. Such an arrangement may be advantageous for the flow of force between the movable elements 11 ' . 12 ' be because fewer guide elements are needed. In addition, the absolute guidance 78 opposite the base 10 be designed so that they do not unwanted moment effects or tilting vibrations on or in the moving elements 11 ' . 12 ' transfers. Should be in such an arrangement the base 10 swing, this vibration would hardly affect the moving elements 11 ' . 12 ' , which by means of a relative guide 77 very stiff against each other, transferred. Thus, the quality of movement in the movement device according to the invention 1' be increased again. In principle, relative and absolute guidance systems can be used 77 . 78 can be combined arbitrarily. However, at least one of the moving elements must 11 ' . 12 ' about an absolute guide 78 opposite the base 10 or an outer cover (not shown).

Für die Anordnung der Messsysteme 79, 80, 82 zur Bewegungserfassung bieten sich die gleichen Möglichkeiten wie für die Gestaltung und Anordnung von Führungssystemen. So wird im einfachsten Falle die Messwerterfassung relativ gegenüber der Basis 10 durch ein Messsystem 80 realisiert. Dabei können allerdings die Schwingungen der Basis 10 in sich bzw. gegenüber dem äußeren Bezug 81, bevorzugt ein Fundament 7, in den Regelkreis eingekoppelt werden, was die Bewegungsgenauigkeit mindern kann.For the arrangement of the measuring systems 79 . 80 . 82 Motion detection offers the same possibilities as for the design and arrangement of guidance systems. So in the simplest case, the data acquisition relative to the base 10 through a measuring system 80 realized. However, the vibrations of the base can 10 in itself or with respect to the outer cover 81 , prefers a foundation 7 , can be coupled into the control loop, which can reduce the movement accuracy.

Als Alternative besteht die Möglichkeit gegenüber dem äußeren Bezug 81 zu messen, was jedoch in der Regel mit erhöhtem Aufwand für das Messsystem 82 verbunden ist. Entsprechend der zuvor beschriebenen Relativführung 77 bietet sich die Messwerterfassung zwischen den beweglichen Elementen 11', 12' an. Dabei wird die relevante Bewegungsgröße direkt erfasst und kaum parasitäre Schwingungen in den Regelkreis eingekoppelt. Um den Bezug zur Position auf der Basis 10 zu erhalten bleibt jedoch mindestens ein Messsystem 80, 82 gegenüber der Basis 10 bzw. dem äußeren Bezug 81 erforderlich. Bei ausschließlicher Messwerterfassung zwischen den beweglichen Elementen 11', 12' würden diese sonst in Folge des niemals exakt erfüllten Kräftegleichgewichts unweigerlich zu einer Endposition auf der Basis 10 driften. Im Sinne der Verbesserung der Bewegungsqualität ist auch eine Kombination verschiedener Messsysteme möglich. Die zu 14 für einen Bewegungsfreiheitsgrad erläuterten Zusammenhänge sind prinzipiell auch auf eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Mehrzahl von Bewegungsfreiheitsgraden bzw. verschiedenste Messprinzipien übertragbar.As an alternative, there is the possibility with respect to the outer cover 81 to measure, which, however, usually with increased effort for the measuring system 82 connected is. According to the relative guidance described above 77 offers the measurement between the moving elements 11 ' . 12 ' at. The relevant amount of motion is detected directly and hardly parasitic vibrations are coupled into the control loop. To reference the position on the base 10 however, at least one measuring system remains to be obtained 80 . 82 opposite the base 10 or the outer cover 81 required. For exclusive measurement between the moving elements 11 ' . 12 ' otherwise they would inevitably become an end position on the basis of the never exactly fulfilled equilibrium of forces 10 drift. In the sense of improving the quality of movement, a combination of different measuring systems is also possible. The too 14 For a degree of freedom of movement explained relationships are in principle transferable to a device according to the invention with a plurality of degrees of freedom of movement and various measurement principles.

15 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1'' mit einem dominierenden Bewegungsfreiheitsgrad X und jeweils einer seriell angeordneten Zusatzachse an jedem beweglichen Element 11'', 12'' sowie zusätzlichen Ausgleichsmassen. Es handelt sich um die in 5 eingeführte und in 13 um bevorzugt zwei translatorische Zusatzachsen Y', Z' erweiterte Bewegungseinrichtung 1, die hier erneut aufgegriffen und um Mittel zur Kompensation der durch die Zusatzachsen Y', Z' eingeleiteten Antriebsreaktionskräfte erweitert wird. 15 shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1'' with a dominant degree of freedom of movement X and a serially arranged additional axis on each movable element 11 '' . 12 '' as well as additional balancing weights. These are the in 5 introduced and in 13 preferably two additional translational axes Y ', Z' extended movement device 1 , which is taken up again here and extended by means for compensating for the drive reaction forces introduced by the additional axes Y ', Z'.

Dazu werden zwei symmetrisch um den Kugelgewindetrieb 71 angeordnete Ausgleichsmassen 83 eingesetzt. Der Antrieb (nicht dargestellt) der Ausgleichsmassen 83 kann beispielsweise durch elektrische Direktantriebe, mechanisch übersetzende Antriebe oder andere nach dem Stand der Technik bekannte Antriebssysteme realisiert werden. Mittels bekannter Verfahren wie Kraftkompensation oder Impulskompensation können die durch die Zusatzachse in das jeweilige bewegliche Element eingeleiteten Antriebsreaktionskräfte ausgeglichen bzw. minimiert werden. Entsprechend dem bekannten Stand der Technik können dazu auch andere Verfahren, wie die Ruckentkopplung der Zusatzachsen eingesetzt werden.These are two symmetrical to the ball screw 71 arranged balancing weights 83 used. The drive (not shown) of the balancing weights 83 For example, it can be realized by direct electrical drives, mechanically translating drives or other drive systems known in the art. By means of known methods such as force compensation or pulse compensation, the drive reaction forces introduced by the additional axis into the respective movable element can be compensated or minimized. According to the known state of the art, other methods, such as the jerk decoupling of the additional axes, can be used for this purpose.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 wird die Kraftkompensation in Verbindung mit der kinematischen Kopplung der Relativbewegung gegenüber dem jeweils unterlagerten beweglichen Element 11, 12 angewandt. Zur Erläuterung wird auf 8 verwiesen. Als Erweiterung zu der beispielhaft in 8 dargestellten Ausführung soll das Werkstück ebenfalls in Z-Richtung beweglich gelagert und mit einem eigenen Antrieb samt Mess-, Regel- und Steuereinrichtungen (nicht dargestellt) versehen sein. Damit wird es im Beispiel ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auf die Bewegung in Z-Richtung zu erweitern. Die Relativbewegung in Z-Richtung am Werkzeugbezugspunkt TCP entsteht nun in Folge der entgegengesetzten Relativbewegungen von Frässpindel 45 und Werkstück 39 aus 8. Der Kraftschluss erfolgt im Beispiel jeweils über das bewegliche Element 31, 32 und dessen Absolutführung in die Basis. In der Basis heben sich die Antriebsreaktionskräfte in Z-Richtung auf. Entsprechend den zuvor beschriebenen Varianten kann der Kraftschluss auch direkt zwischen den beweglichen Elementen 11, 12 über eine Relativführung 77 oder einen äußeren Bezug 81 gemäß 14 erfolgen. In a further preferred embodiment of the movement device according to the invention 1 is the force compensation in conjunction with the kinematic coupling of the relative movement relative to the respective underlying movable element 11 . 12 applied. For explanation will be on 8th directed. As an extension to the example in 8th illustrated embodiment, the workpiece is also movably mounted in the Z direction and provided with its own drive including measuring, control and control devices (not shown). This makes it possible in the example to extend the inventive method to the movement in the Z direction. The relative movement in the Z-direction at the tool reference point TCP now arises as a result of the opposite relative movements of the milling spindle 45 and workpiece 39 out 8th , The frictional connection takes place in the example in each case via the movable element 31 . 32 and its absolute guidance in the base. In the base, the drive reaction forces cancel in the Z direction. According to the variants described above, the adhesion can also directly between the moving elements 11 . 12 via a relative guide 77 or an outer cover 81 according to 14 respectively.

