(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により駆動される３軸以上の駆動軸を有するラムに装着される上金型と、固定テーブルに装着される下金型とによって板材の曲げ加工を行う電動式ベンダの制御方法であって、
各駆動軸を駆動する各サーボモータは、位置制御部において、外部からの位置指令信号と、各駆動軸位置に対応して設けられる位置検出器からの位置フィードバック信号とにより速度指令信号を出力し、速度制御部において、前記速度指令信号に基づき電流指令信号を生成し、パワー制御部において、前記電流指令信号に基づきサーボモータ駆動用の実電流を生成することにより制御され、
各駆動軸のうち所定の基準駆動軸を除く他の駆動軸に係るサーボモータは、当該他の駆動軸に係る位置制御部に、補正制御部において生成される当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置偏差に基づく制御信号が入力されることにより、この相対位置偏差を加味して制御されるとともに、前記位置制御部には、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置を所望の値に設定する軸間位置設定器からの相対位置偏差信号が入力される
ことを特徴とする電動式ベンダの制御方法。
【請求項２】
電動機により駆動される３軸以上の駆動軸を有するラムに装着される上金型と、固定テーブルに装着される下金型とによって板材の曲げ加工を行う電動式ベンダの制御装置であって、
各駆動軸を駆動する各サーボモータの制御装置は、外部からの位置指令信号と、各駆動軸位置に対応して設けられる位置検出器からの位置フィードバック信号とを受けて速度指令信号を出力する位置制御部と、この位置制御部からの速度指令信号に基づき電流指令信号を生成する速度制御部と、この速度制御部からの電流指令信号に基づきサーボモータ駆動用の実電流を生成するパワー制御部とを備え、
前記各制御装置のうち所定の基準駆動軸を除く他の駆動軸に係る制御装置は、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置偏差に基づく制御信号を生成して当該他の駆動軸の位置制御部に出力する補正制御部を備えるとともに、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置を所望の値に設定する軸間位置設定器を備える
ことを特徴とする電動式ベンダの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機により駆動される３軸以上の駆動軸を有するラムに装着される上金型と、固定テーブルに装着される下金型とによって板材の曲げ加工を行う電動式ベンダの制御方法および制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動機によりラム（可動テーブル）を駆動し、このラムに装着された上金型と、前記ラムに対向配置される固定テーブルに装着された下金型とによって板材の曲げ加工を行う所謂電動式ベンダが知られている。
【０００３】
この種の電動式ベンダにおいては、加圧能力が極端に小さいベンダを除き、ラムを上下方向に位置決め制御するサーボ軸（一般に、「ＤＳ軸」と呼ばれている。）を複数軸設けるのが一般的である。前記ラムは、モータと連結されるボールナットの回転によりボールねじを介して上下方向に移動される。また、各ＤＳ軸に対応してラムの上下位置を検出するリニアエンコーダが設けられ、前記モータおよびリニアエンコーダがサーボ制御装置に電気的に接続されている。こうして、サーボ制御装置が複数のＤＳ軸制御系に同時に目標位置を指令することにより、各ＤＳ軸制御系はその指令された目標位置に向かって各ＤＳ軸を駆動し、これによってラムの位置決めが行われる。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術として、次の各公報に開示されるものがある。
（１）特公平３−６７０００号公報
複数本の油圧シリンダによりスライドを上下動させる油圧プレスにおいて、各油圧ポンプより同量の流量が吐出されるように、サーボ機構を可変速モータにより同期制御するとともに、スライドストローク検出器を設け、かつこれらの検出器で検出した値を比較し、得られた値により流量制御弁を制御することにより、スライドをボルスタに対して平行状態で上下動させるようにしたもの。
（２）実開平３−７６７００号公報
