DE60112797T2

DE60112797T2 - Verfahren und vorrichtung in einer blechbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE60112797T2
Application number: DE60112797T
Authority: DE
Inventors: Jorma Taijonlahti; Kari Liinamaa
Original assignee: Lillbacka Jetair Oy
Current assignee: Lillbacka Jetair Oy
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: EP1347846A1; ES2246354T3; AU2002220771A1; DE60112797D1; EP1347846B1; FI109410B; FI20002653A0; WO2002045879A1; ATE302075T1; DK1347846T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Transferieren eines Wagens, welcher ein in einer Metallblech-Bearbeitungsmaschine zu bearbeitendes Metallblech transferiert, dies gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 zur Durchführung des oben erwähnten Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Metallblech-Bearbeitungsmaschinen, bei welchen einzelne Metallblechstücke manipuliert werden, um zu einer gewünschten Form bearbeitet zu werden. Als allgemeine Regel sind die bearbeiteten Gegenstände aus verschiedenen Metalllegierungen hergestellte Metallblechstücke, die eine Grösse von beispielsweise 1250 × 2500 mm oder 1500 × 3000 mm aufweisen. Typischerweise variiert die Dicke der Metallblechstücke von 0.5 mm bis zu 3.5 mm, wobei diese im Allgemeinen jeweils als so genannte Dünnbleche und die Bearbeitungsmaschinen als Dünnblech-Bearbeitungsmaschinen bezeichnet werden. Typische Bearbeitungsarten an Metallblechstücken mit Metallblech-Bearbeitungsmaschinen schliessen beispielsweise Stanzen, Winkelschneiden, Gewindeschneiden oder das Nieten ein.
Das US Patent 4,658,682 offenbart eine automatische Metallblech-Bearbeitungsmaschine. Diese Art von Metallblech-Bearbeitungsmaschine weist typischerweise einen Rahmen, einen ersten Wagen, welcher sich relativ zum Rahmen bewegt, sowie einen zweiten Wagen, welcher im ersten Wagen montiert ist und welcher sich in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung dieses ersten Wagens bewegt. Dieser zweite Wagen weist Befestigungsmittel auf, um das zu bearbeitende Metallblechstück am Wagen zu befestigen. Durch eine Wagenanordnung bestehend aus einem ersten und einem zweiten Wagen ist es möglich, das Metallblechstück in einer Ebene X, Y zu bewegen, welche im Wesentlichen parallel zur Hauptebene des Metallblechstücks relativ zur verwendeten Bearbeitungsvorrichtung ist, wobei diese, zum Beispiel, eine Stanzvorrichtung oder eine Schneidevorrichtung ist.
Moderne Metallblech-Bearbeitungsmaschinen werden mittels einer numerischen Computersteuerung gesteuert. Im Speicher eines Steuerzentrums ist ein Bearbeitungsprogramm gespeichert, welche die Metallblech-Bearbeitungsmaschine automatisch durch das Steuerzentrum gesteuert durchführt. Das Steuerzentrum (oder daran angeschlossene untergeordnete Systeme) erhält Informationen, wie etwa die für die Steuerung der verschiedenen Stellantriebe und Antriebe erforderlichen Stellungs- oder Positionsdaten, von verschiedenen Messsystemen und/oder Sensoren, welche an der Metallblech-Bearbeitungsmaschine angeschlossen sind. Vorrichtungen für die automatische Steuerung von Metallblech-Bearbeitungsmaschinen sowie ebenfalls damit verbundene Funktionen sind im Fachgebiet selber wohl bekannt, und sie werden deshalb in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben.
Die automatische numerische Steuerung von Metallblech-Bearbeitungsmaschinen macht es möglich, die Betriebsgeschwindigkeit von Bearbeitungsvorrichtungen zu erhöhen und dadurch die Produktivität zu verbessern. Die Zeit für die Bearbeitung eines Metallblechstücks wird reduziert, dies einerseits durch eine Beschleunigung der Bewegung des Metallblechstücks zwischen und/oder während den Bearbeitungsverfahren, und andererseits indem die Bearbeitungsverfahren schneller durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist auf die erste Möglichkeit ausgerichtet, um den Betrieb von Metallblech-Bearbeitungsmaschinen effizienter zu gestalten.
Wie vorher erwähnt, wird das zu bearbeitende Metallblechstück auf der Ebene X, Y bewegt, indem die Wagenanordnung bestehend aus einem ersten Wagen und dem mit diesem verbundenen zweiten Wagen verwendet wird. Beide Wagen dieser Wagenanordnung werden traditionell mechanisch bewegt, indem ein Antriebsmechanismus verwendet wird, welcher beispielsweise mittels einer Kugelumlaufschraube oder einem Zahnstangenmechanismus betrieben wird. Bewegungsmechanismen, die mit einem Kettenband oder einem Zahnriemen betrieben werden, sind ebenfalls bekannt. Ein Problem mit den oben beschriebenen mechanischen Lösungen bei modernen Metallblech-Bearbeitungsmaschinen ist es, einen Bewegungsmechanismus zu konstruieren, welcher sowohl eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit wie auch eine gute Positionierungsgenauigkeit aufweist. Durch die Kombination beispielsweise eines mittels einer Kugelumlaufschraube betriebenen Bewegungsmechanismus mit einem separaten Positionierungssystem für die Angabe der Position des Wagens, welches, zum Beispiel, gemäss einem optischen Prinzip funktioniert, ist es möglich, eine gute Positionierungsgenauigkeit zu erreichen, wodurch auch eine gute Bearbeitungspräzision resultiert, die Bewegungsgeschwindigkeit wird indessen auf einer tieferen Ebene liegen. In entsprechender Weise ist es möglich, mittels Zahnstangenmechanismen bessere Bewegungsgeschwindigkeiten zu erreichen, aber in diesem Fall ist es viel schwieriger, eine gute Positionierungsgenauigkeit zu erreichen.
