JP2017080865A

JP2017080865A - 工作機械の監視装置

Info

Publication number: JP2017080865A
Application number: JP2015214559A
Authority: JP
Inventors: 知治安藤; Tomoharu Ando; 貴暁田中; Takaaki Tanaka
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-18
Also published as: DE102016221302A1; CN106994625A; CN106994625B; US20170124697A1; US9984452B2

Abstract

【課題】異常時を含む機械情報の監視状況を容易に把握可能とする。【解決手段】工作機械のＮＣ装置１０には、オペレータが設定し入力手段で入力された監視パラメータ（しきい値、しきい値を超えた後どの位の時間で異常と判断するか、など）、退避パラメータ（リトラクトの方向、距離、速度など）が、記憶部１３で記録可能となっており、加工監視部１４は、例えば機械情報としての主軸負荷を用いて監視する場合、監視状況をモニタ１６に表示すると共に、監視パラメータに設定されている異常と判断する主軸負荷しきい値と、機械動作指令部１２が生成した指令負荷とを比較して異常の有無を判断し、異常と判断した場合、退避指令部１５に退避指令を退避パラメータに従って送ると共に、モニタ１６において表示を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、工具又はワークを回転させながらワークの加工を行う工作機械において、加工状況や機械の異常を判断するための監視装置に関するものである。

主軸に取り付けた工具又はワークを回転させ、工具とワークを相対的に移動させて加工を行う工作機械において、工具の損傷はワークを希望通りの寸法や形状に加工できないといった加工不具合を生じさせる。加えて、工具の損傷によりワークが除去できない状況で送り軸が動作し続けると、工具とワークとが衝突と同じ状況になり、工具やワークだけでなく機械が損傷を受けることになる。そこで、加工の状態を最も表していると考えられる主軸モータの負荷を監視し、送り軸を停止するなどといったことが一般的に行われている。
例えば、主軸モータの負荷を利用した監視について、実際に加工を正常に行うことができた場合の主軸負荷を基準値とし、その基準値と一定時間毎に比較することで負荷の監視を行う方法が知られている。図１は、実際の正常加工時の負荷を記録して基準値とし、基準値を上下方向にオフセットする形でアラームとするしきい値の図を示している。しきい値と監視する信号を表示することは監視がどのような状況にあるのかを把握する上で非常に有効である。
また、そのような表示技術として、特許文献１には、負荷監視装置において基準値と加工中に検出した負荷データを表示部に対比して描画する技術が示されている。これにより、監視装置の状況を可視的に把握することができる。
さらに、他の表示技術として特許文献２が知られている。ここでは加工異常の検出にＡＥセンサを用いると、正常加工時のセンサ信号と異常発生時の信号の差が大きいため正常加工のスケールでは異常加工の信号が見えないことに鑑みて、ＡＥを縦軸に、時間を横軸に表示し、縦スケールを自動で変更する技術が開示されている。これにより、正常時と異常時の両信号を一度に見やすく表示できる。
一方、これら加工監視技術で異常と検知した場合、被加工物へのダメージを最小とするためリトラクト（工具と被加工物とを離す）することが考えられる。このリトラクトとして特許文献３に開示される発明が知られている。ここでは異常時に、現在実行中のブロックにおける工具径補正のオフセットベクトルＶofを読み出すようにし、この工具径補正で求められるオフセットベクトルＶofを用いて、被加工物の加工面の法線方向に工具をリトラクトさせるようにしている。そのため、工具と被加工物を干渉させることなくリトラクトさせることができる。

特開平２−１００８５７号公報特開平１−２１６７４７号公報特開２００７−２４９４８４号公報

主軸負荷を用いた加工監視において、主軸回転開始時には非加工の状態であっても瞬間的に負荷が上昇する。このため、主軸回転開始時には、監視を行わないようにする必要があるが、特許文献１、２に示されている技術では、監視装置のこのような状態をオペレータに知らせることができない。よって、オペレータは、負荷がしきい値を超えている状況でなぜ異常が検知されないのか理解ができない。
一方、特許文献３のように異常時にリトラクトをする場合、監視装置が異常と判断した場合にどの方向にどれだけ軸が移動するのか、その際の速度についてオペレータは把握しておきたい要望がある。

