(57)【要約】【課題】複数の加工軸を用いて偏心加工を行なう場合、高精度な加工力の制御を実現する。【解決手段】機構部２６を支持する構造部２６の複数箇所の歪を歪検出器３４L、３４Rで検出し、複数箇所の歪の一次関数式を演算することで、複数の加工軸の力２０L、２０Rの各々を精度良く算出し、複数の加工軸力２０L、２０Rの算出値をフィードバックして、複数の加工軸力２０L、２０Rにそれぞれ割当てられた動力源１２L、１２Rを制御する。機構部２６の左の所定箇所３０Lでの歪の検出値をfL、右の所定箇所３０Rでの歪の検出値をfR、左の加工軸力の算出値をFL、右の加工軸力の算出値をFRとするとき、前記一次関数式はFL=(fL+fR)/2+(fL-fR)/2α及びFR=(fL+fR)/2-(fL-fR)/2αである。【選択図】図１
2008049372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を出力する動力源（１２L、１２R）と、
前記複数の加工軸を有し、前記複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を前記動力源（１２L、１２R）から受けて、前記複数の加工軸にそれぞれ従った複数の加工軸力（２０L、２０R）を被加工物（１８）に出力する機構部（２６）と、前記機構部（２６）と前記被加工物（１８）とを支持する構造部（３０）とを備えた加工機械（１０）において、
前記構造部（３０）の複数箇所（３０L、３０R）における歪又は内力の値をそれぞれ検出する歪／内力検出手段（３４L、３４R、６６L、６６R）と、
前記複数箇所における歪又は内力の検出値を組み合わせることにより、前記複数の加工軸力の値をそれぞれ算出する加工軸力計算手段（７３L、７３R）と、
前記複数の加工軸力の算出値に基づいて、前記動力源（１２L、１２R）からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御することができる制御手段（６４L、６４B）と
を備えたことを特徴とする加工機械（１０）。
【請求項２】
請求項１記載の加工機械（１０）において、
前記加工軸力計算手段（７３L、７３R）が、前記複数箇所における歪又は内力の検出値の全てを、所定の一次関数に適用することで、前記複数の加工軸力（２０L、２０R）の値の各々を算出することを特徴とする加工機械（１０）。
【請求項３】
請求項２記載の加工機械（１０）において、
前記加工機械（１０）が、平行な左右の２つの加工軸をもつプレス機械であり、
前記機構部の左の所定箇所（３０L）での歪又は内力の検出値をfL、前記機構部の右の所定箇所（３０R）での歪又は内力の検出値をfR、左の加工軸力の算出値をFL、右の加工軸力の算出値をFRとするとき、前記一次関数が、次の式
【数１】
2008049372.tif 000022
又は前記式と等価な演算式
であることを特徴とする加工機械（１０）。
【請求項４】
複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を出力する動力源（１２L、１２R）と、
前記複数の加工軸を有し、前記複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を前記動力源（１２L、１２R）から受けて、前記複数の加工軸にそれぞれ従った複数の加工軸力（２０L、２０R）を被加工物（１８）に出力する機構部（２６）と、前記機構部（２６）と前記被加工物（１８）とを支持する構造部（３０）とを備えた加工機械（１０）において、
前記構造部（３０）の複数箇所（３０L、３０R）における歪又は内力の値をそれぞれ検出する歪／内力検出手段（３４L、３４R、６６L、６６R）と、
前記複数の加工軸力（２０L、２０R）にそれぞれ対する複数の第1の力目標値を出力する力目標設定手段（７０L、７０R）と、
前記複数の第1の力目標値を組み合わせることにより、前記複数箇所（３０L、３０R）における歪又は内力にそれぞれ対する複数の第２の力目標値を算出する力目標計算手段（７１L、７１R）と、
前記複数箇所（３０L、３０R）における歪又は内力の検出値と、算出された前記複数の第２の力目標値とに基づいて、前記動力源（１２L、１２R）からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御することができる制御手段（６４L、６４B）と
を備えたことを特徴とする加工機械（１０）。
【請求項５】
請求項４記載の加工機械（１０）において、
前記力目標計算手段（７１L、７１R）が、前記複数の第1の力目標値の全てを、所定の一次関数に適用することで、前記複数の第２の力目標値の各々を算出することを特徴とする加工機械（１０）。
【請求項６】
請求項５記載の加工機械（１０）において、
前記加工機械（１０）が、平行な左右の２つの加工軸をもつプレス機械であり、
左の加工軸力に対する第１の力目標値をFL、右の加工軸力に対する第１の力目標値をFR、前記機構部の左の所定箇所（３０L）で検出された歪又は内力に対する第２の力目標値をfL、前記機構部の右の所定箇所（３０R）で検出された歪又は内力に対する第２の力目標値をfRとしたとき、前記一次関数が、次の式
【数２】
2008049372.tif 000023
又は前記式と等価な演算式
であることを特徴とする加工機械（１０）。
【請求項７】
請求項１又は４記載の加工機械（１０）において、
前記機構部（２６）の複数の箇所の位置を検出する位置検出手段（３２L、３２R）をさらに備え、
前記制御手段（６４L、６４B）は、
前記複数の箇所の位置の検出値に基づいて、前記動力源（１２L、１２R）からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御する位置制御手段と、
前記複数の箇所での歪又は内力の検出値又は前記複数の加工軸力の算出値に基づいて、前記動力源（１２L、１２R）からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御する力制御手段と、
前記加工軸毎に、前記位置制御手段と前記力制御手段のいずれを有効にするかを切り換える自動切換手段（８２L、８２R）と
