(57)【要約】【課題】電源電圧の変動に対するサーボモータの駆動制御性を向上する。【解決手段】サーボモータ制御装置４０は、溶接ロボット３０の回転軸に連結されたサーボモータ５０の駆動制御を行い、３相交流電源２０で発生した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部４１と、サーボモータ５０の駆動を制御するサーボ制御部４３と、３相交流電源２０の各相の電圧をそれぞれ検出する交流電圧検出器４４と、コンバータ部４１の出力電圧を検出する直流電圧検出器４５と、を備えている。サーボ制御部４３は、交流電圧検出器４４の出力値と直流電圧検出器４５の出力値とを監視するとともに、交流電圧検出器４４の出力値が所定値以下になった場合に、この出力値に応じてサーボモータ５０の回転速度を変化させるようにサーボモータ５０に制御信号を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ロボットの回転軸に連結されたサーボモータの駆動制御を行うサーボモータ制御装置であって、
３相交流電源で発生した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
該コンバータ部から出力される直流電圧に基づいて前記サーボモータの駆動を制御するサーボ制御部と、
前記コンバータ部の出力電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記３相交流電源の各相の電圧をそれぞれ検出する交流電圧検出器と、を備え、
前記サーボ制御部は、該交流電圧検出器の出力値と前記直流電圧検出器の出力値とを監視するとともに、前記交流電圧検出器の出力値が所定値以下になった場合に、該出力値に応じて前記サーボモータの回転速度を変化させるように前記サーボモータに制御信号を供給することを特徴とする溶接ロボットのサーボモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接ロボットのサーボモータ制御装置において、
前記コンバータ部から出力される直流電圧を所望の振幅及び周波数を有する電圧に変換するインバータ部をさらに備え、
前記コンバータ部は、前記交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に前記平滑コンデンサへの突入電流を緩和するソフトスタート回路とを含むことを特徴とする溶接ロボットのサーボモータ制御装置。
【請求項３】
先端に溶接ワイヤを送給可能に保持する溶接ロボットと、
該溶接ロボットに設けられた回転軸と、
該回転軸に連結され、該回転軸を駆動するサーボモータと、
該サーボモータの駆動を制御する請求項１または２に記載のサーボモータ制御装置と、
該サーボモータ制御装置に接続された表示部と、を少なくとも備え、
前記サーボ制御部は、前記交流電圧検出器の出力値あるいは前記直流電圧検出器の出力値が所定の範囲から外れた場合に前記サーボモータの駆動を停止するとともに、前記表示部に前記交流電圧あるいは前記直流電圧の異常と前記サーボモータが停止した旨を表示させることを特徴とする溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボットのサーボモータ制御装置及び溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度で位置制御を行うために、サーボモータを用いてロボットを駆動することが知られており、特に、溶接機において多く用いられている。サーボモータの駆動を制御するサーボアンプにおいて、商用電源の交流電圧を整流回路で直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータでさらに所望の振幅及び周波数を有する交流電圧に変換してサーボモータの回転速度等を制御する構成が良く知られている。このようなサーボアンプにおいては、整流回路の後段に設けられた平滑コンデンサによって直流電圧を構築しており、例えば、交流電圧の欠相等により、平滑コンデンサに異常電圧が印加されると、コンデンサの劣化や焼損を引き起こすおそれがあった。そこで、特許文献１には、整流回路に入力される３相交流電圧、あるいは平滑コンデンサの両端電圧に含まれるリップル成分をモニターし、各相の電圧の欠相や平滑コンデンサへの経路の断線を検知するとインバータの動作を停止する構成が開示されている。
【０００３】
ところで、電源からの交流電圧が低下すると、平滑コンデンサで構築される直流電圧も低下し、負荷であるサーボモータにおいて十分なトルクを得られなくなるが、特許文献１にはこのような不具合に対応する技術は開示されていない。一方、特許文献２には、平滑コンデンサの両端電圧をモニターし、この電圧が所定値以下になるとモータの回転トルクを制限し、出力パワーを下げる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０６００３号公報
