JP2004216467A

JP2004216467A - 工作機械の計測装置，工作機械の異常検出方法及びコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP2004216467A
Application number: JP2003003312A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Tsutsui; 克典筒井
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】工作機械の変位状態の異常をより確実に検出することができる工作機械の計測装置を提供する。
【解決手段】工作機械の制御系である計測装置の主演算部は、主軸ヘッドにおける熱膨張変位量に関する異常を、ステップＳ８，Ｓ１０の２段階で検出する。そして、ステップＳ８，Ｓ１０における異常検出用の比較データを夫々選択可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の変位量を計測して変位状態の異常を検出する工作機械の計測装置、及び工作機械の異常検出方法、並びに工作機械の計測装置に搭載されるコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の変位量を測定して変位状態の異常を検出する従来技術として、例えば、特許文献１には、工作機械の主軸とテーブルとの夫々にタッチセンサと被測定物とを取り付け、タッチセンサを移動させて接触した位置の座標をサンプリングすることを複数回繰り返し、今回と前回との座標の差が許容値内に収まるか否かを判定する方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、工作機械の工具長を定期的に測定し、測定結果を前回の結果と比較して、その差が許容値以内であれば、制御装置に登録された工具長を最新の測定結果により更新登録する方法が開示されている。
【０００４】
更に、特許文献３には、熱変位量を計測して履歴を記憶させ、その履歴に基づいて変位量の推移を判断し、その判断結果に基づき計測を行なう回数を決定し、計測を行わない場合の変位量を推定する変位補正装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−３０２３０９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平６−３３５８４４号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平７−１８６００３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来技術は何れも、基本的には今回の測定結果と前回の測定結果との差を許容値と比較し、その比較結果に基づいて異常検出を行なうものである。即ち、特許文献３においても、計測される熱変位量は前回の測定結果との差である。しかしながら、例えば熱変位は、０．１ｍｍ／時間のように極めて僅かな変位しか生じない場合もあるため、例えば、計測間隔が１０分程度に設定されていると有意な差を検出できない場合がある。このように、単に前回の測定結果との差に基づいて異常検出を行なうと、異常の発生態様が当初の予測範囲を超えるような現われ方をした場合に検出漏れが生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、工作機械の変位状態の異常をより確実に検出することができる工作機械の計測装置、及び工作機械の異常検出方法、並びに工作機械の計測装置に搭載されるコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の工作機械の計測装置は、工作機械の変位量を計測する計測手段と、
この計測手段によって計測された結果に基づいて、変位状態の異常を検出する複数の異常検出手段とを備え、
前記複数の異常検出手段は、異常検出用の比較データを夫々選択可能に構成されていることを特徴とする。
【００１１】
斯様に構成すれば、複数の異常検出手段が、夫々異なる異常検出用の比較データに基づいて変位状態の異常を検出するので、その異常の発生態様が複雑である場合でも、複数の異常検出手段によって多面的に検出を行なうことができる。従って、工作機械の変位状態の異常をより確実に検出することができる。
