JP5019250B2 - サーボプレス設備とその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置とこの装置にワークを搬入及び／又は搬出する搬送装置とを備えたサーボプレス設備とその制御方法に関する。

プレス装置にワークを搬入・搬出する搬送装置を付設する場合、ワークを成形加工する金型と搬送装置が衝突（干渉）しないように、お互いの動きを同期させる必要がある。

従来の制御方法では、主として機械プレス（クランクプレス、ナックルプレス、クランクレスプレス、リンクプレス、等）を対象としており、プレス自体の動作をマスターとしている。すなわち、例えば、クランクプレスの場合、スライドを駆動するクランク軸（主駆動軸）の回転に同期して、搬送装置が動作するという構成が取られている。なお、かかる制御手段の一例が特許文献１に開示されている。

一方、近年、サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置が、開発されている。（例えば、特許文献２）。

特許文献１の「プレス用自動搬送制御方法および装置」は、プレス用パルスエンコーダが発生するパルス数にもとづき位置曲線をプログラムにより作成しそれに追従して搬送装置が動作するものである。

特許文献２の「サーボモータ駆動式リンクプレス」は、比較的小出力のモータを用いても、高いプレス荷重による加工、および加工のサイクルタイムの向上が可能で、かつ制御性にも優れ、また、多種の加工ができることを目的とし、図７に示すように、回転動作を直線動作に変換するリンク機構ａと、その直線動作でプレス加工のために昇降するラムｂとを備え、サーボモータｃからリンク機構ａのクランク軸ｄに駆動を伝達する駆動伝達系ｅを設け、この駆動伝達系ｅは、サーボモータｃの回転制御によりラムｂの昇降動作を制御可能に駆動伝達可能なものとし、ラムｂを、昇降ストローク範囲内において任意の位置で停止するようにサーボモータｃを制御するサーボモータ制御手段ｆを設けたものである。

特許第３３４００９５号明細書、「プレス用自動搬送制御方法および装置」 特開２００３−３２０４８９号公報、「サーボモータ駆動式リンクプレス」

サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置は、リンクプレスに限られず、他の形式の機械プレス（クランクプレス、ナックルプレス、クランクレスプレス、スクリュープレス、等）もサーボプレス化することができ、近年、これらのサーボプレス装置の開発が進められている。

しかし、これらのサーボプレス装置にワークを搬入・搬出する搬送装置を付設する場合、特許文献１のように主駆動軸（例えばクランク軸）の回転をマスターとして、それに同期させて、搬送装置（搬入装置と搬出装置）を動作させると、以下の問題点があった。

（１）サーボプレス装置は、主駆動軸（例えばクランク軸）の回転速度を自在に変化させることができる特徴がある。従って、工程の中途で一時的に逆転することさえもできる。
しかし、搬送装置の動作を従来のように主駆動軸に同期させると、主駆動軸の回転速度を変化させるとそれにしたがって搬送装置の動作も変化するため、搬送装置の動作が滑らかにならず、把持しているワークを落としたり、搬送装置のモータトルクが瞬間的に過大となり保護装置が作動してしまうおそれがある。
（２）また、主駆動軸が工程の中途で一時的に逆転する場合には、主駆動軸の角度と搬送装置の位置が１対１に対応しないため、同期が取れなくなる。
（３）また、プレス加工する金型がワークに接触する瞬間や、切り落とし加工でワークが切り落とされる瞬間など、負荷が急変するタイミングで主駆動軸の回転にふらつきが生じるが、上述した従来の制御方法では、ふらついたクランク軸の回転に同期して搬送装置が動作しようとするため、搬送装置の動作もふらついて、把持しているワークを落としてしまったり、搬送装置のモータトルクが瞬間的に異常に大きくなり保護装置が作動してしまうという問題がある。
（４）プレス機械の生産性を向上させるためには、金型と搬送装置を衝突しないぎりぎりの範囲まで近づけて動作させることにより、プレス機械の成形動作と搬送装置の搬送動作ができるだけ間断なく行われることが望ましい。そのためには、金型と搬送装置の干渉をチェックしつつプレス機械のモーションカーブと搬送装置のモーションカーブを最適化する必要があるが、従来技術では搬送装置のモーションがプレス機械のモーションに依存するため、プレス機械のモーションと搬送装置のモーションを独立に変更することができず、モーションカーブの最適化が難しい。
（５）スクリュープレスのように、主駆動軸を有しない構成のサーボプレスも可能であるが、主駆動軸を有しないため、主駆動軸の回転をマスターとしてそれに同期させて搬送装置を動作させることができない、もしくは、プレスの動作と搬送装置の動作の連動を間欠的にしか行えない。

