JP5940106B2 - サーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、偏心軸を介して回転運動を直線運動に変換する偏心機構によって、サーボモータの回転をスライドの往復直線運動に変換してプレス加工を行うサーボプレス機械及びその制御方法に関する。

サーボプレス機械では、スライド位置が指令通りに動くようにスライドを駆動するサーボモータの制御を行う。特許文献１に開示された制御装置では、モータからスライドへのリンク機構をもつ駆動系において、スライド位置に応じて位置制御ゲインを補正し、スライド位置によらず、スライド位置を精度良く保つように制御している。また、特許文献２では、複数のモータで駆動するサーボプレスにおいて、位置指令に対する２つのモータの位置偏差を監視し、偏差が大きいほうのモータの位置ループゲイン、速度ループゲインを大きくして位置偏差を小さくしている。また、特許文献３では、制御の応答性能を部分的に向上させることによりプレスの最大負荷にモータトルクを追従させている。

特開２００３−３０５５９９号公報 特開２０００−２１０７９５号公報 特開２００１−３００７９９号公報

サーボプレスでは、制御性を上げスライドの位置指令に対して追従性を良くすることが求められている。一方、プレス負荷の瞬間でも位置指令に対応させるために、負荷トルクに見合うトルクが必要であり、制御系の応答確保も必要である。このとき、モータ軸トルクに換算した負荷トルクと同等のトルクがモータに要求される。このために、サーボプレスではモータの所要トルクが大きくなり、モータが大型化する。このような状況を改善するために、特許文献３に開示された技術では、部分的に応答性を向上させ、モータトルクを加工の瞬間に合わせて増大させている。この場合も、瞬間的にではあるがモータの出力トルクが大きくなるため、モータや電力供給装置と電力平滑装置を含む制御装置の体格を低減するには不十分である。また、モータトルクの瞬間的増大に起因する制御装置の不具合発生や電力機器の寿命に関する配慮が不十分である。

一方で、機械的効率とトルク伝達の堅牢性の観点から、サーボモータを直接或いは複数のギヤを介してクランク軸（或いはエキセントリック軸）に接続することが望ましい。このような構成では、サーボモータの配置の自由度が少なくなる。また、サーボプレスの高さや幅は、サーボプレスを設置する場所の天井高さや床面積により制限される。サーボモータとその制御装置は点検作業や保守作業が難しい場所に配置される傾向にある。従って、サーボプレス上でのサーボモータの配置の問題と、サーボプレスの設置場所からの制限を適切に満足させるためには、サーボモータと制御装置は小型でかつ不具合発生率が低く寿命が長くなければならない。

以上のように、従来技術では、負荷トルクの観点からは、サーボモータと制御装置の大型化が望ましく、また、それらの不具合発生率の増大と寿命の短期化が懸念される。一方で、サーボプレスの設置の観点からはサーボモータと制御装置の小型化と不具合発生率の低減と寿命の長期化が望ましいという、相反する課題があった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スライドの追従性を維持しつつサーボモータを小型化することが可能なサーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法を提供することにある。

（１）本発明に係るサーボプレス機械は、
回転運動を直線運動に変換する偏心機構によって、サーボモータの回転をスライドの往復直線運動に変換してプレス加工を行うサーボプレス機械であって、
前記スライドが加工領域の少なくとも一部を含む領域を下降している第１の動作区間であるか、前記第１の動作区間以外の第２の動作区間であるかを判定する判定部と、
前記サーボモータの速度制御を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記第１の動作区間であるときには、前記第２の動作区間であるときよりも速度制御系の応答を低下させることを特徴とする。

また本発明に係るサーボプレス機械の制御方法は、
回転運動を直線運動に変換する偏心機構によって、サーボモータの回転をスライドの往復直線運動に変換してプレス加工を行うサーボプレス機械の制御方法であって、
前記スライドが加工領域の少なくとも一部を含む領域を下降している第１の動作区間であるか、前記第１の動作区間以外の第２の動作区間であるかを判定する判定手順と、
前記サーボモータの速度制御を行う制御手順と、を有し、
前記制御手順では、
前記第１の動作区間であるときには、前記第２の動作区間であるときよりも速度制御系の応答を低下させることを特徴とする。

