JP2007004601A

JP2007004601A - 工作機械の運転状態監視装置

Info

Publication number: JP2007004601A
Application number: JP2005185335A
Authority: JP
Inventors: Naomitsu Yanohara; 直充矢野原
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】データの記憶容量を極力小さくする。それでもって、データの処理や表示を行い易くする。
【解決手段】工作機械の運転状態監視装置は、工作機械の運転情報を検出する第１のセンサ１〜５と、データファイルおよびインデックスファイルが設けられている記憶部６と、サンプリング周期毎に第１のセンサのデータをデータファイルに書き込みかつ第１のセンサ１〜５のデータのうち、選択されたデータのみをインデックスファイルに書き込む制御手段であって、あらかじめ設定された条件を満足するデータをインデックスファイルに書き込む制御手段８とを備えている。
【選択図】図８

Description

この発明は、工作機械の経年変化や、異常発生前後の状況などを把握するための工作機械の運転状態監視装置に関する。

この種の監視装置としては、機械の運転にともなうデータを記憶するデータサイズを小さくするために、機械が稼働していないときは、データを記憶せず、機械が稼働しているときだけに記憶するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

上記従来装置では、機械が稼働しないときのデータは記憶されないため、その分、データサイズを小さくすることはできるが、稼働時には随時データが蓄積されていくため、データ容量は確実に増加していく。
特開平１１−８５２６４号公報

この発明の目的は、データの記憶容量を極力小さくすることができ、もって、データの処理や表示を行い易くできる工作機械の運転状態監視装置を提供することにある。

この発明による工作機械の運転状態監視装置は、工作機械の運転情報を検出する第１のセンサと、データファイルおよびインデックスファイルが設けられている記憶部と、サンプリング周期毎に第１のセンサのデータをデータファイルに書き込みかつ第１のセンサのデータのうち、選択されたデータのみをインデックスファイルに書き込む制御手段であって、あらかじめ設定された条件を満足するデータをインデックスファイルに書き込む制御手段とを備えているものである。

この発明による工作機械の運転状態監視装置では、データファイルのデータ容量は漸次増加していくが、インデックスファイルには一定量のデータだけしか残らない。したがって、データの処理や表示をする場合、インデックスファイルのデータを取り扱うようにすれば、利用し易くなる。

さらに、前記第１のセンサとは別に少なくとも１つの第２のセンサを有し、前記第１のセンサのデータをインデックスファイルに書き込む際に、前記第１のセンサのデータと共に前記第２のセンサのデータをインデックスファイルに書き込む手段を備えていると、データ個々の情報ではなく、基準となるデータと他のデータの相関情報が知りたい場合に有効である。

例えば、主軸軸受温度が最大の場合の主軸モータトルク、回転速度、送り軸モータトルクも記憶しておくことで、その原因が潤滑不良なのか、加工負荷によるものなのかといった診断が可能である。

また、前記条件が、それまでに検出した第１のセンサのデータの最大値であると、処理負荷が少なく、簡単に機械の使用状況や、経年変化などを把握することができる。

例えば、主軸の軸受温度、回転速度、モータトルクの最大値で、どのくらいの負荷を主軸に与えたのか把握できるし、送り軸のモータトルク最大値で、摺動面の経年変化が把握できる。

また、前記条件が、データの演算値を比較して求めると、機械の状態の特徴をより的確に捉えたい場合に有効である。

例えば、主軸モータトルクの平均値を用いて、主軸の負荷が大きいという特徴をとらえたり、主軸回転速度を時系列の式で算出した値を用いることで、主軸の回転速度が高速で長く回転している場合の特徴がとらえられる。

また、工作機械の運転状態監視装置に、インデックスファイルを検索し、あらかじめ設定された条件を満足したインデックスファイルを選択し、選択したインデックスファイル以外のインデックスファイルと対応するデータファイルの記憶データを削除する間引き手段が備わっていると、データファイルのデータ容量も小さくすることができ、データの記憶容量をより一層小さくすることができる。

また、工作機械の運転状態監視装置に、工作機械の異常時に、アラーム情報を発生するアラーム手段を備えており、アラーム手段のアラーム情報がインデックスファイルに書き込まれるようになされていると、異常が発生前後の状況を把握することができる。

また、アラーム情報が書き込まれたインデックスファイルと対応するデータファイルの記憶データは、間引き手段によって削除されないようになされていると、異常が発生前後の状況を、後からでも、詳しく検証することができる。

この発明によれば、データの記憶容量を極力小さくすることができ、もって、データの処理や表示を行い易くできる工作機械の運転状態監視装置が提供される。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

図１を参照すると、工作機械の運転状態監視装置は、制御手段であるＣＰＵ８を備えている。ＣＰＵ８には、工作機械の運転情報を検出する各種センサからの出力信号が入力される。各種センサとは、温度センサ１、主軸回転速度センサ２、主軸負荷センサ３、送り軸回転速度センサ４および送り軸負荷センサ５等々である。ＣＰＵ８は、クロック９の設定パルス信号に基づいて、サンプリング周期毎に各種センサのデータをチェックし、メモリ部７を介して、記憶部６に書き込み、必要に応じて、書き込んだデータを読み出す。ＣＰＵ８の指示に基づいて、必要なデータが表示部10に表示される。また、ＣＰＵ８には、入力部11を通じて、必要な設定内容が入力される。設定内容とは、主軸情報等の機械情報、データのサンプリング周期等である。

