DE102022111561A1

DE102022111561A1 - Verfahren zur Steuerung einer Verpackungsmaschine

Info

Publication number: DE102022111561A1
Application number: DE102022111561.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sawadsky; Steffen Bohnhorst
Original assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Current assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-16
Also published as: WO2023217546A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Verpackungsmaschine zur Herstellung von Verpackungen mit jeweils mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, bevorzugt als Servoantriebe ausgebildeten Antrieben (A, B, C), die jeweils ein Maschinenorgan der Verpackungsmaschine antreiben und sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren könnten. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Steuerung der Verpackungsmaschine eine Datenkontur (24) verwendet wird, die in einem Datenraum (23), der (insbesondere sämtliche) mögliche Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) abbildet, eine Kollisionszone begrenzt, die in dem Datenraum (23) diejenigen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) umfasst, bei denen die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur (automatischen) Steuerung einer Verpackungsmaschine zur Herstellung von Verpackungen, bevorzugt zur Herstellung von Verpackungen für rauchbare Produkte der Tabakindustrie, mit jeweils mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, bevorzugt als Servoantriebe ausgebildeten Antrieben, die jeweils ein Maschinenorgan der Verpackungsmaschine antreiben und sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane miteinander oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kollidieren könnten. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Verpackungen, die mit dem vorgenannten Verfahren gesteuert werden kann.
Verpackungsmaschinen weisen häufig, insbesondere in verschiedenen Bereichen der Maschine, mehrere Gruppen von Maschinenorganen auf, bei denen sich die Bewegungsbahnen der Mitglieder der jeweiligen Gruppe in der vorstehend geschilderten Weise jeweils untereinander in einem Überschneidungsbereich schneiden. Auf der anderen Seite wurde in Verpackungsmaschinen in den letzten Jahren mehr und mehr die mechanische (Bewegungs-)Kopplung von einzelnen, sich bewegenden Maschinenorganen, wie etwa Schiebern, Förderern, Revolvern etc., an eine drehende Königs- oder Masterwelle aufgegeben zu Gunsten von einzelnen, elektronisch an einen Maschinentakt gekoppelten Servoantrieben für diese Maschinenorgane.
Mit dem Einsatz separater Servoantriebe für die einzelnen sich bewegenden Maschinenorgane steigt allerdings naturgemäß die Gefahr von Kollisionen zwischen dem jeweiligen Maschinenorgan (oder einem von einem solchen gehandhabten Produkt) und einem weiteren sich bewegenden Maschinenorgan der betrachteten Gruppe.
Besondere Probleme stellen sich beim Synchronisieren der einzelnen Antriebe und somit der von ihnen bewegten Maschinenorgane bzw. der von diesen gehandhabten Produkte. Insbesondere vor einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Verpackungsmaschine kann es passieren, dass die Antriebe bzw. die von ihnen angetriebenen Maschinenorgane zueinander in undefinierten, nicht synchronisierten Stellungen stehen. Für einen späteren kollisionsfreien (Regel-)Betrieb der Maschine ist es daher häufig erforderlich, die Maschinenorgane zuvor auszurichten und diese dabei in definierte Ausgangsstellungen bzw. Synchronstellungen zu bringen. Aufgrund der sich grundsätzlich überschneidenden Bewegungsbahnen der Maschinenorgane besteht dabei ein erhebliches Risiko von unerwünschten Kollisionen der Maschinenorgane, sodass ein solches Ausrichten häufig händisch durchgeführt wird.
Die DE 10 2018 008 815 A1 möchte Kollisionen vermeiden, indem ein Arbeitsraumdatenbereich erzeugt wird bzw. ein Datenraum, der einen Arbeitsraum abbildet, in dem sich die in ihren Bewegungen überschneidenden Maschinenorgane bzw. die von diesen gehandhabten Produkte bewegen. Innerhalb des Datenraums werden Zonen definiert, innerhalb derer Kollisionen auftreten können sowie Zonen, innerhalb deren dies nicht der Fall ist. Auf Basis bzw. innerhalb des Datenraums werden dann die Maschinenorgane bewegt. Unter anderem für ein Synchronisieren der einzelnen Antriebe und somit der von ihnen bewegten Maschinenorgane bzw. von diesen gehandhabten Produkte, beispielsweise im Rahmen einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Maschine, wäre es ausgehend hiervon letztlich erforderlich, sämtliche Stellungs- bzw. Bewegungskonstellationen der Maschinenorgane in der Steuerung der Maschine zu hinterlegen, was allerdings abhängig von der Anzahl von Maschinenorganen zu einer hohen Datenmenge führen kann, die jeweils bei der Kollisionsverhinderung berücksichtigt werden muss.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Steuerungsverfahren und die eingangs genannte Herstellvorrichtung weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Erfindungsgemäß ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Steuerung der Verpackungsmaschine, insbesondere der Steuerung der Bewegung der Maschinenorgane, bevorzugt zur kollisionsfreien Synchronisierung der Maschinenorgane zueinander in einem Synchronisationsbetrieb, beispielsweise während einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Verpackungsmaschine, eine Datenkontur verwendet wird, die (als Teilmenge desselben) in einem bzw. dem Datenraum, der (insbesondere sämtliche) mögliche Relativstellungen der Antriebe abbildet, eine Kollisionszone begrenzt, die in dem Datenraum diejenigen Relativstellungen der Antriebe umfasst, bei denen die Maschinenorgane miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kollidieren können.
