JP6848845B2 - サーボモータの負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法 - Google Patents

Description

本開示は、回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法に関するものである。

従来、回転具が損傷を起こす前に異常を検出して損傷を予防するための異常検出装置が知られている。

例えば特許文献１には、回転工具の負荷を検出して、回転工具に応じた損傷負荷レベル又は負荷変化率による閾値に基づいて回転工具の異常を検出する技術が開示されている。これにより、負荷のバラツキや急激な変化に対応して、リアルタイムに適切な異常検出が可能となっている。

また、例えば特許文献２には、工作機械の駆動軸の負荷信号をデジタルで収集して、算出した微分、又は移動平均との差分等の特徴量が所定の条件を満たしていれば異常と判定する技術が開示されている。これにより、加工条件が変動してもリアルタイムで高い感度の検出装置を実現することが可能となっている。

さらに、例えば特許文献３には、加工機の駆動源で検出された負荷が、過去数回分の負荷平均により決定された閾値を越える場合に異常と判断する技術が開示されている。これにより、加工機の起動時と連続動作中との両方に対応できる異常判定を実現することができる。

特開平１０−２３５５３８号公報（１９９８年９月８日公開） 特開２０００−１０７９８７号公報（２０００年４月１８日公開） 特開２００２−１６３３号公報（２００２年１月８日公開）

ところで、従来の異常検出装置では、いずれも回転機器の負荷（トルクを示し、駆動電流とほぼ比例する）の相対値（正常時と異常時との比較等）又は負荷の変化率に注目して、異常を検出していた。

しかしながら、この検出方法では、回転機器の各状態が異常かどうかを絶対評価することができない。このため、正常状態の閾値及び異常状態の閾値をそれぞれユーザが考えて設定する必要があるので、判定基準が曖昧となり、実用的でないという問題を有している。

本開示の一態様は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、回転具の種類、加工条件及び機差に関係なく、サーボモータの現在の負荷状態を絶対的な評価指標にて診断し得るサーボモータの負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法を提供することにある。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断装置は、上記の課題を解決するために、回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断装置であって、 前記サーボモータにおいて作用しているトルクの回転方向を検知する検知部と、前記検知部によって検知された前記トルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部と、前記判断部の判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力部とを備えていることを特徴としている。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断方法は、上記の課題を解決するために、回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断方法であって、 前記サーボモータにおいて作用しているトルクの回転方向を検知する検知工程と、検知された前記トルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断工程と、判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力工程とを含むことを特徴としている。

従来では、回転具の負荷（トルクを示し、駆動電流とほぼ比例）の相対値（正常時と異常時の比較等）や変化率に注目し、異常を検知していたので、各状態が異常かどうか絶対評価できないという問題点を有していた。

この問題を解決するに際して、サーボモータの制御方向である所定の回転駆動方向とは逆向きの回転方向のトルクが作用している状態は、異常や劣化等の何らかの理由でエネルギーを無駄に消費している状態と考えられ、その状態が継続すると回転具の劣化を早めることになる。

そこで、本開示の一態様においては、サーボモータの負荷状態を診断するために、サーボモータにおいて作用しているトルクの回転方向を検知する検知部と、検知部によって検知されたトルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部とを備えている。そして、負荷指標出力部は、判断部の判断結果に基づいて、サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する。

すなわち、サーボモータのトルクの回転方向と回転制御方向である所定の回転駆動方向とが一致していない場合には、サーボモータに不要な力つまり負荷が加えられていることが明らかであるので、一致しているかの判断は相対的なものではなく絶対的な評価である。

この結果、正常状態と異常状態の閾値をユーザが考えなくても、サーボモータの回転制御方向とトルクの回転方向とが一致しているか否かという絶対的な閾値を用いて、サーボモータの負荷状態を診断することがきる。

また、これにより、意図した回転制御方向と同じ回転方向のトルクがサーボモータに作用しているか否かを確認することができ、現在のサーボモータの動作状態として不要な力つまり負荷を加えていないかどうかを判別することができる。延いては、サーボモータの動作状態が回転具の劣化を早める状態にあるか否かを判断することができる。

