JP2000117684A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】走行切断／加工装置の制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】走行する材料の速度に追従して、切断または加工をする走行切断／加工機と、前記切断／加工機を駆動する電動機とを備える切断／加工装置を制御する制御装置において、
前記電動機を制御する速度制御装置と、
前記速度制御装置へ速度基準信号を与える数値制御装置と、
前記走行する材料の移動量を検出する接触センサと、
前記切断／加工機の速度および／または位置を検出する非接触センサとを備え、
前記数値制御装置は、前記接触センサが検出する材料の移動量に基づいて速度指令を生成し、前記非接触センサが検出する切断／加工機の速度および／または位置と、前記速度指令とから、速度誤差および位置誤差を求め、前記速度指令に加算して前記速度基準信号を形成することを特徴とする、走行切断／加工装置の制御装置。
【請求項２】走行する材料の速度に追従して、切断または加工をする走行切断／加工機と、前記切断／加工機を駆動する電動機とを備える切断／加工装置を制御する制御装置において、
前記電動機を制御する速度制御装置と、
前記速度制御装置へ速度基準信号を与える数値制御装置と、
前記走行する材料の移動量を検出する第１の非接触センサと、
前記切断／加工機の速度および／または位置を検出する第２の非接触センサとを備え、
前記数値制御装置は、前記第１の非接触センサが検出する材料の移動量に基づいて速度指令を生成し、前記第２の非接触センサが検出する切断／加工機の速度および／または位置と、前記速度指令とから、速度誤差および位置誤差を求め、前記速度指令に加算して前記速度基準信号を形成することを特徴とする、走行切断／加工装置の制御装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の走行切断／加工装置の制御装置において、
前記数値制御装置は、
検出された材料の移動量を材料測長信号に変換し出力する計測器と、
前記材料測長信号が、設定された起動位置に達すると起動信号を出力する起動信号発生器と、
起動信号が発生すると、設定された切断／加工機の移動距離に必要な前記速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と前記速度信号および／または位置信号から、前記速度誤差および位置誤差を求め、前記速度指令に加算して前記速度基準信号を形成する手段と、
を備えることを特徴とする走行切断／加工装置の制御装置。
【請求項４】請求項１，２または３に記載の走行切断／加工装置の制御装置において、
前記非接触センサは、レーザ光を照射するドップラセンサを備えることを特徴とする走行切断／加工装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行する材料の移動速度に追従して、移動中の材料を切断または加工する走行切断装置並びに走行加工装置の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走行切断装置および走行加工装置は、例えば、鉄板・アルミニウム板・フィルムなどの材料を切断するダイセットシャーまたはフライングシャー、パイプなどの材料を切断するカットオフキャリッヂ、鉄板・アルミニウム板などの材料を成形加工するプレス加工装置等がある。これらの走行切断装置および走行加工装置（以下、走行切断装置と走行加工装置とを区別する必要のない場合には、走行切断／加工装置というものとする）は、減速機などの伝達機構に内在する機械的ガタ、すなわちバックラッシュが存在し、大きな問題となっている。例えば、特公平第７−４７２７３号公報には、フライングシャーの伝達機構に内在するバックラッシュを解決する方法が記載されている。この解決方法によれば、切断機作動機構の被駆動系に抵抗を加えており、このための放熱器が用いられている。
【０００３】
従来の走行切断／加工装置のうち、伝達機構の代表例であるダイセットシャーの例について説明をする。図６にダイセットシャーの制御装置を含めた構成図を示す。
【０００４】
ダイセットシャー２は、図６に示すように、台車３（以下、切断機３と言う）は材料１の進行方向に沿って、すなわち、矢印の方向に走行するよう設けられており、シャー４、プレス５、ラック６、ピニオン７、電動機８などにより構成されている。
【０００５】
この切断機３は、ラック６と噛合したピニオン７と電動機８によって駆動され、走行する材料１に沿って走行する。そして、電動機８の回転方向により、切断機３は、材料１の走行方向またはこれとは逆方向に走行する。
【０００６】
このダイセットシャーの動作および材料１の移動量の測定方法について説明する。まず、設定器６１により切断に必要な諸データ、すなわち、切断起動位置、切断移動距離、切断長などを設定する。そして、運転指令により、材料１が走行を開始する。
【０００７】
走行する材料１を上下２個の測長ロール１１で加圧、すなわち、ニップし、材料１の走行にしたがって、測長ロール１１が回転し、パルスジェネレータ１２から単位回転角毎にパルスを発生させ、このパルス信号を用いて材料長計測器２１により連続走行する材料１の移動量を測定している。この材料１の移動量を材料測長信号として、数値制御回路６０に入力する。この数値制御回路６０に入力された材料測長信号が切断機起動位置に達すると電動機８を駆動し、電動機８の回転によりピニオン７がラック６と噛合せし、切断機３は待機位置から材料１の走行方向に沿って急加速する。一方、切断機３を駆動する電動機８に取り付けられたパルスジェネレータ９より単位回転角毎にパルスを発生させ、移動する切断機３の速度信号および位置信号として用い、電動機駆動用制御装置１０および数値制御回路６０に帰還している。
【０００８】
