DE102019122772A1

DE102019122772A1 - Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102019122772A1
Application number: DE102019122772.0A
Authority: DE
Inventors: Daisuke UENISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: KR20200026107A; KR102579985B1; CN110874083B; US20200070295A1; JP2020032510A; DE102019122772B4; CN110874083A; JP6845192B2; US11440152B2

Abstract

Eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung, die automatische Identifikation einer Vibrationsquelle, die Defekte in einer bearbeiteten Oberfläche verursachen kann, basierend auf Vibrationsdatenstücken, ohne einen tatsächlichen Bearbeitungsprozess durchzuführen, ermöglicht, die eine Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit, die Referenzbearbeitungsdaten speichert, die basierend auf Zeitreihendaten von Vibration, die im Voraus in einer idealen Bearbeitungsumgebung gemessen wird, berechnet werden; eine Datenerfassungseinheit, die Zeitreihendaten von Vibration von mindestens einer Halterung, die an einer Spindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, detektiert durch einen Halterungsmesssensor erhält; eine Analyseeinheit, die die Zeitreihendaten analysiert und Merkmalsdaten berechnet, die ein Merkmal der Zeitreihendaten angeben; eine Vergleichsbestimmungseinheit, die die Merkmalsdaten mit den Referenzbearbeitungsdaten vergleicht und eine Bearbeitungsumgebung der Werkzeugmaschine bestimmt; und eine Anzeigeeinheit, die Bestimmungsergebnis der Vergleichsbestimmungseinheit anzeigt, aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung und betrifft insbesondere eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung, die eine Bearbeitungsumgebung misst, die hochwertige Bearbeitung beeinflusst.
Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren wird hochwertige Bearbeitung von IT-Komponenten und Außenkomponenten, wie zum Beispiel Zubehör, oft von Schneidemaschinen, wie zum Beispiel Bearbeitungszentren, (siehe zum Beispiel die japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-159299) durchgeführt. In solchen hochwertigen Bearbeitungsprozessen werden monokristalline Diamanten und polykristalline Diamanten (OCD) eingesetzt. Hochwertige Bearbeitung erfordert eine Installationsumgebung, die durch hochpräzisen Spindelrundlauf, geringe Vibration davon und keine Störvibrationen gekennzeichnet ist.
Beim hochwertigen Bearbeiten tritt zum Beispiel, wenn die Vibration der Spindel aufgrund eines Defekts der Spindel, der durch Zusammenstoßen verursacht wird, zunimmt, ein Defekt in einer bearbeiteten Oberfläche auf. Außerdem können, wenn Vibration eines Nebelabscheiders, der als eine Zusatzvorrichtung installiert ist, und Vibration eines Lüfters zum Kühlen an die Werkzeugmaschine übertragen werden, diese sich negativ auf die bearbeitete Oberfläche auswirken. Insbesondere tritt ein Defekt in einer bearbeiteten Oberfläche auf. Zusätzlich tritt, falls der Lastwiderstand des Bodens, auf dem die Werkzeugmaschine installiert ist, nicht ausreichend ist, ein Defekt in einer bearbeiteten Oberfläche unter verschiedenen Einflüssen auf, darunter die Vibration während Beschleunigung und Entschleunigung und die Vibration, die von einer benachbarten Werkzeugmaschine ausgeht.
Wenn ein Defekt in einer bearbeiteten Oberfläche auftritt wird der laufende Massenproduktionsvorgang angehalten. Zusätzlich können, um das Problem beim hochwertigen Bearbeiten zu lösen, Vibrationsmessgeräte verwendet werden, um den Faktor, der das Auftreten der Vibration in der Spindel und einem Tisch und Faktoren, die verschiedene Störungen verursachen, zu untersuchen. Zusätzlich werden diese Faktoren entfernt und die Verbesserung der Bearbeitungsumgebung wird realisiert. Bei diesen Untersuchungsprozessen werden verschiedene Messvorrichtungen verwendet. Außerdem wird, um ein Phänomen, das einen Defekt bei dem Bearbeitungsprozess verursacht, aus dem Ergebnis der Messung zu bestimmen, eine Analyse unter Verwendung externer Vorrichtungen, wie zum Beispiel einem persönlichen Computer, durchgeführt und es besteht ein großer Zeitaufwand. Außerdem werden Aufgaben von Fachkräften durchgeführt, die Kenntnisse und Erfahrungen in der hochwertigen Bearbeitung haben. Dementsprechend sind die damit verbundenen Kosten hoch.
