JP2018022421A - 制御軸の状態を二重にチェックする制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二重チェックによる状態判定機能を実装する場合、装置構成を簡易にしながらも様々な動力伝達部に対して汎用的に適用可能な制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】制御装置１０は、制御軸１４の位置を示す第１検出信号Ｓｄ１を出力するロータリエンコーダ２６と、モータ１６の位置を示すモータ位置信号Ｓｐｍを取得するパルスコーダ２２と、モータ位置信号Ｓｐｍを動力伝達部１２の運動変換特性４０を用いて順変換することで、制御軸１４の位置に対応する第２検出信号Ｓｄ２を出力する位置変換部３６と、第１検出信号Ｓｄ１と第２検出信号Ｓｄ２とを用いて、制御軸１４が異常か否かを二重に判定する異常判定部３８を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、制御軸を制御して、制御軸の状態を二重にチェックする制御装置および制御方法に関する。

一般的に制御軸とモータとの間に、可変ギア機構等の動力伝達部が介在するため、従来から、動力伝達部の異常を検出するための技術が種々提案されている。

特許文献１では、動力伝達部を介して回転動力が主軸に伝達されるモータの回転駆動を制御するモータ制御装置が開示されている。簡単に説明すると、モータ制御装置は、モータの回転角を検出するセンサ、主軸の回転角を検出するセンサを備える。モータ制御装置は、主軸の回転角を検出するセンサから、主軸が１回転するごとに出力される１回転信号を取得する。また、モータ制御装置は、モータの回転角からモータの回転速度および主軸の回転角から主軸の回転速度を算出する。モータ制御装置は、１回転信号を取得してから次の１回転信号を取得するまでに取得されたモータの回転角の変化量が第１の範囲から外れた場合、または、モータの回転速度と主軸の回転速度との差が第２の範囲から外れた場合、動力伝達部に異常が発生したと判定する。

特開２０１５−１０６９３６号公報

しかしながら、主軸の回転角等を検出するセンサ自体に異常が発生している場合は、動力伝達部の異常も正確に判定することができない。このセンサが正常か異常かを判定するためには、主軸の回転角を検出するセンサを２つにすることで、主軸の回転角をダブルチェック（二重にチェック）することで対応することができる。つまり、２つのセンサの検出結果が異なる場合は、センサに異常が発生していると判定することができる。２つのセンサを設けることで、センサに異常があるか否かを判定することができるが、そのためだけにセンサを別途設ける必要があり、コストがかかる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、制御軸の位置を検出するセンサを別途設けることなく、制御軸の状態をダブルチェックして、異常があるか否かを検出する制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る制御装置は、不等速性を有しまたはギア比が一定の動力伝達部の制御軸に対して動力を付与して、制御軸の状態を二重にチェックする制御装置であって、前記制御軸に対して動力を付与するためのモータと、前記制御軸の位置を検出し、検出した位置を示す第１検出信号を出力する位置検出部と、前記モータの位置を検出し、検出した位置を示すモータ位置信号を出力するモータ位置検出部と、前記モータ位置検出部により出力された前記モータ位置信号を前記動力伝達部の運動変換特性を用いて順変換することで、前記制御軸の位置に対応する第２検出信号を出力する位置変換部と、前記位置検出部から出力された前記第１検出信号と、前記位置変換部から出力された前記第２検出信号とを用いて、前記制御軸の状態が異常か否かを二重に判定する異常判定部と、を備える。

この構成により、他の検出器（センサ）を新たに追加することなく第１検出信号の妥当性判定に供される第２検出信号を取得可能である。つまり、制御軸の位置を検出するセンサを別途設けることなく、制御軸の状態をダブルチェックすることができる。また、装置構成を簡易にしながらも様々な動力伝達部に対して汎用的に適用できる。

第１の本発明は、前記制御装置であって、前記異常判定部は、前記第１検出信号に基づく前記制御軸の第１の位置および前記第２検出信号に基づく前記制御軸の第２の位置の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の位置が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。また、前記第１の位置および前記第２の位置のうち一方のみが、前記正常の範囲内にない場合は、前記位置検出部、前記モータ位置検出部、および、前記動力伝達部の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。

第１の本発明は、前記制御装置であって、前記異常判定部は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の速度が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。また、前記第１の速度および前記第２の速度のうち一方のみが、前記正常の範囲内にない場合は、前記位置検出部、前記モータ位置検出部、および、前記動力伝達部の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。

第１の本発明は、前記制御装置であって、前記異常判定部は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の加速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の加速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の加速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の加速度が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。また、前記第１の加速度および前記第２の加速度のうち一方のみが、前記正常の範囲内にない場合は、前記位置検出部、前記モータ位置検出部、および、前記動力伝達部の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。

第１の本発明は、前記制御装置であって、前記異常判定部は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の指令位置に対する前記制御軸の位置偏差を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第１の位置偏差および前記第２検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第２の位置偏差の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の位置偏差が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。また、前記第１の位置偏差および前記第２の位置偏差のうち一方のみが、前記正常の範囲内にない場合は、前記位置検出部、前記モータ位置検出部、および、前記動力伝達部の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。

