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Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellscheft mit beschränkter
Haftung Steuereinrichtung für eine 9andschneid:'anlage Die Erfindung betrifft eine
Steuerninrirhtunrj für eine Schneidanlage zum automatischen Abschneiden bestimmter
einstellbarer Längen einus bandfoninßn Materials, das fortlaufend zwischen den Messern
eines zum Schneiden mitgehenden und danach in seine Ausgangslag zurUckkehrenden
Schneidschlittens durchläuft.
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Zum Schnaiden bestimmter einstellbarer Längon von laufenden bandför
migen Mrtorialien ist es bekannt, Schneidanlagen zu benutzen. Das zu schnsidende
bandförmige Material wird hierbei zwischen den Messern eines verschiebbaren Schneidschlittens
geführt, der zum Schnciden auf die Bandgeschwindigkeit beschleunigt wird und nach
dem Schneiden in seine Ausgangslage zurückkehrt. Der Scheidschlitten führt somit
bei jedem Schneidvorgeng eine Hubbewegung aufs, din durch entsprechende Steuereinrichtungen
steuernar ist.
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In der Regel wird der Antrieb eines Schneidschlittens über mechanische
Kupplungs und Steuerelemente rin den antrieb des zu schneidenden Bandes angeschlossen,
so daß die Hubbewegung des Schneidschlittens durch entsprechende Finstellung der
Steuerelemente veränderbar ist.
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Bei dieser Steuerungsert wirken sich aber Schwankungen in der Bandgeschwindigkeit
schr stark auf die Genauigkeit der Schnittlängen aus, die hei derarttgsn Anlagen
natungemäß nicht sehr hoch ist.
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Zwar ist es möglich, durch entsprechenden Aufwand die Genauigkeit
zu erhöhen, aber die Verbesserung der Genauigkeit steht in keinem Verhältnis zu
dem zusätzlichen Aufwand. Weiterhin ist ps bei derartigen Schneidanlagen nicht möglich,
heim Anfahren der Anlage zu schneiden. Die geschnittenen Bandstücke würden so ungenau
werden, daß sie entweder Ausschuß waren, oder einen erheblichen Aufwand an Nacharbeit
erfordern würden.
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Es ist weiterhin bekannt - insbesondere in der Verpackungsindustrie
-, mit Hilfe von opto-elektronischen Einrichtungen Schneidanlagen zu steuern. Derartige
Schneidanlagen erfordern aber Schnittmarkierungen, die sich Jedoch nicht an Jedes
bandfönnige Material anbringen lassen.
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Außerdem ist diese Steuerungsart für sehr genaus Schnittlängen, und
zwar in der Größenordnung von - 1 mm, nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile
zu vermeiden und eine Steuereinrichtung vorzusehen, die universell ?r Schneidanlagen
anwendbar ist. Erfijndungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dafl ein ersten
Zählwerk in Abhängigkeit vom Banddurchlauf beim Erreichen einer vorgebbaren Sollänge
dem Schneidschlitten einen werzögerten Schneidbefehl und eine Sterthefehl einer
Regeleinrichtung zum Mitgehen des Schneidschlittens liefert und daß die Regeleinrichtung
innerhalb der Verzögerungszeit die Annäherung des Schneidschlittens an die Bandgeschwindigkeit
nach einer vorgebbaren Funktion in einer vorgebberen Reelativwegstrecke regelt.
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Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird sowohl der Weg als
auch die Geschwindigkeit des Schneidschlittens zum Band geregelt.
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Hierzu dienen zwei Wegmeßgeber, wobei der erste Wegmeßgeber den ebsow
luten Bondweg zur Bestimmung der Schneidlinie misst, während der zweite Wegmeßgeber,
der starr mit dem Schneidschlitten verbunden ist, die Relativbewegung des Bandes
misst, das dieses vom Zeitpunkt des Startbefehls bis zum Synchronlauf gegenüber
dem Schneidseblitten zurücklegt.
