(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータで駆動される作業用スピンドルと、離れている保護装置とを備えた工作機械の監視手順において、
ａ）前記作業用スピンドルに装着された工具の実際の質量慣性モーメントは、測定値にもとづいて決定され、所定の工具データから前記工具に対して計算された質量慣性モーメントと比較され、
ｂ）前記作業用スピンドルに装着された前記工具の所定のパラメータは、この工具の保護装置の強度によって決まる最大パラメータと比較され、
ｃ）前記作業用スピンドルは、前記実際の質量慣性モーメントと前記計算された質量慣性モーメントが一致するとともに、前記所定のパラメータが前記保護装置の強度により予め決定された前記最大パラメータと比較して小さいか等しい場合にのみ、所定のセット回転速度で起動され、
る監視手順。
【請求項２】
請求項１記載の監視手順であって、前記所定のパラメータは工具直径であり、前記最大パラメータはプログラムされた回転速度に対して予め決定された最大直径であることを特徴とする監視手順。
【請求項３】
請求項１記載の監視手順であって、前記所定のパラメータは前記作業用スピンドルの所定の回転速度であり、前記最大パラメータは工具直径によって決まる最大回転速度であることを特徴とする監視手順。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の監視手順であって、前記実際の質量慣性モーメントと前記計算された質量慣性モーメントとの間に相違がある場合及び／又は前記最大パラメータ以上になった場合、前記作業用スピンドルの前記駆動装置を停止し、及び／又はエラーメッセージを発行することを特徴とする監視手順。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の監視手順であって、前記作業用スピンドルに装着された前記工具の前記実際の質量慣性モーメントは、前記工具が所定の回転速度に加速される間に測定された前記加速時間にもとづいて決定されることを特徴とする監視手順。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の監視手順であって、前記作業用スピンドルに装着された前記工具の前記実際の質量慣性モーメントは、測定によって得られた前記工具の寸法にもとづいて決定されることを特徴とする監視手順。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の監視手順であって、前記作業用スピンドルを所定の基準回転速度に加速する間に前記スピンドル駆動装置により測定された電流の上昇が、工具が装着されていないときの作業用スピンドルの前記加速中に生じる基準曲線の上方にある場合にのみ、前記作業用スピンドルは、前記所定のセット回転速度で動作するように起動されることを特徴とする監視手順。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の監視手順であって、前記作業用スピンドルを所定の基準回転速度に加速する間に測定されたアンバランスが、アンバランスの最大許容値以下である場合にのみ、前記作業用スピンドルは、前記所定のセット回転速度で駆動されることを特徴とする監視手順。
【請求項９】
モータで駆動される作業用スピンドルと、離れている保護装置とを備えた工作機械の監視設備であって、
−  前記作業用スピンドルに装着された工具の測定によって決定された質量慣性モーメントと、所定の工具データから前記工具に対して計算された質量慣性モーメントを比較する装置と、
−  前記作業用スピンドルに装着された前記工具の所定のパラメータと、前記保護装置の強度に依存する前記工具に対する最大パラメータを比較する装置と、
−  実際の質量慣性モーメントが前記計算された質量慣性モーメントと一致するとともに、前記所定のパラメータが、前記保護装置の強度に依存する最大パラメータと比較して小さいか等しい場合、前記作業用スピンドルの所定のセット回転速度での起動を許可する装置と、
を備えた監視設備。
【請求項１０】
請求項９記載の監視設備であって、所定の基準回転速度に加速する間に、駆動モータの単位時間当たりの電流消費量を検出する装置を含むことを特徴とする監視設備。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の監視設備であって、前記作業用スピンドルに装着された工具の許容不能なアンバランスを検出する装置を含むことを特徴とする監視設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータで回転する作業用スピンドルと、離れている保護装置とを備えた数値制御工作機械の監視手順および監視設備に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
