JP5382543B2 - 電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システム - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムに関する。

従来、被加圧部材を目標荷重で加圧処理するため、サーボモータ及び荷重検出器を使用し、荷重検出器で検出された荷重をサーボモータにフィードバックして加圧荷重をコントロールする機構の加圧装置が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。

しかし、特許文献１、２に記載のような加圧装置では電動シリンダロッドを駆動する際、操作ミスやプログラム入力ミスにより、電動シリンダのロッドと被加圧部材が予期しない衝突を起こすことがあり、異常衝突によって生じる過負荷（オーバーロード）により、電動シリンダや、ロッドに連結された荷重検出器が、破損してしまうなどの問題があった。

そこで、サーボモータを駆動源とするトグル式パンチプレス装置において、予期しない異常荷重をサーボモータのトルク値によって検出し、異常衝突によって生じるオーバーロードを防ぐ目的として、異常衝突時に異常警告信号を出力するトグル式パンチプレスの異常検出装置などが提案されている（例えば、特許文献３）。

また、サーボモータ指令演算手段（サーボコントローラ）からサーボモータ指令出力手段（サーボアンプ）への信号出力にアナログ電圧を用いる速度制御モードを採用したサーボプレス装置において、予期しない異常荷重を荷重検出手段により検出し、異常衝突によって生じるオーバーロードを防ぐため異常警告信号を出力した上で、プレス手段を加圧加工時と反対方向に駆動する方法が提案されている（例えば、特許文献４）。

特開２００５−１３８１１０号公報 特開２００９−１０１４１９号公報 特開平８−１０３８９８号公報 特開平１１−５８０９９号公報

しかし、特許文献３に記載の技術では、制御装置（サーボコントローラ）からサーボアンプへの信号出力にパルス信号を用いる位置制御モードが採用されている。位置制御モードは、電動シリンダを適切な速度で駆動させ、位置精度良く停止させることが可能であり、電動シリンダの制御モードとして広く採用されているが、位置制御モードを使用した場合、サーボモータを駆動するサーボアンプにおいて生じる溜りパルスがオーバーロードの原因となっていた。

溜りパルスとは、サーボアンプにおけるフィードパルスとフィードバックパルスの差のパルスである。サーボ機構の駆動系においては、加圧装置などの機械系に慣性があるため、サーボコントローラの位置指令パルス信号をサーボモータにそのまま出力すると機械に遅れが生じて追従できない。そこで、位置指令パルスをサーボアンプの偏差カウンタに溜めて、溜りパルスに応じてサーボモータの回転を制御する制御方法が採用されている。
ここで、サーボモータを停止させるためにサーボコントローラから位置指令パルスの出力を停止しても、サーボアンプの偏差カウンタにおいて溜りパルスが減少して０になるまで、溜りパルスのパルス数に応じてサーボモータが回転を継続してしまう。これにより、ロッドが移動してしまい、オーバーロードが発生する。

従って、位置制御モードで加圧装置を制御する場合には、溜りパルスの問題を解決しない限り、特許文献３に記載された制御方法だけでは不十分であり、電動シリンダやロッドに連結された荷重検出器の破損を十分に防止できないという問題があった。

特許文献３、特許文献４に記載の技術においては、ラム（スライド）がある所定位置において、位置に対して予め設定記憶させた許容プレス荷重値を超過した時点で、異常判定を行っている。したがって、繰り返しプレス作業を行う場合において、板金プレス用途のように均一厚さのワークに対するプレス装置の制御方法としては良いが、圧入用途、粉体成型用途、搬送用途向けのプレス装置のように、プレス軸方向に対しワークの高さ、位置が毎回異なるプレス装置の制御方法には適用が難しい問題があった。

更に、特許文献３、特許文献４に記載の技術においては、ワークが変わるたびに作業者がラム（スライド）位置に対する加圧荷重の許容範囲を設定記憶させる必要が有り、汎用性が無く作業が煩雑になり生産効率が悪い問題があった。

そこで、本発明は、サーボモータで駆動される電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムにおいて、電動シリンダロッドを駆動する際、操作ミスやプログラム入力ミスにより、電動シリンダのロッドと被加圧部材が予期しない衝突を起こすことで生じるオーバーロードにより、電動シリンダや、ロッドに連結された荷重検出器が、破損してしまうことを防ぎ、加圧軸方向の高さが各々異なるような被加圧部材のプレスにも対応できる電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムを実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御方法であって、前記サーボコントローラにおいて、前記ロッドの駆動速度と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突を検知するための衝突検知荷重と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突が検知された場合にその後の前記ロッドの駆動を許可するか否かの判定を行うための衝突時停止フラグと、前記ロッドの急制動を行うか否かの判定を行うためのロッド駆動速度である衝突許可速度と、を設定し、前記サーボコントローラに入力された駆動速度に基づいて前記ロッドを駆動し、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を前記荷重検出器から前記サーボコントローラに出力する駆動制御ステップと、前記サーボコントローラにおいて、前記加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が衝突検知荷重以上であるか否かを判定する衝突検知荷重判定ステップと、前記サーボコントローラにおいて、衝突時停止フラグがＯＮであるか否かを判定する衝突時停止フラグ判定ステップと、前記衝突時停止フラグ判定ステップにおいて衝突時停止フラグがＯＦＦである場合に、前記サーボコントローラにおいて、前記ロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であるか否かを判定する衝突許可速度判定ステップと、衝突検知荷重判定ステップにおいて加圧荷重が衝突検知荷重以上であると判定され、衝突時停止フラグ判定ステップにおいて衝突時停止フラグがＯＮであると判定された、または、衝突許可速度判定ステップにおいてロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であると判定された場合に、前記ロッドを急停止または反転駆動により急制動する急制動ステップと、を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、駆動制御ステップにより、サーボコントローラに入力された駆動速度に基づいてロッドを駆動し、荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を荷重検出器からサーボコントローラに出力し、衝突検知荷重判定ステップにより、サーボコントローラにおいて、加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が衝突検知荷重以上であるか否かを判定し、衝突時停止フラグ判定ステップにより、サーボコントローラにおいて、衝突時停止フラグがＯＮであるか否かを判定し、衝突許可速度判定ステップにより、衝突時停止フラグ判定ステップにおいて衝突時停止フラグがＯＦＦである場合に、サーボコントローラにおいて、ロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であるか否かを判定し、急制動ステップにより、衝突検知荷重判定ステップにおいて加圧荷重が衝突検知荷重以上であると判定され、衝突時停止フラグ判定ステップにおいて衝突時停止フラグがＯＮであると判定された、または、衝突許可速度判定ステップにおいてロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であると判定された場合に、ロッドを急停止または反転駆動により急制動することができる。
これにより、ロッドと被加圧部材との衝突を検知した後に、ロッドの衝突速度が衝突許可速度以上である場合に、ロッドを急停止または反転駆動により急制動することができるため、オーバーロードにより電動シリンダやロッドに連結された荷重検出器を破損することを防ぐことができる。
また、ロッドと被加圧部材との衝突を想定していない、ロッド位置移動工程やジョグ運転工程など、衝突検知荷重以上の荷重がロッドにかかる状態が明らかに異常状態であると判定される工程において、衝突時停止フラグをＯＮに設定しておくことにより、速やかにオーバーロードを防ぐ急制動を行うことができる。
更に、ロッドがある所定位置において、位置に対して予め設定記憶させた許容プレス荷重値を超過した時点で、異常判定を行う方法をとっていないため、加圧軸方向の高さが各々異なるような被加圧部材のプレス加工にも対応できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、前記急制動ステップは、前記サーボコントローラにおいて前記衝突時停止フラグ判定ステップまたは前記衝突許可速度判定ステップの判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算する溜りパルス計算ステップと、前記溜りパルス計算ステップで計算された溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力する逆方向位置指令パルス信号出力ステップと、を備えた、という技術的手段を用いる。

サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合には、請求項２に記載の発明のように、急制動ステップを溜りパルス計算ステップと、逆方向位置指令パルス信号出力ステップと、を備えたものとすることができる。
これにより、溜りパルス計算ステップにより、溜りパルスを計算し、逆方向位置指令パルス信号出力ステップにより、溜りパルス計算ステップで計算された溜りパルスに基づいて、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号をサーボコントローラからサーボアンプに出力して、ロッドを急停止させることができる。
このように、サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力する方法を採用することにより、位置制御モードを採用しても溜りパルスの影響を排除することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の電動シリンダの制御方法において、前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上である、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、溜りパルスのパルス数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させて０とすることができる。また、逆方向位置指令パルス信号のパルス数の方が多い場合には、サーボモータの逆転駆動が生じて被加圧部材に対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的にオーバーロードを防ぐことができる。

請求項４に記載の発明では、請求項２または請求項３に記載の電動シリンダの制御方法において、前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上である、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号の周波数は、位置指令パルスの周波数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させることができるので、より効果的にオーバーロードを防ぐことができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、前記急制動ステップは、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの位置指令パルス信号の出力を停止する位置指令パルス信号出力停止ステップを備えた、という技術的手段を用いる。

サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合には、請求項５に記載の発明のように、急制動ステップにおいて、位置指令パルス信号出力停止ステップにより、サーボコントローラからサーボアンプへの位置指令パルス信号の出力を停止して、ロッドを急停止させることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、前記急制動ステップは、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの速度指令信号の出力を停止する速度指令信号出力停止ステップを備えた、という技術的手段を用いる。

サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合には、請求項６に記載の発明のように、急制動ステップにおいて、速度指令信号出力停止ステップにより、サーボコントローラからサーボアンプへの速度指令信号の出力を停止して、ロッドを急停止させることができる。
また、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、前記急制動ステップは、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号を出力する反転信号出力ステップを備えた、という技術的手段を用いる。

サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合には、請求項７に記載の発明のように、急制動ステップにおいて、反転信号出力ステップにより、サーボコントローラからサーボアンプへロッドを加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号を出力し、ロッドを加圧方向と逆方向に移動させ反転駆動による急制動を行うことができる。反転駆動によりロッドの急制動を行うため、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを防止することができる。
また、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項８に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、前記急制動ステップは、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへのトルク指令信号の出力を停止するトルク指令信号出力停止ステップを備えた、という技術的手段を用いる。

サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合には、請求項８に記載の発明のように、急制動ステップにおいて、トルク指令信号出力停止ステップにより、サーボコントローラからサーボアンプへのトルク指令信号の出力を停止して、ロッドを急停止させることができる。
また、トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項９に記載の発明では、請求項１に記載の電動シリンダの制御方法において、前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、前記急制動ステップは、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号を出力する反転信号出力ステップを備えた、という技術的手段を用いる。

サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合には、請求項９に記載の発明のように、急制動ステップにおいて、反転信号出力ステップにより、サーボコントローラからサーボアンプへロッドを加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号を出力し、ロッドを加圧方向と逆方向に移動させ反転駆動による急制動を行うことができる。反転駆動によりロッドの急制動を行うため、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを防止することができる。
また、トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項１０に記載の発明では、ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御システムであって、前記サーボコントローラは、前記ロッドの駆動速度と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突を検知するための衝突検知荷重と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突が検知された場合にその後の前記ロッドの駆動を許可するか否かの判定を行うための衝突時停止フラグと、前記ロッドの急制動を行うか否かの判定を行うためのロッド駆動速度である衝突許可速度と、を設定可能に構成されており、前記ロッドの駆動速度に基づいて前記ロッドの位置制御による駆動を行い、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重が衝突検知荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が衝突検知荷重以上であると判定した場合に、更に、衝突時停止フラグがＯＮであるか否か、前記ロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であるか否か、を判定し、衝突時停止フラグがＯＮである、または、駆動速度が衝突許可速度以上であると判定した場合に、前記ロッドを急停止または反転駆動により急制動する、という技術的手段を用いる。

請求項１０に記載の発明によれば、サーボコントローラは、ロッドと被加圧部材との衝突を検知した後に、ロッドの衝突速度が衝突許可速度以上である場合に、ロッドを急停止または反転駆動により急制動するため、オーバーロードにより電動シリンダやロッドに連結された荷重検出器を破損することを防ぐことができる。
また、衝突時停止フラグを設けることにより、ロッドと被加圧部材との衝突を想定していない、ロッド位置移動工程やジョグ運転工程など、衝突検知荷重以上の荷重がロッドにかかる状態が明らかに異常状態であると判定される工程において、速やかにオーバーロードを防ぐ急制動を行うことができる。
更に、ロッドがある所定位置において、位置に対して予め設定記憶させた許容プレス荷重値を超過した時点で、異常判定を行う方法をとっていないため、加圧軸方向の高さが各々異なるような被加圧部材のプレス加工にも対応できる。

