JP2006289458A - サーボプレス - Google Patents

Abstract

【課題】各駆動部の同期ずれによるプレス精度の悪化および駆動系の破損を確実に防止する。
【解決手段】スライド７を駆動する２組の駆動部９，１０の下方におけるスライドの絶対位置を検出するリニアセンサ２９，３０を各駆動部９，１０に対応して設けるとともに、各リニアセンサ２９，３０から得られる検出値の相互のずれ量を監視するコントローラ（監視手段）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、スライドを往復駆動する複数の駆動部を備えるサーボプレスに関するものである。

スライドを往復駆動する複数の駆動部を備えるギア式サーボプレスは、各駆動部が、サーボモータと、このサーボモータの動力をスライドに伝達する歯車機構（ピニオン・ギア）および偏心回転機構とを備える構成である。また、リンク機構を介在させる場合もある。そして、スライドの基本モーション（サーボモータを一定回転数で連続回転させたときのモーション）に対し、サーボモータの回転方向および回転数を変化させることで、スライドのモーションを自由に設定できる。この種のサーボプレスでは、各駆動部におけるギアの支持軸（メインシャフト）にカップリングあるいはタイミングベルト等を介してエンコーダが連結され、各エンコーダによってそれぞれの駆動部の実角度および実角速度を検出し、この検出値に基づきそれぞれのサーボモータをフィードバック制御することで、複数の駆動部を同期運転するようにされている。

前記サーボプレスにおいては、複数のエンコーダの検出値を比較チェックすることで、各検出値の相互のずれ量が設定リミット値を越えた場合に各駆動部の同期ずれが判定され、駆動部の異常状態を検出することができる。また、サーボモータ軸にも別のエンコーダを装着し、このエンコーダの検出値と前述のエンコーダの検出値とを常時監視して相互の位相をチェックすることで、エンコーダの破損やタイミングベルトの破損による異常状態を検出することができる。

しかしながら、前記従来のギア式サーボプレスでは、例えばメインテナンス等に際してプレスの電源をＯＦＦにした時に、下記１）〜４）のような現象、すなわち、
１）タイミングベルトの伸びおよび破損による角度ずれ
２）タイミングベルト歯部の劣化による角度ずれ
３）エンコーダの連結部に配されるカップリングの破損による角度ずれ
４）カップリングの緩み等による角度ずれ
に起因して各駆動部のエンコーダ相互間に角度ずれが生じた場合に、その後の電源ＯＮ時に、コントローラではそのずれた角度を正常角度と認識してしまい、結果として、複数の駆動部を介して連結されているスライドに位置ずれが生じてしまう。この場合、メインシャフトの角度位相ずれ量に対してスライドの位置ずれ量は数倍から数十倍に増幅されるため、スライドの平行度・直角度が保てなくなってプレス精度が悪化し、最悪の場合、駆動系が破損してしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、各駆動部の同期ずれによるプレス精度の悪化および駆動系の破損を確実に防止することのできるサーボプレス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は、本発明によるサーボプレスは、
スライドを駆動する複数の駆動部を有し、各駆動部が、サーボモータとそのサーボモータの動力を前記スライドに伝達する偏心回転機構とを備え、この偏心回転機構の回転部を回転あるいは回動することにより前記スライドを往復駆動するように構成されるサーボプレスにおいて、
前記スライドの絶対位置を検出する位置検出器を各駆動部に対応して設けるとともに、各位置検出器から得られる検出値の相互のずれ量を監視する監視手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、さらに偏心回転機構の回転角度を検出する角度検出器を各駆動部に対応して設け、前記監視手段は、各角度検出器から得られる検出値の相互のずれ量を監視するのが好ましい。

本発明によれば、スライドを往復駆動する各駆動部に対応するスライド位置が各位置検出器によって検出され、それら検出値の相互のずれ量が監視手段によって監視されるので、各駆動部の同期ずれが確実に検出され、この同期ずれに基づくプレス精度の悪化および機械の破損を防止することができる。この結果、プレス寿命の向上に寄与することができるとともに、トラブル発生による生産ライン停止の事態を未然に防ぐことができる。また、プレスの動的精度の悪化が監視できるので、成形品精度の維持と金型寿命の向上とを図ることができる。さらに、プレスの初期立ち上げに際しての各駆動部の同期合わせ時に、スライドの全ストロークにおけるスライドの位相を監視、表示できるので、その位相調整が容易に行え、同期合わせ工数を低減することができる。

