AT507257A2 - Controller for handling device i.e. three-axis linear robot, of injection molding machine, has memory storing data of path for end piece of handling device, where path is calculated by characteristics of injection molding part or component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein Handlinggerät einer Spritzgießmaschine, wobei das Handlinggerät ein motorisch angetriebenes Endstück in Form eines Aufnahme-bzw. Übernahmekopfes umfasst, welches zum Bewegen eines Spritzgussteils dient, und wobei die Steuereinheit einen elektronischen Speicher aufweist, in dem die Daten einer Sollbahn für das Endstück abgelegt sind, entlang weicher das Endstück mittels der Steuereinheit bewegbar ist.The invention relates to a control unit for a handling device of an injection molding machine, wherein the handling device is a motor-driven end piece in the form of a receiving or. Transfer head comprises, which serves for moving an injection-molded part, and wherein the control unit comprises an electronic memory in which the data of a desired trajectory for the tail are stored, along which the tail is movable by means of the control unit.
Im Bereich von Spritzgießmaschinen werden Handlinggeräte beispielsweise in Form von Robotern im Allgemeinen zur Entnahme und anschließender Ablage von Spritzgussteilen aus der Spritzgießmaschine verwendet. Derartige Handlinggeräte können aber auch für Manipulationsaufgaben in anderen Anwendungsgebieten geeignet verwendet werden. Beispiele derartiger Anwendungsbereiche sind die Teilemanipulation auf Werkzeugmaschinen oder in Palettierstationen, wie sie in Logistiksystemen eingebunden sind. Zur Anwendung bei der Entnahme und Ablage können derartige Handlinggeräte zusätzlich mit Handachsen für Dreh- und Schwenkbewegungen ausgerüstet sein. Dabei kann ein derartiges Handlinggerät in Produktionszellen für verschiedene Handhabungstätigkeiten, wie beispielsweise Einlegen, Entnehmen, Ablegen, Stapeln, Übergabe an Nachbearbeitung, usw. eingesetzt werden. Zur Verringerung der Zykluszeiten sollen dabei die Tätigkeiten wie beispielsweise das Entnehmen und das Ablegen möglichst rasch durchgeführt werden. Gleichzeitig müssen die Tätigkeiten aber mit einer hohen Präzision durchgeführt werden, beispielsweise um die Entnahme- oder Ablagepositionen genau anfahren zu können. Speziell beim Entnehmen und Ablegen ist präzises und schnelles Positionieren nötig, ohne dass das mit dem Handlinggerät In Anlage gebrachte Spritzgussteil Schwingungen unterworfen ist.In the field of injection molding machines, handling devices, for example in the form of robots, are generally used for removing and subsequently depositing injection molded parts from the injection molding machine. However, such handling devices can also be suitably used for manipulation tasks in other fields of application. Examples of such areas of application are the parts manipulation on machine tools or in palletizing stations, as they are integrated in logistics systems. For use in the removal and storage of such handling devices can be additionally equipped with hand axes for rotary and pivotal movements. In this case, such a handling device in production cells for various handling activities, such as insertion, removal, storage, stacking, transfer to post-processing, etc. are used. In order to reduce the cycle times, the activities such as the removal and storage should be carried out as quickly as possible. At the same time, however, the activities must be carried out with a high degree of precision, for example in order to accurately approach the removal or storage positions. Precise and rapid positioning is necessary, especially when removing and depositing, without the injection molded part brought into contact with the handling device being subjected to vibrations.
Im Stand der Technik sind bereits einige Möglichkeiten angeführt, die zur Verminderung von Schwingungen des Handlinggeräts, welche auf die Spritzgießmaschine übertragen werden können, dienen sollen.In the prior art, some possibilities are already mentioned, which are intended to reduce vibrations of the handling device, which can be transferred to the injection molding machine.
In der DE 198 48 420 ist eine Spritzgießmaschine mit Handlinggerät zur Entnahme und zum Zuführen von Werkstücken gezeigt. Zur Verminderung von Erschütterungen, die aus der Bewegung des Handlinggerätes resultieren, hat ein Führungsgestell bezüglich der Spritzgießmaschine die gleichen Freiheitsgrade wie das Handlinggerät bezüglich des Führungsgestells. In der DE 198 48 419 wiederum ist eine mechanische Verkopplung 63855 35/hn 2 gewisser Teile der Spritzgießmaschine mit dem Handlinggerät zumindest während eines gewissen Zeitraums als mögliche Lösung desselben Problems angeführt. '•HtmIn DE 198 48 420 an injection molding machine with handling device for removal and for feeding of workpieces is shown. To reduce shocks resulting from the movement of the handling device, a guide frame with respect to the injection molding machine has the same degree of freedom as the handling device with respect to the guide frame. In DE 198 48 419, in turn, a mechanical coupling 63855 35 / hn 2 of certain parts of the injection molding machine with the handling device is mentioned as a possible solution to the same problem at least for a certain period of time. '• .htm
In der EP 1 306 868 ist eine Robotersteuerung gezeigt, die zur Optimierung der Kraftverteilung und damit einhergehend zur Minimierung von Schwingungen des zu verfahrenden Gegenstandes das Bahnverhalten mittels eines Algorithmus optimiert. Dabei werden das Gewicht und das Trägheitsmoment des zu verfahrenden Gegenstandes vorher gemessen bzw. sind bekannt. Die aktiven Achsen des Handhabungssystems werden gemäß der geplanten Bahn angesteuert, damit insbesondere für einen Palettierungsroboter die zu verfahrende Last nicht umkippt und im Wesentlichen nur Normalkräfte zwischen Greifwerkzeug und zu verfahrendem Gegenstand auftreten.In EP 1 306 868 a robot control is shown which optimizes the path behavior by means of an algorithm in order to optimize the force distribution and, concomitantly, to minimize oscillations of the object to be moved. The weight and the moment of inertia of the object to be moved are measured beforehand or are known. The active axes of the handling system are controlled according to the planned path, so that in particular for a palletizing robot, the load to be traversed does not tip over and essentially only normal forces occur between the gripping tool and the object to be moved.
