JP2016163916A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも精度良く工具の状態を判定する。【解決手段】電気を使用して駆動するアクチュエータをプログラムに基づいて制御すると共に該アクチュエータの動力を利用して工具を動作させて加工処理を実行する加工装置の動作を監視する監視装置であって、電気の波形を検出する検出部と、検出部によって検出される電気の波形とプログラムに基づく動作の履歴が記録されたログとを紐付けしたデータベースを生成し、該データベースからプログラムの特定箇所に対応した電気の波形を抽出し、抽出した電気の波形に基づいて工具の状態を判定する判定部を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、監視装置に関する。

現在、立体物を製作するためには、加工目的に合わせて削りあるいは穴あけ等の各種加工を１台で行うことができるマシニングセンタと称す加工装置が使用される。加工装置は、例えば、ＣＡＤデータから数値プログラムを生成し、該数値プログラムに基づいて削りあるいは穴あけ用等の多数の工具の座標位置を制御しながら３次元的に立体物を加工する。例えば、下記特許文献１には、上述した加工装置が開示されている。

特開２０１３−２５２５９４号公報

ところで、上記従来技術では、例えば、工具の交換時期を、加工装置を使用して作業する作業者の経験則に基づいて判断していた。例えば、作業者は、加工装置を使用した経験から、工具を特定の回数使用すると、工具による加工状態に変化が生じるため、上記特定の回数よりも、数回前に工具が交換時期となったと判断していた。しかしながら、上記作業者による経験則に基づいた交換時期の判断は、固体差を考慮せずに一律に行われ、実際には使用可能であるにもかかわらず、工具の交換時期であると判断してしまい、工具の状態の判断の精度が低いという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも精度良く工具の状態を判定することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、電気を使用して駆動するアクチュエータをプログラムに基づいて制御すると共に該アクチュエータの動力を利用して工具を動作させて加工処理を実行する加工装置の動作を監視する監視装置であって、前記電気の波形を検出する検出部と、前記検出部によって検出される前記電気の波形と前記プログラムに基づく動作の履歴が記録されたログとを紐付けしたデータベースを生成し、該データベースから前記プログラムの特定箇所に対応した前記電気の波形を抽出し、抽出した前記電気の波形に基づいて前記工具の状態を判定する判定部を具備する、という手段を採用する。

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記特定箇所は、前記プログラムの行単位で設定される、という手段を採用する。

本発明では、第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記特定箇所とは、前記プログラムのコマンド単位で設定される、という手段を採用する。

本発明では、第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記特定箇所とは、前記プログラムの複数のコマンドからなる動作単位で設定される、という手段を採用する。

本発明では、第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、データベースに基づいて特定箇所に応じた電流量あるいは電力量を算出する演算部を備える、という手段を採用する。

本発明では、第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれか１つの解決手段において、検出部は、電気の電流波形を検出する電流センサである、という手段を採用する。

本発明では、第７の解決手段として、上記第１〜第５のいずれか１つの解決手段において、検出部は、電気の電力波形を検出する電力センサである、という手段を採用する。

本発明では、第８の解決手段として、上記第１〜第７のいずれか１つの解決手段において、工具は、ドリルであり、アクチュエータは、ドリルを軸心を中心に回転させるモータである、という手段を採用する。

本発明によれば、電気を使用して駆動するアクチュエータをプログラムに基づいて制御すると共に該アクチュエータの動力を利用して工具を動作させて加工処理を実行する加工装置の動作を監視する監視装置であって、電気の波形を検出する検出部と、検出部によって検出される電気の波形とプログラムに基づく動作の履歴が記録されたログとを紐付けしたデータベースを生成し、該データベースからプログラムの特定箇所に対応した電気の波形を抽出し、抽出した電気の波形に基づいて工具の状態を判定する判定部を具備することによって、従来よりも精度良く工具の状態を判定できる。

