JP2018512630A - 工作機械の監視方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのデジタル記憶部（３４）を含み、該記憶部に、工作機械（１０）による加工対象物の加工処理を符号化する加工プログラムコード、及び加工処理を監視する監視プロセスを符号化する監視プログラムコードが記憶されている、工作機械、特に切削工作機械。本発明によると、該デジタル記憶部（３４）には、監視プロセスを変更する変更命令を入力する及び／又は読み取るためのスクリプトエディター（３８）が記憶され、該デジタル記憶部（３４）には、更に実行可能なプロセス監視プログラムコードを該監視プログラムコードと該変更命令から自動的に生成するように構成されているコンパイラが記憶されている。

Description

本発明は工作機械、特に切削工作機械に関し、少なくとも１つのデジタル記憶部を含み、該記憶部には、工作機械による加工対象物の加工処理を符号化する加工プログラムコード、及び加工処理を監視する監視プロセスを符号化する監視プログラムコードが記憶されている。

第二態様によると、本発明は工作機械の監視方法に関し、工作機械による加工対象物の加工処理のための加工処理プログラムを符号化する監視プログラムコードを読み取る工程を含む。

工作機械用監視システムの目的は、工作機械による加工処理を監視することである。そのため、例えばトルク、駆動力及び／又は力を取得し、継続的に所定のプロセスと比較する。偏差の発生は処理におけるエラーを意味し、警戒信号の発信、又は加工処理の中止を行うことができる。この様な方法は、ＤＥ １０２００９０２５１６７ Ｂ３に説明されている。

加工処理におけるエラーをいち早く識別するために、監視プロセスは高いサンプリングレートで動作しなければならない。つまり時間単位毎に多数の測定値を取得して処理しなければならない。

加工処理の監視に伴う様々な利点にも関わらず、これまでプロセス監視のほとんどは、大量生産においてのみ実行され得た。

本発明の課題は、工作機械の監視を改善し、小型シリーズの加工処理のためにも監視プログラムを容易に作成可能とすることである。

該課題は、本発明による工作機械により解決され、該工作機械のデジタル記憶部には、監視プロセスを変更する変更命令を入力する及び／又は読み取るためのスクリプトエディターが記憶され、該デジタル記憶部には、更に、実行可能なプロセス監視プログラムコードを監視プログラムコードと該変更命令から自動的に生成するように構成されているコンパイラが記憶されている。また、該課題は、本発明における請求項９に記載の事項を有する工作機械監視装置により解決される。

第二態様に従えば、該課題は本発明による方法により解決され、該方法は、少なくとも１つの変更命令をスクリプトエディターにより取得する工程と、コンパイル又は事前コンパイルされたプロセス監視プログラムコードを監視プログラムコードと該変更命令から自動的に作成する工程と、及び工作機械を該プロセス監視プログラムコードにより監視する工程を含む。言い換えれば、該工作機械の監視は、該工作機械により実行される加工処理に対する監視と理解すべきである。

本発明には、加工対象物の小型シリーズの加工処理を可能にする効果がある。従来、小型シリーズ加工処理用の監視プログラムの作成にはかなりの手間がかかり、得られる処理の信頼性はその監視を正当化する程のものではなかった。本発明は、既存の加工処理プログラムを、特定の加工処理タスクに個々に適応させることができる。

更に、本発明には、デジタル記憶部とプロセッサを含む監視部の特に効率的な利用を可能にするという効果がある。このため、非常に少ないリソースを要し、かつ迅速に処理し得るような監視プログラムコードを書くことができる。それは通常、人間にとっての監視プログラムコードの読みにくさに繋がる。これは監視プログラムコードがコンパイルされたフォーマットにある場合に特に当てはまる。スクリプトエディターのおかげで、プログラムモジュールを、ランタイム最適化状態のあらかじめ準備されたフォーマットにて維持し、かつ各変更命令によって動作開始・動作停止させることができる。これは、監視部には、単なる予防手段としてプログラムされ使用がされない部分を保持する必要がなく、プロセス監視プログラムの主要部分のみを保持すれば良いことを意味する。

