KR20210111253A

KR20210111253A - 모션컨트롤러 및 성형기

Info

Publication number: KR20210111253A
Application number: KR1020217020397A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 가토
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-09-10
Also published as: JP7399108B2; JPWO2020145247A1; WO2020145247A1; CN113302032A

Abstract

모션컨트롤러(201)는, 사출성형기(1)의 장치본체(10)의 동작을 제어하는 것이며, 장치본체(10)에 설치한 센서(140)에 의하여 계측된 데이터를 수집하는 데이터수집시스템(243)과, 데이터수집시스템(243)에 의하여 수집된 계측데이터, 및, 장치본체(10)의 동작제어에 이용하는 제어정보에 근거하여, 장치본체(10)의 이상을 검지하는 이상검지시스템(244)을 구비한다.

Description

모션컨트롤러 및 성형기

본 발명은, 모션컨트롤러 및 성형기에 관한 것이다.

종래, 예를 들면 성형기 등의 기계장치의 거동을 센싱하여, 기계장치의 이상을 검지하거나 고장을 예측하거나 하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).

예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이, 모터구동되는 구동부를 구비하는 기계장치에서는, 가속도센서를 장착하여, 이 가속도센서로 검출한 진동을 감시하는 경우가 있다. 구동부를 구동하는 모터는, 모션컨트롤러에 의하여 모터드라이버를 통하여 제어된다.

가속도센서에 의하여 계측된 진동데이터는, 회전계로 검출한 회전수를 이용하여 FFT(Fast Fourier transform)애널라이저로 주파수해석 등이 이루어진다. 그리고, 이 해석결과에 근거하여, PC 등의 연산장치나 인간이, 기계장치에 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평5-157662호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2018-91033호

그러나, 상기 종래의 기술에서는, FFT애널라이저나 회전계 등의 계측전용의 기기가 필요해지기 때문에, 이 기기의 설정이나 기기 간의 배선작업 등도 포함하여, 매우 번거롭다는 문제가 있었다.

본 발명은, 모션컨트롤러에 의하여 동작제어되는 기계장치의 이상검지를 간편하게 행할 수 있는 모션컨트롤러 및 성형기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 기계장치의 동작을 제어하는 모션컨트롤러로서,

상기 기계장치에 설치한 외부센서에 의하여 계측된 데이터를 수집하는 데이터수집부와,

상기 데이터수집부에 의하여 수집된 계측데이터, 및, 상기 기계장치의 동작제어에 이용하는 제어정보에 근거하여, 상기 기계장치의 이상을 검지하는 이상검지부를 구비하는 구성으로 했다.

또, 본 발명은,

성형재료를 사출하는 사출장치와, 성형재료가 충전되는 금형장치를 움직이는 형체장치를 갖는 장치본체와,

상기 사출장치 및 상기 형체장치를 구동하는 각 모터의 동작을 제어하는 모션컨트롤러를 구비하는 성형장치로서,

상기 모션컨트롤러는,

상기 장치본체에 설치한 외부센서에 의하여 계측된 데이터를 수집하는 데이터수집부와,

상기 데이터수집부에 의하여 수집된 계측데이터, 및, 상기 장치본체의 동작제어에 이용하는 제어정보에 근거하여, 상기 장치본체의 이상을 검지하는 이상검지부를 구비하는 구성으로 했다.

본 발명에 의하면, 모션컨트롤러에 의하여 동작제어되는 기계장치의 이상검지를 간편하게 행할 수 있는 모션컨트롤러 및 성형기를 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 있어서의 사출성형기를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1의 사출성형기가 구비하는 제어유닛의 전체구성을 나타내는 도이다.
도 3은 실시형태에 있어서의 모션컨트롤러의 제어구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 실시형태에 있어서의 모션컨트롤러에서의 이상검지처리의 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 이상검지내용을 간편하게 설정할 수 있는 간이모드의 설정화면예를 나타내는 도이다.
도 6은 이상검지내용을 상세하게 설정할 수 있는 상세모드의 설정화면예를 나타내는 도이다.
도 7a는 이상검지처리에 있어서의 진동데이터의 처리예를 나타내는 도이다.
도 7b는 이상검지처리에 있어서의 진동데이터의 처리예를 나타내는 도이다.
도 7c는 이상검지처리에 있어서의 진동데이터의 처리예를 나타내는 도이다.
도 7d는 이상검지처리에 있어서의 진동데이터의 처리예를 나타내는 도이다.
도 8은 사출성형기의 작동사이클에 있어서의 운전음의 발생을 나타내는 타임차트이다.
도 9는 실시형태에 있어서의 모션컨트롤러의 변형예의 제어구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 기계장치의 이상을 검지하기 위한 종래의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명에 관한 모션컨트롤러를 사출성형기의 제어에 적용한 경우의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[사출성형기의 전체구성]

도 1은, 본 실시형태에 있어서의 사출성형기(1)를 나타내는 도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 사출성형기(1)는, 당해 사출성형기(1)의 장치본체(10)와, 장치본체(10)를 제어하기 위한 제어유닛(200)을 구비하고 있다. 다만, 도 1에서는, 제어유닛(200)의 개략구성을 나타내고 있다.

