JP2009208134A - サーボプレス - Google Patents

Abstract

【課題】スライドの高荷重がかかった状態での停止を良好に維持でき、かつ過負荷異常の発生を未然に防いでサーボアンプ等の焼損をも確実に防止できるサーボプレスの提供。
【解決手段】サーボプレスを、サーボモータへ電流を出力するサーボアンプ２１０と、スライドをスライドモーションの途中位置で寸動動作およびその場停止させる制御装置を備えて構成し、この制御装置を、サーボアンプ２１０から出力された電流によって生じる熱の熱量電流積算値を演算する熱量積算値演算手段５２２と、熱量積算値演算手段５２２で演算された積算値が予め設定された第１熱量積算閾値に達したか否かを判定する熱量積算値比較手段５２３と、熱量積算値比較手段５２３により熱量積算値が第１熱量積算閾値に達したと判定された場合に、電流の電流値を下げる方向に制御する電流出力制限手段５２４とを備えて構成した。
【選択図】図５

Description

本発明は、サーボプレスに関する。

従来、サーボモータのトルクによりスライドを上下に駆動するサーボプレスが知られている。このようなサーボプレスでは、サーボモータへの電流がサーボアンプから出力される。自動運転モードにて連続的にワークを加工するとき、サーボモータへの連続的に変化する電流によってサーボモータやサーボアンプの温度も徐々に上昇する。従って、サーボプレスには、サーボモータやサーボアンプの熱的保護のために、サーボモータ自身の温度が所定の最大許容温度を超えたら、過負荷異常としてアラーム信号を出力する保護機能が付加されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の保護機能はまた、サーボモータ温度に略比例するモータ熱量積算値を監視しており、このモータ熱量積算値が所定値に達した時点でスライドを上死点位置で一時停止させ、過負荷異常となる前にサーボモータ温度を低下させている。こうすることにより、自動運転中の過負荷異常の発生を未然に防止できるうえ、過負荷異常発生に伴う長時間の運転中断や、再起動のための操作をなくすことができ、生産性および作業性を向上させることができる。

特開２００４−８２２０８号公報

ところで、手動金型交換時などで、スライドをモーション途中の高荷重がかかった状態で停止させるような場合には、高荷重に対抗させてスライドをその場に停止させておく必要がある。このために、サーボアンプから定格を越える電流がサーボモータに出力し続けることになり、サーボアンプ等の温度が上昇する。この場合、熱量積算値が所定値を越えたからといって、過負荷異常発生前にスライドを上死点へ復帰させて温度低下を待ったのでは、手動金型交換等の作業が行えない。

一方、スライドの上死点復帰を止め、その場停止の状態に維持させた場合には、保護機能が働くことにより過負荷異常の判断がなされてアラーム信号が出力され、その都度再起動の操作が必要になって思うように作業が行えない。しかも、保護機能が働くと、サーボアンプからサーボモータへの電流出力が無くなるため、スライドのその場での保持力も無くなり、反力に負けてスライドが押し上げられる。従って、手動金型交換は、その押し上げ分を予め考慮した位置にダイハイトを調整したうえで行われることになり、作業が煩雑になる。

本発明の目的は、スライドの高荷重がかかった状態での停止を良好に維持でき、かつ過負荷異常の発生を未然に防いでサーボアンプ等の焼損をも確実に防止できるサーボプレスを提供することにある。

本発明の請求項１に係るサーボプレスは、サーボモータのトルクにより駆動されるスライドを備えたサーボプレスであって、前記サーボモータへ電流を出力するサーボアンプと、前記スライドをスライドモーションの途中位置で寸動動作およびその場停止をさせる制御装置とを備えているとともに、前記制御装置は、前記サーボアンプから出力された電流の電流積算値または当該電流積算値と等価な積算値を演算する積算値演算手段と、前記積算値演算手段で演算された積算値が予め設定された第１積算閾値に達したか否かを判定する積算値比較手段と、前記積算値比較手段により前記積算値が前記第１積算閾値に達したと判定された場合に、前記電流の電流値を下げる方向に制御する電流出力制限手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るサーボプレスは、請求項１に記載のサーボプレスにおいて、前記積算値比較手段は、前記積算値演算手段により演算された積算値が前記第１積算閾値よりも小さい値に設定された第２積算閾値まで下がったかを判定するとともに、前記積算値比較手段により前記積算値が前記第２積算閾値まで下がったと判定された場合に、前記スライドの駆動が許可されることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るサーボプレスは、請求項１または請求項２に記載のサーボプレスにおいて、前記積算値は、前記サーボアンプから出力された電流により生じる熱量の熱量積算値であることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、積算値演算手段、積算値比較手段、および電流出力制限手段を備えており、スライドを高荷重がかかった状態でその場停止させ、所定の大きさの電流がサーボアンプから出力されている場合には、積算値演算手段で演算された積算値が第１積算閾値に達した時点で、電流出力制限手段により電流出力を制限するため、スライドをその場停止させた状態に維持しつつも、サーボアンプの温度上昇を抑制できて損傷を防止できる。従って、サーボアンプの焼損を防止するための保護機能が即座に動作するのを防止でき、手動金型交換等の作業時間を十分に得ることができる。
また、スライドのその場停止中には、サーボアンプから電流が制限されるだけであり、全く出力されない訳ではないので、スライドを反力に対抗させてその場に停止させておくことができ、反力によって押し上げられるのを防止して金型交換等の作業性を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、積算値が第２積算値まで下がった段階でスライドの駆動を許可するので、スライドを駆動させた後に再度その場停止させた場合には、積算値が第２積算閾値を越えて第１積算閾値まで達するまでの時間を確実に確保でき、次の電流制限がかかるまでの間でスライドを確実に駆動できる。つまり、スライドをその場停止させた直後に、即座に電流制限がかかったのでは、スライドを駆動するのに十分な電流が出力されないことになり、スライドを十分に駆動できない可能性があるが、そのような不都合を未然に防止できるのである。