を備える加工機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の加工軸を用いて偏心加工を行なうことができる加工機械及びその制御方法に関し、例えばプレス加工、曲げ加工、押出し加工、射出成形などに使用されるサーボプレス、プレスブレーキ、押出し成形機、射出成形機などに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、サーボプレスの多段モーション制御装置及びその制御方法が開示されている。この公知発明によれば、多段加工を行なう場合、段毎にスライドの加圧及び待機の位置と時間を異なる値に設定でき、それにより、生産効率を向上させることができる。
【０００３】
特許文献２には、電動プレスの制御方法及び制御装置が開示されている。この公知発明によれば、スライドを動かす電動サーボモータのトルクを用いて加圧力が制御される。
【０００４】
特許文献３には、鍛圧機械のサーボモータ制御装置が開示されている。この公知発明によれば、プレス加工又は曲げ加工において、金型が閉じていくとき、最初は位置制御が行なわれ、途中で圧力制御に切り替えられる。
【０００５】
特許文献４には、ダイクッション制御装置およびダイクッション制御方法が開示されている。この公知発明によれば、ダイクッションのクッションパッドに取り付けられた歪ゲージからのフィードバック信号に基づいてクッション圧が制御される。
【０００６】
【特許文献１】特開平10-277797号公報
【特許文献２】特開平11-33799号公報
【特許文献３】特開2006-7296号公報
【特許文献４】特開2006-26738号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１は、複数の加工軸を用いて偏心加工を行なうことができる加工機械の一例として、２本の加工軸をもつサーボプレス機の概略図を示す。
【０００８】
このプレス機１では、２本の加工軸にそれぞれ対応する互いに平行で軸方向に直線移動可能な２本のスライドシャフト１４L、１４Rが、１つのスライド１６に接続される。２つの電動サーボモータ１２L、１２Rにより、２本のスライドシャフト１４L、１４Rが駆動される。２本のスライドシャフト１４L、１４Rがスライド１６を押して降下させることで、1以上の被加工物１８、１８のプレス加工が行われる。スライドシャフト１４L、１４Rからスライド１６に加わる２つ加工軸力２０L、２０Rの大きさを等しくして加工を行なうことも、意図的に不均等にして加工を行うことも可能である（以下、不均等な加工軸力で行なう加工を「偏心加工」といい、そのような不均等な加工軸力を「偏心荷重」という）。
【０００９】
図１に示したような加工機械において、偏心加工を行なう場合の被加工物１８、１８に加わる圧力又は力の分布を所望通りに精度良く制御するために、２本の加工軸力２０L、２０Rを精度良く検出して、その検出値を制御システムにフィードバックすることが要求される。加工軸力を検出するための方法として、従来から、動力源であるサーボモータの軸トルクを検出する方法が知られている。しかし、サーボモータからスライドまでの間の機構の粘性抵抗力及び摩擦力、並びにモータ特性の変化の影響を受けるために、サーボモータの軸トルクに基づいて加工軸力を正確に測定することが難しい。別法として、スライドシャフト或いはスライドに歪ゲージを取り付けてその歪から加工軸力を検出するという方法も採用し得る。しかし、スライドシャフトやスライドなどの機構は、非常に剛性の高い材料で作られているために、大きい力を受けてもその歪は小さく、よって、その歪を検出して力を精度良く測定することが難しい。その結果、高精度な偏心加工を行なうことが難しいという問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、複数の加工軸を用いて偏心加工を行なう場合に、高精度な加工力の制御を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第1の側面に従えば、複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を出力する動力源と、
前記複数の加工軸を有し、前記複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を前記動力源から受けて、前記複数の加工軸にそれぞれ従った複数の加工軸力を被加工物に出力する機構部と、
前記機構部と前記被加工物とを支持する構造部とを備えた加工機械において、
前記構造部の複数箇所における歪又は内力の値をそれぞれ検出する歪／内力検出手段と、
前記複数箇所における歪又は内力の検出値を組み合わせることにより、前記複数の加工軸力の値をそれぞれ算出する加工軸力計算手段と、
前記複数の加工軸力の算出値に基づいて、前記動力源からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御することができる制御手段と
を備えたことを特徴とする加工機械が、提供される。
【００１２】
この側面に従う加工機械によれば、構造部の複数箇所における歪又は内力の値をそれぞれ検出して、それら複数箇所の歪又は内力の検出値を組み合わせることにより、複数の加工軸力の値をそれぞれ算出することにより、偏心加工を行なっているときでも、複数の加工軸力の値を高精度に算出することができる。この高精度な加工軸力の算出値に基づいて、それぞれの加工軸に割り当てられた動力源からの動力を制御することで、高精度な偏心加工の制御が可能である。
【００１３】
好適な実施形態では、前記加工軸力計算手段が、前記複数箇所における歪又は内力の検出値の全てを、所定の一次関数に適用することで、前記複数の加工軸力の値の各々を算出する。例えば、前記加工機械が、平行な左右の２つの加工軸をもつプレス機械である場合、前記機構部の左の所定箇所で検出された歪又は内力の値をfL、前記機構部の右の所定箇所（３０R）で検出された歪又は内力の値をfR、算出された左の加工軸力の値をFL、算出された右の加工軸力の値をFRとしたとき、前記一次関数として、次の式
【数１】
2008049372.tif 000003
又はこの式と等価な演算式を採用することができる。
【００１４】
本発明の第２の側面に従えば、複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を出力する動力源と、
前記複数の加工軸を有し、前記複数の加工軸にそれぞれ割り当てられた動力を前記動力源から受けて、前記複数の加工軸にそれぞれ従った複数の加工軸力を被加工物に出力する機構部と、
