JP7436169B2 - 診断装置および診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物を加工する加工機の異常を診断する診断装置および診断方法に関する。

下記の特許文献１では、サーボモータの電流値、主軸モータの電流値、主軸の先端部の振動、ワークの加工条件、および、ワークの加工面データに基づいて異常箇所を特定する工作機械の異常診断方法が開示されている。

特開２００７－１９０６２８号公報

しかし、工作機械の環境が変化した場合、その変化に応じて機械の状態も変化するため、サーボモータの応答性が変わる。このため、上記の特許文献１の技術では、異常の診断が不正確になる傾向にある。

そこで、本発明は、工作機械の異常を正確に捉え得る診断装置および診断方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、加工対象物を加工する工作機械の異常を診断する診断装置であって、前記工作機械の軸を駆動するためのモータの動作状態を示す状態情報を取得する取得部と、前記工作機械の環境を示す物理量を測定するセンサと、前記物理量の値に応じて前記状態情報の正常範囲が記憶される記憶部と、前記取得部が取得した前記状態情報が、前記センサで測定された前記物理量の値に対応する前記状態情報の正常範囲内にない場合に、前記工作機械が異常であると判定する判定部と、を備える。

本発明の第２の態様は、加工対象物を加工する工作機械の異常を診断する診断方法であって、前記工作機械の軸を駆動するためのモータの動作状態を示す状態情報を取得する取得ステップと、前記工作機械の環境を示す物理量の値に応じて前記状態情報の正常範囲が記憶される記憶部から、前記物理量を測定するセンサで測定された前記物理量の値に対応する前記状態情報の正常範囲を読み出す読出ステップと、前記状態情報が前記正常範囲内にない場合に、前記工作機械が異常であると判定する判定ステップと、を含む。

本発明によれば、正常範囲が環境を示す物理量の測定値に対応するものであるため、その正常範囲内にない場合を工作機械の異常として正確に捉えることができる。特に１００ｎｍ以下の指令にしたがって加工対象物を加工する精密加工機の場合、正常範囲内にない場合を工作機械の異常として顕著に捉えることができる。

診断システムの構成を示す模式図である。 診断装置の構成を示す模式図である。 診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。 変形例２の診断システムの構成を示す模式図である。

本発明について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

〔実施の形態〕
図１は、診断システム１０の構成を示す模式図である。診断システム１０は、工作機械１２、制御装置１４および診断装置１６を有する。

工作機械１２は、加工対象物を加工するものである。なお、工作機械１２は、１００ｎｍ以下の指令にしたがって加工対象物を加工する精密加工機であってもよく、１０ｎｍ以下の指令にしたがって加工対象物を加工する超精密加工機であってもよい。工作機械１２は、軸２０と、軸２０を駆動するためのモータ２２とを有する。軸２０は、主軸であってもよく、加工対象物が固定されるテーブルや主軸などを可動する送り軸または割出軸であってもよい。モータ２２は、軸２０が主軸である場合には、軸２０を回転駆動するためのスピンドルモータである。また、モータ２２は、軸２０が送り軸または割出軸である場合には、軸２０を駆動するためのサーボモータである。

制御装置１４は、工作機械１２を制御するものである。この制御装置１４は、加工対象物を加工する加工プログラムに基づいてモータ２２に対する指令値を生成し、生成した指令値をモータ２２に出力することでモータ２２を制御する。

また、制御装置１４は、モータ２２の動作状態を示す状態情報を検出し、検出した状態情報を診断装置１６に出力する。動作状態として、モータ２２の周波数特性、目標値に対するモータ２２の位置の偏差、および、モータ２２に出力される電流値が挙げられる。なお、周波数特性は、ゲイン特性および位相特性の少なくとも一方が採用される。ゲイン特性は、複数の揺動周波数の各々におけるモータ２２に対する入力信号と出力信号との振幅比であり、位相特性は、複数の揺動周波数の各々におけるモータ２２に対する入力信号と出力信号との位相差である。

診断装置１６は、工作機械１２の異常を診断するものである。この診断装置１６は、汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。診断装置１６は、制御装置１４から出力される動作状態に基づいて、工作機械１２の異常を診断する。

