プレス機械
【課題】ダイクッション側のサーボモータを小型化でき、かつオーバーシュートに関する問題を解決できるプレス機械を提供すること。
【解決手段】スライド２と、スライド２駆動用のサーボモータ１７と、ダイクッション７と、ダイクッション７駆動用のサーボモータ４９と、サーボモータ１７，４９を制御入力ｕ１，ｕ２で制御する制御装置１８とを備え、制御装置１８には、サーボモータ１７への荷重指令Ｕ１を制御入力ｕ１に基づき生成する第１荷重指令演算部５１と、サーボモータ４９への荷重指令Ｕ２を制御入力ｕ２に基づき生成する第２荷重指令演算部５２とが設けられ、制御入力ｕ１，ｕ２は、上型がワークに衝突してから所定時間経過するまでの第１段階でのスライド２およびダイクッション７の終端状態、および所定時間経過してからスライド２が下死点に到達するまでの第２段階でのスライド２およびダイクッション７の終端状態に基づいて演算される。
【解決手段】スライド２と、スライド２駆動用のサーボモータ１７と、ダイクッション７と、ダイクッション７駆動用のサーボモータ４９と、サーボモータ１７，４９を制御入力ｕ１，ｕ２で制御する制御装置１８とを備え、制御装置１８には、サーボモータ１７への荷重指令Ｕ１を制御入力ｕ１に基づき生成する第１荷重指令演算部５１と、サーボモータ４９への荷重指令Ｕ２を制御入力ｕ２に基づき生成する第２荷重指令演算部５２とが設けられ、制御入力ｕ１，ｕ２は、上型がワークに衝突してから所定時間経過するまでの第１段階でのスライド２およびダイクッション７の終端状態、および所定時間経過してからスライド２が下死点に到達するまでの第２段階でのスライド２およびダイクッション７の終端状態に基づいて演算される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スライドをサーボモータにて駆動するプレス機械のダイクッションにおいても、ブランクホルダおよびダイクッションパッドを専用のサーボモータにて駆動することが行われている。ダイクッションをサーボモータにて駆動することにより、常に最適なダイクッション荷重を発生させつつ、ブランクホルダおよびダイクッションパッドを下死点位置まで移動させている。
【０００３】
ところで、ダイクッションにおいては、上型がワークに衝突してからのダイクッション荷重の立ち上がりを迅速に行うことで成形性が向上する反面、オーバーシュートが大きくなって金型寿命に悪影響を与えることが知られている。このことは、ダイクッションをサーボモータにて駆動する場合でも同じであり、その背反する課題を解決するために、サーボモータの能力を向上させることがなされている。
【０００４】
この結果、ダイクッションに用いられるサーボモータには、スライド駆動用のサーボモータと同程度の能力が要求されるようになってきた。このようなサーボモータの高能力化は、ダイクッション荷重の制御を全てダイクッション側のサーボモータで行っていることに起因している。ダイクッション荷重は、スライドとダイクッションとの相対運動の結果として生じるものであり、スライド側に制御の余地は残されている。
【０００５】
そこで近年、ダイクッション荷重を検出し、この検出結果に応じてスライド側のサーボモータを制御することが提案されている（例えば、特許文献１）。
また逆に、スライド速度を検出し、この検出結果に応じてダイクッション側のサーボモータを制御することも提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
これらの特許文献１，２によれば、スライド側のサーボモータおよびダイクッション側のサーボモータの一方の状態量に基づいて、他方のサーボモータが制御されることから、スライドとダイクッションとの協調動作のコンプライアンスを改善でき、ダイクッション荷重を高い応答性で生じさせることができて、かつオーバーシュートが生じ難くなる、としている。
特に特許文献１では、ダイクッション荷重の制御をスライド側のサーボモータにも分担させるので、ダイクッション側のサーボモータを小型化できる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３０００９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２において、スライドの位置指令値や速度指令値などは、従来と同様に、ダイクッションを考慮せずに決定されたスライド軌道（スライドモーション）となるように設計されている。また、ダイクッションにおいても、もともとの荷重指令値がスライドを考慮せずに設計されている。
従って、互いの協調を考慮していない指令値にて動作している一方の状態量に基づいて、他方を制御しようとしても、スライド軌道が大きく乱れる可能性があり、加工に大きな悪影響を与える可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、スライドとダイクッションとを確実に協調させて制御することで、ダイクッション側のサーボモータの小型化を実現でき、かつオーバーシュートや金型寿命に関する問題を解決できるプレス機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明のプレス機械は、型が取り付けられるスライドと、前記スライドを駆動する第１サーボモータと、前記スライドに対してダイクッション荷重を生じさせるダイクッションと、前記ダイクッションを駆動する第２サーボモータと、前記第１、第２サーボモータをそれぞれの制御入力にて制御する制御装置とを備え、前記制御装置には、前記第１サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第１荷重指令演算部と、前記第２サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第２荷重指令演算部とが設けられ、前記制御入力は、前記型がワークに衝突してから所定時間経過するまでの第１段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態、および前記所定時間経過してから前記スライドが下死点に到達するまでの第２段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態に基づいて演算されたものであることを特徴とする。
【００１１】
第２発明では、前記第１サーボモータ用の荷重指令および前記第２サーボモータ用の荷重指令のうちの少なくとも一方は、前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量に基づいて補正されることを特徴とする。
【００１２】
第３発明では、前記制御装置には、前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記スライドの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第１位置指令演算部、前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第２位置指令演算部、および前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適ダイクッション荷重または予め決められた目標荷重に基づいて圧力指令を生成する圧力指令演算部のうちの少なくともいずれか１つの演算部が設けられ、前記演算部からの指令と前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量との差分に基づいて前記荷重指令を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
プレス加工においては、型とワークとの衝突から下死点に至るまでの加工期間が最も重要であり、この期間内で実際のスライド軌道が目標軌道に近づくことが望まれ、ダイクッション荷重の実際の出力が目標荷重に近づくことが望まれる。
そこで、第１発明では、それらの目標軌道および目標荷重に近い最適軌道や最適ダイクッション荷重とは如何なるものかを、互いに協調して動作するスライドおよびダイクッションの両方の２段階の終端状態を用いて演算するとともに、それらの最適軌道や最適ダイクッション荷重を実現するための各サーボモータへの制御入力を求めることとする。
【００１４】
この結果、第１発明によれば、前記のように求められた制御入力が、互いに協調して動作するスライドおよびダイクッションの両方を加味したものであるため、その制御入力に基づいて制御されるスライド側のサーボモータでは、スライド自身の動きだけではなく、ダイクッションの軌道やダイクッション荷重等を考慮したトルク出力を実現でき、反対に、ダイクッション側のサーボモータでは、ダイクッション自身の動きだけではなく、スライドの軌道等を考慮したトルク出力を実現できる。従って、特にスライド側のサーボモータにてダイクッション駆動の一部を負担することになることから、ダイクッション側のサーボモータを小型化できるとともに、スライドとダイクッションとの互いの協調動作を維持したまま良好に駆動でき、過度のオーバーシュート等を生じ難くできる。
