JP2005335017A - 圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精密な推力の制御を行って、ワークに対する圧入部品の高精度な圧入を実現することができる圧入装置を提供すること。
【解決手段】圧入装置１におけるサーボアンプ５は、位置制御ループ５１、推力制御ループ５２、及びこれらの制御ループを切替可能な切替手段５３を有している。サーボアンプ５、位置制御ループ５１を用いて位置制御を行い、圧入部３２を前進させる。次いで、推力測定値Ｆｍが所定の切替値Ｆａを超えたときに、切替手段５３を操作して、位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切り替える。次いで、推力制御ループ５２を用いて推力制御を行い、圧入部品８２をワーク８１へ圧入する。その後、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒになったときには、推力制御ループ５２から位置制御ループ５１に切り替え、圧入部３２を後退させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、コントローラによりサーボモータを制御し、ワークに対して圧入部品を圧入する圧入装置に関する。

従来より、例えば、ワークに形成された圧入穴に圧入部品を圧入する際には、サーボモータによる回転力を送りネジ等を用いて推力に変換して、圧入を行う電動式の圧入装置が用いられている。この圧入装置においては、シーケンサ等のコントローラを用いて、サーボモータを制御するサーボアンプに動作指令を送り、位置のフィードバック制御を行って、圧入部品が所定の圧入位置まで正常に圧入されるようにしている。
そして、位置のフィードバック制御を行って圧入を行う際には、サーボモータに流れる電流値が一定の値以上にならないようにサーボアンプを制御することにより、サーボモータにおけるトルクを制限して、圧入部品の圧入を行う圧入強度（推力）を制御している。

しかしながら、圧入部品の圧入においては、圧入を行う際の微妙な推力の大きさが、圧入の良し悪しに大きく影響する。すなわち、上記トルク制限による推力の制御においては、サーボモータのステータとロータとの位置関係によるコギングトルク（ステータとロータとの間に生ずる磁気吸引力によるトルク変動）が発生し、推力を適切に制御した圧入を行うことができない。
そのため、上記従来の圧入装置では十分ではなく、高精度な圧入を実現するためには、精密な推力の制御が可能な圧入装置の開発が期待されている。

なお、特別な装置を必要とせず、加圧力のフィードバック制御を可能にしたロボット制御装置として、例えば、特許文献１に示されるものがある。この特許文献１におけるロボット制御装置は、溶接ガンの位置及び加圧力（トルク）の制御を可能にしたものである。そして、このロボット制御装置は、デジタルサーボ回路を用いて、位置ループ制御とトルクループ制御とを切り替えてサーボモータを制御可能であり、オブザーバを用いて溶接ガンにおける加圧力を推定して、正確な加圧力でスポット溶接を行い溶接品質を向上させることができるものである。

しかしながら、特許文献１における技術は、スポット溶接を行う際の加圧力の正確な制御を可能にするものであり、この技術を、高精度な圧入を実現するために直接適用することはできない。

特開２０００−１４１２６２号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、精密な推力の制御を行って、ワークに対する圧入部品の高精度な圧入を実現することができる圧入装置を提供しようとするものである。

本発明は、サーボモータと、該サーボモータによるトルクを送りネジを介して推力に変換する動力変換機構と、圧入部品を保持可能であると共に該圧入部品を上記推力を受けてワークに圧入可能な圧入部と、該圧入部の位置目標値及び推力目標値を決定するコントローラと、該コントローラからの上記位置目標値及び上記推力目標値を受信して上記サーボモータを駆動するサーボアンプとを有する圧入装置であって、
上記サーボモータには、該サーボモータの回転状態を測定する回転検出センサが配設されていると共に、上記圧入部には、該圧入部に加わる推力を測定する推力検出センサが配設されており、
上記サーボアンプは、上記コントローラから送信された上記位置目標値と、上記回転検出センサから送信された位置測定値との偏差に基づいて、上記サーボモータの位置フィードバック制御を行う位置制御ループと、
上記コントローラから送信された上記推力目標値と、上記推力検出センサから送信された推力測定値との偏差に基づいて、上記サーボモータの推力フィードバック制御を行う推力制御ループと、
上記サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、上記位置制御ループと上記推力制御ループとの間で切替可能な切替手段とを有しており、
かつ上記サーボアンプは、上記位置制御ループを用いて上記サーボモータの位置フィードバック制御を行い、上記圧入部品を保持した上記圧入部を上記ワークに向けて前進させる前進ステップと、
上記推力測定値が上記推力目標値よりも小さい所定の大きさの切替値を超えたときに、上記切替手段を操作して、上記サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、上記位置制御ループから上記推力制御ループに切り替える第１切替ステップと、
上記推力制御ループを用いて上記サーボモータの推力フィードバック制御を行い、上記圧入部に保持した上記圧入部品を上記ワークへ圧入する圧入ステップと、
上記位置測定値が上記位置目標値になったときに、上記切替手段を操作して、上記サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、上記推力制御ループから上記位置制御ループに切り替える第２切替ステップと、
上記位置制御ループを用いて上記サーボモータの位置フィードバック制御を行い、上記圧入部を後退させる後退ステップとを行うよう構成されていることを特徴とする圧入装置にある（請求項１）。

本発明の圧入装置は、上記切替手段によって上記位置制御ループと上記推力制御ループとに切り替えてサーボモータを制御可能なサーボアンプを用い、精密な推力の制御を行って、ワークに対する圧入部品の高精度な圧入を実現することができるものである。
すなわち、サーボアンプに形成された位置制御ループは、サーボモータに配設された回転検出センサを用いて、サーボモータの位置フィードバック制御が可能であり、サーボアンプに形成された推力制御ループは、圧入部に配設された推力検出センサを用いて、サーボモータの推力フィードバック制御が可能である。そして、これらの制御ループは、上記切替手段を操作することによって、適宜切替が可能である。

