JP6411426B2

JP6411426B2 - 協調制御方法

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Publication number: JP6411426B2
Application number: JP2016199538A
Authority: JP
Inventors: 茂雄矢島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: US20180099355A1; US10710195B2; JP2018060479A; CN107918364A; CN107918364B

Description

本発明は、複数の制御対象を協調して制御する協調制御方法に関する。

近年、複数の制御対象を１台の制御装置で制御するようなシステムが一般的になっている。１台の制御装置で複数の制御対象を制御する場合、各制御対象を協調して制御することが好ましく、協調制御に関して様々な提案がされている。

特許文献１に記載のグループオブジェクト及び制御システムでは、協調制御する複数のデバイスをグループ化するとともに、そのグループを構成する各デバイスを管理するグループオブジェクトを設けている。

特開２０００−０９００５７号公報

特許文献１に記載のグループオブジェクト及び制御システムでは、協調制御するために、グループ化した複数のデバイスを管理するグループオブジェクトを設ける必要があり、装置が複雑化してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数の制御対象を容易に協調して制御することができる協調制御方法を提供することを目的とする。

本発明の協調制御方法は、主制御対象の制御を行う主制御手段と、前記主制御対象により主作動を行うための条件が整った場合に制御可能な第１副制御対象の制御を行う第１副制御手段と、前記主作動が完了した後に制御可能な第２副制御対象の制御を行う第２副制御手段とを備える制御装置の協調制御方法であって、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段は、制御を行うための制御準備が完了した場合に、前記主制御手段に準備完了信号を送信し、前記主制御手段は、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段それぞれから前記準備完了信号を受信した場合に、前記主制御対象の制御を行い、前記主制御対象により前記主作動を行うための条件が整った場合に、前記第１副制御手段に制御実行信号を送信し、前記主作動が完了した後に、前記第２副制御手段に制御実行信号を送信し、前記第１副制御手段は、前記制御実行信号を受信した場合に、前記第１副制御対象の制御を行い、前記第２副制御手段は、前記制御実行信号を受信した場合に、前記第２副制御対象の制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、第１副制御手段及び第２副制御手段は、制御準備の完了後に、主制御手段から送信される制御実行信号を受信した場合に、第１副制御対象及び第２副制御対象の制御を開始するので、第１副制御手段による制御準備に係る時間と、第２副制御手段による制御準備に係る時間とが異なる場合でも、第１副制御対象と第２副制御対象とを容易に協調して制御することができる。

また、前記主制御手段は、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段それぞれから前記準備完了信号を受信した場合に、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段に制御保留信号を送信し、前記制御保留信号の送信後に前記主制御対象の制御を行い、前記第１副制御手段は、前記制御保留信号を受信した後に前記制御実行信号を受信した場合に、前記第１副制御対象の制御を行い、前記第２副制御手段は、前記制御保留信号を受信した後に前記制御実行信号を受信した場合に、前記第２副制御対象の制御を行うことが好ましい。

この構成によれば、より一層確実に第１副制御対象と第２副制御対象とを協調して制御することができる。例えば、第１副制御手段または第２副制御手段の処理時間が主制御手段の処理時間に比べて早い場合、実行信号と保留信号が切り替わる前に実行信号を検出し続けると、実際には主制御装置が制御を実行していなくても、実行信号を検出し、繰り返し各副制御対象を制御してしまう可能性がある。この構成によれば、各副制御手段は保留信号を受信した後に実行信号を受信した場合に制御対象の制御を行うので、確実に協調して制御することができる。

さらに、前記第２副制御手段は、前記第１副制御手段よりも制御準備が完了するまでの時間が長く、且つ複数設けられ、前記複数の第２副制御手段は、順番に前記主制御手段に前記準備完了信号を送信し、前記複数の第２副制御手段のうちのいずれかにより前記第２副制御対象の制御を行っている間に、次の順番の前記第２副制御手段により制御準備を開始することが好ましい。

この構成によれば、第２副制御手段が複数ある場合でも、協調して制御することができる。さらに、第２副制御手段により第２副制御対象の制御を行っている間に、次の順番の第２副制御手段による制御準備を開始することができる。これにより、第２副制御手段が１個のものに比べて、高速制御が可能となる。

