DE19904664A1

DE19904664A1 - Verfahren und Vorrichtung zum anpassungsfähigen Steuern

Info

Publication number: DE19904664A1
Application number: DE19904664A
Authority: DE
Inventors: Gerard J Schorn; Thomas S Soistmann
Original assignee: Langston Corp
Current assignee: Langston Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-09-16
Also published as: GB2334792A; SE9900395D0; ES2152875B1; SE9900395L; GB9902222D0; JPH11268154A; FR2775365B1; ITMI990242A1; IT1308345B1; FR2775365A1; GB9802464D0; ES2152875A1

Abstract

Es ist eine Steuereinrichtung zum anpassungsfähigen Steuern der Bewegung eines Elementes wie beispielsweise einer Walze oder einer Führung einer Maschine in eine gewünschte Position vorgesehen. Die Steuereinrichtung errechnet eine Befehlsposition, indem ein vorgewählter Wert für die Totzone von der gewünschten Position subtrahiert wird. Die Steuereinrichtung gibt einem Element der Maschine das Signal, sich in die Befehlsposition zu bewegen. Ein Sensor bestimmt die tatsächliche Position des Elementes. Die Steuereinrichtung errechnet einen aktualisierten Wert für die Totzone, indem die tatsächliche Position von der Befehlsposition subtrahiert wird, und steuert eine folgende Bewegung des Elementes als Funktion des aktualisierten Wertes der Totzone.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regel- bzw. Steuerein richtung sowie auf ein Verfahren zum genauen Positionieren einer Achse oder eines bewegbaren Elementes in einer Maschine und insbesondere zum automatischen Einrichten der Achsen in einer Maschine zur Herstellung von Wellpappe oder anderen gewellten Materialien und/oder einer in Maschine zum Herstel len von Kartons und Emballagen.

Hintergrund der Erfindung

Maschinen zum Herstellen von Wellpappe und/oder Kartons und dgl. sind üblicherweise mit einer großen Anzahl von Walzen, beispielsweise Walzen, die das Entstehen der Wellen bewirken, Walzen zum Bedrucken, Druckrollen, Rollen zum Schneiden und Kerben, Seitenführungen und anderen Elementen versehen, die in einer bestimmten Weise ausgerichtet und positioniert werden müssen. Jede Walze oder Rolle rotiert um eine zentrale Achse. Für den einwandfreien Betrieb der Maschine ist es erforder lich, daß alle diese Achsen einwandfrei zueinander und zu den übrigen Teilen der Maschine ausgerichtet sind.

Derzeit wird das Einstellen der Achsen oder das "Einrichten" durch einen Rechner gesteuert. Üblicherweise wird die Achse jeder positionierbaren Walze positioniert, indem Einrichte-Signale verwendet werden, um Luftmotoren und Führungsspindeln anzutreiben. Dabei tritt immer ein Überschwingen oder eine "Totzone" auf, da die Motoren, Führungsspindeln und andere mechanische Teile nicht zu dem Zeitpunkt zum Stillstand kom men, zu welchem die Achsen genau ihre vorherbestimmte Posi tion erreicht haben.

Derzeit wird ein verhältnismäßig primitives Verfahren angewen det, um die Totzone zu berücksichtigen. Dabei wird ein Ein richte-Programm periodisch angewendet, um das Ausmaß des Über schwingens oder der Totzone festzustellen und es von den Ein richte-Signalen zu subtrahieren. Dies macht es jedoch er forderlich, daß die Maschine jede Woche für eine bestimmte Zeit aus der Produktion herausgenommen wird. Da Stillstands zeit einen Verlust an Geld bedeutet, ist die Bereitschaft der die Maschine bedienenden Personen, das Einrichte-Programm ablaufen zu lassen, relativ gering, so daß die Maschine dazu neigt, relativ schnell in einen Zustand mit sehr mangelhafter Ausrichtung zu kommen.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile vorhandener Einrichte-Tech niken, indem die Werte der Totzone kontinuierlich über wacht und tatsächlich während des Betriebs der Maschine gemes sen werden und die Totzonen-Werte kontinuierlich auf der Grundlage der gemessenen Werte aktualisiert werden.

