CN114340885A - 电动缸系统 - Google Patents

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Abstract

具备：电动缸，具有按压工件的杆、和输出与对杆施加的载荷相应的值的应变检测器；输出部，基于与杆按压校正用应变检测器时的校正用应变检测器的输出值相应的基准载荷值、和与杆按压校正用应变检测器时的应变检测器的输出值相应的测定载荷值，来输出用于使测定载荷值接近基准载荷值的增益及偏移；存储部，存储由输出部输出的增益及偏移作为校正参数；以及校正部，基于存储在存储部中的校正参数来校正与由应变检测器检测出的输出值相应的载荷值，由输出部输出的增益及偏移满足预先确定的关系。

Description

电动缸系统
技术领域
本公开涉及电动缸系统。
背景技术
在专利文献1公开一种使压头动作而按压工件的电动压力机。电动压力机具备检测对压头施加的载荷的测力传感器、和校正测力传感器的控制部。控制部调整测力传感器的放大器的增益值与偏移值。具体而言，控制部在判定为乘以额定载荷的30％时的放大器的输出值与乘以额定载荷的60％时的放大器的输出值落在各规定范围内之前，反复进行放大器的增益值的微调与偏移值的微调。规定范围使用最初获取到的载荷值或者校正用测力传感器的检测值而决定。
专利文献1：日本特开2017-159324号公报
专利文献1记载的电动压力机由于需要一边确认结果一边对测力传感器的放大器的增益值及偏移值进行微调，因此存在校正花费时间的担忧。本公开提供一种能够简易地校正检测电动缸的载荷的应变检测器的输出的电动缸系统。
发明内容
本公开的一个方面所涉及的电动缸系统具备：电动缸，具有按压工件的杆、和输出与对杆施加的载荷相应的值的应变检测器；输出部，基于与杆按压校正用应变检测器时的校正用应变检测器的输出值相应的基准载荷值、和与杆按压校正用应变检测器时的应变检测器的输出值相应的测定载荷值，来输出用于使测定载荷值接近基准载荷值的增益值及偏移值；存储部，存储由输出部输出的增益值及偏移值作为校正参数；以及校正部，基于存储在存储部中的校正参数来校正与由应变检测器检测出的输出值相应的载荷值，由输出部输出的增益值及偏移值满足数学表达式(1)的关系，
[式1]
Figure BDA0003523435820000021
这里，a为增益值，b为偏移值，sx为测定载荷值的方差值，sxy为测定载荷值与基准载荷值的协方差值，X为测定载荷值的平均值，Y为基准载荷值的平均值。
根据该电动缸系统，基于由输出部输出的增益值a及偏移值b来校正与应变检测器的输出值相应的载荷值。由输出部输出的增益值a及偏移值b由于满足数学表达式(1)所示的关系，因此校正部将基准载荷值与测定载荷值的对应关系视为通过最小二乘法近似为直线的关系，而能够校正基准载荷值与测定载荷值的差量。由此，根据该电动缸系统，由于仅通过数次测定与基准载荷值对应的测定载荷值便能够导出基准载荷值与测定载荷值的对应关系，因此与一边确认结果一边对测力传感器的放大器的增益值及偏移值进行微调的情况相比，能够简易地校正检测电动缸的载荷的应变检测器的输出。
在一实施方式中，也可以具备判定基准载荷值与基于校正部校正后的测定载荷值的差量是否为阈值以下的判定部。在该情况下，电动缸系统由于能够通过判定部判定是否适当地进行了校正，因此与作业员进行判断的情况相比，能够缩短作业时间。
在一实施方式中，也可以是输出部在由判定部判定为差量不是阈值以下的情况下，输出用于修正与判定为差量不是阈值以下的测定载荷值对应的载荷值的修正值，存储部存储由输出部输出的修正值，校正部基于存储在存储部中的修正值，来修正与由应变检测器检测出的输出值相应的载荷值，由输出部输出的修正值满足数学表达式(2)的关系，
