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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Planarantriebs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
US 9 685 849 B2 ist ein entsprechender Planarantrieb bekannt. Weiter ist aus der
DE 10 2014 212 256 A1 die Verwendung eines derartigen Planarantriebs in einer Produktionsanlage bekannt.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit der entsprechenden Produktionsanlage sehr flexibel viele unterschiedliche Produkte herstellbar sind, wobei dennoch für den Benutzer der Produktionsanlage nur ein sehr geringer Aufwand für die Planung der Bewegung der Mover des Planarantriebs anfällt. Darüber hinaus arbeitet die Produktionsanlage besonders effektiv, wobei insbesondere die unproduktiven Bewegungszeiten des Movers minimiert werden.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Bedingung vorgegeben wird, welche während einer Bewegung des wenigstens einen Movers relativ zum Stator einzuhalten ist, wobei der wenigstens eine Mover einen ersten Mover umfasst, wobei ein Anfangs- und wenigstens ein Endpunkt einer Bewegung des ersten Movers vorgegeben werden, wobei ein Bewegungsablauf des ersten Movers zwischen dem Anfangs- und dem wenigstens einen Endpunkt automatisiert so gewählt wird, dass die wenigstens eine Bedingung eingehalten ist, wobei ein Endpunkt erreicht wird, wobei der erste Mover unter Verwendung des Stators und der Lageerfassungseinrichtung entsprechend dem gewählten Bewegungsablauf bewegt wird.
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Es versteht sich, dass die genannte zumindest eine Bedingung gerade nicht unmittelbar zum Inhalt hat, dass der Mover dem genannten Bewegungsablauf folgt. Der zumindest eine Mover ist vorzugsweise mit Permanentmagneten versehen, höchst vorzugsweise an der dem Stator zugewandten Seite. Der Stator kann mit elektrischen Spulen versehen sein, um den Mover im Sinne eines Linearmotors zu bewegen. Der Stator kann mit beweglich, insbesondere drehbeweglich, angetriebenen Permanentmagneten versehen sein, um den Mover zu bewegen. Die zumindest eine Bedingung ist vorzugsweise eine physikalische Bedingung. Der genannte Bewegungsablauf kann auch Stillstandsphasen umfassen, beispielsweise, wenn ein Mover anhält, um einen anderen Mover zwecks Kollisionsvermeidung passieren zu lassen.
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Die Bedingungen umfassen vorzugsweise abstrakte Bedingungen, die unabhängig vom konkreten Einsatzfall gültig sind. Sie sind insbesondere für viele verschiedene Bewegungsabläufe des Planarantriebs gültig. Beispielsweise darf sich ein Mover, der mit einem bestimmten empfindlichen Produkt beladen ist, nicht in einem bestimmten Umkreis einer bestimmten Bearbeitungsstation, die schädliche Emission abgibt, aufhalten. Höchst vorzugsweise werden die abstrakten Bedingungen bereits bei der Planung eines bestimmten Planarantriebs bzw. einer Produktionsanlage ermittelt bzw. festgelegt, wobei sie in der betreffenden Steuersoftware hinterlegt werden. Die abstrakten Bedingungen können sich auf Teilbereiche des Stators beziehen. Es kann beispielsweise daran gedacht sein, für Teilbereiche des Stators Obergrenzen für die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Movers vorzugeben. Weiter kann in Form einer abstrakten Bedingung eine Gruppe von Objekten definiert werden. Insbesondere ist an solche Objekte gedacht, mit welchen die Mover beladen sein können. Eine Produktionsanlage kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, mehrere Bauvarianten eines Produkts herzustellen. Diese können im Rahmen einer abstrakten Bedingung zu einer Gruppe zusammengefasst sein. Eine weitere abstrakte Bedingung kann sich dann wiederum auf diese Gruppe beziehen, beispielsweise, indem sie eine maximale Beschleunigung für diese Gruppe von Objekten vorgibt.