Lehre der Erfindung

Es ist eine Steuereinrichtung zum anpassungsfähigen Steuern der Bewegung eines Elementes oder einer Achse, beispielsweise einer Rolle oder einer Führung in einer Wellpappe-Maschine, in eine gewünschte Position vorgesehen. Die Steuereinrichtung errechnet eine Befehlsposition, indem ein vorgewählter Wert für die Totzone, die als Regelunempfindlichkeits-Bereich auf gefaßt werden kann, von der gewünschten Position subtrahiert wird. Die Steuereinrichtung gibt einem Element der Maschine das Signal, sich in die Befehlsposition zu bewegen. Ein Sensor stellt die tatsächliche Position des Elementes fest. Die Steu ereinrichtung errechnet einen aktualisierten Wert für die Totzone, indem die tatsächliche Position von der Befehlsposi tion subtrahiert wird, und steuert eine darauffolgende Bewe gung des Elementes als Funktion des aktualisierten Wertes der Totzone.

Die Steuereinrichtung kann so programmiert sein, daß sie einen aktualisierten Mittelwert der Totzone aus einer vorgewählten Anzahl von Bewegungen des Elementes errechnet. Wenn ein Mittelwert für die Totzone errechnet ist, werden nachfolgende Bewegungen des Elementes als Funktion des aktualisierten Mit telwerts der Totzone bestimmt.

Zur Bestimmung der tatsächlichen Position eines Elementes kann ein Sensor, beispielsweise ein Encoder, verwendet werden.

Die Steuereinrichtung kann während einer normalen betriebli chen Bewegung, d. h. während einer normalen Einricht-Bewegung einer Maschine während des Betriebs der Maschine, während einer Zielbewegung und während bestimmter Einricht-Bewegungen arbeiten, um den aktualisierten Wert für die Totzone zu be stimmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung eine Aus führung dargestellt, die derzeit bevorzugt wird. Allerdings ist zu beachten, daß die Erfindung nicht auf die genauen An ordnungen und Ausgestaltungen, die in der Zeichnung darge stellt sind, beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer anpassungsfähigen Regel- bzw. Steuereinrichtung gemäß der Erfindung, die an einem bewegbaren Seitenführungs-System einer Flexo falt-Klebe-Maschine benutzt wird;

Fig. 2 ein Betriebsablaufsschema für den Betrieb der anpas sungsfähigen Steuereinrichtung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine anpassungsfähige Steuereinrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die anpassungsfähige Steuereinrichtung ist in Kombination mit einem bewegbaren Seitenführungs-Mechanismus 11 einer Flexofalt-Klebe-Maschine dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, daß die Steuereinrichtung zur Verwendung an jeder Maschine angepaßt werden kann, welche ein bewegbares Element oder eine bewegbare Achse aufweist, z. B. eine Rolle oder eine Führung. Der Seitenführungs-Mechanismus 11 weist eine Achse 12 auf, die an einem Rahmen 14 angeordnet ist. Ein Paar Seitenführungen 16 und 18 ist verschiebbar an entgegengesetz ten Enden der Achse 12 angeordnet. Eine Verschiebe-Einrichtung 20 bewirkt eine Parallelverschiebung der Seitenführungen 16 und 18 entlang der Achse 12, wie dies durch die Pfeile 21 angedeutet ist. Bei der dargestellten Ausführung ist die Ver schiebeeinrichtung 20 mit einem Paar Luftmotoren 22 und 24 und einem Getriebe 26 versehen. Dabei ist zu beachten, daß die Führungsspindeln mit unterschiedlichen Arten von Wechselstrom oder Gleichstrommotoren betrieben werden könnten, die anstelle eines Ventils durch einen Schalter gesteuert werden.