そして、本発明の圧入装置においては、サーボアンプ内に位置制御ループと推力制御ループとが形成されており、このサーボアンプの構成により、サーボモータの位置及び推力の制御は、コントローラを介さずに行うことができる。
すなわち、コントローラは、圧入装置における全体的な動作の制御を行うために、例えば、数十ミリ秒（数十ｍｓ）のサンプリングタイムで動作するよう構成されているのに対し、サーボアンプは、サーボモータを制御するためだけに専用的に動作させるため、例えば、数百マイクロ秒（数百μｓ）のサンプリングタイムで動作させることができる。
そのため、上記圧入部品の推力フィードバック制御を行う際において、コントローラを介することなく、サーボアンプに形成された推力制御ループを用いて推力フィードバック制御を行うことにより、正確かつ高速な推力のフィードバック制御が可能になる。

以下に、本発明の圧入装置が、コントローラからの指令により、サーボモータを制御して圧入部品の圧入作業を行う各ステップにつき説明する。
すなわち、まず、サーボアンプは、上記前進ステップとして、位置制御ループを用いてサーボモータの位置フィードバック制御を行い、圧入部品を保持した圧入部をワークに向けて前進させる。こうして、サーボアンプは、サーボアンプにおける位置制御ループを用いて、サーボモータを制御することにより、正確かつ高速に圧入部を前進させることができる。

次いで、圧入部品を保持した圧入部がワークにおける圧入位置まで前進し、圧入部品がワークに当接したときには、推力検出センサによる推力測定値が上昇する。そして、サーボアンプは、上記第１切替ステップとして、推力測定値が上記所定の切替値を超えたときには、上記切替手段を操作して、サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、位置制御ループから推力制御ループに切り替える。

こうして、サーボアンプは、実際に圧入部品がワークに当接するまで、すなわち推力測定値が所定の切替値を超えたときに、はじめて位置制御ループから推力制御ループに切り替える。そのため、ワーク又は圧入部品における寸法公差のばらつきがあっても、圧入部品の圧入は、常に推力目標値を維持するようにして開始することができる。
また、第１切替ステップにおいては、サーボアンプ自身が、切替手段を操作して、サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、位置制御ループから推力制御ループに切り替えることができる。そのため、推力測定値が所定の切替値を超えてから、実際に切替が行われるまでの応答時間の遅れの発生を抑制することができる。

さらに、推力測定値が推力目標値になる前に、位置制御ループから推力制御ループに切り替えることにより、推力制御ループに切り替えられた直後に、推力測定値のオーバーシュートが発生してしまうことを防止することもできる。そのため、圧入を行う圧入初期において、推力目標値を超えた大きな推力が圧入部品に作用してしまうことを抑制することができ、圧入を行う圧入強度を適切に制御して、より高精度な圧入部品の圧入を行うことができる。

次いで、サーボアンプは、上記圧入ステップとして、サーボアンプにおける推力制御ループを用いてサーボモータの推力フィードバック制御を行い、圧入部に保持した圧入部品をワークへ圧入する。こうして、サーボアンプは、サーボアンプにおける推力制御ループを用いて、サーボモータを制御することにより、圧入部品の圧入を正確かつ高速に行うことができる。

そして、上記のごとく、本発明の圧入装置においては、上記サーボアンプの構成により、コントローラを介することなく推力フィードバック制御を行うことができる。そのため、サーボモータにおけるコギングトルクの発生を抑制することができ、圧入強度（推力）を適切に制御して圧入を行うことができる。また、正確かつ高速な推力のフィードバック制御を行い、ワークに対する圧入部品の高精度な圧入を実現することができる。

次いで、サーボアンプは、上記第２切替ステップとして、位置測定値が位置目標値になったときには、上記切替手段を操作して、サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、推力制御ループから位置制御ループに切り替える。
その後、サーボアンプは、上記後退ステップとして、サーボアンプにおける位置制御ループを用いてサーボモータの位置フィードバック制御を行い、圧入部を後退させて、上記圧入装置における圧入作業の１サイクルを終了させることができる。

そして、以降、圧入装置は、サーボアンプが上記各ステップを繰り返し行うことにより、圧入部に保持させた各圧入部品を、何度でもワークに対して高精度に圧入することができる。
それ故、本発明の圧入装置によれば、精密な推力の制御を行って、ワークに対する圧入部品の高精度な圧入を実現することができる。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記回転検出センサとしては、回転位置を検出するもの、回転速度を検出するもの等の種々のセンサを用いることができ、例えば、エンコーダ、タコジェネレータ等を用いることができる。また、上記推力検出センサとしては、ひずみゲージを用いたロードセル、圧電素子を用いた圧電センサ等を用いることができる。

また、上記第１切替ステップにおける推力目標値よりも小さい所定の大きさの切替値は、実験により、推力測定値のオーバーシュートの発生を防止することができるときの値として求めることができる。
また、上記コントローラは、上記圧入ステップにおいて、コントローラに設定された圧入目標時間内に、上記回転検出センサから当該コントローラへ送信される位置測定値が上記位置目標値に到達したときに、圧入の正常終了を検知することができる。

また、コントローラは、圧入ステップにおいて、上記圧入目標時間内における位置測定値の位置目標値への到達の正常終了の条件に加えて、上記推力測定値が上記推力目標値に追従して推力フィードバック制御を行うことができたことを正常終了の条件とすることもできる。そして、これらの正常終了の条件が満たされたときに、はじめて圧入の正常終了を検知することもできる。

また、上記位置制御ループは、上記位置目標値と上記位置測定値との偏差に基づいて、位置操作量を算出すると共に、該位置操作量に基づいて第１速度目標値を算出する位置フィードバックループと、上記第１速度目標値と、上記回転検出センサから送信される速度測定値との偏差に基づいて、第１速度操作量を算出し、該第１速度操作量に基づいて、上記サーボモータを駆動する第１速度フィードバックループとを形成するよう構成されており、一方、上記推力制御ループは、上記推力目標値と上記推力測定値との偏差に基づいて、推力操作量を算出すると共に、該推力操作量に基づいて第２速度目標値を算出する推力フィードバックループと、上記第２速度目標値と上記速度測定値との偏差に基づいて、第２速度操作量を算出し、該第２速度操作量に基づいて、上記サーボモータを駆動する第２速度フィードバックループとを形成するよう構成することが好ましい（請求項２）。

