ダイクッション装置とそのクッション力制御方法
【課題】スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができるダイクッション装置とそのクッション力制御方法を提供する。
【解決手段】クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構１０と、クッション機構を制御する予測制御装置２０とを備え、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構１０を制御する。
【解決手段】クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構１０と、クッション機構を制御する予測制御装置２０とを備え、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構１０を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機械用のダイクッション装置とそのクッション力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス機械では、スライドを機械的に昇降し、スライドの下降時にスライドの下面に固定された上金型と、スライドの下方に配置された下金型との間に被加工物（ワーク）を挟み込んでプレス加工を行う。
ダイクッション装置は、プレス機械においてプレス加工時に上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、ワークにしわ押さえ力（クッション力）を付加する装置である。
【０００３】
従来から、プレス機械のダイクッション装置として、種々の方式のものが提案されている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５９１８０７号公報、「油圧ダイクッション装置の制御方法」
【特許文献２】特開２００７−７７１６号公報、「ダイクッション機構の衝突判定装置および衝突判定システム」
【特許文献３】特開２００７−２２２９２６号公報、「ダイクッション荷重制御装置およびクッション荷重制御装置を備えたプレス機械」
【特許文献４】特開２００８−１４９３４６号公報、「プレス機械のダイクッション装置及びダイクッションの動作制御方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、従来のダイクッション装置のクッション力の応答特性図である。この図において、上金型が下降し下金型と上金型との間で被加工材（ワーク）のプレス成形を開始した瞬間を「スライド接触時」という。
この図において（Ａ）はクッション力が必要時（スライド接触時）に高速応答する方式、（Ｂ）はクッション力がスライド接触前から圧を張って待機する方式を示している。ダイクッション装置のクッション力は、（Ａ）ではクッション力が高速応答すること、（Ｂ）ではスライド接触時にクッション力がオーバーシュートしない（過大にならない）ことが望まれる。
【０００６】
従来のダイクッション装置の機構は、（１）エアクッション方式、（２）電動モータ方式、（３）サーボ弁方式、（４）油圧ポンプ方式に大別することができる。
【０００７】
エアクッション方式のクッション力制御は、スライド接触前に圧を張って待機しているため、スライド接触後の加圧力に優れているが、圧力制御は困難である。
電動モータ方式のクッション力制御は応答性が良いが、機構に負荷が大きく、寿命に問題がある。また電動モータ方式のクッション力制御は応答性を重視すると、クッション力のオーバーシュートが過大となる傾向があった。
サーボ弁方式や油圧ポンプ方式のクッション力制御は圧力制御が可能であり、エアクッションのように圧を張って待機することができるが、接触後のクッション力のオーバーシュートが過大になり、正確な圧力制御を行う事が困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができるダイクッション装置とそのクッション力制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のクッション装置であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構を制御する予測制御装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記予測制御装置は、スライド位置を予測するスライドモデルと、
スライド位置から前記予測クッション力を予測するクッションモデルと、
前記予測時間経過後に前記予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力するレギュレータとを有する。
【００１１】
また、前記予測制御装置は、前記指令値を所定のリミット値以下に制限するリミッタを有し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御する。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値を計算する。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するポンプモータとからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するボールネジと、
該ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、
前記クッションモデルは、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する。
【００１５】
また本発明によれば、下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のダイクッション装置のクッション力制御方法であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
クッション機構を制御する予測制御装置とを備え、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御する、ことを特徴とするダイクッション装置のクッション力制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明の装置及び方法によれば、予測制御装置により、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御するので、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、スライドモデルにより、例えばスライドのメインギア角度からスライド位置を予測することができる。
また、クッションモデルにより、スライド位置から予測クッション力を計算することができる。
また、レギュレータにより、予測時間経過後に予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力することができる。
従って、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御することができる。
【００１８】
従って、クッション機構により、予測時間経過後にクッション機構は予測クッション力を発生するので、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができる。
【００１９】
さらに、リミッタにより、前記指令値を所定のリミット値以下に制限し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御するので、クッション力の最大上昇値を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のダイクッション装置のクッション力の応答特性図である。
【図２】本発明によるダイクッション装置の第１実施形態図である。
【図３】図２のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図４】第１実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【図５】第１実施形態のダイクッション装置の作動説明図である。
【図６】本発明によるダイクッション装置の第２実施形態図である。
【図７】図６のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図８】第２実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【図９】本発明によるダイクッション装置の第３実施形態図である。
【図１０】図９のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図１１】第３実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【図１２】本発明によるダイクッション装置の第４実施形態図である。
