JP2020169693A - ブレーキ装置を検査するブレーキ検査装置及び数値制御装置 - Google Patents

ブレーキ装置を検査するブレーキ検査装置及び数値制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置のブレーキトルクの低下の傾向を的確かつ容易に把握するブレーキ検査装置及び数値制御装置を実現する。【解決手段】ブレーキ装置２を検査するブレーキ検査装置１は、検査モードにおいて、ブレーキ装置２に対してモータ３にブレーキをかけるよう指令し、モータ電流供給部４２に対してモータ３に供給するモータ電流を所定の刻み幅にて徐々に大きくする指令をする指令部１１と、指令部１１の指令に基づきモータ電流を徐々に大きくしていったときにおいて、モータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルクを測定するブレーキトルク測定部１２と、異なる時期に設けられた複数の検査モードにおいてブレーキトルク測定部１２によって測定された複数のブレーキトルクに基づき、稼働時間とブレーキトルクとの関係を示すブレーキトルク低下曲線を計算するブレーキトルク低下曲線計算部１３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ブレーキ装置を検査するブレーキ検査装置及び数値制御装置に関する。
例えば、産業用ロボットや工作機械などの機械内のモータを駆動するモータ駆動装置では、モータにブレーキをかけたり、モータが回転しないよう固定するために、摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置（以下、単に「ブレーキ装置」と称することがある。）が広く用いられている。このようなブレーキ装置では、アマチュアと端板との間に摩擦板が配置され、バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることでモータにブレーキをかけ、ブレーキコイルにブレーキコイル電流を流すことで発生する電磁力にて摩擦板からアマチュアを引き離してモータへのブレーキを解除する。
例えば、電動モータ若しくは電動モータを使用した機械を制動するブレーキ部、該ブレーキ部を制御するブレーキ制御部、及びブレーキ状態監視部を有するブレーキ装置において、前記ブレーキ制御部よりブレーキ部にロック信号を与え、前記ブレーキ状態監視部でモータからフィードバックされたモータの状態信号を監視し、該モータの状態信号に基づいてブレーキ状態を推定し、異常が検出された場合には、警告又はアラームを発生するようにしたことを特徴とするブレーキ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、乗りかごと釣合い錘を懸垂する主索が巻き付けられるシーブと、該シーブを駆動して前記乗りかごを上下走行させる電動機と、制動バネの弾性力によりブレーキシューをブレーキドラムに圧接させて前記電動機の回転軸に制動力を作用するドラムブレーキと、前記電動機の回転動作と前記ドラムブレーキの制動動作を制御する制御装置を具えたエレベーターのブレーキ特性評価装置において、エレベーターの速度を検出する速度検出手段と、エレベーターを所定速度で走行させた後、前記ドラムブレーキを作動させて前記電動機の回転軸に制動力を作用させ、エレベーターを停止させる保守走行運転を行わせる保守走行運転手段と、該保守走行運転手段によりエレベーターが保守走行運転を行っている間、前記速度検出手段が検出したエレベーターの速度を随時記憶する速度記憶手段と、該速度記憶手段が記憶したエレベーターの速度を読み出して速度の微分、即ち、減速度を演算する減速度演算手段と、該減速度演算手段が演算した減速度の変化点を検出する変化点検出手段と、該変化点検出手段が検出した減速度の変化点の間の時間間隔の値または前記減速度演算手段が演算した減速度の値と予め設定した標準値とを比較してエレベーターのブレーキ特性を判定するブレーキ特性判定手段とを有したことを特徴とするエレベーターのブレーキ特性評価装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
例えば、サーボモータと前記サーボモータの回転角度を検出する角度センサと前記サーボモータを停止させるための機械ブレーキとを備えるロボットを制御するためのロボット制御装置であって、前記角度センサから前記回転角度を取得し、該取得された回転角度に応じて前記サーボモータの駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、前記サーボモータの電気的変量に基づいて、前記サーボモータの回転速度を推定する推定部と、前記角度センサの異常の有無を検出する異常検出部と、前記サーボモータに対するダイナミックブレーキの作動を制御するダイナミックブレーキ制御部と、前記角度センサの異常が検出された場合において、前記推定された回転速度において前記ダイナミックブレーキを作動させたと仮定した場合に該ダイナミックブレーキによって生じる制動トルクと、前記機械ブレーキを作動させたと仮定した場合に該機械ブレーキによって生じる制動トルクとのトルク合計値が、所定のトルク上限値を超える場合に、前記機械ブレーキを作動させずに前記ダイナミックブレーキを作動させる第１の制動処理を実行し、前記トルク合計値が前記トルク上限値以下の場合には、前記ダイナミックブレーキおよび前記機械ブレーキを作動させる第２の制動処理を実行する異常停止制御部と、を備えるロボット制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
例えば、交流電動機の回転速度指令信号と回転速度検出信号をもとにトルク電流指令を生成する速度調整器と、生成されたトルク電流指令をもとに前記交流電動機に供給するトルク電流を制御するトルク電流調整器と、前記トルク電流指令をもとに推定トルク電流を演算するトルク電流換算ゲイン部と、前記交流電動機の回転速度検出信号をもと推定加速／減速トルク電流を演算する加速／減速電流換算ゲイン部と、前記推定トルク電流から前記推定加速／減速トルク電流を減算して得られる推定外乱負荷トルク電流にフィルタ処理と外乱負荷トルク電流指令換算ゲインを乗算し推定外乱負荷トルク電流指令を生成する外乱負荷トルクオブザーバゲイン部と、前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部の出力の変化割合を制限するリミッタを備え、前記リミッタにより制限された前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部出力を前記トルク指令に加算することを特徴とする電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開２００５−５４８４３号公報 特開平９−３０７５０号公報 特開２０１２−５５９８１号公報 特開２０１２−１３５０８７号公報
摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置においては、アマチュアを摩擦板に押し付けることでモータにブレーキをかけることから、ブレーキ装置の稼働時間の経過（稼働回数の増加）とともにアマチュア及び摩擦板が次第に摩耗してモータのブレーキトルクが低下していき、最終的には寿命が尽きる。
ブレーキ性能確保の目安となる下限値以下にブレーキトルクが低下したブレーキ装置をそのまま使い続けると、ブレーキ装置が設けられた産業用ロボットや工作機械などの機械が停止したり、当該機械により製造した製品に不良が発生したり、さらに深刻な事故を招く危険性がある。また、ブレーキ装置が設けられた機械の保護回路が働き、機械がアラーム停止（緊急停止）することがある。このようなアラーム停止は、緊急の修理作業が求められ、機械の稼働率低下の要因にもなり得る。よって、突発的なアラーム停止を回避することができるようにするために、ブレーキトルクの低下の傾向を把握することができる技術が望まれている。