複数本の油圧シリンダによりスライドを上下動させる油圧プレスにおいて、スライドの各部位の高さ位置を検出して各制御系にフィードバックするとともに、各位置検出器の値から基準軸とその他の軸との相対位置偏差を求め、この相対位置偏差の大きさに比例して、基準軸以外の軸の制御系ゲイン値を変化させるようにしたもの。
（３）特開平３−３５８９９号公報
複数の油圧シリンダを有する油圧プレスの同期制御装置に関するものであって、各シリンダに設けた位置検出装置の検出値から各軸間の相対位置偏差を求めると同時に、最も目標値に近い軸を判別し、この最も目標値に近い軸を基準軸にして他の軸を基準軸に一致させるために、前記相対位置偏差を他の各軸にフィードバックするようにしたもの。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述されている従来のラム位置決め制御系においては、複数のＤＳ軸制御系に同時に目標位置を指令するようにされているが、現実には各ＤＳ軸に加わる負荷イナーシャ、粘性摩擦力、外乱等が等しくはなく、またラムを介して各ＤＳ軸は相互干渉系の関係になっていることから、例えば各ＤＳ軸の負荷に差が生じた場合に、その負荷の大きなＤＳ軸にはラムを介して他のＤＳ軸から外力（トルク外乱）が加わることになり、サーボモータに大きな電流が流れたり、ラム自体に無理な力が加わったり、所望の位置決め精度が得られなかったりするといった問題点がある。
【０００６】
また、本願発明に関連する先行技術として挙げた前記各公報に開示されているものでは、次のような問題点がある。
（１）特公平３−６７０００号公報
この先行技術のものでは、可変速モータ、メカニカルリンクおよび油圧ポンプよりなるメカニカルフィードバックを利用しているために、ガタや温度変化の影響を受けて高精度の制御が行えない。また、例えば４本の油圧シリンダを用いる場合には左右２組ずつの制御系に分割し、各組毎に同期制御を行っているために、基本的には２軸制御であってやはり高精度の制御が行えない。
（２）実開平３−７６７００号公報
この先行技術のものでは、基準軸とその他の軸との相対位置偏差に応じて各軸のゲインを変化させているために、制御系が不安定になり位置決め制御そのものができなくなることがある。また、各軸間の相対位置偏差を直接フィードバックしている訳ではないので、高精度の制御が行えない。
（３）特開平３−３５８９９号公報
この先行技術のものでは、最も目標値に近い軸を基準軸にしているために、目標値に到達するまでに時々刻々基準軸が変化することになり、目標値近傍でハンチング状態となって制御系が不安定になる。
【０００７】
本発明は、前述のような従来技術の有する各種問題点を解消するためになされたもので、各軸の負荷に差があったり負荷変動があった場合にも、ラムに無理な力を加えずに、高速かつ高精度にラムの位置決め制御を行うことのできる電動式ベンダの制御方法および制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明による電動式ベンダの制御方法は、
電動機により駆動される３軸以上の駆動軸を有するラムに装着される上金型と、固定テーブルに装着される下金型とによって板材の曲げ加工を行う電動式ベンダの制御方法であって、
各駆動軸を駆動する各サーボモータは、位置制御部において、外部からの位置指令信号と、各駆動軸位置に対応して設けられる位置検出器からの位置フィードバック信号とにより速度指令信号を出力し、速度制御部において、前記速度指令信号に基づき電流指令信号を生成し、パワー制御部において、前記電流指令信号に基づきサーボモータ駆動用の実電流を生成することにより制御され、
各駆動軸のうち所定の基準駆動軸を除く他の駆動軸に係るサーボモータは、当該他の駆動軸に係る位置制御部に、補正制御部において生成される当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置偏差に基づく制御信号が入力されることにより、この相対位置偏差を加味して制御されるとともに、前記位置制御部には、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置を所望の値に設定する軸間位置設定器からの相対位置偏差信号が入力される
ことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、各駆動軸を駆動する各サーボモータは、位置制御部と速度制御部とパワー制御部とを備える制御系によって駆動制御される。この制御系においては、各軸の位置制御部に、外部の例えばＮＣ装置からの位置指令信号が入力されるとともに、各駆動軸位置に対応して設けられる位置検出器からの位置フィードバック信号が入力され、これら入力信号に基づいて各位置制御部からは各速度制御部に対し速度指令信号が出力される。また、各速度制御部においては、各位置制御部より入力される速度指令信号に基づき電流指令信号が生成され、この電流指令信号が各パワー制御部に出力される。さらに、各パワー制御部においては、入力された前記電流指令信号に基づきサーボモータ駆動用の実電流が生成されて、この実電流に基づき各サーボモータが直接駆動される。基準駆動軸を除く他の駆動軸に係るサーボモータ制御系には補正制御部が設けられている。この補正制御部には、前記他の駆動軸と基準駆動軸との相対位置偏差信号が入力され、補正制御部からは、前記相対位置偏差信号に基づく制御信号が当該他の駆動軸に係る位置制御部に出力される。こうして、基準軸以外の他の駆動軸においては、各軸毎の目標位置信号と位置フィードバック信号との偏差（自己位置偏差）を０にする制御と、基準軸との相対位置偏差を０にする制御とが実行されるので、基準軸と他の駆動軸との間に負荷の差異があったり、あるいは負荷変動があったとしても、基準軸に他の駆動軸を追従させることができ、またラムを介してサーボ系に入る他軸からの外乱（トルク外乱）を抑えることができる。したがって、ラムに無理な力を加えずに高速かつ高精度にラムを位置決めすることが可能となる。
【００１０】
また、前記位置制御部に、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置を所望の値に設定する軸間位置設定器からの相対位置偏差信号が入力されているので、例えばラムにクラウニングを付けたい場合などに各軸間の相対位置を任意の値に設定することができる。
【００１１】
次に、第２発明による電動式ベンダの制御装置は、
電動機により駆動される３軸以上の駆動軸を有するラムに装着される上金型と、固定テーブルに装着される下金型とによって板材の曲げ加工を行う電動式ベンダの制御装置であって、
各駆動軸を駆動する各サーボモータの制御装置は、外部からの位置指令信号と、各駆動軸位置に対応して設けられる位置検出器からの位置フィードバック信号とを受けて速度指令信号を出力する位置制御部と、この位置制御部からの速度指令信号に基づき電流指令信号を生成する速度制御部と、この速度制御部からの電流指令信号に基づきサーボモータ駆動用の実電流を生成するパワー制御部とを備え、
前記各制御装置のうち所定の基準駆動軸を除く他の駆動軸に係る制御装置は、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置偏差に基づく制御信号を生成して当該他の駆動軸の位置制御部に出力する補正制御部を備えるとともに、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置を所望の値に設定する軸間位置設定器を備える
ことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、前記第１発明による電動式ベンダの制御方法をより具体的に実現するための制御装置に関するものであって、前記第１発明と同様の作用・効果を奏するものである。
【００１３】
また、当該他の駆動軸と前記基準駆動軸との相対位置を所望の値に設定する軸間位置設定器を備えているので、例えばラムにクラウニングを付けたい場合などに各軸間の相対位置をその軸間位置設定器により任意の値に設定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による電動式ベンダの制御方法および制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１には、本発明の一実施例に係る電動式ベンダの部分斜視図が示されている。
【００１６】
本実施例の電動式ベンダにおいては、昇降駆動されるラム（上部可動テーブル）１と、このラム１に対位して固定配置される固定テーブル（下部固定テーブル）２とが備えられ、ラム１の下部にはパンチ保持装置３を介して図示されないパンチ（上金型）が取り付けられ、固定テーブル２の上面にはダイ保持装置を介してダイ（いずれも図示せず）が取り付けられている。
【００１７】
