CN101226387B

CN101226387B - 控制装置

Info

Publication number: CN101226387B
Application number: CN200810001381.XA
Authority: CN
Inventors: 桝谷道; 冈秀树; 福田正干
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: EP1947537B1; US7742836B2; JP4261588B2; JP2008176559A; DE602007014004D1; US20080177403A1; CN101226387A; EP1947537A1

Abstract

一种用于机床的控制装置(10)，其具备：安装在机床的主轴部(30)或者对于主轴部相对移动的移动体、例如用于夹持工件的工作台上的至少一个振动检测单元(31～33)；将振动检测单元检测到的振动信号与机床的运转信息相关联地进行存储的存储单元(11)；将存储单元中存储的振动信号与预先设定的阈值进行比较，在振动信号超过阈值时判定为发生了碰撞的碰撞判定单元(12)；以及在碰撞判定单元判定为发生了碰撞时，向外部输出判定为发生了碰撞时的振动信号和与振动信号相关联的存储单元内的运转信息的输出单元(13)。由此，可以掌握发生碰撞时的具体状况，迅速地查明碰撞的原因。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置。本发明尤其涉及一种具备判定机床的主轴与其他物体发生碰撞的碰撞判定功能的数值控制装置。

背景技术

在机床的主轴或机器人的机械臂等中，有时由于程序错误或操作者的操作错误等，主轴等会意外地与其他物体发生碰撞。当产生这样的碰撞时，在主轴或机器人机械臂等中，主轴或机器人机械臂自身的构造或者对其进行驱动的电动机产生故障。这样的故障会对加工精度以及动作精度等造成影响，所以在发生了碰撞时希望停止机床或机器人的动作来进行检修。

因此，在日本特开平2-179479号公报中公开了以下内容：根据当机床的主轴等中产生故障时主轴或对其进行驱动的电动机产生异常振动的情况，由设置在主轴上的位置检测器检测主轴的异常振动。此外，在日本特开2006-138756号公报中，当安装在机床主轴等上的振动传感器的输出信号的最大值超过了阈值时，判定为发生了碰撞。

在日本特开平2-179479号公报以及日本特开2006-138756号公报中，可以不与机床用控制装置联动地检测碰撞。换句话说，在日本特开平2-179479号公报以及日本特开2006-138756号公报中，并没有将发生碰撞时振动传感器的输出信号与机床的运转信息例如运转程序相关联。

但是，在机床自动运转时，由于不清楚碰撞时的具体状况所以难以查明碰撞的原因。此外，即使在操作者操作机床时，如果操作者不呈报发生碰撞的情况，则不清楚碰撞时的具体状况，也同样难以查明碰撞的原因。

本发明是鉴于这样的问题而发明的，其目的在于提供一种控制装置，其可以掌握在机床中发生碰撞时的具体状况，迅速地查明碰撞的原因。

发明内容

为了达成上述目的，根据第一方式提供一种控制装置，其具有：安装在机床的主轴部或者对于该主轴部相对移动的移动体上的至少一个振动检测单元；将该振动检测单元检测到的振动信号与所述机床的运转信息相关联地进行存储的存储单元；将该存储单元中存储的所述振动信号与预先设定的阈值进行比较，在所述振动信号超过所述阈值时判定为发生了碰撞的碰撞判定单元；以及在该碰撞判定单元判定为发生了碰撞时，向外部输出判定为发生了所述碰撞时的所述振动信号和与该振动信号相关联的所述存储单元内的所述运转信息的输出单元。

即，在第一方式中，将主轴部等的振动信号与机床的运转信息相关联地进行存储，因此可以一同输出碰撞时的振动信号和运转信息。因此，可以了解碰撞时机床的输出轴等的具体状况，由此可以迅速地查明碰撞的原因。

根据第二方式，在第一方式中，还具备对所述机床的所述主轴部或者对于该主轴部相对移动的所述移动体的位置以及速度中的至少一方进行检测的位置·速度检测单元，在判定为发生了所述碰撞时，所述存储单元存储由所述位置·速度检测单元检测到的位置信息以及速度信息中的至少一方，并且，所述输出单元将所述位置信息以及速度信息中的至少一方与所述振动信号以及所述运转信息一同进行输出。

