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JP7640691B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置に関する。
機械の位置決めをする際、突き当てという方法が用いられている。突き当てとは、基準となる部材を配置し、位置決めしたい部材を移動して、基準となる部材に接触したときに停止させることで、部材の位置決めをする方法である。
特許文献1は、『可動部を駆動する可変速モータと、可変速モータの回転を制御する制御機構と、を備えた工作機械において、可動部が所定位置まで達したとき当接するストッパーと、可動部がストッパーに当接したとき可変速モータに流れる過大電流を検出して位置信号を発する検出手段と、この検出手段からの信号に基づいて所定位置を記憶し、可動部が所定位置まで達したとき前記記憶に基づいて制御機構に停止信号を発して可変速モータを停止させる位置レジスタと、を設ける』と記載されている。
特開昭58-124907号公報
特許文献1の位置決め装置では、可変速モータの過電流をもとにストッパーへの到達を検出する。しかしながら、モータのトルクは、環境によって変化する。例えば、特許文献1のように、ねじ送り機構でテーブルを移動する場合、温度が低くなると潤滑剤の粘度が上昇することでねじ送り機構の摩擦係数は上昇する。この結果、ストッパ当接前の負荷トルクから過大電流が誤検出されるおそれがある。一方、温度が高くなると潤滑剤の粘度は低下するためねじ送り機構の摩擦係数は低下する。このため、過大電流であることを判定する閾値をいたずらに高く設定することは好ましくない。
また、液圧システムも作動流体の温度よってシリンダの負荷圧力が変化する。作動流体の温度が低いときは粘度が高いため、負荷圧力は高くなる。作動流体の温度が高いときは粘度が低いため、負荷圧力は低くなる。このため、負荷圧力の上昇でもってストッパ当接を判定する場合、作動流体の温度が低いときはストッパ当接前の負荷圧力の上昇をストッパ当接と誤判定するおそれがある。一方、作動流体の温度が高いときのことを考えると、ストッパ当接を判定する負荷圧力をいたずらに高く設定することは好ましくない。
制御装置の分野においては、環境温度の変化に適応した突き当て検出が望まれている。
本開示の一態様である制御装置は、機械の基準となる部材に位置決めしたい部材を突き当てて位置決めをする制御装置であって、推力を発生するアクチュエータと、アクチュエータの推力を検出する推力検出部と、温度を取得する温度取得部と、温度に対し単調減少する閾値を算出する閾値算出部と、アクチュエータの推力と閾値とを比較し、推力が閾値を超えたときにアクチュエータの推力により駆動される部材の突き当てを検出する突き当て検出部と、を備える。
本開示の一態様である制御装置は、機械の基準となる部材に位置決めしたい部材を突き当てて位置決めをする制御装置であって、推力を発生するアクチュエータと、温度を取得する温度取得部と、温度に対し単調減少する推力制限値を算出する推力制限値算出部と、推力制限値を上限としてアクチュエータの推力を制限する推力制限部と、アクチュエータの推力により駆動される部材の速度を検出する速度検出部と、部材が停止したときに突き当てを検出する突き当て検出部と、を備える。
本発明の一態様により、環境温度の変化に対応して突き当てを検出できる。
第1の開示の制御装置のブロック図である。 閾値と検出温度の関係を示すグラフである。 閾値と検出温度の関係を示すグラフである。 第1の開示の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 第2の開示の制御装置のブロック図である。 推力制限値と検出温度との関係を示すグラフである。 推力制限値と検出温度との関係を示すグラフである。 第2の開示の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 本開示の突き当て検出を射出成形機に適用した例を説明する図である。 本開示の突き当て検出を研削盤に適用した例を説明する図である。 制御装置のハードウェア構成を説明する図である。
[第1の開示]
図を参照して第1の開示の制御装置100について説明する。
