DE102021133034A1

DE102021133034A1 - Kalibierverfahren für einen Riementrieb, Riementrieb und Blechbearbeitungsanlage

Info

Publication number: DE102021133034A1
Application number: DE102021133034.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Schober; Bernd Renz
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15
Also published as: WO2023110436A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Riementriebs (10) mit einem Riemen (12) und einer Antriebsscheibe (14), wobei ein Wert für einen wirksamen Umfang der Antriebsscheibe (14) in einer Steuereinrichtung (34) hinterlegt ist, mit den SchrittenB) Drehen der Antriebsscheibe (14) zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung um einen Drehwinkel unter Erfassung durch einen Drehgeber,C) Erfassen einer tatsächlichen Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen (12) beim Drehen der Antriebsscheibe (14) zwischen der ersten Drehstellung und der zweiten Drehstellung mittels eines Längenmesssystems (30),D) Korrigieren des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang der Antriebsscheibe (14) anhand der tatsächlichen Längsverschiebung und des überstrichenen Drehwinkels.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Riementriebs mit einem Riemen und einer Antriebsscheibe. Die Erfindung betrifft ferner einen Riementrieb aufweisend einen Riemen, eine Antriebsscheibe mit einem Drehantrieb, eine Spannscheibe, einen Drehgeber zum Erfassen einer Drehung der Antriebsscheibe und ein Längenmesssystem zum Erfassen einer Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Blechbearbeitungsanlage mit einem Bearbeitungswerkzeug und einem Riementrieb.
Riementriebe werden in unterschiedlichen Bereichen zum Übertragen von Bewegungen bzw. zum Bewegen von Komponenten einer Anlage eingesetzt. So ist es grundsätzlich bekannt, Automationskomponenten an einem Riemen zu befestigen und diese mittels des Riemens an ihren jeweiligen Einsatzort zu verfahren. Insbesondere kann eine solche Automationskomponente zur Handhabung von Werkstücken oder Restteilen bei der Blechbearbeitung eingesetzt werden. Hierbei ist es erforderlich, dass die Automationskomponenten präzise positioniert werden können.
Die Positionsregelung kann unter Verwendung eines Drehgebers an einer angetriebenen Riemenscheibe erfolgen. Damit die Position der mit dem Riemen bewegten Komponente präzise bestimmt werden kann, ist daher eine genaue Kenntnis des Zusammenhangs zwischen dem Drehwinkel der Antriebsscheibe und der Längsbewegung des Riemens erforderlich. Dies wird dadurch erschwert, dass dieser Zusammenhang neben Fertigungstoleranzen auch von der Vorspannung des Riemens abhängt. Für die Beschreibung dieses Zusammenhangs kann auf einen wirksamen Umfang der Riemenscheibe (in diesem Kontext auch als „Spindelsteigung“ bezeichnet) abgestellt werden.
Nach einem Positioniervorgang kann die Position der mit dem Riemen bewegten Komponente direkt bestimmt werden. Wenn diese Position aufgrund von Ungenauigkeiten im zu Grunde gelegten Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Längsbewegung nicht hinreichend exakt ist, kann ein Nachpositionieren erforderlich sein. Dabei auftretende Haft- und Gleiteffekte, wie beispielsweise Ruckgleiten, können das Nachpositionieren erschweren.
Bisher wird die Positionsregelung von Riementrieben manuell kalibriert, wozu Wartungspersonal auf den Riementrieb zugreifen muss. Die oft schlechte Zugänglichkeit erschwert dies zusätzlich. Zudem sind bekannte Verfahren zum Ermitteln der Vorspannung über Schallmessung am Riemen sehr aufwendig.
Aus WO 2016/177883 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen eines Riemenantriebs bekannt. Der Riemenantrieb umfasst eine rotierbar gelagerte Scheibe und einen Riemen, der an der Scheibe umgelenkt ist, wobei der Riemen und die Scheibe jeweils mit einer Markierung ausgestattet und Riemen und Scheibe zueinander so positioniert sind, dass sich beim Umlauf des Riemens um die Scheibe die Markierungen von Scheibe und Riemen in einer Auslösestellung direkt gegenüberstehen. Die Auslösestellung wird mittels einer Überwachungseinrichtung erfasst, wobei die Überwachungseinrichtung ein Signal abgibt, wenn sich die Markierungen in der Auslösestellung befinden. Daraus wird die Anzahl der über einen bestimmten zurückliegenden Zeitraum ausgelösten Signale ermittelt. Auf Grundlage der Anzahl der ausgelösten, der Anzahl der Umläufe des Riemens entsprechenden Signale, und unter Berücksichtigung von relevanten Einflussgrößen, werden die Belastungen, denen der Riemen oder die Scheibe während des zurückliegenden Zeitraums ausgesetzt gewesen ist, ermittelt. Daraus kann eine Prognose für die Restlebensdauer des Riemens oder der Scheibe abgeleitet werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das präzise Kalibrieren von Riementrieben zu vereinfachen.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie einen Riementrieb gemäß Anspruch 14 und eine Blechbearbeitungsanlage gemäß Anspruch 15. Die Unteransprüche und die Beschreibung geben vorteilhafte Ausführungsformen an.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Riementriebs vorgesehen. Der Riementrieb weist einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen, und eine Antriebsscheibe auf. Die Antriebsscheibe ist über einen Drehantrieb antreibbar. Der über die Antriebsscheibe geführte Riemen kann dadurch bewegt werden. Ein Wert für einen wirksamen Umfang der Antriebsscheibe ist in einer Steuereinrichtung hinterlegt. Der wirksame Umfang der Antriebsscheibe entspricht dem Weg, um welchen sich ein Punkt des Riemens bei einer vollständigen Drehung der Antriebsscheibe in einer Längsrichtung bewegt. Der wirksame Umfang der Antriebsscheibe wird in diesem Zusammenhang auch als sogenannte „Spindelsteigung“ bezeichnet. Der wirksame Umfang kann wenigstens 100 mm und/oder höchstens 500 mm betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

B) Drehen der Antriebsscheibe zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung um einen Drehwinkel unter Erfassung durch einen Drehgeber,
C) Erfassen einer tatsächlichen Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen beim Drehen der Antriebsscheibe zwischen der ersten Drehstellung und der zweiten Drehstellung mittels eines Längenmesssystems,
D) Korrigieren des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang der Antriebsscheibe anhand der tatsächlichen Längsverschiebung und des überstrichenen Drehwinkels.