本発明によれば、複数の制御対象を容易に協調して制御することができる。

本発明の溶接装置により溶接される回転電機のステータを示す斜視図。コイルセグメントを示す斜視図。コイルセグメントの突出部分を示す斜視図。溶接装置を示す概略図。溶接を行う場合の制御の流れを示すフローチャート。２個のコイルセグメントの先端部とトーチ電極との間にアークが発生した状態を示す側面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施例は、レーザ照射によってアーク発生を誘発するアーク溶接に関する。

先ず、溶接される回転電機の構造の一例について説明する。

図１に示すように、電動機や発電機などの回転電機は、円筒状に形成されたステータ１と、ステータ１の内側に回転自在に配置されたロータ（図示せず）とを備える。

ステータ１は、ステータコア２と、コイル３とを備える。ステータコア２は、円筒形状であり、回転軸方向に貫通する複数のスロット２ａが周方向に間隔を存して複数設けられている。各スロット２ａは、ステータコア２の径方向断面形状がステータコア２の中心側から径方向に向かって放射状に延びるように形成されており、ステータコア２に形成されたスリット２ｂを介してステータコア２の内周面に連通している。なお、スリット２ｂは設けなくてもよい。

コイル３は、図２に示すコイルセグメント４をスロット２ａに一方から挿入し、スロット２ａの他方から突出した突出部分を周方向に捩り曲げて溶接することにより構成される。

コイルセグメント４は、複数本、実施形態では４本の断面長方形状の導体（平角線の導線）を幅の広い方の面が対向するように１列に整列させて１つの束にしてＵ字状に形成したものであり、一対の脚部４ａ，４ａと、両脚部４ａ，４ａの一方端（図では上端）を連結する頭部４ｂとからなる。

なお、コイルセグメント４は、複数の平角線を幅方向に整列させた束であればよく、例えば、複数の平角線を幅の狭い方の面が対向するように１列に整列させたものであってもよい。

頭部４ｂの中央には、平角線の整列方向にＳ字状に湾曲するＳ字状部４ｃが形成されている。また、頭部４ｂは、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から両脚部４ａ，４ａに向かって下方に傾斜している。コイルセグメント４の脚部４ａは、対応するスロット２ａに一方から挿入されている。スロット２ａの他方からは、コイルセグメント４の脚部４ａが突出している。

スロット２ａの他方から突出した脚部４ａの突出部分４ｄは、図３Ａに示すように、捩り曲げ装置（図示せず）によりステータ１の周方向に捩り曲げられ、対応する突出部分４ｄの先端部４ｅ同士が詳しくは後述するＴＩＧ溶接装置１０（図４参照）により溶接される。このようにして、径方向に８層（８本）のコイルセグメント４が積層配置されたステータ１が完成する。ここでは、径方向外側から内側に向かって、１層、２層、・・・、８層の順に並んでいる。

なお、本実施形態のコイル３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルであり、各スロット２ａに挿入されるコイルセグメント４の脚部４ａは、周方向に、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に並ぶ。図３Ｂでは、３つの相のうちの１相のコイル（例えば、Ｕ相コイル）のみを示している。

次に、２個のコイルセグメント４の先端部４ｅ同士を溶接する溶接装置１０について説明する。

図４に示すように、溶接装置１０は、溶接トーチ１１と、移動機構１２と、主制御装置１３と、第１副制御装置１４と、第２副制御装置１５とを備えている。また、溶接装置１０は、レーザ光Ｌを発生するレーザ源１６と、レーザ源１６で発生されるレーザ光Ｌを、溶接を行う溶接点に選択的に照射するレーザ光照射部１７と、レーザ源１６及びレーザ光照射部１７を接続する伝送ファイバ１８とを備えている。溶接装置１０は、隣接する２個のコイルセグメント４の先端部４ｅ同士を溶接する。

溶接トーチ１１は、アーク放電を発生させるものであり、トーチノズル１１ａと、トーチノズル１１ａの先端部に取り付けられたトーチ電極１１ｂとを備える。移動機構１２は、複数のアーム及びモータ等を備え、モータの駆動によりアームを駆動し、溶接トーチ１１を移動させる。

トーチ電極１１ｂ及びステータコア２は、電源装置２１に電気的に接続されている。電源装置２１は直流電源であり、トーチ電極１１ｂを負極、コイルセグメント４を正極として給電する。