本発明は上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、サーボプレス装置にワークを搬入・搬出する搬送装置を付設する場合において、サーボプレス装置の作動位置及び作動速度の影響を受けることなく、サーボプレス装置と搬送装置を同期させてそれらの衝突（干渉）を回避することができるサーボプレス設備とその制御方法を提供することにある。

本発明によれば、サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置と、該サーボプレス装置にワークを搬入又は搬出する搬送装置と、前記サーボプレス装置と搬送装置を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間の経過に従って値が変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生器と、
前記マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御装置と、
前記マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御装置とを有し、
少なくとも一部の経過時間範囲において、時間に対するマスター信号値の変化率が変化する、ことを特徴とするサーボプレス設備が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記サーボプレス制御装置は、マスター信号値に対応するスライド位置を与えるモーションカーブを備えており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御し、
前記搬送制御装置は、マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを備えており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する。

また、前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置の独立した動作軸ごとに、その軸の位置を与える独立したモーションカーブからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する。
また、前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する。

また本発明によれば、サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置と、該サーボプレス装置にワークを搬入又は搬出する搬送装置とを備えたサーボプレス設備の制御方法であって、
前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間の経過に従って値が変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生ステップと、
前記マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御ステップと、
前記マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御ステップとを有し、
少なくとも一部の経過時間範囲において、時間に対するマスター信号値の変化率が変化する、ことを特徴とするサーボプレス設備の制御方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記サーボプレス制御ステップは、マスター信号値に対応するスライド位置を与えるモーションカーブを記憶しており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御し、
前記搬送制御ステップは、マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを記憶しており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する。

また、前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置の独立した動作軸ごとに、その軸の位置を与える独立したモーションカーブからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する。
また、前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する。

上記本発明の装置及び方法によれば、サーボプレス装置と搬送装置の両方が、サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて時間的に変化するマスター信号に同期するので、マスター信号を介して間接的にサーボプレス装置と搬送装置を同期させることができる。

また、サーボプレス装置のスライドモーションを変更するときはスライド位置を対応づけるモーションカーブを変えればよく、これにより搬送装置のモーションカーブは影響されない。
同様に、搬送装置のモーションを変えるときは搬送装置の作動位置を対応づけるモーションカーブを変えればよく、これによりサーボプレス装置のモーションカーブは影響されない。
従って、サーボプレス装置と搬送装置の両方をそれぞれ独立に調整・最適化できる。また、逆転を含むようなモーションカーブの設定も可能である。

さらにマスター信号を電子的に生成することが可能なので、値がふらつくことがなく、それに同期して動作するプレス機械・搬送装置の動きもふらつかない。
スクリュープレスのように、主駆動軸を有しない構成のサーボプレスの場合でも、プレスの動作と搬送装置の動作を、時々刻々連動させることが可能である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるサーボプレス設備の全体構成図である。この図において、本発明のサーボプレス設備は、サーボプレス装置１０、搬入側搬送装置２０、搬出側搬送装置３０、及び制御装置４０を備える。

サーボプレス装置１０は、サーボモータ１１でスライド１４を駆動するプレス装置である。動力伝達機構１３は、クランクプレス、ナックルプレス、クランクレスプレス、リンクプレス、スクリュープレス等、周知の機械プレスのいずれであってもよく、サーボモータ１１で動力伝達機構１３を介してスライド１４を駆動する限りで、その他の形式であってもよい。

