(57)【要約】  本発明は、工作装置（１２）と動力式送り機構（２５）とを備えた工作システム（１０）を、第１の材料と当該第１の材料とは異なる第２の材料とからなる加工物の機械加工の際に制御する方法に関するものであり、初めに、第１の材料に関して保管している第１機械加工パラメータを用い、工作システム（１０）により第１作動モードで加工物を機械加工する。第１作動モードで加工物の機械加工を開始した後に、初期機械加工進捗度合いを計測し、基準値として保管する。第１作動モードでの機械加工の際に、最新の機械加工進捗度合いを繰り返し計測し、予め設定された第１閾値と比較する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作装置（１２）と動力式送り機構（２５）とを備えた工作システム（１０）を、第１の材料（５５，５７）と当該第１の材料（５５，５７）とは異なる第２の材料（５６）とからなる加工物（５１）の機械加工の際に制御する方法であって、
初めに、前記第１の材料（５５，５７）に関して保管している第１機械加工パラメータを用い、前記工作システム（１０）により第１作動モードで前記加工物（５１）を機械加工する工程と、
前記第１作動モードで前記加工物（５１）の機械加工を開始した後に、前記工作装置（１２）の初期機械加工進捗度合い（ｖ１）を計測し、基準値（ｖｒｅｆ）として保管する工程と、
前記第１作動モードでの前記加工物（５１）の機械加工の際に、前記工作装置（１２）の最新の機械加工進捗度合い（ｖａｋｔ）を繰り返し計測し、第１閾値（Ｇ１）と比較する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記最新の機械加工進捗度合い（ｖａｋｔ）が、前記第１閾値（Ｇ１）により定まる範囲内にあるときには、前記工作システム（１０）により引き続き前記第１作動モードで前記加工物（５１）を機械加工することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最新の機械加工進捗度合い（ｖａｋｔ）が、前記第１閾値（Ｇ１）により定まる範囲外になると、前記工作システム（１０）を前記第１作動モードから第２作動モードに切り換え、前記第２の材料（５６）に関して保管している第２機械加工パラメータを用い、前記工作システム（１０）により前記第２作動モードで前記加工物（５１）を機械加工することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２作動モードで前記加工物（５１）を機械加工する際に、前記工作装置（１２）の最新の機械加工進捗度合い（ｖａｋｔ）を繰り返し計測し、第２閾値（Ｇ２）と比較することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記最新の機械加工進捗度合い（ｖａｋｔ）が、前記第２閾値（Ｇ２）により定まる範囲内にあるときには、前記工作システム（１０）により引き続き前記第２作動モードで前記加工物（５１）を機械加工することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記最新の機械加工進捗度合い（ｖａｋｔ）が、前記第２閾値（Ｇ２）により定まる範囲外になると、前記工作システム（１０）を前記第２作動モードから前記第１作動モードに切り換え、前記第１の材料（５５，５７）に関して保管している第１機械加工パラメータを用い、前記工作システム（１０）により前記第１作動モードで前記加工物（５１）を機械加工することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に記載のとおり、工作装置と動力式送り機構とを備えた工作システムを、第１の材料と当該第１の材料とは異なる第２の材料とからなる加工物の機械加工の際に制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械加工装置においては、例えばコンクリートや鋼鉄など、加工対象となる様々な材料について機械加工パラメータの調整が必要となる。個々の材料に対して調整される機械加工パラメータは、コンクリートや鉄などの様々な材料特性により、互いに大きく異なったものとなる。機械加工パラメータには、適切な加工工具に関するものだけでなく、例えば加工工具を回転軸周りに回転駆動する際のトルクや回転速度などが含まれる。
【０００３】
工作装置で適用可能な力を有効活用すると共に、加工工具の摩滅を抑制するため、作業者が、工作装置の加工パラメータを、加工工具と加工物の材料とに適合させようとすることが知られている。例えば、コアドリル装置の場合、駆動用モータのパラメータ、特に駆動力及び回転速度を、ドリルビット径に関連付けて設定する。経験不足の作業者が、工作装置のパラメータを様々な材料に適合させるために必要な知識を有していないということは、不都合となる。更に、鉄筋の位置がどこであるかが判らない場合が多い。
【０００４】
特許文献１により、支持スタンド、工作装置、及び動力式送り機構を備えた工作システムを制御する方法が、当該方法を実行する工作システムと共に知られている。この工作装置は、加工工具を駆動する駆動用モータ、モータ出力を計測するセンサ装置、及び工作装置を制御するコントロールユニットを備える。動力式送り機構は、具体的には、送り用モータ、及び動力式送り機構を制御するコントロールユニットを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１９８８４３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
公知の制御方法は、システム全体の制御が、専らモータ出力、またはモータ出力に相関する計測値に基づき行われるという欠点を有する。送り速度は、モータ出力に基づいて設定される。モータ出力及び当該モータ出力に基づいて設定される送り速度は、工具パラメータ（ドリルビット径）及び加工物パラメータ（加工物の高さ、コンクリート及び鉄のいずれであるか）の推定に用いられる。推定した工具パラメータ及び加工物パラメータに基づいて、加工方法に関するノウハウを含むルックアップテーブルを使用しながら、駆動用モータの回転速度及びモータ出力に関する目標値が設定される。
【０００７】