Bei den neuesten Metallblech-Bearbeitungsmaschinen werden lineare Servomotoren verwendet, welche eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit und gleichzeitig eine gute Positionierungsgenauigkeit ermöglichen, wenn sie, beispielsweise, in Verbindung mit einem separaten präzisen, zum Beispiel, optischen Positionierungssystem verwendet werden. Die mit linearen Servomotoren erreichbaren maximalen Bewegungsgeschwindigkeiten sind in der Grössenordnung von 3 bis 5 m/s und die maximalen Beschleunigungen in der Grössenordung von 20 bis 40 m/s².
Praktische Ausführungsformen haben jedoch demonstriert, dass obwohl lineare Servomotoren an sich eine schnelle Bewegung der Wagen und eines in einer Wagenanordnung zu bearbeitenden Metallblechstücks möglich machen, dies insbesondere zwischen Bearbeitungsphasen, werden in den Strukturen der bewegten Wagenanordnung durch die hohen Beschleunigungen und Verzögerungen der bewegten Massen Deformationen erzeugt, wodurch die verwendbaren Bewegungsgeschwindigkeiten beschränkt werden. In einer Situation beispielsweise, bei welcher der zweite Wagen zusammen mit einem im Wesentlichen auf einer Seite darauf befestigten Metallblechstück transferiert wird, indem der erste Wagen schnell von einer Position in eine andere bewegt wird, verursacht eine derartig exzentrische Last bedeutende Kräfte in den Strukturen der Wagenanordnung, welche diese Struktur einer Belastung aussetzen und sie dadurch verbiegen/verdrehen. Wenn die Bewegung der Wagenanordnung plötzlich gestoppt wird, entsteht in den Strukturen eine Schwingung, welche die für die Bearbeitung erforderliche hohe Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigt.
Eine unerwünschte Verbiegung/Verdrehung in den Strukturen der Wagenanordnung, die durch die oben erwähnte exzentrische Last verursacht wird, ist ebenfalls bei anderen Lösungen als solchen mit linearen Servomotoren vorhanden, wenn es das Ziel ist, die Bewegungsgeschwindigkeiten und die Bewegungsbahnen der Wagenanordnung wesentlich zu erhöhen.
Nach dem bekannten Stand der Technik gibt es eine Technik, um die durch die Verbiegung/Verdrehung der oben erwähnten Strukturen erzeugten Probleme zu verringern, wobei ein Wagen der Wagenanordnung durch die Verwendung von zwei Stellantrieben anstatt nur eines einzigen parallel in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Wagens bewegt wird, beispielsweise durch die Verwendung von zwei Kugelreihen-Stellantrieben. So wird, zum Beispiel, der zweite Wagen der Wagenanordnung dazu veranlasst, sich relativ zum ersten Wagen getragen durch zwei parallele Stellantriebe zu bewegen, wobei diese Stellantriebe gesteuert werden, indem Positionierungsdaten von einem Positionssensor verwendet werden. Durch die oben beschriebene Duplizierung der für die Bewegung des Wagens erforderlichen Stellantriebe leiten diese Stellantriebe bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Wagens die Kräfte zu zwei Stellen des Wagens und dadurch werden die Momentkräfte im Wagen verringert. Diese Lösung reduziert zu einem gewissen Grad die Verdrehungstendenz in Strukturen. Bei einer solchen Lösung gemäss dem bekannten Stand der Technik werden beide Stellantriebe in einer gemeinsam identischen Weise gesteuert, indem die Information von einem gemeinsamen Positionssensor verwendet wird, das heisst, beide Stellantriebe werden mittels einer einzigen Steuereinheit gesteuert, wobei diese Steuereinheit beiden Stellantrieben die gleichen Steuerbefehle erteilt. Bei der Verwendung von Stellantrieben mit Kugelumlaufschrauben wird beispielsweise die Kraft eines einzigen Antriebsmotors mechanisch an zwei parallele Kugelumlaufschrauben übertragen, welch infolgedessen sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
Es ist möglich, in Betracht zu ziehen, das Problem der Deformation von Strukturen durch eine genügende Verstärkung und Versteifung der Strukturen der Wagenanordnung zu eliminieren. Wenn jedoch beispielsweise die Strukturen des zweiten Wagens verstärkt werden, der sich zusammen mit dem erstem Wagen bewegt, indem die Massen dieser Struktur wesentlich vergrössert werden, wird dies andererseits zur Folge haben, dass die gesamte Situation komplizierter wird, weil die gesamten bewegten Massen grösser werden. Darüber hinaus führt dies zu einer Erhöhung der Herstellungskosten von Metallblech-Bearbeitungsmaschinen, weil für die Fabrikation von robusteren Strukturen mehr Material erforderlich ist, und in entsprechender Weise die Bewegung einer schwereren Wagenanordnung Antriebsmotoren mit höheren Leistungen, schwerere Linearservoantriebe usw. erfordert.
Es ist der primäre Zweck der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren für die Bewegung eines Wagens in einer Wagenanordnung für das Transferieren eines zu bearbeitenden Metallblechstücks vorzusehen, bei welchem die oben beschriebenen Probleme zu einem bedeutenden Grad vermindert werden, wenn dieser Wagen schnell bewegt wird, wobei grosse Beschleunigungen und Verzögerungen vorhanden sind. Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Verfahren gemäss der Erfindung in erster Linie gekennzeichnet durch das, welches im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dargelegt wird.
