JP6869027B2

JP6869027B2 - 無線通信装置における消費電力の低減方法および無線通信装置

Info

Publication number: JP6869027B2
Application number: JP2016250539A
Authority: JP
Inventors: 満俊戸ヶ崎
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP7077450B2; JP2018103286A; JP2021119027A

Description

本発明は無線通信装置における消費電力の低減方法および無線通信装置に係り、特に工具や測定具を取り付けた工作機械のセンサに好適な、無線通信装置における消費電力の低減方法および無線通信装置に関する。

遠隔に配置された無線通信機器を動作させる電池式電源の消費電力を抑制するため、従来、無線通信を必要としない時間帯には無線通信装置を休眠させ、無線通信を必要とする事態が生じたときに無線通信装置を起動するまたは再起動することが知られている。例えば、特許文献１に記載の位置検出センサでは、加工具の代わりにプローブを工作機械のスピンドルに取り付けたのち、プローブを短時間回転させてプローブに内蔵した遠心スイッチを反応させ、位置検出センサを起動している。

上記特許文献１に記載の位置検出センサはプローブに加わる遠心力を検出するようにしているので、プローブの回転動以外に起因する加速度を検出する恐れがある。そこで、特許文献２に記載の物体位置感知プローブでは、工作機械に用いるプローブの動きに応じて電池から電力を供給するために、スイッチまたは他のセンサを備えている。このスイッチは、工作機械のスピンドルにおけるプローブの回転とリニア加速度の双方に反応するが、プローブの回転動とリニア加速度を識別する回路を有しているので、プローブでの測定以外の動作、例えばプローブ取付け動作等による遠心力の検出を無視して、無駄な電池の消費を抑制している。

また従来の遠隔に配置された無線通信機器の消費電力を抑制する他の方法が、特許文献３に記載されている。この公報に記載の無線通信デバイスは工作機械等に使用され、ブルートゥース(登録商標)・モジュールなどのスペクトル拡散ＲＦ通信部と補助的ＲＦ受信機部を備える。スペクトル拡散ＲＦ通信部は、補助的ＲＦ受信機部が特徴的なＲＦ信号を受信するとアクティブにされる。補助的ＲＦ受信機部の消費電力はスペクトル拡散ＲＦ通信部の消費電力よりはるかに少ないので、低電力消費の待ち受けモードが可能になる。

米国特許第４５９９５２４号明細書特公表２００６‐５２２９３１号公報特公表２０１１‐５０４６７１号公報

上記特許文献１に記載の位置検出センサは、確かに遠心力が作用するまで電池の消費を抑制できるが、プローブによる測定以外の動作でも遠心力を検出するので、本来の検出作業以外の時間にも通電し、その間の電力消費を無視できない。特に工作機械のスピンドル先端にプローブが取り付けられる場合には、有線で電力を供給することができないので電池を使用せざるを得ず、本来の測定作業時間以外の通電は電池の消耗を速め、交換頻度の増大をもたらす。

このような本来の測定作業時間以外の通電を抑制するため、測定時の回転動を検出するようにした特許文献２や３では遠心力だけを検出するようにしたため、測定とそれ以外の作業を区別でき電池の消耗を抑制できる。しかしながらこれらの特許文献に記載の位置検出センサでは、測定データを得るために検出部へ通電することと、得られたデータを無線通信するために通信部へ通電することとの間に大きな電力量差があることについては、考慮されていない。一般に測定部の消費電力量は通信部の消費電力量の数倍から数十倍になるので、測定していない通信中は、測定部の電力消費を抑制することが望まれる。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑み成されたものであり、その目的は電池を使用する遠隔に配置されたセンサの電池の電力消費量を抑制することにあり、特に、マシニング・センタ等の工作機械に取り付けた測長器や位置検出、温度、振動等の測定または監視センサからの情報を無線で取得する場合に、測長器やセンサが備える電池の電力消費量を抑制または低減することにある。本発明の他の目的は、上記目的に加え、電池寿命を延ばして電池交換の頻度を低減するとともに、市販されている電池を使用しても実質的に交換頻度の不便さを解消できる測長器やセンサを実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、基地局と遠隔に配置された電池を有するゲージとの間で無線通信する無線通信装置であって、前記ゲージは工作機械に取り付けられるものにおいて、前記ゲージは、前記電池で駆動される通信部と測定部、および前記通信部と前記測定部を起動させる起動手段を備え、前記通信部と前記測定部がともに非通電のスリープ・モードと、前記通信部は通電しかつ前記測定部が非通電の待機モードと、前記通信部と前記測定部の双方が通電している測定モードの３つの異なる運転モードで使用されることにある。

