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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine und ein Diagnoseverfahren.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In einer Werkzeugmaschine gibt es Fälle, in denen eine Abnormalität in einer Vorschubwelle der Werkzeugmaschine diagnostiziert wird. In
JP 2018-017689 A wird ein Verfahren zur Bestimmung von Abnormalitäten offenbart, um eine Abnormalität in einer Vorschubachse zu bestimmen. In einem solchen Verfahren zur Bestimmung von Abnormalitäten werden Frequenzcharakteristiken einer NC (numerisch gesteuerten) Vorschubwelle, wenn sich die Vorschubwelle in einem normalen Zustand befindet, als Referenzwerte verwendet. Die Referenzwerte werden mit den Frequenzmerkmalen zum Zeitpunkt der Messung verglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Allgemeinen gibt es jedoch in Werkzeugmaschinen mehrere Vorschubachsen, und es treten Fälle auf, in denen sich die Frequenzcharakteristiken ändern, wenn die relativen Positionen zwischen den von jeder der mehreren Vorschubachsen zugestellten Komponenten verändert werden. Aus diesem Grund besteht die Sorge, dass die bloße Diagnose einer Abnormalität in einer einzelnen Vorschubachse zu einer geringeren Zuverlässigkeit führen kann.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Werkzeugmaschine und ein Diagnoseverfahren bereitzustellen, mit denen die Zuverlässigkeit einer Fehlerdiagnose verbessert werden kann.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Werkzeugmaschine, die ein erstes bewegliches Element und ein zweites bewegliches Element umfasst, das sich von dem ersten beweglichen Element unterscheidet, wobei die Werkzeugmaschine umfasst:
- eine Motorsteuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Motor, der so konfiguriert ist, dass er das erste bewegliche Glied antreibt, und einen zweiten Motor, der so konfiguriert ist, dass er das zweite bewegliche Glied antreibt, so steuert, dass sich das erste bewegliche Glied und das zweite bewegliche Glied unter vorbestimmten Bewegungsbedingungen in jede einer Vielzahl von Lagepositionen bewegen, die durch Positionsinformationen des ersten beweglichen Glieds und Positionsinformationen des zweiten beweglichen Glieds bestimmt werden;
- eine Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie Frequenzcharakteristiken des ersten Motors und/oder des zweiten Motors erfasst, einschließlich der Zeitpunkte, zu denen das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element in jeder der Vielzahl von Stellungspositionen positioniert sind;
- eine Speichereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie Referenzfrequenzmerkmale in Bezug auf jedes der von der Erfassungseinheit erfassten Frequenzmerkmale speichert; und
- eine Bestimmungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jede der von der Erfassungseinheit erfassten Frequenzcharakteristiken mit entsprechenden Referenzfrequenzcharakteristiken vergleicht und auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs bestimmt, ob eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine aufgetreten ist oder nicht.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Diagnoseverfahren zur Diagnose einer Abnormalität in einer Werkzeugmaschine, die ein erstes bewegliches Element und ein zweites bewegliches Element umfasst, das sich von dem ersten beweglichen Element unterscheidet, wobei das Diagnoseverfahren umfasst:
- einen Motorsteuerungsschritt zum Steuern eines ersten Motors, der so konfiguriert ist, dass er das erste bewegliche Element antreibt, und eines zweiten Motors, der so konfiguriert ist, dass er das zweite bewegliche Element antreibt, in einer Weise, dass sich das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element unter vorbestimmten Bewegungsbedingungen zu jeder einer Vielzahl von Lagepositionen bewegen, die durch Positionsinformationen des ersten beweglichen Elements und Positionsinformationen des zweiten beweglichen Elements bestimmt werden;
- einen Erfassungsschritt des Erfassens von Frequenzcharakteristiken von mindestens einem von dem ersten Motor und dem zweiten Motor, einschließlich zu Zeiten, wenn das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element in jeder der Vielzahl von Lagepositionen positioniert sind; und
- einen Bestimmungsschritt des Vergleichens jeder der in dem Erfassungsschritt erfassten Frequenzcharakteristiken mit entsprechenden Referenzfrequenzcharakteristiken und des Bestimmens, ob eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine auf der Grundlage einer Änderung der Frequenzcharakteristiken in Übereinstimmung mit den relativen Positionen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements bestimmt werden, und somit kann im Vergleich zu einem Fall der einfachen Erfassung der Frequenzcharakteristiken einer einzelnen Vorschubachse eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Diagnose einer Abnormalität realisiert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform zeigt;
- 2 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Steuergeräts;
- 3 ist ein Flussdiagramm, das den Prozessablauf eines Diagnoseverfahrens zeigt; und
- 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer beispielhaften Modifikation 1 zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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[Ausführungsform]
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Werkzeugmaschine 10 gemäß einer vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Werkzeugmaschine 10 verwendet ein Werkzeug T und bearbeitet damit ein Werkstück W. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Plattform 12, ein erstes bewegliches Element 14, ein zweites bewegliches Element 16, einen ersten Motor 18, einen zweiten Motor 20 und eine Steuereinrichtung 22.
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Die Plattform 12 dient als Fundament für die Werkzeugmaschine 10. Ein Werkstück W wird an einer vorbestimmten Stelle einer Montagefläche F der Plattform 12 befestigt.
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Das erste bewegliche Element 14 ist nicht besonders begrenzt, außer dass es sich in einer Richtung bewegen kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das erste bewegliche Element 14 eine Trägerbasis, auf der ein Spindelelement montiert ist, das ein Werkzeug T drehbar trägt. Das erste bewegliche Element 14 ist über einen Kraftübertragungsmechanismus 14A auf der Plattform 12 angeordnet. Der Kraftübertragungsmechanismus 14A überträgt eine Antriebskraft des ersten Motors 18 auf das erste bewegliche Element 14. Der Kraftübertragungsmechanismus 14A kann eine Antriebskraft (eine Rotationskraft) des ersten Motors 18 in eine lineare Bewegung umwandeln und die lineare Bewegung auf das erste bewegliche Element 14 übertragen. Ferner kann der Kraftübertragungsmechanismus 14A eine Antriebskraft (eine Schubkraft) des ersten Motors 18 auf das erste bewegliche Element 14 übertragen, wie es ist. Durch den Antrieb des ersten Motors 18 bewegt sich das erste bewegliche Element 14 relativ in einer X-Richtung (erste Richtung) in Bezug auf die Plattform 12. Der erste Motor 18 ist ein Motor, der das erste bewegliche Element 14 antreibt. Außerdem sollte beachtet werden, dass der erste Motor 18 ein Linearmotor sein kann.
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Das zweite bewegliche Element 16 ist nicht besonders begrenzt, außer dass es sich in eine Richtung bewegen kann, die sich von der Bewegungsrichtung des ersten beweglichen Elements 14 unterscheidet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite bewegliche Element 16 ein Spindelelement. Das Spindelelement umfasst eine Spindel, auf der ein Werkzeug T montiert ist, ein Gehäuse, in das die Spindel eingesetzt ist, und ein Lager, das die Spindel in Bezug auf das Gehäuse drehbar lagert. Das zweite bewegliche Element 16 ist über einen Kraftübertragungsmechanismus 16A an dem ersten beweglichen Element 14 angebracht. Der Kraftübertragungsmechanismus 16A überträgt eine Antriebskraft des zweiten Motors 20 auf das zweite bewegliche Element 16. Der Kraftübertragungsmechanismus 16A kann eine Antriebskraft (eine Rotationskraft) des zweiten Motors 20 in eine lineare Bewegung umwandeln und die lineare Bewegung auf das zweite bewegliche Element 16 übertragen. Ferner kann der Kraftübertragungsmechanismus 16A eine Antriebskraft (eine Schubkraft) des zweiten Motors 20 auf das zweite bewegliche Element 16 übertragen, wie es ist. Durch den Antrieb des zweiten Motors 20 bewegt sich das zweite bewegliche Element 16 relativ in einer Z-Richtung (zweite Richtung) in Bezug auf das erste bewegliche Element 14. Der zweite Motor 20 ist ein Motor, der das zweite bewegliche Element 16 antreibt. Außerdem ist zu beachten, dass der zweite Motor 20 ein Linearmotor sein kann.
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Die Steuervorrichtung 22 steuert den ersten Motor 18 und den zweiten Motor 20. Unter Bezugnahme auf 2 wird eine Beschreibung der Steuervorrichtung 22 gegeben. Die Steuervorrichtung 22 umfasst eine Speichereinheit 30, eine Anzeigeeinheit 32, eine Eingabeeinheit 34 und eine Informationsverarbeitungseinheit 36.
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Die Speichereinheit 30 dient zum Speichern von Informationen. Die Speichereinheit 30 kann einen flüchtigen Speicher, wie z. B. einen RAM oder ähnliches, und einen nichtflüchtigen Speicher, wie z. B. einen ROM, einen Flash-Speicher, eine Festplatte oder ähnliches, umfassen. Die Anzeigeeinheit 32 dient zur Anzeige von Informationen. Die Anzeigeeinheit 32 kann eine Flüssigkristallanzeige, eine Plasmaanzeige, eine CRT-Anzeige oder Ähnliches umfassen. Die Eingabeeinheit 34 dient zur Eingabe von Informationen. Die Eingabeeinheit 34 kann eine Maus, eine Tastatur, ein Touchpanel oder Ähnliches umfassen.
