JP2003305599A - ハイブリッド制御サーボプレスの制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライド位置が変化しても精度良く、安定的
にスライドを制御できるハイブリッド制御サーボプレス
の制御装置及びその制御方法を提供する。 【解決手段】 サーボモータ(15)の回転動力をボールス
クリュー(11)の略水平方向直動及びリンク機構(3)を介
してスライド(9)の上下方向移動に変換し、スライド位
置を制御するサーボプレスの制御方法であって、スライ
ド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づくスラ
イド位置(Y)に対する実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）
の変換式を予め記憶し、スライド(9)の実制御時に、位
置制御ゲインを前記実質的な位置制御ゲインの変換式に
基づき、検出したスライド位置(Y)に応じて補正し、ス
ライド位置偏差値と補正した位置制御ゲインとによりモ
ータ速度指令を演算し、サーボモータ(15)を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リンク機構などの
ように動力伝達機構のサーボモータ回転角とスライド位
置との関係が非線形であるサーボプレスの制御装置及び
その制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、スライド下降速度や加圧力を種々
のモーションパターンにより設定して、従来機械式プレ
スでは成形できなかったような精密加工品等も成形でき
るようにしたサーボプレスが多く使用されるようになっ
た。このサーボプレスは、サーボモータ（一般的にはＡ
Ｃサーボモータが多い）の回転動力をボールスクリュー
を介して上下方向の移動に変換し、これによりスライド
を昇降させるもので、サーボモータの回転数と位置を制
御することにより、スライド速度及び位置を精度良く制
御できる。そして、加工ワークの成形条件（例えば、ス
ライド速度、スライド位置、加圧力等の各種モーション
パターン）が予め設定してあるコントローラによって、
設定モーションに基づいてサーボモータを制御し、スラ
イドを駆動している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のサーボプレ
スにおいては、ボールスクリューの上下移動を直接スラ
イドの上下移動に伝達しているため、スライドにかかる
加工負荷がボールスクリューに大きく作用し、ボールス
クリューの耐久性に影響を及ぼす恐れがある。このた
め、使用中の加工精度の劣化や、ボールスクリューの交
換頻度の増加によるメンテナンスコストのアップ及び機
械稼働率の低下等を招くことが懸念される。

【０００４】このような問題を解決する方策として、例
えば図１に示すようなスライド駆動構成が考えられる。
図１において、サーボプレス１は、サーボモータ１５の
回転動力をプーリ１２及びベルト１３の伝達機構を介し
てボールスクリュー１１で水平方向の直線移動に変換
し、この直線移動をリンク機構３を介してスライド９の
上下動に変換している。これによると、スライド９にか
かる加工負荷がリンク機構３を介してボールスクリュー
１１にかかるので、ボールスクリュー１１の耐久性を向
上できる。

【０００５】しかしながら、このようにボールスクリュ
ー１１とリンク機構３とを組み合わせてスライド９を駆
動するためのサーボモータ１５の制御（以後、ハイブリ
ッド制御と呼ぶ）方法を検討すると、前述のようなボー
ルスクリューに直結したスライドの制御（以後、直動式
スライド制御と呼ぶ）に適用している従来のサーボ制御
構成では、次のような問題が生じる。

【０００６】図１０は、従来の直動式スライド制御のサ
ーボ制御構成をハイブリッド制御に適用した場合のサー
ボ制御ブロック図を表している。図１０において、制御
目標指令（ｒｐ）は、予め設定された、目標となるスラ
イドモーションに基づくスライド位置指令ｒｐであり、
同位置指令ｒｐとスライド位置検出器８からの位置検出
値Ｓｐとの位置偏差値εｐに所定の位置制御ゲインＧ０
をかけてモータ速度指令ｒｍを求め、サーボアンプ１７
に出力している。サーボアンプ１７は、このモータ速度
指令ｒｍとモータ回転検出器１６の検出したモータ回転
速度のフィードバック値Ｓθとのモータ速度偏差値εｓ
を演算し、このモータ速度偏差値εｓに基づいてモータ
電流Ｃｍを制御してサーボモータ１５を駆動する。これ
により、サーボモータ１５は所定の回転数に制御され
る。そして、サーボモータ１５は、プーリ１２、ベルト
１３を介してボールスクリュー１１を回転させてリンク
機構３を駆動し、スライド９を昇降させる。

【０００７】従来の直動式スライド制御においては、ス
ライド位置とボールスクリュー位置との関係が線形（リ
ニア）であるから、スライド位置の位置偏差値εｐに基
づきモータ速度指令ｒｍを求めるための位置制御ゲイン
Ｇ０は、所望の制御特性（位置精度、応答性、制御安定
性など）を満たすような値以上の一定値であればよく、
予め所定値に設定されている。

【０００８】ところが、ハイブリッド制御においては、
リンク機構を介してスライドを駆動しているため、図１
１に示すようにボールスクリューストロークＸ（モータ
回転角度に比例する）とスライド位置Ｙとの関係が非線
形であり、従って位置制御ゲインＧ０を従来のように一
定値に設定すると、スライド位置の変化につれて全体と
して位置制御ゲイン（ｒｍ／εｐ）が実質的に変化する
ことになる。例えば、ボールスクリューストロークＸの
中間位置に適合させた位置制御ゲインＧ０を設定したと
すると、スライドが下限位置（機械式プレスの下死点に
相当する）に近づくと、ボールスクリューの単位移動距
離に対してスライドの移動距離が小さくなるため、位置
制御ゲインＧ０が実質的に低くなり、スライド位置精度
が低下する。逆に、スライドが上限位置に近づくと、ボ
ールスクリューの単位移動距離に対してスライドの移動
距離が大きくなるため、位置制御ゲインＧ０が実質的に
高くなり、制御が振動的になり不安定になり易い。