Im Schritt B) wird die Antriebsscheibe gedreht. Hierzu kann der Drehantrieb entsprechend angesteuert werden. Der beim Drehen der Antriebsscheibe zwischen der ersten Drehstellung und der zweiten Drehstellung überstrichene Drehwinkel wird durch einen Drehgeber erfasst.
Durch die Drehung der Antriebsscheibe wird der Riemen bewegt. Die dabei auftretende tatsächliche Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen wird im Schritt C) von einem linearen Längenmesssystem erfasst. Die Längsverschiebung wird grundsätzlich entlang des Riemens gemessen. Der Punkt an dem Riemen läuft dabei typischerweise nicht über eine Riemenscheibe, insbesondere nicht über die Antriebsscheibe.
Im Allgemeinen wird der hinterlegte Wert für den wirksamen Umfang nicht exakt dem tatsächlichen Wert für den wirksamen Umfang entsprechen. Mit anderen Worten kann sich die tatsächliche Längsverschiebung des Punktes an dem Riemen von einer erwarteten Längsverschiebung, welche anhand des Drehwinkels und des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang bestimmt werden kann, unterscheiden. Gründe für diese Abweichung können zum einen Fertigungstoleranzen sein. Zum anderen längt sich mit zunehmender Spannung der von der Antriebsscheibe ablaufende bzw. auf die Antriebsscheibe auflaufende (Zahn-)Riemen, sodass der wirksame Umfang bei zunehmender Spannung größer erscheinen kann.
Im Schritt B) wird der hinterlegte Wert für den wirksamen Umfang korrigiert. Diese Korrektur erfolgt anhand der gemessenen tatsächlichen Längsverschiebung sowie dem korrespondierenden überstrichenen Drehwinkel. Der neu hinterlegte Wert entspricht dann den aktuell vorliegenden Verhältnissen am Riementrieb. Die Steuereinrichtung nimmt die Korrektur grundsätzlich selbst vor.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein schnelles und aufwandsarmes Überprüfen und gegebenenfalls Korrigieren des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang (die sogenannte Spindelsteigung). Ein körperlicher Zugriff von Wartungspersonal auf den Riementrieb ist dabei typischerweise nicht erforderlich. Insbesondere kann das Verfahren vorzugsweise per Fernwartung oder vollständig automatisiert durchgeführt werden. Durch die Reduktion manueller Tätigkeiten arbeitet das Verfahren sehr genau und reproduzierbar.
Das Verfahren ist grundsätzlich für alle Arten von Riementrieben anwendbar. Das Verfahren kann gleichzeitig bei mehreren, insbesondere allen, Riementrieben einer Anlage mit mehreren Riementrieben durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren parallel zu einer Hauptzeit der Anlage durchgeführt werden. Zur Durchführung des Verfahrens sind keine oder allenfalls geringe Rüstzeiten erforderlich.
Durch Erfassen und zeitliches Verfolgen des jeweils hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang kann ein zeitlicher Gradient für den jeweiligen Riementrieb ermittelt und dokumentiert werden. Daraus können Maßnahmen für eine vorbeugende Wartung und Instandhaltung abgeleitet werden.
Vorzugsweise wird im Schritt D) eine Differenz zwischen einer erwarteten Längsverschiebung, welche anhand des Drehwinkels und des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang bestimmt wurde, und der im Schritt C) erfassten tatsächlichen Längsverschiebung bestimmt und der hinterlegte Wert für den wirksamen Umfang entsprechend verändert. Indem der aktuell hinterlegte Wert für den wirksamen Umfang bei der Differenzbildung berücksichtigt wird, kann die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden.
