DE102016010813B4

DE102016010813B4 - Elektronische Vorrichtung mit Stosserkennungsfunktion

Info

Publication number: DE102016010813B4
Application number: DE102016010813.4A
Authority: DE
Inventors: Junichi Oouchi; Kenichi Ito
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: JP6227603B2; CN106527343A; US10429404B2; JP2017054330A; US20170074899A1; DE102016010813A1; CN106527343B

Abstract

Elektronische Vorrichtung, installiert in einer Maschine, bei der das Risiko des Vorkommens von Schwingungen oder Stößen besteht, umfassend:
eine Beschleunigungserkennungseinheit, die eine Beschleunigung in einem vorbestimmten Zeitintervall erkennt;
eine Stoßbestimmungseinheit die, für den Fall, dass bestimmt wird, dass ein Beschleunigungswert der Beschleunigung, die durch die Beschleunigungserkennungseinheit erkannt wird, einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet, einen zweiten Schwellenwert basierend auf einem Höchstwert aus den Beschleunigungswerten von mehreren Beschleunigungen, die durch die Beschleunigungserkennungseinheit für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach der Bestimmung erkannt werden, berechnet, die für den Fall, dass die Anzahl von Beschleunigungen, bei denen die Beschleunigungswerte den zweiten Schwellenwert aus den mehreren Beschleunigungen überschreiten, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Anzahl ist, den Stoß als einen einfachen Stoß bestimmt, und für den Fall, dass die Anzahl die vorbestimmte Anzahl überschreitet, den Stoß als einen mehrfachen Stoß bestimmt; und
eine Ausgabeeinheit, die ein Signal für einen Fall ausgibt, bei dem der Stoß als mehrfacher Stoß bestimmt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung und genauer gesagt eine elektronische Vorrichtung, die eine Stoßerkennungsfunktion aufweist.
Beschreibung der verwandten Technik
Wenn durch ein Maschinengehäuse hindurch wiederholt Stöße auf eine elektronische Vorrichtung ausgeübt werden, kann es zu Schäden an den elektronischen Bauteilen, die an der elektronischen Vorrichtung montiert sind, oder an ihren Lötabschnitten kommen, und somit werden die elektronischen Bauteile zerstört oder die Lötabschnitte brechen ab, so dass die elektronische Vorrichtung versagen kann. Während des Zeitintervalls vom Vorkommen des Versagens bis zur Wiederherstellung kann eine Werkzeugmaschine keine Verarbeitung ausführen und die Nutzungsrate verringert sich, was für den Benutzer nachteilig ist.
Falls daher ein Stoß, von dem man annimmt, dass er ein Versagen verursacht, erkannt werden kann, und ein Arbeiter oder ein Gerätewartungstechniker aufgefordert werden kann, eine Verarbeitungsbedingung zu ändern, Maßnahmen bezüglich des Stoßes auf die Werkzeugmaschine selber zu treffen oder ein Maschinenbetriebsverfahren oder dergleichen zu verbessern, kann die Betriebszeit verlängert werden, und eine schnelle Wiederherstellung zum Zeitpunkt des Versagens kann durch die frühzeitige Vorbereitung von Ersatzteilen erfolgen, so dass die Nutzungsrate der Werkzeugmaschine verbessert werden kann.
Als Stöße auslösende Faktoren gibt es (1) ein fehlerhaftes Bearbeitungsprogramm, das einen Zusammenstoß zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug verursacht, (2) eine fehlerhafte Verarbeitungsbedingung, wie etwa eine Nichtübereinstimmung zwischen einer Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks und einer Drehzahl des Werkzeugs, (3) die Betätigung der Maschine durch einen Benutzer und dergleichen. Mit Bezug auf die auslösenden Faktoren (1) und (2) kann eine Verbesserung erbracht werden, indem eine Verarbeitungssimulation unter Verwendung einer CAM-Software eines PCs oder dergleichen vor der Ausführung der eigentlichen Verarbeitung erfolgt. Mit Bezug auf den auslösenden Faktor (3) ist eine Vorhersage jedoch schwierig.
Unter den zuvor erwähnten auslösenden Faktoren wird als auslösender Faktor (3), der durch die Betätigung des Benutzers verursacht wird, das Auslösen von Stößen durch eine Betätigung einer elektronischen Vorrichtung selber oder einer Vorrichtung, die in ihrer Nähe angebracht ist, zum Beispiel genommen, beispielsweise das Betätigen einer Taste, die an der elektronischen Vorrichtung angebracht ist, oder das Öffnen/Schließen einer Abdeckung, die an der elektronischen Vorrichtung angebracht ist, oder ein Vorgang des Bewegens einer Sicherheitstür, die an der Werkzeugmaschine angebracht ist, oder eines Handbediengeräts an dem ein Controller angebracht ist.
