電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システム
【課題】 加圧荷重が目標荷重を超過することを防ぎ、かつ、加圧処理時間を短縮することができるサーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムを実現する
【解決手段】サーボコントローラ１７は、ロッド１１の駆動速度と、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超えないようにロッド１１を停止させる判定を行うために用いる停止荷重Ｐｓと、を設定可能に構成されており、ロッド１１の位置制御による駆動を行い、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を目標荷重Ｐｔを大きく超過しない荷重で停止させることができる。
【解決手段】サーボコントローラ１７は、ロッド１１の駆動速度と、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超えないようにロッド１１を停止させる判定を行うために用いる停止荷重Ｐｓと、を設定可能に構成されており、ロッド１１の位置制御による駆動を行い、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を目標荷重Ｐｔを大きく超過しない荷重で停止させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被加圧部材を一定目標荷重で加圧処理するため、サーボモータ及び荷重検出器を使用し、荷重検出器で検出された荷重をサーボモータにフィードバックして加圧荷重をコントロールする機構の加圧装置が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
しかし、上述の加圧装置では電動シリンダロッドを５ｍｍ／ｓ以上の速度で駆動しているため、加圧装置の慣性などにより目標加圧荷重において電動シリンダロッドが停止せずに目標加圧荷重を大幅に超過した荷重が被加圧部材に加わり（オーバーロード）、被加圧部材を適切に加圧処理することができない、更には過負荷により荷重検出器を破損してしまうなどの問題があった。
【０００４】
そのため、電動シリンダロッドの先端が被加圧部材に衝突する直前に電動シリンダロッドの駆動速度を１ｍｍ／ｓ程度に減速し、加圧処理を行う方法が用いられてきた（例えば、特許文献３）。
【０００５】
しかし、この場合には電動シリンダロッドの駆動速度を極端に減速する必要があるため、加圧処理に要する加圧処理時間が著しく長くなり、とりわけ短サイクルタイムで繰り返し連続の加圧処理を行うような工程にこの方法を用いると、生産性の低下が避けられないという問題があった。
【０００６】
更には、上記問題点を解決する目的で、電動シリンダロッドの先端が被加圧部材に衝突した後、加圧荷重が目標加圧荷重に達するまでの間に電動シリンダロッドの駆動速度を加圧荷重の増加に伴い一定減速率で減速、もしくは比例減速させ、加圧処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献４、特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３８１１０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１４１９号公報
【特許文献３】特開平１１−１９２５９８号公報
【特許文献４】特開平９−３１４３９９号公報
【特許文献５】特開２００５−２５４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献４、特許文献５に記載の技術においても、目標加圧荷重が大きくなればなるほど、減速開始から加圧荷重が目標加圧荷重に達するまでの時間が長くなるため、加圧処理時間が長くなり、短いサイクルタイムで連続加圧処理を行う工程では生産性が低下するという問題があった。
【０００９】
また、特許文献４に記載の技術では、サーボプレスコントローラからサーボドライバへの信号出力にパルス信号を用いる位置制御モードが採用されている。位置制御モードは、電動シリンダを適切な速度で駆動させ、位置精度良く停止させることが可能であり、電動シリンダの制御モードとして広く採用されているが、位置制御モードを使用した場合、装置駆動系の機械要素の慣性の影響だけでなく、サーボモータを駆動するサーボアンプにおいて生じる溜りパルスがオーバーロードの原因となる。
【００１０】
溜りパルスとは、サーボドライバにおけるフィードパルスとフィードバックパルスの差のパルスである。サーボ機構の駆動系においては、加圧装置などの機械系に慣性があるため、サーボコントローラの位置指令パルス信号をサーボモータにそのまま出力すると機械に遅れが生じて追従できない。そこで、位置指令パルスをサーボドライバの偏差カウンタに溜めて、溜りパルスに応じてサーボモータの回転を制御する制御方法が採用されている。
ここで、サーボモータを停止させるためにサーボコントローラから位置指令パルスの出力を停止しても、サーボドライバの偏差カウンタにおいて溜りパルスが減少して０になるまで、溜りパルスのパルス数に応じてサーボモータが回転を継続してしまう。これにより、ロッドが移動してしまい、オーバーロードが発生する。
【００１１】
従って、位置制御モードで加圧装置を制御する場合には、溜りパルスの問題を解決しない限り、特許文献４に記載された制御方法だけでは不十分であり、加圧処理時間が長くなったり、加圧荷重が目標荷重を大きく超過したりする問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、サーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムにおいて、加圧荷重が目標荷重を大きく超過することを防ぎ、かつ、加圧処理時間を短縮することができる電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御方法であって、前記サーボコントローラにおいて、前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定し、前記サーボコントローラに入力された前記ロッドの駆動速度に基づいて前記サーボコントローラから前記サーボアンプに位置指令パルス信号を出力するステップＳ１と、前記サーボアンプが、前記位置指令パルス信号に基づいて、前記サーボモータへモータ駆動電流を出力するステップＳ２と、前記モータ駆動電流により前記サーボモータを回転駆動し、前記ロッドを駆動するステップＳ３と、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を、前記荷重検出器から前記サーボコントローラに出力するステップＳ４と、前記サーボコントローラにおいて、前記加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定するステップＳ５と、加圧荷重が停止荷重以上であると判定された場合に、前記サーボコントローラにおいて前記ステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算するステップＳ６と、前記ステップＳ６で計算された溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力するステップＳ７と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ステップＳ１により、サーボコントローラに入力されたロッドの駆動速度に基づいてサーボコントローラからサーボアンプに位置指令パルス信号を出力し、ステップＳ２により、サーボアンプが、位置指令パルス信号に基づいて、サーボモータへモータ駆動電流を出力し、ステップＳ３により、モータ駆動電流によりサーボモータを回転駆動し、ロッドを駆動し、ステップＳ４により、荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を、荷重検出器からサーボコントローラに出力し、ステップＳ５により、サーボコントローラにおいて、加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、ステップＳ６により、加圧荷重が停止荷重以上であると判定された場合に、サーボコントローラにおいてステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、サーボモータの回転数に応じて位置検出器からサーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいてサーボアンプからサーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算し、ステップＳ７により、ステップＳ６で計算された溜りパルスに基づいて、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号をサーボコントローラからサーボアンプに出力することができる。