第１の本発明は、前記制御装置であって、前記位置変換部は、テーブルまたは関数により特定される前記運動変換特性を用いて前記第２検出信号を出力してもよい。これにより、モータ位置信号から制御軸の位置を示す第２検出信号を精度よく生成することができ、制御軸の状態をダブルチェックすることができる。

第１の本発明は、前記制御装置であって、２つの演算部を有し、前記２つの演算部の各々は、前記位置変換部および前記異常判定部を有し、前記２つの演算部の各々の少なくとも一方は、前記２つの演算部の各々の前記異常判定部の判定結果が一致しない場合は、前記２つの演算部の少なくとも一方が異常であると判定してもよい。これにより、異常を判断する側の演算部が正常であるか否かを判定することができる。したがって、制御装置の異常判定の信頼性が向上する。

第２の本発明に係る制御方法は、不等速性を有しまたはギア比が一定の動力伝達部の制御軸に対して動力を付与するためのモータを用いる制御方法であって、位置検出部が、前記制御軸の位置を検出し、検出した位置を示す第１検出信号を出力する第１出力ステップと、モータ位置検出部が、前記モータの位置を検出し、検出した位置を示すモータ位置信号を出力する第２出力ステップと、出力された前記モータ位置信号を前記動力伝達部の運動変換特性を用いて順変換することで、前記制御軸の位置に対応する第２検出信号を出力する変換ステップと、出力された前記第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて、前記制御軸の状態が異常か否かを二重に判定する異常判定ステップと、を含む。

この構成により、他の検出器（センサ）を新たに追加することなく第１検出信号の妥当性判定に供される第２検出信号を取得可能である。つまり、制御軸の位置を検出するセンサを別途設けることなく、制御軸の状態をダブルチェックすることができる。また、装置構成を簡易にしながらも様々な動力伝達部に対して汎用的に適用できる。

第２の本発明は、前記制御方法であって、前記異常判定ステップは、前記第１検出信号に基づく前記制御軸の第１の位置および前記第２検出信号に基づく前記制御軸の第２の位置の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することにより、前記制御軸の位置が前記正常の範囲内にあるか否かを二重にチェックしてもよい。これにより、前記制御軸の位置が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。

第２の本発明は、前記制御方法であって、前記異常判定ステップは、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の速度が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。

第２の本発明は、前記制御方法であって、前記異常判定ステップは、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の加速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の加速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の加速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の加速度が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。

第２の本発明は、前記制御方法であって、前記異常判定ステップは、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の指令位置に対する前記制御軸の位置偏差を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第１の位置偏差および前記第２検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第２の位置偏差の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、前記制御軸の位置偏差が前記正常の範囲内にあるか否かを二重に監視できる。

第２の本発明は、前記制御方法であって、前記変換ステップは、テーブルまたは関数により特定される前記運動変換特性を用いて前記第２検出信号を出力してもよい。これにより、モータ位置信号から制御軸の位置を示す第２検出信号を精度よく生成することができ、制御軸の状態をダブルチェックすることができる。

第２の本発明は、前記制御方法であって、前記変換ステップおよび前記異常判定ステップは、２つの演算部でそれぞれ実行され、前記２つの演算部の各々で実行された前記異常判定ステップの判定結果が一致しない場合は、前記２つの演算部のうち少なくとも一方が異常であると判定する第２の異常判定ステップを含んでもよい。これにより、異常を判断する側の演算部が正常であるか否かを判定することができる。したがって、制御装置の異常判定の信頼性が向上する。

本発明によれば、他の検出器（センサ）を新たに追加することなく第１検出信号の妥当性判定に供される第２検出信号を取得可能である。つまり、制御軸の位置を検出するセンサを別途設けることなく、制御軸の状態をダブルチェックすることができる。また、装置構成を簡易にしながらも様々な動力伝達部に対して汎用的に適用できる。

本発明の第１の実施の形態における制御装置のブロック図である。 図１の動力伝達部における運動変換特性の一例を示す図である。 図１の動力伝達部における運動変換特性の他の一例を示す図である。 図１の制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における制御装置のブロック図である。

以下、本発明に係る制御装置について、制御方法との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態における制御装置１０について、図１〜図４を参照しながら説明する。

＜制御装置１０の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態における制御装置１０のブロック図である。制御装置１０は、モータ１６（ここでは、サーボモータ）を用いて、動力伝達部１２の制御軸１４の位置を制御する制御装置である。動力伝達部１２は、上記した制御軸１４の他、モータ１６と一体的に回転可能な主軸１８と、主軸１８を介して制御軸１４にモータ１６の回転動力（以下、動力と呼ぶ。）を伝達する伝達部２０を備える。

制御装置１０は、例えば、１台以上の工作機械（不図示）を統括的に制御する数値制御装置である。工作機械がプレス機である場合、この動力伝達部１２はスライド駆動機構の一部を構成する。このとき、制御軸１４には、往復直線運動を行うラム（不図示）が接続されている。

制御装置１０は、モータ１６の他に、パルスコーダ（モータ位置検出部）２２、演算部２４、ロータリエンコーダ（位置検出部）２６、駆動回路２８、記憶部３０、および報知部３２を含んで構成される。

