JP7162636B2 - サーボプレス及び加工装置、並びに、それを用いるプレス加工方法及び組立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータを駆動源とし、被加工物（ワーク）に加工力（圧力・荷重）を加えて加工するサーボプレスなどに関する。特には、サーボモータやサーボアンプ、あるいは荷重を検出するロードセルに異常が発生した場合に、それをいち早く検知できるように改良を加えたサーボプレスなどに関する。また、プレス作業中のプレス機械の異常の有無を監視することにより、プレス加工品（製品）の不良をいち早く発見できるプレス加工方法などに関する。

本発明の対象である、プレスや加工装置がワークを加工する形態は、曲げ・せん断・切断・押しつぶし・絞り・鍛造・押し出し・引き抜きなどの塑性加工や、圧入・圧着・部品組み立てなど、様々な加工形態を含む。本明細書にいう圧力や荷重は、様々な加工力の形態、例えば押圧力・せん断力・引っ張り力・回転力・ねじり力などを含む。本発明の対象である加工装置は、サーボモータの発生する回転トルクを様々な加工力に変換してワークを加工するとともに、その加工力（圧力・荷重）をロードセルで検出し、検出した加工力が所望の値となるようにサーボモータへの入力をフィードバック制御する、様々な形態の装置を含む。

特許文献１には、「サーボモータにより作動するプレス機構と、 プレス機構のプレス荷重を検出するロードセルと、 サーボモータのモータ軸の回転位置を検出する回転位置センサと、 ロードセルおよび回転位置センサからの検出信号に基づきサーボモータに制御電力を供給する制御装置と、を備え」るサーボプレス装置であって、 「上記の制御装置は、減算器と、荷重制御器と、加算器と、サーボモータドライバと、を備える」ものが開示されている。

上記サーボプレス装置における制御装置の減算器は、「荷重指令信号とロードセルからの荷重検出信号とに基づき、荷重偏差信号を演算する」ものとされている。
また、荷重制御器は、次のようなものとされている。
「荷重偏差信号に対応したプレス荷重を生ずべく、前記荷重偏差信号とあらかじめ定められた位置比例ゲインの逆数から、サーボモータのモータ軸を所定の角度回転させる回転制御信号を演算する。また、加算器は、回転制御信号と前記回転位置センサからの回転位置検出信号に基づき、前記サーボモータのモータ軸を所定の回転位置に向けて回転すべく回転位置指令信号を演算する。そして、サーボモータドライバは、回転位置指令信号に対応する回転位置に前記サーボモータのモータ軸を回転すべく制御電力を前記位置比例ゲインを用いて演算し、前記サーボモータに供給する。」

このような構成に基づき、特許文献１のサーボプレス装置は、次のような作用・効果を奏するとされている。
「サーボモータに供給する制御電力を制御するサーボモータドライバへの制御信号として、回転位置指令信号を用いている。そのため、制御装置内外の異常により所定の回転位置指令信号が出力され続けた場合であっても、所定の回転位置にサーボモータのモータ軸が回転した後に安全に停止する。従って、請求項１に記載のサーボプレス装置は、安全に作動することが保障される。」

特許第６０１３６８１号

特許文献１のサーボプレス装置は、「制御装置内外の異常により所定の回転位置指令信号が出力され続けた場合であっても、所定の回転位置にサーボモータのモータ軸が回転した後に安全に停止する」という安全機能を有するものではあるが、ワークに所望の加工力が加えられたか否かの、なんらかの確認機能（異常検知機能）を伴うものではない。

本発明者の知見に基づけば、上記特許文献１以外の先行技術にも、「ロードセル（ストレンゲージ）から検出した信号をサーボアンプにフィードバックし圧力制御を行うサーボプレスにおいて、ロードセル、またはサーボモータに異常が発生したことを検知する方法」を開示するものはなかった。

上記異常が生じた場合、サーボプレスによる加工製品について、良品を不良品、または不良品を良品とみなしてしまう可能性がある。そのような異常発生の際に、最終的な製品検査を行わなかった場合、信頼性を失うおそれもあった。

サーボプレスにおける、ロードセルを使用したフルクローズド圧力制御においては、製品加工時に適切な圧力を保持しながらワークを加工することで、高精度な製品が生産される。例えば、ベアリングをハウジングに圧入する作業においては、ベアリングに適切な圧入力を加えることで、圧入したベアリングの適切な回転を実現できる。圧入力が大きすぎた場合、ベアリング、またはハウジングに膨張、または変形が生じ、ベアリングの回転が重くなる。逆に圧入力が小さすぎた場合、ハウジングとベアリング間にクリアランスが発生し、ベアリングが抜けたり空回りしたりする。