そしてこの特徴において、前記工作機械は、自動ツール交換可能なマシニング・センタと複合旋盤のいずれかであり、前記ゲージは測長器、位置検出センサ、温度センサ、振動センサ、圧力センサ、湿度センサの少なくともいずれかである。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、基地局と工作機械に配置された電池を有するゲージとの間で無線通信する無線通信装置における消費電力の低減方法において、前記ゲージが所定大きさ以上の振動または変位を検出したら起動手段を作動させて、少なくとも前記ゲージに備えられ、前記基地局との間で通信する通信部へ前記電池から通電し、それと同時かまたはその後に、工作機械に取り付けた測定子で予め定めた物理量を計測する測定部へ通電して測定モードに移行し、前記ゲージの計測が終了した後は前記基地局と前記通信部との間で通信するため前記通信部のみ通電し、前記測定部を非通電とする待機モードへ移行することにある。

そしてこの特徴において、前記測定部による計測の終了後または計測の前であって、通信部が通信完了した状態に、通信部と測定部の双方と前記電池との間を非通電とするスリープ・モードを有するのが望ましく、前記工作機械は、自動ツール交換可能なマシニング・センタと複合旋盤のいずれかであり、前記ゲージは測長器、位置検出センサ、温度センサ、振動センサ、圧力センサ、湿度センサの少なくともいずれかであってもよい。

本発明によれば、マシニング・センタや複合旋盤等のオートツールチェンジ可能な工作機械において、無線通信で加工状態をセンシングできる電気マイクロメータや光学スケール等の測長器や、位置検出プローブ、温度センサ、振動センサ、気圧センサ、圧力センサ、湿度センサ等のゲージ類の測定に用いる測定部と通信に用いる通信部への電池からの通電時間を制御したので、電力消費量の多い測定部の測定時間を実質的に必要時間に制限でき電池の消耗を抑制できる。また、電池寿命を延ばすことが可能になったので、電池交換の頻度を低減でき、さらに一般に市販されているＪＩＳ規格電池を使用でき、オートツールチェンジ作業が電池交換頻度の不便さを感じさせないで可能になる。

本発明に係るマシニング・センタおよびそれが備える無線通信装置の一実施例の概略正面図である。本発明に係るマシニング・センタが備えるゲージの一例のブロック図である。本発明に係るマシニング・センタのタイム・チャートの一例であり、動作状態を示す図である。図２に示したゲージのタイム・チャートの一例であり、ゲージ部の各動作モードを説明する図である。本発明に係るマシニング・センタの動作を示すフロー・チャートである。本発明に係る無線通信装置の動作を示すフロー・チャートである。

以下、本発明に係る無線通信装置１００の一実施例を、図面を用いて説明する。以下の記載においては、工作機械１０の一つであるマシニング・センタに取り付けたボア・ゲージ(内径測定センサ)１２０を用いた内径測定を例に取り説明するが、本発明では、工作機械１０はマシニング・センタに限るものではなく複合旋盤等にも適用できる。また無線通信装置１００のゲージ１２０は内径測定センサを例に取り説明しているが、ゲージ１２０は内径測定センサに限るものではなく、電気マイクロメータや光学スケールからなる各種測長器、および位置検出プローブ、温度センサ、振動センサ、気圧センサ、圧力センサ、湿度センサ等のセンサに適用できる。さらに本発明は、商用電源との配線が困難なために電池１３１、特にＪＩＳ規格の小型の電池を用いるゲージ１２０に好適であり、代表的な電池１３１は容易に入手可能なアルカリ単３乾電池であり、その交換頻度を低減することを意図している。

