JP5573660B2 - Drive system life prediction system - Google Patents
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Description
本発明は、ステッピングモータを用いて駆動対象を駆動する駆動系の寿命予測システムに関する。 The present invention relates to a drive system life prediction system that drives a drive target using a stepping motor.
一般に、モータにより駆動される駆動系が有する負荷（例えば、ステッピングモータに加わる負荷）は、駆動を続けることで変動する。この負荷変動を観測することにより駆動系の寿命予測を行ない、駆動系が寿命に達する前に交換やメンテナンスを可能にする技術が既に知られている。 In general, a load (for example, a load applied to a stepping motor) included in a drive system driven by a motor varies as driving is continued. There is already known a technique for predicting the life of a drive system by observing this load fluctuation and enabling replacement and maintenance before the drive system reaches the end of its life.
例えば、エンコーダ等の検出器を設けずに、励磁コイルに通電するタイミングの基準となるクロック信号をトリガとして、励磁コイルの合成電流経路から入力されたステップ毎の検出波形を用いて、ステッピングモータの脱調を判別する技術が開示されている（特許文献１参照）。 For example, without using a detector such as an encoder, the stepping motor of the stepping motor is detected using a detection waveform for each step input from the combined current path of the excitation coil, using a clock signal as a reference for the timing of energizing the excitation coil as a trigger. A technique for determining step-out is disclosed (see Patent Document 1).
また、ステッピングモータを用いて駆動制御するメカ駆動系の寿命を事前に予測する目的で、ステッピングモータの駆動電流を変化させて、ステッピングモータが脱調する電流値を観測し、観測値に基づき時間−電流値グラフの近似直線を求めることで、駆動系の負荷がモータの最大トルクを上回る時点をメカ駆動系の寿命として予測する技術が開示されている（特許文献２参照）。 In addition, for the purpose of predicting in advance the life of a mechanical drive system that is driven and controlled using a stepping motor, the stepping motor drive current is changed and the current value at which the stepping motor steps out is observed. -A technique for predicting, as a life of a mechanical drive system, a point in time when the load of the drive system exceeds the maximum torque of the motor by obtaining an approximate straight line of a current value graph is disclosed (see Patent Document 2).
特許文献１の構成では、ステッピングモータの脱調を判定できるが、駆動系の寿命予測までは行っていない。
In the configuration of
特許文献２の構成では、実際にステッピングモータを脱調させるため、当然通常動作中に負荷観測を行うことはできず、負荷観測のため駆動系を少なくとも２サイクル以上空回しする必要がある（ステッピングモータが脱調する閾値電流値前後の電流値で空回しする必要がある）。このため、ユーザに対してダウンタイムを発生してしまうという問題がある。
In the configuration of
上記問題点を背景として、本発明は、ダウンタイムを発生させずに、ステッピングモータを用いた駆動系の負荷変動を観測して寿命予測を行うことが可能な駆動系の寿命予測システムを提供することにある。 Against the background of the above problems, the present invention provides a drive system life prediction system that can perform life prediction by observing load fluctuations of a drive system using a stepping motor without causing downtime. There is.
上記課題を解決するための駆動系の寿命予測システムは、
予め定められた駆動対象と、駆動対象を駆動するステッピングモータと、を含む駆動系の寿命予測システムであって、
ステッピングモータを駆動させるためのモータ駆動指令情報を取得し、取得したモータ駆動指令情報に基づいて、ステッピングモータを駆動するための駆動電流を算出し、その値を制御指令として出力する出力制御部と、出力制御部から制御指令を取得し、駆動電流を印加してステッピングモータを駆動するモータ駆動部と、ステッピングモータに印加された駆動電流を含む、ステッピングモータの状態を検出するモータ状態検出部と、モータ状態検出部が検出した駆動電流の値と予め定められた駆動電流閾値との比較結果に基づいて、ステッピングモータが脱調状態に移行することが予測される状態である脱調前状態にある可能性が高いか否かを判定する脱調前状態判定部と、モータ状態検出部が検出した駆動電流および脱調前状態にある可能性とに基づいて、ステッピングモータへ印加する駆動電流を設定して出力制御部に出力する駆動電流調整部と、を有し、
出力制御部は、モータ駆動指令情報と駆動電流調整部が出力した駆動電流とに基づいて、新たな駆動電流を算出して、その値を制御指令としてモータ駆動部に出力するモータ制御ユニットと、駆動電流調整部が出力した駆動電流の設定値を取得する駆動電流設定値取得部と、取得した駆動電流の設定値に基づいて求められる駆動対象の負荷状態を含む負荷状態情報を記憶する負荷状態情報記憶部と、負荷状態情報に含まれる駆動対象の負荷状態に基づいて、駆動対象の寿命を予測する寿命予測部と、を有する寿命予測ユニットと、を備えることを特徴とする。
Drive system life prediction system to solve the above problems
A drive system life prediction system including a predetermined drive object and a stepping motor that drives the drive object,
An output control unit for acquiring motor drive command information for driving the stepping motor, calculating a drive current for driving the stepping motor based on the acquired motor drive command information, and outputting the value as a control command; A motor drive unit that obtains a control command from the output control unit and applies a drive current to drive the stepping motor; and a motor state detection unit that detects the state of the stepping motor including the drive current applied to the stepping motor; Based on the comparison result between the drive current value detected by the motor state detection unit and a predetermined drive current threshold value, the stepping motor is in a state before step-out, which is predicted to shift to the step-out state. Pre-step-out state determination unit for determining whether or not there is a high possibility, and the drive current detected by the motor state detection unit and the state before step-out Based on the potential has a drive current adjusting unit that outputs to the output control unit sets the drive current applied to the stepping motor, and
The output control unit calculates a new drive current based on the motor drive command information and the drive current output by the drive current adjustment unit, and outputs the value to the motor drive unit as a control command; and A drive current set value acquisition unit that acquires a set value of drive current output by the drive current adjustment unit, and a load state that stores load state information including a load state of a drive target that is obtained based on the acquired set value of drive current A life prediction unit comprising: an information storage unit; and a life prediction unit that predicts the life of the drive target based on the load state of the drive target included in the load state information.
