JP2013237062A - サーボプレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置へのセンサ信号に異常があっても安全に作動することが保障されるサーボプレス装置を提供する。
【解決手段】制御装置３０における荷重制御器３２は、荷重偏差信号に対応したプレス荷重を生ずべく、モータ軸を所定の角度回転させる回転制御信号を演算する。加算器３３は、回転制御信号と回転位置検出信号に基づき、サーボモータ５のモータ軸を所定の回転位置に向けて回転すべく回転位置指令信号を演算する。ドライバ３４は、回転位置指令信号に対応する回転位置にモータ軸を回転すべく制御電力をサーボモータ５に供給する。サーボモータ５に供給する制御電力を演算するドライバ３４に回転位置指令信号を用いることにより、サーボプレス装置１は安全に作動されることが保障される。
【選択図】図２

Description

この発明は、サーボモータにより作動するサーボプレス装置に関し、特に、サーボモータの制御方法に特徴を有する制御装置を備えるサーボプレス装置に関する。

機械加工を実施する多くの工場において、サーボモータにより作動するサーボプレス装置（例えば、特許文献１）が用いられている。ここで、サーボプレス装置が多くの工場に用いられている理由としては、空圧設備又は油圧設備等の大型の設備が不要である、プレス動作の制御性が高い、などの利点が挙げられる。

特開２０１１−１１５８３５号公報

上記のようなサーボプレス装置において、一般に、プレス装置のプレス機構を作動させるサーボモータは電流制御により制御される。そして、この電流制御では、プレス機構のプレス荷重を検出するロードセルからの荷重検出信号に対応した電流指令信号が形成され、この電流指令信号に基づきサーボモータの駆動が制御される。

しかしながら、このように電流制御によりサーボモータを制御する場合、制御装置内外の異常により所定の電流指令信号が出力され続けてしまうおそれが懸念される。そして、上記のように所定の電流指令信号が出力され続けた場合、サーボプレス装置は作動し続けてしまうことなり安全性が保障されない。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、安全に作動することが保障されるサーボプレス装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載されたサーボプレス装置は、モータ軸を備えるサーボモータと、サーボモータにより作動するプレス機構と、プレス機構のプレス荷重を検出するロードセルと、サーボモータのモータ軸の回転位置を検出する回転位置センサと、ロードセルおよび回転位置センサからの検出信号に基づきサーボモータに制御電力を供給する制御装置と、を備える。そして、このサーボプレス装置において、上記の制御装置は、減算器と、荷重制御器と、加算器と、サーボモータドライバと、を備えることを特徴とする。

ここで、上記の制御装置における減算器は、荷重指令信号とロードセルからの荷重検出信号とに基づき、荷重偏差信号を演算する。また、荷重制御器は、荷重偏差信号に対応したプレス荷重を生ずべく、サーボモータのモータ軸を所定の角度回転させる回転制御信号を演算する。また、加算器は、回転制御信号と前記回転位置センサからの回転位置検出信号に基づき、前記サーボモータのモータ軸を所定の回転位置に向けて回転すべく回転位置指令信号を演算する。そして、サーボモータドライバは、回転位置指令信号に対応する回転位置に前記サーボモータのモータ軸を回転すべく制御電力を前記サーボモータに供給する。

このように、請求項１に記載されたサーボプレス装置は、サーボモータに供給する制御電力を制御するサーボモータドライバへの制御信号として、回転位置指令信号を用いている。そのため、制御装置内外の異常により所定の回転位置指令信号が出力され続けた場合であっても、所定の回転位置にサーボモータのモータ軸が回転した後に安全に停止する。従って、請求項１に記載のサーボプレス装置は、安全に作動することが保障される。

また、請求項１に記載されたサーボプレス装置は、上述のようにサーボモータドライバへの制御信号として回転位置指令信号が用いられている。ここで、回転位置指令信号は、荷重制御装置にて時間的に平滑化された回転制御信号に基づき生成されるものであり、回転位置指令信号も時間的に平滑化された信号である。したがって、このように平滑化された制御信号によりサーボモータドライバが作動することにより、サーボモータドライバからは乱雑でなく安定した制御電流が出力される。そのため、請求項１に記載されたサーボプレス装置は、安定性の高いモータ制御を実現することができる。

