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Bahnsteuerung für Antriebe von Handhabungsgeräten
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Die Erfindung betrifft eine Bahnsteuerung mit den Merkmalen im Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Auf dem Gebiet der Stapel- und Umsetzvorrichtungen oder auch Palettiervorrichtungen
ist es bekannt, eine solche Anlage aus mehreren, einander zuarbeitenden Einzelstationen
aufzubauen. So werden z.B. Pakete, die auf einer Palette zu einem Stapel aufgerichtet
werden sollen, einzeln einer Formatierungsvorrichtung zugeführt, die zunächst eine
der Palettenfläche entsprechende Lage von nebeneinander angeordneten Paketen bildet.
Diese Paketlage wird dann von einer Umsetzvorrichtung ergriffen und auf der Palette
oder einem bereits gebildeten Stapel abgelegt. Derartige Vorrichtungen haben den
Vorteil einer hohen Leistungsfähigkeit, da sie das zu stapelnde Gut immer im ganzen
Lagen umsetzen. Andererseits bedingen solche Vorrichtungen aber einen erheblichen
Platzbedarf, sind wenig flexibel im Hinblick auf eine Umrüstung für andere Stapelgüter
und sind auch relativ teuer.
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Im weiteren ist es bekannt, für die genannten Aufgaben Roboter einzusetzen.
Diese sind allerdings technisch überqualifiziert und können auch die geforderte
Leistung nicht erreichen, da sie bedingt durch eine relativ geringe maximale Tragkraft
die Stapelgüter nur einzeln umsetzen können. Die hohe Flexibilität von Robotern
muß
außerdem mit einem hohen Kaufpreis bezahlt werden.
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Bei der Konstruktion einer Umsetzvorrichtung, die bei hoher Leistungsfähigkeit
und Flexibilität trotzdem preiswert ist, hat sich gezeigt, daß die für die geforderte
Flexibilität notwendigen und am Markt käuflichen Bahnsteuerungen technisch überqualifiziert
und zu teuer sind. Mit der Bahnsteuerung sollen die Greifer der Umsetzvorrichtungen
in zwei oder mehr Achsen jeweils um definierte Wege exakt verfahren werden und dabei
anfangs beschleunigen und rechtzeitig vor Erreichen ihrer Endposition abbremsen.
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Bekannte Bahnsteuerungen, wie sie unter anderem auch bei Robotern
verwendet werden, verwenden hierfür absolut codierte Drehgeber mit einer Steuerschaltung,
die die Drehgebersignale absolut auswertet und die Antriebsmotoren entsprechend
ansteuert. Absolut codierte Drehgeber haben gegenüber Inkremental-Drehgebern den
Vorteil, daß über ihre Codescheibe die tatsächliche Stellung des angetriebenen Teiles
jederzeit exakt feststellbar ist. Allerdings treten mit absolut codierten Drehgebern
Probleme auf, wenn der Antrieb und damit die Codescheibe mehrere Umdrehungen ausführt.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, einem Drehgeber mehrere Codescheiben
einzusetzen, die über ein Übersetzungsgetriebe miteinander verbunden sind. Diese
Lösung hat aber den Nachteil hoher Kosten des Drehgebers und eines erhöhten Schaltungsaufwandes
für die Steuerung der Antriebe.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bahnsteuerung
aufzuzeigen, die es erlaubt, bei geringen
Kosten die geforderten
Fahrtdiagramme für die Antriebe zu realisieren.
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Die Erfindung löst dieses Problem mit den Merkmalen im Kennzeichen
des Hauptanspruches.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß die Bahnsteuerung
für beliebig lange Strecken mit einem einfachen Drehgeber mit nur einer Codescheibe
und einer einfachen Steuerschaltung auskommt. Der zurückzulegende Weg wird über
die Zahl der Umdrehungen der Codescheibe plus dem über die Codierung ermittelten,
absoluten Drehwinkel während der letzten Umdrehung bestimmt. Es handelt sich hierbei
um eine Mischung aus einer inkrementalen und einer absoluten Wegmessung. Die erfindungsgemäße
Bahnsteuerung kann damit auch zur Bestimmung der Schaltpunkte für beliebige Fahrtdiagramme
verwendet werden. Hinsichtlich der Kosten ist es dabei von besonderem Vorteil, daß
für die erfindungsgemäße Bahnsteuerung Kaufteile verwendet werden können.
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Die Codescheibe kann unterschiedlich codiert sein, beispielsweise
mit Binär- oder BCD-Code. Für die geforderte Ablesegenauigkeit empfielt sich allerdings
der GRAY-Code.
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Im Interesse einer möglichst hohen Positioniergenauigkeit empfiehlt
es sich auch, eine Codescheibe mit mindestens acht Spuren einzusetzen.
