(57)【要約】      （修正有）【課題】長時間の連続使用をしても、加工精度が低下しにくい成形装置及び成形装置の制御方法を提供する。【解決手段】サーボモータ１０８により加工端位置を制御される成形ローラが、被成形部品を押圧して成形する成形装置であって、サーボモータ１０８の駆動変位を検出するエンコーダ１０９と、成形ローラの位置を検出するリニアスケール１０７と、リニアスケール１０７の検出位置が目標位置となるようにサーボモータ１０８を制御する制御部２０１と、エンコーダ１０９の検出した検出変位とリニアスケール１０７の検出位置とに基づいて、目標位置を補正する補正部２０２とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータにより加工端位置を制御される成形ローラが、被成形部品を押圧して成形する成形装置であって、
前記サーボモータの駆動変位を検出する検出器と、
前記成形ローラの位置を検出するスケールと、
前記スケールの検出位置が目標位置と合致するようにサーボモータを制御する制御部と、
前記検出器の検出した検出変位と前記スケールの前記検出位置とに基づいて、前記目標位置を補正する補正部と、
を有する成形装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記被成形部品を交換する前後において、前記検出位置が基準位置に合致したときに前記検出器が検出する前記検出変位の差分に基づいて、前記目標位置の補正量を算出する、請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記検出位置に応じて前記成形ローラの加工端位置への送り速度を多段階に変化させるとともに、前記送り速度の変化時に取得した前記検出器の前記検出変位から、前記目標位置の補正量を算出し、前記補正量に応じて目標位置を補正する、請求項１又は請求項２に記載の成形装置。
【請求項４】
成形が完了した成形部品を成形位置から取り出して、次の被成形部品を前記成形位置に配置する成形装置であって、
前記被成形部品を前記成形位置に配置する度に、前記補正部が前記目標位置を補正する請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形装置。
【請求項５】
サーボモータにより加工端位置を制御される成形ローラが、被成形部品を押圧して成形する成形装置の制御方法であって、
前記サーボモータの駆動変位を検出して、検出変位を出力するステップと、
前記成形ローラの位置を検出して、検出位置を出力するステップと、
前記検出変位と前記検出位置とに基づいて目標位置を補正するステップと、
出力された前記検出位置が補正後の前記目標位置と合致するように前記サーボモータを制御するステップと、
を有する、成形装置の制御方法。
【請求項６】
前記目標位置を補正するステップは、前記被成形部品を交換する前後において、前記検出位置が基準位置に合致したときの前記検出変位の差分に基づいて、前記目標位置の補正量を算出することを特徴とする、請求項５に記載の成形装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成型装置及び成型装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送機器等の部品の製造においては、金属材料からなる被成形部品を塑性変形させて、回転対称体形状の成型部品を成形する逐次成形装置が広く用いられている。成形ローラによって被成形部品を塑性変形させる逐次成形装置が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の装置では、被成形部品が成形ローラに圧接された状態で、成形ローラと被成形部品とが相対回転している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９４７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成形ローラを用いる逐次成形装置では一般的に、成形ローラに設置されたリニアスケールを用いて、被成形部品の成形時の厚みを規制する。このような逐次成形装置を長時間連続で使用すると、被成形部品と成形ローラとの接触部で発生する熱により、成形ローラが膨張する。そのため、実際の成形ローラの加工端位置と、リニアスケールの出力値との間にずれが生じる。したがって、リニアスケールの出力値のみで成形装置を制御すると、成形された成形部品の厚みは、所望の値からのずれが大きいものとなる。
