(57)【要約】【課題】電気式ブレーキの消費電力を削減し、機械式ブレーキの長寿命化が可能な生産設備を提供すること。【解決手段】本発明は、機械式ブレーキ１１と、サーボモータ１２ｍを使用する電気式ブレーキ１２と、機械式ブレーキ１１と電気式ブレーキ１２の動作を制御する制御装置１３と、備え、制御装置１３は、生産工程の１サイクル中での複数の停止期間の停止時間と停止回数を求め、停止回数が機械式ブレーキ１１の許容回数Ｎｃ以上の場合、停止時間の長い方から許容回数Ｎｃ分だけ停止期間を選択し、選択した停止期間中は、機械式ブレーキ１１を動作させる、ことを特徴とする生産設備１０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械式ブレーキと、
サーボモータを使用する電気式ブレーキと、
前記機械式ブレーキと前記電気式ブレーキの動作を制御する制御装置と、
備え、
前記制御装置は、
生産工程の１サイクル中での複数の停止期間の停止時間と停止回数を求め、
前記停止回数が前記機械式ブレーキの許容回数以上の場合、前記停止時間の長い方から前記許容回数分だけ前記停止期間を選択し、前記選択した停止期間中は、前記機械式ブレーキを動作させる、ことを特徴とする生産設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産設備に関するものであり、特に、電気式ブレーキの消費電力を削減し、機械式ブレーキの長寿命化が可能な生産設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非常の場合にサーボモータを使用してロボットにブレーキを掛け、ロボットを停止させる非常停止装置が開示されている。サーボモータを使用してブレーキを掛ける場合、位置保持の状態（停止状態）においても電流を流すため、消費電力が大きくなる。このため、サーボモータの代わりに機械式ブレーキを使用することがある。しかしながら、機械式ブレーキで位置保持と解放を頻繁に行う場合、機械式ブレーキの寿命により破壊が起きる可能性があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１７７５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サーボモータに代表される電気式ブレーキを使用する場合、停止状態においても電流を流すため、消費電力が大きくなるという問題があった。また、機械式ブレーキで位置保持と解放を頻繁に行う場合、機械式ブレーキの寿命により破壊が起きる可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、電気式ブレーキの消費電力を削減し、機械式ブレーキの長寿命化が可能な生産設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
機械式ブレーキと、
サーボモータを使用する電気式ブレーキと、
前記機械式ブレーキと前記電気式ブレーキの動作を制御する制御装置と、
備え、
前記制御装置は、
生産工程の１サイクル中での複数の停止期間の停止時間と停止回数を求め、
前記停止回数が前記機械式ブレーキの許容回数以上の場合、前記停止時間の長い方から前記許容回数分だけ前記停止期間を選択し、前記選択した停止期間中は、前記機械式ブレーキを動作させる、ことを特徴とする生産設備である。
このような機械式ブレーキと電気式ブレーキを備えた生産設備によれば、停止時間の長い方から許容回数分だけ停止期間を選択し、選択した停止期間中は、電気式ブレーキを動作せず機械式ブレーキを動作させるので、電気式ブレーキの低消費電力化と機械式ブレーキの長寿命化が可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電気式ブレーキの消費電力を削減し、機械式ブレーキの長寿命化が可能な生産設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る生産設備を例示するブロック図である。
【図２】実施形態に係る生産設備の動作を例示するフローチャートである。
【図３】生産工程におけるＸ軸とＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【図４】実施形態に係る生産設備の動作を例示するフローチャートである。
