(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動装置の移動体を駆動するモータのモータ制御装置が、
前記移動体の位置もしくは速度を検出し、
その検出結果に基づいて前記モータへの供給電流または供給電圧をフィードバック制御し、
前記供給電流または供給電圧の波形に含まれる異常信号成分に基づき前記直動装置の異常を検出する
直動装置の異常検出方法であって、
前記異常信号成分は、前記供給電流または供給電圧の波形における、スパイク状の高周波成分である、
ことを特徴とする直動装置の異常検出方法。
【請求項２】
前記供給電流または供給電圧の波形から、正常な信号に重畳されている異常信号成分を抽出し、
その異常信号成分が予め定められた条件を満たした場合に前記直動装置に異常が発生したと判定する
請求項１に記載の直動装置の異常検出方法。
【請求項３】
直動装置の移動体を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
前記移動体の位置もしくは速度を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づいて前記モータへの供給電流または供給電圧をフィードバック制御する制御手段と、
前記供給電流または供給電圧の波形に含まれる異常信号成分に基づき前記直動装置の異常を検出する異常検出手段と、
を備えるモータ制御装置であって、
前記異常信号成分は、前記供給電流または供給電圧の波形における、スパイク状の高周波成分である、
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
前記供給電流または供給電圧の波形から、正常な信号に重畳されている異常信号成分を抽出する抽出手段を、さらに有し、
前記異常検出手段は、その異常信号成分が予め定められた条件を満たした場合に前記直動装置に異常が発生したと判定する
請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記異常検出手段は、
前記供給電流または供給電圧の波形入力を行うセンサと、
入力された波形から異常信号成分を抽出するフィルタ回路と、
抽出された異常信号成分と予め定められた条件とを比較する比較回路と、を有する
請求項３または４に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置側で直動装置の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リニアガイドやボールねじ等の直動装置が広く用いられている。この種の直動装置では、移動体の駆動にリニアモータやサーボモータが利用され、モータドライバ（モータ制御装置）から供給する電流を変化させることで移動体の位置、速度および加速度を制御している。【０００３】
移動体の移動経路内に異物が落下したり、直動装置のボール循環路に切り屑や塵埃が侵入すると、移動体の円滑な移動が阻害され、誤動作や故障の原因となる。そこで通常は、モータドライバに過負荷アラーム機能を設けて、供給電流が所定のアラーム値（閾値）をこえたときに警告を発するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータへの供給電流は、直動装置の駆動条件（速度、加速度、移動体にかかる負荷など）に依存する。よって本来ならば、アラーム値も直動装置の駆動条件に応じて最適な値に設定すべきである。【０００５】
しかしながら、製品出荷の段階では、ユーザが直動装置をどのような条件下で使用するかわからないため、アラーム値の出荷時設定としては上限値（モータドライバ容量）に設定しておかざるを得ない。それゆえ、場合によっては、実際の供給電流値とアラーム値との開きが大きく、直動装置の異常を正確に検出できないおそれがある。【０００６】
また、異常発生から過負荷となるまでにある程度の時間遅れが存在するため、従来の過負荷アラーム機能では初期段階の異常を適切に発見できないことがある。たとえば、ボール循環不良や移動体の引っ掛かりなどにより、移動体に断続的に衝撃が加わったとしても、供給電流にはスパイク状の急峻なパルスが現れるだけなので、過負荷とはならずアラーム機能は作動しない。よって、異常に気づかぬまま直動装置を駆動し続けてしまい、直動装置やモータ制御装置を故障、破損に至らしめることがあった。【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、直動装置の異常を早期にかつ高精度に検出可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明では、直動装置を駆動するモータへの供給電流または供給電圧の波形に基づき前記直動装置の異常を検出する。【０００９】