つぎに、データファイルのデータの最大値と、アラーム情報をインデックスファイルに書き込む手段の実施例を、図７に示すフローチャートに基づいて、各種センサのデータの処理動作を説明する。

機械の電源をオンとし、これと同時に、ステップS1で設定を読み込む。記憶部にインデックスファイルおよびデータファイルを準備し、インデックスファイルに設定内容を記憶する。設定内容は、図２に示すように、「日付」、「機械番号」、「主軸番号」等々である。ステップS2へ移行し、ここで、データファイルにセンサの測定値を記憶する。図３には、データファイルの一例が示されているが、ここでは、「時刻」、「６つのチャンネル」から入力される主軸の温度センサの測定値、「主軸回転速度」および「トルク」が記録されている。つぎに、ステップS3では、図示しないアラーム手段からアラーム情報が出ているか、否かを判別する。アラーム情報が出ている場合、ステップS4でインデックスファイルに「アラーム情報」を書き込む。アラーム情報が出ていない場合、ステップS5へ移行する。ステップS5では、ここでサンプリングした現在のデータと、１つ前に記憶したデータとを比較し、どちらの値が大きいかを判別する。現在のデータ値が大きい場合、ステップS6へ移行し、その値と、現在インデックスファイルに書き込まれている値を比較して大きい場合、ステップS7へ移行し、その値をインデックスファイルに「最大軸受温度」として書き込み、１つ前に記憶したデータは、これを削除する。１つ前に記憶したデータが大きい場合、もしくは、インデックスファイルに書き込まれている値が大きい場合、そのままステップS8へ移行する。ステップS8で電源がオンのままであると、ステップS2へ戻って、データファイルにセンサのつぎの測定値を記録する。その他のセンサの測定値も、同様のステップで最大値が書き換えられていく。

以上のようして、インデックスファイルでは「アラーム情報」が書き込まれていき、測定項目の代表的な値である「最大軸受温度」、「最高主軸使用回転速度」、「最高主軸モータトルク」、送り軸の「最高使用回転速度」、「最高モータトルク」の記録は書き換えられていく。あるいは、測定項目の代表値として、１つ、もしくは複数の最大値を選択し、その値が最大値としてインデックスファイルに書き込まれた時に、同じタイミングで検出された他のセンサの値もインデックスファイルに書き込んでもよい。一方、データファイルには時系列的にデータが順次書き込まれていく。

もう１つの実施例として、データファイルのデータの演算結果を基準として、その時のデータファイルのデータと、アラーム情報をインデックスファイルに書き込む手段を、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。

機械の電源をオンし、ステップS10で設定を読み込み、記憶部にインデックスファイル、データファイルを準備し、インデックスファイルに設定内容を記憶する。設定内容は、図４に示すように、日付、基準センサ、軸受温度、主軸モータトルク等である。データファイルは、図３に準じるものである。

ステップS11で、センサの測定値をデータファイルに記憶し、ステップS12でアラーム情報が出ているか、否かを判別する。アラーム情報が出ている場合、ステップS13でインデックスファイルにアラーム情報を書き込む。アラーム情報が出ていない場合は、ステップS14へ移行する。ステップS14では、基準となるセンサの測定値として主軸回転速度とし、演算式として、つぎの１次遅れのステップ応答の式とする。

Ｊ＝Ｎ（１−ｅ×Ｐ^−ｔ／Ｔ） (1)
ここに、Ｊ：判断値、Ｎ：主軸回転速度、ｔ：サンプリング周期、Ｔ：時定数である。

図５は、主軸回転速度と判断値を比較したグラフである。この例では、演算式で判断値を求めたが、あらかじめ登録したデータベースに基づいて、判断値を求めても良い。

判断値を求めると、ステップS15で、１つ前に求めた値と比較する。比較の結果、大きい場合は、ステップS16でインデックスファイルに発生時間、軸受温度を書き込む。

このように、インデックスファイルは、演算で求めた判断値を基準に書き換えられていく。

もし、判断値が１つ前の値と同じであった場合は、その時の他のセンサ値と比較して、インデックスファイルにどちらをむ書き込むかを決定してもよい。

インデックスファイルおよびデータファイルは、対応関係にあり、セットととして、時系列をもって記憶されている。このままでデータを保存すると、データが非常に大きくなるため、インデックスファイルのデータは残したままで、データファイルのデータを、選択したデータファイルのデータは残すが、残りは削除することにより、間引きを行う。残すデータファイルの選択の条件は、以下の通りとする。第１に、設定時間内に作成されたインデックスファイルうち、アラーム情報の記録されたインデックスファイルと対応するデータファイルのデータは、全て残す。第２に、アラーム情報の記録されていないインデックスファイルのうち、あらかじめ設定された条件を満足する特定のインデックスファイル１つだけと対応するデータファイルのデータだけは、残す。

