附图说明
图1是根据本发明实施方式的电动压力机的整体示意图。
图2是根据本发明实施方式的电动压力机的截面图。
图3是根据本发明实施方式的电动压力机的控制部结构示意图。
图4是根据本发明实施方式的电动压力机的处理流程示意图。
图5是根据本发明实施方式的电动压力机的位置-负荷数据关系示意图。
图6是根据本发明实施方式的电动压力机的位置-负荷的斜率数据关系示意图。
图7是示出了根据本发明实施方式的电动压力机的x以及y的数据系列(原来数据)和回归线上的y的值(y’)的图表。
图8是根据本发明实施方式的电动压力机的位置-加压负荷的斜率的斜率数据的关系示意图。
图9是重叠了图5、图6、图8的图表。
图10是速度发生变化时的位置-负荷的图表。
图11是图10的整体示意图。
图12是根据图11所示的数据计算负荷的斜率的位置-负荷斜率图表。
图13是根据图12所示的数据计算斜率的斜率的结果示意图。
图14是为了示出图13所示的数据的整体图像而扩大纵轴范围来图表化的图。
图15是成为求出图11的斜率时的分母的位置差分示意图。
图16是用于说明图4中的步骤S120的处理的图。
图17是用于说明图4中的步骤S120的处理的图。
图18是示出了根据本发明的第二实施方式的位置·负荷空间中的“一定间隔”进行划分的方法的图。
图19是预处理成一定距离间隔的位置-负荷的图表。
图20是电动压力机的处理流程示意图。
图21是预处理成一定距离间隔的位置-负荷的图表的一部分的扩大图。
图22是基于预处理成一定距离间隔的数据的位置-负荷的斜率的图表。
图23是基于预处理成一定距离间隔的数据的位置-负荷的斜率的斜率的图表。
图24是电动压力机的处理流程示意图。
图25是位置和负荷的图表。
图26是根据图25的图表计算的负荷的斜率图表。
图27是根据图26的负荷的斜率数据计算的负荷的斜率的斜率的图表。
图28是负荷的斜率与位置之间的关系示意图。
图29是负荷的斜率与位置之间的关系示意图。
图30是弯曲点示意图。
图31是根据实际压入的数据描绘的位置-单纯二阶差分图表的例子。
附图标记
1:柱塞
2:滚珠丝杠
3:电动机
4:壳体
1a:圆筒状主体
2a:螺丝轴
2b:螺母体
1b:按压体
5:圆筒状引导件
6:止动引导件
6a:止动杆
6b:引导部
6c:连结板
7:柱形物
8:基材
9a:操作按钮
9b:操作按钮
10:控制部
11:控制程序存储装置
12:显示装置
13:操作装置
14:暂时存储装置
15:标准值存储装置
16:低通滤波器
20:中央计算处理装置(CPU)
21:马达驱动控制装置
22:编码器
具体实施方式
下面,参照附图详细说明本发明的实施方式。
在这里,可以适当地以现有的构成要素等代替本实施方式中的构成要素,并且,还可以有包括与其他现有的构成要素的组合的变更。因此,下面记载的本实施方式并不是用于限定权利要求书中记载的发明内容。
<实施方式>
参照图1~图29对本发明的实施方式进行说明。
如图1以及图2所示,根据本实施方式的电动压力机由通过升降动作来对被加工件W施加期望的压力的冲压用的柱塞1、使该柱塞1进行升降动作的滚珠丝杠2和电动机3构成,这些部件设在外壳4的顶端框架内。
首先说明柱塞1的结构,如图1所示,形成为圆筒状,具体地,在形成为圆筒状的圆筒状主体1a的内部沿轴方向形成有中空状部,滚珠丝杠2的螺丝轴2a可插入该中空状部的内部,柱塞1的圆筒状主体1a的轴长方向的端部位置结合有滚珠丝杠2的螺母体2b。
按压体1b以装卸自如状设在该圆筒状主体1a的最下面,实际上,该按压体1b抵接于被加工件W,施加适当的压力,并且,该按压体1b上还可以安装应变片(strain gauge),可通过该应变片检测施加于被加工件W的压力。
以包围该圆筒状主体1a的外周面的方式设有圆筒状引导件5。该圆筒状引导件5固定在外壳4内,柱塞1可沿该圆筒状引导件5进行升降移动。该柱塞1上设有止动引导件6,以防止在与轴方向正交的面上旋转。具体地,如图1和图2所示,该止动引导件6由止动杆6a、引导部6b和连结板6c构成,该止动杆6a朝向柱塞1的下端位置的上方,并且通过连结板6c设置为平行于柱塞1,该止动杆6a随着柱塞1的升降在上下方向移动。