図２は、診断装置１６の構成を示す模式図である。診断装置１６は、センサ３０、記憶部３２、および、信号処理部３４を備える。

センサ３０は、工作機械１２の環境を示す物理量を検出するものである。この物理量として、温度、湿度または振動などが挙げられる。なお、軸２０に流体を導いて軸２０を浮上させる静圧軸受によって軸２０が支持される場合、物理量として、静圧軸受に出力される流体の圧力が検出されてもよい。

記憶部３２は、情報を記憶するものである。記憶部３２の具体例としてハードディスクなどが挙げられる。この記憶部３２には、工作機械１２の異常を診断するための診断プログラムが記憶される。

また、記憶部３２には、物理量の値に応じて状態情報の正常範囲が記憶される。例えば、センサ３０により検出される物理量が温度であり、制御装置１４により検出される状態情報がモータ２２の周波数特性である場合、記憶部３２には、複数の温度の値ごとに、モータ２２の周波数特性の正常範囲（上限値および下限値）が記憶される。

信号処理部３４は、センサ３０および記憶部３２に接続される。この信号処理部３４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサを有する。プロセッサが記憶部３２に記憶された診断プログラムを実行することで、信号処理部３４は取得部４０、判定部４２および通知部４４として機能する。

取得部４０は、モータ２２の動作状態を示す状態情報を取得するものである。この取得部４０は、制御装置１４から診断装置１６に出力される状態情報を取得し、取得した状態情報を判定部４２に出力する。

判定部４２は、工作機械１２が異常であるか否かを判定するものである。この判定部４２は、センサ３０から出力される物理量を受けると、そのセンサ３０で測定された物理量の値に対応する正常範囲を記憶部３２から読み出し、読み出した正常範囲と、制御装置１４から取得部４０が取得した状態情報とを比較する。つまり、判定部４２は、工作機械１２の環境を示す物理量の測定値に対応する正常範囲内に、制御装置１４において実際に制御されたときの動作状態を示す状態情報があるか否かによって、工作機械１２が異常であるか否かを判定する。

ここで、取得部４０が取得した状態情報が、センサ３０で測定された物理量の値に対応する状態情報の正常範囲内にある場合、判定部４２は、工作機械１２が異常ではないと判定する。

一方、取得部４０が取得した状態情報が、センサ３０で測定された物理量の値に対応する状態情報の正常範囲内にない場合、判定部４２は、工作機械１２が異常であると判定する。正常範囲は、上記のように、工作機械１２の環境を示す物理量の測定値に対応するものであるため、判定部４２は、その正常範囲内にない場合を工作機械１２の異常として正確に捉えることができる。

なお、取得部４０が取得した状態情報が、センサ３０で測定された物理量の値に対応する状態情報の正常範囲内にない期間が所定の期間を経過した場合に、判定部４２は工作機械１２が異常であると判定してもよい。判定部４２は、工作機械１２が異常であると判定した場合、異常信号を生成し、生成した異常信号を通知部４４に出力する。

通知部４４は、工作機械１２が異常であると判定された場合に、工作機械１２に異常の可能性があることを通知するものである。この通知部４４は、判定部４２から異常信号を受けると、例えば、「ＸＸの軸２０まわりで異常の可能性があります」などといった軸２０に関連した異常の警告メッセージを通知する。これにより、通知部４４は、オペレータに対して、工作機械１２の異常に対する注意を喚起させることができる。

なお、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つが診断装置１６に備えられている場合、通知部４４は、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つを用いて、軸２０に関して異常の可能性があることを通知してもよい。また、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つを備えた外部装置が診断装置１６に接続される場合、通知部４４は、その外部装置に作動信号を送信することで、軸２０に関して異常の可能性があることを通知してもよい。

次に、診断装置１６の診断方法について説明する。図３は、診断装置１６の処理の流れを示すフローチャートである。なお、センサ３０により検出される物理量は温度とし、制御装置１４により検出される状態情報はモータ２２の周波数特性とする。