Besonders bevorzugt wird eine iterative Korrektur des jeweils hinterlegten Werts des wirksamen Umfangs vorgenommen. Die Schritte B) bis D) können hierzu erneut durchgeführt werden. Die Genauigkeit des Verfahrens kann dadurch weiter gesteigert werden. Bei einer automatisierten Durchführung ist der Aufwand hierzu äußerst gering.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der die Schritte B) und C) jeweils mehrfach durchgeführt werden, und im Schritt D) ein Verfahren der linearen Regression angewandt wird. Auf diese Weise kann der Wert für den wirksamen Umfang besonders exakt ermittelt bzw. korrigiert werden. Zudem kann die Anwendung der linearen Regression Rückschlüsse auf die Reibungsverhältnisse, insbesondere Gleitreibung, im Riementrieb ermöglichen.
Der Drehwinkel, um welchen die Antriebsscheibe im Schritt B) gedreht wird, kann vordefiniert sein. Dies vereinfacht die Durchführung des Verfahrens. Bevorzugt wird der Drehwinkel so groß gewählt, dass der Punkt an dem Riemen über eine möglichst große geradlinige Strecke verfahren wird.
Bevorzugt ist der im Schritt B) überstrichene Drehwinkel ein ganzzahliges Vielfaches einer vollständigen Drehung. Unrundheiten der Antriebsscheibe und geometrische Effekte aufgrund des Zahneingriffs eines Zahnriemens an der Antriebsscheibe können dadurch kompensiert werden.
Bevorzugt beginnt die Drehung der Antriebsscheibe vor der ersten Drehstellung. Ebenso bevorzugt endet die Drehung der Antriebsscheibe nach der zweiten Drehstellung. Mit anderen Worten kann der Drehwinkel zwischen Drehstellungen gemessen werden, die erreicht werden, nachdem der Riementrieb in Bewegung gesetzt wurde und/oder bevor der Riemen angehalten wird. Der Einfluss von Reibungseffekten und dynamischen Effekten beim Anfahren bzw. Abbremsen wird dadurch verringert, sodass das Verfahren genauer arbeitet.
Der Punkt an dem Riemen kann durch eine an dem Riemen festgelegte Komponente definiert sein. Die an dem Riemen festgelegte Komponente kann eine Automationskomponente sein. Insbesondere kann die Komponente lösbar an dem Riemen festgeklemmt sein. Die Automationskomponente kann beispielsweise Stifte oder Sauger zur Handhabung von Blechteilen aufweisen. Insbesondere kann die Komponente ein Teil des linearen Längenmesssystems aufweisen. Das Teil kann ein Positionsgeber sein. Es können somit eine bereits vorhandene Komponente bzw. ein bereits vorhandenes Teil (der Positionsgeber) des Längenmesssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Der Aufwand zur Durchführung des Verfahrens wird dadurch verringert.
Vorzugsweise ist ein Sollwert für den wirksamen Umfang vordefiniert. Der Sollwert für den wirksamen Umfang entspricht einer gewünschten Spannung des Riemens. Die Einhaltung der korrekten Spannung des Riemens ist für eine fehlerfreie Funktion des Riementriebs wichtig. Die Spannung des Riemens kann verändert werden, um den wirksamen Umfang dem Sollwert anzugleichen. Hierdurch wird die Spannung des Riemens auf den gewünschten Wert gebracht. Dabei wird ausgenutzt, dass der wirksame Umfang der Antriebsscheibe von der Spannung des Riemens abhängt. Im Rahmen dieser Verfahrensvariante kann die Spannung des Riemens besonders einfach ermittelt, mit dem Sollwert verglichen und ggf. angepasst werden. Eine direkte Messung der Spannung ist hierzu nicht erforderlich. Insbesondere kann die Kenntnis der Längssteifigkeit des Riemens genügen.
Zum Verändern der Spannung kann ein Abstand zwischen der Antriebsscheibe und einer Spannscheibe verändert werden. Dieser Abstand ist bei Riementrieben typischerweise einstellbar, sodass der Aufwand zum Einstellen der Spannung gering ist. Die Veränderung der Spannung bewirkt eine entsprechende Veränderung des wirksamen Umfangs der Antriebsscheibe.
In einem Schritt A) kann anhand des Sollwerts und eines Nominalwerts des wirksamen Umfangs ein gesamter Vorspannweg für einen spannungslosen Riemen berechnet werden. Der Nominalwert beschreibt den wirksamen Umfang bei spannungslos anliegendem Riemen. Der Abstand der Antriebsscheibe von der Spannscheibe kann ausgehend von einem Zustand, in welchem der Riemen spannungslos an der Antriebsscheibe und der Spannscheibe anliegt, um einen Bruchteil des Vorspannwegs vergrößert werden. Der Bruchteil beträgt grundsätzlich höchstens 100 %. Der Bruchteil kann 100 % betragen. Vorzugsweise beträgt der Bruchteil höchstens 90 % und/oder wenigstens 70 %. Insbesondere kann der Bruchteil 80 % betragen. Diese Vorgehensweise vereinfacht das Spannen eines neu angelegten Riemens, ohne dass die Gefahr besteht, diesen zu überspannen.
