JP2021125148A - 制御装置、地震対策システム、地震対策方法 - Google Patents

制御装置、地震対策システム、地震対策方法 Download PDF

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Abstract

【課題】地震に対応しダメージの少ない時点で安全に機械を停止させる。【解決手段】数値制御装置100は、工場内システム1を介して工場情報管理サーバ2から地震の発生に関するデータを取得する。地震の発生に関するデータを取得すると、ワーク状態情報取得部16は、ワークの状態情報を取得し、工具経路推定部17は加工プログラムを先読みして地震の到達予想時刻までの工具の移動経路を推定する。距離推定部18はワークの状態情報と、工具の移動経路とを基に、ワークと工具の間の距離の推移を算出する。停止時点判定部19は、工具の停止時点を判定する。適当な停止時点が存在しない場合、退避判定部20が、工具の退避を判定する。【選択図】図2

Description

本発明は、産業機械の制御装置、地震対策システム、地震対策方法に関する。
地震対策は、製造現場で重要な課題である。地震が発生すると、震動や衝撃により機械が損害を受けることがある。従来、地震発生時の工作機械の破損を防止するために、特許文献1には、『地震情報Sigを受信する地震情報受信部A、地震発生の予測時刻での予測実行ブロックを特定する実行ブロック予測部B、地震情報Sigを受信したときに実行中のブロックから予測実行ブロックまでの間に、主軸が停止、あるいは、早送りで工具あるいはワークが移動する運転停止ブロックを特定する運転停止ブロック特定部C、運転停止ブロックの実行開始から実行終了時までの間でプログラム運転の停止を行うプログラム運転停止制御部D、前記プログラム運転停止制御部Dによりプログラム運転が停止した場合、前記工具または前記ワークを退避する退避制御部Eと、の機能を備える』と記載されている。
また、産業機械はその姿勢や動作によって、振動や衝撃などの外乱の影響を受けやすくなるため、安全に停止しなければならない。従来、産業機械を安全に停止するために、特許文献2には、現在実行中の加工プログラムを解読して実行順序を特定するとともにブロックごとに加工時間を予測し、実行ブロックテーブルを作成し、現在時刻とオペレータから指定された提示時刻との間で、加工運転を安全に停止できるブロックを特定し、安全に停止できるブロックにおいて加工運転を停止する指令を出力して、産業機械を安全に停止する、技術が記載されている。
特許第6398254号 特開2016−78207号公報
地震の被害を最小化するためには、揺れが到達する前に産業機械をダメージの少ない時点で産業機械を安全に停止させる必要がある。また、作業を再開することが可能な場合は、素早く作業を再開する必要がある。
産業機械の分野では、地震に対応しダメージの少ない時点で安全に機械を停止させる技術が望まれている。
本開示では、地震に対応しダメージの少ない時点で産業機械を安全に停止させることができる。本開示において時点とは、あることをするのに適した時間・時期という意味である。本開示において時点とは必ずしも時間的な一点を意味するのではなく、時間的な複数の点や区間も含む。
本開示の一態様における制御装置は、工具とワークとを相対移動させてワークの加工を行う工作機械の制御装置であって、加工プログラムを記憶する記憶部と、地震の発生に関する情報を取得する地震情報取得部と、地震の発生に関する情報を取得すると、ワークの状態に関する情報を取得するワーク状態情報取得部と、加工プログラムを基に、地震の到達予想時刻までに工具が移動する経路を推定する工具経路推定部と、ワークの状態に関する情報と工具の経路とを基に、地震の到達予想時刻までの工具とワークの距離の推移を推定する距離推定部と、工具とワークとの距離を基に、地震の到達予想時刻までに工作機械を停止する時点を判定する停止時点判定部と、を備える。
本開示の一態様における地震対策システムは、工具とワークとを相対移動させてワークの加工を行う工作機械の地震対策システムであって、加工プログラムを記憶する記憶部と、地震の発生に関する情報を取得する地震情報取得部と、地震の発生に関する情報を取得すると、ワークの状態に関する情報を取得するワーク状態情報取得部と、加工プログラムを基に、地震の発生する時刻までに工具が移動する経路を推定する工具経路推定部と、ワークの状態に関する情報と工具の経路とを基に、地震の到達予想軸までの工具とワークの距離の推移を推定する距離推定部と、工具とワークとの距離を基に、地震の到達予想時刻までに工作機械を停止する時点を判定する停止時点判定部と、を備える。