制御装置100は機械と接続又は機械と一体化しており、機械を制御するアクチュエータの一種であるサーボモータを備えている。制御対象となる機械には、例えば、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、研削盤、マシニングセンタ、放電加工機、射出成形機などがあるがこれに限定されない。
本開示の制御装置100は、アクチュエータを制御する。制御装置の制御対象は、アクチュエータを備えた機械である。アクチュエータには、電気を動力源とするサーボモータ、ステッピングモータ、リニアモータ、油圧を動力源とする油圧シリンダ、油圧モータ、高圧空気によって動作する空気圧シリンダ、空気圧モータなどがあるがこれに限定されない。
図1は、テーブル20の突き当てを検出する制御装置100のブロック図である。制御装置100は、速度指令発生部10、速度検出部11、速度制御部12、推力制御部13、アクチュエータ14、推力(電流)検出部15、突き当て検出部16、温度取得部17、温度監視部18、閾値算出部19を備える。
速度指令発生部10は、テーブル20の速度指令信号を出力する。速度検出部11は、テーブル20の速度を検出する。速度制御部12は、テーブル20の速度が速度指令に追従するように推力制御部13に推力指令を出力する。推力制御部13は、アクチュエータの推力を推力指令に追従させる。例えば、アクチュエータ14がサーボモータであれば、推力制御部13はアクチュエータ14へ電流を供給する。アクチュエータ14は、ねじ送り機構を駆動する。ねじ送り機構の推力によりテーブル20が所定の速度で移動する。
突き当て検出において、制御装置100は、テーブル20をストッパ21の方向に移動させる。テーブル20がストッパ21に当たると、テーブル20が停止する。テーブル20が停止するとアクチュエータ14の推力(電流)が上昇する。推力(電流)検出部15は、推力の上昇を検出する。突き当て検出部16は、上昇した推力と閾値とを比較し、アクチュエータ14の推力が閾値を超えると、速度指令発生部10に信号を出力し、テーブル20を停止させる。これにより突き当てが終了する。
温度取得部17は、機械自体や機械の外部の温度センサから検出温度Tを取得する。本開示では、予め機械に備えられた温度センサを用いて検出温度Tを取得するため、新たな温度センサを設ける必要はない。突き当て検出のために新たな温度センサを設けてもよい。
既存の温度センサには、以下のようなものがある。
(1)工場の温度計。精密機械や食品を扱う工場では、温度計が取り付けられている。また、作業員の安全や健康を維持するため、温度計が取り付けられている場合もある。温度取得部17は、機械の外部に設けられた既存の温度計から検出温度Tを取得する。
(2)射出成形機の加熱筒。射出成形機の加熱筒には温度センサが設けられている。射出成形機の加熱筒は、プラスチック素材に熱を加えて溶かすため、加工中は高温であるが、射出成形機の起動時には、加熱されていないので、検出温度Tが環境温度と同等であることを期待できる。これは、射出成形機以外のプラスチック加工機械においても同様である。
(3)油圧システムの油温計。作動油の過熱を監視するため、温度センサを備えることが一般的である。
(4)制御盤の温度センサ。制御盤の中には多くの機器が入っている。高温による誤作動や機器の劣化などを防止するため、制御盤には温度センサが取り付けられていることがある。検出温度Tは機械の稼働にともなって高温になるが、機械の起動時には環境温度と同等であることが期待できる。
(5)サーボモータの温度センサ。サーボモータは、絶縁階級で定められた許容最高温度を超えないよう温度を監視するため、温度センサを備えることが一般的である。検出温度Tは機械の稼働にともなって高温になるが、機械の起動時には環境温度と同等であることが期待できる。なお、サーボモータ以外の電動モータであっても、温度センサを備えることがある。
温度取得部17は、制御装置自体や制御装置の外部からカレンダー情報を得て、カレンダー情報と予め対応付けられた温度を検出温度Tとして取得してもよい。ここでカレンダー情報とは日付あるいは時刻を指す。例えば、夏季であることをもって、相対的に高く対応付けられた温度を検出温度Tとし、冬季であることをもって、相対的に低く対応付けられた温度を検出温度Tとする。例えば、昼間であることもって、相対的に高く対応付けられた温度を検出温度Tとし、夜間であることをもって、相対的に低く対応付けられた温度を検出温度Tとする。
