JP2019193510A

JP2019193510A - 機械状態監視装置

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Publication number: JP2019193510A
Application number: JP2018086752A
Authority: JP
Inventors: 幸次郎酒井; Kojiro Sakai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: CN110412940B; US20190332090A1; DE102019002846A1; JP6787945B2; US11340580B2; CN110412940A

Abstract

【課題】工作機械の状態を容易に管理することが出来る、機械状態監視装置を提供すること。【解決手段】機械状態監視装置１００は、工作機械のモータ駆動装置１０に対する機械状態監視装置である。モータ駆動装置は、モータ３０と、電源電圧を調整してモータへ電力を供給するためのコンバータ１１及びインバータ１２と、モータ駆動装置の入力電圧を取得することによって、モータ駆動装置の停電を検出する停電検出部１５と、検出部の検出結果に基づいて停電の開始時刻と終了時刻とを送信する通信部１７と、を備える。機械状態監視装置１００は、複数の工作機械１〜ｎの夫々に設けられた、モータ駆動装置の通信部１７から、停電の開始時刻及び終了時刻の情報を受信する通信部１２０と、情報を記憶する記憶部１３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、機械状態監視装置に関する。

工作機械には、工作機械のモータを駆動するためのモータ駆動装置が備えられている。モータ駆動装置は交流電源に接続されており、電源電流はコンバータやインバータを介して調整された後モータへ入力される。モータは工作機械の駆動軸に接続されているため、工作機械が正常に運転するには、モータ駆動装置の電源を正常に保つ必要がある。

しかしながら、モータ駆動装置の電源に異常が生じた場合、例えば、停電が生じた場合には、電源電圧の不足によってモータが停止する。特許文献１に記載の工作機械は、電源の異常を検知するために、電源の電圧を監視し、停電の検出に応じて、モータを即座に停止させたり退避させたりする保護動作を行うことで、工作機械の破損を防ぐ。

特開２０１７−２８７９３号公報

しかし、特許文献１等の一般的な技術では、保護動作が行われた後に電源が落ち、その後、初期状態の設定で復電するため、オペレータは、工作機械が復電した理由を知ることが出来ない場合がある。また、オペレータが複数の工作機械を管理する場合、夫々の工作機械に対して、個別に停電が生じたか否かを確認する必要があり、管理が煩雑になる場合があった。

本発明は、工作機械の状態を容易に管理することが出来る、機械状態監視装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る機械状態監視装置１００は、工作機械のモータ駆動装置（例えば、後述のモータ駆動装置１０）に対する機械状態監視装置であって、モータ駆動装置は、モータ（例えば、後述のモータ３０）と、電源電圧を調整して前記モータへ電力を供給するためのコンバータ（例えば、後述のコンバータ１１）及びインバータ（例えば、後述のインバータ１２）と、前記モータ駆動装置の入力電圧を取得することによって、前記モータ駆動装置の停電を検出する検出部（例えば、後述の停電検出部１５）と、前記検出部の検出結果に基づいて前記停電の開始時刻と終了時刻とを送信する送信部（例えば、後述の通信部１７）と、を備え、複数の工作機械（例えば、後述の工作機械１〜ｎ）の夫々に設けられた、前記モータ駆動装置の送信部から、前記停電の開始時刻及び終了時刻の情報を受信する受信部（例えば、後述の通信部１２０）と、前記情報を記憶する記憶部（例えば、後述の記憶部１３０）と、を備えることを特徴とする。

（２）（１）に記載の前記送信部は、前記停電の開始時刻から終了時刻までの間における前記工作機械を保護するための保護動作の完了の有無の情報を送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記憶してもよい。

（３）（１）又は（２）に記載の前記送信部は、前記停電の検出時における前記工作機械の加工状態の情報を更に前記機械状態監視装置へ送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記憶してもよい。

（４）（１）から（３）のいずれかに記載の前記送信部は、前記停電の開始時刻における前記入力電圧の波形の情報を更に前記機械状態監視装置へ送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記録してもよい。

（５）（１）から（４）のいずれかに記載の前記送信部は、前記停電の開始時刻から終了時刻までの間において、前記工作機械を保護するための保護動作が行われる場合、前記保護動作の間の、前記モータのスピード、前記モータのトルク、及び、前記コンバータの出力電圧のうちの少なくとも一つの情報を更に前記機械状態監視装置へ送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記録してもよい。

