(57)【要約】【課題】装置コストを増加させず、かつ調整時間を必要とせずに、停止時のサージ圧の発生やオーバーシュートを抑制することができ、かつロッキング時の圧油（残圧）によるブランクホルダの上昇も防止することができる油圧ダイクッション装置とその位置制御方法を提供する。【解決手段】ブランクホルダ１を上下動するピストンロッド１１を有する油圧シリンダ１２と、油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁１４と、サーボ弁を制御するサーボ弁制御装置２０とを備え、サーボ弁制御装置により、所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機械の上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、該ブランクホルダ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油圧ダイクッション装置であって、
ブランクホルダを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁と、
サーボ弁を制御するサーボ弁制御装置とを備え、
該サーボ弁制御装置は、所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御する、ことを特徴とする油圧ダイクッション装置。
【請求項２】
前記サーボ弁制御装置は、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時間経過後のシリンダ移動量を計算するシリンダモデルと、
油圧シリンダの目標位置と現在位置、及び前記シリンダ移動量から、前記予測時間経過後に目標位置になるようにサーボ弁指令値を計算するレギュレータとを有し、前記サーボ弁指令値によりサーボ弁を制御する、ことを特徴とする油圧ダイクッション装置。
【請求項３】
前記サーボ弁制御装置は、前記サーボ弁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サーボ弁を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載の油圧ダイクッション装置。
【請求項４】
ブランクホルダを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁と、サーボ弁を制御するサーボ弁制御装置とを備え、プレス機械の上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、該ブランクホルダ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油圧ダイクッション装置の位置制御方法であって、
所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御する、ことを特徴とする油圧ダイクッション装置の位置制御方法。
【請求項５】
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所定の予測時間経過後のシリンダ移動量を計算し、
油圧シリンダの目標位置と現在位置、及び前記シリンダ移動量から、予測時間経過後に目標位置になるようにサーボ弁指令値を計算し、
前記サーボ弁指令値によりサーボ弁を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の位置制御方法。
【請求項６】
前記サーボ弁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サーボ弁を制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機械用の油圧ダイクッション装置とその位置制御方法に関する。
【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、プレス機械の油圧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１〜３）。
【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２００７−２２２９２６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３】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】
油圧ダイクッション装置は、一般に、ダイクッション（ブランクホルダやクッションパッドとクッションピン）を上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とを備える。
【０００６】
図１は、ダイクッション装置のクッション動作を示す図である。この図に示すように、スライドが下死点通過後、ダイクッションをロッキング（停止）した状態で、ワーク取出装置によりワークの取出しが行われる。ダイクッションは、ワーク取出装置がダイクッション装置の最上部に位置するブランクホルダ（又はクッションピン）から十分に離れてから、ロッキングを終了して上昇を開始する。
【０００７】
従来の油圧ダイクッション装置では、通常、フィードフォワード制御と位置フィードバック制御でクッション位置を制御しており、プレス加工後の上昇時はダンパーを用いることで、停止時のサージ圧の発生やオーバーシュートを抑制していた。このダンパーには、ショックアブゾーバのようなメカダンパーと、制御的にダンパー動作を行うソフトダンパーとがある。
【０００８】
従来の油圧ダイクッション装置において、停止時のサージ圧抑制のために、メカダンパーを用いる場合、装置コストが増加する。また、ソフトダンパーを用いる場合には、ソフトダンパーは上昇速度によって開始タイミングやダンパー速度を設定する必要があるため調整時間が必要となる。
【０００９】
また、従来の油圧ダイクッション装置の場合、ダイクッション装置のロッキング（停止）は、サーボ弁の全閉により行われるため、ロッキング時に油圧シリンダ内に圧油が残り、この圧油（残圧）によりスライド上昇時にブランクホルダがわずかに上昇する問題点があった。
【００１０】
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、装置コストを増加させず、かつ調整時間を必要とせずに、停止時のサージ圧の発生やオーバーシュートを抑制することができ、かつロッキング時の圧油（残圧）によるブランクホルダの上昇も防止することができる油圧ダイクッション装置とその位置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】
【００１１】
本発明によれば、プレス機械の上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、該ブランクホルダ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油圧ダイクッション装置であって、
ブランクホルダを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁と、
サーボ弁を制御するサーボ弁制御装置とを備え、