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Diese Relativbewegung wird über den Bagelkreis in jeder Beschleunigungsphese
des Schneidschlittens konstant gehalten, so daß sie unabgängig von dr jeweiligen
Bandgeschwindigkeit ist. Damit hängt die Raproduzierbarkeit der Schneidlinie nur
noch von der Güte des Regel-'kreises ab.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert : Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild
der gesamten Schneidanlage Figur 2 ein Diagramm u n d Figur 3 ein Blockschaltbild
der Steuereinrichtung.
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Im Blockschaltbild nach Figur 1 ist ein bandförmiges Material 10 zwischen
den Antriebsrollen II, 12 ru einem Schneidschlitten 20 geführt.
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Der Schneidschlitten 20, zwischen dessen Messenn das bandförmige Material
durchläuft, ist durch innen hydraulischen Stellzylinder 21 verstellbar. Hierzu wird
der Hub des Stellzylinders Ober ein Servoventil 22, das durch einen Regler 25 ongesteuert
wird, geregelt. Das durch die Antriebsrullen 112 12 angetriebene bandförmige Material
10 läuft, nachdem es die Antrieberollen passiert hat, an einem Wegrneßgeber 13 vorbei
der den absoluten Banddurchlauf misst. Am Schneidschlitten 20 ist ein weiterer Wegmeßgeber
14 vorgesehen, der die Belativbewegung zwischen 8and und Schneidschlitten misst,
die in der Phase ouftritt, in der sich der Schneidschlitten der Bandgeschwindigkeit
nähert.
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Der Wegmeßgeber 13, der den absoluten Benddurchlauf misst, gibt Signale
an ein Zählwerk 45. Dieses Zflhlwerk 15, in ds der Sollwert der zu achneidenden
Langen eingebbar ist, liefert beim Ereichen dieses Sollwertes einen Startbefehl
fr eine Regeleinrichtung und einen verzögerten Schneidbefehl für den Schneidschlitten
20.
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Der Startbefehl gelangt vom Zählwerk 15 zu einem Zähler 16, der hierdurch
eingeschaltet wird. Weiterhin ist der Starthefehl einem Funktionsgeber 17 zugeleitet.
Im Funktionsgeber 17 ist die Streckt der Relativbewegung des Bandes zum Schneidschlitten
in der Annähenungsphase als Konstante "Y" eingegeben. Weiterhin ist dem Funktionsgeber
17 eine Spannung zugeleitat, welche von einem Tachogenerutor 18 abgenommen ist.
Der Techogeneretor 18 ist über einen Antriebsmotor 19 starr mit den Antriebsrollen
11, 12 verbunden. Durch seine Ausgangs spannung ist es möglich, den ahsoluten Weg
des Schneidschlittens derart an die Bandgesehwindigkeit anzupassen, daß der Schneidschlitten
20 jeweils den kleinstmöglichen Hub ausführt.
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Der dem Schneidschlitten 20 zugeführte Schneidbefehl, der verzögert
aus dem Zählwerk 1 erscheint, ist gleichzeitig über ein Verzögerungs glied 26 dem
Zählwerk 16 und dem Funktionsgeber 17 sowie einer Schalt~ stufe 21 zugeleitet. Durch
diese verzögerte Weiterführung des Schneidbefehis wird nach der Durchführung des
Schneidvorgangs der Zähler 16 und der Funktionsgeber 17 zurückgestellt. Weiterhin
wird über die Schaltstufe 21 der Regler 25 derart angesteuert, daß der Schneidschlitten
in seine Ausgangslage zuruckkehrt.
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Die Ausgangssignale des Zählers 16 und des Funktionsgebers 17 sind
einem Vergleichsglied 22 zugeleitet, dessen Ausgangssignal einem weiteren Vergleichsglied
23 zugeleitet ist. Diesem Vergleichsglied 23 sind weiterhin die Signale der Schaltstute
21 und das Signal eines am Schneidschlitten 20 engebrechten Beschleunigungsmessers
24 zugeleitet. Das Ausgangssignal der Vergleichsglieder 23 ist dem Regler 25 zugeleitet,
der als PID-Regler ausgebildet ist.
