伺服控制装置

摘要

本发明提供伺服控制装置，能够与马达的负荷状态无关地检测机械的异常。伺服控制装置(1)具备：基于位置指令来控制机械中的马达(3)的伺服控制部(10)；检测马达(3)的位置的位置检测部(20)；计算位置指令与马达(3)的位置的位置偏差的位置偏差计算部(22)；在位置偏差为第1阈值以上时检测出马达(3)的位置的异常的位置异常检测部(24)；检测马达(3)的负荷转矩的负荷检测部(30)；在负荷转矩为第2阈值以上时检测出马达(3)的负荷的异常的负荷异常检测部(32)；在检测出位置的异常时或者检测出负荷的异常时检测机械的异常的异常检测部(50)；根据马达的负荷状态变更第1阈值以及第2阈值中的至少一个的阈值变更部(40)。

权利要求

1.一种伺服控制装置，其特征在于，具备：伺服控制部，其基于位置指令来控制机械中的马达；

位置检测部，其检测上述马达的位置；

位置偏差计算部，其计算上述位置指令与由上述位置检测部检测出的上述马达的位置的位置偏差；

位置异常检测部，其在由上述位置偏差计算部计算出的位置偏差为第1阈值以上时，检测上述马达的位置的异常；

负荷检测部，其检测上述马达的负荷转矩；

负荷异常检测部，其在由上述负荷检测部检测出的负荷转矩为第2阈值以上时，检测上述马达的负荷的异常；

异常检测部，其在由上述位置异常检测部检测出上述马达的位置的异常时，或者，由上述负荷异常检测部检测出上述马达的负荷的异常时，检测上述机械的异常；以及阈值变更部，其从上位控制装置获取上述马达的动作程序，基于上述动作程序表示的信息来推断上述马达的负荷状态，并根据上述马达的负荷状态，变更上述第1阈值以及上述第2阈值中的至少一个，

上述负荷状态包括无负荷状态、轻负荷状态以及重负荷状态，上述位置异常检测部在检测出上述马达的位置的异常时，输出与上述位置偏差的大小对应的位置的异常度，

上述负荷异常检测部在检测出上述马达的负荷的异常时，输出与上述负荷转矩的大小对应的负荷的异常度，

上述异常检测部基于从上述位置异常检测部输出的位置的异常度和从上述负荷异常检测部输出的负荷的异常度，检测上述机械的异常，在上述位置的异常度和上述负荷的异常度的总和为第3阈值以上时，上述异常检测部通知上述马达的动作停止。

2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，与上述马达的负荷状态为无负荷状态或者轻负荷状态的情况相比，上述阈值变更部在上述马达的负荷状态为重负荷状态的情况下至少相对地增大上述第2阈值。

3.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，上述阈值变更部根据上述马达的负荷状态，控制上述位置异常检测部或者上述负荷异常检测部使上述位置的异常度和上述负荷的异常度的任意一个的输出无效。

4.根据权利要求3所述的伺服控制装置，其特征在于，在上述马达的负荷状态为重负荷状态的情况下，上述阈值变更部控制上述负荷异常检测部使上述负荷的异常度的输出无效；

在上述马达的负荷状态为无负荷状态或者轻负荷状态的情况下，上述阈值变更部控制上述位置异常检测部使上述位置的异常度无效。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的伺服控制装置，其特征在于，上述位置的异常度为上述位置偏差与上述第1阈值的差值，上述负荷的异常度为上述负荷转矩与上述第2阈值的差值。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的伺服控制装置，其特征在于，上述位置偏差计算部针对上述位置指令考虑上述伺服控制部的延迟来推断上述马达的推断位置，将上述推断位置与由上述位置检测部检测出的上述马达的位置的偏差作为上述位置偏差来计算。

说明书

伺服控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及对机床或者工业机械等中的马达进行控制的伺服控制装置。

背景技术

[0002] 在机床或者工业机械等中，例如有产生可动部与障碍物(例如，工具或者工件或者其他物件)碰撞，而对驱动可动部的马达施加超负荷的异常的情况。

[0003] 专利文献1～3中，记载了在机床或者工业机械等中，基于施加到马达的负荷转矩来检测机械的异常的技术。

[0004] 例如在进行切削加工的机床中，如专利文献1记载的技术那样基于施加到马达的负荷转矩来检测机械的异常的情况下，存在在加工中不能区分碰撞引起的异常和切削干
扰，而难以检测机械的异常的情况。