請求項３の発明によれば、電流値と等価な熱量積算値を求めることで、電流の積算値を演算する場合と同様に、積算値演算手段および積算値比較手段を確実に機能させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態に係るサーボプレス１の正面図、図２はサーボプレス１の側面図、図３は本実施形態で用いられる減速機を示す側断面図である。

図１および図２において、サーボプレス１は、ベッド１１と、ベッド１１上に立設された柱状の４本のアプライト１２と、アプライト１２の上面に設置されるクラウン１３とを備えている。クラウン１３の下方にはスライド１４が設けられており、このスライド１４はクラウン１３に取り付けられるスライド駆動装置２０によって昇降可能とされている。

スライド１４の下面には、図示しない上金型が取り付けられている。ベッド１１上において、４本のアプライト１２間には、ムービングボルスタ１５が設置されており、このムービングボルスタ１５上には、図示しない下金型が取り付けられている。スライド駆動装置２０の駆動によってスライド１４が昇降すると、上金型および下金型の間に載置されたワーク（図示せず）がプレス成形される。
クラウン１３は、アプライト１２間に架け渡されており、その外側には、メンテナンスの際に作業者が立つ作業ステージ３０が設けられている。

スライド駆動装置２０は、サーボプレス１の前後左右に２つずつ、対称な位置に計４つ設けられている。従って、本実施形態のサーボプレス１は、スライド１４を４点で支持し（４ポイント支持）、これら４点を独立したスライド駆動装置２０で駆動する４点独立駆動式となっている。それぞれのスライド駆動装置２０は、駆動源としてのサーボモータ２１と、サーボモータ２１の回転を減速する減速機２２，２３と、減速された回転運動を往復運動に変換する昇降機構２４と、一端がスライド１４に固定されてスライド１４を鉛直方向に昇降させるプランジャ２５とを備えている。なお、図１では減速機２２，２３は１カ所のみ示す。

サーボモータ２１は、クラウン１３に取り付けられ、その出力軸２１１がサーボプレス１の前後方向（ワーク搬送方向に同じ）に平行に配置されている。４個のサーボモータ２１のそれぞれには、サーボアンプ２１０が個々に接続されており、これらのサーボアンプ２１０で増幅された電流がサーボモータ２１に出力される。

減速機２２，２３のうち１つはサーボモータ２１側に連結された多段減速機２２であり、残り１つは昇降機構２４側に連結されたウィットウォース減速機２３である。本実施形態では、多段減速機２２とウィットウォース減速機２３という作動原理の異なる減速機が組み合わされている。

多段減速機２２は、互いに連結された複数の歯車２２Ａがケーシング２２Ｂの内部に収納された構造であり、入力軸の回転が等速ならば、出力軸は等速で減速する装置である。複数の歯車２２Ａのうちサーボモータ２１側に配置された歯車２２Ａの軸に固定されたプーリとサーボモータ２１の出力軸２１１に固着されたプーリとの間にベルト２１Ａが巻装されている。ケーシング２２Ｂはクラウン１３の側面に図示しないボルト等で固定されている。

図１および図３に示される通り、ウィットウォース減速機２３は、回転運動を、一回転の回転速度が不等速となるように減速して偏心機構のエキセン軸（偏心軸）２４１に伝達する減速機（不等速減速機）であり、その外周部に外周ギヤ２２９が設けられているリング２３１と、エキセン軸２４１に固定されるクランク部材２３２と、リング２３１とクランク部材２３２とを接続する連結部材２３３とを有するリンク機構を備えている。

リング２３１は、クラウン１３から突出して設けられるエキセン軸２４１に対して支持部材２３４を介して回転可能に支持されており、リング２３１の回転中心は、エキセン軸２４１の軸心に対して鉛直方向上側に配置されている。
連結部材２３３は、平面形状略円弧状の棒状部材で、その一端がリング２３１の内周の所定の位置に回動可能に支持され、他端がクランク部材２３２に回動可能に支持されている。この連結部材２３３は、リング２３１およびクランク部材２３２において、厚み方向略中央に取り付けられている。

ウィットウォース減速機２３は、図示しないボックスに収納されており、ボックスは、クラウン１３の外部側面に設置されている。エキセン軸２４１は、クラウンから突出して設けられており、クラウン１３の外部で減速機２３に接続されている。

