(57)【要約】【課題】  周囲温度を検出する検出器を設けずに周囲温度変化を検出し、さらには、モータ温度を検出する温度検出器の異常をも検出できる工作機械を提供する。【解決手段】  工作機械の各モータの温度を検出する温度検出器からモータ温度Ｔｉ（ｉ＝１，２…ｎ）及び各モータの電流フィードバックＩｆｉを読み取る（ｂ１，ｂ２）。電流フィードバックＩｆｉより各モータの発熱量Ｑｉを求める（ｂ３）。発熱量Ｑｉよりモータ温度Ｔｉを算出し推定する（ｂ４）。推定モータ温度Ｔｍｉと検出温度Ｔｓｉとの差ΔＴｉを求める（ｂ５）。差ΔＴｉの最大値と最小値の差が第１の閾値βを越えるときには、温度検出器異常を出力する（ｂ６，ｂ１０）。第１の閾値β以下のときは、差の平均値ΔＴ’を求め（ｂ７）、この平均値ΔＴ’が第２の閾値γ以下ならは、異常なしとし、第２の閾値γ以上であると、周辺温度が変化したことを出力し知らせる（ｂ８，ｂ９）。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動してワークを加工する工作機械において、
前記モータの温度を検出する温度検出器と、
前記モータの電流値を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段によって検出したモータ電流値から前記モータの温度を推定するモータ温度推定手段と、
前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との比較により周囲温度変化若しくは前記温度検出器異常を検出する異常検出手段と、
を具備したことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
工作機械が備える前記モータの内、２つのモータに対して、それぞれ前記温度検出器、前記電流検出器、及び前記モータ温度推定手段を備え、前記異常検出手段は、各モータ毎に前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との差を求め、その差が両者とも閾値を越えるときは周囲温度変化として検出し、一方のみの場合には温度検出器異常として検出する請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
複数のモータを備え、各モータ毎に前記温度検出器、前記電流検出器及び前記モータ温度推定手段を備え、前記異常検出手段は、各モータ毎に前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との差の絶対値を求め、その差の絶対値の最大値と最小値の差が第１の閾値を越えるとき温度検出器異常として検出する請求項１に記載の工作機械。
【請求項４】
複数のモータを備え、各モータ毎に前記温度検出器、前記電流検出器及び前記モータ温度推定手段を備え、前記異常検出手段は、各モータ毎に前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との差の絶対値を求め、その差の絶対値の平均値が第２の閾値を越えるとき周囲温度変化として検出する請求項１又は請求項３記載の工作機械。
【請求項５】
前記モータ温度推定手段は、予め設定された算出式に基づいて前記モータの温度を推定することを特徴とする請求項１乃至４内いずれか１項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に関し、工作機械の周囲温度の変化、温度検出器の異常を検出できる工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の周囲温度を測定し、測定温度に基づいて機械原点位置等を補正する工作機械の熱変位補正が一般的に行われている。  