장치본체(10)는, 성형재료를 용해 및 사출하는 사출장치(11)와, 사출장치(11)를 반송하는 가소화이동장치(20)와, 성형재료가 충전되는 금형장치(43)를 움직이는 형체(型締)장치(12)와, 고화된 성형품을 금형장치(43)로부터 밀어내는 이젝터장치(71)를 구비하고 있다.

금형장치(43)는, 고정플래튼(51)에 지지되는 고정금형(44)과, 가동플래튼(54)에 지지되는 가동금형(45)을 포함한다. 형체장치(12)는, 삼상(三相)모터인 형체용모터(57)를 갖고, 형체용모터(57)가 구동됨으로써, 가동금형(45)을 지지한 가동플래튼(54)이 움직여 금형장치(43)의 개폐와 형체가 행해진다. 사출장치(11)는, 삼상모터인 사출용모터(86)를 갖고, 사출용모터(86)의 구동에 의하여 스크루(26)가 병진(竝進)이동하여 가열실린더(15)로부터 성형재료가 사출된다. 또, 사출장치(11)는, 삼상모터인 계량용모터(83)를 갖고, 계량용모터(83)의 구동에 의하여 스크루(26)가 회전하여 호퍼(17)로부터 가열실린더(15)에 성형재료가 공급된다. 가소화이동장치(20)는, 삼상모터인 가소화이동용모터(22)를 갖고, 가소화이동용모터(22)의 구동에 의하여 가동부가 동작한다. 이젝터장치(71)는, 삼상모터인 이젝트용모터(72)를 갖고, 이젝트용모터(72)의 구동에 의하여 가동부가 동작한다.

다만, 이하에서는, 형체용모터(57), 사출용모터(86), 계량용모터(83), 가소화이동용모터(22), 이젝트용모터(72)를, 제1 모터(110A)~제n 모터(110X)로 기재한다.

[제어유닛의 구성]

제어유닛(200)은, 모션컨트롤러(201)와, 복수의 모터드라이버(100A~100X)를 구비하고 있다.

모션컨트롤러(201)는, 사출성형기(1)(장치본체(10))의 동작을 제어하는 것이다. 구체적으로, 모션컨트롤러(201)는, 소정의 제어프로그램에 따라 사출성형기(1)의 복수의 모터드라이버(100A~100X)에 모션지령(구체적으로는 속도지령)을 출력한다. 모션지령이란, 사출성형기(1)(장치본체(10))의 동작을 제어하기 위한 제어지령이며, 사출이나 형체 등의 각 공정의 순번이나 작업시간과 같은, 사출성형기(1)의 일련의 동작의 정보를 포함하는 것이다. 모션컨트롤러(201)의 상세한 제어구성에 대해서는 후술한다.

복수의 모터드라이버(100A~100X)는, 모션컨트롤러(201)로부터의 모션지령에 근거하여, 제1 모터(110A)~제n 모터(110X)의 각각에 전력을 출력하고, 이들 각 모터를 구동한다. 또, 모터드라이버(100A~100X)는, 각 모터의 위치·속도응답의 정보를, 제1 모터(110A)~제n 모터(110X)의 위치를 검출하는 인코더(120A~120X)(도 2 참조)로부터 취득하고, 모션컨트롤러(201)에 출력한다.

이들에 의하여, 사출성형기(1)의 각부(各部)가 연계하여 동작하고, 소정의 성형처리가 실행된다.

다만, 도 1에서는, 모션컨트롤러(201)가 모터드라이버(100A~100X)를 시리얼제어하는 상태를 나타내고 있지만, 모션컨트롤러(201)가 모터드라이버(100A~100X)와 개별적으로 통신하는 패럴렐제어를 행하는 것으로 해도 된다.

또, 제어유닛(200)은, 장치본체(10)의 이상을 검지하기 위한 구성을 구비하고 있다.

도 2는, 제어유닛(200)의 전체구성을 나타내는 도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 제어유닛(200)에는, 모션컨트롤러(201) 및 복수의 모터드라이버(100A~100X) 외에, 복수의 외부센서(140)와, HMI(Human Machine Interface)(160)가 마련되어 있다.

복수의 외부센서(140)는, 장치본체(10)의 각부의 정보(물리량)를 계측·검출하는 센서이며, 동작제어용으로 사출성형기(1)에 내장된 센서(인코더(120A~120X) 등)와는 다른 것이다. 본 실시형태에서는, 외부센서(140)로서, 압력(힘)을 계측하는 압력센서(140a)와, 가속도를 계측하는 가속도센서(140b)와, 소리를 계측하는 마이크로폰(140c)이 마련되어 있다. 이들 복수의 외부센서(140)는, 장치본체(10)의 각부에 배치되고, 센서입력단자인 모션컨트롤러(201)의 아날로그입력유닛(210)에 접속되어 있다.

모션컨트롤러(201)는, 아날로그입력유닛(210)도 포함하여, 복수의 신호단자(포트)를 구비한다. 이 포트는, 시리얼통신용, 아날로그신호용, I/O용의 3종류를 포함한다. 시리얼통신용의 포트는, 예를 들면 인코더입력에 이용된다. 아날로그신호용의 포트는, 예를 들면 타이바센서(스트레인계측)나 로드셀사출압의 입력에 이용된다. I/O용의 포트는, 예를 들면 도어개폐판단용 스위치나 각종 리미트스위치 등에 이용된다. 이들 3종류의 포트는, 각각 복수 마련되고, 장치본체(10)의 동작제어에 통상 필요한 수량(예를 들면, 일반적인 사출성형기의 모터수나 계측제량의 합계)보다 많이 마련된다.

