(57)【要約】【課題】  サーボモータを駆動源とするダイクッション機構の制御装置において、要求される力を高い応答性で適正にダイクッション機構に生じさせる力制御を実行する。【解決手段】  制御装置１０は、ダイクッション機構１２に生じさせる力Ｆを指令する力指令部１８と、ダイクッション機構１２がスライド１６に対して生じている力Ｆを検出する力検出部２０と、スライド１６の移動速度Ｖを検出するスライド速度検出部２２と、サーボモータ１４に対する力制御を実行する力制御部２４とを備える。力制御部２４は、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じ始めてから所定時期までの初期段階と、この所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループＬ１、Ｌ２に従い、少なくともスライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１を用いて、サーボモータ１４に対し異なる力制御を実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御装置であって、
前記ダイクッション機構に生じさせる力を指令する力指令部と、
前記ダイクッション機構が前記スライドに対して生じている力を検出する力検出部と、
前記スライドの移動速度を検出するスライド速度検出部と、
前記ダイクッション機構が前記スライドに対し前記力を生じ始めてから所定時期までの初期段階と、該所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループに従い、少なくとも前記スライド速度検出部が検出したスライド速度検出値を用いて、前記サーボモータに対し異なる力制御を実行する力制御部と、
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記力制御部は、前記初期段階において前記サーボモータに指令する第１速度指令値を作成するとともに、前記後続段階において前記サーボモータに指令する、該第１速度指令値とは異なる第２速度指令値を作成する速度指令作成部を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記速度指令作成部は、前記初期段階では、前記スライド速度検出値を排他的に用いて前記第１速度指令値を作成し、前記後続段階では、前記力指令部が指令した力指令値及び前記力検出部が検出した力検出値を前記スライド速度検出値と共に用いて前記第２速度指令値を作成する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記速度指令作成部は、前記初期段階では、前記力指令部が指令した力指令値と前記力検出部が検出した力検出値とから得られる力偏差を零に設定して、前記スライド速度検出値を用いて前記第１速度指令値を作成し、前記後続段階では、実際の該力偏差と前記スライド速度検出値とを用いて前記第２速度指令値を作成する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記速度指令作成部は、前記力偏差と比例ゲインとの積と、前記スライド速度検出値との和を、前記第２速度指令値とする、請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記速度指令作成部は、前記力偏差と第１力ゲインとの積と、前記力偏差の積分値と第２力ゲインとの積と、前記スライド速度検出値との総和を、前記第２速度指令値とする、請求項４に記載の制御装置。
【請求項７】
前記速度指令作成部は、前記初期段階では、前記力指令部が指令した力指令値と前記力検出部が検出した力検出値とから得られる力偏差に乗じられる力ゲインを零に設定して、前記スライド速度検出値を用いて前記第１速度指令値を作成し、前記後続段階では、該力ゲインを零以外の所定値に設定して、該力偏差と前記スライド速度検出値とを用いて前記第２速度指令値を作成する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項８】
前記力ゲインが比例ゲインであり、前記速度指令作成部は、前記力偏差と該比例ゲインとの積と、前記スライド速度検出値との和を、前記第２速度指令値とする、請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記力ゲインが第１力ゲイン及び第２力ゲインを含み、前記速度指令作成部は、前記力偏差と該第１力ゲインとの積と、前記力偏差の積分値と該第２力ゲインとの積と、前記スライド速度検出値との総和を、前記第２速度指令値とする、請求項７に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記速度指令作成部は、前記初期段階では、前記第１力ゲインと前記第２力ゲインとの少なくとも一方を前記零に設定する、請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記ダイクッション機構が前記スライドに対して生じている力を推定する力推定部をさらに具備し、前記速度指令作成部は、前記初期段階では、前記力指令部が指令した力指令値及び該力推定部が推定した力推定値を前記スライド速度検出値と共に用いて前記第１速度指令値を作成し、前記後続段階では、前記力指令部が指令した力指令値及び前記力検出部が検出した力検出値を前記スライド速度検出値と共に用いて前記第２速度指令値を作成する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記サーボモータの動作速度を検出するモータ速度検出部をさらに具備し、前記力推定部は、該モータ速度検出部が検出したモータ速度検出値と前記スライド速度検出値とを用いて、前記力推定値を推定する、請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
