JP6490015B2

JP6490015B2 - 機械の冷却機構

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Publication number: JP6490015B2
Application number: JP2016005568A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　正則; 正則伊藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: CN106970591B; CN106970591A; JP2017124473A; US10663990B2; US20170205839A1; DE102017000301A1; DE102017000301B4

Description

本発明は、機械の冷却機構に関し、特に機械を制御するプログラムに応じて制御盤の冷却を行う機械の冷却機構に関する。

工作機械の制御盤の内部には電子機器が設置されており、当該電子機器の発熱によって制御盤内の温度が上昇する。電子機器には安定して使用できる上限の温度である使用温度があるため、当該使用温度を超える制御盤内の温度上昇を防ぐため制御盤には冷却機構が必要とされている。

従来技術における制御盤内の冷却手段では、制御盤内の温度を測定し、温度が予め設定された閾値以上になったら冷却装置を稼動させるものが一般的であるが、実際の発熱体の温度と測定箇所の温度には差があるため、冷却が必要な場合に冷却装置が稼動しない可能性がある。そこで、特許文献１に開示される冷却手段では、図７に示すように、機械の制御状態から制御盤内の発熱を予測して冷却装置を稼動させるようにしている。

特開２００３−２４５８４２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、所定時間内の実際の機械の稼動状況に基づいて冷却の必要性を判断しているため、冷却が実行された場合には、既に制御盤内の温度が上昇している可能性があるという問題があった。

そこで本発明の目的は、事前に制御盤内の温度の情報を予測して冷却装置の稼働を制御する機械の冷却機構を提供することである。

本発明の機械の冷却機構では、プログラムから指令の先読みを行い、先読みした指令に基づいて将来機械１で発生する制御盤内の発熱量を予測する。そして、予測した制御盤内の発熱量に基づいて冷却装置の稼働状況を制御する。
発熱量の予測は、読み込んだプログラムの指令から稼動するモータ数やアンプに流れる電流値を計算して行う。例えば軸移動（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の場合は、テーブル等の予め備わっている部品や被加工物（ワーク）の重量等の負荷が分かっているため、アンプの電流値も分かり、発熱量が予測できる。また、加工中の負荷は、加工条件によって大きく異なるため、実際の負荷からアンプの電流値を計算する、または直接アンプの電流値を測定し、加工プログラムと負荷を関連付けて、次回以降の発熱量予測にフィードバックしてもよい。

そして、本願の請求項１に係る発明は、プログラムに含まれる指令に基づいて駆動部の制御を行う機械制御部を備えた機械の制御盤内を冷却する少なくとも１つの冷却装置を備えた機械の冷却機構において、前記プログラムに含まれる指令を先読みする読込み部と、前記読込み部が先読みした指令に基づいて前記制御盤内での発熱量を予測する発熱量予測部と、前記発熱量予測部により予測された前記制御盤内での前記発熱量に基づいて、前記機械制御部による前記指令に基づく制御動作と同期して前記冷却装置の稼働を制御する冷却制御部と、を備えたことを特徴とする機械の冷却機構である。

本願の請求項２に係る発明は、前記機械の実際の動作状況を示すフィードバック情報を取得するフィードバック取得部をさらに備え、前記発熱量予測部は、前記読込み部が先読みした指令に加えて、前記フィードバック取得部が取得したフィードバック情報に基づいて前記制御盤内での発熱量を予測する、ことを特徴とする請求項１に記載の機械の冷却機構である。

本願の請求項３に係る発明は、前記制御盤内の、前記機械制御部による前記駆動部の制御に伴い発熱する複数の発熱源と、前記冷却装置との対応関係が記憶されている冷却箇所対応記憶部をさらに備え、前記発熱量予測部は、前記読込み部が先読みした指令に基づいて前記制御盤内で発熱する発熱源を予測すると共に、当該発熱源から発生する発熱量を予測し、前記冷却制御部は、前記発熱量予測部が予測した前記発熱源に基づいて前記冷却箇所対応記憶部を参照して稼働する冷却装置を決定し、決定した前記冷却装置の稼働を前記発熱量予測部により予測された前記制御盤内での前記発熱量に基づいて制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の機械の冷却機構である。

本発明により、機械の制御に用いられるプログラムに基づいてから冷却の必要性を判断するため、温度センサが不要となり、また、実際に制御盤内の温度が上昇する前に、冷却を開始することができ、電子部品の寿命を延ばすことが可能となる。また、複数行の加工プログラムを読み込むことで、瞬間的な高負荷に影響されない制御が可能となる。更に、発熱箇所に限定して冷却することで、効率的な冷却を行う事が可能となる。