前記機構部と前記被加工物とを支持する構造部とを備えた加工機械において、
前記構造部の複数箇所における歪又は内力の値をそれぞれ検出する歪／内力検出手段と、
前記複数の加工軸力にそれぞれ対する複数の第1の力目標値を出力する力目標設定手段と、
前記複数の第1の力目標値を組み合わせることにより、前記複数箇所における歪又は内力にそれぞれ対する複数の第２の力目標値を算出する力目標計算手段と、
前記複数箇所における歪又は内力の検出値と、算出された前記複数の第２の力目標値とに基づいて、前記動力源からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御することができる制御手段と
を備えたことを特徴とする加工機械が、提供される。
【００１５】
この側面に従う加工機械によれば、構造部の複数箇所における歪又は内力に対する複数の第1の力目標値を組み合わせることにより、複数の加工軸力に対する複数の第２の力目標値をそれぞれ算出し、算出された複数の第２の力目標値と、構造部の複数箇所における歪又は内力の検出値と基づいて、複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御することにより、偏心加工を行なっているときでも、複数の加工軸力の値を高精度に制御することができ、よって、高精度な偏心加工の制御が可能である。
【００１６】
好適な実施形態では、前記力目標計算手段が、前記複数の第1の力目標値の全てを、所定の一次関数に適用することで、前記複数の第２の力目標値の各々を算出する。例えば、加工機械が、平行な左右の２つの加工軸をもつプレス機械である場合、左の加工軸力に対する第１の力目標値をFL、右の加工軸力に対する第１の力目標値をFR、機構部の左の所定箇所で検出された歪又は内力に対する第２の力目標値をfL、機構部の右の所定箇所で検出された歪又は内力に対する第２の力目標値をfRとしたとき、前記一次関数として、次の式
【数２】
2008049372.tif 000004
又は前記式と等価な演算式を採用することができる。
【００１７】
また、上述した2つの側面に従う加工機械は、前記機構部の複数の箇所の位置を検出する位置検出手段をさらに備えることができ、前記制御手段は、
前記複数の箇所の位置の検出値に基づいて、前記動力源からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御する位置制御手段と、
前記複数の箇所での歪又は内力の検出値又は前記複数の加工軸力の算出値に基づいて、前記動力源からの前記複数の加工軸にそれぞれ割り当られた動力を制御する力制御手段と、
前記加工軸毎に、前記位置制御手段と前記力制御手段のいずれを有効にするかを切り換える自動切換手段と
を備えることができる。この構成により、加工軸力を制御する力制御と、機構部の位置を制御する位置制御とを選択でき、よって、偏心加工のより高度な制御が可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、偏心荷重を負荷するときであっても、複数軸における加工力の高精度な制御が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２に、本発明の一実施形態にかかる複数の加工軸を有する加工機械の一例として、２本の加工軸を有するサーボプレス機の概略構成を示す。
【００２０】
図２に示されるように、このサーボプレス機１０は、中心軸１１について左右対称の機械的な構造及び形状を有する。このサーボプレス機１０は、動力源としての左右の２つの電動サーボモータ１２L,１２Rを有し、左右のサーボモータ１２L,１２Rは同一構造で、中心軸１１について左右対称に配置される。このサーボプレス機１０は、左右の２本の加工軸にそれぞれ相当する左右の２本のスライドシャフト１４L、１４Rを有する。これら左右のスライドシャフト１４L、１４Rは、中心軸１１について左右対称かつ平行に配置され、実質的に同一の構造と形状を有する。左のサーボモータ１２Lは左の加工軸（スライドシャフト１４L）を動かすための動力源として割り当てられ、右のサーボモータ１２Rからの動力は右の加工軸（スライドシャフト１４R）に動かすための動力源として割り当てられる。
【００２１】
サーボモータ１２L、１２Rは、コントローラ（図２では図示省略、図６、１０参照）により制御される。サーボモータ１２L、１２Rは、回転モータでもよいし、リニアモータでもよい。サーボモータ１２L、１２Rが回転モータである場合、２つのサーボモータ１２L、１２Rの回転シャフトは、それぞれ、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構（例えば、ボールねじ、クランクスライダ、リンク機構など）２２L、２２Rを介して、２本の加工軸にそれぞれ対応する２本のスライドシャフト１４L、１４Rに結合される。他方、サーボモータ１２L、１２Rがリニアモータである場合には、２つのサーボモータ１２L、１２Rの直動シャフトがそれぞれ２本のスライドシャフト１４L、１４Rに直接結合されてよい。２本のスライドシャフト１４L、１４Rには１つのスライド１６が結合され、スライド１６には可動金型２４が取り付けられる。
【００２２】
上述した運動変換機構２２L、２２R、スライドシャフト１４L、１４R、スライド１６及び可動金型２４は、動力源たるサーボモータ１２L、１２Rからの動力で運動することで、１以上の被加工物１８、１８に対して２本の加工軸（スライドシャフト１４L、１４R）に従った加工力２０L、２０Rを負荷する機構であり、これらを纏めて以下「機構部」２６と呼ぶ。そして、機構部２６から出力される２本の加工軸に従った加工力２０L、２０Rを、以下「加工軸力」といい、そのうち、左の加工軸（スライドシャフト１４L）から出力される加工力を「左加工軸力」２０Lと呼び、加工軸（スライドシャフト１４R）から出力される加工力を「右加工軸力」２０Rと呼ぶ。また、機構部２６のうち、中心軸１１の左側に位置する部分、すなわち、主として左のサーボモータ１２Lからの動力を受けて運動して、主として左の加工軸力２０Lを出力する部分を「左機構部」２６Lと呼び、中心軸１１の右側に位置する部分、すなわち、主として右のサーボモータ１２Rからの動力を受けて運動して、主として右の加工軸力２０Rを出力する部分を「右機構部」２６Rと呼ぶ。左機構部２６Lと右機構部２６Rは、中心軸１１について左右対称に配置され、実質的に同一の構造と形状を有する。