該サーボ弁制御装置は、所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御する、ことを特徴とする油圧ダイクッション装置が提供される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記サーボ弁制御装置は、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時間経過後のシリンダ移動量を計算するシリンダモデルと、
油圧シリンダの目標位置と現在位置、及び前記シリンダ移動量から、前記予測時間経過後に目標位置になるようにサーボ弁指令値を計算するレギュレータとを有し、前記サーボ弁指令値によりサーボ弁を制御する。
【００１３】
また、前記サーボ弁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サーボ弁を制御する。
【００１４】
また本発明によれば、ブランクホルダを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁と、サーボ弁を制御するサーボ弁制御装置とを備え、プレス機械の上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、該ブランクホルダ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油圧ダイクッション装置の位置制御方法であって、
所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御することを特徴とする油圧ダイクッション装置の位置制御方法が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、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所定の予測時間経過後のシリンダ移動量を計算し、
油圧シリンダの目標位置と現在位置、及び前記シリンダ移動量から、予測時間経過後に目標位置になるようにサーボ弁指令値を計算し、
前記サーボ弁指令値によりサーボ弁を制御する。
【００１６】
また、前記サーボ弁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サーボ弁を制御する。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の装置及び方法によれば、サーボ弁制御装置により、所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御するので、停止時にサージ圧が発生したり、オーバーシュートが生じたり、ロッキング時の圧油（残圧）によりブランクホルダが上昇するような場合でも、予測時間前にこれらの現象を予測してサーボ弁を制御するので、これらの現象を未然に防止することができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、シリンダモデルにより、所定の予測時間経過後のシリンダ移動量を、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、予測時間経過後に目標位置になるようにサーボ弁指令値を、油圧シリンダの目標位置と現在位置、及び前記シリンダ移動量から計算することができる。
従って、所定の予測時間経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御することができる。
【００１９】
従って、計算されたサーボ弁指令値によりサーボ弁を制御することにより、予測時間経過後に油圧シリンダは目標位置に移動するので、装置コストを増加させず、かつ調整時間を必要とせずに、停止時のサージ圧の発生やオーバーシュートを抑制することができ、かつロッキング時の圧油（残圧）によるブランクホルダの上昇も防止することができる。
【００２０】
さらに、リミッタにより、前記サーボ弁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サーボ弁を制御するので、サーボ弁の開き過ぎを防止し、クッションの最大上昇速度を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ダイクッション装置のクッション動作を示す図である。
【図２】本発明による油圧ダイクッション装置の構成図である。
【図３】本発明によるサーボ弁制御装置の構成図である。
【図４】本発明による油圧ダイクッション方法のフロー図である。
【図５】本発明による油圧ダイクッション装置の作動説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図２は、本発明による油圧ダイクッション装置の構成図である。
図示しないプレス装置は、ボルスタの上面に固定された下金型に対し、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図示しないワーク（被加工材）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。
【００２４】
図２において、１はブランクホルダであり、上金型および下金型によりワークをプレス成形する際に、ブランクホルダ１により、ワークのプレス成形時に上金型との間でワーク下面の周縁部を支持してワークのしわ押さえを行う。
すなわち、本発明の油圧ダイクッション装置１０は、プレス機械の上金型とブランクホルダ１の間にワークを挟み、ブランクホルダ１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。
なお、ブランクホルダ１の代わりにクッションパッドを用い、クッションピンにより上金型との間でワーク下面の周縁部を支持してワークのしわ押さえを行ってもよい。
【００２５】
図２において、本発明の油圧ダイクッション装置１０は、油圧シリンダ１２、サーボ弁１４、およびサーボ弁制御装置２０を備える。
【００２６】
油圧シリンダ１２は、ブランクホルダ１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）にブランクホルダ１が固定され一体的に昇降するようになっている。
【００２７】
また図２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）はそれぞれサーボ弁制御装置２０に入力される。なお、以下（）内のｔ０は、現在の値を示す。
さらに、油圧シリンダ１２のシリンダ位置ｘ（ｔ０）を検出する位置検出器１７が設けられ、その検出値ｘ（ｔ０）はサーボ弁制御装置２０に入力される。位置検出器１７はこの例では、ブランクホルダ１の位置を検出するように配置されているが、シリンダ位置ｘ（ｔ０）を直接検出してもよい。
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。
【００２８】
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）はサーボ弁制御装置２０に入力される。開度Ｉｓｖ（ｔ０）は、例えば−１００〜１００％である。
【００２９】
サーボ弁制御装置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。