プレス機械に組み込まれ、スライドの動作に対応して移動するクッションパッドと、該クッションパッドを駆動するサーボモータと、該サーボモータを制御して該クッションパッドと該スライドとの間に相関的な圧力を生じさせる制御装置とを備えるダイクッション機構において、
前記制御装置が請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置からなることを特徴とするダイクッション機構。
【請求項１４】
サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御方法であって、
前記ダイクッション機構に生じさせる力の指令値を求め、
前記ダイクッション機構が前記スライドに対して生じている力の検出値を求め、
前記スライドの移動速度の検出値を求め、
前記ダイクッション機構が前記スライドに対し前記力を生じ始めてから所定時期までの初期段階と、該所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループに従い、少なくとも前記スライドの移動速度の検出値を用いて、前記サーボモータに対し異なる力制御を実行すること、
を特徴とする制御方法。
【請求項１５】
前記力制御を実行する際に、前記初期段階において前記サーボモータに指令する第１速度指令値を求めるとともに、前記後続段階において前記サーボモータに指令する、該第１速度指令値とは異なる第２速度指令値を求める、請求項１４に記載の制御方法。
【請求項１６】
前記初期段階では、前記移動速度の検出値を排他的に用いて前記第１速度指令値を求め、前記後続段階では、前記力の指令値及び前記力の検出値を前記移動速度の検出値と共に用いて前記第２速度指令値を求める、請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１７】
前記初期段階では、前記力の指令値と前記力の検出値とから得られる力偏差を零に設定して、前記移動速度の検出値を用いて前記第１速度指令値を求め、前記後続段階では、実際の該力偏差と前記移動速度の検出値とを用いて前記第２速度指令値を求める、請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１８】
前記初期段階では、前記力の指令値と前記力の検出値とから得られる力偏差に乗じられる力ゲインを零に設定して、前記移動速度の検出値を用いて前記第１速度指令値を求め、前記後続段階では、該力ゲインを零以外の所定値に設定して、該力偏差と前記移動速度の検出値とを用いて前記第２速度指令値を求める、請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１９】
前記ダイクッション機構が前記スライドに対して生じている力の推定値を求め、前記初期段階では、前記力の指令値及び該力の推定値を前記移動速度の検出値と共に用いて前記第１速度指令値を求め、前記後続段階では、前記力の指令値及び前記力の検出値を前記移動速度の検出値と共に用いて前記第２速度指令値を求める、請求項１５に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイクッション機構並びにその制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
曲げ、絞り、打抜き等のプレス加工を行なうプレス機械において、加工動作中に、プレス加工に用いる第１の型を支持する可動側の支持部材（一般にスライドと称する）に対し、第２の型を支持する支持部材（一般にボルスターと称する）の側から所要の力（圧力）を加える付属装置として、ダイクッション機構を装備することは知られている。ダイクッション機構は通常、所定の圧力で保持した可動要素（一般にクッションパッドと称する）に、型閉め方向へ移動中のスライド（又は第１の型）を直接又は間接に衝突させた後、型閉め（成形）を経て型開きに至るまで、クッションパッドがスライドに力（圧力）を加えながらスライドと共に移動するように構成されている。この間、例えば、クッションパッドとスライドとの間に被加工素材の加工箇所の周辺領域を挟持することにより、被加工素材の皺の発生を防止することができる。
【０００３】
ダイクッション機構を用いたプレス加工の精度を向上させるためには、クッションパッドが、スライドと共に移動する間、スライドに対し一定の力（圧力）を安定して加えることが要求される。しかし、従来のダイクッション機構は、油空圧装置を駆動源としているものが多く、スライドの衝突等の外因による急激な圧力変動に応答して、スライドに対する力（圧力）を一定値に制御することが一般に困難であった。そこで近年、応答性に優れた力制御を可能とすべく、サーボモータを駆動源とするダイクッション機構が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載されるダイクッション機構は、プレス機械のスライドの下方に設置されるクッションパッドを、スライドの昇降動作に対応して、サーボモータにより昇降動作させる構成を有する。スライドが下降（すなわち加工動作）する間、サーボモータは、スライドがクッションパッドに衝突力を加える前は、クッションパッドの位置指令値に基づく位置制御により動作して、クッションパッドを所定の待機位置に位置決めする。また、スライドがクッションパッドに衝突力を加えた後は、サーボモータは、クッションパッドの位置に対応させて予め定めた力指令値に基づく力制御により動作して、クッションパッドをスライドと共に移動させながら、クッションパッドからスライドに加わる力（圧力）を調整する。なお、衝突及び圧力の検知は、クッションパッドを介してサーボモータの出力軸に加わる負荷を検出することにより行なわれる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０２３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、従来のサーボモータ駆動によるダイクッション機構では、スライドがクッションパッドに衝突力を加えたときに、サーボモータの制御方式を位置制御から力制御へ切り換えることにより、クッションパッドからスライドに加わる力（圧力）を適正化している。しかし、制御方式のこのような単純な切り換えだけでは、衝突時の衝撃による大きな圧力変動に迅速に応答して、クッションパッドの力（圧力）を適正に制御することは困難である。
