サーボプレスの制御装置及び制御方法
【課題】プレスの圧力能力と駆動系のトルク能力に対する過負荷を防止した、サーボプレスの制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】サーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御装置において、スライド目標位置データを算出するモーション演算部と、スライド目標位置データに基いてプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割するトルク分割部と、分轄された加工トルクを所定の加工制限トルクに制限する加工系制限部と、加工制限トルクと制御トルクとの合成トルクを所定の駆動制限トルクに制限する駆動系制限部を設け、駆動制限トルクの指令に基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とする。
【解決手段】サーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御装置において、スライド目標位置データを算出するモーション演算部と、スライド目標位置データに基いてプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割するトルク分割部と、分轄された加工トルクを所定の加工制限トルクに制限する加工系制限部と、加工制限トルクと制御トルクとの合成トルクを所定の駆動制限トルクに制限する駆動系制限部を設け、駆動制限トルクの指令に基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータで、クランク軸やエキセン軸による偏心機構、ナックル機構やリンク機構による倍力機構等を介してスライドを駆動する、サーボプレスの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図1に一般的な機械プレスの構成を示す。フライホイール３のエネルギーが摩擦板で構成されたクラッチ４を経由してピニオンギヤ５からメインギヤ６に伝達され、クランクシャフト８を駆動してスライド１０が昇降する構造になっている。
【０００３】
クラッチ４は、プレスの加圧力を示す図３の行程圧力線図を満足させるトルク伝達力を有しており、フライホイール３が持つ大きなトルクは、摩擦板で構成されるクラッチ４で伝達トルクが必要トルク以下に制限されているため、クラッチ４が駆動系であるピニオンギヤ５、メインギヤ６、クランクシャフト８、コネクティングロッド９にストレスが掛からない構造となっている。
【０００４】
図２は一般的なサーボプレスの構成図で、上記機械プレスで用いられているクラッチ４を設けず、ピニオンギヤ５にサーボモータ１１が直接接続されるか、或いは減速用のギヤを経由して接続される構成としている。サーボプレスをスライド１０の位置や速度等を数値制御でコントロールするために、機械プレスのクラッチ４を設けずサーボモータ１１の回転位置とスライド１０の位置が常に固定された関係に保たれている。
【０００５】
また、サーボプレスに使用されるサーボモータ１１は、プレスの加圧力を示す図３の行程圧力線図を満足させるうえで、十分トルクの大きいモータが選定されるため、サーボプレスが発生可能な加圧力は図３のサーボプレスの線図のようになる。図３で横軸はスライドの下死点位置からの高さ（単位ｍｍ）、縦軸はプレスの加圧力（単位ｋＮ）を表す。
【０００６】
しかしながら、サーボモータ１１が十分なトルクを発揮できるとしても、プレス機械の構造設計上で、必要以上のトルクが掛けられると、ピニオンギヤ５やメインギヤ６の駆動機構にピッチング等のダメージが発生し、そのまま使い続けると機械を壊す恐れが有る。
【０００７】
従来のプレスの過負荷保護装置として、コネクティングロッド９とスライド１０の結合部に油圧室を設けて、予め設定された以上の加圧力が発生すると油圧をリークさせる保護装置や、プレス機械のフレームに歪ゲージを取付けて加圧力をフレームの延びとして検出し、所定値以上を検出したときプレスを止めるオーバ荷重検出装置がある。
【０００８】
しかし、サーボプレスはプレス加工中にもサーボモータ１１の速度が可変であって、プレス加工時にサーボモータ１１が加速中であるか減速中であるかの違いにより、プレス荷重は同一であっても、サーボモータ１１から駆動軸へ伝わるトルクが異なるため、従来の機械プレスで使用されている過負荷保護装置では保護できない問題がある。
【０００９】
この種問題の対策として、特許文献１では、サーボプレスの機械保護のために、スライド下死点近傍で、スライド加圧力が制限値を略一定に保つよう、偏心軸回転角度に応じてモータトルクを減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１７４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、実際のプレス加工において、下死点近傍だけで加工の仕事をするケースはブランキング加工に限定され、それ以外の絞り加工等では下死点手前のスライドが高い位置からプレス加工が行なわれる。したがって、特許文献１に示される技術では、絞り加工等のプレス加工中に加圧力が制限されない場合があり、大きいトルクにより駆動系や機械にダメージを与えてしまう恐れがある。
【００１２】
また、モータトルクはプレス加工時の外乱トルクに対向する加工トルクとは別に、モータ及びモータと結合されている駆動系で、高速で回転することにより慣性エネルギーが発生し、この慣性エネルギーはモータ速度に比例してモータをアシストする慣性トルクとなる。一方で、駆動系で発生する回転による摩擦力がモータに負荷を掛ける摩擦トルクとなる。これらの慣性トルクと摩擦トルクは、モータを回すことで生じる機械的なトルク変動要素であり、これらを総称して変動トルクとする。
変動トルク（モータ速度に応じて変化）＝慣性トルク＋摩擦トルク
更に、サーボプレスはプレス加工時のモーションが任意に変更できることが特徴であるが、モータが加速中に加工する場合と、モータが減速中に加工する場合とでは、必要なモータトルクが異なる。ここで、モーションにより決められる加減速トルクと、モータ速度に応じて変化する変動トルクをまとめたものを制御トルクとすると、必要なモータトルクは、以下の式で表される。
モータトルク＝加工トルク（外乱対向トルク）＋制御トルク（加減速トルク＋変動トルク）
特許文献１に示される、偏心軸回転角度に応じてモータトルクを減少させる方法では、モータ加減速中の加工時に変化する制御トルク成分を考慮していないため、プレスの機械保護方法としては不十分である。
【００１３】
図４に、一般的なサーボプレスの制御装置を示す。プレス情報記憶部２０には、プレス能力、スライドストローク長さ、ピニオンギヤ５とメインギヤ６の歯数で決まる減速比や、コネクティングロッド９（いずれも図２参照）の長さ、駆動系の慣性モーメント等の情報がパラメータとして予め記憶されている。
【００１４】
モーションデータ設定部２１では、プレススライド２８が１サイクル運転するモーションをスライド位置基準で区切り、工程として設定入力される。モーションデータ設定部２１で設定されるデータは、モーションデータ２２に示すように、工程毎にスライド位置と、スライド速度として設定入力される。
【００１５】
図４の例では、スライド位置800mm（スライド下死点上の高さ）から１工程が始まり、200mmからが２工程、0mm（下死点）からが３工程、そして最終の４工程を800mmからとしている。また、スライド速度はモータ速度を基準に、プレスの仕様上で最速の速度を100％とした比率で表し、１工程と２工程の区間速度を１００％として１工程の速度欄に設定され、２工程と３工程の区間速度を５０％として２工程の速度欄に設定され、３工程と４工程の区間速度を１００％として３工程の速度欄に設定されている。
【００１６】
モーション演算部２３では、実際にモータを制御するために必要とする時間毎に、移動すべきスライド目標位置を決めるための演算を行ない、起動装置２４の入力信号をトリガとして、上記演算結果の目標位置指令がアンプ２５へ出力される。サーボモータ２６とクランク２７とは所定関係で結合されているため、アンプ２５の制御によりサーボモータ２６が回転することでプレススライド２８は昇降動作を行うことになる。