Indem erfindungsgemäß demnach zur bzw. im Rahmen der Steuerung der Bewegungen der Maschinenorgane eine sich innerhalb des genannten Datenraums befindliche, die Kollisionszone begrenzende Datenkontur verwendet wird, ist es möglich, hierfür im Vergleich zu den Lösungen des Standes der Technik auf einen Großteil der Datenmenge des Datenraums zu verzichten und nur die Daten der Datenkontur zu verwenden. Hierdurch werden die Anforderungen an die Rechenleistungen der Steuerungseinrichtung der Verpackungsmaschine massiv reduziert. Es ist dabei beispielsweise möglich, zunächst den Datenraum offline bzw. außerhalb des Betriebs der Verpackungsmaschine zu erzeugen, daraus die die Kollisionszone begrenzende Datenkontur abzuleiten und im Steuerungsbetrieb der Maschine ausschließlich die Datenkontur zu verwenden. Wobei dies naturgemäß nicht ausschließt, den Datenraum auch online bzw. im Betrieb der Verpackungsmaschine zu erzeugen und dennoch für die eigentliche Bewegungsteuerung dann nur die Datenkontur zu verwenden.
Zur Vereinfachung der Darstellung wird im Rahmen dieser Anmeldung jeweils von Beispielen ausgegangen, in denen sich jeweils die Bewegungsbahnen von zwei Maschinenorganen überschneiden. Es versteht sich aber, dass sich die erfindungsgemäßen Konzepte auch ohne Weiteres auf Konstellationen mit mehr als zwei solcher Maschinenorgane übertragen lassen.
Vorzugsweise bildet die Datenkontur in dem Datenraum eine Grenze, insbesondere eine Grenzlinie, zwischen der Kollisionszone und einer Nicht-Kollisionszone, die in dem Datenraum diejenigen Relativstellungen der Antriebe umfasst, bei denen die Maschinenorgane nicht miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kollidieren können. Die Grenze kann dabei vorzugsweise die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone umgeben oder umschließen.
Dabei kann die Datenkontur Bestandteil der Nicht-Kollisionszone sein und die äußere Grenze der Nicht-Kollisionszone zur Kollisionszone bilden oder alternativ Bestandteil der Kollisionszone sein und die äußere Grenze der Kollisionszone zur Nicht-Kollisionszone bilden.
Was konkret die Datenkontur betrifft, so können diese bzw. die zu der Datenkontur gehörenden Daten dabei insbesondere automatisch aus dem die Kollisionszone und die Nicht-Kollisionszone umfassenden Datenraum abgeleitet, extrahiert und danach in einem vorzugsweise einer oder der Steuerung der Verpackungsmaschine zugeordneten elektronischen Speicher hinterlegt werden.
Die Erzeugung des Datenraums kann vorzugsweise computergestützt erfolgen. Dabei werden bevorzugt die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone als jeweilige Teilmenge des Datenraums definiert. Die die Kollisionszone begrenzende Datenkontur bzw. die zu der Datenkontur gehörenden Daten können ebenfalls als Teilmenge insbesondere automatisch aus dem die Kollisionszone und die Nicht-Kollisionszone umfassenden Datenraum abgeleitet, extrahiert und danach in einem bevorzugt der Steuerung der Verpackungsmaschine zugeordneten elektronischen Speicher hinterlegt werden.
Im Rahmen der Erzeugung des Datenraums sowie der Definition der Kollisionszonen, der Nicht-Kollisionszonen und der Datenkontur in dem Datenraum kann ein (zumindest) die Antriebe und die Maschinenorgane abbildendes, digitales Simulationsmodell der Verpackungsmaschine erstellt und/oder verwendet werden (die Erstellung kann beispielsweise mittels eines Simulationsprogramms erfolgen), wobei mittels des Simulationsmodells unterschiedliche Relativstellungen der Antriebe und die sich bei diesen Relativstellungen einstellenden Zustände der Verpackungsmaschine, bevorzugt mittels des Simulationsprogramms, simuliert werden, insbesondere der Maschinenorgane.
Die Datenkontur und/oder der Datenraum können dabei die Relativstellungen der Antriebe über bevorzugt auf Drehwinkeln der Antriebe basierende Koordinaten abbilden, vorzugsweise als eine oder mehrere Tabellen, Listen, Arrays, konvexe Hüllen und/oder Fourierparameter.
Es ist auch denkbar, dass die Datenkontur die Relativstellungen der Antriebe über bevorzugt auf Drehwinkeln dieser Antriebe basierenden mathematischen Funktionsgleichungen abbildet.
Die Datenkontur könnte im Übrigen bevorzugt die Relativstellungen von jeweils zwei Antrieben über feste Koordinatenpaare von insbesondere auf Drehwinkeln dieser Antriebe basierenden Koordinaten abbilden.
Vorzugsweise werden dann für die Steuerung der Antriebe und/oder für die Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Koordinatenpaare freigegeben, die auf der Datenkontur liegen bzw. die auf der Datenkontur liegenden Koordinatenpaare werden hierfür gesperrt, sodass die Antriebe im Rahmen der Steuerung und/oder im Rahmen der Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Relativstellungen einnehmen können, die gesperrten Koordinatenpaaren entsprechen.