Angesichts der obigen Ausführungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung bereitzustellen, die automatische Identifikation einer Vibrationsquelle, die Defekte in einer bearbeiteten Oberfläche verursachen kann, basierend auf einem Vibrationsdatenstück, ohne einen tatsächlichen Bearbeitungsprozess durchzuführen, gestattet.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung als eine Vorrichtung für vereinfachte Messung und Bestimmung eines Einflusses einer Bearbeitungsumgebung auf den Bearbeitungsprozess in einer Werkzeugmaschine verwendet. Die Vibrationszustände verschiedener Einheiten werden unter Verwendung der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung gemessen und der Einfluss auf den Bearbeitungsprozess wird eingehen bestimmt. Eine „Bearbeitungsumgebung“, wie hierin verwendet, ist ein Konzept, das Installationszustände der Werkzeugmaschine selbst und von Maschinen, die um die Werkzeugmaschine installiert sind, und die Zustände der Lüfter und anderer Zusatzvorrichtungen, die an der Werkzeugmaschine selbst angebracht sind, umfasst. Wenn die Bearbeitungsumgebung gemessen werden soll, führt eine Maschine eine vorbestimmte Operation aus, die als eine Benchmark-Operation vorbestimmt ist. Die jeweiligen Datenstücke physikalischer Größen, die zu diesem Zeitpunkt gemessen werden, (Vibrationsinformationen) werden mit Referenzbearbeitungsdaten verglichen, zu denen Vibrationsinformationen, die im Voraus, wenn eine Benchmark-Operation in einer idealen Bearbeitungsumgebung (eine Bearbeitungsumgebung, in der hochwertiges Bearbeiten möglich ist) durchgeführt wurde, gemessen werden, gehören. Zusätzlich wird eine Unterschiedsgröße zwischen den Daten, die in der aktuellen Bearbeitungsumgebung gemessen werden, und den Referenzbearbeitungsdaten evaluiert. Außerdem variieren die zulässigen Vibrationsniveaus abhängig von der erforderlichen Qualität der bearbeiteten Oberfläche. Als ein Ergebnis wird der Unterschied zwischen den jeweiligen aktuellen Datenstücken der Spindel und des Tischs und der Referenzbearbeitungsdaten als eine Bewertungszahl angegeben und das Maß der Bearbeitungsqualität, für die die aktuelle Bearbeitungsumgebung geeignet ist, wird angegeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung bereit, die einen Einfluss einer Vibration auf einen Bearbeitungsprozess in einer Werkzeugmaschine misst, wobei die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung Folgendes aufweist: eine Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit, die Referenzbearbeitungsdaten speichert, die basierend auf Zeitreihendaten von Vibration, die im Voraus in einer idealen Bearbeitungsumgebung gemessen wird, berechnet werden; eine Datenerfassungseinheit, die Zeitreihendaten von Vibration von mindestens einer Halterung, die an einer Spindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, erhält, wobei die Vibration der Halterung durch einen Halterungsmesssensor detektiert wird; eine Analyseeinheit, die die Zeitreihendaten analysiert, die durch die Datenerfassungseinheit erhalten werden, und Merkmalsdaten berechnet, die ein Merkmal der Zeitreihendaten angeben; eine Vergleichsbestimmungseinheit, die die Merkmalsdaten, die das Merkmal der Zeitreihendaten, das von der Analyseeinheit berechnet wird, mit den Referenzbearbeitungsdaten, die in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit gespeichert werden, vergleicht und eine Bestimmung einer Bearbeitungsumgebung der Werkzeugmaschine trifft; und eine Anzeigeeinheit, die ein Ergebnis der Bestimmung, die durch die Vergleichsbestimmungseinheit getroffen wird, anzeigt.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die aktuelle Bearbeitungsumgebung mit Bezug auf die Benchmark, das heißt eine Bearbeitungsumgebung, die zum Zweck der Bearbeitung geeignet ist, evaluiert und ihre Bewertungszahl wird angezeigt. Außerdem wird es, wenn regelmäßige Inspektionen und dergleichen unter Verwendung der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung ausgeführt werden, einer erfahrenen Bedienperson ermöglicht, die Veränderung in der Bearbeitungsumgebung einfach durch die Bewertungszahl zu bestätigen und vorsorgliche Reparaturarbeiten an der Werkzeugmaschine vorzunehmen, bevor diese tatsächlich erforderlich sind.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann, auch wenn kein tatsächlicher Bearbeitungsprozess durchgeführt wird, einfach bestätigt werden, ob die Umgebung eine geeignete ist, bei der eine Maschine Bearbeitung geeignet zum Zweck des Bearbeitens (zum Beispiel hochwertiges Bearbeiten) durchführt, oder nicht. Falls ein Defekt plötzlich in einer bearbeiteten Oberfläche auftritt, wird es ermöglicht, zu bestimmen, ob der betreffende Defekt durch die Umgebung (Vibration) oder irgendeinen anderen Faktor (Absplitterungen oder Fehler durch die Bedienperson) verursacht wird, oder nicht. Außerdem wird es, wenn ein Defekt in einer bearbeiteten Oberfläche in einem Fall auftritt, bei dem eine Vielzahl an Schneidemaschinen in unterschiedlichen Installationsumgebungen verwendet werden, ermöglicht, schnell den Unterschied zwischen der Installationsumgebungen der jeweiligen Schneidemaschinen zu identifizieren. Des Weiteren macht es die Anzeige der Bewertungszahlen möglich, die Bearbeitungsfähigkeit gemäß dem Gegenstand des Bearbeitungsprozesses zu bestimmen.
