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Hintergrund der Erfindung
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(1) Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für den Stößel einer Presse, insbesondere
eine Stößelsteuervorrichtung,
die das Verhalten eines Stößels einer
Presse mit guter Genauigkeit steuert.
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(2) Beschreibung des Standes
der Technik
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In
den vergangenen Jahren hat bei Pressen die Entwicklung einer Linearmotorpresse
große
Fortschritte gemacht, die von herkömmlichen mechanischen Pressen,
beispielsweise einer Kurbelpresse, einer Gelenkpresse oder dergleichen,
in Bezug auf einen Antriebsmechanismus eines Stößels ziemlich verschieden ist,
und die einen Stößel reziprok
unter Verwendung eines Linearmotors antreibt.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben verschiedene Arten von
Tests durchgeführt,
indem eine Versuchsmaschine einer Linearmotorpresse verwendet wurde.
Als ein Ergebnis, wenn ein Linearmotor durch einen Befehlswert in
Antwort auf das optimale Verhaltensmuster eines Stößels gesteuert wird,
hat sich herausgestellt, dass in dem tatsächlichen Verhaltensmuster eine
Abweichung oder eine Überschreitung
während
der Stanzbearbeitung erzeugt wird, und die Metallform kann aufgrund
der Überschreitung
des unteren Totpunkts des Stößels gebrochen
werden.
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Ebenfalls
bekannt ist eine Servomotorpresse, bei der ein Servomotor in einer
Presse angeordnet ist und einen Stößel antreibt. Bei dieser Servomotorpresse
hat man ebenfalls festgestellt, dass ein ähnliches Problem wie bei der
Linearmotorpresse existiert.
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Die
WO 96/23653 offenbart eine Korrekturvorrichtung, bei der die Position
eines Stempels gemäß der Stempelpositionssensordaten
und Temperatursensordaten korrigiert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausgehend
von den oben genannten Problemen im Stand der Technik ist es eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Presse zu schaffen, bei der
eine lernende Steuerung in einer Stößelsteuerung der Presse, beispielsweise
einer Linearmotorpresse und einer Servomotorpresse ausgebildet ist und
das tatsächliche
Verhaltensmuster des Stößels zu
dem optimalen Muster konvergiert, wodurch das Brechen einer Metallform
verhindert wird. Ferner, nach der Lernsteuerung wird die Erzeugung
eines Bearbeitungsfehlers detektiert, und eine Verbesserung der
Ausbeute, Verhinderung des Brechens der Metallform oder dergleichen
ist beabsichtigt.
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Diese
Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst, Weiterentwicklungen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Linearmotorpresse, für die eine
Stößelsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung verwendet wird;
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2 zeigt
eine Längsquerschnittsansicht der
Linearmotorpresse;
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3 zeigt
eine Draufsicht der Linearmotorpresse;
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4 zeigt
ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems einer Linearmotorpresse;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsinhalt einer Steuerungsschaltung
verdeutlicht;
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6 zeigt
ein Verhaltensmusterdiagramm eines Stößels;
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7 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsinhalt einer Stößelsteuerungsvorrichtung einer
Linearmotorpresse, die keine lineare Skala aufweist, erklärt; und
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8 zeigt
ein schematisches Anordnungsdiagramm einer Servomotorpresse, für die eine
Stößelsteuervorrichtung
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet wird.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird basierend auf den beigefügten Zeichnungen
im Folgenden beschrieben.
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In
den 1 bis 3 kennzeichnet die Bezugsziffer 1 einen
Körperrahmen
einer Linearmotorpresse. Vier Axiallager 6 sind an der
inneren Bodenseite des Körperrahmens 1 angeordnet
und weitere vier Axiallager 7 sind auch an der oberen Seite
des Körperrahmens 1 angeordnet,
und vier Führungsstifte 3 sind
nach oben und nach unten bewegbar an den Axiallagern 6, 7 abgestützt. Jeder
der vier Führungsstifte 3 ist
an einem Rahmen 5 nach oben und nach unten bewegbar innerhalb
des Körperrahmens 1 fixiert.
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Ein
Querträger 2 ist
an der oberen Seite des Körperrahmens 1 fixiert
und ein Stößel 4 ist
horizontal an dem oberen Ende der vier Führungsstifte 3 fixiert,
die nach oben von dem Körperrahmen 1 und dem
Querträger 2 wegstehen.
In dem Körperrahmen 1 sind
vier Linearmotoren 8–11 derart
angeordnet, dass der vertikal bewegbare Rahmen 5, die Führungsstifte 3 und
der Stößel 4 nach
oben und nach unten angetrieben werden. In ähnlicher Weise zu einer herkömmlichen
Presse ist eine untere Form (nicht gezeigt) auf dem Querträger 2 fixiert
und eine obere Form ist auf der unteren Oberfläche des Stößels 4 fixiert.