パルスコーダ２２は、モータ１６の回転位置（以下、位置と呼ぶ。）を検出するためのセンサであり、モータ１６に取り付けられている。パルスコーダ２２は、検出した位置を示す信号Ｓｐｍ（以下、モータ位置信号という）を駆動回路２８に向けて出力する。駆動回路２８は、モータ１６を回転させる（駆動させる）ためのドライバであり、演算部２４の制御にしたがって、モータ１６を駆動させる。駆動回路２８は、制御軸１４の回転位置（以下、位置と呼ぶ。）が演算部２４の後述する位置制御部３４が指令した指令値（制御軸１４の指令位置）となるように、モータ１６を駆動させる。ロータリエンコーダ２６は、制御軸１４に取り付けられ、且つ、制御軸１４の位置を検出するためのセンサである。ロータリエンコーダ２６は、検出した位置を示す信号Ｓｄ１（以下、第１検出信号という）を演算部２４に向けて出力する。

演算部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro-Processing Unit）のプロセッサによって構成されており、プロセッサが記憶部３０に格納された基本プログラムを読み出し実行することで、本第１の実施の形態の演算部２４として機能する。演算部２４は、制御軸１４の位置を制御する位置制御部３４と、モータ１６の位置を制御軸１４の位置に変換する位置変換部３６と、制御軸１４が正常か異常かを判定する異常判定部３８とを有する。

記憶部３０は、少なくとも１つの揮発性または不揮発性のメモリ装置から構成される。メモリ装置は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等で構成される。本図例では、記憶部３０には、動力伝達部１２の運動変換特性４０（または６２）および基本プログラム等が格納されている。

報知部３２は、例えば、ディスプレイまたはスピーカを含む出力装置からなり、演算部２４からの出力指令に応じて作業者に向けて可視画像または音声の出力を行う。

図２は、図１の動力伝達部１２における運動変換特性の一例を示す図である。グラフの横軸はモータ１６の位置（単位：度）を示すと共に、グラフの縦軸は制御軸１４の位置（単位：度）を示している。図２に示す運動変換特性４０は、モータ１６の位置を制御軸１４の位置に変換するための変換特性である。なお、位置の単位は角度（例えば、度）に限られず、位置を特定可能な別の単位（例えば、ｍｍ）であってもよい。

図２から理解されるように運動変換特性４０は非線形性を有しているので、動力伝達部１２は、不等速性を有するいわゆる不等速変速機構（可変ギア機構）である。つまり、モータ１６の位置に応じてモータ１６の速度と制御軸１４の速度との比（ギア比）が変動する。不等速性を有する動力伝達部１２として、クランク機構、ナックルジョイント機構、リンク機構（具体的には、クリーブランド、ウィットウォース等）を含む様々な機械構造を採用してもよい。なお、動力伝達部１２は、ギア比が一定のものであってもよい。ギア比が一定の動力伝達部１２を用いる場合は、このギア比は、１：１以外のもの（例えば、２：１、３：１等）であってもよい。

図３は、図１の動力伝達部１２における運動変換特性の他の一例を示す図である。グラフの横軸は制御軸１４の位置（単位：度）を示すと共に、グラフの縦軸はギア比（単位：なし）を示している。図３に示す運動変換特性６２は、モータ１６の位置を制御軸１４の位置に変換するための変換特性であり、図２に示す運動変換特性４０と実質的に同一である。

＜制御装置１０の動作＞
第１の実施の形態における制御装置１０は、以上のように構成される。続いて、制御装置１０の動作を図４のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。本第１の実施の形態では、パルスコーダ２２およびロータリエンコーダ２６の検出結果を利用して、制御軸１４の状態を二重にチェックし、ロータリエンコーダ２６または動力伝達部１２に異常があるか否かを判定する。

図４のステップＳ１において、位置制御部３４は、制御軸１４の位置が指令値となるようにモータ１６を駆動させる。位置制御部３４は、記憶部３０に記憶された制御軸１４を制御するためのプログラムを解析することで指令値を取得する。

次いで、ステップＳ２において、演算部２４は、ロータリエンコーダ２６に対して計測動作を指示する旨の制御信号を供給する。ロータリエンコーダ２６は、演算部２４からの指示に応じて所定の計測タイミングで、制御軸１４の位置を示す第１検出信号Ｓｄ１を出力する。その後、演算部２４は、ロータリエンコーダ２６から第１検出信号Ｓｄ１を取得した後、記憶部３０に一時的に記憶させる。

ステップＳ３において、演算部２４は、パルスコーダ２２に対して計測動作を指示する旨の制御信号を供給する。パルスコーダ２２は、演算部２４からの指令に応じて所定の計測タイミングで、モータ１６の位置を示すモータ位置信号Ｓｐｍを出力する。その後、演算部２４は、駆動回路２８を通じてパルスコーダ２２からモータ位置信号Ｓｐｍを取得した後、記憶部３０に一時的に記憶させる。

