JP2014046354A - 二重保護機構を有するクランクプレスおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に制御でき、二重保護機構を有するクランクプレスとその制御方法を提供する。
【解決手段】クランクプレス（１００）は、サーボモータ（１４２）の角度値を測定するエンコーダ（１４３）と、機械本体（１１）の変形に関する荷重変換値を生成する歪み検知モジュール（１５）と、角度値と、ねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶する記憶部（１６）と、位置命令に基づくトルク命令値を算出し、測定された角度値に対応するねじり上限を読み込み、トルク命令値がねじり上限を超過するかどうかを判定し、超過しない場合、トルク命令値を出力し、超過する場合、ねじり上限を出力する制御部（１３）とを備える。制御部（１３）は、更に、荷重変換値が、測定された角度値に対応する荷重上限を超過する場合、サーボモータ（１４２）を停止させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランクプレスおよびその制御方法、更に詳しくは、二重保護機構を有するクランクプレスおよびその制御方法に関するものである。

図１は、油圧式過負荷防止機構を備えた、プレス機における従来のパンチ装置９００を示す図である。パンチ装置９００は、スライダ９０と、スライダ９０に配置される油圧式タンク９１と、スライダ９０の側壁に配置されるカバーブロック９２と、カバーブロック９２に配置される油圧式ポンプ９３と、過負荷制御部９４とを含む。スライダ９０には、油圧式タンク９１と流体連通する開口９０１が形成される。カバーブロック９２は開口９０１を覆うように配置され、液体出口９２１がカバーブロック９２を貫通し開口９０１と流体連通するように設けられる。油圧式ポンプ９３は、油圧式タンク９１の外に作動油を吸出し、液体出口９２１を介して、油圧式タンク９１の上方に配置される油圧式シリンダ９５に作動油を送る。過負荷制御部９４は、油圧式シリンダ９５内の圧力を検知する。

パンチ装置９００が被加工物（図示せず）をパンチし、そこから反力を受けると、油圧式シリンダ９５内の作動油は圧縮され、作動油の圧力が変化する。この時、過負荷制御部９４が、油圧式シリンダ９５内の圧力が所定の圧力を超過したことを検知すると、過負荷制御部９４は、油圧式ポンプ９３を制御し、作動油の吸出しと油圧式シリンダ９５への送液を停止させるか、または、油圧式シリンダ９５から作動油を放出させ、パンチ装置９００内が超過圧力となることを防ぐ。他方、プレス機の制御システムは、クラッチを駆動させてパンチ装置９００とプレス機のサーボモータ間の電力接続を切断したり、ブレーキを作動させ、過負荷防止効果を達成する。

特開２００７−２７５９０４号公報

しかしながら、従来の油圧式過負荷防止装置による制御機構には、下記の欠点がある。
１．油圧変化は不安定であり、制御機構が容易に実現できないことがある。
２．パンチ装置９００は、過負荷発生時のみ受動的に保護され、能動的に保護されない。

従って、本発明の目的は、正確に制御でき、二重保護機構を有するクランクプレスとその制御方法を提供することである。

第１の発明は、機械本体と、スライダと、モータドライバと、スライダとモータドライバに接続され、モータドライバによって駆動しスライダを機械本体に対し移動させるサーボモータと、モータドライバの制御に関する位置命令を生成する命令生成部と、エンコーダと、歪み検知モジュールと、記憶部と、制御部と、を備えたクランクプレスである。

エンコーダは、サーボモータの動作に関する角度値を測定し、歪み検知モジュールは、歪み検知部と歪み制御部とを含む。歪み検知モジュールは、プレス動作中のスライダの移動時に、機械本体の変形を検知し、検知された変形に応じて歪み値を生成する。歪み制御部は、歪み検知部から歪み値を受信し、歪み値を荷重変換値に変換する。記憶部は、角度値と、これに対応するねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶する。

制御部は、ねじり制御部と、荷重制御部とを含む。ねじり制御部は、命令生成部から位置命令を受信するとともに、エンコーダによって測定された角度値を受信し、位置命令に基づいてトルク命令値を算出し、受信した角度値に対応するねじり上限を記憶部から読み込み、トルク命令値がねじり上限を超過するかどうかを判定し、トルク命令値がねじり上限を超過しない場合、モータドライバにトルク命令値を出力し、トルク命令値に従ってサーボモータを駆動させ、トルク命令値がねじり上限を超過する場合、モータドライバにねじり上限を出力し、ねじり上限に従ってサーボモータを駆動させる。