したがって、回転具の種類、加工条件及び機差に関係なく、サーボモータの現在の負荷状態を絶対的な評価指標にて診断し得るサーボモータの負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法を提供することができる。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断装置では、前記検知部は、前記サーボモータに対する指令電流値を計測することによって前記トルクの回転方向を検知するとすることができる。

サーボモータは、定格トルク以下の領域ではトルク−電流特性は比例関係にある。このため、サーボモータの指令電流値を計測することによって、トルクの回転方向を検知することができる。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断装置では、前記負荷指標出力部は、一定期間において、前記トルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の発生頻度を計測し、該発生頻度に基づいて前記負荷指標を出力するとすることができる。

これにより、意図した制御方向とは逆に制御がかけられている状態の発生頻度を負荷指標とするため、正常状態と異常状態の閾値をユーザが考えなくてもよい。

また、サーボモータの直接的な負荷指標としてサーボモータにおける回転制御方向とは逆の回転方向にトルクが作用した発生頻度を監視することによって、サーボモータが過負荷状態であるか否かを容易に判断することができる。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断装置では、前記負荷指標出力部は、前記トルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値を算出し、該積算値に基づいて前記負荷指標を出力するとすることができる。

サーボモータの回転制御方向とは逆の回転方向にトルクが作用した電流パルス数の積算値が多くなることによってサーボモータが故障する確率が高くなる。したがって、例えば、トルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値と、該サーボモータの故障した期時との相関を予め求めておくことにより、保守点検の時期等の判断を容易に行うことができる。延いては、回転具における保守費用の削減等の保守の適正化を実現することができる。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断装置では、サーボモータの負荷が現在よりも小さくなるようにサーボモータの駆動に関するパラメータを設定するパラメータ設定部が設けられているとすることができる。

これにより、パラメータ設定部にてサーボモータの駆動に関するパラメータを設定して、サーボモータの負荷を現在よりも小さくすることができる。

本開示の一態様におけるサーボモータの負荷状態診断装置では、前記パラメータ設定部は、前記サーボモータの速度の追従性が許容できる範囲で、該サーボモータを制御するモータドライバの制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部を備えているとすることができる。

これにより、サーボモータの駆動に関するパラメータとして、サーボモータを制御するモータドライバの制御ゲインを調整する。この結果、制御ゲインを調整することにより、サーボモータの負荷を現在よりも小さくすることができる。

本開示の一態様によれば、回転具の種類、加工条件及び機差に関係なく、サーボモータの現在の負荷状態を絶対的な評価指標にて診断し得るサーボモータの負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法を提供するという効果を奏する。

本開示の実施形態におけるサーボモータの負荷状態診断装置の構成を示すブロック図である。 前記サーボモータを備えた回転具の一例を示す図である。 前記回転具に備えられたサーボモータの指令電流値とトルクとの関係を示すグラフである。 （ａ）は前記サーボモータにおける正常時のトルク波形を示す図であり、（ｂ）は前記サーボモータにおける異常時のトルク波形を示す図である。 前記回転具の保守期間と負荷指標及び保守コストとの関係を示すグラフである。 現在とは異なる稼働状態に回転具を調整した場合に、サーボモータの正常時の負荷指標と調整後の負荷指標とを比較することにより、調整の良否を確認するときの状況を示す模式図である。 （ａ）は前記サーボモータの制御ゲインを小としたときのトルク指令値を示すチャートであり、（ｂ）はサーボモータの制御ゲインを中としたときのトルク指令値を示すチャートであり、（ｃ）はサーボモータの制御ゲインを大としたときのトルク指令値を示すチャートである。 （ａ）は前記サーボモータの制御ゲインを小としたときの速度計測値（速度指令値）を示すチャートであり、（ｂ）はサーボモータの制御ゲインを中としたときの速度計測値（速度指令値）を示すチャートであり、（ｃ）はサーボモータの制御ゲインを大としたときの速度計測値（速度指令値）を示すチャートである。 前記サーボモータの制御ゲインの大きさと、そのときのサーボモータ２の速度標準偏差と負荷指標との関係の一例を示す図である。 前記サーボモータの制御ゲインと負荷指標及び速度バラツキとの関係の一例を示すグラフである。 前記サーボモータの制御ゲインの調整動作を示すフローチャートである。 （ａ）は前記サーボモータの速度バラツキが速度許容閾値を下回る場合の制御ゲインの範囲（ａ）を示す図であり、（ｂ）は制御ゲインの範囲（ａ）において、負荷指標が０になる制御ゲインの範囲（ｂ）を示す図である。 （ａ）は、現在の調整可能な範囲における制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフであり、（ｂ）は図１０の（４）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフであり、（ｃ）は図１０の（３）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフであり、（ｄ）は図１０の（２）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフであり、（ｅ）は図１０の（１）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフである。

