JP3472433B2 - 停電落下防止制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、ロボッ
ト等の重力の影響によって移動する可能性のある軸（以
下重力軸という）を備える機械において、この重力軸の
停電時の落下を防止する停電落下防止制御装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】重力軸を有する機械においては、重力軸
を駆動するサーボモータへの動力が停電等で遮断された
とき、重力の作用で該軸が自然落下する。この自然落下
を防止する方法として、この重力軸用のサーボモータに
ブレーキ装置付きのモータを使用し、停電が生じたとき
該ブレーキ装置を作動させてサーボモータにブレーキを
かけて、重力軸の落下を防止している。 【０００３】図４は、重力軸を有する工作機械の一例
で、符号１は主軸で、該主軸１は主軸用モータＭｓで駆
動され、主軸１に取り付けられた工具２を回転させる。
また主軸１は重力軸用サーボモータＭｚによってボール
ネジ／ナット機構等の送りねじ機構３によって重力軸方
向（Ｚ軸方向）に駆動される。該重力用サーボモータＭ
ｚにはブレーキ装置Ｂｒが取り付けられており、機械の
運転を停止し動力を遮断したとき該ブレーキ装置Ｂｒが
作動して重力軸の落下、即ち、主軸１、主軸モータＭｓ
等の主軸頭が自然落下することを防止している。符号Ｍ
ｘはワークＷが取り付けられたテーブルＴをボールネジ
／ナット機構等の送りねじ機構４を介して水平方向に駆
動するＸ軸サーボモータである。 【０００４】符号６は、単相交流電力を整流して直流に
変換する整流回路であり、該整流回路６の出力はスィツ
チ９を介してブレーキ装置Ｂｒに入力され、該ブレーキ
装置Ｂｒを駆動するようになっている。また、該整流回
路６の出力は制御電源供給回路８に供給され、電圧等が
調整されて、主軸モータＭｓ、サーボモータＭｚ、Ｍｘ
を駆動制御する主軸モータ制御回路１４、サーボモータ
制御回路１５，１６に制御用の電力を供給されている。
主軸モータ制御回路１４、サーボモータ制御回路１５，
１６は、数値制御装置（ＣＮＣ）７からの速度指令、移
動指令を受けて、速度や位置のフィードバック制御（主
軸モータＭｓには速度検出器、各サーボモータＭｚ，Ｍ
ｘには位置速度検出器が設けられ、これらからのフィー
ドバック信号が主軸モータ制御回路１４、サーボモータ
制御回路１５，１６にフィードバックされているが図１
では省略している）、さらには電流のフィードバック制
御を行い、インバータで構成された主軸アンプ１１、サ
ーボアンプ１２，１３を駆動して、主軸モータＭｓ、サ
ーボモータＭｚ、Ｍｘを駆動制御している。上記主軸ア
ンプ１１、サーボアンプ１２，１３には、３相交流を整
流して直流電力を供給するパワーサプライ回路１０から
動力用電源が供給されている。 【０００５】また、スイッチ９は、機械に異常が発生し
たときや非常停止指令が入力されたときＣＮＣ７からの
指令でオフとなり、ブレーキ装置Ｂｒへの電力供給を遮
断しし、ブレーキ装置Ｂｒによって重力軸に対してブレ
ーキをかけ重力軸の移動を停止させるものである。 【０００６】 【発明が解決ようとする課題】停電が発生すると、整流
回路６に供給される単相交流電力が遮断され、またパワ
ーサプライ１０に供給される３相交流電力も遮断され
る。その結果、制御電源供給回路８にも電力が供給され
なくなることから、主軸モータ制御回路１４、サーボモ
ータ制御回路１５，１６にも電力が供給されず、インバ
ータで構成されている主軸アンプ１１、サーボアンプ１
２，１３のスイッチング素子はすべてオフとなると共
に、パワーサプライ回路１０からも動力電力が供給され
ないことから、主軸モータＭｓ、サーボモータＭｚ、Ｍ
ｘには電力が供給されず、フリーの状態になる。そのた
め、重力の作用を受ける重力軸、即ち主軸１、主軸モー
タＭｓ等の主軸頭は落下しようとする。しかし、停電に
よりブレーキ装置Ｂｒにも電力が供給されないことか
ら、ブレーキがかかり、重力軸の落下を防止している。
なお、スイッチ９は、非常停止指令でオフになるもの
で、停電時には、オフにはされない。 【０００７】しかし、重力軸サーボモータＭｚへの電力
が遮断されてからブレーキ装置Ｂｒが作動してブレーキ
が有効になるまでには数１０ｍｓを要し、この間に重力
軸が落下する場合が生じる。この落下によって、工具２
やワークＷを破損させたり、ロボットの場合では、アー