【図５】生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【図６】生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【図７】生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【図８】生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【図９】生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。
【００１０】
［実施形態］
実施形態に係る生産設備の構成について説明する。
図１は、実施形態に係る生産設備を例示するブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、実施形態に係る生産設備１０は、機械式ブレーキ１１と電気式ブレーキ１２と制御装置１３とプログラマブルロジックコントローラ１４を備える。電気式ブレーキ１２は、例えば、サーボモータ１２ｍを使用して動作するブレーキである。尚、制御装置をモーションコントローラと称することもある。
【００１２】
サーボモータ１２ｍは、回転停止中においても現在位置を保つために電流を流し続ける。サーボモータ１２ｍはブレーキとして動作させた場合、機械的な動作を行わない状態でも電流を熱エネルギーとして放出するので消費電力が大きい。
【００１３】
制御装置１３は、機械式ブレーキ１１と電気式ブレーキ１２の動作を制御する。プログラマブルロジックコントローラ１４は、制御装置１３を制御することで、機械式ブレーキ１１と電気式ブレーキ１２の動作を制御する。プログラマブルロジックコントローラは、人が設計した制御ソフトウェアにより動作する。プログラマブルロジックコントローラは、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)と称することもある。
【００１４】
制御装置１３は、生産工程の１サイクル中での複数の停止期間の停止時間と停止回数を求める。停止回数は、生産工程の１サイクル中での停止期間の数である。制御装置１３は、求めた停止回数が機械式ブレーキ１１の許容回数Ｎｃ以上の場合、停止時間の長い方から許容回数Ｎｃ分だけ停止期間を選択する。そして、制御装置１３は、選択した停止期間中は、機械式ブレーキ１１を動作させる。
【００１５】
実施形態に係る生産設備の動作について説明する。
図２は、実施形態に係る生産設備の動作を例示するフローチャートである。
図３は、生産工程におけるＸ軸とＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
図３の横軸は時間を示し、図３の縦軸はＸ軸方向の動きとＺ軸方向の動きを示す。
【００１６】
図２に示すように、生産設備１０は、Ｘ軸とＺ軸の各軸に沿った動作について、複数回のｋサイクル分の動作開始タイミングと動作停止タイミングを記録する（ステップＳ１０１）。
【００１７】
図３は、生産設備１０によって記録された生産工程の１サイクルの動きを示すグラフである。図３に示すように、製品は、例えば、Ｘ軸方向に沿って後退する（矢印Ａｒ１で示す）。このとき、製品は、Ｚ軸方向には動かない。その後、製品は、Ｚ軸方向に沿って下降する（矢印Ａｒ２で示す）。このとき、製品は、Ｘ軸方向には動かない。その後、製品は、Ｚ軸方向に沿って上昇する（矢印Ａｒ３で示す）。このとき、製品は、Ｘ軸方向には動かない。その後、製品は、Ｘ軸方向に沿って前進する（矢印Ａｒ４で示す）。このとき、製品は、Ｚ軸方向には動かない。その後、製品は、生産設備１０によって、Ｘ軸方向に沿って前進し又は後退し、Ｚ軸方向に沿って上昇し又は下降する。
【００１８】
生産設備１０の制御装置１３は、記録された動作開始タイミングと動作停止タイミングに基づいて、生産工程の１サイクル中の複数の停止期間の停止時間と停止回数（１サイクル中での停止期間の数）を求める。図３において停止期間は、例えば、停止期間Ｔｐ１〜Ｔｐ１０を少なくとも含む停止期間である。
【００１９】
