JPH06262492A - 外乱負荷推定による工具の寿命管理方法 - Google Patents
外乱負荷推定による工具の寿命管理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 工作機械の工具にかかる負荷を推定し、該負
荷によって工具寿命を管理する。 【構成】 外乱推定オブザーバによって推定された主軸
若しくは送り軸のモータに加わる外乱負荷トルクＴd2
が、設定基準値Ｔｓ以上になると（Ａ１，Ａ２）、タイ
マｔe をリセットしてスタートさせ、該タイマｔe が設
定された所定時間ｔo を計時するまで、継続して外乱負
荷トルクＴd2が設定基準値Ｔｓ以上であると工具交換指
令を出し加工を停止する（Ａ７〜Ａ９）。一定の加工を
行ったとき、工具磨耗が進むにつれて工具に加わる負荷
が増加する。そのため主軸や送り軸のモータに加わる負
荷も工具の磨耗度合いによって増加するから、このモー
タにかかる負荷をオブザーバで推定することによって工
具磨耗、すなわち寿命を検出する。工具寿命の判断が工
具に加わる負荷の大きさであるから客観的でより確実に
検出できる。
荷によって工具寿命を管理する。 【構成】 外乱推定オブザーバによって推定された主軸
若しくは送り軸のモータに加わる外乱負荷トルクＴd2
が、設定基準値Ｔｓ以上になると（Ａ１，Ａ２）、タイ
マｔe をリセットしてスタートさせ、該タイマｔe が設
定された所定時間ｔo を計時するまで、継続して外乱負
荷トルクＴd2が設定基準値Ｔｓ以上であると工具交換指
令を出し加工を停止する（Ａ７〜Ａ９）。一定の加工を
行ったとき、工具磨耗が進むにつれて工具に加わる負荷
が増加する。そのため主軸や送り軸のモータに加わる負
荷も工具の磨耗度合いによって増加するから、このモー
タにかかる負荷をオブザーバで推定することによって工
具磨耗、すなわち寿命を検出する。工具寿命の判断が工
具に加わる負荷の大きさであるから客観的でより確実に
検出できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械における工具
が寿命に達したことを検出する工具寿命管理方法に関す
る。
が寿命に達したことを検出する工具寿命管理方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】工作機械において、工具を長年使用する
と工具の磨耗が進行し、負荷が増大し、切削能力が低下
する。そこで、使用工具を管理し寿命がきた工具は交換
する必要がある。この寿命管理は、従来、一般的には、
工具そのもの若しくは、ワークの切削状況を観察し、工
具が磨耗し寿命に達していないか管理している。また、
各工具の使用時間を積算し、寿命使用時間に達したとき
工具を交換する等の工具管理を行うことも特開平１−１
８３３３８号公報等で公知である。
と工具の磨耗が進行し、負荷が増大し、切削能力が低下
する。そこで、使用工具を管理し寿命がきた工具は交換
する必要がある。この寿命管理は、従来、一般的には、
工具そのもの若しくは、ワークの切削状況を観察し、工
具が磨耗し寿命に達していないか管理している。また、
各工具の使用時間を積算し、寿命使用時間に達したとき
工具を交換する等の工具管理を行うことも特開平１−１
８３３３８号公報等で公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】工具を目視して工具の
磨耗を測定したり、ワークの切削状況を観察して工具の
磨耗を監視し、工具交換時期等の工具管理を行う方法
は、工具管理を行う者の経験と勘によるものであり、正
確さに欠け工具管理としての絶対的な基準がない。ま
た、工具の使用時間を積算し、その積算時間が寿命時間
に達していると工具を交換する等の工具管理方法でも、
実際に工具が寿命に達してなくても、寿命時間に達した
として交換する場合も、逆に、工具の磨耗が激しくすで
に工具交換時期に達しているにもかかわらず、使用時間
が寿命時間に達していないため工具交換がなされずに、
加工精度の低下を起こしたり、無駄なエネルギロスや時
間を消費するという問題がある。すなわち、使用時間で
工具寿命を管理する場合でも、寿命管理としては正確で
はなく絶対的ではない。そこで、本発明の目的は、工具
にかかる負荷を推定し、該負荷によって工具寿命を管理
する外乱負荷推定による工具の寿命管理方法を提供する
ことにある。
磨耗を測定したり、ワークの切削状況を観察して工具の
磨耗を監視し、工具交換時期等の工具管理を行う方法
は、工具管理を行う者の経験と勘によるものであり、正
確さに欠け工具管理としての絶対的な基準がない。ま
た、工具の使用時間を積算し、その積算時間が寿命時間
に達していると工具を交換する等の工具管理方法でも、
実際に工具が寿命に達してなくても、寿命時間に達した
として交換する場合も、逆に、工具の磨耗が激しくすで
に工具交換時期に達しているにもかかわらず、使用時間
が寿命時間に達していないため工具交換がなされずに、
加工精度の低下を起こしたり、無駄なエネルギロスや時
間を消費するという問題がある。すなわち、使用時間で
工具寿命を管理する場合でも、寿命管理としては正確で
はなく絶対的ではない。そこで、本発明の目的は、工具
にかかる負荷を推定し、該負荷によって工具寿命を管理
する外乱負荷推定による工具の寿命管理方法を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、予め定められ
た加工を実行し、主軸もしくは送り軸を駆動するモータ
に加わる外界からの負荷を外乱推定オブザーバによって
推定し、切削加工中上記推定外乱負荷トルクが設定時間