（６）（１）から（５）のいずれかに記載の前記送信部は、前記停電が終了し、前記工作機械の復電の後に、前記情報を再度前記機械状態監視装置へ送信してもよい。

（７）（１）から（６）のいずれかに記載の前記モータ駆動装置は、蓄電手段を有する停電対策装置（例えば、後述の停電対策装置４０）を更に備え、前記送信部は、前記蓄電手段の蓄電量の情報を送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記憶してもよい。

（８）（１）から（７）のいずれかに記載の機械状態監視装置１００は、複数の工作機械を制御する制御部（例えば、後述の制御部１１０）を更に備え、前記制御部は、前記検出部が停電を検出するときの電圧を、前記複数の工作機械の夫々の検出部に対して設定してもよい。

本発明によれば、工作機械の状態を容易に管理することが出来る、機械状態監視装置を提供することが出来る。

本発明の第１の実施形態に係る機械状態監視装置を含むシステムの全体を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る監視処理を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る機械状態監視装置を含むシステムの全体を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る監視処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る機械状態監視装置を含むシステムの全体を示すブロック図である。機械状態監視装置１００は、複数の工作機械１〜ｎの稼働状態を監視する装置であって、工作機械１〜ｎに通信可能に接続されている。以下では、複数の工作機械１〜ｎを区別しない場合、工作機械１として説明する。なお、ここでの工作機械とは、典型的には、各種加工を行う加工機であるが、これ以外にも、直接的に加工は行わない搬送機構や移動機構などを広く含む。

機械状態監視装置１００は、制御部１１０、通信部１２０、及び記憶部１３０を備える。制御部１１０は、機械状態監視装置１００の全体の動作を制御する。通信部１２０は、複数の工作機械１〜ｎから送信された情報を受信し、制御部１１０は、受信した情報を記憶部１３０へ記憶させる。制御部１１０は、記憶部１３０に記憶された情報に基づいて、工作機械１に対して所定の制御を行う。

工作機械１は、モータ駆動装置１０、電源２０、及びモータ３０を備える。モータ駆動装置１０は、電源２０に接続されており、電源２０から入力される交流電圧は、コンバータ１１とインバータ１２とを介して調整された後、モータ３０へ入力される。モータ３０は、図示しない駆動軸に接続されており、モータ３０が駆動軸を駆動することによって工具を制御し、工作機械１はワークの切削や溶接などの種々の加工を行う。

停電検出部１５は、電源２０とコンバータ１１との間に接続されており、電源２０からモータ駆動装置１０への入力電圧を取得する。停電検出部１５は、入力電圧の値に基づいて電源２０の状態を検出し、例えば入力電圧が著しく低下した場合、電源２０が停電していること（以下、「停電状態」と称する。）を検出する。なお、停電状態を検出する電圧は、工作機械１〜ｎ毎に異なる値であってもよい。

また、停電検出部１５は、制御部１３，１４に接続されており、停電検出部１５において検出された電圧の情報は制御部１３，１４に伝達される。制御部１３，１４に伝達された電圧の情報は、コントローラ１６の記憶部１８に一時的に記憶された後、通信部１７によって、機械状態監視装置１００へ送信される。

コンバータ１１は制御部１３に、インバータ１２は制御部１４に接続されている。制御部１３，１４は、コントローラ１６を介して機械状態監視装置１００によっても制御され得る。例えば、機械状態監視装置１００の制御部１１０は、停電検出部１５が停電状態を検出するときの電圧を、複数の工作機械１〜ｎの夫々の停電検出部１５に対して、同一の電圧、或いは、各々異なる電圧等、任意の電圧に一括して設定可能である。

コンバータ１１は電源２０から供給される交流電圧を直流電圧に変換して、インバータ１２へ入力する。インバータ１２は、コンバータ１１が出力した直流電圧を、モータ３０を駆動させるための所定の電圧及び所定の周波数の交流電圧に変換する。これにより、モータ３０は、任意の電圧及び周波数の交流電圧に基づいて動作する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る監視処理を示すフローチャートである。監視処理は、工作機械１の電源が入れられると開始し、電源が切られると終了する。監視処理を実行するためのプログラム（以下、「監視処理プログラム」と称する。）は、記憶部１３０に記録されている。

