CN101352856A - 用于对横向加工过程进行优化的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于运行一种借助于驱动器来驱动的横向切割装置的横向加工辊的方法，该横向切割装置用于旋转切断可在输送方向上输送的物料带，以制备不同规格的加工过的物料带部段，所述方法具有以下步骤：－为所述物料带部段选择所希望的规格，－提供多个运动规律，用于在控制装置中控制横向加工辊的旋转运动，－根据在控制装置里提供的运动规律和/或驱动器的至少一个参数和/或使用者的至少一个预值，对于所希望的规格提供或者计算出横向加工辊的运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种对横向加工过程进行优化的方法和装置，相应的计算机程序以及相应的计算机程序产品。
背景技术
横向加工的应用，也就是说例如借助于横向切割器旋转地切断一种材料条带的这些应用都是众所周知的。横向加工的应用或者相应的横向加工装置的其它实例是横向封印装置、横向打孔装置和横向冲压装置。
这里所加工的，例如切断的部段长度不必与所应用的横向加工辊子的圆周相同。通过合适的选择横向加工辊的运动规律可以达到：在切割中实现一种更为典型的与材料条带同步的加工过程，并且在剩余的时间范围里实现一种所谓平衡运动。这种平衡运动用于实现一种比所谓同步长度更短或者更长的规格(部段长度)，该同步长度相当于横向加工辊子的圆周。
横向加工辊的运动特征曲线按照规格长度和同步长度的比例关系看起来是不同的。当规格长度小于同步长度时，横向加工辊子的旋转轴线在平衡运动期间必须变得更快，而在相反情况下，也就是说规格长度较大时，则变得更慢。
为了实施平衡运动通常按照VDI(德国工程师协会)标准2143“凸轮传动的运动规律”应用五阶多项式，或者在一定条件下也应用更高阶的多项式。
若是规格长度远远大于同步长度，例如二倍半那样大，那么横向加工辊部分地以负的速度旋转，也就是说与所要输送和加工的，例如所要切割的材料条带的输送方向相反，那可能是适宜的。这与一种向后运动相同。
向后运动按照规格变得越来越大，而且当规格较长的情况下在特定时候都可能变成如此之大，以至于会使这设置在横向加工辊上的刀具又进入到切口区里并因此在一定条件下也进入材料里。这当然要避免。
在此方面，由现有技术就了解到可以阻止这种型式的反转的可能方案。通常在这里排除了所有负的速度。
这样就保证了。横向加工辊的旋转速度任何时候都具有正的符号或者至少一个停止状态，也就是说避免了负的速度，最大限制于停止状态。根据所希望规格的不同，根据传动技术方面的限制，例如横向加工辊的最大速度或者最大转矩或最大加速度，可能引起不能超过最大速度。这最大速度取决于平衡运动的所应用的运动规律。在现有技术中一次性地测量出一种这样的最大速度，并且然后作为固定的数据表格存入在机器控制器里或者HMI(人机界面)里。
若改变了规格，那么对于通常的装置来说操作者就必须使机器速度匹配于新规格的最大速度，这就是说，他必须在一定的条件下在所谓急速的变换规格之前就降低机器速度，以便在新的规格时使驱动器的可能有的界限不被超过。在这样一种情况下例如驱动器可能发出运载故障的信号并引入一种故障反应，这种故障反应可能引起生产的中断。在更换规格之后提高机器速度在一定条件下是可以考虑的，但对于通常的装置来说也必须通过操作者人工来实施。
按照现有技术所应用的运动规律用于实现一种尽可能高的加工能力(机器速度)。这里没有顾及到能源方面的利益。
在现有技术中，此外对于每一种规格只应用了一种固定的运动规律。最大实施转换至一种没有向后运动的运动规律。除了考虑到一种向后运动是否允许或者不允许，可以用其它的运动规律用于加速度、最大速度和/或损失能量的优化。绝对不实施取决于规格地转换至不同类型的运动规律，例如五阶多项式、七阶多项式、修改的正弦曲线，修改的加速度梯形等等。
对于通常的装置或方法来说，此外并不对驱动***的加工部位或切割部位处的所实现的精度进行监测。尤其是在较高速度时或较高的动态平衡运动时可能出现滑移距离(在位置实际值与位置名义值之间的偏差)，这滑移距离降低了加工精度。
尤其是在传统的装置或方法时认为不利的是：平衡运动总是作为同样的运动规律进行计算。因此几乎不能实现例如关于最大速度或者能耗的优化。