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Die Bedingungen umfassen weiter konkrete Merkmale, die abhängig vom konkreten Bewegungsablauf sind. Beispielsweise „ein bestimmter Mover ist mit einem bestimmen Produkt bzw. Objekt beladen“. Die konkreten Merkmale sind vorzugsweise während eines einzelnen, zugeordneten Bewegungsablaufs unverändert gültig und werden vor dem betreffenden Bewegungsablauf ermittelt. Dies kann auch automatisiert geschehen, beispielsweise, wenn ein bestimmter leerer Mover im Rahmen eines führenden Bewegungsvorgangs zu einer Beladestation bewegt wurde, in welcher er, vorzugsweise automatisiert, mit einem bestimmten Produkt bzw. Objekt beladen wurde. Daraufhin kann für den nächsten Bewegungsablauf automatisiert das konkrete Merkmale vorgegeben werden, dass der genannte Mover mit dem genannten Produkt bzw. Objekt beladen ist. Über mehrere Bewegungsabläufe hinweg können sich die konkreten Merkmale ändern.
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Zur Ermittlung der konkreten Bedingung bzw. Merkmale zur Durchführung des einzelnen Bewegungsvorgangs können abstrakte Bedingungen herangezogen werden, die durch Betrachtung des aktuellen Zustands des Planarantriebs, der bewegten Objekte und kommunikationstechnisch verbundener Systeme das Schließen auf konkrete Bedingungen erlauben. Als Beispiel für ein kommunikationstechnisch verbundenes System ist eine Bearbeitungsstation, die über eine digitale I/O Schnittstelle signalisiert, ob sie in Betrieb ist oder nicht, zu nennen.
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Die abstrakten Bedingungen können eine Prämisse besitzen, die auf eine Ausprägung oder eine Menge von Ausprägungen eines Merkmals abzielt, das von einem Objekt besessen wird, welches durch die Ausführung einer Bewegung in eine definierte Relation zum Besitzer der abstrakten Bedingung gebracht werden kann. Beispielsweise kann ein Produkt scharfkantig sein, wobei Verletzungsgefahr besteht. An jede Bewegung in genau den Teilbereichen des Planarantriebs mit möglichem manuellem Eingriff müssen daher konkrete Bedingungen gestellt werden. An den Produkttyp (der im Betrieb jedes Objekt einer Menge bewegter Objekte charakterisiert) wird eine abstrakte Bedingung mit der Prämisse „Für jedes Objekt, zu dem eine ist-teilweise-in-Relation besteht“ und das ein Merkmal „Manueller Eingriff“ mit der Ausprägung „möglich“ besteht. Somit wäre die zugehörige abstrakte Bedingung nur für die relevanten Fälle anzuwenden. Mögliche Relationen sind zumindest: ist-teilweise-in, ist-ganz-in, ist-über, ist-unter (für vertikale Fahrweise!).
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Die abstrakten Bedingungen können eine Konklusion besitzen, welche die anzuwendenden konkreten Bedingungen an einen auszuführenden Bewegungsablauf enthält. Als Beispiel zu nennen ist: "... muss gelten: Die Bewegungsgeschwindigkeit ist < 0.2 m/s".
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Bewegungsablauf eine geometrische Bewegungsbahn umfasst, entlang derer die Bewegung des betreffenden Movers verläuft, wobei der Bewegungsablauf weiter den zeitlichen Ablauf der Bewegung entlang der Bewegungsbahn umfasst. Die Bewegungsbahn wird vorzugsweise von einer geometrischen Kurve beschrieben, welche sich höchst vorzugsweise auf einen vorgegebenen Referenzpunkt am Mover und/oder am Stator bezieht.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Bewegungsbahn und der zeitliche Ablauf nacheinander automatisiert gewählt werden. Vorzugsweise wird der zeitliche Ablauf nach der Bewegungsbahn gewählt. Hierdurch verringert sich der Aufwand bei der automatisierten Auswahl des Bewegungsablaufs. Insbesondere können Kollisionen von Movern oft allein dadurch vermieden werden, dass allein der zeitliche Ablauf in geeigneter Weise gewählt wird, wobei typischerweise einer der betroffenen Mover kurz angehalten wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Mover einen vom ersten verschiedenen zweiten Mover umfasst, wobei eine erste Bedingung für den ersten Mover den gewählten Bewegungsablauf für den zweiten Mover umfasst, wobei die erste Bedingung weiter umfasst, dass der erste und der zweite Mover bei einer Bewegung entsprechend dem jeweils gewählten Bewegungsablauf nicht kollidieren. Hierdurch werden Kollisionen zwischen den Movern vermieden. Weiter ist ein flexible Anpassung an die gewünschte Transportaufgabe möglich.