Die Art der Stöße ist je nach dem auslösenden Faktor unterschiedlich, und für den Fall, dass der Vorgang des Öffnens/Schließens der Tür oder der Vorgang des Bewegens des Handbediengeräts der auslösende Faktor ist, da das gesamte Gehäuse der Werkzeugmaschine zum Schwingen gebracht wird, stoßen die Elemente des Gehäuses mehrmals zusammen, so dass ein mehrfacher Stoß ausgelöst wird. Andererseits für den Fall, dass die Betätigung der Taste oder des Bedienfeldes der auslösende Faktor ist, da nur die elektronische Vorrichtung selber oder nur der installierte Abschnitt derselben zum Schwingen gebracht wird, stoßen die Elemente des Gehäuses einmal zusammen, so dass ein einfacher Stoß ausgelöst wird. Wenn zwei Stöße, welche die gleichen maximalen Beschleunigungswerte aufweisen, berücksichtigt werden, übt der mehrfache Stoß eine stärkere Belastung auf die elektronische Vorrichtung aus als der einfache Stoß.
In der verwandten Technik ist ein Verfahren wohlbekannt, bei dem in einer elektronischen Vorrichtung ein Beschleunigungssensor montiert wird, der einen Stoß nach einem freien Fall oder Sturz oder die beiden diesbezüglichen Stöße erkennt und eine Warnung anzeigt, die Vorrichtung anzuhalten oder Wartungsinformationen aufzuzeichnen. Da insbesondere eine mobile elektronische Vorrichtung in einer Form konfiguriert ist, bei der die elektronische Vorrichtung verwendet wird, während sie getragen wird, wird bei einem wohlbekannten Verfahren ein gewisses Niveau eines Stoßschutzmechanismus bereitgestellt, so dass ein Stoß erkannt wird, der in der Lage ist, ein Versagen zu verursachen.
Zudem offenbart beispielsweise die JP 2014-215184 A eine Technik zum Messen einer Freifallzeit und einer Konvergenzzeit eines Stoßes, der nach dem freien Fall beobachtet wird, zum Vergleichen der Zeit mit einer zulässigen Konvergenzzeit für jede vordefinierte Freifallzeit, um zu bestimmen, ob ein gewisser Stoß ausgeübt wird oder nicht, indem ein Beschleunigungssensor verwendet wird.
Jedoch wird, nur wenn die Größenordnung des Stoßes identifiziert wird und basierend auf einem gewissen Schwellenwert unter Verwendung eines eingebauten Beschleunigungssensors eine Warnung ausgegeben wird, selbst für den Fall der zuvor erwähnten geringen Belastung, auch ein einfacher Stoß erkannt, und im normalen Betrieb wird häufig eine Warnung ausgegeben, so dass der Benutzer gestört wird.
Zudem kommt es bei einer ortsfesten elektronischen Vorrichtung, wie etwa einer numerischen Steuerung, die in einer Werkzeugmaschine installiert sein kann, nicht zum freien Fall, und somit gibt es keine Freifallzeit als Referenz für die Bestimmung des Stoßes, so dass das Problem entsteht, dass es schwierig ist, ein Ausmaß oder eine Art des Stoßes zu identifizieren und zu erkennen.
US 2014 / 0 262 392 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen von Vibrationen eines Werkzeugs mit einem Sensor, der in dem Werkzeug angeordnet ist. Es wird registriert und gezählt, wenn ein gemessener Wert einen Schwellenwert überschreitet.
DE 25 58 172 B2 offenbart eine digitale Messeinrichtung, die einen Spitzenwert einfacher oder mehrfacher Stöße ermittelt.
JP 2009 - 80 752 A offenbart eine Vorrichtung mit einem Sensor, der axiale Bewegung und Geschwindigkeit einer Komponente während einem Stoß erfasst. Basierend auf einem sich daraus ergebenden Beschleunigungswert und einer bekannten Masse der Komponente wird die Stoßbelastung berechnet und mit einem Schwellenwert verglichen.
JP 2014 - 172 107 A offenbart eine Vorrichtung, die basierend auf dem Versatz eines Spindellagers, einer gemessenen Beschleunigung und einer Vibrationscharakteristik das Ausmaß einer Spindelschädigung durch eine Kollision mit einem Werkstück erfasst.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung besteht darin, eine elektronische Vorrichtung bereitzustellen, die in einer Werkzeugmaschine eingebaut ist und in der Lage ist, die Art eines Stoßes zu identifizieren, der von außen auf die elektronische Vorrichtung ausgeübt wird.