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Die Informationsverarbeitungseinheit 36 ist mit einem Prozessor wie einer CPU, einer MPU oder ähnlichem ausgestattet. Die Informationsverarbeitungseinheit 36 umfasst eine Motorsteuereinheit 40, eine Erfassungseinheit 42 und eine Bestimmungseinheit 44. Die Motorsteuereinheit 40, die Erfassungseinheit 42 und die Bestimmungseinheit 44 können dadurch realisiert werden, dass die Informationsverarbeitungseinheit 36 ein Programm verarbeitet, das in der Speichereinheit 30 gespeichert ist. Ferner kann mindestens eine der Motorsteuereinheit 40, der Erfassungseinheit 42 und der Bestimmungseinheit 44 durch eine integrierte Schaltung, wie z.B. einen ASIC, einen FPGA oder dergleichen, realisiert werden. Ferner kann mindestens eine der Motorsteuereinheit 40, der Erfassungseinheit 42 und der Bestimmungseinheit 44 durch eine elektronische Schaltung mit einer diskreten Vorrichtung gebildet werden.
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Die Motorsteuereinheit 40 dient dazu, den ersten Motor 18 und den zweiten Motor 20 so zu steuern, dass sich das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 unter vorbestimmten Bewegungsbedingungen in jede einer Vielzahl von Lagepositionen bewegen. Jede der mehreren Lagepositionen ist eine Position, die durch die Positionsinformationen des ersten beweglichen Elements 14 und die Positionsinformationen des zweiten beweglichen Elements 16 bestimmt wird. Die Positionsinformationen können Maschinenkoordinaten (X-Koordinaten, Z-Koordinaten) enthalten. Die Positionsinformationen werden in der Speichereinheit 30 gespeichert. Die Bewegungsbedingungen können eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung umfassen. Zustandsinformationen, die die Bewegungsbedingungen angeben, werden in der Speichereinheit 30 gespeichert.
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In diesem Fall wird anhand eines konkreten Beispiels eine Beschreibung der Lagepositionen und der Bewegungsgeschwindigkeit gegeben. Es wird angenommen, dass eine Lageposition „A“ durch die Positionsinformation „Al“ des ersten beweglichen Elements 14 und die Positionsinformation „A2“ des zweiten beweglichen Elements 16 definiert ist. Es wird davon ausgegangen, dass eine Lageposition „B“ durch die Positionsinformation „B1“ des ersten beweglichen Elements 14 und die Positionsinformation „B2“ des zweiten beweglichen Elements 16 definiert ist. Im Falle einer solchen Annahme umfassen die Bewegungsbedingungen zum Beispiel eine Bewegungsgeschwindigkeit „X“ bei der Bewegung von der Lageposition „A“ zur Lageposition „B“ und eine Bewegungsgeschwindigkeit „Y“ bei der Bewegung von der Lageposition „B“ zur Lageposition „A“.
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Die Bewegungsgeschwindigkeit „X“ und die Bewegungsgeschwindigkeit „Y“ können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Außerdem können die Bewegungsgeschwindigkeit „X“ oder die Bewegungsgeschwindigkeit „Y“, mit der sich das erste bewegliche Element 14 bewegt, und die Bewegungsgeschwindigkeit „X“ oder die Bewegungsgeschwindigkeit „Y“, mit der sich das zweite bewegliche Element 16 bewegt, gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
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Ferner können die Bewegungsbedingungen so festgelegt werden, dass sich das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 von der Lageposition „A“ zur Lageposition „B“ bewegen, in der Lageposition „B“ vorübergehend angehalten werden und sich dann von der Lageposition „B“ zur Lageposition „A“ bewegen. Andererseits können die Bewegungsbedingungen so festgelegt werden, dass sich das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 von der Lageposition „A“ zur Lageposition „B“ bewegen, ohne in der Lageposition „B“ vorübergehend anzuhalten, und sich dann von der Lageposition „B“ zur Lageposition „A“ bewegen. Außerdem ist die Anzahl der Lagepositionen nicht auf zwei beschränkt, sondern es können auch drei oder mehr solcher Positionen sein. Ferner sind die Bewegungsbedingungen nicht auf den Fall beschränkt, dass das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 in einer Hin- und Rückfahrt zwischen der Lageposition „A“ und der Lageposition „B“ bewegt werden. Beispielsweise können die Bewegungsbedingungen so festgelegt werden, dass das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 von der Lageposition „A“ aus bewegt werden, während sie die Lageposition „B“ passieren, und dann in eine Lageposition „C“ bewegt werden.
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Die Erfassungseinheit 42 erfasst mindestens eine Frequenzcharakteristik des ersten Motors 18 und eine Frequenzcharakteristik des zweiten Motors 20, einschließlich der Zeiten, zu denen das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 in jeder der mehreren Stellungen positioniert sind.