本発明の第１の実施形態による機械の冷却機構の概略構成図である。図１の機械の冷却機構１２の動作例のフローチャートである。本発明の第２の実施形態による機械の冷却機構の概略構成図である。図３の機械の冷却機構１２の動作例のフローチャートである。本発明の第３の実施形態による機械の冷却機構の概略構成図である。図５の機械の冷却機構１２の動作例のフローチャートである。従来技術による冷却手段の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による機械の冷却機構の概略構成図である。本実施形態においては、機械１は図示しないメモリに記憶されているプログラム２０から読み出された指令とパラメータ記憶部１１にオペレータなどにより予め設定された機械の動作に係る各種パラメータ（加工条件や、ワーク積載重量、ツール重量など）に基づいて機械の各駆動部を制御する機械制御部１０を備えており、冷却機構１２は、このようなプログラム２０に基づいて制御されたアンプなどからの発熱で制御盤内の温度が過度に上昇しないように冷却を行う。
冷却機構１２は、読込み部１３、発熱量予測部１４、冷却制御部１５、冷却装置１６を備える。

読込み部１３は、図示しないメモリに記憶されているプログラム２０から指令を先読みしてバッファリングし、先読みした指令を発熱量予測部１４へと出力する。また、機械制御部１０からの要求に従ってバッファリングした指令を機械制御部１０へと出力する。読込み部１３は、少なくとも機械制御部１０が現在実行している指令の次の指令を先読みするようにすればよい。この場合、読込み部１３はプログラム２０から１つの指令を先読みしてバッファリングすると共に発熱量予測部１４へと出力し、機械制御部１０が現在の実行している指令による制御が完了して次の指令を読込み部１３に要求すると、その時点でバッファリングされている指令を機械制御部１０へと出力し、その後にプログラム２０から次の指令を１つ先読みする。なお、読込み部１３は、機械制御部１０が現在実行している指令の数指令先まで先読みしてバッファリングし、先読みした複数の指令を発熱量予測部１４へ出力するように構成してもよい。

発熱量予測部１４は、読込み部１３から受け付けた先読みされた指令に基づいて将来機械制御部１０により制御されて動作する機械１の各部の動作内容を特定し、特定した動作内容に基づいて機械１の制御盤内において発生する熱の発熱量を予測する。発熱量予測部１４による発熱量の予測方法については様々な手法が考えられるが、一例として、以下の手順で発熱量の予測を行うことができる。

●手順１（事前準備）：予め実験などにより機械１の動作（軸移動、動作パラメータとしては移動速度やワーク重量など）と、移動に必要なモータ出力（モータ負荷）との換算用データテーブルを作成して図示しないメモリなどに記憶しておく。換算用データテーブルにおいて、移動速度や重量などの連続値については所定の値刻み（例えば、移動速度であれば１００ｍｍ／ｍｉｎ刻み、重量であれば１００ｋｇ刻みなど）で代表値に対して作成するようにすればよい。
●手順２（事前準備）：一般的にモータ出力と電流は比例するので、事前に数パターンの駆動実験を行いモータ出力とアンプ電流の値との換算式を作成し、これも図示しないメモリなどに記憶しておく。換算式のモデルとしては以下の数１式が挙げられる。数１式においてＫ，ａはモータの特性によって決まる係数である。なお、換算式に代えて、多数のモータ出力とアンプ電流の値を測定することで換算データテーブルを作成し、作成した換算データテーブルでモータ出力とアンプ電流の値とを換算するようにしてもよい。

●手順３：実際の機械動作時に、先読みされた指令から移動速度などの値を、パラメータ記憶部１１に記憶される機械の動作に係る各種パラメータからワーク重量などの値を読み出して、これら値に基づいて手順１で作成した換算用データテーブルを用いてモータ出力を算出する。
●手順４：手順３で算出したモータ出力に基づいて、手順２で作成した換算式を用いてアンプ電流の値を算出する。
●手順５：手順４で算出した電流の値に基づいて発熱量を算出する。発熱量については各メーカのアンプなどの仕様として公開されている。一例として、ファナック社製アンプの電流と発熱量には以下に示す数２式（共通電源ｓｉＰＳの発熱量）、数３式（サーボアンプａｉＳＶの発熱量）、数４式（スピンドルアンプａｉＳＰの発熱量）の換算式が用意されている。