そこで、本発明は、異常時を含む機械情報の監視状況を容易に把握できる工作機械の監視装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械に係る機械情報を監視して異常の有無を判断する判断手段と、
前記機械情報の監視状況及び、前記判断手段により異常と判断した場合の対処状況を表示手段に表示する表示制御手段と、を含んでなることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記表示制御手段は、前記機械情報の監視状況を時間軸を用いて前記表示手段に表示するものであって、監視を行わない区間及び／又は監視が行われなかった区間も前記表示手段に表示することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、前記判断手段は、前記機械情報の値と、前記機械情報において予め設定されたしきい値とを比較して異常の有無を判断するものであって、
前記表示制御手段は、前記しきい値を前記表示手段に表示すると共に、前記しきい値の表示部分に、前記監視を行わない区間及び／又は監視が行われなかった区間を表示態様を変えて前記表示手段に表示することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３の構成において、前記表示制御手段は、前記機械情報の値と、当該値が前記しきい値を超えた際の経過時間とを前記表示手段に表示することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、前記判断手段によって異常の発生と判断された際に、工具とワークとを互いに離間させる動作を指令する退避指令手段を備え、前記表示制御手段は、前記対処状況として、前記退避指令手段により指令される退避方向と距離を前記表示手段に表示することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機械情報の監視状況及び異常発生時の対処状況を表示手段により知ることができる。こうして実加工と監視状況とを同時に確認することで、監視が当初の想定通りの加工部位で設定されているか、そのしきい値は適切かなどを判断することができる。また、異常と判断した場合の動作が把握できるので、正常な加工時にそれぞれの加工部位で異常と判断された場合にどのような動作となるかを予め確認することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、例えば監視装置の設定者とオペレータが異なった場合でも、設定により監視が実行されないのか、監視装置の条件が満たされないために監視が行われないのかを把握することができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、監視の有無の状態をしきい値の表示部分上で表すため、より直感的に把握することができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加えて、しきい値から外れたことが確認できた場合に、あとどのくらいの時間で機械が異常時の動作をするかを把握することができる。これによって、異常時の動作開始までに時間がかかりそうな場合、オペレータ自ら機械を停止することができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかの効果に加えて、退避の設定が行われている状況で、異常と機械が判断して退避動作が行われる場合の方向と距離とが示されることで、加工を見ながら確認することで異常時にこの方向に退避すると衝突するなどの事前判断が可能となる。

基準波形をオフセットしたしきい値の設定例を示す説明図である。工作機械のブロック構成図である。モニタにしきい値及び主軸負荷を併せて表示した例を示す説明図である。監視を行わない区間及び監視が行われなかった区間がしきい値の表示部分上に示される例を示す説明図である。主軸負荷がしきい値を超えた場合の時間経過の表示例を示す説明図である。主軸負荷がしきい値を超えた場合の時間経過の表示例を示す説明図である。退避指令時の退避方向及び距離、速度の表示例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、工作機械の一例を示すブロック構成図である。工作機械の主軸ハウジング１には、主軸モータで回転可能な主軸２が備えられ、主軸２の先端には工具３が取り付けられる。テーブル４の上にはワーク５が固定され、テーブル４をベッド６上で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることで工具３とワーク５とを相対的に移動させてワーク５の加工が行われる。
１０は、工作機械を制御するＮＣ装置で、ＮＣ装置１０は、オペレータが図示しない入力手段で入力したプログラムを主軸回転指令、送り軸動作指令に解釈するプログラム解釈部１１と、プログラム解釈部１１から送られた指令に基づいて主軸モータや各送り軸を制御する機械動作指令部１２とを備えてワーク５の加工を行うと共に、本発明の監視装置としての機能も備える。

ＮＣ装置１０には、オペレータが設定し入力手段で入力された監視パラメータ（しきい値、しきい値を超えた後どの位の時間で異常と判断するか、など）、退避パラメータ（リトラクトの方向、距離、速度など）が、記憶部１３で記録可能となっている。
１４は、記憶部１３に記録された監視パラメータを使用して加工監視を行う加工監視部で、例えば機械情報としての主軸負荷を用いて監視する場合、監視パラメータに設定されている異常と判断する主軸負荷しきい値と、機械動作指令部１２が生成した指令負荷とを加工監視部１４が比較する。加工監視部１４が異常と判断した場合、退避指令手段としての退避指令部１５に退避指令を退避パラメータに従って送る。退避指令部１５は機械動作指令部１２に機械を動作させる指令を出す。また、加工監視部１４は、監視状況や退避状況を表示手段としてのモニタ１６において表示する。この加工監視部１４が、本発明の判断手段及び表示制御手段となる。

ここで、モニタ１６に表示される内容について説明する。モニタ１６には監視のしきい値が図３のように表示される。監視入りの範囲は図３のようにしきい値を示す線の範囲で表される。但し、前述したように主軸負荷で監視する場合、回転開始時には負荷が急上昇することがあるため、監視入りとなった後、実際に監視が開始されるまでの時間（監視待機）を設ける。図３の破線がその監視待機時間に当たる。その後、監視が行われた区間は実線のしきい値で表す。なんらかの理由で監視が無効となった場合は、当該区間を図４のようにしきい値の線上において二点鎖線で表示する。

監視パラメータには、主軸負荷がしきい値を超えてから、異常と判断するまでの時間が設定される。図５，６は、しきい値を超えてから異常と判断してリトラクト（退避）を実行するまでの時間をモニタ１６に表示した例である。図５，６は退避実行までの時間をカウントダウンしており、図５から図６では時間が経過し主軸負荷の時間波形が長くなっているが、その分カウントダウンまでの時間は短くなっている。
図７は、対処状況としての退避の状態をモニタ１６に表示した例である。退避方向と距離、移動速度が表示されている。これにより、しきい値を超えた場合のリトラクトの動きを把握することができる。

