(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ情報処理装置に接続されている、工作機械の電流計測システムであって、
複数種類の工具を変更しながらワークを加工する前記工作機械は、前記ワークを主軸を軸心として回転駆動するための第一のモータと、前記複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、
前記情報処理装置は、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行い、解析処理において前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの前記電流を、前記複数種類の工具の前記変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値を前記ワークの加工回数ごとに相対比較することで、前記工具の前記種類ごとに工具異常を検知することを特徴とする工作機械の電流計測システム。
【請求項２】
前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの前記計測された電流値は、記憶装置に保存され、前記記憶装置に接続された前記情報処理装置の演算装置によって前記重ねる処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の電流計測システム。
【請求項３】
前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの前記計測された電流値は、電子回路においてアナログ情報として前記重ねる処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の電流計測システム。
【請求項４】
前記情報処理装置は、前記工具異常の情報を報知させるために所定の装置に対して出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の工作機械の電流計測システム。
【請求項５】
前記第一の電流センサおよび前記第二の電流センサのうちの少なくともいずれかと電圧センサとを併用することで、消費電力を計測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の工作機械の電流計測システム。
【請求項６】
ワークを主軸を軸心として回転駆動するための第一のモータと複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、前記複数種類の前記工具を変更しながら前記ワークを加工する工作機械の電流計測方法であって、
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ接続されている情報処理装置が、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行う工程と、
前記情報処理装置が、解析処理において、前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの前記電流を、前記複数種類の工具の前記変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値を前記ワークの加工回数ごとに相対比較することで、前記工具の前記種類ごとに工具異常を検知する工程と
を有することを特徴とする工作機械の電流計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具によりワークの加工を行う工作機械の電流を計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワーク（加工対象）および工具のいずれか一方が取り付けられた主軸を軸心として回転させながら工具によりワークの切削加工等を行う工作機械において、ワークと工具とのそれぞれが取り付けられた所定の主軸等を駆動するそれぞれのモータに流れる電流を計測して、それらの電流の大きさの変化により、ワークや工具の状態や動作などを推定することができる。
【０００３】
従来、工具によりワークの切削加工等を行う工作機械において、同じ工具を繰り返し使用することで工具摩耗が進展し、最終的には工具が欠損または破損する。そのため、工作機械の工具にはメ−カ−が推奨する交換（同一の新品の工具へ取り替えること。）の目安となる加工回数（ワークを１本加工するごとに１回としてカウントされる。）が設定されているが、加工方法や加工対象によって最適な工具交換時期が異なるため、切削加工中の工具にかかる負荷に基づいて最適な工具交換時期を推定することが求められていた。
【０００４】
ここで、切削工具を装着した回転する主軸の負荷を予め設定した回転数分だけ検出し、主軸負荷の平均値と回転周波数成分とが連続して一定値となるという条件によって工具摩耗を判定する技術が開示されている（特許文献１参照）。