この場合には、上記位置制御ループを用いて行うサーボモータの位置フィードバック制御は、上記位置フィードバックループだけでなく上記第１速度フィードバックループも介して行うことにより、サーボモータの極端な速度変動が抑えられて、より適切にサーボモータの位置制御を行うことができる。
また、上記推力制御ループを用いて行うサーボモータの推力フィードバック制御は、上記推力フィードバックループだけでなく上記第２速度フィードバックループも介して行うことにより、サーボモータの極端な速度変動が抑えられて、より適切にサーボモータの推力制御を行うことができる。

また、上記コントローラは、該コントローラに設定された圧入目標時間の経過前に、上記回転検出センサから当該コントローラへ送信される位置測定値が上記位置目標値を超えてしまったとき、又は、上記位置測定値が上記位置目標値になる前に、上記推力検出センサから当該コントローラへ送信される推力測定値が、上記推力目標値よりも大きな所定の推力設定値を超えてしまったとき、又は、上記圧入目標時間を経過しても、上記位置測定値が上記位置目標値に到達しないときには、上記圧入部品の圧入を異常終了するよう構成することが好ましい（請求項３）。

この場合には、上記いずれかの圧入の異常終了の条件が満たされたときには、コントローラは、圧入の異常終了を行うことができる。そのため、圧入部品の圧入に異常があったときには、この異常に迅速に対処することができる。
また、上記圧入目標時間の経過前に、回転検出センサからコントローラへ送信される位置測定値が位置目標値を超えてしまう異常終了の条件が満たされる場合としては、例えば、圧入部に圧入部品が保持されていないにも拘わらず、圧入を開始してしまった場合が考えられる。

また、上記位置測定値が位置目標値になる前に、推力検出センサからコントローラへ送信される推力測定値が上記推力設定値を超えてしまう異常終了の条件が満たされる場合としては、例えば、圧入部が正常に圧入部品を保持していない場合、ワークが所定の載置位置に正常に載置されていない場合、又はワークの上に不要な障害物が載置されてしまっている場合等が考えられる。
また、上記圧入目標時間を経過しても、上記位置測定値が位置目標値に到達しない異常終了の条件が満たされる場合としては、例えば、圧入部が正常に圧入部品を保持していない場合、ワークが所定の載置位置に正常に載置されていない場合、又はワークの上に不要な障害物が載置されてしまっている場合等が考えられる。

以下に、本発明の圧入装置にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例の圧入装置１は、図１、図２に示すごとく、サーボモータ２と、サーボモータ２によるトルクを送りネジを介して推力に変換する動力変換機構３１と、圧入部品８２を保持可能であると共に圧入部品８２を上記推力を受けてワーク８１に圧入可能な圧入部３２とを有している。また、圧入装置１は、圧入部３２の位置目標値Ｐｒ及び推力目標値Ｆｒを決定するコントローラ４と、コントローラ４からの位置目標値Ｐｒ及び推力目標値Ｆｒを受信して上記サーボモータ２を駆動するサーボアンプ５とを有している。
また、サーボモータ２には、この回転状態を測定する回転検出センサ６１が配設されており、圧入部３２には、該圧入部３２に加わる推力を測定する推力検出センサ６２が配設されている。

また、図３に示すごとく、サーボアンプ５は、サーボモータ２の位置フィードバック制御を行う位置制御ループ５１と、サーボモータ２の推力フィードバック制御を行う推力制御ループ５２と、サーボモータ２のフィードバック制御に用いる制御ループを、位置制御ループ５１と推力制御ループ５２との間で切替可能な切替手段５３とを有している。
上記位置制御ループ５１は、コントローラ４から送信された位置目標値Ｐｒと、回転検出センサ６１から送信された位置測定値Ｐｍとの偏差に基づいて、フィードバック制御を行うよう構成されている。また、上記推力制御ループ５２は、コントローラ４から送信された推力目標値Ｆｒと、推力検出センサ６２から送信された推力測定値Ｆｍとの偏差に基づいて、フィードバック制御を行うよう構成されている。

また、上記サーボアンプ５は、図４〜図６に示すごとく、以下の各制御ステップとしての前進ステップ、第１切替ステップ、圧入ステップ、第２切替ステップ及び後退ステップを行って、ワーク８１に形成された圧入穴８１１に圧入部品８２を圧入する圧入作業の１サイクルを行うよう構成されている。
すなわち、上記前進ステップにおいては、サーボアンプ５は、位置制御ループ５１を用いてサーボモータ２の位置フィードバック制御を行う。そして、サーボアンプ５は、圧入部品８２を保持した圧入部３２を、ワーク８１における圧入穴８１１に向けて前進させる。

次いで、上記第１切替ステップにおいては、サーボアンプ５は、推力測定値Ｆｍが、推力目標値Ｆｒよりも小さい所定の大きさの切替値Ｆａを超えたときに、切替手段５３を操作して、サーボモータ２のフィードバック制御に用いる制御ループを、位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切り替える。
次いで、上記圧入ステップにおいては、サーボアンプ５は、推力制御ループ５２を用いてサーボモータ２の推力フィードバック制御を行う。そして、サーボアンプ５は、圧入部３２に保持した圧入部品８２を、ワーク８１における圧入穴８１１へ圧入する。

次いで、上記第２切替ステップにおいては、サーボアンプ５は、位置測定値Ｐｍが上記位置目標値Ｐｒになったときに、切替手段５３を操作して、サーボモータ２のフィードバック制御に用いる制御ループを、推力制御ループ５２から位置制御ループ５１に切り替える。
その後、上記後退ステップにおいては、サーボアンプ５は、位置制御ループ５１を用いてサーボモータ２の位置フィードバック制御を行い、圧入部品８２を圧入した後の圧入部３２を後退させる。
以下に、これを詳説する。