作業者が故障したロードセル（ロードセルアンプ）、またはサーボモータ（サーボアンプ）に気付かないでプレス加工を続けた場合、上記のような不具合品が生産されるおそれがある。そのような不具合品を、組み立て後の検査により発見・排除するには、検査工程や作業が煩雑になる。当然、不具合品がユーザーに使用されて問題が生じることは避けなければならない。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ロードセルやサーボモータを使用するプレスなどの加工において、加工装置に異常が発生していないか監視するシステムを提供することを目的とする。また、不良製品の発生や後工程への流出を未然に防ぐことができる手段・方法を提供することを目的とする。

この「課題を解決するための手段」、及び、「特許請求の範囲」、並びに、明細書の一部においては、添付図各部の参照符号を括弧書きして示すが、これは単に参考のためであって、権利範囲を添付図のものに限定する意図はない。

本発明は、ロードセル及びサーボモータを使用するプレスなどの装置や、そのような装置を用いる加工方法において、特には、加工荷重値の管理制限範囲（要求範囲）が厳しい製品を加工する際に、ロードセル検出荷重とモータ入力換算荷重とを相互に監視をすることで、不良品の発生を抑制するものである。

本発明のサーボプレス（１）は、 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、 該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、 前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、 前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、を備え、
前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、 前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、を具備することを特徴とする。

本発明の具体的な実施形態においては、前記サーボモータ（77）が回転運動するものであり、 該サーボモータ（77）の回転運動を直線運動に変換し、前記スライド（41）を直線移動させる回転・直線運動変換機構（３）を備える。そのような形態に代えて、強力なリニアモータが得られる場合には、リニアモータを用いることができる。

本発明の具体的な実施形態においては、 前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）を入力されて、該信号の値からを加工力の換算値（換算加工力）を算出する手段と、 算出された換算加工力と、前記ロードセル（43）の検出した加工力（検出加工力）とを比較する手段と、 比較した両加工力の差が規定範囲内か否かを判定する異常判定部（85）と、を具備することができる。そのような形態に代えて、入力電力に関する信号（105）とロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との比例関係をチェックして、その比例関係の適正状態（予め、式やマップなどとして設定しておく）から外れた場合に異常ありと判定することもできる。

本発明の具体的な実施形態においては、上記「サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）」は、サーボアンプ（87）から出力されサーボモータに入力される電流信号（105）とすることができる。上記制御部（８）や異常判定部（85）、あるいは各センサの検出する元の信号を加工力（圧力）に換算する機能は、市販のＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ、モーションコントローラ）を用いて構成できる。

サーボモータへの入力値（電流値など)を加工力に換算した換算加工力と、ロードセル検出加工力とを比較して異常判定することで、あるいは、上記比例関係の適正状態から外れた場合に異常ありと判定することで、以下が可能となる。
（ア）異常が発生した場合、プレスを停止させ不良品を発生させないことで、日々の生産工程における危険性（リスク）を回避できる。
（イ）サーボモータ制御機器側のモータ電流値やトルクの安定性を監視でき、モータやサーボアンプの劣化や故障を早期に検知できる。
（ウ）ロードセル本体（43）やロードセルアンプ（89）の劣化や故障を監視できる。
（エ）加工工具（金型）の部品等の摩耗や破損を監視できる。この点については、図４を参照しつつ、具体的に後述する。

本発明の加工装置（１）は、 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、 該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、 前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、 前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、を備え、
前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、 前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
を具備することを特徴とする。

本発明のプレス加工方法は、 前記サーボプレス（１）を用いてワーク（13）をプレス加工する方法であって、 前記異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点におけるプレス加工品を一時的に不良と判定することを特徴とする。

本発明の組立て方法は、 前記加工装置（１）を用いて部品を本体に圧入組立てする方法であって、 前記異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点における組立て品を一時的に不良と判定することを特徴とする。

上記のプレス加工方法・組立て方法においては、装置（１）の異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点におけるプレス加工品・組立て品を一時的に不良と判定する。又は、プレス・加工装置の運転を中断する。その後は、そのプレス加工品・組立て品をチェックしたり、装置を点検する。これにより、不良品の発生を最小限にとどめることができる。

本発明の好ましい形態においては、 前記ワーク（13）に実際に加工力を加える加圧段階では、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記加工力が所望の値となるように該サーボモータへの入力を制御する圧力制御モードとし、 前記加圧段階の手前までは、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記スライド（41）の位置が所望の位置となるように該サーボモータへの入力を制御する位置制御モードとし、 該位置制御モードから前記圧力制御モードに切替後、任意設定可能な無視時間の経過後に、前記異常判定部（85）が、前記換算加工力と前記検出加工力とを比較して両加工力の差が規定範囲内か否かの判定を開始することが好ましい。

あるいは、前記位置制御モードから前記圧力制御モードに切替後、任意設定可能な無視時間の経過後に、前記制御部（８）が、前記入力電力に関する信号（105）と前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との比例関係をチェックして、その比例関係の適正状態から外れた場合に異常ありと判定することが好ましい。

本発明の好ましい実施形態においては、加工品（製品）とプレス加工条件に応じた適切な無視時間を設けることで、安定した加工状態において、ロードセルの検出信号に基づく検出加工力と、サーボモータへの入力値（サーボアンプの出力値）に基づいて計算（換算）した換算加工力とを比較する。