冷却制御部１５、発熱量予測部１４が予測した発熱量に基づいて冷却の必要性について判定し、判定結果に基づいて風冷装置（ファン）や水冷装置などの冷却装置１６の稼働（稼働中であれば継続稼働）、または停止を制御する。冷却制御部１５は、発熱量予測部１４が予測した発熱量が、予め定めた所定の閾値を超えている場合に、その発熱量が出る動作が機械制御部１０の制御により開始されるタイミングで冷却装置１６の稼働を開始し、当該動作が終了するタイミングで冷却装置１６を停止するようにしてもよい。また、冷却制御部１５は、発熱量予測部１４が予測した発熱量が、予め定めた所定の閾値を超えている場合に、その発熱量が出る動作が機械制御部１０の制御により開始されるよりも予め設定された所定の時間だけ前から冷却装置１６の稼働を開始してもよいし、当該動作が終了してからあらかじめ設定された所定の時間だけ過ぎてから冷却装置１６を停止するようにしてもよい。このように、冷却制御部１５は、機械制御部１０による制御に同期して冷却装置１６の稼働を制御することができる。更に、冷却装置１６が冷却の度合いを調整できるものである場合には、上記した発熱量の閾値に複数の段階を設け、発熱量予測部１４が予測した発熱量と複数の閾値の関係に応じて冷却装置１６による冷却の度合いを変更するようにしても良い。

図２は、図１に示した冷却機構１２の動作例を示すフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］読込み部１３は、プログラム２０から指令の先読みを行い、先読みした指令を発熱量予測部１４へと出力する。
●［ステップＳＡ０２］発熱量予測部１４は、読込み部１３から受け付けた先読みされた指令とパラメータ記憶部１１に記憶されている機械の動作に係る各種パラメータとに基づいて、機械１の制御盤内における発熱量を予測し、予測した発熱量を冷却制御部１５へと出力する。

●［ステップＳＡ０３］冷却制御部１５は、発熱量予測部１４から受け付けた発熱量に基づいて冷却が必要か否かを判定する。冷却が必要である場合にはステップＳＡ０４へ処理を移行し、冷却が必要ない場合にはステップＳＡ０５へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ０４］冷却制御部１５は、ステップＳＡ０１で先読みした指令に基づく機械１の制御動作が開始されることに同期して冷却装置１６の稼働（稼働中であれば継続稼働）を開始し、ステップＳＡ０１へ戻る。
●［ステップＳＡ０５］冷却制御部１５は、ステップＳＡ０１で先読みした指令に基づく機械１の制御動作が終了することに同期して冷却装置１６の稼働を停止し、ステップＳＡ０１へ戻る。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態による機械の冷却機構の概略構成図である。本実施形態の機械の冷却機構は、機械の各部から取得したフィードバックに基づいて発熱量予測部１４により予測される発熱量を補正する点で第１の実施形態とは異なる。本実施形態の機械の冷却機構１２は、第１の実施形態の機械の冷却機構１２の各構成に加えてフィードバック取得部１７を備える。

フィードバック取得部１７は、機械１の各部の動作状況を示すフィードバック情報を取得し、取得したフィードバック情報を発熱量予測部１４へと出力する。フィードバック取得部１７は、一例として、モータに掛かる負荷値をフィードバック情報として取得するようにしてもよい。また、フィードバック取得部１７は、測定したアンプ電流の値や、実際のワークの重量などをフィードバック情報として取得するようにしてもよい。

本実施形態の発熱量予測部１４は、発熱量の予測に際してフィードバック取得部１７から得られたフィードバック情報を発熱量の予測に利用する。例えば、フィードバック情報がモータに係る負荷値である場合には、当該負荷値を上記した手順３において算出されるモータの出力に代えて用いることができる。また、フィードバック情報がアンプ電流の値である場合には、当該電流値を上記した手順４において算出されるアンプ電流の値に代えて用いることができる。更に、フィードバック情報が実際のワークの重量である場合には、当該ワークの重量を上記した手順３におけるモータ出力の算出に用いることができる。発熱量予測部１４は、フィードバック情報を取得した時点での発熱量の予測に用いることもできるが、取得したフィードバック情報をプログラム２０の指令と対応付けて記憶しておき、対応付けて記憶したフィードバック情報を当該プログラム２０による次回以降の動作において再利用することも可能である。