Was die konkrete Steuerung der Antriebe mit Hilfe der Datenkontur betrifft, so ist denkbar, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe, insbesondere mittels geeigneter Sensoren, vorzugsweise kontinuierlich oder periodisch abgefragt wird, und dass geprüft wird, ob diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur liegt.
Für den Fall, dass diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur liegt, kann dann beispielsweise ein Signal erzeugt werden, das von der Steuerung weiterverarbeitet wird, beispielsweise ein Fehlersignal.
Insbesondere kann in einer konkreten Umsetzung des erfindungsgemäßen Grundgedankens vorgesehen sein, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe abgefragt wird, insbesondere mittels geeigneter Sensoren, wie etwa Drehwinkelgebern.
Für den Fall, dass die Ist-Relativstellung von einer vorbestimmten, insbesondere in einem Speicher hinterlegten Synchronstellung der Antriebe abweicht, kann dann automatisch ein kollisionsfreier Verfahrweg errechnet werden, entlang dem die Antriebe durch Bewegen eines oder mehrerer der Antriebe aus der Ist-Relativstellung in eine einer Synchronstellung der Antriebe entsprechende Synchron-Relativstellung überführt werden können, und zwar ohne dass dabei die aktuellen Relativstellungen der Antriebe die Datenkontur berühren bzw. einen Wert annehmen, der auf der Datenkontur liegt.
Dabei können die Antriebe durch Bewegen eines oder mehrerer Antriebe entlang dieses Verfahrwegs in die Synchron-Relativstellung überführt werden.
Zweckmäßigerweise sind dabei die Maschinenorgane, wenn sich die diese antreibenden Antriebe, insbesondere vor bzw. bei Beginn eines Normalbetriebs der Antriebe und/oder der Maschine, in der Synchron-Relativstellung befinden, derart zueinander ausgerichtet, dass bei nachfolgender synchronisierter Steuerung der Antriebe, insbesondere während eines Normalbetriebs der Antriebe und/oder der Maschine, ein kollisionsfreier Betrieb auch im Überschneidungsbereich der Maschinenorgane möglich ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Antriebe, nachdem sich die Antriebe dann in der Synchron-Relativstellung befinden, in einen Normalbetrieb versetzt werden, in dem sie vorzugsweise gemäß vorbestimmten, in einem Speicher hinterlegten Bewegungsgesetzen insbesondere taktweise oder kontinuierlich synchronisiert gesteuert werden.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigt:

1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäß gesteuerten Verpackungsmaschine zur Herstellung von Packungen für Tabakprodukte mit mehreren unabhängigen Antrieben, die Maschinenorgane bewegen, wobei sich in einem ersten Überschneidungsbereich die Bewegungsbahnen von zwei Maschinenorganen überschneiden und in einem zweiten Überschneidungsbereich die Bewegungsbahn eines Maschinenorgans mit der Bewegungsbahn von Produkten, die von einem Maschinenorgan bewegt werden,
2 eine Seitenansicht auf die Verpackungsmaschine entlang der Blickrichtung II in 1,
3 eine Seitenansicht auf die Verpackungsmaschine entlang der Blickrichtung III in 2,
4, 5 exemplarische Visualisierungen eines Datenraums gemäß dem Stand der Technik,
6, 7 exemplarische Visualisierungen eins Datenraums gemäß der vorliegenden Erfindung mit darin definierten Datenkonturen,
8 eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus zur Energieversorgung der Verpackungsmaschine.

Die vorstehend dargestellten erfindungsgemäßen Zusammenhänge werden nachfolgend zunächst anhand einer speziellen Verpackungsmaschine erläutert (1 - 3), nämlich einer Verpackungsmaschine 10 zur Verpackung von Zigaretten 11 bzw. zur Herstellung von Zigarettenpackungen mit Zigaretten 11 als Packungsinhalt, die zu diesem Zweck nur ausschnittsweise dargestellt ist. Verpackungsmaschinen für Zigaretten oder andere Produkte sind dem Fachmann bekannt und werden daher vorliegend nicht näher beschrieben. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren auch bei anderen Arten von Verpackungsvorrichtungen bzw. Verpackungsmaschinen anwendbar ist.
Weiter versteht es sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren in allen Bereichen einer Verpackungsmaschine angewandt werden kann, in denen sich zwei oder noch mehr von (motorischen) Antrieben angetriebene Maschinenorgane der Verpackungsmaschine auf Bewegungsbahnen in einem Arbeitsraum bewegen, in dem es in einem Überschneidungsbereich zu Kollisionen eines sich bewegenden Maschinenorgans mit einem anderen sich bewegenden Maschinenorgan oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kommen kann.
