JPH04300099A - プレス機等の工作機械の制御方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス機等の工作機械
の制御方法と装置に係り、より詳細には、例えば、プレ
ス機における上型等の移動体における下死点等の移動点
位置の測定と制御を容易に行え、品質にバラツキの少な
い加工製品を生産できるようにしたリニア運動をするプ
レス機等の工作機械の制御方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、プレス機により『曲げ』
『絞り』等の可塑加工をする場合、金型等の加工工具よ
りなる移動体の下死点等の位置設定により最適加工条件
を想定し、加工後の試作製品の品質からのフィード・バ
ックにより下死点等の基準位置の変更・修正を行い、該
基準位置への制御を行っている。

【０００３】しかし、プレス機等の工作機械は、経時的
変化、急激な温度変化等によって、該稼働中に、その基
準位置に変位が生じる場合がある。このような場合は、
加工時の実際の下死点位置を測定し、その変位量が一定
値以上であれば、その変位を調整して予め設定している
基準下死点位置に機械補正するようにしている。

【０００４】ところで、このような移動体の下死点位置
の変位は、通常、渦電流式センサー等の近接センサーが
用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した構成
の場合、次のような問題がある。すなわち、■　　正確
な下死点位置を測定するには、測定点を上金具等の加工
工具の先端表面としなければならず、センサ等の装着場
所が制約される。■測定範囲が短い（約１ｍｍ程度）た
め、稼働中の全動的工程の変化が把握できない。すなわ
ち、金型等の加工工具ならびに機械の振動状態の影響や
、機械の停止時における上金型等の停止位置の把握がで
きない。■　　機械本体の異常による製品品質への影響
が監視できない。■　　金型等の加工工具の磨耗による
影響あるいは寿命等が予測できない。■　　機械の稼働
中における金型等の加工工具ならびに機械本体への負荷
の把握ができない。等の問題がある。

【０００６】そこで、本発明者は、以上の点に対し、種
々、研究検討した結果、レーザ干渉測長機の原理を、プ
レス機等の工作機械の上型等の移動体の運動測定に利用
することで、上述した問題が解消できることを究明した
。すなわち、代表的なレーザ干渉測長機（２周波数を用
いた構成）は、図５に示すように、レーザ発振器ａで発
振・照射されたレーザ・ビームを半透明鏡ｂによって、
基準信号と被測定光とに分割され、該被測定光は偏向プ
リズムｃで被測定光と参照光とに分割され、該被測定光
は移動反射鏡（コーナーキューブ）ｄで反射され、ドプ
ラー効果による周波数偏移を受け、また参照光は固定反
射鏡（コーナーキューブ）ｅで反射され、上記被測定光
と干渉し、該干渉光（縞）が演算回路ｆで長さに変換さ
れ、移動距離を測定できる構成とされている。

【０００７】そして、このレーザ干渉測長機の場合、移
動距離が一定波長でだけ変化し、そのたび毎に強度変化
のピークが繰り返し現れ、このピークを計数することで
精密な距離計測ができることより、工作機械の移動体に
移動反射鏡を配設することにより、同様にして精密な距
離測定が行えると言える。

【０００８】本発明は、上述した点に対処して創案した
ものであって、その目的とする処は、上型等の移動体の
全運動中の位置測定が容易に行え、連続する全加工工程
中の加工負荷の変動状態を確認でき、該移動体を運動最
適条件への制御が容易に行えるプレス機等の工作機械の
制御方法と装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そして、上記課題を解決
するための手段としての本発明のプレス機等の工作機械
の制御方法は、レーザ・ビームによる干渉測長を利用し
、下型等の固定体に対面する上型等の移動体の負荷時の
運動軌跡と無負荷時の運動軌跡を計測し、該両運動軌跡
を比較し、該移動体の実加工時における下死点等の基準
位置や運動状態を制御するようにした構成よりなるもの
である。