并且,用于使该止动杆6a通过指定位置的引导部6b固定在外壳4内,沿着该引导部6b,止动杆6a上升和下降,当柱塞1在上下方向移动时,不会在圆筒状引导件5内空转。
在所述外壳4的下侧通过垂直状的柱形物7在靠近侧的柱塞1的正下方设有基材8,该基材8的靠近侧设有操作按钮9a以及9b,具有使柱塞1的下降、暂时停止、上升的功能。具体地,当使柱塞1下降时,同时按下操作按钮9a以及9b,暂时停止时按下操作按钮9a,仅放开操作按钮9b。并且,如果同时放开操作按钮9a以及9b,则柱塞1进行上升。并且,设在外壳4的侧面前方的控制部10具有显示装置12、操作装置13。
如图3所示,控制部10中设有中央计算处理装置20,受存储在控制程序存储装置11的程序的控制。并且,还设有暂时存储数据的暂时存储装置14,并且,还设有存储通过显示装置12和操作装置13输入的标准值的标准值的存储装置15。另一方面,在马达驱动控制装置21,根据中央计算处理装置20的命令驱动电动机3。作为用于检测柱塞1的位置的部件的编码器22连接于电动机3,从而,检测柱塞1的移动量以及速度。并且,还设有用于进行平滑化处理的低通滤波器16。
下面,说明图4所示的弯曲点的检测处理流程。首先,在步骤S110,使柱塞1下降,同时,以一定的时间间隔获得柱塞的位置和施加在工件上的负荷。可以根据来自连接于电动机3的编码器22的信号,获得从作为标准的初始化位置起的移动量作为柱塞的位置。并且,可以根据来自应变片的信号获得负荷值。例如,可以获得如图5所示的位置-负荷数据。在图5的图表中,可以在位置52.8[mm]附近观察到弯曲点。
其次,在步骤S140中,根据回归线的斜率计算公式,计算图表的斜率(针对负荷值位置的变化量)。例如,对于n个的数据,加压部位的位置数据系列为(x1,x2…,xn),负荷的数据系列为(y1,y2…,yn)时,假设从这些值减去回归线。回归线的斜率以数学式1表示。换言之,计算负荷的斜率、即相当于一阶微分的值。图6示出了位置-负荷的斜率的图表例子。
【数学式1】
下面,以具体的数值说明回归线的斜率的计算。例如有x={1,3,4,6,7,10},y={5.7,10.4,11.1,19.5,21.8,26.2}的数据系列。使用该6组的所有数据计算斜率。在数学式1中,n=6。表1示出了计计算数学式1的各和的项的结果。
【表1】
1 |
x |
y |
xy |
x2 |
1 |
1 |
5.7 |
5.7 |
1 |
2 |
3 |
10.4 |
31.2 |
9 |
3 |
4 |
11.1 |
44.4 |
16 |
4 |
6 |
19.5 |
117.0 |
36 |
5 |
7 |
21.8 |
152.6 |
49 |
6 |
10 |
26.2 |
262.0 |
100 |
Σ |
31 |
94.7 |
612.9 |
211 |
第一列,相对于i为1~6,第二列取x的值,最下行Σ表示这一列的和。相同地,第三列取y,第四列取xy,第五列取x2,在最下段示出了各自的总和。根据这些值,如数学式2所示,根据数学式1的斜率为2.432。
【数学式2】
{(6×612.9)-(31×94.7)}÷{(6×211)-(31×31)}=741.7÷305=2.432
作为参考,计算回归线的截段,根据斜率和截段和x的值,求出回归线上的y的值(y’)的结果如表2所示。
【表2】
1 |
x |
y |
y’:回归线上的y |
1 |
1 |
5.7 |
5.650 |
2 |
3 |
10.4 |
10.514 |
3 |
4 |
11.1 |
12.946 |
4 |
6 |
19.5 |
17.810 |
5 |
7 |
21.8 |
20.241 |
6 |
10 |
26.2 |
27.537 |
