JP7078367B2 - プレス装置およびプレス装置の制御方法 - Google Patents
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Description
このようなサーボモータ駆動方式のプレス機械では、プレス成形時に大きなピーク電力が発生し、工場電圧または工場外電圧が降下しフリッカ等の問題が発生する場合がある。
本発明は、蓄電性能の劣化を低減することが可能なプレス装置およびプレス装置の制御方法を提供することを目的とする。
<1.構成>
(1-1.プレス装置の概要)
図1は、本発明にかかる実施の形態のプレス装置1の構成を示す模式図である。
本実施の形態のプレス装置1は、上金型7と下金型8を用いて材料にプレス加工を行う。プレス装置1は、スライド2と、ボルスタ3と、スライド駆動部4と、サーボ電源部5と、蓄電システム部6と、メインブレーカ9と、コントローラ10と、を主に備える。
スライド駆動部4は、サーボモータ21と、サーボアンプ22と、ピニオンギヤ23と、メインギヤ24と、クランクシャフト25と、コンロッド26とを有する。サーボモータ21は、スライド2の駆動源である。サーボアンプ22は、サーボモータ21に駆動電流を供給する。ピニオンギヤ23は、サーボモータ21と連結されており、サーボモータ21の回転によって回転する。メインギヤ24は、ピニオンギヤ23と噛み合っており、ピニオンギヤ23の回転に伴って回転する。クランクシャフト25は、メインギヤ24と連結されており、メインギヤ24の回転によって回転する。コンロッド26は、クランクシャフト25とスライド2を連結する。本実施の形態では、コンロッド26は2つ設けられている。
(1-3.サーボ電源部)
サーボ電源部5は、高調波フィルタモジュール31と、リアクトル32と、PWMコンバータ33とを有する。高調波フィルタモジュール31は、PWMコンバータ33において発生する高調波が工場電源100側に戻ることを防ぐ。
蓄電システム部6は、複数の電気二重層キャパシタ601(後述する図2参照)が設けられた蓄電盤42と、動作前に電気二重層キャパシタ601を充電する初期充電回路41と、初期充電回路41をバイパスするための短絡コンタクタ43と、電気二重層キャパシタ601からサーボモータ21への電流の供給を遮断する短絡コンタクタ44と、を備える。
初期充電回路41は、DCバスライン14上に設けられており、蓄電盤42に設けられた複数の電気二重層キャパシタ601(後述する)を充電するための回路である。すなわち、プレス装置1を動作する前には、蓄電盤42の電気二重層キャパシタ601は充電されていないため、工場電源100から供給される電力を充電する。初期充電回路41は、DC/DCコンバータ51と、リアクトル52とを有している。初期充電回路41は、充電の際に電気二重層キャパシタ601に急激に電流が流れ込まないように電流を絞る。
短絡コンタクタ43は、初期充電回路41をバイパスするようにDCバスライン14に接続されたバイパスライン15上に設けられている。すなわち、バイパスライン15は、初期充電回路41のPWMコンバータ33側においてDCバスライン14と接続され、初期充電回路41のサーボアンプ22側においてDCバスライン14と接続されている。短絡コンタクタ43をON状態にすることにより、PWMコンバータ33から出力された電流は、初期充電回路41をバイパスしてサーボアンプ22へと供給される。
蓄電盤42は、24個の電気二重層キャパシタ601(図2参照)が設けられた4つのキャパシタユニット60と、4つの電流センサ61と、を有する。
図2は、蓄電盤42に設けられたキャパシタユニット60を示す図である。本実施の形態では、キャパシタユニット60は、2枚のヒートシンク602と、24個の直列接続された電気二重層キャパシタ601と、を有する。
電流センサ61は、個別ライン162上に設けられている。電流センサ61は、各々のキャパシタユニット60からDCバスライン14に流れる電流を所定時間ごと(例えば、1msec)に計測する。
短絡コンタクタ44は、共通ライン161に設けられている。短絡コンタクタ44がオン状態のとき、4つのキャパシタユニット60とDCバスライン14は電気的に繋がっており、4つのキャパシタユニット60からDCバスライン14へと電流を供給できる。また、短絡コンタクタ44がオフ状態のとき、4つのキャパシタユニット60とDCバスライン14の間は電気的に遮断されており、4つのキャパシタユニット60からDCバスライン14への電流の供給が停止される。
図3は、コントローラ10の構成を示すブロック図である。コントローラ10は、取得部71と、記憶部72と、ピーク検出部73と、算出部74と、判定部75と、停止実行部76と、を少なくとも有する。
取得部71は、所定時間(例えば、1msec)ごとに4つの電流センサ61で検出された電流値を取得する。
