(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工が行われる工作機械の負荷異常診断装置において、
前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前々回のサイクルにおける加工動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける上限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定する上限しきい値設定手段と、
今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前回のサイクルにおけるアイドル動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける下限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定する下限しきい値設定手段と、
今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較する検出レベル比較手段と、
前記検出レベル比較手段による比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断する異常負荷判断手段とを備えることを特徴とする負荷異常診断装置。
【請求項２】
モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工が行われる工作機械の負荷異常診断装置において、
前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前記加工動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された上限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定する上限しきい値設定手段と、
今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前記アイドル動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された下限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定する下限しきい値設定手段と、
今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較する検出レベル比較手段と、
前記検出レベル比較手段による比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断する異常負荷判断手段とを備えることを特徴とする負荷異常診断装置。
【請求項３】
前記サイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値として、各サイクルにおける加工動作時のモータの電力量の平均値を使用し、前記サイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値として、各サイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の平均値を使用することを特徴とする請求項１または２記載の負荷異常診断装置。
【請求項４】
モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工を行わせるようにコンピュータに指示する負荷異常診断プログラムにおいて、
前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前々回のサイクルにおける加工動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける上限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定するステップと、
今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前回のサイクルにおけるアイドル動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける下限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定するステップと、
今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較するステップと、
前記比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする負荷異常診断プログラム。
【請求項５】
モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工を行わせるようにコンピュータに指示する負荷異常診断プログラムにおいて、
前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前記加工動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された上限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定するステップと、
今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前記アイドル動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された下限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定するステップと、
今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較するステップと、
前記比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする負荷異常診断プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は負荷異常診断装置および負荷異常診断プログラムに関し、特に、負荷異常と判断する電力量のしきい値の補正方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
穴あけ加工などを行う工作機械では、工作機械の作動中に振動、温度、電流などを監視し、その測定値に異常がある場合には、警報を発したり、工作機械を停止させたりする方法がある。
例えば、特許文献１には、工作機械の駆動軸に加わる負荷異常を検出する異常負荷検出方式において、工作機械の動作状態に応じて異常負荷検出レベルを切り換えて異常負荷検出を行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３２３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の異常負荷検出レベルの切り換え方法では、工作機械の動作状態に応じて異常負荷検出レベルが切り替えられるため、穴あけ加工などを連続して行っている際に、負荷異常の検出に用いる測定値がアイドル変動する場合には、正常動作時にも負荷異常と判断されることがあり、工作機械を何度も停止させて点検しなければならなくなるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、負荷異常の検出に用いる測定値がアイドル変動する場合においても、負荷異常を精度よく検出することが可能な負荷異常診断装置および負荷異常診断プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の負荷異常診断装置によれば、モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工が行われる工作機械の負荷異常診断装置において、前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前々回のサイクルにおける加工動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける上限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定する上限しきい値設定手段と、今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前回のサイクルにおけるアイドル動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける下限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定する下限しきい値設定手段と、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較する検出レベル比較手段と、前記検出レベル比較手段による比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断する異常負荷判断手段とを備えることを特徴とする。
