Warum Bewegungsdesign wichtig ist Why motion design is important

Präsentation zum Thema: "Warum Bewegungsdesign wichtig ist Why motion design is important"—  Präsentation transkript:

1 Warum Bewegungsdesign wichtig ist Why motion design is important
Dipl.-Ing. Dipl-Inform. Rainer Nolte /

2 Historie von Nolte NC-Kurventechnik GmbH:
Why motion design ist important Historie von Nolte NC-Kurventechnik GmbH: Günther Nolte († 2001) gründete 1965 die Nolte NC-Kurventechnik als Ingenieurbüro für die Konstruktion von Sondermaschinen. 1972 startete er die Entwicklung von Kurvenberechnungsprogrammen. Er entwickelte auch die für alle Kurventechniker maßgebliche VDI-Richtlinie 2143 mit. 1980 kam Sohn Rainer Nolte 13-jährig zur Firma Nolte hinzu. Mit Spaß und Talent für Mathematik, Physik und Programmierung entwickelte er die bestehende Kurvensoftware zuerst in Basic weiter, dann unter UNIX, DOS und Windows neu und immer weiter bis zum heutigen Stand. Rainer Nolte ist Geschäftsführer der Nolte NC-Kurventechnik GmbH, die 1994 aus dem Ingenieurbüro Günther Nolte hervorging. Die Software wird unter dem Namen „OPTIMUS MOTUS ®“ vermarktet und dient der Auslegung und Optimierung mechanischer und elektronischer Kurven aller Art, insbesondere der dynamisch günstigen Gestaltung von Bewegungsabläufen („Bewegungsdesign“). Ziel ist immer, Maschinen schneller, ruhiger und langlebiger zu machen. Gerade die umfangreichen und an der Praxis orientierten Möglichkeiten zur Bewegungsoptimierung unterscheiden OPTIMUS MOTUS von allen anderen Cam-Editoren und Simulationsprogrammen. Bewegungsoptimierungen mit OPTIMUS MOTUS holen mehr aus der Maschine heraus. Nolte ergänzt den Vertrieb von Softwarelizenzen durch Dienstleistungsberechnungen, Schulungen, Hotline- und Updateservice, individuelle Softwareanpassungen und Seminare zur Mechanismentechnik. History of Nolte NC-Kurventechnik GmbH: Günther Nolte († 2001) founded Nolte NC-Kurventechnik in 1965 as engineering center for the development of special purpose machines. In 1972, he started to develop computer programs for calculating cams. He was one of those who developed the VDI guideline 2143 describing motion laws. This guideline was like a bible for all cam calculators in Germany for decades. 1980 his son Rainer Nolte came into the company when he was 13 years old. He had talent and fun in mathematics, physics and programming. First he improved the existing cam software in Basic, then redeveloped it for UNIX, DOS and Windows and still improves it today. The challenges never end. In 1994, the company was re-founded as GmbH (German version of Ltd.). Since then, Rainer Nolte is managing director of Nolte NC-Kurventechnik GmbH. The software is distributed with the brand „OPTIMUS MOTUS ®“ and used for evaluation and optimizaion of mechanical and electronic cams of all kinds. It is used especially for dynamically optimized motion design. Our goal is always to make machines faster, smoother and more durable. Especially the rich and field-tested tool set for motion design makes the difference between OPTIMUS MOTUS and other cam editors and simulation tools. Motion design with OPTIMUS MOTUS enhances machines more than motion design with other software. In addition to software licenses, Nolte offers calculations as engineering service, trainings, hotline and update service, individual software development and workshops in mechanism and motion design.

3 Beispiel Example Delta-Roboter für Pick&Place oder Führungs-
Why motion design ist important Beispiel Delta-Roboter für Pick&Place oder Führungs- Bewegung Vorgabe der Bahnkurve mit Überschneidungen in X / Y Berücksichtigung der Nichtlinearität des Mechanismus Optimierung der Beschleunigungen und der Belastung beider Motor-Getriebe-Kombinationen Ziele: Bestmögliche Ausnutzung der Antriebe Taktzahl maximieren Schwingungen am Greifer vermeiden durch weiche Bewegungen Example Delta roboter for Pick&Place or tool path motion Trace curve in X / Y with rounded corners as input Consider nonlinearities of the mechanism Optimize accelerations and loads on both motor/gear combinations Goals: Push the limits of motors and gears Best possible overall performance Avoid vibration at the tool center position by smooth motions

4 Why motion design ist important
Beispiel Sammelscheibe mit Eintakt-rechen (grün) in einer Verpackungsmaschine Ein Servomotor mit Getriebe treibt eine mechanische Schaltkurve an. Durch die Kombination von Servo und mechanischer Kurve werden die Antriebsbelastungen aus Eigenträgheiten (Motor+Getriebe) und Lastträgheit (Sammelscheibe) entzerrt, so dass die Taktzahl gesteigert werden kann. Beschleunigungen, Kräfte und Momente werden durch Simulation und Kollisionsbetrachtung verringert. Example Collecting wheel with rake (green) as part of a packaging machine A servo motor with gear drives a mechanical indexing cam. Combining a servo drive with a mechanical cam splits the loads resulting from motor and gear inertia on one hand and collecting wheel inertia on the other hand. This improves the overall performance of the collecting mechanism. Accelerations, forces and torques are minimized by grafical simulation and collision checking.

