NL1027851C2

NL1027851C2 - Werkwijze voor het regelen van een dynamisch systeem alsmede een dergelijke inrichting.

Info

Publication number: NL1027851C2
Application number: NL1027851A
Authority: NL
Inventors: Richard Adrianus Johannes Burg
Original assignee: Assembleon Nv
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-06-27
Also published as: US20060158970A1; EP1674421A2; KR20060071866A; EP1674421A3; CN1808882A; TW200635843A

Description

‘ *

Werkwijze voor het regelen van een dynamisch systeem alsmede een dergelijke inrichting

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het 5 regelen van een dynamisch systeem omvattende twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende geleidingen en een zich dwars op de geleidingen uitstrekkende, over de geleidingen verplaatsbare balk, waarbij over de balk een slede verplaatsbaar 1s.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een Inrichting 10 geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

Het regelen van een dergelijk dynamisch systeem is bijvoorbeeld bekend uit hef Amerikaanse octrooi US-A-6.163.116. Het verplaatsen van een balk over twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende geleidingen heeft als voordeel dat hiermee een grotere 15 stabiliteit kan worden verkregen dan indien de balk over slechts een enkele geleiding zal worden verplaatst. Een dergelijke relatief grote stabiliteit is wenselijk bij bijvoorbeeld componentenplaatsingsmachines waarbij de over de balk heen verplaatsbare slede is voorzien van een mondstuk voor het opnemen van componenten en het vervolgens op de 20 gewenste positie plaatsen van de opgenomen component op bijvoorbeeld een pHntplaat.

Zoals reeds aangegeven in het Amerikaanse octrooi is een nadeel van de zich parallel aan elkaar uitstrekkende geleidingen en de bij deze geleidingen behorende motoren dat de regelingen van de motoren 25 elkaar beïnvloeden.

Om dit probleem te voorkomen wordt bij de werkwijze volgens het Amerikaanse octrooi voorgesteld om gebruik te maken van een nieuw assenstelsel met twee ontkoppelde assen, zijnde een translatie en een rotatie.

30 Een nadeel van deze werkwijze is dat het tot relatief complexe regellussen leidt. Bovendien leidt dit tot virtuele coördinaten.

1027851 i 2

De rotatie is niet direct als vrijheidsgraad in een inrichting aanwezig en wordt zeker niet aangestuurd.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen waarmee de aansturing van de balk over de geleidingen relatief eenvoudig is, 5 terwijl de regelingen elkaar nagenoeg niet beïnvloeden.

Dit doel wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding bereikt doordat een eerste verschil wordt bepaald tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de eerste geleiding0 een tweede verschil wordt bepaald tussen de gewenste positie en de werkelijke 10 positie van de balk op de tweede geleiding» aan de hand van deze eerste en tweede verschillen het positieverschil wordt bepaald tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van een bepaald punt van de balk» aan de hand van deze eerste en tweede verschillen tevens een afwijking tussen het eerste verschil en het tweede verschil wordt 15 bepaald» waarna ten minste afhankelijk van het positieverschil» de afwijking en de positie van de slede ten opzichte van het massa-zwaartepunt van de balk op de balk uit te oefenen kracht en koppel worden bepaald.

Gebleken is dat aan de hand van het positieverschil en de 20 afwijking bij een bepaald punt zoals bijvoorbeeld hef massazwaarfepunf van de balk of de positie van de balk ter plaatse van de slede op eenvoudige wijze de op de balk uit te oefenen kracht en koppel kunnen worden vasfgesfeld. De op de balk uit te oefenen kracht en koppel kunnen op eenvoudige wijze worden omgezet in een op de ter plaatste van de 25 eerste en tweede geleiding op de slede uit te oefenen krachten.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat afhankelijk van de positie van de slede ten opzichte van het bepaalde punt van de balk» het positieverschil wordt gecorrigeerd» waarna het gecorrigeerde positieverschil wordt toegevoerd 30 aan een eerste regelaar ter bepaling van de op de balk uit te oefenen kracht.

1 02 78 51 "" 3

Op deze wijze wordt de op de balk uit te oefenen kracht mede bepaald afhankelijk van de positie van de slede ten opzichte van de balk. Doordat de slede over de balk heen verplaatst» verandert hierdoor de ligging van het massazwaartepunt van de balk en de daarop gelegen 5 slede. Door hiermee rekening te houden» kan nog nauwkeuriger de op de slede uit te oefenen kracht worden bepaald.

Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de afwijking wordt toegevoerd aan een tweede regelaar ter bepaling van een koppel» welk koppel wordt 10 gecorrigeerd afhankelijk van de positie van de slede ten opzichte van het massazwaartepunt van de balk» welk gecorrigeerd koppel op de slede wordt uitgeoefend.