直動装置が正常に動作している場合、モータへの供給電流または供給電圧は制御内容に応じた周波数や振幅をもつ安定した波形（正常な信号）を呈する。これに対し、何らかの異常が発生した場合には、その波形に乱れが生じる。本発明はこの点に着目したものである。【００１０】
この異常検出は、直動装置の移動体を駆動するモータのモータ制御装置が行うとよい。たとえば、モータ制御装置が、位置検出手段により前記移動体の位置もしくは速度を検出し、その検出結果に基づいて制御手段により前記モータへの供給電流または供給電圧をフィードバック制御する。そして、モータ制御装置が、異常検出手段によって、前記供給電流または供給電圧の波形に含まれる異常信号成分に基づき前記直動装置の異常を検出すればよい。【００１１】
この場合、移動体が所期の運動をしている状態では、安定した波形が出力されるが、何らかの異常により移動体が所期の位置もしくは速度からずれると、それを補正すべく波形に乱れが生じる。その乱れを異常信号成分として捉え、異常検出に利用するのである。【００１２】
詳しくは、前記供給電流または供給電圧の波形から、正常な信号に重畳されている異常信号成分を抽出し、その異常信号成分が予め定められた条件を満たした場合に前記直動装置に異常が発生したと判定すればよい。条件としては、たとえば、異常信号成分の振幅と比較するための閾値、異常信号成分の現れる頻度などを採用することができる。【００１３】
異常検出手段は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで構成してもよいが、たとえば、前記供給電流または供給電圧の波形入力を行うセンサと、入力された波形から異常信号成分を抽出するフィルタ回路と、抽出された異常信号成分と前記条件とを比較する比較回路とを含むハードウェアで構成すれば、高速な処理が可能となり好ましい。【００１４】
モータ制御装置に警告出力手段を設け、異常を検出した場合にその旨の警告を出力することも好ましい。【００１５】
また、モータ制御装置に警告送信手段を設け、異常を検出した場合にその旨の警告を電気通信回線を通じてユーザに送信することも好ましい。【００１６】
さらに、異常を通知するだけでなく、異常を検出した場合には制御手段によりモータを減速または停止させてもよい。【００１７】
なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有するモータ制御装置として捉えることができる。また、本発明はそのモータ制御装置と直動装置とを備えるアクチュエータとして捉えることもできる。さらに、本発明は上記処理の少なくとも一部を含む直動装置の異常検出方法や制御方法として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、直動装置の異常を早期にかつ高精度に検出することができる。そして、そのような異常検出が可能になれば、警告の通知や装置の停止をいち早く実行し、直動装置やモータ制御装置の破損・故障を未然に防ぐことが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータの構成を示している。本実施形態のアクチュエータ１は、移動体をリニアモータで駆動する方式のリニアモータアクチュエータであり、直動装置２とそれを制御するモータドライバ（モータ制御装置）３とから構成される。【００２１】
直動装置２は、概略、ベース部２０と、ベース部２０に対してスライド自在に設けられたスライダ（移動体）２１とからなる。本実施形態では、スライダ２１の直動機構として２基のリニアガイド２２を採用し、ベース部２０の両側に２条のレール２２ａを設け、スライダ２１の裏面に２つのブロック２２ｂを取り付けている。レール２２ａとブロック２２ｂの間には複数の転動体（ボールまたはローラ）が介在しており、スライダ２１移動時には転動体が転がり運動をすることで滑らかな直線運動を実現する。【００２２】