請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、前記ロッドの急制動は、前記サーボコントローラにおいて衝突時停止フラグの判定時または衝突許可速度の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算し、前記溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力し、前記サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させて前記ロッドを停止させることにより行う、という技術的手段を用いる。

サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合には、請求項１１に記載の発明のように、サーボコントローラにおいて衝突時停止フラグの判定時または衝突許可速度の判定時の溜りパルスを計算し、溜りパルスに基づいて、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号をサーボコントローラからサーボアンプに出力して、ロッドを急停止させることができる。
このように、サーボアンプに逆方向位置指令パルス信号を出力する方法を採用することにより、位置制御モードを採用しても溜りパルスの影響を排除することができる。

請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上である、という技術的手段を用いる。

請求項１２に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、溜りパルスのパルス数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させて０とすることができる。また、逆方向位置指令パルス信号のパルス数の方が多い場合には、サーボモータの逆転駆動が生じて被加圧部材に対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的にオーバーロードを防ぐことができる。

請求項１３に記載の発明では、請求項１１または請求項１２に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上である、という技術的手段を用いる。

請求項１３に記載の発明によれば、逆方向位置指令パルス信号の周波数は、位置指令パルスの周波数以上であるため、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させることができるので、より効果的にオーバーロードを防ぐことができる。

請求項１４に記載の発明では、請求項１０に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、前記ロッドの急制動は、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの位置指令パルス信号の出力を停止し、前記ロッドを停止させることにより行う、という技術的手段を用いる。

サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合には、請求項１４に記載の発明のように、サーボコントローラからサーボアンプへの位置指令パルス信号の出力を停止して、ロッドを急停止させることにより急制動を行うことができる。

請求項１５に記載の発明では、請求項１０に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、前記ロッドの急制動は、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの速度指令信号の出力を停止し、前記ロッドを停止させることにより行う、という技術的手段を用いる。

サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合には、請求項１５に記載の発明のように、サーボコントローラからサーボアンプへの速度指令信号の出力を停止して、ロッドを急停止させることにより急制動を行うことができる。
また、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項１６に記載の発明では、請求項１０に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、前記ロッドの急制動は、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号を出力し、前記ロッドを反転駆動させることにより行う、という技術的手段を用いる。

サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合には、請求項１６に記載の発明のように、サーボコントローラからサーボアンプへロッドを加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号を出力し、ロッドを加圧方向と逆方向に移動させ反転駆動による急制動を行うことができる。反転駆動によりロッドの急制動を行うため、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを防止することができる。
また、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項１７に記載の発明では、請求項１０に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、前記ロッドの急制動は、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへのトルク指令信号の出力を停止し、前記ロッドを停止させることにより行う、という技術的手段を用いる。

サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合には、請求項１７に記載の発明のように、サーボコントローラからサーボアンプへのトルク指令信号の出力を停止して、ロッドを急停止させることにより急制動を行うことができる。
また、トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

請求項１８に記載の発明では、請求項１０に記載の電動シリンダの制御システムにおいて、前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、前記ロッドの急制動は、前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号を出力し、前記ロッドを反転駆動させることにより行う、という技術的手段を用いる。

サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合には、請求項１８に記載の発明のように、サーボコントローラからサーボアンプへロッドを加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号を出力し、ロッドを加圧方向と逆方向に移動させ反転駆動による急制動を行うことができる。反転駆動によりロッドの急制動を行うため、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを防止することができる。
また、トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッドを制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

本発明の電動シリンダの制御システムを備えたプレス加工装置の概略図である。 本発明の電動シリンダの制御方法を示すフローチャートである。 第１実施形態の駆動制御ステップにおける制御方法を示すフローチャートである。 第１実施形態の急制動ステップにおける制御方法を示すフローチャートである。 第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示すグラフである。 第２実施形態の急制動ステップにおける制御方法を示すフローチャートである。 第２実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示すグラフである。 第３実施形態の駆動制御ステップにおける制御方法を示すフローチャートである。 第３実施形態の急制動ステップにおける制御方法を示すフローチャートである。 第３実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示すグラフである。 第４実施形態の急制動ステップにおける制御方法を示すフローチャートである。 第４実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示すグラフである。 第５実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示すグラフである。 第６実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、電動シリンダ装置としてプレス加工装置を例に、電動シリンダの制御システム及び制御方法を、図を参照して説明する。

図１に示すように、プレス加工装置１は、被加工部材Ｍをプレス加工するロッド１１を軸方向に移動させる電動シリンダ１２と、ロッド１１に連結され被加工部材Ｍに負荷される荷重を検出する荷重検出器１３と、電動シリンダ１２を駆動させるサーボモータ１４と、サーボアンプ１６と接続され、サーボモータ１４に設けられたエンコーダに代表される位置検出器１５と、サーボモータ１４及びサーボコントローラ１７に電気的に接続され、サーボモータ１４の駆動を制御するサーボアンプ１６と、荷重検出器１３及びサーボアンプ１６に電気的に接続され、サーボモータ１４の制御指令をサーボアンプ１６に出力するいわゆる位置決めユニットであるサーボコントローラ１７と、を備えている。

サーボコントローラ１７の制御指令はサーボモータ１４の駆動制御モードによって異なり、位置制御モードでは位置制御指令が、速度制御モードでは速度制御指令が、トルク制御モードではトルク制御指令が、サーボアンプ１６に出力される。
位置制御モードは被加圧部材の所定の厚さに成型する場合に好適に用いることができる。速度制御モードは位置制御モードに比べて指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能である。トルク制御モードは更に指令信号に対する応答速度が速いので、より高速制御が可能であり、圧入工程などに好適に用いることができる。

電動シリンダの制御システムとして作動する制御ユニット２０は、荷重検出器１３、サーボモータ１４、位置検出器１５、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７から構成される。

［第１実施形態］
本実施形態では、サーボモータ１４は位置制御モードで駆動制御される。サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動を位置制御モードで制御可能に構成されている。速度制御モード、トルク制御モードの切り替えが可能な構成でもよい。