Es ist in der 1 ein Teil der Verpackungsmaschine 10 gezeigt, in dem in einem ersten Bereich Zigaretten 11 durch von einem Antrieb C im Maschinentakt hin und her bewegte, vorliegend als Einstößer 12 ausgebildete Maschinenorgane gruppen- und taktweise aus einem Zigarettenmagazin 13 in positionsgenau bereitgehaltene, von einem Antrieb A taktweise (weiter-)bewegte, vorliegend als Taschen 14 eines umlaufenden Taschenförderers 15 ausgebildete Maschinenorgane gestoßen oder geschoben werden. Die Bewegungsbahn der Zigarettengruppen und die Bewegungsbahn der Taschen 14 schneiden sich dabei in einem Überschneidungs- und Übernahmebereich 18, in dem es beispielsweise bei fehlerhafterweise nicht positionsgenauer, beispielsweise seitlich zu stark versetzter Ausrichtung der Taschen 14 zu einer Kollision der jeweiligen Zigarettengruppe mit einer der Taschenwände der Taschen 14 kommen kann.
Der Taschenförderer 15 fördert die Zigarettengruppen im Weiteren taktweise in Richtung eines umlaufenden Mitnehmerförderers 16, der über einzelne, von einem Antrieb B bewegte, vorliegend als Mitnehmer 17 ausgebildete Maschinenorgane verfügt, die sich auf einer quer zu der Förderebene der Taschen 14 verlaufenden Förderbahn bewegen.
In einem weiteren Überschneidungs- und Übernahmebereich 22, in dem sich die Förder- bzw. Bewegungsbahn der Taschen 14 und die Förder- bzw. Bewegungsbahn der Mitnehmer 17 schneiden, wird jeweils ein oberes, an die Innenkontur der jeweiligen Tasche 14 angepasstes Mitnehmerteil 21 eines der Mitnehmer 17 durch eine jeweils bereitgehaltene Tasche 14 längs hindurchbewegt und fördert dabei die in der Tasche 14 befindliche Zigarettengruppe (unter Mitnahme derselben) quer zur Förderebene der Taschen 14 aus der Tasche 14 in Richtung einer nachfolgenden Wickelstation 19, in der dann ein Innenzuschnitt 20 auf die Zigarettengruppe gelegt und um diese gefaltet wird. Auch in dem Überschneidungs- und Übernahmebereich 22 kann es zu Kollisionen kommen, beispielsweise zu einer Kollision eines Mitnehmers 17 mit einer bereitgehaltenen Tasche 14 bzw. einer Taschenwand derselben bei fehlerhafterweise, nicht positionsgenauer Ausrichtung der Taschen 14 relativ zu den Mitnehmern 17 bzw. den oberen Mitnehmerteilen 21.
Die Antriebe A, B, C sind individuell ansteuerbar und vorliegend jeweils als Servoantriebe mit Servomotor und entsprechender Lageregelung ausgelegt.
Die Einstößer 12, die Taschen 14 (ggf. auch der gesamte Taschenförderer 15) und die Mitnehmer 17 (ggf. auch der gesamte Mitnehmerförderer 16) können die von den Antrieben C, A bzw. B bewegten Maschinenorgane bilden, die sich auf Bewegungsbahnen bewegen, die sich überschneiden. Die Antriebe A, B bilden dabei eine erste Gruppe von Antrieben der Verpackungsmaschine 10, deren von ihnen angetriebenen Maschinenorgane sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, und die nach einem Stillstand der Maschine 10, insbesondere vor einer Erst- und/oder Wiederinbetriebnahme derselben, gegebenenfalls synchronisiert werden müssen. Die Antriebe A, C bilden entsprechend eine zweite solche Gruppe.
Naturgemäß ist die Erfindung nicht auf die vorgenannten speziellen Maschinenorgane beschränkt. Vielmehr können sämtliche denkbaren, von Antrieben jeweils bewegten Maschinenorgane von der Erfindung umfasst sein, deren Bewegungsbahnen sich in einem Überschneidungsbereich schneiden.
Wie erwähnt könnten sich insbesondere (aber nicht nur) bei einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Verpackungsmaschine 10 besondere Probleme stellen. So kann es passieren, dass die Antriebe A, B, C und entsprechend die Maschinenorgane 12, 14, 17 zueinander in undefinierten, nicht synchronisierten Stellungen stehen, was es erforderlich macht, vor dem Start der Maschine in den Normalbetrieb, die Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. die sie bewegenden Antriebe A, B, C zu synchronisieren, um Kollisionen zu verhindern. Für einen späteren kollisionsfreien (Regel-)Betrieb der Verpackungsmaschine 10 ist es demnach in einer solchen Situation erforderlich, die Maschinenorgane 12, 14, 17 zuvor auszurichten und dabei in definierte Ausgangsstellungen bzw. Synchronstellungen zu überführen.
Aufgrund der sich in der jeweiligen Gruppe grundsätzlich überschneidenden Bewegungsbahnen der Maschinenorgane 12, 14 bzw. 14, 17 besteht dabei allerdings im Rahmen eines solchen Ausrichtungsprozesses ein erhebliches Risiko von unerwünschten Kollisionen der Maschinenorgane 12, 14 bzw. 14, 17.
Um ein möglichst sicheres Überführen der Maschinenorgane 12, 14 bzw. 14, 17 in ihre Synchronstellungen zu ermöglichen, wird die Verpackungsmaschine 10 daher im vorliegenden Fall vor dem regulären Normalbetrieb der Verpackungsmaschine 10 in einem gesonderten, automatischen Synchronisationsbetrieb in besonderer Weise gesteuert.