Nachteilig ist bei den oben erwähnten Offenbarungen, dass die Hilfsmittel zur Dämpfung bzw. die vorgeplante Sollbahn nur ungenügend genau wirken können, da jeweils von starren Komponenten der Handlinggeräte ausgegangen wird.A disadvantage of the above-mentioned disclosures that the aid for damping or the pre-planned desired trajectory can act only insufficiently accurate, as is assumed in each case of rigid components of the handling equipment.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und Handlinggeräte für Spritzgießmaschinen zur Verfügung zu stellen, die eine exakte und schnelle Positionierung und damit eine geringe Zykluszeit erlauben, dabei aber Schwingungen des Handlinggerät, insbesondere des Endstücks mit zu verfahrendem Gegenstand minimieren, wobei das Endstück einen Aufnahme- bzw. Übernahmekopf umfassen kann.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to provide handling equipment for injection molding machines that allow an accurate and fast positioning and thus a low cycle time, while minimizing vibrations of the handling device, in particular the tail with traversing object, wherein the tail may comprise a receiving head.
Dies wird mit einer Steuereinheit für ein Handlinggerät einer Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.This is met with a control unit for a handling device of an injection molding machine with the features of claim 1.
Nach Verfahrbewegungen einer oder mehrerer Handlingachsen treten am Handiinggerät, beispielsweise am Übernahmekopf, deutlich sichtbare Schwingungen auf. Die Amplitude und Frequenz dieser Schwingungen hängen vom Verlauf der Bewegungsbahn und von der Position der jeweiligen Achsen der vorangegangenen Bewegungen sowie der Masse der gegebenenfalls angebrachten Last ab. Durch elastische Verformungen der Komponenten der Handlinggeräte, wie beispielsweise der Trägerprofile der Achsen, sowie von Antriebskomponenten, wie beispielsweise von Riemen und von Lagerungen, weichen die Bahnen des motorisch angetriebenen Endstücks des Handlinggeräts sowie des gegebenenfalls angebrachten zu verfahrenden Gegenstandes von den eigentlichen Sollbahnen ab und das Endstück wird dabei durch diese Verformungen und den • · • · ♦ ·· ·· ··· • · · · ··· · · · · · • · · · ·♦··· · 3 auftretenden Kräften und Beschleunigungen zu den oben erwähnten Schwingungen angeregt. Durch Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer, vorzugsweise beweglichen, Komponente des Handlinggeräts, in dem dieses elastische Verhalten zumindest näherungsweise mittels eines mathematischen Modells beschrieben wird und durch Abänderung bzw. Erzeugung der Sollbahn des Endstücks gemäß dieses Modells, werden die elastischen bzw. dynamischen Abweichungen der Position der Endstücks von der ursprünglich vorgegebenen Sollposition verringert und die angeregten Schwingungen vermieden oder zumindest reduziert.After movements of one or more handling axes, clearly visible vibrations occur on the hand-held device, for example on the transfer head. The amplitude and frequency of these oscillations depend on the course of the trajectory and on the position of the respective axes of the preceding movements as well as the mass of the optionally attached load. By elastic deformations of the components of the handling equipment, such as the carrier profiles of the axes, as well as drive components, such as belts and bearings, the tracks of the motor-driven end piece of the handling device and optionally attached to be moved object from the actual nominal paths and Due to these deformations and the occurring forces and accelerations, the end piece becomes the one above due to these deformations and the occurring forces and accelerations excited vibrations. By taking into account the elastic properties of at least one, preferably movable, component of the handling device in which this elastic behavior is described at least approximately by means of a mathematical model and by modifying or generating the desired trajectory of the tail according to this model, the elastic or dynamic deviations of Reduces the position of the tail from the originally specified position and avoided the excited vibrations or at least reduced.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und werden im Folgenden erläutert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims and are explained below.
Die durch die elastischen Eigenschaften der Komponenten des Handlinggeräts hervorgerufenen Schwingungen hängen auch von der Art des mit dem Endstück des Handlinggeräts zu verfahrenden Gegenstands ab. Die charakteristischen Größen des zu verfahrenden Gegenstands, von denen die Schwingungen abhängen können, sind dabei u. a. die Masse, der Schwerpunkt, der geometrische Mittelpunkt sowie verschiedene Widerstandsmomente, wie beispielsweise die Trägheitsmomente oder Deviationsmomente dieses Gegenstands. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei die Sollbahn, die unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer beweglichen Komponente des Handlinggeräts berechnet ist, zusätzlich unter Berücksichtigung mindestens eines dieser prinzipiell variablen Parameter des zu bewegenden Gegenstandes, insbesondere Spritzgussteils, berechnet. Vorzugsweise werden dabei alle oder zumindest mehrere der oben erwähnten Parameter von dem mathematischen Modell, welches die Sollbahn berechnet, berücksichtigt.The vibrations caused by the elastic properties of the components of the handling device also depend on the nature of the object to be moved with the end piece of the handling device. The characteristic sizes of the object to be moved, on which the oscillations can depend are u. a. the mass, the center of gravity, the geometric center and various moments of resistance, such as the moments of inertia or moments of deviation of this object. In a particularly preferred embodiment of the invention, the desired trajectory, which is calculated taking into account the elastic properties of at least one movable component of the handling device, additionally calculated taking into account at least one of these principle variable parameters of the object to be moved, in particular injection molded part. Preferably, all or at least several of the above-mentioned parameters are taken into consideration by the mathematical model which calculates the desired path.