【図１３】図１２のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図１４】第４実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図２は、本発明によるダイクッション装置の第１実施形態図である。
プレス装置１は、クッションパッド２の上面にクッションピン３を介して支持された下金型４に対し、上下動するスライド５の下面に固定された上金型６を下降させ、下金型４と上金型６との間で被加工材（ワーク）７を加圧して所定の形状にプレス成形するようになっている。
【００２３】
図２において、本発明のダイクッション装置１０は、上金型６および下金型４によりワーク７をプレス成形する際に、クッションパッド２又はクッションピン３により、上金型６との間でワーク下面の周縁部を支持してワーク７のしわ押さえを行う。
すなわち、本発明のダイクッション装置１０は、プレス機械の上金型６とクッションパッド２又はクッションピン３の間にワーク７を挟み、クッションパッド２に上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるようになっている。
【００２４】
図２において、本発明のダイクッション装置は、クッション機構１０および予測制御装置２０を備える。
【００２５】
クッション機構１０は、クッションパッド２に上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させる装置である。クッション機構１０は、後述する例では、（１）油圧シリンダ＋サーボ弁、（２）油圧シリンダ＋ポンプモータ（３）ボールネジ＋サーボモータであるが、本発明はこれらの機構に限定されず、その他の機構であってもよい。
【００２６】
予測制御装置２０は、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構１０を制御する。
【００２７】
また、クッションパッド２の位置を検出するクッション位置センサ８と、スライド５を検出するスライド位置センサ９が設けられ、その検出値はそれぞれ予測制御装置２０に入力される。
スライド位置センサ９は後述する例では、プレス装置１のメインギア角度を検出する角度センサであるが、本発明は角度センサに限定されず、その他のセンサであってもよい。また、クッション位置センサ８は、この例では、クッションパッド２の位置を検出するように配置されているが、その他の構成でもよい。
【００２８】
図３は、図２の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。予測制御装置２０は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６は、コンピュータにインストールされたコンピュータプログラムである。なお、本発明はこの構成に限定されず、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６をそれぞれ別個の制御コントローラ又は一体の制御コントローラとして構成してもよい。
なお、コンピュータの代わりにプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）やその他の制御機器を用いても良い。
【００２９】
スライドモデル２１は、スライド位置センサ９（例えばメインギア角度の角度センサ）の検出値からスライド位置ｘを予測する。
【００３０】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘから所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃを予測する。
【００３１】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力になる指令値Ｉｃをクッション機構に出力する。
【００３２】
リミッタ２６は、前記指令値Ｉｃを所定のリミット値以下に制限する。
すなわち、指令値Ｉｃがリミット値以下の場合には、指令値Ｉｃをそのままクッション機構１０に出力し、指令値Ｉｃが所定のリミット値を超える場合には、リミット値を指令値としてクッション機構１０に出力する。
【００３３】
図４は、第１実施形態のダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップ（行程）からなる。
【００３４】
ステップＳ１では、スライド位置センサ９（例えばメインギア角度の角度センサ）の検出値から所定の経過時間ｔ経過後のスライド位置ｘを予測する。
ステップＳ２では、スライド位置ｘから所定の予測時間ｔの経過後の予測クッション力Ｆｃを予測する。
ステップＳ３では、予測時間ｔの経過後に予測クッション力Ｆｃになる指令値Ｉｃをクッション機構１０に出力する。
ステップＳ４では、指令値Ｉｃがリミット値以下の場合には、指令値Ｉｃをクッション機構１０に出力し、指令値Ｉｃがリミット値を超える場合には、リミット値を指令値Ｉｃとしてクッション機構１０に出力する。
【００３５】
図５は、従来と本発明のダイクッション装置の作動説明図である。この図において、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の例である。なお、各図において、横軸は経過時間である。
【００３６】
予測制御を行わない従来例では、図５（Ａ）に示すように、上金型が下降し下金型４と上金型６との間で被加工材（ワーク）７のプレス成形を開始した瞬間（以下、「スライド接触時」という）までは指令値は一定でありクッション力は所定の設定値を維持するが、スライド接触によりクッション力が急増してオーバーシュートすると、これを抑えるように指令値が急減し、次いで指令値の急減によりクッション力が下がり過ぎると、これを回復するように指令値が急増する。従って、予測制御を行わない従来例では、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートは回避が困難であった。
これに対して予測制御を行う本発明では、図５（Ｂ）に示すように、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００３７】
図６は、本発明によるダイクッション装置の第２実施形態図である。
この図において、本発明のクッション機構１０は、油圧シリンダ１２、サーボ弁１４、および予測制御装置２０を備える。
【００３８】
油圧シリンダ１２は、クッションパッド２を上下動するピストンロッド１１を有する。
この例で、油圧シリンダ１２は、上向きかつ鉛直に配置され、ピストンロッド１１の先端（上端）にクッションパッド２が固定され一体的に昇降するようになっている。
【００３９】
また図６において、油圧シリンダ１２のロッド側（上側）とピストン側（下側）にはそれぞれ圧力計１５，１６が設けられ、油圧シリンダ１２の上室圧Ｐｕ（ｔ０）と下室圧Ｐｄ（ｔ０）を検出する。この検出値Ｐｕ（ｔ０），Ｐｄ（ｔ０）はそれぞれ予測制御装置２０及び図７のレギュレータ２４に入力される。なお、以下（）内のｔ０は、現在の値を示す。
以下、油圧シリンダ１２のシリンダ位置ｘ（ｔ０）を単に「シリンダ位置」という。
【００４０】
サーボ弁１４は、油圧シリンダ１２と油圧ユニット１３を連結する油圧配管の途中に設けられた流路方向を切換え可能なサーボ弁であり、油圧シリンダ１２に油圧ユニット１３から作動油を供給し、かつ油圧ユニット１３に作動油を排出する。
サーボ弁１４から油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量Ｑは、サーボ弁の開度Ｉｓｖ（ｔ０）に比例する。この開度Ｉｓｖ（ｔ０）は予測制御装置２０に入力される。開度Ｉｓｖ（ｔ０）は、例えば−１００〜１００％である。
【００４１】
予測制御装置２０は、所定の予測時間ｔの経過後のサーボ弁位置Ｉｓｖ（ｔ）を予測してサーボ弁１４を制御する。ここで予測時間ｔは、制御装置のスキャンタイムの１倍から１０倍程度の時間（例えば、０．１ｓｅｃ）である。
予測制御装置２０から出力されるサーボ弁指令値Ｉｃｍｄは、例えば−１００〜１００％であり、サーボ弁の開度Ｉｓｖはサーボ弁指令値Ｉｃｍｄに応じてその位置まで移動する。
【００４２】
図７は、図６の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。この構成は第１実施形態と同様である。
【００４３】
スライドモデル２１は、スライド位置センサ９（メインギア角度の角度センサ）の検出値から現在のスライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）と予測時間経過後のスライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）を予測する。スライドの位置変化量Δｘｓｌｉｄｅは、Δｘｓｌｉｄｅ＝ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）−ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）である。
