DE102022108962A1 - Valve arrangement and method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (2) zur Belüftung einer ersten Druckkammer (10) eines pneumatischen Aktors (3), um gemäß einer Betätigungsvorgabe, insbesondere einer Positionsvorgabe, eine Betätigung eines Aktorglieds (11) des pneumatischen Aktors (3) durchzuführen, wobei die Ventilanordnung (2) ausgebildet ist, während der Betätigung einen ersten zeitlichen Druckverlauf (p10) eines der ersten Druckkammer (10) zugeordneten ersten Drucks zu erfassen, um erste Druckverlauf-Daten (61) bereitzustellen, die den ersten zeitlichen Druckverlauf abbilden, und wobei die Ventilanordnung (2) über ein Machine-Learning-Modell (31) verfügt und ausgebildet ist, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells (31) auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten (61) eine Bewegungsqualität-Information (70) zu ermitteln, die eine Qualität einer während der Betätigung durchgeführten Bewegung des Aktorglieds (11) anzeigt.The invention relates to a valve arrangement (2) for ventilating a first pressure chamber (10) of a pneumatic actuator (3) in order to carry out an actuation of an actuator member (11) of the pneumatic actuator (3) in accordance with an actuation specification, in particular a position specification, wherein the valve arrangement (2) is designed to detect a first pressure curve over time (p10) of a first pressure assigned to the first pressure chamber (10) during actuation in order to provide first pressure curve data (61) which depict the first pressure curve over time, and wherein the valve arrangement (2) has a machine learning model (31) and is designed to determine movement quality information (70) using the machine learning model (31) based on the first pressure curve data (61). indicates a quality of a movement of the actuator member (11) carried out during actuation.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Belüftung einer ersten Druckkammer eines pneumatischen Aktors, um gemäß einer Betätigungsvorgabe, insbesondere einer Positionsvorgabe, eine Betätigung eines Aktorglieds des pneumatischen Aktors durchzuführen.The invention relates to a valve arrangement for ventilating a first pressure chamber of a pneumatic actuator in order to carry out an actuation of an actuator member of the pneumatic actuator in accordance with an actuation specification, in particular a position specification.
Beispielsweise gibt die Betätigungsvorgabe vor, dass das Aktorglied in eine erste Endlage versetzt werden soll, insbesondere ausgehend von einer zweiten Endlage.For example, the actuation specification specifies that the actuator member should be moved to a first end position, in particular starting from a second end position.
Vorzugsweise erfolgt die Betätigung in einem Betriebsmodus, in dem der Verbrauch von Druckluft reduziert ist. Ein solcher Betriebsmodus soll auch als Druckluft-Einsparmodus bezeichnet werden. Beispielsweise wird bei der Betätigung in der ersten Druckkammer ein erster Zieldruck erreicht, der geringer ist als ein durch Belüftung der ersten Druckkammer maximal erzielbarer Druck (beispielsweise der zur Verfügung stehende Versorgungsdruck). Beispielsweise ist die Ventilanordnung ausgebildet, die Belüftung der ersten Druckkammer zu beenden, bevor die Betätigungsvorgabe erfüllt ist, also beispielsweise, bevor das Aktorglied die zweite Endlage erreicht hat, und/oder bevor der Druck in der ersten Druckkammer den maximal erzielbaren Druck - beispielsweise den Versorgungsdruck - erreicht hat. Um das Aktorglied von der zweiten Endlage in die erste Endlage zu versetzen, ist es vorzugsweise nicht erforderlich, die erste Druckkammer bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Aktorglied die erste Endlage erreicht hat, zu belüften. Vorzugsweise wird, um Druckluft zu sparen, die Belüftung der ersten Druckkammer beendet, bevor das Aktorglied die erste Endlage erreicht hat, und das Aktorglied erreicht dann (trotzdem) noch die erste Endlage.The actuation preferably takes place in an operating mode in which the consumption of compressed air is reduced. Such an operating mode should also be referred to as a compressed air saving mode. For example, during actuation in the first pressure chamber, a first target pressure is achieved which is lower than a maximum pressure that can be achieved by ventilating the first pressure chamber (for example the available supply pressure). For example, the valve arrangement is designed to end the ventilation of the first pressure chamber before the actuation specification is met, for example before the actuator member has reached the second end position, and/or before the pressure in the first pressure chamber reaches the maximum achievable pressure - for example the supply pressure - has reached. In order to move the actuator member from the second end position to the first end position, it is preferably not necessary to ventilate the first pressure chamber until the actuator member has reached the first end position. In order to save compressed air, the ventilation of the first pressure chamber is preferably ended before the actuator member has reached the first end position, and the actuator member then (nevertheless) still reaches the first end position.
Die
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Betrieb und/oder die Überwachung des pneumatischen Aktors zu verbessern.One object of the invention is to improve the operation and/or monitoring of the pneumatic actuator.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung gemäß Anspruch 1. Die Ventilanordnung ist ausgebildet, während der Betätigung des Aktorglieds einen ersten zeitlichen Druckverlauf eines der ersten Druckkammer zugeordneten ersten Drucks zu erfassen, um erste Druckverlauf-Daten bereitzustellen, die den ersten zeitlichen Druckverlauf abbilden. Die Ventilanordnung verfügt über ein Machine-Learning-Modell. Die Ventilanordnung ist ausgebildet, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells auf Basis der Druckverlauf-Daten eine Bewegungsqualität-Information zu ermitteln, die eine Qualität einer während der Betätigung durchgeführten Bewegung des Aktorglieds anzeigt.The object is achieved by a valve arrangement according to
Die Bewegung des Aktorglieds bei der Betätigung kann eine Vielzahl von verschiedenen Charakteristiken aufweisen. Beispielsweise kann die Bewegung unterschiedlich viele und/oder unterschiedlich starke Geschwindigkeitsschwankungen aufweisen. Ferner kann die Bewegung unterschiedlich schnell starten und/oder unterschiedlich schnell abgeschlossen sein. Die unterschiedlichen Charakteristiken können eine oder mehrere Ursachen haben - z.B. eine Reduzierung der eingesetzten Druckluft, also insbesondere den Druckluft-Einsparmodus, eine Ausrichtung des pneumatischen Aktors relativ zur Schwerkraft, eine Last des pneumatischen Aktors, eine Dimensionierung des pneumatischen Aktors und/oder ein Verschleiß des pneumatischen Aktors.The movement of the actuator member during actuation can have a variety of different characteristics. For example, the movement can have different numbers and/or different speed fluctuations. Furthermore, the movement can start at different speeds and/or be completed at different speeds. The different characteristics can have one or more causes - e.g. a reduction in the compressed air used, i.e. in particular the compressed air saving mode, an orientation of the pneumatic actuator relative to gravity, a load on the pneumatic actuator, a dimensioning of the pneumatic actuator and/or wear on the pneumatic actuator.
Durch die Ermittlung der Bewegungsqualität-Information kann wenigstens eine Charakteristik der Bewegung des Aktorglieds erfasst werden, und zwar auf Basis der Druckverlauf-Daten - insbesondere auf Basis des ersten zeitlichen Druckverlaufs (und optional eines zweiten zeitlichen Druckverlaufs). Zweckmäßigerweise wird für die Ermittlung der Bewegungsqualität-Information keine mit einem Positionssensor erfasste Position des Aktorglieds verwendet. Optional ist kein Positionssensor zur Erfassung einer Position des Aktorglieds vorhanden.By determining the movement quality information, at least one characteristic of the movement of the actuator member can be detected, based on the pressure curve data - in particular based on the first time pressure curve (and optionally a second time pressure curve). Appropriately, no position of the actuator member detected with a position sensor is used to determine the movement quality information. Optionally, there is no position sensor for detecting a position of the actuator member.
Bevorzugt umfasst die Bewegungsqualität-Information eine oder mehrere Bewegungsqualität-Kennzahlen, die eine Qualität der von dem Aktorglied durchgeführten Bewegung ausdrücken. Beispielsweise steht ein höherer Wert einer Bewegungsqualität-Kennzahl für eine höhere Qualität oder ein niedrigerer Wert einer Bewegungsqualität-Kennzahl steht für eine niedrigere Qualität.The movement quality information preferably includes one or more movement quality indicators that express a quality of the movement carried out by the actuator member. For example, a higher value of a motion quality metric represents higher quality or a lower value of a motion quality metric represents lower quality.