本開示の一態様における地震対策方法は、工具とワークとを相対移動させてワークの加工を行う工作機械の地震対策方法であって、地震の発生に関する情報を取得し、地震の発生に関する情報を取得すると、ワークの状態に関する情報の取得と、加工プログラムに基づく地震の到達予想時刻までの工具の移動経路の推定と、を行い、ワークの状態に関する情報と工具の経路とを基に、地震の到達予想時刻までの工具とワークの距離の推移を推定し、工具とワークとの距離を基に、地震の到達予想時刻までに全工作機械を停止する時点を判定する。
本発明の一態様によれば、地震に対応しダメージの少ない時点で安全に機械を停止させる。
本開示における数値制御装置のハードウェア構成図である。 地震予測システム、工場情報管理サーバ、工場内システムの関係を示す図である。 数値制御装置のブロック図である。 数値制御装置のブロック図である。 数値制御装置のブロック図である。 工作機械の地震対策方法を示すフローチャートである。 第2の開示の数値制御装置のブロック図である。
以下、本開示を図面と共に説明する。
図1は本開示の一開示による数値制御装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。
本開示の数値制御装置100が備えるCPU111は、数値制御装置100を全体的に制御するプロセッサである。CPU111は、バス120を介してROM112に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置100全体を制御する。RAM113には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。
不揮発性メモリ114は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやSSD(Solid State Drive)等で構成され、数値制御装置100の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ114には、記憶媒体や外部ネットワークから読み込まれたプログラム、図示しない表示器/MDIユニットを介して入力されたプログラム、サーボモータ50が備える位置・速度検出器やスピンドルモータに取り付けられたポジションコーダからフィードバックされた各モータの位置や速度のフィードバックデータ等が記憶される。不揮発性メモリ114に記憶されたプログラムや各種データは、実行時/利用時にはRAM113に展開されても良い。また、ROM112には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
インタフェース115は、数値制御装置100をインターネット等の外部ネットワークに接続させるためのインタフェースである。数値制御装置100は、イーサネット(登録商標)などのネットワーク機器72を介して、工場内システム1に接続されている。PMC(プログラマブル・マシン・コントローラ)116は、数値制御装置100に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械及び該工作機械の周辺装置(例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、工作機械に取付けられているセンサ等)にI/Oユニット117を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、CPU111に渡す。
工作機械が備える軸を制御するための軸制御回路130はCPU111からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ140に出力する。サーボアンプ140はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ50を駆動する。軸のサーボモータ50は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路130にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。