搬入側搬送装置２０は、サーボプレス１０にワークを搬入する装置であり、搬出側搬送装置３０は、サーボプレス装置１０からワークを搬出する装置である。搬入側搬送装置２０と搬出側搬送装置３０はワークの搬入・搬出に必要な動きの自由度を有する。たとえば、搬入側搬送装置２０と搬出側搬送装置３０のいずれもが、ワークを水平方向に移動させるフィードモーション軸と、ワークを垂直方向に移動させるリフトモーション軸を有するような構成が可能である。
搬入側搬送装置・搬出側搬送装置の構成は以上の説明に限られるものではなく、搬入側搬送装置２０と搬出側搬送装置３０のどちらか一方のみしかない構成（搬出もしくは搬入動作は手動による）、搬入側搬送装置２０と搬出側搬送装置３０の両方の機能を一台で有する搬入搬出装置であってもよい。また、搬入側搬送装置２０、搬出側搬送装置３０の形式は任意であり、送り（フィード）と昇降（リフト）を別々の機構で行う装置であっても、ロボットアーム等で両方を同機構で行う装置であってもよい。クランプなど、フィードとリフト以外の動きの自由度を有する搬入搬出装置であってもよい。

以下、本出願において、搬入側搬送装置２０及び／又は搬出側搬送装置３０を特に区別しない場合には「搬送装置」と呼ぶ。

制御装置４０は、サーボプレス装置１０と搬送装置（搬入側搬送装置２０及び／又は搬出側搬送装置３０）を制御する制御装置である。

制御装置４０は、マスター信号発生器４２、サーボプレス制御装置４４、及び搬送制御装置４６を有する。制御装置４０は、単独の制御装置（例えばＮＣ制御装置）であっても、１台の上位制御装置と複数の下位制御装置とからなる複合制御装置であってもよい。

マスター信号発生器４２は、サーボプレス装置１０と搬送装置２０，３０の希望運転状態に応じて、値ＡとＢの間で時間的に変化する値Ｍのマスター信号１を発生させる。
ここで「希望運転状態に応じて」という意味は、「このように運転したい（正転したい・逆転したい・速くうごかしたい・ゆっくり動かしたい）という意図に応じて」という意味である。
希望運転状態に応じて変化させるのは、マスター信号の時間パターンであり、モーションカーブは希望運転状態にはよらない。
すなわち本願発明ではマスター信号とサーボプレス、あるいはマスター信号と搬送装置との同期関係をそのモーションカーブにて定義しており、「希望運転状態」と呼ぶ状態に応じてマスター信号の時間変化パターンを切り替える。

サーボプレス制御装置４４は、マスター信号値Ｍに対応するスライド位置を与えるモーションカーブ（後述する）を備えており、マスター信号値Ｍの変化に同期してサーボプレス装置１０のスライド位置の指令値を一義的に出力し、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御する。

搬送制御装置４６は、この例では搬入側搬送制御装置４６Ａと搬出側搬送制御装置４６Ｂからなり、それぞれマスター信号値Ｍに対応する搬送装置２０，３０の作動位置を与えるモーションカーブ（後述する）を備えており、マスター信号値Ｍの変化に同期して搬送装置２０，３０の作動位置の指令値を一義的に出力し、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する。

搬送制御装置４６（４６Ａ，４６Ｂ）のモーションカーブは、搬送装置２０，３０のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれマスター信号値Ｍの変化に同期して変化する。

図２は、本発明によるサーボプレス設備の制御方法の全体フロー図である。
本発明の制御方法は、上述したサーボプレス装置１０と搬送装置２０，３０とを備えたサーボプレス設備の制御方法である。

この図に示すように、本発明の制御方法は、マスター信号発生ステップＳ１、サーボプレス制御ステップＳ２、及び搬送制御ステップＳ３を有する。

マスター信号発生ステップＳ１では、サーボプレス装置１０と搬送装置２０，３０の希望運転状態に応じて、値ＡとＢの間で時間的に変化する値Ｍのマスター信号１を発生させる。

