DE102016116523A1

DE102016116523A1 - Vibrationsanalysevorrichtung, die einen Zyklus der Werkzeugvibration in Bezug zum Werkstück berechnet

Info

Publication number: DE102016116523A1
Application number: DE102016116523.9A
Authority: DE
Inventors: Hajime Ogawa; Junichi Tezuka
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2036-09-06
Also published as: JP6333785B2; DE102016116523B4; CN106525221B; CN106525221A; JP2017054463A; US10365255B2; US20170074836A1

Abstract

Eine Vibrationsanalysevorrichtung berechnet einen Vibrationszyklus, der während einer Periode auftritt, in der ein Werkstück durch eine Werkzeugmaschine bearbeitet wird, und umfasst eine tangentiale Geschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Geschwindigkeit in einer tangentialen Richtung einer Bewegungsbahn eines Bearbeitungspunkts unter Verwendung von Positionsinformationen einer Antriebsachse berechnet. Die Vibrationsanalysevorrichtung umfasst eine Bewegungsabstandsberechnungseinheit, die einen ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts auf der Bewegungsbahn unter Verwendung der Geschwindigkeit in der tangentialen Richtung berechnet. Die Vibrationsanalysevorrichtung umfasst eine Vibrationszyklusberechnungseinheit, die einen Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht, auf der Grundlage von zuvor gemessenen Streifenintervallen auf dem Werkstück und dem ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vibrationsanalysevorrichtung, die einen Vibrationszyklus eines Werkzeugs in Bezug auf ein Werkstück berechnet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Werkzeugmaschine kann eine Bearbeitung durchführen, während mindestens entweder ein Werkstück (ein zu bearbeitendes Objekt) oder ein Werkzeug entlang einer vorbestimmten Antriebsachse bewegt wird. Mit anderen Worten, eine Werkzeugmaschine kann eine Verarbeitung durchführen, während sie eine relative Position zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug verändert. Da sich die relative Position des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück während einer Bearbeitungsperiode ändert, wird bevorzugt, Bearbeitungszustände, wie beispielsweise eine Geschwindigkeit des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück, zu erfassen.
Das japanische Patent Nr. 5302371 offenbart eine numerische Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die physikalische Daten von Geschwindigkeiten einer Antriebsachse in der Werkzeugmaschine und einem repräsentativen Punkt eines Werkzeugs unter Bezugnahme auf einen Bewegungsabstand des Werkzeugs anzeigen kann. Es wird offenbart, dass in dieser Vorrichtung durch Umwandlung von physikalischen Daten als Funktion der Zeit in physikalische Daten als Funktion des Bewegungsabstands die physikalischen Daten an derselben Bearbeitungsposition verglichen werden können, sogar unter Bearbeitungsbedingungen, wo die Geschwindigkeiten und dergleichen unterschiedlich sind.
Während einer Periode, in der ein Werkstück verarbeitet wird, ändert sich eine relative Position eines Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück in einem Zustand, in dem das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Vibration einer in der Werkzeugmaschine montierten Vorrichtung auf einen das Werkzeug haltenden Spindelkopf und einen das Werkstück haltenden Tisch übertragen werden. Dadurch können das Werkstück und das Werkzeug vibrieren. Beispielsweise kann ein in einem Wechselrichter oder dergleichen montierter Lüftermotor vibrieren. Alternativ können Vibrationen von einer Maschine außerhalb der Werkzeugmaschine übertragen werden. Wenn das Werkzeug und das Werkstück aufgrund von Vibrationen schwingen, die von einer solchen Vibrationsquelle übertragen werden, kann ein Streifenmuster auf einer bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks auftreten. Mit anderen Worten, es können Streifen in vorbestimmten Intervallen auftreten.
Ein derartiges Streifenmuster wird in Abhängigkeit von einem Vibrationszyklus des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück und in Abhängigkeit einer Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück gebildet. Es ist bevorzugt, dass ein Arbeiter in der Lage ist, auch den Vibrationszyklus zu erfassen, der das Auftreten des Streifenmusters verursacht. Jedoch kann eine Werkzeugmaschine auch eine Bearbeitung durchführen, während die relative Geschwindigkeit des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück geändert wird. Während einer Bearbeitungszeit ändert sich die Geschwindigkeit eines Bearbeitungspunktes. In diesem Fall ist das Intervall zwischen den Streifen ungleich und es gab daher dahingehend ein Problem, dass es schwierig ist, den Vibrationszyklus des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück zu berechnen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Eine Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Vibrationsanalysevorrichtung, die einen Vibrationszyklus berechnet, bei dem ein Werkzeug in Bezug auf ein Werkstück während einer Periode schwingt, in der das Werkstück durch eine Werkzeugmaschine verarbeitet wird. Die Vibrationsanalysevorrichtung umfasst eine Positionsinformationserfassungseinheit, die Positionsinformationen einer Antriebsachse in Zeitreihen erfasst. Die Vibrationsanalysevorrichtung umfasst eine tangentiale Geschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Geschwindigkeit in einer tangentialen Richtung einer Bewegungsbahn eines Bearbeitungspunkts unter Verwendung der Positionsinformation berechnet, und eine Bewegungsabstandsberechnungseinheit, die einen ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts auf der Bewegungsbahn unter Verwendung der Geschwindigkeit in der tangentialen Richtung berechnet. Die Vibrationsanalysevorrichtung umfasst eine Streifenintervallerfassungseinheit, die ein vorher gemessenes Intervall zwischen Streifen auf dem Werkstück erfasst. Die Vibrationsanalysevorrichtung enthält eine Vibrationszyklusberechnungseinheit, die einen Vibrationszyklus entsprechend den Streifen auf der Grundlage des Intervalls zwischen den Streifen und dem ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes berechnet.
Bei der obigen Erfindung kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen zweiten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes auf der Grundlage von mindestens zwei der Intervalle zwischen den Streifen berechnen. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit kann eine Kreuzkorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands und des zweiten Bewegungsabstands berechnen und kann den Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht, auf der Grundlage der Kreuzkorrelationsfunktion berechnen.
Bei der obigen Erfindung kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit ein Korrelationsverhältnis zwischen der Kreuzkorrelationsfunktion und einer Autokorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands berechnen. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit kann den Vibrationszyklus, bei dem das Korrelationsverhältnis am nächsten zu 1 liegt, als den Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht, berechnen.
Bei der obigen Erfindung kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen Wert einer normalisierten Kreuzkorrelationsfunktion auf der Grundlage einer Autokorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands, einer Autokorrelationsfunktion des zweiten Bewegungsabstands und der Kreuzkorrelationsfunktion berechnen. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit kann den Vibrationszyklus, bei dem der Wert der normalisierten Kreuzkorrelationsfunktion am nächsten zu 1 liegt, als den Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht, berechnen.
Bei der obigen Erfindung kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen zweiten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes auf der Grundlage von mindestens zwei der Intervalle zwischen den Streifen berechnen. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit kann den Vibrationszyklus, bei dem die Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand am kleinsten ist, als den Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht, berechnen.