以下、本開示の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

（適用例）
まず、図１に基づいて、本開示が適用される場面の一例について説明する。図１は、本開示の一態様におけるサーボモータ２の負荷状態診断装置としてのＰＬＣ１０の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本開示の実施の形態におけるサーボモータ２の負荷状態診断装置としてのＰＬＣ１０は、回転具１を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータ２の負荷状態を診断するＰＬＣ１０であって、サーボモータ２において作用しているトルクの回転方向を検知する検知部１２と、検知部１２によって検知されたトルクの回転方向と、前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部１３と、判断部１３の判断結果に基づいて、サーボモータ２の負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力部１４とを備えている。

また、本開示の一態様におけるサーボモータ２の負荷状態診断方法は、回転具１を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータ２の負荷状態を診断する負荷状態診断方法であって、 サーボモータ２において作用しているトルクの回転方向を検知する検知工程と、検知されたトルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断工程と、判断結果に基づいて、サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力工程とを含んでいる。尚、ＰＬＣ１０は、本開示の一態様における負荷状態診断装置としての機能を有する。

すなわち、サーボモータ２のトルクの回転方向と回転制御方向である所定の回転駆動方向とが一致していない場合には、サーボモータ２に不要な力つまり負荷が加えられていることが明らかであるので、一致しているかの判断は相対的なものではなく絶対的な評価である。

この結果、正常状態と異常状態の閾値をユーザが考えなくても、サーボモータ２の回転制御方向とトルクの回転方向とが一致しているか否かという絶対的な閾値を用いて、サーボモータ２の負荷状態を診断することがきる。

また、これにより、意図した回転制御方向と同じ回転方向のトルクがサーボモータ２に作用しているか否かを確認することができ、現在のサーボモータ２の動作状態として不要な力つまり負荷を加えていないかどうかを判別することができる。延いては、サーボモータ２の動作状態が回転具１の劣化を早める状態にあるか否かを判断することができる。

したがって、回転具１の種類、加工条件及び機差に関係なく、サーボモータ２の現在の負荷状態を絶対的な評価指標にて診断し得るサーボモータ２のＰＬＣ１０及び負荷状態診断方法を提供することができる。

（構成例）
本開示の実施の形態について図１〜図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態のサーボモータ２の負荷状態診断装置としてのＰＬＣ１０の全体構成について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本実施の形態におけるサーボモータ２の負荷状態診断装置としてのＰＬＣ１０の構成を示すブロック図である。図２は、サーボモータ２を備えた回転具１の一例を示す図である。

図１に示すように、本開示の実施の形態におけるサーボモータ２の負荷状態診断装置としてのＰＬＣ１０は、回転具１を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータ２の負荷状態を診断するものである。

回転具１は、図２に示すように、例えば、包装機のフィルム搬送工場で使用されるフィルム搬送軸又はトップシール軸として使用されるものであり、サーボモータ２によって回転駆動されるようになっている。フィルム搬送軸又はトップシール軸等の回転具１は、搬送されているシール２０の切断により負荷変動を受ける。尚、本実施の形態では、回転具１として、フィルム搬送軸又はトップシール軸を例示して説明しているが、回転具１は必ずしもこれに限らない。すなわち、回転具１は、例えば、サーボモータ２によって回転駆動される工作機械として使用される回転工具、又は工場その他等で使用される回転機械であってよく、サーボモータ２によって回転駆動される回転具であれば種類を問わない。