図４は、図３に示した冷却機構１２の動作例を示すフローチャートである。
●［ステップＳＢ０１］読込み部１３は、プログラム２０から指令の先読みを行い、先読みした指令を発熱量予測部１４へと出力する。
●［ステップＳＢ０２］発熱量予測部１４は、読込み部１３から受け付けた先読みされた指令とパラメータ記憶部１１に記憶されている機械の動作に係る各種パラメータとに基づいて、機械１の制御盤内おける発熱量を予測し、予測した発熱量を冷却制御部１５へと出力する。なお、フィードバック取得部１７から受け付けたフィードバック情報がある場合、または、先読みされた指令に対応付けて記憶されているフィードバック情報がある場合には、それらフィードバック情報を発熱量の予測に利用する。

●［ステップＳＢ０３］冷却制御部１５は、発熱量予測部１４から受け付けた発熱量に基づいて冷却が必要か否かを判定する。冷却が必要である場合にはステップＳＢ０４へ処理を移行し、冷却が必要ない場合にはステップＳＢ０７へ処理を移行する。
●［ステップＳＢ０４］冷却制御部１５は、ステップＳＢ０１で先読みした指令に基づく機械１の制御動作が開始されることに同期して冷却装置１６の稼働（稼働中であれば継続稼働）を開始する。

●［ステップＳＢ０５］フィードバック取得部１７は、加工時のモータ負荷値をフィードバック情報として取得する。
●［ステップＳＢ０６］ステップＳＢ０５で取得したフィードバック情報を、ＳＢ０１で先読みした指令と対応付けて記憶する。
●［ステップＳＢ０７］冷却制御部１５は、ステップＳＢ０１で先読みした指令に基づく機械１の制御動作が終了することに同期して冷却装置１６の稼働を停止し、ステップＳＢ０１へ戻る。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態による機械の冷却機構の概略構成図である。本実施形態の機械の冷却機構は、制御盤内の異なる箇所を冷却する複数の冷却装置１６を備える点で第１の実施形態とは異なる。本実施形態の機械の冷却機構１２は、第１の実施形態の機械の冷却機構１２の各構成に加えて複数の冷却装置１６と冷却箇所対応記憶部１８を備える。

冷却箇所対応記憶部１８は、制御盤内に配置されるアンプなどの発熱源（発熱箇所）と、その発熱源の近傍を冷却できる冷却装置１６とが関連付けて登録されている冷却箇所管理テーブルを記憶している。冷却箇所管理テーブルには、１つの発熱源に対して複数の冷却装置１６を関連付けて登録するようにしてもよい。なお、制御盤内に配置される発熱源と、複数の冷却装置１６は、それぞれ識別情報などを付与して管理する。

本実施形態の発熱量予測部１４は、発熱量の予測に先立って、読込み部１３から受け付けた先読みされた指令に基づいて、制御盤内に配置されるどのアンプなどの発熱源から発熱するのかを予測する。例えば、先読みした指令がテーブルの軸移動動作を指令している場合には、当該軸移動動作に用いられる軸を駆動するモータのアンプから発熱することが予測される。また、先読みした指令が主軸の回転動作を指令するものであったり、主軸による切削動作を指令するものであったりする場合には、当該主軸を駆動するモータのアンプから発熱することが予測される。そして、発熱量予測部１４は、第１の実施形態と同様の方法により発熱源からの発熱量を予測し、予測した発熱量と予測した発熱源の情報とを冷却制御部１５へと出力する。なお、先読みした指令から複数の発熱源から発熱することが予測される場合には、発熱量予測部１４は、複数組の予測した発熱量と予測した発熱源の情報を冷却制御部１５へと出力する。

本実施形態の冷却制御部１５は、発熱量予測部１４から受け付けた予測される発熱源の情報に基づいて冷却箇所対応記憶部１８に記憶される冷却箇所管理テーブルを参照し、当該発熱源の近傍を冷却できる冷却装置１６を特定する。そして、特定した冷却装置１６を発熱量予測部１４から受け付けた予測される発熱量に基づいて制御する。冷却制御部１５は、冷却箇所管理テーブルにおいて発熱源に対して複数の冷却装置１６が関連付けられている場合には、そのうちの１つを選択して制御するようにしてもよく、また、予測される発熱量に応じて複数の冷却装置１６を同時に制御するようにしてもよい。冷却制御部１５による冷却装置１６の稼働・停止の制御方法については第１の実施形態で示したものと同様である。