【００４４】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）とｘｓｌｉｄｅ（ｔ）から所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測する。
【００４５】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力Ｆｃ（ｔ）になる指令値Ｉｃｍｄをクッション機構１０に出力する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４６】
図７のクッションモデル２２において、予測時間ｔ経過後のサーボ弁位置Ｉｓｖ（ｔ）、下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、及びシリンダ移動量Δｘ（ｔ）は、数１の式（１）〜（４）で表せる。
ここで、式（１）はサーボ弁位置Ｉｓｖ（ｔ）の予測式、式（２）（３）は下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）と上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、式（４）はシリンダ力Ｆｃ（ｔ）、式（５）はシリンダ移動量Δｘ（ｔ）をそれぞれ表す式である。
また、Ｋｑｄは下室シリンダの体積弾性率、Ｋｑｕは上室シリンダの体積弾性率、Ｋｓはサーボ弁の流量特性ゲイン、Ｓｄは下室受圧面積、Ｓｕは上室受圧面積、Δｘｓｌｉｄｅは、スライドの位置変化量、Ｍｃはクッション自重、τはサーボ系一次遅れの時定数、Ｋｓｖはサーボ弁一次遅れモデルのゲイン、ｔ０は現在時刻、ｔは予測未来時間である。
【００４７】
【数１】
【００４８】
図８は、本発明によるダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ１１〜Ｓ１６の各ステップ（行程）からなる。
【００４９】
ステップＳ１１では、スライドモデル２２にメインギア角度を入力し、スライドの予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）を計算する。ここで、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）は、近似式（メインギア角度の多項式）で計算する。またスライドの予測位置は、現在の角速度から未来の角度を求めて、近似的に使用する。
ステップＳ１２では、式（４）からサーボ弁スプールの予測位置Ｉｓｖ（ｔ）を計算する。
ステップＳ１３では、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）（予測クッション力）を計算する。サーボ弁スプール予測位置Ｉｓｖ（ｔ）、スライド予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）、および各センサ現在値を式（１）（２）に代入する。その結果を式（３）に入力し、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）を求める。
ステップＳ１４では、シリンダ力予測値Ｆｃ（ｔ）の関数に予測時間ｔを代入する。予測時間ｔは、スキャンタイムの１〜１０倍程度である。
ステップＳ１５では、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）＝目標値となるようにサーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算する。
ステップＳ１６では、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
【００５０】
上述した第２実施形態の装置及び方法によれば、クッションモデル２２により、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を計算し、レギュレータ２４により、予測時間経過後に前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算するので、所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測することができる。
従って、第１実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００５１】
図９は、本発明によるダイクッション装置の第３実施形態図である。
この図において、本発明のクッション機構１０は、油圧シリンダ１２、ポンプモータ３２、および予測制御装置２０を備える。
【００５２】
ポンプモータ３２は、油圧シリンダ１２と油圧ユニット１３を連結する油圧配管の途中に設けられた流路方向を切換え可能なポンプモータであり、油圧シリンダ１２に油圧ユニット１３から作動油を供給し、かつ油圧ユニット１３に作動油を排出する。
ポンプモータ３２から油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量Ｑは、ポンプモータ３２の回転数Ｒｖｓｖに比例する。この回転数Ｒｖｓｖ（ｔ０）は予測制御装置２０に入力される。
その他の構成は、図６と同様である。
【００５３】
図１０は、図９の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。この構成は第１、２実施形態と同様である。
【００５４】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）とＲｖｓｖ（ｔ０）から所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測する。
【００５５】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力Ｆｃ（ｔ）になる回転数指令値Ｒｖｃｍｄをクッション機構１０に出力する。なお、ここでは回転数指令値ＲＶｃｍｄはポンプモータに対する回転数指令値である。
その他の構成は、図７と同様である。
【００５６】
図９、図１０において、予測時間ｔ経過後の下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、シリンダ力Ｆｃ（ｔ）、及びモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）は、数２の式（５）〜（８）で表せる。
ここで、式（５）（６）は下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）と上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、式（７）はシリンダ力Ｆｃ（ｔ）、式（８）はモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）をそれぞれ表す式である。
また、Ｓｍはポンプモータの流量特性ゲイン、τはモータ一次遅れの時定数、Ｋｓｖはモータ一次遅れモデルのゲインである。
その他は、実施形態１，２と同様である。
【００５７】
【数２】
【００５８】
図１１は、本発明によるダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ２１〜Ｓ２６の各ステップ（行程）からなる。
【００５９】
ステップＳ２１は、ステップＳ１１と同一である。
ステップＳ２２では、式（８）からポンプモータの予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）を計算する。
ステップＳ２３では、シリンダ力の予測値（予測クッション力）Ｆｃ（ｔ）を計算する。予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）、スライド予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）、および各センサ現在値を式（５）（６）に代入する。その結果を式（７）に入力し、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）を求める。
ステップ２４では、シリンダ力予測値Ｆｃ（ｔ）の関数に予測時間ｔを代入する。予測時間ｔは、スキャンタイムの１〜１０倍程度である。
ステップ２５では、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）＝目標値となるように回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算する。
ステップ２６では、回転数指令値Ｒｖｃｍｄがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
【００６０】
上述した第３実施形態の装置及び方法によれば、クッションモデル２２により、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を計算し、レギュレータ２４により、予測時間経過後に予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算するので、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測することができる。