【００１５】
第２発明によれば、スライドやダイクッションの状態量をフィーバックすることで、荷重指令を補正可能であり、こうすることによりノイズ等により実際のスライド軌道やダイクッション荷重と目標との間にずれが生じた場合でも、そのずれを修正して目標により近づけることができ、より汎用性に優れたプレス機械を実現できる。
【００１６】
第３発明によれば、第１、第２位置指令演算部や圧力指令演算部では、互いに協調して動作するスライドとダイクッションとの２段階の終端状態に基づいて得られる最適軌道や、最適ダイクッション加重あるいは目標荷重に従い、それらスライドやダイクッション各々に対する位置指令あるいは圧力指令が生成されるので、この指令と実際の状態量との差分により荷重指令を適正に補正でき、スライドおよびダイクッションのより協調した動作を実現でき、加工性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプレス機械を模式的に示す正面図。
【図２】前記プレス機械の要部を示す一部断面の拡大図。
【図３】前記プレス機械を示すブロック図。
【図４】前記演算に用いられる力学モデル化されたプレス機械を示す模式図。
【図５】前記プレス機械での最適軌道および最適荷重指令の演算に関する理論を説明するための説明図。
【図６】前記演算に用いられる状態量を示す図。
【図７】前記演算により導き出されたスライドおよびダイクッションの最適軌道（Ａ）、最適ダイクッション荷重（Ｂ）、および制御入力（Ｃ）を示す図。
【図８】プレス加工を行う迄の流れを説明するためのフローチャート。
【図９】本発明の第２実施形態のプレス機械を示すブロック図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るプレス機械を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、プレス機械１は、スライド２と、ボルスタ３と、上型４および下型５と、スライド駆動機構６と、ダイクッション７と、制御装置１８（図３）とを備える。
【００１９】
スライド２は、上下方向に移動可能に設けられている。ボルスタ３は、スライド２の下方に配置されており、スライド２と対向している。スライド駆動機構６は、クラウンと称されるもので、スライド２の上方に配置されており、スライド２を昇降させる。上型４はスライド２の下部に取り付けられている。下型５はボルスタ３の上部に取り付けられている。ボルスタ３および下型５には、上下方向に貫通する複数の孔が設けられており、これらの孔には、後述する複数のクッションピン８が挿通される。
【００２０】
スライド駆動機構６は、メインギヤ１５、メインギヤ１５およびスライド２を連結するリンク機構１６、およびメインギヤ１５を駆動する第１サーボモータとしてのサーボモータ１７を備えている。スライド駆動機構６がスライド２を昇降させ、上型４を下型５に押し付けることにより、上型４と下型５との間に配置されたワークＷが所望の形状にプレス加工される。
【００２１】
以下、図１、図２に基づいて、ダイクッション７の構成について説明する。
ダイクッション７は、複数のクッションピン８と、ブランクホルダ１０と、クッションパッド１１と、緩衝装置１２と、支持部１３と、ダイクッション駆動機構１４とを備える。
【００２２】
図１に示すように、クッションピン８は、ボルスタ３および下型５に設けられた孔に上下方向に移動可能に挿入されている。クッションピン８の上端はブランクホルダ１０に当接している。また、クッションピン８の下端は、クッションパッド１１に当接している。
ブランクホルダ１０は、上型４の下方に配置されている。ブランクホルダ１０は、上型４が下型５に近接するように下方に移動した際に、ワークＷを介して上型４に押圧されるように配置されている。
【００２３】
クッションパッド１１は、スライド２からの力を受ける部材であり、ボルスタ３の下方に配置されたベッド９内に設けられている。クッションパッド１１は、ベッド９内において上下方向に移動可能に設けられている。ベッド９の内壁面間にはビーム９ａが設けられており、ビーム９ａによってダイクッション７が支持されている。
【００２４】
図２に示すように、緩衝装置１２は、クッションパッド１１と支持部１３との間で衝撃を緩和させる装置であり、シリンダ２１と、ピストン２２と、図示略の油圧回路とを有する。
【００２５】
シリンダ２１は、クッションパッド１１の下部に取り付けられている。シリンダ２１は、下方向に開口した形状を有しており、開口内部の天井面には上方に向けて凹んだ凹部２１ａが設けられている。ピストン２２は、シリンダ２１の内部に摺動可能に収容される。また、ピストン２２は上方に突出した凸部２２ａを有しており、ピストン２２の凸部２２ａはシリンダ２１の凹部２１ａに挿入される。
シリンダ２１とピストン２２との間には、円環状の油圧室２３が形成される。この油圧室２３の軸心は、後述するロッド４５およびボールねじ４６の軸心と一致している。油圧室２３には衝撃緩和用の油が充填されている。
【００２６】
図２に示す支持部１３は、クッションパッド１１を支持する部分であり、ロッド４５を有している。ロッド４５の上端は、ピストン２２の下端に当接している。ロッド４５の上端には球面状の当接面が形成される。ロッド４５の上端が球面形状であることにより、仮にクッションパッド１１が傾いたとしても、ロッド４５全体には軸方向の力のみが働く。このような構造によって偏心荷重によるロッド４５の損傷が防止される。ロッド４５の下端はボールねじ４６のねじ部４６ａの上端に接続される。
【００２７】
ダイクッション駆動機構１４は、ボールねじ４６と、大プーリー４７と、小プーリー４８と、第２サーボモータとしてのサーボモータ４９とを有する。
【００２８】
ボールねじ４６は、ねじ部４６ａとナット部４６ｂとを有する。ねじ部４６ａはナット部４６ｂに螺合されている。ねじ部４６ａの上端は、ロッド４５の下端と接続されている。ナット部４６ｂの下端は大プーリー４７の上端に接続されている。また、ナット部４６ｂは、ビーム９ａに対してベアリングなどで軸支されている。小プーリー４８はサーボモータ４９の回転軸に接続されている。大プーリー４７と小プーリー４８にはベルト５０が巻架されており、互いの動力を伝達可能となっている。
【００２９】
サーボモータ４９は回転軸を有し、電流の供給によって回転軸が正逆回転する。サーボモータ４９に電流が供給され回転軸が回転すると、小プーリー４８が回転する。小プーリー４８の回転はベルト５０を介して大プーリー４７に伝達され、これにより、大プーリー４７が回転する。大プーリー４７はナット部４６ｂに接続されているため、大プーリー４７の回転と共にナット部４６ｂが回転する。ナット部４６ｂが回転すると、ねじ部４６ａがナット部４６ｂに沿って上下方向に直線的に移動する。これにより、ロッド４５が上下方向に移動し、ピストン２２、油圧室２３、シリンダ２１と共にクッションパッド１１が昇降する。このように、サーボモータ４９は、支持部１３を昇降させることによりクッションパッド１１を昇降させる。
【００３０】
図３には、プレス機械１を示すブロック図が示されている。
図３において、制御装置１８は、スライド駆動機構６のサーボモータ１７およびダイクッション駆動機構１４のサーボモータ４９をフィードフォワード制御により制御する装置であって、詳細図示による説明は省略するが、マイクロコンピュータや高速数値演算プロセッサ等を主体に構成され、決められた手順に従って入力データの算術・論理演算を行うコンピュータ装置と、指令電流を出力する出力インタフェースとを備えて構成されている。そして、本実施形態での制御装置１８には、第１荷重指令演算部５１、第２荷重指令演算部５２、出力制御部５３が形成されている。
【００３１】
第１荷重指令演算部５１は、スライド駆動機構６のサーボモータ１７を駆動するための荷重（トルク）指令Ｕ１を制御入力ｕ１の入力パターンに基づいて逐次演算し、出力制御部５３に出力する。
第２荷重指令演算部５２は、ダイクッション駆動機構１４のサーボモータ４９を駆動するための荷重（トルク）指令Ｕ２を制御入力ｕ２の入力パターンに基づいて逐次演算し、出力制御部５３に出力する。
【００３２】
出力制御部５３は、フィードフォワードの制御則により、時間に対応して入力される荷重指令Ｕ１を最終的に指令電流Ｉ１に変換し、スライド駆動機構６のサーボモータ１７に出力し、また同時に、時間に対応して入力される荷重指令Ｕ２を最終的に指令電流Ｉ２に変換し、ダイクッション駆動機構１４のサーボモータ４９に出力する。これらの指令電流Ｉ１，Ｉ２によってサーボモータ１７，４９が駆動され、スライド２およびダイクッション７が動作する。