本発明によれば、プレス負荷の大きい第１の動作区間であるときには、第２の動作区間にあるときよりも速度制御系の応答を低下させて、サーボモータやスライド等の駆動系の慣性力を積極的に利用することで、サーボモータの最大トルクを低減してサーボモータを小型化・小容量化することができる。また、速度制御の応答を低下させるだけであるから、スライドの実動作が指令から大きく逸脱することはなく、更に、第１の動作区間以外の第２の動作区間では速度制御の応答性が維持されるため、スライド位置の追従性を維持することができる。

（２）本発明に係るサーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法では、
前記制御部は（前記制御手順では）、
前記速度制御系のゲインを変更することで、前記速度制御系の応答を低下させてもよい。

（３）本発明に係るサーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法では、
前記制御部は（前記制御手順では）、
前記サーボモータのトルク指令値の制限値又は前記速度制御系のフィルタ時定数を変更することで、前記速度制御系の応答を低下させてもよい。

（４）本発明に係るサーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法では、
前記判定部は（前記判定手順では）、
前記偏心機構が有する偏心軸の回転角度、前記サーボモータの回転角度、前記サーボモータのトルク指令値、前記サーボモータの電流値、又は前記サーボモータを駆動するインバータの直流電圧値に基づいて、前記第１の動作区間であるか前記第２の動作区間であるかを判定してもよい。

（５）本発明に係るサーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法では、
前記制御部は（前記制御手順では）、
前記速度制御系の応答を徐々に変化させてもよい。

本発明によれば、速度制御系の応答を変化させたときの、スライドの動作の滑らかさに与える影響を少なくすることができる。

（６）本発明に係るサーボプレス機械及びサーボプレス機械の制御方法では、
前記制御部は（前記制御手順では）、
前記第１の動作区間であるときに、速度偏差が所定値を超えた場合には、前記速度制御系の応答を回復させてもよい。

本発明によれば、第１の動作区間においても過大な速度偏差が発生することを防止することができ、スライド位置の追従性を維持することができる。

第１の実施の形態に係るサーボプレス機械の構成を示す模式図。 第１の実施の形態に係るサーボプレス機械の制御装置の構成を示すブロック図。 第１の動作区間及び第２の動作区間について説明するための図。 第１の実施の形態に係るサーボプレス機械の速度制御部（制御部）の構成を示すブロック図。 第１の動作区間における動作を示す図。 第２の実施の形態に係るサーボプレス機械の速度制御部（制御部）の構成を示すブロック図。 第３の実施の形態に係るサーボプレス機械の速度制御部（制御部）の構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るサーボプレス機械の構成を示す模式図である。

サーボプレス機械１は、偏心機構１８によってサーボモータ１０の回転をスライド２２の上下往復運動に変換し、スライド２２の上下往復運動を利用してワーク（図示省略）に対してプレス加工を施すことができる。ここで、サーボプレス機械１は、スライド２２が上死点側から下死点側へ向かう下降動作領域と、下死点側から上死点側へ向かう上昇動作領域とを有し、下降動作領域においてプレス加工を行う。

サーボプレス機械１は、サーボモータ１０、モータエンコーダ１１、ドライブシャフト１２、ドライブギヤ１４、偏心機構１８、クランクエンコーダ２０、スライド２２、ボルスタ２４、制御装置１００、モーション指令部１０１を有する。

サーボモータ１０には、交流サーボモータ、例えば、本実施形態で採用する永久磁石を用いた同期モータに限らず、誘導モータ、リラクタンスモータ、直流サーボモータなどを採用することができる。

サーボモータ１０の回転軸にはドライブシャフト１２が接続され、ドライブシャフト１
２にはドライブギヤ１４が接続される。ドライブギヤ１４にはメインギヤ１６が噛み合わされ、メインギヤ１６にはクランクシャフト１９（偏心軸の一例）が接続される。クランクシャフト１９とコネクティングロッド２１とで偏心機構１８が形成される。偏心機構１８は、回転運動を往復直線運動に変換する機構であり、偏心機構１８によって、コネクティングロッド２１に接続されたスライド２２は、静止側のボルスタ２４に対して昇降可能になる。スライド２２には上金型２３が装着され、ボルスタ２４には下金型２５が装着される。