Es ist ebenfalls ein Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung vorzusehen, welche das oben erwähnte Verfahren verwirklicht. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist ihrerseits in erster Linie gekennzeichnet durch das, welches im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 8 dargelegt wird.
Die Erfindung gründet im Wesentlichen auf der Idee, dass ein Wagen, welcher zur Wagenanordnung der Metallblech-Bearbeitungsmaschine gehört, mittels zwei oder einer Vielzahl von parallelen und getrennt gesteuerten Stellantrieben auf eine solche Weise bewegt wird, dass jeder Stellantrieb gemäss den Messdaten bezüglich der Position gesteuert wird, welche von seinem eigenen, getrennten Positionierungssystem geliefert werden. Dies macht die Feststellung sowie die aktive Kompensation eines Positionierungsfehlers bezüglich der Position dieses Wagens möglich, d.h., eine Kompensation der Verdrehung, welche in einer Ebene stattfindet, die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Wagens ist. Die Kompensation der Verdrehung erfolgt in einer solchen Weise, dass separate auf dem Wagen montierte Stellantriebe jeweils einzeln auf den Positionsfehler reagieren, wobei dieser Positionsfehler die Differenz zwischen dem Messwert der echten Position, welcher durch das für jeden Stellantrieb getrennte Positionierungssystem geliefert wird, und dem vom Steuerzentrum der Metallblech-Bearbeitungsmaschine gelieferten Steuerwert ist.
Ein bedeutender Vorteil der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist die Tatsache, dass sie es möglich macht, die Metallblech-Bearbeitungsmaschine zusammen mit ihrer Wagenanordnung mit einer leichteren Struktur als zuvor zu konstruieren, sowie dass es indessen ebenfalls ermöglicht wird, eine vorzügliche Positionierungsgenauigkeit zu erreichen, wodurch das Resultat der Bearbeitung von hoher Qualität ist. Durch die Verwendung von leichteren Strukturen werden bei der Herstellung von Metallblech-Bearbeitungsmaschinen beträchtliche Kosteneinsparungen erreicht.
Weil die Wagenanordnung leichtere Strukturen aufweist, ist es möglich, die Bewegung des zu bearbeitenden Metallblechstücks zwischen und/oder während den Bearbeitungsphasen weiter zu beschleunigen, wodurch es wiederum möglich wird, die Kapazität und die Produktivität der Metallblech-Bearbeitungsmaschine bei der Produktion zu erhöhen.
Des Weiteren macht die Lösung gemäss der Erfindung es möglich, auf effiziente Art und Weise solche Stellungs- und/oder Positionsfehler des Wagens zu kompensieren, welche an einer Bewegungsachse der Wagenanordnung durch die Bewegung der Wagenanordnung in einer zweiten Bewegungsachse der Wagenanordnung verursacht wird. Das heisst also, dass es möglich ist, dass eine schnelle Bewegung des ersten Wagens zu einem Positionsfehler am zweiten in diesem montierten Wagen führt (und daher auch am darauf befestigten zu bearbeitenden Metallblechstück), und dies sogar dann, wenn der Steuerwert der Position des zweiten Wagens während dieser Bewegung als Voreinstellwert beibehalten wird, das heisst also, das Ziel ist es, den Wagen nicht zu bewegen. Gemäss der Erfindung ist es jedoch möglich, die Verdrehung bei der Position des zweiten Wagens während der Bewegung des ersten Wagens aktiv zu kompensieren.
Vorteilhafterweise werden die parallel und getrennt gesteuerten Stellantriebe des Wagens gemäss der Lösung dieser Erfindung durch lineare Servomotoren realisiert. Ein Vorteil von linearen Servomotoren ist ihre Geschwindigkeit, welche eine schnelle Reaktion möglich macht, wenn eine aufkommende Verdrehung des Wagens festgestellt wird, wodurch die Verdrehung, noch bevor sie ein bedeutendes Ausmass erreicht hat, wirksam in einem frühen Stadium kompensiert wird.
Die folgende detailliertere Beschreibung der Erfindung mit Beispielen wird für Fachleute auf diesem Gebiet klarer vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie auch die mittels der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik erreichbaren Vorteile illustrieren.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen in näheren Einzelheiten beschrieben, bei welchen
1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht von oben zeigt,
2 in schematischer Darstellung in einer Ansicht von oben die auf den Wagen einwirkenden Kräfte illustriert,
3 in einer verminderten Seitenansicht die wesentlichen Teile des linearen Servomotors darstellt,
4 ein Steuersystem illustriert, welches das Verfahren gemäss der Erfindung realisiert, und
5 in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht von oben zeigt.
Es ist offensichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung nicht ausschliesslich auf die im Folgenden vorgestellten Beispiele beschränkt sind, sondern dass sie innerhalb der erfinderischen Aspekte der untenstehend darzulegenden Patentansprüche variieren.
1 illustriert in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht von oben. 1 zeigt in einer verringerten Ansicht jene wesentlichen Teile der Wagenanordnung der Metallblech-Bearbeitungsmaschine, welche eine Bewegung des zu bearbeitenden Metallblechstücks relativ zur Bearbeitungsvorrichtung der Metallblech-Bearbeitungsmaschine möglich machen.