Bei der obigen Erfindung kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen integrierten Wert eines Quadrats der Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand an einer Vielzahl von Punkten berechnen. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit kann den Vibrationszyklus, bei dem der integrierte Wert am kleinsten ist, als den Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht, berechnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine in einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm der Werkzeugmaschine in der Ausführungsform.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Streifenmuster darstellt, das auf der Oberfläche eines Werkstücks auftritt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das Intervalle zwischen Streifen zeigt, die auf der Oberfläche eines Werkstücks auftreten.
5 ist ein schematisches Diagramm, das die Geschwindigkeit eines Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück veranschaulicht.
6 ist ein Flussdiagramm der Steuerung in der Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Geschwindigkeit in einer tangentialen Richtung einer Bewegungsbahn darstellt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das einen ersten Bewegungsabstand eines Bearbeitungspunkts auf der Bewegungsbahn darstellt.
9 ist eine Draufsicht auf ein Werkstück, das Intervalle zwischen Streifen darstellt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das einen zweiten Bewegungsabstand basierend auf den Intervallen zwischen Streifen darstellt.
11 ist ein erstes Diagramm, das den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit veranschaulicht.
12 ist ein zweites Diagramm, das den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit veranschaulicht.
13 ist ein drittes Diagramm, das den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit veranschaulicht.
14 ist ein viertes Diagramm, das den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit veranschaulicht.
15 ist ein fünftes Diagramm, das den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit veranschaulicht.
16 ist ein sechstes Diagramm, das den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit veranschaulicht.
17 ist ein Diagramm, das ein Berechnungsverfahren für ein Verfahren der kleinsten Quadrate darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Eine Vibrationsanalysevorrichtung in einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 bis 17 beschrieben. Die Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform berechnet einen Vibrationszyklus, bei dem ein Werkzeug in Bezug auf ein Werkstück während einer Periode schwingt, in der das Werkstück durch eine Werkzeugmaschine verarbeitet wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine der vorliegenden Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform wird durch das Veranschaulichen einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 1 mit fünf Antriebsachsen beschrieben. Die Werkzeugmaschine 1 umfasst einen Tisch 2, auf dem ein Werkstück W eingespannt ist, und eine Basis 7. Die Werkzeugmaschine 1 umfasst eine an der Basis 7 befestigte Stützsäule 3. Die Werkzeugmaschine 1 umfasst ein Stützelement 6, das sich in einer durch einen Pfeil 93 angegebenen Richtung in Bezug auf die Stützsäule 3 bewegt, und einen Kopf 4, der durch das Stützelement 6 getragen wird. Ein Werkzeug 8 wird durch den Kopf 4 gehalten.
Die Werkzeugmaschine 1 enthält eine Antriebsvorrichtung, die eine relative Position und Stellung des Werkzeugs 8 in Bezug auf das Werkstück W verändert. Die Antriebsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform bewegt die Basis 7 in einer X-Achsenrichtung, die durch einen Pfeil 91 angedeutet ist. Die Antriebsvorrichtung bewegt den Tisch 2 in einer Y-Achsenrichtung, die durch einen Pfeil 92 angedeutet ist. Die Antriebsvorrichtung bewegt das Stützelement 6 in einer Richtung der Z-Achse, die durch den Pfeil 93 angedeutet ist. Ferner dreht die Antriebsvorrichtung das Werkzeug 8 in einer A-Achsenrichtung in Bezug auf den Kopf 4, wie durch einen Pfeil 94 angedeutet ist. Die Antriebsvorrichtung dreht den Kopf 4 in einer B-Achsenrichtung in Bezug auf das Stützelement 6, wie durch einen Pfeil 95 angedeutet ist Die Werkzeugmaschine 1 der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass eine axiale Linie einer A-Achse und eine axiale Linie einer B-Achse einander als Drehachsen schneiden.
Die Antriebsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform steuert die relative Position und Lage des Werkzeugs 8 in Bezug auf das Werkstück W durch Antriebsachsen einschließlich der drei Linearachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) und der zwei Drehachsen (A-Achse und B-Achse). Dann wird das Werkstück W verarbeitet, während die relative Position und Lage des Werkzeugs 8 bezüglich des Werkstücks W durch die Antriebsvorrichtung geändert werden. Die Antriebsvorrichtung ist nicht auf diese Form beschränkt und jede Vorrichtung, die in der Lage ist, die relative Position des Werkzeugs in Bezug auf ein Werkstück zu ändern, kann verwendet werden.
Das Werkzeug 8 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Flachfräser. Die Bearbeitung zum Schneiden des Werkstücks W unter Verwendung eines Flachfräsers wird als ein Beispiel beschrieben. Das Werkzeug 8 ist nicht auf einen Flachfräser beschränkt und jedes beliebige Werkzeug kann verwendet werden.
2 ist ein Blockdiagramm der Werkzeugmaschine in der vorliegenden Ausführungsform. Eine Antriebsvorrichtung 10 enthält Motoren M1 bis M5, die jede der Antriebsachsen antreiben. Die Motoren M1 bis M5 sind mit Positionsdetektoren 11 bis 15 versehen, die eine Istposition jeder Antriebsachse bei jedem vorgegebenen Zyklus erfassen. Die Positionsdetektoren 11 bis 15 der vorliegenden Ausführungsform werden durch Codierer gebildet, die in den Motoren M1 bis M5 montiert sind und Rotationswinkel erfassen.
Die Werkzeugmaschine 1 umfasst eine numerische Steuervorrichtung 16, welche die Antriebsvorrichtung 10 steuert, und eine Vibrationsanalysevorrichtung 21, die einen Zyklus der relativen Vibration des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück berechnet. Die Vibrationsanalysevorrichtung 21 ist mit der numerischen Steuereinrichtung 16 verbunden. Die Vibrationsanalysevorrichtung 21 ist so ausgebildet, dass sie beabsichtigte Informationen von der numerischen Steuereinrichtung 16 erfassen kann.
Die numerische Steuervorrichtung 16 ist durch eine Berechnungsverarbeitungseinrichtung gebildet, die eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), ein ROM (Nur-Lese-Speicher) und dergleichen aufweist, die über einen Bus miteinander verbunden sind. Zusätzlich kann die numerische Steuervorrichtung 16 die Funktion der Vibrationsanalysevorrichtung 21 umfassen. Mit anderen Worten kann eine Berechnungsverarbeitungsvorrichtung mit den Funktionen der numerischen Steuervorrichtung 16 und der Vibrationsanalysevorrichtung 21 angeordnet sein.
Ein Betriebsprogramm 18, das die Werkzeugmaschine 1 bedient, wird zuvor von einem Arbeiter erzeugt. Die numerische Steuervorrichtung 16 enthält eine Befehls-Erzeugungseinheit 17, die einen Positionsbefehl pro vorbestimmten Steuerzyklus für jede Antriebsachse erzeugt. Die Befehlserzeugungseinheit 17 erzeugt den Positionsbefehl für jede Antriebsachse auf der Grundlage des in die numerische Steuereinrichtung 16 eingegebenen Betriebsprogramms 18. Die Befehlserzeugungseinheit 17 berechnet einen Drehzahlbefehl für jede Antriebsachse auf der Grundlage des Positionsbefehls, und berechnet ferner einen elektrischen Strombefehl auf der Grundlage des Drehzahlbefehls. Dann werden die Motoren M1 bis M5 durch einen elektrischen Strom angetrieben, der auf der Grundlage des elektrischen Strombefehls zugeführt wird.
Die numerische Steuereinrichtung 16 umfasst eine Speichereinheit 19, die Informationen bezüglich der Bearbeitung des Werkstücks W speichert. Die Speichereinheit 19 der vorliegenden Ausführungsform speichert das Betriebsprogramm 18. Die Befehlserzeugungseinheit 17 bekommt das Betriebsprogramm 18 von der Speichereinheit 19.
Die Vibrationsanalysevorrichtung 21 umfasst eine Berechnungseinheit 22, eine Eingabeeinheit 23 und eine Anzeigeeinheit 24. Die Berechnungseinheit 22 wird durch eine Berechnungsverarbeitungsvorrichtung gebildet, die eine CPU, ein RAM, ein ROM und dergleichen umfasst. Die Eingabeeinheit 23 ist so ausgebildet, dass der Arbeiter beabsichtigte Informationen eingeben kann. Beispiele der Eingabeeinheit 23 können eine Tastatur und dergleichen umfassen. Die Anzeigeeinheit 24 zeigt die von der Berechnungseinheit 22 analysierten Ergebnisse an. Die Anzeigeeinheit 24 ist durch eine Anzeigetafel oder dergleichen gebildet.