従って、第１、２実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００６１】
図１２は、本発明によるダイクッション装置の第４実施形態図である。
この図において、本発明のクッション機構１０は、ボールネジ３４、サーボモータ３６、および予測制御装置２０を備える。
【００６２】
ボールネジ３４は、クッションパッド２を上下動する。
この例で、ボールネジ３４は、上向きかつ鉛直に配置され、クッションパッド２の下方に設けられたボールナット（図示せず）と螺合し、ボールネジ３４の回転によりクッションパッド２を昇降するようになっている。なお、この例では、２本のボールネジ３４と２台のサーボモータ３６を同期させてクッションパッド２の水平を維持するようになっている。しかし、本発明はこの構成に限定させず、クッションパッド２の水平保持ガイドを別に設けて、ボールネジ３４とサーボモータ３６をそれぞれ１台にしてもよい。
【００６３】
サーボモータ３６は、ボールネジ３２を回転駆動する。クッションパッド２の移動量はサーボモータ３６の回転数Ｒｖｓｖに比例する。この回転数Ｒｖｓｖ（ｔ０）は予測制御装置２０に入力される。
その他の構成は、図９と同様である。
【００６４】
図１３は、図１２の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。この構成は第１〜３実施形態と同様である。
【００６５】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）とサーボモータ３６の回転数Ｒｖｓｖ（ｔ０）から所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測する。
【００６６】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力Ｆｃ（ｔ）になる回転数指令値Ｒｖｃｍｄをクッション機構１０に出力する。なお、ここでは回転数指令値ＲＶｃｍｄはサーボモータに対する回転数指令値である。
その他の構成は、図１０と同様である。
【００６７】
図１３のクッションモデル２２において、予測時間ｔ経過後の下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、シリンダ力Ｆｃ（ｔ）、及びモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）は、数３の式（９）〜（１２）で表せる。
ここで、式（９）（１０）は、下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）と上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、式（１１）はシリンダ力Ｆｃ（ｔ）、式（１２）はモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）をそれぞれ表す式である。
また、Ｋｃはクッション機構のバネ定数、Ｋｓは回転数→クッションストロークの変換ゲインである。
その他は、実施形態１〜３と同様である。
【００６８】
【数３】
【００６９】
図１４は、本発明によるダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ３１〜Ｓ３６の各ステップ（行程）からなる。
【００７０】
ステップＳ３１は、ステップＳ１１、Ｓ２１と同一である。
ステップＳ３２では、式（１２）からサーボモータの予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）を計算する。
ステップＳ３３では、クッション力の予測値（予測クッション力）Ｆｃ（ｔ）を計算する。予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）、スライド予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）、および各センサ現在値を式（９）（１０）に代入する。その結果を式（１１）に入力し、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）を求める。
ステップ３４では、クッション力予測値Ｆｃ（ｔ）の関数に予測時間ｔを代入する。予測時間ｔは、スキャンタイムの１〜１０倍程度である。
ステップ３５では、クッション力の予測値Ｆｃ（ｔ）＝目標値となるように回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算する。
ステップ３６では、回転数指令値Ｒｖｃｍｄがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
【００７１】
上述した第４実施形態の装置及び方法によれば、クッションモデル２１により、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を計算し、レギュレータ２４により、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算するので、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測することができる。
従って、第１〜３実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００７２】
上記本発明の装置及び方法によれば、予測制御装置により、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御するので、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができる。
【００７３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７４】
１ プレス装置、２ クッションパッド、３ クッションピン、
４ 下金型、５ スライド、６ 上金型、７ 被加工材（ワーク）、
８ クッション位置センサ、９ スライド位置センサ、
１０ クッション機構、１１ ピストンロッド、
１２ 油圧シリンダ、１３ 油圧ユニット、１４ サーボ弁、
１５，１６ 圧力計、１７ 位置検出器、
２０ 予測制御装置、２１ スライドモデル、
２２ クッションモデル、２４ レギュレータ、２６ リミッタ、
３２ ポンプモータ、３４ ボールネジ、３６ サーボモータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機械用のダイクッション装置とそのクッション力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス機械では、スライドを機械的に昇降し、スライドの下降時にスライドの下面に固定された上金型と、スライドの下方に配置された下金型との間に被加工物（ワーク）を挟み込んでプレス加工を行う。
ダイクッション装置は、プレス機械においてプレス加工時に上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、ワークにしわ押さえ力（クッション力）を付加する装置である。
【０００３】
従来から、プレス機械のダイクッション装置として、種々の方式のものが提案されている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５９１８０７号公報、「油圧ダイクッション装置の制御方法」
【特許文献２】特開２００７−７７１６号公報、「ダイクッション機構の衝突判定装置および衝突判定システム」
【特許文献３】特開２００７−２２２９２６号公報、「ダイクッション荷重制御装置およびクッション荷重制御装置を備えたプレス機械」
【特許文献４】特開２００８−１４９３４６号公報、「プレス機械のダイクッション装置及びダイクッションの動作制御方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、従来のダイクッション装置のクッション力の応答特性図である。この図において、上金型が下降し下金型と上金型との間で被加工材（ワーク）のプレス成形を開始した瞬間を「スライド接触時」という。
この図において（Ａ）はクッション力が必要時（スライド接触時）に高速応答する方式、（Ｂ）はクッション力がスライド接触前から圧を張って待機する方式を示している。ダイクッション装置のクッション力は、（Ａ）ではクッション力が高速応答すること、（Ｂ）ではスライド接触時にクッション力がオーバーシュートしない（過大にならない）ことが望まれる。
【０００６】
従来のダイクッション装置の機構は、（１）エアクッション方式、（２）電動モータ方式、（３）サーボ弁方式、（４）油圧ポンプ方式に大別することができる。
【０００７】