電気式ブレーキ１２は、ブレーキを掛けた位置保持の状態（停止状態）においても電流を流すため、消費電力が大きくなる。一方、機械式ブレーキ１１は、位置保持と解放を繰り返すと、その寿命により破壊が起きる可能性がある。そこで、実施形態においては、比較的長い停止期間は、消費電力を削減するため電気式ブレーキ１２を使用せず、機械式ブレーキ１１を使用する。
【００２０】
具体的には、生産設備１０の制御装置１３は、機械式ブレーキ１１の１サイクル中の開閉動作の許容回数Ｎｃを算出する（ステップＳ１０２）。
【００２１】
制御装置１３は、停止回数が機械式ブレーキ１１の許容回数Ｎｃ以上の場合、停止時間の長い方から順に許容回数Ｎｃ分だけ停止期間を選択し、選択した停止期間中は、電気式ブレーキを動作させず、機械式ブレーキ１１を動作させてブレーキ制御を行う（ステップＳ１０３）。
【００２２】
例えば、算出した許容回数Ｎｃが５回の場合、図３に示すように、停止期間Ｔｐ３、停止期間Ｔｐ４、停止期間Ｔｐ７、停止期間Ｔｐ８及び停止期間Ｔｐ９で機械式ブレーキ１１を使用してブレーキ制御を行う。また、停止期間Ｔｐ１、停止期間Ｔｐ２、停止期間Ｔｐ５、停止期間Ｔｐ６及び停止期間Ｔｐ１０で電気式ブレーキ１２を使用してブレーキ制御を行う。
【００２３】
制御装置１３は、機械式ブレーキ１１のブレーキ摩耗量Ｗｒを算出する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の詳細は後に記載する。
【００２４】
実施形態に係る生産設備１０は、停止回数（１サイクル中での停止期間の数）が、機械式ブレーキ１１の１サイクル当たりの開閉動作の許容回数Ｎｃ以上の場合、停止時間の長い方から順に停止期間を選択し、選択した停止期間中は機械式ブレーキ１１でブレーキ制御を行い、電気式ブレーキ１２は使用しない。また、その他の停止期間である比較的短い停止期間は、電気式ブレーキ１２を使用してブレーキ制御を行い、機械式ブレーキ１１は使用しない。
【００２５】
停止時間の短い停止期間で機械式ブレーキ１１を使用しないことで、位置保持と解放を繰り返す回数が少なくなり、機械式ブレーキ１１の長寿命化が可能となる。また、停止時間の長い停止期間で電気式ブレーキ１２を使用しないことで、電気式ブレーキの消費電力を削減することが可能となる。
【００２６】
その結果、電気式ブレーキの消費電力を削減し、機械式ブレーキの長寿命化が可能な生産設備を提供することができる。すなわち、機械式ブレーキの寿命を考慮しつつ、電気式ブレーキの低消費電力化が可能な生産設備を提供することができる。
【００２７】
また、機械式ブレーキは、次動作に移る前にブレーキ解放の時間を要する。このため、生産設備に機械式ブレーキを使用した場合、機械式ブレーキの開閉動作の時間分だけサイクルタイムが増加する。そこで、実施形態においては、機械式ブレーキからサーボモータに切替え、サーボモータが次動作タイミングを予測してサーボロックを掛ける。そして、比較的長い停止期間だけ機械式ブレーキ１１を使用するので、生産工程の１サイクルの時間であるサイクルタイムを短縮させることができる。
【００２８】
実施形態に係る生産設備の動作の詳細について説明する。
図４は、実施形態に係る生産設備の動作を例示するフローチャートである。
図５は、生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
図６は、生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
図７は、生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
図８は、生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
図９は、生産工程におけるＺ軸方向の動きを例示するグラフである。
【００２９】
図５−９においては、説明を簡単にするため、Ｚ軸方向の動きのみを示し、Ｘ軸方向の動きは省略する。
図５と図７と図９のそれぞれの縦軸はＺ軸方向の位置の動きを示し、図５と図７と図９のそれぞれの横軸は時間を示す。
図６と図８のそれぞれの縦軸は、図５のＺ軸方向の位置の動きを、速度に変換して重ね書きしたものを示し、図６と図８のそれぞれの横軸は時間を示す。
【００３０】
図４に示すように、生産設備１０は、Ｘ軸とＺ軸の各軸に沿った動作について、複数回のｋサイクル分の動作開始タイミングと動作停止タイミングを記録する（ステップＳ１０１）。
【００３１】