これにより、ロッドの位置制御による駆動を行い、荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、ロッドを目標荷重を大きく超過することなく停止させることができる。また、加圧荷重が停止荷重に到達するまではロッドを減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上である、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、溜りパルスのパルス数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させて０とすることができる。また、逆方向位置指令パルス信号のパルス数の方が多い場合には、サーボモータの逆転駆動が生じて被加圧部材に対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的に加圧荷重を目標荷重に近づけることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の電動シリンダの制御方法において、前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上である、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号の周波数は、位置指令パルスの周波数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御システムであって、前記サーボコントローラは、前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定可能に構成されており、前記ロッドの駆動速度に基づいて前記ロッドの位置制御による駆動を行い、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、前記サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、前記サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させて前記ロッドを停止させる、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、サーボコントローラは、ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定可能に構成されており、設定された前記ロッドの駆動速度に基づき、ロッドの位置制御による駆動を行い、荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッドを停止させることができる。
これにより、ロッドを目標荷重を大きく超過することなく停止させることができるとともに、加圧荷重が停止荷重に到達するまではロッドを減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上である、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、溜りパルスのパルス数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させて０とすることができる。また、逆方向位置指令パルス信号のパルス数の方が多い場合には、サーボモータの逆転駆動が生じて被加圧部材に対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的に加圧荷重を目標荷重に近づけることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、請求項４または請求項５に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上である、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号の周波数は、位置指令パルスの周波数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の電動シリンダの制御システムを備えたプレス加工装置の概略図である。
【図２】本発明の電動シリンダの制御方法を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との加圧荷重の変動波形を比較して示すグラフである。
【図４】第２実施形態の実施例における、電動シリンダの目標荷重と停止荷重との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、比例減速方法（比較例）を適用した場合との加圧荷重の変動波形を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態について、電動シリンダ装置としてプレス加工装置を例に、電動シリンダの制御システム及び制御方法を、図を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、プレス加工装置１は、被加工部材Ｍをプレス加工するロッド１１を軸方向に移動させる電動シリンダ１２と、ロッド１１に連結され被加工部材Ｍに負荷される荷重を検出する荷重検出器１３と、電動シリンダ１２を駆動させるサーボモータ１４と、サーボアンプ１６と接続され、サーボモータ１４に設けられたエンコーダに代表される位置検出器１５と、サーボモータ１４及びサーボコントローラ１７に電気的に接続され、サーボモータ１４の駆動を制御するサーボアンプ１６と、荷重検出器１３及びサーボアンプ１６に電気的に接続され、サーボモータ１４の位置制御のための位置制御指令をサーボアンプ１６に出力するいわゆる位置決めユニットであるサーボコントローラ１７と、を備えている。
【００２８】
電動シリンダの制御システムとして作動する制御ユニット２０は、荷重検出器１３、サーボモータ１４、位置検出器１５、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７から構成される。
ここで、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動を位置制御モードで制御可能に構成されている。本実施形態では、速度制御モード、トルク制御モードの切り替えが可能な構成となっている。
【００２９】
次に本発明の制御方法について図２を参照して説明する。まず、サーボコントローラ１７における制御モードとして位置制御モードを選択し、図示しない入力装置により、サーボコントローラ１７にロッド１１の駆動速度及び被加圧部材７を加圧する目標荷重Ｐｔ及びロッド１１を停止させる停止荷重Ｐｓを入力する。本実施形態では、停止荷重Ｐｓは目標荷重Ｐｔと同じ値に設定される。
【００３０】
プレス加工を行う被加工部材Ｍをプレス加工装置１の所定の位置にセットした後に、運転を開始すると、ステップＳ１では、入力されたロッド１１の駆動速度に基づいてサーボコントローラ１７がサーボアンプ１６に位置指令パルス信号を出力する。
【００３１】
続くステップＳ２では、サーボアンプ１６は、ステップＳ１でサーボコントローラ１７から入力された位置指令パルス信号に基づいて、内蔵する偏差カウンタにより位置指令パルス信号のパルス数を計数し、パルス周波数及びパルス数に応じたモータ駆動電流をサーボモータ１４へ出力する。
【００３２】