本発明の一実施形態に係る監視装置及びマシニングセンタの構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る監視装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る監視装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるドリルの状態の判定方法の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る監視装置Ｋは、部品等の立体物を製作するマシニングセンタＭに設けられる工具の状態を監視するものである。監視装置Ｋの詳細について説明する前に、上記マシニングセンタＭについて説明する。

マシニングセンタＭは、基台ｍ１、Ｙ方向移動装置ｍ２、Ｘ方向移動装置ｍ３、コラムｍ４、Ｚ方向移動装置ｍ５、主軸ヘッドｍ６、主軸モータｍ７、ドリルｍ８及び制御部ｍ９を備える。このマシニングセンタＭは、例えば、ＣＡＤデータに基づく数値プログラムを利用して、穴あけ用のドリルｍ８の座標位置を制御しながら対象物に穴あけ加工を施す。

基台ｍ１は、Ｙ方向移動装置ｍ２を支持する台であり、上面にＹ方向移動装置ｍ２が取り付けられている。
Ｙ方向移動装置ｍ２は、基台ｍ１の上面に設置され、図示しないモータ等の駆動装置を駆動源として、Ｘ方向移動装置ｍ３をＹ方向移動可能なように支持する。

Ｘ方向移動装置ｍ３は、Ｙ方向移動装置ｍ２によってＹ方向移動可能に支持されると共に、図示しないモータ等の駆動装置を駆動源として、コラムｍ４をＸ方向移動可能なように支持する。
コラムｍ４は、Ｚ方向移動装置ｍ５を支持するための柱状の部材であり、前面にＺ方向移動装置ｍ５が取り付けられている。

Ｚ方向移動装置ｍ５は、コラムｍ４の前面に固定されており、図示しないモータ等の駆動装置を駆動源として、主軸ヘッドｍ６をＸ方向移動可能なように支持する。
主軸ヘッドｍ６は、Ｚ方向移動装置ｍ５によってＺ方向移動可能に支持される柱状の部材であり、その下側の先端部に主軸モータｍ７が取り付けられている。

主軸モータｍ７は、ドリルｍ８を回転駆動するアクチュエータであり、主軸ヘッドｍ６の下側の先端部に設置されている。この主軸モータｍ７は、図示しない駆動回路を備え、外部の交流電源（図示略）から供給される交流電力を、駆動回路によって３相交流電力に変換し、３相交流電力に基づいて回転する。また、上記駆動回路は、制御部ｍ９によって制御されて、交流電源から供給される交流電力を３相交流電力に変換する。

ドリルｍ８は、主軸モータｍ７の回転軸に接続され、主軸モータｍ７による回転力に基づいて軸心を中心に回転し、対象物に穴を設けるための穴あけ工具である。マシニングセンタＭでは、該ドリルｍ８を他の工具に交換することが可能である。

制御部ｍ９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びインターフェイス回路等から構成されている。なお、インターフェイス回路は、電気的に相互接続された各部と各種信号の送受信を行う。この制御部ｍ９は、上記ＲＯＭに記憶された数値プログラムやその他プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に各部と通信を行うことによりマシニングセンタＭの全体動作を制御する。

例えば、制御部ｍ９は、数値プログラムに基づいてＹ方向移動装置ｍ２、Ｘ方向移動装置ｍ３、Ｚ方向移動装置ｍ５及び主軸モータｍ７を制御して、対象物に穴あけ加工を施すと共に、数値プログラムに基づく動作の履歴が記録されたログを記憶する。なお、制御部ｍ９の動作の詳細については、後述する。

上記監視装置Ｋは、図２に示すように、電力センサ１及び演算装置２を備えている。
電力センサ１は、交流電源から主軸モータｍ７に供給される電力の電流を検出する電流センサと、電圧を検出する電圧センサとを備え、検出した電流と電圧とに基づいて電力を算出し、該電力を示す検出信号を演算装置２に出力する。