【００１７】
図４のサーボプレスで、サーボモータ２６とクランク２７が結合されている場合、行程圧力線図上の加圧力を発生させるためスライド位置に対する必要モータトルクと、サーボモータ２６が単体で持つ最大トルクを実際モータトルクとすれば、実際モータトルクに余裕をもたせるため、関係は下記式と図５のようになる。
必要モータトルク ＜ 実際モータトルク
図６は、機械仕様として決められた行程圧力線図（仕様）に対し、実際モータトルクに制限を掛けずに使用した場合の行程圧力線図（実際）がどのようになるのかを表したものである。図５、図６で、横軸はスライドの下死点位置からの高さ（単位ｍｍ）、左縦軸はプレスの加圧力（単位ｋＮ）、右縦軸はトルク（単位ｋＮｍ）をそれぞれ示す。
【００１８】
図６に示される二つの行程圧力線図から、スライド加工域全てにおいて、行程圧力線図（仕様）となるように、サーボモータのトルク制限を行なわなければ、駆動系や機械にダメージを与える恐れがあることが分かる。
【００１９】
本発明は、上記問題点に鑑み、プレスの圧力能力と駆動系のトルク能力に対する過負荷を防止した、サーボプレスの制御装置及び制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するため、サーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御装置において、
現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度が設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部からの情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部と、スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割するトルク分割部と、分割された加工トルクを所定のトルクに制限する加工系制限部と、制限された加工トルクと制御トルクとの合成トルクを所定の駆動トルクに制限する駆動系制限部を設け、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とする。
【００２１】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記加工系制限部は加工トルクをプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工制限トルクに制限することを特徴とする。
【００２２】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記駆動系制限部は、上記合成トルクをプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下に制限することを特徴とする。
【００２３】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記トルク分割部は、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて加工トルクを出力する加工トルク発生部と、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて制御トルクを出力する制御トルク発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記プレス情報記憶部のプレス装置固有の情報は任意に設定されることを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上記従来の課題を解決するため、現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度とが設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部からの情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部を備え、スライド目標位置データに基いて駆動されるサーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御方法において、
前記スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割し、分割された加工トルクを所定のトルクに制限し、制限された加工トルクと制御トルクの合成トルクを所定の駆動トルクに制限し、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とする。
【００２６】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、前記分割された加工トルクはプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工トルクに制限されることを特徴とする。
【００２７】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、前記制限された加工トルクと分割された制御トルクの合成トルクはプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下に制限されることを特徴とする。
【００２８】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、前記加工トルクは、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて出力され、前記制御トルクは、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて出力されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、プレスの圧力能力と駆動系のトルク能力に対する過負荷を確実に防止し、駆動系や機械へのダメージを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一般的な機械プレスの構成図である。
【図２】一般的なサーボプレスの構成図である。
【図３】行程圧力線図とサーボプレスの線図の関係を示す特性線図である。
【図４】一般的なサーボプレスの制御装置のブロック構成図である。
【図５】実際モータトルクと必要モータトルクの関係を示す特性線図である。
【図６】実際モータトルクを制限しない場合の特性線図である。
【図７】本発明実施例の制御系のブロック構成図である。
【図８】同じく、トルク分割部のブロック構成図である。
【図９】仕様より大きなモータトルクを出力する場合の特性線図である。
【図１０】トルク制限無しでモータ速度一定の場合の特性線図である。
【図１１】トルク制限無しでモータ速度を変えた場合の特性説明線図である。
【図１２】本発明実施例のモータ速度一定の場合の特性線図である。
【図１３】本発明実施例のモータ速度を変えた場合の特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施例を図７で説明する。本実施例でのハード構成は図２のサーボプレスの構成を用いる。図７において図４と同一部分は同一符号で示す。
【００３２】
プレス情報記憶部２０には、プレス能力（加圧力など）、スライドストローク長さ、ピニオンギヤ５とメインギヤ６の歯数で決まる減速比や、コネクティングロッド９の長さ、駆動系の慣性モーメント等のプレス装置固有の情報が、パラメータとして予め設定で記憶されている。プレス装置固有の情報として、プレス金型が交換された場合プレス能力（加圧力など）が変わるので、任意に設定される。
【００３３】
モーションデータ設定部２１では、プレススライド２８が１サイクル運転するモーションをスライド位置（スライド２８の下死点からの高さ）基準で区切り、工程として設定入力する。モーションデータ設定部２１で設定するデータは、モーションデータ２２に示すように、工程毎にスライド位置とスライド速度とが予め記憶される。
