KR100345256B1 - 단조프레스이송장치의위치제어방법 - Google Patents

Abstract

[목적] 단조 프레스의 이송 장치를 보다 정밀하게 제어한다.

[구성] 서보 모터를 CPU 로부터의 출력에 의한 펄스 제어에 의해 단조 프레스의 작동과 동기시키는 이송 장치를 대상으로하고, 적응 가능한 모든 동작 페턴마다 미리 각 운동마다의 위치 지령치와 실제 동작치와의 차 즉, 시간 지연(t)을 확인하여 CPU(3)내에 기억시키고, 동작 패턴이 입력되면 자동적으로 상기 시간 지연을 위치 제어의 프로그램에 가하여 연산하며, 빔과 램이 가장 접근할때 실제의 부재간 거리를 지령치 대로 S 에 가깝도록 진각 보정하는 수단으로 된다.

[효과] 작동하는 각 부재의 간격을 직접 확인한 뒤에 최소로 할 수가 있으므로, 빔과 램이 간섭할 우려가 없으며 시간 낭비를 철저하게 절감하여 생산성의 향상이 가능하게 된다.

Description

단조 프레스 이송 장치의 위치 제어방법

산업상의 이용분야

본 발명은 단조 프레스의 이송 장치의 기능 향상에 관한 것이다.

종래의 기술

단조 프레스는 종래의 단일 성형 방식에서 대량 생산에 의한 생산성의 비약적인 향상을 이룩하여 복수의 금형을 다이 홀더내에 병렬 위치시킴과 동시에 복수의 성형을 진행하는 방식이 주로 행하여 지고 있으며 복수의 금형내에 성형 소재를 순차 공급하는 이송 장치가 개발되어 실용화되어 있다. 이송 장치는 필요한 타이밍으로 금형내의 소재를 꺼내어서 다음의 금형내로 반입하는 작용이 기본적인 조건이기 때문에 단조 프레스의 양측에 빔 구동 장치를 설치하여 이 양자를 상하 금형 사이에서 수평으로 연결설치한 2 개의 빔에 승강 운동(리프트 운등), 전진 후퇴 운동(피드 운동), 개폐 운동(클램프 운동)의 3 방향의 운동을 조합하여 양 빔 사이의 안쪽에 장착된 핑거(finger) 사이에서 소재(공작물)를 집어 필요한 위치까지 이동시켜서 개방하는 기능을 갖추고 있다.

이송 장치의 빔 구동은 상기 핑거의 3 방향 작동을 순차적으로 정확하게 반복하여 단조 프레스의 램 작동과 동기되지 않으면 않되지만 단조 프레스에 의한 제조 공정이 여러 종류에 달하기 때문에 성형 작업의 내용도 모두 변동되고 그 변동에 따를수 있는 위치의 제어가 여러가지 정밀하게 요구되게 된다. 최신의 종래 기술에 의한 이송 장치의 제어 방법으로서는 서보 모터를 사용하여 CPU 의 제어하에 작동하는 방식이 채택되고 있다.

제 2 도는 본 발명 출원인에 의해 앞서 제안된 일본 특허 공개 공보 평 5-92228호에서 인용한 이송 장치의 사시도이다. 제 2 도에서 단조 프레스(도시하지 않음)의 본체에 고정된 바깥 프레임(6A)내에 상하로 미끄러질 수 있도록 안쪽프레임(6B)이 끼어 넣어지며, 상기 프레임(6B)은 리프트용의 서보 모터(5A)의 구동에 의해 볼 나사를 거쳐서 승강한다. 클렘프 프레임(7)은 이 안쪽 프레임(6B)의 가운데에서 피드용의 서보 모터(5B)의 구동에 의해 전진 후퇴함과 동시에 자체 장착된 클램프용의 서보 모터(5C)의 구동에 의해 밑단에 달려지지되는 빔(2)을 좌우로 전진 후퇴한다. 즉, 3 종류의 서보 모터의 구동에 의해 각각 연결되는 볼 나사를 거쳐서 빔(2)이 3 차원적인 작동을 반복하는 구성으로 되어 있다.

제 3 도는 이송 장치의 제어 회로의 한 예를 들은 것이다. 입력 장치(1)는 단조 프레스에서 예정되어 있는 동작 패턴을 프로그래밍한 플로피 더스크를 넣는 입구(11)를 가지며 각 동작 패턴의 초기 조건이 입력된다. 이 입력은 CPU(3)에 들어가 RAM 의 각 영역에 저장됨과 동시에 연산 처리되어 표시 장치 CRT(21)에도 부재의 위치 궤적을 도시하는 동작 곡선으로서 표시된다, 각 동작을 구동하는 서보모터(5A, 5B, 5C; 이하 5 로 대표됨)는 CPU(3)의 출력 신호를 받은 펄스 발생기(4)에서 발생하는 펄스 신호가 구동 회로를 거쳐서 서보 제어 장치(서보 앰프)(41)에 출력되어 지령하는대로 회전한다.

