专利名称：力控制增益变更方法以及模具缓冲机构控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种力控制增益变更方法以及模具緩冲机构控制装置，其为了 使由于冲压机械的滑块和与该滑块相向配置的模具緩冲机构的相互作用而产生的力成为规定的值，在通过伺服电动机对所述模具緩沖机构进行力控制的控 制电路中，用于变更作为力偏差与速度指令值的比表示的力控制增益。
技术背景一般，为了使滑块与模具緩沖机构之间产生的力成为规定的值，在通过伺 服电动机对模具緩沖机构进行力控制的模具緩冲机构控制方法中，对力偏差乘 以力控制增益来求出速度指令，根据该求出的速度指令进行伺服电动机的驱动 控制。力偏差是预先设定的力指令值与在滑块和模具緩沖机构之间产生的实际 的力检测值的差。力控制增益在使实际的冲压机动作之前求出，在沖压过程中使用求出的增 益对伺服电动机进行力控制，来进行沖压加工。在求出的力控制增益不是适当 的值时，产生振动或者过冲量变大，有时控制系统变得不稳定。在力控制增益 过大的情况下，还会导致机械或附属物损坏。因此，在过沖量不超越一定量的 范围内作为上限值得到了求出的力控制增益。作为求出力控制增益的方法的一个例子具有如下的方法在进行力控制的 轴方向上施加一定的力， 一边从足够低的增益逐渐提高增益一边检测与力指令 值相对的过冲量，求出力控制增益的上限值。通过这样的方法求出的力控制增 益，由于机械随时间的变化、被加工材料的材质变化及机械的个体差异等，其 最优值变化，所以应根据需要进行变更。此外，虽然与本发明没有直接的关系，但作为表示相关技术的内容，在特 开平10-202327号公报中公开了根据针对伺服电动机的转矩指令来控制模具 緩冲机构的内容。另外，在特开2006- 130524号公报中，根据针对伺服电动 机的速度指令来控制模具緩冲机构，公开了以滑块的检测速度修正速度指令，
来进行力控制的内容。可是，由于力控制增益在作业环境(惯性、质量、刚性等)中容易受到影 响，所以存在为了求出正确的值必须熟练的问题。另外，在初期设定的力控制增益为较低的值时，存在如下的问题当在不超过过沖量的上限值的范围内逐 渐提高增益进行调整时，重复试行的次数变得非常多，增益的调整耗费时间。 发明内容本发明的目的在于提供一种可以根据机械特性及沖压条件等，容易且正确 地进行力控制增益的变更的力控制增益变更方法以及模具緩沖机构控制装置。 为了实现上述目的，本发明的力控制增益变更方法的一个方式在通过伺服电动机对与冲压机械的滑块相向配置的模具緩冲机构进行力控制的控制电路 中，用于变更作为力偏差与速度指令值的比表示的力控制增益，特征为具有如 下步骤取得所述滑块与所述模具緩沖机构发生冲撞从而在两者间相互受到力 的状态下的所述两者间的移动量的差；对产生所述移动量的差时的力进行检 测；在将包括所述滑块和所述模具緩沖机构的结构部分视为弹性结构时，根据 在所述移动量的差与所述实际的力之间成立的一定的比例关系计算该结构部 分的弹簧常数；以及由在所述力控制增益与所述弹簧常数的倒数之间成立的一定的比例关系，根据所述弹簧常数来变更所述力控制增益。本发明的模具緩冲机构控制装置的一形态为通过伺服电动机对与冲压机 械的滑块相向配置的模具緩沖机构进行力控制，特征为具有如下各部移动量 取得部，其取得所述滑块与所述模具緩冲机构发生冲撞从而在两者间相互受到力的状态中的所述两者间的移动量的差；弹簧常数计算部，在将包括所述滑块 和所述模具緩沖机构的结构部分视为弹性结构时，根据在所述移动量的差与所 述力之间成立的一定的比例关系计算该结构部分的弹簧常数；以及力控制增益 变更部，由在作为力偏差与速度指令值的比表示的力控制增益和弹簧常数的倒 数之间成立的一定的比例关系，根据计算出的所述弹簧常数来变更所述力控制 增益。根据本发明，在将包括滑块和模具緩冲机构的结构部分视为弹性结构时， 因为在滑块与模具緩冲机构的移动量的差、以及产生该移动量的差时的在滑块 与模具緩沖机构之间;险测到的实际的力之间存在一定的比例关系，所以将滑块