다만, 외부센서(140)의 종별(種別)은, 본 실시형태에 한정되지 않고, 예를 들면 자이로센서나 변형게이지 등을 포함하고 있어도 된다.

HMI(160)는, 유저가 모션컨트롤러(201)를 조작하거나 각종 정보를 취득하거나 하기 위한 인터페이스이며, 모션컨트롤러(201)에 접속되어 있다. HMI(160)는, 각종 정보가 표시되는 디스플레이(161)와, 유저의 조작을 접수하는 입력디바이스(마우스, 키보드, 터치패널 등; 도시 생략)를 구비하고 있다.

다만, 유저가 모션컨트롤러(201)를 조작 등을 하기 위한 인터페이스는, 모션컨트롤러(201) 또는 장치본체(10)에 마련된 것이어도 되고, 통신접속된 태블릿 등의 휴대단말이어도 된다.

[모션컨트롤러의 제어구성]

도 3은, 모션컨트롤러(201)의 제어구성을 나타내는 블록도이다. 다만, 도 3에서는, 주로 사출성형기(1)(장치본체(10))의 이상을 검지하기 위한 모션컨트롤러(201)의 제어구성을 나타내고 있다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 모션컨트롤러(201)는, 인코더수신회로(220)와, 외부센서수신회로(230)와, FPGA(Field Programmable Gate Array)(240)와, 마이크로컴퓨터(250)를 구비하여 구성되어 있다.

인코더수신회로(220)는, 모터드라이버(100A~100X)를 통하여 인코더(120A~120X)로부터 출력된 모터(110A~110X)의 각각의 위치신호를 접수한다.

외부센서수신회로(230)는, 외부센서(140a~140c)로부터 출력된 각각의 계측신호를 접수한다. 이 외부센서수신회로(230)는, 외부센서(140)마다 마련되어 있어도 된다.

FPGA(240)는, 위치·속도계측시스템(241)과, 외부센서계측시스템(242)과, 데이터수집시스템(243)과, 이상검지시스템(244)과, 출력부(245)의, 5개의 기능블록을 갖고 있다. 다만, 본 실시형태의 FPGA(240)에는, CPU(Central Processing Unit)가 내장되어 있다.

위치·속도계측시스템(241)은, 인코더수신회로(220)가 수신한 각 모터의 위치신호에 근거하여, 당해 각 모터의 속도와 위치의 정보를 취득하고, 이 속도·위치정보를 데이터수집시스템(243)과 모션컨트롤시스템(251)에 출력한다.

외부센서계측시스템(242)은, 외부센서수신회로(230)가 수신한 외부센서(140a~140c)로부터의 계측신호에 근거하여, 계측된 물리량(본 실시형태에서는, 가속도, 소리, 압력)의 정보를 취득하고, 이 계측값의 정보를 데이터수집시스템(243)에 출력한다. 외부센서계측시스템(242)에서는, 노이즈를 제거하는 필터처리를 행하는 것으로 해도 된다.

데이터수집시스템(243)은, 위치·속도계측시스템(241) 및 외부센서계측시스템(242)으로부터 출력된 계측값의 정보를 수집하여 축적한다. 데이터수집시스템(243)에서는, 유저의 조작을 받을 때까지 상시 데이터를 수집하는 것으로 해도 되고, 모션컨트롤시스템(251)으로부터 모션지령정보에 근거하는 장치본체(10)의 동작신호 등을 트리거신호로서 취득함으로써, 데이터수집타이밍(수집개시와 종료의 타이밍)을 장치본체(10)의 동작에 따른 것으로 설정해도 된다. 또, 수집한 데이터 중으로부터 축적하는 데이터를 선택할 수 있도록 해도 된다. 예를 들면, 정상운전 시의 데이터와 최신의 데이터만을 축적하도록 해도 된다.

이상검지시스템(244)은, 수집된 계측값의 정보(즉, 외부센서(140)의 계측데이터와, 각 모터의 위치·속도정보)와, 모션컨트롤시스템(251)이 갖고 있는 모션지령의 정보에 근거하여, 장치본체(10)의 이상을 검지한다. 즉, 이상검지시스템(244)은, 외부센서(140)의 계측데이터와, 장치본체(10)의 동작제어에 이용하는 제어정보에 근거하여, 장치본체(10)의 이상을 검지한다. 이 이상검지시스템(244)에서는, 예를 들면 계측값이 소정의 임계값(또는 정상값 범위)을 초과하거나 한 경우에, 이상이 발생했다고 판단된다. 이상검지처리의 구체적인 내용에 대해서는 후술한다.

출력부(245)는, 이상검지시스템(244)으로부터 받은 이상검지결과를, 외부기기 등에 적절히 출력한다. 또, 이상검지결과를 모션컨트롤시스템(251)에도 출력하는 것으로 하고, 이상이 발생한 경우에, 모션컨트롤시스템(251)이 각 모터의 토크나 속도를 제한하도록 해도 된다.