Figurenliste
Die obenstehende und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Offenbarung ergebe sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein schematisches Hardware-Konfigurationsdiagramm einer Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
2 ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
3 ein Diagramm, das einen Sensor zur Verwendung beim Messen der Vibration veranschaulicht, ist;
4 ein Diagramm, das einen Sensor zur Verwendung beim Messen der Vibration veranschaulicht, ist;
5 ein Diagramm, das ein Beispiel von Zeitreihendaten, die als ein Ergebnis einer Benchmark-Operation erhalten werden, veranschaulicht, ist;
6 ein Diagramm, das ein Beispiel von Merkmalsdaten, die ein Merkmal der Zeitreihendaten angeben, veranschaulicht, ist;
7 ein Diagramm, das ein Beispiel von Referenzbearbeitungsdaten veranschaulicht, ist;
8 ein Diagramm, das ein Beispiel von Berechnung von Bewertungszahlen durch Frequenz und einer Bewertungszahl der Zeitreihendaten veranschaulicht, ist;
9 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kriteriums zur Evaluierung und Bestimmung basierend auf den Bewertungszahlen veranschaulicht, ist;
10 ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ist;
11 ein Diagramm, das ein Beispiel von Ursachenschätzdaten veranschaulicht, ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Hardware-Konfigurationsdiagramm, das eine Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 dieser Ausführungsform ist auf einer Steuerung implementiert, die eine Werkzeugmaschine 2 steuert. Außerdem kann die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 auf einem Computer implementiert werden, wie zum Beispiel einem persönlichen Computer, der neben der Steuerung, die die Werkzeugmaschine steuert, installiert ist, oder einem Zell-Computer, Host-Computer, Cloud-Server usw., der über ein Netzwerk mit der Werkzeugmaschine verbunden ist. 1 veranschaulicht einen beispielhaften Fall, bei dem die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 auf einem Computer implementiert ist, der neben einer Steuerung installiert ist, die die Werkzeugmaschine steuert.
Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 11, die in der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen ist, ist ein Prozessor, der die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 als Ganzes steuert. Die CPU 11 liest ein Systemprogramm, das in einem Nurlesespeicher (ROM) 12, der damit verbunden ist, gespeichert ist, über einen Bus 22 aus, und steuert die gesamte Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 gemäß dem Systemprogramm. Temporäre Berechnungsdaten und Daten, die auf einer Anzeigevorrichtung 70 angezeigt werden sollen, werden in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 13 gespeichert. Verschiedene Datenstücke, die von einer Bedienperson unter Verwendung einer Eingabevorrichtung 71 eingegeben werden, können über eine Schnittstelle 19 in dem RAM 13 gespeichert werden.
Ein nichtflüchtiger Speicher 14 kann zum Beispiel ein statistischer Direktzugriffsspeicher (SRAM) oder ein Halbleiterlaufwerk (SSD) sein, die von einer nicht gezeigten Batterie gesichert werden. Der nichtflüchtige Speicher 14 ist eine Speichervorrichtung, deren Speicherzustand aufrechterhalten wird, auch wenn die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 ausgeschaltet ist. Der nichtflüchtige Speicher 14 kann Daten oder Programme speichern, die unter Verwendung der Eingabevorrichtung 71 eingegeben werden, und Daten, die offline (über eine nicht gezeigte USB-Vorrichtung oder dergleichen) oder online über die Schnittstelle 20) von der Bearbeitungsvorrichtung 2 erhalten werden, zum Beispiel. Detektierte Werte, die von verschiedenen Sensoren 3 (einem Beschleunigungssensor, der Vibration detektiert, und dergleichen), die an der Bearbeitungsvorrichtung 2 angebracht sind, detektiert werden, werden zum Beispiel offline (über eine nicht gezeigte USB-Vorrichtung oder dergleichen) oder online (über die Schnittstelle 21) erhalten und in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert. Die Daten, Programme usw., die in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert sind, können bei Betrieb in den RAM 12 geladen werden. Außerdem werden verschiedene Algorithmen, die zum Analysieren der Zeitreihendaten benötigt werden, und Systemprogramme, die zum Ausführen anderer notwendiger Prozesse benötigt werden, im Voraus in den ROM 12 geschrieben.
2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Funktionen des Funktionsblocks, die in 2 veranschaulicht sind, werden von der CPU 11, die in der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1, die in 1 veranschaulicht ist, vorgesehen ist, implementiert, wobei die CPU 11 das/die Systemprogramm(e) ausführt und die Operationen der einzelnen Einheiten der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 steuert.
Die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 dieser Ausführungsform weist eine Datenerfassungseinheit 100, eine Analyseeinheit 110, eine Vergleichsbestimmungseinheit 120 und eine Anzeigeeinheit 130 auf. Außerdem ist eine Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gewährleistet. Referenzbearbeitungsdaten, die mit Vibrationen und dergleichen assoziiert sind, die bei Ausführung von hochwertiger Bearbeitung detektiert werden, werden im Voraus in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 gespeichert. Die Referenzbearbeitungsdaten dienen als ein Kriterium zum Evaluieren einer Bearbeitungsumgebung.