16 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem eigenen kaskadierten Regelkreis für jedes bewegliche Element. Als Eingangssignal dient die vom Trajektoriengenerator (ST in 2) erzeugte Solltrajektorie xsoll am Werkzeugbezugspunkt TCP. Diese wird entsprechend dem Verhältnis der Massen Km der an der Bewegungserzeugung beteiligten beweglichen Elemente aufgeteilt und als Sollweg xsoll1 bzw. xsoll2 an die den beweglichen Elementen zugeordneten Regelkreise 84, 85 weitergegeben. Im Beispiel wird eine kaskadierte Reglerstruktur verwendet, wobei prinzipiell auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Regleranordnungen (Mehrgrößenregler, modellbasierte Regler o. Ä.) eingesetzt werden können. 16 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention for controlling the movement of a movement device according to the invention with a separate cascaded control loop for each movable element. The input signal from the trajectory generator (ST in 2 ) generated target trajectory x should be at the tool reference point TCP. This is divided according to the ratio of the masses K m of the moving elements involved in the motion generation and as desired path x soll1 or x soll2 to the movable elements associated control circuits 84 . 85 passed. In the example, a cascaded controller structure is used, although in principle other controller arrangements known from the prior art (multi-variable controllers, model-based controllers or the like) can also be used.

Aus den vorgegebenen Sollbewegungsgrößen xsoll1 bzw. xsoll2 und dem aktuell gemessenen Ist-Weg xist1 bzw. xist2 wird zunächst die Regelabweichung xw1 bzw. xw2 (auch als Schleppabstand bezeichnet) ermittelt. Diese Regelabweichung wird mit dem jeweiligen Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor KV1 bzw. KV2 multipliziert, woraus sich die Sollgeschwindigkeitsvorgabe vsoll1 bzw. vsoll2 ergibt. Aus der jeweiligen Sollgeschwindigkeitsvorgabe, der vorgesteuerten Geschwindigkeitsvorgabe vvorst1 bzw. vvorst2 und der gemessenen Ist-Geschwindigkeit vist1 bzw. vist2 wird die Geschwindigkeitsabweichung vw1 bzw. vw2 berechnet und an den Proportional-Integral-Geschwindigkeitsregler weitergegeben. Dieser bewertet die Regelabweichung mit einem proportionalen Verstärkungsfaktor KP1 bzw. KP2 sowie der für die Wichtung des Integralanteils relevanten Nachstellzeit TN1 bzw. TN2 und generiert die Sollvorgabe für den Stromregler isoll1 bzw. isoll2. Aus der Sollvorgabe, dem vorgesteuerten Sollstrom ivorst1 bzw. ivorst2 und dem gemessenen Ist-Strom iist1 bzw. iist2 wird die jeweilige Abweichung vom Sollstrom iw1 bzw. iw2 berechnet und vom Proportional-Integral-Stromregler mit dem Verstärkungsfaktor KPi1 bzw. KPi2 und der Nachstellzeit TNi1 bzw. TNi2 bewertet. Der vom Stromregler ausgegebene Strom (eigentlich wird eine Spannung erzeugt, vereinfachend kann das Schaltbild aber auch für den Strom angegeben werden) wird durch die elektrische Zeitkonstante Tel1 bzw. Tel2 des Motors zeitlich verzögert. Aus Motorstrom iist1 bzw. iist2 und der Motorkraftkonstante KMot1 bzw. KMot2 ergibt sich die wirksame Antriebskraft, welche an der jeweiligen bewegten Masse m1 bzw. m2 des beweglichen Elementes zu einer Relativbeschleunigung arel1 bzw. arel2 gegenüber der Basis führt. Durch Integration ergeben sich aus der Relativbeschleunigung die Relativgeschwindigkeit vrel1 bzw. vrel2 und die Relativwege xrel1 bzw. xrel2 gegenüber der Basis.The control deviation x W1 and x W2 (also referred to as drag distance) is first determined from the predetermined desired movement variables x set1 and set2 and x the current measured actual distance x IST1 and IST2 x. This control deviation is multiplied by the respective speed amplification factor K V1 or K V2 , from which the desired speed specification v soll1 or v soll2 results. From the respective target speed setting, the pre-controlled velocity specification vorst1 v or v vorst2 and the measured actual speed v IST1 ist2 and v is the velocity deviation w1 or w2 v v calculated and passed to the proportional-integral speed regulator. This evaluates the control deviation with a proportional amplification factor K P1 or K P2 as well as the reset time T N1 or T N2 relevant for the weighting of the integral component and generates the setpoint for the current controller i soll1 or i soll2 . From the target specification, the pilot-operated target current i vorst1 or i vorst2 and the measured actual current i IST1 or i ist2 the respective deviation from the reference current i w1 and i is calculated w2 and from the proportional-integral current regulator with the amplification factor K Pi1 or K Pi2 and the reset time T Ni1 or T Ni2 evaluated. The current output by the current controller (actually a voltage is generated, but for simplicity the circuit diagram can also be specified for the current) is delayed in time by the electrical time constant T el1 or T el2 of the motor. The motor current i ist1 or i ist2 and the motor force constant K Mot1 or K Mot2 results in the effective drive force, which at the respective moving mass m 1 or m 2 of the movable element to a relative acceleration a rel1 and a rel2 relative to the base leads. By integration, the relative velocity v rel1 or v rel2 and the relative paths x rel1 and x rel2 relative to the base result from the relative acceleration.

Im Ausführungsbeispiel wird vereinfachend von identischen elektrischen Zeitkonstanten Tel1 und Tel2 und Motorkraftkonstanten KMot1 und KMot1 ausgegangen. Für Lage- und Stromregler sind ebenfalls gleiche Verstärkungsfaktoren vorausgesetzt. Damit ergeben sich aus dem geforderten Kräftegleichgewicht die Reglerparameter für den Geschwindigkeitsregler gemäß Gleichung 14: KP2 = KP1·Km und Gleichung 15:

Figure 00440001
In the exemplary embodiment, the simplification is based on identical electrical time constants T el1 and T el2 and motor force constants K Mot1 and K Mot1 . For position and current controller also equal amplification factors are required. This results in the governor parameters for the speed controller according to Equation 14 from the required equilibrium of forces: K P2 = K P1 · K m and equation 15:
Figure 00440001

Besonders bevorzugt ist der Einsatz einer Einrichtung zur Angleichung der Antriebskräfte, die in den Regelkreis eingebracht wird (vergleiche KE in 16 bzw. 3). Diese wird erforderlich, wenn die elektrischen Parameter der Antriebe nicht identisch sind bzw. nicht prognostizierbare Störkräfte auftreten. In 16 erfolgt die Erfassung der Ist-Geschwindigkeit und des Ist-Weges relativ zwischen dem jeweiligen beweglichen Element und der Basis.Particularly preferred is the use of a device for equalizing the driving forces, which is introduced into the control loop (see KE in 16 respectively. 3 ). This is necessary if the electrical parameters of the drives are not identical or unforeseeable disturbing forces occur. In 16 the detection of the actual speed and the actual distance is relative between the respective movable element and the base.

