WO2020145247A1 - モーションコントローラ及び成形機 - Google Patents

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WO2020145247A1
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • G05B19/02—Program-control systems electric
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    • B29C2945/76—Measuring, controlling or regulating
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    • B29C2945/00—Indexing scheme relating to injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould
    • B29C2945/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C2945/76451—Measurement means

Definitions

  • the present invention relates to a motion controller and a molding machine.
  • Patent Documents 1 and 2 there is known a technique of sensing the behavior of a mechanical device such as a molding machine to detect an abnormality of the mechanical device or predict a failure (for example, see Patent Documents 1 and 2).
  • an acceleration sensor may be attached and vibration detected by this acceleration sensor may be monitored.
  • the motor that drives the drive unit is controlled by the motion controller via the motor driver.
  • the vibration data measured by the acceleration sensor is frequency-analyzed by an FFT (Fast Fourier transform) analyzer using the rotation speed detected by the tachometer. Then, based on the analysis result, a computing device such as a personal computer or a person determines whether or not an abnormality has occurred in the mechanical device.
  • FFT Fast Fourier transform
  • the above-described conventional technique requires a device dedicated to measurement, such as an FFT analyzer or a tachometer, and thus has a problem that it takes a lot of time and labor including setting of this device and wiring between the devices. ..
  • An object of the present invention is to provide a motion controller and a molding machine that can easily detect an abnormality of a mechanical device whose operation is controlled by the motion controller.
  • the present invention is a motion controller for controlling the operation of a mechanical device
  • a data collection unit that collects data measured by an external sensor installed in the mechanical device, Based on the measurement data collected by the data collection unit, and control information used for operation control of the mechanical device, an abnormality detection unit that detects an abnormality of the mechanical device, It is configured to include.
  • the present invention is An apparatus main body having an injection device for injecting a molding material, and a mold clamping device for moving a mold device filled with the molding material, A motion controller that controls the operation of each motor that drives the injection device and the mold clamping device;
  • a molding apparatus comprising:
  • the motion controller is A data collection unit that collects data measured by an external sensor installed in the apparatus body, Based on the measurement data collected by the data collection unit, and control information used for operation control of the device body, an abnormality detection unit that detects an abnormality of the device body, It is configured to include.
  • the present invention it is possible to provide a motion controller and a molding machine that can easily detect an abnormality in a mechanical device whose operation is controlled by the motion controller.
  • FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of a control unit included in the injection molding machine of FIG. It is a block diagram which shows the control structure of the motion controller in embodiment. 5 is a block diagram for explaining the flow of abnormality detection processing in the motion controller in the embodiment.
  • FIG. It is a figure which shows the example of a setting screen of the simple mode which can set an abnormality detection content simply. It is a figure which shows the example of a setting screen of the detailed mode which can set the abnormality detection content in detail. It is a figure which shows the process example of the vibration data in an abnormality detection process. It is a figure which shows the process example of the vibration data in an abnormality detection process.
  • FIG. 1 is a diagram showing an injection molding machine 1 according to this embodiment.
  • the injection molding machine 1 according to the present embodiment includes a device body 10 of the injection molding machine 1 and a control unit 200 for controlling the device body 10.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the control unit 200.
  • the apparatus main body 10 includes an injection device 11 that melts and injects a molding material, a plasticizing moving device 20 that conveys the injection device 11, a mold clamping device 12 that moves a mold device 43 that is filled with the molding material, and is solidified.
  • An ejector device 71 for pushing out a molded product from the mold device 43 is provided.
  • the mold device 43 includes a fixed mold 44 held by a fixed platen 51 and a movable mold 45 held by a movable platen 54.
  • the mold clamping device 12 has a mold clamping motor 57 which is a three-phase motor, and when the mold clamping motor 57 is driven, the movable platen 54 holding the movable mold 45 moves to open and close the mold device 43. And mold clamping is performed.
  • the injection device 11 has an injection motor 86 that is a three-phase motor, and the screw 26 is translated by the drive of the injection motor 86, and the molding material is injected from the heating cylinder 15.
  • the injection device 11 has a metering motor 83 which is a three-phase motor, and the screw 26 is rotated by the driving of the metering motor 83 so that the molding material is supplied from the hopper 17 to the heating cylinder 15.
  • the plasticizing movement device 20 has a plasticizing movement motor 22 which is a three-phase motor, and the movable portion operates by driving the plasticizing movement motor 22.
  • the ejector device 71 has an ejecting motor 72 that is a three-phase motor, and the movable portion is operated by driving the ejecting motor 72.
  • the mold clamping motor 57, the injection motor 86, the metering motor 83, the plasticizing movement motor 22, and the ejecting motor 72 are referred to as the first motor 110A to the nth motor 110X.
  • the control unit 200 includes a motion controller 201 and a plurality of motor drivers 100A-100X.
  • the motion controller 201 controls the operation of the injection molding machine 1 (apparatus main body 10). Specifically, the motion controller 201 outputs a motion command (specifically, a speed command) to the plurality of motor drivers 100A to 100X of the injection molding machine 1 according to a predetermined control program.
  • the motion command is a control command for controlling the operation of the injection molding machine 1 (apparatus main body 10), and is a series of operations of the injection molding machine 1 such as the order of each process such as injection and mold clamping and the working time. It includes the information of.
  • the detailed control configuration of the motion controller 201 will be described later.
  • the plurality of motor drivers 100A to 100X Based on the motion command from the motion controller 201, the plurality of motor drivers 100A to 100X output electric power to each of the first motor 110A to the nth motor 110X to drive each of these motors. Further, the motor drivers 100A to 100X acquire the position/speed response information of each motor from the encoders 120A to 120X (see FIG. 2) that detect the positions of the first motor 110A to the nth motor 110X, and then the motion controller 201. Output to. As a result, the respective units of the injection molding machine 1 operate in cooperation with each other to execute a predetermined molding process. Although FIG. 1 shows a state in which the motion controller 201 serially controls the motor drivers 100A to 100X, the motion controller 201 may perform parallel control to individually communicate with the motor drivers 100A to 100X.
  • the control unit 200 also has a configuration for detecting an abnormality in the apparatus body 10.
  • FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the control unit 200. As shown in this figure, the control unit 200 is provided with a motion controller 201, a plurality of motor drivers 100A to 100X, a plurality of external sensors 140, and an HMI (Human Machine Interface) 160.
  • the plurality of external sensors 140 are sensors that measure and detect information (physical quantities) of each part of the apparatus body 10, and are separate from the sensors (encoders 120A to 120X, etc.) incorporated in the injection molding machine 1 for operation control. belongs to.
  • a pressure sensor 140a that measures pressure (force)
  • an acceleration sensor 140b that measures acceleration
  • a microphone 140c that measures sound are provided as the external sensor 140.
  • the plurality of external sensors 140 are arranged in each part of the apparatus main body 10 and are connected to the analog input unit 210 of the motion controller 201 which is a sensor input terminal.
  • the motion controller 201 includes a plurality of signal terminals (ports) including those of the analog input unit 210.
  • This port includes three types of ports for serial communication, analog signal, and I/O.
  • the port for serial communication is used for encoder input, for example.
  • the port for analog signal is used, for example, for inputting a tie bar sensor (strain measurement) or a load cell injection pressure.
  • the I/O port is used, for example, as a door open/close determination switch or various limit switches.
  • a plurality of these three types of ports are provided respectively, and the number is larger than the number normally required for operation control of the apparatus main body 10 (for example, the total number of motors of a general injection molding machine and various measurement amounts).
  • the type of the external sensor 140 is not limited to that of the present embodiment, and may include, for example, a gyro sensor or a strain gauge.
  • the HMI 160 is an interface for the user to operate the motion controller 201 and acquire various information, and is connected to the motion controller 201.