Anhand der Ist-Stellungen wird durch Vergleich mit in einem einer Steuerung 25 der Verpackungsmaschine 10 zugeordneten Datenspeicher 25a hinterlegten Synchronstellungen (diese bilden Sollpositionen bzw. Solldrehwinkel für die Antriebe A, B und C) von der Steuerung 25 geprüft, ob sich die Antriebe A, B, C bereits in einer Synchronstellung befinden. Falls dies so ist, kann unmittelbar der Normalbetrieb der Verpackungsmaschine 10 starten.
Falls nicht, ist vorgesehen, einen kollisionsfreien Verfahrweg für die Antriebe A, B bzw. C zu ermitteln, entlang dem die Antriebe A, B bzw. C durch Bewegen mindestens eines der Antriebe in die Synchronstellung überführen werden können.
Hierzu wird erfindungsgemäß zunächst (insbesondere, aber nicht zwingend vor Inbetriebnahme der Vorrichtung 10) ein Satz von den Arbeitsraum der Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. der Antriebe A, B, C abdeckenden Daten erzeugt, nämlich ein Datenraum 23.
Dieser Datenraum 23 bildet die möglichen Relativstellungen der Antriebe A, B, C ab. Vorliegend beispielsweise mittels Kombinationen von Drehwinkelpositionen der Wellen der bevorzugt als Servomotoren ausgebildeten Antriebe A, B, C, die die Maschinenorgane 12, 14, 17 jeweils antreiben, wobei die Drehwinkel die Koordinaten in dem Datenraum 23 bilden.
Der Datenraum 23 kann im Ergebnis beispielsweise als (ggf. auch mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale) Tabelle in der Steuerung der Maschine oder einem der Steuerung zugeordneten Datenspeicher hinterlegt sein, vgl. 4 - 7.
Der Datenraum 23 beschreibt mittelbar auch die entsprechenden Relativpositionen der Maschinenorgane 12, 14, 17 in deren Arbeitsraum zueinander.
Als Teilmenge des Datenraums 23 bzw. der in der entsprechenden Tabelle hinterlegten Daten ist es im Stand der Technik bekannt, vgl. 4 und 5, zum einen ein Tabellen- bzw. Datenraumbereich 23.1 zu definieren - Nicht-Kollisionszone -, in dem sichergestellt ist, dass bei den dem Tabellenbereich 23.1 zugeordneten Kombinationen an Drehwinkeln bzw. Positionen der Wellen der Antriebe die Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. die von diesen ggf. gehandhabten Produkte (Zigarettengruppen) keine Kollisionsstellungen einnehmen. Beispielsweise, weil sich die Maschinenorgane 12, 14, 17 sowie zudem die gehandhabten Zigarettengruppen bei diesen Drehwinkelkombinationen sicher außer Eingriff befinden bzw. entsprechende Abstände voneinander aufweisen.
Als weitere Teilmenge wird ein Datenraumbereich 23.3 definiert - Produktkollisionszone -, bei dem sicher ist, dass bei den dort enthaltenen Kombinationen an Drehwinkeln speziell eine Kollision der von dem Maschinenorgan 12, vorliegend nämlich dem Einstößer gehandhabten Produkte, also der Zigarettengruppen, mit einer Tasche 14 erfolgt.
Als weitere Teilmenge wird ein Datenraumbereich 23.4 definiert - Maschinenorgankollisionszone -, bei dem sicher ist, dass bei den dort vorliegenden Kombinationen an Drehwinkeln speziell eine Kollision des Mitnehmers 17 mit einer Tasche 14 erfolgt (wie dies in der Konstellation der 3 der Fall wäre).
Schließlich wird als weitere Teilmenge ein Datenraumbereich 23.2 definiert - kollisionsnahe Zone -, in dem bei den dort vorliegenden Kombinationen an Drehwinkeln eine Kollision zwar nicht sicher ist, aber akut droht, da die entsprechenden Werte nahe an Kombinationen von Werten entweder des Datenraumbereichs 23.3 oder 23.4 liegen.
Aus den Werten des Datenraums 23 können dann beispielsweise computergestützt unmittelbar ein oder mehrere Verfahrwege für die Maschinenorgane 12, 14, 17 aus der Ist-Relativstellung in eine Synchronrelativstellung erzeugt bzw. errechnet werden, bei denen sichergestellt ist, dass keine Kollisionen auftreten sollten, wenn diese Verfahrwege ausschließlich Wertekombinationen umfassen, die in der Nicht-Kollisionszone 23.1 liegen bzw. keine Wertekombinationen, die in der Produkt- oder Maschinenorgankollisionszone 23.3 bzw. 23.4 oder in der kollisionsnahen Zone 23.2 liegen.
Die Anzahl der Daten und die Rechenleistung, die dabei zur Berechnung des Verfahrwegs benötigt wird, ist erheblich.
Deshalb sieht die Erfindung unter anderem vor, abweichende Teilmengendefinitionen innerhalb des Datenraums 23 vorzunehmen, vgl. 6 und 7.