Die Datenerfassungseinheit 100 ist eine Funktionseinheit, die Zeitreihendaten von physikalischen Größen, die durch die Sensoren 3, die in der Werkzeugmaschine 2 installiert sind, gemessen werden, erhält und die Zeitreihendaten in der Messdatenspeichereinheit 210, die in dem nichtflüchtigen Speicher 14 vorgesehen ist, speichert. Als die Sensoren 3, die in der Werkzeugmaschine 2 installiert sind, wird zum Beispiel ein Beschleunigungssensor zum Detektieren von Vibration verwendet. Die Sensoren 3 sind derart an verschiedenen Abschnitten der Werkzeugmaschine 2 angebracht, Vibration dieser jeweiligen Abschnitte der Einrichtung zu detektiere. Die Abschnitte, an denen die Sensoren 3 installiert sind, können wie in 3 und 4 veranschaulicht, einen Abschnitt einer Halterung, die an einer Spindel angebracht ist, (Halterungsmesssensor 3A), die Spindel (Spindelmesssensor 3B) und einen Tisch (Tischmesssensor 3C) aufweisen. Der Halterungsmesssensor 3A spielt eine wichtige Rolle beim Detektieren der Vibration, die bei Bearbeitung an das Werkzeug übertragen wird. Der Halterungsmesssensor 3A ist in der Lage, nicht nur die Vibration, die von außerhalb der Werkzeugmaschine 2 übertragen wird, zu detektieren, sondern auch Vibration und dergleichen mit geringer Energie, die in verschiedenen Einheiten der Werkzeugmaschine 2 (zum Beispiel einem Lüfter zum Kühlen eines Spindelmotors, einem Lüfter, der innerhalb der Bedientafel installiert ist, usw.) auftritt und durch das Innere des Spindeldrehmechanismus übertragen wird, zu detektieren. Außerdem können, obwohl Vibrationen, die bei Drehung der Spindel auftreten, abhängig von den Werkzeugen, die verwendet werden, variieren, diese unterschiedlichen Vibrationen unter Verwendung des Halterungsmesssensors 3A gemessen werden. Der Spindelmesssensor 3B wird im Prinzip beim Messen von typischen Vibrationen, die bei der Drehung der Spindel auftreten, verwendet. Der Tischmesssensor 3C detektiert typische Vibrationen, die auf den Tisch übertragen werden. Die Datenerfassungseinheit 100 ordnet zum Beispiel einzelne Datenstücke, die erhalten wurden, Zeitreihendaten, die von einer nicht gezeigten Echtzeituhr (EZU) oder dergleichen erhalten werden, die in der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 integriert ist, zu. Die Datenerfassungseinheit 100 generiert die Zeitreihendaten auf diese Weise und speichert die einzelnen Datenstücke in der Messdatenspeichereinheit 210. Die Datenerfassungseinheit 100 kann die Zeitreihendaten, die auf der Werkzeugmaschine 2 erzeugt werden, in der Messdatenspeichereinheit 210 in der vorliegenden Form speichern. Die Zeitreihendaten, die die Datenerfassungseinheit 100 in der Messdatenspeichereinheit 210 speichert, können ein Satz von Werten, die mit Zeit assoziiert sind (diskrete Werte), sein. Außerdem können die Zeitreihendaten, die die Datenerfassungseinheit 100 in der Messdatenspeichereinheit 210 speichert, ein ungefährer Ausdruck (kontinuierlicher Wert), bestimmt basierend auf diskreten Werten, sein.
Die Analyseeinheit 110 ist eine Funktionseinheit, die die Zeitreihendaten, die in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert sind, analysiert. Die Analyseeinheit 110 analysiert die einzelnen Zeitreihendatenstücke in der Messdatenspeichereinheit 210 unter Verwendung bekannter Analyseschemata, wie zum Beispiel Spektralanalyse und Vibrationsdämpfungsanalyse. Die Analyseeinheit 110 berechnet Merkmalsdaten, die ein Merkmal des einzelnen Zeitreihendatenstücks angeben, wie zum Beispiel eine Frequenzkomponente, die in den Zeitreihendaten enthalten ist; Beschleunigungs-, Drehzahl-, Verschiebungs-, Dämpfungsmaß und dergleichen der Frequenzkomponente.
Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 ist eine Funktionseinheit, die die Merkmalsdaten, die durch die Analyseeinheit 110 berechnet werden, mit den Referenzbearbeitungsdaten, die in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 gespeichert sind, vergleicht und die Qualität der Bearbeitungsumgebung basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs bestimmt. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 kann die Zeitreihendaten, die in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert sind, mit den Referenzbearbeitungsdaten, die in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 gespeichert sind und den Zeitreihendaten entsprechen, unter Verwendung eines vorbestimmten Vergleichsausdrucks, der im Voraus definiert wird, vergleichen. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 berechnet eine Bewertungszahl entsprechend der gemessenen Zeitreihendaten auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 kann die Qualität der Bearbeitungsumgebung, die gemessen wird, basierend auf der berechneten Bewertungszahl berechnen. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 kann nicht nur die Bestimmung der Qualität durchführen, sondern auch die Bestimmung der Bearbeitungsumgebung, die gemessen wird, basierend auf der berechneten Bewertungszahl, gemäß einem Evaluierungsschema, das die Bearbeitungsumgebung gemäß durch eine Vielzahl an Beurteilungsstufen evaluiert.
Die Anzeigeeinheit 130 ist eine Funktionseinheit, die das Bestimmungsergebnis der Qualität der Bearbeitungsumgebung durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120 anzeigt. Das Ergebnis der Bestimmung wird über die Schnittstelle 18 auf der Anzeigevorrichtung 70 angezeigt.