即，在第二方式中，还可以得到碰撞时主轴部或移动体的位置信息以及/或者速度信息，由此可以更加正确地查明碰撞的原因。

根据第三方式，在第一方式中，所述控制装置还具有对日期时刻信息进行计时的功能，在判定为发生了所述碰撞时，所述存储单元存储判定为发生了所述碰撞时的日期时刻信息，并且，所述输出单元将所述日期时刻信息与所述振动信号以及所述运转信息一同进行输出。

即，在第三方式中，可以掌握发生碰撞的日期以及时刻，由此可以更加正确地查明碰撞的原因。

根据第四方式，在第一方式中，所述机床的所述主轴部或者对于该主轴部相对移动的所述移动体可以在相互垂直的三轴移动方向上移动，至少三个振动检测单元可以检测在所述三轴移动方向上的各自的振动，当所述主轴部或者对于该主轴部相对移动的所述移动体在所述三轴移动方向中的一个或者两个移动方向上进行移动时，在所述一个或者两个移动方向上由一个或者两个所述振动检测单元检测到的振动信号与在剩下的移动方向上由剩下的所述振动检测单元检测到的振动信号之间的差分超过了预先设定的其他的阈值时，所述碰撞判定单元判定为发生了碰撞。

即，在第四方式中，根据运转信息而得知主轴部等的实际移动方向，因此例如即使在产生了干扰的情况下，也可以不受其影响地进行碰撞判定。

根据第五方式，在第一方式中，还具备用于调节所述阈值的输入部。

即，在第五方式中，可以根据机床的运转信息或由机床加工的工件的种类等设置最佳的阈值。

根据第六方式，在第一方式中，所述运转信息是所述机床的自动运转程序中的与所述主轴部或所述移动体的移动相关的信息。

即，在第六方式中，可以比较容易地得到机床的运转信息。

根据附图所示的本发明典型实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征、优点以及其他目的、特征以及优点将会变得更加明确。

附图说明

图1是本发明的控制装置的结构图。

图2表示图1所示的控制装置的存储部中存储的信息。

图3是本发明的控制装置的碰撞判定部进行碰撞判定时的第一流程图。

图4是本发明的控制装置的碰撞判定部进行碰撞判定时的第二流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图中，对于相同的部件赋予相同的参照符号。为了便于理解，对这些附图的比例尺进行了适当的变更。

图1是本发明的控制装置的结构图。在图1所示的控制装置例如数值控制装置10上连接有机床的主轴30或机器人的机械臂等。数值控制装置10还可以与对于机床的主轴相对移动的移动体、例如夹持工件的工作台(未图示)相连接。以下所使用的表述“主轴30等”表示数值控制装置10与主轴30相连接的情况以及数值控制装置10与移动体相连接的情况的双方。

数值控制装置10由数字计算机构成，如图1所示，具备：包含ROM、RAM等的存储部11；可以是处理器的碰撞判定部12；可以是显示器、打印机或者存储卡插槽等电子数据取出部的输出部13；可以是键盘或者鼠标等的输入部14。如图所示，这些存储部11、碰撞判定部12、输出部13以及输入部14通过双向总线相互连接。

根据图1可知，在数值控制装置10进行动作时，在存储部11中还存储机床后述的运转信息A、主轴等的位置信息B以及速度信息C。此外，数值控制装置10具有对日期以及时刻进行计时的功能，在需要时将日期时刻信息T存储在存储部11中。由此，可以知道何时发生了碰撞，可以有助于碰撞原因的分析。

此外，虽然在图1中未图示，但在存储部11中还存储有机床的运转程序、后述的碰撞判定程序、以及在碰撞判定程序中使用的阈值L1、L2。可以由操作者使用输入部14适当地调节这些阈值L1、L2。因此，可以根据机床的运转信息或由机床加工的工件的种类设定最佳的阈值L1、L2，可以高精度地进行后述的碰撞判定。

在机床的主轴30等上至少安装了一个振动检测部31～33。在图示的例子中，三个振动检测部31～33以能够检测相互垂直的三轴移动方向上的振动的方式被安装在主轴30等上。这些振动检测部31～33分别将被安装的对象物的振动转换为电压，然后将该电压转换为数字信号进行输出。作为这样的振动检测部，例如可以采用振动传感器(Vibration Pickup)。因为这些振动传感器是总所周知的，所以省略详细的说明。根据图1可知，这些振动检测器31～33与数值控制装置10的存储部11相连接。