監視処理は、停電検出部１５が、電源２０からの入力電圧を取得することによって電源２０の状態を監視し、電源２０の異常を検出した場合、機械状態監視装置１００は以下に詳述する所定の処理を行う。なお、図示の都合上、工作機械１についての監視処理を説明するが、実際の監視処理は、工作機械１〜ｎに対して並行に行われる。

ステップＳ１１において、停電検出部１５は電源２０からの入力電圧を取得する。ステップＳ１２において、停電検出部１５は、取得した電圧が所定値未満であるか否か判定する。ここで、本実施形態における所定値とは、モータ駆動装置１０が動作不能となるような低電圧を指し、例えば停電状態の電圧である。ステップＳ１２において、入力電圧が所定値以上であるときはステップＳ１１の処理を繰り返す。ステップＳ１２において、入力電圧が所定値未満、即ち停電状態であると判定されると、処理はステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３において、モータ駆動装置１０は、コントローラ１６の通信部１７から、機械状態監視装置１００へ、入力電圧とその波形、停電状態が検出された時刻、及び停電状態が検出されたときの加工状態、の全て又は少なくとも何れか一つの情報を送信する。機械状態監視装置１００は、通信部１２０においてこれらの情報を受信し、受信された情報は記憶部１３０に記憶される。情報は、複数の工作機械１〜ｎの夫々に対応付けて個別に記録される。なお、加工状態とは、例えば、工具のワークに対する位置情報や、加工の段階を示す情報である。

ステップＳ１４において、入力電圧が所定値以上か否か判定される。所定値未満であるとき、処理はステップＳ１３に戻り、送受信の処理が行われる。ステップＳ１４において、入力電圧が所定値以上であると判定されると、処理はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、モータ駆動装置１０は、コントローラ１６の通信部１７から、機械状態監視装置１００へ、ステップＳ１３において送受信した情報と同一の情報、及び、停電状態から復電した時刻の情報を送信する。機械状態監視装置１００は、通信部１２０においてこれらの情報を受信し、受信された情報は記憶部１３０に記憶される。情報は、複数の工作機械１〜ｎの夫々に対応付けて個別に記憶される。

このように、ステップＳ１５において、ステップＳ１３において送受信される情報を、停電が終了して工作機械１の復電の後に、再度、機械状態監視装置１００へ送信する。この場合、情報は、取得された時点で記憶部１８に一旦記録され、ステップＳ１４において工作機械が復旧したと判定された後、通信部１７は当該記憶部の情報を、機械状態監視装置１００へ送信する。

ステップＳ１６において、終了条件を満たすか否かが判定される。工作機械１の電源が切られた場合、終了条件を満たすと判定されて監視処理は終了する。一方、工作機械１の電源が切られていない場合、処理はステップＳ１１に戻り、監視処理が継続される。

図３及び図４を参照して、第２の実施形態に係る機械状態監視装置及びその監視処理について説明する。第１の実施形態との違いは、モータ駆動装置１０に停電対策装置４０が設けられ、また、監視処理において保護動作が追加される。なお、第１の実施形態と同一の構成及び同一の処理には、同一の符号が付されている。

図３は、第２の実施形態に係る機械状態監視装置１００の全体を示すブロック図である。図３において、停電対策装置４０は、モータ駆動装置１０に接続されており、図示しない蓄電手段としてのコンデンサを有している。停電対策装置４０は、停電検出部１５から停電状態を示す信号を受信すると、モータ駆動装置１０に電力の供給を開始する。制御部１３，１４は、停電検出部１５から停電状態を示す信号を受信すると、停電対策装置４０から供給される電力を利用して、保護動作を行う。保護動作とは、例えば、停電時の電圧の急な変化に伴って工具が誤動作し、工具そのものやワークが破損することを防止するために、モータを静止させるなどの駆動制御を指す。

図４は、第２の実施形態にかかる監視処理を示すフローチャートである。ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ２１において、停電検出部１５が停電を検出すると、制御部１３，１４は、保護動作を実行する。保護動作は、例えば、工作機械の工具の動作を停止させることや、工具をワークから退避させることを含む。停電検出部１５が停電を検出すると、制御部１３，１４へ停電状態を示す信号を送信し、制御部１３，１４はコンバータ１１やインバータ１２に対して、モータ３０を停止させるように、或いは、工具をワークから退避させる方向へ駆動軸が動くようにモータ３０を制御する。