本例の圧入装置１は、図１、図２に示すごとく、サーボモータ２を制御することによって圧入を行うものである。そして、圧入を行う圧入装置本体３は、サーボモータ２、動力変換機構３１、圧入部３２及びワーク載置部３３を有して構成されている。
ここで、図１には、初期位置にある圧入部３２に圧入部品８２を保持させた状態の圧入装置１を示し、図に２は、ワーク８１の圧入穴８１１に圧入部品８２を圧入した状態の圧入装置１を示す。

上記動力変換機構３１は、送りネジ（本例ではボールネジ）３１１、送りネジ３１１に螺合された送りナット３１２、及びスライドガイド３１３等を有している。また、サーボモータ２の出力軸２１と、送りネジ３１１とは接続ジョイント３１４により接続されている。また、上記圧入部３２は、送りネジ３１１に螺合された送りナット３１２に固定されており、スライドガイド３１３によって回り止めが行われている。また、上記ワーク載置部３３は、圧入部３２に対向して形成されており、ワーク載置部３３には、ワーク８１を載置保持することができる。
そして、圧入装置本体３は、サーボモータ２が回転したときには、送りネジ３１１が回転し、この送りネジ３１１の回転に伴って、送りナット３１２がスライドガイド３１３にガイドされながら進退することにより、圧入部３２を進退させるよう構成されている。

また、図３に示すごとく、本例のコントローラ４は、圧入装置１において行う各動作の管理及び制御を行うシーケンサである。このコントローラ４は、１０〜２０ミリ秒（ｍｓ）のサンプリングタイムで動作するよう構成されている。このコントローラ４には、圧入部３２に発生させる推力の目標値を、推力目標値Ｆｒとして設定可能であり、圧入部３２が圧入部品８２の圧入を終了する圧入終了位置の目標値を、位置目標値Ｐｒとして設定可能である。
また、上記圧入ステップにおいて、圧入が正常に行われるときに要する時間は予め測定しておくことができ、コントローラ４には、上記圧入ステップにおいて、圧入部品の圧入を行う目標時間としての圧入目標時間を設定しておくことができる。そして、この圧入目標時間を圧入の異常検出に利用することができる。

また、本例のサーボアンプ５は、サーボモータ２を制御するためだけに専用的に動作させるものであり、１００〜２００マイクロ秒（μｓ）のサンプリングタイムで動作するよう構成されている。このサーボアンプ５は、圧入部３２を前進させる前に、予め、コントローラ４から位置目標値Ｐｒ及び推力目標値Ｆｒの指令を受信しておき、圧入部３２を前進させた後には、コントローラ４を介さずに、サーボアンプ５のみによってサーボモータ２の位置制御及び推力制御が可能である。

また、図３に示すごとく、本例の回転検出センサ６１は、エンコーダであり、推力検出センサ６２は、ロードセルである。そして、サーボアンプ５には、回転検出センサ６１によって測定されたサーボモータ２の位置（位置測定値Ｐｍ）及びサーボモータ２の回転数（回転速度）（速度測定値Ｖｍ）がフィードバック（送信）されるよう構成されている。また、回転検出センサ６１によって測定されたサーボモータ２の位置は、コントローラ４にもフィードバック（送信）されるよう構成されている。
また、サーボアンプ５には、推力検出センサ６２によって測定された圧入部３２における推力（サーボモータ２によるトルク）（推力測定値Ｆｍ）がフィードバック（送信）されるよう構成されており、この圧入部３２における推力は、コントローラ４にもフィードバック（送信）されるよう構成されている。

また、図３に示すごとく、サーボアンプ５における位置制御ループ５１は、位置目標値Ｐｒと位置測定値Ｐｍとの位置偏差量ｅ１に基づいて、位置操作量Ｐｃを算出すると共に、位置操作量Ｐｃに基づいて速度目標値Ｖｒを算出する位置フィードバックループ５１１と、速度目標値Ｖｒと、回転検出センサ６１から送信される速度測定値Ｖｍとの速度偏差量ｅ２に基づいて、速度操作量Ｖｃを算出し、速度操作量Ｖｃに基づいて、サーボモータ２を駆動する速度フィードバックループ５１２とを形成している。

より具体的には、位置フィードバックループ５１１は、コントローラ４からの指令を受けて、偏差カウンタ５１３、位置ゲイン５１４及び速度リミッター５１５を介して、位置操作量Ｐｃ及び速度目標値Ｖｒを算出し、速度フィードバックループ５１２は、速度ゲイン５１６、電流リミッター５１７、共振フィルタ５１８及び電流アンプ５１９を介して、サーボモータ２を動作させるよう構成されている。また、位置フィードバックループ５１１の偏差カウンタ５１３には、回転検出センサ６１からの位置測定値Ｐｍが位置換算器５４１を介してフィードバックされ、速度フィードバックループ５１２には、回転検出センサ６１からの速度測定値Ｖｍが速度換算器５４２を介してフィードバックされるよう構成されている。

一方、図３に示すごとく、サーボアンプ５における推力制御ループ５２は、推力目標値Ｆｒと推力測定値Ｆｍとの推力偏差量ｅ３に基づいて、推力操作量Ｆｃを算出すると共に、推力操作量Ｆｃに基づいて速度目標値Ｖｒを算出する推力フィードバックループ５２１と、速度目標値Ｖｒと回転検出センサ６１から送信される速度測定値Ｖｍとの速度偏差量ｅ２に基づいて、速度操作量Ｖｃを算出し、速度操作量Ｖｃに基づいて、サーボモータ２を駆動する速度フィードバックループ５１２とを形成している。

