JP2016165082A

JP2016165082A - 無線機

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Publication number: JP2016165082A
Application number: JP2015045193A
Authority: JP
Inventors: 啓介齋藤; Keisuke Saito; 泰司吉川; Taiji Yoshikawa
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: CN107210804A; EP3267596B1; EP3267596A1; EP3267596A4; CN107210804B; WO2016143591A1; US20170346538A1; US10298303B2; JP6376004B2

Abstract

【課題】所定の閉空間内で無線通信を介して、センサによる計測データを好適に収集し得る無線機を提供する。
【解決手段】所定の閉空間内において、所定の環境パラメータを計測するセンサと無線通信が可能となるように形成された無線機であって、所定の閉空間内に配置され、センサと無線通信を行うためのアンテナ部と、センサからアンテナ部への送信電波に基づいて所定の閉空間内に想定される定在波、又は該アンテナ部から該センサへの送信電波に基づいて該所定の閉空間内に想定される定在波が、無線通信での時間経過とともに変動するように、該アンテナ部による無線電波の送受信形態を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線機に関する。

加工対象物の切削加工等を行う工作機械では、加工精度を管理するために、その切削工具等の状態を正確に把握することが求められる。そこで、特許文献１では、工作機械毎に切削工具の診断装置を設け、主軸モータの電流データを収集して主軸モータに装着される切削工具の状態を診断する技術が開示されている。各工作機械に設けられた主軸モータの電流センサに計測された電流データが、所定時間ごとに無線ＬＡＮで診断装置に無線送信される。そして、電流データが集約される診断装置側で、その電流データを利用して、切削工具の状態がほぼ同時にリアルタイムで診断される。

また、加工中の切削工具の状態に関する情報を収集する際に、無線通信を利用した情報収集の手法も広く利用されている。例えば、特許文献２では、切削工具に関する物理情報を取得するためのセンサのケーブル部材に対して、無線通信を行う通信部を着脱可能に配置する構成が採用されている。このような配置によれば、ケーブル部材をセンサの本体側に取り付けた状態で通信部を分離することができるため、切削工具を交換する際には通信部と分離して、切削工具とともにセンサの本体部を交換すればよく、交換作業の作業効率の向上が図られる。

特開２０１３−８６１９６号公報特開２０１２−２０３５９号公報

切削等を行う工作機械等では、その切削工具の状態は加工精度に大きく影響を及ぼすため、加工精度の管理等の観点から切削工具の状態を監視することは極めて重要である。この切削工具の状態を表す環境パラメータとしては、例えば、切削工具の温度や振動等、様々な物理パラメータが挙げられる。そして、これらの環境パラメータを計測するためには、切削工具の近傍に計測のためのセンサを配置する必要がある。一方で、このような切削加工が行われる環境では切削油が利用されるため、センサへの給電ケーブルや計測データの伝送ケーブルが切削油の影響を受けて劣化しやすい。そのため、これらのケーブルは、適時交換を行う必要があり、工作機械の加工効率を低下させる要因ともなる。

そこで、センサからの計測データの伝送を無線通信を介して行うワイヤレスセンサシステムを採用することで、センサに関するケーブルの利用を回避することが可能となる。しかしながら、切削加工が行われる環境では上記の通り切削油等が使用され、また、切削工具が高速で回転等するため、安全衛生の観点等から、加工中に切削が行われる空間へのアクセスを禁止すべく当該切削加工は所定の閉空間内で行われる。このような所定の閉空間での加工は、切削加工だけではなくプレス加工やレーザ加工等、様々な加工についても同様である。そして、閉空間で無線通信を介して計測データの収集を行おうとすると、その閉空間内に無線電波による定在波が発生し、閉空間内で良好な無線通信を行うことが困難となる領域（すなわち、定在波の節）がスポット的に発生する場合があり、場合によっては計測データの収集が阻害される恐れがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、所定の閉空間内で無線通信を介して、センサによる計測データを好適に収集し得る無線機を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を解決するために、無線機のアンテナ部による無線電波の送受信形態に着目した。詳細には、本発明は、所定の閉空間内において、所定の環境パラメータを計測するセンサと無線通信が可能となるように形成された無線機であって、前記所定の閉空間内に配置され、前記センサと無線通信を行うためのアンテナ部と、前記センサから前記アンテナ部への送信電波に基づいて前記所定の閉空間内に想定される定在波、又は該アンテナ部から該センサへの送信電波に基づいて該所定の閉空間内に想定される定在波が、前記無線通信での時間経過とともに変動するように、該アンテナ部による無線電波の送受信形態を制御する制御部と、を備える。