【００２３】
また、固定金型２８が、可動金型２４に対向するように配置される。機構部２６L、２６Rと固定金型２８とは、このプレス機１０の骨組部分により支持され、この骨組部分を「構造部」３０と呼ぶ。１以上の被加工物１８、１８が、可動金型２４と固定金型２８との間にセットされ、可動金型２４の下降運動によりプレス加工されることになる。
【００２４】
上記の構造部３０には、機構部２６L、２６Rからそれぞれ加えられる２つの加工軸力２０L、２０Rに応じた内力が、矢印の力線で示すように、生じることになる。この構造部３０のうちの中心軸１１の左側に位置する部分を「左構造部」３０Lと呼び、右側に位置する部分を「右構造部」３０Rと呼ぶ。左構造部３０Lと右構造部３０Rは、中心軸１１について左右対称に配置され、実質的に同一の構造と形状を有する。左機構部３０Lに生じる内力の大きさは、主として左機構部２６Lからの左加工軸力２０Lの大きさに依存するが、それだけでなく、右機構部２６Rからの右加工軸力２０Rの大きさにも影響を受ける。同様に、右機構部３０Rに生じる内力の大きさは、主として右機構部２６Rからの右加工軸力２０Rの大きさに依存するが、それだけでなく、左機構部２６Lからの左加工軸力２０Lの大きさにも影響を受ける。
【００２５】
このプレス機１０には、さらに、左右の２つの位置検出器３２L、３２Rが設けられる。左右の位置検出器３２L、３２Rは、中心軸１１について左右対称に配置され、構造や形状において実質的に同一である。左の位置検出器３２Lは、左機構部２６L（例えば、スライド１６の左端部１６L）と左構造部３０Lとの間に取り付けられ、左機構部２６Lの運動方向の位置（例えば、スライド１６の左端部１６Lの直動方向の位置）を検出する。右の位置検出器３２Rは、右機構部２６R（例えば、スライド１６の左端部１６R）と右構造部３０Rとの間に取り付けられ、右機構部２６Rの運動方向の位置（例えば、スライド１６の右端部１６Rの直動方向の位置）を検出する。
【００２６】
このプレス機１０は、さらに、左右の２つの歪検出器３４L、３４Rを有する。左右の歪検出器３４L、３４Rは、いずれも例えば歪ゲージ又はロードセルであり、中心軸１１について対称に配置され、構造や形状において実質的に同一である。左の歪検出器３４Lは、左構造部３０Lに取り付けられ、その出力信号に基づいてコントローラ（図２では図示省略）により、左構造部３０Lの歪の大きさ、換言すれば、左構造部３０Lに生じる内力の大きさ、が計測できるようになっている。右の歪検出器３４Rは、右構造部３０Rに取り付けられ、その出力信号に基づいてコントローラ（図２では図示省略）により、右構造部３０Rの歪の大きさ、換言すれば、右構造部３０Rに生じる内力の大きさ、が計測できるようになっている。さらに、後に詳述するように、コントローラは、左右の歪検出器３４L、３４Rからの信号により計測された左右の構造部３０L、３０Rの歪又は内力を、所定の方法で組み合わせることより、左右の加工軸力２０L、２０Rを精度良く計測することができるようになっている。
【００２７】
さらに、図２には図示されてないが、サーボモータ１２L、１２Rの速度をそれぞれ検出する２つの速度検出器も設けられる（図６、１０参照）。後述するように、コントローラは、左右の位置検出器３２L、３２Rにより検出された左右の機構部２６L、２６Rのそれぞれ位置をフィードバック値として用いて、左右のサーボモータ１２L、１２Rの速度を制御する（換言すれば、左右のサーボモータ１２L、１２Rの動力を制御する）ことにより、左右の機構部２６L、２６Rの位置の制御（以下「位置制御」という）を行なう。また、コントローラは、左右の歪検出器３４L、３４Rを用いて検出された左右の構造部３０L、３０Rのぞれぞれの歪、換言すれば、左右の構造部３０L、３０Rに加わる力、をフィードバック値として用いて、左右のサーボモータ１２L、１２Rの速度を制御する（換言すれば、左右のサーボモータ１２L、１２Rの動力を制御する）ことにより、左右の加工軸力２０L、２０Rの制御（以下「力制御」という）を行なう。
【００２８】
ここで、注目すべき点の一つは、力制御では、加工軸力２０L、２０Lを計測するために、加工軸力２０L、２０Lを出力する機構部２６L、２６Rの歪又はサーボモータ１２L、１２Rの軸トルクではなく、加工軸力２０L、２０Lの内力が伝達される構造部３０L、３０Rの歪を検出している点である。これにより、高精度に加工軸力２０L、２０Lを計測することが可能になる。すなわち、機構部２６L、２６Rが被加工物１８、１８に対して荷重つまり加工軸力２０L、２０Rを負荷するとき、加工軸力２０L、２０Rの大きさに応じた大きさの内力が構造部３０L、３０Rに生じ、内力の力線(力の伝達を矢印で現したもの)は、図２に矢印で示すように閉じたループを形成し、そのループは構造部３０の外に出ることがない。従って、構造部３０L、３０Rの歪又は内力と加工軸力２０L、２０Rとの間には一義的な関係が存在する（この関係については、後に詳述する）。因みに、構造部３０L、３０Rではなく、機構部２６L、２６R（例えば、サーボモータ１２L、１２Rのシャフト、スライドシャフト１４L、１４R又はスライド１６など）に歪ゲージを貼り付けてその歪を検出する方法も採用可能である。しかし、一般に、機構部２６L、２６Rは、構造部３０L、３０Rに比べて剛性が高く、同じ大きさ内力による歪の大きさが、構造部３０L、３０Rのそれより小さい。そのため、機構部２６L、２６Rの歪を検出する方法では、構造部３０L、３０Rの歪を検出する方法よりも、計測の精度が下がってしまう。他方、ロードセルをモータシャフトやスライドシャフト１４L、１４Rのような機構部２６L、２６Rに組み込むことは困難である。さらに、加工軸力を計測するために、歪ではなく、サーボモータ１２L、１２Rの軸トルクを検出する方法も知られているが、この方法では、機構部２６L、２６Rの粘性抵抗力及び摩擦力並びにモータ特性の変化などの影響を受けて、正確な加工軸力の計測が困難である。従って、構造部３０L、３０Rの歪を検出する方法を採用することで、上述した他の検出方法よりも高精度に或いは容易に、加工軸力２０L、２０Lを計測することが可能である。
【００２９】
