JP2025166318A - 工作機械の異常検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の稼働状態の変化に対して頑強でロバスト性に優れる工作機械の異常検知システムの提供を目的とする。【解決手段】異常信号を検出するためのセンサと、前記センサ情報に基づいて異常と判定する初期の閾値設定手段と、前記センサ情報の変化に基づいて前記初期の閾値を更新する閾値更新手段を有していることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械にてワークを連続加工する際に工具の異常やワークの加工状態等の異常を検知するためのシステムに関する。

工作機械の分野では、ワークを各種工具を用いて機械加工することが連続的に実行されている。
この場合にワークの加工不良が発生しないようにワークを回転制御保持する主軸や、工具を回転制御する工具主軸あるいは工具等に異常が発生した場合に、その異常を検出し警報を発したり、加工を停することができるようにすることが行なわれている。

例えば特許文献１には、転削工具のシャフト部に加速度センサ、歪センサを取り付け、このセンサ情報に基づいて転削工具の状態を判定する切削システムが開示されている。
この場合に、転削工具の状態を判定するのに所定の閾値が設定されている。
しかし工作機械を連続運転していると、ワークの加工熱や各種駆動部から発生する発熱にて、工作機械やワークの加工温度が変化したり、ＮＣプログラムによる加工条件等の変化に伴い、初期に設定した閾値では異常検知の精度が低下する恐れがあった。

特許第７２６００７７号公報

本発明は、工作機械の稼働状態の変化に対して頑強でロバスト性に優れる工作機械の異常検知システムの提供を目的とする。

本発明に係る工作機械の異常検知システムは、異常信号を検出するためのセンサと、前記センサ情報に基づいて異常と判定する初期の閾値設定手段と、前記センサ情報の変化に基づいて前記初期の閾値を更新する閾値更新手段を有していることを特徴とする。

ここで初期の閾値は、工作機械の稼働に伴って異常か否かを判定するのに用いるが、工作機械の稼働初期においてはセンサ情報が不安定になりやすいので、そのセンサ情報の変化等を微分解析により検出し、安定した状態になった時点で、良否の判定の閾値を用いるのが好ましい。
したがって、本発明においてセンサ情報の変化に基づいて良否を判定する際の直近のデータに基づいて、閾値を更新するのが好ましい。
例えば、初期の閾値設定手段は初期の加工データに基づくものであり、前記閾値を更新する閾値更新手段は前記初期の加工データを得た後の最新の加工データに基づくものであってもよい。
工作機械の分野では、駆動モータ等からの発熱やワークの加工熱等により、機械加工における温度等の経時変化が生じやすい。
したがって、センサ情報の変化に基づく閾値の更新は、経時変化に基づいて更新することもできる。

本発明において、前記センサ情報は駆動用電流値又は加速度変化、振動変化、音の変化、温度変化のいずれかであってよく、また、これらに限定されない。

本発明は、工作機械に取り付けた各種センサに基づいて所定の閾値を設定し、工作機械の稼働状態に異常が発生した場合を検知するのに異常か否かを判定する直近のセンサ情報に基づいて実行するので、判定制度が向上するとともに工作機械の稼働条件や環境の変化に対してロバストな検知システムとなる。

本発明に係る検知チャートを示す。 従来の検知チャートを示す。

まず、従来の異常検知システムの例を図２にて説明する。
図２は、横軸にセンサ情報に基づく異常検知用データプロット（時系列プロット）を示し、縦軸にセンサ情報の信号強度を示す。
従来は初期のセンサ情報（初期のデータ）の信号強度１ａに基づいて、良否判定の閾値２ａを設定していた。
しかし、これでは時系列的にセンサ情報が変化、初期に設定した閾値２ａのままでは実際の加工時における良否判定閾値とのギャップが大きく、異常発生時を見逃してしまうリスクが大きかった。

これに対して本発明に係る異常検知システムは、初期の不安定なセンサ情報の変化を微分解析等により検出し、センサ情報の変化が安定した定常状態にて良否を判定する初期の閾値２ｓを設定し、さらにセンサ情報１の変化に基づいて閾値２に更新しながら良否の判定に用いた。

この場合に、閾値の更新は時間的にインターバルを設けて更新してもよく、センサ情報の変位を微分解析し、その変化の大きさにより閾値を更新することも可能である。
また、ＮＣプログラムにより加工条件が変更になった場合に合せて、初期の加工データに基づいて初期の閾値を設定し、その後の最新の加工データに基づいて更新してもよく、その直近のセンサ情報に基づいて閾値２を更新してもよく、工作機械の熱変化情報等の他のセンサ情報と組み合せ、工作機械の温度変化に基づいて閾値２を更新することもできる。
これにより、異常を検知するための閾値の精度が向上し、検知誤差を抑えることができる。
本発明に用いるセンサ情報は、工作機械の回転主軸の駆動に用いられるモータ等の電流センサ、加速度センサ、振動センサ、音センサ、ひずみセンサ、あるいは工作機械の刃物台等に取り付けられた振動センサ、音センサ等が例として挙げられる。
また、例えば刃物台等に温度センサを取り付け、温度変化と組み合せて閾値を更新してもよい。

例えば、モータ等に電流センサを取り付けて、このモータに流れる電流の変動にて異常を検知する場合には、モータに流れる電流は加工プログラムにより、モータの加速時又は減速時に大きな変動があることから、加減速範囲を除いて異常を検知する閾値を設定することができる。

ＮＣ制御された工作機械の場合には、各種センサ情報とＮＣ制御部とを通信接続し、マクロ変数を監視するサブプログラムをメインの加工プログラムに組み込み、センサ情報で異常が検知され、マクロ変数が書き換えられると、補助機能のＭコードを用いて、このサブプログラムを呼び出し、工作機械の自動運転を停止させたり、警報を出すようにすることもできる。

１ センサ情報
２ 閾値

Claims (5)

1. 異常信号を検出するためのセンサと、
   前記センサ情報に基づいて異常と判定する初期の閾値設定手段と、
   前記センサ情報の変化に基づいて前記初期の閾値を更新する閾値更新手段を有していることを特徴とする工作機械の異常検知システム。
2. 前記初期の閾値設定手段は初期の加工データに基づくものであり、
   前記閾値を更新する閾値更新手段は前記初期の加工データを得た後の最新の加工データに基づくものであることを特徴とする請求項１記載の工作機械の異常検知システム。
3. 前記センサ情報の変化は、経時変化に基づく変化によることを特徴とする請求項１記載の工作機械の異常検知システム。
4. 前記センサ情報は駆動用電流値又は加速度変化、振動変化、音の変化、温度変化のいずれかであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の工作機械の異常検知システム。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の工作機械の異常検知システムを備えたことを特徴とする工作機械。