Die folgenden Absätze beschreiben die Messung der Bearbeitungsumgebung und den Analyse- und Vergleichsbestimmungsoperationsfluss bezüglich der Bearbeitungsumgebung, die von der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1, die die oben beschriebenen Merkmale aufweist, gemessen wird.
Die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 veranlasst zum Beispiel vor dem Beginn des Bearbeitungsprozesses die Werkzeugmaschine 2, eine vorbestimmte Benchmark-Operation durchzuführen. Die Operation der Werkzeugmaschine 2 bei der Benchmark-Operation und das Messen der Bearbeitungsumgebung durch die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 können zum Beispiel durch Zusammenarbeiten der Werkzeugmaschine 2 und der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 gemäß einem Programm oder Programmen durchgeführt werden.
Die Benchmark-Operation kann zum Beispiel eine Operation durch den Halterungsmesssensor 3A zum Messen der Vibration, die an die Halterung übertragen wird, und eine Operation durch den Spindelmesssensor 3B zum Messen der Vibration, während der Drehung der Spindel, aufweisen. Außerdem kann die Benchmark-Operation zum Beispiel eine Operation durch den Tischmesssensor 3C zum Messen der Vibration während Stillstand des Tischs und eine Operation durch den Tischmesssensor 3C zum Messen der Vibration während der Operation des Tischs aufweisen.
Die Operation durch den Halterungsmesssensor 3A zum Messen der Vibration, die an die Halterung übertragen wird, wird hauptsächlich zum Detektieren von Vibration, die in der Maschine auftritt, durchgeführt. Aus diesem Grund wird die Messung durch den Halterungsmesssensor 3A bevorzugt in einem Zustand durchgeführt, bei dem die Drehung der Spindel angehalten ist. Die Messung durch den Halterungsmesssensor 3A kann gleichzeitig mit der Messung der Vibration durch den Spindelmesssensor 3B in einem Zustand, bei dem sich die Spindel dreht, durchgeführt werden. In diesem Fall können Messdaten mit einem gewissen Grad an Zuverlässigkeit aus dem Unterschied zwischen dem Wert der Zeitreihendaten der Vibration, die durch den Spindelmesssensor 3B gemessen werden, und dem Wert der Zeitreihendaten der Vibration, die durch einen Halterungsmesssensor 3A gemessen werden, erhalten werden. Die Operation durch den Halterungsmesssensor 3A zum Messen der Vibration, die an die Halterung übertragen wird, wird über eine vorbestimmte Zeitdauer (zum Beispiel 10 Sekunden) durchgeführt. Das Ergebnis der Messung wird durch die Datenerfassungseinheit 100 als Zeitreihendaten erhalten und in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert.
Die Operation durch den Spindelmesssensor 3B zum Messen der Vibration während der Drehung der Spindel wird hauptsächlich zum Detektieren von Vibration, die aufgrund eines Defekts in der Spindel auftritt, durchgeführt. Die Operation durch den Spindelmesssensor 3B zum Messen der Vibration während der Drehung der Spindel wird mit vorbestimmten Drehzahlen der Spindeldrehzahl (zum Beispiel in dem Bereich von 100 U/min bis 24000 U/min bei Intervallen von 100 U/min oder dergleichen) durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen der Vibrationen werden durch die Datenerfassungseinheit 100 als Zeitreihendaten erhalten und in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert.
Die Operation durch den Tischmesssensor 3C zum Messen der Vibration während Stillstand des Tischs wird hauptsächlich zum Detektieren des Einflusses der Vibration außerhalb der Werkzeugmaschine 2 durchgeführt. Die Operation durch den Tischmesssensor 3C zum Messen der Vibration während Stillstand des Tischs wird über eine vorbestimmte Zeitdauer (zum Beispiel 10 Sekunden) durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen werden durch die Datenerfassungseinheit 100 als Zeitreihendaten erhalten und in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert.
Die Operation durch den Tischmesssensor 3C zum Messen der Vibration während der Operation des Tischs wird zum Bestimmen des Installationszustands der Werkzeugmaschine 2 (ungenaues Nivellieren, fehlerhaft eingestellte Höhe, ungenaue Parallelität usw.) durchgeführt. Die Operation durch den Tischmesssensor 3C zum Messen der Vibration während der Operation des Tischs wird bei Bewegung des Tischs mit einer vorbestimmten Vorrückrate in einer axialen Richtung, in der er sich bewegen kann, (X-Achsen-Richtung, Y-Achsen-Richtung usw.) in dem Bereich von Null bis zu dem maximalen Bewegungsmaß durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen werden durch die Datenerfassungseinheit 100 als Zeitreihendaten erhalten und in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert. 5 veranschaulicht ein Beispiel der Zeitreihendaten, die die Vibrationen der einzelnen Einheiten angeben, die auf die oben beschriebene Weise erhalten werden.
