DE102018203061B4 - Procedure for finding a suitable holding position - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Auffinden mindestens einer geeigneten Halteposition (HP) für mindestens eine Halteeinrichtung (26, 27, 28), die eine Mehrzahl von Halteelementen (34) aufweist, relativ zu einem mittels der Halteeinrichtung (26, 27, 28) auf einer Werkstückauflage (7) zu verschiebenden oder eines mittels der Halteeinrichtung (26, 27, 28) zu tragenden Werkstückteils (16), umfassend:a) Festlegen einer Halteposition (HP) der Halteeinrichtung (26, 27, 28), in der sich mindestens ein Halteelement (34) zumindest teilweise mit dem Werkstückteil (16) überschneidet, um als wirksames Halteelement (34a) auf das Werkstückteil (16) zu wirken,b) Bestimmen einer von dem Werkstückteil (16) beim Verschieben oder beim Tragen auf ein jeweiliges wirksames Halteelement (34a) ausgeübten resultierenden Kraft (Fres,i; Fres,i,z, Fres,i,xy),c) Bewerten der Halteposition (HP) als geeignet für das Verschieben oder das Tragen des Werkstückteils (16), wenn für alle wirksamen Halteelemente (34a) eine jeweils vom wirksamen Halteelement (34a) auf das zu verschiebende Werkstückteil (16) in Verschieberichtung (Y) übertragbare Querkraft FQ,ioder eine jeweils auf das zu tragende Werkstückteil (16) in einer Transportrichtung (Z, X, Y) übertragbare Haltekraft FH,iund/oder Querkraft FQ,iein von der resultierenden Kraft (Fres,i; Fres,i,z, Fres,i,xy) abhängiges Bewertungskriterium erfüllt, wobei bei einer teilweisen Überschneidung von wirksamen Halteelementen (34a) mit dem Werkstückteil (16) die durch diese wirksamen Halteelemente (34a) auf das zu verschiebende Werkstückteil (16) übertragbare Querkraft (FQ,i) oder auf das zu transportierende Werkstückteil (16) übertragbare Halte- und/oder Querkraft (FH,i; FQ,i) um einen vorgegebenen Faktor reduziert wird.Method for finding at least one suitable holding position (HP) for at least one holding device (26, 27, 28), which has a plurality of holding elements (34), relative to a workpiece rest (7 ) to be displaced or a workpiece part (16) to be carried by means of the holding device (26, 27, 28), comprising:a) determining a holding position (HP) of the holding device (26, 27, 28), in which at least one holding element (34 ) at least partially overlaps with the workpiece part (16) in order to act as an effective holding element (34a) on the workpiece part (16),b) determining one of the workpiece parts (16) when being displaced or when being carried onto a respective effective holding element (34a) exerted resulting force (Fres,i; Fres,i,z, Fres,i,xy),c) evaluating the holding position (HP) as suitable for moving or carrying the workpiece part (16) if for all effective holding elements (34a ) one from the effective date n holding element (34a) transversal force FQ,ior a holding force FH,iand/or transmissible to the workpiece part (16) to be carried in a transport direction (Z, X, Y) in a transport direction (Z, X, Y) on the workpiece part (16) to be shifted Shear force FQ,iein from the resulting force (Fres,i; Fres,i,z, Fres,i,xy)-dependent evaluation criterion fulfilled, with a partial overlap of effective holding elements (34a) with the workpiece part (16) which can be transferred to the workpiece part (16) to be displaced Lateral force (FQ,i) or holding force and/or lateral force (FH,i; FQ,i) that can be transferred to the workpiece part (16) to be transported is reduced by a predetermined factor.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden mindestens einer geeigneten Halteposition für mindestens eine Halteeinrichtung, die eine Mehrzahl von Halteelementen aufweist, relativ zu einem mittels der Halteeinrichtung auf einer Werkstückauflage (seitlich) zu verschiebenden oder eines mittels der Halteeinrichtung zu tragenden, in der Regel plattenförmigen Werkstückteils. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The present invention relates to a method for finding at least one suitable holding position for at least one holding device, which has a plurality of holding elements, relative to a generally plate-shaped workpiece that is to be (laterally) displaced on a workpiece support by means of the holding device or that is to be carried by means of the holding device workpiece part. The invention also relates to a computer program product for carrying out such a method.
Wenn ein aus einem plattenförmigen Werkstück freigetrenntes Werkstückteil mit Hilfe einer Halteeinrichtung allein oder gemeinsam mit dem umgebenden Restgitter auf einer Werkstückauflage seitlich verschoben werden soll, so kann das Werkstückteil relativ zur Halteeinrichtung und/oder relativ zum Restgitter verrutschen. Ebenso kann eine Verschiebung des Werkstückteils relativ zum Restgitter eintreten, wenn im Moment des Freischnitts Kräfte (z.B. die Kraft eines einwirkenden Schneidgases beim Laserschneiden) auf das Werkstückteil einwirken. Ein gegenüber der Halteeinrichtung oder dem Restgitter verschobenes Werkstückteil kann ggf. nur schwierig oder gar nicht automatisiert aus der Bearbeitungsmaschine entnommen werden. Beim Tragen bzw. beim Transportieren eines mittels der Halteeinrichtung gehaltenen, beispielsweise angesaugten Werkstückteils zu einem Ablageort treten außerdem Fliehkräfte am Werkstückteil auf, die die Haltekraft der Halteelemente, beispielsweise in Form von Sauggreifern, nicht übersteigen dürfen.If a workpiece part cut free from a plate-shaped workpiece is to be moved laterally on a workpiece support using a holding device alone or together with the surrounding residual skeleton, the workpiece part can slip relative to the holding device and/or relative to the residual skeleton. A displacement of the workpiece part relative to the residual skeleton can also occur if forces (e.g. the force of an acting cutting gas during laser cutting) act on the workpiece part at the moment of the free cut. A workpiece part that has been displaced relative to the holding device or the scrap skeleton can possibly only be removed from the processing machine automatically with difficulty or not at all. When carrying or transporting a workpiece part held by the holding device, for example sucked up, to a storage location, centrifugal forces also occur on the workpiece part, which must not exceed the holding force of the holding elements, for example in the form of suction grippers.
Um eine Relativbewegung des Werkstückteils zu vermeiden, ist es beispielsweise aus
Aus
In
Die
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Demgegenüber stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, durch das eine Halteposition aufgefunden werden kann, bei der mit Hilfe einer vorgegebenen Anzahl und Lage von Halteelementen, insbesondere von Sauggreifern, die auf das Werkstückteil einwirken, ein prozesssicheres Verschieben des Werkstückteils auf einer Werkstückauflage und/oder ein sicheres Tragen bzw. Transportieren des gehaltenen, insbesondere angesaugten Werkstückteils möglich ist. Auf diese Weise soll trotz einwirkender Reibung, Gewichtskraft und/oder Fliehkraft ein sicherer Halt des Werkstückteils an den Halteelementen der Halteeinrichtung erreicht werden.In contrast, the present invention has the task of specifying a method by which a holding position can be found in which, with the aid of a predetermined number and position of holding elements, in particular suction grippers, which act on the workpiece part, the workpiece part can be moved reliably on a Workpiece support and/or safe carrying or transporting of the workpiece part that is held, in particular sucked on, is possible. In this way, a secure hold of the workpiece part on the holding elements of the holding device is to be achieved despite the acting friction, weight and/or centrifugal force.
