JP5252561B2 - プレスラインシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態によると、プレスラインの稼動方法において、前記プレスラインは少なくとも一つの電気駆動モータを有する少なくとも一つの機械プレス、ラム、前記プレスを作動させるための機械的手段を備え、前記プレスラインは少なくとも一つの他の関連する装置を備え、ここで前記プレスは、少なくとも一つの前記電気駆動モータの速度が、プレスサイクルの少なくとも一つのプレス成形部分または非プレス成形部分において変更できるように、および、前記モータの速度を制御することによって前記プレスの動作が、前記プレスライン上の少なくとも一つの前記他の装置の動作または位置に同期化できるように配置される。
・制御性:事前に設定された動きが、プレスサイクルのスタンピング処理部分で適切であっても、残りの動作サイクルで制御を加えることができる。よって、以下の利点および特長を得ることができる:
・プレスサイクルの一または複数の部分において、他の装置をプレスのスレーブとして同期させるとともに、またはその代わりに、プレスを別の装置のスレーブとして同期させるように構成することによって、プレスサイクル時間を最適化する新たな機会、
・プレス開閉中の加速(例えばサイクルのスタンピング部分における元来の速度は維持したままで)によるサイクル時間の短縮、
・速度制御を用いて速度プロファイルを適応させ、例えばプレスが閉じるとき衝突する直前に減速することによって可聴雑音、振動、圧迫を低減すること、
・プレス成形中の対象物プレス成形速度Wpと速度ゼロとの間で速度を変動させて、プレス成形処理の結果または質を最適化すること。
本発明の実施形態は、単なる例示として、添付の図面を特に参照して、これより説明する。
図2は、上述したような先行技術によるプレスラインのレイアウトを示す。まず、先行技術による配置のレイアウトを、本発明による改良の説明を簡単にするために説明する。図2は、プレスの主な電気駆動モータのための駆動101(または電気的駆動コントローラ101)とともに配置されたプレス99を示す。プレスの動きは、プレスコントローラ110によって制御される。プレスコントローラ110は、プレスコントローラPLC111(PLCはプログラマブル論理制御装置である)を備える。プレスコントローラ110は、駆動101への電力を制御し、分散型I/O装置112、エンコーダ113またはセンサから入力を受け取ってよく、そしてまた、プレスHMI114(ヒューマン・マシン・インターフェース)、つまりプレス制御パネルまたはグラフィックプレス制御パネルとともに配置されてよい。
図1は、単純なプレスライン、一つの改良された機械プレス100を備えた単純なセルを示す。プレス100は、プレスの主な電気駆動モータのための駆動101(または電気的駆動コントローラ101)とともに配置される。プレスの動きは、図2の先行技術にあるように、プレスコントローラ110によって制御される。しかし、本発明の実施形態による制御階層の上位レベルにおいて、プレス100の動きはまた、自動化コントローラ200によって制御され、該コントローラはPLCであってよい。自動化コントローラ200は、制御フィールドバス117によって第一のロード装置118、プレスコントローラ110、および第二のロードまたはアンロード装置119に接続される。自動化コントローラ200は、プレスロード作業を制御、プログラムおよび/または監視するロードHMI115とともに、および/またはプレスロード/アンロード作業を制御、プログラムおよび/または監視するアンロードHMI116とともに配置されてよい。自動化コントローラ200はまた、プレスラインの制御、プログラムおよび/または監視するためのHMI214とともに配置されてもよい。
−プレスが、アンロード位置に到達する位置;次に
−アンローダロボットが、移動してワークピースをアンロードする位置;取り去って次に
−ローダロボットが、新しいワークピースへと移動する位置;プレスを離れて次に
−プレスが、ダイ保護位置を通過し、新しいプレスサイクルを始める位置
に到達するかに従った任意の所与のプレスサイクル中であってよい。
−アンロードカム(UC)の直前で、同期化状態がプレス自由化(pf)から、プレスがローダに同期(ps to L)へと変化し、
−ダイ保護(DP)まで、同期化状態がプレスがローダに同期(ps to L)に維持され、
−ダイ保護(DP)で、同期化状態がプレスがローダに同期(ps to L)からプレス自由化(pf)へと変化しうることを示す。
−DPの後、アンローダ自由化となり(UL f)、
−UCが近づくと、アンローダがプレスに同期化し(UL s to p)、
−UCの後、アンローダ自由化となり(UL f)、
