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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Erfindungsfeld
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Spindelausfalls in einer Werkzeugmaschine während des Betriebs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Servosteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, die einen Spindelausfall der Werkzeugmaschine erfasst, und ein Computerprogramm. Außerdem betrifft die Erfindung ein Spindelausfall-Erfassungsverfahren unter Verwendung der Servosteuereinrichtung.
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Stand der Technik
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Wenn herkömmlicherweise während des Betriebs einer Werkzeugmaschine ein Spindelausfall auftritt, verschlechtert sich die Verarbeitungspräzision an einem Werkstück, das ein Verarbeitungsziel ist, sodass unter Umständen ein fehlerhaftes Werkstück produziert wird. Unter einem „Spindelausfall” ist hier eine Beschädigung, ein Verschleiß oder eine Verformung eines Teils der Spindel zu verstehen, wobei in einen Zustand eingetreten wird, in dem die Teile der Spindel ihre ursprüngliche Funktion nicht erfüllen können. Ein Beispiel hierfür ist eine Beschädigung des Lagers der Spindel. Eine Beschädigung, ein Verschleiß oder eine Verformung von Komponenten, die in der Spindel installiert sind oder mit dieser zusammenwirken, und das Eintreten in einen Zustand, in dem die Komponenten ihre Funktionen nicht erfüllen können, können als ein „Spindelausfall” zusammengefasst werden.
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Eine Technik zum Vermeiden einer durch einen Spindelausfall verursachten Verschlechterung usw. der Verarbeitungspräzision eines Werkstücks sieht die Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen des Spindelausfalls vor. Wenn zum Beispiel ein Lager oder ähnliches der Spindel beschädigt wird, werden bekannterweise Vibrationen mit einer spezifischen Frequenz in Entsprechung zu den Kugeln (Stahlkugeln) usw. des Lagers in der Schubrichtung und in der Radialrichtung der Spindel erzeugt. Deshalb wurde in Erwägung gezogen, einen AE (Akustikemission)-Sensor oder einen Beschleunigungssensor an der Spindel zu installieren, um eine Einrichtung zu konfigurieren, die Anomalien durch das Analysieren dieser Sensorausgaben erfasst.
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Das Blockdiagramm von 4 zeigt eine Konfiguration zum Erfassen von Anomalien für den Fall, dass in einer Werkzeugmaschine Sensoren für die Spindel installiert sind und eine Einrichtung zum Analysieren der Sensorausgabe verwendet wird. Zuerst werden wie in 4 gezeigt Sensoren 12a, 12b an der Spindel 10 installiert. Dabei ist der Sensor 12a ein AE-Sensor und kann der Sensor 12b ein Beschleunigungssensor sein. Die Ausgabesignale dieser Sensoren 12a, 12b werden durch einen Verstärker 14 verstärkt und zu einer Analyseeinrichtung 16 geführt. Die Analyseeinrichtung 16 ist zum Beispiel ein Computer, der Ausgabesignale der Sensoren 12a, 12b analysiert und für den Fall, dass er das Auftreten einer Anomalie bestimmt, ein Ausfallerfassungssignal nach außen hin ausgibt. Ein Programm des als die Analyseeinrichtung 16 verwendeten Computers führt eine Analyse der Ausgabesignale der Sensoren 12a, 12b mittels eines vorbestimmten Algorithmus durch, um zu bestimmen, ob eine Anomalie auftritt oder nicht. Das Prinzip einer derartigen Analyseeinrichtung 16 und eines Verfahrens zum Erfassen eines Spindelausfalls unter Verwendung einer Vorrichtung wie etwa der Analyseeinrichtung 16 wird zum Beispiel in dem Patentdokument 1 beschrieben.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls eines Teils eines Maschinenwerkzeugs durch das Erfassen einer Lastfluktuation aus dem Wert des elektrischen Stroms des Spindelmotors oder ähnlichem in dem Patentdokument 2 angegeben. Das in diesem Verfahren angegebene Verfahren hat die Zielsetzung, das Erfassen einer Lastfluktuation und insbesondere einer Beschädigung des Werkzeugs basierend auf der Lastfluktuation zu erfassen.
- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-74545
- Patentdokument 2: Geprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer S59-49145
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei der Technik des Patentdokuments 1, die den neuen Sensor 12 verwendet, müssen der neue Sensor 12 und/oder eine Analyseeinrichtung 16 hinzugefügt werden, sodass die Vorrichtungskonfiguration komplex wird. Außerdem muss ein Installationsraum für diesen Sensor 12 und/oder die Analyseeinrichtung 16 vorgesehen werden.