偏心機構１８には、クランク軸を有するクランク機構に限らず、エキセントリック軸を有するクランク機構を採用することができる。また、偏心機構１８として、プレス機械に用いられている公知のスライド駆動機構、例えば、ナックル機構、リンク機構等による倍力機構を用いることができる。また、メインギヤと一体となった偏心板を有する偏心機構を用いることもできる。

スライド２２の位置や速度は、図示しない入力装置によって、モーション指令部１０１に入力される。モーション指令部１０１では、スライド位置や速度の指令からモータの回転位置指令値が演算され、サーボモータ１０の時々刻々の回転位置指令が制御装置１００に出力される。制御装置１００は、モーション指令部１０１からの回転位置指令に基づいて、サーボモータ１０の回転位置、回転速度及び電流の制御を行う。サーボモータ１０の回転位置は、サーボモータ１０に取り付けられたモータエンコーダ１１で検出され、また、クランクシャフト１９の回転位置は、クランクシャフト１９に取り付けられたクランクエンコーダ２０で検出され、それぞれの検出値は制御装置１００に出力される。

このように、サーボプレス機械１では、サーボモータ１０の回転位置を制御して、指令したスライド位置に対応するように動作が制御される。

図２は、制御装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置１００は、位置制御部１１０、速度制御部１２０、電流制御部１３０、ＰＷＭ制御部１４０、速度検出部１５０、インバータ１６０、交流電源１６２、電源コンバータ１６４、エネルギー蓄積装置１６６、判定部１７０を含む。

位置制御部１１０は、モーション指令部１０１からの時々刻々の回転位置指令と、モータエンコーダ１１からの位置信号との偏差に応じて働き、サーボモータ１０の回転速度指令を出力する。速度制御部１２０（本発明の制御部に相当）は、位置制御部１１０からの回転速度指令と、速度検出部１５０からの速度信号（速度検出値）との偏差に応じて働き、サーボモータ１０のトルク指令（電流指令）を出力する。速度検出部１５０は、モータエンコーダ１１からの位置信号の微分（或いは、単位時間内での位置の変化）から速度を演算して出力する。また、速度制御部１２０は、後述するように判定部１７０からの信号に応じて速度制御系の応答を低下させる制御を行う。第１の実施の形態に係るサーボプレス機械では、速度制御ゲインを可変させることで、速度制御系の応答を低下させる。

電流制御部１３０は、速度制御部１２０からの電流指令（トルク指令）と、図示しないモータ電流検出部からの信号との偏差に応じて働き、サーボモータ１０の入力電圧を指令する電圧指令を演算して出力する。ＰＷＭ制御部１４０は、電流制御部１３０からの電圧指令に応じて、インバータ１６０のパワー素子をオンオフするＰＷＭ信号を出力する。インバータ１６０は、ＰＷＭ制御部１４０からのＰＷＭ信号に応じて動作し、サーボモータ１０に可変電圧、可変周波数の交流電圧を供給する。サーボモータ１０が交流モータの場合、電流制御部１３０を２成分に分けて制御する手法（ベクトル制御によるモータのトルク制御）を採用してもよい。

交流電源１６２からの交流電圧は、電源コンバータ１６４により直流電圧に変換される。電源コンバータ１６４の直流出力は、直流母線を介してインバータ１６０に供給されるとともに、エネルギー蓄積装置１６６にも供給される。サーボモータ１０がプレス時など大きな瞬時電力を必要とするとき、エネルギー蓄積装置１６６から所要エネルギーの大部分が供給される。また、エネルギー蓄積装置１６６は、サーボモータ１０からの回生電力を蓄積する。エネルギー蓄積装置１６６を備えることにより、交流電源１６２から受ける電力を平滑化することができる。電源コンバータ１６４は、単に整流器で構成してもよいし、インバータと同じ構成の可逆ＰＷＭコンバータで構成してもよい。また、整流器とＤＣ／ＤＣコンバータの構成として定電圧直流電源の構成としてもよい。エネルギー蓄積装置１６６は、二次電池、電解コンデンサ、電気二重奏キャパシタなどで構成することができる。このとき、上述のエネルギー蓄積要素を、直流母線に直接接続してもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続してもよい。

