用於對橫向加工過程進行優化的方法和裝置的製作方法

2023-04-23 13:16:56 1

專利名稱：用於對橫向加工過程進行優化的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對橫向加工過程進行優化的方法和裝置，相應的計 算機程序以及相應的電腦程式產品。
背景技術：
橫向加工的應用，也就是說例如藉助於橫向切割器旋轉地切斷一種
材料條帶的這些應用都是眾所周知的。橫向加工的應用或者相應的橫向 加工裝置的其它實例是橫向封印裝置、橫向打孔裝置和橫向衝壓裝置。 這裡所加工的，例如切斷的部段長度不必與所應用的橫向加工輥子
的圓周相同。通過合適的選擇對黃向加工輥的運動規一舉可以達到在切割 中實現一種更為典型的與材料條帶同步的加工過程，並且在剩餘的時間 範圍裡實現一種所謂平衡運動。這種平衡運動用於實現一種比所謂同步 長度更短或者更長的規格(部段長度)，該同步長度相當於橫向加工輥 子的圓周。
橫向加工輥的運動特徵曲線按照規格長度和同步長度的比例關係 看起來是不同的。當規格長度小於同步長度時，橫向加工輥子的旋轉軸 線在平衡運動期間必須變得更快，而在相反情況下，也就是說規格長度 較大時，則變得更慢。
為了實施平衡運動通常按照VDI (德國工程師協會)標準2143 "凸 輪傳動的運動規律，，應用五階多項式，或者在一定條件下也應用更高階 的多項式。
若是規格長度遠遠大於同步長度，例如二倍半那樣大，那麼橫向加 工輥部分地以負的速度旋轉，也就是說與所要輸送和加工的，例如所要 切割的材料條帶的輸送方向相反，那可能是適宜的。這與一種向後運動 相同。
向後運動按照規格變得越來越大，而且當規格較長的情況下在特定 時候都可能變成如此之大,以至於會使這設置在橫向加工輥上的刀具又 進入到切口區裡並因此在一定條件下也進入材料裡。這當然要避免。
在此方面，由現有技術就了解到可以阻止這種型式的反轉的可能方
案。通常在這裡排除了所有負的速度。
這樣就保證了 。橫向加工輥的旋轉速度任何時候都具有正的符號或 者至少一個停止狀態，也就是說避免了負的速度，最大限制於停止狀態。 根據所希望規格的不同，根據傳動技術方面的限制，例如橫向加工輥的 最大速度或者最大轉矩或最大加速度，可能引起不能超過最大速度。這 最大速度取決於平衡運動的所應用的運動規律。在現有技術中一次性地 測量出一種這樣的最大速度，並且然後作為固定的數據表4各存入在機器
控制器裡或者HMI (人機界面)裡。
若改變了規格，那麼對於通常的裝置來說操作者就必須使機器速度 匹配於新規格的最大速度，這就是說，他必須在一定的條件下在所謂急 速的變換規格之前就降低機器速度，以便在新的規格時使驅動器的可能 有的界限不被超過。在這樣一種情況下例如驅動器可能發出運載故障的 信號並引入一種故障反應，這種故障反應可能引起生產的中斷。在更換 規格之後提高機器速度在一定條件下是可以考慮的，但對於通常的裝置 來說也必須通過操作者人工來實施。
按照現有技術所應用的運動規律用於實現 一 種儘可能高的加工能 力(機器速度)。這裡沒有顧及到能源方面的利益。
