DE102017212753A1

DE102017212753A1 - Informationsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102017212753A1
Application number: DE102017212753.8A
Authority: DE
Inventors: Takaaki Tanaka
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2018-02-01
Also published as: US20180029185A1; CN107662131A; CN107662131B; US10850360B2

Abstract

Eine Informationsmessvorrichtung, die einen Sensor, der Informationen über ein periodisch an einer Vorrichtung (11) auftretendes Phänomen erhält, während es sich mit der ständigen Wiederholung eines Vorgangs in Synchronisation befindet, und eine Steuervorrichtung (12) aufweist. Die Steuervorrichtung (12) ordnet die erhaltenen Informationen einer Betriebsphase in dem Betrieb zu, um eine Änderung des Phänomens in einem Zyklus auf der Grundlage der während des Betriebs von mehreren Zeitpunkten erhaltenen Informationen zu generieren. In der Zwischenzeit werden ein Betriebszyklus, bei dem der Vorgang in der Vorrichtung (11) wiederholt wird, ein Abfragezyklus, und eine Dauer, in der der Vorgang in der Vorrichtung (11) ständig wiederholt wird, in die Messparameter einbezogen. Die Steuervorrichtung (12) berechnet aus einem Verhältnis zwischen den Messparametern zu mindestens einem der Messparameter einen bestmöglichen Messparameter und ändert den Messparameter als Ziel für den bestmöglichen Messparameter.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Informationsmessvorrichtung, die Informationen z. B. von einer Drehwellenvorrichtung erhält, die eine maschinelle Bearbeitung während der Drehung eines Werkzeugs oder eines Werkstücks durchführt.
Stand der Technik
Konventionell ist es üblich, in einer Werkzeugmaschine, die eine maschinelle Bearbeitung während der Drehung einer Drehwelle durchführt, Schwingungen, Antriebskräfte und ähnliche Faktoren während des Betriebs zu messen und eine Diagnose auf der Grundlage eines Messergebnisses durchzuführen, wenn die Zustandsdiagnose der Werkzeugmaschine selbst und die Bearbeitungsdiagnose durchgeführt werden. Wird z. B. ein Werkzeug auf der Drehwelle befestigt, um eine Zerspanung an einem Werkstück durchzuführen, wird die Antriebskraft der Drehwelle während der Zerspanung gemessen, wobei die Spanmenge ermittelt wird und der Zustand des Zerspanungswerkzugs erfasst wird.
Die japanische Offenbarungsschrift mit der Veröffentlichungsnummer 2004-126956 offenbart eine numerisch gesteuerte Maschine, bei der die während der Zerspanung erzeugte Antriebskraft auf der Grundlage eines aus den Formdaten eines Bearbeitungsziels und einem Bearbeitungsweg erhaltenen Spanvolumens und einer Materialqualität eines Werkstückes berechnet wird, und die berechnete Antriebskraft mit einer tatsächlich gemessenen Antriebskraft verglichen wird, wodurch eine abnormale Bearbeitung erkannt wird.
Ferner offenbart die japanische Offenbarungsschrift mit der Veröffentlichungsnummer 2012-254499 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien, wobei in einem Fall, in dem die Bearbeitung wiederholt ausgeführt wird, die Antriebskraft der vorherigen normalen Bearbeitung mit der tatsächlich gemessenen Antriebskraft in der aktuellen Bearbeitung verglichen wird, wodurch eine anormale Bearbeitung erkannt wird.
Darüber hinaus wurde kürzlich ein Versuch unternommen, einen Schwingungssensor und einen AE-Sensor an einigen Einheiten einer Werkzeugmaschine zu befestigen und einen Wegmesssensor einzusetzen, um Phänomene, die an der Werkzeugmaschine auftreten, außer der Antriebskraft der Drehwelle, klarer zu messen.
Bei den herkömmlichen Verfahren sind jedoch Messungen mit deutlich kürzeren Abfragezyklen erforderlich, um Veränderungen gewünschter Phänomene wie z. B. Zyklen zum Antreiben der Drehwelle und der Zerspanung, Schwingungszyklen, die einem Lager und Führungsteilen eigen sind, zu erkennen. Zum Beispiel bei der Messung der Antriebskraftänderung jeder Spanklinge während der Zerspanung unter Verwendung eines Drehwerkzeugs mit sechs Spanklingen beträgt der Spanzyklus bei einer Drehzahl 10000 min^–1 100 μs. Für die Abfrage an zehn Punkten pro Spanklinge ist daher ein Abfragezyklus von weniger als 10 s erforderlich. Wenn eine solche schnelle Abfrage benötigt wird, ist es dann problematisch, dass die Messung und die Analyse teuer werden.
Die vorliegende Erfindung wurde daher im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme durchgeführt, und es ist Aufgabe der Offenbarung, eine Informationsmessvorrichtung zu schaffen, die derart ausgelegt ist, um genaue Messergebnisse bei niedrigen Kosten zu erhalten, ohne Abfragen auf die Veränderung der Phänomene durchzuführen, die an einer bestimmten Vorrichtung, bei einem extrem kurzen Zyklus, wie in dem herkömmlichen Fall, auftreten.