また、予め設定した主軸を駆動するモータの有効電力波形とワークを加工中の主軸を駆動するモータの有効電力波形とを比較することで工具摩耗を判定する技術が開示されている（特許文献２参照）。
さらに、回転する主軸に備えられた工具がワークに接触している状態を検知し、接触中の主軸にかかる工具負荷の変化の度合いを使用して工具摩耗度合いを検知する工作機械を提供する技術が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６６３７６８９号公報
【特許文献２】特開２００６−８２１５４号公報
【特許文献３】特開２０１９−３０９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１乃至特許文献３に記載の方法では、ワークと工具とのそれぞれが取り付けられた所定の主軸等を駆動するそれぞれのモータに流れる電流を計測して、それらの電流の大きさの変化により、ワークや工具の状態や動作などを推定することは困難であった。
【０００７】
また、特許文献１に記載の方法では、予め設定した回転数分だけ工具負荷を検出するものの、ある時点で使用されている工具に紐付いた回転数を設定しなければ複数種類の工具を使用する（切削加工等により意図する形状によって複数の工具を使い分ける場合など。）ワークの加工に適用することはできない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、主軸のモータの有効電力波形を相対比較するものであるが、複数種類の工具を使用するワークの加工においては工具ごとの有効電力波形を抽出しなければ摩耗が進んだ工具の切り分けができない。
【０００９】
また、特許文献３に記載の技術では、工作機械に備えられたＮＣ（数値制御）装置から工具交換情報を取得することで工具ごとの摩耗を推定することが可能である一方で、外付けの電流計測システムを使用する場合においてはＮＣ装置から工具交換情報を取得することは困難である。
【００１０】
本発明の目的は、ワークと工具とのそれぞれが取り付けられた所定の主軸等を駆動するそれぞれのモータに流れる電流を計測して、それらの電流の大きさの変化により、ワークや工具の状態や動作などを推定する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の工作機械の電流計測システムは、
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ情報処理装置に接続されている、工作機械の電流計測システムであって、
複数種類の工具を変更しながらワークを加工する前記工作機械は、前記ワークを主軸を軸心として回転駆動するための第一のモータと、前記複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、
前記情報処理装置は、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行い、解析処理において前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの前記電流を、前記複数種類の工具の前記変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値を前記ワークの加工回数ごとに相対比較することで、前記工具の前記種類ごとに工具異常を検知することを特徴とする。
【００１２】
本発明の工作機械の電流計測方法は、
ワークを主軸を軸心として回転駆動するための第一のモータと複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、前記複数種類の前記工具を変更しながら前記ワークを加工する工作機械の電流計測方法であって、
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ接続されている情報処理装置が、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行う工程と、
前記情報処理装置が、解析処理において、前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの前記電流を、前記複数種類の工具の前記変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値を前記ワークの加工回数ごとに相対比較することで、前記工具の前記種類ごとに工具異常を検知する工程と