本発明に係る無線機は、アンテナ部を介してセンサと無線通信可能に形成されている。したがって、このセンサも、当該無線機と無線通信が可能となるように、その内部に所定のアンテナ部を有しているが、上記制御部は無線機自身が有するアンテナ部による無線電波の送受信形態を制御するように構成されている。ここで、センサが配置される所定の閉空間は、センサの計測対象となる所定の環境パラメータがセンサにより検出可能な程度に顕在している空間であり、当該所定の環境パラメータとしては、温度、湿度、振動（加速度）等の物理的なパラメータや、所定の物質の濃度等の化学的パラメータ等が挙げられる。また、所定の閉空間は、様々な目的のためにある程度、外部から物理的に閉じられた空間であればよく、例えば、工作機械等において安全衛生の観点から形成される程度の閉空間であってもよく、または必要に応じて外部との換気が規制される程度の閉空間であってもよい。いずれにせよ、所定の閉空間は、外部とある程度区切られるための物理的な壁等によって形成される。

このような所定の閉空間の一例としては、その内部に加工対象物を機械加工するための所定の加工装置が配置されるとともに、該所定の加工装置による機械加工時には機械加工のための潤滑油が使用されるような閉空間が挙げられる。このような所定の閉空間では、機械加工によって発生する加工屑や騒音、切削油等の潤滑油が外部に漏れ出さないことを目的として、閉空間が形成されることになる。

そして、このような所定の閉空間において、センサによって計測された環境パラメータに関するデータは、センサから無線機のアンテナ部に送信されそれをアンテナ部が受信し、又は、無線機からセンサに対する制御データがアンテナ部からセンサに送信されそれをセンサが受信する、データの送受信が行われる。一方で、所定の閉空間では、その閉じられた空間を形成するための壁等が存在するため、データ送受信のための無線電波が壁等で反射され、無線電波同士が重なり合うことで、所定の閉空間内に無線電波の強度が弱まる節を含む定在波が発生し得る。このような定在波の節がセンサや無線機のアンテナ部の近くに発生すると、特に両者間のデータの送受信に影響が及ぶことになり、計測された環境パラメータの収集が困難となり得る。

そこで、本発明に係る無線機では、所定の閉空間内に想定される定在波が、無線通信での時間経過とともに変動するように、換言すれば、所定の閉空間内での定在波が固定化されないように、アンテナ部による無線電波の送受信形態を制御する。一般には、所定の閉空間内で形成される定在波がどのように形成されるかを検出することは容易ではなく、仮に検出しようとするとその検出のためには多くの測定器等が必要となる。そこで、本発明では、所定の閉空間内に実際に形成されている定在波の状態に基づくのではなく、あくまでも想定される定在波が固定化されないよう、変動するように、アンテナ部での無線電波
の送受信形態が経時的に変動される。これにより、所定の閉空間内において、無線電波が弱まる定在波の節が固定化されず、センサと無線機との間のデータの送受信を比較的安定化させることができる。

ここで、制御部によるアンテナ部での無線電波の送受信形態の制御としては、センサに対するアンテナ部の相対位置を経時的に変化させる手法や、センサに対するアンテナ部の無線電波送受信の指向性を経時的に変化させる手法が採用できる。先ず、前者の場合、前記アンテナ部は、ダイバシティ通信に対応する複数のアンテナを含み、そして、前記制御部は、前記定在波が前記無線通信での時間経過とともに変動するように、無線電波の送受信を行うアンテナを該時間経過に応じて切り替えてもよい。複数のアンテナを時間経過に応じて切り替えることで、センサとアンテナ部との距離を変化させることになる。その結果、所定の閉空間内において、定在波の節が固定化されないようになり、センサと無線機との間のデータの送受信を比較的安定化させることができる。