さて、上述したように、構造部３０L、３０Rの歪又は内力と加工軸力２０L、２０Rとの間には一義的な関係が存在する。しかし、この関係は単純ではない。すなわち、左右の加工軸力２０L、２０Rが等しい場合には、構造部３０L、３０Rの歪と加工軸力２０L、２０Rとは比例関係にある。しかし、左右の加工軸力２０L、２０Rが異なる場合には、すなわち偏心加工が行われる場合には、構造部３０L、３０Rの歪と加工軸力２０L、２０Rとの間の比例関係が崩れ、偏心量（加工軸力２０L、２０R間の大きさの違いの程度）が大きくなるほど比例関係からの誤差が大きくなる。
【００３０】
以下、この関係について、図３から図５を参照して具体的に説明する。なお、図３から図５に示された関係は、発明者らが行った解析と実験の結果から明らかになった新規な知見である。
【００３１】
図３は、偏心荷重を負荷しているときにおける、左右の機構部２６L、２６Rから出力される加工軸力２０L、２０Rの合計値（横軸）と、測定された左右の構造部３０L、３０Rの歪の合計値（縦軸）との関係をグラフ４０で示しており、この合計歪と合計加工軸力とは比例関係にあることが分かる。
【００３２】
また、図４は、偏心荷重を負荷しているときにおける、左右の機構部２６L、２６Rからそれぞれ出力される加工軸力２０L、２０R（横軸）と、測定された左右それぞれの構造部３０L、３０Rの歪から計算される左右それぞれの構造部３０L、３０Rにかかる内力（縦軸）との間の関係の一例を示す。図４に示された例は、右の加工軸力２０Rを５０トンにし、左の加工軸力２０Lを数トンから４０トン強の間で種々の大きさに変えてみた解析結果を示している。図４において、右側の複数のプロット４２Rは、右構造部３０Rの歪から計算された右構造部３０Rの内力の値を示し、左側の複数のプロット４２Lは、左構造部３０Lの歪から計算された左構造部３０Lの内力の値を示す。また、直線４４は、計算された左右の内力がそれぞれ左右の加工軸力と同じ値を示すという仮想的な場合を表す仮想線であり、計算された内力のプロット４２L、４２Rの各々と仮想線４４との間の縦軸に沿った距離４６が、その計算された内力とそれに対応する加工軸力との間の誤差に相当する。図４から分かるように、偏心荷重負荷時には左右の加工軸力と計算された左右の内力とは異なっており、両者間の誤差４６は、偏心量が大きいほど（左右の加工軸力間の違いが大きいほど）より大きい。ここで注目すべき点は、図４において、偏心量にかかわらず、計算された左右内力（対応し合うプロット４２Lと４２R）とを結んだ直線４８の傾きは一定であり、かつ、この直線４８はその中点（つまり、計算された左右の内力の平均値）にて仮想線４４と交差する、換言すれば、計算された左右の内力の平均値は左右の加工軸力の平均値と一致するという点である。
【００３３】
図５は、偏心荷重を負荷しているときにおける、左右の機構部２６L、２６Rからそれぞれ出力される加工軸力２０L、２０R間の比（横軸）と、測定された左右それぞれの構造部３０L、３０Rの歪間の比（換言すれば、偏心量）（縦軸）との関係を、複数のプロット５０で示す。図５において、直線５２は、左右歪の比が左右加工軸力の比と同じであるという仮想的な場合を表す仮想線であり、この仮想線５２と各プロット５０との間の縦軸に沿った距離５４が、両比間の相違に相当する。図５から分かるように、偏心量が大きいほど、左右歪比と左右加工軸力比との違いが大きい。
【００３４】
図３から図５を参照して説明した構造部３０L、３０Rの歪（又は内力）と加工軸力２０L、２０Rとの間の関係に基づけば、左の加工軸力２０Lと右の加工軸力２０Lの各々は、左右の構造部３０L、３０Rの双方の歪（又は内力）の値から高精度に算出することができる。本実施形態にかかる加工機械では、左右のサーボモータ１２L、１２Rの速度を制御するために、左右の構造部３０L、３０Rの歪（又は内力）をフィードバックし、そのフィードバックされた左右の歪（又は内力）の一方の値を他方の値により相互に補正することにより（換言すれば、左右の歪（又は内力）の双方の値を組み合わせて）、左右の加工軸力２０L、２０Rを精度良く算出するように構成されたコントローラが採用される。或いは、変形例として、左右の加工軸力２０L、２０Rに対する制御目標値の一方を他方で相互に補正するように構成されたコントローラを採用することも可能である。以下の説明では、前者のコントローラの方式を「力フィードバック補正方式」と呼び、後者のコントローラの方式を「力目標補正方式」と呼ぶ。
【００３５】
図６は、「力フィードバック補正方式」のコントローラの構成を示す。
【００３６】
図６に示すように、コントローラ６０は、目標設定装置６２及び演算装置６４を有する。目標設定装置６２は、左右の力目標設定部７０L、７０Rと左右の位置目標設定部７２L、７２Rを有する。左力目標設定部７０Lは、左加工軸力２０Lについての目標値（以下「左力目標値」という）を演算装置６４に出力し、また、右力目標設定部７０Rは、右加工軸力２０Rについての目標値（以下「右力目標値」という）を演算装置６４に出力する。左位置目標設定部７２Lは、左機構部２６Lの位置（典型的には左のスライドシャフト１４Lの位置）についての目標値（以下「左位置目標値」という）を演算装置６４に出力し、また、右位置目標設定部７２Rは、右機構部２６Rの位置（典型的には右のスライドシャフト１４Rの位置）についての目標値（以下「右位置目標値」という）を演算装置６４に出力する。
【００３７】
コントローラ６０には、また、図２に示された左右の位置検出器３２L、３２R及び左右の歪検出器３４L、３４Rだけでなく、図２には図示してなかった左右の力計算器６６L、６６R及び左右の速度検出器６８L、６８Rも関連付けられる。左右の力計算器６６L、６６Rは、それぞれ、左右の歪検出器３４L、３４Rの出力信号を受けて、左右の構造部３０L、３０Rのそれぞれの内力の値を計算し、それぞれの内力値を演算装置６４に出力する。左右の速度検出器６８L、６８Rは、それぞれ、左右のサーボモータ１２L、１２Rの速度（換言すれば、左右の機構部２６L、２６Rの運動速度）を検出し、それぞれの速度値を演算装置６４に出力する。また、左右の位置検出器３２L、３２Rは、既に説明したように、それぞれ、左右の機構部２６L、２６Rの位置を検出し、それぞれの位置の値を演算装置６４に出力する。以下では、演算装置６４に入力された上記左右の構造部３０L、３０Rの内力、左右の機構部２６L、２６Rの速度及び位置の値をそれぞれ、左右の「内力フィードバック値」、「速度フィードバック値」及び「位置フィードバック値」という。
【００３８】
