JPWO2019208759A1 - ねじ締め装置用のサーボアンプ - Google Patents

Abstract

目標トルクを検出した位置にサーボモータを停止しやすいサーボアンプを提供するために、切替スイッチ（１０２）をフィルタ（１０１）とサーボ制御部（１０３）との間に設ける。切替スイッチ（１０２）は、トルク検出部（１０７）で測定された動作トルクが目標トルクを超えた際に、モータ位置検出部（１０６）で検出された位置情報を指令信号（Ｓ２）としてサーボ制御部（１０３）へ供給する。

Description

本開示は目標トルクでねじ締めを行うねじ締め装置用のサーボアンプに関する。

従来のねじ締め装置は、指令生成装置とサーボアンプとねじ締め機を有している。なお、ねじ締め機は、サーボモータを含み、サーボアンプからの指示信号によって回転駆動されている。さらに、サーボアンプは、トルク検出装置とサーボ制御部を含んでいる。また、サーボアンプと指令生成装置の間には、フィルタを含んでいる。

そして、指令生成装置が出力する指令は、フィルタを介してサーボ制御部へ供給されている。これによって、サーボ制御部は、整形後の指令に基づいてサーボモータを駆動制御する。そしてトルク検出装置が目標のトルクを達したことを検出した際に、サーボ制御部はサーボアンプに対して駆動停止を指令する。

特開昭５８−５１０８４号公報

しかしながら、前記従来のねじ締め装置用のサーボアンプは、指令生成装置からの指令をフィルタで整形している。一般的にフィルタは、コンデンサなどのような遅延素子を含んで構成されている。したがって、図４に示すように、指令生成装置からの指令Ｙ１と、フィルタを通過後の指令Ｙ２との間にはずれが生じる。よって、モータの回転位置は、指令生成装置からの指令信号で本来的に回転する位置よりも遅れる。したがって、モータの実際の停止は指令信号による本来の停止時間よりも遅れて停止する。すなわち、トルクが規定値に達したと検出した位置（回転角）よりもオーバーシュートした位置（角度）で停止する。したがって、ねじ山等に所定以上の力がかかり、その結果ねじ山等の破損につながる可能性を有するという課題を有している。

本開示は、この課題を解決するもので、目標トルクを検出した位置にサーボモータを停止しやすいサーボアンプを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本開示の一態様に係るねじ締め装置用サーボアンプは、モータ位置検出部と、フィルタと、サーボ制御部と、トルク検出部と、サーボ制御入力信号切替部とを有している。モータ位置検出部は、サーボモータの位置情報を検出する。フィルタには、指令生成装置の出力（指令情報）が供給される。サーボ制御入力信号切替部は、フィルタとサーボ制御部との間に設けられている。

サーボ制御部は、フィルタを通過した指令情報と位置情報とに基づいて設定された動作トルクで、サーボモータをサーボ制御する。トルク検出部は、動作トルクを測定する。

そして、サーボ制御入力信号切替部は、トルク検出部で測定された動作トルクが規定の目標トルクを超えた際に、モータ位置検出部で検出された位置情報を指令信号としてサーボ制御部へ供給する。

図１は、本開示の実施の形態１におけるサーボアンプを用いたねじ締め装置の回路ブロック図である。 図２は、本開示の実施の形態１における操作部の動作アルゴリズムを示すフローチャートである。 図３は、本開示の実施の形態１におけるサーボ制御部の指令とモータ位置との関係を示す説明図である。 図４は、指令生成装置からの指令信号とフィルタ後の指令との関係を示す説明図である。

以下本実施の形態におけるねじ締め装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１によるサーボアンプを用いたねじ締め装置の回路ブロック図である。図１において、ねじ締め装置１は、指令生成装置１００と、サーボアンプ１０と、ねじ締め部を含んでいる。指令生成装置１００は、生成した指令信号をサーボアンプ１０へと出力している。ねじ締め部は、サーボモータ１０４を含み、サーボモータ１０４はサーボアンプ１０の出力によって駆動制御される。そしてねじ締め部は、サーボモータ１０４の回転によってねじなどを締め付ける。なお、ねじ締め部は、たとえばトルクドライバである。