これに対し、本発明の目的は、加工対象となる加工物の特性に機械加工パラメータを適合させると共に、コアドリル加工の機械加工工程が大幅に自動化されるよう改善して、工作装置と動力式送り機構とを備えた工作システムを制御する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、独立請求項１の特徴を有した本発明による、工作装置と動力式送り機構とを備えた工作システムを制御する方法によって達成される。有用な態様は、従属請求項によって得られる。
【０００９】
本発明による方法は、工作装置と動力式送り機構とを備えた工作システムを、第１の材料と当該第１の材料とは異なる第２の材料とからなる加工物の機械加工の際に制御する方法であって、
初めに、前記第１の材料に関して保管している第１機械加工パラメータを用い、前記工作システムにより第１作動モードで前記加工物を機械加工する工程と、
前記第１作動モードで前記加工物の機械加工を開始した後に、前記工作装置の初期機械加工進捗度合いを計測し、基準値として保管する工程と、
前記第１作動モードでの前記加工物の機械加工の際に、前記工作装置の最新の機械加工進捗度合いを繰り返し計測し、第１閾値と比較する工程と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、様々な材料からなる加工物の機械加工に関するものである。加工物は、第１の材料及び第２の材料と称される少なくとも２つの異なる材料からなり、これら少なくとも２つの異なる材料は、材料特性が互いに異なる。加工物の表面の側に位置する材料は、第１の材料と称する。コアドリル加工において最も重要となる材料の組み合わせは、第１の材料としてのコンクリートと、第２の材料としての鉄であり、鉄が鉄筋としてコンクリートの中に埋め込まれている。
【００１１】
本発明による方法にとって必要となるのは、加工対象である加工物がどのような材料からなり加工物の表面にどのような材料が配置されているのかを、工作システムが把握することである。様々な材料に関し、第１の材料に対応する第１機械加工パラメータ、及び第２の材料に対応する第２機械加工パラメータとして、適切なパラメータが工作システムのコントローラに保管される。保管される機械加工パラメータは、様々な穴径に基づくものであって、コントローラ内にルックアップテーブルの形式で保管される。コントローラ内に保管されている機械加工パラメータは、様々な要求条件に対応して最適化することが可能であり、一般的に適用される基本的な要求条件には、高い機械加工速度、低い工具摩耗度合い、及び高い機械加工品質が含まれる。
【００１２】
工作装置と動力式送り機構とを備えた工作システムを自動的に制御可能とするため、工作システムは、ドリルビットが加工物の第１の材料と第２の材料とのどちらを加工しているのかを認識する必要がある。本発明による制御の方法の場合、加工物の表面部分が第１の材料からなるものとする。従って、工作システムは、まず、第１の材料に関して保管している第１機械加工パラメータを用い、第１作動モードで機械加工を行う。第１作動モードで機械加工を開始した後に、初期機械加工進捗度合いを計測し、これを基準値として保管する。ドリル加工の進捗度合いは、変位量を時間差で除した商によって定義され、従って、これは速度を表すものとなる。即ち、ドリル加工の進捗度合いは、一定期間の開始時点と終了時点とのそれぞれにおけるドリルビットの位置の計測、或いは予め定めた２位置間のドリルビットの移動に要する時間の計測により算出することができる。
【００１３】
第１作動モードでの機械加工は、第１の材料を機械加工していることを確認したときに開始される。ドリルビットが第１の材料と第２の材料とのいずれを機械加工しようとしているかの判定は、ドリル加工の進捗度合いを用いて行われる。第１作動モードで加工物を機械加工する際に、工作装置の最新の機械加工進捗度合いを繰り返し計測し、第１閾値と比較する。この第１閾値は、機械加工パラメータと同じく、様々な穴径に基づくものであって、コントローラに保管される。第１閾値には、第１の材料及び第２の材料に関する様々な材料特性が考慮される。
【００１４】
最新の機械加工進捗度合いが、第１閾値により定まる範囲内であるときには、工作システムにより、引き続き第１作動モードで加工物を機械加工する。第１の材料は均質ではないので、最新の機械加工進捗度合いが基準値からわずかに逸脱することは許容する。機械加工進捗度合いのずれが許容偏差よりも小さい限り、工作システムによる第１作動モードでの機械加工が実行されることになる。
【００１５】
最新の機械加工進捗度合いが、第１閾値により定まる範囲外になると、工作システムを第１作動モードから第２作動モードに切り換えることにより、第２の材料に関して保管している第２機械加工パラメータを用い、工作システムにより第２作動モードで加工物を機械加工する。第１の材料の特性と第２の材料の特性とは互いに大きく異なるため、ドリルビットが第２の材料を機械加工するようになると、そのときの機械加工進捗度合いに劇的な変化が生じる。最新の機械加工進捗度合いにおけるこのような変化が、第１作動モードから第２作動モードへの切り換えに利用される。
【００１６】
第１の態様において、第１閾値は基準値より小さい。加工物は、最新の機械加工進捗度合いが第１閾値より小さくならない限り、第１作動モードで機械加工される。最新の機械加工進捗度合いが第１閾値より小さくなると、工作システムを第１作動モードから第２作動モードに切り換える。
【００１７】
第２の態様において、第１閾値は基準値より大きい。加工物は、最新の機械加工進捗度合いが第１閾値を上回らない限り、第１作動モードで機械加工される。最新の機械加工進捗度合いが第１閾値を上回ると、工作システムを第１作動モードから第２作動モードに切り換える。
【００１８】
第２作動モードで加工物を機械加工する際に、工作装置の最新の機械加工進捗度合いを繰り返し計測し、第２閾値と比較する。この第２閾値は、機械加工パラメータや第１閾値と同じく、様々な穴径に基づくものであって、コントローラに保管される。
【００１９】
最新の機械加工進捗度合いが第２閾値により定まる範囲内にあるときには、工作システムにより引き続き第２作動モードで加工物を機械加工する。第２の材料は均質ではないので、最新の機械加工進捗度合いが基準値からわずかに逸脱することは許容する。機械加工進捗度合いのずれが許容偏差よりも小さい限り、工作システムによる第２作動モードでの機械加工が実行されることになる。
