JP2006026656A - 電気サーボ式プレスブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】ラム位置を検出する位置検出器の故障を監視して、ラム駆動機構部分に異常が生じた場合でも、事故の発生を未然に防ぐ。
【解決手段】ラムの絶対位置を検出するリニアスケール２２と、ＡＣサーボモータ１５の回転に合わせて出力されるパルス信号からそのＡＣサーボモータ１５の回転位置を検出するエンコーダ２１とを備え、ＮＣ装置１３において、リニアスケール２２およびエンコーダ２１からの各信号もしくはその各信号から算出される各算出値の相互のずれ量を監視するようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気サーボモータにて駆動されるラムまたはテーブルの上下動により、このラムに保持される上金型とテーブルに保持される下金型との間でワークを曲げ加工する電気サーボ式プレスブレーキに関するものである。

一般に、プレスブレーキは、ラムとテーブルとが対向配置されるとともに、ラムの下端部に上金型（パンチ）が、テーブルの上部に下金型（ダイ）がそれぞれ装着され、これら上金型と下金型との間に板状のワークを挿入してラムもしくはテーブルを油圧シリンダもしくは電気サーボモータ（ＡＣサーボモータ）によって駆動することにより、これら上金型と下金型との間でワークを挟圧して所要の曲げ角度に折り曲げるように構成されている。

このようなプレスブレーキのうち、電気サーボモータによりラムもしくはテーブルを駆動する（以下、ラムを駆動するものを代表として説明する。）、所謂電気サーボ式プレスブレーキは、ワークの加工条件に適合してラムを任意のモーションに制御できるという優れた利点を有しており、高精度かつ高速で成形加工が行えることから、近年、油圧シリンダを用いた油圧式プレスブレーキに代わるものとして普及しつつある（特許文献１参照）。

図７には、従来の電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図の一例が示されている。このプレスブレーキ５０においては、作業者がフートスイッチ等の起動装置５１を操作することにより、ラム起動信号が制御装置（ＮＣ装置）５２に入力されると、ＮＣ装置５２は、予め入力されている曲げデータ等の各種データに基づき、ＡＣサーボモータ５３の回転を指令する速度指令およびＡＣサーボモータ５３の制御を有効にするサーボＯＮ指令等の移動指令をサーボアンプ５４に出力する。そして、サーボアンプ５４は、図示されない動力供給電源から供給される電力を、前記移動指令に応じた駆動電力信号に変換してＡＣサーボモータ５３に出力する。また、ラム５５の上下位置はそのラム５５に取り付けられた位置検出器（リニアスケール）５６によって検出され、この検出データはＮＣ装置５２の速度演算部５２ａに入力され、この速度演算部５２ａにて演算された速度に基づいて、ラム５５を目標位置に位置決めする。

図８には、従来の電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図の他の例が示されている。このプレスブレーキ７０においては、サーボアンプ５４は、ＡＣサーボモータ５３に内蔵された位置検出器（回転型エンコーダ）５７からのパルス信号をフィードバックしており、このパルス信号から算出されるモータ回転速度と、前記速度指令との偏差が小さくなるようにＡＣサーボモータ５３を制御する。

特開２００３−２１１２９９号公報

しかしながら、前記従来の電気サーボ式プレスブレーキにおいては、位置検出器５６，５７が故障した場合あるいは、位置検出器５６，５７から速度演算部５２ａに至る信号線が断線した場合等に、ラム５５の速度補償ができなくなり、最悪の場合にラム５５が暴走する恐れがある。また、図８に示される系の場合には、ラム５５側の大プーリ５８とＡＣサーボモータ５３側の小プーリ５９とを繋ぐベルト６０が切れた場合や、プーリ５８，５９の空回り等の駆動機構部分の故障時にもラム５５の速度補償ができなくなってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ラム位置を検出する位置検出器の故障を監視して、ラム駆動機構部分に異常が生じた場合でも、事故の発生を未然に防ぐことのできる電気サーボ式プレスブレーキを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による電気サーボ式プレスブレーキは、
電気サーボモータにて駆動されるラムまたはテーブルの上下動により、このラムに保持される上金型とテーブルに保持される下金型との間でワークを曲げ加工する電気サーボ式プレスブレーキにおいて、
（ａ）前記ラムまたはテーブルの絶対位置を検出する第１の位置検出手段、
（ｂ）前記電気サーボモータの回転に合わせて出力されるパルス信号からその電気サーボモータの回転位置を検出する第２の位置検出手段および
（ｃ）前記第１の位置検出手段および前記第２の位置検出手段からの各信号もしくはその各信号から算出される各算出値の相互のずれ量を監視する監視手段
を備えることを特徴とするものである。