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Bewegungsablauf des zweiten Movers erneut gewählt wird, wenn mit dem bisher gewählten Bewegungsablauf des zweiten Movers die erste Bedingung des ersten Movers nicht einhaltbar ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass es immer möglich ist, automatisiert einen Bewegungsablauf zu finden, der alle Bedingungen erfüllt, sofern dieser existiert.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens drei Mover vorhanden sind, wobei eine der ersten Bedingung entsprechende Bedingung für alle möglichen Paarkombinationen von Movern vorgegeben wird. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren für beliebig viele Mover ausführbar.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine zweite Bedingung eines Movers zulässige Positionen und/oder die maximal zulässige Bewegungsgeschwindigkeit und/oder die maximal zulässige Bewegungsbeschleunigung und/oder den maximalen Bewegungsruck dieses Movers umfasst.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Mover nicht bewegt wird, wenn dessen Masse eine vorgegebene Maximalmasse überschreitet. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass der normalerweise freischwebende Mover auf dem Stator schleift und diesen beschädigt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die tatsächliche Masse eines Movers unter Verwendung der Lagererfassungsvorrichtung ermittelt wird. Die Lagererfassungsvorrichtung ist hierzu vorzugsweise in der Lage, den Abstand des Movers zum Stator senkrecht zur Statoroberfläche zu bestimmen. Beispielsweise kann der Stator mit einer Vielzahl von rasterartig verteilt angeordneten Magnetfeldsensoren versehen sein, mit denen das Permanentmagnetfeld des Movers messbar ist. Es ist auch denkbar, dass der Stator mit verteilt angeordneten Spulen versehen ist, die vom Mover ausgesendete elektromagnetische Impulse empfangen.
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Bedingung die Optimierung eines physikalischen Parameters des Planarantriebs bzw. der Produktionsanlage umfasst. Hierbei handelt es sich um ein Beispiel einer abstrakten Bedingung. Insbesondere kann eine besonders kurze Zeitdauer einzelner oder aller Bewegungsabläufe angestrebt werden. Weiter kann ein besonders geringer Energieverbrauch angestrebt werden, insbesondere bei solchen Bewegungsabläufen, die nicht kritisch für die Produktionsleistung der gesamten Produktionsanlage sind. Es kann auch daran gedacht sein, eine geringe Geräuschentwicklung zu fordern, beispielsweise, wenn Produkte bewegt werden, die zum Klappern neigen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Bedingungen an die auszuführenden Bewegungen automatisiert ermittelt werden. Weiter kann vorgesehen sein, dass zur automatischen Ermittlung der Bedingungen zuvor festgelegte abstrakte Bedingungen herangezogen werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine grobschematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Planarantriebs.
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1 zeigt eine grobschematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Planarantriebs
10. Der Planarantrieb
10 umfasst einen Stator
11, der im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist, wobei er sich entlang einer X- und einer Y-Achse
12;
13 erstreckt, die senkrecht zu einander ausgerichtet sind. Der Stator
11 umfasst beispielsweise eine Vielzahl von (nicht dargestellten) langestreckten Spulen, die sich wahlweise entlang der X- oder der Y-Achse
12;
13 erstrecken. Die Mover
20;
21;
22 sind typischerweise quadratisch ausgebildet, wobei sie an der Unterseite mit fest angeordneten Permanentmagneten versehen sind. Durch geeignete Bestromung der genannten Spulen können die Mover
20;
21;
22 statisch in der Schwebe gehalten werden. Es ist aber auch möglich, die Mover
20;
21;
22 entlang einer beliebigen Bahn in der X-Y-Ebene des Stators
11 zu bewegen. Ein entsprechender Planarantrieb ist beispielsweise aus der
US 9 685 849 B2 bekannt, deren gesamter Inhalt in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Weitere Planarantriebe mit gleicher Funktionalität aber anderem Aufbau sind aus
US 6 003 230 A1 ,
US 6 069 418 A1 ,
US 6 097 114 A1 ,
US 6 441 514 B1 ,
US 6 452 292 B1 ,
US 6 987 335 B2 ,
US 7 057 370 B2 ,
US 7 224 252 B2 und
US 7 948 122 B2 bekannt. In der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2016 224 951.7 wird darüber hinaus ein Planarantrieb beschrieben, dessen Stator mit drehbaren Permanentmagneten versehen ist, die jeweils von einem Elektromotor angetrieben sind. An der Unterseite des Movers sind Permanentmagnete fest angebracht. Auch für diesen Planarantrieb ist die vorliegende Erfindung verwendbar.