ステップＳ１において、取得部４０は、モータ２２の周波数特性を制御装置１４から取得し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、判定部４２は、センサ３０で測定された温度の値に対応するモータ２２の周波数特性の正常範囲を記憶部３２から読み出し、ステップＳ３に進む。ステップＳ３において、判定部４２は、ステップＳ１で取得されたモータ２２の周波数特性が、記憶部３２から読み出した正常範囲内であるか否かを判定する。

ここで、モータ２２の周波数特性が正常範囲内でない場合は、ステップＳ４に進んで、通知部４４は、軸２０に関して異常の可能性があることを通知した後、診断処理が終了する。一方、モータ２２の周波数特性が正常範囲内である場合は、ステップＳ４に進むことなく、診断処理が終了する。

〔変形例〕
以上、本発明の一例として上記の実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記の実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

（変形例１）
上記の実施の形態では、通知部４４は、工作機械１２が異常であると判定された場合に、軸２０に関して異常の可能性があることを通知したが、当該通知に代えて、または、当該通知に加えて、異常であると判定された工作機械１２を停止させてもよい。

（変形例２）
図４は、変形例２の診断システム１０の構成を示す模式図である。なお、上記実施の形態において説明した構成と同等の構成については同一の符号を付し、上記実施の形態と重複する説明は省略する。

変形例２の診断システム１０は、複数の工作機械１２、複数の工作機械１２の各々に対して接続される複数の制御装置１４、および、複数の制御装置１４の各々を管理する管理サーバ５０を有する。

複数の制御装置１４の各々には、上記の診断装置１６が組み込まれる。各々の診断装置１６の判定部４２は、工作機械１２が異常であると判定したときに取得部４０が取得した状態情報を、ネットワークＮＴを介して、管理サーバ５０に蓄積する。これにより、各々の診断装置１６で得られた異常時の状態情報を管理サーバ５０で共有することができる。

（変形例３）
上記の変形例２の診断システム１０では、複数の制御装置１４の各々に診断装置１６の一部が組み込まれていてもよい。例えば、複数の制御装置１４の各々にセンサ３０が組み込まれ、記憶部３２および信号処理部３４が管理サーバ５０に組み込まれる。このようにすれば、複数の工作機械１２の各々に対する異常の診断を管理サーバ５０において実行することができる。

また例えば、複数の制御装置１４の各々にセンサ３０が組み込まれ、記憶部３２および信号処理部３４が複数の制御装置１４のうちの１つに組み込まれる。この場合、診断装置１６が組み込まれた制御装置１４は、ネットワークＮＴを介して、他の各々の制御装置１４に対応する工作機械１２の異常を診断する。このようにすれば、複数の工作機械１２の各々に対する異常の診断を１つの制御装置１４において実行することができる。

（変形例４）
上記の実施の形態および変形例は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。

〔上記から把握し得る発明〕
上記の実施の形態および変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。

＜第１の発明＞
第１の発明は、加工対象物を加工する工作機械（１２）の異常を診断する診断装置（１６）である。この診断装置（１６）は、工作機械（１２）の軸（２０）を駆動するモータ（２２）の動作状態を示す状態情報を取得する取得部（４０）と、工作機械（１２）の環境を示す物理量を測定するセンサ（３０）と、物理量の値に応じて状態情報の正常範囲が記憶される記憶部（３２）と、取得部（４０）が取得した状態情報が、センサ（３０）で測定された物理量の値に対応する状態情報の正常範囲内にない場合に、工作機械（１２）が異常であると判定する判定部（４２）と、を備える。

正常範囲が環境を示す物理量の測定値に対応するものであるため、上記の診断装置（１６）によれば、正常範囲内にない場合を工作機械（１２）の異常として正確に捉えることができる。

状態情報は、モータ（２２）の周波数特性、目標値に対するモータ（２２）の位置の偏差、および、モータ（２２）に出力される電流値のいずれかであってもよい。また、物理量は、温度、湿度、振動、および、軸（２０）を支持する静圧軸受に出力される流体の圧力のいずれかであってもよい。

診断装置（１６）は、工作機械（１２）が異常であると判定された場合に、工作機械（１２）に異常の可能性があることを通知する通知部（４４）を備えてもよい。これにより、オペレータに対して、工作機械（１２）の異常に対する注意を喚起させることができる。