本発明の明細書において、工作機械が少なくとも１つのデジタル記憶部を有するという特徴は、該工作機械には二つ以上のデジタル記憶部を含め得ることを特に意味する。また、監視プログラムコード及び／又はプロセス監視プログラムコードを、それら記憶部のうちの１つに記憶する必要はないが、可能である。特に、各プログラムコードを二つ以上の記憶部にわたって分割しても良い。

コンパイラは、少なくとも監視プログラムコードと変更命令の構文チェックも実行し、かつマシンコード又は中間コードを作成するように構成されているプログラムを特に意味する。

マシンコードは、本発明による工作機械の一部であって、加工対象材料の加工処理を制御する機械制御システムにより、自動的に、かつ更なる変換をせずに実行し得るコマンドシーケンスを意味する。

中間コードは、構文チェックをせずにマシン言語に変換し得る文字シーケンスを意味する。該中間コードは、特にバイトコード、ＩＬ（中間言語）又はＭＳＩＬ（マイクロソフト中間言語）である。

監視プログラムコードは、監視プロセスを記載する（符号化する）コマンドシーケンスを意味する。該監視プログラムコードは、例えばマシン言語にコンパイルされた状態、及び／又はコンパイルされていない状態で利用可能である。

工作機械監視装置は、特に、所定の機械と接続し、その機械と共に本発明による工作機械を形成するように構成されている装置を意味する。

スクリプトエディターが入力及び／又は読み取りのために構成されているという特徴は、一つ以上の命令が例えばキーボード及び／又はタッチスクリーンによりスクリプトエディターに入力可能であり、かつこのように入力された命令にアクセス可能であることを特に意味する。該スクリプトエディターは、グラフィカル・ユーザー・インターフェースによって各機能を選択するように更に構成され得、コンパイラは該機能を実行される監視コードに永久に統合する。該コンパイラはリンカーを含み得る。

ここで「命令」とは、少なくとも１つの命令を意味する。

工作機械監視装置は、工作機械の制御部と接続され、パフォーマンス評価指標が該制御部から取り出せるように構成されている装置を特に意味する。

望ましくは、工作機械は監視部を含み、該監視部は、少なくとも１つの記憶部と、プロセス監視プログラムコードを作成して処理するように構成されているプロセッサを含む。言い換えれば、該プロセス監視プログラムコードは同じプロセッサにて作成及び処理されている。これにより、該プロセス監視プログラムコードにより符号化されたプロセス監視手順を容易に調整することができる。すなわち、好ましい実施形態において同様にプロセッサ上で実行されるスクリプトエディターにて、変更命令を単に修正するだけで良い。そして、該プロセッサは、該プロセス監視プログラムコードを作成して実行することができる。特に、各変更命令を修正して該プロセス監視手順を変更することによって、監視についての変化する需要に対して自発的に対応することができる。

監視部が機械制御システムの一部を構成する必要はないが、可能である。機械制御システムは、監視部のプロセッサとは異なる制御システムプロセッサを含み得る。有利には、監視プログラムコードは、工具スピンドルによる工具ヘッド直線加速度を示す加速度データを取得するための監視プロセスを符号化し、コンパイラは、その加速度が工具ヘッド加速度を計算するためのベクトル和に組み込まれている各機械軸を、変更命令により選択できるように構成されている。

本発明の好ましい実施形態では、本工作機械は、第一駆動部と、少なくとも１つの第二駆動部と、第一駆動部の第一ドライブトルクを示す第一パフォーマンス評価指標と第二駆動部の第二ドライブトルクを示す第二パフォーマンス評価指標を取得するように構成されている機械制御システムを含み、スクリプトエディターは、変更命令を選択命令として入力する及び／又は読み取るように設定されており、コンパイラは、監視手順の実行が基づくパフォーマンス評価指標を該選択命令により選択することができるように構成されている。

パフォーマンス評価指標は測定値を意味し、該測定値の変化から各駆動部のトルクの変化が明確に推定され得る。例えば、該パフォーマンス評価指標は、現在の駆動力又は駆動部の電動モーター電流を示し得る。