前記カレンダー情報と温度との対応付けにあっては、日付から夏季あるいは冬季の2値を判定して、それぞれに対応付けておいた温度を検出温度Tとして取得してもよいし、夏季から冬季にいたる日付変化に複数の階級を設け、階級ごとに対応付けておいた温度を検出温度Tとして取得してもよい。同様に時刻から昼間あるいは夜間の2値を判定して、それぞれに対応付けておいた温度を検出温度Tとして取得してもよいし、昼間から夜間にいたる時刻変化に複数の階級を設け、階級ごとに対応付けておいた温度を検出温度Tとして取得してもよい。
本開示において検出温度Tは推力の閾値または制限値を算出するための値である。したがって前記カレンダー情報と温度との対応付けにあっては、温度は単なる媒介変数にすぎない。したがって前記カレンダー情報から温度を推定し、推力の閾値あるいは後述する推力制限値を算出する態様も本開示に含まれる。
温度監視部18は、温度取得部17が取得した温度を監視する。
閾値算出部19は、温度取得部17が取得した検出温度Tを基に、突き当て検出の閾値を算出する。図2及び図3のグラフは閾値と温度との関係を示す。閾値を算出する式は、温度に対して閾値が単調減少すればよく、図2及び図3の例に限定されるわけではない。
このグラフでの検出温度Tは絶対温度である。検出温度Tを絶対温度としたのは符号の変化を考慮する必要がないためである。検出温度Tは、必ずしも絶対温度でなくてもよい。
図2は、傾きが負の一次式の一例である。点線で示したグラフの式は、a(T-T)+ITH(ここで、T:基準温度[K](293K程度)、a:温度変化に対する感度を調整するパラメータ、ITH:基準温度における閾値)である。
図3は、反比例の式の一例である。点線で示したグラフの式は、[(T-a)/(T-a)]×ITH(ここで、T:基準温度[K](293K程度)、a:温度変化に対する感度を調整するパラメータ、ITH:基準温度における閾値)である。
なお、図2及び図3の例では、閾値に、上限値IHLと下限値ILLが設けられている。図2及び図3に実線で示したグラフは、算出された値を上限値IHLと下限値ILLで制限した場合の出力である。上限値IHLは寒い日を想定した場合の閾値であり、下限値ILLは暑い日を想定した場合の閾値である。
以下、図4を参照して第1の開示の制御装置100の動作を説明する。
オペレータが機械を起動すると(ステップS1)、温度取得部17は起動時の検出温度Tを取得する(ステップS2)。閾値算出部19は、検出温度Tを基に、突き当てを検出するための推力の閾値を算出する(ステップS3)。推力の閾値は、検出温度Tに対して単調減少である。
オペレータが突き当て検出の開始を指示すると(ステップS4)、テーブル20がストッパ21の方向に移動する(ステップS5)。テーブル20がストッパ21に到達すると(ステップS6)、テーブル20が停止し(ステップS7)、アクチュエータ14の推力が上昇する(ステップS8)。
突き当て検出部16は、閾値算出部19が算出した閾値と、推力(電流)検出部15が検出した推力とを比較し、推力が閾値を超えたとき(ステップS9)、テーブル20がストッパ21に到達したこと(突き当て)を検出する(ステップS10)。
第1の開示の制御装置100では、低温時には、閾値を高くする。低温時には、潤滑剤の粘度が高くなり、テーブル20を移動するために比較的高い推力が必要となる。第1の開示では、低温時の閾値を高くすることにより、低温時のテーブル移動に必要な推力を「突き当て」と誤検出することを防止する。
第1の開示の制御装置100は、高温時には、閾値を低くする。閾値が高いと、推力が閾値に達するまでストッパ21に推力が働く。第1の開示では、高温時の閾値を低くすることで、ストッパ21に必要以上の接触力をかけない。
本開示の制御装置100では、閾値の調節だけではなく速度制御も行う。速度に制御あるいは制限をかけることなしに「突き当て」をすると、テーブル20がストッパ21に接触する際の速度が過大になるおそれがある。本開示の制御装置では、テーブル20の速度を制御し、テーブル20とストッパ21との衝突を防止する。