ウィットウォース減速機２３は、前述のリンク機構がケーシング２３Ａに収納された構造であり、スライド１４の昇降工程における下死点およびその近傍で昇降速度が遅くなり、他の位置で昇降速度が速くなる非等速減速機である。ケーシング２３Ａはクラウン１３の側面に図示しないボルト等で固定されている。従って、サーボプレス１では、多段減速機２２およびウィットウォース減速機２３がクラウン１３の外側に取り付けられているので、これらの減速機２２，２３のメンテナンスがクラウン１３の外側から行える。そのため、メンテナンスのために作業員が狭いクラウン１３の内部に入らなくても済むので、作業が容易となる。

昇降機構２４は、偏心軸としてのエキセン軸２４１と、エキセン軸２４１に固定されるエキセンドラム２４２と、エキセンドラム２４２に接続されるコンロッド２４３とを備えている。エキセン軸２４１は、不等速回転を行うウィットウォース減速機２３の出力軸と連結されるものであって、クラウン１３の左右方向略中央でそれぞれ回転可能に支持されている。

エキセンドラム２４２は、エキセン軸２４１に対して偏心した円盤状に形成されている。エキセンドラム２４２は、クラウン１３内においてエキセン軸２４１に一体的に形成されており、エキセン軸２４１の回転とともに偏心回転する。

コンロッド２４３は、上方に形成されるリング状部２４３Ａと、リング状部２４３Ａの外周から径方向外側に向かって突出するに棒状部２４３Ｂとを備えている。リング状部２４３Ａはエキセンドラム２４２の外周側に配置され、リング状部２４３Ａの内周がエキセンドラム２４２の外周に対して摺動可能となっている。棒状部２４３Ｂはクラウン１３の下方から突出し、先端においてプランジャ２５に接続されている。

以上に説明したサーボプレス１の動作は、図４に示す制御装置４０によって制御される。図４は、制御装置４０の概略構成を示すブロック図である。具体的に制御装置４０は、サーボアンプ２１０に対して出力する駆動指令を生成しており、この駆動指令に基づいた電流がサーボアンプ２１０からサーボモータ２１に出力されることとなる。

図４において、制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を搭載したコンピュータで構成され、連続運転中のサーボモータ２１を制御する連続運転制御ブロック４１、スライド１４を１サイクルのみ動作させるようなトライ工程を制御するトライ工程制御ブロック４２、金型の手動交換や各種調整作業等を実施する際の寸動運転を制御する寸動運転制御ブロック４３等を備えている。これらのブロック４１〜４３は、コンピュータで実行されるソフトウェアであり、制御装置４０の適宜なハードウェアで構成された記憶手段４４に記憶されているとともに、ＣＰＵにて実行される。また、制御装置４０には、操作パネル４５が接続されている。

これらのブロック４１〜４３の中で、本実施形態で最も特徴的な寸動運転制御ブロック４３について、図５を参照して説明する。図５は、寸動運転制御ブロック４３の詳細を示すブロック図である。なお、寸動運転とは、操作パネル４５のモードセレクタ４６を後述する「寸動正」または「寸動逆」といった寸動モードにすることで行われる運転であって、起動釦４７を断続的に押すことで、押している間だけスライド１４を僅かな量だけ動かしたり、起動釦４７から手を放すことで、スライド１４をその場停止させたりする運転のことである。このような寸動運転は、金型手動交換等の作業において多用される。寸動運転制御ブロック４３は、大きくは寸動運転を制御する寸動運転制御部５１、その場停止中にサーボアンプ２１０から出力される電流について制御するその場停止制御部５２、およびスライド１４をスティック状態から復帰させるための復帰制御部５３で構成されている。

より詳細には、寸動運転制御部５１はさらに、警告解除判定手段５１１、スライド傾き判定手段５１２、および駆動指令生成手段５１３を備えている。その場停止制御部５２は、その場停止判定手段５２１、熱量積算値演算手段５２２、熱量積算値比較手段５２３、および電流出力制限手段５２４を備えている。復帰制御部５３は、寸動方向判定手段５３１、ＯＬＰ（Over Load Protector）動作指令生成手段５３２、復帰指令生成手段５３３、油供給指令生成手段５３４、リセット釦操作判定手段５３５、およびシステムリセット手段５３６を備えている。

その他、寸動運転制御ブロック４３としては、操作パネル４５の起動釦４７が押されたか否かを判定する起動釦操作判定手段４３１、操作パネル４５に設けられた表示部４８に警告等の表示情報を表示させる表示情報生成手段４３２を備えている。これらの各手段４３１，４３２，５１１〜５１３，５２１〜５２４、５３１〜５３６の機能については、後述するフローチャート共に説明する。

ここで、図６は、サーボアンプ２１０の熱的保護を考慮して設定されたＯＶＣ（Over Current）リミットのグラフである。図中のラインＬは、寸動運転中において、スライド１４をその場で停止させている状態でのＯＶＣリミットである。このようなＯＶＣリミットを表すグラフでは、縦軸に発生荷重およびそれに応じてサーボアンプ２１０から出力される電流値が記され、横軸に時間が記される。