選択命令によって、データソースを選択することができる。言い換えれば、その関連データがプロセス監視プログラムコードにより取得され監視処理に供される工作機械の部品を、該選択命令により選択することができる。

これによって、工具を動作させる機械軸のみを監視することができる。監視プログラムの範囲内で、例えば工具ホルダーにより取り出されるべき工具を動かすリボルバーが駆動される場合は、リボルバーの駆動部を選択命令により選択し、リボルバーの駆動部のドライブトルクのみを監視することができる。

更に有利には、スクリプトエディターは、変更命令を、事前に準備された監視モジュール又はスクリプトを取り出すためのスクリプト選択命令として、入力する及び／又は読み取るように設定されている。そして、監視中のどの時点でどのデータをどのプログラムモジュールにより処理すべきかを、選択命令及びスクリプト選択命令により決定することができる。その後、例えば追加の工具が取り入れられたため監視タスクが変更される場合は、該プログラム監視手順を容易に変更することができる。

望ましくは、本工作機械は（ａ）加工対象物を加工するための工具を保持する工具ホルダーを有する工具スピンドルと、（ｂ）該工具ホルダーにより保持された工具を取得するための機械制御部を含み、（ｃ）スクリプトエディターは、変更命令を条件命令として入力する及び／又は読み取るように設定され、（ｄ）コンパイラは、保持された工具に応じて、少なくとも該条件命令も用いて、監視プロセスの実行が基づくドライブトルクを選択することができるように構成されている。

条件命令は、機械制御システムに、工具ホルダーがどの工具を保持しているか、つまり次の加工処理がどの工具により実行されるかを読み取らせる。その後、監視すべき荷重パラメーターを該工具に応じて選択する。例えば、該保持された工具がドリルの場合、ドリルを回転させるスピンドルのドライブトルクを監視することが合理的となり得る。それに対し、工具が旋削加工ヘッドの場合、フライスカッターの送り動作に関与している各機械軸のトルクを監視することが有利となり得る。なお、複数の機械軸を、特に共通のパフォーマンス評価指標を計算することによって監視することもできる。該パフォーマンス評価指標は、例えば搬送力の測定値であり得る。また、該条件命令は、複数の部分命令からなり得る。

望ましくは、第一駆動部は、加工対象物を加工する工具を保持するための工具ホルダーを含む工具スピンドルであって、第二駆動部は推進軸、つまり工具の送り動作をもたらす機械軸である。また、その二つの駆動部のうち１つが工具の搬送に関与するリボルバーの駆動部であっても良い。

望ましくは、本工作機械は、第一機械軸と、少なくとも１つの第二機械軸と、工具を保持し駆動する少なくとも１つの工具スピンドルを含む。有利には、監視プログラムコードは、機械軸に割り当てられた少なくとも１つの測定値を取得する監視プロセスを符号化する。該測定値は、工具ヘッドに作用する力成分の推定に使用され得る。コンパイラは、割り当てられた測定値が工具ヘッドに作用する力を計算するためのベクトル和に含まれる機械軸を、変更命令により選択することができるように構成されている。

ここで、工具ヘッドは、推進軸により空間に位置付けられ、かつ加工対象物が取り付けられている、工作機械の部品を意味する。測定値がベクトル和に含まれる機械軸が選択可能であるため、工具ヘッドに作用する力は特に容易に計算することができる。

望ましくは、本機械制御システムは、少なくとも１つの機械軸を加工処理プログラムにより自動的に制御すると共に、該加工処理プログラムの進行を特徴付ける制御変数に応じて、測定値の少なくとも１つのシーケンスを取得するように構成されている。該制御変数は、例えば時間、又は加工処理プログラムの処理速度を示す、オーバーライド制御システムとも呼ばれるグローバル速度制御器の各値を乗じた時間の合計積であっても良い。

