CN101807064A - 伺服模具缓冲机构的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种伺服模具缓冲机构的控制装置，其具有在滑块和模具缓冲机构碰撞时发生了过冲的条件下提高过冲后的响应性的功能。控制装置具有：根据电动机速度检测部检测出的电动机速度判定极大点的极大点判定处理部；根据极大点判定处理部的判定结果、以及检测滑块的速度的位置传感器等滑块速度检测部检测出的滑块速度计算速度修正量的速度修正量计算部；把达到极大点时的力检测值作为初始值，生成减小到第一力指令值的第二力指令值的第二力指令部。从力指令值达到极大点时开始，从第一力指令值切换到第二力指令部生成的第二力指令值，来使用该第二力指令值。

Description

伺服模具缓冲机构的控制装置
技术领域
本发明涉及模具缓冲机构的控制装置，特别涉及控制压力机的模具缓冲机构产生的力的控制装置。
背景技术
已知在进行弯曲、挤压、冲裁等压力加工的压力机中，作为在加工动作中，从支撑第二模具的支撑部件(一般称为垫板)一侧对支撑在压力加工中使用的第一模具的可动侧的支撑部件(一般称滑块)施加所需要的力(压力)的附属装置，具备模具缓冲机构。模具缓冲机构通常在使正在移动的滑块(或者第一模具)向合模方向直接或者间接碰撞通过规定的压力保持的可动元件(一般称为缓冲垫)后，经过合模(成型)直至开模，在缓冲垫对滑块施加力(压力)的同时，与滑块一起移动。在该期间，例如在缓冲垫和滑块之间夹持被加工材料的加工部位的周边区域，由此能够防止被加工材料发生折皱。
现有的模具缓冲机构，多把液压或者气压装置作为驱动源，这些装置仅能进行一定压力下的控制。另外，为了进行高精度的压力加工，希望压缩时的压力不是恒定，而是根据压缩量使压力变化，但是在液压或者气压装置中无法做到这一点。
因此，近年来，为了能够实现响应性优良的控制，开发出把伺服电动机作为驱动源的模具缓冲机构(例如参照特开平10-202327号公报)。在特开平10-202327号公报记载的模具缓冲机构，具有对应于滑块的升降动作，通过伺服电动机使设置在压力机械的滑块下方的缓冲垫进行升降动作的结构。伺服电动机，对应于缓冲垫的位置，通过基于预定的力指令值的控制进行工作，在使缓冲垫与滑块一起移动的同时，调整从缓冲垫对滑块施加的力(压力)。通过检测经由缓冲垫对伺服电动机的输出轴施加的负荷，来进行碰撞以及压力的检测。
在上述的把伺服电动机作为驱动源的模具缓冲机构(以下称为伺服模具缓冲机构)中，通过具有基于力指令值和检测值的P控制或PI控制的控制回路，实现力控制。但是，因为模具缓冲机构一边与滑块一起运动一边进行力控制，所以存在仅仅通过无法显著提高响应性的控制回路，难于抑制对于滑块的运动的力变动的问题。为了解决该问题，例如在特开2006-130524号公报中，公开了通过滑块速度检测值修正从力控制回路生成的速度指令值，由此来抑制对于滑块的运动的力变动，减轻力控制回路的负担，由此提高对于力指令的响应性的技术。
一般，在驱动源的伺服电动机的转矩具有余裕的条件下能够进行合适的力控制，但是在每单位时间的冲压次数多等转矩没有余裕的条件下，可能发生无法按照力指令值控制力检测值的问题。其原因在于，因为压力机多为大型设备，无法充分提高滑块以及模具缓冲机构的刚性，所以无法充分提高力控制回路的增益，因此无法显著提高力控制回路的响应性。
更具体地说，例如图4a所示，在伺服电动机的转矩具有余裕的条件下，检测值平滑地渐近于力指令值(实线)。但是如图4b所示，在伺服电动机的转矩没有余裕的条件下，有时发生力检测值(虚线)大大超过力指令值(实线)的所谓的过冲，力偏差变大。此时，在使力偏差收敛为零之前，重复过冲和下冲，结果，产生在收敛之前花费时间的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种伺服模具缓冲机构的控制装置，其具有在这样的转矩指令没有余裕，在滑块和模具缓冲机构碰撞时发生过冲的条件下，提高过冲后的响应性的功能。