電流センサとしては、例えば、電流の通過する電線の周囲に発生する磁界をホール効果により測定するセンサや、電流の通過する電線に抵抗を挿入し抵抗で生じる電位降下を測定するセンサが使用可能である。電圧センサとしては、例えば、抵抗により電圧を分圧し、ＡＤ（Analog to Digital）コンバータで電圧をデジタル値に変換するセンサが使用可能である。

演算装置２は、操作部ａ１、通信部ａ２、表示部ａ３及び補助記憶部ａ４、主記憶部ａ５及び演算制御部ａ６を備えている。演算制御部ａ６は、本実施形態における判定部及び演算部である。

操作部ａ１は、キーボード及びマウス等の入力デバイスである。
通信部ａ２は、通信ケーブルを介して電力センサ１及びマシニングセンタＭに接続され、電力センサ１及びマシニングセンタＭと信号を送受信する通信インターフェイスである。
表示部ａ３は、例えば、液晶カラーディスプレイであり、演算制御部ａ６の制御指令に基づいて各種画像を表示する。

補助記憶部ａ４は、例えばフラッシュメモリまたはハードディスク等の補助記憶装置であり、演算制御部ａ６によって実行される制御プログラムの１つであるドリル判定プログラム等を記憶する。また、補助記憶部ａ４は、電力センサ１によって検出される電力の波形と上記ログとが紐付けられたデータベースＤＢを記憶する。上記データベースＤＢは、演算制御部ａ６によって作成される。

主記憶部ａ５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成されている主記憶装置である。主記憶部ａ５は、演算制御部ａ６の制御指令に基づいて、補助記憶部ａ４に記憶されているドリル判定プログラム等などの制御プログラムを読み出し、記憶する。

演算制御部ａ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成される演算処理装置である。演算制御部ａ６は、主記憶部ａ５に記憶されるドリル判定プログラム等などの制御プログラムに基づいて演算装置２の全体動作を制御する。詳細については後述するが、演算制御部ａ６は、各種の処理の一環として、上記データベースＤＢを生成し、該データベースＤＢから数値プログラムの特定箇所に対応した電力の波形を抽出し、抽出した電力の波形に基づいてドリルｍ８の状態を判定する。

次に、このように構成された監視装置Ｋの動作について、詳しく説明する。

例えば、マシニングセンタＭを使用して対象物に穴あけ加工を実施しようとするユーザは、まず、マシニングセンタＭの操作部（図示略）を操作して、穴あけ加工を実施するための操作指示をマシニングセンタＭの操作部に入力する。

マシニングセンタＭでは、制御部ｍ９は、操作部から上記操作指示を受け付けると、Ｙ方向移動装置ｍ２、Ｘ方向移動装置ｍ３、Ｚ方向移動装置ｍ５及び主軸モータｍ７を穴あけ加工を実施するように制御する。これにより、対象物には、マシニングセンタＭによって穴あけ加工が実施される。また、制御部ｍ９は、数値プログラムに基づく動作の履歴が記録されたログを記憶する。このログには、例えば、実行されたプログラムや、その時刻等が記録されている。

一方、演算装置２において、演算制御部ａ６は、ドリル判定プログラムに基づいて以下の特徴的な処理を行う。まず、演算制御部ａ６は、電力センサ１から電力の波形を取得すると共に、マシニングセンタＭの制御部ｍ９から上記ログとを取得する（ステップＳ１）。

そして、演算制御部ａ６は、上記電力の波形と上記ログとを紐付けたデータベースＤＢを作成し、該データベースＤＢを補助記憶部ａ４に記憶させる（ステップＳ２）。例えば、上記データベースＤＢでは、実行された１行毎のプログラムに対して電力の波形が紐付けされている。

続いて、演算制御部ａ６は、予め設定される数値プログラムの特定箇所に対応した電力の波形を上記データベースＤＢから抽出する（ステップＳ３）。ここで、上記特定箇所は、数値プログラムの行単位で設定される。つまり、演算制御部ａ６は、予め設定される数値プログラムのある行からある行までの電力の波形を、データベースＤＢから抽出する。