次に、請求項２に記載されたサーボプレス装置は、請求項１に記載されたサーボプレス装置において、プレス装置の制御装置は、出力フィルタを備えることを特徴とする。

ここで、この出力フィルタは、プレス機構の遅れ伝達特性を補償するフィルタ特性が構成され、このフィルタ特性により回転位置指令信号を修正し、修正された修正回転位置指令信号を出力する。そして、制御装置のサーボモータドライバは、この修正回転位置指令信号に対応した回転位置にサーボモータのモータ軸を回転すべく制御電力をサーボモータに供給する。

このように、請求項２に記載されたプレス装置は、プレス機構の遅れ伝達特性を補償するフィルタ特性が構成された出力フィルタを備える。そして、この出力フィルタにより、回転位置指令信号を修正し、修正された修正回転位置指令信号をサーボモータドライバに出力する。このように、プレス機構の機械的な遅れの動特性（伝達特性）を補償することができる指令信号をサーボモータドライバに出力することにより、サーボモータドライバは上記の動特性を補償することができる制御電流をサーボモータに供給することができる。そのため、請求項２に記載されたプレス装置は、遅れ伝達特性を不可避的に有するプレス機構の作動遅れを相殺することができ、応答性の高い装置となる。

次に、請求項３に記載されたサーボプレス装置は、請求項２に記載されたサーボプレス装置において、出力フィルタのフィルタ特性は、プレス機構の遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に構成されている。

このように、出力フィルタのフィルタ特性をプレス機構の遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に構成することにより、遅れ伝達特性を不可避的に有するプレス機構の作動遅れを効果的に相殺することができ、上記出力フィルタを有するプレス装置は、応答性の高い装置となる。

次に、請求項４に記載されたサーボプレス装置は、請求項３に記載されたサーボプレス装置において、出力フィルタのフィルタ特性は、プレス機構の遅れ伝達特性を２次遅れ系に近似した近似遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に設定されていることを特徴とする。

このように、出力フィルタのフィルタ特性を、プレス機構の遅れ伝達特性を２次遅れ系に近似した近似遅れ伝達特性とし、そのように近似した伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に設定することにより、フィルタ特性を簡易な特性に設定することができる。

本発明によれば、安全に作動することが保障されるサーボプレス装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態のサーボプレス装置を示すモデル図である。 本発明の第１の実施形態のサーボプレス装置を示すシステムブロック図である。 本発明の第２の実施形態のサーボプレス装置を示すシステムブロック図である。

次に、この発明の第１の実施形態のサーボプレス装置１を図１および図２に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明の第１の実施形態のサーボプレス装置を示すモデル図であり、図２は、本発明の第１の実施形態のサーボプレス装置を示すシステムブロック図である。

図１に示すように、サーボプレス装置１は、プレス機構２０と、プレス機構２０を作動するサーボモータ５と、サーボモータ５に制御電力を供給する制御装置３０と、プレス機構２０のプレス荷重を検出するロードセル４と、回転位置センサ６と、を備える。ここで、サーボモータ５は、モータ回転を出力するモータ軸５ａを備え、回転位置センサ６は、モータ軸５ａの回転位置を検出する。

制御装置３０には電力が供給される電源ＰＳが給電線Ｌ１により接続されているとともに、ロードセル４および回転位置センサ６がそれぞれ信号線（Ｌ２，Ｌ３）により接続されている。また、サーボモータ５は電力線Ｌ３により制御装置３０に接続されている。そして、制御装置３０は、ロードセル４および回転位置センサ６からの検出信号に基づきサーボモータ６に制御電力を供給する。

次に、図１に基づきプレス装置１に備わるプレス機構２０について説明する。

図１に示すようにプレス機構２０は、ベースプレート２１、ボールスクリュー２２、スクリューナット２３、従動プーリ２４、駆動プーリ２５、ベルト２６、メインシャフト２７、第１および第２直動部材（２８，２９）を備える。

ここで、ベースプレート２１には、ボールスクリュー２２の一端が回転自在に支持されるとともに、メインシャフト２７の一端が固固定配置されている。そして、ボールスクリュー２２の他端には従動プーリ２４が取り付けられ、サーボモータ５のモータ軸５ａには駆動プレート２５が取り付けられている。そして、従動プーリ２４と駆動プーリ２５にはベルト２６が掛け回されており、モータ５の回転作動により、ベルト２６を介してボールスクリュー２２が回転される。

また、メインシャフト２７には第１直動部材２８が軸方向に直動自在に支持されており、この第１直動部材２８にボールスクリュー２２に螺合するスクリューナット２３が取り付けられている。上記の構成により、サーボモータ５の回転作動により第１直動部材２８が上下直動運動し、プレス荷重を発生する。