Bei der Erfindung wird ein mehrfacher Stoß, der eine große Belastung verursacht, durch die das gesamte Gehäuse zum Schwingen gebracht wird, und ein einfacher Stoß, der eine geringe Belastung verursacht, durch die nur die nähere Umgebung der elektronischen Vorrichtung zum Schwingen gebracht wird, basierend auf der Anzahl der Stöße identifiziert, wobei im ersten Fall eine Warnung ausgegeben wird und im letzteren Fall keine Warnung ausgegeben wird, so dass eine Nutzungsrate der Werkzeugmaschine verbessert werden kann, ohne den Benutzer zu stören.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die in einer Maschine installiert ist, bei der ein Risiko besteht, dass es zu Schwingungen oder Stößen kommen kann, umfassend: eine Beschleunigungserkennungseinheit, die eine Beschleunigung in einem vorbestimmten Zeitintervall erkennt; eine Stoßbestimmungseinheit, die für den Fall, dass bestimmt wird, dass ein Beschleunigungswert der Beschleunigung, die durch die Beschleunigungserkennungseinheit erkannt wird, einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet, einen zweiten Schwellenwert basierend auf einem Höchstwert unter den Beschleunigungswerten von mehreren Beschleunigungen, die durch die Beschleunigungserkennungseinheit für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach der Bestimmung erkannt werden, berechnet, die für den Fall, dass die Anzahl von Beschleunigungen, bei denen die Beschleunigungswerte den zweiten Schwellenwert unter den mehreren Beschleunigungen überschreiten, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Anzahl ist, den Stoß als einfachen Stoß bestimmt, und die für den Fall, dass die Anzahl die vorbestimmte Anzahl überschreitet, den Stoß als mehrfachen Stoß bestimmt; und eine Ausgabeeinheit, die ein Signal für einen Fall ausgibt, bei dem der Stoß als mehrfacher Stoß bestimmt wird.
Die elektronische Vorrichtung kann ferner eine Kommunikationseinheit umfassen, die mit dem Äußeren kommuniziert, wobei die Kommunikationseinheit automatisch Informationen, die in der elektronischen Vorrichtung gespeichert sind, nach außen überträgt für den Fall, dass die Anzahl, die als mehrfacher Stoß bestimmt wird, die vorbestimmte Anzahl überschreitet.
Gemäß der Erfindung kann eine Art eines Stoßes, der von außen auf eine elektronische Vorrichtung, wie etwa eine numerische Steuerung, die in einer Werkzeugmaschine installiert ist, ausgeübt wird, unterschieden werden, um erkannt zu werden, ein Benutzer der Werkzeugmaschine oder ein Maschinenhersteller kann auf ein Ausfallrisiko aufmerksam gemacht werden, oder es kann verlangt werden, dass er Maßnahmen bezüglich der Stöße trifft, basierend auf dem Stoß, der mit dem Versagen zusammenhängt.
Figurenliste
Die zuvor beschriebenen Aufgaben der Erfindung und andere Aufgaben und Merkmale werden aus der Beschreibung der nachstehenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen hervorgehen. Es zeigen:

1 ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Werkzeugmaschine abbildet, die mit einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
2 ein Diagramm, das einen Zustand abbildet, in dem die Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform der Erfindung betätigt wird;
3 ein Diagramm, das einen Stoß abbildet, der in der Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform der Erfindung vorkommt;
4 ein Konfigurationsdiagramm, das die Hauptbestandteile der elektronischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung abbildet;
5 ein Ablaufschema, das Prozesse abbildet, die auf der elektronischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung ablaufen;
6 ein Diagramm, das ein Beispiel eines einfachen Stoßes abbildet, der durch die elektronische Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung erkannt wird; und
7 ein Diagramm, das ein Beispiel eines mehrfachen Stoßes abbildet, der durch die elektronische Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung erkannt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 bildet ein Konfigurationsbeispiel einer Werkzeugmaschine nach Art einer Drehbank ab, die ein Werkstück dreht, das an einer Hauptachse angebracht ist, und das Werkstück mit einem Werkzeug, das an einer Werkzeugauflage angebracht ist, zuschneidet, um eine gewünschte Form zu bilden. Die Werkzeugmaschine 1 ist konfiguriert, um eine Hauptachse 9 und ein Werkstück 10, die von einem Motor gedreht werden, eine Werkzeugauflage 5, die ein Werkzeug 11 festhält und von einem Bearbeitungsprogramm gesteuert wird, eine Düse 3, die eine Schneidflüssigkeit 4 einspritzt, um das Austragen von Spänen zu ermöglichen, die bei der Bearbeitung entstehen, und um den Einfluss einer Wärmeausdehnung, die durch Reibung verursacht wird, zu reduzieren, ein Maschinenbedienfeld 12, das diverse Betätigungsschalter umfasst, und ein Handbediengerät 13, das mit einer elektronischen Vorrichtung ausgestattet ist (nachstehend als numerische Steuerung 7 bezeichnet), um die Hauptachse 9, die Werkzeugauflage 5 und Peripheriegerät zu steuern, zu umfassen.