为了实现上述目的，本发明提供一种控制装置，在把伺服电动机作为驱动源，产生针对压力机械的滑块的力的模具缓冲机构的控制装置中，具备：第一力指令部，对所述模具缓冲机构指令预先设定的第一力指令值；力检测部，检测所述模具缓冲机构产生的力；电动机速度指令部，指令所述伺服电动机的速度；电动机速度检测部，检测所述伺服电动机的速度；电动机速度控制部，控制所述伺服电动机的速度；极大点判定处理部，判定通过所述力检测部检测到的、所述滑块和所述模具缓冲机构碰撞后产生的力的力检测值到达极大点附近；第二力指令部，生成把达到极大点附近时的所述力检测值作为初始值减少到所述第一力指令值的第二力指令值；速度指令运算部，根据所述第一力指令值或所述第二力指令值和所述力检测值的差运算第一速度指令值；和速度修正量运算部，根据针对所述滑块的指令速度、所述滑块的速度的检测值或所述第二力指令值，求出所述伺服电动机的速度修正量，在所述力检测值达到极大点之前，所述速度指令运算部使用所述第一力指令值运算第一速度指令值，所述速度修正量运算部根据针对所述滑块的指令速度或所述滑块的速度的检测值求出所述速度修正量，在所述力检测值达到极大点之后，所述速度指令运算部使用所述第二力指令值运算第一速度指令值，所述速度修正量运算部根据所述第二力指令值的微分乘以常数得到的值与针对所述滑块的指令速度或所述滑块的速度的检测值之和，来求出所述速度修正量，所述电动机速度指令部把所述第一速度指令值与所述速度修正量之和作为向所述电动机速度控制部发送的第二速度指令值。
所述第二力指令部，指数函数地把所述第二力指令值从所述初始值减小到所述第一力指令值。
或者，所述第二力指令部一次函数地把所述第二力指令值从所述初始值减小到所述第一力指令值。
所述极大点判定处理部根据所述力检测值的微分值成为预先设定的值以下，来判定达到了极大点。
或者，所述极大点判定处理部根据从所述伺服电动机的速度检测值换算的模具缓冲机构速度与所述滑块速度的速度差成为预先设定的值以下，来判定达到了极大点。
附图说明
通过参照附图对以下的优选实施方式进行说明，本发明的上述目的或者其他的目的、特征以及优点将会变得明确。
图1是表示包含本发明的伺服模具缓冲机构的控制装置的压力机的一个结构例的图。
图2是表示图1的控制装置的处理的流程图。
图3是表示通过本发明的控制装置进行变化的力检测值和力指令值的关系的图表。
图4a是表示通过现有技术的控制装置进行变化的力检测值和力指令值的关系的图表，是表示伺服电动机的转矩具有余裕时的图表。
图4b与图4a类似的图，是表示伺服电动机的转矩没有余裕时的图表。
具体实施方式
图1表示包含本发明的伺服模具缓冲垫的控制装置的压力机的结构。压力机10具有：支撑第一模具12，根据来自滑块指令部14的滑块速度指令值，由未图示的驱动机构驱动的滑块16；支撑第二模具18的垫板20、以及从垫板20一侧对滑块16施加需要的力(压力)的模具缓冲机构22。在使移动中的滑块向合模方向直接或者间接碰撞以规定的压力保持的缓冲垫24后，经过合模(成型)直至开模，模具缓冲机构22的缓冲垫24一边对滑块16施加力(压力)，一边与滑块16一起移动。在该期间，在缓冲垫24和滑块16之间夹持用缓冲杆26支撑的被加工材料，即工件28的加工部位的周边区域，由此能够防止在工件28中发生折皱。
本发明的优选实施方式的伺服模具缓冲机构的控制装置30，在上述具有滑块16以及具有对应于滑块16的动作进行移动的缓冲垫24的模具缓冲机构22的压力机10中，控制对缓冲垫24进行驱动的伺服电动机32，以便在缓冲垫24和滑块16之间产生规定的力(压力)。在缓冲垫24和滑块16之间产生的力可以通过压力传感器等力检测部34检测。关于控制装置30以外的结构元件，可以与现有的结构元件相同。