スライダ２１の駆動手段としてはリニアモータ２３を採用している。ベース部２０の底面に永久磁石のマグネットプレート２３ａが設けられ、スライダ２１の下部には可動子２３ｂが固定されている。モータドライバ３によって可動子２３ｂの磁力および極性を適宜変化させることにより、スライダ２１の位置・速度・加速度を制御することができる。【００２３】
スライダ２１の位置・速度の検出には、位置検出手段であるリニアエンコーダ２４を利用する。スライダ２１に固定したヘッド２４ｂで、ベース部２０に取り付けられたリニアスケール２４ａを読み取る仕組みである。リニアエンコーダ２４の検出結果は、モータドライバ３に入力され、リニアモータ２３のフィードバック制御に供される。【００２４】
図２は、モータドライバ３の機能構成を示すブロック図である。このモータドライバ３は、制御部３０、異常検出部３１、警告出力部３２、および、警告送信部３３を有している。【００２５】
制御部３０では、設定された制御プログラムに従って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの電流の周波数および振幅変調を行い、その三相交流電流をリニアモータ２３へと供給する。この供給電流に従ってリニアモータ２３が動作し、スライダ２１が移動する。スライダ２１の位置・速度情報はリニアエンコーダ２４で検出され、逐次制御部３０に入力される。制御部３０では、その検出結果に基づいてリニアモータ２３への供給電流をフィードバック制御し、スライダ２１に所期の運動を行わせる。【００２６】
異常検出部３１は、リニアモータ２３への供給電流を監視して、その波形に基づき直動装置２の異常を検出する異常検出手段である。本実施形態の異常検出部３１は、図３に示すように、電流センサ３４、フィルタ回路３５、および、比較回路３６からなるハードウェアで構成されている。電流センサ３４は電流供給ラインから供給電流の波形を入力する回路であり、フィルタ回路３５は入力波形から異常信号成分を抽出する回路である。また、比較回路３６は、フィルタ回路３５から入力された異常信号成分と、予め設定されている条件とを比較する回路である。【００２７】
警告出力部３２は、直動装置２の異常を検出した場合にその旨の警告を出力する警告出力手段である。警告の出力態様としては、警告ランプの点灯、ブザーの鳴動、音声出力など、いずれの方法を用いてもよい。【００２８】
警告送信部３３は、直動装置２の異常を検出した場合にその旨の警告をＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）やインターネットを通じてユーザに送信する警告送信手段である。ここでは、警告送信部３３がメールクライアントの機能を有しており、予め登録されたメールアドレスに対し電子メールを送信するようになっている。電子メールの宛先はパソコンでも携帯電話でもよい。【００２９】
上記構成において、直動装置２が正常に動作している場合、すなわち、スライダ２１が所期の位置、速度もしくは加速度で運動している場合には、制御部３０から供給される電流は図４（ａ）のように安定した波形を呈する。これに対し、直動装置２に異常が発生してスライダ２１が所期の位置からずれた場合には、それを補正するような制御が作用し、波形に乱れが生じる。たとえば、スライダ２１に断続的に衝撃が加わった場合には、図４（ｂ）に示すようにスパイク状の急峻なパルスが現れ、また、スライダ２１が障害物に衝突した場合には、図４（ｃ）に示すように一時的に波形が崩れる。【００３０】
このような波形の乱れは異常の初期段階などに現れる。しかし、この時点では過負荷とはならず、過負荷アラーム機能は動作しない。そこで本実施形態では、波形の乱れを異常信号成分として捉え、異常検出に利用する。【００３１】
図５は、異常検出部３１における異常検出処理の一例を示している。【００３２】
異常検出部３１では、まず電流センサ３４によって供給電流の波形入力を行う。ここでは図５（ａ）に示すように、スパイク状のパルスを含む波形が入力されたものとする。【００３３】
次に、フィルタ回路３５にて入力波形にフィルタ処理を施し、異常信号成分のみを抽出する。本例の入力波形は、制御プログラムに従って出力された２種類の周波数成分（正常な信号）に高周波成分が重畳された合成波となっている（図５（ｂ））。この高周波成分は、スライダ２１の異常（外乱）によって生じた信号成分と考えられる。よって、このような波形の場合には、高周波成分を異常信号成分として取り出せばよい（図５（ｃ））。【００３４】