なお、図1のハードウェア構成図では軸制御回路130、サーボアンプ140、サーボモータ50は1つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。また、図1の軸制御回路130及びサーボアンプ140は、後述するサーボモータ制御部14に対応する。
図2を参照して、工場内に構築されたシステム(以下、工場内システム1と呼ぶ)と、外部の工場情報管理サーバ2と、地震予測システム3との関係について説明する。工場には、少なくとも1つの工作機械200と、その他の産業機械(図示省略)が配置されている。工場内システム1は、インターネット等の外部ネットワークを介して、工場情報管理サーバ2に接続されている。工場情報管理サーバ2は、複数の工場から取得した情報を収集し、管理している。
工場情報管理サーバ2には、各工場に配置された数値制御装置100や工作機械200の情報が登録されている。工場情報管理サーバ2は、機械登録データを保持している。機械登録データには、各工場に設置された数値制御装置100及び工作機械200の識別番号と、設置場所などが記録されている。さらに、数値制御装置100及び工作機械200は、GPS(Global Positioning System)を内蔵してもよい。また、GPS以外でも、携帯電話の無線基地局等を用いて位置を計測する構成等のように、設置場所が特定できる構成であればどのようなものを採用しても良い。工場情報管理サーバ2は、数値制御装置100や工作機械200の位置情報を定期的に更新している。
工場情報管理サーバ2は、気象庁などの地震予測システム3と接続されている。工場情報管理サーバ2は、地震予測システム3から地震速報を取得する。地震速報には、震源地(緯度、経度、深さ)、大きさ(マグニチュード)、各地の予測深度や各地の地震到達予測時刻などの情報が含まれる。工場情報管理サーバ2は、数値制御装置100や工作機械200の位置情報に対応して地震の発生に関する情報を作成する。工場情報管理サーバ2は、登録された数値制御装置100や工作機械200の工場に、地震に関する情報を送信する。
図3を参照して、数値制御装置100について説明する。数値制御装置100は、加工プログラムやデータを記憶する記憶部11と、加工プログラムを解析するプログラム解析部12と、各種指令をサーボモータ50の制御命令に変換する補間部13と、制御命令に従いサーボモータ50を制御するサーボモータ50を制御するサーボモータ制御部14と、工場内システム1から地震の発生に関する情報を取得する地震情報取得部15と、ワークの状態に関する情報を取得するワーク状態情報取得部16と、加工プログラムに従い地震の到達予想時刻までの工具の経路を推定する工具経路推定部17と、ワークの状態情報と工具の移動経路とを基にワークと工具との距離を推定する距離推定部18と、ワークと工具との距離を基に、地震の到達予想時刻までに工作機械を停止する時点を判定する停止時点判定部19と、停止する時点がない場合に退避することを判定する退避判定部20と、補間部13に指令を出力する指令出力部21と、を備える。
地震情報取得部15は、工場情報管理サーバ2が気象庁などの地震予測システム3から地震の発生に関する情報を取得する。この情報には、地震の到達予想時刻、地震の強さ、地震の種類などの情報が含まれる。地震の種類には、予測される揺れの方向及び揺れの時間などが含まれる。
ワーク状態情報取得部16は、地震情報取得部15が地震の発生に関する情報を取得すると、ワークの状態に関する情報を取得する。ワークの状態に関する情報とは、ワークの位置、ワークの形状などである。工作機械200の場合、ワークの形状は加工により経時的に変化する。また、ワークの位置も変化することがある。ワーク状態情報取得部16は、ワークの位置や形状に関するワークの状態情報を取得する。
ワーク状態情報取得部16の具体例を2つ挙げる。1つ目の例では、視覚的にワークの状態情報を取得する。この場合、ワーク状態情報取得部16は、図4に示すように、工作機械200の作業領域を撮像するビジョンセンサ22と、ビジョンセンサ22が撮像した画像を基にワークの位置や形状を把握する画像処理部23とを備える。ビジョンセンサ22でワークの画像を取得すると、ワークの位置と形状が把握できる。ワークの位置や形状を把握する方法の1つとして3次元復元がある。3次元復元では、ワークを点、線、面などの数値に変換し、演算によりワークの形状、位置、向きを復元する。
