JP2015179435A - 異常負荷発生時加工面を保護できるモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる保護対象を保護することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】工作機械を駆動するモータ３０を制御するモータ制御装置１は、モータ３０の負荷を監視し、異常な負荷を検出する異常負荷検出部２２と、異常負荷検出部２２が異常な負荷を検出したことに応じて工作機械が退避動作をするときに使用される複数の退避量を格納する退避量格納部２０と、工作機械が加工中であるか否かの判定結果に応じて、複数の退避量から選択する退避量を切替える退避量切替え部２１と、工作機械の移動量を示す指令値に、退避量切替え部２１が切替えることにより選択された退避量を加算する退避量加算部２４と、を具備し、加工中であると判定したときに選択される退避量と、加工中ではないと判定したときに選択される退避量とを切り替えることにより、機械及び加工ワークを保護する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常負荷発生時加工面を保護できるモータ制御装置に関する。

工作機械においては、駆動軸ごとにモータを有し、これらモータをモータ制御装置により駆動制御する。例えば、工具もしくはワークの回転、及び輪郭軌跡の制御にモータが用いられる。モータ制御装置は、工作機械の駆動軸を駆動する駆動軸数分のモータに対し、モータの速度、トルク、又は回転子の位置を指令し制御する。

図１２は、ワークを切削する工作機械の処理フローを示す図である。図１２（ａ）はワークが配置された状態を示す図であり、図１２（ｂ）は加工前に工作機械の切削部が収納位置からワークに近接する位置に移動した状態を示す図である。図１２（ｃ）は工作機械ワークを切削する加工中の状態を示す図であり、図１２（ｄ）は加工後に工作機械の切削部をワークに近接する位置から収納位置に移動した状態を示す図である。

図１２（ａ）に示す状態から図１２（ｂ）に示す状態又は図１２（ｃ）に示す状態から図１２（ｄ）に示す状態に工作機械９００の切削部９０１が移動するときに、切削部９０１を移動させるモータは比較的高速で切削部９０１を移動するように制御される。一方、図１２（ｃ）に示す状態は、ワーク９１０を回転させながら徐々に切削部９０１を移動させるために、切削部９０１を移動させるモータは、比較的低速で切削部９０１を移動するように制御される。

ワーク９１０を加工中又は非加工中に工作機械９００の切削部９０１が他の物体に衝突して切削部９０１の移動が妨げられたり、伝動機構に故障が発生したりすると、モータに過大な負荷がかかり、モータが故障し、又は被駆動体が破損するおそれがある。

この問題を解決するために、特許文献１には、被駆動体を駆動するモータに異常な負荷がかかったことを検出するための異常負荷検出装置が記載されている。特許文献１に記載される異常負荷検出装置は、外乱トルク推定手段と、速度比較手段と、トルク比較手段とを備える。外乱トルク推定手段はモータにかかる外乱トルクを推定し、速度比較手段はモータの回転速度と予め定められた基準速度とを比較し、トルク比較手段は外乱トルク推定手段によって推定された外乱トルクと予め定められた基準トルクとを比較する。特許文献１に記載される異常負荷検出装置では、速度比較手段においてモータの回転速度が基準速度を上回ったと判定され且つトルク比較手段において外乱トルクが基準トルクを下回った判定されたときに、異常が発生したと判断する。

また、特許文献２には、各加工軸方向の切削荷重の大きさを検出し、検出した切削荷重の大きさの各軸方向成分の比によりワークにかかる切削荷重方向を求め、この切削荷重方向に基づいて工具退避相対位置を求める工具退避方法が記載されている。特許文献２に記載される工具退避方法では、求めた工具退避相対位置の反方向ベクトル上に工具退避指令を生成し、生成した工具退避指令に従って工具を自動で退避させるようにする。

また、特許文献３には、駆動モータと、駆動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、駆動モータの誤差検出を行う誤差検出手段と、駆動モータの駆動を制御する制御手段とを備えた衝突検出装置が記載されている。特許文献３に記載される衝突検出装置では、制御手段は、駆動モータの駆動が、加工中か或いは非加工中であるかを判断する。次いで、制御手段は、判断結果を踏まえて、駆動モータが設けられた構造体と加工対象物との衝突を判断するための基準電流値を示した負荷電流設定値、及び駆動モータのモータ出力トルクが一定以下となる様にモータ電流を制限するモータ電流制限値を設定する。制御手段は、加工中時には、負荷電流検出手段で検出された負荷電流が、負荷電流設定値以上に設定されたモータ電流制限値以下となるように制限したうえで、負荷電流が負荷電流設定値以上となった場合に衝突を検出する。また、制御手段は、非加工中時には、負荷電流検出手段で検出された負荷電流が、負荷電流設定値以下に設定されたモータ電流制限値以上となった場合に、誤差検出手段で検出された誤差を判断することで衝突を検出する。

特開２００７−２１９９９１号公報 特公平７−２５００６号公報 特許第５１６８３５２号公報 特開平６−８２３４６号公報 特許第５０３０６２８号公報

しかしながら、ワーク９１０を加工中に切削部９０１を移動する速度と、非加工中に切削部９０１を移動させる速度が相違するため、工作機械９００が衝突を検知してから退避動作を開始するまでに切削部９０１が移動する流れ量が相違するという問題がある。

図１３は、工作機械９００が衝突を検知してから退避動作を開始するまでに切削部９０１が移動する流れ量と退避動作によって切削部９０１が退避する退避量との関係を示す図である。図１３において、横軸は時間を示し、縦軸は移動方向の位置変化を示す。図１３において、実線は加工中に衝突が検知されたときの切削部９０１の動きを示し、破線は非加工中に衝突が検知されたときの切削部９０１の動きを示す。Ａは加工中に衝突を検知した位置であり、Ｂは加工中に衝突が検知されたときに退避動作を開始する位置であり、Ｃは加工中に衝突が検知されたときに退避した位置を示す。Ａ´は非加工中に衝突を検知した位置であり、Ｂ´は非加工中に衝突が検知されたときに退避動作を開始する位置であり、Ｃ´は非加工中に衝突が検知されたときに退避した位置を示す。