Wie es wohlbekannt ist, ist die numerische Steuerung 7 konfiguriert, um eine arithmetische Verarbeitungseinheit, eine Ein-/Ausgabeschnittstelle, eine Speichervorrichtung, wie etwa einen DRAM oder nicht flüchtige Speicher, eine Anzeige, die das Anzeigen diverser Informationsarten ausführt, und eine Betätigungseinheit, in die diverse Datenarten einzugeben sind, zu umfassen. Obwohl sie in den Figuren nicht gezeigt sind, werden Steckverbinder, die zum Anschließen einer externen Vorrichtung, wie etwa eines USB-Speichers, verwendet werden und die zur Außenseite der Maschine freiliegen, und beispielsweise eine Einschalttaste oder dergleichen, die gefährlich sein kann, wenn die Taste versehentlich betätigt wird, für die numerische Steuerung 7 und das Maschinenbedienfeld 12 bereitgestellt. eine Schutzabdeckung wird für diese Bestandteile bereitgestellt, um zu verhindern, dass Fremdkörper, wie etwa Schneidflüssigkeit oder Metallpulver, daran anhaftet, und um zu verhindern, dass die Taste daran versehentlich betätigt wird.
Die Werkzeugmaschine 1 ist von einem Gehäuse (nachstehend als Maschinengehäuse 2 bezeichnet) umgeben, das typischerweise mit einer Metallplatte konfiguriert ist, um eine Person von einem Verarbeitungsbereich als einem Gefahrenbereich, in dem sich ein beweglicher Abschnitt befindet, zu trennen und um zu ermöglichen, dass Späne oder Schneidflüssigkeit, die durch die Verarbeitung verteilt werden, nicht nach außen austreten. Um zudem das Anbringen und Abnehmen des Werkstücks 10 vorzunehmen, wird eine Tür 8, die manuell oder automatisch zu öffnen und zu schließen ist, an dem Maschinengehäuse 2 bereitgestellt. Die Tür 8 kann durch Schieben in einer waagerechten Richtung (in 1 abgebildete Pfeilrichtung) geöffnet und geschlossen werden. Alternativ kann die Tür durch Schieben in einer senkrechten Richtung oder in einer Richtung nach vorne oder nach hinten geöffnet und geschlossen werden.
Ein Benutzer führt eine Verarbeitung aus, indem er ein Bearbeitungsprogramm, das basierend auf einer Konstruktionszeichnung des Werkstücks erzeugt wird, in die numerische Steuerung 7 eingibt, indem er ein Bearbeitungsprogramm, das automatisch von einem CAD/CAM-System erzeugt wird, in die numerische Steuerung 7 eingibt, oder indem er ein Bearbeitungsprogramm, das in einer externen Vorrichtung gespeichert ist, an die numerische Steuerung 7 über ein externes Kommunikationsmittel, wie etwa je nach Bedarf Ethernet™ oder RS232-C, überträgt. Die numerische Steuerung 7 steuert eine Drehzahl der Hauptachse 9 oder der Werkzeugauflage 5 basierend auf dem Bearbeitungsprogramm. Zudem werden diverse Arbeitsschritte, wie etwa das Anpassen der Verarbeitungsbedingungen, wie etwa einer Drehzahl der Hauptachse 9 und einer Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugauflage 5, das Anbringen oder Abnehmen des Werkstücks 10, das Messen oder Einstellen der Position und der Größe des Werkstücks 10 und das Messen der Größe des Werkstücks 11 ausgeführt, indem die numerische Steuerung 7, die an dem Handbediengerät 13 oder dem Maschinenbedienfeld 12 angebracht ist, betätigt wird.
2 ist ein Diagramm, das einen Zustand abbildet, in dem ein Bediener die numerische Steuerung oder das Maschinenbedienfeld betätigt. Wie in 2 abgebildet, kann der Bediener in vielen Fällen die numerische Steuerung 7 oder das Maschinenbedienfeld 12 in einer Position betätigen, in welcher der Bediener den inneren Abschnitt des Verarbeitungsbereichs sehen kann. Daher ist in vielen Fällen das Handbediengerät 13 beweglich konfiguriert. Bei der Werkzeugmaschine 1 gemäß der Ausführungsform ist das Handbediengerät 13 derart konfiguriert, dass das Handbediengerät die Richtung in der Pfeilrichtung in der Figur durch ein Scharnier 6, das an der Seitenfläche des Handbediengeräts 13 angebracht ist, ändern kann.
