JP7241587B2 - 産業機械、偏心特定装置、偏心特定方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、産業機械、偏心特定装置、偏心特定方法、およびプログラムに関する。
特許文献１には、素材クランクシャフトの回転アンバランス量を算出可能なターニング＆ブローチングマシンに係る技術が開示されている。
ところで、回転する砥石によってワークを加工する研削盤においては、砥石の重心が砥石の回転中心と一致していることが好ましい。砥石の重心と砥石の回転中心とがずれている場合、砥石の回転に伴って砥石が振動し、ワークの加工精度が低下する。そのため、砥石の重心と回転中心とが略一致するように、砥石に修正錘を取り付ける必要がある。
修正錘の取り付け箇所を決定する方法として、バランスモニタを用いる方法が知られている。バランスモニタは、砥石の回転速度を計測する回転センサと、砥石台の振動を計測する加速度センサとを備え、回転センサと加速度センサとの計測値に基づいて、重心の偏りを計算する。砥石の重心を特定するためには、砥石の振動の振幅を計算する必要がある。加速度センサに基づいて振幅を計算する場合、計測値の重積分を行う必要がある。そのため、加速度センサを用いた重心の偏りを計算は、加速度センサの計測値に含まれるノイズの影響を受けやすい。
本発明の目的は、上述した課題を解決する産業機械、偏心特定装置、偏心特定方法、およびプログラムを提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、工作機械は、工具と、前記工具を切り込み方向に移動可能に支持する基台と、前記工具を前記工具の中心軸回りに回転させる回転モータと、前記工具を切り込み方向に移動させるアクチュエータと、前記工具の回転角を計測する回転角センサと、前記基台に対する前記工具の切り込み方向への変位を計測する変位センサと、前記回転モータおよび前記アクチュエータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記回転モータに回転指令を出力する回転指令部と、前記回転角センサから前記回転角の計測値を取得する回転角取得部と、前記変位センサによる前記変位の計測値に基づいて前記工具の前記切り込み方向への振動に係る値を取得する振動取得部と、前記回転角の計測値と前記振動に係る値とに基づいて、前記工具の重心と前記中心軸との差に係る値を特定する偏心特定部とを備える。
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、産業機械は、変位センサによる変位の計測値に基づいて工具の重心を特定する。変位の計測値を用いることで、計測値の重積分を行う必要がないため、加速度センサを用いる場合と比較してノイズの影響を受けずに工具の偏心に係る値を特定することができる。
〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る研削盤の構成を示す上面図である。研削盤は、産業機械の一例である。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る研削盤の構成を示す上面図である。研削盤は、産業機械の一例である。
《研削盤の構成》
研削盤１００は、基台１１０、支持装置１２０、砥石台１３０、制御装置１４０、表示装置１５０を備える。基台１１０は、工場の床面に設置される。支持装置１２０および砥石台１３０は、基台１１０の上面に設けられる。支持装置１２０は、ワークＷの両端を支持し、ワークＷを主軸回りに回転させる。砥石台１３０は、支持装置１２０に支持されたワークＷを加工するための砥石１３１を支持する。砥石１３１は、工具の一例である。
以下、基台１１０の上面において主軸と直交する方向をＸ方向とよび、主軸の伸びる方向をＹ方向とよび、基台１１０の上面に直交する方向をＺ方向と呼ぶ。すなわち、以下の説明においては、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる三次元直交座標系を参照しながら研削盤１００の位置関係を説明する。
研削盤１００は、基台１１０、支持装置１２０、砥石台１３０、制御装置１４０、表示装置１５０を備える。基台１１０は、工場の床面に設置される。支持装置１２０および砥石台１３０は、基台１１０の上面に設けられる。支持装置１２０は、ワークＷの両端を支持し、ワークＷを主軸回りに回転させる。砥石台１３０は、支持装置１２０に支持されたワークＷを加工するための砥石１３１を支持する。砥石１３１は、工具の一例である。
