JP7456971B2 - 稼働判定装置、設定方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は工作機械の稼働状態を判定する稼働判定装置、稼働判定装置の設定方法、及びプログラムに関する。

生産効率の向上、安全管理、機械メンテナンス、製品品質の維持などの各種の目的のために工場における工作機械の状況を監視することが行われている。
例えば電流センサや振動センサなどを工作機械に取り付けて、その検出信号により工作機械の稼働状況を判定するものがある。

下記特許文献１には、電流トランスで計測した電流値によって運転状態を判断する技術が開示されている。

特開２０１０－１３４８８８号公報

工作機械の稼働判定において、例えば電流センサを利用した稼働監視システムを考えると、当該システムとしては、電流が流れているか、流れていないかによって稼働状態か否かを判定するものや、電流値が予め設定した閾値を越えるか否かによって稼働状態か否かを判定するものがある。
いずれの場合も、多種多様な工作機械に対応することが難しい。例えば工作機械によって、さらには工作機械の各部によって、稼働時やアイドリング状態の電流量には差があり、電流の有無や固定の閾値だけでは、適切な判定ができないためである。

多様な工作機械に対応させる場合には、例えば閾値を可変設定可能としておき、工作機械に対して稼働監視システムをセッティングする際に、専門の技術者が工作機械やセンサの取り付け箇所に応じて閾値を調整する必要がある。このためセッティングに工数がかかり、また導入コストも高くなる。

そこで本発明は、各種の工作機械に対応できるとともに容易に導入できる稼働監視システムを実現できるようにする。

本発明に係る稼働判定装置は、
工作機械に取り付けたセンサの検出信号を閾値と比較することで前記工作機械が稼働状態であるか否かの判定結果を出力する判定部と、
前記工作機械のアイドリング状態における前記センサの検出信号に基づく基準値を設定し、前記基準値の所定割合値と、あらかじめ設定した特定値の両方を前記基準値に加算するか、又は前記所定割合値と前記特定値の両方を前記基準値から減算することで前記閾値を設定する閾値設定処理を行う閾値設定部と、を備える。
所定割合値は基準値に応じた値である。特定値は基準値に関わらず閾値に反映されるようにする値である。

本発明の稼働判定装置又は設定方法によれば、多種多様な工作機械に対応する稼働監視システムを実現できるとともに、導入の際の設定における困難性も解消される。
本発明のプログラムによれば、そのような稼働判定装置を容易に実現できる。

本発明の実施の形態の稼働監視システムの構成の説明図である。 実施の形態の電流センサの説明図である。 実施の形態の稼働判定装置の構成の説明図である。 実施の形態の稼働判定装置の閾値設定処理のフローチャートである。 実施の形態の稼働判定装置の閾値設定処理の説明図である。 実施の形態において設定される閾値の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。実施の形態では、工作機械に取り付けるセンサとして電流センサを用いる場合を例に挙げる。

<１．稼働監視システム>
図１に工作機械１０に対する稼働監視システム１００の構成例を示している。
稼働監視システム１００は、電流センサ１、稼働判定装置２、稼働監視ユニット３、中間処理機４、クラウド５としての構成要素を有する。

電流センサ１としては、１個又は複数個が工作機械配電盤１１に取り付けられる。
図２Ａに電流センサ１の一例を示す。この電流センサ１はクランプ式の構造とされ、図２Ｂのようにケーブル１２に装着できるものとされる。例えばこのような電流センサ１が、工作機械配電盤１１における電源ケーブル、主軸ケーブル、送り軸ケーブルなど、必要箇所に取り付けられる。もちろんこれは一例で、電流センサ１の構造や被検出部への取り付け方式は各種の例が考えられる。

稼働判定装置２は、例えば電流センサ１に接続される電流センサ基板上に構成される。稼働判定装置２の構成は図３で後述する。
この稼働判定装置２は、１又は複数の電流センサ１のそれぞれについて、一定時間毎、例えば０．１秒毎に、検出された電流値を、あらかじめ設定した閾値と比較し、その比較結果を出力する。比較結果とは、工作機械１０の状況、すなわち稼働状態であるか否かを示す判定情報となる。

