JP5279655B2

JP5279655B2 - 工作機械制御システム

Info

Publication number: JP5279655B2
Application number: JP2009185159A
Authority: JP
Inventors: 良太井谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011039708A

Description

本発明は、工作機械の制御システムにおいて、一定時間ごとに数値制御装置やプログラマブルコントローラの工作機械を制御する信号を同時にサンプリングし、そのサンプリングした内容を表示装置に表示させる工作機械制御システムに関する。

従来の数値制御装置、プログラマブルコントローラ、定寸制御装置はそれぞれ表示装置を備え、各々の表示装置に自身の情報のみを表示させるようになっている。そのため、工作機械の制御システムのオペレータは、数値制御装置、プログラマブルコントローラ、定寸装置のそれぞれの情報を見比べながら作業を進める必要あった。

このため、工作機械のトラブルの発生時や工作機械の効率的な加工手順を検討する際に、複数の常時装置を見比べながら原因究明作業や検討作業を行わなければならず、作業性が悪化するという問題があった。

この問題を解決するため、ＣＮＣ本体部の各機能ブロック（数値制御部、サーボ制御部、ＰＬＣ制御部、サンプリング制御部、表示制御部）が実行する数値制御処理、ＰＬＣ制御処理、定寸制御処理の内容である数値制御データ、ＰＬＣ制御データ、定寸制御データをサンプリング制御処理によりサンプリングして記憶しておき、表示指示命令があった場合には、表示制御処理により前記３つの制御データを１つの表示装置にまとめて表示させる技術が提案されている。

この技術により、オペレータは１つの表示装置に表示された各制御データを同時に見ながら工作機械のトラブルの原因究明作業を進めたり、工作機械の効率的な加工手順の検討を行ったりできるため、作業性が向上する。

特許文献１の技術では、上記サンプリング結果を表示させるアイディアの他に、サンプリングのタイミングを一定時間毎にするものや、数値制御装置の動作状態に基づくタイミングにするものなど、サンプリングタイミングに関するアイディアや、表示装置に表示させる内容を選択指示するための入力装置を備えるアイディアが記載させている。

特開２００２―２３６５０６号公報

しかしながら、上記した従来の技術によれば、サンプリングのタイミングを一定時間毎にするものや、数値制御装置の動作状態に基づくタイミングにするものなど、サンプリングタイミングや表示装置に表示させる内容を選択指示するための入力装置を備えているが、サンプリング結果を正常か異常かの判定に用いることについては、実施されていない。

このため、工作機械の故障等何らかのトラブルが発生し、正常時と比較し計測したサイクルタイムに差異が発生した場合でも、これまではサイクルタイムの計測結果から異常か正常かを判断する基準がないため、ロット加工完了後の精度測定まで異常に気付かず、異常状態のまま加工が続けられるという問題点や、異常発見までに時間がかかるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サイクルタイムの計測結果解析作業の作業性向上と、加工サイクルにおいて異常発生時の正常か異常かの判定を自動化し、異常発見までにかかる作業時間を短縮した工作機械制御システムを得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる工作機械制御システムは、予め行なった複数回の加工のサンプリングによって得られる数値制御装置の本体部が実行する制御処理の内容である制御データの平均を算出した基準値と、前記基準値の分散と、を求め、予め指定された値に前記分散の値に応じた閾値を設定する閾値設定手段と、加工サイクルタイムを計測する加工サイクルタイム計測手段と、前記加工サイクルタイム計測手段によって計測された前記加工サイクルタイムごとに前記制御データをサンプリングするサンプリング制御手段と、前記制御データと前記加工サイクルタイムの基準値とを比較して、前記制御データと前記基準値との差分が前記閾値以上であるかを前記加工サイクルタイムごとに判定する判定手段と、前記サンプリング制御手段によってサンプリングされた前記制御データをサンプリング結果として、時間に対して表示装置に表示する表示制御手段と、前記表示制御手段によって表示されたサンプリング結果から、調整したい加工と前記調整したい加工の加工時間をどれくらいの割合で短縮または延長したいかの要求を受け付ける加工調整受付手段と、前記加工調整受付手段によって受け付けられた前記要求を実現するために、制御対象の送り速度をいくつにすればよいかを計算する計算手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、予め行なった複数回の加工のサンプリング信号からサイクルタイムの基準値と分散を求め、当該分散の値を用いてサンプリングデータのばらつきに応じた閾値を設定し、加工サイクルタイムを計測し、計測された加工サイクルタイムと基準値とを比較して、加工サイクルタイムと基準値との差分が閾値以上であるか判定するので、リアルタイムでの異常検出が可能となり、異常検出までの時間を短縮できるという効果を奏する。