【００２０】
最新の機械加工進捗度合いが、第２閾値により定まる範囲外になると、工作システムを第２作動モードから第１作動モードに切り換えることにより、第１の材料に関して保管している第１機械加工パラメータを用い、工作システムにより第１作動モードで加工物を機械加工する。
【００２１】
第１閾値が基準値より小さい第１の態様では、第２閾値が第１閾値より大きい。加工物は、最新の機械加工進捗度合いが第２閾値を上回らない限り、工作システムにより第２作動モードで機械加工される。最新の機械加工進捗度合いが第２閾値を上回ると、工作システムを第２作動モードから第１作動モードに切り換える。
【００２２】
第１閾値が基準値より大きい第２の態様では、第２閾値が第１閾値より小さい。加工物は、最新の機械加工進捗度合いが第２閾値より低下しなければ、工作システムにより引き続き第２作動モードで機械加工される。最新の機械加工進捗度合いが第２閾値より低下すると、工作システムを第２作動モードから第１作動モードに切り換える。
【００２３】
本発明による方法は、２種類以上の材料からなる加工物に適用することが可能である。必須の要件は、個々の材料について、適切な機械加工パラメータが保管され、それらに対応し、２つの材料間での変化を表す閾値が設けられることである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】支持スタンド、コアドリル装置、及び支持スタンドに沿ってコアドリル装置を移動させる動力式の送り機構を有した工作システムを示す斜視図である。
【図２】図１に示す動力式の送り機構とコアドリル装置の駆動機構とを示す概略図である。
【図３】鉄筋が埋め込まれたコンクリート天井に止り穴及び貫通孔を形成する場合の、図１に示す工作システムの適用状態を示す概略図である。
【図４】図３に示すコンクリート天井に止り穴を形成する場合の、図１に示す工作システムの制御方法を、本発明の第１実施形態としてフローチャートに示す図である。
【図５】図３に示すコンクリート天井に貫通孔を形成する場合の、図１に示す工作システムの制御方法を、本発明の第２実施形態としてフローチャートに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を用い、本発明の実施形態について以下に説明する。図面は、実施形態を一定の縮尺で表すことを必ずしも意図するものではなく、説明を目的とする上で有用であれば、概略図や幾分変形した形式により、図面が提供されている。図面から直接的に認識しうる教示への付加的事項については、関連する先行技術が参照される。ここで重要なことは、本発明の大要から逸脱することなく、実施形態の様式や詳細構成について、様々な変形や変更が可能であるということである。明細書、図面、特許請求の範囲に記載した本発明の特徴は、本発明を詳細に論ずる上で、個々に重要であるだけでなく、それらを任意に組み合わせたものも重要である。更に、明細書、図面、及び特許請求の範囲に開示した特徴のうちの２以上のあらゆる組み合わせが、本発明に含まれる。本発明の大要は、以下に開示して述べる好ましい実施形態の厳密な構成または細部に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲で示す主題よりも限定的となり得る主題に限定されるものではない。指定した計測範囲については、提示範囲内の値を閾値として示すことを意図するものであり、任意に適用し特許請求の範囲に含めることが可能である。以下では、簡略化を目的とし、同一または類似の機能を有した同一または類似の部材について、同じ参照番号を用いるものとする。
【００２６】
図１は、支持スタンド１１、当該支持スタンド１１に移動可能に設けられた工作装置１２、及び当該工作装置１２を支持スタンド１１に沿って移動させる送り機構１３を有したスタンド案内式の工作システム１０を示す斜視図である。
【００２７】
工作装置は、コアドリル装置１２となっていて、ドリルビット１４として形成された加工工具を備えており、このドリルビット１４は、駆動軸１５に取り付けられ、駆動機構１６により回転軸線１８周りの一方の回転方向１７に駆動される。駆動軸１５を除き、ドリルビット１４を駆動するための全ての構成部材は、用語「駆動機構」によって包括的に示される。図１に概略的に示される駆動機構１６は、装置ハウジング１９内に配設され、ドリル用モータと電子装置とを備えている。ドリルビット１４は、トルクに対する耐久性を有して駆動軸１５に装着され、駆動軸１５は、ドリル用モータによって回転軸線１８周りに駆動される。ドリル用モータと駆動軸１５との間には、１以上のギヤ機構を設けることができる。
【００２８】
支持スタンド１１は、基盤に固定される土台２１と、土台２１に連結された案内軌道部材２２とを備える。コアドリル装置１２は、支持スタンド１１に設けられた案内移動部材２３に取り付けられ、送り機構１３により、案内軌道部材２２に沿って、回転軸線１８に平行な送り方向２４に移動可能である。送り機構１３は、モータ駆動式送り装置２５と、手回しハンドルとして形成された手動式送り装置２６とを備えている。コアドリル装置１２は、必要に応じ、モータ駆動式送り装置２５または手動式送り装置２６により、支持スタンド１１の案内軌道部材２２に沿って移動させることができる。工作システム１０は、モータ駆動式送り装置２５に取り付けられた第１操作ユニット２７、及びコアドリル装置１２に取り付けられた第２操作ユニット２８を介して操作される。モータ駆動式送り装置２５は、通信ケーブル２９を介してコアドリル装置１２と接続されている。
【００２９】
第１操作ユニット２７は、例えば、複数の操作ボタン、ディスプレイ、及び緊急遮断スイッチを備え、第２操作ユニット２８は、回転式セレクタとして構成することができる。これに代え、或いはこれに加えて、通信接続により、コアドリル装置１２のコントロールユニット及びモータ駆動式送り装置２５のコントロールユニットの少なくとも一方に接続されたリモートコントロールユニットを設けることもできる。この通信接続は、赤外線、ブルートゥース（登録商標）、ＷＬＡＮ、またはＷｉ−Ｆｉによる無線通信接続、または有線通信接続で形成することができる。列記した無線通信接続に加え、既存の無線通信接続や、将来出現する無線通信接続のあらゆる技術がデータ転送に適している。