また、後者の場合、前記アンテナ部は、指向性アンテナを含み、そして、前記制御部は、前記定在波が前記無線通信での時間経過とともに変動するように、該時間経過に応じて前記指向性アンテナに適用する指向性条件を変動させてもよい。このように指向性を変化させることで所定の閉空間内での無線電波の進行方向が変化するため、所定の閉空間内に形成される定在波の節の位置を時間経過とともに変動させることができる。これにより、所定の閉空間内で定在波の節の位置が固定化されないようになり、センサと無線機との間のデータの送受信を比較的安定化させることができる。

そして、上記指向性条件の制御の一例として、前記制御部は、前記センサからの送信電波が前記アンテナ部によって受信されたときの受信信号強度に基づいて、前記指向性アンテナに適用する指向性条件を制御してもよい。仮に所定の閉空間内に定在波が発生し、その定在波の節の影響をアンテナ部が受けている場合には、その影響がアンテナ部での受信信号強度に反映されることになる。そこで、当該受信信号強度に基づいて指向性条件を制御することで、無線通信の安定化が期待される。なお、指向性条件の制御の一例としては、例えば、アンテナ部による受信信号強度が、安定な無線通信のために必要な閾値となる強度よりも低くなった場合等に指向性条件を変動するようにしてもよい。

ここで、上述までの無線機において、前記所定の閉空間には、その内部を外部から可視化できるように透明な窓部が設けられ、そして、前記窓部は、透明な金属膜によって覆われていてもよい。すなわち、窓部を通して所定の閉空間内の様子を確認することが可能となる。このような窓部により、例えば、所定の閉空間が工作機械内での加工空間であれば、ユーザがその加工の様子を確認することができる。一方で、内部で無線電波を使用する場合、その無線電波が所定の閉空間の外部に漏れ出すことは、必ずしも好ましいことではない。例えば、無線電波による他の機械への影響や、漏出により無線電波の消費電力が無駄に上昇する等の理由による。そこで、窓部が透明な金属膜で覆われることで、空間内部の可視性を確保しながら、無線電波の漏出を抑制することができる。透明な金属膜としては、ＩＴＯ膜（酸化インジウムスズ）等が例示できる。

なお、透明な金属膜で窓部を覆うことで、無線電波が外部に漏出しにくくなる一方で、所定の閉空間内に定在波が生じた場合、その無線通信に対する影響が大きくなる可能性がある。しかし、上記の通り、本発明に係る無線機では、制御部により、アンテナ部での無線電波の送受信形態が制御されるため、定在波による影響を可及的に抑制することが可能となる。

また、上述までの無線機において、前記所定の閉空間の内壁面には、前記センサとの無線通信に使用される所定周波数の無線電波に対して電波吸収性を示す電波吸収部材が配置
されてもよい。これにより、所定の閉空間内での定在波による影響を抑制し、センサと無線機との間のデータの送受信を比較的安定化させることができる。

所定の閉空間内で無線通信を介して、センサによる計測データを好適に収集し得る無線機を提供することが可能となる。

本発明に係る無線機を備える工作機械の概略構成を示す図である。図１に示す工作機械での無線電波による定在波の節の位置を説明するための図である。図１に示す工作機械の無線機において実行される伝送処理のフローチャートである。図１に示す工作機械での無線電波による定在波の節の位置を説明するための別の図である。

図面を参照して本発明に係る無線機１を搭載する工作機械１０、および当該無線機１について説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明はこの実施の形態の構成に限定されるものではない。

図１は、工場等で使用される切削機等の工作機械１０の概略構成、およびそこに含まれる無線機１等の配置を示す図である。詳細には、工作機械１０には、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等の制御装置３が搭載されており、当該制御装置３によって、ワークを切削加工するための切削工具５を回転駆動するモータ４、及びワークが搭載されるテーブル８のＸＹ平面上の位置を制御するモータ６、７が制御される。なお、図１には示されていないが、切削工具のＺ方向の位置を制御するためのモータも工作機械１０には搭載されている。なお、制御装置３によるモータ４等の駆動制御そのものについては、従来技術であり、また本願発明の中核をなすものではないため、その詳細な説明は省略する。

