JP7097654B1 - 加工装置及びこれに用いる制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重や速度等の波形とプログラムとを経過時間を合わせて同期させることにより、異常原因の解析を容易にした加工装置及びこれに用いる制御装置を提供する。【解決手段】プログラムに従ってワークの加工を行う加工装置であって、プログラムの実行開始からの経過時間を計測し、経過時間の情報と経過時間におけるワークの加工に関する検出値の情報との関係を示す時形系列的なデータである波形データを作成し、経過時間の情報と経過時間に実行されているプログラムの該当箇所の情報との関係を示すプログラムトレースデータを作成し、波形データとプログラムトレースデータとを経過時間を合わせて同期させることにより、任意の経過時間における前記波形データに対応する前記プログラムの該当箇所が分かるようにしている。【選択図】図９

Description

本発明は、プログラムに従ってワークの加工を行う加工装置とこれに用いる制御装置に関する。

従来より、プログラムに従ってワークの加工を行うサーボプレスやナットランナーといった加工装置が知られている。サーボプレスは、サーボモータを駆動源とするプレス機であり、ナットランナーは、サーボモータを駆動源とするナットやネジの自動締付機である。これらは、いずれもサーボモータを駆動源とするものであり、例えばサーボプレスは、加工時の荷重、ラムの速度、加工位置等の特性を数値で設定することができ、これらの特性はロードセルやエンコーダで検出することができる。このため、制御プログラムを用いて検出値に応じた制御が可能になるので、複雑な制御が可能になり、このことはナットランナーについても同様である。

これらの加工装置は、荷重や位置等の時系列的な変化をモニターすることができ、サーボプレスでは、ラムの速度や位置、ラムが受ける荷重の時系列的な変化の数値表示や波形表示が可能であり、ナットランナーではツール回転数、締付トルクの時系列的な変化の数値表示や波形表示が可能である。このことにより、異常を検出したり、異常を解析することが可能になる。

例えば、特許文献１記載のサーボプレス機械の荷重と成形速度の測定及び表示装置は、スライド位置、加圧力、スライド速度を時間と対応して表示することができるとともに（特許文献１の段落［０００５］）、カーソルを移動させて所要の位置のスライド位置、加圧力及びスライド速度の詳細な数値を求めることができるようにして、成形における詳細な解析が便利になるようしている（特許文献１の段落［００２０］）。

特開２０００－２４６４９８号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明は、時間と製品の成形時の成形荷重、成形速度とを１対１に対応させて、当該荷重、速度に基づいて製品の中から不良品をピックアップするというものであり（特許文献１の段落［０００５］）、特許文献１記載の発明における「成形における詳細な解析」（特許文献１の段落［０００５］）は、ピックアップした不良品を、当該不良品の成形時の成形荷重、成形速度の観点から解析できるに留まっていた。

すなわち、この解析では、不良品が生じる原因を装置を制御するプログラムにまで遡って特定することはできず、このような特定のための解析は困難かつ時間のかかるものであった。

本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、荷重や速度等の波形とプログラムとを経過時間を合わせて同期させることにより、異常原因の解析を容易にした加工装置及びこれに用いる制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の加工装置は、プログラムに従ってワークの加工を行う加工装置であって、前記プログラムの実行開始からの経過時間を計測し、前記経過時間の情報と前記経過時間におけるワークの加工に関する検出値の情報との関係を示す時形系列的なデータである波形データを作成し、前記経過時間の情報と前記経過時間に実行されている前記プログラムの記述内容の情報との関係を示すプログラムトレースデータを作成し、前記波形データと前記プログラムトレースデータとを前記経過時間を合わせて同期させることにより、任意の経過時間における前記波形データに対応する前記プログラムの記述内容の情報が分かることにより、前記記述内容の誤りの有無を発見できるようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、波形データとプログラムトレースデータとを経過時間を合わせて同期させることにより、任意の経過時間における波形データに対応するプログラムの該当箇所が分かることになる。このため、波形の異常を発見した場合、この異常部分に対応するプログラムの該当箇所を知ることができ、異常に対する対策が容易になる。例えば、プログラムに意図しない記述の誤りがあり、その結果として、波形に異常が生じている場合、波形の異常さえ発見できれば、異常部分に対応するプログラムの該当箇所が分かるので、記述の誤り箇所を探し出すことが容易になる。