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Jeder
der vier Linearmotoren 8–11 ist in Längsrichtung
zu der Querseite des vertikal bewegbaren Rahmens 5 an der
Innenseite des Körperrahmens 1 angeordnet
und Spulenführungen
(Statoren in diesem Ausführungsbeispiel) 8a–11a der
Linearmotoren 8–11 sind
an der Seite des Körperrahmens 1 fixiert
und Magnetplatten (Läufer
in diesem Ausführungsbeispiel) 8b–11b der
Linearmotoren 8–11 sind an
der Seite des vertikal bewegbaren Rahmens 5 fixiert. Entsprechend
den Linearmotoren 8–11 sind
ferner vier Linearwaagen (Positionsdetektoren) 12–15 in
der Umgebung der Führungsstifte 3 an
der lateralen Seite des Stößels 4 angeordnet.
Statoren 12a–15a der
Linearwaagen 12–15 sind
an der oberen Seite des Körperrahmens 1 durch
eine Klammer montiert und Läufer 12b–15b der
Linearwaagen 12–15 sind
in der Umgebung der Führungsstifte 3 an der
lateralen Seite des Stößels 4 montiert.
In den Linearwaagen 12–15 wird
beispielsweise ein absoluter Typ verwendet, und die Positionsdaten
in dem absoluten Typ werden ausgegeben.
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In
der Linearmotorpresse mit einer derartigen Struktur werden aufgrund
der Hin- und Herbewegung der Linearmotoren 8–11 der
vertikal bewegbare Rahmen 5, die Führungsstifte 3 und
der Stößel 4 als ein
Körper
nach oben und nach unten bewegt, mit gesteuerter Geschwindigkeit
und Hub, und basierend auf den Daten der Bewegungsposition, die
von den Linearwaagen 12–15 ausgegeben werden,
wobei die Bewegung des Stößels mit
hoher Genauigkeit gesteuert wird.
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4 zeigt
eine Steuerkarte (Steuerschaltung) 20 einer Linearmotorpresse
und einen Verbindungszustand eines Linearmotors oder dergleichen, der
damit verbunden ist.
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Die
Steuerschaltung 20 ist gebildet durch eine CPU 21,
die den wesentlichen Teil darstellt, und die den Betrieb der Presse
basierend auf Programmdaten, die vorher in einem fixierten Speicher
gespeichert sind, steuert. Die Steuerschaltung 20 ist mit
einem temporären
Speicher 22 versehen, der zu jedem Zeitpunkt gelesen und
beschrieben werden kann, mit einer Anzeige 23 und Schaltern 24 zur
Eingabe oder Bedienen verschiedener Arten von Einstellungswerten.
In dem Speicher 22 ist ein Speicherbereich bereitgestellt
zum Speichern von Druckbetriebsmusterprogrammdaten, die zuvor registriert
werden, von Hublänge,
SPM-Wert (Hubanzahl pro Minute), Stempelhöheneinstellungswert, Presseneinstellungszeitpunkte
oder dergleichen, die eingestellt und eingegeben werden. Die gesetzte
Hublänge,
der SPM-Wert, der Stempelhöheneinstellungswert,
die Presseneinstellungszeitpunkte oder dergleichen werden auf der Anzeige 23 zur
Anzeige auf dem Einstellungsschirm angezeigt.
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Die
Linearwaagen 12–15,
wie oben beschrieben, sind mit einer Schnittstellenschaltung innerhalb
der Steuerschaltung 20 verbunden und senden ein Lesen jeder
der Linearwaagen 12–15,
also Positionsdetektionsdaten (echte Positionsdaten) des Stößels 4 an
die Steuerschaltung 20. Treiber 16–19 sind
jeweils mit den vier Linearmotoren 8–11 verbunden und
sie sind ebenfalls verbunden mit der Schnittstellenschaltung in
der Steuerschaltung 20. Während des Betriebs in den Linearmotoren 8–11,
beispielsweise des AC Servomotors (dreiphasensynchronisierter Motor),
wird ein System mit großem
Längsdruck
verwendet und die Treiber 16–19 haben beispielsweise
einen Servoverstärker
und treiben die Linearmotoren 8–11 in Antwort auf
den Befehlswert, der von der Steuerschaltung 20 ausgegeben
wird.
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Die
Verarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die von der oben genannten Steuerschaltung 20 durchgeführt wird,
wird als nächstes
basierend auf einem in 5 gezeigten Flussdiagramm beschrieben.