一方で、ブレーキ装置の使用環境もブレーキトルクに大きく影響する。例えば、ブレーキ装置内のアマチュアと摩擦板との間や端板と摩擦板との間に異物が侵入することによっても、ブレーキトルクが低下する。一具体例を挙げると、切削加工機に設けられるモータを停止させるためのブレーキ装置においては、アマチュアと摩擦板との間や端板と摩擦板との間に切削液が侵入してブレーキトルクが低下することがある。このように、ブレーキトルクの低下の要因は、アマチュア、摩擦板及び端板の摩耗以外にも存在するので、ブレーキ装置のブレーキトルクの低下の傾向の把握は容易ではない。
したがって、摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置のブレーキトルクの低下の傾向を的確かつ容易に把握することができるブレーキ検査装置が望まれている。
本開示の一態様は、バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることでモータにブレーキをかけ、ブレーキコイルにブレーキコイル電流を流すことで発生する電磁力にて摩擦板からアマチュアを引き離してモータへのブレーキを解除するブレーキ装置を検査するブレーキ検査装置であって、検査モードにおいて、ブレーキ装置に対し、モータにブレーキをかけるよう指令するとともに、モータ電流供給部に対し、モータに供給するモータ電流を所定の刻み幅にて徐々に大きくする指令をする指令部と、指令部の指令に基づきモータ電流供給部から供給されるモータ電流を徐々に大きくしていったときにおいて、モータが回転し始める直前におけるブレーキトルクを測定するブレーキトルク測定部と、異なる時期に設けられた複数の検査モードにおいてブレーキトルク測定部によって測定された複数のブレーキトルクに基づき、経過時間とブレーキトルクとの関係を示すブレーキトルク低下曲線を計算するブレーキトルク低下曲線計算部とを備える。
また、本開示の一態様は、工作機械の数値制御装置は、上記ブレーキ検査装置を備える。
本開示の一態様によれば、摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置のブレーキトルクの低下の傾向を的確かつ容易に把握することができる。
本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置及び数値制御装置の構成を示す概略図である。 摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置の構造を示す断面図である。 本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態におけるブレーキトルク低下曲線計算部によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部による寿命予測処理を説明する図である。 本開示の一実施形態において、切削加工機の切削液のブレーキ装置への侵入量を考慮したブレーキトルク低下曲線計算部によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部による寿命予測処理を説明する図である。 筐体に設けられたシールの劣化を例示する図である。 本開示の一実施形態において、ブレーキ装置が収容される筐体のシール性を考慮したブレーキトルク低下曲線計算部によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部による寿命予測処理を説明する図である。
以下図面を参照して、摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置を検査するブレーキ検査装置及び数値制御装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。
図１は、本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置及び数値制御装置の構成を示す概略図である。
一例として、モータ電流供給部４２に接続されたモータ３にブレーキ装置２が設けられている場合について説明する。モータ電流供給部４２は、制御装置４１から受信した電流指令に基づき、モータ３を駆動するためのモータ電流を出力する。制御装置４１は、モータ電流供給部４２から出力されたモータ電流、モータ３に設けられたセンサ４３によって検出されたモータ３の回転情報、モータ３に対するトルク指令、及び予め規定された動作プログラムなどに基づき、電流指令を生成する。モータ電流供給部４２は、制御装置４１によって生成された電流指令に対応したモータ電流をモータ３へ供給する。これにより、モータ３は、モータ電流供給部４２から供給されるモータ電流に基づいて、速度、トルク、または回転子の位置が制御されることになる。なお、制御装置４１については、例えばトルク指令、位置指令、速度指令、及び角度指令などの用語を含めてその動作を規定してもよい。
モータ３が設けられる機械には、例えばロボットや工作機械などがある。図１では、一例として、モータ３が設けられる機械を工作機械としており、この工作機械のための数値制御装置１００内に、制御装置４１が設けられる。
モータ３の種類は特に限定されず、例えば交流モータであっても直流モータであってもよい。モータ３が交流モータである場合、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。モータ３が交流モータである場合、モータ電流供給部４２は、例えば交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する整流器とこの直流電力を交流電力に変換して交流の駆動電力をモータ３に供給するインバータ（アンプ）とで構成される。また例えば、モータ電流供給部４２は、バッテリなどの直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流の駆動電力をモータ３に供給するインバータ（アンプ）として構成される。また、モータ３が直流モータである場合は、例えば、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流の駆動電流をモータ３に供給する整流器や、バッテリなどの直流電源から印加される直流電圧を適切な直流電圧に変換して直流の駆動電流をモータ３に供給するＤＣＤＣコンバータとして構成される。
本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置１及び数値制御装置１００を説明するに先立ち、ブレーキ装置２の構造について図２を参照して説明する。図２は、摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置の構造を示す断面図である。
図２示すように、ブレーキ装置２において、アマチュア３２と端板３６との間には摩擦板３４が配置される。摩擦板３４にはハブ３９がスプライン結合され、さらにハブ３９とモータシャフト３３とは焼き嵌めにより一体化されているので、モータシャフト３３の回転に連動して摩擦板３４も回転する。端板３６とスペーサ３０とはボルト３７によって結合され、アマチュア３２が摩擦板３４に近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能となるようにスペーサ３０に結合される。コア３８内にはバネ３１及びブレーキコイル３５が設けられる。ブレーキコイル３５にブレーキコイル電流が流れていない状態においては、アマチュア３２はバネ３１の弾性力により摩擦板３４に強く押し付けられ、摩擦板３４がアマチュア３２と端板３６とで挟まれて回転できない。この結果、摩擦板３４に結合されたモータシャフト３３も回転できなくなり、モータ３にブレーキがかかった状態となる。一方、ブレーキコイル３５にブレーキコイル電流を流すと、アマチュア３２を摩擦板３４に押し付けていたバネ３１の弾性力に打ち勝つ電磁力がコア３８に発生し、これによりアマチュア３２がコア３８に引きつけられて摩擦板３４はアマチュア３２及び端板３６との接触から解放される。この結果、摩擦板３４ひいてはモータシャフト３３は自由に回転できるようになり、モータ３のブレーキが解除された状態となる。ブレーキコイル３５には、ブレーキコイル電流を出力するためのブレーキ電源装置（図示せず）が接続されている。制御装置４１から出力されるブレーキ指令がブレーキ装置２に対してブレーキを指示する場合は、ブレーキ電源装置からはブレーキコイル電流が出力されず、制御装置４１から出力されるブレーキ指令がブレーキ装置２に対してブレーキ解除を指示する場合は、ブレーキ電源装置からブレーキコイルへブレーキコイル電流が出力される。