Die Metallblech-Bearbeitungsmaschine von 1 weist, auf einem Rahmen 10 montiert, typischerweise auf dem unteren Teil des Rahmens, einen ersten Wagen 11 auf, welcher ausgelegt ist, um im Rahmen 10 an Führungen oder etwas ähnlichem entlang in einer Richtung Y relativ zum Rahmen zu bewegt zu werden. Ein zweiter Wagen 12 ist dazu ausgelegt, um an Führungen oder etwas ähnlichem im ersten Wagen entlang in einer Richtung X bewegt zu werden, wobei diese Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten Wagens 11 verläuft. Im zweiten Wagen 12 befinden sich gesicherte Befestigungsmittel 13, um den Kantenteil des zu bearbeitenden Metallblechstücks 14 an diesem Wagen 12 zu befestigen. Das zu bearbeitende Metallblechstück 14 ist mittels der aus dem ersten Wagen 11 und dem zweiten Wagen 12 bestehenden Wagenanordnung in einer Ebene X, Y entlang der Hauptebene des Metallblechstücks 14 relativ zur Metallblech-Bearbeitungsmaschine 15 bewegbar. Die Metallblech-Bearbeitungsmaschine 15 kann zum Beispiel eine Stanzvorrichtung, ein Winkelschneider, eine Gewindeschneidevorrichtung oder ein Nietgerät sein. Typischerweise ist das zu bearbeitende Metallblechstück 14 dazu vorgesehen, um von unten auf einem Bearbeitungstisch oder etwas ähnlichem (in 1 nicht dargestellt) entlang einer Oberfläche dieses Bearbeitungstisches getragen zu werden, auf welcher das Metallblechstück 14 mittels der oben beschriebenen Wagenanordnung bewegt wird.
In 1 ist der erste Wagen 11 gemäss der Erfindung so angeordnet, dass er durch zwei parallele und unabhängig voneinander gesteuerte Stellantriebe 16a, 17a bewegt wird, wobei beide von diesen Stellantrieben auf der Grundlage von individuellen Positionierungsdaten gesteuert werden, welche von einem Positionierungssystem 16b, 17b geliefert werden, das für jeden Stellantrieb jeweils getrennt ist. Mit anderen Worten, der Stellantrieb 16a wird durch vom Positionierungssystem 16b erhaltenen Positionierungsdaten gesteuert, und der Stellantrieb 17a wird in entsprechender Weise durch vom Positionierungssystem 17b erhaltenen Daten gesteuert. Zwecks Übersichtlichkeit sind in 1 die getrennten Führungen oder ähnliches nicht dargestellt, welche möglicherweise zum Tragen des Wagens 11 verwendet werden.
In 1 ist der zweite Wagen 12 so angeordnet, dass er entlang den Führungen oder ähnlichem des ersten Wagens (in 1 nicht dargestellt) unter Verwendung eines Stellantriebs gemäss dem Stand der Technik bewegt wird, mit anderen Worten, mittels eines Stellantriebs 18a, welcher durch die Verwendung des Positionierungssystems 18b gesteuert wird. Es ist für Fachleute auf diesem Gebiet natürlich offensichtlich, dass das Verfahren gemäss der Erfindung auch für die Bewegung des zweiten Wagens 12 verwendbar ist, da jedoch die relativ geringen Kräfte, welche eine Verdrehung im Wagen 12 verursachen, in der Wagenanordnung von 1 zu diesem zweiten Wagen geleitet werden, ist der Nutzen der Erfindung in dieser Situation auch weniger beträchtlich.
Es ist vorzuziehen, dass der Stellantrieb 16a und der Stellantrieb 17a in 1 jeweils mittels eines separaten linearen Servomotors ausgeführt werden, der Betrieb von welchem im unten stehenden Text in näheren Einzelheiten beschrieben wird. Es ist natürlich offensichtlich, dass die Erfindung nicht allein auf die Verwendung von linearen Servomotoren beschränkt ist, sondern dass der Stellantrieb 16a und der Stellantrieb 17a ebenfalls auf irgendeine andere Art ausführbar sind, welche für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich ist. Diese schliessen Mechanismen ein, welche, beispielsweise, durch eine Kugelumlaufschraube, durch eine Zahnstange, eine Kette oder einen Zahnriemen betrieben werden.
Es ist von Vorteil, dass das Positionierungssystem 16b und das Positionierungssystem 17b mittels eines auf optischer Grundlage betriebenen Sensors ausgeführt werden, eines so genannten optischen Messstrahls. Eine hervorragende Präzision der Messung und der Positionierung wird erreicht, wenn ein optischer Messstrahl dieser Art verwendet wird, welcher als solcher in diesem Fachgebiet sehr wohl bekannt ist. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung in dieser Hinsicht nicht allein auf die Verwendung von Positionierungssystemen/Sensoren beschränkt, welche auf optischen Prinzipien beruhen, sondern es ist möglich, jede andere Lösung anzuwenden, welche Fachleuten auf diesem Gebiet offensichtlich sind.
Im Folgenden wird die Erfindung in näheren Einzelheiten mit Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
In 1 wird das zu bearbeitende Metallblechstück 14 innerhalb eines rechteckigen Bewegungsbereiches durch die Wagenanordnung bewegt, welche aus dem ersten Wagen 11 und dem zweiten Wagen 12 besteht, wobei die äussersten Positionen des Metallblechstücks 14 in den diagonalen Ecken dieses Bewegungsbereichs in der 1 mit den Bezugszeichen A und B bezeichnet sind. Das Metallblechstück 14 in der Position B, der erste Wagen 11 und der zweite Wagen 12 sind in 1 mit gestrichelten Linien dargestellt. Positionen C und D sind ebenfalls in 1 bezeichnet, diese entsprechen den beiden anderen Ecken des oben erwähnten Bewegungsbereiches. Zwecks Übersichtlichkeit ist das Metallblechstück 14 in den Positionen C oder D in 1 nicht separat dargestellt.
