JP2018165710A - 工作機械及びコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサからの信号を利用し、工作機械やコンプレッサ等における各部位の温度を監視し、或いは動作の制御を行う場合に、実質の直流分解能を向上させ、ＡＤ変換後の信号から階段状のノイズ成分を除去、ないし低減する。【解決手段】モータの回転及び／又は駆動機構部の動作に起因する発熱による温度変化を計測するＲＴＤセンサと、出力をＡＤ変換するＡ／Ｄ変換モジュールと、Ａ／Ｄ変換モジュールからのデジタル信号が入力され、デジタル信号に基づきモータへのフィードバック制御を行う信号処理器・制御器とを有する工作機械もしくはコンプレッサにおいて、動力線と信号線を、信号線を流れる信号にノイズが乗る距離になるまで接近させ、ノイズ成分の振幅がＡＤ変換器の分解能の２倍以上になるように調整することにより、デジタルフィルタを通過させることで出力の直流分解能を高める。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械及びコンプレッサに関し、特に、温度計測装置を備える工作機械及びコンプレッサに関する。

一般に、回転工具を使用する切削等を行う工作機械においては、工具の回転速度など運転状態を変化させると回転モータや回転体を回転自由に支持する軸受の発熱状態等が変化する等により工具の刃先位置が変位してしまうことがある。このため、温度計測センサを備える工作機械において工作機械の複数部位の温度を計測することで監視し、或いはその温度計測センサの信号を利用して工作機械の送り量等を制御するようにしている。また、コンプレッサ等においても圧縮機本体内のスクリューやブレード等の摺動部の発熱によるインバータモータの制御等におけるフィードバック信号にも温度計測センサの信号を利用することが多い。従来は、このような場合、センサの信号を利用するにあたり、高調波ノイズをできる限り低減してから使用するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

再公表特許ＷＯ２０１４−１５５６２２号公報

例えば、上述したように工作機械やコンプレッサで温度情報をセンサで計測し、その信号を監視し、或いは工具送り量やインバータモータの制御に用いる場合、センサの信号からノイズ成分を徹底的に除去した上でＡＤ変換し、デジタルフィルタ等による信号処理に用いていた。しかしながら、このような方法では、低分解能のＡＤ変換器では直流分解能が不足してしまうため、変換後の信号にどうしても、離散化ノイズが生じ、階段状の波形を生じてしまうことがあった。

本発明は、以上のような事情から為されたものであり、その目的は、工作機械やコンプレッサ等において、温度計測装置（センサ）からの信号を利用し、工作機械やコンプレッサ等における各部位の温度を監視し、或いは動作の制御を行う場合に、実質の直流分解能を向上させ、ＡＤ変換後の信号から階段状のノイズ成分を除去する、ないし低減する技術を提供することにある。

本発明者は、上述した目的を達成し得る技術の可能性について様々な観点から鋭意研究した結果、動力線などの近くに信号線を配線すると高周波のノイズを大きく発生するものの周辺にセンサのケーブルを配線し高周波ノイズを含んだデジタル信号からローパスフィルタを通過させて直流分解能を稼ぐことが可能なことを見出した。

即ち、本発明では、電源と、該電源から動力線を介して電力を供給されて駆動されるモータと、該モータの回転数を可変に制御するモータ用インバータ／ドライバとを有する駆動機構部と、前記モータの回転及び／又は駆動機構部の動作に起因する発熱による温度変化を計測するＲＴＤセンサと、該ＲＴＤセンサと第１の信号線で接続されＲＴＤセンサからのセンサ信号をＲＴＤ変換するＲＴＤ変換器と、該ＲＴＤ変換器と第２の信号線で接続されＲＴＤ変換器からの出力をＡＤ変換するＡ／Ｄ変換モジュールと、該Ａ／Ｄ変換モジュールからのデジタル信号が入力され、該デジタル信号に対しサンプリング処理を施すと共に、処理された信号に基づき前記モータ用インバータ／ドライバへのフィードバック制御を行う信号処理器・制御器とを有する信号処理部と、を備えている工作機械もしくはコンプレッサにおいて、前記動力線と前記第１及び／又は第２の信号線を相互に、前記第１及び／又は第２の信号線を流れる信号にノイズが乗る距離になるまで接近させ、相互間の距離が前記信号処理器・制御器に搭載するデジタルフィルタが減衰できる程度で、且つ近づけた時のノイズ成分の振幅がＡＤ変換器の変換の分解能の２倍以上になるように調整することにより、高周波ノイズを含んだデジタル信号を取り出し、該信号を前記デジタルフィルタを通過させることで出力の直流分解能を高めることを特徴とする工作機械もしくはコンプレッサが得られる。