主制御装置１３は、レーザ源１６の出力を制御するものであり、第１副制御装置１４及び第２副制御装置１５が接続されている。

第１副制御装置１４は、レーザの光路を切り替えるレーザ光照射部１７を制御する。第２副制御装置１５は、溶接トーチを移動させる移動機構１２を制御する。第１副制御装置１４及び第２副制御装置１５は、例えばＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）から構成される。

レーザ源１６は、例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ等を発生できるものを用いることができる。レーザ源１６は、伝送ファイバ１８によりレーザ光照射部１７に接続されており、レーザ源１６で発生されたレーザ光Ｌは伝送ファイバ１８によりレーザ光照射部１７に案内される。レーザ光照射部１７は、ミラー、レンズ等の光学系を備え、伝送ファイバ１８により伝送されたレーザ光Ｌを所望の箇所に集光する。

次に、溶接装置１０を用いて溶接する際の協調制御方法について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、溶接開始時には、電源装置２１により、トーチ電極１１ｂは負極、２個のコイルセグメント４は正極として給電された状態となっている。また、伝送ファイバ１８を介してレーザ源１６からレーザ光照射部１７に伝送されるレーザ光Ｌは、図４における左側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅに向けて集光させるようにセットされ、溶接トーチ１１のトーチ電極１１ｂは、図４における左側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅの間に位置するようにセットされている。

図５に示すように、第１副制御装置１４は、レーザ光Ｌを図４における左側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅに向けて集光させる状態から、図４における右側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅに向けて集光させる状態となるように、レーザ光照射部１７のレーザ光路を制御するための制御情報を生成し、生成が完了した場合に、準備完了信号を主制御装置１３に送信する（ＳＴＥＰ１）。

第２副制御装置１５は、溶接トーチ１１のトーチ電極１１ｂが、図４における左側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅの間から、図４における右側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅの間に移動するように、移動機構１２を制御するための制御情報を生成し、生成が完了した場合に、準備完了信号を主制御装置１３に送信する（ＳＴＥＰ２）。本実施形態では、第２副制御装置１５の制御準備に係る時間は、第１副制御装置１４の制御準備に係る時間より長い。

主制御装置１３は、第１副制御装置１４及び第２副制御装置１５それぞれから準備完了信号を受信したかを検出している（ＳＴＥＰ３）。主制御装置１３は、準備完了信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ３で「ＹＥＳ」）と、第１副制御装置１４及び第２副制御装置１５に、ＢｕｓｙＯＮ信号（制御保留信号）を送信した（ＳＴＥＰ４）後、レーザ源１６からレーザ光Ｌを発生させる（ＳＴＥＰ５）。なお、主制御装置１３は、準備完了信号を受信したことを検出していない場合（ＳＴＥＰ３で「ＮＯ」）、再びＳＴＥＰ３を行う。また、主制御装置１３は、レーザ照射によりアーク放電が発生する条件が整ったらレーザ源１６からのレーザ出力を停止する。アーク放電が発生する条件が整うとは例えば所定時間レーザを照射したことをいう。

主制御装置１３は、レーザ源１６からレーザ光Ｌを発生させ（ＳＴＥＰ５）、レーザ照射によりアーク放電が発生する条件が整い、レーザ源１６からのレーザ出力を停止した後、第１副制御装置１４に、ＢｕｓｙＯＦＦ信号（制御実行信号）を送信し、主制御装置１３は、アーク溶接が完了した（例えば、所定時間アーク溶接が行われた）後、第２副制御装置１５に、ＢｕｓｙＯＦＦ信号（制御実行信号）を送信する（ＳＴＥＰ６）。

レーザ光Ｌの発生により、図６に示すように、溶接トーチ１１のトーチ電極１１ｂが左側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅの間に位置した状態で、レーザ光照射部１７により、レーザ光Ｌが左側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅに向けて集光される。