前記本発明の加工装置においては、前記プログラムは、複数のブロックで構成されており、前記複数のブロックはそれぞれ複数のステップで構成されていることが好ましい。この構成によれば、複数のブロックや複数のステップを番号で指定できるので、波形データとプログラムトレースデータとの対応付けが容易になる。

本発明の制御装置は、前記本発明の加工装置に用いる制御装置であって、前記波形データ及び前記プログラムトレースデータを作成する機能を有するものである。本発明の制御装置を用いた加工装置は、前記のような本発明の加工装置と同じ効果が得られる。

本発明の効果は前記の通りであり、要約すれば、波形データとプログラムトレースデータとを経過時間を合わせて同期させることにより、任意の経過時間における波形データに対応するプログラムの該当箇所が分かることになり、異常に対する対策が容易になる。

本発明の一実施形態に係るサーボプレスの全体構成図。 本発明の一実施形態に係るプログラムを示す図。 本発明の一実施形態に係る荷重目標プログラムの具体例を示す図。 図３に示した荷重目標プログラムのブロックを時系列的に示したフローチャート。 図４に示したブロック４（最終圧入）を時系列的に示したフローチャート。 本発明の一実施形態に係るサーボプレスコントローラの構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る操作端末の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る波形の一例及び経過時間と実行ブロックとの関係の一例を示した図。 本発明の一実施形態において、経過時間３秒における波形データと実行実行ブロック及び実行ステップとの関係を示した図。

本発明は、プログラムに従ってワークの加工を行う加工装置に関するものであり、詳細は後述するとおり、波形データとプログラムトレースデータとを同期させるというものである。波形データの作成、プログラムトレースデータの作成及び同期に関してもプログラムを用いるが、本実施形態でプログラムというときは、後者のプログラムのことではなく、前者のワークの加工を行うためのプログラムのことをいう。

加工装置の種類については特に限定はなく、例えば、圧入、プレス、カシメ、組立て、締め付け、切削を行う加工装置が挙げられる。このうち、圧入、プレス、カシメ、組立てを行う加工装置として例えばサーボプレスが挙げられ、締め付け行う加工装置として例えばナットランナーが挙げられ、切削を行う加工装置として例えばＮＣ（数値制御）工作機械が挙げられる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、加工装置がサーボプレスの例で説明する。図１は本発明の一実施形態に係るサーボプレス１の全体構成図を示している。最初に図１を参照しながら、サーボプレス１の概要を説明する。サーボプレス１は、支持体２０に取り付けられたサーボプレス本体１０に加え、モーター駆動部５０、サーボプレスコントローラ４０（制御装置）及び操作端末６０を備えている。

図１では、サーボプレスコントローラ４０及び操作端末６０は、サーボプレス１の構成の一部として示しているが、これらはサーボプレス本体１０に対して接続可能な独立した外部装置であってもよい。また、サーボプレスコントローラ４０及び操作端末６０は、一つの装置として一体になっていてもよい。

サーボプレス本体１０は、支持体２０の支持台２１に固定されている。支持体２０は、下側の基台２２と上側の支持台２１との間に支柱２３を介在させた構造体である。サーボプレス本体１０は、シリンダケース５の内部にラム２及びボールねじ３が内蔵されている。ボールねじ３の回転により、ナット４がボールねじ３の軸方向にスライドし、これと一体にラム２がガイド（図示せず）に沿ってスライドする（矢印ａ及びｂ）。ボールねじ３は、サーボモーター６の回転がタイミングベルト７を介して減速機８に伝達されることにより回転駆動される。