【０００７】
例えば、力制御を行なう場合には、最終的にはサーボモータの速度又はトルクが制御されるので、力制御の実行中（すなわちクッションパッドの移動中）に生じるサーボモータの速度フィードバック値に起因して、常にサーボモータへの速度指令が要求されることになる。そこで、積分器等の補償器により、速度指令を保持することが必要になる。しかし、積分器の応答は一般に遅いので、衝突時の急峻な力の変化に追従する適正な速度指令を保持することが困難になる場合がある。そのような場合には、衝突直後に力のオーバーシュートが大きくなる惧れがある。
【０００８】
また、スライドがクッションパッドに衝突力を加えたとき（力制御開始時）や、力制御実行中にサーボモータの出力トルクが何らかの外因で変動したときに、スライドとクッションパッドとの間に生じている力を力検出部（上記特許文献１では、サーボモータの負荷検出部）が検出するに至る時間（すなわちむだ時間）は、一般に長い。したがって、力検出部からの力検出値をフィードバックする力制御ループの応答性を向上させることは困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御装置において、要求される力を高い応答性で適正にダイクッション機構に生じさせる力制御を実行できる制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、プレス機械に組み込まれるダイクッション機構において、要求される力を高い制御応答性で適正に生じることができるダイクッション機構を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御方法において、要求される力を高い応答性で適正にダイクッション機構に生じさせる力制御を実行できる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】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御装置であって、ダイクッション機構に生じさせる力を指令する力指令部と、ダイクッション機構がスライドに対して生じている力を検出する力検出部と、スライドの移動速度を検出するスライド速度検出部と、ダイクッション機構がスライドに対し力を生じ始めてから所定時期までの初期段階と、所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループに従い、少なくともスライド速度検出部が検出したスライド速度検出値を用いて、サーボモータに対し異なる力制御を実行する力制御部と、を具備することを特徴とする制御装置を提供する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、力制御部は、初期段階においてサーボモータに指令する第１速度指令値を作成するとともに、後続段階においてサーボモータに指令する、第１速度指令値とは異なる第２速度指令値を作成する速度指令作成部を備える制御装置を提供する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の制御装置において、速度指令作成部は、初期段階では、スライド速度検出値を排他的に用いて第１速度指令値を作成し、後続段階では、力指令部が指令した力指令値及び力検出部が検出した力検出値をスライド速度検出値と共に用いて第２速度指令値を作成する制御装置を提供する。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の制御装置において、速度指令作成部は、初期段階では、力指令部が指令した力指令値と力検出部が検出した力検出値とから得られる力偏差を零に設定して、スライド速度検出値を用いて第１速度指令値を作成し、後続段階では、実際の力偏差とスライド速度検出値とを用いて第２速度指令値を作成する制御装置を提供する。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の制御装置において、速度指令作成部は、力偏差と比例ゲインとの積と、スライド速度検出値との和を、前記第２速度指令値とする制御装置を提供する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の制御装置において、速度指令作成部は、力偏差と第１力ゲインとの積と、力偏差の積分値と第２力ゲインとの積と、スライド速度検出値との総和を、第２速度指令値とする制御装置を提供する。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の制御装置において、速度指令作成部は、初期段階では、力指令部が指令した力指令値と力検出部が検出した力検出値とから得られる力偏差に乗じられる力ゲインを零に設定して、スライド速度検出値を用いて第１速度指令値を作成し、後続段階では、力ゲインを零以外の所定値に設定して、力偏差とスライド速度検出値とを用いて第２速度指令値を作成する制御装置を提供する。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の制御装置において、力ゲインが比例ゲインであり、速度指令作成部は、力偏差と比例ゲインとの積と、スライド速度検出値との和を、第２速度指令値とする制御装置を提供する。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の制御装置において、力ゲインが第１力ゲイン及び第２力ゲインを含み、速度指令作成部は、力偏差と第１力ゲインとの積と、力偏差の積分値と第２力ゲインとの積と、スライド速度検出値との総和を、第２速度指令値とする制御装置を提供する。