サーボモータの出力トルクは、加圧段階の初期においては、プレス（加工装置）の荷重の発生に伴い、大きく変動することがある（具体的には図４を参照しつつ後述する）。このような初期の時間帯においては、ロードセル（ロードセルアンプ）、またはサーボモータ（サーボアンプ）が異常か否かは判断できない。つまり、この変動中の換算加工力に基づいて異常を判定すると、本当は正常な加工も異常判定となり、異常監視システムが成り立たない。そこで、ロードセル信号による加工力と、モータ入力の換算による換算加工力との差が、大きく変動する時間帯を、無視時間として異常判定の対象としないことが好ましい。

無視時間として適切な時間は、金型、ワーク（材質・形状）、運転パターン等により異なるので、設定により無視時間は調整できるようにしておく。衝撃荷重は、条件次第では、製品加工に必要な圧力よりはるかに大きい圧力が発生することもある。

本発明は、ロードセル、及び、サーボモータを使用するプレス加工などにおいて、これらの装置に異常が発生していないかを監視するシステムを提供できる。特には、加工荷重値制限範囲が厳しく管理する製品に対して、ロードセルとモータトルクの相互監視をすることで、不良品流出を未然に防ぐことができる。

例えば、プレスによりベアリングをハウジングに圧入する加工の場合には、ロードセルの圧力値と、サーボモータ入力値の換算圧力値との比較により、適切なベアリングの嵌合状態を判断できる。そして、ロードセルやサーボモータなどに異常が発生した場合、プレスを停止させ製品を不良品と認識できる。

本発明の実施形態に係るサーボプレス１の機械的構成の概要、及び、制御部の構成の概要を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係るサーボプレスの制御系の構成、及び、作用を模式的に示すブロック図である。 本実施形態に係るサーボプレスの制御系の動作を説明するフローチャートである。 本実施形態に係るサーボプレスの発生する圧力の推移と、異常判定の概要を説明するための、模式的なグラフである。縦軸は圧力（加工力）であり、横軸は時間である。

1：サーボプレス、加工装置、3：回転・直線運動変換機構、プレス本体部、5：フレーム、
6：ベース、7：回転駆動部、8：制御部、
11：上型(工具、金型)、13：ワーク、被加工物、15：下型(工具、金型)、
31：回転軸、31b：回転軸31の上部、31f：回転軸31の下部、33：従動プーリ、35：軸受、
37：ボールナット、39：ボールスクリュー、40：タイミングベルト、
41：スライド(ラム)、43：ロードセル、71：駆動プーリ、75：減速機、
77：サーボモータ、79：エンコーダ、81：制御ボックス、
83：タッチパネル(コントローラ)、85：異常判定部、CPU、PLC、87：サーボアンプ、
89：ロードセルアンプ、
101：位置検出信号、103：電流計、
105：電流信号、信号、
107：電流制御部、109：速度制御部、121：切替部、123：圧力制御部、
125：位置制御部、127：圧力指令部、129：位置指令部、131：荷重検出信号、
141：コントローラ
S200～Ｓ211：図３フローチャートの各項目名
301～313：図４グラフ内波形位置名

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係るサーボプレスの構成概要を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るサーボプレス１の機械的構成の概要、及び、制御部の構成の概要を模式的に示す図である。図に示す方向の「上」・「下」は、プレスの一般的な配置状態における地球重力方向の上下を示すが、本発明はそのような配置に限定されるものではない。

本実施形態に係るサーボプレス１は、フレーム５やベース（ボルスター）６、回転・直線運動変換機構（プレス本体部）３、サーボモータ77を含む回転駆動部７、制御部８などの、主要構成部分を備える。そして、上下工具（金型11・15）の間において、被加工物（ワーク13）に力（圧力・荷重）を加えて加工する。なお、本発明の特徴部分は制御部８であり、その他の部分は、現状使用されている一般的なものでもよいが、それらの概要に関する理解は、本発明の理解に有用であるので、制御部８以外の概要も説明する。

プレス１のフレーム５は、プレス本体部３や回転駆動部７、制御部８を支える構造体である。ベース６は、フレーム５や下型15を搭載する構造体である。

プレス本体部３は、スライド41と、その下端部に配設された上型11を、上下に駆動するとともに、同上型11に下方向の加工力を加えるものである。プレス本体部３は、機構的には、回転・直線運動変換機構、及び、スライド41の案内機構である。回転・直線運動変換機構としては、後述するサーボモータ77の回転が伝達される回転軸31や、それに連結されたボールスクリュー39、ボールナット37などを有する。

回転軸31及びボールスクリュー39は、上下に延びる一体で回転する軸である。回転軸31の上部31bには、従動プーリ33が固定されている。この従動プーリ33は、タイミングベルト40により回転駆動される。回転軸31の下部31fは、軸受35によってフレーム５に固定されている。