本発明においては、第１の位置検出手段からの検出信号によってラムまたはテーブルの絶対位置が検出されるとともに、第２の位置検出手段からの検出信号に基づきラムまたはテーブルを駆動する電気サーボモータの回転位置が検出される。したがって、２つの位置検出手段のいずれかが故障したり、ラムもしくはテーブルの駆動機構部分に異常が生じたりして、各位置検出手段の検出値等の間にずれが生じた場合に、監視手段によってその異常状態を速やかに検出することができる。したがって、この異常状態検出時に、例えばラムもしくはテーブルの動作を停止させることで、事故の発生を未然に防ぐことができる。

次に、本発明による電気サーボ式プレスブレーキの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る電気サーボ式プレスブレーキの正面図が示され、図２には、同電気サーボ式プレスブレーキ側面図が示されている。また、図３には、同電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図が示されている。

本実施形態において、電気サーボ式プレスブレーキ１は、固定のテーブル２と、このテーブル２に対位して昇降駆動されるラム３を備えている。前記テーブル２の両端部には一対のサイドフレーム４，５が一体に設けられ、各サイドフレーム４，５の上端部を連結するように支持フレーム６（図２参照）が設けられている。そして、この支持フレーム６にはラム駆動装置７が取り付けられており、このラム駆動装置７の下端部に前記ラム３が連結されている。また、テーブル２の上面にはダイ保持装置８を介してダイ（下金型）９が取り付けられ、ラム３の下部にはダイ９に対位してパンチ（上金型）１０がパンチ保持装置１１を介して取り付けられている。こうして、ラム駆動装置７の作動によってラム３が昇降動されることにより、パンチ１０とダイ９との間に介挿されるワークＷが図２の実線位置から鎖線位置まで折り曲げられる。

前記サイドフレーム５の側面には、後述するＡＣサーボモータ１５を制御するためのサーボアンプ２３などの制御機器が内蔵された制御盤１２が取り付けられている。また、サイドフレーム５の上部には、曲げデータ等の入出力用の入出力装置１３ａおよび各種データを表示する表示装置１３ｂを備えるとともに、これらデータに基づく演算を行うＮＣ装置１３が取り付けられている。さらに、機械本体の側部下方には足踏み操作用のフートスイッチ（起動装置）１４が設けられている。

前記ラム駆動装置７は、その出力軸１５ａが上方になるように支持フレーム６に支持されるＡＣサーボモータ１５を備えている。そして、このＡＣサーボモータ１５の出力軸１５ａに駆動側ベルトプーリ（小プーリ）１６が取り付けられ、この駆動側ベルトプーリ１６と、前部に配される従動側ベルトプーリ（大プーリ）１７との間にタイミングベルト１８が巻回されている。

一方、前記従動側ベルトプーリ１７内には、そのボス部内に形成される空間部内を上下移動自在にボールスクリュー１９が配され、このボールスクリュー１９のねじ軸の下端にラム３が連結されている。また、前記従動側ベルトプーリ１７のボス部の下面には、従動側ベルトプーリ１７と同一軸心になるように、前記ボールスクリュー１９のねじ軸に螺合されるナットが固着されている。

前記ＡＣサーボモータ１５には、モータの保持／開放が切換え自在な機械式ブレーキ２０と、モータ軸の位置を検出するエンコーダ２１とが内蔵されている。ここで、機械式ブレーキ２０は、無励磁式であり、無通電においてモータ軸を保持または制動する。また、前記ラム３の近傍には、このラム３の上下方向の位置（絶対位置）を検出するリニアスケール２２が設けられている。このように、ラム３の位置検出は、このラム３の絶対位置を検出する第１の位置検出手段としてのリニアスケール２２により行われるほか、第２の位置検出手段として前記ＡＣサーボモータ１５に付設される回転型エンコーダ２１により行われる。

本実施形態の電気サーボ式プレスブレーキ１においては、ＡＣサーボモータ１５が回転されると、その回転駆動力は出力軸１５ａ、駆動側ベルトプーリ１６およびタイミングベルト１８を介して従動側ベルトプーリ１７に伝達され、この従動側ベルトプーリ１７に固着されるナットが回転される。こうして、ナットの回転によりその回転駆動力がそのナットに螺合されるボールスクリュー１９の上下方向の移動力に変換され、このボールスクリュー１９の下端に連結されているラム３が上下方向に移動してワークＷに対する加圧力を発生する。

