JP4867562B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ギャップセンサによるフィードバックを用いて、ギャップ制御を行うモータ駆動装置における異常検出方法に関する。

モータで駆動するワークと対象物の距離を高精度で一定に保つため、レーザ変位計に代表されるギャップセンサのフィードバックを用いて行うギャップ制御は、レーザ加工機、彫刻機、接着剤などの塗布機、溶接機、塗装機など、さまざまなアプリケーションに適用されている。

レーザ加工機では、ギャップセンサとしてレーザ変位計を用いてギャップ制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−７１４７０号公報

しかし、ギャップセンサは高精度を求めるほど一般に有効範囲は狭くなるため、例えば対象物の上からワークが外れてしまう、あるいは加工済みの位置にワークが差し掛かるなどで、レーザ変位計の有効範囲を越える可能性がある。

また、レーザ変位計に異常が生じ、フィードバック信号が異常値となった場合に、ワークが下降し、対象物またはワーク自身を破損することも考えられる。

本発明は上記課題を解決するものであり、ギャップ制御における異常を短時間で検知し、機器の破損を防止するモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、モータと、モータの位置を検出するエンコーダを用いて、位置指令とエンコーダの位置情報を比較することでモータの位置制御を行う位置制御器と、前記モータで駆動されるワークと対象物の距離を測定するギャップセンサを用いて、ギャップ指令とギャップセンサからのフィードバック情報を比較することで、前記ワークと対象物間のギャップを一定に制御するギャップ制御器と、前記ギャップセンサの有効範囲外では位置制御器、有効範囲内ではギャップ制御器に切り替えるモード切替器と、前記モード切替器とエンコーダとギャップセンサの情報から、前記モータを停止させる機能を備えた保護装置とを備え、これらを同一の演算周期で動作させるもので、ワークを駆動するモータに内蔵されたエンコーダのフィードバック情報を、ギャップセンサの異常検知に用いる。

本発明のモータ制御装置によれば、同一の演算周期で動作させることで、ギャップセンサの異常を最短時間で検知し、モータを安全に停止させるこができる。

また、ギャップ制御時の対象物方向へのオーバーシュートを的確に判断してモータを停止させることができる。

また、位置制御中にもギャップセンサの異常検知、センサ変換ゲインの設定間違いなどの検出、ギャップセンサの特性を超えるワーク動作を検知した場合に、モータを停止させ
ることができる。

さらに、ギャップセンサの特性を超えるワーク動作を検知した場合に、モータを停止させることができる。

モータと、モータの位置を検出するエンコーダを用いて、位置指令とエンコーダの位置情報を比較することでモータの位置制御を行う位置制御器と、前記モータで駆動されるワークと対象物の距離を測定するギャップセンサを用いて、ギャップ指令とギャップセンサからのフィードバック情報を比較することで、前記ワークと対象物間のギャップを一定に制御するギャップ制御器と、前記ギャップセンサの有効範囲外では位置制御器、有効範囲内ではギャップ制御器に切り替えるモード切替器と、前記モード切替器とエンコーダとギャップセンサの情報から、前記モータを停止させる機能を備えた保護装置とを備え、これらを同一の演算周期で動作させることを特徴としたモータ駆動装置であり、前記保護装置は、ギャップ制御切替後のギャップセンサ出力が、ギャップ制御切替直前の移動方向と同じ向きに設定値を横切った場合に、モータを停止させる。

図１において、モータ駆動装置１は、外部からの位置指令１４とエンコーダ３からのフィードバック情報から、モータ２の位置制御を行う位置制御器１１を備える。

また、外部からのギャップ位置指令１５とギャップセンサ５からのフィードバック情報から、ワーク４と対象物６の間のギャップ制御を行うギャップ制御器１２を備える。

モード切替器１３は、ワーク４がギャップセンサ５の有効範囲に入るまでは、サーチモードとして位置制御器１１からの入力を選択し、保護装置１６に出力する。また、ワーク４の有効範囲内では、モード切替器１３はギャップ制御モードとしてギャップ制御器１２からの入力を選択し、保護装置１６に出力する。