而且，如图所示，在主轴30等上设置有对主轴30或关联的移动体的位置以及速度进行检测的位置·速度检测部41。该位置·速度检测部41同样与数值控制装置10的存储部11相连接。由位置·速度检测部41检测到的主轴等的位置以及速度作为位置信息B以及速度信息C存储在存储部11中。

图2表示图1所示的控制装置的存储部中存储的信息。以下，参照图1以及图2说明向本发明的数值控制装置10的存储部11进行存储的动作。首先，在设定了机床以及向工作台夹持了工件之后，机床根据所选择的运转程序开始进行动作。

在机床进行动作时，如图2所示，在存储部11中存储来自各个振动检测部31～33的振动信号X1～X3。如上所述，数值控制装置10具有对日期以及时刻进行计时的功能，所以将每个规定时间的振动信号X1～X3与振动检测部31～33进行检测时的日期时刻信息T相对应，以映射(map)的形式依次进行存储。

另外，通过数值控制装置10的计时功能得知机床的动作程序开始运行的日期时刻信息T0。因此，可以根据动作程序的内容来掌握与动作程序开始运行后的时刻T-T0的主轴30等的移动有关的信息。具体地说，是主轴30等的动作程序中的位置、速度以及方向。同样将这样的信息作为运转信息A与日期时刻信息T相对应，以映射的形式依次进行存储。

某个物体与其他物体碰撞时产生的振动波形的上升一般比较急剧，所以用于在存储部11中依次进行存储的时间间隔最好尽可能地小。此外，近年来机床的高速化越来越显著，因此，为了详细地存储机床的运转信息，进行存储的时间间隔最好极短。

另一方面，在时间间隔比较短时存储部11的存储容量增大。因此，最好将对振动信号X1～X3以及运转信息A等进行存储的时间仅仅设为运转程序开始运行后的一个或多个规定的时间段。

此外，如图所示，比较有利的是同样将位置·速度检测部41检测的主轴30等的实际的位置信息B以及速度信息C与日期时刻信息T相对应，依次进行存储。由此，可以得到判断出发生碰撞瞬间的主轴30等的位置和速度信息，可以更加正确地查明碰撞的原因。在手动操作机床时，因为不存在运转程序所以无法得到运转信息A。此时，特别有利的是存储主轴30等的实际的位置信息B以及速度信息C。

另外，在本发明中，由数值控制装置10的碰撞判定部12判定主轴30等是否与其他物体发生了碰撞。图3是本发明的控制装置的碰撞判定部进行碰撞判定时的第一流程图。在图3所示的碰撞判定程序的步骤101中，取得在某个日期时刻T在存储部11中存储的振动信号X，即振动信号X1～X3中的某一个。

然后，在步骤102中，将该振动信号X与规定的阈值L1进行比较。在振动信号X大于阈值L1时进入到步骤104，判定为发生了碰撞。另一方面，在振动信号X不大于阈值L1时，判定为没有发生碰撞(步骤103)。

在判定为已经发生了碰撞的情况下，将判定为发生了碰撞的振动信号X、与该振动信号X对应的日期时刻信息T以及运转信息A通过输出部13进行输出。即，将这些信息在作为显示器的输出部13上进行显示，或者由作为打印机的输出部13进行打印。或者通过作为存储卡插槽等电子数据取出部的输出部13向外部进行输出。

如此，在本发明中，将主轴30等的振动信号X与机床的运转信息A等相关联地进行存储，因此可以使碰撞时的振动信号X和运转信息A相对应地一起进行输出。因此，操作者可以根据输出内容掌握碰撞时机床的输出轴等的具体状况，由此可以迅速地查明碰撞的原因。

而且，在本发明中，将机床的主轴30等与数值控制装置10连接，因此还可以通过图4所示的其他方法进行碰撞判定。即，在图4所示的碰撞判定程序110的步骤111中，取得某个日期时刻信息T的主轴30等的移动方向。

