JP2507727B2 - クランク軸制御装置 - Google Patents

クランク軸制御装置

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JP2507727B2 JP62047768A JP4776887A JP2507727B2 JP 2507727 B2 JP2507727 B2 JP 2507727B2 JP 62047768 A JP62047768 A JP 62047768A JP 4776887 A JP4776887 A JP 4776887A JP 2507727 B2 JP2507727 B2 JP 2507727B2
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    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B30B15/144Control arrangements for mechanically-driven presses for stopping the press shaft in a predetermined angular position

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Presses And Accessory Devices Thereof (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、クランク軸制御装置に関する。
(従来の技術) 一般に、各種機械のクランク軸制御装置は、クランク
軸の回転位置を複数のリミットスイッチで検出し、この
リミットスイッチで検出された信号に基いて、各種制御
部材を制御するよう構成されている。
例えば、クランクプレスのクランク軸制御装置では、
クランク軸に備えたドッグ部材に対し、多数のリミット
スイッチを設け、これらリミットスイッチからの出力信
号に基いて、クラッチブレーキを動作させたり、停止位
置の確認を行ったり、又、安全一回転モード下における
領域検出を行っている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記の如きリミットスイッチによるク
ランク軸制御装置では、リミットスイッチの摩擦や故障
によってクラッチブレーキの作動位置がずれたり、作動
しなかったりすることがある。
又、クラッチブレーキの作動時期は、クランク軸の速
度によって変化させるべきものであるがため、全速度に
ついて制御可能とするためには、より多くのリミットス
イッチが必要となる。
更に、このように多数設置されるリミットスイッチ
は、微調整が必要であり、この作業に多くの手間が必要
である。
そこで、本発明は、保守容易で、かつ安全に、作業に
応じた高精度の制御を行わせることができるクランク軸
制御装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、ブレー
キを備えかつクラッチを介して駆動源に連結されたクラ
ンク軸に連結して設けた回転角検出器と、この回転角検
出器の出力信号に基づいて前記クランク軸の回転角を演
算する角度演算部と、前記クラッチ及びブレーキのオ
ン,オフを前記クランク軸の回転速度に応じて制御すべ
く複数位置のクラッチブレーキ制御用データを記憶する
と共に関連機器のタイミング制御を行うための位置デー
タを記憶したメモリと、前記角度演算部の出力に基づい
て前記クランク軸の回転速度を演算して当該回転速度に
対応したクラッチブレーキ制御データを選択する主制御
部と、前記角度演算部で演算された回転角と前記メモリ
に記憶された位置データ及び選択されたクラッチブレー
キ制御データとを比較して前記クランク軸が対応する位
置に回転したときに関係機器及びクラッチ・ブレーキに
対してタイミング制御信号を出力する制御信号出力部
と、を備えてなるものである。
(作用) 前記構成において、クランク軸を回転駆動すると、ク
ランク軸の回転が回転角検出器によって検出され、この
回転角検出器の出力に基づいて角度演算部においてクラ
ンク軸の回転角が演算される。そして、この角度演算部
の出力に基づいて主制御部によってクランク軸の回転速
度が演算され、この回転速度に対応したクラッチブレー
キ制御データがメモリから選択される。また、前記角度
演算部において演算された回転角とメモリに記憶された
関連機器のタイミング制御を行うための位置データ及び
前記選択されたクラッチブレーキ制御データとを比較し
てクランク軸が対応した位置に回転したとき、制御信号
出力部から関連機器及びクラッチ,ブレーキに対してタ
イミング制御信号が出力される。
(実施例) 第1図は本発明をクランクプレスに適用した一例を示
す説明図である。
