(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御部と、サーボモータを制御するためのサーボアンプ部を有し、前記制御部と前記サーボアンプ部の間を通信手段で接続すると共に、前記サーボモータの位置、速度、または電流の内少なくとも１つの情報を処理するサーボ制御用プロセッサを前記制御部に備えた制御装置において、
前記通信手段につながるユニットに外部アナログ信号入力ポートを設け、前記位置、速度、または電流を処理する周期以下の短い周期で該アナログ信号の入力をアナログ／デジタル変換手段でデジタルデータに変換し、前記サーボ制御用プロセッサに送出可能としたことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記ユニットはサーボアンプ部であり、前記アナログ／デジタル変換手段は、電流検出器で検出されたサーボアンプ部に設けられたサーボモータに流れる電流をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段を用いる請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
サーボ制御用プロセッサが受けた前記アナログ信号をデジタル変換したデータとサーボ制御用プロセッサが取り扱う各種データを組み合わせて保守情報として提供することを可能とした請求項１又は請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記保守情報を前記制御部の表示手段にグラフ表示することを可能とした請求項３記載の制御装置。
【請求項５】
前記保守情報として制御部が機械を制御するためのデジタル入力、デジタル出力信号をも組み合わせ表示する請求項４記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部にグラフ表示をするトリガ条件を設定可能にし、設定されたトリガ条件が満たされるとグラフ表示を行う請求項４または請求項５記載の制御装置。
【請求項７】
前記保守情報をインターネットに出力することによって、離れた場所に設置されたインターネット端末上に表示する請求項３乃至５の内１項記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御装置やロボット制御装置等の駆動源としてのサーボモータを制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数値制御装置やロボット制御装置等のサーボモータで駆動される機械を制御する制御装置において、制御装置及び機械の保守・調整時など、制御装置や機械の電気部品、電気部材、電気素子等の各部に流れる電流、電圧等のアナログ信号の時間的変化を調べ解析したい場合がある。このような場合、通常オシロスコープを使用して調べ解析している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、制御装置や機械の各種電気部材のアナログ情報を調べ、解析するにはオシロスコープを用意しなければ、任意のアナログ信号の時間的な変化を観測することができなかった。しかし、オシロスコープは比較的高価な装置であり、サービス担当者等が常時携帯することは困難であった。
そこで、本発明の課題は、オシロスコープを用意しなくても、装置や機械の状態を解析するデータを得ることのできる制御装置を提供することにある。
さらに、本発明は、制御装置が有する表示器を利用して任意のアナログ信号の時間的変化を観測できる制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
制御部と、サーボモータを制御するためのサーボアンプ部を有し、制御部とサーボアンプ部の間を通信手段で接続すると共に、サーボモータの位置、速度、または電流の内少なくとも１つの情報を処理するサーボ制御用プロセッサを制御部に備えた制御装置において、本願請求項１に係わる発明は、前記通信手段につながるユニットに外部アナログ信号入力ポートを設け、前記位置、速度、または電流を処理する周期以下の短い周期で該アナログ信号の入力をアナログ／デジタル変換手段でデジタルデータに変換し、サーボ制御用プロセッサに送出可能とした。
【０００５】