3 ist ein schematisches Diagramm einer bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks nach der Bearbeitung. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Oberfläche 41 des Werkstücks W durch einen unteren Abschnitt des Werkzeugs 8 geschnitten. In dem Werkzeug 8 wird ein Werkzeugspitzenpunkt 51 vorher eingestellt. Im Beispiel von 3 wird das Werkzeug 8 relativ zu dem Werkstück W in einer durch einen Pfeil 95 angezeigten Richtung bewegt. Wenn das Werkstück W durch die Werkzeugmaschine 1 bearbeitet wird, kann ein Streifenmuster auf einer bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks W auftreten. Das Streifenmuster tritt auf, wenn das Werkzeug 8 relativ in Bezug auf das Werkstück W schwingt. Das Streifenmuster kann visuell bestätigt werden und in 3 sind helle Teile und dunkle Teile abwechselnd ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die hellen Teile als Streifen 42 bezeichnet, wenn das Werkstück W nach der Bearbeitung betrachtet wird. In dem in 3 gezeigten Beispiel treten die Streifen 42 in vorbestimmten Intervallen D auf. Die Streifen 42 erstrecken sich zum Beispiel in einer Richtung, die sich mit einer Richtung schneidet, in der sich das Werkzeug 8 relativ zum Werkstück W bewegt. Die Streifen 42 treten durch Übertragung von Vibrationen auf, wenn eine optionale Vorrichtung, die in der Werkzeugmaschine 1 angebracht ist, eine Vibrationsquelle darstellt. Zum Beispiel wird das Auftreten durch die Übertragung der Vibration eines Lüftermotors verursacht, der in einem Wechselrichter am Kopf 4 oder am Tisch 2 montiert ist. Eine solche Vibrationsquelle vibriert in einem konstanten Vibrationszyklus.
4 zeigt eine Draufsicht auf das Werkstück, die Streifen veranschaulicht, die auf einer bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks auftreten. 5 zeigt ein Diagramm der Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück. Bezugnehmend auf 4 und 5 wird das Werkzeug 8 in Bezug auf das Werkstück W bewegt, wie durch einen Pfeil 96 angedeutet ist. Da die Vibration, die von einer Vibrationsquelle ausgeht, einen konstanten Vibrationszyklus T aufweist, hängen die Intervalle zwischen den Streifen 42 von der relativen Geschwindigkeit des Werkzeugs 8 in Bezug auf das Werkstück W ab.
Während einer Periode, in der das Werkstück W bearbeitet wird, kann sich die Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück W ändern. In den in 4 und 5 gezeigten Beispielen wird die Geschwindigkeit des Werkzeugs 8 in Bezug auf das Werkstück W allmählich im Laufe der Zeit größer. In Bereichen mit einer kleinen Geschwindigkeit sind ein Intervall D₁ und dergleichen zwischen den Streifen 42 schmal. Dann sind in Bereichen mit einer großen Geschwindigkeit ein Intervall D₅ und dergleichen zwischen den Streifen 42 größer. In 5 entspricht in dem konstanten Vibrationszyklus T eine Fläche eines Bereichs, der von dem Graph und einer Zeitachse abgedeckt wird, den Intervallen D₁ bis D₅ zwischen den Streifen 42.
Die Vibrationsanalysevorrichtung 21 berechnet den Vibrationszyklus T auf der Grundlage von Intervallen zwischen den Streifen 42 und den Positionsinformationen zu einem Zeitpunkt, zu dem das Werkzeug bewegt worden ist. Die Vibrationsanalysevorrichtung 21 der vorliegenden Ausführungsform kann den Vibrationszyklus T sogar in einem Bereich berechnen, in dem sich die Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs 8 bezüglich des Werkstücks W ändert.
Zuerst wird eine erste Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Unter Bezugnahme auf 3 misst ein Arbeiter zuvor die Intervalle zwischen den Streifen 42 auf dem Werkstück W nach der Bearbeitung. Längen der Intervalle zwischen den Streifen 42 können tatsächlich durch einen Maßstab oder dergleichen gemessen werden. Alternativ kann der Arbeiter die Intervalle zwischen den Streifen 42 messen, indem er ein aufgenommenes Bild einer Oberfläche des Werkstücks W analysiert. Zusätzlich können die Intervalle zwischen den Streifen 42 auf dem Werkstück W durch ein beliebiges Verfahren gemessen werden.
Bezugnehmend auf 2 gibt der Arbeiter ein Streifenintervall 25 unter Verwendung der Eingabeeinheit 23 ein. Die Berechnungseinheit 22 enthält eine Speichereinheit 26, die Informationen bezüglich der Analyse von Vibrationen speichert. Die Berechnungseinheit 22 speichert die eingegebenen Streifenintervalle 25 in der Speichereinheit 26. Zusätzlich speichert die Speichereinheit 26 die Positionsinformationen jeder Antriebsachse, die von den Positionsdetektoren 11 bis 15 erfasst werden.
Die Berechnungseinheit 22 umfasst eine Streifenintervallerfassungseinheit 34. Die Streifenintervallerfassungseinheit 34 erfasst die Streifintervalle, die von einem Arbeiter aus der Speichereinheit 26 heraus eingegeben werden. Die Berechnungseinheit 22 umfasst eine Positionsinformationserfassungseinheit 31, eine Tangentialgeschwindigkeitsberechnungseinheit 32 und eine Bewegungsabstandsberechnungseinheit 33. Die Berechnungseinheit 22 enthält eine Vibrationszyklusberechnungseinheit 35, die einen Vibrationszyklus berechnet, der den Streifen entspricht. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet einen Vibrationszyklus des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück auf der Grundlage der Intervalle zwischen den Streifen 42, die von der Streifenintervallerfassungseinheit 34 erfasst wurden, und eines ersten Bewegungsabstands eines Bearbeitungspunkts, der von der Bewegungsabstandsberechnungseinheit 33 ausgegeben wird.
6 zeigt ein Flussdiagramm der Steuerung der Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Im Schritt 81 erfasst die Positionsinformationserfassungseinheit 31 Positionsinformationen der Antriebsachsen zusammen mit Zeitpunkten zu jedem zuvor bestimmten Zeitintervall während einer Periode, in der das Werkstück W verarbeitet wird. Mit anderen Worten erfasst die Positionsinformationserfassungseinheit 31 die Positionsinformation der Antriebsachsen in Zeitreihen. Die Positionsinformationserfassungseinheit 31 der vorliegenden Ausführungsform erfasst in Zeitreihen die Position der jeweiligen Antriebsachse, die durch die Positionsdetektoren 11 bis 15 erfasst wird. Alternativ kann die Positionsinformationserfassungseinheit 31 einen Positionsbefehlswert jedes Steuerzyklus, der durch die Befehlserzeugungseinheit 17 erzeugt wird, als Zeitreihendaten erfassen. Die Berechnungseinheit 22 speichert die erfasste Positionsinformation in der Speichereinheit 26.
Bei Schritt 82 berechnet die Tangentialgeschwindigkeitsberechnungseinheit 32 Koordinatenwerte des Werkzeugspitzenpunkts 51 des Werkzeugs 8 auf der Grundlage der Positionsinformation und einer Konfiguration der Werkzeugmaschine 1. Die Konfiguration der Werkzeugmaschine 1 enthält Informationen über Konfigurationen der Antriebsachsen und Informationen über Art und Größe des Werkzeugs 8. Die Konfiguration der Werkzeugmaschine 1 wird zuvor in die Berechnungseinheit 22 eingegeben und in der Speichereinheit 26 gespeichert. Die Tangentialgeschwindigkeitsberechnungseinheit 32 berechnet die Zeitreihenkoordinatenwerte der Werkzeugspitze 51 in einer Weise, die den Zeitreihenpositionsinformationen entspricht.
Bei der Werkzeugmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform wird ein Koordinatensystem eingestellt, dessen Ursprung ein optionaler fester Punkt ist. Mit anderen Worten, es werden mechanische Koordinaten gesetzt. Die axiale Linie der A-Achse und die axiale Linie der B-Achse als Drehachsen der Werkzeugmaschine 1 schneiden einander an einem Schnittpunkt M. Die Koordinatenwerte des Schnittpunktes M können durch (x(t), y(t)), z(t)) dargestellt sein, die eine Funktion eines Zeitpunktes t sind.
Ein Zustand, in dem das Werkzeug 8 in vertikaler Richtung nach unten weist, d. h., dass eine Werkzeugachse des Werkzeugs 8 parallel zur Z-Achse liegt und der Werkzeugspitzenpunkt 51 einer negativen Richtung der Z-Achse zugewandt ist, ist als eine Referenzposition (Ursprung) der A-Achse und der B-Achse definiert. Die Drehwinkel der A-Achse und der B-Achse werden an der Referenzposition null.
Durch Verwenden einer Länge ML vom Schnittpunkt M zum Werkzeugspitzenpunkt 51 können die Koordinatenwerte (Px(t), Py(t), Pz(t)) des Werkzeugspitzenpunkts 51 durch die folgenden Formel (1) bis Formel (3) dargestellt werden. Px(t) = x(t) + ML × cos(A(t)) × sin(B(t)) (1) Py(t) = y(1) + ML × sin(A(t)) (2) Pz(t) = z(t) – ML × cos(A(t)) × cos(B(t)) (3)