【００１０】また、本発明の他のプレス機等の工作機械
の制御方法は、プレス機等の工作機械における下型等の
固定体に対面する上型等の移動体の下死点等の基準位置
や運動状態を制御するための方法であって、レーザ・ビ
ームによる干渉測長を利用し、上記移動体の負荷時の基
準運動軌跡と無負荷時の運動軌跡を計測して該両運動軌
跡を比較し、加工負荷量を得て基準加工負荷量とし、ま
た実加工時における上記移動体の運動軌跡を計測し、上
記無負荷時の運動軌跡と比較して実加工負荷量を得て、
上記基準加工負荷量と実加工負荷量とを比較することで
、上記移動体の下死点等の基準位置や運動状態の制御を
行うようにしたた構成よりなる。ここで、本発明の他の
プレス機の制御方法は、上記構成において、加工負荷量
を、移動体の加速度によって検出した構成も含む。

【００１１】更に、本発明のプレス機等の工作機械の制
御装置は、プレス機等の工作機械における下型等の固定
体に対面する上型等の移動体の下死点等の基準位置や運
動状態を制御するための装置であって、主光ビームを発
振・照射するレーザ発振部と、該レーザ発振部より照射
されたレーザ・ビームを参照光と被測定光に分割し、該
被測定光を上記プレス機の固定体に設けた固定反射鏡を
介し、移動体に設けた移動反射鏡に反射させ、該固定反
射鏡を介して被測定反射光を得て、該被測定反射光と上
記参照光とを干渉させる光学系部と、該光学系部による
該被測定反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号
を得る干渉光検出部と、該干渉光検出部で検出・変換さ
れた検出信号をカウントして上記移動体の位置または運
動軌跡を測定する測長演算部とを有する構成よりなる。 ここで、本発明のプレス機等の工作機械の制御装置は、
上記構成において、測長演算部よりの測定データよりプ
レス加工中の負荷を算出する負荷演算部を有し、該測長
演算部で得た負荷データにより、該移動体の下死点等の
基準位置や運動状態の制御を行う制御部を有する構成も
含む。

【００１２】

【作用】そして、本発明のプレス機等の工作機械の制御
方法と装置は、金型等の移動体の運動距離計測を、レー
ザ・ビームによる干渉測長を利用していることより、精
密な計測が行え、また該移動体の運動位置測定を全加工
工程で検出しているので、該移動体の全運動軌跡を得る
ことができるので、該移動体の連続する全加工工程中の
加工負荷の変動状態を確認でき、該移動体を運動最適条
件への制御が容易に行えるように作用する。

【００１３】以上のように、本発明のプレス機等の工作
機械の制御方法と装置は、該プレス等の工作機械の移動
体の移動位置測定にレーザ・ビームによる干渉測長を利
用した点に特徴を有し、この特徴点によって、該移動体
の下死点等の基準位置や運動状態の判別や、その制御を
正確かつ確実に行えるという格別な作用を奏するもので
ある。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を具体化
した実施例について説明する。ここに、図１〜図４は、
本発明の一実施例を示し、図１は制御装置の概略構成図
、図２は無負荷時に想定される移動体の運動軌跡の説明
図、図３は実際の加工時における移動体の運動軌跡の説
明図、図４は加工負荷量の説明図である。

【００１５】本実施例は、プレス機の制御装置であって
、概略すると、レーザ発振部１、光学系部２、プレス機
本体部３、干渉光検出部４、測長演算部５、加工負荷演
算部６、および制御部７の七つの部分より構成されてい
る。

【００１６】レーザ発振部１は、レーザ発振器８と発振
用電源９とより構成されている。ここで、レーザ発振器
８は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器が用いられ、レーザ・ビ
ームが発振・照射できるように構成されている。そして
、発振・照射されたレーザ・ビームは、光学系部２に入
る。