Sowie der zweite Wagen 12 in 1 von der Position A entlang des Wagens 11 gegen die Position C bewegt wird, verursacht die Masse dieses zweiten Wagens 12 zusammen mit der Masse des daran befestigten Metallblechstücks 14, welche kombinierte Masse relativ zum Wagen 11 und seinem Träger exzentrisch ist, verdrehende Kräfte im Träger zwischen dem ersten Wagen 11 und dem Rahmen 10. Diese verdrehenden Kräfte haben die Tendenz, den ersten Wagen 11 relativ zum Rahmen 10 zu verdrehen.
Die 2 illustriert mit näheren Einzelheiten die Wirkung der oben erwähnten Drehkräfte auf die Stellantriebe 16a und 17a des ersten Wagens 11.
In 2 hängt die Grösse und die Richtung der Verdrehungskräfte 21, 22, welche den ersten Wagen in der Ebene X, Y relativ zum Rahmen 10 und den Stellantrieben 16a, 17a verdrehen, unter anderem von den folgenden Umständen ab:

– dem Abstand zwischen dem zweiten Wagen 12 und dem Auflagepunkt des Wagens 11 auf dem Rahmen 10, mit anderen Worten, der Länge des auf diese Art und Weise entwickelten „Momentarmes",
– dem Bewegungszustand des zweiten Wagens 12, mit anderen Worten, ob die Bewegung des zweiten Wagens 12 beschleunigend, verzögernd oder gleichmässig ist,
– der kombinierten Masse des zweiten Wagens 12 und des darauf befestigten Metallbleckstücks 14, sowie der Position von deren Massenschwerpunkt relativ zur Längsachse des Wagens 11.

Gemäss der Erfindung ist es nun möglich, die verdrehenden Kräfte 21, 22, welche den Wagen 11 verdrehen, wie folgt zu kompensieren.
Zuerst betrachtet wird eine Situation, bei welcher der Steuerwert, welcher durch das numerische Steuerzentrum der Metallblech-Bearbeitungsmaschine an die Stellantriebe 16a und 17a abgegeben wird, ein Voreinstellungswert ist, mit anderen Worten, das Ziel ist es, die Position des ersten Wagens 11 wie voreingestellt, beziehungsweise unverändert beizubehalten. In diesem Fall jedoch, wenn die verdrehenden Kräfte 21, 22, welche durch die Bewegung des zweiten Wagens 12 werden, die Tendenz aufweisen, den ersten Wagen 11 relativ zum Rahmen 10 zu verdrehen, stellen das Positionierungssystem 16b des Stellantriebes 16a im Messpunkt 16c sowie auf entsprechende Weise das Positionierungssystem 17b des Stellantriebes 17a im Messpunkt 17c fest, dass die echten Positionswerte von den oben erwähnten des Steuerzentrums abweichen. Infolgedessen tendieren die individuellen und voneinander getrennten Steuereinheiten der Stellantriebe 16a und 17a dazu, jeweils die Differenz zwischen der gemessenen, echten Differenz zwischen den Positionswerten und dem oben aufgeführten Steuerwert für die Position zu eliminieren. Dies führt dazu, dass die Stellantriebe 16a und 17a auf eine solche Art und Weise gesteuert werden, dass die Stellantriebe Gegenkräfte 23, 24 relativ zum Rahmen 10 ausüben, um dadurch die Wirkung der verdrehenden Kräfte 21, 22 zu kompensieren.
Bei einer Situation, in welcher der erste Wagen 11 in der Richtung Y transferiert wird, gibt das numerische Steuerzentrum der Metallblech-Bearbeitungsmaschine den Stellantrieben 16a, 17a dauernd ändernde Steuerwerte für die Position ein. Folglich haben die unabhängigen Steuereinheiten der Stellantriebe 16a und 17a die Tendenz, die Differenz zwischen diesem Steuerwert und den durch die Positionierungssysteme 16b und 17b gemessenen Positionswerten zu eliminieren, wobei der erste Wagen 11 unter Verwendung der Stellantriebe 16a, 17a auf eine Art und Weise bewegt wird, welche der Änderung des Positionswertes entspricht. Auf eine der oben beschriebenen entsprechenden Art und Weise wird es möglich, dass auch die Steuereinheiten der Stellantriebe 16a und 17a auf die Verdrehung des ersten Wagens 11 reagieren, welche Verdrehung durch die Bewegung des zweiten Wagens 12 in Bezug auf den ersten Wagen 11 verursacht wird. Die oben dargelegte Situation ereignet sich beispielsweise wenn in 1 die Bewegung diagonal von der Position A in die Position B erfolgt, wobei beide Wagen der Wagenanordnung gleichzeitig bewegt werden.
In der 1 ist es ebenfalls möglich, dass die Verdrehung des Wagens 11 in Bezug auf den Rahmen 10 durch eine Situation verursacht wird, bei welcher nur der erste Wagen 11 in Bezug auf den Rahmen 10 bewegt wird, ohne dass der zweite Wagen 12 sich relativ zum ersten Wagen 11 bewegt. Eine solche Situation wird beispielsweise verursacht, wenn die Bewegung von der Position A in die Position D erfolgt, wobei der zweite Wagen 12 und das auf diesem befestigte Metallblechstück 14 sich in einer exzentrischen Lage in Bezug auf den Rahmen 10 befinden.
In 2 sind die Stellantriebe 16a und 17a also durch lineare Servomotoren realisiert dargestellt. Die 3 illustriert in einer verringerten Ansicht und in schematischer Darstellung die wesentlichen Teile für den Betrieb eines linearen Servomotors. Der lineare Servomotor ist ein bürstenloser Elektromotor, bei welchem ein Rotor 31 ausgelegt ist, um mittels eines Magnetfeldes, welches durch einen in die im durch Führungen getragenen Rotor 31 eingeschlossenen Spulen eingespeisten elektrischen Stromes erzeugt wird (in 3 nicht dargestellt), entlang einer durch Dauermagneten 32 gebildeten Bahn bewegt zu werden. Zwischen dem Rotor 31 und den Dauermagneten 32 befindet sich ein kleiner Luftspalt, typischerweise von der Grössenordnung von 1 mm, welcher, während die oben erwähnten Führungen den Rotor 31 in einem vorbestimmten Abstand von der durch die Dauermagneten 32 gebildeten Bahn halten, konstant bleibt.