Die jeweiligen Zeitreihendatenstücke, die in der Messdatenspeichereinheit 210 gespeichert sind, werden von der Analyseeinheit 110 analysiert. Die Analyseeinheit 110 führt Analyse zum Beispiel an den Zeitreihendaten, die durch den Halterungsmesssensor 3A während Stillstand der Spindel gemessen werden, den Zeitreihendaten, die durch den Spindelmesssensor 3B während Drehung der Spindel gemessen werden, und den Zeitreihendaten, die durch den Tischmesssensor 3C während Stillstand des Tischs gemessen werden, durch. Die Analyseeinheit 110 führt bekannte Spektralanalyse, wie zum Beispiel schnelle Fourier-Transformation (FFT), an diesen Zeitreihendatenstücken durch. Die Analyseeinheit 110 berechnet Merkmalsdaten, die ein Merkmal der Zeitreihendaten angeben, wie zum Beispiel Beschleunigung (m/s²), Drehzahl (mm/s) und Verschiebung (µm), bezüglich einer Hauptfrequenzkomponente (Frequenzkomponente mit großer Amplitude), die in den Zeitreihendaten enthalten ist. 6 ist ein Beispiel des Ergebnisses der Analyse der Zeitreihendaten, die durch den Spindelmesssensor 3B während Drehung der Spindel gemessen werden. Die Merkmalsdaten sollten von einer Frequenzkomponente mit einer großen Amplitude berechnet werden. Zum Beispiel können die Merkmalsdaten von Frequenzkomponenten durch eine vorbestimmte Anzahl beginnend mit der, die die größte Amplitude (die obersten zwei Komponenten, die obersten zehn Komponenten usw.) unter den Frequenzkomponenten, die durch die Analyse erhalten werden, aufweist, berechnet werden. Im Speziellen müssen die Merkmalsdaten nicht von den Frequenzkomponenten mit kleiner Amplitude berechnet werden. Die Analyseeinheit 110 führt Spektralanalyse auf die gleiche oder ähnliche Weise an den Zeitreihendaten, die durch den Halterungsmesssensor 3A während Stillstand der Spindel gemessen werden, und den Zeitreihendaten, die durch den Tischmesssensor 3C während Stillstand des Tischs gemessen werden, durch. Die Analyseeinheit 110 berechnet somit Merkmalsdaten, die ein Merkmal der Zeitreihendaten, wie zum Beispiel Beschleunigung, Drehzahl, Verschiebung usw., angeben. Unterdessen führt die Analyseeinheit 110 Vibrationsdämpfungsanalyse an den Zeitreihendaten, die während der Operation des Tischs durch den Tischmesssensor 3C gemessen werden, durch und berechnet das Dämpfungsmaß der Vibration als die Merkmalsdaten.
Die Merkmalsdaten, die auf diese Weise von der Analyseeinheit 110 berechnet werden, werden durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120 mit den Referenzbearbeitungsdaten, die in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 gespeichert sind, verglichen. Die Referenzbearbeitungsdaten sind Merkmalsdaten bezüglich jedes Zeitreihendatenstücks, das als ein Ergebnis der Durchführung der Analyse an den Zeitreihendaten, die von dem Halterungsmesssensor 3A, dem Spindelmesssensor 3B und dem Tischmesssensor 3C gemessen werden, wenn die Benchmark-Operation in der idealen Bearbeitungsumgebung auf die gleiche oder ähnlicher Weise wie oben beschrieben durchgeführt wird, erhalten wird. 7 ist ein Beispiel für Merkmalsdaten (Referenzbearbeitungsdaten), die in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 gespeichert und durch Analysieren der Zeitreihendaten, die durch den Spindelmesssensor 3B bei Drehung der Spindel in der idealen Bearbeitungsumgebung gemessen werden, berechnet werden.
8 veranschaulicht ein Beispiel für Berechnung einer Bewertungszahl X der Zeitreihendaten durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 vergleicht (a) eine Distanz Di zwischen einem Parameter der Frequenz Si, der in den Merkmalsdaten enthalten ist, und einem Parameter der Frequenz Fi, der in den Referenzbearbeitungsdaten entsprechend der Frequenz Si enthalten ist, wobei diese Parameter als Vektoren behandelt werden, und (b) vorbestimmte Schwellenwerte Th1 bis Th3. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 berechnet eine Bewertungszahl entsprechend der gemessenen Zeitreihendaten auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs. Die Vergleichsbestimmungseinheit 120 berechnet den Mittelwert der Bewertungszahlen, die allen Frequenzen, die in den Merkmalsdaten enthalten sind, zugeordnet werden, und berechnet damit die Bewertungszahl X der Zeitreihendaten. Wenn die Vergleichsbestimmungseinheit 120 die Distanz zwischen dem Parameter der Frequenz Si und dem Parameter der Frequenz Fi berechnet, kann die Vergleichsbestimmungseinheit 120 ein Quadrat der Differenz zwischen diesen Parametern gewichten. Außerdem kann, falls die Referenzbearbeitungsdaten der Frequenz, die der Frequenz Si, die in den berechneten Merkmalsdaten enthalten ist, entspricht, nicht in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit 200 gespeichert ist, die Bewertungszahl X1 dieser Frequenz dann als Null bestimmt werden. Es ist anzumerken, dass bezüglich der Zeitreihendaten, die durch den Tischmesssensor 3C während der Operation des Tischs gemessen werden, eine Bewertungszahl durch Behandeln der Zeitreihendaten als einen eindimensionalen Vektor mit einem Parameter „Dämpfungsmaß“ und Durchführen von Berechnung auf die gleiche oder ähnliche Weise wie oben beschrieben bestimmt werden kann.