【００３３】
次ぎに、それぞれの制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンについて説明する。
これら制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンは、本実施形態のプレス機械１を図４に示す力学モデルとして構築した際に、２段階終端状態制御の手法を取り入れることで事前に演算され、第１、第２荷重指令演算部５１，５２に予め格納されるものである。以下には、その手法について説明する。
【００３４】
先ず、本実施形態で用いられる力学モデルは、スライド駆動機構６で構成されるクラウン、スライド２、およびダイクッション７からなる３自由度系である。ｍｃはクラウンの質量、ｍｓはスライド２の質量、ｍｄはダイクッション７の質量、ｋｃはプレス機械１が有するフレーム剛性、ｃｃはフレームの粘性減衰係数、ｋｓは接触部の剛性、ｃｓは粘性減衰係数、ｕ１は制御入力であり、スライド２側のサーボモータ１７の出力に相当、ｕ２は制御入力であり、ダイクッション７側のサーボモータ４９の出力に相当する。ａｉｒはエアシリンダによる力を表すが、プレス機械１の仕様によっては不要である。
【００３５】
このような力学モデルにおいて、クラウン、スライド２、ダイクッション７の各質点の運動方程式は（１）〜（３）の式で与えられる。状態ベクトルを（４）とすると、式（１）〜（３）から状態方程式（５）を得る。ここで、各行列は式（６）の通りである。
【００３６】
【数１】
【００３７】
プレス機械１では、クラウンの変位ｘｃ、クラウンに対するスライド２の変位ｘｓ−ｘｃ、ダイクッション７の変位ｘｄをそれぞれ、レーザー変位計やリニアエンコーダ等の適宜な検出手段で検出している。従って、出力方程式は（７）となる。
【００３８】
【数２】
【００３９】
一方、終端状態制御とは、システムの初期状態、目標とする状態、および目標の状態に到達するまでの時間を指定し、これを実現するための最適な制御入力を計算する方法である。この方法は、下死点位置の精度が重要となるプレス加工に適している。
【００４０】
状態方程式（５）の状態ベクトルと入力ｕとから新たな状態ベクトルｘｄ＝[ｘＴｕＴ]Ｔを構成し、入力ｕの一階微分を新たに制御入力とすることにより、拡大系の状態方程式を以下の式（８）のように表すことができる。ここで、Ａｄ、Ｂｄ、Ｅｄはそれぞれ式（９）である。式（８）を離散化すると、（１０）の離散時間方程式を得る。
【００４１】
【数３】
【００４２】
このシステムに誤差学習を用いた終端状態制御を適用することにより、フィードフォワード入力（ｕの一階微分）を求める。式（１０）と出力行列Ｃにより、目標時間ＮΔｔ後の部分状態量である出力行列ｙ(Ｎ)は、（１２）の場合、式（１１）となる。
【００４３】
【数４】
【００４４】
式（１１）により、出力ｙ(Ｎ)を目標出力ｙｆに到達させるためのフィードフォワード用の制御入力は、式（１３）で与えられる。すなわち、この制御入力をスライド２およびダイクッション７についてそれぞれ演算することが、制御入力ｕ１，ｕ２を演算して求めることになる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
そして、本実施形態では、以上の終端状態制御を用いて、スライド２の最適軌道、ダイクッション７の最適軌道、および最適ダイクッション荷重を導き出している。この際、プレス機械１の制御目標としては、次ぎの項目が得られている。
【００４７】
１）スライド２とダイクッション７とが、衝突後（ワークＷへの上型４の衝突後）に時間ｔ２で下死点位置１０mmに到達すること。
２）スライド２とダイクッション７とが、衝突後に時間ｔ１以内に目標ダイクッション荷重１００Ｎに到達し、それを維持すること。
【００４８】
終端状態制御の終端出力として、クラウンの変位ｘｃ、スライド２の変位ｘｓ、ダイクッション７の変位ｘｄ、クラウンの速度（ｘｃ一階微分）、スライド２の速度（ｘｓの一階微分）、ダイクッション７の速度（ｘｄの一階微分）を選び、ダイクッション荷重の立ち上がり段階と、スライド２の下死点位置までの段階との２段階に分けて行う。このことが、２段階終端状態制御である。
【００４９】
具体的には、図５に示すように、衝突から時間ｔ１までのダイクッション荷重の立ち上がり段階を第１段階とし、この第１段階では、スライド２とダイクッション７との相対速度が０となり、ダイクッション荷重が予め決められた目標荷重である１００Ｎに到達するようにする。また、時間ｔ１から時間ｔ２までを第２段階として、下死点位置１０mmを目指すようにする。
【００５０】
すなわち、第１段階では、スライド軌道およびダイクッション荷重を、速やかに目標軌道および目標荷重に近づけることを目指しており、第２段階では、スライド軌道およびダイクッション荷重を、目標軌道および目標荷重との誤差を少なくして安定させることを目指している。なお、プレス機械１の実際の動作を考慮し、スライド２のダイクッション７への衝突時の衝突初速度を０．０６m/sとし、ダイクッション７は静止しているものとする。
【００５１】
そして、２段階終端状態制御による演算にあたっては、各段階での終端点Ａ１，Ａ２において、スライド２の目標軌道と実際に生じるであろうスライド軌道とを一致させることを狙い、また、終端点Ａ１，Ａ２において、ダイクッション７の目標荷重と実際に生じるであろうダイクッション荷重とを一致させることを狙って、初期状態および終端状態を指定する。プレス機械１でのそれぞれの段階での初期状態および終端状態の指定結果を図６に示す。
【００５２】
図６中の※は、スライド２とダイクッション７との相対速度が０となるように指定することを表している。図６中の−は、終端状態を指定していないことを表す。つまり、クラウンの終端状態の設定は省略してもよい。＊は、２段階目の初期状態として１段階目の終端状態制御から得られた終端状態を用いることを表している。
【００５３】
以上の２段階終端状態制御による演算の結果得られる衝突から時間ｔ２までのスライド２の軌道、およびダイクッション７の軌道は、目標軌道に近い軌道になるのであり、実際に生じさせたい最適軌道といえる。その最適軌道の軌道パターンを図７（Ａ）に示す。同様に、２段階終端状態制御により演算されるダイクッション７でのダイクション荷重も、オーバーシュートが少なく、目標荷重に素早く収束する最適ダイクッション荷重であって、実際に生じさせたい最適ダイクッション荷重であるといえる。その最適ダイクッション荷重の荷重パターンを図７（Ｂ）に示す。
【００５４】
そして、演算された制御入力ｕ１，ｕ２は、スライド２およびダイクッション７のそれぞれの最適軌道や、ダイクッション７での最適ダイクション荷重を実現するための制御入力であって、スライド２およびダイクッション７用のサーボモータ１７，４９をフィードフォワード制御によって駆動する際の制御入力である。制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンを図７（Ｃ）に示す。
【００５５】
そして、本実施形態では、図８のフローチャートに示すように、以上説明した２段階終端状態制御の手法により制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンを演算し、第１、第２荷重指令演算部５１、５１に事前に格納しておく（ステップ：Ｓ１）。次いで、第１、第２荷重指令演算部５１，５１では、ワーク１の加工中において、それぞれの入力パターンから荷重指令Ｕ１，Ｕ２を時間経過に対応させて逐一生成し、出力制御部５３に出力する（Ｓ２）。
【００５６】
さらに、出力制御部５３では、各荷重指令Ｕ１，Ｕ２に対して適切なゲインが掛けられる等し、最終的には、各サーボモータ１７，４９にて各荷重指令Ｕ１，Ｕ２に応じた出力トルクを生じさせるための指令電流Ｉ１，Ｉ２を生成し、各サーボモータ１７，４９に出力する（Ｓ３）。従って、各サーボモータ１７，１９は、制御入力ｕ１，ｕ２に基づいた出力トルクを出力し、スライド２およびダイクッション７を駆動することになる（Ｓ４）。
【００５７】
以上の本実施形態によれば、制御入力ｕ１，ｕ２は、図６に示したように、スライド２およびダイクッション７の両方の変位や速度といった状態量に基づいて事前に演算されるものである。このことから、制御入力ｕ１，ｕ２を用いてフィードフォワード制御されるスライド２およびダイクッション７の動作は、互いに協調されたものとなり、スライド軌道が大きく乱れる心配がなく、加工に悪影響を与えるおそれがない。
【００５８】
しかも、制御入力ｕ１，ｕ２を用いることは、スライド２とダイクッション７との協調動作により最適なダイクッション荷重が得られることを意味しており、そのようなダイクッション荷重の発生を両方のサーボモータ１７，４９によって受け持つことになるので、ダイクッション７側のサーボモータ４９に負担させていた従来に比して、サーボモータ４９を小型化でき、安価なものにできる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