2つ目の例では、シミュレーションを用いてワークの状態情報を取得する。この場合、ワーク状態情報取得部16は、図5に示すように、加工プログラムをトレースする加工トレース部25を備える。記憶部11は、加工前のワークの状態情報24を記憶している。ワーク状態情報取得部16は、加工プログラムをトレースして、地震の発生に関する情報を受信した時点でのワークの状態情報を取得する。
工具経路推定部17は、地震情報取得部15が地震の発生に関する情報を取得すると、加工プログラムを先読みし、地震の到達予想時刻までの工具の経路を推定する。
距離推定部18は、ワーク状態情報取得部16が取得したワークの状態情報と、工具経路推定部17が推定した工具の移動経路とを基に、ワークと工具との距離を推定する。なお、工具だけでなくワークも移動する場合には、工具の移動経路とワークの移動経路とを基に、工具とワークの相対的な距離の推移を求めてもよい。
停止時点判定部19は、距離推定部18が推定したワークと工具の距離の推移を基に、ワークと工具とが最も離れた時点を工作機械の停止時点として判定する。指令出力部21は、補間部13に指令を出力し、停止時点判定部19が判定した時点に工作機械を停止させる。
退避判定部20は、距離推定部18が推定したワークと工具の距離の推移を基に、ワークと工具とが、常に接触している場合には、工具の退避を判定する。退避判定部20が工具の退避を判定すると、指令出力部21は、補間部13に指令を出力し、工具を所定の退避位置に退避させる。
図6を参照して、地震予測システム3、工場情報管理サーバ2、工場内システム1、数値制御装置100、工作機械200の動作を説明する。地震予測システム3は、地震計から地震の発生を検知し、震源地やマグニチュードなどの地震速報を工場情報管理サーバ2に出力する(ステップS1)。工場情報管理サーバ2は、機械登録データを基に、地震の発生が予測された地域に配置された工作機械200及び数値制御装置100を含む工場に地震の発生に関する情報を出力する(ステップS2)。工場内システム1は、工場情報管理サーバ2から受信した地震の発生に関する情報を工場内の工作機械200及び数値制御装置100に出力する(ステップS3)。ワーク状態情報取得部16は、地震の発生に関する情報を取得すると、ワークの状態情報を取得する(ステップS4)。工具経路推定部17は、加工プログラムを先読みし(ステップS5)、工具の移動経路を推定する(ステップS6)。距離推定部18は、ワークの状態情報と、工具の移動経路とを基に、工具とワークとの距離の推移を推定する(ステップS7)。
距離推定部18の推定の結果、工具とワークとが常に接触している場合には(ステップS8;YES)、退避判定部20が工具の退避を判定する(ステップS9)。一方、工具とワークとが離れる場合には(ステップS8;NO)、停止時点判定部19は、距離推定部18が推定したワークと工具の距離の推移を基に、ワークと工具とが最も離れた時点を工作機械の停止時点として判定する(ステップS10)。指令出力部21は、補間部13に指令を出力する(ステップS11)。工作機械200は、指令の内容に従い工具を退避又は停止させる(ステップS12)。
このように、本開示の数値制御装置100は、工場情報管理サーバ2から地震の発生に関する情報を取得し、地震の到達予測時刻までの工具とワークの距離の推移を推定し、工具とワークとの距離が最も遠い時点で工作機械200を停止させる。工具とワークとの距離をできるだけ離すことで、地震が到達したときの震動による工具とワークとの接触を回避することができる。また、加工プログラムに従う移動経路上で、工具とワークを停止させるので、地震の揺れが治まった後すぐに加工を再開することができる。
なお、地震速報が正確に地震到達時刻を予測できるとは限らないので、地震の到達予測時刻よりも早く地震が到達した場合を考慮して、ある程度前の時間を決定してもよい。地震速報の精度が分かる場合、そのデータを基に機械を停止する時間を早めてもよい。
次いで、停止時点判定部19の他の実施例について説明する。この例では、閾値を用いて工作機械200の停止時点を判定する。停止時点判定部19は、距離推定部18が推定したワークと工具の距離を閾値とを比較する。そして、ワークと工具との距離が閾値を超える時点を、工作機械200の停止時点として判定する。
