CN1883842A - 伺服模具缓冲机构的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在滑块的加减速度急剧的场合也使在滑块和模具缓冲机构之间的力追随指令值，且在滑块的加减速度缓慢的场合可以抑制振动等不良情况的伺服模具缓冲机构的控制装置。伺服模具缓冲机构的控制装置具有：检测滑块的位置的位置传感器等的滑块位置检测部；和使用二阶微分通过位置传感器检测的滑块位置检测值而取得的滑块加速度来修正电流指令值的修正部。

Description

伺服模具缓冲机构的控制装置
技术领域
本发明涉及以伺服电机作为驱动源在压力机的滑块上产生力的模具缓冲机构的控制装置，特别是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
进行弯曲、拉伸、冲裁等冲压加工的压力机中，作为在加工动作中对支撑用于冲压加工的第一模具的可动侧的支撑构件(一般称为滑块)，从支撑第二模具的支撑构件的一侧施加所需的力(压力)的附属装置，装备模具缓冲机构是众所周知的。模具缓冲机构通常如下构成，即使以规定的压力保持的可动部件(一般称为缓冲垫)直接或间接地碰撞沿合模方向移动中的滑块(或第一模具)后，经过合模(成型)到开模之前，缓冲垫对滑块施加力(压力)的同时与滑块一起移动。在这期间，例如通过在缓冲垫和滑块之间夹持被加工材料的加工处的周边区域，可以防止被加工材料发生褶皱。
现有的模具缓冲机构，多以液压或气压式的装置作为驱动源，这些装置只能进行一定压力的控制。而且为了进行高精度的冲压加工，最好使压入时的压力不是一定而是按压入量变化，但是液压或气压式的装置做不到这些。
因此近几年，为了能实现应答性优越的力控制，开发出以伺服电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)。特开平10-202327号公报所述的模具缓冲机构具有使设在压力机的滑块下方的缓冲垫对应滑块的升降动作通过伺服电机做升降动作的结构。伺服电机通过基于对应缓冲垫的位置预先设定的力指令值的力控制而动作，使缓冲垫与滑块一起移动，同时调整从缓冲垫向滑块施加的力(压力)。而且，碰撞及压力的探测通过检测出介于缓冲垫施加到伺服电机的输出轴上的负载而进行。
在最近的冲压加工中，要求为了提高生产率而高速进行精度更高的加工。为了高速化需要进行滑块的急剧加速或急剧减速。通过模具缓冲机构的力控制，不只取得控制力所需的转距，还取得追随滑块使缓冲垫加减速度所需的转距。在现有的伺服电机驱动中，与加减速度无关，力控制的应答性是一定的，所以在加减速度缓慢的场合可以按指令值控制力，但是若加减速度变得急剧则力从指令值偏离的问题发生。另一方面，若提高力增益则在缓慢的加减速度时产生低频的振动，所以按照急剧的加减速度提高力增益比较困难。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种在滑块的加减速度急剧的场合也使在滑块和模具缓冲机构之间的力追随指令值，且在滑块的加减速度缓慢的场合可以控制振动等不良情况的伺服模具缓冲机构的控制装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种在压力机中以伺服电机作为驱动源相对上述压力机的滑块使力产生的模具缓冲机构的控制装置，该控制装置具有：生成包括使在上述模具缓冲机构和上述滑块之间应该产生的力指令值的力指令的力指令部；检测在上述模具缓冲机构和上述滑块之间产生的力的力检测部；基于上述力指令值和上述力检测部检测出的力检测值，生成包括上述伺服电机的速度指令值的速度指令的速度指令部；检测上述伺服电机的速度的速度检测部；基于上述速度指令值和上述速度检测部检测出的速度检测值，生成包括上述伺服电机的电流指令值的电流指令的电流指令部；以及，根据上述滑块的加速度修正上述速度指令值及上述电流指令值的至少一方的修正部。
控制装置还具有检测上述滑块的位置的滑块位置检测部也可以，此时上述滑块的加速度通过二阶微分由上述滑块位置检测部检测出的滑块位置检测值而取得。还有此时，上述修正部最好在从上述滑块和上述模具缓冲机构碰撞起经过一定时间后开始上述速度指令值或上述电流指令值的修正。
或者，控制装置还具有生成上述滑块的位置指令的滑块位置指令部也可以，此时上述滑块的加速度通过二阶微分由上述滑块位置指令部输出的滑块位置指令值而取得。
具体地，上述修正部可以通过将在上述滑块的加速度上乘以常数所得的值加上上述电流指令值来修正上述电流指令值。