このように、ブレーキ装置２では、通常運転モードにおいて、制御装置４１から出力されるブレーキ指令に基づき、ブレーキコイル３５にブレーキコイル電流を流さないことでモータ３にブレーキをかけ、ブレーキコイル３５にブレーキコイル電流を流すことでモータ３のブレーキを解除する。摩擦板３４とアマチュア３２及び端板３６との摩擦によりブレーキをかけるので、ブレーキの度に摩擦板３４、アマチュア３２及び端板３６は摩耗していき、その結果、ブレーキ装置２の稼働時間の経過（稼働回数の増加）とともにブレーキトルクが低下していく。ブレーキトルクがブレーキ性能確保の目安となる下限値以下に低下した状態は、一般的には「ブレーキ装置に寿命が到来した状態」あるいは「ブレーキ装置が故障した状態」と認識されている。本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置１によれば、ブレーキ装置２のブレーキトルクの低下の傾向を的確かつ容易に把握することができ、また、ブレーキ装置２の寿命到来の時期を予測することができる。
本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置１は、ブレーキ装置２の通常運転モードとは異なる検査モードにおいて、ブレーキ装置２に対するブレーキ検査を行う。後述するブレーキトルク低下曲線計算部１３によりブレーキトルク低下曲線を計算するためには、異なる時期に測定された複数のブレーキトルクの値が必要であるので、検査モードは、互いに異なる時期となるように複数回設定される。検査モードが設けられる時期は任意に設定可能である。例えば、検査モードを、特定の日時に設定してもよく、任意の時間間隔で設定してもよく、ブレーキ装置２が設けられた機械の特定の動作開始前に設定してもよく、あるいは、ブレーキ装置２が設けられた機械の特定の動作完了後に設定してもよい。これらの場合、設定された検査モードの時期になると、ブレーキ検査装置１はブレーキ装置２に対して自動的にブレーキ検査を開始するようにしてもよい。また例えば、作業者によるブレーキ検査開始操作があったときにブレーキ検査装置１は動作を開始するようにしてもよい。作業者によるブレーキ検査開始操作によりブレーキ検査装置１の動作を開始させるために、例えばブレーキ検査装置１またはブレーキ検査装置１が設けられた数値制御装置１００に、ブレーキ検査開始を指示するためのスイッチ（ハードウエアスイッチ及びディスプレイ上に表示されるソフトウェアスイッチのどちらでもよい）を設けてもよい。
図１に示すように、本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置１は、指令部１１と、ブレーキトルク測定部１２と、ブレーキトルク低下曲線計算部１３とを備える。また、ブレーキ検査装置１はさらに、寿命予測部１４、表示部１５及び記憶部１６を備える。
指令部１１は、ブレーキ装置２の通常運転モードとは異なる検査モードにおいて、ブレーキ装置２に対し、モータ３にブレーキをかけるよう指令するとともに、モータ電流供給部４２に対し、モータ３に供給するモータ電流を所定の刻み幅にて徐々に大きくする指令をする。ブレーキ装置２によるブレーキ動作及びモータ電流供給部４２によるモータ電流出力動作はいずれも制御装置４１によって制御されるので、検査モードにおける指令部１１による各指令は、検査指令として制御装置４１に送られる。
指令部１１から検査指令を受けた制御装置４１は、ブレーキ装置２に対して、モータ３にブレーキをかけるよう制御する。より具体的には、制御装置４１は、ブレーキ電源装置からブレーキコイル電流が出力されないように制御する。これにより、ブレーキ装置２のブレーキコイル３５にはブレーキコイル電流が流れず、ブレーキ装置２のアマチュア３２はバネ３１の弾性力により摩擦板３４に強く押し付けられ、摩擦板３４がアマチュア３２と端板３６とで挟まれて回転できない。この結果、摩擦板３４に結合されたモータシャフト３３が回転できなくなり、モータ３にブレーキがかかった状態となる。
また、指令部１１から検査指令を受けた制御装置４１は、モータ電流供給部４２に対して、モータ３に供給するモータ電流を所定の刻み幅にて徐々に大きくするよう制御する。刻み幅は、例えば数ｍＡから数百ｍＡに設定すればよいが、任意に設定可能である。制御装置４１は、出力されるモータ電流が所定の刻み幅で徐々に大きくなるような電流指令を生成し、モータ電流供給部４２に対して送信する。モータ電流供給部４２は、制御装置４１によって生成された電流指令に対応したモータ電流をモータ３へ供給する。なお、制御装置４１は、トルク指令、位置指令、速度指令、及び角度指令などに基づいて電流指令を生成するので、これら指令のいずれかを調整することで、モータ電流供給部４２から出力されるモータ電流が所定の刻み幅で徐々に大きくなるようにしてもよい。
このように、図１に示す例では、検査モードにおける指令部１１による検査指令が制御装置４１に送られ、この検査指令を受けて制御装置４１がブレーキ装置２及びモータ電流供給部４２を制御するようにしている。この代替例として、検査モードにおける指令部１１による検査指令をモータ電流供給部４２及びブレーキ装置２の各々に直接送ることで、検査モードにおけるブレーキ装置２及びモータ電流供給部４２の上述の動作を直接的に制御するようにしてもよい。
ブレーキトルク測定部１２は、指令部１１の指令に基づきモータ電流供給部４２から供給されるモータ電流を徐々に大きくしていったときにおいて、モータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルクを測定する。上述のように検査モードにおいては、ブレーキ装置２の摩擦板３４はアマチュア３２と端板３６とで挟まれモータ３にブレーキがかかった状態にある。指令部１１の指令に基づきモータ電流供給部４２から供給されるモータ電流を徐々に大きくしていくと、摩擦板３４とアマチュア３２及び端板３６との間の静止摩擦力は徐々に大きくなり、最大静止摩擦力を越えた時点で、摩擦板３４はアマチュア３２及び端板３６に対して動き出してモータ３が回転し始める。トルクはモータ３が回転し始める直前で最大値となり、本実施形態ではこのトルク最大値をブレーキ装置２のブレーキトルクとみなしてブレーキトルク測定部１２にて測定する。
ブレーキトルク測定部１２は、回転判定部２１と、ブレーキトルク計算部２２と、記憶部２３とを有する。
回転判定部２１は、検査モードにおいて指令部１１の指令に基づきモータ電流供給部４２から供給されるモータ電流を所定の刻み幅にて大きくする毎に、モータ３が回転したか否かを判定する。モータ３が回転したか否かは、センサ４３によって検出されるモータ３の回転情報に基づいて判定される。モータ３の回転情報には、モータ３の回転子の回転角度（位置）、及び回転速度などが含まれる。例えば、モータ３の回転情報としてモータ３の回転速度を用いる場合、回転判定部２１は、センサ４３によって検出されたモータ３の回転速度が、予め規定された回転速度閾値を超えた場合に、「モータ３が回転した」と判定する。また例えば、モータ３の回転情報としてモータ３の回転子の回転角度を用いる場合、回転判定部２１は、センサ４３によって検出されたモータ３の回転角度が、予め規定された回転角度閾値を超えた場合に、「モータ３が回転した」と判定する。このようにセンサ４３によって検出されるモータ３の回転情報と閾値との比較に基づき、モータ３が回転したか否かを判定するのは、センサ４３によって検出される回転情報に含まれる誤差に起因する回転判定部２１の誤判定を排除するためである。モータ３の回転情報と比較される閾値は、例えば、モータ３を試験的に動作させ、センサ４３によって検出される回転情報とモータ３の実際の回転状況とに基づいて適宜設定すればよい。