[式2]
Figure BDA0003523435820000022
这里，Cd为所述修正值，xd为修正对象的载荷值，yd为与载荷值xd对应的基准载荷值，x1、x2为载荷值xd的附近两点的测定载荷值，y1、y2为与测定载荷值x1、x2对应的基准载荷值。
在该情况下，电动缸系统针对难以通过最小二乘法对基准载荷值与测定载荷值的对应关系进行近似的载荷值，能够使用该载荷值的附近两点的测定载荷值及基准载荷值来计算修正量。由此，该电动缸系统能够更加准确地校正检测电动缸的载荷的应变检测器的输出。
根据本公开所涉及的电动缸系统，能够简易校正检测电动缸的载荷的应变检测器的输出。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的电动缸系统的一个例子的简图。
图2是表示电动缸系统的功能的一个例子的框图。
图3是表示电动缸系统的校正动作的一个例子的流程图。
图4是表示测量处理的一个例子的流程图。
图5是表示修正动作的一个例子的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，对相同或者相当要素标注相同的附图标记，不反复进行重复的说明。附图的尺寸比率与说明的内容未必一致。“上”“下”“左”“右”的用语基于图示的状态，便于理解。
[电动缸系统的结构]
图1是表示实施方式所涉及的电动缸系统的一个例子的简图。图1所示的电动缸系统100按压工件(未图示)来进行成型或者压入等。如图1所示，电动缸系统100具备电动缸1。电动缸1固定于框架。电动缸1具有按压工件的杆1a。工件被设置于框架的工件台，通过电动缸1的杆1a伸长，从而在工件台与杆1a前端之间被按压。
电动缸1具有输出与对杆1a施加的载荷相应的值的应变检测器2。应变检测器2作为一个例子为测力传感器。应变检测器2例如输出与对杆1a施加的载荷相应的电压值(输出值的一个例子)。应变检测器2并不限于输出电压值的结构，也可以输出转换为电流值等的值。
电动缸1将马达3的旋转驱动力经由旋转传递机构4而向杆1a侧传递，并转换为直线驱动力，由此使杆1a沿上下方向伸缩。马达3构成为能够与马达驱动器5进行通信，基于来自马达驱动器5的信号而动作。马达驱动器5作为一个例子为伺服放大器。与马达3的轴旋转角相应的信号经由编码器而被输入至马达驱动器5。马达驱动器5基于从编码器输入的信号而对马达主体施加电流，控制马达3的动作。
马达驱动器5与伺服控制器6连接。伺服控制器6例如为可编程逻辑控制器。伺服控制器6例如也可以由具有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等运算装置、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等存储装置以及通信装置等的通用计算机构成。伺服控制器6与应变检测器2连接，被输入由应变检测器2输出的电压值或者电流值。伺服控制器6对输入的电压值或者电流值进行放大及A/D转换，并换算为载荷值。
应变检测器2由于老化等而存在未施加载荷时的输出发生变动、或者施加了载荷时的输出偏离实际的载荷值的担忧。因此，伺服控制器6对与由应变检测器2检测出的电压值相应的载荷值进行校正，并使马达驱动器5以校正后的载荷值动作。图2是表示电动缸系统的功能的一个例子的框图。如图2所示，伺服控制器6具备存储部60和校正部61。存储部60存储校正参数。校正参数的一个例子为增益值及偏移值。校正部61参照存储部60，对与由应变检测器2检测出的电压值相应的载荷值减去偏移值。进而，校正部61将减去了偏移值的载荷值除以增益值，由此为校正后的载荷值。此外，校正部61也可以对由应变检测器2检测出的电压值加上/减去偏移值，乘以增益值，之后，转换为载荷值。