【００３４】
図７の例では、スライド位置は、位置800mm（スライド上死点）から１工程が始まり、200mmからが２工程、0mm（スライド下死点）からが３工程、そして最終の４工程を800mmからとしている。また、スライド速度は、モータ速度を基準にプレスの仕様上で最速の速度を１００％とした比率で表し、１工程と２工程の区間速度を１００％として１工程の速度欄に設定され、２工程と３工程の区間速度を５０％として２工程の速度欄に設定され、３工程と４工程の区間速度を１００％として３工程の速度欄に設定され記憶されている。
【００３５】
モーション演算部２３には、プレス情報記憶部２０からのプレス装置固有の情報、モーションデータ設定部２１に設定されたプレススライド２８が１サイクル運転するモーションデータ、およびエンコーダ２９からフィードバックされたスライド２８の現在位置データが入力される。エンコーダ２９はクランク２７を通じてスライド２８の位置を検出しているが、サーボモータ２６の回転位置を検出する構成でも良い。
【００３６】
モーション演算部２３は、上記三種のデータに基いて、実際にモータを制御するために必要な時間毎の移動すべきスライド目標位置を演算で求め、起動装置２４の入力信号をトリガとして演算結果のスライド目標位置指令（目標位置データ）Ｔをトルク分割部３１へ出力する。
【００３７】
トルク分割部３１には、モーション演算部２３からのスライド目標位置指令Ｔの他に、プレス情報記憶部２０からのプレス装置固有の情報と、エンコーダ２９からフィードバックされた現在位置データが入力される。トルク分割部３１では、上記三種のデータに基いて、入力された目標位置指令Ｔを、加工トルクＴａと制御トルクＴｂに分割する。以下、トルク分割部３１の構成、及び動作を図８を用いて説明する。
【００３８】
トルク分割部３１は、加工トルク発生部３１ａと制御トルク発生部３１ｂから構成され、さらに制御トルク発生部３１ｂは加減速トルク抽出部３１ｃと慣性トルク抽出部３１ｄから構成される。トルク分割部３１内の動作は、動作ステップ（Ｓ）で示す手順に従って進められる。
【００３９】
モーション演算部２３から出力される目標位置指令（目標位置データ）Ｔは、ステップ１（S1）で一時記憶される。目標位置データＴは、加工トルク発生部３１ａ、加減速トルク抽出部３１ｃ、および慣性トルク抽出部３１ｄに入力される。エンコーダ２９からフィードバックされる現在位置データは加工トルク発生部３１ａに入力される。プレス情報記憶部２０からのプレス装置固有の情報は、加減速トルク抽出部３１ｃ、および慣性トルク抽出部３１ｄに入力される。
【００４０】
加工トルク発生部３１ａでは、Ｓ２で現在位置データと目標位置データＴを比較して位置偏差量が抽出され、この位置の差分を取戻すために必要な速度の増減量が必要速度として抽出され（Ｓ３）、この速度の増減量に応じた必要なトルクの増減量が必要トルクとして抽出される（Ｓ４）。Ｓ４で求められた必要トルクとは、プレス加工時の加工トルクとモータの加減速トルクや慣性トルクからなる制御トルクが含まれた合成トルクである。
【００４１】
加減速トルク抽出部３１ｃでは、Ｓ６で目標位置データＴに基づいて目標加速度が抽出され、Ｓ７で目標加速度とプレス装置固有の情報に基づいて加減速トルクが抽出される。目標位置データＴの単位時間当たりの位置変化量が目標速度になり、更にこの速度データの単位時間当たりの速度変化量が目標加速度となる。プレス情報記憶部２０に予め記憶されているプレス装置固有の情報としての駆動系の慣性モーメント値と、Ｓ６で抽出された目標加速度とからプレススライドのモーション変更で必要とされる加減速トルクがＳ７で求められる。
【００４２】
慣性トルク抽出部３１ｄでは、Ｓ８で目標位置データＴとプレス装置固有の情報に基づいて慣性エネルギーが計算され、Ｓ９で慣性エネルギーから慣性トルクが抽出される。目標位置データＴの単位時間当たりの位置変化量である目標速度と、プレス情報記憶部２０に予め記憶されている駆動系の慣性モーメントにより、Ｓ８で慣性エネルギー計算を行う。この慣性エネルギーの単位時間当たりの変化量は仕事率であり、この仕事率と上記目標速度からモータトルクをアシストする慣性トルクがＳ９で求められる。
【００４３】
制御トルク発生部３１ｂでは、Ｓ１０で上記加減速トルク抽出部３１ｃで抽出された加減速トルクと、慣性トルク抽出部３１ｄで抽出された慣性トルクとがＳ１０で合成され、制御トルク指令（制御トルク）Ｔｂが出力される。
【００４４】
さらに、加工トルク発生部３１ａでは、偏差部３１ｅで先のＳ４で抽出済みの必要トルクから制御トルクＴｂが差引かれ、Ｓ５で加工トルク指令（加工トルク）Ｔａが出力される。
【００４５】
図7に示すように、加工トルクＴａは加工系制限部３２に送られ、プレス加圧力が行程圧力線図（仕様）以下のモータトルクへ制限され、加工制限トルクＴａ１として出力される。この制限動作はプレス情報記憶部２０に記憶されたプレスの圧力能力（加圧力など）に基いてその能力以下となるようになされる。加工系制限部３２は、加工トルクＴａを所定値（行程圧力線図）以下に制限するリミッタで構成される。
【００４６】
上記加工制限トルクＴａ１は、先にトルク分割部３１で出力された制御トルクＴｂと合成部３０で合成される。加工制限トルクＴａ１と制御トルクＴｂの合成トルクは、駆動系制限部３３に送られ、駆動系（駆動機構）が耐え得る駆動トルクへ制限される。この制限動作はプレス情報記憶部２０に記憶されたプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力に基いてその能力以下となるように、リミッタにより制限される。
【００４７】
上記で制限された駆動トルクはアンプ２５へ出力される。サーボモータ２６とクランク２７が所定関係に結合されているため、サーボモータ２６が回転することでプレススライド２８は昇降動作を行うことになる。
【００４８】
例えば、行程圧力線図（仕様）に沿うようなプレス加圧力（加工トルク）が必要な成形をしながら、更にスライド（モータ）を加速するような場合には、加工トルク上では問題が無いものの、加工トルクに制御トルク（加速トルク）が合成された駆動トルクが駆動系に加わるので、駆動系が耐え得るトルクを超えてしまうケースが発生する場合がある。
【００４９】
同様に、例えばスライドを減速しながら加工すると、加工トルクとマイナス側の制御トルクが合成されるため、行程圧力線図を越えるようなプレス加圧力が発生していても、モータトルクから見ると、その状態が分らないケースが発生する。
【００５０】
本実施例では加工系制限部３２と駆動系制限部３３に分けて各トルクを別個に制限することで上記問題を回避している。しかも、先に加工系制限部３２で加工系の加工トルクを制限し、その後に、制限済の加工系のトルク（加工制限トルクＴａ１）を含んだ駆動系の制御トルクを制限しているので、加工系と駆動系のそれぞれのトルクを各系の能力以下に確実に制限することができる。
【００５１】
図９は、従来の一般的なサーボプレスでプレス下死点上約40mmの位置から、行程圧力線図（仕様）の必要モータトルクより大きなモータトルク（実際モータトルク）を出力しなければならないプレス対象物（負荷）が有ると仮定した場合を示している。プレス下死点上の位置に対して、プレス加圧力がどのようになるのかを行程圧力線図（実際）として表している。横軸はスライドの下死点位置からの高さ（単位ｍｍ）、左縦軸はプレスの加圧力（単位ｋＮ）、右縦軸はトルク（単位ｋＮｍ）をそれぞれ示す。行程圧力線図（実際）上でプレス加工し始める40mm以下となった時点から、行程圧力線図（仕様）を既に超えた力を発生していることから、既にこの時点で駆動系や機械にダメージを与えていることになる。
【００５２】
図１０は、トルク制限無しでプレス運転した場合のスライド位置（左縦軸）、モータ回転数（左縦軸）、モータトルク（右縦軸）を時間軸（横軸）上に表したものである。モータ回転数を300min-1と一定にした状態で、図９に示す行程圧力線図（実際）に相当するプレス加工をした場合の例を示している。プレス下死点上約40mmの位置である0.8秒過ぎからモータトルクが23kNmに急峻に立ち上がり、下死点通過後にモータトルクが急峻に立ち下がっている。モータ回転数が一定のため、モータトルクとして加工トルクのみが現れている。
