JPH11296213A

JPH11296213A - 機械装置

Info

Publication number: JPH11296213A
Application number: JP10111551A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyuki Taniguchi; 満幸谷口; Hirofumi Kikuchi; 弘文菊地
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 1999-10-29
Also published as: EP0962281A2; EP0962281B1; US6338024B1; DE69935177D1; DE69935177T2; EP0962281A3

Abstract

(57)【要約】【課題】機械の軸に設けられた位置検出器の受ける振
動を検知して、振動対策処置を迅速にとれる制御装置。【解決手段】モータ動力線Ｌ１を介してサーボアンプ
から電力を供給されるサーボモータＭＺでボールネジ３
が駆動され、切削ユニット４が進退移動（ＡＲ１）す
る。切削ユニット４上のスピンドルモータＭＳは、スピ
ンドル軸６を介して切削工具７を回転させ（ＡＲ２）、
ＸＹテーブル上のワークＷを加工する。サーボモータＭ
Ｚのモータ軸等に取り付けられた位置検出器１には加速
度検出素子２が内蔵される。サーボ制御のための角度検
出信号と、加速度検出素子２が出力する振動レベル信号
はシリアル信号に変換され、共通した信号線Ｌ４を介し
て制御装置１０（Ｚ軸の軸制御回路）に送られる。制御
装置１０は、振動のランクに応じて加工条件の変更（例
えばスピンドル回転速度の変更等）や機械の停止等の処
置をとる。異常振動の継続時間や累積時間を監視しても
良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異常振動検出機能
付き位置検出器を用いた制御装置に関し、更に詳しく言
えば、機械の軸のサーボ制御のために設けられた位置検
出器が受ける異常振動に対する対策を施した制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の機械においては、切削工具等の加
工ツールによる加工動作、テーブルの駆動等に伴って振
動が発生する。機械の振動は、機械の正常作動時にも多
少は発生するものであるが、機械になんらかの異常が発
生あるいは発生しかかっている時には振動レベルが上昇
するのが通例である。例えば、工具チップの摩耗が進行
した時、工具チップにクラック等の破損が発生あるいは
発生しかかっている時、加工条件に無理がある時（例；
スピンドル回転速度が過大）などには、異常振動が生じ
る場合が殆どである。

【０００３】通常、オペレータはこれを異常音等で認識
し、加工条件の変更（例えば、スピンドル回転速度の下
方修正）、機械の停止、点検、チップ交換など、必要な
措置をとっている。しかし、異常振動の発生を早い段階
で確実に認識し、適切な措置をとることは、熟練したオ
ペレータでも難しく、勘による要素が大きい。

【０００４】また、工具チップの欠け落ち破損などによ
り急激に振動レベルが上昇するような事態が発生した場
合、オペレータの対応が遅れがちである。特に、位置検
出器（典型的にはパルスコーダ）の周辺部分（例えばモ
ータ、減速機等）に異常振動の発生原因がある場合、こ
れを放置すると位置検出器に悪影響を及ぼして位置検出
器の異常作動から加工精度が劣化し、甚だしい場合には
位置検出器の破損を招く。また、位置検出器自身が異常
振動の発生源になることもあり、その場合にも一刻も早
く機械の停止等の措置が必要になる。

【０００５】機械の異常振動に対する対策技術として
は、例えば工作機械に発生する加工音をセンシングし、
その結果に基づいて工具チップの破損を予測するものが
知られている（特開平５−２１２６５６号公報参照）。
しかし、この技術は、加工ツールの破損予測を主眼とし
ており、位置検出器が受ける振動の影響に着目した対策
にはなっていない。

【０００６】一般に、パルスコーダのような位置検出器
は、強い振動による狂いや破損が生じ易い敏感な精密機
器である。そして、位置検出器の狂いや破損による作動
異常は機械の加工精度に直接的な悪影響を及ぼし、異常
な信号出力（フィードバック信号）によって事故を起す
原因にもなる。上記公知技術のように、特に位置検出器
を意識することなく加工音等の異常を検出する方式で
も、間接的にある程度は位置検出器に対する振動の影響
が考慮されていることにはなるが、位置検出器自身やそ
の周辺で発生する異常振動は加工音の異常として検出出
来るとは限らず、対応が遅れるおそれがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、機械の軸に設けられた位置検出振動が受ける振動を
的確に検知することが可能であり、それによって必要な
措置を迅速にとり易くした制御装置を提供することにあ
る。本発明はまた、そのことを通して、制御装置とそれ
によって制御される機械の信頼性と安全性を高め、更
に、位置検出器が修復不能な破損に至る確率を低めて経
済的な損失を最小限にとどめようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る制御装置に
おいては、上記課題を解決するために、サーボモータで
駆動される機械の少なくとも１つの軸について、サーボ
制御のために設けられた位置検出器に振動センサが付設
され、この振動センサにより検出された振動が異常振動
であるか否か判定する判定手段と、該判定手段により異
常振動の検出を意味する判定結果が得られた場合に、異
常振動に対する対策処置をとる処置手段が設けられる。
この処置手段による対策処置は、振動センサにより検出
される振動のレベルを低下させる方向に前記機械の運転
状態を変更する処置を含むように用意される。

