JP2019035641A - 位置検出器及び位置検出器を備えた検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
情報処理装置と繋がる第1のケーブルが接続される第1の接続端子と、
他の検出器と繋がる第2のケーブルが接続される第2の接続端子と、
を有する読み取りヘッドを備え、
前記読み取りヘッドによる測定データまたは前記読み取りヘッドの測定に基づくデータで構成される第1のデータと、前記第2のケーブルを介して前記他の検出器から前記読み取りヘッドへ送受信される他の測定データまたは前記他の検出器の測定に基づくデータで構成される第2のデータとが、前記第1のケーブルを介して前記情報処理装置へ送受信されるようになっている。
工作機械に設置された、上記の位置検出器と、
前記情報処理装置として機能する前記工作機械を制御するNC装置と、
前記NC装置に備えられた電源と、
を備え、
前記第1のケーブルを介して、前記NC装置に備えられた前記電源から前記読み取りヘッドへ電力が供給されるようになっている。
工作機械に設置された、上記の位置検出器と、
前記情報処理装置として機能する前記工作機械を制御するNC装置と、
前記第1のケーブルに接続され、かつ他のケーブルを介して前記NC装置に接続された電源ユニットと、
を備え、
前記第1のケーブルを介して、前記電源ユニットから前記読み取りヘッドへ電力が供給されるようになっている。
はじめに、図1、2A及び2Bを参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る位置検出器の説明を行う。図1は、本発明の1つの実施形態に係る位置検出器の概要を模式的に示す図である。図2Aは、図1に示す位置検出器の外形を示す斜視図であり、図2Bは、図2に示す位置検出器において、カバーが外されて、内部が視認可能になった状態を示す斜視図である。なお、図1には、位置検出器だけでなく、ケーブルを介して読み取りヘッドに接続された他の機器も示されている。
検出部44の光源から出射された光がスケール6を反射または透過し、検出部44の光電素子がこの反射光または透過光を受光する。このとき、光学格子によって生じる光強度の差(明暗)によって、位置情報を検出することができる。例えば、スケール6の初期位置から、所定の方向における光学格子を横切る回数をカウントすることにより、スケール6上の位置を算出することができる。これにより、例えば、アブソリュート型のリニアエンコーダも実現できる。
更に、第1のケーブル(信号線)14を介して、読み取りヘッド4による測定データまたは読み取りヘッド4の測定に基づくデータで構成される第1のデータと、ケーブル12を介して受信された他の測定データまたは他の検出器20の測定に基づくデータで構成される第2のデータが、読み取りヘッド4から情報処理装置70へ送受信される。なお、第1のデータ及び第2のデータの詳細については後述する。
以上のように、位置検出器2及び他の検出器20が設置された被駆動要素50が移動しても(図1の両矢印参照)、ケーブルの引き回しが容易であり、簡潔な配線構造が実現できる。また、位置検出器2の読み取りヘッド4を、他の検出器20による他の測定データの送受信のための中継コネクタとして利用できるので、構成部材を簡素化することができる。
次に、図3を参照しながら、1つの実施形態に係る位置検出器を工作機械に取り付けた場合について説明する。図3は、1つの実施形態に係る位置検出器を工作機械の被駆動要素に取り付けた場合の一例を示す斜視図である。ここでは、被駆動要素の一例として、工作機械の加工テーブル50Aに取り付けた場合を示す。
第2のケーブル14を介して読み取りヘッド4と繋がった他の検出器20は、加工テーブル50Aの工作台の下部に取り付けられている。他の検出器20としては、温度検出器や加速度検出器を例示できる。なお、加工テーブル(被駆動要素)50Aが移動しても(図3の両矢印参照)、読み取りヘッド4及び他の検出器20の相対的な位置は変化しない。
次に、図4を参照しながら、本発明のその他の実施形態に係る位置検出器の説明を行う。図4は、本発明のその他の実施形態に係る位置検出器の外形を示す斜視図である。
