発明の技術分野 
 本発明は、サーボプレスによりこれと異な� ��機械プレスのスライドモーションを模擬す� ��サーボプレスとその運転制御方法に関する� ��

関連技術の説明
 この出願において、「機械プレス」とは1回 のプレス工程(ストローク)において同一方向� ��1回転駆動される主駆動軸と、この主駆動軸 の回転をスライド(これに金型が取り付けら� �る)の往復運動に変換する機構(往復動変換機 構)とを有する装置をいう。

 かかる機械プレスは、その駆動機構の相� ��から、クランクプレス、クランクレスプレ� ��、リンクプレス、ナックルプレスなどに大� ��される。

 従来は、駆動軸にフライホイールを備え� ��フライホイールの慣性力で駆動軸を一定の� ��転速度に維持する機械プレス(フライホイー ル駆動式の機械プレス)が主流であった。こ� �場合、機械プレスの速度は、1分当りのスト� ��ーク数(SPM:Stroke per minute)で示され、金型の 成形性(しわや割れの発生の有無)に合わせて� ��トローク数(SPM)を調整することが、現場で� �日常的に行なわれていた。

 一方、近年、サーボモータの大型化と制御� ��CPUの能力向上により、サーボモータで駆動� ��を回転駆動するサーボモータ駆動方式の機� ��プレス(以下、「サーボプレス」と呼ぶ)が� �場してきている。このサーボプレスは、従� �のフライホイールがなく、かつ大型のサー� �モータを備えているので、駆動軸及びこれ� �連動するスライドの位置及び速度を自由に� �化させることができる。
 以下、スライドの位置及び速度の変化を「� ��ライドモーション」と呼ぶ。

 フライホイール駆動式の機械プレスでは、� ��動軸とスライドの関係が機械的に定まって� ��るため、スライドモーションを変更するこ� ��は不可能であり、フライホイールの回転速� ��の設定値を変更することにより、ストロー� ��数(SPM)のみを調整可能である。
 これに対し、サーボプレスでは、サーボモ� ��タによりスライドの位置及び速度を自由に� ��化させることができるため、スライドモー� ��ョンの設定手段として、種々の手段が提案� ��れている(例えば、特許文献1,2)。

 特許文献1の手段は、サーボモータにより スライドを駆動するサーボプレスにおいて、 図1に示すように、運転のためのデータを設� �する際に、スライド位置を仮想クランク角� �に換算して設定し、設定した仮想クランク� �度とそれに対応するスライド位置とを表示� �るものである。これにより、機械式プレス� �同様のクランク角度のイメージでスライド� �置の設定や表示を可能とし、またスライド� �置と外部周辺装置との同期をとりながらの� �転を可能としている。

 特許文献2の「プレス機械」は、図2に示� �ように、クランク軸の回転によりスライド� �昇降させつつプレス加工するプレス機械に� �いて、指定された加工領域用情報を利用し� �作成されたスライドの加工領域内での加工� �モーションパターンと、非加工領域を最短� �間で通過できるように自動作成された非加� �領域内での非加工用モーションパターンと� �組み合わせた全域スライドモーションに従� �て、プレス運転可能に構成したものである� �

特開2004-58152号公報

特開2004-1016号公報

 上述したように、駆動軸にフライホイール� ��なく、かつ大型のサーボモータを備えてい� ��サーボプレスは、駆動軸及びこれに連動す� ��スライドの位置及び速度を自由に変化させ� ��ことができる利点を有する。
 従って、この利点を生かして、任意のスラ� ��ドモーションをサーボプレスで模擬して運� ��することが可能となる。特に、種々の特性� ��機械プレス(例えば従来のフライホイール駆 動式の機械プレス)のスライドモーションを� �ーボプレスで模擬して運転し、実際にプレ� �加工をすることが可能である。

 しかし、任意のスライドモーションをサー� ��プレスで模擬しようとする場合、「時間―� ��ライド位置」方式のモーションの与え方は� ��従来の機械プレスで用いられてきたストロ� ��ク数(SPM)の調整とはマッチせず、現場の操� �員にはわかり難いという問題点があった。
 従来の機械プレスになれた操作員には「ク� ��ンク軸の角度-スライド位置」の関係が固定 という概念が一般的であり、「スライド位置 」を時間軸に対して自由に設定するモーショ ン設定方法はなじみ難い。
 また、異なる機械プレスのスライドモーシ� ��ンをサーボプレスで模擬しようとする場合� ��は、特許文献1の手段により、スライド位置 を仮想クランク角度に換算して設定する場合 でも、模擬目標となる機械プレスとこれを模 擬するサーボプレスとの関連付けが困難であ る問題点がある。
 同様に、特許文献2の「プレス機械」のよう に、クランク角度とスライド位置の関係を示 す加工用モーションパターンを用いた場合で も、模擬目標となる機械プレスとこれを模擬 するサーボプレスとの関連付けが困難である 。