17 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem übergeordneten Lageregelkreis 87 für beide beweglichen Elemente. In 17 ist ein alternatives Verfahren zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung dargestellt. Als Eingangssignal dient wieder die vom Trajektoriengenerator (ST in 2) erzeugte Solltrajektorie xsoll 86 am Werkzeugbezugspunkt TCP. Der im Beispiel dargestellte Regelkreis basiert ebenfalls auf einem kaskadierten Lage-, Geschwindigkeits- und Stromregler. Prinzipiell können jedoch auch beliebige andere Reglerstrukturen eingesetzt werden. 17 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention for controlling and regulating the movement of a movement device according to the invention with a higher-level position control loop 87 for both moving elements. In 17 an alternative method for controlling and regulating the movement of a movement device according to the invention is shown. The input from the trajectory generator (ST in 2 ) generated target trajectory x soll 86 at the tool reference point TCP. The control circuit shown in the example is also based on a cascaded position, speed and current controller. In principle, however, any other controller structures can be used.

Abweichend von dem in 16 dargestellten Regelkreis wird in 17 ein übergeordneter Lageregler 87 mit dem Verstärkungsfaktor KV verwendet. Dieser wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem zwischen den beiden beweglichen Elementen gemessenen Ist-Weg xist beaufschlagt. Dadurch werden parasitäre, in der Basis entstehende Schwingungen nicht in den Lageregelkreis eingekoppelt, was die Bewegungsqualität verbessert. Zudem muss nur noch ein Lageregelparameter eingestellt werden.Notwithstanding the in 16 shown control loop is in 17 a higher-level position controller 87 used with the gain K V. This is acted upon in the embodiment shown with the measured between the two moving elements actual path x is . As a result, parasitic vibrations arising in the base are not coupled into the position control loop, which improves the quality of movement. In addition, only one position control parameter needs to be set.

Nach dem Lageregler erfolgt die Aufteilung der ermittelten Sollgeschwindigkeit vsoll bzw. des Sollweges xsoll (für die Geschwindigkeitsvorsteuerung) gemäß des Massenverhältnisses Km. Die anschließende Reglerstruktur entspricht der aus 16. Die Ist-Geschwindigkeit vist wird ebenfalls als Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden beweglichen Elementen gemessen und entsprechend dem Massenverhältnis auf die beiden Geschwindigkeitsregler aufgeteilt. Alternativ wäre auch eine Geschwindigkeitsmessung gegenüber der Basis möglich. Auch der aktuelle Ist-Weg könnte gegenüber der Basis gemessen, addiert und als Eingangssignal für den übergeordneten Lageregler genutzt werden.After the position controller to divide the determined target speed v soll is performed or the target path x to (for the speed feedforward control) according to the mass ratio K m. The subsequent controller structure corresponds to the off 16 , The actual speed v is also measured as a relative speed between the two moving elements and divided according to the mass ratio to the two speed controller. Alternatively, a speed measurement relative to the base would be possible. Also, the current actual path could be compared with the base measured, added and used as an input signal for the higher-level position controller.

Zusätzlich verfügt die hier dargestellte Reglerstruktur über eine Funktionalität ZENTR zur Zentrierung der beweglichen Elemente gegenüber der Basis. Diese Funktion ermittelt beispielsweise gemäß Gleichung 16

Figure 00450001
einen Strom iZentr aus der bekannten Motorkraftkonstante KMot, einer virtuellen Federsteifigkeit zur Zentrierung cZentr und der aktuellen Entfernung des jeweiligen bewegten Elementes zur zentrierten Position Δxzentr.In addition, the controller structure shown here has a functionality ZENTR for centering the movable elements relative to the base. This function determines, for example, according to equation 16
Figure 00450001
a current i center from the known motor force constant K Mot , a virtual spring stiffness for centering c center and the current distance of the respective moving element to the centered position .DELTA.x centr .

18 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung mit einem übergeordneten Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis 88 für beide beweglichen Elemente. Damit ist ein weiteres alternatives Verfahren zur Steuerung und Regelung der Bewegung einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung dargestellt. Als Eingangssignal dient wiederum die vom Trajektoriengenerator (ST in 2) erzeugte Solltrajektorie xsoll 86 am TCP. Der im Beispiel dargestellte Regelkreis basiert wieder auf einem kaskadierten Lage-, Geschwindigkeits- und Stromregler. Prinzipiell können jedoch auch beliebige andere Reglerstrukturen eingesetzt werden. 18 shows a block diagram of an embodiment of a method according to the invention for controlling and regulating the movement of a movement device according to the invention with a higher-level position and velocity control loop 88 for both moving elements. Thus, another alternative method for controlling and regulating the movement of a movement device according to the invention is shown. In turn, the input from the trajectory generator (ST in 2 ) generated target trajectory x soll 86 on the TCP. The control circuit shown in the example is again based on a cascaded position, speed and current controller. In principle, however, any other controller structures can be used.

Abweichend von 17 sind hierbei sowohl Lage- (KV) als auch Geschwindigkeitsregler (KP, TN) als übergeordnete Regler ausgeführt. Die Messung des Ist-Weges sowie der Ist-Geschwindigkeit erfolgt wieder relativ zwischen den beweglichen Elementen, wobei auch andere Messanordnungen möglich sind. Der vom Drehzahlregler ermittelte Sollstrom isoll wird mittels zweier Faktoren KKorr_i1 bzw. KKorr_i2 auf die beiden Antriebe aufgeteilt. Im Beispiel handelt es sich dabei um den Faktor –1 bzw. +1. Prinzipiell können an dieser Stelle auch Elemente zur Korrektur von abweichenden elektrischen Zeitkonstanten (beispielsweise PT1-Glieder, Totzeitglieder) eingefügt werden, um die Sollkraftverläufe einander anzugleichen. Zusätzlich kann dazu auch die Funktionalität KE in den beispielhaft in 17 und 18 dargestellten Regleranordnungen integriert werden.Deviating from 17 Both position (K V ) and velocity controllers (K P , T N ) are designed as higher-level controllers. The measurement of the actual path and the actual speed is again relative between the movable elements, whereby other measuring arrangements are possible. The setpoint current i soll determined by the speed controller is distributed to the two drives by means of two factors K Korr_i1 and K Korr_i2 . In the example, this is the factor -1 or +1. In principle, elements for the correction of deviating electrical time constants (for example, PT 1 elements, dead time elements) can also be inserted at this point in order to equalize the desired force profiles. In addition, the functionality KE in the exemplary in 17 and 18 controller arrangements are integrated.

In den Figuren 19 bis 26 sind beispielhaft verschiedene Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit entsprechenden Bewegungseinrichtungen dargestellt.In the figures 19 to 26 For example, various applications of the method according to the invention in connection with corresponding movement devices are shown.

19 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 zur Realisierung eines trennenden bzw. umformenden Fertigungsverfahrens, hier Stanzen bzw. Schneiden. Die Darstellung geht dabei von der in 5 dargestellten Bewegungseinrichtung 1 aus und erweitert diese um ein Modul 100 zur Realisierung eines umformenden bzw. trennenden Bearbeitungsverfahrens. Einrichtungen für die Handhabung des Blechbandes bzw. der Stanz- oder Umformteile wurden nicht dargestellt. 19 shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 for the realization of a separating or transforming manufacturing process, here punching or cutting. The representation goes thereby of the in 5 shown movement device 1 and extends this by one module 100 for the realization of a forming or separating machining process. Facilities for the handling of the sheet metal strip or the stamped or formed parts were not shown.