本発明の制御方法について図２を参照して説明する。まず、サーボコントローラ１７における制御モードとして位置制御モードを選択し、図示しない入力装置により、サーボコントローラ１７にロッド１１の駆動速度Ｓｍと、ロッド１１と被加圧部材Ｍとの衝突を検知するための衝突検知荷重Ｐｃと、ロッド１１と被加圧部材Ｍとの衝突が検知された場合にその後のロッド１１の駆動を許可するか否かの判定を行うための衝突時停止フラグと、ロッド１１の急制動を行うか否かの判定を行うためのロッド駆動速度である衝突許可速度Ｓｃと、を入力する。

プレス加工を行う被加工部材Ｍをプレス加工装置１の所定の位置にセットした後に、運転を開始すると、サーボコントローラ１７に入力された駆動速度に基づいてロッド１１を駆動し、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍに応じた加圧荷重信号を荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に出力する駆動制御ステップＳ１が実行される。

図３に示すように、ステップＳ１１では、入力されたロッド１１の駆動速度に基づいてサーボコントローラ１７がサーボアンプ１６に位置指令パルス信号を出力する。

続くステップＳ１２では、サーボアンプ１６は、ステップＳ１１でサーボコントローラ１７から入力された位置指令パルス信号に基づいて、内蔵する偏差カウンタにより位置指令パルス信号のパルス数を計数し、パルス周波数及びパルス数に応じたモータ駆動電流をサーボモータ１４へ出力する。

続くステップＳ１３では、サーボアンプ１６から入力されたモータ駆動電流によりサーボモータ１４が回転駆動される。サーボモータ１４の回転運動は、電動シリンダ１２に内蔵されたボールねじ機構によって直線運動に変換され、ロッド１１を駆動する。これにより、ロッド１１が前方へ押し出され、ロッド１１が被加圧部材Ｍを加圧する。加圧荷重Ｐｍは荷重検出器１３によって検出される。

サーボモータ１４の回転に伴い、サーボモータ１４に設けられた位置検出器１５がサーボアンプ１６に対し、サーボモータ１４の回転数に応じた絶対位置信号を出力する。サーボアンプ１６は、絶対位置信号情報を帰還パルス信号に変換してサーボコントローラ１７に出力する。更に、サーボアンプ１６は、位置指令パルス信号のパルス数と帰還パルス信号のパルス数との差、つまり、溜りパルスに応じてサーボモータ１４の回転を制御する。ここで、位置指令パルス信号のパルス数は、サーボモータ１４の回転角と比例関係にあり、位置指令パルス信号のパルス周波数によりサーボモータ１４の駆動速度が制御され、パルス数によりロッド１１の移動距離が定まる。

続くステップＳ１４では、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍに応じた加圧荷重信号を、荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に出力する。

続く衝突検知荷重判定ステップＳ２１では、サーボコントローラ１７において、加圧荷重Ｐｍが衝突検知荷重Ｐｃに達したか否か、つまり、加圧荷重Ｐｍが衝突検知荷重Ｐｃ以上であるか否かを判定する。Ｐｍ≧Ｐｃ（ステップＳ２１：ＹＥＳ）の場合にはステップＳ２２に進む。

Ｐｍ＜Ｐｃ（ステップＳ２１：ＮＯ）の場合には駆動制御ステップＳ１に戻る。荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に加圧荷重信号が出力され、加圧荷重Ｐｍが停止荷重Ｐｃに達するまでの間、駆動速度でロッド１１が押し出されるように、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ各制御モードに応じた指令信号が出力され続ける。

続く衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２では、サーボコントローラ１７において、衝突時停止フラグがＯＮであるか否か、つまり、衝突が検知された後にロッド１１の駆動を許可するか否かを判定する。衝突時停止フラグがＯＮ（ステップＳ２２：ＹＥＳ）の場合には急制動ステップＳ３に進み、衝突時停止フラグがＯＦＦ（ステップＳ２２：ＮＯ）の場合にはステップＳ２３に進む。

また、ロッドと被加圧部材との衝突を想定していない、ロッド位置移動工程やジョグ運転工程など、衝突検知荷重以上の荷重がロッドにかかる状態が明らかに異常状態であると判定される工程において、衝突時停止フラグをＯＮに設定しておくことにより、速やかにオーバーロードを防ぐ急制動を行うことができる。

衝突許可速度判定ステップＳ２３では、サーボコントローラ１７において、駆動速度Ｓｍが衝突許可速度Ｓｃに達したか否か、つまり、駆動速度Ｓｍが衝突許可速度Ｓｃ以上であるか否かを判定する。Ｓｍ≧Ｓｃ（ステップＳ２３：ＹＥＳ）の場合にはステップＳ３に進む。
Ｓｍ＜Ｓｃ（ステップＳ７：ＮＯ）の場合には、ステップＳ４に進んで、サーボコントローラ１７において最初に設定した駆動条件に基づいた駆動を継続する。

急制動ステップＳ３では、図４に示すように、溜りパルス計算ステップＳ３１において、サーボコントローラ１７が衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２または衝突許可速度判定ステップＳ２３の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と帰還パルス信号のパルス数との差、つまり、溜りパルスを計算する。
ここで、溜りパルスの計算を衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２の判定時に行うのは、
衝突時停止フラグがＯＮ（ステップＳ２２：ＹＥＳ）の場合である。

続く逆方向位置指令パルス信号出力ステップＳ３２では、溜りパルス計算ステップＳ３１で計算された溜りパルスに基づいて、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６に、ロッド１１を加圧方向と逆方向へ駆動させる、つまり、サーボモータを逆回転させるための位置制御パルス信号であって、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を出力する。

ここで、逆方向位置指令パルスは、溜りパルスと逆方向の位置指令パルスであり、正転パルスである溜りパルスのパルス列の符号を逆転させる逆転パルス列として構成することができる。

続くステップＳ３３では、サーボアンプ１６は、ステップＳ３１でサーボコントローラ１７から入力された逆方向位置指令パルス信号に基づいて、溜りパルスを減少させて、サーボモータ１４へのモータ駆動電流の出力を停止する。

このように、急制動ステップＳ３では、溜りパルス計算ステップＳ３１により、溜りパルスを計算し、逆方向位置指令パルス信号出力ステップＳ３２により、溜りパルス計算ステップＳ３１で計算された溜りパルスに基づいて、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号をサーボコントローラ１７からサーボアンプ１６に出力して、ロッド１１を急停止させることができる。
また、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力する方法を採用することにより、位置制御モードを採用しても溜りパルスの影響を排除することができる。

