(57)【要約】  モータドライバの制御部が、与えられた駆動条件に従って直動装置を自動運転する。そして、異常判定値設定部が、そのときのリニアモータへの供給電流のピークをサンプリングし、サンプリングされたピーク値を基準にして直動装置の異常検出に用いる異常判定値を設定する。たとえば、ピーク値の約１．２〜１．４倍、好ましくは約１．２５〜１．３倍程度に異常判定値を設定すればよい。これにより、直動装置の駆動条件に合わせた適切な異常判定値を自動で設定することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動装置のモータを制御するモータ制御装置が、
与えられた駆動条件に従って直動装置を自動運転し、
そのときのモータへの供給電流または供給電圧のピークをサンプリングし、
サンプリングされたピーク値を基準にして直動装置の異常検出に用いる異常判定値を設定する
直動装置の異常判定値設定方法。
【請求項２】
等速時のピークと非等速時のピークとを別々にサンプリングし、それぞれのピーク値から等速時用の異常判定値と非等速時用の異常判定値を求める
請求項１記載の直動装置の異常判定値設定方法。
【請求項３】
前記ピーク値の約１．２〜１．４倍に異常判定値を設定する
請求項１または２記載の直動装置の異常判定値設定方法。
【請求項４】
直動装置のモータに供給する電流または電圧を制御する制御手段と、
前記制御手段が与えられた駆動条件に従って直動装置を自動運転しているときに、モータへの供給電流または供給電圧のピークをサンプリングし、サンプリングされたピーク値を基準にして異常判定値を設定する異常判定値設定手段と、
モータへの供給電流または供給電圧と前記異常判定値とを比較することによって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。
【請求項５】
前記異常判定値設定手段は、等速時のピークと非等速時のピークとを別々にサンプリングし、それぞれのピーク値から等速時用の異常判定値と非等速時用の異常判定値を求める
請求項４記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記異常判定値設定手段は、前記ピーク値の約１．２〜１．４倍に異常判定値を設定する
請求項４または５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
請求項４、５または６記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって駆動される直動装置と、
を備えるアクチュエータ。
【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（異常判定値）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、異常判定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、異常判定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異常判定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。とはいえ、駆動条件にあわせて異常判定値を調整するには高度なスキルが必要であり、ユーザ側で最適な値に設定することは困難である。【０００６】
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、直動装置の駆動条件に合わせた適切な異常判定値を自動で設定するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明では、直動装置を運転し、そのときのモータへの供給電流または供給電流のピークを基準にして異常判定値の設定を行う。【０００８】
この異常判定値の設定は、直動装置のモータを制御するモータ制御装置が行うとよい。すなわちまず、直動装置のモータに供給する電流または電圧を制御する制御手段が、与えられた駆動条件に従って直動装置を自動運転する。そして、異常判定値設定手段が、そのときのモータへの供給電流または供給電圧のピークをサンプリングし、サンプリングされたピーク値を基準にして直動装置の異常検出に用いる異常判定値を設定する。たとえば、ピーク値の約１．２〜１．４倍、好ましくは約１．２５〜１．３倍程度に異常判定値を設定すればよい。【０００９】
上記ピーク値は、実際にモータにかかる負荷を表している。よって、その値を基準にすることで、直動装置の実際の駆動条件に応じた適切な異常判定値の算出が可能となる。また、各処理はユーザの手を煩わせることなく全て自動で実行されるため、異常判定値の設定簡易化および省力化を図ることができる。【００１０】
異常判定値の設定処理については、本稼働に入る前の試運転時に、本稼働とほぼ同じ駆動条件で実行することが好ましい。【００１１】
本稼働時には、モータ制御装置の異常検出手段が、モータへの供給電流または供給電圧と前記異常判定値とを比較することによって直動装置の異常を検出するとよい。これにより、直動装置の異常を適切に検出し、故障や破損などを未然に防ぐことができる。【００１２】
ところで、通常、非等速時（加速時または減速時）には等速時よりもモータにかかる負荷（すなわち、供給電流または供給電圧の振幅）が大きい。それゆえ、非等速時のピーク値を基準に異常判定値を設定した場合には、等速時の異常検出精度が低下するおそれがある。逆に等速時のピーク値を基準にした場合には、非等速時に誤判定が頻発するおそれがある。【００１３】
そこで、本発明では、等速時のピークと非等速時のピークとを別々にサンプリングし、それぞれのピーク値から等速時用の異常判定値と非等速時用の異常判定値を求める構成を採用するとよい。これにより、等速時、非等速時のそれぞれに適切な異常判定値が設定されるため、異常検出の精度および信頼性が向上する。【００１４】
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判定値設定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】
【００１５】
本発明によれば、直動装置の駆動条件に合わせた適切な異常判定値を自動で設定することができ、ユーザの負荷軽減と異常検出の精度向上とを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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、異常判定値設定部３１、および、異常検出部３２を有している。【００２２】
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。【００２３】
異常判定値設定部３１は、異常判定値の算出、設定を自動で行う部分である。ここで求められた異常判定値は異常検出部３２に引き渡され、直動装置２の異常検出に用いられる。以下、異常判定値の設定処理および直動装置の異常検出処理について詳しく説明する。【００２４】