  • the HMI 160 includes a display 161 on which various information is displayed, and an input device (mouse, keyboard, touch panel, etc.; not shown) that receives user operations.
  • the interface for the user to operate the motion controller 201 may be provided on the motion controller 201 or the apparatus main body 10, or may be a mobile terminal such as a tablet connected by communication.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the control configuration of the motion controller 201. Note that FIG. 3 mainly shows the control configuration of the motion controller 201 for detecting an abnormality of the injection molding machine 1 (apparatus main body 10). As shown in this figure, the motion controller 201 includes an encoder reception circuit 220, an external sensor reception circuit 230, an FPGA (Field Programmable Gate Array) 240, and a microcomputer 250.
  • the motion controller 201 includes an encoder reception circuit 220, an external sensor reception circuit 230, an FPGA (Field Programmable Gate Array) 240, and a microcomputer 250.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the encoder reception circuit 220 receives the position signals of the motors 110A to 110X output from the encoders 120A to 120X via the motor drivers 100A to 100X.
  • the external sensor receiving circuit 230 receives each measurement signal output from the external sensors 140a to 140c.
  • the external sensor reception circuit 230 may be provided for each external sensor 140.
  • the FPGA 240 has five functional blocks: a position/speed measurement system 241, an external sensor measurement system 242, a data collection system 243, an abnormality detection system 244, and an output unit 245.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a CPU Central Processing Unit
  • the position/speed measurement system 241 acquires information on the speed and position of each motor based on the position signal of each motor received by the encoder reception circuit 220, and uses this speed/position information with the data collection system 243 and motion control. Output to the system 251.
  • the external sensor measurement system 242 acquires information on measured physical quantities (acceleration, sound, pressure in the present embodiment) based on the measurement signals from the external sensors 140a to 140c received by the external sensor reception circuit 230, The information of this measurement value is output to the data collection system 243.
  • the external sensor measurement system 242 may perform filter processing for removing noise.
  • the data collection system 243 collects and accumulates information on measurement values output from the position/speed measurement system 241 and the external sensor measurement system 242.
  • the data collection system 243 may collect data at all times until it is operated by the user, or by acquiring an operation signal of the device body 10 based on motion command information from the motion control system 251 as a trigger signal,
  • the collection timing (collection start and end timing) may be set according to the operation of the apparatus body 10. Further, the data to be accumulated may be selected from the collected data. For example, only normal operation data and latest data may be stored.
  • the abnormality detection system 244 is based on the collected measurement value information (that is, the measurement data of the external sensor 140 and the position/speed information of each motor) and the motion command information that the motion control system 251 has. , The abnormality of the apparatus main body 10 is detected. That is, the abnormality detection system 244 detects the abnormality of the device body 10 based on the measurement data of the external sensor 140 and the control information used for the operation control of the device body 10. In this abnormality detection system 244, it is determined that an abnormality has occurred, for example, when the measured value exceeds a predetermined threshold value (or normal value range). The specific content of the abnormality detection process will be described later.
  • the output unit 245 appropriately outputs the abnormality detection result received from the abnormality detection system 244 to an external device or the like. Further, the abnormality detection result may be output to the motion control system 251, so that when an abnormality occurs, the motion control system 251 may limit the torque or speed of each motor.
  • an external sensor measurement system 242 that can be referred to as a data input unit that receives a measurement value of the external sensor 140 in the FPGA 240 and an output unit 245 are pre-installed in the FPGA 240.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 may be configured so that they can be retrofitted to the FPGA 240.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 can be mounted relatively easily by retrofitting, for example, by rewriting a logic circuit in a hardware description language. As a result, it is possible to flexibly respond to a user's request that an abnormality detection function that was initially unnecessary is needed later without requiring major device modification.
  • the position/speed measuring system 241 that receives the measured values of the encoders 120A to 120X necessary for motion control be mounted on the FPGA 240 in advance.
  • a terminal (analog input unit 210) for connecting the external sensor 140 is also provided in advance, but it may be added later if necessary.
  • the external sensor measurement system 242 and the output unit 245 may be mounted in the microcomputer 250 in advance.
  • the microcomputer 250 is configured by incorporating hardware such as a CPU, a memory, and a peripheral circuit, integrally controls the motion controller 201, and has a motion control system 251.
  • the motion control system 251 generates a speed command for controlling each motor based on the speed/position information of each motor output from the position/speed measurement system 241. When controlling the operation of the apparatus main body 10, this speed command is output to the motor drivers 100A to 100X.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining the flow of abnormality detection processing in the motion controller 201.
  • the motion controller 201 has four functional blocks of a data collection block 261, a data preprocessing block 262, a data processing block 263, and a data output block 264, as well as a storage device 270 capable of reading and writing various information. I have it.
  • the abnormality detection process in the motion controller 201 is executed by a series of processes divided into four functional blocks. As will be described later, the content of processing in each functional block can be easily set by the user through a user interface provided via the HMI 160.
  • the data collection block 261 corresponds to the position/velocity measurement system 241, the external sensor measurement system 242, and the data collection system 243, and the data preprocessing block 262 and the data processing block 263 described above.
  • the data output block 264 corresponds to the abnormality detection system 244, and corresponds to the output unit 245 described above.
  • the data collection block 261 collects necessary data at a set cycle.
  • the collected data includes control data from the motion control system 251, position/speed data of each motor from encoders 120A to 120X, which are built-in sensors, acceleration, sound, pressure/force, etc. from the external sensor 140. Further, the motor current, the motor voltage, and the internal temperature may be acquired from the motor drivers 100A to 100X as the data from the built-in sensor.
  • the timing at which the process is performed depends on the trigger from the motion control system 251.
  • the processing cycle can be set at, for example, 1 ms or 10 ms pitch.
  • the data preprocessing block 262 preprocesses data for detecting an abnormality.
  • the processing contents here are digital filters (low-pass filter, high-pass filter, band-pass filter, smoothing, etc.), integration, frequency conversion, and custom processing by the user.
  • the timing at which the process is performed depends on the trigger from the motion control system 251.
  • the processing cycle can be set at, for example, 1 ms or 10 ms pitch.
  • the data processing block 263 detects an abnormality by setting a threshold value or the like.
  • the processing content here is the setting of the threshold value and the customization setting by the user.
  • the failure may be predicted by comparing with a known failure mode, for example.
  • the abnormality may be detected by using machine learning.
  • the timing at which the process is performed depends on the trigger from the motion control system 251.
  • the processing cycle can be set at, for example, 1 ms or 10 ms pitch.
  • the data output block 264 outputs the result of data processing. You can select an external device or alarm notification as the output destination. Further, it is possible to output the result to the motion control system 251, and to execute a predetermined operation (stop of the apparatus main body 10, deceleration of each motor, etc.) when an abnormality is detected.
  • the timing at which the process is performed depends on the trigger from the motion control system 251.
  • the processing cycle can be set at, for example, 1 ms or 10 ms pitch.
  • the data to be processed may be written in or read from the storage device 270.
  • the data collected by the data collection block 261 may be written to the storage device 270, or the data preprocessing block 262 may process the data and write the processed data to the storage device 270.
  • the data may be processed by the data processing block 263 and the processed result may be written to the storage device 270, or the data output block 264 may read and output the result.
  • the user can select a simple mode in which the abnormality detection content can be easily set and a detailed mode in which the details can be set by performing a predetermined setting program execution operation from the HMI 160. ing. First, when a new sensor is connected to the port of the analog input unit 210, an address or ID is assigned to this sensor signal based on, for example, a predetermined operation.
  • a plurality of tabs corresponding to a plurality of sensor signals connected to the port are displayed, and by operating/selecting the tab, the waveform of the sensor signal corresponding to this tab (for example, a raw waveform) is displayed. Is displayed. The address and ID of the corresponding sensor signal are displayed on the tab.