前記サーボモータ２は、図１に示すように、サーボドライバ３によって一定速度及び所定の回転駆動方向に回転駆動されるようになっている。

ＰＬＣ１０は、本実施の形態では、サーボモータ２の負荷状態診断装置として機能するために、図１に示すように、駆動制御部１１と、検知部１２と、判断部１３と負荷指標出力部１４、パラメータ設定部１５とを備えている。これらの各機能ブロックは、ＰＬＣ１０に実装されているファンクションブロックによって実現される。尚、負荷状態診断装置は、ＰＬＣ１０によって実現されることに限定されるものではなく、任意の情報処理装置、例えばＩＰＣ（Industrial PC Platform，産業用ＰＣプラットフォーム）等によって実現されてもよい。

駆動制御部１１は、サーボモータ２を一定速度及び所定の回転駆動方向に制御すべく、サーボドライバ３に制御信号を送る。

検知部１２は、サーボモータ２において作用しているトルクの回転方向を検知する。ここで、検知部１２におけるサーボモータ２のトルクの回転方向の検知方法について、図３及び図４の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図３は、回転具１に備えられたサーボモータ２の指令電流値とトルクとの関係を示すグラフである。図４の（ａ）は、サーボモータ２における正常時のトルク波形を示す図である。図４の（ｂ）は、サーボモータ２における異常時のトルク波形を示す図である。

図３に示すように、サーボモータ２は、定格トルク以下の領域において、トルク−電流特性は比例関係にある。このため、サーボモータ２の指令電流値を計測することによって、トルク指令値を間接的に計測することができる。ここで、トルクの正負は、回転方向を意味する。

ここで、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向とトルクの回転方向とが一致していない場合は、制御方向とは逆のトルクがかかっている状態であり、異常や劣化等の何らかの理由でエネルギーを無駄に消費している状態と考えられる。

そこで、本実施の形態では、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向とトルクの回転方向とが一致している場合は正常状態であると判断する。一方、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向とトルクの回転方向とが逆方向である場合は異常状態であると判断する。

例えば、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向とトルクの回転方向とが一致している正常時の場合には、図４の（ａ）に示す電流値のパルスデータが得られる。すなわち、図４の（ａ）においては、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向の電流値のパルスデータが負であるのに対して、トルクの回転方向においても電流値のパルスデータが負となっている。この状態は、制御方向のみにトルクが作用している状態を示している。

これに対して、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向とトルクの回転方向とが逆向きである異常時の場合には、図４の（ｂ）に示す電流値のパルスデータが得られる。すなわち、図４の（ｂ）においては、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向の電流値のパルスデータが負であるのに対して、トルクの回転方向においては、周期的に、電流値のパルスデータが正となっている。したがって、図４の（ｂ）に示す異常時においては、サーボモータ２の制御方向である回転駆動方向とトルクの回転方向とが逆向きであることが把握でき、サーボモータ２に負荷が作用していることが分かる。

図１に示すように、本実施の形態では、ＰＬＣ１０には、判断部１３と負荷指標出力部１４とが設けられている。判断部１３は、検知部１２によって検知されたトルクの回転方向と制御方向である所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する。

また、負荷指標出力部１４は、判断部１３の判断結果に基づいて、サーボモータ２の負荷状態を示す負荷指標を出力する。すなわち、本実施の形態では、負荷指標出力部１４から出力される、サーボモータ２の直接的な負荷である負荷指標を監視することによって、例えば、回転具１の保守点検費用を削減等することが可能になる。

本実施の形態では、負荷指標出力部１４は、例えば、一定期間において制御と逆方向に力が作用した頻度を負荷指標として出力することが可能となっている。具体的には、制御方向とは逆向きの電流パルス数／計測電流パルス数を負荷指標として出力することが可能となっている。

尚、本実施の形態では、負荷指標としては必ずしも一定期間において制御と逆方向に力が作用した頻度に限らない。例えば、サーボモータの回転制御方向とは逆の回転方向にトルクが作用した電流パルス数の積算値が多くなることによってサーボモータが故障する確率が高くなる。そこで、本実施の形態では、トルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値を負荷指標として出力することも可能である。

この場合、トルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値と、サーボモータ２の故障した期時との相関を予め求めておくことにより、保守点検の時期等の判断を容易に行うことができる。

図５は、保守期間と負荷指標及び保守コストとの関係を示すグラフである。尚、図５においては、太実線は保守間隔と負荷指標との関係を示し、細実線は保守間隔と保守コストとの関係を示している。