Der Luftmotor 22 treibt eine Führungsspindel 32 an, die mit einer Seitenführung 16 betrieblich verbunden ist. Eine Halte rung 34 ist am mittleren Bereich der Achse 12 angebracht. Das distale Ende 33 der Führungsspindel 32 ist rotierbar in einem Lager 35 gelagert, welches in der mittleren Halterung 34 an geordnet ist. In gleicher Weise treibt der Luftmotor 24 eine Führungsspindel 36 an, die betrieblich mit der Seitenführung 18 verbunden ist. Die Führungsspindel 36 wird rotierbar von einem Lager 37 in der mittleren Halterung 34 gehalten. Das distale Ende 39 der Führungsspindel 36 ist rotierbar in einem Lager 38 im Rahmen 14 gelagert. Die Luftmotoren 22 und 24 treiben die Führungsspindel 32 bzw. 36 an, welche die Seiten führungen 16 und 18 seitlich entlang der Welle 12 verschieben.

Positions-Sensoren wie z. B. Encoder 40 und 42, die den Servo-Luft motoren 22 und 24 zugeordnet sind, bestimmen die genaue Lage der Seitenführungen 16 bzw. 18 auf der Achse 12. Von den Encodern 40 und 42 werden Signale, die dem von den Seitenfüh rungen 16 und 18 zurückgelegten Weg entsprechen, einem Con troller 44 zugeführt, bei dem es sich um einen Microprozessor oder eine programmierbare Logik-Steuerschalter handeln kann.

Der Controller 44 verarbeitet die von den Encodern 40 und 42 kommenden Signale und sendet ein Steuersignal zu einem Paar Steuerventile 46 und 48. Die Steuerventile 46 und 48 steuern den Betrieb der Luftmotoren 22 und 24, um die Seitenführungen 16 und 18 an einer gewünschten Stelle zu positionieren.

Es tritt immer ein Überschwingen oder eine "Totzone" auf, da die Motoren, Führungsspindeln und andere mechanische Teile nicht rechtzeitig zum Stillstand kommen können, um die Seiten führung genau an der gewünschten Stelle zu positionieren. Die anpassungsfähige Steuereinrichtung 10 überwacht kontinuierlich und mißt laufend die Totzone, wenn die Maschine in Betrieb ist, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Gemäß Fig. 2 wird bei Herstellung der Maschine ein Anfangswert für die Totzone in den Speicher des Controllers eingegeben. Dieser Anfangswert für die Totzone wird aus Erfahrungswerten von gleichen Maschinen bestimmt. Im Betrieb gibt die Bedie nungsperson eine Wegstrecke ein, um welche sich die Seitenfüh rungen 16 und 18 bewegen sollen, oder der Computer errechnet die gewünschte Position auf der Basis der Einricht-Erforder nisse eines bestimmten Auftrages, beispielsweise einen Abstand von 30 Inches. Wenn die Anfangs-Totzone mit 0,1 Inch bestimmt wurde, werden die Seitenführungen 16 und 18 normalerweise die gewünschte Position um 0,1 Inch "überschwingen", und zwar aufgrund der Ansprechverzögerung in Ventil und Motor und Bewe gungsverlust in der Führungsspindel.

Um diese Totzone zu kompensieren, errechnet die Steuerein richtung 44 eine Befehlsposition, indem er den Anfangswert der Totzone von der gewünschten Position subtrahiert. Der Controller 44 sendet ein Signal an die Steuerventile 46 und 48, um die Moto ren 22 und 24 in Betrieb zu setzen und die Führungsspindeln 32 und 36 anzutreiben, wobei die Seitenführungen 16 und 18 um diese errechnete Befehlsposition verschoben werden.