上記構成によって、モータを脱調させることなくダウンタイムを発生させずに、ステッピングモータを用いた駆動系の負荷変動を観測して寿命予測を行うことが可能となる。 With the above configuration, it is possible to perform life prediction by observing a load fluctuation of a drive system using a stepping motor without causing downtime without causing the motor to step out.
また、本発明の駆動系の寿命予測システムにおけるモータ状態検出部は、ステッピングモータの回転状態を検出し、駆動電流設定値取得部は、ステッピングモータの回転状態が予め定められた回転状態にあるときに、駆動電流調整部が出力した駆動電流の設定値を取得する。 In the drive system life prediction system of the present invention, the motor state detection unit detects the rotation state of the stepping motor, and the drive current setting value acquisition unit detects the rotation state of the stepping motor in a predetermined rotation state. In addition, the set value of the drive current output by the drive current adjustment unit is acquired.
上記構成によって、寿命予測を行うステッピングモータの回転状態を限定することで、寿命予測を正確に行うことが可能となる。 With the above configuration, it is possible to accurately perform the life prediction by limiting the rotation state of the stepping motor that performs the life prediction.
また、本発明の駆動系の寿命予測システムにおける予め定められた回転状態は、ステッピングモータの回転速度および励磁状態の少なくとも一方が、それぞれ一定の状態を維持しているときである。 Further, the predetermined rotation state in the drive system life prediction system of the present invention is when at least one of the rotation speed and the excitation state of the stepping motor maintains a constant state.
回転速度および励磁状態の少なくとも一方が、それぞれ一定の状態を維持している定常状態では、回転速度および励磁状態が変化する過渡状態とは異なり負荷状態も安定している。上記構成によって、より正確に寿命予測を行うことが可能となる。 In a steady state in which at least one of the rotational speed and the excitation state maintains a constant state, the load state is stable unlike the transient state in which the rotational speed and the excitation state change. With the above-described configuration, it is possible to perform life prediction more accurately.
また、本発明の駆動系の寿命予測システムにおける寿命予測部は、予め定められた期間における負荷状態の変動率が、予め定められた範囲を超えたときに、駆動対象の寿命が到来したことを予測する。 Further, the life prediction unit in the drive system life prediction system of the present invention indicates that the life of the drive target has arrived when the variation rate of the load state in a predetermined period exceeds a predetermined range. Predict.
上記構成によって、同一構成の駆動系でも個々の負荷状態にばらつきがある場合でも、正確に寿命予測を行うことが可能となる。 With the above configuration, it is possible to accurately predict the life even when the drive systems having the same configuration have variations in individual load states.
また、本発明の駆動系の寿命予測システムは、寿命予測部による寿命予測に基づいて、寿命が到来した旨の警告を出力する警告出力部を有する警告出力ユニットを備える。 Further, the drive system life prediction system of the present invention includes a warning output unit having a warning output unit that outputs a warning that the life has come based on the life prediction by the life prediction unit.
上記構成によって、ユーザまたはサービス業者は、駆動系に寿命がきたことを把握できる。 With the above configuration, the user or service provider can grasp that the drive system has reached the end of its life.
