DE19882275B4

DE19882275B4 - Bahn- oder tafelgespeiste Vorrichtung mit Hochgeschwindigkeits-Positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE19882275B4
Application number: DE19882275T
Authority: DE
Inventors: Charles C. Kan. Raney; Hongli Kan. Du; John T. Kan. Pierson jun.
Original assignee: Preco Industries Inc
Current assignee: Preco Industries Inc
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: GB2343399A; GB9922265D0; US20020029672A1; JP2001519725A; AU6556598A; WO1998043788A1; US6871571B2; DE19882275T1; JP4132085B2; GB2343399B

Abstract

Bearbeitungsvorrichtung (30) zum Empfangen und Bearbeiten einzelner Segmente (38) eines Materials, mit einem Element (142) zum Empfangen und Halten des einzelnen Materialsegments, wobei eine Einrichtung (40) zur genauen Positionseinstellung des Elements vorgesehen ist, mit – einer ersten (178), einer zweiten (180) und einer dritten (182) Einstelleinheit, die selektiv betätigbar sind, wobei jede einen mit einem Ausgang (188) ausgerüsteten Motor (184) und eine Kopplungsanordnung (226, 228, 230) aufweist, die jeden Motorausgang (188) an entsprechenden voneinander beabstandeten festen Punkten mit dem Element (142) betriebsfähig koppelt, – Haltestrukturen (214, 216, 218, 220, 222, 224) getrennt von dem Element (142), die jeweils einen festen Verschiebeweg für jede der Einstelleinheiten unabhängig von dem Element (142) definieren, wobei zumindest ein Teil (184, 190, 192, 194) jeder Einstelleinheit bewegbar an einer entsprechenden einen festen Verschiebeweg definierenden Haltestruktur für eine translatorische Bewegung dort entlang montiert ist, wobei zwei der Verschiebewege (214, 216, 222, 224) linear zueinander...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit einer verbesserten Hochgeschwindigkeits-Bahn- oder Tafel(Blatt)-Bearbeitungsvorrichtung, die für eine extrem große Lagegenauigkeit und eine extrem genaue Betriebstätigkeit an nacheinander der Vorrichtung zugeführten Materialsegmenten konstruiert ist. Insbesondere erstreckt sich die Erfindung auf solche Vorrichtungen und entsprechende Verfahren, die betriebsfähig sind, ein zugeführtes Materialsegment zunächst zu greifen oder zu halten, wonach das gegriffene Segment zwecks einer genauen Ausrichtung im wesentlichen gleichzeitig entlang orthogonaler Achsen innerhalb der Ebene des Segments und um eine Drehachse senkrecht zur Segmentebene verschoben wird. Die Erfindung ist für genaue Hochgeschwindigkeits-Abstanztätigkeiten besonders geeignet.
Beschreibung des Stands der Technik
In der Vergangenheit sind zum Verarbeiten von fortlaufenden Bahnen dreiachsige Abstanzpressen vorgeschlagen worden. Eine solche Presse ist im US-Patent Nr. 4 555 968 offenbart. Die Presse dieses Patents weist eine verschiebbare und auf einem Luftkissen getragene Stempeleinheit auf, und die Stempeleinheit wird seitlich zur Bewegungsrichtung der Bahn sowie drehbar um eine senkrecht zu der Bahn stehende Achse bewegt, um die Stempeleinheit in eine präzise Lageausrichtung mit den definierten Bereichen der Bahn zu bringen, die von der Presse abgestanzt werden sollen. Für eine automatische Betriebsweise der in dem US-Patent Nr. 4 555 968 beschriebenen Presse wird von einem Steuersystem gesorgt, das zwei Gruppen von fotooptischen Sensoren hat, die dazu angeordnet sind, das Vorliegen von zwei T-förmigen Marken aufzuspüren, die an entgegengesetzten Seiten der Bahn benachbart zu jedem zu schneidenden definierten Bereich vorgesehen sind. Das Steuersystem ist elektrisch mit einer Servomotoreinrichtung gekoppelt, um die Stempeleinheit, sobald die Vorwärtsbewegung der Bahn unterbrochen wird, in einem definierten Bereich auf der Bahn im allgemeinen in der Nachbarschaft der Arbeitsstruktur der Stempeleinheit justierbar zu positionieren.
Wie in dem US-Patent Nr. 4 697 485 gezeigt, ist eine Abstanzpresse mit einem Lagegenauigkeitssystem versehen, das betriebsfähig ist, um für eine präzise Ausrichtung einer verschiebbaren Stempelschneideeinheit entlang von zwei Achsen während der Zeit zu sorgen, in der das Bahnmaterial entlang einer dritten Achse in bezug auf die Stempeleinheit vorbewegt wird, so daß, sobald ein definierter Bereich der Bahn die Stempeleinheit erreicht, die Presse sofort betätigt werden kann, um das Material der Abstanztätigkeit zu unterziehen. Eine fortlaufende Überwachung eines auf dem Material vorgesehenen länglichen Indikatorstreifens ermöglicht es, daß die Stempeleinheit verschoben wird, wie es während der Bahnbewegung erforderlich ist, um eine seitliche und winkelmäßige Lagegenauigkeit vor dem Zeitpunkt, zu dem die Vorbewegung der Bahn unterbrochen wird, sicherzustellen.
Das US-Patent Nr. 5 212 647 beschreibt eine Abstanzpresse, die mit einem Lagegenauigkeitssystem versehen ist, das schnell und genau definierte Bereiche einer Bahn mit einer bewegbaren Stempeleinheit ausrichtet, ohne die Verwendung von aufwendigen oder fortlaufenden Markierungen oder mehr als zwei Erfassungseinrichtungen zum Bestimmen des Orts der Markierungen relativ zu der Stempeleinheit zu erfordern. Das Lagegenauigkeitssystem des Patents Nr. 5 212 647 wendet ein Paar von Referenzzeichen an, die an einer Einspannplatte der Presse befestigt sind, um die Position anzuzeigen, bei der die Zeichen auf der Materialbahn erscheinen, wenn die definierten Bereiche der Bahn in einer gewünschten vorbestimmten Beziehung relativ zu der auf der Einspannplatte gehaltenen Stempeleinheit sind.
Das US-Patent Nr. 5 644 979 beschreibt eine verbesserte Abstanzpresse, wobei die gesamte Stempeleinheit mit einer unteren Platte und einer verschiebbaren oberen Stempelanordnung auf einem Luftpolster gehalten wird. Wenn während des Betriebs ein definierter Bereich der Bahn zunächst der Abstanzstation zugeführt wird, wird das Zielgebiet über eine Unterdruck-Untenhalteeinrichtung gegriffen, und die gesamte Stempeleinheit wird gleichzeitig entlang von drei Achsen justiert, um so eine präzise Ausrichtung zwischen dem Zielgebiet auf der Bahn und der Abstanzanordnung zu erreichen.
Obwohl die von derartigen Lagegenauigkeitssystemen für Abstanzvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik bereitgestellte Genauigkeit sehr gut ist, sind solche Pressen relativ langsam. Zum Beispiel tendiert im Fall der in dem US-Patent Nr. 5 644 979 beschriebenen Presse die Notwendigkeit, die relativ schwere und sperrige Stempelanordnung zu bewegen, dazu, die Betriebstätigkeit davon zu verlangsamen. Die früheren Stempelpressen sind im allgemeinen in der Lage, bei Geschwindigkeiten nicht schneller als etwa 20 Takten/Minute zu arbeiten.
Das US-Patent Nr. 4 817 477 zeigt die Positionierung einer Unterlage mit Hilfe von drei Schrittmotoren, die über Riementriebe mit zugeordneten exzentrischen Kurvenscheiben gekoppelt sind. Translatorische Verschiebewege und deren geometrische Ausrichtung zueinander sind in der Vorrichtung gemäß dem US-Patent Nr. 4 817 477 nicht vorgesehen.
Die DE 43 37 902 C2 beschreibt eine Stanze für Bahnmaterial mit zwei übereinander angeordneten Platten. Eine der Platten ist quer zu der Bewegungsrichtung von zu bearbeitendem Bahnmaterial verschiebbar, während die andere Platte um eine vertikal verlaufende Achse gedreht werden kann. Diese Vorrichtung erlaubt nur eine Ausrichtung in zwei Freiheitsgraden.
Demgemäß besteht auf diesem Gebiet der Technik ein Bedarf an einer verbesserten Bahn- oder Tafel(Blatt)-gespeisten Bearbeitungsvorrichtung, wie einer Abstanzpresse, die die Probleme früherer Einheiten dieses Typs vermeidet und eine Betriebsweise und Erzielung der Lagegenauigkeit bei sehr hoher Geschwindigkeit ergibt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bis 7 definiert. Zur Erläuterung der Erfindung und ihres Umfelds dienen die folgenden Ausführungen.
Die vorliegende Erfindung überwindet die oben umrissenen Probleme und schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten von nacheinander zugeführten Segmenten (d. h. Bereichen eines kontinuierlichen Bandes oder diskreten Tafeln/Blättern), so daß Tätigkeiten wie Abstanzen schnell und genau durchgeführt werden können. Allgemein gesagt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Arbeitsstation, eine Einrichtung zum anfänglichen Zuführen eines Materialsegments in die Station und eine Positioniereinrichtung zum genauen Positionieren des Segments in der Station nach dem anfänglichen Zuführen und vor dem Bearbeiten in der Station auf. Die Positioniereinrichtung enthält eine Segmentgreif- oder -halteeinrichtung zum Festhalten des anfänglich zugeführten Segments, eine Einrichtung zum Bestimmen der Position des gehaltenen Segments innerhalb der Station im Vergleich zu einer gewünschten Position davon und eine Bewegungseinrichtung, die mit der Segmenthalteeinrichtung gekoppelt ist, zum Bewegen der letzteren und des davon gehaltenen Segments, um das Segment in die gewünschte Position zu verlegen. Allgemein gesagt, tragen die Materialsegmente wenigstens eine und vorzugsweise ein Paar von positionsidentifizierenden Markierungen, und die Positioniereinrichtung enthält eine Referenzanordnung, die Referenzdaten entsprechend der gewünschten Position für die Segmentmarkierungen bereitstellt, zusammen mit einer Einrichtung zum Vergleichen des Orts der Segmentmarkierungen mit den Referenzdaten.