荷重制御部は、歪み制御部から荷重変換値を受信するとともに、エンコーダによって測定された角度値を受信し、受信した角度値に対応する荷重上限を記憶部から読み込み、荷重変換値が荷重上限を超過するかどうか判定し、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、モータドライバを制御してサーボモータの駆動を停止させる。

第２の発明は、機械本体と、スライダと、モータドライバと、スライダとモータドライバに接続され、モータドライバによって駆動しスライダを機械本体に対し移動させるサーボモータと、モータドライバの制御に関する位置命令を生成する命令生成部と、を備えるクランクプレスの制御方法であって、角度値と、これに対応するねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶部に記憶するステップａ）と、サーボモータの動作に関する角度値を測定するステップｂ）と、プレス動作中のスライダの移動時に、機械本体の変形に対応する歪み値を生成し、歪み値を荷重変換値に変換するステップｃ）と、位置命令に基づいてトルク命令値を算出し、ステップｂ）にて測定された角度値に対応するねじり上限を記憶部から読み込み、トルク命令値がねじり上限を超過するかどうかを判定し、トルク命令値がねじり上限を超過しない場合、モータドライバにトルク命令値を出力し、トルク命令値に従ってサーボモータを駆動させ、トルク命令値がねじり上限を超過する場合、モータドライバにねじり上限を出力し、ねじり上限に従ってサーボモータを駆動させるするステップｄ）と、ステップｂ）にて測定された角度値に対応する荷重上限を記憶部から読み込み、荷重変換値が荷重上限を超過するかどうか判定し、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、モータドライバを制御してサーボモータの駆動を停止するステップｅ）と、を含む制御方法である。

ステップｅ）は、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、警告を発生することを更に含むことが好ましい。

角度値と、これに対応するねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶することによって、本発明に係る二重保護機構を有するクランクプレスとその制御方法は、トルクフィードバック制御機能を備え、第１の過負荷保護機構を実現できる。更に、プレス動作中のスライダの移動時に機械本体の変形を検知する歪み検知モジュールによって、クランクプレスとその制御方法は、第２の過負荷保護機構を実現できる。

本発明によれば、正確に制御でき、二重保護機構を有するクランクプレスとその制御方法を提供することができる。

油圧式過負荷防止機構を備えた従来のパンチ装置を示す図である。 本発明に係るクランクプレスの好適な実施形態を示す図である。 クランクプレスの制御方法の好適な実施形態を示すフローチャートと、クランクプレスの参照テーブルを示す図である。

本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照しながら以下行う好適な実施形態の詳細な説明において明らかになるであろう。

図２を参照すると、本発明に係る二重保護機構を有するクランクプレス１００の好適な実施形態は、機械本体１１と、スライダ１２と、制御部１３と、モータドライバ１４１と、スライダ１２とモータドライバ１４１に接続されてモータドライバ１４１によって駆動されるサーボモータ１４２と、命令生成部１７と、エンコーダ１４３と、歪み検知モジュール１５と、記憶部１６とを有する。命令生成部１７は、所定のプログラムまたはユーザ操作に基づいて、モータドライバ１４１の制御に関連する位置命令を生成し、制御部１３に位置命令を送信する。制御部１３は、位置命令に基づいてモータドライバ１４１を制御し、サーボモータ１４２を駆動させ、クランク軸と接続ロッド（図示せず）によって、機械本体１１に対しスライダ１２を移動させる。

制御部１３は、ねじり制御部１３１と、荷重制御部１３２とを含む。これらの詳細な動作は後述する。記憶部１６は、角度値と、これに対応するねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶する。本実施形態において、この関係は、図３に示される参照テーブル１６１のように、テーブルの形で記憶される。参照テーブル１６１は、所定の角度値と、ねじり上限と、荷重上限とを記憶する。

エンコーダ１４３は、サーボモータ１４２の回転位置を検知する。即ち、エンコーダ１４３は、サーボモータ１４２の動作に関する角度値を測定し、測定された角度値を制御部１３に送る。歪み検知モジュール１５は、スライダ１２のプレス動作に関する荷重変換値を得る。プレス動作は、機械本体１１に対するスライダ１２の移動によって行われる。具体的には、歪み検知モジュール１５は、歪み検知部１５１と、歪み制御部１５２とを含む。歪み検知部１５１は、プレス動作中のスライダ１２の移動時に、機械本体１１の変形を検知し、検知した変形に対応する歪み値を生成する。具体的には、スライダ１２には型が設置され、被加工物は型に対応させて機械本体１１に配置される。型がスライダ１２によって運ばれ、被加工物をプレスする際、被加工物は同時に機械本体１１を押圧し、反力がスライダ１２を介して機械本体１１に加わる（図２内の矢印を参照）。その結果、機械本体１１が弾性変形することとなる。ここで、図２を参照すると、歪み検知部１５１は、一般的に十分に高い弾性変形の即時性を有する機械本体１１の側壁面に配置される。