ZUSAMMENFASSUNG
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine Informationsmessvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen. Die Informationsmessvorrichtung ist auf einem Gerät befestigt, das ständig einen vorgegebenen Vorgang wiederholt. Die Informationsmessvorrichtung enthält einen Sensor, der Informationen über ein Phänomen gewinnt. Das Phänomen tritt periodisch an dem Gerät auf, während es sich in Synchronisation mit der ständigen Wiederholung des Vorgangs befindet. Die Informationsmessvorrichtung enthält eine Steuervorrichtung, die den Betrieb des Gerätes steuert und Informationen mittels des Sensors erhält. Die Steuervorrichtung kann Informationen über den Sensor bei einem vorgeschriebenen Abfragezyklus erhalten, und die Steuervorrichtung kann die erhaltenen Informationen einer Betriebsphase in dem Betrieb zuordnen, um eine Änderung des Phänomens in einem Zyklus auf der Grundlage der während des Betriebs mehrfach erhaltenen Informationen zu generieren. Inzwischen können ein Betriebszyklus, bei dem der Vorgang im Gerät wiederholt wird, der Abfragezyklus, und eine Dauer, in der der Vorgang im Gerät ständig wiederholt wird, in die Messparameter einbezogen werden. Die Steuervorrichtung kann aus einem Verhältnis zwischen den Messparametern auf mindestens einem der Messparameter einen bestmöglichen Messparameter berechnen, und sie kann den Messparameter als ein Ziel für den bestmöglichen Messparameter ändern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Informationsmessvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf der Drehwellenvorrichtung befestigt werden, die eine Drehwelle enthält, und die Informationsmessvorrichtung kann den Sensor und die Steuervorrichtung aufweisen. Der Sensor kann Informationen über ein Phänomen erhalten, das periodisch an der Drehwellenvorrichtung auftritt, während es sich in Synchronisation mit der Drehung der Drehwelle befindet, und die Steuervorrichtung kann die Vorgänge der Drehwellenvorrichtung steuern und Informationen über den Sensor abrufen. Die Steuervorrichtung kann die Informationen, die mit dem Abfragezyklus über den Sensor erhalten werden, einer Drehphase der Drehwelle zuordnen, um die Änderung des Phänomens in einem Zyklus auf der Grundlage der Informationen zu generieren, die während der Drehungen der Drehwelle von mehreren Malen erhalten werden. Inzwischen können ein Drehzyklus der Drehwelle, der Abfragezyklus, und eine Dauer einer stabilen Zone, in der die Drehzahl der Drehwelle bei einer konstanten Drehzahl stabil ist, in den Messparametern berücksichtigt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung kann die Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung den bestmöglichen Messparameter so berechnen, dass eine Divisionszahl des Phänomens pro Zyklus eine gewünschte Divisionszahl ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung kann die Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung den bestmöglichen Messparameter so berechnen, dass eine Divisionszahl des Phänomens pro Zyklus die gewünschte Divisionszahl ist.
Mit der Informationsmessvorrichtung gemäß der Ausführungsform erhält die Steuervorrichtung über den Sensor bei einem vorgegebenen Abfragezyklus die Information, und die Steuervorrichtung verbindet die erhaltene Information mit einer Betriebsphase in dem Betrieb in dem Gerät, um eine Änderung des Phänomens in einem Zyklus auf der Grundlage der während des Betriebs mehrerer Male erhaltenen Informationen zu generieren. Ein Betriebszyklus, bei dem der Vorgang im Gerät wiederholt wird, der Abfragezyklus, und eine Dauer, in der der Vorgang im Gerät ständig wiederholt wird, gehören zu den Messparametern, und die Steuervorrichtung berechnet den bestmöglichen Messparameter aus einem Verhältnis zwischen den Messparametern auf mindestens einem der Messparameter, und die Steuervorrichtung ändert den Messparameter als ein Ziel für den bestmöglichen Messparameter. Folglich werden effektive Messergebnisse, während die Messung in einem langen Abfragezyklus im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren durchgeführt wird, über das Phänomen erhalten, das sich bei hoher Geschwindigkeit ändert, z. B. die Änderung der Antriebslast der Hauptspindel, wodurch eine Kostenreduzierung gewährleistet ist. Die Messung kann an dem Phänomen durchgeführt werden, wo es für das herkömmliche Verfahren technisch schwierig zu messen ist, aufgrund eines kurzen Zyklus der Änderung des Phänomens.