請求項２に係わる発明は、さらに前記ユニットをサーボアンプ部とし、サーボアンプ部に設けられたサーボモータに流れる電流をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段を外部アナログ信号入力ポートから入力されるアナログ信号のデジタル信号に変換する手段として利用する。
【０００６】
請求項３に係わる発明は、さらに、サーボ制御用プロセッサが受けた前記アナログ信号をデジタル変換したデータとサーボ制御用プロセッサが取り扱う各種データを組み合わせて保守情報として提供するようにした。
請求項４に係わる発明は、さらに、前記保守情報を前記制御部の表示手段にグラフ表示する。
請求項５に係わる発明は、前記保守情報として制御部が機械を制御するためのデジタル入力、デジタル出力信号をも組み合わせ、これらの情報も表示するようにした。
又、請求項６に係わる発明は、前記保守情報の表示のトリガ条件を設定可能とし、制御装置の表示手段によりオシロスコープの機能を提供するようにした。
さらに、請求項７に係わる発明は、前記保守情報をインターネットに出力することによって、離れた場所に設置されたインターネット端末上に前記情報をグラフ表示できるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の制御装置の一実施形態の要部ブロック図である。この実施形態では、制御部１０のユニットとサーボアンプ部２０のユニットが通信線Ｌで接続されている。制御部１０には、メインプロセッサ１１、サーボ制御用プロセッサ（デジタルシグナルプロセッサ）１２、メインプロセッサ１１及びサーボ制御用プロセッサ１２が共にアクセスできる共有メモリ１３，グラフィック制御回路１４等がバス１５で接続されている。又、グラフィック制御回路１４には表示器が接続され、サーボ制御用プロセッサ１２には、高速シリアルバスで構成された通信線Ｌを介してサーボアンプ部２０の通信用ＬＳＩに接続されている。なお、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、機械の各種アクチュエータやセンサに接続される入出力インタフェース等もバス１５に接続されているが、図１では省略している。この制御部の構成は、従来のモータを制御するＣＮＣやロボット制御装置の構成と同一である。
【０００８】
サーボアンプ部２０には、サーボモータ３０に駆動電力を供給するインバータ（図示せず）等のアンプ、通信線Ｌに接続された通信用ＬＳＩ２１、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２２、サーボモータ３０の駆動電流を検出する電流検出器３２ａ、３２ｂで検出されたアナログ信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、このサンプルホールド回路２５ａ、２５ｂとＡ／Ｄ変換器２２を選択的に接続するアナログスイッチ２４ａ、２４ｂ、これらサンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、アナログスイッチ２４ａ、２４ｂの動作タイミングを制御するタイミングパルスを生成するタイミング生成回路２３を備えている。又、通信用ＬＳＩ２１は、サーボモータ３０に取り付けられた該サーボモータの位置・速度を検出する位置速度検出器３１と接続され、位置速度検出器３１の出力は通信用ＬＳＩ２１及び通信線Ｌを介して制御部１０のサーボ制御用プロセッサにフィードバックされている。
【０００９】
以上のサーボアンプ部２０の構成は従来と同一であるが、本発明は、さらに、汎用のアナログ入力用のインターフェース回路として、サンプルホールド回路２５ｃとアナログスイッチ２４ｃが追加され、サンプルホールド回路２５ｃには、この制御装置や機械の各種電気機器、電気部材等の被測定回路３３の電流、電圧等のアナログ信号を測定するプローブ３４接続されている。なお、図１においては、１軸のサーボモータのみを示しているが、制御部１０が制御する軸数に応じてサーボアンプ部２０、サーボモータ３０等は増加するものである。
【００１０】
