JP5777184B2 - Forming machine - Google Patents
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Description
本発明は、線材、板金、その他の金属素材に成形工具を押し付けてワークを順次成形すると共に、ワークにおける寸法管理対象部位の実測寸法に基づいて演算した補正量を用いて成形工具の押し付け量を補正するフォーミングマシンに関する。 The present invention presses a forming tool against a wire, sheet metal, or other metal material to form a workpiece sequentially, and uses the correction amount calculated based on an actual measurement size of a dimension management target portion of the workpiece to determine the pressing amount of the forming tool. It relates to a forming machine to be corrected.
従来、この種のフォーミングマシンの一例として、線材に成形工具を押し付けて圧縮コイルばねを成形すると共に、成形された圧縮コイルばねのばね長(ばねの自然長)を逐一計測するばね成形機が知られている。また、このばね成形機では、成形工具の1つであるピッチツールの線材への押し付け量を変更してばね長を変更することができる。そこで、上記したばね成形機では、ばね長の実測寸法と目標寸法との偏差に所定の係数を乗じる等して演算した補正量を用いて、ばね長が目標寸法に近づくように、次にコイルばねを成形する際のピッチツールの押し付け量を補正していた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as an example of this type of forming machine, there has been known a spring forming machine that forms a compression coil spring by pressing a forming tool against a wire and measures the spring length (natural length of the spring) of the formed compression coil spring one by one. It has been. In this spring forming machine, the spring length can be changed by changing the amount of pressing of the pitch tool, which is one of the forming tools, to the wire. Therefore, in the spring forming machine described above, the coil length is then adjusted so that the spring length approaches the target dimension by using a correction amount calculated by multiplying the deviation between the measured dimension of the spring length and the target dimension by a predetermined coefficient. The pressing amount of the pitch tool when forming the spring was corrected (for example, see Patent Document 1).
ところで、ばね長の実測寸法と目標寸法との偏差がばらつく原因について、線材の内部応力、成形工具の熱変形等様々な要素が考えられるが、特定することは困難である。従って、従来は、ばね長の実測寸法と目標寸法との偏差に乗じる係数は作業者の勘に基づいて試行錯誤により決定していたので、熟練を必要とすると共に、上記した補正が十分に機能しない場合が多く、ワークにおける寸法管理対象部位の寸法が安定しないという問題があった。 Incidentally, the cause of the deviation between the measured dimension and the target dimension of the spring length varies, internal stress of the wire, the thermal deformation and the like various elements of the forming tool. However, it is difficult to identify. Therefore, conventionally, the coefficient to be multiplied by the deviation between the actually measured spring length and the target dimension is determined by trial and error based on the operator's intuition, so that skill is required and the above-described correction functions sufficiently. In many cases, there is a problem that the dimension of the part to be dimension-controlled in the workpiece is not stable.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、作業者が熟練を要さず、ワークの寸法管理対象部位の寸法を安定させることが可能なフォーミングマシンの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a forming machine capable of stabilizing the dimensions of a workpiece dimension management target without requiring an operator to be skilled.
本願発明者は、フォーミングマシンの一例としてのばね成形機で成形した複数のワークのばね長の時系列の変化をスペクトル解析し、ばね長の変化に周期性があることを確認した。この周期性の正確な原因は不明であるが、変動周期が既知であれば、その変動を抑制する制御手段は良く知られている。しかしながら、ばね長の変化には偶然誤差による周期性のない変動も多く含まれる。そこで本願発明者はばね長の変化をモデルに基づく時系列解析を行い、自己回帰モデルによってばね長の変化を予測できること、及びモデル式を使用して補正量を演算することができることを見いだし、下記請求項1〜5の本願発明を完成するに至った。
The inventor of the present application spectrum-analyzed changes in the spring length of a plurality of workpieces formed by a spring forming machine as an example of a forming machine, and confirmed that the change in the spring length has periodicity. The exact cause of this periodicity is unknown, but if the fluctuation period is known, control means for suppressing the fluctuation is well known. However, the change in the spring length includes many fluctuations without periodicity due to accidental errors. Therefore, the inventor of the present application performs a time series analysis based on a model of the change in the spring length, finds that the change in the spring length can be predicted by the autoregressive model, and that the correction amount can be calculated using the model formula. The present invention of
なお、自己回帰モデルのモデル式を使用して制御を行う技術は、従来から知られているが、ボイラーの温度を目標温度に安定させるための燃焼量の制御や、船の進行方向を安定させるための操舵角の制御等のように、連続して変化する管理対象(例えば、ボイラーの温度や船の進行方向)の値を安定させるための制御に使用されていて、フォーミングマシンにて成形されるワークの寸法のように、間欠的に変化する管理対象の値の安定化を図る制御に、自己回帰モデルのモデル式を使用する前例はない。 In addition, the technology to control using the model formula of the autoregressive model is conventionally known. However, the combustion amount control for stabilizing the boiler temperature to the target temperature and the traveling direction of the ship are stabilized. It is used for control to stabilize continuously changing values of management objects (for example, boiler temperature and ship traveling direction), such as steering angle control, and is formed by a forming machine. There is no precedent for using a model formula of an autoregressive model for control to stabilize the value of a management target that changes intermittently, such as the size of a workpiece to be changed.