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Die Schneidanlage mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung arbeitet
wie folgt : Ist nach dem ersten, durch den Startvorgang ausgelisten Schnitt die
am Zählwer 15 vorgegebene Sollänge erreicht, so gibt dieser einen Startbefehl en
den Zähler 16 und an den Funktionsgeber 17 eh,
Dieser Startbefehl
schaltet den Zähler 16 und den Funktionsgebar 17 ein, so daß das Signal des Wegmeßgebers
14 zum Zähler 16 gelangt, der es aufsummiart. Das Ausgangssignal des Funktionsgebers
17 wird mit dem Zählstand des Zählers 16 in dem Vergleichsglied 22 verglichen und
das Differenzsignal einem weiteren Vergleichsglied 23 zugeleitet. Diesem Vergleichglied
23 ist weiterhin das Signal des Beschlaunigungsmassers 24 zugeleitet, so daß der
Regler 25 eine Beschleunigungsregelung des Schlittens 20 durchführt, d.h. Abweichungen
des Zählstandes im Zähler 16 von dom ausgangssignal des Funktionsgebers 17 bedeuten
Beschleunigungen oder Verzögerungen des Schneidschlittens.
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Nach dem Erreichen der im Funktionsgeber vorgegebenen Konstante "Y"
läuft der Schneidschlitten 20 synchron mit dem Band 10. Gleichzeitig hat der Schneidschlitten
die vorgegebene Schneidposition eingenommen, durch den nun erfolgenden Schneidbefehl
vom Zählwerk 15 wird der Schneidvorgang ausgelöst. Gleichzeitig wird dieser Schneidbefehl
über das Verzögerungsglied 26 geleitet, so daß er den Zähler 16 und den Funktionsgeher
17 verzögert zurOcksetzt und die Schaltstufe 21 umschaltet. Der Regler 25 steuert
das Servoventil 22 derart, daß der Schneidschlitten 20 durch den Stellzylinder 21
in seine Ausgangslage zurückbewegt wird.
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Figur 2 zeigt in einem Diagramm, daß die Relativ-'.1)egstrecke des
Bandes zum Schneidschlitten in der Annäherungsphase unabhängig von der jeweiligen
Bandgeschwlndifkeit ist.
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In einem weiteren Olockschaltbild nach Figur 3 sind die Einzolheiton
der Stauereinrichtung näher dargestellt. Das ZMhlwerk 15 besteht datei ### #####
Zähler 30, dem die Signale des Wagmeßgebers 13 zugeleitet sind.
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Des dem Zählstnd proportionale Ausgangssignal des Zählers 30 ist einem
ersten Komparator 31 und einem zweiten Komparator 32 zugeleitet.
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Dem ersten Komnarutor 32, dessen Schaltschwelle zur Einstellung der
Soll-Längen verMnderhar ist, ist der Startbefehl und ein Rückstellbefehl für den
Zähler 30 entnehmbar.
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Weiterhin ist diesem Komparator 31 ein Signal zur Beeinflussung dos
Komparators 32 entnehmbar. Der Komparator 32 liefert somit verzögert zum Startbefehl
den Schneidbefehl. Diese Verzögerung wird durch die bauliche Abmessung dar Schneidanlage
und die örtliche Anodnung des Meßgebers 13 bestimmt. Eine Einstellung der Verzögerungszeit
an die jeweiligen Bedingungen der Schneidanlage ist somit leicht möglich.