図１は、工作機械の一例としてのマシニング・センタ１０をその機能を明確にするために模式的に示した正面図である。マシニング・センタ１０では、主軸を構成する主軸ハウジング１５の先端に加工用のドリルやエンド・ミル等の工具が取り付けられるシャンク部１８ａ（図１には不図示）と、加工後に加工内容をチェックするために測定プローブまたはゲージ１２０が取り付けられたシャンク部１８ａ（図２ａ参照）（以後これらを総称してツール１８と称す）を自動で交換可能な、自動ツール交換部３０を備える。

マシニング・センタ１０は、大別して加工・測定部２０とツール交換部３０、加工・測定具取付け部４０、およびそれら各部を制御する制御装置１１を備える。加工・測定部２０は、加工対象であるワークＷを取り付け、水平なＸ‐Ｙ平面で動かすために、長手方向に延びる突起が形成されたベース部材としてベッド２７と、このベッド２７上に載置され上面に長手方向に直角な方向の突起が形成されたサドル２５と、サドル２５上に載置され、ワークＷを固定保持するテーブル２４を備える。

加工・測定具取付け部４０は、垂直に延びる平面を形成するコラム１２と、この垂直に延びる平面上に取り付けられた主軸頭１４を主構成品とし、主軸頭１４には垂直に図示しない主軸が形成されており、主軸の下端側には主軸ハウジング１５が設けられている。主軸ハウジング１５の下部には、加工具やゲージ１２０を取り付けたシャンクからなるツール１８を嵌合可能である。主軸頭１４の上端部には、主軸を回転駆動する駆動手段１３が取り付けられている。主軸頭１４はコラム１２に沿って上下方向(Ｚ方向)に移動可能である。

自動ツール交換部３０は、測定プローブまたはゲージ１２０を備える汎用シャンクからなるツール１８を、種々のドリルやエンド・ミル等の加工具が取り付けられた汎用シャンクからなるツール１８とともに、工具マガジン２１に取り出し可能に保持している。本実施例では、ツール１８は、水平円板製の工具マガジン２１の外周部に、周方向に間隔を置いて開けられた複数個の工具ポット２１ａに、上方から垂直に貫挿されている。工具マガジン２１は支柱２２ｂを介して回転可能なロータリ・テーブル２２に固定されている。ロータリ・テーブル２２は、テーブル２３に載置されており、テーブル２３は、加工・測定部２０のベッド２７と一体化されたベッド２７ａ上をＸ方向に移動可能である。

したがって、ツール１８交換時には、テーブル２２をベッド２７ａ、２７上でＸ方向に所定位置まで移動し、その後ロータリ・テーブル２２を所定角度だけ回転させる。そして、使用済みのツール１８を主軸ハウジング１５から取り外したのち空いている工具ポット２１ａへ置き、さらにロータリ・テーブル２２を所定角度だけ回転して、工具ポット２１ａから所定のツール１８をつかみ取り、主軸ハウジング１５に取り付ける。マシニング・センタ１０では、これらの動作は予め制御装置１１に備えられたプログラムにより自動で実行されるので、自動ツール交換が可能になる。

なお上記実施例では、ロータリ・テーブル２２とＸ軸移動可能なベッド２７、２７ａ及びテーブル２２を組み合わせてツール１８を交換しているが、これはあくまでも一例であり、チェーンによるツール１８の搬送や、主軸頭１４を含む主軸部を自動交換位置まで移動させる等種々の方法がある。いずれにしても交換に要する時間を低減できる方法が望ましい。

次に、図２に本発明に係る無線通信装置１００の概略を示す。図２(ａ)は、無線通信装置１００の測定手段であるゲージ１２０を内蔵するツール１８の部分断面正面図である。図２(ｂ)は、無線通信装置１００のブロック図である。ツール１８は、工作機械１０の主軸ハウジング１５に取り付け可能なように、上端側に汎用のシャンク部１８ａを有している。シャンク部１８ａの下方には、シャンク部１８ａと一体化したまたはシャンク部１８ａに取り付けられたゲージ１２０が設けられている。本実施例ではゲージ１２０は内径加工後の検測に用いるボア・ゲージである。