以上継続して設定基準値以上になるか若しくは設定基準
値以下になる等の変化があると工具寿命信号を出力する
ようにした。特に、上記外乱推定オブザーバはモータに
指令されるトルク指令値とモータの実速度から外乱負荷
トルクを推定する。
た加工を実行し、主軸もしくは送り軸を駆動するモータ
に加わる外界からの負荷を外乱推定オブザーバによって
推定し、切削加工中上記推定外乱負荷トルクが設定時間
以上継続して設定基準値以上になるか若しくは設定基準
値以下になる等の変化があると工具寿命信号を出力する
ようにした。特に、上記外乱推定オブザーバはモータに
指令されるトルク指令値とモータの実速度から外乱負荷
トルクを推定する。
【０００５】
【作用】外乱推定オブザーバによって、主軸若しくは送
り軸を駆動するモータに加わる外乱負荷トルクを推定す
るから、主軸若しくは送り軸に加わる負荷、すなわち工
具に加わる負荷を正確に推定することができ、一定の同
一加工を行ってい場合に、推定外乱負荷トルクが変化す
るということは、工具に加わる負荷が変化したときであ
るから、推定外乱負荷トルクのこの変化が設定時間以上
継続する場合には、工具が磨耗し寿命に達していると
し、工具交換等の工具寿命指令を出力する。例えば、工
具磨耗によって切削負荷が増大するような工具および加
工では、設定基準値以上の推定外乱負荷トルクが設定時
間以上継続する場合に工具寿命とする。または、工具が
磨耗したときワーク面をすべり切削負荷が極度に低下す
るような工具および加工では、設定基準値以下の推定外
乱負荷トルクが設定時間以上継続する場合に工具寿命と
する。
り軸を駆動するモータに加わる外乱負荷トルクを推定す
るから、主軸若しくは送り軸に加わる負荷、すなわち工
具に加わる負荷を正確に推定することができ、一定の同
一加工を行ってい場合に、推定外乱負荷トルクが変化す
るということは、工具に加わる負荷が変化したときであ
るから、推定外乱負荷トルクのこの変化が設定時間以上
継続する場合には、工具が磨耗し寿命に達していると
し、工具交換等の工具寿命指令を出力する。例えば、工
具磨耗によって切削負荷が増大するような工具および加
工では、設定基準値以上の推定外乱負荷トルクが設定時
間以上継続する場合に工具寿命とする。または、工具が
磨耗したときワーク面をすべり切削負荷が極度に低下す
るような工具および加工では、設定基準値以下の推定外
乱負荷トルクが設定時間以上継続する場合に工具寿命と
する。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明を適用した一実施例として、
工作機械の送り軸を駆動するサーボモータの制御系と、
該制御系に適用する外乱推定オブザーバのブロック線図
である。位置に対し比例（Ｐ）制御を行い、速度に対し
比例，積分（ＰＩ）制御を行う工作機械の送り軸を駆動
するサーボモータの制御系に、外乱負荷トルクを推定す
るオブザーバを適用したものである。項１のＫP は位置
ループにおける比例ゲイン、項２は速度ループにおける
伝達関数で、Ｋ1 は積分定数、Ｋ2 は比例定数である。
また、項３，４はモータの伝達関数で、Ｋｔはトルク定
数、Ｊはイナーシャであり、項５は速度ｖを積分して位
置θを算出する伝達関数である。また、ＴL は外乱負荷
トルクである。なお、Ｓはラプラス演算子である。
工作機械の送り軸を駆動するサーボモータの制御系と、
該制御系に適用する外乱推定オブザーバのブロック線図
である。位置に対し比例（Ｐ）制御を行い、速度に対し
比例，積分（ＰＩ）制御を行う工作機械の送り軸を駆動
するサーボモータの制御系に、外乱負荷トルクを推定す
るオブザーバを適用したものである。項１のＫP は位置
ループにおける比例ゲイン、項２は速度ループにおける
伝達関数で、Ｋ1 は積分定数、Ｋ2 は比例定数である。
また、項３，４はモータの伝達関数で、Ｋｔはトルク定
数、Ｊはイナーシャであり、項５は速度ｖを積分して位
置θを算出する伝達関数である。また、ＴL は外乱負荷
トルクである。なお、Ｓはラプラス演算子である。
【０００７】位置指令値θｒから現在位置θのフィード
バック値を減算し、その差の位置偏差ε（＝θｒ−θ）
に比例定数ＫP を乗じ、速度指令値を求め、該速度指令
値と実速度ｖとの差（速度偏差）によってＰＩ制御を行
ってトルク指令（電流指令）Ｉを求め、該トルク指令Ｉ
に基づいてモータモータ電流を制御してモータを駆動す
る。モータは速度ｖで回転し、この速度ｖを積分して位
置θが求められる。
バック値を減算し、その差の位置偏差ε（＝θｒ−θ）
に比例定数ＫP を乗じ、速度指令値を求め、該速度指令
値と実速度ｖとの差（速度偏差）によってＰＩ制御を行
ってトルク指令（電流指令）Ｉを求め、該トルク指令Ｉ
に基づいてモータモータ電流を制御してモータを駆動す
る。モータは速度ｖで回転し、この速度ｖを積分して位
置θが求められる。
【０００８】このようなサーボモータ制御系において、
外乱負荷トルクを推定する場合、トルク指令Ｉとモータ
速度ｖによって外乱負荷トルクを推定する外乱推定オブ
ザーバ６が図１に示すように組み込まれる。外乱推定オ
ブザーバ６の項６２，６３のＫ3 ，Ｋ4 は外乱推定オブ
ザーバのパラメータであり、項６１は実際にサーボモー
タに出力されるトルク指令としての電流値Ｉに乗じるパ
ラメータの値でモータのトルク定数の推定値Ｋt * をイ
ナーシャの推定値Ｊ* で除した値である。６４は積分項
である。
外乱負荷トルクを推定する場合、トルク指令Ｉとモータ
速度ｖによって外乱負荷トルクを推定する外乱推定オブ
ザーバ６が図１に示すように組み込まれる。外乱推定オ