Zusätzlich berechnet die Vergleichsbestimmungseinheit 120 den Mittelwert der Bewertungszahlen, die auf den jeweiligen Zeitreihendatenstücken berechnet werden, und führt Evaluierung der Bearbeitungsumgebung zum Beispiel basierend auf einem Bestimmungskriterium wie in 9 veranschaulicht durch. Das Symbol „A“ in dem Bestimmungskriterium, das in 9 veranschaulicht ist, gibt an, dass hochwertiges Bearbeiten durchgeführt werden kann, „B“ gib an, dass eine Endbearbeitung durchgeführt werden kann, „C“ gibt an, dass normale Bearbeitung durchgeführt werden kann, „D“ gibt an, dass Rohbearbeitung durchgeführt werden kann, und „E“ gibt an, dass die Bearbeitungsumgebung nicht für Bearbeitung geeignet ist. Mit anderen Worten, die Bearbeitungsumgebung wird auf solche Weise evaluiert, dass jedes Bestimmungskriterium mit dem Gegenstand des Bearbeitens, das in der Bearbeitungsumgebung durchgeführt werden kann, assoziiert ist.
Das Evaluierungsergebnis, das durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120 bestimmt wird, wird durch die Anzeigeeinheit 130 auf der Anzeigevorrichtung 70 angezeigt. Das Evaluierungsergebnis, das durch die Anzeigeeinheit 130 angezeigt wird, ist eine umfassende Evaluierung bezüglich der Bearbeitungsumgebung, wie zum Beispiel „Evaluierung der Bearbeitungsumgebung: D; Rohbearbeitung kann durchgeführt werden“. Die Anzeigeeinheit 130 kann zusätzlich dazu die Bewertungszahlen X, die der Halterungseinheit, der Spindeleinheit und der Tischeinheit gegeben werden, einzeln anzeigen. Die Anzeigeeinheit 130 kann die Bewertungszahl Xi, die für jede Frequenz berechnet wird, anzeigen. Ferner kann die Anzeigeeinheit 130 eine Historie der jeweiligen Bewertungszahlen, die in der Vergangenheit berechnet wurden, in der Form einer grafischen Darstellung anzeigen. Die Bedienperson sieht, was auf der Anzeigevorrichtung 70 angezeigt wird, und bestimmt, ob die aktuelle Bearbeitungsumgebung für den Bearbeitungsprozess, der durchgeführt werden soll, geeignet ist, oder nicht. Außerdem wird der Bedienperson, die die angezeigten Bewertungszahlen (zum Beispiel Bewertungszahlen für jede Frequenz) sieht, gestattet, den Grund für die Vibration daraus zu schließen und das Problem zu beheben. Außerdem wird der Bedienperson, die die Grafikanzeige der Historie der jeweiligen Bewertungszahlen, die in der Vergangenheit berechnet wurden, sieht, gestattet, die Bestimmung bezüglich Reparaturarbeit einfach durchzuführen, um auf Altersabnutzung usw. zu reagieren, oder irgendeine andere angemessene Aktion durchzuführen.
10 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die einzelnen Funktionsblöcke, die in 10 veranschaulicht sind, werden von der CPU 11, die in der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1, die in 1 veranschaulicht ist, vorgesehen ist und das Systemprogramm und Steuern der Operationen der einzelnen Einheiten der Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 ausführt, implementiert.
Die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung 1 dieser Ausführungsform weist ferner eine Ursachenschätzeinheit 140 zusätzlich zu den Funktionseinheiten, die in dem Kontext der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, auf. Außerdem weist der nichtflüchtige Speicher 14 eine Ursachenschätzungsdatenspeichereinheit 220 auf, die Ursachenschätzdaten speichert, wobei der Hinweis bezüglich einer Ursache der Vibration, die an jeder Einheit detektiert wird, mit einem Ort, wo die Vibration auftritt, und der Hauptfrequenzkomponente der Vibration assoziiert ist.
Die Ursachenschätzeinheit 140 ist eine Funktionseinheit, die sich basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120 auf die Ursachenschätzdaten, die in der Ursachenschätzdatenspeichereinheit 220 gespeichert sind, bezieht und einen Hinweis bezüglich einer Ursache der Vibration ausgibt. Die Ursachenschätzdatenspeichereinheit 220 speichert zum Beispiel, wie in 11 veranschaulicht, die Ursachenschätzdaten. Die Ursachenschätzdaten sind Daten, bei denen (a) mindestens ein Ort, an dem die Vibration auftritt, und mindestens eine Hauptfrequenzkomponente mit (b) einem Hinweis, der einen Sachverhalt, der als die Ursache der Vibration angenommen wird, angibt, assoziiert sind. Die Hauptfrequenzkomponente in den Ursachenschätzdaten weist einen Wert auf, der eine Frequenz oder einen Wert, der einen Frequenzbereich angibt, angibt. Die Ursachenschätzeinheit 140 extrahiert einen Ort mit einer niedrigen Bewertungszahl (einen Ort, wo angenommen wird, dass Vibration aufgetreten ist) und eine Frequenz mit einer niedrigen Bewertungszahl aus dem Ergebnis der Bestimmung durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120. Die Ursachenschätzeinheit 140 vergleicht den extrahierten Ort und die extrahierte Frequenz mit den Ursachenschätzdaten, die in der Ursachenschätzdatenspeichereinheit 220 gespeichert sind. Die Ursachenschätzeinheit 140 liest einen Hinweis entsprechend dem extrahierten Ort und der extrahierten Frequenz und gibt diese zusammen mit dem Ergebnis der Bestimmung durch die Vergleichsbestimmungseinheit 120 an die Anzeigeeinheit 130 aus.