Px:: Position der X-Achse
Py:: Position der Y-Achse
Pz:: Position der Z-Achse
ML:: Länge von Punkt M zum Werkzeugspitzenpunkt
A(t):: Position der A-Achse zum Zeitpunkt t (Drehwinkel)
B(t):: Position der B-Achse zum Zeitpunkt t (Drehwinkel)

Als Nächstes berechnet die Tangentialgeschwindigkeitsberechnungseinheit 32 eine Geschwindigkeit in einer tangentialen Richtung einer Bewegungsbahn eines Bearbeitungspunkts unter Verwendung der Positionsinformationen jeder Antriebsachse.
7 zeigt ein schematisches Diagramm der Bewegungsbahn des Bearbeitungspunktes. Eine Position des Bearbeitungspunktes entspricht einer Position des Werkzeugspitzenpunktes 51 des Werkzeugs 8. Der Werkzeugspitzenpunkt 51 bewegt sich auf einer Bewegungsbahn 52, die durch das Betriebsprogramm 18 bestimmt wird. Ein Bearbeitungspunkt P und ein Bearbeitungspunkt P', nachdem eine kurze Zeit Δt zum Bearbeitungspunkt P verstrichen ist, werden dargestellt. Ein Pfeil 97 gibt eine Geschwindigkeit in einer tangentialen Richtung des Bearbeitungspunktes P an. Die Geschwindigkeit in der tangentialen Richtung der Bewegungsbahn 52 des Bearbeitungspunktes P kann auf der Grundlage von Koordinaten des Bearbeitungspunktes P und von Koordinaten des Bearbeitungspunktes P' berechnet werden. Insbesondere kann eine Geschwindigkeit in einer Richtung jeder Antriebsachse in der tangentialen Richtung des Bearbeitungspunktes P auf der Grundlage der folgenden Formel (4) bis Formel (6) berechnet werden. Zusätzlich kann eine Größenordnung der Geschwindigkeit zu dieser Zeit durch die Formel (7) berechnet werden. Vx(t) = Px(t + Δt) – Px(t) / Δt (4) Vy(t) = Py(t + Δt) – Py(t) / Δt (5) Vz(t) = Pz(t + Δt) – Pz(t) / Δt (6) Vt(t) = √Vx(t)² + Vy(t)² + Vz(t)² (7)