ここで、モータ４によって回転駆動される切削工具５の状態を確認するためにセンサ２が、モータ４の近傍に配置されている。センサ２は、切削工具５の温度を計測するための温度センサである。そして、センサ２によって計測された温度情報は、センサ２に搭載されているアンテナによって無線機１へと送信される。ここで、本実施例では、センサ２は、切削工具５の状態を把握するための温度情報を計測する温度センサとしたが、制御装置３での処理の目的により、温度情報以外の環境パラメータを計測するためのセンサであってもよい。例えば、センサ２としては、加速度センサ、磁気センサ、光電センサ、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、フローセンサ、圧力センサ等の物理系センサや、ＣＯ_２センサ、ｐＨセンサ等の化学系センサがある。

このように工作機械１０においては、制御装置３には、無線機１が電気的に有線で接続されている。そして、センサ２で計測された温度情報は、センサ２側から無線通信を介して無線機１へと伝送され、それが制御装置３に渡されることで、切削工具５の温度が異常に上昇していないか等、切削工具５の状態、特に切削工具５が使用されている際の状態が監視される。なお、このような切削工具５の状態監視に関する処理そのものは、従来技術であり、また本願発明の中核をなすものではないため、その詳細な説明は省略する。

ここで、無線機１は、指向性アンテナであるフェーズドアレイアンテナ１ａを有してい
る。フェーズドアレイアンテナ１ａは、従来技術によるアンテナであるが、簡潔に言えば、アンテナアレイのそれぞれのアンテナ素子に加える信号の位相を少しずつ変えることで電波を送る方向を任意に変え、逆に、特定の方向からの電波に対する受信感度を高くすることを可能とする指向性の制御機能を有する。したがって、無線機１のフェーズドアレイアンテナ１ａは、特定の方向への電波の送出、及び特定の方向からの電波の受信を、他方向と比べて感度良く実行できるアンテナであり、この特定の方向を任意に制御することが可能である。本願発明では、フェーズドアレイアンテナ１ａにおける当該特定の方向の制御を、フェーズドアンテナにおける指向性条件の制御と称する。

このようにフェーズドアレイアンテナ１ａの指向性条件が制御されることで、フェーズドアレイアンテナ１ａを有する無線機１は、その工作機械１０においてセンサ２に対して効率的に制御用の無線電波を届け、また、センサ２から効率的に計測された温度情報を含む無線電波を受け取ることが可能となる。なお、センサ２は、全方位型のアンテナを有している。そのため、無線機１においては、センサ２から届けられる無線電波を効率的に受信できるように、例えば、無線機１側での受信電波の受信信号強度が所定の閾値より高くなるように、フェーズドアレイアンテナ１の指向性条件が設定される。なお、図１において、無線機１がセンサ２と無線通信を行う場合のフェーズドアレイアンテナの指向性はＤで示されている。

ここで、工作機械１０は、金属のボディ１１で形成される閉空間内に、上述したモータ４、６、７、切削工具５、センサ２、無線機１及びそのフェーズドアレイアンテナ１ａが配置されている。これは、切削工具５によってワークを切削加工する際に発生する切削屑や、切削加工に使用する切削油等の飛散を防止するためである。また、切削加工が行われる加工領域１３に対して加工中に外部からアクセスが可能な状態となるのは、安全上好ましくない。そこで、加工領域１３へのワークの出し入れを行うための扉部１２以外のボディ１１には、工作機械１０の内部と外部とを繋ぐ部位は、原則的に存在せず、また、扉部１２が開いた状態では制御装置によるモータ４等の駆動制御は実行されないように構成されている。