Gegenstand der Erfindungsubject of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, umfassend die Schritte: a) Festlegen einer Halteposition der Halteeinrichtung, in der sich mindestens ein Halteelement zumindest teilweise mit dem Werkstückteil überschneidet, um auf das Werkstückteil zu wirken, b) Bestimmen einer von dem Werkstückteil beim Verschieben oder beim Tragen auf ein jeweiliges wirksames Halteelement ausgeübten resultierenden Kraft, c) Bewerten der Halteposition als geeignet für das Verschieben oder das Tragen des Werkstückteils, wenn für alle wirksamen Halteelemente eine jeweils auf das zu verschiebende Werkstückteil in einer Verschieberichtung übertragbare Querkraft oder eine jeweils auf das zu tragende Werkstückteil in einer Transportrichtung übertragbare Halte- und/oder Querkraft ein von der resultierenden Kraft abhängiges Bewertungskriterium erfüllt, wobei bei einer teilweisen Überschneidung von wirksamen Halteelementen mit dem Werkstückteil die durch diese wirksamen Halteelemente auf das zu verschiebende Werkstückteil übertragbare Querkraft oder auf das zu tragende Werkstückteil übertragbare Halte- und/oder Querkraft um einen vorgegebenen Faktor reduziert wird.This object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, comprising the steps: a) determining a holding position of the holding device in which at least one holding element at least partially overlaps with the workpiece part in order to act on the workpiece part, b) determining one of the resultant force exerted on the workpiece part during displacement or carrying on a respective effective holding element, c) evaluating the holding position as suitable for the displacement or carrying of the workpiece part if for all effective holding elements a transverse force can be transmitted to the workpiece part to be displaced in a displacement direction or a holding and/or transverse force that can be transmitted to the workpiece part to be carried in a transport direction fulfills an evaluation criterion that depends on the resultant force, with a partial overlap of effective holding elements with the workpiece part the effective through this n Holding elements on the workpiece part to be displaced transferable lateral force or on the workpiece part to be carried transferable holding and / or lateral force is reduced by a predetermined factor.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in Abhängigkeit z.B. von der Geometrie des Werkstückteils, von den Materialeigenschaften (Materialart, Dicke, Größe), dem Reibkoeffizienten des Materials des Werkstückteils auf der Werkstückauflage, sowie der Lage und Anzahl der wirksamen Halteelemente, d.h. derjenigen Halteelemente, die sich zumindest teilweise mit dem Werkstückteil überschneiden, ein Bewertungskriterium ermittelt werden, welches eine Aussage über die Stärke der Fixierung des Werkstückteils an der Halteeinrichtung erlaubt.With the help of the method according to the invention, depending on e.g at least partially overlap with the workpiece part, an evaluation criterion can be determined which allows a statement to be made about the strength of the fixation of the workpiece part on the holding device.
Grundgedanke dieses Verfahrens ist es, dass die auf die Halteeinrichtung wirkenden resultierenden (horizontalen sowie ggf. vertikalen) Kräfte auf die wirksamen Halteelemente verteilt werden, und zwar unter Berücksichtigung der vorliegenden geometrischen Beziehungen. Mit anderen Worten wirken die Kräfte, die auf die Halteeinrichtung wirken, nicht zwingend gleichverteilt auf alle wirksamen Halteelemente. Es wird somit ein Bewertungskriterium verwendet, das für die gewählte Halteposition der Halteeinrichtung und somit für jedes einzelne der Halteelemente, die auf das Werkstückteil wirken, eine Aussage treffen kann, ob es beim Verschieben oder beim Tragen des Werkstückteils zu einer Relativbewegung zwischen dem Werkstückteil und der Halteeinrichtung kommt. Mit Hilfe des Bewertungskriteriums kann eine jeweilige Halteposition der Halteeinrichtung also als geeignet oder ungeeignet bewertet werden.The basic idea of this method is that the resulting (horizontal and possibly vertical) forces acting on the holding device are distributed to the effective holding elements, taking into account the existing geometric relationships. In other words, the forces acting on the holding device do not necessarily act in an equally distributed manner on all effective holding elements. An evaluation criterion is therefore used which can make a statement for the selected holding position of the holding device and thus for each individual holding element that acts on the workpiece part, whether there is a relative movement between the workpiece part and the workpiece part when the workpiece part is displaced or carried Holding device comes. With the help of the evaluation criterion, a respective holding position of the holding device can therefore be evaluated as suitable or unsuitable.
Ist das Bewertungskriterium für jedes einzelne wirksame Halteelement erfüllt, kann das Verschieben bzw. das Tragen des Werkstückteils prozesssicher durchgeführt werden. Wird das Bewertungskriterium nicht erfüllt, d.h. ist die Belastung zu groß, so wird als Bewertungsergebnis ausgegeben bzw. festgestellt, dass mit der vorliegenden Halteposition der Halteeinrichtung bzw. der Halteelemente keine sichere Verschiebung bzw. kein sicheres Tragen des Werkstückteils erfolgen kann.If the evaluation criterion is met for each individual effective holding element, the workpiece part can be moved or carried in a process-reliable manner. If the evaluation criterion is not met, i.e. if the load is too great, the evaluation result is output or established that the workpiece part cannot be moved or carried safely with the present holding position of the holding device or the holding elements.
Der Teilbereich mit den wirksamen Halteelementen kann sowohl Halteelemente enthalten, die vollständig (d.h. mit der gesamten Halte- bzw. Saugerfläche) auf dem Werkstückteil aufliegen, als auch Halteelemente mit einer teilweisen Überdeckung. Diesen das Werkstückteil nur teilweise überdeckenden Halteelementen wird eine reduzierte übertragbare Querkraft (und Tragfähigkeit bzw. Haltekraft) zugewiesen. Beispielsweise kann der Wert der auf das Werkstückteil übertragbaren Querkraft für das Werkstückteil nur teilweise überdeckende wirksame Halteelemente mit einem Faktor kleiner als 1, beispielsweise 0,5, multipliziert werden. Auch die auf das Werkstückteil von einem Halteelement übertragbare Haltekraft kann mit einem Faktor von z.B. 0,5 multipliziert werden.The partial area with the effective holding elements can contain both holding elements that rest completely (i.e. with the entire holding or suction surface) on the workpiece part, and holding elements with a partial overlap. A reduced transmissible transverse force (and load-bearing capacity or holding force) is assigned to these holding elements, which only partially cover the workpiece part. For example, the value of the transverse force that can be transmitted to the workpiece part can be multiplied by a factor of less than 1, for example 0.5, for the effective holding elements that only partially cover the workpiece part. The holding force that can be transferred to the workpiece part by a holding element can also be multiplied by a factor of e.g. 0.5.
Im einfachsten Fall kann das Bewertungskriterium darin bestehen zu prüfen, ob die durch das wirksame Halteelement übertragbare Querkraft bzw. die übertragbare Haltekraft mindestens ebenso groß oder größer ist als die resultierende Kraft bzw. der Anteil der resultierenden Kraft in der jeweils relevanten Raumrichtung. Vorzugsweise beinhaltet das Bewertungskriterium dazu den Betrag der auf das wirksame Halteelement ausgeübten resultierenden Kraft multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor. Das Bewertungskriterium für die Halteposition der Halteeinrichtung auf dem Werkstückteil verlangt im Falle der Verschiebung des Werkstücks, dass an jedem einzelnen Halteelement die Belastung bzw. die resultierende Kraft Fres,i kleiner ist als die übertragbare Querkraft Fq,i entgegen der Verschieberichtung, damit keine Relativbewegung zwischen dem Halteelement und dem Werkstückteil entsteht, d.h. es soll gelten: FQ,i ≥ S Fres,i, wobei S den Sicherheitsfaktor bezeichnet, der größer als 1 ist, ggf. aber auch = 1 gewählt werden kann. Für den Fall des Tragens bzw. des Transports des Werkstücks gilt die obige Formel entsprechend für die resultierende Kraft in horizontaler Richtung, d.h. parallel zum plattenförmigen Werkstückteil (entgegen der horizontalen Komponente der Transportrichtung). Zusätzlich muss das Bewertungskriterium auch für die Haltekraft FH,i in vertikaler Richtung erfüllt werden, d.h. in vertikaler Richtung muss gelten: FH,i ≥ S Fres,i.In the simplest case, the evaluation criterion can consist of checking whether the transverse force that can be transmitted by the effective holding element or the transmittable holding force is at least as large or greater than the resulting force or the proportion of the resulting force in the relevant spatial direction. For this purpose, the evaluation criterion preferably includes the amount of the resultant force exerted on the effective holding element, multiplied by a safety factor. In the case of displacement of the workpiece, the evaluation criterion for the holding position of the holding device on the workpiece part requires that the load or the resulting force F res,i on each individual holding element is smaller than the transmissible transverse force F q,i against the direction of displacement, so that no Relative movement occurs between the holding element and the workpiece part, ie the following should apply: F Q,i ≧SF res,i , where S designates the safety factor, which is greater than 1, but can also be chosen to be 1 if necessary. If the workpiece is being carried or transported, the above formula applies accordingly to the resulting force in the horizontal direction, ie parallel to the plate-shaped workpiece part (opposite to the horizontal component of the transport direction). In addition, the evaluation criterion must also be met for the holding force FH,i in the vertical direction, ie the following must apply in the vertical direction: FH,i ≥ SF res,i .
Das Bewertungskriterium bzw. die Bewertungsvorschrift kann grundsätzlich für alle Prozesse verwendet werden, bei denen entschieden werden muss, ob die Fixierung eines (flächigen) Werkstückteils, welches über eine Klemm- oder Haltekraft und/oder Reibung an diskreten Punkten (beispielsweise an Saugern oder Greifern) in eine Raumrichtung bewegt werden muss, prozesssicher erfolgen kann, oder nicht, beispielsweise beim weiter oben beschriebenen Halten bzw. Transport des plattenförmigen bzw. flächigen Werkstückteils.In principle, the evaluation criterion or the evaluation regulation can be used for all processes be used where it has to be decided whether the fixation of a (flat) workpiece part, which has to be moved in a spatial direction by means of a clamping or holding force and/or friction at discrete points (e.g. on suction cups or grippers), can be carried out reliably, or not, for example when holding or transporting the plate-shaped or flat workpiece part described above.