[0005] 专利文献1：日本特开平1－33605号公报(特开昭64－33605号公报)

[0006] 专利文献2：日本特开2001－150287号公报

[0007] 专利文献3：日本特开2002－175104号公报

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供能够与马达的负荷状态无关地检测机械的异常的伺服控制装置。

[0009] (1)本发明的伺服控制装置(例如，后述的伺服控制装置1)具备：基于位置指令来控制机械中的马达(例如，后述的马达3)的伺服控制部(例如，后述的伺服控制部10)；检测
上述马达的位置的位置检测部(例如，后述的位置检测部20)；计算上述位置指令与由上述
位置检测部检测出的上述马达的位置的位置偏差的位置偏差计算部(例如，后述的位置偏
差计算部22)；在由上述位置偏差计算部计算出的位置偏差为第1阈值以上时，检测上述马
达的位置的异常的位置异常检测部(例如，后述的位置异常检测部24)；检测上述马达的负
荷转矩的负荷检测部(例如，后述的负荷检测部30)；在由上述负荷检测部检测出的负荷转
矩为第2阈值以上时，检测上述马达的负荷的异常的负荷异常检测部(例如，后述的负荷异
常检测部32)；在由上述位置异常检测部检测出上述马达的位置的异常时，或者，由上述负
荷异常检测部检测出上述马达的负荷的异常时，检测上述机械的异常的异常检测部(例如，
后述的异常检测部50)；根据上述马达的负荷状态，变更上述第1阈值以及上述第2阈值中的
至少一个的阈值变更部(例如，后述的阈值变更部40)。

[0010] (2)(1)记载的伺服控制装置中，上述阈值变更部也可以在上述马达的负荷状态为重负荷状态的情况下，相对于上述马达的负荷状态为无负荷状态或者轻负荷状态的情况，
至少增大上述第2阈值。

[0011] (3)(1)或者(2)记载的伺服控制装置中，上述阈值变更部也可以从上位控制装置获取上述马达的动作程序，基于上述动作程序表示的信息来推断上述马达的负荷状态。

[0012] (4)(1)～(3)中的任意一项记载的伺服控制装置中，也可以是上述位置异常检测部在检测出上述马达的位置的异常时，输出与上述位置偏差的大小对应的位置的异常度，
上述负荷异常检测部在检测出上述马达的负荷的异常时，输出与上述负荷转矩的大小对应
的负荷的异常度，上述异常检测部基于从上述位置异常检测部输出的位置的异常度和从上
述负荷异常检测部输出的负荷的异常度，检测上述机械的异常。

[0013] (5)(4)记载的伺服控制装置中，也可以是上述阈值变更部根据上述马达的负荷状态控制上述位置异常检测部或者上述负荷异常检测部使上述位置的异常度和上述负荷的
异常度的任意一个的输出无效。

[0014] (6)(5)记载的伺服控制装置中，也可以是上述阈值变更部在上述马达的负荷状态为重负荷状态的情况下，控制上述负荷异常检测部使上述负荷的异常度的输出无效，在上
述马达的负荷状态为无负荷状态或者轻负荷状态的情况下，控制上述位置异常检测部使上
述位置的异常度无效。

[0015] (7)(4)～(6)中的任意一项记载的伺服控制装置中，上述异常检测部也可以在上述位置的异常度和上述负荷的异常度的总和为第3阈值以上时，通知上述马达的动作停止。

[0016] (8)(4)～(7)中的任意一项记载的伺服控制装置中，也可以是上述位置的异常度为上述位置偏差与上述第1阈值的差值，上述负荷的异常度为上述负荷转矩和上述第2阈值
的差值。

[0017] (9)(1)～(8)中的任意一项记载的伺服控制装置中，上述位置偏差计算部针对上述位置指令考虑上述伺服控制部的延迟来推断上述马达的推断位置，将上述推断位置与由
上述位置检测部检测出的上述马达的位置的偏差作为上述位置偏差来计算。