衝突検知荷重Ｐｃは荷重検出器１３の荷重分解能以上で定格荷重の１０％以下に設定することが好ましい。衝突検知荷重Ｐｃは荷重検出器１３の定格荷重の１０％を超えると、ロッド１１の急制動を行うタイミングに遅れが生じてしまい、オーバーロードする可能性が高くなるため好ましくない。

衝突許可速度Ｓｃはプレス加工装置系の剛性や慣性などを考慮して、ロッド１１が被加圧部材Ｍに衝突した後に、荷重検出器１３の破損限界荷重を超えないように適宜設定することができる。

逆方向位置指令パルスのパルス数は、加圧荷重Ｐｍがロッド１１に連結された荷重検出器１３を破損してしまう値まで上昇することなくロッド１１を停止させることができる範囲で任意に設定することができる。溜りパルスを速やかに減少させて０とするために、溜りパルスのパルス数以上とすることが好ましく、特に、逆方向位置指令パルスのパルス数の方が多い場合には、サーボモータ１４の逆転駆動が生じて被加圧部材Ｍに対する加圧荷重を急速に減少させることができるので、より効果的にオーバーロードを防ぐことができる。

また、逆方向位置指令パルスの周波数は、溜りパルスを速やかに減少させてロッドを停止させるために、位置指令パルスの周波数以上とすることが好ましい。

（実施例１）
本実施形態の効果を、従来の電動シリンダの制御方法を比較例として確認した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図５に、第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合と、従来の制御方法を適用した場合との、駆動速度と最大加圧荷重の関係を比較して示す。なお、本実施例において使用した荷重検出器（ロードセル）の定格荷重値は１２．０ｋＮであり、破損限界荷重は１８．０ｋＮである。

衝突条件は、第１実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合では、衝突時の駆動速度を５．０ｍｍ／ｓから４５．０ｍｍ／ｓまで５．０ｍｍ／ｓ刻みで変化させた。いずれの場合も衝突検知荷重Ｐｃを０．００３ｋＮとした。衝突時停止フラグはＯＦＦとし、衝突許可速度Ｓｃは４ｍｍ／ｓとした。
比較例は、加圧荷重が荷重検出器の定格荷重値を超えた時点でオーバーロードとして、サーボコントローラからサーボアンプへの位置指令パルス信号出力を停止することで、ロッドの駆動を停止する従来の制御方法を適用した。比較例では、衝突時の駆動速度を１．０ｍｍ／ｓから８．０ｍｍ／ｓまで１．０ｍｍ／ｓ刻みで変化させた。

図５に示すように、比較例では、衝突時の駆動速度が８．０ｍｍ／ｓのとき加圧荷重が荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮ近くの１７．８６１ｋＮに達して停止した。
一方、第１実施形態の実施例では、衝突時の駆動速度が４５．０ｍｍ／ｓと高速である場合にも、加圧荷重は１７．５４６ｋＮで停止し、荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮを超えることがなかった。
これにより、第１実施形態の電動シリンダの制御方法では比較例よりも効果的にオーバーロードを防ぐことができ、高速度のロッド駆動速度で異常衝突が発生してもロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができることが確認された。

［第１実施形態の効果］
（１）本発明の電動シリンダの制御方法及び電動シリンダの制御システムによれば、ロッド１１と被加圧部材Ｍとの衝突を検知した後に、ロッド１１の衝突速度が衝突許可速度以上である場合に、ロッド１１を急停止または反転駆動により急制動することができるため、オーバーロードにより電動シリンダ１２やロッド１１に連結された荷重検出器１３を破損することを防ぐことができる。
また、ロッド１１と被加圧部材Ｍとの衝突を想定していない、ロッド位置移動工程やジョグ運転工程など、衝突検知荷重以上の荷重がロッドにかかる状態が明らかに異常状態であると判定される工程において、衝突時停止フラグをＯＮに設定しておくことにより、速やかにオーバーロードを防ぐ急制動を行うことができる。
更に、ロッド１１がある所定位置において、位置に対して予め設定記憶させた許容プレス荷重値を超過した時点で、異常判定を行う方法をとっていないため、加圧軸方向の高さが各々異なるような被加圧部材のプレス加工にも対応できる。

（２）サーボモータ１４が位置制御モードで駆動制御される場合に、急制動ステップＳ３では、溜りパルス計算ステップＳ３１により、溜りパルスを計算し、逆方向位置指令パルス信号出力ステップＳ３２により、溜りパルス計算ステップＳ３１で計算された溜りパルスに基づいて、溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号をサーボコントローラ１７からサーボアンプ１６に出力して、ロッド１１を急停止させることができる。
また、サーボアンプ１６に逆方向位置指令パルス信号を出力する方法を採用することにより、位置制御モードを採用しても溜りパルスの影響を排除することができる。

［第２実施形態］
本実施形態では、第１実施形態同様に、サーボモータ１４は位置制御モードで駆動制御される。第２実施形態は第１実施形態とは急制動ステップＳ３において異なっている。

駆動制御ステップＳ１で第１実施形態と同様の処理が実行され、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３が実行される。

図６に示すように、急制動ステップＳ３では、位置指令パルス信号出力停止ステップＳ３４により、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力されていた位置指令パルス信号の出力を直ちに停止する。

続くステップＳ３５では、サーボアンプ１６は、位置指令パルス信号出力停止ステップＳ３４で位置指令パルス信号が停止されたことに基づいて、サーボモータ１４へのモータ駆動電流の出力を停止する。
これにより、ロッド１１の急制動が実行され、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。

（実施例２）
第２実施形態の効果を確認した。使用した荷重検出器（ロードセル）及び比較例は、第１実施形態の実施例１と同様とした。

衝突条件は、第２実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合では衝突開始時の駆動速度を５．０ｍｍ／ｓから３０．０ｍｍ／ｓまで５．０ｍｍ／ｓ刻みで変化させた。いずれの場合も衝突検知荷重Ｐｃを０．０５０ｋＮとした。衝突時停止フラグはＯＦＦとし、衝突許可速度Ｓｃは４ｍｍ／ｓとした。

図７に示すように、比較例では、衝突時の駆動速度が８．０ｍｍ／ｓのとき加圧荷重が荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮ近くの１７．８６１ｋＮに達して停止した。
一方、第２実施形態の実施例では、衝突時の駆動速度が３０．０ｍｍ／ｓと高速である場合にも、加圧荷重は１６．８６１ｋＮで停止し、荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮを超えることがなかった。
これにより、第２実施形態の電動シリンダの制御方法では比較例よりも効果的にオーバーロードを防ぐことができ、高速度のロッド駆動速度で異常衝突が発生してもロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができることが確認された。