Unter dem Tragen des Werkstücks wird im Sinne dieser Anmeldung ein Anheben des Werkstückteils in vertikaler Richtung verstanden, bei dem keine Bewegung des Werkstückteils in horizontaler Richtung erfolgt, so dass auf das Werkstückteil lediglich die Schwerkraft sowie eine in vertikaler Richtung wirkende Beschleunigungskraft wirkt. Das Tragen des Werkstücks umfasst auch einen Transport des Werkstückteils, bei dem das Werkstückteil nicht nur angehoben sondern zusätzlich auch in mindestens einer weiteren Raumrichtung (horizontal) bewegt wird. Bei einem Transport des Werkstückteils wirken auf das Werkstückteil sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung Beschleunigungskräfte, sowie zusätzlich die Schwerkraft. Vereinfachend wird bei allen nachfolgenden Betrachtungen angenommen, dass diese Kräfte im Schwerpunkt des Werkstückteils wirken bzw. angreifen.For the purpose of this application, carrying the workpiece is understood to mean lifting the workpiece part in the vertical direction, in which there is no movement of the workpiece part in the horizontal direction, so that only gravity and an acceleration force acting in the vertical direction act on the workpiece part. Carrying the workpiece also includes transporting the workpiece part, in which the workpiece part is not only lifted but also moved in at least one further spatial direction (horizontally). During transport of the workpiece part, acceleration forces act on the workpiece part both in the horizontal direction and in the vertical direction, as well as gravity. For the sake of simplicity, it is assumed in all of the following considerations that these forces act or act in the center of gravity of the workpiece part.
Wird in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Halteposition als nicht geeignet für das prozesssichere Verschieben oder Tragen des Werkstückteils bewertet, so können die Schritte a) bis c) so lange mit einer veränderten Zahl von wirksamen Halteelementen und/oder mit einer veränderten Halteposition wiederholt werden, bis die Halteposition das Bewertungskriterium erfüllt.If, in step c) of the method according to the invention, the holding position is assessed as not suitable for the process-reliable displacement or carrying of the workpiece part, steps a) to c) can be repeated with a changed number of effective holding elements and/or with a changed holding position until the stopping position meets the evaluation criterion.
Im erstgenannten Fall können beispielsweise in einem Schritt d) diejenigen wirksamen Halteelemente, für die das Bewertungskriterium nicht erfüllt wurde, vernachlässigt und die Berechnung der ausgeübten resultierenden Kraft kann für die verbliebenen wirksamen Halteelemente erneut durchgeführt werden. Wird dabei das Bewertungskriterium für alle verbliebenen wirksamen Halteelemente erfüllt, so wird die in Schritt a) festgelegte (initiale) Halteposition als geeignet bewertet. Ist dies nicht der Fall, so kann der Schritt d) wiederholt werden. Wenn nach ggf. mehrfacher Wiederholung von Schritt d) keine wirksamen Halteelemente mehr verbleiben, so muss die Halteposition verändert und anschließend die Schritte b), c) und ggf. d) wiederholt werden.In the first case, for example, in a step d) those effective holding elements for which the evaluation criterion was not met can be ignored and the resulting force exerted can be calculated again for the remaining effective holding elements. If the evaluation criterion is met for all remaining effective holding elements, the (initial) holding position defined in step a) is evaluated as suitable. If this is not the case, step d) can be repeated. If, after possibly repeating step d) several times, no more effective holding elements remain, the holding position must be changed and then steps b), c) and, if necessary, d) must be repeated.
Der für den Vergleich in Schritt c) benötigte Wert für die durch ein Halteelement, beispielsweise durch einen Sauger oder Greifer, übertragbare Querkraft bzw. Haltekraft ist abhängig von der Ansaug-, Klemm- oder Anpresskraft gegenüber dem Werkstückteil und dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Sauger oder Greifer und dem Werkstückteil, der vom Material bzw. von der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückteils (z.B. trocken oder geölt etc.) sowie vom Material und der Oberflächenbeschaffenheit der Sauger oder Greifer abhängt. Der Wert für die übertragbare Querkraft ist entweder in den Datenblättern des Herstellers der Halteeinrichtung, beispielsweise eines Sauger-Herstellers, angegeben oder kann mit Hilfe von Verschiebe- bzw. mit Hilfe von Tragversuchen ermittelt werden. Bei der Verschiebung des Werkstückteils kann die Einwirkung der Halteeinrichtung durch Auflegen oder Anpressen eines Flächensaugers bzw. der wirksamen Sauger oder durch zusätzliches Erzeugen eines Vakuums erfolgen. Die in diesen Fällen jeweils gültigen Werte für die übertragbare Querkraft eines einzelnen Saugers müssen typischerweise durch Versuchsreihen ermittelt werden.The value required for the comparison in step c) for the transverse force or holding force that can be transmitted by a holding element, for example a suction cup or gripper, depends on the suction, clamping or pressing force on the workpiece part and the coefficient of friction between the suction cup or gripper and the workpiece part, which depends on the material or the surface finish of the workpiece part (e.g. dry or oiled, etc.) and the material and surface finish of the suction cups or grippers. The value for the transmissible lateral force is either given in the data sheets of the manufacturer of the holding device, for example a suction cup manufacturer, or can be determined with the help of displacement or load tests. During the displacement of the workpiece part, the action of the holding device can take place by placing or pressing on a surface suction device or the effective suction device or by additionally generating a vacuum. The values that are valid in these cases for the transmissible lateral force of an individual suction cup typically have to be determined through a series of tests.
In der Regel ist das Verfahren abgeschlossen, wenn eine geeignete Halteposition bzw. geeignete Haltepositionen für die Halteeinrichtung(en) aufgefunden wurde(n). Gegebenenfalls kann das Verfahren nach dem Auffinden einer geeigneten bzw. prozesssicheren Halteposition weiter durchgeführt werden, d.h. es können die Schritte a) bis c) mit veränderten Haltepositionen wiederholt werden, bis mehrere prozesssichere Haltepositionen aufgefunden werden. Aus den prozesssicheren Haltepositionen kann dann diejenige ausgewählt werden, welche das Bewertungskriterium am besten bzw. optimal erfüllt. Für den Fall, dass zwei oder mehr Halteeinrichtungen verwendet werden, um ein- und dasselbe Werkstückteil zu verschieben oder zu tragen, hängt die resultierende Kraft auf ein jeweiliges Halteelement einer Halteeinrichtung typischerweise auch davon ab, wie viele Halteelemente der anderen Halteeinrichtungen auf das Werkstückteil wirken und wo diese an dem Werkstückteil angreifen. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass nur eine einzige Halteeinrichtung zum Verschieben bzw. zum Halten des Werkstückteils verwendet wird.As a rule, the method is completed when a suitable holding position or positions for the holding device(s) has/have been found. If necessary, the method can be carried out further after a suitable or process-reliable holding position has been found, i.e. steps a) to c) can be repeated with changed holding positions until several process-reliable holding positions are found. From the process-reliable holding positions, that one can then be selected that best or optimally fulfills the evaluation criterion. In the event that two or more holding devices are used to move or carry one and the same workpiece part, the resulting force on a respective holding element of a holding device typically also depends on how many holding elements of the other holding devices act on the workpiece part and where they attack the workpiece part. For the sake of simplicity, it is assumed for the following considerations that only a single holding device is used for displacing or for holding the workpiece part.
Beim ersten Durchführen des Verfahrensschritts a) kann eine initiale Halteposition der Halteeinrichtung festgelegt werden, bei der eine vorgegebene Anzahl von Halteelementen der Halteeinrichtung sich mit dem Werkstückteil vollständig oder teilweise überschneiden. Unter einer teilweisen Überschneidung wird verstanden, dass sich lediglich ein Teilbereich der wirksamen Fläche eines Halteelements, beispielsweise einer Saugerfläche, mit dem Werkstückteil überschneidet. Mit anderen Worten schneidet die Randkontur des Werkstückteils die wirksame Fläche des Halteelements.When method step a) is carried out for the first time, an initial holding position of the holding device can be defined, in which a predetermined number of holding elements of the holding device completely or partially overlap with the workpiece part. A partial overlap is understood to mean that only a partial area of the effective surface of a holding element, for example a suction cup surface, overlaps with the workpiece part. In other words, the edge contour of the workpiece part intersects the effective surface of the holding element.