In einem Schritt E) kann anhand des Sollwerts und des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang ein verbleibender Vorspannweg berechnet werden. Der hinterlegte Wert kann derjenige nach Korrektur im Schritt C) sein. Der Abstand zwischen der Antriebsscheibe und der Spannscheibe kann um den verbleibenden Vorspannweg verändert werden. Der verbleibende Vorspannweg kann positiv (Spannung muss erhöht werden; Abstand wird vergrößert) oder negativ (Spannung muss verringert werden; Abstand wird verringert) sein. Derart kann die Spannung eines bereits vorgespannten Riemens korrigiert werden, insbesondere wenn der Riemen bereits einige Zeit in Betrieb war oder nach einem Vorspannen im Schritt A).
Vorzugsweise werden nach dem Verändern des Abstands im Schritt E) die Schritte B) bis D) erneut durchgeführt. Dadurch kann erreicht werden, dass im hinterlegten Wert für den wirksamen Umfang der Effekt des Nachspannens berücksichtigt wird. Sofern der korrigierte Wert des wirksamen Umfangs von dem Sollwert abweicht, insbesondere über ein vordefiniertes Maß hinaus, kann Schritt E) erneut durchgeführt werden. Die Spannung des Riemens kann somit dem gewünschten Wert iterativ angenähert werden. Der Zyklus der Durchführung der Schritte B) bis D) und ggf. E) kann mehrfach wiederholt werden.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Riementrieb. Der Riementrieb weist

- einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen,
- eine Antriebsscheibe mit einem Drehantrieb,
- eine Spannscheibe,
- einen Drehgeber zum Erfassen einer Drehung der Antriebsscheibe, und
- ein Längenmesssystem zum Erfassen einer Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen

Weiterhin in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt eine Blechbearbeitungsanlage mit einem Bearbeitungswerkzeug. Das Bearbeitungswerkzeug kann ein relativ zu einer Blechauflage beweglicher Bearbeitungskopf sein. Die Blechbearbeitungsanlage kann insbesondere eine Laserschneidanlage sein. Das Bearbeitungswerkzeug kann ein Laserbearbeitungskopf, insbesondere ein Laserschneidkopf, sein. Erfindungsgemäß weist die Blechbearbeitungsanlage wenigstens einen oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Riementrieb auf. Der Riementrieb kann dazu dienen, eine Automationskomponente zu bewegen.
Vorzugsweise weist eine an dem Riemen festgelegte Automationskomponente ein Teil des linearen Längenmesssystems auf. Insbesondere kann die Automationskomponente lösbar an dem Riemen festgeklemmt sein. Das Teil kann ein Positionsgeber sein. Es können somit eine bereits vorhandene Komponente bzw. ein bereits vorhandenes Teil (der Positionsgeber) des Längenmesssystems für die Erfindung nutzbar gemacht werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Figurenliste
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Riementrieb bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens, wobei sich eine an einem Riemen festgeklemmte Komponente mit einem Positionsgeber in einer Ausgangsposition befindet, in einer schematischen Seitenansicht;
2 den Riementrieb von 1, wobei die an dem Riemen festgeklemmte Komponente durch Drehen einer Antriebsscheibe in eine erste Drehstellung in eine erste Längsposition überführt wurde, in einer schematischen Seitenansicht;
3 den Riementrieb von 1, wobei die an dem Riemen festgeklemmte Komponente durch Drehen der Antriebsscheibe in eine zweite Drehstellung in eine zweite Längsposition überführt wurde, in einer schematischen Seitenansicht;
4 den Riementrieb von 1, wobei die an dem Riemen festgeklemmte Komponente sich in einer Endposition befindet, in einer schematischen Seitenansicht;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens;
6 eine erfindungsgemäße Blechbearbeitungsanlage mit zwei erfindungsgemäßen Riementrieben zum Bewegen von Automationskomponenten, in einer schematischen Seitenansicht.

1 zeigt einen Riementrieb 10. Der Riementrieb 10 weist einen Riemen 12, hier einen Zahnriemen, auf. Der Riemen 12 ist um eine Antriebsscheibe 14 und eine Spannscheibe 16 geführt. Die Antriebsscheibe 14 ist mittels eines Drehantriebs 18 drehbar. Eine Drehstellung der Antriebsscheibe 14 wird von einem Drehgeber 20 erfasst.
Der Riementrieb 10 weist wenigstens eine, hier drei, an dem Riemen 12 festlegbare Komponenten 22, 24, 26 auf. Die Komponente 22 ist an dem Riemen 12 festgeklemmt. In 1 befindet sich die Komponente 22 in einer Ausgangsposition x₀ bezüglich der Antriebsscheibe 14. Die Komponenten 24, 26 sind von dem Riemen 12 gelöst und befinden sich je in einer Parkposition, hier nahe der Spannscheibe 16. Die Komponenten 22, 24, 26 können auch als Shuttles bezeichnet werden und beispielsweise Automationskomponenten sein.