無線通信装置１００は、工作機械１０の制御装置１１に内蔵されるまたは工作機械１０の遠隔の管理室等に配置される通信基地局１１０と、この通信基地局１１０と無線通信するゲージ１２０とから構成される。図２（ｂ）に示すように、通信基地局１１０は送受信可能なトランスミッタ・レシーバ(以下レシーバと称す)１１２を備え、レシーバ１１２に付設したアンテナ手段１１５を介してゲージ１２０へ指令信号を送信するとともに、ゲージ１２０からデータ信号を受信する。レシーバ１１２には、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１１１を介してディスプレイ１１３や通信バス１１４が接続されている。バス１１４は、ＲＳ２３２Ｃやイーサネット(登録商標)、Ｉ/Ｏ接点(信号のやり取り)、ＣＣＬｉｎｋ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、Ｄｅｖｉｃｅｎｅｔ等の工業用ネットワークを使用する。ディスプレイ１１３は、ゲージ１２０から送信されたデータ等を表示するのに用いられる。

ゲージ１２０は、通信基地局１１０とアンテナ手段１２５を介して通信し、ツールのシャンク部１８ａのすぐ下に配置した通信部１２３を備える。ゲージ１２０はゲージの先端部に設けられ、ワークＷの内径を測定・検出する測定部１２４も備える。通信部１２３と測定部１２４は、回路上並列に配置されており、スイッチ１２２、１３４を介して電源部１３０に接続されている。スイッチ１３４には、その機能を後述する加速度センサ１３３が接続されている。電源部１３０は、ツール１８の通信部１２３と測定部１２４間に配置され、スイッチ１２２、１３４の入り／切り等を制御する電源回路１３２を有しており、電源回路１３２は電池１３１に接続されている。上述したように、電池は単３アルカリ電池である。

このように構成した本発明の無線通信装置１００の動作を、図３Ａないし図５に示すタイム・チャートとフロー・チャートを用いて説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、工作機械１０の動作（図３Ａ（ａ））と、工作機械１０及びレシーバ１１２、ゲージ１２０の動作（図３Ａ（ｂ））、ゲージ１２０の動作とその各部の出力電流を表した図（図３Ｂ）である。これらの図において、Ｈｉは最左欄に記載した事項がなされている状態（稼働中）であることを示し、Ｌｏは最左欄に記載した事項がなされていない状態（非稼働中）であることを示す。また、図３Ｂの（ａ）図と（ｂ）図の横軸は、同一の時間経過を示す。横軸の時間ｔ_０は、本無線通信装置１００の動作基準時を示し、ｔ_１〜ｔ_２３は何らかの事象に変化が起きる切換タイミングを示す。

工作機械１０が実際に加工に着手して加工を終了するまでを工作機械の加工、工作機械１０を用いて測定に着手してから測定を終了するまでを工作機械の測定、工作機械の測定が終了してから次の加工に着手するまでを工作機械の待機、と呼ぶことにする。なお、測定を終了してすぐに次の加工に着手する場合は、工作機械の待機はない。
図３Ａ（ａ）は、工作機械の加工から工作機械の測定へ移る場合の各事象の変化を示す図である。この図では、事象（１）ワーク搬送から（４）ゲージ起動が発生し、ｔ₁〜ｔ_１１において、これらの事象に対応した変化が生じている。その際、ゲージ１２０は後述するスリープ・モードにあり、電源部１３０にのみ通電されている。

その詳細は、加工のためにワークＷを時間ｔ_１〜ｔ_２の間に主軸位置まで搬送する（（１）ワーク搬送）。次に加工のために加工具（ドリルＡ、ドリルＢ）を時間ｔ_３〜ｔ_４、ｔ_５〜ｔ_６で設定し（（２）ツール交換）、時間ｔ_４〜ｔ_５、ｔ_６〜ｔ_７に加工する（（３）加工）。図示したように工具を２種類使用し、ワークは両作業時とも同じ位置に設定されている。

これで加工が終了したので、工作機械１０は、工作機械の運転から工作機械の測定に移り、加工後の検測が実行される。時間ｔ_８でツール交換部３０を用いてツール１８の自動交換を行う。すなわち、時間ｔ_９までにドリルＢからボア・ゲージ１２０に取り換える（（２）ツール交換）。ツール１８の交換が完了した時点ｔ₉で、主軸ハウジング１５に取り付けたゲージ１２０と工作機械１０の制御装置１１が内蔵する通信基地局１１０との通信を開始する。初めに両者の間の通信ができるようにするため、時間ｔ_９〜ｔ_１１の間の時間ｔ_１０における、加速度センサ１３３の割り込み出力を待ち、ゲージ１２０を使用できる状態にする。すなわち、ゲージ１２０に加わる加速度を加速度センサ１３３が検出し、その出力によりゲージ１２０を使用可能状態にする。（図３Ａ（ｂ）（１１）加速度センサ検出信号出力の事象参照）。これにより、ゲージ・モードはスリープ・モードから待機モードに移る（（４）ゲージ起動動作）。以上が工作機械を主とする加工及び測定前段階である。