或者，上述速度指令部通过在由上述力指令值和上述力检测值的差决定的力偏差上乘以力增益来生成上述速度指令，上述修正部通过将在上述滑块的加速度上乘以常数所得的值与上述力增益相乘来修正上述速度指令值也可以。
或者，上述速度指令部通过在由上述力指令值和上述力检测值的差决定的力偏差和第一力增益的积上，加上上述力偏差的积分值和第二力增益的积来生成上述速度指令，上述修正部通过将在上述滑块的加速度上乘以常数所得的值与上述第一及第二力增益的至少一方相乘来修正上述速度指令值也可以。
或者，上述电流指令部通过在由上述速度指令值和上述速度检测值的差决定的速度偏差和第一速度增益的积上，加上上述速度偏差的积分值和第二速度增益的积来生成上述电流指令，上述修正部通过将在上述滑块的加速度上乘以常数所得的值与上述第一及第二速度增益的至少一方相乘来修正上述电流指令值也可以。
本发明的上述或其它目的、特征及优点，通过参照附图说明以下适合的实施方式而将会变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的控制装置的功能方框图。
图2是表示第一实施方式的控制装置的作用的流程图。
图3是本发明的第二实施方式的控制装置的功能方框图。
图4是表示第二实施方式的控制装置的作用的流程图。
图5是表示第二实施方式的控制装置的速度指令单元的变形例的图。
图6是本发明的第三实施方式的控制装置的功能方框图。
图7是表示本发明的第三实施方式的控制装置的作用的流程图。
图8是表示图2的流程图的适合的变形例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明。
如图1所示，本发明的第一实施方式的伺服模具缓冲机构的控制装置1在具有通过适当的连杆机构2被伺服电机3驱动的滑块4和具备对应滑块4的动作而移动的缓冲垫5的模具缓冲机构6的压力机7中，为了在缓冲垫5和滑块4之间产生规定的力(压力)，控制驱动缓冲垫的5的伺服电机8。而且关于控制装置1以外的构成部件与以往相同，所以省略详细说明。
如图1所示，本发明的第一实施方式的伺服模具缓冲装置的控制装置1具有：生成使在模具缓冲机构6和滑块4之间应该产生的力指令的力指令部10；检测在模具缓冲机构6和滑块4之间产生的力的压力传感器等力检测部12；基于力指令部10输出的力指令值和压力传感器12检测出的力检测值，生成伺服电机8的速度指令的包括力增益的速度指令部14；检测伺服电机8的速度的速度传感器等速度检测部16；基于速度指令部14输出的速度指令值和速度传感器16检测出的速度检测值，生成伺服电机8的电流指令的电流指令部18；作为用于求出滑块4的加速度的单元而设置的、检测滑块4的位置的位置传感器或者回转式编码器等滑块位置检测部20；以及，使用二阶微分通过位置传感器20检测出的滑块位置检测值而取得的滑块加速度修正电流指令值的修正部22。而且电流指令部18也可以还具有：在由速度指令值和速度检测值的差决定的速度偏差上乘以常数的比例增益即第一速度增益18a；和积分速度偏差在该积分值上乘以常数的积分增益即第二速度增益18b。
位置检测部20被生成滑块位置指令的滑块位置指令部21置换也可以。此时修正部22二阶微分滑块位置指令值而取得滑块加速度。
接着，参照图1及图2的流程图说明控制装置10的修正部22的作用。位置传感器20以规定的单位时间间隔(在此作为dt)检测出滑块位置将该数据发送到修正部22地构成，修正部22将滑块4的初始或上次的滑块位置作为p0而存储。首先位置传感器20检测出滑块位置p1(步骤S101)，将该数据发送到修正部22。修正部22使用位置数据p1及p0通过下式(1)求出现在时刻的滑块速度v1(步骤S102)。
v1＝(p1-p0)/dt                                (1)
接着使用v1及初始或上次的滑块速度v0通过下式(2)算出现在时刻的滑块加速度a1(步骤S103)。
a1＝(v1-v0)/dt                                (2)
换言之，滑块加速度通过二阶微分滑块位置而取得。而且滑块位置及速度p1及v1为了下次的计算而分别更新为p0及v0(步骤S104)。还有由于步骤S104只要在下一循环中重新检测出p1之前进行就可以，因此例如移动到后述的步骤S107的后面也可以。
接着，使用上述滑块加速度a1，通过下式(3)算出伺服电机8的修正转距T1(步骤S105)。
T1＝k1×a1                                            (3)