続くステップＳ３では、サーボアンプ１６から入力されたモータ駆動電流によりサーボモータ１４が回転駆動される。サーボモータ１４の回転運動は、電動シリンダ１２に内蔵されたボールねじ機構によって直線運動に変換され、ロッド１１を駆動する。これにより、ロッド１１が前方へ押し出され、ロッド１１が被加圧部材Ｍを加圧する。加圧荷重Ｐｍは荷重検出器１３によって検出される。
【００３３】
サーボモータ１４の回転に伴い、サーボモータ１４に設けられた位置検出器１５がサーボアンプ１６に対し、サーボモータ１４の回転数に応じた絶対位置信号を出力する。サーボアンプ１６は、絶対位置信号情報を帰還パルス信号に変換してサーボコントローラ１７に出力する。更に、サーボアンプ１６は、位置指令パルス信号のパルス数と帰還パルス信号のパルス数との差、つまり、溜りパルスに応じてサーボモータ１４の回転を制御する。ここで、位置指令パルス信号のパルス数は、サーボモータ１４の回転角と比例関係にあり、位置指令パルス信号のパルス周波数によりサーボモータ１４の駆動速度が制御され、パルス数によりロッド１１の移動距離が定まる。
【００３４】
続くステップＳ４では、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍに応じた加圧荷重信号を、荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に出力する。
【００３５】
続くステップＳ５では、サーボコントローラ１７において、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓに達したか否か、つまり、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であるか否かを判定する。Ｐｍ≧Ｐｓ（ステップＳ５：ＹＥＳ）の場合にはステップＳ６に進み、Ｐｍ＜Ｐｓ（ステップＳ５：ＮＯ）の場合にはステップＳ１に戻る。荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に加圧荷重信号が出力され、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓに達するまでの間、駆動速度でロッド１１が押し出されるように、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ位置指令パルス信号が出力され続ける。
【００３６】
ステップＳ６では、サーボコントローラ１７がステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と帰還パルス信号のパルス数との差、つまり、溜りパルスを計算する。
【００３７】
続くステップＳ７では、ステップＳ６で計算された溜りパルスに基づいて、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６に、ロッド１１を加圧方向と逆方向へ駆動させる、つまり、サーボモータを逆回転させるための位置制御パルス信号であって、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を出力する。
【００３８】
ここで、逆方向位置指令パルスは、溜りパルスと逆方向の位置指令パルスであり、正転パルスである溜りパルスのパルス列の符号を逆転させる逆転パルス列として構成することができる。
【００３９】
続くステップＳ８では、サーボアンプ１６は、ステップＳ７でサーボコントローラ１７から入力された逆方向位置指令パルス信号に基づいて、溜りパルスを減少させて、サーボモータ１４へのモータ駆動電流の出力を停止する。
そして、到達荷重で所定時間保持した後に抜重し、加圧処理を終了する。
【００４０】
上述のような電動シリンダ１２の制御方法または制御システム２０を用いることにより、位置指令パルス信号に基づいてロッド１１の位置制御による駆動を行い、サーボコントローラ１７が、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を停止させることができる。
これにより、溜りパルスを減少させるために必要な時間やプレス加工装置１の装置駆動系の機械要素の慣性などの影響などによりロッド１１は目標荷重Ｐｔでは停止せず加圧荷重Ｐｍが増大するが、溜りパルスを短時間で減少させてロッド１１を停止させるため、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなくロッド１１を停止させることができる。
また、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔに到達するまではロッド１１を減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００４１】
逆方向位置指令パルスのパルス数は、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなくロッド１１を停止させることができる範囲で任意に設定することができる。溜りパルスを速やかに減少させて０とするために、溜りパルスのパルス数以上とすることが好ましく、特に、逆方向位置指令パルスのパルス数の方が多い場合には、サーボモータ１４の逆転駆動が生じて被加圧部材Ｍに対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的に加圧荷重を目標荷重に近づけることができる。
【００４２】
また、逆方向位置指令パルスの周波数は、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させるために、位置指令パルスの周波数以上とすることが好ましい。
【００４３】
このように、本発明をプレス加工工程に適用すると、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過せずにプレス加工を行うことが可能となるため、プレス加工された製品の品質向上につながるだけでなく、短サイクルタイムでプレスすることが可能となるためプレス品のコストダウンにつながる利点がある。
【００４４】
（実施例１）
本実施形態の効果を、従来の電動シリンダの制御方法を比較例として確認した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
図３に、第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との加圧荷重の変動波形を比較して示す。加圧条件は、加圧開始時の駆動速度を１０ｍｍ／ｓ、目標荷重Ｐｔを１ｋＮとした。比較例は、逆方向位置指令パルスを用いない従来の制御方法を適用した。
なお、図３において時間軸の原点は、加圧荷重が目標荷重１ｋＮに到達した時とした。
【００４６】
図３に示すように、比較例では、加圧荷重が目標荷重の１ｋＮを大きく超過し、約６ｋＮでほぼ一定となった。一方、実施例では、加圧荷重は目標荷重の１ｋＮを一旦は越えたものの、約１．５ｋＮでほぼ一定となり、目標荷重の１ｋＮを大きく超過することなく加圧処理が行うことができることが確認された。
【００４７】
［第１実施形態の効果］
本発明の電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムによれば、位置指令パルス信号に基づいてロッド１１の位置制御による駆動を行い、サーボコントローラ１７が、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を停止させることができる。
これにより、溜りパルスを短時間で減少させてロッド１１を停止させるため、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなくロッド１１を停止させることができる。
また、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔに到達するまではロッド１１を減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について以下に説明する。第２実施形態は、ステップＳ５における停止荷重Ｐｓを目標荷重Ｐｔではなく以下に示す値に設定する点で第１実施形態と異なっている。
本実施形態で設定する停止荷重Ｐｓは、溜りパルスを減少させるために必要な時間やプレス加工装置１の装置駆動系の機械要素の慣性の影響などの負荷荷重のオーバーロード要因を考慮して、ステップＳ７において逆方向位置指令パルス信号を出力し、電動シリンダ１２の駆動を停止制御した場合に、ロッド１１が目標荷重Ｐｔで停止するように解析的または実験的に求めた、目標荷重Ｐｔよりも低く設定される荷重値である。
