CN112180839A - 电动机信息获取系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机信息获取系统，获取表示该机床所具有的电动机的动作状态的信息以进行机床的状态监视，电动机信息获取系统具备：电动机控制装置，其基于控制数据来控制电动机；定时生成部，其基于控制数据来生成表示电动机的动作状态的信息的获取定时；转子磁通降低指令输出部，在成为获取定时时，所述转子磁通降低指令输出部向电动机控制装置输出使电动机的转子的磁通密度降低的指令；以及电动机信息获取部，在转子的磁通密度根据指令降低了时，所述电动机信息获取部获取表示电动机的动作状态的信息。

Description

电动机信息获取系统
技术领域
本发明涉及一种获取表示电动机的动作状态的信息的电动机信息获取系统。
背景技术
在使用了机床等的生产设备中，为了防止机床等的故障，平时能够监视机床的状态来进行故障预测、故障诊断是重要的。日本特开2018-132809号公报公开了以下内容：使用用于控制机床的控制数据，在主轴速度固定且主轴负载成为无负载时判断为能够获取诊断数据，并开始获取诊断数据(0057段)。
发明内容
然而，有时，机床中的轴承、滚珠丝杠等的极小的状态变化在获取表示电动机的状态的信号(电流、转矩、速度、位置、温度等)的系统中是探测不到的。期望的是，通过设为也能够探测这样的极小的状态变化来提高故障预测、故障诊断的性能。
本公开的一个方式为获取表示机床所具有的电动机的动作状态的信息以进行该机床的状态监视的电动机信息获取系统，所述电动机信息获取系统具备：电动机控制装置，其基于控制数据来控制所述电动机；定时生成部，其基于所述控制数据来生成表示所述电动机的动作状态的信息的获取定时；转子磁通降低指令输出部，在成为所述获取定时时，所述转子磁通降低指令输出部向所述电动机控制装置输出使所述电动机的转子的磁通密度降低的指令；以及电动机信息获取部，在根据所述指令降低了所述转子的磁通密度时，所述电动机信息获取部获取表示所述电动机的动作状态的信息。
附图说明
通过以下的与附图相关联的实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更加明确。在附图中：
图1是表示一个实施方式所涉及的电动机信息获取系统的整体结构的图。
图2是用于说明波形数据的获取定时的例子的图。
图3是表示波形数据获取处理的流程图。
图4是示出在存在极弱的干扰的情况下感应电动机的通常情况的电流波形和降低了励磁电流的情况下的电流波形的图。
图5是示出在存在极弱的干扰的情况下同步电动机的通常情况的电流波形和流过D相电流的情况下的电流波形的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本公开的实施方式。在全部附图中，对于对应的结构要素标记共同的附图标记。为了易于理解，这些附图适当变更了比例尺。另外，附图中示出的方式是用于实施本发明的一个例子，本发明并不限定于图示的方式。
图1是表示一个实施方式所涉及的电动机信息获取系统100的整体结构的图。如图1所示，电动机信息获取系统100包括电动机信息获取装置10、与电动机信息获取装置10连接的电动机控制装置120及220、以及分别与电动机控制装置120及220连接的机床130及230。这些装置间的连接可以是经由输入输出接口的直接连接，也可以是经由LAN(LocalArea Network，局域网)等网络的连接。在图1中，示出了具备两组包括电动机控制装置和机床的加工系统的结构例，但包括电动机控制装置和机床的加工系统可以是一组，也可以是三组以上。在图1的结构例中，电动机信息获取装置10能够从两组的加工系统分别收集用于进行诊断等的数据。
机床130和230分别具有用于进行工件的加工的主轴用电动机、进给轴用电动机等多个电动机，但在图1中代表性地图示一个电动机(131、231)。下面，说明电动机控制装置120和机床130的功能，这些说明也同样适用于电动机控制装置220和机床230。
电动机控制装置120具有基于控制数据来控制电动机131的作为控制装置的功能，并且具有输出用于驱动电动机131的驱动信号的作为放大器的功能。即，电动机控制装置120基于根据加工程序生成的动作指令，对电动机131执行一般的反馈控制。因而，电动机控制装置120能够伴随针对电动机131的反馈控制而得到反馈信号。在本说明书中，控制数据表示使用于电动机131的控制的数据，包含基于加工程序的信息、以及反馈信号等通过反馈控制得到的信息。反馈信号中包含表示电动机131的位置的位置信号、表示电动机131的速度的速度信号、表示流过电动机131的电流的电流信号等。
速度信号例如是由电动机131中包括的回转式编码器检测到的位置信号进行微分而计算出的。作为一例，能够通过测定流过电动机131的电流来检测电流信号。另外，电动机控制装置120或者定时生成部11也能够基于电流信号求出施加于电动机131的负载转矩。