An den Komponenten 22, 24, 26 ist jeweils ein Positionsgeber 28 eines linearen Längenmesssystems 30 angeordnet. Der Positionsgeber 28 wirkt mit einem Maßstab 32 des Längenmesssystems 30 zusammen, um die Position der jeweiligen Komponente 22, 24, 26 zu bestimmen. Insbesondere im Stillstand des Riemens 12 kann die Position mit dem Längenmesssystem 30 ermittelt werden.
Der Riementrieb 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 34 auf, vergleiche 6. Die Steuereinrichtung 34 erfasst die Signale des Drehgebers 20 und des Längenmesssystems 30. Zudem steuert die Steuereinrichtung 34 den Drehantrieb 18. Weiterhin kann die Steuereinrichtung 34 das Festklemmen bzw. Lösen der Komponenten 22, 24, 26 an bzw. von dem Riemen 12 veranlassen.
In der Steuereinrichtung 34 ist ein Wert für einen wirksamen Umfang der Antriebsscheibe 12 hinterlegt. Bei der Positionsregelung nimmt die Steuereinrichtung 34 an, dass sich die an dem Riemen 12 festgelegten Komponenten pro Umdrehung der Antriebsscheibe 14 um den Betrag des wirksamen Umfangs bewegen. Die Steuerung der Bewegung des Riemens 12 bzw. der Komponenten 22, 24, 26 erfolgt während deren Bewegung aufgrund der Signale des Drehgebers 20 unter Verwendung des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang. Die Signale des Längenmesssystems 30 werden während der Bewegung des Riemens 12 bzw. der Komponenten 22, 24, 26 typischerweise nicht ausgewertet, d.h sie werden insbesondere nicht zur Regelung der Bewegung des Riemens verwendet. Dies ermöglicht eine wesentlich einfachere Regelung basierend auf der Umdrehung der Antriebsscheibe. Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Signale des Längenmesssystems vorzugsweise durchgängig aufgezeichnet und anschließend wie unten beschrieben ausgewertet.
Um den Wert für den wirksamen Umfang der Antriebsscheibe 12 zu kalibrieren, wird die Komponente 22 ausgehend von der Ausgangsposition x₀ in Bewegung gesetzt. Hierzu wird die Antriebsscheibe 14 mittels des Drehantriebs 18 gedreht.
In 2 befindet sich die Komponente 22 in einer ersten Längsposition, welche ausgehend von der Ausgangsposition x₀ um einen Anfahrweg x_start vorgeschoben ist. Diese erste Längsposition entspricht einer ersten Drehstellung der Antriebsscheibe 14. Die erste Längsposition wird in Bewegung überfahren. Der Anfahrweg x_start entspricht wenigstens der Hälfte des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang der Antriebsscheibe 14.
In 3 hat die Komponente 22 ausgehend von der ersten Längsposition x_start eine Messstrecke x_mess zurückgelegt. Diese zweite Längsposition entspricht einer zweiten Drehstellung der Antriebsscheibe 14. Die zweite Längsposition wird in Bewegung überfahren. Die Komponente 22 wird über die in 3 gezeigte zweite Längsposition hinaus um einen Anhalteweg x_stop weiterbewegt, vergleiche 4. Der Anhalteweg x_stop beträgt vorzugsweise wenigstens 1 cm.
Der zwischen der ersten Drehstellung und der zweiten Drehstellung überstrichene Drehwinkel der Antriebsscheibe 14 wird von dem Drehgeber 20 erfasst. Vorzugsweise ist der Drehwinkel zwischen der ersten und der zweiten Drehstellung als mehrere vollständige Drehungen vorgegeben. Das Drehen der Antriebsscheibe 14 um den (hier vordefinierten) Drehwinkel und seine Erfassung mittels des Drehgebers 20 entsprechen in 5 einem Schritt 104. Der Drehwinkel wird vorzugsweise derart vorgegeben, dass die Messstrecke x_mess möglichst groß wird.
Der Betrag der Messstrecke x_mess, d. h. die zwischen der ersten und der zweiten Drehposition der Antriebsscheibe 14 tatsächlich erfolgte Längsverschiebung der Komponente 22, wird zugleich von dem Längenmesssystem 30 erfasst, vergleiche Schritt 106.
Anhand der von dem Längenmesssystem 30 ermittelten tatsächlichen Längsverschiebung der Komponente 22 und dem von dem Drehgeber 20 ermittelten überstrichenen Drehwinkel wird in einem Schritt 108 der in der Steuereinrichtung 34 hinterlegte Wert für den wirksamen Umfang der Antriebsscheibe 14 korrigiert.
Vorzugsweise werden während dem Verfahren von der ersten Drehstellung zur zweiten Drehstellung sowohl die Werte des Drehgebers 20 als auch des Längenmesssystems 30 mehrfach gleichzeitig erfasst. Die Erfassung erfolgt vorzugsweise in einem festen Zeitraster. Für jedes Wertepaar von Drehgeber 20 und Längenmesssystem 30 kann die Differenz $Y_{messdiff} = X_{messShuttle} - X_{messMotor}$
berechnet werden. Dabei ist
X_messShuttle der mit dem direktem Längenmesssystem 30 gemessene (tatsächliche) Verfahrweg und
X_messMotor der aus dem überstrichenen Drehwinkel anhand des hinterlegten Werts U_wirk für den wirksamen Umfang berechnete Verfahrweg.