なお、上記フローチャートでは、機械を起動したときに検出温度Tを取得したが、処理の順序はこの限りではない。機械の稼働後も環境温度に一致する検出温度Tが取得できる場合には、突き当ての検出開始の指示の後に、検出温度を取得してもよいし、閾値を算出してもよい。
[第2の開示]
次いで、第2の開示の制御装置100について説明する。
図5は、第2の開示の制御装置100のブロック図である。第2の開示の制御装置100は、速度指令発生部10、速度検出部11、速度制御部12、推力制御部13、アクチュエータ14、推力(電流)検出部15、温度取得部17、温度監視部18、突き当て検出部22、推力制限値算出部23、推力制限部24を備える。
速度指令発生部10は、テーブル20の速度指令信号を出力する。速度検出部11は、テーブル20の速度を検出する。速度制御部12は、テーブル20の速度が速度指令に追従するように推力制御部13に推力指令を出力する。推力制御部13は、アクチュエータの推力を推力指令に追従させる。例えばアクチュエータ14がサーボモータであれば、推力制御部13はアクチュエータ14へ電流を供給する。アクチュエータ14はねじ送り機構を駆動させる。アクチュエータ14の推力によりテーブル20が所定の速度で移動する。
温度取得部17は、機械の内部や外部に設けられる温度センサから検出温度Tを取得する。温度監視部18は、温度取得部17が取得した温度を監視し、機械が過熱しないように温度制御を行う。温度制御の方法は機械の種類によって異なる。
第2の開示の制御装置100の速度指令発生部10、速度検出部11、速度制御部12、推力制御部13、アクチュエータ14、推力(電流)検出部15、温度取得部17、温度監視部18の機能は、第1の開示と同じであるため、同じ符号を付す。
推力(電流)検出部15は、推力制限値を算出する。推力制限値は、機械の部材を移動させる推力の制限値である。推力制限部24は、テーブル20の推力を推力制限値以下に抑えるよう制御する。
図6及び図7のグラフは推力制限値と温度との関係を示す。推力制限値を算出する式は、温度に対して推力制限値が単調減少すればよく、図6及び図7の例に限定されるわけではない。
図6は、傾きが負の一次式の一例である。点線で示したグラフの式は、a(T-T)+JTH(ここで、T:基準温度[K](293K程度)、a:温度変化に対する感度を調整するパラメータ、JTH:基準温度における推力制限値)である。
図7は、反比例の式の一例である。点線で示したグラフの式は、[(T-a)/(T-a)]×JTH(ここで、T:基準温度[K](293K程度)、a:温度変化に対する感度を調整するパラメータ、JTH:基準温度における推力制限値)である。
なお、図6及び図7の例では、推力制限値に、上限値JHLと下限値JLLが設けられている。図6及び図7に実線で示したグラフは、算出された値を上限値JHLと下限値JLLとで制限した場合の出力である。上限値JHLは寒い日を想定した場合の推力制限値であり、下限値JLLは暑い日を想定した場合の推力制限値である。
突き当て検出部22は、速度検出部11からテーブル20の速度を取得する。突き当て検出部22は、速度を監視し、テーブル20が停止したことをもって、テーブル20の突き当てを検出する。突き当て検出部22は、例えば、速度検出部11から取得した速度が一定時間ゼロであった場合に、テーブル20が停止したものとみなす。
以下、図8を参照して第2の開示の制御装置100の動作を説明する。
オペレータが機械を起動すると(ステップS11)、温度取得部17は起動時の検出温度Tを取得する(ステップS12)。推力制限値算出部23は、検出温度Tを基に、テーブル20を移動するための推力制限値を算出する(ステップS13)。推力制限値は、検出温度Tに対して単調減少である。
オペレータが突き当て検出の開始を指示すると(ステップS14)、テーブル20がストッパ21の方向に移動する(ステップS15)。このとき、検出温度Tが高いほど推力制限値が低く、検出温度Tが低いほど推力制限値が高い。すなわち、検出温度Tが低いほど高い推力を出力することができる。
テーブル20がストッパ21に到達すると(ステップS16)、テーブル20が停止する(ステップS17)。突き当て検出部22は、テーブル20の速度がゼロになると(ステップS18)、突き当てを検出する(ステップS19)。