次に、図３に示される電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図において、作業者が起動装置であるフートスイッチ１４を操作すると、ラム起動信号がＮＣ装置１３に入力される。このＮＣ装置１３は、所要の演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、入力回路、記憶回路、出力回路およびフィードバック回路等を備え、前記ラム起動信号が入力回路を通して入力されると、記憶回路に予め記憶されている曲げデータ等の各種データに基づき、速度指令（ＡＣサーボモータ１５の回転を指令する電圧指令）およびサーボＯＮ指令（ＡＣサーボモータ１５の制御を有効にする指令）が出力回路からサーボアンプ２３に出力される。そして、サーボアンプ２３は、動力供給電源２４から供給される電力を、前記速度指令に応じた駆動電力信号に変換してＡＣサーボモータ１５に出力する。また、サーボアンプ２３には、ＡＣサーボモータ１５に内蔵されたエンコーダ２１からのパルス信号がフィードバックされ、サーボアンプ２３は、このパルス信号から算出されるモータ回転速度と、前記速度指令との偏差が小さくなるようにＡＣサーボモータ１５を制御する。

一方、ラム３の絶対位置を検出するリニアスケール２２からのフィードバック信号は、ＮＣ装置１３内のフィードバック回路を介して入力される。ＮＣ装置１３は、このフィードバック信号に基づき、ラム３を曲げデータから算出される目標位置にスライド３を位置決めする。

また、非常停止回路２５が設けられ、この非常停止回路２５に、図示されない非常停止釦からの停止信号、ＮＣ装置１３からの異常検出信号、サーボアンプ２３からの異常検出信号等が入力される。この非常停止回路２５は、これら停止信号、異常検出信号等の信号が全て"異常なし"の状態のときに、動力供給電源２４とサーボアンプ２３および機械式（無励磁式）ブレーキ２０との間にそれぞれ介挿される第１の常開接点２６および第２の常開接点２７を閉作動させる開閉器２８に制御信号を出力する。ここで、前記機械式ブレーキ２０は、ＡＣサーボモータ１５の出力軸を外方から挟持して拘束することによってその出力軸を停止させる機能を有するものである。

上述の構成よりなる電気サーボ式プレスブレーキ１においては、リニアスケール２２より得られる位置データに基づき、ＮＣ装置１３内の第１速度演算部３０にて演算されるラム３の移動速度と、ＡＣサーボモータ１５に内蔵されたエンコーダ２１より得られる位置データに基づき、ＮＣ装置１３内の第２速度演算部３１にて演算されるラム３の移動速度とが比較・判断部３２にて比較され、両方の移動速度の差が所定の閾値を越えた場合には、即座にＮＣ装置１３の出力回路から異常検出信号が非常停止回路２５に出力されるように構成されている。以下、この異常判定処理手順について、図４に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。なお、Ａ１〜Ａ１９は各ステップを示す。

Ａ１：このフローがスタートすると、まず機械式ブレーキ２０を保持させてＡＣサーボモータ１５の出力軸１５ａの回転を停止させた状態にする。
Ａ２〜Ａ４：この状態で、所定の指令信号に基づく運転準備指令が発せられたか否かを判定し、運転準備指令が発せられたときには、サーボ指令をＯＦＦにした後、サーボ動力電源（動力供給電源２４）をＯＮにする。
Ａ５〜Ａ１０：運転開始指令を待って、比較・判断部３２に許容値（各速度演算部３０，３１にて演算される速度の差の許容値）ΔＶを設定する。次いで、第１速度演算部３０の記憶領域にある演算速度Ｖ１の値をクリアするとともに、第２速度演算部３１の記憶領域にある演算速度Ｖ２の値をクリアする。この後、機械式ブレーキ２０の保持状態を解除し、サーボＯＮ指令をサーボアンプ２３に出力する。

Ａ１１〜Ａ１２：サーボアンプ２３からの信号に基づきラム３が上下方向に駆動されると、リニアスケール２２にて検出されたラム位置信号が第１速度演算部３０に入力され、この第１速度演算部３０にてラム位置を時間微分することによってラム移動速度（演算処理速度）Ｖ１が演算される。一方、ＡＣサーボモータ１５に内蔵されたエンコーダ２１からのパルス信号が第２速度演算部３１に入力され、この第２速度演算部３１にてラム移動速度（演算処理速度）Ｖ２が演算される。
Ａ１３〜Ａ１５：ステップＡ１１，Ａ１２にて演算された速度Ｖ１，Ｖ２を比較するために、｜Ｖ１−Ｖ２｜をＶ１２にセットし、このＶ１２の値が予め設定されている許容値ΔＶ未満であるか否かを判定する。そして、Ｖ１２＜ΔＶである場合には、ラム３の速度は正常であると判断されるので、演算結果の速度Ｖ１をラム動作制御部分に転送してラム操作制御に使用する。この後、ステップＡ１１に戻ってそのステップＡ１１以下の処理を繰り返し行う。ここで、運転可能指令が発せられた（ステップＡ５）後、サーボＯＮ指令がなされると（ステップＡ１０）、実際にフートスイッチ１４が操作されてラム３が動作していなくても速度Ｖ１，Ｖ２の演算および比較・判断処理が有効となる。