ステップＳ４において、演算部２４の位置変換部３６は、ステップＳ３で取得されたモータ位置信号Ｓｐｍを、記憶部３０から読み出した運動変換特性４０（または６２）を用いて順変換することで、制御軸１４の位置に対応する第２検出信号Ｓｄ２を生成する。ここで、運動変換特性４０、６２は、例えばテーブルまたは関数により特定される。例えば、図２に示すような運動変換特性４０をテーブルによって特定する場合は、モータ１６の位置と制御軸１４の位置との関係が一対一応で記憶部３０に記憶されており、関数によって特定される場合は、運動変換特性４０を示す関数が記憶部３０に記憶されている。これにより、制御軸１４の状態をダブルチェック（二重にチェック）することができる。

なお、パルスコーダ２２およびロータリエンコーダ２６の取り付け誤差、動力伝達部１２の各構成の取り付け誤差やばらつき等が一切ない場合（理想状態の場合）で、且つ、動力伝達部１２およびロータリエンコーダ２６が正常の場合は、ステップＳ２で取得した第１検出信号Ｓｄ１と第２検出信号Ｓｄ２とは一致する。なお、本第１の実施の形態では、パルスコーダ２２は正常のものとして扱う。

ステップＳ５において、演算部２４の異常判定部３８は、ステップＳ２で取得した第１検出信号Ｓｄ１に基づく制御軸１４の位置（第１の位置）およびステップＳ４で生成された第２検出信号Ｓｄ２に基づく制御軸１４の位置（第２の位置）の各々が正常の範囲内にあるか否かの判断を行う。

ステップＳ５で、異常判定部３８が、第１検出信号Ｓｄ１に基づく制御軸１４の位置および第２検出信号Ｓｄ２に基づく制御軸１４の位置がともに正常の範囲内にあると判断すると、制御軸１４が正常と判定し（ステップＳ６）、本動作を終了する。一方、ステップＳ５において、異常判定部３８が、第１検出信号Ｓｄ１に基づく制御軸１４の位置および第２検出信号Ｓｄ２に基づく制御軸１４の位置の少なくとも一方が正常の範囲内にないと判断すると、ロータリエンコーダ２６および動力伝達部１２の少なくとも一方が異常と判定し（ステップＳ７）、ステップＳ８に進む。なお、正常の範囲は、予め決められた値（パラメータ等）であり、所定の範囲を示す情報は、例えば、記憶部３０等の記憶媒体に記憶されている。また、異常判定部３８は、制御軸１４が異常である場合、ロータリエンコーダ２６および動力伝達部１２の少なくとも一方が異常であるかを切り分けて判定してもよい。

ステップＳ８において、演算部２４は、報知部３２に対して報知動作を指示する旨の制御信号を供給する。これにより、報知部３２は、演算部２４からの指示に応じた警告画面の表示または警告音の出力を行って、異常が発生した旨を作業者に報知する。

なお、図４のフローチャートのステップＳ５においては、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２に基づく位置を用いて正常か異常かを判定したが、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２から算出した値を用いて正常か異常かを判定してもよい。以下、その変形例（第１変形例〜第３変形例）を詳しく説明するが、それ以外の方法で正常か異常かを判定してもよい。つまり、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２を用いて正常か異常かを判定するものであればよい。

＜第１変形例＞
第１変形例では、制御軸１４の速度を用いる。ロータリエンコーダ２６によって前回検出された制御軸１４の位置をＰＯＳ１＿ＯＬＤ（時点：ｔ）とし、ロータリエンコーダ２６によって今回検出された制御軸１４の位置をＰＯＳ１＿ＮＥＷ（時点：ｔ＋Δｔ）とすると、第１検出信号Ｓｄ１を用いて算出される制御軸１４の速度（第１の速度）Ｖ１は、次の（１）式で求められる。この制御軸１４の位置は、第１検出信号Ｓｄ１に基づいて特定される。
Ｖ１＝（ＰＯＳ１＿ＮＥＷ−ＰＯＳ１＿ＯＬＤ）／Δｔ ‥‥（１）

一方、パルスコーダ２２によって前回検出されたモータ１６の位置をＰＯＳ２＿ＯＬＤ（時点：ｔ）とし、パルスコーダ２２によって今回検出されたモータ１６の位置をＰＯＳ２＿ＮＥＷ（時点：ｔ＋Δｔ）とすると、第２検出信号Ｓｄ２を用いて算出される制御軸１４の速度（第２の速度）Ｖ２は、次の（２）式で求められる。ここで、Ｆ（ ）は、動力伝達部１２の運動変換特性４０（順変換）を示す演算子である。モータ１６の位置は、モータ位置信号Ｓｐｍに基づいて特定される。
Ｖ２＝｛Ｆ（ＰＯＳ２＿ＮＥＷ）−Ｆ（ＰＯＳ２＿ＯＬＤ）｝／Δｔ ‥‥（２）

異常判定部３８は、図４のステップＳ５において、まず、（１）式および（２）式を用いて、速度Ｖ１、Ｖ２を算出する。そして、異常判定部３８は、速度Ｖ１、Ｖ２がともに正常の範囲内にあるかどうかを判断する。本変形例１では、正常の範囲は、閾値（上限値）Ｖｅｒｒ以下とする。したがって、異常判定部３８は、Ｖ１≦Ｖｅｒｒ，且つ，Ｖ２≦Ｖｅｒｒ、の場合は、制御軸１４が正常であると判定する。また、異常判定部３８は、Ｖ１≦Ｖｅｒｒ，且つ，Ｖ２≦Ｖｅｒｒ、の関係を満たさない場合は、制御軸１４が異常であると判定する。ここで、Ｖｅｒｒは、任意の値であり、許容される速度誤差の上限値に相当する。