【０００９】一つの好ましい形態においては、異常振動
に対する処置手段は、機械を制御する制御装置内に設け
られ、振動センサにより検出された振動を表わす信号を
前記制御装置に伝送する信号線は、サーボ制御のための
位置検出器の出力を制御装置に伝送する信号線と共用さ
れる。更に、判定手段を位置検出器内に設け、判定結果
を表わす情報を含む信号を制御装置に伝送する信号線
を、サーボ制御のための位置検出器の出力を前記制御装
置に伝送する信号線と共用することも出来る。処置手段
による対策処置は、典型的には機械を停止させる処置を
含む。また、加工条件の変更を含むことが好ましい。加
工条件の変更については、漸進的な変更を行うことが出
来る。その場合、異常振動が検知されなくなるまで加工
条件を変更することで、異常振動に対する処置がなされ
たことになる。

【００１０】振動センサは、１つまたは複数の軸の位置
検出器に付設することが出来るが、工作機械の場合であ
れば、工具を取り付けて並進移動させる軸の位置検出器
に付設することが、工具周辺で発生する振動の影響を特
に受け易い位置検出器の振動環境を監視する上で好まし
い。

【００１１】典型的な実施形態において、判定手段は異
常振動の判定基準として、検出された振動レベルと前記
制御装置に設定される基準レベルとの高低比較を含んで
いる。この高低比較から直ちに判定結果を導いても良い
が、基準レベルを上回った状態の継続時間あるいは累積
時間に許容値を設け、それとの大小比較を行なっても良
い。その際、基準レベル、許容継続時間、許容累積時間
などの設定値は、機械の剛性、加工条件等による振動伝
達の違いを考慮し、設定値を初期設定された値から変更
しても良い。更に、機械の運転中の振動値、それに基づ
く判定関連情報（基準レベルを上回っている継続時間、
累積時間の現在値など）をＣＲＴに表示しても良い。こ
れら表示データは、基準レベル、許容継続時間、許容累
積時間などの設定値を適切に調整する上で役立つ。

【００１２】以上の処理によって、検出された異常振動
が加工条件の変更で対処出来る軽度のものであれば加工
条件を漸進的に緩和し、また、緊急を要する重度のもの
であったり、加工条件の緩和で対処しきれなかったと判
断される場合には機械を停止させることが出来る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した機械の
制御装置関連部分の概略構成を例示した要部ブロック図
である。同図において、符号１０で示された制御装置
は、全体を統括制御するプロセッサ（メインＣＰＵ）１
１を備える。プロセッサ１１は、バス２１を介して、Ｒ
ＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを読み出し、
このシステムプログラムに従って、制御装置１０全体の
制御を実行する。また、例えばＤＲＡＭで構成されるＲ
ＡＭ１３には、一時的に計算データ、表示データ等が格
納される。

【００１４】ＣＭＯＳ１４には、加工プログラム及び各
種パラメータが格納される。更に、ＣＭＯＳ１４に格納
されるデータには、後述する態様で振動アラームに関連
する処理を行うソフトウェア（プログラム並びに関連パ
ラメータ）が含まれる。ＣＭＯＳ１４は図示されないバ
ッテリでバックアップされ、制御装置１０の電源がオフ
されてもデータが消去されない不揮発性メモリとして機
能する。

【００１５】インターフェイス１５は、外部機器用との
入出力を行なう為に設けられ、オフラインプログラミン
グ装置、プリンタ等の外部機器３１が接続される。オフ
ラインプログラミング装置で加工プログラムを作成した
場合、そのデータは、インターフェイス１５を介して制
御装置１０に読み込まれる。制御装置１０で編集された
加工プログラムのデータは、例えばプリンタで出力可能
である。

【００１６】グラッフィク制御回路１８は、各軸（４
軸）の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等
のディジタルデータを画像信号に変換して出力する。こ
の画像信号は、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表示装置
２６に送られ、表示装置２６に表示される。インターフ
ェイス１９は、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５内のキーボ
ード２７からデータを受けて、プロセッサ１１へ渡す。

【００１７】インターフェイス２０は、手動パルス発生
器３２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルス
を受ける。手動パルス発生器３２は機械操作盤に実装さ
れ、ワークテーブルを含む機械本体の可動部を手動で移
動・位置決めするために使用することが出来る。

【００１８】各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びスピンドル軸の
ための軸制御回路４１〜４３、及びスピンドル制御回路
４４は、プロセッサ１１からの動作指令（移動指令ある
いは回転指令）を受けて、サーボアンプ５１〜５３及び
スピンドルアンプ５４に電流指令を出力する。各アンプ
は、これら電流指令に従ってサーボモータＭＸ、ＭＹ、
ＭＺ及びスピンドルモータＭＳに電力を供給する。

【００１９】後述するように、サーボモータＭＸ、ＭＹ
は機械本体部（後述）のＸＹワークテーブルを駆動し、
サーボモータＭＺは工具装着ユニットをＺ軸方向に沿っ
て駆動する。また、スピンドルモータＭＺは指令された
回転速度で加工ツール（ここでは切削工具とする）を回
転駆動する。なお、後に行なう説明のために、サーボモ
ータＭＺへ電力供給を行なうモータ動力線に符号Ｌ１を
付した。

【００２０】また、特に第２実施形態及び第３実施形態
においては、軸制御回路４３として、通常のサーボ制御
のためのハードウェア（サーボＣＰＵ、メモリ等）とソ
フトウェア（位置ループゲイン、速度ループゲイン等の
パラメータを含む）以外に、パルスコーダ１に所定周期
でリクエスト信号を出力し、その応答としてのシリアル
信号を受取り、角度検出信号、アラーム信号（振動に関
するアラームではないことに注意。詳しくは図４、図５
を参照した第２実施形態、第３実施形態の説明を参
照）、加速度レベル信号に振り分けて出力する処理回路
を備えたものが採用される。