図１は、本発明の数値制御装置付き工作機械の構成例を示すブロック図である。図２は、本発明において数値制御部が実行するデータサンプリング処理の流れを示すフローチャートである。図３は、本発明において数値制御部が実行する標準データ作成処理の流れを示すフローチャートである。図４は、本発明において数値制御部が実行するアラーム判定処理の流れを示すフローチャートである。図５は、加工サイクルの一例を示す図である。図６は、図５における各加工と加工プログラムの対応図である。図７は、サンプリングデータの例を示す図である。図８は、ディジタル信号サンプリング結果の一例を示す図である。図９は、サンプリングデータの例を示す図である。図１０は、サンプリングデータの例を示す図である。図１１は、本発明において数値制御部が実行するアラーム判定処理の実施の形態を示す図である。図１２は、サンプリング結果からサンプリング点を選択し、それに対応するプログラム内容を表示するイメージ図である。図１３は、サンプリング結果からプログラム番号を指定し、それに対応するサンプリング範囲を表示するイメージ図である。図１４は、数値制御データのサンプリング結果一例を示す図である。図１５は、数値制御データのサンプリング結果をもとに、サイクルタイムを調整後のサンプリング波形を示す図である。

以下に、本発明にかかる工作機械制御システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
最初に、図１を用いて、本発明にかかる工作機械制御システムの構成について説明する。図１は、本発明の数値制御装置付き工作機械の構成例を示すブロック図である。

本実施の形態の制御システムは、数値制御装置の本体部１、数値制御装置の入出力部２、サーボアンプ群３、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）４、工作機械５、表示装置６、入力装置７などから構成される。

作業者は入力装置７より各命令の実行を指示し、ＣＮＣ制御本体１ではこれを受けて、数値制御部９、ＰＬＣ制御部１０で、工作機械を制御するためのデータ信号を作り、そのデータ信号をＣＮＣ入出力部２に転送する。ＣＮＣ入出力部２では、受信した信号をサーボやＰＬＣに送信する形式の信号に変換し送信する。

具体的には、入力装置７は、加工サイクル中の制御信号のうち、異常監視対象となるサンプリング対象信号の指定を受け付けたり、表示されたサンプリング結果から、調整したい加工と当該加工の加工時間をどれくらいの割合で短縮または延長したいかの要求を受け付けたりする。

サーボアンプ群３を構成する各サーボアンプはそれぞれ、ＣＮＣ入出力部２から転送されてくる上記データを増幅し、サーボモータ１３に転送し、各サーボモータ１３を駆動制御する。また、サーボアンプは、サーボモータ１３の状態を検出し、検出したデータをサーボ制御部８に転送する。

ＰＬＣ４は、ＣＮＣ入出力部２を介して転送されてくるデータ信号に基づき工作機械のアクチュエータ群１４を制御するための駆動信号を生成し、この信号を用いて各アクチュエータを制御する。また、ＰＬＣ４は工作機械のスイッチ群１５より検出信号を入力し、その検出信号により工作機械の状態を判定し、判定結果をＣＮＣ入出力部２へ送信する。

続いて、図２〜図４を用いて、工作機械制御システムの処理の流れを説明する。図２は、本発明において数値制御部が実行するデータサンプリング処理の流れを示すフローチャートである。図３は、本発明において数値制御部が実行する標準データ作成処理の流れを示すフローチャート。図４は、本発明において数値制御部が実行するアラーム判定処理の流れを示すフローチャートである。

