DE102020208660A1

DE102020208660A1 - Servomotor-Steuereinheit

Info

Publication number: DE102020208660A1
Application number: DE102020208660.5A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Tajima; Yuuki Morita; Tadashi Okita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-01-14
Also published as: US20210011498A1; CN112217426A; JP7277295B2; JP2021014999A; US11886205B2

Abstract

Eine Servomotor-Steuereinheit wird bereitgestellt, die in der Lage ist, eine Unannehmlichkeit zu beseitigen, dass die Position einer Welle oder dergleichen eines Servomotors aufgrund eines Einflusses von Rauschen oder dergleichen fehlerhaft erkannt oder festgelegt wird. Eine Servomotor-Steuereinheit, die Z-Phasensignale eines Gebers vom Inkrementaltyp erkennt, der eine Drehung eines Servomotors erkennt, um eine Antriebssteuerung des Servomotors durchzuführen, beinhaltet: eine Positionserkennungseinheit, die eine Bezugsposition einer Drehwelle des Servomotors auf Grundlage des Z-Phasensignals des Gebers erkennt; eine Signalintervall-Erkennungseinheit, die Intervalle einer Mehrzahl von erkannten Z-Phasensignalen misst; und eine Anomalieermitlungseinheit, die ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, wenn das durch die Signalintervall-Erkennungseinheit gemessene Intervall gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Servomotor-Steuereinheit.
Verwandte Technik
Beispielsweise werden ein Drehbetrag, eine Drehzahl, ein Drehmoment und dergleichen eines Servomotors einer Industriemaschine wie zum Beispiel eines Servomotors zum Antreiben einer Spindel einer Werkzeugmaschine gesteuert. Darüber hinaus erkennt eine Servomotor-Steuereinheit mithilfe eines Detektors die Position eines Motors und die Position eines Magnetpols (die Phase (Winkel) eines Motormagneten), ermittelt einen Spannungsbefehlswert auf Grundlage verschiedener Rückkopplungswerte von dem Detektor und legt eine Spannung an, die durch ein Verfahren zur Pulsweitenmodulation (PWM) moduliert wird, wobei das Antreiben des Motors gesteuert wird.
Darüber hinaus beinhaltet ein Inkrementalgeber (ein Positionsdetektor), der häufig in einem Wechselstrom-Servomotor verwendet wird, zum Beispiel ein Licht emittierendes Element, eine Drehschlitzplatte, ein Licht empfangendes Element, eine Wellenform-Formungsschaltung und eine Signalübertragungsschaltung. Darüber hinaus werden Zweiphasensignale mit einer Phasendifferenz von 90°, ein Quellbezugs-Z-Signal, das einen Impuls pro Umdrehung ausgibt, und ein Kommutierungssignal zum Phasenanregungsschalten eines Wechselstrom-Servomotors als Ausgangssignale verwendet.
