CN101206146A

CN101206146A - 工作机械中的温度传感器的异常检测方法

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Publication number: CN101206146A
Application number: CNA2007103001059A
Authority: CN
Inventors: 佐藤礼士
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: US7766541B2; US20080144693A1; DE102007058870A1; JP2008149415A; JP5336042B2; ITMI20072305A1; CN101206146B

Abstract

一种能够容易地检测温度传感器的异常的异常检测方法。作为解决手段，预先将多个温度传感器按照工作机械的每个预定设置区域进行分组，在S1中测定各部分的温度后，在S2中按照所分组的设置区域对检测温度进行分类，在S3中按照从高到低的顺序排序。然后，在S4中分别求出相邻的检测温度之差ΔT，在S5中与预先设定的极限值γ进行比较，在ΔT超过极限值γ时，在S6中判断为该设置区域中的温度传感器异常并进行报警显示。

Description

工作机械中的温度传感器的异常检测方法

技术领域

本发明涉及检测在工作机械的热位移校正中使用的温度传感器的异常的方法。

背景技术

在工作机械中，广泛采用对由环境室温变化或切削热引起的加工尺寸误差进行校正的热位移校正方法。在该热位移校正方法中，在工作机械的构成要素中设置热电偶或热敏电阻等温度传感器，利用电压计或电流计等温度测定装置得到来自温度传感器的温度信息，根据所得到的温度信息估计热位移量而对主轴或刀架等移动体的校正量进行运算，并根据校正量控制移动体(参照专利文献1～3)。

专利文献1日本特公昭61-59860号公报

专利文献2日本特公平6-61674号公报

专利文献3日本特开2001-341049号公报

在该情况下，当由于温度传感器的断路/短路等异常或温度测定装置的故障等而检测到异常的温度时，有可能无法进行正常的校正而导致加工尺寸误差变大，或者由于异常的校正量而导致机械的移动体碰撞到工件等，所以需要可检测温度传感器的异常。在此，对于温度传感器的断路/短路等异常，能够通过分别监视专用的温度传感器的温度信息来容易地进行检测。但是，例如对于伴随热敏电阻老化而产生的异常等，无法由温度传感器或温度测定装置单独地进行检测，而采用在同一处设置多个温度传感器并比较彼此的温度信息来检测异常的方法。因此，导致温度传感器或温度测定装置数量增加，引发成本上升。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够更容易地检测温度传感器的异常的方法。

为了达到上述目的，本发明第一方面的特征在于，预先将温度传感器按照工作机械的一个或多个预定的设置区域进行分组，求出属于设置区域的多个温度传感器的检测温度的偏差，将该偏差与预先设定的极限值进行比较，在偏差超过极限值时，判断为该偏差涉及的温度传感器异常。

本发明第二方面在第一方面发明目的的基础上，为了能够早期判断异常检测，检测温度的偏差是将设置区域内的多个温度传感器的检测温度按照从高到低的顺序或从低到高的顺序排列时相邻的检测温度之间的差。

本发明的第三方面构成为，在第一方面或第二方面目的的基础上，为了将温度传感器分类为能够容易区分的设置区域，设置区域被分为：受到轴承或电动机等热源的影响并按照各热源分类的区域(第1区域)；位于加工空间内或者面对加工空间的不受热源影响的区域(第2区域)；以及不在加工空间内或者不面对加工空间而且不受热源影响的、按照距地面的高度分类的多个区域(第3、第4区域)，当在该分类的各个区域中存在多个温度传感器时，检测该各个区域中的温度传感器的异常。

本发明的第四方面构成为，在第一方面～第三方面中任一目的的基础上，为了防止因异常校正量导致的加工故障的发生，在判断为温度传感器异常时，禁止在工作机械的热位移校正中变更校正量。

根据本发明第一方面，可以不费工夫地容易实施检测温度的异常检测。因此，不需要增加异常检测用的温度传感器和温度测定装置，且能够抑制成本上升。

根据本发明第二方面，在本发明第一方面所述效果的基础上，能够与温度传感器数量无关地容易地设定异常判断所使用的检测温度差的极限值，并且可以设为最小必要限度的值。因此，能够早期地判断异常检测。

根据本发明第三方面，在本发明第一方面或第二方面所述效果的基础上，利用可以根据有无热源的影响和距地面的高度这些外观进行判断的设置区域，对温度传感器进行分组，所以能够容易区分温度传感器，而且不需计测各部分的检测温度。