【００３０】
図２は、駆動機構１６及びモータ駆動式送り装置２５の構成を示す概略図である。ドリルビット１４は、トルクに対する耐久性を有して駆動軸１５に装着され、駆動機構１６によって回転軸線１８周りに駆動される。モータ駆動式送り装置２５は、案内軌道部材２２に沿って送り方向２４にコアドリル装置１２を駆動する。
【００３１】
駆動機構１６は、ドリル用モータ３１、ギヤ機構３２、及び電子装置３３を備え、電子装置３３は、電力ユニット３４と、コアドリル装置１２の制御及び調整を行うコントロールユニット３５とを有する。ドリル用モータ３１と駆動軸１５との間にギヤ機構３２が配設されており、駆動軸１５は、ドリル用モータ３１及びギヤ機構３２により、回転軸線１８周りに駆動される。ドリル用モータ３１、ギヤ機構３２、及び電子装置３３は、コアドリル装置１２の装置ハウジング１９内に設けられる。
【００３２】
モータ駆動式送り装置２５は、送り用モータ３６、ギヤ機構３７、駆動軸３８、及び電子装置３９を備え、電子装置３９は、電力ユニット４１と、モータ駆動式送り装置２５の制御及び調整を行うコントロールユニット４２とを有する。送り用モータ３６、ギヤ機構３７、及び電子装置３９は、ハウジング４３内に設けられる。第１操作ユニット２７は、ハウジング４３の上部に一体的に組み込まれる。
【００３３】
コアドリル加工の制御及び調整は、コントロールユニット３５及びコントロールユニット４２を用いて行われる。コアドリル加工に関する制御及び調整の目的は、工作システム１０で利用可能な力を最適に適用すると共に、ドリルビット１４及び駆動機構１６の寿命の低下を防止することにある。また、経験不足のユーザでも、最善の加工成果（品質、加工時間など）が得られるようになる。最善の加工成果が得られるような機械加工パラメータ及び調整パラメータは、主に、ドリルビット１４の径と加工対象の材料とに依存する。特に、コンクリート及び当該コンクリートの鉄筋となる鉄は、コアドリル加工を行う材料に該当する。また、ドリル加工には、機械加工パラメータ及び調整パラメータの調整が必要となる。
【００３４】
モータ駆動式送り装置２５のコントロールユニット４２には、コアドリル加工に関して最適化された機械加工パラメータ及び調整パラメータを含むルックアップテーブルが保管されている。複数のパラメータの組が、ドリルビット径ごとに対応して保管されている。パラメータの組には、機械加工作業に関するノウハウが含まれ、コンクリートへの予備中ぐり、コンクリートのドリル加工（コンクリートドリル加工）、及びコンクリートの鉄筋へのドリル加工（鉄ドリル加工）に関する様々な基本的条件が考慮されている。更に付加的な材料を機械加工しようとする場合には、この付加的な材料に関して最適化された機械加工パラメータ及び調整パラメータからなる適切なパラメータの組をルックアップテーブルに保管することができる。
【００３５】
図３は、鉄筋５４が埋め込まれている鉄筋コンクリート天井５３に、止り穴５１及び貫通孔５２を形成する場合の、図１に示す工作システム１０の適用状態を示している。図３に示す実施形態において、鉄筋コンクリート天井５３は、送り方向２４に一致するｚ方向において、上方から、上面５５、第１コンクリート領域５６、鉄領域５７、第２コンクリート領域５８、及び下面５９によって構成される。止り穴５１は奥行がｄＴであり、貫通孔５２の奥行は、鉄筋コンクリート天井５３の厚みＤに相当する。鉄筋コンクリート天井５３の上面５５を、ゼロ点、即ちｚ＝０と定義し、ｚ方向における奥行計測値は、いずれもゼロ点である上面５５を基準とする。
【００３６】
鉄筋コンクリート天井５３に貫通孔５２を形成する場合の、工作システム１０の制御方法は、６つの段階に細分することができる。即ち、上面５５を検出する段階、予備中ぐりを行う段階、第１コンクリート領域５６にドリル加工を行う段階、鉄領域５７にドリル加工を行う段階、第２コンクリート領域５８にドリル加工を行う段階、下面５９を突き抜ける段階である。止り穴５１については、図３の実施形態において、第２コンクリート領域５８内で作業が終了し、第１段階から第５段階までが、貫通孔５２のときと同様に実行されることにより、奥行がｄＴとなった時点で第５段階が終了し、第６段階は除かれる。止り穴５１が第１コンクリート領域５６内で終端する場合には、第１段階から第３段階までの制御のみが行われる。
【００３７】
第１段階は、表面検出と称する。ここでは、表面検出を手動式と自動式とに区分することができる。手動式の表面検出では、ドリルビット１４が鉄筋コンクリート天井５３の上面５５に触れる状態となるまで、手回しハンドル２６を用い、作業者がコアドリル装置１２を移動し、作業者は、モータ駆動式送り装置２５の操作ユニット２７を介して、ドリルビット１４が鉄筋コンクリート天井５３の上面５５に触れていることを確認し、コントロールユニット４２は、このときのドリルビット１４の位置を、ゼロ点、即ちｚ＝０として保管する。
【００３８】
自動式の表面検出の場合、ドリルビット１４が上面５５に達したことは、例えば、ドリルビット１４の送り速度を利用して検出することができる。送り用モータ３６には、一定の回転速度が設定されており、この回転速度は、案内移動部材２３によるドリルビット１４の一定の送り速度に変換され、この一定の送り速度を目標速度Ｖｓｏｌｌと称する。ドリルビット１４が上面５５に接すると、ドリルビット１４が減速し、送り速度が急速に減少する。ドリルビット１４の実際の送り速度Ｖｉｓｔは、センサ装置により検出することができる。ドリルビット１４の実際の送り速度Ｖｉｓｔと目標速度Ｖｓｏｌｌとの偏差を算出し、予め設定された値と比較する。この偏差が予め設定された値を上回ると、そのときのドリルビット１４の位置がゼロ点、即ちｚ＝０として保管される。
【００３９】
ドリルビット１４のゼロ点が保管されると、直ちに第１段階が終了し、第２段階が開始される。この第２段階は予備中ぐりと称する。ドリルビット１４の摩耗を避けるため、初めは、コアドリル加工に用いるモータ出力及び送り速度が低減される。ドリルビット１４の切削部が上面５５を穿って、第１コンクリート領域５６内に位置するようになると、ドリルビット１４が穴に案内されるようになり、ドリルビット１４の摩耗が防止される。摩耗を確実に防止するため、第２段階の予備中ぐりは、奥行ｄＡとなるまで実行される。