Mit der Informationsmessvorrichtung gemäß dem dritten und vierten Aspekt der Erfindung kann die Steuervorrichtung den bestmöglichen Messparameter so berechnen, dass die Divisionszahl des Phänomens pro Zyklus die gewünschte Divisionszahl ist, so dass der Messparameter ohne Nutzlosigkeit bei der Gewinnung von Informationen zur Erzeugung der Kurvenform zur Verfügung steht.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Schaubild, das eine Werkzeugmaschine zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung einer Messung eines auf einem Hauptkörper eines Bearbeitungszentrums auftretenden Phänomens darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung einer Messung eines auf einem Hauptkörper eines Bearbeitungszentrums auftretenden Phänomens darstellt;
4 ist ein Schaubild, das eine Kurvenform zeigt, die durch die Gewinnung von Messwerten bei einem ausreichend schnellen Abfragezyklus erzeugt wird;
5 ist ein Schaubild, das eine Kurvenform zeigt, die mit einem Verfahren gemäß der Offenbarung erzeugt wird;
6 ist ein Schaubild, das einen Unterschied zwischen einem Normalfall und einem anormalen Fall bei der Ermittlung der Messwerte im ausreichenden schnellen Abfragezyklus veranschaulicht;
7 ist ein Schaubild, das einen Unterschied zwischen einem Normalfall und einem anormalen Fall bei der Ermittlung von Messwerten mit dem Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht;
8 ist ein Schaubild, das einen Status der Gewinnung von Messwerten bei Änderung der Drehzahl zu einem ersten Zeitpunkt zeigt;
9 ist ein Schaubild, das einen Status der Gewinnung von Messwerten bei Änderung der Drehzahl zu einem zweiten Zeitpunkt zeigt;
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine Werkzeugmaschine einschließlich einer Informationsmessvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren ausführlich beschrieben.
1 ist ein Schaubild, das eine Werkzeugmaschine 20 zeigt.
Die Werkzeugmaschine 20 ist ein sogenanntes Bearbeitungszentrum und enthält einen Bearbeitungszentrumhauptkörper 11 und eine Steuervorrichtung 12. Der Bearbeitungszentrumhauptkörper 11 hat einen Hauptspindelkopf 3, der eine Hauptspindel 2 als Drehwelle, eine Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Drehen der Hauptspindel 2 und ähnliche Einheiten enthält. Die Hauptspindel 2 hat ein distales Ende, an dem ein Werkzeughalter 1 einschließlich eines Werkzeugs installiert werden kann. An den Hauptkomponenten des Bearbeitungszentrumhauptkörpers 11 einschließlich des Hauptspindelkopfs 3 sind ein Sensor (ein Sensor, der z. B. den Leistungsbedarf des Antriebs misst und einen Bestandteil der Informationsmessvorrichtung bildet) zur Messung der Antriebskraft der Hauptspindel 2, ein Sensor zur Messung der auf dem Bearbeitungszentrumhauptkörper 11 hervorgerufenen Schwingung und ähnliche Sensoren installiert. Die Steuervorrichtung 12 hingegen steuert die Arbeitsvorgänge der Hauptspindel 2 und diagnostiziert Zustände des Bearbeitungszentrumhauptkörpers 11 und der Bearbeitung durch den Bearbeitungszentrumhauptkörper 11. Die Steuervorrichtung 12 ist mit den obigen unterschiedlichen Sensoren gekoppelt und enthält einen Messwertaufnahmeabschnitt 4, einen Einstellabschnitt 5, einen Rechenabschnitt 6, und einen Befehlsabschnitt 7. Der Messwertaufnahmeabschnitt 4 misst, um unterschiedliche Informationsblöcke über den Bearbeitungszentrumhauptkörper 11 aufzunehmen. Der Einstellabschnitt 5 ermöglicht es einem Bediener, verschiedene Einstellwerte einzustellen, wie z. B. einen später beschriebenen Abfragezyklus. Der Rechenabschnitt 6 führt verschiedene Rechenoperationen durch. Der Befehlsabschnitt 7 befiehlt Vorgänge (zum Beispiel die Anzahl der Drehung der Hauptspindel 2) an den Bearbeitungszentrumhauptkörper 11, basierend auf dem Rechenergebnis des Rechenabschnittes 6 und ähnlichen Ergebnissen.
Nachfolgenden wird eine Steuerung, ein Hauptteil der Erfindung, auf eine Messung eines auf dem Bearbeitungszentrumhauptkörper 11 auftretenden Phänomens anhand des Flussdiagrams in 2 beschrieben.
Bei der Messung der Änderung einer Antriebslast der Hauptspindel 2 stellt die Steuervorrichtung 12 zunächst die Messbedingungen einschließlich einer Divisionszahl D_N pro Drehung der Hauptspindel 2 ein (S1). Zu diesem Zeitpunkt ist die Divisionszahl D_N einfach gemäß einem auftretenden Zyklus eines zu messenden Phänomens eingestellt. Beispielsweise wird die Divisionszahl D_N, bei einer Messung der Änderung jeder Klinge eines Werkzeugs mit zwei Klingen, wenn zehn Messpunkte pro Klinge vorgesehen sind, einfach auf 20 gesetzt.
Als nächstens berechnet die Steuervorrichtung 12 einen bestmöglichen Messparameter, damit er die eingestellte Divisionszahl D_N wird, d. h. einen bestmöglichen Drehzyklus L_TO oder einen bestmöglichen Abfragezyklus S_TO der Hauptspindel 2 (S2), und die Steuervorrichtung 12 ändert einen Drehzyklus L_T oder einen Abfragezyklus S- auf den berechneten bestmöglichen Drehzyklus L_TO oder den bestmöglichen Abfragezyklus S_TO (S3). Eine Beziehung zwischen der Divisionszahl D_N, dem Drehzyklus L_T, und dem Abfragezyklus S_T kann mit der folgenden Formel (1) angegeben werden. Demensprechend beträgt eine Phasendifferenz zwischen dem Drehzyklus L_T und dem Abfragezyklus S_T lediglich 1/der Divisionszahl D_N (im obigen Beispiel 1/20).