ブザーバ６の項６２，６３のＫ3 ，Ｋ4 は外乱推定オブ
ザーバのパラメータであり、項６１は実際にサーボモー
タに出力されるトルク指令としての電流値Ｉに乗じるパ
ラメータの値でモータのトルク定数の推定値Ｋt * をイ
ナーシャの推定値Ｊ* で除した値である。６４は積分項
である。
【０００９】この図１のブロック図をＫt ＝Ｋt * 、Ｊ
＝Ｊ* として解析すると、 {Ｉ・Ｋt ＋ＴL }（１／Ｊ・Ｓ）＝ｖ …（１） {Ｉ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｖ−ｖａ) Ｋ3 ＋ (ｖ−ｖａ)(Ｋ4 ／Ｓ)} (１／Ｓ) ＝ｖａ …（２） （なお、ｖａは積分項６４の出力で推定速度） 第（１）式より Ｉ＝（ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｋｔ …（３） 第（２）式に第（３）式を代入し整理すると、 （ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｊ＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ｖａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｖ−ｖａ）＋（ｖ−ｖａ）・Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ＴL ／Ｊ …（５） 第（５）式より Ｖerr ＝（ｖ−ｖa ） ＝（ＴL ／Ｊ）［１／｛Ｓ＋Ｋ3 ＋（Ｋ4 ／Ｓ）｝ …（６） 上記第６式より項６３の出力Ｔd1は次の第７式で示され
る。
＝Ｊ* として解析すると、 {Ｉ・Ｋt ＋ＴL }（１／Ｊ・Ｓ）＝ｖ …（１） {Ｉ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｖ−ｖａ) Ｋ3 ＋ (ｖ−ｖａ)(Ｋ4 ／Ｓ)} (１／Ｓ) ＝ｖａ …（２） （なお、ｖａは積分項６４の出力で推定速度） 第（１）式より Ｉ＝（ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｋｔ …（３） 第（２）式に第（３）式を代入し整理すると、 （ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｊ＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ｖａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｖ−ｖａ）＋（ｖ−ｖａ）・Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ＴL ／Ｊ …（５） 第（５）式より Ｖerr ＝（ｖ−ｖa ） ＝（ＴL ／Ｊ）［１／｛Ｓ＋Ｋ3 ＋（Ｋ4 ／Ｓ）｝ …（６） 上記第６式より項６３の出力Ｔd1は次の第７式で示され
る。
【００１０】 Ｔd1＝Ｖerr ・（Ｋ4 ／Ｓ） ＝（ＴL ／Ｊ）｛Ｋ4 ／（Ｓ2 ＋Ｋ3 ・Ｓ＋Ｋ4 ） …（７） 第７式において、パラメータＫ3 ，Ｋ4 を極が安定する
ように選択すると、Ｔd1＝ＴL ／Ｊと近似することがで
き、全外乱トルクＴL を推定することができることを示
している。そして、この全外乱トルクＴL から摩擦トル
ク相当分として速度Ｖに比例する値（ｋ・ｖ）を減じ
て、更に、項６５でパラメータＪ* ／Ｋt * （Ｊ* はイ
ナーシャ推定値，Ｋt * はトルク定数の推定値）を乗じ
て、推定外乱負荷トルクＴd2を求める。そして、予めき
められたワークに対し、予めきめられた加工プログラム
による加工を実行し、このとき得られる上記推定外乱負
荷トルクＴd2の大きさによって、工具が寿命に達してい
るか否かを判断する。
ように選択すると、Ｔd1＝ＴL ／Ｊと近似することがで
き、全外乱トルクＴL を推定することができることを示
している。そして、この全外乱トルクＴL から摩擦トル
ク相当分として速度Ｖに比例する値（ｋ・ｖ）を減じ
て、更に、項６５でパラメータＪ* ／Ｋt * （Ｊ* はイ
ナーシャ推定値，Ｋt * はトルク定数の推定値）を乗じ
て、推定外乱負荷トルクＴd2を求める。そして、予めき
められたワークに対し、予めきめられた加工プログラム
による加工を実行し、このとき得られる上記推定外乱負
荷トルクＴd2の大きさによって、工具が寿命に達してい
るか否かを判断する。
【００１１】図２は本発明の方法を実施するサーボモー
タ制御系の要部ブロック図で、１０は工作機械を制御す
る数値制御装置で、該数値制御装置から移動指令，各種
制御信号が共有メモリ１１を介してディジタルサーボ回
路１２に出力される。ディジタルサーボ回路１２は、プ
ロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成され、位置、速度等
のサーボ制御をディジタル的に制御し、トランジスタイ
ンバータ等で構成されるサーボアンプ１３を介して各軸
のサーボモータ１４を制御するものである。また、１５
は位置、速度を検出する位置速度検出器でサーボモータ
のモータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成さ
れ、ディジタルサーボ回路１２に位置、速度フィードバ
ック信号を出力している。なお、これらの構成は、従来
から公知のディジタルサーボ回路の構成と同一である。
タ制御系の要部ブロック図で、１０は工作機械を制御す
る数値制御装置で、該数値制御装置から移動指令，各種
制御信号が共有メモリ１１を介してディジタルサーボ回