演算装置６４は、左サーボモータ１２Lの速度を制御するための左演算部６４Lと、右サーボモータ１２Rの速度を制御するための右演算部６４Rとを有し、左演算部６４Lと右演算部６４Rのいずれもが、左右の力フィードバック値の双方を入力するように構成されている。左演算部６４Lと右演算部６４Rの構成は、基本的に同じであるから、以下では、左演算部６４Lを代表にとってその構成を説明する。以下の左演算部６４Lについての説明を「右」と「左」を入れ替えて読めば、右演算部６４Rについて説明となる。
【００３９】
図６に示すように、左演算部６４Lは、二つの主たるフィードバック制御ループを有する。一つは、内力フィードバック値を用いて力制御を行なうための「力ループ」であり、もう一つは、位置フィードバック値を用いて位置制御を行なうための「位置ループ」である。そして、自動切換器８２Lによる自動的に切り換え動作により、この二つのループのいずれか一方のループが自動的に選択されるようになっている。
【００４０】
力ループは、荷重補正部７３Lと減算器７４Lと力制御部７６Lを有する。荷重補正部７３Lは、左力計算器６６Lから左内力フィードバック値を入力し、右力計算器６６Rから右内力フィードバック値を入力し、左内力フィードバック値を右内力フィードバック値で補正することにより（換言すれば、左内力フィードバック値と右内力フィードバック値の双方に基づいて、又はそれらを組み合わせて）、左加工軸力２０Lの値を演算する。この演算方法には、既に図３〜図５を参照して説明した関係が反映されているが、その詳細は後に説明する。荷重補正部７３Lにより演算された左加工軸力２０Lの値を以下、「左軸力フィードバック値」という。減算器７４Lは、左力目標設定部７０Lから左力目標値を入力し、荷重補正部７３Lから左軸力フィードバック値を入力し、左力目標値と左軸力フィードバック値との間の偏差（以下、「左力偏差」という）を計算する。力制御部７６Lは、減算器７４Lから左力偏差を入力し、その左力偏差に対して所定の演算（例えばPID演算）を行なって、その左力偏差をゼロに近づけるための左サーボモータ１２Lの速度についての目標値である第1左速度指令を生成する。
【００４１】
他方、位置ループは、減算器７８Lと位置制御部８０Lを有する。減算器７８Lは、左地位置目標設定部７２Lから左位置目標値を入力し、左位置検出器３２Lから左位置フィードバック値を入力し、左位置目標値と左位置フィードバック値との間の偏差（以下「左位置偏差」という）を計算する。位置制御部８０Lは、減算器７８Lから左位置偏差入力し、その左位置偏差に対して所定の演算（例えばPID演算）を行って、その左位置偏差をゼロに近づけるための左サーボモータ１２Lの速度についての目標値である第2左速度指令を生成する。
【００４２】
力ループと位置ループは、自動切換器８２L、減算器８４L、速度制御部８６L及び電流制御部８８Lを共有する。自動切換器８２Lは、第1左速度指令と第2左速度指令を入力し、その何れか一方を選択して、選択された速度指令（以下「選択左速度指令」という）を減算器８４Lに出力する。この選択の判断材料の一つとして、自動切換器８２Lは、左軸力フィードバック値を入力する。自動切換器８２Lは、１回のプレス加工工程において、初期的には第2左速度指令を選択し（すなわち、位置制御を有効にし、力制御を無効にし）ており、そのとき、左軸力フィードバック値と、予め自動切換器８２Lに設定されている閾値とを比較する。この比較の結果は、初期的には（つまり、可動金型２４がいずれの被加工物１８にも接触していない時は）左軸力フィードバック値が閾値より低いことになる。このときには、自動切換器８２Lは、依然として第2左速度指令を選択し続ける。スライド１６が下降して可動金型２４がいずれかの被加工物１８に接触すると、左軸力フィードバック値が増加して閾値を超える。このとき、自動切換器８２Lは、第2左速度指令から第1左速度指令へと、選択を切替える（すなわち、位置制御から力制御へと制御モードを切替える）。
【００４３】
減算器８４Lは、自動切換器８２Lからの選択左速度指令と、左速度検出器６８Lからの左速度フィードバック値との偏差（以下、「左速度偏差」という）を計算する。速度制御部８６Lは、左速度偏差を入力し、左速度偏差に対して所定の演算（例えばPID演算）を行って、その左速度偏差をゼロに近づけるための左サーボモータ１２Lの励磁電流についての目標値である左電流指令を生成する。電流制御部８８Lは、速度制御部８６Lから左電流指令を入力し、この左電流指令に従って左サーボモータ１２Lの励磁電流を制御することで、左サーボモータ１２Lの速度を上記左速度指令に近づける。
【００４４】
以下では、上述したコントローラ６０において、左右の荷重補正部７３L、７３Rの各々により行われる、左右の内力フィードバック値の双方から左右の軸力フィードバック値の各々を演算するための方法について説明する。
【００４５】
図７は、この演算方法の原理を示す。
【００４６】
図７に示す原理は、図４に示した関係に基づいている。図７は、左右の機構部２６L、２６Rから出力される左右の加工軸力２０L、２０Rの値（横軸）がそれぞれFL、FRである場合を例示しており、その場合において、プロット１００L、１００Rは、左右の力計算機６６L、６６Rにより算出された左右の構造部３０L、３０Rの歪に基づく左右の内力の値（内力フィードバック値）（縦軸）fL、fRを示し、プロット１０２L、１０２Rは、左右の荷重補正部７３L、７３Rにより求めたい左右の加工軸力２０L、２０Rの正しい値（軸力フィードバック値）（縦軸）FL、FRを示す。ここで、内力フィードバック値fL、fRのプロット１００L、１００R間を結ぶ直線１０４は、図４に示した左右の複数のプロット４２L、４２R間を結ぶ複数の直線４８の各々に相当し、また、軸力フィードバック値FL、FRのプロット１０２L、１０２R間を結ぶ直線１０６は、図４に示した仮想線４８に相当する。
【００４７】
図４を参照して既に説明したように、図７中の計測された内力フィードバック値fL、fRのプロット１００L、１００R間を結んだ直線１０４と、求めたい軸力フィードバック値FL、FRのプロット１０２L、１０２間を結んだ直線１０６とは、それぞれの中点（左右値の平均値）にて交差する。そして、内力フィードバック値fL、fRのプロット１００L、１００R間を結んだ直線１０４の傾きα（以下、「補正係数」と呼ぶ）は、偏心量にかかわらず一定値である。この補正係数αは、図７に基づいて、次の式(1)で定義される。