Das Patentdokument 1 offenbart einen Drehgeber, der eine Quellsignal-Ausgabeeinheit, die Inkrementalsignale der beiden Phasen A und B mit einer Phasendifferenz von 90°, ein Bezugssignal Z, das die Quelle während einer Umdrehung angibt, Phasenanregungs-Schaltsignale (Kommutierungssignale) CS1, CS2 und CS3 für einen Dreiphasen-Wechselstrom-Servomotor ausgibt, eine Strom-EIN/AUS-Erkennungsschaltung, die einen Ein/Aus-Zustand einer Hauptstromquelle des Gebers erkennt, eine A- und B-Phasenrichtungs-Unterscheidungsschaltung, die Flanken der beiden Phasen A und B erkennt, um entsprechend der Phasen der beiden Phasen A und B Aufwärts- und Abwärtszählimpulse auszugeben, einen Aufwärts-Abwärts-Zähler, der Anfangszähldaten entsprechend einer Ausgabe der Strom-EIN/AUS-Erkennungsschaltung vorlädt und Ausgangsimpulse der A- und B-Phasenrichtungs-Unterscheidungsschaltung zählt, eine Anfangswert-Erkennungsschaltung, die in den Aufwärts-Abwärts-Zähler vorgeladene Anfangsdaten entsprechend der Pegel der beiden Phasen A und B erkennt, eine Anomalieerkennungsschaltung, die ein Vorliegen einer Funktionsstörung des Gebers auf Grundlage der Ausgabe aus der A- und B-Phasenrichtungs-Unterscheidungsschaltung und der Z-Phase und der Phasen CS1, CS2 und CS3 erkennt, eine Datenhalteschaltung, die die Z-Phase und die Phasen CS1, CS2 und CS3 von der Quellsignal-Ausgabeeinheit, die Daten von dem Aufwärts-Abwärts-Zähler und den Status von der Anomalieerkennungsschaltung hält, eine Z-Signal-Umwandlungsschaltung, die die Z-Phase von der Quellsignal-Ausgabeeinheit abtastet, um den Zustand der Z-Phase auszugeben, und eine Parallel-Seriell-Umwandlungsschaltung, die die Zähldaten, die Phasen CS1, CS2 und CS3 und den Status, die von der Datenhalteschaltung ausgegeben werden, und die Daten, die von der Z-Signal-Umwandlungsschaltung ausgegeben werden, in serielle Daten umwandelt und die seriellen Daten ausgibt.
Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. H09-280891
Übersicht über die Erfindung
Demgegenüber besteht zum Beispiel, wie in 6 veranschaulicht, ein Fall, in dem, wenn ein Vorgang (ein Vorgang eines Bestimmens einer absoluten (Bezugs-)Position) zum Erkennen eines Z-Phasensignals zum Bestimmen der Position einer Welle eines Servomotors durchgeführt wird, um eine Positionssteuerung des Servomotors durchzuführen, die einen Inkrementalgeber als Positionsdetektor verwendet, es aufgrund eines Einflusses von Rauschen in Abhängigkeit von der Drehzahl während der Erkennung des Z-Phasensignals nicht möglich ist, das Z-Phasensignal an einer korrekten Position zu erkennen. Infolgedessen tritt in diesem Fall ein Fehler in der absoluten Position auf, und es ist schwierig, eine Positionssteuerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Eine Ausführungsform einer Servomotor-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Servomotor-Steuereinheit, die Z-Phasensignale eines Gebers vom Inkrementaltyp erkennt, der eine Drehung eines Servomotors erkennt, um eine Antriebssteuerung des Servomotors durchzuführen, die beinhaltet: eine Positionserkennungseinheit, die eine Bezugsposition einer Drehwelle des Servomotors auf Grundlage des Z-Phasensignals des Gebers erkennt; eine Signalintervall-Erkennungseinheit, die Intervalle einer Mehrzahl von erkannten Z-Phasensignalen misst; und eine Anomalieermitlungseinheit, die ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, wenn das durch die Signalintervall-Erkennungseinheit gemessene Intervall gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Servomotor-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es durch Messen des Intervalls einer Mehrzahl von Z-Phasensignalen, die in einem Vorgang einer Z-Phasensignalerkennung erkannt wird, und Überprüfen, ob das Intervall einen vorgegebenen Schwellenwert (einen Bereich von Schwellenwerten) überschreitet, möglich, ein Vorliegen von Anomalien in dem Z-Phasensignal zu ermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, die Unannehmlichkeit zu beseitigen, dass die Position einer Welle oder dergleichen des Servomotors 3 aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen fehlerhaft erkannt oder festgelegt wird, und infolgedessen ist es möglich, eine Positionssteuerung mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit durchzuführen.