根据本发明第四方面，在本发明第一方面～第三方面中任一项所述效果的基础上，可以防止由于异常的校正量而导致的产生机械的移动体冲击工件等故障。

附图说明

图1是立式加工中心(machining center)的概略图。

图2是表示分类B的温度传感器的检测温度变化的曲线图。

图3是表示分类C的温度传感器的检测温度变化的曲线图。

图4是表示分类D的温度传感器的检测温度变化的曲线图。

图5是表示室温和切削液温度变化的曲线图。

图6是温度传感器的异常检测方法的流程图。

图7是图1中的立式加工中心的主轴头内部的主轴结构和床鞍(saddle)内部的上下移动轴结构的概略图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是从侧方观察到的作为工作机械的一例的立式加工中心(machining center)的概略图。在床身(bed)1的右侧固定设有立柱2，在设于床身1上表面的导轨上放置着可以向纸面的左右方向移动的工作台3，可以将工件4固定在工作台3的上面。在设于立柱2的左侧面的导轨上架设着可以在与纸面垂直的方向上移动的床鞍(saddle)5，在床鞍5的左侧面架设着可以在纸面的上下方向上移动的主轴头6。

并且，虚线7表示被防护罩包围的加工空间。在该加工空间7中，切削液从设于主轴头6下端的主轴上的未图示的喷嘴喷出，并落在工作台3和工件4上，然后与切屑一起流过床身1上表面的未图示的流槽部而排放到外部。

8～15分别表示温度传感器，温度传感器8用于测定床身1的上表面温度，安装在床身1的上表面上；温度传感器9用于测定工作台3的温度，安装在工作台3上；温度传感器10用于测定工件4的温度，安装在工件4上；温度传感器11用于测定床身1下部的温度，安装在床身1下部；温度传感器12用于测定立柱2下部的温度，安装在立柱2下部；温度传感器13用于测定立柱2上部的温度，安装在立柱2上部；温度传感器14用于测定床鞍5的温度，安装在床鞍5上；温度传感器15用于测定主轴头6的温度，安装在主轴头6上。

各个温度传感器8～15的温度检测信号被输入温度测定装置16，利用公知的方法从模拟信号转换为数字信号而得到温度数值。17表示参数存储装置，分别设定有与预先根据各个温度传感器的设置位置而设定的分组相关的分类信息、和各个分类的极限值。检测温度判定装置18根据参数存储装置17的分类信息，对从温度测定装置16得到的检测温度进行分类，并与对应各个分类的极限值进行比较，来判断温度传感器的异常，并将判断结果输出给校正装置19。校正装置19根据从检测温度判定装置18得到的检测温度来计算校正值，并输出给NC装置20。NC装置20按照所得到的校正值来变更工作台和主轴头等的进给指令。

在此，在参数存储装置17中，以温度变化相同的设置位置为基准，把各个温度传感器分类为以下4个设置区域。

A.受到轴承和电机等各个热源影响的位置(第1区域)

B.虽然不受热源的影响，但在受到切削液温度影响的加工空间内或面对加工空间的位置(第2区域)

C.不受热源影响也不受切削液影响的位置，而且距室温变化较小的地面较近的位置(第3区域)

D.不受热源影响也不受切削液影响的位置，而且远离室温变化较大的地面的位置(第4区域)。

因此，在将以上分类适用于温度传感器8～15时，不存在按照上述A条件设置的温度传感器，按照上述B条件设置的温度传感器为温度传感器8～10，按照上述C条件设置的温度传感器为温度传感器11、12，按照上述D条件设置的温度传感器为温度传感器13～15。

其中，在B～D条件中，由于相同分类的温度传感器有多个，所以可以对B～D条件的温度传感器8～15，进行本发明的异常检测。在按照该B～D条件分组的温度传感器中，图5中的室温变化、切削液温度变化时的检测温度如图2、图3、图4所示，可知分类相同的温度传感器的检测温度变化相同。

并且，在参数存储装置17中分别设定有对应分类B的极限值γ2、对应分类C的极限值γ3、以及对应分类D的极限值γ4。

根据图6的流程图，说明如上所述构成的立式加工中心的温度传感器的异常检测方法。

首先，利用各个温度传感器8～15进行温度计测，利用温度测定装置16将所得到的检测信号数字信号化，而得到温度数值(S1)。另外，该处理按照预先设定的间隔(例如10秒)进行。然后，在S2中，检测温度判定装置18根据参数存储装置17中的分类信息，将检测温度分组为以下3个分类。