請求項1の発明に係るフォーミングマシンは、線材、板金、その他の金属素材に成形工具を押し付けてワークを順次成形すると共に、金属素材に対する成形工具の押し付け量に応じて変化するワークの寸法管理対象部位の寸法を寸法計測部にて逐一実測し、その寸法管理対象部位の実測寸法に基づいて演算した補正量を用いて成形工具の押し付け量を補正するフォーミングマシンにおいて、予め設定されたサンプル数分の補正量のデータを、予め設定された範囲内でランダムにばらつくように生成する疑似補正量生成手段と、疑似補正量生成手段にて生成された補正量のデータを順次使用して成形工具の押し付け量を順次補正しながらサンプル数分のワークを成形し、サンプル数分の実測寸法のデータを取得するサンプルデータ取得手段と、サンプル数分の補正量及び実測寸法のデータから統計的手法により実測寸法及び補正量の自己回帰モデルのモデル式を同定するモデル式同定手段と、モデル式と、過去最新の複数のワークの実測寸法及び補正量とから、次にワークを成形するときの補正量を演算する補正量演算手段とを備えたところに特徴を有する。 The forming machine according to the first aspect of the present invention is to form a workpiece sequentially by pressing a forming tool against a wire, sheet metal, or other metal material, and also subject to dimensional control of the workpiece that changes in accordance with the pressing amount of the forming tool against the metal material. In the forming machine that measures the dimensions of the part one by one in the dimension measurement unit and corrects the pressing amount of the forming tool using the correction amount calculated based on the measured dimensions of the part to be dimensionally controlled, the number of samples set in advance The correction amount data generated by the pseudo correction amount generation unit for generating the correction amount data at random within a preset range and the correction amount data generated by the pseudo correction amount generation unit are sequentially used. Sample data acquisition means for forming workpieces for the number of samples while sequentially correcting the pressing amount, and acquiring measured dimension data for the number of samples; Model formula identification means for identifying the model formula of the autoregressive model of the actual measurement dimension and correction amount from the data of the correction amount for the number of samples and the actual measurement dimension by a statistical method, the model formula, and the actual measurement dimensions of the latest past multiple workpieces and having features and a correction amount, the next was a correction amount calculating means for calculating a correction amount at the time of molding the work.
請求項2の発明は、請求項1に記載のフォーミングマシンにおいて、i個前に成形したワークの実測寸法をyiとすると共に補正量をuiとし、それら実測寸法をyi及び補正量をuiに係る自己回帰係数をai,biとし、さらに、予め設定された次元数をp,qとすると、モデル式は、下記数1で記述され、モデル式同定手段は、サンプル数分の補正量及び実測寸法のデータを使用した最小二乗法により数1のモデル式のai,biを決定し、補正量演算手段は、数1のモデル式を変形した下記数2の補正演算式で補正量を演算するところに特徴を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the forming machine according to the first aspect, the actually measured dimension of the i-th workpiece is set to y i and the correction amount is set to u i , and the measured dimension is set to y i and the correction amount. Assuming that autoregressive coefficients related to u i are a i and b i and p and q are preset dimension numbers, the model formula is described by the following
請求項3の発明は、請求項1に記載のフォーミングマシンにおいて、i個前に成形したワークの実測寸法をyiとすると共に補正量をuiとし、それら実測寸法をyi及び補正量をuiに係る自己回帰係数をai,biとし、さらに、次元数をp,q、それら次元数p,qの上限値M,Nとすると、モデル式は、下記数1で記述され、モデル式同定手段には、次元数pに1〜Mの何れかの整数を代入すると共に数1の次元数qに1〜Nの何れかの整数に代入して求められるM×N通りのモデル式のai,biを最小二乗法により決定するモデル式候補生成手段と、それらM×N通りの各モデル式にて演算される複数のワークの寸法管理対象部位の寸法と実測寸法との差分の平方和を演算して、それら平方和が最も小さくなったモデル式を、補正量演算手段にて使用するモデル式に決定するモデル式決定手段とが備えられ、補正量演算手段は、モデル式決定手段が決定した数1のモデル式を変形した下記数2の補正演算式で補正量を演算するところに特徴を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the forming machine according to the first aspect, the actually measured dimension of the i- shaped workpiece is set to y i and the correction amount is set to u i , and the measured dimension is set to y i and the correction amount. If the autoregressive coefficients related to u i are a i and b i, and the number of dimensions is p and q, and the upper limit values M and N of the number of dimensions p and q, the model equation is described by In the model formula identifying means, M × N models obtained by substituting any integer of 1 to M for the number of dimensions p and substituting any one of 1 to N for the number of dimensions q of
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れか1の請求項に記載のフォーミングマシンにおいて、ワークを成形する度に更新される過去最新の複数の実測寸法及び補正量のデータを使用して統計的手法によりモデル式を同定し直すモデル式更新手段を備えたところに特徴を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the forming machine according to any one of the first to third aspects, a plurality of latest measured dimensions and correction amount data updated every time a workpiece is formed is used. It has a feature in that it is equipped with a model formula updating means for re-identifying the model formula by a statistical method.
請求項5の発明は、請求項4に記載のフォーミングマシンにおいて、予め設定された寸法管理対象部位の寸法の上限規格と下限規格に対して、工程能力指数を演算する工程能力指数演算手段を備え、予め設定された閾値を超えて工程能力指数が悪化した場合に、モデル式更新手段がモデル式を同定し直すところに特徴を有する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the forming machine according to the fourth aspect , there is provided a process capability index calculating means for calculating a process capability index with respect to the upper limit standard and the lower limit standard of the dimension of the dimension management target portion set in advance. A feature is that the model formula update means re-identifies the model formula when the process capability index deteriorates beyond a preset threshold value .
請求項1のフォーミングマシンでは、過去最新の複数個のワークの実測寸法とワークの成形時の補正量との自己回帰モデルのモデル式を使用して、次にワークを成形するときの成形工具の押し付け量に対する補正量を演算するので、成形上のばらつきの影響を抑えた成形工具の押し付け量の制御が可能になり、ワークにおける寸法管理対象部位の寸法が安定する。しかも、本願発明のフォーミングマシン自体が自己回帰モデルのモデル式を同定するので、熟練も要しない。 In the forming machine according to the first aspect of the present invention, by using a model equation of an autoregressive model of the latest measured dimensions of a plurality of past works and the correction amount at the time of forming the work, Since the correction amount with respect to the pressing amount is calculated, it becomes possible to control the pressing amount of the forming tool while suppressing the influence of variations in forming, and the dimensions of the dimension management target portion in the workpiece are stabilized. Moreover, since the forming machine itself of the present invention identifies the model expression of the autoregressive model, no skill is required.