다만, FPGA(240)에는, 당해 FPGA(240)에서 외부센서(140)의 계측값을 접수하는 데이터입력부라고도 할 수 있는 외부센서계측시스템(242)과, 출력부(245)의, 적어도 2종류의 기능블록이 미리 실장되어 있는 것이 바람직하다. 데이터수집시스템(243)과 이상검지시스템(244)은, 후장착으로 FPGA(240)에 실장 가능하도록 구성되어 있으면 된다. 이들 데이터수집시스템(243)과 이상검지시스템(244)은, 예를 들면 하드웨어 기술언어로 논리회로를 개서(改書)하는 등 하여, 후장착으로 비교적 간단하게 실장할 수 있다. 이로써, 처음에는 불요로 했던 이상검지기능이 나중에 필요해졌다는 유저의 요망 등에도, 대대적인 장치개조 등을 수반하지 않고 유연하게 대응할 수 있다. 다만, 모션컨트롤에 필요한 인코더(120A~120X)의 계측값을 접수하는 위치·속도계측시스템(241)이 FPGA(240) 상에 미리 실장되어 있는 것이 바람직한 것은, 물론이다. 또, 이 경우에는, 외부센서(140)를 접속하기 위한 단자(아날로그입력유닛(210))도 미리 마련되어 있는 것이 바람직하지만, 후에 필요에 따라 증설하는 것으로 해도 된다. 다만, 외부센서계측시스템(242)과 출력부(245)는, 마이크로컴퓨터(250)에 미리 실장되어 있어도 된다.

마이크로컴퓨터(250)는, CPU나 메모리, 주변회로 등의 하드웨어가 내장되어 구성되고, 모션컨트롤러(201)를 통합제어하는 것이며, 모션컨트롤시스템(251)을 갖고 있다.

모션컨트롤시스템(251)은, 위치·속도계측시스템(241)으로부터 출력된 각 모터의 속도·위치정보에 근거하여, 각 모터를 제어하기 위한 속도지령을 생성한다. 장치본체(10)를 동작제어하는 경우에는, 이 속도지령이 모터드라이버(100A~100X)에 출력된다.

[이상검지내용의 설정]

계속해서, 유저에 의한 이상검지내용의 설정에 대하여 설명한다.

도 4는, 모션컨트롤러(201)에 있어서의 이상검지처리의 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 모션컨트롤러(201)는, 데이터수집블록(261), 데이터전(前)처리블록(262), 데이터처리블록(263), 데이터출력블록(264)의 4개의 기능블록 외에, 각종 정보를 읽고 쓰기 가능한 기억장치(270)를 구비하고 있다.

모션컨트롤러(201)에서의 이상검지처리는, 4개의 기능블록에 분할된 일련의 처리에 의하여 실행된다. 각 기능블록에서의 처리내용은, 후술하는 바와 같이, HMI(160)를 통하여 제공되는 유저인터페이스에 의하여, 유저가 간편하게 설정할 수 있게 되어 있다.

다만, 4개의 기능블록 중, 데이터수집블록(261)이 상술한 위치·속도계측시스템(241)과 외부센서계측시스템(242)과 데이터수집시스템(243)에 대응하고, 데이터전처리블록(262) 및 데이터처리블록(263)이 상술한 이상검지시스템(244)에 대응하며, 데이터출력블록(264)이 상술한 출력부(245)에 대응하고 있다.

이 중, 데이터수집블록(261)은, 필요한 데이터를 설정한 주기로 수집한다.

수집되는 데이터는, 모션컨트롤시스템(251)으로부터의 제어데이터, 내장센서인 인코더(120A~120X)로부터의 각 모터의 위치·속도데이터, 외부센서(140)로부터의 가속도, 소리, 압력/힘 등이다. 또, 내장센서로부터의 데이터로서, 모터드라이버(100A~100X)로부터 모터전류, 모터전압, 내부온도를 취득할 수 있도록 해도 된다.

처리를 행하는 타이밍은, 모션컨트롤시스템(251)으로부터의 트리거에 의한다.

처리를 행하는 주기는, 예를 들면, 1ms, 10ms 피치 등으로 설정 가능하다.

데이터전처리블록(262)은, 이상을 검지하기 위한 데이터의 전처리를 행한다.

여기에서의 처리내용은, 디지털필터(로패스필터, 하이패스필터, 밴드패스필터, 평활화 등), 적산, 주파수변환이나, 유저에 의한 커스텀처리이다.

데이터처리블록(263)은, 임계값을 마련하는 등의 설정으로 이상을 검지한다.

여기에서의 처리내용은, 임계값의 설정이나, 유저에 의한 커스터마이즈설정이다. 커스터마이즈설정에서는, 예를 들면 이미 알려진 고장모드와의 비교 등에 의하여, 고장의 예측을 행하는 것으로 해도 된다. 또, 기계학습을 이용하여 이상을 검지할 수 있도록 해도 된다.

데이터출력블록(264)은, 데이터처리된 결과를 출력한다.

출력처에는, 외부기기나 알람통지 등을 선택할 수 있다. 또, 모션컨트롤시스템(251)에 결과를 출력하고, 이상이 검지된 경우에 소정의 동작(장치본체(10)의 정지나 각 모터의 감속 등)을 실행시킬 수 있다.