−DPが近づく前に、アンローダが次のプレスのためのローダへと役割を切り替え、次のプレスのアンローダに同期化し(UL>L next p,s to n UL)、
−DPの後、アンローダ自由化となる(UL f)。
下段には、ローダ装置またはロボットについての同期化状態が示されており、
−UCが近づくと、ローダ自由化となり(L f)、
−UCの後、ローダがアンローダに同期化し(L s to UL)、
−アンローダがプレスから退出し始めると、ローダ自由化となり(L f)、そして
−DPの後、ローダが前のプレスのためのアンローダへと役割を切り替え、前のプレスに同期させる(L>UL prev p,s to pp)。
これらの同期化モードにおいて、プレスまたはローダ/アンローダといった装置は、スレーブ状態かまたは自由な状態のみを有しうる。
本発明による別の重要な側面は、US60/765183号に開示されたサーボプレス、および/または国際出願WO/SE2006/050055号に開示されたハイブリッドプレスといった様々なプレスサイクルを実行可能な改良された機械プレスの使用である。このようなプレスは、可変に制御されうる速度で作動し、よってプレスの動きが他の装置の動きと同期するように制御される。フライホイールおよびクラッチを備えた従来の機械プレスは、一旦クラッチが嵌められ、プレスサイクルの動作が開始すると、動作サイクルが固定される。品質要求事項および/または生産性および/またはエネルギー消費の制約を最適化するために利用可能な自由度の高い改良されたプレスラインは、このように、図1との関係で上述した改良されたプレス制御トポロジーと組み合わせることによって、および可変速度プレスに適用することによって実現される。
−トルクの変更、速度の変更;
−適切な地点(位置、時点)での動きの一時停止(しばらくの静止)、例えば
−本来計画されていた動きでは一時停止がなかった地点に一時停止を導入すること;
−一時停止期間の延長;
−一時停止期間の短縮;
−動きにおける反転の変更、例えば
−本来反転がなかった(単一方向のプレス成形)動きに反転を導入すること(単一方向の動きから「選択的な両方向の」動きに変更すること);
−プレスが回転方向を変える一つの位置または複数の位置を変更すること(両方向の動き、および「選択的な両方向の」動きのどちらにも適用可能);
−反転部分の除去;
−ゼロ速度地点のない動き(プレスがアンローダおよびローダに時間を与えるために減速される、連続的なプレスの動きを仮定)における最低速度地点の変更;
−プレスサイクル終了時の減速を早めること、または遅らせること。
1:アンローダロボットがプレスのスレーブ;その後
2:ローダロボットがアンローダロボットのスレーブ;その後
3:プレスがローダロボットのスレーブ;
ここでは、第一のレベルで、プレスがアンロードカム位置に到達する時間が非常に正確に同期化のために予測されうる。第三のレベルは特に、上述した種類のサーボプレスまたはハイブリッドプレスで可能な、プレス動作を可変速度制御できる機能を用いる。
プレス間のこういった調整または最適化は、改良されたプレスの他の側面としてもよい。例えば、プレスラインの最適化をするとき、各プレスで実行されている各プレスサイクルの開始/停止位置が選択または調整されうる。これによって、プレスラインの最適な全製造時間を設定する自由度が上がる。
・第一の非プレス成形段階で通常、できるだけ早く最大プレス速度W1に達するように加速、または同期させるときに、DPにおいてできるだけ高速度まで加速するがアンローダの到達に同期化され、そしてDPの後W1まで加速;
・第二段階で、最大プレス速度のW1を維持;
・第三の非プレス成形段階で、できるだけ遅くWpまで減速;
・プレス成形段階で、プレス成形のための目標速度、例えばWpを持つ;
・プレス成形段階中、目標速度Wpは、特定のスタンピング/引き抜き/プレス成形技術に応じて減速される、および/または静止状態に保たれる;
・第四の非プレス成形段階で、(通常)W1までできるだけ早く加速;
・第五の非プレス成形段階で、高速度、例えばW1を維持;
・同期化時、例えばプレスがアンローダ装置またはロボットのスレーブであるUCへと減速;
・第六の非プレス成形段階で、できるだけ遅く、およびプレスが所要の位置で停止するように速度をゼロまで減速。
139 プレスが、開始前に同期化に基づいて計算された時点を待つ;
140a 例えばアンローダに同期化して、および高速度でDPに到達するようにできるだけ速くプレスを加速;
140b DPの後、できるだけ速く最大速度W1まで加速;
141 W1を維持;
142 できるだけ遅く第二のモータをプレス成形速度Wpまで減速;
142.5 位置/速度の同期化ありまたはなしで、フライホイールおよび偏心器間にクラッチを嵌合;