Anhand der Bewegungsqualität-Information kann zweckmäßigerweise der Betrieb des pneumatischen Aktors überwacht werden. Ferner ist es möglich, auf Basis der Bewegungsqualität-Information eine Belüftung des pneumatischen Aktors, insbesondere der ersten Druckkammer und/oder einer zweiten Druckkammer, für eine weitere Betätigung des Aktorglieds anzupassen, insbesondere derart, dass die Bewegungsqualität-Information für die weitere Betätigung eine bessere Bewegungsqualität anzeigt, als für die vorherige Bewegung. Optional ist die Ventilanordnung ausgebildet, während der aktuellen Betätigung die Bewegungsqualität-Information unter Verwendung des Machine-Learning-Modells zu ermitteln und auf Basis der Bewegungsqualität-Information die aktuelle Betätigung anzupassen.The operation of the pneumatic actuator can expediently be monitored using the movement quality information. Furthermore, it is possible, based on the movement quality information, to adapt ventilation of the pneumatic actuator, in particular of the first pressure chamber and/or a second pressure chamber, for further actuation of the actuator member, in particular in such a way that the movement quality information for the further actuation is better movement quality than for the previous movement. Optionally, the valve arrangement is designed to record the movement quality information using the machine learning model during the current actuation determine and adapt the current activity based on the movement quality information.
Die Ventilanordnung ermittelt die Bewegungsqualität-Information unter Verwendung des Machine-Learning-Modells, insbesondere unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes. Es hat sich herausgestellt, dass ein Machine-Learning-Modell, insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, gut dafür geeignet ist, einen oder mehrere zeitliche Druckverläufe auf die Bewegungsqualität-Information abzubilden.The valve arrangement determines the movement quality information using the machine learning model, in particular using an artificial neural network. It has been found that a machine learning model, in particular an artificial neural network, is well suited to mapping one or more temporal pressure curves onto the movement quality information.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further training is the subject of the subclaims.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der Ventilanordnung, umfassend die Schritte: Durchführen der Betätigung des Aktorglieds des pneumatischen Aktors, Erfassen, während der Betätigung, des ersten zeitlichen Druckverlaufs, um die ersten Druckverlauf-Daten bereitzustellen, Ermitteln, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells, der Bewegungsqualität-Information auf Basis der Druckverlauf-Daten.The invention further relates to a method for operating the valve arrangement, comprising the steps: carrying out the actuation of the actuator member of the pneumatic actuator, detecting, during the actuation, the first time course of pressure in order to provide the first pressure course data, determining, using the machine Learning model, the movement quality information based on the pressure curve data.
Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt
-
1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Ventilanordnung, -
2 ein Schaubild mit zeitlichen Geschwindigkeitsverläufen eines Aktorglieds, -
3 ein Schaubild mit zeitlichen Druckverläufen eines pneumatischen Aktors, -
4 ein Blockdiagramm eines Machine-Learning-Modells, -
5 ein Blockdiagramm eines neuronalen Netzes, und -
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Ventilanordnung.
-
1 a schematic representation of a system with a valve arrangement, -
2 a diagram with the temporal speed curves of an actuator member, -
3 a diagram with pressure curves over time of a pneumatic actuator, -
4 a block diagram of a machine learning model, -
5 a block diagram of a neural network, and -
6 a flowchart of a method for operating a valve arrangement.
Die
Das System 1 stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung für die Ventilanordnung 2 dar. Die Ventilanordnung 2 kann vorzugsweise auch für sich genommen bereitgestellt sein.The
Das System 1, insbesondere die Ventilanordnung 2 ist zweckmäßigerweise für einen industriellen Einsatz, insbesondere für die Industrieautomation, beispielsweise für die Fabrikautomation und/oder die Prozessautomation, ausgebildet. Bei dem System 1 handelt es sich beispielsweise um ein Industrieautomation-System. Das System 1, insbesondere die Ventilanordnung 2, ist zweckmäßigerweise ausgebildet, im Rahmen eines industriellen Prozesses, insbesondere eines industriellen Fertigungsprozesses, das Betätigungsobjekt 9 mittels des Aktors 3 zu betätigen, beispielsweise zu bewegen, zu greifen und/oder zu spannen.The
Die Ventilanordnung 2 dient zur Belüftung einer ersten Druckkammer 10 des pneumatischen Aktors 3, um eine Betätigung eines Aktorglied 11 des pneumatischen Aktors 3 gemäß einer Betätigungsvorgabe durchzuführen. Die Betätigungsvorgabe umfasst beispielsweise eine Positionsvorgabe. Die Positionsvorgabe gibt beispielsweise eine Stellung, insbesondere eine Endlage, vor, in die das Aktorglied 11 zu versetzen ist.The
Die Ventilanordnung 2 verfügt über eine Ventileinrichtung 14. Die Ventileinrichtung 14 umfasst exemplarisch einen ersten Arbeitsausgang 21. Optional umfasst die Ventileinrichtung 14 ferner einen zweiten Arbeitsausgang 22. Der erste Arbeitsausgang 21 ist über eine erste Leitung 23, beispielsweise einen Schlauch, der Leitungsanordnung 5 mit einer ersten Druckkammer 10 des pneumatischen Aktors 3 pneumatisch verbunden. Der zweite Arbeitsausgang 22 ist über eine zweite Leitung 24, beispielsweise einen Schlauch, der Leitungsanordnung 5 mit einer zweiten Druckkammer 20 des pneumatischen Aktors 3 pneumatisch verbunden.The
Zweckmäßigerweise ist die Ventileinrichtung 14 ausgebildet, die Arbeitsausgänge 21, 22 jeweils unabhängig voneinander zu belüften, entlüften und/oder sperren.The
Die Ventileinrichtung 14 umfasst eine oder mehrere Ventileinheiten 15. Die Ventileinheiten 15 umfassen exemplarisch eine erste Ventileinheit 16, eine zweite Ventileinheit 17, eine dritte Ventileinheit 18 und/oder eine vierte Ventileinheit 19. Rein exemplarisch sind die Ventileinheiten 15 als Vollbrücke geschaltet.The
Exemplarisch ist die erste Ventileinheit 16 ein 2/2-Wegeventil, insbesondere ein 2/2-Wege-Schaltventil. Vorzugsweise sind mehrere oder sämtliche der Ventileinheiten 15 als 2/2-Wegeventile, insbesondere 2/2-Wege-Schaltventile, ausgeführt. Exemplarisch ist die erste Ventileinheit 16 und/oder sämtliche Ventileinheiten 15 als Piezoventile ausgeführt.By way of example, the first valve unit 16 is a 2/2-way valve, in particular a 2/2-way switching valve. Preferably, several or all of the valve units 15 are designed as 2/2-way valves, in particular 2/2-way switching valves. By way of example, the first valve unit 16 and/or all valve units 15 are designed as piezo valves.
Die erste Ventileinheit 16 ist zwischen die Druckluftquelle 7 und den ersten Arbeitsausgang 21 geschaltet. Die zweite Ventileinheit 17 ist zwischen die Druckluftsenke 8 und den ersten Arbeitsausgang 21 geschaltet. Die dritte Ventileinheit 18 ist zwischen die Druckluftquelle 7 und den zweiten Arbeitsausgang 22 geschaltet. Die vierte Ventileinheit 19 ist zwischen die Druckluftsenke 8 und den zweiten Arbeitsausgang 22 geschaltet.The first valve unit 16 is connected between the
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können die Ventileinheiten 15 als 2/3-Wegeventile ausgeführt sein.According to an alternative embodiment, the valve units 15 can be designed as 2/3-way valves.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die erste Ventileinheit und/oder die zweite Ventileinheit jeweils als 3/3-Wege-Schaltventil ausgeführt. Zweckmäßigerweise stellt die erste Ventileinheit den mit der ersten Druckkammer verbundenen ersten Arbeitsausgang bereit und die zweite Ventileinheit stellt den mit der zweiten Druckkammer verbundenen zweiten Arbeitsausgang bereit. Über die erste Ventileinheit kann die erste Druckkammer wahlweise belüftet, entlüftet oder gesperrt werden. Über die zweite Ventileinheit kann die zweite Druckkammer wahlweise belüftet, entlüftet oder gesperrt werden. Die zweite Druckkammer und/oder die zweite Ventileinheit ist optional vorhanden.According to a further alternative embodiment, the first valve unit and/or the second valve unit is each designed as a 3/3-way switching valve. The first valve unit expediently provides the first working output connected to the first pressure chamber and the second valve unit provides the second working output connected to the second pressure chamber. The first pressure chamber can be selectively ventilated, vented or blocked via the first valve unit. The second pressure chamber can either be ventilated, vented or blocked via the second valve unit. The second pressure chamber and/or the second valve unit is optionally present.