サーボプレス制御ステップＳ２では、マスター信号値Ｍの変化に同期してサーボプレス装置１０のスライド位置の指令値を一義的に出力する。サーボプレス制御ステップＳ２は、マスター信号値Ｍに対応するスライド位置を与えるモーションカーブを記憶しており、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御する。

搬送制御ステップＳ３では、マスター信号値Ｍの変化に同期して搬送装置２０，３０の作動位置の指令値を一義的に出力する。搬送制御ステップＳ３は、マスター信号値Ｍに対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを記憶しており、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する。

搬送制御ステップＳ３のモーションカーブは、搬送装置２０、３０の一つ一つのモーション軸に対するモーションカーブからなる。たとえば、搬送装置２０、３０がフィードモーション軸と、リフトモーション軸を有する構成であれば、搬送制御ステップＳ３のモーションカーブは、搬送装置２０、３０のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する。

図３は、サーボプレス装置と搬送装置を同期して、周期（サイクルタイム）Ｔで正転運転させる場合の一周期分の関係を示す図である。この図において、（Ａ）は周期Ｔ内の経過時間ｔとマスター信号との関係、（Ｂ）はマスター信号とスライド位置との関係、（Ｃ）（Ｄ）はマスター信号と搬入側搬送装置２０のフィード位置及びリフト位置との関係、（Ｅ）（Ｆ）はマスター信号と搬出側搬送装置３０のフィード位置及びリフト位置との関係を示している。

マスター信号発生ステップＳ１で発生させるマスター信号は、この例では、一定の周期Ｔ毎に、初期値Ａ（本例では０とする）から最終値Ｂ（Ｂは例えば１）まで直線的に増加する。すなわち、周期Ｔ内の経過時間ｔにおけるマスター信号１の値Ｍは、Ｍ＝（Ｂ−Ａ）×ｔ／Ｔ＋Ａで与えることができる。
マスター信号１は、周期Ｔ毎にリセットされ、連続的に繰り返される。

図３（Ｂ）はスライドのモーションカーブであり、マスター信号値１の値Ｍに対応してスライド位置を与える。すなわち、各周期Ｔ毎のある時間ｔに対しては直接にはスライド位置は決まらず、時間ｔに対するマスター信号値１の値Ｍに対応してスライド位置が決まり、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御するようになっている。
従って、仮に周期Ｔ内の経過時間ｔとマスター信号１との関係を変更すれば（例えば、直線から任意の曲線への変更）、同じ時間ｔに対するマスター信号値１の値Ｍが変化するため、これに対応してスライド位置も変化する。

図３における（Ｃ）（Ｄ）は搬入側搬送装置２０のフィード位置のモーションカーブとリフト位置のモーションカーブであり、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御するようになっている。
同様に、図３における（Ｅ）（Ｆ）は搬出側搬送装置３０のフィード位置のモーションカーブとリフト位置のモーションカーブであり、マスター信号値Ｍの変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御するようになっている。
搬送装置２０，３０も、仮に周期Ｔ内の経過時間ｔとマスター信号１との関係を変更すれば（例えば、直線から曲線への変更）、同じ時間ｔに対するマスター信号値１の値Ｍが変化するため、これに対応して作動位置も変化する。

図４は、サーボプレス装置と搬送装置を同期させる一周期分の関係を示す別の図である。
サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態を変えたいときは、図４に示すように、時間に対してマスター信号を変化させることにより実現できる。たとえば、サイクルタイムを変化させたい場合は、（Ａ）に示すように、マスター信号の一周期の時間を周期ごとに変化させたり、（Ｂ）に示すように、時間に対するマスター信号の変化率を連続的に変化させる。
また、任意の場所で停止させたい場合には（Ｃ）に示すようにマスター信号の値を一定とすればよく、サーボプレス装置と搬送装置を正転から一度停止してさらに逆転させたい場合には、（Ｄ）に示すように時間に対するマスター信号の変化方向を逆転させればよい。

