AT507257B1 - Handlingteil für spritzgiessmaschine mit aktiver dämpfung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bewegen von Spritzgussteilen (3) durch ein Handlinggerät (2) einer Spritzgießmaschine, wobei ein motorisch angetriebenes Endstück des Handlinggeräts (2) mit dem Spritzgussteil (3) in Anlage gebracht wird und wobei das Handlinggerät (2) eine Steuereinheit (1) mit einem elektronischen Speicher (5) aufweist, in dem die Daten der Sollbahn für ein Handlinggerät (2) ohne Berücksichtigung von elastischen Eigenschaften abgelegt werden, mit folgenden Schritten:- Angeben oder Messen der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts (2)- Vorberechnung der Abweichungen von der Sollbahn des Handlinggeräts (2) unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts (2)- Korrektur der Sollbahn des Handlinggeräts (2), sodass die vorberechneten Abweichungen der Position des Endstücks kompensiert werden- Ablegen der Daten der korrigierten Sollbahn im elektronischen Speicher(5)- Bewegen des Endstücks mit in Anlage gebrachtem Spritzgussteil (3) mittels der Steuereinheit (1) gemäß der korrigierten Sollbahn.

Description

österreichisches Patentamt AT507 257 B1 2011-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft 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 mit einem elektronischen Speicher aufweist, in dem die Daten der Sollbahn für ein Handlinggerät ohne Berücksichtigung von elastischen Eigenschaften abgelegt werden.

[0002] 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 Palettierstati-onen, 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.

[0003] 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.

[0004] 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 gewisser Teile der Spritzgießmaschine mit dem Handlinggerät zumindest während eines gewissen Zeitraums als mögliche Lösung desselben Problems angeführt.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Die US 5,049,797 zeigt eine Vorrichtung und eine Methode zur Kontrolle von elastischen Roboterarmen, wobei die im Lauf der Bewegung des Roboterarms auftretenden Schwingungen in Abhängigkeit von den detektierten Abweichungen von einer Sollbahn aktiv, das heißt durch eine Regelung gedämpft werden. Eine derartige Bewegungsregelung erfordert einen hohen Aufwand an Rechnerleistung sowie an die nötigen Mess- und Detektionselemente. Ein derartiges Regelungsverfahren bedarf mithin teurer und unter Umständen auch fehleranfälliger Geräte. 1 /14 österreichisches Patentamt AT507 257 B1 2011-08-15 [0008] Die US 5,720,010 beschreibt einen Schwebearm eines Roboters, der kontaktfrei gelagert ist, wobei dessen Bewegung geregelt wird und somit dieselben Nachteile wie das in der obigen Druckschrift offenbarte Verfahren aufweist.

[0009] Die DE 10 2004 026 707 beschreibt ein kinematisches Verfahren zur Steuerung von Robotern, die über komplizierte Kinematiken mit einer Vielzahl von Gliedern verfügen, wobei Gelenke zwischen angrenzenden Gliedern vorgesehen sind. Ziel des in dieser Druckschrift beschriebenen Steuerungsverfahren ist es, mittels einer standardisierten Modellierung sowohl das inverse kinematische Problem wie auch das direkte kinematische Problem zu lösen, wobei die strukturelle Aufteilung eines parallelen Roboters in Glieder und Gelenke in der Modellbeschreibung widergespiegelt sein muss. Da die Glieder als starre Verbindung von Gelenken angesehen werden, fließen keine elastischen Komponenten in das Berechnungsverfahren ein.

[0010] Die WO 1998/15880 zeigt eine Regelungsverfahren zur momenten Vorsteuerung numerisch geregelter elastischer und damit schwingungsfähiger Mehrmassensysteme. Wiederum handelt es sich um ein kompliziertes auf aufwändiges Regelungsverfahren, bei der ein einer Eigenfrequenz zugehöriges Federmoment über eine Störgrößenaufschaltung auf einen Momen-tenvorsteuerpfad kompensiert wird. Es werden demnach nicht Abweichungen von einer Sollbahn kompensiert, sondern lediglich ein Drehmoment mittels einer Störgrößenaufschaltung.

[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Bewegen von Spritzgussteilen durch Handlinggeräte für Spritzgießmaschinen zur Verfügung zu stellen, das eine exakte und schnelle Positionierung und damit eine geringe Zykluszeit erlaubt, dabei aber Schwingungen des Handlinggerät, insbesondere des Endstücks mit zu verfahrendem Gegenstand minimiert, wobei das Endstück einen Aufnahme- bzw. Übernahmekopf umfassen kann.

