(57)【要約】【課題】サーボモータ駆動減速装置の減速装置部の温度上昇を温度検出器で直接検知することなく、部品点数を増加させることなく、安価に予測する。【解決手段】サーボモータ駆動減速装置２０のサーボモータ５を駆動するサーボアンプ及び制御装置へフィードバックされる電流値Ｉｉと、回転角θｍと、を読み込み、電流値と回転角とから減速装置部７の発熱量を算出し、温度上昇予測を行う。減速装置部の入力トルクＴｉと入力回転数Ｎとから一義的に温度上昇値が求められるようにした演算式又はデータテーブルを予め定め、電流値の出力トルク換算値を入力トルクとし、回転角を換算して得られる回転数を入力回転数として温度上昇予測を行う。さらに、入力トルクを１サイクルあたりの平均入力トルクとし、回転数を１サイクルあたりの平均回転数として、減速装置部の温度上昇予測を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータ駆動減速装置のサーボモータを駆動するサーボアンプ及び制御装置へフィードバックされる電流値と、回転角と、を読み込み、前記電流値と回転角とから前記サーボモータ駆動減速装置の減速装置部の発熱量を算出し、前記減速装置部の温度上昇予測を行うことを特徴とするサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測方法。
【請求項２】
前記サーボモータが取り付けられる所定の減速装置部の入力トルクと入力回転数とから一義的に温度上昇値が求められるようにした演算式又はデータテーブルを予め定めておき、請求項１記載の前記電流値の前記サーボモータの出力トルク換算値を前記入力トルクとし、前記回転角を換算して得られる回転数を前記入力回転数として、前記演算式又はデータテーブルに入力して前記減速装置部の温度上昇予測を行うことを特徴とする請求項１記載のサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測方法。
【請求項３】
前記入力トルクを１サイクルあたりの平均入力トルクとし、前記回転数を１サイクルあたりの平均回転数として、前記演算式又はデータテーブルに入力して前記減速装置部の温度上昇予測を行うことを特徴とする請求項２記載のサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測方法。
【請求項４】
サーボモータと、前記サーボモータが取り付けられる所定の減速装置部と、前記減速装置部の入力トルクと入力回転数とから一義的に温度上昇値が求められるようにした演算式又はデータテーブルと、前記サーボモータを駆動するサーボアンプ及び制御装置と、前記サーボモータからフィードバックされる電流値の前記サーボモータの出力トルク換算値を入力トルクとし１サイクル分読み込み、前記サーボモータのエンコーダからの回転角を微分した回転数とを１サイクル分読み込み、前記入力トルクを１サイクルあたりの平均入力トルクとし、前記回転数を１サイクルあたりの平均回転数とする発熱量演算部と、前記発熱量演算部で演算された前記平均入力トルクと前記平均回転数とを前記演算式又はデータテーブルに入力して前記温度上昇値を出力する出力表示部と、を備えたことを特徴とするサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータで駆動される減速装置の温度予測方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速装置には、歯車列や軸受などの可動部品があり、摩擦などの機械損失により発熱する。使用条件によっては、この発熱が過度となり、歯車列の遊びや軸受のすき間の減少と潤滑性能の低下から、歯車や軸受の面圧が高くなる場合がある。このような高温環境下で使用した場合、歯車や軸受の磨耗や摩損が進行するため、減速装置の寿命は大きく影響を受けるので、減速装置の温度状態を認知することは重要である。
【０００３】
そこで、減速装置を安全に運転させるために、運転状況に応じた減速装置の発熱量を予測し、温度上昇を予測することが望まれている。例えば、特許文献１においては、ロボットの移動完了時に、駆動部に設けた温度検出装置からの検出温度が許容範囲内であれば、駆動速度を通常速度にし、検出温度が許容範囲超越前の所定温度の時には、駆動部の温度が上昇しないように駆動速度を下げて運転し、温度上昇によるロボットの停止を避けている。
【０００４】