ピーク検出部73は、各々の電流センサ61によって取得される電流のピークを検出する。ピーク検出部73は、例えば、電流センサ61から今回取得した電流値と、前回取得した電流値を比較し、前回取得した電流値よりも今回取得した電流値が小さい場合には、前回取得した電流値の検出タイミングにおいて電流値がピークに達したことを検出する。
判定部75は、判定時間について算出された電流の平均値と、その判定時間に対して設定されている閾値とを比較し、電流の平均値が閾値を超えているか否かを判定する。
このように、50msの判定時間における閾値は、20msの判定時間における閾値よりも低い値に設定されており、長い判定時間に対する閾値は低い値に設定されている。
<2.動作>
次に、本発明にかかる実施の形態のプレス装置1の動作について説明するとともに、本発明のプレス装置の制御方法の一例についても述べる。図5Aおよび図5Bは、本実施の形態のプレス装置1の制御を示すフロー図である。
はじめに、ステップS10において、コントローラ10からプレス運転準備信号が出力されているか否かが検出される。プレス運転準備信号は、プレス装置1を運転する際にユーザによってボタンが押されて出力される信号であり、プレス装置1を正常に動作させる準備が出来たことを示す信号である。
次に、ステップS15において、設定されたモーションに従いサーボモータ21が動作してスライド2を上下動作させる。なお、スライド2の下方への移動の際、サーボモータ21は所定速度に達するまで加速し、その後一定速度で駆動する。サーボモータ21の駆動によるクランクシャフト25の回転に伴って、スライド2は下死点に達してから上昇する。そして、上死点でスライド2を停止させるために所定位置からサーボモータ21が減速される。
プレス加工の際の消費電力の変化について図6を用いて説明する。図6は、プレス加工の際の電力の変化を示す図である。図6には、点線L1と実線L2が示されている。点線L1は、プレス成形時におけるプレス装置1の消費電力の時間変化を示す。実線L2は、工場電源100から供給された電力の時間変化を示す。
そして、スライド2が所定位置に達すると、コントローラ10は、スライド2を上死点で停止するためにサーボモータ21を減速させる。図6における、時刻t5がサーボモータ21の減速開始時刻を示し、時刻t6が減速終了を示す。図6に示すように、時刻t5からt6では、出力がマイナス側になっており、サーボモータ21において回生電力が発生している。この回生電力は、電気二重層キャパシタ601に充電される。
そして、次のステップS19では、PWMコンバータ33が、DCバスライン14の電圧が所定電圧以上になるか否かを判定している。そして、DCバスライン14の電圧が所定電圧以上になった場合、制御はステップS20へと進み、電力は、PWMコンバータ33の電源回生機能により工場電源100に回生される。DCバスライン14の電圧は電気二重層キャパシタ601の電圧と等しいため、PWMコンバータ33は、電気二重層キャパシタ601の電圧を検出していることになる。すなわち、電気二重層キャパシタ601の充電量が所定量以上になると、サーボモータ21で発生した回生電力は工場電源100へと回生される。また、ステップS19において、DCバスライン14の電圧が、所定電圧よりも小さい場合には、ステップS21において電気二重層キャパシタ601が充電される。
なお、初めに電気二重層キャパシタ601に充電を行った後は、サーボモータ21の減速時の回生電力等によって電気二重層キャパシタ601に充電が行われる。このため、工場電源100から入力を行わなくてもよい。
上述したプレス制御の一例であるステップS10~S22の動作と並行して、図5Bに示すように、停止制御の一例であるステップS30~S47の動作が行われる。
ステップS31において、ピーク検出部73は、各々の電流センサ61の検出値において、今回の検出タイミングにおける電流値が前回の検出タイミングにおける電流値より下がったか否かについて判定する。そして、下がった場合には、前回の検出タイミングにおいて電流値にピークが発生したことを検出する。なお、ピークは、例えば、図6における時刻t3等で発生する。
一方、ステップS33において、電流の平均値が閾値以下であると判定された場合には、ステップS35において、算出部74は、10msecの判定時間における電流の平均値を算出する。算出部74は、ピークの時刻t13の前後5msec(時刻t5~t6の間)の電流値のデータを記憶部72から取得する。図7には、10msecの判定期間が、判定期間J10で示されている。そして、算出部74は、取得した電流値のデータ(時刻t15~t16の11個のデータ)の平均値を算出する。
一方、ステップS47において、プレス運転準備信号がオフの場合には、制御は終了する。
(3-1)
