JP7277295B2 - サーボモータの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、サーボモータの制御装置に関する。
例えば、工作機械の主軸を駆動するためのサーボモータなど、産業用機械のサーボモータは、回転量、速度、トルク等が駆動制御されている。また、サーボモータの制御装置は、モータの位置、磁極位置（モータ磁石の位相（角度））を検出器で検出し、検出器からの各種のフィードバック値に基づいて電圧指令値を決定し、パルス幅変調（ＰＷＭ； Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式によって変調した電圧を印加することで、モータの駆動制御を行っている。
また、ＡＣサーボモータに多用されるインクリメンタルエンコーダ（位置検出器）は、例えば、発光素子と、回転スリット板と、受光素子と、波形整形回路と、信号伝送回路とを備えている。また、出力信号として、回転方向が判別できるように互いに９０度位相差を有する２相の信号と、１回転１パルスの原点基準Ｚ信号と、ＡＣサーボモータの相励磁切り替えのためのコミュテーション信号とが用いられる。
特許文献１には、「互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ２相のインクリメンタル信号と、１回転中の原点を示す基準信号Ｚと、３相ＡＣサーボモータの相励磁切り替え信号（コミュテーション信号）ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３相とを出力する原信号出力部と、エンコーダ主電源のオン，オフ状態を検出する電源ＯＮ／ＯＦＦ検出回路と、Ａ，Ｂ２相の変化エッジを検出しＡ，Ｂ２相の位相によりカウントアップパルスおよびダウンパルスを出力するＡ，Ｂ相方向弁別回路と、前記電源ＯＮ／ＯＦＦ検出回路の出力によりカウント初期データをプリロードし前記Ａ，Ｂ相方向弁別回路の出力パルスをカウントするアップダウンカウンタと、Ａ，Ｂ２相のレベルにより前記アップダウンカウンタにプリロードする初期データを出力する初期値検出回路と、前記Ａ，Ｂ相方向弁別回路からの出力とＺ相，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３相よりエンコーダの誤動作の有無を判別する異常検出回路と、前記原信号出力部からのＺ相およびＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３相と前記アップダウンカウンタからのデータと前記異常検出回路からのステータスをラッチするデータラッチ回路と、前記原信号出力からのＺ相をサンプリングしてＺ相の状態を出力するＺ信号変換回路と、前記データラッチ回路から出力されるカウントデータ，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３相，ステータスと前記Ｚ相信号変換回路から出力されるデータとをシリアルデータに変換し出力するパラレルシリアル変換回路と、を備えたロータリーエンコーダ。」が開示されている。
特開平０９－２８０８９１号公報
一方、例えば、図６に示すように、位置検出器としてインクリメンタルエンコーダを用いたサーボモータの位置制御を行うために、Ｚ相信号を捉えてサーボモータの軸などの位置を確立する動作（絶対（基準）位置確立の動作）を行った際に、Ｚ相検出時の速度によってはノイズ等の影響で正しい位置でＺ相信号が検出できないケースがあった。結果、この場合には、絶対位置にずれが生じ、高精度で位置制御が行えないという不都合が生じてしまう。
本開示のサーボモータの制御装置の一態様は、サーボモータの回転を検出するインクリメンタル形のエンコーダのＺ相信号を検出して駆動制御を行うサーボモータの制御装置であって、前記エンコーダのＺ相信号に基づき、前記サーボモータの回転軸の基準位置を検出する位置検出部と、検出された複数の前記Ｚ相信号の間隔を計測する信号間隔検出部と、前記信号間隔検出部で計測した間隔が、予め定めた閾値以上となった場合に前記Ｚ相信号が異常であると判定する異常判定部と、を備える構成とした。