流れ量Ｘ[ｍ]は、切削部９０１の移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]と衝突を検知してから退避動作を開始するまでの遅れ時間Ｔ[ｓ]とから以下の式（１）で示される。
Ｘ ＝ Ｆ × Ｔ 式（１）
例えば、切削部９０１の移動速度が１０００[ｍｍ／ｓ]であり、遅れ時間が１[ｍｓ]である場合、流れ量Ｘは１ｍｍになる。流れ量が大きいほど、切削部９０１は衝突方向に進み、工作機械９００の損傷が大きくなるおそれがある。

工作機械９００では、非加工中の流れ量は、加工中の流れ量よりも大きくなる。しかしながら、工作機械９００では、流れ量が相違するのにもかかわらず、加工中と非加工中とで、同一の退避量を使用するため、流れ量が比較的大きい非加工中に衝突を検知した場合、退避量が十分でなく、工作機械９００が破損するおそれがある。一方、工作機械９００を保護するために、十分に大きい退避量を確保した場合、加工中に切削部を退避できない事態が生じ得る。

図１６は、ワークを加工中に退避が容易ではない例を示す図である。

工作機械９２０は、切削部支持部９２１と、ワーク９３０の凹部の上壁を切削するために切削部支持部９２１の上面に配置される切削部９２２を有する。工作機械９２０は、ワーク９３０の凹部の内壁に切削部９２２を近接させて、ワーク９３０の凹部の内壁を切削するために切削部支持部９２１を徐々に上方に移動する。

工作機械９２０では、ワーク９３０の凹部の幅と切削部支持部９２１の高さの差が退避量として確保可能な距離となる。工作機械９２０では、ワーク９３０の凹部の幅と切削部支持部９２１の高さの差よりも退避量が大きい場合に、ワーク９３０又は工作機械９２０を破損するおそれがある。

特許文献１には、異常負荷を検出する方法が提示されているが、異常負荷を検出したときに加工面に傷付くことを防止するための対策は記載されていない。また、特許文献２には、異常負荷を検出する方法、及び切削異常が発生したときの退避方法は記載されているが、切削異常が発生したときに退避できない場合の対策は記載されていない。また、特許文献３には、モータの駆動装置が、加工中か或いは非加工中であるかを判断し、当該判断の結果を踏まえて、衝突を検出することが記載されているが、衝突を検出したときの退避に関することは記載されていない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、非加工中は機械の保護、加工中はワークの保護という、異なる保護対象を保護することができるモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の態様では、工作機械を駆動するモータを制御するモータ制御装置は、モータの負荷を監視し、異常な負荷を検出する異常負荷検出部と、異常負荷検出部が異常な負荷を検出したことに応じて工作機械が退避動作をするときに使用される複数の退避量を格納する退避量格納部と、工作機械が加工中であるか否かの判定結果に応じて、複数の退避量から選択する退避量を切替える退避量切替え部と、工作機械の移動量を示す指令値に、退避量切替え部が切替えることにより選択された退避量を加算する退避量加算部と、を具備し、加工中であると判定したときに選択される退避量と、加工中ではないと判定したときに選択される退避量とを切り替える。

また、上述の態様においては、退避量切替え部は、上位コントローラから入力されるモード信号に応じて、選択される退避量を切替えるようにしてもよい。

また、上述の態様においては、退避量切替え部は、外部機器からの入力される切替え信号に応じて、選択される退避量を切替えるようにしてもよい。

また、上述の態様においては、工作機械が加工中であると判定したときに選択される退避量は、使用される加工プログラムに応じて書き換えられるようにしてもよい。

また、上述の態様においては、工作機械が加工中であると判定したときに選択された退避量は、工作機械が加工するワークの加工状態に応じて書き換えられるようにしてもよい。

本発明の態様によれば、加工中であると判定されたときに選択される退避量と、加工中ではないと判定したときに選択される退避量とが相違するので、非加工中は機械の保護、加工中はワークの保護という、異なる保護対象を保護することができる。

また、本発明の態様では、外部機器からの入力される切替え信号に応じて、選択される退避量を切替えるので、より広範な条件に基づいて退避量を選択でき、工作機械をより確実に保護できる。

また、本発明の態様では、工作機械が加工中であると判定したときに選択される退避量は、使用される加工プログラムに応じて書き換えられるので、使用される加工プログラムに適した退避量を設定することができる。

また、本発明の態様では、工作機械が加工中であると判定したときに選択された退避量は、工作機械が加工するワークの加工状態に応じて書き換えられるので、加工するワークの形状に適した退避量を設定することができる。

本発明の第１の実施例によるモータ制御システムを示すブロック図である。 図１に示すモータ制御システムの動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例によるモータ制御システムを示すブロック図である。 本発明の第３の実施例によるモータ制御システムを示すブロック図である。 図４に示すモータ制御システムの動作フローを示すフローチャートである。 （ａ）は図４に示すモータ制御システムを適用した工作機械の加工処理の一例を示す図であり、（ｂ）は図４に示すモータ制御システムを適用した工作機械の加工処理の他の例を示す図である。 本発明の第４の実施例によるモータ制御システムを示すブロック図である。 図７に示すモータ制御システムの動作フローを示すフローチャートである。 図７に示すモータ制御システムを適用した工作機械の加工処理の一例を示す図である。 本発明の第５の実施例によるモータ制御システムを示すブロック図である。 図１０に示すモータ制御システムの動作フローを示すフローチャートである。 ワークを切削する工作機械の処理フローを示す図であり、（ａ）はワークが配置された状態を示す図であり、（ｂ）は加工前に工作機械の切削部が収納位置からワークに近接する位置に移動した状態を示す図であり、（ｃ）は工作機械ワークを切削する加工中の状態を示す図であり、（ｄ）は加工後に工作機械の切削部をワークに近接する位置から収納位置に移動した状態を示す図である。 工作機械が衝突を検知してから退避動作を開始するまでに切削部が移動する流れ量と退避動作によって切削部が退避する退避量との関係を示す図である。 ワークを加工中に退避が容易ではない例を示す図である。