稼働監視ユニット３は、稼働判定装置２からの判定結果を取得し、電流センサ１が取り付けられている各部の稼働状況の情報を生成する。
例えば稼働監視ユニット３にて稼働／非稼働の判定情報をまとめる。そして現在の状況と１分間の稼働時間をまとめたデータを無線通信で中間処理機４に送信する。もちろん有線通信で送信してもよい。

中間処理機４は、稼働監視ユニット３から送られてきたデータを受信し、クラウド５へ送信する。
クラウド５とは、例えばクラウドサーバとして機能するコンピュータ装置（情報処理装置）を示している。
クラウド５は、中間処理機４を介して送信されてきたデータを受信し、分析等を行い、稼働状況を可視化した画像を生成したり、分析情報を生成したりして、ユーザ、即ち工作機械１０の管理者等に対して各種の情報提供を行う。

<２．稼働判定装置の構成>
例えば以上のような稼働監視システム１００に用いられる稼働判定装置２の構成を図３で説明する。
図３に示すように、稼働判定装置２は、コネクタ２１、増幅回路２２、演算装置２３、メモリ部２４、操作部２５、表示部２６、コネクタ２７を有する。

コネクタ２１は電流センサ１と接続するコネクタである。図では１つの電流センサ１を示しているが、複数の電流センサ１を用いる場合は、それぞれの電流センサ１に対してコネクタ２１が設けられて接続される。

増幅回路２２は、コネクタ２１を介して入力された電流センサ１の検出信号を増幅し、演算装置２３に送出する。

演算装置２３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、インタフェース部等を備えたマイクロコンピュータチップにより構成される。なお、ゲートアレイ回路等を用いて構成することもできる。
この演算装置２３は、増幅回路２２を介して入力された検出信号、すなわち検出電流値Ｉｄを、所定の閾値ｔｈＩと比較する処理を行い、比較結果を出力する。

例えば演算装置２３は、検出電流値Ｉｄを０．１秒毎に取得して閾値ｔｈＩと比較し、「１」「０」の結果を出力する。
例えば閾値ｔｈＩ≧検出電流値Ｉｄであれば「０」、閾値ｔｈＩ<検出電流値Ｉｄであれば「１」を出力する。この比較結果が稼働状態の判定結果となる。

なお、複数の電流センサ１が接続される場合は、演算装置２３では、それぞれについての検出電流値Ｉｄを、それぞれについて設定された閾値ｔｈＩと比較して、それぞれ「０」「１」の結果を出力する。

本実施の形態の場合、演算装置２３には、例えばソフトウェアにより設けられる機能として、閾値設定部３１と、判定部３２を備えることになる。
閾値設定部３１は、閾値ｔｈＩを自動的に設定する閾値設定処理を行う機能である。閾値設定処理とは、工作機械１０のアイドリング状態における電流センサ１の検出信号（検出電流値Ｉｄ）に基づく基準値（基準電流値Ｉｒ）を設定し、その基準値の所定割合値と、あらかじめ設定した特定値とを、基準値に対して加算又は減算することで閾値ｔｈＩを設定する処理である。閾値設定処理の詳細は後述する。
判定部３２は、上記のように検出電流値Ｉｄと閾値ｔｈＩを比較して、稼働状態の判定結果を出力する機能である。

このような演算装置２３は、メモリ部２４に対して読み出し、書き込みが可能とされる。メモリ部２４は例えば不揮発性メモリ領域を備えたメモリチップにより構成される。なお、メモリ部２４は、演算装置２３とされるマイクロコンピュータチップ内の不揮発性メモリ領域により実現されてもよい。
このメモリ部２４には、演算装置２３の処理動作のためのプログラム、例えば閾値設定処理のプログラムが記憶される。また閾値設定処理により設定された閾値ｔｈＩもメモリ部２４に記憶される。

