JP2006142351A - ダイクッション機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速かつ高精度の力制御を可能にするダイクッション機構の制御装置を提供する。
【解決手段】 ダイクッション機構５０が生じる力を制御する制御装置１０は、同じプレス加工サイクルが繰り返されることを利用する。補正部２０３は、あるプレス加工サイクルの時系列的な偏差に基づいて、次のプレス加工サイクルの各偏差を補正する。このような操作を繰り返すことにより、力の検出値と指令値との偏差はゼロに向かって収束する。従って、従来のフィードバック制御よりも偏差を小さくすることができ、指令値の変化に対して高速に応答することもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイクッション機構の制御装置に関し、特には、プレス機のダイクッション機構が生じる力を制御する制御装置に関する。

曲げ、絞り、打抜き等のプレス加工を行うプレス機械において、加工動作中に、プレス加工に用いる第１の型を支持する可動側の支持部材（一般にスライドと称する）に対し、第２の型を支持する支持部材の側から所要の力（圧力）を加える付属装置として、ダイクッション機構を装備することが知られている。ダイクッション機構は通常、所定の圧力で保持した可動要素（一般にクッションパッドと称する）に、型閉め方向へ移動中のスライド（又は第１の型）を直接又は間接に衝突させた後、型閉め（成形）を経て型開きに至るまで、クッションパッドがスライドに力（圧力）を加えながらスライドと共に移動するように構成されている。この間、例えば、クッションパッドとスライドとの間に被加工素材の加工箇所の周辺領域を挟持することにより、被加工素材の皺の発生を防止することができる。

従来のダイクッション機構は、油圧又は空圧式の装置を駆動源としているものが多く、これらの装置は一定圧力での制御しか行えなかった。また高精度のプレス加工を行うためには、絞り込み時の圧力を一定ではなく絞り込み量に応じて変化させることが望ましいが、油圧又は空圧式の装置ではそれができなかった。

そこで近年、応答性に優れた力制御を可能とするために、サーボモータを駆動源とするダイクッション機構が開発されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載されるダイクッション機構は、プレス機械のスライドの下方に設置されるクッションパッドを、スライドの昇降動作に対応して、サーボモータにより昇降動作させる構成を有する。サーボモータは、クッションパッドの位置に対応させて予め定めた力指令値に基づく力制御により動作して、クッションパッドをスライドと共に移動させながら、クッションパッドからスライドに加わる力（圧力）を調整する。なお、衝突及び圧力の検知は、クッションパッドを介してサーボモータの出力軸に加わる負荷を検出することにより行なわれる。

特開平１０−２０２３２７号公報

最近のプレス加工においては、より高精度の加工を、生産性を上げるために高速に行うことが要求されている。上述のような従来のサーボモータ駆動によれば、衝突時の衝撃荷重を低減し、また絞り込み時の圧力を変化させることが可能になるが、高速化のためにスライドの速度を上げると、衝突時の衝撃荷重が増加して、力の制御が追従しきれずにダイクッション機構に大きな力がかかるので、力の指令値と検出値との差すなわち偏差が大きくなる。またダイクッション機構を構成する部材の剛性が高い場合にも衝突時の衝撃荷重が増加し、偏差が大きくなる。さらに絞り込み時の圧力変化量が大きい場合も、その絞り込み時の偏差が大きくなる場合がある。偏差が大きくなると、所望のプレス力が得られず、結果として高精度のプレス加工が困難になる。

そこで本発明は、上述の問題を解決し、高速かつ高精度の力制御を可能にするダイクッション機構の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御装置であって、前記ダイクッション機構に生じさせるべき力の指令値を出力する力指令部と、前記指令値により前記ダイクッション機構が実際に生じている力を検出する力検出部と、前記指令値と前記力検出部が検出した検出値との偏差に基づいて、前記サーボモータに対する力制御を実行する力制御部と、第１のプレス加工サイクルにおいて前記力制御部が実行した力制御中に実際に生じた時系列的偏差を、前記第１のプレス加工サイクルの次の第２のプレス加工サイクルにおいて前記力制御部が力制御を実行するときに補正する補正部と、を有する制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記補正部は、前記第１のプレス加工サイクルの前記偏差に基づいて該偏差の補正値を求める学習制御部と、該補正値を前記第２のプレス加工サイクルにおける偏差に加算する演算部とを有する、制御装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の制御装置において、前記補正部は、所定サンプリング周期毎に前記偏差を取り込み、前記補正値を生成する、制御装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の制御装置において、前記補正部は、前記スライドの所定位置毎に前記偏差を取り込み、前記補正値を生成する、制御装置を提供する。

