JP2004330232A

JP2004330232A - 電動プレス装置

Info

Publication number: JP2004330232A
Application number: JP2003128112A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kasuga; 聡春日
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】電動プレス装置において、サーボモータのトルクフィードバックによる作動停止制御を高い応答性で行うことで過剰圧延を防ぐ。
【解決手段】上位制御装置１５は、サーボモータ８の回転を指示する制御パルス信号１６をサーボドライバ１８に出力し、サーボドライバ１８は制御パルス信号１６に応じてサーボモータ８に制御電圧を出力する。またサーボドライバ１８はサーボモータ８の負荷トルクを検出し、アナログ電圧値の検出トルク信号１９としてコンパレータ２０に出力する。上位制御装置１５は停止トルクに対応する比較用トルク信号２１をコンパレータ２０に出力し、コンパレータ２０は比較用トルク信号２１と検出トルク信号１９を比較する。検出トルク信号１９の方が大きい場合にはトルクアップ信号２２が上位制御装置１５の割り込み処理ポート２３に入力され、その際には制御パルス信号１６の出力を停止する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動サーボモータの駆動により金型を押圧して板材を成形加工する電動プレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、押し抜きや深絞りなどの板材の成形加工を行うために金型を押圧移動させるプレス装置において、油圧モータや油圧ピストンなどの油圧アクチュエータ以外に電動モータを駆動源として利用する電動プレス装置がある。電動プレス装置は、電動モータから得られる回転駆動力をボールねじなどにより直線方向の押圧力に変換して金型を板材に押圧させるようになっている。
【０００３】
一般的にこのような電動モータの回転制御は高い精度で制御できるよう、パルス列信号を入力することによりサーボモータを制御するサーボドライバが利用される場合が多く、また過剰な押圧により成形不良となるのを防ぐため、作動中のサーボモータのトルクを常に検出して予め設定されている押圧停止トルクを超えた際に押圧移動を停止するようフィードバック制御できるものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の場合サーボモータのトルク検出値はアナログ電圧値で出力される一方、シーケンサなどの汎用の上位制御装置においてはデジタル値で処理を行うのが一般的であるため、上位制御装置は入力されたアナログ信号を一旦デジタル値に変換してから処理する必要がある。
【０００５】
しかし汎用の上位制御装置においてはアナログ／デジタル変換は長い処理時間を要するため、それと比較して大幅に短い時間周期で与えられるサーボモータ駆動用のパルスを停止させるフィードバック時間に遅れが生じてしまい、サーボモータのオーバーランによる過剰押圧を防ぐことができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、サーボモータのトルクフィードバックによる作動停止制御を高い応答性で行うことで過剰圧延を防ぐことができる電動プレス装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動プレス装置は、パルス列信号を介して制御されるサーボモータの駆動により金型を押圧移動させて板材の成形加工を行うものであって、制御パルス信号に基づくサーボモータの駆動制御とサーボモータから検出したアナログの検出トルク信号を出力するサーボドライバと、割り込み処理ポートを備え、停止トルクに対応する比較用トルク信号を出力し、制御パルス信号を出力する上位制御装置と、検出トルク信号が比較用トルク信号以上に大きい場合に割り込み処理ポートにトルクアップ信号を出力するコンパレータとを有し、上位制御装置はトルクアップ信号が入力された際にモータ停止割り込み処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明の電動プレス装置は、検出トルク信号は上位制御装置にも入力され、上位制御装置が算出した検出トルク算出値を表示する表示部を有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電動プレス装置は、サーボモータがサーボドライバに回転パルス信号を出力し、サーボドライバは制御パルス信号の数と回転パルス信号の数との間の偏差を偏差カウンタに記憶して偏差が減少するようサーボモータを駆動制御し、上位制御装置はモータ停止割り込み処理で偏差を減少させることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１（Ａ）は本発明の一実施の形態の電動プレス装置の正面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面側面図であり、図２は本実施の形態の電動プレス装置の制御構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の電動プレス装置１は、基台２の上に固定した２本の支柱３にわたってそれぞれの正面側に固定設置板４が設けられている。固定設置板４の正面側の側面に２本のレール５が垂直に設置されており、これらレール５上にわたって移動設置板６が上下動自在に設置されている。移動設置板６の正面側の中央には押圧駆動部７が、図中左側にはサーボモータ８が、図中右側には表示操作装置９がそれぞれブラケットを介して取り付けられている。これらサーボモータ８、押圧駆動部７および表示操作装置９の両側と上方を囲むようにカバー部材１０が移動設置板６に取り付けられている。
【００１３】
固定設置板４の中央には複数の固定孔４ａが上下方向に一定間隔で設けられており、移動設置板６はそれらのうちのどれか１つにピン固定することで上下方向の固定位置を設定できるようになっている。サーボモータ８は回転出力軸を下方に向ける配置で設置されており、回転出力軸には駆動プーリ１１が取り付けられている。
【００１４】
押圧駆動部７は、その主要部が雄ねじの軸部７ａと雌ねじの筒部７ｂで構成されたボールねじ機構であり、軸部７ａがブラケットに対して中心軸周りの回転を拘束されたまま上下動自在に設置されている一方、筒部７ｂは上下方向の位置を拘束されたまま軸周りに回転自在に設置されている。筒部７ｂの上端には従動プーリ１２が取り付けられており、ベルト１３を介してサーボモータ８の駆動プーリ１１と連動するようになっている。これによりサーボモータ８が回転することにより筒部７ｂが回転して軸部７ａを上下方向にねじ送り移動させるようになっている。軸部の下端には図示していない金型を固定するための固定治具１４が取り付けてある。
【００１５】
固定設置板４の後面の支柱３の間には、後述する上位制御装置、サーボドライバおよびコンパレータを備える回路基板が収容されており、表示操作装置９は表示部として上位制御装置からの情報を表示し、またタッチパネル式の操作部と兼用している。
【００１６】
次に図２に示す制御構成においては、電動プレス装置１全体の主要な制御を行う上位制御装置１５が、サーボモータ８の回転を指示する制御パルス信号１６と後述するパルス数の偏差を０に減少させる偏差リセット信号１７をサーボドライバ１８に出力するようになっている。
【００１７】
サーボドライバ１８はサーボモータ８に対して駆動制御する制御電圧を出力し、サーボモータ８が備える図示しないインクリメント型のエンコーダより回転パルス信号２４が入力されるようになっている。サーボドライバ１８はサーボモータ８に対して流した電流値からサーボモータ８の負荷トルクを検出することができ、それをアナログの検出トルク信号１９としてコンパレータ２０と上位制御装置１５の両方に出力するようになっている。
【００１８】
上位制御装置１５は比較用トルク信号２１をコンパレータ２０に出力しており、コンパレータ２０は比較用トルク信号２１を基準信号として検出トルク信号１９と比較し、検出トルク信号１９が比較用トルク信号２１以上に大きい場合にトルクアップ信号２２を上位制御装置１５の割り込み処理ポート２３に出力するようになっている。
【００１９】
上位制御装置１５は、入力された検出トルク信号１９から算出したサーボモータ８の負荷トルク（検出トルク算出値）を含む各種パラメータなどの情報を表示操作装置９に出力して操作者に表示し、表示操作装置９のタッチパネルから得られる操作者からの操作情報が入力されるようになっている。
【００２０】
上位制御装置１５については、ＰＬＣまたはシーケンサなどで呼ばれる汎用の制御機器であり、各種制御信号の出力や演算を行う図示しないマイクロプロセッサを有し、またプログラム、演算式およびマップデータなどが格納されるＲＯＭや、一次的にデータを格納するＲＡＭなどの図示しないメモリとを有している。この上位制御装置１５は、設定されたプログラムにしたがって数値の演算や、サーボドライバ１８などの他の構成機器との間における各種制御信号の入出力を行い、電動プレス装置１全体の作動を制御する。また割り込み処理ポート２３に所定の割り込み信号の入力があった場合には、それまで行っていた処理を一時中断して対応する割り込み処理を優先的に行うようになっている。なお、上位制御装置１５がコンパレータ２０に出力する比較用トルク信号２１は、デジタルまたはアナログのどちらの電圧値で出力してもよい。