閾値を超える時点が複数存在する場合、停止時点判定部19は、地震の到達予測時刻に最も近い時点を選択する。最も遅い時点を選択することで、加工時間を長くすることができる。
工具とワークが常に接近しており、閾値を超える時点が存在しない場合、退避判定部20は、工具の退避を判定する。
閾値を用いると、工具とワークとの最低距離が確保され、地震の震動による接触をより確実に回避することができる。閾値は、地震予測システムが予測した地震の大きさによって変更することができる。すなわち、震度の大きさに合わせて閾値の大きさも変更する。
閾値は地震の種類によって変更してもよい。例えば、地震が縦揺れの場合には、縦方向の距離の閾値を大きくし、地震が横方向の場合には、横方向の閾値を大きくする。
次いで、第2の開示について説明する。工作機械には、治具、テーブル、ヘッド、タレット、回転盤、ATC(Automatic Tool Changer)など、工具やワークと接触する可能性のある部位が複数存在する。第2の開示の数値制御装置は、これらの部位と、工具やワークとの接触を回避する。
第2の開示の数値制御装置100は、図7に示すように、ビジョンセンサ22と、画像処理部23と、部位経路推定部27と、を備える。数値制御装置100の記憶部11には、部位の形状が記憶されている。ビジョンセンサは、工作機械200の作業領域を撮像する。画像処理部23は、記憶部11に記憶する部位の形状と、ビジョンセンサ22が撮像した画像とを照合して、部位の位置を把握する。
部位経路推定部27は、加工プログラムを先読みし、地震の到達予想時刻までの部位の移動経路を推定する。距離推定部18は、部位の移動経路と、工具の移動経路と、ワークの状態情報と、工作機械200の作業領域の位置関係を基に、工具やワークと接触の恐れのある部位とのそれぞれの距離を求める。
停止時点判定部19は、距離推定部18が推定した部位と工具とワークとの距離及び工具やワークと接触するおそれのある部位との距離の推移を基に、工作機械200の停止時点を判定する。停止時点の判定では、工作機械の部位と工具とワークとが最も離れた時点を停止時点として判定してもよいし、部位と工具、工具とワークにそれぞれ閾値を設け、閾値を超えた時点を停止時点としてもよい。指令出力部21は、停止時点判定部19が判定した時点に工作機械200を停止させる。
退避判定部20は、距離推定部18が推定した部位と工具とワークとの距離及び工具やワークと接触するおそれのある部位との距離の推移を基に、工具や部位の退避を判定する。指令出力部21は、補間部13に指令を出力し、工具や部位を所定の退避位置に退避させる。
このように、第2の開示の数値制御装置100は、工場情報管理サーバ2から地震の発生に関する情報を取得し、地震の到達予測時刻までの工作機械の部位と、工具と、ワークとの距離を推定し、部位と、工具と、ワークとが十分に離れた時点で工作機械200を停止させる。このように工作機械200を停止させることで、地震の振動による部位と、工具と、ワークとの接触を回避することができる。また、部位と工具は、加工の経路上で停止しているので、地震の揺れが治まった後すぐに加工を再開することができる。
なお、地震速報が正確に地震到達時刻を予測できるとは限らないので、地震の到達予測時刻よりも早く地震が到達した場合を考慮して、ある程度前の時間を決定してもよい。地震速報の精度が分かる場合、そのデータを基に機械を停止する時間を早めてもよい。
なお、演算量を節約するために、一部の部位のみの移動経路を算出してもよい。また、予測される地震の大きさが非常に大きい場合には、移動経路を算出せずに、即時に退避させてもよい。
上述した、第2の開示では、ビジョンセンサを用いて工作機械の部位の位置を把握したが、図4のワーク状態情報取得部16のように加工プログラムをトレースして、部位の位置を把握するようにしてもよい。
1 工場内システム
2 工場情報管理サーバ
3 地震予測システム
100 数値制御装置
111 CPU
11 記憶部
12 プログラム解析部
13 補間部
14 サーボモータ制御部
15 地震情報取得部
16 ワーク状態情報取得部
17 工具経路推定部
18 距離推定部
19 停止時点判定部
20 退避判定部
21 指令出力部
22 ビジョンセンサ
23 画像処理部
25 加工トレース部
27 部位経路推定部