ステップＳ２２において、停電検出部１５は入力電圧を取得し、ステップＳ１４において、電圧が所定値以上か否か判定される。電圧が所定値未満であるとき、工作機械１は依然として停電状態にあるため、ステップＳ１３に戻り、情報の送受信、及びステップＳ２１における保護動作を継続する。ステップＳ１４において、電圧が所定値以上であると判定されると、工作機械１が復旧したと判定されて、処理はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５において、第１の実施形態と同様に、モータ駆動装置１０と機械状態監視装置１００との間で情報の送受信が行われる。

第２の実施形態では、第１の実施形態で送信される情報に加えて、保護動作の完了の有無を示す信号、及び、停電対策装置に設けられたコンデンサの蓄電量が、機械状態監視装置１００へ更に送信される。また、停電の開始時刻から終了時刻までの間において、工作機械１を保護するための保護動作が行われる間の、モータ３０のスピード、モータ３０のトルク、及び、コンバータ１１の出力電圧のうちの全て又は少なくとも一つの情報を更に機械状態監視装置１００へ送信する。

ステップＳ１５の処理が終了すると、ステップＳ１６において、第１の実施形態と同様に終了条件が判定されたのち、監視処理は終了する。

上述の実施形態に係る機械状態監視装置１００は、以下の効果を奏する。
オペレータは、停電が発生した後に工作機械１が停止した場合、停電が原因で、工作機械１〜ｎのうちのどの工作機械がいつ停止したか、停電が生じた後の保護動作が完了したか否か、或いは、停電時に加工がどの工程まで進んでいたかを示す加工状態を、工作機械１〜ｎに対して個別に一括して管理することができる。これにより、各工作機械における加工がどの工程で中断されたかが判るため、オペレータは、復電時にどの工程から加工を再開すればよいかを把握することが出来る。

又、オペレータは、記憶部１３０において記録された、停電が生じた時間や頻度の履歴によって、工作機械１が設置されている工場やその地域の電源事情を把握することができる。更には、停電後及び復電後の二度に亘る情報の送受信による、情報の受信履歴に基づいて、停電後から復電まで継続して稼働する工作機械１と稼働しない工作機械ｎとを区別することが出来る。換言すれば、ほんのわずかな時間の停電、所謂瞬停においても、継続して稼働することが出来る工作機械１とそうではない工作機械ｎとが容易に判別可能となる。より詳しくは、停電後に送受信が途絶えた工作機械ｎは復電前に停止し継続して稼働することが出来ない工作機械であり、停電後から復電後まで送受信が途絶えない工作機械１は継続して稼働出来る工作機械である。このように、工作機械１〜ｎのうち、停電時において、どの工作機械が頻繁に停止するかを把握することが可能となる。

更に、保護動作は、工作機械１の停電後に、停電対策装置４０のコンデンサの蓄電に基づく電力によって行われるため、コンデンサの蓄電量が足りない場合には保護動作が完了しないことがある。従って、保護動作中のモータ３０のスピード、モータ３０のトルク、コンバータ１１の出力電圧の監視により、停電対策装置４０の蓄電量に基づいて、停電後の保護動作を完了することが可能か否か判断可能となる。このとき、電圧波形も監視されることにより、停電後の電圧の低下を予測し、停電後の稼働時間をより正確に判断することが可能となる。また、蓄電量等があわせて監視されることによって、停電後の工作機械１の稼働時間をより長く維持するために、コンデンサの容量を増加させる等の処置を講じることも可能となる。

なお、上述の実施形態において、停電状態は入力電圧に基づいて検出されたが、必ずしも電圧に限られず、これに代わる電気的な信号であれば如何なる値に基づいて検出されてもよい。入力電圧に代わる値の一例として、例えば電流値が挙げられる。また、停電後の保護動作が未完了であった場合、ワークや工具が破損している可能性があることを、機械状態監視装置１００がユーザに報知してもよい。報知の手段は、図示しないモニタへの表示、或いは警告音であってもよい。

