JP2016030306A - 工具折損、又はワークの検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検出範囲を含む原点位置から終点位置までの所定角度範囲で回動自在な接触式の検出子と、その検出子を回動駆動させるステッピングモータと、検出子の現在位置を検出する磁気式エンコーダと、原点位置検出用のフォトセンサと、ステッピングモータの脱調が発生していない状態で検出子が終点位置に到達するまでの期間を基準駆動期間として検出子を回動制御する手段と、磁気式エンコーダの出力に基づいて検出対象の有無を判定する手段と、検出子との当接が検出されておらず且つ検出子が基準駆動期間内に検出範囲の上限に到達していないと判定された場合、ステッピングモータへの励磁パルスの出力を停止せずに、検出子が検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続け、判定処理を継続させる制御手段と、を備える。
【選択図】図1
Description
(課題1)
ニードルを回転駆動するアクチュエータは、一般にDCモータが使用されているが、DCモータはブラシの摩耗による短寿命が問題となる。
(課題2)
トルクと回転数を最適化するためのギアが、工具接触時の衝撃で摩耗することにより短寿命が問題となる。
(課題3)
スイッチ検出タイプと電流検出タイプは検出角度に応じたセンサ(例えば特許文献1の角度検知光センサ59〜61を参照)が必要となり、管理コストが高くなる。
(課題4)
スイッチ検出タイプにおける機械式接点のセンサは寿命が問題となる。
(課題5)
光学式エンコーダ検出タイプは、エンコーダ接続部のカップリングが緩み、軸がずれることによる誤動作が問題となる。
前記センシングヘッドは、
扇形状の検出範囲を含む原点位置から終点位置までの所定角度範囲で回動自在な接触式の検出子と、その検出子を回動駆動させるアクチュエータとしてのステッピングモータと、前記検出子の現在位置を検出するセンサとしての磁気式エンコーダと、原点位置を検出するフォトセンサと、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記検出子を前記ステッピングモータのフィードバック制御により回動制御すると共に前記外部装置との間の通信制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、
前記ステッピングモータの脱調が発生していない状態で前記検出子が前記終点位置に到達するまでの期間を前記検出子の基準駆動期間として前記検出子を所定の加減速パターンで回動制御する制御手段と、前記基準駆動期間内に前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接したか否かを前記磁気式エンコーダの出力に基づいて検出することにより前記検出対象の有無を判定する判定手段と、前記判定手段により前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されておらず且つ前記検出子が前記基準駆動期間内に前記検出範囲の上限に到達していないと判定された場合、前記基準駆動期間の経過時点で前記ステッピングモータへの励磁パルスの出力を停止せずに、前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続け、前記判定手段による判定処理を継続させる制御を行う脱調許容制御手段と、を有する
ことによって達成される。
前記脱調許容制御手段が前記基準駆動期間の経過後に出し続ける励磁パルスは、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる脱調許容制御用の励磁パルスであり、前記脱調許容制御手段は、その励磁パルスを前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されるまで又は前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで前記ステッピングモータに出し続けること、
前記ステッピングモータの脱調発生時における該モータの駆動の継続期間を規定した脱調許容制御用タイマーを設け、前記制御手段は、前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接されずに前記脱調許容制御用タイマーがタイムアウトとなった場合は、前記検出子が回転しない程の著しい脱調が発生していると判断して前記励磁パルスの出力を停止すると共に異常発生を示すアラーム情報を前記外部装置に出力すること、
前記所定の加減速パターンでの回動制御の前に、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を一定時間回動させる制御を行うことによって前記ステッピングモータの脱調を防止する脱調防止制御手段を更に有すること、
前記脱調防止制御手段は、前記検出子の位置を前記原点位置に復帰させる際には、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる制御を行うこと、
前記脱調防止制御手段は、前記検出子による検出動作を待機状態にした後及び前記検出対象の有無の判定後の一定期間は、前記ステッピングモータを動作させない制御を行うこと、
前記コントロールユニットは、その操作部又は前記外部装置からの設定情報として、前記原点位置から終点位置までの角度範囲及び前記検出子の回転速度の変更情報、又はいずれか一方の変更情報を入力し、入力した変更情報に基づいて前記検出子の回動制御に関連する制御情報を調整する制御情報調整手段を更に有すること、
によってそれぞれ一層効果的に達成される。