与模具緩沖机构之间检测到的实际的力除以滑块与模具緩沖机构之间的移动 量的差，由此可以计算包括滑块与模具緩冲机构的结构部分的弹簧常数。另外， 在计算出的弹簧常数和力控制电路中的力控制增益之间，一定的反比例关系成 立，所以通过将弹簧常数的倒数与比例常数相乘，可以求出力控制增益。这样，可以容易且正确地进行与机械特性的变化、冲压条件的变更等对应 的力控制增益的变更，可以提高力控制的应答性、力控制的可靠性。另外，通过使用最佳的力控制增益，可以进行更加精密的3维形状的沖压加工。
通过以下与附图相关联的最佳实施方式的说明，本发明上述以及其它的目 的、特征以及优点变得更加明确。在该附图中，图1是表示本发明的模具緩冲机构控制装置的一实施方式的结构图。图2是详细表示图1所示的模具緩冲机构控制装置的结构图。图3是表示冲压机的滑块、和与该滑块相向配置的模具緩冲机构的概要图。图4是分别对滑块与模具緩沖机构冲撞之后的状态，以及冲撞之后经过了规定时间后的状态进行比较的说明图。图5是表示图1所示的模具緩冲机构控制装置的控制流程的框图。 图6表示对力控制增益的计算方法进行说明的基本流程的一部分。 图7表示对图6的流程追加了求出速度指令值的步骤之后的流程。 图8表示对图7所示的流程追加了对冲撞后的时间进行计数的步骤之后的流程。图9表示在图8所示的流程中追加了判断电流指令值的步骤以及求出电流 指令值的步骤之后的流程。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明实施方式的具体例子进行详细地说明。图l表示 本发明的模具緩冲机构控制装置的一实施方式。本实施方式的模具緩冲机构控 制装置是通过伺服电动机14对模具緩冲机构13进行力控制的模具緩冲机构控 制装置1，所述模具緩沖机构13针对图3所示的冲压机械(仅图示了一部分) 11的滑块12进行相对动作，在与滑块12之间对冲压材料19产生规定的力。
滑块12位于沖压机11的上侧，并且将未图示的油压气缸作为驱动源可以上下 移动。模具緩冲机构13位于冲压机11的下侧，可以利用伺服电动机14经由 滚珠螺杆15进行上下移动。当滑块12和模具緩冲机构13经由冲压材料19 发生了冲撞时，在两者间力进行作用的状态下，模具緩沖机构13相对于滑块 12向下方进行相对移动，对两者间的力进行微小地调整，提高沖压材料19的 塑性流动。本实施方式的模具緩冲机构控制装置1在对滑块12与模具緩冲机构13 之间的力进行控制的控制电路中，还具有对应冲压机ll的机械特性的变化、 冲压条件的变更等，可以将作为力偏差和速度指令值的比表示的力控制增益变 更为最优值的功能，如图l所示具备如下各部移动量取得部2，其取得滑块 12与模具緩冲机构13发生冲撞，在两者间压力作用的状态(参照图4)下的 两者间的移动量的差；弹簧常数计算部3，其在将包含滑块12和模具緩沖机 构13的冲压功能结构部分(结构部分)16视为弹性结构时，根据在移动量的 差与力之间成立的一定的比例关系计算冲压功能结构部分16的弹簧常数；以及力控制增益变更部4，其根据作为力偏差和速度指令值的比表示的力控制增 益与弹簧常数的倒数之间成立的一定的比例关系，对应由弹簧常数计算部3计算出的弹簧常数，变更力控制增益。如图3所示，模具緩沖机构13为了緩和滑块12和模具緩冲机构13发生 沖撞时的冲击力，在其内部具有封入了规定压力的液体的油压室17。该油压 室17在滑块12与模具緩沖机构13以规定的力进行了冲撞时被弹性压缩。另 外，在滑块12与模具緩冲机构13之间具有相对的上下模具18a、 18b、以及 支撑下模具18b的未图示的称为垫板的金属部件等，模具18a、 18b以及垫板 等被视为在滑块12和模具緩沖机构13发生沖撞时根据规定的力发生弹性形 变。因此，包括滑块12和模具緩冲机构13的冲压功能结构部分16在滑块12 与模具緩冲机构13之间的移动量的差、和产生该移动量的差时在滑块12与模 具緩冲机构13之间检测到的力之间，存在一定的比例关系。因此，在弹簧常 数计算部3中，将滑块12与才莫具缓冲机构13之间检测到的力除以滑块12与 模具緩冲机构13之间的移动量的差，由此可以求出沖压功能结构部分16的弹 簧常数K。即，弹簧常数可表现为K- (力F/移动量的差M)。