【００５３】
図１１は、トルク制限無しでプレス下死点上200mmの位置である0.6秒過ぎから下死点に向かいモータ速度を300min-1から600min-1に上昇させて、図１０と同じプレス加工をした場合の例である。図１０のモータ速度が一定の場合は、プレス加工の２３kNmのモータトルクとして必要であったが、図１１ではモータを加速するためのトルクが0.6秒後から発生している８kNmで有り、これにプレス加工に必要とされる２３kNmが加わり、その結果として３１kNmのモータトルクをモータが出力しないとプレス加工ができないということになる。これは以下の式で表される。
３１kNm（モータトルク）＝２３kNm（加工トルク）＋８kNm（制御トルク）
加工トルク値（２３kNm）がプレスの圧力能力やトルク能力に換算して、その限界以下であったとしても、制御トルク（８kNm）が合算されるため、モータトルク（３１kNm）が駆動系の限界を超える場合が発生してしまう恐れがある。制御トルクは、モーションにより決められる加減速トルクと、モータ速度と駆動系の慣性モーメントで決められる慣性トルクを合成したものである。
【００５４】
以下に、本実施例により機械保護が行なわれる例を説明する。加工トルクＴaは、図９の行程圧力線図（実際）に相当するプレス加工をした場合のモータトルクで有り、このままのモータトルクを発生したのでは、駆動系や機械にダメージを与えてしまう。
【００５５】
本実施例では前述したように、加工トルクは加工トルクＴａを加工系制限部３３で所定値以下に抑えた加工制限トルクＴａ１として出力される。図１２は本実施例において、モータ速度を300min-1と一定にした状態で、加工トルクを制限して加工制限トルクＴａ１として出力された場合の特性線図である。上死点から0.8秒過ぎからモータトルク（加工トルクのみ）が急峻に立ち上がるが、ピーク値が約２０kNｍに制限されている。参考にトルク制限無しの場合のモータトルクを破線で示している。この加工制限トルクＴａ１と制御トルクＴbは、合成部３０で合成されて駆動系制限部３３へ入力され、プレス駆動系のトルク能力以下に制限されたものをアンプ２５へ出力される。
【００５６】
図１３は本実施例において、プレス下死点上200mmの位置付近である0.6秒過ぎから下死点に向かいモータ速度を300min-1から600min-1に上昇させて、駆動系制限部３３でプレス駆動系のトルク能力以下に制限されたモータトルクの特性線図である。モータを加速するための約８kNmのトルクが0.6秒後から発生し、0.7秒過ぎからこれにプレス加工に必要とされる約１２kNmのトルクが加わり、その結果として約２０kNmのモータトルクに制限されている。参考にトルク制限無しの場合のモータトルクを破線で示している。
【００５７】
本実施例では、図12、図13に示すように、加工系トルクの制限と、加工系と駆動系の合成トルクの制限が個別に確実に実施される。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、プレス成形時に発生するモータトルクを、成形に必要な加工トルクとモータの速度変化に必要な制御トルクに分割する。加工トルクはプレスの圧力能力以下に制限され、この制限された加工トルクと制御トルクを合成されたものをプレス駆動系のトルク能力以下に制限することで、サーボプレスの特徴でもあるモーションが逐次変化しながら成形する場合においても、プレスの圧力能力とトルク能力を超えない保護が可能になる。従来の機械プレスで使用されている過負荷保護装置は、プレス荷重値オーバー等の過負荷を検出してからプレスを止めるため、過負荷が発生する度にプレスをダメージをあたえてしまうが、本発明はプレスの圧力能力とトルク能力の両方に対して過負荷状態にならないようにモータトルクを制限するため、プレスへのダメージが発生しない。
【符号の説明】
【００５９】
２０…プレス情報記憶部、２１…モーションデータ設定部、２２…成形モーションデータ、２３…モーション演算部、２４…起動装置、２５…アンプ、２６…サーボモータ、２７…クランク（駆動機構）、２８…スライド、２９…エンコーダ、３０…合成部、３１…トルク分割部、３１ａ…加工トルク発生部、３１ｂ…制御トルク発生部、３１ｃ…加減速トルク抽出部、３１ｄ…慣性トルク抽出部、３１ｅ…偏差部、Ｔ…目標位置データ、Ｔａ…加工トルク、Ｔａ１…加工制限トルク、Ｔｂ…制御トルク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータで、クランク軸やエキセン軸による偏心機構、ナックル機構やリンク機構による倍力機構等を介してスライドを駆動する、サーボプレスの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図1に一般的な機械プレスの構成を示す。フライホイール３のエネルギーが摩擦板で構成されたクラッチ４を経由してピニオンギヤ５からメインギヤ６に伝達され、クランクシャフト８を駆動してスライド１０が昇降する構造になっている。
【０００３】
クラッチ４は、プレスの加圧力を示す図３の行程圧力線図を満足させるトルク伝達力を有しており、フライホイール３が持つ大きなトルクは、摩擦板で構成されるクラッチ４で伝達トルクが必要トルク以下に制限されているため、クラッチ４が駆動系であるピニオンギヤ５、メインギヤ６、クランクシャフト８、コネクティングロッド９にストレスが掛からない構造となっている。
【０００４】
図２は一般的なサーボプレスの構成図で、上記機械プレスで用いられているクラッチ４を設けず、ピニオンギヤ５にサーボモータ１１が直接接続されるか、或いは減速用のギヤを経由して接続される構成としている。サーボプレスをスライド１０の位置や速度等を数値制御でコントロールするために、機械プレスのクラッチ４を設けずサーボモータ１１の回転位置とスライド１０の位置が常に固定された関係に保たれている。
【０００５】
また、サーボプレスに使用されるサーボモータ１１は、プレスの加圧力を示す図３の行程圧力線図を満足させるうえで、十分トルクの大きいモータが選定されるため、サーボプレスが発生可能な加圧力は図３のサーボプレスの線図のようになる。図３で横軸はスライドの下死点位置からの高さ（単位ｍｍ）、縦軸はプレスの加圧力（単位ｋＮ）を表す。
【０００６】
しかしながら、サーボモータ１１が十分なトルクを発揮できるとしても、プレス機械の構造設計上で、必要以上のトルクが掛けられると、ピニオンギヤ５やメインギヤ６の駆動機構にピッチング等のダメージが発生し、そのまま使い続けると機械を壊す恐れが有る。
【０００７】
従来のプレスの過負荷保護装置として、コネクティングロッド９とスライド１０の結合部に油圧室を設けて、予め設定された以上の加圧力が発生すると油圧をリークさせる保護装置や、プレス機械のフレームに歪ゲージを取付けて加圧力をフレームの延びとして検出し、所定値以上を検出したときプレスを止めるオーバ荷重検出装置がある。
【０００８】
しかし、サーボプレスはプレス加工中にもサーボモータ１１の速度が可変であって、プレス加工時にサーボモータ１１が加速中であるか減速中であるかの違いにより、プレス荷重は同一であっても、サーボモータ１１から駆動軸へ伝わるトルクが異なるため、従来の機械プレスで使用されている過負荷保護装置では保護できない問題がある。
【０００９】
この種問題の対策として、特許文献１では、サーボプレスの機械保護のために、スライド下死点近傍で、スライド加圧力が制限値を略一定に保つよう、偏心軸回転角度に応じてモータトルクを減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１７４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、実際のプレス加工において、下死点近傍だけで加工の仕事をするケースはブランキング加工に限定され、それ以外の絞り加工等では下死点手前のスライドが高い位置からプレス加工が行なわれる。したがって、特許文献１に示される技術では、絞り加工等のプレス加工中に加圧力が制限されない場合があり、大きいトルクにより駆動系や機械にダメージを与えてしまう恐れがある。
【００１２】