回転軸31の下部31fの下方にはボールスクリュー39が接続されている。同ボールスクリュー39の外周には、多数のボール（図示されず）を介して、ボールナット37が外嵌・螺合している。ボールナット37は、回転軸31・ボールスクリュー39の回転に伴って、上下に駆動される。そして、ボールナット37はスライド41に固定されており、ボールナット37の上下に伴い、スライド41が上下する。スライド41は、図示せぬリニアガイドにより、上下に案内される。なお、本発明のサーボプレスや加工装置における回転・直線運動変換機構は、ボールねじ式の他に、クランク式やリンク式、ラック＆ピニオン式などを用いることもできる。

スライド（ラム）41の下端部には、ロードセル43を介して、上型11が取り付けられている。ロードセル43はロードセルアンプ89に接続されており、スライド41から上型11にかかる荷重（加工力、圧力）に応じた信号が、ロードセルアンプ89からサーボアンプ87や異常判定部85に出力される（図２などを参照しつつ後述する）。

回転駆動部７（サーボモータ組立体）は、その上部から下部に、駆動プーリ71、減速機75、サーボモータ（本体）77、エンコーダ79が接続されて構成されている。駆動プーリ71と前述の従動プーリ33の間には、タイミングベルト40が巻き掛けられている。このタイミングベルト40を介して、従動プーリ33及び回転軸31・ボールスクリュー39が回転駆動される。減速機75は、サーボモータ77の回転を減速する（トルクは増大させる）。

サーボモータ77は、例えばＡＣサーボモータを使用できる。サーボモータ77の駆動電流は、同モータ77と電気的に接続されたサーボアンプ（ドライバ）87によって制御される。エンコーダ79はモータ軸の回転位置を検出する。

制御部８は、別置き方式などがあるが、基本的には加工に支障を来たさない、フレーム５の側面や背面に設けられている。制御部８は、タッチパネル83や、ＣＰＵ(ＰＬＣ)85、サーボアンプ87、ロードセルアンプ89などを含む。ＰＬＣ（モーションコントローラ）は、図２のＣＰＵ８５に対応する部分である。図２のサーボモータ制御部87は、サーボアンプ内の構成である。

プレス本体部３のスライド41にかかる加工力（圧力、荷重）は、ロードセル43に加わり微弱な信号が発生する。信号はロードセルアンプ89（図１）へ伝達され増幅される。ロードセルアンプにおいては最大１０Ｖ（一例）の電圧を発生させる。ロードセルアンプ89において増幅された電圧はサーボアンプ87へ伝達される。ロードセルアンプ89の最大出力は10Ｖであり、同アンプ89の出力10Ｖは、プレスが最大公称荷重の実圧力を出しているときの出力である。ロードセルアンプ89の表す実圧力値の信号は、フィードバック信号(アナログ信号値)として図２の圧力制御部123にフィードバックされる。そして、実圧力が目標圧力に到達に達していなければ、サーボモータ制御部（サーボアンプ）87は演算された電流値をサーボモータ77に供給して、モータ側の圧力制御を行う。

次に、本実施形態の制御系について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るサーボプレスの制御系の構成、及び、作用を模式的に示すブロック図である。図３は、図２の制御系の動作を示すフローチャートである。

図２の右端部に、上述のプレス本体部３が示されている。同部３のスライド41（図１参照）は、サーボモータ77から駆動力を受け、上下に駆動される。同サーボモータ77には、その回転量を検出するエンコーダ79が付設されている。エンコーダ79の回転量信号は、サーボモータ制御部８に送られ、スライド41の位置制御125や速度制御109に供される。

プレス本体部３のスライド41にかかる加工力（圧力、荷重）は、ロードセル43に加わり、荷重信号131が発生する。荷重信号131は、サーボモータ制御部８に送られ、サーボモータの圧力制御123に供される。また、荷重信号131は、ＣＰＵ（ＰＬＣ、異常判定部）85にも送られ、ロードセルの検出加工力とされ、異常判定に用いられる。

サーボモータ77は、制御部８のサーボアンプ87（図１参照）から電力供給を受ける。供給される電力は、一定電圧（例えば１０Ｖ）で、電流は電流制御部107により、目標とする出力（加工力）に応じて定量的に制御される。サーボモータ77に供給された電流の実値は、電流計103で測定され、測定された電流信号105は、電流制御部107にフィードバックされる。また、電流信号105は、ＣＰＵ85に送られ、該信号の値から加工力の換算値（換算加工力）が算出され、算出された換算加工力と、上記ロードセルの検出加工力とを比較され、両加工力の差が加工条件に応じて予め設定された規定範囲内か否かにより異常判定が行われる。

電流制御部107は、本実施形態におけるプレス加工の各段階（詳しくは後述）で、サーボモータ77に与える電流値をコントロールする。そのコントロールは、電流計103で検出する電流信号105が指令値と一致するようにするフィードバックコントロールである。プレス加工の最終段階、すなわち金型11がワーク13に加える加工力（圧力）を所定の値にする段階（圧力制御モード）の電流制御においては、サーボモータ77に与える電流値をコントロールして、モータ発生トルク、そして、それに対応するプレス加工力をコントロールする。