まず、作業者によって入力装置からサイクルタイム計測開始命令が入ると（ステップＳ１０１Ｙｅｓ）、サンプリング制御部１１は、予め作業者により表示装置６から指定されていた数値制御データを保存し（ステップＳ１０２）、続いて、ＰＬＣ制御データを保存する（ステップＳ１０３）。ここで、数値制御データを保存するとき、数値制御データのひとつであるプログラムブロック番号を同時に記憶する。サンプリング処理が完了すると、サンプリング回数が指定回数に達したか否か判定し（ステップＳ１０４）、指定回数に達するまでサンプリング処理を繰返す。その後、サンプリング回数が指定回数に達すると、標準データ・閾値生成処理に移る。

上記の処理を図５のサイクルを例に説明する。サンプリング対象の数値制御データを「主軸回転数」、「ＰＬＣ軸の回転数」とし、ＰＬＣ制御データを「ローダの回転中ＯＮするＰＬＣ軸移動中を通知する信号」とする。穴あけ加工Ａ〜Ｃ、工具交換１〜２を実行するための加工プログラムが図６のように設定されている。サイクルスタートと共に、「主軸回転数」、「ＰＬＣ軸の回転数」そして「ローダの回転中ＯＮするＰＬＣ軸移動中を通知する信号」のサンプリング順に行なう。数値制御データを「主軸回転数」、「ＰＬＣ軸の回転数」をサンプリングするとき同時に、「プログラムブロック番号」のサンプリングも行なう。その後、サンプリング回数が指定回数に達すると、標準データ・閾値生成処理に移る。

図３は、標準データ・閾値生成処理のフローチャートである。まず、サンプリング対象信号がアナログ信号かディジタル信号か判定する（ステップＳ２０１）。ここで、サンプリング対象信号がアナログ信号かディジタル信号かで、大きく二つの処理に分けられる。まず、サンプリング対象信号がアナログ信号（アナログ波形）であると判定された場合（ステップＳ２０１Ｙｅｓ）の処理について述べる（図５の具体例では、数値制御データ「主軸回転数」と「ＰＬＣ軸の回転数」がこれに当たる）。図７に示すように、サンプリング１回目〜ｎ回目までの平均をすべての標本点について求め（ステップＳ２０４）、これを標準データＤ１〜Ｄｉとする。

また、標準データＤ１〜Ｄｉを用いて、各標本点のデータのばらつき度合いを表す分散を求めσ１〜σｉとする（ステップＳ２０５）。アラーム判定に用いる閾値ａを予め作業者によって指定された値とし、この閾値ａに求めた分散に応じて重み付けを行なう。求めた分散σ１〜σｉの平均を求めσａｖｅとする（ステップＳ２０６）。閾値ａに(σ１／σａｖｅ)を乗じ、a’＝ａ×（σ１／σａｖｅ)を求め、これを重み付け後の新しい閾値として記憶する（ステップＳ２０７）。

次に、計測対象信号がディジタル信号であると判定された場合（ステップＳ２０１Ｎｏ）の処理について述べる（図５の具体例では、ＰＬＣ制御データであるローダの回転中ＯＮする「ＰＬＣ軸移動中を通知する信号」がこれに当たる）。図５の処理で、「ＰＬＣ軸移動中を通知する信号」は工具交換１、２において１回ずつＯＮしたとし、サンプリング結果は図９のようになり、これをグラフ表示すると図８のようになる。ここで、信号のＯＮ／ＯＦＦした時間をｔ１〜ｔｎとし、図１０に示すように、これをサンプリングデータとして保存する（ステップＳ２０２）。こうして集められた標本の平均をＤ１〜Ｄｉとし、分散をσ１〜σｉとする（ステップＳ２０３）。分散から新閾値を求める方法はアナログ信号の処理（ステップＳ２０５〜Ｓ２０７）と同様である。

図４は、上記の処理で求められた標準データと閾値を用いたアラーム判定処理のフローチャートである。まず、作業者によって入力装置からサイクルタイム計測開始命令が入ると（ステップＳ３０１Ｙｅｓ）、データの計測・保存を行う（ステップＳ３０２）。そして、アラーム判定対象信号が、アナログ信号かディジタル信号か判定する（ステップＳ３０３）。アラーム判定対象信号が、アナログ信号かディジタル信号かで処理が分かれる。