Wenn also der Drehzyklus L_T konstant ist und der Abfragezyklus S_T geändert wird, wird daher die folgende Formel (2) für die Berechnungen verwendet.
Hier wird die Berechnung des bestmöglichen Abfragezyklus S_TO mit einem Beispiel spezifiziert, wobei der Drehzyklus L_T der Hauptspindel 2 40 ms (1500 min^–1) beträgt und der ursprünglich eingestellte Abfragezyklus S_T 500 ms beträgt. Wenn die ursprünglich eingestellten Werte die oben beschriebenen Werte sind, wird die Abfrage jedes Mal durchgeführt (die Messwerte werden ermittelt), wenn die Hauptspindel 2 25-mal gedreht ist. Folglich beträgt der Abfragezyklus S_T, bei einer Abfrage mit 1/20 des Drehzyklus L_T (d. h., jeder Messwert wird während einer Drehung der Hauptspindel 2 ermittelt), 1 ms, so dass eine Abfragefunktion mit einer beträchtlichen hohen Geschwindigkeit erforderlich ist. Daher wird für die Berechnung des Abfragezyklus S_T mit einem längeren Zyklus als dem bestmöglichen Abfragezyklus S_TO die Formel (2) verwendet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Rechenoperation in einer Reihenfolge von n = 0 ausgeführt werden. Eine signifikante Änderung des Abfragezyklus S_T hat jedoch einen Einfluss auf die Anzahl der Messwerte und ähnliche Anzahl, daher ist es bevorzugt, den Änderungsumfang der Änderung auf den bestmöglichen Abfragezyklus S_TO klein zu halten. In diesem Beispiel ist der Abfragezyklus S_T der 12,5-fache des Drehzyklus L_T, so dass der bestmögliche Abfragezyklus S_TO einfach mit n = 12 berechnet wird. D. h. der bestmögliche Abfragezyklus S_TO beträgt 478 ms. Wenn der Abfragezyklus S_T nicht auf 500 ms oder weniger geändert werden kann, ist der bestmögliche Abfragezyklus S_TO einfach 518 ms mit n = 13.
Andererseits, in dem Fall, wenn es schwierig ist, den Abfragezyklus S_T zu ändern oder in einem ähnlichen Fall, wird für die Rechenoperation die folgende Formel (3) verwendet, wobei der Abfragezyklus S_T konstant ist und der Drehzyklus L_T geändert wird.
In diesem Fall wird noch einmal die Berechnung des bestmöglichen Drehzyklus L_TO mit einem Beispiel spezifiziert, wobei der Drehzyklus L_T der Hauptspindel 2 40 ms (1500 min^–1) beträgt und der ursprünglich eingestellte Abfragezyklus S_T 500 ms beträgt. Auch hier kann die Rechenoperation in einer Reihenfolge von n = 0 ausgeführt werden. Eine signifikante Änderung des Drehzyklus L_T führt jedoch möglicherweise zu Abrieb und Bruch des Werkzeugs oder ähnlichem Versagen, so dass die vorgesehene Bearbeitung nicht durchgeführt werden kann. Dementsprechend ist es bevorzugt, den Änderungsumfang der Änderung auf den bestmöglichen Drehzyklus L_TO klein zu halten. Daher ist der bestmögliche Drehzyklus L_TO, fokussiert auf den Abfragezyklus S_T, der der 12,5-fache des Drehzyklus L_T ist, ähnlich wie bei der Berechnung des bestmöglichen Abfragezyklus S_TO, einfach mit n = 12 berechnet. D. h. der bestmögliche Drehzyklus L_TO beträgt 42,8 ms. [Ausdruck 1]
Nach der oben beschriebenen Änderung des bestmöglichen Drehzyklus L_TO oder des bestmöglichen Abfragezyklus S_TO, in einem Zustand, in dem die Hauptspindel 2 beim ursprünglich eingestellten Drehzyklus L_T (oder beim geänderten bestmöglichen Drehzyklus L_TO) gedreht wird, erhalten die Sensoren dann die Messwerte beim geänderten bestmöglichen Abfragezyklus S_TO (oder beim ursprünglich eingestellten Abfragezyklus S_T) (S4) und die erhaltene Messwerte werden den Drehphasen (nachstehend als Messphasen bezeichnet) zugeordnet, in denen die Messwerte erhalten werden (S5). Weiterhin werden die Messwerte, die während der Drehung der Hauptspindel 2 von mehreren Malen erhalten werden, den Messphasen zugeordnet. Dann wird zum Beispiel eine Kurvenform, wie 5 zeigt, erhalten, d. h. eine Kurvenform, die die Änderung der Antriebslast während einer Drehung der Hauptspindel 2 (die Änderung eines vorbestimmten Phänomens in einem Zyklus, wobei die horizontale Achse eine Drehphase ist und die vertikale Achse ein Antriebslastwert ist) zeigt. Dann kann die derart generierte Kurvenform als ausreichend effektive Kurvenform betrachtet werden, die ungefähr der Kurvenform entspricht, die mit den bei einem Abfragezyklus mit ausreichend hoher Geschwindigkeit erhaltenen Messwerten erzeugt wird, beispielsweise wie 4 gezeigt.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Kurvenform mit Fokussierung nur auf den Drehzyklus L_T und den Abfragezyklus S_T ermittelt. Um jedoch die genaue Kurvenform entsprechend der Änderung der Antriebslast der Hauptspindel 2 zu erhalten, muss die Hauptspindel 2 eine sich ständig ändernde Antriebslast aufweisen, und wenn man sich nur auf den Drehzyklus L_T und den Abfragezyklus S_T konzentriert, wie oben beschrieben, werden nicht unbedingt alle Messwerte, die zur Erzeugung der Kurvenform erforderlich sind, ermittelt. Daher wird ein Verfahren zur Berechnung des bestmöglichen Messparameters beschrieben, wobei es festgestellt wird, ob es in einer stabilen Zone ist, in der sich die Antriebslast der Hauptspindel 2 ständig ändert (d. h. die Drehzahl der Hauptspindel 2 ist bei einer konstanten Drehzahl stabil), wie das Flussdiagram in 3 zeigt.
