(57)【要約】【課題】荷重の変動を低減できること。【解決手段】サーボプレス装置は、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、所望の出力荷重と、中心電流指令値と出力荷重との関係を示す関係式に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって中心電流指令値を基準にして振動する電流値を算出する電流値算出部と、電流値算出部が算出した電流値の駆動電流をサーボモータに供給する電流供給部とを備える制御装置と、を備える。【選択図】図２
2019209370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
所望の出力荷重と、中心電流指令値と出力荷重との関係を示す関係式に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって前記中心電流指令値を基準にして振動する電流値を算出する電流値算出部と、
前記電流値算出部が算出した前記電流値の駆動電流を前記サーボモータに供給する電流供給部とを備える制御装置と、
を備えるサーボプレス装置。
【請求項２】
前記電流値算出部は、前記電流値と前記中心電流指令値との時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値が所定の値以下である前記電流値を算出する
請求項１に記載のサーボプレス装置。
【請求項３】
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、前記サーボモータに駆動電流を供給する制御装置とを備えるサーボプレス装置の制御方法であって、
前記制御装置が、所望の出力荷重と、中心電流指令値と出力荷重との関係を示す関係式に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって前記中心電流指令値を基準にして振動する電流値を算出する電流値算出過程と、
前記制御装置が、前記電流値算出過程において算出された前記電流値の駆動電流を前記サーボモータに供給する電流供給過程と、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボプレス装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータがサーボ機構に組み込まれた装置において、電動モータに通電する電流であるモータ電流により発生するトルクを制御する方法がある。モータ電流の大きさと、モータ電流により発生するトルクの大きさとはほぼ比例するため、モータ電流を検出することによりトルクを制御することができる。この制御方法は、一般に電流制御（トルク制御）と呼ばれる。
電動モータがサーボ機構に組み込まれた装置の一例として、ボールねじを使用したサーボプレス装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６７５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ボールねじを使用したサーボプレス装置では、モータ電流から負荷変動を検出することにより制御が行われていた。従来の制御方法では、低出力時に負荷変動によるモータ電流への影響が少なくなり、負荷変動をフィードバック信号に使うことができない。低出力時に負荷変動によるモータ電流への影響が少なくなるのは、低出力時には出力側から入力側へのバックトルクは微小であるためである。入力側では、バックトルクの値は、出力側の減速によって倍増したトルク値の逆数になる。この結果、低出力時には、入力側へ戻ってくるバックトルクも小さくなってしまい、電流値が小さくなってしまう。
【０００５】
また、従来の制御方法では、減速器の特性による影響を受けてしまう。多くの減速器は非線型の伝達特性を持っていることが知られている。非線型の伝達特性による応答は減速器のどの位置においても起こり得るため、補正を施すという方法には限界があった。減速器の特性による影響においては、特にスティックモーションやロストモーションによる影響が大きい。
【０００６】
スティックモーションやロストモーションにより、電流の変化に対して、発生するトルクが急激に変化してしまうジャンプ領域が存在する。ジャンプ領域では、電流の大きさと発生するトルクの大きさとの間に比例関係が成り立たない。