以下図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置について、第１〜第５の実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明は、図面又は以下に説明される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。

図１は、本発明の第１の実施例によるモータ制御装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

本発明の第１の実施例に係るモータ制御システム１０１は、モータ制御装置１と、モータ３０と、第１上位コントローラ４１とを有する。モータ制御装置１は、位置偏差作成部１０と、位置制御部１１と、速度制御部１２と、電流制御部１３と、アンプ１４と、退避量格納部２０と、退避量切替え部２１と、異常負荷検出部２２と、退避量スイッチ２３と、退避量加算部２４とを有する。

第１上位コントローラより出力される移動指令と、退避量格納部２０より出力される退避量とが、退避量加算部２４で加算されて移動指令を生成し、さらにこの移動指令と、モータ３０から出力されるモータ位置情報との差分から生成された位置偏差を位置制御部１１に出力する。位置制御部１１は、前記位置偏差に基づいて速度指令値を生成し、生成した速度指令値を速度制御部１２に出力する。速度制御部１２は、位置制御部１１から入力される速度指令値と、モータ３０から出力されるモータ速度情報とから電流指令値を生成し、生成した電流指令値を電流制御部１３に出力する。電流制御部１３は、速度制御部１２から入力される電流指令値と、モータ３０から出力されるモータ電流情報とからアンプ１４を駆動するための駆動指令を生成し、生成した駆動指令をアンプ１４に出力する。アンプ１４は、例えば内部に設けられたスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する逆変換器である。アンプ１４は、受信した駆動指令により、アンプ１４内のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで直流電力をモータ３０の駆動用の交流電力に変換する変換動作を制御する。

退避量格納部２０は、複数の退避量を格納可能な記憶装置であり、第１退避量２０１と、第１退避量２０１と大きさが相違する第２退避量２０２とを格納する。第１退避量２０１は加工時に使用される退避量であり、第２退避量２０２は非加工時に使用される退避量である。

第１退避量２０１の大きさは、モータ３０が駆動する駆動部によって加工されるワークを保護するために適した大きさである。モータ３０が図１４に示すワーク９３０の凹部の内壁を切削する切削部９２２を支持する切削部支持部９２１を駆動する場合、ワーク９３０の凹部の幅と切削部支持部９２１の高さの差よりも短い距離が第１退避量２０１の大きさとなる。

第２退避量２０２の大きさは、モータ３０及びモータ３０が駆動する駆動部を含む工作機械を保護するために適した大きさである。モータ３０が図１２に示すワーク９１０の上面を切削する切削部９０１を駆動する場合、切削部９０１が移動しているときの移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]と遅れ時間Ｔ[ｓ]から式（１）によって演算される流れ量Ｘ[ｍ]を補償する距離が第１退避量２０１の大きさとなる。

退避量切替え部２１は、モータ３０が駆動する駆動部が加工中であるか又は非加工中であるかを示すモード信号が第１上位コントローラ４１から入力される。退避量切替え部２１は、第１上位コントローラ４１から入力されるモード信号に基づいて、退避量格納部２０に格納される第１退避量２０１又は第２退避量２０２の何れかを選択する。

異常負荷検出部２２は、モータ３０の負荷を監視し、異常な負荷を検出する。例えば、異常負荷検出部２２は、モータ３０から出力されるモータ電流情報が所定のしきい値よりも小さいときに、モータ３０の負荷は正常であると判定する。また、異常負荷検出部２２は、モータ３０から出力されるモータ電流情報が所定のしきい値よりも大きいときに、モータ３０の負荷は異常であると判定する。モータ３０の負荷が異常であると判定すると、異常負荷検出部２２は、モータ３０の負荷が異常であることを示すモータ負荷異常情報を退避量スイッチ２３及び第１上位コントローラ４１に出力する。

退避量スイッチ２３は、モータ負荷異常情報が異常負荷検出部２２から入力されていないとき、オフ状態になりゼロを出力する。また、退避量スイッチ２３は、モータ負荷異常情報が異常負荷検出部２２から入力されているとき、オン状態になり第１退避量２０１又は第２退避量２０２の何れかから退避量切替え部２１が選択した退避量を退避量加算部２４に出力する。

退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値と退避量スイッチ２３から入力される値とを加算する加算器である。退避量スイッチ２３がオフ状態のとき、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値を移動指令値として位置偏差作成部１０に出力する。退避量スイッチ２３がオン状態のとき、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値に退避量スイッチ２３から入力された退避量を加算した値を移動指令値として出力する。退避量切替え部２１が第１退避量２０１を選択し且つ退避量スイッチ２３がオン状態であるとき、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値に第１退避量２０１を加算した値を移動指令値として位置偏差作成部１０に出力する。退避量切替え部２１が第２退避量２０２を選択し且つ退避量スイッチ２３がオン状態であるとき、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値に第２退避量２０２を加算した値を移動指令値として位置偏差作成部１０に出力する。

モータ３０は、アンプ１４から出力される交流電力に応じて、不図示の工作機械の駆動部を駆動する。モータ３０は、モータ３０の位置を検出したモータ位置検出器、モータ３０の速度を検出するモータ速度検出器及びモータ３０の電流を検出するモータ電流検出器を有する。モータ３０は、モータ位置検出器が検出したモータ位置情報を位置偏差作成部１０に出力し、モータ速度検出器が検出したモータ速度情報を速度制御部１２に出力する。また、モータ３０は、モータ電流検出器が検出したモータ電流情報を電流制御部１３に出力する。なお、位置フィードバックは、別置型の検出器を使用してもよい。