しかし、特許文献１のものでは、温度を検出するために、駆動部に温度検出装置を設ける必要があるため、温度検出装置と温度検出装置からの信号を送信する配線部を設ける必要があり、構造が複雑となり、部品点数の増加するため、コスト的な問題がある。また、産業用ロボットなどのようにサーボモータを駆動源とした減速装置を複数備えた機械においては、温度検出装置及び配線が軸数分だけ増え、コスト的な問題だけでなく、保守・点検箇所が増加するという問題もある。
【０００５】
そこで、特許文献２においては、数値制御機械装置において、温度検出装置を用いずに、サーボ制御部からの電流データまたはトルク指令データを取り組み、その電流データまたはトルク指令データから駆動手段の温度曲線のデータを作成し、そのデータをもとに駆動制御される送り軸の加減速時定数制御することにより、駆動手段のオーバーヒートを抑制している。また、特許文献３においては、モータ電流値の二乗平均をもとめて、予め定められた許容値との比較に基づいて温度上昇値を予測し、加速減速動作の時定数、動作デューティを変化させることにより運転を続行できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１１１８９１号公報
【特許文献２】特許−２８５３０２３号公報
【特許文献３】特開平９−９１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２、３のものは、サーボ制御部からの電流データまたはトルク指令データから駆動手段の温度曲線データを作成しサーボモータのオーバーヒート（過剰な温度上昇）を抑制している。しかし、サーボモータ駆動減速装置にあっては、前述したサーボモータの許容される温度に対して、減速装置に含まれる潤滑剤が許容される温度は一般に低く、サーボモータの温度上昇を予測して、サーボモータのオーバーヒートを防止しても、減速装置側のオーバーヒート、熱劣化を防止するものではなかった。また、サーボモータ駆動減速装置の駆動手段を有する産業用ロボットにおいて、保守もしくは故障によりサーボモータを交換することは比較的容易であるが、減速装置はロボットのアームとアームを接続する場合もあることから交換が容易ではなく、減速装置が破損し交換を実施する場合は多大な時間がかかるため、計画的に保守及び点検を行うための減速装置の温度上昇を予測し、減速装置のオーバーヒートを防止することが望まれていた。
【０００８】
また、サーボモータの発熱量は電流値の２乗平均により演算している。しかし、歯車や軸受列などを含む減速装置では機構内に含まれる各機械要素間及び潤滑剤との摩擦抵抗、粘性抵抗による発熱を含むとともに、減速装置から外部環境への放熱を考慮した発熱の演算が必要となる。従って、従来のものではサーボモータのオーバーヒートは防止できても、減速装置側のオーバーヒートを防止できず、結局駆動部である減速装置部に温度検出器を設けなければならないという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、前述した問題点に鑑みて、サーボモータを駆動源とした減速装置の温度上昇を温度検出器で直接検知することなく、部品点数を増加させることなく、安価に予測できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明においては、サーボモータ駆動減速装置のサーボモータを駆動するサーボアンプ及び制御装置へフィードバックされる電流値と、回転角と、を読み込み、前記電流値と回転角とから前記サーボモータ駆動減速装置の減速装置部の発熱量を算出し、前記減速装置部の温度上昇予測を行うサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測方法を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１１】
即ち、減速装置は、機械的損失により発熱する。この機械的損失は、実際に仕事を行う慣性項以外の粘性抵抗と摩擦抵抗によるものである。粘性抵抗は角速度ωの関数であり、摩擦はトルクＴの関数で示される。そこで、機械的損失による減速装置での発生熱量Ｑ１は、
Ｑ１＝Ｑ１（ω，Ｔ）
と、角速度とトルクの関数で表される。
【００１２】
また、減速装置の温度上昇Ｘは、発生熱量Ｑ１から減速装置の放熱量Ｑ２を減じたものを減速装置の比熱Ｃで除したものである。従って、温度上昇Ｘは、
Ｘ＝（Ｑ１−Ｑ２）／Ｃ＝（Ｑ１（ω，Ｔ）−Ｑ２）／Ｃ
となり、温度上昇も角速度とトルクの関数として表すことができる。ここで、放熱量Ｑ２は減速装置の構造や設置状態により決まる固有の値である。