另外,以黑点表示表2的x以及y的数据系列(原来数据),以空心点表示回归线上的y的值(y’),则变成图7所示。
如上所述,根据求出回归线的斜率的数学式1,能够计算负荷的斜率、即相当于针对位置的变化量的值。图7是根据图6所示的位置-负荷的数据系列求出回归线的斜率后描绘的图表。观察该图表,则可以得知,斜率从位置52.8mm附近开始变大,从过了位置53mm的位置起其增加量减少,从8000[N/mm]维持大致固定的斜率。
在步骤S160中,根据斜率的数据,再次使用计算回归线的斜率的数学式1,计算负荷的斜率的斜率,作为针对负荷值的位置的变化量的变化量。计算本身是相同的。作为结果获得的位置-加压负荷的斜率的斜率的图表如图8所示。观察该图表,则可以得知在超过位置52.8mm少许的位置,具有峰值。图9示出了将图5、图6、图8重叠的图表。为了便于观察而适当地设定了纵向尺度。
而且,在步骤S140中,比较预先设定的标准设定值和计算得到的负荷的斜率的斜率的值,将超过标准设定值的位置判断为弯曲点,一旦判断出弯曲点,则停止加压部位的动作。
另一方面,作为在检测弯曲点之后基于一定时间间隔的位置-负荷数据进行处理时存在的问题点,存在加压部位的速度变化。加压部位的速度在有意无意间发生变化。作为有意的速度变化是在接触到工件的部分降低速度来抑制对工件的冲击。为了缩短循环,加压作业的速度期望提高到最大限度。并且,在加压的最终阶段,为了防止超量,降低速度。可自由改变速度是电动压力机的特征之一。另一方面,有时由于工件的硬度(弹簧常数)发生变化,导致无意间改变速度。
速度下降是指单位时间的移动量变少,当计算负荷的每单位移动量的变化量时,如果相当于分母的移动量较小,则对应地,负荷的变化量也变小,结果,计计算的值(斜率量)就会不均匀。例如,图10示出了速度发生变化时的位置-负荷的图表。图11是整体的位置-负荷图表,图10是将其一部分(接触到工件后的少许后面、位置52.7mm附近)在横向放大的图。◆是数据点,以一定的时间间隔获得数据,因此,◆的间隔被缩短表示每单位时间的移动量较少、即速度在下降。在位置52.77mm附近的密度非常浓,换言之,变成了低速度。
图12是根据图11所示的数据计算负荷的斜率后描绘的位置-负荷斜率的图表。可以得知,由于速度发生了变化,斜率的值非常不均匀。根据图12所示的数据计计算斜率的斜率的结果如图13所示。图14是为了观察图13的数据的整体图像,扩大纵轴范围来图表化的图。如图14所示,完全没有看到与弯曲点相关的数据的动向,变成了无意义的噪声。在该状态下,无法通过与标准设定值之间的比较来检测弯曲点。
图11示出的数据是作为加压作业有意地从位置52.7mm起降低速度进行加压的结果。在图15的求出斜率的计算中,原理上,应该是负荷差分除以位置差分。按照原来的数据,相当于该除法的分母的位置差分随着速度的变化而发生变化。
图15示出了成为求出图11的斜率时的分母的位置差分的图表。由于速度变慢,所以位置差分变小。并且,由于速度发生了变化,因此,以一定时间间隔获得的位置的差分也发生了变化。尤其是,当使用接近0的值计算斜率时,无法成为有意的值。
为了即使在这样的速度发生变化时也能够获得有意的值,如图4的步骤S120所示,进行以一定距离间隔的位置·负荷数据替换一定时间间隔的位置·负荷数据的预处理,根据该数据计算负荷的斜率的斜率,并且通过与标准设定值进行比较,从而检测弯曲点。下面,详细说明步骤S120的处理。
将以一定时间间隔获得的位置·负荷的数据转换为以一定距离间隔的位置·负荷数据。为此,如图16所示,可以以一定距离(dist)划分数据。将之前一个的位置·负荷数据组称为“前位置(forwardposition)”(下面称为f_pos)“前负荷(forward load)”(下面称为f_load)。是图16的○表示的点。
并且,将本次获得的数据称为“本次位置(current position)”(下面称为c_pos)和“本次负荷(current load)”(下面称为c_load)。是图16的×表示的点。根据该○和×求出△。通过插补来求出从前位置(f_pos)离开一定距离(dist)的位置(n_pos)的负荷(n_load)。计算公式为数学式3。