143 プレス成形段階Pの間に目標速度をWpに設定し、プレス成形/スタンピング処理で変更が必要とされなければ、例えば時間THSの間、加圧状態を維持;
143.5 フライホイールおよび偏心器間のクラッチを離脱;
144 第二のモータをW1まで加速;
145 第二のモータをできるだけ長くW1に維持;
147 次のサイクルにおけるローダとの同期化の準備;
148 次のサイクルにおけるローダとの最適な同期化のために選択された開始位置に、第二のモータを戻す;
150 139に戻る(あるいは停止)
60 例えばできるだけ速く開始からW1まで加速;
61 モータ速度を最大速度W1に維持;
62 モータ速度をW1からプレス成形速度Wpまでできるだけ遅く減速;
63 プレス成形段階Pのために、モータ目標速度を例えばWpに設定、または必要な引き抜き/スタンピング/曲げ/プレス成形処理に応じて可変プレス成形速度に設定(例えば63’’);
64 第四の非プレス成形段階で、例えばできるだけ速くW1まで加速;
65 第五の非プレス成形段階で、できるだけ長くモータ速度を最大速度に維持;
66 第六の非プレス成形段階で、ゼロまで減速。
一以上の駆動モータが、プレスサイクルの一部分において、弱め界磁として知られる制御方法手段によって高速で稼働するように制御されうる。
当該方法は、できるだけ短い時間の全製造サイクルを達成するために改良されたプレスを制御するステップを含む。例えば、プレスのロード/アンロード要件を調整またはそれに同期させるために、および/または当該プレスのピーク電力および/またはエネルギー消費を最適化するために、他の制約が上述のプレスライン制御方法に含まれるか、または条件付きで含まれてよい。該ピーク電力および/またはエネルギー消費は例えば、減速期間中の回生制動および加速に関して最適化されうる。
40a DPの前の地点またはDPでローダがプレスを離れてしまう時間までにプレスが達することができる最大速度である、WmaxDPへと加速;
40b ローダ装置またはロボットがプレスを離れるという信号を受信;
40c 最大速度W1まで加速;
41 駆動モータをW1で維持。
ローダがプレスを離れる時間は予測可能である。制御ユニットが、DPにおいてまたはDPの直前に、ローダが離れるまでの時間に駆動モータの最大加速度を計算する。駆動モータは、このようにプレスを加速させるが、予測された時間前にプレスを閉じることはない。
図7aは、先行技術による標準的なプレスサイクルを示す。該図は、一つの回転方向での360度プレスサイクルを示す。該サイクルは、0/360度で開始および終了する。DPおよびUCの相対位置を概略的に示す。
a)制御ユニット218が、ロボット118(ローダとして)の経路を計算する
b)制御ユニット218が、W1の値を計算する
c)制御ユニット218が、プレスサイクル開始の第一のW1速度部分のためにプレス駆動に速度参照を送信し(図9も参照のこと)、これはプレス速度が以下のために制御されることを意味する:
(i)できるだけ早く最大プレス速度W1に達するように加速する、または同期させるときに、DPにおいてできるだけ高速度まで加速する、ただしアンローダの到達に同期させる
(ii)DPの後にW1まで加速する
(iii)できるだけ長くW1を維持する。
第一段階(i)において、アンロードが行われる間、プレスおよびローダロボットがアンローダのスレーブとして運転され、次いでロードが行われる間、プレスがローダのスレーブとなる点にも注目されたい。
Claims (11)
- 少なくとも一つの電気駆動モータ(20)、ラム(23)、偏心駆動ホイール(27)、クランクおよびリンク(25)からなる、少なくとも一つの機械プレス(100)、
ロード装置またはロボット(118)、アンロード装置またはロボット(119)、別の機械プレスの何れかである他の装置、および、
自動化コントローラ(200)、プレスコントローラ(110)、制御フィールドバス(117)から構成され、自動化コントローラは、制御フィールドバスにより、プレスコントローラ、および他の装置と接続されるプレスラインを稼動する方法であって、
前記プレスは、少なくとも一つの前記電気駆動モータの速度を、プレスサイクルの少なくとも一つのプレス成形部分または非プレス成形部分において変更でき、さらに当該速度を、プレス成形速度(Wp)より大きくすることができ、
プレスサイクルの少なくとも一部分において、アンローダ装置またはロボットを前記プレスのスレーブとして同期させること、および/または、
ローダ装置またはロボットをアンローダ装置またはロボットのスレーブとして同期させること、および/または、
前記プレス(100)をローダ装置またはロボットのスレーブとして同期させ、