In einem anderen Aspekt der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten individueller Segmente einer fortlaufenden, flexiblen Bahn bereitgestellt, wobei für eine genaue Einstellung der Position von nacheinander zugeführten Bahnsegmenten gesorgt wird, indem jedes aufeinanderfolgende Segment anfänglich gehalten und das gehaltene Segment einer Einstellbewegung unterzogen wird, während das Segment ein Teil einer fortlaufenden Bahn bleibt. Diese Einstellbewegung wird ausgewählt aus der Gruppe, die aus einer Bewegung entlang einer oder von zwei orthogonalen Achsen in der Ebene des Segments und einer Drehbewegung des Segments um eine Achse quer zu der Segmentebene und aus Kombinationen der vorgenannten Bewegungen besteht. Es versteht sich, daß die Erfindung solch eine dreiachsige Bewegung von individuell gehaltenen Bahnsegmenten bereitstellt, während die jeweiligen Segmente ein Teil der fortlaufenden Bahn bleiben.
In bevorzugten Formen weist die Bahngreif- oder -haltevorrichtung der Erfindung eine relativ leichtgewichtige Unterdruck-Niederhalteplatte innerhalb der Bahn- oder Tafel/Blatt-Bearbeitungsstation auf. Im Fall einer Abstanzpresse ist die Unterdruck-Niederhalteplatte in der Form eines mit einer zentralen Öffnung versehenen Körpers, der einen im wesentlichen stationären Abstanzamboß für schwebende Matrize umgibt; die Unterdruckplatte ist, falls notwendig, in einer axialen Richtung (d. h. in der Richtung der Bahnfortbewegung), einer seitlichen Richtung (quer zu der axialen Richtung) und/oder drehbar um eine senkrecht zu den axialen und seitlichen Richtungen und zu einer Ebene, die die Segmente enthält, stehenden Drehachse verschiebbar. Wie hierin verwendet, bezieht sich ”Abstanzen” in weitem Sinne, um verschiedene Tätigkeiten zu umfassen, einschließlich (aber nicht darauf beschränkt) Prägen, Schneiden, Stanzen, Lochen, Rohformen und anderer ähnlicher Tätigkeiten.
Die bevorzugte Bewegungseinrichtung ist direkt mit der Unterdruckplatte gekoppelt und enthält eine Anzahl auf Abstand angeordneter Motoren wie bidirektionale Schrittmotoren, wobei jeder der letzteren während der Bewegung der Unterdruck-Niederhalteplatte eine Bewegung übertragen kann. Um die genaueste und schnellste Plattenbewegung zu erreichen, sind die Motoren über Exzenter mit der Platte gekoppelt, so daß eine Betätigung der Motoren die Platte wie erforderlich antreibt und bewegt. In der am meisten bevorzugten Form weist die Bewegungseinrichtung drei solcher exzentrisch gekoppelter Schrittmotoren auf, wobei die Achsen der plattenverbindenden Wellen auf einer einzigen, gemeinsamen geraden Linie liegen.
Die bevorzugte Positioniervorrichtung macht auch von einem Paar von CCD(Charge coupled device)-Kameras Gebrauchs, die innerhalb der Verarbeitungsstation montiert sind, zusammen mit einem Paar von Spaltprismen und festen Referenzzeichen, die von der Stempelanordnung getragen werden. Wenn im Betrieb ein Materialsegment der Verarbeitungsstation zugeführt wird, empfängt jede Kamera ein kombiniertes Bild, das sowohl aus einem Bild der festen Markierung als auch einem der von dem Materialsegment getragenen Bezugszeichen besteht. Diese Bilddaten werden dann verwendet, um einen Lagegenauigkeitsfehler und Bewegungsabstandsinformation zu berechnen, die wiederum beim Betrieb der jeweiligen Schrittmotoren verwendet wird, um so die Unterdruckplatte und das davon gehaltene Materialsegment für eine genaue Positionierung der Segmente zu bewegen.
Die Vorrichtung der Erfindung ist ähnlich zu der in den US-Patenten Nr. 4 555 968 , 4 697 485 , 5 212 647 und 5 644 979 beschriebenen, auf all die hier Bezug genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht der bevorzugten bahngespeisten Abstanzvorrichtung gemäß der Erfindung;
2 ist eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Vorrichtung und zeigt im Detail die Zufuhranordnung und die verschiebbare Bahnhalte-Einstellplatte davon;
3 ist eine senkrechte Schnittansicht, wobei der Klarheit wegen Teile weggebrochen sind, die das Eingabeende der Abstanzstation veranschaulicht, die einen Teil der in den 1 bis 2 dargestellten Vorrichtung bildet;
4 ist eine Teilansicht, wobei der Klarheit wegen Teile weggebrochen sind, der verschiebbaren Segmenthalte-Unterdruckplattenanordnung der Erfindung;
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 aus 4 und zeigt ferner die Konstruktion der verschiebbaren Platten- und Amboßanordnung;
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 aus 4, die die innere Konstruktion der Platten- und Amboßanordnung veranschaulicht;
7 ist eine Teilansicht, die das Eingabeende der Platten- und Amboßanordnung zeigt, wobei die Stempelanordnung in gestrichelten Linien veranschaulicht ist;
8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 aus 4, die die Seitenplattenteile der verschiebbaren Platte und der darunterliegenden Amboßanordnung veranschaulicht;
9 ist ein vergrößerter vertikaler Teilschnitt, der eine der exzentrischen Antriebsmotoreinheiten veranschaulicht, die mit der verschiebbaren Segmenthalteplatte gekoppelt ist;
10 ist eine schematische Ansicht der Abstanzstation, die die Orientierung der CCD-Kameras und der assoziierten Prismen veranschaulicht, die zum Erfassen der Bahnsegmentposition verwendet werden;
11 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Verbindung zwischen der Computersteuerung der Abstanzvorrichtung und den Erfassungskameras und den Schrittmotor-Antriebseinheiten veranschaulicht;
12 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Komponenten einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die für eine Betriebsweise mit zugeführten Tafeln oder Blättern konstruiert ist;
13 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus 12, wobei der Klarheit wegen Teile weggebrochen sind;
14 ist eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung aus den 12–13;
15 ist eine seitliche Teilansicht in teilweisem Vertikalschnitt der Tafel/Blatt-gespeisten Vorrichtung aus 12;
16 ist eine Draufsicht auf die Antriebseinheit mit drei Motoren, die einen Teil der Tafel/Blatt-gespeisten Vorrichtung aus 12 bildet;
17A und 17B sind zusammen ein Flußdiagramm der bevorzugten Steuer-Software, die bei der bahngespeisten Vorrichtung aus 1 zum genauen Positionieren aufeinanderfolgender Bahnsegmente innerhalb der Abstanzstation verwendet wird;
18 ist eine schematische Draufsicht auf den X-Y-θ-Tisch und miteinander verbundene X1-, X2- und Y-Achsen-Antriebseinheiten der Erfindung;
19 ist eine schematische Darstellung bestimmter geometrischer Beziehungen der X1-, X2- und Y-Antriebseinheiten, die bei der Entwicklung des bevorzugten Steueralgorithmus der Erfindung verwendet werden;
20 ist eine schematische Darstellung bestimmter zusätzlicher geometrischer Beziehungen, die bei der Entwicklung des Steueralgorithmus verwendet werden; und
21 ist eine Teilansicht von oben auf eine fortlaufende Bahn, die jeweilige Bahnsegmente entlang von deren Länge veranschaulicht, zusammen mit positionsanzeigenden Bezugsreferenzen für jedes solches Segment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den Zeichnungen, und insbesondere in 1, ist eine Abstanzvorrichtung 30 veranschaulicht. Allgemein gesprochen, enthält die Vorrichtung 30 eine Abstanzpresse oder -station 32, die mit einem Stempelaggregat 34 ausgerüstet ist, eine Materialzuführungsanordnung 36 zum sequentiellen Zuführen von Vorrat zu der Station 32 zum sequentiellen Abstanzen von Segmenten 38 davon (21) und eine Segmentpositioniervorrichtung 40 benachbart zu dem Stempelaggregat zum genauen Positionieren jedes jeweiligen Segments 38 relativ zu dem Stempelaggregat.
Die Anordnung 30 ist zu einer Verwendung beim Bearbeiten von länglichen Bändern eingerichtet, die aufeinanderfolgende Segmente 38 mit Stanzbereichen 42 als Ziel darauf aufweisen und aufgedruckte Markierungen wie zum Beispiel Bezugszeichen 44 tragen (21), wobei die letzteren in vorbestimmten Positionen relativ zu den entsprechenden Zielbereichen sind. Ein Beispiel für ein Material, das in der Anordnung 30 verarbeitet werden kann, ist ein flexibles Kunstharzband. Das Abstanzen von derartigem Material als Teil der Produktion von vielen Vorrichtungen kann sehr kritisch sein, und es sind extrem enge Stanztoleranzen erforderlich. Daher ist die Anordnung 30 für eine hohe Geschwindigkeit konstruiert, aber bei sehr genauem Abstanzen der aufeinanderfolgenden Segmente 38. Detaillierter betrachtet, enthält die Station 32 eine Basis 46, die eine zentrale, aufrechtstehende, allgemein rechtwinklige Platte 48 und einen Abstandshalter 50 trägt. Auf der Platte 48 sind vier aufrechtstehende Stäbe 52 gehalten und unterstützen benachbart zu ihren oberen Enden ein oberes Rahmenelement 54. Eine Kolbenplatte 56 wird unterhalb des Rahmenelements 54 von den Stäben 52 hin- und herbewegbar getragen und ist mit Hilfe eines Kolbens 58 vertikal verschiebbar. Oberhalb des Rahmenelements 54 ist eine Mikrometereinheit 60 montiert und erlaubt eine selektive Einstellung des Maßes der vertikalen Verschiebung der Kolbenplatte 56, und zwischen dem Element 54 und der Platte 56 wird ein Sensormechanismus 62 wie zum Beispiel eine Glasskala gehalten, um für eine Rückkopplung an eine Steuerung in bezug auf die vertikale Position der Platte 56 zu sorgen.