ム先端に取り付けたエンドエフェクタやワーク等を破損
させるという不具合が生じる。そこで、本発明の目的
は、停電時の重力軸の落下を防止し、上記不具合の発生
を予防することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、停電が検出さ
れると、ブレーキ装置に電力を供給するスイッチをオフ
にすることによって重力軸に対してブレーキをかけると
共に、上記重力軸を駆動するサーボモータへの移動指令
もしくは速度指令を「０」にして減速制御を行って該重
力軸の移動を停止させる。ブレーキ装置に電力を供給す
るスイッチが停電時、直ちにオフとなることによって、
重力軸に速やかにブレーキが作動する。、また、重力軸
を駆動するサーボモータへの移動指令もしくは速度指令
が「０」となることによって、該サーボモータは大きな
トルクで減速制御がなされることから、重力軸の落下は
防止されることになる。 【０００９】 【発明の実施の形態】図１は、本発明を工作機械に適用
した一実施形態である。図４とほとんど同一であるから
符号は同一符号を付している。そして相違する点は、パ
ワーサプライ回路１０に停電検出回路を設け、該検出回
路で停電を検出すると検出信号Ｓ１をＣＮＣ７、主軸モ
ータ制御回路１４、サーボモータ制御回路１５，１６に
出力する点である。またこの検出信号Ｓ１はパワーサプ
ライ回路１０内の電源回生制御回路にも出力している。 【００１０】図２は、パーワーサプライ回路１０、アン
プ１４〜１６及び制御部の要部ブロック図である。パワ
ーサプライ回路１０には、３相交流電源の停電を検出す
る停電検出回路１０ａが設けられている。この停電検出
回路１０ａは、図３に示すように、３相交流電源をダイ
オードＤのブリッジ回路で整流し、抵抗Ｒで分割した電
圧を検出し該検出電圧と停電検出電圧Ｖs とを比較器２
０で比較して、検出電圧が停電検出電圧Ｖs 以下になる
と停電検出信号Ｓ１を出力する。なお、図３におけるＣ
はノイズ吸収用コンデンサである。 該停電検出回路１
０ａで停電が検出されるとその検出信号Ｓ１をパワーサ
プライ回路１０内の電源回生制御回路１０ｂ、ＣＮＣ
７、主軸モータ制御回路１４、サーボモータ制御回路１
５，１６に出力している。 【００１１】停電検出信号Ｓ１を受けた電源回生制御回
路１０ｂは、該パワーサプライ回路１０内の電解コンデ
ンサ（図示せず）に蓄えられた電力を３相電源に回生さ
せる機能を無効にする。即ち、３相電源へ回生させるた
めのスイッチング素子としてのトランジスタＴｒを全て
オフにして、回生を無効にする。電源回生機能は、パワ
ーサプライ回路１０の入力側である電圧が高い３相電源
側に出力側の電解コンデンサに蓄えられた電力を回生さ
せるものであるが、３相電源が停電になって回生する先
がなくなることからこの電源回生機能が誤動作すること
を防止するためこの電源回生機能を無効にするものであ
る。 【００１２】また、停電検出信号Ｓ１を受けたＣＮＣ７
は、この信号を非常停止指令として処理し、スイッチ９
に対して非常停止信号を出力し該スイッチ９をオフにす
る。さらに、上記停電検出信号Ｓ１は、主軸モータ制御
回路１４、サーボモータ制御回路１５，１６に入力さ
れ、これらの制御回路１４〜１６はこの停電検出回路Ｓ
１が入力されると、ＣＮＣ７からの指令を無視して速度
指令もしくは移動指令を「０」とする。この際、停電に
よってこれらの制御回路１４〜１６にも電力の供給が停
止するけれども、停電直後は、整流回路６内の平滑用の
電解コンデンサに蓄えられたエネルギーによって電力が
供給され、このエネルギーがなくなるまで、制御回路１
４〜１６は制御電源供給回路８を介して電力が供給され
ることになる。その結果、停電後僅かの時間（上述した
ブレーキＢｒがかかるまでの数１０ｍｓ）は上記制御回
路１４〜１６は正常に作動する。 【００１３】また、主軸アンプ１１、サーボアンプ１
２，１３に対しても、停電直後はパワーサプライ回路１
０内の整流電圧を平滑する電解コンデンサに残っている
電力が供給され、この電力がなくなるまでこれらのアン
プ１１〜１３は作動することになる。 【００１４】主軸モータ制御回路１４に停電検出信号Ｓ
１が入力されると、速度指令を「０」として速度ループ
の処理がなされることになる。主軸１は停電直後も今ま
での指令によって回転し続ける。速度検出器（図示せ
ず）からその実速度がフィードバック信号して速度ルー