（異常判定値設定処理）
図３は、モータドライバ３において実行される異常判定値設定処理の流れを示すフローチャートである。この異常判定値設定処理については、直動装置２の設置時など、本稼動に入る前の試運転時に実行されるものである。また、設置時のみならず、定期的に実行して異常判定値を更新することも好ましい。【００２５】
ステップＳ１では、まず制御部３０が直動装置２を駆動し、自動運転を開始する。このとき、本稼働とほぼ同じ駆動条件（速度、加速度、スライダ２１にかかる負荷など）にて自動運転を行うことが好ましい。本稼働に近い条件であるほど、算出される異常判定値の信頼性が向上するからである。【００２６】
図４にリニアモータ２３への供給電流の波形の一例を示す。同図は、１回の駆動に係る波形であって、静止状態にあるスライダ２１を加速し、所定速度になった時点で等速移動させた後、減速して静止させる、という一連の制御を表している。非等速時（加速時、減速時）には、等速時に比べて、供給電流の振幅が大きくなることがわかる。【００２７】
ステップＳ２では、異常判定値設定部３１が、加速時の供給電流のピーク（Ｐ１，Ｐ１′など）をサンプリングする。また、ステップＳ３では、等速時のピーク（Ｐ２，Ｐ２′など）を、ステップＳ４では、減速時のピーク（Ｐ３，Ｐ３′など）をサンプリングする。それぞれのサンプリングタイミングは、制御部３０から供給されるタイミング信号によって認識するか、ピーク値の変化から判断すればよい。【００２８】
ステップＳ５では、上記サンプリング処理をＮ回繰り返したか調べる（Ｎは１以上の整数）。Ｎ回未満の場合には、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。【００２９】
ステップＳ６では、Ｎ回のサンプリング処理で得られたピーク値の平均を求める。図５は、加速時のピーク値（黒丸）とそれらの平均値（破線）を示している。平均の算出には、単純平均や加重平均を用いればよい。また、平均値ではなく、中央値（メディアン）または最大値を用いたり、統計的手法でピーク値を推定することも好ましい。このようにサンプリングを複数回実行し、それらの平均（またはそれに類する値）を求めることにより、ピーク値の信頼性を向上することができる。【００３０】
加速時、等速時、減速時それぞれのピーク値（平均値）が求まったら、異常判定値設定部３１は、それらのピーク値を基準にして加速時用、等速時用、減速時用の異常判定値を算出する（ステップＳ７）。ここでは、図５に示すように、ピーク値を単純に定数倍した値を異常判定値として採用する。このときの倍率は、約１．２〜１．４倍、好ましくは約１．２５〜１．３倍程度がよい。倍率を小さくするほど異常検出が敏感になるが、誤検出が増加する可能性がある。逆に倍率を大きくすると誤検出は少なくなるが、異常検出の精度が低下する。最適な倍率については具体的な実施態様に合わせて決定すればよい。【００３１】
異常判定値が求まったら、それらを不揮発性メモリに格納し、異常判定値設定処理を終了する（ステップＳ８）。【００３２】
（異常検出処理）
図６は、異常検出部３２における異常検出処理を説明するための図である。同図に示すように、異常検出部３２は、不揮発性メモリから、加速時用、等速時用、減速時用それぞれの異常判定値を読み込み、閾値として保持する。そして、リニアモータ２３への供給電流を監視し、その値（振幅）と異常判定値との比較を行う。このとき、異常検出部３２は、制御部３０から供給される信号から駆動状態（加速時／等速時／減速時の別）を判断し、その駆動状態に対応した異常判定値を用いて比較を行う。そして、図６に示すように、供給電流の値が異常判定値に達したら、直動装置２に何らかの異常が発生したものと判定する。【００３３】
異常を検出した場合、異常検出部３２は制御部３０に異常検出信号を送出することによって実行中の制御を中断させる。また、ブザーを鳴動させたり警告ランプを点灯させたりして、作業者に異常発生を通知し、迅速な対応を促す。【００３４】
以上述べた本実施形態の構成によれば、直動装置２を実際に運転し、そこで観測された供給電流のピークを基準に異常判定値を算出しているので、直動装置２の実際の駆動条件に応じた適切な異常判定値の算出が可能となり、ひいては異常検出の精度向上を図ることができる。【００３５】
また、各処理はユーザの手を煩わせることなく全て自動で実行されるため、異常判定値の設定簡易化および省力化を図ることができる。【００３６】
さらに、加速時、等速時、減速時それぞれに異なる異常判定値を採用したので、各駆動状態において異常検出の精度および信頼性が向上する。【００３７】
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。【００３８】
たとえば、上記実施形態では、加速時、等速時、減速時のそれぞれについて異なる異常判定値を採用したが、各駆動状態で供給電流の振幅にさほど差が無い場合には、単一の異常判定値を用いたり、加速時と減速時の異常判定値を共通にしたりしてもよい。また逆に、駆動状態をより細かく分類して、３つよりも多い異常判定値を採用することも好ましい。【００３９】
また、異常判定値の算出方法としては、上記実施形態のようなピーク値を定数倍する方法に限らず、たとえば、ピーク値に定数を加算したり、所定の関数やテーブルを用いてピーク値を変換したりする方法でもよい。【００４０】
モータ制御装置に複数の制御プログラムを設定できる場合には、制御プログラムごとに異常判定値を設定できるようにすることが好ましい。これにより、実行する制御プログラム（駆動条件）に応じて異常判定値を適切な値に変更することが可能となる。【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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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】異常判定値設定処理の流れを示すフローチャート。
【図４】供給電流の波形の一例を示す図。
【図５】加速時におけるピーク値、その平均値、および、異常判定値を示す図。
【図６】異常検出処理を説明するための図。
【符号の説明】
【００４５】
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  異常判定値設定部
３２  異常検出部
【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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【国際調査報告】
2006001480.tif 000008
2006001480.tif 000009
2006001480.tif 000010
2006001480.tif 000011