【００４９】
（実施例２）
本実施形態の効果を、従来の電動シリンダの制御方法を比較例として確認した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
まず、目標荷重Ｐｔと停止荷重Ｐｓとの関係を実験的に求めた結果を図４に示す。ロッド１１の駆動速度は６、８、１０ｍｍ／ｓの３水準とした。駆動速度が速いほど、目標荷重Ｐｔと停止荷重Ｐｓとの差が大きくなる傾向が認められた。
図４により、駆動速度と目標荷重Ｐｔを決めると、停止荷重Ｐｓをどのような荷重値に設定すればよいかを求めることができる。例えば、駆動速度が１０ｍｍ／ｓ、目標荷重Ｐｔが１０ｋＮの場合には、停止荷重Ｐｓを５．３５ｋＮに設定すればよいことがわかる。
【００５１】
次に、本発明の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、比例減速方法（比較例）を適用した場合とを比較する。
加圧条件は、加圧開始時の駆動速度を１０ｍｍ／ｓ、目標荷重Ｐｔを１０ｋＮとし、目標荷重Ｐｔで０．０２５ｓ加圧保持した後に抜重するように設定した。停止荷重Ｐｓは、図４の関係に基づいて５．３５ｋＮに設定した。
比較例は、加圧荷重の増加に比例して電動シリンダの駆動速度を減速する公知の比例減速方法、例えば、特開２００５−２５４２９０号公報に記載の方法、を適用した。
なお、図５において時間軸の原点は、加圧荷重が目標荷重Ｐｔに到達した時とした。
【００５２】
図５に示すように、比較例では、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔに到達するまでに０．３ｓを要したが、実施例では、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなく、０．０７ｓという比較例の４分の１程度の短時間で到達した。
これにより、図５に示すように適切に停止荷重Ｐｓを設定することで、加圧荷重Ｐｍを目標荷重Ｐｔで制御することができ、短時間で加圧処理が行うことができることが確認された。
【００５３】
上述の実施形態では、停止荷重Ｐｓは目標荷重Ｐｔと別にサーボコントローラ１７に入力しているが、サーボコントローラ１７が備えた停止荷重設定手段に駆動速度と関連させてテーブルや演算式を記憶させておき、目標荷重Ｐｔを入力するとテーブルや演算式が参照されて停止荷重Ｐｓが設定されるように構成してもよい。これにより、停止荷重Ｐｓを求めてサーボコントローラ１７に入力する手間が省けるとともに、停止荷重Ｐｓの計算・入力ミスを防止することができる。
【００５４】
［第２実施形態の効果］
本実施形態の電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムによれば、位置指令パルス信号に基づいてロッド１１の位置制御による駆動を行い、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を目標荷重Ｐｔで停止させることができる。
また、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓに到達するまではロッド１１を減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００５５】
［その他の実施形態］
上述の各実施形態では、電動シリンダ１２の制御方法、制御システムをプレス加工装置１に適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プレス加工装置以外にも電動シリンダを用いる各種装置、工程に適用可能である。
例えば、本発明を圧入工程に適用すると、加圧荷重が目標加圧荷重を大きく超過せずに圧入することが可能となるため、圧入品の品質向上につながるだけでなく、短サイクルタイムで圧入することが可能となるため圧入品のコストダウンにつながる利点がある。更に、圧入品のように加圧の際に圧力が逃げるような部材に対しては、従来のように一定減速率もしくは加圧荷重と比例して電動シリンダのロッドを減速させる方法と比較したときにはサイクルタイム短縮効果が顕著となる利点がある。
また、本発明を電動シリンダのロッドによって被搬送物を搬送する搬送工程に適用すると、俊敏な搬送が可能となるだけでなく、被搬送物とロッドが不意に衝突した際にも瞬時にロッドを減速もしくは停止することができ、ロッドや荷重検出器、更に被搬送物の破損を防ぐことができる利点がある。
更に、本発明において、ロッド１１の進行方向は押し出し方向のみに限らず、引き入れ方向であっても良い。これにより、加圧工程のみならず引っ張り工程にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ プレス加工装置（電動シリンダ装置）
１１ ロッド
１２ 電動シリンダ
１３ 荷重検出器
１４ サーボモータ
１５ 位置検出器
１６ サーボアンプ
１７ サーボコントローラ
２０ 制御ユニット
Ｍ 被加圧部材
Ｐｍ 加圧荷重
Ｐｓ 停止荷重
Ｐｔ 目標荷重
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被加圧部材を一定目標荷重で加圧処理するため、サーボモータ及び荷重検出器を使用し、荷重検出器で検出された荷重をサーボモータにフィードバックして加圧荷重をコントロールする機構の加圧装置が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
しかし、上述の加圧装置では電動シリンダロッドを５ｍｍ／ｓ以上の速度で駆動しているため、加圧装置の慣性などにより目標加圧荷重において電動シリンダロッドが停止せずに目標加圧荷重を大幅に超過した荷重が被加圧部材に加わり（オーバーロード）、被加圧部材を適切に加圧処理することができない、更には過負荷により荷重検出器を破損してしまうなどの問題があった。
【０００４】
そのため、電動シリンダロッドの先端が被加圧部材に衝突する直前に電動シリンダロッドの駆動速度を１ｍｍ／ｓ程度に減速し、加圧処理を行う方法が用いられてきた（例えば、特許文献３）。
【０００５】
しかし、この場合には電動シリンダロッドの駆動速度を極端に減速する必要があるため、加圧処理に要する加圧処理時間が著しく長くなり、とりわけ短サイクルタイムで繰り返し連続の加圧処理を行うような工程にこの方法を用いると、生産性の低下が避けられないという問題があった。
【０００６】
更には、上記問題点を解決する目的で、電動シリンダロッドの先端が被加圧部材に衝突した後、加圧荷重が目標加圧荷重に達するまでの間に電動シリンダロッドの駆動速度を加圧荷重の増加に伴い一定減速率で減速、もしくは比例減速させ、加圧処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献４、特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３８１１０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１４１９号公報
【特許文献３】特開平１１−１９２５９８号公報
【特許文献４】特開平９−３１４３９９号公報
【特許文献５】特開２００５−２５４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献４、特許文献５に記載の技術においても、目標加圧荷重が大きくなればなるほど、減速開始から加圧荷重が目標加圧荷重に達するまでの時間が長くなるため、加圧処理時間が長くなり、短いサイクルタイムで連続加圧処理を行う工程では生産性が低下するという問題があった。
【０００９】
また、特許文献４に記載の技術では、サーボプレスコントローラからサーボドライバへの信号出力にパルス信号を用いる位置制御モードが採用されている。位置制御モードは、電動シリンダを適切な速度で駆動させ、位置精度良く停止させることが可能であり、電動シリンダの制御モードとして広く採用されているが、位置制御モードを使用した場合、装置駆動系の機械要素の慣性の影響だけでなく、サーボモータを駆動するサーボアンプにおいて生じる溜りパルスがオーバーロードの原因となる。
【００１０】