在現有技術中，此外對於每一種規才各只應用了一種固定的運動規 律。最大實施轉換至一種沒有向後運動的運動規律。除了考慮到一種向 後運動是否允許或者不允許，可以用其它的運動規律用於加速度、最大 速度和/或損失能量的優化。絕對不實施取決於規格地轉換至不同類型的 運動規律，例如五階多項式、七階多項式、〗多改的正弦曲線，{奮改的加
速度梯形等等。
對於通常的裝置或方法來說，此外並不對驅動系統的加工部位或切 割部位處的所實現的精度進行監測。尤其是在較高速度時或較高的動態 平衡運動時可能出現滑移距離(在位置實際值與位置名義值之間的偏 差)，這滑移距離降低了加工精度。
尤其是在傳統的裝置或方法時認為不利的是平衡運動總是作為同 樣的運動規律進行計算。因此幾乎不能實現例如關於最大速度或者能耗 的優化。
按照現有技術並不採用橫向加工輥的反轉，這是因為無論如何都應 該避免加工元件，例如切割刀具向後進入到材料裡。由於並沒有充分
利用這些反轉的可能方案，因此沒有使驅動器在針對可實現的最大速度 或能耗方面最佳地運行。類似情況是輥子速度的界限是大於或等於零的 值。
此外如果變換規格，那麼在傳統的裝置中這新的，匹配於所要實現 的規格的最大速度不能自動化地進行計算。這造成費事的測量運行並將 固定的特性曲線存入在控制器裡。
總之可以確定對於沒達到最大驅動器轉矩的規格來說，就不能實 現能耗的優化。

發明內容
採用本發明力求用於克服上述缺點，這就是說可以實現最大驅動器 轉矩的充分利用，這尤其是在能耗優化的條件下。
因此本發明建議了一種具有權利要求1的特徵的方法。
用這按照本發明的方法可以實現對橫向加工裝置的通過能力的優 化，其中尤其是通過預先計算求出可以達到的機器速度，可以選擇損失 最優的曲線用於節能。此外用這按照本發明的方法可以實現高的加工精 度。通過對傳動極限的認識了解，例如最大速度、最大加速度或者也包 括熱極限，可以預先計算出最大可達到的機器速度或材料條帶速度。
按照本發明的方法的有利設計方案可見從屬權利要求所述。
特別優選地使這方法用於運行橫向切割裝置、橫向封印裝置、橫向 打孔裝置或者橫向衝壓裝置的橫向切割輥、橫向封印輥、橫向打孔輥或 者橫向衝壓輥。在這些型式的裝置中相應地製備出切割的、封印的、打 孔的或沖壓的物料帶部段。
優選在計算許可的最大物料帶速度時，所給入的驅動器參數包括 最大驅動器轉矩或馬達轉矩、最大驅動器溫度或馬達溫度、最大驅動器 轉速或馬達轉速、估計的所出現的加工力和機械條件，例如慣性矩或機 才成傳動比。
此外可以尤其是在線地對機器的速度進行監測，這通過對熱持續功 率極限，例如馬達溫度或者驅動調節設備的溫度進行分析處理而實現， 並因此在一定條件下可以實現切割功率的優化。尤其是這取決於物料帶 材料的切割轉矩，在現有技術中有時不能準確地加以說明，因此這個方
面，可以通過在線監測來優化並在一定條件下被獲悉用於以後相同的或 者類似的生產。所謂在線監測尤其是通過與計算出的模型相比較在過程 之中進行的監測。 .