次に、判定部１７０からの信号に基づく速度制御ゲインの可変制御について詳述する。

判定部１７０は、クランクエンコーダ２０からの位置信号（クランクシャフト１９の回転角度）に基づいて、スライド２２が加工領域を下降している第１の動作区間であるか、第１の動作区間以外の第２の動作区間であるかを判定する。ここで、加工領域とは、プレス負荷がかかる領域をいう。すなわち、スライド２２が加工領域を下降している第１の動作区間とは、例えば、スライド２２に装着された上金型２３がワークに接触してからスライド２２が下死点に到達するまでの動作区間をいう。

例えば、図３において、スライド２２の位置が図中Ｐの位置となったときに、上金型２３がワークに接触する場合を考えると、スライド２２が位置Ｐから下死点まで下降する動作区間が第１の動作区間Ｓ_１となり、それ以外の動作区間、すなわちスライド２２が上死点から位置Ｐまで下降する動作区間と、下死点から上死点まで上昇する動作区間とが第２の動作区間Ｓ_２となる。ここでは、位置Ｐと下死点間の領域が加工領域となるが、第１の動作区間Ｓ_１は、加工領域に厳密に対応する動作区間でなくてもよく、スライド２２が加工領域の少なくとも一部を含む領域を下降する動作区間であればよい。

クランクエンコーダ２０からの位置信号からスライド位置が分かるから、プレス負荷がかかる角度の範囲（第１の動作区間）であるか、そうでない（第２の動作区間）かを判定することができる。例えば、サーボプレス機械１にスライドモーションを入力する際にプレス負荷がかかる動作区間（第１の動作区間）は分かるから、この情報を判定部１７０で記憶しておく。そして、判定部１７０は、クランクエンコーダ２０からの位置信号（角度信号）と記憶した情報とを照合して、第１の動作区間であると判定した場合には、第１の動作区間である旨の信号を速度制御部１２０に出力し、第２の動作区間である（第１の動作区間でない）と判定した場合には、第２の動作区間である旨の信号を速度制御部１２０に出力する。なお、当該信号を出力してから速度制御の応答が変更されるまでに要する応答時間を考慮して、第１の動作区間になる直前に第１の動作区間である旨の信号を出力し、第２の動作区間になる直前に第２の動作区間である旨の信号を出力してもよい。このようにすると、プレス負荷がかかる位置のばらつきに備えることも可能になる。

速度制御部１２０は、判定部１７０からの信号に基づいて、速度制御ゲインを可変させる。すなわち、速度制御部１２０は、第１の動作区間では速度制御ゲインを通常値よりも小さくし、第２の動作区間では速度制御ゲインを通常値とする。

図４は、速度制御部１２０の構成を示すブロック図である。速度制御部１２０は、減算部２００、掛算部２０２、比例部２０４、積分部２０５、加算部２０６、リミッタ部２１０、ゲイン設定部２２０、フィルタ部２３０を含む。ここでは、速度制御系を比例積分制
御（ＰＩ制御）とした構成を例にとって説明する。

減算部２００は、位置制御部１１０からの速度指令値と速度検出部１５０からの速度検出値との偏差を演算し速度偏差を求める。ゲイン設定部２２０は、速度制御系のゲインを設定する。ゲイン設定部２２０は、判定部１７０からの信号に基づいて、第１の動作区間と第２の動作区間それぞれに適する値を出力する。ゲイン設定部２２０からの速度制御ゲインを決める出力信号は、フィルタ部２３０を介して、掛算部２０２に与えられる。掛算部２０２では、ゲイン設定部２２０からの出力値が減算部２００からの出力値（速度偏差）と掛け算され、速度制御系のループゲインが決定される。すなわち、ゲイン設定部２２０からの出力値により速度制御系の応答が決定される。掛算部２０２からの出力値は比例部２０４と積分部２０５で演算され、加算部２０６で加算されて、比例積分制御が実施される。加算部２０６からの出力値は、リミッタ部２１０により所定範囲に制限され、リミッタ部２１０からトルク指令値として電流制御部１３０に出力される。