Die Ventilanordnung 2 ist zweckmäßigerweise als Ventilinsel ausgeführt. Die Ventileinrichtung 14 ist zweckmäßigerweise als Ventilmodul, insbesondere als scheibenförmiges Ventilmodul, ausgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Ventilanordnung 2 eine Anschlussplatte, auf der eine Mehrzahl von scheibenförmigen Ventilmodulen nebeneinander angeordnet sind, wobei die Ventileinrichtung 14 durch eine oder zwei der Ventilmodule gebildet wird. Zweckmäßigerweise ist in jedem Ventilmodul eine Ventileinrichtung 14 mit zweckmäßigerweise vier Ventileinheiten 15 vorhanden.The
Die Ventilanordnung 2 umfasst zweckmäßigerweise eine Steuereinheit 12. Die Steuereinheit 12 umfasst zweckmäßigerweise einen Mikrocontroller oder ist als Mikrocontroller ausgeführt. Die Steuereinheit 12 ist zweckmäßigerweise in der Anschlussplatte oder in einem Ventilmodul integriert. Bevorzugt ist die Steuereinheit 12 in einem Steuermodul angeordnet, das zweckmäßigerweise mit der Anschlussplatte oder einem Ventilmodul (insbesondere kommunikativ) verbunden ist. Exemplarisch ist das Steuermodul auf der Anschlussplatte angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit 12, insbesondere das Steuermodul, kommunikativ zwischen einen Kommunikationsanschluss 32 der Ventilanordnung 2 und die Ventileinrichtung 14 geschaltet.The
Der Aktor 3 ist exemplarisch als Pneumatikzylinder ausgeführt. Exemplarisch ist der Aktor 3 doppeltwirkend ausgeführt. Der Aktor 3 umfasst das Aktorglied 11, das durch Druckluft-Beaufschlagung in zwei verschiedene Stellungen, insbesondere zwei verschiedene Endlagen, versetzbar ist. Der Aktor 3 umfasst die erste Druckkammer 10 und die zweite Druckkammer 20, durch deren Belüftung das Aktorglied 11 betätigt werden kann. Exemplarisch ist das Aktorglied 11 durch Belüftung der ersten Druckkammer 10 (und zweckmäßigerweise Entlüftung der zweiten Druckkammer 20) in eine erste Stellung, insbesondere eine erste Endlage, versetzbar. Ferner ist das Aktorglied 11 durch Entlüftung der ersten Druckkammer 10 (und zweckmäßigerweise Belüftung der zweiten Druckkammer 20) in eine von der ersten Stellung verschiedene zweite Stellung, insbesondere eine zweite Endlage, versetzbar.The
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung kann der Aktor 3 einfachwirkend ausgeführt sein und beispielsweise ein Federelement umfassen, das das Aktorglied 11 in die zweite Stellung drängt. Bei der einfachwirkenden Ausführung umfasst der Aktor 3 zweckmäßigerweise keine zweite Druckkammer.According to a possible embodiment, the
Das Aktorglied 11 ist exemplarisch als Kolbenanordnung ausgeführt und umfasst insbesondere einen Kolben 25 und/oder eine an den Kolben 25 gekoppelte, insbesondere befestigte, Kolbenstange 26. Der Kolben 25 begrenzt die erste Druckkammer 10 (und, soweit vorhanden, die zweite Druckkammer 20). An das Aktorglied 11, insbesondere die Kolbenstange 26, ist das Betätigungsobjekt 9 gekoppelt, das durch eine Bewegung des Aktorglieds 11 betätigt wird.The actuator member 11 is designed, for example, as a piston arrangement and in particular comprises a piston 25 and/or a piston rod 26 coupled, in particular fastened, to the piston 25. The piston 25 delimits the first pressure chamber 10 (and, if present, the second pressure chamber 20). The
Die übergeordnete Steuerung 4 ist kommunikativ mit der Ventilanordnung 2, insbesondere der Steuereinheit 12, verbunden. Exemplarisch ist die übergeordnete Steuerung 4 mit dem Kommunikationsanschluss 32 kommunikativ verbunden, beispielsweise über einen Feldbus. Die übergeordnete Steuerung 4 ist beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, und/oder als Cloud-Server ausgebildet. Die übergeordnete Steuerung 4 dient insbesondere dazu, der Steuereinheit 12 die Betätigungsvorgabe bereitzustellen.The higher-
Die Drucksensoreinrichtung 6 dient zur Erfassung eines ersten Drucks, der der ersten Druckkammer 10 zugeordnet ist und/oder eines zweiten Drucks, der der zweiten Druckkammer 20 zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise hängt der erste Druck von einem in der ersten Druckkammer 10 vorliegenden Druck ab. Beispielsweise ist der erste Druck der an dem ersten Arbeitsausgang 21 vorliegende Druck. Optional ist der erste Druck der in der ersten Druckkammer 10 vorliegende Druck. Zweckmäßigerweise hängt der zweite Druck von einem in der zweiten Druckkammer 20 vorliegenden Druck ab. Beispielsweise ist der zweite Druck der an dem zweiten Arbeitsausgang 22 vorliegende Druck. Optional ist der zweite Druck der in der zweiten Druckkammer 20 vorliegende Druck. Die Drucksensoreinrichtung 6 ist zweckmäßigerweise Teil der Ventilanordnung 2. Insbesondere ist die Drucksensoreinrichtung 6 in der Ventilanordnung 2 integriert. Die Drucksensoreinrichtung 6 ist zweckmäßigerweise kommunikativ mit der Steuereinheit 12 verbunden. Optional umfasst die Ventilanordnung 2 eine Platine, auf der die Drucksensoreinrichtung 6 und die Steuereinheit 12 angeordnet sind. Vorzugsweise umfasst die Drucksensoreinrichtung 6 einen Drucksensor pro Ventilmodul oder einen Drucksensor pro Arbeitsausgang 21, 22. Exemplarisch ist zwischen einem dem ersten Arbeitsausgang 21 zugeordneten ersten Drucksensor und der ersten Druckkammer 10 die erste Leitung 23 (beispielsweise ein erster Schlauch) pneumatisch geschaltet. Exemplarisch ist zwischen einem dem zweiten Arbeitsausgang 22 zugeordneten zweiten Drucksensor und der zweiten Druckkammer 20 die erste Leitung 24 (beispielsweise ein zweiter Schlauch) pneumatisch geschaltet.The
Optional kann die Drucksensoreinrichtung an dem Aktor 3 angeordnet sein.Optionally, the pressure sensor device can be arranged on the
Bevorzugt umfasst das System 1, insbesondere die Ventilanordnung 2 und/oder der Aktor 3, keinen Positionssensor und/oder kein Wegmesssystem zur Messung der Position des Aktorglieds 3, insbesondere zur Messung der Position an und/oder zwischen den beiden Endlagen.Preferably, the
Im Folgenden soll näher auf den Betrieb der Ventilanordnung 2 eingegangen werden:
- Beispielsweise
empfängt die Ventilanordnung 2von der Steuerung 4 eine erste Betätigungsvorgabe, die vorgibt, dass das Aktorglied 11 von der zweiten Endlage in die erste Endlage zu versetzen ist. Gemäß der ersten Betätigungsvorgabe belüftet dieVentilanordnung 2 über den erstenArbeitsausgang 21 die ersteDruckkammer 10 und/oder dieVentilanordnung 2 entlüftet über den zweitenArbeitsausgang 22die zweite Druckkammer 20, so dass sich das Aktorglied von der zweiten Endlage in die erste Endlage bewegt. Die Bewegung des Aktorglieds 11 von der zweiten Endlage in die erste Endlage erfolgt in eine erste Bewegungsrichtung.
- For example, the
valve arrangement 2 receives a first actuation specification from thecontroller 4, which specifies that the actuator member 11 is to be moved from the second end position to the first end position. According to the first actuation specification, thevalve arrangement 2 ventilates thefirst pressure chamber 10 via the first workingoutput 21 and/or thevalve arrangement 2 vents thesecond pressure chamber 20 via the second workingoutput 22, so that the actuator member moves from the second end position to the first end position. The movement of the actuator member 11 from the second end position to the first end position takes place in a first direction of movement.
Beispielsweise empfängt die Ventilanordnung 2 von der Steuerung 4 eine zweite Betätigungsvorgabe, die vorgibt, dass das Aktorglied 11 von der ersten Endlage in die zweite Endlage zu versetzen ist. Gemäß der zweiten Betätigungsvorgabe belüftet die Ventilanordnung 2 über den zweiten Arbeitsausgang 22 die zweite Druckkammer 20 und/oder die Ventilanordnung entlüftet 2 über den zweiten Arbeitsausgang 22 die erste Druckkammer 10, so dass sich das Aktorglied von der ersten Endlage in die zweite Endlage bewegt. Die Bewegung des Aktorglieds 11 von der ersten Endlage in die zweite Endlage erfolgt in eine zweite Bewegungsrichtung.For example, the
Im Folgenden soll diejenige Druckkammer, die das Aktorglied 11 in Bewegungsrichtung der durchzuführenden Bewegung antreibt, als Antriebskammer bezeichnet werden und/oder diejenige Druckkammer, die der von dem Aktorglied 11 durchzuführenden Bewegung entgegenwirkt, als Gegenkammer bezeichnet werden.In the following, the pressure chamber that drives the actuator member 11 in the direction of movement of the movement to be carried out will be referred to as the drive chamber and/or the pressure chamber that counteracts the movement to be carried out by the actuator member 11 will be referred to as the counter chamber.
Vorzugsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, einen Druckluft-Einsparmodus einzunehmen. Zweckmäßigerweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, (insbesondere im Druckluft-Einsparmodus) bei der Betätigung des Aktorglieds 11 die Antriebskammer bis zu einem Zieldruck zu belüften und nicht darüber hinaus. Der Zieldruck ist beispielsweise geringer als ein durch Belüftung der ersten Druckkammer 10 maximal erzielbarer Druck. Beispielsweise ist der Zieldruck geringer als der von der Druckluftquelle 7 zur Verfügung gestellte Versorgungsdruck.The
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, bei der Betätigung des Aktorglieds 11 die Belüftung der Antriebskammer zu beenden, bevor die Betätigungsvorgabe erfüllt ist, also beispielsweise, bevor das Aktorglied 11 eine durch die Betätigungsvorgabe vorgegebene Endlage erreicht hat, und/oder bevor der Druck in der Antriebskammer den maximal erzielbaren Druck - beispielsweise den Versorgungsdruck - erreicht hat.The
Auf diese Weise kann die Betätigungsvorgabe (beispielsweise das Versetzen des Aktorglieds 11 in eine vorgegebene Endlage) mit einem verringerten Verbrauch von Druckluft erfüllt werden, insbesondere gegenüber dem Fall, in dem die Belüftung bis zur Erfüllung der Betätigungsvorgabe - also beispielsweise bis zur Beendigung der durch das Aktorglied 11 durchzuführenden Bewegung - fortgesetzt wird.In this way, the actuation specification (for example the displacement of the actuator member 11 into a predetermined end position) can be fulfilled with a reduced consumption of compressed air, in particular compared to the case in which the ventilation is stopped until the actuation specification is fulfilled - for example until the end of the Actuator member 11 movement to be carried out - is continued.
Optional kann bei dem Druckluft-Einsparmodus ein gepulstes Belüften der ersten Druckkammer 10 und/oder der zweiten Druckkammer 20 zum Einsatz kommen.Optionally, pulsed ventilation of the
Die
Der erste Geschwindigkeitsverlauf 41 wurde während einer ersten Bewegung des Aktorglieds 11 von der zweiten Endlage in die erste Endlage erfasst. Der zweite Geschwindigkeitsverlauf 42 wurde während einer zweiten Bewegung des Aktorglieds 11 von der zweiten Endlage in die erste Endlage erfasst. Exemplarisch wurde für die zweite Bewegung weniger Druckluft für die Betätigung des Aktorglieds 11 verwendet, als für die erste Bewegung.The
Der erste Geschwindigkeitsverlauf 41 weist eine höhere Bewegungsqualität als der zweite Geschwindigkeitsverlauf 42 auf. Beispielsweise schwankt bei dem ersten Geschwindigkeitsverlauf 41 die Geschwindigkeit des Aktorglieds 11 weniger stark als bei dem zweiten Geschwindigkeitsverlauf 42. Ferner ist bei dem ersten Geschwindigkeitsverlauf 41 die Bewegung des Aktorglieds 11 schneller beendet als bei dem zweiten Geschwindigkeitsverlauf. Die Zeitdauer von dem Beginn der Belüftung der Antriebskammer bis zum Ende der Bewegung des Aktorglieds - also exemplarisch bis das Aktorglied eine Endlage erreicht hat - soll auch als Betätigungsdauer bezeichnet werden. Exemplarisch ist die Betätigungsdauer 43 des ersten Geschwindigkeitsverlaufs 41 kürzer als die Betätigungsdauer 44 des zweiten Geschwindigkeitsverlaufs 42.The
Die
Wie nachstehend näher erläutert, ist die Ventilanordnung 2 vorzugsweise ausgebildet, anhand von zeitlichen Druckverläufen (wie den Druckverläufen 45 und 46, oder 47 und 48), und insbesondere ohne Kenntnis von Geschwindigkeitsverläufen des Aktorglieds 11 und/oder Positionsverläufen des Aktorglieds 11, die Bewegungsqualität einer vom Aktorglied 11 durchgeführten Bewegung zu bestimmen. Zweckmäßigerweise wird die Bewegungsqualität von der Steuereinheit 12 ermittelt.As explained in more detail below, the
Die Ventilanordnung 2 ist ausgebildet, während der Betätigung des Aktorglieds 11 einen ersten zeitlichen Druckverlauf des der ersten Druckkammer 10 zugeordneten ersten Drucks zu erfassen, um erste Druckverlauf-Daten 61 bereitzustellen, die den ersten zeitlichen Druckverlauf abbilden. Beispielsweise erfasst die Ventilanordnung 2 den ersten zeitlichen Druckverlauf mit der Drucksensoreinrichtung 6. Der in der
Die Ventilanordnung 2 verfügt über ein Machine-Learning-Modell 31. Die Ventilanordnung 2 ist ausgebildet, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells 31 auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten eine Bewegungsqualität-Information 70 zu ermitteln, die eine Qualität einer während der Betätigung durchgeführten Bewegung des Aktorglieds 11 anzeigt. Bevorzugt ist das Machine-Learning-Modell 31 auf der Steuereinheit 12 gespeichert. Zweckmäßigerweise bezieht sich die Bewegungsqualität-Information 70 auf die gesamte während der Betätigung durchgeführte Bewegung des Aktorglieds 11, also exemplarisch auf die gesamte Bewegung des Aktorglieds 11 von der zweiten Endlage in die erste Endlage.The
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2 ferner ausgebildet, während der Betätigung des Aktorglieds 11 einen zweiten zeitlichen Druckverlauf des der zweiten Druckkammer 20 zugeordneten zweiten Drucks zu erfassen, um zweite Druckverlauf-Daten 62 bereitzustellen, die den zweiten zeitlichen Druckverlauf abbilden. Beispielsweise erfasst die Ventilanordnung 2 den zweiten zeitlichen Druckverlauf mit der Drucksensoreinrichtung 6. Der in der
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells 31 auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten 61 und der zweiten Druckverlauf-Daten 62 die Bewegungsqualität-Information 70 zu ermitteln.The
Im Folgenden soll näher auf die Bewegungsqualität-Information 70 eingegangen werden. Zweckmäßigerweise umfasst die Bewegungsqualität-Information 70 eine oder mehrere Bewegungsqualität-Kennzahlen. Beispielsweise umfasst die Bewegungsqualität-Information eine Betätigungszeit 71, eine Schwankungs-Information 72, eine Rückprall-Information 73 und/oder eine Losfahrzeit 74.The
Zunächst zur Betätigungszeit 71: Die Betätigungszeit 71 ist zweckmäßigerweise eine Bewegungsqualität-Kennzahl und wird insbesondere als Zahlenwert bereitgestellt. Die Betätigungszeit 71 zeigt zweckmäßigerweise an, wie lange die Betätigung des Aktorglieds 11 dauert. Die Betätigungszeit 71 entspricht also vorzugsweise der Zeitdauer von dem Beginn der Betätigung - also beispielsweise von dem Beginn der Belüftung der ersten Druckkammer 10 - bis zu dem Ende der Bewegung des Aktorglieds 11 - also beispielsweise bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Aktorglied 11 die erste Endlage erreicht. Die in der
Nun zur Schwankungs-Information 72: Die Schwankungs-Information 72 ist zweckmäßigerweise eine Bewegungsqualität-Kennzahl und wird insbesondere als Zahlenwert bereitgestellt. Die Schwankungs-Information 72 zeigt an, wie stark die Geschwindigkeit des Aktorglieds 11 während der Betätigung schwankt. Beispielsweise entspricht ein hoher Wert der Schwankungs-Information 72 einem starken Schwanken der Geschwindigkeit und ein niedriger Wert entspricht einem schwachen Schwanken der Geschwindigkeit. Die Schwankungs-Information 72 ist insbesondere ein Maß dafür, wie gleichmäßig sich das Aktorglied 11 während der Betätigung bewegt, insbesondere bei der Bewegung von der zweiten Endlage zu der ersten Endlage.Now to the fluctuation information 72: The fluctuation information 72 is expediently a movement quality key figure and is provided in particular as a numerical value. The fluctuation information 72 indicates how much the speed of the actuator member 11 fluctuates during actuation. For example, a high value of the fluctuation information 72 corresponds to a strong fluctuation in speed, and a low value corresponds to a weak fluctuation in speed. The fluctuation information 72 is in particular a measure of how evenly the actuator member 11 moves during actuation, in particular when moving from the second end position to the first end position.