[0018] 根据本发明，能够提供可以与基于马达的负荷状态无关地检测机械的异常的伺服控制装置。

[0019] 附图标记的说明

[0020] 1 伺服控制装置

[0021] 2 数值控制装置

[0022] 3 马达

[0023] 10 伺服控制部

[0024] 20 位置检测部

[0025] 22 位置偏差计算部

[0026] 24 位置异常检测部

[0027] 30 负荷检测部

[0028] 32 负荷异常检测部

[0029] 40 阈值变更部

[0030] 50 异常检测部

附图说明

[0031] 图1是表示本实施方式的伺服控制装置的构成的图。

[0032] 图2是表示加工状态处于定位状态或者轻切削状态的情况下的本实施方式的伺服控制装置的异常检测动作的示意图。

[0033] 图3是表示加工状态处于重切削状态的情况下的本实施方式的伺服控制装置的异常检测动作的示意图。

[0034] 图4是表示加工状态处于定位状态或者轻切削状态的情况下的本实施方式的变形例的伺服控制装置的异常检测动作的示意图。

[0035] 图5是表示加工状态处于重切削状态的情况下的本实施方式的变形例的伺服控制装置的异常检测动作的示意图。

具体实施方式

[0036] 以下，参照附图对本发明的实施方式的一个例子进行说明。此外，对各附图中相同或者相应的部分添加相同的附图标记。

[0037] 图1是表示本实施方式的伺服控制装置的构成的图。图1所示的伺服控制装置1是对驱动例如执行切削加工的机床中的可动部的进给轴控制用的马达3进行控制的装置。伺
服控制装置1按照基于作为上位控制装置的数值控制装置2中的加工程序的位置指令，对马
达3进行控制。

[0038] 伺服控制装置1具备伺服控制部10、位置检测部20、位置偏差计算部22、位置异常检测部24、负荷检测部30、负荷异常检测部32、阈值变更部40、异常检测部50。

[0039] 伺服控制部10基于来自数值控制装置2的位置指令，例如进行利用PI控制等的位置控制、速度控制以及电流控制，来生成马达3的驱动电流。例如，伺服控制部10基于位置指
令与例如由设置在马达3的编码器检测出的位置反馈(位置FB)的位置偏差来生成速度指令
(位置控制)，基于该速度指令和由编码器检测出的速度反馈(速度FB)来生成马达3的转矩
指令(速度控制)，并基于该转矩指令来生成马达3的驱动电流(电流控制)。

[0040] 位置检测部20检测马达3的旋转位置。马达3的旋转位置与机床的可动部的位置对应。检测出的位置被用作位置反馈(位置FB)。

[0041] 位置检测部20例如是设置在马达3的编码器。编码器也检测马达3的旋转速度。马达3的旋转速度与机床的可动部的进给速度对应。检测出的速度被用作上述的速度反馈(速
度FB)。

[0042] 位置偏差计算部22计算来自数值控制装置2的位置指令与由位置检测部20检测出的位置反馈的位置偏差。

[0043] 位置异常检测部24对由位置偏差计算部22计算出的位置偏差和用于检测马达3的位置的异常的第1阈值进行比较，检测马达3的位置的异常。位置异常检测部24在位置偏差
为第1阈值以上时，输出与位置偏差的大小对应的位置的异常度。

[0044] 例如，位置的异常度是位置偏差与第1阈值之差值(参照图3)。此外，位置的异常度也可以是位置偏差自身。

[0045] 负荷检测部30检测施加到马达3的负荷转矩。

[0046] 负荷检测部30例如是得到马达3的电流反馈的伺服放大器。

[0047] 负荷异常检测部32对由负荷检测部30检测出的负荷转矩和用于检测马达3的负荷的异常的第2阈值进行比较，检测马达3的负荷的异常。负荷异常检测部32在负荷转矩为第2
阈值以上时，输出与负荷转矩的大小对应的负荷的异常度。

[0048] 例如，负荷的异常度是负荷转矩与第2阈值之差值(参照图2)。此外，负荷的异常度也可以是负荷转矩自身。

[0049] 阈值变更部40从数值控制装置2获取加工程序(马达3的动作程序)，基于加工程序表示的信息来推断加工状态(马达3的负荷状态)。作为加工程序表示的信息，例如举出进给
速度。阈值变更部40根据加工状态，变更第1阈值以及第2阈值中的至少一个。

[0050] 例如，阈值变更部40在加工状态处于重切削状态(重负荷状态)的情况下，相对于加工状态处于定位状态(无负荷状态)或者轻切削状态(轻负荷状态)的情况，至少增大第2
阈值。