Bei der Verwendung gemäss der Erfindung ist ein Vorteil von linearen Servomotoren ihre Geschwindigkeit, welche eine schnelle Reaktion möglich macht, sobald eine angehende Verdrehung des Wagens festgestellt wird, wodurch es ermöglicht wird, die Verdrehung in einem frühen Zeitpunkt zu kompensieren, also noch bevor diese eine beträchtliche Grösse erreicht hat.
Die 4 illustriert in schematischer Darstellung ein Steuersystem, welches unter Verwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung zur Steuerung der Stellantriebe 16a und 17a eingesetzt wird.
Das Steuersystem weist ein Steuerzentrum 41 der Metallblech-Bearbeitungsmaschine und individuelle, getrennte Steuereinheiten 16 und 17 für die Stellantriebe 16a und 17a auf. Sowie das Steuerzentrum 41 einen Steuerwert S einer Position eingibt, geben die Steuereinheiten 16, 17 den Stellantrieben 16a und 17a, welche vorzugsweise lineare Servomotoren sind, getrennte Steuerwerte D₁₆, D₁₇ ein. Unter dem Einfluss dieser Steuerwerte werden die Stellantriebe 16a und 17a auf eine solche Weise bewegt, dass die Differenzen S – M₁₆ = Δ₁₆ und S – M₁₇ = Δ₁₇ zwischen den Messwerten der Position M₁₆, M₁₇ und dem Steuerwert S auf ein Minimum reduziert werden. Wenn der Wagen 11 sich in einer gewünschten Position S befindet, erreichen die Differenzwerte Δ₁₆, Δ₁₇ beide den Wert Null. As Folge davon erreichen die Steuerwerte D₁₆, D₁₇ ebenfalls den Wert Null. Wenn die Differenzwerte Δ₁₆ und Δ₁₇ Null sind, weiss das Steuerzentrum 41, dass sich der Wagen 11 in der gewünschten Position befindet.
In einer Situation, bei welcher der Steuerwert S konstant ist, das heisst also, dass die Position des Wagens 11 konstant gehalten wird, wobei jedoch Kräfte auf den Wagen 11 einwirken, welche diesen in einer Ebene parallel mit der Bewegungsrichtung des Wagens 11 verdrehen, wird dies als eine Änderung festgestellt, bei welcher dieser Differenzwert Δ₁₆ oder Δ₁₇ oder beide nicht mehr Null sind. Um daher diese Verdrehung des Wagens 11 zu kompensieren, tendieren die Steuereinheiten 16 oder 17 oder beide unabhängig voneinander dazu, die Differenzwerte auf Null zu bringen, indem ein geeigneter Steuerwert D₁₆, D₁₇ für diesen Zweck verwendet wird.
Wenn der Wagen 11 von einer Position in eine andere bewegt wird, gibt das Steuerzentrum 41 kontinuierlich ändernde Steuerwerte S für die Position den Steuereinheiten 16 und 17 ein. Wenn also die Differenzwerte Δ₁₆ und Δ₁₇ sich kontinuierlich von Null unterscheiden, wird den Steuerwerten D₁₆, D₁₇ der Stellantriebe 16a und 17a ebenfalls ein Wert, der sich von Null unterscheidet, gegeben, damit der Wagen 11 in eine gewünschte Richtung bewegt wird. In dieser Situation ist es möglich, die Verdrehung des Wagens 11 festzustellen, und zwar durch die Tatsache, dass die Differenzwerte Δ₁₆ und Δ₁₇ nicht gleich sind, das heisst also, Δ = Δ₁₆ – Δ₁₇ ≠ 0. Als Folge davon erhalten die Stellantriebe 16a und 17a Steuersignale D₁₆ und D₁₇, welche nicht gleich sind, wodurch die Verdrehung des Wagens 11 kompensiert wird.
Durch die Überwachung der Differenz Δ = Δ₁₆ – Δ₁₇, der Differenzwerte ist das Steuerzentrum 41 in der Lage, die Grösse der Verdrehung des Wagens 11 festzustellen. Es ist ebenfalls möglich, der Differenz Δ der Differenzwerte einen Maximalwert zu geben, und dass, wenn dieser überschritten wird, das Steuerzentrum 41 die Änderungsrate des Steuerwerts S der Position verringert, mit anderen Worten, die Beschleunigung oder die Verzögerung des Wagens 11 wird reduziert, wodurch die auf die Strukturen der Wagenanordnung wirkende Belastung entsprechend verringert wird. Dies macht es beispielsweise möglich, dass, wenn die Menge oder die Position der am Wagen 12 befestigten Masse (die Position des Wagens 12 und die Masse/Grösse des auf diesem befestigten Metallblechstücks 14) eine solche ist, dass die Verdrehungstendenz des Wagens 11 gering ist, es möglich ist, den Wagen 11 mit höheren Beschleunigungen und Verzögerungen zu bewegen, dies im Gegensatz zu einer Situation, bei welcher durch die Menge und die Position der zu bewegenden Masse erzeugten Kräfte zu einer grossen Verdrehung des Wagens 11 führen.