具体的には、図５に示すように、生産工程の１サイクルは、例えば、停止期間Ａから停止期間Ｈに至るまでに複数回の上昇と下降を繰り返す。生産設備１０は、ステップＳ１０１において、この複数回のｋサイクル分の動作開始タイミングと動作停止タイミングを記録する。
【００３２】
図４に戻り、生産設備１０は、記録した複数回のｋサイクル分の動作開始タイミングと動作停止タイミングから、それらの偏差σと平均ｔを算出する（ステップＳ１０１１）。
【００３３】
図６は、複数回のｋサイクル分として３回分を重ね書きしたものである。図６に示すように、ｋサイクルのそれぞれの動作開始タイミングと動作停止タイミングは、サイクル毎に異なる。よって、１サイクルだけの動作開始タイミングと動作停止タイミングでは、それらのタイミングを正確に把握できない場合がある。そこで、ステップＳ１０１１では、複数回のｋサイクル分の動作開始タイミングと動作停止タイミングから、それらの偏差σと平均ｔを算出する。そして、例えば、複数の動作開始タイミングの平均値を動作開始タイミングとし、複数の動作停止タイミングの平均値を動作停止タイミングとする。
【００３４】
図４に戻り、生産設備１０は、機械式ブレーキ１１の１サイクル中の開閉動作の許容回数Ｎｃを算出する（ステップＳ１０２）。許容回数Ｎｃは、下記に示す数式１と数式２を使用して算出する。
【００３５】
先ず、設備償却期間Ｆｐを数式１を使用して算出する。ただし、生産設備１０の一日当たりの稼働時間はＷｔであり、一年の稼働日数はＷｄであり、稼働年数はＷｙであるものとする。
【数１】
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【００３６】
次に、機械式ブレーキ１１の１サイクル当たりの許容回数をＮｃを数式２を使用して算出する。ただし、機械式ブレーキ１１の開閉動作の許容回数はＮであり、１サイクル当たりの時間であるサイクルタイムはＣｔであるものとする。ただし、算出した許容回数Ｎｃの小数点以下を切り捨てる。
【数２】
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【００３７】
例えば、生産設備１０の一日当たりの稼働時間Ｗｔを１８時間、一年の稼働日数Ｗｄを２４０日、稼働年数Ｗｙを１０年とした場合、設備償却期間Ｆｐは、１５５５２００００秒となる。そして、機械式ブレーキ１１の開閉動作の許容回数Ｎを１千万回、サイクルタイムＣｔを６０秒とするとした場合、機械式ブレーキ１１の１サイクル当たりの開閉動作の許容回数Ｎｃは３回となる。
【００３８】
生産設備１０は、停止時間の長い方から順に、許容回数Ｎｃ分だけ停止期間を選択（特定）する（ステップＳ１０２１）。例えば、図７に示すようなＺ軸方向の動きであって、機械式ブレーキ１１の１サイクル当たりの開閉動作の許容回数Ｎｃが３回である場合、停止時間の長い方から順に選択するので、停止期間Ｂと停止期間Ｆと停止期間Ｇが選択される。
【００３９】
図４に戻り、生産設備１０は、選択した停止期間のブレーキタイミングを算出する（ステップＳ１０２２）。このとき、ステップＳ１０１１において、ブレーキタイミング（ブレーキの動作開始タイミングと動作停止タイミング）の偏差σと平均ｔを算出してあるので、それらに基づいてブレーキタイミングを算出する。
【００４０】
ブレーキタイミングの算出について、図８を用いて示す。
図８は、停止期間Ｂのブレーキ動作開始タイミングの平均値であるブレーキ動作開始平均タイミングＢｔ１と、ブレーキ動作停止タイミングの平均値であるブレーキ動作停止平均タイミングＢｔ２を、図６に追加したグラフである。
【００４１】
停止期間Ｂのブレーキタイミングを、例えば、図８に示すブレーキ動作開始平均タイミングＢｔ１とブレーキ動作停止平均タイミングＢｔ２にする。同様に、停止期間Ｆのブレーキタイミングをブレーキ動作開始平均タイミングＦｔ１とブレーキ動作停止平均タイミングＦｔ２にし、停止期間Ｇのブレーキタイミングをブレーキ動作開始平均タイミングＧｔ１とブレーキ動作停止平均タイミングＧｔ２にする。
【００４２】
図４に戻り、生産設備１０は、選択した停止期間中は、機械式ブレーキ１１を動作させてブレーキ制御を行う（ステップＳ１０３）。また、選択した停止期間中は、電気式ブレーキ１２を動作させない。
【００４３】
生産設備１０は、機械式ブレーキ１１のブレーキ摩耗量Ｗｒを算出する（ステップＳ１０４）。