【００１３】
一方、減速装置の角速度は、減速装置を駆動するサーボモータのエンコーダ出力である角度を時間で微分することにより回転数としてとらえることができる。また、減速装置のトルクはサーボモータの出力トルクと一致し、出力トルクはサーボモータの電流値に換算される。例えば、駆動電流Ｉｉにサーボモータのトルク定数ｋiを掛けることにより減速装置の入力トルクＴi を算出できる。
【００１４】
従って、温度上昇Ｘは、サーボモータからフィードバックされる電流値Ｉを換算した出力トルクＴ（Ｉ）と、回転角θを微分して得られる回転数ω（Ｎ）を用いて、
Ｘ＝（Ｑ１（ω（Ｎ），Ｔ（Ｉ））−Ｑ２）／Ｃ
又は、
Ｘ＝（Ｑ１（ω（Ｎ），ｋｉ×Ｉｉ）−Ｑ２）／Ｃ
となる。このように本発明によれば、温度上昇Ｘを、電流値Ｉと、回転数Ｎとの関数として得ることができる。これにより、減速装置部の発熱量を算出し、減速装置部の温度上昇予測を行うことができる。
【００１５】
かかる関数は、時間経過や種々の条件を想定して求めることができるが、最も簡単な場合は、実際の減速装置を種々のトルク、回転数で回転させて実験データを基に作成するのが簡便である。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記サーボモータが取り付けられる所定の減速装置部の入力トルクと入力回転数とから一義的に温度上昇値が求められるようにした演算式又はデータテーブルを予め定めておき、前記電流値の前記サーボモータの出力トルク換算値を前記入力トルクとし、前記回転角を換算して得られる回転数を前記入力回転数として、前記演算式又はデータテーブルに入力して前記減速装置部の温度上昇予測を行うサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測方法を提供する。
【００１６】
また、より簡便には、１サイクル中の平均からもとめることができる。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記入力トルクを１サイクルあたりの平均入力トルクとし、前記回転数を１サイクルあたりの平均回転数として、前記演算式又はデータテーブルに入力して前記減速装置部の温度上昇予測を行うサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測方法を提供する。
【００１７】
かかる温度上昇予測方法を実現するために、請求項４に記載の発明においては、サーボモータと、前記サーボモータが取り付けられる所定の減速装置部と、前記減速装置部の入力トルクと入力回転数とから一義的に温度上昇値が求められるようにした演算式又はデータテーブルと、前記サーボモータを駆動するサーボアンプ及び制御装置と、前記サーボモータからフィードバックされる電流値の前記サーボモータの出力トルク換算値を入力トルクとし１サイクル分読み込み、前記サーボモータのエンコーダからの回転角を微分した回転数とを１サイクル分読み込み、前記入力トルクを１サイクルあたりの平均入力トルクとし、前記回転数を１サイクルあたりの平均回転数とする発熱量演算部と、前記発熱量演算部で演算された前記平均入力トルクと前記平均回転数とを前記演算式又はデータテーブルに入力して前記温度上昇値を出力する出力表示部と、を備えたサーボモータ駆動減速装置の温度上昇予測装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明によれば、サーボモータ駆動減速装置の減速装置部の温度上昇をサーボモータの電流と回転数の出力に基づいて予測するようにしたので、温度検出器や配線手段とを新たに設けることを不要としているため、減速装置の構造の複雑化や部品点数を増やすことなく、安価に提供できるものとなった。温度上昇を予測することにより、減速装置部のオーバーヒートを防止を防止できる。さらに、従来と同様に、サーボモータの電流値からサーボモータ自体の温度上昇も予測でき、種々の制御が可能である。
【００１９】
また、サーボモータの電流値と回転数を、予め作成した演算式又はデータテーブルに入力して減速装置部の温度上昇予測を行えるので、制御も簡単である。また、異常検出程度の簡単な予想であれば、データも実験式から比較的容易に得ることができる（請求項２）。より簡便には、１サイクル中の平均電流値と平均回転数から温度上昇予測を行えるので、より制御が簡単である（請求項３）。なお、平均電流値は二乗平均で求めれば、実験式又はデータテーブルはより線形に近いものとなる。
【００２０】