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ワークと工具とのそれぞれが取り付けられた所定の主軸等を駆動するそれぞれのモータに流れる電流を計測して、それらの電流の大きさの変化により、ワークや工具の状態や動作などを推定する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における工作機械の電流計測システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における工作機械の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態における信号の流れを説明するブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における主軸モータを流れる電流とサーボモータを流れる電流の信号の時刻歴波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における工具の種類ごとの負荷特徴量の推移の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における表示装置の表示画面例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における工作機械の電流計測方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る工作機械の電流計測システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態における工作機械１の電流計測システム１０の構成図である。
工作機械の電流計測システム１０は、電流センサ２０５−ａ、電流センサ２０５−ｂと、ケーブル２１−ａ、ケーブル２１−ｂと、情報処理装置（例えば、産業用パーソナルコンピュータである。）３０、表示装置（例えば、タッチパネルディスプレイである。）４０とから構成されている。
電流センサ２０５−ａ、電流センサ２０５−ｂは、例えば公知の磁気式電流センサであり、測定したい電流が電流線の周囲に作る磁場を磁気センサによって検知して磁場の大きさを測定することで電流値（電流量）を計測するものである。電流センサ２０５−ａ、２０５−ｂは、工作機械１の制御盤２から延びる配線のうち、電流センサ２０５−ａは主軸モータ１０１に流れる電流を計測するために主軸モータ１０１に接続されるケーブル（電流線）に取り付けられ、電流センサ２０５−ｂはサーボモータ１０２（複数のモータのいずれかのうちの少なくとも１つのモータ）に流れる電流を計測するためにサーボモータ１０２に接続されるケーブルに取り付けられている。
電流センサ２０５−ａ、電流センサ２０５−ｂのそれぞれのケーブル２１−ａ、ケーブル２１−ｂは、情報処理装置３０に接続されている（無線接続等であってもよい）。
情報処理装置３０は、制御部・計算部としての演算装置であるＣＰＵ等を備え、記憶部としての所定の記憶装置を内蔵又は外付けＨＤＤ等として備えている。また、情報処理装置３０は、アナログ回路としての電子回路を内蔵している。
表示装置４０は、表示機構と入力機構を備え、所定のスタンドにより支持されたり、工作機械１に所定の治具により固定されていることであってもよい。また、表示装置４０は、単なるランプのように報知機能のみ有していることであってもよい。表示装置４０は、所定のケーブル４１により情報処理装置３０と接続されている（無線接続等であってもよい）。
【００１７】
図２は、工作機械１（例えば、周知の「ＮＣ旋盤」である。）の一例を示す概略図である。
工作機械１には主軸モータ１０１と、サーボモータ１０２が取り付けられている。
加工対象であるワーク１０３（例えば、棒状の金属である。）は主軸モータ１０１に取り付けられたチャック１０４によって固定され、主軸を軸心として回転する。
ワークを加工するための複数種類の工具１０５−ａ、１０５−ｂ（ここでは説明の便宜上ａとｂの２個としたが、３個以上であってもよい。）は、サーボモータ１０２に取り付けられた工具台（工具交換装置）１０６の上に固定されている。なお、サーボモータ１０２は複数あり、それぞれ、図１中において、図中の左右方向の移動、図中の上下方向の移動、図中の左右方向を軸心とした回動（工具台１０６の回動により工具１０５−ａと１０５−ｂを交換する。）の動作を司る。工作機械によってはサーボモータ１０２による運動の自由度がさらに増加するものもあり、そのためのモータが追加されることであってもよい。
図１中において、サーボモータ１０２により工具台１０６・工具１０５−ａが図中左側に前進移動してワーク１０３（主軸を軸心として回転している。）に工具１０５−ａが当接して切削加工等を行う。
工具１０５−ａから工具１０５−ｂへ変更する場合は、図１中において、工具台１０６・工具１０５−ａが図中右側に後退移動して、サーボモータ１０２の回動により工具台１０６が回動して１０５−ａと工具１０５−ｂの位置が入れ替わることにより、工具の変更が実施される（なお、異なる種類の工具への「変更」と、工具の「交換（新品への）」とは異なる概念として説明する。）。これにより、図１中において、サーボモータ１０２により工具台１０６・工具１０５−ｂが図中左側に前進移動するとワーク１０３（主軸を軸心として回転している。）に工具１０５−ｂが当接することとなる。