【０００５】
また、請求項２記載の負荷異常診断装置によれば、モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工が行われる工作機械の負荷異常診断装置において、前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前記加工動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された上限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定する上限しきい値設定手段と、今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前記アイドル動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された下限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定する下限しきい値設定手段と、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較する検出レベル比較手段と、前記検出レベル比較手段による比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断する異常負荷判断手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項３記載の負荷異常診断装置によれば、前記サイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値として、各サイクルにおける加工動作時のモータの電力量の平均値を使用し、前記サイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値として、各サイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の平均値を使用することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４記載の負荷異常診断プログラムによれば、モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工を行わせるようにコンピュータに指示する負荷異常診断プログラムにおいて、前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前々回のサイクルにおける加工動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける上限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定するステップと、今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前回のサイクルにおけるアイドル動作時の前記モータの電力量の測定値との差分を、前回のサイクルにおける下限しきい値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定するステップと、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較するステップと、前記比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５記載の負荷異常診断プログラムによれば、モータに負荷がかかる加工動作とモータに負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工を行わせるようにコンピュータに指示する負荷異常診断プログラムにおいて、前回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値と前記加工動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された上限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値を設定するステップと、今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータの電力量の測定値と前記アイドル動作時の前記モータの電力量の初期値との差分を、予め設定された下限しきい値設定値に加算することで、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の下限しきい値を設定するステップと、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の上限しきい値および下限しきい値と比較するステップと、前記比較結果に基づいて、前記モータの負荷異常を判断するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、前回のサイクルにおけるアイドル変動分を今回のサイクルにおけるしきい値に加算してから、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量の測定値をしきい値と比較することができる。このため、穴あけ加工などを連続して行っている際に、負荷異常の検出に用いるモータの電力量がアイドル変動する場合においても、負荷異常を精度よく判断することができ、保守点検にかかる手間を軽減しつつ、工作機械の安全性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、モータの電力量の初期値を設定し、モータの電力量の測定値と初期値との差分をしきい値の補正に使用することにより、加工サイクルを何度も繰り返した場合においても、測定誤差やバラツキが蓄積されるのを防止することができ、負荷異常を精度よく判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る負荷異常診断装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る負荷異常診断装置が適用される工作機械の一例を示す斜視図である。
図１において、工作機械には、加工対象２を搬送するベルトコンベア１が設けられるとともに、加工対象２の穴あけに使用されるドリル７を回転させるモータ４が設置され、ドリル７は、チャック機構６を介して、モータ４の回転軸５に接続されている。そして、モータ４は、モータ４を前後または上下に移動させることで、ドリル７を位置決めする位置決め装置３上に配置されるとともに、インバータなどのモータ駆動装置１２に接続され、モータ駆動装置１２は、ＰＷＭなどの方式にてモータ駆動装置１２を制御するモータ制御装置１１に接続されている。
【００１２】
また、モータ４には、モータ４の電力量を計測する電力量計１３が接続され、電力量計１３には、モータ４の電力量に基づいてモータ４の負荷異常を検出する負荷異常診断装置１４が接続されている。
ここで、負荷異常診断装置１４には、しきい値設定手段１４ａ、検出レベル比較手段１４ｂおよび異常負荷判断手段１４ｃが設けられている。そして、モータ４に負荷がかかる加工動作とモータ４に負荷がかからないアイドル動作とをサイクリックに繰り返しながら加工対象２の加工が行われる場合、しきい値設定手段１４ａは、モータ４の電力量の上限しきい値、プレ上限しきい値、プレ下限しきい値をおよび下限しきい値を以下のように設定することができる。なお、プレ上限しきい値は上限しきい値よりも低めに設定し、上限しきい値に達する前に上限しきい値に近づいたことを警告するために用いることができる。また、プレ下限しきい値は下限しきい値よりも高めに設定し、下限しきい値に達する前に下限しきい値に近づいたことを警告するために用いることができる。
【００１３】
・今回のサイクルにおける上限しきい値＝前回のサイクルにおける上限しきい値
＋（前回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値
−前々回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値）    ・・・（１）
・今回のサイクルにおけるプレ上限しきい値＝前回のサイクルにおけるプレ上限しきい値
＋（前回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値
−前々回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値）    ・・・（２）
・今回のサイクルにおけるプレ下限しきい値＝前回のサイクルにおけるプレ下限しきい値
＋（今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値
−前回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値）  ・・・（３）
・今回のサイクルにおける下限しきい値＝前回のサイクルにおける下限しきい値
＋（今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値