【０００９】このことから、ハイブリッド制御におい
て、スライド位置の変化に伴ってスライド位置精度や制
御安定性が影響されず、安定的に制御できるサーボ制御
を達成することが課題となっている。

【００１０】本発明は、上記の課題を達成するために、
スライド位置の変化の影響を受けずに精度良く、安定的
にスライドを制御できるハイブリッド制御サーボプレス
の制御装置及びその制御方法を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記目的
を達成するため、第１発明は、所定のモータ速度指令を
受けたサーボアンプにより回転が制御されるサーボモー
タと、サーボモータの回転動力を略水平方向の直動に変
換するボールスクリューと、ボールスクリューの直動を
上下方向移動に変換するリンク機構と、リンク機構を介
して昇降駆動されるスライドと、スライドの位置を検出
するスライド位置検出器と、スライドの位置とボールス
クリューの位置との関係式に基づくスライド位置に対す
る実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式を予め記憶
し、スライドの実制御時に、位置制御ゲインＧ（Ｙ）を
前記実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式に基づ
き、スライド位置検出器で検出したスライド位置に応じ
て補正して求めると共に、スライド位置指令と前記検出
したスライド位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を
小さくするように、前記演算した位置偏差値と前記求め
た位置制御ゲインＧ（Ｙ）とによって前記モータ速度指
令を演算して出力するコントローラとを備えたことを特
徴とするハイブリッド制御サーボプレスの制御装置とし
ている。

【００１２】第１発明によれば、従来スライド位置の変
化に伴ってスライド位置制御の実質的な位置制御ゲイン
が変化するのを、スライド位置とボールスクリュー位置
との関係式に基づくスライド位置Ｙに対する実質的な位
置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式によって、スライド位置
に応じて実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）を補正して、
略一定値とすることができる。このため、ハイブリッド
制御においても、位置精度、応答性及び安定性等の優れ
た制御特性が得られる。

【００１３】第２発明は、第１発明において、前記コン
トローラは、スライドモーション設定時にスライドスト
ローク長さとサーボモータの使用最大回転数とが設定さ
れ、この設定値及び前記スライド位置とボールスクリュ
ー位置との関係式に基づいてスライド速度指令及びスラ
イド位置指令をそれぞれ演算するようにしている。

【００１４】ハイブリッド制御においては、スライド位
置とボールスクリュー位置との関係が非線形であるた
め、スライドストロークを任意に設定するとモータ回転
数が許容値（サーボモータの使用可能最大回転数や加工
条件に適合した回転数など）をオーバーしてしまう恐れ
がある。従って、第２発明では、スライドストローク長
さとサーボモータの使用最大回転数Ｎmax とを設定し、
前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係を参
照してスライド速度指令及びスライド位置指令をそれぞ
れ自動的に演算するので、モーション設定時に上記の関
係を考える必要がなくて設定が非常に容易である。ま
た、サーボモータの能力を上記設定した使用最大回転数
Ｎmax の範囲内で最大限に使用でき、能率的なプレス加
工ができる。

【００１５】第３発明は、所定のモータ速度指令を受け
たサーボアンプにより回転が制御されるサーボモータ
と、サーボモータの回転動力を略水平方向の直動に変換
するボールスクリューと、ボールスクリューの直動を上
下方向移動に変換するリンク機構と、リンク機構を介し
て昇降駆動されるスライドと、スライドの位置を検出す
るスライド位置検出器と、スライドの位置とボールスク
リューの位置との関係式を予め記憶し、スライドの実制
御時に、前記スライド位置とボールスクリュー位置との
関係式に基づき、スライド位置検出器で検出したスライ
ド位置をボールスクリュー位置に変換し、ボールスクリ
ュー位置指令とこの変換したボールスクリュー位置との
偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするように、前
記演算した位置偏差値と所定の位置制御ゲインとによっ
て前記モータ速度指令を演算して出力するコントローラ
とを備えたことを特徴とするハイブリッド制御サーボプ
レスの制御装置としている。

【００１６】第３発明によれば、コントローラは位置指
令としてボールスクリュー位置指令を出力し、予め記憶
したスライド位置とボールスクリュー位置との関係式に
基づいて、スライド位置検出器で検出したスライド位置
をボールスクリュー位置に変換したものをフィードバッ
クし（すなわち、等価的にボールスクリュー位置がフィ
ードバックされる）、これにより求めたボールスクリュ
ー位置偏差値と所定の位置制御ゲインＧ０とによってモ
ータ速度指令を演算するので、このボールスクリュー位
置制御によってスライド位置制御が実行される。このボ
ールスクリュー位置制御での実質的な位置制御ゲインは
スライド位置の変化に伴って変化しないので、優れた制
御特性が得られる。

【００１７】第４発明は、第３発明において、前記コン
トローラは、スライドモーション設定時にスライドスト
ローク長さとサーボモータの使用最大回転数とが設定さ
れ、この設定値及び前記スライド位置とボールスクリュ
ー位置との関係式に基づいてボールスクリュー速度指令
及びボールスクリュー位置指令をそれぞれ演算するよう
にしている。

【００１８】第４発明によれば、上記第２発明と同様に
して、スライドストローク長さとサーボモータの使用最
大回転数Ｎmax とを設定し、前記スライド位置とボール
スクリュー位置との関係を参照してボールスクリュー速
度指令及びボールスクリュー位置指令をそれぞれ自動的
に演算するので、モーション設定時に上記の関係を考え
る必要がなくて設定が非常に容易である。また、サーボ
モータの能力を上記設定した使用最大回転数Ｎmax の範
囲内で最大限に使用でき、能率的なプレス加工ができ
る。