Bei dem zuvor beschriebenen Arbeitsschritt wird beim Ausführen des Vorgangs des Öffnens oder Schließens der Tür 8 oder des Positionsvorgangs des Handbediengeräts 13 für den Fall, dass eine Kraftanpassung des Bedieners nicht angemessen ist, wie in 3 abgebildet, manchmal auf Grund (a) eines Zusammenstoßes zwischen der Tür 8 und dem Maschinengehäuse 2 oder (b) eines Zusammenstoßes zwischen dem Handbediengerät 13 und dem Maschinengehäuse 2 eine große Kraft, d.h. eine Beschleunigung, auf die numerische Steuerung 7 an dem Handbediengerät 13 ausgeübt. Um zu verhindern, dass eine derartige Beschleunigung entsteht, wird im Allgemeinen beispielsweise ein Puffer, der aus einem elastischen Element, wie etwa Gummi, konfiguriert ist, oder ein Stoßabsorptionsmechanismus, wie etwa ein Luftstoßdämpfer oder ein Ölstoßdämpfer, an der Tür 8 oder einem Öffnungs-/ Schließmechanismus des Handbediengeräts 13 angebracht. Falls in diesem Fall ein Stoß, der einen theoretischen Stoß des Stoßabsorptionsmechanismus überschreitet, ausgeübt wird, oder falls sich die Kennzeichen auf Grund einer langfristigen Verwendung verschlechtern, so dass der Stoßabsorptionsmechanismus nicht zur Stoßabsorption verwendet werden kann, kann ein großer Stoß entstehen. Insbesondere verhärtet sich manchmal das elastische Element, wie etwa Gummi, wegen einer Komponente der Schneidflüssigkeit, die für die Werkzeugmaschine 1 verwendet wird, so dass es die Puffereigenschaft verliert. Zudem wird manchmal ursprünglich gar kein Stoßabsorptionsmechanismus für die Werkzeugmaschine 1 bereitgestellt. Auf Grund des Stoßes, der durch diesen Faktor ausgelöst wird, befinden sich das Handbediengerät 13 oder das gesamte Maschinengehäuse 2 in einem Schwingungszustand, und es wird in einer Beschleunigungswellenform, die von einer Beschleunigungserkennungseinheit erkannt wird, beobachtet, dass wahrscheinlich mehrere Stöße entstehen (mehrfacher Stoß).
Obwohl andererseits die Betätigung einer Taste, die auf dem Maschinenbedienfeld 12 oder der numerischen Steuerung 7 bereitgestellt wird, oder das Öffnen oder Schließen der Schutzabdeckung wahrscheinlich auch eine große Beschleunigung gemäß der Kraftanpassung des Bedieners auslösen, da sich nur die numerische Steuerung 7 selber oder nur die nähere Umgebung des Maschinenbedienfeldes 12 in einem Schwingungszustand befindet, ist die Beschleunigungswellenform, die von der zuvor beschriebenen Einheit beobachtet wird, die Wellenform eines einfachen Stoßes (einfacher Stoß).
Da, wie zuvor beschrieben, die Anzahl der ausgeübten Stöße je nach dem auslösenden Faktor unterschiedlich ist, ist auch die Belastung für die Bestandteile, die in der numerischen Steuerung 7 bereitgestellt werden, unterschiedlich. Für den Fall, dass eine Beschleunigung, die den gleichen maximalen Intensitätswert aufweist, berücksichtigt wird, obwohl ein einfacher Stoß, der durch die Betätigung des Maschinenbedienfeldes 12 oder der numerischen Steuerung 7 ausgelöst wird, nicht zu einem Fehlerfaktor für die numerische Steuerung 7 wird, falls der Stoß erkannt wird und ein Erkennungssignal ausgegeben wird, besteht die Möglichkeit, dass eine Warnung basierend auf dem Erkennungssignal häufig bei jeder Betätigung erfolgt, so dass der Benutzer gestört wird. Daher wird bei der Erfindung durch das Unterscheiden des Erkennungssignals basierend auf der Beschleunigung, die durch den Öffnungs-/Schließvorgang der Tür 8 oder den Positionsvorgang des Handbediengeräts 13 als auslösender Faktor ausgelöst wird, und des Erkennungssignals basierend auf der Beschleunigung, die auf Grund der Betätigung der numerischen Steuerung 7 oder des Maschinenbedienfeldes erzeugt wird, eine häufige Warnung, die mit dem letztgenannten Vorgang verbunden ist, verhindert, und der Benutzer somit nicht gestört.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Warnung konfiguriert sein, um nur basierend auf dem Erkennungssignal, das auf der Beschleunigung basiert und auf Grund des Vorgangs des Öffnens/Schließens der Tür 8 oder des Positionsvorgangs des Handbediengeräts 13 als auslösender Faktor erzeugt wird, ausgegeben zu werden. In diesem Fall wird als Warnung ein sichtbares Mittel eines Verfahrens zum Anzeigen eines Warntextes oder eines Warnsymbols oder Bildes an einem Bildschirm der numerischen Steuerung 7 oder ein Verfahren zum Blinken lassen einer Leuchte, die an der Werkzeugmaschine 1 angebracht ist, in Betracht gezogen, und zudem wird eine Benachrichtigung oder dergleichen unter Verwendung von Ton, wie etwa eines Warntons eines Signaltongebers oder dergleichen, oder einer Sprachnachricht, in Betracht gezogen. Zudem können bei einer anderen Ausführungsform statistische Informationen über die Anzahl oder Häufigkeit des Ausgebens jedes von dem Erkennungssignal basierend auf der Beschleunigung, das auf Grund des Vorgangs des Öffnens/Schließens der Tür 8 oder des Positionsvorgangs des Handbediengeräts 13 als auslösender Faktor erzeugt wird, und dem Erkennungssignal basierend auf der Beschleunigung, das auf Grund der Betätigung der numerischen Steuerung 7 oder des Maschinenbedienfeldes 12 als auslösender Faktor erzeugt wird, in einem Speicher oder dergleichen der numerischen Steuerung 7 gespeichert werden, und es kann eine Warnung basierend auf den statistischen Informationen ausgegeben werden. In diesem Fall wird beispielsweise falls eine vorbestimmte Anzahl oder mehr von mehrfachen Stößen während einer Zeit eines Verarbeitungsarbeitsschritts erkannt wird, eine Warnung erzeugt, die einen Arbeiter warnt. Selbst für den Fall, dass ein einfacher Stoß erkannt wird, wird, falls die Häufigkeit zu groß ist, eine Warnung erzeugt, welche die Aufmerksamkeit erregt. Somit kann die Erzeugung von Warnungen gemäß der Situation gesteuert werden.