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Und mit der Technik des Patentdokuments 2 zum Erfassen einer Lastvariation aus dem Stromwert des Motors können Erscheinungen in Bezug auf die Last erfasst werden, wobei es jedoch schwierig ist, einen Spindelausfall wie etwa eine Beschädigung an Lagern zu erfassen.
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Die vorliegende Erfindung nimmt auf die vorstehend genannten Probleme Bezug, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Anordnung zum Erfassen eines Spindelausfalls einer Werkzeugmaschine unter Verwendung einer vorhandenen Servosteuereinrichtung vorzusehen, sodass keine zusätzlichen externen Sensoren, keine Ausfallanalyseeinrichtung oder ähnliches vorgesehen werden müssen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Servosteuereinrichtung (z. B. die weiter unten beschriebenen Servosteuereinrichtung 22), die einen Ausfall einer Spindel in einer Werkzeugmaschine mit einer Spindel, einer Vorschubwelle und einem Positionierungs-Servomotor (z. B. dem weiter unten beschriebenen Servomotor 20), der an der Vorschubwelle installiert ist und die Position der Spindel vorgibt, erfasst: eine Rückkopplungs-Erhaltungseinheit (z. B. die weiter unten beschriebene Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222), die ein Rückkopplungssignal des Positionierungs-Servomotors erfasst; und eine Analyse-/Erfassungseinheit (z. B. die weiter unten beschriebene Analyse-/Erfassungseinheit 226), die das erhaltene Rückkopplungssignal analysiert, um einen Ausfall der Spindel zu erfassen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Servosteuereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt das Rückkopplungssignal ein Signal sein, dass den elektrischen Strom, die Geschwindigkeit und/oder die Position des Positionierungs-Servomotors angibt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Servosteuereinrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt die Analyse-/Erfassungseinheit das Rückkopplungssignal basierend auf dem Betriebszustand des Positionierungs-Servomotors, dem Betriebszustand der Spindel und dem Startsignal einer Steuereinrichtung einer höheren Ebene analysieren und einen Zeitablauf für das Erfassen eines Ausfalls der Spindel bestimmen.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Servosteuereinrichtung gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte die Analyse-/Erfassungseinheit eine Fourier-Transformation auf dem Rückkopplungssignal durchführen, um ein Spektrum eines vorbestimmten Frequenzbereichs zu erhalten und das Auftreten eines Ausfalls in der Spindel zu bestimmen, wenn die Signalintensität des Spektrums des vorbestimmten Frequenzbereichs einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Servosteuereinrichtung gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte die Analyse-/Erfassungseinheit ein Spektrum eines vorbestimmten Frequenzbereichs erhalten, indem sie eine Fourier-Transformation auf dem Rückkopplungssignal durchführt, eine Speichereinheit (z. B. die weiter unten beschriebene Speichereinheit) enthalten, die eine anfängliche Signalintensität des Spektrums des vorbestimmten Frequenzbereichs speichert, und das Auftreten eines Ausfalls in der Spindel bestimmen, wenn eine Differenz zwischen der Signalintensität des Spektrums des vorbestimmten Frequenzbereichs und der in dem Speicher gespeicherten anfänglichen Signalintensität des Spektrums des vorbestimmten Frequenzbereichs einen vorbestimmten zweiten Schwellwert überschreitet.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Servosteuereinrichtung gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte weiterhin eine Benachrichtigungseinheit (z. B. die weiter unten beschriebene Benachrichtigungseinheit) enthalten, die einen durch die Analyse-/Erfassungseinheit erfassten Ausfall der Spindel nach außen benachrichtigt.
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Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Servosteuereinrichtung gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte weiterhin eine Benachrichtigungseinheit umfassen, die ein Ausfallerfassungssignal (z. B. das weiter unten beschriebene Ausfallerfassungssignal) nach außen ausgibt, wenn die Analyse-/Erfassungseinheit einen Ausfall der Spindel erfasst.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Servosteuereinrichtung gemäß einem der ersten bis siebten Aspekte weiterhin eine Rückzugseinheit (z. B. die weiter unten beschriebene Rückzugseinheit) umfassen, die einen Befehl zum Zurückziehen der Spindel von einem Werkstück ausgibt, wenn die Analyse-/Erfassungseinheit einen Ausfall der Spindel erfasst.