切断機３は、材料１の速度に追従し同期するまで急加速し、切断長の値に達すると、数値制御回路６０は切断信号Ａを発生し、プレス５が駆動してシャー４により材料１を切断する。切断完了後、切断機３は急速に減速し、減速が終了すると同時に電動機８は逆回転し、切断機３は所定位置に戻り待機する。そして、次の指令に基づいて再び起動し、これを繰り返す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなダイセットシャーでは、切断機３に直結されたラック６をピニオン７によって噛合せて駆動し、および切断機３を駆動する電動機８のパルスジェネレータ９より発生されるパルスを、移動する切断機３の速度信号および位置信号として用いるため、切断機３の急加減速時の電動機８と伝達機構との間の捻れ、伝達機構に内在している振動およびバックラシュに因る駆動時間の遅れなどにより、機械的精度を含めた切断精度が不確定となり、また、切断機と電動機との間に経年変化に伴う速度誤差および位置誤差が生じ、切断誤差が発生する問題を生じている。
【００１０】
また、鉄板・アルミニウム板などの材料を切断するフライングシャー、パイプなどの材料を切断するキャリッヂ、鉄板・アルミニウム板などの材料を成形加工するプレス加工機などに用いられている伝達機構にも、同様な経年変化に伴う問題が生じている。
【００１１】
この他、材料の移動に応じた移動量を検出する測長ロールは、材料を両面からニップしているため、測長ロールの加圧により材料に擦り傷を生じたり、または、経年による測長ロールの摩耗の原因等により測定誤差が生じるため、材料の切断寸法精度に影響を及ぼしている。
【００１２】
本発明の目的は、切断／加工機の速度および位置を非接触センサで直接検出し、速度誤差および位置誤差を無くす制御系を構築することにより、切断寸法精度を向上させる走行切断／加工機の制御装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、材料の移動量を非接触センサで直接検出することにより、切断寸法精度をさらに向上させた走行切断／加工装置の制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行する材料の速度に追従して、切断または加工をする走行切断／加工機と、前記切断／加工機を駆動する電動機とを備える切断／加工装置を制御する制御装置である。この制御装置は、前記電動機を制御する速度制御装置と、前記速度制御装置へ速度基準信号を与える数値制御装置と、前記走行する材料の移動量を検出する接触センサまたは第１の非接触センサと、前記切断／加工機の速度および／または位置を検出する第２の非接触センサとを備え、前記数値制御装置は、前記接触センサまたは第１の非接触センサが検出する材料の移動量に基づいて速度指令を生成し、前記第２の非接触センサが検出する切断／加工機の速度および／または位置と、前記速度指令とから、速度誤差および位置誤差を求め、前記速度指令に加算して前記速度基準信号を形成することを特徴とする。
【００１５】
前記数値制御装置は、検出された材料の移動量を材料測長信号に変換し出力する計測器と、前記材料測長信号が、設定された起動位置に達すると起動信号を出力する起動信号発生器と、起動信号が発生すると、設定された切断／加工機の移動距離に必要な速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と前記速度信号および／または位置信号から、前記速度誤差および位置誤差を求め、前記速度指令に加算して前記速度基準信号を形成する手段とを備えている。
【００１６】
前記第１および第２の非接触センサは、レーザ光を照射するドップラセンサを備えるのが好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、ダイセットシャーの制御装置を、図面を参照し説明する。図１は、切断機の速度および位置の検出を非接触センサを用いて実施するダイセットシャーの制御装置のブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、ダイセットシャー２は、切断機３、シャー４、プレス５、ラック６、ピニオン７、電動機８を備えている。このダイセットシャーの駆動を制御する制御装置は、電動機８の回転を検出するパルスジェネレータ９、電動機駆動用速度制御装置１０、数値制御装置２０、材料の移動量を検出する測長ロール１１、測長ロールに連結されたパルスジェネレータ１２、ラック６に対向して設けられたドップラセンサ１４、ドップラセンサの出力を受取るレーザ測長装置１５により構成される。
【００１９】
ダイセットシャー２は、図１に示すように、切断機３が材料１の進行方向に沿って、すなわち矢印の方向に走行するよう設けられており、切断機はラック６と噛合したピニオン７とモータ８によって駆動される。
【００２０】
この材料１の移動量の計測方法は、走行する材料１を上下２個の測長ロール１１で加圧、すなわち、ニップし、材料１の走行にしたがって生ずる測長ロール１１の回転により、パルスジェネレータ１２から単位回転角毎にパルスを発生させ、そのパルスを計数することにより、連続走行する材料１の移動量を測定している。この材料１の移動量を、材料測長信号とする。
【００２１】
一方、切断機３の速度および位置は、ドップラセンサ１４を用いて計測する。すなわち、走行する切断機３にドップラセンサ１４のレーザ光を照射して、その散乱光のドップラ効果による変調光を光学検出手段により検出し、ドップラ周波数信号をレーザ測長装置１５に入力し、切断機の位置信号および速度信号を求め、数値制御装置２０にフィードバックしている。ここで用いるドップラセンサおよびレーザ測長装置は、市販されており、工業用として使用できる機器であれば、何れのものであってもよい。
【００２２】
以上のような切断機３の位置信号および速度信号の検出に用いるドップラセンサの原理について、図３を用いて簡単に説明をする。図３に示すように、半導体レーザ発生器４１のレーザ光源から出射されたレーザ光を、コリメートレンズ４２を介して平行光線すなわちビームに変換し、ビームスプリッタ４３により、その方向を入射光線と反射光線とに２分して、走行する移動物体４５に交差角Φとして照射する。そして、移動物体４５に照射した入射光線と反射光線は、散乱光として受光レンズブロック４６の光学系を介して光検出器４７で受光し、合成しビート周波数を取り出す。このとき光検出器４７から得られるドップラ周波数信号ｆ_D は、次の式で表される。
【００２３】
【数１】