【０００５】
本発明の目的は、長時間の連続使用をしても、加工精度が低下しにくい成形装置及び成形装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる成形装置は、サーボモータにより加工端位置を制御される成形ローラが、被成形部品を押圧して成形する成形装置であって、前記サーボモータの駆動変位を検出する検出器と、前記成形ローラの位置を検出するスケールと、前記スケールの検出位置が目標位置と合致するようにサーボモータを制御する制御部と、前記検出器の検出した検出変位と前記スケールの前記検出位置とに基づいて、前記目標位置を補正する補正部と、を有するものである。
【０００７】
上述の成形装置の補正部は、前記被成形部品を交換する前後において、前記検出位置が基準位置に合致したときに前記検出器が検出する前記検出変位の差分に基づいて、前記目標位置の補正量を算出してもよい。
【０００８】
また、上述の成形装置は、前記検出位置に応じて前記成形ローラの加工端位置への送り速度を多段階に変化させるとともに、前記送り速度の変化時に取得した前記検出器の前記検出変位から、前記目標位置の補正量を算出し、前記補正量に応じて目標位置を補正してもよい。
さらに、上述の成形装置は、成形が完了した成形部品を成形位置から取り出して、次の被成形部品を前記成形位置に配置する成形装置であって、前記被成形部品を前記成形位置に配置する度に、前記補正部が前記目標位置を補正してもよい。
【０００９】
本発明にかかる成形装置の制御方法は、サーボモータにより加工端位置を制御される成形ローラが、被成形部品を押圧して成形する成形装置の制御方法であって、前記サーボモータの駆動変位を検出して、検出変位を出力するステップと、前記成形ローラの位置を検出して、検出位置を出力するステップと、前記検出変位と前記検出位置とに基づいて目標位置を補正するステップと、出力された前記検出位置が補正後の前記目標位置と合致するように前記サーボモータを制御するステップと、を有してもよい。
【００１０】
上述の成形装置の制御方法では、前記目標位置を補正するステップは、前記被成形部品を交換する前後において、前記検出位置が基準位置に合致したときに前記検出器が検出する前記検出変位の差分に基づいて、前記目標位置の補正量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、長時間の連続使用をしても、加工精度が低下しにくい成形装置及び成形装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１にかかる成形装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる成形装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる成形装置を用いて連続して成形を行った場合の、生産数と加工端位置との関係を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる成形装置における、リニアスケールの目標位置の補正方法の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる成形装置の制御方法を示すフロー図である。
【図６】実施の形態１にかかる成形装置における、成形ローラの送り速度の制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる成形装置の構成を示す図である。図１に示すように、成形装置１００は、成形ローラ１０１、ボールねじ１０２、バックアップローラ１０３、加圧プレート１０４、ダイス１０５、受圧プレート１０６、リニアスケール１０７、サーボモータ１０８、エンコーダ１０９を備えている。
【００１４】
成形ローラ１０１は、被成形部品を押圧して成形する部位である。成形ローラ１０１は、ボールねじ１０２の軸と平行な方向に可動に取り付けられている。成形ローラ１０１は、バックアップローラ１０３により加圧されて、被成形部品を押圧・成形する。成形ローラ１０１は、回転軸Ａを中心に回転可能である。成形ローラ１０１は、ダイス１０５に固定されて回転している被成形部品に圧接されて、被成形部品と相対回転しながら成形を行う。
【００１５】