서보 모터(5)의 실제 회전수는 펄스 발생의 엔코더를 사용한 펄스 검출기(PG)(42)에서 피드백 펄스로서 보내지며 서보 제어 장치(41)에 입력된다. 여기에서, 입력 펄스가 피드백 펄스를 비교하여 괴리량을 연산하여 다시 펄스 신호로서 작동 지령이 출력된다. 클렘프 장치와 같이 동일한 제어가 필요한 2 개의 서보 모터(5A, 5C)의 경우에는 2 개의 서보 제어 장치 사이에 동기 비교기(43)를 끼어 장착하여 신호와 불일치를 검지하며 일치되지 않을 경우에는 CPU 를 거쳐서 시퀀스(31)에 이상함을 피드백하여 경고한다.

제 4 도는 단조 프레스의 램이 상사점에 위치하는 클램프 축의 회전 각도를 0 도로 하고 하사점에 위치하는 클램프축의 회전 각도를 180 °로 하며, 이 사이의 이동에 대응한 이송 장치의 빔의 3 차원적인 위치의 이동을 각도로 도시한 것으로,서 동작 각도-스트로크 선도라고 불려지고 있다. 이 도면은 입력 장치에 프로그래밍을 입력시킨 플로피 디스크를 넣는 것에 의해 CPU 에서 화상처리를 하여 CRT 에 표시되는 것이며, 단조 프레스(램)의 스트록 곡선(P), 피드 곡선(F), 리프트 곡선(L), 클램프 곡선(C)이 표시되어 상호 위치 관계가 인식되도록 되어 있다.

발명이 해결하려는 과제

도시된 바와 같은 이송 장치의 빔 동작을 CPU 와 연결한 펄스 발생기와 펄스제어 장치에 의해 제어하는 것에 의해 단조 프레스에 다수의 동작 패턴을 설정하여 제품마다 가장 효율적인 생산성을 갖고 오는 동작 패턴을 선택하는 합리화가 실현된다. 즉, 제 4 도의 클램프 곡선(C)이 단조 프레스의 스트록 곡선(P)에 가장 근접하여도 그것이 교차하지 않는한 간섭(충돌)은 일어나지 않기 때문에 극한까지 접근시킨 프로그램을 설정하는 것에 의해, 다른 조건이 허락한다면 단조 프레스의 사이클을 더욱 줄여 고속운전을 구하더라도, 이송 장치도 그 속도에 따라서 간섭이 일어나는 거동을 그리기 때문에, 생산성의 향상을 한층 높일 수 있다고 생각할 수 있지만 실제로는 여기에서 큰 문제에 직면하게 된다.

단조 프레스의 작동 속도를 더욱 높인 사이클을 단축하는 것은 생산성의 향상에 직결되는 것이지만, 실제로는 소재를 성현하기 위해 부가하는 금속 재료의 소성 변형에는 한계가 있으며, 재질의 고유 성형성의 한계 이상으로 고속 성형하면 제품의 깨짐불량으로 나타나게 된다. 또한, 소재를 집어 이동하여 분리시키는 작동에 관해서도 그 속도에는 기계적인 일정한 한계가 있게 된다. 생산성을 높이는 다른 수단으로서는 단조 프레스의 동작과 이송 장치의 동작 사이의 시간차를 간섭이 발생하지 않는 한도에서 최소로 설정하는 것 즉, 시간 낭비를 극한까지 절감하는 것을 생각할 수 있다. 그렇지만 서보 모터에는 일반적으로 대기 펄스라고 불리는 현상이 있기 때문에 이것에 대응하는 약간의 시간 지연이 존재하며 지령치도 동작치 사이에 약간의 차가 나타나는 것은 피할 수 없으며 서보 모터의 능력이 한도에 가까울수록 이 차가 증폭된다.

제 4 도에 있어서, 실선으로 그린 클램프 곡선(C)은 설정치에 의한 궤적으로, 입력된 동작 패턴에 있어서 연산되어 표시된 클램프의 지령치에 의한 궤적을 나타내고 있지만, 실제로는 대기 펄스의 존재를 위해 발생하는 시간 지연 때문에 점선으로 그린 동작치의 궤적으로 되어졌다. 가로축은 시간의 경과를 단조 프레스의 클러치축의 회전 각도로 치환하여 표시한 것이기 때문에 클램프의 위치와 램의 위치가 제일 짧게 접근하는 각도(도면의 예에서는 약 110 °부근 또는 약 250 °부근)에 있어서의 거리가 S 라고 표시되어 있어도 실제로는 약 110 °부근에서의 거리는 s 밖에 지나지 않으며 이 거리의 여하에 의해서는 원활히 피하여질 핑거 선단이 현실적으로는 램 선단(금형)과 충돌할 위험성이 다분하다.