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Ein Spindelausfall-Erfassungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls einer Spindel einer Werkzeugmaschine, die die Spindel, eine Vorschubwelle und einen Positionierungs-Servomotor, der an der Vorschubwelle installiert ist und die Position der Spindel vorgibt, enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erhalten eines Rückkopplungssignals des Positionierungs-Servomotors; und Analysieren des derart erhaltenen Rückkopplungssignals, um einen Ausfall der Spindel zu erfassen.
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Ein Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, das ermöglicht, dass ein Computer als eine Servosteuereinrichtung zum Erfassen eines Ausfalls einer Spindel einer Werkzeugmaschine betrieben wird, die die Spindel, eine Vorschubwelle und einen Positionierungs-Servomotor, der an der Vorschubwelle installiert ist und die Position der Spindel vorgibt, enthält, wobei das Computerprogramm veranlasst, dass der Computer ausführt: eine Rückkopplungserhaltungsverarbeitung zum Erhalten eines Rückkopplungssignals des Positionierungs-Servomotors; und eine Analyse-/Erfassungsverarbeitung zum Analysieren des derart erhaltenen Rückkopplungssignals, um einen Ausfall der Spindel zu erfassen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Anordnung vorgesehen werden, die einen Ausfall einer Spindel einer Werkzeugmaschine unter Verwendung einer vorhandenen Servosteuereinrichtung erfassen kann, ohne dass hier zusätzliche externe Sensoren, eine Fehleranalyseeinrichtung oder ähnliches vorgesehen werden müssen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Ansicht, die die Positionierung einer Motorsteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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2 ist eine Ansicht, die Komponentenblöcke der Motorsteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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3 ist ein Flussdiagramm, das Operationen der Motorsteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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4 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer herkömmlichen Ausstattung für das Erfassen des Ausfalls eine Spindel zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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(1. Positionierung der Motorsteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform)
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Das Blockdiagramm von 1 zeigt einen Fall, in dem ein Ausfall einer Spindel einer Werkzeugmaschine unter Verwendung einer Servosteuereinrichtung 22 gemäß einer ersten Ausführungsform erfasst wird. Eine Spindel 10 der Werkzeugmaschine wird drehbar durch ein Lager 11 gehalten und kann um eine Welle der Spindel 10 gedreht werden. Weiterhin enthält die Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Servomotor 20 zum Positionieren der Spindel 10, wobei die Vorschubwelle 21 angetrieben werden kann, um die Position der Spindel 10 vorzugeben, indem dieser Servomotor 20 gedreht wird.
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Wie in 1 gezeigt, steuert die Werkzeugmaschine gemäß dieser Ausführungsform den Servomotor 20 unter Verwendung der Servosteuereinrichtung 22. Außerdem wird die Steuerausgabe, die durch die Servosteuereinrichtung 22 ausgegeben wird, durch einen Verstärker 24 verstärkt und dann zu dem Servomotor 20 ausgegeben. Weiterhin wird ein Rückkopplungssignal von dem Servomotor 20 zu der Servosteuereinrichtung 22 ausgegeben (siehe 1).
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Servosteuereinrichtung 22 zum Erfassen des Spindelausfalls durch das Analysieren des von dem Servomotor 20 erhaltenen Rückkopplungssignals. Mit dieser Konfiguration kann ein Spindelausfall unter Verwendung einer einfachen Konfiguration erfasst werden, wobei im Gegensatz zu der herkömmlichen Technologie hierfür kein separater Sensor und/oder keine Analyseeinrichtung erforderlich sind. Zum Beispiel kann gemäß dieser Konfiguration die Servosteuereinrichtung 22 das Rückkopplungssignal des Positionierungs-Servomotors 20 in der gleichen Richtung wie die Vibration in der Schubrichtung, die während eines Spindelausfalls auftritt, analysieren. Als Ergebnis dieser Analyse bestimmt die Servosteuereinrichtung 22 dann, dass ein Spindelausfall aufgetreten ist, wenn die Signalintensität für eine Vibration in der Schubrichtung größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und kann ein Ausfallerfassungssignal nach außen ausgeben.
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Informationen zu dem Spindelzustand und ein den Analysestart angebendes Signal werden von außen zu der Servosteuereinrichtung 22 zugeführt werden, wobei jedoch die Operationen unter Verwendung von diesen weiter unten im Zusammenhang mit der Analyse-/Erfassungsoperation des Spindelausfalls beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass die Servosteuereinrichtung 22 einem bevorzugten Beispiel der Servosteuereinrichtung in den Ansprüchen entspricht. Außerdem entspricht der Servomotor 20 einem bevorzugten Beispiel eines Positionierungs-Servomotors in den Ansprüchen.