Ａ１６〜Ａ１９：一方、ステップＡ１４の判定において、Ｖ１２が許容値ΔＶ以上である（Ｖ１２≧ΔＶ）と判断された場合には、異常検出信号が非常停止回路２５に送られる。この結果、開閉器２８が作動されて、動力供給電源２４とサーボアンプ２３との間に介挿される第１の常開接点２６が開作動されるとともに、動力供給電源２４と機械式ブレーキ２０との間に介挿される第２の常開接点２７が開作動される。そして、サーボ指令がＯＦＦにされて異常発生メッセージ処理がなされる。こうして、ＡＣサーボモータ１５への供給電源が遮断されるとともに、このＡＣサーボモータ１５の出力軸に機械的に制動がかけられる。

以上のように、本実施形態の電気サーボ式プレスブレーキ１においては、リニアスケール２２からの検出値とエンコーダ２１からの検出値をＮＣ装置１３（本発明の「監視手段」に相当する。）にて常時平行監視することによって、各位置検出手段（リニアスケール２２およびエンコーダ２１）の故障もしくはラム駆動機構部分の異常に基づくラム３の異常動作を回避するようにされている。例えば振動等によってエンコーダ２１自身が故障したり、エンコーダ２１の取付部に設けられるカップリングが破損した場合には、エンコーダ２１の出力から得られるラム速度が、リニアスケール２２の出力から得られるラム速度と著しく異なることになり、それによって異常状態を検出することができる。この場合、エンコーダ２１とリニアスケール２２のいずれが異常であるかは、それぞれの出力信号の履歴に不自然な変化があるか否かによって判断される。

本実施形態においては、ＮＣ装置１３内に第１速度演算部３０と第２速度演算部３１とを設け、これら各速度演算部３０，３１によりラム３の移動速度を演算して比較・判断部３２にて比較・判断するように構成したものを説明したが、各位置検出手段（リニアスケール２２およびエンコーダ２１）により検出される現在位置データ同士を比較・判断して異常検出を行うようにしても良い。図５には、このように現在位置データを比較・判断する実施形態の制御構成図が示され、図６には、その異常判定処理手順を表すフローチャートが示されている。なお、図６においてＢ１〜Ｂ２０は各ステップを示す。

本実施形態においては、先の実施形態における第１速度演算部３０が第１現在位置検出部３３に置き換えられ、第２速度演算部３１が第２現在位置検出部３４に置き換えられている。それ以外の点については先の実施形態と基本的に異なるところがない。よって、先の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。

本実施形態において異常判定処理は次のような手順にしたがって行われる。
Ｂ１：まず機械式ブレーキ２０を保持させてＡＣサーボモータ１５の出力軸１５ａの回転を停止させた状態にする。
Ｂ２〜Ｂ４：この状態で、運転準備指令が発せられたか否かを判定し、運転準備指令が発せられたときには、サーボ指令をＯＦＦにした後、サーボ動力電源（動力供給電源２４）をＯＮにする。

Ｂ５〜Ｂ７：ラム３を原点位置に復帰させるとともに、第１現在位置検出部３３の記憶領域にリニアスケール２２にて検出されたラム３の現在位置Ｓ１をセットし、第２現在位置検出部３４の記憶領域にエンコーダ２１にて検出されたラム３の現在位置Ｓ２をセットする。
Ｂ８〜Ｂ１１：運転開始指令を待って、比較・判断部３２に許容値（各現在位置検出部３３，３４にて検出される現在位置の差の許容値）ΔＳを設定する。次いで、機械式ブレーキ２０の保持状態を解除し、サーボＯＮ指令をサーボアンプ２３に出力する。