Doordat bij het bepalen van het koppel rekening wordt gehouden met een verandering van de ligging van het massazwaartepunt van 15 de balk en de daarop gelegen slede» kan nauwkeuriger het op de slede uit te oefenen koppel worden vastgesteld.

Een nog andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat afhankelijk van de op de slede uit te oefenen kracht respectievelijk koppel de ter plaatse van de eerste en 20 tweede geleiding op de slede uit te oefenen krachten worden bepaald.

Op deze wijze is het vervolgens aansturen van de motoren voor het aandrijven van de balk over de geleidingen relatief eenvoudig.

Een nog andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het corrigeren van het positie- 25 verschil respectievelijk koppel afhankelijk is van het verschil tussen de positie van het massazwaartepunt van de balk met de daarop gelegen slede en het massazwaartepunt van de balk.

Op deze wijze wordt rekening gehouden met de werkelijke ligging van het massazwaartepunt van de balk tezamen met de slede.

30 Een nog andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het corrigeren van het positie- 1027851 I-----------ΙΓΓ ι .....ι-------ÜUJ..-L..JJ—- m gs-ssaa^al· ιι ιιι mi ιιιιγππ·—».- --- -----------— - t « 4 verschil respectievelijk koppel afhankelijk is van het verschil tussen de positie van het massazwaartepunt van de slede en de positie van het massazwaartepunt van de balko

Op deze wijze wordt rekening gehouden met een verandering 5 van de ligging van het massazwaartepunt van de slede. Het massazwaartepunt van de balk zal enkel verplaatsen in een zich evenwijdig aan de geleidingen uitstrekkende richting. In een zich evenwijdig aan de balk uitstrekkende richting zal de ligging van het massazwaartepunt onveranderd blijven.

10 De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

De inrichting volgens de uitvinding is daartoe voorzien van twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende geleidingen en een zich dwars op de geleidingen uitstrekkende,, over de geleidingen verplaatsbare 15 balk» waarbij over de balk een slede verplaatsbaar is» waarbij middelen zijn voorzien voor het bepalen van een eerste verschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de eerste geleiding» middelen zijn voorzien voor het bepalen van een tweede verschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de tweede 20 geleiding» middelen zijn voorzien voor het aan de hand van deze eerste en tweede verschillen bepalen van een positieverschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van het massazwaartpunt van de balk» middelen zijn voorzien voor het aan de hand van de eerste en tweede verschillen bepalen van een afwijking tussen het eerste verschil en het 25 tweede verschil alsmede middelen zijn voorzien voor het afhankelijk van ten minste het positieverschil» de afwijking en de positie van de slede ten opzichte van het massazwaartepunt van de balk bepalen van de op de balk uit te oefenen kracht en koppel alsmede middelen zijn voorzien voor het uitoefenen van de bepaalde kracht en het bepaalde koppel op de balk.

30 Met behulp van een dergelijke inrichting is het op eenvoudige wijze mogelijk om een slede nauwkeurig naar elke gewenste 1027851 r 5 positie te verplaatsen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen waarin: f1g« 1 een schematisch bovenaanzicht van een dynamisch 5 systeem volgens de uitvinding toont„ fig. 2 een schematische weergave toont van een regeling voor het in f1g. 1 weergegeven dynamisch systeem.

Fig. 1 toont een dynamisch systeem 1 dat is voorzien van een zich in X-richting uitstrekkende balk 2. De balk 2 1s met uiteinden 10 3e 4 verplaatsbaar gelagerd op zich in Y-richt1ng uitstrekkende parallelle geleidingen (niet weergegeven).

Over de balk 2 is een slede 5 verplaatsbaar gelagerd.

De verplaatsing van de balk 2 over de geleidingen en de slede 5 over de balk 2 geschiedt met behulp van motoren.

15 Met behulp van de met de geleidingen samenwerkende motoren wordt op het eerste uiteinde 3 een kracht F1 uitgeoefend ten gevolge waarvan het eerste uiteinde 3 naar een positie Y1 wordt verplaatst.

Op eenzelfde wijze wordt op het tweede uiteinde 4 een kracht F2 uitgeoefend ten gevolge waarvan het tweede uiteinde naar een 20 positie Y2 wordt verplaatst. Op de slede 5 wordt een kracht uitgeoefend ten gevolge waarvan de slede 5 naar een positie X wordt verplaatst.

De totaal in Y-r1chting op de balk 2 en slede 5 uitgeoefende kracht F is de som van de krachten F1 en F2.

F1 + F2 = F (1) 25 De verplaatsing Y van het midden van de balk 2 is gelijk aan het gemiddelde van de verplaatsingen Y1 en Y2.