【００２１】角度検出信号は通常通りフィードバック信
号として用いられる。アラーム信号、加速度レベル信号
については、一旦プロセッサ１１に渡され、必要な処置
をとるための処理（内容後述）に利用される。

【００２２】符号１はＺ軸駆動用のサーボモータＭＺに
付設された位置検出器としてのパルスコーダであり、図
示は省略したが、サーボモータ〜ＭＸ、ＭＹにも（場合
によっては更にスピンドルモータＭＺにも）、パルスコ
ーダが付設される。これらパルスコーダの出力パルス
は、位置フィードバック信号や速度のフィードバック信
号を形成するために、各々信号線を介して軸制御回路４
１〜４３に送られる。

【００２３】本発明を適用するために、少なくとも１つ
のパルスコーダに加速度検出素子が付設される。本例で
は、最も強い振動を受け易いＺ軸（切削工具の支持軸）
のパルスコーダ１に加速度検出素子２が設けられる。振
動センサとしての加速度検出素子２は、パルスコーダ１
が受ける加速度を電気信号に変換して出力するもので、
その出力信号の扱い方には大きく分けて、次の２方式が
ある。

【００２４】（１）パルスコーダの位置検出器としての
出力（軸の角度位置、速度等に関する検出信号。以下、
「角度検出信号」で代表させる。）とは別に、破線で記
した信号線Ｌ３を介してＩ／Ｏユニット１７へ送る。な
お、符号Ｌ２はこの方式を採用した場合に角度検出信号
の伝送に用いられる信号線を表わしている。

【００２５】（２）パルスコーダの角度検出信号の伝送
に用いる信号線を、加速度検出素子２から得られる振動
の加速度に関する信号あるいはそれをパルスコーダ１の
内部で処理した信号（以後、「振動レベル信号」で代表
させる。軸の移動速度の時間微分ではなく、機械的な振
動の状態を表わす量であることに注意。）の伝送に兼用
する。この場合、信号線Ｌ３は不要となる。

【００２６】以下、上記（１）の方式に従った一つの実
施形態（第１実施形態）と、上記（２）の方式に従った
二つの実施形態（第２実施形態及び第３実施形態）に分
けて、説明する。

【００２７】［第１実施形態］図２は、第１実施形態に
ついて、機械本体部の要部構成を説明する図である。同
図に示したように、モータ動力線Ｌ１を介してサーボア
ンプ５３（図１参照）から電力を供給されるサーボモー
タＭＺにボールネジ３が結合され、このボールネジ３を
含む移動機構上に搭載された切削ユニット４が両矢印Ａ
Ｒ１で示した方向（±の向き）に並進移動されるように
なっている。切削ユニット４にはスピンドルモータＭＳ
が設置され、スピンドル軸６を介して切削工具７を回転
駆動する（両矢印ＡＲ２参照）。

【００２８】ワークＷは、本図では図示を省いたサーボ
モータＭＸ、ＭＹ（図１参照）で駆動されるＸＹテーブ
ル上に位置決めされ、切削工具７による切削加工が施さ
れるようになっている。加工実行時には、スピンドルモ
ータＭＳにより切削工具７を回転させながら、サーボモ
ータＭＺにより切削工具７をワークＷの要加工個所に押
し付けるような制御が行なわれる。

【００２９】サーボモータＭＺの制御には、モータ軸に
直接あるいは間接的に取り付けられた位置検出器（ここ
ではパルスコーダ）１で得られる角度検出信号からフィ
ードバック信号を得る周知のサーボ制御手法が用いられ
る。パルスコーダ１で得られる角度検出信号は、本実施
形態においては、専用の信号線Ｌ２を用いて軸制御回路
４３に送られる。軸制御回路４３は、サーボＣＰＵ、メ
モリ等を備えた周知のもので、プロセッサ１１から受け
取る移動指令とパルスコーダ１で得られる角度検出信号
に基づくフィードバック信号に従ってサーボ制御を行な
う。

【００３０】フィードバック信号は、位置ループ及び速
度ループ（場合によっては一方のみ）において各々サー
ボモータＭＺの現在角度位置及び現在角速度を表わす信
号として利用される。

【００３１】以上の構成及び機能は、従来の機械と特に
変わるところはない。従来の機械と異なる特徴は、パル
スコーダ１の適所に振動センサとして加速度検出素子２
が設けられ、その出力信号（振動レベル信号）が信号線
Ｌ３を介して制御装置１０（Ｉ／Ｏユニット１７）に送
られ、制御装置１０でパルスコーダ１に異常振動が発生
していないかが監視されるようになっている点にある。

【００３２】即ち、切削工具７の摩耗や破損、不適切な
加工条件、ワークＷとの干渉事故（プログラムミス、Ｚ
軸の暴走等で起こり得る）などの要因で、パルスコーダ
１に異常振動が発生すると、それが加速度検出素子２か
ら出力される振動レベル信号に反映され、制御装置１０
内部でソフトウェア処理によって必要な処置がとられ
る。この処置は、機械の運転状態を振動レベルを低下さ
せる方向に変更するものであり、最も典型的且つ急激な
変更は「機械の停止」である。

【００３３】図６は、異常振動検出時の処置の例を説明
するフローチャートで、各ステップの要点は次の通りで
ある。後述するように、本処理は第２実施形態及び第３
実施形態でもほぼ同様の形態で採用される。

【００３４】なお、フローチャート中の“ｉ”は加工条
件の漸進的変更に関する指標で、初期値は“０”（加工
条件未変更）、飽和値は“Ｎ”（Ｎ；修正加工条件の総
数）とする。指標ｉは、振動が発生し易いと考えられる
順に１，２，３・・・Ｎとする。変更する具体的な条件
としては、「スピンドルモータの回転速度Ｖsp」、「サ
ーボモータＭＺの送り速度Ｖz 」、「Ｚ軸の位置ループ
あるいは速度ループのゲインＫ」などが考えられる。