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(2. Konfiguration/Operation der Servosteuereinrichtung 22)
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2 ist ein Blockdiagramm der Servosteuereinrichtung 22, die eine charakteristische Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist. Die Servosteuereinrichtung 22 wird vorzugsweise durch eine Steuereinrichtung konfiguriert, wobei die in 2 gezeigten Teile vorzugsweise durch die Hardware eines Computers (CPU, und Schnittstelle nach außen) und/oder Programme (ein Programm zum Realisieren der Funktionen der Servosteuereinrichtung 22) konfiguriert werden.
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Wie in 2 gezeigt, enthält die Servosteuereinrichtung 22 eine Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222, eine Servosteuereinheit 224, eine Analyse-/Erfassungseinheit 226 und eine Rückzugseinheit 228. Außerdem ist 3 ein Flussdiagramm, das die Operationen der Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 und der Analyse-/Erfassungseinheit 226 zeigt. Im Folgenden werden die Konfigurationen/Operationen jedes Teils der Servosteuereinrichtung 22 mit Bezug auf 2 und 3 erläutert.
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(2.1 Rückkopplungs-Erhaltungseinheit)
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Die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 ist eine Schnittstelle, die das von dem Servomotor 20 zugeführte Rückkopplungssignal empfängt, und kann die E/A-Schnittstelle eines Computers verwenden. Und wenn das von dem Servomotor 20 ausgegebene Rückkopplungssignal ein analoges Signal ist, kann die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 eine AD-Wandlungsfunktion umfassen, die das analoge Signal zu einem digitalen Signal wandelt. Die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 führt das auf diese Weise erhaltene Rückkopplungssignal zu der Analyse-/Erfassungseinheit 226 zu. Das durch den Servomotor 20 ausgegebene Rückkopplungssignal kann den Wert des elektrischen Stroms, die Geschwindigkeit und/oder die Position des Servomotors 20 angeben. Diese Signale geben also den Betrieb des Servomotors 20 wieder, sodass durch eine Analyse der Signale ein Spindelausfall genauer erfasst werden kann. Die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 führt die Signale zu der Analyse-/Erfassungseinheit 226 nach ggf. einer Wandlung derselben zu digitalen Signalen zu. Die Erfassungsoperation der Rückkopplungssignale durch die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 entspricht dem Schritt S3-1 von 3.
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Die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 wird durch eine E/A-Schnittstelle oder durch Hardware wie etwa eine AD-Wandlungseinrichtung wie oben genannt konfiguriert. Sie kann aber auch durch ein Programm, das die E/A-Schnittstelle, AD-Wandlungseinrichtung usw. steuert, und eine CPU eines das Programm ausführenden Computers konfiguriert werden. Es ist zu beachten, dass die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 einem bevorzugten Beispiel der Rückkopplungs-Erhaltungseinheit in den Ansprüchen entspricht.
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(2-2. Servomotor-Steuereinheit)
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Die Servomotor-Steuereinheit 224 gibt ein Steuersignal für den Servomotor 20 gemäß Befehlen von einer externen Steuereinrichtung einer höheren Ebene, die nicht gezeigt ist, aus. Der Verstärker 24 von 1 verstärkt das Steuersignal zu der elektrischen Leistung, die den Servomotor 20 betreiben kann, und legt das verstärkte Steuersignal an dem Servomotor 20 an. Die Servomotor-Steuereinheit 224 wird konfiguriert durch eine Schnittstelle, die ein Steuersignal nach außen ausgibt, ein Programm, das das Steuersignal basierend auf einem Befehl von einer Steuereinrichtung einer höheren Ebene erzeugt, und die CPU eines Computers, der dieses Programm ausführt.
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(2-3. Analyse-/Erfassungseinheit)
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Die Analyse-/Erfassungseinheit 226 analysiert das durch die Rückkopplungs-Erhaltungseinheit 222 erhaltene Rückkopplungssignal und erfasst einen Spindelausfall. Diese Verarbeitung wird hier als eine Analyse-/Erfassungsverarbeitung bezeichnet. Die Analyse-/Erfassungseinheit 226 bestimmt zuerst, ob eine Bedingung für das Starten der Analyse-/Erfassungsverarbeitung hergestellt wurde. Diese Bestimmungsverarbeitung entspricht dem Schritt S3-2 von 3. In dieser Bestimmungsverarbeitung von Schritt S3-2 bestimmt die Analyse-/Erfassungseinheit 226, ob die Bedingung für das Starten der Verarbeitung hergestellt wurde, basierend auf einem der folgenden Zustände.