次に図３Ａ（ｂ）に移ると、ゲージ１２０の設定が完了する時間ｔ_９以後には、（５）ゲージ移動〜（１６）電源部までの事象が発生する。この中で事象（８）〜（１０）はレシーバ１１２に関する事象であり、事象（１１）〜（１６）はゲージに関する。

ゲージ１２０を主軸ハウジング１５に取り付けた後、ゲージ１２０を用いて内径を測定するためにゲージ１２０を動かすと、ゲージ１２０の電源部１３０に内蔵される加速度センサ１３３が加速度を検出し、検出信号(加速度信号)を出力する。この出力信号は、所定時間（ｔ_１０〜ｔ_１２）だけ機械的にまたは電気的にスイッチ１３４を入れる。

ゲージ１２０で加速度信号が発生すると、通信基地局１１０のレシーバ１１２とゲージ１２０間で、指令とデータの送信を可能にするため、ゲージ１２０はレシーバ１１２と同期する信号を出力して通信を確立する（（１２）同期確立）。一旦通信が確立すると、外乱がない限り、工作機械１０の制御装置１１に予め設定されている測定プログラムが終了する時間ｔ_２３まで、通信は確立状態になる。

次にゲージ１２０をワークＷの測定位置まで移動する。この移動には、ワークＷにゲージ１２０を当接または近接する作業を含む。事象（５）のゲージ移動において、時間ｔ_１３〜ｔ_１４の間にゲージ１２０をワークＷまで移動させ、測定準備完の状態に設定する。
測定準備ができた時間ｔ_１４では、工作機械１０の制御装置１１に予め設定された測定プログラムの実行とその測定の実行に応じて得られるデータの送信要求がレシーバ１１２に送信される。工作機械１０は、運転状態が工作機械の測定であり続ける時間ｔ_２４まで測定を継続する。なお、これらの要求は、ヘッダ付きで送られる（（６）通信確立）。さらに、これらの要求は、レシーバ１１２からゲージ１２０に送信される（（８）測定指示）。この測定指示は、ゲージ１２０からレシーバ１１２へのデータ送信が継続する間、つまり時間ｔ_１５〜ｔ_１９の間継続する。

レシーバ１１２からの測定指示信号を時間ｔ_１６で受信（（１３）測定指示受信）すると、ゲージ１２０はそれまでの待機モードから測定モードに移行する。そしてゲージ１２０は、工作機械１０にプログラミングされた測定手順に基づいて自動で測定を開始し、測定指示信号で指定された送信データフォーマットに従い、測定データをレシーバ１１２へ送信する（（１４）データ送信）。なお、事象（１３）測定指示受信と事象（１４）のデータ送信は、実際の測定が終了する時間ｔ_１９まで継続する。

ゲージ１２０から送信された測定データは、レシーバ１１２で時間ｔ_１８に初めて受信され、以後実際の計測が終了する時間ｔ_１９まで断続的もしくは連続的に受信される。工作機械１０に予めプログラミングされた計測がすべて終了した時間ｔ_１９では、ゲージ１２０は再び待機モードに移る。ゲージ１２０が待機モードに入ると、工作機械１０は時間ｔ_２０〜ｔ_２１の間、スリープ信号を発生し（（７）スリープ信号）、レシーバ１１２を介して時間ｔ_２１〜ｔ_２２の間（（１０）スリープ信号）、ゲージ１２０にスリープ信号を送信する。ゲージ１２０はスリープ信号を時間ｔ_２２〜ｔ_２３の間受信し（（１５）スリープ信号）、時間ｔ_２４で工作機械１０の運転状態を、工作機械の測定から工作機械の待機に移す。この工作機械の待機では、次のワークＷまたは同一ワークＷの異なる部位の加工のために、ツール１８の自動交換が必要となるので、ツール１８は初期位置へ戻される。工作機械１０の状態が工作機械の待機になると同時に、ゲージ１２０は、待機モードからスリープ・モードに移る。なお、以上の一連の事象の間、ゲージ１２０の電源部１３０は常時稼働状態にある（（１６）電源部）。