在这里k1是规定的常数。以往，从电流指令部18发送来的电流指令C0原样地使用于伺服电机8的控制，而在本发明中，通过加上上述T1修正C0而求出修正电流指令C1(步骤S106)，基于C1进行伺服电机8的控制(步骤S107)。因此，伺服电机8在滑块加速度大的场合(滑块的加减速度急剧的场合)产生与此相应的高转距地被控制，可以使在滑块和模具缓冲机构之间的力更加迅速地追随指令值。与此相反，在滑块加速度小的场合(滑块的加减速度缓慢的场合)，伺服电机8通过高转距不产生振动等地被控制。这样，可以与滑块的加减速度无关，没有操作员等的变更设定而经常进行最适合的伺服电机的控制。
步骤S107之后回到S101，检测经过单位时间(dt)后的新的滑块位置。而且，在代替滑块位置检测器20使用滑块位置指令部21的场合，滑块位置检测值p0及p1被滑块位置指令值置换(在步骤S101中读出位置指令值p1)，而其它算法一样。
图3是与图1类似的表示本发明的第二实施方式的伺服模具缓冲机构的控制装置1′的图。而且图4是与图2类似的表示控制装置1′的作用的流程图。如图3所示，第二实施方式与第一实施方式的不同点在于，控制装置1′的修正部22′不是修正电流指令值而是修正速度指令部14的力增益，其它方面可以与第一实施方式相同。因此第二实施方式的说明只对这一点进行，其它说明省略。
如上所述，在第二实施方式中修正部22′变更力增益的值。即，图4的步骤S101′～S104′与图2的步骤S101～S104相同，而在步骤S105′中，代替求出修正转距，使用滑块加速度a1通过下式(4)算出力增益Gp1。
Gp1＝k2×Gp0×a1                                    (4)
在这里k2是规定的常数，Gp0是初始的力增益。以往，在速度指令部14中，在作为力检测值和力检测值的差的力偏差上乘以力增益Gp0生成速度指令，而在本发明中，使用按照滑块加速度而变化的Gp1，生成已修正的速度指令V1(步骤S106′)，还基于速度指令V1生成已修正的电流指令C1′(步骤S107′)。因此这时也可以适当地控制伺服电机8(步骤S108′)。之后基于Gp1生成速度指令V1，基于速度指令V1生成电流指令的顺序与以往相同就行，但是由于力增益被变更，因此基于力增益算出的速度指令值及电流指令值也被适合地变更。
而且作为第二实施方式的变形例，如图5部分所示，速度指令部14也可以是具有在力偏差上乘以常数的比例增益即第一力增益14a和积分力偏差并在该积分值上乘以常数的积分增益即第二力增益14b的结构。此时修正部22′也可以只修正第一及第二力增益14a及14b的任何一方，也可以修正双方。
图6是与图1及图3类似的表示本发明的第三实施方式的伺服模具缓冲机构的控制装置1″的图。而且图7是与图2及图4类似的表示控制装置1″的作用的流程图。如图6所示，第三实施方式与其它实施方式的不同点在于，控制装置1″的修正部22″修正电流指令部18的速度增益，其它方面可以与第一或第二实施方式相同。因此第三实施方式的说明只对这一点进行，其它说明省略。
如图7所示，在第三实施方式中，修正部22″变更速度增益的值。即，图7的步骤S101″～S104″与图2的步骤S101～S104相同，而在步骤S105″中，使用滑块加速度a1，通过下式(5)算出速度增益Gv1。
Gv1＝k3×Gv0×a1                                (5)
在这里k3是规定的常数，Gv0是初始的速度增益。以往，在电流指令部18中，在作为速度检测值和速度指令值的差的速度偏差上乘以速度增益Gv0，生成电流指令，而在本发明中，使用按照滑块加速度而变化的Gv1，生成电流指令C1″(步骤S106″)。因此此时也可以适当地控制伺服电机8(步骤S107″)。
而且在第三实施方式中，修正部22″也可以只修正第一及第二速度增益18a及18b的任何一方，也可以修正双方。
在上述第一～三实施方式中不论哪一个，都可以使用位置检测值或位置指令值的任何一个作为表示滑块位置的数据。但是，在使用实测值的位置检测值时，通过滑块和缓冲垫碰撞时的冲击使滑块的位置检测变得不稳定，在算出加速度时得到不适当的检测值的情况多。因此此时，最好从碰撞后到经过一定时间之前(到检测值稳定之前)不进行通过修正部的修正。
图8是图2的流程图的变形例，表示从滑块和缓冲垫碰撞到经过一定时间之前不进行通过修正部的修正的处理的一个例子。
具体地，在步骤S104后的步骤S111中，判断滑块和模具缓冲机构是否已经碰撞。若是在碰撞前则在模具缓冲机构上不产生压力而没必要修正，所以修正转距T1变为零(步骤S112)。在碰撞后的场合，更新适当的计数器(步骤S113)，接着判断已更新的计数器值是否达到预先设定的阈值(步骤S114)。计数器不到阈值则前进至步骤S112，若为阈值或以上则前进至上述的步骤S105，计算修正转距T1。根据基于图8的流程图进行修正的控制装置，在碰撞前及碰撞后的经过一定时间之前不进行通过修正部的修正，可以避免不需要或不正确的修正。
