図面 (/)

技術 工具認識機能を有した工作機械監視予測制御装置

出願人 長崎県
発明者 田口喜祥
出願日 2016年3月24日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2016-060779
公開日 2017年9月28日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-170578
状態 特許登録済
技術分野 工作機械の検出装置 数値制御
主要キーワード 品質工学 平削り盤 システム監視装置 工作機械制御 工作機械システム 切削状況 複合センサ 駆動状況
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年9月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

課題

工作機械稼働状況監視する装置では、取り付けられている工具を、工作機械の改造をすることなく認識することが難しく、工具ごとに監視を行うことが難しかった。

解決手段

主軸により工具を駆動して加工を行う工作機械システムにおいて、主軸の状態を測定する測定部があって、前記測定部には主軸の電流を測定する測定手段と主軸の振動を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定した電流データ振動データを用いて工作機械システムに取り付けられている工具を特定することで、工具に適した条件で工作機械の監視を行うことが可能となる。

概要

背景

従来の工作機械は、工作機械の稼働状況遠隔地から監視する機能、不具合の発生を予測する機能、不具合が発生した場合遠隔地から制御する機能が搭載されていなかった。

そのため、従来技術では、工作機械が正常に動作しているかを確認するために電流を測定し、閾値を設けて監視を行っていた(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)。

概要

工作機械の稼働状況を監視する装置では、取り付けられている工具を、工作機械の改造をすることなく認識することが難しく、工具ごとに監視を行うことが難しかった。主軸により工具を駆動して加工を行う工作機械システムにおいて、主軸の状態を測定する測定部があって、前記測定部には主軸の電流を測定する測定手段と主軸の振動を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定した電流データ振動データを用いて工作機械システムに取り付けられている工具を特定することで、工具に適した条件で工作機械の監視を行うことが可能となる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

主軸により工具もしくはワークを駆動して加工を行う工作機械システムにおいて、主軸の状態を測定する測定部があって、前記測定部には主軸の電流を測定する測定手段と主軸の振動を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定した電流データ振動データを用いて工作機械システムに取り付けられている工具を特定する判定部を有し、前記判定部により特定した工具ごとの標準値を記録した記録部を有し、前記測定部で測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを前記記録部から呼び出した標準値とを比較解析する監視部を有し、前記監視部を用いて工作機械システムの動作を監視する工作機械システム監視装置

請求項2

請求項1の工作機械システム監視装置において、特定した工具に関連付けて測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを時系列と共に記録する記録部を有し、前記記録部に時系列と共に保存された工具に関連付けた電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを、測定部で測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データと比較解析する予測部を有し、前記予測部により工作機械システムの異常発生を予測する工作機械システム予測装置

請求項3

請求項1の工作機械システム監視装置からの監視結果もしくは請求項2の工作機械システム予測装置からの予測結果を受信する受信部を有し、前記受信部で受信した監視結果もしくは予測結果を基に制御を行う制御部を有し、前記制御部からの信号により工作機械もしくは工作機械の制御盤の操作部を操作する機構部を有し、前記機構部により工作機械もしくは工作機械の制御盤の操作部の操作を行うことで工作機械システムの制御をする工作機械システムの制御装置

技術分野

0001

本発明は、工作機械に、後から取り付けることで工作機械の監視予測、制御を行う工作機械システムに関する。

背景技術

0002

従来の工作機械は、工作機械の稼働状況遠隔地から監視する機能、不具合の発生を予測する機能、不具合が発生した場合遠隔地から制御する機能が搭載されていなかった。

0003

そのため、従来技術では、工作機械が正常に動作しているかを確認するために電流を測定し、閾値を設けて監視を行っていた(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)。

0004

特開昭62-34755号
特開平5-253799号
特開平5-116056号

先行技術

0005

田口、“複合センサを用いた遠隔監視装置の開発”、平成24年度長崎県工業技術センター研究報告、pp.3-7、平成25年8月30日
田口、“機械装置知的遠隔監視装置の開発”、平成25年度長崎県工業技術センター研究報告、pp.6-7、平成26年8月29日
田口、“機械装置知的遠隔監視装置の開発”、平成26年度長崎県工業技術センター研究報告、pp.8-9、平成27年8月31日

発明が解決しようとする課題

0006

1つの工具のみを用いる工作機械であれば、従来技術を用いて監視することが可能であるが、工具交換をする工作機械や自動工具交換装置を搭載した工作機械の場合、使用する工具により監視する閾値を変更する必要があった。

0007

自動工具交換機を制御する制御信号から使用する工具を認識し、閾値を自動で変更することが可能であるが、監視機能を搭載していない従来型の工作機械の場合、制御信号を取り出すためには、工作機械を改造して自動工具交換機への制御信号を読み取る必要があるため、実現することが難しかった。