Nun zur Rückprall-Information 73: Die Rückprall-Information 73 zeigt an, ob das Aktorglied 11 bei der Betätigung in einer Endlage (insbesondere in der zu erreichenden Endlage) zurückprallt. Für eine Betätigung, die eine Bewegung des Aktorglieds 11 von der zweiten Endlage in die erste Endlage bewirken soll, zeigt die Rückprall-Information 73 beispielsweise an, ob das Aktorglied 11 in der ersten Endlage zurückprallt. Die Rückprall-Information 73 kann beispielsweise als binäre Information bereitgestellt werden, also insbesondere anzeigen, ob ein Rückprall vorliegt oder ob kein Rückprall vorliegt. Zweckmäßigerweise ist die Rückprall-Information 73 eine Bewegungsqualität-Kennzahl und wird optional als Zahlenwert bereitgestellt.Now to the rebound information 73: The rebound information 73 indicates whether the actuator member 11 rebounds in an end position (in particular in the end position to be reached) when actuated. For an actuation that is intended to cause a movement of the actuator member 11 from the second end position to the first end position, the rebound information 73 indicates, for example, whether the actuator member 11 rebounds in the first end position. The rebound information 73 can, for example, be provided as binary information, i.e. in particular indicate whether there is a rebound or whether there is no rebound. The rebound information 73 is expediently a movement quality key figure and is optionally provided as a numerical value.
Nun zur Losfahrzeit 74: Die Losfahrzeit 74 ist zweckmäßigerweise eine Bewegungsqualität-Kennzahl und wird insbesondere als Zahlenwert bereitgestellt. Die Losfahrzeit 74 zeigt an, wann das Aktorglied 11 bei der Betätigung beginnt sich zu bewegen. Beispielsweise entspricht die Losfahrzeit 74 einer Zeitdauer von dem Beginn der Belüftung der Antriebskammer (beispielsweise der ersten Druckkammer 10) bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Aktorglied 11 beginnt sich zu bewegen. In der
Optional verfügt die Bewegungsqualität-Information 70 über einen (insbesondere binären) Bewegungsqualität-Indikator 75. Der Bewegungsqualität-Indikator 75 kann zweckmäßigerweise zwei Zustände, insbesondere nur zwei Zustände, annehmen. Der Bewegungsqualität-Indikator 75 zeigt zweckmäßigerweise an, ob die Bewegungsqualität ausreichend ist oder ob die Bewegungsqualität nicht ausreichend ist. Eine ausreichende Bewegungsqualität kann auch als gute Bewegungsqualität bezeichnet werden. Eine nicht ausreichende Bewegungsqualität kann auch als schlechte Bewegungsqualität bezeichnet werden. Beispielsweise ist die Bewegungsqualität des in der
Im Folgenden soll näher auf eine Vorverarbeitung des ersten zeitlichen Druckverlaufs und/oder des zweiten zeitlichen Druckverlaufs eingegangen werden. Mit dem Begriff „zeitlicher Druckverlauf“ soll nachstehend der erste und/oder der zweite zeitliche Druckverlauf gemeint sein. Mit dem Begriff „Druckverlauf-Daten“ sollen nachstehend die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 gemeint sein. Insbesondere wird die nachstehend erläuterte Vorverarbeitung auf den ersten zeitlichen Druckverlauf, den zweiten zeitlichen Druckverlauf oder sowohl auf den ersten zeitlichen Druckverlauf und den zweiten zeitlichen Druckverlauf angewendet.In the following, preprocessing of the first temporal pressure profile and/or the second temporal pressure profile will be discussed in more detail. The term “pressure progression over time” is intended to mean the first and/or second pressure progression over time. The term “pressure history data” is intended below to mean the first
Zweckmäßigerweise wird der zeitliche Druckverlauf von der Steuereinheit 12 aufgezeichnet. Vorzugsweise berechnet die Steuereinheit 12 die Druckverlauf-Daten auf Basis des aufgezeichneten zeitlichen Druckverlaufs. Insbesondere führt die Steuereinheit 12 eine Vorverarbeitung des zeitlichen Druckverlaufs durch, um die Druckverlauf-Daten zu erhalten. Alternativ sind die Druckverlauf-Daten gleich dem aufgezeichneten zeitlichen Druckverlauf.The pressure curve over time is expediently recorded by the
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, den zeitlichen Druckverlauf als Zeitreihe zu erfassen. Beispielsweise umfasst der zeitliche Druckverlauf eine Vielzahl (beispielsweise wenigstens 100, wenigstens 500 oder wenigstens 1000) zeitlich aufeinander folgende Druckwerte. Vorzugsweise ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet die Zeitreihe einer Vorverarbeitung zu unterziehen, um die Druckverlauf-Daten zu ermitteln. Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, den ersten zeitlichen Druckverlauf als erste Zeitreihe zu erfassen und die Zeitreihe einer Vorverarbeitung zu unterziehen, um die ersten Druckverlauf-Daten zu ermitteln.The
Optional umfasst die Vorverarbeitung eine Normierung des zeitlichen Druckverlaufs in Bezug auf den Versorgungsdruck oder in Bezug auf einen maximalen Druckwert des zeitlichen Druckverlaufs, insbesondere derart, dass sämtliche Druckwerte des zeitlichen Druckverlaufs zwischen 0 und 1 liegen. Beispielsweise wird im Rahmen der Vorverarbeitung jeder Druckwert des zeitlichen Druckverlaufs durch den Versorgungsdruck oder durch den maximalen Druckwert geteilt.Optionally, the preprocessing includes a normalization of the pressure curve over time in relation to the supply pressure or in relation to a maximum pressure value of the pressure curve over time, in particular in such a way that all pressure values of the pressure curve over time are between 0 and 1. For example, as part of the preprocessing, each pressure value of the pressure curve over time is divided by the supply pressure or by the maximum pressure value.
Optional umfasst die Vorverarbeitung ferner eine Umkehrung des zeitlichen Druckverlaufs. Die Umkehrung entspricht beispielsweise einer Spiegelung an einer horizontalen Achse. Vorzugsweise wird die Umkehrung nur für den ersten zeitlichen Druckverlauf und nicht für den zweiten zeitlichen Druckverlauf durchgeführt.Optionally, the preprocessing also includes a reversal of the pressure curve over time. The reversal corresponds, for example, to a reflection on a horizontal axis. Preferably, the reversal is carried out only for the first pressure curve over time and not for the second pressure curve over time.
Beispielsweise umfasst die Vorverarbeitung eine Gradientenverstärkung. Bei der Gradientenverstärkung werden die Gradienten des zeitlichen Druckverlaufs verstärkt. Beispielsweise führt die Steuereinheit 12 die Gradientenverstärkung gemäß der folgenden Gleichung (1) durch, wobei die Druckwerte des zeitlichen Druckverlaufs als „p“ eingesetzt werden, und a und b zweckmäßigerweise reelle Parameter sind:
Die Gradientenverstärkung kann auch als Kontrasterhöhung bezeichnet werden. Die Gradientenverstärkung dient insbesondere dazu, Unebenheiten, also beispielsweise „Hubbel“, und/oder Spitzen in dem zeitlichen Druckverlauf stärker auszuprägen. Optional wird die Gradientenverstärkung nur für ausgewählte Bereiche des zeitlichen Druckverlaufs durchgeführt - also insbesondere nicht für den gesamten zeitlichen Druckverlauf.Gradient enhancement can also be referred to as contrast enhancement. The gradient amplification serves in particular to make unevenness, for example "bumps", and/or peaks in the pressure curve over time more pronounced. Optionally, the gradient amplification is only carried out for selected areas of the pressure curve over time - in particular not for the entire pressure curve over time.