- (a) Betriebszustand des Servomotors 20
Wenn der Servomotor 20 in einen Betriebszustand eintritt, beginnt er mit der Verarbeitung der Analyse/Erfassung. Ob sich der Servomotor 20 in einem Betriebszustand befindet oder nicht, kann durch das Prüfen des Rückkopplungssignals bestimmt werden.
- (b) Betriebszustand der Spindel (ausgedrückt durch „Spindelzustand” in 2)
Wenn die Spindel 10 in einen Betriebszustand eintritt, beginnt sie die Verarbeitung der Analyse/Erfassung. Ob sich die Spindel 10 in einem Betriebszustand befindet oder nicht, kann durch verschiedene Verfahren bestimmt werden. Zum Beispiel kann anhand des Signals von der Steuereinrichtung einer höheren Ebene (numerische Steuerung usw.) bestimmt werden, ob sich die Spindel 10 in einem Betriebszustand befindet oder nicht.
- (c) Einen Analysestart wiedergebendes Zustandssignal von einer Steuereinrichtung einer höheren Ebene (ausgedrückt durch „Analysestart” in 2)
Gemäß einem von außen kommenden Signal für den Analysestart wird der Start der Verarbeitung der Analyse/Erfassung durchgeführt. Die Steuereinrichtung einer höheren Ebene ist vorzugsweise eine numerische Steuerung usw., wobei sie jedoch auch durch verschiedene Computer oder Endgeräte, die durch einen Bediener bedient werden, konfiguriert werden kann.
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In dieser Ausführungsform wird die Analyse-/Erfassungsverarbeitung gestartet, wenn eine der drei Bedingungen (a), (b) und (c) hergestellt wird. Mit anderen Worten wird der Zeitablauf für das Analysieren des Rückkopplungssignals und das Erfassen eines Spindelausfalls basierend auf diesen drei Bedingungen bestimmt. In Entsprechung zu der Anwendung oder dem Verarbeitungsziel der Werkzeugmaschine kann dies jedoch auch nicht durch das Untersuchen von drei Bedingungen, sondern von nur einer Bedingung (z. B. (a) Betriebszustand des Servomotors 20) bestimmt werden. Außerdem kann zum Beispiel die Verarbeitung der Analyse/Erfassung gestartet werden, indem auf eine andere Bedingung als die genannten drei Bedingungen Bezug genommen wird. Wenn durch eine derartige Bestimmung bestimmt wird, dass wenigstens eine Bedingung für das Starten der Verarbeitung hergestellt wurde, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S3-3 fort und beginnt mit der Analyse. Wenn dagegen keine der Bedingungen hergestellt wird, endet die Verarbeitung ohne das Starten der Analyseverarbeitung.
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Wenn eine der Bedingungen für das Starten der Analyse-/Erfassungsverarbeitung hergestellt wird, Fourier-transformiert die Analyse-/Erfassungseinheit 226 das Rückkopplungssignal, um es zu einem Signal eines Frequenzbereichs in Schritt S3-3 zu wandeln.
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Dann extrahiert die Analyse-/Erfassungseinheit 226 in Schritt S3-4 von 3 ein Spektrum eines vorbestimmten Frequenzbereichs aus einem in einen Frequenzbereich gewandelten Signal und prüft die Signalintensität. Weil beim Auftreten eines Spindelausfalls Vibrationen usw. der Spindel 10 wie oben genannt auftreten können, kann ein Ausfall der Spindel 10 effizient erfasst werden, indem ein Teil dieser Vibration aus dem Rückkopplungssignal wie etwa dem Stromwert des Servomotors 20 extrahiert und geprüft wird. Diese Vibration weist bekannterweise häufig eine spezifische Frequenz auf. Wenn also ein Spektrum eines vorbestimmten Frequenzbereichs aus dem zu einem Signal eines Frequenzbereichs gewandelten Signal extrahiert wird und dann dessen Signalintensität geprüft wird, kann festgestellt werden, ob eine Vibration mit dieser spezifischen Frequenz auftritt. Wenn zum Beispiel die Signalintensität des Spektrums des vorbestimmten Frequenzbereichs einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet, wird dies als eine Erzeugung einer Vibration mit einer spezifischen Frequenz bestimmt und wird zu Schritt S3-5 fortgeschritten. Mit anderen Worten bestimmt die Analyse-/Erfassungseinheit 226, dass ein Spindelausfall erfasst wurde, und schreitet zu Schritt S3-5 fort, um ein Ausfallerfassungssignal auszugeben.