＜第２変形例＞
第２変形例として、制御軸１４の位置偏差を用いる。ここで、「位置偏差」とは、位置制御部３４による指令値との間の位置の乖離量を意味する。直近の制御軸１４に対する指令値（制御軸１４に対する指令位置）をＰＯＳ１＿ＣＭＤとし、指令値に応じた制御軸１４の実際の位置をＰＯＳ１＿ＴＭＰとすると、制御軸１４の位置偏差（第１の位置偏差）ＤＰ１は、次の（３）式で求められる。このＰＯＳ１＿ＴＭＰは、ロータリエンコーダ２６によって検出された制御軸１４の位置であり、ロータリエンコーダ２６から出力された第１検出信号Ｓｄ１に基づいて特定される。
ＤＰ１＝ＰＯＳ１＿ＴＭＰ−ＰＯＳ１＿ＣＭＤ ‥‥（３）

一方、パルスコーダ２２によって検出されたモータ１６の実際の位置をＰＯＳ２＿ＴＭＰとすると、制御軸１４の位置偏差（第２の位置偏差）ＤＰ２は、次の（４）式で求められる。モータ１６の位置は、モータ位置信号Ｓｐｍに基づいて特定される。
ＤＰ２＝Ｆ（ＰＯＳ２＿ＴＭＰ）−ＰＯＳ１＿ＣＭＤ ‥‥（４）

異常判定部３８は、図４のステップＳ５において、まず、（３）式および（４）式を用いて、位置偏差ＤＰ１、ＤＰ２を算出する。そして、異常判定部３８は、位置偏差ＤＰ１、ＤＰ２がともに正常の範囲内にあるかどうかを二重に判断する。本変形例２では、正常の範囲は、閾値（上限値）ＤＰｅｒｒ以下とする。したがって、異常判定部３８は、ＤＰ１≦ＤＰｅｒｒ，且つ，ＤＰ２≦ＤＰｅｒｒ、の場合は、制御軸１４が正常であると判定する。また、異常判定部３８は、ＤＰ１≦ＤＰｅｒｒ，且つ，ＤＰ２≦ＤＰｅｒｒ、の関係を満たさない場合は、制御軸１４が異常であると判定する。ここで、ＤＰｅｒｒは、任意の値であり、許容される位置偏差誤差の上限値に相当する。

＜第３変形例＞
第３変形例として、制御軸１４の加速度を用いる。上記した第１変形例の手法を用いて、前回算出された制御軸１４の速度Ｖ１をＶ１＿ＯＬＤ（時点：ｔ）とし、今回算出された制御軸１４の速度Ｖ１をＶ１＿ＮＥＷ（時点：ｔ＋Δｔ）とすると、第１検出信号Ｓｄ１に基づいて算出される制御軸１４の加速度（第１の加速度）Ａ１は、次の（５）式で求められる。
Ａ１＝（Ｖ１＿ＮＥＷ−Ｖ１＿ＯＬＤ）／Δｔ ‥‥（５）

一方、上記した第１変形例の手法を用いて、前回算出された制御軸１４の速度Ｖ２をＶ２＿ＯＬＤ（時点：ｔ）とし、今回算出された制御軸１４の速度Ｖ２をＶ２＿ＮＥＷ（時点：ｔ＋Δｔ）とすると、第２検出信号Ｓｄ２（モータ位置信号Ｓｐｍ）に基づいて算出される制御軸１４の加速度（第２の加速度）Ａ２は、次の（６）式で求められる。
Ａ２＝（Ｖ２＿ＮＥＷ−Ｖ２＿ＯＬＤ）／Δｔ ‥‥（６）

異常判定部３８は、図４のステップＳ５において、まず、（１）式、（２）式、（５）式、および、（６）式を用いて、加速度Ａ１、Ａ２を算出する。そして、異常判定部３８は、加速度Ａ１、Ａ２がともに正常の範囲内にあるかどうかを二重に判断する。本変形例３では、正常の範囲は、閾値（上限値）Ａｅｒｒ以下とする。したがって、異常判定部３８は、Ａ１≦Ａｅｒｒ，且つ，Ａ２≦Ａｅｒｒ、の場合は、制御軸１４が正常であると判定する。また、異常判定部３８は、Ａ１≦Ａｅｒｒ，且つ，Ａ２≦Ａｅｒｒ、の関係を満たさない場合は、制御軸１４が異常であると判定する。ここで、Ａｅｒｒは、任意の値であり、許容される加速度誤差の上限値に相当する。

なお、動力伝達部１２は、不等速性を有する動力伝達部（動力伝達部）としたが、動力伝達部１２は、ギア比が一定の動力伝達部であってもよい。この場合であっても、記憶部３０には、ギア比が一定となる動力伝達部１２の運動変換特性が記憶されている。