50 サーボモータ
200 工作機械

Claims (11)

  1. 工具とワークとを相対移動させてワークの加工を行う工作機械の制御装置であって、
    加工プログラムを記憶する記憶部と、
    地震の発生に関する情報を取得する地震情報取得部と、
    前記地震の発生に関する情報を取得すると、前記ワークの状態に関する情報を取得するワーク状態情報取得部と、
    前記加工プログラムを基に、前記地震の到達予想時刻までに前記工具が移動する経路を推定する工具経路推定部と、
    前記ワークの状態に関する情報と前記工具の経路とを基に、前記地震の到達予想時刻までの前記工具と前記ワークの距離の推移を推定する距離推定部と、
    前記工具と前記ワークとの距離を基に、前記地震の到達予想時刻までに前記工作機械を停止する時点を判定する停止時点判定部と、を備える制御装置。
  2. 前記地震の発生に関する情報と、前記工具と前記ワークとの距離の推移とを基に、前記工具を退避するか否かを判定する退避判定部を、備える請求項1記載の制御装置。
  3. 位置を取得するセンサを備え、
    ワーク状態情報取得部は、前記地震の発生に関する情報の取得をトリガーとして、前記センサを用いて、前記ワークの位置を取得する、請求項1又は2記載の制御装置。
  4. 前記ワーク状態情報取得部は、前記加工プログラムに従い加工した前記ワークの状態を取得する、請求項1又は2記載の制御装置。
  5. 前記停止時点判定部は、前記工具と前記ワークとが最も離れた時点を、前記工作機械を停止する時点として判定する、請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の制御装置。
  6. 前記停止時点判定部は、前記工具と前記ワークとの距離と所定の閾値とを比較し、前記工作機械を停止する時点を判定する、請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の制御装置。
  7. 前記所定の閾値を満たす時点が複数ある場合、前記停止時点判定部は、前記地震の到達予想時刻に最も近い時点を、前記工作機械を停止する時点として選択する、請求項6記載の制御装置。
  8. 前記停止時点判定部は、前記工具と前記ワークとの距離と所定の閾値とを比較し、前記工作機械を停止する時点を判定し、判定の結果、所定の閾値を満たす時点がない場合、前記退避判定部が、前記工具を退避させることを判定する、請求項2記載の制御装置。
  9. 前記地震の発生に関する情報は、前記地震の種類及び強さの両方又は少なくとも一方を含み、
    前記停止時点判定部は、前記地震の種類及び強さの両方又は少なくとも一方を基に、前記閾値を変更する、請求項6から請求項8のいずれか1つに記載の制御装置。
  10. 工具とワークとを相対移動させてワークの加工を行う工作機械の地震対策システムであって、
    加工プログラムを記憶する記憶部と、
    地震の発生に関する情報を取得する地震情報取得部と、
    前記地震の発生に関する情報を取得すると、前記ワークの状態に関する情報を取得するワーク状態情報取得部と、
    前記加工プログラムを基に、前記地震の発生する時刻までに前記工具が移動する経路を推定する工具経路推定部と、
    前記ワークの状態に関する情報と前記工具の経路とを基に、前記地震の到達予想軸までの前記工具と前記ワークの距離の推移を推定する距離推定部と、
    前記工具と前記ワークとの距離を基に、前記地震の到達予想時刻までに前記工作機械を停止する時点を判定する停止時点判定部と、を備える地震対策システム。
  11. 工具とワークとを相対移動させてワークの加工を行う工作機械の地震対策方法であって、
    地震の発生に関する情報を取得し、
    前記地震の発生に関する情報を取得すると、前記ワークの状態に関する情報の取得と、加工プログラムに基づく前記地震の到達予想時刻までの前記工具の移動経路の推定と、を行い、
    前記ワークの状態に関する情報と前記工具の経路とを基に、前記地震の到達予想時刻までの前記工具と前記ワークの距離の推移を推定し、
    前記工具と前記ワークとの距離を基に、前記地震の到達予想時刻までに全工作機械を停止する時点を判定する、地震対策方法。
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