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Der Planarantrieb 10 ist Bestandteil einer Industriellen Produktionsanlage 16, die mehrere Bearbeitungsstationen 40 umfasst, wobei auch der Begriff Prozessstation gebräuchlich ist. In den Bearbeitungsstationen 40 werden Werkstücke, Produkte bzw. Objekte, welche mit Movern 20; 21; 22 transportiert werden, bearbeitet, wobei insbesondere an Montagevorgänge und/oder Prüfvorgänge gedacht ist. Mehrere gleichartige Bearbeitungsstationen 40 sind zu Gruppen 41; 42 zusammengefasst. Diese Bearbeitungsstationen beinhalten typischerweise einen langsam ablaufenden Bearbeitungsprozess, der mehrfach parallel ausgeführt werden soll, damit alle Bearbeitungsprozesse in etwa mit dem gleichen zeitbezogenen Durchsatz abgearbeitet werden können.
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Die Mover 20; 21; 22 mit den Werkstücken können nahezu beliebig zwischen den Bearbeitungsstationen hin- und her bewegt werden. Dementsprechend können auch die Bearbeitungsstationen 40 weitgehend beliebig auf dem Stator 11 verteilt werden, wobei sich deren Position während des Bearbeitungsprozesses typischerweise nicht ändert. Im Rahmen einer Anlagenumrüstung ist es aber denkbar, dass Bearbeitungsstationen 40 ausgetauscht oder verschoben werden. Weiter ist es denkbar, eine Vielzahl von Bearbeitungsstationen 40 vorzuhalten, damit eine Vielzahl unterschiedlicher Herstellungsprozesse mit der Produktionsanlage 16 ausgeführt werden können, wobei während eines konkreten Herstellungsprozesses nur ein Teil der Bearbeitungsstation 40 verwendet wird. Im Ergebnis können mit einer derartigen Produktionsanlage 16 sehr viele unterschiedliche Produkte hergestellt werden, wobei insbesondere Kleinserien und im Extremfall nur ein einziges Exemplar eines Produkts effizient herstellbar sind.
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Im Rahmen eines derartig flexiblen Produktionsprozesses ergibt sich jedoch das Problem, dass die Bewegungen der Mover 20; 21; 22 zwischen den Bearbeitungsstationen entsprechend dem gewünschten Produktionsablauf festgelegt werden müssen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass dies weitgehend automatisiert geschehen kann. Vorab werden die eingangs erläuterten abstrakten Bedingungen festgelegt, welche unabhängig vom konkret gewünschten Produktionsprozess immer gelten. Die abstrakten Bedingungen hängen insbesondere davon ab, welche Bearbeitungsstationen vorhanden sind und wie diese relativ zum Stator positioniert sind. Weiter hängen die abstrakten Bedingungen davon ab, welches Produktspektrum mit der konkret vorliegenden Produktionsanlage 16 hergestellt werden soll.
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Während des laufenden Produktionsprozesses ergibt sich nun beispielsweise die in 1 gezeigte Anordnung der Mover 20; 21; 22. Der erste und der zweite Mover 21; 22 sind dabei mit durchgezogenen Linien im Anfangspunkt 30 der gewünschten Bewegung gezeigt. Mit gestrichelten Linien ist jeweils der gewünschte Endpunkt 31 der Bewegung gezeigt. Den Movern 20; 21; 22 können konkrete Merkmale zugeordnet sein. Dabei ist insbesondere daran gedacht, dem Mover die konkrete Seriennummer, die konkrete Bauvariante und den konkreten Zustand innerhalb der Herstellungsabfolge zuzuweisen. In 1 soll beispielsweise der ersten Mover 21 gerade mit einem unbearbeiteten Rohteil beladen sein, wobei die Bearbeitung des Werkstücks auf dem zweiten Mover 22 in der entsprechenden Bearbeitungsstation 40 gerade abgeschlossen ist.