路１２に出力される。ディジタルサーボ回路１２は、プ
ロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成され、位置、速度等
のサーボ制御をディジタル的に制御し、トランジスタイ
ンバータ等で構成されるサーボアンプ１３を介して各軸
のサーボモータ１４を制御するものである。また、１５
は位置、速度を検出する位置速度検出器でサーボモータ
のモータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成さ
れ、ディジタルサーボ回路１２に位置、速度フィードバ
ック信号を出力している。なお、これらの構成は、従来
から公知のディジタルサーボ回路の構成と同一である。
【００１２】そこで、工具が寿命に達しているか否かの
検査のために、予めきめられたワークに対し、予めきめ
られた加工プログラムによる加工を実行させる。なお、
予め、オブザーバを構成する定数Ｋ3 、Ｋ4 、トルク定
数推定値Ｋt *、イナーシャ推定値Ｊ* 及び推定摩擦ト
ルクの係数ｋをディジタルサーボ回路１２内に設定して
おく。また、数値制御装置には、工具寿命を検出するた
めの基準値Ｔｓ、および負荷変化持続時間ｔo を予め設
定しておく。
検査のために、予めきめられたワークに対し、予めきめ
られた加工プログラムによる加工を実行させる。なお、
予め、オブザーバを構成する定数Ｋ3 、Ｋ4 、トルク定
数推定値Ｋt *、イナーシャ推定値Ｊ* 及び推定摩擦ト
ルクの係数ｋをディジタルサーボ回路１２内に設定して
おく。また、数値制御装置には、工具寿命を検出するた
めの基準値Ｔｓ、および負荷変化持続時間ｔo を予め設
定しておく。
【００１３】図３は、ディジタルサーボ回路３のプロセ
ッサが速度ループ処理周期毎に実施する速度ループ処理
及び上記外乱推定オブザーバの処理のフローチャートで
あり、加工が開始されると、ディジタルサーボ回路１２
のプロセッサは速度ループ処理周期毎にこの処理を実行
する。
ッサが速度ループ処理周期毎に実施する速度ループ処理
及び上記外乱推定オブザーバの処理のフローチャートで
あり、加工が開始されると、ディジタルサーボ回路１２
のプロセッサは速度ループ処理周期毎にこの処理を実行
する。
【００１４】まず、位置ループ処理によって求められた
速度指令Ｖcmd と位置速度検出器１５からフィードバッ
クされるサーボモータの実速度である速度フィードバッ
ク値ｖを読み（ステップＳ１）、この速度指令Ｖcmd と
速度フィードバック値ｖより従来と同様に速度ループ処
理を行いトルク指令Ｉを求め、電流ループに引き渡す
（ステップＳ２）。次に、外乱推定オブザーバの処理を
開始する。ステップＳ１で読み取った速度フィードバッ
ク値ｖからレジスタＲ（ｖａ）に記憶する推定速度ｖａ
を減じて実速度と推定速度の差Ｖerr を求める（ステッ
プＳ３）。更に、該差Ｖerr に設定定数Ｋ4 を乗じた値
を全外乱推定値Ｔd1を記憶するアキュムレータに加算し
当該周期における全外乱推定値Ｔd1を求める（ステップ
Ｓ４）。すなわち、ステップＳ４の処理は図１における
要素６３の処理である。
速度指令Ｖcmd と位置速度検出器１５からフィードバッ
クされるサーボモータの実速度である速度フィードバッ
ク値ｖを読み（ステップＳ１）、この速度指令Ｖcmd と
速度フィードバック値ｖより従来と同様に速度ループ処
理を行いトルク指令Ｉを求め、電流ループに引き渡す
（ステップＳ２）。次に、外乱推定オブザーバの処理を
開始する。ステップＳ１で読み取った速度フィードバッ
ク値ｖからレジスタＲ（ｖａ）に記憶する推定速度ｖａ
を減じて実速度と推定速度の差Ｖerr を求める（ステッ
プＳ３）。更に、該差Ｖerr に設定定数Ｋ4 を乗じた値
を全外乱推定値Ｔd1を記憶するアキュムレータに加算し
当該周期における全外乱推定値Ｔd1を求める（ステップ
Ｓ４）。すなわち、ステップＳ４の処理は図１における
要素６３の処理である。
【００１５】次に、推定速度ｖａを記憶するレジスタＲ
（ｖａ）にステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1を加
算すると共にステップＳ３で求めた差Ｖerr に定数Ｋ3
を乗じた値を加算し、更に、レジスタＲ（Ｉ）に記憶す
る前周期で読み込んだトルク指令Ｉに推定トルク定数と
推定イナーシャの比（Ｋt * ／Ｊ* ）を乗じた値を加算
し当該周期の速度推定値ｖａを求め、レジスタＲ（ｖ
ａ）に格納する（ステップＳ５）。すなわち、ステップ
Ｓ５の処理は、図１における要素６１及び要素６４等の
処理によって推定速度ｖａを求める処理である。
（ｖａ）にステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1を加
算すると共にステップＳ３で求めた差Ｖerr に定数Ｋ3
を乗じた値を加算し、更に、レジスタＲ（Ｉ）に記憶す
る前周期で読み込んだトルク指令Ｉに推定トルク定数と
推定イナーシャの比（Ｋt * ／Ｊ* ）を乗じた値を加算
し当該周期の速度推定値ｖａを求め、レジスタＲ（ｖ
ａ）に格納する（ステップＳ５）。すなわち、ステップ
Ｓ５の処理は、図１における要素６１及び要素６４等の
処理によって推定速度ｖａを求める処理である。
【００１６】次に、ステップＳ２で読み込んだトルク指
令値ＩをレジスタＲ（Ｉ）を格納し（ステップＳ６）、
ステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1から速度に比例
する摩擦トルクｋ・ｖを減じた値に推定イナーシャと推