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Die Erfassungseinheit 42 kann die Frequenzcharakteristik des ersten Motors 18 und die Frequenzcharakteristik des zweiten Motors 20, die das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 antreiben, zu Zeiten erfassen, zu denen sich das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 vorwärts und rückwärts bewegen, einschließlich der Lagepositionen. Bei dieser Art der Erfassung können die Frequenzcharakteristiken erfasst werden, wobei die durch das Umkehrspiel verursachten Schwingungskomponenten reduziert werden. Ferner ist es möglich, die Frequenzcharakteristiken einschließlich der Reibungskomponenten zu Zeiten zu erfassen, wenn sich das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 bewegen.
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Die Erfassungseinheit 42 kann die Frequenzcharakteristik eines Motors (des ersten Motors 18 oder des zweiten Motors 20) erfassen, der das erste bewegliche Element 14 oder das zweite bewegliche Element 16 antreibt, und zwar zu Zeiten, in denen sich das erste bewegliche Element 14 oder das zweite bewegliche Element 16 vorwärts und rückwärts bewegt, einschließlich der Einstellpositionen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Erfassungseinheit 42 die Frequenzcharakteristik des Motors (des zweiten Motors 20 oder des ersten Motors 18), der das andere von dem ersten beweglichen Element 14 und dem zweiten beweglichen Element 16 antreibt, erfassen oder nicht. Darüber hinaus erfasst die Erfassungseinheit 42 im Fall der Erfassung der Frequenzcharakteristik des Motors, der das andere der beiden Elemente, das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16, antreibt, die Frequenzcharakteristik des Motors zu Zeiten, in denen das andere der beiden Elemente, das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16, in den Einstellpositionen stillsteht.
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Ferner kann die Erfassungseinheit 42 die Frequenzcharakteristik des ersten Motors 18 und die Frequenzcharakteristik des zweiten Motors 20 zu Zeiten erfassen, in denen das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 in den Einstellpositionen stillstehen.
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Als Erfassungsmethode, mit der die Erfassungseinheit 42 die Frequenzmerkmale erfasst, wird ein bekanntes Verfahren verwendet. Zum Beispiel kann ein Erfassungsverfahren zur Erfassung der Frequenzcharakteristiken durch Wobbeln der Frequenzcharakteristiken angenommen werden, während ein sinusförmiges Störsignal einem Befehlswert jeder der jeweiligen Schleifen überlagert wird, und Messen von Reaktionen in Bezug auf die überlagerte Störung. Ferner kann auch ein Erfassungsverfahren angewandt werden, bei dem die Frequenzcharakteristiken durch Überlagerung eines Sollwerts jeder der jeweiligen Schleifen mit weißem Rauschen erfasst werden und die Antworten in Bezug auf das überlagerte weiße Rauschen gemessen werden.
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Nachdem die Erfassungseinheit 42 die Frequenzmerkmale erfasst hat, akkumuliert und speichert sie die erfassten Frequenzmerkmale in der Speichereinheit 30. Die Erfassungseinheit 42 kann die Anzeigeeinheit 32 veranlassen, die in der Speichereinheit 30 gesammelten und gespeicherten Frequenzmerkmale anzuzeigen. Dadurch wird der Bediener in die Lage versetzt, einen vergangenen Diagnosezustand der Werkzeugmaschine 10 zu erfassen.
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Für jede der von der Erfassungseinheit 42 erfassten Frequenzcharakteristiken werden im Voraus Referenzfrequenzcharakteristiken in der Speichereinheit 30 gespeichert. Die Referenzfrequenzcharakteristiken können die Frequenzcharakteristiken des ersten Motors 18 und die Frequenzcharakteristiken des zweiten Motors 20 zu Zeiten sein, zu denen die Motoren in jeder der Vielzahl von Einstellpositionen unter den vorbestimmten Bewegungsbedingungen positioniert sind, gemessen zu einem Zeitpunkt, zu dem die Werkzeugmaschine 10 zusammengebaut wird, oder dergleichen. Ferner können die Referenzfrequenzcharakteristiken die Frequenzcharakteristiken des ersten Motors 18 und die Frequenzcharakteristiken des zweiten Motors 20 zu Zeiten sein, in denen die Motoren in jeder der Vielzahl von Lagepositionen unter den vorbestimmten Bewegungsbedingungen positioniert sind, berechnet unter Verwendung eines Simulators.
