JP2002192398A - サーボプレスの下死点探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コイニング時の加工深さが一定になるように制
御できるサーボプレスの下死点探査装置を提供すること
にある。 【解決手段】ねじ機構５及び４を介してサーボモータ７
により駆動されるラム３を有するサーボプレス１に、ラ
ム位置検出器手段であるリニアスケール１１と、加工深
さを検出する画像処理装置１２と、モータ制御手段であ
るＮＣ制御装置１３を設ける。ラム３が、上死点から断
続下降運転開始位置まではリニアスケール１１によりラ
ム３を制御し、断続下降運転開始位置に達すると、断続
的にラム３を下降させるとともに画像処理装置１２によ
り加工深さを検出し、設定した値に達するとラム３を上
昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラムをサーボモー
タにより設定自在に駆動させるサーボプレスに関する。
さらに詳細には、実際に使用する前記ラムの下死点位置
を探査し、設定した下死点位置を補正するサーボプレス
の下死点探査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実際の下死点位置を探査し、設定下死点
位置を補正する従来技術としては、特願平２０００−０
６１４１３が挙げられる。従来探査装置では、上下の金
型の相対位置を検出する下死点センサが金型に設けられ
ている。下死点付近以外では、他のラム位置検出器によ
りラム位置が制御される。

【０００３】ラムが下降し、設定下死点位置に到達する
若干手前から、ラムを断続的に一定ピッチずつ下降させ
るとともに、下死点センサにより金型の相対位置を検出
する。下死点センサにて、ラム（上型）が下死点に到達
したことを検出すると、ラムは上昇する。この従来下死
点探査装置では実際の金型位置を検出し、これによりラ
ムを制御するので、フレームの熱変形に関わらず、一定
の下死点位置を得ることができる。また、一定ピッチず
つ断続的にラムを下降させるので、制御系の後れ時間に
もかかわらず、設定下死点に到達後直ちにラムを上昇さ
せることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来下死点探
査装置では、荷重を一定にして加工する、例えば材料厚
さが均一でない場合にするコイニングには不向きであ
る。例えば材料板厚が１ｍｍ（１０００μｍ）で、材料
表面から１０μｍの加工深さが必要な場合は、下死点を
材料の下面から９９０μｍの位置に設定すれば良い。し
かし、１ストローク毎の材料板厚にバラツキがある場
合、例えば板厚が１００５μｍの材料がある場合は、従
来下死点探査装置による上述の設定では、加工深さは材
料表面上から１５μｍで加工されてしまう。また、板厚
が均一であっても、従来下死点探査装置においては、パ
ンチの熱変形等により精密なコイニング精度を得ること
は難しい。

【０００５】本発明の目的は、画像処理により加工深さ
を検出し、その検出値に基づいて駆動源であるモータを
制御することにより、上述の課題を解決することのでき
るサーボプレスの下死点探査装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ねじ
機構を介してサーボモータでラムを駆動するサーボプレ
スにおいて、ラムの位置を検出するラム位置検出手段
と、画像処理により製品の加工深さを検出する画像処理
装置と、前記ラムが下降するときは、断続下降運転開始
位置まではラム位置検出手段の検出値に基づいて前記ラ
ムは制御され、前記ラムが断続下降運転開始位置に達し
たときは、前記ラムを断続的に下降させるとともに前記
画像処理装置により製品の加工深さを検出し、その検出
値が設定下降深さに達すると前記ラムを上昇させるモー
タ制御装置と、を有することを特徴とするサーボプレス
の下死点探査装置である。

【０００７】請求項１の発明によると、ラムの位置を検
出するラム位置検出手段と、プレス成形を行なう製品の
コイニング等による加工深さを画像処理にて検出する画
像処理装置が設けられている。ラムが上死点から断続下
降運転開始位置に達するまでは、ラム位置検出手段によ
りラムは制御される。ラムが断続下降運転開始位置に達
すると、ラムを断続的に下降させる。これとともに、画
像処理装置により加工深さを検出するので、断続的に下
降する毎に加工深さをモータ制御装置に読み込むことが
できる。そして、設定された加工深さに達すると、ラム
は上昇する。

【０００８】すなわち、請求項1の発明では、設定され
た加工深さに達したときにラムを上昇させるので、コイ
ニング等で材料厚さにバラツキがある場合においても、
一定加工深さで加工を行うことができる。また、断続的
にラムを下降させるので、制御系の後れ時間によるラム
の過下降を防止することができる。

【０００９】請求項２の発明は、前記モータ制御装置
は、設定下死点位置に前ストローク時の補正量を加算
し、設定量分減算した値を次ストローク時における前記
ラムの断続下降運転開始位置とすることを特徴とする請
求項１記載のサーボプレスの下死点探査装置である。