図５は、本発明によるサーボプレス設備の具体的実施例である。
図５において、上述したサーボプレス装置１０は、プレス機械１００に相当する。プレス機械１００は以下のように構成される。
メインモータ１０１の回転がスライド駆動機構１０２で直線動に変換され、スライド１０３を上下動させる。スライド１０３には上金型１０４が取り付けられており、スライド１０３と共に上下動する。

上金型１０４に対向して下金型１０５がボルスタ１０６に取り付けられている。上金型１０４に加わる荷重はスライド１０３とスライド駆動機構１０２を介してフレーム１０７の上部で支持され、下金型１０５に加わる荷重はボルスタ１０６を介してフレーム１０７の下部で支持されている。

プレス成型の対象となるワーク１０８は上金型１０４と下金型１０５の間に挿入され、スライド１０３が下降して上金型１０４とワーク１０８と下金型１０５が接触すると、上金型１０４および下金型１０５からワーク１０８に対してプレス成型力が発生する。

スライド駆動機構１０２としては、クランク方式、クランクレス方式、ナックル方式、リンク方式、スクリュー方式などがある。メインモータ１０１としては、誘導モータ、同期モータ、直流モータ等が使用可能であるが、本発明では制御性の優れたサーボモータを使用する。

スライド１０３の位置を検出するために、メインモータ１０１の回転角を検出するエンコーダ１２１が設けられている。
メインモータ制御器１２２は、エンコーダ１２１が検出したメインモータ１０１の回転角をスライド駆動機構１０２の寸法に基づいて得られるスライド１０３の現在位置と、スライド位置指令生成器１４１から与えられるスライド位置指令値とに基づいて、メインモータ１０１に対するトルク指令値を生成する。
メインモータアンプ１２３は、メインモータ１０１がトルク指令値に従ってトルクを発生するように、メインモータ１０１へ供給される電流・電圧・電力を変化させる。

以上の構成により、スライド位置指令生成器１４１からスライド位置指令値が時々刻々与えられると、それに追従してスライド１０３の位置が時々刻々変化するクローズドループ制御が行われる。

図１の搬入側搬送装置２０は、図５の搬入側搬送装置２００に相当する。ワークをプレス機械１００へ搬入するための搬入側搬送装置２００は以下のように構成されている。ワークを把持するための搬入側搬送装置ワーク把持ツール２０１が搬入側搬送装置キャリッジ２０２から支持されている。

搬入側搬送装置キャリッジ２０２をフィード方向（図中の左右方向）に動かすための搬入側搬送装置フィード機構２０３が搬入側搬送装置フィードモータ２０４により駆動され、搬入側搬送装置キャリッジ２０２をリフト方向（図中の上下方向）に動かすための搬入側搬送装置リフト機構２０５が搬入側搬送装置リフトモータ２０６により駆動される。

搬入側搬送装置キャリッジ２０２のフィード方向（図中の左右方向）の位置を検出するために、搬入側搬送装置フィードモータ２０４の回転角を検出する搬入側搬送装置フィードエンコーダ２２１が設けられている。

搬入側搬送装置フィードモータ制御器２２２は搬入側搬送装置フィードエンコーダ２２１が検出した搬入側搬送装置フィードモータ２０４の回転角を搬入側搬送装置フィード機構２０３の寸法にもとづいて得られる搬入側搬送装置キャリッジ２０２のフィード方向現在位置と、搬入側搬送装置位置指令生成器２４１から与えられる搬入側搬送装置フィード位置指令値とにもとづいて、搬入側搬送装置フィードモータ２０４に対するトルク指令値を生成する。

搬入側搬送装置フィードモータアンプ２２３は、搬入側搬送装置フィードモータ２０４がトルク指令値に従ってトルクを発生するように、搬入側搬送装置フィードモータ２０４へ供給される電流・電圧・電力を変化させる。
リフト方向（図中の上下方向）に対しても、同様の構成と作用を有する搬入側搬送装置リフトエンコーダ２２４、搬入側搬送装置リフトモータ制御器２２５、搬入側搬送装置リフトモータアンプ２２６が設けられている。