Die initiale Halteposition kann festgelegt werden, indem zunächst eine das zu entnehmende Werkstückteil umschließende, insbesondere rechteckige Umschließungskontur festgelegt wird. Die initiale Festlegung der Halteposition erfolgt bevorzugt gleichmäßig, d.h. die Halteeinrichtung weist gleiche Abstände zu den Kanten der Umschließungskontur auf. Falls dies aufgrund von Kollisionen zwischen der Halteeinrichtung und anderen Bauelementen, beispielsweise einem Bearbeitungskopf, nicht möglich ist, wird die Halteeinrichtung unter Berücksichtigung eines Mindestabstandes zu den Bauelementen, z.B. zum Bearbeitungskopf, mit gleichen Abständen zu den Kanten der Umschließungskontur platziert. Werden zwei oder mehr Halteeinrichtungen zum Verschieben oder zum Tragen ein- und desselben Werkstückteils verwendet, so werden deren initiale Haltepositionen typischerweise ebenfalls derart festgelegt, dass die Halteeinrichtungen gleichmäßig in Bezug zur Umschließungskontur angeordnet sind, d.h. die Halteeinrichtungen weisen gleiche Abstände zu den Kanten der Umschließungskontur auf.The initial holding position can be set by first a the to be removed Workpiece part enclosing, in particular rectangular enclosing contour is defined. The holding position is preferably initially defined uniformly, ie the holding device has the same distances to the edges of the enclosing contour. If this is not possible due to collisions between the holding device and other components, for example a processing head, the holding device is placed at equal distances from the edges of the enclosing contour, taking into account a minimum distance from the components, for example the processing head. If two or more holding devices are used to move or carry one and the same workpiece part, their initial holding positions are typically also defined in such a way that the holding devices are arranged evenly in relation to the enclosing contour, i.e. the holding devices are at the same distances from the edges of the enclosing contour .
Bei einer Variante wird die resultierende Kraft als eine vektorielle Summe aus einer ersten Kraftkomponente und einer zweiten Kraftkomponente bestimmt, wobei die erste Kraftkomponente aus einer auf den Schwerpunkt des zu verschiebenden oder zu tragenden Werkstückteils wirkenden Gesamt-Kraft resultiert, und wobei die zweite Kraftkomponente aus einer Querkraft auf ein jeweiliges Halteelement aufgrund eines auf den Schwerpunkt eines alle wirksamen Halteelemente enthaltenden Teilbereichs der Halteeinrichtung wirkenden Moments resultiert. Die resultierende Kraft auf ein Halteelement setzt sich im Allgemeinen aus den beiden oben beschriebenen Kraftkomponenten zusammen. Für den Fall, dass der Schwerpunkt des Teilbereichs der Halteeinrichtung mit den wirksamen Halteelementen mit dem Schwerpunkt des Werkstückteils übereinstimmt, entfällt die zweite Kraftkomponente, d.h. diese weist den Wert Null auf.In one variant, the resultant force is determined as a vectorial sum of a first force component and a second force component, with the first force component resulting from a total force acting on the center of gravity of the workpiece part to be moved or carried, and the second force component from a Lateral force on a respective holding element due to a moment acting on the center of gravity of a partial area of the holding device containing all effective holding elements. The resulting force on a holding element is generally made up of the two force components described above. In the event that the center of gravity of the partial area of the holding device with the effective holding elements coincides with the center of gravity of the workpiece part, the second force component does not apply, i.e. it has the value zero.
Für den typischerweise vorliegenden Fall, dass das plattenförmige Werkstück bzw. das von diesem freigeschnittene Werkstückteil eine konstante Dicke und Dichte aufweist, stimmt der Schwerpunkt des Werkstückteils mit dem Flächenschwerpunkt des Werkstückteils überein. Entsprechend stimmt der Schwerpunkt des Teilbereichs der Halteeinrichtung mit dem Flächenschwerpunkt des Teilbereichs der Halteeinrichtung überein, sofern das Gewicht der Grund- bzw. Saugerplatte der Halteeinrichtung ebenfalls homogen verteilt ist.For the typically present case that the plate-shaped workpiece or the workpiece part cut free from it has a constant thickness and density, the center of gravity of the workpiece part coincides with the centroid of the area of the workpiece part. Correspondingly, the center of gravity of the partial area of the holding device corresponds to the centroid of the area of the partial area of the holding device, provided that the weight of the base or suction plate of the holding device is also distributed homogeneously.
Bei einer Variante wird die erste Kraftkomponente der resultierenden Kraft bestimmt, indem die auf den Schwerpunkt des zu verschiebenden oder zu tragenden Werkstückteils wirkende Gesamt-Kraft gleichmäßig auf die wirksamen Halteelemente aufgeteilt wird. In diesem Fall ergibt sich die erste Kraftkomponente aus der Gesamt-Kraft, indem die Gesamt-Kraft durch die Anzahl der wirksamen Halteelemente geteilt wird.In one variant, the first force component of the resultant force is determined by the total force acting on the center of gravity of the workpiece part to be displaced or carried being distributed evenly to the effective holding elements. In this case, the first force component results from the total force by dividing the total force by the number of effective holding elements.
Bei einer Weiterbildung wird für das Auffinden der Halteposition zum Verschieben des Werkstückteils die Gesamt-Kraft in Form einer entgegen einer Verschieberichtung wirkenden Reibungskraft bestimmt, die durch eine Gewichtskraft des Werkstückteils sowie eine Anpresskraft der wirksamen Halteelemente auf das Werkstückteil erzeugt wird. Bei der Verschiebung des Werkstückteils mit der darauf aufgelegten Halteeinrichtung entsteht zwischen dem Werkstückteil und der Werkstückauflage Reibung. Diese Haft-Reibungskraft wirkt entgegengesetzt zur Verschieberichtung und wird nachfolgend als Ersatzkraft (zusammengefasste Kraft) FR* bezeichnet. Die entgegen der Verschieberichtung wirkende Reibungskraft FR* wird aus der Normalkraft FN senkrecht zur Werkstückauflage multipliziert mit dem Haft-Reibungskoeffizienten µR zwischen dem Werkstückteil und der Werkstückauflage bestimmt, d.h. es gilt: FR* = FN µR. Bei der Werkstückauflage kann es sich beispielsweise um Auflagebürsten handeln bzw. die Werkstückauflage kann aus Auflagebürsten gebildet sein, die z.B. auf Leisten angebracht sind. Für den Fall, dass die Werkstückauflage aus Gleitrollen gebildet ist, wird der HaftReibungskoeffizient durch den Gleit-Reibungskoeffizienten der Werkstückauflage ersetzt.In a further development, to find the holding position for moving the workpiece part, the total force is determined in the form of a frictional force acting against a direction of movement, which is generated by a weight of the workpiece part and a pressing force of the effective holding elements on the workpiece part. When the workpiece part with the holding device placed on it is displaced, friction arises between the workpiece part and the workpiece support. This static frictional force acts in the opposite direction to the direction of displacement and is referred to below as the equivalent force (combined force) F R *. The frictional force F R * acting against the direction of displacement is determined from the normal force F N perpendicular to the workpiece support multiplied by the static friction coefficient µ R between the workpiece part and the workpiece support, ie the following applies: F R * = F N µ R . The workpiece support can be support brushes, for example, or the workpiece support can be formed from support brushes that are attached to strips, for example. In the event that the workpiece support is formed from sliding rollers, the static friction coefficient is replaced by the sliding friction coefficient of the workpiece support.
Die Normalkraft FN weist einen ersten Anteil FN1 auf, der auf die Gewichtskraft des Werkstückteils zurückzuführen ist. Es gilt: FN1 = mw g, wobei mW die Masse des Werkstückteils und g die Schwerebeschleunigung (9,81 m/s2) bezeichnen. Die Normalkraft FN weist auch einen zweiten Anteil FN2 auf, der auf die Druckkraft der Halteelemente auf das Werkstückteil zurückzuführen ist. Die Druckkraft FN2 variiert, je nachdem ob an den Halteelementen, beispielsweise in Form eines Saugers bzw. Sauggreifers, ein Vakuum anliegt, ob die Halteeinrichtung, an welcher die Halteelemente angebracht sind, mit ihrem Eigengewicht auf dem Werkstückteil aufliegt oder zusätzlich auf das Werkstückteil gedrückt wird. Liegt die Halteeinrichtung, beispielsweise in Form eines Flächensaugers, mit ihrem Eigengewicht auf dem Werkstückteil auf, so gilt: FN2 = g mF nws / ns, wobei mF das Eigengewicht der Halteeinrichtung bzw. des Flächensaugers, nws die Anzahl der wirksamen Halteelemente und ns die Gesamtzahl der Halteelemente der Halteeinrichtung bezeichnen. Wie weiter oben beschrieben wurde, verteilt sich die entgegen der Verschieberichtung wirkende Reibungskraft FR* gleichmäßig auf alle wirksamen Halteelemente bzw. Sauger, d.h. für ein einzelnes Halteelement i gilt: FR,i = FR* / nws.The normal force F N has a first component F N1 which is due to the weight of the workpiece part. The following applies: F N1 = m w g, where m W denotes the mass of the workpiece part and g denotes the gravitational acceleration (9.81 m/s 2 ). The normal force F N also has a second component F N2 which is due to the compressive force of the holding elements on the workpiece part. The compressive force F N2 varies depending on whether a vacuum is applied to the holding elements, for example in the form of a suction cup or suction gripper, whether the holding device to which the holding elements are attached rests on the workpiece part with its own weight or is additionally pressed on the workpiece part becomes. If the holding device, e.g. in the form of a surface suction cup, rests with its own weight on the workpiece part, the following applies: F N2 = gm F nws / ns, where m F is the weight of the holding device or the surface suction cup, nws the number of effective holding elements and ns designate the total number of holding elements of the holding device. As described above, the frictional force F R * acting counter to the direction of displacement is distributed evenly over all effective holding elements or suckers, ie the following applies to an individual holding element i: F R,i = F R */nws.