図1に示す1つの実施形態では、直線上の位置を検出する所謂リニアエンコーダが示されているが、本実施形態では、回転方向における位置を検出する所謂ロータリエンコーダが示されている。
これにより、第1のケーブルを介して、位置検出器(読み取りヘッド)2’及び情報処理装置を接続することができ、第2のケーブルを介して、位置検出器(読み取りヘッド)2’及び他の検出器に接続することができる。よって、位置検出器(読み取りヘッド)2’においても、上記の1つの実施形態に係る位置検出器(読み取りヘッド)2と同様な作用効果を奏することができる。
次に、図5を参照しながら、本発明の実施形態に係る位置検出器に関する制御処理について説明する。図5は、本発明の実施形態に係る位置検出器の制御的な構成の一例を模式的に示すブロックダイアグラムである。
また、例えば、情報処理装置70としてNC装置を用いる場合、NC装置に適用する通信プロトコールでは、十分な送受信速度が得られない場合もあり得る。よって、この点からも、第1のケーブル12を介して送受信するデータ容量を小さくすることは重要である。
(1A)読み取りヘッド4による測定データ、及び
(1B)読み取りヘッド4の測定に基づくデータ
が含まれる。
(a)検出部44により検出された位置測定データ、及び
(b)読み取りヘッド内検出器22により検出された測定データ(例えば、温度測定データ)
が含まれる。
(a)読み取りヘッド4による測定データに基づいて、制御部76で形成された第1の形成データ、
(b)エラーステータス
(c)データ送受信用の識別データ
が含まれる。
(b)エラーステータスは、読み取りヘッド4(検出部44、検出器22)による測定に基づいて判別された不具合(エラー)発生の有無、及び発生した不具合(エラー)の種類を示すデータである。
(c)データ送受信用の識別データは、ポジションデータとも称され、第1のケーブル12を介して、第1のデータを送受信するときの識別データであり、通常、時分割で送受信する一連の通信の最初に送るデータである。
(2A)他の検出器20による他の測定データ、及び
(2B)他の検出器20の測定に基づくデータ
が含まれる。
(2B)他の検出器20の測定に基づくデータには、
(a)他の検出器による測定データに基づいて、制御部76で形成された第2の形成データ、
(b)エラーステータス、及び
(c)データ送受信用の識別データ
が含まれる。
(b)エラーステータスは、他の検出器20による測定に基づいて判別された不具合(エラー)発生の有無、及び発生した不具合(エラー)の種類を示すデータである。
(c)データ送受信用の識別データは、第1のケーブル12を介して、第2のデータを送受信するときの識別データであり、通常、時分割で送受信する一連の通信の最初に送るデータである。
情報処理装置70と繋がる第1のケーブル12が接続される第1の接続端子46、46’と、
他の検出器20と繋がる第2のケーブル14が接続される第2の接続端子48、48’と、
を有する読み取りヘッド4、4’を備え、
読み取りヘッド4、4’による測定データまたは読み取りヘッド4、4’の測定に基づくデータで構成される第1のデータと、
第2のケーブル14を介して他の検出器20から読み取りヘッド4、4’へ送受信される他の測定データまたは他の検出器20の測定に基づくデータで構成される第2のデータとが、
第1のケーブル12を介して情報処理装置70へ送受信される。
第1の形成データには、
(1A)読み取りヘッド4、4’による測定データの中から制御部76により選択されたデータ、及び
(1B)読み取りヘッド4、4’による測定データを用いて制御部76により演算されたデータ
が含まれる。
(a)読み取りヘッド4、4’(検出部44、検出器22)のサンプリングタイムより長いインターバルで取得されたデータ、
(b)限定された位置(位置測定データ)、限定された温度領域(温度測定データ)において取得されたデータ、
(c)一定の条件を満たした(例えば、前のサンプリングデータと今回のサンプリングデータの値の比率が閾値以上)データ
が含まれる。