上述したような構成において、制御部１０のメインプロセッサ１１は、図示しないＲＡＭ等のメモリに記憶された機械を制御するプログラムに基づいて、各軸への移動指令を出力し、サーボ制御用プロセッサ１２は、この移動指令と位置速度検出器３１から、通信用ＬＳＩ２１、通信線Ｌを介して送られてくるサーボモータ３０の位置、速度フィードバック信号、さらに、電流検出器３２ａ、３２ｂで検出され、サンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、アナログスイッチ２４ａ、２４ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２，通信用ＬＳＩ、通信線Ｌを介して送られてくる電流フィードバック信号に基づいて（なお、電流フィードバック信号は、２相分しかフィードバックされないが他の１相は計算によって求められる）、位置、速度、トルク（電流）の少なくとも１つのフィードバック制御を行い、駆動制御信号を通信線Ｌを介してサーボアンプ部２０の通信用ＬＳＩ２１に送り、インバータ等のアンプを駆動しサーボモータ３０を駆動制御する。
【００１１】
上述した動作は、従来の動作と同一である。この従来の動作において、電流検出器３２ａ、３２ｂで検出され、サンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、アナログスイッチ２４ａ、２４ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２，通信用ＬＳＩ２１、通信線Ｌに電流フィードバック信号を送出する動作は、サーボ制御用プロセッサ１１が実行する電流処理の周期の最初の部分で実行される。この最初の期間以外は、Ａ／Ｄ変換器２２は遊んでいる期間である。
そこで、本発明はこの遊んでいる空き時間を利用して、被測定回路３３から測定される汎用アナログ信号をＡ／Ｄ変換し制御部１０に送信し、測定データを制御部で収集できるようにしたものである。そして、このデータを制御部１０が有する表示器１６に表示できるようにしたものである。
【００１２】
図２は、この図２に示す実施形態において、電流制御周期毎に実行される電流フィードバックと、被測定回路３３から測定された汎用アナログ信号の送受信動作の説明図である。
電流制御周期と同期してタイミング生成回路２３から、サンプルホールド信号がサンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃに出力され、電流検出器３５ａ、３５ｂ及びプローブ３４で検出されたアナログ信号をサンプルホールドする。図２においては、その後、タイミング生成回路２３は順次アナログスイッチ２４ａ、２４ｂ、２４ｃをオンとし、サンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃを順次選択しＡ／Ｄ変換器２２に接続する。そして、Ａ／Ｄ変換器２２は、検出電流値、被測定回路３３で測定されたアナログ信号をデジタル信号に順次変換し、通信用ＬＳＩ２１、通信線Ｌを介してサーボ制御用プロセッサ１１に送信する。なお、この実施形態においては、サーボモータ３０のＲ相、Ｓ相の電流値が検出されサンプルホールド回路２５ａ、２５ｂ、アナログスイッチ２４ａ、２４ｂを介してＡ／Ｄ変換器２２に送られるようになっている。又、プローブ３４で検出された被測定回路３３のアナログ信号はサンプルホールド回路２５ｃ、アナログスイッチ２４ｃを介してＡ／Ｄ変換器２２に送られるようになっている。
【００１３】
サーボ制御用プロセッサ１１は、受信した電流データに基づいて従来と同様に電流フィードバック制御を行う。又、受信した汎用アナログ信号データ（プローブで検出された被測定回路で測定されたアナログ信号のデジタル化されたデータ）は、一旦内部ＲＡＭに格納する。さらに、このとき、サーボ制御用プロセッサ１１が、該プロセッサ１１で処理し、取り扱っている位置、速度、トルク（電流）等の各種データの内部情報をこの汎用アナログ信号データと共に対応させて格納する。そして、これのデータはメインプロセッサ１１とサーボ制御用プロセッサ１２のデータ交換の周期毎（このデータ交換周期は、例えば、電流処理周期の６４周期を１周期とし長い）に共有メモリ１３に格納される。なお、受信した汎用アナログ信号データや位置、速度、トルク等の取り扱いデータを一旦内部ＲＡＭに格納することなく直接共有メモリ１３に格納するようにしてもよい。
【００１４】