以下、本発明の駆動系の寿命予測システムの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明の駆動系の寿命予測システムを適用可能な対象の一つである、画像形成装置１の制御ブロック図を示す。
Embodiments of a drive system life prediction system of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a control block diagram of an
画像形成装置１は、主制御装置１５０と、主制御装置１５０に接続された原稿給送装置制御部１０１，操作部１５５，表示部１５６，イメージリーダ制御部２０１，画像信号制御部２０２，プリンタ制御部３０１，折り装置制御部４０１，フィニッシャ制御部５０１を含んで構成される。
The
主制御装置１５０は、ＣＰＵ１５１，ＲＯＭ１５２，ＲＡＭ１５３，ＨＤＤ１５４を内蔵し、ＲＯＭ１５１に格納されている制御プログラムにより、上述の各ブロック（１０１，１５５，１５６，２０１，２０２，３０１，４０１，５０１）を総括的に制御する。ＲＡＭ１５３は、制御データを一時的に保持するとともに、制御に伴う演算処理の作業領域として用いられる。ＨＤＤ１５４は、原稿を読み込ませた時の画像データの一時保管や画像形成装置各部の調整値等を保管するために用いられる。
The
操作部１５５は、画像形成に関する各種機能を設定する複数のキー、設定状態を示す情報を表示するための表示部等を有し、各キーの操作に対応するキー信号を主制御装置１５０に出力するとともに、主制御装置１５０からの信号に基づき対応する情報を表示部１５６に表示する。表示部１５６は、例えば周知のＬＣＤとして構成される。操作部１５５を、表示部１５６のＬＣＤ画面上に設けられたタッチパネルとして構成してもよい。
The
原稿給送装置制御部１０１は、原稿トレイ上にセットされた原稿を１枚ずつプラテンガラスへ搬送する原稿給送装置（図示せず）を主制御装置１５０からの指示に基づき駆動制御する。
The document
イメージリーダ制御部２０１は、プラテンガラス上の原稿を読み取るためのスキャナユニット，イメージセンサ（図示せず）等に対する駆動制御を行い、イメージセンサから出力されたアナログ画像信号を画像信号制御部２０２に転送する。
The image
画像信号制御部２０２は、イメージセンサ（図示せず）からのアナログ画像信号をデジタル信号に変換した後に各処理を施し、このデジタル信号をビデオ信号に変換してプリンタ制御部３０１に出力する。この画像信号制御部２０２による処理動作は、主制御装置１５０により制御される。プリンタ制御部３０１は、入力されたビデオ信号に基づきプリンタ（図示せず）を駆動する。
The image
折り装置制御部４０１は、用紙を折り畳む折り装置（図示せず）に搭載され、主制御装置１５０と情報の遣り取りを行うことによって折り装置全体の駆動制御を行う。また、フィニッシャ制御部５０１は、フィニッシャ（図示せず）に搭載され、主制御装置１５０と情報の遣り取りを行うことによってフィニッシャ全体の駆動制御を行う。
The folding
上述の各制御部（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１）は、主制御装置１５０と同様に、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ（いずれも図示せず）を含む周知のコンピュータハードウェアとして構成され、それぞれ、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで上述したような所定の動作を行う。
Each of the above-described control units (101, 201, 301, 401, 501) is configured as well-known computer hardware including a CPU, a ROM, and a RAM (all not shown), similar to the
また、上述の各制御部では、周知のステップモータを用いて、それぞれ、用紙の搬送、スキャナユニットの駆動，イメージセンサの駆動、プリンタ各部の駆動、折り装置の駆動、フィニッシャの駆動を行っている。 Each of the above-described control units uses a well-known step motor to carry the paper, drive the scanner unit, drive the image sensor, drive each part of the printer, drive the folding device, and drive the finisher, respectively. .
なお、上述の画像形成装置１の構成は、特許文献２等にもあるような公知のものであるため、これ以上の詳細な説明は割愛する。
Note that the configuration of the
図２に、本発明の、駆動系の寿命予測システム（以下、「寿命予測システム」と略称）２の詳細構成を表したブロック図を示す。寿命予測システム２は、モータ制御ユニット１６０，寿命予測ユニット１７０，警告ユニット１８０を含んで構成される。寿命予測システム２は、上述の原稿給送装置制御部１０１，イメージリーダ制御部２０１，プリンタ制御部３０１，折り装置制御部４０１，フィニッシャ制御部５０１のうちで、ステッピングモータによる駆動制御を行うもの（例えば、ローラ）を対象としている。
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the drive system life prediction system (hereinafter, abbreviated as “life prediction system”) 2 of the present invention. The
なお、モータ制御ユニット１６０，寿命予測ユニット１７０，警告ユニット１８０は、一体化されて上述の各制御部（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１）のコンピュータハードウェアおよびプログラムに含まれる構成となっている。また、モータ制御ユニット１６０を各制御部に含め、寿命予測ユニット１７０，警告ユニット１８０を主制御装置１５０に含む構成としてもよい。
The