溜りパルスとは、サーボドライバにおけるフィードパルスとフィードバックパルスの差のパルスである。サーボ機構の駆動系においては、加圧装置などの機械系に慣性があるため、サーボコントローラの位置指令パルス信号をサーボモータにそのまま出力すると機械に遅れが生じて追従できない。そこで、位置指令パルスをサーボドライバの偏差カウンタに溜めて、溜りパルスに応じてサーボモータの回転を制御する制御方法が採用されている。
ここで、サーボモータを停止させるためにサーボコントローラから位置指令パルスの出力を停止しても、サーボドライバの偏差カウンタにおいて溜りパルスが減少して０になるまで、溜りパルスのパルス数に応じてサーボモータが回転を継続してしまう。これにより、ロッドが移動してしまい、オーバーロードが発生する。
【００１１】
従って、位置制御モードで加圧装置を制御する場合には、溜りパルスの問題を解決しない限り、特許文献４に記載された制御方法だけでは不十分であり、加圧処理時間が長くなったり、加圧荷重が目標荷重を大きく超過したりする問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、サーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムにおいて、加圧荷重が目標荷重を大きく超過することを防ぎ、かつ、加圧処理時間を短縮することができる電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御方法であって、前記サーボコントローラにおいて、前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定し、前記サーボコントローラに入力された前記ロッドの駆動速度に基づいて前記サーボコントローラから前記サーボアンプに位置指令パルス信号を出力するステップＳ１と、前記サーボアンプが、前記位置指令パルス信号に基づいて、前記サーボモータへモータ駆動電流を出力するステップＳ２と、前記モータ駆動電流により前記サーボモータを回転駆動し、前記ロッドを駆動するステップＳ３と、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を、前記荷重検出器から前記サーボコントローラに出力するステップＳ４と、前記サーボコントローラにおいて、前記加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定するステップＳ５と、加圧荷重が停止荷重以上であると判定された場合に、前記サーボコントローラにおいて前記ステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算するステップＳ６と、前記ステップＳ６で計算された溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力するステップＳ７と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ステップＳ１により、サーボコントローラに入力されたロッドの駆動速度に基づいてサーボコントローラからサーボアンプに位置指令パルス信号を出力し、ステップＳ２により、サーボアンプが、位置指令パルス信号に基づいて、サーボモータへモータ駆動電流を出力し、ステップＳ３により、モータ駆動電流によりサーボモータを回転駆動し、ロッドを駆動し、ステップＳ４により、荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を、荷重検出器からサーボコントローラに出力し、ステップＳ５により、サーボコントローラにおいて、加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、ステップＳ６により、加圧荷重が停止荷重以上であると判定された場合に、サーボコントローラにおいてステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、サーボモータの回転数に応じて位置検出器からサーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいてサーボアンプからサーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算し、ステップＳ７により、ステップＳ６で計算された溜りパルスに基づいて、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号をサーボコントローラからサーボアンプに出力することができる。
これにより、ロッドの位置制御による駆動を行い、荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、ロッドを目標荷重を大きく超過することなく停止させることができる。また、加圧荷重が停止荷重に到達するまではロッドを減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上である、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、溜りパルスのパルス数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させて０とすることができる。また、逆方向位置指令パルス信号のパルス数の方が多い場合には、サーボモータの逆転駆動が生じて被加圧部材に対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的に加圧荷重を目標荷重に近づけることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の電動シリンダの制御方法において、前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上である、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号の周波数は、位置指令パルスの周波数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御システムであって、前記サーボコントローラは、前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定可能に構成されており、前記ロッドの駆動速度に基づいて前記ロッドの位置制御による駆動を行い、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、前記サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、前記サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させて前記ロッドを停止させる、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、サーボコントローラは、ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定可能に構成されており、設定された前記ロッドの駆動速度に基づき、ロッドの位置制御による駆動を行い、荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッドを停止させることができる。
これにより、ロッドを目標荷重を大きく超過することなく停止させることができるとともに、加圧荷重が停止荷重に到達するまではロッドを減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上である、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、溜りパルスのパルス数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させて０とすることができる。また、逆方向位置指令パルス信号のパルス数の方が多い場合には、サーボモータの逆転駆動が生じて被加圧部材に対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的に加圧荷重を目標荷重に近づけることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、請求項４または請求項５に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上である、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号の周波数は、位置指令パルスの周波数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の電動シリンダの制御システムを備えたプレス加工装置の概略図である。