比較回路３６では、異常信号成分の振幅と条件（閾値）との比較を行う。異常信号成分が閾値に達していた場合には、「異常あり」に対応する信号（以下、「異常検出信号」という）を制御部３０、警告出力部３２、警告送信部３３のうち少なくともいずれかに出力する。それ以外の場合には、「異常なし」に対応する信号を出力するか、信号出力を行わない。【００３５】
異常検出部３１から異常検出信号を受け取ると、制御部３０は実行中の制御を中断して、リニアモータ２３を減速または停止させ、機器の故障や破損を未然に防止する。また、警告出力部３２が警告を出力することで、近くにいる作業者に異常発生を通知し、迅速な対応を促す。さらに、警告送信部３３からは、遠隔地にいる技術スタッフやメーカーサポートに対して電子メールが自動送信され、異常箇所の確認やメンテナンスの必要性の判断などに利用される。【００３６】
以上述べた本実施形態の構成によれば、従来の過負荷アラーム機能では検出することが困難であった直動装置の異常を早期にかつ高精度に検出することができる。【００３７】
そして、異常を検出した際には、警告の通知や装置の停止をいち早く実行し、直動装置やモータドライバの破損・故障を未然に防ぐことができる。【００３８】
なお、上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。【００３９】
たとえば、上記実施形態では異常検出部をハードウェアで構成したが、同様の機能をソフトウェアにより構成してもよい。ハードウェア構成の場合は処理が高速になり、異常検出の迅速性が向上するという利点がある。一方、ソフトウェア構成の場合は、プログラムの入れ替えにより異常検出処理の内容を変更・改良できるという利点がある。【００４０】
また、図５の例では、フィルタ処理により高周波成分を抽出することとしたが、異常信号成分の検出方法はこれに限らない。たとえば、供給電流の波形を周波数解析して異常信号成分（波形の乱れ）を検出する方法、制御プログラムの内容から正常な波形を推測し、その推測波形と実際の入力波形との比較から異常信号成分を検出する方法、数周期前と現時点の入力波形を比較することにより異常信号成分の発生を検出する方法など、種々のものが考えられる。【００４１】
また、上記実施形態では直動機構としてリニアガイドを採用したが、その他にも、ボールねじ、ローラねじ、ボールスプラインまたはそれらの組み合わせも好適に採用できる。【００４２】
また、直動機構の駆動手段としてはリニアモータでなく回転式のサーボモータを採用してもよいし、スライダの位置検出手段としてはリニアエンコーダでなくロータリエンコーダを採用してもよい。【００４３】
また、上記実施形態では供給電流の波形を監視しているが、モータを電圧制御している場合には供給電圧の波形を監視して異常検出を行うことも好ましい。【００４４】
また、上記実施形態では、警告出力部や警告送信部をモータドライバに内蔵したが、これらの機能をモータドライバに接続した外部機器にて実現することも好ましい。たとえば、モータドライバとパーソナルコンピュータとをＲＳ−２３２ＣやＵＳＢ等で接続し、モータドライバから出力された異常検出信号に基づいて、パーソナルコンピュータから警告を出力したり警告電子メールを送信するという構成にしてもよい。このような場合には、モータドライバと外部機器とが本発明のモータ制御装置を構成する。【００４５】
上述した内容は以下の技術思想を含むものである。【００４６】
（実施態様１）
直動装置を駆動するモータへの供給電流または供給電圧の波形に基づき前記直動装置の異常を検出する直動装置の異常検出方法。【００４７】
（実施態様２）
直動装置の移動体を駆動するモータのモータ制御装置が、前記移動体の位置もしくは速度を検出し、その検出結果に基づいて前記モータへの供給電流または供給電圧をフィードバック制御し、前記供給電流または供給電圧の波形に含まれる異常信号成分に基づき前記直動装置の異常を検出する直動装置の異常検出方法。【００４８】
（実施態様３）
前記供給電流または供給電圧の波形から、正常な信号に重畳されている異常信号成分を抽出し、その異常信号成分が予め定められた条件を満たした場合に前記直動装置に異常が発生したと判定する実施態様２の直動装置の異常検出方法。【００４９】
（実施態様４）
異常を検出した場合にその旨の警告を出力する実施態様２または３の直動装置の異常検出方法。【００５０】
（実施態様５）
異常を検出した場合にその旨の警告を電気通信回線を通じてユーザに送信する実施態様２〜４の直動装置の異常検出方法。【００５１】
（実施態様６）