記憶部２３には、ブレーキトルクを計算するために用いられるトルク定数ＫTが記憶される。トルク定数ＫTは、例えばモータ３の仕様書に予め規定された値を採用すればよい。記憶部２３は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。
ブレーキトルク計算部２２は、回転判定部２１によりモータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値から少なくとも刻み幅を減算した値と、モータ３のトルク定数と、に基づき、ブレーキトルクを計算する。このように「モータ３が回転したと最初に判定されたときのモータ電流の値から、少なくとも刻み幅を減算した値」を用いて計算されたブレーキトルクを、モータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルクとして採用する理由は次の通りである。
検査モードにおいては、モータ電流供給部４２からモータ３へ供給されるモータ電流を所定の刻み幅にて大きくする毎に、回転判定部２１はモータ３が回転したか否かを判定する。モータ電流供給部４２からモータ３へ供給されるモータ電流が小さい間は、摩擦板３４とアマチュア３２及び端板３６との間の摩擦力がモータ電流に基づくモータ３の回転力に打ち勝つのでモータ３は回転せず、したがって、回転判定部２１はモータ３が回転したとは判定しない。モータ電流供給部４２からモータ３へ供給されるモータ電流を徐々に大きくしていきモータ電流がある大きさを超えると、モータ電流に基づくモータ３の回転力が摩擦板３４とアマチュア３２及び端板３６との間の摩擦力に打ち勝ち、モータシャフト３３が結合された摩擦板３４はアマチュア３２及び端板３６に対して動き出してモータ３が回転し始める。この段階で、回転判定部２１はモータ３が回転したと初めて判定する。摩擦板３４とアマチュア３２及び端板３６との間に生じる摩擦力は、モータ３が回転し始める前（すなわちモータ３がブレーキにより静止している間）は静止摩擦力であるが、モータ３が回転し始めた後は動摩擦力に切り替わる。回転判定部２１によりモータ３が回転したと最初に判定された時点においてモータ電流供給部４２からモータ３へ供給されていたモータ電流の値とトルク定数ＫTとを用いて計算されるトルクは、モータ３が回転しているときに生じる動摩擦力に基づくものであるので、ブレーキトルクとはいえない。むしろ、回転判定部２１によりモータ３が回転したと最初に判定された判定処理よりも１回前に実行された判定処理の時点において、モータ電流供給部４２からモータ３へ供給されていたモータ電流の値とトルク定数ＫTとを用いて計算されるトルクが、モータ３が静止している（すなわちモータ３に摩擦力によるブレーキがかかっている）ときに生じる静止摩擦力に基づくものであるので、「モータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルク」であるといえる。検査モードにおいては、回転判定部２１による判定処理は、モータ電流供給部４２からモータ３へ供給されるモータ電流が所定の刻み幅にて大きくされる毎に実行される。つまり、「モータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値から、１つ分の刻み幅を減算した値」が、「モータ３が回転したと最初に判定された判定処理よりも１回前に実行された判定処理の時点においてモータ電流供給部４２からモータ３へ供給されていたモータ電流の値」に対応する。そこで、本実施形態では、ブレーキトルク計算部２２は、回転判定部２１によりモータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値から少なくとも刻み幅を減算した値と、モータ３のトルク定数と、に基づき、ブレーキトルクを計算し、このブレーキトルクを、「モータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルク」として採用する。なお、ブレーキトルク計算部２２による計算処理において「モータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値」から減算される値は、所定の刻み幅を少なくとも有していればよい。したがって、当該所定の刻み幅「以上の値」にて、「モータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値」を減算してもよい。
回転判定部２１によりモータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値から少なくとも刻み幅を減算した値をＩn、トルク定数をＫTとしたとき、モータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルクＴnは、下記式１のように表される。
Ｔn＝ＫT×Ｉn…（１）
回転判定部２１によりモータ３が回転したと最初に判定されたときにおいてモータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値（すなわち所定の刻み幅で減算される前の値）は、ブレーキトルク計算部２２に送られる。ブレーキトルク計算部２２は、例えば上記式１に従ってモータ３が回転し始める直前におけるブレーキトルクＴnを算出する。
ブレーキトルク計算部２２により算出されたブレーキトルクＴnは、記憶部１６に一旦記憶される。記憶部１６は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。なお、この記憶部１６は、ブレーキトルク測定部１２内の記憶部２３と共用にしてもよく、例えば同一の記憶装置の記憶領域を、記憶部１６と記憶部２３とで分けて使用してもよい。
ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、異なる時期に設けられた複数の検査モードにおいてブレーキトルク測定部１２によって測定された複数のブレーキトルクを記憶部１６から読み出し、この複数のブレーキトルクに基づき、ブレーキ装置２の稼働時間とブレーキトルクとの関係を示すブレーキトルク低下曲線を計算する。ブレーキ装置２のブレーキの度にアマチュア３２、摩擦板３４及び端板３６が摩耗してモータ３のブレーキトルクが低下していく。よって、ブレーキトルク低下曲線は、ブレーキ装置２の稼働時間が長くなるにつれブレーキトルクが徐々に減少するような傾向を示す。ブレーキトルク低下曲線の算出には、異なる時期に測定された複数のブレーキトルクの値が必要である。ブレーキトルク計算部２２により算出されたブレーキトルク低下曲線は、記憶部１６に一旦記憶される。ブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出処理の詳細については後述する。
寿命予測部１４は、ブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線を記憶部１６から読み出し、このブレーキトルク低下曲線に基づき、ブレーキ装置２の予測寿命を計算する。寿命予測部１４により算出された予測寿命は、記憶部１６に一旦記憶される。寿命予測部１４による寿命予測処理の詳細については後述する。