【００２４】
前記式（１）より、λ、Φ、Δθが決まると、ドップラ周波数信号ｆ_D は、移動物体３５の表面速度Ｖに比例した周波数を有する。このため、時間に対してドップラ波の波数を積算すれば、その時間における移動物体の移動量を求めることができる。
【００２５】
物体が速度Ｖで移動した距離をＤとすれば、次式（２）が成り立つ。
【００２６】
【数２】

【００２７】
上記の式（２）により、移動物体の速度Ｖと移動距離Ｄの関係が表される。式（１）をＶについて解くと、次式（３）が得られる。
【００２８】
【数３】

【００２９】
式（３）において、比例定数Ｋ₂ を、
【００３０】
【数４】

【００３１】
とすると、式（３）は、次式（５）のように表すことができる。
【００３２】
【数５】

【００３３】
上式（５）より、物体の移動速度Ｖはドップラ周波数ｆ_D に比例する。したがって移動距離Ｄは、式（５）を式（２）に代入して、次式（６）のように求めることができる。
【００３４】
【数６】

【００３５】
上式（６）より、距離Ｄすなわち移動体の移動量は、ドップラ波の周波数ｆ_D の積分値に比例することがわかる。
【００３６】
上記の原理により、移動物体すなわち切断機３の速度Ｖと移動距離Ｄが計測できることがわかるであろう。
【００３７】
図４に、レーザ測長装置１５の構成を示す。ドップラセンサ１４により検出されたドップラ周波数信号ｆ_D は、信号処理回路５１に送られる。この信号処理回路５１により、ドップラ周波数信号に重畳している雑音を取り除く。この信号処理回路５１により雑音を除去されたドップラ周波数信号は、演算回路５２に送られる。演算回路では、先に述べた式（５）および式（６）により、速度Ｖおよび移動距離Ｄを演算して求める。
【００３８】
この演算に必要な式（１）のレーザ波長λ、ビーム交差角Φ、ビーム法線と移動物体の直角からのずれ角Δθの数値は、設定器５７により予め設定される。これら設定値は、制御回路５３を経て演算回路５２に送られる。演算回路５２で計算された速度Ｖおよび移動距離Ｄは、出力回路５５，５４から速度信号および位置信号として、それぞれ出力される。
【００３９】
図１に戻り、数値制御装置２０について説明する。数値制御装置２０は、材料長計測器２１、切断機起動信号発生器２２、速度指令発生器２３、切断指令発生器２４、切断長設定器２５、起動位置設定器２６、切断機移動距離設定器２７、材料位置関数発生器２８、切断機位置検出器２９、切断機速度検出器３０、位置誤差補償器３１、速度誤差補償器３１によって構成されている。
【００４０】
まず、切断長設定器２５、起動位置設定器２６、切断機移動距離設定器２７に、必要な数値を各々設定する。そして、運転指令により、材料１が走行を開始する。材料１が走行を開始すると、測長ロール１１が回転し、パルスジェネレータ１２からパルスが発生し、材料長計測器２１に送られる。材料長計測器２１により材料の移動量が計測され、これを材料測長信号として切断機起動信号発生器２２、切断指令発生器２４に入力する。この時点では、切断機３は走行せず待機している。
【００４１】
切断機起動信号発生器２２に入力された材料測長信号は、起動位置設定器２６により設定された起動位置の値に達すると、起動信号を出力する。この起動信号が速度指令発生器２３に入力され、切断機移動距離設定器２７により設定された移動距離に必要な速度指令関数を出力する。この速度指令関数を、後述するように速度誤差および位置誤差補償を行って、切断機３の電動機駆動用速度制御装置１０の速度基準信号とする。
【００４２】
この誤差補償は、次のようにして行われる。レーザ測長装置１５からの位置信号および速度信号は、切断機位置検出器２９および切断機速度検出器３０に、それぞれ入力される。
【００４３】
一方、速度指令発生器２３より出力した速度指令関数は、材料位置関数発生器２８に入力され、切断機３の位置移動に必要な位置指令値を出力する。