この図６によれば、例えば、本実施形態のサーボプレス１での最大発生荷重（加工能力）が１６００（Ton：トン）であるとし、この最大荷重である１６００トンを発生させた状態でスライド１４をその場で停止させたとすれば、２１７（Ap：アンペア）の電流がサーボアンプ２１０からサーボモータ２１に供給されることになる。この際、そのような状態が約１２秒間継続されると、図中に点線で示すように、積算電流値が大きくなってＯＶＣレベルがＯＶＣリミットのラインＬに達することになり、サーボアンプ２１０が焼損する可能性が生じる。なお、本実施形態では、１点鎖線で示すように、サーボアンプ２１０が出力し得る最大電流は４２０アンペアである。

そして従来では、上記のような状態で１２秒間経過すると、ＯＶＣリミットに達してしまうため、ＯＶＣリミットに達したことを監視して、保護機能（ソフトサーマル）を作動させることにより、サーボアンプ２１０からの電流の出力を停止させ、サーボアンプ２１０の焼損を防止していた。逆に言えば従来では、１２秒間という僅かな時間でしか、スライド１４を停止させることができず、その場停止状態での手動による金型交換や種々の作業中において、即座に過負荷異常の判定がなされてアラーム信号が出力されていたのであり、前述した課題となっていた。

そこで本実施形態では、ＯＶＣレベルがＯＶＣリミットの８０％に達したことを監視するようにし、８０％に達した時点で、図中に２点鎖線で示すように、サーボアンプ２１０から出力される電流を最大電流の３０％である１２６アンペアに下げる制御を行うようにした。この制御を電流制限またはトルク制限という。こうすることで、ＯＶＣレベルはＯＶＣリミットに達することがなく、金型交換等の作業を継続して行えるようになる。また、サーボアンプ２１０からの電流を全く停止させる訳ではないので、スライド１４に反力が作用しても十分に対抗でき、スライド１４が押し上げられる心配もない。
なお、電流制限によりスライド１４が高荷重に負けて傾くおそれがある場合には、もともとサーボプレス１に備わっている保持ブレーキを作動させてもよい。
さらに、本実施形態でのＯＶＣレベルとしては、ＯＶＣリミットの８０％で説明しているが、実用的には７０〜９０％の間で設定されればよい。

以下には、ＯＶＣレベルの演算について説明する。ＯＶＣレベルは、サーボアンプ２１０から出力される電流の積算値によって求めることができるが、この積算電流値は当該電流によって生じるサーボアンプ２１０での熱の熱量積算値Ｑｎと等価であり、数式「Ｑｎ＝ΣＩｎ・Ｋｎ］を演算することで求めることができる。Ｉｎは、サーボアンプ２１０から出力される電流値である。Ｋｎ（ｎ＝１〜ｎ）は、測定時点からの経過時間に応じてその寄与度が小さくなるようにした重み係数であり、０≦Ｋｎ−１≦Ｋｎとする。

このような数式によれば、１回目からｎ回目の測定による演算結果は以下のようになり、ｎ回目を越えた時点では、最も旧い過去の実績値Ｉ１のデータは削除され、熱量積算値Ｑｎが常に更新される。

１回目：Ｑ１＝Ｉ１・Ｋ１
２回目：Ｑ２＝Ｉ２・Ｋ１＋Ｉ１・Ｋ２
３回目：Ｑ３＝Ｉ３・Ｋ１＋Ｉ２・Ｋ２＋Ｉ１＋Ｋ３
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ｎ−１回目：Ｑｎ−１＝Ｉｎ−１・Ｋ１＋Ｉｎ−２・Ｋ２＋…Ｉ１・Ｋｎ−１
ｎ回目：Ｑｎ＝Ｉｎ・Ｋ１＋Ｉｎ−１・Ｋ１＋…Ｉ２・Ｋｎ−１＋Ｉ１・Ｋｎ

以上により、ｎ回のサンプリングによって熱量積算値Ｑｎを求めることができ、この熱量積算値Ｑｎが、スライド１４をその場停止させている際の荷重（電流）によって決まる第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達したことにより、ラインＬによって規定されるＯＶＣリミットの８０％に達したものと判定することが可能である。なお、各荷重に応じた第１熱量積算閾値Ｑｔ１の値は、マップやテーブル等により予め設定されている。

また、本実施形態では、熱量積算値Ｑｎが一旦第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達してしまうと、サーボアンプ２１０が過熱されていることには違いないため、熱量積算値Ｑｎが予め設定された第２熱量積算閾値Ｑｔ２まで落ちない間、つまりサーボアンプ２１０の温度が十分に下がらない間は、起動釦４７による操作を受け付けないようシステムインターロックがかかるようになっており、操作パネル４５の表示部４８に対し、しばらく操作を控える旨の警告を表示させるようになっている。

この第２熱量積算閾値Ｑｔ２は本実施形態では、ＯＶＣレベルにすると、当初のＯＶＣリミットの６０％の値と等価となるように設定されている。すなわち、前述した電流制限の実施によりＯＶＣレベルが当初のＯＶＣリミットの６０％まで落ちた時点で、サーボアンプ２１０の温度が十分に下がったと判断され、次の起動釦４７の操作が受け付けられるのである。６０％まで落ちない時点で寸動動作を許可し、その場停止を可能にしてしまうと、即座に熱量積算値Ｑｎが再度第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達してしまい、インターロックがかかって十分に寸動動作ができないからである。