Diese variablen Parameter können dabei z.B. über eine Schnittstelle eingegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind am Handlinggerät Sensoren angebracht, welche mit Hilfe der Sensorsignale einen oder mehrere dieser Parameter des zu bewegenden Teiles berechnen können und dann einer Anzeige zuführen oder vorzugsweise automatisch an die Steuereinheit weiterleiten.These variable parameters may be e.g. be entered via an interface. In a preferred embodiment, sensors are mounted on the handling device, which can calculate one or more of these parameters of the part to be moved with the aid of the sensor signals and then supply a display or preferably forward automatically to the control unit.
Die unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer, vorzugsweise beweglichen, Komponente sowie gegebenenfalls der variablen Parameter des zu bewegenden Teils berechneten Daten der Sollbahn umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sämtliche relevanten Bewegungsgrößen, d.h. nicht nur den • · · · · · e ·· ··· • · · · · · ·· • · · · ··· · · · · · ···· ····· · 4 räumlichen Ort der Sollbahn sondern zusätzlich oder alternativ auch die Sollgeschwindigkeit entlang der Sollbahn, die Sollbeschleunigung entlang der Sollbahn sowie den Sollruck entlang der Sollbahn. Insbesondere Änderungen des Bewegungszustands sind für Schwingungsanregungen relevant und sind daher bevorzugt beim Bewegen eines Gegenstands mit einem Handlingteil in Betracht zu ziehen. Für Spritzgießmaschinen sind insbesondere sogenannte Dreiachslinearroboter zur translatorischen Bewegung von Spritzgussteilen als Handlinggerät im Einsatz. Eine der Achsen eines derartigen Roboters bildet den Entformhub und dient zur Entnahme der Teile aus der beweglichen oder feststehenden Aufspannplatte der Spritzgießmaschine. Eine andere Achse bildet den Vertikalhub und dient in ihrer Grundfunktion zum Ein- und Ausfahren aus dem Werkzeugbereich der Spritzgießmaschine. Die dritte der Achsen des Dreiachslinearroboters wiederum bildet den Quertransport und dient zum Ein- und Ausfahren in den Ablagebereich bzw. den Entnahmebereich. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Handlinggerät als ein derartiger Dreiachslinearroboter ausgebildet und die Sollbahn wird insbesondere unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer der Achsen, beispielsweise des jeweiligen Trägerprofils, des Dreiachslinearroboters berechnet. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die elastischen Eigenschaften jener Achse, an deren Endstück, wo der zu verfahrende Gegenstand in Anlage gebracht wird, das schlechteste Schwingungsverhalten auftritt, nämlich die die den Vertikalhub bildende vertikale Verfahrachse, für die Berechnung der Sollbahn berücksichtigt wird.In a preferred embodiment of the invention, the data of the desired trajectory calculated taking into account the elastic properties of at least one, preferably movable, component and optionally the variable parameters of the part to be moved comprise all relevant quantities of movement, i. not only the spatial location of the desired trajectory, but also the spatial location of the desired trajectory but additionally or alternatively, the desired speed along the desired path, the target acceleration along the desired path and the target pressure along the desired path. In particular, changes in the state of motion are relevant to vibrational excitations and are therefore preferable to consider when moving an object with a handling part. For injection molding machines in particular so-called Dreiachslinearroboter for translational movement of injection molded parts as a handling device in use. One of the axes of such a robot forms the Entformhub and serves to remove the parts from the movable or fixed platen of the injection molding machine. Another axis forms the vertical stroke and serves in its basic function for retracting and retracting from the tool area of the injection molding machine. The third of the axes of the Dreiachslinearroboters in turn forms the transverse transport and serves to extend and retraction in the storage area and the removal area. In one embodiment of the invention, the handling device is designed as such a three-axis linear robot, and the setpoint path is calculated in particular taking into account the elastic properties of at least one of the axes, for example of the respective carrier profile of the Dreiachslinearroboters. It is particularly preferred that the elastic properties of that axis, at the end piece, where the object to be moved is brought into abutment, the worst vibration behavior occurs, namely the vertical stroke forming the vertical stroke, is taken into account for the calculation of the desired trajectory.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Bewegen von Spritzgussteilen durch ein Handlinggerät einer Spritzgießmaschine, wobei ein motorisch angetriebenes Endstück des Handlinggeräts mit dem Spritzgussteil in Anlage gebracht wird und wobei das Handlinggerät eine Steuereinheit, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem elektronischen Speicher aufweist, mit folgenden Schritten:The invention further relates to a method for moving injection-molded parts by a handling device of an injection molding machine, wherein a motor-driven end of the handling device with the injection molded part is brought into abutment and wherein the handling device, a control unit, in particular according to one of claims 1 to 8, with an electronic memory comprising, with the following steps:
Angeben oder Messen der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggerätes,Specifying or measuring the elastic properties of at least one component of the handling device,
Berechnen der Sollbahn des Endstücks unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts,Calculating the desired trajectory of the end piece taking into account the elastic properties of at least one component of the handling device,
Ablegen der Daten der Sollbahn im elektronischen Speicher,Storing the data of the nominal path in the electronic memory,