また、メインシャフト２７には、第１直動部材２８の下側（第１直動部材２８とベースプレート２１の間）において第２直動部材２８が軸方向に直動自在に支持されている。そして、第１直動部材２８の下側に可動治具３が、第２直動部材２９の上側に固定治具２が、
それぞれ取り付けられている。そして、固定治具２に配されたワークｗは、直動運動する第１直動部材２８に取り付けられた可動治具３によりプレス加工される。

ここで、第２直動部材２８とベースプレート２１との間にはロードセル４が配置されており、ロードセル４によりプレス機構２０のプレス荷重が検出される。

次に、図２に基づきサーボプレス装置１に備わる制御装置３０について説明する。

制御装置３０は、減算器３１と、荷重制御器３２と、加算器３３と、サーボモータドライバ３４と、を備える。ここで、減算器３１には、パーソナルコンピュータ等の外部装置（図示せず）からの荷重指令信号と、ロードセル４からの荷重検出信号が供給される。そして、荷重指令信号から荷重検出信号を減算する処理が実行され、荷重指令信号と荷重検出信号とに基づき荷重偏差信号を演算する。なお、制御装置３０内に荷重指令信号を記録したメモリを設け、このメモリから荷重指令信号を供給してもよい。

また、荷重制御器３２には、減算器３１からの荷重偏差信号が供給され、この荷重偏差信号に基づき所定の回転制御信号を演算する。ここで、回転制御信号は、荷重偏差信号に対応したプレス荷重を生ずべく、サーボモータ５のモータ軸５ａを所定の角度追加的に回転させる（追加回転角の分、回転させる）指令信号である。なお、所定の角度追加的に回転させる当該指令信号は、サーボモータドライバ３４の位置比例ゲインの逆数により、変換された指令信号である。

また、加算器３３には、荷重制御器３２からの回転制御信号および回転位置センサ６からの回転位置検出信号が供給される。ここで、回転位置検出信号は、モータ５のモータ軸５ａの現在の回転位置を示す位置信号である。そして、加算器３３は、回転位置検出信号に回転制御信号を加算し、回転位置指令信号を演算する。ここで、回転位置検出信号は、サーボモータ５のモータ軸５ａを所定の回転位置（現在の回転位置＋追加回転角）に向けて回転すべく回転位置指令信号を演算する。

また、サーボモータドライバ３４には、電源ＰＳからの電力並びに加算器３３からの回転位置指令信号および回転位置センサ６からの回転位置検出信号が供給される。そして、サーボモータドライバ３４は、回転位置指令信号に対応する回転位置にサーボモータ５のモータ軸５ａを回転すべく制御電力を、回転位置指令信号および回転位置検出信号に基づき演算し、演算された制御電力をサーボモータ６に供給する。

次に、この発明の第２の実施形態のサーボプレス装置１００を図３に基づいて説明する。ここで、図３は、本発明の第２の実施形態のサーボプレス装置を示すシステムブロック図である。なお、第２の実施形態のサーボプレス装置１００は、第１の実施形態のサーボプレス装置１に比して、制御装置のみ異なりその他の部分は同一である。よって、制御装置４０について説明し、その他の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

制御装置４０は、減算器４１と、荷重制御器４２と、加算器４３と、サーボモータドライバ４４と、出力フィルタ４５と、を備える。ここで、減算器４１には、パーソナルコンピュータ等の外部装置（図示せず）からの荷重指令信号と、ロードセル４からの荷重検出信号が供給される。そして、荷重指令信号から荷重検出信号を減算する処理が実行され、荷重指令信号と荷重検出信号とに基づき荷重偏差信号を演算する。なお、制御装置４０内に荷重指令信号を記録したメモリを設け、このメモリから荷重指令信号を供給してもよい。

また、荷重制御器４２には、減算器４１からの荷重偏差信号が供給され、この荷重偏差信号に基づき所定の回転制御信号を演算する。ここで、回転制御信号は、荷重偏差信号に対
応したプレス荷重を生ずべく、サーボモータ５のモータ軸５ａを所定の角度追加的に回転させる（追加回転角の分、回転させる）指令信号である。