如上所述，在存储部11中存储了与某个日期时刻信息T对应的运转信息A，碰撞判定部12根据该运转信息A取得主轴30等向哪个方向移动。在此，将振动检测部31可以检测振动的方向设为主轴30等的移动方向。

然后，在步骤112中，取得与该移动方向对应的振动检测部31的振动信号X1。而且，在步骤113中，取得没有与所述移动方向对应的振动检测部、例如振动检测部32的振动信号X2。然后，计算这些振动信号X1、X2之间的偏差的绝对值|ΔX|(步骤114)，然后判定该偏差|ΔX|是否大于规定的阈值L2(步骤115)。

在偏差|ΔX|大于阈值L2时进入到步骤117，判定为发生了碰撞。另一方面，在偏差|ΔX|不大于阈值L2时，判定为没有发生碰撞(步骤116)。之后，与上述相同，对应地输出判定为发生了碰撞的振动信号X、运转信息A以及日期时刻信息T。

可知在如此进行碰撞判定的情况下也可以得到与上述相同的效果。而且，在图4所示的实施方式中，根据运转信息A判断主轴30等的移动方向，所以即使在发生了干扰的情况下，也可以在根据运转信息A预测出的可能会发生碰撞的方向上进行碰撞判定。因此可知，在本发明中，可以不受干扰影响地决定移动方向，由此可以正确地进行碰撞判定。

此外，在图4所示的实施方式中，除了与振动检测部32相关联的方向之外，当与振动检测部33相关联的方向也不是主轴30等的移动方向时，可以进一步将振动信号X1和振动信号X3之间的偏差|ΔX|与阈值L2进行比较。

此外，在机床的主轴30等在两个方向、例如与振动检测部31以及振动检测部32相关联的方向上进行移动时，可以分别将振动信号X1和振动信号X3之间的偏差|ΔX|以及振动信号X2和振动信号X3之间的偏差|ΔX|与阈值L2进行比较。可知这样的情况也包含在本发明的范围内。

以上使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员应该可以理解，在不超出本发明的范围的情况下可以进行上述变更以及其他各种各样的变更、省略以及追加。

Claims

1.一种控制装置，其特征在于，具有：

安装在机床的主轴部(30)或者对于该主轴部(30)相对移动的移动体上的至少三个振动检测单元(31～33)；

将该振动检测单元(31～33)检测到的振动信号与所述机床的运转信息相关联地进行存储的存储单元(11)；其中，

所述机床的所述主轴部(30)或者对于该主轴部(30)相对移动的所述移动体可以在相互垂直的三轴移动方向上移动，所述至少三个振动检测单元(31～33)可以检测在所述三轴移动方向上的各自的振动；

所述控制装置还具有：

在所述主轴部(30)或者对于该主轴部(30)相对移动的所述移动体在所述三轴移动方向中的一个或者两个移动方向上进行移动时，在所述一个或者两个移动方向上由一个或者两个所述振动检测单元(31～33)检测到的振动信号与在剩下的移动方向上由剩下的所述振动检测单元(31～33)检测到的振动信号之间的差分超过了预先设定的阈值时，判定为发生了碰撞的碰撞判定单元(12)；以及

在所述碰撞判定单元(12)判定为发生了碰撞时，向外部输出判定为发生了所述碰撞时的所述振动信号和与该振动信号相关联的所述存储单元(11)内的所述运转信息的输出单元(13)。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

还具备对所述机床的所述主轴部(30)或者对于该主轴部(30)相对移动的所述移动体的位置以及速度中的至少一方进行检测的位置速度检测单元，

在判定为发生了所述碰撞时，所述存储单元(11)存储由所述位置速度检测单元检测到的位置信息以及速度信息中的至少一方，并且，所述输出单元(13)将所述位置信息以及速度信息中的至少一方与所述振动信号以及所述运转信息一同进行输出。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置还具有对日期时刻信息进行计时的功能，

在判定为发生了所述碰撞时，所述存储单元(11)存储判定为发生了所述碰撞时的日期时刻信息，并且，所述输出单元(13)将所述日期时刻信息与所述振动信号以及所述运转信息一同进行输出。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还具备用于调节所述阈值的输入部。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述运转信息是所述机床的自动运转程序中的与所述主轴部(30)或所述移动体的移动相关的信息。