이와 같은 시간 지연(t)은 서보 모터와 작동 속도, 작동 거리 등의 개별 조건이 다르기 때문에 일률적으로 결정할 수 없으며 개별의 단조 프레스가 각각 구비된 특성에 의해서도 변동되기 때문에 단순한 계산만의 제어에 의해 충돌을 해소하는 것은 극히 곤란하다. 결국, 생산성의 향상을 단념하여 시간 지연(t)을 과대하게 견적하여 상당한 여유를 두고 간섭의 방지를 도모하는 것이외에는 없다는 결론에 이르기 쉽다.

시간 지연(t)을 적게 하기 위해서는 서보 모터 능력을 과대하게 설정하는 방법이 있지만, 서보 모터의 능력을 크게 하면 경제적인 부담이 상당히 증대되기 때문에, 일반적으로는 필요로 하는 능력을 약간 올린 기종을 선택하여 소형화와 경량화를 도모하고 있다 또한, 서보 모터에 있어서 지령치와 동작치와의 괴리를 줄이는 시간 지연(t)을 단축하기 위해서는 서보 이득을 높이는 것으로 가능하다. 예를들면, 제 5 도는 서보 모터에 서보 앰프에서 작동의 지령이 출력되어 실제의 동작으로 되어져 나타나는 시간적인 관계를 표시한 개념도이며, 입력된 프로그램의 신호에 따라서 부재가 기동하여 서서히 증속하여 소정의 속도에 도달하며, 또한 서서히 감속하여 소정의 펄스 위치에서 정지하고 계속해서 일정 시간이 경과된후 기동하는상태를 이동 거리와 시간과의 관계로 도시한 것이다. 도면의 실선(A)은 서보앰프에서 입력되는 지령치의 궤적이며, 점선(B)은 서보 게인이 적정한때의 동작치의 궤적이다. 제 4 도와 마찬가지로 시간(t) 만큼의 시간 지연이 발생한다. 이 시간 지연(t)을 해소하기 위해 서보 이득을 최고까지 높이면 지그재그선(C)과 같이 실선(A)과 거의 겹쳐져 시간 지연(t)은 대부분 해소되지만 이와 같은 상태는 서보모터가 과도하게 응답한 것에 다를 것이 없으며 미세한 회전 진동을 동반하는 제어의 중대한 장해로 되는 한편 장치의 고장을 유발하는 원인으로 된다.

일본 특허 공개 공보 평 4-33731호에서는 동기 지연이 발생한 경우는 서보 이득을 높이는 공작물 피더 제어 방법을 제안하고 있지만 이 종래 기술은 피더의 속도 지령치 또는 공급 전류치의 어떤 것이 허용의 최대치를 넘은 때는 제어 신호를 수정하여 편차를 발생하고 있는 서보계의 위치 루프 이득이 크게 되도록 개선하는 기능을 부여한 것이다. 그러나, 이 종래 기술의 대상은 비정상시에 발생하는 시간 지면의 해결 수단에 한하며 정상 운전에서 통상의 서보 이득을 최대한까지 높이는 것은 상기와 같은 다른 문제를 만들어내기 때문에 이와 같은 수단이 정상시에 있어서의 시간 지연의 문제 해결에는 도움이 않되며 시간 낭비를 축소할 수 없다는 문제는 그대로 남는다.