【００３５】これら変更要素を組み合わせて例えば下記
の表１のような加工条件プランを用意することが出来
る。本例では、各要素Ｖsp、Ｖz 、Ｋについて、「通常
値」と、それを下回る「緩和値」を用意し、次の３段階
（Ｎ＝３）の加工条件変更を行えるようにする。

【００３６】

【表１】ステップＳ１；信号線Ｌ３、Ｉ／Ｏユニット１７を介し
てＰＭＣ１６に送り込まれて来る振動レベル信号の最新
データを取り込む。ステップＳ２；振動レベル信号のランク判定を行なう。
ランク判定は、ここでは次の３段階で行なう。正常ランク＝異常振動がパルスコーダ１に生じていない
と判断して良い範囲にある。要注意ランク＝異常振動がパルスコーダ１に生じている
と判断されるが、直ちに加工不良や事故（パルスコーダ
の損傷、ワーク破損等）を招く程ではなく、加工条件の
変更で対処する可能性が残されていると判断される範囲
にある。緊急ランク＝加工不良や事故（パルスコーダの損傷、ワ
ーク破損等）につながる可能性があるような異常振動が
パルスコーダ１に生じていると判断されるケースステップＳ３；振動ランク判定の結果、正常ランクであ
ればステップＳ１へ戻り、そうでなければステップＳ４
へ進む。

【００３７】ステップＳ４；振動ランク判定の結果が、
緊急ランクであればステップＳ５へ進み、そうでなけれ
ばステップＳ６へ進む。ステップＳ５；機械を緊急停止し、ＣＲＴディスプレイ
２６に緊急停止のメッセージを表示するなどの関連処理
を行なった上で処理を終了する。ステップＳ６；指標ｉの飽和／未飽和の判定を行い、飽
和していれば加工条件変更の余地がないと判断し、ステ
ップＳ５へ進む。未飽和であればステップＳ７へ進む。ステップＳ７；指標ｉを１アップする。ステップＳ８；予め用意された加工条件プランに従っ
て、ｉ番目の加工条件への変更を行ない、ステップＳ１
へ戻る。なお、加工条件の変更が振動レベルに反映され
るに必要と考えられる程度の時間（例えば、１ｓｅｃ）
だけ待ってからステップＳ１を実行するようにしても良
い。

【００３８】なお、ステップＳ２でのランク判定のレベ
ルは通常、パルスコーダに与える影響を考慮した値が初
期値として設定されているが、機械の剛性、加工条件等
による振動伝達の違いを考慮し、設定値を変更しても良
い。また、機械の運転中の振動値をＣＲＴに表示し、こ
の表示値を参考にして設定値を変更しても良い（後述第
４実施形態参照）。

【００３９】以上の処理によって、検出された異常振動
が加工条件の変更で対処出来る軽度のものであれば加工
条件を漸進的に緩和し、また、緊急を要する重度のもの
であったり、加工条件の緩和で対処しきれなかったと判
断される場合には機械を停止させることが出来る。

【００４０】［第２実施形態／第３実施形態］図３は、
第２実施形態及び第３実施形態について、機械本体部の
要部構成を示した図である。図２との比較から理解され
るように、パルスコーダ１の振動検出に関連する事項を
除き、図２に示した第１実施形態で説明した構成及び機
構と特に変わるところはないので、繰り返し説明は適宜
省略し、第１実施形態とは異なる点を中心に説明を行な
う。

【００４１】第２実施形態及び第３実施形態に共通する
特徴は、サーボモータＭＺに付設されたパルスコーダ１
に振動センサとして加速度検出素子２が内蔵され、その
出力信号（振動レベル信号）が、角度検出信号と共通の
伝送路を提供する信号線Ｌ４を介して制御装置１０の軸
制御回路４３に送られることである。制御装置１０は、
軸制御回路４３及び信号線Ｌ４を介して適時パルスコー
ダ１にリクエスト信号を発することで、角度及び振動レ
ベルを取得する。このような手法を取り入れることで、
位置検出器（ここではパルスコーダ１）に振動センサ２
を内蔵させ、位置検出器本来の出力信号（角度出力等）
の伝送と振動センサの伝送に共通した信号線Ｌ４を利用
することが出来る。

【００４２】第２実施形態と第３実施形態の主たる違い
は、パルスコーダ１から制御装置１０に伝送される振動
レベル信号の内容にある。そこで、この点を中心に第２
実施形態及び第３実施形態について、パルスコーダ１内
で行なわれる信号処理の概要を説明する。

【００４３】図４は、第２実施形態についてパルスコー
ダ１内で行なわれる信号処理の概要を説明するブロック
図である。同図に示されているように、加速度検出素子
を内蔵したパルスコーダ１の内部で生成される検出信号
は、位置検出器本来の機能に基づく角度検出信号ＡＧ
Ｌ、位置検出器本来の機能に関するアラーム検出信号Ａ
ＬＭ（例えば、光源素子、光検出器、フリップフロップ
回路等の異常を表わす信号）及び加速度検出素子出力信
号ＡＣＳである。