또, 각 기능블록에서의 처리 시에, 기억장치(270)에 대하여 처리대상의 데이터를 기입하거나 또는 독출하는 것으로 해도 된다. 구체적으로는, 데이터수집블록(261)이 수집한 데이터를 기억장치(270)에 기입하거나, 그 데이터를 데이터전처리블록(262)이 처리하여 처리 후의 데이터를 기억장치(270)에 기입하거나 해도 된다. 또한, 그 데이터를 데이터처리블록(263)이 처리하여 처리 후의 결과를 기억장치(270)에 기입하거나 그것을 데이터출력블록(264)이 독출하여 출력하거나 해도 된다.

[이상검지내용의 설정예]

계속해서, 상술한 이상검지내용의 설정에 대하여, 구체예를 들어 설명한다.

본 실시형태의 모션컨트롤러(201)에서는, 유저가 HMI(160)로부터 소정의 설정프로그램의 실행조작을 행함으로써, 이상검지내용을 간편하게 설정할 수 있는 간이모드와, 상세하게 설정할 수 있는 상세모드를 선택할 수 있게 되어 있다.

먼저, 아날로그입력유닛(210)의 포트에 새로운 센서가 접속되면, 예를 들면 소정의 조작에 근거하여, 이 센서신호에 어드레스나 ID가 할당된다. HMI(160)의 디스플레이(161) 상에는, 포트에 접속된 복수의 센서신호에 대응한 복수의 탭이 표시되어, 탭을 조작·선택함으로써 이 탭에 대응한 센서신호의 파형(예를 들면 생(生)파형)이 표시된다. 탭 상에는, 대응하는 센서신호의 어드레스나 ID가 표시된다. 디스플레이(161) 상에 표시시키는 탭은 적절히 선택(추가나 삭제)할 수 있다. 또, 복수의 탭이 복수의 페이지에 분할되어, 디스플레이(161) 상에 표시시키는 페이지를 선택할 수 있도록 해도 된다.

<간이모드>

도 5는, 간이모드의 설정화면예를 나타내는 도이다.

간이모드에서는, 데이터전처리는 행해지지 않고, 데이터처리는 임계값에 의한 판정이 되어 있다.

유저가 간이모드를 선택하면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 마이크로컴퓨터(250)(또는 FPGA(240) 상의 CPU)가, 간이설정리스트(Ls)를 HMI(160)의 디스플레이(161)에 표시시킨다.

간이설정리스트(Ls)에서는, 복수의 이상검지개소가 리스트상에 일람표시된다. 간이설정리스트(Ls) 중 상태표시란(B5)을 제외한 각 항목의 내용은 유저가 버튼 선택할 수 있게 되어 있으며, 선택한 내용이 버튼 상에 표시된다.

구체적으로, 간이설정리스트(Ls)에는, 구간선택버튼(B1), 계측대상선택버튼(B2), 임계값설정버튼(B3), 출력처선택버튼(B4), 상태표시란(B5), 개시·정지버튼(B6)이 표시된다.

구간선택버튼(B1)에서는, 유저가, 이상검지처리를 행하는 장치본체(10)의 구간을 선택한다. 유저가 구간선택버튼(B1)을 조작하면, 예를 들면 "형폐"나 "형개" 등, 사출성형기의 각 공정에 대응하는 선택 가능한 구간이 드롭다운리스트로서 표시되고, 그 중 어느 하나를 선택할 수 있게 되어 있다.

계측대상선택버튼(B2)에서는, 유저가 계측대상의 물리량(예를 들면, 가속도, 소리, 압력, 전류 등)을 선택한다. 동일한 구간의 동일한 계측대상이 복수 있는 경우에는, 그 채널번호도 선택한다. 다만, 여기에서는, 간단히 아날로그입력유닛(210)의 단자ch번호를 선택하는 것으로 해도 된다.

임계값설정버튼(B3)에서는, 유저가, 이상이라고 판정하는 임계값을 설정한다. 단위는 계측대상선택버튼(B2)으로 선택한 계측대상의 물리량에 의하여 정해진다. 임계값은 유저가 임의로 설정할 수 있다. 임계값에는, 단순한 레벨은 아니고, 단위시간당변동량, 기준레벨에 대한 시간적 평균값, 변화량, 변화율 등의 다양한 물리량을 설정할 수 있다.

출력처선택버튼(B4)에서는, 계측대상의 값이 임계값을 초과한 경우의 데이터의 출력처, 또는 그 경우의 동작이 선택된다. 여기에서는, 소정의 알람 표시 또는 음성을 출력시키는 "통지"나, 장치본체(10)를 정지시키는 "정지", 외부기기에 이상검지를 알리는 "외부" 등을 선택할 수 있다. 또, 데이터의 출력이나 "통지"는, 유선 또는 무선통신에 의하여 소정의 단말이나 서버, 클라우드에 송신되어도 된다.

상태표시란(B5)에는, 이상검지처리의 실행상태가 표시된다. 본 실시형태에서는, 이상검지를 실행하고 있는 "감시 중", 이상검지를 정지하고 있는 "정지 중", 어떠한 요인에 의하여 이상검지를 행할 수 없는 "조정 중" 중, 어느 하나가 표시된다.