有利には、スクリプトエディターは、変更命令をフィルター命令として入力する及び／又は読み取るように設定され、コンパイラは、該フィルター命令を使用して測定値の所定のシーケンスに数学的フィルターを適用することが可能になるように構成されている。このようなフィルターは、入力シーケンス（つまり測定値のシーケンス）と出力シーケンス、又はベクトルやスカラーを割り当てる変換である。このようなフィルターの一例を挙げると、平滑フィルター、所定の間隔におけるシーケンスの最大値及び／又は最小値を示す極限フィルター、平均フィルター、又は畳み込みフィルターなどがある。該フィルターは特に非再帰的なフィルターであって、特に望ましくは低減フィルターである。該低減フィルターは測定値のシーケンスに縮小シーケンスを割り当て、該縮小シーケンスは制御変数の間隔に対して少ない（特に、最大でも１割の）連続要素を持つ。

望ましくは、スクリプトエディターは、変更命令を期間命令及び／又は所定量の測定値からの測定値選択として入力する及び／又は読み取るように構成され、コンパイラは、該期間命令により測定値の最大値及び／又は最小値を計算するための間隔期間を選択することができるように構成されている。この計算は、動いている間隔にわたって最大値を計算する移動計算であっても良い。あるいは、期間命令により連続する間隔の長さを決定することができる。該期間は、制御変数の単位で測定される期間を特に意味する。

望ましくは、スクリプトエディターは、変更命令をドキュメント命令及び条件として入力する及び／又は読み取るように構成され、コンパイラは、該ドキュメント命令により、該命令に応じて、ドキュメントを作成及び／又は変更し、及び／又は警戒信号を作成することができるように構成されている。また、該ドキュメント命令は、複数の部分命令からなり得る。

以下に、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。図内に、
本発明による工作機械の概略図、 本発明による方法のプロセスブロックの略図、及び 本発明による方法のフローチャート、が示されている。

図１は、本発明による工作機械１０の概略図であって、該工作機械１０は第一駆動部１４により移動可能な第一機械軸１２を含む。また、該工作機械１０は、模式的に示されている第二駆動部１８により駆動される第二機械軸１６を含む。第三機械軸２０は、第三駆動部２２により駆動される。また、該工作機械１０は、工具２６.１、２６.２、．．．が収納されているリボルバー２４を含む。該工具２６.４は、工具ヘッド２８に取り付けられている。

該工作機械１０は、機械制御システム３０を含み、該機械制御システム３０は、該駆動部１４、１８、２２、及びリボルバーの駆動部２４並びにスピンドル３２と電子的に接続されている。また、該工作機械１０はデジタル記憶部３４を含み、ここでは、該デジタル記憶部３４は機械制御システム３０の一部であり加工処理プログラムを記憶している。該機械制御システム３０のプロセッサ３６が該デジタル記憶部３４にアクセスし該工作機械１０の各部品を制御することにより、加工対象物が該デジタル記憶部３４に記憶されている加工処理プログラムに応じて処理される。

また、該デジタル記憶部３４には、該加工処理を監視する監視プロセスを符号化する監視プログラムコードが記憶されている。例えば、該監視プロセスは、該駆動部１２、１６、２２の少なくとも１つの出力を読み取る工程と、これらの駆動部の出力を以前の加工処理サイクルにおける駆動部の出力と比較する工程を含む。該機械制御システム３０は、第一パフォーマンス評価指標Ｐ_１４を第一駆動部１４の現在出力として取得し、第二パフォーマンス評価指標Ｐ_１８を第二駆動部１８の現在出力として取得し、かつ第三パフォーマンス評価指標Ｐ_２２を第三駆動部２２の現在出力として取得するように構成されている。

これらのパフォーマンス評価指標に基づいて、該機械制御システム３０は、各駆動部の回転速度からトルクを識別し、そのトルクに基づいて、工具ヘッド２８に作用する力を識別する。その代わり又はそれに加えて、該機械制御システム３０は、パフォーマンス評価指標の変化を識別し、その変化から工具ヘッド２８に作用する力の変化を計算する。力の変化を数値積分することにより、当初既知の力から現在の力を計算し得る。