【図２】本発明の電動シリンダの制御方法を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との加圧荷重の変動波形を比較して示すグラフである。
【図４】第２実施形態の実施例における、電動シリンダの目標荷重と停止荷重との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、比例減速方法（比較例）を適用した場合との加圧荷重の変動波形を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態について、電動シリンダ装置としてプレス加工装置を例に、電動シリンダの制御システム及び制御方法を、図を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、プレス加工装置１は、被加工部材Ｍをプレス加工するロッド１１を軸方向に移動させる電動シリンダ１２と、ロッド１１に連結され被加工部材Ｍに負荷される荷重を検出する荷重検出器１３と、電動シリンダ１２を駆動させるサーボモータ１４と、サーボアンプ１６と接続され、サーボモータ１４に設けられたエンコーダに代表される位置検出器１５と、サーボモータ１４及びサーボコントローラ１７に電気的に接続され、サーボモータ１４の駆動を制御するサーボアンプ１６と、荷重検出器１３及びサーボアンプ１６に電気的に接続され、サーボモータ１４の位置制御のための位置制御指令をサーボアンプ１６に出力するいわゆる位置決めユニットであるサーボコントローラ１７と、を備えている。
【００２８】
電動シリンダの制御システムとして作動する制御ユニット２０は、荷重検出器１３、サーボモータ１４、位置検出器１５、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７から構成される。
ここで、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動を位置制御モードで制御可能に構成されている。本実施形態では、速度制御モード、トルク制御モードの切り替えが可能な構成となっている。
【００２９】
次に本発明の制御方法について図２を参照して説明する。まず、サーボコントローラ１７における制御モードとして位置制御モードを選択し、図示しない入力装置により、サーボコントローラ１７にロッド１１の駆動速度及び被加圧部材７を加圧する目標荷重Ｐｔ及びロッド１１を停止させる停止荷重Ｐｓを入力する。本実施形態では、停止荷重Ｐｓは目標荷重Ｐｔと同じ値に設定される。
【００３０】
プレス加工を行う被加工部材Ｍをプレス加工装置１の所定の位置にセットした後に、運転を開始すると、ステップＳ１では、入力されたロッド１１の駆動速度に基づいてサーボコントローラ１７がサーボアンプ１６に位置指令パルス信号を出力する。
【００３１】
続くステップＳ２では、サーボアンプ１６は、ステップＳ１でサーボコントローラ１７から入力された位置指令パルス信号に基づいて、内蔵する偏差カウンタにより位置指令パルス信号のパルス数を計数し、パルス周波数及びパルス数に応じたモータ駆動電流をサーボモータ１４へ出力する。
【００３２】
続くステップＳ３では、サーボアンプ１６から入力されたモータ駆動電流によりサーボモータ１４が回転駆動される。サーボモータ１４の回転運動は、電動シリンダ１２に内蔵されたボールねじ機構によって直線運動に変換され、ロッド１１を駆動する。これにより、ロッド１１が前方へ押し出され、ロッド１１が被加圧部材Ｍを加圧する。加圧荷重Ｐｍは荷重検出器１３によって検出される。
【００３３】
サーボモータ１４の回転に伴い、サーボモータ１４に設けられた位置検出器１５がサーボアンプ１６に対し、サーボモータ１４の回転数に応じた絶対位置信号を出力する。サーボアンプ１６は、絶対位置信号情報を帰還パルス信号に変換してサーボコントローラ１７に出力する。更に、サーボアンプ１６は、位置指令パルス信号のパルス数と帰還パルス信号のパルス数との差、つまり、溜りパルスに応じてサーボモータ１４の回転を制御する。ここで、位置指令パルス信号のパルス数は、サーボモータ１４の回転角と比例関係にあり、位置指令パルス信号のパルス周波数によりサーボモータ１４の駆動速度が制御され、パルス数によりロッド１１の移動距離が定まる。
【００３４】
続くステップＳ４では、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍに応じた加圧荷重信号を、荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に出力する。
【００３５】
続くステップＳ５では、サーボコントローラ１７において、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓに達したか否か、つまり、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であるか否かを判定する。Ｐｍ≧Ｐｓ（ステップＳ５：ＹＥＳ）の場合にはステップＳ６に進み、Ｐｍ＜Ｐｓ（ステップＳ５：ＮＯ）の場合にはステップＳ１に戻る。荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に加圧荷重信号が出力され、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓに達するまでの間、駆動速度でロッド１１が押し出されるように、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ位置指令パルス信号が出力され続ける。
【００３６】
ステップＳ６では、サーボコントローラ１７がステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と帰還パルス信号のパルス数との差、つまり、溜りパルスを計算する。
【００３７】
続くステップＳ７では、ステップＳ６で計算された溜りパルスに基づいて、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６に、ロッド１１を加圧方向と逆方向へ駆動させる、つまり、サーボモータを逆回転させるための位置制御パルス信号であって、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を出力する。
【００３８】
ここで、逆方向位置指令パルスは、溜りパルスと逆方向の位置指令パルスであり、正転パルスである溜りパルスのパルス列の符号を逆転させる逆転パルス列として構成することができる。
【００３９】
続くステップＳ８では、サーボアンプ１６は、ステップＳ７でサーボコントローラ１７から入力された逆方向位置指令パルス信号に基づいて、溜りパルスを減少させて、サーボモータ１４へのモータ駆動電流の出力を停止する。
そして、到達荷重で所定時間保持した後に抜重し、加圧処理を終了する。
【００４０】
上述のような電動シリンダ１２の制御方法または制御システム２０を用いることにより、位置指令パルス信号に基づいてロッド１１の位置制御による駆動を行い、サーボコントローラ１７が、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を停止させることができる。
これにより、溜りパルスを減少させるために必要な時間やプレス加工装置１の装置駆動系の機械要素の慣性などの影響などによりロッド１１は目標荷重Ｐｔでは停止せず加圧荷重Ｐｍが増大するが、溜りパルスを短時間で減少させてロッド１１を停止させるため、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなくロッド１１を停止させることができる。
また、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔに到達するまではロッド１１を減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００４１】