Bei einer alternativen Variante wird beim Auffinden der Halteposition für das Tragen des Werkstückteils die Gesamt-Kraft als die vektorielle Summe einer entgegen einer Transportrichtung wirkenden Beschleunigungskraft im Schwerpunkt des Werkstückteils und einer auf das Werkstückteil wirkenden Gewichtskraft im Schwerpunkt des Werkstückteils bestimmt. Die Transportrichtung ist grundsätzlich beliebig, häufig wird das Werkstückteil aber zunächst in vertikaler Richtung angehoben und nachfolgend in einer zur Werkstückauflage parallelen horizontalen Ebene transportiert bzw. verschoben. Es versteht sich, dass die Transportrichtung und auch die Beschleunigungskraft während des Tragens des Werkstückteils zeitlich variieren können.In an alternative variant, when the holding position for carrying the workpiece part is found, the total force is the vectorial Sum of an acceleration force acting against a transport direction in the center of gravity of the workpiece part and a weight force acting on the workpiece part in the center of gravity of the workpiece part. The transport direction is basically arbitrary, but the workpiece part is often first lifted in the vertical direction and then transported or shifted in a horizontal plane parallel to the workpiece support. It goes without saying that the transport direction and also the acceleration force can vary over time while the workpiece part is being carried.
Beim Vergleichen der resultierenden Kraft mit dem Bewertungskriterium kann dieser Umstand dadurch berücksichtigt werden, dass ein beim Transport auftretender maximaler Wert der Gesamt-Kraft bzw. ein jeweiliger maximaler Wert einer Kraft-Komponente der Gesamt-Kraft in einer der drei Raumrichtungen in die resultierende Kraft eingeht, von der das Bewertungskriterium abhängt. Grundsätzlich kann das von der resultierenden Kraft abhängige Bewertungskriterium nicht in einem einzigen Wert bestehen, der beispielsweise vom Betrag der resultierenden Kraft abhängig ist, sondern es können zwei oder mehr Kraft-Komponenten der resultierenden Kraft, die in unterschiedliche Raumrichtungen wirken, das Bewertungskriterium bilden. Beispielsweise kann eine Kraft-Komponente der Gesamt-Kraft, die in einer in Raumrichtung in horizontaler Richtung (bzw. in einer horizontalen Ebene) wirkt, so dass in diese die Gewichtskraft des Werkstückteils nicht eingeht, eine erste Kraftkomponente der resultierenden Kraft in einer horizontalen Raumrichtung bilden, die mit der übertragbaren Querkraft verglichen wird. Entsprechend kann ein in vertikaler Richtung wirkender Anteil der ersten Kraftkomponente bzw. der resultierenden Kraft mit der in vertikaler Richtung übertragbaren Haltekraft verglichen werden. Es ist aber ggf. auch möglich, allein den Betrag der resultierenden Kraft (ohne Zerlegung in die in unterschiedliche Raumrichtung wirkenden Anteile) als Bewertungskriterium zu verwenden.When comparing the resulting force with the evaluation criterion, this circumstance can be taken into account in that a maximum value of the total force occurring during transport or a respective maximum value of a force component of the total force in one of the three spatial directions is included in the resulting force , on which the evaluation criterion depends. In principle, the evaluation criterion dependent on the resultant force cannot consist of a single value that depends, for example, on the amount of the resultant force, but two or more force components of the resultant force that act in different spatial directions can form the evaluation criterion. For example, a force component of the total force that acts in a horizontal direction in space (or in a horizontal plane), so that the weight of the workpiece part does not affect it, a first force component of the resulting force in a horizontal direction in space form, which is compared with the transmissible lateral force. Correspondingly, a proportion of the first force component or the resulting force acting in the vertical direction can be compared with the holding force that can be transmitted in the vertical direction. However, it may also be possible to use the amount of the resulting force alone (without breaking it down into the components acting in different spatial directions) as an evaluation criterion.
Bei einer weiteren Variante wird die zweite Kraftkomponente anhand eines Drehmoments bestimmt, das beim Verschieben des Werkstückteils in einer Verschieberichtung oder beim Tragen des Werkstückteils in einer Transportrichtung von dem Werkstückteil auf den Schwerpunkt des die wirksamen Halteelemente enthaltenden Teilbereichs ausgeübt wird. Beim Verschieben des Werkstückteils wirkt das Dreh- bzw. Torsionsmoment nur horizontal, d.h. in einer Ebene parallel zur Werkstückauflage bzw. zu einer Ebene, in welcher die wirksamen Halteelemente angeordnet sind. Für den Fall, dass das Werkstückteil getragen und nur in vertikaler Richtung transportiert wird, wirkt zusätzlich ein Torsionsmoment auf den Schwerpunkt des Teilbereichs, wobei das Torsionsmoment durch die Gewichtskraft des Werkstückteils erzeugt wird. Für den Fall, dass die Transportrichtung auch einen Anteil aufweist, der in horizontaler Richtung wirkt, wirkt zusätzlich ein Dreh- bzw. Torsionsmoment in horizontaler Richtung.In a further variant, the second force component is determined using a torque that is exerted by the workpiece part on the center of gravity of the subregion containing the effective holding elements when the workpiece part is displaced in a displacement direction or when the workpiece part is carried in a transport direction. When moving the workpiece part, the torque or torsional moment only acts horizontally, i.e. in a plane parallel to the workpiece support or to a plane in which the effective holding elements are arranged. In the event that the workpiece part is carried and only transported in the vertical direction, a torsional moment also acts on the center of gravity of the partial area, with the torsional moment being generated by the weight of the workpiece part. If the transport direction also has a component that acts in the horizontal direction, a torque or torsional moment also acts in the horizontal direction.
Bei einer Weiterbildung wird beim Auffinden der Halteposition für das Verschieben des Werkstückteils das auf den Schwerpunkt des Teilbereichs ausgeübte Drehmoment aus einer Reibungskraft des Werkstückteils auf die Werkstückauflage und einem Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Teilbereichs und einem Schwerpunkt des Werkstückteils senkrecht zur Verschieberichtung bestimmt. Das Drehmoment Tz berechnet sich aus der Reibungskraft FR des Werkstückteils multipliziert mit dem Abstand LR,x senkrecht zur Verschieberichtung zwischen dem (Flächen-)Schwerpunkt des Werkstückteils und dem (Flächen-)Schwerpunkt des Teilbereichs mit den wirksamen Halteelementen. Für die Berechnung der Reibungskraft FR wird nur das Eigengewicht des Werkstückteils berücksichtigt, da die Normalkraft, welche durch die Halteeinrichtung bzw. durch die wirksamen Halteelemente aufgebracht wird, im Drehpunkt bzw. im Schwerpunkt des Teilbereichs liegt. Für die Reibungskraft gilt: FR = mW g µB, für das Drehmoment ergibt sich: Tz = FR * LR,x.In a further development, when the holding position for moving the workpiece part is found, the torque exerted on the center of gravity of the partial area is determined from a frictional force of the workpiece part on the workpiece support and a distance between the center of gravity of the partial area and a center of gravity of the workpiece part perpendicular to the direction of displacement. The torque T z is calculated from the frictional force F R of the workpiece part multiplied by the distance L R,x perpendicular to the direction of displacement between the (area) center of gravity of the workpiece part and the (area) center of gravity of the section with the effective holding elements. Only the dead weight of the workpiece part is taken into account for the calculation of the frictional force F R , since the normal force, which is applied by the holding device or by the effective holding elements, lies in the pivot point or in the center of gravity of the sub-area. The following applies to the frictional force: F R = m W g µ B , for the torque: Tz = F R * L R,x .