また、モータトルクはプレス加工時の外乱トルクに対向する加工トルクとは別に、モータ及びモータと結合されている駆動系で、高速で回転することにより慣性エネルギーが発生し、この慣性エネルギーはモータ速度に比例してモータをアシストする慣性トルクとなる。一方で、駆動系で発生する回転による摩擦力がモータに負荷を掛ける摩擦トルクとなる。これらの慣性トルクと摩擦トルクは、モータを回すことで生じる機械的なトルク変動要素であり、これらを総称して変動トルクとする。
変動トルク（モータ速度に応じて変化）＝慣性トルク＋摩擦トルク
更に、サーボプレスはプレス加工時のモーションが任意に変更できることが特徴であるが、モータが加速中に加工する場合と、モータが減速中に加工する場合とでは、必要なモータトルクが異なる。ここで、モーションにより決められる加減速トルクと、モータ速度に応じて変化する変動トルクをまとめたものを制御トルクとすると、必要なモータトルクは、以下の式で表される。
モータトルク＝加工トルク（外乱対向トルク）＋制御トルク（加減速トルク＋変動トルク）
特許文献１に示される、偏心軸回転角度に応じてモータトルクを減少させる方法では、モータ加減速中の加工時に変化する制御トルク成分を考慮していないため、プレスの機械保護方法としては不十分である。
【００１３】
図４に、一般的なサーボプレスの制御装置を示す。プレス情報記憶部２０には、プレス能力、スライドストローク長さ、ピニオンギヤ５とメインギヤ６の歯数で決まる減速比や、コネクティングロッド９（いずれも図２参照）の長さ、駆動系の慣性モーメント等の情報がパラメータとして予め記憶されている。
【００１４】
モーションデータ設定部２１では、プレススライド２８が１サイクル運転するモーションをスライド位置基準で区切り、工程として設定入力される。モーションデータ設定部２１で設定されるデータは、モーションデータ２２に示すように、工程毎にスライド位置と、スライド速度として設定入力される。
【００１５】
図４の例では、スライド位置800mm（スライド下死点上の高さ）から１工程が始まり、200mmからが２工程、0mm（下死点）からが３工程、そして最終の４工程を800mmからとしている。また、スライド速度はモータ速度を基準に、プレスの仕様上で最速の速度を100％とした比率で表し、１工程と２工程の区間速度を１００％として１工程の速度欄に設定され、２工程と３工程の区間速度を５０％として２工程の速度欄に設定され、３工程と４工程の区間速度を１００％として３工程の速度欄に設定されている。
【００１６】
モーション演算部２３では、実際にモータを制御するために必要とする時間毎に、移動すべきスライド目標位置を決めるための演算を行ない、起動装置２４の入力信号をトリガとして、上記演算結果の目標位置指令がアンプ２５へ出力される。サーボモータ２６とクランク２７とは所定関係で結合されているため、アンプ２５の制御によりサーボモータ２６が回転することでプレススライド２８は昇降動作を行うことになる。
【００１７】
図４のサーボプレスで、サーボモータ２６とクランク２７が結合されている場合、行程圧力線図上の加圧力を発生させるためスライド位置に対する必要モータトルクと、サーボモータ２６が単体で持つ最大トルクを実際モータトルクとすれば、実際モータトルクに余裕をもたせるため、関係は下記式と図５のようになる。
必要モータトルク ＜ 実際モータトルク
図６は、機械仕様として決められた行程圧力線図（仕様）に対し、実際モータトルクに制限を掛けずに使用した場合の行程圧力線図（実際）がどのようになるのかを表したものである。図５、図６で、横軸はスライドの下死点位置からの高さ（単位ｍｍ）、左縦軸はプレスの加圧力（単位ｋＮ）、右縦軸はトルク（単位ｋＮｍ）をそれぞれ示す。
【００１８】
図６に示される二つの行程圧力線図から、スライド加工域全てにおいて、行程圧力線図（仕様）となるように、サーボモータのトルク制限を行なわなければ、駆動系や機械にダメージを与える恐れがあることが分かる。
【００１９】
本発明は、上記問題点に鑑み、プレスの圧力能力と駆動系のトルク能力に対する過負荷を防止した、サーボプレスの制御装置及び制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するため、サーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御装置において、
現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度が設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部からの情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部と、スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割するトルク分割部と、分割された加工トルクを所定のトルクに制限する加工系制限部と、制限された加工トルクと制御トルクとの合成トルクを所定の駆動トルクに制限する駆動系制限部を設け、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とする。
【００２１】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記加工系制限部は加工トルクをプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工制限トルクに制限することを特徴とする。
【００２２】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記駆動系制限部は、上記合成トルクをプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下に制限することを特徴とする。
【００２３】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記トルク分割部は、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて加工トルクを出力する加工トルク発生部と、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて制御トルクを出力する制御トルク発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記に記載のサーボプレスの制御装置において、前記プレス情報記憶部のプレス装置固有の情報は任意に設定されることを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上記従来の課題を解決するため、現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度とが設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部からの情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部を備え、スライド目標位置データに基いて駆動されるサーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御方法において、
前記スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割し、分割された加工トルクを所定のトルクに制限し、制限された加工トルクと制御トルクの合成トルクを所定の駆動トルクに制限し、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とする。
【００２６】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、前記分割された加工トルクはプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工トルクに制限されることを特徴とする。
【００２７】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、前記制限された加工トルクと分割された制御トルクの合成トルクはプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下に制限されることを特徴とする。