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Die Erfassungseinheit 42 kann mindestens eine der mehreren erfassten Frequenzcharakteristiken als Referenzfrequenzcharakteristik in der Speichereinheit 30 speichern. Die Erfassungseinheit 42 veranlasst zum Beispiel die Anzeigeeinheit 32, die erfassten Frequenzmerkmale anzuzeigen. Für den Fall, dass der Bediener bestimmt hat, dass die auf der Anzeigeeinheit 32 angezeigten Frequenzmerkmale als Referenz verwendet werden können, verwendet der Bediener die Eingabeeinheit 34 und führt dadurch einen Bestimmungsvorgang aus, der die erfassten Frequenzmerkmale als die Referenz bestimmt. Die Erfassungseinheit 42 speichert die festgelegten Referenzfrequenzmerkmale als Referenzfrequenzmerkmale in der Speichereinheit 30. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal können von den tatsächlich erfassten Frequenzmerkmalen diejenigen, die als Referenz geeignet sind, als Referenzfrequenzmerkmale gespeichert werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Erfassungseinheit 42 in dem Fall, dass die Referenzfrequenzmerkmale, die den bezeichneten Frequenzmerkmalen entsprechen, bereits in der Speichereinheit 30 gespeichert sind, diese Referenzfrequenzmerkmale löscht.
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Die Bestimmungseinheit 44 vergleicht die Vielzahl der von der Erfassungseinheit 42 erfassten Frequenzmerkmale mit den entsprechenden Referenzfrequenzmerkmalen und stellt auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses fest, ob eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 vorliegt oder nicht.
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Genauer gesagt, wenn ein Vergleichsergebnis erhalten wird, bei dem keine der mehreren von der Erfassungseinheit 42 erfassten Frequenzcharakteristiken eine charakteristische Differenz zu den entsprechenden Frequenzcharakteristiken aufweist, die größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 44, dass keine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 vorliegt. Darüber hinaus kann als charakteristische Differenz beispielsweise ein Durchschnittswert der Differenzen für jede der Frequenzen zwischen den Frequenzkennlinien und den Referenzfrequenzkennlinien angegeben werden.
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Im umgekehrten Fall, in dem ein Vergleichsergebnis erhalten wird, bei dem eine oder mehrere aus der Vielzahl der von der Erfassungseinheit 42 erfassten Frequenzcharakteristiken einen charakteristischen Unterschied zu den entsprechenden Frequenzcharakteristiken von größer als oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert aufweisen, bestimmt die Bestimmungseinheit 44, dass eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 vorliegt.
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Auf diese Weise ist es in der Bestimmungseinheit 44 möglich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 zu bestimmen, basierend auf Änderungen der Frequenzcharakteristiken in Übereinstimmung mit den relativen Positionen des ersten beweglichen Elements 14 und des zweiten beweglichen Elements 16. Dementsprechend kann im Vergleich zur einfachen Erfassung der Frequenzcharakteristik einer einzelnen Vorschubachse eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Diagnose einer Abnormalität erzielt werden.
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Wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 vorliegt, gibt die Bestimmungseinheit 44 durch Ansteuerung einer Benachrichtigungseinheit wie der Anzeigeeinheit 32 oder eines Lautsprechers oder dergleichen eine Benachrichtigung aus, dass die Möglichkeit besteht, dass eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 auftritt. In dem Fall, dass die Meldeeinheit die Anzeigeeinheit 32 ist, kann die Bestimmungseinheit 44 veranlassen, dass auf der Anzeigeeinheit 32 angezeigt wird, dass die Möglichkeit einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 besteht. Darüber hinaus kann die Bestimmungseinheit 44 veranlassen, dass auf der Anzeigeeinheit 32 die Frequenzcharakteristiken angezeigt werden, deren charakteristische Unterschiede zu den Referenzfrequenzcharakteristiken größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sind.
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Darüber hinaus kann die Bestimmungseinheit 44 für den Fall, dass eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 festgestellt wird, einen Ort schätzen, an dem die Möglichkeit besteht, dass eine Abnormalität auftritt, und zwar auf der Grundlage der Frequenzmerkmale, deren Differenz zu den Referenzfrequenzmerkmalen größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert geworden ist. Zum Beispiel schätzt die Erfassungseinheit 42 die Lageposition, die ein Startpunkt war, als die Frequenzcharakteristiken erhalten wurden, deren Differenz zu den Referenzfrequenzcharakteristiken größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert geworden ist, als einen Ort ein, an dem die Möglichkeit des Auftretens einer Abnormalität besteht. Dadurch kann die Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 im Detail erfasst werden. Darüber hinaus kann die Bestimmungseinheit 44 in dem Fall, dass sie einen Ort mit der Möglichkeit des Auftretens einer Abnormalität geschätzt hat, den Ort mit der geschätzten Möglichkeit des Auftretens der Abnormalität auf der Anzeigeeinheit 32 anzeigen. Folglich ist es für den Bediener möglich zu erkennen, wo die Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 auftritt.
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Als nächstes wird in Bezug auf ein Diagnoseverfahren zur Diagnose einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 unter Bezugnahme auf 3 ein Prozessablauf eines Diagnoseprozesses der Informationsverarbeitungseinheit 36 beschrieben.