作業者を保護するため、数値工作機械は、工具、工作物または断片（tools, work or fragments）が作業者に向かって飛散する危険を防止することを意図したパーティッション仕切りや保護室（protection booths）を装備することが通例になっている。しかし、そのような仕切りや保護室の検査用ウインドウの強度は限定されている。しばしば保護装置を移動させる必要があるので、保護装置の厚さにも限りがある。工作機械のプログラムが正しくなかったり、誤操作をすると、作業者の危険につながる運転条件が発生する。したがって、たとえば、プログラムが正しくなかったり、正しくない回転速度が入力されたために破断が生じると、離れている保護装置が衝撃に耐えることができないほど高いエネルギーによって、フライス盤の交換可能なカッターの斜め刃（bezel）が工具ホルダーから飛散することがありうる。
【０００３】
【課題を解決する手段】
本発明の目的は、工作機械の安全性を改善することを可能にする監視手順および監視設備を提供することである。
【０００４】
この目的は、請求項１及び請求項９に記載の監視手順および監視設備によって達成される。
【０００５】
本発明によれば、作業用スピンドル（work spindle）に装着されている工具の実際の質量慣性モーメント（mass inertia moment）は、測定にもとづいて決定され、当該工具の所定のデータから計算された質量慣性モーメントと比較される。このように、NC制御装置に投入された工具のジオメトリ（幾何的）・データと、作業用スピンドルに装着された工具のデータが一致するか否か、つまり、たとえば、直径の誤った値が投入またはプログラムされたか否かを検証することが可能である。処理データを選択して、装着された工具の所定のパラメータと、離れている保護装置の強度に依存する最大パラメータを比較することにより、飛散する部品によって生じるかも知れない衝突に安全装置が耐えられるか否かを決定することが可能である。実際の質量慣性モーメントと、計算された質量慣性モーメントが一致するとともに、所定のパラメータが、保護装置の強度によって予め決定されている所定の最大パラメータと比較して小さいか等しい場合、作業用スピンドルは、希望回転速度だけで回転する。このように、工具の直径と回転速度の誤った入力データを識別することが可能であるため、作業用スピンドルの回転速度は許容値に制限されるか、または作業用スピンドルを停止してエラーメッセージを発行する。
【０００６】
本発明の有利な実施例は、添付の特許請求の範囲中の従属請求の範囲に示されている。
【０００７】
たとえば、所定のパラメータは、プログラムされた回転速度によって決まる最大直径と比較される工具の直径を投入してもよいという利点がある。しかし、この所定のパラメータは、工具の直径によって決まる最大回転速度と比較される作業用スピンドルの希望回転速度を投入してもよい。
【０００８】
実際の質量慣性モーメントと計算された質量慣性モーメントとの間の相違がある場合かつ（または）最大パラメータ以上になった場合は、作業用スピンドルの駆動装置を停止かつ（または）エラーメッセージを発行するという利点がある。
作業用スピンドルの回転速度を、許容値に減速してもよい。
【０００９】
作業用スピンドルに装着された工具の実際の質量慣性モーメントは、工具の回転速度が所定の基準値に加速される間に測定される加速時間にもとづいて特に容易に計算することができる。工作機械が、たとえば、作業用スピンドルに装着された工具の測定値を決定する機械的または光学的システムを備えている場合、実際の質量慣性モーメントは、上に説明したように決定された工具のデータから計算され、質量慣性モーメントの投入値から計算された質量慣性モーメントと比較される。実際の質量慣性モーメントは、どちらの方法によっても高度な信頼度で計算可能である。
【００１０】
本発明の更に有利な実施例では、最初に作業用スピンドルが所定の基準回転速度に加速され、その間に駆動モータの電流上昇が測定される。この電流の上昇と、工具を装着しないときの作業用スピンドルの加速中に得られる基準値を比較することにより、作業用スピンドルに工具が装着されているか否かを検証することが可能である。工具が作業用スピンドルに装着されていない場合は、駆動装置を停止して、エラーメッセージを発行することができる。
【００１１】
更に有利な実施例は、作業用スピンドルの回転速度を所定の測定された回転速度の基準値に加速する間に、測定されたアンバランスが最大許容アンバランス以下である場合にのみ、作業用スピンドルを所定の希望回転速度で駆動するという特徴がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付の図面に言及した実施例の説明から、本発明の更なる詳細と利点を明らかにする。
【００１３】