[0012] Dies wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.

[0013] Nach Verfahrbewegungen einer oder mehrerer Handlingachsen treten am Handlinggerät, 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 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.

[0014] Die Erfindung betrifft 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 mit einem elektronischen Speicher aufweist, mit folgenden Schritten: [0015] - Angeben oder Messen der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggerätes, [0016] - Vorberechnung der Abweichungen von der Sollbahn des Endstücks unter Berücksich tigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts, 2/14 österreichisches Patentamt AT507 257B1 2011-08-15 [0017] - Korrektur der Sollbahn des Handlinggeräts, sodass die vorberechneten Abweichungen der Position des Endstücks kompensiert werden, [0018] - Ablegen der Daten der Sollbahn im elektronischen Speicher, [0019] - Bewegen des Endstücks, vorzugsweise mit in Anlage gebrachtem Spritzgussteil, mittels der Steuereinheit gemäß der korrigierten Sollbahn.

[0020] 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.

[0021] Dabei werden Abweichungen von einer Sollbahn vorberechnet, die für ein Handlinggerät ohne Berücksichtigung von elastischen Eigenschaften in einem elektronischen Speicher abgelegt sind. Durch eine Abänderung der Sollbahn kann eine Kompensation der Abweichungen erfolgen.

[0022] Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und werden im Folgenden erläutert.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] 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 räumlichen Ort der Soll- 3/14 österreichisches Patentamt AT507 257B1 2011-08-15 bahn 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.

[0026] 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. Das Handlinggerät kann als ein derartiger Dreiachslinearroboter ausgebildet sein, wobei die Sollbahn wird insbesondere unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer der Achsen, beispielsweise des jeweiligen Trägerprofils, des Dreiachslinearroboters berechnet wird. 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.

[0027] 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.

[0028] 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 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.

[0029] 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.

[0030] Dabei hat sich herausgestellt, dass die auf dem mathematischen Modell basierende abgeänderte Sollbahn deutlich reduzierte Schwingungen des Endstücks erzeugt.

[0031] 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, 4/14 österreichisches Patentamt AT507 257B1 2011-08-15 um die die Schwingungsamplituden reduziert werden können.

Geschwindigkeit max. Beschl.amplitude bei Standardsollbahn max. Beschl.amplitude bei abgeänderter Sollbahn Verbesserungsfaktor % m/s2 m/s2 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 Sollbahnen [0032] 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: [0033] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Handlinggeräts für eine Spritzgießmaschine, [0034] Fig. 2 eine schematische Darstellung der logischen Verknüpfungen einer erfin dungsgemäßen Steuereinheit, [0035] Fig. 3 eine Skizze zur Darstellung der Anordnung für das ausgeführte Beispiel und [0036] Fig. 4 bis 6 numerische Simulationsergebnisse der erfindungsgemäßen Steuerung anhand des ausgeführten Beispiels.

[0037] In der schematischen Darstellung von Fig. 2 sind die logischen Verknüpfungen einer 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. Dabei 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.

[0038] 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 Handlinggerät 2 mit einer starren Verfahrachse abgeändert werden und dadurch angeregte Schwingungen signifikant reduziert werden.

[0039] 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 5/14 österreichisches Patentamt AT507 257 B1 2011-08-15 können. Zudem werden nur Verbiegungen in dieser Richtung berücksichtigt. Die Erfindung ist natürlich auch für beliebige Stellungen der Achsposition anwendbar.

[0040] 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.

[0041] Ein linearer Ritzansatz zur Beschreibung der elastischen Auslenkung des Balkens lautet: v(x, t) = v{x)T ,a{t) angeschrieben werden. Dabei beinhaltet v(x) die Ansatzfunktionen und a(t) die elastischen

Koordinaten, in Abhängigkeit der Koordinate x bzw. der Zeit t. Der hochgestellte Index T bezeichnet die Transponierung der jeweiligen Größe.

[0042] Für die Ermittlung der Bewegungsgleichung kann beispielsweise der Formalismus nach Lagrange

L = E-V d_ dt

dL vdq) [dq = Q, (1) mit der kinetischen Energie E, der potentiellen Energie V, den Freiheitsgraden des Systems q und dem Vektor der eingeprägten Kräfte Q, verwendet werden.