0008

監視機能が搭載されていない工作機械に、後から監視装置を取り付け監視機能を付加する場合は、画像センサを用いて現在取り付けられている工具を認識する試みがなされているが、工作機械を使用する環境で発生する粉塵潤滑剤の影響を排除することが難しく、使用する場所が限定されていた。

0009

また、画像センサを使用するためには、高機能なコンピュータ装置を使用することが必要となるため、監視装置の耐環境性能の低下や、装置が高価になるという問題点があった。

0010

本発明は、工作機械に取り付けることで、工具交換をする工作機械の監視を、工具を特定して、工具ごとの標準値により監視を行う工作機械システム監視装置に関する。

0011

また、監視した内容を記録部に時系列と共に記録し、比較解析することで、不具合の発生を予測する工作機械システム予測装置を実現する。

0012

さらに、工作機械システム監視装置で監視した結果や、工作機械システム予測装置で予測した結果を基に制御信号を発生し、工作機械や工作機械の制御盤機構部を取り付けることで、工作機械本体を改造することなく工作機械システム御装置を実現する工作機械システム制御装置に関する。

課題を解決するための手段

0013

発明1の構成要素を表すブロック図を図1に示す。発明1は、主軸により工具もしくはワークを駆動して加工を行う工作機械システムにおいて、主軸の状態を測定する測定部があって、前記測定部には主軸の電流を測定する測定手段と主軸の振動を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定した電流データ振動データを用いて工作機械システムに取り付けられている工具を特定する判定部を有し、前記判定部により特定した工具ごとの標準値を記録した記録部を有し、測定部で測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを記録部から呼び出した標準値とを比較解析する監視部を有し、前記監視部を用いて工作機械システムの動作を監視する工作機械システム監視装置である。

0014

発明1は、少なくとも1つの電流を測定するセンサと少なくとも1つの振動を測定するセンサにより、主軸が無負荷で回転するときの電流データや振動データと、切削により負荷がかかった状態での主軸の電流データや振動データを測定し、比較解析することで、工具特有の特徴を分析し、工具の特定を行うことで、工具ごとに設定された標準値を基に工作機械の監視を行うことが可能となる。

0015

発明2は、請求項1の工作機械システム監視装置において、特定した工具に関連付けて測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを時系列と共に記録する記録部を有し、前記記録部に時系列と共に保存された工具に関連付けた電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを、測定部で測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データと比較解析する予測部を有し、前記予測部により工作機械システムの異常発生を予測する工作機械システム予測装置である。

0016

発明1により特定した工具の種類ごとに、測定した電流データ、振動データの時系列と共に記録することで切削状況の変化を推定し、比較解析することで、工作機械の不具合発生を予測することが可能となる。

0017

発明3は、請求項1の工作機械システム監視装置からの監視結果もしくは請求項2の工作機械システム予測装置からの予測結果を受信する受信部を有し、前記受信部で受信した監視結果もしくは予測結果を基に制御を行う制御部を有し、前記制御部からの信号により工作機械もしくは工作機械の制御盤の操作部を操作する機構部を有し、前記機構部により工作機械もしくは工作機械の制御盤の操作部の操作を行うことで工作機械システムの制御をする工作機械システムの制御装置である。

0018

発明1の工作機械システム監視装置もしくは工作機械システム発明2の工作機械システム予測装置に、工作機械もしくは工作機械の制御盤に後から取り付ける機構部により、工作機械もしくは工作機械制御盤の操作部を操作し、工作機械本体の改造を行わずに工作機械の制御を行う工作機械システムの実現が可能となる。

0019

なお、電流を測定するセンサや振動を測定するセンサを複数用いることも可能であり、さらに、力センサ温度センサ音響センサなどのセンサを追加しても良い。

発明の効果

0020

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。

0021

発明1は、少なくとも1つの電流を測定するセンサと少なくとも1つの振動を測定するセンサにより、工作機械の電流データと振動データを測定し、測定した電流データおよび振動データを用いて、工作機械に取り付けられている工具を特定することが可能となる。

0022

工具を特定した後、測定した電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データから工具にかかっている負荷や力を推定し、工作機械の稼働状況を測定し、監視することができる。

0023

工具を主軸により駆動する工作機械の場合、工具が無負荷で稼働しているときに測定した電流データと振動データから工具に固有の特徴量を測定することができる。

0024

測定した特徴量を基に、現在取り付けられている工具を特定し、監視を行う電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データの標準値を記録部から読み出し、決定する。

0025

標準値は、事前に電流および振動ごとに個別に設定しても良いし、電流と振動の双方を用いて設定しても良い。

0026

あるいは、電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データから機械学習の手法や品質工学の手法を用いて動的に設定しても良い。