返回图1，伺服控制器6基于校正后的载荷值来决定对马达驱动器5的指示。例如，伺服控制器6在目标载荷值为3kN的情况下，使马达驱动器5动作直至校正后的载荷值变成3kN为止。
为了决定上述的校正参数，电动缸系统100具备校正用应变检测器7、放大器8及控制装置9。校正用应变检测器7、放大器8以及控制装置9也可以在校正的作业时包含在电动缸系统100中，在校正的作业结束时被取下。校正用应变检测器7通过被直接按压于杆1a而输出与载荷相应的电压值。校正用应变检测器7与放大器8连接，将电压值输出至放大器8。放大器8对由校正用应变检测器7输出的电压值的信号进行放大。放大器8将由校正用应变检测器7输出的电压值或者电流值转换为载荷值。放大器8与伺服控制器6及控制装置9连接，将放大后的电压值的信号输出至伺服控制器6及控制装置9。
控制装置9例如由具有CPU等运算装置、ROM、RAM、HDD等存储装置以及通信装置等的通用计算机构成。控制装置9与伺服控制器6及放大器8连接。控制装置9从伺服控制器6获取由应变检测器2检测出的载荷值，并且放大器8将由校正用应变检测器7检测出的电压值转换为载荷值。控制装置9也可以从伺服控制器6获取与由校正用应变检测器7检测出的电压值对应的载荷值。在该情况下，伺服控制器6从放大器8获取由校正用应变检测器7检测出的电压值，并转换为载荷值。以下，将在校正作业中与由应变检测器2检测出的电压值对应的载荷值也称为测定载荷值，将在校正作业中与由校正用应变检测器7检测出的电压值对应的载荷值也称为基准载荷值。
控制装置9具备输出部90。输出部90基于基准载荷值和测定载荷值，来决定用于使测定载荷值接近基准载荷值的增益值及偏移值(上述的校正参数)。具体而言，输出部90通过最小二乘法对基准载荷值与测定载荷值的对应关系进行近似，由此决定增益值及偏移值。输出部90将决定出的校正参数输出至伺服控制器6。伺服控制器6将获取到的校正参数储存在存储部60中。伺服控制器6使用由控制装置9决定出的校正参数来使电动缸动作。
伺服控制器6使电动缸动作，再次按压校正用应变检测器，使用由控制装置9决定的校正参数来校正测定载荷值。控制装置9获取校正后的测定载荷值。控制装置9为了判定是否高精度地进行了校正而具备判定部91。判定部91判定基准载荷值与校正后的测定载荷值的差量是否为阈值以下。阈值是用于判定是否高精度地进行了校正的阈值，被预先设定。阈值例如被设定为从基准载荷值加上或者减去规定的载荷值而得到的值。
控制装置9的输出部90在由判定部91判定为基准载荷值与校正后的测定载荷值的差量不是阈值以下的情况下，输出用于修正判定为差量不是阈值以下的校正后的测定载荷值的修正值。例如，作为测量目标的载荷值为3kN、6kN、12kN、18kN、23kN。进而，在作为测量目标的载荷值为18kN及23kN时判定为基准载荷值与校正后的测定载荷值的差量不是阈值以下。在该情况下，输出部90输出用于修正与作为测量目标的载荷值18kN及23kN对应的校正后的测定载荷值的修正值。输出部90在将横轴作为校正后的测定载荷值、将纵轴作为基准载荷值的坐标空间中，使用校正后的测定载荷值18kN附近的两个测定点来进行线性插补，由此计算与校正后的测定载荷值对应的基准载荷值，并以成为计算后的基准载荷值的方式决定校正后的测定载荷值的修正量。针对测定载荷值23kN也通过相同的方法决定修正量。由此，针对基准载荷值与测定载荷值的关系无法通过最小二乘法充分进行近似的载荷值，通过分别计算修正量，能够提高校正的精度。
[电动缸系统的校正动作]