表示部１５は、ブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線を記憶部１６から読み出し、このブレーキトルク低下曲線を表示する。また、表示部１５は、寿命予測部１４により算出された予測寿命を記憶部１６から読み出し、この予測寿命を表示する。表示部１５は、例えば、数値制御装置１００に付属のディスプレイであってもよい。また例えば、表示部１５は、数値制御装置１００とは別個の独立したパソコン、携帯端末、タッチパネルなどのディスプレイであってもよい。また例えば、表示部１５を、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよい。また例えば、表示部１５は、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態にて実現してもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせて表示部１５を実現してもよい。
指令部１１、回転判定部２１、ブレーキトルク計算部２２、ブレーキトルク低下曲線計算部１３、及び寿命予測部１４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く、あるい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。指令部１１、回転判定部２１、ブレーキトルク計算部２２、ブレーキトルク低下曲線計算部１３、及び寿命予測部１４をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、例えばブレーキ検査装置１内に設けられるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。また、ブレーキ検査装置１が工作機械の数値制御装置１００内に設けられる場合は、数値制御装置１００内に設けられるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、指令部１１、回転判定部２１、ブレーキトルク計算部２２、ブレーキトルク低下曲線計算部１３、及び寿命予測部１４を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
図３は、本開示の一実施形態によるブレーキ検査装置の動作フローを示すフローチャートである。
ブレーキ装置２の通常運転モードとは異なる検査モードにおいて、ステップＳ１０１では、指令部１１は制御装置４１に検査指令を送り、制御装置４１に対して、ブレーキ電源装置（図示せず）からブレーキコイル電流が出力されないように制御する。これにより、ブレーキ装置２のブレーキコイル３５にはブレーキコイル電流が流れず、アマチュア３２はバネ３１の弾性力により摩擦板３４に強く押し付けられてモータ３にブレーキがかかった状態となる。
ステップＳ１０２では、指令部１１は制御装置４１に検査指令を送り、制御装置４１に対して、モータ３に供給するモータ電流を所定の刻み幅にて徐々に大きくする電流指令を出力するよう制御する。これにより、モータ電流供給部４２は、制御装置４１によって生成された電流指令に対応したモータ電流をモータ３へ供給する。
ステップＳ１０３において、電流測定器は、モータ電流供給部４２からモータ３の電流入力端子（図示せず）へ流れ込む電流の値を測定する。また、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキ装置２が稼働を開始してからからの時間である「ブレーキ稼働時間」を測定する。ブレーキ稼働時間は、ブレーキ装置２が製造または修理されてブレーキ装置２が初めて稼働を開始した時点から当該検査モードの時点までの時間である。ブレーキ稼働時間は、例えばブレーキ検査装置１または数値制御装置１００に設けられたタイマ（図示せず）によって計時される。数値制御装置１００によるタイマにてブレーキ稼働時間を計時する場合は、ブレーキ検査装置１内のブレーキトルク低下曲線計算部１３は、計時されたブレーキ稼働時間を、数値制御装置１００から取得する。なお、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキ稼働時間に代えて、ブレーキ装置２のブレーキ稼働回数を測定してもよい。この場合、ブレーキ検査装置１内のブレーキトルク低下曲線計算部１３は、例えば数値制御装置１００にてカウントされたブレーキ稼働回数を取得すればよい。
ステップＳ１０４では、回転判定部２１は、モータ３が回転したか否かを判定する。ステップＳ１０４においてモータ３が回転したと判定されなかった場合は、ステップＳ１０２に戻り、指令部１１の指令により、モータ電流供給部４２に、既に出力していたモータ電流よりもさらに所定の刻み幅だけ大きくしたモータ電流を出力させる。ステップＳ１０４においてモータ３が回転したと初めて判定されるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理は繰り返し実行される。ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理が繰り返し実行されることで、モータ３にブレーキがかかった状態で、モータ電流供給部から供給されるモータ電流は徐々に増加する。ステップＳ１０４においてモータ３が回転したと判定されると、初めてステップＳ１０５へ進む。
ステップＳ１０５では、ブレーキトルク計算部２２は、モータ電流供給部４２から供給されていたモータ電流の値から少なくとも刻み幅を減算した値と、モータ３のトルク定数と、に基づき、ブレーキトルクを計算する。
ステップＳ１０６では、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキトルク計算部２２によって算出されたブレーキトルクと、初めて稼働を開始した時点から当該検査モードの時点までの時間であるブレーキ稼働時間とを、ブレーキトルク低下曲線を計算するために、記憶部１６に一旦記憶する。
ステップＳ１０７では、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、異なる時期に設けられた複数の検査モードにおいてブレーキトルク測定部１２によって測定された複数のブレーキトルクに基づき、ブレーキ装置２の稼働時間とブレーキトルクとの関係を示すブレーキトルク低下曲線を計算する。ブレーキトルク低下曲線の算出には、異なる時期に測定された複数のブレーキトルクの値が必要である。したがって、ステップＳ１０７においてブレーキトルク低下曲線計算部１３によりブレーキトルク低下曲線が算出されるためには、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の一連の処理が時期をずらして複数回実行されることが必要である。ステップＳ１０７においてブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線は、表示部１５によって表示されてもよい。
ステップＳ１０８では、寿命予測部１４は、ブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線に基づき、ブレーキ装置２の予測寿命を計算する。ステップＳ１０８において寿命予測部１４により算出された予測寿命は、表示部１５によって表示されてもよい。
続いて、ブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部１４による寿命予測処理の詳細について説明する。
図４は、本開示の一実施形態におけるブレーキトルク低下曲線計算部によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部による寿命予測処理を説明する図である。図４において、横軸ｔはブレーキ稼働時間を示し、縦軸ｙはブレーキトルクを示す。