速度制御部109は、位置制御モードでは、プレス加工の初期段階あるいは終了後に、比較的高速でスライド41及び上型11を上下させる際や、それらを増速・減速させる際の制御を行う。位置制御モードは、位置補正を優先とする設定された速度制御部109の速度指令にて、位置制御部125からのスライドの目標位置に関する指令を受ける。目標位置は、例えば、金型11がワーク13に当接する直前の位置や、それらが当接する位置、あるいは、加工終了後に金型11がワーク１３から所定距離退避した位置などである。位置制御125には、エンコーダ79からの位置信号がフィードバックされ、エンコーダ７９により検出されたスライドの位置（位置検出信号101）が目標位置と一致した場合に、位置制御を終了する。

圧力制御モードでは、圧力補正を優先とする設定された速度制御部109の速度指令にて、所定位置までの位置制御指令を行うとともに、加工力が所定の目標値になるように、モータ入力電流値を決定し、電流制御部107に指令する。圧力制御モードでは、荷重検出信号の実圧力値に相当する信号131を圧力制御部123にフィードバックし、同圧力制御部123は演算をして目標加工力（圧力）に関する精度の高い補正指令を与える。

切替部121は、コントローラ141から指令を受けて、位置制御モードと圧力制御モードとを切り替えるスイッイングデバイスである。

位置制御部125は、位置制御モードにおいて、位置指令部129からのスライド41の位置指令を受けて、速度制御部109に スライド41を位置指令により定義された位置まで駆動する、位置補正を優先とする位置制御としての速度指令や、電流指令などの指示を与える。位置制御部125には、エンコーダ79からの位置検出信号101がフィードバックされる。位置指令部129は、ＣＰＵ85から、位置制御モードにおいて優先されるスライド位置や動作時間の指令を受ける。

圧力制御部123は、圧力制御モードにおいて、圧力指令部127から、到達すべき加工力（圧力）の大きさとその持続時間の指令を受ける。そして、圧力制御部123は、受けた圧力指令値に基づき、圧力補正を優先とする圧力制御としての速度指令や位置指令と、サーボモータの目標出力（スライドの目標推力）となる電流指令とを決定して、速度制御109に与える。圧力制御123には、ロードセル43からの荷重信号131がフィードバックされる。

ＣＰＵ85は、コントローラ141から、サーボプレス動作の各種指示を受けて、位置制御モードにおいては、位置指令129へ、圧力制御モードにおいては、圧力指令127へ指令を出力する動作パターン指令と比較判定入力信号を基に演算された判定結果を出力する主制御の要である。

ＣＰＵ85には、ロードセル43からの荷重信号131と、電流計103からの電流信号105も入力される。そして、サーボモータ77に与えられた電流値を換算したプレス圧力値（換算加工力）を算出し、それと、ロードセル43検出のプレス荷重値（検出加工力）とを比較する。両者の差が所定値を超える場合、「異常」と判断する。異常と判断した場合、コントローラ141にアラーム発出信号を出す。

図２・図１の制御システム全体の作用として、圧力制御モードでは、サーボモータ77は、タッチパネル83で設定された圧力に相当する電流（トルク）を、指令された圧力保持時間の間、保持する動作を行う。設定圧力、時間は、ＣＰＵ85とサーボアンプ87を介しサーボモータ77に伝達される。装置全体が正常な状態では、設定圧力を保持している時間、ロードセルアンプから出力する電圧の換算値と、サーボモータから発生する電流換算値の平均値とは実質的に比例し、特にロードセルアンプのゲインを適切に設定した場合には、これらの値は実質的に等しい値となる。

ＣＰＵ85には、タッチパネルで設定した圧力に対しロードセルアンプから出力する電圧→サーボアンプ圧力の換算値と、サーボモータから発生する電流→圧力換算値が送られる。ＣＰＵ85においては、これらの数値を比較し、圧力の差が許容範囲であれば、ロードセル（ロードセルアンプ）、またはサーボモータ（サーボアンプ）などは正常と判断する。圧力の差が許容範囲外であれば、ロードセル（ロードセルアンプ）、またはサーボモータ（サーボアンプ）などに異常があると判断する。

コントローラ141は、タッチパネル83（図１参照）に各種の表示を行うとともに、加工動作内容や各種動作におけるモータ制御のパラメータ設定の入力も兼ねる機器である。

次に、図３のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係るサーボプレスの制御系の動作を説明する。まず最初に、Ｓ２００で、オペレータが、これから行うプレス作業の仕様をタッチパネル83で入力する。また、これに代えて、予め準備されたプレス作業の仕様を、図示しないサーバ等の外部機器や記憶媒体から読み込むようにしてもよい。作業仕様には、スライドを位置制御モードで作動させる下限の位置や移動速度、ワークに加えるべきプレス加工力やその持続時間の指令値が含まれる。また、後述する無視時間を作業仕様に含む構成としてもよい。

