JP7227437B1 - モータモニタリング装置 - Google Patents

Abstract

本開示の一態様に係るモータモニタリング装置は、択一的に使用される複数の巻線により駆動される１または複数のモータの回転数を取得する回転数取得部と、前記モータの出力値を取得する出力値取得部と、使用されている前記巻線を特定する巻線特定部と、前記モータについて、前記巻線特定部が特定した前記巻線の負荷特性情報を取得する負荷特性取得部と、前記回転数および前記出力値の組み合わせを示すマーカを、一方の軸を前記回転数、他方の軸を前記出力値とするグラフ領域にプロットするグラフ表示部と、を備え、前記グラフ表示部は、前記回転数および前記出力値の想定される組み合わせについて、前記負荷特性情報に基づいて前記グラフ領域を負荷レベルが異なる複数の負荷区域に区分するとともに、前記複数の負荷区域を識別可能に表示するグラフ領域設定部と、前記グラフ領域に前記マーカをプロットするプロット部と、を有する。

Description

本発明は、モータモニタリング装置に関する。

例えば工作機械の主軸モータ等、負荷が大きく変化し得るモータでは、負荷が大きい状態が続くと熱が蓄積してオーバーヒートするおそれがある。このようなモータには、特定の条件でオーバーヒートせずに運転できる様々な時間定格が設定され得る。時間定格としては、例えばＪＩＳ－Ｃ４０３４－１に、連続運転可能な連続定格、室温の状態から一定の時間（負荷時間）だけ運転可能な短時間定格、所定のサイクル時間内に一定の時間（負荷時間率）だけ運転可能な反復定格等が規定されている。

例えば工作機械において、モータの実際の動作状態を把握し、オーバーヒートに対する余裕を小さくしてより効率的な加工を行うことができるようモータ速度等の設定値を調整することが想定される。モータの現在の動作状態を把握可能とする手段として、一方の軸を回転数、他方の軸を出力とし、上記の各種定格を示す線を表示するグラフ上に、モータの回転数および出力の現在値をプロットするロードメータが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０－９００１１号公報

１つの軸を駆動するために選択的に使用される複数のモータを有する装置構成、および１つのモータを駆動するために選択的に使用される複数の巻線系統を有する装置構成が知られている。このような装置構成においても、モータの状態を正確に把握することが望まれる。

本開示の一態様に係るモータモニタリング装置は、択一的に使用される複数の巻線により駆動される１または複数のモータの回転数を取得する回転数取得部と、前記モータの出力値を取得する出力値取得部と、使用されている前記巻線を特定する巻線特定部と、前記モータについて、前記巻線特定部が特定した前記巻線の負荷特性情報を取得する負荷特性取得部と、前記回転数および前記出力値の組み合わせを示すマーカを、一方の軸を前記回転数、他方の軸を前記出力値とするグラフ領域にプロットするグラフ表示部と、を備え、前記グラフ表示部は、前記回転数および前記出力値の想定される組み合わせについて、前記負荷特性情報に基づいて前記グラフ領域を負荷レベルが異なる複数の負荷区域に区分するとともに、前記複数の負荷区域を識別可能に表示するグラフ領域設定部と、前記グラフ領域に前記マーカをプロットするプロット部と、を有する。

本開示によれば、モータの状態を容易に把握できる。

本開示の第１実施形態に係るモータモニタリング装置を備える工作機械の構成を示すブロック図である。 図１のモータモニタリング装置による表示を例示する図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係るモータモニタリング装置を備える工作機械１の構成を示すブロック図である。

工作機械１は、本発明に係るモータモニタリング装置の一実施形態である数値制御装置１０と、数値制御装置１０によって制御される主軸２０と、数値制御装置１０に従って画面表示を行う表示装置３０と、ユーザが数値制御装置１０に入力するために用いる入力装置４０と、を備える。

数値制御装置１０は、メモリ、プロセッサ（ＣＰＵ）、入出力インターフェイス等を有し、適切な制御プログラムを実行する１または複数のコンピュータ装置によって実現され得る。以下に説明する数値制御装置１０の構成要素は、数値制御装置１０の機能（プロセッサの動作）を類別したものであって、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

主軸２０は、択一的に使用される複数のモータ（第１モータ２１および第２モータ２２）によって駆動される。第１モータ２１は、択一的に使用される複数の巻線（第１巻線２１１および第２巻線２１２）を有する。同様に、第２モータ２２は、択一的に使用される複数の巻線（第１巻線２２１および第２巻線２２２）を有する。つまり、主軸２０は、択一的に使用される４つの巻線２１１，２１２，２２１，２２２のいずれかによって駆動される。主軸２０は、典型的には切削工具またはワークを回転駆動する駆動軸とされ、加工状況に応じて回転数とは無関係に負荷が変動し得る。