Wenn beispielsweise die gewünschte Position 30 Inch beträgt und die Anfangs-Totzone 0,1 Inch beträgt, würde die Befehls position 29,9 Inch sein. Mit anderen Worten, der Controller würde den Seitenführungen tatsächlich den Befehl geben an zuhalten, wenn die gemessene Position 28,9 Inches beträgt. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Seitenführungen tatsächlich zum Stillstand kommen, würden sie aufgrund der inhärenten Über schwingung etwa bei der 30-Inch-Marke stehen.

Nachdem die Seitenführungen 16 und 18 in die Befehlsposition bewegt worden sind, wird die tatsächliche Position der Seiten führungen durch die Encoder 40 und 42 festgestellt. Der Wert wird im Speicher des Controllers gespeichert. Ein Zähler wird inkrementiert, um die Anzahl der Anlässe, bei denen die Sei tenführungen bewegt worden sind, anzugeben. Der Controller errechnet dann eine mittlere Totzone auf der Grundlage der neuen Positionsdaten, die von den Encodern erhalten wurden. Die Totzone wird bestimmt, indem die tatsächliche Position von der Befehlsposition abgezogen wird. Dieser Wert wird einem "Achspositions-Differenz-Register" eingegeben. Der Fehler bezüglich der Position der Achsen wird dann durch den Inkre ment-Zahlenwert N dividiert, um die durchschnittliche Totzone zu erhalten. Dieses Resultat wird dann als neuer Wert der Totzone gespeichert. Es liegt auf der Hand, daß die neue ge mittelte Totzone unter Verwendung jeder anderen üblichen Art der Berechnung eines Mittelwertes kalkuliert werden könnte. An diesem Punkt wird der Zähler mit einer vorher gewählten Maxi malgrenze verglichen, um festzustellen, ob die maximale Anzahl von Iterationen erreicht worden ist.

Wenn beispielsweise die vorher gewählte Grenze zehn beträgt, wird der Controller bei den nächsten zehn Malen, bei denen die Seitenführungen bewegt werden, eine besondere Totzone für jede Bewegung errechnen, um einen Mittelwert für diese zehn Bewe gungen zu erhalten. Sobald der Grenzwert erreicht ist, wird der vorhergehende oder Anfangswert der Totzone durch den neu errechneten Wert der Totzone ersetzt. Somit wird bei der näch sten Bewegung der Seitenführungen 16 und 18 die neue Befehls position gleich der neuen gewünschten Position abzüglich des auf den neuesten Stand gebrachten Wertes für die Totzone sein.

Das Programm bezüglich der Totzone wird auf einer kontinuier lichen Basis durchgeführt, um Änderungen im System aufgrund von Verschleiß oder Einflüssen aus der Umgebung zu kompensie ren. Die anpassungsfähige Steuereinrichtung 10 macht es nicht erforderlich, daß die Maschine außer Betrieb genommen wird, um den neuen Wert der Totzone zu errechnen. Die anpassungsfähige Steuereinrichtung kann jede Achsenbewegung einschließlich normaler vom Computer errechneter Bewegungen beim Einrichten, bei manuellen Targetbewegungen und besonderen Bewegungen ver wenden, um die neue Totzone zu bestimmen. Das System könnte weiterhin Änderungen kompensieren, die sich aus der Umgebung ergeben, indem Sensoren verwendet werden, die beispielsweise Temperaturänderungen kompensieren oder Änderungen des Luft druckes im jeweiligen Fertigungsbereich. Hinzu kommt, daß bei Verwendung eines elektrischen Antriebes anstelle eines Luft motors beispielsweise Änderungen in der Spannung oder in der Stromstärke kompensiert werden können. Der Hauptvorteil des Systems besteht darin, daß keine besonderen Maßnahmen bezüg lich der Totzone durchgeführt zu werden brauchen, die zu einem Verlust an Produktionszeit führen würden. Das System wird immer die optimalen Werte bezüglich der Totzone verwenden und für die Bedienungsperson besteht keine Notwendigkeit, daran zu denken, daß besondere Maßnahmen durchzuführen ist.