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の制御装置において、速度指令作成部は、初期段階では、第１力ゲインと第２力ゲインとの少なくとも一方を零に設定する制御装置を提供する。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項２に記載の制御装置において、ダイクッション機構がスライドに対して生じている力を推定する力推定部をさらに具備し、速度指令作成部は、初期段階では、力指令部が指令した力指令値及び力推定部が推定した力推定値をスライド速度検出値と共に用いて第１速度指令値を作成し、後続段階では、力指令部が指令した力指令値及び力検出部が検出した力検出値をスライド速度検出値と共に用いて第２速度指令値を作成する制御装置を提供する。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の制御装置において、サーボモータの動作速度を検出するモータ速度検出部をさらに具備し、力推定部は、モータ速度検出部が検出したモータ速度検出値とスライド速度検出値とを用いて、力推定値を推定する制御装置を提供する。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、プレス機械に組み込まれ、スライドの動作に対応して移動するクッションパッドと、クッションパッドを駆動するサーボモータと、サーボモータを制御してクッションパッドとスライドとの間に相関的な圧力を生じさせる制御装置とを備えるダイクッション機構において、制御装置が請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置からなることを特徴とするダイクッション機構を提供する。
【００２５】
請求項１４に記載の発明は、サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに対する力を生ずるダイクッション機構の制御方法であって、ダイクッション機構に生じさせる力の指令値を求め、ダイクッション機構がスライドに対して生じている力の検出値を求め、スライドの移動速度の検出値を求め、ダイクッション機構がスライドに対し力を生じ始めてから所定時期までの初期段階と、所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループに従い、少なくともスライドの移動速度の検出値を用いて、サーボモータに対し異なる力制御を実行すること、を特徴とする制御方法を提供する。
【００２６】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の制御方法において、力制御を実行する際に、初期段階においてサーボモータに指令する第１速度指令値を求めるとともに、後続段階においてサーボモータに指令する、第１速度指令値とは異なる第２速度指令値を求める制御方法を提供する。
【００２７】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の制御方法において、初期段階では、移動速度の検出値を排他的に用いて第１速度指令値を求め、後続段階では、力の指令値及び力の検出値を移動速度の検出値と共に用いて第２速度指令値を求める制御方法を提供する。
【００２８】
請求項１７に記載の発明は、請求項１５に記載の制御方法において、初期段階では、力の指令値と力の検出値とから得られる力偏差を零に設定して、移動速度の検出値を用いて第１速度指令値を求め、後続段階では、実際の力偏差と移動速度の検出値とを用いて第２速度指令値を求める制御方法を提供する。
【００２９】
請求項１８に記載の発明は、請求項１５に記載の制御方法において、初期段階では、力の指令値と力の検出値とから得られる力偏差に乗じられる力ゲインを零に設定して、移動速度の検出値を用いて第１速度指令値を求め、後続段階では、力ゲインを零以外の所定値に設定して、力偏差と移動速度の検出値とを用いて第２速度指令値を求める制御方法を提供する。
【００３０】
請求項１９に記載の発明は、請求項１５に記載の制御方法において、ダイクッション機構がスライドに対して生じている力の推定値を求め、初期段階では、力の指令値及び力の推定値を移動速度の検出値と共に用いて第１速度指令値を求め、後続段階では、力の指令値及び力の検出値を移動速度の検出値と共に用いて第２速度指令値を求める制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１に記載の発明によれば、初期段階と後続段階とのそれぞれにおいてサーボモータに対し異なる力制御を実行するように構成したから、ダイクッション機構がスライドに対して生じる力の変化率が大きい初期段階では、力フィードバックを用いる通常の力制御ではなく、力検出部が力を検出するに至る時間（すなわちむだ時間）が短くなるような制御ループに従って力制御を実行することができる。その結果、初期段階における力制御の応答性を向上させることができる。また、力の変化率が小さい後続段階では、通常の力制御ループに従って力制御を実行することにより、力制御の精度を確保することができる。その結果、プレス加工に要求される力を、高い応答性で適正にダイクッション機構に生じさせることができる。
【００３２】
請求項２、３、４及び７の各々に記載の発明によれば、初期段階においては第１速度指令値を用いてサーボモータの速度又はトルクが制御され、後続段階においては第２速度指令値を用いてサーボモータの速度又はトルクが制御される。そして、力の変化率が大きい初期段階は、精度は低いが応答性が高い速度制御ループに従って、モータ速度検出値をスライド速度検出値へ収束させるように、サーボモータを制御することができる。他方、力の変化率が小さい後続段階は、応答性は低いが精度が高い力制御ループに従って、力検出値を力指令値へ収束させるように、サーボモータを制御することができる。