図５に示すように、回転具１の保守間隔が長くなることによって、徐々に負荷指標が増大する。この負荷指標の増大は故障するまで続く。

この場合、保守コストは、回転具１のメンテナンスを行うことなく放置しておくことによって、保守間隔が長くなるに伴って故障するまでは単純に直線的に減少する。

一方、回転具１が故障閾値を越えて故障した場合には、保守コストが急激に上昇する。すなわち、故障が発生すると、膨大なコストが復旧のために必要となる。

したがって、前述したように、負荷指標出力部１４にて、サーボモータ２の直接的な負荷である負荷指標を監視し、回転具１を頻繁に点検及び調整することによって、回転具１の保守点検費用を削減することが可能になる。

図６は、現在とは異なる稼働状態に回転具１を調整した場合に、サーボモータ２の正常時の負荷指標と調整後の負荷指標とを比較することにより、調整の良否を確認するときの状況を示す模式図である。

図６に示すように、現在とは異なる稼働状態に回転具１を調整する場合がある。この場合に、最初の調整１において、サーボモータ２に負荷がかかっているか否かの確認が必要となる。本実施の形態では、サーボモータ２の正常時の負荷指標と調整後の負荷指標とを比較することにより、調整１の良否を確認することができる。このとき、回転具１の調整（保守）不良により、正常時に比較してサーボモータ２に負荷が作用していると判断した場合には、再度の調整２が必要となる。この場合にも、再度の調整２を行った後、サーボモータ２に負荷が作用しているか否かの確認を行うことにより、サーボモータ２の負荷を正常値の状態にすることが可能となる。このように、サーボモータ２の負荷状態診断を行うことにより、サーボモータ２を正常な駆動状態に保持し、延いては保守費用の削減を図ることができる。

ここで、サーボモータ２が異常となっている場合の調整方法としては、例えば、回転具１のグリスアップや、回転具１が被回転部材に接触するときの位置を調整することが考えられる。

或いは、サーボモータ２の制御方法を変更することにより、サーボモータ２の異常状態を正常状態に戻すことが可能である。具体的には、サーボモータ２の制御パラメータを調整することが可能である。制御パラメータとしては、例えば、サーボモータ２の制御ゲインを調整することが好ましい。サーボモータ２の制御ゲインを調整することによって、サーボモータ２の負荷減少を容易に行うことができるためである。尚、本開示のＰＬＣ１０においては、制御パラメータとして、必ずしも制御ゲインに限らず、他の制御パラメータを調整することが可能である。

制御ゲインに関するパラメータの設定は、図１に示すように、パラメータ設定部１５の制御ゲイン調整部１５ａにて行う。

以下では、サーボモータ２の制御ゲインを変化させることにより、サーボモータ２の異常状態を正常状態に戻す方法について、詳細に説明する。

最初に、図７の（ａ）（ｂ）（ｃ）、図８の（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図９に基づいて、サーボモータ２の制御ゲインの状態と、サーボモータ２の速度計測値との関係について説明する。図７の（ａ）はサーボモータ２の制御ゲインを小としたときのトルク指令値を示すチャートであり、図７の（ｂ）はサーボモータ２の制御ゲインを中としたときのトルク指令値を示すチャートであり、図７の（ｃ）はサーボモータ２の制御ゲインを大としたときのトルク指令値を示すチャートである。図８の（ａ）はサーボモータ２の制御ゲインを小としたときの速度計測値（速度指令値）を示すチャートであり、図８の（ｂ）はサーボモータ２の制御ゲインを中としたときの速度計測値（速度指令値）を示すチャートであり、図８の（ｃ）はサーボモータ２の制御ゲインを大としたときの速度計測値（速度指令値）を示すチャートである。図９は、サーボモータ２の制御ゲインの大きさと、そのときのサーボモータ２の速度標準偏差と負荷指標との関係の一例を示す図である。