図２は、本発明による方法のプロセスブロックを示す略図である。先ずは、本工作機械監視装置の電源を入れると、該デジタル記憶部との自動的な接続が確立されるとともに、一つ以上スクリプトエディターにコードが存在するか否かをまず確認する基本プログラムが起動される。存在する場合、該コードはスクリプトエディター（３８）から読み取ってコンパイルされる。コンパイルエラーが無い場合、該コンパイルされたコードは、既存の監視プログラムコードに追加される。その後、該スクリプトエディターへの更なる入力が不可にされる。本工作機械の加工処理は、プロセス監視プログラムコードにより実行され、該プロセス監視プログラムコードは、変更されない監視プログラムコードと変更命令に基づいて作成されるコードからなる。

ユーザーの要求に応じて、該スクリプトエディター（３８）を解除し、ユーザーはスクリプトエディターに入力されたスクリプトを変更することができる。

コンパイルエラーを断定した場合、ユーザーがスクリプトを修正するために、エラーメッセージを発信することができる。

図３には、本発明による方法の実行原理が模式的に示されている。該工作機械１０は、測定値、特にパフォーマンス評価指標と機械パラメーターを継続的に取得する。該機械パラメーターは、機械の非動的状態を示す値を意味する。例えば、該機械パラメーターは、動作パラメーター又は工具パラメーターであっても良い。該工具パラメーターは、加工処理にどの工具及び／又はどの工具種類を使用するかを示す。例えば、該工具パラメーターは、現在使用されている工具がフライスカッター、ドリル、旋削加工工具、又は他の工具であるかを示す。該動作パラメーターは、次の計画された動作時に工具がどの軸に沿って動作すべきか示す。

該測定値は、デジタル信号として受信され、該監視プログラムコード（つまりスクリプトエディター３８の入力により変更されないプログラム部分）によりまず前処理される。その後、該受信された前処理信号は、少なくとも該スクリプトエディターの入力によっても規定されたプログラムコードにより処理される。本工作機械１０が加工対象物を処理する際は、該加工処理は、監視プログラムコード及び変更命令の部分を含むプロセス監視プログラムコードにより監視される。

図３には、本スクリプトエディター３８の考えられる態様が示されている。２つの条件命令が入力されるべきであって、加工処理を監視するためにどのパフォーマンス評価指標を使用するかは、それらの条件命令により選択される。選択されたパフォーマンス評価指標により実行される監視の種類は、例えばＤＥ２００９ ０２５１６７ B３に記載されている故に、ここではより詳細には説明しない。

１０ 工作機械
１２ 第一機械軸
１４ 第一駆動部
１６ 第二機械軸
１８ 第二駆動部
２０ 第三機械軸
２２ 第三駆動部
２４ リボルバー
２６ 工具
２８ 工具ヘッド
３０ 機械制御システム
３２ スピンドル
３４ デジタル記憶部
３６ プロセッサ
３８ スクリプトエディター
Ｐ_１４ 第一パフォーマンス評価指標
Ｐ_１８ 第二パフォーマンス評価指標
Ｐ_２２ 第三パフォーマンス評価指標

Claims (10)