【００４４】角度検出信号ＡＧＬ及びアラーム検出信号
ＡＬＭは、各々パラレル−シリアル変換ブロックＰＳＣ
でシリアル信号に変換され、ドライバ／レシーバＤ／Ｒ
を介して制御装置１０の軸制御回路４３に角度検出信号
と共に伝送される。加速度検出信号ＡＣＳについては、
増幅回路ＡＭＰで増幅後、Ａ／ＤコンバータＡＤＣでデ
ィジタル信号に変化された上で、パラレル−シリアル変
換ブロックＰＳＣでシリアル信号に変換され、ドライバ
／レシーバＤ／Ｒを介して制御装置１０の軸制御回路４
３に伝送される。

【００４５】今、ドライバ／レシーバＤ／Ｒを介してリ
クエスト信号受信回路ＲＱＣがリクエスト信号を受ける
と、Ａ／ＤコンバータＡＤＣの最新の出力が、パラレル
−シリアル変換ブロックＰＳＣでシリアル信号に変換さ
れ、ドライバ／レシーバＤ／Ｒを介して制御装置１０の
軸制御回路４３に角度検出信号と共に伝送される。軸制
御回路４３はシリアル信号を通常のディジタル信号に変
換して、プロセッサ１１に渡す。

【００４６】プロセッサ１１は、角度検出信号の処理と
同時に振動レベル信号に応じた適切な処置をとるための
処理を実行する。この処理は、第１実施形態で行なった
ものと同じく、機械の運転状態を振動レベルを低下させ
る方向に変更するものである。

【００４７】具体的な処理の概要は図６のフローチャー
トを借用して説明出来る。但し、細部には若干の違いが
ある点に留意し、各ステップについて第２実施形態のた
めの説明を加える。

【００４８】ステップＳ１；軸制御回路４３を介してパ
ルスコーダ１にリクエスト信号を出力し、信号線Ｌ４、
軸制御回路４３を経て角度検出信号と共に送り込まれて
来る振動レベル信号の最新データを取り込む。

【００４９】ステップＳ２；振動レベル信号のランク判
定を行なう。ランク判定は、第１実施形態と同じく、
「正常ランク」、「要注意ランク」、「緊急ランク」の
３段階で行なう。各ランクの意味は第１実施形態の説明
で述べた通りとする。

【００５０】ステップＳ３；振動ランク判定の結果、正
常ランクであればステップＳ１へ戻り、そうでなければ
ステップＳ４へ進む。

【００５１】ステップＳ４；振動ランク判定の結果が、
緊急ランクであればステップＳ５へ進み、そうでなけれ
ばステップＳ６へ進む。ステップＳ５；機械を緊急停止し、ＣＲＴディスプレイ
２６に緊急停止のメッセージを表示するなどの関連処理
を行なった上で処理を終了する。ステップＳ６；指標ｉの飽和／未飽和の判定を行い、飽
和していれば加工条件変更の余地がないと判断し、ステ
ップＳ５へ進む。未飽和であればステップＳ７へ進む。ステップＳ７；指標ｉを１アップする。ステップＳ８；予め用意された加工条件プランに従っ
て、ｉ番目の加工条件への変更を行ない、ステップＳ１
へ戻る。その際、加工条件の変更が振動レベルに反映さ
れるには多少の時間がかかることを考慮して、周期的に
出力するリクエスト信号に対する加速度検出信号の読み
取りを所定回数スキップするなどの処理を行なっても良
い。なお、加工条件プランについては、第１実施形態で
用いた表１に掲載のものを使用することが出来る。

【００５２】以上の処理により、第１実施形態の場合と
同じく、検出された異常振動が加工条件の変更で対処出
来る軽度のものであれば加工条件を漸進的に緩和し、ま
た、緊急を要する重度のものであったり、加工条件の緩
和で対処しきれなかったと判断される場合には機械を停
止させることが出来る。

【００５３】次に、図５は第３実施形態についてパルス
コーダ１内で行なわれる信号処理の概要を説明するブロ
ック図である。同図に示されているように、加速度検出
素子を内蔵したパルスコーダ１の内部で生成される検出
信号は、第２実施形態と同じく、位置検出器本来の機能
に基づく角度検出信号ＡＧＬ、位置検出器本来の機能に
関するアラーム検出信号ＡＬＭ（例えば、光源素子、光
検出器、フリップフロップ回路等の異常を表わす信号）
及び加速度検出素子出力信号ＡＣＳである。

【００５４】角度検出信号ＡＧＬ及びアラーム検出信号
ＡＬＭは、各々パラレル−シリアル変換ブロックＰＳＣ
でシリアル信号に変換され、ドライバ／レシーバＤ／Ｒ
を介して制御装置１０の軸制御回路４３に伝送される。
加速度検出信号ＡＣＳについては、比較回路ＣＭＣで２
段階の基準電圧ｖ１、ｖ２（ｖ１＜ｖ２）と比較され
る。比較結果は３段階で表わす信号で出力され、パラレ
ル−シリアル変換ブロックＰＳＣでシリアル信号に変換
され、ドライバ／レシーバＤ／Ｒを介して制御装置１０
の軸制御回路４３に伝送される。

【００５５】基準電圧ｖ１、ｖ２は、制御装置１０が行
なう異常振動検出時の対策処置（後述；第１実施形態、
第２実施形態については説明済み）と整合するように設
定される。ここでは、信号ＡＣＳのレベルをｖとして、
次のように基準電圧を設定しておく。ｖ＜ｖ１；正常ランクを表わすレンジｖ１≦ｖ＜ｖ２；要注意ランクを表わすレンジｖ２≦ｖ；緊急ランクを表わすレンジ各ランクを表わす比較回路ＣＭＣの出力は、振動レベル
信号に割り当てられたシリアル信号の内のあるビットに
変換され、ドライバ／レシーバＤ／Ｒがリクエスト信号
を受けた直後に、信号線Ｌ４を通って制御装置１０の軸
制御回路４３に伝送される。軸制御回路４３はシリアル
信号を通常の信号に変換して、振動レベル信号としてプ
ロセッサ１１に渡す。