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Die Zählerschaltung sollte mit dem Signalgeber der halbierten Spur
der Codscheibe verbunden sein, da hier das Signal am längsten ansteht und nur ein
Impuls pro Umdrehung gezählt werden muß. Dadurch wird der Ablese- und Zählfehler
verringert, und der Zählerstand kann in einem batteriegepufferten Speicher auch
bei Spannungsausfall festgehalten werden. Gegenüber einer inkrementalen Wegesteuerung
hat
es zudem den Vorteil, daß nach dem Ausschalten der Steuerung beim erneuten Einschalten
kein Null-Hub für die Ausgangspositionierung notwendig ist.
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Um einen kostengünstigen, bahngesteuerten Antrieb zu realisieren,
hat sich als vorteilhaft erwiesen, Drehstrommotoren einzusetzen und diese über einen
Frequenzwandler anzusteuern. Durch die starke Abhängigkeit der Motordrehzahl von
der Frequenz läßt sich der Motor mit einfachen Mitteln regeln. In Verbindung mit
einem Drehstrommotor kann auch eine kostengünstige Steuerschaltung verwendet werden,
die mit einer Taktfrequenz von 50 Hz relativ langsam ist. Dies ist möglich aus der
Erkenntnis, daß eine Verarbeitung aller Drehgeber-Spursignale erst bei der Endpositionierung
der Antriebe notwendig ist. Hierbei dreht der Motor allerdings bereits im Schleichgang,
so daß auch die Impulsfrequenz der feinstunterteilten Spur unter 50 Hz liegt. Für
die Schaltzeitpunkte, zu denen durch stufenweise Frequenzumschaltung gebremst wird,
ist eine hohe Ablesegenauigkeit nicht erforderlich.
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Die erfindungsgemäße Bahnsteuerung kann außer für Stapel-, Palettier-
und Umsetzvorrichtungen auch für beliebige andere Handhabungsgeräte eingesetzt werden.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Umsetzvorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Umsetzvorrichtung gemäß Pfeil A aus Fig. 1,
Fig.
3 eine Codescheibe, Fig. 4 ein Schaltschema der Bahnsteuerung und Fig. 5 ein Fahrtdiagramm
für den Greiferantrieb.
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Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Umsetzvorrichtung 1, mit der Pakete
3 von einer Förderbahn 2 reihenweise entnommen und auf einer Palette zu einem Stapel
16 aufgeschichtet werden. Die Umsetzvorrichtung 1 besitzt einen Ständer 4, der längs
der Achse I in der Horizontalen verfahrbar ist und einen Ausleger 5 mit Greifern
6, der am Ständer 4 längs der Achse II in der Vertikalen bewegbar ist. Für den Antrieb
des Ständers 4 ist ein Antriebsmotor 7, vorzugsweise ein Drehstrommotor, in Verbindung
mit einem Drehgeber 9 vorgesehen. Der Ausleger 5 besitzt ebenfalls einen Antriebsmotor
8 und einen Drehgeber 10. Antriebsmotore 7,8 und Drehgeber 9,10 sind mit einer Steuerschaltung
14 (in Fig. 1 nicht dargestellt) verbunden.
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Wie Fig. 1 zeigt, werden die Pakete 3 im Stapel 16 zu Reihen mit zwei
oder drei Paketen aufgeschichtet, wobei die Reihung von Lage zu Lage wechselt. Die
Pakete 3 werden auf der Förderbahn 2 über Endschalter gesteuert in der richtigen
Reihenanordnung zu zwei oder drei Stück bereitgestellt. Nachdem sich von Schicht
zu Schicht im Paketstapel 16 die Reihenanordnung der Pakete ändert, muß die Umsetzvorrichtung
1 mit ihrem Ständer 4 immer wieder andere Endpositionen zur Ablage der Paketreihe
anfahren. Die Bahnsteuerung muß dazu entsprechend flexibel sein. Außerdem soll die
flexible
Bahnsteuerung eine Umrüstung der Umsetzvorrichtung 1 für andere Gebindegrößen und
für andere Stapelgüter, z.B. Säcke oder dgl. ermöglichen.
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In Fig. 4 sind die Teile einer solchen Bahnsteuerung schematisch dargestellt.
Entsprechend der Achsenzahl der Umsetzvorrichtung 1, die auch größer oder kleiner
sein kann, sind zwei Drehgeber 9,10 vorgesehen, die direkt auf den Antriebsachsen
sitzen. Die Drehgeber 9, 10 sind jeweils als absolut codierte Drehgeber ausgebildet
und weisen jeweils eine Codescheibe 11 mit acht Spuren 12,13 im GRAY-Code auf Fig.