［第２実施形態の効果］
サーボモータ１４が位置制御モードで駆動制御されており、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３において、位置指令パルス信号出力停止ステップＳ３４により、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力されていた位置指令パルス信号の出力を停止して、ロッド１１を急停止させることができる。これにより、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。
また、位置制御モードを採用しても溜りパルスの影響を排除することができる。

［第３実施形態］
本実施形態では、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動を速度制御モードで制御可能に構成されており、サーボモータ１４は速度制御モードで駆動制御される。

本実施形態の制御方法について図を参照して説明する。まず、サーボコントローラ１７における制御モードとして速度制御モードを選択し、図示しない入力装置により、サーボコントローラ１７にロッド１１の駆動速度Ｓｍと、ロッド１１と被加圧部材Ｍとの衝突を検知するための衝突検知荷重Ｐｃと、ロッド１１と被加圧部材Ｍとの衝突が検知された場合にその後のロッド１１の駆動を許可するか否かの判定を行うための衝突時停止フラグと、ロッド１１の急制動を行うか否かの判定を行うためのロッド駆動速度である衝突許可速度Ｓｃと、を入力する。

プレス加工を行う被加工部材Ｍをプレス加工装置１の所定の位置にセットした後に、運転を開始すると、サーボコントローラ１７に入力された駆動速度に基づいてロッド１１を駆動し、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍに応じた加圧荷重信号を荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に出力する駆動制御ステップＳ１が実行される。

図８に示すように、ステップＳ１５では、入力されたロッド１１の駆動速度に基づいてサーボコントローラ１７がサーボアンプ１６に速度指令信号を出力する。

続くステップＳ１６では、サーボアンプ１６は、ステップＳ１でサーボコントローラ１７から入力された速度指令信号に基づいて、モータ駆動電流をサーボモータ１４へ出力する。

続くステップＳ１７では、サーボアンプ１６から入力されたモータ駆動電流によりサーボモータ１４が回転駆動される。サーボモータ１４の回転運動は、電動シリンダ１２に内蔵されたボールねじ機構によって直線運動に変換され、ロッド１１を駆動する。これにより、ロッド１１が前方へ押し出され、ロッド１１が被加圧部材Ｍを加圧する。加圧荷重Ｐｍは荷重検出器１３によって検出される。

続くステップＳ１８では、荷重検出器１３によって検出された加圧荷重Ｐｍに応じた加圧荷重信号を、荷重検出器１３からサーボコントローラ１７に出力する。

衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３における急制動ステップＳ３に進む急制動条件は、位置制御モードと同様である。

図９に示すように、急制動ステップＳ３では、速度指令信号出力停止ステップＳ３６により、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６への速度指令信号の出力を停止（零に）する。

続くステップＳ３７では、サーボアンプ１６は、速度指令信号出力停止ステップＳ３６でサーボコントローラ１７からの速度指令信号出力が停止されたことに基づいて、サーボモータ１４へのモータ駆動電流の出力を停止する。
これにより、ロッド１１の急制動が実行され、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。
ここで、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能である。

（実施例３）
第３実施形態の効果を確認した。使用した荷重検出器（ロードセル）及び比較例は、第１実施形態の実施例１と同様とした。

衝突条件は、第２実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合では衝突開始時の駆動速度を５．０ｍｍ／ｓから５０．０ｍｍ／ｓまで５．０ｍｍ／ｓ刻みで変化させた。いずれの場合も衝突検知荷重Ｐｃを０．００３ｋＮとした。衝突時停止フラグはＯＦＦとし、衝突許可速度Ｓｃは４ｍｍ／ｓとした。

図１０に示すように、比較例では、衝突時の駆動速度が８．０ｍｍ／ｓのとき加圧荷重が荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮ近くの１７．８６１ｋＮに達して停止した。
一方、第３実施形態の実施例では、衝突時の駆動速度が５０．０ｍｍ／ｓと高速である場合にも、加圧荷重は１６．８６１ｋＮで停止し、荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮを超えることがなかった。
これにより、第３実施形態の電動シリンダの制御方法では比較例よりも効果的にオーバーロードを防ぐことができ、高速度のロッド駆動速度で異常衝突が発生してもロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができることが確認された。

［第３実施形態の効果］
サーボモータ１４が速度制御モードで駆動制御されており、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３において、速度指令信号出力停止ステップＳ３６により、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力されていた速度指令信号の出力を停止して、ロッド１１を急停止させることができる。これにより、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。
ここで、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能である。

［第４実施形態］
本実施形態では、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動を速度制御モードで制御可能に構成されており、サーボモータ１４は速度制御モードで駆動制御される。第４実施形態は第３実施形態とは急制動ステップＳ３において異なっている。

駆動制御ステップＳ１で第３実施形態と同様の処理が実行され、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３が実行される。

図１１に示すように、急制動ステップＳ３では、反転信号出力ステップＳ３８により、ロッド１１を加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号をサーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力する。

続くステップＳ３９では、サーボアンプ１６は、反転信号出力ステップＳ３８でのサーボコントローラ１７からの速度指令の反転信号に基づいて、サーボモータ１４へロッド１１を加圧方向と逆方向に移動させるモータ駆動電流を出力する。

続くステップＳ４０では、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６への速度指令信号の出力を停止（零に）し、ステップＳ４１では、サーボアンプ１６は、サーボモータ１４へのモータ駆動電流の出力を停止する。

これにより、ロッド１１の反転駆動による急制動が実行され、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。

（実施例４）
第４実施形態の効果を確認した。使用した荷重検出器（ロードセル）、比較例及び衝突条件は、第３実施形態の実施例３と同様とした。

図１２に示すように、比較例では、衝突時の駆動速度が８．０ｍｍ／ｓのとき加圧荷重が荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮ近くの１７．８６１ｋＮに達して停止した。
一方、第４実施形態の実施例では、衝突時の駆動速度が５０．０ｍｍ／ｓと高速である場合にも、加圧荷重は１６．３０２ｋＮで停止し、荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮを超えることがなかった。
これにより、第４実施形態の電動シリンダの制御方法では比較例よりも効果的にオーバーロードを防ぐことができ、高速度のロッド駆動速度で異常衝突が発生してもロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができることが確認された。