滑块12与模具缓冲机构13之间的移动量的差例如可以通过图4所示的方 法求出。该方法在滑块12与模具緩沖机构13之间没有夹着薄板状的冲压材料 (图3 ) 19的状态下，将使滑块12与模具緩沖机构13之间的上下模具18a、 18b发生了沖撞时的滑块12下面的位置和模具緩冲机构13下面的位置的差设 为A，把在滑块12与模具緩沖机构13之间上下模具18a、 18b发生了沖撞后 经过了规定时间时的滑块12下面的位置和模具緩沖机构l3下面的位置的差设 为B，将A与B的差作为移动量。模具緩沖机构13的移动量对于滑块12的 移动量相对较小。移动量的差作为模具緩沖机构13自身的压缩量、和滑块12 与模具緩沖机构13之间的上下模具18a、18b等的弹性位移量的合计量来求出。此外，还可以代替利用作为线位移传感器的位置检测部24检测滑块12、 模具緩冲机构13的位置，对滑块12的移动速度与模具緩冲机构13的移动速 度的差进行时间积分，求出移动量的差。此时，通过图2所示的滑块速度检测 部23来检测滑块12的移动速度，并可以根据由伺服电动机14的速度检测部 21检测到的值来计算模具緩沖机构13的移动速度。在滑块12与模具緩沖机构13之间产生的力可以用各种方法求出，例如具 有使用设置在模具緩沖机构13上的力传感器的方法；根据伺服电动机14 具备的转矩传感器的转矩值来推定施加给对象物的力的方法；以及根据伺服电 动机14的电流值来推定力的方法等。在本实施方式中，将设置在模具緩沖机 构13上的力传感器作为力检测部20来使用。然后，关于力控制增益与弹簧常数的关系可以如下地进行说明。力控制增 益是力偏差和速度指令值的比。即表现为力偏差x力控制增益=速度指令值。 当对该公式进行变形时，可表现为力控制增益=(速度指令值/力偏差)= (比例常数C/弹簧常数K)。当把力偏差设为e，将弹性结构的弹簧常数设为K时，为了由力指令值得 到不充分的e的力，需要将弹性结构缩短L = e/K。由此，将力偏差置换为位 置偏差，并回馈给位置控制环的最优增益的设定。在位置控制环中的位置控制 增益为P[l/sec]，位置偏差L与速度指令V的关系为V = PxL时，V表示以 时间1/P[sec]移动距离L的速度指令，最优的P根据机械系统成为固定值。当 对L代入L-e/K时，为V- (P/K) x e。用参数设定的力增益为P/K,为了
得到最优的力增益，对应K的值变更力增益。如此，在由弹簧常数计算部计 算出的弹簧常数和力控制增益之间，成立一定的反比例关系，在力控制增益变更部中对比例常数C乘以弹簧常数K的倒数，由此可以求出力控制增益。然后，根据图2对模具緩冲机构控制装置1进行更加详细地说明。该模具 緩冲机构控制装置l还具有未图示的上位控制部，其进行来自外部设备的控 制信号的处理或者进行针对伺服电动机14的综合的控制指令的处理；力控制 部6，其作为根据由力检测部20检测到的实际的力数据对由上位控制部设定 的力指令值进行反馈处理，输出速度指令值的控制电路；速度控制部7，其位 于力控制部6的下游一侧，作为根据速度指令值输出转矩指令值的速度控制电 路；以及电流控制部8，其位于速度控制部7的下游一侧，作为将转矩指令值 转换为电流指令值，经由未图示的伺服放大器对伺服电动机14进行控制的电 流控制电路。力控制部6、速度控制部7和电流控制部8构成了数字伺服电路。此外，作为模具緩沖机构控制装置1的外部设备，具有力检测部20， 对力控制部6反馈在滑块12与模具緩冲机构13之间检测到的力数据；作为将 检测到的伺服电动机14的旋转速度反馈给速度控制部7的编码器的电动机速 度检测部21;电流检测部22，对电流控制部8反馈检测到的伺服电动机14 的检测电流；滑块速度检测部23,其对移动量取得部2提供滑块速度；和作 为对移动量取得部2提供滑块12以及模具緩冲机构13的位置数据的线位移传 感的位置^r测部24。上位控制部具有CPU (中央运算处理装置)，在CPU上经由总线连接由 ROM构成的存储器、由RAM构成的存储器、非易失性存储器、具有液晶显 示器的外部示教操作盘、各种接口、各种存储器。