【００２１】
サーボドライバ１８については、上位制御装置１５からパルス列信号として入力された制御パルス信号１６の数とサーボモータ８から入力された回転パルス信号２４の数との間の偏差を記憶する偏差カウンタ２５を有しており、このパルス数の偏差を減少するようにサーボモータ８へ制御電圧を出力して駆動制御するようになっている。またサーボドライバ１８は、上位制御装置１５から偏差リセット信号１７が入力された場合には偏差カウンタ２５が記憶しているパルス数の偏差を０にリセットする。
【００２２】
サーボモータ８はＤＣモータであり、サーボドライバ１８は偏差に比例した直流電圧をサーボモータ８に対して出力するようになっている。なお、サーボモータ８はＤＣモータに限られるものではなく、ステッピングモータなどの他の種類のモータを用いることも可能であり、その場合サーボドライバ１８はモータの種類によって出力する制御電圧の形式を合わせる必要がある。
【００２３】
以上のように構成される本実施の形態の電動プレス装置１は、固定治具１４に金型（図中不図示）を取り付け、その下方の基台２に固定した板材（図中不図示）に向けて金型を下降移動し押圧させることで板材の成形加工を行うものである。また所望する成形加工の達成状態に相当する負荷トルクがサーボモータ８から検出された際に、押圧移動を停止させて精度の高い成形加工を行うようにするものである。
【００２４】
図３（Ａ）は、上位制御装置１５における金型の移動制御についてのメイン処理のフローチャートであり、以下にその作動手順についてフローチャートにしたがって説明する。
【００２５】
まずステップＳ１において、操作者により表示操作装置９から入力された操作情報をもとに、金型を押圧移動させる推力の停止基準となる停止トルクが設定され、その停止トルクに基づいて対応する電圧値の比較用トルク信号２１がコンパレータ２０に出力される。ステップＳ２において、サーボドライバ１８に対する制御パルス信号１６の出力を開始し、サーボドライバ１８は偏差カウンタ２５の偏差を減少させるようサーボモータ８に制御電圧を出力してその回転動作を開始させる。これにより駆動プーリ１１に掛けられたベルト１３を介して従動プーリ１２および筒部７ｂを回転させ、軸部７ａをねじ送りすることにより固定治具１４に取り付けた図示しない金型の下方への押圧移動を起動させる（図１参照）。
【００２６】
次にステップＳ３では、タイマー処理によって一定時間割り込み信号を受け付けない待機状態とし、サーボモータ８起動後の短い間における一時的なトルク上昇からの影響を無視できるようになっている。
【００２７】
ステップＳ４は、金型が板材に押圧して所定の成形加工が達成したかどうか、つまりサーボドライバ１８から検出された負荷トルクが上位制御装置１５で設定された停止トルクを超えた状態となったかどうかを判断する処理である。具体的には金型を押圧移動させている最中においてモータ停止割り込み処理の要求があるまでその状態を維持する処理であり、すなわちコンパレータ２０からのトルクアップ信号２２が割り込み信号として割り込み処理ポート２３に入力されるまで判断を繰り返すループ処理となっている。
【００２８】
このステップＳ４の割り込み処理待機状態でトルクアップ信号２２が割り込み処理ポート２３に入力された場合、すなわちサーボドライバ１８から出力されている検出トルク信号１９が比較用トルク信号２１以上に大きくなったことをコンパレータ２０が高い応答速度で検出した際には、ステップＳ４以降のメイン処理を一時中断して図３（Ｂ）にフローチャートで示すモータ停止割り込み処理が開始される。
【００２９】
モータ停止割り込み処理では、ステップＳＩ−１において上位制御装置１５はサーボドライバ１８への制御パルス信号１６の出力を停止し、さらにステップＳＩ−２でサーボドライバ１８に対し偏差カウンタ２５内の偏差をリセットさせる偏差リセット信号１７を出力する。これにより上位制御装置１５からのサーボモータ８に対する駆動要求の停止と、サーボドライバ１８におけるサーボモータ８の駆動未達成分の記録（すなわち偏差）がリセットされることになり、サーボモータ８への制御電圧の出力が完全に停止されることになる。
【００３０】