さらに、偏心回転機構の回転角度を検出する角度検出器を設け、位置監視手段により、各角度検出器から得られる検出値の相互のずれ量を監視することで、システムの信頼性を向上することができる。

次に、本発明によるサーボプレス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サーボプレスの概略構成図が示されている。本実施形態は、２組の駆動部にてスライドを駆動する２ポイントのサーボプレスを示すものである。

本実施形態のサーボプレス１は、ベッド２と、このベッド２に対向配置されスライド駆動機構３が内蔵されたクラウン４と、ベッド２とクラウン４とを連結するアプライト５，６と、これらアプライト５，６の略中央部に配されスライド駆動機構３にて上下動されるスライド７と、このスライド７に対向してベッド２上に取り付けられるボルスタ８を備えている。そして、スライド７の下面には上型（図示せず）が装着され、ボルスタ８の上面には下型（図示せず）が装着され、この上型と下型との間でワークがプレス成形される。

前記スライド駆動機構３は、２組の駆動部（左側駆動部９および右側駆動部１０）を備えており、各駆動部９，１０に前記スライド７の上部がそれぞれプランジャ１１，１２を介して連結されている。ここで、各駆動部９，１０は同様の構成を有するものであるため、以下の説明においては左側駆動部９を中心に説明し、右側駆動部１０については左側駆動部（以下、単に「駆動部」という。）９の構成部材において用いる符号に添字Ａを付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。

前記駆動部９は、サーボモータ１３と、このサーボモータ１３の出力軸に取り付けられる第１プーリ１４と、クラウン４の本体フレームに回動自在に支承される第２プーリ１５と、これら第１プーリ１４と第２プーリ１５との間に掛け渡されるタイミングベルト１６を備えている。前記第２プーリ１５と同軸心上には第１歯車（ピニオン）１７が取り付けられ、この第１歯車１７と噛合する第２歯車（メインギア）１８が本体フレームにメインギア支持軸（メインシャフト）１９を介して回動自在に支承されている。

また、第２歯車１８の側面には、偏心回転機構を構成するエキセンリンク２０の基端側に配されるドラム部（回転部）２１が設けられている。このエキセンリンク２０の先端側は、上端部がピン２２により本体フレームに回動自在に連結された第１リンク２３の下端部にピン２４にて連結されるとともに、下端部がピン２５によりプランジャ１１の上端部に連結された第２リンク２６の上端部にピン２４にて連結されている。なお、クラウン４の下面にはプランジャガイド４０が設けられていて、その穴部の内面とプランジャ１１の外周面とが上下方向に摺動自在となっている。

こうして、サーボモータ１３を回転させると、その回転駆動力は第１プーリ１４からタイミングベルト１６を介して第２プーリ１５に伝達され、第１歯車１７および第２歯車１８を介してエキセンリンク２０のドラム部２１に伝達される。これにより、エキセンリンク２０が図で左右方向に往復動され、第１リンク２３および第２リンク２６を介してプランジャ１１およびスライド７が上下方向に往復動される。なお、図には明示されていないが、スライド７の上部にはダイハイト調整用のねじ軸が設けられ、このねじ軸に螺合する雌ねじ部がプランジャ１１の下部に設けられている。

一方、前記メインギア支持軸１９の角度および角速度を検出するために、このメインギア支持軸１９はタイミングベルト２７とプーリ（図示せず）とを介してエンコーダ（回転検出器）２８に連結されている。ここで、エンコーダ２８は、防振装置を介して本体フレームに取り付けられている。この場合、振動によってエンコーダ２８の出力信号に雑音を入りにくくするため、回転方向の変位に対しては固く、軸間のずれに対してはある程度柔らかい特性を持った特殊なカップリングがプーリとエンコーダ２８との間に設けられている。なお、サーボモータ１３のモータ軸にはそのモータ軸の回転を検出するパルスジェネレータ等からなるモータ回転検出器３１（図２のみに図示）が設けられている。

また、前記スライド７の上下方向の絶対位置を検出するために、前記各駆動部９，１０に対応してリニアセンサ（位置検出器）２９，３０が設けられている。このリニアセンサ２９，３０は、スライド７の下部に両側方へ向けて装着される位置検出ロッド２９ａ，３０ａと、この位置検出ロッド２９ａ，３０ａの先端部に対向するアプライト５，６の内側面に設けられるリニアスケール２９ｂ，３０ｂとにより構成されている。