第2の開示の制御装置100は、温度に合わせて推力制限値を変更する。低温時には、推力制限値を高くし、高い推力を出力できるようにする。十分に高い推力が出力できれば、低温時に潤滑剤の粘度が高くとも、テーブル20が停止しない。ストッパ21に到達したときに、テーブル20が停止する。第2の開示の制御装置100では、テーブル20の推力を十分に高くし、推力不足によるテーブル20の停止を回避し、テーブル20の速度を基に突き当てを検出する。
第2の開示の制御装置100は、高温時に推力制限値を低くし、高温時の推力を制限する。テーブル20の推力を制限することにより、高温時におけるテーブル20とストッパ21との衝突を回避する。
なお、上記フローチャートでは、機械を起動したときに検出温度Tを取得したが、処理の順序はこの限りではない。機械の稼働後も環境温度に一致する検出温度Tが取得できる場合には、突き当て検出開始の指示の後に、検出温度を取得してもよいし、検出温度を取得しているのであれば、推力制限値を算出してもよい。
[突き当ての例]
図9及び図10を参照して第1の開示及び第2の開示とは異なる機械に本開示を適用した例を示す。
図9は、射出成形機の型締め機構30である。型締め機構30は、可動プラテン34と固定プラテン35を備える。可動プラテン34と固定プラテン35には、それぞれ可動金型31と固定金型32が取り付けられている。型締め機構30は、アクチュエータとしての型厚調整用モータ33を備える。型厚調整用モータ33が、可動金型31を前進させ、可動金型31を固定金型32に突き当てる動作が金型タッチである。
第1の開示を射出成形機の金型タッチに適用した場合、閾値算出部19は、検出温度Tを基に、突き当て検出部16の閾値を算出する。可動金型31は固定金型32の方向に移動し、可動金型31と固定金型32が接触すると、可動金型31の前進が停止する。可動金型31が停止すると、型厚調整用モータ33の推力(電流)が上昇する。突き当て検出部16は、上昇した推力の値と閾値とを比較し、型厚調整用モータ33の推力が所定の閾値を超えると、突き当てを検出する。
第2の開示を射出成形機の金型タッチに適用した場合、推力制限値算出部23は、検出温度Tを基に、推力制限値を算出する。制御装置100は、推力制限値以下に推力を制限しながら、可動金型31を固定金型32の方向に移動させる。可動金型31が固定金型32に接触すると、可動金型31が停止し、可動金型31の速度がゼロになる。突き当て検出部22は、可動金型31の停止から突き当てを検出する。
図10は、研削盤である。研削盤は砥石44でワーク45を研削する。ワーク45を載置するテーブル47には、ドレッサ46が取り付けられている。テーブル47は、図面左右に移動する。ドレッシングをする際、テーブル47を図面右方向に移動して、砥石44の下にドレッサ46を移動させる。砥石44を回転しドレッサ46で砥石を研磨する。ドレッサ46の位置決めには、突き当てを用いる。テーブル47をストッパ48の方向に移動し、テーブル47をストッパ48の位置まで移動させる。
第1の開示を研削盤の突き当てに適用した場合、閾値算出部19は、検出温度Tを基に、突き当て検出部16の閾値を算出する。テーブル47は、ストッパ48の方向に移動し、テーブル47とストッパ48が接触すると、テーブル47が停止する。テーブル47が停止すると、アクチュエータ14の推力(電流)が上昇する。突き当て検出部16は、上昇した推力の値と閾値とを比較し、アクチュエータ14の推力が閾値を超えるとテーブル47を停止させる。
第2の開示を研削盤の突き当てに適用した場合、推力制限値算出部23は、検出温度Tを基に、推力制限値を算出する。制御装置100は、推力を制限しながら、テーブル47をストッパ48の方向に移動させる。テーブル47がストッパ48に接触し、テーブル47が停止すると、テーブル47が停止し、テーブル47の速度がゼロになる。突き当て検出部22は、テーブル47の停止から突き当てを検出する。
図11を参照して、機械を制御する制御装置100のハードウェア構成の一例を説明する。制御装置100が備えるCPU111は、制御装置100を全体的に制御するプロセッサである。CPU111は、バスを介してROM112に加工されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って制御装置100の全体を制御する。RAM113には、一時的な計算データや表示データ、入力部71を介してユーザが入力した各種データ等が一時的に格納される。