［変形例］
上記第１の実施の形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）変形例１においては、動力伝達部１２は、モータ１６の回転方向の動力を直進方向（軸方向）の動力に変換して制御軸１４に伝達させる。したがって、制御軸１４が軸方向に沿って直進移動する。この場合は、ロータリエンコーダ２６の代わりに制御軸１４の軸方向における位置を検出することができる変位センサ等の位置検出部を設けることになる。この位置検出部によって検出された検出信号が第１検出信号Ｓｄ１となる。また、変形例１においては、記憶部３０には、モータ１６の回転方向における位置を制御軸１４の軸方向における位置に変換する動力伝達部１２の運動変換特性が記憶されている。動力伝達部１２の制御軸１４が軸方向に沿って移動するものであっても、上記第１の実施の形態と同様に、制御軸１４が異常であるか否かを二重に判定することができる。なお、変形例１の動力伝達部１２も、不等速性を有するいわゆる不等速変速機構であってもよく、ギア比が一定の変速機構であってもよい。

（変形例２）上記第１の実施の形態では、説明をわかり易くするために、パルスコーダ２２は正常なものとして説明したが、パルスコーダ２２も故障する虞がある。したがって、制御装置１０の異常判定部３８は、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２に基づくそれぞれの位置が正常の範囲内にない場合は、制御軸１４が異常であると判定した上で、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、および、動力伝達部１２の少なくとも１つが異常であるかを切り分けて判定してもよい。また、制御装置１０の異常判定部３８は、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２の各々から算出された速度Ｖ１、Ｖ２、加速度Ａ１、Ａ２、または、位置偏差ＤＰ１、ＤＰ２が、正常の範囲内にない場合は制御軸１４が異常であると判定してもよい。

＜第１の実施の形態（変形例も含む）による効果＞
以上のように、制御装置１０は、［１］不等速性を有しまたはギア比が一定の動力伝達部１２の制御軸１４に対して動力を付与するためのモータ１６と、［２］制御軸１４の位置を検出し、検出した位置を示す第１検出信号Ｓｄ１を出力するロータリエンコーダ２６と、［３］モータ１６の位置を検出し、検出した位置を示すモータ位置信号Ｓｐｍを出力するパルスコーダ２２と、［４］出力されたモータ位置信号Ｓｐｍを動力伝達部１２の運動変換特性４０を用いて順変換することで、制御軸１４の位置に対応する第２検出信号Ｓｄ２を出力する位置変換部３６と、［５］出力された第１検出信号Ｓｄ１と第２検出信号Ｓｄ２とを用いて、制御軸１４が異常か否かを二重に判定する異常判定部３８と、を備える。

また、この制御装置１０を用いる制御方法は、［１］ロータリエンコーダ２６が、制御軸１４の位置を検出し、検出した位置を示す第１検出信号Ｓｄ１を出力する第１出力ステップ（Ｓ２）と、［２］パルスコーダ２２が、モータ１６の位置を検出し、検出した位置を示すモータ位置信号Ｓｐｍを出力する第２出力ステップ（Ｓ３）と、［３］出力されたモータ位置信号Ｓｐｍを動力伝達部１２の運動変換特性４０を用いて順変換することで、制御軸１４の位置に対応する第２検出信号Ｓｄ２を出力する変換ステップ（Ｓ４）と、［４］出力された第１検出信号Ｓｄ１と第２検出信号Ｓｄ２とを用いて、制御軸１４が異常か否かを二重に判定する異常判定ステップ（Ｓ５〜Ｓ７）と、を備える。

このように、パルスコーダ２２からのモータ位置信号Ｓｐｍを動力伝達部１２の運動変換特性４０を用いて順変換して、制御軸１４の位置に対応する第２検出信号Ｓｄ２を出力するようにした。これにより、他の検出器（センサ）を新たに追加することなく第１検出信号Ｓｄ１の妥当性判定に供される参照値（つまり、第２検出信号Ｓｄ２）を取得可能である。つまり、制御軸１４の位置を検出するセンサを別途設けることなく、制御軸１４の状態をダブルチェックすることができる。また、装置構成を簡易にしながらも様々な動力伝達部１２に対して汎用的に適用できる。

異常判定部３８は、第１検出信号Ｓｄ１に基づく制御軸１４の第１の位置および第２検出信号Ｓｄ２に基づく制御軸１４の第２の位置の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、制御軸１４の位置が正常な範囲内であるか否かを二重で監視できる。そして、異常判定部３８は、第１の位置および第２の位置のうち一方のみが正常の範囲内にない場合は、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、および、動力伝達部１２の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。これにより、簡単に、且つ、精度よく、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、または、動力伝達部１２の異常を判定することができる。

異常判定部３８は、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２の各々から制御軸１４の速度を算出し、第１検出信号Ｓｄ１に基づいて算出された第１の速度Ｖ１および第２検出信号Ｓｄ２に基づいて算出された第２の速度Ｖ２の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、制御軸１４の速度が正常な範囲内であるか否かを二重で監視できる。そして、異常判定部３８は、第１の速度Ｖ１および第２の速度Ｖ２のうち一方のみが正常の範囲内にない場合は、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、および、動力伝達部１２の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。これにより、簡単に、且つ、精度よく、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、または、動力伝達部１２の異常を判定することができる。