【００１７】光学系部２は、干渉計１０と波長板１１と
直角反射鏡１２およびコーナーキューブ１３とより構成
されている。干渉計１０は、レーザ発振部１で発振・照
射されたレーザ・ビームを参照光１４と被測定光１５と
に分割するビームスプリッター１６と固定反射鏡である
コーナーキューブ１７とを有している。そして、干渉計
１０は、被測定光１５を直角反射鏡１２を介して移動反
射鏡であるコーナーキューブ１３で反射させ被測定反射
光１８として、直角反射鏡１２を介して波長板１１を通
り、参照光１４と合成させ、干渉光１９とし、干渉光検
出部４で検出させるように配置されている。

【００１８】プレス機本体部３は、固定体を形成するプ
レス機ボルスター２０と下金型２１と、移動体を形成す
るプレス機スライダー２２と上金型２３とを有している
。そして、下金型２１には光学系部２の直角反射鏡１２
が、また上金型２３にはコーナーキューブ１３が装着さ
れている。すなわち、直角反射鏡１２は、干渉計１０を
出た被測定光１５が所定角度（４５度）で入射しコーナ
ーキューブ１３に向かって反射するように下金型２１に
装着されていて、またコーナーキューブ１３は直角反射
鏡１２からの被測定光１５の光路上に位置するように上
金型２３に装着されている。

【００１９】干渉光検出部４は、干渉光（縞）を受光す
る受光体により構成されている。また測長演算部５は、
アップダウンカウンター２４と距離演算回路２５とより
構成されていて、干渉光検出部４で受光された信号をア
ップダウンカウンター２４で移動体（上金型２１）の運
動軌跡と、駆動範囲でのピーク時のカウント数をカウン
ト・記憶すると共に、距離演算回路２５で、レーザ・ビ
ームの波長を測定基準としてアップダウンカウンター２
４でのカウント数値を基にして距離の算出・換算を行え
るように構成されている。また、加工負荷演算部６は、
測長演算部５で得られた測定データより、また加速度が
移動点の変位に比例することより、該移動点の加速度で
加工負荷（実負荷）を演算する構成とされている。更に
、制御部７は、加工負荷演算部６で得られた加工時にお
ける加工負荷（実負荷）データと、予め記憶させている
各種材料や加工方法に対する最適加工負荷量や最大加工
負荷値等のデータよりなる基準加工負荷データとを比較
し、両者間に開きがある場合に移動体の運動速度や下死
点位置等を修正制御させ得る構成とされている。

【００２０】次に、上述した実施例のプレス機の制御装
置を用いて、その制御方法について説明する。まず、制
御部７に、プレスしようとする材料、加工方法について
予め設定して得た基準加工負荷データを記憶させておく
。該基準加工負荷データは、無負荷時の移動体の運動軌
跡（図２参照）と、負荷時（加工時）を想定する運動軌
跡（図３参照）とを得て、該両運動軌跡より求められる
移動体の加速度を演算し、加工負荷量を得て（図４参照
）、この加工負荷量（加工負荷の面積Ａ）よりなる基準
データを求める。該基準データは、計算によって算出し
ても、あるいはプレス機を実際に作動させて得たデータ
であってもよい。

【００２１】そして、プレスしようとする材料を所定位
置に載置し、通常の場合と同様にして可塑加工を行う。 すなわち、プレス機スライダー２２を駆動させて上金型
２３を移動させ、プレス機ボルスター２０に設けられて
いる下金型２１とで、上記材料をプレスする。

【００２２】ここで、プレス機の駆動と並行して、レー
ザ発振部１よりレーザ・ビームを発振・照射すると、該
レーザ・ビームは光学系部２の干渉計１０のビームスプ
リッター１６で参照光１４と被測定光１５に分割され、
該被測定光１５が下金型２１に装着されている直角反射
鏡１２を介して上金型２３に装着されているコーナーキ
ューブ１７で、被測定反射光１８として、被測定光１５
と平行に反射され、直角反射鏡１２を介して向きを変え
られ、再度、干渉計１０のビームスプリッター１６で、
コーナーキューブ（固定）１３を介して向きを変えられ
た参照光１４と合成された干渉光１９として、干渉光検
出部３の受光体に受光される。