図６は、図５に示した冷却機構１２の動作例を示すフローチャートである。
●［ステップＳＣ０１］読込み部１３は、プログラム２０から指令の先読みを行い、先読みした指令を発熱量予測部１４へと出力する。
●［ステップＳＣ０２］発熱量予測部１４は、読込み部１３から受け付けた先読みされた指令とパラメータ記憶部１１に記憶されている機械の動作に係る各種パラメータとに基づいて、機械１の制御盤内において発熱する発熱源（発熱箇所）を予測する。
●［ステップＳＣ０３］発熱量予測部１４は、読込み部１３から受け付けた先読みされた指令とパラメータ記憶部１１に記憶されている機械の動作に係る各種パラメータとに基づいて、ステップＳＣ０２で予測した発熱源からの発熱量を予測し、予測した発熱量と予測した発熱源の情報を冷却制御部１５へと出力する。

●［ステップＳＣ０４］冷却制御部１５は、発熱量予測部１４から受け付けた予測された発熱量に基づいて冷却が必要か否かを判定する。冷却が必要である場合にはステップＳＣ０５へ処理を移行し、冷却が必要ない場合にはステップＳＣ０７へ処理を移行する。
●［ステップＳＣ０５］冷却制御部１５は、冷却箇所対応記憶部１８に記憶される冷却箇所管理テーブルを参照して発熱量予測部１４から受け付けた予測された発熱源を冷却する冷却装置１６を特定する。
●［ステップＳＣ０６］冷却制御部１５は、ステップＳＣ０１で先読みした指令に基づく機械１の制御動作が開始されることに同期してステップＳＣ０５で特定した冷却装置１６の稼働（稼働中であれば継続稼働）を開始し、ステップＳＣ０１へ戻る。
●［ステップＳＣ０７］冷却制御部１５は、ステップＳＣ０１で先読みした指令に基づく機械１の制御動作が終了することに同期して冷却装置１６の稼働を停止し、ステップＳＣ０１へ戻る。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

例えば、上記した実施形態では発熱量予測部１４や冷却制御部１５を機械１の内部に設けてあるものとして説明しているが、発熱量予測部１４や冷却制御部１５を冷却装置１６や外部の情報処理装置に設けるように構成しても良い。同様に、上記した実施形態では冷却装置１６を機械１の内部に設けてあるものとして説明しているが、冷却装置１６を機械１の外部に設けるようにしてもよい。
また、上記した各実施形態で示した構成は適宜組み合わせて構成しても良い。

１機械
１０機械制御部
１１パラメータ記憶部
１２冷却機構
１３読込み部
１４発熱量予測部
１５冷却制御部
１６冷却装置
１７フィードバック取得部
１８冷却箇所対応記憶部
２０プログラム

Claims

プログラムに含まれる指令に基づいて駆動部の制御を行う機械制御部を備えた機械の制御盤内を冷却する少なくとも１つの冷却装置を備えた機械の冷却機構において、
前記プログラムに含まれる指令を先読みする読込み部と、
前記読込み部が先読みした指令に基づいて前記制御盤内での発熱量を予測する発熱量予測部と、
前記発熱量予測部により予測された前記制御盤内での前記発熱量に基づいて、前記機械制御部による前記指令に基づく制御動作と同期して前記冷却装置の稼働を制御する冷却制御部と、
を備えたことを特徴とする機械の冷却機構。
前記機械の実際の動作状況を示すフィードバック情報を取得するフィードバック取得部をさらに備え、
前記発熱量予測部は、前記読込み部が先読みした指令に加えて、前記フィードバック取得部が取得したフィードバック情報に基づいて前記制御盤内での発熱量を予測する、
ことを特徴とする請求項１に記載の機械の冷却機構。
前記制御盤内の、前記機械制御部による前記駆動部の制御に伴い発熱する複数の発熱源と、前記冷却装置との対応関係が記憶されている冷却箇所対応記憶部をさらに備え、
前記発熱量予測部は、前記読込み部が先読みした指令に基づいて前記制御盤内で発熱する発熱源を予測すると共に、当該発熱源から発生する発熱量を予測し、
前記冷却制御部は、前記発熱量予測部が予測した前記発熱源に基づいて前記冷却箇所対応記憶部を参照して稼働する冷却装置を決定し、決定した前記冷却装置の稼働を前記発熱量予測部により予測された前記制御盤内での前記発熱量に基づいて制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の機械の冷却機構。