一種這樣型式的在線計算或在線監測即使當所要應用的取決於規 格的運動規律或對應的算法有變化時也可以繼續應用。這不需要在整個 規格範圍裡進行複雜費錢的測量運行。生產率可以根據最大可以表示出 的機器速度進行優化，此外還可以考慮馬達和/或驅動調節設備的熱模型 進行動態方面的分析。
按照本發明，尤其是可以在變換規格時，使當前的機器速度匹配於 用於新規格的新的最大機器速度。
在現有技術中，這通過HMI (通過機器操作者的輸入)使機器速度 進行匹配來實施。
如果最大機器速度由於一種按照本發明的計算或者提供(存入的特 性曲線)而已知了的話，那麼在變換規格時就可以以自動化的方式由控 制裝置以適合的方式使機器速度降低和/或提高。這時尤其適宜的是在變 換規格之前降低機器速度，或者緊接著規格變換提高機器速度。
若最大機器速度通過熱極限，例如馬達或者驅動調節設備的最大持 續電流負載來限制，那麼即使在變換規格之後也可以降低機器速度，只 要一起考慮到了熱特性。同時允許短時間地使機器速度超過持久許可的 最大速度，只要不超過熱極限。
因此減少了使用者在變換規格時的輸入操作。此外這還可以通過熱 優化實現生產率的優化，也就是說最大機器速度的優化。
尤其是對於希望有較長規格的情況，也就是說規格比橫向加工輥的 圓周更長，不再通過驅動系統來限制最大機器速度，而通常通過過程本 身。這裡例如可以是指材料條帶的最大輸入速度。這意味著驅動系統 從原理上可以實施任意的平衡運動規律。這按照本發明可以這樣來選 擇，使得產生儘可能小的能耗。能耗例如可以根據驅動器和/或橫向加工 輥的加速度的平方來求出或估計。因此可以使損失能最最小化，因而使 按照本發明運行橫向切割裝置的能耗成本最小化。此外馬達和驅動調節 設備或驅動調節器相互的熱匹配證明是有利的。
通過按照本發明的提供取決於規格的不同的運動規律，也可以使這 些運動規律按照不同的準則進行優化。作為準則例如可以列舉的是平衡
運動的能耗，這種運動能耗例如在藉助於3階多項式描述橫向加工輥的 運動時特別小。
例如3階多項式或者正弦曲線對於最大速度的優化也證明是有利的。
同樣也可以使運動規律在關於傳動機構的防護，尤其是驅動器和/ 或橫向加工輥，尤其是所應用的齒輪的防護方面優化。為此可以有修改 的正弦曲線，例如具有低的衝擊特徵值的Bestehorn正弦線(Bestehorn-Sinuslinien)。例如也可以選擇使最大出現的加速度的最小化的運動規 律。這裡可以是2階多項式。
按照 一 種特別優選的按照本發明的方法的實施形式，藉助於取決於 規格的運動規律計算出橫向加工輥的平衡運動，這種運動尤其是包括了 橫向加工輥在相反於材料條帶的輸送方向的方向上許可的反轉。
一種這樣的反轉尤其可以預定為角度值，其中使平衡運動限制於這 個值。根據傳動機構可以給出向後運動的大小。向後運動因此可以(在 極限情況下)精確地進行直至切割部位。這可以實現最大的停止行程和 加速行程，這導致大大減小了所出現的最大加速度。
藉助於這種措施可以能量優化地選擇可以釆用的運動規律，其中這 裡尤其可以考慮發熱、能耗以及馬達結構參數或放大器結構參數。所應 用的運動規律可以按最大轉矩進行優化，例如進給的最大速度或者驅動 器結構參數或馬達結構參數或者放大器結構參數。所選的運動規律同樣 也可以進行優化，用於對傳動機構進行防護，因此例如可以實現4支小的 噪聲。
此外還證明為適宜的是在橫向加工輥的切割部位處提供切割精度 的監測。此處尤其是在線監測業已證明為有利的。
一種橫向加工器，例如橫向切割器的目的是在加工部位或切割部 位處儘可能準確呈直線地或儘可能準確地按照一種可以預先規定的曲 線(所謂Pushout函數(Pushout-Funktion)或所謂cos(3修正)來運行， 以便以最佳的精度實施切割。現代化的驅動系統可以對橫向加工輥的滑 移距離，也就是該在其理論位置和實際位置之間的角度誤差進行測量。 這種滑移距離按照本發明可以進行監測。在一定條件下也可以輸出通 知，或者使機器速度如此匹配，從而保證不超過預先規定的極限。