按照现有技术并不采用横向加工辊的反转，这是因为无论如何都应该避免：加工元件，例如切割刀具向后进入到材料里。由于并没有充分利用这些反转的可能方案，因此没有使驱动器在针对可实现的最大速度或能耗方面最佳地运行。类似情况是辊子速度的界限是大于或等于零的值。
此外如果变换规格，那么在传统的装置中这新的，匹配于所要实现的规格的最大速度不能自动化地进行计算。这造成费事的测量运行并将固定的特性曲线存入在控制器里。
总之可以确定：对于没达到最大驱动器转矩的规格来说，就不能实现能耗的优化。
发明内容
采用本发明力求用于克服上述缺点，这就是说可以实现最大驱动器转矩的充分利用，这尤其是在能耗优化的条件下。
因此本发明建议了一种具有权利要求1的特征的方法。
用这按照本发明的方法可以实现对横向加工装置的通过能力的优化，其中尤其是通过预先计算求出可以达到的机器速度，可以选择损失最优的曲线用于节能。此外用这按照本发明的方法可以实现高的加工精度。通过对传动极限的认识了解，例如最大速度、最大加速度或者也包括热极限，可以预先计算出最大可达到的机器速度或材料条带速度。
按照本发明的方法的有利设计方案可见从属权利要求所述。
特别优选地使这方法用于运行横向切割装置、横向封印装置、横向打孔装置或者横向冲压装置的横向切割辊、横向封印辊、横向打孔辊或者横向冲压辊。在这些型式的装置中相应地制备出切割的、封印的、打孔的或冲压的物料带部段。
优选在计算许可的最大物料带速度时，所给入的驱动器参数包括：最大驱动器转矩或马达转矩、最大驱动器温度或马达温度、最大驱动器转速或马达转速、估计的所出现的加工力和机械条件，例如惯性矩或机械传动比。
此外可以尤其是在线地对机器的速度进行监测，这通过对热持续功率极限，例如马达温度或者驱动调节设备的温度进行分析处理而实现，并因此在一定条件下可以实现切割功率的优化。尤其是这取决于物料带材料的切割转矩，在现有技术中有时不能准确地加以说明，因此这个方面，可以通过在线监测来优化并在一定条件下被获悉用于以后相同的或者类似的生产。所谓在线监测尤其是通过与计算出的模型相比较在过程之中进行的监测。
一种这样型式的在线计算或在线监测即使当所要应用的取决于规格的运动规律或对应的算法有变化时也可以继续应用。这不需要在整个规格范围里进行复杂费钱的测量运行。生产率可以根据最大可以表示出的机器速度进行优化，此外还可以考虑马达和/或驱动调节设备的热模型进行动态方面的分析。
按照本发明，尤其是可以在变换规格时，使当前的机器速度匹配于用于新规格的新的最大机器速度。
在现有技术中，这通过HMI(通过机器操作者的输入)使机器速度进行匹配来实施。
如果最大机器速度由于一种按照本发明的计算或者提供(存入的特性曲线)而已知了的话，那么在变换规格时就可以以自动化的方式由控制装置以适合的方式使机器速度降低和/或提高。这时尤其适宜的是在变换规格之前降低机器速度，或者紧接着规格变换提高机器速度。
若最大机器速度通过热极限，例如马达或者驱动调节设备的最大持续电流负载来限制，那么即使在变换规格之后也可以降低机器速度，只要一起考虑到了热特性。同时允许短时间地使机器速度超过持久许可的最大速度，只要不超过热极限。
因此减少了使用者在变换规格时的输入操作。此外这还可以通过热优化实现生产率的优化，也就是说最大机器速度的优化。
尤其是对于希望有较长规格的情况，也就是说规格比横向加工辊的圆周更长，不再通过驱动***来限制最大机器速度，而通常通过过程本身。这里例如可以是指材料条带的最大输入速度。这意味着：驱动***从原理上可以实施任意的平衡运动规律。这按照本发明可以这样来选择，使得产生尽可能小的能耗。能耗例如可以根据驱动器和/或横向加工辊的加速度的平方来求出或估计。因此可以使损失能最最小化，因而使按照本发明运行横向切割装置的能耗成本最小化。此外马达和驱动调节设备或驱动调节器相互的热匹配证明是有利的。
通过按照本发明的提供取决于规格的不同的运动规律，也可以使这些运动规律按照不同的准则进行优化。作为准则例如可以列举的是平衡运动的能耗，这种运动能耗例如在借助于3阶多项式描述横向加工辊的运动时特别小。
例如3阶多项式或者正弦曲线对于最大速度的优化也证明是有利的。