図９には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態でのプレス機械１では、制御装置１８の出力制御部５３にてフィードバック制御則が用いられる。フィードバック制御則としては、前述したフィードフォワード制御にＬＱ制御を加えた２自由度制御であってもよいし、ＰＩＤ制御などであってもよい。
【００６０】
出力制御部５３にフィードバックされる情報としては、例えば、スライド２の位置、速度、サーボモータ４９の回転角度、角速度といったスライド２側の状態量が考えられ、プレス機械１には、これらの状態量を検出するスライド側状態量検出手段６１が設けられている。
【００６１】
また、出力制御部５３には、例えば、ダイクッション７の位置、速度、サーボモータ１７の回転角度、角速度、ダイクッション荷重といったダイクッション７側の状態量に関する情報もフィードバックされることが考えられ、このためプレス機械１には、これらの状態量を検出するダイクッション側状態量検出手段６２が設けられている。
【００６２】
さらに、制御装置１８では、２段階終端状態制御によって得られるスライド２の最適軌道（図７（Ａ）の実線参照）の軌道パターンに基づき、位置指令Ｈ１を逐次演算して出力制御部５３に出力する第１位置指令演算部７１が設けられている。第１位置指令演算部７１からの位置指令Ｈ１は、スライド側状態量検出手段６１からフィードバックされた状態量により得られるスライド２の位置情報と比較され、その差分に基づいて荷重指令Ｕ１が補正され、サーボモータ１７が駆動制御される。
【００６３】
同様に、制御装置１８では、２段階終端状態制御によって得られるダイクッション７の最適軌道（図７（Ａ）の破線参照）の軌道パターンに基づき、位置指令Ｈ２を逐次演算して出力制御部５３に出力する第２位置指令演算部７２が設けられている。第２位置指令演算部７１からの位置指令Ｈ２は、ダイクッション側状態量検出手段６２からフィードバックされた状態量により得られるダイクッション７の位置情報と比較され、その差分に基づいて荷重指令Ｕ２が補正され、サーボモータ４９が駆動制御される。
【００６４】
ところで、スライド２の最適軌道を示す軌道パターンと、ダイクッション７の最適軌道を示す軌道パターンとは、図７（Ａ）に示すように同じである。従って、第１、第２位置指令演算部７１，７２のうちのいずれか一方を設け、そこから出力される位置指令と、スライド２およびダイクッション７の少なくともいずれか一方の位置情報とが比較されることも考えられる。つまり、スライド２側の状態量をダイクッション７側のサーボモータ４９の駆動制御用にフィードバックさせることができるし、反対に、ダイクッション７側の状態量をスライド２側のサーボモータ１７の駆動制御用にフィードバックさせることもできる。
【００６５】
さらに、制御装置１８では、２段階終端状態制御によって得られるダイクッション７の最適ダイクッション荷重（図７（Ｂ）参照）あるいは目標荷重（図５参照）の荷重パターンに基づき、圧力指令Ｐ１を逐次演算して出力制御部５３に出力する圧力指令演算部７３を設けてもよい（図９および後述の図１０では、目標荷重の荷重パターンを使用）。圧力指令演算部７３からの圧力指令Ｐ１は、ダイクッション側状態量検出手段６２からフィードバックされた状態量であるダイクッション荷重と比較され、その差分に基づいて荷重指令Ｕ２が補正され、サーボモータ４９が駆動制御される。
【００６６】
本実施形態によれば、スライド２やダイクッション７の最適軌道や、ダイクッション７の最適ダイクッション荷重あるいは目標荷重と、フィードバックされる実際の軌道やダイクッション荷重との間に、外乱等の影響によって差が生じている場合でも、その差分に応じて荷重指令Ｕ１，Ｕ２を補正するので、スライド２およびダイクッション７を最適軌道や、最適ダイクッション荷重あるいは目標荷重により確実に追従させることができ、プレス加工を良好に行える。
【００６７】
〔第３実施形態〕
図１０には、本発明の第３実施形態に係るプレス機械１のブロック図が示されている。
本実施形態でのプレス機械１は、図８で示すＳ１のステップをもシステマティックに行えるよう制御装置１８が構成されている。
【００６８】
このため制御装置１８には、図６に示したスライド２およびダイクッション７に関する種々の状態量や諸条件を指定するための入力装置８１が接続されている。また、制御装置１８には、入力装置８１から入力された情報に基づき、２段階終端状態制御を用いて制御入力ｕ１，ｕ２を演算する制御入力演算部８２が形成されている。
【００６９】
制御入力演算部８２では具体的に、前述した第１実施形態での（１）式〜（１３）式を用いるアルゴリズムに則ったソフトウェアにより制御入力ｕ１，ｕ２を演算し、第１、第２荷重指令演算部５１，５２に出力する。この際、制御入力ｕ１，ｕ２の演算に必要なスライド駆動機構（クラウン）６の質量、スライド２の質量、およびダイクッション７の質量等は、プレス機械１において既知であり、予め演算用のソフトウェアに組み込まれる等されている。
【００７０】
このような本実施形態では、入力装置８１を用いて、ワークＷの材質、板厚、加工種等に応じた状態量や諸条件の指定を行えばよく、ワークＷの加工前に制御入力ｕ１，ｕ２を事前に、かつ自動的に生成して第１、第２荷重指令演算部５１，５２に格納しておくことができる。
そして、ワークＷの種類や加工種に応じた制御入力ｕ１，ｕ２を適宜な図示略の記憶部に記憶しておくことで、製造する製品が変更となり、それらが変更になった場合には、該当する制御入力ｕ１，ｕ２を選択して記憶部から呼び出し、適用すればよい。
【００７１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第２、第３実施形態では、制御部１８には、第１、第２位置指令演算部７１，７２および圧力指令演算部７３が設けられていたが、これらの演算部７１〜７３のうち、少なくともいずれか１つの演算部が設けられていればよく、いずれの演算部を設けるかは、その実施にあたって適宜決定されればよい。
また、クラウンを省いたモデルにおいて、制御入力等の演算を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、独立したサーボモータでスライドおよびダイクッションを駆動するプレス機械に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…プレス機械、２…スライド、４…型である上型、７…ダイクッション、１７…第１サーボモータ、１８…制御装置、４９…第２サーボモータ、５１…第１荷重指令演算部、５２…第２荷重指令演算部、７１…第１位置指令演算部、７２…第２位置指令演算部、７３…圧力指令演算部、ｔ１，ｔ２…時間、ｕ１，ｕ２…制御入力、Ｕ１，Ｕ２…荷重指令。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スライドをサーボモータにて駆動するプレス機械のダイクッションにおいても、ブランクホルダおよびダイクッションパッドを専用のサーボモータにて駆動することが行われている。ダイクッションをサーボモータにて駆動することにより、常に最適なダイクッション荷重を発生させつつ、ブランクホルダおよびダイクッションパッドを下死点位置まで移動させている。
【０００３】
ところで、ダイクッションにおいては、上型がワークに衝突してからのダイクッション荷重の立ち上がりを迅速に行うことで成形性が向上する反面、オーバーシュートが大きくなって金型寿命に悪影響を与えることが知られている。このことは、ダイクッションをサーボモータにて駆動する場合でも同じであり、その背反する課題を解決するために、サーボモータの能力を向上させることがなされている。
【０００４】
この結果、ダイクッションに用いられるサーボモータには、スライド駆動用のサーボモータと同程度の能力が要求されるようになってきた。このようなサーボモータの高能力化は、ダイクッション荷重の制御を全てダイクッション側のサーボモータで行っていることに起因している。ダイクッション荷重は、スライドとダイクッションとの相対運動の結果として生じるものであり、スライド側に制御の余地は残されている。
【０００５】
そこで近年、ダイクッション荷重を検出し、この検出結果に応じてスライド側のサーボモータを制御することが提案されている（例えば、特許文献１）。
また逆に、スライド速度を検出し、この検出結果に応じてダイクッション側のサーボモータを制御することも提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