【００５６】プロセッサ１１は、この振動レベル信号に
応じた処置をとるための処理を実行する。この処理は、
第１実施形態あるいは第２実施形態で行なったものと同
じく、機械の運転状態を振動レベルを低下させる方向に
変更するものである。具体的な処理内容の概要は図６の
フローチャートを借用して説明した第２実施形態と同様
であるから、繰り返し説明は省略する。

【００５７】但し、振動レベル信号に関するランク判定
はパルスコーダ１側で実質的に完了しているので、本実
施形態におけるステップＳ２〜ステップＳ４で行なう処
理は、そのランク判定結果を表わすデータ（ランクデー
タ）を読み取る処理で良いことになる。従って、本実施
形態では、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ
２の「ランク判定」は、「ランクデータの読み取り」と
読み替えるものとする。

【００５８】即ち、先に説明した第２実施形態では、パ
ルスコーダ１から制御装置１０に渡される振動レベル信
号は、振動対策の選択（加工条件の変更、機会の停止
等）のためのランク分け（どの程度の振動レベルである
かのランク付け）を行なう前の情報を表現しているのに
対し、本実施形態では、パルスコーダ１から制御装置１
０に渡される振動レベル信号には、振動対策の選択のた
めに行なったランク分けの結果を表わす情報（ランクデ
ータ）が含まれている。

【００５９】このようにして、本実施形態においても、
第１実施形態あるいは第２実施形態と同様の振動対策の
処理を行ない、検出された異常振動が加工条件の変更で
対処出来る軽度のものであれば加工条件を漸進的に緩和
し、また、緊急を要する重度のものであったり、加工条
件の緩和で対処しきれなかったと判断される場合には機
械を停止させることが出来る。

【００６０】以上の実施形態では、切削工具を並進移動
させる軸の位置検出器について振動センサを設けた例に
ついて説明したが、位置検出器に振動センサを設ける軸
は他の軸であっても良く、また、複数の軸の位置検出器
について振動センサを設けても良い。後者の場合、どの
軸の位置検出器にどのランクの振動が検出されたかに応
じて多様な振動対策処置（加工条件の変更、機会の停止
等）をとることも考えられる。

【００６１】更に、上述した実施形態では、検出された
振動レベル（瞬時値）でレンジ分けして位置検出器が受
けている振動の異常の程度を判定しているが、それらに
時間の要素を加味して判定を行なっても良い。そこで、
基準レベルを越えた振動の継続時間を監視して正常／異
常の判定を行なう例を第４の実施形態として説明し、基
準レベルを越えた振動の累積時間を監視して正常／異常
の判定を行なう例を第５の実施形態として説明する。

【００６２】これら両実施形態の説明においては、基準
レベルは符号Ｇで表わし、検出された振動レベルは符号
ｇで表わす。基準レベルＧは、第４実施形態、第５実施
形態において各々予め制御装置１０に設定されるが、必
要に応じて任意の時点で設定値を変更することも出来
る。

【００６３】なお、両実施形態において、信号処理のた
めのブロック構成としては、図４（制御装置側で基準レ
ベルとの比較を実行）、図５（位置検出器側で基準レベ
ルとの比較を実行）いずれの型を採用しても良く、各ブ
ロックの機能は第１実施形態〜第３実施形態で説明した
のと同様なので、振動レベル信号の取り込み方等の繰り
返し説明は省略する。

【００６４】［第４実施形態］図７のフローチャート
は、本実施形態における処理の概要を記したフローチャ
ートである。各ステップの要点は次の通りである。処理
は処理サイクル指標ｊを初期値（ｊ＝０）として開始さ
れる。

【００６５】ステップＱ１；振動レベルに関する最新デ
ータ（ｇ）を取り込む。

【００６６】ステップＱ２；取り込まれた振動レベルデ
ータ（ｇ）をＣＲＴ２６に表示する。表示は、数値の表
示、グラフィク表示など任意の形態で行なうことが出来
るが、基準レベルＧとの関係が視認出来るような表示形
態（例えばｇ／Ｇ値の％表示）とすることが好ましい。

【００６７】ステップＱ３；振動レベルデータ（ｇ）が
振動基準レベル（Ｇ）を越えていなければステップＱ４
へ進み、越えていればステップＱ５へ進む。

【００６８】ステップＱ４；処理サイクル指標ｊをクリ
アして、ｊ＝０とする。

【００６９】ステップＱ５；処理サイクル指標ｊの現在
値を設定値Ｎを越えていなければステップＱ６へ進み、
越えていればステップＱ７へ進む。

【００７０】ステップＱ６；処理サイクル指標ｊに１を
加算して、ステップＱ１へ戻る。

【００７１】ステップＱ７；振動レベル（ｇ）が基準振
動レベル（Ｇ）を越えた状態の継続時間が、処理サイク
ル指標ｊの積算で計測される許容継続時間（Ｎ）を越え
たと判断し、ＣＲＴディスプレイ２６にその旨のメッセ
ージを表示して、機械を停止させる。

【００７２】なお、図７に記した処理において処理サイ
クル指標ｊの積算によって基準レベル（Ｇ）を越えた振
動状態の継続時間が計測されるのは、ステップＱ１から
始まって、ステップＱ４（ｊ値クリア）あるいはステッ
プＱ６（ｊ値の１加算）を経てステップＱ１へ戻るサイ
クルに要する時間は、処理周期としてほぼ一定であるか
らである。