本発明では、検出子を回動駆動させるアクチュエータにステッピングモータを利用しているので、耐久性の向上を図ることができる。すなわち、ステッピングモータはDCモータと異なりブラシがないため摩耗の問題がなく長寿命化を実現することができる。また、ACサーボモータやDCブラシレスモータと比較して、ステッピングモータは安価なので、低コスト化を図ることができる。
本発明では、基準駆動期間内に検出範囲の上限に検出子が到達していない状態、すなわち、ステッピングモータにおいて脱調が発生している状態においても、励磁パルスの出力を停止せずに、検出子が検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続けて継続するようにしているので、多少の脱調が発生している状態においても検出対象の有無を検出することができる。そのため、脱調時の誤動作を防止すると共に、脱調に対する検出装置の耐久性を向上させることが可能となる。
本発明では、適当な回転数、トルクのステッピングモータの採用によってギアが不要な構造になり、ギアの摩耗による破損が生じない。そのため、トルクと回転数を最適化するためのギアが必要となる従来の装置と比較して、機械的消耗部を従来よりも低減して装置の耐久性を向上させることが可能となる。
本発明では、検出子の現在位置を検出するセンサに磁気式エンコーダを利用しているので、耐久性の向上を図ることができると共に、従来の装置のカップリング部の軸ずれによる誤動作を防止することができる。すなわち、磁気式エンコーダはモータ回転軸に対して、カップリングなどの機械的接続部が不要のため、カップリング部の軸ずれが起こらない。
本発明では、エンコーダによる位置検出のため、1種類のセンサで全ての検出角度に対応することができる。そのため、検出角度に応じた複数の光センサを備えた従来の装置と比較して、管理コストを低減させることができる。
本発明では、原点位置の検出はフォトセンサを用いて電子的接点により検出するようにしているので、機械式接点により検出する従来の装置と比較して、耐久性を向上させることができる。
ニードル動作制御手段21aは、ステッピングモータ12のフィードバック制御によりニードル11を回動制御する手段であり、本実施の形態では、指令パルス(励磁パルス)によるステッピングモータ12の駆動制御によって、ニードル11を所定角度範囲及び所定回転速度で回動制御するようにしている。
脱調許容制御用タイマー21bは、脱調発生時におけるモータ12の駆動の継続期間を規定したタイマーであり、脱調防止用の所定速度(本実施の形態ではニードル11の可変速域のうちの最低速度)で回動制御されるニードル12が、その速度で所定位置に到達するまでの時間がタイマー21bとして設定される。なお、ここで言う「所定位置」とは、検出動作時は検出範囲θの上限Peを意味し、原点復帰動作時は原点位置を意味している。また、上記タイマー21bは、前述のように、ステッピングモータ12の著しい脱調(ニードル11が回転しない程の脱調状態)を検出するためのタイマーとしても使用される。
検出対象有無判定手段(以下「判定手段」と呼ぶ)21cは、磁気式エンコーダ13の出力に基づいて工具の折損(又はワーク)の有無を判定する手段であり、ニードル11が検出範囲θの上限Pe(図3(A)及び(B)参照)を超えて停止するか、またはニードル11が工具1に衝突して停止した場合に、工具の折損有無の判定処理を行う。
脱調防止制御手段21dは、ステッピングモータ12の脱調をなるべく発生させないようにニードル11の動作速度を制御する手段である。
検出動作の際に、ステッピングモータ12の台形駆動制御(台形状又は三角形状の駆動制御)の前に、ニードル11の可変速域のうちの最低速度でニードル11を一定時間(最低速度期間)動作させる制御。なお、最低速度期間は、本実施の形態では、脱調がない場合にニードルが終点位置に到達するまでの時間(振り角度と回転速度から理論的に得られる時間)から、上記台形状又は三角形状の駆動期間を差し引いた時間としている。
ニードル11の位置を原点位置に復帰させる際に、その原点位置の方向へニードル11を上記最低速度で動作させる制御。
脱調許容制御手段21eは、多少の脱調が発生している場合にも、工具の折損有無の検出を可能とするための手段であり、本実施の形態では、ステッピングモータ12の脱調が発生している状態でも工具折損装置として問題ないのであれば、脱調させながらもニードルを動作させるようにしている。
制御情報調整手段21fは、操作部25からのニードル11の振り角度(角度範囲)及び回転速度の変更情報(又はいずれか一方の変更情報)を入力し、その変更情報に基づいてニードル11の回動制御に関連する制御情報(ニードルの最高速度、最低速度、加速時間、減速時間、ニードルの振り角度、工具の検出範囲、脱調許容制御用タイマーの値等の標準設定情報)を調整する手段である。
外部通信手段21gは、各種工作機械や工具交換装置の制御装置などの外部装置30との間で情報の送受信を行うための通信手段である。
原点復帰処理(A)は、前述のように、ニードル11を原点の位置まで移動させる動作(原点復帰動作)を実行させる処理であり、この原点復帰動作は、先ず電源オンの直後に後退指令が入力されると実行される。また、待機状態においてニードル11が原点位置から外れた場合、またはアラーム解除後の原点復帰も、この原点復帰動作が実行される。
待機処理は、待機状態(工具折損検出動作の開始指令待ちの状態)において、コントロールユニット20において実行される処理であり、原点復帰処理(A)によるニードル11の原点復帰動作の完了後、または原点復帰処理(B)によるニードル11の原点復帰動作の完了後に、この待機処理が実行される。
前述のように、待機状態になってから一定時間経過後に検出動作の開始指令を入力すると(前進指令入力がオンすると)、工具折損の検出動作に移行する。
コントロールユニット20は、上記検出動作を実行させた後、ニードル11が停止した位置をもとに工具折損有無の判定を行う。
コントロールユニット20は、上記工具折損有無の判定処理の完了後に、操作部25の設定により、自動でまたは、後退指令入力がオンになると原点復帰処理(B)に移行する。