上記理由により、トルクを制御するために、荷重センサの代わりに電流を用いることは難しい。そこで、荷重センサの代わりに電流を用いる制御方法において、ジャンプ領域における荷重の変動を補正することが求められていた。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、荷重の変動を低減できるサーボプレス装置、及び制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、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、所望の出力荷重と、中心電流指令値と出力荷重との関係を示す関係式に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって前記中心電流指令値を基準にして振動する電流値を算出する電流値算出部と、前記電流値算出部が算出した前記電流値の駆動電流を前記サーボモータに供給する電流供給部とを備える制御装置と、を備えるサーボプレス装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記のサーボプレス装置において、前記電流値算出部は、前記電流値と前記中心電流指令値との時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値が所定の値以下である前記電流値を算出する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、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、前記サーボモータに駆動電流を供給する制御装置とを備えるサーボプレス装置の制御方法であって、前記制御装置が、所望の出力荷重と、中心電流指令値と出力荷重との関係を示す関係式に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって前記中心電流指令値を基準にして振動する電流値を算出する電流値算出過程と、前記制御装置が、前記電流値算出過程において算出された前記電流値の駆動電流を前記サーボモータに供給する電流供給過程と、を有する制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、荷重の変動を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るサーボプレス装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るサーボモータドライバの構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る中心電流指令値を基準にして振動する電流値の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るサーボモータドライバの処理の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るサーボプレス装置の荷重の応答の実験結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係るサーボプレス装置１の構成の一例を示す図である。
サーボプレス装置１は、プレス機構２０と、サーボモータ３０と、サーボモータドライバ４０とを備える。
【００１４】
プレス機構２０について説明する。
プレス機構２０は、サーボモータ３０により作動する。プレス機構２０は、可動治具２と、スライド３と、ステージ４と、固定治具５と、リーフスプリング６と、ロードセル７と、ベースプレート８と、ベルト９と、駆動プーリ１０と、従動プーリ１１と、ボールねじ１２とを備える。
【００１５】
スライド３には、ボールねじ１２の一端が回転自在に支持される。ボールねじ１２の一端には従動プーリ１１が取りつけられている。従動プーリ１１及び駆動プーリ１０にはベルト９が掛け回されている。サーボモータ３０の回転作動により、ベルト９を介してボールねじ１２が回転する。
【００１６】
ベースプレート８には、スライド３が軸方向に直動自在に支持されている。スライド３は、ボールねじ１２に螺合する。サーボモータ３０が回転駆動することにより、スライド３が上下直動運動し、プレス荷重を発生する。
【００１７】
スライド３には可動治具２が取り付けられている。ステージ４には固定治具５が取り付けられている。固定治具５に配されたワークＷは、直動運動するスライド３に取りつけられた可動治具２によりプレス加工される。
【００１８】
ベースプレート８とステージ４との間にはリーフスプリング６を介してロードセル７が設けられている。ロードセル７は、サーボプレス装置１のプレス荷重が検出される。なお、本実施形態では、サーボプレス装置１のプレス荷重は、サーボモータ３０に流れる駆動電流ＩＤにより検出されるため、ロードセル７は設けられなくてもよい。
【００１９】
サーボモータドライバ４０は、コンピュータＰＣが供給する出力荷重Ｆに基づいて、サーボモータ３０に駆動電流ＩＤを供給する。
【００２０】
ここで図２を参照し、サーボモータドライバ４０の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係るサーボモータドライバ４０の構成の一例を示す図である。サーボモータドライバ４０は、電流値算出部４１と、電流供給部４２とを備える。
【００２１】
電流値算出部４１は、コンピュータＰＣが供給する出力荷重Ｆと、式（１）に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃを算出する。
【００２２】
【数１】
2019209370.tif 000003
【００２３】
式（１）は、中心電流指令値Ｉと出力荷重Ｆとの関係を示す式である。ここで式（１）の導出方法について説明する。まず、所定の条件においてサーボプレス装置１を稼働させたときに、時刻毎に中心電流指令値Ｉと、出力荷重Ｆとを測定する。ここで所定の条件とは、例えば１２ｍｓの周期において負荷が５０％となる条件である。