Die Steuervorrichtung 12 stellt zunächst, ähnlich wie im oben beschriebenen S1, Messbedingungen einschließlich einer Divisionszahl D_N pro Drehung der Hauptspindel 2 ein (S11). Als nächstes wird bestimmt, ob es sich um eine Zeitspanne handelt, in der sich ein vorher bestimmtes Phänomen (hier die Antriebslast) an der Hauptspindel 2 periodisch ändert, d. h. ob es sich um eine stabile Zone handelt oder nicht (S12). Die Bestimmung kann z. B. anhand des Betriebsprogramms der Werkzeugmaschine 20 durchgeführt werden, kann auf der Grundlage der unter Verwendung einer Bearbeitungssimulation oder eines ähnlichen Verfahrens berechneten Werte durchgeführt werden, und kann auf der Grundlage dessen erfolgen, ob sie innerhalb einer Zeitspanne, die vom Beginn des Betriebs vorläufig festgelegt war, ist oder nicht.
Anschließend wird der bestmögliche Messparameter berechnet (S13). Zunächst wird ein Verfahren zur Berechnung des bestmöglichen Messparameters basierend auf einer Dauer der stabilen Zone beschrieben. Angenommen, der bestmögliche Abfragezyklus S_TO = 518 ms wird mit n = 13 berechnet, wenn der Drehzyklus L_T der Hauptspindel 2 40 ms beträgt und der ursprünglich eingestellte Abfragezyklus S_T 500 ms beträgt, ähnlich zu dem oben beschriebenen Fall. In diesem Fall ist mindestens eine 20-fache Abfrage erforderlich, um die Änderung des Phänomens unter einer Drehung der Hauptspindel 2 zu messen. Für die Durchführung der 20-fachen Abfrage ist es erforderlich, die stabile Zone für 518 ms × 20 = 10,4 s fortzusetzen. Wenn hier die Messung auf einem Spanabstand von 80 mm bei identischer Bearbeitung und eine Spanvorschubgeschwindigkeit von 600 mm/min durchgeführt wird, ist eine 20-fache Abfrage nicht möglich, da die Dauer der stabilen Zone (d. h. eine Zeitspanne, in der die identische Bearbeitung ausgeführt ist und eine Bearbeitungsdauer für den Spanabstand von 80 mm) nur 8,0 s beträgt. Dementsprechend wird so ein n verwendet, dass die für eine 20-fache Abfrage erforderliche Zeitspanne 8,0 s oder weniger beträgt, um den bestmöglichen Messparameter zu berechnen. In diesem Beispiel hat z. B. die Verwendung von n = 10 den Abfragezyklus S_T = 398 ms, und 398 ms × 20 = 7,96 s < 8,0 s, somit wird der Abfragezyklus S_T = 398 ms als bestmöglicher Abfragezyklus S_TO verwendet.
Zweitens wird ein Verfahren zur Änderung der Dauer der stabilen Zone entsprechend dem berechneten bestmöglichen Messparameter beschrieben. Ähnlich zur obigen Beschreibung wird angenommen, dass der bestmögliche Abfragezyklus S_TO = 518 ms mit n = 13 berechnet wird, wenn der Drehzyklus L_T der Hauptspindel 2 40 ms beträgt und die ursprünglich eingestellte Abfragezyklus S_T 500 ms beträgt. In diesem Fall muss die identische Bearbeitung 10,4 s lang durchgeführt werden. Demensprechend beträgt die Spanvorschubgeschwindigkeit für die Messung an dem Spanabstand von 80 mm bei identischer Bearbeitung lediglich 461 mm/min, somit ist die Dauer der stabilen Zone (d. h. die Dauer der Bearbeitung mit dem Spanabstand von 80 mm) 10,4 s oder mehr (die ursprünglich eingestellte Geschwindigkeit 600 mm/min wird auf 461 mm/min entschleunigt).