工作機械１は、いずれかの巻線２１１，２１２，２２１，２２２を選択するスイッチング部２３と、主軸２０の回転数を検出する回転数検出器２４と、主軸２０を駆動する巻線２１１，２１２，２２１，２２２に供給される電流を検出する電流検出器２５と、をさらに備える。スイッチング部２３は、数値制御装置１０により制御される複数の継電器によって構成され得る。回転数検出器２４および電流検出器２５は、それぞれ周知のセンサによって構成され得る。電流検出器２５は、スイッチング部２３の上流側の電路の電流を検出するよう配設され得る。

表示装置３０は、数値制御装置１０から入力される信号に従って表示を行う周知のディスプレイである。表示装置３０は、数値制御装置１０と一体に構成されてもよい。入力装置４０は、数値制御装置１０にユーザが情報を入力するための装置であり、例えばキーボード、マウス等の周知の構成とされ得る。入力装置４０も、数値制御装置１０と一体に構成されてもよい。また、入力装置４０は、表示装置３０と一体に構成されてもよい。具体的には、表示装置３０および入力装置４０は、タッチパネル等の単一の入出力装置であってもよい。

本実施形態において、数値制御装置１０は、プログラム記憶部１１と、主軸２０を含む工作機械１の駆動軸を駆動するモータの動作を制御するモータ制御部１２と、スイッチング部２３を制御することにより巻線２１１，２１２，２２１，２２２を選択する巻線選択部１３と、本開示に係るモータモニタリング装置の機能を実行するモータモニタリング部１４と、を備える。

プログラム記憶部１１は、工作機械１において実行される加工プログラムを記憶する。加工プログラムは、それぞれ工作機械１の単位動作を指定する複数のブロックを含む。各ブロックは、それぞれ複数のキャラクタ（文字）の組み合わせからなる１以上のワードを含む。一般的に、各ブロックは、最初に当該ブロックを特定するためのシーケンス番号が付される。

モータ制御部１２は、加工プログラムに従って、主軸２０および工作機械１の他の駆動軸を制御、具体的には各モータの巻線電流を制御することにより、加工プログラムに記述される加工手順を実行する。モータ制御部１２の構成は、周知の数値制御装置と同様であるため、詳しい説明を省略する。

巻線選択部１３は、スイッチング部２３を制御することにより、主軸２０の巻線２１１，２１２，２２１，２２２いずれか１つだけをモータ制御部１２と接続する。

モータモニタリング部１４は、プログラム取得部１４１と、巻線特定部１４２と、負荷特性取得部１４３と、回転数取得部１４４と、出力値取得部１４５と、運転情報保存部１４６と、外部運転情報取得部１４７と、グラフ表示部１４８と、運転情報選択部１４９と、を備える。

プログラム取得部１４１は、プログラム記憶部１１から、モニタリング対象である主軸２０のモータ２１，２２の動作を指定する加工プログラムを取得する。

巻線特定部１４２は、巻線選択部１３から、選択されている巻線２１１，２１２，２２１，２２２を特定する情報を取得する。

負荷特性取得部１４３は、巻線特定部１４２が特定した選択されている巻線２１１，２１２，２２１，２２２の負荷特性を示す負荷特性情報を取得する。負荷特性情報は、複数の時間定格を含むことが好ましい。また、負荷特性取得部１４３は、負荷特性情報をモータモニタリング部１４の内部の記憶装置から取得してもよく、外部のサーバ等から取得してもよい。

回転数取得部１４４は、選択されているモータ２１，２２の回転数を取得、つまり回転数検出器２４から主軸２０の回転数を取得する。回転数取得部１４４は、モータ制御部１２および巻線選択部１３の情報を取得して、これらの情報から主軸２０の回転数を算出してもよい。

出力値取得部１４５は、主軸２０の例えば電流値、電力値、トルク値等の出力値を取得する。出力値取得部１４５は、本実施形態では、出力値取得部１４５は、電流検出器２５から主軸２０の電流値を取得し、電流値から算出される電力値およびトルク値を出力値として用いることが企図されるが、出力値取得部１４５は、電流値等の検出値をそのまま出力値とするよう構成されてもよい。出力値取得部１４５は、モータ制御部１２から出力値または出力値を算出するために必要な値を取得してもよい。また、出力値取得部１４５が取得する出力値の種類は１種類でもよく、３種類以上でもよい。