 本発明はかかる問題点を解決するために� ��案されたものである。すなわち、本発明の� ��的は、従来の機械プレスと同様にストロー� ��数(SPM)を調整することができ、「主駆動軸� �軸角度-スライド位置」の関係を基に、模擬� ��標となる機械プレスのスライドモーション� ��模擬することができるサーボプレスとその� ��転制御方法を提供することにある。

 本発明によれば、サーボモータで主駆動� ��を回転駆動するサーボプレスの運転制御方� ��であって、模擬目標の機械プレスの目標ス� ��イドモーションを入力する入力ステップと� ��前記目標スライドモーションに基づいて該� ��標スライドモーションを模擬する前記サー� ��プレスのサーボスライドモーションを演算� ��る演算ステップと、前記サーボスライドモ� ��ションに基づき前記サーボプレスを運転制� ��する運転制御ステップとを有する、ことを� ��徴とするサーボプレスの運転制御方法が提� ��される。

 本発明の好ましい第1実施形態によれば、前 記目標スライドモーションは、前記機械プレ スの主駆動軸の目標軸角度とスライド位置と の関係を示す目標位置プロファイルである。
 また、別の好ましい第2実施形態によれば、 前記目標スライドモーションは、前記機械プ レスの主駆動軸の目標軸角度とスライド位置 との関係を示す目標位置プロファイルと、前 記主駆動軸の目標軸角度とプレス速度との関 係を示す目標速度プロファイルである。

 また、前記機械プレスの主駆動軸の目標� ��角度とスライド位置との関係を示す目標位� ��プロファイルと、前記サーボプレスのサー� ��軸角度とスライド位置との関係を示すサー� ��位置プロファイルとから、前記機械プレス� ��主駆動軸の目標軸角度を前記サーボプレス� ��サーボ軸角度に変換する角度変換テーブル� ��予め設定し、前記演算ステップにおいて、� ��度変換テーブルを用いて、目標位置プロフ� ��イルからサーボ位置プロファイルを演算す� ��。

 また、前記模擬目標の機械プレス及び/又 はサーボプレスは、クランクプレス、クラン クレスプレス、リンクプレス、又はナックル プレスである。

 また、前記模擬目標の機械プレスは、ク� ��ンクプレスであり、前記機械プレスの主駆� ��軸はクランク軸である、ことが好ましい。

 また、本発明によれば、主駆動軸を回転� ��動するサーボモータとサーボ制御装置を備� ��、該サーボ制御装置は、プレス制御装置か� ��の運転要求指令に基づき、主駆動軸の軸角� ��の目標値を生成し、この目標値とフィード� ��ック値との偏差が最小になるようにフィー� ��バック制御を行い、サーボ制御装置の制御� ��力はモータドライブへ出力され、モータド� ��イブでこの指令値に基づき、モータ駆動電� ��を発生させ、サーボモータを回転駆動する� ��ーボプレスであって、前記サーボ制御装置� ��、模擬目標の機械プレスの目標スライドモ� ��ションに基づいて該目標スライドモーショ� ��を模擬する前記サーボプレスのサーボスラ� ��ドモーションを演算し、前記サーボスライ� ��モーションに基づき前記サーボプレスを運� ��制御する、ことを特徴とするサーボプレス� ��提供される。

 本発明の好ましい第1実施形態によれば、 前記目標スライドモーションは、前記機械プ レスの主駆動軸の目標軸角度とスライド位置 との関係を示す目標位置プロファイルである 。

 また、別の好ましい第2実施形態によれば 、前記目標スライドモーションは、前記機械 プレスの主駆動軸の目標軸角度とスライド位 置との関係を示す目標位置プロファイルと、 前記機械プレスの主駆動軸の目標軸角度とプ レス速度との関係を示す目標速度プロファイ ルである。

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

 図3Aは、本発明によるサーボプレスの構成� �である。
 この図において、11aはフレーム、11bはベッ� ��、12はサーボモータ、13はピニオン、14はメ� ��ンギア、15はクランク軸、16はクランク部、 17はコネクチングロッド、18はスライド、19は ボルスタである。

 この例において、本発明のサーボプレス10� �、サーボモータ12でクランク軸15を回転駆動� ��るクランクプレスである。なお、本発明に� ��いて、サーボプレス10はクランクプレスに� �定されず、クランクプレス、クランクレス� �レス、リンクプレス、又はナックルプレス� �あってもよい。
 なお、この出願において、「主駆動軸」と� ��、1回のプレス工程(ストローク)において同� ��方向に1回転駆動される駆動軸を意味し、こ の例ではクランク軸15が該当する。

 図3Aにおいて、サーボプレス10は、従来のフ ライホイールを備えず、サーボモータ12によ� ��、ピニオン13を介してメインギア14を駆動す る。また、メインギア14にクランク軸15(主駆� ��軸)が接続されており、クランク軸15の回転� ��動をクランク部16によりコネクチングロッ� �17を介してスライド18の往復運動に変換して� ��る。
 従って、サーボモータ12の回転位置(角度)を 制御することにより、クランク軸15の軸角度� ��制御し、スライド18の位置を制御すること� �できる。