【００４０】
「予備中ぐり」の作動モードに関する機械加工パラメータは、「コンクリートドリル加工」の作動モードの場合に比べて抑制されたものとなる。予備中ぐりの奥行ｄＡ及び予備中ぐりに関する機械加工パラメータは、コントロールユニット４２に保管される。具体的には、２ｍｍの奥行ｄＡが、予備中ぐりに好適であることが判っている。基本的に、予備中ぐりの奥行ｄＡは、鉄筋５４に達するまでに予備中ぐりの段階が終了するように選定されるべきである。手動式の表面検出の場合、作業者が手動により第２段階を開始する必要があるが、自動式の表面検出の場合には、工作システム１０が自動的に第２段階を開始することができる。
【００４１】
ドリルビット１４が予備中ぐりの奥行ｄＡに達すると、直ちに第２段階の予備中ぐりが終了し、第３段階が開始される。この第３段階は、第１コンクリート領域５６のコンクリートドリル加工と称する。工作システム１０は、作動モードが「予備中ぐり」から「コンクリートドリル加工」に切り換えられる。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５に関する機械加工パラメータは、コンクリートのドリル加工に適合するように調整される。鉄筋５４は、鉄筋コンクリート天井５３の上面５５から少なくとも４０ｍｍ下方に位置しており、予備中ぐりの奥行ｄＡは、上面５５と鉄筋５４との間の距離より短くなるので、原則として、コンクリートドリル加工の段階が、予備中ぐりの段階の後に続くことになる。
【００４２】
ドリルビット１４が鉄筋５４に接すると、第３段階が終了し、第４段階が開始される。この第４段階は、鉄領域５７の鉄ドリル加工と称する。工作システム１０は、作動モードが「コンクリートドリル加工」から「鉄ドリル加工」に切り換えられる。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５のための機械加工パラメータは、鉄筋のドリル加工に適合するように調整される。
【００４３】
ドリルビット１４が第２コンクリート領域５８に接すると、第４段階が終了し、第５段階が開始される。この第５段階は、第２コンクリート領域５８のコンクリートドリル加工と称する。工作システム１０は、作動モードが「鉄ドリル加工」から「コンクリートドリル加工」に切り換えられる。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５のための機械加工パラメータは、第３段階の機械加工パラメータと一致するものである。
【００４４】
ドリルビット１４がドリル加工により第２コンクリート領域５８を貫通すると、第５段階が終了し、本発明による制御方法における最終段階の第６段階が開始される。この第６段階は、下面５９の突き抜けと称する。ドリルビット１４が鉄筋コンクリート天井５３の下面に達すると、鉄筋コンクリート天井５３に貫通孔５２が形成される。
【００４５】
コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５を有した工作システム１０を自動的に制御するには、工作システム１０がコンクリートと鉄筋５４とのいずれをドリル加工しているのかを認識する必要がある。本発明に係る方法で工作システム１０を制御する場合は、ドリルビット１４が、第１コンクリート領域５６内または第２コンクリート領域５８内でドリル加工を行っているのか、或いは鉄領域５７内の鉄筋５４に対して加工を行っているのかの判定が、ドリル加工進捗度合いｖに基づいてなされる。ドリル加工進捗度合いｖは、行程偏差Δｚと時間偏差Δｔとの商、即ち速度によって定義される。ドリル加工進捗度合いｖは、固定の時間間隔Δｔの開始時点におけるドリルビット１４の位置ｚ１及び終了時点におけるドリルビット１４の位置ｚ２をそれぞれ計測することによって算出することができる。これに代え、予め定めたドリルビット１４の位置ｚ１及び位置ｚ２について、行程偏差Δｚ＝ｚ２−ｚ１を用いると共に、時間偏差Δｔ＝ｔ２−ｔ１を計測するようにしてもよい。
【００４６】
工作システム１０が第２段階から第３段階に切り換えられた後、最初のドリル加工進捗度合い（初期ドリル加工進捗度合い）が演算され、この初期ドリル加工進捗度合いが、この制御方法の一部であるコンクリートドリル加工用の基準値ｖｒｅｆとして定められる。制御実行中に演算される別のドリル加工進捗度合いは、いずれもこの基準値ｖｒｅｆと比較される。予備中ぐりの奥行ｄＡは、いずれの場合も、鉄筋５４に達するまでに予備中ぐりの段階が終了するように選定されるので、予備中ぐりの後には、必ずコンクリートの機械加工が行われることになる。
【００４７】
ドリルビット１４が第１コンクリート領域５６を加工している限り、基準値ｖｒｅｆからの実際のドリル加工進捗度合いｖａｋｔの偏差は、概ね、基準値ｖｒｅｆの±２０％以内となる。基準値ｖｒｅｆからのずれが生じる理由の１つは、コンクリートが均質でないことにある。ドリルビット１４が、第１コンクリート領域５６でのドリル加工を行わなくなり、鉄領域５７内の鉄筋５４に当接すると、直ちに、実際のドリル加工進捗度合いｖａｋｔに明確な低下が生じる。ドリル加工進捗度合いにおけるこのような劇的な変化が、鉄領域５７の鉄ドリル加工を行う第４段階への切り換えに利用される。即ち、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが求められ、予め設定されている第１閾値Ｇ１と比較される。第１閾値Ｇ１は、基準値ｖｒｅｆに対するパーセンテージに対応するものであって、例えば、基準値ｖｒｅｆの４０％に相当する。ドリルビット１４は、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第１閾値Ｇ１を下回らない限り（ｖａｋｔ≧Ｇ１）、コンクリートの加工を継続する。そして、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第１閾値Ｇ１を下回ると（ｖａｋｔ＜Ｇ１）、コンクリートの加工は行われなくなり、コンクリートとは別の材料、即ち図３の実施形態では鉄筋５４の鉄の加工が行われる。
【００４８】