より具体的には、推力制御ループ５２は、コントローラ４からの指令を受けて、推力ゲイン５２３及び速度リミッター５１５を介して、推力操作量Ｆｃ及び速度目標値Ｖｒを算出するよう構成されている。また、推力制御ループ５２には、推力検出センサ６２からの推力測定値Ｆｍがセンサアンプ５５１、Ａ／Ｄ変換器５５２及び推力換算器５５３を介してフィードバックされるよう構成されている。

なお、位置制御ループ５１における速度フィードバックループと、推力制御ループ５２における速度フィードバックループとは、同じループにより構成されている。そして、本例では、第１速度目標値、第１速度操作量、第１速度フィードバックループと、第２速度目標値、第２速度操作量、第２速度フィードバックループとを区別せずに用い、単に速度目標値Ｖｒ、速度操作量Ｖｃ、速度フィードバックループ５１２としている。

次に、本例の圧入装置１が、コントローラ４からの指令により、サーボモータ２を制御して圧入部品８２の圧入作業を行う各制御ステップにつき、図４〜図６のフローチャートを用いて詳説する。
すなわち、図４に示すごとく、コントローラ４には、圧入装置１の圧入部３２が圧入を終了する位置としての位置目標値Ｐｒ、及び圧入部３２が圧入を行う際に目標とする圧入強度（推力）としての推力目標値Ｆｒを設定する（ステップＳ１０１）。また、コントローラ４には、サーボアンプ５が位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切替を行う際の上記切替値Ｆａを設定する。

そして、コントローラ４は、以降の各制御ステップを開始する前に、予め上記位置目標値Ｐｒ、推力目標値Ｆｒ及び切替値Ｆａをサーボアンプ５に送信しておくことができる。
次いで、作業者は、圧入装置１のワーク載置部３３にワーク８１を載置し、圧入装置１の圧入部３２に圧入部品８２を保持させ、圧入開始ボタンを押して圧入作業をスタートさせる。

そして、前進ステップとして、サーボアンプ５においては、位置制御ループ５１を用いてサーボモータ２の位置フィードバック制御が行われ、圧入部品８２を保持した圧入部３２がワーク８１に向けて前進する（Ｓ１０２）。
このとき、図５に示すごとく、サーボアンプ５においては、以下のようにして位置制御が行われる。

すなわち、図５において、まず、サーボアンプ５は、コントローラ４から位置目標値Ｐｒを受信し（Ｓ２０１）、回転検出センサ６１から位置測定値Ｐｍを受信する（Ｓ２０２）。
具体的には、図３に示すごとく、サーボアンプ５の位置制御ループ５１においては、コントローラ４からの位置目標値Ｐｒは、パルス数に換算されて目標パルスとして偏差カウンタ５１３に送信され、一方、回転検出センサ６１からの位置測定値Ｐｍは、パルス数に換算されて測定パルスとして偏差カウンタ５１３に送信される。また、測定パルスは、位置換算器５４１において回転検出センサ６１におけるパルス数が積算されて偏差カウンタ５１３に送信される。

次いで、図５において、サーボアンプ５においては、位置目標値Ｐｒから位置測定値Ｐｍが減算されて、位置偏差量ｅ１が算出され（Ｓ２０３）、この位置偏差量ｅ１に基づいて位置操作量Ｐｃが算出される（Ｓ２０４）。また、位置操作量Ｐｃを実現するための速度目標値Ｖｒが算出される（Ｓ２０５）。
具体的には、図３に示すごとく、サーボアンプ５の位置制御ループ５１においては、偏差カウンタ５１３において、目標パルスから測定パルスを減算した偏差パルスが算出され、この偏差パルスに位置ゲイン５１４が乗算され、位置操作量Ｐｃが算出される。また、この位置操作量Ｐｃは、速度リミッター５１５によって上限値又は下限値が制限され、位置操作量Ｐｃの大きさに比例して電圧値に換算された速度目標値Ｖｒが算出される。

次いで、図５において、サーボアンプ５は、回転検出センサ６１から速度測定値Ｖｍを受信し（Ｓ２０６）、サーボアンプ５においては、速度目標値Ｖｒから速度測定値Ｖｍが減算されて、速度偏差量ｅ２が算出される（Ｓ２０７）。そして、この速度偏差量ｅ２に基づいて速度操作量Ｖｃが算出され（Ｓ２０８）、サーボモータ２に、速度操作量Ｖｃを実現するための電流が流れる（Ｓ２０９）。
具体的には、図３に示すごとく、サーボアンプ５の位置制御ループ５１においては、速度目標値Ｖｒから、回転検出センサ６１から送信される速度測定値Ｖｍが減算されて、速度偏差量ｅ２が算出される。また、速度目標値Ｖｒは、電圧値に換算され、一方、速度測定値Ｖｍは、速度換算器５４２において回転検出センサ６１によるパルスの周波数が電圧値に変換されている。

そして、速度偏差量ｅ２に速度ゲイン５１６が乗算されて、速度操作量Ｖｃが算出され、この速度操作量Ｖｃが電流アンプ５１９に送信されて、電流アンプ５１９からサーボモータ２に所定値の電流が流れる。
また、速度ゲイン５１６が乗算された速度操作量Ｖｃは、電流リミッター５１７によって上限値又は下限値が制限され、共振フィルタ５１８を介して振動的な成分がカットされた後、電流アンプ５１９に送信される。また、電流アンプ５１９においては、電流のフィードバック制御が行われる。

なお、位置ゲイン５１４においては、比例（Ｐ）制御を行うために比例ゲインＫｐが設定されており、速度ゲイン５１６においては、比例積分（ＰＩ）制御を行うために比例ゲインＫｖ及び積分ゲインＫｉが設定されている。
こうして、サーボアンプ５内においては、所定のサンプリングタイムで、Ｓ２０２〜Ｓ２０９が繰り返し実行され、サーボアンプ５の位置制御が行われる。