前記固定テーブル２の両側部には一対のサイドフレーム５，５が一体に設けられ、各サイドフレーム５，５の上端部を連結するように支持フレーム６が設けられている。この支持フレーム６には、複数基（本実施例では４基）のラム駆動装置７が取り付けられており、これらラム駆動装置７の下端部にラム１が揺動自在に連結されている。こうして、ラム駆動装置７の作動によってラム１が昇降動されることにより、パンチとダイとの間に介挿される板材（ワーク）が折り曲げられるようになっている。
【００１８】
各ラム駆動装置７は、後述するサーボ制御装置によって制御されるＡＣサーボモータ８を駆動源としてその駆動力をタイミングベルト９を介して図示されないボールナットに伝え、このボールナットに連結されるボールねじ１０を上下方向に移動させることにより、このボールねじ１０に連結されるラム１を上下駆動させるように構成されている。
【００１９】
前記ラム１には、各ラム駆動装置７の駆動軸（以下、向かって左側からＤＳ１軸、ＤＳ２軸、ＤＳ３軸、ＤＳ４軸という。）位置に対応してインクリメンタルタイプのリニアエンコーダ１１が取り付けられ、その検出子１２が伸び補正ブラケット１３に取り付けられている。このリニアエンコーダ１１からの検出データは、後述されるように位置フィードバックに用いられる。ここで、前記伸び補正ブラケット１３は、前記サイドフレーム５，５に沿うように設けられる２枚のサイドプレート１３ａ，１３ａと、左右のサイドプレート１３ａ，１３ａを連結するビーム１３ｂとにより構成されている。このようにリニアエンコーダ１１の検出子１２を伸び補正ブラケット１３に取付けることで、各リニアエンコーダ１１は、各サイドフレーム５，５の負荷変化による変形の影響を受けることがなく、ラム１の各駆動軸毎の絶対位置を計測することが可能である。なお、本実施例では、リニアエンコーダ（本体）１１をラム１に取付け、検出子１２を補正ブラケット１３に取付けるものとしたが、これらの取付け位置は逆にしても良い。
【００２０】
また、各サーボモータ８のモータ軸には、各サーボモータ８の現在位置を検出するためのアブソリュートタイプのモータエンコーダ１４（図２参照）が付設されている。なお、このモータエンコーダ１４からの検出データは、後述されるように速度フィードバックに用いられる。
【００２１】
次に、各サーボモータ８を制御するサーボ制御装置について、図２を参照しつつ説明する。
【００２２】
このサーボ制御装置は、基準軸（ここでは、ＤＳ１軸を基準軸とする。）の制御系１５とその他の３軸（ＤＳ２軸，ＤＳ３軸，ＤＳ４軸）の各制御系１６，１７，１８からなる４つの制御系により構成されている。なお、図２においては、ＤＳ３軸およびＤＳ４軸に係る各制御系１７，１８の詳細構成はＤＳ２軸に係る制御系１６と同様であるため省略されている。
【００２３】
各制御系１５，１６，１７，１８は、ＮＣ装置１９からの位置指令信号（移動量信号）と、各駆動軸毎のリニアエンコーダ１１からの位置フィードバック信号とを受けて速度指令信号を出力する位置制御部２０と、この位置制御部２０からの速度指令信号と、モータエンコーダ１４からの速度フィードバック信号との差から演算される速度偏差量信号に基づき電流指令信号を演算してそれを出力する速度制御部２１と、この速度制御部２１から出力される電流指令信号と、電流フィードバック信号との差から演算される電流偏差量信号が入力され、この入力信号に基づいてパワー制御部２３に実電流を生成させる信号を出力する電流制御部２２と、この電流制御部２２からの信号に基づきサーボモータ８を直接駆動するパワー制御部２３とを備える構成とされている。
【００２４】
また、基準軸（ＤＳ１軸）を除く他の駆動軸（ＤＳ２〜ＤＳ４）に係る制御系１６〜１８においては、前記構成に加えて、補正制御部２４と軸間位置設定器２５とが設けられる。例えばＤＳ２軸の制御系１６における補正制御部２４は、基準軸（ＤＳ１軸）の位置フィードバック信号（ＤＳ１軸の位置）からそのＤＳ２軸の位置フィードバック信号（ＤＳ２軸の位置）を減算し、この減算した値にある定数を乗算した値をそのＤＳ２軸の位置制御部２０に出力する。ＤＳ３軸およびＤＳ４軸においても、このＤＳ２軸と同様の処理が行われる。すなわち、基準軸以外の駆動軸（ＤＳ２〜ＤＳ４）の制御系１６〜１８に設けられる各補正制御部２４は、基準軸と当該駆動軸との相対位置偏差を求めて当該駆動軸の位置制御部２０に出力するものである。また、軸間位置設定器２５は、例えばラム１にクラウニングを付けたい場合などにおいて、前記相対位置偏差にバイアスをかけるために軸間位置を任意の値に設定する設定器である。