また、前記工作機械もしくはコンプレッサにおいて、更に、前記モータの回転を監視し、回転中であれば前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を上昇させ、回転中でなければ、前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を低下させる制御を行うようにしても良い。

本発明によれば、工作機械やコンプレッサ等において、温度計測装置（センサ）からの信号を利用し、工作機械やコンプレッサ等における各部位の温度を監視し、或いは動作の制御を行う場合に、実質の直流分解能を向上させ、ＡＤ変換後の信号から階段状のノイズ成分を除去する、ないし低減することができる。

本発明の実施形態に係る工作機械もしくはコンプレッサにおいて、温度計測装置の出力を用いてインバータモータの制御におけるフィードバック信号の補正処理を行う信号処理システムの機能ブロック図である。 比較例として従来の工作機械及びコンプレッサ等における動力線と信号線の配置原理を説明するための図である。 本発明の基本構成としての動力線と信号線の配置原理を説明するための図である。 図１のシステムと図２及び図３の基本原理を用いた信号処理の例を示す図であり、（ａ）は、温度計測装置（ＲＴＤセンサ）の信号に対し通常のサンプリング処理を行った場合、即ち、ノイズを入れないようにした上でサンプリングした場合を示す。（ｂ）は、図３に示したように動力線と信号線相互の間隔ｘが信号線にノイズが乗る距離まで接近させて配線し、ノイズを入れてから同様の処理を行った場合の信号処理波形を示す図である。 図１に示したモータの回転を監視し、回転中であるか否かによりデジタルフィルタのカットオフ周波数を上昇させ又は低下させる制御処理のフローチャートである。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る工作機械（もしくはコンプレッサ）において、温度計測装置の出力を用いてインバータモータの制御におけるフィードバック信号の補正処理を行う信号処理システムについて説明する。図１は、その信号処理システムの機能ブロック図である。本実施形態の信号処理システム１０は、図１に示すように、モータ１０２（このモータは、ここではコンプレッサの圧縮機本体内のスクリューロータを回転駆動するモータと仮定するが、工作機械の回転部材を駆動する場合も同様である）と、モータ１０２の回転数を可変に制御するモータ用インバータ／ドライバ１０４とを有する駆動機構部１００と、例えば、モータ１０２により回転駆動されるスクリューロータとゲートロータ（双方とも図示せず）の噛み合い・摺動による発熱による温度変化を計測するＲＴＤ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）センサ２０２と、このＲＴＤセンサ２０２と信号線１で接続されＲＴＤセンサ２０２からのセンサ信号をＲＴＤ変換するＲＴＤ変換器２０４と、ＲＴＤ変換器２０４と信号線２で接続されＲＴＤ変換器２０４からの出力をＡＤ変換するＡ／Ｄ変換モジュール２０６と、このＡ／Ｄ変換モジュール２０６からのデジタル信号が入力され、該信号に対しサンプリング等の所定の信号処理を施すと共に、処理された信号に基づきモータ用インバータ／ドライバ１０４へのフィードバック制御等を行う信号処理器・制御器２０８とを有する信号処理部２００と、を備えている。ＲＴＤセンサ２０２で温度検出する信号処理システム１０では、例えば、ＲＴＤセンサ２０２内の測温抵抗体に定電流を流し、ＲＴＤ変換器２０４において測温抵抗の電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換モジュール２０６に取り込んで検出している。この構成において、従来は、図２に示すように、動力線と信号線の相互配置原理として、両線相互の間隔ｘが概ね１００ｍｍ以上離して相互配置し、信号にノイズが乗らない様、離して配線していた。しかしながら、本発明は、この従来の方式とは真逆の原理に基づき、図３に示すように、動力線と信号線の相互配置原理として、両線相互の間隔ｘが、信号線を流れる信号にノイズが乗る距離になるまで接近させ、相互間の距離が信号処理器・制御器２０８に搭載するデジタルフィルタが減衰できる程度で、且つ近づけた時のノイズ成分の振幅がＡ／Ｄ変換モジュール２０６の変換の分解能の２倍以上になるように調整することにより、高周波ノイズを含んだデジタル信号を取り出し、該信号を上記のデジタルフィルタを通過させることで出力の直流分解能を高めるようにしている。このように、本発明の温度計測システム１０では、動力線に接近させて信号線を配線すると高周波のノイズを大きく発生するものの周辺にセンサのケーブルを配線し高周波ノイズを含んだデジタル信号を取り出し、その信号からローパスフィルタを通過させて直流分解能を稼ぐことを特徴としており、かかる温度計測システムを備える工作機械、空気圧縮機を構成することができる。