図１から図４は、たとえば、ＮＣ操作１００および数値制御操作２００を備えた工具自動交換装置および保護室のある汎用数値制御フライス・ドリル盤（numerically controlled universal milling and drilling machine）の場合に実行される自動監視動作の個別の処理を示す。
【００１４】
図１が示すとおり、ＮＣプログラム入力１００とＮＣプログラムの入力１０１は、マシンへの直接プログラミングまたは既存のプログラムのＮＣ制御装置への入力を介して実行される。同時に、工具の格納装置に配置された工具のジオメトリ工具データの格納１０２が実行される。ＮＣプログラムのスタート１０３に続いて、工具交換１０４が実行され、対応する工具自動交換装置の起動によって、必要な工具を作業用スピンドルに誘導する。同様に、手動操作による運転２００の場合は、工具格納装置に配置された工具、または手動で挿入された工具のジオメトリ・データがＮＣ制御装置に格納される。作業者が投入した対応制御コマンドによって工具自動交換２０１が実行され、必要な工具が作業用スピンドルに誘導される。
【００１５】
ＮＣプログラム、あるいは作業者による工具変更手順１０４または２０１のいずれかによって起動した工具交換が完了すると、ステップ３００により、作業用スピンドルは基準回転速度に加速される。駆動モータによる電流の上昇は時間の関数として測定され、工作機械の制御装置に格納されている、工具を装着しないときの作業用スピンドルの加速に対する基準曲線と比較される。
【００１６】
図５は、工具を装着したときと装着しないときの作業用スピンドルの加速中の代表的な電流の流れを示す。図５に見える下方の曲線は、工具を装着しないときの作業用スピンドルの加速中の電流上昇を示す。この曲線は、基準曲線として制御装置に格納される。一方、図５に示す上方の曲線は、工具を装着したときの作業用スピンドルの加速中の電流の流れを示す。
【００１７】
実際に決定した加速曲線と、制御装置に格納された基準曲線を比較することにより、工具が作業用スピンドルに装着されているか否かを検証することが可能である。
【００１８】
たとえば、図２のとおりステップ３０１で実行された検証が、ステップ３００で測定された電流が、基準曲線の上方の許容範囲にないことを示している場合は、作業用スピンドルに工具が装着されていないと想定され、ステップ３０２で作業用スピンドルの駆動装置を停止し、エラーメッセージを発行する。しかし、測定した電流の上昇が許容範囲内にあるときは、ステップ３０３の第１の評価（アセスメント）によって、工具が作業用スピンドルに装着されていると想定される。
【００１９】
次のステップ３０４では、作業用スピンドルの加速中に測定された値にもとづいて、作業用スピンドルに装着された工具の実際の質量慣性モーメントJ1が計算される。次式、
【数１】
0004644341.tif 000002
を使用すると、たとえば、モータのモーメントＭが一定のときの所定の基準値ｎに工具を加速する間に測定された加速時間ｔによって、全質量慣性モーメントJgesを計算することが可能である。
【００２０】
全質量慣性モーメントJgesは、次式、
【数２】
0004644341.tif 000003
のとおり、モータの慣性モーメントJM、スピンドルの慣性モーメントJS、工具の慣性モーメントJ1および、たとえば、工具のテンション・ジャッキなど、加速されるその他の質量の慣性モーメントの合計である。したがって、測定された全慣性モーメントJgesから、モータの慣性モーメントJM、スピンドルの慣性モーメントJSなどを減算することにより、作業用スピンドルに装着された工具の実際の慣性モーメントJ1を計算することが可能である。
【００２１】
次のステップ３０５では、作業用スピンドルに装着された工具の、ＮＣ制御装置に格納されているジオメトリ・データから質量慣性モーメントJ2が計算され、ステップ３０６で、ステップ３０４で決定された質量慣性モーメントJ1と比較される。質量慣性モーメントJ1およびJ2が相互に違っていると、ステップ３０２で作業用スピンドルの駆動装置を停止し、エラーメッセージを発行する。
【００２２】
質量慣性モーメントJ1およびJ2が相互に一致していると、図３に示すように、次のステップ３０７で、作業用スピンドルに装着されている工具のアンバランスが検証される。この検証は、自動車で使用されるタイプのノッキング・センサによって実行される。測定されたアンバランスが、最大許容値以上の場合、次ステップ３０８で作業用スピンドルを停止し、エラーメッセージを発行する。しかし、測定されたアンバランスが許容範囲内の場合は、検証が続行する。
【００２３】