Wie am besten an den 3 und 6 zu sehen ist, weist das Stempelaggregat 34 ein auf dem Abstandshalter 50 gehaltenes Polster 64 mit einer zentralen Kolbenaufnahmeaussparung 66 darin auf, ebenso wie einen relativ breiten, sich längs erstreckenden Schlitz 68. Auf dem Polster 64 wird zwischen den hochstehenden Seitenwänden des Schlitzes 68 eine Amboßanordnung 70 gehalten. Die Amboßanordnung 70 enthält einen unteren Kolben 72, der dazu eingerichtet ist, in die Aussparung 66 zu passen (6), sowie einen oberen Amboßblock 74; der Kolben 72 ist über Schrauben 74b an dem Block 74 befestigt. Der Block 74 stellt eine ebene obere Amboßfläche 76 und ein Paar relativ schmaler, länglicher, sich längs erstreckender Schlitze 74a quer über die Oberfläche 76 bereit. Der Block 74 ist ferner mit vier transversalen Öffnungen 75 dort hindurch versehen, die für die Aufnahme von elektrischen Heizelementen eingerichtet sind. Der Kolben 72 ist mit einer Umfangsdichtung 78 versehen, und in der Aussparung 66 wird ein Vorrat an Ausgleichsmedium oder -material bereitgestellt; der Kolben 72 und somit die Amboßanordnung 70 ist daher elastisch unterstützt. Ein Paar Ausrichtblöcke 80 befindet sich auf dem Polster 64 auf jeder Seite des Schlitzes 68 und greift an entgegengesetzten Seitenwand-Oberflächen des Blocks 74 an.
Das Stempelaggregat 34 enthält auch eine obere Trageplatte 82, die unterhalb der Platte 56 angeordnet ist. Die Platte 82 hält eine zentrale Stanzstempelanordnung 84, die oberhalb der Amboßoberfläche 76 angeordnet ist, sowie ein Paar Positionier-CCD-Kameras 86, 88 und andere Strukturen, die mit der Positioniervorrichtung zusammenhängen, wie später beschrieben. Die Anordnung 84 enthält eine Stempeleinheit 89, die bei jedem Arbeitstakt der Stempelanordnung 84 die darunterliegende Amboßanordnung 70 berührt.
Insgesamt vier Teleskopführungseinheiten 90 befinden sich zwischen der Platte 82 und dem Polster 64 und sind damit betriebsmäßig gekoppelt, um das Führen der nach oben und unten gerichteten Hin- und Herbewegung der Platte 82 und somit der Stempeleinheit 84 zu unterstützen. Ein derartiger federgespannter Zylinder 92 befindet sich benachbart zu jeder Einheit 90 und ist so vorgespannt, um normalerweise die Einheit 84 oberhalb der Amboßoberfläche 76 zu halten.
Wie am besten an den 1 und 2 zu sehen ist, wird das stromaufwärtsgerichtete Ende oder Eingabeende der Anordnung 36 auf einem verschiebbaren Schlitten 94 für eine Bewegung davon in einer Richtung quer zu dem Bewegungsweg des Bahnmaterials durch die Station 32 gehalten. Auf diese Weise kann jede von zwei später zu beschreibenden Bahnen zum Verarbeiten relativ zu dem Stempelaggregat 34 positioniert werden. Die Anordnung 36 enthält allgemein ein Paar nebeneinander angeordneter Zufuhrrollen 96, 98, die eine erste und eine zweite Bahn 100, 102 an Vorratsmaterial halten, wobei Motoren 104, 106 dazu dienen, die Rollen 96, 98 anzutreiben. Die gesamte Anordnung 36 hat ferner Unterdruck-Spannanordnungen 108, 110 und Führungsrollensätze 112, 114 zum Führen der Bahnen durch die Station 32. Wie dem Fachmann klar ist, werden die Zufuhrrollen 96, 98 von den dazu gehörigen Motoren 104, 106 angetrieben, um die Bahnen 100, 102 abzuwickeln, so daß Vorratsmaterial zum Abstanzen durch die Station 32 geführt werden kann. Die Unterdruck-Spannanordnungen 108, 110 halten eine vorbestimmte Spannung an den Bahnen aufrecht, während diese zugeführt werden, wohingegen die Führungsrollensätze 112, 114 die Bahnen in die Station 32 führen; diese Komponenten sind so aufgestellt, daß sie eine geringfügige Einstellbewegung der Bahnsegmente innerhalb der Station 32 erlauben, wie später beschrieben.
Die Anordnung 36 sorgt auch für eine Aufnahme der Reste der gestanzten Bahnen 100, 102 nach dem Verarbeiten davon in der Station 32 und enthält zu diesem Zweck einen verschiebbaren Schlitten 115, der Ausgangs-Antriebsrollensätze 116, 118 und Aufnahmerolien 120, 122 hält, wobei die letzteren von Motoren 124, 126 angetrieben werden. Ein Schrittmotor 28 ist zum Antreiben jedes Satzes von Antriebsrollen 116, 118 vorgesehen und funktioniert als ein grobes Zufuhrmittel zum schnellen Vorbewegen entweder der Bahn 100 oder der Bahn 102 entlang eines Bewegungsweges, um nacheinander definierte Segmente 38 auf die Station 32 zu und in die Station 32 hinein zu führen.
Ein Paar Luftzylinder 130, 132 ist vorgesehen, um den Schlitten 94 bzw. den Schlitten 115 zwischen einer ersten Position, in der die Bahn 100 mit der Station 32 und dem Stempelaggregat 34 ausgerichtet ist, und einer zweiten Position, in der die Bahn 102 ähnlich ausgerichtet ist, zu bewegen. Durch die Platte 48 erstreckt sich in einer Richtung parallel zu dem Bewegungsweg der Bahnen 100, 102 ein Paar drehbarer Wellen 134, wobei jede Welle 134 ein Paar sich gegenüberliegender axialer Enden, die sich über die Platte 48 hinaus erstrecken, bereitstellt. An jedem Ende der Wellen 134 ist ein Ritzel 136 befestigt, so daß eine Drehbewegung jedes Ritzels an jeder Welle auf das andere Ritzel an der entgegengesetzten Seite der Basisplatte übertragen wird. An der Unterseite jedes Schlittens 94, 115 ist in Eingriff mit den proximalen Ritzeln eine Zahnstange 138, 140 gehalten, so daß sich jeder Schlitten bei Betätigung der Zylinder 130, 132 in Ausrichtung mit dem anderen bewegt.
Die Positioniervorrichtung 40 befindet sich benachbart zu dem Amboßblock 74 und ist in einer umgebenden Beziehung zu der Oberfläche 76. Die Vorrichtung 40 weist allgemein ein Unterdruck-Plattenelement 142 sowie eine Bewegungsanordnung 144 auf, die betriebsfähig mit dem Element 142 gekoppelt ist. Der Zweck der Vorrichtung 40 ist es, für eine feine und genaue Einstellung der Position jedes Segments 31 innerhalb der Station 32 zu sorgen, so daß der Zielbereich 42 davon genau abgestanzt wird.
Die Unterdruckplatte 142 enthält eine obere Platte 146, die eine zentrale, im wesentlichen quadratische Öffnung 148 bereitstellt, die dazu eingerichtet ist, den zentralen Bereich des Blocks 74 aufzunehmen und somit die Oberfläche 76 zu exponieren. Die Platte 142 enthält einen vorderen Bereich 150, der mit einer Reihe von Unterdrucköffnungen 152 darin versehen ist, zusammen mit einem beabstandeten, entgegengesetzten hinteren Bereich 154, der in ähnlicher Weise dort hindurch Unterdrucköffnungen 156 hat. Die Bereiche 150, 154 sind durch Seitenrandteile 158, 160 miteinander verbunden, die jeweils mit Unterdrucköffnungen 162, 164 versehen sind.
Die Gesamtplatte 142 weist ferner ein unteres Plattenelement 166 auf, das in ähnlicher Weise eine Öffnung 168 darin hat, die zu der Öffnung 148 ausgerichtet ist; die untere Platte 166 ist an der oberen Platte 146 durch Befestigungsmittel 147 befestigt. Wie am besten in 6 zu sehen, sind zwischen den Platten 146 und 166 längliche innere Kanäle 170, 172 vorgesehen. Einzelne Unterdruckleitungs-Kupplungen 174, 176 sind betriebsfähig mit der unteren Platte 166, mit den entsprechenden Kanälen 170, 172 in Verbindung stehend, zur Verbindung mit einem selektiv betreibbaren Unterdrucksystem (nicht gezeigt) verbunden. Diese Kanäle sind über geeignete interne Durchgangswege in Verbindung mit den Unterdrucköffnungen 152, 156, 162 und 164. Wiederum an 6 ist zu sehen, daß die ausgerichteten Öffnungen 148, 168 in den oberen und unteren Platten 146, 166 so dimensioniert sind, daß sie etwas größer sind als der benachbarte Block 74; die Wichtigkeit dieses Merkmals wird hiernach klargemacht.
Durch Aufnahme der Seitenrandteile 158, 160 in den entsprechenden Amboßblockschlitzen 74a (siehe 8) wird die Unterdruckplatte 142 für eine begrenzte gleichzeitige axiale, seitliche und drehende Bewegung davon gehalten. Es ist zu sehen, daß die Schlitze 74a etwas breiter dimensioniert sind als die zugeordneten Seitenrandteile 158, 160, um so eine begrenzte Verschiebebewegung der Unterdruckplatte 142 aufzunehmen.
Die Bewegungsanordnung 144 weist drei Schrittmotoreinheiten 178, 180, 182 auf, die jeweils an dem Vorderende der Unterdruckplatte 142 befestigt sind (siehe 4). Auf die Einheiten 178 bis 182 wird als die X1-, Y- bzw. X2-Einheit Bezug genommen. Jede der Einheiten 178 bis 182 enthält einen elektrisch betriebenen bidirektionalen Schrittmotor 184, der mit einem Kodierer 186 ausgerüstet ist und eine drehbare Ausgangswelle 188 hat. Zusätzlich hat jeder Motor einen Schlitten 190, 192 bzw. 194 mit einer zentralen Öffnung, der an dem oberen Ende jedes Schrittmotors 184 befestigt ist. Anhand der 7 und 9 ist ersichtlich, daß der Schlitten 192 ein längliches, mit einer zentralen Öffnung versehenes integrales Blockelement ist und allgemein T-förmige Seitenoberflächen 196, 198 hat, wobei die Längsachse des Blocks in einer senkrechten Transversalbeziehung relativ zu der längs verlaufenden Bahnrichtung durch die Station 32 orientiert ist. Hängende Endrand-Jochlager 199 werden benachbart zu den äußeren Enden des Schlittens 192 gehalten. Zusätzlich hat der Schlitten 192 eine obere Oberfläche 200 mit einer zentralen Öffnung. Auf ähnliche Weise haben die Schlitten 190 und 194 beabstandete, etwas T-förmige Seitenoberflächen und entsprechende obere Oberflächen 202 und 204; diese Schlitten haben ebenso endständige Jochlager 201 (siehe 5). Im Falle der Schlitten 190 und 194 sind jedoch deren Längsachsen quer zu den Oberflächen 196, 198 orientiert, d. h. sie sind in Ausrichtung mit der längs verlaufenden Bahnrichtung durch die Station 32.
