制动检查装置和马达控制装置的制作方法

本发明涉及一种制动检查装置和马达控制装置。

背景技术：

以往，已知一种制动器的故障检测方法，通过在解除制动器的状态下测量负载转矩，并对测量出的负载转矩与预设的正常负载转矩进行比较，从而检测出制动器有无异常(例如，参照专利文献1和专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-284766号公报

专利文献2：日本特开2000-324885号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，由于马达的负载转矩随着时间的流逝和安装马达的每台机器的个体差异而变动，因而在专利文献1和专利文献2的故障检测方法中，存在无法高精度地检测制动器的状态的问题。

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使马达的负载转矩发生变动也能够高精度地检测制动器的状态的制动检查装置和马达控制装置。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的一个方面提供一种制动检查装置，其包括：负载转矩测量单元，用于在解除状态下测量使马达正向旋转和反向旋转时的负载转矩，以及在锁定状态下分别测量所述马达在正向或反向的任一方向上旋转驱动时的负载转矩，所述解除状态为相对于所述马达的定子保持转子的制动器的动作被解除的状态，所述锁定状态为使所述制动器动作的状态；以及判定单元，其基于所述负载转矩测量单元测量出的所述负载转矩，判定所述制动器的状态。

根据本方面，在操作制动器将转子设定为相对于定子锁定的状态下，通过负载转矩测量单元测量马达的负载转矩，同时在解除了制动器的动作的解除状态下，通过负载转矩测量单元测量马达的负载转矩，并基于两个负载转矩而利用判定单元判定制动器的状态。即，在制动器的状态有缺陷的情况下，例如，当解除制动器的动作的机构部发生故障时，解除状态下所测量的负载转矩增大而逐渐接近制动器动作时的负载转矩。

因此，基于制动器进行动作时与动作解除时所测量的负载转矩，可以容易地判定制动器的状态。在这种情况下，即使马达的负载转矩因时间的流逝或机械、马达的个体差异而发生变动，也能够通过测量制动器进行动作时和动作被解除时的负载转矩，由此，对两者进行比较而高精度地检测制动器的状态。

在上述方面中，也可以为，所述负载转矩测量单元测量在所述解除状态下和所述锁定状态下供给到所述马达的电流值，并通过下式计算所述负载转矩：

tu＝kt×a1

td＝kt×a2

tu′＝kt×a3

在此，tu是在所述解除状态下使所述马达正向旋转时的负载转矩，td是在所述解除状态下使所述马达反向旋转时的负载转矩，tu′是在所述锁定状态下驱动所述马达时的负载转矩，kt是所述马达的转矩常数，a1是在所述解除状态下使所述马达以恒速正向旋转时的电流值，a2是在所述解除状态下使所述马达以恒速反向旋转时的电流值，a3是在所述锁定状态下旋转驱动所述马达时的电流值。

通过这样的设置，基于在解除状态下使马达正向旋转和反向旋转而利用负载转矩测量单元测量出的电流值，从而可以容易地计算负载转矩。

另外，在所述方面中，也可以为，所述负载转矩测量单元在相同的马达位置，测量所述马达在所述解除状态下正向旋转时的所述负载转矩和所述马达在所述解除状态下反向旋转时的所述负载转矩。

通过这样的设置，可以抑制因马达位置不同而引起的正反向旋转时的电流值的变动，从而高精度地测量出负载转矩。

另外，在上述方面中，也可以为，所述负载转矩测量单元在所述马达的位置或速度增加时，测量在所述锁定状态下旋转驱动所述马达时的电流值。

通过这样的设置，当确定马达在锁定状态下旋转时，可以利用负载转矩测量单元测量出的电流值而容易地判定存在制动保持转矩不足的情况。

另外，在上述方面中，也可以为，当满足下式时，所述判定单元判定存在制动保持转矩不足的异常，

tg/tb≥th1

在此，tg＝(tu+td)/2，tb＝tu′-tg，th1是预定阈值。

通过这样的设置，当根据马达正向旋转时的负载转矩和马达反向旋转时的负载转矩的平均值计算的重力负载转矩在预定值以上，或者在制动器的锁定状态下的负载转矩与重力负载转矩之间的差在预定值以下时，能够容易地判定出制动保持转矩存在不足。