例えば、工作機械周辺の環境温度と、工作機械を構成する構成要素の温度を温度センサで測定し、この測定した温度と予め求められている基準温度との差によって、熱変形値を求め、該熱変形値に基づいて機械原点シフト量を計算するようにした発明が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、温度変化の少ないベッドに設けられた温度センサで測定される温度を基準温度とし、主軸や主軸ヘッド等の発熱部に設けた温度センサで測定した温度から基準温度を減算し、温度上昇値を求め、該温度上昇値に設定された温度シフト値を加算し、シフト温度上昇値を算出し、このシフト温度上昇値と温度−補正量関係表から暫定補正量を求め、該暫定補正量に対象軸の補正係数を掛けることによって対象軸の熱変位補正量を求めるようにした発明も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、室温変化や運転熱及び加工熱等の熱的イベントを測定し、その熱的イベントの大きさを発生時刻と共に記憶しておき、この記憶したデータと予め実験又は計算によって求めた経過時間係数により、残存熱変位量を求めるようにした工作機械の熱変位量演算装置も公知である（特許文献３参照）。
又、最近のモータ（サーボモータ、スピンドルモータ）には、モータ自体の温度を検出し、２次抵抗の値を温度補正するための温度検出器がモータ内部に取付けられている。さらに、モータ駆動電流による発熱量は、駆動電流のフィードバック値の２乗に比例することから、電流フィードバック値によって発熱量を算出することができ、さらに、発熱量とモータの温度の関係を予め求めておいて、この関係式に基づいて算出した発熱量から、モータ温度を算出、推定できることが知られている（特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−７９２５６号公報
【特許文献２】特開平１０−６１８３号公報
【特許文献３】特開２０００−１３５６５４号公報
【特許文献４】特開平７−５９３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように従来の工作機械では、工作機械の内外に温度検出器を取り付けて、周囲温度を測定している。この温度検出器を配置する位置、空間等の周囲環境によっては、温度検出器をクーラントや切粉等から防御するために、さらにカバーを追加するなどの対策を必要としコストがかかっている。
そこで、本発明の目的は、周囲温度を検出する検出器を設けずに周囲温度変化を検出でき、さらには、モータ温度を検出する温度検出器の異常をも検出できる工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願請求項１に係る発明は、モータを駆動してワークを加工する工作機械において、前記モータの温度を検出する温度検出器と、前記モータの電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段によって検出したモータ電流値から前記モータの温度を推定するモータ温度推定手段と、前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との比較により周囲温度変化若しくは前記温度検出器異常を検出する異常検出手段とを具備したことを特徴とする工作機械である。  
又、請求項２に係る発明は、工作機械が備える前記モータの内、２つのモータに対して、それぞれ前記温度検出器、前記電流検出器、及び前記モータ温度推定手段を備え、前記異常検出手段は、各モータ毎に前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との差を求め、その差が両者とも閾値を越えるときは周囲温度変化として検出し、一方のみの場合には温度検出器異常として検出するものとした。
【０００８】
請求項３に係る発明は、工作機械には複数のモータを備えるものであって、各モータ毎に前記温度検出器、前記電流検出器及び前記モータ温度推定手段を備え、前記異常検出手段は、各モータ毎に前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との差の絶対値を求め、その差の絶対値の最大値と最小値の差が第１の閾値を越えるとき温度検出器異常として検出するようにした。さらに、請求項４に係る発明においては、前記異常検出手段は、各モータ毎に前記温度検出器で検出したモータの温度と前記モータ温度推定手段で推定したモータの温度との差の絶対値を求め、その差の絶対値の平均値が第２の閾値を越えるとき周囲温度変化として検出するものとした。又、請求項５に係る発明は、前記モータ温度推定手段を、予め設定された算出式に基づいて前記モータの温度を推定するものとした。