また、扉部１２には、工作機械１０の外部から内部の加工領域１３の様子が可視化されるように、透明な部材で形成された窓部が設けられている。これにより、工作機械１０のユーザは、ワークの切削加工の様子を直に確認しながら、工作機械１０を制御することができる。なお、上記の通り、工作機械１０の閉空間内では、センサ２による温度情報が無線機１に無線伝送される。そこで、この無線伝送のための電波が、工作機械１０の外部に漏出して来ないように、扉部１２に設けられた窓部は、透明な金属膜であるＩＴＯ膜（酸化インジウムスズ膜）によって覆われている。ＩＴＯ膜は、金属膜であるため、無線通信のための無線電波を好適に反射し、外部に無線電波が漏出するのを抑制できるとともに、その透明性により、窓部本来の可視性を低下させることなく、ユーザによる内部確認を担保することができる。

このように構成される工作機械１０では、ワークの切削加工中における切削工具５の状態を、センサ２によって計測される温度情報を介して把握できるようになり、その状態把握のための温度情報は、無線機１とセンサ２との間の無線通信を介して収集される。そして、無線機１とセンサ２との間の無線通信は、ボディ１１で囲まれた閉空間（より詳細には、ボディ１１と、扉部１２に配置された窓部のＩＴＯ膜とで囲まれた閉空間）内で行われることになる。無線機１は、上記のフェーズドアレイアンテナ１ａを有していることから、基本的には、センサ２から送信される無線電波を効率的に受信することが可能とされるが、ボディ１１内の閉空間では、センサ２からの無線電波は、当該閉空間を形成するボディ１１の内壁面や、当該閉空間に配置される構造物（各モータやテーブル８、ワーク等）によって反射され、フェーズドアレイアンテナ１ａによって必ずしも効率的に受信され
るとは限らない。

特に、工作機械１０のように閉空間内での無線通信においては、センサ２から送信される無線電波が、フェーズドアレイアンテナ１ａに到達するまでの経路によって重なり合って定在波が形成され、そのとき、フェーズドアレイアンテナ１ａの近傍でその定在波の電波強度が弱くなる節が生じると、センサ２から無線機１への温度情報の伝送が効率的に行われなくなる。ここで、図２に、工作機械１０内の閉空間において無線機１とセンサ２との間で無線通信を行った場合の、当該閉空間における定在波の節の形成について異なる２つの状況を、上段の（ａ）と下段の（ｂ）に示す。上段（ａ）で示す状況では、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定されている指向性条件はＤ１であり、それは、このときセンサ２から無線機１向かう矢印Ａｒ１の方向に対応するものである。したがって、指向性条件Ｄ１がフェーズドアレイアンテナ１ａに設定されると、本来であれば、矢印Ａｒ１に沿ったセンサ２からの無線電波をフェーズドアレイアンテナ１ａで効率的に受信できる。

しかし、図２（ａ）に示すケースでは、矢印Ａｒ１に沿った無線電波が、フェーズドアレイアンテナ１ａの奥にあるボディ１１の内壁面で反射され、再びフェーズドアレイアンテナ１ａの近傍領域Ｒ１に戻ったときに、センサ２からの無線電波と重なり合って生じた定在波の節が、当該領域Ｒ１に発生している。このように無線電波の定在波の節がフェーズドアレイアンテナ１ａの近傍に発生してしまうと、フェーズドアレイアンテナ１ａによる無線電波の受信信号強度が大きく低下してしまうため、センサ２による温度情報の伝送が効率的に行われにくくなる。

一方で、図２（ｂ）に示すケースでは、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件は、図２（ａ）のケースと異なりＤ２とされる。指向性条件Ｄ２は、図２（ｂ）に示すように矢印Ａｒ２で示される指向性を有する無線電波がボディ１１の内壁面で反射した場合の、その反射電波を効率的に受信できるように設定される指向性条件である。この指向性条件Ｄ２が設定される場合も、同じように工作機械１０の閉空間内でセンサ２からの無線電波が重なり合うことで定在波が発生するが、その節となるのは、フェーズドアレイアンテナ１ａから離れた領域Ｒ２である。したがって、指向性条件Ｄ２の場合には、無線機１とセンサ２との間の無線通信は、定在波の節の影響は受けにくい。また、無線機１からセンサ２に対して何らかの制御信号等を送信する場合も、同じように閉空間内の定在波の影響を受ける可能性がある。