そして、サーボアンプ５において、Ｓ２０２〜Ｓ２０９が繰り返し実行されている最中には、図４に示すごとく、サーボアンプ５は、推力検出センサ６２から送信された推力測定値Ｆｍが、推力目標値Ｆｒよりも小さい所定の大きさの切替値Ｆａを超えているか否かを判定する（Ｓ１０３）。そして、推力測定値Ｆｍが切替値Ｆａを超えるまで、Ｓ１０２及びＳ１０３が繰り返し行われ、圧入部品８２を保持した圧入部３２が前進する。
こうして、圧入部品８２を保持した圧入部３２の前進は、サーボアンプ５における位置制御ループ５１を用いて、サーボモータ２を制御することにより、正確かつ高速に行われる。

次いで、圧入部品８２を保持した圧入部３２がワーク８１における圧入位置まで前進し、圧入部品８２がワーク８１に当接したときには、推力検出センサ６２による推力測定値Ｆｍが上昇する。
そして、図４に示すごとく、サーボアンプ５は、推力測定値Ｆｍが上記所定の切替値Ｆａを超えたときには、上記第１切替ステップとして、切替手段５３を操作して、サーボモータ２のフィードバック制御に用いる制御ループを、位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切り替える（Ｓ１０４）。

このように、実際に圧入部品８２がワーク８１に当接するまで、すなわち推力測定値Ｆｍが所定の切替値Ｆａを超えたときに、はじめて位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切り替えることにより、ワーク８１又は圧入部品８２における寸法公差のばらつきがあっても、圧入部品８２の圧入は、常に推力目標値Ｆｒを維持するようにして開始することができる。
また、第１切替ステップにおいては、サーボアンプ５自身が、切替手段５３を操作して、上記制御ループを、位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切り替えることができる。そのため、推力測定値Ｆｍが所定の切替値Ｆａを超えてから、実際に切替が行われるまでの応答時間の遅れの発生を抑制することができる。

さらに、推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒになる前に、位置制御ループ５１から推力制御ループ５２に切り替えることにより、推力制御ループ５２に切り替えられた直後に、推力測定値Ｆｍのオーバーシュートが発生してしまうことを防止することもできる。そのため、圧入を行う圧入初期において、推力目標値Ｆｒを超えた大きな推力が圧入部品８２に作用してしまうことを抑制することができ、圧入を行う圧入強度を適切に制御して、より高精度な圧入部品８２の圧入を行うことができる。

そして、図４に示すごとく、圧入ステップとして、サーボアンプ５においては、推力制御ループ５２を用いてサーボモータ２の推力フィードバック制御が行われ、圧入部３２に保持した圧入部品８２がワーク８１へ圧入される（Ｓ１０５）。
このとき、図６に示すごとく、サーボアンプ５においては、以下のようにして推力制御が行われる。

すなわち、図６において、まず、サーボアンプ５は、コントローラ４から推力目標値Ｆｒを受信し（Ｓ３０１）、推力検出センサ６２から推力測定値Ｆｍを受信する（Ｓ３０２）。
次いで、サーボアンプ５においては、推力目標値Ｆｒから推力測定値Ｆｍが減算されて、推力偏差量ｅ３が算出され（Ｓ３０３）、この推力偏差量ｅ３に基づいて推力操作量Ｆｃが算出される（Ｓ３０４）。また、推力操作量Ｆｃを実現するための速度目標値Ｖｒが算出される（Ｓ３０５）。

具体的には、図３に示すごとく、サーボアンプ５の推力制御ループ５２においては、コントローラ４から送信される推力目標値Ｆｒから、推力検出センサ６２からセンサアンプ５５１、Ａ／Ｄ変換器５５２及び推力換算器５５３を介して送信される推力測定値Ｆｍが減算されて、推力偏差量ｅ３が算出される。そして、この推力偏差量ｅ３に推力ゲイン５２３が乗算されて、推力操作量Ｆｃが算出される。また、この推力操作量Ｆｃは、速度リミッター５１５によって上限値又は下限値が制限される。

そして、推力操作量Ｆｃの大きさに比例して電圧値に換算された速度目標値Ｖｒが算出され、この速度目標値Ｖｒから速度測定値Ｖｍが減算されて、速度偏差量ｅ２が算出される。そして、この速度偏差量ｅ２に速度ゲイン５１６が乗算されて、速度操作量Ｖｃが算出され、この速度操作量Ｖｃが電流アンプ５１９に送信されて、電流アンプ５１９からサーボモータ２に所定値の電流が流れる。
なお、推力ゲイン５２３においては、比例（Ｐ）制御を行うために比例ゲインＫｆが設定されている。
こうして、サーボアンプ５内においては、所定のサンプリングタイムで、Ｓ３０２〜Ｓ３０９が繰り返し実行され、サーボアンプ５の推力制御が行われる。

そして、図６に示すごとく、サーボアンプ５において、Ｓ３０２〜Ｓ３０９が繰り返し実行されている最中には、図４に示すごとく、コントローラ４は、所定のサンプリングタイムで、回転検出センサ６１から位置測定値Ｐｍを受信し（Ｓ１０６）、推力検出センサ６２から推力測定値Ｆｍを受信する（Ｓ１０７）。

そして、コントローラ４は、以下の異常条件１〜３が満たされたときには、圧入を異常終了するようにする。
すなわち、図４において、コントローラ４は、異常条件１として、コントローラ４に設定された圧入目標時間の経過前に、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒを超えてしまったか否かを判定する（Ｓ１０８）。そして、この判定がＹｅｓになったときには、例えば、圧入部３２に圧入部品８２が保持されていないにも拘わらず、圧入を開始してしまった場合が考えられ、圧入を異常終了する。

次いで、コントローラ４は、異常条件２として、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒになる前に、推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒよりも大きな所定の推力設定値を超えてしまったか否かを判定する（Ｓ１０９）。そして、この判定がＹｅｓになったときには、例えば、圧入部３２が正常に圧入部品８２を保持していない場合、ワーク８１が所定の載置位置に正常に載置されていない場合、又はワーク８１の上に不要な障害物が載置されてしまっている場合等が考えられ、圧入を異常終了する。