図７の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、サーボモータ２の制御ゲインを小、中、大と大きくすることによって、図８の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、そのときの速度計測値（速度指令値）は速度偏差値が小さくなることが分かる。しかしながら、図９に示すように、サーボモータ２の制御ゲインを小、中、大と大きくした場合、負荷指標は必ずしも速度計測値（速度指令値）と同様に比例して減少するのではないことが分かる。すなわち、サーボモータ２の制御ゲインを小では負荷指標は９１．２であり、サーボモータ２の制御ゲインを中では負荷指標は４６．８であり、サーボモータ２の制御ゲインを大では負荷指標は２８７．１である。この結果、サーボモータ２の制御ゲインを「大」と大きくすることによって、速度計測値（速度指令値）における速度標準偏差は０．２と小さくなるが、負荷指標は２８７．１と大きくなる。尚、図９は、後述する図１３の（ｃ）における×近辺の状態を示している。

したがって、サーボモータ２の制御ゲインと負荷指標との関係は、単なる比例又は反比例の関係ではないことが分かる。具体的には、サーボモータ２の制御ゲインと負荷指標との関係は、一例として、図１０として示される。図１０は、サーボモータ２の制御ゲインと負荷指標及び速度バラツキとの関係の一例を示すグラフである。尚、図１０においては、太直線は制御ゲインの大きさと負荷指標との関係を示し、太曲線は制御ゲインの大きさと速度バラツキとの関係を示している。

図１０に示すように、サーボモータ２の制御ゲインと速度バラツキとの関係は、極小値を有する曲線にて示される。そこで、サーボモータ２の制御ゲインを調整するときには、以下の方法を採用することが好ましい。尚、図１０に示す（１）〜（４）は、以下の（１）〜（４）に対応している。

（１）負荷指標０で最小バラツキを実現できる場合
サーボモータ２への負荷が無くかつ、速度制御が発散せず追従性もよい速度バラツキ最小の制御ゲインを使用する。

（２）負荷指標０で最小バラツキを実現できないが、負荷指標０で許容バラツキを満たせる場合
サーボモータ２への負荷が無い状態において、最も速度制御の発散が無く追従性の良いゲインを使用する。

（３）負荷指標０で許容バラツキを満たせないが、許容バラツキを満たす制御ゲインが存在する場合
速度バラツキが許容範囲となる状態において、サーボモータ２への負荷が最小となる 制御ゲインを使用する。

（４）許容バラツキを満たす制御ゲインが存在しない場合
速度バラツキが最小の制御ゲインを使用する。

前述したサーボモータ２の制御ゲインの調整における基本概念に基づいて、サーボモータ２の制御ゲインの具体的な調整動作について、図１１〜図１３に基づいて説明する。図１１は、サーボモータ２の制御ゲインの調整動作を示すフローチャートである。図１２の（ａ）は、サーボモータ２の速度バラツキが速度許容閾値を下回る場合の制御ゲインの範囲（ａ）を示す図である。図１２の（ｂ）は、制御ゲインの範囲（ａ）において、負荷指標が０になる制御ゲインの範囲（ｂ）を示す図である。図１３の（ａ）は、現在の調整可能な範囲における制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフである。図１３の（ｂ）は、図１０の（４）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフである。図１３の（ｃ）は、図１０の（３）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフである。図１３の（ｄ）は、図１０の（２）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフである。図１３の（ｅ）は、図１０の（１）に示す制御ゲインを選択する場合の制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を示すグラフである。

図１１に示すように、サーボモータ２の制御ゲインを調整する場合には、まず、速度許容範囲を設定する（Ｓ１）。次いで、図１３の（ａ）に示すように、現在の調整可能な範囲における制御ゲインに対する負荷指標及び速度バラツキ特性を取得する（Ｓ２）。このとき、速度バラツキが許容範囲内のゲイン範囲（ａ）にあるか否かを判断する（Ｓ３）。そして、速度バラツキが許容範囲内のゲイン範囲（ａ）にない場合には、最小バラツキの制御ゲインを選択する（Ｓ４）。この場合、具体的には、図１３の（ｂ）に示す×の点を選択することが好ましい。

一方、Ｓ３において、速度バラツキが許容範囲内のゲイン範囲（ａ）にあると判断された場合には、ゲイン範囲（ａ）において、負荷指標０になるゲイン範囲（ｂ）が有るか否かが判断される（Ｓ５）。そして、ゲイン範囲（ａ）において、負荷指標０になるゲイン範囲（ｂ）がない場合には、ゲイン範囲（ａ）において、負荷指標が最小となる制御ゲインを選択する（Ｓ６）。この場合、具体的には、図１３の（ｃ）に示す×の点を選択することが好ましい。