Bewegen des Endstücks, vorzugsweise mit in Anlage gebrachtem Spritzgussteil, mittels der Steuereinheit gemäß der berechneten Sollbahn. • · · · · · ·· #· «·· • · · · ··· · · · · · • ·· · ····· · 5Moving the end piece, preferably with brought-in injection molded part, by means of the control unit according to the calculated desired trajectory. • · · · · · · · · # "· · • · · · · · · · · · · · • · · · ····· 5
Zur Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer, vorzugsweise beweglichen, Komponente des Handlinggeräts wird wie oben erwähnt eine Sollbahn des motorisch angetriebenen Endstücks berechnet. Zu dieser Berechnung wird eine auf einem mathematischen Modell basierende Rechenvorschrift herangezogen, die in einem elektronischen Speicher der Steuereinheit abgelegt sein kann. Dabei wird die Berechnung von einer Recheneinheit durchgeführt, die übliche elektronische Bauteile und Prozessoren umfasst und ebenso ein Teil der Steuereinheit sein kann. Die elastischen Eigenschaften der Komponenten des Handlinggeräts fließen als Parameter in dieses mathematische Modell ein und können angegeben bzw. mittels einer Eingabeeinheit in die Steuereinheit eingegeben und im elektronischen Speicher abgelegt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die elastischen Eigenschaften durch Messen von elastischen Auslenkungen, beispielsweise mittels Dehnmessstreifen, Beschleunigungssensoren oder Messgrößen des Antriebs festgestellt werden. Dabei kann diese Messung im laufenden Betrieb erfolgen oder aber auch im Rahmen eigens durchgeführter Testläufe. Es wäre auch möglich, dass das mathematische Modell, das in einem elektronischen Speicher der Steuereinheit abgelegt ist, eigens für das verwendete Handlinggerät aufgestellt wurde und die elastischen Eigenschaften des Handlinggeräts bereits implementiert sind und nicht mehr eigens eingegeben werden müssen. Die Daten der berechneten Sollbahn werden ebenso in einem elektronischen Speicher der Steuereinheit abgelegt und zur Bewegung des Endstücks wieder von dort aufgerufen.In order to take into account the elastic properties of at least one, preferably movable, component of the handling device, a desired path of the motor-driven end piece is calculated as mentioned above. For this calculation, a calculation rule based on a mathematical model is used, which can be stored in an electronic memory of the control unit. In this case, the calculation is carried out by a computing unit, which comprises customary electronic components and processors and can likewise be part of the control unit. The elastic properties of the components of the handling device flow as parameters in this mathematical model and can be specified or entered by means of an input unit in the control unit and stored in the electronic memory. However, it can also be provided that the elastic properties are determined by measuring elastic deflections, for example by means of strain gauges, acceleration sensors or measured variables of the drive. This measurement can be done during operation or in the context of specially performed test runs. It would also be possible for the mathematical model, which is stored in an electronic memory of the control unit, to have been specially set up for the handling device used and for the elastic properties of the handling device to be implemented and no longer required to be input. The data of the calculated desired trajectory are also stored in an electronic memory of the control unit and called to move the tail again from there.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform findet die Berechnung der Sollbahn des Endstücks unter Berücksichtigung zumindest eines variablen Parameters des zu bewegenden Teiles statt. Dabei kann es sich um die Masse und zusätzlich oder alternativ den Schwerpunkt und/oder den geometrischen Mittelpunkt sowie um eines oder mehrere der Widerstandsmomente, wie beispielsweise Trägheitsmomente und/oder Deviationsmomente des zu bewegenden Spritzgussteils handeln. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn einer oder mehrerer der variablen Parameter mittels Signalen von am Handlinggerät angebrachten Sensoren berechnet wird oder werden und dann vorzugsweise automatisch der Steuereinheit zugeführt wird oder werden.In a particularly preferred embodiment, the calculation of the desired trajectory of the tail takes place taking into account at least one variable parameter of the part to be moved. This may be the mass and additionally or alternatively the center of gravity and / or the geometric center as well as one or more of the moments of resistance, such as moment of inertia and / or moment of inertia of the injection-molded part to be moved. It is particularly advantageous if one or more of the variable parameters is calculated by means of signals from attached to the handling device sensors or are and then preferably automatically the control unit is or will be.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Daten der Sollbahn für den Fall eines ideal starren Handlinggeräts, also ohne Berücksichtigung irgendwelcher elastischen Eigenschaften, in einem elektronischen Speicher der Steuereinheit abgelegt. In diesem Fall erfolgt die Berücksichtigung dieser elastischen Eigenschaften, indem mit einem mathematischen Modell Abweichungen dieser Sollbahnen • · · ·· ·· ·· · t • # * · · · ·· ·· ··· • · · · ··· · · · · · • · · ♦ ····· · 6 für starre Handlinggeräte berechnet werden und dadurch die Sollposition und/oder die Sollgeschwindigkeit und/oder die Sollbeschleunigung und/oder den Sollruck entlang der Sollbahn abgeändert werden. Bei Vorgabe der Sollposition in Abhängigkeit von der Zeit können die anderen angeführten Größen grundsätzlich auch aus der Sollbahn berechnet werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the data of the desired path are stored in an electronic memory of the control unit in the case of an ideally rigid handling device, that is, without taking into account any elastic properties. In this case, these elastic properties are taken into account by deviations of these nominal paths with a mathematical model. Be calculated for rigid handling equipment and thereby the target position and / or the target speed and / or the target acceleration and / or the target pressure along the target path are changed. When specifying the target position as a function of time, the other listed variables can in principle also be calculated from the desired path.