Drittens wird ein Verfahren zur Berechnung des bestmöglichen Messparameters auf der Basis der Dauer der stabilen Zone beschrieben, so dass der Messwert mit einer erreichbaren höchsten Auflösung erhalten wird. Wenn z. B. die Abfrage bei 40 ms die Grenze ist, unter der Bedingung, dass der Drehzyklus L_T der Hauptspindel 2 40 ms beträgt und die Zeitdauer der stabilen Zone 5,0 s beträgt, ist eine Abfrage während einer Drehung der Hauptspindel 2 die Grenze. Folglich darf es bei einer Drehung in maximal 125 geteilt werden, und die Messung mit der höchsten Auflösung erfolgt beim bestmöglichen Abfragezyklus S_TO = 40,32 ms.
Im Anschluss an die Berechnung des bestmöglichen Messparameters, wie oben beschrieben, wird der eingestellte Messparameter auf den bestmöglichen Messparameter geändert (S14), der Messwert wird von der Werkzeugmaschine 20 bezogen, die entsprechend dem eingestellten Messparameter arbeitet (S15), und der erhaltene Messwert wird der Messphase zugeordnet (S16). Dann werden die Messwerte, die so während der Drehung der Hauptspindel 2 von mehreren Malen erhalten werden den Messphasen so zugeordnet, dass die Kurvenform ähnlich zu der obigen Beschreibung erhalten wird, die die Änderung der Antriebslast während einer Drehung der Hauptspindel 2 zeigt.
Bei Verdacht auf das Auftreten eines Fehlers, wie z. B. des Verlusts der Spanklinge des Werkzeugs, kann es außerdem in Betracht gezogen werden, die Messparameter (S3 und S14) für eine intensive Messung in einer bestimmten Phase zu ändern. Im Folgenden wird das Verfahren beschrieben.
Als ein Verfahren für die Erkennung des Fehlers von der Änderung des Phänomens, gibt es ein Verfahren, bei dem eine Kurvenform, die durch die aktuelle Messung erhalten wird, mit einer Kurvenform, die im Normalfall vorläufig gemessen wird, verglichen wird, um den Fehler zu erkennen, basierend auf einer Größenordnung der Differenz zwischen den Messwerten. Tritt z. B. der Verlust an der Spanklinge des Drehwerkzeugs auf, ändert sich die Spanmenge pro Klinge, so dass der Fehler durch die Änderung der Anzahl der Spitzen in der Kurvenform, die Phase mit dem Spitzenwert und das Größenverhältnis zwischen den Spitzenwerten erkannt wird. In dieser Offenbarung wird jedoch die Kurvenform auf der Grundlage der Messwerte erhalten, die während der Drehung der Hauptspindel 2 von mehreren Malen erhalten werden. Danach wird die Messung ohne Änderung des Drehzyklus L_T fortgesetzt, und manchmal dauert der Abfragezyklus S_T eine Weile, bis der Messwert in der bestimmten Phase erhalten ist. Wenn also der Vergleich der aus der aktuellen Messung erhaltenen Kurvenform mit der im Normalfall vorläufig gemessenen Kurvenform die Möglichkeit des Auftretens des Fehlers zeigt, ist es vorzuziehen, den Drehzyklus L_T und den Abfragezyklus S_T zu ändern.
Hier wird ein Fall anhand 6 und 7 spezifisch beschrieben, bei dem ein Werkzeug mit drei Spanklingen für die Bearbeitung verwendet wird. Wenn die Messwerte beim Abfragezyklus mit ausreichend hoher Geschwindigkeit erhalten werden, wie 6 zeigt, hat der Normalfall die Spitzenwerte der Antriebslastwerte, die in der Nähe von 5°, 165° und 285° ermittelt werden. Der Bruch der Spanklinge des Werkzeugs bewirkt jedoch die Änderung der Anzahl der Spitzenwerte, der Drehphase, in der der Spitzenwert erfasst wird, und des Größenverhältnisses und ähnliche Änderung. Daher ist es vorzuziehen, wenn die Abfrage mit dem Verfahren der Offenbarung durchgeführt wird, den Drehzyklus L_T und den Abfragezyklus S_T zu einem Zeitpunkt zu ändern, wenn die Möglichkeit des Auftretens eines Fehlers angezeigt wird, so dass die Messung durchgeführt wird, um sich auf eine spezifische Phase zu konzentrieren, in der sich der Antriebslastwert vor und nach dem Auftreten des Fehlers signifikant ändert. D. h., der Drehzyklus L_T und der Abfragezyklus S_T werden geändert, um die Messwerte konzentriert an den Drehphasen nahe 45°, 165°, und 285° zu erhalten, wie 7 zeigt, so dass das Auftreten von Fehlern in kurzer Zeit sicher erkannt wird.
Weiterhin wird bei Änderung des Drehzyklus L_T und des Abfragezyklus S_T die effiziente Messung durch Anpassung des Zeitpunktes für die Änderung des Drehzyklus L_T und des Abfragezyklus S_T durchgeführt.