運転情報保存部１４６は、巻線特定部１４２が特定した巻線２１１，２１２，２２１，２２２および負荷特性取得部が取得した負荷特性情報と、回転数取得部１４４が取得した回転数、並びに出力値取得部１４５が取得した出力値、プログラム取得部１４１が取得した加工プログラムの対応するブロックを特定する情報、例えばシーケンス番号、行番号等とを関連付けて保存する。つまり、運転情報保存部１４６は、巻線２１１，２１２，２２１，２２２の番号、並びに主軸の回転および出力値が加工プログラムのどのブロックを実行したときの値であるかを特定可能に記憶する。運転情報保存部１４６が保存する運転情報には、例えば巻線２１１，２１２，２２１，２２２の温度等、主軸２０の状態、特に巻線２１１，２１２，２２１，２２２の状態を示す情報がさらに含まれてもよい。

通常、回転数および出力値は、短いサイクルで取得されるため、１つのブロックに対して複数の回転数および出力値の組み合わせが取得され得る。しかしながら、運転情報保存部１４６は、データ間でシーケンス番号が重複しないユニークキーとなるよう、１つのブロックに対して１つのデータを保存してもよい。この場合、各ブロックに対応する回転数および出力値は、それらの代表値が保存される。回転数および出力値の代表値としては、安全性を担保するために、そのブロックに対応する値の中のより高負荷を示す値（回転数および電流値の場合は最大値）とすることが好ましい。

外部運転情報取得部１４７は、他のモータモニタリング装置（数値制御装置）、複数のモータモニタリング装置を管理する管理コンピュータ、外部データベース等から、他のモータモニタリング装置において取得された運転情報を取得する。つまり、外部運転情報取得部１４７は、複数のモータモニタリング装置の間で運転情報を共有するための構成である。

グラフ表示部１４８は、回転数および出力値の組み合わせを示すマーカを、一方の軸を回転数、他方の軸を出力値とするグラフ領域にプロットするグラフを表示装置３０の表示画面に表示する。グラフ表示部１４８は、単一の出力値のグラフを表示してもよく、複数の出力値のグラフを並べて表示してもよい。

グラフ表示部１４８は、加工プログラムと回転数および出力値との関係を分かりやすくするために、図２に例示するように、プログラムの対応する部分の表示と同時にグラフを表示することが好ましい。

グラフ表示部１４８は、グラフ領域を複数の負荷区域に区分するとともに、複数の負荷区域を識別可能に表示するグラフ領域設定部１４８１と、実際の回転数および出力値の組み合わせを示すマーカをグラフ領域にプロットするプロット部１４８２と、を有する。

グラフ領域設定部１４８１は、回転数および出力値の想定される組み合わせについて、選択されている巻線２１１，２１２，２２１，２２２に係る負荷特性情報に基づいてグラフ領域を負荷レベルが異なる複数の負荷区域に区分する。典型的には、グラフ領域設定部１４８１は、複数の時間定格それぞれ境界としてグラフ領域を３以上の負荷区域に区分するよう構成され得る。グラフ領域の負荷区域は、使用される巻線２１１，２１２，２２１，２２２に対応して変更される。これにより、主軸２０の負荷状態（危険度または安全度）をユーザが容易に把握できる。

グラフ領域設定部１４８１は、色または模様により複数の負荷区域を識別可能に表示することが好ましい、色または模様を付することによって、回転数および出力値の組み合わせがどの負荷区域に属するかを容易に把握できる。また、その負荷区域の負荷レベルの高さを直感しやすい色または模様、例えば青、黄、赤の色を用いることで、主軸２０の運転状態の危険度を容易に把握できる。

主軸２０の回転数および出力値の組み合わせを連続定格以下とすれば、主軸２０の負荷に関してはその運転状態を無制限に継続することができる。このため、最も負荷レベルが低い負荷区域の上限は、連続定格を表す曲線とされることが好ましい。

グラフ領域設定部１４８１は、複数の負荷区域のいずれかの境界、好ましくは最も負荷レベルが高い負荷区域の下限を、同一の回転数における複数の時間定格（例えば負荷時間率が異なる短時間定格および反復定格）のうちの最大値を繋いだ線とすることが好ましい。この境界線を越える区域にプロットされる回転数および出力値の組み合わせは、直ちに障害を発生させ得る危険な出力状態であることを意味する。逆にこの境界線を越えなければ、短時間であれば問題を生じさせない可能性がある。