Es werden im vorliegenden Beispiel drei Datenraumbereiche definiert, nämlich zum einen eine Kollisionszone 23.5, in der zu befürchten ist, dass Kollisionen auftreten können. Des Weiteren ein Grenzbereich 24 - Datenkontur -, vorliegend eine Grenzlinie, die jeweils im Ergebnis nach Art einer Konturlinie die Kollisionszone 23.5 begrenzt und vorliegend eine einen dritten Datenraumbereich bildende Nicht-Kollisionszone 23.6 einschließt. Die Datenkontur 24 grenzt die Kollisionszone 23.5 dabei von der Nicht-Kollisionszone 23.6 ab, in der zumindest im vorliegenden Beispiel sichergestellt ist, dass keine Kollisionen auftreten können.
Die Datenkontur 24 ist dabei (äußerer) Bestandteil der Nicht-Kollisionszone 23.6, sie kann theoretisch aber auch (äußerer) Bestandteil der Kollisionszone 23.5 sein.
Ausgehend hiervon ist es möglich, für die Ermittlung der Verfahrwege und entsprechend auch für die Steuerung der Maschinenorgane 12, 14, 17 nur einen geringen Teil der Daten des Datenraums 23 zu verwenden, nämlich die Daten der Datenkontur 24, die dann zu diesem Zweck aus dem wie vorstehend beschrieben erzeugten Datenraum 23 extrahiert werden und beispielsweise als Drehwinkel-Koordinatenpaare 36 in dem Speicher 25a hinterlegt werden, vgl. 2.
Entsprechend kann mittels im Stand der Technik bekannter Sensoren, wie etwa Drehwinkelgebern, zunächst die aktuelle Ist-Relativstellung (als Kombination der jeweiligen Ist-Drehwinkel) der Antriebe A, B, C abgefragt werden, und dann für den Fall, dass die Ist-Relativstellung von einer vorbestimmten, ggf. ebenfalls in dem Speicher 25a hinterlegten Synchronstellung der Antriebe A, B, C abweicht, automatisch ein kollisionsfreier Verfahrweg errechnet werden, entlang dem die Antriebe A, B, C durch Bewegen eines oder mehrerer der Antriebe A, B, C aus der Ist-Relativstellung in eine einer Synchronstellung der Antriebe A, B, C entsprechende Synchron-Relativstellung überführt werden können, und zwar mit der Maßgabe, dass dabei die aktuellen Relativstellungen der Antriebe die Datenkontur 24 nicht berühren bzw. keinen Wert annehmen, der auf der Datenkontur liegt.
Anschließend können die Antriebe A, B, C durch Bewegen eines oder mehrerer Antriebe A, B, C entlang dieses Verfahrwegs in die Synchron-Relativstellung überführt werden.
In einfachster Form kann die Berechnung des Verfahrwegs (unter Heranziehung geeigneter Algorithmen) insbesondere computergestützt nahezu ausschließlich auf Basis der Datenkontur 24 erfolgen, ohne dass zumindest weitere Daten über die Nicht-Kollisionszone 23.6 bzw. die Kollisionszone 23.5 erforderlich sind. Im Rahmen der Berechnung würden die Daten, die auf der Datenkontur 24 liegen, entsprechend als unzulässig bzw. als gesperrt/nicht freigegeben bewertet werden.
Was die Erzeugung der Daten des Datenraums 23 betrifft, die Definition der Kollisionszone 23.5, die Definition der Nicht-Kollisionszone 23.6 und die Ableitung der Datenkontur 24 hieraus (bzw. das Definieren bzw. Legen der Grenzkontur um die Kollisionszone), so können diese Maßnahmen allgemein gesprochen insbesondere automatisch oder teilautomatisch beispielsweise mittels eines auf einem Rechner ablaufenden Simulationsprogramms erfolgen, das unter anderem die Bewegungen oder Positionen der sich bewegenden Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. der von diesen gehandhabten Produkte in dem Arbeitsraum simulieren kann.
Die Steuerung 25 der Maschine 10 oder entsprechende andere/weitere Steuerungen der Antriebe A, B, C der Maschinenorgane 12, 14, 17 können dann entweder auf diese Daten zugreifen oder diese Daten werden ihnen übermittelt.
Denkbar ist auch weiter, dass das Simulationsprogramm ein digitales Abbild (digitaler Zwilling) der Maschine 10 oder eines mindestens die sich bewegenden Maschinenorgane 12, 14, 17 umfassenden Vorrichtungsbereichs erstellt.
In besonderer Weise erfolgt die Energieversorgung der Verpackungsmaschine 10 und insbesondere der Servomotoren, die die Maschinenorgane 12, 14, 17 antreiben. Dabei versteht es sich, dass eine solche Energieversorgung nicht auf den vorliegenden Fall beschränkt ist, sondern auch in anderen Konstellationen, insbesondere für andere Maschinen und Maschinenarten etc., eingesetzt werden kann.
Grundsätzlich wird für die Energieversorgung jeder Maschine eine möglichst stabile Spannungsversorgung benötigt. Allerdings kann die allgemeine Netz-/Versorgungsspannung 27 bekanntermaßen ungünstigerweise variieren.
Aus diesem Grund ist vorgesehen, die Netz-/Versorgungsspannung 27 durch einen Anpasstransformator 26 in eine konstante AC-Betriebsspannung (Wechselspannung), beispielsweise 3 × 400 V, umzuwandeln, vergleiche 8.
Diese konstante AC-Betriebsspannung wird dann in einem Hauptkreis 37 zur Verfügung gestellt, an den eine oder mehrere Maschinenmodule 33 einer Maschine, wie etwa die Verpackungsmaschine 10, angeschlossen sein können.