異常判定部３８は、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２の各々から制御軸１４の加速度を算出し、第１検出信号Ｓｄ１に基づいて算出された第１の加速度Ａ１および第２検出信号Ｓｄ２に基づいて算出された第２の加速度Ａ２の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、制御軸１４の加速度が正常な範囲内であるか否かを二重で監視できる。そして、異常判定部３８は、第１の加速度Ａ１および第２の加速度Ａ２のうち一方のみが正常の範囲内にない場合は、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、および、動力伝達部１２の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。これにより、簡単に、且つ、精度よく、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、または、動力伝達部１２の異常を判定することができる。

異常判定部３８は、第１検出信号Ｓｄ１および第２検出信号Ｓｄ２の各々から制御軸１４の指令位置に対する制御軸１４の位置偏差を算出し、第１検出信号Ｓｄ１に基づいて算出された制御軸１４の第１の位置偏差ＤＰ１および第２検出信号Ｓｄ２に基づいて算出された制御軸１４の第２の位置偏差ＤＰ２の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断してもよい。これにより、制御軸１４の位置偏差が正常な範囲内であるか否かを二重で監視できる。そして、異常判定部３８は、第１の位置偏差ＤＰ１および第２の位置偏差ＤＰ２のうち一方のみが、正常の範囲内にない場合は、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、および、動力伝達部１２の少なくとも１つが異常であると判定してもよい。これにより、簡単に、且つ、精度よく、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、または、動力伝達部１２の異常を判定することができる。

位置変換部３６は、テーブルまたは関数により特定される運動変換特性４０（または６２）を用いて第２検出信号Ｓｄ２を出力してもよい。これにより、モータ位置信号Ｓｐｍから制御軸１４の位置を示す第２検出信号Ｓｄ２を精度よく生成することができる。

［第２の実施の形態］
続いて、第２の実施の形態における制御装置７０について、図５を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態に示す制御装置１０と同様の構成には同一の参照符号を付すると共に、その構成の説明を省略する場合がある。

＜制御装置７０の構成および動作＞
図５は、本発明の第２の実施の形態における制御装置７０のブロック図である。制御装置７０は、第１の実施の形態と同様に、動力伝達部１２の制御軸１４に対して動力を付与するためのモータ１６を制御する装置である。

制御装置７０は、モータ１６、パルスコーダ２２、ロータリエンコーダ２６、駆動回路２８、記憶部３０、報知部３２の他、互いに接続された２つの演算部７２、７４を含んで構成される。

演算部７２、７４は、異なるプロセッサ、或いは同一のプロセッサの異なるコアによって構成されている。一方の演算部７２は、記憶部３０に格納された基本プログラムを読み出し実行することで、位置制御部３４と、位置変換部３６と、異常判定部７６を含む各機能を実現可能である。他方の演算部７４は、記憶部３０に格納された基本プログラムを読み出し実行することで、少なくとも位置変換部７８および異常判定部８０を含む各機能を実現可能である。これにより、独立性が一層高いダブルチェックを行うことができる。

位置変換部７８は、位置変換部３６と同等の機能を有し、異常判定部７６、８０は、原則として第１の実施の形態で説明した異常判定部３８が有する機能を少なくとも含む。つまり、位置変換部７８は、パルスコーダ２２が検出したモータ位置信号Ｓｐｍに基づいて、第２検出信号Ｓｄ２を算出する。また、演算部７２、７４の異常判定部７６、８０は、ロータリエンコーダ２６が検出した第１検出信号Ｓｄ１と、位置変換部３６、７８が算出した第２検出信号Ｓｄ２とを用いて、制御軸１４が正常か異常かを二重に判定する。

また、異常判定部７６は、他方の異常判定部８０から、異常判定部８０の判定結果（異常か正常か）を取得し、自身の判定結果と異常判定部８０の判定結果とが一致するか否かを判定する。これにより、正常か異常かを判定する側（演算部７２、７４）が正常か異常かを判定することができる。そして、異常判定部７６は、異常判定部７６、８０の各々の判定結果が一致しないと判断した場合は、演算部７２、７４の少なくとも一方に異常があると判定し、その旨を報知部３２を介して作業者に報知する。

なお、異常判定部７６は、異常判定部７６、８０の各々で算出された制御軸１４の速度Ｖ１、Ｖ２、位置偏差ＤＰ１、ＤＰ２、または、加速度Ａ１、Ａ２が互いに一致するか否かを判断してもよい。異常判定部７６は、速度Ｖ１、Ｖ２、位置偏差ＤＰ１、ＤＰ２、または、加速度Ａ１、Ａ２が互いに一致しないと判断した場合は、演算部７２、７４の少なくとも一方に異常があると判定し、その旨を作業者に報知してもよい。また、異常判定部７６が、異常判定部７６、８０の少なくとも一方に異常があるか否かを判定したが、異常判定部８０が、異常判定部７６、８０の少なくとも一方に異常があるか否かを判定してもよい。この場合は、異常判定部８０は、異常があると判定すると、その旨を報知部３２を介して作業者に報知する。