以下、基台１１０の上面において主軸と直交する方向をＸ方向とよび、主軸の伸びる方向をＹ方向とよび、基台１１０の上面に直交する方向をＺ方向と呼ぶ。すなわち、以下の説明においては、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる三次元直交座標系を参照しながら研削盤１００の位置関係を説明する。
基台１１０には、砥石台１３０をＹ軸方向にスライド可能に支持するＹ軸ガイド部１１１と、Ｙ軸ガイド部１１１に沿って砥石台１３０をＹ軸方向に移動させるＹ軸アクチュエータ１１２とを備える。Ｙ軸アクチュエータ１１２は、直動モータによって構成されてもよいし、ボールねじと回転モータとの組み合わせによって構成されてもよい。
支持装置１２０は、略円筒状のワークＷの一端を支持する主軸台１２１と、他端を支持する芯押し台１２２とを備える。主軸台１２１には、ワークＷを軸回りに回転させる回転モータ１２３を備える。
砥石台１３０は、砥石１３１と、Ｘ軸ガイド部１３２と、Ｘ軸アクチュエータ１３３と、変位センサ１３４と、回転モータ１３５と、回転角センサ１３６とを備える。
砥石１３１は、円盤状に形成され、回転モータ１３５によって中心軸回りに回転される。砥石１３１は、中心軸がＹ軸と平行になるように設けられる。砥石１３１の外周面にはワークＷを加工するための砥粒が設けられる。砥石１３１の側面には、修正錘を取り付けるための複数の取付孔が同一円周上に等間隔に設けられる。
Ｘ軸ガイド部１３２は、基台１１０に対して砥石台１３０をＸ軸方向にスライド可能に支持する。
Ｘ軸アクチュエータ１３３は、Ｘ軸ガイド部１３２に沿って砥石１３１をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向は砥石１３１の切り込み方向である。Ｘ軸アクチュエータ１３３は、直動モータによって構成されてもよいし、ボールねじと回転モータとの組み合わせによって構成されてもよい。切り込み方向は、回転中心方向と直交する。
変位センサ１３４は、基台１１０に対する砥石台１３０のＸ軸方向の変位を計測する。変位センサ１３４は、例えばリニアエンコーダによって構成される。
回転モータ１３５は、砥石１３１を中心軸回りに回転させる。
回転角センサ１３６は、砥石１３１の回転角を計測する。回転角センサ１３６は、例えばロータリエンコーダによって構成される。
砥石１３１は、円盤状に形成され、回転モータ１３５によって中心軸回りに回転される。砥石１３１は、中心軸がＹ軸と平行になるように設けられる。砥石１３１の外周面にはワークＷを加工するための砥粒が設けられる。砥石１３１の側面には、修正錘を取り付けるための複数の取付孔が同一円周上に等間隔に設けられる。
Ｘ軸ガイド部１３２は、基台１１０に対して砥石台１３０をＸ軸方向にスライド可能に支持する。
Ｘ軸アクチュエータ１３３は、Ｘ軸ガイド部１３２に沿って砥石１３１をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向は砥石１３１の切り込み方向である。Ｘ軸アクチュエータ１３３は、直動モータによって構成されてもよいし、ボールねじと回転モータとの組み合わせによって構成されてもよい。切り込み方向は、回転中心方向と直交する。
変位センサ１３４は、基台１１０に対する砥石台１３０のＸ軸方向の変位を計測する。変位センサ１３４は、例えばリニアエンコーダによって構成される。
回転モータ１３５は、砥石１３１を中心軸回りに回転させる。
回転角センサ１３６は、砥石１３１の回転角を計測する。回転角センサ１３６は、例えばロータリエンコーダによって構成される。
すなわち、第１の実施形態に係る研削盤１００では、支持装置１２０の主軸台１２１および芯押し台１２２の間にワークＷを支持し、砥石１３１によってワークＷの外周面を研削加工する。
《制御装置の構成》
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置１４０は、Ｙ軸アクチュエータ１１２、回転モータ１２３、Ｘ軸アクチュエータ１３３、および回転モータ１３５を制御する。制御装置１４０は、プロセッサ１４１、メインメモリ１４３、ストレージ１４５、インタフェース１４７を備える。プロセッサ１４１は、プログラムをストレージ１４５から読み出してメインメモリ１４３に展開し、当該プログラムに従って処理を実行する。また、プロセッサ１４１は、プログラムに従って、記憶領域をメインメモリ１４３に確保する。