保護装置１６は、モード切替器１３とエンコーダ３とギャップセンサ５からの入力で、ギャップ制御の異常を常時検出し、正常時はモード切替器１３が選択した位置制御器１１あるいはギャップ制御器１２の出力で、モータ２を駆動する。また異常を検知した場合は、モータ２を停止させる制御を自ら行う。

図２にこのモータ駆動装置１の正常時の動作シーケンスを示す。まず、ギャップセンサ５の有効範囲外から位置制御器１１でモータ２を駆動し、ワーク４と対象物６のギャップがギャップセンサ５の有効範囲に入るまで誘導する。

その後、モード切替器１３はモータ制御を、ギャップ位置指令１５にギャップセンサ５の値が一致するようにギャップ制御器１２に切り替える。ギャップ一定を必要とする作業完了後、モード切替器１３はモータ制御を位置制御器１１に戻し、次の動作に向けてモータ２を待機位置まで復帰させる。

従来のギャップ制御は、図８の従来例に示すように、位置制御とギャップ制御をモータ駆動装置外の上位コントローラ７に備え、モータ駆動装置１に速度指令を与えることで実現している場合が多い。

この場合、上位コントローラ７とモータ駆動装置１の間のインターフェイスに遅れ時間が生じる、ギャップセンサ７やエンコーダ３の信号配線が長くなる、などの弊害があり、ギャップセンサ５の異常発生から、保護装置１６の異常検出、モータ停止指令の発行まで
に大きな遅れが生じる。

そこで図１のように、モータ駆動装置内に保護機能１６を含むすべての処理を内蔵し、これらを同じ演算周期で処理することで、異常検出とモータ停止を最速で処理することが可能になる。

なお、上記の位置制御は、速度制御で行うなどギャップセンサ５を用いない別の制御方式を用いてもかまわない。また、回転系のモータだけでなく、リニアモータなどの直線系でも同じ方法が使用できることは明白である。

また、ギャップセンサを、別の種類のアナログセンサに置き換えれば、さらに適用範囲を広げることが可能である。

図1における保護装置１６の処理の一例を、図３のフローチャートを用いて説明する。図２の動作シーケンスを想定した場合、モード切替器１３が位置制御器１１による制御を選択中に、保護装置１６はモータ２の移動方向を記憶する。

その後、ワーク４がギャップセンサ５の有効範囲に入り、モード切替器１３がギャップ制御器１２を選択した時点から、保護装置１６はギャップセンサ５の出力値を監視する。

ギャップ制御が正常に行われる限りは、ワーク４と対象物６の間のギャップはギャップ位置指令１５に一致するよう制御されるため、動作全体に亘ってギャップセンサ５の値は上限飽和値からギャップ指令値近傍までの値をとるはずである。

したがって、ギャップ指令値から下限飽和値の間にしきい値を設定して、これを位置制御中の移動方向に越えた場合に、モータを停止させることで、ギャップ制御の異常で生じるオーバーシュートにより、ワーク４が対象物６に衝突することを防ぐことができる。

なお、しきい値をギャップ位置指令１５と連動して変化するある一定の距離離れた位置とする、あるいはギャップ位置指令１５近辺での整定状態と、それ以外の過渡状態で、しきい値を変えるなどのバリエーションも考えられる。またモータを停止させる代わりに、モータ内蔵のエンコーダからのフィードバック入力を用いて、サーチ開始位置まで退避させるなどのシーケンス動作を行うのもよい。

図４のフローチャートを用いて、保護装置１６のさらに別の機能例について説明する。図２の動作シーケンスを想定した場合、モード切替器１３が位置制御器１１による制御を選択中に、保護装置１６はエンコーダ３からモータ２の移動量を監視する。

ギャップセンサ５の故障モードによっては、出力が変化せずモータ２がいくら移動しても有効範囲に入らない場合がある。このような場合に、あらかじめ対象物６までワーク４が移動するための、エンコーダ３の単位に換算したモータ移動量を計算して、設定範囲を決めておくことで、サーチモード中の保護とすることができる。

なお、エンコーダ３としてアブソリュートタイプを用いることで、モータ２の絶対位置が得られるため、あらかじめワーク４が対象物６の位置に動いたときの絶対位置を記憶し、設定範囲としておくこともよい。