図示のように、クランクプレス1には、クランク軸制
御装置3が接続されている。
クランクプレス1は、クランク軸5にフライホイール
7及びブレーキ9を備え、該クランク軸5は、クラッチ
11を介して駆動源13によって回転駆動されるようになっ
ている。
前記クランク軸5には、コネクティングロッド15を介
してポンチ17が昇降自在に接続され、該ポンチ17とその
下方に固定配置されるダイ19との間で所定のプレス加工
が行われるようになっている。
前記クランク軸5は、前記駆動源13の正逆方向の作動
により、正逆(CW,CCW)両方向に回転可能である。
前記クランク軸5には、回転角検出器としてのレゾル
バ21が設けられている。レゾルバ21の内部構造は周知の
ものと異なるところがなく、Esin ωt及びEcos ωtな
る2入力に対し、クランク軸5の回転角θに応じてEsin
(ωt−θ)なる信号を出力する。
クランク軸制御装置3は、主制御部25を中心として、
これに、数値設定部27と、角度演算部29と、制御信号出
力部31とを接続して構成されている。前記角度演算部29
と前記レゾルバ21との間には、レゾルバ信号入出力部33
が介在されている。
レゾルバ21は、クランク軸5が上死点に来たとき、Es
in ωt(θ=0)の信号を出力するよう取付けられて
いる。
第2図はクランク軸制御装置3の詳細を示す回路図で
ある。
図示のように、クランク軸制御装置3は、前記主制御
部25に相当するMPU35を中心として構成されている。MPU
35には、回転方向を指令するCW/CCWスイッチ37、急停止
回路39、前記数値設定部27に相当するキーボード41、ア
イソレータ43、オンデータ収納レジスタ45、オフデータ
収納レジスタ47、角度データレジスタ49が接続されてい
る。各部材の作用については後述する。
一方、前記レゾルバ21には、位相検出回路51が接続さ
れ、該回路51には、Nエッジ検出回路53及びカウンタ55
並びにPエッジ検出回路57が接続されている。カウンタ
55は前記角度データレジスタ49と接続されている。Pエ
ッジ検出回路57の出力端子はカウンタ55のクリア端子
(CL)に接続され、エッジ検出回路53の出力端子は角度
データレジスタ49のゲート端子Gに接続されている。MP
U35に接続されたデータ転送路DLは、回転角θやMPU35で
作成された各種のデータ等を図示しない各制御機器に出
力するためのものである。
前記位相検出回路51、Nエッジ検出回路53、カウンタ
55、Pエッジ検出回路57、角度データレジスタ49は、全
体で前記角度演算部29を構成する。
前記オン、オフデータ収納レジスタ45及び47と、前記
角度データレジスタ49との間には、コンパレータ59及び
61が介在され、両コンパレータ59、61の出力端子は、前
記MPU35と、フリップフロップ63のセット及びリセット
端子にそれぞれ接続されている。フリップフロップ63の
出力端子Qは、クラッチブレーキ制御信号出力端子Ts及
び前記アイソレータ43に接続されている。
上記構成のクランク軸制御装置の作用は次の通りであ
る。
まず、位相差検出回路51は、レゾルバ21に入力される
信号Esin ωt,Ecos ωtに対し、クランク軸5の回転θ
によって変化する信号Esin(ωt−θ)を入力する(第
3図(a)(b)(c))。
Pエッジ検出回路57及びNエッジ検出回路53は、第3
図(a)及び(c)に示すサインカーブの立上り時刻t1
及びt2をそれぞれ検出し、時刻t1でカウンタ55をクリア
すると共に、時刻t2で角度データレジスタ49にデータ読
込指令を出力する。
カウンタ55は、時刻t1より、クロック入力端子CKから
第3図(d)に示す高周波の時計信号CLKのクロック数
を積算し、角度データレジスタ49は、時刻t2におけるカ
ウンタ55の積算数に基いて、クランク軸5の回転角度θ
を求め、過去のデータθに置き換える。
以上により、角度データレジスタ49には、第1図に示
したクランク軸5の回転角θが記憶されるようになる。
次に、MPU35には、第4図に示すような各種位置デー
タを記憶させるためのメモリMxが設けられている。
本例に示す位置制御用のデータは、停止位置確認デー
タx1,x2と、ローダ制御用データx3,x4,x6と、安−デー
タx5と、クラッチブレーキ制御用のデータD1,D2とであ
る。
第5図に示すように、停止位置確認データx1,x2は、
クランク軸5が両データx1,x2で規定される区間に停止
したか否かを確認するためのデータである。ローダ制御
用データx3,x4,x6は、位置x3でローダを始動させると共
に位置x4でローディングをさせ、位置x6でアンローディ
ングをさせるためのデータである。安−データx5は安全
一回転モード下における領域判定用のデータである。ク
ラッチブレーキ制御用データD1,D2は、クラッチブレー