Figurenliste

1 ist ein Schaubild, das ein Servomotor-Steuersystem gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Blockschaubild, das eine Servomotor-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Ermitteln eines Vorliegens einer Anomalie in einem Z-Phasensignal mithilfe einer Servomotor-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Ermitteln eines Vorliegens einer Anomalie in einem Z-Phasensignal mithilfe einer Servomotor-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Ermitteln eines Vorliegens einer Anomalie in einem Z-Phasensignal mithilfe einer Servomotor-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Schaubild, das zum Beschreiben einer Erkennung von Fehlern verwendet wird, die aus einem Einfluss von Rauschen oder dergleichen resultieren.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird eine Servomotor-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt eine Beschreibung in der Annahme, dass es sich bei einer Industriemaschine um eine Werkzeugmaschine handelt und ein Antreiben einer Spindel oder dergleichen der Werkzeugmaschine durch eine Servomotor-Steuereinheit gesteuert wird. Die Servomotor-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch natürlich auf eine Antriebssteuerung eines Servomotors angewendet werden, der in sonstigen Industriemaschinen verwendet wird, zum Beispiel in einem Roboter, einer Fördereinrichtung, einem Messinstrument, einer Prüfvorrichtung, einer Presse, einer Einpressmaschine, einer Druckmaschine, einer Druckgussmaschine, einer Spritzgießmaschine, einer Lebensmittelmaschine, einer Verpackungsmaschine, einer Schweißmaschine, einer Waschmaschine, einer Lackiermaschine, einer Montagevorrichtung, einer Bestückungsmaschine, einer Holzbearbeitungsmaschine, einer Versiegelungsvorrichtung und einer Schneidemaschine.
Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet zum Beispiel ein Steuersystem 1 für eine Werkzeugmaschine (Industriemaschine) gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine computergestützte numerische Steuerung (computerized numerical control, CNC) 2, bei der es sich um eine Host-Steuereinheit handelt, eine Servomotor-Steuereinheit (eine Motorsteuereinheit eines Servoverstärkers oder dergleichen) 4, die ein Antreiben eines Servomotors (einer Antriebseinheit) 3 einer Werkzeugmaschine auf Grundlage von Befehlen der CNC 2 steuert, und einen Geber vom Inkrementaltyp (Inkrementalgeber) 5, der eine Drehung des Servomotors 3 erkennt.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, beinhaltet die Servomotor-Steuereinheit 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Positionserkennungseinheit 6, die eine Bezugsposition einer Drehwelle des Servomotors 3 auf Grundlage eines Z-Phasensignals des Gebers 5 erkennt, eine Signalintervall-Erkennungseinheit 7, die Intervalle einer Mehrzahl von erkannten Z-Phasensignalen misst, und eine Anomalieermitlungseinheit 8, die ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, wenn das durch die Signalintervall-Erkennungseinheit 7 gemessene Intervall gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Des Weiteren beinhaltet die Servomotor-Steuereinheit 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Drehzahl-Änderungseinheit 9, die die Drehzahl des Servomotors 3 ändert, wenn die Anomalieermitlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, und eine Anomaliemeldungseinheit 10, die der CNC 2 oder dergleichen einer Host-Steuereinheit eine Anomalie meldet, wenn das Intervall der Z-Phasensignale gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert im Hinblick auf einen neuesten Erkennungswert oder einen Mittelwert von Erkennungswerten für einen vorgegebenen Zeitraum in einem Stadium ist, in dem die Drehzahl des Servomotors 3 in eine vorgegebene Drehzahl geändert wurde, und die Anomalieermittlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist.
Wenn eine Positionssteuerung mithilfe der Servomotor-Steuereinheit 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Ausgestaltung durchgeführt wird, wie in 3 (1 und 2) veranschaulicht, beginnt der Geber 5, die Drehposition der Welle des Servomotors 3 mit einem Antreiben des Servomotors 3 zu erkennen, und die Positionserkennungseinheit 6 erkennt die Bezugsposition der Drehwelle des Servomotors 3 auf Grundlage eines Z-Phasensignals des Gebers 5.