【００１９】第５発明は、第１発明に係る装置発明に対
する方法発明であり、サーボモータの回転動力をボール
スクリューにより略水平方向の直動に変換し、ボールス
クリューの直動をリンク機構を介してスライドの上下方
向移動に変換し、サーボモータの回転を制御してスライ
ドの位置を制御するハイブリッド制御サーボプレスの制
御方法であって、スライドの位置とボールスクリューの
位置との関係式に基づくスライド位置に対する実質的な
位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式を予め記憶し、スライ
ドの実制御時に、位置制御ゲインＧ（Ｙ）を前記実質的
な位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式に基づき、スライド
位置検出器で検出したスライド位置に応じて補正して求
めると共に、スライド位置指令と前記検出したスライド
位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするよ
うに、前記演算した位置偏差値と前記求めた位置制御ゲ
インＧ（Ｙ）とによってモータ速度指令を演算し、この
モータ速度指令でサーボモータを制御する方法としてい
る。

【００２０】第５発明によれば、第１発明と同様に、ス
ライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づく
スライド位置Ｙに対する実質的な位置制御ゲインＧ
（Ｙ）の変換式によって、スライド位置に応じて実質的
な位置制御ゲインＧ（Ｙ）を補正して、略一定値とする
ことができるので、ハイブリッド制御においても、位置
精度、応答性及び安定性等の優れた制御特性が得られ
る。

【００２１】また第６発明は、第３発明に係る装置発明
に対する方法発明であり、サーボモータの回転動力をボ
ールスクリューにより略水平方向の直動に変換し、ボー
ルスクリューの直動をリンク機構を介してスライドの上
下方向移動に変換し、サーボモータの回転を制御してス
ライドの位置を制御するハイブリッド制御サーボプレス
の制御方法であって、スライドの位置とボールスクリュ
ーの位置との関係式を予め記憶し、スライドの実制御時
に、前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係
式に基づき、スライド位置検出器で検出したスライド位
置をボールスクリュー位置に変換し、ボールスクリュー
位置指令とこの変換したボールスクリュー位置との偏差
値を演算し、該位置偏差値を小さくするように、前記演
算した位置偏差値と所定の位置制御ゲインとによってモ
ータ速度指令を演算し、このモータ速度指令でサーボモ
ータを制御する方法としている。

【００２２】第６発明によれば、第３発明と同様に、コ
ントローラはボールスクリュー位置指令と検出したスラ
イド位置をボールスクリュー位置に変換したフィードバ
ック値とのボールスクリュー位置偏差値、及び所定の位
置制御ゲインＧ０によってモータ速度指令を演算し、こ
のボールスクリュー位置制御によりスライド位置制御を
実行する。このボールスクリュー位置制御での実質的な
位置制御ゲインはスライド位置の変化に伴って変化しな
いので、優れた制御特性が得られる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明が適用されるハイブリッド
制御サーボプレスの概要構成図である。同図において、
ハイブリッド制御サーボプレス１のスライド９及びプラ
ンジャ６は共に本体フレーム２に上下動自在に支承され
ており、スライド９はプランジャ６の下部にダイハイト
の調整可能に連結されている。このプランジャ６の上部
は、第１リンク５ａ、三軸リンク４及び第２リンク５ｂ
等を有するリンク機構３を介して本体フレーム２に連結
されている。すなわち、第１リンク５ａは本体フレーム
２の上部と三軸リンク４の一辺の両端部一側との間にピ
ンにより回動自在に連結されており、また、三軸リンク
４の前記一辺の両端部他側とプランジャ６の上部との間
には第２リンク５ｂがピンにより回動自在に連結されて
いる。

【００２５】本体フレーム２に取り付けられたサーボモ
ータ１５の出力軸に第１プーリ１２ａが取り付けてあ
り、また本体フレーム２に左右の軸受１９，１９を介し
て回動自在に支承されているボールスクリュー１１のス
クリュー部材１１ａの一端部には第２プーリ１２ｂが取
り付けてある。この第１プーリ１２ａと第２プーリ１２
ｂとの間には、ベルト１３（通常は、タイミングベル
ト）が巻装されている。前記左右軸受１９，１９の間の
スクリュー部材１１ａのねじ部にはナット部材１１ｂが
軸心方向に移動自在に螺合して設けられており、このナ
ット部材１１ｂには駆動部材１８の一端部が固着されて
いる。駆動部材１８の他端部は、リンク機構３の前記三
軸リンク４にピン１４により回動自在に連結されてい
る。

【００２６】サーボモータ１５のモータ軸には、モータ
回転速度を検出するパルスジェネレータ等からなるモー
タ回転検出器１６が取り付けてある。そして、このモー
タ回転検出器１６の検出したモータ回転速度Ｓθはサー
ボアンプ１７に入力され、サーボアンプ１７はコントロ
ーラ２０からのモータ速度指令ｒｍと前記モータ回転速
度Ｓθとのモータ速度偏差値εｓに基づいてモータ動力
指令（電流指令）Ｃｍをサーボモータ１５に出力してい
る。

【００２７】また、スライド９と、本体フレーム２の隅
部に立設しているアプライト７との間には、リニアセン
サなどの非接触式センサで構成された、スライド９の昇
降位置を検出するスライド位置検出器８を取り付けてい
る。ここで、リニアセンサのセンサ本体８ａは、上下方
向に細長い形状を成し、かつその一端部がアプライト７
に取り付けられたブラケット７ａの他端側に取り付けて
あり、一方のスケール部８ｂは前記センサ本体８ａから
所定の微小距離離してスライド９に上下方向に沿って取
り付けられている。スライド位置検出器８の位置検出値
Ｓｐはコントローラ２０に入力されている。