キ11,9を、動作させるためのデータであり、クラッチブ
レーキ作動時のクランク軸5の速度に応じて所定位置を
選択できるよう複数の値x8,x9、x8′,x9′、x8″,
x9″,が設定されている。これらデータは、いずれも前
記キーボード41から自由に設定可能である。
第6図にクラッチブレーキの作動制御のフローチャー
トを示した。
ステップ601では、MPU35でクランク軸5の速度dθ/d
tを演算する。
ステップ602で、上記速度に応じ所定のオンデータD1
及びオフデータD2を選択し、選択したオンデータD1(例
えばx8)及びオフデータD2(例えばx9)をレジスタ45,4
7に設定する。
ステップ603では、コンパレータ59,61で、それぞれ設
定された値と前記角度データレジスタ49に現われた値θ
とを比較し、θ=D1,又はθ=D2となったとき、それぞ
れのコンパレータ59,61からそれぞれハイレベルの一致
信号S1,S2を出力する。
ステップ604では、上記信号S1,S2をフリップフロップ
63のセット端子S、リセット端子Rで受け、フリップフ
ロップ63から第5図に示す信号S3を出力させる。
ステップ605では、この信号S3を受けて、クラッチ11
及びブレーキ9を同時動作させ、クランク軸5を前記区
間x1,x2内に停止させる。
一方、MPU35は、前記角度データレジスタ49で計測さ
れたデータθを常時入力し、このデータθと第4図に示
す他のデータx1,x2及びx3,x4,x6,並びにx5の比較によ
り、停止位置の確認、関連機器へのタイミング信号の出
力、安全一回転モード下での領域判定処理等各種の処理
を行う。
又、MPU35は、アイソレータ43を介して前記信号S3を
入力しており、この信号S3と前記データD1,D2との比較
に基いて信号S3、即ちフリップフロップに異常がないこ
との判定を行っている。MPU35は、この判定により、フ
リップフロップに異常が生じていると判定した場合に
は、急停止回路39を介して直接クラッチ11、ブレーキ9
を作動させクランク軸5の急停止を行い、クランク軸5
の暴走を防止し安全を保障する。この場合、ソフトウェ
アとしてのMPU35から出力される信号は、ハードウェア
としてのフリップフロップ63からのものより幾分遅れる
が、この遅れは微小であり、クランク軸5は、略上死点
で停止するので、安全上の問題はない。
CW/CCW切換スイッチ37は、クランク軸5の回転方向を
指定するものである。このスイッチ37によって逆方向の
回転が指令された場合には、第4図に示す各データは、
各データの値を360゜から差し引いた値に置き換えられ
るようになっている。
なお、機械原点X0は、任意の位置に設定可能である。
即ち、オペレータは、機械原点としたい位置にクランク
軸5を位置させ、次いで機械原点設定用のキーを操作す
る。
すると、MPU35は、この時点でのクランク軸θを読み
取って、これを原点に設定する。
以上の構成のクランク軸制御装置において、角度演算
部29は、レゾルバ21の検出信号に基いてクランク軸5の
正確な現在位置を知ることが可能である。このとき、角
度データの演算はカウンタ55に入力される時計信号CLK
のクロック数の積算によって行なわれるので、検出精度
は時計信号CLKの周波数により定まる。
レゾルバ21は、絶対位置検出器であるので、作業開始
に際しての原点合わせは不用である。
クラッチブレーキ制御信号S3は、高速動作を行なうフ
リップフロップ63から出力されるので、クラッチブレー
キを高精度で作動させることが可能である。又、フリッ
プフロップ63の出力はアイソレータ43を介してMPU35で
確認され、フリップフロップ63が異常の場合には急停止
回路39が作動されるので、フリップフロップ63の故障に
よりクランク軸5が暴走することがない。
第4図に示した各データは、キーボード41によって可
変とされるので、制御タイミングを容易に調整すること
が可能である。
クラッチブレーキ制御データD1、D2は、クランク軸5
の速度に合わせて可変とされるので、クランク軸を全速
度に対して正確に停止させることができる。
上記例では示さなかったが、関連機器の制御データも
クランク軸5の速度に応じて可変とすることができる。
或いは、これらデータはそのままで、クランク軸5の速
度に合わせて制御信号の出力タイミングを適正化するこ
とも可能である。
上記実施例では、クランクプレスへの適用例を示した
が、タレットパンチプレス等の他のクランク軸であって
も同様である。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様でも
実施し得るものである。
[発明の効果] 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、ブレーキ(9)を備えかつクラッチ
(11)を介して駆動源(13)に連結されたクランク軸