图3是对电动缸系统的校正动作进行说明的流程图。图3所示的流程由伺服控制器6及控制装置9执行。
如图3所示，首先，伺服控制器6作为初始化处理(步骤S10)，对存储在存储部60中的校正参数进行复位。接着，伺服控制器6作为测量处理(步骤S12)，在多个测量点同时测量测定载荷值与基准载荷值。测量处理(步骤S12)的详细内容如图4所示。图4是表示测量处理的一个例子的流程图。如图4所示，伺服控制器6存储杆1a的当前位置(初始位置)(步骤S120)。
接着，伺服控制器6作为判定处理(步骤S122)，判定测量载荷是否为额定推力以下。测量载荷是指作为测量目标的载荷，额定推力是指能够从静止状态按压的力。在测量载荷为额定推力以下的情况下(步骤S122：是)，能够从杆1a的当前位置施加测量载荷。另一方面，在测量载荷不是额定推力以下的情况下(步骤S122：否)，无法从杆1a的当前位置施加测量载荷。因此，在测量载荷不是额定推力以下的情况下(步骤S122：否)，伺服控制器6作为移动处理(步骤S124)使杆1a向初始位置移动。
在测量载荷为额定推力以下的情况下(步骤S122：是)、及移动处理(S124)已完成的情况下，伺服控制器6作为按压处理(步骤S126)，使杆移动直至成为测量载荷为止。进而，伺服控制器6作为保持处理(步骤S128)，以测量载荷保持载荷5秒。此时，伺服控制器6与经由应变检测器2对测定载荷值进行测定同时地，经由校正用应变检测器7对基准载荷值进行测定。
接着，伺服控制器6作为结束确认处理(步骤S130)，判定是否所有测量已完成。例如，在执行图4所示的流程之前，预先设定多个测量载荷。伺服控制器6判定是否针对所设定的所有测量载荷进行了S122～S128的处理。伺服控制器6在判定为对所有测量载荷进行了S122～S128的处理之前，反复执行步骤S122～步骤S128。
在结束确认处理(步骤S130)中，在判定为对所有测量载荷进行了S122～S128的处理的情况下，伺服控制器6作为移动处理(步骤S132)，使杆1a向初始位置移动。若移动处理(步骤S132)结束，则图4所示的测量处理结束。
返回图3，若测量处理(步骤S12)结束，则控制装置9作为运算处理(步骤S14)，使用最小二乘法来运算校正参数。控制装置9将在测量点i的杆1a的载荷值(测定载荷值)设为xi，将校正用应变检测器7的载荷值(基准载荷值)设为yi来进行运算。首先，控制装置9计算在各测量点的误差(yi-xi)。进而，将误差较大的数据(偏离值)从最小二乘法的运算中去除。其理由是因为，通过误差较大的数据而使方差变大，近似线的可靠性下降。控制装置9将满足式(3)的数据作为计算对象。
[式3]
yi-xi≤Fmax×th (3)
这里，Fmax为最大推力，th为阈值。阈值th为预先设定的值。
接下来，控制装置9计算测定载荷值xi的平均值、基准载荷值yi的平均值、测定载荷值xi的方差、测定载荷值xi与基准载荷值yi的协方差。依作为数学表达式(4)～(7)而示出。
[式4]
Figure BDA0003523435820000071
Figure BDA0003523435820000072
Figure BDA0003523435820000073
Figure BDA0003523435820000074
这里，sx为测定载荷值的方差值，sxy为测定载荷值与基准载荷值的协方差值，X为测定载荷值的平均值，Y为基准载荷值的平均值。
基于数学表达式(4)～(7)，控制装置9如以下的数学表达式(8)那样运算校正参数。
[式5]
Figure BDA0003523435820000075
这里，a为增益值，b为偏移值。