 図3Aにおいて、21はサーボモータのエンコー ダ、22はクランク軸のエンコーダ、23はモー� �ドライブ、24はサーボ制御装置、26はプレス� ��御装置(プレスPLC)である。
 サーボ制御装置24は、プレス制御装置26から の運転要求指令に基づき、クランク軸15の軸� ��度の目標値を生成し、この目標値とフィー� ��バック値(各モータのエンコーダ値、または クランク軸エンコーダ値)との偏差が最小に� �るようにフィードバック制御を行う。
 また、サーボ制御装置24の制御出力はモー� �ドライブ23へ出力され、モータドライブ23で� ��この指令値に基づき、モータ駆動電流を発� ��させ、サーボモータ12を回転駆動するよう� �なっている。

 図3Bは、サーボプレス10の駆動機構の模式図 である。
この図において、クランク部16の上端からの� ��転角度(以下、「主駆動軸の軸角度」という )をθ、クランク部16の偏心量(クランク軸15か� ��の距離)をd ₁ 、コネクチングロッド17の連結部間の長さをd ₂ 、スライド18の下死点からの上昇量をyとする 。
 この場合、主駆動軸(クランク軸15)を同一方 向に回転駆動することにより、スライド18を� ��ライド18の下死点から上死点までクランク� �16の偏心量d ₁ の2倍のストロークで往復運動させることが� �きる。

 図4は、本発明の第1実施形態の方法を示� �制御フロー図である。本発明の第1実施形態� ��方法は、模擬目標の機械プレスの目標スラ� ��ドモーション1を上述したサーボプレス10で� ��擬する運転制御方法である。

 模擬目標の機械プレス(以下、「目標機械プ レス」と呼ぶ)は、1回のプレス工程(ストロー ク)において同一方向に1回転駆動される主駆� ��軸と、この主駆動軸の回転をスライド(これ に金型が取り付けられる)の往復運動に変換� �る機構(往復動変換機構)とを有する。
 この目標機械プレスは、クランクプレス、� ��ランクレスプレス、リンクプレス、又はナ� ��クルプレスのいずれでもよい。例えば、ク� ��ンクプレスの場合、目標機械プレスの主駆� ��軸は、クランク軸である。
 また、目標機械プレスは、予め構造、寸法� ��が特定されており、その主駆動軸の軸角度( 以下、「目標軸角度」と呼ぶ)と目標機械プ� �スのスライド位置との関係は予め決まって� �るものとする。

 図4において、本発明の方法は、入力ステ ップS1、角度変換ステップS2、及び運転制御� �テップS3の3ステップからなる。

 入力ステップS1では、模擬目標プレスの目� �スライドモーション1をサーボ制御装置24又� �プレス制御装置26に入力する。本発明の第1� �施形態の場合、この目標スライドモーショ� �1は、目標位置プロファイル2と目標速度(一� �速度)S ₀ からなる。
 なお、目標スライドモーション1は、目標位 置プロファイル2のみであってもよい。

 目標位置プロファイル2は、模擬目標プレス における目標軸角度αとスライド位置yとの関 係を示すものである。
 図6において下側の図は、目標位置プロファ イル2の一例である。この図において、横軸� �模擬目標プレスの目標軸角度α、縦軸は模擬 目標プレスのスライド位置yである。

 角度変換ステップS2では、目標スライド� �ーション1とサーボスライドモーション5から 、角度変換テーブル4を求め、目標スライド� �ーションを模擬するサーボプレス10のサーボ 軸角度θを出力する。

 サーボスライドモーション5はサーボ位置プ ロファイル6からなる。
 サーボ位置プロファイル6は、サーボプレス 10におけるサーボ軸角度θとスライド位置yと� ��関係を示すものであり、図6の上側の図はサ ーボ位置プロファイル6の一例である。

 角度変換テーブル4は、図6において、目標� �械プレスの目標軸角度αをサーボプレス10の� ��ーボ軸角度θに変換する変換テーブルであ� �。
 この角度変換テーブル4は、目標機械プレス の目標位置プロファイル2と、サーボプレス� �サーボ位置プロファイルとから予め設定し� �おく。サーボ位置プロファイルはサーボプ� �スの設計値又は実験値から求めることがで� �る。

 図6は、角度変換ステップS2において、目� ��位置プロファイル2からサーボ位置プロファ イル6を演算する手段を模式的に示す図であ� �、表1はこの設定方法を模式的に示している� ��

 表1において、目標機械プレスの目標位置プ ロファイル2から、模擬目標プレスにおける� �標軸角度αとスライド位置yとの関係(表の左� ��と中間欄の関係)が決まる。
また、同様に、サーボプレスのサーボ位置プ ロファイルから、サーボ軸角度θとスライド� ��置yとの関係(表の右欄と中間欄の関係)が決� ��る。
 従って、同一のスライド位置yを得るための 角度変換テーブル4は、この表における左欄� �右欄の関係となる。
 この関係は表形式のテーブルに限定されず� ��制御装置(サーボ制御装置24又はプレス制御� ��置26)の記憶装置に記憶してもよい。