Optional umfasst die Vorverarbeitung eine Dezimierung des zeitlichen Druckverlaufs. Insbesondere wird die Anzahl der Druckwerte des zeitlichen Druckverlaufs reduziert, beispielsweise wenigstens um den Faktor 10 oder wenigstens um den Faktor 20. Beispielsweise wird die Anzahl der Druckwerte auf maximal 200 oder maximal 100 reduziert. Zweckmäßigerweise erfolgt die Dezimierung nicht gleichmäßig - beispielsweise definiert die Steuereinheit 12 einen oder mehrere Bereiche des zeitlichen Druckverlaufs, bei denen nach der Dezimierung eine höhere zeitliche Auflösung - also mehr Druckwerte pro Zeiteinheit - verbleiben, als in anderen Bereichen des zeitlichen Druckverlaufs.Optionally, the preprocessing includes a decimation of the pressure curve over time. In particular, the number of pressure values of the pressure curve over time is reduced, for example at least by a factor of 10 or at least by a factor of 20. For example, the number of pressure values is reduced to a maximum of 200 or a maximum of 100. Expediently, the decimation does not take place uniformly - for example, the
Als Ergebnis der Vorverarbeitung stehen der Steuereinheit zweckmäßigerweise die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 zur Verfügung. Die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 liegen insbesondere als jeweilige Zeitreihe vor, beispielsweise mit jeweils maximal 200 oder maximal 100 Werten. Die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 dienen als Eingangsgröße für das Machine-Learning-Modell.As a result of the preprocessing, the first
Im Folgenden soll näher auf das Machine-Learning-Modell 31 eingegangen werden.The
Bevorzugt bildet das Machine-Learning-Modell 31 die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf die Bewegungsqualität-Information 70 ab. Bevorzugt sind die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 die einzigen Eingangsgrößen des Machine-Learning-Modells 31. Beispielsweise umfasst das Machine-Learning-Modell 31 wenigstens ein künstliches neuronales Netz 50, insbesondere ein Convolutional-Neural-Network und/oder ein Long Short-Term Memory-Netz. Das wenigstens eine künstliche neuronale Netz 50 bildet die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf die Bewegungsqualität-Information 70 ab.The
Bevorzugt umfasst das Machine-Learning-Modell 31 mehrere neuronale Netze 50, die die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf die Bewegungsqualität-Information abbilden. Insbesondere ist für jede Bewegungsqualität-Kennzahl und/oder für den Bewegungsqualität-Indikator ein eigenes neuronales Netz 50 vorhanden. Die
Exemplarisch ist ein neuronales Netz 51 vorhanden, um die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf die Betätigungszeit 71 abzubilden. By way of example, a neural network 51 is present in order to map the first
Dieses neuronale Netz 51 kann auch als erstes neuronale Netz 51 bezeichnet werden.This neural network 51 can also be referred to as the first neural network 51.
Exemplarisch ist ein neuronales Netz 52 vorhanden, um die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweite Druckverlauf-Daten 62 auf die Schwankungs-Information 72 abzubilden. Dieses neuronale Netz 52 kann auch als zweites neuronale Netz 52 bezeichnet werden.By way of example, a neural network 52 is present in order to map the first
Exemplarisch ist ein neuronales Netz 53 vorhanden, um die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf die Rückprall-Information 73 abzubilden. Dieses neuronale Netz kann auch als drittes neuronale Netz 53 bezeichnet werden.By way of example, a neural network 53 is present in order to map the first
Exemplarisch ist ein neuronales Netz 54 vorhanden, um die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf die Losfahrzeit 74 abzubilden. Dieses neuronale Netz 54 kann auch als viertes neuronale Netz 54 bezeichnet werden.By way of example, a neural network 54 is present in order to map the first
Exemplarisch ist ein neuronales Netz 55 vorhanden, um die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 auf den Bewegungsqualität-Indikator 75 abzubilden. Dieses neuronale Netz 55 kann auch als fünftes neuronale Netz 55 bezeichnet werden.By way of example, a neural network 55 is present in order to map the first
Zweckmäßigerweise sind eines, mehrere oder sämtliche der vorgenannten neuronalen Netze 50, 51, 52, 53, 54, 55 ausgebildet, die Bewegungsqualität-Information 70 (bzw. die jeweilige Bewegungsqualität-Kennzahl oder den Bewegungsqualität-Indikator) nur auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder der zweiten Druckverlauf-Daten 62 zu ermitteln - vorzugsweise nur auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten 61 und der zweiten Druckverlauf-Daten 62, insbesondere gemeinsam. Beispielsweise sind eines, mehrere oder sämtliche der vorgenannten neuronalen Netze 50, 51, 52, 53, 54, 55 ausgebildet, die Bewegungsqualität-Information 70 (bzw. die jeweilige Bewegungsqualität-Kennzahl oder den Bewegungsqualität-Indikator) nur auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten 61 oder der zweiten Druckverlauf-Daten 62 zu ermitteln, oder vorzugsweise auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten 61 und der zweiten Druckverlauf-Daten 62 gemeinsam.One, several or all of the aforementioned
Die
Exemplarisch umfasst das künstliche neuronale Netz 50 einen Input-Layer 81, der insbesondere dazu dient, die Eingangsdaten - also exemplarisch die ersten Druckverlauf-Daten 61 und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten 62 - zu empfangen und beispielsweise die Größe der Eingangsdaten zu ermitteln.By way of example, the artificial
Exemplarisch umfasst das künstliche neuronale Netz 50 mehrere Convolution-Layer 82A, 82B, 82C, die zweckmäßigerweise mehrere Filter, insbesondere die nachstehend erläuterten Filter definieren und dazu ausgebildet sind, Merkmale, insbesondere die nachstehend erläuterten Merkmale, zu erkennen. Die Convolution-Layer 82A, 82B, 82C sind mit dem Input-Layer 81 verbunden.By way of example, the artificial
Exemplarisch umfasst das künstliche neuronale Netz 50 einen Dense-Layer 83. Der Dense-Layer 83 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis der Ausgaben von den Convolution-Layern 82A, 82B, 82C die Bewegungsqualität-Information bereitzustellen.By way of example, the artificial
Bevorzugt umfasst das künstliche neuronale Netz 50 wenigstens ein Filter zur Erkennung einer gleichmäßigen Bewegung des Aktorglieds 11, ein Filter zur Erkennung, dass das Aktorglied 11 eine Endlage erreicht hat und/oder ein Filter zur Erkennung eines Endes einer Bewegung des Aktorglieds 11. Optional kann das künstliche neuronale Netz 50 ein oder mehrere Filter aufweisen, um eines oder mehrere der folgenden Merkmale im Verlauf der Bewegung des Aktorglieds 11 zu erkennen: ein Vorbelüften, ein Verschieben, ein Beschleunigen, ein Abbremsen, ein Nachbelüften.The artificial
Bevorzugt umfasst das künstliche neuronale Netz 50 wenigstens zwei der vorstehend genannten Filter. Die Ventilanordnung 2 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, durch eine gewichtete Addition von Merkmalen, die mittels der wenigstens zwei Filter erkannt wurden, die Bewegungsqualität-Information 70 zu ermitteln.Preferably, the artificial
Optional ist das künstliche neuronale Netz 50 als Convolutional-Neural-Network ausgeführt. Zweckmäßigerweise umfasst das künstliche neuronale Netzwerk zwei Pfade, auf denen verschieden große Filter vorhanden sind, die vorzugsweise ausgebildet sind, bestimmte Krümmungsänderungen zu bewerten und/oder Störungen zu ignorieren.Optionally, the artificial
Beispielsweise ist das künstliche neuronale Netz 50 ausgebildet, durch die Aktivierung eines oder mehrerer Filter im Zeitverlauf verschiedene Phasen zu unterscheiden, beispielsweise eine Bewegungs-Phase, in der eine Bewegung stattfindet, eine Abbrems-Phase, in der das Aktorglied 11 abgebremst wird, und/oder eine Ende-Phase, in der die Bewegung beendet ist.For example, the artificial
Vorzugsweise ist das künstliche neuronale Netz 50, insbesondere der Dense-Layer 53, ausgebildet, aus einer zeitlichen Lage einer Aktivierung von Filtern (insbesondere mehreren oder sämtlichen der vorgenannten Filter) die Betätigungszeit 71 zu ermitteln, insbesondere zu schätzen.The artificial
Vorzugsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, unter Verwendung eines mathematischen Verfahrens aus einer zeitlichen Verteilung mehrerer oder sämtlicher der vorgenannten Merkmale durch eine gewichtete Addition die Bewegungsqualität-Information 70, insbesondere die Betätigungszeit 71, Schwankungs-Information 72, Rückprall-Information 73, Losfahrzeit 74 und/oder den Bewegungsqualität-Indikator 75 zu ermitteln.The
Im Folgenden soll näher darauf eingegangen werden, wie auf Basis der Bewegungsqualität-Information eine Belüftung des Aktors 3 angepasst werden kann.Below we will go into more detail about how ventilation of the
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, auf Basis der Bewegungsqualität-Information eine Belüftung der ersten Druckkammer 10 für eine weitere Betätigung des Aktorglieds 11 anzupassen und/oder auf Basis der Bewegungsqualität-Information eine Belüftung einer zweiten Druckkammer 20 des pneumatischen Aktors 3 für eine/die weitere Betätigung des Aktorglieds 11 anzupassen. Die weitere Betätigung erfolgt zweckmäßigerweise auf Basis einer weiteren (also insbesondere einer neuen) Betätigungsvorgabe und/oder nach Abschluss der vorliegenden Betätigung.Preferably, the