表示部70は、制御装置100に付属のモニタなどである。表示部70は、制御装置100の操作画面や設定画面などを表示する。
入力部71は、表示部70と一体、又は、表示部70とは別のキーボード、タッチパネルなどである。ユーザは入力部71を操作して、表示部70に表示された画面への入力などを行う。なお、表示部70及び入力部71は、携帯端末でもよい。
不揮発性メモリ114は、例えば、図示しないバッテリでバックアップされるなどして、制御装置100の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリである。不揮発性メモリ114には、図示しないインタフェースを介して外部機器から読み込まれたプログラムや入力部71を介して入力されたプログラム、制御装置100の各部や工作機械等から取得された各種データ(例えば、機械から取得した設定パラメータ等)が記憶される。不揮発性メモリ114に記憶されたプログラムや各種データは、実行時/利用時にはRAM113に展開されてもよい。また、ROM112には、各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
機械を制御するコントローラ40は、CPU111からの指令をドライバ41に出力する。ドライバ41は機械のアクチュエータを駆動する。アクチュエータは、制御装置100の制御に従い機械の部材を駆動する。
制御装置100は、PLC42を介して温度センサなどの外部機器に接続されおり、検出温度Tを取得する。
100 制御装置
10 速度指令発生部
11 速度検出部
12 速度制御部
13 推力制御部
14 アクチュエータ
15 推力(電流)検出部
16 突き当て検出部
17 温度取得部
18 温度監視部
19 閾値算出部
20 テーブル
21 ストッパ
22 突き当て検出部
23 推力制限値算出部
24 推力制限部
111 CPU
112 ROM
113 RAM
114 不揮発性メモリ

Claims (5)

  1. 機械の基準となる部材に位置決めしたい部材を突き当てて位置決めをする制御装置であって、
    推力を発生するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの推力を検出する推力検出部と、
    温度を取得する温度取得部と、
    前記温度に対し単調減少する閾値を算出する閾値算出部と、
    前記アクチュエータの推力と前記閾値とを比較し、前記推力が前記閾値を超えたときに前記アクチュエータの推力により駆動される前記位置決めしたい部材の突き当てを検出する突き当て検出部と、を備える制御装置。
  2. 前記アクチュエータ又は前記位置決めしたい部材の速度指令を発生する速度指令発生部と、
    前記アクチュエータ又は前記位置決めしたい部材の実際の速度を検出する速度検出部と、
    前記速度指令に前記実際の速度が追従するよう推力指令を出力する速度制御部と、
    前記速度制御部が出力した推力指令に追従させる推力制御部と、を備え、
    前記アクチュエータ又は前記位置決めしたい部材の速度制御を行う、請求項1記載の制御装置。
  3. 前記温度取得部は、前記機械又は制御装置に設けられた温度センサから温度を取得する、請求項2記載の制御装置。
  4. 機械の基準となる部材に位置決めしたい部材を突き当てて位置決めをする制御装置であって、
    推力を発生するアクチュエータと、
    温度を取得する温度取得部と、
    前記温度に対し単調減少する推力制限値を算出する推力制限値算出部と、
    前記推力制限値を上限として前記アクチュエータの推力を制限する推力制限部と、
    前記アクチュエータの推力により駆動される前記位置決めしたい部材の速度を検出する速度検出部と、
    前記位置決めしたい部材が停止したときに突き当てを検出する突き当て検出部と、を備える制御装置。
  5. 前記温度取得部は、前記機械又は制御装置に設けられた温度センサから温度を取得する、請求項4記載の制御装置。
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