개시·정지버튼(B6)에서는, 유저조작에 의하여 "START", "STOP", "AUTO"(자동조정개시)가 드롭다운리스트로 표시되며, 이상검지처리의 개시, 정지, 자동조정개시를 선택할 수 있게 되어 있다. 단, 이 선택결과는 개시·정지버튼(B6) 상에는 표시되지 않는다. 또, 개시·정지버튼(B6)은, 예를 들면 조정 중 등 때문에 처리를 개시할 수 없는 경우에, 색이 그레이 등으로 변경되어, 조작을 접수하지 않는 상태가 된다.

<상세모드>

도 6은, 상세모드의 설정화면예를 나타내는 도이다.

유저가 상세모드를 선택하면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 마이크로컴퓨터(250)(또는 FPGA(240) 상의 CPU)가, 상세설정리스트(Ld)를 HMI(160)의 디스플레이(161)에 표시시킨다.

상세설정리스트(Ld)에서는, 복수의 이상검지개소가 리스트상으로 일람표시된다.

구체적으로, 상세설정리스트(Ld)에는, 간이설정리스트(Ls)와 동일한 구간선택버튼(B1), 계측대상선택버튼(B2), 출력처선택버튼(B4), 상태표시란(B5), 개시·정지버튼(B6)이 표시되는 것 외에 데이터전처리선택버튼(B7)과, 데이터처리선택버튼(B8)이 표시된다.

데이터전처리선택버튼(B7)에서는, 유저가 데이터전처리의 내용(디지털필터, 적산, 주파수변환 등)을 선택한다. 선택된 내용은 버튼 상에 표시된다.

데이터처리선택버튼(B8)에서는, 유저가 데이터처리의 내용을 선택한다. 데이터처리의 내용은, 예를 들면 소정의 수치의 임계값에 의한 이상판정 등이, 유저에 의하여 별도 설정할 수 있게 되어 있다. 선택된 데이터처리명이 버튼 상에 표시된다.

이와 같이, 본 실시형태의 모션컨트롤러(201)에서는, 유저조작을 접수하는 간이설정리스트(Ls) 또는 상세설정리스트(Ld)와 같은 GUI(Graphical User Interface)를 디스플레이(161)에 표시시킴으로써, 유저가 간단하게 이상검지내용을 설정할 수 있다.

다만, 임계값의 설정은, HMI(160)의 디스플레이(161) 상에 센서신호의 파형을 표시시킨 상태에서(즉 장치본체(10)의 정상운전 시에), 이 파형에 대하여 임계값의 라인을 설정할 수 있도록 해도 된다. 이 경우의 임계값은, 유저가 임의로 설정할 수 있어도 되고, 센서신호의 수치(예를 들면 최댓값)에 따라 자동으로 설정되어도 된다.

[이상검지처리의 동작예]

계속해서, 이상검지처리를 실행할 때의 모션컨트롤러(201)의 동작에 대하여, 구체예를 나타내어 설명한다.

<동작예 1>

먼저, 모터 등의 회전기기의 덜컹거림에 의한 진동을 가속도센서(140b)로 검출하여, 이상을 검지하는 경우에 대하여 설명한다.

도 7a~도 7d는, 이상검지처리에 있어서의 진동데이터의 처리예를 나타내는 도이다.

도 7a에 나타내는 바와 같이, 덜컹거림이 있는 회전기기에서는, 주기적으로 커지는 진동데이터가 얻어진다.

모션컨트롤러(201)에서는, 이 진동데이터를 취득함과 함께, 위치·속도정보를 취득하고, 이 정보에 근거하여 진동데이터를 수집하는 주기를 결정한다.

그리고, 수집한 진동데이터가, 미리 설정된 임계값을 초과한 경우에, 이상이 발생했다고 판정한다. 이때, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 진동데이터의 단순한 시간 응답파형에 대하여 임계값을 설정하여 이상을 검지해도 되고, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 진동데이터의 주파수해석을 행하여, 그 결과에 대한 임계값을 설정하여 이상을 검지해도 된다. 혹은, 도 7a, d에 나타내는 바와 같이, 진동의 생파형을 포락선(包絡線)처리(엔벌로프해석)한 것에 대하여 주파수해석을 행하여, 그 결과에 대한 임계값을 설정하여 이상을 검지해도 된다.

또, 예를 들면 가동부를 직선운동시키는 가소화이동용모터(22)(도 1 참조)와 같이, 축을 이동시키는 회전기기의 진동을 해석하는 경우에는, 그 이동방향에 있어서의 위치(예를 들면 선단위치)의 정보를 취득하고, 이 위치에 대한 진동의 응답을 보아도 된다. 즉, 진동의 시간응답 대신에, 위치를 가로축으로 하는 해석을 행해도 된다.

이로써, 이동위치와 진동의 상관, 나아가서는 이동위치와 이상발생타이밍의 상관을, 명확히 할 수 있다.

<동작예 2>

다음으로, 사출성형기(1)의 특정 축(예를 들면 형체축)의 동작음을 마이크로폰(140c)으로 검출하여, 이상을 검지하는 경우에 대하여 설명한다.

도 8은, 사출성형기(1)의 작동사이클에 있어서의 운전음의 발생을 나타내는 타임차트이다. 다만, 형체축이란 형체용모터(57)에 의하여 구동되는 축이며, 사출축이란 사출용모터(86)에 의하여 구동되는 축이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 사출성형기(1)를 작동시키면, 형체축 등이 동작하는 구간 "형폐", "형개"나, 사출축 등이 동작하는 구간 "사출"에 있어서, 큰 운전음이 발생한다.