  • the tabs displayed on the display 161 can be selected (added or deleted) as appropriate. Further, a plurality of tabs may be divided into a plurality of pages so that the page to be displayed on the display 161 can be selected.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a setting screen in the simple mode.
  • the data preprocessing is not performed, and the data processing is determined by the threshold value.
  • the microcomputer 250 or the CPU on the FPGA 240 displays the simple setting list Ls on the display 161 of the HMI 160.
  • the simple setting list Ls a plurality of abnormality detection points are listed and displayed.
  • the contents of each item in the simple setting list Ls except for the status display field B5 can be button-selected by the user, and the selected contents are displayed on the button.
  • the section selection button B1, the measurement target selection button B2, the threshold setting button B3, the output destination selection button B4, the status display field B5, and the start/stop button B6 are displayed in the simple setting list Ls.
  • the user selects a section of the apparatus body 10 in which the abnormality detection processing is performed.
  • selectable sections corresponding to each process of the injection molding machine such as “mold closing” and “mold opening”, are displayed as a drop-down list, and one of them can be selected. It is like this.
  • the measurement target selection button B2 the user selects a physical quantity (for example, acceleration, sound, pressure, current, etc.) to be measured.
  • that channel number is also selected.
  • the terminal channel number of the analog input unit 210 may be simply selected.
  • the threshold value setting button B3 the user sets a threshold value for determining abnormality.
  • the unit is determined by the physical quantity of the measurement target selected with the measurement target selection button B2.
  • the threshold can be arbitrarily set by the user.
  • various physical quantities such as a variation per unit time, a temporal average value with respect to a reference level, a variation, and a variation rate can be set as the threshold.
  • the output destination selection button B4 is used to select the data output destination when the value of the measurement target exceeds the threshold value, or the operation in that case.
  • “notification” for outputting a predetermined alarm display or sound, “stop” for stopping the apparatus body 10, “external” for notifying an external device of abnormality detection, etc. can be selected.
  • the output of data or the “notification” may be transmitted to a predetermined terminal, server, or cloud by wired or wireless communication.
  • the status display field B5 displays the execution status of the abnormality detection processing. In the present embodiment, one of "monitoring” in which abnormality detection is being performed, “stopping” in which abnormality detection is stopped, and “adjusting” in which abnormality detection cannot be performed due to some cause is displayed.
  • start/stop button B6 "START”, “STOP”, and “AUTO” (start of automatic adjustment) are displayed in a drop-down list by a user operation so that start, stop, and automatic adjustment start of the abnormality detection process can be selected. Is becoming However, the selection result is not displayed on the start/stop button B6. Further, the start/stop button B6 changes to a color such as gray when the processing cannot be started due to, for example, adjustment, and the operation is not accepted.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a detailed mode setting screen.
  • the microcomputer 250 or the CPU on the FPGA 240 causes the display 161 of the HMI 160 to display the detailed setting list Ld, as shown in FIG.
  • a plurality of abnormality detection points are displayed in a list form. Specifically, in the detailed setting list Ld, the same section selection button B1, measurement target selection button B2, output destination selection button B4, status display field B5, start/stop button B6 as in the simple setting list Ls are displayed. A data preprocessing selection button B7 and a data processing selection button B8 are displayed.
  • the user selects the content of the data preprocessing (digital filter, integration, frequency conversion, etc.).
  • the selected content is displayed on the button.
  • the data processing selection button B8 the user selects the content of data processing.
  • the content of the data processing can be separately set by the user, for example, an abnormality determination using a threshold value of a predetermined numerical value.
  • the selected data processing name is displayed on the button.
  • the user can easily detect an abnormality by displaying a GUI (Graphical User Interface) such as the simple setting list Ls or the detailed setting list Ld that receives a user operation on the display 161.
  • GUI Graphic User Interface
  • the threshold value may be set in a state where the waveform of the sensor signal is displayed on the display 161 of the HMI 160 (that is, during normal operation of the apparatus body 10) so that a threshold line can be set for this waveform. ..
  • the threshold value in this case may be arbitrarily set by the user, or may be automatically set according to the numerical value (for example, maximum value) of the sensor signal.
  • FIG. 7A are diagrams showing a processing example of vibration data in the abnormality detection processing.
  • vibration data that periodically increases is obtained for a rotating device with play.
  • the motion controller 201 acquires this vibration data, acquires position/velocity information, and determines a cycle for collecting the vibration data based on this information. Then, when the collected vibration data exceeds a preset threshold value, it is determined that an abnormality has occurred. At this time, as shown in FIG.
  • a threshold may be set for a simple time response waveform of the vibration data to detect an abnormality, or as shown in FIG. 7C, frequency analysis of the vibration data is performed. An abnormality may be detected by setting a threshold value for the result.
  • frequency analysis may be performed on a raw waveform of vibration subjected to envelope processing (envelope analysis), and a threshold value may be set for the result to detect an abnormality.
  • the position (for example, the tip end position) in the moving direction is analyzed.
  • Information may be obtained and the vibration response to this position may be viewed. That is, instead of the time response of vibration, analysis may be performed with the position on the horizontal axis. This makes it possible to clarify the correlation between the movement position and the vibration, and further, the correlation between the movement position and the abnormality occurrence timing.
  • FIG. 8 is a time chart showing the generation of operation noise in the operation cycle of the injection molding machine 1.
  • the mold clamping shaft is a shaft driven by the mold clamping motor 57
  • the injection shaft is a shaft driven by the injection motor 86.
  • a large operating noise is generated in the sections “mold closing” and “mold opening” in which the mold clamping shaft and the like operate and in the section “injection” in which the injection shaft and the like operates. Occurs.
  • the motion controller 201 collects the operation sound data based on the motion command information of the apparatus main body 10 which is held in advance only for the sections “mold closing” and “mold opening” in which the mold clamping axis operates. Then, when the collected driving sound data exceeds a threshold value set in advance for the sections “mold closing” and “mold opening”, it is determined that an abnormality has occurred. In the example of FIG. 8, an abnormality has occurred in the N-th driving sound data.
  • the threshold value may be set to a value that is larger by a predetermined value than the normal driving sound stored in advance.
  • the motion controller 201 that controls the operation of the injection molding machine 1 (apparatus body 10) collects the data measured by the external sensor 140, and the measured data and the apparatus body 10 are collected.
  • the abnormality of the apparatus main body 10 is detected based on the control information for the operation control. That is, it is possible to detect the abnormality of the device body 10 by using the control information (position/speed information of each motor and motion command information) that the motion controller 201 has to control the device body 10.
  • the control information position/speed information of each motor and motion command information
  • the abnormality of the injection molding machine 1 (apparatus body 10) whose operation is controlled by the motion controller 201 can be easily detected. Further, by using the motion command information, it is possible to more easily perform the abnormality detection process, for example, by using this information as a trigger to collect data.
  • an external sensor measurement system 242 that is an input unit that receives a measurement signal from the external sensor 140 and an output unit 245 that outputs an abnormality detection result by the abnormality detection system 244 are pre-installed in the FPGA 240, and the data collection system 243 and The abnormality detection system 244 may be configured to be retrofittable to the FPGA 240 (or the microcomputer 250). With this configuration, the abnormality detection processing by the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 can be relatively easily constructed even afterward. As a result, it is possible to flexibly respond to a user's request that an abnormality detection function, which is initially unnecessary, is needed later without a major device modification.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 are installed in the FPGA 240 instead of the microcomputer 250 in which the motion control system 251 is installed. Thereby, the abnormality detection processing by the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 can be realized without affecting the motion control of the injection molding machine 1.
  • the data collection timing can be set by the trigger signal based on the motion command information, so the user can easily set the data collection timing.