これらの特許文献１，２によれば、スライド側のサーボモータおよびダイクッション側のサーボモータの一方の状態量に基づいて、他方のサーボモータが制御されることから、スライドとダイクッションとの協調動作のコンプライアンスを改善でき、ダイクッション荷重を高い応答性で生じさせることができて、かつオーバーシュートが生じ難くなる、としている。
特に特許文献１では、ダイクッション荷重の制御をスライド側のサーボモータにも分担させるので、ダイクッション側のサーボモータを小型化できる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３０００９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２において、スライドの位置指令値や速度指令値などは、従来と同様に、ダイクッションを考慮せずに決定されたスライド軌道（スライドモーション）となるように設計されている。また、ダイクッションにおいても、もともとの荷重指令値がスライドを考慮せずに設計されている。
従って、互いの協調を考慮していない指令値にて動作している一方の状態量に基づいて、他方を制御しようとしても、スライド軌道が大きく乱れる可能性があり、加工に大きな悪影響を与える可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、スライドとダイクッションとを確実に協調させて制御することで、ダイクッション側のサーボモータの小型化を実現でき、かつオーバーシュートや金型寿命に関する問題を解決できるプレス機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明のプレス機械は、型が取り付けられるスライドと、前記スライドを駆動する第１サーボモータと、前記スライドに対してダイクッション荷重を生じさせるダイクッションと、前記ダイクッションを駆動する第２サーボモータと、前記第１、第２サーボモータをそれぞれの制御入力にて制御する制御装置とを備え、前記制御装置には、前記第１サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第１荷重指令演算部と、前記第２サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第２荷重指令演算部とが設けられ、前記制御入力は、前記型がワークに衝突してから所定時間経過するまでの第１段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態、および前記所定時間経過してから前記スライドが下死点に到達するまでの第２段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態に基づいて演算されたものであることを特徴とする。
【００１１】
第２発明では、前記第１サーボモータ用の荷重指令および前記第２サーボモータ用の荷重指令のうちの少なくとも一方は、前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量に基づいて補正されることを特徴とする。
【００１２】
第３発明では、前記制御装置には、前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記スライドの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第１位置指令演算部、前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第２位置指令演算部、および前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適ダイクッション荷重または予め決められた目標荷重に基づいて圧力指令を生成する圧力指令演算部のうちの少なくともいずれか１つの演算部が設けられ、前記演算部からの指令と前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量との差分に基づいて前記荷重指令を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
プレス加工においては、型とワークとの衝突から下死点に至るまでの加工期間が最も重要であり、この期間内で実際のスライド軌道が目標軌道に近づくことが望まれ、ダイクッション荷重の実際の出力が目標荷重に近づくことが望まれる。
そこで、第１発明では、それらの目標軌道および目標荷重に近い最適軌道や最適ダイクッション荷重とは如何なるものかを、互いに協調して動作するスライドおよびダイクッションの両方の２段階の終端状態を用いて演算するとともに、それらの最適軌道や最適ダイクッション荷重を実現するための各サーボモータへの制御入力を求めることとする。
【００１４】
この結果、第１発明によれば、前記のように求められた制御入力が、互いに協調して動作するスライドおよびダイクッションの両方を加味したものであるため、その制御入力に基づいて制御されるスライド側のサーボモータでは、スライド自身の動きだけではなく、ダイクッションの軌道やダイクッション荷重等を考慮したトルク出力を実現でき、反対に、ダイクッション側のサーボモータでは、ダイクッション自身の動きだけではなく、スライドの軌道等を考慮したトルク出力を実現できる。従って、特にスライド側のサーボモータにてダイクッション駆動の一部を負担することになることから、ダイクッション側のサーボモータを小型化できるとともに、スライドとダイクッションとの互いの協調動作を維持したまま良好に駆動でき、過度のオーバーシュート等を生じ難くできる。
【００１５】
第２発明によれば、スライドやダイクッションの状態量をフィーバックすることで、荷重指令を補正可能であり、こうすることによりノイズ等により実際のスライド軌道やダイクッション荷重と目標との間にずれが生じた場合でも、そのずれを修正して目標により近づけることができ、より汎用性に優れたプレス機械を実現できる。
【００１６】
第３発明によれば、第１、第２位置指令演算部や圧力指令演算部では、互いに協調して動作するスライドとダイクッションとの２段階の終端状態に基づいて得られる最適軌道や、最適ダイクッション加重あるいは目標荷重に従い、それらスライドやダイクッション各々に対する位置指令あるいは圧力指令が生成されるので、この指令と実際の状態量との差分により荷重指令を適正に補正でき、スライドおよびダイクッションのより協調した動作を実現でき、加工性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプレス機械を模式的に示す正面図。
【図２】前記プレス機械の要部を示す一部断面の拡大図。
【図３】前記プレス機械を示すブロック図。
【図４】前記演算に用いられる力学モデル化されたプレス機械を示す模式図。
【図５】前記プレス機械での最適軌道および最適荷重指令の演算に関する理論を説明するための説明図。
【図６】前記演算に用いられる状態量を示す図。
【図７】前記演算により導き出されたスライドおよびダイクッションの最適軌道（Ａ）、最適ダイクッション荷重（Ｂ）、および制御入力（Ｃ）を示す図。
【図８】プレス加工を行う迄の流れを説明するためのフローチャート。
【図９】本発明の第２実施形態のプレス機械を示すブロック図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るプレス機械を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、プレス機械１は、スライド２と、ボルスタ３と、上型４および下型５と、スライド駆動機構６と、ダイクッション７と、制御装置１８（図３）とを備える。
【００１９】
スライド２は、上下方向に移動可能に設けられている。ボルスタ３は、スライド２の下方に配置されており、スライド２と対向している。スライド駆動機構６は、クラウンと称されるもので、スライド２の上方に配置されており、スライド２を昇降させる。上型４はスライド２の下部に取り付けられている。下型５はボルスタ３の上部に取り付けられている。ボルスタ３および下型５には、上下方向に貫通する複数の孔が設けられており、これらの孔には、後述する複数のクッションピン８が挿通される。
【００２０】
スライド駆動機構６は、メインギヤ１５、メインギヤ１５およびスライド２を連結するリンク機構１６、およびメインギヤ１５を駆動する第１サーボモータとしてのサーボモータ１７を備えている。スライド駆動機構６がスライド２を昇降させ、上型４を下型５に押し付けることにより、上型４と下型５との間に配置されたワークＷが所望の形状にプレス加工される。
【００２１】
以下、図１、図２に基づいて、ダイクッション７の構成について説明する。
ダイクッション７は、複数のクッションピン８と、ブランクホルダ１０と、クッションパッド１１と、緩衝装置１２と、支持部１３と、ダイクッション駆動機構１４とを備える。