【００１２】
この場合、請求項２に記載したように、前記計測手段によって計測された変位量の履歴を記憶させるための記憶手段を備え、
前記異常検出手段を、前記記憶手段に記憶されている変位量の履歴データを、前記比較データとして選択可能に構成すると良い。
【００１３】
斯様に構成すれば、各異常検出手段について変位量の履歴データを適宜選択することで、変位状態の時系列的な変化をより多面的に捉えて異常検出を行なうことができる。
【００１４】
また、この場合、請求項３に記載したように、前記異常検出手段の１つを、前記計測手段によって今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回の変位量の履歴データを前記比較データとして選択するように構成し、前記異常検出手段の他の少なくとも１つを、前記計測手段によって今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回よりも過去の変位量の履歴データを前記比較データとして選択するように構成するのが好ましい。
【００１５】
斯様に構成すれば、１つの異常検出手段における前回の変位量に基づく短期的な比較では異常を検出できない場合でも、他の少なくとも１つの異常検出手段におけるそれよりも過去の変位量に基づく長期的な比較によって異常を検出することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図６は、工作機械の側面図である。工作機械は、上面にワーク（被加工物）１が載置され、水平面内（Ｘ，Ｙ方向）において移動可能に構成される加工テーブル２と、主軸ヘッド３に取付けられた工具４を回転させる主軸モータ５と、主軸ヘッド３をボールねじ６によって及びナット７を介して上下方向（Ｚ方向）に移動させるＺ軸モータ８とを備えている。
【００１７】
ボールねじ６は、その上下端部において上端軸受９，下端軸受１０により回転可能に支持されている。上端軸受９は、ボールねじ６を軸方向にスライドさせないように支持しており、下端軸受１０は、ボールねじ６を軸方向にスライド可能に支持している。これは、ボールねじ６が熱膨張した場合の伸張分を下端軸受１０よりスライドさせて逃がすためである。
【００１８】
工作機械を運転すると、主軸モータ５とＺ軸モータ８とが発熱し、また、主軸ヘッド３を保持するナット７とボールねじ６とが摩擦により発熱する。ボールねじ６に噛み合っているナット７により保持されている主軸ヘッド３は、ボールねじ６の熱膨張に伴って下方向に変位する。工作機械は、工具４を検出器（計測手段）１０に接触させることにより前記変位を計測するようになっている。
【００１９】
図７は、工作機械の制御系である計測装置の構成を示す機能ブロック図である。マイクロコンピュータで構成される主演算部（計測手段，異常検出手段，コンピュータ）１２は、ＮＣデータ１３が入力されると、温度変化に無関係な誤差補正値，熱変位に対する誤差補正値が夫々記憶されている誤差補正記憶部１４Ａ，１４Ｂのピッチ補正量を読み出し、ＮＣデータ１３の指令値を補正したものをモータ制御部１５に出力する。
【００２０】
モータ制御部１５は、与えられた指令値に基づいてモータ部１６の主軸モータ５及びＺ軸モータ８を制御し、工具４を保持する主軸３を回転させながらワーク１方向（Ｚ軸）に移動させ、また、図示しないＸ軸，Ｙ軸モータにより加工テーブル２及びワーク１をＸ，Ｙ方向に移動させて加工作業を行う。それらのモータ５，７等の動きは、モータ部１６の図示しないエンコーダよりモータ制御部１５に入力され、位置情報としてメモリ（記憶手段）１７に記憶保持される。メモリ１７は、その少なくとも一部が不揮発性のメモリによって構成されている。また、メモリ１７には、主演算部１２に数値制御や以下に述べる計測処理を実行させるための制御プログラム（コンピュータプログラム）１８も記憶されている。
【００２１】
検出器１１は、工作機械の所定位置に、Ｚ軸方向に対する位置が調整可能な状態で配置され、工具４が接触した場合に接触信号をモータ制御部１５に出力するように構成されている。計測指令はＮＣデータ１３中に含まれており、主演算部１２は、その計測指令に基づきモータ制御部１５を制御し、工具４を移動させて検出器１１に接触させる。すると、検出器１１は、接触信号をモータ制御部１５に出力し、主演算部１２は、接触信号に基づいて変位量を求め、必要に応じて誤差補正記憶部１４Ｂのピッチ補正量を更新する。