【００２８】上記構成のハイブリッド制御サーボプレス
１のスライド９は、以下のように作動する。サーボモー
タ１５を回転させると、プーリ１２ａ，１２ｂ及びベル
ト１３を介してスクリュー部材１１ａが所定方向に回転
し、これによりナット部材１１ｂが軸心方向に進退し、
駆動部材１８を介して三軸リンク４を矢印方向へ押し引
き駆動する。駆動部材１８は、三軸リンク４が２点鎖線
で示すスライド上限位置に対応する位置４ｂと実線で示
すスライド下限位置に対応する位置４ｃとの間を移動す
るように、往復駆動される。三軸リンク４の進退により
リンク機構３の第２リンク５ｂを介してプランジャ６及
びスライド９が上限位置と下限位置との間を昇降する。

【００２９】上記のように、サーボモータ１５の回転動
力をボールスクリュー機構により略水平方向の直動動力
に変換し、この直動動力をリンク機構３を介してスライ
ド９の上下動動力に変換しているため、図１１に示すよ
うにモータ回転角度θ（これはボールスクリューストロ
ークＸすなわち前記ナット部材１１ｂの移動量に比例す
る）とスライド位置Ｙとの関係は線形にならず、周知の
正弦関数で表される関係になる。

【００３０】図２は、第１実施形態のサーボ制御構成ブ
ロック図である。ここで、図１０で説明した構成と同一
のものには同一符号を付し、重複する説明は省く。スラ
イド位置の位置偏差値εｐに基づきモータ速度指令ｒｍ
を求めるための位置制御ゲインＧは、ゲイン演算部２１
で演算される。ゲイン演算部２１は、次式により、スラ
イド位置検出器８からの位置検出値Ｓｐに基づいて位置
制御ゲインＧを補正する。 Ｇ（Ｙ）＝Ｇｃ×ｆ（Ｙ） （１） ここに、Ｇｃは基準とする位置制御ゲイン（定数）であ
り、ｆ（Ｙ）は補正関数であり、スライド位置を変数Ｙ
とおいたとき所定の関数で表される。

【００３１】上記補正関数ｆ（Ｙ）について、詳細に説
明する。前述したように、一定値に設定された位置制御
ゲインＧ０を用いてハイブリッド制御を行うと、実質的
な位置制御ゲインＧ（これは、同一のスライド位置偏差
量に対して得られるモータ速度指令の比率と解される）
はスライド位置Ｙに応じて変化する。図３はこの位置制
御ゲインＧの変化を表す図であり、横軸にスライド位置
Ｙを、縦軸に実質的な位置制御ゲインＧをそれぞれ示
す。図３において、カーブ３１は、一定値の位置制御ゲ
インＧ０を用いてハイブリッド制御を行った場合の実質
的な位置制御ゲインＧを表している。一方、位置サーボ
制御によるスライド位置精度、応答性、安定性などの特
性を良くする為には、実質的な位置制御ゲインＧが所定
の高い値で一定であることが望ましい。図３に表したカ
ーブ３２はこのような望ましい実質的な位置制御ゲイン
Ｇを表しており、例えばスライド位置Ｙが上限位置Ｐｕ
にある時の高い位置制御ゲインを下限位置Ｐｄまでその
まま維持するようにした例である。従って、カーブ３１
をカーブ３２に補正するように、上記補正関数ｆ（Ｙ）
を設定すればよい。

【００３２】上記カーブ３１及び補正関数ｆ（Ｙ）は、
図１１に示したボールスクリューストロークＸとスライ
ド位置Ｙとの関係から求めるものである。すなわち、図
１１に示すカーブは、正確には、周知の如くリンク機構
３の構成に基づき所定の三角関数で表されるが、このス
ライド位置ＹをボールスクリューストロークＸの２次関
数又は３次関数（図示の曲線３６）として近似できる。
例えば、これを、以下の（２）式のような２次関数で近
似したとする。 Ｙ＝ａ0・Ｘ^２＋ｂ0・Ｘ＋ｃ0 （２） このとき、実際の制御時に、（２）式で表される関係を
さらに以下の（３）式で近似して、一定値の位置制御ゲ
インＧ０によって（即ち図１０の構成により）制御を行
った場合、前記実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）とスラ
イド位置Ｙとの関係は（４）式で表される。 Ｙ＝ａ・Ｘ^２＋ｂ・Ｘ＋ｃ （３） ここに、Ｙ0は、Ｇ（Ｙ）＝Ｇ０となるスライド位置
（図３の例では、上限位置Ｐｕ）である。

【００３３】上記（１）式で、基準位置制御ゲインＧｃ
＝Ｇ０と置くと、（４）式より として求まる。そして、（３）式でａ＝０、ｂ＝１、ｃ
＝ｃ0 としたときに（４）式で求まるＧ（Ｙ）が、図３
に示したカーブ３１となる。また、ａ＝ａ0 、ｂ＝ｂ0
、ｃ＝ｃ0 としたとき、すなわちスライド位置Ｙとボ
ールスクリューストロークＸとの関係を正確に近似した
ときには、Ｇ（Ｙ）が図３のカーブ３２となり、スライ
ド位置Ｙの変化に影響を受けることなく位置制御ゲイン
Ｇ（Ｙ）を略一定とすることができる。なお、ａ＝２・
ａ0 、ｂ＝ｂ0 、ｃ＝ｃ0 としたとき、Ｇ（Ｙ）が図３
のカーブ３３となり、これによりスライド位置が下限位
置Ｐｄ近傍にあるときには実質的な位置制御ゲインＧ
（Ｙ）を大きくでき、加工負荷のかかる時に位置制御ゲ
インを増大して制御特性を改善できる。このように、
（３）式の係数ａ，ｂ，ｃの値を適切に設定することに
より、負荷条件に則して位置制御ゲインの調整が可能で
ある。