【００１８】
また、図２では、工作機械１として「旋盤」を前提として説明したが、例えば、工作機械１として、マシニングセンター等を想定すると、工具１０５が主軸を軸心として回転する場合もあり得る。さらに、例えば、工具１０５が扉付きの箱等の中に格納されている工作機械１もあり、その扉が開いて、所定のアームで工具１０５を把持して取り付けるようなものもあり得る。
従って、工作機械１は、ワーク１０３側を駆動する第一のモータと、工具１０５側を駆動する第二のモータとを備えていれば、その具体的な構造は限定されない。上記の図１における説明も便宜上、旋盤を前提として説明したが、これに限定されなく、工作機械１の構造に応じて構成も変更して適用可能である。
【００１９】
図３は、工作機械１（例えば、周知の「ＮＣ旋盤」である。）とその電流計測システム１０の信号の流れを説明するためのブロック図である。
図３において、まず、ＮＣ装置２０１から出力された制御信号はＰＬＣ２０２、インバータ２０３およびサーボアンプ２０４に入力される。
インバータ２０３は主軸モータ１０１を駆動し、サーボアンプ２０４はＮＣ装置２０１からの指示に従ってサーボモータ１０２の運動（動作）を制御する。
電流センサ２０５−ａは主軸モータ１０１に流れる電流を計測し、電流センサ２０５−ｂはサーボモータ１０２（複数のモータのいずれかのうちの少なくとも１つのモータ）に流れる電流を計測する。
ＮＣ装置２０１にはワーク１０３を所望の形状に加工するためのプログラムが実装されている。
主軸モータ１０１が回転することによってチャック１０４で固定されたワーク１０３も同時に回転する。
ＮＣ装置２０１からの指示に従ってサーボアンプ２０４がサーボモータ１０２を駆動することで、工具１０５がワーク１０３に接触し、切削加工が行われる。
ＮＣ装置２０１からの指示に従ってサーボアンプ２０４が工具台１０６を回動させるようにサーボモータ１０２を制御することで、ワーク１０３に接触する工具１０５が交換される。
【００２０】
また、図３でも、工作機械１として「ＮＣ旋盤」を前提として説明したが、上述のとおり、工作機械１は、ワーク１０３側を駆動する第一のモータと、工具１０５側を駆動する第二のモータとを備えていれば、その具体的な構造は限定されなく、第一の電流センサとしての電流センサ２０５−ａがワーク１０３側を駆動する第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ２０５−ｂが工具１０５側を駆動する第二のモータに流れる電流を計測することであればよい。
【００２１】
図４は、電流センサ２０５−ａによって計測された、工作機械１（例えば、周知の「ＮＣ旋盤」である。）が稼働している最中の主軸モータ１０１に流れる電流の時刻歴波形３０１（実線）と、電流センサ２０５−ｂによって計測された、工作機械１が稼働している最中のサーボモータ１０２に流れる電流の時刻歴波形３０２（破線）である。なお、縦軸は電流値、横軸は経過時間である。
切削加工等に使用される工具が、工具１０５−ａから工具１０５−ｂへと変更される、又は、工具１０５−ｂから工具１０５−ａへと変更される際には、工具台１０６が回動する。このとき、工具台１０６を回動させるためにサーボモータ１０２に大きな電流が流れるため、サーボモータ１０２に流れる電流の時刻歴波形３０２には瞬時的なピークが現れる。この瞬時的なピークを含む時刻歴波形３０２と、主軸モータ１０１に流れる電流の時刻歴波形３０１とを同期させる（重ねる）ことで、工具１０５−ａと工具１０５−ｂの使用時間に応じた主軸モータ１０１に流れる電流の時刻歴波形を抽出する（切り出す）ことができる。
計測された電流値は、情報処理装置３０の記憶装置等に保存され、その記憶装置等に接続された情報処理装置３０の演算装置によってデジタルデータで同期処理を行うことであっても、また、情報処理装置３０のアナログ回路（連続的に変化する電気信号を取り扱う電子回路）においてアナログ情報として同期処理を行うことであってもよい。
具体的には、図４に示すように、切削加工等の開始時点から、時刻歴波形３０２に最初に現れる瞬時的なピークまでは、工具１０５−ａが使用されており、初めて工具台１０６が回動する際に瞬時的なピークが最初に現れ、その時点で、工具１０５−ａから工具１０５−ｂへと変更され、それ以降は、時刻歴波形３０２に次の瞬時的なピークが現れるまでは、工具１０５−ｂが使用されているとみなす（推定する）ことができる。但し、図４は、理解の容易化のために模式的にグラフを表しているに過ぎなく、切削加工等の開始時点から、ワーク１０３に工具１０５−ａが当たるまでや、工具１０５−ａから工具１０５−ｂへと変更される際のワーク１０３にいずれの工具１０５も当たっていない状態は無視して表現したものであるし、電流値も必ずしも工具ごとに一定（フラット）の値をとるものではない。