具体的には、請求項2の発明のように、自己回帰モデルのモデル式は、実測寸法をyiとし、補正量をuiとし、自己回帰係数をai,biとし、予め設定された次元数をp,qとすると、モデル式は、下記[数1]で記述される。そして、サンプル数分の補正量及び実測寸法のデータを使用した最小二乗法により[数1]のモデル式のai,biを決定して、モデル式を同定することができる。また、[数1]のモデル式を変形した下記[数2]の式で補正量を演算することができる。
Specifically, as in the invention of
また、請求項3の発明のように、次元数p,qの上限値M,Nが予め設定されていて、pに1〜Mの何れかの整数を代入すると共に[数1]のqに1〜Nの何れかの整数に代入して求められるM×N通りのモデル式のai,biから最適な次元数のモデル式に決定するので同定の精度が上がり、ワークの寸法管理対象部位の寸法の安定性が高くなる。 Further, as in the invention of claim 3, the upper limit values M and N of the dimension numbers p and q are set in advance, and any integer of 1 to M is substituted for p and q in [Equation 1] is set. The accuracy of identification is improved because the model equation having the optimum number of dimensions is determined from a i and b i of the M × N model equations obtained by substituting in any integer of 1 to N, and the workpiece is dimensionally controlled. The dimensional stability of the part is increased.
請求項4及び5のフォーミングマシンは、ワークを成形する度に更新される過去最新の複数の実測寸法及び補正量のデータを使用して統計的手法によりモデル式を同定し直すので、ワークの寸法管理対象部位の寸法の安定性が更に高くなる。
In the forming machine according to
[第1実施形態]
以下、本発明の一実施形態を図1〜図8に基づいて説明する。図1には、本発明のフォーミングマシンとしてのばね成形機10が示されている。このばね成形機10は、鉛直に起立した基台11に、線材送給装置50、1対の上下直動機構30,30、1対の傾斜直動機構40,40等を組み付けてなる。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a
線材送給装置50は、基台11の前面に配置されて上下に並んだ状態に隣接した1対のフィードローラ51,52を備えている。1対のフィードローラ51,52同士の共通の接線上には、線材ガイド12(一般に、「クイル」と呼ばれている)が延びていて、その線材ガイド12に線材挿通孔(図示せず)が貫通形成されている。そして、フィードローラ51,52の間に線材90(本発明の「金属素材」に相当する)を挟持し、送給用サーボモータ54(図4参照)にて1対のフィードローラ51,52を対称回転することで、線材90が図1における右側に送給されて線材ガイド12の先端から送り出される。
The wire
図1に示すように線材ガイド12に対する線材送給方向の前方には、基台11の前面11Aから心金13が突出している。図3に示すように、心金13は、断面半円形の棒状をなし、その平坦な側面13Aが、線材ガイド12側を向いている。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように1対の傾斜直動機構40,40は、基台11の前面11Aに固定された増設板41,41に取り付けられている。そして、一方の傾斜直動機構40は、心金13から線材送給装置50と反対側の斜め上方鉛直寄りに延び、他方の傾斜直動機構40は、一方の傾斜直動機構40の下方に配置されて、心金13から離れるに従って斜め上方水平寄りに延びている。
As shown in FIG. 1, the pair of inclined
各傾斜直動機構40には、それらが延びた方向に直動するスライダ43が備えられ、そのスライダ43にサーボモータ46がクランクスライダ機構40Kを介して連結されている。即ち、サーボモータ46にて回転駆動される回動円盤45に、回転中心から離れた位置から突出した偏心軸45Jが設けられ、その偏心軸45Jとスライダ43とがリンク部材42にて連結され、サーボモータ46の回転出力が、スライダ43の直動に変換されるようになっている。
Each inclined
各傾斜直動機構40のスライダ43の心金13側にはコイリングツール16がそれぞれ固定されている。図3に示すように、一方の傾斜直動機構40に備えたコイリングツール16は、心金13に対して斜め上方から突き合わされ、他方の傾斜直動機構40に備えたコイリングツール16が、心金13に対して斜め下方から突き合わされている。また、これらコイリングツール16の先端面には、丸溝16Mが形成されている。そして、線材送給装置50から送給された線材90が各コイリングツール16の丸溝16Mに案内されて、線材90が心金13を取り囲むように円弧状に成形(フォーミング)されてコイルばね91(本発明の「ワーク」に相当する)になり、図2に示すようにそのコイルばね91が基台11から離れる方向に成長していく。
The
図1及び図2に示すように、上下直動機構30,30は、心金13を間に挟んで上下に対称に配置されている。各上下直動機構30は、上下動するスライダ31を備え、上記した傾斜直動機構40と同様に、クランクスライダ機構30Kを介してスライダ31にサーボモータ35が接続されている。また、上側の上下直動機構30のスライダ31における下端部には、切断ツール15が固定され、スライダ31と共に切断ツール15が降下すると心金13との間で線材90が切断される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the up-and-down
一方、下側の上下直動機構30のスライダ31における上端部には、ピッチツール14が固定されている。図3に示すようにピッチツール14の先端は楔状になって傾斜面14Aを有し、この傾斜面14Aがコイルばね91を構成する線材90に対して巻回軸方向で基台11側から当接している。そして、ピッチツール14を上方に移動して、線材90に対するピッチツール14の押し付け量を大きくすると、コイルばね91のピッチ及びばね長が大きくなり、ピッチツール14を下方に移動して、線材90に対するピッチツール14の押し付け量を小さくすると、コイルばね91のピッチ及びばね長が小さくなる。
On the other hand, a
図4には、ばね成形機10を制御するためのコントローラ60が示されている。コントローラ60には、上述した各サーボモータのサーボアンプと、それらサーボアンプが接続された制御回路60Cが備えられている。その制御回路60Cは、CPU61と主記憶装置64を有していて、主記憶装置64には、コイルばね91の諸元(ピッチ、コイル径、巻数、ばね長、線径、線材長等)と共に、ばね成形プログラムPG1(図6〜図8参照)が記憶されている。そして、主記憶装置64のCPU61がばね成形プログラムPG1を実行することで、上記した各サーボモータ35,46,54が駆動制御されて線材90からコイルばね91が順次成形される。
FIG. 4 shows a
具体的には、ばね成形プログラムPG1(図6〜図8)中のばね成形処理(S12)が実行されると、線材送給装置50は、主記憶装置64に記憶された「線材長」分の線材90を送給する。すると、送給された線材90がコイリングツール16,16における丸溝16M,16Mの内面に衝合しかつピッチツール14の傾斜面14Aに摺接してコイルばね91が成形される。詳細には、ばね成形動作の初期段階では、図5(A)から図5(B)に示すように、ピッチツール14が初期位置から少し上昇した第1成形位置に配置され、その状態で1巻分の線材90が送給されて先端側の座巻91Aが成形される。