次いで、コントローラ４は、異常条件３として、圧入目標時間を経過しても、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒに到達したか否かを判定する（Ｓ１１０）。そして、この判定がＹｅｓになったときにも、例えば、圧入部３２が正常に圧入部品８２を保持していない場合、ワーク８１が所定の載置位置に正常に載置されていない場合、又はワーク８１の上に不要な障害物が載置されてしまっている場合等が考えられ、圧入を異常終了する。

次いで、サーボアンプ５は、位置測定値Ｐｍが、位置目標値Ｐｒに到達したか否かを判定する（Ｓ１１１）。そして、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒを超えるまで、Ｓ１０５〜Ｓ１１１が繰り返し行われ、圧入部品８２の圧入は、圧入目標時間内において、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒになるまで行われる。
こうして、圧入部品８２の圧入は、サーボアンプ５における推力制御ループ５２を用いて、サーボモータ２を制御することにより、正確かつ高速に行われる。

そして、上記のごとく、本例の圧入装置１においては、上記サーボアンプ５の構成により、コントローラ４を介することなく推力フィードバック制御を行うことができる。そのため、サーボモータ２におけるコギングトルクの発生を抑制することができ、圧入強度（推力）を適切に制御して圧入を行うことができる。また、正確かつ高速な推力のフィードバック制御を行い、ワーク８１に対する圧入部品８２の高精度な圧入を実現することができる。

次いで、図４に示すごとく、圧入目標時間内において、位置測定値Ｐｍが位置目標値Ｐｒになったときには、サーボアンプ５は、上記第２切替ステップとして、切替手段５３を操作して、サーボモータ２のフィードバック制御に用いる制御ループを、推力制御ループ５２から位置制御ループ５１に再び切り替える（Ｓ１１２）。
その後、後退ステップとして、サーボアンプ５においては、上記と同様に、位置制御ループ５１を用いてサーボモータ２の位置フィードバック制御が行われ（Ｓ１１３）、圧入部３２が後退する。

そして、図５に示すごとく、サーボアンプ５において、Ｓ２０２〜Ｓ２０９が繰り返し実行されている最中には、図４に示すごとく、コントローラ４は、所定のサンプリングタイムで回転検出センサ６１から位置測定値Ｐｍを受信する（Ｓ１１４）。
次いで、図４において、コントローラ４は、位置測定値Ｐｍが、圧入部３２の初期位置（圧入部３２に対して圧入部品８２を保持させる位置）を決定する初期値Ｐａになったか否かを判定する（Ｓ１１５）。そして、位置測定値Ｐｍが初期値Ｐａになるまで、Ｓ１１３〜Ｓ１１５が繰り返し行われ、圧入部３２が後退する。

こうして、圧入部３２の後退は、サーボアンプ５における位置制御ループ５１を用いて、サーボモータ２を制御することにより、正確かつ高速に行われる。そして、圧入装置１における圧入作業の１サイクルを終了させることができる。
そして、以降、圧入装置１は、サーボアンプ５が上記各制御ステップを繰り返し行うことにより、圧入部３２に保持させた各圧入部品８２を、何度でもワーク８１に対して高精度に圧入することができる。

それ故、本例の圧入装置１によれば、精密な推力の制御を行って、ワーク８１に対する圧入部品８２の高精度な圧入を実現することができる。

（性能試験）
本性能試験においては、上記圧入装置１の優れた作用効果を確認するために、推力フィードバック制御（発明品）を行うときの推力変動の有無を確認した。そして、比較のために、従来のトルク制限（比較品）を行うときの推力変動についても確認した。
図７、図８に発明品及び比較品について、推力変動を確認した結果を示す。両図は、横軸に、モータ停止位置（サーボモータ２におけるロータの停止位置）（１回転６０分割）をとると共に、縦軸に、サーボモータ２が発生させる推力（トルク）（Ｎ）をとり、モータ停止位置が変わったときにサーボモータ２が発生させる推力がどのように変化したかを示している。なお、発明品及び比較品において、制御を行う目標とする推力の値（推力目標値）Ｆｒは２０００（Ｎ）とした。

これらの結果より、発明品、すなわち上記サーボアンプ５を用いたサーボモータ２の推力フィードバック制御を行った場合には、モータ停止位置に対して推力変動がほとんど生じないことが確認できた。一方、比較品、すなわち従来のトルク制限を用いたサーボモータ２のフィードバック制御を行った場合には、トルク変動（コギングトルク）が発生することが確認できた。そのため、上記サーボアンプ５を用いたサーボモータ２の推力フィードバック制御を行えば、トルク変動を抑制して正確かつ迅速な推力の制御を行うことができることがわかった。

また、本性能試験においては、位置フィードバック制御から推力フィードバック制御に切り替えるタイミングを適切に設定することにより、推力のオーバーシュートの発生を防止することができることを確認した。

図９には、推力フィードバック制御に切替を行う際の切替値を推力目標値Ｆｒと同じにした事例１についての結果を示し、図１０には、切替値を推力目標値Ｆｒよりも小さな値にした事例２についての結果を示す。また、事例１は、推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒの１００％になったときに推力フィードバック制御に切り替えた場合を示し、事例２は、推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒの４０％になったときに推力フィードバック制御に切り替えた場合を示す。
また、両図は、横軸に、時間（秒）をとると共に、縦軸に、サーボモータ２が発生させる推力（トルク）（ｋＮ）をとり、推力フィードバック制御に切り替えた直後における推力変動を示している。なお、事例１、２において、推力目標値Ｆｒは１．４（ｋＮ）とした。

これらの結果より、事例１、すなわち推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒの１００％になったときに推力フィードバック制御に切り替えた場合には、切替直後に推力のオーバーシュートが発生したことが確認できた。一方、事例２、すなわち推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒの４０％になったときに推力フィードバック制御に切り替えた場合には、切替直後における推力のオーバーシュートが発生しないことが確認できた。そのため、上記圧入装置１において、推力フィードバック制御に切り替えるタイミングを、推力測定値Ｆｍが推力目標値Ｆｒよりも小さな所定の値になったときとすることにより、推力を高精度に制御できることがわかった。