【００１０】請求項２の発明では、前ストローク時にお
ける補正量、すなわち、前ストロークにおける断続下降
運転開始位置から、製品が設定された加工深さで加工さ
れるラム位置（すなわちラムが上昇する位置）までの距
離を、予め設定した下死点位置に加算し、そこから設定
量分減算した値を次ストローク時の断続下降運転開始位
置とした。設定量を、例えば板厚のバラツキの度合いに
応じて設定することで、上死点から材料表面僅かに上方
までをラム位置検出手段によるラムの制御とすることが
できる。

【００１１】すなわち、ラム位置検出手段によりラムが
制御される範囲を拡大できるので、１ストロークにかか
る時間を短くすることができる。よって、請求項２の発
明により、請求項１の発明による効果に加えて、より生
産性を向上することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１〜図
６に示す。図１は、本発明による下死点探査装置を装備
したサーボプレスの一例である。サーボプレス１のフレ
ーム２にはラム３が昇降自在に設けられている。ラム３
にはナット４が固設され、ねじ軸５が螺合している。な
お、ねじ軸５はフレーム２に回動自在に設けられている
とともに、その一端にはプーリ６が固設されている。

【００１３】一方、フレーム２には、サーボモータ７が
設けられている。サーボモータ７の駆動軸には小プーリ
７ａが設けられている。小プーリ７ａとプーリ６にはベ
ルト８が掛けられている。このように、本実施例におけ
るサーボプレス１は、サーボモータ７の駆動力によりね
じ軸５を回転させ、ラム３を昇降させる。

【００１４】また、フレーム２にはボルスタ９が設けら
れている。ラム３とボルスタ９間には金型１０が設けら
れている。金型１０のうち、ラム３の下面には上型１０
ａが固設され、ボルスタ９の上面には下型１０ｂが固設
されている。また、ボルスタ９上の金型１０付近には、
カメラ１２ａが設けられるとともに、画像処理対象物の
陰影を生成する照明装置１２ｂがカメラ１２と対向する
位置に設けられている。そして、カメラ１２ａは画像処
理部１２ｃに電気的に接続され、カメラ１２ａからの画
像信号は画像処理部１２ｃに送信される。画像処理装置
１２はカメラ１２ａ，照明装置１２ｂ，画像処理部１２
ｃを主な構成要素としている。

【００１５】ここで、金型１０付近の詳細図を図２に示
し、加工する製品図を図３に示す。カメラ１２ａは振動
による誤作動や破損を防止するため、防震ゴム１２ｄ上
に設けられている。また、上型１０ａのパンチ部１０
ａ’の先端はカメラ１２ａ側から見てＶ字形に形成さ
れ、ワークＷ（図３）は所定の加工深さＳで加工され
る。実際の具体的な数値例としては、加工深さＳは１１
μｍ±１μｍで加工することを目標としている。画像処
理の処理フローは、まず、照明装置１２ｂにより画像処
理対象物であるワークＷの陰影が生成され、カメラ１２
ａによりワークＷの陰影が撮影される。この画像は画像
信号として画像処理部１２ｃに送信される。画像処理部
１２ｃでは、この画像信号を画像処理して加工深さＳを
算出する。このようにして加工深さＳが検出（測定）さ
れる。

【００１６】一方、図１において、フレーム２には、ラ
ム３の位置を検出するラム位置検出手段として、リニア
スケール１１が設けられている。リニアスケール１１及
び先述の画像処理装置１２（画像処理部１２ｃ）は、夫
々、サーボモータ７を制御するＮＣ制御装置１３に電気
的に接続されている。そして、ＮＣ制御装置１３はサー
ボモータ７と電気的に接続されている。リニアスケール
１１及び画像処理装置１２の検出値はＮＣ制御装置１３
に読み込まれる。これらの検出値と、予めＮＣ制御装置
１３に設定された各種の設定値に基づいて、サーボモー
タ７が制御され、ラム３は動作する。

【００１７】次に、ＮＣ制御装置１３の内部構成図を図
４に示す。図４において、ＮＣ制御装置１３には、種々
の演算を行い指令信号を出力するＣＰＵ（中央演算処理
装置）１４と、各種設定値や検出値を記憶するメモリ１
５とが設けられている。さらに、リニアスケール１１や
画像処理装置１２の検出値を読み込む入力装置１６と、
サーボアンプ２０にサーボ指令を出力する出力装置１７
が設けられている。ＣＰＵ１４，メモリ１５，入力装置
１６，出力装置１７は夫々互いに電気的に接続され、信
号がやり取りされている。