(a)読み取りヘッド4、4’(検出部44)による位置測定データに基づいて算出した速度データ、
(b)算出された速度データに基づいて算出された加速度データ、及び
(c)算出された加速度データを選択または加工して、データ容量を落とした加速度データ
が含まれる。
第2の形成データには、
(2A) 他の検出器20による他の測定データ2Aの中から制御部76により選択されたデータ、及び
(2B)他の検出器20による他の測定データ2Aを用いて制御部76により演算されたデータ
が含まれる。
(a)他の検出器20のサンプリングタイムより長いインターバルで取得されたデータ、
(b)限定された周波数領域(加速度測定データ)、限定された温度領域(温度測定データ)、限定された領域(位置測定データ)において取得されたデータ、及び
(c)一定の条件を満たした(例えば、前のサンプリングデータと今回のサンプリングデータの値の比率が閾値以上)データ
が含まれる。
(a)N−1タイミングのサンプリングデータの値とNタイミングのサンプリングデータの値との比率、
(b)所定回数のサンプリングデータの平均値、及び
(c)低周波数・中周波数・高周波数の加速度測定データ量の比率、低温・中温・高温の温度測定データ量の比率、
が含まれる。
制御部46が、上記のようにして第2の形成データを形成することにより、第2のデータのデータ容量を、他の検出器20による他の測定データのデータ容量より小さすることができる。これにより、第2のデータのデータ容量を、第1のケーブル12の容量に適したものにすることができる。
本発明の実施形態に係る位置検出器2、2’を工作機械の被駆動要素50に配置する場合、位置測定データとともに、加速度測定データを取得して、被駆動要素50の振動を検出して、加工における不具合発生や、工具の摩耗の状態の推測を行うことが有効である。この場合、他の検出器20として加速度検出器を用いることが考えられる。
しかし、加速度検出器は、温度検出器等に比べて大きな電力を供給する必要があるので、情報処理装置70に備えられた電源から十分な電力を供給できない場合や、第1のケーブル12及び第2のケーブル14が十分な電力を送る容量を有していない場合もあり得る。
加速度α=(2πf)2・D
の関係を有するので、加速度αの値は周波数fの2乗に比例する。よって、加工等における不具合検出において重要な高周波数帯域の振動においては、周波数fの2乗分だけ大きくなるので、より大きな値の加速度αが得られることになる。
よって、少ない送受信データ容量で十分な振動解析ができるようにするため、例えば、算出した加速度データを低周波数・中周波数・高周波数に分け、各周波数帯域の総量を情報処理装置70へ送受信することが考えられる。この場合、情報処理装置70は、各周波数帯域の総量の比率から(例えば、高周波数域の比率が高い)、加工等における不具合発生の判定を行うことが考えられる。
また、N−1タイミングで算出した加速度データの値とNタイミングで算出した加速度データの値との比率を算出し、比率が閾値を超えた場合にだけ、情報処理装置70へデータを送受信することも考えられる。更に、所定回数の算出加速度データの平均値を情報処理装置70へ送受信し、情報処理装置70が、加速度データの平均値から加工等における不具合発生の判定を行うことも考えられる。
[例1]
(1)第1のデータ:読み取りヘッド4、4’による位置測定データ+検出器22による読み取りヘッド4、4’内部の温度測定データ+データ容量削減処理が行われた位置測定データに基づく加速度データ、
(2)第2のデータ:他の検出器20による外部の温度速度データ
[例2]
(1)第1のデータ:読み取りヘッド4、4’による位置測定データ+検出器22による読み取りヘッド4、4’内部の温度測定データ、
(2)第2のデータ:データ容量削減処理が行われた他の検出器20による加速度測定データ
以上のように、読み取りヘッド4、4’の制御部76における適確な制御処理が、第1のケーブル12のみを用いて、読み取りヘッド4、4’や他の検出器20に関連する必要なデータを情報処理装置70へ送受信するのに重要である。