如图1所示，伺服模具缓冲机构的控制装置30，具有：生成应该在模具缓冲机构22和滑块16之间产生的第一力指令值的第一力指令部36；根据第一力指令部36输出的第一力指令值和力检测部34检测到的力检测值，生成伺服电动机32的速度指令的速度指令计算部38；检测伺服电动机32的速度的速度传感器等电动机速度检测部40；根据速度指令计算部38输出的第一速度指令值和后述的速度修正量，生成伺服电动机32的第二速度指令值的电动机速度指令部42；以及根据来自电动机速度指令部42的第二速度指令值控制伺服电动机32的电动机速度控制部44。另外，控制装置30具有：根据电动机速度检测部40检测出的电动机速度判定后述的极大点的极大点判定处理部46；根据极大点判定处理部46的判定结果、以及检测滑块16的速度的位置传感器等滑块速度检测部48检测出的滑块速度计算后述的速度修正量的速度修正量计算部50；以及生成把达到极大点时的力检测值作为初始值减少到第一力指令值的第二力指令值的第二力指令部52。如后所述，从力指令值达到极大点时开始从上述第一力指令值切换到第二力指令部52生成的第二力指令值，来使用该第二力指令值。
图2是表示伺服模具缓冲机构的控制装置的处理的流程图。首先，在步骤S1，在上述第一力指令部36中生成第一力指令值。把第一力指令值作为应该在模具缓冲机构22和滑块16之间产生的力，预先设定在未图示的存储器等中。
在下一步骤S2中，取得力检测部34检测出的在缓冲垫24和滑块16之间产生的力，然后在步骤S3中，在极大点判定处理部46中判定检测出的力是否达到了极大点。在该极大点的判定中，可以根据力检测值的微分值成为预先设定的某常数(例如零或者接近零的正数)以下，来判定力检测值达到了极大点，也可以根据模具缓冲机构和滑块的速度差成为预先设定的某值(例如零或者接近零的值)以下，来判定力检测值达到了极大点。模具缓冲机构的速度可以通过在电动机速度检测值上乘以减速比来求出。该减速比有时为恒定值，有时为可变值。
在力检测值未达到极大点时，前进到步骤S4进行通常的速度控制。即，根据来自第一力指令部36的第一力指令值，在速度指令计算部38中生成第一速度指令值。在此，可以使用第一力指令值(Fc1)以及力检测值(Fd)，例如根据下式(1)求出第一速度指令值(Vc1)。f是用于把力变换为速度的适当的函数。
Vc1＝f(Fc1-Fd)    (1)
在下面的步骤S5中，在速度修正量计算部50中求出发送给电动机速度指令部42的速度修正量。此时(力检测值未达到极大点时)的速度修正量实质上等于滑块16的速度。滑块速度可以是滑块速度指令部14生成的滑块速度指令值，也可以是滑块速度检测部48检测出的滑块的实际速度，即速度检测值。
另一方面，当在步骤S3中判定为力检测值达到了极大点时，代替第一力指令部36使用第二力指令部52。具体地说，前进到步骤S6判断到达该极大点是否是第一次。在是第一次时，前进到步骤S7设定第二力指令部52应该输出的第二力指令值的初始值。这里，该初始值实质上等于达到极大点时的力检测值。
在下一步骤S8中，在第二力指令部52中生成第二力指令值。当在步骤S6中判定为达到极大点是第二次或第二次之后时(已经设定了力指令值的初始值时)，同样前进到步骤S8。在此，以把达到极大点时的力检测值作为初始值，减小到上述第一力指令值的方式，生成第二力指令值。例如，在阶梯性地输入第一力指令值(Fc1)时，第二力指令值(Fc2)可以通过下式(2)表示。其中，把极大点判定处理部判定为极大点时的n作为1，另外T是时间常数，Δt是采样时间。并且，作为初始条件，Fc2(0)＝Fd(0)。
Fc2(n)＝Fc1(n)+(Fc2(n-1)-Fc1(n))×exp(-Δt×(n-1)/T)(2)