Zur Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuereinheit bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Schwingungen am Endstück eines Handlinggeräts können am Endstück des Handlinggeräts die Beschleunigung gemessen und dann mit den Schwingungen verglichen werden, die auftreten, wenn bei der Steuerung des Endstücks keine elastischen Verformungen des Handlinggeräts berücksichtigt werden.To illustrate the operation of the control unit according to the invention or the method according to the invention on the vibrations at the end of a handling device acceleration can be measured at the end of the handling device and then compared with the vibrations that occur when taken into account in the control of the tail no elastic deformations of the handling device become.
Dabei hat sich herausgestellt, dass die auf dem mathematischen Modell basierende abgeänderte Sollbahn deutlich reduzierte Schwingungen des Endstücks erzeugt.It has been found that the modified target path based on the mathematical model produces significantly reduced vibrations of the tail.
Als Beispiel werden derartige Vergleiche und Messungen an einem als Handlinggerät dienenden Dreiachslinearroboter durchgeführt. Mit ausgefahrener Vertikalachse und eingefahrener Achse für den Entformhub werden Hübe in Querrichtung also senkrecht zu der durch diese zwei Achsen vorgegebenen Richtung durchgeführt. Am Endpunkt der Vertikalachse, also am Endstück des Handlinggeräts, werden die während der Hübe auftretenden Beschleunigungen gemessen. In Tabelle 1 sind die Ergebnisse der Messungen gegenübergestellt. Dabei sind in Spalte 2 und 3 die maximalen Beschleunigungsamplituden beim Ausschwingen in der Endposition des Endstücks der vertikalen Verfahrachse angeführt. Spalte 4 beinhaltet die Faktoren, um die die Schwingungsamplituden reduziert werden können.As an example, such comparisons and measurements are performed on a three-axis linear robot serving as a handling device. With extended vertical axis and retracted axis for the Entformhub strokes in the transverse direction are thus carried out perpendicular to the direction predetermined by these two axes. At the end point of the vertical axis, ie at the end piece of the handling device, the accelerations occurring during the strokes are measured. Table 1 compares the results of the measurements. In column 2 and 3, the maximum acceleration amplitudes when swinging in the final position of the tail of the vertical track axis are given. Column 4 contains the factors by which the vibration amplitudes can be reduced.
Geschwindigkeit max. Beschl.amplitude bei Standardsollbahn max. Besdihamplitude bei abgeinderter Sollbahn Verbesserungsfaktor % m/s* m/s* 50 1,40 0,94 1,5 70 1.36 0.50 2.7 100 1,47 0.73 2.0Speed max. Accuracy amplitude for standard target runway max. Besdihamplitude with reduced nominal orbit Improvement factor% m / s * m / s * 50 1.40 0.94 1.5 70 1.36 0.50 2.7 100 1.47 0.73 2.0
Tabelle 1: Versuche mit abgeänderten SollbahnenTable 1: Experiments with modified nominal paths
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung und eines konkret ausgeführten Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Darin zeigt: • · · · · ♦ ·♦ ·· ··· • · · · ··· · · # · · ···· ····· · 7Further details and advantages of the present invention will be explained in more detail below with reference to the description of the figures and a concrete example with reference to the drawings. It shows: • · · · · · · · ·····································································································································································
Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 bis 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Handlinggeräts für eine Spritzgießmaschine, eine schematische Darstellung der logischen Verknüpfungen einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, eine Skizze zur Darstellung der Anordnung für das ausgeführte Beispiel und numerische Simulationsergebnisse der erfindungsgemäßen Steuerung anhand des ausgeführten Beispiels.Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 to 6 is a schematic representation of a handling device according to the invention for an injection molding machine, a schematic representation of the logic operations of a control unit according to the invention, a sketch to illustrate the arrangement for the example and numerical simulation results of the inventive control based on the example given.
In der schematischen Darstellung von Fig. 2 sind die logischen Verknüpfungen einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 1 mit einem Handlinggerät 2 zum Bewegen eines Gegenstands 3 mit dem Endstück des Handlinggeräts 2 dargestellt. Die Steuereinheit weist dabei neben einer Recheneinheit 4, die eine elektronische Prozessoreinheit umfasst, einen elektronischen Speicher 5 auf, die beide, wie vom Pfeil 6 dargestellt, miteinander verknüpft sind und Daten austauschen können. Die Prozessoreinheit 4 verwendet dabei ein im elektronischen Speicher 5 abgelegtes mathematisches Modell und berechnet die Daten einer Sollbahn unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften mindestens einer Komponente des Handlinggeräts. Dabei werden von einer Eingabeeinheit 7 verschiedene Daten, wie beispielsweise die Ausgangs- und Endposition des Endstücks des Handlinggeräts 2 bzw. des Gegenstands 3 oder auch weitere Parameter des Gegenstands 3, wie beispielsweise seine Masse eingegeben, die dann über die von den Pfeilen 8 und 9 dargestellten Verknüpfungen an die Recheneinheit 4 und/oder den elektronischen Speicher 5 weitergeleitet werden. Die Steuereinheit 1 steht dabei, wie von den Pfeilen 10 und 10’ dargestellt, mit dem Handlinggerät 2 in Verbindung, sodass das Handlinggerät 2 den Gegenstand 3 gemäß der mit dem mathematischen Modell berechneten Sollbahn steuern kann. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist am Handlinggerät 2 weiters ein Sensor 11 angeordnet, der einen oder mehrere der Parameter des zu bewegenden Gegenstandes 3 misst und dann über die vom Pfeil 10 dargestellte Verknüpfung an die Steuereinheit weiterleitet. Diese Daten werden ebenfalls an die Prozessoreinheit 4 und/oder den elektronischen Speicher 5 weitergeleitet.In the schematic representation of FIG. 2, the logic operations of a control unit 1 according to the invention with a handling device 2 for moving an object 3 with the end piece of the handling device 2 are shown. In this case, the control unit has, in addition to a computing unit 4, which comprises an electronic processor unit, an electronic memory 5, which are both linked together as shown by the arrow 6 and can exchange data. The processor unit 4 uses a mathematical model stored in the electronic memory 5 and calculates the data of a desired trajectory, taking into account the elastic properties of at least one component of the handling device. In this case, from an input unit 7 different data, such as the output and end position of the tail of the handling device 2 and the object 3 or other parameters of the object 3, such as its mass entered, which then via the arrows 8 and 9 shown links to the arithmetic unit 4 and / or the electronic memory 5 are forwarded. The control unit 1 stands, as shown by the arrows 10 and 10 ', with the handling device 2 in connection, so that the handling device 2 can control the object 3 according to the calculated with the mathematical model setpoint trajectory. In this embodiment of the invention, a sensor 11 is further arranged on the handling device 2, which measures one or more of the parameters of the object 3 to be moved and then passes on the link shown by the arrow 10 to the control unit. These data are also forwarded to the processor unit 4 and / or the electronic memory 5.