エアクッション方式のクッション力制御は、スライド接触前に圧を張って待機しているため、スライド接触後の加圧力に優れているが、圧力制御は困難である。
電動モータ方式のクッション力制御は応答性が良いが、機構に負荷が大きく、寿命に問題がある。また電動モータ方式のクッション力制御は応答性を重視すると、クッション力のオーバーシュートが過大となる傾向があった。
サーボ弁方式や油圧ポンプ方式のクッション力制御は圧力制御が可能であり、エアクッションのように圧を張って待機することができるが、接触後のクッション力のオーバーシュートが過大になり、正確な圧力制御を行う事が困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができるダイクッション装置とそのクッション力制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のクッション装置であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構を制御する予測制御装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記予測制御装置は、スライド位置を予測するスライドモデルと、
スライド位置から前記予測クッション力を予測するクッションモデルと、
前記予測時間経過後に前記予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力するレギュレータとを有する。
【００１１】
また、前記予測制御装置は、前記指令値を所定のリミット値以下に制限するリミッタを有し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御する。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値を計算する。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するポンプモータとからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するボールネジと、
該ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、
前記クッションモデルは、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する。
【００１５】
また本発明によれば、下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のダイクッション装置のクッション力制御方法であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
クッション機構を制御する予測制御装置とを備え、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御する、ことを特徴とするダイクッション装置のクッション力制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明の装置及び方法によれば、予測制御装置により、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御するので、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、スライドモデルにより、例えばスライドのメインギア角度からスライド位置を予測することができる。
また、クッションモデルにより、スライド位置から予測クッション力を計算することができる。
また、レギュレータにより、予測時間経過後に予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力することができる。
従って、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御することができる。
【００１８】
従って、クッション機構により、予測時間経過後にクッション機構は予測クッション力を発生するので、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができる。
【００１９】
さらに、リミッタにより、前記指令値を所定のリミット値以下に制限し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御するので、クッション力の最大上昇値を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のダイクッション装置のクッション力の応答特性図である。
【図２】本発明によるダイクッション装置の第１実施形態図である。
【図３】図２のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図４】第１実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【図５】第１実施形態のダイクッション装置の作動説明図である。
【図６】本発明によるダイクッション装置の第２実施形態図である。
【図７】図６のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図８】第２実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【図９】本発明によるダイクッション装置の第３実施形態図である。
【図１０】図９のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図１１】第３実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【図１２】本発明によるダイクッション装置の第４実施形態図である。
【図１３】図１２のサーボ弁制御装置の構成図である。
【図１４】第４実施形態のダイクッション方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図２は、本発明によるダイクッション装置の第１実施形態図である。
プレス装置１は、クッションパッド２の上面にクッションピン３を介して支持された下金型４に対し、上下動するスライド５の下面に固定された上金型６を下降させ、下金型４と上金型６との間で被加工材（ワーク）７を加圧して所定の形状にプレス成形するようになっている。
【００２３】
図２において、本発明のダイクッション装置１０は、上金型６および下金型４によりワーク７をプレス成形する際に、クッションパッド２又はクッションピン３により、上金型６との間でワーク下面の周縁部を支持してワーク７のしわ押さえを行う。
すなわち、本発明のダイクッション装置１０は、プレス機械の上金型６とクッションパッド２又はクッションピン３の間にワーク７を挟み、クッションパッド２に上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるようになっている。
【００２４】
図２において、本発明のダイクッション装置は、クッション機構１０および予測制御装置２０を備える。
【００２５】
クッション機構１０は、クッションパッド２に上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させる装置である。クッション機構１０は、後述する例では、（１）油圧シリンダ＋サーボ弁、（２）油圧シリンダ＋ポンプモータ（３）ボールネジ＋サーボモータであるが、本発明はこれらの機構に限定されず、その他の機構であってもよい。
【００２６】
予測制御装置２０は、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構１０を制御する。
【００２７】
また、クッションパッド２の位置を検出するクッション位置センサ８と、スライド５を検出するスライド位置センサ９が設けられ、その検出値はそれぞれ予測制御装置２０に入力される。
スライド位置センサ９は後述する例では、プレス装置１のメインギア角度を検出する角度センサであるが、本発明は角度センサに限定されず、その他のセンサであってもよい。また、クッション位置センサ８は、この例では、クッションパッド２の位置を検出するように配置されているが、その他の構成でもよい。
【００２８】
図３は、図２の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。予測制御装置２０は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６は、コンピュータにインストールされたコンピュータプログラムである。なお、本発明はこの構成に限定されず、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６をそれぞれ別個の制御コントローラ又は一体の制御コントローラとして構成してもよい。
なお、コンピュータの代わりにプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）やその他の制御機器を用いても良い。
【００２９】