ラム２を下降させることにより（矢印ａ）、ラム２で対象物を加圧することができる。このことにより、サーボプレス本体１０を用いれば、圧入、成形、カシメ、検査、溶接・接合、組付け、切断等の作業を行うことができる。図１では、ラム２の先端にプラグ１２が取り付けられており、ラム２を下降させることにより、プラグ１２を作業台２４上のワーク１３（成型品）の凹部に圧入することができる。

図１において、操作端末６０はサーボプレスコントローラ４０に種々の命令を指令する。サーボボプレスコントローラ４０は、操作端末６０からの指令、ロードセル９による検出荷重情報及びエンコーダ１１からのエンコーダパルスに基づいて、モーター駆動部５０に指令する。このことにより、モーター電流が制御されてサーボプレス本体１０が駆動制御される。エンコーダパルスはモーター駆動部５０にも入力され、フィードバック制御によりモーター電流は適宜補正される。

本実施形態において荷重とは、ラム２に外部から加わる荷重のことである。本実施形態において、単に位置、速度というときは、ラム２の位置、ラム２の速度のことである。ラム２の位置とは直線的に往復移動するラム２の位置のことであり、例えばラム２の前進の初期位置（原点位置）からの変位量であり、本実施形態ではこの定義を用いる。

以下、図２を参照しながら、プログラムについて説明する。前記のとおり、プログラムは、ワークの加工を行うためのプログラムのことをいう。本実施形態においては、制御装置であるサーボプレスコントローラ４０は、内部に荷重目標プログラム７０、位置目標プログラム７１及び圧入目標プログラム７２を保存している。各プログラム７０～７２は、モーター駆動部５０（図１）を制御してラム２の駆動を制御するプログラムであり、各プロブラム７０～７２のうち、操作端末６０から指定されたプログラムが実行される。

荷重目標プログラム７０は、ラム２が受ける荷重に関し、使用者により入力された目標荷重に基づいてラム２の駆動を制御するプログラムであり、位置目標プログラム７１は、ラム２の位置に関し、使用者により入力された目標位置に基づいてラム２の駆動を制御するプログラムであり、圧入目標プログラム７２は、ラム２の接触位置を起点とした最終圧入位置までの圧入長に関し、使用者により入力された目標圧入長に基づいてラム２の駆動を制御するプログラムである。

図２において、荷重目標プログラム７０は、ブロック１、ブロック２等の複数のブロックから成り、ブロック１等の各ブロックは、複数のステップ１、ステップ２等から成る。位置目標プログラム７１及び圧入目標プログラム７２についても同様である。

図３は、図２に示した荷重目標プログラム７０の具体例を示している。同プロブラムは、ブロック１～７から成り、ブロック１～４はそれぞれステップ１～２から成り、ブロック５はステップ１～３から成り、ブロック６はステップ１～２から成り、ブロック７はステップ１～３から成っている。

図３において、「繰返し」の列にチェックが入っているステップは、ブロック内で繰り返し実行される。チェックが入っていないステップは、ブロックに入った際に一度だけ実行される。「飛び先」の列は、分岐命令（ジャンプ）の飛び先であり、飛び先はブロック名で指定される。「パラメータ１」、「パラメータ２」は、プログラムの動作を決定するための情報であり、リアル荷重等の測定値、目標荷重等の設定値、スロープ変速等の速度モード（方式）である。

例えば、図３のブロック２（アプローチ開始）は、ステップ１において、絶対位置を指定するための位置決め動作を行う「位置決めモード(絶対)」という命令に基づいて、「パラメータ２」である「接触位置」（ラムとワークが接触する予定の位置：設定値）まで、「パラメータ１」である「アプローチ速度」（ラムがワークと接触しない空走区間の速度：設定値）でラムが下降する。続くステップ２において、測定値である「リアルストローク」（リアルタイムで更新される位置情報、現在のラムの位置）が設定値である「接触位置」以上になると、「飛び先」である接触判定（ブロック３）へジャンプ（分岐）する。