上式是第二力指令值(Fc2)呈现以指数函数方式减小时的公式。或者，还可以使用以下的式(3)以及(4)，使第二力指令值以一次函数的方式减小。从n为1到T/Δt+1之前应用式(3)，在T/Δt+1及其以后应用式(4)。和式(2)时相同，把极大点判定处理部判定为极大点时的n作为1，另外T是时间常数，Δt是采样时间。并且，作为初始条件，Fc2(0)＝Fd(0)。
Fc2(n)＝Fc2(n-1)-(Fc2(n-1)-Fc1(n))/T×Δt×(n-1)    (3)
Fc2(n)＝Fc1(n)                    (4)
在下一步骤S9中，根据以上那样求出的第二力指令值，在速度指令计算部38中生成第一速度指令值。在此，例如可以通过下式(5)求出第一速度指令值(Vc1)。f是用于把力变换为速度的适当的函数。
Vc1＝f(Fc2-Fd)                (5)
在下一步骤S10中，在速度修正量计算部50中求出发送给电动机速度指令部42的速度修正量。此时(力检测值达到极大点时)的速度修正量(Va)可以根据下式(6)求出。滑块速度(Vs)可以是滑块速度指令部14生成的滑块速度指令值，也可以是滑块速度检测部48检出的滑块的实际速度，即速度检测值。
Va＝(力指令值的微分)×常数+Vs        (6)
在步骤S10或继上述S5之后的步骤S11中，在电动机速度指令部42中生成第二速度指令值。可以使用上述的速度修正量(Va)通过下式(7)求出第二速度指令值(Vc2)。
Vc2＝Vc1+Va                (7)
在下一步骤S12中，通过电动机速度检测部40，检测伺服电动机32的实际速度。最后在步骤S13中，在电动机速度控制部44中，根据第二速度指令值以及电动机速度检测值进行伺服电动机的速度控制。按照适当的采样周期重复上述包含步骤S1～S13的处理。
图3说明本发明的基本的思考方法。使用图4a、4b如上所述，在转矩指令没有余裕，在滑块和模具缓冲机构碰撞时发生过冲的条件下，根据本发明，能够提高过冲后的力的响应性。更详细地说，在力检测值(虚线)达到极大点M之前，作为力指令值使用第一力指令值，在到达后使用第二力指令值。如此，到达极大点后的力检测值大体追随第二力指令值，与目前相比迅速地收敛于希望值。图示的例子表示第二力指令值以指数函数方式减小的例子，但是如上所述也可以以一次函数的方式减小。
在现有技术中之所以在速度指令值上相加滑块速度检测值是因为，与力控制回路相比，速度控制回路的响应性高，所以通过预先在速度指令值上作为前馈项相加稳定状态(模具缓冲机构速度＝滑块速度)下的滑块速度检测值，减轻力控制的负担。另一方面，本发明的控制装置除了具备第一力指令部、力检测部、电动机速度检测部之外，还具备根据滑块速度求出速度修正量的速度修正量计算部、判定是否达到极大点附近的极大点判定处理部、和作为另一个力指令部的第二力指令部。
关于滑块速度、模具缓冲机构速度以及滑块和模具缓冲机构之间的力(F)，因为下式(8)、(9)的关系成立，所以可知力的斜率是模具缓冲机构和滑块的速度差这样的关系。其中，使滑块朝向模具缓冲机构的方向的滑块速度为负，使模具缓冲机构从滑块离开的方向的模具缓冲机构速度为负。
F＝∫(模具缓冲机构速度-滑决速度)dt            (8)
dF/dt＝模具缓冲机构速度-滑块速度              (9)
通常，在压力机械这样的比较大型的机械中，在模具缓冲机构和滑块之间多使用能够作为弹簧元件发挥作用的弹性体那样的能够产生扭曲或压缩的部件。在此，胡克定律近似成立，弹簧元件的压缩量与两端的力的关系以某个常数(弹簧系数)成为比例关系。因此，通过对第二力指令值的微分乘以用于单位匹配的常数来求出用于追随第二力指令值的滑块速度和模具缓冲机构速度的速度差(速度修正量)，把求出的速度差与作为前馈项相加了(滑块速度检测值+速度修正量)后的值作为电动机速度指令值。电动机速度控制部根据电动机速度指令值和电动机速度检测值的差，控制电动机的速度。通过这样的结构在本申请发明中，与现有技术相比能够减轻控制回路的负担，能够提高力控制的精度。