Die Einheiten 178 bis 182 werden unterhalb der Unterdruckplatte 142 für eine begrenzte Translationsbewegung davon während der Bewegung der Platte 142 gehalten. Genauer gesagt sind die Einheiten 178 bis 182 auf einer quer verlaufenden, etwas L-förmigen Montierungsschiene 206 montiert, die drei seitlich beabstandete einheitaufnehmende Öffnungen 208, 210 und 212 hat, die jeweils den Schrittmotor 144 jeder Einheit 178, 180 bzw. 182 aufnehmen. Die obere Oberfläche der Schiene 206 benachbart zu jeder der Öffnungen 208 bis 212 ist mit einem Paar auf Abstand befindlicher Schienen oder Führungseinheiten für jede zugeordnete Einheit versehen. Das heißt, Einheitsführungen 214, 216 befinden sich über die Öffnung 208 und sind quer zu der längs verlaufenden Richtung durch die Station 32 orientiert; Einheitsführungen 218, 220 sind benachbart zu der Öffnung 210 vorgesehen und sind in Ausrichtung mit der Längsrichtung orientiert; und Einheitsführungen 222, 224 sind benachbart zu der Öffnung 112 parallel mit den Führungen 214, 216 vorgesehen. Die Jochlager 201 bilden ein Teil der Schlitten 190 und 194 und nehmen die Einheitsführungen 214, 216 bzw. 222, 224 auf. Ähnlich nehmen die Jochlager 199, die ein Teil des Schlittens 192 bilden, die Einheitsführungen 218, 220 auf. Auf diese Weise ist jede der Einheiten 178 bis 182 in begrenztem Maße innerhalb der zugeordneten Schienenöffnungen 208 bis 212 verschiebbar.
Die Einheiten 178 bis 182 sind mittels identischer jeweiliger exzentrischer Kopplungsanordnungen 226, 228, 230 mit der Unterdruckplatte 142 gekoppelt. Diese Anordnungen enthalten jeweils einen festen Stiftverbinder 232, der an der Unterdruckplatte 142 oberhalb jeder darunterliegenden Einheit 178 bis 182 befestigt ist. Jeder solcher Verbinder enthält einen Hängestift 234, wie am besten in 9 zu sehen ist. Eine Verbindung zwischen den einzelnen Schrittmotor-Ausgangswellen 188 und den zugeordneten Stiften 234 wird durch Vorsehen von exzentrischen Blöcken 236 hergestellt, wie wiederum am besten in 9 gezeigt ist. Der Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen den Stiften 234 und 188 für jede Einheit 178 bis 182 definiert die Kurbelarmlänge für diese Einheit.
Die Gesamtpositioniervorrichtung 40 enthält auch die zuvor erwähnten CCD-Kameras 86, 88, die an Montierungen 242, 244 gehalten sind, die von der Platte 82 herabhängen (10). Die Kameras 86, 88 sind mit zugeordneten Prismen 246, 248 versehen, die an dem Stempelaggregat 34 montiert sind, wobei das letztere ferner feste Positionsmarkierungen 250, 252 aufweist. Vorzugsweise enthält jede Markierung 250, 252 eine geschlossene Linie, die ein Quadrat bildet, wobei der offene Bereich des Quadrats der Größe einer der Bezugsmarkierungen 44 an jedem Segment 38 entspricht. Wenn zum Beispiel ausgefüllte, kreisförmige Bezugszeichen auf die Bahn gedruckt sind, würden die Bezugsmarkierungen 250, 252 ein Quadrat mit einer inneren Fläche aufweisen, die in der Breite und Höhe gleich dem Durchmesser der kreisförmigen Bezugszeichen ist. Zwischen jeder Bezugsmarkierung 250, 252 und dem gewünschten Ort der entsprechenden Markierung 44 erstreckt sich eine freie Sichtlinie mit einem zugeordneten Spaltprisma 246 oder 248 entlang der Sichtlinie. Die entlang der Sichtlinie von oberhalb und unterhalb des Spaltprismas projizierten Bilder werden beide seitlich als ein einziges zusammengesetztes Bild reflektiert, in dem sowohl die Referenzmarkierung als auch die Bezugsmarkierung auf der Bahn sichtbar sind. Die Kameras 86, 88 sind somit vertikal mit einem zugeordneten Spaltprisma 246, 248 ausgerichtet, so daß jede Kamera das von dem Prisma reflektierte zusammengesetzte Bild empfängt. Beispielsweise kann jede CCD-Kamera mit einer zweidimensionalen Anordnung von 512×489 Pixeln versehen sein und gibt für das Bild repräsentative Analogsignale aus. Diese Signale werden durch eine herkömmliche Analog-Digital-Wandlereinrichtung in digitale Signale konvertiert. Auch sind Linsen, die ein Teil jeder CCD-Kamera bilden, zum Fokussieren der Kamera auf das entsprechende Spaltprisma vorgesehen. Vorzugsweise fokussieren die Linsen die Anordnung auf eine Fläche von etwa 1/6 Quadratzoll, um die gewünschte Auflösung zum Ausrichten der Stempeleinheit und der Zielfläche 42 jedes Segments 38 innerhalb von etwa 2/10 000 eines Zolls zu erhalten.
Wie schematisch in 11 veranschaulicht, ist als Teil der Vorrichtung 40 eine Computersteuerung 254 vorgesehen, die typischerweise eine zentrale Verarbeitungseinheit, eine Eingabevorrichtung, Anzeigemittel und einen Speicher zum Speichern von Daten und geeigneter Software aufweist. Wie gezeigt, sind die Kameras 86, 88 mit der Steuerung gekoppelt, die auch Verbindungen zu den Schrittmotoreinheiten 178 bis 182 hat. Zusätzlich ist die Steuerung 254 mit den Rollenmotoren 104, 106 und 124, 126, den Spanneinheiten 108, 110, 116 und 118 und Schrittmotoren 128 zum Steuern der Bahnen 100, 102 verbunden. Allgemein gesagt, sobald ein gegebenes Segment 38 durch eine geeignete Betätigung der Zufuhranordnung 36 zum Bewegen der Bahn 100 oder 102 um eine vorbestimmte axiale Distanz anfänglich und grob innerhalb der Station 32 positioniert ist, wird das mit der Platte 142 verbundene Unterdrucksystem betätigt, um das Segment 38 fest an der Platte 142 zu greifen. Der geeignete stromabwärtsliegende Aufnahmespulenmotor 124 oder 126 und die zugeordneten Antriebsrollensätze 116, 118 werden dann umgekehrt, um die Bahn 100 oder 102 stromabwärts der Station leicht zu lockern, wodurch die Bahnspannung vermindert wird. Dieses Merkmal läßt zusammen mit den Einstellungen der stromaufwärts gelegenen Bahnspanneinheiten 108, 110, die eine leichte Bahnbewegung erlauben, eine Bahnsegmenteinstellung entlang der orthogonalen X- und Y-Achsen und eine Bahndrehbewegung zu, ohne befürchten zu müssen, daß sich die Bahn spaltet oder reißt.
Die Kameras 86, 88 werden als nächstes betätigt, um Bilddaten zu erzeugen. Die Steuerung 254 empfängt solche Bilddaten von den Kameras 86, 88 und vergleicht die relativen Positionen der Referenzmarkierungen 250, 252 und der Markierungen 44 für das Segment 38 und erzeugt geeignete Fehlerdaten, die die Differenz zwischen den aktuellen X-, Y- und θ-Positionen der Markierungen 44 und ihrer gewünschten Positionen, wie von den Referenzmarkierungen 250, 252 dargestellt, repräsentieren. Die Position der Platte 142 ist auch über die Kodierer 186 jedes Schrittmotors 184 bekannt. Die Differenzdaten werden dann von der Steuerung in der zu beschreibenden Weise verwendet, um die Einheiten 178 bis 182 selektiv anzutreiben, um die Position der Vakuumplatte 142 und somit des Segments 38 zu ändern, bis die Markierungen 44 mit den zugeordneten Referenzmarkierungen (innerhalb vorgewählter Toleranzen) ausgerichtet sind. Die Einstellung des Segments 38 erfolgt natürlich, während das Segment ein Teil der Bahn bleibt, wobei die letztere das erforderliche geringfügige Maß an Einstellung aufgrund der beschriebenen Lockerung der Bahn aufnimmt. Zu diesem Zeitpunkt kann auf die übliche Weise mit dem Abstanzen begonnen werden, indem der obere stempeltragende Bereich des Stempelaggregats 34 in Schneidkontakt mit dem Segment 38 abgesenkt wird. Nach einem derartigen Schneidvorgang wird die Anordnung 36 betätigt, um das nächste Segment 38 in die Station 32 zu bewegen, wo der Vorgang wiederholt wird.
Die Steuerung 254 wendet auch die berechnete Differenz zwischen dem aktuellen axialen oder longitudinalen Abstand zwischen den Bezugszeichen 44 und den Markierungen 250, 252 an, um die Zufuhranordnung 36 zu steuern. Das heißt, nach jeder Segmentzufuhrtätigkeit wird der axiale Abstand der Bahnzufuhr für die nächste Betätigung der Anordnung 36 variiert, um den bestimmten axialen Abstandsfehler zu kompensieren. Auf diese Weise wird die anfängliche Bahnzufuhr gesteuert, um zu verhindern, daß sich Ungenauigkeiten in dem anfänglichen Zufuhrschritt bis zu einem Punkt akkumulieren, wo aufeinanderfolgende Segmente 38 nicht mehr in eine genügend enge Ausrichtung gebracht werden könnten, so daß die Kameras 86, 88 gleichzeitig ein Bild betrachten können, das die festen Markierungen 250, 252 und die Bezugszeichen 44 enthält. Die Steuerung 254 steuert somit die Arbeitsweise der Motoren der Antriebsanordnung 36 in Reaktion auf die axialen Differenzdaten, die während der vorhergehenden Arbeitssequenz berechnet wurden.
Um das Verfahren und den Algorithmus besser zu verstehen, mit denen die Unterdruckplatte 142 eingestellt wird, um eine genaue Ausrichtung jedes jeweiligen Segments 38 in der Station 32 sicherzustellen, wird auf die 18 und 19 verwiesen, die eine schematische Darstellung eines für die Vakuumplatte 142 repräsentativen X-Y-θ-Tisches bzw. eine schematische Darstellung sind, die die Bewegungen der jeweiligen Antriebseinheiten 178 bis 182 zeigt. In diesen Figuren haben die Symbole die folgenden Definitionen:

X1 = Antriebseinheit 178;
Y = Antriebseinheit 180;
X2 = Antriebseinheit 182;
T = Abstand zwischen Bezugszeichen;
C_x1 = radiale exzentrische Länge oder Kurbellänge der Antriebseinheit X1 (Antriebseinheit 178);
C_y = radiale exzentrische Länge oder Kurbellänge der Antriebseinheit Y (Antriebseinheit 180);
C_x2 = radiale exzentrische Länge oder Kurbellänge der Antriebseinheit X2 (Antriebseinheit 182);
α = Winkel zwischen der Y-Achse und der Antriebseinheits- X1-Kurbellänge;
γ = Winkel zwischen der X-Achse und der Antriebseinheits- Y-Kurbellänge;
β = Winkel zwischen der Y-Achse und der Antriebseinheits- X2-Kurbellänge; und
M = Länge zwischen den Achsen der Plattenstifte 234.

Wie aus diesen Figuren ersichtlich, ist der X-Y-θ-Tisch (d. h. die Unterdruckplatte 142) über die drei Stifte 234 durch radiale exzentrische Längen oder Kurbelarme C_x1, C_y und C_x2 angebracht, die von den entsprechenden Schrittmotoren angetrieben werden. Die Einheiten X1 und X2 gleiten entlang der Y-Achse, während die Einheit Y entlang der orthogonalen X-Achse gleitet. Die zentralen Achsen all der Stifte 234 liegen auf einer gemeinsamen geraden Linie, wobei die drei Stifte vorzugsweise gleich beabstandet sind. Die Einheiten X1 und X2 haben dieselbe Kurbellänge, aber die Kurbellänge C_y kann verschieden sein.
Mit jeder Kurbel sind zwei Arten von Bewegung assoziiert:
eine aktive Drehbewegung der Motorwellen 188, die durch die effektiven Kurbelarme der Exzenter 236 die Unterdruckplatte 142 bewegen, und eine passive Translation (Gleiten) der einzelnen Antriebseinheiten, um eine solche Plattenbewegung aufzunehmen. Um eine Translation des Tisches oder der Platte 142 entlang der X-Achse zu erreichen, drehen sich die mit den Einheiten X1 und X2 verknüpften Kurbelarme in entgegengesetzten Richtungen (einer im Uhrzeigersinn, der anderen im Gegenzeigersinn, oder umgekehrt), während die Y-Einheit nach oben oder unten gleitet. Eine Drehbewegung des Tisches (um eine quer zu der Ebene des Segments verlaufende Achse) wird durch Drehen sowohl des X1- als auch des X2-Kurbelarmes in derselben Richtung (im Uhrzeigersinn für eine Drehbewegung des Tisches im Gegenzeigersinn oder im Gegenzeigersinn für eine Drehbewegung des Tisches im Uhrzeigersinn) ohne irgendeine Verschiebebewegung der Y-Einheit erreicht. Die Translation des Tisches oder der Platte 142 entlang der Y-Achse wird durch Drehbewegung des Y-Kurbelarms erzielt, wobei die X1- und X2-Einheiten beide zusammen nach links oder rechts gleiten. Immer dann, wenn sich die X1- oder X2-Kurbelarme von der Y-Achse wegdrehen, gleiten die X1- oder X2-Antriebseinheiten nach innen; immer dann, wenn sich die X1- oder X2-Kurbelarme auf die Y-Achse zu drehen, gleiten die X1- oder X2-Antriebseinheiten nach außen. Wenn sich der Y-Kurbelarm von der Y-Achse wegdreht, gleitet die Y-Einheit nach oben; wenn sich der Y-Kurbelarm auf die X-Achse zudreht, gleitet die Y-Einheit nach unten. Weil das System nichtlinear ist, ist für denselben Betrag der Translation oder Rotation des Tisches der Betrag jeder einzelnen Kurbelarmbewegung bei verschiedenen Kurbelwinkeln verschieden. Aus demselben Grund haben für eine einzelne Translation entlang der X-Achse oder für eine Tischrotation die Drehbewegungen des X1- und des X2-Kurbelarms nicht notwendig denselben Betrag, sondern hängen von den Kurbelwinkeln ab.
Speziell unter Bezug auf 19 ist ersichtlich, daß zu jedem gegebenen Zeitpunkt das folgende gilt: 2Msinθ = C_x(sinα + sinβ) (1) Y = C_ysinγ (2)