Anhand eines konkret ausgeführten Beispiels wird im Folgenden dargestellt, wie die elastischen Eigenschaften einer beweglichen Komponente eines Handlinggeräts 2 in Form der elastischen Eigenschaften der vertikalen Verfahrachse eines Dreiachslinearroboters mittels eines mathematischen Modells berücksichtigt werden und dadurch die Sollposition, die Sollgeschwindigkeit, sowie die Sollbeschleunigung und den Sollruck im Vergleich zur Sollbahn und Sollgeschwindigkeit, sowie Sollbeschleunigung und Sollruck für ein • · · · · · ·· «· ··· ··········· · • · · · ····· · 8Based on a concrete example is shown below how the elastic properties of a movable component of a handling device 2 in the form of the elastic properties of the vertical travel axis of a Dreiachslinearroboters be considered by means of a mathematical model and thereby the desired position, the target speed, and the target acceleration and the target pressure compared to the setpoint and setpoint speeds, as well as setpoint acceleration and setpoint pressure for a • ························································································
Handlinggerät 2 mit einer starren Verfahrachse abgeändert werden und dadurch angeregte Schwingungen signifikant reduziert werden.Handling device 2 are modified with a rigid travel axis and thereby excited vibrations are significantly reduced.
Die elastischen Verbiegungen der vertikalen Verfahrachse des Dreiachslinearroboters werden mittels eines Ritz-Ansatzes modelliert. Zur Vereinfachung der Darstellung soll sich die vertikale Verfahrachse in ganz ausgefahrenem Zustand befinden (dort tritt in diesem Beispiel ein ungünstiges Schwingungsverhalten auf) und zusätzlich nur entlang einer Richtung bewegen können. Zudem werden nur Verbiegungen in dieser Richtung berücksichtigt. Die Erfindung ist natürlich auch für beliebige Stellungen der Achsposition anwendbar.The elastic deflections of the vertical travel axis of the three-axis linear robot are modeled by means of a Ritz approach. To simplify the illustration, the vertical traverse axis should be in the fully extended state (there occurs in this example unfavorable vibration behavior) and additionally can only move along one direction. In addition, only deflections in this direction are considered. The invention is of course applicable to any position of the axle position.
Die vertikale Verfahrachse wird nun als horizontal bewegbarer elastischer Balken angenommen, an dessen Endpunkt, also am Endstück des Handlinggeräts 2 eine Masse befestigt ist. Am anderen Ende des Balkens ist ein Verfahrschlitten fix mit dem Balken gekoppelt. Auf den Verfahrschlitten wirkt die Antriebskraft F.The vertical travel axis is now assumed to be a horizontally movable elastic beam, at whose end point, ie at the end piece of the handling device 2, a mass is fastened. At the other end of the beam, a carriage is fixedly coupled to the beam. The driving force F acts on the carriage.
Ein linearer Ritzansatz zur Beschreibung der elastischen Auslenkung des Balkens lautet: v(x,r) = v(x)r*(/) angeschrieben werden. Dabei beinhaltet \(x) die Ansatzfunktionen und a(t) die elastischen Koordinaten, in Abhängigkeit der Koordinate xbzw. der Zeit t. Der hochgestellte Index T bezeichnet die Transponierung der jeweiligen Größe. Für die Ermittlung der Bewegungsgleichung kann beispielsweise der Formalismus nach Lagrange d_ dt idL] r ( UäJ V 5J-«A linear scoring approach to describe the elastic deflection of the beam is: v (x, r) = v (x) r * (/). In this case, \ (x) contains the attachment functions and a (t) the elastic coordinates, depending on the coordinate xbzw. the time t. The superscript T denotes the transposition of the respective size. For the determination of the equation of motion, for example, the formalism according to Lagrange d_ dt idl] r (UäJ V 5J- «
L=E-V TL = E-V T
(D mit der kinetischen Energie E, der potentiellen Energie V, den Freiheitsgraden des Systems q und dem Vektor der eingeprägten Kräfte Q, verwendet werden.(D with the kinetic energy E, the potential energy V, the degrees of freedom of the system q and the vector of the impressed forces Q, are used.