図５は、この共有メモリ１３に設けたデータ記憶テーブルＴの記憶原理を示す説明図である。汎用アナログ信号データと、このデータを受信したときの位置、速度、トルク等のサーボ制御用プロセッサ１２の取り扱いデータは、対応させて記憶される。さらに、メインプロセッサ１１は、入出力回路（図示せず）を介して得られる機械を制御するためのデジタル入力、デジタル出力の情報をもこのテーブルＴに書き込み、このテーブルＴによって制御装置全体の状態を把握できデータを得るようにする。
【００１５】
そして、制御装置の入力手段（図示せず）より測定データの表示指令を入力すると、メインプロセッサ１１は、共有メモリ１３に記憶された被測定回路３３から測定されたデータ、即ち、被測定回路３３よりプローブ３４で測定され、電流周期毎にサンプリングされデジタル化されたアナログ信号データを読み取り、グラフ化して画像情報として、グラフィック制御回路１４に渡す。グラフィック制御回路１４はこの渡された画像情報に基づいて、ＬＣＤ又はＣＲＴ等で構成される表示器１６にこのグラフを表示する。
【００１６】
制御装置において、電流制御周期が一番短い。そのため、この電流制御周期毎に被測定回路３３よりプローブ３４で測定されるアナログ信号をサンプルホールドしてデジタルデータにすれば、短い時間間隔で測定したデータが得られ、精度の高い測定データが得られる。そのため、この測定アナログ信号データをグラフ化して表示器１６で表示すれば、精度の高い測定データの時間的変化等を観察することができ、オシロスコープで観察するのと同様の効果が得られる。
【００１７】
さらに、上述したように、共有メモリ１３には、測定したアナログ信号データ以外にサーボ制御用プロセッサ１２が取り扱う位置、速度、トルク（電流）等の各種データが内部情報として記憶されている。又、メインプロセッサ１１が機械を制御するデジタル入力、デジタル出力の情報も内部情報として記憶されている。そこで、測定アナログ信号データと共にこの記憶されている位置、速度、トルク（電流）等の各種データ、デジタル入力、デジタル出力の情報の内部情報も同時にグラフ化してグラフィック制御回路１４に渡し、表示器１６に同時に表示させれることにより、１画面で制御装置及び機械の状態を観察することができる。そのため、測定アナログ信号データからノイズが発生していることが把握されたとき、そのノイズが発生しているときのサーボモータの位置や速度を同時に観察することができるので、オシロスコープでこれらの信号を観察するときと同じ効果、若しくはそれ以上の効果を得ることができる。また、表示されるデータの種類を指定選択できるようにして、必要なデータのみを表示させるようにしてもよい。
【００１８】
また、上述した実施形態では、測定アナログ信号データ等を共有メモリ１３に設けたテーブルＴに循環的に格納することによって常時格納記憶するようにした。しかし、測定アナログ信号データが必要なときのみ、測定指令を出して、測定するようにしてもよく、若しくは、測定データの値が予め設定した値以上になったとき、サーボ制御用プロセッサ１２が取り扱う位置、速度、トルク等の各種データやデジタル入力、デジタル出力等の内部情報の内指定したデータが、設定値を越えたとき、設定領域を逸脱したとき等、測定アナログ信号データや内部情報が設定条件を満たしたときこれらのデータを取得し記憶するようにしてもよい。即ち、データ採取のトリガ条件を予め制御装置に設定しておき、メインプロセッサ１１若しくはサーボ制御用プロセッサ１２は、この設定されたトリガ条件が満足しているか否かを監視し、設定トリガ条件が満足すると、被測定回路３３からの測定データ及び上述した内部情報を共有メモリ１３に所定量（１回の表示分）格納し、表示器１６でグラフ表示するようにしてもよい。さらに、共有メモリ１３への測定データの格納、内部情報の格納は循環して常時行い、かつ設定トリガ条件が満たされたとき、このときから以後の記憶データ、又は前後の記憶データ（測定アナログ信号データ、内部情報データ）をグラフ化し表示器１６に表示するようにしてもよい。
【００１９】
どちらにしても、汎用アナログ入力された測定アナログ信号データの時間的変化をオシロスコープを用いることなく、制御装置の表示器画面でオシロスコープと同様のグラフで確認することができる。そして、必要な内部情報の時間的変化のグラフも重ねて表示することにより信号変化の因果関係を容易に検証することができる。
【００２０】