アラーム判定対象信号がアナログ信号の場合には（ステップＳ３０３Ｙｅｓ）、実測データがＤｉ±ａ’ｉに収まっているかどうかを判定し（ステップＳ３０５）、図１１に示すように、収まっていなければアラームを出力する（ステップＳ３０６）。

アラーム判定対象信号がディジタル信号の場合（ステップＳ３０３Ｎｏ）、サンプリングデータのＯＦＦ→ＯＮまたはＯＮ→ＯＦＦ時間を上記Ｓ２０２の処理と同様に求め（ステップＳ３０４）、これがＤｉ±ａ’ｉに収まっているかどうかを判定し（ステップＳ３０５）、収まっていなければ（ステップＳ３０５Ｎｏ）アラームとする（ステップＳ３０６）。

本実施の形態によれば、サンプリング結果が正常か、異常かの判定を自動で行うことができ、また、異常発生時には即座にアラームが通知されるため、異常を検地するまでにかかる時間を短縮できる。

次に、プログラムブロック番号計測・表示処理について説明する。上記したデータサンプリング処理のように、数値制御データ保存時に、実行プログラムのブロック番号を同時にサンプリングする。サンプリング完了後、表示装置に計測対象信号の計測結果を表示する。

ここで、作業者が詳細を表示したいサンプリング点を選択し、入力装置からCNC本体に伝える。これを受け、CNCはサンプリングしたブロック番号から、指定のサンプリング点におけるブロック番号とプログラムを表示制御部１２に伝え、これを表示する（図１２参照）。

また、サンプリング点を指定する代わりに作業者がプログラムのブロック番号を指定したとき、ＣＮＣは、サンプリングしたブロック番号から、指定のブロック番号が実行されているサンプリング番号を求め、その開始番号と終了番号を表示制御部１２に伝え、これを表示する（図１３参照）。

これにより、作業者はサンプリング結果と加工プログラムとの関係を容易に確認でき、サンプリング結果と加工プログラムを別々に表示していた従来と比べ、作業性を向上できる。

送り速度自動調節機能について述べる。図５のサイクルを例で、数値制御データのひとつであるモータ回転速度をサンプリングし、その結果が図１４のようになったとする。この加工に要した時間Ｔ１を短縮したいとき、サンプリング開始番号と終了番号と何％時間を縮めたいかを入力装置からＣＮＣに伝える。ＣＮＣでは、与えられた情報から、ブロックの送り速度、加減速、送り時間ｔ１を取り出す。ここで、Ｔ１×ｘ（％）＝Ｔ２が目標のサイクルタイムとなる。これを達成するための送り速度ｆ２は次のように求めることができる。

図１４から求められる送り速度ｆ１のときの総移動距離と、送り速度ｆ２のときの総移動距離が等しくなるｆ２を次式（１)から求める。

上記式より求めたｆ２を、図１２に例示するように、結果として表示装置６に表示する。本実施の形態によれば、これまで手動で行なっていたサイクルタイムの調節を自動化でき、調整に要する時間を短縮し、作業性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる工作機械制御システムによれば、工作機械制御システムでは、予め行なった複数回の加工のサンプリング信号からサイクルタイムの基準値と分散を求め、当該分散の値を用いてサンプリングデータのばらつきに応じた閾値を設定し、加工サイクルタイムを計測し、計測された加工サイクルタイムと基準値とを比較して、加工サイクルタイムと基準値との差分が閾値以上であるか判定するので、サイクルタイムの計測結果解析作業の作業性向上と、加工サイクルにおいて異常発生時の正常か異常かの判定を自動化し、異常発見までにかかる作業時間を短縮した工作機械制御システムを得ることが可能である。

また、本実施の形態にかかる工作機械制御システムによれば、サンプリング信号がアナログ信号である場合には、アナログ信号の大きさを基準値と比較して、アナログ信号と基準値との差分が閾値以上であるか判定し、サンプリング対象信号がディジタル信号である場合には、信号がオンオフに切り替わるタイミングを基準値と比較して、信号がオンオフに切り替わるタイミングと基準値との差分が閾値以上であるか判定するので、アナログ信号であってもディジタル信号であっても、加工サイクルにおいて異常発生時の正常か異常かの判定を自動化し、異常発見までにかかる作業時間を短縮した工作機械制御システムを得ることが可能である。