第１上位コントローラ４１は、移動指令値生成部４１０と、駆動部状態判定部４１１とを有する。移動指令値生成部４１０は、モータ３０が駆動する駆動部の位置の移動量を示す移動指令値を生成し、生成した移動指令値を退避量加算部２４に出力する。駆動部状態判定部４１１は、モータ３０が駆動する駆動部が加工中であるか又は非加工中であるかを判定し、判定結果を示すモード信号を退避量切替え部２１に出力する。

図２は、モータ制御システム１０１の処理フローを示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、異常負荷検出部２２は、例えばモータ３０から出力されるモータ電流情報と所定のしきい値とを比較する。モータ３０から出力されるモータ電流情報が所定のしきい値よりも小さいと判定したとき、異常負荷検出部２２は、モータ３０の負荷は正常であり、異常負荷は未発生であると判定して処理は終了する。モータ３０から出力されるモータ電流情報が所定のしきい値よりも大きいと判定したとき、異常負荷検出部２２は、モータ３０の負荷異常が発生したと判定して、モータ負荷異常情報を退避量スイッチ２３及び第１上位コントローラ４１に出力する。退避量スイッチ２３は、モータ負荷異常情報が入力されるとオン状態となり、退避量切替え部２１と退避量加算部２４とを接続する。

次いで、ステップＳ１０２において、モータ負荷異常情報が入力された第１上位コントローラ４１は、モータ３０が駆動する駆動部が加工中であるか又は非加工中であるかを判定し、判定結果を示すモード信号を退避量切替え部２１に出力する。モータ３０が駆動する駆動部が加工中であることに対応するモード信号が入力されたとき、処理はステップＳ１０３に進む。モータ３０が駆動する駆動部が非加工中であることに対応するモード信号が入力されたとき、処理はステップＳ１０４に進む。

処理がステップＳ１０３に進むと、退避量切替え部２１は、第１退避量２０１を選択するように切り替えられる。退避量切替え部２１が第１退避量２０１を選択し且つ退避量スイッチ２３がオンしているので、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値に第１退避量２０１を加算した値を移動指令値として出力する。

処理がステップＳ１０４に進むと、退避量切替え部２１は、第２退避量２０２を選択するように切り替えられる。退避量切替え部２１が第２退避量２０２を選択し且つ退避量スイッチ２３がオンしているので、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値に第２退避量２０２を加算した値を移動指令値として出力する。

次いで、ステップＳ１０５において、位置偏差作成部１０、位置制御部１１及び速度制御部１２のそれぞれは、退避量加算部２４で退避量が加算された移動指令値を使用して位置フィードバック情報、速度指令値及び電流指令値を生成する。次いで、電流制御部１３は、速度制御部１２が生成した電流指令値を使用して、駆動指令を生成する。次いで、アンプ１４は、電流制御部１３が生成した移動指令値に基づいた駆動指令によりモータ３０を駆動して、モータ３０が駆動する駆動部を退避させる。モータ３０が駆動する駆動部が加工中であり、退避量加算部２４で第１退避量２０１が加算された場合、モータ３０は、第１退避量２０１に相当する距離だけ駆動部を退避させる。モータ３０が駆動する駆動部が非加工中であり、退避量加算部２４で第２退避量２０２が加算された場合、モータ３０は、第２退避量２０２距離だけ駆動部を退避させる。

駆動部を退避させることにより、モータ３０が駆動する駆動部が衝突状態等の異常な状態から脱すると、モータ３０のモータ電流検出部が検出するモータ電流情報は、所定のしきい値より小さくなる。モータ電流情報が所定のしきい値より小さくなると、異常負荷検出部２２は、モータ３０の負荷は正常であると判定してモータ負荷異常情報の出力を停止し、退避量スイッチ２３はオフする。退避量スイッチ２３がオフすることにより、退避量加算部２４は、第１上位コントローラ４１から入力される移動指令値を移動指令値として出力する。

モータ制御システム１０１では、モータ３０の電流が所定のしきい値よりも大きくなり、モータ３０が駆動する駆動部に衝突等の異常が生じたと判断して、駆動部を退避させるときに、駆動部が加工中であるか又は非加工中であるかを判定する。駆動部が加工中であると判定した場合、モータ制御システム１０１では、第１退避量２０１に相当する距離だけ駆動部を退避させる。また、駆動部が非加工中であると判定した場合、モータ制御システム１０１では、第１退避量と大きさが相違する第２退避量２０２に相当する距離だけ駆動部を退避させる。モータ制御システム１０１では、駆動部が非加工中及び駆動部が加工中である場合のそれぞれの場合に適した退避量を設定することができるので、非加工中は機械の保護、加工中はワークの保護という、異なる保護対象を保護することができる。

図３は、本発明の第２の実施例によるモータ制御装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。

本発明の第２の実施例に係るモータ制御システム１０２は、外部機器５０が配置されることがモータ制御システム１０１と相違する。また、モータ制御システム１０２は、第１上位コントローラ４１の代わりに第２上位コントローラ４２が配置されることがモータ制御システム１０１と相違する。

外部機器５０は、モータ３０が駆動する駆動部以外の機器の状況等に基づいて切替え信号を生成し、生成した切替え信号を退避量切替え部２１に出力する。退避量切替え部２１は、外部機器５０から入力される切替え信号に基づいて、退避量格納部２０に格納される第１退避量２０１又は第２退避量２０２の何れかを選択する。

第２上位コントローラ４２は、移動指令値生成部４２０を有する。移動指令値生成部４２０は、移動指令値生成部４１０と同様にモータ３０が駆動する駆動部の位置の移動量を示す移動指令値を生成し、生成した移動指令値を退避量加算部２４に出力する。しかしながら、第２上位コントローラ４２は、モータ３０が駆動する駆動部が加工中であるか又は非加工中であるかを判定する機能を有さず、モード信号を退避量切替え部２１に出力しないことが第１上位コントローラ４１と相違する。