【００２２】
図１に示すように、クッションピン８は、ボルスタ３および下型５に設けられた孔に上下方向に移動可能に挿入されている。クッションピン８の上端はブランクホルダ１０に当接している。また、クッションピン８の下端は、クッションパッド１１に当接している。
ブランクホルダ１０は、上型４の下方に配置されている。ブランクホルダ１０は、上型４が下型５に近接するように下方に移動した際に、ワークＷを介して上型４に押圧されるように配置されている。
【００２３】
クッションパッド１１は、スライド２からの力を受ける部材であり、ボルスタ３の下方に配置されたベッド９内に設けられている。クッションパッド１１は、ベッド９内において上下方向に移動可能に設けられている。ベッド９の内壁面間にはビーム９ａが設けられており、ビーム９ａによってダイクッション７が支持されている。
【００２４】
図２に示すように、緩衝装置１２は、クッションパッド１１と支持部１３との間で衝撃を緩和させる装置であり、シリンダ２１と、ピストン２２と、図示略の油圧回路とを有する。
【００２５】
シリンダ２１は、クッションパッド１１の下部に取り付けられている。シリンダ２１は、下方向に開口した形状を有しており、開口内部の天井面には上方に向けて凹んだ凹部２１ａが設けられている。ピストン２２は、シリンダ２１の内部に摺動可能に収容される。また、ピストン２２は上方に突出した凸部２２ａを有しており、ピストン２２の凸部２２ａはシリンダ２１の凹部２１ａに挿入される。
シリンダ２１とピストン２２との間には、円環状の油圧室２３が形成される。この油圧室２３の軸心は、後述するロッド４５およびボールねじ４６の軸心と一致している。油圧室２３には衝撃緩和用の油が充填されている。
【００２６】
図２に示す支持部１３は、クッションパッド１１を支持する部分であり、ロッド４５を有している。ロッド４５の上端は、ピストン２２の下端に当接している。ロッド４５の上端には球面状の当接面が形成される。ロッド４５の上端が球面形状であることにより、仮にクッションパッド１１が傾いたとしても、ロッド４５全体には軸方向の力のみが働く。このような構造によって偏心荷重によるロッド４５の損傷が防止される。ロッド４５の下端はボールねじ４６のねじ部４６ａの上端に接続される。
【００２７】
ダイクッション駆動機構１４は、ボールねじ４６と、大プーリー４７と、小プーリー４８と、第２サーボモータとしてのサーボモータ４９とを有する。
【００２８】
ボールねじ４６は、ねじ部４６ａとナット部４６ｂとを有する。ねじ部４６ａはナット部４６ｂに螺合されている。ねじ部４６ａの上端は、ロッド４５の下端と接続されている。ナット部４６ｂの下端は大プーリー４７の上端に接続されている。また、ナット部４６ｂは、ビーム９ａに対してベアリングなどで軸支されている。小プーリー４８はサーボモータ４９の回転軸に接続されている。大プーリー４７と小プーリー４８にはベルト５０が巻架されており、互いの動力を伝達可能となっている。
【００２９】
サーボモータ４９は回転軸を有し、電流の供給によって回転軸が正逆回転する。サーボモータ４９に電流が供給され回転軸が回転すると、小プーリー４８が回転する。小プーリー４８の回転はベルト５０を介して大プーリー４７に伝達され、これにより、大プーリー４７が回転する。大プーリー４７はナット部４６ｂに接続されているため、大プーリー４７の回転と共にナット部４６ｂが回転する。ナット部４６ｂが回転すると、ねじ部４６ａがナット部４６ｂに沿って上下方向に直線的に移動する。これにより、ロッド４５が上下方向に移動し、ピストン２２、油圧室２３、シリンダ２１と共にクッションパッド１１が昇降する。このように、サーボモータ４９は、支持部１３を昇降させることによりクッションパッド１１を昇降させる。
【００３０】
図３には、プレス機械１を示すブロック図が示されている。
図３において、制御装置１８は、スライド駆動機構６のサーボモータ１７およびダイクッション駆動機構１４のサーボモータ４９をフィードフォワード制御により制御する装置であって、詳細図示による説明は省略するが、マイクロコンピュータや高速数値演算プロセッサ等を主体に構成され、決められた手順に従って入力データの算術・論理演算を行うコンピュータ装置と、指令電流を出力する出力インタフェースとを備えて構成されている。そして、本実施形態での制御装置１８には、第１荷重指令演算部５１、第２荷重指令演算部５２、出力制御部５３が形成されている。
【００３１】
第１荷重指令演算部５１は、スライド駆動機構６のサーボモータ１７を駆動するための荷重（トルク）指令Ｕ１を制御入力ｕ１の入力パターンに基づいて逐次演算し、出力制御部５３に出力する。
第２荷重指令演算部５２は、ダイクッション駆動機構１４のサーボモータ４９を駆動するための荷重（トルク）指令Ｕ２を制御入力ｕ２の入力パターンに基づいて逐次演算し、出力制御部５３に出力する。
【００３２】
出力制御部５３は、フィードフォワードの制御則により、時間に対応して入力される荷重指令Ｕ１を最終的に指令電流Ｉ１に変換し、スライド駆動機構６のサーボモータ１７に出力し、また同時に、時間に対応して入力される荷重指令Ｕ２を最終的に指令電流Ｉ２に変換し、ダイクッション駆動機構１４のサーボモータ４９に出力する。これらの指令電流Ｉ１，Ｉ２によってサーボモータ１７，４９が駆動され、スライド２およびダイクッション７が動作する。
【００３３】
次ぎに、それぞれの制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンについて説明する。
これら制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンは、本実施形態のプレス機械１を図４に示す力学モデルとして構築した際に、２段階終端状態制御の手法を取り入れることで事前に演算され、第１、第２荷重指令演算部５１，５２に予め格納されるものである。以下には、その手法について説明する。
【００３４】
先ず、本実施形態で用いられる力学モデルは、スライド駆動機構６で構成されるクラウン、スライド２、およびダイクッション７からなる３自由度系である。ｍｃはクラウンの質量、ｍｓはスライド２の質量、ｍｄはダイクッション７の質量、ｋｃはプレス機械１が有するフレーム剛性、ｃｃはフレームの粘性減衰係数、ｋｓは接触部の剛性、ｃｓは粘性減衰係数、ｕ１は制御入力であり、スライド２側のサーボモータ１７の出力に相当、ｕ２は制御入力であり、ダイクッション７側のサーボモータ４９の出力に相当する。ａｉｒはエアシリンダによる力を表すが、プレス機械１の仕様によっては不要である。
【００３５】
このような力学モデルにおいて、クラウン、スライド２、ダイクッション７の各質点の運動方程式は（１）〜（３）の式で与えられる。状態ベクトルを（４）とすると、式（１）〜（３）から状態方程式（５）を得る。ここで、各行列は式（６）の通りである。
【００３６】
【数１】
【００３７】
プレス機械１では、クラウンの変位ｘｃ、クラウンに対するスライド２の変位ｘｓ−ｘｃ、ダイクッション７の変位ｘｄをそれぞれ、レーザー変位計やリニアエンコーダ等の適宜な検出手段で検出している。従って、出力方程式は（７）となる。
【００３８】
【数２】
【００３９】
一方、終端状態制御とは、システムの初期状態、目標とする状態、および目標の状態に到達するまでの時間を指定し、これを実現するための最適な制御入力を計算する方法である。この方法は、下死点位置の精度が重要となるプレス加工に適している。
【００４０】
状態方程式（５）の状態ベクトルと入力ｕとから新たな状態ベクトルｘｄ＝[ｘＴｕＴ]Ｔを構成し、入力ｕの一階微分を新たに制御入力とすることにより、拡大系の状態方程式を以下の式（８）のように表すことができる。ここで、Ａｄ、Ｂｄ、Ｅｄはそれぞれ式（９）である。式（８）を離散化すると、（１０）の離散時間方程式を得る。
【００４１】
【数３】
【００４２】
このシステムに誤差学習を用いた終端状態制御を適用することにより、フィードフォワード入力（ｕの一階微分）を求める。式（１０）と出力行列Ｃにより、目標時間ＮΔｔ後の部分状態量である出力行列ｙ(Ｎ)は、（１２）の場合、式（１１）となる。
【００４３】
【数４】
【００４４】
式（１１）により、出力ｙ(Ｎ)を目標出力ｙｆに到達させるためのフィードフォワード用の制御入力は、式（１３）で与えられる。すなわち、この制御入力をスライド２およびダイクッション７についてそれぞれ演算することが、制御入力ｕ１，ｕ２を演算して求めることになる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
そして、本実施形態では、以上の終端状態制御を用いて、スライド２の最適軌道、ダイクッション７の最適軌道、および最適ダイクッション荷重を導き出している。この際、プレス機械１の制御目標としては、次ぎの項目が得られている。
【００４７】