被成形部品を固定するためのダイス１０５は、受圧プレート１０６上に設けられている。ダイス１０５は回転軸Ｂを中心に回転可能である。本実施形態にかかる成形装置は、回転対称形の成形部品、例えば、無段変速機用プーリの製造に用いられる。無段変速機用プーリを成形する場合には、被成形部品としては、例えば、円筒形状の部材が用いられる。
【００１６】
加圧プレート１０４及び受圧プレート１０６は、ボールねじ１０２を通す穴が貫通している。加圧プレート１０４は、穴の周囲に設けられたナットをボールねじ１０２と螺合させることで、ボールねじ１０２の軸方向に移動できる構成となっている。加圧プレート１０４上には、バックアップローラ１０３が設けられている。
【００１７】
次に、本実施形態にかかる成形装置の動作について説明する。
サーボモータ１０８は、電気信号を受けて回転力を出力し、ボールねじ１０２を駆動させる。ボールねじ１０２が回転すると、加圧プレート１０４と受圧プレート１０６との間隔が小さくなり、加圧プレート１０４上に設置されたバックアップローラ１０３が、成形ローラ１０１に加圧する。
【００１８】
加圧された成形ローラ１０１はダイス１０５上に固定された被成形部品を押圧し、成形部品を成形する。被成形部品が成形ローラ１０１に圧接された状態で、成形ローラ１０１と被成形部品とが相対回転する。成形ローラ１０１が被成形部品を塑性変形させることにより、成形部品が形成される。
【００１９】
リニアスケール１０７は、成形ローラの支持部に取り付けられており、成形ローラ１０１の位置を検出する。エンコーダ１０９は、サーボモータ１０８に付属しており、サーボモータ１０８の回転数及び変位を検出する。サーボモータ１０８の検出変位とボールねじ１０２のピッチとを用いて、成形ローラ１０１の位置を算出することができる。
【００２０】
図２は、実施の形態１にかかる成形装置のシステム構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態にかかる成形装置は、サーボモータ１０８の駆動変位を検出するエンコーダ１０９と、成形ローラ１０１の位置を検出するリニアスケール１０７と、リニアスケール１０７の検出位置が目標位置となるようにサーボモータ１０８を制御する制御部２０１と、エンコーダ１０９の検出した検出変位とリニアスケール１０７の検出位置とに基づいて目標位置を補正する補正部２０２を有する。
【００２１】
制御部２０１は、エンコーダ１０９の検出した検出変位と、リニアスケール１０７が検出した検出位置とに基づいて、サーボモータ１０８の回転を制御する。本実施形態においては、制御部２０１は、主に、リニアスケール１０７の検出位置に基づいて成形ローラ１０１の位置の制御を行う。すなわち、制御部２０１は、リニアスケール１０７の出力信号に基づいてサーボモータ１０８をフィードバック制御する。制御部２０１は、リニアスケール１０７の検出位置が目標位置に合致するようフィードバック制御する。
【００２２】
リニアスケール１０７の検出位置のみに基づく制御では、成形ローラ１０１の加圧部の加工端位置そのものを検出していない。長時間連続で成形を行った場合には、被成形部品と接触する部分で発生する熱により、成形ローラ１０１が膨張する。そのため、部品生産数が増加するにつれて、成形ローラ１０１の実際の加工端位置と、リニアスケール１０７の検出位置との間にずれが生じる。エンコーダ１０９の検出変位のみに基づいて、成形ローラ１０１の制御を行った場合にも、同様にずれが生じる。
【００２３】
リニアスケール１０７の検出位置に基づいて成形ローラ１０１の位置の制御を行う場合に、成形ローラ１０１の実際の加工端位置とリニアスケール１０７の検出位置との間にずれが生じる。
リニアスケール１０７は、レール上を移動する成形ローラ支持部に設置されている。リニアスケール１０７の検出位置が目標位置と合致するように成形ローラ１０１を制御したとしても、実際の加工端位置は、成形ローラ半径の熱膨張による変化分だけ、目標加工端位置よりも成形部品が薄くなる方向へと移動する。
【００２４】
これに対して、エンコーダ１０９の検出変位が、目標加工端位置に相当する目標変位と合致するようにサーボモータ１０８を制御したとしても、成形ローラ直径の熱膨張による変化分だけ、目標加工端位置よりも成形部品が薄くなる方向へと変化する。
よって、エンコーダ１０９の検出変位のみを用いて成形ローラ１０１を制御すると、リニアスケール１０７の検出位置のみを用いて成形ローラ１０１を制御する場合よりも、目標加工端位置と実際の加工端位置との間に２倍のずれが生じることになる。