本開示のサーボモータの制御装置の一態様によれば、Ｚ相信号の検出動作において、検出した複数のＺ相信号の間隔を計測し、間隔が予め設定した閾値（閾値の範囲）を超えるか否かを捉えることによって、Ｚ相信号の異常の有無を判定することができる。これにより、ノイズ等の影響でサーボモータの軸などの位置が誤検出、誤設定されるという不都合を解消することができ、結果、高精度で信頼性の高い位置制御を行うことが可能になる。
一態様のサーボモータの制御システムを示す図である。 一態様のサーボモータの制御装置を示すブロック図である。 一態様のサーボモータの制御装置を用いてＺ相信号の異常の有無を判定する方法を示すフロー図である。 一態様のサーボモータの制御装置を用いてＺ相信号の異常の有無を判定する方法を示すフロー図である。 一態様のサーボモータの制御装置を用いてＺ相信号の異常の有無を判定する方法を示すフロー図である。 ノイズなどの影響による誤検出の説明に用いた図である。
以下、図１から図５を参照し、一実施形態に係るサーボモータの制御装置について説明する。
本実施形態では、産業用機械が工作機械であるものとし、サーボモータの制御装置によって、工作機械の主軸などの駆動制御を行うものとして説明を行う。
但し、本発明に係るサーボモータの制御装置は、工作機械に限らず、ロボット、搬送機、計測器、試験装置、プレス機、圧入器、印刷機、ダイカストマシン、射出成型機、食品機械、包装機、溶接機、洗浄機、塗装機、組立装置、実装機、木工機械、シーリング装置、切断機など、他の産業用機械に用いられるサーボモータの駆動制御に適用しても勿論構わない。
本実施形態の工作機械（産業用機械）の制御システム１は、例えば、図１に示すように、上位制御装置であるＣＮＣ（コンピュータ数値制御装置：Computerized Numerical Control）２と、ＣＮＣ２の指令に基づいて工作機械のサーボモータ（駆動部）３の駆動を制御するサーボモータの制御装置（サーボアンプなどのモータ制御装置）４と、サーボモータ３の回転を検出するインクリメンタル形のエンコーダ（インクリメンタルエンコーダ）５と、を備えて構成されている。
本実施形態のサーボモータの制御装置４は、図１、図２に示すように、エンコーダ５のＺ相信号に基づき、サーボモータ３の回転軸の基準位置を検出する位置検出部６と、検出された複数のＺ相信号の間隔を計測する信号間隔検出部７と、信号間隔検出部７で計測した間隔が、予め定めた閾値以上となった場合にＺ相信号が異常であると判定する異常判定部８と、を備えている。
さらに、本実施形態のサーボモータの制御装置４においては、異常判定部８で異常であると判定された場合に、サーボモータ３の速度を変更する速度変更部９と、サーボモータ３の速度を予め定めた速度まで変更した段階で、Ｚ相信号の間隔が直近の検出値、もしくは一定期間の検出値の平均値に対し、予め定めた閾値以上となって異常判定部８が異常であると判定する場合に、上位制御装置のＣＮＣ２などに異常を通知する異常通知部１０と、を備えている。
そして、上記構成からなる本実施形態のサーボモータの制御装置４を用いて位置制御を行う際には、図３（図１、図２）に示すように、サーボモータ３の駆動とともにエンコーダ５によってサーボモータ３の軸回転位置を検出し始め、且つ位置検出部６がエンコーダ５のＺ相信号に基づいてサーボモータ３の回転軸の基準位置を検出する。
このとき、本実施形態のサーボモータの制御装置４では、サーボモータ３の回転状態で、信号間隔検出部７が複数のＺ相信号を受け取るとともに、前回のＺ相信号を検出してから次のＺ相信号（今回のＺ相信号）が検出されるまでの時間の計測を開始する（ＳＴＥＰ１）。
Ｚ相信号が検出されて（ＳＴＥＰ２）、信号間隔検出部７が前回のＺ相信号と次のＺ相信号の間隔を計測した場合には、異常判定部８によって、この間隔が、正常値を基準に予め設定した閾値（閾値の上限と下限の範囲）を超えている以下否かが確認される（ＳＴＥＰ３）。
閾値を超えていない場合には、異常判定部８が今回のＺ相信号が正常であると判定し、基準位置の確立（絶対位置確立）を行う（ＳＴＥＰ４）。
閾値以上である場合には、異常判定部８が今回のＺ相信号が異常であると判定し、基準位置の確立を行わない（ＳＴＥＰ５）。