1. 工作機械（１０）、特に切削工作機械であって、
   （ａ）少なくとも１つのデジタル記憶部（３４）を含み、
   前記デジタル記憶部（３４）に、
   - 工作機械による加工対象物の加工処理を符号化する加工プログラムコード（１０）と、
   - 加工処理を監視する監視プロセスを符号化する監視プログラムコードが記憶され、
   ここにおいて、
   （ｂ）前記デジタル記憶部（３４）には、前記監視プロセスを変更する変更命令を入力する及び／又は読み取るためのスクリプトエディター（３８）が記憶され、
   （ｃ）前記デジタル記憶部（３４）には、実行可能なプロセス監視プログラムコードを前記監視プログラムコードと前記変更命令から自動的に生成するように構成されているコンパイラが記憶されることを特徴とする、工作機械。
2. 前記少なくとも１つのデジタル記憶部（３４）と前記プロセス監視プログラムコードを作成して処理するように構成されているプロセッサ（３６）を含む監視部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の工作機械（１０）。
3. （ａ）第一駆動部（１４）と、
   （ｂ）少なくとも１つの第二駆動部（１８）と、
   （ｃ）前記第一駆動部（１４）の第一ドライブトルクを示す第一パフォーマンス評価指標（Ｐ_１４）と、前記第二駆動部（１８）の第二ドライブトルクを示す第二パフォーマンス評価指標（Ｐ_１８）を取得するように構成されている機械制御システム（３０）を含み、
   （ｄ）前記スクリプトエディター（３８）が、変更命令を選択命令として入力するように設定され、
   （ｅ）前記コンパイラが、前記選択命令により、前記監視プロセスの実行が基づくパフォーマンス評価指標（Ｐ_１４,Ｐ_１８）を選択することができるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工作機械（１０）。
4. （ａ）加工対象物を加工するための工具（２６）を保持する工具ホルダーを有する工具スピンドル（３２）と、
   （ｂ）前記工具ホルダーにより保持された前記工具（２６）を取得するための機械制御部（３０）を含み、
   （ｃ）前記スクリプトエディターが、変更命令を条件命令として入力するように設定され、
   （ｄ）前記コンパイラは、前記保持された工具（２６）に応じて、少なくとも前記条件命令も用いて、前記監視プロセスの実行が基づくドライブトルクを選択することができるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の工作機械（１０）。
5. - 第一機械軸（１２）と、
   - 少なくとも１つの第二機械軸（１６）と、
   - 工具（２６）を保持し駆動する少なくとも１つの工具スピンドル（３２）を含み、
   - 前記監視プロセスが、機械軸（１２,１６）に割り当てられた少なくとも１つの測定値を取得し、その測定値により、工具ヘッド（２８）に作用する力成分が推定され、
   - 前記コンパイラが、割り当てられた測定値が前記工具ヘッド（２８）に作用する力を計算するためのベクトル和に含まれる機械軸（１２、１６）を、前記変更命令により選択することができるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の工作機械（１０）。
6. 自動的に、前記少なくとも１つの機械軸（１２）を前記加工処理プログラムにより制御すると共に、前記加工処理プログラムの進行を特徴付ける制御変数に応じて、測定値の少なくとも１つのシーケンスを取得するように構成されている機械制御システム（３０）を含むことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の工作機械（１０）。
7. 前記スクリプトエディター（３８）が、変更命令を期間命令及び／又は所定量の測定値からの測定値選択として入力するように構成され、前記コンパイラが、前記期間命令により測定値の最大値及び／又は最小値を計算するための間隔期間を選択することができるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の工作機械（１０）。
8. 前記スクリプトエディター（３８）が、変更命令をドキュメント命令及び条件として入力するように構成され、前記コンパイラが、前記ドキュメント命令により、前記命令に応じて、ドキュメントを作成及び／又は変更し、及び／又は警戒信号を作成することができるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の工作機械（１０）。
9. 工作機械（１０）に接続される工作機械監視装置であって、
   （ａ）少なくとも１つのデジタル記憶部（３４）を含み、前記デジタル記憶部（３４）に、加工処理を監視する監視プロセスを符号化する監視プログラムコードが記憶され、
   ここにおいて、
   （ｂ）前記デジタル記憶部（３４）に、前記監視プロセスを変更する変更命令を入力する及び／又は読み取るためのスクリプトエディター（３８）が記憶され、
   （ｃ）前記デジタル記憶部（３４）に、実行可能なプロセス監視プログラムコードを前記監視プログラムコードと前記変更命令から自動的に生成するように構成されているコンパイラが記憶されることを特徴とする、工作機械監視装置。
10. 工作機械（１０）の監視方法であって、
    （i）前記工作機械（１０）による加工対象物の加工処理を監視する監視処理プログラムを符号化する監視プログラムコードを読み取る工程を含み、
    （ii）スクリプトエディターにて少なくとも１つの変更命令を取得する工程と、
    （iii）コンパイル又は事前コンパイルされたプロセス監視プログラムコードを前記監視プログラムコードと前記変更命令から自動的に作成する工程と、
    （iv）前記工作機械（１０）を前記プロセス監視プログラムコードにより監視する工程
    を含むことを特徴とする、監視方法。

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