【発明の効果】
【０００９】
工作機械の周囲温度を測定するための温度検出器の設置が不要となり、クーラントや切粉等の影響を受けないことから、周囲温度の検出の信頼性を低下させることなく、低コストで周囲温度変化を検出できる。又、モータ温度を検出する温度検出器の異常をも検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、工作機械の周囲温度を測定する温度検出器を設けずに、モータに配置され、モータ温度を検出する温度検出器を用いて工作機械の周囲温度の変化を検出するものである。周囲温度が一定の場合は、モータ温度検出器で検出される温度と該モータの駆動電流から求められた推定温度は一致する。  
図２（ａ）は、工作機械の周囲温度に変化がない状態で、モータ温度を検出する温度検出器Ｓｅで検出された温度（実線）Ｔｓと、モータ駆動電流から推定された温度（破線）Ｔｍをグラフ表示したもので、モータが駆動され、発熱が増大するにつれて温度検出器で検出される温度Ｔｓも駆動電流より推定される温度Ｔｍも上昇し、この２つの温度は、ほぼ同一の温度を示している。
【００１１】
一方、周囲温度が変化すると、図２（ｂ）に示すように、それまでは、検出温度Ｔｓと推定温度Ｔｍはほぼ等しい温度を示していたものが、周囲温度の変化によって、温度検出器で検出される温度Ｔｓが変化し、推定温度Ｔｍとの誤差ΔＴが増加する。  
又、モータ温度を検出する温度検出器が異常の場合、図２（ｃ）に示すように、モータを駆動開始時点から、検出温度Ｔｓと推定温度Ｔｍとの差ΔＴが発生しており、これによって温度検出器異常を検出することができる。ただし、モータが駆動している途中で温度検出器に異常が発生した場合には、図２（ｂ）に示すように、途中から温度差ΔＴが発生し、周囲温度の変化か温度検出器異常かどちらであるか不明である。しかし、いずれにしても異常発生として知ることができる。
【００１２】
以下、本発明のいくつかの実施形態について説明する。  
図１は、本発明の各実施形態を構成する工作機械の概要図である。工作機械のハードウェアは従来の工作機械と同一であることから、簡単にその概要のみを図示している。そして、従来の工作機械と相違する点は、工作機械の周囲温度変化さらにはモータ温度を検出する温度検出器の異常を検出するソフトウェアが工作機械を制御する制御装置のメモリに格納されている点で相違するものである。
【００１３】
符号３０は工作機械本体を示し、符号１０は、該工作機械本体３０を制御する数値制御装置である。数値制御装置１０はプロセッサ１１を有しＣＮＣを構成している。プロセッサ１１にバス２０を介して、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ等のメモリ１２、表示器及びキーボードやマウス等の入力手段で構成される表示器／入力手段１３、工作機械のシーケンス制御等を行うＰＭＣ１４、工作機械の各送り軸を駆動するサーボモータを制御する軸制御回路（図１では、１つの軸の軸制御回路及びサーボモータのみを示している）１５、主軸を駆動する主軸モータを制御する主軸制御回路１６、入出力回路１７が接続されている。又、軸制御回路１５にはサーボアンプ１８を介してサーボモータＭが接続されている。主軸制御回路１６には主軸アンプ１９を介して主軸モータ３２が接続されている。さらに、入出力回路１７には、工作機械の各送り軸及び主軸のモータ３１、３２に配置され、モータ温度を検出する各温度検出器Ｓｅから出力される検出温度が入力されている。
【００１４】
プロセッサ１１はメモリに記憶されたシステムプログラムに基づいて、工作機械を制御し、メモリ１２に格納された加工プログラムに基づいて、主軸、各送り軸のモータ３２，３１を駆動制御して加工を行う。各軸の軸制御回路１５は、プロセッサ１１から指令される移動指令と、各サーボモータに設けられた位置・速度検出器（図示省略）からの位置、速度のフィードバック、さらにサーボアンプ内の電流検出手段（図示せず）からフィードバックされる電流フィードバックＩｆに基づいて、位置、速度、電流のループ制御処理を行いサーボアンプ１８を介して各サーボモータ３１を駆動制御する。又、主軸制御回路も、プロセッサ１１から指令された速度指令と図示していない主軸位置速度を検出するポジションコーダからのフィードバック及び主軸アンプ内の電流検出手段（図示せず）からフィードバックされる電流フィードバックＩｆに基づいて速度、電流のループ制御処理を行い、主軸アンプ１９を介して主軸モータ３２を駆動制御する。この各軸サーボモータの制御、主軸モータの制御も従来と同一である。また、プロセッサ１１は、軸制御回路１５、主軸制御回路１６を介して各電流検出手段からの電流フィードバックＩｆを読み取ることができるものである。