Der Vektor der Freiheitsgrade lautet q = 'yR> und jener der eingeprägten Kräfte Q = v<>yThe vector of degrees of freedom is q = 'yR > and that of the impressed forces Q = v <> y
Dabei bezeichnet yR den Starrkörperfreiheitsgrad. Die kinetische Energie setzt sich ·· ·· ·· ·* μ μ·· • ·· I · ·· ·» · . zusammen aus den Teilenergien von Endmasse, Verfahrschlitten und Balken. Die potentielle Energie wiederum beinhaltet das Gewichts- und Federpotential des Balkens und das Gewichtspotential der Endmasse.YR denotes the rigid body degree of freedom. The kinetic energy is composed of ···· ··· * μ μ ··· ·· I ··· · »·. together from the partial energies of final mass, traversing carriage and beams. The potential energy, in turn, includes the weight and spring potential of the beam and the weight potential of the final mass.
Nach Berechnen der Teilenergien und Einsetzen in den Lagrange-Formalismus £1) kann die Bewegungsgleichung des elastischen Balkens ermittelt werden. Diese hat die Form M.q + K.q = B.m . (2)After calculating the partial energies and inserting them into the Lagrange formalism £ 1), the equation of motion of the elastic beam can be determined. This has the form M.q + K.q = B.m. (2)
Hierbei ist M die Trägheitsmatrix (Massenmatrix) und K die Steifigkeitsmatrix. Die letztendlich für die Schwingung verantwortliche Steuerungskraft ist durch die Wirkungsmatrix B , die in diesem Beispiel B=(l θ)Γ beträgt, und die durch die Antriebskraft F bestimmte Eingangsgröße u = F gegeben.Here, M is the inertia matrix (mass matrix) and K is the stiffness matrix. The control force ultimately responsible for the vibration is given by the action matrix B, which in this example is B = (l θ) Γ, and the input quantity u = F determined by the driving force F.
Die Referenzsteuerung für das ideal starre System erhält man durch Sperren der elastischen Freiheitsgrade, also indem man a = 0setzt.The reference control for the ideal rigid system is obtained by blocking the elastic degrees of freedom, ie by setting a = 0.
Durch Aufteilen der Gesamtbewegung in eine Referenzbewegung, also eine Bewegung qR der starren Achse, und eine elastische Verformung erhält man q = qo + z =By dividing the total movement into a reference movement, ie a movement qR of the rigid axis, and an elastic deformation one obtains q = qo + z =
yR qR 0 + z. Führt man eine Taylorentwicklung der Bewegungsgleichung um qo durch (bis zur 1.Ordnung), erhält man mit q = qo + z und u =uo + uc die Bewegungsgleichung M.qo + K.qo — B.mo +M.z + K.z = B.wc, aus der man uc und den Vektor z berechnen kann.yR qR 0 + z. If one carries out a Taylor expansion of the equation of motion by qo (up to the first order), one obtains with q = qo + z and u = uo + uc the equation of motion M.qo + K.qo - B.mo + Mz + Kz = B .wc, from which one can calculate uc and the vector z.
Berechnung der Bahnkorrektur:Calculation of the path correction:
Das Ziel fast aller Roboteranwendungen ist, dass ein Greifer einer vorgegebenen Bahn folgen soll. Die Endposition des Balkens sei durch den Vektor rE gegeben. Für die Abweichung des Endpunkts des Balkens von seiner Sollbahn giltThe goal of almost all robot applications is that a gripper should follow a given path. The end position of the bar is given by the vector rE. For the deviation of the end point of the beam from its nominal path applies
ArE, istArE, is
x.x.
Durch eine Korrektur AqR der Referenzbahn soll diese Abweichung kompensiert werden. Die durch die Bahnkorrektur hervorgerufene Endpunktabweichung, die die Abweichung ArE,ist kompensieren soll, lautet ·· ··· • · · » · · ·· • · · · ··· · · · · « • ·· · ····· · 10By a correction AqR the reference track this deviation is to be compensated. The end point deviation, which is to be compensated by the path correction, which is to compensate for the deviation ArE, is ## EQU1 ## · · 10
ArE,ref = .AqR S(1R refArE, ref = .AqR S (1R ref
Aus dem Zusammenhang ArE,ist + ArE,ref = 0 kann schließlich AqR berechnet werden. Simulationseraebnisse: Für den beschriebenen elastischen Balken wurde eine Simulation aufgebaut. Die Bahnkorrektur wird mittels der oben genannten Methode berechnet, und die neue Referenzbahn lautet qRn =qR + AqR.From the context ArE, + ArE, ref = 0, finally AqR can be calculated. Simulation results: A simulation was developed for the described elastic beam. The orbit correction is calculated by the above method and the new reference trajectory is qRn = qR + AqR.
In Fig. 4 sieht man den Vergleich von Standardreferenzbahn und abgeänderter Referenzbahn.FIG. 4 shows the comparison of the standard reference path and the modified reference path.