上述の実施形態において、監視処理プログラムが機械状態監視装置１００に備えられるものとして説明したが、これに限られない。即ち、これらのデータベースの一部又は全部を、ネットワークを介して通信可能な他の装置（データベースサーバ等）に備え、機械状態監視装置１００がネットワークを介してデータベースに適宜アクセスする構成としてもよい。

上述の実施形態において、蓄電手段としてコンデンサを用いるとしたが、これに限られない。蓄電手段として、例えば電気２重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ、或いは、リチウムイオン電池やバッテリー等を用いることも可能である。

以上説明した実施形態の機械状態監視装置１００の機能の全部又は一部は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、プロセッサがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。ハードウェアで構成する場合、機械状態監視装置１００の機能の一部又は全部を、例えば、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＣＰＬＤ（ＣｏｍｐｌｅｘＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ）等の集積回路（ＩＣ）で構成することができる。

機械状態監視装置１００の機能の全部又は一部をソフトウェアで構成する場合、機械状態監視装置１００の動作の全部又は一部を記述したプログラムを記憶した、ハードディスク、ＲＯＭ等の記憶部、演算に必要なデータを記憶するＤＲＡＭ、ＣＰＵ、及び各部を接続するバスで構成されたコンピュータにおいて、演算に必要な情報をＤＲＡＭに記憶し、ＣＰＵで当該プログラムを動作させることで実現することができる。

これらのプログラムは、様々なタイプのコンピュータ可読媒体（ｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。コンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅｓｔｏｒａｇｅｍｅｄｉｕｍ）を含む。コンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ））を含む。
また、これらのプログラムは、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。

１〜ｎ・・・工作機械，１０・・・モータ駆動装置，１１・・・コンバータ，１２・・・インバータ，１３・・・制御部，１４・・・制御部，１５・・・停電検出部，１６・・・コントローラ，２０・・・電源，３０・・・モータ，４０・・・停電対策装置，１００・・・機械状態監視装置，１１０・・・制御部，１２０・・・通信部，１３０・・・記憶部

Claims

工作機械のモータ駆動装置に対する機械状態監視装置であって、
前記モータ駆動装置は、モータと、電源電圧を調整して前記モータへ電力を供給するためのコンバータ及びインバータと、前記モータ駆動装置の入力電圧を取得することによって、前記モータ駆動装置の停電を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記停電の開始時刻と終了時刻とを送信する送信部と、を備え、
複数の工作機械の夫々に設けられた、前記モータ駆動装置の送信部から、前記停電の開始時刻及び終了時刻の情報を受信する受信部と、前記情報を記憶する記憶部と、を備える機械状態監視装置。
前記送信部は、前記停電の開始時刻から終了時刻までの間における前記工作機械を保護するための保護動作の完了の有無の情報を更に送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記憶する、請求項１に記載の機械状態監視装置。
前記送信部は、前記停電の検出時における前記工作機械の加工状態の情報を更に前記機械状態監視装置へ送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記憶する、請求項１又は２に記載の機械状態監視装置。
前記送信部は、前記停電の開始時刻における前記入力電圧の波形の情報を更に前記機械状態監視装置へ送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記録する、請求項１から３のいずれか一項に記載の機械状態監視装置。
前記送信部は、前記停電の開始時刻から終了時刻までの間において、前記工作機械を保護するための保護動作が行われる場合、前記保護動作の間の、前記モータのスピード、前記モータのトルク、及び、前記コンバータの出力電圧のうちの少なくとも一つの情報を更に前記機械状態監視装置へ送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記録する、請求項１から４のいずれか一項に記載の機械状態監視装置。
前記送信部は、前記停電が終了し、前記工作機械の復電の後に、前記情報を再度前記機械状態監視装置へ送信する、請求項１から５の何れか一項に記載の機械状態監視装置。
前記モータ駆動装置は、蓄電手段を有する停電対策装置を更に備え、
前記送信部は、前記蓄電手段の蓄電量の情報を送信し、前記記憶部は、前記情報を更に記憶する、請求項１から６のいずれか一項に記載の機械状態監視装置。
複数の工作機械を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部が停電を検出するときの電圧を、前記複数の工作機械の夫々の検出部に対して設定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の機械状態監視装置。