(5)に連結して設けた回転角検出器(21)と、この回
転角検出器(21)の出力信号に基づいて前記クランク軸
(5)の回転角を演算する角度演算部(29)と、前記ク
ラッチ(11)及びブレーキ(9)のオン,オフを前記ク
ランク軸(5)の回転速度に応じて制御すべく複数位置
のクラッチブレーキ制御用データ(D1,D2)を記憶する
と共に関連機器のタイミング制御を行うための位置デー
タ(X3,X4,…)を記憶したメモリ(Mx)と、前記角度演
算部(29)の出力に基づいて前記クランク軸(5)の回
転速度を演算して当該回転速度に対応したクラッチブレ
ーキ制御データ(D1,D2)を選択する主制御部(25)
と、前記角度演算部(29)で演算された回転角と前記メ
モリ(Mx)に記憶された位置データ(X3,X4,…)及び選
択されたクラッチブレーキ制御データ(D1,D2)とを比
較して前記クランク軸(25)が対応する位置に回転した
ときに関係機器及びクラッチ・ブレーキに対してタイミ
ング制御信号を出力する制御信号出力部(31)と、を備
えてなるものである。
上記構成により、本発明においては、クランク軸5を
回転駆動すると、クランク軸5の回転が回転角検出器21
によって検出され、この回転角検出器21の出力に基づい
て角度演算部29においてクランク軸5の回転角が演算さ
れる。そして、この角度演算部29の出力に基づいて主制
御部25によってクランク軸5の回転速度が演算され、こ
の回転速度に対応したクラッチブレーキ制御データD1,D
2がメモリMxから選択される。また、前記角度演算部29
において演算された回転角とメモリMxに記憶された関連
機器のタイミング制御を行うための位置データX3,X4,…
及び前記選択されたクラッチブレーキ制御データD1,D2
とを比較してクランク軸5が対応した位置に回転したと
き、制御信号出力部31から関連機器及びクラッチ,ブレ
ーキに対してタイミング制御信号が出力される。
したがって、本発明によれば、クランク軸5の回転速
度が変化した場合であっても、クラッチ11,ブレーキ9
のオン,オフを制御するタイミング位置が自動的に選択
されて上記オン,オフ制御が行われることとなり、クラ
ンク軸5を常に上死点に正確に停止することができるも
のである。また、関連機器へのタイミング信号の出力も
常に正確に行われるものである。
【図面の簡単な説明】
図面はいずれも実施例を示し、第1図は本発明をクラン
クプレスに適用した例を示す説明図、第2図は上記クラ
ンク軸制御装置の詳細を示す回路図、第3図は各部材の
信号状態を示すタィムチャート、第4図は設定されたデ
ータの説明図、第5図はクランク軸の回転角の説明図、
第6図はクラッチブレーキの作動制御のフローチャート
である。 1……クランクプレス、3……クランク軸制御装置 9……ブレーキ、11……クラッチ 21……レゾルバ、29……角度演算部 35……MPU、39……急停止回路 39……アイソレータ 45……オンデータ収納レジスタ 47……オフデータ収納レジスタ 49……角度データレジスタ、51……位相検出回路 53……Nエッジ検出回路、55……カウンタ 57……Pエッジ検出回路 59,61……コンパレータ 63……フリップフロップ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブレーキ(9)を備えかつクラッチ(11)
    を介して駆動源(13)に連結されたクランク軸(5)に
    連結して設けた回転角検出器(21)と、この回転角検出
    器(21)の出力信号に基づいて前記クランク軸(5)の
    回転角を演算する角度演算部(29)と、前記クラッチ
    (11)及びブレーキ(9)のオン,オフを前記クランク
    軸(5)の回転速度に応じて制御すべく複数位置のクラ
    ッチブレーキ制御用データ(D1,D2)を記憶すると共に
    関連機器のタイミング制御を行うための位置データ(X
    3,X4,…)を記憶したメモリ(Mx)と、前記角度演算部
    (29)の出力に基づいて前記クランク軸(5)の回転速
    度を演算して当該回転速度に対応したクラッチブレーキ
    制御データ(D1,D2)を選択する主制御部(25)と、前
    記角度演算部(29)で演算された回転角と前記メモリ
    (Mx)に記憶された位置データ(X3,X4,…)及び選択さ
    れたクラッチブレーキ制御データ(D1,D2)とを比較し
    て前記クランク軸(25)が対応する位置に回転したとき
    に関係機器及びクラッチ・ブレーキに対してタイミング
    制御信号を出力する制御信号出力部(31)と、を備えて
    なることを特徴とするクランク軸制御装置。
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