プレス自由化の状態のときに、前記電気駆動モータの速度を前記プレス成形速度(Wp)より大きくすることを特徴とする方法。 - 前記プレス(100)をローダ装置またはロボットのスレーブとして同期させることが、当該プレスの、
アンロードカム(UC)の直前で、同期化状態がプレス自由化(pf)から、プレスがローダに同期(ps to L)へと変化し、ダイ保護(DP)まで、同期化状態がプレスがローダに同期(ps to L)に維持され、ダイ保護(DP)で、同期化状態がプレスがローダに同期(ps to L)からプレス自由化(pf)へと変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも一つの電気駆動モータの速度を制御すること、および、下流プロセスの状態、上流プロセスの状態、全体の電力またはエネルギー消費、消費電力のピークの平滑化からなるグループのうちの、いずれかのパラメータに依存して前記プレスラインを最適化することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プレスサイクルが、製造サイクルの第一の回転方向で実行され、360度のクランク角度または偏心器(27)の回転を超えうる、請求項1に記載の方法。
- 前記第一の回転方向(SC)で実行される前記プレスサイクルが、各完全なプレスサイクルの終了時に前記駆動モータを反転させ、第二の回転方向(SAC)で作動させるステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記駆動モータの速度が、一定時間、プレス成形中のモータ速度(Wp)よりも大きい速度または最大速度(W1)に維持される、請求項1に記載の方法。
- 前記駆動モータの速度が、前記プレスサイクルのプレス成形中の一定時間、プレス成形速度(Wp)から減速し、ゼロ速度へ近づく、請求項5に記載の方法。
- 少なくとも一つの電気駆動モータ(20、22)、ラム(23)、偏心駆動ホイール(27)、クランクおよびリンク(25)からなる、少なくとも一つの機械プレス(100)、
ロード装置またはロボット(118)、アンロード装置またはロボット(119)、別の機械プレスの何れかである他の装置、および、
自動化コントローラ(200)、プレスコントローラ(110)、制御フィールドバス(117)から構成され、自動化コントローラは、制御フィールドバスにより、プレスコントローラ、および他の装置と接続されるプレスラインを備えたシステムであって、
当該システムの前記プレスが、少なくとも一つの前記駆動モータの速度(W)を、プレスサイクルの少なくとも一つのプレス成形部分または非プレス成形部分において変更でき、さらに当該速度を、プレス成形速度(Wp)より大きくすることができ、
プレスサイクルの少なくとも一部分において、アンローダ装置またはロボットを前記プレスのスレーブとして同期させること、および/または、
ローダ装置またはロボットをアンローダ装置またはロボットのスレーブとして同期させること、および/または、
前記プレス(100)をローダ装置またはロボットのスレーブとして同期させ、
プレス自由化の状態のときに、前記電気駆動モータの速度を前記プレス成形速度(Wp)より大きくすることを特徴とするシステム。 - 前記プレス(100)をローダ装置またはロボットのスレーブとして同期させることが、当該プレスの、
アンロードカム(UC)の直前で、同期化状態がプレス自由化(pf)から、プレスがローダに同期(ps to L)へと変化し、ダイ保護(DP)まで、同期化状態がプレスがローダに同期(ps to L)に維持され、ダイ保護(DP)で、同期化状態がプレスがローダに同期(ps to L)からプレス自由化(pf)へと変化することを特徴とする、請求項8に記載のシステム。 - 少なくとも一つの電気駆動モータ(20)、ラム(23)、偏心駆動ホイール(27)、クランクおよびリンク(25)からなる、少なくとも一つの機械プレス(100)、
ロード装置またはロボット(118)、アンロード装置またはロボット(119)、別の機械プレスの何れかである他の装置、および、
自動化コントローラ(200)、プレスコントローラ(110)、制御フィールドバス(117)から構成され、自動化コントローラは、制御フィールドバスにより、プレスコントローラ、および他の装置と接続されるプレスラインを稼動するためのコンピュータプログラムであって、
請求項1乃至7のいずれかに記載の方法を、コンピュータまたはプロセッサに実行させるコンピュータコード手段および/またはソフトウェアコード部分を備える、コンピュータプログラム。 - 一または複数のコンピュータ可読媒体に含まれる、請求項10に記載のコンピュータプログラムを備えたコンピュータプログラム製品。
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