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Wenn
der Stößel 4 beginnt
angetrieben zu werden, ruft die Steuerschaltung 20 die
realen Positionsdaten von den Linearwaagen 12–15 ab
(Schritt 101).
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Als
nächstes
wird von dem optimalen Verhaltensmuster des Stößels 4, das zuvor
fixiert und gespeichert wurde, ein Befehlswert, der nachfolgend auszugeben
ist, gelesen, und ein Fehler zwi schen dem fixierten Befehlswert
des optimalen Musters und der realen Positionsdaten wird berechnet
(Schritt 102).
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Als
nächstes
erfolgt eine Entscheidung darüber,
ob eine vorgeschriebene Zeitperiode seit dem Start des Stößels 4 vergangen
ist (Schritt 103). Die vorgeschriebene Zeitperiode ist
hier auf die Zeit eingestellt, bis das tatsächliche Verhalten des Stößels 4 mit
dem optimalen Muster konvergiert, durch Ausführung der Lernsteuerung.
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Unmittelbar
nach dem Antriebsstart des Stößels 4 wird
das Entscheidungsergebnis in Schritt 103 „JA" und die nächste Entscheidung
erfolgt, ob ein Fehler vorliegt oder nicht (Schritt 104).
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Wenn
die Entscheidung erfolgt, dass ein Fehler vorliegt, wird, um den
Fehler zu eliminieren, die Fehlerkomponente zu dem fixierten Befehlswert des
optimalen Musters hinzuaddiert und der Befehlswert, der auszugeben
ist, wird korrigiert (Schritt 105), und der Befehlswert
nach der Korrektur wird an die Treiber 16–19 ausgegeben
(Schritt 106). Im Gegensatz zu dem optimalen Verhaltensmuster
des Stößels 4 während der
Stanzbearbeitung, wie durch die durchgezogene Linie in 6 gezeigt,
wenn das tatsächliche
Verhaltensmuster des Stößels 4 ein
derartiges wird, das eine Abweichung oder ein Überschreiten aufweist, wie
durch die gestrichelte Linie in 6 gezeigt,
wird der Befehlswert entsprechend dem Muster nach der Korrektur,
wie durch die gestrichelte und gepunktete Linie in 6 gezeigt,
von der Steuerschaltung 20 ausgegeben.
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Eine
derartige Korrektur des Befehlswertes, der auszugeben ist, wird
wiederholt durchgeführt.
Als Ergebnis nähert
sich das Verhalten des Musters dem optimalen Muster an. Wenn das
Verhalten des Stößels 4 mit
dem optimalen Muster übereinstimmt,
da der Fehler eliminiert worden ist, wird das Entscheidungsergebnis
in Schritt 104 auf „JA" geändert und der
fixierte Befehlswert des optimalen Musters wird als Ausgabebefehlswert
ausgegeben (Schritt 107).
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Nach
Verstreichen einer vorgeschriebenen Zeitperiode seit dem Antriebsstart
des Stößels 4 wird das
Entscheidungsergebnis in Schritt 103 in „JA" umgekehrt und eine
Entscheidung erfolgt, ob der Fehler den erlaubten Wert überschreitet
oder nicht (Schritt 108). Der erlaubte Wert ist in diesem
Fall basierend auf dem Bearbeitungsfehler eingestellt, beispielsweise
ein Fehler, der aufgrund der Erzeugung eines Brechens einer Metallform
erzeugt wird, aufgrund eine Spananstieges, Lebensdauer der Metallform,
doppelten Stanzens oder dergleichen.
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Wenn
die Entscheidung erfolgt, dass der Fehler den erlaubten Wert überschreitet,
wird das tatsächliche
Verhaltensmuster, das auf den realen Positionsdaten basiert, mit
dem Verhaltensmuster in jedem Fehler verglichen, das vorher fixiert
und in jedem Fehler gespeichert worden ist, und die Art des Fehlers
wird entsprechend dem übereinstimmenden Verhaltensmuster
auf der Anzeige 23 angezeigt (Schritt 109), und
die Linearmotoren 8–11 werden
angehalten (Schritt 110).
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Die
Steuerschaltung 20 speichert ebenfalls das Ergebnis der
Lernsteuerung, mit anderen Worten, den Befehlswert nach der Korrektur
oder den Fehler. Der gespeicherte Befehlswert nach der Korrektur
oder der Fehler können
bei der Stößelsteuerung
einer anderen Linearmotorpresse verwendet werden, die den Stößel mit
dem gleichen optimalen Muster wie das optimale Verhaltensmuster
des Stößels der
Linearmotorpresse betreibt. In diesem Fall, wie später beschrieben
wird, ist dies besonders wirkungsvoll bei der Stößelsteuerung einer Linearmotorpresse,
die keine lineare Skalierung aufweist (vorübergehend bezeichnet als herkömmliche
Linearmotorpresse).