以上の構成により、搬入側搬送装置位置指令生成器２４１から搬入側搬送装置位置指令値（本例では、フィード方向とリフト方向の位置指令値）が時々刻々与えられると、それに追従して搬入側搬送装置キャリッジ２０２の位置（本例では、フィード方向とリフト方向の位置）が時々刻々変化するクローズドループ制御が行われる。

搬入側搬送装置ワーク把持ツール２０１は搬入側搬送装置キャリッジ２０２と一定の位置関係を保つように保持されているので、搬入側搬送装置把持ツール２０１の位置も搬入側搬送装置位置指令生成器２４１から与えられる搬入側搬送装置位置指令値に追従することになる。
フィード機構やリフト機構としては、モータの回転をボールスクリューで直線動に変える方法や、モータの回転をギアで減速し、ピニオンラック方式により直線動に変える方法などがある。

図１の搬出側搬送装置３０は、図５の搬出側搬送装置３００に相当する。ワークをプレス機械１００から搬出するための搬出側搬送装置３００も搬入側搬送装置２００と同一の構成を有している。なお図５において、対応する構成要素には対応する番号が付されている。

プレス機械１００、搬入側搬送装置２００、搬出側搬送装置３００のいずれにおいても、エンコーダとしては、光学式エンコーダやレゾルバが使用可能である。モータ駆動アンプには、直流モータを使用する場合にはサイリスタレオナードやＩＧＢＴを使用したチョッパ方式、交流モータを使用する場合にはパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを使用したＰＷＭ方式のインバータ、等が使用される。モータ制御器の制御方法としては、ＰＩ・ＰＩＤ・ＩＰＤなどのフィードバック制御やフィードフォワード制御の組み合わせ等が使用される。

スライド位置指令生成器１４１、搬入側搬送装置位置指令生成器２４１、搬出側搬送装置位置指令生成器３４１には、マスター信号発生器４２からマスター信号が分配されている。マスター信号発生器としては、電子回路で実現したカウンタや、シーケンサやコンピュータでプログラムで実現したカウンタを使用できる。

ワーク把持ツールとしては、ワークを真空吸着する吸盤を取り付けたクロスバーや、ワークをはさみこむフィンガーなどが使用される。

図６は、サーボプレス装置と搬送装置を同期させる２周期分の関係図である。以下、この図５と図６を用いて本発明の装置の動作例を説明する。

マスター信号発生器４２は、時間に対し単調に変化するマスター信号１を発生する。スライド位置指令生成器１４１、搬入側搬送装置位置指令生成器２４１、搬出側搬送装置位置指令生成器３４１はそれぞれマスター信号１に対するスライド位置、搬入側搬送装置フィード／リフト位置、搬出側搬送装置フィード／リフト位置の対応関係を示すモーションカーブを保持しており、マスター信号が入力されたときそれぞれスライド位置、搬入側搬送装置フィード／リフト位置、搬出側搬送装置フィード／リフト位置を出力する。

出力されたスライド位置、搬入側搬送装置フィード／リフト位置、搬出側搬送装置フィード／リフト位置は、それぞれメインモータ制御器１２２、搬入側搬送装置フィードモータ制御器２２２／搬入側搬送装置リフトモータ制御器２２５、搬出側搬送装置フィードモータ制御器３２２／搬出側搬送装置リフトモータ制御器３２５への位置指令値となり、上述の仕組みにより、スライド１０３の位置、搬入側搬送装置キャリッジ２０２のフィード／リフト方向位置、搬出側搬送装置キャリッジ３０２のフィード／リフト方向位置、が位置指令値に追従するよう制御され、スライド１０３、搬入側搬送装置キャリッジ２０２と一定の位置関係を保っている搬入側搬送装置ワーク把持ツール２０１、搬出側搬送装置キャリッジ３０２と一定の位置関係を保っている搬入側搬送装置ワーク把持ツール３０１、がマスター信号に同期してモーションカーブで規定された位置関係で動作する。