Die Erfindung kann auch in anderen besonderen Ausführungen verwirklicht werden, ohne daß der Erfindungsgedanke oder we sentliche Merkmale desselben verlassen werden, so daß dem zufolge auf die beigefügten Ansprüche und nicht auf die vor stehende Beschreibung Bezug genommen werden soll, um den Be reich der Erfindung zu bestimmen.

Claims

1. Verfahren zum anpassungsfähigen Steuern der Bewegung eines Elementes einer Maschine in eine gewünschte Position, da durch gekennzeichnet, daß eine Befehls position errechnet wird, indem ein vorgewählter Wert für die Totzone von einer gewünschten Position subtrahiert wird, und einem Element der Maschine signalisiert wird, sich in die Befehlsposition zu bewegen, und die tatsächliche Position des Elementes bestimmt wird und ein aktualisierter Wert für die Totzone errechnet wird, indem die tatsächliche Position von der Befehlsposition subtrahiert wird und eine folgende Bewegung als Funktion des aktualisierten Totzone-Wertes ge steuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß während einer vorgewählten Anzahl von Bewegungen des Elementes ein aktualisierter Mittelwert für die Totzone errechnet wird und der Steuerschritt das Steuern einer folgenden Bewegung des Elementes als Funktion des aktualisierten Mittelwertes der Totzone steuert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der die Bestimmung bewirkende Schritt die Verwendung eines Sensors umfaßt, um die tatsächliche Position der Achse zu bestimmen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Sensor ein Encoder verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Signalschritt während einer betrieblichen Bewegung einer Maschine bei Benutzung derselben durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Element eine Walze, Walzenspalten oder eine Führung einer Wellpappen-Maschine umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schritt des Steuerns einer folgenden Bewegung des Elementes das Steuern dieser folgenden Bewegung als Funktion des aktualisierten Wertes der Totzone und einer Umgebungsbedingung umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umgebungsbedingung die Temperatur ist.

9. Vorrichtung zum einstellbaren Steuern der Bewegung eines Elementes einer Maschine zum Wellen von Material in eine ge wünschte Position, dadurch gekennzeich net, daß sie mit Mitteln zum Errechnen einer Befehlsposi tion, wobei ein vorgewählter Wert für die Totzone von einer gewünschten Position subtrahiert wird, und mit Mitteln, um einem Element einer Maschine zum Wellen von Material zu signa lisieren, sich in die Befehlsposition zu bewegen, und mit einem Mittel zum Bestimmen der tatsächlichen Position des Elementes sowie mit Mitteln zum Errechnen eines aktualisierten Wertes für die Totzone versehen ist, wobei die tatsächliche Position von der Befehlsposition subtrahiert wird und eine Steuereinrichtung zum Steuern einer folgenden Bewegung des Elementes als Funktion des aktualisierten Wertes der Totzone vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß Mittel zum Mitteln des aktualisierten Wertes für die Totzone aus einer vorgewählten Anzahl von Bewe gungen des Elementes vorgesehen sind und die Steuereinrichtung verwendbar ist, um eine folgende Bewegung des Elementes als Funktion des ermittelten aktualisierten Wertes der Totzone zu steuern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bestimmungsmittel einen Sensor zum Bestimmen der tatsächlichen Position des Elementes aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Sensor als Encoder ausge bildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das signalgebende Mittel während einer betrieblichen Bewegung der Maschine zum Wellen von Material während des Betriebes der Maschine arbeitet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Element eine Walze oder eine Führung der materialwellenden Maschine aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß sie weiterhin einen Sensor zum Erfassen von Umgebungsbedingungen aufweist, der ein diese Umgebungs bedingungen repräsentierendes Signal an die Steuereinrichtung zum Steuern einer folgenden Bewegung des Elementes als Funk tion des gemittelten aktualisierten Wertes für die Totzone und der Umgebungsbedingung abgibt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß es sich bei der Umgebungsbedin gung um die Temperatur handelt.