Das eingefügte Modul 100 besteht aus Trägerplatten 101, welche einen Schneidstempel (verdeckt) und eine Schneidmatrize 102 tragen. Diese schneiden beispielsweise eine Ronde aus einem Blechrohling 103 aus. In der vorliegenden Anordnung könnten mit einem optional an Stelle des Schneidwerkzeuges eingesetzten Tiefziehwerkzeug auch Tiefziehoperationen durchgeführt werden. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfällt die insbesondere bei Linearmotorpressen erforderliche aufwändige Entkopplung vom Fundament, da die dynamischen Kräfte ebenso wie die Prozesskräfte (besonders der Schnittschlag) nahezu vollständig in der Basis 10 kompensiert werden. Zudem werden der Energieverbrauch und die Antriebsleistung für die Bewegungserzeugung verringert. The inserted module 100 consists of carrier plates 101 containing a cutting punch (hidden) and a cutting die 102 wear. These cut, for example, a blank from a sheet metal blank 103 out. In the present arrangement deep drawing operations could also be performed with a thermoforming tool optionally used instead of the cutting tool. In the application of the method according to the invention eliminates the time-consuming decoupling required in particular for linear motor presses from the foundation, since the dynamic forces as well as the process forces (especially the cutting impact) almost completely in the base 10 be compensated. In addition, the energy consumption and the drive power for the motion generation are reduced.

Durch die im Beispiel realisierte horizontale Anordnung der Bewegungsrichtung entfällt zudem ein Gewichtsausgleich bzw. muss der Pressenantrieb keine Dauerkraft entgegen der Schwerkraftwirkung aufbringen. In der beispielhaft vorgestellten Anordnung könnten zur Verkettung mehrerer Prozessschritte mehrere derartige Linearmotorpressen übereinander gestapelt werden. Die am Beispiel einer Linearmotorpresse vorgestellte, beispielsweise horizontale Anordnung eines Pressenantriebes kann gleichermaßen auf diverse andere Antriebsarten übertragen werden. Dies umfasst insbesondere auch die typischerweise in Pressen verwendeten mechanisch übersetzenden (beispielsweise Spindelantriebe, Exzenterantrieb, Raumlenkerantrieb) sowie hydraulische Antriebssysteme.By realized in the example horizontal arrangement of the direction of movement also eliminates a weight balance or the press drive must apply no permanent force against the force of gravity. In the arrangement presented by way of example, a plurality of such linear motor presses could be stacked on top of each other for linking several process steps. The example of a linear motor press presented, for example, horizontal arrangement of a press drive can be equally transferred to various other types of drives. In particular, this also includes the mechanically translating (for example spindle drives, eccentric drive, multi-link drive) typically used in presses, as well as hydraulic drive systems.

20 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 zur Realisierung eines trennenden Fertigungsverfahrens, hier Flachschleifen. Dazu wird die aus 13 bekannte dreiachsige Bewegungseinrichtung 1 um ein Modul 110 zur spanenden Bearbeitung (Flachschleifen) erweitert. Ein Tisch 111 am hinteren beweglichen Element 12 nimmt das Werkstück 113 auf, während am vorderen beweglichen Element 11 die Schleifspindel 112 mit der Schleifscheibe 114 befestigt ist. 20 shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 for the realization of a separating manufacturing process, here flat grinding. This is the off 13 known three-axle movement device 1 to a module 110 extended for machining (surface grinding). A table 111 at the rear moving element 12 takes the workpiece 113 on while on the front moving element 11 the grinding spindle 112 with the grinding wheel 114 is attached.

In X-Richtung findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung. Es ermöglicht hochdynamische Umsteuervorgänge (Überlauf und Richtungsumkehr der Schleifscheibe), wobei die Maschinenstruktur nur minimal zu Schwingungen angeregt wird. Die beiden weiteren Bewegungsachsen werden für kleine Zustellbewegungen während des Prozesses benötigt und müssen dementsprechend nur eine geringe Dynamik erreichen.In the X direction, the inventive method is used. It enables highly dynamic reversal processes (overflow and direction reversal of the grinding wheel), whereby the machine structure is only minimally excited to oscillate. The two other axes of motion are needed for small feed movements during the process and must therefore achieve only a low dynamics.

21 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 zur Realisierung eines trennenden Fertigungsverfahrens, hier Hobeln, wobei die Anordnung ähnlich der in 20 ist. Die Schleifspindel wurde durch ein Hobelwerkzeug 115 ersetzt, wie es beispielsweise zur Herstellung feinster strukturierter Oberflächen zur Anwendung kommt. 21 shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 for the realization of a separating manufacturing process, here planing, wherein the arrangement similar to that in 20 is. The grinding spindle was made by a planing tool 115 replaced, as used for example for the production of very fine structured surfaces.

22 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 1 zur Realisierung eines speziellen trennenden Fertigungsverfahrens, des Unrunddrehens. Dazu wird die aus 13 bekannte Bewegungseinrichtung 1 für das Unrunddrehen adaptiert, indem das vordere bewegliche Element 11 einen Drehmeißel 118, das hintere bewegliche Element 12 in einer Aufnahme die Drehspindel 116 mit dem Werkstück 117 trägt. Die dominierende Bewegungsrichtung der Einrichtung entspricht der radialen Zustellung am Werkstück. In dieser Richtung wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, um bei den erforderlichen hochdynamischen Umsteuervorgängen eine ausreichende Bewegungsqualität zu gewährleisten. Die zusätzlichen Bewegungsachsen dienen wiederum als Zustellachsen. 22 shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 1 for the realization of a special separating manufacturing process, the non-circular turning. This is the off 13 known movement device 1 adapted for out-of-round turning by the front moving element 11 a turning tool 118 , the rear moving element 12 in a recording the rotary spindle 116 with the workpiece 117 wearing. The dominant direction of movement of the device corresponds to the radial delivery on the workpiece. In this direction, the inventive method is used to ensure a sufficient quality of movement in the required highly dynamic Umsteuervorgängen. The additional movement axes in turn serve as delivery axes.

23A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 4' für eine translatorische Bewegung zur Ablenkung eines hochenergetischen Strahls, 23B die Explosionsdarstellung hierzu. Die Bewegungseinrichtung 4' dient der Ablenkung hochenergetischer Strahlung, beispielsweise von Laserstrahlung. 23A shows a perspective view of an embodiment of a movement device according to the invention 4 ' for a translatory movement for deflecting a high-energy jet, 23B the exploded view for this. The movement device 4 ' serves to deflect high-energy radiation, for example laser radiation.

Hierzu sind zwei verschiebbare Spiegel 122, 123 in der zylinderförmigen Basis 125 angeordnet. Die Basis 125 selbst kann gegenüber dem äußeren Bezug 124 verdreht werden, so dass die Bewegungseinrichtung 4' in ihrer Gesamtheit einen kreisringförmigen Arbeitsbereich abdecken kann. Die beiden Spiegel 122, 123 sind im Beispiel um +45° bzw. –45° gegenüber der Waagrechten angestellt. Der innere Spiegel 122 ist so angeordnet, dass ihn der von oben einfallende Strahl 121 immer trifft und in einem Winkel von 90° reflektiert wird. Wird nun der innere Spiegel 122 zum Mittelpunkt der Basis 125 hin verschoben, so wird der Strahl 121 in einer weiter unten liegenden Ebene reflektiert. Dadurch verschiebt sich der am äußeren Spiegel 123 reflektierte Strahl 121 weiter vom Mittelpunkt der Basis 125 weg (radial nach außen). Wird der äußere Spiegel 123 radial nach außen bewegt, folgt der am äußeren Spiegel 123 senkrecht nach unten reflektierte Strahl 121 dieser Bewegung. Folglich kann durch eine gegensätzliche Bewegung der dargestellten Spiegelanordnung der doppelte Stellweg gegenüber der Bewegung nur eines Spiegels realisiert werden.These are two sliding mirrors 122 . 123 in the cylindrical base 125 arranged. The base 125 itself can be opposite to the outer relation 124 be twisted so that the movement device 4 ' in its entirety can cover an annular work area. The two mirrors 122 . 123 in the example are set at + 45 ° or -45 ° opposite the horizontal. The inner mirror 122 is arranged so that it is the beam from above 121 always hits and is reflected at an angle of 90 °. Will now be the inner mirror 122 to the center of the base 125 shifted, then the beam 121 reflected in a lower level. This shifts the on the outer mirror 123 reflected beam 121 further from the center of the base 125 away (radially outward). Will the outer mirror 123 moved radially outwards, followed by the outer mirror 123 vertically down reflected beam 121 this movement. Consequently, by an opposite movement of the illustrated mirror assembly of the double travel relative to the movement of only one mirror can be realized.