ブレーキ装置２によるモータ３に対するブレーキの度にアマチュア３２、摩擦板３４及び端板３６が摩耗してブレーキトルクが低下するので、ブレーキ装置２のブレーキ稼働時間が長くなるにつれブレーキトルクが減少するようなブレーキトルク低下曲線が得られる。図４に示す例では、ブレーキトルク低下曲線が下記式２に則ると仮定してブレーキトルク低下曲線を算出している。
ｙ＝ｃ・ｅ-at＋ｂ…（２）
少なくとも３つのブレーキトルクの値があれば、上記式２における定数ａ、ｂ、及びｃが定まる。ブレーキ稼働時間ｔ1においてブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクｙ1、ブレーキ稼働時間ｔ2においてブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクｙ2、ブレーキ稼働時間ｔ3においてブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクｙ3を、それぞれ上記式２に代入すると、下記式３〜下記式５が得られる。
ｙ1＝ｃ・ｅ-at1＋ｂ…（３）
ｙ2＝ｃ・ｅ-at2＋ｂ…（４）
ｙ3＝ｃ・ｅ-at3＋ｂ…（５）
ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、上記式３〜上記式５の連立方程式を解くことで上記式２における定数ａ、ｂ、及びｃを求め、ブレーキトルク低下曲線を算出する。上記式２から分かるように、ブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線は、値ｂに収束する。
最新データに基づくブレーキトルク低下曲線を得るためには、ブレーキトルク低下曲線計算部１３による計算処理に用いられる少なくとも３つの異なる時点におけるブレーキトルクに、現時点（すなわちブレーキトルク測定部１２が最新のブレーキトルクを測定した時点）においてブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクが含まれるのが好ましい。
例えば、図４に示す例では、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキ装置２が製造または修理されて初めて稼働を開始した時点ｔ1においてブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクｙ1、ブレーキ稼働時間ｔ2においてブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクｙ2、及び、現在時刻であるブレーキ稼働時間ｔ3でのブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクｙ3に基づいて、ブレーキトルク低下曲線を計算している。
また例えば、ブレーキトルク測定部１２が４以上の異なる時期におけるブレーキトルクを測定できた場合は、これら４以上のブレーキトルクのうち、現時点（すなわちブレーキトルク測定部１２が最新のブレーキトルクを測定した時点）において測定されたブレーキトルクを含む直近の３つのブレーキトルクを用いれば、より正確なブレーキトルク低下曲線を算出することができる。この場合、図３のステップＳ１０６においてブレーキトルク低下曲線計算部１３はブレーキトルク計算部２２によって算出されたブレーキトルクとブレーキ稼働時間とを記憶部１６に一旦記憶するので、記憶部１６に記憶されたこれらデータのうち、現時点（すなわちブレーキトルク測定部１２が最新のブレーキトルクを測定した時点）において測定されたブレーキトルクを含む直近の３つのブレーキトルクを読み出して、ステップＳ１０７でブレーキトルク低下曲線を計算すればよい。
なお、ブレーキトルク測定部１２により測定されたブレーキトルクが、これまでに測定されたブレーキトルク以上の値となることがある。例えば、図４に示す例では、ブレーキ稼働時間ｔ4の時点におけるブレーキトルクｙ4は、それよりも前に測定されたブレーキトルクｙ1よりも大きい。このようなデータは「ブレーキトルクが減少していない」という安全サイドのデータなので、ブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出に用いられるデータから除外してもよい。図３のステップＳ１０６においてブレーキトルク低下曲線計算部１３はブレーキトルク計算部２２によって算出されたブレーキトルクとブレーキ稼働時間とを記憶部１６に一旦記憶するのは、ブレーキトルク測定部１２が測定したブレーキトルクが安全サイドのデータなのか否かを判定するためである。例えば、あるブレーキトルクと、時間的に次に測定されたブレーキトルクとを比較し、比較の結果、当該次のブレーキトルクがその前のブレーキトルクよりも大きいと判定された場合、当該次のブレーキトルクについては、ブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出に用いられるデータから除外する。ブレーキトルク低下曲線計算部１３において、安全サイドのデータを排除して一方的に減り続けるブレーキトルクのみに基づいてブレーキトルク低下曲線を計算することで、より厳しい条件に基づくブレーキ装置２の予測寿命を計算することができるので、寿命予測部１４による寿命予測結果の信頼性及び安全性がより高まる。
以上説明したブレーキトルク低下曲線計算部１３は、式２に基づいてブレーキトルク低下曲線を計算した。この変形例として、例えば下記式６に基づいてブレーキトルク低下曲線を計算してもよい。
ｙ＝ａ／ｔ＋ｂ…（６）
少なくとも２つのブレーキトルクの値があれば、上記式６における定数ａ及びｂが定まる。ブレーキトルク測定部１２により測定された少なくとも２つのブレーキトルクを上記式６に代入することで、定数ａ及びｂを求め、ブレーキトルク低下曲線を規定する。上記式６から分かるように、ブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線は、値ｂに収束する。
また例えば、少なくとも４つのブレーキトルクの値があれば、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、最小二乗法に基づいてブレーキトルク低下曲線を計算してもよい。
上述のようにして求められたブレーキトルク低下曲線は、表示部１５によって表示される。作業者は、表示部１５により表示されたブレーキトルク低下曲線を参照することで、摩擦力によりブレーキをかける機械式のブレーキ装置２のブレーキトルクの低下の傾向を的確かつ容易に把握することができる。
上述のようにして求められたブレーキトルク低下曲線は、寿命予測部１４によるブレーキ装置２の予測寿命の計算に用いることができる。ブレーキトルクがブレーキ性能確保の目安となる下限値以下に低下した状態は、一般的には「ブレーキ装置に寿命が到来した状態」あるいは「ブレーキ装置が故障した状態」と認識されている。寿命予測部１４は、例えば図４に示すようにブレーキトルクの下限値（仕様値）Ｓとブレーキトルク低下曲線とを比較し、ブレーキトルク低下曲線がブレーキトルクの下限値を下回る時点を「ブレーキ装置２の寿命が尽きる時点」として計算し、その時点と現時点（すなわちブレーキトルク測定部１２が最新のブレーキトルクを測定した時点）との差を、予測寿命Ｌとして算出する。ブレーキ性能確保の目安となるブレーキトルクの下限値Ｓは、例えばブレーキ装置２の仕様書に予め規定された値を採用してもよく、あるいは、作業者が入力装置（図示せず）を介してブレーキ検査装置１に入力した任意の値を採用してもよい。ただし、ブレーキトルク低下曲線計算部１３により算出されたブレーキトルク低下曲線はある収束値ｂに収束するので、ブレーキ性能確保の目安となるブレーキトルクの下限値Ｓは、ブレーキトルク低下曲線の収束値ｂよりも大きい値に設定すべきである。例えば、ブレーキトルクの下限値Ｓが大きい値に設定するほど、予測寿命Ｌは実際の寿命よりもより短くなり、予測に反してブレーキ装置２の寿命が実際に尽きてしまうという事態をより確実に回避することができる。