歪み制御部１５２は、歪み検知部１５１から歪み値を受信し、歪み値を荷重変換値に変換する。具体的には、歪み値と荷重変換値の間係は十分な線形性を有し、線型方程式がその線形関係に基づいて得られる。従って、歪み制御部１５２は、線型方程式に従って歪み値を荷重変換値に変換する。

歪み検知部１５１は、歪みゲージであることが好ましい。歪み制御部１５２は、荷重監視装置（例えば、村田機械株式会社製のものが使用可能）やこれに類する装置である。

図３を図２と合わせて参照し、本発明に係るクランクプレスの制御方法の好適な実施形態について説明する。制御部１３のねじり制御部１３１は、ステップ３０１からステップ３０８、即ち、第１の過負荷保護機構を実現する。制御部１３の荷重制御部１３２は、ステップ４０１からステップ４０５、即ち、第２の過負荷保護機構を実現する。

第１の過負荷保護機構について、以下説明する。

ステップ３０１において、ねじり制御部１３１は、エンコーダ１４３によって測定された角度値を受信する。ステップ３０２において、ねじり制御部１３１は、命令生成部１７から位置命令を受信する。ステップ３０３とステップ３０４において、ねじり制御部１３１は、位置命令と角度値を閉ループ論理演算に用いて、トルク命令値を取得する。ステップ３０５において、ねじり制御部１３１は、受信した角度値に対応するねじり上限を記憶部１６から読み込む。ステップ３０６において、ねじり制御部１３１は、トルク命令値がねじり上限を超過するかどうか判定する。トルク命令値がねじり上限を超過しない場合、ステップ３０７において、ねじり制御部１３１は、モータドライバ１４１にトルク命令値を出力し、トルク命令値に従ってサーボモータ１４２を駆動させる。トルク命令値がねじり上限を超過する場合、ステップ３０８において、ねじり制御部１３１は、モータドライバ１４１にねじり上限を出力し、ねじり上限に従ってサーボモータ１４２を駆動させる。

第２の過負荷保護機構について、以下説明する。

ステップ４０１において、荷重制御部１３２は、歪み制御部１５２から荷重変換値を受信するとともに、エンコーダ１４３によって測定された角度値を受信する。ステップ４０２において、荷重制御部１３２は、受信した角度値に対応する荷重上限を記憶部１６から読み込む。ステップ４０３において、荷重制御部１３２は、荷重変換値が荷重上限を超過するかどうか判定する。荷重変換値が荷重上限を超過しない場合、ステップ４０４において、荷重制御部１３２は、モータドライバ１４１を制御してサーボモータ１４２を駆動し、通常運転させる。荷重変換値が荷重上限を超過する場合、ステップ４０５において、荷重制御部１３２は、モータドライバ１４１を制御し、サーボモータ１４２の駆動を停止させる。クランクプレス１００は、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、更に警告を発生させることが好ましい。

第２の過負荷保護機構がこのように設けられるのは、プレス動作中のスライダ１２の移動時では、スライダ１２のプレス動作による実際のプレス力が、通常、慣性力の効果のため、スライダ１２を移動させるためにサーボモータ１４２が出力可能なトルクによるプレス力より大きいためである。従って、クランクプレス１００の好適な実施形態において、歪み検知モジュール１５を用いて、歪み検知部１５１は、プレス動作中のスライダ１２の移動時に、機械本体１１の変形を検知する。これにより、制御部１３は、緊急停止を行ったり、荷重変換値と所定の荷重上限に応じて、警告を発生したりすることができ、能動的な保護ができるという効果を奏する。

すなわち、本発明は、第１の過負荷保護機構を実現するために、トルクフィードバック制御機能を有する。更に、本発明では、プレス動作中のスライダ１２の移動時に機械本体１１の変形を検知する歪み検知モジュール１５を用いて、第２の過負荷保護機構を実現する。こうして、本発明のクランクプレス１００は、二重保護機構を有することとなる。

以上、本発明を、最も実用的かつ好適と考えられる実施形態を挙げて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、最も広範な解釈で捉えられる技術的思想の範疇内の各種の形態を含み、そのような修正例や同等の形態の全てを包含するものと了解される。

１００………クランクプレス
１１………機械本体
１２………スライダ
１３………制御部
１３１………ねじり制御部
１３２………荷重制御部
１４１………モータドライバ
１４３………エンコーダ
１５………歪み検知モジュール
１５１………歪み検知部
１５２………歪み制御部
１６………記憶部
１７………命令生成部