モーションカーブを保持する方法としては、適当な間隔でサンプルした値をテーブルで記憶し、その間を多項式やスプラインで補間する方法、カーブの全体もしくは適当に分割した区間ごとに関数で表現する方法などがある。
図５及び図６ではマスター信号が一定レートで変化する例、すなわちサーボプレスと搬送装置がサイクルタイム一定で正転する例を示したが、図４に示すように、マスター信号のレートを途中で変化させたり、レートをゼロにすることにより、サーボプレスと搬送装置のサイクルタイムを変えたり、途中で停止させたり、逆転させたりすることができる。

モーションカーブは、プレス機械および搬送装置の性能の範囲内で、プレス機械と搬送装置が機械的に干渉しないように決定する。モーションカーブを決定する方法としては、干渉チェック機能を有する３次元ＣＡＤを使ってオフラインで決定する方法や、モーションカーブを変えて実際にプレス機械と搬送装置を動作させてみてモーションカーブをオンラインで決定していく方法などがある。

上述した実施例ではプレス機械が１台でその前後に搬送装置がある場合を示したが、複数のプレス機械及び複数の搬送装置で生産ラインを構成する場合、マスター信号を複数のプレス機械、搬送装置へ入力することにより、ライン全体に本方式を適用可能である。各プレス機械、搬送装置ごとに、独立したスライド位置指令生成器、搬送装置位置指令生成器を設けることにより、一台ごとのプレス機械、搬送装置ごとにワークの加工特性・ワークの搬送距離や干渉物の回避に適しており、隣接するプレス機械と搬送装置間のワークの受け渡しの無駄時間を小さくするようなモーションカーブを設定することができる。

いずれかのプレス機械ないし搬送装置で異常が検出された場合にマスター信号のレートを変えたりゼロにしたりする機能を追加することにより、異常発生時にもプレス機械と搬送装置の同期を保ったまますべてのプレス機械・搬送装置を減速・停止させることができる。

上述した実施例では、プレス機械と搬送装置の動作の１サイクル全体にわたって、プレス機械と搬送装置がマスター信号に同期して動作する例を示したが、プレス機械と搬送装置との干渉条件が厳しい範囲、すなわち、搬送装置がプレス機械の内部にワークを置いている・ワークを取り出している期間のみプレス機械と搬送装置がマスター信号に同期して動作し、それ以外の期間、すなわちプレス機械と搬送装置との干渉条件がゆるい期間では、プレス機械と搬送装置は独立に動作するという構成も可能である。

上述した実施例では、モータの回転を機構的にスライドの直線動に変換するサーボプレスを示したが、リニアモータを使用してスライドを駆動するサーボプレスにも適用可能である。

上述した実施例では、スライドの位置検出方法として、メインモータの回転角をエンコーダで検出し、スライド駆動機構の寸法にもとづいてスライドの位置に変換する例を示したが、スライドの位置を光学式リニアスケールや磁歪式リニアエンコーダで直接検出する方法も可能である。

上述した実施例では独立に動作しうるフィードとリフトを有する搬送装置を示したが、本発明ではワークの位置決めが可能であれば搬送装置の機構は問わない。フィードとリフトとクランプを有する３次元トランスファー機構や、ドッピン式と称されるようなリンク式のローダー、各種の産業用ロボットの機構、などが使用可能である。搬入側と搬出側で機構が異なっていてもよい。

上述した実施例では、エンコーダをモータ軸に取り付ける例を示したが、モータで駆動される機構の側にロータリーエンコーダないしリニアエンコーダを設けて位置を検出する方法も可能である。

位置制御可能なダイクッション装置を有するプレス機械の場合、ダイクッション装置の制御装置を実施例に示すプレス機械ないし搬送装置の制御装置と同等の機能を含むものとし、ダイクッションをマスター信号に同期させる構成が可能である。

上述した本発明の装置及び方法によれば、サーボプレス装置１０と搬送装置２０，３０の両方が、一定の周期毎に、初期値から最終値まで単調に増加又は減少する値のマスター信号１に同期するので、マスター信号１を介して間接的にサーボプレス装置と搬送装置を同期させることができる。