【００１５】
図３は、本発明の第１の実施形態の温度異常検出処理のフローチャートである。数値制御装置１０のプロセッサ１１は、この図３に示す処理を所定周期毎実行するものである。この第１の実施形態では、主として周囲温度の変化を検出するもので、工作機械の各送り軸を駆動するサーボモータ及び主軸を駆動する主軸モータのいずれか１つを代表として選択し、そのモータの駆動電流から推定されるモータ温度Ｔｍと該モータに配置された温度検出器Ｓｅで検出される温度Ｔｓとの差に基づいて、主に周囲温度の変化を検出するものである。
【００１６】
まず、モータ（３１又は３２等）に配設された温度検出器Ｓｅで検出された温度Ｔｓを読み出す（ステップａ１）。又、該モータの駆動電流である電流フィードバックＩｆを読み出す（ステップａ２）。この読み出した電流フィードバックＩｆより発熱量Ｑ＝Ｋ・Ｉｆ2を算出する（ステップａ３）。モータ温度Ｔｍは発熱量Ｑの関数となることが知られており、この発熱量Ｑからモータ温度Ｔを求める算出式Ｔｍ＝ｆ（Ｑ）にステップａ３で求めた発熱量を代入することによってモータ温度Ｔｍを求める（ステップａ４）。この発熱量Ｑからモータ温度Ｔｍを求める点は、先に示した特許文献４に開示されている発熱量から巻線温度を求める関数に基づいて、発熱量Ｑから巻線温度を求め該巻線温度に係数を乗じることによってモータ温度Ｔｍを求めることができる。
【００１７】
ステップａ４で求めた推定モータ温度Ｔｍとステップａ１で検出した検出温度Ｔｓとの差の絶対値を温度差ΔＴ＝｜Ｔｍ−Ｔｓ｜として求める（ステップａ５）。  
この温度差ΔＴが閾値α以下か判断し（ステップａ６）、閾値α以下ならば当該周期の処理を終了する。以下、所定周期毎ステップａ１〜ステップａ６の処理を繰り返し実行する。しかし、ステップａ６で、温度差ΔＴが閾値αを越えていると判断された場合には、アラームを出力し、表示器／入力手段１３の表示画面等に周囲温度変化等を知らせる警告等を表示する（ステップａ７）。
【００１８】
工作機械を運転し、その運転途中でステップａ７によるアラームが発生した場合、上述したように、図２（ｂ）に示すような周囲温度が変化したことによるアラームであり、このアラーム発生によってオペレータは、周囲温度が変化したことを知ることができる。一方、工作機械運転開始の始めの段階でステップａ７のアラームが発生した場合は、図２（ｃ）に示すような、この温度検出器が異常であると推定することができる。
【００１９】
以上のように、１つのモータを代表として選択し、該モータに取り付けられた温度検出器で検出した温度Ｔｓと該モータ駆動電流（電流フィードバック）Ｉｆによって推定されるモータ温度Ｔｍからは、主として周囲温度の変化を検出できるものである。工作機械運転開始の最初の段階から、アラームを発生するときのみ温度検出器異常を疑い、検出できるものである。しかし、工作機械の運転途中において、温度検出器が異常になったときには、同様にアラームが発生することから、温度検出器異常か、周囲温度変化が発生したかを該アラームだけでは明確には区別できないという問題がある。
【００２０】
そこで、工作機械の送り軸、主軸を駆動する２つのモータに対して図３に示す温度異常検出処理を実行させれば、周囲温度が変化したときは、２つ以上のモータに対する図３に示す温度異常検出処理によって概略同時刻アラームが発生することから、周囲温度変化を検出することができる。又、２つの温度検出器が同時に異常となることは、まずないので、いずれか一方のモータにおいてアラームが発生した場合には、そのモータの温度検出器が異常であることを検出することができる。
【００２１】