＜第２の実施の形態による効果＞
以上のように、制御装置７０は、２つの演算部７２、７４を有する。演算部７２は、位置変換部３６および異常判定部７６を有し、演算部７４は、位置変換部７８および異常判定部８０を有する。２つの演算部７２、７４の各々の少なくとも一方は、２つの演算部７２、７４の各々の異常判定部７６、８０の判定結果が一致しない場合は、２つの演算部７２、７４の少なくとも一方が異常であると判定する（第２の異常判定ステップ）。これにより、制御軸１４の異常を判断する側の演算部７２、７４が正常であるか否かを判定することができる。したがって、制御装置７０の異常判定の信頼性が向上する。

［備考］
なお、この発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。或いは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。

１０、７０…制御装置 １２…動力伝達部
１４…制御軸 １６…モータ
１８…主軸 ２０…伝達部
２２…パルスコーダ（モータ位置検出部） ２４、７２、７４…演算部
２６…ロータリエンコーダ（位置検出部） ２８…駆動回路 ３０…記憶部 ３２…報知部 ３４…位置制御部 ３６、７８…位置変換部 ３８、７６、８０…異常判定部 ４０、６２…運動変換特性

Claims (14)

1. 不等速性を有しまたはギア比が一定の動力伝達部の制御軸に対して動力を付与して、制御軸の状態を二重にチェックする制御装置であって、
   前記制御軸に対して動力を付与するためのモータと、
   前記制御軸の位置を検出し、検出した位置を示す第１検出信号を出力する位置検出部と、
   前記モータの位置を検出し、検出した位置を示すモータ位置信号を出力するモータ位置検出部と、
   前記モータ位置検出部により出力された前記モータ位置信号を前記動力伝達部の運動変換特性を用いて順変換することで、前記制御軸の位置に対応する第２検出信号を出力する位置変換部と、
   前記位置検出部から出力された前記第１検出信号と、前記位置変換部から出力された前記第２検出信号とを用いて、前記制御軸の状態が異常か否かを二重に判定する異常判定部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記異常判定部は、前記第１検出信号に基づく前記制御軸の第１の位置および前記第２検出信号に基づく前記制御軸の第２の位置の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御装置。
3. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記異常判定部は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御装置。
4. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記異常判定部は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の加速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の加速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の加速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御装置。
5. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記異常判定部は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の指令位置に対する前記制御軸の位置偏差を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第１の位置偏差および前記第２検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第２の位置偏差の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記位置変換部は、テーブルまたは関数により特定される前記運動変換特性を用いて前記第２検出信号を出力することを特徴とする制御装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置において、
   ２つの演算部を有し、
   前記２つの演算部の各々は、前記位置変換部および前記異常判定部を有し、
   前記２つの演算部の各々の少なくとも一方は、前記２つの演算部の各々の前記異常判定部の判定結果が一致しない場合は、前記２つの演算部の少なくとも一方が異常であると判定する
   ことを特徴とする制御装置。
8. 不等速性を有しまたはギア比が一定の動力伝達部の制御軸に対して動力を付与するためのモータを用いる制御方法であって、
   位置検出部が、前記制御軸の位置を検出し、検出した位置を示す第１検出信号を出力する第１出力ステップと、
   モータ位置検出部が、前記モータの位置を検出し、検出した位置を示すモータ位置信号を出力する第２出力ステップと、
   出力された前記モータ位置信号を前記動力伝達部の運動変換特性を用いて順変換することで、前記制御軸の位置に対応する第２検出信号を出力する変換ステップと、
   出力された前記第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて、前記制御軸の状態が異常か否かを二重に判定する異常判定ステップと、
   を含むことを特徴とする制御方法。
9. 請求項８に記載の制御方法であって、
   前記異常判定ステップは、前記第１検出信号に基づく前記制御軸の第１の位置および前記第２検出信号に基づく前記制御軸の第２の位置の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御方法。
10. 請求項８に記載の制御方法であって、
    前記異常判定ステップは、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御方法。
11. 請求項８に記載の制御方法であって、
    前記異常判定ステップは、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の加速度を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された第１の加速度および前記第２検出信号に基づいて算出された第２の加速度の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御方法。
12. 請求項８に記載の制御方法であって、
    前記異常判定ステップは、前記第１検出信号および前記第２検出信号の各々から前記制御軸の指令位置に対する前記制御軸の位置偏差を算出し、前記第１検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第１の位置偏差および前記第２検出信号に基づいて算出された前記制御軸の第２の位置偏差の各々が、予め決められた正常の範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする制御方法。
13. 請求項８〜１２のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記変換ステップは、テーブルまたは関数により特定される前記運動変換特性を用いて前記第２検出信号を出力することを特徴とする制御方法。
14. 請求項８〜１２のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記変換ステップおよび前記異常判定ステップは、２つの演算部でそれぞれ実行され、
    前記２つの演算部の各々で実行された前記異常判定ステップの判定結果が一致しない場合は、前記２つの演算部のうち少なくとも一方が異常であると判定する第２の異常判定ステップを含む
    ことを特徴とする制御方法。

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