ここで、本実施形態では、Ｚ相信号の間隔が直近の検出値が予め定めた閾値以上となっているか否かを確認して異常の有無を判定するものとしているが、一定期間に検出された複数のＺ相信号の検出値の平均値が予め定めた閾値以上となっているか否かを確認して異常の有無を判定するようにしてもよい。
また、本実施形態のサーボモータの制御装置４では、図４に示すように、異常判定部８が異常であると判定した場合に、異常通知部１０によって、上位制御装置のＣＮＣ２などに異常を通知することが好ましい（ＳＴＥＰ６）。
さらに、本実施形態のサーボモータの制御装置４では、図５（図１）に示すように、異常判定部８が異常であると判定した場合に、サーボモータ３の速度を、予め設定した範囲内で上げたり、下げたりして変更し、速度変更完了後のＺ相信号の間隔の再計測（リトライ）を行い（ＳＴＥＰ７、ＳＴＥＰ８、ＳＴＥＰ１）、異常判定をやり直す。なお、速度の変更値においても予め設定した範囲内で予め複数設定しておき、それぞれの設定変更速度におけるＺ相信号の間隔を繰り返し再計測（リトライ）する。
したがって、本実施形態のサーボモータの制御装置４においては、Ｚ相信号の検出動作において、検出した複数のＺ相信号の間隔を計測し、間隔が予め設定した閾値（閾値の範囲）を超えるか否かを捉えることによって、Ｚ相信号の異常の有無を判定することができる。これにより、ノイズ等の影響でサーボモータ３の軸などの位置が誤検出、誤設定されるという不都合を解消することができ、結果、高精度で信頼性の高い位置制御を行うことが可能になる。
また、異常判定部８で異常であると判定された場合に、サーボモータ３の速度を変更し、信号間隔検出部７でＺ相信号の間隔の再計測（リトライ）を行うことによって、より精度よくＺ相信号の異常の有無を捉えることが可能になる。
また、異常判定部８が異常であると判定する場合に、上位制御装置のＣＮＣ２などに異常を通知する異常通知部１０を備えることによって、迅速にオペレータに異常を認識させ、さらにサーボモータ３を停止させたり、アラームを発生させることができ、工作機械（産業用機械）の予期せぬ危険な動作を防止することが可能になる。
以上、サーボモータの制御装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、異常判定部８で異常であると判定された場合に、速度変更部９がサーボモータ３の速度を変更し、サーボモータ３の速度を予め定めた速度まで変更した段階で信号間隔検出部７がＺ相信号の間隔を再計測し、異常判定部８、異常通知部１０が異常の判定、通知をするものとした。
これに対し、速度を一定にし、Ｚ相信号が検出される時間を検出し、複数のＺ相信号の検出時間（間隔）によって異常の有無を判定するようにしてもよい。
１ サーボモータの制御システム
２ 上位制御装置（ＣＮＣ）
３ サーボモータ
４ サーボモータの制御装置
５ エンコーダ
６ 位置検出部
７ 信号間隔検出部
８ 異常判定部
９ 速度変更部
１０ 異常通知部

Claims (2)

  1. サーボモータの回転を検出するインクリメンタル形のエンコーダのＺ相信号を検出して駆動制御を行うサーボモータの制御装置であって、
    前記エンコーダのＺ相信号に基づき、前記サーボモータの回転軸の基準位置を検出する位置検出部と、
    検出された複数の前記Ｚ相信号の間隔を計測する信号間隔検出部と、
    前記信号間隔検出部で計測した間隔が、予め定めた閾値以上となった場合に前記Ｚ相信号が異常であると判定する異常判定部と、
    を備え、
    前記異常判定部で異常であると判定された場合に、前記サーボモータの速度を変更し、前記信号間隔検出部で再計測を行うように構成されている、サーボモータの制御装置。
  2. 前記サーボモータの速度を予め定めた速度まで変更した段階で、前記Ｚ相信号の間隔が直近の検出値、もしくは一定期間の検出値の平均値に対し、予め定めた閾値以上となって前記異常判定部が異常であると判定する場合に、上位制御装置に異常を通知する異常通知部を備える、
    請求項１に記載のサーボモータの制御装置。
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