モータ制御ユニット１６０は、例えばローラのような各制御部の駆動対象１６８を駆動するステッピングモータ（以下、「モータ」と略称する）Ｍ，モータＭを駆動させるためのモータ駆動指令情報を取得し、取得したモータ駆動指令情報に基づいて、モータＭを駆動するための駆動電流を算出し、その値を制御指令として出力する出力制御部１６１，出力制御部１６１から制御指令を取得し、駆動電流を印加してモータＭを駆動するモータ駆動部１６２，周知のシャント抵抗１６３ａを含み、モータＭに印加された駆動電流、および駆動電流に基づくモータＭの回転状態を検出するモータ状態検出部１６３，モータ状態検出部１６３が検出した駆動電流の値と所定の閾値との比較結果に基づいて、モータＭが脱調状態に移行することが予測される脱調前状態にある可能性が高いか否かを判定する脱調前状態判定部１６４，モータ状態検出部１６３が検出した駆動電流および脱調前状態にある可能性の大小とに基づいて、モータＭへ印加する駆動電流を設定して出力制御部１６１に出力する駆動電流調整部１６５，脱調前状態判定部１６４が、モータＭが脱調前状態にある可能性が高いと判定した場合に脱調予測信号を出力する脱調予測信号出力部１６６，駆動電流調整部１６５が設定した駆動電流の設定値をモータ制御ユニット１６０の外部へ出力する駆動電流設定値出力部１６７を含んで構成される。
The
寿命予測ユニット１７０は、モータ制御ユニット１６０（すなわち、駆動電流設定値出力部１６７）から駆動電流の設定値を取得する駆動電流設定値取得部１７１，取得した駆動電流設定値に基づいて求められる駆動対象の負荷状態を含む負荷状態情報を記憶する負荷状態情報記憶部１７２，負荷状態情報に含まれる駆動対象の負荷状態に基づいて、駆動対象の寿命を予測する寿命予測部１７３を含んで構成される。
The
警告ユニット１８０は、寿命予測部１７３が予測した駆動対象の寿命に基づき、ユーザまたはサービス業者に対して、駆動対象の寿命が到来した旨の警告を出力する警告出力部１８１を含んで構成される。
The
なお、上述の電流フィードバックによりステッピングモータＭの駆動制御を行う構成、およびステッピングモータＭの駆動電流に基づいて脱調を判定する方法は公知であるが、本発明は、駆動対象が通常の動作を行っている状態で脱調前状態にある可能性を判定する点で、従来技術とは大きく異なっている。 The configuration for controlling the driving of the stepping motor M by the above current feedback and the method for determining the step-out based on the driving current of the stepping motor M are well known. This is very different from the prior art in that it is possible to determine the possibility of being in a pre-step-out state.
以下、モータ制御ユニット１６０，寿命予測ユニット１７０，警告ユニット１８０の全てを上述の各制御部（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１）に含む構成における、本発明の寿命予測システム２の、動作の詳細について述べる。
Hereinafter, the operation of the
図３を用いて、ステッピングモータＭに印加される駆動電流を最適化する駆動電流最適化処理について説明する。まず、モータ制御ユニット１６０で、駆動電流値の初期値を設定する（Ｓ１１）。初期値は、例えば工場出荷時にて設定した値で、モータ制御ユニット１６０内、あるいはＲＯＭ１５２に記憶されているので、これを取得して設定する。
A drive current optimization process for optimizing the drive current applied to the stepping motor M will be described with reference to FIG. First, the
次に、モータＭが励磁状態であるか否かを判定する。例えば、モータ状態検出部１６３で励磁電流を検出し、その励磁電流の値に基づいて励磁状態であるか否かを判定する。モータ状態検出部１６３のシャント抵抗１６３ａで検出したモータＭに印加された駆動電流が０でないときに、モータＭが励磁状態であると判定してもよい。
Next, it is determined whether or not the motor M is in an excited state. For example, the motor
モータＭが励磁状態でないと判定したときには（Ｓ１２：Ｎｏ）、本処理を終了する。一方、モータＭが励磁状態であると判定したときには（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、モータ状態検出部１６３のシャント抵抗１６３ａで検出したモータＭに印加された駆動電流の値を負荷情報（「モータ状態情報」ともいう）として取得する（Ｓ１３）。
When it is determined that the motor M is not in the excited state (S12: No), this process is terminated. On the other hand, when it is determined that the motor M is in an excited state (S12: Yes), the value of the drive current applied to the motor M detected by the
次に、脱調前状態判定部１６４において、取得した負荷情報に基づいて、モータＭにて脱調前状態にある可能性を判定する脱調前状態判定処理を実行する（Ｓ１４，図４参照）。
Next, the pre-step-out
次に、駆動電流調整部１６５において、取得した負荷情報に基づいて、モータＭに印加する駆動電流の値を調整する駆動電流値調整処理を実行する（Ｓ１５，図５参照）。
Next, the drive
次に、駆動電流調整部１６５，駆動電流設定値出力部１６７から調整後の駆動電流の値を、それぞれ出力制御部１６１，寿命予測ユニット１７０へ出力する（Ｓ１６）。このとき、出力制御部１６１は、この駆動電流と、主制御装置１５０のような外部装置から取得したモータ駆動指令情報とに基づいて、新たな駆動電流を算出して、その値を制御指令としてモータ駆動部１６２に出力する。