「鉄ドリル加工」の段階の間、工作システム１０の機械加工パラメータは、鉄筋５４のドリル加工に適合したものとされる。ドリルビット１４が、鉄筋５４の機械加工を行わなくなり、第２コンクリート領域５８のコンクリートの機械加工を行うようになると、直ちに、実際のドリル加工進捗度合いｖａｋｔには明確な増大が生じる。ドリル加工進捗度合いにおけるこのような劇的な変化が、第２コンクリート領域５８のコンクリートドリル加工を行う第５段階への切り換えに利用される。即ち、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが求められ、予め設定されている第２閾値Ｇ２と比較される。この第２閾値Ｇ２は、基準値ｖｒｅｆに対するパーセンテージに対応するものであって、例えば、基準値ｖｒｅｆの６０％に相当する。ドリルビット１４は、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第２閾値Ｇ２を下回っている限り（ｖａｋｔ＜Ｇ２）、鉄領域５７の加工を行う。最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第２閾値Ｇ２を上回ると（ｖａｋｔ≧Ｇ２）、ドリルビット１４は鉄領域５７から離れ、第２コンクリート領域５８の加工を行うようになる。これら第１閾値Ｇ１及び第２閾値Ｇ２は、コアドリル加工を開始する前に作業者によって設定され、コントロールユニット４２のルックアップテーブルに保管される。
【００４９】
貫通孔５２についてのコアドリル加工の終了も、同様に、実際のドリル加工進捗度合いｖａｋｔと基準値ｖｒｅｆとに基づいて検知することができる。ドリルビット１４が第２コンクリート領域５８を完全にドリル加工すると、鉄筋コンクリート天井５３の下面５９を突き抜ける。ドリルビット１４は、抵抗を受けるものがなくなり、実際のドリル加工進捗度合いｖａｋｔには劇的な増大が生じる。ドリル加工進捗度合いにおけるこのような劇的な変化は、工作システム１０の停止に利用することができる。即ち、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが、予め設定されている第３閾値Ｇ３と比較される。この第３閾値Ｇ３は、基準値ｖｒｅｆに対するパーセンテージに対応するものであって、例えば、基準値ｖｒｅｆの２５０％に相当する。基準値ｖｒｅｆの１５０％を超えるドリル加工進捗度合いの増大は、ドリルビット１４が鉄筋コンクリート天井５３の下面５９を突き抜けた場合にしか生じ得ないものである。
【００５０】
図４は、止り穴を形成する場合の、工作システムの制御方法を、本発明の第１実施形態としてフローチャートに示す図である。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５を有する図１の工作システム１０を用い、この制御方法について説明する。工作システム１０により、図３の鉄筋コンクリート天井５３に止り穴５１を形成する。
【００５１】
ステップＳ０１において、作業者は、回転式セレクタ２８を介してドリルビット１４の径を設定すると共に、第１操作ユニット２７を介して穴の形状（奥行ｄＴを有した止まり穴５１）を設定する。
【００５２】
これに代えて、リルビット１４の径についても、同様に第１操作ユニット２７を介して入力することも可能である。ステップＳ０２において、作業者は、ドリルビット１４をゼロ点まで移動させ、第１操作ユニット２７にゼロ点の情報を保管する。次に、作業者は、第１操作ユニット２７を介し、ステップＳ０３においてこの制御を開始する。
【００５３】
コントロールユニット４２は、予備中ぐり（第２段階）用としてルックアップテーブルに保管されている機械加工パラメータを、ステップＳ０４において、送り用モータ３６に設定すると共に、コントロールユニット３５を介し、ドリル用モータ３１に設定する。ドリルビット径のそれぞれについて、パラメータの複数の組が、適合する予備中ぐり、コンクリートのドリル加工（コンクリートドリル加工）、及び鉄筋のドリル加工（鉄ドリル加工）の機械加工パラメータと共に、コントロールユニット４２に保管されている。この制御を開始する前、ドリル用モータ３１及び送り用モータ３６は、電源が遮断された状態にある。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５は、ステップＳ０５で電源が投入され、予備中ぐり用にステップＳ０４で設定された機械加工パラメータを用いて操作される。
【００５４】
コントロールユニット４２は、ステップＳ０６において、適切なセンサユニットを用いて最新の奥行ｄｉｓｔを計測し、ステップＳ０７において、予め設定した予備中ぐりの奥行ｄＡに達したか否かを確認する。最新の奥行ｄｉｓｔは、予め設定された時間間隔で計測される。そして、最新の奥行ｄｉｓｔが予備中ぐりの奥行ｄＡを下回っていると（ステップＳ０７においてｄｉｓｔ＜ｄＡ）、ステップＳ０５によって制御が継続する。一方、予備中ぐりの奥行ｄＡに達すると（ステップＳ０７においてｄｉｓｔ≧ｄＡ）、予備中ぐりの段階が終了する。ステップＳ０４からステップＳ０７の制御は、予備中ぐり段階Ｔ１と称する。
【００５５】
予備中ぐり段階Ｔ１が終了すると、コントロールユニット４２は、コンクリートドリル加工用にドリルビット径に対応してコントロールユニット４２のルックアップテーブルに保管されている機械加工パラメータを、ステップＳ０８において、送り用モータ３６に設定すると共に、コントロールユニット３５を介し、ドリル用モータ３１に設定する。ステップＳ０９では、コンクリートドリル加工用に設定された機械加工パラメータを用い、コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５の操作が行われる。
【００５６】
ステップＳ１０では、変位センサまたはこれに類似するセンサにより、ドリルビット１４の位置が、予め設定された時間間隔で計測され、コントロールユニット４２に伝達される。コントロールユニット４２は、ステップＳ１１において、計測値から最初のドリル加工進捗度合い（初期ドリル加工進捗度合い）を算出し、算出した初期ドリル加工進捗度合いを、基準値ｖｒｅｆとして保管する。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５は、ステップＳ１２において、コンクリートドリル加工用の機械加工パラメータを用いて操作される。ステップＳ１３では、ドリルビット１４の最新の位置が計測され、モータ駆動式送り装置２５のコントロールユニット４２に伝達される。