Zweckmäßigerweise ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, in Ansprechen darauf, dass die Bewegungsqualität-Information anzeigt, dass die Bewegungsqualität nicht ausreichend ist, für die weitere Betätigung die Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder der zweiten Druckkammer 20 anzupassen, insbesondere zu erhöhen. Zweckmäßigerweise ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, in Ansprechen darauf, dass die Bewegungsqualität-Information anzeigt, dass die Bewegungsqualität ausreichend ist, für die weitere Betätigung die Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder der zweiten Druckkammer 20 nicht anzupassen, insbesondere nicht zu erhöhen.The
Beispielsweise umfasst die Bewegungsqualität-Information eine erste Betätigungszeit einer ersten Bewegung des Aktorglieds 11 in eine erste Richtung und eine zweite Betätigungszeit einer zweiten Bewegung des Aktorglieds 11 in eine zweite Richtung. Zweckmäßigerweise ist die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt. Die Bewegungsqualität-Information wurde in diesem Fall zweckmäßigerweise auf Basis von Druckverläufen von Bewegungen des Aktorglieds 11 in zwei verschiedene Richtungen ermittelt. Die Bewegungen umfassen insbesondere eine erste Bewegung von der zweiten Endlage in die erste Endlage und eine zweite Bewegung von der ersten Endlage in die zweite Endlage. Beispielsweise wird für jede Bewegung eine jeweilige Bewegungsqualität-Information wie vorstehend erläutert ermittelt und die beiden Bewegungsqualität-Informationen werden dann zusammengeführt, um die Bewegungsqualität-Information zu erhalten, die die beiden Betätigungszeiten umfasst. Die erste Betätigungszeit und die zweite Betätigungszeit sind zweckmäßigerweise Beispiele der vorstehend erläuterten Betätigungszeit 71. Die Ventilanordnung 2 ermittelt die erste Betätigungszeit und die zweite Betätigungszeit zweckmäßigerweise so wie vorstehend im Zusammenhang mit der Betätigungszeit 71 erläutert. Beispielsweise führt die Ventilanordnung 2 eine erste Betätigung des Aktors 3 durch, um die erste Bewegung des Aktorglieds 11 zu bewirken (beispielsweise von der zweiten Endlage in die erste Endlage) und ermittelt unter Verwendung des Machine-Learning-Modells 31 die erste Betätigungszeit. Beispielsweise führt die Ventilanordnung 2 eine zweite Betätigung des Aktors 3 durch, um die zweite Bewegung des Aktorglieds 11 zu bewirken (beispielsweise von der ersten Endlage in die zweite Endlage) und ermittelt unter Verwendung des Machine-Learning-Modells 31 die zweite Betätigungszeit.For example, the movement quality information includes a first actuation time of a first movement of the actuator member 11 in a first direction and a second actuation time of a second movement of the actuator member 11 in a second direction. The second direction is expediently opposite to the first direction. In this case, the movement quality information was expediently determined on the basis of pressure curves of movements of the actuator member 11 in two different directions. The movements include in particular a first movement from the second end position to the first end position and a second movement from the first end position to the second end position. For example, for each movement, a respective movement quality information is determined as explained above and the two movement quality information is then merged to obtain the movement quality information that includes the two actuation times. The first actuation time and the second actuation time are expediently examples of the actuation time 71 explained above. The
Die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ist vorzugsweise ausgebildet, die Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder die Belüftung der zweiten Druckkammer 20 auf Basis einer Beziehung der ersten Betätigungszeit zu der zweiten Betätigungszeit anzupassen. Die Beziehung ist beispielsweise ein Verhältnis der ersten Betätigungszeit zu der zweiten Betätigungszeit - also die Division der ersten Betätigungszeit durch die zweite Betätigungszeit.The
Beispielsweise berechnet die Ventilanordnung 2 gemäß der nachstehend wiedergegebenen Gleichung (2) das Verhältnis „ratio“ als Division der ersten Betätigungszeit „tHin“ durch die zweite Betätigungszeit „tBck“:
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, die Belüftung der ersten Druckkammer 10 dadurch anzupassen, dass die Ventilanordnung 2 einen Zieldruckwert anpasst, insbesondere erhöht. Der Zieldruckwert ist beispielsweise ein Druckwert des ersten Drucks bei Erfüllung der Betätigungsvorgabe, insbesondere bei Erreichen der ersten Endlage.The
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, die Belüftung der zweiten Druckkammer 20 dadurch anzupassen, dass die Ventilanordnung 2 einen Gegendruck anpasst, insbesondere erhöht. Der Gegendruckwert ist ein Druckwert eines der zweiten Druckkammer 20 zugeordneten zweiten Drucks. Beispielsweise ist der Gegendruckwert der Druckwert des zweiten Drucks zu Beginn der Betätigung - also insbesondere zu Beginn der Belüftung der ersten Druckkammer.The
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, bei der Anpassung der Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder der Belüftung der zweiten Druckkammer 20 einen Zieldruckwert einer vorherigen Betätigung des Aktorglieds 11 und/oder einen Gegendruckwert einer vorherigen Betätigung des Aktorglieds 11 zu berücksichtigen. Mit dem Begriff „vorherige“ Betätigung ist insbesondere die durchgeführte Betätigung gemeint, auf deren Basis die Bewegungsqualität-Information ermittelt wird. Die auf diese Betätigung nachfolgende Betätigung (bei der die Belüftung angepasst ist), soll als weitere Betätigung bezeichnet werden.The
Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, bei der Anpassung der Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder der Belüftung der zweiten Druckkammer 20 eine Differenz zwischen dem Versorgungsdruck und dem Zieldruckwert der vorherigen Betätigung und/oder eine Differenz zwischen dem Versorgungsdruck und dem Gegendruckwert der vorherigen Betätigung zu berücksichtigen.For example, the
Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, die Belüftung dadurch anzupassen, insbesondere erhöhen, dass die Ventilanordnung 2 ein Inkrement „p_target_hin_delta“ zu dem Zieldruckwert der vorherigen Betätigung addiert und das Ergebnis als Zieldruckwert für die weitere Betätigung (insbesondere die nächste Betätigung) verwendet. Zweckmäßigerweise berechnet die Ventilanordnung 2 das Inkrement „p_target_hin_delta“ gemäß der folgenden Gleichung (3), wobei „p1“ der Versorgungsdruck ist, „pEnd“ der Zieldruckwert der vorherigen Betätigung ist, „c“ ein Parameter, insbesondere eine Konstante, beispielsweise eine positive Zahl (z.B. 3), ist, und „ratio“ das vorstehend erläuterte Verhältnis ist:
Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, die Belüftung dadurch anzupassen, insbesondere erhöhen, dass die Ventilanordnung 2 ein Inkrement „p_target_bck_delta“ zu dem Gegendruckwert der vorherigen Betätigung addiert und das Ergebnis als Gegendruckwert für die weitere Betätigung (insbesondere die nächste Betätigung) verwendet. Zweckmäßigerweise berechnet die Ventilanordnung 2 das Inkrement „p_target_bck_delta“ gemäß der folgenden Gleichung (4), wobei „p1“ der Versorgungsdruck ist, „pini“ der Gegendruckwert der vorherigen Betätigung ist, „c“ ein Parameter, insbesondere eine Konstante, beispielsweise eine positive Zahl (z.B. 3), ist, und „ratio“ das vorstehend erläuterte Verhältnis ist:
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, eine Mehrzahl von Betätigungen des Aktorglieds mit verschiedenen Zieldruckwerten durchzuführen. Die Ventilanordnung 2 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, bei jeder Betätigung eine jeweilige Bewegungsqualität-Information zu ermitteln. Die Ventilanordnung 2 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis der Bewegungsqualität-Informationen und der verschiedenen Zieldruckwerte einen Zieldruckwert für eine/die weitere Betätigung zu ermitteln. Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, für die weitere Betätigung denjenigen Zieldruckwert zu verwenden, der bei einer oder mehreren vorherigen Betätigungen zu einer ausreichenden Bewegungsqualität geführt hat.The
Optional ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, eine erste Betätigung des Aktors 3 in einem normalen Betriebsmodus durchzuführen und eine zweite Betätigung des Aktors 3 in dem Druckluft-Einsparmodus (in dem zweckmäßigerweise eine Druckabsenkung gegenüber dem normalen Betriebsmodus gegeben ist) durchzuführen, und für beide Betätigungen die Bewegungsqualität-Information zu ermitteln, um zu bestimmen, ob durch den Druckluft-Einsparmodus die Bewegungsqualität verschlechtert wurde. Ist dies der Fall, so deaktiviert die Ventilanordnung 2 den Druckluft-Einsparmodus oder erhöht im Druckluft-Einsparmodus den Zieldruckwert und/oder den Gegendruckwert für die nächste Betätigung.Optionally, the