同样也可以使运动规律在关于传动机构的防护，尤其是驱动器和/或横向加工辊，尤其是所应用的齿轮的防护方面优化。为此可以有修改的正弦曲线，例如具有低的冲击特征值的Bestehorn正弦线(Bestehorn-Sinuslinien)。例如也可以选择使最大出现的加速度的最小化的运动规律。这里可以是2阶多项式。
按照一种特别优选的按照本发明的方法的实施形式，借助于取决于规格的运动规律计算出横向加工辊的平衡运动，这种运动尤其是包括了横向加工辊在相反于材料条带的输送方向的方向上许可的反转。
一种这样的反转尤其可以预定为角度值，其中使平衡运动限制于这个值。根据传动机构可以给出向后运动的大小。向后运动因此可以(在极限情况下)精确地进行直至切割部位。这可以实现最大的停止行程和加速行程，这导致大大减小了所出现的最大加速度。
借助于这种措施可以能量优化地选择可以采用的运动规律，其中这里尤其可以考虑发热、能耗以及马达结构参数或放大器结构参数。所应用的运动规律可以按最大转矩进行优化，例如进给的最大速度或者驱动器结构参数或马达结构参数或者放大器结构参数。所选的运动规律同样也可以进行优化，用于对传动机构进行防护，因此例如可以实现较小的噪声。
此外还证明为适宜的是：在横向加工辊的切割部位处提供切割精度的监测。此处尤其是在线监测业已证明为有利的。
一种横向加工器，例如横向切割器的目的是：在加工部位或切割部位处尽可能准确呈直线地或尽可能准确地按照一种可以预先规定的曲线(所谓Pushout函数(Pushout-Funktion)或所谓cosβ修正)来运行，以便以最佳的精度实施切割。现代化的驱动***可以对横向加工辊的滑移距离，也就是该在其理论位置和实际位置之间的角度误差进行测量。这种滑移距离按照本发明可以进行监测。在一定条件下也可以输出通知，或者使机器速度如此匹配，从而保证不超过预先规定的极限。
这种措施可以通过许可有偏差来对最大速度的所要求的精度或优化情况进行监测。此外是可以对修正运动实现有目标的优化。按照本发明的对精度的监测总之可以实现所切割物料带部段的更好的切割棱边、更加整洁的切口和总体上更高的质量。
附图说明
按照以下的附图对本发明作进一步的说明。附图所示为：
图1：可以有利地采用本发明的横向切割装置的主要部分的简略图；
图2：按照现有技术的一种典型的横向加工辊应用的切割曲线；
图3：一种按照本发明的横向切割器应用的切割曲线；
图4a，4b，4c：横向切割器的另外的按照本发明可以应用的切割曲线。
附图标记列表
100横向切割装置
110横向加工辊
115切割装置
120背压辊
130材料条带
140驱动器(马达)
150控制装置(***)
155HMI(人-机界面)
A，310，320分界线
A 横向加工辊轴线
f 同步长度
r 横向加工辊半径
T 输送方向
α 横向加工辊角度位置
v 横向加工辊的速度
a 横向加工辊的加速度
s 切割部位
b，b’负速度的范围
具体实施方式
图1简略示出横向切割装置，整体用100表示，一种这样的横向切割装置是按照本发明的横向加工装置的优选的实施例。
横向切割装置具有横向加工辊110和与这加工辊共同作用的背压辊120。
横向加工辊110以及可选择也有背压辊120都可以借助于驱动器140驱动。
驱动器借助于控制装置150来进行控制，该控制装置尤其是包括有HMI 155。
在横向加工辊110和背压辊120之间使材料条带130在输送方向T上输送。
借助于设于横向加工辊110上的切割装置115将材料条带130切割成相应的部段，切割装置115尤其设计成切割刀具。如果切割下的条带部段的长度相当于横向加工辊110的圆周长度(2πr)，那么就称为同步长度。同步长度在图1中用f表示。
根据所希望的规格长度进行一种相对于条带130在输送方向T上的输送速度来说更快的或更慢的横向加工辊110的运动，也就是说一种更快或者更慢的围绕其旋转轴线A的旋转。这种运动过程借助于控制装置150来控制，其中将相应的控制命令给予驱动器140。控制命令尤其是可以通过HMI 155输入控制装置里。此外通过借助于HMI输入对应的规格预值就可以借助于控制装置150实现运动规律的自动选择或计算。
典型的运动过程，正如它们按照本发明用如同在图1中所表示出的横向切割装置可以实施的那样，则参照图2至4加以说明。