逆方向位置指令パルスのパルス数は、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなくロッド１１を停止させることができる範囲で任意に設定することができる。溜りパルスを速やかに減少させて０とするために、溜りパルスのパルス数以上とすることが好ましく、特に、逆方向位置指令パルスのパルス数の方が多い場合には、サーボモータ１４の逆転駆動が生じて被加圧部材Ｍに対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的に加圧荷重を目標荷重に近づけることができる。
【００４２】
また、逆方向位置指令パルスの周波数は、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させるために、位置指令パルスの周波数以上とすることが好ましい。
【００４３】
このように、本発明をプレス加工工程に適用すると、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過せずにプレス加工を行うことが可能となるため、プレス加工された製品の品質向上につながるだけでなく、短サイクルタイムでプレスすることが可能となるためプレス品のコストダウンにつながる利点がある。
【００４４】
（実施例１）
本実施形態の効果を、従来の電動シリンダの制御方法を比較例として確認した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
図３に、第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との加圧荷重の変動波形を比較して示す。加圧条件は、加圧開始時の駆動速度を１０ｍｍ／ｓ、目標荷重Ｐｔを１ｋＮとした。比較例は、逆方向位置指令パルスを用いない従来の制御方法を適用した。
なお、図３において時間軸の原点は、加圧荷重が目標荷重１ｋＮに到達した時とした。
【００４６】
図３に示すように、比較例では、加圧荷重が目標荷重の１ｋＮを大きく超過し、約６ｋＮでほぼ一定となった。一方、実施例では、加圧荷重は目標荷重の１ｋＮを一旦は越えたものの、約１．５ｋＮでほぼ一定となり、目標荷重の１ｋＮを大きく超過することなく加圧処理が行うことができることが確認された。
【００４７】
［第１実施形態の効果］
本発明の電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムによれば、位置指令パルス信号に基づいてロッド１１の位置制御による駆動を行い、サーボコントローラ１７が、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を停止させることができる。
これにより、溜りパルスを短時間で減少させてロッド１１を停止させるため、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなくロッド１１を停止させることができる。
また、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔに到達するまではロッド１１を減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について以下に説明する。第２実施形態は、ステップＳ５における停止荷重Ｐｓを目標荷重Ｐｔではなく以下に示す値に設定する点で第１実施形態と異なっている。
本実施形態で設定する停止荷重Ｐｓは、溜りパルスを減少させるために必要な時間やプレス加工装置１の装置駆動系の機械要素の慣性の影響などの負荷荷重のオーバーロード要因を考慮して、ステップＳ７において逆方向位置指令パルス信号を出力し、電動シリンダ１２の駆動を停止制御した場合に、ロッド１１が目標荷重Ｐｔで停止するように解析的または実験的に求めた、目標荷重Ｐｔよりも低く設定される荷重値である。
【００４９】
（実施例２）
本実施形態の効果を、従来の電動シリンダの制御方法を比較例として確認した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
まず、目標荷重Ｐｔと停止荷重Ｐｓとの関係を実験的に求めた結果を図４に示す。ロッド１１の駆動速度は６、８、１０ｍｍ／ｓの３水準とした。駆動速度が速いほど、目標荷重Ｐｔと停止荷重Ｐｓとの差が大きくなる傾向が認められた。
図４により、駆動速度と目標荷重Ｐｔを決めると、停止荷重Ｐｓをどのような荷重値に設定すればよいかを求めることができる。例えば、駆動速度が１０ｍｍ／ｓ、目標荷重Ｐｔが１０ｋＮの場合には、停止荷重Ｐｓを５．３５ｋＮに設定すればよいことがわかる。
【００５１】
次に、本発明の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、比例減速方法（比較例）を適用した場合とを比較する。
加圧条件は、加圧開始時の駆動速度を１０ｍｍ／ｓ、目標荷重Ｐｔを１０ｋＮとし、目標荷重Ｐｔで０．０２５ｓ加圧保持した後に抜重するように設定した。停止荷重Ｐｓは、図４の関係に基づいて５．３５ｋＮに設定した。
比較例は、加圧荷重の増加に比例して電動シリンダの駆動速度を減速する公知の比例減速方法、例えば、特開２００５−２５４２９０号公報に記載の方法、を適用した。
なお、図５において時間軸の原点は、加圧荷重が目標荷重Ｐｔに到達した時とした。
【００５２】
図５に示すように、比較例では、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔに到達するまでに０．３ｓを要したが、実施例では、加圧荷重Ｐｍが目標荷重Ｐｔを大きく超過することなく、０．０７ｓという比較例の４分の１程度の短時間で到達した。
これにより、図５に示すように適切に停止荷重Ｐｓを設定することで、加圧荷重Ｐｍを目標荷重Ｐｔで制御することができ、短時間で加圧処理が行うことができることが確認された。
【００５３】
上述の実施形態では、停止荷重Ｐｓは目標荷重Ｐｔと別にサーボコントローラ１７に入力しているが、サーボコントローラ１７が備えた停止荷重設定手段に駆動速度と関連させてテーブルや演算式を記憶させておき、目標荷重Ｐｔを入力するとテーブルや演算式が参照されて停止荷重Ｐｓが設定されるように構成してもよい。これにより、停止荷重Ｐｓを求めてサーボコントローラ１７に入力する手間が省けるとともに、停止荷重Ｐｓの計算・入力ミスを防止することができる。
【００５４】
［第２実施形態の効果］
本実施形態の電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムによれば、位置指令パルス信号に基づいてロッド１１の位置制御による駆動を行い、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であるか否かを判定し、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓ以上であると判定した場合に、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力し、サーボアンプ１６に蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させてロッド１１を目標荷重Ｐｔで停止させることができる。
また、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｓに到達するまではロッド１１を減速しないため、加圧処理時間を短縮することができる。
【００５５】
［その他の実施形態］
上述の各実施形態では、電動シリンダ１２の制御方法、制御システムをプレス加工装置１に適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プレス加工装置以外にも電動シリンダを用いる各種装置、工程に適用可能である。
例えば、本発明を圧入工程に適用すると、加圧荷重が目標加圧荷重を大きく超過せずに圧入することが可能となるため、圧入品の品質向上につながるだけでなく、短サイクルタイムで圧入することが可能となるため圧入品のコストダウンにつながる利点がある。更に、圧入品のように加圧の際に圧力が逃げるような部材に対しては、従来のように一定減速率もしくは加圧荷重と比例して電動シリンダのロッドを減速させる方法と比較したときにはサイクルタイム短縮効果が顕著となる利点がある。