【００５７】
コントロールユニット４２は、ステップＳ１４で、ドリルビット１４の最新の位置から最新の奥行ｄｉｓｔを算出し、ステップＳ１５で、この最新の奥行ｄｉｓｔを、止まり穴５１に設定された奥行ｄＴと比較する。そして、設定された奥行ｄＴに達すると（ステップＳ１５においてｄｉｓｔ≧ｄＴ）、コアドリル加工の段階を終了する。このとき、ドリルビット１４を、鉄筋コンクリート天井５３から移動しなければならないが、この作業は、作業者が手動で行うか、或いは工作システム１０により自動的に行うようにしてもよい。自動的に行う実施形態の場合、コントロールユニット４２は、ステップＳ１６において、コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５を待機モードに切り換える。待機モードに適合するコアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５の機械加工パラメータは、コントロールユニット４２に保管されている。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５は、ステップＳ１７において、予め定められた待機位置にコアドリル装置１２が到達するまで、設定された機械加工パラメータを用いて操作される。この待機位置は、例えば、ゼロ点から、上面５５の上方に１０ｃｍだけずらした位置に定めることができる。本発明による制御は、ステップＳ１７の後に終了する。
【００５８】
一方、最新の奥行ｄｉｓｔが、設定された奥行ｄＴを下回っている場合は（ステップＳ１５においてｄｉｓｔ＜ｄＴ）、コアドリル加工が継続して行われる。コントロールユニット４２は、ステップＳ１３で伝達された計測値から、ステップＳ１８で、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを算出し、ステップＳ１９で、このドリル加工進捗度合いｖａｋｔを、予め設定されている第１閾値Ｇ１と比較する。最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第１閾値Ｇ１を下回っていなければ（ステップＳ１９においてｖａｋｔ≧Ｇ１）、コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５は引き続き「コンクリートドリル加工」の段階で操作され、ステップＳ１２によって本発明の制御が継続する。そして、ドリルビット１４の最新の位置が繰り返し計測される。
【００５９】
最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第１閾値Ｇ１を下回ると（ステップＳ１９においてｖａｋｔ＜Ｇ１）、コントロールユニット４２は、ステップＳ２０において、送り用モータ３６を、「コンクリートドリル加工」の段階から「鉄ドリル加工」の段階に切り換えると共に、コントロールユニット３５を介し、ドリル用モータ３１も、「コンクリートドリル加工」の段階から「鉄ドリル加工」の段階に切り換える。即ち、コントロールユニット４２は、「鉄ドリル加工」の段階用にコントロールユニット４２のルックアップテーブルに保管されている機械加工パラメータを、送り用モータ３６及びドリル用モータ３１に設定する。そして、ステップＳ２１では、鉄ドリル加工用に設定された機械加工パラメータを用い、コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５が操作される。
【００６０】
ステップＳ２２では、時間間隔Δｔで、ドリルビット１４の最新の位置ｚが計測され、計測結果がモータ駆動式送り装置２５のコントロールユニット４２に伝達される。コントロールユニット４２は、ステップＳ２３において、ドリルビット１４の最新の位置から加工穴の最新の奥行ｄｉｓｔを算出し、ステップＳ２４で、この最新の奥行ｄｉｓｔを、設定されている奥行ｄＴと比較する。そして、設定されている奥行ｄＴに達すると（ステップＳ２４においてｄｉｓｔ≧ｄＴ）、コアドリル加工を終了し、ステップＳ１６により制御が継続する。一方、最新の奥行ｄｉｓｔが、設定されている奥行ｄＴを下回る場合には（ステップＳ２４においてｄｉｓｔ＜ｄＴ）、コアドリル加工が継続して行われ、コントロールユニット４２は、ステップＳ２５で、計測値から最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを算出する。
【００６１】
ステップＳ２６では、この最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを、予め設定されている第２閾値Ｇ２と比較する。そして、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第２閾値Ｇ２を下回っていれば（ステップＳ２６においてｖａｋｔ＜Ｇ２）、コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５は、引き続き「鉄ドリル加工」の段階で操作され、ステップＳ２１によって、本発明の制御が継続する。一方、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第２閾値Ｇ２を下回っていなければ（ステップＳ２６においてｖａｋｔ≧Ｇ２）、コントロールユニット４２は、ステップＳ２７において、「鉄ドリル加工」の段階から「コンクリートドリル加工」の段階に切り換える。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５は、「コンクリートドリル加工」の段階用にコントロールユニット４２のルックアップテーブルに保管されている機械加工パラメータを用いて操作される。制御は、ステップＳ１２によって継続する。
【００６２】
図５は、貫通孔を形成する場合の、工作システムの制御方法を、本発明の第２実施形態としてフローチャートに示す図である。コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５を有する図１の工作システム１０を用い、この制御方法について説明する。工作システム１０により、図３の鉄筋コンクリート天井５３に貫通孔５２を形成する。