【００２３】なお、被測定反射光１８は、参照光１４と
合成される前に、波長板１１で、被測定反射光１８の半
分が位相差をもつ２つのビームに分割され、参照光１４
と干渉し、２個の光電素子によって、位相差のある光信
号に変換される。この信号は、移動体（上金型２３）に
装着されているコーナーキューブ１７がλ／４ごとの移
動に対して発され、位相差により移動体の進行方向を判
別できる。

【００２４】そして、干渉光検出部３よりの信号は、測
長演算部５におけるアップダウンカウンター２４でカウ
ントされ、プレス機の移動体（上金型２３）の運動軌跡
並びに駆動範囲でのピーク時のカウント数を記憶され、
また測長演算回路２５でレーザの波長を測定基準として
アップダウンカウンター２４でのカウント数値を基にし
て移動体と固定体との距離の算出され、図３に示すよう
な負荷時における運動軌跡が得られる。そして、この測
定データは、加工負荷演算部６に送られ、予め記憶させ
ている無負荷時における運動軌跡（図２参照）と比較さ
れ、実際の加工負荷量（図４参照）が算出される。なお
、これらのデータは、原則として、加工の１サイクル、
例えば、上死点から上死点までを基準として比較しする
。

【００２５】ここで、運動軌跡について説明すると、図
３において、無負荷時と同じ運動軌跡からの離脱の始ま
りが実加工の開始を示し、またピーク下死点位置が加工
の終了時点を示す。また、図４において、加工開始から
終了までの運動軌跡の離脱により発生する面積Ａとその
軌跡が、加工時の加工負荷状況を示している。従って、
この移動体の運動軌跡、加工負荷量により、実際での加
工状況を把握できることになる。

【００２６】また、加工負荷演算部６で得られた加工時
における加工負荷（実負荷）データは、制御部７で、予
め記憶させている各種材料や加工方法に対する最適加工
負荷量や最大加工負荷値等のデータよりなる基準加工負
荷データとを比較され、両者間に開きがある場合に移動
体の運動速度や下死点位置等を、予め設定した基準加工
負荷データに基づいて修正・制御させる。

【００２７】ところで、加工負荷量Ａ、運動軌跡は、下
死点位置、加工材料の厚さ、材質、加工方法（切断、曲
げ、絞り、切削等）、振動、温度、リニア運動体のスピ
ード等により変化する。従って、検出した運動軌跡や加
工負荷量に変動が生じた場合は、速やかに、移動体の調
整を行うことにする。そして、本実施例によれば、移動
体と固定体との関係を、その距離を縦軸、時間を横軸と
する連続した運動軌跡として測定でき、予め設定した基
準データと比較し、変動が生じた場合、その変動を速や
かに検出できるように作用する。

【００２８】また、従来例と比較して、次のような作用
を奏する。すなわち、■実際の下死点である移動体（金
型等の加工工具）の先端を必ずしも測定する必要がない
ので、装着場所の制約が極めて少なくなる。■　　機械
自体の振動等による影響を除去できるので、より高度な
品質保証ができる。■　　測定範囲が従来の１ｍｍ程度
から２００ｍｍ程度まで拡大可能であるので、加工対象
物の厚さ変動にも広範囲で対応できる。■　　温度によ
るプレス機自体、金型等の加工工具、被加工対象物への
影響による変位が補正される。■　　機械の停止時、あ
るいは始動時における金型等の位置が全工程にて把握で
きる。■　　稼働中の金型等の加工工具の破損やプレス
機自体の異常等の監視が可能となる。■　　長期的な加
工負荷変動の監視により、金型等の加工工具の寿命予測
が可能となる。■　　実際の加工負荷の把握ができるた
め、プレス機の障害の予知診断が可能となる。