【００３４】指令演算部２２は、予め設定されたスライ
ドモーションに沿ってスライド９が移動するように、所
定のサーボ周期時間毎のスライド位置指令ｒｐを演算し
て出力する。このスライドモーションは、時間に対する
スライド位置及びスライド速度がそれぞれ設定されてお
り、スライドストローク長さ及びそのストローク長さ間
でのモータ最大回転数は許容範囲内に設定されたもので
ある。

【００３５】位置偏差演算部２３は、このスライド位置
指令ｒｐとスライド位置検出器８からの位置検出信号Ｓ
ｐとの位置偏差値εｐを演算し、出力する。そして、モ
ータ速度指令部２４は、前記ゲイン演算部２１が（１）
式により演算した位置制御ゲインＧ（Ｙ）を入力し、上
記の位置偏差値εｐとこの位置制御ゲインＧ（Ｙ）との
積算によりモータ速度指令ｒｍを演算し、これをサーボ
アンプ１７に出力する。

【００３６】前記コントローラ２０は、マイクロコンピ
ュータや高速数値演算プロセッサ等を主体に構成された
コンピュータ装置を備えており、上記のゲイン演算部２
１、指令演算部２２、位置偏差演算部２３及びモータ速
度指令部２４を有している。

【００３７】上記の構成による効果は、次の通りであ
る。 （１）式においてａ＝ａ0 、ｂ＝ｂ0 、ｃ＝ｃ0 とし
て、そのときのスライド位置Ｙに応じて位置制御ゲイン
Ｇ（Ｙ）が演算され、この位置制御ゲインＧ（Ｙ）に基
づいて、スライドの位置偏差値εｐからモータ速度指令
ｒｍを演算する。すなわち、スライド位置とボールスク
リューストローク（これはモータ回転角度に対応する）
との関係の近似式に基づいて、スライド位置Ｙに対する
実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式を求め、この
変換式を用いて、スライド制御時の実スライド位置に応
じて位置制御ゲインＧ（Ｙ）を求め、この位置制御ゲイ
ンＧ（Ｙ）とスライド位置偏差値とによって、モータ回
転を制御する。このため、スライド位置Ｙが変化しても
実質的な位置ループゲインＧ（Ｙ）は略一定値に維持さ
れる。従って、スライド位置Ｙに影響を受けることな
く、スライド位置制御の位置精度、応答性、安定性など
の諸特性を好ましい状態にできる。

【００３８】次に、図４〜図８により第２実施形態を説
明する。図４は、第２実施形態のサーボ制御構成ブロッ
ク図である。図４において、図２と同一の構成要素には
同一符号を付して説明を省く。

【００３９】モーション設定部２５では、サーボモータ
１５の使用最大回転数とスライドストローク長さとの設
定が可能となっており、所望するモータ使用最大回転数
Ｎmax と、ワークに対応したスライドストローク長さと
が入力されるようになっている。この入力方法として
は、例えばオペレータが所定の入力装置により入力して
もよいし、又は図示しない上位コントローラから通信に
より入力可能としてもよい。

【００４０】ボールスクリュー目標演算部２６は、上記
設定されたモータ使用最大回転数Ｎmax とスライドスト
ローク値とに基づき、図５に示すような、ボールスクリ
ューでの本来の目標値となる速度カーブを演算する。サ
ーボモータ１５及びボールスクリュー１１は、図５に示
すように台形の加減速カーブに沿って制御されるものと
し、そのボールスクリューの最大回転速度ＶBSは前記モ
ータ使用最大回転数Ｎmax とプーリ１２ａ，１２ｂの減
速比とから求まる。ここで、このときの加減速時間Ｔ0
は、モータ性能から予め決められた所定値に設定されて
いる。そして、トータルの駆動時間Ｔ１は、その間のボ
ールスクリュー移動距離、すなわち図５で示す台形の加
減速カーブの面積が、前記設定されたスライドストロー
ク長さを前記（２）式で示すようなスライド位置とボー
ルスクリューストロークとの関係式に基づいて換算した
ボールスクリューストローク長さに等しくなるように、
設定される。

【００４１】指令演算部２７では、先ず、上記ボールス
クリュー１１での本来の制御目標値カーブから、前記ス
ライド位置とボールスクリューストロークとの関係式に
基づき、図６に示すようなスライド９の本来の速度目標
値カーブを求める。なお、図６のボールスクリュー速度
及びスライド速度からそれぞれの目標値となる位置カー
ブを求めると、図７に示されるカーブとなるが、これで
も分かるように、ボールスクリュー速度は全ストローク
域でほぼ定速度であり、スライド速度は上限位置近傍か
ら下限位置にかけて高速度から低速度に徐々に減速され
ている。