Darüber hinaus wird bei dieser Bewegung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kompensation der auf die Basis 125 wirkenden dynamischen Antriebsreaktionskräfte erreicht. Die Einrichtung kann zudem so ausgeführt werden, dass sich durch die gegensätzliche Bewegung der Elemente das rotatorische Trägheitsmoment der gesamten Anordnung nicht oder nur in geringem Maße ändert. Damit ist eine solche beispielhaft dargestellte Anordnung für die Anwendung in hochdynamischen Zusatzachsen von Laserbearbeitungsanlagen prädestiniert. In addition, in this movement according to the inventive method, a compensation of the basis 125 acting dynamic drive reaction forces achieved. The device can also be designed so that the rotational moment of inertia of the entire arrangement does not or only slightly changes due to the opposing movement of the elements. Thus, such an arrangement shown by way of example is predestined for use in highly dynamic additional axes of laser processing systems.

Prinzipiell können auch andere erfindungsgemäße Bewegungseinrichtungen zur Ablenkung von hochenergetischen Strahlen eingesetzt werden. Beispielhaft sei auf die rotatorisch-rotatorisch bewegliche Einrichtung aus 11 verwiesen, wobei Frässpindel und Werkstücktisch durch Spiegel zu ersetzen und Öffnungen für den Ein- und Austritt der Strahlen vorzusehen wären.In principle, other movement devices according to the invention can also be used for deflecting high-energy beams. By way of example, let the rotary-rotationally movable device be made 11 The milling spindle and workpiece table would have to be replaced by mirrors and openings would have to be provided for the entry and exit of the beams.

24A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 127 mit einem hydraulisch angetriebenen Koppelgetriebe 130, hier ein Kniehebel, in geschlossener Stellung und 24B in geöffneter Stellung. Damit wird das erfindungsgemäße Verfahren auf diese Bewegungseinrichtung 127 angewandt dargestellt. 24A shows a plan view of an embodiment of a movement device according to the invention 127 with a hydraulically driven coupling gear 130 , here a toggle, in closed position and 24B in open position. Thus, the method according to the invention is based on this movement device 127 applied shown.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Relativbewegung am zweiteiligen Werkzeug 134, beispielsweise der Matrize zum Spritzgießen, aus der Summe der entgegengesetzt gerichteten Relativbewegungen der beweglichen Elemente 128, 129 gegenüber der Basis 132. Die Antriebszylinder 133 sind im Beispiel so angeordnet, dass der Kraftschluss in der Basis 132 auf kürzestem Wege erfolgt. Alternativ sind aber auch andere Anordnungen vorgesehen. Die im Beispiel dargestellte Einrichtung kann beispielsweise in Spritzgießmaschinen Anwendung finden. In derartigen Maschinen besteht zum einen die Anforderung nach einer geringen Prozesszeit, gleichzusetzen mit einer hohen Dynamik beim Öffnen und Schließen des zweiteiligen Werkzeugs 134, hier der Matrize. Zum anderen müssen große statische Haltekräfte im Prozess aufgebracht werden, weshalb hoch übersetzende Koppelgetriebe, beispielsweise Kniehebelgetriebe, zum Einsatz kommen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet in dieser Anwendung das Potential zur Verringerung der auf die Maschinenstruktur wirkenden dynamischen Lastspitzen in Verbindung mit einer gesteigerten Dynamik, gleichzusetzen mit einer höheren Ausbringung.According to the invention, the relative movement results on the two-part tool 134 For example, the die for injection molding, from the sum of the oppositely directed relative movements of the movable elements 128 . 129 opposite the base 132 , The drive cylinder 133 are arranged in the example so that the adhesion in the base 132 done by the shortest route. Alternatively, however, other arrangements are provided. The device shown in the example can be used for example in injection molding. In such machines, on the one hand, there is the requirement for a low process time, to be equated with a high degree of dynamics when opening and closing the two-part tool 134 , here the matrix. On the other hand, large static holding forces must be applied in the process, which is why highly translating coupling gear, such as toggle gear, are used. In this application, the method according to the invention offers the potential for reducing the dynamic load peaks acting on the machine structure in conjunction with increased dynamics, equivalent to a higher output.

25A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 127' mit einem elektromechanisch angetriebenen Koppelgetriebe 130 (Kniehebel) in geschlossener Stellung und 25B in geöffneter Stellung, wobei eine zu der in 24 dargestellten Ausführung ähnliche Variante dargestellt wird. Im Gegensatz zu 24 wird jedoch ein mit einen Riemenvorgelege 136 versehener elektromechanischer Spindelantrieb 131 (hier als Beispiel ein Kugelgewindeantrieb, alternativ ein Planetenrollengewindeantrieb oder andere Formen von Spindelantrieben) anstelle eines hydraulischen Schließmechanismus verwendet. Dabei wird eine Gewindespindel mit beidseitig gegensätzlicher Steigung verwendet. Der Antrieb der Spindel erfolgt beispielsweise über einen Elektromotor 137. Eine Anordnung mit zwei getrennten Spindeln und einem einzelnen oder zwei Elektromotoren 137 wäre ebenfalls möglich. 25A shows a plan view of an embodiment of a movement device according to the invention 127 ' with an electromechanically driven coupling mechanism 130 (Toggle) in the closed position and 25B in the open position, one to the in 24 illustrated embodiment similar variant is shown. In contrast to 24 However, one with a Riemenvorgelege 136 provided electromechanical spindle drive 131 (Here, by way of example, a ball screw drive, alternatively a planetary roller screw drive or other forms of spindle drives) is used instead of a hydraulic latching mechanism. In this case, a threaded spindle is used with opposite slope on both sides. The spindle is driven, for example, by an electric motor 137 , An arrangement with two separate spindles and a single or two electric motors 137 would also be possible.

26A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung 127'' in geöffneter Stellung (zweiteiliges Werkzeug 134 bzw. Matrize aufgefahren) und 26B in geschlossener Stellung (zweiteiliges Werkzeug 134 bzw. Matrize zugefahren). Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Bewegungseinrichtung 127'' mit einem elektromechanischen Spindelantrieb (beispielsweise Kugelgewindeantrieb oder Planetenrollengewindeantrieb) mit einem Elektromotor 137 und einem Spindelantrieb 131 angewandt. 26A shows a plan view of an embodiment of a movement device according to the invention 127 '' in open position (two-part tool 134 or die ascended) and 26B in closed position (two-part tool 134 or die closed). In this case, the method according to the invention is based on a movement device 127 '' with an electromechanical spindle drive (for example ball screw drive or planetary roller screw drive) with an electric motor 137 and a spindle drive 131 applied.