サーボモータ１０４には、エンコーダ１０５が付設されている。エンコーダ１０５は、サーボモータ１０４と一体化されている。エンコーダ１０５は、サーボモータ１０４の位置情報を検出している。エンコーダ１０５は、インクリメントタイプであり、可動子（図示せず）の角度を検知している。

サーボアンプ１０は、フィルタ１０１と、切替スイッチ（サーボ制御入力信号切替部）１０２と、サーボ制御部１０３と、モータ位置検出部１０６と、トルク検出部１０７とを有している。フィルタ１０１には、指令生成装置１００で生成された指令信号Ｓ１が入力される。指令信号Ｓ１は、フィルタ１０１を通過することにより、フィルタ１０１の減衰帯域の周波数の外乱ノイズなどが減衰する。トルク検出部１０７は、サーボモータ１０４の動作トルクを取得する。

切替スイッチ１０２は、フィルタ１０１とサーボ制御部１０３との間に設けられている。そして切替スイッチ１０２は、トルク検出部１０７で検出されたサーボモータ１０４のトルクがあらかじめ設定された目標トルクに達するまでの間、指令信号Ｓ２をサーボ制御部１０３へと供給する。

モータ位置検出部１０６は、エンコーダ１０５からサーボモータ１０４の位置情報を取得して、サーボ制御部１０３へと出力している。そして、サーボ制御部１０３は、入力された指令信号Ｓ２とモータ位置検出部１０６で検出された位置情報とをもとに、サーボモータ１０４を駆動する動作トルクを算出する。この結果、サーボ制御部１０３は、算出された動作トルクでサーボモータ１０４が駆動されるように、サーボモータ１０４のトルクを制御する。

トルク検出部１０７は、動作トルクを取得し、取得値が目標トルクを超えた場合に後述の操作部１０８にトルク検出信号を出力する。

ここで、切替スイッチ１０２は、トルク検出部１０７で測定されたサーボモータ１０４のトルクが目標トルクを超えた際に、モータ位置検出部１０６で検出された位置情報を指令信号Ｓ２としてサーボ制御部１０３へと供給する。この構成により、サーボ制御部１０３へ供給される指令信号Ｓ２とモータ位置検出部１０６で検出された位置情報とは同一の値となる。したがって、トルク検出部１０７で測定されたサーボモータ１０４のトルクが目標トルクを超えたことが検知されると、サーボ制御部１０３はモータ位置検出部１０６で検出した位置を保持するように、サーボモータ１０４を駆動する。

以上の構成により、指令生成装置１００の指令がフィルタ１０１を通過することによるサーボモータ１０４の制御の遅れの影響を抑制できる。したがって、目標トルクを検出した位置にサーボモータ１０４を停止しやすい。

次に、サーボアンプ１０についてさらに詳しく説明する。サーボアンプ１０は、さらに操作部１０８を有している。トルク検出部１０７は、測定したサーボモータ１０４の回転トルクが目標トルクを超えたことを検出した場合に、トルク検出信号を生成して、操作部１０８にトルク検出信号を出力している。そして、操作部１０８は、トルク検出信号を検知した際に、制御信号を切替スイッチ１０２へと供給する。そして、切替スイッチ１０２は、この制御信号が入力されると、モータ位置検出部１０６で検出された位置情報を指令信号Ｓ２としてサーボ制御部１０３へ供給する。

以上のようにして、サーボ制御部１０３はサーボモータ１０４を制御するが、サーボモータ１０４の回転トルクが目標トルクに到達した位置に、サーボモータ１０４を停止するためには、その位置を保持する必要がある。そのため、サーボアンプ１０は、さらにメモリ１０９を有している。そして、操作部１０８は、トルク検出信号を検知すると、メモリ１０９にモータ位置検出部１０６からの位置情報を停止目標位置として記憶する。さらに操作部１０８は、メモリ１０９に記憶された停止目標位置を読み出して、切替スイッチ１０２へと供給している。