【００２５】
成形ローラ１０１の実際の加工端位置は経時的に変化するため、目標加工端位置と実際の加工端位置とのずれは、経時的に大きくなる。補正部２０２は、加工端位置の経時変化の影響を打ち消すため、リニアスケール１０７の目標位置を補正する。
【００２６】
補正部２０２は、エンコーダ１０９の検出した検出変位と、リニアスケール１０７の検出位置とに基づいて目標位置を補正する。
より具体的には、例えば、被成形部品を交換する前後において、リニアスケール１０７の検出位置が基準位置に合致したときの、エンコーダ１０９の検出変位を測定する。補正部２０２は、被成形部品交換前の検出変位と、交換後の検出変位との差分に基づいて、目標位置の補正量を算出する。
【００２７】
図３は、実施の形態１にかかる成形装置を用いて連続して成形を行った場合の、生産数と加工端位置との関係を示す図である。リニアスケール１０７の検出位置から算出された加工端位置３０１と、リニアスケール１０７を目標位置に合致させた際のエンコーダ１０９の検出変位から算出された加工端位置３０２が表されている。
【００２８】
リニアスケール１０７の検出位置は目標位置に毎回合致させるため、リニアスケール１０７の検出位置から算出される加工端位置３０１は一定である。リニアスケール１０７を目標位置に合致させたときのエンコーダ１０９の検出変位は、生産数が増加するにつれてずれていく。リニアスケール１０７の検出位置から算出される加工端位置３０１とリニアスケール１０７を目標位置に合致させた際のエンコーダ１０９の検出変位から算出した加工端位置３０２との間に差分が生じる。
【００２９】
図４は、実施の形態１にかかる成形装置における、リニアスケール１０７の目標位置の補正方法の一例を示す図である。補正部２０２は、エンコーダ１０９の検出した検出変位とリニアスケール１０７の検出位置とに基づいて、リニアスケール１０７の当初の目標位置を補正する。
本実施形態にかかる成形装置は、リニアスケール１０７の検出値を確認しながら、成形ローラ１０１を被成形部品の方向へ前進させていく。補正を行う基準となる基準位置を予め定めておいて、リニアスケール１０７が基準位置を示したときに、補正部２０２は基準位置におけるエンコーダ１０９の検出変位を取得する。
【００３０】
１回目の成形における、基準位置でのエンコーダ１０９の検出変位を基準変位とする。そして、補正時の検出変位と基準変位との差分に基づいて、リニアスケール１０７の目標位置に加える補正量を算出する。算出した補正量をリニアスケール１０７の目標位置に加算し、リニアスケール１０７の検出位置が、補正後の目標位置に来るようにサーボモータを制御する。
補正前の成形部品寸法４０１が公差上限を超えている場合でも、上述の補正を行うことにより、補正後の成形部品寸法４０２を公差内に収めることができる。
【００３１】
図５は、実施の形態１にかかる成形装置の制御方法を示すフロー図である。
まず、被成形部品をダイス１０５に装着し、加工位置に配置する（Ｓ５０１）。この時点では、成形ローラ１０１と被成形部品との間隔は離れており、両者は接触していない。次に、サーボモータを回転させ、ボールねじ１０２を回転することで、成形ローラ１０１を被成形部品に近づく方向へ前進させる（Ｓ５０２）。成形ローラ１０１の位置は、リニアスケール１０７の検出位置を用いて制御する。
【００３２】
成形ローラ１０１は、被成形部品と接触した後もさらに前進を続け、リニアスケール１０７の検出位置が事前に定めた基準位置に到達したか否かを判断する（Ｓ５０３）。リニアスケール１０７の検出位置が基準位置に到達したと判断する（Ｓ５０３  ＹＥＳ）と、その時点でのエンコーダ１０９の検出変位を補正部２０２に取り込む（Ｓ５０４）。リニアスケール１０７の検出位置が基準位置にまだ達していないと判断する（Ｓ５０３  ＮＯ）と、Ｓ５０２に戻り、成形ローラ１０１はさらに前進し続ける。
【００３３】
一回目の成形時において基準位置に成形ローラ１０１を移動させたときの、エンコーダ１０９の検出変位を基準変位とする。そして、測定時のエンコーダ１０９の検出変位と基準変位との差分から補正量を算出する（Ｓ５０５）。
【００３４】
算出した補正量を目標位置に加え、目標位置を補正する（Ｓ５０６）。その後も成形ローラ１０１は前進し続ける（Ｓ５０７）。リニアスケール１０７の検出位置が、補正後の目標位置に到達したか否かを判断する（Ｓ５０８）。リニアスケール１０７の検出位置が補正後の目標位置に到達したと判断する（Ｓ５０８  ＹＥＳ）と、成形ローラ１０１は停止する（Ｓ５０９）。リニアスケール１０７の検出位置が補正後の目標位置に到達していないと判断する（Ｓ５０８  ＮＯ）と、Ｓ５０７に戻り、成形ローラ１０１は前進を続ける。