異常を検出した場合に前記モータを減速または停止させる実施態様２〜５の直動装置の異常検出方法。【００５２】
（実施態様７）
直動装置の移動体を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、前記移動体の位置もしくは速度を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出結果に基づいて前記モータへの供給電流または供給電圧をフィードバック制御する制御手段と、前記供給電流または供給電圧の波形に含まれる異常信号成分に基づき前記直動装置の異常を検出する異常検出手段と、を備えるモータ制御装置。【００５３】
（実施態様８）
前記異常検出手段は、前記供給電流または供給電圧の波形から、正常な信号に重畳されている異常信号成分を抽出し、その異常信号成分が予め定められた条件を満たした場合に前記直動装置に異常が発生したと判定する実施態様７のモータ制御装置。【００５４】
（実施態様９）
前記異常検出手段は、前記供給電流または供給電圧の波形入力を行うセンサと、入力された波形から異常信号成分を抽出するフィルタ回路と、抽出された異常信号成分と前記条件とを比較する比較回路と、を有する実施態様８のモータ制御装置。【００５５】
（実施態様１０）
異常を検出した場合にその旨の警告を出力する警告出力手段をさらに備える実施態様７〜９のモータ制御装置。【００５６】
（実施態様１１）
異常を検出した場合にその旨の警告を電気通信回線を通じてユーザに送信する警告送信手段をさらに備える実施態様７〜１０のモータ制御装置。【００５７】
（実施態様１２）
異常を検出した場合に、前記制御手段は前記モータを減速または停止させる実施態様７〜１１のモータ制御装置。【００５８】
（実施態様１３）
モータにより駆動される移動体を有する直動装置と、前記モータを制御するモータ制御装置と、を備えるアクチュエータであって、前記モータ制御装置が、前記移動体の位置もしくは速度を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出結果に基づいて前記モータへの供給電流または供給電圧をフィードバック制御する制御手段と、前記供給電流または供給電圧の波形に含まれる異常信号成分に基づき前記直動装置の異常を検出する異常検出手段と、を備えるアクチュエータ。【００５９】
（実施態様１４）
前記異常検出手段は、前記供給電流または供給電圧の波形から、正常な信号に重畳されている異常信号成分を抽出し、その異常信号成分が予め定められた条件を満たした場合に前記直動装置に異常が発生したと判定する実施態様１３のアクチュエータ。【００６０】
（実施態様１５）
前記異常検出手段は、前記供給電流または供給電圧の波形入力を行うセンサと、入力された波形から異常信号成分を抽出するフィルタ回路と、抽出された異常信号成分と前記条件とを比較する比較回路と、を有する実施態様１４のアクチュエータ。【００６１】
（実施態様１６）
異常を検出した場合にその旨の警告を出力する警告出力手段をさらに備える実施態様１３〜１５のアクチュエータ。【００６２】
（実施態様１７）
異常を検出した場合にその旨の警告を電気通信回線を通じてユーザに送信する警告送信手段をさらに備える実施態様１３〜１６のアクチュエータ。【００６３】
（実施態様１８）
異常を検出した場合に、前記制御手段は前記モータを減速または停止させる実施態様１３〜１７のアクチュエータ。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの構成を示す図。
【図２】モータドライバの機能構成を示すブロック図。
【図３】異常検出部のハードウェア構成を示すブロック図。
【図４】供給電流の波形の一例を示す図。
【図５】異常検出処理を説明するための図。
【符号の説明】
【００６５】
１  アクチュエータ
２  直動装置
３  モータドライバ（モータ制御装置）
２０  ベース部
２１  スライダ（移動体）
２２  リニアガイド
２３  リニアモータ
２４  リニアエンコーダ
３０  制御部
３１  異常検出部
３２  警告出力部
３３  警告送信部
３４  電流センサ
３５  フィルタ回路
３６  比較回路
【図１】
0004755593.tif 000002
【図２】
0004755593.tif 000003
【図３】
0004755593.tif 000004
【図４】
0004755593.tif 000005
【図５】
0004755593.tif 000006