(57)【要約】  本発明は、機械の機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）を判定するための方法であって、評価すべき製造過程のプロセス量（ａ、ｒ）と位置量（ｘ）とに基づいて機械要素（６）の特定位置別負荷曲線（ＢＫ）を検出し、評価すべき各製造過程の負荷曲線（ＢＫ）を記憶し、記憶された負荷曲線（ＢＫ）を加算することによって加法曲線（ＳＫ）を判定し、所定の限界量（ＧＫ）と加法曲線（ＳＫ）との間の距離（Ａ）に基づいて機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）を判定する、以上の方法ステップを含む方法に関する。本発明はさらに、これに関連した機械制御装置（１２）に関する。本発明は、機械の機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）の判定を可能とする。【選択図】図２
2009518705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）を判定するための方法であって、
‐評価すべき製造過程のプロセス量（ａ、ｒ）と位置量（ｘ）とに基づいて機械要素（６）の特定位置別負荷曲線（ＢＫ）を検出し、
‐評価すべき各製造過程の負荷曲線（ＢＫ）を記憶し、
‐記憶された負荷曲線（ＢＫ）を加算することによって加法曲線（ＳＫ）を判定し、
‐所定の限界量（ＧＫ）と加法曲線（ＳＫ）との間の距離（Ａ）に基づいて機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）を判定する、
以上の方法ステップを含む方法。
【請求項２】
加法曲線（ＳＫ）が限界量（ＧＫ）を上まわるまで、最後に記憶された負荷曲線を加法曲線（ＳＫ）になお何回加算できるのかを判定することによって、所定の限界量（ＧＫ）と加法曲線（ＳＫ）との間の距離（Ａ）に基づいて機械要素の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）の判定が行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
加法曲線（ＳＫ）が限界量（ＧＫ）を上まわるまで、記憶された複数の負荷曲線にわたって平均化して判定された負荷平均曲線を加法曲線（ＳＫ）になお何回加算できるのかを判定することによって、所定の限界量（ＧＫ）と加法曲線（ＳＫ）との間の距離（Ａ）に基づいて機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）の判定が行われることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
加法曲線（ＳＫ）が限界量（ＧＫ）を上まわると、警報（Ｗ）が発生されることを特徴とする先行請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
複数のプロセス量および／または複数の位置量に基づいて機械要素の特定位置別負荷曲線（ＢＫ）の判定が行われることを特徴とする先行請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
プロセス量が速度、加速度、ジャーク、力、トルクまたは温度の態様で存在することを特徴とする先行請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
機械が工作機械、生産機械および／またはロボットとして形成されていることを特徴とする先行請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
機械の制御装置であって、
‐評価すべき製造過程のプロセス量（ｒ、ａ）と位置量（ｘ）とに基づいて機械要素（６）の特定位置別負荷曲線（ＢＫ）を検出するための手段（１）、
‐評価すべき各製造過程の負荷曲線（ＢＫ）を記憶するための記憶装置（２）、
‐記憶された負荷曲線（ＢＫ）を加算することによって加法曲線（ＳＫ）を判定するための手段（３）、
‐所定の限界量（ＧＫ）と加法曲線（ＳＫ）との間の距離（Ａ）に基づいて機械要素（６）の必須な整備に至るまでの期間（Ｔ）を判定するための手段（４）
を有する制御装置（１２）。
【請求項９】
請求項８記載の制御装置用の、コード部を含み、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法を実施することのできるコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の機械要素の必須な整備に至るまでの期間を判定するための方法に関する。さらに本発明は、これに関連した機械制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば工作機械、生産機械および／またはロボット等の機械は今日、大抵の場合、機械の整備すべき機械要素の寿命が一般に経験に基づいて推定されるので、固定整備計画に従って整備される。整備計画には、如何なる動作期間（動作時間）後に如何なる機械要素を整備しなければならないのかが記されている。機械の個々の機械要素の、加工時に実際に現れる負荷は、今日まったく評価されないかまたは不十分に評価されるにすぎないので、考慮されていない。場合によっては、固定整備計画によって機械要素が過度に早く更新されるか、または実施される整備間隔が過度に短い。
