JP5659572B2

JP5659572B2 - ダイクッション制御装置

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Publication number: JP5659572B2
Application number: JP2010137551A
Authority: JP
Inventors: 穣藤田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: JP2012000638A

Description

本発明は、ダイクッション制御装置に関する。

周知のように、ダイクッション装置とは、上金型と下金型との間でワークを挟んで成型するプレス機械において、上金型との間でワークを狭持して、しわ押え用の反力やワークをプレス成型するための突き上げ力（上金型が固定されたスライドに対する押付力：クッション力）を発生する装置である。このダイクッション装置は、クッション力の目標値とセンサ検出値とが一致するようにフィードバック制御されることが一般的である（下記特許文献１参照）。

近年では、スライドの駆動源としてサーボモータを用い、任意のモーションでスライドを昇降動作させることの可能なサーボプレスが注目されている。このサーボプレスにダイクッション装置を設けた場合、スライドのモーションに合わせてクッション力を制御する必要があるが、加減速が大きなモーションや速度が逆転するようなモーションでスライドを動作させると、センサ検出値の伝達遅れやクッション機構の応答遅れ等により、クッション力を所望の目標値に制御することが困難となる。

このような問題に対し、例えば下記特許文献２には、スライド速度を加味してダイクッション装置のクッション力制御を行うことで、スライドモーションに対するクッション力の追従性（言い換えれば、クッション力の制御性）を向上させ、以ってプレス加工性能を向上させる技術が開示されている。

特許第３３０８４６３号公報特開２００９−１４８７６６号公報

上記のように、スライド速度を加味してダイクッション装置のクッション力制御を行う技術は公知であるが、任意のモーションで運転可能なサーボプレスにおいて、クッションコントローラ（ダイクッション制御装置）側でスライド速度を計算するための明確な手法が確立されているとは言い難く、クッション力の制御性向上に当って改善の余地があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、ダイクッション制御装置側でスライド速度を計算するための明確な手法を提供し、以ってクッション力の制御性向上を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、ダイクッション制御装置に係る第１の解決手段として、サーボモータをスライドの駆動源とし、前記サーボモータの回転動作を前記スライドの昇降動作に変換するスライド駆動機構に設けられたメインギアと、前記メインギアの現在の回転角度を現メインギア角度として検出する角度センサと、単調増加するように設定されたマスター角度と目標メインギア角度と目標スライド位置との対応関係を示すモーションデータを予め格納するモーション設定装置と、プレス開始指示を受けた場合、マスター速度を基に算出した現マスター角度に対応する目標メインギア角度を前記指定されたモーションデータから求め、前記角度センサから得られる現メインギア角度が前記目標メインギア角度と一致するように前記サーボモータを制御するプレス制御装置と、を備えたプレス機械に設けられたダイクッション装置を制御するダイクッション制御装置であって、前記指定されたモーションデータを基にマスター角度の単位変化量に対する目標メインギア角度の変化量をメインギア速度として算出すると共に、目標メインギア角度の単位変化量に対する目標スライド位置の変化量を仮スライド速度として算出し、当該算出したメインギア速度及び仮スライド速度と目標メインギア角度との対応関係を示す速度変換テーブルを作成する速度変換テーブル作成部と、前記マスター角度の更新周期毎に前記角度センサから得られる現メインギア角度に対応するメインギア速度及び仮スライド速度を前記速度変換テーブルから求め、当該求めたメインギア速度と仮スライド速度とを乗算することで単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度を算出するスライド速度算出部とを具備することを特徴とする。

また、本発明では、ダイクッション制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記スライド速度算出部は、前記マスター角度の更新周期毎に前記角度センサから得られる現メインギア角度に対応するメインギア速度を前記速度変換テーブルから求め、当該求めたメインギア速度に応じて前記現メインギア角度の進角補正を行い、当該進角補正後の現メインギア角度に対応するメインギア速度及び仮スライド速度を前記速度変換テーブルから求め、当該求めたメインギア速度と仮スライド速度とを乗算することで単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度を算出する。