この場合、制御部76により第1のデータまたは第2のデータを形成するアルゴリズムを、読み取りヘッド4、4’または他の検出器20が設置された機器の種類、設置された位置または設置された方向に応じて変更可能にすることが好ましい。
このような態様は、一度アルゴリズムを設定すれば、その後、頻繁なアルゴリズム変更の必要性が低い場合に適する。例えば、本位置検出器2、2’及び他の検出器20の使用開始時やメンテナンス時に、アルゴリズム変更用コンピュータを一時的に読み取りヘッド4、4’に接続して、アルゴリズムを変更することができる。この場合には、位置検出器2、2’を含むシステムに保管するデータ量を抑制することができる。
このような態様では、仮に、位置検出器2、2’や他の検出器20による測定に影響を及ぼす状況の変化が生じても、情報処理装置70により、常に最適な測定ができるアルゴリズムに変更できるので、信頼性の高い検出システムが実現できる。
次に、図6を参照しながら、上記の実施形態に係る読み取りヘッド4、4’の第2の接続端子48、48’側にハブを介して、他の検出器20を接続する場合の説明を行う。図6は、本発明の実施形態に係る位置検出器に接続可能なハブの一例を示す斜視図である。
複数の他の検出器20と接続可能なハブ30が、読み取りヘッド4,4’に繋がった第2のケーブル12に接続される。図6に示すハブでは、6個の接続端子32A〜32Fが設けられており、その中の1つの接続端子に第2のケーブル14が接続される。その他の5つの接続端子に複数の他の検出器20を接続することができる。
図6では、片側3個ずつ計6個の接続端子を有するハブが示されているが、その他の任意の数の接続端子を備えたハブを用いることができる。図6では、ハブ30は、略直方体の形状の筐体30Aを有するが、用途に応じて、立方体、円柱、多角柱をはじめとする任意の形状の筐体を採用することができる。
次に、図7を参照しながら、位置検出器及びハブを工作機械に取り付けた場合について説明する。図7は、本発明の実施形態に係る位置検出器及びハブを工作機械の被駆動要素に取り付けた場合の一例を示す斜視図である。ここでは、本発明の1つの実施形態に係る位置検出器2を用いた例を示す。
次に、図8を参照しながら、ハブを備えた上記の実施形態に係る位置検出器に関する制御処理について説明する。図8は、本発明の実施形態に係る位置検出器及びハブの制御的な構成を模式的に示すブロックダイアグラムである。ここでは、図7に示す場合と同様に、ハブ30に2つの他の検出器20D、20Fが接続された場合を示す。
位置検出器2、2’の制御的な構成、及び第1のケーブル12を介して情報処理装置70と接続された制御的な構成については、ハブを備えない図5に示す場合と同様である。図5に示す場合と異なるのは、第2のケーブル18に接続されたハブ30及びハブ30に複数の他の検出器20D、20Fが接続されている点である。
この制御回路78により、AD変換や高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を行うことができる。制御回路78によるこのような変換により、他の検出器20の測定データを効率的に送受信することができる。
なお、制御回路78により変換されたデータも、第2のケーブルを介して他の検出器20から読み取りヘッド4、4’へ送受信される「他の測定データ」に該当する。
次に、図9を参照しながら、位置検出器を工作機械の複数の被駆動要素に取り付けた場合について説明する。図9は、本発明の実施形態に係る位置検出器を工作機械の複数の被駆動要素に取り付けた場合の一例を示す斜視図である。
次に、上記の実施形態に係る位置検出器2、2’を備えた検出システムの説明を行う。
はじめに図10を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る検出システムの説明を行う。図10は、本発明の第1の実施形態に係る検出システムの構成を模式的に示すブロックダイアグラムである。
他の検出器20による他の測定データが、第2のケーブル14(信号線)を介して読み取りヘッド4へ送受信される。そして、上記の第1のデータ及び第2のデータが、第1のケーブル(信号線)12を介して、読み取りヘッド4からNC装置(情報処理装置)70に備えられた制御部72へ送受信される。これにより、工作機械60のフィードバック制御を実現できる。