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Aus den genannten konkreten Merkmalen des ersten Movers 21, insbesondere dem Zustand innerhalb der Herstellungsabfolge, ergibt sich im vorliegenden Beispiel, dass dieser in eine der Bearbeitungsstationen 40 der Gruppe 41 zu bewegen ist, da dort der nächste Bearbeitungsschritt ausgeführt wird. Da eine dieser Bearbeitungsstationen 40 belegt ist, bleibt nur die andere als Endpunkt 31. Hätte die Gruppe 41 mehr unbelegte Bearbeitungsstationen 40, würden im Rahmen der Wegplanung mehrere Endpunkte 31 verwendet, wobei der im Hinblick auf eine kürzest mögliche Produktionszeit optimale Endpunkt 31 ausgewählt werden würde. Dies entspricht einer der oben erläuterten abstrakten Bedingungen. Die Ziel-Bearbeitungsstation 40 vor dem zweiten Mover 22 ist vorliegend noch belegt, weshalb der Endpunkt 31 so vor der Bearbeitungsstation 40 angeordnet ist, dass später ein schneller Wechsel des Movers in der genannten Bearbeitungsstation 40 möglich ist.
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Im Rahmen der automatisierten Auswahl des Bewegungsablaufs wird vorzugsweise zuerst eine Bewegungsbahn 50 festgelegt. In erster Linie wird eine gerade Bewegungsbahn 50 angestrebt, wie dies vorliegend für den zweiten Mover 22 gezeigt ist. Beim ersten Mover 21 ist der gerade Bewegungsweg durch eine Bearbeitungsstation 40 versperrt, weshalb eine gebogene Bewegungsbahn 50 ausgewählt ist, beispielsweise die kürzeste Bewegungsbahn, bei welcher sich keine Kollision mit einer Bearbeitungsstation 40 und keine Überfahrt über einen verbotenen Bereich des Stators ergibt.
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Vor der Durchführung der Bewegungen wird überprüft, welche konkreten Bedingungen erfüllt werden müssen. Hierzu werden die abstrakten Bedingungen mit den konkreten Merkmalen der präsenten Objekte (wie Mover, Produkte, Prozessstationen, ...) zusammengeführt; daraus ergeben sich konkrete Bedingungen. Im Beispiel wird angenommen, dass der Produkttyp des Produkts auf Mover 22 mit der abstrakten Bedingung verknüpft ist, dass jedes Produkt dieses Typs eine bestimmte Mindestdistanz zu jedem anderen Produkt einhalten muss. Daraus ergibt sich eine konkrete, mathematisch beschreibbare Bedingung an die zu ermittelnden Bewegungsbahnen 50 in Raum und Zeit. Diese Bedingung kann an einen geeigneten Algorithmus zur Bahnberechnung aus der industriellen Robotik übergeben werden. Die abstrakt formulierten Bedingungen werden somit für den konkreten Fall eingehalten, ohne dass die konkreten Bewegungen vorab bekannt waren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise von einer Steuervorrichtung 15 ausgeführt, an welche der Stator 11 und eine zugeordnete Lageerfassungseinrichtung 14 angeschlossen sind,. wobei die Lageerfassungsvorrichtung 14 im Stator 11 integriert sein kann. Die Steuervorrichtung 15 umfasst vorzugsweise einen programmgesteuerten Digitalrechner.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Planarantrieb
- 11
- Stator
- 12
- X-Achse
- 13
- Y-Achse
- 14
- Lageerfassungseinrichtung
- 15
- Steuervorrichtung
- 16
- Produktionsanlage
- 20
- Mover
- 21
- erster Mover
- 22
- zweiter Mover
- 30
- Anfangspunkt
- 31
- Endpunkt
- 40
- Bearbeitungsstation
- 41
- Gruppe von Bearbeitungsstationen
- 42
- Gruppe von Bearbeitungsstationen
- 50
- Bewegungsbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9685849 B2 [0002, 0024]
- DE 102014212256 A1 [0002]
- US 6003230 A1 [0024]
- US 6069418 A1 [0024]
- US 6097114 A1 [0024]
- US 6441514 B1 [0024]
- US 6452292 B1 [0024]
- US 6987335 B2 [0024]
- US 7057370 B2 [0024]
- US 7224252 B2 [0024]
- US 7948122 B2 [0024]