モータ制御システム１０２では、モータ３０が駆動する駆動部以外の機器の状況等に基づいて外部機器５０が生成した切替え信号を使用して退避量切替え部２１を切り換えるので、より広範な条件に基づいて退避量を選択でき、工作機械をより確実に保護できる。

図４は、本発明の第３の実施例によるモータ制御装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。

本発明の第３の実施例に係るモータ制御システム１０３は、モータ制御装置１の代わりにモータ制御装置３が配置されることがモータ制御システム１０１と相違する。また、モータ制御システム１０３は、第１上位コントローラ４１の代わりに第３上位コントローラ４３が配置されることがモータ制御システム１０１と相違する。

モータ制御装置３は、退避量格納部２０の代わりに退避量格納部２５が配置されることがモータ制御装置１と相違する。

退避量格納部２５は、複数の退避量を格納可能な記憶装置であり、格納された退避量を加工プログラム実行中に第３上位コントローラ４３より書き換え可能な格納領域と、格納された退避量を書き換え不可能な格納領域とを有する。退避量格納部２５は、加工時に使用される退避量である第１退避量２５１と、非加工時に使用される退避量である第２退避量２５２とを格納する。第１退避量２５１は、退避量格納部２５の書き換え可能な格納領域に格納される。また、第２退避量２５２は、退避量格納部２５の書き換え不可能な格納領域に格納される。

第３上位コントローラ４３は、移動指令値生成部４３０と、駆動部状態判定部４３１と、退避量選択部４３２とを有する。移動指令値生成部４３０及び駆動部状態判定部４３１のそれぞれは、移動指令値生成部４１０及び駆動部状態判定部４１１と同様の機能を有する。

退避量選択部４３２は、例えば、使用する退避量が使用する加工プログラムごとに規定された退避量決定テーブル４３２１を有する。退避量選択部４３２は、使用する加工プログラムが変更されたときに、退避量決定テーブル４３２１を参照して変更後の加工プログラムに応じた退避量を選択し、選択した退避量を第１退避量２５１に書き込む。例えば、使用する加工プログラムがプログラムＡに変更されたとき、プログラムＡに使用する退避量として規定された退避量ａを選択し、選択した退避量ａを第１退避量２５１に書き込む。使用する加工プログラムがプログラムＢに変更されたとき、プログラムＢに使用する退避量として規定された退避量ｂを選択し、選択した退避量ｂを第１退避量２５１に書き込む。

図５は、モータ制御システム１０３における退避量選択部４３２の処理フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、退避量選択部４３２は、使用されている加工プログラムが変更されているか否かを判定する。使用されている加工プログラムが変更されたと判定されたとき、処理はステップＳ２０２に進む。使用されている加工プログラムが変更されていないと判定されたとき、処理はステップＳ２０４に進む。

処理がステップＳ２０２に進むと、退避量選択部４３２は、変更後の加工プログラムに対応する退避量を、退避量決定テーブル４３２１を参照して選択する。

そして、ステップＳ２０３において、退避量選択部４３２は、ステップＳ２０２で選択した退避量を第１退避量２５１に書き込むことによって、使用される加工プログラムに応じた退避量に書き換える。次いで処理は、ステップＳ２０１に戻る。

処理がステップＳ２０４に進むと、退避量選択部４３２は、加工処理が終了しているか否かを判定する。加工処理が終了していないと判定されたとき、処理はステップＳ２０１に戻る。そして、ステップＳ２０４において加工処理が終了していると判定するまで、退避量選択部４３２は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理を繰り返す。加工処理が終了していると判定されたとき、処理は終了する。

モータ制御システム１０３では、使用される加工プログラムに応じて退避量を書き換えるので、加工するワークの形状等に応じた退避量を選択することができるので、加工中のワークをより確実に保護できる。

図６（ａ）はモータ制御システム１０３を適用した工作機械の加工処理の一例を示す図であり、図６（ｂ）はモータ制御装置３を適用した工作機械の加工処理の他の例を示す図である。より詳細には、図６（ａ）はワーク９５０の第１凹部９５１の上壁を切削する図であり、図６（ｂ）はワーク９５０の第２凹部９５２の上壁を切削する図である。

工作機械９４０は、切削部支持部９４１と、ワーク９５０の凹部の上壁を切削するために切削部支持部９４１の上面に配置される切削部９４２を有する。第１凹部９５１の幅と第２凹部９５２の幅とが相違するため、工作機械９４０が切削部９４２を退避させるときの退避量は、第１凹部９５１を切削する加工プログラムと第２凹部９５２を切削する加工プログラムとで相違する。第１凹部９５１を切削する加工プログラムでは、退避量は、第１凹部９５１の幅と切削部支持部９４１及び切削部９４２の高さとの差を示す距離Ａよりも短ければよい。また、第２凹部９５２を切削する加工プログラムでは、退避量は、第２凹部９５２の幅と切削部支持部９４１及び切削部９４２の高さとの差を示す距離Ｂよりも短ければよい。第２凹部９５２を切削する加工プログラムを使用するときの退避量は、第１凹部９５１を切削する加工プログラムを使用するときの退避量よりも大きくすることにより、ワーク９５０をより確実に保護できる。

図７は、本発明の第４の実施例によるモータ制御装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。

本発明の第４の実施例に係るモータ制御システム１０４は、第３上位コントローラ４３の代わりに第４上位コントローラ４４が配置されることがモータ制御システム１０３と相違する。

第４上位コントローラ４４は、移動指令値生成部４４０と、駆動部状態判定部４４１と、退避量選択部４４２と、退避量演算部４４３とを有する。移動指令値生成部４４０、駆動部状態判定部４４１及び退避量選択部４４２のそれぞれは、移動指令値生成部４３０、駆動部状態判定部４３１及び退避量選択部４３２と同様の機能を有する。

