(57)【要約】本発明は、工作機械用の工具摩損および／または折損制御装置に関する。本発明の装置は、三つの、モーター（Ｍ）供給相が完全に通過する単一のユニット（Ｅ）内に、モーターに吸収される有効電力および／または有効電流を計測するのに必要な構成要素の全てを具備する。前記装置はまた、工具によってなされた最初の機械加工作業の間に確定された基準曲線との比較により、工具の摩損および／または折損を検出するデジタル手段を具備する。
2005500915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具駆動モーター（Ｍ）用の指令モジュール（Ｂ）および制御システム（Ａ）を備える工作機械用の工具摩損および／または折損看視装置であって、
前記モーター（Ｍ）用の三つの供給相が完全に通過する単一のモジュール（Ｅ）内に、前記モーターに吸収される有効電力および／または有効電流を計測するのに好適な全ての必要な要素を具備するとともに、
前記工具によってなされた最初の機械加工作業の間に確定された基準曲線との比較により、前記工具の摩損および／または折損を検出するためのデジタル手段を一体化してなることを特徴とする工作機械用の工具摩損および／または折損看視装置。
【請求項２】
前記モジュール（Ｅ）内では、電気的計測と前記工具の摩損および折損を看視するための前記手段とは、電気的におよび／または電磁的に分離されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記工具駆動モーター用の前記制御システム（Ａ）と、電気的計測のための、および前記工具の摩損および折損を看視するための前記モジュール（Ｅ）とが、一つの同じアセンブリ内に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記指令モジュール（Ｂ）と、電気的計測のための、および前記工具の摩損および折損を看視するための前記モジュール（Ｅ）とが、一つの同じアセンブリ内に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記指令モジュール（Ｂ）と、前記工具駆動モーター用の前記制御システム（Ａ）と、電気的計測のための、および前記工具の摩損および折損を看視するための前記モジュール（Ｅ）とが、一つの同じアセンブリ内に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
工具の摩損、失跡および折損をデジタル看視する前記手段は、いかなるタイプの機械加工作業においても、特に、一つの同じモーターに付く複数の工具を用いた機械加工作業、旋削およびきめの粗い加工物の処理において、欠陥（工具損傷、工具失跡、低劣な加工物位置決め、あるいは機械の故障）を検出するため、電力、電力量（前記電力の積分）および前記電力の微分係数を同時に使用することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相ネットワークのパラメーター、特に、電圧、電流、位相ずれ、および周波数を計測する手段の技術分野に関する。その目的は、有効電力、電力量、電気トルク、有効電流、無効電流などのような特徴的物理量を計算することである。
【背景技術】
【０００２】
適切なソフトウエアなどと組み合わせて所望の式をそれなりに計算するためには、特に、上記のさまざまなパラメーターを別個の手法で計測可能なことが重要であると理解されている。
【０００３】
この問題を解決するのに好適で有利な解決法は、仏国特許（特許文献１参照）の内容から明らかである。この特許は、ネットワークの相の少なくとも一つに関する電流を計測するのに好適な手段と、三つの単相電圧を得るために人工中立点(artificial neutral)を形成(recreate)するよう合成された電圧を計測するのに好適な手段と、を必要不可欠なものとして具備してなる三相ネットワークのパラメーターを計測するための装置に関する。
【特許文献１】
仏国特許第2,531,077号明細書
【０００４】
この計測装置は、特に同期あるいは非同期の三相モーターを備えた工作機械の工具の摩損および／または折損の看視に関して、特に有利な応用が見出された。この装置は、前記工具の状態を確認するため、工具保持スピンドルを駆動するためのモーターに吸収される電力および電力量の計測に用いられる。特に、たとえば二つの機械加工作業が、同一の工具を用いて同じ条件下で実施された際、吸収される電力量が同じになることは明白である。他方、工具の摩損は電力量を増大させる。学習サイクルの間、瞬間電力は装置によってメモリーに蓄えられる。実働サイクルの間、装置はリアルタイムで電力および電力量を計測し、かつそれを計算する。そして、それらを学習段階の間に吸収されたものと比較する。もし、実働サイクルで吸収された電力あるいは電力量が、特定の率で、メモリーに蓄えられた電力あるいは電力量よりも大きい場合、これは装置が工具の摩損あるいは折損を検出したことを意味する。
【０００５】
従来技術によれば、この工具摩損および折損看視装置は、モーターの指令および制御のために、そしてある電気的パラメーターの計測のために必要な他の要素あるいはモジュールから独立している。