次に、Ｓ２０１で、プレスのスライドを下降させる。なお、下降前のスライドの位置は、ワークの取り出しや取り付けに適するように、スライドを十分に上昇させた位置である。プレス下降の指定（指令）位置は、位置制御モードから圧力制御モードに切り替える位置である。

次に、Ｓ２０２では、位置制御モードでの運転中における、ロードセルの荷重圧力を検出し、その値が所定値以上か否かを判定する。また、その他の異常（安全装置の作動やモータ側などの異常）がないかを監視する。異常あり（ＹＥＳ、図の左方）の場合、Ｓ２０９（図の最下部）に進んでアラームを発出する。アラームは、警報音の発生やプレスの停止などを含む。異常なし（ＮＯ、図の下方）の場合、Ｓ２０３に進む。

Ｓ２０３では、エンコーダ79の出力等に基づいて、スライドが指定位置に到達したか否か判定する。未到達（ＮＯ）の場合、Ｓ２０２に戻り、スライド下降・異常検出を継続する。指定位置に到達（ＹＥＳ）の場合、Ｓ２０４に進む。

Ｓ２０４では、サーボモータの制御を位置制御モードから圧力制御モードへ切り替える。そして、Ｓ２０５で、ロードセル43の荷重値をチェックする。具体的には、ロードセル43の検出歪をロードセルアンプ89（図１）で電圧（荷重信号131）に変換し、ＣＰＵ85で荷重値（検出加工力）に換算する。なお、ロードセル43の検出電圧の最高（ＭＡＸ）値は、プレスの公称荷重値（仕様値）と同じである。

Ｓ２０６では、Ｓ２０５と並行して、サーボモータ77にサーボアンプ87から入力される電流値をプレスの圧力（換算加工力）に換算する。具体的には、電流計103（図２）で検出した電流値に変換係数を掛けて、プレスの圧力を得る。得たプレス圧力を「モータ圧力値」あるいは「換算加工力」と呼ぶ。

Ｓ２０７では、相互比較判定遅延時間（比較監視無視時間）の経過を判定する。相互比較判定遅延時間とは、前述のとおり、プレスの荷重（衝撃荷重含む）の発生に伴い、モータ圧力値（換算加工力）が大きく変動する時間帯を、無視時間として異常判定の対象としない時間のことである。製品とプレス加工条件に適切な無視時間を設ける。この遅延時間（無視時間）が経過していない場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２０５・Ｓ２０６に戻る。遅延時間（無視時間）が経過した場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２０８に進む。

Ｓ２０８では、遅延時間（無視時間）の経過後、すなわち安定した加工状態においてロードセル（ロードセルアンプ）の電圧とサーボモータ（サーボアンプ）の電流値を比較する。比較値が設定の範囲を超えたら、ロードセル（ロードセルアンプ）またはサーボモータ（サーボアンプ）等に異常が発生したものとＰＬＣは判断し、アラーム発出Ｓ２０９に進み、プレス動作を停止させる。
すなわち、サーボモータ77への入力電流信号105の値から換算した換算加工力（圧力）と、ロードセル43の検出した荷重信号131に基づく加工力（検出加工力）とを比較する。そして、比較した両加工力の差が規定範囲を超える場合、異常と判定する。

具体的には、ＰＬＣ（モーションコントローラ、ＣＰＵ）には、タッチパネルで設定した圧力に対しロードセルアンプから出力する電圧→サーボアンプ圧力の換算値とサーボモータから発生する電流→圧力換算値が送られる。ＰＬＣ（ＣＰＵ）においてはこれらの数値を比較し、圧力の差が許容範囲であれば、ロードセル（ロードセルアンプ）、またはサーボモータ（サーボアンプ）は正常である。圧力の差が許容範囲外であれば、ロードセル（ロードセルアンプ）、またはサーボモータ（サーボアンプ）に異常がある。

Ｓ２０８における判定が異常なしの場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２１０に進み、プレス加工終了か否か、すなわち指令圧力（加工力）の維持時間が終了したか否かを判定する。未終了の場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２０５・Ｓ２０６へ戻る。終了の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２１１に進んで、プレス（スライド）上昇動作を行う。

次に、図４の模式的なグラフを参照しつつ、本実施形態に係るサーボプレスの発生する圧力の推移と、異常判定の概要を説明する。図４のグラフにおいて、縦軸は圧力（加工力）であり、横軸は時間（位置・距離も含む）である。

図４において、実線で台形状に示されているのが、ロードセル43からの荷重信号131（図２参照）に基づくプレスの圧力（検出加工力）である。上型11がワーク13にコンタクトして（図１参照）から、検出加工力は上昇し、ある一定値（指令値）に達して、その値が所定時間（指令持続時間）、維持される。そして、所定時間経過後に、上型11が上昇し、それに伴い、検出加工力は減少する。なお、圧力制御(トルク制御)の場合は、不定期な負荷に対して対応するため、低速でもモータ電流値の変動が大きくなる。図４のロードセル信号上昇線が直線になっているが、実波形では、細かく波打ちながら上昇し、一定値になる。衝撃荷重があれば、ロードセル検出加工力も波形となる。