如图1所示，电动机信息获取装置10具有定时生成部11、转子磁通降低指令输出部12以及电动机信息获取部13。此外，电动机信息获取装置10还可以具有后述的诊断部14。定时生成部11从电动机控制装置120获取控制数据。如上所述，控制数据中包含基于加工程序的动作指令、上述的反馈信号。定时生成部11使用控制数据来生成应获取表示电动机131的动作状态的信息的定时即获取定时。在本实施方式中，电动机信息获取装置10提取表示电动机131的动作状态的信号(电流信号、速度信号等)的波形数据来作为表示电动机131的动作状态的信息。
图2是用于说明由定时生成部11生成的获取定时的例子的图。在图2中，波形52表示向电动机131提供的电流指令，波形53表示电流信号，波形51表示速度信号。在图2中，用圆圈A包围的部分是与定时生成部11生成的获取定时对应的部分。如图2所示，伴随电流指令的输入，电动机131的旋转速度上升后速度固定且流过电动机131的电流变成低水平(低负载或者无负载)的部分为获取定时。即，定时生成部11将电动机131为固定速度且低负载(或者无负载)的定时设为获取定时。通过设为在电动机为固定速度且低负载(或者无负载)的状态下收集表示电动机的动作状态的信息，能够容易发现机床中的故障或劣化。
当定时生成部11检测到已成为获取定时时，转子磁通降低指令输出部12向电动机控制装置120输出使电动机131的转子的磁通密度降低的指令，由此使电动机131的转子的磁通密度降低。在此，作为指令的形式，可以有命令数据形式的指令、基于触发信号的指令等各种指令形式。对使转子的磁通密度降低后获取表示电动机131的动作状态的信息的理由进行说明。一般地说，在加工工序中的电动机运转时，转子的磁通密度被设定成足以针对指令得到恰当的追随特性的强度。另一方面，若减弱转子的磁通密度，则电动机的针对指令的追随性降低，因干扰而产生的影响容易显现在电流波形、速度波形等中。基于这样的见解，设为在电动机信息获取装置10中，在降低了电动机131的转子的磁通密度的基础上获取表示电动机131的动作状态的信息。根据这样的构成，能够将机床130中的轴承、滚珠丝杠的极小的状态变化例如作为波形数据进行捕捉。
电动机信息获取部13在处于获取定时且处于电动机131的转子的磁通密度降低了的状态的期间，收集并存储表示电动机131的动作状态的信号的波形数据。其中，定时生成部11构成为获取如电动机131所驱动的工具即将切入工件前那样的定时来作为获取定时，以使转子的磁通密度的降低不给加工带来影响。具有这样的功能的电动机信息获取装置10可以具有通用计算机的结构，该通用计算机具有CPU、ROM、RAM、存储装置、通信接口、操作部、显示部等。
图3是表示电动机信息获取系统100中的波形数据获取处理的流程图。波形数据获取处理主要在电动机信息获取装置10的CPU的控制下执行。首先，通过电动机控制装置120，基于控制数据开始驱动机床的可动部(步骤S11)。接着，定时生成部11开始生成波形数据的获取定时(步骤S12)。定时生成部11基于从电动机控制装置120得到的速度信号和电动机131的电流信号(负载转矩信息)，在电动机131成为固定速度且低负载(或者无负载)的情况下判定为已成为波形数据的获取定时。在此，可以在负载转矩比预先设定的阈值低的情况下判定为低负载或者无负载。该情况下的阈值可以被设定为经验值、实验值。当定时生成部11通过这样的判定方法判定为已成为获取定时时(S13：“是”)，转子磁通降低指令输出部12向电动机控制装置120输出使电动机131的转子的磁通密度降低的指令，来使电动机131的转子的磁通密度降低(步骤S14)。
接着，电动机信息获取部13提取电动机131的磁通密度降低的状态中的表示电动机131的动作状态的信号(电流信号、速度信号等)的波形数据(步骤S15)。接着，定时生成部11判定获取定时是否已结束(步骤S16)。在此，作为一例，在电动机131所驱动的工具开始切入工件从而负载转矩上升的定时，定时生成部11判定为获取定时结束(S16：“是”)。在获取定时持续的期间，电动机信息获取部13持续进行波形数据的提取(S16：“否”)。
当判定为获取定时已结束时(S16：“是”)，转子磁通降低指令输出部12向电动机控制装置120输出用于使降低了转子的磁通密度恢复到原来的磁通密度的指令，由此使转子的磁通密度恢复到原来的磁通密度(步骤S17)。接着，电动机信息获取部13对提取出的波形数据进行存储(步骤S18)。此外，设为电动机信息获取部13存储比获取定时结束时早规定时间的波形数据，以避免提取工具切入工件后的波形数据。
根据以上那样的波形数据获取处理，在机床130实际进行的加工工序中，能够提取对于状态监视而言有用的波形数据。即，不会产生为了提取波形数据而对加工系统进行试运行的必要性。
接着，说明电动机131为感应电动机的情况和电动机131为同步电动机的情况下的通过图3的波形数据获取处理获取的波形数据的具体例。在电动机131为感应电动机的情况下，电动机控制装置120通过使励磁电流低于通常状态的励磁电流来降低转子的磁通密度。图4示出电动机131为感应电动机的情况下的通常情况下的电动机131中流过的电流波形61(电流信号)和降低了励磁电流的情况下的电动机131中流过的电流波形62的图。电流波形61、62均为产生同样的极弱的干扰时的波形。