Falls zudem die numerische Steuerung 7 an eine externe Vorrichtung über Kommunikationsmittel angeschlossen ist, wie etwa über Ethernet™ oder Nahfeldkommunikations-Bluetooth™, kann in Betracht gezogen werden, dass das Erkennungssignal oder die Erzeugung von Warnungen einem entfernten Standort beispielsweise über Informationsübertragungsmittel, wie etwa eine E-Mail, mitgeteilt wird.
Zudem können bei der Beschleunigungserkennung oder der Warnungserzeugung, falls Informationen, wie etwa Uhrzeit, Maschinenzustand (ob sie sich im Einrichtungszustand oder bei einer tatsächlichen Bearbeitung oder dergleichen befindet), und die kumulierte Anzahl von Beschleunigungserkennungen und Warnungserzeugungen ebenfalls aufgezeichnet und zusammen mitgeteilt werden, Informationen erzielt werden, die nützlich sind, um die Ursache der Warnung oder der Maßnahmen anzugeben. Andererseits kann für den Fall, dass trotz wiederholter Warnungen keine Maßnahmen getroffen wurden, ein Versagen nicht vermieden werden. Falls angesichts dieser Möglichkeit interne Informationen, wie etwa ein Bearbeitungsprogramm oder Einrichtungsparameter, automatisch in einem nicht flüchtigen Speicher der numerischen Steuerung 7 oder in einer externen Vorrichtung über ein externes Netzwerk bei jeder Warnungserzeugung oder jedes Mal, wenn mehrere Warnungen erzeugt werden, gespeichert werden, kann der Einfluss der Warnungserzeugung auf eine Mindestgrenze unterdrückt werden, und die Informationen können für die nachfolgende Wiederherstellung der Vorrichtung nützlich sein.
Nachstehend werden spezifische Erkennungs- und Analyseverfahren beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptbestandteile einer Konfiguration zum Erkennen von Stößen abbildet, die einen Beschleunigungssensor als Beschleunigungserkennungseinheit, der für die Werkzeugmaschine 1 bereitgestellt wird, und eine Rechenschaltung als Stoßbestimmungseinheit umfassen. Der Beschleunigungssensor 14, der ein elektrisches Signal erzeugt, falls eine Beschleunigung ausgeübt wird, wird für die numerische Steuerung 7 bereitgestellt. Für den Beschleunigungssensor 14 werden wohlbekannte Techniken verwendet, die einen piezoelektrischen Effekt verwenden oder eine Änderung des elektrischen Widerstands eines Widerstandsglieds erkennen. Da es bei der Ausführungsform jedoch bevorzugt wird, dass die Beschleunigung in den waagerechten, senkrechten und Tiefenrichtungen unabhängig erkannt und ausgegeben werden können, wird ein dreidimensionaler Beschleunigungssensor verwendet, oder es kann eine Kombination von mehreren einachsigen Beschleunigungssensoren ausgebildet werden. In manchen Fällen kann gemäß dem Installationsverfahren und der Struktur der numerischen Steuerung 7 oder des Maschinenbedienfeldes 12 die Richtung der Beschleunigung zwischen der Beschleunigung, die durch den auslösenden Faktor des Stoßes gegeben ist, und der Beschleunigung, die gemessen wird, wenn sich der Stoß bis zu der numerischen Steuerung 7 ausbreitet, unterschiedlich sein. Daher wird es bevorzugt, dass die Beschleunigung in den drei Dimensionen gemessen werden kann.
Mit Bezug auf die Installationsposition des Beschleunigungssensors 14 wird eine Position auf einer Leiterplatte, welche die numerische Steuerung 7 bildet, oder eine Position an dem Gehäuse in Betracht gezogen. Der Beschleunigungssensor 14 muss jedoch in der Position installiert werden, in der die Beschleunigung, die auf die numerische Steuerung 7 ausgeübt wird, genau erkannt werden kann. Aus diesem Grund wird der Beschleunigungssensor 14 bevorzugt in einer Position installiert, deren Starrheit groß ist, und für den Fall der Leiterplatte wird eine Position in der Nähe einer Schraube bevorzugt.