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In Schritt S3-5 wird dieses Ausfallerfassungssignal ausgegeben. Das Ausfallerfassungssignal kann zu der externen Steuereinrichtung einer höheren Ebene und/oder zu verschiedenen Prüfeinrichtungen zugeführt werden und außerdem zu der weiter unten beschriebenen Rückzugseinheit 228 zugeführt werden. Deshalb kann eine Verarbeitung in Bezug auf einen Spindelausfall schnell durchgeführt werden. Allgemein kann eine Warnung ausgegeben werden, um den Bediener darüber zu informieren, dass ein Spindelausfall aufgetreten ist usw. Außerdem sollte eine Verarbeitung wie etwa ein Stoppen der Werkzeugmaschine, ein Ausgeben einer zum Ersetzen von Komponenten usw. auffordernden Nachricht oder ein Aktivieren einer Warnleuchte durchgeführt werden. Wenn dagegen die Prüfung von Schritt S3-4 ergibt, dass die Signalintensität den vorbestimmten ersten Schwellwert nicht überschreitet, wird die Verarbeitung beendet, ohne ein Ausfallerfassungssignal auszugeben.
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Wenn ein Spindelausfall wie etwa ein Ausfall eines Lagers wie oben genannt auftritt, wird ein Signal mit einer spezifischen Frequenz (Vibration), die anders als bei einem normalen Betrieb des Servomotors 20 ist, in dem Rückkopplungssignal ausgedrückt. Um in dieser Ausführungsform das Signal zu erfassen, wird es einer Fourier-Transformation unterworfen, wobei nur das Spektrum eines vorbestimmten Frequenzbereichs extrahiert werden sollte, um eine Prüfung des Signals mit der spezifischen Frequenz zu vereinfachen. Indem die Signalintensität dieses Spektrums geprüft wird, kann einfach bestimmt werden, ob ein Signal mit der oben beschriebenen spezifischen Frequenz (Vibration) auftritt, sodass also das Erfassen eines Spindelausfalls effizient durchgeführt werden kann. Weil bei jeder Werkzeugmaschine ein anderer Frequenzbereich zu extrahieren ist, wird dieser vorzugsweise in Entsprechung zu der tatsächlichen Werkzeugmaschine und den Arbeitsinhalten, den Eigenschaften des Servomotors 20, den Frequenzen der Vibrationen während des Ausfalls usw. angepasst. Außerdem wird vorzugsweise auch der vorbestimmte erste Schwellwert in Entsprechung zu der tatsächlichen Werkzeugmaschine und den Arbeitsinhalten, den Eigenschaften des Servomotors 20 usw. angepasst. Es ist zu beachten, dass die Analyse-/Erfassungseinheit 226 einem bevorzugten Beispiel der Analyse-/Erfassungseinheit in den Ansprüchen entspricht.
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(Anderes Beispiel der Fehlererfassungsbestimmung (Beispiel für eine andere Verarbeitung in Schritt S3-4))
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Wenn in der oben beschriebenen Ausführungsform die Signalintensität des Spektrums eines vorbestimmten Frequenzbereichs größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, kann dies als ein Spindelausfall bestimmt werden (Schritt S3-4). Aber auch wenn eine große Änderung im Wert der Signalintensität auftritt, kann ein Spindelausfall bestimmt werden. Um eine derartige Verarbeitung auszuführen, kann zum Beispiel die aktuelle Signalintensität mit der anfänglichen Signalintensität verglichen werden und kann ein Spindelausfall bestimmt werden, wenn die Differenz zwischen diesen größer als ein vorbestimmter zweiter Schwellwert ist. Um eine derartige Verarbeitung auszuführen, reicht es aus, die anfängliche Signalintensität in einer vorbestimmten Speichereinheit zu speichern und die erfasste Signalintensität nach und nach mit der anfänglichen Signalintensität zu vergleichen.
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Wenn also eine derartige Verarbeitung ausgeführt wird, wechselt der oben genannte Schritt S3-4 zu der Ausführung der folgenden Verarbeitung.