スライドモデル２１は、スライド位置センサ９（例えばメインギア角度の角度センサ）の検出値からスライド位置ｘを予測する。
【００３０】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘから所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃを予測する。
【００３１】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力になる指令値Ｉｃをクッション機構に出力する。
【００３２】
リミッタ２６は、前記指令値Ｉｃを所定のリミット値以下に制限する。
すなわち、指令値Ｉｃがリミット値以下の場合には、指令値Ｉｃをそのままクッション機構１０に出力し、指令値Ｉｃが所定のリミット値を超える場合には、リミット値を指令値としてクッション機構１０に出力する。
【００３３】
図４は、第１実施形態のダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップ（行程）からなる。
【００３４】
ステップＳ１では、スライド位置センサ９（例えばメインギア角度の角度センサ）の検出値から所定の経過時間ｔ経過後のスライド位置ｘを予測する。
ステップＳ２では、スライド位置ｘから所定の予測時間ｔの経過後の予測クッション力Ｆｃを予測する。
ステップＳ３では、予測時間ｔの経過後に予測クッション力Ｆｃになる指令値Ｉｃをクッション機構１０に出力する。
ステップＳ４では、指令値Ｉｃがリミット値以下の場合には、指令値Ｉｃをクッション機構１０に出力し、指令値Ｉｃがリミット値を超える場合には、リミット値を指令値Ｉｃとしてクッション機構１０に出力する。
【００３５】
図５は、従来と本発明のダイクッション装置の作動説明図である。この図において、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の例である。なお、各図において、横軸は経過時間である。
【００３６】
予測制御を行わない従来例では、図５（Ａ）に示すように、上金型が下降し下金型４と上金型６との間で被加工材（ワーク）７のプレス成形を開始した瞬間（以下、「スライド接触時」という）までは指令値は一定でありクッション力は所定の設定値を維持するが、スライド接触によりクッション力が急増してオーバーシュートすると、これを抑えるように指令値が急減し、次いで指令値の急減によりクッション力が下がり過ぎると、これを回復するように指令値が急増する。従って、予測制御を行わない従来例では、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートは回避が困難であった。
これに対して予測制御を行う本発明では、図５（Ｂ）に示すように、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００３７】
図６は、本発明によるダイクッション装置の第２実施形態図である。
この図において、本発明のクッション機構１０は、油圧シリンダ１２、サーボ弁１４、および予測制御装置２０を備える。
【００３８】
油圧シリンダ１２は、クッションパッド２を上下動するピストンロッド１１を有する。
この例で、油圧シリンダ１２は、上向きかつ鉛直に配置され、ピストンロッド１１の先端（上端）にクッションパッド２が固定され一体的に昇降するようになっている。
【００３９】
また図６において、油圧シリンダ１２のロッド側（上側）とピストン側（下側）にはそれぞれ圧力計１５，１６が設けられ、油圧シリンダ１２の上室圧Ｐｕ（ｔ０）と下室圧Ｐｄ（ｔ０）を検出する。この検出値Ｐｕ（ｔ０），Ｐｄ（ｔ０）はそれぞれ予測制御装置２０及び図７のレギュレータ２４に入力される。なお、以下（）内のｔ０は、現在の値を示す。
以下、油圧シリンダ１２のシリンダ位置ｘ（ｔ０）を単に「シリンダ位置」という。
【００４０】
サーボ弁１４は、油圧シリンダ１２と油圧ユニット１３を連結する油圧配管の途中に設けられた流路方向を切換え可能なサーボ弁であり、油圧シリンダ１２に油圧ユニット１３から作動油を供給し、かつ油圧ユニット１３に作動油を排出する。
サーボ弁１４から油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量Ｑは、サーボ弁の開度Ｉｓｖ（ｔ０）に比例する。この開度Ｉｓｖ（ｔ０）は予測制御装置２０に入力される。開度Ｉｓｖ（ｔ０）は、例えば−１００〜１００％である。
【００４１】
予測制御装置２０は、所定の予測時間ｔの経過後のサーボ弁位置Ｉｓｖ（ｔ）を予測してサーボ弁１４を制御する。ここで予測時間ｔは、制御装置のスキャンタイムの１倍から１０倍程度の時間（例えば、０．１ｓｅｃ）である。
予測制御装置２０から出力されるサーボ弁指令値Ｉｃｍｄは、例えば−１００〜１００％であり、サーボ弁の開度Ｉｓｖはサーボ弁指令値Ｉｃｍｄに応じてその位置まで移動する。
【００４２】
図７は、図６の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。この構成は第１実施形態と同様である。
【００４３】
スライドモデル２１は、スライド位置センサ９（メインギア角度の角度センサ）の検出値から現在のスライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）と予測時間経過後のスライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）を予測する。スライドの位置変化量Δｘｓｌｉｄｅは、Δｘｓｌｉｄｅ＝ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）−ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）である。
【００４４】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）とｘｓｌｉｄｅ（ｔ）から所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測する。
【００４５】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力Ｆｃ（ｔ）になる指令値Ｉｃｍｄをクッション機構１０に出力する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４６】
図７のクッションモデル２２において、予測時間ｔ経過後のサーボ弁位置Ｉｓｖ（ｔ）、下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、及びシリンダ移動量Δｘ（ｔ）は、数１の式（１）〜（４）で表せる。
ここで、式（１）はサーボ弁位置Ｉｓｖ（ｔ）の予測式、式（２）（３）は下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）と上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、式（４）はシリンダ力Ｆｃ（ｔ）、式（５）はシリンダ移動量Δｘ（ｔ）をそれぞれ表す式である。
また、Ｋｑｄは下室シリンダの体積弾性率、Ｋｑｕは上室シリンダの体積弾性率、Ｋｓはサーボ弁の流量特性ゲイン、Ｓｄは下室受圧面積、Ｓｕは上室受圧面積、Δｘｓｌｉｄｅは、スライドの位置変化量、Ｍｃはクッション自重、τはサーボ系一次遅れの時定数、Ｋｓｖはサーボ弁一次遅れモデルのゲイン、ｔ０は現在時刻、ｔは予測未来時間である。
【００４７】
【数１】
【００４８】
図８は、本発明によるダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ１１〜Ｓ１６の各ステップ（行程）からなる。
【００４９】
ステップＳ１１では、スライドモデル２２にメインギア角度を入力し、スライドの予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）を計算する。ここで、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）は、近似式（メインギア角度の多項式）で計算する。またスライドの予測位置は、現在の角速度から未来の角度を求めて、近似的に使用する。
ステップＳ１２では、式（４）からサーボ弁スプールの予測位置Ｉｓｖ（ｔ）を計算する。
ステップＳ１３では、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）（予測クッション力）を計算する。サーボ弁スプール予測位置Ｉｓｖ（ｔ）、スライド予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）、および各センサ現在値を式（１）（２）に代入する。その結果を式（３）に入力し、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）を求める。
ステップＳ１４では、シリンダ力予測値Ｆｃ（ｔ）の関数に予測時間ｔを代入する。予測時間ｔは、スキャンタイムの１〜１０倍程度である。