모션컨트롤러(201)에서는, 미리 갖고 있는 장치본체(10)의 모션지령정보에 근거하여, 형체축이 동작하는 구간 "형폐"와 "형개"만을 대상으로 하여, 운전음데이터를 수집한다.

그리고, 수집한 운전음데이터가, 이 구간 "형폐"와 "형개"에 대하여 미리 설정된 임계값을 초과한 경우에, 이상이 발생했다고 판정한다. 도 8의 예에서는, N번째의 운전음데이터에 있어서 이상이 발생하고 있다. 다만, 임계값은, 미리 보존해 둔 정상 시의 운전음보다 소정값만큼 큰 값으로 하여 설정해도 된다.

[기술적 효과]

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 사출성형기(1)(장치본체(10))의 동작을 제어하는 모션컨트롤러(201)가, 외부센서(140)에 의하여 계측된 데이터를 수집하고, 이 계측데이터와 장치본체(10)의 동작제어용의 제어정보에 근거하여, 장치본체(10)의 이상을 검지한다.

즉, 장치본체(10)를 제어하기 위하여 모션컨트롤러(201)가 갖고 있는 제어정보(각 모터의 위치·속도정보나 모션지령정보)를 이용하여, 장치본체(10)의 이상검지를 행할 수 있다. 이로써, FFT애널라이저나 회전계 등의 계측전용의 기기를 필요로 했던 종래와 달리, 모션컨트롤러(201)에 외부센서(140)를 접속하는 것만으로, 장치본체(10)의 이상검지를 행할 수 있다.

따라서, 모션컨트롤러(201)에 의하여 동작제어되는 사출성형기(1)(장치본체(10))의 이상검지를, 간편하게 행할 수 있다. 또, 모션지령정보를 이용함으로써, 예를 들면 이 정보를 트리거로서 데이터수집을 실행하는 등 하여, 보다 용이하게 이상검지처리를 행할 수 있다.

또, FPGA(240)에는, 외부센서(140)에 의한 계측신호를 접수하는 입력부인 외부센서계측시스템(242)과, 이상검지시스템(244)에 의한 이상검지결과를 출력하는 출력부(245)가 미리 실장되며, 데이터수집시스템(243) 및 이상검지시스템(244)이 FPGA(240)(또는 마이크로컴퓨터(250))에 후장착으로 실장 가능하게 구성되어 있어도 된다.

이와 같이 구성함으로써, 데이터수집시스템(243)과 이상검지시스템(244)에 의한 이상검지처리를, 나중에라도 비교적 간편하게 구축할 수 있다. 나아가서는, 예를 들면 처음에는 불요로 했던 이상검지기능이 나중에 필요해졌다는 유저의 요망 등에도, 대대적인 장치개조를 수반하지 않고 유연하게 대응할 수 있다.

또, 데이터수집시스템(243) 및 이상검지시스템(244)이, 모션컨트롤시스템(251)이 실장된 마이크로컴퓨터(250)가 아니라, FPGA(240)에 실장되어 있다.

이로써, 사출성형기(1)의 모션컨트롤에 영향을 미치지 않고, 데이터수집시스템(243) 및 이상검지시스템(244)에 의한 이상검지처리를 실현할 수 있다.

또, 모션지령정보에 근거하는 트리거신호에 의하여 데이터수집타이밍을 설정할 수 있으므로, 유저는 간단하게 데이터수집타이밍을 설정할 수 있다.

또, 모션컨트롤러(201)에는 HMI(160)를 접속 가능하게 되어 있으며, HMI(160)의 디스플레이(161)에는, 유저조작에 근거하여 이상검지내용을 설정하는 설정화면(간이설정리스트(Ls) 또는 상세설정리스트(Ld))이 표시되게 되어 있다.

이로써, 유저는, GUI인 설정화면을 이용하여 간단히 이상검지내용을 설정할 수 있다.

[그 외]

이상, 본 발명의 각 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되지 않는다.

예를 들면 상기 실시예에서는, 모션컨트롤러(201)에 있어서, 데이터수집시스템(243) 및 이상검지시스템(244)이 FPGA(240) 상에 실장되어 있는 것으로 했다. 그러나, 도 9에 나타내는 바와 같이, 데이터수집시스템(243) 및 이상검지시스템(244)은, FPGA(240)가 아니라, 마이크로컴퓨터(250) 상에 실장되어 있어도 된다. 이 경우, 데이터수집시스템(243)은, 모션컨트롤시스템(251)으로부터 위치·속도정보를 전달받는 것으로 하면 된다.

또, 이 구성의 경우에서도, 데이터수집시스템(243) 및 이상검지시스템(244)은, 후장착으로 마이크로컴퓨터(250) 상에 실장 가능하게 구성되어 있으면 된다. 이들 데이터수집시스템(243)과 이상검지시스템(244)은, 예를 들면 C언어 등으로 기술된 데이터수집이나 데이터전처리, 데이터처리에 대한 함수로서 준비해 두고, 이것을 마이크로컴퓨터(250)에 인스톨함으로써, 나중에라도 비교적 간단하게 실장할 수 있다. 다만, 외부센서계측시스템(242)과 출력부(245)는, 마이크로컴퓨터(250)에 실장되어 있어도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 모션컨트롤러(201)가 동작을 제어하는 기계장치로서 사출성형기(1)(장치본체(10))를 들어 설명했지만, 이 기계장치는 사출성형기 이외의 성형기여도 된다. 추가로 말하면, 본 발명은, 모션컨트롤러에 의하여 동작이 제어되는 것이면, 예를 들면 프레스기나 압연기 등의, 성형기 이외의 기계장치에도 널리 적용 가능하다.