退避量演算部４４３は、駆動部の移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]が使用する加工プログラムごとに規定された移動速度テーブル４４３１を有する。ワークの加工が開始されると、退避量演算部４４３は、駆動部の移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]とワークの加工を開始してからの時間Ｔ[ｓ]とから駆動部の移動距離Ｌ[ｍ]を演算する。駆動部の移動距離Ｌ[ｍ]を演算するとき、退避量演算部４４３は、移動速度テーブル４４３１を参照する。例えば、使用する加工プログラムがプログラムＡのとき、プログラムＡに使用する移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]として規定された移動速度αを選択し、選択した移動速度αを駆動部の移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]として演算する。使用する加工プログラムがプログラムＢのとき、プログラムＢに使用する移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]として規定された移動速度βを選択し、選択した移動速度βを駆動部の移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]として演算する。次いで、退避量演算部４４３は、演算した移動距離Ｌ[ｍ]を退避量決定テーブル４３２１から選択した退避量とを比較し、移動距離Ｌ[ｍ]が退避量決定テーブルより選択された退避量よりも小さければ、移動距離Ｌ[ｍ]を退避量とし、また移動距離Ｌ[ｍ]が退避量決定テーブルより選択された退避量と等しい又は大きいときには、退避量決定テーブルより選択された退避量を第１退避量２５１に書き込む。

図８は、モータ制御システム１０４における退避量演算部４４３の処理フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、退避量演算部４４３は、加工処理が開始しているか否かを判定する。加工処理が開始していないと判定されたとき、処理はステップＳ３０１に戻る。加工処理が開始していると判定されたとき、処理はステップＳ３０２に進む。

処理がステップＳ３０２に進むと、退避量演算部４４３は、ワークの移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]とワークの加工を開始してからの時間Ｔ[ｓ]とから駆動部の移動距離Ｌ[ｍ]を演算する。

次いで、ステップＳ３０３において、退避量演算部４４３は、演算した移動距離Ｌ[ｍ]を退避量決定テーブル４３２１から選択した退避量に加算して、現在の退避量を演算する。

次いで、ステップＳ３０４において、退避量演算部４４３は、ステップＳ３０３で演算した現在の退避量を第１退避量２５１に書き込むことによって、加工するワークの形状等の現在の加工状態に応じた退避量に書き換える。

次いで、ステップＳ３０５において、退避量演算部４４３は、加工処理が終了しているか否かを判定する。加工処理が終了していないと判定されたとき、処理はステップＳ３０２に戻る。そして、ステップＳ３０５において加工処理が終了していると判定するまで、退避量演算部４４３は、ステップＳ３０２〜Ｓ３０５の処理を繰り返す。加工処理が終了していると判定されたとき、処理は終了する。

モータ制御システム１０４では、加工状態に応じて退避量を演算して書き換えるので、加工するワークの形状等の現在の加工状態に応じた退避量を使用することができるので、加工中のワークをより確実に保護できる。

図９は、モータ制御システム１０４を適用した工作機械の加工処理の一例を示す図である。より詳細には、図９はワーク９５０の第２凹部９５２の底壁を切削する図である。

工作機械９６０は、切削部支持部９６１と、ワーク９５０の凹部の底壁を切削するために切削部支持部９６１の端部に配置される切削部９６２を有する。治具９７０はワークの固定等の目的のため配置されるが、治具９７０と切削部支持部９６１との干渉を起さぬ様退避を行う必要があるため、切削部指示部９６１の退避可能範囲は制限される。第２凹部９５２の底壁を切削する加工プログラムでは、退避量は、治具と第２凹部９５２の底壁との間の距離Ａ[ｍ]と、切削部支持部９６１及び切削部９６２の幅の和を示す距離Ｂ[ｍ]との差を示す距離Ｃ[ｍ]よりも短ければよい。切削部９６２が移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]で治具９７０と反対の方向に移動しながら切削する場合、切削開始時の治具と第２凹部９５２の底壁との間の距離Ａ₀[ｍ]と、切削部支持部９６１及び切削部９６２の幅の和を示す距離Ｂ₀[ｍ]との差を示す距離Ｃ₀[ｍ]とすると、切削を開始してから時間Ｔ[ｓ]が経過したときの退避量は式（２）で示す最大退避量Ｙよりも小さければよい。
Ｙ ＝ Ｃ₀ ＋ Ｆ × Ｔ 式（２）

第２凹部９５２の底壁を切削する加工プログラムを使用するときの退避量は、切削処理に応じて増加する最大退避量Ｙに応じた値にすることにより、切削処理が進むほど退避量を大きくすることができるので、ワーク９５０をより確実に保護できる。

図１０は、本発明の第５の実施例によるモータ制御装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。

本発明の第５の実施例に係るモータ制御システム１０５は、第３上位コントローラ４３の代わりに第５上位コントローラ４５が配置されることがモータ制御システム１０３と相違する。

第５上位コントローラ４５は、移動指令値生成部４５０と、駆動部状態判定部４５１と、決定部４５２と有する。移動指令値生成部４５０、駆動部状態判定部４５１それぞれは、移動指令値生成部４３０、駆動部状態判定部４３１及びと同様の機能を有する。