【０００３】
普通、特定位置別負荷検出と機械要素の評価は特段行われない。しかし多くの機械要素においてまさに摩耗は位置に依存している。普通、例えば工作物保持装置は回転するスピンドル（例えばボールねじ）を利用して駆動される。工作物保持装置によって動かされる被加工工作物は製造過程のときしばしば常に同じ位置で、もしくは規定された作業空間内で、往復動され、特にスピンドルの螺旋体がこの位置の周りの領域において特別強く摩耗する一方、別のスピンドル領域は摩耗を殆ど受けない。ところで連続生産において一般的なようにごく頻繁に同一の工作物が加工され、すなわち製造過程が再三繰り返される場合、当該位置の周りの領域ではスピンドルが既に強い摩耗を有する一方、別のスピンドル個所ではスピンドルがなお殆ど新品同様である。
【０００４】
欧州特許第１１３６２０１号明細書により、予防的整備の必要性に関して機械操作員に通知するための装置および方法が公知である。
【０００５】
欧州特許第１１５３７０６号明細書により、寿命の終了を検出するための手段を備えた工作機械が公知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、機械の機械要素の必須な整備に至るまでの期間の判定を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、機械の機械要素の必須な整備に至るまでの期間を判定するための方法であって、
‐評価すべき製造過程のプロセス量と位置量とに基づいて機械要素の特定位置別負荷曲線を検出し、
‐評価すべき各製造過程の負荷曲線を記憶し、
‐記憶された負荷曲線を加算することによって加法曲線を判定し、
‐所定の限界量と加法曲線との間の距離に基づいて機械要素の必須な整備に至るまでの期間を判定する、
以上の方法ステップを含む方法によって解決される。
【０００８】
この課題はさらに、機械の制御装置であって、
‐評価すべき製造過程のプロセス量と位置量とに基づいて機械要素の特定位置別負荷曲線を検出するための手段、
‐評価すべき各製造過程の負荷曲線を記憶するための記憶装置、
‐記憶された負荷曲線を加算することによって加法曲線を判定するための手段、
‐所定の限界量と加法曲線との間の距離に基づいて機械要素の必須な整備に至るまでの期間を判定するための手段
を有する制御装置によって解決される。
【０００９】
本発明の有利な諸構成は従属請求項から明らかとなる。
【００１０】
本方法の有利な諸構成は制御装置の有利な構成についてと同様に明らかとなり、またその逆である。
【００１１】
加法曲線が限界量を上まわるまで、最後に記憶された負荷曲線を加法曲線になお何回加算できるのかを判定することによって、所定の限界量と加法曲線との間の距離に基づいて機械要素の必須な整備に至るまでの期間の判定が行われると有利であることが判明した。これにより、最後の製造過程が将来なお数回繰り返されるとき、機械要素の必須な整備に至るまでの期間を特別厳密に判定することが可能となる。
【００１２】
さらに、加法曲線が限界量を上まわるまで、記憶された複数の負荷曲線にわたって平均化して判定された負荷平均曲線を加法曲線になお何回加算できるのかを判定することによって、所定の限界量と加法曲線との間の距離に基づいて機械要素の必須な整備に至るまでの期間の判定が行われると有利であることが判明した。この評価を利用して、平均的負荷を前提として機械要素の必須な整備に至るまでの期間は判定することができる。この評価が有利であるのは、特に、さまざまな製造過程が機械上で経過し、すなわち一般にさまざまな部品が機械上で生産されるときである。
【００１３】
さらに、加法曲線が限界量を上まわると、警報が発生されると有利であることが判明した。この警報によって使用者は、機械要素の整備が必須であることを知らされる。
【００１４】
さらに、複数のプロセス量および／または複数の位置量に基づいて機械要素の特定位置別負荷曲線の判定が行われると有利であることが判明した。機械要素が多数の場合、機械要素は複数のプロセス量によって同時に負荷される。すなわち、複数のプロセス量が機械要素の摩耗と摩耗推移とに関与している。これらの措置によって、必須な整備に至る期間を特別良好に判定することが可能となる。
【００１５】
さらに、プロセス量が速度、加速度、ジャーク、力、トルクまたは温度の態様で存在すると有利であることが判明した。速度、加速度、ジャーク、力、トルクまたは温度は、摩耗を決定する主要なプロセス量である。
【００１６】
さらに、機械が工作機械、生産機械および／またはロボットとして形成されていると有利であることが判明した。というのも、これらの機械では機械要素の整備が費用と支出を要するからである。しかし本発明は当然に任意の別の機械において利用するのにも適している。
【００１７】