次に、図７のフローチャートをも参照して、寸動運転制御部５１の各手段５１１〜５１３の機能（図５）、および寸動運転制御について説明する。

Ｓ１：寸動運転を行う場合、オペレータは先ず、モードセレクタ４６を「寸動正」または「寸動逆」に切り換えておく。「寸動正」は、スライド１４を通常のスライドモーションに従った方向へ動かす場合に選択され、「寸動逆」は、スライドモーションに対して反対の方向へスライド１４を動かす場合に選択される。そして、このＳ１では、起動釦操作判定手段４３１がオペレータによる起動釦４７の操作を監視している。

Ｓ２：起動釦４７が押されていない状態では、駆動指令生成手段５１３での駆動指令の生成、および駆動指令のサーボアンプ２１０への出力が停止されているため、寸動動作は行われず、スライド１４は動かない。

Ｓ３：一方、Ｓ１において、起動釦４７が操作されていると判断された場合、寸動運転制御部５１の警告解除判定手段５１１は、表示部４８に警告が出力されているか否かについて判定する。寸動運転ではスライド１４をその場停止させるが、停止中に演算された熱量積算値Ｑｎが一旦第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達し、未だ第２熱量積算閾値Ｑｔ２まで落ちていない状態では、表示情報生成手段４３２は、図９に示すような警告を表示部４８に出力している。つまりこのような状態を警告解除判定手段５１１が監視しており、警告が解除されていない状態では、インターロックがかかり、Ｓ２に進んで起動釦４７の操作をシステム的に受け付けないようにしている。

Ｓ４：警告が出力されていない状態では、スライド傾き判定手段５１２がスライド１４の傾きを監視している。スライド１４が４点で支持され、それぞれ独立したサーボモータ２１で駆動される本実施形態では、寸動運転中にある駆動系が高荷重のためにスティックして動けない状態に陥ると、動作可能な駆動系の軸（出力軸２１１やエキセン軸２４１）と、動作できない駆動系の軸との間で角度差Δθが生じ、スライド１４が大きく傾いてしまう。この角度差Δθが予め設定された角度差閾値Δθ１（本実施形態では４°）を越えている場合には、スライドに作用している高荷重を解除しないとスティック状態から解放されず、システム上のインターロックがかかって起動釦４７の操作が受け付けられないうえ、Ｓ６に示す後述の復帰制御が要求される。サーボモータ２１あるいはこれによって駆動される軸にはエンコーダ２１２が取り付けられており、角度差Δθが各エンコーダ２１２からの検出信号に基づいて常時演算されている。

Ｓ５：以上に対して、角度差Δθが角度差閾値Δθ１以下であれば、起動釦４７の操作が受け付けられ、起動釦４７を押している間だけスライド１４が駆動される。この際、寸動動作を繰り返し行う場合で、直前のその場停止時に電流制限が行われていた場合、引き続いての寸動動作時には、熱量積算値Ｑｎが第２熱量積算閾値Ｑｔ２以下であることを条件に電流制限が自動的に解除され、解除された状態でスライド１４が駆動される。なお、フローチャートを用いての詳細な説明は省略するが、起動釦４７ではなく、図５に示すリセット釦４９を操作することによりシステムリセット手段５３６を起動させ、寸動動作やその場停止に引き続いてスライド１４を一気に上死点復帰させることも可能である。

以上が寸動運転制御部５１の各手段５１１〜５１３の機能である。続いて、図８を参照し、その場停止制御部５２の各手段５２１〜５２４（図５）の機能、およびその場停止中の電流制限に関する制御について説明する。

Ｓ１１：先ず、その場停止判定手段５２１は、スライド１４のその場停止が行われているか否かを、システムインターロックの動作状態から判断する。
インターロックが解除されている状態では、起動釦４７を押しての寸動動作中であり、その場停止していない状態であるから、Ｓ１２に進ませて熱量積算値演算手段５２２による熱量積算値Ｑｎの演算をしないか、または終了させる。反対に、インターロックがかかっている状態では、その場停止をしているか、その可能性があると判定する。

Ｓ１３：スライド１４をその場停止させているか、その可能性のある状態では、熱量積算値演算手段５２２が起動し、時間経過に伴う熱量積算値Ｑｎを演算する。
Ｓ１４：そして、熱量積算値比較手段５２３が起動し、演算された熱量積算値Ｑｎと第１熱量積算閾値Ｑｔ１とを比較する。熱量積算値Ｑｎが第１熱量積算閾値Ｑｔ１よりも小さい場合には、Ｓ１１に戻って熱量積算値Ｑｎの演算を繰り返し、熱量積算値Ｑｎを逐一更新する。
Ｓ１５：熱量積算値Ｑｎが第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達した場合に電流出力制限手段５２４は、サーボアンプ２１０から出力される電流を最大電流の３０％に引き下げて電流制限を開始するとともに、表示情報生成手段４３２が起動して図９に示す警告を表示部４８に表示させる。