Wie bereits oben erwähnt, wird die Steuerung für den Balken aus der Bewegungsgleichung durch Sperren der elastischen Freiheitsgrade berechnet. Wird nun der Balken einmal mit der Standardreferenzbahn und in einem weiteren Versuch mit der abgeänderten Bahn angesteuert, ergeben sich für die Positionen des Balkenendpunkts die Verläufe in Fig. 5 bzw. Fig. 6. Man sieht, dass das Schwingungsverhalten durch Abänderung der Sollbahn deutlich verbessert werden kann. Die Schwingungsamplitude beträgt mit Standardreferenzbahn rund 75 mm, mit Abänderung rund 18 mm, das ist eine Verkleinerung um den Faktor 4,2.As already mentioned above, the control for the beam is calculated from the equation of motion by locking the elastic degrees of freedom. If the bar is then driven once with the standard reference path and in a further experiment with the modified path, the curves in FIG. 5 or FIG. 6 result for the positions of the bar end point. It can be seen that the oscillation behavior is significantly improved by changing the nominal path can be. The amplitude of vibration is about 75 mm with standard reference track, with modification about 18 mm, which is a reduction by a factor of 4.2.
Dieses Beispiel wird nun im Folgenden mit numerischen Modellen gelöst und für verschiedene Szenarien simuliert. Insbesondere werden Standardreferenzbahnen ohne Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften, also indem der elastische Freiheitsgrad der Verfahrachse a=0 gesetzt wird, mit wie oben abgeänderten Sollbahnen verglichen.This example will now be solved with numerical models and simulated for different scenarios. In particular, standard reference paths are compared without taking into account the elastic properties, ie by the elastic degree of freedom of the travel axis a = 0, compared with the above-modified desired paths.
Figur 4 zeigt dabei einen Vergleich von Simulationen der Steuerung des Handlinggeräts 2 aus obigem Beispiel, wo die (durchgezogene) Kurve A die Steuerung eines starren Systems, also die Referenzbahn des Verfahrschlittens (ref. track) ohne Berücksichtigung der Elastizität der Verfahrachse darstellt. Zu diesem Zweck wird der elastische Freiheitsgrad a in obigen Formeln Null gesetzt. Die (strichlierte) Kurve B demgegenüber stellt die abgeänderte Sollbahn des Verfahrschlittens, also die Steuerung des Handlinggeräts 2 unter Berücksichtigung der elastischen Verformungen der Verfahrachse dar.4 shows a comparison of simulations of the control of the handling device 2 from the above example, where the (solid) curve A represents the control of a rigid system, ie the reference trajectory of the traversing carriage (ref.track) without taking into account the elasticity of the traversing axis. For this purpose, the elastic degree of freedom a in the above formulas is set to zero. In contrast, the (dashed) curve B represents the modified desired trajectory of the traversing carriage, that is to say the control of the handling device 2 taking into account the elastic deformations of the traversing axis.
In Fig. 5 sind die Auswirkungen einer derartigen abgeänderten Sollbahn der Steuerung für das Endstück der Verfahrachse (EOA - End of Arm) ersichtlich. Kurve A zeigt die Position des Endstücks des Handlinggeräts 2, also den Balkenendpunkt für die Steuerung gemäß Kurve A aus Fig. 4. Wie erkennbar ist, schwingt der Balkenendpunkt nachdem die Verfahrachse zur gewünschten Endposition mittels des Verfahrschlittens verfahren wurde signifikant um die zu erreichende Endposition des Endstücks, wenn die Elastizität der Verfahrachse nicht berücksichtigt wird. Dagegen werden, wie in Kurve B erkennbar, die Schwingungen des Endstücks deutlich reduziert, wenn die Sollbahn des Verfahrschlittens zur Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften der Verfahrachse gemäß Kurve B aus Fig. 4 abgeändert wird.In Fig. 5, the effects of such a modified nominal trajectory of the control of the tail of the traversing axis (EOA - End of Arm) can be seen. Curve A shows the position of the end piece of the handling device 2, so the Balkenendpunkt for the control according to curve A of Fig. 4. As can be seen, the beam end point after the trajectory has been moved to the desired end position by means of the carriage significantly around the end position to be reached Tail, if the elasticity of the track is not taken into account. In contrast, as can be seen in curve B, the vibrations of the tail significantly reduced when the desired trajectory of the carriage is changed to account for the elastic properties of the travel axis according to curve B of FIG.
Fig. 6 zeigt den in Fig. 5 markierten Ausschnitt in einer vergrößerten Darstellung. Obwohl die Steuerkurve für den Verfahrschlitten, wie aus Fig. 4 ersichtlich, nur gering ausfällt, ist der damit erzeugte Effekt beachtlich. Bei Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften sind die Schwingungen des Endstücks, wie anhand von Kurve B ersichtlich, drastisch verringert. Für spezielle Werte der Länge des Balkens und der dort angebrachten Lasten ergibt sich beispielsweise eine Verkleinerung der Schwingungsamplituden des Endstücks um einen Faktor von mehr als vier.Fig. 6 shows the marked in Fig. 5 section in an enlarged view. Although the control curve for the carriage, as shown in FIG. 4, only small precipitates, the effect thus produced is considerable. Taking into account the elastic properties, the vibrations of the tail as shown by curve B are drastically reduced. For example, for specific values of the length of the beam and the loads applied there, the oscillation amplitudes of the tail are reduced by a factor of more than four.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Steuereinheit nicht auf die in diesem Beispiel ausgeführten sowie in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist noch durch diese eingeschränkt werden soll. Insbesondere können verschiedene mathematische Modelle zur Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer, vorzugsweise beweglichen, Komponente des Handlinggeräts herangezogen werden.It goes without saying that the control unit according to the invention is not limited to the exemplary embodiments embodied in this example and illustrated in the figures, nor should they be limited by them. In particular, various mathematical models can be used to take into account the elastic properties of at least one, preferably movable, component of the handling device.
Innsbruck, am 08. September 2008Innsbruck, on the 08th of September 2008
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20230910 |