【００２９】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で変形
実施できるものを含む。因みに、上述した実施例におい
てはプレス機について説明したが、他の工作機械におい
ても同様に実施できることは当然である。また、レーダ
干渉測長器の構成については、この構成に限られるもの
でなく、他の構成としてもよい。更に、移動体、固定体
への反射鏡の装着は、金型でなく、該金型を装着するプ
レス機や工作機械の本体に装着するようにした構成等と
してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のプレス機等の工作機械の制御方法と装置によれば、プ
レス等の工作機械の移動体の移動位置測定にレーザ・ビ
ームによる干渉測長を利用していることより、該移動体
の下死点等の基準位置や運動状態の容易に判別でき、該
基準位置や運動状態の変動を検出することで、その制御
を正確かつ確実に行えるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例を示す制御装置の概略構
成図である。

【図２】　　無負荷時に想定される移動体の運動軌跡の
説明図である。

【図３】　　実際の加工時における移動体の運動軌跡の
説明図である。

【図４】　　加工負荷量の説明図である。

【図５】　　レーザ干渉測長器の概略構成図である。

【符号の説明】

１・・・レーザ発振部、２・・・光学系部、３・・・プ
レス機本体部、４・・・干渉光検出部、５・・・測長演
算部、６・・・加工負荷演算部、７・・・制御部、８・
・・レーザ発振器、９・・・発振用電源、１０・・・干
渉計、１１・・・波長板、１２・・・直角反射鏡、１３
・・・コーナーキューブ、１４・・・参照光、１５・・
・被測定光、１６・・・ビームスプリッター、１７・・
・コーナーキューブ、１８・・・被測定反射光、１９・
・・干渉光、２０・・・プレス機ボルスター、２１・・
・下金型、２２・・・プレス機スライダー、２３・・・
上金型、２４・・・アップダウンカウンター、２５・・
・距離演算回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザ・ビームによる干渉測長を利用
   し、下型等の固定体に対面する上型等の移動体の負荷時
   の運動軌跡と無負荷時の運動軌跡を計測し、該両運動軌
   跡を比較し、該移動体の実加工時における下死点等の基
   準位置や運動状態を制御するようにしたことを特徴とす
   るプレス機等の工作機械の制御方法。
2. 【請求項２】　　プレス機等の工作機械における下型等
   の固定体に対面する上型等の移動体の下死点等の基準位
   置や運動状態を制御するための方法であって、レーザ・
   ビームによる干渉測長を利用し、上記移動体の負荷時の
   基準運動軌跡と無負荷時の運動軌跡を計測して該両運動
   軌跡を比較し、加工負荷量を得て基準加工負荷量とし、
   また実加工時における上記移動体の運動軌跡を計測し、
   上記無負荷時の運動軌跡と比較して実加工負荷量を得て
   、上記基準加工負荷量と実加工負荷量とを比較すること
   で、上記移動体の下死点等の基準位置や運動状態の制御
   を行うことを特徴とするプレス機等の工作機械の制御方
   法。
3. 【請求項３】　　加工負荷量を、移動体の加速度によっ
   て検出している請求項２に記載のプレス機等の工作機械
   の制御方法。
4. 【請求項４】　　プレス機等の工作機械における下型等
   の固定体に対面する上型等の移動体の下死点等の基準位
   置や運動状態を制御するための装置であって、主光ビー
   ムを発振・照射するレーザ発振部と、該レーザ発振部よ
   り照射されたレーザ・ビームを参照光と被測定光に分割
   し、該被測定光を上記プレス機の固定体に設けた固定反
   射鏡を介し、移動体に設けた移動反射鏡に反射させ、該
   固定反射鏡を介して被測定反射光を得て、該被測定反射
   光と上記参照光とを干渉させる光学系部と、該光学系部
   による該被測定反射光と参照光との干渉光を検出して検
   出信号を得る干渉光検出部と、該干渉光検出部で検出・
   変換された検出信号をカウントして上記移動体の位置ま
   たは運動軌跡を得る測長演算部を有することを特徴とす
   るプレス機等の工作機械の制御装置。
5. 【請求項５】　　測長演算部よりの測定データよりプレ
   ス加工中の負荷を算出する加工負荷演算部と、該測長演
   算部で得た負荷データにより移動体の下死点等の基準位
   置や運動状態の制御を行う制御部を有する請求項４に記
   載のプレス機等の工作機械の制御装置。