そして、トーチ電極１１ｂが負極、２個のコイルセグメント４が正極として通電されているので、２個のコイルセグメント４の先端部４ｅと、トーチ電極１１ｂとの間の空間がレーザ光Ｌにより電離プラズマ化される。この結果、この空間の抵抗値が急激に減少し、レーザ光Ｌが照射された部分に対して、トーチ電極１１ｂからアーク放電ＡＣが誘発され、２個のコイルセグメント４の先端部４ｅ同士の溶接が行われる。本実施形態では、レーザ光Ｌは、アーク放電ＡＣを誘発するためのものであり、アーク放電ＡＣが発生した後には、レーザ光Ｌを照射しなくても、アーク溶接は行われる。

なお、溶接を行う際、アルゴンガス供給手段（図示せず）を作動させ、溶接点及び溶接トーチ１１をアルゴンガスでシールドする。

第１副制御装置１４は、準備完了信号を主制御装置１３に送信した（ＳＴＥＰ１）後、ＢｕｓｙＯＮ信号を受信したかを検出する（ＳＴＥＰ７）。第１副制御装置１４は、ＢｕｓｙＯＮ信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ７で「ＹＥＳ」）と、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したかを検出する（ＳＴＥＰ８）。なお、第１副制御装置１４は、ＢｕｓｙＯＮ信号を受信したことを検出していない場合（ＳＴＥＰ７で「ＮＯ」）、再びＳＴＥＰ７を行う。

同様に、第２副制御装置１５は、準備完了信号を主制御装置１３に送信した（ＳＴＥＰ２）後、ＢｕｓｙＯＮ信号を受信したかを検出する（ＳＴＥＰ９）。第２副制御装置１５は、ＢｕｓｙＯＮ信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ９で「ＹＥＳ」）と、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したかを検出する（ＳＴＥＰ１０）。なお、第２副制御装置１５は、ＢｕｓｙＯＮ信号を受信したことを検出していない場合（ＳＴＥＰ９で「ＮＯ」）、再びＳＴＥＰ９を行う。また、ＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ７及びＳＴＥＰ９は省略してもよい。

上述したように、主制御装置１３は、レーザ源１６からレーザ光Ｌを発生させた（ＳＴＥＰ５）後、第１副制御装置１４に、ＢｕｓｙＯＦＦ信号（制御実行信号）を送信し、主制御装置１３は、アーク溶接が完了した後、第２副制御装置１５に、ＢｕｓｙＯＦＦ信号（制御実行信号）を送信している（ＳＴＥＰ６）。

第１副制御装置１４は、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したかを検出しており（ＳＴＥＰ８）、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ８で「ＹＥＳ」）と、伝送ファイバ１８を介してレーザ源１６からレーザ光照射部１７に伝送されたレーザ光Ｌを、図４における右側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅに向けて集光させるようにレーザ光照射部１７がレーザの光路を切り替える（ＳＴＥＰ１１）。なお、第１副制御装置１４は、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したことを検出していない場合（ＳＴＥＰ８で「ＮＯ」）、再びＳＴＥＰ８を行う。

第２副制御装置１５は、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したかを検出しており（ＳＴＥＰ１０）、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ１０で「ＹＥＳ」）と、溶接トーチ１１のトーチ電極１１ｂが図４における右側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅの間に位置するように、移動機構１２を駆動する（ＳＴＥＰ１２）。なお、第２副制御装置１５は、ＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したことを検出していない場合（ＳＴＥＰ１０で「ＮＯ」）、再びＳＴＥＰ１０を行う。

次に、図６における右側の２個のコイルセグメント４の先端部４ｅを溶接するように、上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ１２を行う。この制御を、全てのコイルセグメント４の先端部４ｅに対して行うことで、全ての近接するコイルセグメント４の先端部４ｅ同士を溶接することができる。

従来のように、第１副制御装置１４と第２副制御装置１５とが、それぞれ独立してＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ１２の制御開始のタイミングを決定するものでは、処理時間が短い一方による制御開始が早くなり、第１副制御装置１４によるＳＴＥＰ１１と、第２副制御装置１５によるＳＴＥＰ１２とを、協調して制御することができない。

本実施形態では、第１副制御装置１４は、主制御装置１３からのＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ８で「ＹＥＳ」）と、レーザ光照射部１７を駆動し（ＳＴＥＰ１１）、第２副制御装置１５は、主制御装置１３からのＢｕｓｙＯＦＦ信号を受信したことを検出する（ＳＴＥＰ１０で「ＹＥＳ」）と、移動機構１２を駆動する（ＳＴＥＰ１２）。このように、主制御装置１３からのＢｕｓｙＯＦＦ信号の受信に応じて制御を開始するので、第１副制御装置１４によるＳＴＥＰ１１と、第２副制御装置１５によるＳＴＥＰ１２とを容易に協調して制御することができる。