本発明によれば、任意のモーションで運転可能なサーボプレスにおいて、ダイクッション制御装置側でスライド速度を精度良く計算することができるため、クッション力の制御性向上を実現することができる。また、マスター速度が変更された場合であっても、速度変換テーブルを新たに作成し直す必要はないため、ダイクッション制御装置の処理負荷を軽減することができる。さらに、クッション力制御にマスター速度及びマスター角度を用いないため、プレス制御装置からダイクッション制御装置への通信遅れを考慮する必要がない。

本実施形態におけるプレス機械Ａの概略構成図である。モーション設定装置４２に格納されているモーションデータの一例である。クッションコントローラ４５のスライド速度算出機能を表す機能ブロック図である。クッションコントローラ４５の速度変換テーブル作成部４５ａにて作成された速度変換テーブルの一例である。クッションコントローラ４５のスライド速度算出機能の変形例を表す機能ブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態におけるプレス機械Ａの概略構成図である。この図１に示すように、プレス機械Ａは、サーボモータを駆動源とするスライド１、スライド駆動機構２、ダイクッション装置３及び制御装置４から構成されており、スライド１をダイクッション装置３の間に挟持されたワークＷ（被加工物）をプレス成型するサーボプレスである。

スライド１は、プレス機械Ａ内において鉛直方向に対して昇降自在に支持された金型固定用部材であり、その下面にはワークＷをプレス成型するための上金型Ｄ１が取り付けられている。

スライド駆動機構２は、スライド１の昇降動作（スライドモーション制御）を実現するものであり、制御装置４によって回転制御されるサーボモータ２１と、該サーボモータ２１の回転軸に取り付けられたピニオンギア２２と、該ピニオンギア２２に噛合するメインギア２３と、該メインギア２３の回転軸に接続されたクランク軸２４と、該クランク軸２４の偏心部とスライド１の上面とを連結するコネクティングロッド２５と、メインギア２３の回転軸に設置されたロータリーエンコーダ２６とから構成されている。

つまり、スライド駆動機構２は、サーボモータ２１の回転動作をピニオンギア２２、メインギア２３、クランク軸２４及びコネクティングロッド２５を介してスライド１の昇降動作に変換するものである。また、ロータリーエンコーダ２６は、メインギア２３（言い換えればクランク軸２４）が一定角度回転するのに要した時間を１周期とするパルス信号を制御装置４に出力する角度センサである。

ダイクッション装置３は、ワークＷのしわ押え力（クッション力）を発生するものであり、下金型Ｄ２を下方から固定支持するクッションパッド３１と、該クッションパッド３１の昇降動作（クッション力制御）を実現する油圧駆動機構３２から構成されている。
また、この油圧駆動機構３２は、油圧シリンダ３３と、可動板３４と、制御装置４によって回転制御されるサーボモータ３５と、圧力センサ３６ａ〜３６ｃとから構成されている。

油圧シリンダ３３は、クッションパッド３１に接続された上ピストンＰ１と、可動板３４に接続された下ピストンＰ２とによって内部空間が上室３３ａと中室３３ｂと下室３３ｃとに仕切られた円筒形状部材であり、これら上室３３ａ、中室３３ｂ及び下室３３ｃには油が充填されている。可動板３４は、ネジ溝を有する穴部が両端部に形成された平板状部材であり、これら穴部の各々には、サーボモータ３５に同軸接続されたボールネジ３５ａが介挿されている。

つまり、油圧駆動機構３２は、サーボモータ３５の回転動作をボールネジ３５ａ、可動板３４、油圧シリンダ３３を介してクッションパッド３１の昇降動作に変換するものである。ここで、サーボモータ３５の駆動によって可動板３４を上方向に移動させると、油圧シリンダ３３の中室３３ｂに充填された油が加圧されるため、クッションパッド３１のクッション力を大きくすることができる。これに対し、サーボモータ３５の駆動によって可動板３４を下方向に移動させると、油圧シリンダ３３の中室３３ｂに充填された油が減圧されるため、クッションパッド３１のクッション力を小さくすることができる。