More specifically, when the spring forming process (S12) in the spring forming program PG1 (FIGS. 6 to 8) is executed, the
次いで、図5(C)から図5(D)に示すように、ピッチツール14が第1成形位置から第2成形位置に上昇し、その状態で複数巻分の線材90が送給されてコイル本体91Bが成形され、再び、ピッチツール14が第1成形位置に降下して、図5(E)に示すように、1巻分の線材90が送給されて後端側の座巻91Cが成形される。そして、ピッチツール14がコイルばね91から離間した待機位置に後退した後に、切断処理(S14)が実行され、図5(F)に示すように、切断ツール15が初期位置から降下してきてコイルばね91を後続の線材90から切り離してから初期位置に戻ると共に、ピッチツール14も初期位置に戻る(図5(A)参照)。
Next, as shown in FIGS. 5C to 5D, the
ばね成形機10には、コイルばね91のばね長を検出するために、図2に示したばね長検出器20が備えられている。ばね長検出には、静電容量式や画像処理式があるが、本実施形態のばね長検出器20は静電容量式であり、基台11の前面から前方に突出した支持アーム17の先端に取り付けられ、心金13の前方に配置されている。また、ばね長検出器20は、その先端に検出チップ24が取り付けられ、その検出チップ24は、コイルばね91のコイル径とほぼ同径の円盤状をなしている。
In order to detect the spring length of the
ばね長検出器20は、検出チップ24とコイルばね91との隙間量に応じて静電容量値を電圧値に変換した信号を出力するようになっており、コントローラ60に備えたばね長検出回路20Aに、検出用電圧信号が印加されている。そして、主記憶装置64には検出チップ24とコイルばね91との隙間量と検出電圧信号との関係式、及び基準電圧が予め記憶されており、CPU61にて検出電圧信号を基準間隙量からの偏差量に変換する。この偏差量に基づいて、コイルばね91の軸長(以下、「ばね長」といい、本実施形態での「寸法管理対象部位」とする)を検出する。より具体的には、上記したばね成形処理(S12)の終了後に、ばね成形プログラムPG1のばね長検出処理(S13)が実行され、検出電圧信号からばね長へのデータ変換が終了し、上記した切断処理(S14)が実行される。なお、本実施形態では、ばね長検出部20とコントローラ60とから本発明に係る「寸法計測部」が構成されている。
The
さて、上記したばね成形プログラムPG1におけるばね成形処理(S12)では、コイル本体91Bを成形する際のピッチツール14の位置を、ばね長検出処理(S13)による検出結果に基づいて補正している。即ち、主記憶装置64には、ピッチツール14を位置決め制御するためのピッチツール位置データが記憶されていて、前記第2成形位置用のピッチツール位置データXにより定まるピッチツール14の初期位置から上方への移動量(即ち、ピッチツール14の線材90に対する押し付け量)に、補正データにて定まるピッチツール14の移動距離の補正量を加える補正を行っている。そして、その補正データを演算するための補正演算式(後述の[数2]参照)を、本実施形態のばね成形機10では、以下説明する統計的手法により生成するようになっている。
In the spring forming process (S12) in the spring forming program PG1 described above, the position of the
具体的には、図6に示すようにばね成形プログラムPG1を実行すると、補正演算式を生成するための補正制御準備処理(S10)が実行される。この補正制御準備処理(S10)では、図7に示すように、コイルばね91のばね長の統計データを取得するために、サンプル数Lの入力が求められる(S21)。そこで、任意の整数(例えば、100)をサンプル数Lに入力すると、例えば、M系列乱数を用いて予め設定された所定範囲内でばらつくL個の補正量のデータが生成されて、例えば、配列型の補正量データu[n](n=1〜L)に順次格納される(S22)。なお、このステップS22を実行しているときのCPU61が、本願発明の「疑似補正量生成手段」に相当する。
Specifically, when the spring forming program PG1 is executed as shown in FIG. 6, a correction control preparation process (S10) for generating a correction arithmetic expression is executed. In this correction control preparation process (S10), as shown in FIG. 7, in order to obtain statistical data of the spring length of the
そして、例えば、コントローラ60のコンソール69(図4参照)に備えたスタートボタンがONされたことを条件にして(S23のYES)、上述したばね成形処理(S12)、ばね長検出処理(S13)及び切断処理(S14)と同じ、ばね成形処理(S24)、ばね長検出処理(S25)及び切断処理(S26)からなる一連の処理がL回に亘って繰り返して実行され(S28のNOのループ)、L個のコイルばね91が成形される。
For example, on condition that the start button provided on the console 69 (see FIG. 4) of the
このとき、繰り返して実行されるばね成形処理(S24)においては、上記したL個の補正量データu[n](n=1〜L)が順次、使用されてピッチツール位置データXが補正される。また、ばね長検出処理(S25)によるばね長の検出結果は、例えば、配列型のばね長データy[n](n=1〜L)に順次格納される。なお、上記したステップS24〜S28を実行しているときのCPU61が、本願発明の「サンプルデータ取得手段」に相当する。
At this time, in the spring forming process (S24) executed repeatedly, the L correction amount data u [n] (n = 1 to L) are sequentially used to correct the pitch tool position data X. The In addition, the detection result of the spring length by the spring length detection process (S25) is sequentially stored in, for example, array type spring length data y [n] (n = 1 to L). The
次いで、これらサンプル数L個分のばね長データy[n]、補正量データu[n](n=1〜L)を利用し、補正式係数決定処理(S29)にて、下記[数1]に示した自己回帰モデルのモデル式を同定する。 Next, using the spring length data y [n] and the correction amount data u [n] (n = 1 to L) for the L number of samples, the following [Equation 1] is performed in the correction formula coefficient determination process (S29). ] Is identified.