 本発明の第1実施形態の場合、模擬目標プレ ス速度をS ₀ の一定値としている。これを積分すると一定 速で回転する目標軸角度αが得られ、このα� �対応するサーボ軸角度θを角度変換テーブル 4から読み出す。
 なお、目標プレス速度S ₀ は後述する第2実施形態との区別のため、便� �上一定速として扱っているが、サーボプレ� �の生産速度を操作員が変更する場合は、S ₀ を別の値に変更しても良く、プレス装置の運 転速度を制限するものではない。

 運転制御ステップS3では、サーボ軸角度θに 基づきサーボプレス10を運転制御する。
 すなわち、図3Aに示したサーボ制御装置24は 、プレス制御装置26からの運転要求指令に基� ��き、サーボプレスのサーボ軸角度θの目標� �を生成し、運転制御ステップS3において、こ の目標値とフィードバック値(各モータのエ� �コーダ値、またはクランク軸エンコーダ値)� ��の偏差が最小になるようにフィードバック� ��御を行なう。
 また、サーボ制御装置24の制御出力はモー� �ドライブ23へ出力され、モータドライブ23で� ��この指令値に基づき、モータ駆動電流を発� ��させ、サーボモータ12を回転駆動する。

 以下、本発明の第1実施形態の具体例を、1� �クランクプレス機構をもったサーボプレス� �例に説明する。なお、以下の例では主駆動� �はクランク軸であり、軸角度はクランク軸� �度である。
 模擬目標の機械プレス(目標機械プレス)の� �標速度はS ₀ の一定値でスライドモーションは目標位置プ ロファイル2として目標スライドモーション1� ��定義されている。

 目標速度が一定の場合は、クランク軸角度� ��標値(目標角度α)は、上死点A _S と目標速度S ₀ から数1の式(1)で表される。

 目標機械プレスの目標軸角度αは、上述し� �角度変換テーブル4によって、サーボプレス1 0のサーボ軸角度θに変換される。このサーボ 軸角度θがサーボプレスの制御系の目標値と� ��る。
 目標機械プレスの目標軸角度αからサーボ� �レスのサーボ軸角度θを求めるための角度変 換テーブル4は図6のように求める。
 図6の下側に示した目標位置プロファイル2� �、サーボプレスに模擬させたい目標機械プ� �スのスライドモーションとなる。図6の上側� ��示したサーボ位置プロファイル6はサーボプ レスのスライド駆動機構が元々もっているモ ーション特性の逆関数となる。

 例えば、サーボプレスのスライド駆動機� ��がクランクプレス機構である場合に、4節リ ンク機構の動作を模擬させたい場合などに同 様の角度変換テーブルを用いることができる 。

 従来技術(図2)では、特定の角度区間の速度� ��調整できるが、クランクプレスの機構で、� ��ンクプレスの動きを実現するような任意の� ��ーション制御は実現できない。これに対し� ��角度変換テーブル4を利用することで、これ が可能となる。
 これにより、旧式の機械プレスをサーボプ� ��スに置き換える場合や、金型メーカーが客� ��の機械プレスに合わせて、テスト用プレス� ��モーションを変更したい場合などにも、柔� ��に対応できる。
 なお上述の例では、クランクプレス機構で� ��リンクプレス機構のモーションを実現する� ��をあげたが、無論、この逆の動作も可能で� ��り、任意の機構と任意のモーションの組み� ��わせが可能である。

 図6において、表1の角度変換テーブルを求� �る際は、まず、模擬したいスライドモーシ� �ンのクランク軸角度をa ₁ 、a ₂ 、a ₃ 、…と、δAずつ変化させて、そのときのスラ イド位置y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…を求める。これは目標位置プロファイル 2に対応する。
 次にサーボプレスのスライド機構のスライ� ��モーションの逆関数から、スライド位置y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…に対応するクランク軸角度位置θ ₁ 、θ ₂ 、θ ₃ 、…を求める。これはサーボ位置プロファイ ル6に対応する。これにより、a ₁ 、a ₂ 、a ₃ 、…とθ ₁ 、θ ₂ 、θ ₃ 、…の対応が求まるので、これを角度変換テ ーブルとする。
 これらの演算は、サーボ制御装置の外部で� ��フラインデータとして行い、結果の角度変� ��テーブルだけを、サーボ制御装置24に与え� �も良い。

(角度モーション作成の具体例)
 角度変換テーブル作成の具体例を更に詳細� ��説明する。
 図3Bに示したクランク式のサーボプレスに� �いて、クランク角度θとストロークyとの関� �式は数2の式(2.1)~(2.3)のようになる。
ここでd ₁ はクランク軸の偏心量、d ₂ はコネクチングロッドの長さである。