Vx(t):: Geschwindigkeit in X-Achsenrichtung zum Zeitpunkt t
Vy(t):: Geschwindigkeit in Y-Achsenrichtung zum Zeitpunkt t
Vz(t):: Geschwindigkeit in Z-Achsenrichtung zum Zeitpunkt t
Vt(t):: Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t

Bezugnehmend auf 6 berechnet bei Schritt 83 die Bewegungsabstandsberechnungseinheit 33 als Nächstes einen ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts auf der Bewegungsbahn 52 unter Verwendung der Geschwindigkeit in der tangentialen Richtung am Bearbeitungspunkt. Der erste Bewegungsabstand wird auf der Grundlage von Positionsinformationen jeder Antriebsachse zu einem Zeitpunkt, zu dem die Bearbeitung tatsächlich durchgeführt wurde, wie beispielsweise eine Ausgabe von den Positionsdetektoren 11 bis 15 berechnet.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Bewegungsbahn, die den ersten Bewegungsabstand darstellt. Ein Arbeiter kann auf der Bewegungsbahn 52 einen Bearbeitungspunkt P₁, der ein Ausgangspunkt einer Analyse ist, und einen Bearbeitungspunkt P₂ bezeichnen, der ein Endpunkt der Analyse ist. Der Bearbeitungspunkt P₁ und der Bearbeitungspunkt P₂ können durch Zeitpunkte gekennzeichnet sein. Koordinatenwerte des Bearbeitungspunktes P₁ und des Bearbeitungspunktes P₂ auf jeder Antriebsachse werden spezifiziert.
Die Bewegungsabstandsberechnungseinheit 33 kann einen Bewegungsabstand vom Bearbeitungspunkt P₁ zum Bearbeitungspunkt P₂ durch Integrieren einer Geschwindigkeit Vt(t) in der tangentialen Richtung des Bearbeitungspunktes mit der Zeit in einem Abschnitt vom Bearbeitungspunkt P₁ zum Bearbeitungspunkt P₂ berechnen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie durch einen Pfeil 98 angedeutet, ein Bewegungsabstand entlang der Bewegungsbahn 52 als erster Bewegungsabstand bezeichnet. Ein erster Bewegungsabstand L' entspricht einer Länge, in der sich der Werkzeugspitzenpunkt 51 auf einer Oberfläche 41 des Werkstücks W bewegt hat. Der erste Bewegungsabstand L von einem Zeitpunkt t₁ zu einem Zeitpunkt t₂ kann durch die folgende Formel (8) berechnet werden.

L':: erster Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes, basierend auf der Bewegungsbahn

Unter Bezugnahme auf 6 erfasst als Nächstes bei Schritt 84 die Streifenintervallerfassungseinheit 34 die Streifenintervalle 25, die von einem Arbeiter aus der Speichereinheit 26 eingegeben werden. In dem Werkstück W wird der Abschnitt gebildet, in dem die für die Analyse zu verwendenden Streifen gebildet werden, d. h. der Ausgangspunkt und der Endpunkt der Analyse vorher vom Arbeiter bestimmt wird. In der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Streifenintervallerfassungseinheit 34 eine Vielzahl von Streifenintervallen 25.
9 zeigt eine Draufsicht auf das Werkstück, die Streifenintervalle veranschaulicht. Der Arbeiter misst die Intervalle D_k und D_k+1 zwischen den Streifen 42a, 42b und 42c auf der Grundlage eines zuvor bestimmten, zu analysierenden Abschnittes. Dann gibt der Arbeiter diese Werte an die Berechnungseinheit 22 ein.
10 zeigt ein Diagramm der Intervalle zwischen den Streifen in Abhängigkeit von der Zeit. Jedes Intervall D zwischen den Streifen 42 entspricht einem Abstand, in dem sich der Bearbeitungspunkt während des Vibrationszyklus T der Vibrationsquelle bewegt hat. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts aus mindestens zwei Streifenintervallen berechnet. In den in 9 und 10 gezeigten Beispielen werden die beiden Streifenintervalle D_k und D_k+1 gemessen. Zum Beispiel kann durch Integrieren der Intervalle D_k und D_k+1 zwischen den Streifen 42 ein Bewegungsabstand zwischen einem Streifen des Startpunkts und einem Streifen des Endpunktes, der vorher bestimmt wurde, berechnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts auf der Grundlage der Intervalle zwischen den Streifen als zweiter Bewegungsabstand bezeichnet.
Bezugnehmend auf 6 kann im Schritt 85 die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 einen zweiten Bewegungsabstand L(t) auf der Grundlage der eingegebenen Streifenintervalle berechnen. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet einen Vibrationszyklus entsprechend den Streifen auf der Grundlage der Intervalle zwischen den Streifen auf einer bearbeiteten Oberfläche und dem Bewegungsabstand eines Bearbeitungspunktes auf einer Bewegungsbahn. Zunächst wird ein Verfahren zum Berechnen eines Vibrationszyklus beschrieben, der Streifen auf der Grundlage einer Kreuzkorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands L'(t) und des zweiten Bewegungsabstands L(t) entspricht.
Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet eine Kreuzkorrelationsfunktion R_r(a, T) auf der Grundlage des ersten Bewegungsabstands L'(t) und des zweiten Bewegungsabstands L(t). Die Kreuzkorrelationsfunktion R_r(a, T) kann durch die folgende Formel (9) dargestellt werden.