De balk 2 heeft een massa ml waarvan het massa* zwaartepunt Ml in het midden van de balk 2 is gelegen. De slede 5 heeft een massa m2 waarvan het massazwaartepunt M2 in het midden van de slede 5 30 is gelegen. Het massazwaartepunt MZ van de balk 2 in combinatie met de slede 5 zal liggen tussen de massazwaartepunten Ml* M2 van de balk 2 10278*1 f 6 respectievelijk de slede 5. Dit massazwaartepunt Mz ligt op een afstand z van het middelpunt Ml van de balk 2.

De afstand z 1s afhankelijk van de massa's ml» m2 en de afstand x kan als volgt worden vastgesteld, 5 *=77^;·' C« (ml+ bi2)

De verplaatsing yz van het massazwaartepunt Mz in de Y-richting is afhankelijk van zowel de verplaatsing yl als de verplaatsing y2. De werkelijke posities yl„ y2 van de uiteinden 3„ 4 van de balk 2 worden met behulp van sensoren waargenomen, 10 De lengte van de balk 2 bedraagt 2L. Het op de balk 2 in het massazwaartepunt Mz uitgeoefend koppel Tz bedraagt derhalve; (F2 - Fl) · L - z · (F1 + F2) = T - F · z ** Tz (3)

Fig, 2 toont een regeling voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding die is geïntegreerd in een 15 besturingssysteem voor het aansturen van de motoren voor het verplaatsen van de uiteinden 3„ 4 van de balk 2 alsmede van de slede 5.

Aan de regeling 6 worden de gewenste posities ylpref en y20ref van de eerste en tweede uiteinden 3„ 4 van de balk 2 toegevoerd,

In de aftrekeenheid 7 wordt het eerste verschil el bepaald tussen de 20 gewenste positie yl9ref en de werkelijke positie yl van het eerste uiteinde 3 van de balk 2. Op eenzelfde wijze wordt met behulp van aftrekeenheid 8 het tweede verschil e2 bepaald tussen de gewenste positie y20ref en de werkelijke positie y2 van het tweede uiteinde 4 van de balk 2.

25 Deze beide verschillen el„ e2 worden toegevoerd aan een bewerkingseenheid 9 waarin de verschillen el, e2 volgens onderstaande formule worden omgezet in een positieverschil ey die het verschil aangeeft tussen de werkelijke positie en gewenste positie van het midden Ml van de balk 2 en de werkelijke positie van het midden Ml van de 30 balk 2.

10278 51 " 7 toegevoerd aan een eerste regelaar 11 die kan zijn voorzien van bijvoorbeeld een PID-regelaar» desgewenst aangevuld met bepaalde filters.

Met behulp van de regelaar 11 wordt de kracht F vastgesteld die op de balk 2 dient te worden uitgeoefend.

5 Simultaan met het toevoeren van de waarde ez aan de regelaar 11 wordt de afwijking ediff toegevoerd aan een tweede regelaar 12 die op eenzelfde wijze als de regelaar 11 kan zijn opgebouwd. Met behulp van de regelaar 12 wordt uit de afwijking ediff een kracht Tz/L bepaald die een maat is voor de op de balk 2 uit te oefenen koppel.

10 In de opteleenheid 13 wordt bij de kracht Tz/L een deel z/L

van de kracht F opgeteld, die met behulp van de regelaar 11 is vastgesteld. Hieruit volgt een kracht T/L die een maat is voor een op de bal k 2 ui t te oefenen koppel.

Zowel de met behulp van de regelaar 11 vastgestelde 15 kracht F als de kracht T/L worden toegevoerd aan de bewerkingseenheid 14, waarin met behulp van de onderstaande formule de op de uiteinden 3, 4 van de slede 2 uit te oefenen krachten Fl, F2 worden vastgesteld.

F1__0,S-0S F Fl 0,5 0,5 T/L

Deze krachten Fl, F2 worden vervolgens met behulp van de 20 motoren overgebracht op de uiteinden 3, 4 ten gevolge waarvan de uiteinden 3, 4 over de betreffende geleidingen worden verplaatst en vervolgens een positie yl, y2 innemen. Deze met behulp van sensoren waar te nemen posities yl, y2 worden vervolgens weer teruggevoerd naar aftrekeenheden 7, 8.

25 Doordat de regelaars 11, 12 onafhankelijk van elkaar werken, zullen zij elkaar ook niet beïnvloeden. Het is ook mogelijk om in plaats van de afwijking ediff te vermenigvuldigen met z/L, ediff te vermenigvuldigen met x/L waardoor een waarde ex wordt bepaald die vervolgens aan de regelaar 11 zal worden toegevoerd. De waarde ex is een 30 maat voor de afwijking van het massazwaartepunt m2 van de slede 5 in Y-richting.