また、本実施の形態にかかる工作機械制御システムによれば、サンプリング対象信号をサンプリングするとともに、数値制御データの加工プログラムのブロック番号を同時にサンプリングするように制御し、サンプリングされたサンプリング対象信号をサンプリング結果として表示装置に表示するとともに、加工プログラムおよびブロック番号を表示装置に表示するように制御する。このため、作業者はサンプリング結果と加工プログラムとの関係を容易に確認でき、サンプリング結果と加工プログラムを別々に表示していた従来と比べ、作業性を向上できる。

また、本実施の形態にかかる工作機械制御システムによれば、表示されたサンプリング結果から、調整したい加工と当該加工の加工時間をどれくらいの割合で短縮または延長したいかの要求を受け付け、受け付けられた前記要求を実現するために、工具の送り速度をいくつにすればよいかを計算する。このため、これまで手動で行なっていたサイクルタイムの調節を自動化でき、調整に要する時間を短縮し、作業性を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる工作機械制御システムは、一定時間ごとに数値制御装置やプログラマブルコントローラの工作機械を制御する信号を同時にサンプリングし、そのサンプリングした内容を表示装置に表示させるのに有用であり、特に、サイクルタイムの計測結果解析作業の作業性向上と、加工サイクルにおいて異常発生時の正常か異常かの判定を自動化し、異常発見までにかかる作業時間を短縮することに適している。

１数値制御装置の本体部
２数値制御装置の入出力部
３サーボアンプ群
４プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）
５工作機械
６表示装置
７入力装置
８サーボ制御部
９数値制御部
１０ＰＬＣ制御部
１１サンプリング制御部
１２表示制御部
１３サーボモータ
１４アクチュエータ群
１５スイッチ群

Claims

予め行なった複数回の加工のサンプリングによって得られる数値制御装置の本体部が実行する制御処理の内容である制御データの平均を算出した基準値と、前記基準値の分散と、を求め、予め指定された値に前記分散の値に応じた閾値を設定する閾値設定手段と、
加工サイクルタイムを計測する加工サイクルタイム計測手段と、
前記加工サイクルタイム計測手段によって計測された前記加工サイクルタイムごとに前記制御データをサンプリングするサンプリング制御手段と、
前記制御データと前記加工サイクルタイムの基準値とを比較して、前記制御データと前記基準値との差分が前記閾値以上であるかを前記加工サイクルタイムごとに判定する判定手段と、
前記サンプリング制御手段によってサンプリングされた前記制御データをサンプリング結果として、時間に対して表示装置に表示する表示制御手段と、
前記表示制御手段によって表示されたサンプリング結果から、調整したい加工と前記調整したい加工の加工時間をどれくらいの割合で短縮または延長したいかの要求を受け付ける加工調整受付手段と、
前記加工調整受付手段によって受け付けられた前記要求を実現するために、制御対象の送り速度をいくつにすればよいかを計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする工作機械制御システム。
前記制御データは、モータの回転速度であり、
前記サンプリング結果は、前記モータの回転速度から所定の演算によって得られる前記制御対象の送り速度であり、
前記計算手段は、サンプリング結果の前記制御対象の送り速度と前記加工時間と加減速時間とを用いて、前記制御対象の第１総移動距離を求め、前記割合が変更される加工時間と、前記変更される加工時間に対応する前記制御対象の送り速度と、加減速時間とから求められる前記制御対象の第２総移動距離が前記第１総移動距離と等しくなるように、前記変更される加工時間に対応する前記制御対象の送り速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の工作機械制御システム。
前記判定手段は、前記サンプリングする信号がアナログ信号である場合には、当該アナログ信号の大きさを基準値と比較して、前記アナログ信号と前記基準値との差分が前記閾値以上であるか判定し、前記サンプリングする信号がディジタル信号である場合には、信号がオンオフに切り替わるタイミングを前記基準値と比較して、前記信号がオンオフに切り替わるタイミングと前記基準値との差分が前記閾値以上であるか判定することを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械制御システム。