さらに、第１副制御装置１４と第２副制御装置１５とを設けているので、１個の副制御装置によりレーザ光照射部１７及び移動機構１２の駆動を制御するものに比べて、第１副制御装置１４及び第２副制御装置１５それぞれでの制御負荷を軽くすることができ、高速制御が可能となる。

また、第１副制御装置１４よりも制御準備に係る時間が長い第２副制御装置１５を複数（例えば、３個）設けるようにしてもよい。３個設ける場合、３個の第２副制御装置１５は、順番に準備完了信号を主制御装置１３に送信し、第１副制御装置１４は、３個の第２副制御装置１５それぞれに対応して準備完了信号を主制御装置１３に送信する。第２副制御装置１５を複数設けることにより、第２副制御装置１５により移動機構１２の制御を行っている間に、次の順番の第２副制御装置１５による制御準備を開始することができる。これにより、第２副制御装置１５が１個のものに比べて、高速制御が可能となる。

さらに、溶接トーチ１１を複数設け、移動機構１２により複数の溶接トーチ１１を一緒に移動させるようにしてもよい。この場合、各溶接トーチ１１に対して、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ１２を行う。

また、本発明の協調制御方法を実施する制御装置は、溶接装置１０に限らず、複数の副制御対象の制御を行う装置であれば実施可能である。

１…ステータ、２…ステータコア、２ａ…スロット、２ｂ…スリット、３…コイル、４…コイルセグメント、４ａ…脚部、４ｂ…頭部、４ｄ…突出部分、４ｅ…先端部、１０…溶接装置、１１…溶接トーチ、１１ａ…トーチノズル、１１ｂ…トーチ電極、１２…移動機構、１３…主制御装置、１４…第１副制御装置、１５…第２副制御装置、１６…レーザ源、１７…レーザ光照射部、１８…伝送ファイバ、２１…電源装置

Claims

主制御対象の制御を行う主制御手段と、前記主制御対象により主作動を行うための条件が整った場合に制御可能な第１副制御対象の制御を行う第１副制御手段と、前記主作動が完了した後に制御可能な第２副制御対象の制御を行う第２副制御手段とを備える制御装置の協調制御方法であって、
前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段は、制御を行うための制御準備が完了した場合に、前記主制御手段に準備完了信号を送信し、
前記主制御手段は、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段それぞれから前記準備完了信号を受信した場合に、前記主制御対象の制御を行い、前記主制御対象により前記主作動を行うための条件が整った場合に、前記第１副制御手段に制御実行信号を送信し、前記主作動が完了した後に、前記第２副制御手段に制御実行信号を送信し、
前記第１副制御手段は、前記制御実行信号を受信した場合に、前記第１副制御対象の制御を行い、
前記第２副制御手段は、前記制御実行信号を受信した場合に、前記第２副制御対象の制御を行うことを特徴とする協調制御方法。
請求項１に記載の協調制御方法において、
前記主制御手段は、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段それぞれから前記準備完了信号を受信した場合に、前記第１副制御手段及び前記第２副制御手段に制御保留信号を送信し、前記制御保留信号の送信後に前記主制御対象の制御を行い、
前記第１副制御手段は、前記制御保留信号を受信した後に前記制御実行信号を受信した場合に、前記第１副制御対象の制御を行い、
前記第２副制御手段は、前記制御保留信号を受信した後に前記制御実行信号を受信した場合に、前記第２副制御対象の制御を行うことを特徴とする協調制御方法。
請求項１又は２に記載の協調制御方法において、
前記第２副制御手段は、前記第１副制御手段よりも制御準備が完了するまでの時間が長く、且つ複数設けられ、
前記複数の第２副制御手段は、順番に前記主制御手段に前記準備完了信号を送信し、
前記複数の第２副制御手段のうちのいずれかにより前記第２副制御対象の制御を行っている間に、次の順番の前記第２副制御手段により制御準備を開始することを特徴とする協調制御方法。