5 illustriert in schematischer Darstellung eine Ansicht von oben der Erfindung mit einer anderen Wagenanordnung, angewendet in einer Metallblech-Bearbeitungsmaschine. Die Metallblech-Bearbeitungsmaschine von 5 weist montiert auf dem Rahmen 10 auf dem oberen Teil des Rahmens einen ersten Wagen 11 auf, der dazu ausgelegt ist, entlang von Führungen oder etwas ähnlichem im Rahmen 10 in einer Richtung X in Bezug auf den Rahmen 10 bewegt zu werden. Ein zweiter Wagen 12 ist dazu ausgelegt, entlang den Führungen oder etwas ähnlichem des ersten Wagens 11 in einer Richtung Y bewegt zu werden. Angebracht im zweiten Wagen 12 sind Befestigungsmittel 13, um das zu bearbeitende Metallblechstück 14 an diesem Wagen 12 festzumachen.
Auf eine Art und Weise, welche der in 1 dargestellten Metallblech-Bearbeitungsmaschine entspricht, wird das zu bearbeitende Metallblechstück 14 in 5 innerhalb eines senkrechten Bewegungsbereiches durch die Wagenanordnung bestehend aus dem ersten Wagen 11 und dem zweiten Wagen 12 bewegt, um dadurch das zu bearbeitende Metallblechstück mittels der Metallblech-Bearbeitungsmaschine 15 zu bearbeiten. Die Bezugsbuchstaben A bis D in 5 bezeichnen die äussersten Positionen des Metallblechstücks 14 in den verschiedenen Ecken dieses Bewegungsbereiches.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist in der Metallblech-Bearbeitungsmaschine des in 5 illustrierten Typs anwendbar, um sowohl den ersten Wagen 11 wie auch den zweiten Wagen 12 zu bewegen. Für die Bewegung des ersten Wagens werden in 5 zwei unabhängig voneinander gesteuerte Stellantriebe 16a und 17a verwendet, welche unter Benützung der Messdaten von den Positionierungssystemen 16b und 17b gesteuert werden. Auf entsprechende Art und Weise werden für die Bewegung des zweiten Wagens zwei unabhängig voneinander gesteuerte Stellantriebe 18a und 19a verwendet, welche unter Benützung der Messdaten von den Positionierungssystemen 18b und 19b gesteuert werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist vorzugsweise anwendbar in der Situation von 5, dies insbesondere für die Bewegung der zweiten Wagen 12 (Stellantriebe 18a und 19a), dies weil die Struktur des zweiten Wagens und die Führungen, welche den Wagen tragen, vorteilhafterweise so leichtgewichtig wie möglich sein sollten, wenn sie zusammen mit dem ersten Wagen 11 bewegt werden. Um den ersten Wagen 11 zu tragen, ist es möglich, dass der Rahmen 10 und die daran befestigten Führungen oder etwas ähnliches, welche den Wagen tragen, falls erforderlich als sehr starr (und aus diesem Grunde als sehr schwer) gebaut werden, weil sie nicht bewegte Teile der Metallblech-Bearbeitungsmaschine sind und weil damit ihr Gewicht die Bewegung der Wagenanordnung nicht direkt beeinflusst.
Es ist natürlich offensichtlich auch möglich, dass ein Wagen ebenfalls mehr als zwei parallele Stellantriebe aufweist. Infolgedessen sollten mindestens zwei von diesen Stellantrieben gemäss der Erfindung gesteuert werden, damit die Verdrehung des Wagens gehemmt, bzw., kompensiert wird, vorzugsweise jedoch werden alle Stellantriebe gemäss der Erfindung gesteuert, nämlich unabhängig voneinander und getrennt voneinander mit eigenen Steuereinheiten.
Es wird natürlich für jeden Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung sich nicht auf die oben erwähnte Bearbeitung von Metallblechstücken beschränkt, sondern dass es ebenfalls möglich ist, sie auf die Bearbeitung von aus anderen Werkstoffen hergestellten Blättern oder dünnen Platten anzuwenden, sie also etwa auch auf die Bearbeitung von Platten aus Kunststoff und Bakelit anzuwenden.
Des Weiteren ist es natürlich für jeden Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass durch die Kombination auf verschiedene Art und Weise der Betriebsarten und der Vorrichtungsstrukturen, die oben dargelegt worden sind, es möglich ist, verschiedene Ausführungsformen der Erfindung gemäss dem Rahmen dieser Erfindung vorzusehen. Aus diesem Grunde dürfen die oben stehend dargelegten Beispiele nicht so betrachtet werden, als dass sie die Erfindung irgendwie einschränken, sondern dass es möglich ist, die Ausführungsformen der Erfindung frei innerhalb des Rahmens dieser Erfindung, welche durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, zu variieren.

Claims

Ein Verfahren zum Transferieren eines Wagens in einer Metallblech-Bearbeitungsmaschine, worin ein Wagen (11, 12) einer beweglichen, mit der Metallblech-Bearbeitungsmaschine verbundenen Wagenanordnung von mindestens zwei Stellantrieben (16a, 17a; 18a, 19a) transferiert wird, welche parallel zur Bewegungsrichtung des Wagens (11, 12) angeordnet sind und von einem Steuerwert (S) einer Position gesteuert werden, der von einem Steuerzentrum (41) vorgegeben ist, um ein zu bearbeitendes Metallblech (14), das an Haltemitteln (13) der Wagenanordnung befestigt ist, im wesentlichen in der Hauptebene des Bleches (14) zu transferieren, um Bearbeitungsschritte am Blech (14) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass – einzelne, separate Messwerte (M₁₇, M₁₇) der Position für die mindestens zwei Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) mittels separater Positionierungssysteme (16b, 17b; 18b, 19b) ermittelt werden, die mit jedem der genannten Stellantriebe verbunden sind, und – jeder der genannten separaten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) unabhängig und separat mittels einem Differenzwert gesteuert wird, der erhalten wird als eine Differenz zwischen dem vom Steuerzentrum (41) erhaltenen Steuerwert (S) und dem Messwert (M₁₆, M₁₇) der zum einzelnen Stellantrieb gehörigen Position.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der besagten mindestens zwei Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) unabhängig gesteuert wird, um den dem jeweiligen Stellantrieb zugehörigen Differenzwert zu minimieren.