  • the HMI 160 can be connected to the motion controller 201, and a display screen 161 of the HMI 160 displays a setting screen (simple setting list Ls or detailed setting list Ld) for setting the abnormality detection content based on a user operation. It has become so. Thus, the user can easily set the abnormality detection content by using the setting screen which is the GUI.
  • a setting screen simple setting list Ls or detailed setting list Ld
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 are mounted on the FPGA 240.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 may be mounted on the microcomputer 250 instead of the FPGA 240.
  • the data collection system 243 may receive the position/velocity information from the motion control system 251.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 may be configured so that they can be mounted on the microcomputer 250 later.
  • the data collection system 243 and the abnormality detection system 244 are prepared as functions for data collection, data preprocessing, and data processing described in, for example, C language and installed in the microcomputer 250, so that they can be installed later. But it can be implemented relatively easily.
  • the external sensor measurement system 242 and the output unit 245 may be mounted on the microcomputer 250.
  • the injection molding machine 1 (apparatus main body 10) has been described as the mechanical device whose operation is controlled by the motion controller 201, but the mechanical device may be a molding machine other than the injection molding machine. .. Furthermore, the present invention can be widely applied to mechanical devices other than the molding machine, such as a press machine and a rolling machine, as long as the operation is controlled by the motion controller. In addition, the details shown in the embodiment can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
  • the motion controller and the molding machine according to the present invention are useful for detecting an abnormality in a mechanical device whose operation is controlled by the motion controller.
  • Injection Molding Machine 10 Device Main Body 11 Injection Device 12 Mold Clamping Device 43 Mold Device 100A-100X Motor Driver 110A-110X Motor 120A-120X Encoder 140 External Sensor 160 HMI 161 Display 200 Control unit 201 Motion controller 210 Analog input unit 220 Encoder receiving circuit 230 External sensor receiving circuit 240 FPGA 241 Position/velocity measurement system 242 External sensor measurement system 243 Data collection system 244 Abnormality detection system 245 Output unit 250 Microcomputer 251 Motion control system 261 Data collection block 262 Data pre-processing block 263 Data processing block 264 Data output block 270 Storage device B1 section Selection button B2 Measurement target selection button B3 Threshold setting button B4 Output destination selection button B5 Status display field B6 Start/Stop button B7 Data pre-processing selection button B8 Data processing selection button Ld Detailed setting list Ls Simple setting list Ls Simple setting list Ls Simple setting list

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Abstract

モーションコントローラ（２０１）は、射出成形機（１）の装置本体（１０）の動作を制御するものであり、装置本体（１０）に設置したセンサ（１４０）により計測されたデータを収集するデータ収集システム（２４３）と、データ収集システム（２４３）により収集された計測データ、及び、装置本体（１０）の動作制御に用いる制御情報に基づいて、装置本体（１０）の異常を検知する異常検知システム（２４４）とを備える。

Description

モーションコントローラ及び成形機
　本発明は、モーションコントローラ及び成形機に関する。
　従来、例えば成形機などの機械装置の挙動をセンシングして、機械装置の異常を検知したり故障を予測したりする技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
　例えば図１０に示すように、モータ駆動される駆動部を備える機械装置では、加速度センサを取り付けて、この加速度センサで検出した振動を監視する場合がある。駆動部を駆動するモータは、モーションコントローラによりモータドライバを介して制御される。
　加速度センサにより計測された振動データは、回転計で検出した回転数を用いてＦＦＴ（Fast Fourier transform）アナライザで周波数解析などされる。そして、この解析結果に基づいて、パソコンなどの演算装置や人間が、機械装置に異常が発生しているか否かを判定する。
特開平５－１５７６６２号公報 特開２０１８－９１０３３号公報