【数３】
2008049372.tif 000005
【００４８】
また、図７に基づいて、求めたい軸力フィードバック値FL、FRは、次の式(2)で表される。
【数４】
2008049372.tif 000006
【００４９】
ここで、次の関係が存在する。
【数５】
2008049372.tif 000007
【００５０】
上記の関係を用いると、(2)式は次の(3)式のように変換される。
【数６】
2008049372.tif 000008
【００５１】
この(3)式が、内力フィードバック値fL、fRから、軸力フィードバック値FL、FRを算出するための計算式のセットである。ここで、補正係数αは或る一定値であり、その具体的な値は、本実施形態にかかる加工機械（サーボプレス機）３０の具体的な構成に依存して決まり、これは実験的に決定することができる。従って、左右の加工軸力２０L、２０Rの値FL、FRはいずれも、左右の内力フィードバック値fL、fRの一次関数である。上記(3)式中の左の軸力フィードバック値FLを求めるための計算式は、図６に示された左の荷重補正部７３Lにより実行され、右の軸力フィードバック値FRを求めるための計算式は、右の荷重補正部７３Rにより実行されることになる。
【００５２】
図８は、(3)式を実行する左右の荷重補正部７３Lと７３Rの機能的構成を示す。
【００５３】
図８に示すように、荷重補正部７３Lと７３Rは、値「fL+fR」を計算する加算ブロック１１０、値「fL-fR」を計算する減算ブロック１１２、値「fL+fR」に係数「１／２」を乗算する乗算ブロック１１４、値「fL-fR」に係数「１／２α」を乗算する乗算ブロック１１６、乗算ブロック１１４と１１６の出力値を加算して左軸力フィードバック値FLを求める加算ブロック１１８、及び、乗算ブロック１１４の出力値から乗算ブロック１１６の出力値を減算して右軸力フィードバック値FRを求める減算ブロック１２０とを有する。このような構成の演算を「干渉ブロック型」の偏心補正演算と呼ぶ。なお、図８から分かるように、荷重補正部７３Lと７３Rは、演算ブロック１１０、１１２、１１４及び１１６にて一体的に構成されてよい。
【００５４】
さて、上述した(3)式を左右の内力フィードバック値fL、fRのそれぞれに対する項に分けて書き直すと、次の(4)式が得られる。
【数７】
2008049372.tif 000009
【００５５】
この(4)式は(5)式のように表される。
【数８】
2008049372.tif 000010
【００５６】
この(5)式を行列の形で表すと(6)式のようになる。
【数９】
2008049372.tif 000011
【００５７】
ここで、
【数１０】
2008049372.tif 000012
とおくと、上記(6)式は(7)式のようになる。
【数１１】
2008049372.tif 000013
【００５８】
従って、荷重補正部７３Lと７３Rは、(7)式を実行するように構成されることもできる。
【００５９】
図９は、(7)式を実行する荷重補正部７３Lと７３Rの機能的構成を示す。
【００６０】
図９に示すように、伝達行列ブロック１３０により、内力フィードバック値fL、fRが軸力フィードバック値FL、FRに変換される。この構成による演算を「干渉行列型」の偏心補正演算と呼ぶ。なお、図９から分かるように、荷重補正部７３Lと７３Rは一体的に構成されてよい。なお、上記(7)式は、前述した(3)式と、数学的には等価であるから、図９に示された「干渉行列型」の偏心補正演算の結果は、図８に示された「干渉ブロック型」の偏心補正演算の結果と同じである。
【００６１】
次に、前述した変形例としての「力目標補正方式」のコントローラについて説明する。図１０は、力目標補正方式のコントローラの構成を示す。図１０に示されたコントローラ１４０の構成要素のうち、図６に示されたコントローラ６０の要素と同一又は類似の目的又は機能を果たす要素には、図６で付したと同じ参照番号を付してある。
【００６２】
図１０に示されたコントローラ１４０の、図６に示されたコントローラ６０と異なる点は、図６における左右の荷重補正部７３L、７３Rが無く、その代わりに、目標設定装置６２において左右の逆変換部７１L、７１Rが追加されている点である。荷重補正部７３L、７３Rが無いので、力計算部６６L、６６Rから出力された左右の内力フィードバック値は、そのまま、左右の力ループの減算器７４L、７４Rと、自動切換器８２L、８２Rに入力される。また、左右の逆変換部７１L、７１Rは、左右の力目標設定部７０L、７０Rから出力される左右の加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値の各々を他方の力目標値で補正することにより、左右の内力フィードバック値に対する力目標値を計算するものである。
【００６３】
左右の逆変換部７１L、７１Rが行う力目標値の補正演算の方法も、図４又は図７を参照して既に説明した、左右の加工軸力２０L、２０Rと左右の内力フィードバック値との関係に基づいている。すなわち、図７に基づくと、左右の歪から求められる左右の内力フィードバック値fL、fR
は、式(8)で表される。
【数１２】
2008049372.tif 000014
【００６４】
次の関係、
【数１３】
2008049372.tif 000015
を用いると、(8)式は(9)式に書換えられる。
【数１４】
2008049372.tif 000016
【００６５】
この(9)式は、左右の加工軸力２０L、２０Rの値FL、FRから、左右の内力フィードバック値fL、fRを算出するための計算式のセットである。 (9)式において、値FL、FRに加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値を代入すれば、値fL、fRとして、内力フィードバック値fL、fRに対する力目標値が得られることになる。(9)式から分かるように、内力フィードバック値fL、fRに対する力目標値はいずれも、加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値の一次関数である。(9)式中の左側の演算式に加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値を代入することで、左内力フィードバック値fLに対する力目標値を求める演算は、左逆変換部７１Lにより実行され、また、(9)式中の右側の演算式に加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値を代入することで、右内力フィードバック値fRに対する力目標値を求める演算は、右逆変換部７１Rにより実行されることになる。