Next, the adjusted drive current value is output from the drive
次に、モータ状態検出部１６３で検出したモータＭの回転状態の変化に基づいて、モータＭが予め定められた回転数で定速回転しているか否かを判定する。モータＭが定速回転していないと判定したときには（Ｓ１７：Ｎｏ）、本処理を終了する。一方、モータＭが定速回転していると判定したときには（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、寿命予測ユニット１７０の駆動電流設定値取得部１７１において、モータ制御ユニット１６０から調整後の駆動電流の値（すなわち、駆動電流値情報）を取得する（Ｓ１８）。
Next, based on the change in the rotation state of the motor M detected by the motor
次に、駆動電流値情報と、予め負荷状態情報記憶部１７２に記憶されている、モータＭの駆動電流対出力トルク特性とから、モータＭの出力トルクを算出する。そして、この出力トルクを負荷状態情報として（Ｓ１９）、累積駆動時間と関連付けて負荷状態情報記憶部１７２に記憶する（Ｓ２０）。累積駆動時間は、各制御部が駆動制御する駆動系における駆動時間を累算したもので、例えば、各制御部のＣＰＵの内部カウンタ値を基準として累算を行う。また、主制御装置１５０に周知の時計ＩＣのような、時計機能を有する回路を実装し、主制御装置１５０から時刻情報を取得してもよい。
Next, the output torque of the motor M is calculated from the drive current value information and the drive current vs. output torque characteristics of the motor M stored in the load state
また、脱調予測信号出力部１６６からの脱調信号を検知可能な構成とし、脱調予測信号を検知したときには、累積駆動時間と関連付けて負荷状態情報記憶部１７２に記憶してもよい。
Further, the step-out signal from the step-out prediction
その後、ステップＳ１２へ戻り、ステップＳ１２〜Ｓ１９の処理を繰り返す。 Then, it returns to step S12 and repeats the process of steps S12-S19.
図４を用いて、図３のステップＳ１４に相当する、脱調前状態判定部１６４における脱調前状態判定処理について説明する。まず、モータ状態検出部１６３のシャント抵抗１６３ａで検出したモータＭに印加された駆動電流の値が、予め定められた駆動電流閾値を上回るか否かを判定する。
The pre-step-out state determination process in the pre-step-out
駆動電流閾値を下回ると判定したとき（Ｓ３１：Ｎｏ）、本処理を終了する。一方、駆動電流閾値を上回ると判定したとき（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、モータＭにて脱調前状態にある可能性が高いと判定し、脱調予測信号出力部１６６から脱調予測信号を出力させる（Ｓ３２）。あるいは、脱調前状態判定結果を駆動電流調整部１６５に出力する。
When it is determined that the drive current threshold value is not reached (S31: No), this process ends. On the other hand, when it is determined that the drive current threshold is exceeded (S31: Yes), it is determined that there is a high possibility that the motor M is in the pre-step-out state, and the step-out prediction
図５を用いて、図３のステップＳ１５に相当する、駆動電流調整部１６５における駆動電流値調整処理について説明する。まず、脱調前状態判定部１６４から脱調前状態判定結果を取得すること、あるいは、脱調予測信号出力部１６６から脱調予測信号を検知することにより、モータＭが脱調前状態にある可能性を判定する。
The drive current value adjustment process in the drive
次に、モータＭが脱調前状態にある可能性が高いと判定された結果を取得したとき、あるいは、脱調予測信号を検出したとき（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、駆動電流を、モータ状態検出部１６３のシャント抵抗１６３ａで検出した駆動電流の値（すなわち、「現在の電流値」）に予め定められた値αを加えたものを新たな駆動電流（すなわち、「設定電流」）とする（Ｓ５２）。一方、脱調信号を検出しないとき（Ｓ５１：Ｎｏ）、駆動電流を、現在の電流値から上述の値αを減じたものを新たな駆動電流とする（Ｓ５３）。
Next, when it is determined that there is a high possibility that the motor M is in the pre-step-out state, or when a step-out prediction signal is detected (S51: Yes), the drive current is detected by the motor state detection unit. A value obtained by adding a predetermined value α to the value of the drive current detected by the
上述の増減に用いる値αは、増減の双方で同じ値となっているが、無論、駆動系の構成に応じて異なる値としてもよい。 The value α used for the above increase / decrease is the same value for both the increase / decrease, but of course, it may be a different value depending on the configuration of the drive system.