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In Schritt S1 beginnt die Motorsteuereinheit 40 mit der Steuerung des ersten Motors 18 und des zweiten Motors 20 und veranlasst das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16, sich unter den vorbestimmten Bewegungsbedingungen in jede der mehreren Einstellpositionen zu bewegen. Wenn die Steuerung des ersten Motors 18 und des zweiten Motors 20 gestartet wird, geht der Diagnoseprozess zu Schritt S2 über.
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In Schritt S2 erfasst die Erfassungseinheit 42 die Frequenzcharakteristik des ersten Motors 18 und die Frequenzcharakteristik des zweiten Motors 20, einschließlich der Zeiten, zu denen das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 in jeder der mehreren Stellungen positioniert sind. Wenn jede der Frequenzcharakteristiken erfasst ist, geht der Diagnoseprozess zu Schritt S3 über.
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In Schritt S3 steuert die Motorsteuereinheit 40 den ersten Motor 18 und den zweiten Motor 20 und bringt dadurch das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 zum Stillstand. Wenn das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 zum Stillstand kommen, geht der Diagnoseprozess zu Schritt S4 über.
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In Schritt S4 vergleicht die Bestimmungseinheit 44 jede der mehreren von der Erfassungseinheit 42 erfassten Frequenzcharakteristiken mit den entsprechenden Referenzfrequenzcharakteristiken und bestimmt dadurch auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10. In diesem Fall, wenn die Bestimmungseinheit 44 feststellt, dass keine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 vorliegt, ist der Diagnoseprozess beendet. Stellt die Bestimmungseinheit 44 hingegen fest, dass eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 vorliegt, geht der Diagnoseprozess zu Schritt S5 über.
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In Schritt S5 gibt die Bestimmungseinheit 44 eine Meldung aus, dass die Möglichkeit besteht, dass eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 auftritt. Wenn beispielsweise der Meldezeitraum eine vorgegebene Zeitspanne überschritten hat, wird der Diagnoseprozess beendet.
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[Exemplarische Modifikationen]
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Die oben beschriebene Ausführungsform kann in der folgenden Weise modifiziert werden.
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(Beispielhafte Modifikation 1)
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Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Werkzeugmaschine 10 gemäß einer beispielhaften Modifikation 1 beschrieben. In 4 sind dieselben Bezugszeichen denselben Komponenten zugeordnet, wie sie in der obigen Ausführungsform beschrieben sind. Darüber hinaus werden in der vorliegenden beispielhaften Modifikation Beschreibungen, die sich mit denen der oben beschriebenen Ausführungsform überschneiden oder doppelt vorhanden sind, weggelassen.
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Die Werkzeugmaschine 10 gemäß der beispielhaften Modifikation 1 umfasst ferner ein drittes bewegliches Element 50 und einen dritten Motor 52.
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Das dritte bewegliche Element 50 ist in der Lage, sich in eine Richtung zu bewegen, die sich von den Richtungen unterscheidet, in die sich das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 bewegen. Das dritte bewegliche Element 50 ist über einen Kraftübertragungsmechanismus 50A an der Plattform 12 angeordnet. Der Kraftübertragungsmechanismus 50A überträgt eine Antriebskraft des dritten Motors 52 auf das dritte bewegliche Element 50. Der Kraftübertragungsmechanismus 50A kann eine Antriebskraft (eine Rotationskraft) des dritten Motors 52 in eine lineare Bewegung umwandeln und die lineare Bewegung auf das dritte bewegliche Element 50 übertragen. Ferner kann der Kraftübertragungsmechanismus 50A eine Antriebskraft (eine Schubkraft) des dritten Motors 52 auf das dritte bewegliche Element 50 übertragen, wie es ist. Durch den Antrieb des dritten Motors 52 bewegt sich das dritte bewegliche Element 50 relativ in einer Y-Richtung (dritte Richtung) in Bezug auf die Plattform 12. Der dritte Motor 52 ist ein Motor, der das dritte bewegliche Element 50 antreibt. Außerdem sollte beachtet werden, dass der dritte Motor 52 ein Linearmotor sein kann.
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In der vorliegenden beispielhaften Modifikation dient die Motorsteuereinheit 40 (siehe 2) der Steuervorrichtung 22 dazu, den ersten Motor 18, den zweiten Motor 20 und den dritten Motor 52 so zu steuern, dass sich das erste bewegliche Element 14, das zweite bewegliche Element 16 und das dritte bewegliche Element 50 unter vorbestimmten Bewegungsbedingungen in jede einer Vielzahl von Lagepositionen bewegen. Jede der mehreren Lagepositionen ist eine Position, die durch die Positionsinformationen des ersten beweglichen Elements 14, die Positionsinformationen des zweiten beweglichen Elements 16 und die Positionsinformationen des dritten beweglichen Elements 50 bestimmt wird. Die Positionsinformationen werden im Voraus in der Speichereinheit 30 gespeichert. Die Bewegungsbedingungen können eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform umfassen. Zustandsinformationen, die die Bewegungsbedingungen angeben, werden in der Speichereinheit 30 gespeichert.