【００２８】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、前記加工トルクは、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて出力され、前記制御トルクは、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて出力されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、プレスの圧力能力と駆動系のトルク能力に対する過負荷を確実に防止し、駆動系や機械へのダメージを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一般的な機械プレスの構成図である。
【図２】一般的なサーボプレスの構成図である。
【図３】行程圧力線図とサーボプレスの線図の関係を示す特性線図である。
【図４】一般的なサーボプレスの制御装置のブロック構成図である。
【図５】実際モータトルクと必要モータトルクの関係を示す特性線図である。
【図６】実際モータトルクを制限しない場合の特性線図である。
【図７】本発明実施例の制御系のブロック構成図である。
【図８】同じく、トルク分割部のブロック構成図である。
【図９】仕様より大きなモータトルクを出力する場合の特性線図である。
【図１０】トルク制限無しでモータ速度一定の場合の特性線図である。
【図１１】トルク制限無しでモータ速度を変えた場合の特性説明線図である。
【図１２】本発明実施例のモータ速度一定の場合の特性線図である。
【図１３】本発明実施例のモータ速度を変えた場合の特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施例を図７で説明する。本実施例でのハード構成は図２のサーボプレスの構成を用いる。図７において図４と同一部分は同一符号で示す。
【００３２】
プレス情報記憶部２０には、プレス能力（加圧力など）、スライドストローク長さ、ピニオンギヤ５とメインギヤ６の歯数で決まる減速比や、コネクティングロッド９の長さ、駆動系の慣性モーメント等のプレス装置固有の情報が、パラメータとして予め設定で記憶されている。プレス装置固有の情報として、プレス金型が交換された場合プレス能力（加圧力など）が変わるので、任意に設定される。
【００３３】
モーションデータ設定部２１では、プレススライド２８が１サイクル運転するモーションをスライド位置（スライド２８の下死点からの高さ）基準で区切り、工程として設定入力する。モーションデータ設定部２１で設定するデータは、モーションデータ２２に示すように、工程毎にスライド位置とスライド速度とが予め記憶される。
【００３４】
図７の例では、スライド位置は、位置800mm（スライド上死点）から１工程が始まり、200mmからが２工程、0mm（スライド下死点）からが３工程、そして最終の４工程を800mmからとしている。また、スライド速度は、モータ速度を基準にプレスの仕様上で最速の速度を１００％とした比率で表し、１工程と２工程の区間速度を１００％として１工程の速度欄に設定され、２工程と３工程の区間速度を５０％として２工程の速度欄に設定され、３工程と４工程の区間速度を１００％として３工程の速度欄に設定され記憶されている。
【００３５】
モーション演算部２３には、プレス情報記憶部２０からのプレス装置固有の情報、モーションデータ設定部２１に設定されたプレススライド２８が１サイクル運転するモーションデータ、およびエンコーダ２９からフィードバックされたスライド２８の現在位置データが入力される。エンコーダ２９はクランク２７を通じてスライド２８の位置を検出しているが、サーボモータ２６の回転位置を検出する構成でも良い。
【００３６】
モーション演算部２３は、上記三種のデータに基いて、実際にモータを制御するために必要な時間毎の移動すべきスライド目標位置を演算で求め、起動装置２４の入力信号をトリガとして演算結果のスライド目標位置指令（目標位置データ）Ｔをトルク分割部３１へ出力する。
【００３７】
トルク分割部３１には、モーション演算部２３からのスライド目標位置指令Ｔの他に、プレス情報記憶部２０からのプレス装置固有の情報と、エンコーダ２９からフィードバックされた現在位置データが入力される。トルク分割部３１では、上記三種のデータに基いて、入力された目標位置指令Ｔを、加工トルクＴａと制御トルクＴｂに分割する。以下、トルク分割部３１の構成、及び動作を図８を用いて説明する。
【００３８】
トルク分割部３１は、加工トルク発生部３１ａと制御トルク発生部３１ｂから構成され、さらに制御トルク発生部３１ｂは加減速トルク抽出部３１ｃと慣性トルク抽出部３１ｄから構成される。トルク分割部３１内の動作は、動作ステップ（Ｓ）で示す手順に従って進められる。
【００３９】
モーション演算部２３から出力される目標位置指令（目標位置データ）Ｔは、ステップ１（S1）で一時記憶される。目標位置データＴは、加工トルク発生部３１ａ、加減速トルク抽出部３１ｃ、および慣性トルク抽出部３１ｄに入力される。エンコーダ２９からフィードバックされる現在位置データは加工トルク発生部３１ａに入力される。プレス情報記憶部２０からのプレス装置固有の情報は、加減速トルク抽出部３１ｃ、および慣性トルク抽出部３１ｄに入力される。
【００４０】
加工トルク発生部３１ａでは、Ｓ２で現在位置データと目標位置データＴを比較して位置偏差量が抽出され、この位置の差分を取戻すために必要な速度の増減量が必要速度として抽出され（Ｓ３）、この速度の増減量に応じた必要なトルクの増減量が必要トルクとして抽出される（Ｓ４）。Ｓ４で求められた必要トルクとは、プレス加工時の加工トルクとモータの加減速トルクや慣性トルクからなる制御トルクが含まれた合成トルクである。
【００４１】
加減速トルク抽出部３１ｃでは、Ｓ６で目標位置データＴに基づいて目標加速度が抽出され、Ｓ７で目標加速度とプレス装置固有の情報に基づいて加減速トルクが抽出される。目標位置データＴの単位時間当たりの位置変化量が目標速度になり、更にこの速度データの単位時間当たりの速度変化量が目標加速度となる。プレス情報記憶部２０に予め記憶されているプレス装置固有の情報としての駆動系の慣性モーメント値と、Ｓ６で抽出された目標加速度とからプレススライドのモーション変更で必要とされる加減速トルクがＳ７で求められる。
【００４２】
慣性トルク抽出部３１ｄでは、Ｓ８で目標位置データＴとプレス装置固有の情報に基づいて慣性エネルギーが計算され、Ｓ９で慣性エネルギーから慣性トルクが抽出される。目標位置データＴの単位時間当たりの位置変化量である目標速度と、プレス情報記憶部２０に予め記憶されている駆動系の慣性モーメントにより、Ｓ８で慣性エネルギー計算を行う。この慣性エネルギーの単位時間当たりの変化量は仕事率であり、この仕事率と上記目標速度からモータトルクをアシストする慣性トルクがＳ９で求められる。
【００４３】
制御トルク発生部３１ｂでは、Ｓ１０で上記加減速トルク抽出部３１ｃで抽出された加減速トルクと、慣性トルク抽出部３１ｄで抽出された慣性トルクとがＳ１０で合成され、制御トルク指令（制御トルク）Ｔｂが出力される。
【００４４】
さらに、加工トルク発生部３１ａでは、偏差部３１ｅで先のＳ４で抽出済みの必要トルクから制御トルクＴｂが差引かれ、Ｓ５で加工トルク指令（加工トルク）Ｔａが出力される。
【００４５】
図7に示すように、加工トルクＴａは加工系制限部３２に送られ、プレス加圧力が行程圧力線図（仕様）以下のモータトルクへ制限され、加工制限トルクＴａ１として出力される。この制限動作はプレス情報記憶部２０に記憶されたプレスの圧力能力（加圧力など）に基いてその能力以下となるようになされる。加工系制限部３２は、加工トルクＴａを所定値（行程圧力線図）以下に制限するリミッタで構成される。
【００４６】
上記加工制限トルクＴａ１は、先にトルク分割部３１で出力された制御トルクＴｂと合成部３０で合成される。加工制限トルクＴａ１と制御トルクＴｂの合成トルクは、駆動系制限部３３に送られ、駆動系（駆動機構）が耐え得る駆動トルクへ制限される。この制限動作はプレス情報記憶部２０に記憶されたプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力に基いてその能力以下となるように、リミッタにより制限される。