本発明に係るダイクッション機構の制御装置によれば、ある加工サイクルで得られた偏差に基づいてその次の加工サイクルの偏差を補正することにより、力の指令値に対する力の検出値の偏差を低減し、高精度かつ高速の力制御を行うことが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る制御装置１０の基本構成を示す機能ブロック図であり、図２は、第１の実施形態の制御装置１０を含むプレス機４０の好適な構成を示す図である。プレス機４０は、適当なリンク機構４２を介して第１サーボモータ４４によって駆動されるスライド４６と、スライド４６に対して力（圧力）を生じるダイクッション機構５０とを有する。ダイクッション機構５０は、スライド４６の動作に対応して移動するクッションパッド５２と、クッションパッド５２を駆動する第２サーボモータ５４と、第２サーボモータ５４を制御してクッションパッド５２とスライド４６との間に相関的な圧力（力）を生じさせる制御装置１０とを備える。スライド４６は、プレス加工に用いる第１の型（図示せず）を支持して、図示しない第２の型に対し、プレス加工に要求される速度で接近又は離反する方向へ移動する。クッションパッド５２は、第２の型に関連して配置され、例えばボールねじ装置５６を介して、第２サーボモータ５４の出力軸に接続される。

制御装置１０は、第２サーボモータ５４を駆動源としてプレス機４０のスライド４６に対する力を生ずるダイクッション機構５０の制御装置であって、ダイクッション機構５０に生じさせる力を指令する力指令部１２と、ダイクッション機構５０が生じる力を検出する力検出部すなわち力センサ１４と、第２サーボモータ５４の位置を指令する位置指令部１６と、第２サーボモータ５４の位置及び速度を検出する第１検出部１８と、力指令部１２からの力指令値及び力センサ１４からの力検出値に基づいて第２サーボモータ５４に対する制御を行うための力制御部２０と、位置指令部１６からの位置指令値及び第１検出部１８からの位置検出値に基づいて第２サーボモータ５４の位置制御を行うための位置制御部２２と、第２サーボモータ５４の速度制御を行う際に力制御部２０及び位置制御部２２から入力された指令値のいずれを使用するかを選定して切り替える切替器２４と、を有する。制御装置１０はさらに、切替器２４からの速度指令値及び第１検出部１８からの速度検出値に基づいて第２サーボモータ５４の速度制御を行うための速度制御部２６と、速度制御部２６によって制御されて第２サーボモータ５４の電流値を制御する電流制御部２８と、電流制御部２８によって制御されて第２サーボモータ５４に電流を送るアンプ３０とを有する。

図１に示すように、力制御部２０は力指令部１２からの指令値と力センサ１４からの検出値との差すなわち力偏差を求める第１演算部２０２と、第１演算部２０２により求められた前回のプレス加工サイクルの偏差に基づいて、力制御部２０が第２サーボモータ５４の制御を行う際にその次の加工サイクルの偏差を補正する補正部２０３とを有する。詳細には補正部２０３は、図２に示すように、力の偏差から補正値を求める学習制御部２０４と、その補正値と偏差とを加算する第２演算部２０６とを有する。第２演算部２０６によって補正値が加算された偏差は、ゲイン２０８において適当な定数を用いる（掛ける）ことによって、速度指令値として上述の切換器２４に送られる。

本発明は、一般的なプレス加工において、同じ加工サイクル（すなわち、スライド４６が有する第１の型と第２の型との間の、直接又は被加工物を介する間接の衝突、型閉め（絞り込み）及び型開き（離脱））が複数回繰り返されることを利用する。さらに、以降に説明する第１の実施形態においては、各々の加工サイクルにおいて力偏差は予め定めた時間間隔で算出される。また第２及び第３の実施形態は、各々の加工サイクルにおいて力偏差はスライド４６の位置に応じて（同期して）算出される。

次に、第１の実施形態における力制御部２０の作用について説明する。
先ず１サイクル目のプレス加工動作において、予め定めた力をダイクッション機構５０が生じるようにフィードバック制御が行われる。ただしこのときに、第１演算部２０２は、１サイクル目のプレス動作時間中に力センサ１４により検出される力検出値から所定の時間間隔でサンプリングを行い、サンプリングされた力検出値と力指令部１２からの力指令値との時系列的な偏差を求め、求められた偏差を学習制御部２０６に送る。学習制御部２０６は、それらの偏差を、ノイズカット（例えばローパスフィルター等の適当なフィルターを用いて高周波成分を除去）した後に、適当なメモリ２０７に格納する。