プログラムは、制御装置１４０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１４５に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、制御装置１４０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１４１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置１４０は、Ｙ軸アクチュエータ１１２、回転モータ１２３、Ｘ軸アクチュエータ１３３、および回転モータ１３５を制御する。制御装置１４０は、プロセッサ１４１、メインメモリ１４３、ストレージ１４５、インタフェース１４７を備える。プロセッサ１４１は、プログラムをストレージ１４５から読み出してメインメモリ１４３に展開し、当該プログラムに従って処理を実行する。また、プロセッサ１４１は、プログラムに従って、記憶領域をメインメモリ１４３に確保する。
プログラムは、制御装置１４０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１４５に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、制御装置１４０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１４１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
ストレージ１４５の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ１４５は、制御装置１４０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１４７または通信回線を介して制御装置１４０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によって制御装置１４０に配信される場合、配信を受けた制御装置１４０が当該プログラムをメインメモリ１４３に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ１４５は、一時的でない有形の記憶媒体である。
プロセッサ１４１は、プログラムの実行により、回転角取得部４１０、振動取得部４１１、目標位置算出部４１２、目標状態量算出部４１３、指令値算出部４１４、指令出力部４１５、回転指令部４１６、フィードバック部４１７、偏心特定部４１８、修正錘決定部４１９、振動量特定部４２０、表示制御部４２１として機能する。
回転角取得部４１０は、回転角センサ１３６から計測値を取得する。つまり、回転角取得部４１０は、砥石１３１の回転角の計測値を取得する。
振動取得部４１１は、変位センサ１３４から計測値を取得する。つまり、振動取得部４１１は、砥石１３１のＸ軸方向の変位の計測値を取得する。なお、Ｘ軸方向の変位の計測値は、砥石１３１の切り込み方向への振動に係る値である。
振動取得部４１１は、変位センサ１３４から計測値を取得する。つまり、振動取得部４１１は、砥石１３１のＸ軸方向の変位の計測値を取得する。なお、Ｘ軸方向の変位の計測値は、砥石１３１の切り込み方向への振動に係る値である。
目標位置算出部４１２は、砥石１３１のバランス調整時に、予め定めた一定の位置を砥石１３１の目標位置として算出する。
目標状態量算出部４１３は、目標位置算出部４１２が算出した目標位置に基づいて砥石１３１の変位に係る状態量の目標値を算出する。具体的には、目標状態量算出部４１３は、砥石１３１のＸ軸方向の目標速度、目標加速度、および目標ジャークの値を算出する。
指令値算出部４１４は、砥石１３１の状態量の目標値とフィードバック部４１７によるフィードバック信号とに基づいてＸ軸アクチュエータ１３３の電流指令値を算出する。具体的には、指令値算出部４１４は、砥石１３１の状態量の目標値を当該目標値を達成するための電流値に変換し、これにフィードバック信号の値を加算することで、電流指令値を算出する。
指令出力部４１５は、指令値算出部４１４が算出した電流指令値を、Ｘ軸アクチュエータ１３３に出力する。
回転指令部４１６は、所定の回転数で砥石１３１を回転させるための回転指令を、回転モータ１３５に出力する。
回転指令部４１６は、所定の回転数で砥石１３１を回転させるための回転指令を、回転モータ１３５に出力する。
フィードバック部４１７は、振動取得部４１１が取得した砥石１３１のＸ軸方向の変位の計測値と、目標位置算出部４１２が特定した砥石１３１の目標位置との差に基づいて、Ｘ軸アクチュエータ１３３の駆動に係るフィードバック信号を出力する。