　しかしながら、上記従来の技術では、ＦＦＴアナライザや回転計などの計測専用の機器が必要になるため、この機器の設定や機器間の配線作業なども含めて、非常に手間がかかるという問題があった。
　本発明は、モーションコントローラにより動作制御される機械装置の異常検知を簡便に行うことができるモーションコントローラ及び成形機を提供することを目的とする。
　本発明は、機械装置の動作を制御するモーションコントローラであって、
　前記機械装置に設置した外部センサにより計測されたデータを収集するデータ収集部と、
　前記データ収集部により収集された計測データ、及び、前記機械装置の動作制御に用いる制御情報に基づいて、前記機械装置の異常を検知する異常検知部と、
　を備える構成とした。
　また、本発明は、
　成形材料を射出する射出装置と、成形材料が充填される金型装置を動かす型締装置とを有する装置本体と、
　前記射出装置及び前記型締装置を駆動する各モータの動作を制御するモーションコントローラと、
　を備える成形装置であって、
　前記モーションコントローラは、
　前記装置本体に設置した外部センサにより計測されたデータを収集するデータ収集部と、
　前記データ収集部により収集された計測データ、及び、前記装置本体の動作制御に用いる制御情報に基づいて、前記装置本体の異常を検知する異常検知部と、
　を備える構成とした。
　本発明によれば、モーションコントローラにより動作制御される機械装置の異常検知を簡便に行うことができるモーションコントローラ及び成形機を提供できる。
実施形態における射出成形機を示す図である。 図1の射出成形機が備える制御ユニットの全体構成を示す図である。 実施形態におけるモーションコントローラの制御構成を示すブロック図である。 実施形態におけるモーションコントローラでの異常検知処理の流れを説明するためのブロック図である。 異常検知内容を簡便に設定できる簡易モードの設定画面例を示す図である。 異常検知内容を詳細に設定できる詳細モードの設定画面例を示す図である。 異常検知処理における振動データの処理例を示す図である。 異常検知処理における振動データの処理例を示す図である。 異常検知処理における振動データの処理例を示す図である。 異常検知処理における振動データの処理例を示す図である。 射出成形機の作動サイクルにおける運転音の発生を示すタイムチャートである。 実施形態におけるモーションコントローラの変形例の制御構成を示すブロック図である。 機械装置の異常を検知するための従来の構成を示すブロック図である。
　以下、本発明に係るモーションコントローラを射出成形機の制御に適用した場合の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［射出成形機の全体構成］
　図１は、本実施形態における射出成形機１を示す図である。
　この図に示すように、本実施形態における射出成形機１は、当該射出成形機１の装置本体１０と、装置本体１０を制御するための制御ユニット２００とを備えている。なお、図１では、制御ユニット２００の概略構成を示している。
　装置本体１０は、成形材料を溶解及び射出する射出装置１１と、射出装置１１を搬送する可塑化移動装置２０と、成形材料が充填される金型装置４３を動かす型締装置１２と、固化した成形品を金型装置４３から押し出すエジェクタ装置７１とを備えている。
　金型装置４３は、固定プラテン５１に保持される固定金型４４と、可動プラテン５４に保持される可動金型４５とを含む。型締装置１２は、三相モータである型締用モータ５７を有し、型締用モータ５７が駆動することで、可動金型４５を保持した可動プラテン５４が動いて金型装置４３の開閉と型締とが行われる。射出装置１１は、三相モータである射出用モータ８６を有し、射出用モータ８６の駆動によりスクリュ２６が並進移動して加熱シリンダ１５から成形材料が射出される。また、射出装置１１は、三相モータである計量用モータ８３を有し、計量用モータ８３の駆動によりスクリュ２６が回転してホッパ１７から加熱シリンダ１５に成形材料が供給される。可塑化移動装置２０は、三相モータである可塑化移動用モータ２２を有し、可塑化移動用モータ２２の駆動により可動部が動作する。エジェクタ装置７１は、三相モータであるエジェクト用モータ７２を有し、エジェクト用モータ７２の駆動により可動部が動作する。
　なお、以下では、型締用モータ５７、射出用モータ８６、計量用モータ８３、可塑化移動用モータ２２、エジェクト用モータ７２を、第１モータ１１０Ａ～第ｎモータ１１０Ｘと記載する。
［制御ユニットの構成］
　制御ユニット２００は、モーションコントローラ２０１と、複数のモータドライバ１００Ａ～１００Ｘとを備えている。
　モーションコントローラ２０１は、射出成形機１（装置本体１０）の動作を制御するものである。具体的に、モーションコントローラ２０１は、所定の制御プログラムに従って射出成形機１の複数のモータドライバ１００Ａ～１００Ｘにモーション指令（具体的には速度指令）を出力する。モーション指令とは、射出成形機１（装置本体１０）の動作を制御するための制御指令であって、射出や型締めなどの各工程の順番や作業時間といった、射出成形機１の一連の動作の情報を含むものである。モーションコントローラ２０１の詳細な制御構成については後述する。
　複数のモータドライバ１００Ａ～１００Ｘは、モーションコントローラ２０１からのモーション指令に基づいて、第１モータ１１０Ａ～第ｎモータ１１０Ｘの各々に電力を出力し、これら各モータを駆動する。また、モータドライバ１００Ａ～１００Ｘは、各モータの位置・速度応答の情報を、第１モータ１１０Ａ～第ｎモータ１１０Ｘの位置を検出するエンコーダ１２０Ａ～１２０Ｘ（図２参照）から取得し、モーションコントローラ２０１に出力する。
　これらにより、射出成形機１の各部が連携して動作し、所定の成形処理が実行される。
　なお、図１では、モーションコントローラ２０１がモータドライバ１００Ａ～１００Ｘをシリアル制御する状態を示しているが、モーションコントローラ２０１がモータドライバ１００Ａ～１００Ｘと個別に通信するパラレル制御を行うこととしてもよい。
　また、制御ユニット２００は、装置本体１０の異常を検知するための構成を備えている。
　図２は、制御ユニット２００の全体構成を示す図である。
　この図に示すように、制御ユニット２００には、モーションコントローラ２０１及び複数のモータドライバ１００Ａ～１００Ｘのほか、複数の外部センサ１４０と、ＨＭＩ（Human Machine Interface）１６０とが設けられている。
　複数の外部センサ１４０は、装置本体１０の各部の情報（物理量）を計測・検出するセンサであって、動作制御用に射出成形機１に内臓されたセンサ（エンコーダ１２０Ａ～１２０Ｘなど）とは別のものである。本実施形態では、外部センサ１４０として、圧力（力）を計測する圧力センサ１４０ａと、加速度を計測する加速度センサ１４０ｂと、音を計測するマイクロホン１４０ｃとが設けられている。これら複数の外部センサ１４０は、装置本体１０の各部に配置され、センサ入力端子であるモーションコントローラ２０１のアナログ入力ユニット２１０に接続されている。
　モーションコントローラ２０１は、アナログ入力ユニット２１０のものも含め、複数の信号端子（ポート）を備える。このポートは、シリアル通信用、アナログ信号用、Ｉ／Ｏ用の３種類のものを含む。シリアル通信用のポートは、例えばエンコーダ入力に用いられる。アナログ信号用のポートは、例えばタイバーセンサ（ひずみ計測）やロードセル射出圧の入力に用いられる。Ｉ／Ｏ用のポートは、例えばドア開閉判断用スイッチや各種リミットスイッチ等に用いられる。これら３種類のポートは、それぞれ複数設けられ、装置本体１０の動作制御に通常必要な数量（例えば、一般的な射出成形機のモータ数や計測諸量の合計）よりも多く設けられる。
　なお、外部センサ１４０の種別は、本実施形態のものに限定されず、例えばジャイロセンサや歪ゲージなどを含んでいてもよい。
　ＨＭＩ１６０は、ユーザがモーションコントローラ２０１を操作したり各種情報を取得したりするためのインターフェースであり、モーションコントローラ２０１に接続されている。ＨＭＩ１６０は、各種情報が表示されるディスプレイ１６１と、ユーザの操作を受け付ける入力デバイス（マウス、キーボード、タッチパネルなど；図示省略）とを備えている。
　なお、ユーザがモーションコントローラ２０１を操作等するためのインターフェースは、モーションコントローラ２０１又は装置本体１０に設けられたものでもよいし、通信接続されたタブレットなどの携帯端末であってもよい。
［モーションコントローラの制御構成］
　図３は、モーションコントローラ２０１の制御構成を示すブロック図である。なお、図３では、主に射出成形機１（装置本体１０）の異常を検知するためのモーションコントローラ２０１の制御構成を示している。
　この図に示すように、モーションコントローラ２０１は、エンコーダ受信回路２２０と、外部センサ受信回路２３０と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２４０と、マイコン２５０とを備えて構成されている。