根据本发明，在滑块和模具缓冲机构碰撞时发生过冲的条件下，在力检测值达到极大点前后切换力指令值，由此能够提高过冲后的力的响应性。
通过以指数函数或一次函数方式减小第二力指令值，能够通过简易的计算处理生成适当的第二力指令值。
可以通过简易的计算处理进行极大点的判定。例如，可以根据力检测值的微分值成为预先设定的值以下，判定为达到了极大点，还可以根据从伺服电动机的速度检测值换算的模具缓冲机构速度和滑块速度的速度差成为预先设定的值以下，判定为达到了极大点。
参照为了进行说明而选定的特定的实施方式说明了本发明，但本领域的技术人员可以知道在不脱离本发明的基本概念以及范围的情况下可以进行多种变更。

Claims (5)

1.一种控制装置，其是把伺服电动机(32)作为驱动源，产生针对压力机械(10)的滑块(16)的力的模具缓冲机构(22)的控制装置，其特征在于，
具备：第一力指令部(36)，对所述模具缓冲机构(22)指令预先设定的第一力指令值；
力检测部(34)，检测所述模具缓冲机构(22)产生的力；
电动机速度指令部(42)，指令所述伺服电动机(32)的速度；
电动机速度检测部(40)，检测所述伺服电动机(32)的速度；
电动机速度控制部(44)，控制所述伺服电动机(32)的速度；
极大点判定处理部(46)，判定通过所述力检测部(34)检测到的、所述滑块(16)和所述模具缓冲机构(22)碰撞后产生的力的力检测值到达极大点附近；
第二力指令部(52)，生成把达到极大点附近时的所述力检测值作为初始值减少到所述第一力指令值的第二力指令值；
速度指令运算部(38)，根据所述第一力指令值或所述第二力指令值和所述力检测值的差运算第一速度指令值；和
速度修正量运算部(50)，根据针对所述滑块(16)的指令速度、所述滑块(16)的速度的检测值或所述第二力指令值，求出所述伺服电动机(32)的速度修正量，
在所述力检测值达到极大点之前，所述速度指令运算部(38)使用所述第一力指令值运算第一速度指令值，所述速度修正量运算部(50)根据针对所述滑块(16)的指令速度或所述滑块(16)的速度的检测值求出所述速度修正量，
在所述力检测值达到极大点之后，所述速度指令运算部(38)使用所述第二力指令值运算第一速度指令值，所述速度修正量运算部(50)根据所述第二力指令值的微分乘以常数得到的值与针对所述滑块(16)的指令速度或所述滑块(16)的速度的检测值之和，来求出所述速度修正量，
所述电动机速度指令部(42)把所述第一速度指令值与所述速度修正量之和作为向所述电动机速度控制部(44)发送的第二速度指令值。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述第二力指令部(52)，指数函数地把所述第二力指令值从所述初始值减小到所述第一力指令值。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述第二力指令部(52)，一次函数地把所述第二力指令值从所述初始值减小到所述第一力指令值。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述极大点判定处理部(46)，根据所述力检测值的微分值成为预先设定的值以下，来判定达到了极大点。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述极大点判定处理部(46)，根据从所述伺服电动机(32)的速度检测值换算的模具缓冲机构速度与所述滑块速度的速度差成为预先设定的值以下，来判定达到了极大点。
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