また、上述したように、共有メモリ１３には、汎用アナログ入力された測定アナログ信号データの時系列データ及び機械の状態を表す内部情報の時系列データが記憶されるので、解析プログラムをメインプロセッサ１１若しくはサーボ制御用プロセッサ１１に実行させることによって、データに基づいて機械の状態を自動的に解析させることができる。予め解析プログラムを格納しておき、解析指令を与えることにより、若しくは、機械が非常停止したとき、上述したトリガ条件が満たされたとき等、解析開始するタイミングを任意に入力することによって、または、決められた条件のとき自動的に上記記憶データと解析プログラムに基づいて機械の状態を解析することができる。
【００２１】
上述した実施形態は、サーボアンプ内の検出電流、電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２の動作空き時間を利用して汎用アナログ入力信号を電流制御周期毎Ａ／Ｄ変換し測定アナログ信号データを得るものであった。そのため、得られるデータは電流制御周期分時間的に離れた離散データである。そこで、さらに精度のよい測定アナログ信号データを得るために、電流制御周期をさらに分割したサンプリング周期で測定アナログ信号データを得るようにした第２の実施形態を図３、図４に示す。この第２の実施形態では、さらに、インターネットを介して接続された別のネットワーク上のパーソナルコンピュータに出力しグラフ表示をする例を示している。
【００２２】
図１に示す第１の実施形態と同等な要素は同一符号を付している。制御部１０において、図１に示す第１の実施形態と相違する点は、グラフィック制御回路１４の代わりにネットワークインターフェイス１７がバス１５に接続されている点である。なお、第１の実施形態と同様にこの第２実施形態においても、グラフィック制御回路１４もさらにバス１５に接続し、表示器１６をこのグラフィック制御回路１４に接続してもよいことはもちろんである。
【００２３】
ネットワークインターフェイス１７はインターネット５０等を介して別のネットワーク上のパーソナルコンピュータ５１と接続可能とし、このパーソナルコンピュータ５１の表示器に上述したグラフを表示できるようにしている。
サーボアンプ部２０は、従来のサーボアンプ部と同一であり差異はない。即ち、第１の実施形態では、汎用のアナログ入力用のインターフェース回路として、サンプルホールド回路２５ｃとアナログスイッチ２４ｃが従来のサーボアンプ部に追加されていたが、この第２実施形態では、従来のサーボアンプ部に汎用のアナログ入力用のインターフェース回路を追加する代わりに、別に汎用のアナログ入力用のインターフェース回路ユニット４０を設け、高速シリアルバスの通信線Ｌでサーボアンプ部２０の通信用ＬＳＩ２１と接続するものである。即ちデイジーチェイン方式で接続するものである。なお、各サーボアンプ部間もデイジーチェイン方式で接続されている。
【００２４】
サーボアンプ部２０はの第１の実施形態との相違点としては、電流検出器３２ａ、３２ｂに接続されるサンプルホールド回路２５ａ，２５ｂの２つの回路のみとなっている点。及びこのサンプルホールド回路２５ａ，２５ｂをＡ／Ｄ変換器２２に接続するアナログスイッチ２４ａ、２４ｂが２つになっている点で相違するのみである。
【００２５】
追加した汎用のアナログ入力用のインターフェース回路ユニット４０は、通信用ＬＳＩ４１、Ａ／Ｄ変換器４２、タイミング生成回路４３、サンプルホールド回路４４で構成され、通信用ＬＳＩ４１はサーボアンプ部２１の通信用ＬＳＩ２１に通信線Ｌで接続されている。サンプルホールド回路４４は被測定回路３３に流れる電流や電圧等のアナログ信号を測定するプローブ３４が接続されている。
【００２６】
図４は、この第２の実施形態における測定アナログ信号のデジタル化及び送受のタイミングを示す図である。タイミング生成回路４３は、この第２実施形態では電流制御周期と同期し、電流制御周期を４分割して、電流制御周期内に４回のサンプルホールド信号を図４に示すように出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、電流制御周期内に４回Ａ／Ｄ変換し通信用ＬＳＩ４１、通信線Ｌ、サーボアンプ部２０の通信用ＬＳＩ２１、通信線Ｌを介して測定アナログ信号データをサーボ制御用プロセッサ１２に送る。サーボ制御用プロセッサ１２の処理は、前述した第１の実施形態と同一であり、測定アナログ信号データと共にサーボ制御用プロセッサ１２が取りと扱う位置、速度、トルク等の内部情報が共有メモリ１３のテーブルＴに格納される。また、メインプロセッサ１１によりデジタル入力、デジタル出力信号データも前述同様に共有メモリ１３のテーブルＴに格納され、図５に示すようなテーブルＴが作成されることになる。このテーブルＴを作成するタイミング、トリガ条件等も先に示した第１の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２７】