工作機械１０とそれが備える通信基地局１１０としてのレシーバ１１２およびゲージ１２０間の通信の概要は、上記に説明したとおりであるが、本発明のゲージ１２０ではその間、各部に電力を供給する電池の消耗を抑制するため各部への通電を選択的に停止している。この詳細を図３Ｂにより説明する。図３Ｂ（ａ）はゲージ１２０を構成する主要部の電源部１３０、通信部１２３、測定部１２４の可動、非稼働状態を、図３Ａに示したタイム・チャートに合わせて記載した図である。最上段の電源部１３０は、常時稼働状態であり、中段の通信部１２３は、工作機械１０の状態が工作機械の測定にある一時期に稼働し、工作機械の加工と工作機械の待機状態では稼働しない。また測定部１２４は、通信部１２３が稼働する測定状態中の時間であってそれよりもさらに短い時間だけ稼働し、通信部１２３と同様に工作機械の加工と工作機械の待機では稼働しない。

一方、図３Ｂ（ｂ）は、図３Ｂ（ａ）に対応するレシーバ１１２の各部の出力電流状態を示す図である。図３Ｂ（ａ）では電源部１３０は常時稼働状態にあるので、その出力電流は常時流れているが、通信部１２３および測定部１２４の消費電流を加えた値であるから、測定部１２４が稼働中の、ゲージ１２０の状態が測定モードにあるときは、消費量が甚だしく大きくなる。一方、測定部１２４が稼働しないときには、通信部１２３が通信中の待機モード状態であっても、その電流消費量は測定部の稼働中に比べて少ない。なお、通信部１２３が稼働中でない場合には、スイッチ１３４、１２２を切り替えて、測定部１２４に加えて通信部１２３へも通電を停止している。この状態をゲージ１２０のスリープ・モードと呼ぶ。

従来は、図中クロス・ハッチングで示したように、測定部１２４が測定していないときにも測定部１２４に通電していたため、消費電流が全体として多くなっている。本発明ではこのクロス・ハッチング部の電力消費を抑制して電池の寿命を高め、電池交換頻度を低減している。なお、Ｉ_{ＰＳｍａｘ}は、電源部の最大出力電流（消費電流）であり、Ｉ_{ＣＯＭｍａｘ}は通信部の最大出力電流（消費電流）であり、Ｉ_{ＭＳｍａｘ}は測定部の最大出力電流（消費電流）である。

図４に、マシニング・センタ１０を用いた加工及び加工後の測定のフロー・チャートを示す。マシニング・センタ１０の制御装置１１に予め格納されたブログラムに従い、ワークの加工及び検測が指示されると、初めにステップＳ４１０で、ワークＷがテーブル２３に配置され、主軸の下方の加工位置に設定される。マシニング・センタ１０に格納されたプログラムに従って加工ステップＳ４１２に進み、自動ツール交換部３０を用いて自動で加工内容に応じたツール１８に交換する。そしてステップＳ４１４で予め定められた形状に加工する。

ワークＷの加工が済んだ後、ステップＳ４１６に進み加工部の測定を実行する。測定については、図５で詳述する。測定箇所が複数個所あれば測定が完了する(ステップＳ４１８)まで測定を継続する。なお、測定に関しては予め測定位置や回数等がプログラムで定められているので、通常この判断は不要である。測定が済んだらステップＳ４２０へ進む。次に、次のワークＷの加工及び測定に移るため、ワークＷを次工程へ搬送し、一連の自動加工及び測定を終了する(ステップＳ４２２)。なお、マシニング・センタ１０に格納されたプログラムが測定後待機や加工等の搬送以外を指示している場合には、測定終了ステップＳ４１８後のステップＳ４２０において、待機ルーチンのステップＳ４２４へ移る。その後、割り込み信号等によりマシニング・センタ１０は再稼働し、プログラムに従い(ステップＳ４２６)終了、測定(ステップＳ４１６)、加工(ステップＳ４１２)の各ルーチンに分岐する。