在接口上相互电连接各检测 部20 ~ 24,并传输在各控制部6 ~ 8中检测到的数据。如图5所示，在力控制部6中作为速度指令值G1，求出对作为力指令值 与力检测值的差的力偏差乘以了力控制增益所得到的值。此外，在力控制部6 中，除了比例动作之外还进行使用积分器25的积分动作时，可以作为速度指 令值-力偏差x力增益Gl+i:(力偏差x力增益G2)求出。此外，力增益G1 和力增益G2可以作为规定倍率的关系求出。在速度控制部7中，作为转矩指令值求出对作为力控制部6求出的速度指 令值与速度检测值的差的速度偏差乘以了速度控制增益G3所得到的值。此外， 在该速度控制部7中，在除了比例动作之外还进行使用积分器26的积分动作 时，可以作为转矩指令值=速度偏差x速度增益G3 + S (力偏差x力增益G4 ) 求出。然后，釆用图6 9对使用了本实施方式的模具緩冲机构控制装置1的力 控制增益变更方法进行说明。此外，在图6~9中对共用的工序标注相同的步 骤号。图6表示了最基本的力控制增益变更方法的一部分。在步骤l,可以将滑 块12与模具緩沖机构13的移动量的差作为由位置检测部24测定到的滑块位 置与模具緩冲机构位置的差来求出。另外，作为其它方法，可以作为滑块速度 与模具緩冲机构速度的差的时间积分来求出。在步骤S2中，取得来自设置在 模具緩冲机构13上的力检测部20的力数据。在步骤S3，作为弹簧常数求出 将检测到的力数据除以滑块12与模具緩沖机构13的移动量的差的值。在步骤 S4中，将作为冲压功能结构部分的最优控制状态下的物理量的比例常数除以 在步骤S3中求出的弹簧常数，由此求出力控制增益。图7表示在图6所示的流程中追加了其它步骤的方法，表示从增益的变更 开始到生成速度指令的控制流程。在步骤SOl，由图2中未图示的沖撞检测部 判断滑块12与模具緩沖机构13是否发生了沖撞，在发生了沖撞时进入步骤 Sl，在没有发生冲撞时进入步骤S7,进行位置控制。通过该位置控制，将滑 块12以及模具緩冲机构13高速地定位在任意的位置上。另一方面，当在步骤 SI ~S4中变更了力控制增益时，在步骤S5中根据变更后的力控制增益生成速 度指令值。并且，在步骤S6中根据所生成的速度指令值控制伺服电动机14。图8表示为了能够判断滑块12与模具緩冲机构13发生了冲撞后是否经过 了规定的时间，追加了累计时间的步骤等的其它方法。在步骤SOl中判断了滑 块与模具緩冲机构是否发生了沖撞后，当判断为发生了冲撞时，在步骤S02 在累积器中计算经过时间。另一方面，当在步骤SOl中判断为没有发生冲撞时， 在步骤S03对累积器进行清零，进入步骤S7。在步骤S02之后的步骤S04中 判断用累积器计算的经过时间是否在规定的时间内，当为规定时间内时，进入 步骤S1 S4。当不是规定时间内时进入步骤S8，不变更控制增益地保持到目
前为止的增益。分别接在步骤S1 S4、步骤S8之后的步骤S5和步骤S6与图 7相同，所以省略重复的说明。图9表示追加了判断伺服电动机14的电流值是否饱和(固定值)的步骤 的其它方法。在步骤SSOl中判断电流值是否饱和，在已饱和时，识别为处于 滑块12与模具緩沖机构13刚刚发生了沖撞后的状态，进入步骤SI S4。另 一方面，在没有饱和时，进入步骤SS7，保持到目前为止的力控制增益。分别 在步骤SI ~ S4、步骤SS7之后，在步骤S5中求速度指令值，在步骤SS6中 根据速度偏差求出电流指令值，然后，在步骤SS8中进行基于电流指令值的 伺服电动机14的控制。此外，在此方法中表示了电流指令值饱和的状态和电 流指令值为固定值的状态意味相同的状态，通过滑块12与模具緩沖机构13 发生冲撞，模具緩冲机构13以满转矩(foil torque)向下移动。在此状态下， 通过变更力控制增益可以容易且正确地求出力控制增益。如此，根据本实施方式，可以容易且正确地进行与机械特性的变化、冲压 条件的变更等对应的力控制增益的变更，可以提高力控制的应答性、力控制的 可靠性。另外，通过根据需要使用最优的力控制增益，可以提高冲压材料的塑 性流动性，防止在冲压材料19上产生皱紋或冲压裂紋，高品质地进行一直以 来无法进行的复杂的3维形状冲压加工。此外，本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变更并实施。在本实施 方式中对滑块12与模具緩冲机构13之间的力进行;险测的力检测部20设置在 模具緩冲机构13上，但也可以设置在滑块12上，如此可以提高所计算的弹簧 常数的精度，进而可以正确地求出力控制增益。