　エンコーダ受信回路２２０は、モータドライバ１００Ａ～１００Ｘを介してエンコーダ１２０Ａ～１２０Ｘから出力されたモータ１１０Ａ～１１０Ｘの各々の位置信号を受け付ける。
　外部センサ受信回路２３０は、外部センサ１４０ａ～１４０ｃから出力されたそれぞれの計測信号を受け付ける。この外部センサ受信回路２３０は、外部センサ１４０ごとに設けられていてもよい。
　ＦＰＧＡ２４０は、位置・速度計測システム２４１と、外部センサ計測システム２４２と、データ収集システム２４３と、異常検知システム２４４と、出力部２４５との、５つの機能ブロックを有している。なお、本実施形態のＦＰＧＡ２４０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が組み込まれている。
　位置・速度計測システム２４１は、エンコーダ受信回路２２０が受信した各モータの位置信号に基づいて、当該各モータの速度と位置の情報を取得し、この速度・位置情報をデータ収集システム２４３とモーションコントロールシステム２５１に出力する。
　外部センサ計測システム２４２は、外部センサ受信回路２３０が受信した外部センサ１４０ａ～１４０ｃからの計測信号に基づいて、計測された物理量（本実施形態では、加速度、音、圧力）の情報を取得し、この計測値の情報をデータ収集システム２４３に出力する。外部センサ計測システム２４２では、ノイズを除去するフィルタ処理を行うこととしてもよい。
　データ収集システム２４３は、位置・速度計測システム２４１及び外部センサ計測システム２４２から出力された計測値の情報を収集して蓄積する。データ収集システム２４３では、ユーザの操作を受けるまで常時データを収集することとしてもよいし、モーションコントロールシステム２５１からモーション指令情報に基づく装置本体１０の動作信号などをトリガ信号として取得することで、データ収集タイミング（収集開始と終了のタイミング）を装置本体１０の動作に応じたものに設定してもよい。また、収集したデータのなかから蓄積するデータを選択できるようにしてもよい。例えば、正常運転時のデータと最新のデータのみを蓄積するようにしてもよい。
　異常検知システム２４４は、収集された計測値の情報（すなわち、外部センサ１４０の計測データと、各モータの位置・速度情報）と、モーションコントロールシステム２５１が持っているモーション指令の情報とに基づいて、装置本体１０の異常を検知する。つまり、異常検知システム２４４は、外部センサ１４０の計測データと、装置本体１０の動作制御に用いる制御情報とに基づいて、装置本体１０の異常を検知する。この異常検知システム２４４では、例えば計測値が所定の閾値（又は正常値範囲）を超えたりした場合に、異常が発生したと判断される。異常検知処理の具体的な内容については後述する。
　出力部２４５は、異常検知システム２４４から受けた異常検知結果を、外部機器などに適宜出力する。また、異常検知結果をモーションコントロールシステム２５１にも出力することとし、異常が発生した場合に、モーションコントロールシステム２５１が各モータのトルクや速度を制限するようにしてもよい。
　なお、ＦＰＧＡ２４０には、当該ＦＰＧＡ２４０で外部センサ１４０の計測値を受け付けるデータ入力部ともいえる外部センサ計測システム２４２と、出力部２４５との、少なくとも２種類の機能ブロックが予め実装されていることが好ましい。データ収集システム２４３と異常検知システム２４４は、後付けでＦＰＧＡ２４０に実装可能なように構成されていればよい。これらデータ収集システム２４３と異常検知システム２４４は、例えばハードウェア記述言語で論理回路を書き換えるなどして、後付けで比較的簡単に実装することができる。これにより、当初は不要とした異常検知機能が後から必要になったといったユーザの要望などにも、大掛かりな装置改造などを伴うことなく柔軟に対応することができる。なお、モーションコントロールに必要なエンコーダ１２０Ａ～１２０Ｘの計測値を受け付ける位置・速度計測システム２４１がＦＰＧＡ２４０上に予め実装されていることが好ましいのは、勿論である。また、この場合には、外部センサ１４０を接続するための端子（アナログ入力ユニット２１０）も予め設けられていることが好ましいが、後で必要に応じて増設することとしてもよい。なお、外部センサ計測システム２４２と出力部２４５は、マイコン２５０に予め実装されていてもよい。
　マイコン２５０は、ＣＰＵやメモリ、周辺回路などのハードウェアが組み込まれて構成され、モーションコントローラ２０１を統合制御するものであり、モーションコントロールシステム２５１を有している。
　モーションコントロールシステム２５１は、位置・速度計測システム２４１から出力された各モータの速度・位置情報に基づいて、各モータを制御するための速度指令を生成する。装置本体１０を動作制御する場合には、この速度指令がモータドライバ１００Ａ～１００Ｘに出力される。
［異常検知内容の設定］
　続いて、ユーザによる異常検知内容の設定について説明する。
　図４は、モーションコントローラ２０１における異常検知処理の流れを説明するためのブロック図である。
　図４に示すように、モーションコントローラ２０１は、データ収集ブロック２６１、データ前処理ブロック２６２、データ処理ブロック２６３、データ出力ブロック２６４の４つの機能ブロックのほか、各種情報を読み書き可能な記憶装置２７０を備えている。
　モーションコントローラ２０１での異常検知処理は、４つの機能ブロックに分割された一連の処理により実行される。各機能ブロックでの処理内容は、後述するように、ＨＭＩ１６０を介して提供されるユーザインターフェースによって、ユーザが簡便に設定できるようになっている。
　なお、４つの機能ブロックのうち、データ収集ブロック２６１が上述の位置・速度計測システム２４１と外部センサ計測システム２４２とデータ収集システム２４３に対応し、データ前処理ブロック２６２及びデータ処理ブロック２６３が上述の異常検知システム２４４に対応し、データ出力ブロック２６４が上述の出力部２４５に対応している。
　このうち、データ収集ブロック２６１は、必要なデータを設定した周期で収集する。
　収集されるデータは、モーションコントロールシステム２５１からの制御データ、内蔵センサであるエンコーダ１２０Ａ～１２０Ｘからの各モータの位置・速度データ、外部センサ１４０からの加速度、音、圧力／力などである。また、内蔵センサからのデータとして、モータドライバ１００Ａ～１００Ｘからモータ電流、モータ電圧、内部温度を取得できるようにしてもよい。
　処理を行うタイミングは、モーションコントロールシステム２５１からのトリガによる。
　処理を行う周期は、例えば、１ｍｓ、１０ｍｓピッチなどで設定可能である。
　データ前処理ブロック２６２は、異常を検知するためのデータの前処理を行う。
　ここでの処理内容は、デジタルフィルタ（ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、平滑化など）、積算、周波数変換や、ユーザによるカスタム処理である。
　処理を行うタイミングは、モーションコントロールシステム２５１からのトリガによる。
　処理を行う周期は、例えば、１ｍｓ、１０ｍｓピッチなどで設定可能である。
　データ処理ブロック２６３は、閾値を設けるなどの設定で異常を検知する。
　ここでの処理内容は、閾値の設定や、ユーザによるカスタマイズ設定である。カスタマイズ設定では、例えば既知の故障モードとの比較などにより、故障の予測を行うこととしてもよい。また、機械学習を用いて異常を検知できるようにしてもよい。
　処理を行うタイミングは、モーションコントロールシステム２５１からのトリガによる。
　処理を行う周期は、例えば、１ｍｓ、１０ｍｓピッチなどで設定可能である。
　データ出力ブロック２６４は、データ処理された結果を出力する。
　出力先には、外部機器やアラーム通知などを選択できる。また、モーションコントロールシステム２５１に結果を出力して、異常が検知された場合に所定の動作（装置本体１０の停止や各モータの減速など）を実行させることができる。
　処理を行うタイミングは、モーションコントロールシステム２５１からのトリガによる。
　処理を行う周期は、例えば、１ｍｓ、１０ｍｓピッチなどで設定可能である。
　また、各機能ブロックでの処理時に、記憶装置２７０に対して処理対象のデータを書き込み又は読み出しすることとしてもよい。具体的には、データ収集ブロック２６１が収集したデータを記憶装置２７０に書き込んだり、そのデータをデータ前処理ブロック２６２が処理して処理後のデータを記憶装置２７０に書き込んだりしてもよい。さらに、そのデータをデータ処理ブロック２６３が処理して処理後の結果を記憶装置２７０に書き込んだり、それをデータ出力ブロック２６４が読み出して出力したりしてもよい。
［異常検知内容の設定例］
　続いて、上述した異常検知内容の設定について、具体例を挙げて説明する。