그 외에, 실시형태로 나타낸 세부는, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

산업상 이용가능성

이상과 같이, 본 발명에 관한 모션컨트롤러 및 성형기는, 모션컨트롤러에 의하여 동작제어되는 기계장치의 이상검지를 행하는 데 유용하다.

1 사출성형기
10 장치본체
11 사출장치
12 형체장치
43 금형장치
100A~100X 모터드라이버
110A~110X 모터
120A~120X 인코더
140 외부센서
160 HMI
161 디스플레이
200 제어유닛
201 모션컨트롤러
210 아날로그입력유닛
220 인코더수신회로
230 외부센서수신회로
240 FPGA
241 위치·속도계측시스템
242 외부센서계측시스템
243 데이터수집시스템
244 이상검지시스템
245 출력부
250 마이크로컴퓨터
251 모션컨트롤시스템
261 데이터수집블록
262 데이터전처리블록
263 데이터처리블록
264 데이터출력블록
270 기억장치
B1 구간선택버튼
B2 계측대상선택버튼
B3 임계값설정버튼
B4 출력처선택버튼
B5 상태표시란
B6 개시·정지버튼
B7 데이터전처리선택버튼
B8 데이터처리선택버튼
Ld 상세설정리스트
Ls 간이설정리스트

Claims

기계장치의 동작을 제어하는 모션컨트롤러로서,
상기 기계장치에 설치한 외부센서에 의하여 계측된 데이터를 수집하는 데이터수집부와,
상기 데이터수집부에 의하여 수집된 계측데이터, 및, 상기 기계장치의 동작제어에 이용하는 제어정보에 근거하여, 상기 기계장치의 이상을 검지하는 이상검지부를 구비하는, 모션컨트롤러.
제1항에 있어서,
마이크로컴퓨터와 FPGA를 구비하고,
상기 FPGA에는, 당해 FPGA 상에 상기 외부센서에 의한 계측신호를 접수하는 입력부와, 상기 이상검지부에 의한 이상검지결과를 출력하는 출력부가 미리 실장되며,
상기 데이터수집부 및 상기 이상검지부는, 상기 마이크로컴퓨터 또는 상기 FPGA에, 후장착으로 실장 가능하게 구성되어 있는, 모션컨트롤러.
제1항 또는 제2항에 있어서,
마이크로컴퓨터와 FPGA를 구비하고,
상기 마이크로컴퓨터에는, 모션지령을 생성하는 모션제어부가 실장되며,
상기 FPGA에는, 상기 데이터수집부 및 상기 이상검지부가 실장되어 있는, 모션컨트롤러.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어정보는, 상기 기계장치를 구동하는 모터의 위치정보 및 속도정보와, 상기 기계장치에 대한 모션지령정보를 포함하고,
상기 모터의 위치정보 및 속도정보는, 당해 모터에 마련된 인코더로부터의 신호에 근거하여 취득되는, 모션컨트롤러.
제4항에 있어서,
상기 데이터수집부는, 상기 모션지령정보에 근거하는 트리거신호에 의하여, 데이터수집타이밍을 설정하는, 모션컨트롤러.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
표시부를 갖는 기기와 접속 가능하게 구성되고,
유저조작에 근거하여 이상검지내용을 설정하는 설정화면을 상기 표시부에 표시시키는 표시제어수단을 구비하는, 모션컨트롤러.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부센서는, 가속도센서, 마이크로폰, 압력센서, 자이로센서 및 변형게이지 중 적어도 1개를 포함하는, 모션컨트롤러.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
시리얼통신용, 아날로그신호용 및 I/O용을 포함하는 복수의 신호단자를 구비하는, 모션컨트롤러.
청구항 8에 있어서,
상기 복수의 신호단자는, 상기 기계장치의 동작제어에 통상 필요한 수량보다 많은, 모션컨트롤러.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부센서가 접속되는 신호단자와,
상기 신호단자에 입력되는 상기 외부센서의 신호파형을 표시하는 표시수단과,
유저조작에 근거하여, 상기 외부센서의 신호에 대한 이상판정용의 임계값을 상기 표시수단 상에서 설정하는 설정수단을 구비하는, 모션컨트롤러.
성형재료를 사출하는 사출장치와, 성형재료가 충전되는 금형장치를 움직이는 형체장치를 갖는 장치본체와,
상기 사출장치 및 상기 형체장치를 구동하는 각 모터의 동작을 제어하는 모션컨트롤러를 구비하는 성형장치로서,
상기 모션컨트롤러는,
상기 장치본체에 설치한 외부센서에 의하여 계측된 데이터를 수집하는 데이터수집부와,
상기 데이터수집부에 의하여 수집된 계측데이터, 및, 상기 장치본체의 동작제어에 이용하는 제어정보에 근거하여, 상기 장치본체의 이상을 검지하는 이상검지부를 구비하는, 성형기.