【００４２】指令演算部２７では、次に、上記で求めた
スライド９の本来の速度目標値カーブを越えない範囲で
近似でき、かつ偏差による遅れも加味した、階段状に変
化するスライド速度指令を求める。このことをもう少し
詳細に説明すると、まず、図８に示すように、前記設定
スライドストローク長さに応じた分割数でこの設定スラ
イドストローク長さを分割する。次に、それぞれの分割
したスライドストローク毎にステップ状に変化するスラ
イド速度指令値を求める。このとき、それぞれの分割ス
ライドストローク内では、モータ回転数が前記設定した
モータ使用最大回転数Ｎmax を越えない範囲で、すなわ
ちボールスクリュー速度に換算した指令値が図５に示し
たボールスクリュー速度目標値以内で、最大となるよう
に、スライド速度指令値が設定される。さらに、この各
分割スライドストロークでのステップ状のスライド速度
指令値を、なだらかな加減速カーブとなるように考慮し
た実スライド速度指令に変換する。従って、これに伴っ
て、ボールスクリュー速度指令もなだらかな実速度指令
に変換される。次に、上記スライド速度指令値の各分割
毎の積分値Ｓ１〜Ｓｎを求め、この積分値を順次加算し
てスライド位置指令値ｒｐとする。そして、求めたスラ
イド位置指令値ｒｐが出力される。この結果、実際のス
ライド速度及びボールスクリュー速度は図示のように本
来のスライド速度目標値及びボールスクリュー速度目標
値に、より近いカーブでなだらかに変化する。

【００４３】第２実施形態によると、加工対象ワークの
成形条件に適合するスライドストローク長さ及びモータ
使用最大回転数Ｎmax を設定するだけで、スライド位置
ＹとボールスクリューＸとの関係式に基づき、ボールス
クリューの目標の加減速カーブを自動的に作成し、さら
にこのボールスクリューの目標の加減速カーブ、及び上
記スライド位置ＹとボールスクリューＸとの関係式に基
づき、スライド速度指令及びスライド位置指令を自動的
に演算する。このため、オペレータは、スライドモーシ
ョン設定時に、上記のスライド位置Ｙとボールスクリュ
ーＸとの関係を考慮しながらスライドストローク長さ等
を設定する必要がなくて煩わしさが無く、設定が非常に
容易である。

【００４４】すなわち、従来のサーボモータによる直動
式スライド制御におけるモーション設定方法において
は、モータ回転角度（ボールスクリュー位置）とスライ
ド位置とが線形であるから、モータ速度とスライド速度
は比例しており、使用モータ最大回転数に対応するスラ
イド最大速度を越えないように各スライド速度を設定す
ればよいので、容易に設定できる。ところが、本ハイブ
リッド制御においては、スライド位置に応じて同じスラ
イド速度に対応するモータ速度が異なっているので、モ
ータ速度がモータ使用最大回転数を越えないようにスラ
イド速度を設定する必要が生じる。このことは、スライ
ド位置を常に意識して（考慮して）スライド速度を設定
しなければならないことを意味し、よって設定の煩わし
さを伴う。本実施形態では、スライドストローク長さ及
びモータ使用最大回転数Ｎmax を設定するだけでよく、
スライド速度の設定の必要がなく、またスライド位置Ｙ
とボールスクリューＸとの関係を考慮する必要がないの
で、設定が非常に容易である。

【００４５】また、ワーク成形条件に適応したモータ使
用最大回転数Ｎmax を設定すると、このモータ使用最大
回転数Ｎmax を越えない範囲でモータ回転数が最大速度
に近くなるように、スライド速度を変化させているの
で、サーボモータの能力を最大限に使用でき、高速で、
能率的なプレス加工ができる。

【００４６】次に、図９により第３実施形態を説明す
る。図９は、第３実施形態のサーボ制御構成ブロック図
である。図９において、図２及び図４と同一の構成要素
には同じ符号を付して、以下での説明を省く。ボールス
クリュー目標演算部２８は、モーション設定部２５で設
定されたモータ使用最大回転数Ｎmax 、スライドストロ
ーク値、及び前記（２）式で表したスライド位置とボー
ルスクリューストロークとの関係式に基づき、前記同様
に図５に示すような、ボールスクリューでの本来の制御
目標値となる速度カーブを演算し、これをボールスクリ
ュー速度指令とする。また、この速度カーブを所定サー
ボ演算時間ごとに積分した積分値を順次加算してボール
スクリュー位置指令ｒBを演算し、これを位置偏差演算
部２３ａに出力する。

【００４７】一方、位置偏差演算部２３ａには、スライ
ド位置検出器８の位置検出信号Ｓｐがモーション変換部
２９を経由したボールスクリュー位置信号ＳB も入力さ
れている。このモーション変換部２９は、前記（２）式
で示すようなスライド位置とボールスクリューストロー
クとの関係式に基づき、スライド位置Ｙをボールスクリ
ュー位置Ｘに変換するための変換式を記憶しており、こ
の変換したボールスクリュー位置Ｘを前記ボールスクリ
ュー位置信号ＳB として出力する。これにより、ボール
スクリュー１１の位置を等価的に検出してボールスクリ
ュー位置信号ＳB としてフィードバックしている。な
お、モーション変換部２９を設ける代わりに、ボールス
クリュー１１の位置検出器を設けてもよい。

【００４８】位置偏差演算部２３ａは前記ボールスクリ
ュー位置指令ｒB とこのボールスクリュー位置信号ＳB
との位置偏差値εB を演算する。モータ速度指令部２４
ａには予め一定値の位置制御ゲインＧ０が設定されてお
り、モータ速度指令部２４ａは上記の位置偏差値εB と
位置制御ゲインＧ０との積算によりモータ速度指令ｒｍ
を演算し、これをサーボアンプ１７に出力する。