【００２２】
また、主演算部１２には、各部へ各種信号やデータを出力したり、外部からの信号やデータを入出力するための外部入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１９が接続されている。そして、主演算部１２は、図示しない操作盤からの指令に基づいてメモリ１７の記憶内容を、Ｉ／Ｆ１９を介してパーソナルコンピュータ（パソコン）２０になどに出力可能に構成されている。従って、オペレータは、工作機械の熱変位の状態や傾向をパソコン２０の表示によって知ることができ、各種データの設定や工作機械の可動状況が最適となるように設定操作することも可能となっている。
【００２３】
次に、本実施例の作用について図１乃至図５をも参照して説明する。図１は、主演算部１２によって実行される計測処理に関する部分を中心とする制御内容を示すフローチャートである。また、図２は、図１のフローチャートにおいて使用される異常検出用の比較データ１，２の設定をユーザが行うためのテーブルであり、図３は、許容値１，２の設定を行うためのテーブルである。
【００２４】
図２において、項目「比較データ１」は設定範囲のパラメータが「０〜２」であり、パラメータを「０」に設定すると、比較データ１は初回、即ち、メモリ１７に記憶されている最も過去の測定結果が選択される。また、パラメータを「１」に設定すると、比較データ１はメモリ１７に記憶されている過去の測定結果の履歴データの内、項目「履歴回数１」の設定範囲「１〜９９９９９」で指定されたデータが選択される。例えば、「履歴回数１」の設定範囲が「１」であれば、１回前（前回）の計測結果が選択される。
【００２５】
また、パラメータを「２」に設定すると、比較データ１は項目「指定値１Ｘ〜１Ｚ」の設定範囲「−９９９９．９９９〜９９９９．９９９」において設定された指定値１となる。尚、指定値１は三次元座標値Ｘ，Ｙ，Ｚについて夫々指定可能であるが、本実施例において指定値１を使用する場合は、指定値１Ｚだけが使用される。
【００２６】
そして、項目「比較データ２」，「履歴回数２」，「指定値２Ｘ〜２Ｚ」については、比較データ２について上記比較データ１に関するものと同様の設定が行われる。
【００２７】
図３において、項目「許容値１Ｘ〜１Ｚ」は、比較データ１を用いた比較において設定される許容値１を、設定範囲「−９９９９．９９９〜９９９９．９９９」で設定するもので、項目「許容値２Ｘ〜２Ｚ」は、比較データ２を用いた比較において設定される許容値２を、同様に設定するものである。尚、図２，図３のテーブルはメモリ１７に記憶されている。
【００２８】
図１において、主演算部１２は、プログラム終了指令を実行したか否かを判断する（ステップＳ１）。プログラム終了指令を実行した場合は（「ＹＥＳ」）運転を終了し、実行しない場合は（「ＮＯ」）ＮＣデータ１３の１ブロックを読み込む（ステップＳ２）。
【００２９】
続いて、主演算部１２は、読み込んだＮＣデータ１３が計測指令であるか否かを判断し（ステップＳ３）、計測指令でなければ（「ＮＯ」）そのＮＣデータ１３の１ブロックを実行して（即ち、工作機械の制御処理，ステップＳ４）ステップＳ１に戻る。一方、読み込んだＮＣデータ１３が計測指令であれば（「ＹＥＳ」）、その計測指令を実行する（ステップＳ５）。即ち、モータ制御部１５を制御し、工具４を移動させて検出器１１に接触させる。
【００３０】
そして、モータ制御部１５を介して得られた計測結果（Ａ）をメモリ１７に記憶させる（ステップＳ６）。この場合、計測結果であるＺ軸座標データと共に、計測日時や計測回数などのデータも同時に記憶させる。それから、メモリ１７より比較データ１を読み込んで比較データ（Ｂ）とし（ステップＳ７）、計測結果（Ａ）と比較データ（Ｂ）との差が許容値１よりも大であるか否かを判断する（ステップＳ８，異常検出手段）。両者の差が許容値１よりも大である場合は（「ＹＥＳ」）、アラームを発生させて（ステップＳ１１）運転処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ８において両者の差が許容値１以下である場合（「ＮＯ」）、主演算部１２は、メモリ１７より比較データ２を読み込んで比較データ（Ｃ）とする（ステップＳ９）。そして、計測結果（Ａ）と比較データ（Ｃ）との差が、許容値２よりも大であるか否かを判断する（ステップＳ１０，異常検出手段）。両者の差が許容値２よりも大である場合は（「ＹＥＳ」）、ステップＳ１１に移行し、両者の差が許容値２以下である場合は（「ＮＯ」）ステップＳ１に移行する。