図２に示される本実施形態のサーボプレス１の制御ブロック図において、前記駆動部（左側駆動部）９において、サーボモータ１３の回転速度を検出するモータ回転検出器３１からの検出データ、メインギア支持軸１９の絶対角度を検出するエンコーダ２８からの検出データおよびスライド７の上下方向の絶対位置を検出するリニアセンサ２９からの検出データはコントローラ３２に入力される。

コントローラ３２においては、予めプログラム指令に基づき設定されたメインギア１８の回転数およびその角度の指令値（目標値３３）に対して、そのメインギア角度指令とエンコーダ２８からの角度検出値との偏差に所定の位置制御ゲイン（ポジションゲイン）３４を乗じてモータ角度指令が求められ、次いでメインギア回転数指令とモータ回転検出器３１からの回転速度検出値との偏差に所定の速度ゲイン３５を乗じてモータ角速度指令が求められる。そして、得られたモータ角度指令およびモータ角速度指令がサーボアンプ４１に出力される。サーボアンプ４１は、前記モータ角度指令とエンコーダ２８の検出したモータ角度のフィードバック値との偏差に基づいて、更には前記モータ角速度指令とモータ回転検出器の検出したモータ角速度のフィードバック値との偏差に基づいてモータ電流を制御してサーボモータ１３を駆動する。これにより、サーボモータ１３は所定の回転数に制御され、プーリ１４，１５、歯車１７，１８およびリンク２０，２３，２６を介してプランジャ１１およびスライド７を昇降駆動する。なお、右側駆動部１０においても、左側駆動部９と同様にしてスライド７の昇降駆動が制御される。

また、左右の各エンコーダ２８，２８Ａによる検出値はコントローラ３２内のメインシャフト左右位相ずれ演算部３６に入力され、このメインシャフト左右位相ずれ演算部３６にて左右のメインシャフト１９，１９Ａの検出角度差に基づく位相ずれ（角度同期ずれ）が演算される。

一方、各駆動部９，１０の下方におけるスライドの絶対位置は各駆動部９，１０に対応して設けられるリニアセンサ２９，３０にて検出され、それら各検出値はコントローラ３２内のスライド左右位置ずれ演算部３７に入力され、このスライド左右位置ずれ演算部３７にて左右のスライド７の検出位置差に基づく位置ずれ（位置同期ずれ）が演算される。

前記メインシャフト左右位相ずれ演算部３６およびスライド左右位置ずれ演算部３７は、ずれ監視回路（本発明の「監視手段」に対応する。）５１を介して非常停止回路３８に接続される。ずれ監視回路５１は、左右のメインシャフト１９，１９Ａの位相ずれもしくは左右のスライド７の位置ずれが生じた異常状態時に、この非常停止回路３８に制御指令信号を出力する。この非常停止回路３８は、コントローラ３２（メインシャフト左右位相ずれ演算部３６もしくはスライド左右位置ずれ演算部３７）からの指令信号を受けて、図示されない動力供給電源とサーボアンプ４１，４１Ａとの間に介挿されている接点を開作動してサーボアンプ４１，４１Ａへの供給電源を遮断するとともに、動力供給電源と機械式ブレーキ（サーボモータ１３，１３Ａの出力軸を機械的に停止させるブレーキ）との間に介挿されている接点を開作動してサーボモータ１３，１３Ａの出力軸に機械的に制動をかける。

なお、コントローラ３２には表示器３９が付設され、前記異常状態が検出された際にその表示器３９においてその異常状態、言い換えれば角度同期ずれもしくは位置同期ずれのアラーム表示がなされるようになっている。

ところで、前記リニアセンサ２９，３０からの出力信号はスライド７の絶対位置を示す信号であるため、上死点と下死点との間のどの位置に現在スライド７が位置しているのかを知るためには、現在のダイハイト（スライド７の下死点時のボルスタ８上面からスライド７下面までの距離）を知る必要がある。この現在のダイハイトは次のようにして求められる。すなわち、まず基準ダイハイト（出荷時にプレスメーカ側で設定される。）時のリニアセンサ２９，３０の値を設定する。次いで、ダイハイト調整用モータを適宜回転させ、使用する金型に合ったダイハイトに設定する。このとき、スライド調整用モータの回転をスライド調整用エンコーダで検出し、現在のダイハイトが基準ダイハイトからどれだけ離れているかを算出することによって現在のダイハイトを求める。