［第４実施形態の効果］
サーボモータ１４が速度制御モードで駆動制御されており、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３において、反転信号出力ステップＳ３８により、ロッド１１を加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号をサーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力し、ロッド１１を加圧方向と逆方向に移動させ反転駆動による急制動を行うことができる。これにより、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。
また、反転駆動によりロッド１１の急制動を行うため、より迅速にロッド１１を制動してオーバーロードを防止することができる。
更に、速度制御モードは位置制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッド１１を制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

［第５実施形態］
本実施形態では、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動をトルク制御モードで制御可能に構成されており、サーボモータ１４はトルク制御モードで駆動制御される。

第５実施形態では、第３実施形態の「速度指令信号」による制御を「トルク指令信号」により行う。トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、より高速制御が可能である。

（実施例５）
第５実施形態の効果を確認した。使用した荷重検出器（ロードセル）、比較例及び衝突条件は、第１実施形態の実施例１と同様とした。

図１３に示すように、比較例では、衝突時の駆動速度が８．０ｍｍ／ｓのとき加圧荷重が荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮ近くの１７．８６１ｋＮに達して停止した。
一方、第５実施形態の実施例では、衝突時の駆動速度が４５．０ｍｍ／ｓと高速である場合にも、加圧荷重は１６．５０８ｋＮで停止し、荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮを超えることがなかった。
これにより、第５実施形態の電動シリンダの制御方法では比較例よりも効果的にオーバーロードを防ぐことができ、高速度のロッド駆動速度で異常衝突が発生してもロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができることが確認された。

［第５実施形態の効果］
サーボモータ１４がトルク制御モードで駆動制御されており、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３において、サーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力されていたトルク指令信号の出力を停止して、ロッド１１を急停止させることができる。これにより、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。
ここで、トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッド１１を制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

［第６実施形態］
本実施形態では、サーボアンプ１６及びサーボコントローラ１７は少なくともサーボモータ１４の駆動をトルク制御モードで制御可能に構成されており、サーボモータ１４はトルク制御モードで駆動制御される。

第６実施形態では、第４実施形態の「速度指令信号」による制御を「トルク指令信号」により行う。トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、より高速制御が可能である。

（実施例６）
第６実施形態の効果を確認した。使用した荷重検出器（ロードセル）及び比較例は、第１実施形態の実施例１と同様とした。

衝突条件は、第６実施形態の電動シリンダの制御方法を適用した場合では衝突開始時の駆動速度を５．０ｍｍ／ｓから６０．０ｍｍ／ｓまで５．０ｍｍ／ｓ刻みで変化させた。いずれの場合も衝突検知荷重Ｐｃを０．００３ｋＮとした。衝突時停止フラグはＯＦＦとし、衝突許可速度Ｓｃは４ｍｍ／ｓとした。

図１４に示すように、比較例では、衝突時の駆動速度が８．０ｍｍ／ｓのとき加圧荷重が荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮ近くの１７．８６１ｋＮに達して停止した。
一方、第６実施形態の実施例では、衝突時の駆動速度が６０．０ｍｍ／ｓと高速である場合にも、加圧荷重は１７．０７６ｋＮで停止し、荷重検出器（ロードセル）の破損限界荷重である１８．０ｋＮを超えることがなかった。
これにより、第６実施形態の電動シリンダの制御方法では比較例よりも効果的にオーバーロードを防ぐことができ、高速度のロッド駆動速度で異常衝突が発生してもロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができることが確認された。
本実施例は、最も高速な制御が可能なトルク制御モードを採用し、反転駆動によりロッドの急制動を行ったため、実施例１〜６のうち、最も効果的にロッドの急制動を行うことができた。

［第６実施形態の効果］
サーボモータ１４がトルク制御モードで駆動制御されており、衝突検知荷重判定ステップＳ２１、衝突時停止フラグ判定ステップＳ２２、衝突許可速度判定ステップＳ２３において急制動ステップＳ３に進む急制動条件を満足した場合に、急制動ステップＳ３において、ロッド１１を加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号をサーボコントローラ１７からサーボアンプ１６へ出力し、ロッド１１を加圧方向と逆方向に移動させ反転駆動による急制動を行うことができる。これにより、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏することができる。
また、反転駆動によりロッド１１の急制動を行うため、より迅速にロッド１１を制動してオーバーロードを防止することができる。
更に、トルク制御モードは位置制御モード及び速度制御モードよりも指令信号に対する応答速度が速いので、高速制御が可能であり、より迅速にロッド１１を制動してオーバーロードを効果的に防止することができる。

［その他の実施形態］
上述の実施形態では、電動シリンダ１２の制御方法、制御システムをプレス加工装置１に適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プレス加工装置以外にも電動シリンダを用いる各種装置、工程に適用可能である。
例えば、本発明を圧入工程に適用すると、圧入品の圧入方向高さが異常に高く、かつ圧入部品がかじっているような異常が生じていた場合、従来制御手法であればオーバーロードによりロッドに連結された荷重検出器が破損する可能性があったが、より効果的にオーバーロードを防ぐことができ、ロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができる利点がある。
また、本発明を電動シリンダのロッドによって被搬送物を搬送する搬送工程に適用すると、被搬送物が予期しない位置に存在し、ロッドと被搬送物が予期しない異常衝突したような場合においてもより効果的にオーバーロードを防ぐことができ、ロッドに連結された荷重検出器が破損することを防ぐことができる利点がある。
更に、本発明において、ロッド１１の進行方向は押し出し方向のみに限らず、引き入れ方向であっても良い。これにより、加圧工程のみならず引っ張り工程にも本発明を適用することができる。

１ プレス加工装置（電動シリンダ装置）
１１ ロッド
１２ 電動シリンダ
１３ 荷重検出器
１４ サーボモータ
１５ 位置検出器
１６ サーボアンプ
１７ サーボコントローラ
２０ 制御ユニット
Ｍ 被加圧部材
Ｐｍ 加圧荷重
Ｐｃ 衝突検知荷重
Ｓｍ 駆動速度
Ｓｃ 衝突許可速度

Claims (18)

1. ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御方法であって、
   前記サーボコントローラにおいて、前記ロッドの駆動速度と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突を検知するための衝突検知荷重と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突が検知された場合にその後の前記ロッドの駆動を許可するか否かの判定を行うための衝突時停止フラグと、前記ロッドの急制動を行うか否かの判定を行うためのロッド駆動速度である衝突許可速度と、を設定し、
   前記サーボコントローラに入力された駆動速度に基づいて前記ロッドを駆動し、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重に応じた加圧荷重信号を前記荷重検出器から前記サーボコントローラに出力する駆動制御ステップと、
   前記サーボコントローラにおいて、前記加圧荷重信号に基づいて加圧荷重が衝突検知荷重以上であるか否かを判定する衝突検知荷重判定ステップと、
   前記サーボコントローラにおいて、衝突時停止フラグがＯＮであるか否かを判定する衝突時停止フラグ判定ステップと、
   前記衝突時停止フラグ判定ステップにおいて衝突時停止フラグがＯＦＦである場合に、前記サーボコントローラにおいて、前記ロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であるか否かを判定する衝突許可速度判定ステップと、
   衝突検知荷重判定ステップにおいて加圧荷重が衝突検知荷重以上であると判定され、衝突時停止フラグ判定ステップにおいて衝突時停止フラグがＯＮであると判定された、または、衝突許可速度判定ステップにおいてロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であると判定された場合に、前記ロッドを急停止または反転駆動により急制動する急制動ステップと、
   を備えたことを特徴とする電動シリンダの制御方法。
2. 前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、
   前記急制動ステップは、
   前記サーボコントローラにおいて前記衝突時停止フラグ判定ステップまたは前記衝突許可速度判定ステップの判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算する溜りパルス計算ステップと、
   前記溜りパルス計算ステップで計算された溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力する逆方向位置指令パルス信号出力ステップと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
3. 前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上であることを特徴とする請求項２に記載の電動シリンダの制御方法。
4. 前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動シリンダの制御方法。
5. 前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、
   前記急制動ステップは、
   前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの位置指令パルス信号の出力を停止する位置指令パルス信号出力停止ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
6. 前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、
   前記急制動ステップは、
   前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの速度指令信号の出力を停止する速度指令信号出力停止ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
7. 前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、
   前記急制動ステップは、
   前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号を出力する反転信号出力ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
8. 前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、
   前記急制動ステップは、
   前記サーボコントローラから前記サーボアンプへのトルク指令信号の出力を停止するトルク指令信号出力停止ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
9. 前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、
   前記急制動ステップは、
   前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号を出力する反転信号出力ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダの制御方法。
10. ロッドを軸方向に移動させる電動シリンダと、ロッドに連結され被加圧部材に負荷される加圧荷重を検出する荷重検出器と、電動シリンダを駆動させるサーボモータと、サーボモータに設けられ、サーボアンプに電気的に接続された位置検出器と、サーボモータ及びサーボコントローラに電気的に接続され、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプと、荷重検出器及びサーボアンプに電気的に接続され、サーボモータの制御指令をサーボアンプに出力するサーボコントローラと、を備えた電動シリンダ装置における電動シリンダの制御システムであって、
    前記サーボコントローラは、
    前記ロッドの駆動速度と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突を検知するための衝突検知荷重と、前記ロッドと前記被加圧部材との衝突が検知された場合にその後の前記ロッドの駆動を許可するか否かの判定を行うための衝突時停止フラグと、前記ロッドの急制動を行うか否かの判定を行うためのロッド駆動速度である衝突許可速度と、を設定可能に構成されており、
    前記ロッドの駆動速度に基づいて前記ロッドの位置制御による駆動を行い、前記荷重検出器によって検出された加圧荷重が衝突検知荷重以上であるか否かを判定し、加圧荷重が衝突検知荷重以上であると判定した場合に、更に、衝突時停止フラグがＯＮであるか否か、前記ロッドの駆動速度が衝突許可速度以上であるか否か、を判定し、衝突時停止フラグがＯＮである、または、駆動速度が衝突許可速度以上であると判定した場合に、前記ロッドを急停止または反転駆動により急制動することを特徴とする電動シリンダの制御システム。
11. 前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、
    前記ロッドの急制動は、
    前記サーボコントローラにおいて衝突時停止フラグの判定時または衝突許可速度の判定時の位置指令パルス信号のパルス数と、前記サーボモータの回転数に応じて前記位置検出器から前記サーボアンプに対し出力される絶対位置信号に基づいて前記サーボアンプから前記サーボコントローラに出力される帰還パルス信号のパルス数との差である溜りパルスを計算し、
    前記溜りパルスに基づいて、前記溜りパルスを減少させる位置制御パルス信号である逆方向位置指令パルス信号を前記サーボコントローラから前記サーボアンプに出力し、
    前記サーボアンプに蓄積されている溜りパルスを強制的に減少させて前記ロッドを停止させることにより行うことを特徴とする請求項１０に記載の電動シリンダの制御システム。
12. 前記逆方向位置指令パルス信号のパルス数は、前記溜りパルスのパルス数以上であることを特徴とする請求項１１に記載の電動シリンダの制御システム。
13. 前記逆方向位置指令パルス信号の周波数は、前記位置指令パルスの周波数以上であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の電動シリンダの制御システム。
14. 前記サーボモータが位置制御モードで駆動制御される場合に、
    前記ロッドの急制動は、
    前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの位置指令パルス信号の出力を停止し、前記ロッドを停止させることにより行うことを特徴とする請求項１０に記載の電動シリンダの制御システム。
15. 前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、
    前記ロッドの急制動は、
    前記サーボコントローラから前記サーボアンプへの速度指令信号の出力を停止し、前記ロッドを停止させることにより行うことを特徴とする請求項１０に記載の電動シリンダの制御システム。
16. 前記サーボモータが速度制御モードで駆動制御される場合に、
    前記ロッドの急制動は、
    前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させる速度指令の反転信号を出力し、前記ロッドを反転駆動させることにより行うことを特徴とする請求項１０に記載の電動シリンダの制御システム。
17. 前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、
    前記ロッドの急制動は、
    前記サーボコントローラから前記サーボアンプへのトルク指令信号の出力を停止し、前記ロッドを停止させることにより行うことを特徴とする請求項１０に記載の電動シリンダの制御システム。
18. 前記サーボモータがトルク制御モードで駆動制御される場合に、
    前記ロッドの急制動は、
    前記サーボコントローラから前記サーボアンプへ、前記ロッドを加圧方向と逆方向に移動させるトルク指令の反転信号を出力し、前記ロッドを反転駆動させることにより行うことを特徴とする請求項１０に記載の電動シリンダの制御システム。

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