【００３２】
ここで、図４は、主軸３の熱膨張変位量（初期値を基準としたトータルでの変異量）の測定結果の一例を示すものであり、図５は、図４の測定結果をグラフ化して表したものである。例えば、図１のフローチャートに使用される比較データ１，２及び許容値１，２を以下のように設定する。
比較データ１設定値「１」
履歴回数１設定値「１」
許容値１Ｚ設定値「１５（μｍ）」
比較データ２設定値「０」
履歴回数２設定値「−」
許容値２Ｚ設定値「７０（μｍ）」
【００３３】
即ち、ステップＳ８における比較データＢは、今回の計測に対する直前の計測結果となる。また、ステップＳ１０における比較データＣは、メモリ１７に記憶されている最も過去の測定結果（初期値）が選択される。
【００３４】
そして、計測結果が図５に示すように得られる場合、異常▲２▼のケースでは、
ステップＳ８においてＡ＝３５（μｍ），Ｂ＝５７（μｍ）であるから、
｜Ａ−Ｂ｜＝｜３５−５７｜＝２２＞１５
となり「ＹＥＳ」と判断され、アラームが発生する。
【００３５】
また、異常▲１▼のケースでは、ステップＳ１０においてＡ＝７３（μｍ），
Ｃ＝０（μｍ）であるから、
｜Ａ−Ｃ｜＝｜７３−０｜＝７３＞７０
となり「ＹＥＳ」と判断され、アラームが発生する。そして、このケースでは、ステップＳ８で異常が検出されることはない。
【００３６】
即ち、ステップＳ８では、比較的短期間内における大きな熱膨張変位について異常検出が行われる。それに対してステップＳ１０では、比較的長い期間内における累積的な熱膨張変位について異常検出が行なわれる。
【００３７】
以上のように本実施例によれば、工作機械の制御系である計測装置の主演算部１２は、主軸ヘッド３における熱膨張変位量に関する異常を、ステップＳ８，Ｓ１０の２段階で検出するようにした。そして、ステップＳ８，Ｓ１０における異常検出用の比較データを夫々選択可能とした。従って、異常の発生態様が複雑である場合でも検出を多面的に行なうことができるので、工作機械の変位状態の異常をより確実に検出することができる。
【００３８】
また、主演算部１２は、メモリ１７に記憶されている変位量の履歴データを、ステップＳ８，Ｓ１０における異常検出用の比較データとして選択可能としたので、その履歴データを適宜選択することで、変位状態の時系列的な変化をより多面的に捉えて異常検出を行なうことができる。
【００３９】
そして、ステップＳ８では、今回計測された変位量に対して、メモリ１７に記憶されている前回の履歴データを比較データとして選択し、ステップＳ１０では、メモリ１７に記憶されている履歴データの初期値を比較データとして選択した。従って、ステップＳ８における短期的な比較では異常を検出できない場合でも、ステップＳ１０における長期的な比較によって異常を検出することが可能となる。
【００４０】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
比較データ２の設定値「２」，許容値２Ｚの設定値「０（μｍ）」のように設定を行っても、同様の検出が可能である。
ステップＳ８，Ｓ１０における条件の論理積によってステップＳ１１のアラームを発生させるようにしても良い。
異常検出手段は、３つ以上あっても良い。
主軸ヘッド３における熱膨張変位量の計測に限ることなく、ワークの加工寸法やゼロ点検出について適用しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の工作機械の計測装置によれば、複数の異常検出手段が、夫々異なる異常検出用の比較データに基づいて変位状態の異常を検出するので、その異常の発生態様が複雑である場合でも、複数の異常検出手段によって多面的に検出を行なうことができる。従って、工作機械の変位状態の異常をより確実に検出することができる。
【００４２】
請求項２記載の工作機械の計測装置によれば、各異常検出手段について変位量の履歴データを適宜選択することで、変位状態の時系列的な変化をより多面的に捉えて異常検出を行なうことができる。
【００４３】
請求項３記載の工作機械の計測装置によれば、１つの異常検出手段における前回の変位量に基づく短期的な比較では異常を検出できない場合でも、他の少なくとも１つの異常検出手段におけるそれよりも過去の変位量に基づく長期的な比較によって異常を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であり、計測装置の主演算部によって実行される計測処理に関する部分を中心とする制御内容を示すフローチャート