また、本発明を電動シリンダのロッドによって被搬送物を搬送する搬送工程に適用すると、俊敏な搬送が可能となるだけでなく、被搬送物とロッドが不意に衝突した際にも瞬時にロッドを減速もしくは停止することができ、ロッドや荷重検出器、更に被搬送物の破損を防ぐことができる利点がある。
更に、本発明において、ロッド１１の進行方向は押し出し方向のみに限らず、引き入れ方向であっても良い。これにより、加圧工程のみならず引っ張り工程にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ プレス加工装置（電動シリンダ装置）
１１ ロッド
１２ 電動シリンダ
１３ 荷重検出器
１４ サーボモータ
１５ 位置検出器
１６ サーボアンプ
１７ サーボコントローラ
２０ 制御ユニット
Ｍ 被加圧部材
Ｐｍ 加圧荷重
Ｐｓ 停止荷重
Ｐｔ 目標荷重
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御方法であって、
前記サーボコントローラにおいて、
前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定し、
前記サーボコントローラに入力された前記ロッドの駆動速度に基づいて前記サーボコントローラから前記サーボアンプに位置指令パルス信号を出力するステップＳ１と、
前記サーボアンプが、前記位置指令パルス信号に基づいて、前記サーボモータへモータ駆動電流を出力するステップＳ２と、
前記モータ駆動電流により前記サーボモータを回転駆動し、前記ロッドを駆動するステップＳ３と、
前記荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を、前記荷重検出器から前記サーボコントローラに出力するステップＳ４と、
前記サーボコントローラにおいて、前記加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定するステップＳ５と、
加圧荷重が停止荷重以上であると判定された場合に、前記サーボコントローラにおいて前記ステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算するステップＳ６と、
前記ステップＳ６で計算された前記溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力するステップＳ７と、
を備えたことを特徴とする電動シリンダの制御方法。
【請求項２】
前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上であることを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
【請求項３】
前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動シリンダの制御方法。
【請求項４】
ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御システムであって、
前記サーボコントローラは、
前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定可能に構成されており、
前記ロッドの駆動速度に基づいて前記ロッドの位置制御による駆動を行い、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、前記サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、前記サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させて前記ロッドを停止させることを特徴とする電動シリンダの制御システム。
【請求項５】
前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上であることを特徴とする請求項４に記載の電動シリンダの制御システム。
【請求項６】
前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電動シリンダの制御システム。
【請求項１】
ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御方法であって、
前記サーボコントローラにおいて、
前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定し、
前記サーボコントローラに入力された前記ロッドの駆動速度に基づいて前記サーボコントローラから前記サーボアンプに位置指令パルス信号を出力するステップＳ１と、
前記サーボアンプが、前記位置指令パルス信号に基づいて、前記サーボモータへモータ駆動電流を出力するステップＳ２と、
前記モータ駆動電流により前記サーボモータを回転駆動し、前記ロッドを駆動するステップＳ３と、
前記荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を、前記荷重検出器から前記サーボコントローラに出力するステップＳ４と、
前記サーボコントローラにおいて、前記加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定するステップＳ５と、
加圧荷重が停止荷重以上であると判定された場合に、前記サーボコントローラにおいて前記ステップＳ５の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算するステップＳ６と、
前記ステップＳ６で計算された前記溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力するステップＳ７と、
を備えたことを特徴とする電動シリンダの制御方法。
【請求項２】
前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上であることを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
【請求項３】
前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動シリンダの制御方法。
【請求項４】
ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの位置制御のための位置制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御システムであって、
前記サーボコントローラは、
前記ロッドの駆動速度と、加圧荷重が目標荷重を超えないように前記ロッドを停止させる判定を行うために用いる目標荷重以下に設定された荷重値である停止荷重と、を設定可能に構成されており、
前記ロッドの駆動速度に基づいて前記ロッドの位置制御による駆動を行い、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重が停止荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が停止荷重以上であると判定した場合に、前記サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力し、前記サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させて前記ロッドを停止させることを特徴とする電動シリンダの制御システム。
【請求項５】
前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上であることを特徴とする請求項４に記載の電動シリンダの制御システム。
【請求項６】
前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電動シリンダの制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−９８３６３（Ｐ２０１１−９８３６３Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５３６５３（Ｐ２００９−２５３６５３）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
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