【００６６】
図１１は、上記(9)式を実行する「干渉ブロック型」の逆変換部７１Lと７１Rの機能的構成を示す。なお、以下の説明では、記号FL*、FR*は、左右の加工軸力２０L、２０Rの値FL、FRに対する力目標値をそれぞれ指し、記号fL*、fR*は、左右の内力フィードバック値fL、fRに対する力目標値をそれぞれ指すものとする。
【００６７】
図１１に示すように、逆変換部７１Lと７１Rは、値「FL*+FR*」を計算する加算ブロック１５０、値「FL*-FR*」を計算する減算ブロック１５２、値「FL*+FR*」に係数「１／２」を乗算する乗算ブロック１５４、値「FL*-FR*」に係数「α／２」を乗算する乗算ブロック１５６、乗算ブロック１５４と１５６の出力値を加算して左内力フィードバック値fLに対する力目標値fL*を求める加算ブロック１５８、及び、乗算ブロック１５４の出力値から乗算ブロック１５６の出力値を減算して右内フィードバック値fRに対する力目標値fR*を求める減算ブロック１６０とを有する。なお、図１１から分かるように、逆変換部７１Lと７１Rは、演算ブロック１５０、１５２、１５４及び１５６にて一体的に構成されてよい。
【００６８】
ところで、逆変換部７１Lと７１Rは、図１１に示された「干渉ブロック型」の構成に代えて、「干渉行列型」の構成をもつこともできる。
【００６９】
すなわち、上述した(9)式を左右の内力フィードバック値fL、fRのそれぞれに対する項に分けて書き直すと、次の(10) 式が得られる。
【数１５】
2008049372.tif 000017
【００７０】
(10)式は(11)式に書き換えられる。
【数１６】
2008049372.tif 000018
【００７１】
(11)式を行列の形で表すと(12)式のようになる。
【数１７】
2008049372.tif 000019
【００７２】
ここで、
【数１８】
2008049372.tif 000020
とおくと、(12)式は(13)式のようになる。
【数１９】
2008049372.tif 000021
【００７３】
この(13)式の値FL、FRに、加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値FL*、FR*を代入すれば、値fL、fRとして、内力フィードバック値fL、fRに対する力目標値fL*、fR*が得られる。
【００７４】
図１２は、(13)式に従う演算を実行する「干渉行列型」の逆変換部７１L、７１Rの機能的構成を示す。
【００７５】
図１２に示すように、逆変換伝達行列ブロック１７０により、加工軸力２０L、２０Rに対する力目標値FL*、FR*が、内力フィードバック値fL、fRに対する力目標値軸fL*、fR*に変換される。なお、図１２から分かるように、逆変換部７１L、７１Rは一体的に構成されてよい。なお、上記(13)式は、前述した(9)式と、数学的には等価であるから、図１２に示された「干渉行列型」の逆変換演算の結果は、図１１に示された「干渉ブロック型」の逆変換演算の結果と同じである。
【００７６】
上述したような構成のコントローラ６０又は１４０を用いることにより、偏心加工を行なうときであっても、複数の加工軸における加工力の高精度な制御が可能である。
【００７７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】複数の加工軸を用いて偏心加工を行なうことができる加工機械の一例として、２本の加工軸をもつサーボプレス機の概略図。
【図２】本発明の一実施形態にかかる複数の加工軸を有する加工機械の一例として、２本の加工軸を有するサーボプレス機の概略図。
【図３】左右の合計軸力と合計歪との関係を示す図。
【図４】偏心荷重負荷時における、左右個別の加工軸力と左右個別の構造部の歪から算出した内力との関係を示す図。
【図５】偏心量と歪の左右比との関係を示す図。
【図６】「力フィードバック補正方式」のコントローラの機能的構成を示すブロック図。
【図７】荷重補正部が行う左右の内力の双方から左の加工軸力を演算する方法の原理の説明図。
【図８】荷重補正部７３L、７３Rの干渉ブロック型の構成を示すブロック図。
【図９】荷重補正部７３L、７３Rの干渉行列型の構成を示すブロック図。
【図１０】「力目標補正方式」のコントローラの機能的構成を示すブロック図。
【図１１】逆変換部７１L、７１Rの干渉ブロック型の構成を示すブロック図。
【図１２】逆変換部７１L、７１Rの干渉行列型の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７９】
１０       サーボプレス機
１２L、１２R      サーボモータ
１４L、１４R      スライドシャフト
１８       被加工物
２０L、２０R      加工軸力
２６、２６L、２６R         機構部
３０       プレス機
３０、３０L、３０R         構造部
３２L、３２R      位置検出器
３４L、３４R      歪検出器
６０、１４０       コントローラ
６２       目標設定装置
６４       演算装置
６４L     左演算部
６４R     右演算部
６６L、６６L      力計算器
７０L、７０R      力目標設定部
７１L、７１R      逆変換部
７３L、７３R      荷重補正部
【図１】
2008049372.tif 000024
【図２】
2008049372.tif 000025
【図３】
2008049372.tif 000026
【図４】
2008049372.tif 000027
【図５】
2008049372.tif 000028
【図６】
2008049372.tif 000029
【図７】
2008049372.tif 000030
【図８】
2008049372.tif 000031
【図９】
2008049372.tif 000032
【図１０】
2008049372.tif 000033
【図１１】
2008049372.tif 000034
【図１２】
2008049372.tif 000035