図６に、駆動系の負荷状態が総駆動時間の増加とともに上昇する様子を示す。また、製品毎のバラツキを見るために同種の駆動系３個体（Ａ〜Ｃ）のデータを示している。一般的な駆動系は、図６のように駆動を重ねるにつれて（すなわち、総駆動時間が増加するにつれて）生ずる磨耗等の劣化（いわゆる経時劣化）により特性が変化し、それに伴い負荷状態も変化していく。経時劣化によって駆動系の特性が、仕様で設定された範囲を超える時点が駆動系の仕様上の寿命であるが、同種の駆動系であっても、個体差や使用環境等によって特性変化の度合いが異なり、寿命は大きくバラつく。図６の例では、負荷の状態が低下傾向を継続して示すようになった場合、寿命が到来するものとしている。 FIG. 6 shows how the load state of the drive system rises as the total drive time increases. Moreover, in order to see the variation for every product, the data of three same drive system individuals (AC) are shown. As shown in FIG. 6, the characteristics of a general drive system change due to wear or the like (so-called deterioration with time) that occurs as the driving is repeated (that is, as the total drive time increases), and the load state changes accordingly. To go. The point in time when the characteristics of the drive system exceed the range set in the specifications due to deterioration over time is the life in the specifications of the drive system, but even with the same type of drive system, the degree of characteristic change due to individual differences, usage environment, etc. However, the service life varies greatly. In the example of FIG. 6, when the load state continues to show a decreasing tendency, the life is assumed to be reached.
一般的には、これらのバラツキを考慮して、実際の寿命よりも早い時点を仕様上の寿命として定義し、仕様上の寿命の時間が到来したらメンテナンスや廃棄あるいは更新を行う。仮に総駆動時間が２８０時間の時点を仕様上の寿命として定義した場合、総駆動時間が４００時間弱で負荷状態の値が低下するＣに対しては妥当であるが、総駆動時間が４００時間を超えても負荷状態の値が低下しないＡ，Ｂに対してはかなりの無駄を生じさせることになる。そこで本発明では、負荷変動から駆動系の特性変化を読み取り、個体ごとに寿命診断を行うことで、このような無駄をなくすようにしている。 In general, taking these variations into consideration, a time point earlier than the actual life is defined as the life in the specification, and maintenance, disposal, or renewal is performed when the life in the specification reaches. If the total driving time of 280 hours is defined as the specification life, it is appropriate for C where the total driving time is less than 400 hours and the load state value decreases, but the total driving time is 400 hours. For A and B in which the value of the load state does not decrease even if the value is exceeded, considerable waste is caused. Therefore, in the present invention, such waste is eliminated by reading a change in characteristics of the drive system from the load variation and performing life diagnosis for each individual.
図７に、図６のグラフＡについて曲線に近似したものを示す。この近似曲線の傾きは、駆動系の負荷変動率Ｓを示している。総駆動時間の増加とともに、駆動系の負荷は増加していく傾向にあるが、負荷変動率Ｓは一定ではなく徐々に変化していく。本発明では、負荷変動率Ｓの変化から、駆動系の特性変化を読み取り、駆動系の寿命診断を行う。なお、寿命診断を行うのは、仕様上の寿命時間を経過した後のみであってもよい。 FIG. 7 shows a graph approximated to the curve A in FIG. The slope of this approximate curve indicates the load fluctuation rate S of the drive system. As the total drive time increases, the load on the drive system tends to increase, but the load fluctuation rate S is not constant but gradually changes. In the present invention, the characteristic change of the drive system is read from the change in the load fluctuation rate S, and the life diagnosis of the drive system is performed. The lifetime diagnosis may be performed only after the specified lifetime has elapsed.
図８に、駆動系の負荷変動率Ｓの観測方法の一例を示す。所定の時間範囲Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）間の負荷状態情報を負荷状態情報記憶部１７２から読み出し、総駆動時間対駆動系の負荷特性近似直線を求めてその傾きを算出する。この傾きを、時刻ｔ２における負荷変動率Ｓとして、寿命診断を行う。図８においては、ｔ１＝５５２［時間］のときの駆動系の負荷Ｔ１、ｔ２＝５６０[時間]のときの駆動系の負荷Ｔ２、Δｔ＝８[時間]から、直線近似により、２点間の直線の傾き（Ｔ２−Ｔ１）／Δｔを求めている。なお、本発明はΔｔの大きさや、Δｔ内のサンプリング頻度を限定するものではない。
FIG. 8 shows an example of an observation method of the load fluctuation rate S of the drive system. Load state information for a predetermined time range Δt (= t2−t1) is read from the load state
図９に、駆動系の寿命予測に用いる閾値を示す。図５，図６に示した駆動系の場合は、駆動系が寿命となる時点の前後で負荷変動率Ｓは単調減少傾向にある。そこで、駆動系が寿命となる時点での負荷変動率Ｓの傾きをθとして、観測した負荷変動率Ｓの傾きがθを下回る時点が真の寿命であると判断する。なお、θの大きさや、寿命判定条件（Ｓ＜θや，Ｓ＞θなど）は実際の駆動系の種類・構造によって異なるため、本発明はこれらを限定するものではない。 FIG. 9 shows thresholds used for driving system life prediction. In the case of the drive system shown in FIGS. 5 and 6, the load fluctuation rate S tends to be monotonously decreasing before and after the drive system reaches the end of its life. Therefore, assuming that the slope of the load fluctuation rate S when the drive system reaches the end of life is θ, it is determined that the time when the observed slope of the load fluctuation rate S falls below θ is the true life. Note that the magnitude of θ and the life determination conditions (S <θ, S> θ, etc.) vary depending on the type and structure of the actual drive system, and the present invention is not limited to these.