詳細には、i個前に成形したコイルばね91の実測寸法をyiとすると共に補正量をuiとし、それら実測寸法をyi及び補正量をuiに係る自己回帰係数をai,biとし、さらに、予め設定された次元数をp,qとすると、統計的に上記[数1]で示されたモデル式が成立し得る。コイルばね91の実測寸法yiは、コイルばね91の全長でもよいし、コイルばね91の目標値に対するコイルばね91の実際の寸法の偏差であってもよい。また、補正量uiは、サーボモータの回転量を特定するNCデータであってもよいし、ピッチツール14の移動する直動量であってもよい。ここでは後の計算を簡潔にするためコイルばね91の実測寸法yiは目標値0に対する偏差とする。また、補正量u i はピッチツール14の移動する直動量とする。
In particular, the actual dimensions of the
そして、補正式係数決定処理(S29)では、予め設定された次元数p,qの上限値M,N(例えば、M,Nは共に「10」程度)を使用して、上記[数1]のモデル式の次元数pに1〜Mの何れかの整数を代入すると共に[数1]の次元数qに1〜Nの何れかの整数に代入して求められるM×N通りのモデル式を生成する。そして、M×N通りの各モデル式の自己回帰係数ai,biを、上記したサンプル数L個分のばね長データy[n]、補正量データu[n](n=1〜L)を使用した最小二乗法により求めて、主記憶装置64に記憶しておく(S500)。なお、このステップS500の処理を実行しているときのCPU61が、本発明に係る「モデル式候補生成手段」に相当する。
Then, in the correction formula coefficient determination process (S29), using the upper limit values M and N of the dimension numbers p and q set in advance (for example, both M and N are about “10”), the above [Equation 1] M × N model formulas obtained by substituting any integer of 1 to M for the number of dimensions p of the model formula and substituting any one of 1 to N for the number of dimensions q of [Formula 1]. Is generated. Then, the autoregressive coefficients a i and b i of each of the M × N model equations are obtained by using the spring length data y [n] and the correction amount data u [n] (n = 1 to L) for the above-described L samples. ) And stored in the main storage device 64 (S500). The
次いで、上記した自己回帰係数ai,biが特定されたM×N通りの各モデル式を使用してサンプル数L個分のコイルばね91の予測ばね長y’i(i=1〜l)を演算して主記憶装置64に記憶する(S501)。なお、予測ばね長y’i(i=1〜l)を演算する際に、サンプル数が次元数p,qに達した場合、その前の予測ばね長y’iは、「0」として演算する。具体的には、次元数p,qが共に「10」である場合、12番目の予測ばね長y’12を演算する際に、過去最新の次元数10個分の実測寸法yi及び補正量uiのうち2つは、実測寸法yi及び補正量uiのデータを使用し、残り8つは、実測寸法yi及び補正量uiを「0」として予測ばね長y’12を演算する。 Next, the predicted spring length y ′ i (i = 1 to l) of the coil springs 91 for the number of samples L using each of M × N model equations in which the autoregressive coefficients a i and b i are specified. ) Is calculated and stored in the main storage device 64 (S501). When calculating the predicted spring length y ′ i (i = 1 to 1), if the number of samples reaches the dimension numbers p and q, the previous predicted spring length y ′ i is calculated as “0”. To do. Specifically, when the number of dimensions p and q are both “10”, when the 12th predicted spring length y ′ 12 is calculated, the actually measured dimension y i and the correction amount for the last 10 dimensions are calculated. two of the u i uses the data of the actually measured dimension y i and correction amount u i, the one remaining 8, calculates the predicted spring length y '12 the measured dimension y i and correction amount u i as "0" To do.
次いで、M×N通りの各モデル式毎に予測ばね長y’iと実測寸法yiとの差分平方和Jを演算する(S502)。そして、差分平方和Jが最も小さくなったモデル式を使用して、下記[数2]の補正演算式を生成し(S503)、補正式係数決定処理(S29)から抜け、図7に示した補正制御準備処理(S10)からも抜ける。なお、補正式係数決定処理(S29)を実行しているときのCPU61が、本発明に係る「モデル式同定手段」に相当し、上記したステップS502,503の処理を実行しているときのCPU61が、本発明に係る「モデル式決定手段」に相当する。
Next, a difference sum of squares J between the predicted spring length y ′ i and the actually measured dimension y i is calculated for each of the M × N model formulas (S502). Then, using the model formula having the smallest difference sum of squares J, a correction calculation formula of the following [Equation 2] is generated (S503), the correction formula coefficient determination process (S29) is skipped, and shown in FIG. Also exits from the correction control preparation process (S10). The
補正制御準備処理(S10)から抜けると、図6に示すように、成形停止要求がないかぎり、上記したばね成形処理(S12)、ばね長検出処理(S13)及び切断処理(S14)が繰り返して実行される(S15のNOのループ)。その際、ばね成形処理(S12)の実行前に、上記した[数2]の補正演算式にて、次にコイルばね91を成形する際の補正量uiが上記[数2]の補正演算式にて演算される(S11)。即ち、コイルばね91を成形する度に更新されていく、過去最新の次元数p,q分のコイルばね91の実測寸法yi及び補正量uiを、上記[数2]の補正演算式に代入して補正量unが演算され、その補正量unにて次にコイルばね91を成形するときのピッチツール14の線材90に対する押し付け量が補正される。なお、ステップS11を実行しているときのCPU61が、本発明の「補正量演算手段」に相当する。
After exiting from the correction control preparation process (S10), as shown in FIG. 6, the above-described spring forming process (S12), spring length detecting process (S13), and cutting process (S14) are repeated unless a forming stop request is made. It is executed (NO loop of S15). At that time, before performing the spring forming process (S12), by the correction calculation equation above [Equation 2], then the correction operation of the correction amount u i of the time of molding the
なお、上記した成形停止要求として、コンソール69に備えた停止ボタン(図示せず)がON操作されたり、コイルばね91が予め設定された生産数に達したり、異常の発生等があった場合には、ばね成形機10が停止し(S15のYES。S16)、ばね成形プログラムPG1が終了する。
It should be noted that, as the above-described molding stop request, when a stop button (not shown) provided on the
上記したように本実施形態のばね成形機10では、コイルばね91の実測寸法とコイルばね91の成形時の補正量との自己回帰モデルのモデル式(上記[数1]参照)を使用して、次にコイルばね91を成形するときのピッチツール14の押し付け量に対する補正量を演算するので、成形上のばらつきの影響を抑えたピッチツール14の押し付け量の制御が可能になり、コイルばね91の寸法管理対象部位の寸法が安定する。しかも、ばね成形機10自体が自己回帰モデルのモデル式を同定するので、作業者の熟練も要しない。
As described above, in the
[第2実施形態]