定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）を乗じて摩擦トルク
を除去した推定外乱負荷トルクＴd2を求める（ステップ
Ｓ７）。すなわち、全推定外乱値Ｔd1、設定係数ｋ、及
びステップＳ１で読み込んだ速度フィードバック値Ｖ、
推定イナーシャと推定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）
より、次の演算を行って推定外乱負荷トルクＴd2を求め
る。
令値ＩをレジスタＲ（Ｉ）を格納し（ステップＳ６）、
ステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1から速度に比例
する摩擦トルクｋ・ｖを減じた値に推定イナーシャと推
定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）を乗じて摩擦トルク
を除去した推定外乱負荷トルクＴd2を求める（ステップ
Ｓ７）。すなわち、全推定外乱値Ｔd1、設定係数ｋ、及
びステップＳ１で読み込んだ速度フィードバック値Ｖ、
推定イナーシャと推定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）
より、次の演算を行って推定外乱負荷トルクＴd2を求め
る。
【００１７】Ｔd2＝（Ｊ* ／Ｋt * ）（Ｔd1−ｋ・ｖ） こうして求められた推定外乱負荷トルクＴd2を共有メモ
リ１１に書き込み（ステップＳ８）、当該速度ループの
処理を終了する。以下、速度ループ処理周期毎上記処理
が実行され、時事刻々変化する推定外乱負荷トルクＴd2
が共有メモリ１１に書き込まれることになる。一方、数
値制御装置１０内のシーケンス制御を実行するＰＭＣ
（プログラマブル・マシンコントローラ）用プロセッサ
は、所定周期（上記速度ループ処理周期より長い）毎、
図４に示す処理を実行する。
リ１１に書き込み（ステップＳ８）、当該速度ループの
処理を終了する。以下、速度ループ処理周期毎上記処理
が実行され、時事刻々変化する推定外乱負荷トルクＴd2
が共有メモリ１１に書き込まれることになる。一方、数
値制御装置１０内のシーケンス制御を実行するＰＭＣ
（プログラマブル・マシンコントローラ）用プロセッサ
は、所定周期（上記速度ループ処理周期より長い）毎、
図４に示す処理を実行する。
【００１８】まず、共有メモリ１１より推定外乱負荷ト
ルクＴd2を読み取り（ステップＡ１）、該推定外乱負荷
トルクＴd2の絶対値が設定された基準値Ｔｓ以上か判断
し（ステップＡ２）、設定基準値Ｔｓより小さいと、工
具の磨耗が生じていないとして、フラグＦを「０」にセ
ットして（ステップＳＡ３）、当該周期の処理を終了す
る。一方、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が設定基準
値Ｔｓ以上であると、フラクＦが「１」にセットされて
いるか否か判断し、セットされてなければ、タイマｔe
をリセットしてスタートさせ、フラグＦを「１」にセッ
トする（ステップＡ４〜Ａ６）。そして、次の周期でも
推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が設定された基準値Ｔ
ｓ以上だと、フラグＦが「１」にセットされているから
ステップＡ４からステップＡ７に移行し、タイマｔe が
設定時間ｔo 以上か否か判断し、設定時間ｔo まで達し
てなければ、当該周期の処理を終了する。
ルクＴd2を読み取り（ステップＡ１）、該推定外乱負荷
トルクＴd2の絶対値が設定された基準値Ｔｓ以上か判断
し（ステップＡ２）、設定基準値Ｔｓより小さいと、工
具の磨耗が生じていないとして、フラグＦを「０」にセ
ットして（ステップＳＡ３）、当該周期の処理を終了す
る。一方、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が設定基準
値Ｔｓ以上であると、フラクＦが「１」にセットされて
いるか否か判断し、セットされてなければ、タイマｔe
をリセットしてスタートさせ、フラグＦを「１」にセッ
トする（ステップＡ４〜Ａ６）。そして、次の周期でも
推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が設定された基準値Ｔ
ｓ以上だと、フラグＦが「１」にセットされているから
ステップＡ４からステップＡ７に移行し、タイマｔe が
設定時間ｔo 以上か否か判断し、設定時間ｔo まで達し
てなければ、当該周期の処理を終了する。
【００１９】以下、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が
設定された基準値Ｔｓ以上を持続する限り前述したステ
ップＡ１，Ａ２，Ａ４，Ａ７の処理を繰り返す。そし
て、タイマｔe の値が設定時間ｔo 以上になったことが
ステップＡ７で判断されると、工具が寿命に達している
として工具寿命信号としての工具交換指令を出力し、表
示装置等に工具が寿命に達していることおよび工具交換
すべきであること等の表示をさせる。そして、加工停止
指令を出力し加工を停止させる（ステップＳＡ８，Ａ
９）。
設定された基準値Ｔｓ以上を持続する限り前述したステ
ップＡ１，Ａ２，Ａ４，Ａ７の処理を繰り返す。そし
て、タイマｔe の値が設定時間ｔo 以上になったことが
ステップＡ７で判断されると、工具が寿命に達している
として工具寿命信号としての工具交換指令を出力し、表
示装置等に工具が寿命に達していることおよび工具交換
すべきであること等の表示をさせる。そして、加工停止
指令を出力し加工を停止させる（ステップＳＡ８，Ａ