偏心特定部４１８は、振動取得部４１１が取得した砥石１３１のＸ軸方向の変位の計測値と回転角取得部４１０が取得した砥石１３１の回転角の計測値に基づいて、振動ベクトルを特定する。振動ベクトルは、中心軸と重心とが一致しない砥石１３１が回転することで生じる砥石１３１の変位に現れる位相基準（例えば０度）に対する方向と大きさを示すベクトルである。すなわち、振動ベクトルは、砥石１３１の重心位置と中心軸との差に係る値である。
修正錘決定部４１９は、偏心特定部４１８が特定した重心位置と、砥石１３１の取付孔の位置とに基づいて、砥石１３１の回転中心と重心とを略一致させるために修正錘を取り付けるべき取付孔の位置と、修正錘の重量とを決定する。
振動量特定部４２０は、振動取得部４１１が取得した砥石１３１のＸ軸方向の変位の計測値と回転角取得部４１０が取得した砥石１３１の回転角の計測値に基づいて、砥石１３１の偏心によって生じるビビリ振動の振幅を特定する。以下、ビビリ振動の振幅を振動量ともいう。具体的には、振動量特定部４２０は、Ｘ軸方向の変位の計測値の時系列から、適切なフィルタリング処理（例えば、バンドパスフィルタ処理）によって、砥石の回転周波数に対応した周波数帯域の振幅を特定することで、ビビリ振動に係る振動量を特定する。なお、砥石の回転周波数は、回転角センサ１３６の計測値から求められる。
表示制御部４２１は、砥石１３１のバランス調整時に、修正錘決定部４１９が決定した取付孔の位置および修正錘の重量を表す画面、および振動量特定部４２０が特定した振動量を表す画面の表示信号を表示装置１５０に出力する。
《砥石のバランス調整手順》
ここで、研削盤１００の砥石１３１のバランス調整手順について説明する。
図３は、第１の実施形態に係る砥石のバランス調整手順を示すフローチャートである。
作業者は、制御装置１４０を操作し、バランス調整モードを起動する（ステップＳ１）。次に、制御装置１４０は、砥石１３１に試し錘を付加しない状態で砥石１３１を回転させ、後述する方法で振動ベクトルを特定する（ステップＳ２）。試し錘とは、砥石１３１のアンバランスを測定するために付加される錘である。次に、作業者は、砥石１３１の基準位相に係る所定の取付孔に試し錘を付加する（ステップＳ３）。次に、制御装置１４０は、砥石１３１に試し錘を付加した状態で砥石１３１を回転させ、後述する方法で振動ベクトルを特定する（ステップＳ４）。
ここで、研削盤１００の砥石１３１のバランス調整手順について説明する。
図３は、第１の実施形態に係る砥石のバランス調整手順を示すフローチャートである。
作業者は、制御装置１４０を操作し、バランス調整モードを起動する（ステップＳ１）。次に、制御装置１４０は、砥石１３１に試し錘を付加しない状態で砥石１３１を回転させ、後述する方法で振動ベクトルを特定する（ステップＳ２）。試し錘とは、砥石１３１のアンバランスを測定するために付加される錘である。次に、作業者は、砥石１３１の基準位相に係る所定の取付孔に試し錘を付加する（ステップＳ３）。次に、制御装置１４０は、砥石１３１に試し錘を付加した状態で砥石１３１を回転させ、後述する方法で振動ベクトルを特定する（ステップＳ４）。
次に、制御装置１４０の修正錘決定部４１９は、式（１）に基づいて理想的な修正錘の重量Ｗ１を算出する（ステップＳ５）。理想的な修正錘とは、砥石１３１の取付孔の位置に関わらず砥石１３１の任意の位置に取り付け可能な仮想的な修正錘である。実際の修正錘の取り付け位置は、取付孔の位置に拘束される。
式（１）において、Ｗ０は、試し錘の重量である。Ａ０は、ステップＳ２で特定した試し錘を付加しない状態における振動ベクトルの振幅成分である。Ａ１は、ステップＳ４で特定した試し錘を付加した状態における振動ベクトルの振幅成分である。Ａ２は、偏心を打ち消す振動ベクトルの振幅成分である。θ０は、ステップＳ２で特定した試し錘を付加しない状態における振動ベクトルの位相成分である。θ１は、ステップＳ４で特定した試し錘を付加した状態における振動ベクトルの位相成分である。
次に、修正錘決定部４１９は、式（２）に基づいて理想的な修正錘の取り付け角度φ１を決定する（ステップＳ６）。
次に、修正錘決定部４１９は、理想的な修正錘の重量Ｗ1および取り付け角度φ１を、当該取り付け角度φ１に最も近い２つの取付孔の位置φ２およびφ３を特定し、式（３）に基づいて各取付孔に取り付ける修正錘の重量Ｗ２およびＷ３を決定する（ステップＳ７）。
次に、表示制御部４２１は、ステップＳ７で決定した取付孔の位置φ２およびφ３、ならびに修正錘の重量Ｗ２およびＷ３を表す画面の表示信号を、表示装置１５０に出力する（ステップＳ８）。