【００２４】
時間毎に測定された中心電流指令値Ｉから、中心電流指令値Ｉを時間の一次式として表す近似式を、最小二乗法により算出する。時間毎に測定された出力荷重Ｆから、出力荷重Ｆを時間の一次式として表す近似式を、最小二乗法により算出する。中心電流指令値Ｉを時間の一次式として表す近似式と、出力荷重Ｆを時間の一次式として表す近似式とから時間の変数を消去し、出力荷重Ｆを中心電流指令値Ｉの関係を示す式（２）を求める。
【００２５】
【数２】
2019209370.tif 000004
【００２６】
式（２）を中心電流指令値Ｉについて解くと、式（１）が導出される。
電流値算出部４１は、式（１）により算出される中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃを算出する。
【００２７】
ここで図３を参照し、中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃについて説明する。
図３は、本実施形態に係る中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃの一例を示す図である。図３では、時間に対して電流値Ｃが示されている。電流値Ｃは、期間Ｔ１において時間についての一次式により表される中心電流指令値Ｉを基準にして、直線ＵＬと直線ＤＬとの間において振動している。拡大図Ｇは、領域Ｒを時間軸の目盛をｓｅｃからｍｓｅｃへ変更して電流値Ｃを示した図である。
【００２８】
ここで直線ＵＬは、一次式により表される中心電流指令値Ｉよりも所定の値だけ大きい値を示す直線である。直線ＤＬは、一次式により表される中心電流指令値Ｉよりも所定の値だけ小さい値を示す直線である。直線ＵＬ及び直線ＤＬは、電流値Ｃが中心電流指令値Ｉを基準として振動するときの振幅を規定する。電流値Ｃが中心電流指令値Ｉを基準として振動するときの振幅は、直線ＵＬと直線ＤＬとの差に等しい。
電流値Ｃは、所定の周期毎に直線ＵＬが示す値と直線ＤＬが示す値とを交互に取る。つまり、電流値Ｃは、中心電流指令値Ｉを基準にして、所定の周期毎に直線ＵＬが示す値と直線ＤＬが示す値とを交互に取ることにより振動する。ここで所定の周期とは、例えば、６ｍｓｅｃである。
【００２９】
なお、期間Ｔ２においては、中心電流指令値Ｉは一定の値を取る。期間Ｔ２においては、電流値Ｃは、一定の値を取る中心電流指令値Ｉを基準にして、直線ＵＬと直線ＤＬとの間において振動する。期間Ｔ１と期間Ｔ２とにおいて、電流値Ｃの振動の周期と振幅とは変わらない。
【００３０】
上述のように、電流値算出部４１は、所望の出力荷重Ｆと、中心電流指令値Ｉと出力荷重Ｆとの関係を示す式（１）に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃを算出する。
【００３１】
図２に戻ってサーボモータドライバ４０の構成の説明を続ける。
電流供給部４２は、電流値算出部４１が算出した電流値Ｃの駆動電流ＩＤをサーボモータ３０に供給する。ここで電流供給部４２は、サーボモータ３０が供給するフィードバック信号ＦＢに基づいて、電流値Ｃの駆動電流ＩＤを生成する。フィードバック信号ＦＢは、例えば、サーボモータ３０に備えられるエンコーダにより検出されたサーボモータ３０の回転位置を示す信号である。
【００３２】
なお、フィードバック信号ＦＢに加えて、ロードセル７から電流供給部４２にプレス荷重フィードバック信号が供給されてもよい。このプレス荷重フィードバック信号は、ロードセル７が検出するサーボプレス装置１のプレス荷重を示す信号である。フィードバック信号ＦＢに加えて、ロードセル７から電流供給部４２にプレス荷重フィードバック信号が供給される場合、電流供給部４２は、サーボモータ３０から供給されるフィードバック信号ＦＢと、ロードセル７から供給されるプレス荷重フィードバック信号とに基づいて、電流値Ｃの駆動電流ＩＤを生成してもよい。
【００３３】
次に図４を参照し、サーボモータドライバ４０が駆動電流ＩＤをサーボモータ３０に供給する処理について説明する。
図４は、本実施形態に係るサーボモータドライバ４０の処理の一例を示す図である。
【００３４】
ステップＳ１００：電流値算出部４１は、コンピュータＰＣが供給する出力荷重Ｆを取得する。
ステップＳ１１０：電流値算出部４１は、取得した出力荷重Ｆと、式（１）に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃを算出する。電流値算出部４１は、算出した電流値Ｃを電流供給部４２に供給する。
【００３５】
ステップＳ１２０：電流供給部４２は、電流値算出部４１が算出した電流値Ｃに基づいて駆動電流ＩＤを生成し、生成した駆動電流ＩＤをサーボモータ３０に供給する。
【００３６】
図５を参照し、サーボプレス装置１の荷重の応答の実験結果について説明する。
図５は、本実施形態に係るサーボプレス装置１の荷重の応答の実験結果の一例を示す図である。荷重測定値Ｌ１は、サーボプレス装置１による荷重の時間変化を示す。ここで荷重測定値Ｌ１は、図３に示した電流値Ｃの駆動電流ＩＤがサーボモータ３０に供給された場合の測定値である。