這種措施可以通過許可有偏差來對最大速度的所要求的精度或優化情況進行監測。此外是可以對修正運動實現有目標的優化。按照本發 明的對精度的監測總之可以實現所切割物料帶部段的更好的切割稜邊、 更加整潔的切口和總體上更高的質量。


按照以下的附圖對本發明作進一步的說明。附圖所示為
圖1:可以有利地採用本發明的橫向切割裝置的主要部分的簡略圖2:按照現有技術的一種典型的橫向加工輥應用的切割曲線；
圖3: —種按照本發明的橫向切割器應用的切割曲線；
圖4a， 4b, 4c:橫向切割器的另外的按照本發明可以應用的切割曲
附圖標記列表
100橫向切割裝置
110 一黃向加工輥
115切割裝置
120背壓輥
130材料條帶
140驅動器(馬達)
150控制裝置(系統)
155固I (人國機界面)
A, 310, 320分界線
A 一黃向加工輥軸線
f 同步長度
r 橫向加工輥半徑
T 豸俞送方向
oc 橫向加工輥角度位置
v 坤黃向加工輥的速度
a 才黃向力a工壽昆的力cr速度
s 切割部^f立
b, b' 負速度的範圍
具體實施例方式
圖1簡略示出橫向切割裝置，整體用100表示， 一種這樣的橫向切
割裝置是按照本發明的橫向加工裝置的優選的實施例。
橫向切割裝置具有橫向加工輥110和與這加工輥共同作用的背壓輥
120。
牙黃向加工輥110以及可選擇也有背壓輥120都可以藉助於驅動器 140驅動。
驅動器藉助於控制裝置150來進行控制，該控制裝置尤其是包括有 HMI 155。
在橫向加工輥IIO和背壓輥120之間使材料條帶130在輸送方向T 上輸送。
藉助於設於橫向加工輥IIO上的切割裝置115將材料條帶130切割 成相應的部段，切割裝置115尤其設計成切割刀具。如果切割下的條帶 部段的長度相當於橫向加工輥110的圓周長度(2兀r)，那麼就稱為同步 長度。同步長度在圖1中用f表示。
根據所希望的規格長度進行一種相對於條帶130在輸送方向T上的 輸送速度來說更快的或更慢的橫向加工輥110的運動，也就是說一種更 快或者更慢的圍繞其旋轉軸線A的旋轉。這種運動過程藉助於控制裝置 150來控制，其中將相應的控制命令給予驅動器140。控制命令尤其是 可以通過HMI 155輸入控制裝置裡。此外通過藉助於HMI輸入對應的 規格預值就可以藉助於控制裝置150實現運動規律的自動選擇或計算。
典型的運動過程，正如它們按照本發明用如同在圖1中所表示出的 橫向切割裝置可以實施的那樣，則參照圖2至4加以說明。
圖2上部分表示了橫向加工輥110的一種平衡運動的切割曲線，其 中規格長度要比同步長度短。這裡表示出了輥子的(角度)位置(a)、 其速度(v)和其加速度(a)的曲線。本發明中重要的是速度v。切割 部位，也就是說藉助於切割刀具115對材料條帶進行切割所在的部位用 s表示。可見，平衡運動以比切割部位處的速度更高的速度被實施。這 就是說，只要切割刀具115並不位於切割部位處，那麼橫向加工輥IIO 就以相對於切割部位處的旋轉更加高的速度進行旋轉。橫向加工輥的位 置ot以及加速度a直接由所選擇的速度得出。
圖2表示了當規格長度要比同步長度更長時的相應情況。可以見到
平衡運動(在切割部位之外)用比在切割部位處的速度更低的速度來實 施。然而速度在這裡也一直具有正的符號。
圖2基本表示了按照現有技術的切割曲線。
圖3表示了按照本發明的相應的切割曲線，它也允許有向後運動。 按照本發明使橫向加工輥110的向後運動或反轉限制於特定角度。
在圖3上部分可以見到兩條分界線310,320,藉助於這些分界線表示出
這裡一黃向加工輥110的向後運動限制於20°。 一黃向加工輥110的對應速