【００４９】本実施形態によると、ボールスクリュー位
置指令とスライド位置からボールスクリュー位置に変換
したフィードバック値との位置偏差値に基づきモータ速
度指令を演算しているので、実質的な位置制御ゲインＧ
０はスライド位置の変化に影響を受けることなく略一定
値に維持できる。これにより、ハイブリッド制御による
サーボプレスにおいて、スライド位置制御の位置精度、
応答性、安定性などの制御特性が非常に良い。また、サ
ーボモータ最大回転数とスライドストローク長さを設定
するだけで、ボールスクリューの速度指令及び位置指令
を自動的に演算するので、スライド位置とボールスクリ
ューストロークとの関係（非線形）を考慮しながらスラ
イドストローク及びスライド速度を設定する必要がな
く、ストローク設定が容易にできる。

【００５０】なお、これまで説明した実施形態の構成要
素は上記に限定するものではなく、本発明と同じ効果が
得られる構成要素であれば他のものでも構わない。例え
ば、ボールスクリューを回転駆動する伝達手段はプーリ
及びベルトで構成したが、ギアであってもよい。また、
ボールスクリューのスクリュー部材を回転駆動してナッ
ト部材を直動させたが、これと反対にナット部材を回転
駆動してスクリュー部材を軸心方向に直動させてもよ
い。また、プランジャ及びスライドの構成、形状も、実
施形態で図示したものに限定するものではない。

【００５１】以上説明したように、本発明により以下の
効果が得られる。スライド位置とモータ回転角度との関
係に基づき、スライド位置に応じた実質的な位置制御ゲ
インの変換式を求め、所望の制御特性が得られる（例え
ば、スライドストローク範囲内で略一定値の位置制御ゲ
インとする、又は、加工負荷のかかるスライド下限位置
近傍では他位置よりも高い位置制御ゲインとする、など
の）ように上記変換式の係数（つまりゲインカーブ）を
設定し、スライド制御時には、この変換式を用いて実ス
ライド位置に応じて実質的な位置制御ゲインを演算す
る。そして、スライド位置偏差値と実質的な位置制御ゲ
インとに基づきモータ速度指令を演算して、サーボモー
タを制御している。従って、スライド位置制御の位置精
度、応答性、安定性等の制御特性がスライド位置の変化
に影響を受けることがなく、スライドを精度良く、安定
的に制御できる。また、このとき、スライドストローク
長さ及びモータ使用最大回転数Ｎmax を設定するだけで
自動的にスライド速度指令及びスライド位置指令がそれ
ぞれ演算されるので、スライドモーションの設定が非常
に容易である。

【００５２】また、ボールスクリューの直動動力をリン
ク機構を介してスライド上下動動力に変換したハイブリ
ッド制御の場合に、スライドモーションから作成された
ボールスクリュー位置指令と、検出した実スライド位置
を上記のスライド位置とボールスクリューストロークと
の関係に基づいて変換した等価的なボールスクリュー位
置との位置偏差値により、一定値の位置制御ゲインに基
づきモータ速度指令を演算してサーボモータを制御する
ので、スライド位置の変化の影響を受けることなく略一
定値の実質的な位置制御ゲインによりスライド制御がで
きる。従って、スライドを精度良く、安定的に制御でき
る。同様にまた、スライドストローク長さ及びモータ使
用最大回転数Ｎmax を設定するだけで自動的にボールス
クリュー速度指令及びボールスクリュー位置指令がそれ
ぞれ演算されるので、スライドモーションの設定が非常
に容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるハイブリッド制御サーボプ
レスの概要構成図である。