In diesem Fall empfängt in der Servomotor-Steuereinheit 4 der vorliegenden Ausführungsform die Signalintervall-Erkennungseinheit 7 eine Mehrzahl von Z-Phasensignalen in einem drehenden Zustand des Servomotors 3 und beginnt ein Messen der Zeit, die verstrichen ist, bis ein nachfolgendes Z-Phasensignal (ein vorliegendes Z-Phasensignal) erkannt wird, nachdem ein vorhergehendes Z-Phasensignal erkannt wurde (SCHRITT1).
Wenn das Z-Phasensignal erkannt wird (SCHRITT2) und die Signalintervall-Erkennungseinheit 7 das Intervall zwischen dem vorhergehenden Z-Phasensignal und dem nachfolgenden Z-Phasensignal misst, überprüft die Anomalieermittlungseinheit 8, ob das Intervall einen Schwellenwert (einen Bereich von Schwellenwerten mit oberem und unterem Grenzwert) überschreitet, der im Voraus mithilfe eines Normalwerts als Bezug festgelegt worden ist (SCHRITT3).
Wenn das Intervall den Schwellenwert nicht überschreitet, ermittelt die Anomalieermittlungseinheit 8, dass das vorliegende Z-Phasensignal normal ist, und führt eine Bestimmung einer Bezugsposition (Bestimmung einer absoluten Position) durch (SCHRITT4).
Wenn das Intervall gleich wie oder größer als der Schwellenwert ist, ermittelt die Anomalieermittlungseinheit 8, dass das vorliegende Z-Phasensignal anomal ist, und führt keine Bestimmung einer Bezugsposition durch (SCHRITT5).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird überprüft, ob der neueste Erkennungswert des Intervalls der Z-Phasensignale gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, um ein Vorliegen einer Anomalie zu ermitteln. Es kann jedoch überprüft werden, ob ein Mittelwert der Erkennungswerte einer Mehrzahl von Z-Phasensignalen, die in einem vorgegebenen Zeitraum erkannt wird, gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, um ein Vorliegen einer Anomalie zu ermitteln.
In der Servomotor-Steuereinheit 4 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 veranschaulicht, meldet bevorzugt die Anomaliemeldungseinheit 10 der CNC 2 oder dergleichen einer Host-Steuereinheit eine Anomalie, wenn die Anomalieermittlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist (SCHRITT6).
Des Weiteren wird in der Servomotor-Steuereinheit 4 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 (1) veranschaulicht, wenn die Anomalieermittlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, die Drehzahl des Servomotors 3 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erhöht oder gesenkt, und die Messung des Intervalls von Z-Phasensignalen, nachdem die Drehzahl geändert worden ist, wird erneut durchgeführt (wiederholt) (SCHRITT7, SCHRITT8 und SCHRITT1), und die Anomalieermittlung wird erneut durchgeführt. Eine Mehrzahl von Drehzahl-Änderungswerten wird innerhalb eines vorgegebenen Bereichs im Voraus festgelegt, und die Messung des Intervalls von Z-Phasensignalen bei den jeweiligen Drehzahl-Änderungswerten wird mehrmals erneut durchgeführt (wiederholt).
Daher ist es bei der Servomotor-Steuereinheit 4 der vorliegenden Ausführungsform durch Messen des Intervalls einer Mehrzahl von Z-Phasensignalen, die in einem Vorgang einer Z-Phasensignalerkennung erkannt wird, und Überprüfen, ob das Intervall einen vorgegebenen Schwellenwert (einen Bereich von Schwellenwerten) überschreitet, möglich, ein Vorliegen von Anomalien in dem Z-Phasensignal zu ermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, die Unannehmlichkeit zu beseitigen, dass die Position einer Welle oder dergleichen des Servomotors 3 aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen fehlerhaft erkannt oder festgelegt wird, und infolgedessen ist es möglich, eine Positionssteuerung mit hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit durchzuführen.