本実施形態のばね成形機が実行するばね成形プログラムPG2は、図9に示されており、コイルばね91を成形する度に更新されていく、過去最新の次元数p,q分の実測寸法yi及び補正量uiを使用して、上記[数2]の補正演算式を更新する更新処理(S17)を行う点が前記第1実施形態と異なる。具体的には、更新処理(S17)では、上記したサンプル数L個分の実測寸法yi及び補正量uiを、コイルばね91が成形されるたびに最新のものに順次入れ替えて上記した補正制御準備処理(S10)を実行し、上記[数1]のモデル式と上記[数2]の補正演算式を生成し直す。その他の構成に関しては、前記第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
The spring forming program PG2 executed by the spring forming machine according to the present embodiment is shown in FIG. 9, and is updated each time the
本実施形態のばね成形機によれば、コイルばね91を成形する度に更新される過去最新の複数の実測寸法及び補正量のデータを使用して上記[数1]のモデル式及び上記[数2]の補正演算式とを生成し直すので、ワークの寸法管理対象部位の寸法の安定性が更に高くなる。
According to the spring molding machine of the present embodiment, the above-mentioned model formula [Numerical formula 1] and the above [Numeric formula] are used by using a plurality of latest measured dimensions and correction amount data updated every time the
なお、更新処理(S17)では、補正制御準備処理(S10)で決定されたモデル式の次元数をそのまま採用して、自己回帰係数ai,biのみを決定し直す構成にしてもよい。 In the update process (S17), the number of dimensions of the model formula determined in the correction control preparation process (S10) may be adopted as it is, and only the autoregressive coefficients a i and b i may be determined again.
[第3実施形態]
前記第1及び第2の実施形態では、ばね成形プログラムPG1,PG2を実行する度に、上記[数1]のモデル式における次元数p,qの最適値を、図8に示した評価式を用いて求めていたが、本実施形態では、次元数p,qの最適値を予め求めておき、次元数を固定して自己回帰係数ai,biのみを逐一求める構成になっている。具体的には、本実施形態のばね成形機では、次元数pの最適値が1、次元数qの最適値が2であるとして、上記[数1]の一般式であるモデル式を下記[数3]のように設定すると共に、上記[数2]の一般式である補正演算式を下記[数4]のように設定している。これら次元数p,qの最適値は、前記第1実施形態の補正制御準備処理(S10)と同様の方法で実験的に求められる。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, each time the spring forming programs PG1 and PG2 are executed, the optimum values of the dimensional numbers p and q in the model equation of [Equation 1] are expressed by the evaluation equation shown in FIG. However, in the present embodiment, the optimum values of the dimension numbers p and q are obtained in advance, and only the autoregressive coefficients a i and b i are obtained one by one with the dimension number fixed. Specifically, in the spring forming machine according to the present embodiment, assuming that the optimum value of the dimension number p is 1 and the optimum value of the dimension number q is 2, a model expression that is a general expression of the above [Equation 1] is as follows: In addition to the equation [3], the correction equation, which is the general equation of [equation 2], is set as the following [equation 4]. The optimum values of the dimension numbers p and q are experimentally obtained by the same method as the correction control preparation process (S10) of the first embodiment.
また、本実施形態のばね成形プログラムPG3は、図10に示されており、第2実施形態のばね成形プログラムPG2とは、補正制御準備処理(S10’)と補正式生成処理(S11’)と更新処理(S17’)のみが異なる。図11に示すように、補正制御準備処理(S10’)が実行されると、前記第1及び第2の実施形態の補正制御準備処理(S10)のステップS21,22と同様に、任意の入力数Lに対して補正量データu[n](1〜L)がランダムに生成される。そして、スタートボタンがONされると(ステップ23でYES)、ステップS24〜28,200,201からなるループ処理がL回に亘って繰り返される。 The spring forming program PG3 of the present embodiment is shown in FIG. 10, and the spring forming program PG2 of the second embodiment is a correction control preparation process (S10 ′) and a correction formula generation process (S11 ′). Only the update process (S17 ′) is different. As shown in FIG. 11, when the correction control preparation process (S10 ′) is executed, an arbitrary input is performed as in steps S21 and S22 of the correction control preparation process (S10) of the first and second embodiments. Correction amount data u [n] (1 to L) is randomly generated for the number L. When the start button is turned on (YES in step 23), the loop process including steps S24 to 28, 200, and 201 is repeated L times.
そのループ処理では、後に詳説する係数演算処理(S200)を最初に実行してから、第1実施形態の補正制御準備処理(S10)のステップS24〜S27と同様に、コイルばね91を成形してばね長を実測し、コイルばね91を後続の線材から切断した後に、ループカウンタCをインクリメントする。また、ループ処理の繰り返しによりコイルばね91を成形する度に、n=1〜L番目の補正量データu[n]をnの番号の小さい順に1つずつ使用してピッチツール14の線材90に対する押し付け量を補正する。
In the loop process, a coefficient calculation process (S200), which will be described in detail later, is first executed, and then the
また、本実施形態の補正制御準備処理(S10’)では、コイルばね91を成形する度に、更新処理(S201)を行って、コイルばね91の実測寸法yを過去最新の実測寸法ynとおき、それまで過去最新であった実測寸法ynを、過去2番目に最新の実測寸法yn−1へとシフトする。これにより、コイルばね91を成形する度に、過去最新の2つのばね長の実測寸法yn,yn−1が更新されていく。また、それら2つのばね長の実測寸法yn,yn−1に対応した補正量データun−1,un−2も1つずつシフトする。
Further, the correction control preparation process of the present embodiment (S10 '), each time of molding the
そして、ループ処理の最初の係数演算処理(S200)に戻り、上記モデル式[数3]の自己回帰係数ai,biを、過去最新の2つの実測寸法yn,yn−1と、それらに対応した2つの補正量データun−1、un−2とを使用した最小二乗法により求める。 Then, returning to the first coefficient calculation process (S200) of the loop process, the autoregressive coefficients a i and b i of the model equation [Equation 3] are changed to the two latest measured dimensions y n and y n−1 in the past, It is obtained by the least square method using two correction amount data u n-1 and u n-2 corresponding to them.