Ｓ１６：この後、熱量積算値比較手段５２３は、熱量積算値Ｑｎと第２熱量積算閾値Ｑｔ２とを比較し、熱量積算値Ｑｎが第２熱量積算閾値Ｑｔ２よりも大きい間は演算を繰り返し、熱量積算値Ｑｎを更新し続ける。熱量積算値Ｑｎが小さくなり、第２熱量積算閾値Ｑｔ２に達した時点において、熱量積算値比較手段５２３は、サーボアンプ２１０の温度が十分に下がり、電流制限を解除した状態での再度の寸動動作や、上死点復帰が可能であると判定する。
Ｓ１７：従って、このような判定がなされると、表示情報生成手段４３２は、表示部４８への警告表示を解除し、次の寸動動作や上死点復帰に備える。

以上のことから、寸動運転時にスライド１４をその場停止させた場合には、熱量積算値Ｑｎが第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達した時点で、サーボアンプ２１０からの電流を最大電流の３０％に制限でき、ＯＶＣリミットによる過負荷異常の発生を防止できる。また、サーボアンプ２１０からは、最大電流の３０％の電流が出力されていることで、スライド１４が停止中に受ける反力で押し上げられることもない。さらに、サーボアンプ２１０の温度が十分に下がった段階で再度の寸動動作や上死点復帰を許可するため、即座に電流制限が繰り返される心配がなく、引き続いての寸動動作や上死点復帰を電流制限が解除された状態で確実に実施できる。

次に、寸動運転中にスライド１４が大きく傾き、駆動系がスティックして起動釦４７やリセット釦４９を操作しても復帰できない状態に陥った場合を考える。図１１には、そのような状態からの復帰に必要なＯＬＰ装置６０（図１も参照）について示されている。ＯＬＰ装置６０は、プランジャ２５の下端とスライド１４との間に形成された油圧室２５１内の油をリリーフすることで、スライド１４に作用している高荷重を一気に抜く装置であり、スライド１４やプランジャ２５が高荷重によって損傷するのを防止するために、通常のプレス機械に一般的に設けられた装置である。

具体的にＯＬＰ装置６０は、ピストン６１によって油圧室６２および空気室６３に区切られた装置本体６４を備えている。装置本体６４の油圧室６２とサーボプレス１側の油圧室２５１とが連通し、また、油圧室６２とタンク６５とはリリーフバルブ６６を介して連通可能である。ピストン６１の一端（図中の上端）には、装置本体６４の外部に延出したバー部材６７が設けられており、スライド１４に通常範囲の荷重が作用している状態では、バー部材６７の端部がリミットスイッチ６８と接触するようになっている。リミットスイッチ６８のスイッチ信号は、バー部材６７がリミットスイッチ６８から外れることでリリーフバルブ６６に出力される。

このようなＯＬＰ装置６０によれば、スライド１４に異常な高荷重が作用すると、油圧室２５１の油がＯＬＰ装置６０の油圧室６２に流入し、ピストン６１を大きく動かして空気室６３を圧縮することになり、バー部材６７がリミットスイッチ６８から外れてスイッチ信号がリリーフバルブ６６に出力される。これにより、リリーフバルブ６６が連通状態となって油圧室６２，２５１の圧油をタンク６５にリリーフし、スライド１４に作用していた荷重を一気に抜くことができ、スライド１４やプランジャ２５の損傷を防止できる。

各駆動系の軸に４°以上の角度差Δθが生じてスティックした場合、その状態からスライド１４を正転側または逆転側に動かして復帰を図ろうとすると、スティックしていない軸のみが動くために、荷重がかかったまま角度差が拡大してスライド１４が傾斜する。そして、スライド１４のその場停止位置によっては、スライド１４が大きく傾斜することにより、独立した４つのプランジャ２５のいずれかに引っ張り力が作用し、プランジャ２５の損傷につながるおそれがある。

そこで、本実施形態では、そのような角度差Δθが生じてスティックした場合には、荷重の大小にかかわらず、もともと備わっているＯＬＰ装置６０を強制的に動作させて全駆動系の荷重を抜くようにしている。つまり荷重を完全に抜いた状態にして、スライド１４をその停止位置に応じて正転側または逆転側に移動させることにより、上死点復帰を確実に実施できるようにしてある。

また、詳細な説明は省略するが、ＯＬＰ装置６０を動作させず、荷重がかかったままの状態では、各駆動系の軸に４°以上の角度差Δθが生じていない場合でも、スライド１４の停止位置によっては、正転または逆転によりプランジャ２５に引張力が作用する可能性がある。このため、本実施形態では、誤った方向へスライド１４を上死点復帰させないよう、引張力が作用しない方向への復帰を許可するインターロックが設けられている。

図１２は、ＯＬＰ装置６０を強制的に動作させてスライド１４を復帰させる場合のフローチャートであり、図７に示した復帰制御（Ｓ６）を示すフローチャートである。この図１２に基づき、スティック状態に陥ったスライド１４の復帰の手順、および復帰制御部５３の各手段５３１〜５３６（図５）の機能について以下に説明する。