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7 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsinhalt einer Stößelsteuervorrichtung
einer herkömmlichen
Linearmotorpresse zeigt, also eine Stößelsteuervorrichtung einer
herkömmlichen
Linearmotorpresse, die durch die Linearmotorpresse selbst mit einer
linearen Skala gebildet ist, wie in 1 gezeigt,
ausgenommen die lineare Skala, oder eine Stößelsteuervorrichtung einer
Linearmotorpresse gleicher Art, wie die der Linearmotorpresse mit
einer linearen Skala, wie in 1 gezeigt,
und nicht eine lineare Skala aufweisend.
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Die
Stößelsteuervorrichtung
der herkömmlichen
Linearmotorpresse steuert das Verhalten des Stößels derart, dass es mit dem
optimalen Muster zusammenfällt,
selbst wenn keine lineare Skala installiert ist, indem das Lernergebnis
verwendet wird, das durch die Stößelsteuervorrichtung
der Linearmotorpresse mit der linearen Skala, wie oben beschrieben, erhalten
worden ist, also indem der Befehlswert nach der Korrektur oder der
Fehler innerhalb der vorgeschriebenen Zeitperiode verwendet wird.
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Wie
in 7 gezeigt, ruft die Stößelsteuervorrichtung der herkömmlichen
Linearmotorpresse, wie in 7 gezeigt,
die Lerndaten ab, die das Ergebnis der Lernsteuerung unter Verwendung
der Stößelsteuervorrichtung
der Linearmotorpresse mit der linearen Skala sind, wie oben beschrieben,
aus dem Speicher der Stößelsteuervorrichtung
der Linearmotorpresse mit der linearen Skala für die Steuervorrichtung (Schritt 201),
und schreibt den Befehlswert oder den Fehler der Lerndaten in den
Speicher (Schritt 202). Wenn der Stößel betrieben wird, dann wird
der Be fehlswert oder der Fehler aus dem Speicher ausgelesen und
der ausgelesene Befehlswert oder der Befehlswert, der aus dem ausgelesenen
Fehler berechnet wird, wird ausgegeben (Schritt 203).
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8 zeigt
ein schematisches Anordnungsdiagramm einer Servomotorpresse anstelle
einer herkömmlichen
Verbindungspresse.
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In 8 ist
ein Servomotor 51 derart angeordnet, dass die axiale Linie
einer Ausgangswelle 51a leicht bewegbar ist auf der vertikalen
Fläche
in Bezug zu dem Punkt F als das Bewegungszentrum des Körperrahmens 1.
Ein männliches
Schraubenteil 53a einer Kugelgewindespindel 53 ist
mit der Ausgangswelle 51a des Servomotors 51 über eine
Kupplung 52 verbunden. Ein Ende eines ersten Hebels 54 ist
stiftgekoppelt mit dem Körperrahmen 1 und
das andere Ende ist mit einem weiblichen Schraubenteil 53b der
Kugelgewindespindel 53 gekoppelt. Ein Ende eines zweiten
Hebels 55 ist stiftgekoppelt mit dem Kupplungselement 56,
das an jedem Führungsstift 3 fixiert
ist, und das andere Ende des zweiten Hebels 55 ist stiftgekoppelt
ebenfalls mit dem weiblichen Schraubenteil 53b.
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Die
Rotationsbewegung vorwärts
und rückwärts des
Servomotors 51 wird in eine lineare Hin- und Herbewegung des weiblichen Schraubenteils 53b über die
Kupplung 52 und den männlichen Schraubenteil 53a umgewandelt.
Da der erste Hebel 54 mit dem weiblichen Schraubenteil 53b verbunden ist
und die Bewegung des weiblichen Schraubenteils 53b dämpft, schwenkt
der erste Hebel 54 bezüglich des
Punktes A als das Schwenkzentrum, die lineare Hin- und Herbewegung
des weiblichen Schraubenteils 53b kann streng gesagt die
Schwenkbewegung bezüglich
des Punktes A als das Schwenkzentrum betrachtet werden. Aufgrund
der Schwenkbewegung des weiblichen Schraubenteils 53b wird
der Punkt C des zweiten Hebels 55 nach oben und nach unten hin-
und herbewegt, und der Stößel 4 wird
durch das Kupplungselement 56 und den Führungsstift 3 nach oben
und nach unten bewegt.