在图4的通常情况下的电流波形61中，即使在如产生极弱的干扰的情况下，由于电动机131能够充分地追随指令(固定的电流指令)，因而不会由于干扰的影响而产生电流波形的紊乱。另一方面，在降低了励磁电流的情况下的电流波形62中，由于电动机131追随指令(固定的电流指令)的能力弱，因而即使是极弱的干扰也会因其影响而在电流波形中产生如图示那样的紊乱。因而，电动机信息获取装置10能够提取如电流波形62那样的表示出极弱的干扰的影响的波形数据。
在电动机131为同步电动机的情况下，电动机控制装置120通过进行流通通常不流通的D相电流或者流通比通常大的D相电流的控制，来使电动机131的转子的磁通密度降低。在同步电动机中，一般地说，D相电流起到减弱转子的永磁体的磁通密度的作用，不利于产生转矩，因而能够进行这样的控制。图5是表示电动机131为同步电动机的情况下的通常流过电动机131的电流波形71以及流过了D相电流或者流过比通常大的D相电流的情况下的、流过电动机131的电流波形72的图。电流波形71、72均为产生同样的极弱的干扰时的波形。
在图5的通常情况下的电流波形71中，即使在如产生极弱的干扰的情况下，由于电动机131能够充分地追随指令(固定的电流指令)，因而不会由于干扰的影响产生电流波形的紊乱。在同步电动机中，当通过流通D相电流而转子的磁通密度降低时，进行使Q相电流增加来使电流波形72的水平整体上比通常情况下的电流波形71上升的形式的控制，以维持转矩。在流过了D相电流(或者使D相电流比通常情况增加)的情况下的电流波形72中，由于电动机131追随指令(固定的电流指令)能力弱，因而即使是极弱的干扰也会因其影响而在电流波形中产生如图示那样的紊乱。因而，电动机信息获取装置10能够提取如电流波形72那样的表示出极弱的干扰的影响的波形数据。
此外，在图4和图5中，示出了在电流波中表示出极弱的干扰的状态，但在如上述那样降低了转子的磁通密度的状态下，极弱的干扰也能够使速度信号产生紊乱，因而可以设为提取速度信号的波形数据。
通过电动机信息获取装置10如上述那样获取到的波形数据能够分别使用于机床130和230的故障预测、故障诊断。例如，也可以是，提取振动的周期、振幅来作为表示提取出的波形数据的特征的参数，通过将它们的值与预先设定的阈值进行比较来进行诊断。如图1所示，电动机信息获取装置10可以构成为具有进行这样的诊断的诊断部14。此外，电动机信息获取装置10能够获取包括电动机的电流值、转矩、速度、位置、温度等的各种信息来作为表示电动机(131、231)的动作状态的信息。能够用于诊断部14进行机床的诊断的信息中除了包括如上述实施方式中的波形数据那样的时间序列数据，还包括上述各种信息的瞬时值。
如以上说明的那样，根据本实施方式，能够获取即使是轴承、滚珠丝杠等的极小的状态变化也能被探测到的信息。
以上说明了本公开的实施方式，但本领域技术人员应会理解，在不脱离后述的权利要求书的公开范围的情况下能够进行各种修正和变更。
图1示出的电动机信息获取系统100结构是一例，能够构成各种各样的变形例。例如，电动机信息获取装置10的功能可以设置于电动机控制装置120内。或者，也可以是，作为电动机信息获取装置10和电动机控制装置120的功能被设置于机床130。
执行上述的实施方式中示出的波形数据获取处理的程序能够记录于计算机可读取的各种记录介质(例如、ROM、EEPROM、闪存等半导体存储器、磁记录介质、CD-ROM、DVD-ROM等光盘)。

Claims (4)

1.一种电动机信息获取系统，获取表示机床所具有的电动机的动作状态的信息，以进行该机床的状态监视，所述电动机信息获取系统具备：
电动机控制装置，其基于控制数据来控制所述电动机；
定时生成部，其基于所述控制数据来生成表示所述电动机的动作状态的信息的获取定时；
转子磁通降低指令输出部，在成为所述获取定时时，所述转子磁通降低指令输出部向所述电动机控制装置输出使所述电动机的转子的磁通密度降低的指令；以及
电动机信息获取部，在根据所述指令降低了所述转子的磁通密度时，所述电动机信息获取部获取表示所述电动机的动作状态的信息。
2.根据权利要求1所述的电动机信息获取系统，其中，
所述电动机为感应电动机，
所述电动机控制装置根据所述指令来使所述感应电动机的励磁电流降低。
3.根据权利要求1所述的电动机信息获取系统，其中，
所述电动机为同步电动机，
所述电动机控制装置根据所述指令来使所述同步电动机的D相电流增加。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电动机信息获取系统，其中，
表示所述电动机的动作状态的信息包括表示流过所述电动机的电流的电流信号和表示所述电动机的速度的速度信号中的至少任一方的波形数据。
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