L(t):: zweiter Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes, basierend auf dem Streifenintervall
R_r(a, T):: Kreuzkorrelationsfunktion, basierend auf L'(t) und L(t)

In der Formel (9) wird ein a-ter Streifen 42 als ein Startpunkt (eine Referenz) gesetzt. Ein (a + 2)-ter Streifen 42 ist ein Endpunkt. In dem in 9 gezeigten Beispiel ist ein Streifen 42a der a-te Streifen, welcher der Ausgangspunkt ist. Ein Streifen 42c ist der (a + 2)-te Streifen, welcher der Endpunkt ist. Die Kreuzkorrelationsfunktion R_r(a, T) ist eine Funktion einer Variablen a und des Vibrationszyklus T.
Die Formel (9) stellt ein Beispiel für das Messen von zwei Intervallen zwischen den Streifen 42 dar, wie in 9 gezeigt. Dementsprechend integriert eine Variable k Werte, die sich von a nach (a + 2) ändern. Ein erster Term der rechten Seite in Formel (9) entspricht einem Abstand einer Bewegung vom Startpunkt zum Endpunkt auf der Grundlage der Positionsinformation, die durch die Positionsdetektoren erfasst wird. Ein zweiter Term der rechten Seite entspricht einem Abstand, der auf den tatsächlich gemessenen Intervallen zwischen den Streifen basiert.
Als Nächstes berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 eine Autokorrelationsfunktion R_s1(a, T) des ersten Bewegungsabstands. Die Autokorrelationsfunktion R_s1(a, T) des ersten Bewegungsabstands kann durch die folgende Formel (10) berechnet werden. Die Autokorrelationsfunktion R_s1(a, T) des ersten Bewegungsabstands ist eine Funktion der Variablen a.

Rs1(a, T):: Autokorrelationsfunktion von L'(t)

Als Nächstes berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 ein Korrelationsverhältnis r₁(a, T) zwischen der Kreuzkorrelationsfunktion R_r(a, T) und der Autokorrelationsfunktion R_s1(a, T) des ersten Bewegungsabstands. Das Korrelationsverhältnis r₁(a, T) kann als Verhältnis der Kreuzkorrelationsfunktion R_r(a, T) zur Autokorrelationsfunktion R_s1(a, T) des ersten Bewegungsabstands definiert werden. Das Korrelationsverhältnis r₁(a, T) kann wie in der folgenden Formel (11) dargestellt werden.

r₁(a, T):: Korrelationsverhältnis zwischen R_r und R_s1

Als Nächstes berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 das Korrelationsverhältnis r₁, während der Vibrationszyklus T und die Variable a geändert werden. Als Vibrationszyklus T und die Variable a können Werte von jedem zuvor bestimmten Intervall in einem zuvor bestimmten Bereich verwendet werden.
Nun wird eine Korrelation zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand erklärt, die sich ergibt, wenn der Vibrationszyklus T und die Variable a geändert werden. Das Korrelationsverhältnis r₁ kann größer oder kleiner als 1 werden.
11 bis 13 zeigen Diagramme des ersten Bewegungsabstands und des zweiten Bewegungsabstands in Bezug auf die Zeit in einem Fall, in dem die Variable a geändert wird. 11 bis 13 zeigen die Diagramme, bei denen die Variable a unter Bedingungen eines konstanten Vibrationszyklus geändert wird. In jedem der Diagramme wird das Korrelationsverhältnis r₁ beschrieben. Der Vibrationszyklus T wird auf einen Vibrationszyklus einer Vibrationsquelle eingestellt, der schließlich durch Analyse erhalten wird. In dem Beispiel des vorliegenden Falles wird der Vibrationszyklus T auf 0,04 Sekunden eingestellt.
In 11 ist die Variable a auf ein zuvor bestimmtes a₀ gesetzt. Der erste Bewegungsabstand L'(t) und der zweite Bewegungsabstand L(t) befinden sich in einem überlappenden Zustand. 12 zeigt einen Fall, in dem der Wert der Variablen a reduziert wurde. In diesem Beispiel wird der zweite Bewegungsabstand L(t) um –0,04 Sekunden bewegt. Wenn die Variable a auf die Minusseite verändert wird, bewegt sich das Diagramm des zweiten Bewegungsabstands L(t) nach links. Im Gegensatz dazu, bezugnehmend auf 13, bewegt sich der zweite Bewegungsabstand L(t), wenn die Variable a auf die Plus-Seite geändert wird, zur rechten Seite. Somit verändert das Ändern der Variablen a den zweiten Bewegungsabstand L(t) parallel entlang der Zeitachse. Die Variable a entspricht einem Betrag der Verschiebung des Diagramms.
14 bis 16 zeigen Diagramme, die den ersten Bewegungsabstand und den zweiten Bewegungsabstand in Bezug auf die Zeit in einem Fall darstellen, in dem der Vibrationszyklus geändert wird. Die Variable a wird auf a0 gesetzt, wie in 11 gezeigt. 14 ist der Fall, in dem der Vibrationszyklus T auf 0,04 Sekunden eingestellt ist, welcher der Vibrationszyklus der Vibrationsquelle ist und ist das gleiche Diagramm wie dasjenige von 11. In 14 fällt das Diagramm des zweiten Bewegungsabstands L(t) mit dem Diagramm des ersten Bewegungsabstands L'(t) zusammen.
15 zeigt ein Beispiel, bei dem der Vibrationszyklus T verkürzt wurde. Der Gradient des Diagramms des zweiten Bewegungsabstands L(t) nimmt zu, indem der Vibrationszyklus T verkürzt wird. Bezugnehmend auf 10 beträgt der gesamte zweite Bewegungsabstand (D_k + D_k+1), der konstant ist. Wenn jedoch der Vibrationszyklus T klein ist, ist der Gradient des Diagramms groß.
16 zeigt einen Fall, bei dem der Vibrationszyklus T verlängert worden ist. In diesem Fall nimmt der Gradient des Diagramms des zweiten Bewegungsabstands L(t) ab, indem der Vibrationszyklus T verlängert wird. Bezugnehmend auf 10 ist, während der gesamte zweite Bewegungsabstand konstant ist, der Vibrationszyklus T groß. Dadurch ist der Gradient des Diagramms klein. Unter Bezugnahme auf die Analysebeispiele von 14 bis 16 verändert sich der Gradient des Diagramms des zweiten Bewegungsabstands L(t) durch Ändern des Vibrationszyklus T.
Die folgende Tabelle 1 zeigt eine Liste der Analyseergebnisse der Diagramme, die in 11 bis 16 gezeigt sind. Es ist ersichtlich, dass, wenn die Variable a und der Vibrationszyklus T geändert werden, sich das Korrelationsverhältnis r₁ ändert. Tabelle 1

a T [sec] r₁(a, T)