【００３３】
請求項５及び８の各々に記載の発明によれば、制御装置の構成が簡単になる。
【００３４】
請求項６、９及び１０に記載の発明によれば、第２速度指令値の精度が向上する。
【００３５】
請求項１１及び１２の各々に記載の発明によれば、力の変化率が大きい初期段階は、精度は低いが応答性が高い力推定値を用いた力制御ループに従って、第１速度指令値を用いてサーボモータを制御し、力の変化率が小さい後続段階は、応答性は低いが精度が高い力検出値を用いた力制御ループに従って、第２速度指令値を用いてサーボモータを制御することができる。
【００３６】
請求項１３に記載の発明によれば、要求される力を高い制御応答性で適正に生じることができるダイクッション機構が提供される。
【００３７】
請求項１４〜１９に記載の発明はそれぞれ、請求項１〜１２に記載の発明と同等の作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係る制御装置１０の基本構成を示す機能ブロック図、図２は、制御装置１０を備えた本発明の一実施形態によるダイクッション機構１２の基本構成を示す模式図である。
【００３９】
図１及び図２に示すように、本発明に係る制御装置１０は、サーボモータ１４を駆動源としてプレス機械のスライド１６に対する力Ｆを生ずるダイクッション機構１２の制御装置１０であって、ダイクッション機構１２に生じさせる力Ｆを指令する力指令部１８と、ダイクッション機構１２がスライド１６に対して生じている力Ｆを検出する力検出部２０と、スライド１６の移動速度Ｖを検出するスライド速度検出部２２と、サーボモータ１４に対する力制御を実行する力制御部２４とを備えて構成される。力制御部２４は、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じ始めてから所定時期までの初期段階と、この所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループＬ１、Ｌ２に従い、少なくともスライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１を用いて、サーボモータ１４に対し異なる力制御を実行する。
【００４０】
また、本発明の一実施形態によるダイクッション機構１２は、プレス機械に組み込まれ、スライド１６の動作に対応して移動するクッションパッド２６と、クッションパッド２６を駆動するサーボモータ１４と、サーボモータ１４を制御してクッションパッド２６とスライド１６との間に相関的な圧力（すなわち力Ｆ）を生じさせる制御装置１０とを備える。スライド１６は、プレス加工に用いる第１の型（図示せず）を支持して、図示しないボルスターに支持した第２の型（図示せず）に対し、プレス加工に要求される速度Ｖで接近又は離反する方向へ移動する。クッションパッド２６は、第２の型に関連して配置され、ボールねじ装置２８及びベルト／プーリ装置３０を介して、サーボモータ１４の出力軸に接続される。スライド１６（又は第１の型）は、型閉め方向へ移動する間に、所定位置に待機していたクッションパッド２６に直接又は間接に衝突する。そして通常は、型閉め（成形）を経て型開きに至るまで、クッションパッド２６が、スライド１６に所要の力（圧力）Ｆを加えながら、サーボモータ１４の動作速度Ｒによって決まる速度Ｖ’で、スライド１６と共に移動する。
【００４１】
上記構成において、制御装置１０はさらに、サーボモータ１４の速度制御ループを形成する目的で、サーボモータ１４の動作速度Ｒを検出するモータ速度検出部３２を備えることができる。なお、力検出部２０は公知の力（圧力）センサを、スライド速度検出部２２は公知のリニアスケールを、モータ速度検出部３２は公知のエンコーダを、それぞれ有することができる。
【００４２】
上記構成を有する制御装置１０によれば、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じ始めてから（つまりスライド１６がクッションパッド２６に衝突してから）所定時期までの初期段階と、この所定時期から後の後続段階とのそれぞれにおいて、サーボモータ１４に対し異なる力制御を実行するように構成したから、スライド１６とクッションパッド２６との間に生じる力Ｆの変化率が大きい初期段階では、力フィードバックを用いる通常の力制御ではなく、力検出部２０が力Ｆを検出するに至る時間（すなわちむだ時間）が短くなるような制御ループＬ１に従って力制御を実行することができる。その結果、初期段階における力制御の応答性を向上させることができる。
【００４３】
このような応答性の高い制御ループとしては、例えば速度制御ループを挙げられるが、速度制御はダイクッション機構１２が生ずる力Ｆを直接的に制御するものではないから、精度が低くなる傾向がある。そこで、力Ｆの変化率が小さい後続段階では、通常の力制御ループＬ２に従って力制御を実行することにより、力制御の精度を確保することができる。この場合、通常の力制御ループＬ２はむだ時間が長いが、後続段階では力Ｆの変化率が小さいので、力制御の応答性に及ぼす影響は排除される。
【００４４】
さらに、制御装置１０では、ダイクッション機構１２に力Ｆが生じた後は、サーボモータ１４を、少なくともスライド速度検出値Ｄ１を用いた力制御により動作させるように構成したから、スライド１６とクッションパッド２６との衝突直後に、サーボモータ１４の速度フィードバック値に起因して力のオーバーシュートが生じ易くなるという従来技術の問題点が解決される。つまり、プレス加工に際して互いに協調動作するスライド１６とクッションパッド２６との双方の情報（特に速度情報）を、力制御部２４が共有することで、協調動作のコンプライアンスを改善できるのである。その結果、制御装置１０によれば、プレス加工に要求される力Ｆを、高い応答性で適正にダイクッション機構１２に生じさせることができる。
【００４５】