【０００６】
たとえば、図1に示される形態においては、モーター（Ｍ）は、可変速度ドライブ、周波数変換器などのような制御システムを備えるモジュール（Ａ）によって、当業者には完全によく知られた手法で、三相ネットワーク（Ｒ）に接続されている。この制御モジュールそれ自身は、アナログリンクあるいはデジタルバス（ａ）を介して、デジタル指令モジュール（Ｂ）あるいは自動制御器のような他の指令設備に支配される。モジュール（Ａ）の出力側で、ネットワークの三相は、システム（ＣＡ）、すなわち電気的計測（電力、電流など）センサーに接続される。電気的計測センサー（ＣＡ）は、アナログリンクあるいはデジタルバス（ｂ）を介して、（Ｄ）のような工具摩損および折損看視装置に接続される。モジュール（Ｄ）は、ワイヤーリンクあるいはフィールドバス（ｃ）によって指令モジュール（Ｂ）に接続されている。
【０００７】
図２は当該技術の従来様式による他の形態を示すものであり、この図２では、電気的計測センサー（ＣＡ）は、もはや分離されておらず、モーター制御モジュールと一体化されている。他方、工具折損および看視装置に関するモジュール（Ｄ）は依然として独立している。
【０００８】
ヨーロッパ特許（特許文献２参照）では、操作のために必要な学習曲線あるいは較正曲線を使用せずに、工具の限界状態の検出を行うことが提案されている。この目的のため、直前のわずかな瞬間の間に計算された電流の平均値（動的プリセット値）と、電流の瞬間値との間の差が計測される。こうして確定されたこの差は、その後、限界状態を検出するため固定値（プリセット値）と比較される。
【特許文献２】
ヨーロッパ特許第0969340号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
当該技術のこの様式から出発すると、本発明が解決しようとする課題は、設置および配線を容易にすること、電気キャビネット内での工具摩損および／または折損看視システムの必要容積を削減すること、およびセンサーと看視装置との間の計測伝達に関係する欠点を排除することである。こうした条件のもとでは、自動指令制御器を直接、単一のシステムすなわち電気的計測および工具摩損および／または折損看視器に接続することを可能にする一方で、自動制御器、工具摩損および折損看視器、および電気的計測システムからなるアセンブリの信頼性、速度および正確さを増大させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そうした問題を解決するため、指令モジュールおよび工具駆動モーター用の制御システムを備える、工作機械用の工具摩損および折損看視装置が設計され、そして精密に調整された。
【００１１】
本発明によれば、装置は、モーター用の三つの供給相が完全に通過する単一のモジュール内に、モーターに吸収される有効電力および／または有効電流を計測するのに好適な全ての必要な要素を具備するとともに、工具によってなされた最初の機械加工作業の間に確定された基準曲線との比較により、この工具の摩損および／または折損を検出するためのデジタル手段を一体化している。
【００１２】
電気的量計測の統合と、工具の摩損および折損の看視とのためには、そうしたコンパクトさゆえに起きやすい誤動作のリスクが限度以下になるよう、計測レベルで電力信号の存在が剰余(remainder)を乱さないことが重要である。
【００１３】
そうした問題を解決するため、電気的計測モジュールと、工具摩損および折損のデジタル看視手段とは、電気的におよび／または電磁的に分離させられる。
【００１４】
さまざまな機能を最大限に統合可能にするという本発明の基本的思想から出発すると、
工具駆動モーター用の制御システムと、電気的計測のための、そして工具の摩損および折損を看視するためのモジュールとが、一つの同じアセンブリ内に一体化されるか、
あるいは、指令モジュールと、電気的計測のための、そして工具の摩損および折損を看視するためのモジュールとが、一つの同じアセンブリ内に一体化されるか、
あるいは、指令モジュールと、工具駆動モーター用の制御システムと、電気的計測のための、そして工具の摩損および折損を看視するためのモジュールとが、一つの同じアセンブリ内に一体化される。
【００１５】
摩損、工具折損、あるいは工具失跡の全ての事態の検出に関する、提案された問題を解決するため、工具の摩損、失跡および折損のデジタル看視のための手段は、いかなるタイプの機械加工作業においても、特に、一つの同じモーターに付く複数の工具を用いた機械加工作業、旋削およびきめの粗い(rough)加工物の機械加工において、欠陥（工具損傷、工具失跡、低劣な加工物位置決め、あるいは機械の故障）を検出するため、電力、電力量（電力の積分）および電力の微分係数を同時に使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
【００１７】
図１に示されるように本発明に係る装置は、モーター（Ｍ）用の制御システムを形成し、たとえば可変速度ドライブ、周波数変換器などを一体化するモジュール（Ａ）を具備する。モーター（Ｍ）は、たとえば工作機械スピンドル用の駆動モーターからなる。