Da ein Ausgabewert des Beschleunigungssensors 14 sehr gering ist, wird ein Verstärker 15, der einen Ausgangsstrom eines piezoelektrischen Elements oder einer Schaltung dort verstärkt, wo eine Spannung gemäß einem Widerstandswert eines Widerstandsglieds ausgegeben wird, mit dem Äußeren des Sensors verbunden. Ein Signalausgang von der Schaltung ist an eine Rechenschaltung 17 zum Ausführen von Berechnungen, Puffervorgängen und Vergleichen absoluter Werte der Beschleunigung durch ein Tiefpassfilter (nicht gezeigt) und einen A/D-Wandler 16 angeschlossen. Der Ausgang der Schaltung ist über eine externe Schnittstelle 18 an einen internen Bus der numerischen Steuerung 7 angeschlossen.
5 ist ein Ablaufschema, das ein Beispiel eines Ablaufs von einer Stoßerkennung bis zur Analyse und Warnung abbildet. Eine Ausgabe des Beschleunigungssensors 14 wird in einem Intervall einer Referenzfrequenz abgetastet. Für den Fall eines dreiachsigen Sensors werden dreidimensionale Daten der Beschleunigung a = (ax, ay, az) erfasst. Die Rechenschaltung 17 berechnet einen absoluten Wert |a| der Beschleunigung a unter Verwendung der nachstehenden mathematischen Formel 1 und speichert den absoluten Wert in einem Register (Schritt SA01). $| a | = \sqrt{a x^{2} + a y^{2} + a z^{2}}$
Als Nächstes bestimmt die Rechenschaltung 17, ob der absolute Wert |a| der Beschleunigung a einen regulierten Schwellenwert a_th überschreitet oder nicht, und für den Fall, dass der absolute Wert den Schwellenwert überschreitet, bestimmt die Rechenschaltung, dass ein Stoß ausgeübt wird, und geht in einen Zustand zum Bestimmen der Stoßanzahl über (Schritt SA02).
Nach dem Übergang in den Zustand zum Bestimmen der Stoßanzahl stellt die Rechenschaltung 17 einen Höchstwert aus n absoluten Beschleunigungswerten |a|, die aus einer Beschleunigung berechnet werden, basierend auf dem Stoß, der von dem Beschleunigungssensor 14 erkannt wird, ein, um als |a|max gespeichert zu werden, und berechnet |a|max_th, d.h. einen Wert, der durch Multiplizieren von |a|max mit einem regulierten Koeffizienten k (beispielsweise 0,2) erzielt wird (Schritt SA03). Als Nächstes zählt die Rechenschaltung aus den n absoluten Beschleunigungswerten |a|, die nach dem Übergang in den Zustand zum Bestimmen der Stoßanzahl gespeichert wurden, die Anzahl n von |a|, die einen Wert aufweisen, der |a|max_th überschreitet (Schritt SA04). Für den Fall, dass n die Anzahl (beispielsweise 20) ist, die den regulierten Schwellenwert n_th überschreitet, bestimmt die Rechenschaltung 17 einen mehrfachen Stoß, und für den Fall, dass die Anzahl kleiner ist, bestimmt die Rechenschaltung den einfachen Stoß (Schritt SA05). Als Nächstes wird für den Fall, dass der mehrfache Stoß bestimmt wird, eine Warnung ausgegeben (Schritt SA06).
6 und 7 sind Diagramme, die Beispiele der Wellenform abbilden, die von dem Beschleunigungssensor erkannt wird. 6 ist ein Beispiel der Wellenform, die erkannt wird, wenn die numerische Steuerung 7 oder das Maschinenbedienfeld 12 betätigt wird. 7 ist ein Beispiel der Wellenform, die für den Fall gemessen wird, dass die Tür 8 der Maschine heftig geschlossen wird.
Die Abtastfrequenz wird auf 1,25 ms eingestellt, der Schwellenwert a_th des absoluten Wertes |a| der Beschleunigung a bei dem Übergang in den Zustand zum Bestimmen der Stoßanzahl wird auf 3G eingestellt, die Anzahl n der absoluten Werte |a| der Beschleunigung a, die nach dem Übergang in den Zustand zum Bestimmen der Stoßanzahl verwendet werden, wird auf 32 eingestellt, und der Koeffizient k der Berechnung von |a|max_th, der für die Bestimmung der Stoßanzahl verwendet wird, wird auf 0,2 eingestellt. Der berechnete Wert |a|max_th wird durch eine punktierte Linie abgebildet. Das Bestimmungskriterium n_th für die Stoßanzahl ist 20. Da in 6 der Wert von n gleich 7 ist, wird keine Warnung ausgegeben. Da in 7 der Wert von n gleich 24 ist, wird eine Warnung ausgegeben.
Obwohl bisher die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern die Erfindung kann in diversen Formen durch geeignete Änderungen umgesetzt werden.