図４は、上述した信号処理器・制御器２０８による信号処理の例を示す図であり、（ａ）は、温度計測装置（ＲＴＤセンサ）の信号に対し通常のサンプリング処理を行った場合、即ち、ノイズを入れないようにした上でサンプリングした場合を示す。（ｂ）は、図３に示したように動力線と信号線相互の間隔ｘが信号線にノイズが乗る距離まで接近させて配線し、ノイズを入れてから同様の処理を行った場合の信号処理波形を示す図である。図４（ａ）に示すように、温度計測装置（ＲＴＤセンサ）からの信号に対し通常のサンプリング処理を行った場合には、図４（ａ）に実線で示すような出力が得られるに過ぎないのに対し、図４（ｂ）に示すように、まず、ノイズを入れると点線で示すように高周波のノイズが乗るが、上述した信号処理器・制御器２０８に搭載するデジタルフィルタが減衰できる程度で、且つ近づけた時のノイズ成分の振幅がＡ／Ｄ変換モジュール２０６の変換の分解能の２倍以上になる高周波であれば、この高周波ノイズを含んだデジタル信号からローパスフィルタを通過させて、図４（ｂ）に実線で示すように、直流分解能を稼ぐことができる。

図５は、モータ１０２（図１参照）の回転を監視し、回転中であるか否かにより上述したデジタルフィルタのカットオフ周波数を上昇させ又は低下させる制御処理のフローチャートである。図５に示すように、この制御処理は、定期的に実行されるものであり、まず、モータ１０２（図１参照）の回転を監視し、回転中であるか否かを判定し（Ｓ５０１）、回転中であれば、カットオフ周波数を上昇させ（Ｓ５０２）、その後も定期的にモータ１０２の回転を監視する処理を行う。回転中でなければ、カットオフ周波数を低下させ（Ｓ５０３）、そのまま装置の電源断とするか否かを判定し（Ｓ５０４）、電源断ならば処理を終了する（Ｓ５０５）。電源断でないならば、その後も定期的にモータ１０２の回転を監視する処理を行う。このように、図１の信号処理システムにおいて、モータ１０２（図１参照）の回転を監視し、回転中であるか否かにより上述したデジタルフィルタのカットオフ周波数を上昇させ又は低下させる制御処理を行うことで、モータの回転の有無によるノイズの周波数成分の変化に柔軟に対応することが可能であり、図１に示した信号処理システムの上述した分解能を有効に維持し高めることが可能になる。このように、ノイズが減る動作中はカットオフ周波数を下げ、ノイズが増える動作中は上げるという、常識的なノイズ対策と異なるカットオフ周波数の調整の方向をとることが特徴である。

１、２ 信号線、１０ 信号処理システム、１００ 駆動機構部、
１０２ モータ、１０４ モータ用インバータ／ドライバ、
２００ 信号処理部、２０２ ＲＴＤセンサ、２０４ ＲＴＤ変換器、
２０６ Ａ／Ｄ変換モジュール、２０８ 信号処理器・制御器、
ｘ 動力線と信号線の間隔

Claims (2)

1. 電源と、該電源から動力線を介して電力を供給されて駆動されるモータと、該モータの回転数を可変に制御するモータ用インバータ／ドライバとを有する駆動機構部と、前記モータの回転及び／又は駆動機構部の動作に起因する発熱による温度変化を計測するＲＴＤセンサと、該ＲＴＤセンサと第１の信号線で接続されＲＴＤセンサからのセンサ信号をＲＴＤ変換するＲＴＤ変換器と、該ＲＴＤ変換器と第２の信号線で接続されＲＴＤ変換器からの出力をＡＤ変換するＡ／Ｄ変換モジュールと、該Ａ／Ｄ変換モジュールからのデジタル信号が入力され、該デジタル信号に対しサンプリング処理を施すと共に、処理された信号に基づき前記モータ用インバータ／ドライバへのフィードバック制御を行う信号処理器・制御器とを有する信号処理部と、を備えている工作機械もしくはコンプレッサにおいて、
   前記動力線と前記第１及び／又は第２の信号線を相互に、前記第１及び／又は第２の信号線を流れる信号にノイズが乗る距離になるまで接近させ、相互間の距離が前記信号処理器・制御器に搭載するデジタルフィルタが減衰できる程度で、且つ近づけた時のノイズ成分の振幅がＡＤ変換器の変換の分解能の２倍以上になるように調整することにより、高周波ノイズを含んだデジタル信号を取り出し、該信号を前記デジタルフィルタを通過させることで出力の直流分解能を高めることを特徴とする工作機械もしくはコンプレッサ。
2. 請求項１に記載の工作機械もしくはコンプレッサにおいて、更に、前記モータの回転を監視し、回転中であれば前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を上昇させ、回転中でなければ、前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を低下させる制御を行うことを特徴とする工作機械もしくはコンプレッサ。
   
   
   

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