Claims (5)

1. 機械本体（１１）と、
   スライダ（１２）と、
   モータドライバ（１４１）と、
   前記スライダ（１２）と前記モータドライバ（１４１）に接続され、前記モータドライバ（１４１）によって駆動し前記スライダ（１２）を前記機械本体（１１）に対し移動させるサーボモータ（１４２）と、
   前記モータドライバ（１４１）の制御に関する位置命令を生成する命令生成部（１７）と、
   前記サーボモータ（１４２）の動作に関する角度値を測定するエンコーダ（１４３）と、
   プレス動作中の前記スライダ（１２）の移動時に前記機械本体（１１）の変形を検知し、検知した変形に応じた歪み値を生成する歪み検知部（１５１）と、前記歪み検知部（１５１）から歪み値を受信し、歪み値を荷重変換値に変換する歪み制御部（１５２）とを含む歪み検知モジュール（１５）と、
   角度値と、これに対応するねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶する記憶部（１６）と、
   制御部（１３）と、を備え、
   前記制御部（１３）は、ねじり制御部（１３１）と、荷重制御部（１３２）とを含み、
   前記ねじり制御部（１３１）は、前記命令生成部（１７）から位置命令を受信するとともに、前記エンコーダ（１４３）によって測定された角度値を受信し、位置命令に基づいてトルク命令値を算出し、受信した角度値に対応するねじり上限を前記記憶部（１６）から読み込み、トルク命令値がねじり上限を超過するかどうかを判定し、トルク命令値がねじり上限を超過しない場合、前記モータドライバ（１４１）にトルク命令値を出力し、トルク命令値に従って前記サーボモータ（１４２）を駆動させ、トルク命令値がねじり上限を超過する場合、前記モータドライバ（１４１）にねじり上限を出力し、ねじり上限に従って前記サーボモータ（１４２）を駆動させ、
   前記荷重制御部（１３２）は、前記歪み制御部（１５２）から荷重変換値を受信するとともに、前記エンコーダ（１４３）によって測定された角度値を受信し、受信した角度値に対応する荷重上限を前記記憶部（１６）から読み込み、荷重変換値が荷重上限を超過するかどうか判定し、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、前記モータドライバ（１４１）を制御して前記サーボモータ（１４２）の駆動を停止する
   ことを特徴とするクランクプレス（１００）。
2. 前記歪み検知部（１５１）が歪みゲージであることを特徴とする請求項１に記載のクランクプレス（１００）。
3. 機械本体（１１）と、スライダ（１２）と、モータドライバ（１４１）と、スライダ（１２）とモータドライバ（１４１）に接続され、モータドライバ（１４１）によって駆動しスライダ（１２）を機械本体（１１）に対し移動させるサーボモータ（１４２）と、モータドライバ（１４１）の制御に関する位置命令を生成する命令生成部（１７）と、を備えるクランクプレス（１００）の制御方法であって、
   角度値と、これに対応するねじり上限と荷重上限のそれぞれとの間につき、少なくとも１つの関係を記憶部（１６）に記憶するステップａ）と、
   サーボモータ（１４２）の動作に関する角度値を測定するステップｂ）と、
   プレス動作中のスライダ（１２）の移動時に、機械本体（１１）の変形に対応する歪み値を生成し、歪み値を荷重変換値に変換するステップｃ）と、
   位置命令に基づいてトルク命令値を算出し、ステップｂ）にて測定された角度値に対応するねじり上限を記憶部（１６）から読み込み、トルク命令値がねじり上限を超過するかどうかを判定し、トルク命令値がねじり上限を超過しない場合、モータドライバ（１４１）にトルク命令値を出力し、トルク命令値に従ってサーボモータ（１４２）を駆動させ、トルク命令値がねじり上限を超過する場合、モータドライバ（１４１）にねじり上限を出力し、ねじり上限に従ってサーボモータ（１４２）を駆動させるステップｄ）と、
   ステップｂ）にて測定された角度値に対応する荷重上限を記憶部（１６）から読み込み、荷重変換値が荷重上限を超過するかどうか判定し、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、モータドライバ（１４１）を制御してサーボモータ（１４２）の駆動を停止するステップｅ）と、
   を含むことを特徴とする制御方法。
4. ステップｃ）において、歪み値は歪みゲージを用いて生成されることを特徴とする請求項３に記載の制御方法。
5. ステップｅ）は、荷重変換値が荷重上限を超過する場合、警告を発生することを更に含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の制御方法。

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