[0051] 异常检测部50基于从位置异常检测部24输出的位置的异常度和从负荷异常检测部32输出的负荷的异常度，检测机器的异常。例如，异常检测部50在位置的异常度和负荷的
异常度的总和为用于检测机器的异常的第3阈值以上时，检测机器的异常。

[0052] 异常检测部50在检测出机器的异常时，对马达3进行动作停止的通知。

[0053] 伺服控制装置1例如由DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field－Programmable Gate Array)等运算处理器构成。伺服控制装置1的各种功能例如通过执行
存储在存储部(未图示)的预定软件(程序)来实现。伺服控制装置1的各种功能可以通过硬
件和软件的配合来实现，也可以仅通过硬件(电子电路)来实现。

[0054] 接下来，参照图2以及图3，对本实施方式的伺服控制装置1的异常检测动作进行说明。

[0055] 图2是表示加工状态处于定位状态或者轻切削状态的情况下的伺服控制装置1的异常检测动作的示意图，图3是表示加工状态处于重切削状态的情况下的伺服控制装置1的
异常检测动作的示意图。

[0056] (定位状态或者轻切削状态)

[0057] 在定位状态或者轻切削状态下，切削干扰比较小。因此，如图2所示，阈值变更部40将第1阈值设定为Th1，将第2阈值设定为Th2，以便通过基于负荷转矩的马达3的负荷的异常
检测来进行机器的碰撞等的异常检测。

[0058] 图2中，位置偏差小于第1阈值Th1，所以位置异常检测部24不检测马达3的位置的异常，不输出位置的异常度。另一方面，负荷转矩为第2阈值Th2以上，所以负荷异常检测部
32检测马达3的负荷的异常，输出负荷的异常度。

[0059] 异常检测部50在从位置异常检测部24输出的位置的异常度和从负荷异常检测部32输出的负荷的异常度的总和为第3阈值以上时，检测机器的异常。此时，异常检测部50对
马达3进行动作停止的通知。

[0060] 由此，马达3停止动作。

[0061] (重切削状态)

[0062] 重切削状态下，切削干扰比较大。因此，如图3所示，阈值变更部40将第2阈值变更为相对大于Th2的Th22，以便通过基于位置偏差的马达3的位置的异常检测来进行机器的碰
撞等的异常检测。在本实施方式中，阈值变更部40将第1阈值也变更为相对大于Th1的Th12，
然而也可以不变更第1阈值。

[0063] 图3中，位置偏差为第1阈值Th1以上，所以位置异常检测部24检测马达3的位置的异常，输出位置的异常度。另一方面，负荷转矩小于第2阈值Th2，所以负荷异常检测部32不
检测马达3的负荷的异常，不输出负荷的异常度。

[0064] 异常检测部50在从位置异常检测部24输出的位置的异常度和从负荷异常检测部32输出的负荷的异常度的总和为第3阈值以上时，检测机器的异常。此时，异常检测部50对
马达3进行动作停止的通知。

[0065] 由此，马达3停止动作。

[0066] 如以上说明，根据本实施方式的伺服控制装置1，根据加工状态(马达3的负荷状态)，切换异常检测方法。具体而言，在切削干扰比较小的定位状态(无负荷状态)以及轻切
削状态(轻负荷状态)下，伺服控制装置1通过基于实际的负荷转矩的马达3的负荷的异常检
测，进行机器的碰撞等的异常检测。另一方面，在切削干扰比较大的重切削状态(重负荷状
态)下，伺服控制装置1通过基于实际的位置与位置指令的位置偏差的马达3的位置的异常
检测，进行机器的碰撞等的异常检测。由此，即使不基于加工状态(马达3的负荷状态)，例如
在切削干扰比较大的重切削状态，也能够进行机器的碰撞等的异常检测。

[0067] 另外，根据本实施方式的伺服控制装置1，将用于马达3的位置的异常检测的第1阈值和用于马达3的负荷的异常检测的第2阈值设定为任意的值，从而能够无级切换这些位置
的异常检测以及负荷的异常检测。

[0068] 另外，根据本实施方式的伺服控制装置1，不经由数值控制装置2等上位控制装置地通知马达3的停止指令，所以能够在机器的异常时更早停止马达3。

[0069] (第1变形例)