ステップＳ１５では、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）＝目標値となるようにサーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算する。
ステップＳ１６では、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
【００５０】
上述した第２実施形態の装置及び方法によれば、クッションモデル２２により、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を計算し、レギュレータ２４により、予測時間経過後に前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算するので、所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測することができる。
従って、第１実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００５１】
図９は、本発明によるダイクッション装置の第３実施形態図である。
この図において、本発明のクッション機構１０は、油圧シリンダ１２、ポンプモータ３２、および予測制御装置２０を備える。
【００５２】
ポンプモータ３２は、油圧シリンダ１２と油圧ユニット１３を連結する油圧配管の途中に設けられた流路方向を切換え可能なポンプモータであり、油圧シリンダ１２に油圧ユニット１３から作動油を供給し、かつ油圧ユニット１３に作動油を排出する。
ポンプモータ３２から油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量Ｑは、ポンプモータ３２の回転数Ｒｖｓｖに比例する。この回転数Ｒｖｓｖ（ｔ０）は予測制御装置２０に入力される。
その他の構成は、図６と同様である。
【００５３】
図１０は、図９の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。この構成は第１、２実施形態と同様である。
【００５４】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）とＲｖｓｖ（ｔ０）から所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測する。
【００５５】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力Ｆｃ（ｔ）になる回転数指令値Ｒｖｃｍｄをクッション機構１０に出力する。なお、ここでは回転数指令値ＲＶｃｍｄはポンプモータに対する回転数指令値である。
その他の構成は、図７と同様である。
【００５６】
図９、図１０において、予測時間ｔ経過後の下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、シリンダ力Ｆｃ（ｔ）、及びモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）は、数２の式（５）〜（８）で表せる。
ここで、式（５）（６）は下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）と上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、式（７）はシリンダ力Ｆｃ（ｔ）、式（８）はモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）をそれぞれ表す式である。
また、Ｓｍはポンプモータの流量特性ゲイン、τはモータ一次遅れの時定数、Ｋｓｖはモータ一次遅れモデルのゲインである。
その他は、実施形態１，２と同様である。
【００５７】
【数２】
【００５８】
図１１は、本発明によるダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ２１〜Ｓ２６の各ステップ（行程）からなる。
【００５９】
ステップＳ２１は、ステップＳ１１と同一である。
ステップＳ２２では、式（８）からポンプモータの予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）を計算する。
ステップＳ２３では、シリンダ力の予測値（予測クッション力）Ｆｃ（ｔ）を計算する。予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）、スライド予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）、および各センサ現在値を式（５）（６）に代入する。その結果を式（７）に入力し、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）を求める。
ステップ２４では、シリンダ力予測値Ｆｃ（ｔ）の関数に予測時間ｔを代入する。予測時間ｔは、スキャンタイムの１〜１０倍程度である。
ステップ２５では、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）＝目標値となるように回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算する。
ステップ２６では、回転数指令値Ｒｖｃｍｄがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
【００６０】
上述した第３実施形態の装置及び方法によれば、クッションモデル２２により、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を計算し、レギュレータ２４により、予測時間経過後に予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算するので、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測することができる。
従って、第１、２実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００６１】
図１２は、本発明によるダイクッション装置の第４実施形態図である。
この図において、本発明のクッション機構１０は、ボールネジ３４、サーボモータ３６、および予測制御装置２０を備える。
【００６２】
ボールネジ３４は、クッションパッド２を上下動する。
この例で、ボールネジ３４は、上向きかつ鉛直に配置され、クッションパッド２の下方に設けられたボールナット（図示せず）と螺合し、ボールネジ３４の回転によりクッションパッド２を昇降するようになっている。なお、この例では、２本のボールネジ３４と２台のサーボモータ３６を同期させてクッションパッド２の水平を維持するようになっている。しかし、本発明はこの構成に限定させず、クッションパッド２の水平保持ガイドを別に設けて、ボールネジ３４とサーボモータ３６をそれぞれ１台にしてもよい。
【００６３】
サーボモータ３６は、ボールネジ３２を回転駆動する。クッションパッド２の移動量はサーボモータ３６の回転数Ｒｖｓｖに比例する。この回転数Ｒｖｓｖ（ｔ０）は予測制御装置２０に入力される。
その他の構成は、図９と同様である。
【００６４】
図１３は、図１２の予測制御装置の構成図である。
この図において、本発明の予測制御装置２０は、スライドモデル２１、クッションモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。この構成は第１〜３実施形態と同様である。
【００６５】
クッションモデル２２は、スライド位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ０）とサーボモータ３６の回転数Ｒｖｓｖ（ｔ０）から所定の予測時間経過後の予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を予測する。
【００６６】
レギュレータ２４は、予測時間経過後に予測クッション力Ｆｃ（ｔ）になる回転数指令値Ｒｖｃｍｄをクッション機構１０に出力する。なお、ここでは回転数指令値ＲＶｃｍｄはサーボモータに対する回転数指令値である。
その他の構成は、図１０と同様である。
【００６７】
図１３のクッションモデル２２において、予測時間ｔ経過後の下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、シリンダ力Ｆｃ（ｔ）、及びモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）は、数３の式（９）〜（１２）で表せる。
ここで、式（９）（１０）は、下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）と上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）、式（１１）はシリンダ力Ｆｃ（ｔ）、式（１２）はモータ回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）をそれぞれ表す式である。