Diese Differenz kann durch eine Gerade $Y_{diff} = a \cdot X_{messShuttle} + b$
angenähert werden. Die Koeffizienten a und b können mittels linearer Regression bestimmt werden. Insbesondere ergibt sich $a = \frac{n \sum_{i = 1}^{n} (X_{messShuttle,i} \cdot Y_{messdiff,i}) - \sum_{i = 1}^{n} X_{messShuttle,i} \cdot \sum_{i = 1}^{n} Y_{messdiff,i}}{n \sum_{i = 1}^{n} X^{2}_{messShuttle,i} - {(\sum_{i = 1}^{n} X_{messShuttle,i})}^{2}}$
und $b= \frac{\sum_{i = 1}^{n} X^{2}_{messShuttle,i} \cdot \sum_{i = 1}^{n} Y_{messdiff,i} - \sum_{i = 1}^{n} X_{messShuttle,i} \cdot \sum_{i = 1}^{n} (X_{messShuttle,i} \cdot Y_{messdiff,i})}{n \cdot {\sum_{i = 1}^{n} X^{2}_{messShuttle,i} - (\sum_{i = 1}^{n} X_{messShuttle,i})}^{2}}$
wobei n die Anzahl der Messdatenwerte und i den Messdatenindex bezeichnen.
Über die Gleichung $Δ U_{wirk} = a \cdot X_{mess} / N_{U}$
wobei ΔU_wirk die mittlere Abweichung von dem momentan hinterlegten Wert des wirksamen Umfangs und N_U die Anzahl der Umdrehungen der Antriebsscheibe 14 über die Messstrecke (und mithin zwischen der ersten und der zweiten Drehstellung) bezeichnen, kann die mittlere Abweichung ΔU_wirk errechnet werden, um welche der hinterlegte Wert U_wirk korrigiert werden muss.
Vorzugsweise werden die Schritte 104 und 106 und die jeweilige lineare Regression mehrfach durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt, vergleiche den gestrichelten Pfeil in 5. Dies verbessert die Genauigkeit der Korrektur. Besonders bevorzugt werden die Schritte 104 und 106 mehrfach mit unterschiedlichen Drehwinkeln zwischen der ersten Drehstellung und der zweiten Drehstellung der Antriebsscheibe 14 durchgeführt. Die unterschiedlichen Drehwinkel sind vorzugsweise jeweils Vielfache einer vollständigen Umdrehung der Antriebsscheibe. Dadurch gehen Unregelmäßigkeiten der Antriebsscheibe nicht in die Berechnung ein.
Der entsprechend korrigierte Wert U_wirk,neu = U_wirk + ΔU_wirk wird in der Steuereinrichtung 34 hinterlegt.
Der Wert des Koeffizienten b ist für das erfindungsgemäße Verfahren unerheblich.
Um die Spannung des Riemens 12 einzustellen, kann ein Abstand 36 zwischen der Antriebsscheibe 14 und der Spannscheibe 16 verändert werden, vergleiche 4. Dies ist durch eine Führung 38 zum Verschieben der Spannscheibe 16 angedeutet.
Die Spannung des Riemens 12 kann aus der Gleichung $Δ I_{vspg} = (F_{vspg} \cdot L_{r}) / (2 \cdot_{cr,spez})$
berechnet werden, wobei
ΔI_vspg den Vorspannweg ausgehend von einem spannungslos anliegenden Riemen 12,
F_vspg die Spannung (Vorspannkraft) des Riemens 12,
L_r die Länge des Riemens 12 und
C_r,spez die spezifische Riemensteifigkeit
bezeichnen.
Der wirksame Umfang U_wirk hängt linear proportional von der Längung des Riemens 12 ab und ist daher ein Maß für die Riemenvorspannung. Die Abweichung vom nominellen Umfang der Antriebsscheibe 14 U_wirk,nom (der nominellen Spindelsteigung) ist somit ein Maß für die Vorspannung des Riemens bei linearer spezifischer Riemensteifigkeit. Folglich ist auch der tatsächlich wirksame Umfang der Antriebsscheibe 14 ein Maß für die Vorspannung des Riemens 12 und umgekehrt. Insbesondere kann der Vorspannweg ΔI_vspg auch berechnet werden zu $Δ I_{vspg} = \frac{1}{2} \cdot Δ L_{r} = \frac{1}{2} \cdot (L_{r} / U_{wirk,nom}) \cdot Δ U_{wirk}$
mit
ΔI_vspg: Vorspannweg,
ΔL_r: Längung des Riemens aufgrund der Vorspannung,
L_r: Länge des Riemens im ungespannten Zustand,
U_wirk,nom: nomineller wirksamer Umfang der Antriebsscheibe 14,
ΔU_wirk: (mittlere) Abweichung des wirksamen Umfangs vom Nominalwert.