3 zeigt eine solche Codescheibe 11, allerdings nur mit drei Spuren 12,13. Die acht
Ausgänge der Drehgeber 9,10 sind jeweils mit den Eingängen der Steuerschaltung 14
verbunden. Die Steuerschaltung 14 ist frei programmierbar und arbeitet mit einer
Taktfrequenz von 50 Hz. Die Steuerschaltung 14 weist für jeden der beiden Drehgeber
9,10 eine Schaltung zum fortlaufenden Zählen der Impulse einer Spur auf. Über die
Zahl dieser Impulse kann die Zahl der Umdrehungen der Codescheibe 11 und damit des
Antriebs 7,8 festgestellt und bestimmt werden. Für die Ermittlung der Zählimpulse
wird die Spur 12 verwendet, die für die Dauer einer halben Umdrehung der Codescheibe
11 einen anhaltenden Impuls abgibt.
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Die Steuerschaltung 14 ist ausgangsseitig mit einem Frequenzwandler
15 verbunden und kann im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Frequenzen schalten.
Mit dem frequenzgeregelten Strom werden die beiden Drehstrommotoren 7,8 beaufschlagt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Antriebe für die Achsen I und II folgegesteuert,
so daß ein umschaltbarer Frequenzwandler
15 genügt. Jedem Motor
7,8 kann aber auch ein eigener Frequenzwandler 15 zugeordnet sein.
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Fig. 5 zeigt ein Fahrtdiagramm für die Antriebe 7,8, bei dem die Motordrehzahl
über dem Weg aufgetragen ist. Zum Anfahren beschleunigt der Motor über eine entsprechende
Rampenschaltung des Frequenzwandlers auf eine vorgegebene Drehzahl von beispielsweise
3000 U/min.
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Bei dieser Drehzahl gibt der Drehgeber mit seiner Halbspur 12 ein
Signal von 50 Hz ab, das mit dieser Frequenz von der Steuerschaltung 14 noch verarbeitet
und gezählt werden kann. Die Signale der übrigen Spuren 13 besitzen durch die feinere
Spurunterteilung (vgl. Fig. 3) eine höhere Frequenz und werden von der Steuerschaltung
14 nicht verarbeitet. Dies ist für die Einleitung des Bremsvorganges bei Punkt 1
im Fahrtdiagramm auch nicht nötig. Dieser Punkt braucht in seiner Lage auf dem Weg
nicht genau definiert zu sein, so daß für die erste Frequenzumschaltung das Erreichen
einer vorgegebenen Zahl von Scheibenumdrehungen genügt.
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Über eine vorgegebene Rampenschaltung im Frequenzwandler 15 wird die
Motordrehzahl abgesenkt und eine Zeit lang bis zum Erreichen von Schaltpunkt 2 konstant
gehalten.
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Bei dieser Drehzahl liegt die Impulsfrequenz der Spur 13 mit der nächstfeineren
Unterteilung bereits unter 50 Hz und kann von der Steuerschaltung 14 verarbeitet
werden. Dementsprechend kann Punkt 2 bei vorgegebenem Zählerstand bis auf eine halbe
Scheibenumdrehung genau angefahren werden.
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Durch stufenweises Abbremsen an den folgenden Schaltpunkten
3
und 4 können immer mehr Spuren 13 von der Steuerschaltung 14 erfaßt und ausgewertet
werden. Bei Schaltpunkt 5 dreht der Motor nur noch im Schleichgang und kann an der
vorgegebenen Position mit hoher Genauigkeit durch eine Feststellbremse (nicht dargestellt)
angehalten werden. Der Schaltpunkt 5 bzw. der bis zu seinem Erreichen zurückgelegte
Weg ist genau definiert durch die Zahl der vollen, inkremental gezählten Scheibenumdrehungen
plus einem bestimmten, über die Auswertung aller Spuren 12,13 absolut festgestellten
Drehwinkel. Bei einer Übersetzung von 400 mm Weg pro Scheibenumdrehung lassen sich
bei Erreichen des jeweiligen Schaltpunktes 5 der Ständer 4 bzw. der Ausleger 5 mit
seinen Greifern 4 bis auf + 1,5 mm genau positionieren.
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Entsprechend der verschiedenen Ablagepositionen von Ständer 4 und
Ausleger 5 am Stapel 16 werden unterschiedliche Fahrtdiagramme erstellt und in der
Steuerschaltung 14 gespeichert.
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Variationen des gezeigten Ausführungsbeispieles sind dahingehend möglich,
daß anstelle von Drehstrommotoren mit Frequenzwandler auch Scheibenläufer-Motoren
oder andere Antriebe verwendet werden können, die vom Ausgang der Steuerschaltung
14 beaufschlagt werden.
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Stückliste 1 Umsetzvorrichtung 2 Förderbahn 3 Paket 4 Ständer 5 Ausleger
6 Greifer 7 Antriebsmotor, Drehstrommotor 8 Antriebsmotor, Drehstrommotor 9 Drehgeber
10 Drehgeber 11 Codescheibe 12 Spur 13 Spur 14 Steuerschaltung 15 Frequenzwandler
16 Stapel