另外，在上述方面中，也可以为，当满足下式时，所述判定单元判定存在制动保持转矩不足的异常，

ag/ab≥th1

在此，ag＝(a1+a2)/2，ab＝a3-ag，th1是预定阈值。

另外，在上述方面中，也可以为，当满足下式时，所述判定单元判定制动器解除异常，

tμ/tb≥th2

在此，tμ＝(tu-td)/2，tb＝tu′-tg，th2是预定阈值。

通过这样设置，当根据马达正向旋转时的负载转矩与马达反向旋转时的负载转矩之差的一半计算出的机械摩擦转矩在预定值以上，或者制动器的锁定状态下的负载转矩与重力负载转矩之间的差在预定值以下时，能够容易地判定出制动器解除异常。

另外，在上述方面中，也可以为，当满足下式时，所述判定单元判定制动器解除异常，

aμ/ab≥th2

在此，aμ＝(a1-a2)/2，ab＝a3-ag，th2是预定阈值。

另外，本发明的其它方面提供一种马达控制装置，其包括所述任一个制动检查装置，其中，当满足下式时，所述判定单元判定马达异常，

tμ≥th3

在此，tμ＝(tu-td)/2，th3是预定阈值。

根据本方面，当机械摩擦转矩在预定值以上时，判定马达异常。

发明的效果

根据本发明，能够实现以下效果：即使马达的负载转矩发生变动，也能够高精度地检测制动器的状态。

附图说明

图1是表示根据本发明的一个实施方式的马达控制装置的框图。

图2是表示图1的马达控制装置中的制动器指令、速度指令、速度反馈以及电流的关系的时序图。

图3是对图1的马达控制装置所具备的根据本发明的一个实施方式的制动检查装置的动作进行说明的流程图。

图4是接续图3的流程图。

图5是表示图3和图4的变形例的流程图。

图6是接续图5的流程图。

图7是表示图3和图4的其它变形例的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的制动检查装置11和马达控制装置1进行说明。

如图1所示，根据本实施方式的马达控制装置1与安装于机床等的机构部2的马达4连接，该马达4带有制动器3，并且马达控制装置1根据来自外部的程序动作指令控制马达4。

马达控制装置1包括：速度控制单元6，其基于按照从外部输入的程序动作指令进行动作的马达4的旋转速度(或旋转角度)指令和从编码器5反馈的马达4的旋转速度，对旋转速度进行控制；电流控制单元7，其基于从该速度控制单元6输出的驱动指令，对供给到马达4的电流进行控制；以及根据本实施方式的制动检查装置11。

制动器3上连接有制动器控制单元8。制动器控制单元8根据来自速度控制单元6的指令信号在锁定状态和解除状态之间切换，其中，速度控制单元6基于程序动作指令进行动作，锁定状态为转子相对于马达4的定子制动的状态，解锁状态为解除锁定状态的状态。

制动检查装置11包括：存储器单元12，用于存储各种常数等；检查控制单元13，用于在基于程序动作指令进行动作的马达4的控制中，执行检查程序；电流测量单元(负载转矩测量单元)14，用于测量通过电流控制单元7供给到马达4的电流；运算单元(负载转矩测量单元)15，用于使用电流测量单元14测量出的电流值计算负载转矩；判定单元16，用于基于运算单元15计算出的负载转矩判定制动器3的状态；以及报告单元17，用于在判定单元16的判定结果存在任何异常的情况下，对该情况进行报告。

电流控制单元7通过反馈电流测量单元14所测量的电流值，控制供给到马达4的电流。

检查控制单元13控制电流控制单元7，使得电流控制单元7在接收到来自速度控制单元6的旋转速度指令后，在预定的时刻将电流测量单元14所测量的电流值输出给运算单元15，检查控制单元13还控制速度控制单元6，使得速度控制单元6在预定的时刻输出特定的旋转速度指令，同时还在预定的时刻控制制动器控制单元8。

运算单元15通过下式(1)～(3)计算负载转矩。

tu＝kt×a1(1)

td＝kt×a2(2)

tu′＝kt×a3(3)

在此，tu是在解除状态下使马达4正向旋转时的负载转矩，td是在解除状态下使马达4反向旋转时的负载转矩，tu′是在锁定状态下驱动马达4时的负载转矩，kt是存储于存储器单元12的马达4的转矩常数，a1是在解除状态下使马达4以恒速正向旋转时的电流值，a2是在解除状态下使马达4以恒速反向旋转时的电流值，a3是在锁定状态下旋转驱动马达4时的电流值。