- – Wenn zu Beginn der ursprüngliche Schritt S3-4 ausgeführt wird, wird die Signalintensität des Spektrums eines vorbestimmten Frequenzbereichs in einer vorbestimmten Speichereinheit gespeichert. Dabei wird die gespeicherte Signalintensität zu der oben genannten „anfänglichen Signalintensität”. Dabei ist unter „anfänglich” der Zustand direkt nach dem Hochfahren (oder nach dem Zurücksetzen) der Servosteuereinrichtung 22 zu verstehen, wobei das Zurücksetzen bei Bedarf durch den Bediener durchgeführt werden kann, um die Servosteuereinrichtung 22 zu dem „anfänglichen” Zustand zu versetzen.
- – Wenn der ursprüngliche Schritt S3-4 ein zweites oder weiteres Mal ausgeführt wird, wird die Signalintensität des Spektrums eines vorbestimmten Frequenzbereichs mit der in der vorbestimmten Speichereinheit gespeicherten „anfänglichen Signalintensität” verglichen, um die Differenz zwischen diesen zu erhalten. Wenn diese Differenz größer als ein vorbestimmter zweiter Schwellwert ist, d. h. wenn die aktuelle Signalintensität größer als ein Wert ist, der durch das Addieren des zweiten vorbestimmten Schwellwerts zu der anfänglichen Signalintensität erhalten wird, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S3-5 fort, um die Verarbeitung für das Ausgeben des Fehlererfassungssignals auszuführen. Wenn dagegen diese Differenz nicht größer als der vorbestimmte zweite Schwellwert ist, wird die Verarbeitung beendet, ohne das Ausfallerfassungssignal auszugeben. Weil bei einer derartigen Verarbeitung ein Spindelausfall gemäß der Variation in der „aktuellen Signalintensitätη” im Vergleich zu der „anfänglichen Signalintensität” erfasst wird, kann auch ein plötzlich auftretender Spindelausfall effizient erfasst werden.
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Die Analyse-/Erfassungseinheit 226 wird durch ein Programm, das die vorstehend erläuterte Verarbeitung regelt, und durch eine dieses Programm ausführende CPU konfiguriert. Und wenn eine Verarbeitung zum Speichern der anfänglichen Signalintensität wie oben genannt durchgeführt wird, enthält die Analyse-/Erfassungseinheit 226 auch eine Speichereinheit, die diese anfängliche Signalintensität speichert. Diese Speichereinheit kann mit der Speichereinheit für das Speichern von Programmen identisch sein oder kann eine separate Speichereinheit sein. Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform als die Speichereinheit für das Speichern von verschiedenen Programmen und einer „anfänglichen Signalintensität” auch eine Halbleiterspeichereinrichtung, eine magnetische/optische Speichereinrichtung oder ähnliches verwendet werden kann. Außerdem enthält die Analyse-/Erfassungseinheit 226 eine vorbestimmte Schnittstelle (Hardware) für das Ausgeben eines Ausfallerfassungssignals nach außen, wobei diese Schnittstelle aber auch eine allgemeine E/A-Schnittstelle wie etwa für einen Computer verwenden kann. Diese Schnittstelle entspricht einem bevorzugten Beispiel der Benachrichtigungseinheit in den Ansprüchen und kann zum Beispiel ein Ausfallerfassungssignal von dieser Schnittstelle zu der Steuereinrichtung einer höheren Ebene ausgeben.
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Außerdem kann die Servosteuereinrichtung 22 eine Alarmausgabeeinrichtung oder eine Warnleuchte für das Benachrichtigen eines Spindelausfalls nach außen (einschließlich des Bedieners) zusätzlich zu einem Ausfallerfassungssignal enthalten. Diese Alarmausgabeeinrichtung und die Warnleuchte entsprechen bevorzugten Beispielen der Benachrichtigungseinheit in den Ansprüchen.
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(2-4. Rückzugseinheit)
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Das durch die Analyse-/Erfassungseinheit 226 ausgegebene Ausfallerfassungssignal wird auch zu der Rückzugseinheit 228 zugeführt. Die Rückzugseinheit 228 gibt einen Befehl aus, um zu veranlassen, dass die Spindel 10 von dem Werkstück zurückgezogen wird, wenn gemäß dem Ausfallerfassungssignal benachrichtigt wird, dass ein Spindelausfall aufgetreten ist. Dieser Befehl wird zu der Servomotor-Steuereinheit 224 zugeführt, und die Servomotor-Steuereinheit 224 veranlasst, dass sich die Spindel 10 von dem Werkstück zurückzieht, indem sie den Servomotor 20 usw. basierend auf diesem Befehl steuert.