【００７３】今、基準レベル（Ｇ）を越えない状態から
越えた状態へ移行したとすると、・・・・→ステップＱ
３→ステップＱ４→ステップＱ５→ステップＱ６→ステ
ップＱ１→ステップＱ２→・・・のサイクルが連続して
繰り返されて、ｊ値が１ずつ増大して行く。もし、基準
レベル（Ｇ）を越えた状態が中断なく持続されればやが
てｊ値が許容値Ｎを越えるので、直後のステップＱ５か
らステップＱ７へ進んで、機械停止等の措置がとられ
る。

【００７４】また、ｊ値が許容値Ｎを越える前に一度で
もステップＱ３でノーの判断がなされれば、ステップＱ
４でｊ値がクリアされ、ｊ値は初期値０に戻る。本実施
形態によれば、ノイズ的に短時間検出されるような異常
振動状態を排除出来ることにある。

【００７５】［第５実施形態］図８のフローチャート
は、本実施形態における処理の概要を記したフローチャ
ートである。各ステップの要点は次の通りである。処理
は処理サイクル指標ｊを初期値（ｊ＝０）として開始さ
れる。

【００７６】ステップＲ１；振動レベルに関する最新デ
ータ（ｇ）を取り込む。

【００７７】ステップＲ２；振動レベルデータ（ｇ）が
振動基準レベル（Ｇ）を越えていなければステップＲ１
へ戻り、越えていればステップＲ３へ進む。

【００７８】ステップＲ３；処理サイクル指標ｊの現在
値を設定値Ｍを越えていなければステップＲ４へ進み、
越えていればステップＲ５へ進む。

【００７９】ステップＲ４；処理サイクル指標ｊに１を
加算して、ステップＲ１へ戻る。

【００８０】ステップＲ５；振動レベル（ｇ）が基準振
動レベル（Ｇ）を越えた状態の累積時間が、処理サイク
ル指標ｊの積算で計測される許容累積時間（Ｎ）を越え
たと判断し、ＣＲＴディスプレイ２６に工具交換等のメ
ッセージを表示する。場合によっては、機械を停止させ
ても良い。

【００８１】なお、図８に記した処理において処理サイ
クル指標ｊの積算によって基準レベル（Ｇ）を越えた振
動状態の累積時間が計測されるのは、ステップＲ１から
始まって、ステップＲ２（ｇはＧ以下）あるいはステッ
プＲ４（ｊ値の１加算）を経てステップＲ１へ戻るサイ
クルに要する時間は、処理周期としてほぼ一定であるか
らである。

【００８２】今、基準レベル（Ｇ）を越えない状態から
越えた状態へ移行したとすると、・・・・→ステップＲ
２→ステップＲ３→ステップＲ４→ステップＲ２→・・
・のサイクルが繰り返され、ｊ値が１ずつ増大して行
く。もし、この状態が絶え間なく続けば、やがてｊ値が
許容値Ｎを越え、直後のステップＲ３からステップＲ５
へ進む。また、ｇ＞Ｇの状態が中断しても、第４実施形
態（図７参照）とは異なり、ｊ値がクリアされることが
ないので（但し、強制クリアは別途マニュアル入力で可
能）、再度ｇ＞Ｇの状態に戻れば、ｊ値の更なる増大が
再開される。このようにして、異常振動累積時間が計測
され、工具交換等の時期到来がメッセージで出力され
る。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、振動の影響を受け易
く、機械の加工精度を保つ上で非常に重要である位置検
出器が受ける異常振動を的確に検知し、直ちに所要の処
置を取ることが出来る。そのため、位置検出器が受ける
異常振動によって加工精度が著しく低下したり、また、
位置検出器自身の破損事故に至る等の事態を未然に防ぐ
ことが出来るようになった。

【００８４】また、異常振動検出時に選択する処置を予
めいくつか制御装置内に用意しておき、検出された異常
振動の程度に応じて、柔軟に対処することも出来る。更
に、位置検出器に振動センサを内蔵させ、位置検出器本
来の出力信号（角度出力等）の伝送と振動センサの伝送
に共通した信号線を利用するようにすれば、制御装置と
機械本体部の間を結ぶ信号線の本数を増やす必要がなく
なるという利点が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した機械の制御装置関連部分の概
略構成を例示した要部ブロック図である。

【図２】第１実施形態について、機械本体部の要部構成
を説明する図である。

【図３】第２実施形態及び第３実施形態について、機械
本体部の要部構成を説明する図である。

【図４】第２実施形態で採用されるパルスコーダについ
て、信号処理の概要を説明するブロック図である。

【図５】第３実施形態で採用されるパルスコーダについ
て、信号処理の概要を説明するブロック図である。

【図６】各実施形態における異常振動対策の処理の概要
を説明するフローチャートである。

【図７】第４実施形態における処理の概要を記したフロ
ーチャートである。

【図８】第５実施形態における処理の概要を記したフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１パルスコーダ（位置検出器）２加速度検出素子（振動センサ）１０制御装置（ＣＮＣ内蔵）１１プロセッサ１２ＲＯＭ１３ＲＡＭ１４ＣＭＯＳ１５インターフェイス１６ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントロー
ラ）１７Ｉ／Ｏユニット１８グラッフィク制御回路１９、２０インターフェイス２１バス２５ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２６表示装置２７キーボード３１外部機器３２手動パルス発生器４１〜４３軸制御回路４４スピンドル制御回路５１〜５３サーボアンプ５４スピンドルアンプＭＸ、ＭＹ、ＭＺサーボモータＭＳスピンドルモータ