【００４４】
ブレーキ摩耗量Ｗｒの算出について、図９を用いて示す。
図９に示す機械式ブレーキ動作期間では、機械式ブレーキ１１を掛けることにより、位置が位置Ｚ１から位置Ｚ２にずれる。位置Ｚ１は、機械式ブレーキ１１の動作直前の位置、すなわち、機械式ブレーキ１１を解放した場合の位置である。また、位置Ｚ２は、機械式ブレーキ１１の動作時、すなわち、機械式ブレーキ１１で位置保持した場合の位置である。
【００４５】
そして、図９に示す位置Ｚ１と位置Ｚ２の変化量がブレーキ摩耗量Ｗｒである。よって、ブレーキ摩耗量Ｗｒは、下記に示す数式３を使用して算出することができる。尚、機械式ブレーキ動作期間を、電気式ブレーキ１２に電流を流さないという意味で、アイドリングストップ区間と称することもある。
【数３】
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【００４６】
図４に戻り、生産設備１０は、算出したブレーキ摩耗量Ｗｒと所定値Ｗｈを比較する（ステップＳ１０４１）。生産設備１０は、ブレーキ摩耗量Ｗｒが所定値Ｗｈよりも大きい場合（ステップＳ１０４１：Ｙｅｓ）、摩耗アラームを上げる（ステップＳ１０４２）。
【００４７】
所定値Ｗｈは、例えば、機械式ブレーキ１１の破損兆候が出る可能性のある値とする。これにより、機械式ブレーキ１１の破損兆候が出たら、摩耗アラームを上げることができる。摩耗アラームは、例えば、ＬＥＤ等で作業者に認識されるようにしてもよい。
【００４８】
生産設備１０は、摩耗アラームが上がった後は、機械式ブレーキ１１の使用を中止する（ステップＳ１０４３）。
【００４９】
生産設備１０は、ブレーキ摩耗量Ｗｒが所定値Ｗｈ以下の場合（ステップＳ１０４１：Ｎｏ）、終了する。
【００５０】
サーボモータ１２ｍに代表される電気式ブレーキ１２は、位置保持の状態、すなわち、機械的な動作を行わない状態においても位置を保持するために電力を消費する。実施形態においては、サーボモータ１２ｍの動作を学習し、生産設備における機械式ブレーキの１サイクル当たりの開閉動作の許容回数を算出し、機械式ブレーキの寿命を考慮して停止期間の長い期間を機械式ブレーキを使用するようにした。これにより、電気式ブレーキの低消費電力化が可能となる。
【００５１】
機械式ブレーキは、使用回数に機械的な限界がある。このため、位置保持の状態（停止期間）毎に機械式ブレーキを使用した場合、機械式ブレーキの寿命による破壊が起こる可能性がある。実施形態においては、比較的長い停止期間だけ機械式ブレーキ１１を使用するので、機械式ブレーキ１１の使用回数を少なくすることができ、機械式ブレーキ１１の寿命による破壊を低減させることができる。
【００５２】
また、プログラマブルロジックコントローラは、生産設備の生産サイクルを変更する毎に、制御ソフトウェアの改造が必要である。このため、生産サイクルを変更する毎に、プログラマブルロジックコントローラの制御ソフトウェアを人が設計するための工数が発生する。実施形態においては、生産サイクルを学習し、１サイクル中の機械式ブレーキの許容回数に基づいて停止期間の長い順にアイドリングストップを実行することを自動で行う。これにより、人が機械式ブレーキの寿命を考慮してプログラマブルロジックコントローラの制御ソフトウェアを設計する必要がないので、その分の工数を削減することができる。
【００５３】
また、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…生産設備  １１…機械式ブレーキ  １２…電気式ブレーキ  １２ｍ…サーボモータ  １３…制御装置  １４…プログラマブルロジックコントローラ  Ｎ、Ｎｃ…許容回数  Ａｒ１−４…矢印  Ｔｐ１−Ｔｐ１０…停止期間  Ａ−Ｇ…停止期間  Ｃｔ…サイクルタイム  Ｆｐ…設備償却期間  Ｗｄ…稼働日数  Ｗｔ…稼働時間  Ｗｙ…稼働年数  Ｂｔ１…ブレーキ動作開始平均タイミング  Ｂｔ２…ブレーキ動作停止平均タイミング  Ｗｒ…ブレーキ摩耗量  Ｗｈ…所定値  Ｚ１、Ｚ２…位置  σ…偏差  ｔ…平均
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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