1. Für eine reine T-Drehbewegung (Schwenken am Zentralstift) mit (+)Δθ C_x(sinα₂ – sinα₁) = M(sinθ₂ – sinθ₁) daher

Aus (1) haben wir
und
woraufhin bei gegebenem Δθ und unter Verwendung von (3) und (4)
Ähnlich,

2. Für eine reine X-Translation mit (+) Δx, aus (1) sinα₁ + sinβ₁ = sinα₂ + sinβ₂ (7) C_xsinα₂ = C_xsinα₁ + Δx
und
Ähnlich,
und
(8) kann ebenso durch Ersetzen von sinβ₂ in (7) mit dem von in (10) erhalten werden.
3. Für eine reine Y-Translation mit (+)Δy haben wir aus (2)
4. Zusammengesetzte Bewegung

Aus (1), (2), (9), (11) und (12) ist ersichtlich, daß eine Y-Bewegung unabhängig von einer X-T-Bewegung ist; daher wird im folgenden nur eine X-T-Bewegung diskutiert.
Die anfängliche Position sei α₀, β₀, die gewünschte Translation Δx und Rotation Δθ, die resultierende Position α₂, β₂.
Obwohl es sich um ein nicht-lineares System handelt, kann eine gleichzeitige, 3-achsige Bewegung erhalten werden, wenn das folgende eingeführt wird:

a. Zuerst Δx, angekommen bei α₁, θ₁, dann Δθ, ergibt aus (5) und (8)

Nach (3) oder (4) kann (14) geschrieben werden als f(α₂) = f_x(α₀, β₀, Δx) + f₀(α₀, β₀, Δθ) + Const (15) hier

Const = sinα₀ (19)

b. Zuerst Δθ, angekommen bei α₁, θ₁, dann Δx, ergibt aus (8) und (5)
(14), (15) und (20) zeigt die Unbhängigkeit der Bewegungssequenz.

Aus (3), (4) und (18) ergibt sich
Somit werden die folgenden Bewegungsgleichungen hergeleitet: α₂ = sin^–1(f_x + f_θ + sinα₀) (21) β₂ = sin^–1(–f_x + f_θ + sinβ₀) (22) γ₂ = sin^–1(f_y + sinγ₀) (23) hier
mit

5. Bestimmung von ΔX, ΔY und Δθ

Die Positionsdifferenzen in der Kamera 86 und der Kamera 88 können in einen physikalischen Fehler übersetzt werden.
Die Koordinatensystem-Drehtransformation ist
So kann die Inkrementgleichung hergeleitet werden als
hier

α_i = Kx_i·cosΘ (31) b_i = Kx_i·sinΘ (32) c_i = Ky_i·cosΘ (33) d_i = Ky_i·cosΘ (34)
θ_i ist der Winkel zwischen dem Kamera-I-Koordinatensystem und dem physikalischen Tisch-Koordinatensystem.
Kx₁, Kx₂, Ky₁, Ky₂ sind die Kamerabewegungs-Skalierungsfaktoren der X- und Y-Achse der Koordinatensystemeinheit der Kamera 86 und der Kamera 88 gegen die Koordinatensystemeinheit des Tisches.
Um den physikalischen Fehler zu messen, wird die Durchschnittsmethode verwendet, wie durch das Folgende gezeigt. Es wird angenommen, daß die Linie l und die Linie l' ausgerichtet werden sollen.
Der zentrale Punkt der Linie l wird bestimmt durch
und der zentrale Punkt der Linie l' wird bestimmt durch
Daher ist die Verschiebung der zentralen Punkte zwischen zwei Linien
Der Theta-Fehler kann gefunden werden durch
hier,
T ist der Abstand zwischen Ziel 1 und Ziel 2, ΔX₁₂ = ΔX₁ – ΔX₂ ΔY₁₂ = ΔY₁ – ΔY₂ für Δθ << 1, ΔX₁₂ >> ΔY₁₂,
Da die auszurichtende Ziellinie neben dem Schwenkzentrum ist, wird durch die θ-Korrektur ein zusätzlicher Translationsfehler eingeführt. Der zusätzliche X-Fehler hebt sich auf. Der zusätzliche Y-Fehler kann durch Bezug auf 20 bestimmt werden, wobei D = der Abstand zwischen der Y-Achse und der Bezugslinie T; R = der Abstand vom Ursprung zu dem Bezugszeichen; Δθ = Rotationsfehler; und ΔY' = der Abstand der Y-Achsen-Verschiebung, die durch eine Rotation um Δθ erzeugt wird.
Somit, ΔY' = Δθ·R·sinα = Δθ·D (39) hier ist D der Abstand zwischen der Y-Achse und der Ziellinie T.
Daher ist die gesamte erforderliche Y-Bewegung die Summe von (29) und (39).
Somit haben wir
Die Auflösung und der Bewegungsbereich der bevorzugten Vorrichtung 40 wird wie folgt bestimmt. Die Diskussion kann auf
beschränkt werden, da Symmetrie besteht.
Die folgenden Konstruktionsparameterwerte werden zur Verifikation verwendet.
Alle Motorkodierer bei der bevorzugten Ausführungsform haben 4000 Impulse/Umdrehung, so daß ein Kodiererimpuls Δα = Δβ = Δγ = 0,09° erzeugt. M = 3,0'', C_x = C_y = 0,050'', T = 5,562'', D = 7,09''.

1. Auflösung
a. X-Achse

Aus (8) haben wir ΔX = C_x(sin(α₁ + Δα) – sinα)
Wende die erste und die zweite Ableitung an und benutze sie
Aus (43) wird der Extremwert erhalten bei
oder
α₁ = 90° – Δα
Aus (44) wird angezeigt, daß es eine monoton abnehmende Funktion ist.
Somit Minimum ΔX = C_x(1 – sin(90° – Δα)) (45)
Das Maximum wird erhalten bei
α₁ = 0 Maximum ΔX = C_xsin(Δα) (46)
Bei dieser Konstruktion X-Auflösung = 0,05sin(0,09°) = 0,000078539''

b. Y-Achse Ähnlich, Minimum ΔY = C_y(1 – sin(90° – Δα)) (47) Maximum ΔY = C_ysin(Δγ) (48)

Bei dieser Konstruktion, Y-Auflösung = 0,000078539''

c. T-Achse

Aus (5)
Wende die erste Ableitung an und benutze sie
Mit (49), (3) und (4) kann gefunden werden, daß bei
α₁ = 90° – Δα
Minimum
Ähnlich, das Maximum erhalten bei
α₁ = O
Maximum
Bei dieser Konstruktion, Δθ = sin^–1 (0.005) / 3sin(0.09°)) = 0.0015°
T-Auflösung AX_θ = sin( Δθ / 2)T = sin(0.0015/2)·5.562 = 0.000072806''