【００２５】
図３には、基準軸以外の駆動軸（ＤＳ２〜ＤＳ４）の制御系１６〜１８に設けられる位置制御部２０の詳細構成が示されている。
【００２６】
図示のように、ＮＣ装置１９から入力される移動量信号は速度パターン生成部２６に入力され、この速度パターン生成部２６において予め設定された最大速度および加減速時間に基づき速度パターンが生成される。次いで、この生成された速度パターンに基づいて、制御系の１実行時間当たりに換算された目標位置が目標位置演算部２７において順次演算される。さらに、この目標位置演算部２７にて演算された目標位置信号と、リニアエンコーダ１１からの位置フィードバック信号との差（自己位置偏差）に対して、前記補正制御部２４で生成された基準軸との相対位置偏差を加算し、総合位置偏差量として後段のゲイン演算部２８に出力する。この後、このゲイン演算部２８において、前記総合位置偏差量にゲイン定数Ｋｐが乗算される。このゲイン定数Ｋｐは、一般に位置ループゲインと呼ばれ、制御系の応答性、安定性を決めるパラメータである。
【００２７】
このようなサーボ制御装置において、ＮＣ装置１９から出力された位置指令信号（全軸同一の値）は各制御系１５〜１８の位置制御部２０に入力され、この指令信号に基づき各サーボモータ８が駆動されてラム１が上下移動される。このラム１の昇降時にそのラム１の各駆動軸位置での上下位置はリニアエンコーダ１１にて検出され、位置フィードバックとして位置制御部２０に帰還され、ＮＣ装置１９からの位置指令信号に一致するように制御系はサーボモータ８を駆動する。
【００２８】
このように複数のＤＳ制御系に同時に目標位置を指令しても、各ＤＳ軸の負荷に差があったり、制御中に負荷変動があったときに、各軸間には相対位置偏差が生じる。本実施例のサーボ制御装置では、このような相対位置偏差を常に監視するようにされている。具体的には、各軸毎の目標位置信号と位置フィードバック信号との偏差（自己位置偏差）が前述のように求められるとともに、ＤＳ２軸〜ＤＳ４軸において基準軸と当該駆動軸との相対位置偏差が求められ、これらの偏差から総合位置偏差が合成される。この場合、自己位置偏差と相対位置偏差のうちのいずれを優先的に０にするかを決定するために、補正制御部２４においては重み付け用の定数Ｋが用意されており、次の式によって総合位置偏差が演算され、この総合位置偏差を０にするように制御が実行される。
総合位置偏差＝自己位置偏差＋Ｋ・相対位置偏差
（Ｋ：重み定数）
【００２９】
この結果、各駆動軸に負荷の差があった場合にも、基準軸（ＤＳ１軸）に他の駆動軸（ＤＳ２軸〜ＤＳ４軸）を追従させることができ、ラム１に無理な力を加えずに、かつ安定した制御でラム１を高精度に位置決めすることができる。
【００３０】
本実施例のサーボ制御装置の位置制御部（図３参照）においては、補正制御部からの補正信号（相対位置偏差信号）がゲイン制御部２８の入力信号に加算されているが、この補正信号は、ゲイン制御部２８の出力信号に加算されても良い。
【００３１】
本実施例においては、ラム１が４個の駆動軸を有する電動式ベンダについて説明したが、本発明は、駆動軸が３軸のものや５軸以上のものに対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る電動式ベンダの部分斜視図である。
【図２】図２は、本実施例のサーボ制御装置のシステム構成図である。
【図３】図３は、サーボ制御装置の位置制御部（ＤＳ２軸〜ＤＳ４軸）の詳細図である。
【符号の説明】
１        ラム
２        固定テーブル
７        ラム駆動装置
８        ＡＣサーボモータ
１０      ボールねじ
１１      リニアエンコーダ（位置検出器）
１２      検出子
１３      補正ブラケット
１４      モータエンコーダ
１５      基準軸の制御系
１６      ＤＳ２軸の制御系
１７      ＤＳ３軸の制御系
１８      ＤＳ４軸の制御系
１９      ＮＣ装置
２０      位置制御部
２１      速度制御部
２２      電流制御部
２３      パワー制御部
２４      補正制御部
２５      軸間位置設定器
２６      速度パターン生成部
２７      目標位置演算部
２８      ゲイン演算部
【図１】
0003969850.tif 000002
【図２】
0003969850.tif 000003
【図３】
0003969850.tif 000004