９）。
【００２０】しかし、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値
が設定された基準値Ｔｓ以上になってタイマｔe が計時
を開始しても、該タイマｔe が設定時間ｔo を計時する
前に推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が設定された基準
値Ｔｓより小さくなると、ステップＡ３でフラグＦが
「０」にセットされ、ステップＡ１，Ａ２，Ａ３の処理
を繰り返すことになり、工具交換指令等が出力されるこ
とはない。そして、再び、推定外乱負荷トルクＴd2の絶
対値が設定された基準値Ｔｓ以上になると（ステップＡ
１，Ａ２，Ａ４〜Ａ６の処理が実行されてタイマｔe は
再びリセットされと計時を開始することになる。
が設定された基準値Ｔｓ以上になってタイマｔe が計時
を開始しても、該タイマｔe が設定時間ｔo を計時する
前に推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が設定された基準
値Ｔｓより小さくなると、ステップＡ３でフラグＦが
「０」にセットされ、ステップＡ１，Ａ２，Ａ３の処理
を繰り返すことになり、工具交換指令等が出力されるこ
とはない。そして、再び、推定外乱負荷トルクＴd2の絶
対値が設定された基準値Ｔｓ以上になると（ステップＡ
１，Ａ２，Ａ４〜Ａ６の処理が実行されてタイマｔe は
再びリセットされと計時を開始することになる。
【００２１】すなわち、工具交換指令等が出力されるの
は、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が所定時間ｔe 以
上継続して基準値Ｔｓ以上であるときのみ出されるもの
であり、瞬間的に推定外乱負荷トルクＴd2が基準値ｔo
を越えたとしても、工具交換指令を出力するものではな
い。
は、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が所定時間ｔe 以
上継続して基準値Ｔｓ以上であるときのみ出されるもの
であり、瞬間的に推定外乱負荷トルクＴd2が基準値ｔo
を越えたとしても、工具交換指令を出力するものではな
い。
【００２２】上記実施例では、工具が磨耗したとき、負
荷が増大するような工具および加工によって工具磨耗を
検出する例を述べたが、逆に工具が磨耗したとき工具が
ワーク面を滑って、負荷が減少するように場合には、上
記図４に示す工具寿命検出処理では、ステップＡ２での
判断が、設定値Ｔｓ´以下になったときステップＡ４に
移行する処理となる点が相違するだけである。
荷が増大するような工具および加工によって工具磨耗を
検出する例を述べたが、逆に工具が磨耗したとき工具が
ワーク面を滑って、負荷が減少するように場合には、上
記図４に示す工具寿命検出処理では、ステップＡ２での
判断が、設定値Ｔｓ´以下になったときステップＡ４に
移行する処理となる点が相違するだけである。
【００２３】また、上記実施例では、工作機械の送り軸
によって工具寿命を検出する例を述べたが、主軸にかか
る負荷を外乱推定ケオブザーバによって検出して、工具
寿命を検出するようにしてもよい。この場合、主軸は通
常位置制御を行わないから、図１において位置のフィー
ドバック制御がなくなり、要素１はなくなる。そして、
直接、要素２に速度指令が入力されることになる点が相
違するだけで、他の点は図１に示す通りであり、外乱推
定オブザーバ６も何等変わるものはない。また、主軸の
場合には、図２において要素１２が主軸を制御するディ
ジタル回路に変り、要素１３のサーボアンプが主軸アン
プに変りモータが主軸モータに変るだけである。
によって工具寿命を検出する例を述べたが、主軸にかか
る負荷を外乱推定ケオブザーバによって検出して、工具
寿命を検出するようにしてもよい。この場合、主軸は通
常位置制御を行わないから、図１において位置のフィー
ドバック制御がなくなり、要素１はなくなる。そして、
直接、要素２に速度指令が入力されることになる点が相
違するだけで、他の点は図１に示す通りであり、外乱推
定オブザーバ６も何等変わるものはない。また、主軸の
場合には、図２において要素１２が主軸を制御するディ
ジタル回路に変り、要素１３のサーボアンプが主軸アン
プに変りモータが主軸モータに変るだけである。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、外乱推定オブザーバによって
工作機械の主軸若しくは送り軸を駆動するモータに加わ
る負荷を推定して、該推定負荷の大きさによって工具が
磨耗して寿命に達し工具交換時期に達しているか否かを
判断するようにしたから、工具寿命，工具交換の判断
が、直接的かつ客観的であり確実適格に判断することが
できる。
工作機械の主軸若しくは送り軸を駆動するモータに加わ
る負荷を推定して、該推定負荷の大きさによって工具が
磨耗して寿命に達し工具交換時期に達しているか否かを
判断するようにしたから、工具寿命，工具交換の判断
が、直接的かつ客観的であり確実適格に判断することが
できる。
【図１】モータの制御系と外乱推定オブザーバのブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図２】本発明一実施例を実施する工作機械の制御系の
要部ブロック図である。
要部ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例における速度ループ処理周期
毎の速度ループ処理および外乱推定オブザーバの処理の