【特許文献２】国際公開２００８／０９３４８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、平滑コンデンサは所定の静電容量を有しているため、その両端電圧は、所定の時定数を持って変動する。よって、特許文献２に開示された構成では、平滑コンデンサの両端電圧が所定値以下に低下した時点で、既に交流電源または整流回路での電圧低下量が大きくなりすぎ、モータの回転トルクや回転速度制御がうまく行えないおそれがあった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、サーボモータの駆動制御性が向上したサーボモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明では、交流電源の各相の電圧と平滑コンデンサの両端電圧とをモニターし、交流電源の電圧変化に対応してサーボモータの回転速度を制御するようにした。
【０００８】
具体的には、本発明に係る溶接ロボットのサーボモータ制御装置は、溶接ロボットの回転軸に連結されたサーボモータの駆動制御を行うサーボモータ制御装置であって、３相交流電源で発生した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部から出力される直流電圧に基づいて前記サーボモータの駆動を制御するサーボ制御部と、前記コンバータ部の出力電圧を検出する直流電圧検出器と、前記３相交流電源の各相の電圧をそれぞれ検出する交流電圧検出器と、を備え、前記サーボ制御部は、該交流電圧検出器の出力値と前記直流電圧検出器の出力値とを監視するとともに、前記交流電圧検出器の出力値が所定値以下になった場合に、該出力値に応じて前記サーボモータの回転速度を変化させるように前記サーボモータに制御信号を供給することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、３相交流電源の交流電圧を監視し、その値が所定値以下になった場合にサーボモータの回転速度を変化させるように制御するため、電源電圧の変動に対して応答性の良いサーボモータの駆動制御を行うことができる。また、直流電圧検出器の出力値を用いて、サーボ制御部に所要の直流電圧が供給されているかどうかを監視することができる。
【００１０】
前記コンバータ部から出力される直流電圧を所望の振幅及び周波数を有する電圧に変換するインバータ部をさらに備え、前記コンバータ部は、前記交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に前記平滑コンデンサへの突入電流を緩和するソフトスタート回路とを含むのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、サーボモータの回転動作を精密に制御できる。また、平滑コンデンサの信頼性を向上できる。
【００１２】
本発明に係る溶接機は、先端に溶接ワイヤを送給可能に保持する溶接ロボットと、該溶接ロボットに設けられた回転軸と、該回転軸に連結され、該回転軸を駆動するサーボモータと、該サーボモータの駆動を制御する上記のサーボモータ制御装置と、該サーボモータ制御装置に接続された表示部と、を少なくとも備え、前記サーボ制御部は、前記交流電圧検出器の出力値あるいは前記直流電圧検出器の出力値が所定の範囲から外れた場合に前記サーボモータの駆動を停止するとともに、前記表示部に前記交流電圧あるいは前記直流電圧の異常と前記サーボモータが停止した旨を表示させることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、電源電圧の変動に対して応答性の良いサーボモータの駆動制御を行うことで、溶接ロボットの動作制御性を向上させることができる。また、溶接不良の発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明に係るサーボモータ制御装置は、３相交流電源の交流電圧を監視することで、応答性の良いサーボモータの駆動制御を行うことができる。また、交流電圧を整流、平滑化して得られる直流電圧を監視することで、サーボ制御部に所要の電圧が供給されているかを監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る溶接機の構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係る交流電圧検出器の出力値及び直流電圧検出器の出力値の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１７】
［溶接機及びサーボモータ制御装置の構成と動作］
図１は、一実施形態に係る溶接機の構成を示し、図２は、交流電圧検出器４４の出力値及び直流電圧検出器４５の出力値の時間変化を示し、上側の図が交流電圧検出器４４の出力値の時間変化を、下側の図が直流電圧検出器４５の出力値の時間変化をそれぞれ示す。なお、本実施形態では、３相交流電源２０の３相の電圧のうち１相の電圧振幅が正常値より小さい場合を例示している。
【００１８】
溶接機１０は、溶接ロボット３０とサーボモータ制御装置４０とサーボモータ５０と表示部６０とを備えており、２００Ｖの３相交流電源２０から電力が供給されて動作する。なお、説明の便宜上、溶接機１０において、本発明に直接関係しない構成部品やその機能については図示及びその説明を省略する。