分类B：温度传感器8、温度传感器9、温度传感器10的检测温度

分类C：温度传感器11、温度传感器12的检测温度

分类D：温度传感器13、温度传感器14、温度传感器15的检测温度。

然后，在S3中，将各个分类的检测温度按照从高到低的顺序排序，在S4中，分别计算相邻的检测温度之差ΔT。

例如，在图2、图3、图4中，2H时刻的温度传感器8～15的检测温度T₈～T₁₅如下所示。

T₈＝25.0℃ T₉＝27.3℃ T₁₀＝29.6℃ T₁₁＝21.2℃

T₁₂＝20.5℃ T₁₃＝21.3℃ T₁₄＝21.9℃ T₁₅＝22.3℃

因此，如果将分类B的检测温度T₈、T₉、T₁₀按照从高到低的顺序排列并设为TB₁、TB₂、TB₃，则

TB₁＝T₁₀＝29.6℃

TB₂＝T₉＝27.3℃

TB₃＝T₈＝25.0℃

作为检测温度的偏差的各个检测温度差ΔT如下：

ΔTB_(1-2)＝TB₁-TB₂＝2.3℃

ΔTB_(2-3)＝TB₂-TB₃＝2.3℃

同样，如果将分类C的检测温度T₁₁、T₁₂按照从高到低的顺序排列并设为TC₁、TC₂，则

TC₁＝T₁₁＝21.2℃

TC₂＝T₁₂＝20.5℃

检测温度差ΔT为：

ΔTC_(1-2)＝TC₁-TC₂＝0.7℃。

同样，如果将分类D的检测温度T₁₃、T₁₄、T₁₅按照从高到低的顺序排列并设为TD₁、TD₂、TD₃，则

TD₁＝T₁₅＝22.3℃

TD₂＝T₁₄＝21.9℃

TD₃＝T₁₃＝21.3℃

检测温度差ΔT为：

ΔTD_(1-2)＝TD₁-TD₂＝0.4℃

ΔTD_(2-3)＝TD₂-TD₃＝0.6℃。

然后，在S5中，分别比较分类B的检测温度差ΔTB与极限值γ2、分类C的检测温度差ΔTC与极限值γ3、分类D的检测温度差ΔTD与极限值γ4，在ΔT＞γ时，判断为在该检测温度差涉及的两个温度传感器中有一方存在异常。并且，在判断为异常时，在S6中，显示该温度传感器涉及的检测温度异常的报警，在S7中，指令校正装置19维持变为异常之前的校正量不进行变更。另一方面，在S5的判断中不是ΔT＞γ时以及在S7的指令之后，在S8中判断是否继续进行异常检测，在继续进行时返回S1。

这样，根据上述方式的温度传感器的异常检测方法，预先将温度传感器按照预定的设置区域进行分组，求出属于各个设置区域的多个温度传感器的检测温度的偏差，将该偏差与预先设定的极限值进行比较，在偏差超过极限值时，判断为该偏差涉及的设置区域的温度传感器异常，由此可以不费工夫地容易地实施检测温度的异常检测。因此，不需要增加异常检测用的温度传感器和温度测定装置，还能够抑制成本上升。

尤其在可以根据有无热源和切削液温度影响及距地面的高度这一外观进行判断的设置区域中，将温度传感器分组，所以能够容易区分温度传感器，而不需计测各部分的检测温度。

并且，在判断为温度传感器异常时，禁止在热位移校正中变更校正量，所以可以防止由于异常的校正量而导致产生机械的移动体冲击工作物等故障。

另外，在此，检测温度的偏差是将设置区域内的多个温度传感器的检测温度，按照从高到低的顺序或从低到高的顺序排列时相邻的检测温度之间的差，所以能够与温度传感器数量无关地、容易地设定异常判断所使用的检测温度差的极限值，并且可以设为最小必要限度的值。因此，能够尽早地判断异常检测。这是因为由于温度传感器的劣化等造成的检测温度的异常多产生在一处，所以即使所使用的极限值尽量小且设为与温度传感器数量无关的同一值时，也能够进行设置区域中的异常检测。