このように、上記形態のＮＣ装置１０（監視装置）によれば、工作機械に係る主軸負荷を監視して異常の有無を判断する判断手段と、主軸負荷の監視状況及び異常発生時の対処状況をモニタ１６に表示する表示制御手段となる加工監視部１４を備えたことで、主軸負荷の監視状況及び異常発生時の対処状況をモニタ１６により知ることができる。こうして実加工と監視状況とを同時に確認することで、監視が当初の想定通りの加工部位で設定されているか、そのしきい値は適切かなどを判断することができる。また、異常と判断した場合の動作が把握できるので、正常な加工時にそれぞれの加工部位で異常と判断された場合にどのような動作となるかを予め確認することができる。

特にここでは、加工監視部１４は、主軸負荷の監視状況を時間軸を用いてモニタ１６に表示して、監視を行わない区間及び監視が行われなかった区間もモニタ１６に表示するようにしているので、例えば監視装置の設定者とオペレータが異なった場合でも、設定により監視が実行されないのか、監視装置の条件が満たされないために監視が行われないのかを把握することができる。
また、加工監視部１４は、主軸負荷の値と、主軸負荷において予め設定されたしきい値とを比較して異常の有無を判断し、モニタ１６にはしきい値を表示すると共に、しきい値の表示部分に、監視を行わない区間及び監視が行われなかった区間を表示態様（ここでは線の態様）を変えて表示するようにしているので、より直感的に把握することができる。

さらに、主軸負荷の値と、当該値がしきい値を超えた際の経過時間とをモニタ１６に表示することで、しきい値から外れたことが確認できた場合に、あとどのくらいの時間で機械が異常時の動作をするかを把握することができる。これによって、異常時の動作開始までに時間がかかりそうな場合、オペレータ自ら機械を停止することができる。
そして、加工監視部１４によって異常の発生と判断された際に、工具３とワーク５とを互いに離間させる動作を指令する退避指令部１５を備え、加工監視部１４は、退避指令部１５により指令される退避方向と距離、退避速度をモニタ１６に表示することで、退避の設定が行われている対処状況で、加工を見ながら確認することで異常時にこの方向に退避すると衝突するなどの事前判断が可能となる。

なお、図３〜７では一定のしきい値における例を示したが、図１のような時系列の波形を基準にしたしきい値としてもよい。また、監視の状態をしきい値の線の種類で示したが、しきい値の色で示してもよく、しきい値ではなく区間を表すような（例えば四角で範囲を囲む）表示としても良い。
さらに、図５，６ではしきい値を超えた時間をカウントダウンによる数値で表した例を示したが、棒グラフでその時間経過を表してもよい。図５，６には示さなかったが、しきい値と監視する機械情報の値の関係を数値で表示してもよい。
一方、図７ではリトラクトのパラメータとして退避速度も表示しているが、退避方向と距離のみとしてもよく、数値で表したが、退避方向と距離をベクトルとその長さで図示してもよい。また、退避中は退避位置までの残距離を表示しても良い。さらに、対処状況としては退避に限らず、工具を回転させたままその位置にとどまる場合も含まれる。

一方、上記形態では、監視装置をＮＣ装置で実現して表示手段をＮＣ装置の表示画面と兼用しているが、少なくとも判断手段及び表示制御手段、表示手段をＮＣ装置と別にして、ＮＣ装置に有線若しくは無線接続される外部装置（パーソナルコンピュータ等）によって監視装置を構成し、主軸負荷等の機械情報を当該監視装置でモニタするようにしてもよい。こうすれば複数の工作機械の機械情報を一箇所の監視装置で同時に監視することができる。

１・・主軸ハウジング、２・・主軸、３・・工具、４・・テーブル、５・・ワーク、６・・ベッド、１０・・ＮＣ装置、１１・・プログラム解釈部、１２・・機械動作指令部、１３・・記憶部、１４・・加工監視部、１５・・退避指令部、１６・・モニタ。

Claims

工作機械に係る機械情報を監視して異常の有無を判断する判断手段と、
前記機械情報の監視状況及び、前記判断手段により異常と判断した場合の対処状況を表示手段に表示する表示制御手段と、を含んでなる工作機械の監視装置。
前記表示制御手段は、前記機械情報の監視状況を時間軸を用いて前記表示手段に表示するものであって、監視を行わない区間及び／又は監視が行われなかった区間も前記表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の監視装置。
前記判断手段は、前記機械情報の値と、前記機械情報において予め設定されたしきい値とを比較して異常の有無を判断するものであって、
前記表示制御手段は、前記しきい値を前記表示手段に表示すると共に、前記しきい値の表示部分に、前記監視を行わない区間及び／又は監視が行われなかった区間を表示態様を変えて前記表示手段に表示することを特徴とする請求項２に記載の工作機械の監視装置。
前記表示制御手段は、前記機械情報の値と、当該値が前記しきい値を超えた際の経過時間とを前記表示手段に表示することを特徴とする請求項３に記載の工作機械の監視装置。
前記判断手段により異常と判断された際に、工具とワークとを互いに離間させる動作を指令する退避指令手段を備え、
前記表示制御手段は、前記対処状況として、前記退避指令手段により指令される退避方向と距離を前記表示手段に表示することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の工作機械の監視装置。