【００１９】
溶接ロボット３０は多関節ロボットであり、ロボットアーム３１に複数の関節軸３２ａ〜３２ｃを有している。なお、関節軸の数は３つに限られず、特に、ロボットアーム３１が円滑な動作をするために、独立で駆動する関節軸を６つ以上有するのが好ましい。
【００２０】
各関節軸にはサーボモータ５０，５０・・・が連結されており、サーボモータ５０が回転することで各関節軸が回転動作し、ロボットアーム３１の先端に送給可能に保持された溶接ワイヤ３３の位置を制御する。所定の位置に移動した溶接ワイヤ３３に電力を供給し、図示しないワークとの間でアーク放電を起こしてワークのアーク溶接を行う。また、溶接中には、溶接ロボット３０を駆動して、ワークに対して溶接ワイヤ３３を相対的に移動させるようにしている。なお、説明の便宜上、図１には、関節軸３２ａに連結するサーボモータ５０と、これに接続されるサーボモータ制御装置４０のみを図示しているが、前述したとおり、実際には、各関節軸にサーボモータ５０が連結しており、各々のサーボモータ５０，５０・・・にサーボモータ制御装置４０，４０・・・が接続されている。
【００２１】
サーボモータ制御装置４０は、コンバータ部４１とインバータ部４２とサーボ制御部４３と交流電圧検出器４４と直流電圧検出器４５とを有しており、３相交流電源２０から供給された交流電圧に基づいてサーボモータ５０の駆動、具体的にはサーボモータ５０の起動開始及び終了や回転トルクや回転速度等を制御する。
【００２２】
コンバータ部４１は、３相交流電源２０で発生した交流電圧を全波整流する整流回路４６と、整流された電圧を平滑化して直流電圧を生成する平滑コンデンサ４７と、整流回路４６と平滑コンデンサ４７との間に配置され、平滑コンデンサ４７への突入電流を緩和するソフトスタート回路４８とを有している。ソフトスタート回路４８を有することにより、平滑コンデンサ４７の信頼性が向上する。なお、平滑コンデンサ４７として大容量の電解コンデンサを用いるのが好ましい。また、図２に示すように、平滑コンデンサ４７で生成された直流電圧は、サーボモータ５０や溶接機１０の使用時の許容範囲内で振幅が変動していてもよい。
【００２３】
インバータ部４２は、平滑コンデンサ４７の両端電圧である直流電圧を受けて所望の振幅及び周波数を有する交流電圧に変換する。変換された交流電圧に基づいてサーボモータ５０を駆動することで、サーボモータ５０の回転動作を精密に制御できる。
【００２４】
サーボ制御部４３は、インバータ部４２のスイッチング動作やソフトスタート回路４８の開閉動作を制御する制御信号及び、その他のサーボモータ５０の駆動を制御する制御信号を生成し、サーボモータ制御装置４０の図示しない各部に供給する制御ＩＣ４９を有している。サーボ制御部４３は制御ＩＣ４９から駆動前の入力電圧によって定まる最適なサーボパラメータをフィードフォワード制御で送られることで駆動している。また、後で詳述するように、制御ＩＣ４９は、３相交流電源２０の各相の交流電圧及び平滑コンデンサ４７で生成される直流電圧を監視する機能を有している。なお、制御ＩＣ４９の機能は、一つの専用ＩＣを用いて実現してもよく、また、複数のＩＣや受動部品を図示しない基板上に実装して実現してもよい。
【００２５】
交流電圧検出器４４は、３相交流電源２０の各相の電圧を検出して、検出された電圧値を制御ＩＣ４９に出力するように構成されている。制御ＩＣ４９は、交流電圧検出器４４で検出された各相の電圧値の変動に基づいて、最適なサーボパラメータをサーボ制御部４３に送り、これを駆動している。また、制御ＩＣ４９は、交流電圧検出器４４の出力値が予め設定された所定値以下になると、その出力値に応じてサーボモータ５０の回転速度を変化させるようにサーボ制御部４３における他の回路を介して、あるいは直接にサーボモータ５０に制御信号を供給する。なお、交流電圧を検出するための具体的構成は、例えば、抵抗分圧によってもよいし、各相の電力線に誘導コイルを結合させてもよい。その他の構成であってもよい。
【００２６】
直流電圧検出器４５は、平滑コンデンサ４７の両端電圧を検出して、その電圧値を制御ＩＣ４９に出力するように構成されている。制御ＩＣ４９は、直流電圧検出器４５で検出された電圧値に基づいて、サーボ制御部４３に所要の直流電圧が供給されているかどうかを監視する。なお、直流電圧を検出するための具体的構成は、例えば、抵抗分圧によって行うが、特にこれに限定されず、その他の構成であってもよい。
【００２７】
表示部６０は、溶接機１０による溶接作業中に、サーボモータ制御装置４０や図示しないモニターカメラ等から表示信号が送られて、サーボモータ５０の駆動状態や溶接ロボット３０の動作状態やワークの溶接状態等を表示するように構成されている。また、溶接条件や経過時間を表示するようにしてもよい。なお、表示部６０は、溶接機１０の操作パネルを兼ねていてもよい。
【００２８】
次に、本実施形態に係るサーボモータ制御装置４０による電源電圧の監視とそれに基づくサーボモータ５０の制御について説明する。
【００２９】