　本実施形態のモーションコントローラ２０１では、ユーザがＨＭＩ１６０から所定の設定プロブラムの実行操作を行うことにより、異常検知内容を簡便に設定できる簡易モードと、詳細に設定できる詳細モードとを選択できるようになっている。
　まず、アナログ入力ユニット２１０のポートに新たなセンサが接続されると、例えば所定の操作に基づいて、このセンサ信号にアドレスやＩＤが割り振られる。ＨＭＩ１６０のディスプレイ１６１上には、ポートに接続された複数のセンサ信号に対応した複数のタブが表示され、タブを操作・選択することでこのタブに対応したセンサ信号の波形（例えば生波形）が表示される。タブ上には、対応するセンサ信号のアドレスやＩＤが表示される。ディスプレイ１６１上に表示させるタブは適宜選択（追加や削除）できる。また、複数のタブが複数のページに分割され、ディスプレイ１６１上に表示させるページを選択できるようにしてもよい。
　＜簡易モード＞
　図５は、簡易モードの設定画面例を示す図である。
　簡易モードでは、データ前処理は行われず、データ処理は閾値による判定となっている。
　ユーザが簡易モードを選択すると、図５に示すように、マイコン２５０（又はＦＰＧＡ２４０上のＣＰＵ）が、簡易設定リストＬｓをＨＭＩ１６０のディスプレイ１６１に表示させる。
　簡易設定リストＬｓでは、複数の異常検知箇所がリスト状に一覧表示される。簡易設定リストＬｓのうち状態表示欄Ｂ５を除く各項目の内容はユーザがボタン選択できるようになっており、選択した内容がボタン上に表示される。
　具体的に、簡易設定リストＬｓには、区間選択ボタンＢ１、計測対象選択ボタンＢ２、閾値設定ボタンＢ３、出力先選択ボタンＢ４、状態表示欄Ｂ５、開始・停止ボタンＢ６が表示される。
　区間選択ボタンＢ１では、ユーザが、異常検知処理を行う装置本体１０の区間を選択する。ユーザが区間選択ボタンＢ１を操作すると、例えば「型閉」や「型開」など、射出成形機の各工程に対応する選択可能な区間がドロップダウンリストとして表示され、そのうちのいずれかを選択できるようになっている。
　計測対象選択ボタンＢ２では、ユーザが計測対象の物理量（例えば、加速度、音、圧力、電流など）を選択する。同じ区間の同じ計測対象が複数ある場合には、そのチャンネル番号も選択する。なお、ここでは、単にアナログ入力ユニット２１０の端子ｃｈ番号を選択することとしてもよい。
　閾値設定ボタンＢ３では、ユーザが、異常と判定する閾値を設定する。単位は計測対象選択ボタンＢ２で選択した計測対象の物理量によって決まる。閾値はユーザが任意に設定できる。閾値には、単なるレベルではなく、単位時間当たりの変動量、基準レベルに対する時間的平均値、変化量、変化率等の様々な物理量を設定できる。
　出力先選択ボタンＢ４では、計測対象の値が閾値を超えた場合のデータの出力先、またはその場合の動作が選択される。ここでは、所定のアラーム表示又は音声を出力させる「通知」や、装置本体１０を停止させる「停止」、外部機器に異常検知を知らせる「外部」などを選択することができる。また、データの出力や「通知」は、有線又は無線通信により所定の端末やサーバ、クラウドに送信されてもよい。
　状態表示欄Ｂ５には、異常検知処理の実行状態が表示される。本実施形態では、異常検知を実行している「監視中」、異常検知を停止している「停止中」、何らかの要因により異常検知を行えない「調整中」の、いずれかが表示される。
　開始・停止ボタンＢ６では、ユーザ操作により「ＳＴＡＲＴ」、「ＳＴＯＰ」、「ＡＵＴＯ」（自動調整開始）がドロップダウンリストで表示され、異常検知処理の開始、停止、自動調整開始を選択できるようになっている。ただし、この選択結果は開始・停止ボタンＢ６上には表示されない。また、開始・停止ボタンＢ６は、例えば調整中などのために処理を開始できない場合に、色がグレーなどに変わり、操作を受け付けない状態となる。
　＜詳細モード＞
　図６は、詳細モードの設定画面例を示す図である。
　ユーザが詳細モードを選択すると、図６に示すように、マイコン２５０（又はＦＰＧＡ２４０上のＣＰＵ）が、詳細設定リストＬｄをＨＭＩ１６０のディスプレイ１６１に表示させる。
　詳細設定リストＬｄでは、複数の異常検知箇所がリスト状に一覧表示される。
　具体的に、詳細設定リストＬｄには、簡易設定リストＬｓと同様の区間選択ボタンＢ１、計測対象選択ボタンＢ２、出力先選択ボタンＢ４、状態表示欄Ｂ５、開始・停止ボタンＢ６が表示されるほか、データ前処理選択ボタンＢ７と、データ処理選択ボタンＢ８とが表示される。
　データ前処理選択ボタンＢ７では、ユーザがデータ前処理の内容（デジタルフィルタ、積算、周波数変換など）を選択する。選択された内容はボタン上に表示される。
　データ処理選択ボタンＢ８では、ユーザがデータ処理の内容を選択する。データ処理の内容は、例えば所定の数値の閾値による異常判定などが、ユーザにより別途設定できるようになっている。選択されたデータ処理名がボタン上に表示される。
　このように、本実施形態のモーションコントローラ２０１では、ユーザ操作を受け付ける簡易設定リストＬｓ又は詳細設定リストＬｄのようなＧＵＩ（Graphical User Interface）をディスプレイ１６１に表示させることで、ユーザが簡単に異常検知内容を設定することができる。
　なお、閾値の設定は、ＨＭＩ１６０のディスプレイ１６１上にセンサ信号の波形を表示させた状態で（すなわち装置本体１０の正常運転時に）、この波形に対して閾値のラインを設定できるようにしてもよい。この場合の閾値は、ユーザが任意に設定できてもよいし、センサ信号の数値（例えば最大値）に応じて自動で設定されてもよい。
［異常検知処理の動作例］
　続いて、異常検知処理を実行する際のモーションコントローラ２０１の動作について、具体例を示して説明する。
　＜動作例１＞
　まず、モータなどの回転機器のガタによる振動を加速度センサ１４０ｂで検出して、異常を検知する場合について説明する。
　図７Ａ～図７Ｄは、異常検知処理における振動データの処理例を示す図である。
　図７Ａに示すように、ガタのある回転機器では、周期的に大きくなる振動データが得られる。
　モーションコントローラ２０１では、この振動データを取得するとともに、位置・速度情報を取得し、この情報に基づいて振動データを収集する周期を決定する。
　そして、収集した振動データが、予め設定された閾値を超えた場合に、異常が発生したと判定する。このとき、図７Ｂに示すように、振動データの単純な時間応答波形に対して閾値を設定して異常を検知してもよいし、図７Ｃに示すように、振動データの周波数解析を行い、その結果に対する閾値を設定して異常を検知してもよい。あるいは、図７Ａ、Ｄに示すように、振動の生波形を包絡線処理（エンベロープ解析）したものに対して周波数解析を行い、その結果に対する閾値を設定して異常を検知してもよい。
　また、例えば可動部を直線運動させる可塑化移動用モータ２２（図１参照）のように、軸を移動させる回転機器の振動を解析する場合には、その移動方向における位置（例えば先端位置）の情報を取得し、この位置に対する振動の応答をみてもよい。つまり、振動の時間応答に代えて、位置を横軸とする解析を行ってもよい。
　これにより、移動位置と振動との相関、ひいては移動位置と異常発生タイミングとの相関を、明らかにすることができる。
　＜動作例２＞
　次に、射出成形機１の特定の軸（例えば型締軸）の動作音をマイクロホン１４０ｃで検出して、異常を検知する場合について説明する。
　図８は、射出成形機１の作動サイクルにおける運転音の発生を示すタイムチャートである。なお、型締軸とは型締用モータ５７により駆動される軸であり、射出軸とは射出用モータ８６により駆動される軸である。
　この図に示すように、射出成形機１を作動させると、型締軸等が動作する区間「型閉」、「型開」や、射出軸等が動作する区間「射出」において、大きな運転音が発生する。
　モーションコントローラ２０１では、予め持っている装置本体１０のモーション指令情報に基づいて、型締軸が動作する区間「型閉」と「型開」のみを対象として、運転音データを収集する。
　そして、収集した運転音データが、この区間「型閉」と「型開」に対して予め設定された閾値を超えた場合に、異常が発生したと判定する。図８の例では、Ｎ回目の運転音データにおいて異常が発生している。なお、閾値は、予め保存しておいた正常時の運転音よりも所定値だけ大きい値として設定してもよい。
［技術的効果］
　以上のように、本実施形態によれば、射出成形機１（装置本体１０）の動作を制御するモーションコントローラ２０１が、外部センサ１４０により計測されたデータを収集し、この計測データと装置本体１０の動作制御用の制御情報とに基づいて、装置本体１０の異常を検知する。
　すなわち、装置本体１０を制御するためにモーションコントローラ２０１が持っている制御情報（各モータの位置・速度情報やモーション指令情報）を利用して、装置本体１０の異常検知を行うことができる。これにより、ＦＦＴアナライザや回転計などの計測専用の機器を必要であった従来と異なり、モーションコントローラ２０１に外部センサ１４０を接続するだけで、装置本体１０の異常検知を行うことができる。