【００１８】
示されるように、公知の手法で、このモジュール（Ａ）は、デジタル指令モジュール（Ｂ）あるいはプログラム可能な自動制御器のような他の指令システムに支配される。モジュール（Ａ）とモジュール（Ｂ）との間のリンクは、デジタルバスあるいはアナログリンク（ａ）によってもたらされる。
【００１９】
本発明によれば、モジュール（Ａ）の出力側で、モーター（Ｍ）用の三相供給ネットワーク（Ｒ）は、電気的量（電力、電流など）の計測手段（ＣＡ）と、モーター（Ｍ）の指揮のもと、工具によってなされる最初の作業の間に確定された学習電力曲線との比較により工具の摩損および折損を看視するデジタル手段（Ｄ）と、を一体化するモジュール（Ｅ）によって遮られる。
【００２０】
モジュール（Ｅ）は、フィールドバスあるいはワイヤーリンク（ｃ）によって指令モジュール（Ｂ）に接続されている。
【００２１】
したがって、これにより、電気的量の計測機能と、工具の摩損および折損のデジタル看視機能とがモジュール（Ｅ）内で一体化される。
【００２２】
この一体化のためには、モーターを制御する三相電力信号の存在により看視機能が妨害されるのを、どのようにして抑止するかという問題を解決する必要があった。この目的のため、計測を遂行し、かつそれをデジタル化するのに適したシステム（ＣＡ）は、互いに電気的に分離（ｇ）した二つの部分（ＣＡ１）および（ＣＡ２）として設計された。
電流および電圧についてのアナログ量の捕捉（ＣＡ１）は、たとえば電流用の分流器および電圧用の抵抗ブリッジのような適切な装置による。
信号の増幅、整形、およびデジタル化（ＣＡ２）は、工具の摩損および折損の看視のために、それらを利用するのが目的である。
【００２３】
デジタル化された電気的信号は、三相電力ネットワークから電気的に分離されているので、工具の摩損および折損のデジタル看視（Ｄ）が受ける唯一の障害は電磁源であり、しかもこれは、モーターの制御中に出現する電流の激しい変化によって生成される。
【００２４】
これを回避するため二つの方法が採用された。
電磁スクリーン（ｃ）が、計測モジュール（ＣＡ）と看視（Ｄ）との間に介在させられた。
マイクロプロセッサーに替わるマイクロ制御器の使用は、システムを電磁的障害から保護する。これは、プロセッサー、プログラムメモリー、およびユーザースタックを、一つの同じ電気的コンポーネント内に一体化したことによる。
【００２５】
この基本的思想から出発すると、モジュール（Ａ）および（Ｅ）は、一つの同じアセンブリ内に一体化できる。一つの同じアセンブリ内に一体化されるモジュール（Ｂ）および（Ｅ）についても同様である。最後に、他の実施形態によれば、総体的な一体化のために、モジュール（Ａ）、（Ｂ）および（Ｅ）は、一つの同じアセンブリ内に一体化される。
【００２６】
計測部と処理部との間の要素（コンピューターネットワーク、ワイヤーリンクなどのような）の排除は、電力および／または電流の計測の質を向上（より高いサンプリング速度、伝送不調の排除など）させる。このメリットを利して、他の物理的量、すなわち電力のおよび／または電流の微分係数を利用することが可能である。
【００２７】
ここまでは、工具の摩損および折損看視チェックは、電力量を計測することにより工具の摩損および失跡を、電力を計測することにより工具の損傷および失跡を検出した。
【００２８】
しかしながら、電力量および電力のみを用いる、チップが嵌め込まれた工具（フライスカッター、穴ぐりバイト）あるいは多工具ヘッド（同じモーターによって駆動される１０ドリル）の管理は、チップあるいは工具の損傷を検出するのに十分なほどの信頼性がない。
【００２９】
電力、電力量および上記微分係数による看視の同時組み合わせは、かなりの程度まで、工具の摩損および／または折損の検出を改善する。
【００３０】
上記微分係数の利点は、複合工具を用いた中ぐり、穴あけ、およびマルチ工具ヘッドを用いたタップ立ての場合に傑出したものとなる。これらは、工具の損傷が電力に唯一小さな変化を引き起こす作業である。この利点はまた、きめの粗い加工物をフライス加工および旋削する場合にも傑出したものとなる。なぜなら、吸収される電力の振幅が、ある加工物と他のものとでは大きく変化するからである。使用される微分係数による看視は、電力の小さな素早い変化（フライスカッターにおけるチップ単体の損傷、マルチ工具ヘッドにおける一つの工具の損傷など）を増幅するとともに、きめの粗い原料における差異に起因する変化を取り除く。したがって上記微分係数は、こうした機械加工作業中の、工具あるいはチップの損傷についての信頼性の高い検出を可能にする。
【００３１】
一方、他の二つの看視チェック（電力あるいは電力量）のただ一つとともに微分係数を使用するのは、摩損、折損あるいは失跡の全ての事態を検出するのには十分ではない。検出の信頼性が保証されるのは、三つの看視チェックを同時に組み合わせた場合だけである。
【００３２】
有利な点は上記記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】当該技術の従来様式に従った、指令、看視およびモーターの電気的量の計測を示す概略図である。