判定部１７０から第１の動作区間（プレス負荷区間）である旨の信号が出力されると、ゲイン設定部２２０からは、第１の動作区間に対応する速度制御応答になるようなゲインが出力される。すなわち、第１の動作区間では、それ以外の動作区間（第２の動作区間）より速度制御応答を下げるような値が出力される。また、判定部１７０から第２の動作区間である旨の信号が出力されると、ゲイン設定部２２０からのゲイン値は通常値に戻される（ゲイン設定部２２０から通常値が出力される）。ゲイン値を急変させると動作の滑らかさに影響が出るため、ゲイン値が滑らかに変わるように（速度制御応答が徐々に変化するように）、ゲイン設定部２２０からのゲイン値はフィルタ部２３０を通して掛算部２０２に与えられる。なお、速度制御の応答性の変化量は、回転数の変動が３０％以内に収まるようにすることがプレス加工の性能上望ましく、設定されたスピードで連続運転できる程度に収まればよい。少なくとも回転が維持できる程度を限界とし、停止させない値を設計的に選択してもよい。

速度制御部１２０は、速度偏差判定部２４０を更に含んでもよい。速度偏差判定部２４０は、減算部２００からの出力値である速度偏差が過大か（所定値を超えたか）否かを判定し、速度偏差が過大である場合には、速度偏差が過大である旨の信号をゲイン設定部２２０に出力する。なお、速度偏差が過大か否かの判定においては所定の遅延を施し、これにより、プレス負荷がかかった（第１の動作区間に移行した）直後に速度偏差が過大であると判定されないようにしている。速度制御部１２０が速度偏差判定部２４０を含む場合、ゲイン設定部２２０は、判定部１７０からの信号と速度偏差判定部２４０からの信号とに応じて速度制御系のゲインを設定する。すなわち、判定部１７０から第１の動作区間である旨の信号が出力され、且つ、速度偏差判定部２４０から速度偏差が過大である旨の信号が出力された場合には、ゲイン設定部２２０からのゲイン値は通常値に戻され、速度制御系の応答を第２の動作区間であるときの応答に回復させる。このようにすると、第１の動作区間においても過大な速度偏差が発生することを防止することができる。

ここでは、掛算部２０２を用いて速度偏差にゲイン値を掛け合わせることで、速度制御ゲインを可変制御する場合を例にとって説明したが、比例部２０４の比例ゲインや積分部２０５の積分ゲインの両方或いは一方を直接変更することで、速度制御ゲインを可変制御してもよい。また、速度制御系を比例積分制御として構成した場合を例にとって説明したが、他の制御構成、例えばＩＰ制御などにも適用することができる。また、判定部１７０がクランクエンコーダ２０からの信号に基づき動作区間の判定を行う場合を例にとって説明したが、ドライブギヤ１４とメインギヤ１６のギヤ比を考慮すれば、ドライブシャフト１２の回転角度からもクランクシャフト１９の回転角度が分かるため、モータエンコーダ１１からの信号に基づき動作区間の判定を行ってもよい。

図５は、第１の動作区間（プレス負荷区間）における動作を示す図である。図５（Ａ）は、従来の制御（スライド位置が常時指令に追従するように速度制御ゲインを選定し、そのゲインを常に一定にする制御）を行った場合のプレス負荷時の動作波形を示し、図５（Ｂ）は、本実施形態の制御（第１の動作区間で速度制御ゲインを下げる制御）を行った場合のプレス負荷時の動作波形を示す。偏心機構を有するプレス機械では、トルクが一定の場合、スライド位置が下死点に近づくほど大きな加圧力（荷重）を発生できる。そのため、プレス負荷時の負荷トルクは、スライド位置が下死点に近づくほど小さくなり、図５に示す例では、ほぼ三角波上となっている。