具体而言，如图2所示，在按照程序动作指令进行动作的机构部2的动作中，通过电流测量单元14测量电流值a1、a2、a3。

优选地，在马达4被配置于相同的旋转角度位置时测量电流值a1、a2。即，通过在机构部2处于相同位置的状态下进行测量，则即使重力负载转矩随着机构部2的位置而发生变动，也能够正确地进行测量。

并且，在制动器3的锁定状态下，检查控制单元13向速度控制单元6发出使马达4正向旋转(或反向旋转)的指令，当通过来自编码器5的速度反馈产生预定阈值以上的速度时，电流测量单元14对电流值a3进行测量。作为预定阈值以上的速度，例如可以选择达到速度指令的100％的速度。另外，作为电流值a3，可以采用使马达4正向旋转和反向旋转时的平均值。

另外，如图2所示，制动检查装置11还包括计时器18，在制动器3处于解除状态且马达4正向旋转的状态下，检查控制单元13控制制动器控制单元8并测量从制动器3切换为锁定状态的时刻到由于速度反馈产生预定的速度降低的时刻的时间t。作为预定的速度，例如可以选择降低到速度指令的50％左右的速度。

当选择略低于速度指令的速度或几乎为零的速度时，很可能造成误判定，因此通过将其设为50％左右，可以高精度地检测速度并防止误判定。另外，由于在制动器3动作之后速度会立即急剧降低，因而即使等待到降低至50％左右，也能够以较小的误差测量时间。

另外，运算单元15通过下式计算负载转矩tg、tμ、tb。

tg＝(tu+td)/2(4)

tμ＝(tu-td)/2(5)

tb＝tu′-tg(6)

判定单元16通过下式判定制动器3和马达4的状态。

tg/tb≥th1(7)

tμ/tb≥th2(8)

tμ≥th3(9)

在此，th1、th2、th3分别是预定阈值。

tg是重力负载转矩，tμ是机械摩擦转矩，tu′是锁定状态下的负载转矩。因此，tb是从锁定状态下的负载转矩tu′中除去重力负载转矩tg后的制动保持转矩。

式(7)表示重力负载转矩tg的大小相对于制动保持转矩tb的比率，在满足式(7)的情况下，判定单元16判定存在制动保持转矩不足的异常。

另外，式(8)表示机械摩擦转矩tμ的大小相对于制动保持转矩tb的比率，在满足式(8)的情况下，判定单元16判定制动器解除异常。

另外，式(9)是机械摩擦转矩tμ本身的大小，在满足式(9)的情况下，判定单元16判定马达异常。

另外，在由计时器18计时的时间t在预定阈值th4以上时，判定单元16判定存在制动器3动作延迟的异常。

当判定单元16判定存在制动保持转矩不足的异常、制动器解除异常、马达异常、或者制动器3动作延迟的异常时，报告单元17报告这些情况。

作为报告的方法，可以采用在监视器上显示文字或图像、通过声音或振动等任意的报告形式。

下面，对如上述构成的本实施方式所涉及的制动检查装置11和马达控制装置1的作用进行说明。

如图3所示，当通过动作程序的操作输入对马达4的动作指令时，马达控制装置1的速度控制单元6向马达4输出驱动指令(步骤s1)，并向制动器控制单元8输出动作指令。速度控制单元6通过对马达4旋转时由编码器5检测到的旋转速度进行反馈，从而基于反馈的旋转速度和动作指令控制马达4的速度。

电流控制单元7基于从速度控制单元6输出的驱动指令计算要供给到马达4的电流，并且通过对电流测量单元14所测量的实际供给到马达4的电流值进行反馈，从而基于被反馈的电流值和驱动指令控制供给到马达4的电流。

然后，制动器控制单元8向制动器3输出解除指令(步骤s2)，在制动器3处于解除状态的情况下，将电流测量单元14在马达4的正向旋转和反向旋转时的机构部2在速度指令中位于大致相等的位置处测量的电流值a1、a2输出到运算单元15(步骤s3、s4)。

在将电流值a1、a2输出到运算单元15之后，在制动器3处于解除状态下且正向旋转的状态下，检查控制单元13向制动器控制单元8输出将制动器3设为锁定状态的指令(步骤s5)，将电流值a3从电流测量单元14输出到运算单元15，其中，电流值a3是在从编码器5反馈的旋转速度超过预定阈值时测量的(步骤s6)。