【図２】図１のフローチャートにおいて使用される異常検出用の比較データ１，２の設定をユーザが行うためのテーブルを示す図
【図３】許容値１，２の設定を行うためのテーブルを示す図
【図４】主軸の熱膨張変位量の測定結果の一例を示す図
【図５】図４の測定結果をグラフ化して表した図
【図６】工作機械の側面図
【図７】工作機械の制御系である計測装置の構成を示す機能ブロック図
【符号の説明】
１１は検出器（計測手段）、１２は主演算部（計測手段，異常検出手段）、１７はメモリ（記憶手段）、１８は制御プログラム（コンピュータプログラム）を示す。

Claims

工作機械の変位量を計測する計測手段と、
この計測手段によって計測された結果に基づいて、変位状態の異常を検出する複数の異常検出手段とを備え、
前記複数の異常検出手段は、異常検出用の比較データを夫々選択可能に構成されていることを特徴とする工作機械の計測装置。
前記計測手段によって計測された変位量の履歴を記憶させるための記憶手段を備え、
前記異常検出手段は、前記記憶手段に記憶されている変位量の履歴データを、前記比較データとして選択可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械の計測装置。
前記異常検出手段の１つは、前記計測手段によって今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回の変位量の履歴データを前記比較データとして選択し、
前記異常検出手段の他の少なくとも１つは、前記計測手段によって今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回よりも過去の変位量の履歴データを前記比較データとして選択するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の工作機械の計測装置。
工作機械の変位量を計測手段により計測し、
前記計測手段により計測された結果に基づいて、複数の異常検出手段により変位状態の異常を検出する工作機械の異常検出方法において、
前記複数の異常検出手段は、異常検出用の比較データを夫々選択可能であることを特徴とする工作機械の異常検出方法。
計測された変位量の履歴を記憶手段に記憶させ、
前記異常検出手段は、前記記憶手段に記憶されている変位量の履歴データを、前記比較データとして選択可能であることを特徴とする請求項４記載の工作機械の異常検出方法。
前記異常検出手段の１つは、前記計測手段によって今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回の変位量の履歴データを前記比較データとして選択し、
前記異常検出手段の他の少なくとも１つは、前記計測手段によって今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回よりも過去の変位量の履歴データを前記比較データとして選択することを特徴とする請求項５記載の工作機械の異常検出方法。
工作機械の変位量を計測し、計測された結果に基づいて工作機械の異常検出を行なうための計測装置に搭載されるコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、
前記異常検出を、夫々異なる異常検出用の比較データを選択して複数の段階で実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
計測された変位量の履歴を記憶手段に記憶させ、
前記異常検出に用いる比較データを、前記記憶手段に記憶されている変位量の履歴データから選択させることを特徴とする請求項７記載のコンピュータプログラム。
前記異常検出の１つの段階では、今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回の変位量の履歴データを前記比較データとして選択させ、
前記異常検出の他の少なくとも１つの段階では、今回計測された変位量に対して、前記記憶手段に記憶されている前回よりも過去の変位量の履歴データを前記比較データとして選択させることを特徴とする請求項８記載のコンピュータプログラム。