Die Anordnung entspricht beispielsweise einer Spindelpresse (in dieser Bauform auch als „Servopresse” oder „Synchropresse” bezeichnet), wobei Ober- und Unterteil die beweglichen Elemente 127'', 128'' bilden, der Pressenfuß ist die Basis 132''. Im Beispiel werden mit gegensätzlichen Steigungen versehene Gewindespindeln, welche beispielsweise über ein Riemenvorgelege 136 von je einem Elektromotor 137 angetrieben werden, verwendet. Die vorliegende Ausführung mit gegensätzlich steigenden Spindeln bietet die Möglichkeit des zwangsweisen Gewichtsausgleichs der Anordnung (Annahme gleicher Massen für Ober- und Unterteil). Darüber hinaus kann der mit dem Verfahren erreichbare Vorteil hinsichtlich Dynamik, Energieverbrauch und Leistungsbedarf, insbesondere aber bezüglich der in das Fundament abgeleiteten dynamischen Kräfte auf Spindelpressen übertragen werden.The arrangement corresponds for example to a screw press (also referred to in this design as "servo press" or "synchro press"), the upper and lower parts of the movable elements 127 '' . 128 '' form, the press foot is the base 132 '' , In the example provided with opposing gradients threaded spindles, which for example via a Riemenvorgelege 136 each of an electric motor 137 be driven, used. The present embodiment with oppositely increasing spindles offers the possibility of compulsory weight compensation of the arrangement (assuming equal masses for upper and lower part). In addition, the achievable with the method advantage in terms of dynamics, energy consumption and power consumption, but in particular with respect to the derived in the foundation dynamic forces on screw presses can be transmitted.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1', 1'', 2, 31, 1 ', 1' ', 2, 3
Bewegungseinrichtungmover
4, 4, 5, 6, 6'4, 4, 5, 6, 6 '
Bewegungseinrichtungmover
77
Fundamentfoundation
88th
Untergestell, unterlagerte StrukturUnderframe, lower structure
99
Feder-DämpferSpring-damper
1010
Basis (linear)Base (linear)
11, 11', 11''11, 11 ', 11' '
erstes bewegliches Elementfirst moving element
12, 12', 12''12, 12 ', 12' '
zweites bewegliches Elementsecond moving element
1313
Primärteilprimary part
1414
Sekundärteilsecondary part
1515
LineardirektantriebLinear motor drive
1616
Führungsschieneguide rail
1717
Führungswagencarriages
1818
Führungssystemguidance system
1919
Gelenkjoint
2020
Basis (rechtwinklig)Base (right-angled)
2121
erstes bewegliches Elementfirst moving element
2222
zweites bewegliches Elementsecond moving element
2323
Primärteilprimary part
2424
Sekundärteilsecondary part
2525
LineardirektantriebLinear motor drive
2626
Führungsschieneguide rail
2727
Führungswagencarriages
2828
Führungssystemguidance system
2929
Werkstückworkpiece
3030
Basis (U-förmig)Base (U-shaped)
3131
erstes bewegliches Elementfirst moving element
3232
zweites bewegliches Elementsecond moving element
33, 33'33, 33 '
Primärteilprimary part
34, 34'34, 34 '
Sekundärteilsecondary part
3535
LineardirektantriebLinear motor drive
3636
Führungsschieneguide rail
3737
Führungswagencarriages
3838
Führungssystemguidance system
3939
Werkstückworkpiece
4040
Basis (hohlzylindrisch)Base (hollow cylindrical)
4141
erstes bewegliches Elementfirst moving element
4242
zweites bewegliches Elementsecond moving element
4343
WerkstückspanntischWorkpiece clamping table
4545
Frässpindel, WerkzeugMilling spindle, tool
5050
Basis (stabförmig)Base (rod-shaped)
5151
erstes bewegliches Elementfirst moving element
5252
zweites bewegliches Elementsecond moving element
5353
WerkstückspanntischWorkpiece clamping table
5959
Werkstückworkpiece
60, 60'60, 60 '
Basis (Kugelschale)Base (spherical shell)
61, 61'61, 61 '
erstes bewegliches Elementfirst moving element
62, 62'62, 62 '
zweites bewegliches Elementsecond moving element
6363
WerkstückspanntischWorkpiece clamping table
71, 71'71, 71 '
KugelgewindetriebBall Screw
74, 74'74, 74 '
Führungsschieneguide rail
75, 75'75, 75 '
Führungswagencarriages
76, 76'76, 76 '
Führungssystemguidance system
7777
Relativführungrelatively leadership
7878
Führungssystem gegenüber BasisLeadership system versus base
7979
RelativmesssystemRelative measurement system
8080
Messsystem gegenüber BasisMeasuring system compared to base
8181
äußerer Bezugouter cover
82 82
Messsystem gegenüber äußerem BezugMeasuring system with respect to external reference
8383
AusgleichsmasseLeveling compound
8484
Regelkreis Achse 1Control loop axis 1
8585
Regelkreis Achse 2Control circuit axis 2
8686
Solltrajektorietarget trajectory
8787
übergeordneter Lageregelkreishigher-level position control loop
8888
übergeordneter Lage- und Geschwindigkeitsregelkreissuperior position and velocity control loop
100100
Modul Schneiden/UmformenModule cutting / forming
101101
Trägerplattesupport plate
102102
Schneidmatrizecutting die
103103
Blechrohlingsheet metal blank
110110
Modul spanende BearbeitungModule machining
111111
Tischtable
112112
Mittel zur Aufnahme SchleifspindelMeans for holding grinding spindle
113113
Werkstückworkpiece
114114
Schleifscheibe, WerkzeugGrinding wheel, tool
115115
Hobelwerkzeug, WerkzeugPlaning tool, tool
116116
Drehspindelspindle
117117
Werkstückworkpiece
118118
Drehmeißel, WerkzeugTurning tool, tool
120120
Modul StrahlleitungModule beamline
121121
Strahl, StrahlungBeam, radiation
122122
erstes optisches Element, verschiebbarer Spiegelfirst optical element, sliding mirror
123123
zweites optisches Element, verschiebbarer Spiegelsecond optical element, sliding mirror
124124
äußerer Bezugouter cover
125125
Basis (zylinderförmig)Base (cylindrical)
127, 127', 127''127, 127 ', 127' '
Bewegungseinrichtungmover
128, 128', 128''128, 128 ', 128' '
erstes bewegliches Elementfirst moving element
129, 129', 129''129, 129 ', 129' '
zweites bewegliches Elementsecond moving element
130130
Koppelgetriebecoupling gear
131131
Spindelantriebspindle drive
132, 132', 132''132, 132 ', 132' '
BasisBase
133133
Antriebszylinderdrive cylinder
134134
zweiteiliges Werkzeugtwo-piece tool
136136
RiemenvorgelegeBelt gear
139139
PressenfußPress base
140140
Stempelstamp
141141
Matrizedie
149149
Bewegungseinrichtungmover
150150
BasisBase
151151
erstes bewegliches Elementfirst moving element
152152
zweites bewegliches Elementsecond moving element
153153
Spindelantriebspindle drive
154154
Elektromotorelectric motor
158158
Führungssystemguidance system