＜第２の発明＞
第２の発明は、加工対象物を加工する工作機械（１２）の異常を診断する診断方法である。この診断方法は、工作機械（１２）の軸（２０）を駆動するモータ（２２）の動作状態を示す状態情報を取得する取得ステップ（Ｓ１）と、工作機械（１２）の環境を示す物理量の値に応じて状態情報の正常範囲が記憶される記憶部（３２）から、物理量を測定するセンサ（３０）で測定された物理量の値に対応する状態情報の正常範囲を読み出す読出ステップ（Ｓ２）と、状態情報が正常範囲内にない場合に、工作機械（１２）が異常であると判定する判定ステップ（Ｓ３）と、を含む。

正常範囲が環境を示す物理量の測定値に対応するものであるため、上記の診断方法によれば、正常範囲内にない場合を工作機械（１２）の異常として正確に捉えることができる。

状態情報は、モータ（２２）の周波数特性、目標値に対するモータ（２２）の位置の偏差、および、モータ（２２）に出力される電流値のいずれかであってもよい。また、物理量は、温度、湿度、振動、および、軸（２０）を支持する静圧軸受に出力される流体の圧力のいずれかであってもよい。

診断方法は、工作機械（１２）が異常であると判定された場合に、工作機械（１２）に異常の可能性があることを通知する通知ステップ（Ｓ４）を含んでもよい。これにより、オペレータに対して、工作機械（１２）の異常に対する注意を喚起させることができる。

１０…診断システム １２…工作機械
１４…制御装置 １６…診断装置
２０…軸 ２２…モータ
３０…センサ ３２…記憶部
４０…取得部 ４２…判定部
４４…通知部 ５０…管理サーバ

Claims (6)

1. 加工対象物を加工する工作機械の異常を診断する診断装置であって、
   前記工作機械の軸を駆動するためのモータの動作状態を示す状態情報を取得する取得部と、
   前記工作機械の環境を示す物理量を測定するセンサと、
   複数の前記物理量の値ごとに、前記値に応じた前記状態情報の正常範囲が記憶される記憶部と、
   複数の前記正常範囲のなかから、前記センサで測定された前記物理量の値に対応する前記状態情報の正常範囲を前記記憶部から読み出し、読み出した前記正常範囲内に、前記取得部が取得した前記状態情報がない場合に、前記工作機械が異常であると判定する判定部と、
   を備え、
   前記物理量は、湿度、振動、および、前記軸を支持する静圧軸受に出力される流体の圧力のいずれかである、診断装置。
2. 請求項１に記載の診断装置であって、
   前記状態情報は、前記モータの周波数特性、目標値に対する前記モータの位置の偏差、および、前記モータに出力される電流値のいずれかである、診断装置。
3. 請求項１又は２に記載の診断装置であって、
   前記工作機械が異常であると判定された場合に、前記工作機械に異常の可能性があることを通知する通知部を備える、診断装置。
4. 加工対象物を加工する工作機械の異常を診断する診断方法であって、
   前記工作機械の軸を駆動するためのモータの動作状態を示す状態情報を取得する取得ステップと、
   前記工作機械の環境を示す複数の物理量の値ごとに、前記値に応じた前記状態情報の正常範囲が記憶される記憶部から、前記物理量を測定するセンサで測定された前記物理量の値に対応する前記状態情報の正常範囲を読み出す読出ステップと、
   取得された前記状態情報が、読み出された前記正常範囲内にない場合に、前記工作機械が異常であると判定する判定ステップと、
   を含み、
   前記物理量は、湿度、振動、および、前記軸を支持する静圧軸受に出力される流体の圧力のいずれかである、診断方法。
5. 請求項４に記載の診断方法であって、
   前記状態情報は、前記モータの周波数特性、目標値に対する前記モータの位置の偏差、および、前記モータに出力される電流値のいずれかである、診断方法。
6. 請求項４又は５に記載の診断方法であって、
   前記工作機械が異常であると判定された場合に、前記工作機械に異常の可能性があることを通知する通知ステップを含む、診断方法。

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