また、圧力センサ３６ａ〜３６ｃは、油圧シリンダ３３の上室３３ａの油圧、中室３３ｂの油圧、下室３３ｃの油圧をそれぞれ検出し、その検出結果を示す油圧検出信号を制御装置４に出力するものである。

制御装置４は、プレス機械Ａの全体動作を統括制御する（言い換えれば、スライドモーション制御とクッション力制御とを行う）ものであり、操作盤４１、モーション設定装置４２、プレスコントローラ４３、第１モータドライバ４４、クッションコントローラ４５及び第２モータドライバ４６から構成されている。

操作盤４１は、作業者がプレス機械Ａのプレス動作に必要なデータを入力するための各種設定キーや、プレス動作の開始或いは停止を指示するためのプレス開始・停止キー、また、プレス機械Ａの動作状態及び設定データを作業者に報知するための表示パネル等から構成されている。この操作盤４１は、作業者によるキー入力情報をプレスコントローラ４３に出力する一方、プレスコントローラ４３から提供されるプレス機械Ａの動作状態及び設定データ等を表示パネルに表示する。

モーション設定装置４２は、スライドモーションを規定するモーションデータを予め複数格納しており、プレスコントローラ４３から要求されたモーションデータをプレスコントローラ４３に提供するものである。ここで、モーションデータとは、図２に示すように、単調増加するように設定されたマスター角度θｍ（単位はｄｅｇ）と、目標メインギア角度θｐ（単位はｄｅｇ）および目標スライド位置Ｘｓ（単位はｍｍ）との対応関係を示すデータである。

図２では、モーションデータの一例として、０°から３６０°まで０．１°ずつ単調増加するように設定されたマスター角度θｍ（ｉ）に対して、目標メインギア角度θｐ（ｉ）と、目標メインギア角度θｐ（ｉ）から一義的に定まる目標スライド位置Ｘｓ（ｉ）とが対応付けられたものを図示している。また、図２において、ｉは０から３５９９までの整数であり、例えばマスター角度θｍ（２）は、２番目のマスター角度（つまり０．２°）を指し、目標スライド位置Ｘｓ（２）及び目標メインギア角度θｐ（２）は２番目のマスター角度θｍ（２）に対応する値となる。

プレスコントローラ４３（プレス制御装置）は、操作盤４１から入力されるキー入力情報、ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号、及びモーション設定装置４２から得られるモーションデータに基づいてサーボモータ２１を制御することでスライドモーション制御を実現するものである。

具体的には、このプレスコントローラ４３は、操作盤４１を介してプレス開始指示を受けた場合、同じく操作盤４１を介して指定されたマスター速度Ｖｍ（１分間当りのスライド１のストローク数；単位はｓｐｍ）とコントローラの更新周期をもとにマスター角度θｍ（ｉ）を算出し、現マスター角度θｍに対応する目標メインギア角度θｐを求め、現メインギア角度（ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号を基に検出（算出）したメインギア２３の回転角度）が目標メインギア角度θｐと一致するようにサーボモータ２１をフィードバック制御する。

なお、このプレスコントローラ４３は、モーション設定装置４２から取得したモーションデータをクッションコントローラ４５に提供する機能も有している。また、第１モータドライバ４４は、プレスコントローラ４３による制御に応じて現メインギア角度を目標メインギア角度θｐと一致させるために必要なモータ駆動信号を生成し、該モータ駆動信号をサーボモータ２１に出力するものである。

クッションコントローラ４５（ダイクッション制御装置）は、プレスコントローラ４３から得られるモーションデータと、ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号と、ダイクッション装置３の圧力センサ３６ａ〜３６ｃから得られる油圧検出信号とに基づいてサーボモータ３５を制御することでクッション力制御を実現するものである。