さらに、本発明に係る制御装置用の例えばフラッシュカード、ディスクまたはＣＤの態様のコンピュータプログラム製品が有利であると実証された。このコンピュータプログラム製品は、本発明に係る方法を実施することのできるコード部を含む。
【００１８】
本発明の１実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に略示してあるのは例えば工作機械の通常の駆動装置である。モータ５が機械要素を回転駆動し、この機械要素は実施例の枠内でスピンドル６の態様で設けられている。スピンドル６の回転運動によって工作物保持装置７は両方向矢印９の方向で往復動させることができる。工作物保持装置７内に装着された工作物８は、モータ１１で駆動されて回転するフライス１０によって加工される。
【００２０】
実施例の枠内で、スピンドル６に沿った工作物保持装置７の位置を表す位置ｘの態様で設けられる位置量は、見易くする理由から図示されていない測定器を利用して検出される。
【００２１】
製造過程の間、工作物保持装置７は符号Ｓとした領域内でスピンドル６に沿って特別頻繁に動かされ、そこでは、新たな各被加工工作物について再三同じ製造過程が経過するとき特に、特別強い摩耗が現れる。
【００２２】
ここで付記しておくなら、例えばフライス加工の枠内での個別加工過程も、複雑な製造時には製造プロセス全体、すなわち機械を制御するための、工作物に付属した製造プログラムの完全遂行も、本発明の枠内で製造過程と理解される。
【００２３】
図２に略示された制御装置１２は例えば機械を制御するための数値制御装置の態様で設けることができ、見易くする理由から制御装置１２のうち本発明を理解するうえで不可欠な要素のみ示してある。
【００２４】
制御装置１２は評価すべき製造過程についてのプロセス量および位置量に基づいて機械要素の特定位置別負荷曲線ＢＫを検出するための手段を有し、この手段は実施例の枠内で負荷曲線計算ユニット１として形成されている。実施例の枠内で負荷曲線計算ユニット１には、図１による工作物保持装置７のジャークｒ、加速度ａの両方のプロセス量と、工作物保持装置７の位置ｘが送られる。加速度ａは位置ｘから時間による２回の導出によって検出することができ、ジャークｒは位置ｘから時間による３回の導出によって検出することができる。これに対する代案として、例えば加速度ａは図１に破線で示した加速度センサ１３によって検出することもできる。負荷曲線計算ユニット１内で、既に述べたように、評価すべき製造過程について加速度ａ、ジャークｒの両方のプロセス量と位置ｘとに基づいて特定位置別負荷曲線BＫは検出される。
【００２５】
負荷曲線ＢＫの１例が図３に示してある。これは特定位置別負荷曲線である。すなわち、負荷曲線が位置ｘにわたってプロットされている。特定位置別負荷曲線ＢＫを検出するために、製造過程の間、実施例の枠内で工作物保持装置７の測定された各位置について、この位置で測定された最大加速度ａmaxとこの位置で測定された最大ジャークｒmaxが加算され、こうして特定位置別負荷曲線ＢＫが位置ｘにわたって判定される。しかしこれに対する代案として、この位置で測定された加速度ａとこの位置で測定されたジャークｒを加算し、こうして特定位置別負荷曲線ＢＫを位置ｘにわたって判定することもできる。図３には図１による位置ｘ1について負荷曲線ＢＫの値ＢＫ1の判定が示してある。負荷曲線ＢＫを単一のプロセス量のみでまたはなおかなり多くのプロセス量で判定することも当然に考えられる。例えば当該機械要素で加速度が摩耗に特別顕著となる一方、運動時に現れるジャークが摩耗にはあまり強く顕在化しないことが既知であるとき、場合によっては例えば加算前に個々のプロセス量の重み付けを行うこともできる。さらに、負荷曲線は多次元とすることもでき、そこでは例えば負荷曲線は、異なる方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）の位置を描く複数の位置量に依存している。こうして負荷曲線は平面または三次元物体またはより高次元の物体の態様で設けておくこともできる。
【００２６】
例えば当該位置での各プロセス量が機械要素にどれだけ長く作用したのかも、前記重み付けに入り込むことができる。
【００２７】
このようにして検出された特定位置別負荷曲線ＢＫは引き続き、評価すべき各製造過程について、すなわち機械要素の必須な整備に至るまでの期間を判定するのに使用される各製造過程について、記憶装置２に記憶される（図２参照）。従って場合によっては、必ずしもすべての製造過程を方法に一緒に含める必要はない。
【００２８】
引き続き、加法曲線ＳＫを判定するための手段によって、記憶装置２に記憶された負荷曲線ＢＫを加算して加法曲線ＳＫの判定が行われる。加法曲線ＳＫを判定するための手段は、実施例の枠内で、図２による加法ユニット３の態様に形成されている。図４に加法曲線ＳＫが示してある。検討すべき機械要素が例えば新たな機械要素と交換されるとき、加法ユニット３はリセットされ、すなわち加法曲線の値が零に設定される。
【００２９】