また、上記特定箇所は、数値プログラムの行単位ではなく、数値プログラムのコマンド単位で設定されていてもよい。上記コマンドとは、例えば、主軸モータｍ７等の動作の開始あるいは停止等を指示するためのプログラムであり、数値プログラムに記述されている。なお、数値プログラムには、上記コマンドの他に、変数を設定するプログラム等が記述されている。つまり、演算制御部ａ６は、予め設定される数値プログラムのあるコマンドからあるコマンドまでの電力の波形を、データベースＤＢから抽出するようにしてもよい。

また、上記特定箇所は、数値プログラムの行単位あるいはコマンド単位ではなく、動作単位で設定されていてもよい。上記動作とは、複数のコマンドからなる一連の動作である。つまり、演算制御部ａ６は、予め設定される数値プログラムのある動作からある動作までの電力の波形を、データベースＤＢから抽出するようにしてもよい。なお、上記特定箇所については、ユーザによって設定可能である。

続いて、演算制御部ａ６は、抽出した電力の波形に基づいてドリルｍ８の状態を判定する（ステップＳ４）。マシニングセンタＭでは、使用されることでドリルｍ８が劣化した場合、新品であるドリルｍ８と比べて、穴あけ加工の実施時、主軸モータｍ７への負荷が大きくなる。

したがって、劣化したドリルｍ８を使用した場合と、新品であるドリルｍ８を使用した場合とで、同じ回転数で主軸モータｍ７を回転させる場合でも、主軸モータｍ７の消費電力が異なる。また、劣化したドリルｍ８を使用した場合には、新品であるドリルｍ８を使用した場合と比べて、電力の波形に乱れが生じる可能性がある。

演算制御部ａ６は、ドリルｍ８の状態を判定する際、例えばＲＴ法（Recognition Taguchi method；品質工学におけるマハラノビス・タグチシステムで提唱されているパターン認識手法の１つ）を用いてドリルｍ８の判定を行う。上記ＲＴ法とは、基準となる正常なパターンの集団である単位空間と、判定対象とを比較し、その距離の大小に基づいて判定対象が正常であるかまた異常であるかを判定する手法である。本実施形態では、新品であるドリルｍ８を使用した場合の電力波形のパターンからなる単位空間と、ドリルｍ８使用時の現在の電力波形のパターンとを比較し、その距離を判定する。

このように比較した場合、ドリルｍ８を使用して加工を行った回数に応じて距離は大きくなる（図４（ａ）参照）。しかしながら、ドリルｍ８は、一度劣化した後に、研磨等の処理が施されて、再度使用される場合がある。そのため、新品であるドリルｍ８を使用した場合の電力波形のパターンからなる単位空間と比較した場合、再度使用したドリルｍ８の劣化を精度良く判定することができない。そのため、新品であるドリルｍ８を使用した場合の電力の波形のパターンからなる単位空間と、過去一定期間の加工処理における電力の波形のパターンからなる単位空間とを用い、この２つの単位空間と、ドリルｍ８使用時の現在の電力波形のパターンとを比較し、２つの単位空間からの距離が所定のしきい値を超える場合に、ドリルｍ８が異常、つまりドリルｍ８が劣化して交換時期であると判定する。そして、演算制御部ａ６は、判定結果を表示部ａ３に表示させる。なお、新品であるドリルｍ８を使用した場合の電力の波形のパターンからなる単位空間との比較結果については、図４（ｂ）に示すように変化する。一方、過去一定期間の加工処理における電力の波形のパターンからなる単位空間との比較結果については、図４（ｃ）に示すように変化する。

また、本実施形態では、上記ＲＴ法以外にも、しきい値と、抽出した電力波形とを比較し、しきい値より電力が高い場合には、ドリルｍ８が異常、つまりドリルｍ８が劣化して交換時期であると判定するようにしてもよい。