Jedes Maschinenmodul 33 kann beispielsweise unter anderem Servosysteme 28 umfassen, jeweils mit einem oder mehreren Servomotoren 29, Servostellern 30 und Power Supply bzw. Netzteil 31, sowie gegebenenfalls weitere Verbraucher 32.
Das Power Supply 31 des jeweiligen Servosystems 28 wandelt ganz allgemein die ihm zur Verfügung gestellte AC-Spannung in eine DC-Spannung für den jeweiligen Servosteller 30 um. Insbesondere, wenn es sich bei den Servosystemen 28 um sogenannte Multiachs-Servosysteme mit mehreren Servomotoren 29 handelt, besteht allerdings die Gefahr, dass die DC-Spannung unter den hohen Lasten im Betrieb einbricht bzw. zusammenbricht. Dies würde für eine Verschiebung der Motorkennlinien des jeweiligen, an den Servosteller 30 angeschlossenen Servomotors 29 sorgen, sodass das Spitzenmoment nur noch bis zu einer reduzierten Drehzahl des Servomotors 29 zur Verfügung stehen würde.
Ziel ist es aber naturgemäß, dass der jeweilige Servomotoren 29 seine maximale Drehzahl auch unter Spitzenlast erreicht.
Um dieses Problem zu lösen, ist vorgesehen, die DC-Spannung des Zwischen- oder Arbeitskreises 38, die den Servosystemen 28 zur Verfügung gestellt wird, bewusst gegenüber der Betriebsspannung des Hauptkreises 37, die der Anpasstransformator 26 zur Verfügung stellt, zu erhöhen. Hierfür ist vorliegend ein zweiter Transformator 34 vorgesehen (Spartransformator), der die AC-Betriebsspannung des Hauptkreises 37, beispielsweise 3 × 400 V, vgl. oben, erhöht auf beispielsweise 3 × 460 V.
Dementsprechend steht am Eingang des Servosystems 28 dann dem Power Supply 31 eine erhöhte AC-Spannung zur Verfügung, die das Power Supply 31 entsprechend in eine erhöhte DC-Spannung wandelt. Durch die dem Servosteller 30 bzw. den Servomotoren 29 bereitgestellte höhere DC-Spannung verschiebt sich die jeweilige Motorkennlinie des jeweiligen Servomotors 29, sodass die Spitzenlast auch bei maximaler Drehzahl erreicht werden kann.
Alternativ zu dem zweiten Transformator 34 oder in Kombination mit diesem kann im Übrigen auch eine Drossel 35 eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste:

10: Verpackungsmaschine
11: Zigaretten
12: Einstößer
13: Zigarettenmagazin
14: Taschen
15: Taschenförderer
16: Mitnehmerförderer
17: Mitnehmer
18: Überschneidungsbereich
19: Wickelstation
20: Innenzuschnitt
21: Mitnehmerteil
22: Überschneidungsbereich
23: Datenraum
23.1: Nicht-Kollisionszone
23.2: kollisionsnahe Zone
23.3: Produktkollisionszone
23.4: Maschinenorgankollisionszone
23.5: Kollisionszone
23.6: Nicht-Kollisionszone
24: Datenkontur
25: Steuerung
25a: Datenspeicher
26: Anpasstransformator
27: Netz-/Versorgungsspannung
28: Servosysteme
29: Servomotoren
30: Servosteller
31: Power Supply
32: Verbraucher
33: Maschinenmodule
34: Transformator
35: Drossel
36: Drehwinkelkoordinatenpaare
37: Hauptkreis
38: Zwischenkreis/Arbeitskreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018008815 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur (automatischen) Steuerung einer Verpackungsmaschine zur Herstellung von Verpackungen, bevorzugt zur Herstellung von Verpackungen für rauchbare Produkte der Tabakindustrie, mit jeweils mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, bevorzugt als Servoantriebe ausgebildeten Antrieben (A, B, C), die jeweils ein Maschinenorgan der Verpackungsmaschine antreiben und sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren könnten, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Steuerung der Verpackungsmaschine, insbesondere der Steuerung der Bewegung der Maschinenorgane (12, 14, 17), bevorzugt zur kollisionsfreien Synchronisierung der Maschinenorgane (12, 14, 17) zueinander in einem Synchronisationsbetrieb, eine Datenkontur (24) verwendet wird, die in einem Datenraum (23), der (insbesondere sämtliche) mögliche Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) abbildet, eine Kollisionszone begrenzt, die in dem Datenraum (23) diejenigen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) umfasst, bei denen die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren können.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) in dem Datenraum (23) eine Grenze bildet, insbesondere eine Grenzlinie, zwischen der Kollisionszone und einer Nicht-Kollisionszone, die in dem Datenraum (23) diejenigen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) umfasst, bei denen die Maschinenorgane (12, 14, 17) nicht miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren können, insbesondere, eine die die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone umgebende oder einschließende Grenze.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) Bestandteil der Nicht-Kollisionszone ist und die äußere Grenze der Nicht-Kollisionszone zur Kollisionszone bildet, oder dass die Datenkontur (24) Bestandteil der Kollisionszone ist und die äußere Grenze der Kollisionszone zur Nicht-Kollisionszone bildet.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe (A, B, C), insbesondere mittels geeigneter Sensoren, vorzugsweise kontinuierlich oder periodisch abgefragt wird, und dass geprüft wird, ob diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur (24) liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur (24) liegt, ein Signal erzeugt wird, insbesondere ein Fehlersignal.