退避量決定部４５２は、３次元モデル格納部４５２１と、退避量演算部４５２２とを有する。３次元モデル格納部４５２１は、モータ３０が駆動する駆動部、モータ３０が駆動する駆動部に配置されるワーク、及びワークを固定する治具等のモータ３０が駆動する駆動部に近接する物体の形状を示す形状情報が格納される。退避量演算部４５２２は、第５上位コントローラ４５内部で実行されるプログラムを参照しながら、３次元モデル格納部４５２１に記憶される形状情報、及び現在のモータの回転速度等からモータ３０が駆動する駆動部とモータ３０が駆動する駆動部に近接する物体との間の距離を演算する。退避量演算部４５２２の演算方法の一例は、特許文献５に記載される。退避量決定部４５２は、演算した距離に所定の安全率を乗算して退避量を決定する。退避量演算部４５２２は、演算した退避量を第１退避量２５１に書き込む。一例では、退避量決定部４５２は、モータ３０が駆動する駆動部、及びモータ３０が駆動する駆動部に配置されるワークの形状を示す形状情報と、モータ３０が駆動する駆動部の移動速度と、加工時間とを使用して退避量を決定する。

図１１は、モータ制御システム１０５における退避量決定部４５２の処理フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ４０１において、退避量決定部４５２は、加工処理が開始しているか否かを判定する。加工処理が開始していないと判定されたとき、処理はステップＳ４０１に戻る。加工処理が開始していると判定されたとき、処理はステップＳ４０２に進む。

処理がステップＳ４０２に進むと、退避量決定部４５２は、第５上位コントローラ４５内部で実行されるプログラムを参照しながら、３次元モデル格納部４５２１に記憶される形状情報、及び現在のモータの回転速度等からモータ３０が駆動する駆動部とモータ３０が駆動する駆動部に近接する物体との間の距離を演算する。

次いで、ステップＳ４０３において、退避量決定部４５２は、演算した距離に所定の安全率を乗算して退避量を決定する。

次いで、ステップＳ４０４において、退避量決定部４５２は、ステップＳ４０３で決定した現在の退避量退避量を第１退避量２５１に書き込むことによって、現在の加工状態に応じた退避量に書き換える。

次いで、ステップＳ４０５において、退避量決定部４５２は、加工処理が終了しているか否かを判定する。加工処理が終了していないと判定されたとき、処理はステップＳ４０２に戻る。そして、ステップＳ４０５において加工処理が終了していると判定するまで、退避量決定部４５２は、ステップＳ４０２〜Ｓ４０５の処理を繰り返す。加工処理が終了していると判定されたとき、処理は終了する。

モータ制御システム１０５では、３次元モデル格納部４５２１に記憶される形状情報、及び現在のモータの回転速度等を使用して退避量を書き換えるので、現在の加工状態に応じた退避量を使用することができるので、加工中のワークをより確実に保護できる。

本発明の第１〜５の実施例によるモータ制御システム１０１〜１０５では、退避量切替え部が加工中であると判定したときに選択される退避量と、退避量切替え部が加工中ではないと判定したときに選択される退避量とが相違する。モータ制御システム１０１〜１０５は、加工中と非加工中とで選択される退避量を相違させているので、非加工中は機械の保護、加工中はワークの保護という、異なる保護対象を保護することができる。すなわち、加工中は被加工物との干渉を防止するための退避量を適用し、非加工中は工作機械のダメージを低減するための退避量を適用することができる。

本発明の第２の実施例によるモータ制御システム１０２では、モータ３０が駆動する駆動部以外の機器の状況等に基づいて外部機器５０が生成した切替え信号を使用して退避量切替え部２１を切り換える。モータ制御システム１０２では、外部機器５０が生成した切替え信号を使用して退避量切替え部２１を切り換えるので、より広範な条件に基づいて退避量を選択でき、工作機械をより確実に保護できる。

本発明の第３の実施例によるモータ制御システム１０３では、使用する加工プログラムに応じて加工中に使用する退避量を書き換える機能を有することができるので、加工中のワークをより確実に保護することができる。

本発明の第４の実施例によるモータ制御システム１０４では、加工状態に応じて退避量を演算して書き換えるので、現在の加工状態に応じた退避量を使用することができるので、加工中のワークをより確実に保護できる。

本発明の第５の実施例によるモータ制御システム１０５では、第５上位コントローラ４５内部で実行されるプログラムを参照しながら、３次元モデル格納部４５２１に記憶される形状情報、及び現在のモータ回転速度等からモータ３０が駆動する駆動部とモータ３０が駆動する駆動部に近接する物体地との間の距離に応じて退避量を書き換えるので、現在の加工状態に応じた退避量を使用することができるので、加工中のワークをより確実に保護できる。

位置偏差作成部１０、位置制御部１１、速度制御部１２、電流制御部１３、退避量切替え部２１、異常負荷検出部２２、退避量スイッチ２３及び退避量加算部２４は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよい。また、位置偏差作成部１０、位置制御部１１、速度制御部１２、電流制御部１３、退避量切替え部２１、異常負荷検出部２２、退避量スイッチ２３及び退避量加算部２４は、各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えば位置偏差作成部１０、位置制御部１１、速度制御部１２、電流制御部１３、退避量切替え部２１、異常負荷検出部２２、退避量スイッチ２３及び退避量加算部２４をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ制御装置１及び３内の演算処理装置はこのソフトウェアプログラムに従って動作することで上述の各手段の機能が実現される。また、既存のモータ制御装置は、通常位置偏差作成部１０、位置制御部１１、速度制御部１２及び電流制御部１３の機能を有するが、これに退避量切替え部２１、異常負荷検出部２２、退避量スイッチ２３及び退避量加算部２４に係るソフトウェアプログラムを当該モータ制御装置に追加的にインストールすることで本発明を適用することも可能である。

モータ制御システム１０１〜１０５では、ステップＳ１０１においてモータ３０の負荷は異常であるか否かを判定した後に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４において退避量切替え部２１が退避量を切り換えている。しかしながら、本発明に係るモータ制御システムでは、モータ３０の負荷は異常であるか否かを判定する前に、退避量切替え部２１が退避量を切り換えているようにしてもよい。また、退避量格納部２０は３つ以上の退避量を格納してもよく、退避量格納部２０が３つ以上の退避量を格納する場合は、退避量切替え部２１は３つ以上の退避量から何れか１つの退避量を選択するように形成される。例えば、退避量格納部２０は使用する加工プログラムに応じた退避量を格納してもよい。また、異常負荷検出部２２は、モータ電流検出器が検出したモータ電流情報を使用して異常な負荷を検出しているが、モータ３０の回転速度を示す情報又は回転トルクを示す情報を使用して異常な負荷を検出してもよい。