図４は、図３に示した荷重目標プログラム７０のブロック１～７を時系列的に示したフローチャートである。図５は、ブロック４（最終圧入）について、ステップ１～２の内容を示したフローチャートである。図４に示したように、初期設定のブロック１を経て、順次ブロック２～６が進行し、ブロック７の処理を経て終了する。各ブロックにおいては、各ブロック内の各ステップの処理を経て次ブロックへ分岐する。例えば、図５に示したフローチャートのように、ブロック４（最終圧入）においては、ステップ１、２を経て、ブロック５（荷重保持）に分岐してブロック４が終了する。

以下、図６及び図７を参照しながら、図１に示したサーボプレスコントローラ４０（制御装置）及び操作端末６０について、具体的に説明する。図６はサーボプレスコントローラ４０の構成を示すブロック図である。図７は操作端末６０の構成を示すブロック図である。操作端末６０はコンピュータであり、専用機でもよく、パーソナルコンピュータ等の汎用機であってもよい。操作端末６０は、通信制御部６２を介して、図６のサーボプレスコントローラ４０との間で種々のコマンドのやり取りを行う。

図６において、サーボプレスコントローラ４０は、通信コマンド解釈部４１において、操作端末６０の通信制御部６２（図７）との間で交わされる通信コマンドを解釈し、サーボプレスコントローラ４０の各部に対して指令及びデータの入出力を行う。サーボボプレスコントローラ４０は、前記のとおり、図１において、操作端末６０からの指令、ロードセル９による検出荷重情報及びエンコーダ１１からのエンコーダパルスに基づいて、モーター駆動部５０にサーボモーター６に対するモーター駆動指令を発し、同指令に見合ったモーター電流が出力される。

モーター駆動指令は速度、位置又はこれらの組み合わせから成っている。モーター駆動指令の結果としての速度及び位置の情報は、位置・速度変換部４２から得られる。位置・速度変換部４２は、エンコーダ１１（図１）からのエンコーダパルスをラム２の位置・速度に変換する部分である。ラム２の位置は、エンコーダパルスの累積により算出する。ラム２の速度は、エンコーダパルスの一定周期の計数によりを算出するが、エンコーダパルス間の周期を他の一定クロックにより計数することにより算出してもよい。前者は高速動作中、後者は低速動作中に適している。

図７において、プログラム編集部６８に保存されているプログラムは、プログラム送信部６４及び通信制御部６２を経て、図６のサーボプレスコントローラ４０に出力され、通信コマンド解釈部４１から発せられるプログラム保存指令により、プログラム保存部４５に保存される。プログラム保存部４５において、複数のプログラムが均等な領域にプログラム番号を付与されて保存される。図２のプロブラムの例では、荷重目標プログラム７０、位置目標プログラム７１及び圧入目標プログラム７２のそれぞれについて異なるプログラム番号が付与される。

図７に示した操作端末６０のプログラム実行指令部６３及び通信制御部６２を経て、図６のサーボプレスコントローラ４０に、指定されたプログラムの実行指令が発せられる。図６において、プログラム選択部４６は、通信コマンド解釈部４１より発せられたプログラム選択指令により、指定されたプログラムをプログラム保存部４５からプログラム実行部４３へコピーする。プログラム実行部４３は、通信コマンド解釈部４１から発せられるプログラム実行指令により、プログラムを実行する機能を有する。

図６のサーボプレスコントローラ４０は、波形データを取得でき、図７の操作端末６０からの指令により、操作端末６０に波形データを表示させることができる。波形データとは、プログラムの開始から終了までの間において、経過時間の情報と、位置、速度、荷重等のワークの加工に関する検出値の情報との関係を示す時形系列的なデータのことである。波形データは、波形データを記録し、保存する機能を有する波形データ保存部４８に保存される。

図８に、波形データから作成した波形グラフの一例を示している。図８（ａ）は経過時間と荷重との関係を示す波形グラフであり、図８（ｂ）は経過時間と速度との関係を示す波形グラフであり、図８（ｃ）は経過時間と電流との関係を示す波形であり、図８（ｄ）は経過時間と位置との関係を示す波形グラフである。