コントロールユニット20は、各動作中、前述のタイマー21b(T1〜T3)のタイムアウトでアラーム状態に移行する。
10 センシングヘッド
10a 取付具
11 ニードル
11a ニードルキャップ
12 アクチュエータ(ステッピングモータ)
12a 回転軸
13 位置検出センサ(磁気式エンコーダ)
14 原点センサ(フォトセンサ)
15 入出力部
15a 情報伝送手段(ケーブル)
20 コントロールユニット
21 制御部
21a ニードル動作制御手段
21b 脱調許容制御用タイマー
21c 検出対象有無判定手段
21d 脱調防止制御手段
21e 脱調許容制御手段
21f 制御情報調整手段
21g 外部通信手段
22 入出力部
23 記憶部
24 表示部(モニタ用LED)
25 操作部
30 外部装置
Claims (7)
- ワークを加工する工具の折損、又はワークを検出対象として、前記検出対象の有無を接触方式にて検出するためのセンシングヘッドと、前記センシングヘッドの動作制御を行うと共に前記検出対象の有無を示す検出結果を外部装置へ出力する機能を有するコントロールユニットと、を備えた工具折損、又はワークの検出装置であって、
前記センシングヘッドは、
扇形状の検出範囲を含む原点位置から終点位置までの所定角度範囲で回動自在な接触式の検出子と、その検出子を回動駆動させるアクチュエータとしてのステッピングモータと、前記検出子の現在位置を検出するセンサとしての磁気式エンコーダと、原点位置を検出するフォトセンサと、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記検出子を前記ステッピングモータのフィードバック制御により回動制御すると共に前記外部装置との間の通信制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、
前記ステッピングモータの脱調が発生していない状態で前記検出子が前記終点位置に到達するまでの期間を前記検出子の基準駆動期間として前記検出子を所定の加減速パターンで回動制御する制御手段と、
前記基準駆動期間内に前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接したか否かを前記磁気式エンコーダの出力に基づいて検出することにより前記検出対象の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されておらず且つ前記検出子が前記基準駆動期間内に前記検出範囲の上限に到達していないと判定された場合、前記基準駆動期間の経過時点で前記ステッピングモータへの励磁パルスの出力を停止せずに、前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続け、前記判定手段による判定処理を継続させる制御を行う脱調許容制御手段と、を有することを特徴とする工具折損、又はワークの検出装置。 - 前記脱調許容制御手段が前記基準駆動期間の経過後に出し続ける励磁パルスは、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる脱調許容制御用の励磁パルスであり、前記脱調許容制御手段は、その励磁パルスを前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されるまで又は前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで前記ステッピングモータに出し続けることを特徴とする請求項1に記載の工具折損、又はワークの検出装置。
- 前記ステッピングモータの脱調発生時における該モータの駆動の継続期間を規定した脱調許容制御用タイマーを設け、前記制御手段は、前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接されずに前記脱調許容制御用タイマーがタイムアウトとなった場合は、前記検出子が回転しない程の著しい脱調が発生していると判断して前記励磁パルスの出力を停止すると共に異常発生を示すアラーム情報を前記外部装置に出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の工具折損、又はワークの検出装置。
- 前記所定の加減速パターンでの回動制御の前に、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を一定時間回動させる制御を行うことによって前記ステッピングモータの脱調を防止する脱調防止制御手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の工具折損、又はワークの検出装置。
- 前記脱調防止制御手段は、前記検出子の位置を前記原点位置に復帰させる際には、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の工具折損、又はワークの検出装置。
- 前記脱調防止制御手段は、前記検出子による検出動作を待機状態にした後及び前記検出対象の有無の判定後の一定期間は、前記ステッピングモータを動作させない制御を行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の工具折損、又はワークの検出装置。
- 前記コントロールユニットは、その操作部又は前記外部装置からの設定情報として、前記原点位置から終点位置までの角度範囲及び前記検出子の回転速度の変更情報、又はいずれか一方の変更情報を入力し、入力した変更情報に基づいて前記検出子の回動制御に関連する制御情報を調整する制御情報調整手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の工具折損、又はワークの検出装置。
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