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】機械装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータまた
はスピンドルモータで駆動される機械部と該機械部を制
御する制御部から構成される機械装置に関し、更に詳し
く言えば、サーボモータまたはスピンドルモータに関連
して設けられた位置検出器が受ける異常振動に対する対
策を施した機械装置に関する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、機械の軸（サーボモータまたはスピンドルモータで
駆動される軸）に関連して設けられた位置検出振動が受
ける振動を的確に検知することが可能であり、また、そ
れに基づいて異常振動に関する判定を行い、必要な措置
を迅速にとれるようにした機械装置を提供することにあ
る。本発明は、更に、そのことを通して、機械装置の信
頼性と安全性を高め、位置検出器が修復不能な破損に至
る確率を低めて経済的な損失を最小限にとどめようとす
るものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
またはスピンドルモータで駆動される機械部と該機械部
を制御する制御部から構成される機械装置に適用され
る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】本発明の特徴に従えば、サーボモータまた
はスピンドルモータで駆動される少なくとも１つの軸に
ついて、サーボモータ、該サーボモータの位置または速
度を検出する検出器、あるいは、サーボモータまたはス
ピンドルモータの出力軸に連結された機械部分に振動セ
ンサが付設され、この振動センサが検出した信号により
得られた振動を表わす情報は制御部に伝送される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】制御部は伝送された振動を表わす情報情報
に基づいて、振動センサが検出した信号が異常振動であ
るか否かを判定する判定手段を備え、更に、この判定手
段により、異常振動の検出を意味する判定結果が得られ
た場合に、異常振動に対する対策処置をとる処置手段を
備えていることが好ましい。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】検出器が、振動センサが検出した信号に基
づいて異常振動であるかどうかの判定を行なう判定手段
を備え、判定手段の結果の情報を制御部に伝送し、制御
部が伝送された情報が異常振動であることを表わす場合
に、異常振動に対する対策処置をとる手段を備えていて
も良い。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】異常振動に対する対策処置としては、例え
ば、検出された異常振動が加工条件の変更で対処出来る
軽度のものであれば加工条件を漸進的に緩和し、また、
緊急を要する重度のものであったり、加工条件の緩和で
対処しきれなかったと判断される場合には機械を停止さ
せることなどが考えられる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーボモータで駆動される機械の少なく
とも１つの軸について、サーボ制御のために設けられた
位置検出器に振動センサが付設されており、前記振動センサにより検出された振動が異常振動である
か否か判定する判定手段と、前記判定手段により異常振動の検出を意味する判定結果
が得られた場合に、前記異常振動に対する対策処置をと
る処置手段を備え、前記処置手段による対策処置は、前記振動センサにより
検出される振動のレベルを低下させる方向に前記機械の
運転状態を変更する処置を含んでいる、異常振動検出機
能付き位置検出器を用いた制御装置。
【請求項２】サーボモータで駆動される機械の少なく
とも１つの軸について、サーボ制御のために設けられた
位置検出器に振動センサが付設されており、前記振動センサにより検出された振動が異常振動である
か否か判定する判定手段と、前記判定手段により異常振動の検出を意味する判定結果
が得られた場合に、前記異常振動に対する対策処置をと
る処置手段を備え、前記処置手段による対策処置は、前記振動センサにより
検出される振動のレベルを低下させる方向に前記機械の
運転状態を変更する処置を含んでおり、前記処置手段は、前記機械を制御する制御装置内に設け
られており、前記振動センサにより検出された振動を表わす信号を前
記制御装置に伝送する信号線が、サーボ制御のための前
記位置検出器の出力を前記制御装置に伝送する信号線と
共用される、異常振動検出機能付き位置検出器を用いた
制御装置。
【請求項３】サーボモータで駆動される機械の少なく
とも１つの軸について、サーボ制御のために設けられた
位置検出器に振動センサが付設されており、前記振動センサにより検出された振動が異常振動である
か否か判定する判定手段と、前記判定手段により異常振動の検出を意味する判定結果
が得られた場合に、前記異常振動に対する対策処置をと
る処置手段を備え、前記処置手段による対策処置は、前記振動センサにより
検出される振動のレベルを低下させる方向に前記機械の
運転状態を変更する処置を含んでおり、前記判定手段は前記位置検出器内に設けられており、前記処置手段は、前記機械を制御する制御装置内に設け
られており、前記判定手段による判定結果を表わす情報を含む信号を
前記制御装置に伝送する信号線が、サーボ制御のための
前記位置検出器の出力を前記制御装置に伝送する信号線
と共用される、異常振動検出機能付き位置検出器を用い
た制御装置。
【請求項４】前記処置手段による対策処置は、前記機
械を停止させる処置を含んでいる、請求項１〜請求項３
のいずれか１項に記載された異常振動検出機能付き位置
検出器を用いた制御装置。
【請求項５】前記処置手段による対策処置は、前記機
械による加工条件の変更を含んでいる、請求項１〜請求
項４のいずれか１項に記載された異常振動検出機能付き
位置検出器を用いた制御装置。
【請求項６】前記処置手段による対策処置は、前記機
械による加工条件の漸進的な変更を含んでいる、請求項
１〜請求項４のいずれか１項に記載された異常振動検出
機能付き位置検出器を用いた制御装置。
【請求項７】前記機械が工作機械であり、工具を取り
付けて並進移動させる前記工作機械の軸にサーボ制御の
ための位置検出器が設けられており、前記位置検出器に
振動センサが付設されている、請求項１〜請求項６のい
ずれか１項に記載された異常振動検出機能付き位置検出
器を用いた制御装置。