なお、制御装置１０によるこのような作用効果は、既述の特許文献１に記載されるような、スライド１６がクッションパッド２６に衝突する前後でサーボモータ１４の制御モードを位置制御と力制御とで切り換える構成において、切換後の力制御の問題を解決できる点で有効である。しかしそれに限らず、従前の油空圧装置を駆動源としたダイクッション機構と同様に、位置制御を行わずに力制御のみでサーボモータ１４を動作させる構成においても、制御装置１０は格別な作用効果を奏するものである。
【００４６】
上記した制御装置１０の構成を制御方法として記述すれば、この制御方法は、ダイクッション機構１２に生じさせる力Ｆの指令値Ｃ１を求めるステップと、ダイクッション機構１２がスライド１６に対して生じている力Ｆの検出値Ｄ２を求めるステップと、スライド１６の移動速度Ｖの検出値Ｄ１を求めるステップと、上記した初期段階と後続段階とのそれぞれにおいて、互いに異なる制御ループＬ１、Ｌ２に従い、少なくともスライド１６の移動速度Ｖの検出値Ｄ１を用いて、サーボモータ１４に対し異なる力制御を実行するステップとを有する。このような制御方法を実行することにより、上記した格別の作用効果が奏される。
【００４７】
力Ｆの変化率が異なる初期段階と後続段階とで、互いに異なる力制御を実行するためのさらに具体的な構成を、本発明の幾つかの好適な実施形態として以下に説明する。なお、いずれの実施形態も、上記した制御装置１０の基本構成を有するものであるから、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。また、いずれの実施形態も、サーボモータ１４の動作速度Ｒを検出するモータ速度検出部３２を備えるものである。
【００４８】
図３に示すように、本発明の第１の実施形態による制御装置４０では、力制御部２４は、初期段階においてサーボモータ１４に指令する第１速度指令値Ｅ１を作成するとともに、後続段階においてサーボモータ１４に指令する第２速度指令値Ｅ２を作成する速度指令作成部４２を備える。この場合、第１速度指令値Ｅ１と第２速度指令値Ｅ２とは、互いに異なる値である。このような構成により、初期段階においては制御ループＬ１で第１速度指令値Ｅ１を用いてサーボモータ１４の速度又はトルクが制御され、後続段階においては制御ループＬ２で第２速度指令値Ｅ２を用いてサーボモータ１４の速度又はトルクが制御される。
【００４９】
ここで、制御装置４０においては、力指令部１８が指令した力指令値Ｃ１と力検出部２０が検出した力検出値Ｄ２とが等しくなること（つまり力偏差が零になること）と併せて、スライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１とモータ速度検出部３２（図２）が検出したサーボモータ１４の動作速度Ｒの検出値Ｄ３（以下、モータ速度検出値Ｄ３と称する）とが等しくなること（つまり速度偏差が零になること）が、制御の目的である。このとき、前述したように、力Ｆが生じてから力検出値Ｄ２が出力されるまでのむだ時間が比較的長いのに対し、サーボモータ１４に速度指令が入力されてからモータ速度検出値Ｄ３が出力されるまでのむだ時間は比較的短いので、サーボモータ１４の速度制御ループの応答性は力制御ループの応答性よりも高い。
【００５０】
そこで、力Ｆの変化率が大きい初期段階（衝突直後の所定時間（例えば５０ｍｓ〜１００ｍｓ程度））は、精度は低いが応答性が高い速度制御ループＬ１に従って、第１速度指令値Ｅ１を用いてサーボモータ１４を制御し、モータ速度検出値Ｄ３をスライド速度検出値Ｄ１へ収束させる。他方、力Ｆの変化率が小さい後続段階は、応答性は低いが精度が高い力制御ループＬ２に従って、第２速度指令値Ｅ２を用いてサーボモータ１４を制御し、力検出値Ｄ２を力指令値Ｃ１へ収束させる。このような制御手法により、上記した２つの制御目的を迅速かつ高精度に達成することができる。
【００５１】
上記した制御装置４０の構成は、図４、図６及び図８にブロック線図でそれぞれ示す３種類の制御系として実現できる。図４に示す制御系では、速度指令作成部４２は、初期段階では、スライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１を排他的に用いて第１速度指令値Ｅ１を作成し、後続段階では、力指令部１８が指令した力指令値Ｃ１及び力検出部２０が検出した力検出値Ｄ２をスライド速度検出値Ｄ１と共に用いて第２速度指令値Ｅ２を作成する。
【００５２】
図４の制御系を、図５に示す力制御フローを参照してさらに詳述する。まずステップＳ１００で、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じているか否か（すなわちスライド１６がダイクッション機構１２に衝突した後か否か）を判断する。衝突後であれば、ステップＳ１０１で、カウンタ（又はタイマ）を更新し、次いでステップＳ１０２で、カウンタが閾値以上か否か（すなわち後続段階か初期段階か）を判断する。カウンタが閾値以上（すなわち後続段階）であれば、ステップＳ１０３で、第２速度指令値Ｅ２を、力指令値Ｃ１、力検出値Ｄ２及びスライド速度検出値Ｄ１を用いて、以下の式（１）により算出する。なお式（１）で、Ｇは力ゲインを表す。
Ｅ２＝（Ｃ１−Ｄ２）×Ｇ＋Ｄ１    ・・・（１）
【００５３】
ステップＳ１０２で、カウンタが閾値未満（すなわち初期段階）であると判断したときは、ステップＳ１０４で、スライド速度検出値Ｄ１を排他的に用いて第１速度指令値Ｅ１を算出する（Ｅ１＝Ｄ１）。また、ステップＳ１００で、スライド１６がダイクッション機構１２に衝突する前であると判断したときは、ステップＳ１０５で、サーボモータ１４への速度指令値として、位置制御による速度指令値を採用する。そして、ステップＳ１０６で、上記したそれぞれの場合に応じて設定された速度指令値に基づいて、サーボモータ１４を制御する。
【００５４】