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Um
die reale Position nach oben und nach unten des Stößels 4 zu
detektieren, ist ebenfalls eine lineare Waage 57 mit ähnlichem
Aufbau wie die linearen Waagen 12–15, wie oben beschrieben,
zwischen dem Körperrahmen 1 und
dem Stößel 4 angeordnet.
Darüber
hinaus kennzeichnet die Bezugsziffer 2 einen Querträger und
das Bezugszeichen 58 kennzeichnet eine Axiallagerung.
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In
der Servomotorpresse, wenn der Servomotor 51 abwechselnd
vorwärts
und rückwärts rotiert,
wie oben beschrieben, wird der Stößel 4 nach oben und
nach unten hin- und herbewegt durch die Kupplung 52, die
Kugelgewindespindel 53, den zweiten Hebel 55,
das Kupplungselement 56 und den Führungsstift 3. Die
reale Position des Stößels 4 wird durch
die lineare Waage 57 detektiert und das Detektionssignal
wird in eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) eingegeben.
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In
der Steuerschaltung (nicht gezeigt) erfolgt eine ähnliche
Verarbeitung (5), wie bei der Steuerschaltung 20,
wie in 4 gezeigt, wie oben beschrieben. Die Steuerschaltung
(1) fixiert und speichert vorher den optimalen Musterbefehlswert
des Verhaltens des Stößels 4,
und berechnet einen Fehler zwischen den realen Positionsdaten von
dem Positionsdetektor (Linearwaage 57) und dem fixierten Befehlswert
des optimalen Musters in einer vorgeschriebenen Zeitperiode beginnend
mit dem Antriebsstart des Stößels, und
korrigiert den Befehlswert, der auszugeben ist, um den Fehler zu
eliminieren, und gibt den Befehlswert nach der Korrektur aus und
steuert den Servomotor 51, und (2) stoppt den Servomotor
nach Verstreichen der vorgeschriebenen Zeitperiode, wenn der Fehler
zwischen den realen Positionsdaten und dem fixierten Befehlswert
des optimalen Musters den erlaubten Wert überschreitet, der auf dem Bearbeitungsfehler
basiert, und (3) speichert den Befehlswert nach der Korrektur oder
den Fehler innerhalb der vorgeschriebenen Zeitperiode.
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Ebenfalls
in einer Stößelsteuervorrichtung einer
Servomotorpresse, die keine lineare Skala aufweist (vorübergehend
bezeichnet als herkömmliche Servomotorpresse),
also eine herkömmliche
Servomotorpresse, die durch die Servomotorpresse selbst mit der
in 8 gezeigten linearen Skala, ausgenommen die lineare
Skala, oder eine herkömmliche Servomotorpresse,
die durch eine Servomotorpresse gleicher Art gebildet ist, wie die
Servomotorpresse mit der linearen Skala, wie in 8 gezeigt,
und keine lineare Skala aufweist, indem das Lernergebnis verwendet
wird, das durch die Stößelsteuervorrichtung
der Servomotorpresse mit der linearen Skala, wie oben beschrieben,
erhalten wird, also indem der Befehlswert nach der Korrektur oder
der Fehler innerhalb der vorgeschriebenen Zeitperiode verwendet wird,
selbst wenn die lineare Skala nicht installiert ist, wobei das Verhalten
des Stößels mit
dem optimalen Muster in Einklang gebracht werden kann.
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Die
Servomotorpresse ist darüber
hinaus nicht auf die in 8 gezeigte beschränkt, bei
der ein Servomotor verwendet wird als Energiequelle einer herkömmlichen
Verbindungspresse, sondern es kann ebenfalls für eine Presse vom Kurbeltyp
oder Nockentyp verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung
wird die Lernsteuerung in der Stößelsteuerung
der Linearmotorpresse oder der Servomotorpresse verwendet und das
tatsächliche
Verhaltensmuster des Stößels wird
mit dem optimalen Muster konvergiert, wodurch ein Brechen einer
Metallform oder dergleichen verhindert werden kann. Nach der Lernsteuerung
wird ferner die Erzeugung des Bearbeitungsfehlers detektiert und der
Linearmotor oder der Servomotor angehalten, wodurch die Verbesserung
der Ausbeute, die Verhinderung des Brechens einer Metallform oder
dergleichen erreicht werden kann.
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Ebenfalls
gemäß der Erfindung
wird das Ergebnis der Lernsteuerung gespeichert, wodurch das Steuerergebnis
in der Stößelsteuerung
einer anderen herkömmlichen
Linearmotorpresse oder einer herkömmlichen Servomotorpresse verwendet
werden kann.