【００３５】
成形ローラ１０１は、一旦停止すると、次は逆方向へと後退を始める（Ｓ５１０）。逆方向へと移動した成形ローラ１０１が戻り端にまで戻ったか否かを判断する（Ｓ５１１）。成形ローラ１０１が戻り端に戻ったと判断した場合（Ｓ５１１  ＹＥＳ）、成形ローラ１０１は停止する。その後、完成した成形部品を取り出して（Ｓ５１２）、一個の部品の成形が終了する。
【００３６】
図６は、実施の形態１にかかる成形装置における、成形ローラ１０１の送り速度の制御方法の一例を示す図である。縦軸は成形ローラ１０１の送り速度、横軸はリニアスケール値（リニアスケール１０７の検出位置）である。成形ローラ１０１を、戻り端から被成形部品に近づく方向に移動させ、被成形部品に接触させる。
成形ローラ１０１が被成形部品に接触した後は、成形に必要な加圧力の変化に伴い、成形ローラ１０１の送り速度を変化させる。加工端に近づくにつれて、送り速度を徐々に遅くしていく。送り速度は多段階に変化し、図６の中では、段階１〜４の４段階に変化している。
【００３７】
基準位置Ｌ１までは、段階１の送り速度で成形ローラ１０１を前進させる。リニアスケール値がＬ１となると、エンコーダ１０９の検出変位を取得し、基準変位との差分を計算して、補正量ｄを算出する。成形ローラ１０１が前進するにつれて、Ｌ２までは段階２、Ｌ３までは段階３の速度と、徐々に送り速度を減速させる。
【００３８】
リニアスケール値がＬ３となると、送り速度を段階４にまで減速する。その後、算出した補正量ｄを用いて目標位置Ｌ４を補正し、段階４の送り速度で補正後の目標位置（Ｌ４＋ｄ）まで、成形ローラ１０１を前進させる。リニアスケール値が補正後の目標位置（Ｌ４＋ｄ）に合致すると、成形ローラ１０１が加工端に到達したと判定して一旦停止し、その後戻り端へと後退を始める。
【００３９】
図６においては、段階１から段階２への切り替えの際にエンコーダ１０９の検出変位を取り込み、目標位置の補正量を計算した後、補正後の目標位置へとリニアスケール１０７を合致させている。しかし、エンコーダ１０９の検出変位の取り込みはどの段階でもよく、例えば、段階２から段階３や、段階３から段階４への切り替え時に行ってもよい。
【００４０】
以上、説明したように、本発明の実施の形態１にかかる成形装置により、長時間の連続使用をしても、加工精度が低下しにくい成形装置を提供することができる。
また、本実施形態にかかる成形装置の補正部２０２は、被成形部品を交換する前後において、リニアスケール１０７の検出位置が基準位置に合致したときにエンコーダ１０９が検出する検出変位の差分に基づいて、リニアスケール１０７の目標位置の補正量を算出する。これにより、加工端位置のずれに応じた目標位置の補正量を算出できるので、加工精度の低下をさらに抑制できる。
【００４１】
本発明の実施の形態１にかかる成形装置が、成形が完了した成形部品を成形位置から取り出して、次の被成形部品を成形位置に配置する成形装置である場合に、被成形部品を成形位置に配置する度に、補正部２０２が目標位置を補正することにより、生産数に応じた最適な目標位置の補正ができる。これにより、加工精度の低下を抑制できる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明にかかる成形装置は、成形ローラを用いた成形装置に限定されるものではなく、ローラ以外の型を用いた成形装置であってもよい。エンコーダの代わりにリゾルバ等の他の検出器を用いて、サーボモータの駆動変位を検出してもよい。
【００４３】
また、スケールは機械的又は光学的な手法により位置を検出する位置検出器であればよい。サーボモータが成形ローラを移動させるものとして説明したが、ダイスを移動させてもよい。すなわち、成形ローラとダイスは相対的に変位するものであればよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  成形ローラ
１０７  リニアスケール
１０８  サーボモータ
１０９  エンコーダ
２０１  制御部
２０２  補正部
【図１】
2014184471.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014184471.tif 000008