フローチャートである。
毎の速度ループ処理および外乱推定オブザーバの処理の
フローチャートである。
【図４】同実施例における数値制御装置が実行する工具
寿命検出処理のフローチャートである。
寿命検出処理のフローチャートである。
６ 外乱推定オブザーバ １０ 数値制御装置（ＣＮＣ） １１ 共有メモリ １２ ディジタルサーボ回路 １３ サーボアンプ １４ サーボモータ １５ 位置・速度検出器
Claims (4)
- 【請求項１】 予め定められた加工を実行し、主軸もし
くは送り軸を駆動するモータに加わる外界からの負荷を
外乱推定オブザーバによって推定し、切削加工中上記推
定外乱負荷トルクが設定基準値まで変化すると工具寿命
信号を出力するようにした工作機械における外乱負荷推
定による工具の寿命管理方法。 - 【請求項２】 上記外乱推定オブザーバはモータに指令
されるトルク指令値とモータの実速度から外乱負荷トル
クを推定する請求項１記載の外乱負荷推定による工具の
寿命管理方法。 - 【請求項３】 上記推定外乱負荷トルクが設定時間以上
継続して設定基準値以上を持続すると工具寿命信号を出
力するようにした請求項１または請求項２記載の外乱負
荷推定による工具の寿命管理方法。 - 【請求項４】 上記推定外乱負荷トルクが設定時間以上
継続して設定基準値以下を持続すると工具寿命信号を出
力するようにした請求項１または請求項２記載の外乱負
荷推定による工具の寿命管理方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081204A JPH06262492A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 外乱負荷推定による工具の寿命管理方法 |
| KR1019940703716A KR950701262A (ko) | 1993-03-17 | 1994-03-02 | 외란부하(外亂負荷)추정에 의한 공구수명 관리방법 |
| EP94908484A EP0649704A4 (en) | 1993-03-17 | 1994-03-02 | TOOL LIFE MANAGEMENT BY ESTIMATING A FAULT. |
| PCT/JP1994/000336 WO1994021425A1 (en) | 1993-03-17 | 1994-03-02 | Tool life management method by estimation of disturbance load |
| US08/335,879 US5602347A (en) | 1993-03-17 | 1994-03-02 | Tool life control method based on disturbance load torque of motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081204A JPH06262492A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 外乱負荷推定による工具の寿命管理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06262492A true JPH06262492A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=13739960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5081204A Pending JPH06262492A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 外乱負荷推定による工具の寿命管理方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5602347A (ja) |
| EP (1) | EP0649704A4 (ja) |
| JP (1) | JPH06262492A (ja) |
| KR (1) | KR950701262A (ja) |
| WO (1) | WO1994021425A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0660485A3 (en) * | 1993-12-22 | 1995-08-16 | Canon Kk | Electric device. |
| JP2018055252A (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | オムロン株式会社 | 制御装置、制御プログラムおよび制御方法 |
| JP2020108255A (ja) * | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 富士電機株式会社 | サーボアンプ及びサーボシステム |
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| JP3655378B2 (ja) * | 1995-11-28 | 2005-06-02 | ファナック株式会社 | サーボモータの外乱負荷推定方法 |
| US6021360A (en) * | 1997-11-04 | 2000-02-01 | International Business Machines Corporation | Process controller for balancing usage of tool sets |