Das Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der besagten mindestens zwei separaten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) unabhängig gesteuert wird, um den dem jeweiligen Stellantrieb zugehörigen Differenzwert gleich zu halten mit den korrespondierenden Differenzwerten der anderen Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Differenzwerte der besagten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) der grösste zulässige Wert für irgend einen der besagten individuellen Differenzwerte, das heisst ein sogenannter erster Grenzwert, bestimmt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Differenzwert von einem der separaten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens den besagten vorbestimmten ersten Grenzwert überschreitet, die Wechselrate der Steuerwerte der Position reduziert wird, das heisst die Beschleunigung oder die Verlangsamung des Wagens reduziert ist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Differenz zwischen den Differenzwerten der besagten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) der grösste zulässige Wert, das heisst ein sogenannter zweiter Grenzwert, bestimmt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Differenz zwischen den Differenzwerten von zwei der separaten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) den besagten vorbestimmten zweiten Grenzwert überschreitet, die Wechselrate der Steuerwerte (S) der Position reduziert wird, das heisst die Beschleunigung oder die Verlangsamung des Wagens (11, 12) reduziert ist.
Ein Stellantrieb-Apparat zum Transfer eines Wagens (11, 12) in einer Metallblech-Bearbeitungsmaschine, worin ein Wagen (11, 12) einer beweglichen, mit der Metallblech-Bearbeitungsmaschine verbundenen Wagenanordnung eingerichtet ist, mittels mindestens zwei Stellantrieben (16a, 17a; 18a, 19a) transferierbar zu sein, welche parallel zur Bewegungsrichtung des Wagens (11, 12) angeordnet sind und von einem Steuerwert (S) einer Position gesteuert werden, der von einem Steuerzentrum (41) vorgegeben ist, um ein zu bearbeitendes Metallblech (14), das an Haltemitteln (13) der Wagenanordnung befestigt ist, im wesentlichen in der Hauptebene des Bleches (14) zu transferieren, um Bearbeitungsschritte am Blech (14) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb-Apparat des Wagens (11, 12) mindestens – separate Positionierungssysteme (16b, 17b; 18b, 19b), die mit mindestens zwei parallelen Stellantrieben (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) verbunden sind, um Messwerte (M₁₆, M₁₇) der Position für jeden Stellantrieb (16a, 17a; 18a, 19a) separat zu bestimmen; und – einzelne, separate Steuereinheiten (16, 17) für jeden der besagten mindestens zwei Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12), um jeden der besagten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) unabhängig und separat mittels einem Differenzwert zu steuern, der erhalten wird als eine Differenz zwischen dem vom Steuerzentrum (41) vorgegebenen Steuerwert (S) und dem Messwert (M₁₆, M₁₇) der zum einzelnen Stellantrieb gehörigen Position, umfasst.
Der Stellantrieb-Apparat gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheiten (16, 17) angeordnet sind, um die besagten mindestens zwei einzelnen Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) jeweils unabhängig zu steuern, um den zum jeweiligen Stellantrieb gehörigen Differenzwert zu minimieren.
Der Stellantrieb-Apparat gemäss Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheiten (16, 17) angeordnet sind, um die besagten mindestens zwei einzelnen Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) jeweils unabhängig zu steuern, um den dem jeweiligen Stellantrieb zugehörigen Differenzwert gleich zu halten mit den entsprechenden Differenzwerten anderer Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12).
Der Stellantrieb-Apparat gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb-Apparat Mittel (41) umfasst zum Bestimmen des grössten zulässigen Wertes für die einzelnen, den jeweiligen Stellantrieben (16a, 17a; 18a, 19a) zugehörigen Differenzwerte, das heisst einem sogenannten ersten Grenzwert.
Der Stellantrieb-Apparat gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Differenzwert von einem der einzelnen Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) den besagten vorbestimmten ersten Grenzwert überschreitet, die Steuereinheit (41) eingerichtet ist um die Wechselrate der Steuerwerte (S) der Position zu reduzieren, das heisst die Beschleunigung oder die Verlangsamung des Wagens (11, 12) zu reduzieren.
Der Stellantrieb-Apparat gemäss einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb-Apparat Mittel (41) umfasst zum Bestimmen des grössten zulässigen Wertes, einem sogenannten zweiten Grenzwert, für die Differenz zwischen den Differenzwerten der genannten Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a).
Der Stellantrieb-Apparat gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Differenz zwischen den Differenzwerten von zwei einzelnen Stellantrieben (16a, 17a; 18a, 19a) des Wagens (11, 12) den besagten vorbestimmten zweiten Grenzwert überschreitet, die Steuereinheit (41) eingerichtet ist um die Wechselrate der Steuerwerte (S) der Position zu reduzieren, das heisst die Beschleunigung oder die Verlangsamung des Wagens (11, 12) zu reduzieren.
Der Stellantrieb-Apparat gemäss einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssysteme (16b, 17b; 18b, 19b) Messbalken oder dergleichen sind, die mit einem optischen Prinzip arbeiten.
Der Stellantrieb-Apparat gemäss einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellantriebe (16a, 17a; 18a, 19a) lineare Servomotoren/Stellantriebe (31, 32) sind.