図４のグラフ中の破線、及び、二点鎖線は、サーボモータ77への入力電流値（サーボアンプ87の出力電流値）である。破線について見ると、実線（検出加工力）の立ち上がりの初期とほぼ同時に、急峻に立ち上がって（301）、最初のピーク（303）が生じている。その後に鋭く落ち込み（305）、再度のピーク（307）と落ち込み（309）の後、フラットな定常部（311）が生じている。なお、上記のとおり、この図４のグラフは模式的なものであるので、具体的な線の形態に、定量的な意味があるわけではない(図４の「ロードセルからの信号」のピークは極端な表現例である)。

これらのピークや落ち込みの鋭い波状の部分は、サーボモータ制御のいわゆる「ハンチング」が現れている部分である。この波状の部分は、定量的な数値処理（ロードセルの検出加工力とサーボモータ電流の換算加工力との比較など）を行うのに適した部分ではない。そこで、この換算加工力の波状部分の時間は、無視時間として、両加工力の比較や、それに基づく判定を行わない。

そして、値の安定したフラットな定常部（311）について、検出加工力（実線）と比較する。その比較する時間（比較時間）において、破線の換算加工力（311）は、実線の上下にある幅をもって規定されている許容範囲から外れている。この破線の換算加工力の判定（評価）は、「異常」とされる。

上述のように、想定外の高い振幅(303、305等)が発生した場合は、以下の内容にて異常検出出力となる。すなわち、ロードセル側の変動荷重値とモータ側変動電流換算圧力値の差(圧力差の許容範囲内)が、ある時間範囲内になっているのを確認しながら、比較時間に移行する。そして、ある時間を経過しても差が生じている場合は、別アラームとして出力、装置を停止する。ただし、モータ電流値の変動が比較的大きくならない場合は、無視時間をもうけなくてもよい。

一方、二点鎖線の換算加工力は、比較時間（安定状態）において、許容範囲内に収まっている。そのため、この二点鎖線の状態は正常である。比較時間における許容範囲内判定は、比較時間内において、許容範囲外となった時間が設定時間以上となった場合に、「異常」と判定する。なお、その他の数値処理に基づいて異常判定を行うことも可能である。

比較時間の後の破線（313）は、スライド41（ラム）の戻り動作におけるモータ電流値の変動の一事例であり、ある曲線を描き、電流値が「０」となることを表したものである。比較時間は、圧力制御にて行った加工の目標位置(下限位置)と終了時間に到達した時点で終了し、その後、スライド41は戻り動作（上昇）となる。その他の事例、例えばベアリングの圧入組立の場合は、圧入する荷重の大きさをいくつかの段階に分けて、多段階で圧入を行うものもある。その場合、１回の加工動作で、複数の目標荷重値があり、比較時間帯も複数になるパターンとなる。

金型や圧入品に摩耗がある場合における、サーボプレスの発生する圧力の推移と、異常判定は次のとおりである。各圧力値(荷重値、換算加工力)、スライド位置、各種時間との相関関係を用いることで、金型、工具等の異常を検出することができる。
例として、部品摩耗がある場合、ロードセルの荷重検出開始点位置(時間含む)が、基準開始点より遅れが発生した場合と目標圧力へ上昇角度が緩やかな場合、サーボモータ側は、圧力補正を優先としていることから、ロードセル側検出値が低いと、更に電流値を上げる(換算加工力を上昇させる)ために、初期の電流振れ幅の大きい期間や目標より高い電流期間が長くなり、比較判定時間に入り、異常と判定される。
その他においては、加工終了時において、比較時間終了の時間とスライドの終了位置の差からも判定が可能である。

Claims (11)