次に、作業者は、砥石１３１から試し錘を外し（ステップＳ９）、表示された重量の修正錘を、表示された位置の取付孔に付加する（ステップＳ１０）。次に、作業者は、砥石１３１に修正錘を付加した状態で砥石１３１を回転させ、後述する方法で振動ベクトルを特定する（ステップＳ１１）。次に、制御装置１４０の振動量特定部４２０は、Ｘ軸方向の変位の計測値の時系列から、適切なフィルタリング処理（例えば、バンドパスフィルタ処理）によって、砥石１３１の回転周波数に対応した周波数帯域の振幅を特定することで、振動量を特定する（ステップＳ１２）。表示制御部４２１は、特定された砥石１３１の振動量を表す画面の表示信号を、表示装置１５０に出力する（ステップＳ１３）。
作業者は、表示された振動量が基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。振動量が基準値以上である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ３に戻り、引き続きバランス調整を行う。他方、振動量が基準値未満である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、作業者は、バランス調整を終了する。
《振動ベクトルの特定方法》
図４は、第１の実施形態に係る制御装置による振動ベクトルの特定方法を示すフローチャートである。
制御装置１４０がステップＳ２、Ｓ４、またはＳ１１において振動ベクトルの特定処理を開始すると、目標位置算出部４１２は、予め定められた一定位置を砥石１３１の目標位置として算出する（ステップＳ３１）。目標状態量算出部４１３は、ステップＳ３１で算出した目標位置に基づいて砥石１３１の変位に係る状態量（速度、加速度、ジャーク）の目標値を算出する（ステップＳ３２）。
図４は、第１の実施形態に係る制御装置による振動ベクトルの特定方法を示すフローチャートである。
制御装置１４０がステップＳ２、Ｓ４、またはＳ１１において振動ベクトルの特定処理を開始すると、目標位置算出部４１２は、予め定められた一定位置を砥石１３１の目標位置として算出する（ステップＳ３１）。目標状態量算出部４１３は、ステップＳ３１で算出した目標位置に基づいて砥石１３１の変位に係る状態量（速度、加速度、ジャーク）の目標値を算出する（ステップＳ３２）。
指令値算出部４１４は、砥石１３１の状態量の目標値を、当該目標値を達成するための電流値（トルク値）に変換する（ステップＳ３３）。指令値算出部４１４は、ステップＳ３３で変換した電流値にフィードバック部４１７から出力されたフィードバック信号の値を加算することで電流指令値を算出する（ステップＳ３４）。指令出力部４１５は、ステップＳ３４で算出した電流指令値を、Ｘ軸アクチュエータ１３３に出力する（ステップＳ３５）。また回転指令部４１６は、所定の回転数で砥石１３１を回転させるための回転指令を、回転モータ１３５に出力する（ステップＳ３６）。
回転角取得部４１０は回転角センサ１３６から砥石１３１の回転角の計測値を取得し、振動取得部４１１は、変位センサ１３４から砥石１３１のＸ軸方向における変位の計測値を取得する（ステップＳ３７）。取得した計測値は、時刻に関連付けてメインメモリ１４３等に格納される。フィードバック部４１７は、ステップＳ３７で取得した変位の計測値とステップＳ３１で算出した目標位置とに基づいて、Ｘ軸アクチュエータ１３３の駆動に係るフィードバック信号を出力する（ステップＳ３８）。フィードバック信号は、比例制御、スライディングモード制御、およびその他の方法で求めることができる。
偏心特定部４１８は、振動ベクトルの算出に必要な量の計測値が収集されたか否かを判定する（ステップＳ３９）。例えば、偏心特定部４１８は、所定時間に係る計測値が収集されたか否かを判定してもよいし、所定回転回数に係る計測値が収集されたか否かを判定してもよい。振動ベクトルの算出に必要な量の計測値が収集されていない場合（ステップＳ３９：ＮＯ）、ステップＳ３１に戻り、計測値の収集を継続する。他方、振動ベクトルの算出に必要な量の計測値が収集された場合（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、偏心特定部４１８は、収集された変位の計測値の時系列に基づいて、振動ベクトルを特定する（ステップＳ４０）。具体的には、偏心特定部４１８は、収集された変位の計測値の時系列の波形のピークのタイミングにおける砥石１３１の回転角を、振動ベクトルの位相成分と特定する。また偏心特定部４１８は、収集された変位の計測値の時系列の波形の振幅を、振動ベクトルの振幅成分と特定する。
《ワーク加工時の制御装置の動作》