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Der Funktionsgeber 17 besteht aus einem Zähler 40, dessen seinem Zählstand
proportionales Ausgangssignal dem Vergleichglied 22 zugeleitet ist. Dem Zähler 40
sind Impulse eines spannungsgesteuerten Impuls-Oszillators 41 zugeleitet. Die Folgefrequenz
des Impuls-Oszillators 41 wird durch die Ausgangsspannung eines Multiplizierers
42 verändert. Im Multiplizierer 42 wird die Spannung des Tachogenerators 18 mit
der Ausgangsspannung eines Vergleichsgliedes 43 multipliziert. Dem Vergleichsglied
43 wird einerseits eine feste vorspannung Uv und andererseits die Ausgangsspannung
eines Analog-Digitalwandlers zugeleitat. Über den Analog-Digitalwandler 44 wird
damit die dem Zählstand des Zählers 40 proportionals Ausgangsspannung dem Vergleichsglied
43 zugeleitet. Durch die feste Vorspannung L\j und die sich mit dem Zählstand ändernde
Spannung ändert sich die Ausgangs spannung des Vergleichsglieder 43 nach einer "a"-Funktion.
Damit wird die Dynamik des Wegregelkreises optimiert.
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Das dem Zählstand proportionale Ausgangssignal des Zählers 40 ist
gleichzeitig einem Komparator 45 zugeleitet, der es mit der ihm vorgegebenen Konstante
Y vergleicht und beim Erreichen ein Stoppsignal dem Zähler 40 zuleitet.
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Weiterhin besteht die Schaltstufe 21 aus einem Relais, walches einen
Eingang des Vergleichsgliedes 23 zwischen einem Analog-Digitalwandler 50 und einem
flar den Rücklauf fest eingestellten signalwert umschaltet.
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Der Analog-Digitalwandler 50 wandelt das digitale Ausgangssignal des
Vergleichsgliades 22 in ein Analog-Signal um, da die Regelung analog betrieben wird.
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Der Regler 25 ist, wie bereits erwähat, ein PID-Regler. Dies ist notwendig,
da der Schneidschlitten bei dem Beschleunigungswert Null eine endliche Geschwindigkeit
besitzt und somit am Stellglied 21 ein bestimmter Öldurchfluß kommandiert werden
muß. Das aber läßt sich nur mit einem PID-Regler durchführen. Es ist zweckmäßig,
den Regler 25 mit einem Operationsverstärker zu bestücken, dessen Zeitverhalten
in weiten Grenzen durch ein äußeres Netzwerk variierbar ist. Damit kann der Regelkreis
Jederzeit an die firdingungan der Schneidanlage optimal angepaßt werden. Dies gilt
auch für die notwendige Ausgangsleistung zur Steuerung des Servowentils 22.
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Bei der @rfindungsgemäßen Steuereinrichtung hätten Temperaturänderungen
nur dann Einfluß, wenn zwischen zwei Schneidpunkten eine erheblich Änderung der
Umgebungstemperatur aufträte. Dies ist aber nicht zu erwarten. Die Genauigkeit der
Steuereinrichtung hängt im wesentlichen von der Auflösung der Meßgeber ab, so daß
für eine Genauigkeit von # 1 mm Meßgeber mit einer Auflösung von # 1/2 mm pro Impuls
venvendet werden müssen. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung hat den großen Vorteil,
daß sie unabhängig von Geschwindigkeitsänderungen des Bandes ist. Außerdem sind
erhebliche aufwendige mechanische Synchronisiereinrichtungen nicht mehr nötig.
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Die Schnittgenauigkeit hängt allein von der Positionsregelung des
Schoeidschlittens zum Band ob, so daß auftratende Pnderungen durch den Regelkreis
ausgeregelt werden. Damit werden auch Paremeteränderungen des Servoventils am Stellglied
21 weitgehand vom Regelkreis elemeniert. Auch unterschiedliche Reibungskröfte in
der Schneidschlittenführung haben kainen Einfluß auf die Schnittganauigkeit.
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Weiterhin ist es möglich, bei eine mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung
ausgerüststen Schneidanlage eine Durchgangsregalung des zu schneidungen Bandes vorzunehmen.
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- P a t e n t a n s p r ü c h e -