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe (A, B, C) abgefragt wird, insbesondere mittels geeigneter Sensoren, und dass für den Fall, dass die Ist-Relativstellung von einer vorbestimmten, insbesondere in einem Speicher hinterlegten Synchronstellung der Antriebe (A, B, C) abweicht, automatisch ein kollisionsfreier Verfahrweg errechnet wird, entlang dem die Antriebe (A, B, C) durch Bewegen eines oder mehrerer der Antriebe (A, B, C) aus der Ist-Relativstellung in eine einer Synchronstellung der Antriebe (A, B, C) entsprechende Synchron-Relativstellung überführt werden können, ohne dass dabei die aktuellen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) die Datenkontur (24) berühren bzw. einen Wert annehmen, der auf der Datenkontur (24) liegt, und dass die Antriebe (A, B, C) durch Bewegen eines oder mehrerer Antriebe (A, B, C) entlang dieses Verfahrwegs in die Synchron-Relativstellung überführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenorgane (12, 14, 17), wenn sich die diese antreibenden Antriebe (A, B, C), insbesondere vor bzw. bei Beginn eines Normalbetriebs der Antriebe (A, B, C) und/oder der Maschine, in der Synchron-Relativstellung befinden, derart zueinander ausgerichtet sind, dass bei nachfolgender synchronisierter Steuerung der Antriebe (A, B, C), insbesondere während eines Normalbetriebs der Antriebe (A, B, C) und/oder der Maschine, ein kollisionsfreier Betrieb auch im Überschneidungsbereich der Maschinenorgane (12, 14, 17) möglich ist.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (A, B, C), nachdem sich die Antriebe (A, B, C) in der Synchron-Relativstellung befinden, in einen Normalbetrieb versetzt werden, in dem sie vorzugsweise gemäß vorbestimmten, in einem Speicher hinterlegten Bewegungsgesetzen insbesondere taktweise oder kontinuierlich synchronisiert gesteuert werden.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenraum (23), der die möglichen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) abbildet, insbesondere computergestützt erzeugt wird, wobei die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone als jeweilige Teilmenge des Datenraums (23) definiert werden, und dass die die Kollisionszone begrenzende Datenkontur (24) bzw. die zu der Datenkontur (24) gehörenden Daten ebenfalls als Teilmenge insbesondere automatisch aus dem die Kollisionszone und die Nicht-Kollisionszone umfassenden Datenraum (23) abgeleitet, extrahiert und danach in einem bevorzugt einer Steuerung der Verpackungsmaschine zugeordneten elektronischen Speicher hinterlegt werden.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass ein (zumindest) die Antriebe (A, B, C) und die Maschinenorgane (12, 14, 17) abbildendes, digitales Simulationsmodell der Verpackungsmaschine erstellt wird, insbesondere mittels eines Simulationsprogramms, und/oder verwendet wird, dass mittels des Simulationsmodells unterschiedliche Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) und die sich bei diesen Relativstellungen einstellenden Zustände der Verpackungsmaschine, bevorzugt mittels des Simulationsprogramms, simuliert werden, insbesondere der Maschinenorgane (12, 14, 17), und dass der Datenraum (23) sowie die Definition der Kollisionszone, der Nicht-Kollisionszone und der Datenkontur (24) in dem Datenraum (23) auf Basis dieser Simulationen erfolgt.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) und/oder der Datenraum (23) die Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) über bevorzugt auf Drehwinkeln der Antriebe (A, B, C) basierende Koordinaten abbildet, vorzugsweise als eine oder mehrere Tabellen, Listen, Arrays, konvexe Hüllen und/oder Fourierparameter.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) die Relativstellungen von jeweils zwei Antrieben (A, B, C) über feste Koordinatenpaare von bevorzugt auf Drehwinkeln dieser Antriebe (A, B, C) basierenden Koordinaten abbildet.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung der Antriebe (A, B, C) und/oder für die Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Koordinatenpaare freigegeben sind, die auf der Datenkontur (24) liegen, bzw. dass die auf der Datenkontur (24) liegenden Koordinatenpaare hierfür gesperrt sind, sodass die Antriebe (A, B, C) im Rahmen der Steuerung und/oder im Rahmen der Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Relativstellungen einnehmen können, die gesperrten Koordinatenpaaren entsprechen.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) die Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) über bevorzugt auf Drehwinkeln dieser Antriebe (A, B, C) basierenden mathematischen Funktionsgleichungen abbildet.
Vorrichtung zur Herstellung von Verpackungen, bevorzugt eine Verpackungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Herstellung von Verpackungen für rauchbare Produkte der Tabakindustrie, mit mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Antrieben (A, B, C) zum Antreiben und Bewegen von jeweils einem Maschinenorgan der Verpackungsmaschine entlang von sich schneidenden Bewegungsbahnen, die sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren könnten, wobei der Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung zugeordnet ist oder wobei die Vorrichtung eine solche aufweist, und wobei die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie das Steuerungsverfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausführen kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Merkmale der Ansprüche 1-14.