本実施形態の制御では、速度制御ゲインを下げるため、モータ速度は指令への追従性が低下し、負荷トルクの影響を受けて、モータ速度が低下する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、トルク指令の発生は負荷トルクに対応するのが遅くなり、モータトルク（サーボモータ１０のトルク）の最大値が低下する。プレス負荷の発生時（プレス負荷区間の冒頭）では、モータトルクが十分に立ち上がってきていない（負荷トルクに対応するモータトルクが発生していない）ため、サーボモータ１０やスライド２２等の駆動系の慣性力でスライド２２が駆動される。すなわち、速度制御ゲインを下げることで、駆動系の慣性力が活かされる（慣性力を利用した）駆動となる。その後、モータトルクが立ち上がってくるものの、駆動系の慣性力によってスライド位置が下死点に近づくにつれて、負荷トルクが下がっていくため、モータトルクの最大値は低く抑えられることになる。従来の制御を行った場合のモータトルクの最大値は図５（Ａ）に示すＴｍａとなり、本実施形態の制御を行った場合のモータトルクの最大値は図５（Ｂ）に示すＴｍｂとなる。これらの比較から、速度制御ゲインを低下させると、サーボモータの最大トルクを低減できることが分かる。

なお、プレス負荷区間においても速度制御系は動作しているため、モータ速度が所望範囲を大きく外れることは無い。位置制御を干渉しない程度ならば速度制御の応答だけ低下させればよく、位置制御との干渉が問題となる場合には、位置制御の応答も低下させる。

ゲイン設定部２２０で設定するゲイン値（第１の動作区間での値と、第２の動作区間での値）は、負荷トルクの大きさやモータ速度によってそれぞれ適切に設定してもよい。また、第１の動作区間内において適宜変更するように設定してもよい。

本実施形態のサーボプレス機械によれば、プレス負荷の大きい第１の動作区間であるときに、速度制御ゲイン（速度制御系の応答）を低下させて、サーボモータ１０やスライド２２等の駆動系の慣性力を積極的に利用して駆動することで、サーボモータ１０の最大トルクを低減してサーボモータ１０を小型化・小容量化することができる。更に、サーボモータ１０の最大トルクを低減できることは、所要エネルギーも低減できることになり、インバータ１６０や交流電源１６２、電源コンバータ１６４、エネルギー蓄積装置１６６の小容量化、小型化も可能となる。特に、入出力エネルギーの変化の大きさが装置の大きさと不具合の発生率に大きく影響するエネルギー蓄積装置１６６では、その小型化と不具合の低減が図れる。急峻なエネルギーの出し入れが少なくなることでエネルギー蓄積装置１６６の長寿命化が図れる。また、第１の動作区間においても速度制御系は動作しているため、モータ速度が指令から大きく逸脱することはなく、また、第２の動作区間では、速度制御ゲインは適切に設定されるため、精度の良いスライド位置の制御を行うことができる。すなわち、本実施形態のサーボプレス機械によれば、スライド２２の追従性を維持しつつサーボモータ１０を小型化することができる。

上記実施例では、判定部１７０が、クランクエンコーダ２０（或いは、モータエンコーダ１１）からの信号に基づいて第１の動作区間であるか第２の動作区間であるかを判定する場合について説明したが、動作区間の判定手法はこれに限られない。例えば、モーショ
ン指令部１０１内で演算するクランク軸の角度や、クランク軸の角度と等価な角度信号に基づき動作区間の判定を行ってもよい。また、速度制御部１２０が出力するトルク指令値や、サーボモータ１０の電流値、モータ速度、インバータ１６０に供給される直流電圧値に基づいて、動作区間の判定を行ってもよい。この場合、トルク指令値或いは電流値が変化或いは所定値を超えた場合、モータ速度が急激に低下した場合、或いは直流電圧が急変或いは所定値以下となった場合に、第１の動作区間になったと判定することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係るサーボプレス機械の速度制御部の構成を示すブロック図である。図６において、図４の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。第２の実施の形態に係る速度制御部は、トルク指令値の制限値を可変させることで、速度制御系の応答を低下させる。

図６に示す速度制御部１２０は、リミッタ値設定部２５０を含む。判定部１７０からの信号はリミッタ値設定部２５０に入力される。リミッタ値設定部２５０は、判定部１７０からの信号に基づいて、リミッタ部２１０での制限値（トルク指令値の制限値）を変更する。