0027

工具を主軸により駆動する工作機械の場合は無負荷で工具を駆動させたときの、電流データと振動データで工具を特定した後に、切削時の電流データと振動データを測定することで、さらに詳細な工具の特定が可能となる。

0028

ワークを主軸で駆動する工作機械の場合は、切削時の電流データと振動データにより、工具を特定する。

0029

工具を特定した後は、取得した電流データ、振動データを工具ごとに分類し、正常な状態の特徴を標準値として記録部に記録することで、標準値の修正が可能となる。

0030

工具ごとに記録された正常な状態の特徴の標準値からの偏差を、比較解析することで、規定の範囲以上の偏差を測定した場合は、警報信号を送信する。

0031

警報信号は通信回線インターネット回線を介してパソコンスマートフォン携帯電話携帯端末に送信しても良い。

0032

発明2は、発明1で特定した工具ごとに電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データを時系列と共に記録し、比較解析することで異常発生前に、異常の発生を予測することが可能となる工作機械システム予測装置である。

0033

異常を発生する前に、警報を出すことができるため、製品不良率の低減や工作機械の生産性向上に効果がある。

0034

発明3は、警報信号により工作機械もしくは工作機械の制御盤の操作部を操作する機構部により、工作機械の制御を行うことで、警報発生時の制御を行うことが可能となる工作機械システム制御装置である。

0035

不具合発生時の工作機械の緊急停止や、再起動を行うことが可能となり、工作機械の稼働率を向上させる効果がある。

0036

本発明は、工具が回転するフライス盤ボール盤研削盤の他に、ワークが回転する旋盤、工具やワークが往復運動する型削り盤平削り盤立削り盤でも使用可能である。

実施例

0037

発明1を実施するための形態を、図2に示す。図2は、工作機械装1でワーク2を工具3により加工するときの稼働状況を監視する装置である。主軸4を駆動するモータに取り付けられている少なくとも1つの電流を測定するセンサ5と主軸のベアリング部に取り付けられている少なくとも1つの振動を測定するセンサ6を用いて取得した電流データと振動データを基に、工作機械に取り付けられている工具3を特定し監視する監視装置7で構成されている。

0038

監視装置7は電流を測定するセンサ5と振動を測定するセンサ6からの信号をインターフェース回路8で変換し監視装置用CPU9で読み込み、監視装置用記録部10に保存されている工具ごとの標準値と比較解析することで監視を行い、異常の発生を検出した場合は、パソコン、スマートフォン、携帯電話、携帯端末11に警報の通知を行う。

0039

図9に示した発明1のプログラムフロー図に沿って工作機械システム監視装置の動作を説明する。

0040

図10に測定部の一例を示す。まず図10に示す工作機械主軸部で主軸4を駆動するモータに流れる電流を電流センサ5により測定し、主軸ベアリング近傍に取り付けた振動センサ6により、主軸回転に伴う振動を測定する。

0041

測定した電流データと振動データを用いて、図12で示したように電流データにより主軸が駆動しているときの振動データのみを測定する。

0042

測定した電流データおよび振動データは図13に示すように時間軸上での極大値極小値平均値、分散およびFFT演算結果、ウェーブレット演算結果により算出される周波数軸上での、極大値、極小値および各周波数の算出を行い、特徴量を算出する。

0043

図14に示すように電流データと振動データの特徴量を用いて、記録部10に登録されている工具ごとの特徴量との差を比較解析し、差が最も小さい工具が取り付けらていると特定する。

0044

また、工具ごとに設定されている標準値を記録部10から読み取り、標準値から外れたら、警報信号を通知する。

0045

警報信号により、サイレンランプで異常を通知しても良いし、ネットワークを通じてパソコン、スマートフォン、携帯電話、携帯端末11に異常を通知しても良い。

0046

取り付けられている工具を電流データと振動データから推定するため、自動工具交換装置(ATCオートマッチクツールチェンジャー)を備えたCNC工作機械であっても工作機械本体の改造を行わずに工作機械の駆動状況を監視することが可能となる。

0047

発明2を実施するための形態を、図3に示す。発明2は、発明1の工作機システム監視装置7で特定した工具情報と、電流データもしくは振動データもしくは電流データと振動データをCPU13で読み込み、時系列と共に継続的に収取し、予測装置用記録部14に保存し解析する機能を有した予測装置12により、切削工具や工作機械の異常発生を予測し通知を行う工作機械システム予測装置である。

0048

予測装置12が、将来発生する不具合を予測した場合は、警報信号を通知する。警報信号により、サイレンやランプで異常を通知しても良いし、ネットワークを通じてパソコン、スマートフォン、携帯電話、携帯端末11に異常を通知しても良い。