　したがって、モーションコントローラ２０１により動作制御される射出成形機１（装置本体１０）の異常検知を、簡便に行うことができる。また、モーション指令情報を利用することで、例えばこの情報をトリガとしてデータ収集を実行するなどして、より容易に異常検知処理を行うことができる。
　また、ＦＰＧＡ２４０には、外部センサ１４０による計測信号を受け付ける入力部である外部センサ計測システム２４２と、異常検知システム２４４による異常検知結果を出力する出力部２４５とが予め実装され、データ収集システム２４３及び異常検知システム２４４がＦＰＧＡ２４０（又はマイコン２５０）に後付けで実装可能に構成されていてもよい。
　このように構成することにより、データ収集システム２４３と異常検知システム２４４による異常検知処理を、後からでも比較的簡便に構築することができる。ひいては、例えば当初は不要とした異常検知機能が後から必要になったといったユーザの要望などにも、大掛かりな装置改造を伴うことなく柔軟に対応することができる。
　また、データ収集システム２４３及び異常検知システム２４４が、モーションコントロールシステム２５１が実装されたマイコン２５０ではなく、ＦＰＧＡ２４０に実装されている。
　これにより、射出成形機１のモーションコントロールに影響を及ぼすことなく、データ収集システム２４３及び異常検知システム２４４による異常検知処理を実現することができる。
　また、モーション指令情報に基づくトリガ信号によってデータ収集タイミングを設定できるので、ユーザは簡単にデータ収集タイミングを設定することができる。
　また、モーションコントローラ２０１にはＨＭＩ１６０を接続可能になっており、ＨＭＩ１６０のディスプレイ１６１には、ユーザ操作に基づいて異常検知内容を設定する設定画面（簡易設定リストＬｓ又は詳細設定リストＬｄ）が表示されるようになっている。
　これにより、ユーザは、ＧＵＩである設定画面を利用して簡単に異常検知内容を設定することができる。
［その他］
　以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限られない。
　例えば上記実施例では、モーションコントローラ２０１において、データ収集システム２４３及び異常検知システム２４４がＦＰＧＡ２４０上に実装されていることとした。しかし、図９に示すように、データ収集システム２４３及び異常検知システム２４４は、ＦＰＧＡ２４０でなく、マイコン２５０上に実装されていてもよい。この場合、データ収集システム２４３は、モーションコントロールシステム２５１から位置・速度情報を受け取ることとすればよい。
　また、この構成の場合でも、データ収集システム２４３及び異常検知システム２４４は、後付けでマイコン２５０上に実装可能なように構成されていればよい。これらデータ収集システム２４３と異常検知システム２４４は、例えばＣ言語などで記述されたデータ収集やデータ前処理、データ処理についての関数として準備しておき、これをマイコン２５０にインストールすることで、後からでも比較的簡単に実装することができる。なお、外部センサ計測システム２４２と出力部２４５は、マイコン２５０に実装されていてもよい。
　また、上記実施形態では、モーションコントローラ２０１が動作を制御する機械装置として射出成形機１（装置本体１０）を挙げて説明したが、この機械装置は射出成形機以外の成形機であってもよい。さらに言えば、本発明は、モーションコントローラにより動作が制御されるものであれば、例えばプレス機や圧延機などの、成形機以外の機械装置にも広く適用可能である。
　その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　以上のように、本発明に係るモーションコントローラ及び成形機は、モーションコントローラにより動作制御される機械装置の異常検知を行うのに有用である。
１　　　射出成形機
１０　　装置本体
１１　　射出装置
１２　　型締装置
４３　　金型装置
１００Ａ～１００Ｘ　モータドライバ
１１０Ａ～１１０Ｘ　モータ
１２０Ａ～１２０Ｘ　エンコーダ
１４０　外部センサ
１６０　ＨＭＩ
１６１　ディスプレイ
２００　制御ユニット
２０１　モーションコントローラ
２１０　アナログ入力ユニット
２２０　エンコーダ受信回路
２３０　外部センサ受信回路
２４０　ＦＰＧＡ
２４１　位置・速度計測システム
２４２　外部センサ計測システム
２４３　データ収集システム
２４４　異常検知システム
２４５　出力部
２５０　マイコン
２５１　モーションコントロールシステム
２６１　データ収集ブロック
２６２　データ前処理ブロック
２６３　データ処理ブロック
２６４　データ出力ブロック
２７０　記憶装置
Ｂ１　　区間選択ボタン
Ｂ２　　計測対象選択ボタン
Ｂ３　　閾値設定ボタン
Ｂ４　　出力先選択ボタン
Ｂ５　　状態表示欄
Ｂ６　　開始・停止ボタン
Ｂ７　　データ前処理選択ボタン
Ｂ８　　データ処理選択ボタン
Ｌｄ　　詳細設定リスト
Ｌｓ　　簡易設定リスト

Claims (11)

  1. 　機械装置の動作を制御するモーションコントローラであって、
    　前記機械装置に設置した外部センサにより計測されたデータを収集するデータ収集部と、
    　前記データ収集部により収集された計測データ、及び、前記機械装置の動作制御に用いる制御情報に基づいて、前記機械装置の異常を検知する異常検知部と、
    　を備える、
    　モーションコントローラ。
  2. 　マイコンとＦＰＧＡとを備え、
    　前記ＦＰＧＡには、当該ＦＰＧＡ上に前記外部センサによる計測信号を受け付ける入力部と、前記異常検知部による異常検知結果を出力する出力部とが予め実装され、
    　前記データ収集部及び前記異常検知部は、前記マイコン又は前記ＦＰＧＡに、後付けで実装可能に構成されている、
    　請求項１記載のモーションコントローラ。
  3. 　マイコンとＦＰＧＡとを備え、
    　前記マイコンには、モーション指令を生成するモーション制御部が実装され、
    　前記ＦＰＧＡには、前記データ収集部及び前記異常検知部が実装されている、
    　請求項１又は請求項２に記載のモーションコントローラ。
  4. 　前記制御情報は、前記機械装置を駆動するモータの位置情報及び速度情報と、前記機械装置に対するモーション指令情報とを含み、
    　前記モータの位置情報及び速度情報は、当該モータに設けられたエンコーダからの信号に基づいて取得される、
    　請求項１から請求項３の何れか一項に記載のモーションコントローラ。
  5. 　前記データ収集部は、前記モーション指令情報に基づくトリガ信号によって、データ収集タイミングを設定する、
    　請求項４記載のモーションコントローラ。
  6. 　表示部を有する機器と接続可能に構成され、
    　ユーザ操作に基づいて異常検知内容を設定する設定画面を前記表示部に表示させる表示制御手段を備える、
    　請求項１から請求項５の何れか一項に記載のモーションコントローラ。
  7. 　前記外部センサは、加速度センサ、マイクロホン、圧力センサ、ジャイロセンサ及び歪ゲージのうち少なくとも１つを含む、
    　請求項１から請求項６の何れか一項に記載のモーションコントローラ。
  8. 　シリアル通信用、アナログ信号用及びＩ／Ｏ用を含む複数の信号端子を備える、
    　請求項１から請求項７の何れか一項に記載のモーションコントローラ。
  9. 　前記複数の信号端子は、前記機械装置の動作制御に通常必要な数量よりも多い、
    　請求項８に記載のモーションコントローラ。
  10. 　前記外部センサが接続される信号端子と、
    　前記信号端子に入力される前記外部センサの信号波形を表示する表示手段と、
    　ユーザ操作に基づいて、前記外部センサの信号に対する異常判定用の閾値を前記表示手段上で設定する設定手段と、を備える、
    　請求項１から請求項９の何れか一項に記載のモーションコントローラ。
  11. 　成形材料を射出する射出装置と、成形材料が充填される金型装置を動かす型締装置とを有する装置本体と、
    　前記射出装置及び前記型締装置を駆動する各モータの動作を制御するモーションコントローラと、
    　を備える成形装置であって、
    　前記モーションコントローラは、
    　前記装置本体に設置した外部センサにより計測されたデータを収集するデータ収集部と、
    　前記データ収集部により収集された計測データ、及び、前記装置本体の動作制御に用いる制御情報に基づいて、前記装置本体の異常を検知する異常検知部と、
    　を備える、
    　成形機。
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