Wenn die Anomalieermittlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, indem sie die Drehzahl des Servomotors 3 ändert und erneut eine Messung des Intervalls der Z-Phasensignale mithilfe der Signalintervall-Erfassungseinheit 7 durchführt (wiederholt), ist es möglich, ein Vorliegen von Anomalien in dem Z-Phasensignal mit höherer Genauigkeit zu ermitteln.
Da die Servomotor-Steuereinheit 4 die Anomaliemeldungseinheit 10 beinhaltet, die der CNC 2 oder dergleichen einer Host-Steuereinheit eine Anomalie meldet, wenn die Anomalieermittlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, ist es möglich, einen Bediener schnell über die Anomalie zu informieren, um den Servomotor 3 anzuhalten und einen Alarm zu erzeugen und einen unerwarteten gefährlichen Betrieb der Werkzeugmaschine (einer Industriemaschine) zu verhindern.
Wenngleich eine Ausführungsform der Servomotor-Steuereinheit beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise geändert werden, ohne von deren Wesensgehalt abzuweichen.
Wenn zum Beispiel bei der vorliegenden Ausführungsform die Anomalieermittlungseinheit 8 ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, ändert die Drehzahl-Änderungseinheit 9 die Drehzahl des Servomotors 3, misst die Signalintervall-Erkennungseinheit 7 das Intervall des Z-Phasensignale erneut in einem Stadium, in dem die Drehzahl des Servomotors 3 in eine vorgegebene Drehzahl geändert wurde, und ermitteln die Anomalieermittlungseinheit 8 und die Anomaliemeldungseinheit 10 ein Vorliegen einer Anomalie und melden eine Anomalie. Im Gegensatz dazu kann die Drehzahl konstant gehalten werden, können die Zeiten erkannt werden, zu denen die Z-Phasensignale erkannt werden, und kann das Vorliegen einer Anomalie auf Grundlage der Erkennungszeiten (Intervalle) einer Mehrzahl von Z-Phasensignalen ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1:: Servomotor-Steuersystem
2:: Host-Steuereinheit (CNC)
3:: Servomotor
4:: Servomotor-Steuereinheit
5:: Geber
6:: Positionserkennungseinheit
7:: Signalintervall-Erkennungseinheit
8:: Anomalieermittlungseinheit
9:: Drehzahl-Änderungseinheit
10:: Anomaliemeldungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H09280891 [0005]

Claims

Servomotor-Steuereinheit (4), die Z-Phasensignale eines Gebers (5) vom Inkrementaltyp erkennt, der eine Drehung eines Servomotors (3) erkennt, um eine Antriebssteuerung des Servomotors durchzuführen, die aufweist: eine Positionserkennungseinheit (6), die eine Bezugsposition einer Drehwelle des Servomotors (3) auf Grundlage des Z-Phasensignals des Gebers (5) erkennt; eine Signalintervall-Erkennungseinheit (7), die Intervalle einer Mehrzahl von erkannten Z-Phasensignalen misst; und eine Anomalieermitlungseinheit (8), die ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, wenn das durch die Signalintervall-Erkennungseinheit (7) gemessene Intervall gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Servomotor-Steuereinheit (4) nach Anspruch 1, wobei, wenn die Anomalieermittlungseinheit (8) ermittelt, dass das Z-Phasensignal anomal ist, eine Drehzahl des Servomotors (3) geändert wird und die Signalintervall-Erkennungseinheit (7) erneut eine Messung durchführt.
Servomotor-Steuereinheit (4) nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren aufweist: eine Anomaliemeldungseinheit (10), die einer Host-Steuereinheit (2) eine Anomalie meldet, wenn das Intervall der Z-Phasensignale gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert im Hinblick auf einen neuesten Erkennungswert oder einen Mittelwert von Erkennungswerten für einen vorgegebenen Zeitraum in einem Zustand ist, in dem die Drehzahl des Servomotors (3) in eine vorgegebene Drehzahl geändert wurde.