图2上部分表示了横向加工辊110的一种平衡运动的切割曲线，其中规格长度要比同步长度短。这里表示出了辊子的(角度)位置(α)、其速度(v)和其加速度(a)的曲线。本发明中重要的是速度v。切割部位，也就是说借助于切割刀具115对材料条带进行切割所在的部位用s表示。可见，平衡运动以比切割部位处的速度更高的速度被实施。这就是说，只要切割刀具115并不位于切割部位处，那么横向加工辊110就以相对于切割部位处的旋转更加高的速度进行旋转。横向加工辊的位置α以及加速度a直接由所选择的速度得出。
图2表示了当规格长度要比同步长度更长时的相应情况。可以见到：平衡运动(在切割部位之外)用比在切割部位处的速度更低的速度来实施。然而速度在这里也一直具有正的符号。
图2基本表示了按照现有技术的切割曲线。
图3表示了按照本发明的相应的切割曲线，它也允许有向后运动。
按照本发明使横向加工辊110的向后运动或反转限制于特定角度。在图3上部分可以见到两条分界线310，320，借助于这些分界线表示出：这里横向加工辊110的向后运动限制于20°。横向加工辊110的对应速度v相应地在特定范围b里小于零。
图3中表示其向后运动限制于120°的平衡运动的相应情况。负的速度v对应地在较长的范围b里被保持。
在图4中最后表示了各种不同的运动规律，它们可以取决于规格或按照具体的预值来采用。
在图4a中表示了借助对应于5阶多项式的运动规律的平衡运动。
图4b表示了基于3阶多项式的相应的平衡运动，它们可以用于能量优化。
图4c表示了基于修改的正弦曲线的相应的平衡运动。
三个上部图表分别表示出了角度位置α，速度v和加速度a。下部图表分别表示出了加速度的平方a2。这是对损失能量进行考察的基础。
通过按照本发明的方法和根据使用者的专门预值，例如针对所希望的规格长度和/或许可的横向加工辊的反转，可以以灵活的方式根据不同的运动规律来计算出对于相应预值来说最佳的平衡运动。如果例如规定：反转不应超过20°或者其他预先可以规定的角度，那么该***就根据许多可能的运动规律计算出最佳的平衡运动。
Claims (9)
1.运行一种借助于驱动器来驱动的横向切割装置的横向加工辊的方法，用于旋转切断可在输送方向上输送的物料带，以制备不同规格的加工过的物料带部段，所述方法具有以下步骤：
-为所述物料带部段选择所希望的规格，
-提供多个运动规律，用于在控制装置中控制横向加工辊的旋转运动，
-根据在控制装置里提供的运动规律和/或驱动器的至少一个参数和/或使用者的至少一个预值，对于所希望的规格提供或者计算出横向加工辊的运动。
2.按权利要求1所述的方法，用于运行横向切割装置、横向封印装置、横向打孔装置或者横向冲压装置的横向切割辊、横向封印辊、横向打孔辊或者横向冲压辊。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中驱动器的参数包括以下参数集合中的至少一个元素：最大驱动器转矩或马达转矩、最大驱动器温度或马达温度、最大驱动器转速或马达转速、估计的所出现的加工力，尤其是切割力，机械条件，例如惯性矩或机械传动比。
4.按权利要求1至3中之一所述的方法，在此方法中，借助于运动规律计算出横向加工辊的平衡运动，这种平衡运动尤其是包括了横向加工辊的相反于输送方向的最大许可的反转。
5.按权利要求4所述的方法，在此方法中，借助于可以预先规定的角度来限制横向加工辊的最大许可的反转。
6.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于在横向加工辊的加工范围里对加工精度进行监测。
7.横向加工装置，具有用于实施按上述权利要求之一所述方法的机构。
8.具有程序代码的计算机程序，用于在计算机上或者相应的计算单元上，尤其是在按权利要求7所述的横向加工装置里执行计算机程序时，实施按权利要求1至6中之一所述方法的所有步骤。
9.具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在计算机可阅读的数据载体上，用于当计算机程序在计算机上或者相应的计算单元上，尤其是在按照权利要求7所述的横向加工装置里被执行时，执行按权利要求1至6中之一所述方法的所有步骤。
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