２サイクル目のプレス動作においては、学習制御部２０６がメモリ２０７に記憶された１サイクル目の各偏差から力の補正値を求め、２サイクル目の各偏差に加算する。この補正値は例えば、２サイクル目のｎ回目のサンプリングによる偏差に対しては、記憶された１サイクル目のｎ＋１回目のサンプリングによる偏差となる。具体的な数字で例示すると、１サイクル目のｎ回目及びｎ＋１回目の偏差（すなわち指令値−検出値）がそれぞれ５ｋｇ及び−２ｋｇであった場合は、２サイクル目のｎ回目の偏差に対する補正値は１サイクル目のｎ＋１回目の偏差すなわち−２ｋｇとなる。従って仮に２サイクル目のｎ回目の偏差が４ｋｇであれば、２サイクル目のｎ回目においてゲイン２０８に送られる偏差は、補正値−２ｋｇが加算されて２ｋｇとなる（従来のフィードバック制御であれば４ｋｇのままである）。このように偏差に補正値を加算することにより、従来であればオーバーシュートしてしまっていたフィードバック制御における偏差を、よりゼロに近づけることができる。このような処理をサイクル毎に繰り返すことにより、サイクル中にサンプリングされた全ての偏差をゼロに収束させていくことができ、故に高精度のプレス加工を行うことができるとともに、指令値の変化に対しても高速に応答することができるようになる。

なお補正値は、上述のように前回のサイクルのｎ＋１回目の偏差をそのまま用いてもよいが、収束安定性又は発散防止のために偏差に１未満の適当な定数（例えば０．５〜０．８）を掛けてもよい。また補正値は、サーボモータが指令を受けてから応答するまでの遅れ時間に応じて、位相進み等の適当なフィルター処理を行ってから加算される。

図３は、第２の実施形態に係る制御装置１０ａを含むプレス機４０ａの構成を示す図である。プレス機４０ａは、スライド４６ａの位置を検出するためのリニアスケール５８ａをさらに有し、リニアスケール５８ａからの検出値又は検出信号は学習制御部２０６ａに送られる。他の構成については、第１の実施形態と同様であってよいので説明は省略するが、第１の実施形態と同様の構成要素にはその参照符号の末尾にａを付す。

上述の第１の実施形態においては、学習制御部２０６が処理する一連のプレス動作における複数の力検出値を予め定めた時間間隔でサンプリングするのに対し、第２の実施形態の学習制御部２０６ａは、一連のプレス動作におけるスライド４６ａの複数の位置の各々について検出された力検出値を使用する。学習制御部２０６ａによる複数の力検出値の処理方法については、第１の実施形態の学習制御部２０６と同様でよい。従ってこの場合も、従来のフィードバック制御よりも偏差を小さくすることができ、指令値の変化に対して高速に応答することができる。

図４は、第２の実施形態の変形例である第３の実施形態に係る制御装置１０ｂを含むプレス機４０ｂの構成を示す図である。第２の実施形態と異なる点は、スライド４６ｂの位置を検出するために、リニアスケールの代わりに第１サーボモータ４４ｂに取り付けられた第２検出部６０ｂを有することである。従って第３の実施形態においては、第２検出部６０ｂからの検出値又は検出信号が学習制御部２０６ｂに送られる。学習制御部２０６ｂの作用は第２の実施形態の学習制御部２０６ａと同様である。他の構成については、第１の実施形態と同様であってよいので説明は省略するが、第１の実施形態と同様の構成要素にはその参照符号の末尾にｂを付す。

本発明に係る制御装置の基本構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る第１の実施形態の制御装置を含むプレス機の構成を示す図である。 本発明に係る第２の実施形態の制御装置を含むプレス機の構成を示す図である。 本発明に係る第３の実施形態の制御装置を含むプレス機の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１２ 力指令部
１４ 力センサ
２０ 力制御部
４０ プレス機
４６ スライド
５０ ダイクッション機構
５２ クッションパッド
２０３ 補正部
２０４ 学習制御部

Claims (4)

1. プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御装置であって、
   前記ダイクッション機構に生じさせるべき力の指令値を出力する力指令部と、
   前記指令値により前記ダイクッション機構が実際に生じている力を検出する力検出部と、
   前記指令値と前記力検出部が検出した検出値との偏差に基づいて、前記サーボモータに対する力制御を実行する力制御部と、
   第１のプレス加工サイクルにおいて前記力制御部が実行した力制御中に実際に生じた時系列的偏差を、前記第１のプレス加工サイクルの次の第２のプレス加工サイクルにおいて前記力制御部が力制御を実行するときに補正する補正部と、
   を有する制御装置。
2. 前記補正部は、前記第１のプレス加工サイクルの前記偏差に基づいて該偏差の補正値を求める学習制御部と、該補正値を前記第２のプレス加工サイクルにおける偏差に加算する演算部とを有する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記補正部は、所定サンプリング周期毎に前記偏差を取り込み、前記補正値を生成する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記補正部は、前記スライドの所定位置毎に前記偏差を取り込み、前記補正値を生成する、請求項１又は２に記載の制御装置。

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