工具を機械的にまたは光学的に測定する装置を別に備えている工作機械の場合は、安全の検証を更に追加して実行することができる。この手順の過程で、前記データの測定３０９によって決定された工具データから、質量慣性モーメントJ3がステップ３１０で計算され、次に続くステップ３１１で、ＮＣ制御装置に格納されている工具データから、ステップ３０５で計算されている質量慣性モーメントJ2と比較される。それぞれの質量慣性モーメントJ2およびJ3の間の相違がある場合、ステップ３０８で作業用スピンドルを停止し、エラーメッセージを発行する。
【００２４】
質量慣性モーメントJ2およびJ3が相互に一致している場合は、図４に示すように、ステップ３１２で、保護室の抑止容量つまり抑止エネルギー
【外１】
0004644341.tif 000004
から、工具の最大許容直径dmaxが回転速度の関数として計算される。この場合、保護室は、破損することなく或る量のエネルギーを吸収することができると仮定されている。このエネルギーは、所定の発射物体（projectile）を使用するショット試験（shot trials）によって決定される。
【００２５】
たとえば、１２ｍｍの厚さのポリカーボネートのシートの検査用ウインドウは、１回に１１００Ｎｍのエネルギーを吸収することができる。材料の経年変化から生じる強度の劣化を考慮すると、ポリカーボネートのシートの最大抑止エネルギーを５００Ｎｍと仮定してもよい。この最大抑止エネルギーを使用すると、工具の直径と、作業用スピンドルの回転速度ｎとの間の関係の計算は次式による。
【数３】
0004644341.tif 000005
【００２６】
飛散する部品の質量ｍが０．１ｋｇであると仮定すると、プログラムされた希望回転速度nsollの最大許容直径dmaxを計算することができる。
【００２７】
図６は、標準ショットが０．１ｋｇの動作における異なる抑止エネルギーに対する工具の最大許容直径と、スピンドルの最大回転速度との間の関係を示す。
【００２８】
ステップ３１２で計算された最大直径dmaxは、次ステップ３１３で測定かつ（または）格納された工具直径と比較される。測定かつ（または）格納された工具直径が最大許容値以上の場合、次ステップ３１４で作業用スピンドルを停止し、エラーメッセージを発行する。これ以外の場合、プログラムされた回転速度nsollがステップ３１５でリリースされる。
【００２９】
すぐ上の関係から、所定の工具直径に対する作業用スピンドルの最大回転速度を同じように決定するとともに、その回転速度とプログラムされた回転速度を比較することも可能である。
【００３０】
プログラムされた回転速度nsollがリリースされると、後のステップ３１６で、回転速度nsollが、たとえば、格納の結果としての所定の限界値以下であるか否かを検証することが可能である。限界値以下の場合は、ステップ３１７でプログラムされた回転速度で作業用スピンドルを起動する。それ以外の場合は、ステップ３１８で作業用スピンドルを停止し、エラーメッセージを発行する。
【００３１】
本発明による検証によって、工具直径かつ（または）回転速度の誤った入力を検出するとともに、機械の作業者に生じる危険を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による監視手順の機能図を示す図。
【図２】本発明による監視手順の機能図を示す図。
【図３】本発明による監視手順の機能図を示す図。
【図４】本発明による監視手順の機能図を示す図。
【図５】工具を装着したときと装着しないときの作業用スピンドルの加速中に、駆動モータによる電流の上昇の代表的な過程を示す図。
【図６】工具の最大許容直径と、作業用スピンドルの最大許容回転速度との間の関係を、離れている保護装置の抑止容量の関数として示す図。
【符号の説明】
３０１  工具が作業用スピンドルに装着されていることの検証
３０２  スピンドルの停止とエラーメッセージの発行
３０３  第１の評価
３０４  第２の評価
３０５  ジオメトリ・データからの工具の質量慣性モーメントの計算
３０６  工具データと安全性の比較（Ｊ1とＪ2の比較）
３０７  第３の評価
３０８  スピンドルの停止とエラーメッセージの発行
３０９  第４の評価
３１０  測定値からと格納値からの工具の質量慣性モーメントの計算
３１１  工具データと安全性の比較（Ｊ2とＪ3の比較）
３１２  工具の許容直径値の計算
３１２  第５の評価
３１４  スピンドルの停止とエラーメッセージの発行
３１５  プログラムされた回転速度のリリース
３１６  スピンドル回転速度と限界値の比較
３１７  スピンドルの回転開始
３１８  スピンドルの停止とエラーメッセージの発行
【図１】
0004644341.tif 000006
【図２】
0004644341.tif 000007
【図３】
0004644341.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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