另外，作为求出所分类的温度传感器之间的偏差的方法，也可以使用标准偏差、中间值、范围这些统计量。在使用标准偏差或范围时，根据所分类的检测温度，利用公知的算式求出标准偏差或范围，并将标准偏差或范围与预先设定的极限值进行比较。

在使用中间值时，根据所分类的检测温度，利用公知的方法求出中间值，并将中间值和检测温度之差与预先设定的极限值进行比较。

但是，由于标准偏差的值随采样总数而不同，所以优选与标准偏差比较的极限值随着所分类的温度传感器的总数来改变其值。并且，在所分类的温度传感器中，如图2、图3、图4所示，存在由于温度传感器位置的不同而造成的检测温度的偏差，所以优选与范围及中间值和检测温度之差进行比较的极限值根据温度传感器的总数和相同分类的温度传感器的安装位置来改变其值。

并且，在上述方式中，示出了分类为4个的设置区域中不受热源影响的分类B～D的情况，但在受到热源影响的分类A中按照各个热源分类时，例如按照下面所述进行。

图7是表示图1中的立式加工中心的主轴头6内部的主轴结构和床鞍5内部的上下移动轴结构的概略图。主轴21由轴承22～26枢轴支承着，并被电动机27驱动。主轴头6通过滚珠丝杠28在上下方向移动。该滚珠丝杠28由轴承29、30枢轴支承着，并被电动机31驱动。

在此，温度传感器32～34用于测定枢轴支承主轴21的轴承22、24、26的温度，安装在各个轴承的附近，温度传感器35、36用于测定枢轴支承滚珠丝杠28的轴承29、30的温度，安装在各个轴承的附近。

枢轴支承主轴21的轴承22、24、26伴随主轴21的旋转而发热，所以可以视为热源，温度传感器32～34可以分类为在一个设置区域(上述方式中的分类A，本发明中的第1区域)中。

另一方面，枢轴支承滚珠丝杠28的轴承29、30伴随主轴头6上下移动时的旋转而发热，所以也可以视为热源，温度传感器35、36可以分类为在一个设置区域(分类A，第1区域)中。

按照以上所述进行按照每个热源的分类。以后的每个分类的温度传感器的异常检测处理与上述方式相同。

此外，温度传感器的数量和设置位置、分组的方式等不限于上述方式，例如可以适当变更为将按照距地面的高度划分的区域分为3个以上的更多档的区域等。但是，设置区域不必是多个，一个也可。当然，所适用的工作机械只要是使用温度传感器执行热位移校正的设备即可，不限于加工中心。

Claims

1.一种工作机械中温度传感器的异常检测方法，在将多个温度传感器配置在不同位置的工作机械中，该方法检测所述温度传感器的异常，所述方法的特征在于，

预先将所述温度传感器按照所述工作机械的一个或多个预定的设置区域进行分组，求出属于所述设置区域的多个所述温度传感器的检测温度的偏差，将该偏差与预先设定的极限值进行比较，在所述偏差超过所述极限值时，判断为该偏差涉及的所述温度传感器异常。

2.根据权利要求1所述的工作机械中温度传感器的异常检测方法，其特征在于，检测温度的偏差是将设置区域内的多个温度传感器的检测温度按照从高到低的顺序或从低到高的顺序排列时相邻的检测温度之间的差。

3.根据权利要求1所述的工作机械中温度传感器的异常检测方法，其特征在于，设置区域被分类为：受到轴承或电动机等热源的影响并按照所述各热源分类的区域；位于加工空间内或者面对加工空间的不受所述热源影响的区域；以及不在加工空间内或者不面对加工空间而且不受所述热源影响的、按照距地面的高度分类的多个区域，当在该分类的各个区域中存在多个温度传感器时，检测该各个区域中的所述温度传感器的异常。

4.根据权利要求2所述的工作机械中温度传感器的异常检测方法，其特征在于，设置区域被分类为：受到轴承或电动机等热源的影响并按照所述各热源分类的区域；位于加工空间内或者面对加工空间的不受所述热源影响的区域；以及不在加工空间内或者不面对加工空间而且不受所述热源影响的、按照距地面的高度分类的多个区域，当在该分类的各个区域中存在多个温度传感器时，检测该各个区域中的所述温度传感器的异常。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的工作机械中温度传感器的异常检测方法，其特征在于，在判断为温度传感器异常时，禁止在工作机械的热位移校正中变更校正量。