本実施の形態におけるプレス装置1は、スライド2と、ボルスタ3と、サーボモータ21と、キャパシタユニット60(蓄電ユニットの一例)と、電流センサ61(電流検出部の一例)と、コントローラ10(制御部の一例)と、を備える。スライド2は、上金型7が装着可能である。ボルスタ3は、スライド2の下方に配置され下金型8が載置可能である。サーボモータ21は、スライド2を駆動する。キャパシタユニット60は、蓄電した電力をサーボモータ21に供給可能である。電流センサ61は、キャパシタユニット60から供給される電流を検出する。コントローラ10は、電流センサ61の検出値に基づいて、キャパシタユニット60からサーボモータ21への電流の供給を停止する停止制御を行う。
本実施の形態におけるプレス装置1は、短絡コンタクタ44(遮断部の一例)を更に備える。短絡コンタクタ44は、キャパシタユニット60からサーボモータ21への共通ライン161(電流のラインの一例)を遮断する。コントローラ10は、短絡コンタクタ44を動作させることにより、停止制御を行う。
(3-3)
本実施の形態におけるプレス装置1では、コントローラ10(制御部の一例)は、所定の判定時間においてキャパシタユニットから供給される電流の平均値が所定閾値を超えたと判定した場合、停止制御を行う。
(3-4)
本実施の形態におけるプレス装置1では、コントローラ10(制御部の一例)は、取得部と、ピーク検出部73と、算出部74と、判定部75と、停止実行部76と、を有する。取得部71は、所定時間ごとに電流センサ61からの検出値を取得する。ピーク検出部73は、検出値に基づいて、電流値のピークを検出する。算出部74は、電流値のピークを中心として判定時間における電流の平均値を算出する。判定部75は、算出部74によって算出された電流の平均値と、所定閾値を比較し、電流の平均値が所定閾値を超えているか否かを判定する。停止実行部76は、電流の平均値が所定閾値を超えていると判定部75によって判定された場合に停止制御を行う。
(3-5)
本実施の形態におけるプレス装置1では、時間の異なる複数の判定時間(例えば、2msec、5msec、10msec、20msec、50msec、100msec)が設けられている。所定閾値は、各々の判定時間に対応付けられて設けられている。時間が長い判定時間ほど、対応する所定閾値は小さく設定されている。
(3-6)
本実施の形態におけるプレス装置1では、キャパシタユニット60は、複数設けられている。電流センサ61(電流検出部の一例)は、各々のキャパシタユニット60に対して設けられている。停止制御は、全てのキャパシタユニット60からサーボモータ21への電流の供給を停止する制御である。コントローラ10(制御部の一例)は、少なくとも1つのキャパシタユニット60から供給される電流の平均値が所定閾値を超えたと判定した場合、停止制御を実行する。
(3-7)
本実施の形態におけるプレス装置1では、キャパシタユニット60(蓄電ユニットの一例)は、複数の電気二重層キャパシタ601(蓄電デバイスの一例)を有する。
(3-8)
本実施の形態のプレス装置の制御方法は、ステップS31(検出ステップの一例)と、ステップS33、S36、S39、S42、S45、S34、S37、S40、S43、S46(停止ステップの一例)と、を備える。ステップS31(検出ステップの一例)は、キャパシタユニット60から、スライド2を駆動するサーボモータ21に供給される電流を検出する。ステップS33、S36、S39、S42、S45、S34、S37、S40、S43、S46(停止ステップの一例)は、ステップS31(検出ステップの一例)での検出値に基づいて、キャパシタユニットからサーボモータへの電流の供給を停止する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施の形態では、2msec、10msec、20msec、50msec、100msecの5つの異なる判定時間が設けられているが、5つに限られるものではなく、1つであってもよい。
上記実施の形態では、短絡コンタクタ44をオフ状態にすることによって、4つのキャパシタユニット60からの電流の供給を停止しているが、サーボモータ21を停止することによってキャパシタユニット60からの電流の供給を停止させてもよい。この場合、短絡コンタクタ44は設けられていなくてもよく、停止実行部76はサーボアンプ22に停止指令を送信する。
(C)
上記実施の形態では、電流値の平均値で判定しているが、電流の積算値で判定しても良い。
上記実施の形態では、電流値のピークを検出し、ピークを中心とした判定時間においてキャパシタユニット60からの電流の供給の停止を判定しているが、これに限らなくても良い。例えば、データを取得するタイミングごとに、そのタイミングから2msec、10msec、20msec、50msec、100msec分遡ったデータを利用して判定を行ってもよい。
上記実施の形態では、24個の電気二重層キャパシタ601が直列接続されたキャパシタユニット60が4つ設けられ、4つのキャパシタユニット60が並列に接続されているが、これらの数および接続構成に限定されるものではない。