Optional ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, auf Basis der Bewegungsqualität-Information, insbesondere auf Basis des Verhältnisses der ersten Betätigungszeit zu der zweiten Betätigungszeit, den Zieldruck und/oder den Gegendruck derart anzupassen, dass sich die erste Betätigungszeit und die zweite Betätigungszeit aneinander annähern.Optionally, the
Optional ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, auf Basis der Schwankungs-Information 72 - beispielsweise in Ansprechen darauf, dass die Schwankungs-Information eine Schwankung oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts anzeigt - den Zieldruckwert der Antriebskammer für die nächste Betätigung des Aktors 3 zu erhöhen.Optionally, the
Optional ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, in Ansprechen darauf, dass die Rückprall-Information anzeigt, dass ein Rückprall vorhanden ist, den Gegendruckwert der Gegenkammer für die nächste Betätigung des Aktors 3 zu erhöhen.Optionally, the
Vorzugsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, die Belüftung des Aktors 3, insbesondere den Zieldruck und/oder den Gegendruck, iterativ anzupassen. Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, nach jeder Betätigung des Aktors 3 die Bewegungsqualität-Information dieser Betätigung zu berechnen und basierend auf der Bewegungsqualität-Information die Belüftung des Aktors für die nächste Betätigung anzupassen.The
Bevorzugt ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, für die weitere Betätigung des Aktorglieds 11 die erste Druckkammer 10 und/oder die zweite Druckkammer 20 gepulst zu belüften.The
Optional ist die Ventilanordnung 2, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, auf Basis der Bewegungsqualität-Information eine Diagnose durchzuführen. Auf Basis der Diagnose kann beispielsweise eine vorbeugende Wartung (predictive maintenance) durchgeführt werden. Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, eine zeitliche Veränderung, insbesondere eine Tendenz, der Bewegungsqualität-Information 70, insbesondere der Losfahrzeit 74, zu berechnen und darauf basierend eine Diagnoseinformation zu erzeugen, die einen Zustand des Systems 1, insbesondere des Aktors 3 und/oder der Ventilanordnung 2, anzeigt. Beispielsweise kann die Ventilanordnung 2 auf Basis einer sich über die Zeit verlängernden Losfahrzeit 74 darauf schließen, dass ein Verschleiß des Aktors 3 vorliegt und eine Diagnoseinformation erzeugen, die diesen Verschleiß anzeigt.Optionally, the
Optional ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, auf Basis der Bewegungsqualität-Information 70, insbesondere auf Basis der Losfahrzeit 74, zu erkennen, welche Last oder Masse mit dem Aktor 3 betätigt wird - also insbesondere die Masse des Betätigungsobjekts 9. Beispielsweise ist die Ventilanordnung 2 ausgebildet, auf Basis der Bewegungsqualität-Information 70, insbesondere der Losfahrzeit 74, eine Leerfahrt des Aktors 3 zu erkennen.Optionally, the
Unter Bezugnahme auf die
Das Verfahren umfasst einen Schritt S1, bei dem die Betätigung des Aktorglieds 11 des pneumatischen Aktors 3 durchgeführt wird. Während der Betätigung wird der erste zeitliche Druckverlauf erfasst, um die ersten Druckverlauf-Daten bereitzustellen.The method includes a step S1, in which the actuation of the actuator member 11 of the
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S2, bei dem unter Verwendung des Machine-Learning-Modells 31, die Bewegungsqualität-Information auf Basis der ersten Druckverlauf-Daten ermittelt wird.The method further includes a step S2, in which the movement quality information is determined based on the first pressure curve data using the
Das Verfahren umfasst insbesondere einen Schritt S3, bei dem geprüft wird, ob die Bewegungsqualität-Information eine ausreichende Bewegungsqualität oder eine nicht-ausreichende Bewegungsqualität anzeigt.The method includes in particular a step S3, in which it is checked whether the movement quality information indicates sufficient movement quality or insufficient movement quality.
Insbesondere in Ansprechen darauf, dass die Bewegungsqualität-Information eine nicht-ausreichende Bewegungsqualität anzeigt, fährt das Verfahren mit dem Schritt S4 fort, bei dem für eine weitere Betätigung des Aktorglieds 11 eine Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder eine Belüftung der zweiten Druckkammer 20 angepasst wird, insbesondere durch Erhöhung des Zieldruckwerts und/oder des Enddruckwerts.In particular, in response to the fact that the movement quality information indicates an insufficient movement quality, the method continues with step S4, in which, for further actuation of the actuator member 11, the
Das Verfahren fährt zweckmäßigerweise mit einer erneuten Durchführung des Schritts S1 fort, um eine weitere Betätigung des Aktorglieds 11 durchzuführen, wobei die weitere Betätigung mit der angepassten Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder der angepassten Belüftung der zweiten Druckkammer 20 durchgeführt wird, insbesondere mit dem erhöhten Zieldruckwert und/oder dem erhöhten Enddruckwert.The method expediently continues with carrying out step S1 again in order to carry out a further actuation of the actuator member 11, the further actuation being carried out with the adapted ventilation of the
Insbesondere in Ansprechen darauf, dass die Bewegungsqualität-Information eine ausreichende Bewegungsqualität anzeigt, wird der Schritt S4 zweckmäßigerweise nicht durchgeführt und das Verfahren fährt mit einer erneuten Durchführung des Schritts S1 fort, um eine weitere Betätigung des Aktorglieds 11 durchzuführen, wobei die weitere Betätigung zweckmäßigerweise mit der gleichen Belüftung der ersten Druckkammer 10 und/oder der zweiten Druckkammer 20 wie die vorherige Betätigung durchgeführt wird, insbesondere mit dem gleichen Zieldruckwert und/oder dem gleichen Enddruckwert wie die vorherige Belüftung.In particular, in response to the fact that the movement quality information indicates a sufficient movement quality, step S4 is expediently not carried out and the method continues by carrying out step S1 again in order to carry out a further actuation of the actuator member 11, the further actuation expediently being carried out with the same ventilation of the
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Bewegungsqualität-Information 70 ohne Verwendung eines Durchflusssensors ermittelt. Zweckmäßigerweise ermittelt die Ventilanordnung 2 die Bewegungsqualität-Information ohne Kenntnis eines Öffnungsquerschnitts eines Ventils und/oder ohne Kenntnis einer Drosselstellung des pneumatischen Aktors und/oder ohne Kenntnis des Typs des pneumatischen Aktors. Insbesondere ermittelt die Ventilanordnung 2 die Bewegungsqualität-Information auf Basis von ausschließlich dem ersten zeitlichen Druckverlauf und dem zweiten zeitlichen Druckverlauf.According to a preferred embodiment, the
Bevorzugt ist keine Sensoreinheit, insbesondere kein Positionssensor und/oder kein Drucksensor, am Aktor 3 vorhanden. Insbesondere erfolgt keine direkte Erfassung von Drücken in den Druckkammern 10, 20. Zweckmäßigerweise erfasst die Ventilanordnung 2 den ersten Druck und/oder den zweiten Druck auf Basis von an den Arbeitsausgängen 21, 22 gemessenen Drücken.Preferably, no sensor unit, in particular no position sensor and/or no pressure sensor, is present on the
Vorzugsweise verwendet die Ventilanordnung 2 zur Ermittlung der Bewegungsqualität-Information keine Information über eine Kolbenfläche des Aktors 3. Insbesondere führt die Ventilanordnung 2 zur Ermittlung der Bewegungsqualität-Information keine explizite Kraftberechnung durch.Preferably, the
Zweckmäßigerweise bildet die Ventilanordnung 2, insbesondere das Machine-Learning-Modell 31, zur Ermittlung der Bewegungsqualität-Information keine Druckdifferenzen und/oder keine Ableitungen.Appropriately, the
Bevorzugt wird das Machine-Learning-Modell 31, insbesondere ein, mehrere oder sämtliche künstliche neuronale Netze 50 des Machine-Learning-Modells 31 mit Trainings-Daten trainiert. The
Die Trainings-Daten werden zweckmäßigerweise durch Simulationen erhalten und/oder durch Messungen von realen pneumatischen Betätigungen eines pneumatischen Aktors. Zweckmäßigerweise umfassen die Trainings-Daten eine Vielzahl von ersten Druckverlauf-Daten und/oder zweiten Druckverlauf-Daten, jeweils in Zuordnung zu einer Bewegungsqualität-Information. Mittels der Trainings-Daten wird das Machine-Learning-Modell trainiert, um die ersten Druckverlauf-Daten und/oder die zweiten Druckverlauf-Daten auf die Bewegungsqualität-Information abzubilden.The training data is expediently obtained through simulations and/or through measurements of real pneumatic actuations of a pneumatic actuator. The training data expediently includes a large number of first pressure curve data and/or second pressure curve data, each associated with movement quality information. The machine learning model is trained using the training data to map the first pressure curve data and/or the second pressure curve data onto the movement quality information.
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