【数学式3】
负荷(n_load)=f_load+(c_load-f_load)*dist/(c_pos-f_pos)
位置(n_pos)=f_pos+dist
实际上,如图17所示,在本次的点×,当位置急剧增加,超过了两个以上的相同的间隔时,最初点的计算如上述计算即可,但是,还需要重复该计算,制作期间的点。相反,本次的点×未离开一定距离(dist)时,可以无视该点,或者在包括该点的两个点以上计算回归线,作为该直线上的点求出△的点。
如上所述,根据本实施方式,能够将负荷的斜率的斜率作为有意的量进行计算,并且能够根据该值检测弯曲点。
另外,如图18~图23所示,还可以采用其他方法。具体地,并不是以一定的距离(dist)划分,而是以位置·负荷空间中的“一定间隔”进行划分(图18)。下面,详细说明该处理。
这时,位置·负荷空间中的从“前点(Pf)”○起到“本次点(Pc)”×的距离D=|Pc-Pf|,将其按照预先设定的“一定距离”(Dc)划分。按照数学式4求出划分点的负荷和位置。
【数学式4】
D2=(c_load-f_load)2+(c_pos-f_pos)2
负荷(n_load)=f_load+(c_load-f_load)*Dc/D
位置(n_pos)=f_pos+(c_pos-f_pos)*Dc/D
参照图表说明进行上述预处理的结果。相对于图11所示的未进行预处理的位置-负荷的图表,图19是通过图20的步骤S121的处理替换为一定距离间隔的位置·负荷的位置-负荷图表。仅看“位置-负荷”的图表,则不存在是否进行预处理带来的差异(未发现)。对于图10所示的部分相同的部分,进行了图20的步骤S121的一定距离间隔的预处理的结果如图21所示。可以得知图10和图21之间存在差异。在图10中,数据之间的间隔不均匀,但是在图21中,变成了一定距离间隔的数据。图22是取了进行图20的步骤S121的一定距离间隔的预处理的图19所示数据的负荷斜率的图。在图22中不存在图12中显示的不均匀。如果取了基于预处理成一定距离间隔的数据的图22的斜率,则如图23所示,可以获得存在若干差异,但在弯曲点附近具有峰值的有意的数据。其中,例如作为标准值“斜率的斜率”选择80000[N/mm2],则如图23所示,可以作出在超过该标准值的位置停止等判断。
如上所述,作为预处理解除速度变化的因素,从而可以求出有意的负荷的斜率的斜率值。
在上述实施方式中,例举了为了解除变化因素而以一定距离划分数据的方法,但是,本质上,根据位置差分改变(如果位置差分较小,则扩大模块长度)用于计算斜率的模块长度(或者进行将两个以上的数据作为模块取移动平均等平滑化处理,或者根据两个以上的模块的数据计计算斜率)的方法也是相同的处理,可以获得相同的效果。
作为解决计算变化量(斜率)时由于不均匀而无法获得有意的值的问题的单元,下面说明其他或者与上述方法组合使用的处理方法。图24示出了处理流程。在图24的步骤S210中,获得加压位置和加压负荷,根据获得结果,在步骤S230中,计算负荷的斜率。根据负荷的斜率,在步骤S250中,计算负荷的斜率的斜率。在上述处理中,可以进行上述的根据回归线计算斜率的方法或者转换为一定距离间隔的预处理。在图24的步骤S260中,不仅设定“负荷的斜率的斜率”的标准值,事先还设定“负荷值”和“负荷值的斜率值”的标准值,将其与在步骤S210、步骤S230、步骤S250中获得的“负荷值”“负荷的斜率值”“负荷的斜率的斜率值”进行比较,在计计算的值超过标准值的位置,停止加压部位(步骤S270)。
其中,图25示出了位置和负荷的图表。图26示出了计算该斜率的图表。虽然在图25并不明显,但是,计算斜率时,受到局部不均匀的影响,斜率的值出现差异。在图26,在接触到作业物之后,在位置52.4mm~52.5mm附近,由于受到局部的负荷变动或速度变动的影响,负荷斜率的差异较大。但是,虽然存在差异,但是十分有意的值。