 サーボプレスのクランク機構の寸法値がd ₁ =300[mm]、d ₂ =1100[mm]であり、サーボプレスに模擬させたい 別のプレス装置のクランク機構の寸法値が、 d ₁ =300[mm]、d ₂ =800[mm]であった場合、プレスのストローク量� ��どちらも2×300=600mmであるが、クランク角度� ��対する動きは図7のようにずれが生じる。

 この図において、実線がサーボプレス10� �クランク機構の動き、点線が模擬させたい� �標機械プレスのクランク機構の動きである� �

 以上の関係から、目標位置プロファイル2と サーボ位置プロファイル6は以下のように求� �る。
(目標位置プロファイル)
 模擬させたいプレスの特性値、d ₁ ’=300[mm]、d ₂ ’=800[mm]と、クランク角度目標値αを数3の式( 3.1)に代入してストローク量yを求める。
クランク軸角度目標値αをa ₁ 、a ₂ 、a ₃ 、…と、δAずつ変化させて、対応するストロ ーク量y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…を求めると、目標位置プロファイル2が� �まる。
(サーボ位置プロファイル)
 サーボプレスの特性値、d ₁ =300[mm]、d ₂ =1100[mm]と、ステップ1で求めたストローク量y� ��数3の式(3.2)に代入して、ストロークyに対応 するサーボプレスの補正クランク角度目標値 θを求める。
 ストローク量y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…と変化させて、対応するサーボ軸角度目 標値θ ₁ 、θ ₂ 、θ ₃ 、…を求めると、サーボ位置プロファイル6� �求まる。

 なお、クランク機構では、式(3.1)から式(3.2) の逆関数が容易に導出できるが、4節リンク� �構や6節リンク機構ではクランク角度とスト� ��ーク量の関係式が複雑になり、逆関数を導� ��することが容易ではない。
 その場合、ステップ2では、ニュートン法な どの数値演算により、ストロークyに対応す� �補正クランク角度目標値を求めるように変� �する。
 更に、「角度モーション」を求める場合は� ��上記クランク角度目標値を0°~360°まで、角� ��刻みで変化させ、対応する補正クランク角� ��目標値を求めてやればよい。

 図5は、本発明の第2実施形態の方法を示� �制御フロー図である。

 図5において、本発明の方法は、入力ステ ップS1、角度変換ステップS2、演算ステップS4 、及び運転制御ステップS3の4ステップからな る。

 入力ステップS1では、模擬目標プレスの� �標スライドモーション1をサーボ制御装置24� �はプレス制御装置26に入力する。本発明の第 2実施形態の場合、この目標スライドモーシ� �ン1は、目標位置プロファイル2と目標速度プ ロファイル3からなる。

 目標位置プロファイル2は、模擬目標プレス における目標軸角度αとスライド位置yとの関 係を示すものである。
 図6の下側に示した図は、目標位置プロファ イル2の一例である。この図において、横軸� �模擬目標プレスの目標軸角度α、縦軸は模擬 目標プレスのスライド位置yである。

 角度変換ステップS2では、目標スライド� �ーション1とサイドスライドモーション5から 、角度変換テーブル4を求め、目標スライド� �ーションを模擬するサーボプレス10のサーボ 軸角度θを出力する。

 サーボスライドモーション5はサーボ位置プ ロファイル6からなる。
サーボ位置プロファイル6は、サーボプレス10 におけるサーボ軸角度θとスライド位置yとの 関係を示すものであり、図6の上側に示した� �はサーボ位置プロファイル6の一例である。

 角度変換テーブル4は、図6において、目標� �械プレスの目標軸角度αをサーボプレス10の� ��ーボ軸角度θに変換する変換テーブルであ� �。
 この角度変換テーブル4は、目標機械プレス の目標位置プロファイル2と、サーボプレス� �サーボ位置プロファイルとから予め設定し� �おく。サーボ位置プロファイルはサーボプ� �スの設計値又は実験値から求めることがで� �る。

 図6は、角度変換ステップS2において、目� ��位置プロファイル2からサーボ位置プロファ イル6を演算する手段を模式的に示す図であ� �、上述した表1はこの設定方法を模式的に示� ��ている。

 表1において、目標機械プレスの目標位置プ ロファイル2から、模擬目標プレスにおける� �標軸角度αとスライド位置yとの関係(表の左� ��と中間欄の関係)が決まる。
また、同様に、サーボプレスのサーボ位置プ ロファイルから、サーボ軸角度θとスライド� ��置yとの関係(表の右欄と中間欄の関係)が決� ��る。
 従って、同一のスライド位置yを得るための 角度変換テーブル4は、この表における左欄� �右欄の関係となる。
 この関係は表形式のテーブルに限定されず� ��制御装置(サーボ制御装置24又はプレス制御� ��置26)の記憶装置に記憶してもよい。