然后，检查控制单元13输出再次将制动器3切换为解除状态的指令(步骤s7)，并且在制动器3处于解除状态且正向旋转的状态下，向制动器控制单元8输出将制动器3设为锁定状态的指令(步骤s8)，测量从该时刻到确认速度降低为止的时间t(步骤s9)。

然后，在测量出时间t之后，检查控制单元13输出将制动器3切换为解除状态的指令(步骤s10)，并基于测量出的电流值a1、a2计算负载转矩tu、td，同时基于测量出的电流值a3计算负载转矩tu′(步骤s11)。

在计算出负载转矩tu、td、tu′之后，使用测量出的a1、a2、a3计算负载转矩tg、tμ、tb(步骤s12)，以下，如图4所示，对制动器3的状态和马达4的状态进行判定。

即，在步骤s13中判定是否满足式(7)，在满足式(7)的情况下，判定存在制动保持转矩不足的异常(步骤s14)。

另外，在步骤s15中判定是否满足式(8)，在满足式(8)的情况下，判定制动器解除异常(步骤s16)。

另外，在步骤s17中判定是否满足式(9)，在满足式(9)的情况下，判定马达异常(步骤s18)。

并且，在步骤s19中判定时间t是否在预定阈值th4以上，当处于阈值th4以上时，判定存在制动器动作延迟的异常(步骤s20)。

在步骤s21中，在从步骤s13至步骤s20之间是否判定存在异常，当不满足所有条件时，判定制动器3和马达4正常(步骤s22)，当满足任意一个条件时，通过报告单元17报告存在哪一个异常(步骤s23)。

如上所述，根据本实施方式的制动检查装置11和马达控制装置1具有以下优点：即使马达4的负载转矩发生变动，也能够高精度地检测制动器3的状态。

特别地，在式(6)中计算除去重力负载转矩tg之后的制动保持转矩tb，通过式(7)判定相对于该制动保持转矩tb的重力负载转矩tg，并通过式(8)判定相对于制动保持转矩tb的机械摩擦转矩tμ，因而具有以下优点：可以在不受重力负载转矩tg的大小的变动所引起的影响的情况下，高精度地判定制动器3的状态。

另外，还具有如下优点：能够通过重力负载转矩tg的大小相对于制动保持转矩tb的比率，判定是否可以产生不引起重力轴落下所需的制动保持转矩tb。

并且，通过判定机械摩擦转矩tμ本身的大小，从而在马达4、机构部2的轴承等产生不良情况而引起机械摩擦转矩tμ增大的情况下，判定马达异常。

另外，在制动器3的解除状态下从输入锁定指令信号之后到成为锁定状态之前的时间t比阈值th4大的情况下，在制动器3的动作变为马达4的励磁切断后，从励磁切断到变为锁定状态的期间存在重力轴(在重力方向旋转的轴)因重力而落下的不良情况。当在足够短的时间内没有进入锁定状态时，可以使用时间t判定存在制动器3动作延迟的异常。

此外，在本实施方式中，虽然对进行式(7)～(9)的判定以及时间t的判定的所有情况进行了说明，但并不仅限于此，也可以进行任意一个判定或者组合任意两个以上来进行判定。例如，在仅进行式(7)～(9)的判定的情况下，只要按照图5和图6的流程图操作即可。

另外，在通过由计时器18计时的时间t判定存在制动器3动作延迟的异常的情况下，由于不需要电流值的测量，因而也可以按照图7所示的流程图单独进行判定。

另外，在本实施方式中，作为马达4的旋转状态，虽然例示了马达4的旋转速度，但也可代替之，采用马达4的旋转角度位置。

另外，在本实施方式中，虽然例示了判定单元16在满足式(7)时判定存在制动保持转矩不足的异常的情况，但也可代替之，在满足下述的式(10)时判定存在制动保持转矩不足的异常。

ag/ab≥th1(10)

在此，ag＝(a1+a2)/2，ab＝a3-ag。

另外，在本实施方式中，虽然例示了判定单元16在满足式(8)时判定制动器解除异常的情况，但也可代替之，在满足下述的式(11)时判定制动器解除异常。

aμ/ab≥th2(11)

在此，aμ＝(a1-a2)/2，ab＝a3-ag。

附图标记

1马达控制装置

3制动器

4马达

11制动检查装置

14电流测量单元(负载转矩测量单元)

15运算单元(负载转矩测量单元)

16判定单元