この際、演算制御部ａ６は、抽出した電力の波形に基づいて上記特定箇所に応じた電力量を算出し、例えば、当該電力量を表示部ａ３に表示させるようにしてもよい。このように電力量を算出し、当該電力量を表示部ａ３に表示することで、上記特定箇所における使用電力をユーザに通知することができる。

このような本実施形態によれば、電力を使用して駆動する主軸モータｍ７を数値プログラムに基づいて制御すると共に該主軸モータｍ７の動力を利用してドリルｍ８を動作させて加工処理を実行するマシニングセンタＭの動作を監視する監視装置Ｋであって、電力の波形を検出する電力センサ１と、電力センサ１によって検出される電力の波形と数値プログラムに基づく動作の履歴が記録されたログとを紐付けしたデータベースを生成し、該データベースからプログラムの特定箇所に対応した電力の波形を抽出し、抽出した電力の波形に基づいてドリルｍ８の状態を判定する演算装置２を具備することによって、従来よりも精度良く工具の状態を判定できる。

また、本実施形態によれば、数値プログラムの上記特定箇所を、数値プログラムの行単位、コマンド単位あるいは動作単位と様々な単位で設定できるようにすることで、ユーザが所望する単位で設定された上記特定箇所における電力の波形に基づいてドリルｍ８の劣化の判定を行うことが可能となる。
また、本実施形態によれば、抽出した電力の波形に基づいて上記特定箇所に応じた電力量を算出し、該電力量をユーザに通知するので、ユーザは、特定箇所における使用電力を認識することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。

（１）上記実施形態では、電力センサ１によって、マシニングセンタＭの主軸モータｍ７に供給される電力を検出し、検出した電力の波形に基づいてドリルｍ８の判定処理を実行しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、電力センサ１に代わって、電流センサを設けるようにしてもよい。つまり、本発明は、電力の波形に基づいてドリルｍ８の判定処理を実行するようにしてもよい。
（２）本実施形態では、ドリルｍ８の状態を判定しているが、本発明は主軸モータｍ７によって駆動される工具であれば、ドリルｍ８に限定されない。

Ｋ…監視装置、Ｍ…マシニングセンタ、ｍ１…基台、ｍ２…Ｙ方向移動装置、ｍ３…Ｘ方向移動装置、ｍ４…コラム、ｍ５…Ｚ方向移動装置、ｍ６…主軸ヘッド、ｍ７…主軸モータ、ｍ８…ドリル、ｍ９…制御部、１…電力センサ、２…演算装置、ａ１…操作部、ａ２…通信部、ａ３…表示部、ａ４…補助記憶部、ａ５…主記憶部、ａ６…演算制御部

Claims (8)

1. 電気を使用して駆動するアクチュエータをプログラムに基づいて制御すると共に該アクチュエータの動力を利用して工具を動作させて加工処理を実行する加工装置の動作を監視する監視装置であって、
   前記電気の波形を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出される前記電気の波形と前記プログラムに基づく動作の履歴が記録されたログとを紐付けしたデータベースを生成し、該データベースから前記プログラムの特定箇所に対応した前記電気の波形を抽出し、抽出した前記電気の波形に基づいて前記工具の状態を判定する判定部を具備することを特徴とする監視装置。
2. 前記特定箇所は、前記プログラムの行単位で設定されることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
3. 前記特定箇所とは、前記プログラムのコマンド単位で設定されることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
4. 前記特定箇所とは、前記プログラムの複数のコマンドからなる動作単位で設定されることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
5. 前記データベースに基づいて前記特定箇所に応じた電流量あるいは電力量を算出する演算部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の監視装置。
6. 前記検出部は、前記電気の電流波形を検出する電流センサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の監視装置。
7. 前記検出部は、前記電気の電力波形を検出する電力センサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の監視装置。
8. 前記工具は、ドリルであり、
   前記アクチュエータは、前記ドリルを軸心を中心に回転させるモータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の監視装置。

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