この構成により、切替スイッチ１０２は、操作部１０８からの制御信号によって、メモリ１０９に記憶された停止目標位置を指令信号Ｓ２としてサーボ制御部１０３へと供給する。したがって、サーボ制御部１０３は、メモリ１０９に保存されたサーボモータ１０４の停止目標位置による指令信号Ｓ２と、現在のサーボモータ１０４の位置情報とが異なる場合、停止目標位置と現在の位置情報とをもとに算出した動作トルクでサーボモータ１０４をさらに駆動する。そしてサーボモータ１０４を駆動した結果、サーボ制御部１０３は、モータ位置検出部１０６から出力された位置情報によって、サーボモータ１０４が停止目標位置に到達したことを検知すると、サーボモータ１０４の駆動を停止する。なお、サーボ制御部１０３は、モータ位置検出部１０６から出力された位置情報が停止目標位置の近傍にまで到達したことを検知した場合に、サーボモータ１０４が停止目標位置に到達したと判定してもよい。この場合、サーボ制御部１０３は、モータ位置検出部１０６から出力された位置情報が停止目標位置から規定の範囲内であると判定した場合に、サーボモータ１０４が停止目標位置の近傍に到達したと判定する。

以上の構成により、サーボアンプ１０は、目標トルクの検出によりサーボモータ１０４の位置情報を停止目標位置としてメモリ１０９に記憶し、その位置（停止目標位置）を目標位置としてサーボモータ１０４を駆動し停止させる。これにより、指令生成装置１００の指令がフィルタ１０１を通過することによるサーボモータ１０４の制御の遅れの影響を抑制でき、目標トルクを検出した位置にサーボモータ１０４を停止しやすい。

図２は、サーボアンプ１０の動作アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。すなわち、サーボアンプ１０は、図２に示すように、まずトルク検出信号の有無を判断し（Ｓ１１）、トルク検出信号が無ければ（Ｓ１１：信号無し）、切替スイッチ１０２にフィルタ１０１後の指令を指定する（Ｓ１２）。トルク検出信号が有れば（Ｓ１１：信号有）、モータ位置情報を停止目標位置としてメモリ１０９に格納する（Ｓ１３）。そして、切替スイッチ１０２にメモリ１０９内の停止目標位置（メモリ位置情報）を指定し（Ｓ１４）、サーボモータ１０４の位置情報が停止目標位置近辺か否かを判断する（Ｓ１５）。サーボモータ１０４の位置情報が停止目標位置近辺でなければ（Ｓ１５：Ｎｏ）、処理Ｓ１５を継続し、サーボモータ１０４の位置情報が停止目標位置近辺であれば（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、サーボモータ１０４を停止する（Ｓ１６）。

図３は、サーボ制御部１０３の指令とサーボモータ１０４の位置情報（モータ位置）との関係を示す説明図である。すなわち、サーボアンプ１０によれば、動作トルクが目標トルクに達してトルク検出信号が発生すると、サーボ制御部１０３への指令Ｘ１は、そのときのサーボモータ１０４の位置Ｘ２に保持される。これにより、目標トルクを検出した位置にサーボモータ１０４を停止しやすい。

以上のように、本開示における技術の例示として、上記の実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、上記に限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、実施の形態で説明する各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

以上説明したように、第１の態様に係るねじ締め装置用のサーボアンプ（１０）は、モータ位置検出部（１０６）と、フィルタ（１０１）と、サーボ制御部（１０３）と、トルク検出部（１０７）と、サーボ制御入力信号切替部（切替スイッチ１０２）と、を有する。モータ位置検出部（１０６）は、サーボモータ（１０４）の位置情報を検出する。フィルタ（１０１）には、指令生成装置（１００）の出力が供給される。サーボ制御部（１０３）は、フィルタ（１０１）を通過した指令信号（Ｓ２）と位置情報とに基づいて設定された動作トルクで、サーボモータ（１０４）をサーボ制御する。トルク検出部（１０７）は、動作トルクを測定する。サーボ制御入力信号切替部は、フィルタ（１０１）とサーボ制御部（１０３）との間に設けられる。サーボ制御入力信号切替部は、トルク検出部（１０７）で測定された動作トルクが規定の目標トルクを超えた際に、モータ位置検出部（１０６）で検出された位置情報を指令信号（Ｓ２）としてサーボ制御部（１０３）へ供給する。