Beispielsweise sind bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Beschleunigungssensor 14, der Verstärker 15 und der A/D-Wandler 16 als unabhängige Vorrichtungen konfiguriert. Ein wohlbekanntes elektronisches Bauteil, in das diese Vorrichtungen integriert sind, beispielsweise eine MEMS-Vorrichtung, ist jedoch zur Reduzierung der Installationsfläche der Bauteile oder zur Kostenreduzierung nützlich.
Obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Anzahl der Stöße basierend auf dem absoluten Beschleunigungswert |a| bestimmt wird, da die Anzahl der Stöße durch ein einfaches Verfahren bestimmt wird, wie etwa durch den Höchstwert aus den n gemessenen Werten und dadurch, wie viele der gemessenen Werte den Schwellenwert als reguliertes Mehrfaches davon überschreiten, kann statt durch den absoluten Wert |a| unter Verwendung eines einfachen Wertes wie der Summe der Größenordnungen der Beschleunigung auf jeder der Achsen, beispielsweise |ax| + |ay| + |az| für den Fall von drei Achsen, der gleiche Effekt erzielt werden.
Obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform jeder Prozess als Stoßbestimmungseinheit, die in dem Ablaufschema aus 5 angegeben wird, konfiguriert ist, um von der Rechenschaltung 17 ausgeführt zu werden, kann die Ausgabe von dem A/D-Wandler konfiguriert sein, um an die numerische Steuerung 7 ausgegeben zu werden, und jeder Prozess als Stoßbestimmungseinheit kann konfiguriert sein, um in einer CPU, einem PMC oder dergleichen, die in der numerischen Steuerung 7 enthalten sind, ausgeführt zu werden. Für den Fall dieser Konfiguration ist die Rechenschaltung 17 unnötig.
Obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Beschleunigung konfiguriert ist, um erkannt zu werden, so dass zwei Arten von einfachen Stößen und mehrfachen Stößen unterschieden werden, können beispielsweise mehrere Schwellenwerte für die Stoßanzahl definiert werden, und somit kann die Beschleunigung in mehreren unterteilten Stufen erkannt werden, wie etwa als einfacher Stoß, als mehrfacher Stoß, als mittlerer Stoß zwischen dem einfachen Stoß und dem mehrfachen Stoß, und ein Stoß, der weiter über den mehrfachen Stoß hinausgeht, und auf jeden Fall kann die Stufe der Warnung oder der Betätigung der numerischen Steuerung 7 konfiguriert werden, um geändert zu werden.
Obwohl zudem die elektronische Vorrichtung gemäß der Erfindung als eine Form beschrieben wird, bei der die elektronische Vorrichtung für die Werkzeugmaschine nach Art einer Drehbank bereitgestellt wird, ist die Erfindung nicht auf eine Drehmaschine eingeschränkt. Die Erfindung kann auf eine elektronische Vorrichtung angewendet werden, die für ein Fräswerkzeug, eine komplexe Maschine desselben, eine Schleifmaschine, eine Abwälzfräsmaschine, eine Wälzstoßmaschine, eine Metallpresse, eine Metallbiegemaschine, diverse Verarbeitungsmaschinen zum Schneiden, Schleifen, Biegen und Stanzen oder eine Maschine, bei der ein Risiko des Vorkommens von Schwingungen oder Stößen besteht.
Obwohl bisher die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern die Erfindung kann durch geeignete Änderungen in anderen Formen umgesetzt werden.

Claims

Elektronische Vorrichtung, installiert in einer Maschine, bei der das Risiko des Vorkommens von Schwingungen oder Stößen besteht, umfassend: eine Beschleunigungserkennungseinheit, die eine Beschleunigung in einem vorbestimmten Zeitintervall erkennt; eine Stoßbestimmungseinheit die, für den Fall, dass bestimmt wird, dass ein Beschleunigungswert der Beschleunigung, die durch die Beschleunigungserkennungseinheit erkannt wird, einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet, einen zweiten Schwellenwert basierend auf einem Höchstwert aus den Beschleunigungswerten von mehreren Beschleunigungen, die durch die Beschleunigungserkennungseinheit für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach der Bestimmung erkannt werden, berechnet, die für den Fall, dass die Anzahl von Beschleunigungen, bei denen die Beschleunigungswerte den zweiten Schwellenwert aus den mehreren Beschleunigungen überschreiten, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Anzahl ist, den Stoß als einen einfachen Stoß bestimmt, und für den Fall, dass die Anzahl die vorbestimmte Anzahl überschreitet, den Stoß als einen mehrfachen Stoß bestimmt; und eine Ausgabeeinheit, die ein Signal für einen Fall ausgibt, bei dem der Stoß als mehrfacher Stoß bestimmt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Kommunikationseinheit, die mit dem Äußeren kommuniziert, wobei die Kommunikationseinheit Informationen, die in der elektronischen Vorrichtung gespeichert sind, automatisch nach außen überträgt für den Fall, dass die Anzahl, die als mehrfacher Stoß bestimmt wird, die vorbestimmte Anzahl überschreitet.