【００１８】次に、ＮＣ制御装置１３の制御ブロック図
を図５に、ラム３の位置と時間の関係、すなわちラム３
の動作線図の一例を図６に示す。本実施例で示すサーボ
プレス１においては、ラム３の動作を任意に設定するこ
とができる。本実施例では、上死点をＡ（Ｅ，Ｄ）、金
型が材料にタッチする点（金型タッチ点）をＢ、設定下
死点をＰと設定する。これらの設定値はメモリ１５（図
４）に記憶され、ＣＰＵ１４（図４）によりこれらの設
定値に基づいてラム３（図１）の次位置指令が演算され
る。本発明の下死点探査装置が作動しない場合は、その
演算結果に基づいてラム３は、図６に示す通り、Ａ−Ｂ
−Ｐ−Ｅの順で動作する。

【００１９】図５に基づいて上述のラム３の動作を説明
すると、まず、出力装置１７のスイッチ１７ａが次位置
指令側に接続される。次位置指令はサーボ指令としてサ
ーボアンプ２０に出力される。一方、ラム３の位置を検
出するリニアスケール１１からの検出信号も、入力装置
１６を介してサーボアンプ２０に読み込まれる。このリ
ニアスケール１１からの信号は位置フィードバック信号
として読み込まれ、差分器２１により次位置指令と位置
フィードバック信号の差分が求められ、次位置指令が補
正される。補正された次位置指令は、増幅器２２により
増幅される。

【００２０】次に、補正された次位置指令と設定された
ラム３の動作時間との関係から、次速度指令が生成され
る。一方、サーボモータ７にはエンコーダ７ｂが設けら
れており、そのエンコーダ７ｂからの信号は、速度フィ
ードバック信号としてサーボアンプ２０に読み込まれて
いる。そして、差分器２３により、次速度指令と速度フ
ィードバック信号の差分が求められ、次速度指令が補正
される。この次速度指令に基づいて、サーボモータ７は
駆動し、ラム３が動作する。

【００２１】次に、本発明の下死点探査装置が作動する
場合の動作を説明する。なお、図６で示すＡ−Ｂ−Ｐ−
Ｑ間及びＣ−Ｄ間は、前述と同様の制御工程でラム３が
動作する。よって、この動作にかかる説明は省略する。

【００２２】図６において、上死点Ａから下降するラム
３は、金型タッチ点Ｂで金型が材料にタッチする。そし
て、断続下降運転開始位置Ｑに達すると、ラム３は断続
的に下降する。また、断続下降運転の開始とともに、画
像処理装置１２による加工深さＳ（図３）の検出が開始
される。

【００２３】なお、本実施例においては、断続下降運転
開始位置Ｑは、設定下死点Ｐの下方最大５０μｍまでの
間に設定する。図６において、この点を下限位置Ｒとす
ると、Ｐ−Ｒ間が５０μｍとなる。これは、画像処理装
置１２の故障等によりラム３が過下降して、機械や金型
を破損させないためである。また、本実施例における断
続下降運転時の、ラム３が下降する間隔は、１μｍの一
定ピッチとする。

【００２４】断続下降運転が開始されると、ラム３が１
μｍ下降する毎に画像処理装置１２により加工深さＳが
検出される。そして、検出した加工深さＳが、予め設定
した加工深さに達すると、ラム３は上昇する（図６のＣ
−Ｄに示す動作）。

【００２５】上述の動作を図５により説明すると、ラム
３が断続下降運転開始位置Ｑに達すると、スイッチ１７
ａは、１μｍ毎にラム３を断続的に下降させる指示をす
る、マイクロステップ指令側に切り替わる。出力装置１
７はマイクロステップ指令をサーボ指令としてサーボア
ンプ２０に出力する。すると、サーボモータ７は、ラム
３が１μｍ毎に断続的に下降するように動作する。

【００２６】そして、画像処理装置１２が検出する加工
深さＳが、予め設定した加工深さに達すると、スイッチ
１７ａが次位置指令側に切り替わる。次位置は上死点Ｄ
であるので、ラム３は上死点Ｄまで上昇する。すなわ
ち、図６において、Ａ−Ｑ間及びＣ−Ｄ間では、リニア
スケール１１によりラム３を制御し、Ｑ−Ｃ間では、画
像処理装置１２によりラム３を制御している。

【００２７】このように、本発明の下死点探査装置によ
り、加工深さＳを一定にすることができる。また、断続
的にラム３を下降させることで、制御系の後れ時間に関
わらず、加工深さが設定された値に達した時点で、ラム
３を上昇することができる。すなわち、制御系の後れ時
間による過下降を防止することができる。

【００２８】また、本発明の下死点探査装置では、加工
深さ検出範囲Ｌ（Ｑ−Ｃ間、図６）、すなわち断続下降
運転する範囲が最小になる様に、次ストロークの断続下
降運転開始位置Ｑを自動設定することができる。以下に
その動作を説明する。