サーボ弁制御装置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。
【００３０】
図３は、本発明によるサーボ弁制御装置の構成図である。
この図において、本発明のサーボ弁制御装置２０は、シリンダモデル２２、レギュレータ２４及びリミッタ２６を有する。サーボ弁制御装置２０は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、シリンダモデル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、シリンダモデル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。
【００３１】
シリンダモデル２２は、油圧シリンダ１２のシリンダ位置ｘ（ｔ０）、上室圧Ｐｕ（ｔ０）、下室圧Ｐｄ（ｔ０）、及びサーボ弁のスプール位置Ｉｓｖ（ｔ０）から予測時間ｔの経過後のシリンダ移動量Δｘ（ｔ）を計算する。
【００３２】
レギュレータ２４は、シリンダ位置の目標値ｘ（ｔ）と現在位置ｘ（ｔ０）、及び前記シリンダ移動量Δｘ（ｔ）から、予測時間ｔ経過後に目標位置になるようにサーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算する。
【００３３】
リミッタ２６は、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄを所定のリミット値以下に制限する。
すなわち、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄがリミット値以下の場合には、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄをサーボ弁に出力し、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄがリミット値を超える場合には、リミット値をサーボ弁指令値Ｉｃｍｄとしてサーボ弁に出力する。
【００３４】
図２、図３において、予測時間ｔの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）、シリンダ力Ｆｃ（ｔ）、シリンダ移動量Δｘ（ｔ）は、数１の式（１）〜（５）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、Ｓｄは下室受圧面積、Ｓｕは上室受圧面積、τは制御系の時定数、Ｋｓｖはサーボ弁の流量係数、Ｍｃはクッション自重、ξは動摩擦係数、ｔ０は現在時刻、ｔは予測未来時間である。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
図４は、本発明による油圧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〜Ｓ６の各ステップ（行程）からなる。
【００３７】
ステップＳ１では、センサ入力、すなわち、油圧シリンダ１２のシリンダ位置ｘ（ｔ０）、上室圧Ｐｕ（ｔ０）、下室圧Ｐｄ（ｔ０）、及びサーボ弁のスプール位置Ｉｓｖ（ｔ０）から、シリンダ速度Δｘ（ｔ０）、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ０）、下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ０）を計算する。
シリンダ速度Δｘ（ｔ０）は、シリンダ位置ｘ（ｔ０）の時間微分から求められる。また、上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ０）と下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ０）はそれぞれ上室受圧面積Ｓｕ、下室受圧面積Ｓｄと圧力（上室圧Ｐｕ（ｔ０）と下室圧Ｐｄ（ｔ０））から求められる。
【００３８】
ステップＳ２では、予測時間ｔの経過後の上室シリンダ力Ｆｕ（ｔ）と下室シリンダ力Ｆｄ（ｔ）を式（１）（２）（３）により計算する。
【００３９】
ステップＳ３では、予測時間ｔの経過後のシリンダ移動量Δｘ（ｔ）を式（４）（５）により計算する。ここで得られたシリンダ移動量Δｘ（ｔ）は、予測時間ｔとサーボ弁指令値Ｉｃｍｄの関数となる。
【００４０】
ステップＳ４では、シリンダの目標位置ｘ（ｔ）と現在位置ｘ（ｔ０）の差分Δｘａを計算する。
【００４１】
ステップＳ５では、Δｘの関数に予測時間（ｔ）を代入し、Δｘ＝Δｘａとなるようにサーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算する。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。
【００４２】
ステップＳ６では、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄがリミット値を超える場合には、リミット値をサーボ弁指令値Ｉｃｍｄとして出力する。
【００４３】
図５は、本発明による油圧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）はシリンダ位置の目標値、（Ｂ）はサーボ弁指令値Ｉｃｍｄ、（Ｃ）は実際のシリンダ位置を示している。なお、各図において、横軸は経過時間である。
【００４４】
上記本発明の装置及び方法によれば、サーボ弁制御装置２０により、所定の予測時間ｔの経過後のサーボ弁位置を予測してサーボ弁を制御する。
すなわち、サーボ弁制御装置２０を構成する内部モデル（シリンダモデル２２）で未来（予測時間ｔの経過後）のサーボ弁位置Ｉｓｖを予測し、予測値に一致するようにサーボ弁指令値Ｉｃｍｄを計算する。
従って、図５（Ａ）のＡ２−Ａ３のようにシリンダ位置の目標値が急変する場合でも、図５（Ｂ）のＢ２−Ｂ３のように、Ａ２−Ａ３に対し遅れることなく、サーボ弁指令値Ｉｃｍｄを変化させることができる。
また、この際、クッションが動き始める時はサーボ弁指令値Ｉｃｍｄが過大な指令値となるため、リミッタ２６で上昇速度を制御する。
【００４５】
上述したようにサーボ弁位置を予測することによって、簡単なパラメータ調整で上昇に要する時間を最短に設定することができ、図５（Ｂ）のＢ４−Ｂ５に示すように、未来の位置が目標値を超える場合、徐々にサーボ弁を閉じるので、図５（Ｃ）のＣ３に示すように、サージ圧の発生やオーバーシュートを防止することができる。
また、同様に、プレス速度に応じてクッションの上昇速度を可変にすることができる。また、ロッキング時の残圧で上昇することも防止できる。
【００４６】
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】
【００４７】
１  ブランクホルダ、
１０  油圧ダイクッション装置、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  サーボ弁制御装置、
２２  シリンダモデル、２４  レギュレータ、
２６  リミッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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