なおこのモータ停止割り込み処理の開始は、上位制御装置１５のハードウェア上の機構で行われるものであり、最も早い応答速度で開始されるようになっている。ただしメイン処理のステップＳ４でソフトウェア的に判断して処理を開始することも可能である。
【００３１】
そしてステップＳＩ−２の処理を行った後には、モータ停止割り込み処理が終了して図３（Ａ）のメイン処理へリターンすることになり、ステップＳ５、ステップＳ６で再度、制御パルス信号１６の出力停止と、偏差カウンタ２５のリセットが行われる。
【００３２】
さらにステップＳ７でトルクアップ信号２２の入力の有無を再度確認し、このタイミングで検出トルク信号１９が比較用トルク信号２１以上に大きいかどうかを判定する。ここでトルクアップ信号２２が入力されていないことが確認された場合には、ステップＳ２の起動処理まで戻ることになる。これは金型を板材に押圧してある程度成形加工が進むことにより一時的に停止トルクに達した後でも、少し時間を経過した後にさらに金型を押し込む余地が生じてより高い精度で成形を進めることができる場合があることから、副次的に押圧移動を開始させるものである。このため、停止トルクの設定は完全な押圧加工成形が行われた時点における負荷トルクとすべきであり、高い精度の値で設定することが望ましい。
【００３３】
ステップＳ２〜ステップＳ７の間の押圧移動処理を繰り返し行った結果、所定の成形加工が完遂されてサーボモータ８の負荷トルクが停止トルクを超える状態を維持するようになった場合、ステップＳ８へ処理が移り、金型を板材から外して上昇させる戻り移動の指示があるかどうかを検出する。この戻り移動の指示は、他の制御装置から受ける制御信号などであってもよいし、表示操作装置９を介して操作者から受ける指示でもよい。
【００３４】
戻り移動の指示がない場合にはステップＳ７に戻ってトルクアップ信号２２の入力の有無を再度確認し、トルクアップ信号２２が入力されていないことが確認された場合には、ステップＳ２〜ステップＳ７の間の押圧移動処理を繰り返す。戻り移動指示およびトルクアップ信号２２のどちらも確認されない間はステップＳ７とステップＳ８を繰り返す待機状態となる。戻り移動の指示があった場合にはステップＳ９で金型を所定の開始位置まで戻り移動させて、金型の移動制御のルーティンがリターンされる。
【００３５】
ここで上記本実施の形態に対し、比較例として、サーボドライバ１８からアナログの検出トルク信号１９を上位制御装置１５に直接出力する場合の制御構成のブロック図を図４に示す。この図においては、図２に示した制御構成と共通する構成部分には同一の符号が付されている。
【００３６】
前述したようにマイクロプロセッサを主体とし構成される上位制御装置１５はデジタル電圧値で処理を行うものであり、図４に示すようにアナログ電圧値で出力される検出トルク信号１９を上位制御装置１５に直接入力する場合には、上位制御装置１５の内部で一旦デジタル値に変換する必要がある。
【００３７】
しかし、このようなアナログ／デジタル変換は比較的長い処理時間を要するものであり、それだけ検出された負荷トルクと設定された停止トルクとの比較判断を行う時間間隔が大きくなってしまう。それに比べてサーボドライバ１８に出力される制御パルス信号１６は大幅に短い時間周期で出力されるものであり、２つのトルクの比較判断を行う時間間隔の間でも多くの制御パルス信号１６が絶え間なく出力されつづけられることになる。
【００３８】
したがって実際にサーボモータ８の負荷トルクが停止トルクを超えた時点から、トルクの比較判断を経て実際に制御パルス信号１６の出力を停止するまでの間に多くの制御パルス信号１６がサーボドライバ１８に入力され、また偏差カウンタ２５をリセットしてサーボモータ８の回転作動を完全に停止するまでのフィードバック時間に遅れが生じてしまい、その結果サーボモータ８のオーバーランによる金型の過剰押圧が進んでしまうことになる。このことは、特に加工作業の効率を上げるためにサーボモータ８のスピードを高く設定した場合には、より短い時間周期でより多くの制御パルス信号が出力されることから、相対的にフィードバック時間の遅れが大きくなって過剰押圧が顕著となってしまう。
【００３９】
また別にサーボドライバ１８と上位制御装置１５との間に独立したアナログ／デジタル変換機を設けた場合でも一般的には処理速度にあまり変化はなく、高い処理速度を得るために高機能のアナログ／デジタル変換器を備えた場合には製造コストが大幅に増加してしまう問題がある。
【００４０】