また、モータ制御システム１０４では、駆動部の移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]に応じて加工中に使用される第１退避量２５１を書き換えているが、他のパラメータを使用してワークの加工状態に応じて退避量を書き換えるようにしてもよい。例えば、第４上位コントローラ４４がパラメータを予め用意しておき、加工プログラム中に用意されたパラメータを退避量として読み出すステップを有していてもよい。また、加工プログラム中には、加工プログラムに基づいて実行される複数の処理に応じて、処理ごとに複数の退避量が用意されていてもよい。また、加工プログラムに基づいた加工シミュレーションを実行することにより決定された退避量を有することにより、第４上位コントローラ４４が加工形状に応じて退避量を書き換えるようにしてもよい。また、第１退避量２５１は、第４上位コントローラ４４からではなく、他の装置から書き換えられるようにしてもよい。
また、前述のモータ制御装置１０１〜１０５の構成は、上位コントローラ及びモータ制御装置の設定により切り換えることが可能にしてもよい。

１、３ モータ制御装置
１０ 位置偏差作成部
１１ 位置制御部
１２ 速度制御部
１３ 電流制御部
１４ アンプ
２０、２５ 退避量格納部
２１ 退避量切替え部
２２ 異常負荷検出部
２３ 退避量スイッチ
２４ 退避量加算部
３０ モータ
４１〜４５ 上位コントローラ
１０１〜１０５ モータ制御システム

図１４は、ワークを加工中に退避が容易ではない例を示す図である。

次いで、ステップＳ１０５において、位置偏差作成部１０、位置制御部１１及び速度制御部１２のそれぞれは、退避量加算部２４で退避量が加算された移動指令値を使用して位置フィードバック情報、速度指令値及び電流指令値を生成する。次いで、電流制御部１３は、速度制御部１２が生成した電流指令値を使用して、駆動指令を生成する。次いで、アンプ１４は、電流制御部１３が生成した移動指令値に基づいた駆動指令によりモータ３０を駆動して、モータ３０が駆動する駆動部を退避させる。モータ３０が駆動する駆動部が加工中であり、退避量加算部２４で第１退避量２０１が加算された場合、モータ３０は、第１退避量２０１に相当する距離だけ駆動部を退避させる。モータ３０が駆動する駆動部が非加工中であり、退避量加算部２４で第２退避量２０２が加算された場合、モータ３０は、第２退避量２０２に相当する距離だけ駆動部を退避させる。

工作機械９６０は、切削部支持部９６１と、ワーク９５０の凹部の底壁を切削するために切削部支持部９６１の端部に配置される切削部９６２を有する。治具９７０はワークの固定等の目的のため配置されるが、治具９７０と切削部支持部９６１との干渉を起さぬ様退避を行う必要があるため、切削部支持部９６１の退避可能範囲は制限される。第２凹部９５２の底壁を切削する加工プログラムでは、退避量は、治具と第２凹部９５２の底壁との間の距離Ａ[ｍ]と、切削部支持部９６１及び切削部９６２の幅の和を示す距離Ｂ[ｍ]との差を示す距離Ｃ[ｍ]よりも短ければよい。切削部９６２が移動速度Ｆ[ｍ／ｓ]で治具９７０と反対の方向に移動しながら切削する場合、切削開始時の治具と第２凹部９５２の底壁との間の距離Ａ₀[ｍ]と、切削部支持部９６１及び切削部９６２の幅の和を示す距離Ｂ₀[ｍ]との差を示す距離Ｃ₀[ｍ]とすると、切削を開始してから時間Ｔ[ｓ]が経過したときの退避量は式（２）で示す最大退避量Ｙよりも小さければよい。
Ｙ ＝ Ｃ₀ ＋ Ｆ × Ｔ 式（２）

第５上位コントローラ４５は、移動指令値生成部４５０と、駆動部状態判定部４５１と、退避量決定部４５２と有する。移動指令値生成部４５０、駆動部状態判定部４５１それぞれは、移動指令値生成部４３０、駆動部状態判定部４３１及びと同様の機能を有する。

次いで、ステップＳ４０４において、退避量決定部４５２は、ステップＳ４０３で決定した現在の退避量を第１退避量２５１に書き込むことによって、現在の加工状態に応じた退避量に書き換える。

Claims (5)

1. 工作機械を駆動するモータを制御するモータ制御装置において、
   前記モータの負荷を監視し、異常な負荷を検出する異常負荷検出部と、
   前記異常負荷検出部が異常な負荷を検出したことに応じて前記工作機械が退避動作をするときに使用される複数の退避量を格納する退避量格納部と、
   前記工作機械が加工中であるか否かの判定結果に応じて、前記複数の退避量から選択する退避量を切替える退避量切替え部と、
   前記工作機械の移動量を示す指令値に、前記退避量切替え部が切替えることにより選択された退避量を加算する退避量加算部と、を具備し、
   加工中であると判定したときに選択される退避量と、加工中ではないと判定したときに選択される退避量とを切り替える、ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記退避量切替え部は、上位コントローラから入力されるモード信号に応じて、選択される退避量を切替える、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記退避量切替え部は、外部機器からの入力される切替え信号に応じて、選択される退避量を切替える、請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記工作機械が加工中であると判定したときに選択される退避量は、使用される加工プログラムに応じて書き換えられる、請求項１〜３の何れか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記工作機械が加工中であると判定したときに選択された退避量は、前記工作機械が加工するワークの加工状態に応じて書き換えられる、請求項１〜４の何れか一項に記載のモータ制御装置。

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