此外，数学表达式(8)为假定测定载荷值xi与基准载荷值yi的关系为直线而应用了最小二乘法的例子。控制装置9也可以假定将测定载荷值xi与基准载荷值yi的关系用n次式的线来表现而应用最小二乘法。在该情况下，测定载荷值xi与基准载荷值yi的关系能够通过以下的数学表达式(9)一般化。
[式6]
Figure BDA0003523435820000081
这里，f(x)为基准载荷值，gk(x)为测定载荷值。在gk(x)＝xk-1的情况下，f(x)用以下的数学表达式(10)表示。
[式7]
f(x)＝a1+a2x+a3x2+...+anxn-1 (10)
式(10)的a1为偏移值，a2～an为增益值。
伺服控制器6作为存储处理(步骤S16)，将增益值a及偏移值b作为校正参数存储在存储部60中。进而，伺服控制器6作为确认动作处理(步骤S18)，通过与测量处理(步骤S12)相同的方法，在多个测量点同时测量测定载荷值与基准载荷值。伺服控制器6使用通过存储处理(步骤S16)存储的校正参数，来校正通过确认动作处理(步骤S18)而得到的测定载荷值。
接着，控制装置9作为评价处理(步骤S20)，计算通过确认动作处理(步骤S18)而得到的校正后的测定载荷值xi与基准载荷值yi的误差(yi-xi)，若误差为阈值以下，则判定为高精度地执行了校正。在误差不是阈值以下的情况下，判定为未高精度地执行校正。若评价处理(步骤S20)结束，则图3所示的流程结束。
接下来，针对控制装置9的修正动作进行说明。图5是表示修正动作的一个例子的流程图。图5所示的流程例如在图3的评价处理(步骤S20)中判定为未高精度地执行校正的情况下执行。
如图5所示，首先，控制装置9作为对象判定处理(步骤S30)，确定作为修正对象的载荷值。控制装置9确定在图3的评价处理(步骤S20)中判定为未高精度地执行校正的测定载荷值。
接着，控制装置9对通过对象判定处理(步骤S30)确定出的测定载荷值计算线性修正量(步骤S32)。控制装置9根据附近两点的测定点通过线性插补计算与作为修正对象的测定载荷值对应的基准载荷值。控制装置9在作为修正对象的测定载荷值未包含在附近两点间的范围内的情况下，通过线性外推而求出。控制装置9如数学表达式(11)那样计算与作为修正对象的测定载荷值xd对应的基准载荷值yd。
[式8]
Figure BDA0003523435820000091
这里，x1、x2为载荷值xd的附近两点的测定载荷值，y1、y2为与测定载荷值x1、x2对应的基准载荷值。进而，控制装置9如数学表达式(12)那样，将基准载荷值yd与测定载荷值xd之差作为直线性的修正值Cd。
[式9]
Figure BDA0003523435820000092
伺服控制器6作为存储处理(步骤S34)，将修正值Cd作为校正参数存储在存储部60中。进而，伺服控制器6作为确认动作处理(步骤S36)，通过与测量处理(步骤S12)相同的方法，在多个测量点同时测量测定载荷值与基准载荷值。伺服控制器6使用校正参数来校正通过确认动作处理(步骤S36)而得到的测定载荷值，并使用通过存储处理(步骤S34)存储的修正值Cd，来修正作为修正对象的测定载荷值。
接着，控制装置9作为评价处理(步骤S38)，计算通过确认动作处理(步骤S36)而得到的修正后的测定载荷值xi与基准载荷值yi的误差(yi-xi)，若误差为阈值以下，则判定为高精度地执行了校正。在误差不是阈值以下的情况下，判定为未高精度地执行校正。若评价处理(步骤S38)结束，则图5所示的流程结束。
[实施方式的总结]