a₀ 0,04 0,99343

a₀ – 0,04 0,04 1,46509

a₀ + 0,04 0,04 0,83421

a₀ 0,02 2,41052

a₀ 0,06 0,66587
Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet einen Vibrationszyklus T und eine Variable a, bei der das Korrelationsverhältnis r₁ am nächsten zu 1 ist. Mit anderen Worten berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 einen Vibrationszyklus T und eine Variable a, bei denen die Korrelationsfunktion R_r im Wesentlichen gleich der Autokorrelationsfunktion R_s1 ist. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet den Vibrationszyklus, bei dem das Korrelationsverhältnis r₁ am nächsten zu 1 liegt, als einen Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht. In dem obigen Beispiel wird der in 11 und 14 gezeigte Vibrationszyklus als der Vibrationszyklus berechnet, der den Streifen entspricht.
Somit hat die Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Funktion, Streifen auf einer bearbeiteten Oberfläche aufgrund von Vibration mit dem konstanten Zyklus zu analysieren. Sogar in Fällen, in denen die Geschwindigkeit eines Bearbeitungspunkts nicht konstant ist und in denen die Streifenintervalle nicht gleich sind, kann ein Vibrationszyklus auf der Grundlage der Streifenintervalle und des Bewegungsabstands des Bearbeitungspunktes berechnet werden. Insbesondere kann die Vibrationsanalysevorrichtung 21 den Vibrationszyklus T des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück berechnen, selbst wenn ein Abschnitt vorhanden ist, in dem sich die Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs 8 in Bezug auf das Werkstück W ändert. Alternativ kann die Vibrationsanalysevorrichtung 21 eine Vibrationsfrequenz, die den Streifen entspricht, auf der Grundlage des Vibrationszyklus T berechnen.
Unterdessen ist eine Vorrichtung, die mit der gleichen Frequenz wie die Vibrationsfrequenz, die von der Vibrationsanalysevorrichtung 21 berechnet wurde, schwingt, eine Vibrationsquelle. Der Arbeiter kann eine Vibrationsquelle, welche die Ursache des Auftretens von Streifen ist, unter Verwendung des berechneten Vibrationszyklus und der Vibrationsfrequenz identifizieren. Dann kann der Arbeiter eine geeignete Maßnahme gegen die Vibrationsquelle durchführen, so dass keine Vibration auftritt, oder kann eine Inspektion der Vibrationsquelle durchführen. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem etwas im Lüftermotor des Wechselrichters nicht normal läuft, eine Veranlassung zum Ersetzen des Lüftermotors durchgeführt werden.
Bei der obigen Ausführungsform wird die Vibrationsfrequenz, die den Streifen entspricht, auf der Grundlage der Kreuzkorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands und des zweiten Bewegungsabstands berechnet. Das Verfahren zum Berechnen eines Vibrationszyklus unter Verwendung einer Kreuzkorrelationsfunktion ist nicht auf diese Form beschränkt und andere Verfahren können verwendet werden.
In einer zweiten Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand durch die oben beschriebene Steuerung. Zusätzlich berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 eine Autokorrelationsfunktion des zweiten Bewegungsabstands. Dann berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 einen Wert einer normalisierten Kreuzkorrelationsfunktion auf der Grundlage der Autokorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands, der Autokorrelation des zweiten Bewegungsabstands und der Kreuzkorrelationsfunktion. Eine Autokorrelationsfunktion R_s2 des zweiten Bewegungsabstands L(t) kann durch die folgende Formel (12) berechnet werden.

Rs2(a, T):: Autokorrelationsfunktion von L(t)

Dann kann eine normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion r₂ durch die folgende Formel (13) berechnet werden. Die normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion r₂ ist ein Wert, der gleich oder größer als 1 ist. Die normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion ist ein Wert, der durch Dividieren der Kreuzkorrelationsfunktion durch eine Quadratwurzel der Autokorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands und durch eine Quadratwurzel der Autokorrelationsfunktion des zweiten Bewegungsabstands erhalten wird.

r₂(a, T):: normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion

Die folgende Tabelle 2 zeigt ein Analysebeispiel für eine normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion in einem Fall, in dem die Variable a geändert wird, und in einem Fall, in dem der Vibrationszyklus T in der zweiten Vibrationsanalysevorrichtung geändert wird. Die Variable a und der Vibrationszyklus T können bei jedem zuvor bestimmten Intervall in einem zuvor bestimmten Abschnitt geändert werden. Es ist ersichtlich, dass sich die normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion r₂ ändert, wenn die Variable a und der Vibrationszyklus T geändert werden. Wenn in diesem Beispiel die Variable a a0 und zusätzlich der Vibrationszyklus T 0,04 ist, fallen das Diagramm des ersten Bewegungsabstands und das Diagramm des zweiten Bewegungsabstands im besten Fall zusammen. Zu diesem Zeitpunkt wird die normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion r₂ am nächsten zu 1 zu finden sein. Tabelle 2

a T [sec] r₂(a, T)

a₀ 0,04 0,99999

a₀ – 0,04 0,04 0,99773

a₀ + 0,04 0,04 0,98839

a₀ 0,02 0,99807

a₀ 0,06 0,99515
In der zweiten Vibrationsanalysevorrichtung ändert die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 den Vibrationszyklus T und die Variable a in dem zuvor bestimmten Abschnitt. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 ändert den Vibrationszyklus T und die Variable a bei jedem zuvor bestimmten Intervall und berechnet die normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion r₂. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet einen Vibrationszyklus T und eine Variable a, bei der die normalisierte Kreuzkorrelationsfunktion r₂ am nächsten bei 1 liegt. Dann kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 den Vibrationszyklus T zu diesem Zeitpunkt als einen Vibrationszyklus entsprechend den Streifen einstellen.
Auf diese Weise kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Vibrationszyklus T so berechnen, dass die Korrelation zwischen dem ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes und dem zweiten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes in dem zuvor bestimmten Abschnitt hoch ist. Zusätzlich kann die Anzeigeeinheit 24 den von der Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechneten Vibrationszyklus T anzeigen.
Als Nächstes wird eine dritte Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der dritten Vibrationsanalysevorrichtung berechnet die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 einen Vibrationszyklus, bei dem die Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand am kleinsten ist, als einen Vibrationszyklus, der den Streifen entspricht. Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet einen integrierten Wert eines Quadrats der Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand und kann einen Vibrationszyklus berechnen, bei dem der integrierte Wert am kleinsten ist. Mit anderen Worten kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 eine Variable a und einen Vibrationszyklus T durch ein Verfahren der kleinsten Quadrate unter Verwendung der Variablen a und des Vibrationszyklus T als Variable einstellen. Dann kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 den Vibrationszyklus als den Vibrationszyklus T berechnen, der den Streifen entspricht. Ein integrierter Wert S(a, T) des Quadrats der Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand L'(t) und dem zweiten Bewegungsabstand L(t) ergibt sich in der folgenden Formel (14). Der integrierte Wert S(a, T) ist eine Funktion der Variablen a und des Vibrationszyklus T.