Die Ursachenschätzdaten, die in der Ursachenschätzdatenspeichereinheit 220 gespeichert sind, werden im Voraus basierend auf einer Hauptfrequenzkomponente der Vibration, die auftritt, wenn verursacht wird, dass ein Problem an einem Abschnitt auftritt, das die Ursache der Vibration werden kann, erstellt. Zum Beispiel, falls die Benchmark-Operation, die durchgeführt wird, während der Lüfter A oder der Lüfter B in der Bedientafel durch einen Lüfter ersetzt wird, der durch Alter abgenutzt ist, und der abgenutzte Lüfter betrieben wird, dann ist die Vibration, die von dem Lüfter A oder dem Lüfter B ausgeht, schwach. Zusätzlich wird bestätigt, dass die Vibration nur an die Halterungseinheit übertragen wird, und die Frequenz der Vibration hängt von der Drehzahl des Lüfters A ab. Die Ursachenschätzdaten, die durch wiederholtes Durchführen solcher Bestätigungsarbeit (Experiment) erstellt werden, werden im Voraus in der Ursachenschätzdatenspeichereinheit 220 gespeichert. Die Ursachenschätzdaten werden bei der Schätzung der Ursache der Vibration durch die Ursachenschätzeinheit 140 verwendet.
Auch wenn eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in den vorstehenden Absätzen beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele der Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Modi mit Modifikationen, die daran vorgenommen wurden, wie angemessen implementiert werden.

Claims

Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung, die einen Einfluss einer Vibration auf einen Bearbeitungsprozess in einer Werkzeugmaschine misst, wobei die Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung Folgendes aufweist: eine Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit, die Referenzbearbeitungsdaten speichert, die basierend auf Zeitreihendaten von Vibration, die im Voraus in einer idealen Bearbeitungsumgebung gemessen wurde, berechnet werden; eine Datenerfassungseinheit, die Zeitreihendaten von Vibration mindestens einer Halterung, die an einer Spindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, erhält, wobei die Vibration der Halterung durch einen Halterungsmesssensor detektiert wird; eine Analyseeinheit, die die Zeitreihendaten, die durch die Datenerfassungseinheit erhalten werden, analysiert und Merkmalsdaten berechnet, die ein Merkmal der Zeitreihendaten angeben; eine Vergleichsbestimmungseinheit, die die Merkmalsdaten, die das Merkmal der Zeitreihendaten angeben und von der Analyseeinheit berechnet werden, mit den Referenzbearbeitungsdaten, die in der Referenzbearbeitungsdatenspeichereinheit gespeichert sind, vergleicht und eine Bestimmung einer Bearbeitungsumgebung der Werkzeugmaschine trifft; und eine Anzeigeeinheit, die ein Ergebnis der Bestimmung, die von der Vergleichsbestimmungseinheit getroffen wird, anzeigt.
Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Datenerfassungseinheit ferner (a) Zeitreihendaten von Vibration der Spindel der Werkzeugmaschine, wobei die Vibration der Spindel durch einen Spindelmesssensor detektiert wird, und/oder (b) Zeitreihendaten von Vibration eines Tischs der Werkzeugmaschine, wobei die Vibration des Tisch durch eine Tischmesssensor detektiert wird, erhält.
Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Analyseeinheit die Merkmalsdaten, die das Merkmal der Zeitreihendaten angibt, durch Spektralanalyse berechnet.
Bearbeitungsumgebungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anzeigeeinheit eine Bewertungszahl für jeden Ort der Werkzeugmaschine anzeigt, wobei die Bewertungszahl bezüglich jeder Frequenzkomponente der detektierten Vibration angezeigt wird.
Bearbeitungsbedingungsanpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner Folgendes aufweist: eine Ursachenschätzdatenspeichereinheit, die Ursachenschätzdaten im Voraus speichert, wobei die Ursachenschätzdaten einen Ort, an dem eine Vibration detektiert wird, und eine Hauptfrequenzkomponente der Vibration mit einem Hinweis bezüglich einer Ursache der Vibration assoziieren; und eine Ursachenschätzeinheit, die sich auf die Ursachenschätzdatenspeichereinheit bezieht und eine Ursache von Vibration basierend auf einem Analyseergebnis durch die Analyseeinheit schätzt, wobei die Anzeigeeinheit ferner ein Schätzergebnis der Ursache der Vibration, die durch die Ursachenschätzeinheit geschätzt wird, anzeigt.