[0070] 上述的实施方式中，通过变更用于马达3的位置的异常检测的第1阈值和用于马达3的负荷的异常检测的第2阈值，切换了这2个异常检测方法。

[0071] 然而，也可以通过使马达3的位置的异常度和马达3的负荷的异常度的任意一个的输出无效，来切换马达3的位置的异常检测和马达3的负荷的异常检测这2个异常检测方法。

[0072] 第1变形例中，阈值变更部40根据加工状态控制位置异常检测部24或者负荷异常检测部32使位置的异常度和负荷的异常度的任意一个的输出无效。

[0073] 例如，在加工状态为定位状态或者轻切削状态的情况下，如图4所示，阈值变更部40控制位置异常检测部24使位置的异常度无效。另一方面，在加工状态为重切削状态的情
况下，如图5所示，阈值变更部40控制为负荷异常检测部32使负荷的异常度的输出无效。

[0074] (第2变形例)

[0075] 上述的实施方式中，切换了马达3的位置的异常检测和马达3的负荷的异常检测这2个异常检测方法。

[0076] 然而，也可以通过改变马达3的位置的异常检测和马达3的负荷的异常检测这2个异常检测方法的权重，并用这2个异常检测方法，即并用马达3的位置的异常度和马达3的负
荷的异常度。

[0077] 例如，第2变形例中，以不管是定位状态、轻切削状态，还是重切削状态，都输出位置的异常度和负荷的异常度两者的方式设定第1阈值以及第2阈值。

[0078] 该情况下，异常检测部50在位置的异常度和负荷的异常度的总和为第3阈值以上时，检测机器的异常即可。

[0079] (第3变形例)

[0080] 上述的实施方式中，基于位置指令与位置检测值的位置偏差来进行马达3的位置的异常检测。

[0081] 然而，也可以代替位置指令，使用考虑了伺服控制部10的控制延迟的位置推断值。

[0082] 第3变形例中，位置偏差计算部22针对位置指令考虑伺服控制部10的控制延迟(例如1次延迟)来推断马达3的推断位置。位置偏差计算部22将推断位置与由位置检测部20检
测出的马达3的位置的偏差作为位置偏差来计算(动态误差监控)。

[0083] 一般，在监控位置偏差的异常检测中，以定位状态下的快进时可能产生的位置偏差为基准设定检测阈值，所以较大的值被设定为阈值。实际的加工中，位置偏差变小，所以
异常产生时的检测延迟。

[0084] 关于该点，第3变形例中，考虑伺服控制部10的控制延迟(例如1次延迟)来推断理想的位置，监控离该推断位置与检测位置的偏离量。因此，能够使马达3的位置的异常检测
提前。

[0085] 另外，第3变形例中，除了负荷转矩以外，使用理想的推断位置与检测位置的位置偏差，判断马达3的位置的异常。

[0086] 这里，在切削干扰较大的情况下，即使是正常时负荷转矩也表示较大的值，所以不能辨别机器的碰撞等异常。关于该点，第3变形例中，通过监控理想的推断位置与检测位置
的位置偏差，能够检测出过渡状态下的意外的碰撞等的机器的异常。

[0087] (第4变形例)

[0088] 上述的实施方式中，通过生成位置的异常度和负荷的异常度，进行了机器的异常检测。

[0089] 然而，也可以不生成位置的异常度以及负荷的异常度。

[0090] 第4变形例中，位置异常检测部24在由位置偏差计算部22计算出的位置偏差为第1阈值以上时，检测马达3的位置的异常，将表示位置的异常的信息输出给异常检测部50。另
外，负荷异常检测部32在由负荷检测部30检测出的负荷转矩为第2阈值以上时，检测马达3
的负荷的异常，将表示负荷的异常的信息输出给异常检测部50。

[0091] 异常检测部50基于从位置异常检测部24输出的表示位置的异常的信息和从负荷异常检测部32输出的表示负荷的异常的信息，检测机器的异常。由此，异常检测部50在由位
置异常检测部24检测出马达3的位置的异常时，或者，由负荷异常检测部32检测出马达3的
负荷的异常时，检测机器的异常。

[0092] 以上，说明了本发明的实施方式，然而本发明不限于上述的实施方式，可以进行各种的变更以及变形。例如，在上述的实施方式中，例示出了对执行切削加工的机床中的马达
3进行控制的伺服控制装置1。然而，本发明的特征并不限于此，能够适用于控制工业机械的
各种机器、各种机器人等中的马达的伺服控制装置。