図５のフローチャートを用いて、保護装置１６のさらに別の機能例について説明する。図２の動作シーケンスを想定した場合、モード切替器１３がギャップ制御器１２による制御を選択中に、保護装置１６はエンコーダ３からモータ２の移動量、ギャップセンサ５からワーク４の移動量を監視する。

モータ２とワーク４が正しく結合されていれば、エンコーダ３とギャップセンサ５の移動量は一定の比例関係を持つ。したがってこの比が設定範囲を越えたときは、モータ２とワーク４の結合状態に何らかの異常が生じたものと判断できる。

なお、ギャップセンサが有効範囲内にあることが別の手段で分かる場合は、モード切替器１３が位置制御を選択している場合でも、上記異常検出を行うのもよい。

図６のフローチャートを用いて、保護装置１６のさらに別の機能例について説明する。図２の動作シーケンスを想定した場合、モード切替器１３がギャップ制御器１２による制御を選択中に、保護装置１６はエンコーダ３からモータ２の移動量を監視する。

これがあらかじめ設定しておくギャップセンサ５の有効範囲をエンコーダ３の単位に換算した範囲を越えたら、モータ２を停止させる指令を生成する。これによりギャップセンサ５の故障などで、ギャップ制御器１２が正常に働かなくなった場合でも、異常を検知し、モータ２を停止させることができる。

なお、上記の異常検出範囲は、ギャップセンサ５の有効範囲内であれば、より狭い範囲として判定を厳しくしても構わない。

図７のフローチャートを用いて、保護装置１６のさらに別の機能例について説明する。図２の動作シーケンスを想定した場合、モード切替器１３がギャップ制御器１２による制御を選択中に、保護装置１６はエンコーダ３からモータ２の速度を監視する。

これがあらかじめ設定しておくギャップセンサ５の応答速度をエンコーダ３の単位に換算した範囲を越えたら、モータ２を停止させる指令を生成する。

これによりギャップセンサ５の応答性能を越えるギャップ位置指令１４に対し保護が可能である。

なお、上記の異常検出範囲は、ギャップセンサ５の応答速度だけでなく、周波数応答や立ち上がり時間などから、設定するのもよい。

本発明のモータ駆動装置は、ワークと対象物のギャップ制御時の異常を検知し、機器の破損を防止するもので、レーザ加工機などに有用である。

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置のギャップ制御ブロック図 本発明のモータ駆動装置における動作シーケンスの説明図 本発明の実施例２における保護装置のフローチャート 本発明の実施例３における保護装置のフローチャート 本発明の実施例４における保護装置のフローチャート 本発明の実施例５における保護装置のフローチャート 本発明の実施例６における保護装置のフローチャート 従来例における上位コントローラを用いたギャップ制御ブロック図

符号の説明

１ モータ駆動装置
２ モータ
３ エンコーダ
４ ワーク
５ ギャップセンサ
６ 対象物
７ 上位コントローラ
１１ 位置制御器
１２ ギャップ制御器
１３ モード切替器
１４ 位置指令
１５ ギャップ位置指令
１６ 保護装置

Claims (1)

1. モータと、モータの位置を検出するエンコーダを用いて、位置指令とエンコーダの位置情報を比較することでモータの位置制御を行う位置制御器と、前記モータで駆動されるワークと対象物の距離を測定するギャップセンサを用いて、ギャップ指令とギャップセンサからのフィードバック情報を比較することで、前記ワークと対象物間のギャップを一定に制御するギャップ制御器と、前記ギャップセンサの有効範囲外では位置制御器、有効範囲内ではギャップ制御器に切り替えるモード切替器と、前記モード切替器とエンコーダとギャップセンサの情報から、前記モータを停止させる機能を備えた保護装置とを備え、これらを同一の演算周期で動作させることを特徴としたモータ駆動装置であって、
   前記保護装置は、ギャップ制御切替後のワーク移動量をギャップセンサで監視し、エンコーダで検出したモータ移動量と比較し、その比が設定範囲を超えた場合に、モータを停止させるモータ駆動装置。