これに対して本実施の形態の電動プレス装置の場合、上位制御装置１５は設定した停止トルクに対応する電圧値の比較用トルク信号２１を出力し続けるだけでよいため処理負担が少なく、また２つのトルク信号の比較判断は単純な回路構成のコンパレータ２０により連続的かつ早い応答速度で行うことができ、さらに上位制御装置１５はトルクアップ信号２２に対してハードウェア上の割り込み処理で最優先で応答することができる。
【００４１】
以上により本実施の形態の電動プレス装置１は、所望する成形加工の達成状態に相当する負荷トルクがサーボモータ８から検出された際に、高い応答性で素早く押圧移動を停止させることができるため、サーボモータ８のオーバーランを防いで精度の高い成形加工を行うことが可能となる。
【００４２】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明によるサーボモータ８のトルクフィードバックによる作動停止制御は、ねじ送りによる金型の押圧移動に限られず、他にもクランプ装置などのようなアクチュエータによる位置制御や速度制御にも適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、検出トルク信号と比較用トルク信号との比較判断を、単純な回路構成のコンパレータにより連続的かつ早い応答速度で行えるため、サーボモータのトルクフィードバックによる作動停止制御を高い応答性で行うことができ、過剰圧延を防いで精度の高い板材の成形加工が可能となる。
【００４４】
本発明によれば、検出トルク信号が上位制御装置にも入力されることにより、上位制御装置が検出トルク算出値を算出し、表示部を介して操作者に表示することができる。
【００４５】
本発明によれば、サーボドライバが偏差カウンタを用いてサーボモータの作動制御を行う場合に、偏差を減少させることでサーボモータの制御電圧の出力をより早く完全に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態の電動プレス装置の正面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面側面図である。
【図２】一実施の形態の電動プレス装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は、上位制御装置における金型の移動制御についてのメイン処理のフローチャートであり、（Ｂ）はモータ停止割り込み処理のフローチャートである。
【図４】比較例の制御構成のブロック図である。
【符号の説明】
１電動プレス装置
２基台
３支柱
４固定設置板
５レール
６移動設置板
７押圧駆動部
７ａ軸部
７ｂ筒部
８サーボモータ
９表示操作装置
１０カバー部材
１１駆動プーリ
１２従動プーリ
１３ベルト
１４固定治具
１５上位制御装置
１６制御パルス信号
１７偏差リセット信号
１８サーボドライバ
１９検出トルク信号
２０コンパレータ
２１比較用トルク信号
２２トルクアップ信号
２３割り込み処理ポート
２４回転パルス信号
２５偏差カウンタ

Claims

パルス列信号を介して制御されるサーボモータの駆動により金型を押圧移動させて板材の成形加工を行う電動プレス装置であって、
入力された制御パルス信号に基づいて前記サーボモータを駆動制御し、前記サーボモータから検出したトルクに対応するアナログの検出トルク信号を出力するサーボドライバと、
割り込み処理ポートを備え、所望する前記サーボモータの停止トルクに対応する比較用トルク信号を出力し、前記サーボドライバに前記制御パルス信号を出力する上位制御装置と、
前記検出トルク信号と前記比較用トルク信号を比較して、前記検出トルク信号が前記比較用トルク信号以上に大きい場合に前記割り込み処理ポートにトルクアップ信号を出力するコンパレータとを有し、
前記上位制御装置は、前記トルクアップ信号が入力された際に前記制御パルス信号の出力を停止するモータ停止割り込み処理を行うことを特徴とする電動プレス装置。
請求項１記載の電動プレス装置において、前記検出トルク信号は前記上位制御装置にも入力され、前記上位制御装置が入力された前記検出トルク信号に基づいて算出した検出トルク算出値を表示する表示部を有していることを特徴とする電動プレス装置。
請求項１または２記載の電動プレス装置において、前記サーボモータはエンコーダを有して前記サーボドライバに回転パルス信号を出力し、前記サーボドライバは前記上位制御装置から入力された前記制御パルス信号の数と前記サーボモータから入力された前記回転パルス信号の数との間の偏差を偏差カウンタに記憶して前記偏差が減少するよう前記サーボモータを駆動制御し、前記上位制御装置は前記モータ停止割り込み処理で前記偏差を減少させるよう前記サーボドライバを制御することを特徴とする電動プレス装置。