これにより、通常のNC装置(情報処理装置)70に適用するプロトコールを用いて、他の検出器20に関連する第2のデータも工作機械60の工作機械用制御装置62へ送受信できる。
少なくとも第2のデータの一部が、NC装置(情報処理装置)70から工作機械用制御装置62へ送受信されることにより、温度測定データや加速度側データに基づくアラーム報知をはじめとする所定の制御処理を、工作機械用制御装置62が適宜実施することができる。
また、図10では、読み取りヘッド4に1つの他の検出器20が接続された場合が示されているが、これに限られるものでない。NC装置(情報処理装置)70の電源74、第1のケーブル12の容量、第2のケーブル14の容量等に応じて、例えば、上記のハブ30を用いて、読み取りヘッド4に複数の他の検出器20を接続する場合もあり得る。
次に、図11を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る検出システムの説明を行う。図11は、本発明の第2の実施形態に係る検出システムの構成を模式的に示すブロックダイアグラムである。図11では、上記の1つの実施形態に係る読み取りヘッド4及びその他の実施形態に係る読み取りヘッド4’の両方が備えられた場合を示している。
本実施形態では、電源ユニット80に中継部82及び電源84が備えられているが、中継部82及び電源84を個別の装置として備えることもできる。
4(A〜C)、4’ 読み取りヘッド
6(A〜6) スケール
8 カバー
10 回転軸挿入口
12 第1のケーブル
14 第2のケーブル
16(A〜F) 他の検出器用ケーブル
20 他の検出器
22 読み取りヘッド内検出器
30 ハブ
30A ハブの筐体
32A〜E 接続端子
42、42’ 筐体
42A、42A’ 端子部
44 検出部
46 第1の接続端子
48 第2の接続端子
50 被駆動要素
50A 加工テーブル(被駆動要素)
50B 主軸ベース(被駆動要素)
50C サドル(被駆動要素)
60 工作機械
62 工作機械用制御装置(情報処理装置)
64 ケーブル
70 NC装置(情報処理装置)
72 制御部
74 電源
76 制御部
78 制御回路
80 電源ユニット
82 中継部
84 電源
100、100’ 検出システム
Claims (19)
- 情報処理装置と繋がる第1のケーブルが接続される第1の接続端子と、
他の検出器と繋がる第2のケーブルが接続される第2の接続端子と、
を有する読み取りヘッドを備え、
前記読み取りヘッドによる測定データまたは前記読み取りヘッドの測定に基づくデータで構成される第1のデータと、前記第2のケーブルを介して前記他の検出器から前記読み取りヘッドへ送受信される他の測定データまたは前記他の検出器の測定に基づくデータで構成される第2のデータとが、前記第1のケーブルを介して前記情報処理装置へ送受信されることを特徴とする位置検出器。 - 前記第1のケーブル及び前記第2のケーブルが、電源線及び信号線を含む複合ケーブルであることを特徴とする請求項1に記載の位置検出器。
- 前記第1の接続端子及び前記第2の接続端子が両側に設けられた端子部が、前記読み取りヘッドの筐体に備えられていることを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出器。
- 前記読み取りヘッドに制御部が備えられ、
前記読み取りヘッドの測定に基づくデータに、前記読み取りヘッドによる測定データを用いて前記制御部により形成された第1の形成データが含まれ、
前記他の検出器の測定に基づくデータに、前記他の測定データを用いて前記制御部により形成された第2の形成データが含まれることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の位置検出器。 - 前記第1の形成データに、前記読み取りヘッドによる測定データの中から前記制御部により選択されたデータ、または前記読み取りヘッドによる測定データを用いて前記制御部により演算されたデータが含まれることを特徴とする請求項4に記載の位置検出器。