Das Moment Tz ruft an einem einzelnen Halteelement eine Querkraft FTz,i senkrecht zum Abstandsvektor zwischen dem Halteelement und dem Schwerpunkt des Teilbereichs mit den wirksamen Halteelementen hervor. Der Betrag der Querkraft FTz,i verhält sich proportional zur Länge des Abstandsvektors. Für den hier betrachteten Fall des Verschiebens des Werkstückteils ergibt sich die resultierende Kraft Fres an einem Halteelement durch eine vektorielle Addition der ersten Kraftkomponente in Form der Reibungskraft FR,i (s.o.) und der zweiten Kraftkomponente FTzi in Form der aus dem Drehmoment resultierenden Querkraft.The moment T z causes a transverse force F Tz,i on an individual holding element perpendicular to the distance vector between the holding element and the center of gravity of the sub-area with the effective holding elements. The magnitude of the transverse force F Tz,i is proportional to the length of the distance vector. For the case considered here of moving the workpiece part, the resultant force Fres on a holding element results from a vectorial addition of the first force component in the form of the friction force F R,i (see above) and the second force component F Tzi in the form of the transverse force resulting from the torque .
Bei einer alternativen Variante, die das Auffinden der Halteposition zum Tragen des Werkstückteils betrifft, erfolgt das Vergleichen der resultierenden Kraft mit der Querkraft in horizontaler Richtung und der Haltekraft in vertikaler Richtung einzeln. Wie weiter oben beschrieben wurde, muss die kraftschlüssige Verbindung zwischen den wirksamen Halteelementen und dem Werkstückteil die Belastung bzw. die resultierende Kraft an den Halteelementen übersteigen, wenn sich das Werkstückteil nicht relativ zur Halteeinrichtung bewegen soll. Um eine Aussage über das prozesssichere Tragen des Werkstückteils zu treffen, wird für jedes Halteelement, beispielsweise für jeden Sauger, der Anteil der resultierenden Kraft in horizontaler Richtung mit der vom Sauger übertragbaren, in horizontaler Richtung wirkenden Querkraft sowie der Anteil der resultierenden Kraft in vertikaler Richtung mit der in vertikaler Richtung wirkenden Haltekraft eines jeweiligen Halteelements verglichen. Alternativ kann ein Vergleich der resultierenden Kraft, die nicht in ihre Anteile in unterschiedliche Raumrichtungen zerlegt wurde, mit einer vektoriellen Summe aus der übertragbaren Querkraft und der übertragbaren Haltekraft eines jeweiligen Halteelements erfolgen.In an alternative variant, which relates to finding the holding position for carrying the workpiece part, the resultant force is compared individually with the lateral force in the horizontal direction and the holding force in the vertical direction. As described above, the non-positive connection between the effective holding elements and the workpiece part must exceed the load or the resulting force on the holding elements if the workpiece part is not to move relative to the holding device. In order to make a statement about the process-reliable carrying of the workpiece part, for each holding element, for example for each suction cup, the proportion of the resultant force in the horizontal direction is compared with the transverse force that can be transmitted by the suction cup and acts in the horizontal direction, as well as the proportion of the resultant force in the vertical direction with the one in ver compared to the holding force acting in the vertical direction of a respective holding element. Alternatively, the resultant force, which has not been broken down into its components in different spatial directions, can be compared with a vectorial sum of the transmissible transverse force and the transmissible holding force of a respective holding element.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung aller Schritte des Verfahrens wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft. Bei der Datenverarbeitungsanlage kann es sich insbesondere um ein Programmiersystem, d.h. einen Computer zur Programmierung der Steuerprogramme für eine numerische Steuerungseinrichtung einer Vorrichtung zum Verschieben und/oder zum Tragen eines Werkstückteils oder einer maschinellen Anordnung mit einer solchen Vorrichtung handeln. Läuft das Computerprogramm in dem Programmiersystem ab, so wird ein Bearbeitungsprogramm erzeugt, welches u.a. eine Abfolge von (Steuerungs-)Befehlen zum Einnehmen einer für das Verschieben bzw. für das Tragen des Werkstückteils geeigneten Halteposition durch die Vorrichtung zum Verschieben und/oder zum Tragen des Werkstückteils aufweist. Anhand des weiter oben beschriebenen Vergleichs mit dem Bewertungskriterium wird eine Platzierung bzw. Anordnung der Halteeinrichtung an einer bestimmten Halteposition bewertet und kann erforderlichenfalls iterativ so lange angepasst werden, bis das Bewertungskriterium für alle wirksamen Halteelemente erfüllt ist. Das so erzeugte Bearbeitungsprogamm kann anschließend von einer Steuerungseinrichtung der Vorrichtung bzw. einer diese Vorrichtung enthaltenden maschinellen Anordnung ausgeführt werden.A further aspect of the invention relates to a computer program product which is designed to carry out all the steps of the method as described above when the computer program runs on a data processing system. The data processing system can in particular be a programming system, i.e. a computer for programming the control programs for a numerical control device of a device for moving and/or supporting a workpiece part or a machine arrangement with such a device. If the computer program runs in the programming system, a machining program is generated which, among other things, contains a sequence of (control) commands for assuming a holding position suitable for moving or carrying the workpiece part using the device for moving and/or carrying the Workpiece part has. Based on the comparison described above with the evaluation criterion, placement or arrangement of the holding device at a specific holding position is evaluated and, if necessary, can be iteratively adjusted until the evaluation criterion is met for all effective holding elements. The machining program generated in this way can then be executed by a control device of the device or by a machine arrangement containing this device.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. Likewise, the features mentioned above and those listed below can each be used individually or together in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Es zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines Beispiels einer maschinellen Anordnung mit einer Laserschneidmaschine und mit einer Vorrichtung zum Verschieben und zum Tragen eines von einem Restgitter freigetrennten Werkstückteils, -
1b eine Darstellung einer Halteeinrichtung der Vorrichtung von1a in Form eines (Vakuum-)Flächensaugers, dessen Halteelemente in Form von Saugern auf dem Werkstückteil und dem Restgitter aufliegen, um das Werkstückteil bei einer Verschiebung relativ zum Restgitter zu fixieren, -
2a,b Darstellungen einer Saugerplatte des Flächensaugers, die einen Teilbereich aufweist, in dem sich wirksame Sauger mit dem Werkstückteil überschneiden, sowie von einer auf den Schwerpunkt des Teilbereichs wirkenden Gesamt-Kraft bzw. eines auf den Schwerpunkt des Teilbereichs wirkenden Moments, -
3 eine Darstellung des Teilbereichs der Saugerplatte des Flächensaugers mit den wirksamen Saugern sowie der resultierenden Kraft auf einen der wirksamen Sauger, die eine vektorielle Summe einer ersten und zweiten Kraftkomponente bildet, -
4 eine Darstellung der maschinellen Anordnung von1a , bei welcher das entlang der Werkstückauflage verschobene Werkstückteil mit Hilfe von zwei Flächensaugern angehoben und transportiert wird, sowie -
5a,b Darstellungen des Werkstückteils und einesFlächensaugers von 4 in einer Draufsicht und einer Seitenansicht mit den auf den Schwerpunkt des Werkstückteils wirkenden Kräften sowie mit den auf den Schwerpunkt eines Teilbereichs des Flächensaugers wirkenden (Torsions-)Momenten.
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1a a schematic representation of an example of a machine arrangement with a laser cutting machine and with a device for moving and carrying a workpiece part that has been separated from a residual skeleton, -
1b a representation of a holding device of the device of FIG1a in the form of a (vacuum) surface suction cup, the holding elements of which rest in the form of suction cups on the workpiece part and the residual skeleton in order to fix the workpiece part when it is displaced relative to the residual skeleton, -
2a,b Representations of a suction plate of the surface suction cup, which has a partial area in which effective suction cups intersect with the workpiece part, as well as a total force acting on the center of gravity of the partial area or a moment acting on the center of gravity of the partial area, -
3 a representation of the partial area of the suction plate of the surface suction cup with the effective suction cups and the resulting force on one of the effective suction cups, which forms a vector sum of a first and second force component, -
4 a representation of the machine arrangement of1a , in which the workpiece part shifted along the workpiece support is lifted and transported with the help of two surface suction cups, as well as -
5a,b Representations of the workpiece part and a surface suction cup from4 in a top view and a side view with the forces acting on the center of gravity of the workpiece part and with the (torsional) moments acting on the center of gravity of a partial area of the vacuum cleaner.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components.