0049

図11に示した発明2のプログラムフロー図に沿って工作機械システム予測装置の動作を説明する。

0050

予測装置は監視装置で推定した工具推定値を読み込んだ後、電流データ、振動データを読み込む。

0051

読み込んだ電流データ、振動データを基に、図12で示したように工作機械駆動時の振動データを測定し、測定した振動データは図13に示すように時間軸上での極大値、極小値、平均値、分散およびFFT演算結果、ウェーブレット演算結果により算出される周波数軸上での、極大値、極小値および各周波数の算出を行い、特徴量を算出する。

0052

算出した特徴量を、記録部14に時系列と共に保存するとともに、過去の特徴量および特徴量の時間変化を読み込む。

0053

取得した特徴量、過去の特徴量、特徴量の時間変化が規定範囲以内であれば、加工を継続する。

0054

取得した特徴量、過去の特徴量、特徴量の時間変化が規定範囲から外れていれば、異常が発生すると予測し警報の通知を行う。

0055

正常に加工が実施されているときに、電流データと振動データの特徴量を取得しておき、時系列と共に偏差の範囲を設定しておくことで、不具合の発生を予測し、警報を出すことが可能となる。

0056

規定の範囲の設定は、品質工学や機械学習の手法を用いて動的に設定しても良い。

0057

なお、図4に示すように監視装置および予測装置の機能をまとめて、1つのCPU13a、1つの記録部14aで構築する監視・予測装置12aとしても良い。

0058

発明3を実施する形態を図5に示す。発明3は、発明1の機械システム監視装置の監視結果もしくは発明2の機械システム予測装置での予測結果を受信する受信部15を有し、前記受信部で受信した監視結果もしくは予測結果を基に制御を行う制御部16を有し、前記制御部からの信号により工作機械もしくは工作機械の制御盤の操作を行う機構部17を取り付けることで、工作機械もしくは工作機械の制御盤18の操作部を操作することにより、工作機械の制御を行う工作機械システム制御装置である。

0059

工作機械もしくは工作機械の制御盤に後付けする機構部を用いることで、工作機械本体の改造を行わずに操作部を操作することで工作機械の一時停止、緊急停止、リセット、再起動などの制御を行うことができる。

0060

なお、図6に示すように、監視装置と、受信部、制御部をまとめて、監視・制御装置7aとしても良い。

0061

また、図7に示すように、予測装置と受信部、制御部をまとめて、予測・制御装置12bとしても良い。

0062

さらに、図8に示すように、監視装置、予測装置、制御装置の機能をまとめて、1つのCPU、1つの記録部で構築した監視・予測・制御装置12Cとしても良い。

0063

本発明1を用いれば、工作機械を改造することなく、異なった工具を用いた場合でも稼働状況を監視することができるため、自動工具交換装置(ATC、オートマッチックツールチェンジャー)を搭載したCNC工作機械の稼働率向上や、迅速な不具合対策が可能となる。

0064

本発明2を用いれば、不具合が発生する前に、不具合発生を予測し通知を行うことができるため、工作機械の稼働率向上や不良品の削減に貢献できる。

0065

本発明3を用いれば、工作機械を改造することなく、異常発生時に一時停止、緊急停止、リセット、再起動などの処理を行えるため、安全性の向上や工作機械の稼働率向上に貢献できる。

図面の簡単な説明

0066

発明1の構成を表すブロック図である。
発明1に係る第1実施例の形態を示す構成図である。
発明2に係る第1実施例の形態を示す構成図である。
発明2に係る第2実施例の形態を示す構成図である。
発明3に係る第1実施例の形態を示す構成図である。
発明3に係る第2実施例の形態を示す構成図である。
発明3に係る第3実施例の形態を示す構成図である。
発明3に係る第4実施例の形態を示す構成図である。
発明1に係るプログラムフロー図である。
測定部の一例を示す説明図である。
発明2に係るプログラムのフロー図である。
駆動時の振動データを算出する手法の一例である。
特徴量を算出する手法の一例である。
工具推定用記録部の一例である。

0067

1工作機械
2 ワーク(加工対象物
3工具
4主軸
5電流センサ
6振動センサ
7監視装置
7a監視・制御装置
8インターフェース回路
9 監視装置用CPU
10 監視装置用記録部
11携帯端末、パソコン
12予測装置
12a 監視・予測装置
12b予測・制御装置
12c 監視・予測・制御装置
13 予測装置用CPU
13a 監視・予測装置用CPU
14 予測装置用記録部
14a 監視・予測装置用記録部
15 受信部
16 制御部
17機構部
18 工作機械操作部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