一方、Ｓ５において、ゲイン範囲（ａ）において、負荷指標０になるゲイン範囲（ｂ）が有ると判断された場合には、ゲイン範囲（ｂ）において、速度標準偏差が最小となる制御ゲインを選択する（Ｓ７）。この場合、具体的には、図１３の（ｄ）（ｅ）に示す×の点を選択することが好ましい。

前述した制御ゲインを選択することにより、制御パラメータとしての負荷の少ない制御ゲインを選択することが可能となる。

このように、本実施の形態におけるサーボモータ２の負荷状態診断装置としてのＰＬＣ１０は、回転具１を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータ２の負荷状態を診断する。このために、ＰＬＣ１０は、サーボモータ２において作用しているトルクの回転方向を検知する検知部１２と、検知部１２によって検知されたトルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部１３と、判断部１３の判断結果に基づいて、サーボモータ２の負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力部１４とを備えている。

また、本実施の形態におけるサーボモータ２の負荷状態診断方法は、サーボモータ２において作用しているトルクの回転方向を検知する検知工程と、検知されたトルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断工程と、判断結果に基づいて、サーボモータ２の負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力工程とを含んでいる。

すなわち、サーボモータ２のトルクの回転方向と回転制御方向である所定の回転駆動方向とが一致していない場合には、サーボモータ２に不要な力つまり負荷が加えられていることが明らかであるので、一致しているかの判断は相対的なものではなく絶対的な評価である。

この結果、正常状態と異常状態の閾値をユーザが考えなくても、サーボモータ２の回転制御方向とトルクの回転方向とが一致しているか否かという絶対的な閾値を用いて、サーボモータ２の負荷状態を診断することがきる。

また、これにより、意図した回転制御方向と同じ回転方向のトルクがサーボモータ２に作用しているか否かを確認することができ、現在のサーボモータ２の動作状態として不要な力つまり負荷を加えていないかどうかを判別することができる。延いては、サーボモータ２の動作状態が回転具の劣化を早める状態にあるか否かを判断することができる。

したがって、回転具１の種類、加工条件及び機差に関係なく、サーボモータ２の現在の負荷状態を絶対的な評価指標にて診断し得るサーボモータ２の負荷状態診断装置及び負荷状態診断方法を提供することができる。

また、本実施の形態におけるサーボモータ２のＰＬＣ１０では、検知部１２は、サーボモータ２に対する指令電流値を計測することによってトルクの回転方向を検知するとすることができる。

サーボモータ２は、定格トルク以下の領域ではトルク−電流特性は比例関係にある。このため、サーボモータ２の指令電流値を計測することによって、トルクの回転方向を検知することができる。

また、本実施の形態におけるサーボモータ２のＰＬＣ１０では、負荷指標出力部１４は、例えば、一定期間において、トルクの回転方向と前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の発生頻度を計測し、該発生頻度に基づいて記負荷指標を出力する。

これにより、意図した制御方向とは逆に制御がかけられている状態の発生頻度を負荷指標とするため、正常状態と異常状態の閾値をユーザが考えなくてもよい。

また、サーボモータ２の直接的な負荷指標としてサーボモータ２における回転制御方向とは逆の回転方向にトルクが作用した発生頻度を監視することによって、サーボモータ２が過負荷状態であるか否かを容易に判断することができる。

また、本実施の形態におけるサーボモータ２のＰＬＣ１０では、例えば、負荷指標出力部１４は、トルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値を算出し、該積算値に基づいて負荷指標を出力する。

サーボモータ２の回転制御方向とは逆の回転方向にトルクが作用した電流パルス数の積算値が多くなることによってサーボモータ２が故障する確率が高くなる。したがって、トルクの回転方向と所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値と、該サーボモータ２の故障した期時との相関を予め求めておくことにより、保守点検の時期等の判断を容易に行うことができる。延いては、回転具における保守費用の削減等の保守の適正化を実現することができる。

本実施の形態におけるサーボモータ２のＰＬＣ１０では、サーボモータ２の負荷が現在よりも小さくなるようにサーボモータ２の駆動に関するパラメータを設定するパラメータ設定部１５が設けられている。