Der Portalquerträger 4 überspannt eine Werkstückauflage 7, die an ihrer Oberseite in herkömmlicher Weise mit Auflagebürsten besetzt ist. Die Werkstückauflage 7 umfasst einen bearbeitungsseitigen Auflagetisch 8 sowie einen damit in horizontaler Richtung fluchtenden entladeseitigen Auflagetisch 9. Der bearbeitungsseitige Auflagetisch 8 und der entladeseitige Auflagetisch 9 sind durch einen Auflage-Zwischenraum 10 (Spalt) getrennt, in welchem sich eine Absaugeinrichtung befindet und/oder ein oder mehrere Werkstückunterstützungsschlitten 11 in X-Richtung senkrecht zur Zeichenebene bewegbar angeordnet sein können.The
An dem bearbeitungsseitigen Auflagetisch 8 ist eine sich in X-Richtung, d.h. senkrecht zur Zeichenebene, erstreckende Querschiene 12 mit Hilfe einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Bewegungseinrichtung 13 in positiver und in negativer Y-Richtung motorisch bewegbar geführt. Die Querschiene 12 ist mit mehreren in Längsrichtung der Querschiene 12 gegeneinander versetzten Spannpratzen 14 versehen. Die Spannpratzen 14 halten ein plattenartiges Werkstück 15 vor und während der schneidenden Bearbeitung mittels des Laserschneidkopfs 6, wobei die schneidende Bearbeitung des Werkstücks 15 in einem Arbeitsbereich der Laserschneidmaschine 2 zwischen den beiden Auflagetischen 8, 9 erfolgt. Wie dies in
Die Entladestation 3 umfasst ein Gestell 18, an welchem ein horizontaler Träger 19 heb- und senkbar gelagert ist. Kragarme 20, die senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, sind längs des horizontalen Trägers 19 verfahrbar. Die Kragarme 20 lagern eine Führungsschiene 21 bei Bewegungen der Führungsschiene 21 senkrecht zur Zeichenebene, d.h. in X-Richtung. Längs der Führungsschiene 21 können drei Haltevorrichtungen 22, 23, 24 mit Hilfe einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Bewegungseinrichtung 25 in positiver und negativer Y-Richtung über die Werkstückauflage 7 bewegt werden.The unloading
Die erste Haltevorrichtung 22 weist eine erste Halteeinrichtung in Form eines ersten Flächensaugers 26 auf. Entsprechend weist auch die zweite Haltevorrichtung 23 eine zweite Halteeinrichtung in Form eines zweiten Flächensaugers 27 und die dritte Haltevorrichtung 24 weist eine dritte Halteeinrichtung in Form eines dritten Flächensaugers 28 auf. Die drei Halteeinrichtungen bzw. die Flächensauger 26, 27, 28 sind baugleich und können mit Hilfe von als Stellantriebe fungierenden pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheiten 29, 30, 31 in vertikaler Richtung (Z-Richtung) verschoben und zugestellt werden.The
Der in
Eine in
In der Darstellung von
Ausgehend von den Verhältnissen gemäß
Um dies zu erreichen, überträgt im gezeigten Beispiel der erste Flächensauger 26 mit denjenigen Saugern 34, deren Saugerflächen sich zumindest teilweise mit dem Werkstückteil 16 überschneiden (im Folgenden als wirksame Sauger 34a bezeichnet), eine in Verschieberichtung Y wirkende Querkraft FQ,i auf das Werkstückteil 16, wie nachfolgend anhand von
Die von den wirksamen Saugern 34a des ersten Flächensaugers 26 in der Verschieberichtung Y auf das Werkstückteil 16 übertragbare Querkraft FQ,i (vgl.
Um zu erreichen, dass sich das Werkstückteil 16 bei der Verschiebung entlang der Werkstückauflage 7 nicht relativ zum Restgitter 17 verschiebt, ist es erforderlich, im Programmiersystem bei der Erzeugung des Steuerungsprogramms für die Steuerungseinrichtung 40 eine Halteposition HP des ersten Flächensaugers 26 relativ zum Werkstückteil 16 aufzufinden, bei dem für jeden einzelnen wirksamen Sauger 34a die übertragbare Querkraft FQ,i ein Bewertungskriterium erfüllt. Unter einer Halteposition HP des ersten Flächensaugers 26 wird eine Position relativ zum Werkstückteil 16 verstanden, bei der sich mindestens einer der Sauger 34a, genauer gesagt mindestens eine Saugerfläche, zumindest teilweise mit dem Werkstückteil 16 überschneidet.In order to ensure that the
Bei der in
Bei den nachfolgenden Betrachtungen wird ein Bewertungskriterium verwendet, bei dem die von einem jeweiligen Sauger 34a in Verschieberichtung Y auf das Werkstückteil 16 übertragbare Querkraft FQ,i mit einer auf einen jeweiligen Sauger 34a entgegen der Verschieberichtung Y wirkenden resultierenden Kraft Fres,i,y verglichen wird, d.h. es wird geprüft, ob für alle zwölf wirksamen Sauger 34a gilt:
Für die Bestimmung des entgegen der Verschieberichtung Y wirkenden Anteils Fres,i,Y der bei der Verschiebung von dem Werkstückteil 16 auf einen jeweiligen Sauger 34a ausgeübten resultierenden Kraft Fres,i wird zunächst die resultierende Kraft Fres,i auf einen jeweiligen wirksamen Sauger 34a bestimmt. Die resultierende Kraft Fres,i setzt sich aus der vektoriellen Summe einer ersten Kraftkomponente FR,i und einer zweiten Kraftkomponente FTz,i zusammen:To determine the component Fres,i,Y acting counter to the displacement direction Y, of the resulting force Fres ,i exerted on a respective suction cup 34a during the displacement of the workpiece part 16, the resulting force Fres,i on a respective effective suction cup is first calculated 34a determined. The resulting force F res,i consists of the vector sum of a first force component F R,i and a second force component F Tz,i :
Die erste Kraftkomponente FR,i resultiert aus einer (vereinfacht betrachtet) auf den Schwerpunkt Sw des Werkstückteils 16 wirkenden Gesamt-Kraft FR* (hier: Reibkraft), die im gezeigten Beispiel entgegen der Verschieberichtung Y wirkt und die auf die Haftreibung zwischen dem Werkstückteil 16 und den Auflagebürsten der Werkstückauflage 7 zurückzuführen ist. Für die Reibkraft FR* auf den Schwerpunkt Sw des Werkstückteils 16 gilt:
Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass der erste Flächensauger 26 mit seinem Eigengewicht aufliegt. In diesem Fall gilt für die Reibkraft FR*:
Die entgegen der Verschieberichtung Y wirkende Reibkraft FR * verteilt sich gleichmäßig auf alle wirksamen Sauger 34a, d.h. für den i-ten wirksamen Sauger 34a (vgl.
Die zweite Kraftkomponente FTz,i, die auf einen wirksamen Sauger 34a wirkt, resultiert aus einem auf den Schwerpunkt Ss des Teilbereichs 36 mit den wirksamen Saugern 34a wirkenden Moment Tz (vgl.