1. 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、
   該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、
   前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、
   前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、
   を備えるサーボプレス（１）であって、
   前記制御部（８）は、
   前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、
   前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
   を具備し、
   前記制御部（８）は、 前記入力電力に関する信号（105）と前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との比例関係をチェックして、その比例関係の適正状態から外れた場合に異常ありと判定することを特徴とするサーボプレス（１）。
2. 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、
   該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、
   前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、
   前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、
   を備える加工装置（１）であって、
   前記制御部（８）は、
   前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、
   前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
   を具備し、
   前記制御部（８）は、 前記入力電力に関する信号（105）と前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との比例関係をチェックして、その比例関係の適正状態から外れた場合に異常ありと判定することを特徴とする加工装置（１）。
3. 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、
   該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、
   前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、
   前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、
   を備えるサーボプレス（１）であって、
   前記制御部（８）は、
   前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、
   前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
   を具備し、
   前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）を入力されて、該信号の値からを加工力の換算値（換算加工力）を算出する手段と、 算出された換算加工力と、前記ロードセル（43）の検出した加工力（検出加工力）とを比較する手段と、 比較した両加工力の差が規定範囲内か否かを判定する異常判定部（85）と、を具備し、
   前記ワーク（13）に実際に加工力を加える加圧段階では、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記加工力が所望の値となるように該サーボモータへの入力を制御する圧力制御モードとし、
   前記加圧段階の手前までは、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記スライド（41）の位置が所望の位置となるように該サーボモータへの入力を制御する位置制御モードとし、
   該位置制御モードから前記圧力制御モードに切替後、任意設定可能な無視時間の経過後に、前記異常判定部（85）が、前記換算加工力と前記検出加工力とを比較して両加工力の差が規定範囲内か否かの判定を開始することを特徴とするサーボプレス（１）。
4. 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、
   該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、
   前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、
   前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、
   を備える加工装置（１）であって、
   前記制御部（８）は、
   前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、
   前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
   を具備し、
   前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）を入力されて、該信号の値からを加工力の換算値（換算加工力）を算出する手段と、 算出された換算加工力と、前記ロードセル（43）の検出した加工力（検出加工力）とを比較する手段と、 比較した両加工力の差が規定範囲内か否かを判定する異常判定部（85）と、を具備し、
   前記ワーク（13）に実際に加工力を加える加圧段階では、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記加工力が所望の値となるように該サーボモータへの入力を制御する圧力制御モードとし、
   前記加圧段階の手前までは、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記スライド（41）の位置が所望の位置となるように該サーボモータへの入力を制御する位置制御モードとし、
   該位置制御モードから前記圧力制御モードに切替後、任意設定可能な無視時間の経過後に、前記異常判定部（85）が、前記換算加工力と前記検出加工力とを比較して両加工力の差が規定範囲内か否かの判定を開始することを特徴とする加工装置（１）。
5. 前記ワーク（13）に実際に加工力を加える加圧段階では、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記加工力が所望の値となるように該サーボモータへの入力を制御する圧力制御モードとし、
   前記加圧段階の手前までは、前記サーボモータ（77）の制御モードを、前記スライド（41）の位置が所望の位置となるように該サーボモータへの入力を制御する位置制御モードとし、
   該位置制御モードから前記圧力制御モードに切替後、任意設定可能な無視時間の経過後に、前記制御部（８）が、前記入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）と、の比例関係をチェックして、その比例関係の適正状態から外れた場合に異常ありと判定することを特徴とする請求項１記載のサーボプレス（１）又は請求項２記載の加工装置（１）。
6. 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、
   該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、
   前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、
   前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、
   を備えるサーボプレス（１）であって、
   前記制御部（８）は、
   前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、
   前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
   を具備することを特徴とするサーボプレス（１）を用いてワーク（13）をプレス加工する方法であって、
   前記異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点におけるプレス加工品を一時的に不良と判定することを特徴とするプレス加工方法。
7. 前記サーボプレス（１）の前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）を入力されて、該信号の値からを加工力の換算値（換算加工力）を算出する手段と、 算出された換算加工力と、前記ロードセル（43）の検出した加工力（検出加工力）とを比較する手段と、 比較した両加工力の差が規定範囲内か否かを判定する異常判定部（85）と、を具備することを特徴とする請求項６記載のプレス加工方法。
8. 請求項１、３又は５記載のサーボプレス（１）を用いてワーク（13）をプレス加工する方法であって、
   前記異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点におけるプレス加工品を一時的に不良と判定することを特徴とするプレス加工方法。
9. 被加工物（ワーク（13））に加工力を加える工具（11、15）が取り付けられ、直線運動するスライド（41）と、
   該スライド（41）の原動機であるサーボモータ（77）と、
   前記サーボモータ（77）を制御する制御部（８）と、
   前記ワーク（13）に加えられる加工力を検出するロードセル（43）と、
   を備える加工装置（１）であって、
   前記制御部（８）は、
   前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）と、前記ロードセル（43）の検出した荷重信号（131）との対応関係を判断する手段と、
   前記対応関係が規定範囲内か否かを判定することにより異常を判定する異常判定部（85）と、
   を具備する加工装置（１）を用いて部品を本体に圧入組立てする方法であって、
   前記異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点における組立て品を一時的に不良と判定することを特徴とする組立て方法。
10. 前記加工装置（１）の前記制御部（８）は、 前記サーボモータ（77）への入力電力に関する信号（105）を入力されて、該信号の値からを加工力の換算値（換算加工力）を算出する手段と、 算出された換算加工力と、前記ロードセル（43）の検出した加工力（検出加工力）とを比較する手段と、 比較した両加工力の差が規定範囲内か否かを判定する異常判定部（85）と、を具備することを特徴とする請求項９記載の組立て方法。
11. 請求項２、４または５記載の加工装置（１）を用いて部品を本体に圧入組立てする方法であって、
    前記異常判定部（85）で異常発生と判定した時点で、該時点における組立て品を一時的に不良と判定することを特徴とする組立て方法。

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