- 前記第2の形成データに、前記他の測定データの中から前記制御部により選択されたデータ、または前記他の測定データを用いて前記制御部により演算されたデータが含まれることを特徴とする請求項4または5に記載の位置検出器。
- 前記第2のデータのデータ容量が、前記他の測定データのデータ容量より小さいことを特徴とする請求項4から6の何れか1項に記載の位置検出器。
- 前記第1のデータ及び前記第2のデータのデータ容量が、前記第1のケーブルで送受信可能なデータ容量以内になるように、前記制御部により、前記第1の形成データ及び第2の形成データが形成されることを特徴とする請求項4から7の何れか1項に記載の位置検出器。
- 前記制御部により前記第1のデータまたは前記第2のデータを形成するアルゴリズムを、前記読み取りヘッドまたは前記他の検出器が設置された機器の種類、設置された位置または設置された方向に応じて変更可能なことを特徴とする請求項4から8の何れか1項に記載の位置検出器。
- 複数のアルゴリズムが保管された制御装置を前記読み取りヘッドに一時的に接続して、前記アルゴリズムを変更することを特徴とする請求項9に記載の位置検出器。
- 前記情報処理装置に複数のアルゴリズムが保管されており、前記第1のケーブルを介して、前記情報処理装置により前記アルゴリズムを変更することを特徴とする請求項9に記載の位置検出器。
- 複数の前記他の検出器と接続可能なハブが、前記読み取りヘッドに繋がった前記第2のケーブルに接続されていることを特徴とする請求項1から11の何れか1項に記載の位置検出器。
- 前記ハブの筐体に、複数の接続端子が両側に設けられた端子部が備えられ、
両側の前記接続端子のうちの1つの接続端子に前記第2のケーブルが接続され、その他の接続端子に前記他の検出器と繋がったケーブルが接続されることを特徴とする請求項12に記載の位置検出器。 - 前記ハブに、前記他の検出器から受信した信号を、前記読み取りヘッド及び前記情報処理装置との送受信に適した信号に変換する制御回路が備えられていることを特徴とする請求項12または13に記載の位置検出器。
- 工作機械に設置された、請求項1から11の何れか1項に記載の位置検出器と、
前記情報処理装置として機能する前記工作機械を制御するNC装置と、
前記NC装置に備えられた電源と、
を備え、
前記第1のケーブルを介して、前記NC装置に備えられた前記電源から前記読み取りヘッドへ電力が供給されることを特徴とする検出システム。 - 前記第1のデータ及び前記第2のデータが前記NC装置に送受信され、
少なくとも前記第2のデータの一部が、前記NC装置から前記工作機械の制御装置へ送受信されることを特徴とする請求項15に記載の検出システム。 - 工作機械に設置された、請求項1から11の何れか1項に記載の位置検出器と、
前記情報処理装置として機能する前記工作機械を制御するNC装置と、
前記第1のケーブルに接続され、かつ他のケーブルを介して前記NC装置に接続された電源ユニットと、
を備え、
前記第1のケーブルを介して、前記電源ユニットから前記読み取りヘッドへ電力が供給されることを特徴とする検出システム。 - 前記工作機械に、前記演算処理装置として機能する制御装置が備えられ、
前記電源ユニットに、前記第1のデータ及び前記第2のデータの送受信の中継部が備えられ、
前記第1のケーブルを介して前記読み取りヘッドから前記中継部へ送信された前記第1のデータ及び前記第2のデータのうち、前記第1のデータが前記中継部から前記前記NC装置に送信され、少なくとも前記第2のデータの一部が前記中継部から前記工作機械の前記制御装置へ送信されることを特徴とする請求項17に記載の検出システム。 - 前記中継部と前記読み取りヘッドとの間のデータ送受信速度、及び前記中継部と前記工作機械の前記制御装置との間のデータ送受信速度が、前記中継部と前記NC装置の間のデータ送受信速度より速いことを特徴とする請求項18に記載の検出システム。
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