(F)
上記実施の形態では、蓄電デバイスの一例として電気二重層キャパシタ601が用いられているが、電気二重層キャパシタに限らず、アルミ電解コンデンサ等が用いられてもよく、要するに電荷を蓄電可能な蓄電デバイスであればよい。また、キャパシタユニット60を一例とする蓄電ユニットは、このような蓄電デバイスが複数設けられていてもよい。
2 :スライド
3 :ボルスタ
4 :スライド駆動部
5 :サーボ電源部
6 :蓄電システム部
7 :上金型
8 :下金型
9 :メインブレーカ
10 :コントローラ
21 :サーボモータ
60 :キャパシタユニット
61 :電流センサ
601 :電気二重層キャパシタ
Claims (9)
- 上金型が装着可能なスライドと、
前記スライドの下方に配置され下金型が載置可能なボルスタと、
蓄電した電力を前記サーボモータに供給可能な蓄電ユニットと、
前記蓄電ユニットから供給される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づいて、前記蓄電ユニットから前記サーボモータへの電流の供給を停止する停止制御を行う制御部と、
前記サーボモータを制御するサーボアンプと、を備え、
前記制御部は、前記サーボアンプに前記サーボモータの停止指令を出力することにより、前記停止制御を行う、
プレス装置。 - 上金型が装着可能なスライドと、
前記スライドの下方に配置され下金型が載置可能なボルスタと、
前記スライドを駆動するサーボモータと、
蓄電した電力を前記サーボモータに供給可能な蓄電ユニットと、
前記蓄電ユニットから供給される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づいて、前記蓄電ユニットから前記サーボモータへの電流の供給を停止する停止制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、所定の判定時間において前記蓄電ユニットから供給される電流の平均値または積算値が所定閾値を超えたと判定した場合に前記停止制御を行う、
プレス装置。 - 前記蓄電ユニットから前記サーボモータへの電流のラインを遮断する遮断部を更に備え、
前記制御部は、前記遮断部を動作させることにより、前記停止制御を行う、
請求項1または2に記載のプレス装置。 - 前記制御部は、
所定時間ごとに前記電流検出部の前記検出値を取得する取得部と、
前記検出値に基づいて、電流値のピークを検出するピーク検出部と、
前記電流値のピークを中心として前記判定時間における電流の平均値を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記電流の平均値と、前記所定閾値を比較し、前記電流の平均値が前記所定閾値を超えているか否かを判定する判定部と、
前記電流の平均値が前記所定閾値を超えていると前記判定部によって判定された場合に前記停止制御を行う停止実行部と、を有する、
請求項2に記載のプレス装置。 - 時間の異なる複数の前記判定時間が設けられており、
前記所定閾値は、各々の前記判定時間に対応付けられて設けられており、
時間が長い前記判定時間ほど、対応する前記所定閾値は小さく設定されている、
請求項2または4に記載のプレス装置。 - 前記蓄電ユニットは、複数設けられており、
前記電流検出部は、各々の前記蓄電ユニットに対して設けられており、
前記停止制御は、全ての前記蓄電ユニットから前記サーボモータへ電流が供給されることを停止する制御であり、
前記制御部は、少なくとも1つの前記蓄電ユニットから供給される電流の平均値が前記所定閾値を超えたと判定した場合、前記停止制御を実行する、請求項2、4、および5のいずれか1項に記載のプレス装置。 - 前記蓄電ユニットは、複数の蓄電デバイスを有し、
前記蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタである、
請求項1~6のいずれか1項に記載のプレス装置。 - 蓄電ユニットから、スライドを駆動するサーボモータに供給される電流を検出する検出ステップと、
前記検出ステップでの検出値に基づいて、前記蓄電ユニットから前記サーボモータへの電流の供給を停止する停止ステップと、を備え、
前記停止ステップは、前記サーボモータを制御するサーボアンプに前記サーボモータの停止指令を出力する、
プレス装置の制御方法。 - 蓄電ユニットから、スライドを駆動するサーボモータに供給される電流を検出する検出ステップと、
前記検出ステップでの検出値に基づいて、前記蓄電ユニットから前記サーボモータへの電流の供給を停止する停止ステップと、を備え、
前記停止ステップは、所定の判定時間において前記蓄電ユニットから供給される電流の平均値または積算値が所定閾値を超えたと判定した場合に前記停止を行う、
プレス装置の制御方法。
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