또한, 일본 특허 공개 공보 평 2-108499호에서는 단조 프레스의 작업 각도를 검출하여 그 각도에 대한 피더의 목표 운동 속도를 연산하며 이 목표 운동 속도에 일치되도록 서보 모터를 구동하는 서보 램프(서보 제어 장치)에서 지령을 내는데 있어서 서보 앰프의 지연 시간을 가미하여 피더의 목표 운동 속도를 산출하는 것을요지로 하고 있다, 이 종래 기술에서는 제 6A 도에서 도시하듯이 단조 프레스의 작업 각도를 기준으로한 피더의 종속 각도(x)가 크게 된다는 점을 문제로서 채택하며 그 해결을 위한 목표인 피더의 운동 속도의 곡선을 지연 시간을 가미하여 선행 지령하고, 제 6B 도와 같이 최종에 위치하는 종속 각도의 위치가 소정의 위치와 일치하도록 설정되어 있다. 그러나, 최종적으로 종속하는 작동 위치가 설정 위치와 일치하여도 도중의 경과가 일치하는 것은 아니기 때문에, 생산성을 높이기 위해 램의 작동 궤적에 대응하는 피더의 작동 위치관계를 조밀하게 줄이는 것에 대해서는 오히려 불안정한 요소로 되는 것이 염려이며, 문제는 이전의 남은 그대로이다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이송 장치의 작동중의 경로 특히 램과의 가장 근접시의 위치관계를 직접 제어하며 간섭의 한계까지 시간 낭비를 단축시키고 단조 프레스의 생산성을 최대로 향상시키는 이송 장치의 제어 방법의 제공을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 따른 단조 프레스의 이송 장치의 위치 제어 방법은 초기 조건을 기입하는 입력 장치(1)와, 그 초기 조건을 판독하여 빔(2)의 변위량을 연산하여 대응하는 펄스 발생 신호를 출력하는 CPU(3) 및, 펄스 발생기(4)를 구비하며, 상기 빔(2)의 3 차원적 작동을 구동하는 각 서보 모터(5)를 단조 프레스의 작동과 동기시키는 단조 프레스 이송 장치의 제어 방법에 있어서, 미리 이송 장치를 작동시켜 승강 운동, 전진 후퇴 운동, 개폐 운동의 3 방향 지령 위치와 실제의 동작 위치와의 어긋남을 확인하고, 개폐운동에 의한 클램프 곡선과 단조 프레스의 스트로크 곡선이 가장 접근하는 위치에서 동작 패턴 고유의 지연 시간(t)을 CPU(3)예 기억시켜 실제 작업시에 있어서 입력한 초기 조건에 대응하는 상기 지연 시간(t)을 진각(進角) 보정하는 연산을 가하여 간섭의 한계까지 지연 시간을 축소한 위치 제어하는 것에 의해 상기의 과제를 해결하였다.

작용

미리 CPU(3)에는 단조 프레스의 고유 동작 곡선에 대응하는 이송 장치의 각 동작 곡선의 시간 지연이 기억되어 있기 때문에, 입력 장치에 입력된 동작 패턴중에서도 특히 클램프 곡선과 단조 프레스의 스트로크 곡선의 가장 접근하는 위치에서 각각의 시간 지연을 진각 보정하여 상쇄하는 연산을 행하며 설정치의 위치와 동작치의 위치를 정합하도록 서보 모터의 회전을 유도한다. 이에 의해, 단조 프레스의 작동에 대응한 이송 장치의 빔 작동은 간섭을 일으키지 않는 한도에서 최소의 시간 지연으로 되는 위치 관계로 설정되어 있어도, 항상 안전한 위치 관계를 유지하면서 목적의 운동을 반복하므로 사고회피나 안전성을 담보하면서도 프레스 고유의 생산성을 최대한 발휘하는 작용을 겸할 수 있다.

실시예

본 발명의 실시예를 제 1 도의 동작 각도-스트로크 선도를 참조로 설명한다. 제 1 도에 있어서 이송 장치의 빔(핑거)이 램의 승강 작동과 가장 간섭하기 쉬운 것은 클렘프 작동이기 때문에 그 점에 착안한다. P 곡선(램 작동의 궤적)이 상사점(크랭크축 각도 0 °)에서 거의 정현곡선(正弦曲線)을 그린 하사점(크랭크축 각도 180 °)으로 하강하여 정형 작업을 행할때, C 곡선(클램프 작동의 궤적)은 90°부근에서 공작물을 잡는 것을 해제하기 시작하여 140 °부근에서는 공작물을 이탈하여 대기하고 있다. 성형 작업이 종료된 220 °부근에서는 공작물을 잡기 시작하여 270 °에서는 완전히 공작물을 잡는다. P 곡선과 C 곡선이 가장 접근하는 것은 클램프 선단이 공작물을 이탈하려고 하는 순간(크랭크측 각도로 약 110 °)과 공작물을 잡고자하는 순간(크랭크축 각도로 약 250 °)이다.

우선, 미리 빔에 변위계를 부착하여 두고 이송 장치를 구동시켜 피드(feed), 리프트, 클램프의 3 방향에 있어서의 지령 위치와 동작 위치를 계측하여 두는 것에 의해 지연 시간(t)을 검출하여 둔다.