上述のようにして求められた予測寿命Ｌは、表示部１５によって表示される。表示部１５の例はすでに説明したとおりであるが、例えば表示部１５がディスプレイで実現される場合、予測寿命Ｌを文字や絵柄でディスプレイに表示することができる。作業者は、表示部１５により表示された予測寿命Ｌを参照することで、ブレーキ装置２の寿命を的確かつ容易に把握することができる。またさらに、表示部１５は、寿命予測部１４により計算された予測寿命に基づき、ブレーキ装置２の部品交換や保守整備を促す情報を作業者に通知するようにしてもよい。表示部１５により、作業者は、ブレーキ装置２の予測寿命を知ることができるので、ブレーキ装置２が稼働不能になる前にブレーキ装置２を交換することができ、ブレーキ装置２が設けられた機械のアラーム停止（緊急停止）を回避することができる。またブレーキ装置２の部品交換や保守整備を、例えばブレーキ装置２が設けられた機械の非稼働時など適切な時期に行うことができ、またさらに、ブレーキ装置２の交換部品の在庫管理の最適化を図ることも可能となる。またあるいは、表示部１５の通知内容として、予測寿命の計算に際して得られたブレーキ装置２の寿命に大きな影響を与える稼働状態を併せて通知するようにしてもよい。これにより、作業者は、ブレーキ装置２の寿命に影響を及ぼす稼働状態を変更する対応をとることができる。例えば、設計者は、ブレーキ装置２の寿命を縮めないよう、ブレーキ装置２が設けられた機械の周辺環境を整えるといった対応やブレーキ装置２が設けられた機械の運転条件を変更するといった対応をとることができる。
なお、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキトルク測定部１２によって測定された複数のブレーキトルクと、ブレーキ装置２が設けられる機械に固有のパラメータと、に基づき、ブレーキトルク低下曲線を計算するようにしてもよい。以下に、ブレーキ装置２が設けられる機械に固有のパラメータを考慮してブレーキトルク低下曲線を計算する形態について、いくつか列記する。
機械に固有のパラメータを考慮してブレーキトルク低下曲線を計算する第１の形態は、ブレーキ装置２が設けられる機械を例えば切削加工機としたものである。切削加工機の加工室内にブレーキ装置２が設けられる場合、ブレーキ装置２内のアマチュア３２と摩擦板３４との間や端板３６と摩擦板３４との間に切削液が侵入し、ブレーキトルクが低下する。一般に切削液の侵入量が多いほどブレーキトルクは低下する。そこで、第１の形態では、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキトルク測定部１２によって測定された複数のブレーキトルクと、切削加工機の加工室内に設けられたブレーキ装置２への切削液の侵入量と、に基づき、ブレーキトルク低下曲線を計算する。図５は、本開示の一実施形態において、切削加工機の切削液のブレーキ装置への侵入量を考慮したブレーキトルク低下曲線計算部によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部による寿命予測処理を説明する図である。
例えばブレーキトルク低下曲線を式２に従って算出する場合、係数ａの値によってブレーキトルク低下曲線におけるブレーキトルクの低下の度合いが変わる。例えば、式２において、ブレーキ装置への切削液の侵入量がゼロのときの係数をａ、ブレーキ装置への切削液の侵入量が中程度であるときの係数をａ’、ブレーキ装置への切削液の侵入量が大量であるときの係数をａ”としたとき、各侵入量に対応するブレーキトルク低下曲線は下記式７〜下記式９のように表され、これを図示すると図５のようになる。
ｙ＝ｃ・ｅ-at＋ｂ…（７）
ｙ＝ｃ・ｅ-a’t＋ｂ…（８）
ｙ＝ｃ・ｅ-a”t＋ｂ…（９）
図５において、ブレーキ装置２への切削液の侵入量がゼロのときにおける式７で表されるブレーキトルク低下曲線は太線の一点鎖線で示され、ブレーキ装置２への切削液の侵入量が中程度であるときにおける式８で表されるブレーキトルク低下曲線は太線の点線で示され、ブレーキ装置２への切削液の侵入量が大量であるときにおける式９で表されるブレーキトルク低下曲線は太線の実線で示される。図５から、ブレーキ装置２への切削液の侵入量に応じて式２における係数ａを設定すれば、ブレーキ装置２への切削液の侵入量に応じたブレーキトルク低下曲線を得ることができることがわかる。また、ブレーキトルクの下限値（仕様値）Ｓと各ブレーキトルク低下曲線とを比較して予測寿命を算出すると、ブレーキ装置への切削液の侵入量がゼロのときの予測寿命はＬ1、ブレーキ装置２への切削液の侵入量が中程度であるときの予測寿命はＬ2、ブレーキ装置２への切削液の侵入量が大量であるときの予測寿命はＬ3となる。つまり、ブレーキ装置２への切削液の侵入量が多くなるほど、予測寿命は短くなる。よって、ブレーキトルク低下曲線計算部１３にてブレーキトルク低下曲線の算出に用いられる式２における係数ａを適宜変更することで、ブレーキ装置２への切削液の侵入量に応じた予測寿命が可能である。例えば、切削加工機に設けられたブレーキ装置２の実際のブレーキトルクや寿命に関するデータを複数取得して蓄積し、当該切削液の侵入量と対応させてデータベース化して記憶部１６に記憶しておく。例えば、ブレーキ装置２への切削液の侵入量と式２における係数ａ、ａ’、ａ”との関係をデータベース化して記憶部１６に記憶しておく。そして、ブレーキ装置２が設けられた切削加工機を実際に運用する際には、切削加工機の加工室内に設けられたブレーキ装置２への切削液の侵入量を測定し、当該侵入量に対応する情報を記憶部１６に記憶されたデータベース中から取得し、これをブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出及び寿命予測部１４による寿命予測に用いればよい。また例えば、切削加工機の試験運転時に様々な量の切削液をブレーキ装置２へ意図的に侵入させたうえでブレーキトルク測定部１２によりブレーキトルクを事前に測定し、切削液の侵入量と係数ａとの関係を事前にデータベース化して記憶部１６に記憶しておく。そして、切削加工機を実際に運用する際には、ブレーキ装置２への切削液の侵入量を測定し、測定した切削液の量に対応した係数ａを記憶部１６に記憶されたデータベース中から取得し、これをブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出及び寿命予測部１４による寿命予測に用いればよい。
なお、上述の第１の形態では、一例としてブレーキトルク低下曲線が式２に従う場合について説明したが、ブレーキトルク低下曲線を式６や最小二乗法に従って算出する場合にも同様に適用可能である。
機械に固有のパラメータを考慮してブレーキトルク低下曲線を計算する第２の形態は、機械に設けられるブレーキ装置２を収容する筐体への外部からの液体または気体の侵入の度合いを示すシール性に応じて、ブレーキトルク低下曲線を計算するものである。シールが必要な筐体の形状あるいは使用環境によって、シールの材質や形状が決定され、劣化の進み方や度合いが異なる。図６は、筐体に設けられたシールの劣化を例示する図である。図６（Ａ）は、シールの劣化が発生しない場合を示す。図６（Ｂ）は、時刻ｔ5でシールが破壊される場合を示しており、外部から筐体内への切削液の侵入量Ｆ（ｔ）は時刻ｔ5におけるシールの破壊で一気に上昇する。図６（Ｃ）は、時刻ｔ6でシールが徐々に劣化し始め時刻ｔ7でシールが完全に破壊される場合を示しており、外部から筐体内への切削液の侵入量Ｆ（ｔ）は時刻ｔ6から徐々に上昇し始め時刻ｔ7でシールが完全に機能を失っていることを示している。図６（Ｄ）は、新造した筐体の使用開始直後からシールが徐々に劣化し始め時刻ｔ8でシールが完全に破壊される場合を示しており、外部から筐体内への切削液の侵入量Ｆ（ｔ）は図（Ｃ）に比べて早い段階から徐々に上昇し始め時刻ｔ8でシールが完全に機能を失っていることを示している。図６（Ｅ）は、新造時点で初めから筐体にシール性がないものを示している。
ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキトルク測定部１２によって測定された複数のブレーキトルクと、機械に設けられるブレーキ装置２を収容する筐体への外部からの液体または気体の侵入の度合いを示すシール性と、に基づき、ブレーキトルク低下曲線を計算する。図７は、本開示の一実施形態において、ブレーキ装置が収容される筐体のシール性を考慮したブレーキトルク低下曲線計算部によるブレーキトルク低下曲線の算出処理及び寿命予測部による寿命予測処理を説明する図である。
図６（Ａ）に示すようにシールの劣化が発生しない場合、ブレーキトルク低下曲線は式２に従い、ブレーキトルク低下曲線は図７の太線の実線で示される。このとき、寿命予測部１４が計算する予測寿命はＬ1となる。
図６（Ｂ）に示すように時刻ｔ5でシールが破壊される場合、図６（Ａ）に示すシールの劣化が無い場合に比べて寿命が短くなるので、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキトルク低下曲線を、例えば式２における「ｔ」を「ｔ−ｄ’」に置き換えた下記式１０に従って計算する。式１０で表されるブレーキトルク低下曲線は太線の点線で示される。このとき、寿命予測部１４が計算する予測寿命はＬ4（＜Ｌ1）となる。
ｙ＝ｃ・ｅ-a (t-d’)＋ｂ…（１０）
図６（Ｅ）に示すように新造時点で初めから筐体にシール性がない場合、図６（Ｂ）に示す時刻ｔ5でシールが破壊される場合に比べて寿命がさらに短くなるので、ブレーキトルク低下曲線計算部１３は、ブレーキトルク低下曲線を、例えば式２における「ｔ」を「ｔ−ｄ”」に置き換えた下記式１１に従って計算する。ここで、ｄ”＞ｄ’とする。式１１で表されるブレーキトルク低下曲線は太線の一点鎖線で示される。このとき、寿命予測部１４が計算する予測寿命はＬ5（＜Ｌ4）となる。
ｙ＝ｃ・ｅ-a (t-d”)＋ｂ…（１１）
このように、機械に設けられるブレーキ装置２を収容する筐体への外部からの液体または気体の侵入の度合いを示すシール性が悪くなるほど、寿命予測部１４により計算される予測寿命は短くなる。よって、ブレーキトルク低下曲線計算部１３にてブレーキトルク低下曲線の算出に用いられる式２におけるブレーキ稼働時間を示す変数「ｔ」を適宜変更することで、ブレーキ装置２が収容される筐体のシール性に応じた予測寿命が可能である。シールが必要な筐体の形状あるいは使用環境によって、シールの材質や形状が決定され、劣化の進み方や度合いが異なる。そこで、様々な材質や形状のシールが設けられた筐体内に収容されたブレーキ装置２の実際のブレーキトルクや寿命に関するデータを複数取得して蓄積し、当該シールと対応させてデータベース化して記憶部１６に記憶しておく。例えば、シール性と式１０及び式１１における係数ｄ、ｄ’、ｄ”との関係をデータベース化して記憶部１６に記憶しておく。そして、ブレーキ装置２が設けられた機械を実際に運用する際には、ブレーキ装置２が収容された筐体に設けられたシールに対応する情報を記憶部１６に記憶されたデータベース中から取得し、これをブレーキトルク低下曲線計算部１３によるブレーキトルク低下曲線の算出及び寿命予測部１４による寿命予測に用いればよい。
なお、上述の第２の形態では、一例としてブレーキトルク低下曲線が式２に従う場合について説明したが、ブレーキトルク低下曲線を式６や最小二乗法に従って算出する場合にも同様に適用可能である。
このように、ブレーキ装置２が設けられる機械に固有のパラメータを考慮してブレーキトルク低下曲線を計算することで、ブレーキ装置２の使用環境に応じて、ブレーキトルクの低下の傾向及び予測寿命を的確かつ容易に取得することができる。
１ ブレーキ検査装置
２ ブレーキ装置
３ モータ
１１ 指令部
１２ ブレーキトルク測定部
１３ ブレーキトルク低下曲線計算部
１４ 寿命予測部
１５ 表示部
１６ 記憶部
２１ 回転判定部
２２ ブレーキトルク計算部
２３ 記憶部
３０ スペーサ
３１ バネ
３２ アマチュア
３３ モータシャフト
３４ 摩擦板
３５ ブレーキコイル
３６ 端板
３７ ボルト
３８ コア
３９ ハブ
４１ 制御装置
４２ モータ電流供給部
４３ センサ
１００ 数値制御装置

Claims (8)

  1. バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることでモータにブレーキをかけ、ブレーキコイルにブレーキコイル電流を流すことで発生する電磁力にて前記摩擦板から前記アマチュアを引き離して前記モータへのブレーキを解除するブレーキ装置を検査するブレーキ検査装置であって、
    検査モードにおいて、前記ブレーキ装置に対し、前記モータにブレーキをかけるよう指令するとともに、モータ電流供給部に対し、前記モータに供給するモータ電流を所定の刻み幅にて徐々に大きくする指令をする指令部と、
    前記指令部の指令に基づき前記モータ電流供給部から供給されるモータ電流を徐々に大きくしていったときにおいて、前記モータが回転し始める直前におけるブレーキトルクを測定するブレーキトルク測定部と、
    異なる時期に設けられた複数の前記検査モードにおいて前記ブレーキトルク測定部によって測定された複数の前記ブレーキトルクに基づき、前記ブレーキ装置の稼働時間と前記ブレーキトルクとの関係を示すブレーキトルク低下曲線を計算するブレーキトルク低下曲線計算部と、
    を備える、ブレーキ検査装置。
  2. 前記ブレーキトルク測定部は、
    前記検査モードにおいて前記指令部の指令に基づき前記モータ電流供給部から供給されるモータ電流を前記刻み幅にて大きくする毎に、前記モータが回転したか否かを判定する回転判定部と、
    前記回転判定部により前記モータが回転したと最初に判定されたときにおいて前記モータ電流供給部から供給されていたモータ電流の値から少なくとも前記刻み幅を減算した値と、前記モータのトルク定数と、に基づき、前記ブレーキトルクを計算するブレーキトルク計算部と、
    を有する、請求項１に記載のブレーキ検査装置。
  3. 前記ブレーキトルク低下曲線計算部は、前記ブレーキトルク測定部によって測定された前記複数のブレーキトルクと、前記ブレーキ装置が設けられる機械に固有のパラメータと、に基づき、前記ブレーキトルク低下曲線を計算する、請求項１または２に記載のブレーキ検査装置。
  4. 前記機械は、切削加工機であり、
    前記ブレーキトルク低下曲線計算部は、前記ブレーキトルク測定部によって測定された前記複数のブレーキトルクと、前記切削加工機の加工室内に設けられた前記ブレーキ装置への切削液の侵入量と、に基づき、前記ブレーキトルク低下曲線を計算する、請求項３に記載のブレーキ検査装置。
  5. 前記ブレーキトルク低下曲線計算部は、前記ブレーキトルク測定部によって測定された前記複数のブレーキトルクと、前記機械に設けられる前記ブレーキ装置を収容する筐体への外部からの液体または気体の侵入の度合いを示すシール性と、に基づき、前記ブレーキトルク低下曲線を計算する、請求項３に記載のブレーキ検査装置。
  6. 前記ブレーキトルク低下曲線計算部により算出された前記ブレーキトルク低下曲線に基づき、前記ブレーキ装置の予測寿命を計算する寿命予測部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブレーキ検査装置。
  7. 前記ブレーキトルク低下曲線計算部により算出された前記ブレーキトルク低下曲線を表示する表示部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブレーキ検査装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のブレーキ検査装置を備える、工作機械の数値制御装置。
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