Liste der Abkürzungen und Formelzeichen

Figure 00540001
List of abbreviations and formula symbols
Figure 00540001

Figure 00550001
Figure 00550001

Figure 00560001
Figure 00560001

Figure 00570001
Figure 00570001

Figure 00580001
Figure 00580001

Figure 00590001
Figure 00590001

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5798927 A [0007, 0007] US 5798927 A [0007, 0007]
  • EP 1724054 A1 [0009, 0009] EP 1724054 A1 [0009, 0009]
  • EP 0523042 A1 [0010, 0010] EP 0523042 A1 [0010, 0010]
  • DE 102004057062 A1 [0011] DE 102004057062 A1 [0011]
  • CZ 298615 B6 [0014, 0015] CZ 298615 B6 [0014, 0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Müller, Jens: Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 [0012] Müller, Jens: Comparative investigation of methods for reducing the frame excitation by linear motor-driven machine tool axes. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 [0012]
  • Großmann, Knut; Müller, Jens; Peukert, Christoph: Vorab-Sollwertberechnung für die Impulskompensation von Lineardirektantrieben. ZWF 106 (2011) 5, S. 352–356 [0012] Grossmann, Knut; Müller, Jens; Peukert, Christoph: Pre-setpoint calculation for the pulse compensation of linear direct drives. ZWF 106 (2011) 5, pp. 352-356 [0012]
  • Müller, Jens: Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 [0013] Müller, Jens: Comparative investigation of methods for reducing the frame excitation by linear motor-driven machine tool axes. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6 [0013]
  • Bubak, A.; Soucek, P.; Zelený, J.: New Principles for Design of Highly Dynamic Machine Tools, In: Proceedings of the international conference ICPR-17, Blacksburg, Virginia, USA. 08/2003 [0014] Bubak, A .; Soucek, P .; Zelený, J .: New Principles for Design of Highly Dynamic Machine Tools, In: Proceedings of the International Conference ICPR-17, Blacksburg, Virginia, USA. 08/2003 [0014]

Claims (20)

Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zwei oder mehr relativ zueinander und relativ gegenüber einer Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62), dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) entsprechend einem Faktor zur Bewegungsaufteilung aus den Relativbewegungen der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) gegenüber der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) und/oder gegenüber vorgelagerten beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) zusammengesetzt ist, wobei sich die in die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) und/oder die in das vorgelagerte bewegliche Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) übertragenen und in Folge der entsprechend der Massen der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) angepassten Bewegungsvorgaben im Wesentlichen in ihrem Verlauf über der Zeit im Betrag im Wesentlichen identischen Antriebsreaktionskräfte in der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) aufheben.Method for producing a relative movement between two or more relative to each other and relative to a base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ), characterized in that the relative movement between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) corresponding to a movement-splitting factor from the relative movements of the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) compared to the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) and / or opposite movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ), whereby in the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) and / or in the upstream movable element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and in accordance with the masses of the moving elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) are substantially matched in their progression over time in the amount of substantially identical propulsion reaction forces in the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) cancel. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Bewegungsvorgaben auf die beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) vor oder während der Ausführung der Bewegung durch einen konstanten oder variablen Faktor zur Bewegungsaufteilung erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the division of the movement specifications on the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) takes place before or during the execution of the movement by a constant or variable factor for the movement distribution. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante oder variable Faktor zur Bewegungsaufteilung entsprechend den für die Ausprägung der auf die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) wirkenden Antriebsreaktionskräfte (FB) relevanten Systemparametern während der Ausführung der Bewegung oder/und im Vorfeld der Bewegungsausführung zur Steigerung der Bewegungsgüte angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the constant or variable factor for the division of movement corresponding to that for the expression of the basis ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) Actuating reaction forces (F B ) relevant system parameters during the execution of the movement and / or in the run-up to the motion execution to increase the motion quality is adjusted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) wirkenden und in die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) abgeleiteten Antriebskräfte einander in ihrem zeitlichen Verlauf in der Weise angeglichen werden, dass die in die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) abgeleitete resultierende Restkraft (FRest) minimiert und/oder die in die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) eingeleiteten resultierenden Restschwingungen gezielt modifiziert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and into the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) derived driving forces are aligned with each other in their time course in such a way that in the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) derived residual force (F remainder ) minimized and / or in the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) introduced resulting residual vibrations are selectively modified. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativbewegung zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) im Wesentlichen in einer Bewegungsrichtung erfolgt und diese Bewegung von Relativbewegungen in einem oder zwei weiteren Bewegungsfreiheitsgraden (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz) überlagerbar ist, wobei das Führungssystem (18, 28, 38) eine Bewegung in diesen weiteren Bewegungsfreiheitsgraden (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz) ermöglicht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a relative movement between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) is carried out in one direction of movement and this movement of relative movements in one or two other degrees of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x , φ y , φ z ) is superimposed, wherein the guide system ( 18 . 28 . 38 ) allows movement in these other degrees of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x , φ y , φ z ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) im Wesentlichen in zwei Bewegungsrichtungen erfolgt und diese Bewegung von Relativbewegungen in einem weiteren Bewegungsfreiheitsgrad (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz) überlagerbar ist, wobei das Führungssystem (18, 28, 38) eine Bewegung in diesem weiteren Bewegungsfreiheitsgrad (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz) ermöglicht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relative movement between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) is carried out in two directions of movement and this movement of relative movements in a further degree of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x , φ y , φ z ) is superimposed, wherein the guide system ( 18 . 28 . 38 ) enables a movement in this further degree of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x , φ y , φ z ). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebs-, Mess- und Steuer- und/oder Regelsystem eine Ansteuerung dieser zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrade (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz) zulässt.A method according to claim 5 or 6, characterized in that a drive, measuring and control and / or control system, a control of these additional degrees of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x , φ y , φ z ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem oder den Bewegungsfreiheitsgraden (X, Y, Z, φx, φy, φz) der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) ein oder mehrere zusätzliche oder/und redundante Bewegungsfreiheitsgrade (X', Y', Z', φx', φy', φz') durch zumindest eine auf wenigstens einem der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) angebrachte zusätzliche Bewegungseinrichtung oder durch in der kinematischen Kette eingebrachte zusätzliche Stellelemente hinzutreten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that to the one or more degrees of freedom of movement (X, Y, Z, φ x , φ y , φ z ) of the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) one or more additional and / or redundant degrees of freedom of movement (X ', Y', Z ', φ x' , φ y ' , φ z' ) by at least one on at least one of the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) added additional movement device or by introduced in the kinematic chain additional actuators. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung wenigstens eines der Werte aktuelle Position (s), Geschwindigkeit (v), Beschleunigung (a) und Ruck (r) ausschließlich relativ zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und am Werkzeugbezugspunkt (TCP) erfolgt, wobei eine Einrichtung zur Rückführung der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) in deren Nulllage gegenüber der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement of at least one of the values current position (s), speed (v), acceleration (a) and jerk (r) exclusively relative between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and at the tool reference point (TCP), wherein a device for returning the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) in their zero position relative to the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) is provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung wenigstens eines der Werte aktuelle Position (s), Geschwindigkeit (v), Beschleunigung (a) und Ruck (r) ausschließlich jeweils zwischen einem beweglichen Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) gegenüber der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) oder zwischen einem im Wesentlichen unbewegten und von der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) unabhängigen Bezugspunkt und dem jeweils beweglichen Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) erfolgt. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measurement of at least one of the values current position (s), speed (v), acceleration (a) and jerk (r) exclusively between each one movable element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) compared to the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) or between a substantially stationary and from the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) independent reference point and the respective movable element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung wenigstens eines der Werte aktuelle Position (s), Geschwindigkeit (v), Beschleunigung (a) und Ruck (r) sowohl zwischen beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) oder einem im Wesentlichen unbewegten und von der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) unabhängigen Bezugspunkt, als auch relativ zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measurement of at least one of the values current position (s), speed (v), acceleration (a) and jerk (r) both between movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) or a substantially still and from the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) independent reference point, as well as relatively between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) he follows. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend zwei oder mehr, relativ zueinander und relativ zu einer Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) bewegliche, in sich weitgehend steife und leichte Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62), die so gestaltet sind, dass sie die zu ihrer Bewegung und zur Erzeugung einer resultierenden Nutzbewegung benötigten Antriebsreaktionskräfte (FB) in der Weise in die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) ableiten und welche derart gegenüber der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) beweglich angeordnet sind, dass sich die am momentanen Ort und in der momentanen Richtung während der Bewegung einleitbaren Antriebsreaktionskräfte (FB) in der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) unmittelbar und bei unterdrückter Schwingungsanregung der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) im Wesentlichen ausgleichen und die kinematische Kette zur Erzeugung der Nutzbewegung unmittelbar geschlossen wird.Apparatus for carrying out a method according to one of claims 1 to 11, comprising two or more, relative to each other and relative to a base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) movable, largely rigid and light elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) designed to feed into the base the drive reaction forces (FB) required for their movement and to produce a resultant useful motion ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) and which are so opposite the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) are movably arranged such that the drive reaction forces (FB) in the base (FB) which can be introduced at the current location and in the current direction during the movement 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) directly and with suppressed vibrational excitation of the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) substantially equalize and the kinematic chain for generating the useful movement is immediately closed. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein bewegliches Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) mindestens eine zusätzliche Bewegungseinrichtung mit wenigstens einem weiteren beweglichen Element aufweist oder durch wenigstens ein in die kinematischen Kette eingebrachtes zusätzliches Stellelement wenigstens ein zusätzlicher oder/und redundanter Bewegungsfreiheitsgrad (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz, φx', φy', φz') bereitgestellt wird.Apparatus according to claim 12, characterized in that at least one movable element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) has at least one additional movement device with at least one further movable element, or at least one additional or / and redundant degree of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x ) by at least one additional adjustment element introduced into the kinematic chain. φ y , φ z , φ x ' , φ y' , φ z ' ). Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Führungssysteme (18, 28, 38) vorgesehen sind, welche den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) die erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade (X, X', Y, Y', Z, Z', φx, φy, φz, φx', φy', φz') zur Verfügung stellen, wobei die Führungssysteme ausschließlich zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60), zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) und gleichzeitig relativ zwischen mindestens zwei beweglichen Elementen oder zwischen den beweglichen Elementen und einem äußeren Bezugspunkt (81) wirken und die Führungssysteme in den übrigen Koordinatenrichtungen im Wesentlichen unbeweglich sind.Device according to claim 12 or 13, characterized in that guide systems ( 18 . 28 . 38 ) are provided, which the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) provide the required degrees of freedom of movement (X, X ', Y, Y', Z, Z ', φ x , φ y , φ z , φ x ', φ y ', φ z '), the guidance systems exclusively between the moving elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), between the moving elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) and at the same time relatively between at least two movable elements or between the movable elements and an external reference point ( 81 ) act and the guide systems are substantially immobile in the other coordinate directions. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die die Messung der aktuellen Position (s) und/oder der Geschwindigkeit (v), der Beschleunigung (a), des Ruckes (r) ausschließlich relativ zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und am Werkzeugbezugspunkt (TCP), ausschließlich jeweils zwischen einem beweglichen Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) gegenüber der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60), zwischen einem im Wesentlichen unbewegten und von der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) unabhängigen Bezugspunkt und dem jeweiligen beweglichen Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und/oder sowohl zwischen beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) als auch relativ zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) realisiert, wobei bei der Messung ausschließlich relativ zwischen den beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) eine Einrichtung zur Rückführung der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) in deren Nulllage gegenüber der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) vorgesehen ist.Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that at least one measuring device is provided, the measurement of the current position (s) and / or the speed (v), the acceleration (a), the jerk (r) exclusively relative between the moving elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and at the tool reference point (TCP), only between a movable element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) compared to the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), between a substantially stationary and from the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) independent reference point and the respective mobile element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and / or between mobile elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) as well as relatively between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ), wherein in the measurement only relative between the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) means for returning the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) in their zero position relative to the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstes eines der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und/oder die Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) wenigstens ein Mittel (112) zur Aufnahme von einem Werkstück (29, 39, 117) und/oder Werkzeug (45, 114, 115, 118, 140, 141) und/oder Mittel zur Ablenkung von Strahlung besitzt, wobei die erforderlichen Relativbewegungen zur Bearbeitung, Positionierung und Handhabung zwischen Werkzeug (45, 114, 115, 118, 140, 141) und Werkstück (29, 39, 117) oder alternativ zur Ablenkung von Strahlung als Relativbewegung zwischen jeweils zwei oder mehreren beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und/oder einem oder mehreren beweglichen Elementen (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und der Basis (10, 20, 30, 40, 50, 60) entstehen.Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that at least one of the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and / or the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) at least one means ( 112 ) for receiving a workpiece ( 29 . 39 . 117 ) and / or tool ( 45 . 114 . 115 . 118 . 140 . 141 ) and / or means for deflecting radiation, wherein the required relative movements for machining, positioning and handling between tools ( 45 . 114 . 115 . 118 . 140 . 141 ) and workpiece ( 29 . 39 . 117 ) or alternatively for deflecting radiation as a relative movement between in each case two or more movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and / or one or more movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and the base ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) arise. Regelungstechnisches Verfahren zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Bewegung der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) durch getrennte, kaskadierte Lageregelkreise (86) mit unterlagertem Geschwindigkeits- oder Drehzahlregelkreis (87), unterlagertem Kraft-, Momenten-, Beschleunigungs- oder Stromregelkreis (88, 89) erfolgt, wobei jeder Regelkreis (86, 87, 88, 89) die für das jeweilige bewegliche Element (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) und die jeweilige Bewegungsrichtung gültigen, durch analytische Berechnungen oder Optimierungsrechnung ermittelten Werte wenigstens einer Führungsgröße erhält. Control method for carrying out a method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the control of the movement of the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) by separate, cascaded position control loops ( 86 ) with subordinate velocity or speed control loop ( 87 ), subordinate force, torque, acceleration or current control circuit ( 88 . 89 ), each loop ( 86 . 87 . 88 . 89 ) for the respective movable element ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) and the respective movement direction valid, obtained by analytical calculations or optimization calculation values of at least one command variable receives. Regelungstechnisches Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage- oder die Lage- und Geschwindigkeitsregelung für jeweils zwei oder mehr bewegliche Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) in einer den Elementen zugeordneten Bewegungsrichtung durch jeweils einen für alle beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) wirksamen, übergeordneten Lageregelkreis (86) oder Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis (87) erfolgt.Control technology method according to claim 17, characterized in that the position or the position and speed control for each two or more movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) in a direction of movement associated with the elements by one for all movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ), higher-level position control loop ( 86 ) or position and velocity loop ( 87 ) he follows. Regelungstechnisches Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Sollgeschwindigkeiten (vsoll) im übergeordneten Lageregelkreis (87) entsprechend dem Faktor zur Bewegungsaufteilung für die beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) erfolgt.Technical control method according to claim 17 or 18, characterized in that the division of the reference speeds (v soll) (in the higher-level position control loop 87 ) according to the movement splitting factor for the moving elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) he follows. Regelungstechnisches Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Sollströme (isoll) im übergeordneten Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis (87) entsprechend einem Antriebsfaktor (Kkorr_i) erfolgt, so dass im Wesentlichen gleiche Kraft-Zeit-Verläufe der beweglichen Elemente (11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) resultieren.Control engineering method according to one of claims 17 to 19, characterized in that the distribution of the desired currents (i soll ) in the higher-level position and velocity control loop ( 87 ) corresponding to a drive factor (K korr_i ), so that substantially the same force-time characteristics of the movable elements ( 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 41 . 42 . 51 . 52 . 61 . 62 ) result.
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Müller, Jens: Vergleichende Untersuchung von Methoden zur Verringerung der Gestellanregung durch linearmotorgetriebene Werkzeugmaschinenachsen. Dissertation, TU Dresden, 2009. ISBN 978-3-86780-109-6

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