【００４４】
この位置指令値と切断機位置検出器２９の検出値とを減算し、その差を位置誤差補償器３１に入力し、比例積分あるいは比例２乗積分等の伝達関数を乗じ、その結果（出力）を速度指令に加算して、位置誤差を補正する。
【００４５】
また、速度指令発生器２３より出力した速度指令値と切断機速度検出器３０の検出値とを減算し、その差を速度誤差補償器３２に入力し、比例積分あるいは比例２乗積分等の伝達関数を乗じ、その結果（出力）を速度指令に加算する。この結果、速度誤差を補正する。
【００４６】
以上、本発明の一実施例を、レーザ測長装置１５が位置信号および速度信号を出力した場合について説明した。しかし、レーザ測長装置１５が位置信号または速度信号の一方のみを出力する構造のものである場合には、数値制御回路２０では、切断機位置検出器２９または切断機速度検出器３０のみを備え、位置信号から速度信号を、あるいは速度信号から位置信号を形成することとなる。すなわち、切断機位置信号のみ検出する場合は、切断機位置信号を時間微分して位置−速度変換定数を乗じることにより速度を求め、この速度を切断機速度信号として用いることができる。また、切断機速度信号のみ検出する場合は、切断機速度信号を時間積分して速度−位置変換定数を乗じることにより位置を求め、この位置を位置信号として用いることができる。
【００４７】
また、材料の移動に応じた移動量を検出する測長ロールは、従来技術で説明したように、材料をニップしているため、測長ロールのニップ圧による擦り傷を生じたり、または、経年による測長ロールの摩耗の原因等により測定誤差が生じる問題などがあった。これらの問題を解決するために、図５に示すように、ドップラセンサ１１Ａおよび１２Ａを用い、位置検出信号を材料長計測器２１に入力するように構成できる。ドップラセンサ１１Ａおよびレーザ測長装置１２Ａは、図３および図４に示したものと同じである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、非接触センサを用いて切断／加工機の位置および／または速度を検出しているので、従来の制御装置に比べて、切断／加工機の急加減速による電動機と伝達機構の間の捻れ、振動および伝達機構のバックラシュに因る駆動時間の遅れ、駆動機構の摩耗等による諸特性の経年変化等の影響を排除して、切断／加工寸法精度を向上させることができる。さらに、材料長の移動量検出に、非接触センサを用いれば、さらに切断／加工寸法を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の制御装置の構成図である。
【図２】往復走行切断機に係わる加減速レートによる速度曲線を示す図である。
【図３】本発明に係わるドップラセンサの原理を説明する図である。
【図４】本発明に係わるレーザ測長装置の信号処理回路のブロック図である。
【図５】材料の速度を検出するレーザ測長装置のブロック図を示す。
【図６】従来のダイセットシャーの構成図である。
【符号の説明】
１ 材料
２ ダイセットシャー
３ 切断機
４ シャー
５ プレス
６ ラック
７ ピニオン
８ 電動機
９ パルスジェネレータ
１０ 電動機駆動用速度制御装置
１１ 測長ロール
１２ パルスジェネレータ
１４ ドップラセンサ
１５ レーザ測長装置
２０ 数値制御装置
２１ 材料長計測器
２２ 切断機起動信号発生器
２３ 速度指令発生器
２４ 切断指令発生器
２５ 切断長設定器
２６ 起動位置設定器
２７ 切断機移動距離設定器
２８ 材料位置関数発生器
２９ 切断機位置検出器
３０ 切断機速度検出器
３１ 位置誤差補償器
３２ 速度誤差補償器

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