１）スライド２とダイクッション７とが、衝突後（ワークＷへの上型４の衝突後）に時間ｔ２で下死点位置１０mmに到達すること。
２）スライド２とダイクッション７とが、衝突後に時間ｔ１以内に目標ダイクッション荷重１００Ｎに到達し、それを維持すること。
【００４８】
終端状態制御の終端出力として、クラウンの変位ｘｃ、スライド２の変位ｘｓ、ダイクッション７の変位ｘｄ、クラウンの速度（ｘｃ一階微分）、スライド２の速度（ｘｓの一階微分）、ダイクッション７の速度（ｘｄの一階微分）を選び、ダイクッション荷重の立ち上がり段階と、スライド２の下死点位置までの段階との２段階に分けて行う。このことが、２段階終端状態制御である。
【００４９】
具体的には、図５に示すように、衝突から時間ｔ１までのダイクッション荷重の立ち上がり段階を第１段階とし、この第１段階では、スライド２とダイクッション７との相対速度が０となり、ダイクッション荷重が予め決められた目標荷重である１００Ｎに到達するようにする。また、時間ｔ１から時間ｔ２までを第２段階として、下死点位置１０mmを目指すようにする。
【００５０】
すなわち、第１段階では、スライド軌道およびダイクッション荷重を、速やかに目標軌道および目標荷重に近づけることを目指しており、第２段階では、スライド軌道およびダイクッション荷重を、目標軌道および目標荷重との誤差を少なくして安定させることを目指している。なお、プレス機械１の実際の動作を考慮し、スライド２のダイクッション７への衝突時の衝突初速度を０．０６m/sとし、ダイクッション７は静止しているものとする。
【００５１】
そして、２段階終端状態制御による演算にあたっては、各段階での終端点Ａ１，Ａ２において、スライド２の目標軌道と実際に生じるであろうスライド軌道とを一致させることを狙い、また、終端点Ａ１，Ａ２において、ダイクッション７の目標荷重と実際に生じるであろうダイクッション荷重とを一致させることを狙って、初期状態および終端状態を指定する。プレス機械１でのそれぞれの段階での初期状態および終端状態の指定結果を図６に示す。
【００５２】
図６中の※は、スライド２とダイクッション７との相対速度が０となるように指定することを表している。図６中の−は、終端状態を指定していないことを表す。つまり、クラウンの終端状態の設定は省略してもよい。＊は、２段階目の初期状態として１段階目の終端状態制御から得られた終端状態を用いることを表している。
【００５３】
以上の２段階終端状態制御による演算の結果得られる衝突から時間ｔ２までのスライド２の軌道、およびダイクッション７の軌道は、目標軌道に近い軌道になるのであり、実際に生じさせたい最適軌道といえる。その最適軌道の軌道パターンを図７（Ａ）に示す。同様に、２段階終端状態制御により演算されるダイクッション７でのダイクション荷重も、オーバーシュートが少なく、目標荷重に素早く収束する最適ダイクッション荷重であって、実際に生じさせたい最適ダイクッション荷重であるといえる。その最適ダイクッション荷重の荷重パターンを図７（Ｂ）に示す。
【００５４】
そして、演算された制御入力ｕ１，ｕ２は、スライド２およびダイクッション７のそれぞれの最適軌道や、ダイクッション７での最適ダイクション荷重を実現するための制御入力であって、スライド２およびダイクッション７用のサーボモータ１７，４９をフィードフォワード制御によって駆動する際の制御入力である。制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンを図７（Ｃ）に示す。
【００５５】
そして、本実施形態では、図８のフローチャートに示すように、以上説明した２段階終端状態制御の手法により制御入力ｕ１，ｕ２の入力パターンを演算し、第１、第２荷重指令演算部５１、５１に事前に格納しておく（ステップ：Ｓ１）。次いで、第１、第２荷重指令演算部５１，５１では、ワーク１の加工中において、それぞれの入力パターンから荷重指令Ｕ１，Ｕ２を時間経過に対応させて逐一生成し、出力制御部５３に出力する（Ｓ２）。
【００５６】
さらに、出力制御部５３では、各荷重指令Ｕ１，Ｕ２に対して適切なゲインが掛けられる等し、最終的には、各サーボモータ１７，４９にて各荷重指令Ｕ１，Ｕ２に応じた出力トルクを生じさせるための指令電流Ｉ１，Ｉ２を生成し、各サーボモータ１７，４９に出力する（Ｓ３）。従って、各サーボモータ１７，１９は、制御入力ｕ１，ｕ２に基づいた出力トルクを出力し、スライド２およびダイクッション７を駆動することになる（Ｓ４）。
【００５７】
以上の本実施形態によれば、制御入力ｕ１，ｕ２は、図６に示したように、スライド２およびダイクッション７の両方の変位や速度といった状態量に基づいて事前に演算されるものである。このことから、制御入力ｕ１，ｕ２を用いてフィードフォワード制御されるスライド２およびダイクッション７の動作は、互いに協調されたものとなり、スライド軌道が大きく乱れる心配がなく、加工に悪影響を与えるおそれがない。
【００５８】
しかも、制御入力ｕ１，ｕ２を用いることは、スライド２とダイクッション７との協調動作により最適なダイクッション荷重が得られることを意味しており、そのようなダイクッション荷重の発生を両方のサーボモータ１７，４９によって受け持つことになるので、ダイクッション７側のサーボモータ４９に負担させていた従来に比して、サーボモータ４９を小型化でき、安価なものにできる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
図９には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態でのプレス機械１では、制御装置１８の出力制御部５３にてフィードバック制御則が用いられる。フィードバック制御則としては、前述したフィードフォワード制御にＬＱ制御を加えた２自由度制御であってもよいし、ＰＩＤ制御などであってもよい。
【００６０】
出力制御部５３にフィードバックされる情報としては、例えば、スライド２の位置、速度、サーボモータ４９の回転角度、角速度といったスライド２側の状態量が考えられ、プレス機械１には、これらの状態量を検出するスライド側状態量検出手段６１が設けられている。
【００６１】
また、出力制御部５３には、例えば、ダイクッション７の位置、速度、サーボモータ１７の回転角度、角速度、ダイクッション荷重といったダイクッション７側の状態量に関する情報もフィードバックされることが考えられ、このためプレス機械１には、これらの状態量を検出するダイクッション側状態量検出手段６２が設けられている。
【００６２】
さらに、制御装置１８では、２段階終端状態制御によって得られるスライド２の最適軌道（図７（Ａ）の実線参照）の軌道パターンに基づき、位置指令Ｈ１を逐次演算して出力制御部５３に出力する第１位置指令演算部７１が設けられている。第１位置指令演算部７１からの位置指令Ｈ１は、スライド側状態量検出手段６１からフィードバックされた状態量により得られるスライド２の位置情報と比較され、その差分に基づいて荷重指令Ｕ１が補正され、サーボモータ１７が駆動制御される。
【００６３】
同様に、制御装置１８では、２段階終端状態制御によって得られるダイクッション７の最適軌道（図７（Ａ）の破線参照）の軌道パターンに基づき、位置指令Ｈ２を逐次演算して出力制御部５３に出力する第２位置指令演算部７２が設けられている。第２位置指令演算部７１からの位置指令Ｈ２は、ダイクッション側状態量検出手段６２からフィードバックされた状態量により得られるダイクッション７の位置情報と比較され、その差分に基づいて荷重指令Ｕ２が補正され、サーボモータ４９が駆動制御される。
【００６４】
ところで、スライド２の最適軌道を示す軌道パターンと、ダイクッション７の最適軌道を示す軌道パターンとは、図７（Ａ）に示すように同じである。従って、第１、第２位置指令演算部７１，７２のうちのいずれか一方を設け、そこから出力される位置指令と、スライド２およびダイクッション７の少なくともいずれか一方の位置情報とが比較されることも考えられる。つまり、スライド２側の状態量をダイクッション７側のサーボモータ４９の駆動制御用にフィードバックさせることができるし、反対に、ダイクッション７側の状態量をスライド２側のサーボモータ１７の駆動制御用にフィードバックさせることもできる。
【００６５】
さらに、制御装置１８では、２段階終端状態制御によって得られるダイクッション７の最適ダイクッション荷重（図７（Ｂ）参照）あるいは目標荷重（図５参照）の荷重パターンに基づき、圧力指令Ｐ１を逐次演算して出力制御部５３に出力する圧力指令演算部７３を設けてもよい（図９および後述の図１０では、目標荷重の荷重パターンを使用）。圧力指令演算部７３からの圧力指令Ｐ１は、ダイクッション側状態量検出手段６２からフィードバックされた状態量であるダイクッション荷重と比較され、その差分に基づいて荷重指令Ｕ２が補正され、サーボモータ４９が駆動制御される。
【００６６】