これにより、パラメータ設定部１５にてサーボモータ２の駆動に関するパラメータを設定して、サーボモータ２の負荷を現在よりも小さくすることができる。

また、本実施の形態におけるサーボモータ２のＰＬＣ１０では、パラメータ設定部１５は、サーボモータ２の速度の追従性が許容できる範囲で、該サーボモータ２を制御するモータドライバの制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部１５ａを備えている。

これにより、制御ゲインを調整することにより、サーボモータ２の負荷を現在よりも小さくすることができる。

尚、本開示は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ 回転具
２ サーボモータ
３ サーボドライバ
１０ ＰＬＣ（負荷状態診断装置）
１１ 駆動制御部
１２ 検知部
１３ 判断部
１４ 負荷指標出力部
１５ パラメータ設定部
１５ａ 制御ゲイン調整部
２０ シール

Claims (8)

1. 回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断装置であって、
   前記サーボモータにおける指令電流値を計測することによって、前記サーボモータにおける前記回転具にトルクが作用する方向を検知する検知部と、
   前記検知部によって検知された前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力部とを備え、
   前記負荷指標出力部は、一定期間において、前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の発生頻度を計測し、該発生頻度に基づいて前記負荷指標を出力することを特徴とするサーボモータの負荷状態診断装置。
2. 回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断装置であって、
   前記サーボモータにおける指令電流値を計測することによって、前記サーボモータにおける前記回転具にトルクが作用する方向を検知する検知部と、
   前記検知部によって検知された前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力部とを備え、
   前記負荷指標出力部は、前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値を算出し、該積算値に基づいて前記負荷指標を出力することを特徴とするサーボモータの負荷状態診断装置。
3. 回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断装置であって、
   前記サーボモータにおける指令電流値を計測することによって、前記サーボモータにおける前記回転具にトルクが作用する方向を検知する検知部と、
   前記検知部によって検知された前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力部とを備え、
   サーボモータの負荷が現在よりも小さくなるようにサーボモータの駆動に関するパラメータを設定するパラメータ設定部が設けられていることを特徴とするサーボモータの負荷状態診断装置。
4. サーボモータの負荷が現在よりも小さくなるようにサーボモータの駆動に関するパラメータを設定するパラメータ設定部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボモータの負荷状態診断装置。
5. 前記パラメータ設定部は、前記サーボモータの速度の追従性が許容できる範囲で、該サーボモータを制御するモータドライバの制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部を備えていることを特徴とする請求項３または４に記載のサーボモータの負荷状態診断装置。
6. 回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断方法であって、
   前記サーボモータにおける指令電流値を計測することによって、前記サーボモータにおける前記回転具にトルクが作用する方向を検知する検知工程と、
   検知された前記トルクが作用する方向と、前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断工程と、
   判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力工程とを含み、
   前記負荷指標出力工程は、一定期間において、前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の発生頻度を計測し、該発生頻度に基づいて前記負荷指標を出力することを特徴とするサーボモータの負荷状態診断方法。
7. 回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断方法であって、
   前記サーボモータにおける指令電流値を計測することによって、前記サーボモータにおける前記回転具にトルクが作用する方向を検知する検知工程と、
   検知された前記トルクが作用する方向と、前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断工程と、
   判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力工程とを含み、
   前記負荷指標出力工程は、前記トルクが作用する方向と前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致していない状態の期間の積算値を算出し、該積算値に基づいて前記負荷指標を出力することを特徴とするサーボモータの負荷状態診断方法。
8. 回転具を一定速度で所定の回転駆動方向に回転駆動させるサーボモータの負荷状態を診断するサーボモータの負荷状態診断方法であって、
   前記サーボモータにおける指令電流値を計測することによって、前記サーボモータにおける前記回転具にトルクが作用する方向を検知する検知工程と、
   検知された前記トルクが作用する方向と、前記回転具の前記所定の回転駆動方向とが一致しているか否かを判断する判断工程と、
   判断結果に基づいて、前記サーボモータの負荷状態を示す負荷指標を出力する負荷指標出力工程と、
   サーボモータの負荷が現在よりも小さくなるようにサーボモータの駆動に関するパラメータを設定するパラメータ設定工程と、を含むことを特徴とするサーボモータの負荷状態診断方法。

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