操作部２５としては、例えばユーザが閾値設定処理を指示するための操作子が形成される。例えば押圧式のスイッチが設けられる。この押圧式のスイッチをユーザが例えば２秒以上押し続けるという、いわゆる長押しの操作が行われると、演算装置２３は、閾値設定処理の実行が指示されたと解釈する。

表示部２６は例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成され、演算装置２３の制御により稼働判定装置２の動作状態の表示を行う。例えば表示部２６としてのＬＥＤは、閾値設定処理中は高速で点滅され、閾値ｔｈＩの設定完了後には、約１秒消灯された後、常時点灯に切り替えられる。

コネクタ２７は稼働監視ユニット３と接続するコネクタである。
演算装置２３によって、例えば０．１秒毎に得られる判定結果の情報は、コネクタ２７を介して稼働監視ユニット３に送出される。

<３．閾値設定処理>
以上のような稼働判定装置２においては、工作機械１０の稼働判定のためには、閾値ｔｈＩが適切に設定されることが必要になる。
ただし固定値として閾値ｔｈＩを設定しておくと、多種多様な工作機械１０に適用することができない。また１つの工作機械１０においても、電流センサ１による検出箇所によって電流量は異なることからも、閾値ｔｈＩを固定設定することは適切ではない。
一方で、工作機械１０の種別や個体毎、或いは電流センサ１の取り付け箇所毎に応じて、閾値ｔｈＩを調整するようにすると、設定作業の工数が増大し、また専門の作業者による設定作業が必要になってしまう。

そこで本実施の形態では、以下のように稼働判定装置２が閾値設定処理を実行して、電流センサ１を取り付けた工作機械１０に応じた適切な閾値ｔｈＩを自動設定するようにする。

図４に稼働判定装置２の演算装置２３が、閾値設定部３１の機能により実行する閾値設定処理例を示す。
演算装置２３はステップＳ１００として、操作部２５としての押圧スイッチの長押し操作を監視する。
例えば工作機械１０に対して電流センサ１を取り付けた際のユーザの初期設定作業としては、工作機械１０をアイドリング状態にしたうえで、操作部２５で長押し操作を行うというものとなる。

演算装置２３は、長押し操作を検知した場合にステップＳ１０１以降の閾値設定処理を実行する。
ステップＳ１０１で演算装置２３は基準電流値Ｉｒを設定する。これは例えば、工作機械１０がアイドリング状態にあるときに電流センサ１で検出される検出電流値Ｉｄを取得し、検出電流値Ｉｄに基づいて基準電流値Ｉｒを設定する処理である。
この場合、ある時点の検出電流値Ｉｄをそのまま基準電流値Ｉｒとしてもよいが、アイドリング状態での検出電流値Ｉｄの若干の変動やノイズの影響があることを考慮して、例えばある一定時間の検出電流値Ｉｄの平均値等を求めて、それを基準電流値Ｉｒとするようにしてもよい。

図５に工作機械１０のアイドリング状態と稼働状態における電流センサ１の検出電流値Ｉｄを破線で模式的に示している。例えば検出電流値Ｉｄは、アイドリング状態に比べて稼働状態のときに大きくなる。
図４におけるステップＳ１０１では演算装置２３は、工作機械１０がアイドリング状態とされていることを前提として検出電流値Ｉｄを取得する。そして、このアイドリング状態の検出電流値Ｉｄに基づいて基準電流値Ｉｒを設定する。

ステップＳ１０２で演算装置２３は、基準電流値Ｉｒに所定割合値（α％値）を加算して図５に示すような第１電流値Ｉ１を求める。α％値とは、例えばα＝１５とした場合は、基準電流値Ｉｒの１５％の値という意味である。α＝１０～２００の範囲の或る値に設定されていることが考えられる。

図４のステップＳ１０３で演算装置２３は、さらに第１電流値Ｉ１に特定値（β値）を加算して図５に示すような第２電流値Ｉ２を求める。β値とは、あらかじめ設定された固定値である。