なお、係数演算処理(S200)をスタートボタンのオン(S23)の直後に最初に実行したときには、過去最新の2つの実測寸法yn,yn−1は未測定であると共に2つの補正量データun−1、un−2は存在せず、ステップS200を2回目に実行したときには、過去最新の1つ前の実測寸法yn−1は未測定であると共に2つの補正量データun−1、un−2は存在せず、ステップS200を3回目に実行したときには、1つの補正量データun−2は存在しない状態になっている。これらに対して、未測定の実測寸法y及び不存在の補正量データuは「0」とおいて上記係数演算処理(S200)を行う。 When the coefficient calculation process (S200) is first executed immediately after the start button is turned on (S23), the two latest measured dimensions y n and y n−1 in the past are not measured and two correction amount data are set. u n−1 and u n−2 do not exist, and when step S200 is executed for the second time, the latest measured dimension y n−1 of the previous latest is not measured and the two correction amount data u n −1 and un -2 are not present, and when step S200 is executed for the third time, one correction amount data un -2 is not present. On the other hand, the coefficient calculation process (S200) is performed with the unmeasured measured dimension y and the nonexistent correction amount data u set to “0”.
コイルばね91の成形数がL個に達して補正制御準備処理(S10’)が終了したら、図10に示したステップS11’,S12〜S15,S17’からなるループ処理を行う。そのループ処理中の補正式生成処理(S11’)は、図12に示されており、補正制御準備処理(S10’)中のモデル式の更新処理(S200)に補正演算式の更新処理(S211)を加えたものである。また、更新処理(S17’)は、補正制御準備処理(S10’)中の更新処理(S201)と同じになっている。つまり、図10に示したステップS11’,S12〜S15,S17’からなるループ処理により、コイルばね91が成形される度にモデル式と共に補正演算式が更新され、その更新した補正演算式で求めた補正量データを使用して次のコイルばね91が成形される。以上により、本実施形態によっても第2実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
When the number of moldings of the
[第4実施形態]
本実施形態のばね成形機が実行するばね成形プログラムPG4は、図13〜図14に示されており、工程能力指数Cpkが閾値を超えて悪化したことを条件にして更新処理(S17)を行う点が前記第2実施形態と異なる。
[Fourth Embodiment]
The spring forming program PG4 executed by the spring forming machine of the present embodiment is shown in FIGS. 13 to 14, and the update process (S17) is performed on the condition that the process capability index Cpk has deteriorated beyond the threshold. This is different from the second embodiment.
具体的には、図14に示すように、本実施形態のばね成形プログラムPG4の補正制御準備処理(S100)では、サンプル数Lの入力(S21)に次いで、工程能力指数Cpkの下限閾値LCLと、コイルばね91のばね長の上限規格UL及び下限規格LLと、工程能力指数Cpkの判定を開始するまでに必要なコイルばね91の個数CN(以下、「判定開始個数CN」という)の入力が求められる(S101〜S103)。補正制御準備処理(S100)のその他の処理は、前記第1実施形態で説明した補正制御準備処理(S10)と同じであり、前記第1実施形態と同様に、上記[数2]の補正演算式が生成される。
Specifically, as shown in FIG. 14, the correction control preparation process of spring forming program PG4 of the present embodiment (S100), next to the input of the number of samples L (S21), the lower limit threshold of the process capability index C pk LCL And the upper limit UL and lower limit LL of the spring length of the
そして、ばね成形プログラムPG4では、図13に示すように、コイルばね91の成形個数をカウンタDにてカウントし(S110)、そのカウンタDのカウント数が、判定開始個数CNに達していない間は(S111のNO)、工程能力指数Cpkを演算することなく、上記第1実施形態のステップS11〜S14と同様に、補正制御準備処理(S100)で生成した補正演算式にて補正量を逐一演算して、ピッチツール14の線材90に対する押し付け量を補正しながらコイルばね91を順次成形する。
Then, in the spring forming program PG4, as shown in FIG. 13, the number of coil springs 91 formed is counted by the counter D (S110), and while the count number of the counter D has not reached the determination start number CN. (NO in S 111), without calculating the process capability index C pk, as in step S11~S14 of the first embodiment, point by point correction amount by generated by correction control preparation process (S100) correction calculation equation The coil springs 91 are sequentially formed while calculating and correcting the pressing amount of the
また、カウンタDのカウント数が、判定開始個数CNに達したときには(S111のYES)、過去最新の判定開始個数CN分のコイルばね91の実測寸法のデータと、上限規格UL及び下限規格LLとから工程能力指数Cpkを演算する(S112)。そして、工程能力指数Cpkが、下限閾値LCLを超えて悪化した場合には(S113のYES)、前記第2実施形態で説明した更新処理(S17)を行って、上記[数1]のモデル式と上記[数2]の補正演算式とを生成し直してからカウンタDをリセットし、コイルばね91の成形に戻る。一方、工程能力指数Cpkが、下限閾値LCLより大きい値の場合には(S113のNO)、更新処理(S17)を行わずにカウンタDをリセットし、コイルばね91の成形に戻る。
When the count number of the counter D reaches the determination start number CN (YES in S111), the measured dimension data of the
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1)前記第1実施形態では、次元数p,qの上限値M,Nが予め設定されていたが、作業者がM,Nを任意に入力することができる構成にしてもよい。 (1) In the first embodiment, the upper limit values M and N of the dimension numbers p and q are set in advance. However, the operator may arbitrarily input M and N.