 本発明の第2実施形態の場合、模擬目標プレ スの速度は目標速度プロファイル3で定義さ� �る。目標速度プロファイル3は、模擬目標プ� ��スにおける目標軸角度αと1分当りのストロ� ��ク数(SPM)との関係を示すものである。図7は� ��標プロファイル3の一例である。この図にお いて、横軸は模擬目標プレスの目標軸角度α� ��縦軸は模擬目標プレスの速度(SPM)である。
 演算ステップS4では、目標角度αの連続性が 保たれるように目標速度プロファイル3の区� �ごとに速度を時間積分し、目標角度αとして 出力する。
このαに対するサーボ軸角度θを角度変換テ� �ブル4から読み出す。

 運転制御ステップS3では、サーボ軸角度θに 基づきサーボプレス10を運転制御する。
 すなわち、図3Aに示したサーボ制御装置24は 、プレス制御装置26からの運転要求指令に基� ��き、サーボプレスのサーボ軸角度θの目標� �を生成し、運転制御ステップS3において、こ の目標値とフィードバック値(各モータのエ� �コーダ値、またはクランク軸エンコーダ値)� ��の偏差が最小になるようにフィードバック� ��御を行なう。
 また、サーボ制御装置24の制御出力はモー� �ドライブ23へ出力され、モータドライブ23で� ��この指令値に基づき、モータ駆動電流を発� ��させ、サーボモータ12を回転駆動する。

 以下、本発明の第2実施形態の具体例を、1� �クランクプレス機構をもったサーボプレス� �例に説明する。なお、以下の例では主駆動� �はクランク軸であり、軸角度はクランク軸� �度である。
 模擬目標の機械プレス(目標機械プレス)の� �目標速度プロファイル3」は図7に示すように 、クランク軸角度(目標軸角度α)の区間毎の� �度目標値を定義したものである。

 図7では、クランク軸角度(目標軸角度α)の1� ��イクルを5区間に分割して、速度目標を定義 している。
 この例において、区間1は上死点AsからA ₁ までの角度区間の間を、一定の速度目標値S ₁ で運転する。区間2は速度の遷移区間で、速� �目標値S ₁ →S ₂ を、A ₁ からA ₂ の角度区間で遷移する。区間3はA ₂ からA ₃ までの角度区間の間を、一定の速度目標値S ₂ で運転する。区間4は速度の遷移区間で、速� �目標値S ₂ →S ₁ を、A ₃ →A ₄ の角度区間で遷移する。区間5はA ₄ から上死点Asまでの角度区間の間を、一定の� ��度目標値S ₁ で運転する。

 これは例えば、区間3はスライドに取り付 けられた上型と、ボルスタに取り付けられた 下型が接触する角度区間であり、区間1と区� �5はクランク軸が上死点を通過する角度区間� ��ある。このような速度目標値を設定するこ� ��により、金型が接触する区間では速度を落� ��して、成型性を高め、スライドが上昇する� ��間では速度を上げて、生産性を向上させる� ��いう連続運転が可能となる。

 目標速度プロファイル3からクランク軸角度 目標値を生成する方法は、それぞれの区間で の速度目標値を時間積分することによって、 出力式が得られる。
 すなわち、区間1のクランク軸角度目標値(� �標軸角度α)は、数4の式(4.1)で表される。こ� �でtは上死点からの経過時間である。
 また、区間2のクランク軸角度目標値(目標� �角度α)は、数4の式(4.2)で表される。ここでt ₁ は区間1と区間2の境界に相当する時刻である� ��
 また、区間3のクランク軸角度目標値(目標� �角度α)は、数4の式(4.3)で表される。ここでt ₂ は区間2と区間3の境界に相当する時刻である� ��
 また、区間4のクランク軸角度目標値(目標� �角度α)は、数4の式(4.4)で表される。ここでt ₃ は区間3と区間4の境界に相当する時刻である� ��
 さらに、区間5のクランク軸角度目標値(目� �軸角度α)は、数4の式(4.5)で表される。ここ� �t ₄ は区間4と区間5の境界に相当する時刻である� ��

 なお、図7では速度遷移区間の速度変化を 台形速度(等加速度)としたが、これをS字曲線 やカム曲線のような積分可能な曲線(シグモ� �ド曲線)にしても、同様の方法でクランク軸� ��度目標値を導出可能である。

 (クランク角度の目標値演算の具体例)
クランク軸角度目標演算(演算ステップS4)の� �体例を更に詳細に説明する。

 図7に示したような目標速度プロファイル3� �ら模擬プレスのクランク軸角度αを計算する 方法を説明する。
(ステップ1)
 区間1、区間3、区間5の等速運転区間を通過� ��るのに必要な時間t ₁ ’、t ₃ ’、t ₅ ’は数5の式(5.1)~(5.3)より求まる。