Ｂ１２〜Ｂ１３：サーボアンプ２３からの信号に基づきラム３が上下方向に駆動されると、リニアスケール２２にて検出されたラム位置信号に基づく現在位置Ｓ１が第１現在位置検出部３３に入力される。一方、ＡＣサーボモータ１５に内蔵されたエンコーダ２１からのパルス信号に基づく現在位置Ｓ２が第２現在位置検出部３４に入力される。
Ｂ１４〜Ｂ１６：ステップＢ１２，Ｂ１３にて得られた現在位置Ｓ１，Ｓ２を比較するために、｜Ｓ１−Ｓ２｜をＳ１２にセットし、このＳ１２の値が予め設定されている許容値ΔＳ未満であるか否かを判定する。そして、Ｓ１２＜ΔＳである場合には、ラム３の現在位置は正常であると判断されるので、検出結果の現在位置Ｓ１をラム動作制御部分に転送してラム操作制御に使用する。この後、ステップＢ１２に戻ってそのステップＢ１２以下の処理を繰り返し行う。ここで、運転可能指令が発せられた（ステップＢ８）後、サーボＯＮ指令がなされると（ステップＢ１１）、実際にフートスイッチ１４が操作されてラム３が動作していなくても現在位置Ｓ１，Ｓ２の検出および比較・判断処理が有効となる。

Ｂ１７〜Ｂ２０：一方、ステップＢ１５の判定において、Ｓ１２が許容値ΔＳ以上である（Ｓ１２≧ΔＳ）と判断された場合には、異常検出信号が非常停止回路２５に送られる。この結果、開閉器２８が作動されて、動力供給電源２４とサーボアンプ２３との間に介挿される第１の常開接点２６が開作動されるとともに、動力供給電源２４と機械式ブレーキ２０との間に介挿される第２の常開接点２７が開作動される。そして、サーボ指令がＯＦＦにされて異常発生メッセージ処理がなされる。こうして、ＡＣサーボモータ１５への供給電源が遮断されるとともに、このＡＣサーボモータ１５の出力軸に機械的に制動がかけられる。

本実施形態においても、先の実施形態と同様、各位置検出手段の検出値にずれが生じている場合に異常状態が検知され、この異常時にラム３が非常停止されるので、例えば位置検出機構の断線、故障、外乱などに基づくラム３の暴走によって思わぬ事故が発生するのを未然に防ぐことができる。

前記各実施形態においては、テーブル２が固定されラム３が移動されるタイプのプレスブレーキについて説明したが、本発明は、ラムが固定されテーブルが移動されるタイプのプレスブレーキに対しても適用できるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る電気サーボ式プレスブレーキの正面図 本実施形態の電気サーボ式プレスブレーキの側面図 本実施形態の電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図 本実施形態の電気サーボ式プレスブレーキの異常判定処理手順を示すフローチャート 他の実施形態の電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図 他の実施形態の電気サーボ式プレスブレーキの異常判定処理手順を示すフローチャート 従来の電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図（１） 従来の電気サーボ式プレスブレーキの制御構成図（２）

符号の説明

１ 電気サーボ式プレスブレーキ
３ ラム
７ ラム駆動装置
１３ ＮＣ装置
１４ フートスイッチ
１５ ＡＣサーボモータ
２０ 機械式ブレーキ
２１ エンコーダ
２２ リニアスケール
２３ サーボアンプ

Claims (3)

1. 電気サーボモータにて駆動されるラムまたはテーブルの上下動により、このラムに保持される上金型とテーブルに保持される下金型との間でワークを曲げ加工する電気サーボ式プレスブレーキにおいて、
   （ａ）前記ラムまたはテーブルの絶対位置を検出する第１の位置検出手段、
   （ｂ）前記電気サーボモータの回転に合わせて出力されるパルス信号からその電気サーボモータの回転位置を検出する第２の位置検出手段および
   （ｃ）前記第１の位置検出手段および前記第２の位置検出手段からの各信号もしくはその各信号から算出される各算出値の相互のずれ量を監視する監視手段
   を備えることを特徴とする電気サーボ式プレスブレーキ。
2. 前記監視手段は、前記第１の位置検出手段および前記第２の位置検出手段からの各信号よりラムまたはテーブルの移動速度をそれぞれ算出してそれら移動速度の相互のずれ量が所定の閾値内にあるか否かを判定するものである請求項１に記載の電気サーボ式プレスブレーキ。
3. 前記監視手段は、前記第１の位置検出手段および前記第２の位置検出手段からの各信号よりラムまたはテーブルの現在位置をそれぞれ算出してそれら現在位置の相互のずれ量が所定の閾値内にあるか否かを判定するものである請求項１に記載の電気サーボ式プレスブレーキ。

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