Ｓ２１：復帰制御が必要となる状況では、表示情報生成手段４３２は、図１０に示す警告を表示部４８に表示する。ここでオペレータは、表示部４８のメッセージに従い、モードセレクタ４６を「寸動正」または「寸動逆」のモードに合わせる。寸動正および寸動逆のいずれを表示させるかは、各駆動系のエンコーダ２１２からの検出信号によるスライド１４の停止位置に基づき、寸動方向判定手段５３１が決定する。また、オペレータは、表示部４８中に表示される選択釦４８１を利用して強制的にＯＬＰ装置６０を動作させるようにしておく。

Ｓ２２：そして、起動釦操作判定手段４３１は、起動釦４７の操作を監視している。
Ｓ２３：起動釦４７が操作された場合には再度、寸動方向判定手段５３１が起動し、モードセレクタ４６が指示通りのモードに合わせてあるかを判定する。
Ｓ２４：モードセレクタ４６の位置が指示通りでない場合、表示情報生成手段４３２は、モードの選択が正しくない旨のエラーメッセージ（図示略）を表示部４８に表示し、オペレータにモードを正しく選択させた後に再度、起動釦４７を操作させる。
Ｓ２５：モードセレクタ４６の位置が正しい場合には、Ｓ２３での起動釦４７の操作に連動してＯＬＰ動作指令生成手段５３２が起動し、ＯＬＰ装置６０を動作させる。すなわちＯＬＰ動作指令生成手段５３２は、リリーフバルブ６６に指令信号を出力して各油圧室６２，２５１の圧油をタンク６５にリリーフさせ、スライド１４に作用している荷重を強制的に抜く。

Ｓ２６：この後、復帰指令生成手段５３３が復帰指令を生成してサーボアンプ２１０に出力し、復帰指令に基づいた電流をサーボアンプ２１０がサーボモータ２１に供給し、サーボモータ２１を駆動してスライド１４を上死点復帰させる。
Ｓ２７：一方で、油供給指令生成手段５３４は、図示しない油圧ポンプの駆動部に供給指令を出力し、タンク６５から油圧室６２，２５１へ油を戻してＯＬＰ装置６０の動作前の状態へ復帰させる。
Ｓ２８，２９：さらに、リセット釦操作判定手段５３５は、リセット釦４９（図５）の操作を監視し、リセット釦４９が操作されたことを受けてシステムリセット手段５３６がシステムをリセットし、任意のモードでの運転を再開できる状態に戻す。

以上の制御によれば、寸動運転中にスライド１４が大きく傾いてしまい、スライド１４の駆動系がスティックした場合でも、スライド１４にかかっている荷重をＯＬＰ装置５０の強制動作によって抜くことにより、駆動系のスティック状態を確実に解除でき、スライド１４を無理なく駆動させて上死点復帰を実施できる。

図１３は、本実施形態に基づいて寸動運転を実際に実施した場合の時間経過に伴う各パラメータの変化を示すグラフであり、スライド１４に取り付けられた上型をムービングボルスタ１５上の下型にタッチさせた状態から、少しずつスライド１４を寸動動作させて下げていった場合を示している。図中のラインＬ１は、スライド１４の位置（mm）、すなわちスライドモーションを示し、ラインＬ２は、独立した駆動系毎に設けられた４つのサーボアンプ２１０のうち、ある１つのサーボアンプ２１０からの電流値（Ap）を示し、ラインＬ３は、当該サーボアンプ２１０での熱量積算値Ｑｎに相当するＯＶＣレベル（％）を示し、ラインＬ４は、駆動系を構成するエキセン軸２４１の回転角度（deg）、ラインＬ５は、スライド１４をエキセン軸２４１の回転角度によるフィードバック制御で駆動した場合の実角度と目標角度との偏差（deg）を示している。

図１３においては、寸動運転を開始させてスライド１４を下降させていき、上型が下型にタッチした直後にスライド１４をその場停止させている。ラインＬ２で示される電流値で言えば、型タッチによって電流値（トルクと等価）が急上昇し、その場停止状態では一定電流を出力することになる。また、ラインＬ３で示されるＯＶＣレベルで言えば、型タッチによる電流値の急上昇に伴って上昇し、その場停止している状態でも、スライド１４のその場位置を維持するための一定電流が出力されることで、積算電流値が増えることにならから、やはり上昇し続ける。

しかし、本実施形態では、ＯＶＣレベルがＯＶＣリミットの８０％に達すると、つまり熱量積算値Ｑｎが第１熱量積算閾値Ｑｔ１に達すると、電流制限（トルク制限）により出力電流が制限されるため、電流値は一気に下がる。この電流制限を実施することで、ＯＶＣレベルも徐々に下がる。そして、ＯＶＣレベルがＯＶＣリミットの６０％まで下がり、起動釦４７が受け付けられる状態になった時点で再度寸動動作操作を行うと、電流制限が自動的に解除されてスライド１４を少し下げる等の寸動運転を実施できることになる。そうすると先程と同じように、発生トルクが上昇するから、これに伴ってＯＶＣレベルも上昇する。以上の繰り返しにより、過負荷異常のアラーム信号が出力されることなく寸動運転を実施できたのである。なお、２回目以降の寸動動作で、ＯＶＣレベルがＯＶＣリミットの８０％に達していないのに下がっているのは、他の駆動系でのＯＶＣレベルが既に８０％に達してしまっているからである。