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Gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation erfasst die Erfassungseinheit 42 (siehe 2) der Steuervorrichtung 22 die Frequenzcharakteristik jedes des ersten Motors 18, des zweiten Motors 20 und des dritten Motors 52, einschließlich der Fälle, in denen das erste bewegliche Element 14, das zweite bewegliche Element 16 und das dritte bewegliche Element 50 in jeder der mehreren Einstellpositionen positioniert sind.
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Gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation handelt es sich bei den mehreren Referenzfrequenzkennlinien um Frequenzkennlinien des ersten Motors 18, Frequenzkennlinien des zweiten Motors 20 und Frequenzkennlinien des dritten Motors 52, einschließlich der Zeiten, zu denen das erste bewegliche Element 14, das zweite bewegliche Element 16 und das dritte bewegliche Element 50 in jeder der mehreren Einstellungspositionen unter den vorgegebenen Bewegungsbedingungen positioniert sind. Wie bereits erwähnt, kann es sich bei den Referenzfrequenzmerkmalen um gemessene Merkmale handeln, die zu einem Zeitpunkt gemessen werden, zu dem die Werkzeugmaschine 10 vor Ort zusammengebaut wird, oder um berechnete Merkmale, die mithilfe eines Simulators berechnet werden.
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Gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation vergleicht die Bestimmungseinheit 44 (siehe 2) in der gleichen Weise wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform jede der mehreren von der Erfassungseinheit 42 erfassten Frequenzcharakteristiken mit den entsprechenden Referenzfrequenzcharakteristiken und bestimmt dadurch auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10. Dementsprechend ist es möglich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine 10 auf der Grundlage von Änderungen in den Frequenzmerkmalen in Übereinstimmung mit den relativen Positionen des ersten beweglichen Elements 14, des zweiten beweglichen Elements 16 und des dritten beweglichen Elements 50 zu bestimmen.
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(Beispielhafte Modifikation 2)
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In der oben beschriebenen Ausführungsform werden das erste bewegliche Element 14 und das zweite bewegliche Element 16 als die beweglichen Elemente verwendet. Ferner werden in der oben beschriebenen beispielhaften Modifikation 1 das erste bewegliche Element 14, das zweite bewegliche Element 16 und das dritte bewegliche Element 50 als die beweglichen Elemente verwendet. Die Anzahl der beweglichen Elemente kann jedoch größer als oder gleich vier sein. Ferner kann die Konfiguration (die axiale Konfiguration) des ersten beweglichen Elements 14, des zweiten beweglichen Elements 16 und des dritten beweglichen Elements 50 verschiedene Formen annehmen.
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[Erfindungen, die sich aus der oben beschriebenen Ausführungsform ableiten lassen]
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Erfindungen, die sich aus der oben beschriebenen Ausführungsform und ihren beispielhaften Modifikationen ableiten lassen, werden im Folgenden beschrieben.
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(Erste Erfindung)
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Die erste Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (10) ein erstes bewegliches Element (14) und ein zweites bewegliches Element (16) aufweist, das von dem ersten beweglichen Element verschieden ist. Die Werkzeugmaschine ist mit der Motorsteuereinheit (40) ausgestattet, die den ersten Motor (18), der das erste bewegliche Element antreibt, und den zweiten Motor (20), der das zweite bewegliche Element antreibt, so steuert, dass sich das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element unter vorbestimmten Bewegungsbedingungen zu jeder einer Vielzahl von Lagepositionen bewegen, die durch die Positionsinformationen des ersten beweglichen Elements und die Positionsinformationen des zweiten beweglichen Elements bestimmt werden, die Erfassungseinheit (42), die die Frequenzcharakteristiken von mindestens einem von dem ersten Motor und dem zweiten Motor erfasst, einschließlich der Zeiten, wenn das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element in jeder der Vielzahl von Lagepositionen positioniert sind, die Speichereinheit (30), die die Referenzfrequenzcharakteristiken in Bezug auf jede der Frequenzcharakteristiken speichert, die durch die Erfassungseinheit erfasst wurden, und die Bestimmungseinheit (44), die jede der Frequenzcharakteristiken, die durch die Erfassungseinheit erfasst wurden, mit den entsprechenden Referenzfrequenzcharakteristiken vergleicht und bestimmt, ob eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs.
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In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine auf der Grundlage einer Änderung der Frequenzcharakteristiken in Übereinstimmung mit den relativen Positionen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements bestimmt werden, und somit kann im Vergleich zu dem Fall der einfachen Erfassung der Frequenzcharakteristiken einer einzelnen Vorschubachse eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Diagnose einer Abnormalität realisiert werden.