' « 8 motoren overgebracht op de uiteinden 3, 4 ten gevolge waarvan de uiteinden 3» 4 over de betreffende geleidingen worden verplaatst en vervolgens een positie yl» y2 innemen. Deze met behulp van sensoren waar te nemen posities yl» y2 worden vervolgens weer teruggevoerd naar 5 aftrekeenheden 7» 8.

Doordat de regelaars 11» 12 onafhankelijk van elkaar werken» zullen zij elkaar ook niet beïnvloeden. Het is ook mogelijk om 1n plaats van de afwijking ediff te vermenigvuldigen met z/L» edlff te vermenigvuldigen met κ/L waardoor een waarde ex wordt bepaald die 10 vervolgens aan de regelaar 11 zal worden toegevoerd. De waarde ex is een maat voor de afwijking van het massazwaartepunt m2 van de slede 5 in Y-richting.

De krachten worden bij voorkeur in het massazwaartepunt aangeboden.

15 Het is mogelijk om de regeling 6 als een ΜΙΜΟ-regel aar (Multi Input Multi Output) uit te voeren waarbij ook een minimale interactie tussen de beide regellussen voor de beide Y-aandrijvingen optreedt.

De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding zijn 20 geschikt voor diverse toepassingen waarbij een slede 5 nauwkeurig dient te worden gepositioneerd» zoals bijvoorbeeld een componentplaatsings-machine.

1027851

Claims

1. Werkwijze voor het regelen van een dynamisch systeem omvattende twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende geleidingen en 5 een zich dwars op de geleidingen uitstrekkende, over de geleidingen verplaatsbare balk, waarbij over de balk een slede verplaatsbaar is, met het kenmerk, dat - een eerste verschil wordt bepaald tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de eerste geleiding, 10. een tweede verschil wordt bepaald tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de tweede geleiding, - aan de hand van deze eerste en tweede verschillen het positieverschi1 wordt bepaald tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van een bepaald punt van de balk, 15. aan de hand van deze eerste en tweede verschillen tevens een afwijking tussen het eerste verschil en het tweede verschil wordt bepaald, - waarna ten minste afhankelijk van het positieverschil, de afwijking en de positie van de slede ten opzichte van het 20 massazwaartepunt van de balk op de balk uit te oefenen kracht en koppel worden bepaald.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat afhankelijk van de positie van de slede ten opzichte van het bepaalde punt van de balk, het positieverschil wordt gecorrigeerd, waarna het 25 gecorrigeerde positieverschil wordt toegevoerd aan een eerste regelaar ter bepaling van de op de balk uit te oefenen kracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de afwijking wordt toegevoerd aan een tweede regelaar ter bepaling van een koppel, welk koppel wordt gecorrigeerd afhankelijk van de positie van de 30 slede ten opzichte van het massazwaartepunt van de balk, welk gecorrigeerd koppel op de balk wordt uitgeoefend. 1027851 _ I ·Ι[ΙΙΊ^"————Β——WW——Β<—1 ' * ""- " - *' u ~ ^ f

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat afhankelijk van de op de balk uit te oefenen kracht respectievelijk koppel de ter plaatse van de eerste en tweede geleiding op de balk uit te oefenen krachten worden bepaald.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het corrigeren van het positieversohil respectievelijk koppel afhankelijk is van het verschil tussen de positie van het massazwaartepunt van de balk met de daarop gelegen slede en het massazwaartepunt van de balk.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het corrigeren van het positieverschil respectievelijk koppel afhankelijk is van het verschil tussen de positie van het massazwaartepunt van de slede en de positie van het massazwaartepunt van de balk.

7. Inrichting geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende geleidingen en een zich dwars op de geleidingen uitstrekkende, over de geleidingen verplaatsbare balk, waarbij over de balk een slede verplaatsbaar is, 20 waarbij middelen zijn voorzien voor het bepalen van een eerste verschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de eerste geleiding, middelen zijn voorzien voor het bepalen van een tweede verschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van de balk op de tweede geleiding, middelen zijn voorzien voor het aan de hand van 25 deze eerste en tweede verschillen bepalen van een positieverschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie van het massazwaartpunt van de balk, middelen zijn voorzien voor het aan de hand van de eerste en tweede verschillen bepalen van een afwijking tussen het eerste verschil en het tweede verschil alsmede middelen zijn voorzien voor het 30 afhankelijk van ten minste het positieverschil, de afwijking en de positie van de slede ten opzichte van het massazwaartepunt van de balk 1027851 » bepalen van de op de balk uit te oefenen kracht en koppel alsmede middelen zijn voorzien voor het uitoefenen van de bepaalde kracht en het bepaalde koppel op de balk. 5 1 027851’i