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Wenn bei einer derartigen Operation ein Spindelausfall erfasst wird, kann die Spindel 10 schnell von dem Werkstück zurückgezogen werden, sodass eine weitere Beeinträchtigung aufgrund des Spindelausfalls verhindert werden kann. Die Rückzugseinheit wird durch ein Programm zum Erzeugen eines Rückzugsbefehls und die CPU eines dieses Programms ausführenden Computers konfiguriert. Es ist zu beachten, dass die Rückzugseinheit 228 einem bevorzugten Beispiel der Rückzugseinheit in den Ansprüchen entspricht.
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(Rückzugsverarbeitung der Spindel 10 durch die Steuereinrichtung einer höheren Ebene)
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Wie vorstehend erläutert, ist die Rückzugseinheit 228 derart konfiguriert, dass sie einen Befehl für das Zurückziehen der Spindel 10 von dem Werkstück erzeugt, wobei sie jedoch auch derart konfiguriert sein kann, dass ein Rückzugsbefehl von einer externen Steuereinrichtung einer höheren Ebene erzeugt wird. In diesem Fall sollte die externe Steuereinrichtung einer höheren Ebene derart konfiguriert sein, dass sie die Rückzugseinheit enthält, die beim Empfang eines Ausfallerfassungssignals von der Servosteuereinrichtung 22 einen Befehl für das Zurückziehen der Spindel 10 von dem Werkstück erzeugt. Die Servomotor-Steuereinheit 224 veranlasst nach dem Empfang dieses Befehls, dass sich die Spindel 10 gemäß dem Befehl von dem Werkstück zurückzieht.
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Weil wie oben genannt in dieser Ausführungsform die Servosteuereinrichtung 22 einen Spindelausfall basierend auf dem Rückkopplungssignal erfasst, kann ein Spindelausfall effizient erfasst werden, ohne dass hierfür externe Sensoren oder eine separate Ausfallanalyseeinrichtung erforderlich sind. Es ist zu beachten, dass die Servosteuereinrichtung 22 dieser Ausführungsform durch einen Computer konfiguriert werden kann. Jeder Teil der Servosteuereinrichtung 22 kann durch Programme, die die Funktionen der oben genannten Teile realisieren, eine CPU, die diese Programme ausführt, und die erforderliche Hardware konfiguriert werden. In diesem Fall entsprechen die Programme einem bevorzugten Beispiel des Computerprogramms in den Ansprüchen.
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(3. Modifiziertes Beispiel)
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- (1) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein den elektrischen Strom, die Geschwindigkeit oder die Position des Servomotors 20 wiedergebendes Signal als das Rückkopplungssignal verwendet, wobei jedoch auch ein anderes Signal als das Rückkopplungssignal verwendet werden kann, solange es sich um ein den Betrieb des Servomotors 20 wiedergebendes Signal handelt. Außerdem kann die „Geschwindigkeit” eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Drehgeschwindigkeit (U/min usw.) sein. Außerdem kann die „Position” ein Drehwinkel oder eine Drehgröße (Winkel) sein. Weiterhin kann nur ein Signal in Bezug auf den Strom, die Geschwindigkeit oder die Position verwendet werden oder können zwei oder mehr derartige Signale verwendet werden. Wenn zwei oder mehr Signale als das Rückkopplungssignal verwendet werden und wenn die Signalintensität desselben größer als der vorbestimmte erste Schwellwert für wenigstens ein Signal ist, kann bestimmt werden, dass ein Spindelausfall erfasst wurde.
- (2) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel erläutert, in dem geprüft wird, ob die Signalintensität eines Spektrums eines vorbestimmten Frequenzbereichs größer als ein vorbestimmter erster Schwellwert ist. Dabei kann die Signalintensität der Amplitudenwert dieses Spektrums ein oder kann zum Beispiel der quadratische Mittelwert sein. Weiterhin kann diese Signalintensität der Mittelwert dieses Spektrums oder der Spitzenwert sein.
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Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert, wobei diese Ausführungsform lediglich beispielhaft für die Implementierung der vorliegenden Erfindung ist. Der Erfindungsumfang ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Außerdem kann diese Ausführungsform auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spindel
- 11
- Lager
- 12, 12a, 12b
- Sensor
- 14, 24
- Verstärker
- 16
- Analyseeinrichtung
- 20
- Servomotor
- 21
- Vorschubwelle
- 22
- Servosteuereinrichtung
- 222
- Rückkopplungs-Erhaltungseinheit
- 224
- Servomotor-Steuereinheit
- 226
- Analyse-/Erfassungseinheit
- 228
- Rückzugseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-74545 [0005]
- JP 59-49145 [0005]