砥石１３１のバランス調整が完了した後にワークＷの加工を行う場合、作業者は、支持装置１２０にワークＷを取り付け、制御装置１４０を操作し、加工モードを起動する。これにより、制御装置１４０は、回転モータ１２３の回転角とワークＷの目標形状とから、砥石１３１と対向するワークＷの輪郭の位置を砥石１３１の目標位置として特定し、ワークＷを加工する。回転角取得部４１０および振動取得部４１１は、ワークＷの加工中、変位センサ１３４および砥石１３１の回転角センサ１３６から計測値を収集する。制御装置１４０は、収集した計測値に基づいて、ステップＳ１２からステップＳ１３の処理を行い、砥石１３１の振動量を表示装置１５０に表示させる。これにより、作業者は、ワークＷを加工するたびに、砥石１３１のアンバランスを確認することができる。なお、振動量特定部４２０は、ステップＳ１２で砥石１３１の回転周波数に対応する振動量を特定することで、ワークＷの加工によって生じる振動を含む変位の計測値の時系列から、砥石１３１のビビリ振動による振動量を抽出することができる。つまり、振動量特定部４２０は、ワークＷの加工中であっても、砥石１３１のビビリ振動による振動量を適切に特定することができる。
砥石１３１のバランス調整が完了した後にワークＷの加工を行う場合、作業者は、支持装置１２０にワークＷを取り付け、制御装置１４０を操作し、加工モードを起動する。これにより、制御装置１４０は、回転モータ１２３の回転角とワークＷの目標形状とから、砥石１３１と対向するワークＷの輪郭の位置を砥石１３１の目標位置として特定し、ワークＷを加工する。回転角取得部４１０および振動取得部４１１は、ワークＷの加工中、変位センサ１３４および砥石１３１の回転角センサ１３６から計測値を収集する。制御装置１４０は、収集した計測値に基づいて、ステップＳ１２からステップＳ１３の処理を行い、砥石１３１の振動量を表示装置１５０に表示させる。これにより、作業者は、ワークＷを加工するたびに、砥石１３１のアンバランスを確認することができる。なお、振動量特定部４２０は、ステップＳ１２で砥石１３１の回転周波数に対応する振動量を特定することで、ワークＷの加工によって生じる振動を含む変位の計測値の時系列から、砥石１３１のビビリ振動による振動量を抽出することができる。つまり、振動量特定部４２０は、ワークＷの加工中であっても、砥石１３１のビビリ振動による振動量を適切に特定することができる。
《作用・効果》
このように、第１の実施形態に係る制御装置１４０は、砥石１３１の回転角センサ１３６および変位センサ１３４から取得した計測値に基づいて、砥石１３１の振動ベクトルを特定する。制御装置１４０は、変位の計測値を用いることで、計測値の重積分を行う必要がないため、加速度センサを用いる場合と比較してノイズの影響を受けずに重心を特定することができる。
図５Ａおよび図５Ｂは、第１の実施形態に係る制御装置を用いた砥石のバランス調整の前後における砥石のビビリ振動の例を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の実施形態に係るバランス調整を行うことで、調整前に生じていた砥石１３１のビビリ振動を、図３に示すバランス調整により、他のノイズと同程度にまで低減させることができる。具体的には、図５Ａに示す例においては、ビビリ振動の振幅を、２０分の１程度まで低減することができた。図５Ｂに示す例においては、ビビリ振動の力を、１０分の１程度まで低減することができた。
なお、第１の実施形態に係る制御装置１４０は、重心と中心軸と差に係る値として振動ベクトルを特定するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１４０は、重心と中心軸と差に係る値として中心軸に対する重心の位置を特定してもよい。
このように、第１の実施形態に係る制御装置１４０は、砥石１３１の回転角センサ１３６および変位センサ１３４から取得した計測値に基づいて、砥石１３１の振動ベクトルを特定する。制御装置１４０は、変位の計測値を用いることで、計測値の重積分を行う必要がないため、加速度センサを用いる場合と比較してノイズの影響を受けずに重心を特定することができる。
図５Ａおよび図５Ｂは、第１の実施形態に係る制御装置を用いた砥石のバランス調整の前後における砥石のビビリ振動の例を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の実施形態に係るバランス調整を行うことで、調整前に生じていた砥石１３１のビビリ振動を、図３に示すバランス調整により、他のノイズと同程度にまで低減させることができる。具体的には、図５Ａに示す例においては、ビビリ振動の振幅を、２０分の１程度まで低減することができた。図５Ｂに示す例においては、ビビリ振動の力を、１０分の１程度まで低減することができた。