2. Bewegungsbereich
a. X-Achse

Aus (8) ΔX = C_x(sin(α₁ + Δα) – sinα₁)
Für
α = –90°
α₁ + Δα = 90° X-Bewegungsbereich ΔX = 2C_x (52)
Bei dieser Konstruktion, maximale X-Bewegung = 0,1''

b. Y-Achse Ähnlich, Y-Bewegungsbereich ΔY = 2C_y (53)

Bei dieser Konstruktion, maximale Y-Bewegung = 0,1''

c. θ-Achse

Aus (49)
Für
α = –90°
β₁ = –90°
α₁ + Δα = 90°
θ-Bewegungsbereich
Bei dieser Konstruktion, maximale θ-Bewegung = 0,954973873° ΔX_θ = sin( Δθ / 2)T = sin(0.955/2)·5.562 = 0.04635''
Als nächstes wird die Aufmerksamkeit auf die 17A und 17B gerichtet, die ein Flußdiagramm der bevorzugten Software sind, die den oben beschriebenen Algorithmus beinhaltet. Diese Software ist in der Computersteuerung 254 gespeichert, wobei die letztere mit den Antriebseinheitskodierern und den Schrittmotoren sowie mit den Kameras 86, 88 verbunden ist (siehe 11).
Im ersten Schritt wird die Segmentausrichttätigkeit durch Erhalten von Bildern von den Kameras 86, 88 bei 256 gestartet. Wie zuvor erklärt, enthalten solche Bilder sowohl Daten in bezug auf die Referenzmarkierungen 250, 252 als auch die aktuellen Orte der Bezugszeichen 44 auf dem Segment 38. Diese erhaltenen Bilder werden dann durchsucht (Schritt 258), um darin die Bezugszeichenbilder zu bestimmen. Eine erste Suche (Schritt 260) initiiert diese Bestimmung. In dem anfänglichen Unterprogramm werden die Daten in bezug auf die Referenzmarkierungen 250, 252 erhalten (Schritt 262), und die aktuellen Lagen der Bezugszeichen 44 werden im Vergleich zu der Lage der Referenzmarkierungen 250, 252 fixiert (Schritt 264). In nachfolgenden Bestimmungen kann aufgrund der Tatsache, daß die Referenzmarkierungen 250, 252 fixiert sind, auf den Schritt 262 verzichtet werden. In dem nächsten Schritt 266 bestimmt das Programm die Differenzen zwischen den gewünschten und aktuellen Lagen der Bezugszeichen 44. Diese Daten werden dann manipuliert, um die X-Achsen-Differenzen und die Y-Achsen-Differenzen in einen physikalischen Fehler umzuwandeln, wie in dem obigen Algorithmus beschrieben (Schritte 268, 270). Die in diesen letzteren Schritten gemachten Bestimmung wird dann angewandt, um den θ-Fehler (272) auszurechnen, gefolgt von einer Berechnung eines durch die θ-Korrektur verursachten zusätzlichen Y-Achsen-Fehlers, Schritt 274, siehe 20 und die damit verbundene obige Diskussion.
Als nächstes bestimmt das Programm, ob die X-, Y- und θ-Werte für die Bezugszeichen 44 innerhalb der vorgewählten Toleranzen sind (Schritt 276). Wenn diese Werte innerhalb der Toleranz sind, ist die Ausrichtoperation vollständig, wie in Schritt 278 gezeigt, und es ist keine Einstellung des Segments 38 mittels der Unterdruckplatte 142 erforderlich. Wenn jedoch irgendeiner dieser Werte außerhalb der Toleranz ist, bestimmt das Programm als nächstes, wie und in welchem Ausmaß die Unterdruckplatte 142 bewegt werden muß, um die Lagegenauigkeit zu korrigieren.
Im ersten Schritt werden die Bewegungsparameter initialisiert (Schritt 280), und der Y-Achsen-Fehler wird als die Summe des ursprünglichen Fehlers plus eines zusätzlichen durch Drehbewegung verursachten Fehlers bestimmt (Schritt 282). Als nächstes bestimmt das Programm, ob irgendein X-Achsen- oder θ-Fehler vorliegt (Schritt 284). Wenn kein solcher Fehler bestimmt ist, schreitet das Programm zum Schritt 286 vor und bestimmt, ob irgendein Y-Achsen-Fehler vorliegt. Wenn die Antwort nein ist, führt das Programm als nächstes den Schritt 288 durch und berechnet die erforderliche Translationskomponente für die Y-Achse. Der letzte Schritt ist die Ausführung der erforderlichen Positionierinstruktionen an die Schrittmotoren 184 der jeweiligen Antriebseinheit 178 bis 182 (Schritt 290) und eine Rückkehr an den Startpunkt für die nächste Bestimmung.
Wenn andererseits im Schritt 284 ein X-Achsen- und/oder θ-Fehler bestimmt wird, werden die X1- und X2-Kurbelarmwinkel über die Schrittmotorkodierer gelesen (Schritt 286a), und X-Achsen- und θ-Translations- und Rotationskomponenten werden berechnet (Schritte 292, 294). Das Programm schreitet dann zum Schritt 286 fort, wie zuvor erwähnt. Wenn im Schritt 286 sichergestellt wird, daß kein Y-Achsen-Fehler vorliegt, schreitet das Programm wiederum fort, um die Schritte 288, 290 auszuführen. Wenn jedoch ein solcher Fehler bestimmt wird, berechnet das Programm die gewünschte Kurbelpositionen für die X1-, X2- und Y-Antriebseinheiten (Schritt 296), und der Y-Kurbelwinkel wird gelesen (Schritt 298). Nach Abschluß dieser Routinen schreitet das Programm dann durch die Schritte 288 und 290 zur Fertigstellung fort, wie gezeigt.
Als nächstes wird die Aufmerksamkeit auf die 12 bis 16 gerichtet, die eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung veranschaulichen, wobei Segmente in der Form von Blättern/Tafeln verarbeitet werden können. (Der hier in bezug auf das in den Vorrichtungen der Erfindung zu verarbeitende Material verwendete Begriff ”Segment” soll sowohl Bereiche einer fortlaufenden Bahn als auch diskrete Blätter/Tafeln abdecken.) Wie in 13 gezeigt, ist die Positionieranordnung 300 einer Blatt/Tafelgespeisten Verarbeitungsvorrichtung wie eines Abstanzers oder einer Laminiereinheit abgebildet. Die Anordnung 300 enthält allgemein eine Tafel einer Segmenthalterung 302 mit einer zentralen, allgemein rechteckigen Öffnung 304, wobei eine Unterdruck-Niederhalteplatte 306 innerhalb der Öffnung 304 angeordnet ist, eine Bewegungsanordnung 308, die betriebsfähig mit der Platte 306 gekoppelt ist, und eine Blatt/Tafel-Zufuhranordnung 310.
Im Detail ist die Halterung 302 in der Form einer metallischen Platte 312, die zwei Paare von Riemenwegschlitzen 314, 316 und 318, 320 aufweist, die jeweils an entgegengesetzten Seiten der Öffnung 304 angeordnet sind. Die Halterung 302 enthält auch ein Paar länglicher, stabähnlicher Elemente 322, 324, die an der Unterseite davon benachbart zu den Seitenrändern der Öffnung 304 befestigt sind und sich nach innen erstrecken, wie am besten in 14 zu sehen ist. Die Elemente 322, 324 sind an der Platte 312 mittels Befestigungsmitteln 326 angebracht. Ein Nasenelement 328 ist ähnlich an der Unterseite der Platte 312 benachbart zu der vorderen Querkante davon befestigt.
Die Niederhalteplatte 306 enthält eine obere metallische Platte 330 mit einer Reihe von Unterdrucköffnungen 3323 dort hindurch. Die Platte 330 ist an einem darunterliegenden Block 334 befestigt, wodurch in Zusammenwirkung ein Kanal 336 direkt unterhalb der Platte 330 definiert wird (siehe 14). Ein Paar Vakuumanschlüsse 338, 340 sind in dem Block 334 vorgesehen, wobei diese über vertikale Verbindungswege 342 mit dem Kanal 336 in Verbindung stehen (15). Diese Anschlüsse 338, 340 sind für eine Verbindung mit einem Unterdrucksystem eingerichtet, das nicht gezeigt ist. Die Platte 330 und der Block 334 sind innerhalb der Öffnung 304 mit Hilfe von Elementen 322, 324 gehalten. Wie in 13 veranschaulicht, ist die Öffnung 304 so dimensioniert, daß sie etwas größer ist als die Platte 330, um so eine begrenzte Bewegung der letzteren innerhalb der Grenzen der Öffnung 304 zuzulassen.
Die Bewegungsanordnung 308 enthält einen länglichen Kanal 344, der unterhalb des Blocks 334 angeordnet ist und drei auf Abstand befindliche Schrittmotor-Antriebseinheiten 346, 348 und 350 trägt. Zu diesem Zweck hat der Kanal 344 drei allgemein rechteckige Öffnungen, die dort hindurch vorgesehen sind, nämlich endständige Öffnungen 352 und 354, die mit den Längsachsen quer in bezug auf die Längsachse des Kanals 344 orientiert sind, und eine zentrale Öffnung 356, die mit ihrer Längsachse parallel zu der des Kanals 344 orientiert ist. Jeder der Antriebseinheiten enthält einen Schrittmotor 358 sowie einen zugeordneten Kodierer 360 und eine drehbare Ausgangswelle 362. Zusätzlich hat jede der Einheiten einen Schlitten 364, 366 bzw. 368, der es ermöglicht, die Einheit während des Betriebs der Anordnung 30 zu verschieben. Jeder solcher Schlitten ist in der Form eines mit einer zentralen Öffnung versehenen Blocks, der allgemein T-förmige Seitenwand-Oberflächen 370 und eine mit einer Öffnung versehene Oberseiten-Oberfläche 372 hat. Jeder Schlitten 364 bis 368 ist mit einem Paar hängender Jochlager 374, 376 versehen. Im Falle der endständigen Schlitten 364 und 368 sind diese Jochlager parallel zur Längsachse des Kanals 344 orientiert, während bei dem zentralen Schlitten 366 die Jochlager senkrecht zu dieser Längsachse orientiert sind. Ein Paar Führungen 378, 380 vom Schienentyp sind an gegenüberliegenden Seiten jeder Öffnung 352 bis 356 an dem Kanal 344 befestigt und passen zu den beschriebenen Jochlagern für jeden Schlitten 364 bis 368. Somit sind die Führungen 378 bis 380 für die endständigen Schlitten 364 bis 368 mit der Längsachse des Kanals 344 ausgerichtet, während die Führungen für den zentralen Schlitten 366 senkrecht zu dieser Achse sind.
Der Schrittmotor 358 jeder Antriebseinheit 346 bis 350 ist durch einen exzentrischen Kopplungsmechanismus betriebsfähig mit der Unterseite des Blocks 334 gekoppelt. Ein exzentrischer Block 382 ist an jeder Motorausgangswelle 362 befestigt, wie am besten in 12 zu sehen ist. Der Block 334 ist mit drei auf Abstand angeordneten stationären Kopplern 384 ausgerüstet, von denen jeder einen nach unten vorspringenden Stift 386 hat. Die Stifte 386 werden von geeigneten versetzten Öffnungen in dem entsprechenden exzentrischen Block 382 aufgenommen. Der Zentrum-Zentrum-Abstand zwischen den Stiften 362, 386 für jede Einheit definiert die Kurbellänge für diese Einheit. Auch liegen die Achsen der drei Stifte 386 auf einer gemeinsamen geraden Linie.
Die Zufuhranordnung 310 enthält insgesamt vier Endlosriemen 388, 390, 392, 394, die auf Rollen 396 montiert sind. Die Rollen 396 sind drehbar auf geeigneten Kreuzwellen 398, 400 montiert.
Die oberen Strecken jedes der Riemen 388 bis 394 sind innerhalb der entsprechenden Riemenwegschlitze 314 bis 320 aufgenommen, wie aus einer Betrachtung der 13 und 15 verständlich ist.
Beim Betrieb der Anordnung 300 wird zunächst ein Blatt/eine Tafel über die Riemen 388 bis 394 für eine grobe Positionierung auf der Platte 312 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Unterdrucksystem betätigt, so daß durch die Öffnungen 332 ein Unterdruck gezogen wird, um so das Blatt/die Tafel zu halten. Die Antriebseinheiten 346 bis 350 werden dann betätigt, soweit erforderlich, um so die Platte 306 und den Block 334 innerhalb der Öffnung 304 zu verschieben, um so das Blatt/die Tafel innerhalb der Anordnung 300 genau zu positionieren. Eine Abstanz- oder Laminier- oder andere Tätigkeit kann dann an dem genau positionierten Blatt (bzw. der Tafel) durchgeführt werden, woraufhin die Anordnung 310 erneut betätigt werden kann, um das bearbeitete Blatt (bzw. die bearbeitete Tafel) aus der Anordnung zu bewegen.
Es ist einzusehen, daß die Bewegungsanordnung 308 auf eine Weise gesteuert werden kann, die ähnlich zu der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen ist, oder durch irgendwelche anderen äquivalenten Mittel. Allgemein gesagt, alles, was erforderlich ist, ist, daß Referenzdaten bereitgestellt werden, die der gewünschten Endposition des Blattes/der Tafel entsprechen, zusammen mit Mitteln zum Vergleich der aktuellen Anfangsposition des Blattes/der Tafel mit diesen Referenzdaten. Mit dieser Information können die Antriebseinheiten 346 bis 350 für das endgültige genaue Positionieren des Blattes/der Tafel in geeigneter Weise betrieben werden.
Die Verwendung der Erfindung erlaubt einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der Größenordnung von 40 bis 45 Takten/Minute mit Verweildauern von 200 Millisekunden zwischen den Hüben.
Obwohl die Erfindung im Detail anhand einer Abstanzvorrichtung beschrieben ist, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Die Erfindung kann vielmehr bei einer Anzahl von Anwendungen gebraucht werden, die eine hohe Geschwindigkeit und eine Wiederholung von Tätigkeiten bei hoher Genauigkeit erfordern, wie zum Beispiel verschiedene Anstrichtechniken.