【００４７】
上記で制限された駆動トルクはアンプ２５へ出力される。サーボモータ２６とクランク２７が所定関係に結合されているため、サーボモータ２６が回転することでプレススライド２８は昇降動作を行うことになる。
【００４８】
例えば、行程圧力線図（仕様）に沿うようなプレス加圧力（加工トルク）が必要な成形をしながら、更にスライド（モータ）を加速するような場合には、加工トルク上では問題が無いものの、加工トルクに制御トルク（加速トルク）が合成された駆動トルクが駆動系に加わるので、駆動系が耐え得るトルクを超えてしまうケースが発生する場合がある。
【００４９】
同様に、例えばスライドを減速しながら加工すると、加工トルクとマイナス側の制御トルクが合成されるため、行程圧力線図を越えるようなプレス加圧力が発生していても、モータトルクから見ると、その状態が分らないケースが発生する。
【００５０】
本実施例では加工系制限部３２と駆動系制限部３３に分けて各トルクを別個に制限することで上記問題を回避している。しかも、先に加工系制限部３２で加工系の加工トルクを制限し、その後に、制限済の加工系のトルク（加工制限トルクＴａ１）を含んだ駆動系の制御トルクを制限しているので、加工系と駆動系のそれぞれのトルクを各系の能力以下に確実に制限することができる。
【００５１】
図９は、従来の一般的なサーボプレスでプレス下死点上約40mmの位置から、行程圧力線図（仕様）の必要モータトルクより大きなモータトルク（実際モータトルク）を出力しなければならないプレス対象物（負荷）が有ると仮定した場合を示している。プレス下死点上の位置に対して、プレス加圧力がどのようになるのかを行程圧力線図（実際）として表している。横軸はスライドの下死点位置からの高さ（単位ｍｍ）、左縦軸はプレスの加圧力（単位ｋＮ）、右縦軸はトルク（単位ｋＮｍ）をそれぞれ示す。行程圧力線図（実際）上でプレス加工し始める40mm以下となった時点から、行程圧力線図（仕様）を既に超えた力を発生していることから、既にこの時点で駆動系や機械にダメージを与えていることになる。
【００５２】
図１０は、トルク制限無しでプレス運転した場合のスライド位置（左縦軸）、モータ回転数（左縦軸）、モータトルク（右縦軸）を時間軸（横軸）上に表したものである。モータ回転数を300min-1と一定にした状態で、図９に示す行程圧力線図（実際）に相当するプレス加工をした場合の例を示している。プレス下死点上約40mmの位置である0.8秒過ぎからモータトルクが23kNmに急峻に立ち上がり、下死点通過後にモータトルクが急峻に立ち下がっている。モータ回転数が一定のため、モータトルクとして加工トルクのみが現れている。
【００５３】
図１１は、トルク制限無しでプレス下死点上200mmの位置である0.6秒過ぎから下死点に向かいモータ速度を300min-1から600min-1に上昇させて、図１０と同じプレス加工をした場合の例である。図１０のモータ速度が一定の場合は、プレス加工の２３kNmのモータトルクとして必要であったが、図１１ではモータを加速するためのトルクが0.6秒後から発生している８kNmで有り、これにプレス加工に必要とされる２３kNmが加わり、その結果として３１kNmのモータトルクをモータが出力しないとプレス加工ができないということになる。これは以下の式で表される。
３１kNm（モータトルク）＝２３kNm（加工トルク）＋８kNm（制御トルク）
加工トルク値（２３kNm）がプレスの圧力能力やトルク能力に換算して、その限界以下であったとしても、制御トルク（８kNm）が合算されるため、モータトルク（３１kNm）が駆動系の限界を超える場合が発生してしまう恐れがある。制御トルクは、モーションにより決められる加減速トルクと、モータ速度と駆動系の慣性モーメントで決められる慣性トルクを合成したものである。
【００５４】
以下に、本実施例により機械保護が行なわれる例を説明する。加工トルクＴaは、図９の行程圧力線図（実際）に相当するプレス加工をした場合のモータトルクで有り、このままのモータトルクを発生したのでは、駆動系や機械にダメージを与えてしまう。
【００５５】
本実施例では前述したように、加工トルクは加工トルクＴａを加工系制限部３３で所定値以下に抑えた加工制限トルクＴａ１として出力される。図１２は本実施例において、モータ速度を300min-1と一定にした状態で、加工トルクを制限して加工制限トルクＴａ１として出力された場合の特性線図である。上死点から0.8秒過ぎからモータトルク（加工トルクのみ）が急峻に立ち上がるが、ピーク値が約２０kNｍに制限されている。参考にトルク制限無しの場合のモータトルクを破線で示している。この加工制限トルクＴａ１と制御トルクＴbは、合成部３０で合成されて駆動系制限部３３へ入力され、プレス駆動系のトルク能力以下に制限されたものをアンプ２５へ出力される。
【００５６】
図１３は本実施例において、プレス下死点上200mmの位置付近である0.6秒過ぎから下死点に向かいモータ速度を300min-1から600min-1に上昇させて、駆動系制限部３３でプレス駆動系のトルク能力以下に制限されたモータトルクの特性線図である。モータを加速するための約８kNmのトルクが0.6秒後から発生し、0.7秒過ぎからこれにプレス加工に必要とされる約１２kNmのトルクが加わり、その結果として約２０kNmのモータトルクに制限されている。参考にトルク制限無しの場合のモータトルクを破線で示している。
【００５７】
本実施例では、図12、図13に示すように、加工系トルクの制限と、加工系と駆動系の合成トルクの制限が個別に確実に実施される。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、プレス成形時に発生するモータトルクを、成形に必要な加工トルクとモータの速度変化に必要な制御トルクに分割する。加工トルクはプレスの圧力能力以下に制限され、この制限された加工トルクと制御トルクを合成されたものをプレス駆動系のトルク能力以下に制限することで、サーボプレスの特徴でもあるモーションが逐次変化しながら成形する場合においても、プレスの圧力能力とトルク能力を超えない保護が可能になる。従来の機械プレスで使用されている過負荷保護装置は、プレス荷重値オーバー等の過負荷を検出してからプレスを止めるため、過負荷が発生する度にプレスをダメージをあたえてしまうが、本発明はプレスの圧力能力とトルク能力の両方に対して過負荷状態にならないようにモータトルクを制限するため、プレスへのダメージが発生しない。
【符号の説明】
【００５９】
２０…プレス情報記憶部、２１…モーションデータ設定部、２２…成形モーションデータ、２３…モーション演算部、２４…起動装置、２５…アンプ、２６…サーボモータ、２７…クランク（駆動機構）、２８…スライド、２９…エンコーダ、３０…合成部、３１…トルク分割部、３１ａ…加工トルク発生部、３１ｂ…制御トルク発生部、３１ｃ…加減速トルク抽出部、３１ｄ…慣性トルク抽出部、３１ｅ…偏差部、Ｔ…目標位置データ、Ｔａ…加工トルク、Ｔａ１…加工制限トルク、Ｔｂ…制御トルク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御装置において、
現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度が設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部の情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部と、スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割するトルク分割部と、分割された加工トルクを所定のトルクに制限する加工系制限部と、制限された加工トルクと上記制御トルクとの合成トルクを所定の駆動トルクに制限する駆動系制限部を設け、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボプレスの制御装置において、