图27示出了根据图26的负荷的斜率数据获得负荷的斜率的斜率的图表。如图27所示,接触到作业物之后的变动通过将斜率取两次而被表面化了。另一方面,53.4mm附近的峰值就是原本要求出的弯曲点。
例如,作为斜率的斜率的标准值,选择70000[N/mm2]。该值是原来的弯曲点,根据是否超过该值来确定。但是,在该例子中,在位置52.4mm附近,超过了该标准值70000[N/mm2]。换言之,这时,如果以“负荷的斜率的斜率值”为标准进行判断,则会作出错误的判断。换言之,不能“将负荷的斜率的斜率超过标准设定值的点判断为弯曲点”。相反,在本发明提供的方法中,例如,如表3所示,设定标准值。
【表3】
通过与该三个值进行比较来进行停止判断,则能够在正确的弯曲点、即在超过位置53.4mm附近的位置停止。图26、图27、图28示出了上述标准值的例子。另外,事先利用图3的显示装置12和操作装置13将这些标准值存储在标准值存储装置15。
在实际上输入并存储这些标准设定值之前,需要确定这些值。确定这些值时需要进行一些理论上的研究,但还需要实际进行加压工件的作业,从冲压装置取出进行该作业时的“位置-负荷数据系列”“位置-负荷的斜率数据系列”“位置-负荷的斜率的斜率数据系列”,并且基于这些数据来确定标准设定值。
为此,冲压装置需要附带输出“位置-负荷数据系列”“位置-负荷的斜率数据系列”“位置-负荷的斜率的斜率数据系列”的功能。
如上所述,在图4、图20、图24中,作为与标准设定值的比较结果,使“电子伺服压床(电动压力机)加压部位动作停止”。但是,并不限定于此,例如,还可以采用判断所检测到的弯曲点(通过比较超过时的点)的位置是否包括在预先设定的判断值(下限值、上限值)的范围内,或者判断所检测到的弯曲点的负荷值,或者从所检测到的弯曲点前进指定的距离后停止,或者判断从所检测到的弯曲点起到停止的位置(这时的停止是基于其他标准停止)的距离是否合适等其他方法。
严格来说,作为弯曲点的位置,存在能够参照该位置的前后数据的情况(可以从后面计计算位置的情况)和无法参照该位置的前面的数据的情况(在检测到的时刻必须执行停止等动作的情况)的两种。在图28中,例如,根据五个数据点(图中以○表示)计算斜率的斜率,该值超过了标准,因此,可以将该五个点中的中间的第三个位置(图28中箭头所示)作为弯曲点的位置。相反,在图29中,这时可以获得第五点,计算斜率的斜率,如果该值超过标准,例如判断为在该位置停止时,如图29的箭头所示,其位置成为刚才的第五点的位置。如图28所示,在可参照该位置的前后数据的情况下,在取两次斜率时,应该尽量将中央的位置判断为弯曲点的位置。在判断作为弯曲位置是否合适的仅从后面计算即可的情况下,也需要考虑到该问题。
如上所述,考虑到根据公式1所示的最小二乘法的直线回归,使用了该斜率。但是,并不限定于此,还可以根据标准偏差计算直线回归、即Y的标准偏差除以X的标准偏差的值作为直线回归的斜率。
另外,将电动压力机的处理存储在计算机系统可读取的记录介质,并且使电动压力机读取存储在该记录介质中的程序后执行,从而,能够实现根据本发明的一个以上的实施方式的电动压力机。这里的计算机系统包括OS或周边装置等硬件。
并且,利用WWW(World Wide Web)系统时,“计算机系统”还包括网页提供环境(或者显示环境)。并且,上述程序还可以从存储该程序的存储装置等计算机系统通过传输介质或者通过传输介质中的传输波传输到其他计算机系统。其中,传输程序的“传输介质”是指如因特网等网络(通信网)或电话线等通信线路(通信线)等具有传输信息的功能的介质。
并且,上述程序还可以是实现上述功能的一部分功能的程序。并且,还可以是与已经将上述功能存储在计算机系统中的程序相组合实现的所谓的差分文件(差分程序)。
以上,参照附图详细说明了本发明的实施方式,但是,具体的构成并不限定于这些实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更。