なお、図２に示す定在波の状況は例示であり、これらの状況以外の定在波も当然に存在する。特に、工作機械１０の閉空間内では、各モータによりテーブル８やワークが移動するため、無線機１とセンサ２との間で送受信される無線電波は、閉空間内で様々な構造物によって反射される。そのため、その反射の状況によって閉空間内で形成される定在波の状況は、規則的に、又は不規則的に変化し得る。

このように、工作機械１０では、センサ２による温度情報を無線機１に伝送する場合、無線機１やセンサ２等が配置される閉空間内での無線電波の定在波の発生を踏まえたうえで、無線機１とセンサ２との間の無線伝送を行うのが好ましい。そこで、センサ２で計測された温度情報を無線機１へ無線伝送するための処理について、その処理の流れを図３のフローチャートに示している。この伝送処理は、主に無線機１が有する制御部において、所定の制御プログラムが実行されることで行われる。この無線機１の制御部は、演算装置や所定の制御プログラムを格納するためのメモリ等を有している。

先ず、Ｓ１０１では、工作機械１０において切削加工が開始されているか否かが判定される。具体的には、図１等に示すように、無線機１は制御装置３と電気的に接続されていることから、制御装置３によるモータ４等の制御状況を把握可能に構成されている。そこ
で、制御装置３からの情報に基づいて、切削加工の開始の有無を判断することが可能である。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると、センサ２による温度情報の計測の必要性は無いため、本伝送処理は終了される。

次に、Ｓ１０２では、無線機１とセンサ２との間の無線通信のために、本伝送処理が開始されてからｎ番目の指向性条件が、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される。ここで、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件は、無線機１の制御部が有するメモリ内に複数格納されている。そして、その複数の指向性条件のそれぞれは、事前の実験等を通して、フェーズドアレイアンテナ１ａに適用することで、ある程度の効率の無線通信を可能とすることが知られている条件であるが、閉空間内で生じる定在波の状況によっては、その効率的な無線通信が阻害される可能性を内包するものである。なお、本伝送処理が初めて実行された場合には、ｎ＝１であり、以て、Ｓ１０２では１番目の指向性条件がフェーズドアレイアンテナ１ａに設定されることになる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、無線機１からセンサ２に対して、温度計測およびその計測された温度情報の無線機１への送信を行うための制御信号が送信される。この制御信号を受けたセンサ２は、切削工具５の状態を把握するための温度情報を把握し、それを無線機１へと送信する。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４へ進む。Ｓ１０４では、Ｓ１０２でｎ番目の指向性条件が設定されてから所定時間Δｔが経過したか否かが判定される。この所定時間Δｔは、後述のように指向性条件を切り替えるための時間間隔であり、閉空間内に形成される定在波の、無線機１とセンサ２との間の無線通信への影響を考慮して適宜設定されればよい。Ｓ１０４で肯定判定されればＳ１０５へ進み、否定判定されればＳ１０３以降の処理が繰り返される。

Ｓ１０５では、制御装置３からの情報に基づいて、工作機械１０において切削加工が終了されているか否かが判定される。Ｓ１０５で肯定判定されるとＳ１０７へ進み、否定判定されるとＳ１０６へ進む。そして、Ｓ１０６では、上記ｎ（すなわち、フェーズドアレイアンテナに設定される指向性条件を区別するための「ｎ」）がインクリメントされる。その結果、Ｓ１０６の処理が終了し、再びＳ１０２に戻ると、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件が、以前のものと異なる条件に切り替えられることになる。この結果、工作機械１０の閉空間内の定在波状況は、例えば、図２（ａ）に示す状況から図２（ｂ）に示す状況に強制的に切り替えられる。

そして、Ｓ１０５で肯定判定されると工作機械１０では切削加工が終了したことになるため、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件がリセットされ、次に本伝送処理が開始されたときに、再び１番目の指向性条件が設定されるための準備が行われる。