以上，根据电动缸系统100，基于由输出部90输出的增益值a及偏移值b来校正与应变检测器2的输出值相应的载荷值。由输出部90输出的增益值a及偏移值b由于满足上述的数学表达式(1)所示的关系，因此校正部61将基准载荷值与测定载荷值的对应关系视为通过最小二乘法近似为直线的关系，而能够校正基准载荷值与测定载荷值的差量。由此，根据该电动缸系统100，由于仅通过数次测定与基准载荷值对应的测定载荷值便能够导出基准载荷值与测定载荷值的对应关系，因此与一边确认结果一边对测力传感器的放大器的增益值及偏移值进行微调的情况相比，能够简易地校正检测电动缸1的载荷的应变检测器2的输出。
另外，电动缸系统100由于能够通过判定部91判定是否适当地进行了校正，因此与作业员进行判断的情况相比，能够缩短作业时间。
进一步，电动缸系统100针对难以通过最小二乘法对基准载荷值与测定载荷值的对应关系进行近似的载荷值，能够使用该载荷值的附近两点的测定载荷值及基准载荷值来计算修正量。由此，电动缸系统100能够更加准确地校正检测电动缸1的载荷的应变检测器2的输出。
[变形例]
以上，针对各种例示的实施方式进行了说明，但并不限于上述的例示的实施方式，也可以进行各种省略、置换及变更。例如，上述的伺服控制器6及控制装置9也可以在逻辑上或物理上为一体。另外，存储在存储部60中的校正参数只要满足数学表达式(1)的关系即可，也可以通过除实施例中说明的方法以外的方法导出。例如，也可以将载荷值、误差、增益值、偏移值及修正值数据库化，通过将它们作为教师数据的机器学习而计算。另外，实施方式中说明的运算不仅是控制装置9执行程序而实现的情况，例如，也可以通过逻辑电路而实现运算，还可以通过集成了该逻辑电路的电路而实现。
附图标记说明
100…电动缸系统，1…电动缸，1a…杆，2…应变检测器，6…伺服控制器，7…校正用应变检测器，9…控制装置。

Claims (3)

1.一种电动缸系统，其特征在于，具备：
电动缸，具有按压工件的杆、和输出与对所述杆施加的载荷相应的值的应变检测器；
输出部，基于与所述杆按压校正用应变检测器时的所述校正用应变检测器的输出值相应的基准载荷值、和与所述杆按压所述校正用应变检测器时的所述应变检测器的输出值相应的测定载荷值，来输出用于使所述测定载荷值接近所述基准载荷值的增益值及偏移值；
存储部，存储由所述输出部输出的所述增益值及所述偏移值作为校正参数；以及
校正部，基于存储在所述存储部中的所述校正参数来校正与由所述应变检测器检测出的输出值相应的载荷值，
由所述输出部输出的所述增益值及所述偏移值满足数学表达式(1)的关系，
[式1]
Figure FDA0003523435810000011
这里，a为所述增益值，b为所述偏移值，sx为所述测定载荷值的方差值，sxy为所述测定载荷值与所述基准载荷值的协方差值，X为所述测定载荷值的平均值，Y为所述基准载荷值的平均值。
2.根据权利要求1所述的电动缸系统，其特征在于，
具备判定所述基准载荷值与基于所述校正部校正后的所述测定载荷值的差量是否为阈值以下的判定部。
3.根据权利要求2所述的电动缸系统，其特征在于，
所述输出部在由所述判定部判定为所述差量不是阈值以下的情况下，输出用于修正与判定为所述差量不是阈值以下的所述测定载荷值对应的载荷值的修正值，
所述存储部存储由所述输出部输出的所述修正值，
所述校正部基于存储在所述存储部中的所述修正值，来修正与由所述应变检测器检测出的输出值相应的载荷值，
由所述输出部输出的所述修正值满足数学表达式(2)的关系，
[式2]
Figure FDA0003523435810000021
这里，Cd为所述修正值，xd为修正对象的载荷值，yd为与载荷值xd对应的基准载荷值，x1、x2为载荷值xd的附近两点的测定载荷值，y1、y2为与测定载荷值x1、x2对应的基准载荷值。
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