また、Ｋｃはクッション機構のバネ定数、Ｋｓは回転数→クッションストロークの変換ゲインである。
その他は、実施形態１〜３と同様である。
【００６８】
【数３】
【００６９】
図１４は、本発明によるダイクッション方法のフロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ３１〜Ｓ３６の各ステップ（行程）からなる。
【００７０】
ステップＳ３１は、ステップＳ１１、Ｓ２１と同一である。
ステップＳ３２では、式（１２）からサーボモータの予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）を計算する。
ステップＳ３３では、クッション力の予測値（予測クッション力）Ｆｃ（ｔ）を計算する。予測回転数Ｒｖｓｖ（ｔ）、スライド予測位置ｘｓｌｉｄｅ（ｔ）、および各センサ現在値を式（９）（１０）に代入する。その結果を式（１１）に入力し、シリンダ力の予測値Ｆｃ（ｔ）を求める。
ステップ３４では、クッション力予測値Ｆｃ（ｔ）の関数に予測時間ｔを代入する。予測時間ｔは、スキャンタイムの１〜１０倍程度である。
ステップ３５では、クッション力の予測値Ｆｃ（ｔ）＝目標値となるように回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算する。
ステップ３６では、回転数指令値Ｒｖｃｍｄがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
【００７１】
上述した第４実施形態の装置及び方法によれば、クッションモデル２１により、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力Ｆｃ（ｔ）を計算し、レギュレータ２４により、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値Ｒｖｃｍｄを計算するので、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測することができる。
従って、第１〜３実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
【００７２】
上記本発明の装置及び方法によれば、予測制御装置により、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御するので、スライド接触時に応答性が高く、かつスライド接触直後に過大なオーバーシュートが発生せず、正確なクッション力制御ができる。
【００７３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７４】
１ プレス装置、２ クッションパッド、３ クッションピン、
４ 下金型、５ スライド、６ 上金型、７ 被加工材（ワーク）、
８ クッション位置センサ、９ スライド位置センサ、
１０ クッション機構、１１ ピストンロッド、
１２ 油圧シリンダ、１３ 油圧ユニット、１４ サーボ弁、
１５，１６ 圧力計、１７ 位置検出器、
２０ 予測制御装置、２１ スライドモデル、
２２ クッションモデル、２４ レギュレータ、２６ リミッタ、
３２ ポンプモータ、３４ ボールネジ、３６ サーボモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のクッション装置であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構を制御する予測制御装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置。
【請求項２】
前記予測制御装置は、スライド位置を予測するスライドモデルと、
スライド位置から前記予測クッション力を予測するクッションモデルと、
前記予測時間経過後に前記予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力するレギュレータとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項３】
前記予測制御装置は、前記指令値を所定のリミット値以下に制限するリミッタを有し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のダイクッション装置。
【請求項４】
前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値を計算する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項５】
前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するポンプモータとからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項６】
前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するボールネジと、
該ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、
前記クッションモデルは、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項７】
下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のダイクッション装置のクッション力制御方法であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
クッション機構を制御する予測制御装置とを備え、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御する、ことを特徴とするダイクッション装置のクッション力制御方法。
【請求項１】
下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のクッション装置であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構を制御する予測制御装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置。
【請求項２】
前記予測制御装置は、スライド位置を予測するスライドモデルと、
スライド位置から前記予測クッション力を予測するクッションモデルと、
前記予測時間経過後に前記予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力するレギュレータとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項３】
前記予測制御装置は、前記指令値を所定のリミット値以下に制限するリミッタを有し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のダイクッション装置。
【請求項４】
前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値を計算する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項５】
前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するポンプモータとからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項６】
前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するボールネジと、
該ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、
前記クッションモデルは、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
【請求項７】
下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のダイクッション装置のクッション力制御方法であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
クッション機構を制御する予測制御装置とを備え、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御する、ことを特徴とするダイクッション装置のクッション力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２５３５４０（Ｐ２０１０−２５３５４０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０９６００（Ｐ２００９−１０９６００）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
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