 区間2、区間4の等加速度運転区間を通過す� �のに必要な時間t ₂ ’、t ₄ ’は数5の式(6.1)~(6.2)より求まる。

(ステップ2)
 ステップ1の結果から、各区間の境界を通過 する時間を以下のように求める。
区間1のスタート時刻を0とする。
区間1と区間2の境界を通過する時刻:t ₁ は、数6の式(7.1)で求める。
区間2と区間3の境界を通過する時刻:t ₂ は、数6の式(7.2)で求める。
区間3と区間4の境界を通過する時刻:t ₃ は、数6の式(7.3)で求める。
区間4と区間5の境界を通過する時刻:t ₄ は、数6の式(7.4)で求める。
区間5の最後(上死点に戻る)の時刻:t ₅ は、数6の式(7.5)で求める。

(ステップ3)
 0からt5までカウントアップするクロックカ� ��ンタの出力は、上述した数1の式(1)~(5)に当� �はめ、クランク軸角度目標値を演算する。

(4)ステップ4
 クロックカウンタの出力がt ₅ に達したら、0にリセットし、再度ステップ3� ��ら実行する。

 目標機械プレスの目標軸角度αは、上述し� �角度変換テーブル4によって、サーボプレス1 0のサーボ軸角度θに変換される。このサーボ 軸角度θがサーボプレスの制御系の目標値と� ��る。
 目標機械プレスの目標軸角度αからサーボ� �レスのサーボ軸角度θを求めるための角度変 換テーブル4は図6のように求める。
 図6の下側に示した目標位置プロファイル2� �、サーボプレスに模擬させたい目標機械プ� �スのスライドモーションとなる。図6の上側� ��示したサーボ位置プロファイル6はサーボプ レスのスライド駆動機構が元々もっているモ ーション特性の逆関数となる。

 例えば、サーボプレスのスライド駆動機� ��がクランクプレス機構である場合に、4節リ ンク機構の動作を模擬させたい場合などに同 様の角度変換テーブルを用いることができる 。

 従来技術(図2)では、特定の角度区間の速度� ��調整できるが、クランクプレスの機構で、� ��ンクプレスの動きを実現するような任意の� ��ーション制御は実現できない。 これに対� �、角度変換テーブル4を利用することで、こ� ��が可能となる。
 これにより、旧式の機械プレスをサーボプ� ��スに置き換える場合や、金型メーカーが客� ��の機械プレスに合わせて、テスト用プレス� ��モーションを変更したい場合などにも、柔� ��に対応できる。
 なお上述の例では、クランクプレス機構で� ��リンクプレス機構のモーションを実現する� ��をあげたが、無論、この逆の動作も可能で� ��り、任意の機構と任意のモーションの組み� ��わせが可能である。

 図6において、表1の角度変換テーブルを求� �る際は、まず、模擬したいスライドモーシ� �ンのクランク軸角度をa ₁ 、a ₂ 、a ₃ 、…と、δAずつ変化させて、そのときのスラ イド位置y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…を求める。これは目標位置プロファイル 2に対応する。
 次にサーボプレスのスライド機構のスライ� ��モーションの逆関数から、スライド位置y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…に対応するクランク軸角度位置θ ₁ 、θ ₂ 、θ ₃ 、…を求める。これはサーボ位置プロファイ ル6に対応する。これにより、a ₁ 、a ₂ 、a ₃ 、…とθ ₁ 、θ ₂ 、θ ₃ 、…の対応が求まるので、これを角度変換テ ーブルとする。
 これらの演算は、サーボ制御装置の外部で� ��フラインデータとして行い、結果の角度変� ��テーブルだけを、サーボ制御装置24に与え� �も良い。

(角度モーション作成の具体例)
 角度変換テーブル作成の具体例を更に詳細� ��説明する。
 図3Bに示したクランク式のサーボプレスに� �いて、クランク角度θとストロークyとの関� �式は数2の式(2.1)~(2.3)のようになる。
 ここでd ₁ はクランク軸の偏心量、d ₂ はコネクチングロッドの長さである。

 サーボプレスのクランク機構の寸法値がd ₁ =300[mm]、d ₂ =1100[mm]であり、サーボプレスに模擬させたい 別のプレス装置のクランク機構の寸法値が、 d ₁ =300[mm]、d ₂ =800[mm]であった場合、プレスのストローク量� ��どちらも2×300=600mmであるが、クランク角度� ��対する動きは図9のようにずれが生じる。

 この図において、実線がサーボプレス10� �クランク機構の動き、点線が模擬させたい� �標機械プレスのクランク機構の動きである� �

 以上の関係から、目標位置プロファイル2と サーボ位置プロファイル6は以下のように求� �る。
(目標位置プロファイル)
 模擬させたいプレスの特性値、d ₁ ’=300[mm]、d ₂ ’=800[mm]と、クランク角度目標値αを数3の式( 3.1)に代入してストローク量yを求める。
クランク軸角度目標値αをa ₁ 、a ₂ 、a ₃ 、…と、δAずつ変化させて、対応するストロ ーク量y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…を求めると、目標位置プロファイル2が� �まる。
(サーボ位置プロファイル)
 サーボプレスの特性値、d ₁ =300[mm]、d ₂ =1100[mm]と、ステップ1で求めたストローク量y� ��数3の式(3.2)に代入して、ストロークyに対応 するサーボプレスの補正クランク角度目標値 θを求める。
 ストローク量y ₁ 、y ₂ 、y ₃ 、…と変化させて、対応するサーボ軸角度目 標値θ ₁ 、θ ₂ 、θ ₃ 、…を求めると、サーボ位置プロファイル6� �求まる。