このような伝送処理が無線機１で行われると、工作機械１０で切削加工が行われている期間において、センサ２による温度情報の計測と無線機１への送信が繰り返し行われるが、その無線送信において所定時間Δｔごとに、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件が切り替えられる。工作機械１０の閉空間内では、ワークが様々に位置決めされ、または必要な切削加工が施されていくため、そこで生じる無線電波の定在波の状況は、不規則的に変化し得る。一方で、一般にはその定在波の状況、すなわち定在波の節が閉空間内のどこに形成されるかを正確に検出、把握することは困難である。このような実情を考慮して、上記伝送処理は、所定時間Δｔごとにフェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件を切り替えることで、発生が想定される定在波の節によりフェーズドアレイアンテナ１ａを介した無線電波の送受信が困難となることを回避でき、以て、閉空間内で無線通信を介してセンサ２による温度情報を好適に収集することが可能となる。ま
た、当該想定される定在波の節による影響を効率的に回避するためには、例えば、所定時間Δｔを比較的短く設定するのが好ましいが、一方で、比較的高頻度で指向性条件を切り替えてしまうと、切り替える必要が無い状況でもフェーズドアレイアンテナ１ａの指向性が変化することになるため、必ずしも効率的な無線伝送に資するとは限らないことに留意する。

＜変形例１＞
上記の実施例では、所定時間Δｔごとにフェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件が切り替えられたが、その態様に代えて、フェーズドアレイアンテナ１ａによる無線電波の受信信号強度が所定の閾値より低くなった場合に、その信号強度低下は、上述した閉空間内での定在波の節に起因するものであると考えて、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件を切り替えてもよい。なお、切替後の指向性条件については、図３に示す伝送処理のように、無線機１の制御部内に格納されている指向性条件を順次切り替えていってもよい。

＜変形例２＞
また、工作機械１０の閉空間内で生じる定在波は、上記の通り不規則的なものであるが、例えば、工作機械１０で連続して複数個のワークに対して同じ内容の切削加工を施す場合には、閉空間内で生じる定在波も概ね繰り返し発生することになり、定在波の節による影響もある程度は周期的なものとなり得る。そこで、上記のように無線電波の受信信号強度の時間推移と、制御装置３から得られる切削加工のための制御内容（各モータの駆動状況やテーブル８の位置等）とを関連付けて、受信信号強度が所定の閾値より低くなる傾向がある切削加工の一部の制御内容、すなわち定在波の影響が生じやすい制御内容を学習してもよい。そして、実際に工作機械１０で切削加工が行われている際に、当該制御内容の切削加工が行われるときには、フェーズドアレイアンテナ１ａに設定される指向性条件を切り替えてもよい。このようにすることで、より早期に定在波の節による影響を回避することができ、閉空間内で無線通信を介してセンサ２による温度情報を好適に収集することが可能となる。

なお、切替後の指向性条件についても、学習により定在波の影響が生じにくい指向性条件を得ておくことで、指向性条件の切り替え後においても、安定した温度情報の収集を継続することができる。

＜変形例３＞
無線機１とセンサ２との間の無線通信に影響を与える定在波は、無線電波が工作機械１０のボディ１１の内壁面で反射されて、別の無線電波と重なり合うことで生じる。そこで、この定在波の節による影響を軽減するために、ボディ１１の内壁面に無線電波を吸収する電波吸収部材を配置するのが好ましい。電波吸収部材としては、無線機１とセンサ２との間の無線通信に使用される無線電波の周波数に対応した、電波吸収性を示す部材を適宜選択すればよい。一例としては、合成ゴムにフェライト粉末を混合して形成される複合フェライト電波吸収部材や、合成ゴムにカーボニル鉄粉を混合して形成される複合磁性電波吸収部材等が利用できる。これらの電波吸収部材は、混合されるフェライト粉末やカーボニル鉄粉の添加量を調整することで、好適な吸収性を示す無線電波の周波数を調整することが可能である。その他、合成ゴムに六方晶フェライト粉末を混合して形成される複合フェライト電波吸収部材や、発砲ポリエチレンを基材としてカーボンのオーム損失を利用して形成される平板状電波吸収部材等も採用することができる。