なお、第１の実施形態に係る制御装置１４０は、重心と中心軸と差に係る値として振動ベクトルを特定するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１４０は、重心と中心軸と差に係る値として中心軸に対する重心の位置を特定してもよい。
なお、第１の実施形態に係る制御装置１４０は、砥石のバランス調整時にフィードバック部４１７によって砥石１３１が一定位置に位置するようにフィードバック制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１４０は、砥石のバランス調整時にＸ軸アクチュエータ１３３に電流指令を出力しなくてもよい。
〈第２の実施形態〉
第１の実施形態に係る制御装置１４０は、変位センサ１３４の計測値を用いて振動ベクトルを特定する。これに対し、第２の実施形態に係る制御装置１４０は、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力に基づいて振動ベクトルを特定する。
第１の実施形態に係る制御装置１４０は、変位センサ１３４の計測値を用いて振動ベクトルを特定する。これに対し、第２の実施形態に係る制御装置１４０は、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力に基づいて振動ベクトルを特定する。
第２の実施形態に係る制御装置１４０の振動取得部４１１は、第１の実施形態に係る計測値に加え、さらにＸ軸アクチュエータ１３３から電流の値を取得する。Ｘ軸アクチュエータ１３３の電流の値は、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力の大きさに比例する。偏心特定部４１８は、Ｘ軸アクチュエータ１３３の電流の値からＸ軸アクチュエータ１３３の変位を算出し、振動ベクトルを特定する。
ここで、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力に基づいて振動ベクトルを算出可能な理由を説明する。砥石１３１のバランス調整時、制御装置１４０の指令出力部４１５は、砥石１３１が一定位置に位置するように電流指令を出力する。一方で、砥石１３１はビビリ振動により、Ｘ軸方向に変位する。制御装置１４０のフィードバック部４１７は、Ｘ軸方向の変位が生じると、当該変位を打ち消すためのフィードバック信号を生成し、指令値算出部４１４に出力される。これにより、Ｘ軸アクチュエータ１３３は、フィードバック制御によって、ビビリ振動によるＸ軸方向の変位に伴って推力を発揮する。
《作用・効果》
このように、第２の実施形態に係る制御装置１４０は、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力に基づいて、砥石１３１の振動ベクトルを特定する。上述の通り、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力は、フィードバック制御によって、ビビリ振動によるＸ軸方向に変位と同期する。したがって、第２の実施形態に係る制御装置１４０によれば、第１の実施形態と同様に砥石１３１の振動ベクトルを特定することができる。
このように、第２の実施形態に係る制御装置１４０は、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力に基づいて、砥石１３１の振動ベクトルを特定する。上述の通り、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力は、フィードバック制御によって、ビビリ振動によるＸ軸方向に変位と同期する。したがって、第２の実施形態に係る制御装置１４０によれば、第１の実施形態と同様に砥石１３１の振動ベクトルを特定することができる。
なお、第２の実施形態に係る制御装置１４０は、変位センサ１３４の計測値を用いずに砥石１３１の振動ベクトルを特定するが、これに限られない。他の実施形態に係る制御装置１４０は、変位センサ１３４の計測値と、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力とを用いて振動ベクトルを特定してもよい。例えば、他の実施形態に係る制御装置１４０は、制御装置１４０は、変位センサ１３４の計測値と、Ｘ軸アクチュエータ１３３の推力から特定される変位との平均値を用いて振動ベクトルを特定してもよい。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態に係る制御装置１４０は、研削盤１００を制御するものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１４０は、砥石１３１以外の工具を用いた産業機械を制御するものであってよい。また、砥石１３１の形状は円盤状に限られず、丸鋸刃や、円筒状の砥石であってもよい。また、他の実施形態においては、制御装置１４０に代えて、外付けの計測機器が工具の偏心を特定してもよい。