【図２】当該技術の従来様式に従った他の解決法を示す図１に類似の図である。
【図３】本発明の装置に内在する特徴に従った、指令、看視およびモーターのある電気的量の計測を示す概略図である。
【図４】たとえば工作機械スピンドルの工具の摩損および／または折損を検出するのに好適な単一モジュールをさらに詳しく示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ  モジュール
Ｂ  デジタル指令モジュール
ＣＡ  電気的量の計測手段
Ｄ  工具摩損および折損看視デジタル手段
Ｅ  モジュール
Ｍ  モーター
Ｒ  三相供給ネットワーク
ａ  デジタルバスあるいはアナログリンク
ｃ  フィールドバスあるいはワイヤーリンク
ｅ  電磁スクリーン
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2005500915.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005500915.tif 000020
2005500915.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月27日(2003.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具駆動モーター（Ｍ）用の指令モジュール（Ｂ）および制御システム（Ａ）を備え、前記装置は、前記モーター（Ｍ）用の三つの供給相が完全に通過する単一のモジュール（Ｅ）内に、前記モーターに吸収される有効電力および／または有効電流を計測するのに好適な全ての必要な要素を具備している工作機械用の工具摩損および／または折損看視装置であって、
いかなるタイプの機械加工作業においても、特に、一つの同じモーターに付く複数の工具を用いた機械加工作業、旋削およびきめの粗い加工物の処理において、前記工具によってなされた最初の機械加工作業の間に確定された基準曲線との比較により、欠陥（工具損傷、工具失跡、低劣な加工物位置決め、あるいは機械の故障）を検出する、電力、電力量（前記電力の積分）および前記電力の微分係数を同時に使用する、前記工具の摩損、失跡および折損のデジタル看視手段を一体化してなることを特徴とする工作機械用の工具摩損および／または折損看視装置。
【請求項２】
前記モジュール（Ｅ）内では、電気的計測と前記工具の摩損および折損を看視するための前記手段とは、電気的におよび／または電磁的に分離されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記工具駆動モーター用の前記制御システム（Ａ）と、電気的計測のための、および前記工具の摩損および折損を看視するための前記モジュール（Ｅ）とが、一つの同じアセンブリ内に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記指令モジュール（Ｂ）と、電気的計測のための、および前記工具の摩損および折損を看視するための前記モジュール（Ｅ）とが、一つの同じアセンブリ内に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記指令モジュール（Ｂ）と、前記工具駆動モーター用の前記制御システム（Ａ）と、電気的計測のための、および前記工具の摩損および折損を看視するための前記モジュール（Ｅ）とが、一つの同じアセンブリ内に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そうした問題を解決するため、指令モジュールおよび工具駆動モーター用の制御システムを備える、工作機械用の工具摩損および折損看視装置が設計され、そして精密に調整された。この装置は、工具駆動モーター用の指令モジュールおよび制御システムを備え、前記装置は、モーター用の三つの供給相が完全に通過する単一のモジュール内に、モーターに吸収される有効電力および／または有効電流を計測するのに好適な全ての必要な要素を具備する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明によれば、装置は、いかなるタイプの機械加工作業においても、特に、一つの同じモーターに付く複数の工具を用いた機械加工作業、旋削およびきめの粗い加工物の処理において、工具によってなされた最初の機械加工作業の間に確定された基準曲線との比較により、欠陥（工具損傷、工具失跡、低劣な加工物位置決め、あるいは機械の故障）を検出する、電力、電力量（電力の積分）および電力の微分係数を同時に使用する、工具の摩損、失跡および折損のデジタル看視手段を一体化している。これらの特徴が、工具の摩損、折損あるいは失跡の全ての事態の検出を可能にする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2005500915.tif 000022
2005500915.tif 000023
2005500915.tif 000024
2005500915.tif 000025