前記加工系制限部は加工トルクをプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工トルクに制限することを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のサーボプレスの制御装置において、
前記駆動系制限部は上記合成トルクをプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下のトルクに制限することを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のサーボプレスの制御装置において、
前記トルク分割部は、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて加工トルクを出力する加工トルク発生部と、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて制御トルクを出力する制御トルク発生部とを備えたことを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のサーボプレスの制御装置において、
前記プレス情報記憶部のプレス装置固有の情報は任意に設定されることを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項６】
現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度とが設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部からの情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部を備え、スライド目標位置データに基いて駆動されるサーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御方法において、
前記スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割し、分割された加工トルクを所定のトルクに制限し、制限された加工トルクと制御トルクの合成トルクを所定の駆動トルクに制限し、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載のサーボプレスの制御方法において、
前記分割された加工トルクはプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工制限トルクに制限されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のサーボプレスの制御方法において、
前記制限された加工トルクと制御トルクの合成トルクは、プレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下に制限されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載のサーボプレスの制御方法において、
前記加工トルクは、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて出力され、前記制御トルクは、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて出力されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項１】
サーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御装置において、
現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度が設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部の情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部と、スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割するトルク分割部と、分割された加工トルクを所定のトルクに制限する加工系制限部と、制限された加工トルクと上記制御トルクとの合成トルクを所定の駆動トルクに制限する駆動系制限部を設け、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボプレスの制御装置において、
前記加工系制限部は加工トルクをプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工トルクに制限することを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のサーボプレスの制御装置において、
前記駆動系制限部は上記合成トルクをプレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下のトルクに制限することを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のサーボプレスの制御装置において、
前記トルク分割部は、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて加工トルクを出力する加工トルク発生部と、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて制御トルクを出力する制御トルク発生部とを備えたことを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のサーボプレスの制御装置において、
前記プレス情報記憶部のプレス装置固有の情報は任意に設定されることを特徴とするサーボプレスの制御装置。
【請求項６】
現在位置データを出力するエンコーダと、プレス装置固有の情報が記憶されるプレス情報記憶部と、スライド位置とスライド速度とが設定されるモーションデータ設定部と、上記エンコーダ、プレス情報記憶部およびモーションデータ設定部からの情報に基いてスライド目標位置データを算出するモーション演算部を備え、スライド目標位置データに基いて駆動されるサーボモータの駆動力を駆動機構を介してスライドに伝達することでプレス成形を行うサーボプレスの制御方法において、
前記スライド目標位置データをプレス成形に必要な加工トルクとサーボモータの速度変化に必要な制御トルクに分割し、分割された加工トルクを所定のトルクに制限し、制限された加工トルクと制御トルクの合成トルクを所定の駆動トルクに制限し、制限された駆動トルクに基いて前記サーボモータが駆動されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載のサーボプレスの制御方法において、
前記分割された加工トルクはプレス装置固有のプレスの圧力能力以下の加工制限トルクに制限されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のサーボプレスの制御方法において、
前記制限された加工トルクと制御トルクの合成トルクは、プレス装置固有の駆動系の駆動トルク能力以下に制限されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載のサーボプレスの制御方法において、
前記加工トルクは、スライド目標位置データとエンコーダからの現在位置データに基いて出力され、前記制御トルクは、スライド目標位置データとプレス装置固有の情報に基いて出力されることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１０１２４３（Ｐ２０１２−１０１２４３Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０９５３（Ｐ２０１０−２５０９５３）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【Ｆターム（参考）】
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