１００…研削盤 １１０…基台 １１１…Ｙ軸ガイド部 １１２…Ｙ軸アクチュエータ １２１…主軸台 １２２…芯押し台 １２３…回転モータ １２０…支持装置 １３０…砥石台 １３１…砥石 １３２…Ｘ軸ガイド部 １３３…Ｘ軸アクチュエータ １３４…変位センサ １３５…回転モータ １３６…回転角センサ １４０…制御装置 １４１…プロセッサ １４３…メインメモリ １４５…ストレージ １４７…インタフェース １５０…表示装置 ４１０…回転角取得部 ４１１…振動取得部 ４１２…目標位置算出部 ４１３…目標状態量算出部 ４１４…指令値算出部 ４１５…指令出力部 ４１６…回転指令部 ４１７…フィードバック部 ４１８…偏心特定部 ４１９…修正錘決定部 ４２０…振動量特定部 ４２１…表示制御部 Ｗ…ワーク
Claims (4)
- 中心軸を中心とする同一円周上に錘を取り付けるための複数の取付孔を有する工具と、
前記工具を切り込み方向に移動可能に支持する基台と、
前記工具を前記工具の中心軸回りに回転させる回転モータと、
前記工具を切り込み方向に移動させるアクチュエータと、
前記工具の回転角を計測する回転角センサと、
前記基台に対する前記工具の切り込み方向への変位を計測する変位センサと、
前記回転モータおよび前記アクチュエータを制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記回転モータに回転指令を出力する回転指令部と、
前記回転角センサから前記回転角の計測値を取得する回転角取得部と、
前記変位センサによる前記変位の計測値に基づいて前記工具の前記切り込み方向への振動に係る値を取得する振動取得部と、
前記回転角の計測値と前記振動に係る値とに基づいて、前記回転角の位相基準に対する前記振動の方向と大きさを示すベクトルである振動ベクトルを特定する偏心特定部と、
前記振動ベクトルに基づいて前記工具に取り付ける修正錘の位置および重量を決定する修正錘決定部と
を備え、
前記修正錘決定部は、
前記工具に錘を付加しないときの第一振動ベクトルと、前記工具の基準位相に係る所定の取付孔に錘を付加したときの第二振動ベクトルとに基づいて、前記取付孔の位置によらない理想的な錘の取付角度および重量を特定し、
前記取付角度に最も近い２つの前記取付孔の位置を、２つの修正錘の取付位置に決定し、
前記理想的な錘の重量と前記取付角度と前記取付位置とに基づいて、前記２つの修正錘の重量を決定する
産業機械。 - 前記振動に係る値は、前記変位センサによる前記変位の計測値である
請求項１に記載の産業機械。 - 前記制御装置は、
前記変位センサによる前記変位の計測値に基づいて前記工具を一定位置に位置させる電流指令を前記アクチュエータに出力する指令出力部を備え、
前記振動に係る値は、前記アクチュエータの推力に係る値である
請求項１に記載の産業機械。 - コンピュータに、
中心軸を中心とする同一円周上に錘を取り付けるための複数の取付孔を有する工具と、前記工具を切り込み方向に移動可能に支持する基台と、前記工具を前記工具の中心軸回りに回転させる回転モータと、前記工具を切り込み方向に移動させるアクチュエータとを備える産業機械の前記回転モータに、回転指令を出力するステップと、
前記回転モータの回転角の計測値を取得するステップと、
前記基台に対する前記工具の切り込み方向への変位の計測値に基づいて前記工具の前記切り込み方向への振動に係る値を取得するステップと、
前記回転角の計測値と前記振動に係る値とに基づいて、前記回転角の位相基準に対する前記振動の方向と大きさを示すベクトルである振動ベクトルを特定するステップと、
前記工具に錘を付加しないときの第一振動ベクトルと、前記工具の基準位相に係る所定の取付孔に錘を付加したときの第二振動ベクトルとに基づいて、前記取付孔の位置によらない理想的な錘の取付角度および重量を特定するステップと、
前記取付角度に最も近い２つの前記取付孔の位置を、２つの修正錘の取付位置に決定するステップと、
前記理想的な錘の重量と前記取付角度と前記取付位置とに基づいて、前記２つの修正錘の重量を決定するステップと
を実行させるためのプログラム。
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