工作機械のモーターをセンサーとして活用――日立、低コストな消耗品劣化検知技術を開発

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劣化検知技術を用いた工作機械の構成例

日立製作所は2018年6月26日、工作機械の内蔵モーターをセンサーとして活用した、消耗品の劣化検知技術を開発したと発表した。センサーの導入コストを抑え、機器の保守コストを削減できる。

同社ではすでに、モーターをセンサーとして回転子の位置を推定する、位置センサーを用いない制御技術を開発している。今回、このセンサーレス制御技術を発展させ、モーター制御技術と多変量解析などの分析技術を取り入れて、消耗品の劣化検知技術を開発した。

工作機械では、精密な動作をモーターで高精度に制御するため、モーターには微小な負荷変動が生じる。これを利用し、同技術では、まず、モーター駆動電流から得られる回転数やトルク電流、励磁電流や回転子位置などの内部情報をソフトウェアを用いて収集(図中(a))する。

続いて、モーター内部情報から消耗品劣化と相関の強い特徴をもつデータを抽出する。エンドミルなど消耗品の形状が劣化により変化すると、モーターにかかる負荷が変わり、トルク電流の挙動が変化する。たとえば掘込時においては、エンドミルの摩耗により刃が滑りやすくなり、その結果、トルク電流が小さくなる。同技術では、摩耗に応じて変化する特徴として、位置決めのトルク電流、および掘込の回転数とトルク電流をそれぞれ抽出し(図中(b))、多変量解析を行うことで(図中(c))、高精度な劣化の検知を行う。

同技術については、工作機械である切削装置、およびサーボプレス機で試験を実施。モーターを制御する過程で演算される回転数、トルク電流を利用して、エンドミルや金型などの消耗品の劣化検知が可能であることを実証している。さらに、この技術を応用すれば、生産品の重量の均一性や金型に発生するバリの有無など、品質推定も可能になるという。

今後同社では、社会インフラ分野で使用されているさまざまなモーター組み込み機器に対して、同技術の展開を図る。

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