【００６３】
図５のフローチャートに基づく本発明に係る制御方法では、図４に示す制御方法のステップＳ０１〜ステップＳ１３に合致するステップＳ３１〜ステップＳ４３が実行される。コントロールユニット４２は、ステップＳ４３で伝達された計測値から、ステップＳ４４において、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを算出し、ステップＳ４５において、この最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを、予め設定されている第３閾値Ｇ３と比較する。
【００６４】
最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第３閾値Ｇ３を上回ると（ステップＳ４５においてｖａｋｔ≧Ｇ３）、ドリルビット１４が鉄筋コンクリート天井５３の下面５９に達したことになる。コントロールユニット４２は、ステップＳ４６で、コアドリル装置１２及びモータ駆動式送り装置２５を待機モードに切り換えるが、この待機モードに適合する工作システム１０の機械加工パラメータは、コントロールユニット４２に保管されている。工作システム１０は、ステップＳ４７で、予め定められた待機位置にコアドリル装置１２が到達するまで、待機モード用に設定された機械加工パラメータを用いて操作される。本発明の制御は、ステップＳ４７の後に終了する。
【００６５】
一方、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第３閾値Ｇ３を下回っている場合（ステップＳ４５においてｖａｋｔ＜Ｇ３）、コントロールユニット４２は、ステップＳ４８において、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを第１閾値Ｇ１と比較する。そして、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第１閾値Ｇ１を下回っていなければ（ステップＳ４８においてｖａｋｔ≧Ｇ１）、工作システム１０は、引き続き「コンクリートドリル加工」の段階で操作され、ステップＳ４２により本発明の制御が継続する。一方、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第１閾値Ｇ１を下回っていると（ステップＳ４８においてｖａｋｔ＜Ｇ１）、ステップＳ４９で、工作システム１０が「鉄ドリル加工」の段階に切り換えられ、ステップＳ２１及びステップＳ２２に合致するステップＳ５０及びステップＳ５１により、本発明の制御が継続する。
【００６６】
ステップＳ５２において、コントロールユニット４２は、ステップＳ５１で伝達された計測値から最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを算出し、この最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを、ステップＳ５３において、予め設定されている第３閾値Ｇ３と比較する。そして、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第３閾値Ｇ３を上回れば（ステップＳ５３においてｖａｋｔ≧Ｇ３）、ドリルビット１４が鉄筋コンクリート天井５３の下面５９に達したことになる。本発明の制御は、ステップＳ４６及びステップＳ４７により継続し、ステップＳ４７で終了する。
【００６７】
一方、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第３閾値Ｇ３を下回っている場合は（ステップＳ５３においてｖａｋｔ＜Ｇ３）、コントロールユニット４２は、ステップＳ５４において、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔを第２閾値Ｇ２と比較する。そして、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第２閾値Ｇ２を下回っている場合は（ステップＳ５４においてｖａｋｔ＜Ｇ２）、工作システム１０が、引き続き「鉄ドリル加工」の段階で操作され、ステップＳ５０によって、本発明の制御が継続する。一方、最新のドリル加工進捗度合いｖａｋｔが第２閾値Ｇ２を上回ると（ステップＳ５４においてｖａｋｔ≧Ｇ２）、コントロールユニット４２は、ステップＳ５５において、工作システム１０を「鉄ドリル加工」の段階から「コンクリートドリル加工」の段階に切り換え、その後、本発明による制御は、ステップＳ４２により継続する。
【００６８】
「予備中ぐり」、「コンクリートドリル加工」、及び「鉄ドリル加工」の３つの段階に関する機械加工パラメータに加え、「コンクリートドリル加工」の段階、及び「鉄ドリル加工」の段階においてモータパラメータを制御するために、ドリルビットのそれぞれの径に対応して調整される制御パラメータを、コントロールユニット４２のルックアップテーブルに保管することが可能である。機械加工の際、ドリル用モータ３１の最新のモータパラメータ（回転速度、トルク）が計測され、計測結果がモータ駆動式送り装置２５のコントロールユニット４２に伝達される。コントロールユニット４２は、伝達された計測値から、最新のモータパラメータ（実測値）と、コントロールユニット４２に保管されているモータパラメータ（目標値）との偏差Δを算出する。算出された偏差Δは、予め設定されている最大偏差Δｍａｘと比較される。そして、偏差Δが最大偏差Δｍａｘを下回っていれば（Δ＜Δｍａｘ）、ドリル用モータ３１及び送り用モータ３６の制御パラメータは変更せずに維持され、送り用モータ３６がそのときの制御パラメータで制御される。一方、偏差Δが最大偏差Δｍａｘを上回ると（Δ≧Δｍａｘ）、コントロールユニット４２は、送り用モータ３６及びドリル用モータ３１のための修正した制御パラメータを演算し、この修正後の制御パラメータを送り用モータ３６及びドリル用モータ３１に設定する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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