Angenommen, die Drehzahl (der Drehzyklus L_T) wird geändert. Beispielsweise wird in dem Zustand, in dem die Messwerte beim Abfragezyklus S_T = 1,0 s ermittelt werden, die Drehzahl von 250 min^–1 auf 241 min^–1 geändert, um die Messwerte von einer größeren Anzahl von Messpunkten zu erhalten. Die Drehphase, die den Spitzenwert in der Kurvenform enthält, liegt zwischen 150° und 180°, und die Messwerte werden in der Nähe der Drehphase, die den Spitzenwert enthält, ermittelt. In diesem Fall, wie 8 zeigt, wenn die Drehzahl nach Ablauf von 1,0 s nach der aktuellen Zeit geändert wird, dauert es 20,0 s bis zum vollständigen Erreichen der Messwerte in der Nähe der jeweiligen Phase als das Ziel. Aber, wie 9 zeigt, wenn die Drehzahl nach Ablauf von 2,0 s nach der aktuellen Zeit geändert wird, dauert es manchmal 11,0 s bis die Messwerte in der Nähe der spezifischen Phase als Ziel komplett erhalten werden. Auch bei einer Änderung nicht des Drehzyklus L_T, sondern des Abfragezyklus S_T wird die effiziente Messung durchgeführt, indem das Timing für eine ähnliche Änderung angepasst wird.
Gemäß der Werkzeugmaschine 20 mit der oben beschriebenen Konfiguration werden die Antriebslasten der Hauptspindel 2 gemessen und die Messwerte der Hauptspindel 2 werden Drehphasen bei der Messung der Hauptspindel 2 zugeordnet, die Messung und die Zuordnung werden während der Drehung der Hauptspindel 2 von mehreren Malen fortgesetzt, und die Messwerte werden in verschiedenen Drehphasen ermittelt, so dass letztendlich die Änderung der Antriebskraft während einer Drehung der Hauptspindel 2 erreicht wird. Ferner sind in den Messparametern der Drehzyklus L_T und der Abfragezyklus S_T der Hauptspindel 2, und die Dauer der stabilen Zone, in der die Drehzahl der Hauptspindel 2 bei konstanter Drehzahl stabil ist, berücksichtigt und aus dem Verhältnis zwischen den Messparametern wird für mindestens einen der Messparameter der bestmögliche Messparameter berechnet. Demensprechend werden effektive Messergebnisse, während die Messung in einem langen Abfragezyklus im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren durchgeführt wird, erzielt, wenn sich das Phänomen bei hoher Geschwindigkeit ändert, wie z. B. die Änderung der Antriebslast der Hauptspindel 2, wodurch eine Kostenreduzierung erreicht wird. Die Messung kann an dem Phänomen durchgeführt werden, wo es für das herkömmliche Verfahren technisch schwierig zu messen ist, aufgrund eines kurzen Zyklus der Änderung des Phänomens.
Die Konfiguration der Informationsmessvorrichtung gemäß der Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform, und nicht nur die Gesamtkonfiguration des Gerätes als Ziel der Informationsmessung, sondern auch die Konfiguration gemäß der Steuerung der Messung des Phänomens und ähnliche Steuerung kann bei Bedarf geändert werden, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen.
Während die obige Ausführungsform z. B. das Gerät für das Ziel der Messung durch die Informationsmessvorrichtung als Bearbeitungszentrumhauptkörper des Bearbeitungszentrums beschrieben ist, ist die Offenbarung vorzugsweise auch auf eine andere Werkzeugmaschine und Drehwellenvorrichtung, wie z. B. einen Drehmaschinenhauptteil einer Drehmaschine und eine Vorschubwellenvorrichtung, anwendbar.
Während die obige Ausführungsform die Antriebslast der Hauptspindel als sich periodisch änderndes Phänomen beschrieben ist, beschränkt sich das Phänomen nicht darauf. Das Phänomen kann z. B. eine Antriebslast einer anderen Antriebswelle beispielsweise einer Vorschubwelle sein oder es kann Schwingung, Verschiebung, Temperatur und ein ähnliches Phänomen sein, das an der Drehwellenvorrichtung erzeugt wird. Darüber hinaus kann das Phänomen z. B. ein Unterschied zwischen einem Encoder einer sich bewegenden Welle und einer Drehwelle und dem Befehlswert sein. Insbesondere kann ein Schwingungssensor (Sensor) auf der Vorschubwelle (der Drehwelle) befestigt werden, um die Vorschubwelle bei einer konstanten Drehzahl zu drehen, und die Schwingungen bei der Bewegung eines bewegten Körpers zu messen. Das so gewonnene Messergebnis stellt die Diagnose auf den Zustand eines Lagers und einer Kugelgewindespindel entsprechend der Bewegung der Vorschubwelle sicher.
Darüber hinaus ist es kein Problem, ein anderes Gerät als das Messziel einzusetzen, das nicht auf das Gerät beschränkt ist, das eine Drehbewegung ausführt, sofern es sich um ein Gerät handelt, das ständig einen vorbestimmten Vorgang wiederholt, z. B. ein Gerät mit einer hin- und hergehenden Linearbewegungseinheit und einer Versorgungspumpe, die einen intermittierenden Betrieb ausführt.