另外在本实施方式中，滑块的加速度通过二阶微分位置检测值或位置指令值而求出，但也可以一阶微分通过速度传感器等取得的滑块速度检测值或滑块速度指令值，求出加速度。或者，当然也可以原样使用加速度传感器等的值。而且修正部求出的增益修正值或电流(转距)修正值作为与滑块加速度成线性比例而进行了说明，但是当然也可以按照模具缓冲机构的各种方式与加速度的平方或平方根成比例。
根据本发明的伺服模具缓冲机构的控制装置，相对以往由于力控制的应答性为一定而没能充分追随力指令，通过按照滑块的加速度增减使模具缓冲机构追随滑块而必要的转距指令，可以适当地追随力指令地变化应答性。
而且在从滑块位置检测值求出滑块的加速度的场合，通过在从滑块和缓冲机构碰撞到经过一定时间后进行电流指令值的修正，可以避免就在碰撞后的紊乱的滑块检测位置使用于模具缓冲机构的控制。
便于说明而参照选定的特定的实施方式说明了本发明，但对本领技术人员来说很清楚可以不脱离本发明的基本概念及范围做多种变更。

Claims (8)

1.一种控制装置(1，1′，1″)，用于控制在压力机(7)中以伺服电机(8)作为驱动源相对上述压力机(7)的滑块(4)使力生产的模具缓冲机构(6)，其特征在于，
具有：生成包括使在上述模具缓冲机构(6)和上述滑块(4)之间应该产生的力指令值的力指令的力指令部(10)；检测在上述模具缓冲机构(6)和上述滑块(4)之间产生的力的力检测部(12)；基于上述力指令值和上述力检测部(12)检测出的力检测值，生成包括上述伺服电机(8)的速度指令值的速度指令的速度指令部(14)；检测上述伺服电机(8)的速度的速度检测部(16)；以及基于上述速度指令值和上述速度检测部(16)检测出的速度检测值，生成包括上述伺服电机(8)的电流指令值的电流指令的电流指令部(18)，
还具有根据上述滑块(4)的加速度修正上述速度指令值及上述电流指令值的至少一方的修正部(22，22′，22″)。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
还具有检测上述滑块(4)的位置的滑块位置检测部(20)，通过二阶微分由上述滑块位置检测部(20)检测出的滑块位置检测值，取得上述滑块(4)的加速度。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
上述修正部(22，22′，22″)在从上述滑块(4)和上述模具缓冲机构(6)碰撞起经过一定时间后，开始上述速度指令值或上述电流指令值的修正。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
还具有生成上述滑块(4)的位置指令的滑块位置指令部(21)，通过二阶微分由上述滑块位置指令部(21)输出的滑块位置指令值，取得上述滑块(4)的加速度。
5.根据权利要求1～4中任何一项所述的控制装置，其特征在于，
上述修正部(22)通过将在上述滑块(4)的加速度上乘以常数所得的值加上上述电流指令值来修正上述电流指令值。
6.根据权利要求1～4中任何一项所述的控制装置，其特征在于，
上述速度指令部(14)通过在由上述力指令值和上述力检测值的差决定的力偏差上乘以力增益来生成上述速度指令，上述修正部(22′)通过将在上述滑块(4)的加速度上乘以常数所得的值与上述力增益相乘来修正上述速度指令值。
7.根据权利要求1～4中任何一项所述的控制装置，其特征在于，
上述速度指令部(14)通过在由上述力指令值和上述力检测值的差决定的力偏差和第一力增益(14a)的积上，加上上述力偏差的积分值和第二力增益(14b)的积来生成上述速度指令，上述修正部(22′)通过将在上述滑块(4)的加速度上乘以常数所得的值与上述第一及第二力增益(14a，14b)的至少一方相乘来修正上述速度指令值。
8.根据权利要求1～4中任何一项所述的控制装置，其特征在于，
上述电流指令部(18)通过在由上述速度指令值和上述速度检测值的差决定的速度偏差和第一速度增益(18a)的积上，加上上述速度偏差的积分值和第二速度增益(18b)的积来生成上述电流指令，上述修正部(22″)通过将在上述滑块(4)的加速度上乘以常数所得的值与上述第一及第二速度增益(18a，18b)的至少一方相乘来修正上述电流指令值。
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