【００２９】現在の断続下降運転開始位置Ｑを設定下死
点Ｐと同一位置（Ｐ＝Ｑ）とする。断続下降運転開始位
置ＱをＮＣ制御装置１３のメモリ１５（図４）に記憶し
ておく。また、現ストロークにおいて、加工深さＳが設
定した加工深さに達した点Ｃの位置をメモリ１５に記憶
しておく。ここでは、現ストローク時の点Ｃの位置を、
設定下死点Ｐから１１μｍとする。これを補正量ｈとす
る。そして、次ストロークの断続下降運転開始位置Ｑ’
を、次のように求める。 Ｑ’＝Ｐ＋ｈ−Ｋ・・・（１） Ｋ：設定量

【００３０】ここで、設定量Ｋは、板厚のバラツキ度合
いにより適宜設定する。ここでは、３μｍとする。
（１）の演算により、次ストロークの断続下降運転開始
位置Ｑ’は、設定下死点Ｐから８μｍの位置と求めるこ
とができる。すなわち、前ストローク時よりも、断続下
降運転を行う回数が８回（８μｍ）分減る。ゆえに、前
ストローク時よりも１ストロークにかかる時間を短縮で
きる。

【００３１】なお、断続下降運転を行う範囲が減少する
とともに、リニアスケール１１によりラム３が制御され
る範囲が拡大される。このことからも、１ストロークに
かかる時間が短縮されることが分かる。通常、検出範囲
の広いラム位置検出手段（リニアスケール１１）の検出
精度は、画像処理装置１２の検出精度よりも粗いが、ラ
ム位置検出手段による制御の方が、制御対象物（ラム
３）の応答速度が速くなるからである。

【００３２】図６に基づいて本実施例を説明すると、断
続下降運転開始位置Ｑと、加工深さＳが設定した加工深
さに達した位置Ｃとを１ストローク毎にメモリ１５に記
憶させ、（１）の演算をＣＰＵ１４で行う。そして、そ
の演算結果に基づいて、ラム３を上述の様に制御する。

【００３３】なお、本実施例においては、ラム位置検出
手段としてリニアスケール１１を用いたが、本発明は、
これに制限されるものではない。つまり、ラム３の位置
が検出できる機器であればよい。また、断続下降運転時
のピッチは、一定でなくても良く、例えば５μｍ、４μ
ｍ、３μｍ・・・という様に減じていくこともできる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によると、制御系の後れ
時間に関わらず、コイニング時の加工深さが設定した値
に達するとラムを上昇させることができる。よって、材
料板厚にバラツキがある場合にコイニング等の加工を施
す場合においても、常に一定の加工深さを高精度に得る
ことができる。

【００３５】請求項２の発明によると、断続下降運転を
行う範囲を自動的に最小限に設定することができ、ラム
位置検出手段によりラムが制御される範囲を拡大できる
ので、１ストロークにかかる時間を短縮することができ
る。よって、請求項１の発明による効果に加えて、生産
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるサーボプレスの全体正
面図

【図２】本発明の実施例における金型付近の詳細図

【図３】本発明の実施例におけるプレス加工製品図

【図４】本発明の実施例におけるＮＣ制御装置の構成図

【図５】本発明の実施例におけるＮＣ制御装置の制御ブ
ロック図

【図６】本発明の実施例におけるラムの動作線図

【符号の説明】

１はサーボプレス、２はフレーム、３はラム、４はナッ
ト、５はねじ軸、６はプーリ、７はサーボモータ、７ａ
は小プーリ、７ｂはエンコーダ、８はベルト、９はボル
スタ、１０は金型、１０ａは上型、１０ａ’はパンチ
部、１０ｂは下型、１１はリニアスケール、１２は画像
処理装置、１２ａはカメラ、１２ｂは照明装置、１２ｃ
は画像処理部、１２ｄは防震装置、１３ＮＣ制御装置、
１４はＣＰＵ、１５はメモリ、１６は入力装置、１７は
出力装置、２０はサーボアンプ、２１は差分器、２２は
増幅器、２３は差分器、２４はアンプ部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ねじ機構を介してサーボモータでラムを駆
   動するサーボプレスにおいて、ラムの位置を検出するラ
   ム位置検出手段と、画像処理により製品の加工深さを検
   出する画像処理装置と、前記ラムが下降するときは、断
   続下降運転開始位置まではラム位置検出手段の検出値に
   基づいて前記ラムは制御され、前記ラムが断続下降運転
   開始位置に達したときは、前記ラムを断続的に下降させ
   るとともに前記画像処理装置により製品の加工深さを検
   出し、その検出値が設定下降深さに達すると前記ラムを
   上昇させるモータ制御装置と、を有することを特徴とす
   るサーボプレスの下死点探査装置。
2. 【請求項２】前記モータ制御装置は、設定下死点位置に
   前ストローク時の補正量を加算し、設定量分減算した値
   を次ストローク時における前記ラムの断続下降運転開始
   位置とすることを特徴とする請求項１記載のサーボプレ
   スの下死点探査装置。