また、本発明の装置においては、サーボモータに基本的に使用されるフィードバックラインから信号を取り出し、発熱量演算部、出力表示部をソフトウエアとして設ければよいので、従来の装置にも容易に適用できるものとなたった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態を示すサーボモータ駆動減速装置の減速装置部の温度上昇の演算処理手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態を示すサーボモータ駆動減速装置のサーボモータを駆動するサーボ制御系のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態を示すサーボモータ駆動減速装置の減速装置部の温度上昇値と入力トルクと入力回転数との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は本発明のサーボモータ駆動減速装置のサーボモータを駆動するサーボ制御系のブロック図であり、図中１は位置指令計算部、２は位置ループ、３は速度ループ、４は電流ループ、５はサーボモータ、６はエンコーダ、７は温度上昇を予測する（監視対象の）減速装置部、８は減速装置部の温度上昇を算出する発熱量演算部、１０は周辺の温度を検出する温度センサー、９は８の結果の出力表示部である。また、図中のＳは微分器としてのラプラス演算子である。
【００２３】
図２において、エンコーダ６により検出された位置データであるモータ軸の実角度θｍは、微分器Ｓにより実角速度ωi に変換され、実角度θｍ は位置ループ２へ、実角速度（回転数）ωi は速度ループ３へそれぞれフィードバックされるとともに、実角速度ωｉは、回転数Ｎとして温度上昇の算出に必要なデータとして演算部８へも伝送される。また、電流ループ４から出力された駆動電流は電流ループ４とモータ５との間の伝送路２１上に設けられた電流検出器２２により検出され、検出された駆動電流Ｉi は電流ループ４へフィードバックされるとともに、温度上昇の算出に必要なデータとして演算部８へも伝送される。減速装置部７の温度上昇値から、より正確に減速装置部７の飽和温度を算出する場合は、演算部８へ出力可能な温度センサー１０を設置し、検出された周辺温度ｔiを演算部８へ伝送する。
【００２４】
図１は図２において示した演算部８にて行われる、減速装置の温度上昇を算出する処理を示すフローチャートである。ステップ１１では、エンコーダ６により検出された位置データである駆動軸の実角度θｍを微分器Ｓで微分して得られた実角速度ωi を取り込み、回転数Ｎとして保存する。ステップ１２では、電流ループ４とモータ５との間の伝送路２１上に設けられた電流検出器２２により検出されたサーボモータの駆動電流Ｉi を取り込み、モータ５のトルク定数ｋiを掛けることにより、減速機に入力されるトルクすなわち入力トルクＴi を算出する。
【００２５】
図３は、サーボモータ駆動減速装置の減速装置部の温度上昇値と入力トルクＴｉと入力回転数Ｎとの関係を示した実測データ例であり、入力回転数Ｎ、入力トルクＴｉから減速装置部の温度上昇度を求めることができる。ステップ１３では、ステップ１１において取り込まれた入力回転数Ｎとステップ１２において算出された入力トルクＴiを、図３に示すデータテーブルに入力することにより、減速装置部７の温度上昇値を算出する。温度上昇値が所定より高い場合は警告を発する。又は、自動的に時定数を下げたり、速度を下げる等してオーバーヒートを防止し、あるいは監視する。
【００２６】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、減速装置部の異常加熱（オーバーヒート）をサーボモータの電流と角速度（回転数）の出力に基づいて監視できるようにしているので、温度予測のための温度検出器や温度検出器からの信号を送信する配線手段等を新たに設けることが不要であり、減速装置部の構造の複雑化や部品点数を増やすことなく、安価に提供できるものとなった。
【符号の説明】
【００２７】
５    サーボモータ
６    エンコーダ
７    減速装置部
８    発熱量演算部
９    出力表示部
２０  サーボモータ駆動減速装置
θｍ  回転角
Ｉｉ  電流値
Ｎ    入力回転数
Ｑ１  発熱量
Ｔｉ  入力トルク
Ｘ    温度上昇値
【図１】
2011041424.tif 000003
【図２】
2011041424.tif 000004
【図３】
2011041424.tif 000005