判定部１７０から第１の動作区間（プレス負荷区間）である旨の信号が出力されると、リミッタ値設定部２５０からは、第１の動作区間に対応するトルク制限値になるような制限値が出力される。すなわち、第１の動作区間では、それ以外の動作区間（第２の動作区間）よりトルク指令の最大値の絶対値を下げるような値が出力される。また、判定部１７０から第２の動作区間である旨の信号が出力されると、リミッタ値設定部２５０からの制限値は通常値に戻される（リミッタ値設定部２５０から通常値が出力される）。

リミッタ値設定部２５０の動作により、第１の動作区間ではサーボモータ１０の最大トルクが制限され、負荷トルクに対応するモータトルクが出なくなる。このことは、速度制御系の応答が低下することと等価である。なお、制限値を急変させると動作の滑らかさに影響が出るため、制限値が滑らかに変わるように（速度制御応答が徐々に変化するように）動作させる。

図６に示す速度制御部１２０は、速度偏差判定部２４０を更に含んでもよい。この場合、リミッタ値設定部２５０は、判定部１７０からの信号と速度偏差判定部２４０からの信号とに応じて制限値を設定する。すなわち、判定部１７０から第１の動作区間である旨の信号が出力され、且つ、速度偏差判定部２４０から速度偏差が過大である旨の信号が出力された場合には、リミッタ値設定部２５０からの制限値は通常値に戻され、速度制御系の応答を第２の動作区間であるときの応答に回復させる。このようにすると、第１の動作区間においても過大な速度偏差が発生することを防止することができる。なお第１の実施の形態と同様に、速度偏差が過大か否かの判定においては所定の遅延を施し、これにより、プレス負荷がかかった（第１の動作区間に移行した）直後に速度偏差が過大であると判定されないようにしている。

第２の実施形態の手法では、速度制御ゲインを直接変更しないため、速度制御系の安定性に影響を与えない。第２の実施の形態のように構成しても、第１の実施の形態と同様の技術的効果を奏する。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係るサーボプレス機械の速度制御部の構成を示すブロック図である。図７において、図４の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。第３の実施の形態に係る速度制御部は、速度制御系のフィルタ時定数
を可変させることで、速度制御系の応答を低下させる。

図７に示す速度制御部１２０は、フィルタ２６０（１次フィルタ）と、時定数設定部２７０を含む。判定部１７０からの信号は時定数設定部２７０に入力される。時定数設定部２７０は、判定部１７０からの信号に基づいて、トルク指令（電流指令）を出力する際のフィルタ２６０の時定数を変更する。プレス負荷がかかる前はサーボモータ１０のトルク（モータトルク）は小さく、プレス負荷が加わるとそれに応じてモータトルクが増加するので、第１の動作区間ではフィルタ２６０によりトルク指令が急激に増加することを抑制する。

判定部１７０から第１の動作区間（プレス負荷区間）である旨の信号が出力されると、時定数設定部２７０からは、第１の動作区間に対応するトルク指令を出すときのフィルタ２６０の時定数Ｔが出力される。すなわち、第１の動作区間では、それ以外の動作区間（第２の動作区間）より長い時定数Ｔが出力される。また、判定部１７０から第２の動作区間である旨の信号が出力されると、時定数設定部２７０からの時定数Ｔは通常値に戻される（時定数設定部２７０から通常値が出力される）。第２の動作区間では、フィルタ２６０をノイズを防止する程度のフィルタとして動作させるための短い時定数Ｔが出力され、第１の動作区間では、フィルタ２６０をトルク指令の急変を抑制するフィルタとして動作させるために必要な長さの時定数Ｔが出力される。

フィルタ２６０と時定数設定部２７０の動作により、第１の動作区間ではサーボモータ１０のトルクの急激な増加が抑制され、負荷トルクに対応するモータトルクが出なくなる。このことは、速度制御系の応答が低下することと等価である。なお、ここでは、フィルタ２６０を１次遅れとして構成したが、他の構成としてもよい。