この態様によれば、サーボ制御部（１０３）は、サーボモータ（１０４）のトルクが規定値に到達したことを検出し、その際のサーボモータ（１０４）の位置情報が指令信号（Ｓ２）として供給されて、サーボモータ（１０４）を駆動、停止する。したがって、サーボモータ（１０４）は、フィルタ整形による影響を含む指令信号ではなく、サーボモータ（１０４）のトルクによって停止できる。したがって、サーボモータ（１０４）は、指令信号に対する制御の遅れの影響を受けにくくなる。その結果、サーボ制御部（１０３）は、正確な停止位置でサーボモータ（１０４）の回転を停止させやすくなる。

第２の態様に係るねじ締め装置用のサーボアンプ（１０）は、第１の態様において、トルク検出信号の入力を検知した際に、制御信号をサーボ制御入力信号切替部に供給する操作部（１０８）を、さらに有する。トルク検出部（１０７）は、測定された動作トルクが目標トルクを超えた場合にトルク検出信号を生成する。

第３の態様に係るねじ締め装置用のサーボアンプ（１０）では、第２の態様において、サーボ制御入力信号切替部は、操作部（１０８）からの制御信号によって、指令信号（Ｓ２）と位置情報とのいずれかをサーボ制御部（１０３）へ出力する。

第４の態様に係るねじ締め装置用のサーボアンプ（１０）では、第１〜３のいずれかの態様において、サーボ制御部（１０３）は、指令信号（Ｓ２）と位置情報との差に基づいてサーボモータ（１０４）を制御する。

第５の態様に係るねじ締め装置用のサーボアンプ（１０）は、第２又は３の態様において、モータ位置検出部（１０６）で検出した位置情報を格納するメモリ（１０９）をさらに有する。操作部（１０８）は、トルク検出信号を検知した場合、動作トルクが目標トルクに達した際の位置情報を、メモリ（１０９）からサーボ制御入力信号切替部へと供給する。

第２〜５の態様に係る構成は、ねじ締め装置用のサーボアンプ（１０）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

本開示のねじ締め装置用アンプは、精度良くサーボモータの位置を停止制御することができるので、トルク法で停止位置を決定する自動ねじ締め装置や自動線処理機等の用途にも適用できる。

１０ サーボアンプ
１００ 指令生成装置
１０１ フィルタ
１０２ 切替スイッチ（サーボ制御入力信号切替部）
１０３ サーボ制御部
１０４ サーボモータ
１０５ エンコーダ
１０６ モータ位置検出部
１０７ トルク検出部
１０８ 操作部
１０９ メモリ
Ｓ２ 指令信号

Claims (5)

1. サーボモータの位置情報を検出するモータ位置検出部と、
   指令生成装置の出力が供給されるフィルタと、
   前記フィルタを通過した指令信号と前記位置情報とに基づいて設定された動作トルクで、前記サーボモータをサーボ制御するサーボ制御部と、
   前記動作トルクを測定するトルク検出部と、
   前記フィルタと前記サーボ制御部との間に設けられ、前記トルク検出部で測定された前記動作トルクが規定の目標トルクを超えた際に、前記モータ位置検出部で検出された位置情報を前記指令信号として前記サーボ制御部へ供給するサーボ制御入力信号切替部と、を有した、
   ねじ締め装置用のサーボアンプ。
2. トルク検出信号の入力を検知した際に、制御信号を前記サーボ制御入力信号切替部に供給する操作部を、さらに有し、
   前記トルク検出部は、測定された前記動作トルクが前記目標トルクを超えた場合に前記トルク検出信号を生成する、
   請求項１記載のねじ締め装置用のサーボアンプ。
3. 前記サーボ制御入力信号切替部は、前記操作部からの前記制御信号によって、前記指令信号と前記位置情報とのいずれかを前記サーボ制御部へ出力する、
   請求項２記載のねじ締め装置用のサーボアンプ。
4. 前記サーボ制御部は、指令信号と前記位置情報との差に基づいて前記サーボモータを制御する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のねじ締め装置用のサーボアンプ。
5. 前記モータ位置検出部で検出した位置情報を格納するメモリをさらに有し、
   前記操作部は、前記トルク検出信号を検知した場合、前記動作トルクが前記目標トルクに達した際の前記位置情報を、前記メモリから前記サーボ制御入力信号切替部へと供給する、
   請求項２又は３に記載のねじ締め装置用のサーボアンプ。

Images