(2)前記第1〜第3の実施形態では、フォーミングマシンとしてばね成形機を例に挙げたが、板金を所定の形状に折り曲げてワークを成形する成形機に、本発明を適用してもよい。 (2) In the first to third embodiments, the spring forming machine is taken as an example of the forming machine. However, the present invention may be applied to a forming machine that forms a workpiece by bending a sheet metal into a predetermined shape. Good.
(3)また、例えば、図15に示した補正式係数決定処理(S29’)のように、実測寸法yと補正量uとの間の対応関係に遅れ個数Kの項を設けて、その遅れ個数Kを作業者が任意に入力できる構成にしてもよい。 (3) Further, for example, as in the correction formula coefficient determination process (S29 ′) shown in FIG. 15, a term of the delay number K is provided in the correspondence between the actually measured dimension y and the correction amount u, and the delay The number K may be configured to be arbitrarily input by the operator.
10 ばね成形機(フォーミングマシン)
14 ピッチツール(成形工具)
17 支持アーム
20 ばね長検出部(寸法計測部)
60 コントローラ(寸法計測部)
90 線材(金属素材)
91 コイルばね(ワーク)
PG1,PG2,PG3,PG4 ばね成形プログラム
10 Spring forming machine
14 Pitch tool (forming tool)
17
60 Controller (Dimension measuring section)
90 Wire material (metal material)
91 Coil spring (work)
PG1, PG2, PG3, PG4 Spring forming program
Claims (5)
予め設定されたサンプル数分の前記補正量のデータを、予め設定された範囲内でランダムにばらつくように生成する疑似補正量生成手段と、
前記疑似補正量生成手段にて生成された前記補正量のデータを順次使用して前記成形工具の押し付け量を順次補正しながら前記サンプル数分の前記ワークを成形し、前記サンプル数分の前記実測寸法のデータを取得するサンプルデータ取得手段と、
前記サンプル数分の前記補正量及び前記実測寸法のデータから統計的手法により前記実測寸法及び前記補正量の自己回帰モデルのモデル式を同定するモデル式同定手段と、
前記モデル式と、過去最新の複数の前記ワークの前記実測寸法及び前記補正量とから、次に前記ワークを成形するときの前記補正量を演算する補正量演算手段とを備えたことを特徴とするフォーミングマシン。 The workpiece is sequentially formed by pressing the forming tool against a wire rod, sheet metal, or other metal material, and the dimension of the dimension management target part of the workpiece that changes according to the pressing amount of the forming tool against the metal material is used as a dimension measuring unit. In the forming machine that corrects the pressing amount of the forming tool using the correction amount calculated based on the actual measurement dimensions of the part to be dimensionally controlled,
Pseudo correction amount generation means for generating data of the correction amount for a preset number of samples so as to vary randomly within a preset range;
The workpieces for the number of samples are formed while sequentially correcting the pressing amount of the forming tool by sequentially using the correction amount data generated by the pseudo correction amount generating means, and the actual measurement for the number of samples. Sample data acquisition means for acquiring dimension data;
A model formula identifying means for identifying a model formula of the autoregressive model of the measured dimension and the correction amount by a statistical method from the correction amount and the measured dimension data for the number of samples;
Said model equation, and characterized in that from said measured dimensions and the correction amount of the most recent plurality of the workpiece past, then a correction amount calculating means for calculating the correction amount at the time of molding the workpiece Forming machine.
前記モデル式同定手段は、前記サンプル数分の前記補正量及び前記実測寸法のデータを使用した最小二乗法により前記数1のモデル式の前記ai,biを決定し、
前記補正量演算手段は、前記数1のモデル式を変形した下記数2の補正演算式で前記補正量を演算することを特徴とする請求項1に記載のフォーミングマシン。
The model formula identification means determines the a i and b i of the model formula of Formula 1 by a least square method using the correction amount for the number of samples and the data of the measured dimensions,
2. The forming machine according to claim 1, wherein the correction amount calculation unit calculates the correction amount using a correction calculation formula of the following formula 2 obtained by modifying the model formula of the formula 1.
前記モデル式同定手段には、前記次元数pに1〜Mの何れかの整数を代入すると共に前記数1の前記次元数qに1〜Nの何れかの整数に代入して求められるM×N通りの前記モデル式の前記ai,biを最小二乗法により決定するモデル式候補生成手段と、
それらM×N通りの各前記モデル式にて演算される複数の前記ワークの前記寸法管理対象部位の寸法と前記実測寸法との差分の平方和を演算して、それら平方和が最も小さくなった前記モデル式を、前記補正量演算手段にて使用する前記モデル式に決定するモデル式決定手段とが備えられ、
前記補正量演算手段は、前記モデル式決定手段が決定した前記数1のモデル式を変形した下記数2の補正演算式で前記補正量を演算することを特徴とする請求項1に記載のフォーミングマシン。
In the model formula identification means, M × which is obtained by substituting any integer of 1 to M for the dimension number p and substituting any integer of 1 to N for the dimension number q of the equation 1. Model expression candidate generation means for determining the a i and b i of the N model expressions by a least square method ;
The sum of squares of the differences between the dimensions of the dimension management target portions of the plurality of workpieces calculated by the M × N model formulas and the measured dimensions is calculated, and the sum of the squares becomes the smallest. A model formula determining means for determining the model formula to be the model formula used in the correction amount calculating means,
2. The forming according to claim 1, wherein the correction amount calculation unit calculates the correction amount by a correction calculation formula of the following formula 2 obtained by modifying the model formula of the formula 1 determined by the model formula determination unit. Machine.
予め設定された閾値を超えて前記工程能力指数が悪化した場合に、前記モデル式更新手段が前記モデル式を同定し直すことを特徴とする請求項4に記載のフォーミングマシン。 A process capability index calculating means for calculating a process capability index for the upper limit standard and the lower limit standard of the dimension of the dimension management target portion set in advance,
5. The forming machine according to claim 4, wherein when the process capability index deteriorates exceeding a preset threshold value, the model formula update unit re-identifies the model formula .
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