なお、切削加工等に際して、情報処理装置３０の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている複数の工具の使用する順番のデータと紐付けること等により、時刻歴波形３０２に瞬時的なピークが現れるごとに、１番目の使用工具から２番目の使用工具へ、具体的にどの種類の工具からどの種類の工具へ変更されていくのかを特定することができる。情報処理装置３０から上記の複数の工具の使用する順番のデータを取得し、そのデータを、図４に示すデータと紐付けて、表示装置４０に具体的にどの時間帯でどの種類の工具が使用されていたかの工具名も表示することであってよい。
【００２２】
また、図４でも、工作機械１として「ＮＣ旋盤」を前提として説明したが、上述のとおり、工作機械１は、ワーク１０３側を駆動する第一のモータと、工具１０５側を駆動する第二のモータとを備えていれば、その具体的な構造は限定されなく、第一の電流センサとしての電流センサ２０５−ａがワーク１０３側を駆動する第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ２０５−ｂが工具１０５側を駆動する第二のモータに流れる電流を計測し、これら２つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させることで、解析処理を実行することができる（なお、後述する図５、図６の説明においても同様である。）。
例えば、工具１０５が扉付きの箱等の中に格納されている工作機械１の場合、その扉が開いて、所定のアームで工具１０５を選択して把持して取り付ける際の扉の開閉時の大きな電流（瞬時的なピーク）を計測すれば複数種類の工具１０５の変更のタイミングを推定することができる。
【００２３】
さらに、工具１０５の交換のタイミングを推定することのみでなく、工具台１０６を左右上下に移動させる際にサーボモータ１０２に大きな電流が流れるため、この左右上下の動作に基づいて工作機械１の稼働時間・稼働率等を推定することもできる。
【００２４】
その他、故障予測（異常検知）に用いることもできる。すなわち、第一の電流センサとしての電流センサ２０５−ａがワーク１０３側を駆動する第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ２０５−ｂが工具１０５側を駆動する第二のモータに流れる電流を計測し、これら２つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させ、解析処理を実行し、通常（正常時）の波形とは異なる波形が現れた場合には工作機械１又は工具１０５が故障する予兆又は故障しているとみなして故障予測を実施することができる。
【００２５】
図５（ａ）・図５（ｂ）は、加工回数に対する工具の種類ごとの負荷特徴量（なお、ここでいう「負荷」とは、ワークに対して工具を当てると反発する力の大きさのことをいう。種々の計算式や指標があるが、以下では、負荷は、「電流の大きさ」を測定することで推定されるものとする。すなわち、相対的に大きな負荷がかかっている場合（ワークに対して劣化した工具が当たってその分の抵抗力が生じている。）は、相対的に大きい電流が流れ、相対的に小さな負荷がかかっている場合（ワークに対してそれほど劣化していない工具が当たってその分の抵抗力が生じている。）は、相対的に小さい電流が流れ、負荷がかかっていない場合（空転）は、ほぼ電流が流れないことを利用して推定する。）の推移である。
ここでは負荷特徴量とは、図４における各ブロックの電流値の平均値のことをいう。具体的には、図４において、工具１０５−ａが使用されていた時間の電流の大きさがブロック１の領域（切り出し区間）として示され、その時間帯の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として、図５（ａ）中の丸印としてプロットされている。同様に、図４において、工具１０５−ｂが使用されていた時間の電流の大きさがブロック２の領域（切り出し区間）として示され、その時間帯の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として、図５（ｂ）中の三角印としてプロットされている。なお、図５（ａ）・図５（ｂ）にプロットされる丸印・三角印は、例えば同じ製品を１００本作るケースなどの、同一のワークを同一の条件で加工することを前提として、情報処理装置３０の演算装置によって計算処理された負荷特徴量であり、また、理解の容易化のためにグラフで示したに過ぎなくグラフ化は必須ではない。
加工回数の増加に伴い、図５（ａ）に示す、工具１０５−ａの負荷特徴量４０１と、図５（ｂ）に示す、工具１０５−ｂの負荷特徴量４０２はともに増加傾向（計測等の誤差があり得るため必ずしも加工回数に比例して負荷特徴量が大きくなるわけではないという意味である。）を示す。
これは、加工回数の増加に伴い、すなわち工具が使用されるに伴い、工具の表面が摩耗して劣化すると、ワークに対して当たった工具の表面の摩擦が大きくなり、すなわち抵抗力が大きくなり、負荷も大きくなるからである。