本実施例では、無線機１が、ダイバシティ通信に対応する２つのアンテナを有するように構成されている。具体的には、図４に示すように、第１のアンテナ１ａと第２のアンテ
ナ１ｂを有している。本実施例における第１のアンテナ１ａ及び第２のアンテナ１ｂは、指向性アンテナではなく全方位型のアンテナである。なお、図４は、本実施例において、工作機械１０内の閉空間で無線機１とセンサ２との間で無線通信を行った場合の、当該閉空間における定在波の節の形成について異なる２つの状況を、上段の（ａ）と下段の（ｂ）に示す。上段（ａ）で示す状況では、各モータの駆動状況やテーブル８の位置等により、第１のアンテナ１ａの近傍の領域Ｒ３に定在波の節が形成されている。また、下段（ｂ）に示す状況では、各モータの駆動状況やテーブル８の位置等により、第２のアンテナ１ｂの近傍の領域Ｒ４に定在波の節が形成されている。

そこで、図４（ａ）に示すケースでは、２つあるアンテナの内、第２のアンテナ１ｂを用いて無線機１とセンサ２との間の無線通信が行われるのが好ましい。また、図４（ｂ）に示すケースでは、２つあるアンテナの内、第１のアンテナ１ａを用いて無線機１とセンサ２との間の無線通信が行われるのが好ましい。なお、図４に示す定在波の状況は例示であり、これらの状況以外の定在波も当然に存在する。工作機械１０の閉空間内における各テーブル８やワークの移動に応じて、閉空間内で形成される定在波の状況は、規則的に、又は非規則的に変化し得る。

そこで、本実施例では、図３に示す伝送処理において、所定時間Δｔごとに、無線機１とセンサ２との無線通信のために使用するアンテナを、第１のアンテナ１ａと第２のアンテナ１ｂとの間で交互に切り替えてもよい。または、別法として、一方のアンテナを利用して無線通信を行っている際にその受信信号強度が所定の閾値より低くなった場合には、他方のアンテナを利用して無線通信を行うように、使用アンテナを切り替えてもよい。このような使用アンテナの切り替え制御を行うことで、発生が想定される定在波の節による影響を軽減し、以て、閉空間内で無線通信を介してセンサ２による温度情報を好適に収集することが可能となる。

１・・・・無線機
１ａ・・・・フェーズドアレイアンテナ、第１のアンテナ
１ｂ・・・・第２のアンテナ
２・・・・センサ
３・・・・制御装置
４、６、７・・・・モータ
５・・・・切削工具
８・・・・テーブル
１０・・・・工作機械
１１・・・・ボディ
１２・・・・扉部

Claims

所定の閉空間内において、所定の環境パラメータを計測するセンサと無線通信が可能となるように形成された無線機であって、
前記所定の閉空間内に配置され、前記センサと無線通信を行うためのアンテナ部と、
前記センサから前記アンテナ部への送信電波に基づいて前記所定の閉空間内に想定される定在波、又は該アンテナ部から該センサへの送信電波に基づいて該所定の閉空間内に想定される定在波が、前記無線通信での時間経過とともに変動するように、該アンテナ部による無線電波の送受信形態を制御する制御部と、
を備える、無線機。
前記アンテナ部は、ダイバシティ通信に対応する複数のアンテナを含み、
前記制御部は、前記定在波が前記無線通信での時間経過とともに変動するように、無線電波の送受信を行うアンテナを該時間経過に応じて切り替える、
請求項１に記載の無線機。
前記アンテナ部は、指向性アンテナを含み、
前記制御部は、前記定在波が前記無線通信での時間経過とともに変動するように、該時間経過に応じて前記指向性アンテナに適用する指向性条件を変動させる、
請求項１に記載の無線機。
前記制御部は、前記センサからの送信電波が前記アンテナ部によって受信されたときの受信信号強度に基づいて、前記指向性アンテナに適用する指向性条件を制御する、
請求項３に記載の無線機。
前記所定の閉空間には、その内部を外部から可視化できるように透明な窓部が設けられ、
前記窓部は、透明な金属膜によって覆われている、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の無線機。
前記所定の閉空間の内壁面には、前記センサとの無線通信に使用される所定周波数の無線電波に対して電波吸収性を示す電波吸収部材が配置される、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の無線機。
前記所定の閉空間内には加工対象物を機械加工するための所定の加工装置が配置されるとともに、該所定の加工装置による機械加工時には機械加工のための潤滑油が使用される、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の無線機。