次に図５に、図４のステップＳ４１６で示したワーク測定の詳細を示す。図５（ａ）は主としてレシーバ１１２の動作を説明する図であり、図５（ｂ）は主としてゲージ１２０の動作を説明する図である。マシニング・センタ１０が工作機械の測定の状態になると、ステップＳ５１０において、主軸ハウジング１５に取り付けるツール１８を、ゲージ１２０付きツール１８に交換する。次に、ゲージ１２０と制御装置１１が内蔵するレシーバ１１２の間で無線通信、ここではブルートゥース（登録商標）のようなスペクトル拡散通信が確立されるよう、ゲージ１２０を電源部１３０の加速度センサ１３３で起動する（ステップＳ５１２）。その後、ステップＳ５１４で、工作機械１０は制御装置１１に組み込まれたプログラムに従い、ゲージ１２０をワークＷの測定位置へ移動する。ステップＳ５１６で、レシーバ１１２はゲージ１２０へ測定の指示と所定フォーマットでデータを送信するよう要求する。レシーバ１１２はゲージ１２０から無線送信された測定データを、ステップＳ５１８で受信する。一連のデータ送受信が終わったら、ステップＳ５２０でレシーバ１１２はゲージ１２０へ測定終了の指令信号を送信する。次にステップＳ５２２でさらに他の測定があるか確認し、あればステップＳ５１４に戻り、ステップＳ５１４〜Ｓ５２０を繰り返す。無ければステップＳ５２４に進み、測定指示信号の停止で、測定部１２４の通電を停止する。そしてスリープ信号で通信部１２３の通電を停止する。

一方ゲージ１２０側では、工作機械１０の状態が工作機械の測定になっていると、ステップＳ５３０で加速度センサ１３３の作動を待ち、加速度センサ１３３が作動したらスイッチ１３４を投入して通信部１２３を通電し、ゲージ１２０の待機モードに移る（ステップＳ５３２）。なお、それまでのゲージ１２０の状態は、スリープ・モードである。その後、ステップＳ５３４で、ゲージ１２０とレシーバ１１２の同期を図って通信を確立する。ステップＳ５３６で、レシーバ１１２からの測定指令及びデータ送信要求を受信するのを待ち、受信次第、ステップＳ５３８でスイッチ１２２を投入して測定部１２４を通電し、ゲージ１２０を待機モードから測定モードに移す。ゲージ１２０が測定モードに移ったので、制御装置１１に格納されたプログラムに従い、測定を実行し（ステップＳ５４０）、レシーバ１１２に定められたフォーマットで測定データを送信する（ステップＳ５４２）。ステップＳ５４４に進み、レシーバ１１２から測定信号を受信中かを確認する。受信中であれば、ステップＳ５４０に戻りステップＳ５４０〜Ｓ５４２を繰り返す。受信が完了しておれば、ステップＳ５４６に進み、スイッチ１２２を切断して測定部１２４の通電を止め、ゲージ１２０を待機モードにする。その後スリープ信号がレシーバ１１２から送信されるのを待ち（ステップＳ５４８）、スリープ信号が送られてきたらスイッチ１３４を切断して通信部１２３を非通電にし、ゲージ１２０をスリープ・モードに移す（ステップＳ５５０）。

以上説明したように、本発明によれば工作機械の本体側にある制御装置に設けたレシーバと工作機械の主軸先端に取り付けたツールが備えるゲージ間で無線通信する際に、ゲージが、ゲージによる測定時に通信部のみならず測定部へも通電する測定モードと、測定部は通電が停止されているけれども通信部が通電されて通信可能になっている待機モードと、電源部のみ通電されているスリープ・モードを備えているので、通信のみ実行する場合の電力消費が抑制され、リモートに設けられて商用電源を利用できず電池からしか電力を供給されないゲージを長寿命化できる。そのため、自動でツール交換するマシニング・センタ等の自動機械における電池交換の不便さを低減できる。

なお上記実施例では縦型のマシニング・センタを例に取り説明したが、横型や門型の場合にも適用できることは言うまでもない。また、ワークやツールの移動は上記実施例に限るものではなく、ツールの自動交換方法も上記実施例に限るものではないことは容易に想像できることである。要するに本発明は、ツールが工作機械の先端に取り付けられるため、データ送信を無線に頼らざるを得なく、センサ側であるゲージに供給する電力が電池にならざるを得ない状況下での電力消費を低減できる方法および装置を提供するものである。