具体的には、このクッションコントローラ４５は、ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号を基に検出（算出）した現在のメインギア角度（現メインギア角度）から現在のスライド１の位置（現スライド位置）を把握し、圧力センサ３６ａ〜３６ｃによる油圧検出結果を参照しつつ、現スライド位置に応じた目標クッション力が発生するようにサーボモータ３５をフィードバック制御する。この時、クッションコントローラ４５は、スライド１の速度（スライド速度）を加味してサーボモータ３５のフィードバック制御を行うことにより、クッション力の制御精度の向上を図っている。

また、第２モータドライバ４６は、クッションコントローラ４５による制御に応じて目標クッション力をダイクッション装置３に発生させるために必要なモータ駆動信号を生成し、該モータ駆動信号をサーボモータ３５に出力するものである。

なお、本実施形態において、スライド速度を加味したクッション圧力制御については、特開２００９−１４８７６６号公報や特開２００６−１４２３１２号公報等に開示されているように既知の技術であるため詳細な説明を省略し、以下ではクッションコントローラ４５の特徴的な機能であるスライド速度算出機能について説明する。

図３は、クッションコントローラ４５のスライド速度算出機能を表す機能ブロック図である。この図３において、符号４５ａは速度変換テーブル作成部であり、符号４５ｂは第１速度変換部であり、符号４５ｃは第２速度変換部であり、符号４５ｄは乗算部である。なお、第１速度変換部４５ｂ、第２速度変換部４５ｃ及び乗算部４５ｄは、本発明におけるスライド速度算出部を構成するものである。

速度変換テーブル作成部４５ａは、プレスコントローラ４３から得られたモーションデータを基に、下記（１）式を用いてマスター角度θｍ（ｉ）の単位変化量に対するメインギア角度θｐ（ｉ）の変化量をメインギア速度ωｐ（ｉ）（単位はｄｅｇ／ｓ）として算出すると共に、下記（２）式を用いてメインギア角度θｐ（ｉ）の単位変化量に対する目標スライド位置Ｘｓ（ｉ）の変化量を仮スライド速度Ｖｓ（ｉ）（単位はｍｍ／ｄｅｇ）として算出し、当該算出したメインギア速度ωｐ（ｉ）及び仮スライド速度Ｖｓ（ｉ）とメインギア角度θｐ（ｉ）との対応関係を示す速度変換テーブル（図４参照）を作成する。
ωｐ（ｉ）＝｛θｐ（ｉ）−θｐ（ｉ−１）｝／｛θｍ（ｉ）−θｍ（ｉ−１）｝
・・・（１）
Ｖｓ（ｉ）＝｛Ｘｓ（ｉ）−Ｘｓ（ｉ−１）｝／｛θｐ（ｉ）−θｐ（ｉ−１）｝
・・・（２）
この速度変換テーブル作成部４５ａは、上記のように作成した速度変換テーブルを第１速度変換部４５ｂ及び第２速度変換部４５ｃに出力する。

第１速度変換部４５ｂは、速度変換テーブル作成部４５ａから得た速度変換テーブルに基づいて、現メインギア角度（ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号を基に検出（算出）した現在のメインギア角度）に対応するメインギア速度ωｐを求め、当該求めたメインギア速度ωｐを乗算部４５ｄに出力する。

第２速度変換部４５ｃは、速度変換テーブル作成部４５ａから得た速度変換テーブルに基づいて、現メインギア角度に対応する仮スライド速度Ｖｓを求め、当該求めた仮スライド速度Ｖｓを乗算部４５ｄに出力する。乗算部４５ｄは、第１速度変換部４５ｂから入力されるメインギア速度ωｐと、第２速度変換部４５ｃから入力される仮スライド速度Ｖｓとを乗算することにより、単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度Ｖｓ’（単位はｍｍ／ｓ）を算出する。

次に、上記のように構成されたプレス機械Ａによるプレス動作について時系列的に説明する。まず、プレスコントローラ４３は、操作盤４１を介してモーションデータ及びマスター速度Ｖｍの指定を受けると、指定されたモーションデータをモーション設定装置４２から取得し、マスター速度Ｖｍを基にマスター角度θｍを算出する。