図８の各波形グラフにおいて横軸の時間は、図６の時間計数部４７により計測される。時間計数部４７は、プログラムの実行開始によりゼロリセットされ、ゼロスタートする時計機能を有する。図８（ａ）の縦軸の荷重の情報はロードセル９（図１）による検出荷重情報から得られ、図８（ｂ）の縦軸の速度の情報及び図８（ｄ）の位置の情報は位置・速度変換部４２より得られる。図８（ｃ）の電流の情報は、モータ駆動部５０（図１）から得られる。

図２を用いて説明したとおり、荷重目標プログラム７０等のプログラムは、複数のブロックから成り、各ブロックは複数のステップから成り、各ブロック及び各ステップにはそれぞれ番号が付与されている。図６において、プログラムトレースデータ保存部４４は、プログラム実行部４３により現在実行されているプログラムの該当箇所の情報（ブロック番号及びステップ番号）を得ることができ、時間計数部４７よりプログラム開始からの経過時間の情報を得ることができる。このためサーボプレスコントローラ４０は、経過時間の情報と当該経過時間に実行されているプログラムの該当箇所の情報とを対応付けることができる。本実施形態においては、経過時間の情報と当該経過時間に実行されているプログラムの該当箇所の情報との関係を示すデータのことをプログラムトレースデータという。

プログラムトレースデータ保存部４４は、プログラムの実行時に、プログラムトレースデータを保存する機能を有し、同保存部４４に、２つの情報（経過時間の情報と、当該経過時間に実行されているプログラムのブロック番号及びステップ番号）が時系列的に保存される。

図６の波形データ保存部４８に保存された波形データは、図７に示した波形データ要求部６７からの波形データ要求指令により、操作端末６０に送られ、図６のプログラムトレースデータ保存部４４に保存されたプログラムトレースデータは、図７に示したプログラムトレースデータ要求部６６からのプログラムトレースデータ要求指令により、操作端末６０に送られる。

前記のとおり、波形データは、経過時間の情報と位置、速度、荷重等のワークの加工に関する検出情報の情報との関係を示す時形系列的なデータであり、プログラムトレースデータは、経過時間の情報と当該経過時間に実行されているプログラムの該当箇所（ブロック番号及びステップ番号）の情報との関係を示すデータのことである。このため、波形データとプログラムトレースデータが得られれば、同一経過時間における位置、速度、荷重等の情報と、当該同一経過時間に実行されているプログラムのブロック番号及びステップ番号を知ることができる。

具体的には、図８（ａ）～図８（ｄ）の波形グラフは、経過時間と荷重等との関係が示されており、前記のとおり、これらは波形データに基づいて作成可能である。図８（ｅ）は、経過時間と実行ブロックとの関係を示しており、この関係は、プログラムトレースデータから知ることができる。波形データ及びプログラムトレースデータの経過時間の開始時間は統一されているので、両データを経過時間を合わせて同期させることができる。本実施形態における同期とは、同一経過時間における波形データとプログラムトレースデータとを対応付けることをいう。

例えば、図８（ｅ）において、２９００ｍｓで実行ブロック４が開始し３５５０ｍｓで実行ブロック５が開始するので、２９００ｍｓ～３５５０ｍｓの期間が実行ブロック４の実行期間となる。波形データとプログラムトレースデータとを同期させることにより、実行ブロック５の実行期間と、図８（ａ）～図８（ｄ）の各波形グラフとを対応付けることができる。実行ブロック５以外の実行ブロックについても同様であり、同期により実行ブロック１～７と、図８（ａ）～図８（ｄ）の各波形グラフとを対応付けることができる。

したがって、同期により、任意の経過時間における波形データに対応する実行ブロック及び実行ステップを知ることができる。図９は、経過時間３秒における波形グラフと実行ブロック及び実行ステップとの関係を示した図である。図９によれば、経過時間３秒における波形グラフに対応する実行ブロックが実行ブロック４であることが分かる。図９のブロック４の斜線は、ハイライト表示されていることを便宜的に図示したものである。