１０…工作機械(マシニング・センタ)、１１…制御装置、１２…コラム、１３…(回転)駆動手段、１４…主軸頭、１５…主軸ハウジング、１８…ツール、１８ａ…シャンク部、２０…加工・測定部、２１…工具マガジン、２１ａ…工具ポット、２２…（ロータリ・）テーブル、２２ｂ…支柱、２３、２４…テーブル、２５…サドル、２７、２７ａ…ベッド、３０…ツール交換部、４０…加工・測定具取付け部、１００…無線通信装置、１１０…通信基地局、１１１…インターフェース(Ｉ/Ｆ)、１１２…（トランスミッタ・）レシーバ、１１３…ディスプレイ、１１４…バス、１１５…アンテナ手段、１２０…ゲージ(測定具)、１２２…スイッチ、１２３…通信部、１２４…測定部、１２５…アンテナ手段、１３０…電源部、１３１…電池、１３２…電源回路、１３３…加速度センサ、１３４…スイッチ、Ｈｉ…稼働中、Ｌｏ…非稼働中、ｔ_１〜ｔ_２４…切換タイミング

Claims

基地局と、遠隔に配置され、電池を備えるゲージとの間で無線通信する無線通信装置であって、前記ゲージは工作機械に取り付けられるものにおいて、
前記ゲージは、
前記電池を含む電源部とこの電源部で駆動される通信部および測定部、並びに前記通信部と前記測定部を起動させる起動手段を備え、
前記通信部と前記測定部は回路上並列に配置されているとともにスイッチを介して前記電源部に接続されており、
前記電源部は、常時稼働しており、
前記通信部は、前記工作機械の状態が工作機械の測定にある一時期に稼働し、前記工作機械の状態が測定から待機になったときに稼働を終え、かつ前記工作機械の加工及び待機状態では稼働されず、
前記測定部は、前記通信部が稼働する測定状態中の時間であってそれよりもさらに短い時間だけ稼働し、前記工作機械の加工状態と待機状態とでは稼働せず、前記通信部の稼働停止時より前に稼働を停止し、
前記ゲージは、
前記通信部と前記測定部がともに非通電のスリープ・モードと、
前記通信部は通電しかつ前記測定部が非通電の待機モードと、
前記通信部と前記測定部の双方が通電している測定モードとの３つの異なる運転モードを備えることを特徴とする無線通信装置。
前記工作機械は、自動ツール交換可能なマシニング・センタと複合旋盤のいずれかであり、前記ゲージは測長器、位置検出センサ、温度センサ、振動センサ、圧力センサ、湿度センサの少なくともいずれかである請求項１に記載の無線通信装置。
請求項１または２に記載の無線通信装置における消費電力の低減方法において、
前記ゲージが所定大きさ以上の振動または変位を検出したら起動手段を作動させて、少なくとも前記ゲージに備えられ、前記基地局との間で通信する通信部へ前記電池から通電するステップと、
それと同時かまたはその後に、工作機械に取り付けた測定子で予め定めた物理量を計測する測定部へ通電して測定モードに移行するステップと、
前記ゲージの計測が終了した後は前記基地局と前記通信部との間で通信するため前記通信部のみ通電し、前記測定部を非通電とする待機モードへ移行するステップと、
前記電源部が、常時稼働するステップと、
前記通信部が、前記工作機械の加工及び待機状態では稼働されず、前記工作機械の状態が工作機械の測定にある一時期に稼働し、前記工作機械の状態が測定から待機になったときに稼働を終えるステップと、
前記測定部が、前記通信部が稼働する測定状態中の時間であってそれよりもさらに短い時間だけ稼働し、前記工作機械の加工状態と待機状態とでは稼働せず、前記通信部の稼働停止時より前に稼働を停止するステップと、
前記測定部による計測の終了後または計測の前であって、前記通信部が稼働していない状態にあるとき、前記通信部と前記測定部の双方と前記電池との間を非通電とするスリープ・モードに移行するステップと、を備えたことを特徴とする無線通信装置における消費電力の低減方法。