また、サーボプレス装置１０のスライドモーションを変更するときはスライド位置を対応づけるモーションカーブを変えればよく、これにより搬送装置２０，３０のモーションカーブは影響されない。
同様に、搬送装置２０，３０のモーションを変えるときは搬送装置の作動位置を対応づけるモーションカーブを変えればよく、これによりサーボプレス装置１０のモーションカーブは影響されない。
従って、サーボプレス装置と搬送装置の両方をそれぞれ独立に調整・最適化できる。また、逆転を含むようなモーションカーブの設定も可能である。

モーションカーブは、上金型や下金型の形状、ワーク形状、ワーク材質、ワーク成形に適したスライドモーションなどの条件に応じて、変更することも可能である。たとえば、金型を入れ替えてさまざまなワーク成形を行うプレス機械の場合、それぞれの金型・ワークごとに最適なモーションカーブをあらかじめ求めておき、金型・ワークを変更するときにモーションカーブも同時に変更する構成も可能である。

さらにマスター信号を電子的に生成することが可能なので、値がふらつくことがなく、それに同期して動作するプレス機械・搬送装置の動きもふらつかない。
スクリュープレスのように、主駆動軸を有しない構成のサーボプレスの場合でも、プレスの動作と搬送装置の動作を、時々刻々連動させることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明によるサーボプレス設備の全体構成図である。 本発明によるサーボプレス設備の制御方法の全体フロー図である。 サーボプレス装置と搬送装置を同期させる一周期分の関係を示す図である。 希望運転状態に応じたマスター信号値の時間変化パターンの例を示す図である。 本発明によるサーボプレス設備の具体的実施例である。 サーボプレス装置と搬送装置を同期させる２周期分の関係図である。 特許文献２の「サーボモータ駆動式リンクプレス」の模式図である。

符号の説明

１ マスター信号、１０ サーボプレス装置、
１１ サーボモータ、１３ 動力伝達機構、１４ スライド
２０ 搬入側搬送装置、３０ 搬出側搬送装置、
４０ 制御装置、４２ マスター信号発生器、
４４ サーボプレス制御装置、４６ 搬送制御装置、
４６Ａ 搬入側搬送制御装置、４６Ｂ 搬出側搬送制御装置、

Claims (8)

1. サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置と、該サーボプレス装置にワークを搬入又は搬出する搬送装置と、前記サーボプレス装置と搬送装置を制御する制御装置とを備え、
   該制御装置は、前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間の経過に従って値が変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生器と、
   前記マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御装置と、
   前記マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御装置とを有し、
   少なくとも一部の経過時間範囲において、時間に対するマスター信号値の変化率が変化する、ことを特徴とするサーボプレス設備。
2. 前記サーボプレス制御装置は、マスター信号値に対応するスライド位置を与えるモーションカーブを備えており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御し、
   前記搬送制御装置は、マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを備えており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のサーボプレス設備。
3. 前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置の独立した動作軸ごとに、その軸の位置を与える独立したモーションカーブからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項２に記載のサーボプレス設備。
4. 前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項２に記載のサーボプレス設備。
5. サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置と、該サーボプレス装置にワークを搬入又は搬出する搬送装置とを備えたサーボプレス設備の制御方法であって、
   前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間の経過に従って値が変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生ステップと、
   前記マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御ステップと、
   前記マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御ステップとを有し、
   少なくとも一部の経過時間範囲において、時間に対するマスター信号値の変化率が変化する、ことを特徴とするサーボプレス設備の制御方法。
6. 前記サーボプレス制御ステップは、マスター信号値に対応するスライド位置を与えるモーションカーブを記憶しており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御し、
   前記搬送制御ステップは、マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを記憶しており、マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する、ことを特徴とする請求項５に記載のサーボプレス設備の制御方法。
7. 前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置の独立した動作軸ごとに、その軸の位置を与える独立したモーションカーブからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項６に記載のサーボプレス設備の制御方法。
8. 前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれマスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項６に記載のサーボプレス設備の制御方法。

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