例えば、指定されたモーションデータが図２に示すような３６００個のマスター角度θｍ（ｉ）から構成されており、また、指定されたマスター速度Ｖｍが６０（ｓｐｍ）であった場合、１秒間にスライド１を１ストロークさせる（メインギア２３を１回転させる）必要があるため、マスター角度θｍは、０．２７（ｍｓ）で０．１°増加する。

この時、プレスコントローラ４３は、モーション設定装置４２から取得したモーションデータをクッションコントローラ４５に出力する一方、クッションコントローラ４５の速度変換テーブル作成部４５ａは、プレスコントローラ４３から得られたモーションデータを基に図４に示した速度変換テーブルを予め作成する。これにより、プレス動作の開始準備が完了する。

そして、プレスコントローラ４３は、操作盤４１を介してプレス開始指示を受けると、マスター角度θｍ（ｉ）を単調増加させ、現マスター角度θｍ（ｉ）に対応する目標メインギア角度θｐ（ｉ）を指定されたモーションデータから求め、現メインギア角度が目標メインギア角度θｐ（ｉ）と一致するようにサーボモータ２１をフィードバック制御する。

例えば、プレス開始指示から０．５４（ｍｓ）が経過したとすると、現マスター角度θｍ（ｉ）はθｍ（２）＝０．２°となるため、プレスコントローラ４３は、現メインギア角度が目標メインギア角度θｐ（２）と一致するようにサーボモータ２１をフィードバック制御する。これにより、スライド１は指定されたモーションデータに応じたスライドモーションを描きながら昇降移動することになる。

一方、クッションコントローラ４５は、ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号を基に検出（算出）した現メインギア角度を用いてスライド速度Ｖｓ’（ｍｍ／ｓ）を算出する。例えば、プレス開始指示から０．５４（ｍｓ）が経過し、現メインギア角度としてθｐ（２）が検出されたとすると、第１速度変換部４５ｂによって現メインギア角度θｐ（２）に対応するメインギア速度ωｐ（２）が速度変換テーブルから得られ、また、第２速度変換部４５ｃによって現メインギア角度θｐ（２）に対応する仮スライド速度Ｖｓ（２）が速度変換テーブルから得られる。

そして、第１速度変換部４５ｂから得られたメインギア速度ωｐと、第２速度変換部４５ｃから得られた仮スライド速度Ｖｓとが乗算部４５ｄにて乗算されて、単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度Ｖｓ’（ｍｍ／ｓ）が算出される。そして、クッションコントローラ４５は、算出したスライド速度Ｖｓ’を加味して、ダイクッション装置３のクッション力が目標クッション力となるように、サーボモータ３５のフィードバック制御を行う。これにより、ダイクッション装置３は、スライド１の位置に応じたクッション力を発生し、スライド１とダイクッション装置３とに挟持されたワークＷのプレス成形が行われることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、任意のスライドモーションで運転可能なプレス機械Ａにおいて、クッションコントローラ４５側でスライド速度Ｖｓ’を精度良く計算することができるため、クッション力の制御性向上を実現することができる。また、マスター速度Ｖｍが変更された場合であっても、速度変換テーブルを新たに作成し直す必要はないため、クッションコントローラ４５の処理負荷を軽減することができる。さらに、クッション力制御にマスター速度Ｖｍを用いないため、プレスコントローラ４３からクッションコントローラ４５へのマスター速度情報の通信遅れを考慮する必要がない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
例えば、クッションコントローラ４５のスライド速度算出機能は、図３に示した構成に限らず、図５に示すような構成を採用しても良い。この図５において図３と異なる点は、進角補正部４５ｅが追加された点である。

本変形例において、速度変換テーブル作成部４５ａは、上記実施形態と同様に、プレスコントローラ４３から得られたモーションデータを基に図３に示した速度変換テーブルを作成し、当該作成した速度変換テーブルを第１速度変換部４５ｂ及び第２速度変換部４５ｃに出力する。第１速度変換部４５ｂは、速度変換テーブル作成部４５ａから得た速度変換テーブルに基づいて、現メインギア角度（ロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号を基に検出（算出）した現在のメインギア角度）に対応するメインギア速度ωｐを求め、当該求めたメインギア速度ωｐを進角補正部４５ｅに出力する。