Claims

Bearbeitungsvorrichtung (30) zum Empfangen und Bearbeiten einzelner Segmente (38) eines Materials, mit einem Element (142) zum Empfangen und Halten des einzelnen Materialsegments, wobei eine Einrichtung (40) zur genauen Positionseinstellung des Elements vorgesehen ist, mit – einer ersten (178), einer zweiten (180) und einer dritten (182) Einstelleinheit, die selektiv betätigbar sind, wobei jede einen mit einem Ausgang (188) ausgerüsteten Motor (184) und eine Kopplungsanordnung (226, 228, 230) aufweist, die jeden Motorausgang (188) an entsprechenden voneinander beabstandeten festen Punkten mit dem Element (142) betriebsfähig koppelt, – Haltestrukturen (214, 216, 218, 220, 222, 224) getrennt von dem Element (142), die jeweils einen festen Verschiebeweg für jede der Einstelleinheiten unabhängig von dem Element (142) definieren, wobei zumindest ein Teil (184, 190, 192, 194) jeder Einstelleinheit bewegbar an einer entsprechenden einen festen Verschiebeweg definierenden Haltestruktur für eine translatorische Bewegung dort entlang montiert ist, wobei zwei der Verschiebewege (214, 216, 222, 224) linear zueinander ausgerichtet sind und der andere (218, 220) der festen Verschiebewege davon unabhängig und orthogonal zu diesen beiden festen Verschiebewegen ausgerichtet ist, – wobei das Element (142) in Reaktion auf eine Betätigung der Einstelleinheiten (178, 180, 182) verschiebbar ist, – wobei das Element (142) während einer Einstellung des Elements (142) relativ zu jedem der festen Verschiebewege verschiebbar ist, und – wobei eine Steuerung (254) zur selektiven Betätigung der Motoren (184) mit den Einstelleinheiten (178, 180, 182) gekoppelt ist, um das Element (142) einzustellen.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen, einen Verschiebeweg definierenden Haltestrukturen erste (214, 216), zweite (218, 220) und dritte (222, 224) Schienenführungen aufweisen, die die entsprechenden Motoren (184) der ersten (178), zweiten (180) bzw. dritten (182) Einstelleinheit für eine Verschiebebewegung davon halten.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebbare Teil (184, 190, 192, 194) jeder Einstelleinheit an einer zugeordneten festen, einen Verschiebeweg definierenden Haltestruktur (214, 216, 218, 220, 222, 224) für eine passive Verschiebung entlang des entsprechenden Verschiebewegs in Reaktion auf die Betätigung des Motors (184) zumindest einer der anderen Einstelleinheiten montiert ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Verschiebewege jeweils im Wesentlichen geradlinig verlaufen.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebbare Teil (190, 192, 194) jeder Einstelleinheit den zugeordneten Motor (184) der Einstelleinheit aufweist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Einstelleinheit der Ausgang des Motors einen drehbaren Schaft (188) aufweist und die mit einer jeweiligen Einstelleinheit (178, 180, 182) verknüpfte Kopplungsanordnung einen exzentrischen Koppler (226, 228, 230) zwischen dem Element (142) und dem entsprechenden Schaft (188) des Motorausgangs aufweist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der exzentrischen Koppler (226, 228, 230) einen Stift (232) mit einer Achse, der an einem zugeordneten festen Punkt drehbar in dem Element (142) aufgenommen ist, und einen exzentrischen Block (236) aufweist, wobei ein Teil des exzentrischen Blocks mit dem Stift und ein anderer Teil des Blocks mit dem entsprechenden Motorausgangsschaft (188) verbunden ist, so dass die Achse des Stifts in Bezug auf die Drehachse des Schafts exzentrisch versetzt ist.