他方、図６に示す制御系では、速度指令作成部４２は、初期段階では、力指令部１８が指令した力指令値Ｃ１と力検出部２０が検出した力検出値Ｄ２とから得られる力偏差Δを強制的に零に設定して、スライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１を用いて第１速度指令値Ｅ１を作成し、後続段階では、実際の力偏差Δとスライド速度検出値Ｄ１とを用いて第２速度指令値Ｅ２を作成する。
【００５５】
図６の制御系を、図７に示す力制御フローを参照してさらに詳述する。まずステップＳ１１０で、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じているか否か（すなわちスライド１６がダイクッション機構１２に衝突した後か否か）を判断する。衝突後であれば、ステップＳ１１１で、カウンタ（又はタイマ）を更新し、次いでステップＳ１１２で、カウンタが閾値以上か否か（すなわち後続段階か初期段階か）を判断する。カウンタが閾値以上（すなわち後続段階）であれば、ステップＳ１１３で、力偏差Δを求める（Δ＝Ｃ１−Ｄ２）。
【００５６】
ステップＳ１１２で、カウンタが閾値未満（すなわち初期段階）であると判断したときは、ステップＳ１１４で、力偏差Δを零に設定する（Δ＝０）。そして、ステップＳ１１５で、第１速度指令値Ｅ１及び第２速度指令値Ｅ２（速度指令値Ｅと総称する）を、力偏差Δ及びスライド速度検出値Ｄ１を用いて、以下の式（２）により算出する。なお式（２）で、Ｇは力ゲインを表す。
Ｅ＝Δ×Ｇ＋Ｄ１    ・・・（２）
【００５７】
ステップＳ１１０で、スライド１６がダイクッション機構１２に衝突する前であると判断したときは、ステップＳ１１６で、サーボモータ１４への速度指令値として、位置制御による速度指令値を採用する。そして、ステップＳ１１７で、上記したそれぞれの場合に応じて設定された速度指令値に基づいて、サーボモータ１４を制御する。
【００５８】
他方、図８に示す制御系では、速度指令作成部４２は、初期段階では、力指令部１８が指令した力指令値Ｃ１と力検出部２０が検出した力検出値Ｄ２とから得られる力偏差に乗じられる力ゲインＧを零に設定して、スライド速度検出値Ｄ１を用いて第１速度指令値Ｅ１を作成し、後続段階では、力ゲインＧを零以外の所定値に設定して、力偏差Δとスライド速度検出値Ｄ１とを用いて第２速度指令値Ｅ２を作成する。
【００５９】
図８の制御系を、図９に示す力制御フローを参照してさらに詳述する。まずステップＳ１２０で、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じているか否か（すなわちスライド１６がダイクッション機構１２に衝突した後か否か）を判断する。衝突後であれば、ステップＳ１２１で、カウンタ（又はタイマ）を更新し、次いでステップＳ１２２で、カウンタが閾値以上か否か（すなわち後続段階か初期段階か）を判断する。カウンタが閾値以上（すなわち後続段階）であれば、ステップＳ１２３で、力ゲインＧを零以外の所定値に設定する（Ｇ＝設定値≠０）。
【００６０】
ステップＳ１２２で、カウンタが閾値未満（すなわち初期段階）であると判断したときは、ステップＳ１２４で、力ゲインＧを零に設定する（Ｇ＝０）。そして、ステップＳ１２５で、第１速度指令値Ｅ１及び第２速度指令値Ｅ２（速度指令値Ｅと総称する）を、力指令値Ｃ１、力検出値Ｄ２及びスライド速度検出値Ｄ１を用いて、以下の式（３）により算出する。
Ｅ＝（Ｃ１−Ｄ２）×Ｇ＋Ｄ１    ・・・（３）
【００６１】
ステップＳ１２０で、スライド１６がダイクッション機構１２に衝突する前であると判断したときは、ステップＳ１２６で、サーボモータ１４への速度指令値として、位置制御による速度指令値を採用する。そして、ステップＳ１２７で、上記したそれぞれの場合に応じて設定された速度指令値に基づいて、サーボモータ１４を制御する。
【００６２】
上記した各制御系ではいずれも、力ゲインとして比例ゲインが用いられ、速度指令作成部４２は、力偏差と比例ゲインとの積と、スライド速度検出値Ｄ１との和を、第２速度指令値Ｅ２としている。これに代えて、速度指令作成部４２は、力偏差と第１力ゲイン（比例ゲイン）との積と、力偏差の積分値と第２力ゲイン（積分ゲイン）との積と、スライド速度検出値Ｄ１との総和を、第２速度指令値Ｅ２とするように構成してもよい。
【００６３】
この変形例では、例えば図７のステップＳ１１５の式（２）は、以下の式（２’）に変更される。
Ｅ＝Δ×Ｇ１＋∫Δ×Ｇ２＋Ｄ１    ・・・（２’）
また、図９のステップＳ１２５の式（３）は、以下の式（３’）に変更される。
Ｅ＝（Ｃ１−Ｄ２）×Ｇ１＋∫（Ｃ１−Ｄ２）×Ｇ２＋Ｄ１    ・・・（３’）
なお、式（２’）及び（３’）において、Ｇ１は第１力ゲイン（比例ゲイン）、Ｇ２は第２力ゲイン（積分ゲイン）である。
さらに、図９のステップＳ１２４の作業は、第１力ゲインＧ１及び第２力ゲインＧ２の少なくとも一方を零に設定する作業に変更される。
【００６４】
次に図１０を参照して、本発明の第２の実施形態による制御装置５０を説明する。制御装置５０は、ダイクッション機構１２がスライド１６に対して生じている力を推定する力推定部５２をさらに備える。そして、速度指令作成部４２は、初期段階では、力指令部１８が指令した力指令値Ｃ１及び力推定部５２が推定した力推定値Ｈを、スライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１と共に用いて第１速度指令値Ｅ１を作成し、後続段階では、力指令部１８が指令した力指令値Ｃ１及び力検出部２０が検出した力検出値Ｄ２を、スライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１と共に用いて第２速度指令値Ｅ２を作成する。
【００６５】
制御装置５０においては、前述した第１実施形態による制御装置４０が、初期段階で、モータ速度検出値Ｄ３をスライド速度検出値Ｄ１へ収束させる応答性の高い速度制御ループＬ１に従ってサーボモータ１４を制御する構成としたのに対し、同じ初期段階で、力推定部５２が推定した力推定値Ｈを用いる第２の力制御ループＬ１に従ってサーボモータ１４を制御するようにしている。制御装置５０における後続段階での制御は、前述した制御装置４０と同様に、力検出値Ｄ２を力指令値Ｃ１へ収束させるものである。