また、加算器４３には、荷重制御器４２からの回転制御信号および回転位置センサ６からの回転位置検出信号が供給される。ここで、回転位置検出信号は、モータ５のモータ軸５ａの現在の回転位置を示す位置信号である。そして、加算器４３は、回転位置検出信号に回転制御信号を加算し、回転位置指令信号を演算する。ここで、回転位置検出信号は、サーボモータ５のモータ軸５ａを所定の回転位置（現在の回転位置＋追加回転角）に向けて回転すべく回転位置指令信号を演算する。

そして、出力フィルタ４５には、加算器４３からの回転位置指令信号が供給され以下の処理がなされる。

出力フィルタ４５は、プレス機構２０の遅れ伝達特性を補償するフィルタ特性が構成され、このフィルタ特性により回転位置指令信号を修正し、修正された修正回転位置指令信号を出力する。上記の遅れ伝達特性は、プレス機構２０内に不可避的に伸縮するベルト２６等の動力伝達要素によるものである。

ここで、出力フィルタ４５のフィルタ特性は、プレス機構の遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に構成されてよい。また、出力フィルタ４５のフィルタ特性は、プレス機構２０の遅れ伝達特性を２次遅れ系に近似した近似遅れ伝達特性として表現し、この２次遅れ系に表現された近似遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に設定されてもよい。

そして、サーボモータドライバ４４には、電源ＰＳからの電力並びに出力フィルタ４５からの修正回転位置指令信号および回転位置センサ６からの回転位置検出信号が供給される。そして、サーボモータドライバ４４は、修正回転位置指令信号に対応する回転位置にサーボモータ５のモータ軸５ａを回転すべく制御電力を、回転位置指令信号および回転位置検出信号に基づき演算し、演算された制御電力をサーボモータに供給する。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

１ サーボプレス装置、２ 固定治具、３ 可動治具
４ ロードセル、５ サーボモータ、５ａ モータ軸
６ 回転位置センサ
２０ プレス機構、２１ ベースプレート
２２ ボールスクリュー、２３ スクリューナット
２４ 従動プーリ、２５ 駆動プーリ、２６ ベルト
２７ メインシャフト、２８ 第１直動部材、２９ 第２直動部材
３０，４０ 制御装置、３１，４１ 減算器
３２，４２ 荷重制御器、３３，４３ 加算器
３４，４４ サーボモータドライバ、４５ 出力フィルタ
１００ サーボプレス装置、ｗ ワーク、ＰＳ 電源

Claims (4)

1. モータ軸を備えるサーボモータと、前記サーボモータにより作動するプレス機構と、前記プレス機構のプレス荷重を検出するロードセルと、前記サーボモータのモータ軸の回転位置を検出する回転位置センサと、前記ロードセルおよび前記回転位置センサからの検出信号に基づき前記サーボモータに制御電力を供給する制御装置と、を備えるサーボプレス装置において、
   前記制御装置は、
   荷重指令信号と前記ロードセルからの荷重検出信号とに基づき、荷重偏差信号を演算する減算器と、
   前記荷重偏差信号に対応したプレス荷重を生ずべく、前記サーボモータのモータ軸を所定の角度回転させる回転制御信号を演算する荷重制御器と、
   前記回転制御信号と前記回転位置センサからの回転位置検出信号に基づき、前記サーボモータのモータ軸を所定の回転位置に向けて回転すべく回転位置指令信号を演算する加算器と、
   前記回転位置指令信号に対応する回転位置に前記サーボモータのモータ軸を回転すべく制御電力を前記サーボモータに供給するサーボモータドライバと、を備えることを特徴とするサーボプレス装置。
2. 請求項１に記載されたサーボプレス装置において、
   前記制御装置は、
   前記プレス機構の遅れ伝達特性を補償するフィルタ特性が構成され、前記フィルタ特性により前記回転位置指令信号を修正し、修正された修正回転位置指令信号を出力する出力フィルタを備え、
   前記サーボモータドライバは、
   前記修正回転位置指令信号に対応した回転位置に前記サーボモータのモータ軸を回転すべく制御電力を前記サーボモータに供給することを特徴とするサーボプレス装置。
3. 請求項３に記載されたサーボプレスにおいて、
   前記出力フィルタのフィルタ特性は、前記プレス機構の遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に構成されていることを特徴とするサーボプレス装置。
4. 請求項４に記載されたサーボプレスにおいて、
   前記出力フィルタのフィルタ特性は、前記プレス機構の遅れ伝達特性を２次遅れ系に近似した近似遅れ伝達特性の逆伝達特性に対応する特性に設定されていることを特徴とするサーボプレス装置。

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