なお、前記基準ダイハイトは定期的に補正することができる。その補正方法は、スライド７の位置を所定の時間間隔でリニアセンサ２９，３０により測定し、上死点時あるいは下死点時のリニアセンサ２９，３０の検出値を求め、上死点時には、検出値からスライドストローク分を引いた値を、また下死点時には検出値そのものからそれぞれボルスタ８上面位置を引いた値を実際のダイハイトとするのである。

次に、本実施形態に係る駆動部位相ずれ監視システムの制御フローを図３に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。

Ｓ１：エンコーダ２８にて左右のメインギア１８，１８Ａの角度を検出する。
Ｓ２：リニアセンサ２９，３０にて左右のスライド７の位置を検出する。
Ｓ３：ステップＳ１にて検出された左右のメインギア角度の差を演算し、この差が予め設定された閾値内にあるか否かを判定する。そして、この判定の結果、左右のメインギア角度差が閾値内に入っている場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４へ進み、閾値を越えている場合（ＮＯ）には、左右のメインギア角度が同期ずれを起こしていると判断されるので、ステップＳ６の非常停止処理に進む。

Ｓ４：次に、ステップＳ２にて検出されるスライド７の位置が所定の位置検出範囲内の角度であるか否かを判定する。この位置検出範囲は、図４（ａ）に示されるように、回転角度（クランク角度）で１５０°〜１８０°および３４０°〜１０°を除く範囲に設定されている。ここで、図４（ａ）に示される円は、スライド７の回転駆動部であるメインシャフト１９，１９Ａの仮想的な回転運動を表し、上死点に対応するメインシャフト１９，１９Ａの仮想回転角度を０°とし、下死点に対応する仮想回転角度を１８０°としたものであり、この仮想回転角度に対応する位置検出範囲を示したものである。また、図４（ｂ）は、この位置検出範囲を、横軸：仮想回転角度、縦軸：位置検出のＯＮ／ＯＦＦ信号で示したものである。

なお、位置検出範囲を上記回転角度に設定する理由は、回転角度が１５０°〜１８０°の領域では、プレス加工域であって偏荷重の影響を受け易く、またデータの雑音が入り易いため、正しい判定ができないからであり、一方、回転角度が３４０°〜１０°の領域では、上死点前後であり、スライドが上昇から下降に転じる時点のため、またバランサによる引き上げ力が弱くなる部分であるため、スライド駆動部のガタが入り易く、正しい判定ができないからである。１５０°〜１８０°および３４０°〜１０°はよりよい設置値であるが、プレスあるいは金型の都合により、この設定値を変更することもできる。

Ｓ５：ステップＳ４の判定において、位置検出範囲角度である場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ２にて検出された左右のスライド位置の差を演算し、この差が予め設定された閾値内にあるか否かを判定する。そして、この判定の結果、左右のスライド位置差が閾値内に入っている場合（ＹＥＳ）には、正常に作動していると判断し、このフローを終了し、閾値を越えている場合（ＮＯ）には、左右のスライド位置が同期ずれを起こしていると判断し、ステップＳ６の非常停止処理に進む。

Ｓ６：左右のメインギア１８，１８Ａ（メインシャフト１９，１９Ａ）の位相ずれ（角度同期ずれ）もしくは左右のスライド７の位置ずれ（位置同期ずれ）が生じた異常状態時に、非常停止回路３８に制御指令信号を出力する。この結果、動力供給電源とサーボアンプ４１，４１Ａとの間に介挿されている接点が開作動されてサーボアンプ４１，４１Ａへの供給電源が遮断されるとともに、動力供給電源と機械式ブレーキ（サーボモータ１３，１３Ａの出力軸を機械的に停止させるブレーキ）との間に介挿されている接点が開作動されてサーボモータ１３，１３Ａの出力軸に機械的に制動がかけられる。

なお、図５（ａ）には、左右のリニアセンサ２９，３０によるスライド位置検出値が例示されており、図５（ｂ）には、位置検出値の差の演算値と閾値（上限リミットおよび下限リミット）および位置検出範囲角度とが合わせて示されている。この図に示す例では、回転角度θ１において、左右のスライド位置差が下限リミットを越えているが、この回転角度θ１は位置検出範囲角度外の回転角度であるため異常状態であるとは判定されない。これに対して、回転角度θ２においては、位置検出範囲角度内の回転角度であって、しかも左右のスライド位置差が上限リミットを越えているため、異常状態と判定される。