プに入力される。その結果、該速度ループは主軸モータ
Ｍｓの速度を「０」にすべく、主軸モータＭｓに逆方向
の駆動電流を指令して大きなトルクで減速させ停止させ
る。 【００１５】同様に、サーボモータ制御回路１５，１６
に停電検出信号Ｓ１が入力され、速度指令が「０」とさ
れた場合には、主軸モータの制御と同じように該サーボ
モータ制御回路１５，１６の速度ループから停電直前ま
でのトルク指令とは逆方向のトルク指令がだされ、減速
制御がなされてサーボモータＭｚ、Ｍｘは減速制御がな
されることになる。 【００１６】また、停電検出信号Ｓ１が入力されると、
サーボモータ制御回路１５，１６が移動指令を「０」と
するように設定している場合には、サーボモータ制御回
路１５，１６内の位置ループにおける位置偏差は、移動
指令が「０」になっても、サーボモータＭｚ、Ｍｘに取
り付けせられた位置、速度検出器（図示せず）からは、
停電直前に回転していた方向の位置フィードバック信号
が帰還されて来るから、停電直前の逆符号となり、位置
ループからは逆回転方向の速度指令が出力されることに
なる。また、速度ループにおいても、逆回転方向の速度
指令と位置速度検出器からフィードバックされてくる停
電直前の回転方向の速度フィードバック信号によって、
逆回転方向のトルク指令を出力することになり、サーボ
モータＭｚ，Ｍｘは大きなトルクで減速制御がなされる
ことになる。 【００１７】このように、従来は停電が発生したとき自
由状態におかれ、重力軸に関してはブレーキがかかるま
で自然落下する。しかし、本発明では、電解コンデンサ
に残るエネルギーによって主軸モータＭＳやサーボモー
タＭｚ，Ｍｘは減速制御がなされるから、これらのモー
タＭｓ，Ｍｚ，Ｍｘの速度は停電直後から急速に低下し
その回転量も少なくなる。そして、重力軸のサーボモー
タＭｚに対しては、停電直後のスイッチ９のオフによっ
てブレーキ装置Ｂｚによってブレーキがかけられるか
ら、重力軸の落下は僅かなもので、従来と比較して非常
に少ないものとなる。また、停電時、すでに停止状態に
ある場合は、電源がなくなるまで、そのまま現在の位置
にとどまる（落下しないよう）制御を継続する。その結
果、工具２やワークＷが停電による重力軸の落下で衝突
し破損するという不具合を防止することができる。 【００１８】なお、上記実施形態では、停電検出回路１
０ａで停電を検出した際に、主軸モータ制御回路１４
や、テーブルを駆動するサーボモータＭｘのサーボモー
タ制御回路１６にも該停電検出信号Ｓ１を出力して速度
指令や移動指令を「０」とするようにしたが、重力軸の
落下を防止するだけであれば、停電検出信号Ｓ１を主軸
モータ制御回路１４やサーボモータＭｘのサーボモータ
制御回路１６には出力せず、重力軸のサーボモータＭｚ
のサーボモータ制御回路１５、ＣＮＣ７、電源回生制御
回路１０ｂにのみ出力するようにしてもよい。 【００１９】 【発明の効果】停電時、重力軸を駆動するサーボモータ
は減速制御され、かつブレーキがかけられるから、重力
軸の落下は非常に少なくなり、該重力軸の落下による工
具やワーク等の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明を適用した工作機械の一実施形態のブロ
ック図である。 【図２】同実施形態におけるパーワーサプライ回路、ア
ンプ及び制御部の要部ブロック図である。 【図３】同実施形態における停電検出回路の一例の回路
図である。 【図４】本発明を適用する前の工作機械のブロック図で
ある。 【符号の説明】 １ 主軸 ２ 工具 ３ 送りねじ機構 ４ 送りねじ機構 ６ 整流回路 ７ 数値制御装置（ＣＮＣ） Ｍｚ 重力軸サーボモータ Ｍｘ Ｘ軸サーボモータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 3/04 Ｈ０２Ｐ 3/04 Ｂ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 重力の影響によって移動する可能性があ
   る軸を備える機械における該軸の停電時の落下防止制御
   装置であって、停電が検出されると、ブレーキ装置に電
   力を供給するスイッチをオフにすることによってブレー
   キ装置により上記軸に対してブレーキをかけると共に、
   上記軸を駆動するサーボモータへの移動指令、もしくは
   速度指令を「０」にして減速制御を行って該軸の移動を
   停止させる停電落下防止制御装置。