【図２】第１実施形態のサーボ制御構成ブロック図であ
る。

【図３】スライド位置に対する位置制御ゲインの変化を
表す図である。

【図４】第２実施形態のサーボ制御構成ブロック図であ
る。

【図５】第２実施形態のボールスクリューの目標速度カ
ーブである。

【図６】第２実施形態のスライドの速度目標値カーブで
ある。

【図７】第２実施形態のボールスクリュー及びスライド
の目標位置カーブである。

【図８】第２実施形態のスライド速度指令である。

【図９】第３実施形態のサーボ制御構成ブロック図であ
る。

【図１０】従来の直動式スライド制御のサーボ制御構成
をハイブリッド制御に適用した場合のサーボ制御ブロッ
ク図である。

【図１１】ハイブリッド制御でのボールスクリュースト
ロークＸとスライド位置Ｙとの関係を表す。

【符号の説明】

１…ハイブリッド制御サーボプレス、２…本体フレー
ム、３…リンク機構、４…三軸リンク、５ａ…第１リン
ク、５ｂ…第２リンク、６…プランジャ、７…アプライ
ト、８…スライド位置検出器、８ａ…センサ本体、８ｂ
…スケール部、９…スライド、１１…ボールスクリュ
ー、１１ａ…スクリュー部材、１１ｂ…ナット部材、１
２ａ…第１プーリ、１２ｂ…第２プーリ、１３…ベル
ト、１４…ピン、１５…サーボモータ、１６…モータ回
転検出器、１７…サーボアンプ、２０，２０ｂ…コント
ローラ、２１…ゲイン演算部、２２…指令演算部、２
３，２３ａ…位置偏差演算部、２４，２４ａ…モータ速
度指令部、２５…モーション設定部、２６…ボールスク
リュー目標演算部、２７…指令演算部、２８…ボールス
クリュー目標演算部、２９…モーション変換部、３１，
３２，３３…カーブ、３５，３６…曲線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 聡 石川県小松市八日市町地方５ コマツ産機 株式会社小松工場内 (72)発明者 西原 嘉隆 石川県小松市八日市町地方５ コマツ産機 株式会社小松工場内 (72)発明者 畑 幸男 石川県小松市八日市町地方５ コマツ産機 株式会社小松工場内 Ｆターム(参考） 4E088 JJ02 4E089 EA01 EB01 EB02 EC01 ED02 EE01 EE03 EF08 FA08 FB05 FC03 4E090 AA01 AB01 BA02 CB04 CC04 HA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のモータ速度指令を受けたサーボア
   ンプ(17)により回転が制御されるサーボモータ(15)と、
   サーボモータ(15)の回転動力を略水平方向の直動に変換
   するボールスクリュー(11)と、ボールスクリュー(11)の
   直動を上下方向移動に変換するリンク機構(3)と、リン
   ク機構(3)を介して昇降駆動されるスライド(9)と、スラ
   イド(9)の位置を検出するスライド位置検出器(8)と、ス
   ライド(9)の位置とボールスクリュー(11)の位置との関
   係式に基づくスライド位置(Y)に対する実質的な位置制
   御ゲインＧ（Ｙ）の変換式を予め記憶し、スライド(9)
   の実制御時に、位置制御ゲインＧ（Ｙ）を前記実質的な
   位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式に基づき、スライド位
   置検出器(8)で検出したスライド位置(Y)に応じて補正し
   て求めると共に、スライド位置指令と前記検出したスラ
   イド位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくす
   るように、前記演算した位置偏差値と前記求めた位置制
   御ゲインＧ（Ｙ）とによって前記モータ速度指令を演算
   して出力するコントローラ(20)とを備えたことを特徴と
   するハイブリッド制御サーボプレスの制御装置。
2. 【請求項２】 前記コントローラ(20)は、スライドモー
   ション設定時にスライドストローク長さとサーボモータ
   (15)の使用最大回転数(Nmax)とが設定され、この設定値
   及び前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係
   式に基づいてスライド速度指令及びスライド位置指令を
   それぞれ演算することを特徴とする請求項１記載のハイ
   ブリッド制御サーボプレスの制御装置。
3. 【請求項３】 所定のモータ速度指令を受けたサーボア
   ンプ(17)により回転が制御されるサーボモータ(15)と、
   サーボモータ(15)の回転動力を略水平方向の直動に変換
   するボールスクリュー(11)と、ボールスクリュー(11)の
   直動を上下方向移動に変換するリンク機構(3)と、リン
   ク機構(3)を介して昇降駆動されるスライド(9)と、スラ
   イド(9)の位置を検出するスライド位置検出器(8)と、ス
   ライド(9)の位置とボールスクリュー(11)の位置との関
   係式を予め記憶し、スライド(9)の実制御時に、前記ス
   ライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づ
   き、スライド位置検出器(8)で検出したスライド位置を
   ボールスクリュー位置に変換し、ボールスクリュー位置
   指令とこの変換したボールスクリュー位置との偏差値を
   演算し、該位置偏差値を小さくするように、前記演算し
   た位置偏差値と所定の位置制御ゲイン(G0)とによって前
   記モータ速度指令を演算して出力するコントローラ(20
   b)とを備えたことを特徴とするハイブリッド制御サーボ
   プレスの制御装置。
4. 【請求項４】 前記コントローラ(20b)は、スライドモ
   ーション設定時にスライドストローク長さとサーボモー
   タ(15)の使用最大回転数(Nmax)とが設定され、この設定
   値及び前記スライド位置とボールスクリュー位置との関
   係式に基づいてボールスクリュー速度指令及びボールス
   クリュー位置指令をそれぞれ演算することを特徴とする
   請求項３記載のハイブリッド制御サーボプレスの制御装
   置。
5. 【請求項５】 サーボモータ(15)の回転動力をボールス
   クリュー(11)により略水平方向の直動に変換し、ボール
   スクリュー(11)の直動をリンク機構(3)を介してスライ
   ド(9)の上下方向移動に変換し、サーボモータ(15)の回
   転を制御してスライド(9)の位置を制御するハイブリッ
   ド制御サーボプレスの制御方法であって、スライド(9)
   の位置とボールスクリュー(11)の位置との関係式に基づ
   くスライド位置(Y)に対する実質的な位置制御ゲインＧ
   （Ｙ）の変換式を予め記憶し、スライド(9)の実制御時
   に、位置制御ゲインＧ（Ｙ）を前記実質的な位置制御ゲ
   インＧ（Ｙ）の変換式に基づき、スライド位置検出器
   (8)で検出したスライド位置(Y)に応じて補正して求める
   と共に、スライド位置指令と前記検出したスライド位置
   との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするよう
   に、前記演算した位置偏差値と前記求めた位置制御ゲイ
   ンＧ（Ｙ）とによってモータ速度指令を演算し、このモ
   ータ速度指令でサーボモータ(15)を制御することを特徴
   とするハイブリッド制御サーボプレスの制御方法。
6. 【請求項６】 サーボモータ(15)の回転動力をボールス
   クリュー(11)により略水平方向の直動に変換し、ボール
   スクリュー(11)の直動をリンク機構(3)を介してスライ
   ド(9)の上下方向移動に変換し、サーボモータ(15)の回
   転を制御してスライド(9)の位置を制御するハイブリッ
   ド制御サーボプレスの制御方法であって、スライド(9)
   の位置とボールスクリュー(11)の位置との関係式を予め
   記憶し、スライド(9)の実制御時に、前記スライド位置
   とボールスクリュー位置との関係式に基づき、スライド
   位置検出器(8)で検出したスライド位置をボールスクリ
   ュー位置に変換し、ボールスクリュー位置指令とこの変
   換したボールスクリュー位置との偏差値を演算し、該位
   置偏差値を小さくするように、前記演算した位置偏差値
   と所定の位置制御ゲイン(G0)とによってモータ速度指令
   を演算し、このモータ速度指令でサーボモータ(15)を制
   御することを特徴とするハイブリッド制御サーボプレス
   の制御方法。