進角補正部４５ｅは、第１速度変換部４５ｂから入力されるメインギア速度ωｐに応じて現メインギア角度の進角補正を行い、進角補正後の現メインギア角度を第２速度変換部４５ｃに出力する。具体的には、この進角補正部４５ｅは、メインギア速度ωｐが速い程、現メインギア角度の進角補正量を大きくする。

第２速度変換部４５ｃは、速度変換テーブル作成部４５ａから得た速度変換テーブルに基づいて、進角補正後の現メインギア角度に対応するメインギア速度ωｐ及び仮スライド速度Ｖｓを求め、当該求めたメインギア速度ωｐ及び仮スライド速度Ｖｓを乗算部４５ｄに出力する。乗算部４５ｄは、第２速度変換部４５ｃから入力されるメインギア速度ωｐと仮スライド速度Ｖｓとを乗算することにより、単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度Ｖｓ’を算出する。

このような本変形例によれば、スライド速度Ｖｓ’の算出にロータリーエンコーダ２６の出力パルス信号を用いることによるセンサ信号の遅れが原因で生じるクッション力の制御性低下を回避することができ、プレス加工性能の向上を図ることができる。

Ａ…プレス機械、１…スライド、２…スライド駆動機構、３…ダイクッション装置、４…制御装置、４２…モーション設定装置、４３…プレスコントローラ、４５…クッションコントローラ、４５ａ…速度変換テーブル作成部、４５ｂ…第１速度変換部、４５ｃ…第２速度変換部、４５ｄ…乗算部、４５ｅ…進角補正部

Claims

サーボモータをスライドの駆動源とし、
前記サーボモータの回転動作を前記スライドの昇降動作に変換するスライド駆動機構に設けられたメインギアと、
前記メインギアの現在の回転角度を現メインギア角度として検出する角度センサと、
単調増加するように設定されたマスター角度と目標メインギア角度と目標スライド位置との対応関係を示すモーションデータを予め格納するモーション設定装置と、
プレス開始指示を受けた場合、指定されたモーションデータ及びマスター速度を基に算出した更新周期でマスター角度を単調増加させ、現マスター角度に対応する目標メインギア角度を前記指定されたモーションデータから求め、前記角度センサから得られる現メインギア角度が前記目標メインギア角度と一致するように前記サーボモータを制御するプレス制御装置と、
を備えたプレス機械に設けられたダイクッション装置を制御するダイクッション制御装置であって、
前記指定されたモーションデータを基にマスター角度の単位変化量に対する目標メインギア角度の変化量をメインギア速度として算出すると共に、目標メインギア角度の単位変化量に対する目標スライド位置の変化量を仮スライド速度として算出し、当該算出したメインギア速度及び仮スライド速度と目標メインギア角度との対応関係を示す速度変換テーブルを作成する速度変換テーブル作成部と、
更新周期毎に前記角度センサから得られる現メインギア角度に対応するメインギア速度及び仮スライド速度を前記速度変換テーブルから求め、当該求めたメインギア速度と仮スライド速度とを乗算することで単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度を算出するスライド速度算出部と、
を具備し、
前記スライド速度算出部によって算出された前記スライド速度を加味して、前記ダイクッション装置のクッション力が目標クッション力となるように前記ダイクッション装置を制御する
ことを特徴とするダイクッション制御装置。
前記スライド速度算出部は、前記マスター角度の更新周期毎に前記角度センサから得られる現メインギア角度に対応するメインギア速度を前記速度変換テーブルから求め、当該求めたメインギア速度に応じて前記現メインギア角度の進角補正を行い、当該進角補正後の現メインギア角度に対応するメインギア速度及び仮スライド速度を前記速度変換テーブルから求め、当該求めたメインギア速度と仮スライド速度とを乗算することで単位時間当たりのスライド移動量を示すスライド速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のダイクッション制御装置。