情報処理装置３０の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている各工具の負荷特徴量の閾値４０３、閾値４０４に、情報処理装置３０の演算装置によって計算処理された各工具の負荷特徴量が達した（一度達する場合でも、念のため２回連続で達する場合など計測エラ−対策がなされてもよい。９割程度の予備閾値を２回連続で達する場合など追加条件を付加することであってもよい。）と判断された場合、工具の表面が摩耗して劣化が著しく工具の交換時期であるとして推定し、情報処理装置３０の演算装置は工具交換のための所定のアラートを表示装置４０の表示画面５等に報知する。
なお、上記では、各切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値（二乗平均値）を加工対象の加工回数ごとに相対比較したが、非負関数値として計測した電流値の絶対値の総和値を利用することであってもよい。
【００２６】
図６は、表示装置４０に表示される表示画面５の一例を示す図である。
表示画面５は、加工品名（例えば、製品名：Ａ社の自動車のカムシャフト）の表示５０１と、工具交換通知（アラート）の表示５０２と、工具負荷特徴量の表示５０３と、電流計測値（電流の時刻歴波形、現時点の電流値も表示されることであってもよい。）の表示５０４と、工具名の表示５０５と、過去の履歴情報としての工具交換履歴（交換日時等）の表示５０６等とによって構成されている。もちろんこれらのすべての表示が必須ということではない。
なお、表示画面５へ出力することなく、所定の別体のランプ等を点滅させることなどにより、工具交換のアラートのみ報知することであってもよい。
また、表示装置４０等に出力されるデータは、表示装置４０等に出力することなく、情報処理装置３０のみにおいて所定の表示部（液晶ディスプレイ等）に表示して利用されることであってもよい。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態に係る工作機械の電流計測システム１０を用いた工作機械１の電流計測方法について、図７のフロ−チャ−トを参照して詳細に説明する。
基本的な流れは、第一の電流センサとしての電流センサ２０５−ａが工作機械１のワーク１０３側を駆動する第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ２０５−ｂが工作機械１の工具１０５側を駆動する第二のモータに流れる電流を計測し、これら２つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させて、解析処理を実行する、というものである。
以下では、工作機械１として「ＮＣ旋盤」を前提として、切削加工等に使用される２種類の工具である工具１０５−ａと工具１０５−ｂを変更しながらワーク１０３を加工する場合において、工具の負荷推定と併用することにより、工具ごとの摩耗状態（摩耗状態が一定限度を超えると「工具異常」の概念に含まれる状態となるものとする。）を推定して工具交換のタイミングを推定して報知するケースについて説明する。
【００２８】
まず、情報処理装置３０の記憶装置の所定のテーブル等に工具１０５−ａと工具１０５−ｂごとの負荷特徴量の閾値４０３、閾値４０４を予め設定する（ステップＳ１）。
【００２９】
次に、工作機械１により、工具１０５を用いたワーク１０３の加工が開始されると、電流センサ２０５−ａは主軸モータ１０１に流れる電流を計測し、電流センサ２０５−ｂはサーボモータ１０２（複数のモータのいずれかのうちの少なくとも１つのモータ）に流れる電流を計測する（ステップＳ２）。
【００３０】
そして、情報処理装置３０は、図４に示すように、主軸モータ１０１に流れる電流の時刻歴波形３０１（実線）と、サーボモータ１０２に流れる電流の時刻歴波形３０２（破線）を得て、同期処理を行う（ステップＳ３）。
【００３１】
情報処理装置３０の演算装置は、切削加工等の開始時点から、時刻歴波形３０２に最初に現れる瞬時的なピーク（ピーク信号）までは、工具１０５−ａが使用されており、初めて工具台１０６が回動する際に瞬時的なピークが最初に現れ、その時点で、工具１０５−ａから工具１０５−ｂへと変更され、それ以降は、時刻歴波形３０２に次の瞬時的なピークが現れるまでは、工具１０５−ｂが使用されているとみなし（推定し）、図４における、工具１０５−ａが使用されていたブロック１の領域と、工具１０５−ｂが使用されていたブロック２の領域の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として算定する（ステップＳ４）。なお、情報処理装置３０の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている複数の工具の使用する順番のデータと紐付けること等により、時刻歴波形３０２に瞬時的なピークが現れるごとに、１番目の使用工具から２番目の使用工具へ、具体的にどの種類の工具からどの種類の工具へ変更されていくのかを特定することができる。