図５に示したブロック４のフローチャートによれば、ステップ１が実行されると、リアル荷重（リアルタイムで更新される荷重情報、現在の荷重）が設定値である目標荷重以上になるまで、ステップ２が繰り返し実行される。したがって、図９からは、経過時間３秒における各波形の状態を知ることができるとともに、この波形の状態は、ブロック４のステップ２が実行中であることによるものであるが分かる。

波形データの表示に関しては、図７において、図６のサーボプレスコントローラ４０から送られてきた波形データ７２が表示部位生成部７０に送られ、波形表示部７４を経て、ディスプレイ上に波形グラフとして表示される。この場合、操作部６１における操作入力により時間を指定し、この指定時間に対応する縦線を波形グラフ上に表示させるようにすればよい。図９の例では、指定時間３秒の位置に縦線を表示する。

プログラムの表示に関しては、図６のサーボプレスコントローラ４０から送られてきたプログラムトレースデータ７１が表示部位生成部７０に送られ、プログラム表示部７３を経て、ディスプレイ上にプログラムの記述内容が例えば図９の下図のような表形式で表示される。この場合、操作部６１における操作入力で指定された指定時間に対応するブロック及びステップをハイライト表示するようにすればよい。図９では、ブロック４全体がハイライト表示されているが、ハイライト表示は、ステップの単位で行ってもよい。

以上のように、本実施形態によれば、波形データとプログラムトレースデータとを経過時間を合わせて同期させることにより、任意の経過時間における波形データに対応するプログラムの該当箇所が分かることになる。このため、波形の異常を発見した場合、この異常部分に対応するプログラムの該当箇所を知ることができ、異常に対する対策が容易になる。

例えば、プログラムに意図しない記述の誤りがあり、その結果として、波形に異常が生じている場合、波形の異常さえ発見できれば、異常部分に対応するプログラムの該当箇所が分かるので、記述の誤り箇所を探し出すことが容易になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、前記実施形態は一例であり、適宜変更したものでもよい。例えば、前記実施形態では、図２のサーボプレスコントローラ４０と図４の操作端末６０は、それぞれ機能を分担しているが、操作端末６０にサーボプレスコントローラ４０の機能の全部又は一部を含ませてもよい。

また、前記実施形態では、プログラムは複数のブロック及び複数のステップで構成されているが、波形データとの対応箇所が指定できる構成であればよい。

１ サーボプレス
２ ラム
６ サーボモーター
１０ サーボプレス本体
１３ ワーク
４０ サーボプレスコントローラ（制御装置）
４５ プログラム保存部
５０ モーター駆動部
４３ プログラム実行部
４４ プログラムトレースデータ保存部
４８ 波形データ保存部
６０ 操作端末
７０ 表示部位生成部
７１ プログラムトレースデータ
７２ 波形データ
７３ プログラム表示部
７４ 波形表示部

Claims (3)

1. プログラムに従ってワークの加工を行う加工装置であって、
   前記プログラムの実行開始からの経過時間を計測し、
   前記経過時間の情報と前記経過時間におけるワークの加工に関する検出値の情報との関係を示す時形系列的なデータである波形データを作成し、
   前記経過時間の情報と前記経過時間に実行されている前記プログラムの記述内容の情報との関係を示すプログラムトレースデータを作成し、
   前記波形データと前記プログラムトレースデータとを前記経過時間を合わせて同期させることにより、
   任意の経過時間における前記波形データに対応する前記プログラムの記述内容の情報が分かることにより、前記記述内容の誤りの有無を発見できるようにしたことを特徴とする加工装置。
2. 前記プログラムは、複数のブロックで構成されており、前記複数のブロックはそれぞれ複数のステップで構成されている請求項１に記載の加工装置。
3. 請求項１又は２に記載の加工装置に用いる制御装置であって、前記波形データ及び前記プログラムトレースデータを作成する機能を有する制御装置。

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