제 1 도의 크랭크축 각도로 약 110 °부근에서 단조 프레스의 램 곡선과 클램프 곡선이 가장 접근한다. 즉, 램 선단(금형)과 핑거가 가장 접근하게 된다. 램 선단(금형)과 핑거가 충돌하지 않도록 램 곡선과 클램프 곡선의 간격으로서 필요 최소한의 값(S)을 설정하며 램 곡선에서 이 S 만큼 떨어진 위치를 통하는 곡선이 클램프 곡선의 설정치인 동작치라면 좋다.

종래예의 경우에는 지령치(설정치)와 동작치의 사이에는 지연 시간(t)이 발생하기 때문에 단조 프레스 램 곡선과 클램프 곡선이 간섭할 우려가 있었지만, 본 발명에서는 CFU 에서 지연 시간(t)을 진각 보정하는 연산을 행하며 진각 보정된 지령치가 서보 모터에 출력되기 때문에, 설정치와 동작치가 거의 같게 되어 필요 최소한의 거리(S)가 확보된다. 당연히, 다른 한쪽의 단조 프레스 램 곡선과 클램프 곡선의 가장 접근 지점(크랭크축 각도로 약 250 °부근)에 있어서도 간섭이 발생하지 않도록 위치 관계를 조정한 지령치가 나온다.

또한, 크랭크만 진각 보정하면, 피드와 리프트와의 타이밍이 달라지기 때문에, 피드 곡선과 리프트 곡선도 크랭크 곡선과 타이밍이 벗어나지 않도록 진각 보정되는 것은 당연하다.

제 1 도는 본 발명에 따른 동작 각도 스트로크 선도.

제 2 도는 본 발명의 실시예에 따른 이송 장치의 사시도.

제 3 도는 제 2 도 장치의 제어 회로도.

제 4 도는 종래의 동작 각도 스트로크 선도.

제 5 도는 종래 기술 과제의 하나를 도시한 이동시간-이동거리 관계도.

제 6A 도 및 제 6B 도는 종래 기술의 한 예를 도시한 운동속도 - 시간 관계도.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

1 : 입력 장치 2 : 빔

3 : CPU 4 : 펄스 발생기

5 : 서보 모터 6 : 프레임

7 : 클램프 프레임 11 : 플로피 디스크 넣는 입구

12 : 키보드 21 : CRT

31 : 시퀀스 41 : 서보 제어 장치

42 : 펄스 검출기 43 : 동기 비교기

P : 단조 프레스(램)의 동작곡선

F : 피드의 동작곡선 L : 리프트의 동작곡선

C : 클램프의 동작곡선

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 미리 피드, 리프트, 클림프의 3 방향 지령위치와 동작 위치를 계측하여 두는 것에 의해 지연 시간(t)을 검출하여 두며, 그 시간 지연을 CPU 에 기록하여 두고, 클램프 곡선의 설정치와 동작치가 거의 같게 되도록 진각 보정이 행하여지며, 피드 곡선과 리프트 곡선도 클램프 곡선과 타이밍이 벗어나지 않도록 진각 보정이 행하여진다.

즉, 본 발명은 시점과 종점의 위치 제어만이 아닌 그 도중의 궤적 특히 가장접근하는 램 곡선과 클램프 곡선의 위치 관계에 착안한 윤곽 제어를 행하는 것이다.

따라서, 종래와 같이 단조 프레스의 램 곡선과 클램프 곡선이 간섭하지 않도록 상당한 여유 시간을 고려할 필요가 없으며, 공정의 사이클을 단축하는 것이 가능하다. 즉, 부재끼리의 간섭을 확실히 방지할 수 있고 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 초기 조건을 기입하는 입력 장치(1)와, 상기 초기 조건을 판독하여 빔(2)의 변위량을 연산하여 대응하는 펄스 발생 신호를 출력하는 CPU(3)와, 펄스 발생기(4)를 구비하며, 빔(2)의 3 차원적 작동을 구동하는 각 서보 모터(5)를 단조 프레스의 작동과 동기시키는 단조 프레스 이송 장치의 위치 제어 방법에 있어서,

   미리 이송 장치를 작동시켜 승강 운동, 전진 후퇴 운동, 개폐 운동의 3 방향지령 위치와 실제 동작 위치의 어긋남을 확인하고,

   개폐 운동애 의한 클램프 곡선과 단조 프레스의 스트로크 곡선이 가장 접근하는 위치에서 동작 패턴 고유의 지연 시간(t)을 CPU(3)에 기억시켜 실제 작업의 경우에 입력된 초기 조건에 대응하는 상기 지연 시간(t)을 전진 각도 보정하는 연산을 가하여, 간섭의 한계까지 지연 시간을 축소한 위치 제어하는 것을 특징으로 하는 단조 프레스 이송 장치의 위치 제어 방법.