5 Beispiel Example (von 1998) (created 1998)
Why motion design ist important Beispiel (von 1998) Einrichtung zum Stapeln von Büchern 10 synchrone Servoachsen Große Vielfalt an Formaten und Stapel-Optionen Optimale Bewegungsgestaltung mit ruckfreien Bewegungsgeset-zen für alle Formatvarianten mit Berücksichtigung von Kollisionen Ziel: Taktzahl maximieren für alle Formatvarianten Example (created 1998) Book stacking device 10 synchronous servo drives Great variety of product dimensions and stacking options Optimized motion design with jerk-free motion laws for all formats, also considering possible collisions between moved parts Goal: Best possible performance for all product formats and stacking options

6 Why motion design ist important
Beispiel Pick&Place mit 2 gestellfesten Servoantrieben und Riementrieb Schwingungen durch die Elastizität des Riemens und der lamellenartigen Artikel selbst würden das Einsetzen der Artikel behindern. Speziell gestaltete, weiche Bewegungen verringern die Schwingungsanregung und erlauben höhere Taktzahlen. Example Pick&Place with 2 frame-fixed servo drives and belt Vibrations resulting from the belt elasticity and the filigran articels themselves can cause crunches when the articles should be placed on the right side. Very smooth motions reduce vibrations and improve the performance of the unit.

7 Why motion design ist important
Beispiel Schokoriegel werden mit Servobändern aus einer Gießmaschine an die nachfolgende Verpackungs-maschine gegeben. Gleichzeitig werden die Schokoriegel durch Versatzbewegungen auf konstanten Abstand gebracht. Bei den geforderten Taktzahlen müssen die Beschleunigungen der Servo-bänder minimiert werden, damit die Artikel wegen der geringen Reibung der Transportbänder nicht verrutschen. Example In chocolate bar packaging machines articles are transferred from the casting machine into the packaging machine with servo driven belts. These belts equalize the distance between the items at the same time, giving the following machine a constant article flow. To reach the required performance, the accelerations on the transporting belts must be minimized because otherwise the articles would slip on the belts because of the low friction.

8 Why motion design ist important
Beispiel Rechen mit 2 Servoantrieben zum Transport leichter Hülsen Berücksichtigung der nicht-linearen Bewegungsübertra-gungen, insbesondere in Horizontalrichtung Überschneidung der Bewegungen in X und Y zur Verringerung der Beschleunigungen, gleichzeitig Vermeiden von Kollisionen zwischen Artikeln und Ablagemulden Wichtig: 1. Vertikalbeschleunigung deutlich oberhalb von -1g halten, damit die Hülsen nicht frei fliegen 2. Aufnahme und Ablage der Artikel mit kleiner Geschwindigkeit, damit sie durch den Impuls nicht weggestoßen werden Example Rake with 2 servo drives to move light capsules Consider the nonlinear motion transmissions, especially in horizontal direction Overlap the motions in X and Y to reduce accelerations, at the same time avoid collisions between the articles and the trays Important: 1. vertical acceleration higher than -1g to avoid floating of the articles 2. pick and place the articles with low velocity, otherwise they would jump off the rake

9 Beispiel Example Teil 1 (konventionelle Bewegungsgestaltung)
Why motion design ist important Beispiel Teil 1 (konventionelle Bewegungsgestaltung) Artikeltransport mit Servo und Kette in einer Abfüllmaschine (Becher oder Flaschen) Die Behälter selbst schwingen, oder die Flüssigkeit in den Behältern schwappt mit sehr niedriger Eigenfrequenz. Problem: Mit normalen Bewegungen (ruckfrei, Polynom 5. Grades oder ähnliches) können die Eigenschwingungen nicht ausreichend reduziert werden. Example Part 1 (conventional motion design) Article transport with servo drive and chain in a dairy machine (cups or bottles) The bottles themselves oscillate, or the fluid in the cups swashes with very low characteristic frequency. Problem: With regular motions (jerk-free, polynomial of 5th degree or similar) the oscillation cannot be reduced sufficiently.

10 Why motion design is important
Spezielle Art der Bewegungsgestaltung für sehr niedrige Eigenfrequenzen in OPTIMUS MOTUS (R) Special kind of motion design in OPTIMUS MOTUS (R) for very low characteristic frequencies

11 Why motion design ist important
Beispiel Teil 2 (spezielle Bewegungs- gestaltung für niedrige Eigenfrequenz) Artikeltransport mit Servo und Kette in einer Abfüllmaschine (Becher oder Flaschen) Durch den speziellen Ansatz kann das Nachschwingen der Flaschen bzw. der Flüssigkeit mit der Eigenfrequenz unterbunden werden. Example Part 2 (special motion design for very low characeristic frequencies) Article transport with servo drive and chain in a dairy machine (cups or bottles) The special motion design avoids bottle or fluid oscillations when the transport has come to a stop.

12 Why motion design is important
Antriebsauslegung mit Motor- und Getriebekatalog Drive evaluation with motor and gear catalog

13 Why motion design is important
Fazit: Bewegungsdesign … … macht Maschinen schneller … vermeidet Stopzeiten der Maschinen durch Verringerung störender Schwingungen ... verlängert die Lebensdauer von Maschinen ... erlaubt den Einsatz kleinerer und günstigerer Antriebskomponenten Summary: Motion Design … … speeds up machines … avoids stops from collisions by minimizing disturbing vibration … improves the durability of machines … allows smaller and cheaper motors and gears