本実施形態によれば、スライド２やダイクッション７の最適軌道や、ダイクッション７の最適ダイクッション荷重あるいは目標荷重と、フィードバックされる実際の軌道やダイクッション荷重との間に、外乱等の影響によって差が生じている場合でも、その差分に応じて荷重指令Ｕ１，Ｕ２を補正するので、スライド２およびダイクッション７を最適軌道や、最適ダイクッション荷重あるいは目標荷重により確実に追従させることができ、プレス加工を良好に行える。
【００６７】
〔第３実施形態〕
図１０には、本発明の第３実施形態に係るプレス機械１のブロック図が示されている。
本実施形態でのプレス機械１は、図８で示すＳ１のステップをもシステマティックに行えるよう制御装置１８が構成されている。
【００６８】
このため制御装置１８には、図６に示したスライド２およびダイクッション７に関する種々の状態量や諸条件を指定するための入力装置８１が接続されている。また、制御装置１８には、入力装置８１から入力された情報に基づき、２段階終端状態制御を用いて制御入力ｕ１，ｕ２を演算する制御入力演算部８２が形成されている。
【００６９】
制御入力演算部８２では具体的に、前述した第１実施形態での（１）式〜（１３）式を用いるアルゴリズムに則ったソフトウェアにより制御入力ｕ１，ｕ２を演算し、第１、第２荷重指令演算部５１，５２に出力する。この際、制御入力ｕ１，ｕ２の演算に必要なスライド駆動機構（クラウン）６の質量、スライド２の質量、およびダイクッション７の質量等は、プレス機械１において既知であり、予め演算用のソフトウェアに組み込まれる等されている。
【００７０】
このような本実施形態では、入力装置８１を用いて、ワークＷの材質、板厚、加工種等に応じた状態量や諸条件の指定を行えばよく、ワークＷの加工前に制御入力ｕ１，ｕ２を事前に、かつ自動的に生成して第１、第２荷重指令演算部５１，５２に格納しておくことができる。
そして、ワークＷの種類や加工種に応じた制御入力ｕ１，ｕ２を適宜な図示略の記憶部に記憶しておくことで、製造する製品が変更となり、それらが変更になった場合には、該当する制御入力ｕ１，ｕ２を選択して記憶部から呼び出し、適用すればよい。
【００７１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第２、第３実施形態では、制御部１８には、第１、第２位置指令演算部７１，７２および圧力指令演算部７３が設けられていたが、これらの演算部７１〜７３のうち、少なくともいずれか１つの演算部が設けられていればよく、いずれの演算部を設けるかは、その実施にあたって適宜決定されればよい。
また、クラウンを省いたモデルにおいて、制御入力等の演算を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、独立したサーボモータでスライドおよびダイクッションを駆動するプレス機械に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…プレス機械、２…スライド、４…型である上型、７…ダイクッション、１７…第１サーボモータ、１８…制御装置、４９…第２サーボモータ、５１…第１荷重指令演算部、５２…第２荷重指令演算部、７１…第１位置指令演算部、７２…第２位置指令演算部、７３…圧力指令演算部、ｔ１，ｔ２…時間、ｕ１，ｕ２…制御入力、Ｕ１，Ｕ２…荷重指令。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型が取り付けられるスライドと、
前記スライドを駆動する第１サーボモータと、
前記スライドに対してダイクッション荷重を生じさせるダイクッションと、
前記ダイクッションを駆動する第２サーボモータと、
前記第１、第２サーボモータをそれぞれの制御入力にて制御する制御装置とを備え、
前記制御装置には、
前記第１サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第１荷重指令演算部と、
前記第２サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第２荷重指令演算部とが設けられ、
前記制御入力は、前記型がワークに衝突してから所定時間経過するまでの第１段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態、および前記所定時間経過してから前記スライドが下死点に到達するまでの第２段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態に基づいて演算されたものである
ことを特徴とするプレス機械。
【請求項２】
請求項１に記載のプレス機械において、
前記第１サーボモータ用の荷重指令および前記第２サーボモータ用の荷重指令のうちの少なくとも一方は、前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量に基づいて補正される
ことを特徴とするプレス機械。
【請求項３】
請求項２に記載のプレス機械において、
前記制御装置には、
前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記スライドの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第１位置指令演算部、
前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第２位置指令演算部、
および前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適ダイクッション荷重または予め決められた目標荷重に基づいて圧力指令を生成する圧力指令演算部のうちの少なくともいずれか１つの演算部が設けられ、
前記演算部からの指令と前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量との差分に基づいて前記荷重指令を補正する
ことを特徴とするプレス機械。
【請求項１】
型が取り付けられるスライドと、
前記スライドを駆動する第１サーボモータと、
前記スライドに対してダイクッション荷重を生じさせるダイクッションと、
前記ダイクッションを駆動する第２サーボモータと、
前記第１、第２サーボモータをそれぞれの制御入力にて制御する制御装置とを備え、
前記制御装置には、
前記第１サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第１荷重指令演算部と、
前記第２サーボモータへの荷重指令を前記制御入力に基づいて生成する第２荷重指令演算部とが設けられ、
前記制御入力は、前記型がワークに衝突してから所定時間経過するまでの第１段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態、および前記所定時間経過してから前記スライドが下死点に到達するまでの第２段階での前記スライドおよび前記ダイクッションの終端状態に基づいて演算されたものである
ことを特徴とするプレス機械。
【請求項２】
請求項１に記載のプレス機械において、
前記第１サーボモータ用の荷重指令および前記第２サーボモータ用の荷重指令のうちの少なくとも一方は、前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量に基づいて補正される
ことを特徴とするプレス機械。
【請求項３】
請求項２に記載のプレス機械において、
前記制御装置には、
前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記スライドの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第１位置指令演算部、
前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適軌道に基づいて位置指令を生成する第２位置指令演算部、
および前記第１段階での終端状態および前記第２段階での終端状態に基づいて演算された前記ダイクッションの最適ダイクッション荷重または予め決められた目標荷重に基づいて圧力指令を生成する圧力指令演算部のうちの少なくともいずれか１つの演算部が設けられ、
前記演算部からの指令と前記スライドおよび前記ダイクッションのうちの少なくとも一方の状態量との差分に基づいて前記荷重指令を補正する
ことを特徴とするプレス機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４０１１０（Ｐ２０１２−２４０１１０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５２６８（Ｐ２０１１−１１５２６８）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]