グラフ領域設定部１４８１は、複数の負荷区域の少なくともいずれかの境界をユーザの入力に従って選択できるよう構成されてもよい。具体的には、上述の連続定格、複数の時間定格の最大値、並びに負荷時間が異なる複数の短時間定格および負荷時間率が異なる複数の反復定格の中から、負荷区域の境界を選択できるよう構成され得る。これにより、工作機械１において行う加工の内容を考慮して適切と思われる負荷区域を設定できるので、主軸２０の危険度または安全度をより適切に把握できる。

プロット部１４８２は、主軸２０の使用されている巻線２１１，２１２，２２１，２２２の回転数および出力値の組み合わせをプロットする。プロット部１４８２は、マーカの例えば形状、大きさ、色、模様等の違いによって例えば巻線温度等の主軸２０の状態を示す状態値の大きさを示しつつ、回転数および出力値の組み合わせをプロットしてもよい。これにより、ユーザは、回転数および出力値が示す主軸２０のその時点の運転状態とともに、主軸２０の以前の運転状態にも影響され得る状態値を同時に把握できる。例として、状態値が主軸２０の温度が高くなっていることを示すものであったとしても、その時点の負荷レベルが低ければ、主軸２０の温度がさらに上昇する危険性はないと判断できることがある。逆に、その時点の負荷レベルがさほど高くない場合であっても、その運転状態を継続すれば間もなくオーバーヒートするおそれがあると判断できることもある。マーカは、グラフ領域の色または模様との区別を容易にする外縁部と状態値を示す塗りつぶし部とを有する態様とされてもよい。このように、プロット部１４８２がマーカの態様により状態値を示すことで、ユーザは、主軸２０の運転状態を多面的に把握できる。

プロット部１４８２は、現在の回転数および出力値の組み合わせを示すマーカに加え、過去に現在実行しているブロックと同じプログラムの同じブロックを実行したときの回転数および出力値の組み合わせを示すマーカをプロットしてもよい。現在の状態を示すマーカと過去の実績を示すマーカとは、区別可能に表示されることが好ましい。図２では、現在の状態を丸いマーカでプロットし、過去の実績を三角のマーカで示している。これにより、ユーザは、主軸２０の運転状態の主軸２０の仕様に対する余裕に加え、異常な負荷の増大の有無を容易に確認できる。

グラフ領域にプロットする過去の実績を示すマーカは、現在の状態を示すマーカとの区別を容易にするために、例えばグラフ領域を縦横に横断する十字状の補助線のような形態とされてもよい。また、プロットする過去の実績は該当する全ての運転情報の平均値であってもよく、運転情報選択部１４９により選択される１または複数の運転情報から算出される値または範囲であってもよい。

運転情報選択部１４９は、現在と同じ動作プログラムを実行したときの複数の運転情報の中からプロット部１４８２にプロットさせる運転情報を選択する。運転情報選択部１４９は、予め定められるアルゴリズムにしたがって、正常と考えられる主軸２０における１または複数運転情報を特定するよう構成され得る。具体例として、平均、標準偏差等を用いる統計的手法により、プロット部１４８２にプロットさせる運転情報を選択するよう構成され得る。また、運転情報選択部１４９は、ユーザに複数運転情報の選択を要求するインターフェイスを提供するよう構成されてもよい。

本実施形態に係る数値制御装置１０は、使用されている巻線の負荷特性情報を取得し、負荷特性情報に基づいてグラフ領域を負荷区域に区分して、回転数と出力値の組み合わせをプロットする。このため、ユーザは、回転数と出力値の組み合わせがプロットされた負荷区域に基づいて、モータの運転状態の安全度を容易に把握することができる。

上記実施形態および変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
モータモニタリング装置（１０）は、択一的に使用される複数の巻線（２１１，２１２，２２１，２２２）により駆動される１または複数のモータ（２１，２２）の回転数を取得する回転数取得部（１４４）と、モータ（２１，２２）の出力値を取得する出力値取得部（１４５）と、使用されている巻線（２１１，２１２，２２１，２２２）を特定する巻線特定部（１４２）と、モータ（２１，２２）について、巻線特定部（１４２）が特定した巻線（２１１，２１２，２２１，２２２）の負荷特性情報を取得する負荷特性取得部（１４３）と、回転数および出力値の組み合わせを示すマーカを、一方の軸を回転数、他方の軸を出力値とするグラフ領域にプロットするグラフ表示部（１４８）と、を備え、グラフ表示部（１４８）は、回転数および出力値の想定される組み合わせについて、負荷特性情報に基づいてグラフ領域を負荷レベルが異なる複数の負荷区域に区分するとともに、複数の負荷区域を識別可能に表示するグラフ領域設定部（１４８１）と、グラフ領域にマーカをプロットするプロット部（１４８２）と、を有する。