Aus den Gleichungen (6) und (7) lässt sich ein Sollwert für den wirksamen Umfang U_wirk,gew. berechnen, der eingestellt werden muss, um die gewünschte Vorspannung F_vspg,gew. des Riemens 12 zu erhalten. Es ergibt sich: $U_{wirk,gew} = U_{wirk,nom} \cdot (1 + F_{vspg,gew} / C_{r,spez})$
Mit Gleichung (8) folgt schließlich durch Einsetzen von $Δ U_{wirk} = U_{wirk,gew} - U_{wirk,nom}$
in Gleichung (7) auch der einzustellende Vorspannweg ΔI_vspg,gew., mit welchem die gewünschte Vorspannung erhalten wird. Der wirksame Umfang entspricht dann dem Sollwert.
Ein neu anzulegender Riemen 12 kann in einem Schritt 102 vorgespannt werden. Hierzu kann anhand der Gleichungen (7) und (8) der erforderliche Vorspannweg berechnet werden. Nach spannungslosem Anlegen des Riemens 12 an die Antriebsscheibe 14 und die Spannscheibe 16, kann der Abstand 36 um einen Bruchteil dieses gesamten Vorspannwegs vergrößert werden. Vorzugsweise wird der Abstand 36 um ca. 80 % des berechneten Vorspannwegs erhöht, um ein Überspannen zu vermeiden und gleichzeitig eine ausreichende Vorspannung sicherzustellen. Der sich nach dem Vorspannen im Schnitt 102 ergebende wirksame Umfang der Antriebsscheibe 14 kann mit den Schritten 104 bis 108 überprüft und in der Steuereinrichtung 34 hinterlegt werden.
Eine Feineinstellung der Spannung des Riemens 12 kann in einem Schritt 110 erfolgen. Aus Gleichung (7) ergibt sich wie oben bereits erläutert der gewünschte wirksame Umfang. Aus den Schritten 104 bis 108 ist der aktuelle Wert des wirksamen Umfangs bekannt. Der verbleibend einzustellende Vorspannweg kann aus der Differenz des gewünschten und des momentanen wirksamen Umfangs mittels Gleichung (7) berechnet werden. Der Abstand 36 zwischen der Antriebsscheibe 14 und der Spannscheibe 16 wird entsprechend angepasst.
Vorzugsweise erfolgt sodann eine erneute Korrektur des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang durch erneute Durchführung der Schritte 104 bis 108. Falls der eingestellte wirksame Umfang noch nicht hinreichend genau dem Sollwert entspricht, kann auch Schritt 110 (und anschließend nochmals die Schritte 104 bis 108) wiederholt werden.
6 zeigt eine Bearbeitungsanlage 40, hier beispielhaft eine Laserschneidanlage. Ein Bearbeitungswerkzeug 42, hier ein Laserbearbeitungskopf, ist gegenüber einer Werkstückauflage 44 verschieblich. Das Bearbeitungswerkzeug 42 kann von der Steuereinrichtung 34 angesteuert werden.
Auf der Werkstückauflage 44 kann ein Rohling 46 angeordnet sein. Vorliegend ist ein Zustand dargestellt, in welchem ein Blechteil 48 aus dem Rohling 46 ausgeschnitten wurde, sodass ein Restgitterteil 50 verbleibt. Das Restgitterteil 50, in welchem das Blechteil 48 angeordnet ist, kann auf der Werkstückauflage 44 aus einer Bearbeitungsposition in eine Entnahmeposition verschoben sein.
Die Bearbeitungsanlage 40 weist zwei Riementriebe 10a, 10b auf. Die Riementriebe 10a, 10b dienen dem Bewegen von Automationskomponenten 52, 54 bzw. 56, 58, 60. Die Automationskomponenten 52, 54 und 56, 58, 60 können in nicht näher dargestellter Weise an den Riementrieben 10a, 10b geführt sein. Die Riementriebe 10a, 10b können horizontal in der Zeichenebene relativ zur Werkstückauflage 44 verfahrbar sein. Die Automationskomponenten 52, 54 und 56, 58, 60 weisen hier je einen Positionsgeber 28 zum Zusammenwirken mit einem Maßstab 32 eines jeweiligen Längenmesssystems 30 des Riementriebs 10a bzw. 10b auf.
Die Automationskomponenten 52, 54 des Riementriebs 10a können Sauger 62 zum Transportieren des Werkstücks 50 aufweisen. Die Automationskomponenten 56, 58, 60 des Riementriebs 10b können Stifte 64 aufweisen. Durch Ausfahren der Stifte 64 kann das Lösen des Blechteils 48 aus dem Restgitterteil 50 unterstützt werden. Aufgrund der geringen Größe des Blechteils 48 kommen im dargestellten Beispiel nur die Automationskomponenten 52 und 56 zum Einsatz.
Die Riementriebe 10a, 10b entsprechen in Aufbau und Funktionsweise jeweils dem oben in Zusammenhang mit den 1 bis 4 beschriebenen Riementrieb 10. Das Kalibrieren der Positionssteuerung und Spannung der Riemen 12 kann bei den Riementrieben 10a, 10b jeweils mit einem oben im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Verfahren erfolgen. Derart kann erreicht werden, dass die Automationskomponenten 52, 54 und 56, 58, 60 unter Verwendung der Drehgeber 20 der Riementriebe 10a, 10b für die Handhandhabung ausgeschnittener Blechteile 48 hinreichend exakt (beispielsweise mit einer Genauigkeit im Zehntelmillimeterbereich) positioniert werden können. Ein Nachpositionieren unter Verwendung des jeweiligen Längenmesssystems 30 kann dann in aller Regel entfallen.