[0043] Der Vektor der Freiheitsgrade lautet q = \a j und jener der eingeprägten Kräfte (Fλ Q = . Dabei bezeichnet yR den Starrkörperfreiheitsgrad. Die kinetische Energie setzt sich v°y 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.

[0044] 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) [0045] 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 =(1 0)r beträgt, und die durch die Antriebskraft F bestimmte Eingangsgröße u-F gegeben.

[0046] Die Referenzsteuerung für das ideal starre System erhält man durch Sperren der elastischen Freiheitsgrade, also indem man a = 0 setzt.

[0047] Durch Aufteilen der Gesamtbewegung in eine Referenzbewegung, also eine Bewegung qR der starren Achse, und eine elastische Verformung erhält man q = qo + z qi\ κα J ,0, + z.

[0048] 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 6/14 österreichisches Patentamt AT507 257B1 2011-08-15 M.qo + K.qo - B .110 + M.z + K.Z-B.uc, aus der man uc und den Vektor z berechnen kann. BERECHNUNG DER BAHNKORREKTUR: [0049] 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 gilt

drE dqR

ArEjef [0050] Durch eine Korrektur ΔqR der Referenzbahn soll diese Abweichung kompensiert werden. Die durch die Bahnkorrektur hervorgerufene Endpunktabweichung, die die Abweichung

ArEjst kompensieren soll, lautet

ArE,ref

drE

dqR

AqR ref [0051] Aus dem Zusammenhang ArE,ist + ArEjef = 0 kann schließlich AqR berechnet werden. SIMULATIONSERGEBNISSE: [0052] 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.

[0053] In Fig. 4 sieht man den Vergleich von Standardreferenzbahn und abgeänderter Referenzbahn.

[0054] 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.

[0055] 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.

[0056] 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.

[0057] 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 7/14

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT507 257 B1 2011-08-15 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. [0058] 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. [0059] Es versteht sich von selbst, dass die 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. Patentansprüche 1. 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 mit einem elektronischen Speicher aufweist, in dem die Daten der Sollbahn für ein Handlinggerät ohne Berücksichtigung von elastischen Eigenschaften abgelegt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Angeben oder Messen der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts - Vorberechnung der Abweichungen von der Sollbahn des Handlinggeräts unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts - Korrektur der Sollbahn des Handlinggeräts, sodass die vorberechneten Abweichungen der Position des Endstücks kompensiert werden - Ablegen der Daten der korrigierten Sollbahn im elektronischen Speicher - Bewegen des Endstücks mit in Anlage gebrachtem Spritzgussteil (3) mittels der Steuereinheit gemäß der korrigierten Sollbahn.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorberechnung der Abweichungen von der Sollbahn mittels des Lagrange-Formalismus erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorberechnung der Abweichungen von der Sollbahn elastische Verformungen mittels des Ritz-Verfahrens modelliert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorberechnung der Abweichungen von der Sollbahn die Bewegungsgleichungen um die Sollposition ohne Berücksichtigung von elastischen Eigenschaften mittels Taylorreihenentwicklung linearisiert werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein variabler Parameter des zu bewegenden Spritzgussteiles (3) angegeben oder gemessen wird und die Abweichungen der Positionen des Endstücks unter Berücksichtigung des zumindest einen variablen Parameters des zu bewegenden Spritzgussteils (3) berechnet werden. 8/14 österreichisches Patentamt AT507 257 B1 2011-08-15
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die variable(n) Parameter eines oder mehrere der Elemente der Gruppe bestehend aus der Masse, dem Schwerpunkt, dem geometrischen Mittelpunkt und den Widerstandsmomenten des zu bewegenden Spritzgussteils (3) ist oder sind.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die variablein) Parameter des zu bewegenden Spritzgussteils (3) mittels am Handlinggerät (2) angeordneten Sensoren (11) gemessen wird oder werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Sollbahn, die Sollposition und/oder die Sollgeschwindigkeit und/oder die Sollbeschleunigung und/oder den Sollruck entlang der Sollbahn umfassen.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Handlinggerät (2) als ein Dreiachs-Linearroboter ausgebildet ist und die elastischen Eigenschaften zumindest einer Komponente des Handlinggeräts (2) die elastischen Verformungen zumindest einer der Achsen des Dreiachs-Linearroboters umfassen.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Eigenschaften der vertikalen Verfahrachse des Dreiachs-Linearroboters berücksichtigt werden. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 9/14