（付記２）
付記１モータモニタリング装置（１０）は、モータ（２１，２２）の動作を指定する複数のブロックを含む動作プログラムを取得するプログラム取得部（１４１）と、負荷特性情報、回転数および出力値をブロックと関連付けた運転情報を保存する運転情報保存部（１４６）と、をさらに備え、プロット部（１４８２）は、現在の回転数および出力値の組み合わせを示すマーカと、過去に現在と同じブロックを実行したときの回転数および出力値の組み合わせを示すマーカと、をプロットしてもよい。

（付記３）
付記２のモータモニタリング装置（１０）は、現在と同じ動作プログラムを実行したときの複数の運転情報の中からプロット部（１４８２）にプロットさせる運転情報を選択する運転情報選択部（１４９）をさらに備えてもよい。

（付記４）
付記２または３のモータモニタリング装置（１０）は、外部から運転情報を取得する外部運転情報取得部（１４７）をさらに備えてもよい。

以上、本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。

本開示に係るモータモニタリング装置は、工作機械を制御する数値制御装置から独立して設けられてもよく、工作機械の主軸モータ以外のモータまたは工作機械外のモータの状態を確認するものであってもよい。例として、本開示に係るモータモニタリング装置は、１または複数の数値制御装置を管理する管理コンピュータに上述の実施形態のモータモニタリング部の機能を付加したものであってもよい。

本開示に係るモータモニタリング装置において、情報保存部およびプログラム取得部、運転情報保存部、外部運転情報取得部および運転情報選択部は省略されてもよい。つまり、本開示に係るモータモニタリング装置は、現在のモータの負荷状態をリアルタイムに表示する機能のみを有するものであってもよい。

１ 工作機械
１０ 数値制御装置（モータモニタリング装置）
１１ プログラム記憶部
１２ モータ制御部
１３ 巻線選択部
１４ モータモニタリング部
１４１ プログラム取得部
１４２ 巻線特定部
１４３ 負荷特性取得部
１４４ 回転数取得部
１４５ 出力値取得部
１４６ 運転情報保存部
１４７ 外部運転情報取得部
１４８ グラフ表示部
１４８１ グラフ領域設定部
１４８２ プロット部
１４９ 運転情報選択部
２０ 主軸
２１，２２ モータ
２１１，２１２，２２１，２２２ 巻線
２３ スイッチング部
２４ 回転数検出器
２５ 電流検出器
３０ 表示装置
４０ 入力装置

Claims (4)

1. 択一的に使用される複数の巻線により駆動される１または複数のモータの回転数を取得する回転数取得部と、
   前記モータの出力値を取得する出力値取得部と、
   使用されている前記巻線を特定する巻線特定部と、
   前記モータについて、前記巻線特定部が特定した前記巻線の負荷特性情報を取得する負荷特性取得部と、
   前記回転数および前記出力値の組み合わせを示すマーカを、一方の軸を前記回転数、他方の軸を前記出力値とするグラフ領域にプロットするグラフ表示部と、
   を備え、
   前記グラフ表示部は、
   前記回転数および前記出力値の想定される組み合わせについて、前記負荷特性情報に基づいて前記グラフ領域を負荷レベルが異なる複数の負荷区域に区分するとともに、前記複数の負荷区域を識別可能に表示するグラフ領域設定部と、
   前記グラフ領域に前記マーカをプロットするプロット部と、
   を有する、モータモニタリング装置。
2. 前記モータの動作を指定する複数のブロックを含む動作プログラムを取得するプログラム取得部と、
   前記負荷特性情報、前記回転数および前記出力値を前記ブロックと関連付けた運転情報を保存する運転情報保存部と、
   をさらに備え、
   前記プロット部は、現在の前記回転数および前記出力値の組み合わせを示す前記マーカと、過去に現在と同じ前記ブロックを実行したときの前記回転数および前記出力値の組み合わせを示す前記マーカと、をプロットする、請求項１に記載のモータモニタリング装置。
3. 現在と同じ前記動作プログラムを実行したときの複数の前記運転情報の中から前記プロット部にプロットさせる前記運転情報を選択する運転情報選択部をさらに備える、請求項２に記載のモータモニタリング装置。
4. 外部から前記運転情報を取得する外部運転情報取得部をさらに備える、請求項２または３に記載のモータモニタリング装置。

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