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Die Erfassungseinheit kann die Frequenzcharakteristiken eines Motors erfassen, der das erste bewegliche Element und/oder das zweite bewegliche Element zu Zeiten antreibt, in denen sich das erste bewegliche Element und/oder das zweite bewegliche Element vorwärts oder rückwärts bewegt, einschließlich der Lagepositionen. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal können die Frequenzcharakteristiken durch die Reduzierung von Schwingungskomponenten, die aufgrund von Spiel verursacht werden, und die Frequenzcharakteristiken, die Reibungskomponenten zu Zeiten enthalten, wenn sich das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element bewegen, erfasst werden.
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Die Erfassungseinheit kann die Frequenzcharakteristiken des ersten und des zweiten Motors zu Zeiten erfassen, in denen das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element in den Stellungspositionen stillstehen.
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Für den Fall, dass mindestens eines der erfassten Frequenzmerkmale als Referenz bezeichnet wird, kann die Erfassungseinheit die bezeichneten Frequenzmerkmale in der Speichereinheit als Referenzfrequenzmerkmale speichern. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal können von den tatsächlich erfassten Frequenzmerkmalen diejenigen, die als Referenz geeignet sind, als Referenzfrequenzmerkmale gespeichert werden.
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Auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses kann die Bestimmungseinheit einen Ort abschätzen, an dem die Möglichkeit besteht, dass eine Abnormalität auftritt. In Übereinstimmung mit dieser Funktion kann die Abnormalität in der Werkzeugmaschine im Detail erfasst werden.
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(Zweite Erfindung)
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Die zweite Erfindung ist gekennzeichnet durch das Diagnoseverfahren zum Diagnostizieren einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine (10), die das erste bewegliche Element (14) und das zweite bewegliche Element (16), das sich von dem ersten beweglichen Element unterscheidet, umfasst. Das Diagnoseverfahren umfasst den Motorsteuerungsschritt (Schritt S1) des Steuerns des ersten Motors, der so konfiguriert ist, dass er das erste bewegliche Element antreibt, und des zweiten Motors (20), der so konfiguriert ist, dass er das zweite bewegliche Element antreibt, in einer Weise, dass sich das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element unter vorbestimmten Bewegungsbedingungen zu jeder einer Vielzahl von Lagepositionen bewegen, die durch die Positionsinformationen des ersten beweglichen Elements und die Positionsinformationen des zweiten beweglichen Elements bestimmt werden, den Erfassungsschritt (Schritt S2) des Erfassens der Frequenzcharakteristiken von mindestens einem von dem ersten Motor und dem zweiten Motor einschließlich der Zeiten, wenn das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element in jeder der Vielzahl von Lagepositionen positioniert sind, und den Bestimmungsschritt (Schritt S4) des Vergleichens jeder der in dem Erfassungsschritt erfassten Frequenzcharakteristiken mit den entsprechenden Referenzfrequenzcharakteristiken und des Bestimmens, ob eine Abnormalität in der Werkzeugmaschine aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs.
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In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in der Werkzeugmaschine auf der Grundlage einer Änderung der Frequenzcharakteristiken in Übereinstimmung mit den relativen Positionen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements bestimmt werden, und somit kann im Vergleich zu dem Fall der einfachen Erfassung der Frequenzcharakteristiken einer einzelnen Vorschubachse eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Diagnose einer Abnormalität realisiert werden.
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In dem Erfassungsschritt können die Frequenzcharakteristiken des Motors, der das erste bewegliche Element und/oder das zweite bewegliche Element antreibt, zu Zeiten erfasst werden, zu denen sich das erste bewegliche Element und/oder das zweite bewegliche Element vorwärts oder rückwärts bewegt, einschließlich der Lagepositionen. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal können die Frequenzcharakteristiken durch die Reduzierung von Schwingungskomponenten, die aufgrund von Spiel verursacht werden, und die Frequenzcharakteristiken, die Reibungskomponenten zu Zeiten enthalten, wenn sich das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element bewegen, erfasst werden.
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In dem Erfassungsschritt können die Frequenzcharakteristiken des ersten und des zweiten Motors zu Zeiten erfasst werden, in denen das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element, die sich bewegen, in den Einstellpositionen stillstehen.
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Wenn im Erfassungsschritt mindestens eine der mehreren erfassten Frequenzcharakteristiken als Referenz bezeichnet wird, können die bezeichneten Frequenzcharakteristiken als Referenzfrequenzcharakteristiken in der Speichereinheit (30) gespeichert werden. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal können von den tatsächlich erfassten Frequenzmerkmalen diejenigen, die als Referenz geeignet sind, als Referenzfrequenzmerkmale gespeichert werden.
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Im Bestimmungsschritt kann auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses ein Ort abgeschätzt werden, an dem die Möglichkeit des Auftretens der Abnormalität besteht. Auf diese Weise kann die Abnormalität in der Werkzeugmaschine detailliert erfasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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