実施例における、初期位置にある圧入部に圧入部品を保持させた状態の圧入装置を示す説明図。 実施例における、ワークの圧入穴に圧入部品を圧入した状態の圧入装置を示す説明図。 実施例における、サーボアンプの電気的構成を示す説明図。 実施例における、サーボアンプが行う各制御ステップを示すフローチャート。 実施例における、サーボアンプにおける位置制御を示すフローチャート。 実施例における、サーボアンプにおける推力制御を示すフローチャート。 実施例の性能試験における、発明品について、サーボモータによる推力変動の確認をした結果を示すグラフ。 実施例の性能試験における、比較品について、サーボモータによる推力変動の確認をした結果を示すグラフ。 実施例の性能試験における、事例１について、推力フィードバック制御に切替を行ったときのサーボモータによる推力変動の確認をした結果を示すグラフ。 実施例の性能試験における、事例２について、推力フィードバック制御に切替を行ったときのサーボモータによる推力変動の確認をした結果を示すグラフ。

符号の説明

１ 圧入装置
２ サーボモータ
３ 圧入装置本体
３１ 動力変換機構
３２ 圧入部
４ コントローラ
５ サーボアンプ
５１ 位置制御ループ
５１１ 位置フィードバックループ
５１２ 速度フィードバックループ
５２ 推力制御ループ
５２１ 推力フィードバックループ
５３ 切替手段
６１ 回転検出センサ
６２ 推力検出センサ
８１ ワーク
８２ 圧入部品
Ｐｒ 位置目標値
Ｆｒ 推力目標値
Ｖｒ 速度目標値
Ｐｍ 位置測定値
Ｆｍ 推力測定値
Ｖｍ 速度測定値
Ｐｃ 位置操作量
Ｆｃ 推力操作量
Ｖｃ 速度操作量
ｅ１ 位置偏差量
ｅ２ 速度偏差量
ｅ３ 推力偏差量
Ｆａ 切替値

Claims (3)

1. サーボモータと、該サーボモータによるトルクを送りネジを介して推力に変換する動力変換機構と、圧入部品を保持可能であると共に該圧入部品を上記推力を受けてワークに圧入可能な圧入部と、該圧入部の位置目標値及び推力目標値を決定するコントローラと、該コントローラからの上記位置目標値及び上記推力目標値を受信して上記サーボモータを駆動するサーボアンプとを有する圧入装置であって、
   上記サーボモータには、該サーボモータの回転状態を測定する回転検出センサが配設されていると共に、上記圧入部には、該圧入部に加わる推力を測定する推力検出センサが配設されており、
   上記サーボアンプは、上記コントローラから送信された上記位置目標値と、上記回転検出センサから送信された位置測定値との偏差に基づいて、上記サーボモータの位置フィードバック制御を行う位置制御ループと、
   上記コントローラから送信された上記推力目標値と、上記推力検出センサから送信された推力測定値との偏差に基づいて、上記サーボモータの推力フィードバック制御を行う推力制御ループと、
   上記サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、上記位置制御ループと上記推力制御ループとの間で切替可能な切替手段とを有しており、
   かつ上記サーボアンプは、上記位置制御ループを用いて上記サーボモータの位置フィードバック制御を行い、上記圧入部品を保持した上記圧入部を上記ワークに向けて前進させる前進ステップと、
   上記推力測定値が上記推力目標値よりも小さい所定の大きさの切替値を超えたときに、上記切替手段を操作して、上記サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、上記位置制御ループから上記推力制御ループに切り替える第１切替ステップと、
   上記推力制御ループを用いて上記サーボモータの推力フィードバック制御を行い、上記圧入部に保持した上記圧入部品を上記ワークへ圧入する圧入ステップと、
   上記位置測定値が上記位置目標値になったときに、上記切替手段を操作して、上記サーボモータのフィードバック制御に用いる制御ループを、上記推力制御ループから上記位置制御ループに切り替える第２切替ステップと、
   上記位置制御ループを用いて上記サーボモータの位置フィードバック制御を行い、上記圧入部を後退させる後退ステップとを行うよう構成されていることを特徴とする圧入装置。
2. 請求項１において、上記位置制御ループは、上記位置目標値と上記位置測定値との偏差に基づいて、位置操作量を算出すると共に、該位置操作量に基づいて第１速度目標値を算出する位置フィードバックループと、
   上記第１速度目標値と、上記回転検出センサから送信される速度測定値との偏差に基づいて、第１速度操作量を算出し、該第１速度操作量に基づいて、上記サーボモータを駆動する第１速度フィードバックループとを形成するよう構成されており、
   一方、上記推力制御ループは、上記推力目標値と上記推力測定値との偏差に基づいて、推力操作量を算出すると共に、該推力操作量に基づいて第２速度目標値を算出する推力フィードバックループと、
   上記第２速度目標値と上記速度測定値との偏差に基づいて、第２速度操作量を算出し、該第２速度操作量に基づいて、上記サーボモータを駆動する第２速度フィードバックループとを形成するよう構成されていることを特徴とする圧入装置。
3. 請求項１又は２において、上記コントローラは、該コントローラに設定された圧入目標時間の経過前に、上記回転検出センサから当該コントローラへ送信される位置測定値が上記位置目標値を超えてしまったとき、
   又は、上記位置測定値が上記位置目標値になる前に、上記推力検出センサから当該コントローラへ送信される推力測定値が、上記推力目標値よりも大きな所定の推力設定値を超えてしまったとき、
   又は、上記圧入目標時間を経過しても、上記位置測定値が上記位置目標値に到達しないときには、上記圧入部品の圧入を異常終了するよう構成されていることを特徴とする圧入装置。

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