このようにして判定された加法曲線ＳＫはさらに機械要素の必須な整備に至るまでの期間Ｔを判定するための手段に入力量として送られ、この手段は実施例の枠内で評価ユニット４の態様に形成されている（図２参照）。評価ユニット４は、機械要素、すなわち実施例においてスピンドル６の必須な整備に至るまでの期間Ｔを、所定の限界量ＧＫと加法曲線ＳＫとの間の距離Ａに基づいて判定する。距離Ａ、加法曲線ＳＫおよび限界量ＧＫは図４に示してある。実施例の枠内で限界量ＧＫは、局所に左右されない一定した限界値とされている。しかし限界量ＧＫは、位置に依存した限界曲線として形成しておくこともできる。実施例の枠内で距離Ａは限界量ＧＫと加法曲線ＳＫの最大値Ｐとの間の差から得られる。
【００３０】
期間Ｔを判定するための評価可能性はさまざまに存在し、これらの評価可能性は評価ユニット４において選択的に、または並行しても、実行することができる。
【００３１】
一方で、加法曲線ＳＫが限界量ＧＫを上まわるまでに、最後に記憶された負荷曲線を加法曲線ＳＫになお何回加算できるのかを判定することによって、機械要素の必須な整備に至るまでの期間Ｔの判定は所定の限界量ＧＫと加法曲線ＳＫとの間の距離Ａに基づいて行うことができる。加法曲線ＳＫが限界量ＧＫを上まわる前になお実行することのできる、評価すべき製造過程のこのようにして判定された回数Ｎに基づいて、また評価すべき各製造過程の持続時間Ｄの知識から（例えば製造プログラム実行のための持続時間に基づいて）、例えばこれら両方の量の乗法によって、限界値ＧＫを上まわり（すなわち例えば最も単純な事例では、なお待ち受けるすべての製造過程が同じ持続時間Ｄを有するとの前提のもとでＴ＝Ｎ*Ｄ）、従って機械要素の必須な整備が必須となるまでの期間Ｔは容易に判定することができる。限界量ＧＫは、その都度検討すべき機械要素について設定される。
【００３２】
加法曲線が限界量を上まわるまでに、記憶された複数の負荷曲線ＢＫにわたって平均化して判定された負荷平均曲線を加法曲線になお何回加算できるのかを判定することによって、機械要素６の必須な整備に至るまでの期間Ｔの判定を、所定の量と加法曲線との間の距離に基づいて行うことに、他の評価可能性はある。この評価態様は、例えば異なる工作物を生産するためのさまざまな製造プロセスが１つの機械で行われ、検討すべき機械要素を個々の製造過程が異なる強さで負荷するときに特別適している。評価ユニット４は機械要素の必須な整備に至るまでの期間Ｔを使用者に知らせ、その際評価ユニットはなお待ち受ける製造過程の平均時間Ｄ’から出発する。この平均時間Ｄ’は、例えば、さまざまな製造過程の記憶された複数の時間Ｄにわたって平均化することによって得られる。
【００３３】
さらに、加法曲線が限界量を上まわり、機械要素のすぐの整備が必須であるとき、評価ユニット４は警報Ｗを発生する。
【００３４】
さらにここで付記しておくなら、プロセス量は例えば速度、ジャークの加速度、トルクの力、温度、またはその他の何らかの種類の量の態様で存在することができ、これらの量は例えば制御装置の内部で検出されるかまたはセンサ装置によって検出されるのかのいずれかである。
【００３５】
実施例におけるように制御装置１２の内部で評価を実現しておくことができるだけでなく、記憶装置２に記憶された負荷曲線は例えば外部計算機によって読み出すことができ、機械要素の必須な整備に至るまでの期間Ｔを判定するための評価は外部計算機で行うこともできる。
【００３６】
さらに、期間Ｔの他に、最も強い負荷を有する位置、すなわち加法曲線がその最大値Ｐを有する位置ｐ1も出力することができる。このようにして使用者は、例えば将来の製造過程をスピンドル６の別の位置にずらし、こうして機械要素、すなわちこの場合スピンドル６の必須な整備に至るまでの期間Ｔを延長し、もしくはスピンドルの摩耗をスピンドルの長さにわたって均一に分布させることができる。しかし製造過程のずらしは機械によって自動的に実行することもできる。
【００３７】
さらにここでなお付記しておくなら、特定位置別との用語は当然に直線方向におけるものだけでなく、回転方向におけるものも理解すべきである。例えば負荷曲線の位置は歯車または回転モータの回転角に関係付けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】機械の駆動装置を示す。
【図２】機械の制御装置を示す。
【図３】負荷曲線を示す。
【図４】加法曲線と限界量を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１  検出手段
２  記憶装置
３  判定手段
４  判定手段
６  機械要素
１２  制御装置
Ａ  距離
ＢＫ  負荷曲線
ＧＫ  限界量
ＳＫ  加法曲線
Ｔ  期間
Ｗ  警報
ａ、ｒ  プロセス量
ｘ  位置量
【図１】
2009518705.tif 000003
【図２】
2009518705.tif 000004
【図３】
2009518705.tif 000005
【図４】
2009518705.tif 000006
【国際調査報告】
2009518705.tif 000007
2009518705.tif 000008
2009518705.tif 000009
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