前述のように角度同期ずれもしくは位置同期ずれによる異常状態が判定されたときには、コントローラ３２から表示器３９に出力信号が発せられ、この表示器３９の画面にアラーム表示がなされる。図６には、このアラーム表示画面例が示されている。図６（ａ）に示されるのは初期画面であり、この画面中では、上部のアラーム表示部４０に例えば「角度同期ずれ」「位置同期ずれ」といったアラームが表示される。また、この初期画面において右下のガイド釦４１を押すと、図６（ｂ）に示されるガイド画面に移行し、このガイド画面のアラーム表示部４２に、同様の「角度同期ずれ」「位置同期ずれ」のアラーム表示がなされる。

本実施形態のサーボプレス１によれば、左右のエンコーダ２８，２８Ａにて検出される左右のメインギア１８，１８Ａの角度から相互間の角度ずれが判定され、また左右のリニアセンサ２９，３０にて検出される左右のスライド位置から相互間の位置ずれが判定されるので、各駆動部９，１０の同期ずれを確実に検出することができ、この同期ずれに基づくプレス精度の悪化および機械の破損を確実に防止することができる。また、リニアセンサ２９，３０によってスライドの実位置を検出して位相を監視しているので、プレスの初期立ち上げに際しての各駆動部の同期合わせ時に、スライドの全ストロークにおけるスライドの位相を監視、表示することができ、その位相調整が容易に行え、同期合わせ工数を低減することができる。さらに、従来のメインシャフト軸角度検出監視およびモータ軸角度検出監視に加えて、リニアセンサ２９，３０によるスライドの位置検出監視が追加されているので、システムの信頼性をより向上することができ、プレス寿命の向上を図ることができるとともに、トラブル発生による生産ライン停止を未然に防ぐことができる。

本実施形態においては、２組の駆動部にてスライドを駆動する２ポイントのサーボプレスを例にして説明したが、本発明は、他の複数ポイントのサーボプレスに対しても適用することができる。

また、本実施形態では、サーボモータ１３を一方向に回転させているが、これに限らず、正逆回転を繰り返す回動をさせてもよい。

また、本実施形態では、第１プーリ１４と第２プーリ１５との間にタイミングベルト１６を掛け渡してあるが、これに限らず、例えばギア連結としてもよい。

また、本実施形態では、エキセンリンク２０、第１リンク２３及び第２リンク２６が１本のピン２４で連結されているが、これに限らず、例えば図７に示されるように、エキセンリンク４４が３軸のリンクとなり、エキセンリンク４４と第１リンク４５とがピン４２で連結され、エキセンリンク４４と第２リンク４６とがピン４３で連結された構成としてもよい。

また、本実施形態では、偏心回転機構としてエキセンリンク２０を用いたものを説明したが、サーボモータでクランク機構を回転させ、直接コンロッドを介して、またはリンク機構を介してスライドを上下動させるようにしても良い。

本発明の一実施形態に係るサーボプレスの概略構成図 本実施形態のサーボプレスの制御ブロック図 本実施形態に係る駆動部位相ずれ監視システムの制御フローを示すフローチャート スライドの位置検出範囲角度を示す図 リニアセンサによるスライド位置検出値（ａ）および位置検出値の差と閾値、位置検出範囲角度との関係を示すグラフ アラーム表示画面を示す図 本発明の他の実施形態に係るサーボプレスの概略構成図

符号の説明

１ サーボプレス
３ スライド駆動機構
７ スライド
１３，１３Ａ サーボモータ
１７，１７Ａ 第１歯車
１８，１８Ａ 第２歯車
２０ エキセンリンク
２１ ドラム部
２８，２８Ａ エンコーダ
２９，３０ リニアセンサ
３２ コントローラ
３６ メインシャフト左右位相ずれ演算部
３７ スライド左右位置ずれ演算部
３８ 非常停止回路
３９ 表示器

Claims (2)

1. スライドを駆動する複数の駆動部を有し、各駆動部が、サーボモータとそのサーボモータの動力を前記スライドに伝達する偏心回転機構とを備え、この偏心回転機構の回転部を回転あるいは回動することにより前記スライドを往復駆動するように構成されるサーボプレスにおいて、
   前記スライドの絶対位置を検出する位置検出器を各駆動部に対応して設けるとともに、各位置検出器から得られる検出値の相互のずれ量を監視する監視手段を設ける
   ことを特徴とするサーボプレス。
2. 請求項１に記載のサーボプレスにおいて、
   さらに偏心回転機構の回転角度を検出する角度検出器を各駆動部に対応して設け、前記監視手段は、各角度検出器から得られる検出値の相互のずれ量を監視する
   ことを特徴とするサーボプレス。

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