図７に示す速度制御部１２０は、速度偏差判定部２４０を更に含んでもよい。この場合、時定数設定部２７０は、判定部１７０からの信号と速度偏差判定部２４０からの信号とに応じて時定数Ｔを設定する。すなわち、判定部１７０から第１の動作区間である旨の信号が出力され、且つ、速度偏差判定部２４０から速度偏差が過大である旨の信号が出力された場合には、時定数設定部２７０からの時定数Ｔは通常値に戻され、速度制御系の応答を第２の動作区間であるときの応答に回復させる。このようにすると、第１の動作区間においても過大な速度偏差が発生することを防止することができる。なお第１の実施の形態と同様に、速度偏差が過大か否かの判定においては所定の遅延を施し、これにより、プレス負荷がかかった（第１の動作区間に移行した）直後に速度偏差が過大であると判定されないようにしている。

第３の実施形態の手法では、速度制御部１２０の出力側にフィルタを設けているため、スライド２２の滑らかな動作を実現できる。第３の実施の形態のように構成しても、第１の実施の形態と同様の技術的効果を奏する。

なお、上記のように本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。

１ サーボプレス機械、１０ サーボモータ、１１ モータエンコーダ、１２ ドライブシャフト、１４ ドライブギヤ、１６ メインギヤ、１８ 偏心機構、１９ クランクシャフト（偏心軸）、２０ クランクエンコーダ、２１ コネクティングロッド、２２ スライド、２３ 上金型、２４ ボルスタ、２５ 下金型、１００ 制御装置、１０１ モーション指令部、１１０ 位置制御部、１２０ 速度制御部（制御部）、１３０ 電流制御部、１４０ ＰＷＭ制御部、１５０ 速度検出部、１６０ インバータ、１６２ 交流電源、１６４ 電源コンバータ、１６６ エネルギー蓄積装置、１７０ 判定部、２００ 減算部、２０２ 掛算部、２０４ 比例部、２０５ 積分部、２０６ 加算部、２１０ リミッタ部、２２０ ゲイン設定部、２３０ フィルタ部、２４０ 速度偏差判定部、２５０ リミッタ値設定部、２６０ フィルタ、２７０ 時定数設定部

Claims (7)

1. 回転運動を直線運動に変換する偏心機構によって、サーボモータの回転をスライドの上下往復直線運動に変換してプレス加工を行うサーボプレス機械であって、
   前記スライドが加工領域の少なくとも一部を含む領域を下降している第１の動作区間であるか、前記第１の動作区間以外であって前記スライドが上昇する動作区間を含む第２の動作区間であるかを判定する判定部と、
   前記サーボモータの速度制御を行う制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の動作区間であるときに低下させた速度制御系の応答を、前記第２の動作区間では上昇させることを特徴とするサーボプレス機械。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、
   前記速度制御系のゲインを変更することで、前記速度制御系の応答を低下させることを特徴とするサーボプレス機械。
3. 請求項１において、
   前記制御部は、
   前記サーボモータのトルク指令値の制限値又は前記速度制御系のフィルタ時定数を変更することで、前記速度制御系の応答を低下させることを特徴とするサーボプレス機械。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記判定部は、
   前記偏心機構が有する偏心軸の回転角度、前記サーボモータの回転角度、前記サーボモータのトルク指令値、前記サーボモータの電流値、又は前記サーボモータを駆動するインバータの直流電圧値に基づいて、前記第１の動作区間であるか前記第２の動作区間であるかを判定することを特徴とするサーボプレス機械。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、
   前記制御部は、
   前記加工領域を前記スライドが下降しているときは、前記スライドが前記加工領域に入る前に下降しているときよりも、前記速度制御系の応答を低下させることを特徴とするサーボプレス機械。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   前記制御部は、
   前記第１の動作区間であるときに、速度偏差が所定値を超えた場合には、前記速度制御系の応答を回復させることを特徴とするサーボプレス機械。
7. 回転運動を直線運動に変換する偏心機構によって、サーボモータの回転をスライドの上下往復直線運動に変換してプレス加工を行うサーボプレス機械の制御方法であって、
   前記スライドが加工領域の少なくとも一部を含む領域を下降している第１の動作区間であるか、前記第１の動作区間以外であって前記スライドが上昇する動作区間を含む第２の動作区間であるかを判定する判定手順と、
   前記サーボモータの速度制御を行う制御手順と、を有し、
   前記制御手順では、
   前記第１の動作区間であるときに低下させた速度制御系の応答を、前記第２の動作区間では上昇させることを特徴とするサーボプレス機械の制御方法。