図１４には、スライド１４を下死点付近でその場停止させる寸動動作させた場合を示している。このような場合でも、ＯＶＣレベルがＯＶＣリミットの８０％に達することで電流制限を実施することにより、過負荷異常のアラーム信号が出力されることなく寸動運転を実施できることが確認された。

また、図１５には、図１３でのスライド１４のその場停止中において、特に電流制限を実施することで生じたスライド１４の戻り量を測定し、その測定結果が示されている。この時の電流制限は、最大電流の３０％に設定されている。戻り量は、図１３でのエキセン軸２４１での角度（deg）、およびスライド１４の四隅の変位（mm）を測定することで得られたものである。図中の角度Ｘは、測定対象となったエキセン軸２４１での値を示している。位置Ｘは、支持ポイントが４点あるうち、角度Ｘの測定対象となった駆動系での支持ポイントに近い隅部である。他の３つの位置Ｙ，Ｕ，Ｖは他の駆動系での支持ポイントに近い隅部であり、位置Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖの互いの位置関係は図示の通りである。

図１５によれば、戻り量を異なる４つの停止角度において測定した。この結果、電流制限によってスライド１４が押し戻される量は、停止角度が小さいほど大きいが、最大でも０．８８mmであり、１mm以下であることが確認された。戻り量が１mmを越えると、成型精度が著しく低下し、歩留まりが悪化する。

さらに、図１６、図１７には、電流制限を最大電流の３０％ではなく、２５％および２０％に設定した場合の戻り量の測定結果が示されている。図１６、図１７からすると、略同様な停止角度での測定にもかかわらず、２５％の電流制限では、最大３．５９mmの戻り量が確認され、２０％の電流制限では、四隅の位置Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖの全において、４０mmを越える戻り量が確認された。このことから、電流制限による電流は、最大電流の３０％を下回らないことが望ましいと言える。

なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、ＯＶＣレベルと等価である熱量積算値Ｑｎを演算していたが、実際の電流値を積算する等してＯＶＣレベルそのものを演算するようにし、このＯＶＣレベルとその場停止時の電流値（トルク値）によって決まるＯＶＣリミットとを比較し、ＯＶＣレベルがＯＶＣリミットの何割か（積算閾値）に達した時点で電流制限を実施してもよい。

本発明は、ＯＶＣレベルを測定可能に構成された制御装置を有するサーボプレスに好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係るサーボプレスの正面図。 サーボプレスの側面図。 サーボプレスで用いられる減速機を示す側断面図。 制御装置の概略構成を示すブロック図。 寸動運転制御ブロックの詳細を示すブロック図。 サーボアンプの熱的保護を考慮して設定されたＯＶＣリミットを示す図。 寸動運転制御を示すフローチャート。 その場停止中の電流制限に関する制御を示すフローチャート。 表示部に表示された警告内容を示す図。 表示部に表示された他の警告内容を示す図。 ＯＬＰ装置の概略を示す模式図。 スライドを復帰させる場合のフローチャート。 寸動運転を実際に実施した場合の時間経過に伴う各パラメータの変化を示す図。 下死点付近で寸動運転を実際に実施した場合の時間経過に伴う各パラメータの変化を示す図。 電流制限を実施することで生じたスライドの戻り量の測定結果を示す図。 電流制限を最大電流の２５％に設定した場合の戻り量の測定結果を示す図。 電流制限を最大電流の２０％に設定した場合の戻り量の測定結果を示す図。

符号の説明

１…サーボプレス、１４…スライド、２１…サーボモータ、４０…制御装置、２１０…サーボアンプ、５２２…積算値演算手段である熱量積算値演算手段、５２３…積算値比較手段である熱量積算値比較手段、５２４…電流出力制限手段、Ｑｔ１…第１積算閾値である第１熱量積算閾値、Ｑｔ２…第２積算閾値である第２熱量積算閾値、Ｑｎ…電流積算値と等価な積算値である熱量積算値。

Claims (3)

1. サーボモータのトルクにより駆動されるスライドを備えたサーボプレスであって、
   前記サーボモータへ電流を出力するサーボアンプと、
   前記スライドをスライドモーションの途中位置で寸動動作およびその場停止をさせる制御装置とを備えているとともに、
   前記制御装置は、
   前記サーボアンプから出力された電流の電流積算値または当該電流積算値と等価な積算値を演算する積算値演算手段と、
   前記積算値演算手段で演算された積算値が予め設定された第１積算閾値に達したか否かを判定する積算値比較手段と、
   前記積算値比較手段により前記積算値が前記第１積算閾値に達したと判定された場合に、前記電流の電流値を下げる方向に制御する電流出力制限手段とを備えている
   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、
   前記積算値比較手段は、前記積算値演算手段により演算された積算値が前記第１積算閾値よりも小さい値に設定された第２積算閾値まで下がったかを判定するとともに、
   前記積算値比較手段により前記積算値が前記第２積算閾値まで下がったと判定された場合に、前記スライドの駆動が許可される
   ことを特徴とするサーボプレス。
3. 請求項１または請求項２に記載のサーボプレスにおいて、
   前記積算値は、前記サーボアンプから出力された電流により生じる熱量の熱量積算値である
   ことを特徴とするサーボプレス。

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