図４のステップＳ１０４で演算装置２３は、閾値ｔｈＩを設定する。例えば第２電流値Ｉ２を閾値ｔｈＩとする。

このように閾値設定処理では、ステップＳ１０２のα％値を用いた演算と、ステップＳ１０３のβ値を用いた演算を経て、閾値ｔｈＩを設定する。
α％値は、基準電流値Ｉｒに依存して決まる値である。従って、α％値を加算することで、電流センサ１を取り付けた工作機械１０のアイドリング電流に応じた電流値が、閾値ｔｈＩに反映されることになる。
β値は固定値である。従ってβ値を加算することで、閾値ｔｈＩは、アイドリング電流よりも高い電流値となる。

このようにα％値と、β値を用いた演算で閾値ｔｈＩを設定することで、多種多様な工作機械１０に適した閾値ｔｈＩを自動で設定することが可能となる。そしてその閾値ｔｈＩは、適切な稼働判定をすることができる値となる。
例えば基準電流値Ｉｒが大きい工作機械１０であると、それに応じてノイズも大きくなってしまう。そのためノイズによって稼働判定されないように閾値ｔｈＩを設定する必要があるが、α％値の加算により相対的に大きい閾値ｔｈＩを設定することができるためである。
また、基準電流値Ｉｒ＝０の工作機械１０もあるが、β値の加算により、その場合も基準電流値Ｉｒより高い閾値ｔｈＩが設定できるためである。

図６により、各種のケースにおける閾値ｔｈＩの設定例を示す。
一例としてα％値は＋２０％Ａ（アンペア）、β値は＋５０Ａとする。またノイズは基準電流値Ｉｒの±１０％であると想定する。

［第１ケース］
・基準電流値Ｉｒ＝０Ａ
・稼働時の検出電流値Ｉｄ＝７０Ａ前後
この場合、設定される閾値ｔｈＩは、
ｔｈＩ＝０Ａ＋０Ａ＋５０Ａ＝５０Ａ
となる。
稼働時の検出電流値Ｉｄが７０Ａ前後であることから、閾値ｔｈＩにより稼動状態を適切に判定できる。

［第２ケース］
・基準電流値Ｉｒ＝１００Ａ
・稼働時の検出電流値Ｉｄ＝２５０Ａ前後
この場合、設定される閾値ｔｈＩは、
ｔｈＩ＝１００Ａ＋２０Ａ＋５０Ａ＝１７０Ａ
となる。
稼働時の検出電流値Ｉｄが２５０Ａ前後であることから、閾値ｔｈＩにより稼動状態を適切に判定できる。

［第３ケース］
・基準電流値Ｉｒ＝１０００Ａ
・稼働時の検出電流値Ｉｄ＝１７００Ａ前後
この場合、設定される閾値ｔｈＩは、
ｔｈＩ＝１０００Ａ＋２００Ａ＋５０Ａ＝１２５０Ａ
となる。
稼働時の検出電流値Ｉｄが１７００Ａ前後であることから、閾値ｔｈＩにより稼動状態を適切に判定できる。

各ケースにみられるように、基準電流値Ｉｒに対してα％値（２０％の値）を加えることで、可動状態と誤判定されてしまうノイズ（例えばこの場合基準電流値Ｉｒの±１０％）の影響を無くすことができる。
また第１ケースのように、基準電流値Ｉｒ＝０Ａの場合でもβ値（５０Ａ）を加えることで、閾値ｔｈＩを適切に設定できる。

なお、以上の実施の形態の説明では、図４のステップＳ１０２，Ｓ１０３で基準電流値Ｉｒに、所定割合値（α％値）及び特定値（β値）をそれぞれ加算するものとしたが、ステップＳ１０２，Ｓ１０３の手順は逆でもよい。
その場合、α％値は、基準電流値Ｉｒのα％値とするほか、（基準電流値Ｉｒ＋β値）のα％値とすることも考えられる。