【００３２】
そして、情報処理装置３０の演算装置は、上記のステップＳ１で設定した各工具の負荷特徴量の閾値４０３、閾値４０４に、各工具の負荷特徴量が達したか否かをそれぞれ判断し（ステップＳ５）、達したと判断された工具がある場合、その工具の表面が摩耗して劣化が著しく工具の交換時期であるとして推定し、情報処理装置３０の演算装置は、工具摩耗状態がひどく工具交換が必要である旨の所定のアラートを、例えば図６に示すように表示装置４０の表示画面５等に報知する（ステップＳ６）。
【００３３】
このようにすれば、工作機械のＮＣ装置を経由することなく、回転する主軸を駆動するモータの電流と工具交換台を駆動するモータの電流を計測し同期処理することによって、同一種類のワーク１０３を複数加工する状況において、工具１０５ごとに切り出された電流波形の非負関数値をワークごとに相対比較し推移を観察することで、ワーク１０３の加工回数に対する工具１０５ごとの摩耗状態を推定することができる。
従来、工作機械メーカーは機械の内部で動作しているプログラムからデータを解析することができるが、１つの工場で異なるメーカ等の工作機械を複数使用している場合等において、汎用的に工作機械の外部から（内部の電気回路等に変更を加えると改造品等となりメーカー保証対象外となるリスクもある。）工具の交換タイミング等を判別することが望まれていた。例えば、１個のワークの加工に際して工具を３種類用いて変更しながら加工する場合、ある１種類の工具を相対的に長い時間使用するため、一番早く摩耗するが、工作機械メーカー側で設定された回転数を目安として一括交換するケースや、３種類の工具の合算値で異常値を計測判断しているケースもあり、そのときは残りの２種類の工具はまだ使用できる状態であり、もったいない状況が発生していた。各工具の使用許容範囲の限界まで使用してからそれぞれのタイミングで廃棄・新品交換を実施することで原価低減・経済効率性が実現できる。
【００３４】
上記の本実施の形態によれば、ワーク１０３と工具１０５とのそれぞれが取り付けられた所定の主軸等を駆動するそれぞれのモータに流れる電流を計測して、それらの電流の大きさの変化により、ワーク１０３や工具１０５の状態や動作などを推定することができる。
【００３５】
また、電流センサ２０５−ａおよび電流センサ２０５−ｂのうちの少なくともいずれかと所定の電圧センサとを併用することで、電流と同時に電圧も計測することにより、主軸モータ１０１やサーボモータ１０２等の消費電力を使用して上記の電流を使用した実施形態と同様のことを実現することができる。
【００３６】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されてよい。
【符号の説明】
【００３７】
１        工作機械
２        制御盤
２１−ａ、２１−ｂ    ケーブル
３０      情報処理装置
４０      表示装置
４１      ケーブル
１０１    主軸モータ
１０２    サーボモータ
１０３    ワーク
１０４    チャック
１０５−ａ、１０５−ｂ    工具
１０６    工具台
２０１    ＮＣ装置
２０２    ＰＬＣ
２０３    インバータ
２０４    サーボアンプ
２０５−ａ、２０５−ｂ    電流センサ
３０１    主軸モータに流れる電流の時刻歴波形
３０２    サーボモータに流れる電流の時刻歴波形
４０１    工具１０５−ａの負荷特徴量
４０２    工具１０５−ｂの負荷特徴量
４０３    負荷特徴量の閾値
５        表示画面
５０１    加工品名の表示
５０２    工具交換通知の表示
５０３    工具負荷特徴量の推移の表示
５０４    電流計測値の表示
５０５    工具交換履歴の表示
【要約】
【課題】ワークと工具とのそれぞれが取り付けられた所定の主軸等を駆動するそれぞれのモータに流れる電流を計測して、それらの電流の大きさの変化により、ワークや工具の状態や動作などを推定する技術を提供すること。
【解決手段】第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ情報処理装置に接続されている、工作機械の電流計測システムであって、複数種類の工具を変更しながらワークを加工する前記工作機械は、前記ワークを駆動するための第一のモータと、前記工具を駆動するための第二のモータとを備え、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を同期させて、前記情報処理装置により解析処理を行うことを特徴とする工作機械の電流計測システム。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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