Bezugszeichenliste

10; 10a, 10b: Riementrieb
12: Riemen
14: Antriebsscheibe
16: Spannscheibe
18: Drehantrieb
20: Drehgeber
22, 24, 26: Komponenten
28: Positionsgeber
30: Längenmesssystem
32: Maßstab
34: Steuereinrichtung
36: Abstand
38: Führung
40: Bearbeitungsanlage
42: Bearbeitungswerkzeug
44: Werkstückauflage
46: Rohling
48: Blechteil
50: Restgitterteil
52, 54, 56, 58, 60: Automationskomponenten
62: Sauger
64: Stifte
x0: Ausgangsposition
xstart: Anfahrweg
xmess: Messstrecke
xstop: Anhalteweg
ΔIvspg: Vorspannweg
102: Vorspannen eines Riemens
104: Drehen der Antriebsscheibe und Erfassen des überstrichenen Drehwinkels
106: Erfassen einer tatsächlichen Längsverschiebung an dem Riemen
108: Korrigieren des hinterlegten Werts des wirksamen Umfangs
110: Feineinstellen der Spannung des Riemens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016177883 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Riementriebs (10) mit einem Riemen (12) und einer Antriebsscheibe (14), wobei ein Wert für einen wirksamen Umfang der Antriebsscheibe (14) in einer Steuereinrichtung (34) hinterlegt ist, mit den Schritten B) Drehen der Antriebsscheibe (14) zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung um einen Drehwinkel unter Erfassung durch einen Drehgeber, C) Erfassen einer tatsächlichen Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen (12) beim Drehen der Antriebsscheibe (14) zwischen der ersten Drehstellung und der zweiten Drehstellung mittels eines Längenmesssystems (30), D) Korrigieren des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang der Antriebsscheibe (14) anhand der tatsächlichen Längsverschiebung und des überstrichenen Drehwinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt D) eine Differenz zwischen einer erwarteten Längsverschiebung, welche anhand des Drehwinkels und des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang bestimmt wurde, und der im Schritt C) erfassten tatsächlichen Längsverschiebung bestimmt wird und der hinterlegte Wert für den wirksamen Umfang entsprechend verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine iterative Korrektur des jeweils hinterlegten Werts des wirksamen Umfangs vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte B) und C) jeweils mehrfach durchgeführt werden, und im Schritt D) ein Verfahren der linearen Regression angewandt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel, um welchen die Antriebsscheibe (14) im Schritt B) gedreht wird, vordefiniert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Schritt B) überstrichene Drehwinkel ein ganzzahliges Vielfaches einer vollständigen Drehung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Antriebsscheibe (14) vor der ersten Drehstellung beginnt und/oder nach der zweiten Drehstellung endet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt an dem Riemen (12) durch eine an dem Riemen (12) festgelegte Komponente (22, 24, 26) definiert ist, insbesondere wobei die Komponente (22, 24, 26) einen Positionsgeber (28) des Längenmesssystems (30) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den wirksamen Umfang vordefiniert ist, und dass eine Spannung des Riemens (12) verändert wird, um den wirksamen Umfang dem Sollwert anzugleichen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verändern der Spannung ein Abstand (36) zwischen der Antriebsscheibe (14) und einer Spannscheibe (16) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt A) anhand des Sollwerts und eines Nominalwerts des wirksamen Umfangs ein gesamter Vorspannweg für einen spannungslosen Riemen (12) berechnet wird, und der Abstand (36) ausgehend von einem Zustand, in welchem der Riemen (12) spannungslos an der Antriebsscheibe (14) und der Spannscheibe (16) anliegt, um einen Bruchteil des Vorspannwegs vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt E) anhand des Sollwerts und des hinterlegten Werts für den wirksamen Umfang ein verbleibender Vorspannweg berechnet wird, und der Abstand um den verbleibenden Vorspannweg verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verändern des Abstands im Schritt E) die Schritte B) bis D) und vorzugsweise E) erneut durchgeführt werden.
Riementrieb (10) aufweisend - einen Riemen (12), insbesondere einen Zahnriemen, - eine Antriebsscheibe (14) mit einem Drehantrieb (18), - eine Spannscheibe (16), - einen Drehgeber (20) zum Erfassen einer Drehung der Antriebsscheibe (14), - ein Längenmesssystem (30) zum Erfassen einer Längsverschiebung eines Punktes an dem Riemen (12), - eine Steuereinrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.
Blechbearbeitungsanlage (40), insbesondere Laserschneidanlage, mit einem Bearbeitungswerkzeug (42) und mit einem Riementrieb (10) nach Anspruch 14, insbesondere wobei eine an dem Riemen (12) festgelegte Automationskomponente (52, 54, 56, 58, 60) einen Positionsgeber (28) des Längenmesssystems (30) aufweist.