度v相應地在特定範圍b裡小於零。
圖3中表示其向後運動限制於120。的平衡運動的相應情況。負的速
度v對應地在較長的範圍b裡被保持。
在圖4中最後表示了各種不同的運動規律，它們可以取決於規格或
按照具體的預值來採用。
在圖4a中表示了藉助對應於5階多項式的運動規律的平衡運動。 圖4b表示了基於3階多項式的相應的平衡運動，它們可以用於能
量優化。
圖4c表示了基於修改的正弦曲線的相應的平衡運動。 三個上部圖表分別表示出了角度位置a，速度v和加速度a。下部圖 表分別表示出了加速度的平方a2。這是對損失能量進行考察的基礎。
通過按照本發明的方法和根據使用者的專門預值，例如針對所希望 的規格長度和/或許可的橫向加工輥的反轉，可以以靈活的方式根據不同 的運動規律來計算出對於相應預值來說最佳的平衡運動。如果例如規 定反轉不應超過20。或者其他預先可以規定的角度，那麼該系統就根 據許多可能的運動規律計算出最佳的平衡運動。
權利要求
1.運行一種藉助於驅動器來驅動的橫向切割裝置的橫向加工輥的方法，用於旋轉切斷可在輸送方向上輸送的物料帶，以製備不同規格的加工過的物料帶部段，所述方法具有以下步驟-為所述物料帶部段選擇所希望的規格，-提供多個運動規律，用於在控制裝置中控制橫向加工輥的旋轉運動，-根據在控制裝置裡提供的運動規律和/或驅動器的至少一個參數和/或使用者的至少一個預值，對於所希望的規格提供或者計算出橫向加工輥的運動。
2. 按權利要求1所述的方法，用於運行橫向切割裝置、橫向封印裝 置、橫向打孔裝置或者橫向衝壓裝置的橫向切割輥、橫向封印輥、橫向 打孔輥或者橫向沖壓輥。
3. 按權利要求1或2所述的方法，其中驅動器的參數包括以下參數 集合中的至少一個元素最大驅動器轉矩或馬達轉矩、最大驅動器溫度 或馬達溫度、最大驅動器轉速或馬達轉速、估計的所出現的加工力，尤 其是切割力，機械條件，例如慣性矩或機械傳動比。
4. 按權利要求1至3中之一所述的方法，在此方法中，藉助於運動 規律計算出橫向加工輥的平衡運動，這種平衡運動尤其是包括了橫向加 工輥的相反於輸送方向的最大許可的反轉。
5. 按權利要求4所述的方法，在此方法中，藉助於可以預先規定的 角度來限制橫向加工輥的最大許可的反轉。
6. 按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於在橫向加工輥的加 工範圍裡對加工精度進行監測。
7. 橫向加工裝置，具有用於實施按上述權利要求之一所述方法的機構。
8. 具有程序代碼的電腦程式，用於在計算機上或者相應的計算單 元上，尤其是在按權利要求7所述的橫向加工裝置裡執行電腦程式時， 實施按權利要求1至6中之一所述方法的所有步驟。
9. 具有程序代碼的電腦程式產品，所述程序代碼存儲在計算機可 閱讀的數據載體上，用於當電腦程式在計算機上或者相應的計算單元 上，尤其是在按照權利要求7所述的橫向加工裝置裡被執行時，執行按 權利要求1至6中之一所述方法的所有步驟。
全文摘要
用於運行一種藉助於驅動器來驅動的橫向切割裝置的橫向加工輥的方法，該橫向切割裝置用於旋轉切斷可在輸送方向上輸送的物料帶，以製備不同規格的加工過的物料帶部段，所述方法具有以下步驟-為所述物料帶部段選擇所希望的規格，-提供多個運動規律，用於在控制裝置中控制橫向加工輥的旋轉運動，-根據在控制裝置裡提供的運動規律和/或驅動器的至少一個參數和/或使用者的至少一個預值，對於所希望的規格提供或者計算出橫向加工輥的運動。
文檔編號B26D5/20GK101352856SQ20081013370
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月25日 優先權日2007年7月26日
發明者C·法爾巴赫, S·埃裡爾, S·舒爾茨, T·伊利格 申請人:羅伯特.博世有限公司