こうして、共有メモリ１３のテーブルＴに格納されたデータは、インターネット５０を経由して別のネットワーク上のパーソナルコンピュータ５１から呼び出しグラフ表示されることができる。そのため、遠く離れた場所から現場のオペレータに機械、装置の測定個所を明示し、プローブ３４で該測定個所（被測定回路３３）のアナログ信号を測定できる状態にして、データを収集し、離れた場所のパーソナルコンピュータ５１の表示器に、測定データ及び内部情報の時間的変化を示すグラフを表示させることができる。
【００２８】
この第２の実施形態の場合、電流制御周期をさらに分割し、測定データを電流制御周期よりも短いサンプリング周期で収集するものであるから、時間的分解能が高いデータを得ることができる。
オシロスコープの場合、時間レンジ、電圧レンジ、トリガ条件などの設定が必要であり、これらの設定は、訓練を受けた技術者しか操作できなかったが、本発明においては、測定個所が分かれば誰でも容易に測定し、測定個所の電流、電圧等のアナログ信号の時間的変化をグラフ表示させることができるものである。
【００２９】
上述した各実施形態では、サーボ制御用プロセッサを制御部１０に設けた例を示したが、このサーボ制御用プロセッサをサーボアンプ部２０側に設け、制御部１０のメインプロセッサ１１とサーボアンプ部のサーボ制御用プロセッサを高速シリアルバスの信号線で接続するようにしてもよい。
又、上述した実施形態では、機械や装置の電気部材等を被測定回路として、電気アナログ信号の測定に本発明を利用するものであったが、電気信号以外の機械の各種状態を検出しそれを電気信号に変換して、本発明において設けたアナログ信号入力ポートに接続するようにして、電気信号以外の信号をも測定できるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、電流制御周期以下の短い周期でデータの収集を行うことができるから、制御装置や機械の保守作業、設置、調整、調査等の際、常にオシロスコープを携帯する必要がなく、これの作業が容易に実施できる。更には、上記作業をネットワークを通じて、遠隔地で行うことが可能であるから、設置、調整、保守等のためにサービス員が出張する必要がなくなり、経済的にシステムを援用することができる。又、測定アナログ信号データ及びサーボモータ（該モータで駆動される機械可動部）の位置、速度、トルク等の内部情報が記憶されるので、これらデータに基づいて、自動的に機械、装置の動作状態を解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の要部ブロック図である。
【図２】同第１の実施形態における測定アナログ信号データの取得のタイミングを説明する説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の要部ブロック図である。
【図４】同第２の実施形態における測定アナログ信号データの取得のタイミングを説明する説明図である。
【図５】測定アナログ信号データ、内部情報データを記憶するテーブルの説明図である。
【符号の説明】
１０  制御部
２０  サーボアンプ部
３０  サーボモータ
３１  位置・速度検出器
２４  アナログスイッチ
２５  サンプルホールド回路
３３  被測定回路
３４  プローブ
４０  汎用のアナログ入力用のインターフェース回路ユニット
５１  パーソナルコンピュータ
【図１】
0003772052.tif 000002
【図２】
0003772052.tif 000003
【図３】
0003772052.tif 000004
【図４】
0003772052.tif 000005
【図５】
0003772052.tif 000006