近似直線ＬＡは、６００Ｎから１６００Ｎの範囲において荷重測定値Ｌ１を直線により近似した直線である。
【００３７】
サーボプレス装置１による荷重測定値Ｌ１と比較するために、従来のサーボプレス装置による従来荷重測定値Ｌ０を示す。従来のサーボプレス装置では、図３に示した電流値Ｃと異なり振動していない電流値の駆動電流をサーボモータに供給する。
【００３８】
従来荷重測定値Ｌ０では、２４ｓ付近において荷重ジャンプ箇所Ｊ１が発生し、３７ｓ付近において荷重ジャンプ箇所Ｊ２が発生している。一方、荷重測定値Ｌ１では、従来荷重測定値Ｌ０と異なり、荷重ジャンプ箇所Ｊ１や荷重ジャンプ箇所Ｊ２の発生が抑制されている。
荷重ジャンプ箇所Ｊ１及び荷重ジャンプ箇所Ｊ２が発生する原因は、主にロストモーション、及びスティックモーションであると考えられる。
ロストモーションの主な原因は、ボールねじ、ナット、及びハウジングなどの弾性変形である。
【００３９】
スティックモーションでは、サーボ系の遅れにより、サーボモータが動き始めるだけのトルクが得られず、瞬間的な停止状態を生じる。スティックモーションは、速度がゼロの状態、すなわち静止状態において発生する。スティックモーションの原因は静止摩擦力である。スティックモーションでは、ロストモーションと異なり、瞬間的な停止状態が生じても、動き始めると正規の軌道に復帰する。
【００４０】
なお、上記の実施形態においては、電流値算出部４１が、中心電流指令値Ｉを基準にして、所定の周期毎に直線ＵＬが示す値と直線ＤＬが示す値とを交互に取ることにより振動する電流値Ｃを算出する場合について説明したが、これに限らない。電流値算出部４１は、電流値と中心電流指令値Ｉとの時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値が所定の値以下である電流値を算出してもよい。例えば、電流値算出部４１は、電流値と中心電流指令値Ｉとの時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値がゼロとなるように電流値を算出してもよい。
【００４１】
以上に説明したように、本実施形態に係るサーボプレス装置１は、サーボモータ３０と、プレス機構２０と、制御装置（サーボモータドライバ４０）とを備える。
プレス機構２０は、サーボモータ３０により作動する。
制御装置（サーボモータドライバ４０）は、電流値算出部４１と、電流供給部４２とを備える。
電流値算出部４１は、所望の出力荷重Ｆと、中心電流指令値Ｉと出力荷重Ｆとの関係を示す関係式（式（１））に基づいて、所定の周期及び所定の振幅によって中心電流指令値Ｉを基準にして振動する電流値Ｃを算出する。
電流供給部４２は、電流値算出部４１が算出した電流値Ｃの駆動電流ＩＤをサーボモータ３０に供給する。
【００４２】
この構成により、本実施形態に係るサーボプレス装置１では、振動する電流値Ｃの駆動電流ＩＤをサーボモータ３０に供給できるため、荷重の変動を低減できる。ここで本実施形態に係るサーボプレス装置１では、振動する電流値Ｃの駆動電流ＩＤをサーボモータ３０に供給するため、プレス加工の過程においてスライド３が静止しない。本実施形態に係るサーボプレス装置１では、プレス加工の過程においてスライド３が静止しないため、スティックモーションの発生を抑制することができ、荷重の変動を低減できる。
【００４３】
また、本実施形態に係るサーボプレス装置１では、電流値算出部４１は、電流値Ｃと中心電流指令値Ｉとの時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値が所定の値以下である電流値Ｃを算出する。
この構成により、本実施形態に係るサーボプレス装置１では、電流値Ｃと中心電流指令値Ｉとの時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値が所定の値以下でない場合に比べて、電流値Ｃを所定の周期において時間について積分した値と、中心電流指令値Ｉを所定の周期において時間について積分した値とが近いため、電流値Ｃと中心電流指令値Ｉとの時間毎の差を所定の周期において時間について積分した値が所定の値以下でない場合に比べて、中心電流指令値Ｉに近い電流値Ｃの駆動電流ＩＤにより荷重の変動を低減できる。
【００４４】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…サーボプレス装置、２０…プレス機構、３０…サーボモータ、４０…サーボモータドライバ、２…可動治具、３…スライド、４…ステージ、５…固定治具、６…リーフスプリング、７…ロードセル、８…ベースプレート、９…ベルト、１０…駆動プーリ、１１…従動プーリ、１２…ボールねじ、Ｗ…ワーク、ＰＣ…コンピュータ、ＩＤ…駆動電流、ＦＢ…フィードバック信号、Ｃ…電流値、Ｉ…中心電流指令値、Ｆ…出力荷重、４１…電流値算出部４１、４２…電流供給部４２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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