【００６６】
ここで、ダイクッション機構１２が弾性要素を含んでいると見なせば、「弾性要素の両端の距離×ばね定数＝弾性要素の両端に加わる力」と近似できる。このとき、弾性要素の両端の距離は、スライドの速度Ｖとサーボモータ１４の動作速度Ｒとの差の積分値に等しいから、ダイクッション機構１２のばね定数を測定できれば、弾性要素の両端に加わる力を求めることができる。そして、弾性要素の両端に加わる力は、スライド１６とクッションパッド２６（図２）との間に生じる力Ｆである。したがって、力推定部５２は、スライド１６の速度Ｖ、サーボモータ１４の動作速度Ｒ、及びばね定数Ｋを用いて、スライド１６とクッションパッド２６（図２）との間に生じる力Ｆを推定することができる。
【００６７】
このように、力推定部５２が推定する力推定値Ｈは、サーボモータ１４の動作速度Ｒに依存して求められるものであるから、精度は低いけれども、出力されるまでのむだ時間が比較的短い。したがって、力推定値Ｈを用いる第２の力制御ループＬ１の応答性は、前述したサーボモータ１４の速度制御ループＬ１と同様に、力検出値Ｄ２を用いる力制御ループＬ２の応答性よりも高いものとなる。そこで、力Ｆの変化率が大きい初期段階は、精度は低いが応答性が高い第２の力制御ループＬ１に従って、第１速度指令値Ｅ１を用いてサーボモータ１４を制御し、力Ｆの変化率が小さい後続段階は、応答性は低いが精度が高い通常の力制御ループＬ２に従って、第２速度指令値Ｅ２を用いてサーボモータ１４を制御する。このような制御手法により、前述した制御装置４０と同等の作用効果が奏される。
【００６８】
上記した制御装置５０の構成は、図１１にブロック線図で示す制御系として実現できる。図１１に示す制御系では、力推定部５２は、スライド速度検出部２２が検出したスライド速度検出値Ｄ１とモータ速度検出部３２が検出したモータ速度検出値Ｄ３とを用いて、力推定値Ｈを推定している。
【００６９】
図１１の制御系を、図１２に示す力制御フローを参照してさらに詳述する。まずステップＳ１３０で、ダイクッション機構１２がスライド１６に対し力Ｆを生じているか否か（すなわちスライド１６がダイクッション機構１２に衝突した後か否か）を判断する。衝突後であれば、ステップＳ１３１で、力推定値Ｈを、スライド速度検出値Ｄ１及びモータ速度検出値Ｄ３を用いて、以下の式（４）により算出する。
Ｈ＝∫（Ｄ１−Ｄ３）×Ｋ    ・・・（４）
【００７０】
次に、ステップＳ１３２で、カウンタ（又はタイマ）を更新し、ステップＳ１３３で、カウンタが閾値以上か否か（すなわち後続段階か初期段階か）を判断する。カウンタが閾値以上（すなわち後続段階）であれば、ステップＳ１３４で、力指令値Ｃ１と力検出値Ｄ２とから力偏差Δを求める（Δ＝Ｃ１−Ｄ２）。
【００７１】
ステップＳ１３３で、カウンタが閾値未満（すなわち初期段階）であると判断したときは、ステップＳ１３５で、力指令値Ｃ１と力推定値Ｈとから力偏差Δを求める（Δ＝Ｃ１−Ｈ）。そして、ステップＳ１３６で、第１速度指令値Ｅ１及び第２速度指令値Ｅ２（速度指令値Ｅと総称する）を、力偏差Δ及びスライド速度検出値Ｄ１を用いて、以下の式（５）により算出する。なお式（５）で、Ｇは力ゲインを表す。
Ｅ＝Δ×Ｇ＋Ｄ１    ・・・（５）
【００７２】
ステップＳ１３０で、スライド１６がダイクッション機構１２に衝突する前であると判断したときは、ステップＳ１３７で、サーボモータ１４への速度指令値として、位置制御による速度指令値を採用する。そして、ステップＳ１３８で、上記したそれぞれの場合に応じて設定された速度指令値に基づいて、サーボモータ１４を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係るダイクッション機構の制御装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の制御装置を備えた本発明の一実施形態によるダイクッション機構を模式図的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による制御装置を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の制御装置を実現する第１の制御系を示すブロック線図である。
【図５】図４の制御系の制御フローチャートである。
【図６】図３の制御装置を実現する第２の制御系を示すブロック線図である。
【図７】図６の制御系の制御フローチャートである。
【図８】図３の制御装置を実現する第３の制御系を示すブロック線図である。
【図９】図８の制御系の制御フローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態による制御装置を示す機能ブロック図である。
【図１１】図１０の制御装置を実現する第４の制御系を示すブロック線図である。
【図１２】図１１の制御系の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１０、４０、５０    制御装置
１２    ダイクッション機構
１４    サーボモータ
１６    スライド
１８    力指令部
２０    力検出部
２２    スライド速度検出部
２４    力制御部
２６    クッションパッド
３２    モータ速度検出部
４２    速度指令作成部
５２    力推定部
【図１】
2007014965.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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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