また所定割合値（α％値）及び特定値（β値）を基準電流値Ｉｒから減算することで閾値ｔｈＩを求める例も考えられる。例えば稼働時の検出電流値Ｉｄが基準電流値Ｉｒよりもマイナス側になるケースに適応する場合である。
またこのように所定割合値（α％値）及び特定値（β値）を基準電流値Ｉｒから減算して求めた閾値ｔｈＩは、工作機械１０の電源オン／オフの判定に用いることもできる。
稼働判定装置２は、所定割合値（α％値）及び特定値（β値）を予め固定値としてメモリ部２４に記憶されていればよいが、例えば所定割合値（α％値）及び特定値（β値）を加算するか減算するかをユーザサイドで選択できるようにしてもよい。

ところで、閾値ｔｈＩにヒステリシスを持たせてもよい。
例えば第２電流値Ｉ２を閾値ｔｈＩｕとし、第１電流値Ｉ１を閾値ｔｈＩｄとする。
閾値ｔｈＩｕは電流値の稼動開始のときの検出電流値Ｉｄの立ち上がりタイミングを判定する閾値とする。閾値ｔｈＩｄは、稼動状態からアイドリング状態への移行時の検出電流値Ｉｄの立ち下がりタイミングを判定する閾値とする。
このようにすることで稼働時の検出電流値Ｉｄの変動による誤判定を生じにくくなるようにすることができる。

<４．実施の形態の効果>
以上のように実施の形態の稼働判定装置２は、工作機械１０に取り付けた電流センサ１の検出信号である検出電流値Ｉｄを閾値ｔｈＩと比較することで、工作機械１０の稼働状態の判定結果を出力する判定部３２を有する。また稼働判定装置２は、工作機械１０のアイドリング状態における電流センサ１の検出電流値Ｉｄに基づく基準値、即ち基準電流値Ｉｒを設定し、基準電流値Ｉｒの所定割合値（α％値）及びあらかじめ設定した特定値（β値）を、基準電流値Ｉｒに対して加算又は減算することで閾値ｔｈＩを設定する閾値設定処理を行う閾値設定部３１を備える。
所定割合値（α％値）を反映することで、基準電流値Ｉｒの大小に応じた閾値ｔｈＩが設定できる。基準電流値Ｉｒが大きいと、ノイズも大きくなるが、所定割合値（α％値）を反映することでノイズによる誤判定が生じにくい閾値ｔｈＩが設定できることになる。
また特定値（β値）を反映することで、基準電流値Ｉｒがゼロの場合でも閾値ｔｈＩが設定できるようになる。
つまり所定割合値（α％値）と特定値（β値）の両方を反映することで、多種多様な工作機械に適応し、かつ誤判定の生じにくい閾値ｔｈＩが自動的に設定できるようになる。閾値ｔｈＩの設定に専門の技術者による作業の必要もないため、稼動監視システムの導入も容易となる。

また実施の形態では、電流センサ１を用いる例で説明した。そして閾値設定部３１は、工作機械１０のアイドリング状態における電流の検出信号である基準電流値Ｉｒを用いて閾値設定処理を行う例とした。
これにより、電流センサ１を用いた稼働監視システム１００において、多種多様な工作機械に適応し、かつ誤判定の生じにくい稼働判定装置を実現できる。

なお、電流センサ１を用いる稼働監視システム１００以外の例も考えられる。例えばセンサとしては、電圧センサ、振動センサ、温度センサ、照度（光量）センサなどを用いる稼動監視システムにおける稼動判定装置でも実施の形態の技術は適用でき、電流センサ１を用いた実施の形態と同様の効果を得ることができる。

実施の形態では、閾値設定部３１は、ユーザの所定の操作に応じて閾値設定処理を開始する例とした。
すなわち工作機械を使用するユーザが所定の操作を行うことをトリガとして、自動的に閾値設定処理が行われ、閾値ｔｈＩが設定される。ユーザは、工作機械に対して電流センサ１や稼働判定装置２をセットし、工作機械１０をアイドリング状態としたうえで、操作部２５で所定の操作を行えばよい。従ってユーザが専門の技術者でなくても容易に稼働判定装置２のセッティングができるようになる。