また、脱調予測信号出力部１６６からの脱調予測信号を検知可能であり、脱調信号を検知し、累積駆動時間と関連付けて負荷状態情報記憶部１７２に記憶しているときには、脱調前状態の発生の有無あるいは回数を負荷変動率Ｓに反映させてもよい。例えば、脱調前状態の発生回数が予め定められた値を上回るときには、駆動系の特性に応じて負荷変動率Ｓを増減させる。例えば、脱調前状態の発生回数が多くなるにつれて、寿命が短くなるように負荷変動率Ｓを増減させる。
In addition, when the step-out prediction signal from the step-out prediction
図１０を用いて、駆動電流値の観測タイミングについて説明する。図１０に示すように、モータＭには定速領域，加速領域，減速領域があるが、本発明では、駆動電流値の観測は、駆動電流値の変動が比較的少ない定速領域で行う。また、定速時の回転速度（図１０では「モータ回転数」にて表記）が複数パターン存在することがあるが、本発明の駆動電流値観測は常に同じ回転速度領域で行う。また、モータＭの励磁モードが複数パターン存在することがあるが、本発明の駆動電流値観測は常に同じ励磁モードで行う。一例として、図１０では常に励磁モードＢで回転速度が最大になる定速領域で駆動電流値観測を行う。なお、電流値の観測を行うのは、仕様上の寿命となる時点から、予め定められた時間であるｔだけ早い時点以降であってもよい。 The drive current value observation timing will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, the motor M has a constant speed region, an acceleration region, and a deceleration region. In the present invention, the drive current value is observed in a constant speed region where the drive current value is relatively small. Further, there may be a plurality of patterns of rotational speed at the constant speed (indicated by “motor rotational speed” in FIG. 10), but the drive current value observation of the present invention is always performed in the same rotational speed region. In addition, there may be a plurality of excitation modes of the motor M, but the drive current value observation of the present invention is always performed in the same excitation mode. As an example, in FIG. 10, the drive current value is always observed in the constant speed region where the rotation speed is maximum in the excitation mode B. Note that the current value may be observed after a time point that is earlier by t, which is a predetermined time, from the time point when the life of the specification is reached.
図１１を用いて、警告ユニット１８０における寿命警告処理について説明する。まず、寿命予測タイミングが到来したか否かを判定する。寿命予測タイミングは、以下のうちのいずれかを用いる。
・モータＭの状態が、図１０のような励磁モードＢで回転速度が最大になる定速領域にあるとき。
・総駆動時間が駆動系の仕様上の寿命時間を経過した後。
・総駆動時間が駆動系の仕様上の寿命となる時点から、予め定められた時間であるｔだけ早い時点を経過した後。
The life warning process in the
When the state of the motor M is in a constant speed region where the rotation speed is maximum in the excitation mode B as shown in FIG.
・ After the total drive time has passed the life of the drive system.
After a time point that is earlier by t, which is a predetermined time, from the time point when the total drive time reaches the life of the drive system specification.
寿命予測タイミングが到来したと判定したとき（Ｓ７１：Ｙｅｓ）、図７〜図９の方法（すなわち、負荷変動率Ｓの変化に基づく）により、駆動系が寿命に達しているか否かを判定する（Ｓ７２）。駆動系が寿命に達していないと判定したとき（Ｓ７３：Ｎｏ）、本処理を終了する。一方、駆動系が寿命に達していると判定したとき（Ｓ７３：Ｙｅｓ）、ユーザとサービス業者（保守担当者）の少なくとも一方に早期にメンテナンスや部品交換を実施するよう警告するための寿命警告を出力する（Ｓ７４）。 When it is determined that the life prediction timing has arrived (S71: Yes), it is determined whether or not the drive system has reached the life by the method of FIGS. 7 to 9 (that is, based on the change in the load fluctuation rate S). (S72). When it is determined that the drive system has not reached the end of its life (S73: No), this process is terminated. On the other hand, when it is determined that the drive system has reached the end of its life (S73: Yes), a life warning is issued to warn at least one of the user and the service provider (maintenance person) to perform maintenance and parts replacement at an early stage. Output (S74).
寿命警告は、以下のうちの少なくとも一つを用いて行う。
・警告出力部１８１が、ＬＣＤあるいはＬＥＤのような表示部を含み、その表示部に所定の表示を行うことで寿命警告を行う。
・警告出力部１８１から主制御装置１５０に寿命警告出力を行い、主制御装置１５０が寿命警告出力を検知して、表示部１５６に所定の表示を行うことで寿命警告を行う。
The life warning is performed using at least one of the following.