权利要求
1.一种力控制增益变更方法，用于在通过伺服电动机(14)对与冲压机械(11)的滑块(12)相向配置的模具缓冲机构(13)进行力控制的控制电路中，变更作为力偏差(e)与速度指令值的比表示的力控制增益，其特征在于，具有如下步骤取得所述滑块(12)与所述模具缓冲机构(13)发生冲撞从而在两者间相互受到力(F)的状态下的所述两者间的移动量的差(M)；对产生了所述移动量的差(M)时的所述力(F)进行检测；在将包含所述滑块(12)和所述模具缓冲机构(13)的结构部分视为弹性结构时，根据在所述移动量的差(M)与所述力(F)之间成立的一定的比例关系来计算该结构部分的弹簧常数(K)；和由在所述力控制增益与所述弹簧常数(K)的倒数之间成立的一定的比例关系，根据所述弹簧常数(K)来变更所述力控制增益。
2. —种模具緩冲机构控制装置(1 )，通过伺服电动机(14)对与冲压机 械(11 )的滑块(12)相向配置的模具緩冲机构(13 )进行力控制，其特征在 于，具有移动量取得部(2)，其取得所述滑块(12)与所述模具緩沖机构(13 )发 生冲撞从而在两者间相互受到力(F)的状态中的所述两者间的移动量的差 (M);弹簧常数计算部(3 ),在将包括所述滑块(12 )和所述模具緩沖机构(13 ) 的结构部分视为弹性结构时，根据在所述移动量的差(M)与所述力(F)之 间成立的一定的比例关系来计算该结构部分的弹簧常数(K);以及力控制增益变更部(4)，由在作为力偏差(e)与速度指令值的比表示的 力控制增益和所述弹簧常数(K)的倒数之间成立的一定的比例关系，根据算 出的所述弹簧常数(K)来变更所述力控制增益。
3. 根据权利要求2所述的模具緩冲机构控制装置(1)，其特征在于， 所述力控制增益变更部(4)通过将在所述模具緩冲机构(13)的最佳控制状态下得到的规定的比例常数与由所述弹簧常数计算部(3)计算出的所述 弹簧常数(K)的倒数相乘，来变更所述力控制增益。
4. 根据权利要求3所述的模具緩冲机构控制装置(1),其特征在于， 所述移动量取得部(2),通过对由所述伺服电动机(14)的旋转速度求出的所述模具緩沖机构(13)的移动速度与所述滑块(12)的移动速度的差进行 积分，来取得所述移^量的差(M)。
5. 根据权利要求3所述的模具緩沖机构控制装置(1)，其特征在于， 在所述滑块(12 )与所述模具緩沖机构(13 )发生冲撞之后的规定时间内，根据所述弹簧常数(K)来变更所述力控制增益。
6. 根据权利要求3所述的模具緩冲机构控制装置(1)，其特征在于， 在针对所述伺服电动机(14 )的电流指令值为固定值的规定时间内，变更所述力控制增益。
全文摘要
本发明是在通过伺服电动机对与冲压机械的滑块相向配置的模具缓冲机构进行力控制的控制电路中，用于变更作为力偏差与速度指令值的比表示的力控制增益的力控制增益变更方法。其具有如下步骤取得所述滑块与所述模具缓冲机构发生冲撞从而在两者间相互受到力的状态下的两者间的移动量的差；对产生了所述移动量的差时的力进行检测；在将包括滑块和所述模具缓冲机构的结构部分视为弹性结构时，根据在所述移动量的差与所述实际的力之间成立的一定比例关系来计算该结构部分的弹簧常数；以及由在所述力控制增益和所述弹簧常数的倒数之间成立的一定的比例关系，根据弹簧常数来变更所述力控制增益。
文档编号B21D24/02GK101147939SQ20071015345
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月19日 优先权日2006年9月20日
发明者岩下平辅, 河村宏之, 猪饲聪史, 置田肇 申请人:发那科株式会社