| JP3212571B2 (ja) | 1999-03-26 | 2001-09-25 | ファナック株式会社 | 産業用ロボット |
| DE10022614A1 (de) * | 2000-05-09 | 2001-12-06 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Überwachen und Steuern eines Verstellantriebs beweglicher Teile |
| US7010386B2 (en) * | 2002-03-22 | 2006-03-07 | Mcdonnell Ryan P | Tool wear monitoring system |
| KR100712558B1 (ko) * | 2006-07-05 | 2007-04-27 | 삼성전자주식회사 | 외란 보상 판단 장치 및 방법과 이를 이용한 디스크드라이브 |
| JP5882919B2 (ja) * | 2011-02-10 | 2016-03-09 | 株式会社マキタ | モータに関連する状態量を推定する装置および電動工具 |
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| JP5652444B2 (ja) * | 2012-08-31 | 2015-01-14 | 横河電機株式会社 | 保守支援システム及び方法 |
| USD732260S1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-16 | Andrea L. Wiley | Shopping cart attachment |
| US10061275B2 (en) | 2014-07-29 | 2018-08-28 | Linestream Technologies | Optimized parameterization of active disturbance rejection control |
| US10126202B2 (en) | 2015-09-11 | 2018-11-13 | Linestream Technologies | Method for automatically estimating inertia, coulomb friction, and viscous friction in a mechanical system |
| TWM554386U (zh) * | 2016-02-03 | 2018-01-21 | 米沃奇電子工具公司 | 電動工具及電動工具通訊系統 |
| TWI610738B (zh) | 2016-08-19 | 2018-01-11 | 財團法人工業技術研究院 | 工具機刀具管理系統與方法 |
| JP6392843B2 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-09-19 | ファナック株式会社 | 工作機械、生産管理システム及び工具の寿命を予測・検出する方法 |
| DE102017116869A1 (de) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Ermitteln von hochbelasteten Positionen bei einer Werkzeugmaschine |
| TWI650625B (zh) | 2017-11-16 | 2019-02-11 | 財團法人工業技術研究院 | 刀具磨耗檢測裝置、其檢測方法及刀具磨耗補償方法 |
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| JPS5820743B2 (ja) * | 1978-06-28 | 1983-04-25 | トヨタ自動車株式会社 | 工作機械の工具異常検知方法 |
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1993
- 1993-03-17 JP JP5081204A patent/JPH06262492A/ja active Pending
-
1994
- 1994-03-02 KR KR1019940703716A patent/KR950701262A/ko not_active Application Discontinuation
- 1994-03-02 WO PCT/JP1994/000336 patent/WO1994021425A1/ja not_active Application Discontinuation
- 1994-03-02 EP EP94908484A patent/EP0649704A4/en not_active Withdrawn
- 1994-03-02 US US08/335,879 patent/US5602347A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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| WO1994021425A1 (en) | 1994-09-29 |
| EP0649704A1 (en) | 1995-04-26 |
| US5602347A (en) | 1997-02-11 |
| KR950701262A (ko) | 1995-03-23 |
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