Für die aus dem Moment Tz auf den Schwerpunkt Ss des Teilbereichs 36 resultierende Kraft FTz,i auf den i-ten wirksamen Sauger 34a gilt:
Für die aus der ersten Kraftkomponente FR,i und aus der zweiten Kraftkomponente FTz,i resultierende Kraft Fres,i genauer gesagt für deren X-Komponente Fres,i,x bzw. für deren Y-Komponente Fres,i,Y gilt:
Wie weiter oben beschrieben wurde, wird für den Vergleich mit der übertragbaren Querkraft FQ,i im vorliegenden Fall, bei dem die Verschiebung in Y-Richtung erfolgt, die Y-Komponente Fres,i,y der resultierenden Kraft Fres,i mit der übertragbaren Querkraft FQ,i verglichen. Es versteht sich, dass bei einer Verschiebung enlang einer Verschieberichtung, die nicht in Y-Richtung verläuft, entsprechend zum obigen Vorgehen der entgegen der Verschieberichtung wirkende Anteil der resultierenden Kraft Kraft
Bei dem in
Für den Fall, dass nicht alle wirksamen Sauger 34a in dem sich mit dem Werkstückteil 16 überschneidenden Teilbereich 36 des ersten Flächensaugers 26 an der (initialen) Halteposition HP das Bewertungskriterium erfüllen, kann die Bewertung der Halteposition HP wiederholt werden, indem bei der Berechnung der auf die wirksamen Sauger 34a übertragenen Kräfte diejenigen Sauger 34a unberücksichtigt bleiben, für die im ersten Schritt das Bewertungskriterium nicht erfüllt wurde. Wird unter diesen geänderten (verschärften) Bedingungen das Bewertungskriterium für alle verbliebenen wirksamen Sauger 34a erfüllt, so wird die Halteposition HP als geeignet bewertet.In the event that not all
Kann auf diese Weise keine geeignete Halteposition gefunden werden, so wird im Programmiersystem die Halteposition HP des Flächensaugers 26 relativ zu dem Werkstückteil 16 verändert. Beispielsweise kann hierbei die Anzahl der wirksamen Sauger 34a bzw. der überlappende Teilbereich 36 vergrößert werden. Auch kann versucht werden, unter Beibehaltung der Anzahl der wirksamen Sauger 34a durch eine Veränderung der Positionierung des Flächensaugers 26 relativ zu dem Werkstückteil 16 zu erreichen, dass das Bewertungskriterium erfüllt wird.If no suitable holding position can be found in this way, the holding position HP of the
In allen diesen Fällen wird eine für das Verschieben geeignete Halteposition HP iterativ bestimmt, d.h. die für den Vergleich mit dem Bewertungskriterium verwendete Halteposition HP wird so lange verändert, bis eine geeignete Halteposition HP aufgefunden wird oder bis ein Abbruchkriterium erreicht ist. Im einfachsten Fall entspricht das Abbruchkriterium einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen. Für den Fall, dass keine geeignete Halteposition HP aufgefunden wird, kann eine Warnmeldung ausgegeben werden, dass bei der Verschiebung ggf. ein erhöhtes Risiko des Verkantens einzugehen ist. Alternativ kann im Programmiersystem die Orientierung des Werkstückteils 16 innerhalb des Werkstücks 15 verändert werden. Wenn die Haltevorrichtungen 22, 23, 24 mit variabel positionierbaren Saugern anstelle eines Flächensaugers ausgeführt sind, ist auch eine Veränderung der Saugeranordnung möglich.In all of these cases, a holding position HP suitable for the shift is determined iteratively, i.e. the holding position HP used for the comparison with the evaluation criterion is changed until a suitable holding position HP is found or until a termination criterion is reached. In the simplest case, the termination criterion corresponds to a specified number of iterations. In the event that no suitable holding position HP is found, a warning message can be issued that the displacement may involve an increased risk of tilting. Alternatively, the orientation of the
Das weiter oben beschriebene Verfahren zum Auffinden einer geeigneten Halteposition HP kann analog auch auf den Fall angewendet werden, dass das Werkstückteil 16 nicht entlang der Werkstückauflage 7 verschoben wird, sondern mit Hilfe des ersten Flächensaugers 26 getragen bzw. transportiert wird, ohne dass das Werkstückteil 16 hierbei durch die Werkstückauflage 7 unterstützt wird. Ein solcher Transport des Werkstückteils 3 kann ebenfalls mit Hilfe der Entladestation 3 der maschinellen Anordnung 1 erfolgen, wie nachfolgend anhand von
Für den ersten Flächensauger 26 ergeben sich die in
Beim Halten bzw. beim Transportieren des Werkstückteils 16 in vertikaler Richtung Z wirken auf den Schwerpunkt Sw des Werkstückteils 16 und somit auf den Schwerpunkt Ss der Saugerplatte 33 die Gewichtskraft FG = mw g sowie ggf. eine Beschleunigungskraft in Z-Richtung Fz = ± az mw. Die Gesamt-Kraft FR* in Z-Richtung bei der Bewegung des Werkstückteils 16 beträgt somit FR* = FG + Fz. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird die Gesamt-Kraft FR* gleichmäßig auf die wirksamen Sauger 34a aufgeteilt, d.h. es gilt für den i-ten Sauger:
Zusätzlich zur Gesamt-Kraft FR* wirkt auf den Schwerpunkt Ss der Saugerplatte 33 auch ein Moment Tg,z, das analog zum weiter oben beschriebenen Fall zu einer in Z-Richtung wirkenden (Quer-)Kraft Fg,z,i auf den i-ten wirksamen Sauger 34a führt. Die Kraft Fg,z,i ist analog zum oben beschriebenen Fall vom Abstandsvektor
Die Z-Komponente der resultierenden Kraft Fres,i,z setzt sich aus den beiden weiter oben beschriebenen Kraftkomponenten zusammen, d.h. es gilt: Fres,i,z = FR,i,z + Fg,i,z. Für das sichere Halten des Werkstückteils 16 an dem Flächensauger 26 muss die Haltekraft FH,i des i-ten Saugers 34a folgende Bedingung erfüllen:
Für den Fall, dass das Werkstückteil 16 zusätzlich entlang einer Transportrichtung in horizontaler Richtung, d.h. in einer die X- Richtung und die Y-Richtung enthaltenden Ebene parallel zur Werkstückauflage 7 bewegt bzw. transportiert werden soll, gelten die weiter oben für die Z-Richtung angegebenen Gleichungen weiterhin. Zusätzlich wirkt eine resultierende Kraft Fres,i,xy in der Ebene parallel zur Werkstückauflage, die sich aus einem in X-Richtung wirkenden Anteil Fres,i,x und einem in Y-Richtung wirkenden Anteil Fres,i,y zusammensetzt. Die resultierende Kraft Kraft Fres,i,xy in horizontaler Richtung wird analog zur resultierenden Kraft Fres,i in Z-Richtung bestimmt, d.h. es können die weiter oben angegebenen Gleichungen analog angewendet werden, lediglich die Gewichtskraft FG wird hierbei nicht berücksichtigt, da diese senkrecht zur XY-Ebene wirkt.In the event that the
Für die in
Entsprechend führt ein Moment Tx bzw. Ty auf den Schwerpunkt Ss der Saugerplatte 33 analog zum weiter oben beschriebenen Fall zu einer in X-Richtung bzw. in Y-Richtung wirkenden (Quer-)Kraft FTx,i bzw. FTy,i auf den i-ten Sauger 34a. Die beiden Anteile Fres,i,x bzw. Fres,i,y der resultierende Kraft Fres,i,xy in X- bzw. in Y-Richtung in der Ebene parallel zur Werkstückauflage 7 setzen sich aus den beiden Kraftkomponenten zusammen, d.h. es gilt:
Für den Vergleich mit der in horizontaler Richtung bzw. in der (XY-)Ebene an einem einzelnen Sauger 34a übertragbaren Querkraft FQ,i wird typischerweise der Betrag der resultierenden Kraft Fres,xy,i bestimmt, für den gilt:
Für das Bewertungskriterium gilt analog zu dem weiter oben beschriebenen Fall des Verschiebens, dass der Betrag der Querkraft FQ,i an einem jeweiligen Sauger 34a den Betrag der resultierenden Kraft Fres,i,xy übersteigen muss, wobei typischerweise ein Sicherheitsfaktor S berücksichtigt wird, d.h. es gilt:
Wie weiter oben beschrieben wurde, wird die Halteposition HP als geeignet für das Tragen bzw. für den Transport des Werkstückteils 16 bewertet, wenn die Bewertungskriterien für die Haltekraft FH,i sowie für die Querkraft FQ,i für alle wirksamen Sauger 34a erfüllt ist. Da die Beschleunigungskräfte aX, aY, az sich während des Transports des Werkstückteils 16 ggf. zeitlich verändern, können für den Vergleich die beim Transport maximal auftretenden Werte der Beschleunigung ax,max, ay,max, az,max herangezogen werden.As described above, the holding position HP is evaluated as suitable for carrying or transporting the
Bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren ist die Anzahl und die Anordnung der Sauger 34 auf der Saugerplatte 33 grundsätzlich beliebig. In der Regel wird aber eine größere Anzahl von Saugern 34 verwendet als in den Figuren dargestellt ist. Beispielsweise kann eine Saugerplatte eine Anzahl von 42 x 11 (Passiv-)Saugern 34 aufweisen. Der Durchmesser der Saugerfläche eines jeweiligen Saugers 34 kann beispielsweise in der Größenordnung von ca. 10 mm liegen. Je nach der Geometrie des Werkstückteils 16 kann ggf. nicht gewährleistet werden, dass alle wirksamen Sauger 34 sich mit ihren (in der Regel runden) Saugerflächen vollständig mit dem Werkstückteil 16 überschneiden.In the method described above, the number and arrangement of the
Wie in
Die weiter oben beschriebene Bewertungsvorschrift kann grundsätzlich für alle Prozesse verwendet werden, bei denen entschieden werden muss, ob die Fixierung eines (flächigen) Teils, beispielsweise eines Werkstückteils, welches über eine Haltekraft und/oder Reibung an diskreten Punkten bzw. Positionen (hier: Sauger 34) in eine Raumrichtung bewegt werden muss, prozesssicher erfolgen kann, oder nicht.The evaluation specification described above can basically be used for all processes in which a decision must be made as to whether the fixation of a (flat) part, for example a workpiece part, which has a holding force and/or friction at discrete points or positions (here: suction cup 34) has to be moved in one spatial direction, can be done reliably or not.
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