通常、サーボモータ５０の動作の安定性を確保するために、３相交流電源２０の交流電圧及びサーボモータ制御装置４０の内部で生成する直流電圧には、所定の変動範囲が設定されている。交流電圧あるいは直流電圧が当該変動範囲の上限を超えるか、下限を下回ると、サーボモータ制御装置４０は、サーボモータ５０の回転トルクや回転速度を変更するか、あるいはサーボモータ５０を停止するように構成されている。
【００３０】
本実施形態において、制御ＩＣ４９は、交流電圧検出器４４の出力値のうち、そのピーク値が交流電圧の変動範囲内か否かを監視している。また、制御ＩＣ４９は、直流電圧検出器４５の出力値のうち、立ち上がりの値が直流電圧の変動範囲内か否かを監視している。
【００３１】
ところで、図２の下側の図に示すように、直流電圧検出器４５の出力値は、平滑コンデンサ４７の容量値や電力の伝搬経路の寄生抵抗等で決まる一定の時定数をもって変化する。つまり、実際の交流電圧の時間変化に遅れて変化する。例えば、特許文献２に開示されるように、電源電圧の変動を直流電圧検出器４５のみで監視していた場合には、直流電圧検出器４５の出力値が許容下限となる時点では、図２の上側の図に示すように、３相交流電源２０の実際の交流電圧は許容下限値を大きく下回っている。このため、サーボモータ制御装置４０によるサーボモータ５０の駆動制御がうまくいかず、サーボモータ５０の動作が安定しなくなるおそれがある。
【００３２】
一方、交流電圧検出器４４の出力値を用いて電源電圧の変動を監視するようにすれば、実際の電圧変動に対して追従性の良い制御を行うことができる。例えば、図２に示すように、交流電圧検出器４４の出力値を用いて電源電圧の変動を監視する場合、直流電圧検出器４５の出力値を監視するのに比べ、許容下限となる電圧を検出する時間は数ｍｓｅｃ程度早くなる。つまり、電源電圧の変動に対するサーボモータ５０の制御応答性が向上する。
【００３３】
［本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係るサーボモータ制御装置４０によれば、３相交流電源２０の各相に交流電圧検出器４４を設け、その出力値を制御ＩＣ４９で監視しているため、電源電圧の変動に対して素早く応答して、サーボモータ５０の駆動を制御できる。例えば、サーボモータ５０を高負荷条件で駆動した場合に起こりうる電源電圧の低下にもｍｓｅｃオーダーで応答して、逐次サーボパラメータを最適化できるため、サーボモータ５０の動作が安定する。また、例えば、特許文献２に開示されるような構成に対して、交流電圧検出器４４を設けるのみでサーボモータ制御装置４０を構成できるため、全体の構成が複雑にならない。
【００３４】
本実施形態に係る溶接機１０は、上記のサーボモータ制御装置４０を有することで、サーボモータ５０の動作を安定化でき、ロボットアーム３１の先端が描く軌跡の制御性を向上することができる。
【００３５】
また、アーク溶接においては、数十Ｈｚ以上の高速で溶接ワイヤ３３の正転送給と逆転送給を繰り返す動作を行う場合が多い。本実施形態に係る溶接機１０によれば、溶接ワイヤ３３の引き込み動作毎に最適なサーボパラメータを設定して、サーボモータ５０を駆動することで溶接の仕上がり品位を一定に制御できる。
【００３６】
なお、本実施形態に係るサーボモータ制御装置４０によれば、直流電圧検出器４５の出力値から、コンバータ部４１の異常を検知することが可能である。例えば、直流電圧検出器４５の出力値が前述した所定の変動範囲から外れた場合にコンバータ部４１に異常が発生したと判断するようにする。この場合、溶接機１０において、サーボモータ制御装置４０が表示部６０に当該異常を表示させるようにすると、溶接不良の発生を防止することができる。また、直流電圧の異常を表示するだけでなく、サーボモータ５０の駆動を停止するようにすると、確実に溶接不良を防止することができる。なお、交流電圧検出器４４の出力値から、３相交流電源２０の異常を検知するようにしてもよい。ただし、交流電圧は所定の範囲で変動するため、異常発生と判断する変動範囲は別途定めるようにしたてもよい。この場合も、サーボモータ制御装置４０によりサーボモータ５０の駆動を停止するようにしてもよい。
【００３７】
なお、サーボモータ制御装置４０は、溶接機１０以外にも、サーボモータにより駆動するロボットアームの高精度かつ高速動作を必要とする工作機器等に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るサーボモータ制御装置は、電源電圧の変動に対して応答性良くサーボモータの駆動を制御できるため、ロボットアームの高精度かつ高速動作を必要とする溶接機に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  溶接機
２０  ３相交流電源
３０  溶接ロボット
４０  サーボモータ制御装置
４１  コンバータ部
４２  インバータ部
４３  サーボ制御部
４４  交流電圧検出器
４５  直流電圧検出器
４６  整流回路
４７  平滑コンデンサ
４８  ソフトスタート回路
４９  制御ＩＣ
５０  サーボモータ
６０  表示部
【図１】
2019004643.tif 000003
【図２】
2019004643.tif 000004