そして、そのようなユーザによる所定の操作は、操作部２５の操作スイッチの長押し操作であるとした。例えばユーザが操作部２５の操作スイッチを例えば２秒以上押し続ける操作により、閾値設定処理が行われる。
これにより、工作機械の現場においてきわめて簡単な操作で、その工作機械に適した稼働判定装置２のセットアップができることになる。また長押しであることで、誤操作により操作スイッチが瞬間的に押されてしまって閾値設定処理が行われるということも防止できる。

また、実施形態のプログラムは、工作機械１０に取り付けたセンサ（電流センサ１等）の検出信号を閾値ｔｈＩと比較することで工作機械１０の稼働状態の判定結果を出力する稼働判定装置２の演算装置２３に閾値設定処理を実行させるプログラムである。その閾値設定処理は、工作機械１０のアイドリング状態におけるセンサの検出信号に基づく基準値（基準電流値Ｉｒ）を設定し、基準値の所定割合値（α％値）と、あらかじめ設定した特定値（β値）とを、基準値に対して加算又は減算することで閾値ｔｈＩを設定する処理である。

このようなプログラムにより、実施の形態として稼働判定装置２を、容易に実現することができる。例えば演算装置２３としてのマイクロコンピュータ等のプロセッサにおいてプログラムに応じた処理が行われることで、多様な工作機械１０に対応し、かつ閾値ｔｈＩの設定がきわめて容易な稼働判定装置２を実現できる。
このようなプログラムは、メモリ部２４としてのＲＯＭや不揮発性メモリに記録しておくことができるし、各種の情報処理装置のＨＤＤ（Hard Disk Drive）、固体メモリ等に記憶しておくこともできる。また、プログラムをダウンロードサイト等から提供できるようにしておくこともできる。

１ 電流センサ
２ 稼働判定装置
３ 稼働監視ユニット
４ 中間処理機
５ クラウド
１０ 工作機械
１１ 工作機械配電盤
１２ ケーブル
２３ 演算装置
２４ メモリ部
２５ 操作部
２６ 表示部
３１ 閾値設定部
３２ 判定部
１００ 稼働監視システム

Claims (6)

1. 工作機械に取り付けたセンサの検出信号を閾値と比較することで前記工作機械が稼働状態であるか否かの判定結果を出力する判定部と、
   前記工作機械のアイドリング状態における前記センサの検出信号に基づく基準値を設定し、前記基準値の所定割合値と、あらかじめ設定した特定値の両方を前記基準値に加算するか、又は前記所定割合値と前記特定値の両方を前記基準値から減算することで前記閾値を設定する閾値設定処理を行う閾値設定部と、を備えた
   稼働判定装置。
2. 前記センサは電流センサであって、
   前記閾値設定部は、
   前記工作機械のアイドリング状態における電流の検出信号に基づく前記基準値を用いて、前記閾値設定処理を行う
   請求項１に記載の稼働判定装置。
3. 前記閾値設定部は、所定の操作に応じて前記閾値設定処理を開始する
   請求項１又は請求項２に記載の稼働判定装置。
4. 前記所定の操作は、操作スイッチの長押し操作である
   請求項３に記載の稼働判定装置。
5. 工作機械に取り付けたセンサの検出信号を閾値と比較することで前記工作機械が稼働状態であるか否かの判定結果を出力する稼働判定装置の設定方法として、
   前記工作機械のアイドリング状態における前記センサの検出信号に基づく基準値を設定し、前記基準値の所定割合値と、あらかじめ設定した特定値の両方を前記基準値に加算するか、又は前記所定割合値と前記特定値の両方を前記基準値から減算することで前記閾値を設定する
   設定方法。
6. 工作機械に取り付けたセンサの検出信号を閾値と比較することで前記工作機械が稼働状態であるか否かの判定結果を出力する稼働判定装置の演算装置に、
   前記工作機械のアイドリング状態における前記センサの検出信号に基づく基準値を設定し、前記基準値の所定割合値と、あらかじめ設定した特定値の両方を前記基準値に加算するか、又は前記所定割合値と前記特定値の両方を前記基準値から減算することで前記閾値を設定する閾値設定処理を実行させる
   プログラム。

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