The
A life warning is output from the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and the knowledge of those skilled in the art can be used without departing from the spirit of the claims. Various modifications based on this are possible.
画像形成装置以外の、ステッピングモータを用いた駆動系を有する装置にも適用できる。 The present invention can also be applied to an apparatus having a drive system using a stepping motor other than the image forming apparatus.
１ 画像形成装置
２ 駆動系の寿命予測システム（寿命予測システム）
１５０ 主制御装置
１６０ モータ制御ユニット
１６１ 出力制御部
１６２ モータ駆動部
１６３ モータ状態検出部
１６４ 脱調前状態判定部
１６５ 駆動電流調整部
１６６ 脱調予測信号出力部
１６７ 駆動電流設定値出力部
１７０ 寿命予測ユニット
１７１ 駆動電流設定値取得部
１７２ 負荷状態情報記憶部
１７３ 寿命予測部
１８０ 警告ユニット
１８１ 警告出力部
Ｍ ステッピングモータ（モータ）
DESCRIPTION OF
150
Claims (4)
前記ステッピングモータを駆動させるためのモータ駆動指令情報を取得し、取得した前記モータ駆動指令情報に基づいて、前記ステッピングモータを駆動するための駆動電流を算出し、その値を制御指令として出力する出力制御部と、
前記出力制御部から前記制御指令を取得し、前記駆動電流を印加して前記ステッピングモータを駆動するモータ駆動部と、
前記ステッピングモータに印加された前記駆動電流を含む、前記ステッピングモータの状態を検出するモータ状態検出部と、
前記モータ状態検出部が検出した前記駆動電流の値と予め定められた駆動電流閾値との比較結果に基づいて、前記ステッピングモータが脱調状態に移行することが予測される状態である脱調前状態にある可能性が高いか否かを判定する脱調前状態判定部と、
前記モータ状態検出部が検出した前記駆動電流および前記脱調前状態にある可能性とに基づいて、前記ステッピングモータへ印加する駆動電流を設定して前記出力制御部に出力する駆動電流調整部と、を有し、
前記出力制御部は、
前記モータ駆動指令情報と前記駆動電流調整部が出力した駆動電流とに基づいて、新たな駆動電流を算出して、その値を制御指令として前記モータ駆動部に出力するモータ制御ユニットと、
前記駆動電流調整部が出力した駆動電流の設定値を取得する駆動電流設定値取得部と、
取得した前記駆動電流の設定値に基づいて求められる前記駆動対象の負荷状態を含む負荷状態情報を記憶する負荷状態情報記憶部と、
前記負荷状態情報に含まれる前記駆動対象の負荷状態に基づいて、前記駆動対象の寿命を予測する寿命予測部と、
を有する寿命予測ユニットと、
を備えることを特徴とする駆動系の寿命予測システム。 A drive system life prediction system including a predetermined drive object and a stepping motor that drives the drive object,
An output for acquiring motor drive command information for driving the stepping motor, calculating a drive current for driving the stepping motor based on the acquired motor drive command information, and outputting the value as a control command A control unit;
A motor drive unit for obtaining the control command from the output control unit and applying the drive current to drive the stepping motor;
A motor state detector that detects the state of the stepping motor, including the drive current applied to the stepping motor;
Based on a comparison result between the value of the drive current detected by the motor state detection unit and a predetermined drive current threshold, the stepping motor is predicted to shift to the step-out state before step-out. A pre-step-out state determination unit that determines whether or not there is a high possibility of being in a state;
A drive current adjusting unit configured to set a drive current to be applied to the stepping motor based on the drive current detected by the motor state detection unit and the possibility of being in the state before step-out and to output to the output control unit; Have
The output control unit
A motor control unit that calculates a new drive current based on the motor drive command information and the drive current output by the drive current adjustment unit, and outputs the value to the motor drive unit as a control command;
A drive current set value acquisition unit for acquiring a set value of the drive current output by the drive current adjustment unit;
A load state information storage unit that stores load state information including a load state of the drive target that is obtained based on the acquired setting value of the drive current;
A life prediction unit that predicts the life of the drive target based on the load state of the drive target included in the load state information;
A life prediction unit having
A drive system life prediction system comprising:
前記駆動電流設定値取得部は、前記ステッピングモータの回転速度が予め定められた一定速度であるときに、前記駆動電流調整部が出力した駆動電流の設定値を取得する請求項１に記載の駆動系の寿命予測システム。 The motor state detection unit detects a rotation state of the stepping motor,
2. The drive according to claim 1, wherein the drive current set value acquisition unit acquires the set value of the drive current output from the drive current adjustment unit when the rotation speed of the stepping motor is a predetermined constant speed. System life prediction system.
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