この間引きを行う手段としては、所定のプログラムをＣＰＵ８で実行することによって構成させることができる。図９はこのデータの間引き動作を行うプログラムの動作内容を示すもので、以下図９に基づいて、間引き動作を説明する。

ステップ20で、間引くときの基準となるセンサの測定値と、データを間引く期間を読み込む。ここでは、間引き基準センサ値を軸受温度、間引き期間を１ヶ月とする。ステップS21で１つ前に作成されたインデックスファイルを読み出す。ステップS22で１つ前のファイルと比較して、間引き期間である１ヶ月が経過しているか判別し、月が変わっていればステップS23に進む。ステップS23では、間引き期間内の全てのインデックスファイルを検索し、アラーム情報が書き込まれていないインデックスファイルを抽出し、抽出したインデックスファイルの中から、間引き基準センサの測定値である軸受温度が最大のインデックスファイルを選択する。さらに、ステップS24では、アラーム情報が書き込まれているインデックスファイルを選択する。ステップS25へ移行して、そこでは、ステップS23およびステップS24のどちらでも選択されなかったインデックスファイルと対応するデータファイルのデータを削除する。ステップS26で、インデックスファイルおよび残されたデータファイルのデータを記憶部６に記憶し、間引き動作を終了する。

さらに、間引き動作を行うには、新たに間引き基準センサの測定値および間引き期間を再設定し、図９に示すフローチャートに基づいて、実施してもよい。

図６は、表示部に表示したメンテナンス画面の一例を示すものである。画面には、「日時」、「最高温度」、「アラーム」情報、「グラフ」の有無が表示されている。これらは、インデックスファイルから抽出されたものである。データを２つのファイルに分けることなく、１つのファイルに記録したものから抽出する場合と比較して、インデックスファイルのみからの抽出であれば、処理時間が短縮されることになる。また、メンテナンス画面ではサンプリング周期やインデックス基準値、間引き期間等の設定を行うことができる。

上記の間引き期間に代えて、記憶部の一定の記憶容量を設定し、データが設定した記憶容量を超えているか、否かで、１回の間引き動作を行うファイルの容量を設定するようにしてもよい。

尚、上記の実施形態では、データの書き込み、得られたデータが最大値であるか否かの比較、データの演算、間引きなどを制御手段であるＣＰＣ８により行っているが、このＣＰＵ８は専用に設けても、数値制御装置のＣＰＵなどを用いても良い。逆にこれらの書く動作を行うために個別の処理装置を設けるようにしても良い。

この発明による運転状態監視装置の構成を示すブロック図である。同装置の記憶部に設けられたインデックスファイルに書き込まれた内容を示す説明図である。同記憶部に設けられたデータファイルに書き込まれた内容を示す説明図である。図２のインデックスファイルとは別のインデックスファイルに書き込まれた内容を示す説明図である。主軸回転速度と判断値の関係を示すグラフである。表示部に表示された画面を示す説明図である。同装置による記憶部への書き込み動作の実施形態を示すフローチャートである。図７に示す実施形態とは別の実施形態を示すフローチャートである。記憶部に書き込まれたデータの間引き動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１〜５センサ
６記憶部
８ＣＰＵ

Claims

工作機械の運転情報を検出する第１のセンサと、データファイルおよびインデックスファイルが設けられている記憶部と、サンプリング周期毎に第１のセンサのデータをデータファイルに書き込みかつ第１のセンサのデータのうち、選択されたデータのみをインデックスファイルに書き込む制御手段であって、あらかじめ設定された条件を満足するデータをインデックスファイルに書き込む制御手段とを備えている工作機械の運転状態監視装置。
前記第１のセンサとは別に少なくとも１つの第２のセンサを有し、前記第１のセンサのデータをインデックスファイルに書き込む際に、前記第１のセンサのデータと共に前記第２のセンサのデータをインデックスファイルに書き込む手段を備えた請求項１に記載の工作機械の運転状態監視装置。
前記条件が、それまでに検出した第１のセンサのデータの最大値である請求項１または２に記載の工作機械の運転状態監視装置。
前記条件が、データの演算値を比較して求める請求項１または２に記載の工作機械の運転状態監視装置。
インデックスファイルを検索し、あらかじめ設定された条件を満足したインデックスファイルを選択し、選択したインデックスファイル以外のインデックスファイルと対応するデータファイルの記憶データを削除する間引き手段を備えている請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械の運転状態監視装置。
工作機械の異常時にアラーム情報を発生するアラーム手段を備えており、アラーム手段のアラーム情報がインデックスファイルに書き込まれるようになされている請求項１〜５いずれか１つに記載の工作機械の運転状態監視装置。
アラーム情報が書き込まれたインデックスファイルと対応するデータファイルの記憶データは、間引き手段によって削除されないようになされている請求項６に記載の工作機械の運転状態監視装置。