さらには、例えば、工作機械の送り軸、主軸を駆動する全てのモータに対して、図３に示す温度異常検出処理を実行すれば、１つの温度異常検出処理からアラームが発生し、他からは発生しない場合は、そのモータの温度検出器が異常と判断でき、他のモータの温度異常検出処理の大半からアラームが発生すれば、周囲温度変化として検出することができる。
【００２２】
図４は、本発明の第２の実施形態の温度異常検出処理のフローチャートである。数値制御装置１０のプロセッサ１１は、この図４に示す処理を所定周期毎実行するものである。この第２の実施形態では、工作機械の周囲温度変化とモータ温度を検出する温度検出器の異常を区別して検出するものである。
【００２３】
この第２の実施形態では各送り軸を駆動するサーボモータ及び主軸モータに配置された温度検出器の異常及び周囲温度の変化を検出するものである。
【００２４】
まず、各モータに配設された温度検出器Ｓｅで検出された温度Ｔｓｉ（ｉ＝１．２…ｎで、Ｔｓ１〜Ｔｓｎを意味する）を読み出す（ステップｂ１）。なお、モータ及び温度検出器はｎ台あるものとしている。次に、各モータの駆動電流である電流フィードバックＩｆｉを読み出す（ステップｂ２）。この読み出した電流フィードバックＩｆｉより発熱量Ｑｉ＝Ｋ・Ｉｆｉ2を算出する（ステップｂ３）。この発熱量Ｑｉより、発熱量からモータ温度を求める算出式に基づいてモータ温度Ｔｍｉを求める（ステップｂ４）。
【００２５】
ステップａ４で求めた推定モータ温度Ｔｍｉとステップａ１で検出した検出温度Ｔｓｉとの差の絶対値を温度差ΔＴｉ＝｜Ｔｍｉ−Ｔｓｉ｜として求める（ステップｂ５）。  
この温度差ΔＴｉの最大値と最小値の差が第１の閾値β以下か判断し（ステップｂ６）、閾値βを越えている場合は、検出温度差ΔＴｉにばらつきがあることを意味し、周囲温度変化によるときは、全てのモータに対する温度差は同等に周囲温度の影響を受けてほぼ同等の温度差となることから、この場合は、温度検出器異常としてアラームを出力し、表示器／入力手段１３の表示画面に表示する（ステップｂ１０）。この場合、全ての温度検出器から検出された検出温度を表示することによって、異常発生の温度検出器が判断できるようにする。
【００２６】
又、ステップｂ６で、温度差ΔＴｉの最大値と最小値の差が閾値β以下かと判断された場合には、該温度差ΔＴｉの平均値ΔＴ’（＝ΣΔＴｉ／ｎ）を求め（ステップｂ７）、該平均値ΔＴ’が第２の閾値γ以下か判断する（ステップｂ８）。  
平均値ΔＴ’が第２の閾値γ以下の場合には当該周期の処理を終了する。しかし、平均値ΔＴ’が第２の閾値γを越える場合には、周囲温度変化を示す信号を出力し、表示器／入力手段１３の表示画面に周囲温度が変化したことを知らせる表示を行う（ステップｂ９）。  
以上のとおり、この第２の実施形態では、モータ温度を検出する温度検出器の異常と工作機械の周囲温度の変化を区別して検出できるものである。
【００２７】
なお、上述した各実施形態においては電流フィードバックＩｆ値より発熱量Ｑを求め、この発熱量Ｑよりモータ温度Ｔｍを求める算出式よりモータ温度Ｔｍを求めたが、予め当該モータの駆動電流（電流フィードバック値）から求められる各発熱量Ｑに対するモータ温度Ｔｍを予め測定し、それを各発熱量Ｑに対するデータとしてメモリ１２に設けたテーブルに記憶しておき、図３に示す処理のステップａ４、図４に示す処理のステップｂ４では、算出式によって発熱量Ｑからモータ温度Ｔｍを求める代わりに、記憶したテーブルのデータによって求めるようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態を構成する工作機械の要部概要図である。
【図２】本発明の作用原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における温度異常検出処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態における温度異常検出処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  数値制御装置
３０  工作機械本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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