S(a, T):: integrierter Wert

17 zeigt ein Diagramm, welches eine Methode der kleinsten Quadrate veranschaulicht. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die vertikale Achse stellt den Bewegungsabstand dar. Wie oben beschrieben, kann das Ändern der Variablen a den zweiten Bewegungsabstand bewegen. Das Ändern des Vibrationszyklus T kann den Gradienten des zweiten Bewegungsabstands verändern. Dann kann in Formel (14) die Differenz mit dem zweiten Bewegungsabstand L(t) in einem Zustand berechnet werden, in dem der erste Bewegungsabstand L'(t) bewegt wurde, wie durch einen Pfeil 99 angedeutet ist.
Die folgende Tabelle 3 zeigt ein Analysebeispiel des integrierten Werts S in einem Fall, in dem die Variable a geändert wird, und in einem Fall, in dem der Vibrationszyklus T geändert wird. Die Variable a und der Vibrationszyklus T können in einem zuvor bestimmten Abschnitt bei jedem zuvor bestimmten Intervall geändert werden. Wenn die Variable a und der Vibrationszyklus T geändert werden, ändert sich der integrierte Wert S. Wenn dann die Variable a a0 und zusätzlich der Vibrationszyklus T 0,04 beträgt, stimmen der erste Bewegungsabstand und der zweite Bewegungsabstand vorzugsweise überein. Zu diesem Zeitpunkt ist der integrierte Wert S am kleinsten. Tabelle 3

a T [sec] S(a, T)

a₀ 0,04 0,23667

a₀ – 0,04 0,04 7,99240

a₀ + 0,04 0,04 10,8096

a₀ 0,02 5,23030

a₀ 0,06 5,38348
Die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 kann einen Wert durch Subtrahieren des zweiten Bewegungsabstands vom ersten Bewegungsabstand auf der Grundlage der Formel (14) berechnen. Dann kann die Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 einen Vibrationszyklus berechnen, bei dem der integrierte Wert S, der durch Quadrieren des Wertes erhalten wird, am kleinsten ist und kann den Vibrationszyklus als einen Vibrationszyklus berechnen, der den Streifen entspricht.
Auf diese Weise kann der Vibrationszyklus T auf Grundlage des integrierten Wertes des Quadrats der Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes und dem zweiten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes berechnet werden. In der dritten Vibrationsanalysevorrichtung kann auch die Anzeigeeinheit 24 den Vibrationszyklus T anzeigen, der von der Vibrationszyklusberechnungseinheit 35 berechnet wird.
Die Vibrationsanalysevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eignet sich für die Verarbeitung, bei der sich die Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs in Bezug auf ein Werkstück während einer Periode, in der das Werkstück verarbeitet wird, ändert, und kann auch den Vibrationszyklus nach demselben Verfahren berechnen, selbst wenn die Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber einem Werkstück konstant ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vibrationsanalysevorrichtung bereitgestellt werden, die den Vibrationszyklus des Werkzeugs in Bezug auf ein Werkstück berechnet.
Bei jeder oben beschriebenen Steuerung kann die sequentielle Reihenfolge der Schritte in einem Bereich geändert werden, in dem die Funktionen und Wirkungen nicht geändert werden. Die obigen Ausführungsformen können nach Bedarf kombiniert werden. In jeder der oben beschriebenen Zeichnungen sind gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zusätzlich sind die obigen Ausführungsformen veranschaulichend und schränken die Erfindung nicht ein. Zusätzlich umfassen die Ausführungsformen Änderungen an den in den Ansprüchen dargelegten Ausführungsformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5302371 [0003]

Claims

Vibrationsanalysevorrichtung (21), die einen Vibrationszyklus berechnet, mit dem ein Werkzeug (8) während eines Zeitraums, in dem ein Werkstück (W) von einer Werkzeugmaschine (1) bearbeitet wird, in Bezug auf das Werkstück schwingt, wobei die Vibrationsanalysevorrichtung umfasst: eine Positionsinformationserfassungseinheit (31), die Positionsinformationen einer Antriebsachse in Zeitreihen erfasst; eine Tangentialgeschwindigkeitsberechnungseinheit (32), die eine Geschwindigkeit in einer tangentialen Richtung einer Bewegungsbahn eines Bearbeitungspunktes unter Verwendung der Positionsinformation berechnet; eine Bewegungsabstandsberechnungseinheit (33), die einen ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts auf der Bewegungsbahn unter Verwendung der Geschwindigkeit in der tangentialen Richtung berechnet; eine Streifenintervallerfassungseinheit (34), die ein vorher gemessenes Intervall zwischen Streifen (42) auf dem Werkstück erfasst; und eine Vibrationszyklusberechnungseinheit (35), die einen Vibrationszyklus entsprechend den Streifen auf der Grundlage des Intervalls zwischen den Streifen und dem ersten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes berechnet.
Vibrationsanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen zweiten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunkts auf der Grundlage von mindestens zwei der Intervalle zwischen den Streifen berechnet, eine Kreuzkorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands und des zweiten Bewegungsabstands berechnet und den Vibrationszyklus entsprechend den Streifen auf der Grundlage der Kreuzkorrelationsfunktion berechnet.
Vibrationsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vibrationszyklusberechnungseinheit ein Korrelationsverhältnis zwischen der Kreuzkorrelationsfunktion und einer Autokorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands berechnet und den Vibrationszyklus, bei dem das Korrelationsverhältnis am nächsten zu 1 ist, als den Vibrationszyklus berechnet, der den Streifen entspricht.
Vibrationsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen Wert einer normalisierten Kreuzkorrelationsfunktion auf der Grundlage einer Autokorrelationsfunktion des ersten Bewegungsabstands, einer Autokorrelationsfunktion des zweiten Bewegungsabstands und der Kreuzkorrelationsfunktion berechnet und den Vibrationszyklus, bei dem der Wert der normalisierten Kreuzkorrelationsfunktion am nächsten zu 1 ist, als den Vibrationszyklus berechnet, der den Streifen entspricht.
Vibrationsanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen zweiten Bewegungsabstand des Bearbeitungspunktes auf der Grundlage von mindestens zwei der Intervalle zwischen den Streifen berechnet und den Vibrationszyklus, bei dem eine Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand am kleinsten ist, als den Vibrationszyklus berechnet, der den Streifen entspricht.
Vibrationsanalysevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vibrationszyklusberechnungseinheit einen integrierten Wert eines Quadrats der Differenz zwischen dem ersten Bewegungsabstand und dem zweiten Bewegungsabstand an einer Mehrzahl von Punkten berechnet und den Vibrationszyklus, bei dem der integrierte Wert am kleinsten ist, als den Vibrationszyklus berechnet, der den Streifen entspricht.