Darüber hinaus ist das Phänomen, das an dem Gerät synchronisiert mit ständiger Wiederholung des Betriebs auf dem Gerät periodisch auftritt, nicht auf das Phänomen mit einem integralen mehrfachen oder 1/Ganzzahl Betriebszyklus beschränkt. Beispielsweise wird in einer Vorschubwelle, die eine Linearantriebslagereinheit verwendet, eine Zykluszeit eines Wälzkörpers der Linearantriebslagereinheit in Verbindung mit einem Antriebswellendrehzyklus der Vorschubwelle erzeugt, so dass die Zykluszeit des Wälzkörpers der Linearantriebslagereinheit als zu messendes Phänomen verwendet werden kann. In diesem Fall, wenn z. B. die Länge des Wälzkörpers einer Linearführung 220 mm beträgt und die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubwelle pro Drehung der Antriebswelle 50 mm beträgt, werden die Betriebsphase und ähnliche Phase einfach berechnet, wobei die Änderung der Antriebswelle der Vorschubwelle alle 4,4 Drehungen als ein Zyklus erfolgt.
Darüber hinaus kann die Feststellung, ob die periodische Änderung des Phänomens während des vorher festgelegten Betriebs mehrfach wiederholt auftritt, in Echtzeit anhand eines Werkstücks, eines 3D-Werkzeugmodells, eines Werkzeugwegs und ähnlicher Faktoren verifiziert oder vorläufig z. B. mittels CAM (Computer Aided Manufacturing) analysiert werden. Zur Bestimmung kann der andere Sensor verwendet werden. Beispielsweise können die Spanmenge und die Vorschubgeschwindigkeit mit der Messung durch Bildbestimmung und Laser bestimmt werden.
Es ist explizit anzumerken, dass alle Merkmale, offenbart in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen, zum Zweck der Ursprungsoffenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung, unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungen und/oder den Ansprüchen, für die Offenbarung separat gedacht sind. Es ist explizit anzumerken, dass alle Wertebereiche oder Angaben der Gruppen der Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinrichtung, zum Zweck der Ursprungsoffenbarung sowie auch zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung, insbesondere als Grenzwerte der Wertebereiche offenbaren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-126956 [0003]
JP 2012-254499 [0004]

Claims

Eine Informationsmessvorrichtung, befestigt an einer Vorrichtung (11), wobei die Vorrichtung (11) einen vorgegebenen Vorgang ständig wiederholt, wobei die Informationsmessvorrichtung aufweist: einen Sensor, der Informationen über ein Phänomen erhält, das periodisch an der Vorrichtung (11) auftritt, während es sich mit der ständigen Wiederholung des Vorgangs in Synchronisation befindet; und eine Steuervorrichtung (12), die den Vorgang der Vorrichtung (11) steuert und die Information mittels des Sensors erhält, wobei: die Steuervorrichtung (12) die Information über den Sensor bei einem vorbestimmten Abfragezyklus erhält, und die Steuervorrichtung (12) die erhaltene Information einer Betriebsphase in dem Betrieb zuordnet, um eine Änderung des Phänomens in einem Zyklus auf der Grundlage der Information zu erzeugen, die während des Betriebs von mehreren Malen erhalten wird, in der Zwischenzeit ein Betriebszyklus, bei dem der Vorgang in der Vorrichtung (11) wiederholt wird, der Abfragezyklus, und eine Dauer, in der der Vorgang in der Vorrichtung (11) ständig wiederholt wird, in den Messparametern enthalten sind, und die Steuervorrichtung (12) einen bestmöglichen Messparameter von einem Verhältnis zwischen den Messparametern zu mindestens einem der Messparameter berechnet und den Messparameter als Ziel für den bestmöglichen Messparameter ändert.
Die Informationsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Informationsmessvorrichtung auf einer Drehwellenvorrichtung (3) einschließlich einer Drehwelle (2) befestigt ist, und die Informationsmessvorrichtung den Sensor und die Steuervorrichtung (12) aufweist, wobei der Sensor Informationen über ein Phänomen erhält, das an der Drehwelle (2) periodisch auftritt, während es sich mit Drehungen der Drehwelle (2) in Synchronisation befindet, die Steuervorrichtung (12) die Vorgänge der Drehwellenvorrichtung (3) steuert und Informationen über den Sensor erhält, die Steuervorrichtung (12) die beim Abfragezyklus über den Sensor erhaltenen Informationen einer Drehphase der Drehwelle (2) zuordnet, um eine Änderung des Phänomens in dem Zyklus auf der Grundlage der Information zu generieren, die während der Drehung der Drehwelle (2) von mehreren Malen erhalten wird, und zwischenzeitlich ein Drehzyklus der Drehwelle (2), der Abfragezyklus, und eine Dauer einer stabilen Zone, in der eine Drehzahl der Drehwelle (2) bei einer konstanten Drehzahl stabil ist, in den Messparametern enthalten sind.
Die Informationsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (12) den bestmöglichen Messparameter so berechnet, dass eine Divisionszahl des Phänomens pro Zyklus eine gewünschte Divisionszahl ist.
Die Informationsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (12) den bestmöglichen Messparameter so berechnet, dass eine Divisionszahl des Phänomens pro Zyklus eine gewünschte Divisionszahl ist.