 なお、クランク機構では、式(3.1)から式(3.2) の逆関数が容易に導出できるが、4節リンク� �構や6節リンク機構ではクランク角度とスト� ��ーク量の関係式が複雑になり、逆関数を導� ��することが容易ではない。
 その場合、ステップ2では、ニュートン法な どの数値演算により、ストロークyに対応す� �補正クランク角度目標値を求めるように変� �する。
 更に、「角度モーション」を求める場合は� ��上記クランク角度目標値を0°~360°まで、角� ��刻みで変化させ、対応する補正クランク角� ��目標値を求めてやればよい。

 上述したように、本発明の方法によれば� ��演算ステップS2において機械プレスの目標� �ライドモーション1からサーボプレス10のサ� �ボスライドモーション5を演算し、得られた� ��ーボスライドモーション5に基づきサーボプ レス10を運転制御するので、目標機械プレス� ��スライドモーション1をサーボプレス10で模� ��して運転し、実際にプレス加工をすること� ��できる。

 また、本発明によれば、目標機械プレス� ��主駆動軸の軸角度αとスライド位置yとの関� ��を示す目標位置プロファイル2と、その主駆 動軸の軸角度αと1分当りのストローク数(SPM)� ��の関係を示す目標速度プロファイル3とを目 標スライドモーション1とする。これにより� �従来の機械プレスと同様にストローク数(SPM) を調整することができる。また、「主駆動軸 の軸角度-スライド位置」の関係を基に、従� �の機械プレスになれた操作員であっても目� �スライドモーションを容易に設定すること� �できる。

 特に、目標機械プレスが特殊な機構を有� ��(例えば、加工性に優れたリンクプレスであ る場合)、サーボプレスが通常のクランクプ� �スである場合でも、目標機械プレスの主駆� �軸の目標軸角度αをサーボプレスのサーボ軸 角度θに変換することで、機構はクランクプ� ��スのままで、加工性に優れたリンクプレス� ��目標スライドモーション1を実現することが できる。

 同様に、目標機械プレスの主駆動軸の目� ��軸角度αをサーボプレスのサーボ軸角度θに 変換することにより、1台のサーボプレスで� �数のスライドモーションを実現でき、複数� �機械プレスを模擬したダイトライを単一の� �ーボプレスで行うことができる。

 また、目標速度プロファイル3の設定変更 により、成形性(しわや割れの発生の有無)に� ��接関係する主駆動軸の角度範囲(すなわちス ライドの下死点前)では機械プレスと同じ速� �に減速し、その他の範囲で増速するなど、� �型の成形性を維持したまま生産速度を向上� �せることが可能となる。

 なお、本発明が対象とするプレス機構とし� ��は、クランクプレス、クランクレスプレス� ��リンクプレス、ナックルプレスなどがあげ� ��れる。
また、1点加圧のプレス機械だけでなく、2点� ��4点等複数点で加圧するクランクプレス、ク ランクレスプレス、リンクプレスにも適用可 能である。

 図8A~Cは、目標速度プロファイル3と目標位� �プロファイル2の変更方法の模式図である。
 図8Aに示した方法では、プレス制御装置側� �目標位置プロファイル2と目標速度プロファ� ��ル3を何種類か保存しておき、モーションを 変更するたびに制御用ネットワーク経由で、 必要な目標位置プロファイル2と目標速度プ� �ファイル3をサーボ制御装置24がダウンロー� �する。

 図8Bに示した方法では、目標速度プロフ� �イル3のみをプレス制御装置26に保存してお� �、目標位置プロファイル2はメモリーカード� ��どの交換可能な記憶媒体に記録しておき、� ��レスのスライドモーションを変更したいと� ��だけ変更する。この方式は、トライアウト� ��レスなど、機械プレスを模擬してサーボプ� ��スを動作させたい場合などに適している。

 図8Cに示した方法では、サーボ制御装置24 に不揮発性記憶領域を設け、何種類もの目標 位置プロファイル2と目標速度プロファイル3� ��保存しておく。この場合、設定用のハンデ� ��ターミナルなどから目標位置プロファイル2 と目標速度プロファイル3の組み合わせパタ� �ンを入力すればよい。

 図8A~Cに示すように、目標位置プロファイ ル2と目標速度プロファイル3は、プレス制御� ��置(プレスPLC)26に記憶させても、サーボ制御 装置24に記憶させても、その両方に記憶させ� ��もよい。

 なお、本発明は上述した実施形態に限定� ��れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種� ��変更できることは勿論である。