−前回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値）  ・・・（４）
【００１４】
なお、（１）〜（４）式の設定方法では、今回のサイクルにおける上限しきい値を設定するために、前回および前々回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値を用いる方法について説明したが、必ずしも平均値を用いる必要はなく、例えば、前回および前々回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の中間値を用いるようにしてもよい。また、今回のサイクルにおける下限しきい値を設定するために、今回および前回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値を用いる方法について説明したが、必ずしも平均値を用いる必要はなく、例えば、今回および前回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の中間値を用いるようにしてもよい。
【００１５】
検出レベル比較手段１４ｂは、今回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量４の上限しきい値、プレ上限しきい値、プレ下限しきい値および下限しきい値と比較することができる。異常負荷判断手段１４ｃは、検出レベル比較手段１４ｂによる比較結果に基づいて、モータ４の負荷異常を判断することができる。
そして、加工対象２の穴あけ加工を行う場合、モータ制御装置１１はモータ駆動装置１２にモータ４を駆動させることで、モータ４を回転させる。そして、ベルトコンベア１にて加工対象２が搬送されると、位置決め装置３はモータ４を前後または上下に移動させることでドリル７を位置決めし、加工対象２にドリル７を接触させることで、加工対象２の穴あけ加工を行う。
【００１６】
ここで、加工対象２の穴あけ加工が行われる場合、モータ４に負荷がかかる加工動作とモータ４に負荷がかからないアイドル動作とがサイクリックに繰り返されるものとすると、モータ４で消費される電力量は電力量計１３にて計測され、負荷異常診断装置１４に送られる。そして、電力量計１３にて計測された電力量が負荷異常診断装置１４に送られると、しきい値設定手段１４ａは、前回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値および前々回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値を算出することにより、（１）式および（２）式にそれぞれ示すように、モータ４の電力量の上限しきい値およびプレ上限しきい値を設定する。また、しきい値設定手段１４ａは、今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値および前回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値を算出することにより、（３）式および（４）式にそれぞれ示すように、モータ４の電力量のプレ下限しきい値および下限しきい値を設定する。
【００１７】
そして、検出レベル比較手段１４ｂは、今回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値を、今回のサイクルにおける加工動作時のモータの電力量４の上限しきい値、プレ上限しきい値、プレ下限しきい値および下限しきい値と比較し、その比較結果を異常負荷判断手段１４ｃに出力する。そして、異常負荷判断手段１４ｃは、今回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値がプレ上限しきい値とプレ下限しきい値との間にある場合、モータ４にかかる負荷は正常である判断する。また、異常負荷判断手段１４ｃは、今回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値がプレ上限しきい値とプレ下限しきい値との間の範囲外であるが、上限しきい値と下限しきい値との間ある場合、モータ４にかかる負荷が異常をきたす前兆にあると判断し、警報を発することができる。また、異常負荷判断手段１４ｃは、今回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値が、上限しきい値と下限しきい値との間の範囲外にある場合、モータ４にかかる負荷が異常であると判断し、モータ４を停止させることができる。
【００１８】
これにより、前回のサイクルにおけるアイドル変動分を今回のサイクルにおけるしきい値に加算してから、今回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値をしきい値と比較することができる。このため、穴あけ加工などを連続して行っている際に、負荷異常の検出に用いるモータ４の電力量がアイドル変動する場合においても、負荷異常を精度よく判断することができ、保守点検にかかる手間を軽減しつつ、工作機械の安全性を向上させることが可能となる。
なお、しきい値設定手段１４ａ、検出レベル比較手段１４ｂおよび異常負荷判断手段１４ｃは、これらの手段で行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させることにより実現することができる。
【００１９】
そして、このプログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶しておけば、負荷異常診断装置１４のコンピュータに記憶媒体を装着し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、しきい値設定手段１４ａ、検出レベル比較手段１４ｂおよび異常負荷判断手段１４ｃで行われる処理を実現することができる。
また、しきい値設定手段１４ａ、検出レベル比較手段１４ｂおよび異常負荷判断手段１４ｃで行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させる場合、スタンドアロン型コンピュータで実行させるようにしてもよく、ネットワークに接続された複数のコンピュータに分散処理させるようにしてもよい。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に係る負荷異常と判断する電力量のしきい値の補正方法を示す波形図である。
図２において、図１のモータ４の電力量のアイドル変動前の波形をＷ１とすると、アイドル変動後の波形はＷ２となり、アイドル変動があると、モータ４の電力量は増大するようにシフトする。
ここで、加工対象２の穴あけ加工が行われる場合、モータ４に負荷がかかる加工動作とモータ４に負荷がかからないアイドル動作とがサイクリックに繰り返されるものとすると、モータ４の電力量の波形Ｗ１、Ｗ２は、モータ４で消費される電力量が比較的大きな加工領域Ｒ２とモータ４で消費される電力量が比較的小さなアイドル領域Ｒ１とがサイクリックに繰り返される。
【００２１】
なお、加工領域Ｒ２とアイドル領域Ｒ１とは、加工の開始前後の時間から判断することができる。そして、（１）式および（２）式のモータ４の電力量の平均値を算出する領域として加工領域Ｒ２の計測値を用いることができ、（３）式および（４）式のモータ４の電力量の平均値を算出する領域としてアイドル領域Ｒ１の計測値を用いることができる。
そして、前回のサイクルにおける上限しきい値Ｕ１、プレ上限しきい値ＵＰ１、プレ下限しきい値ＬＰ１、下限しきい値Ｌ１に対し、モータ４の電力量のアイドル変動分をそれぞれ上乗せし、今回のサイクルにおける上限しきい値Ｕ２、プレ上限しきい値ＵＰ２１、プレ下限しきい値ＬＰ２、下限しきい値Ｌ２を設定することにより、モータ４の電力量にアイドル変動が発生した場合においても、負荷異常を精度よく判断することができる。
【００２２】
また、上述した実施形態では、加工対象２の加工の形態として穴あけ加工を例にとって説明したが、穴あけ加工以外にも、切削加工や切断加工などのその他の加工の形態に適用するようにしてもよい。
なお、上述した実施形態では、前回および前々回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の測定値の差分を上限しきい値の補正に使用し、今回および前回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の測定値の差分を下限しきい値の補正に使用する方法について説明したが、モータ４の電力量の初期値を設定し、モータ４の電力量の測定値と初期値との差分をしきい値の補正に使用するようにしてもよい。
【００２３】
この場合には、しきい値設定手段１４ａは、モータ４の電力量の上限しきい値、プレ上限しきい値、プレ下限しきい値をおよび下限しきい値を以下のように設定することができる。
・今回のサイクルにおける上限しきい値＝予め設定された上限しきい値設定値
＋（前回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値
−予め設定された加工動作時のモータ４の電力量の初期値）              ・・・（５）
・今回のサイクルにおけるプレ上限しきい値＝予め設定されたプレ上限しきい値設定値
＋（前回のサイクルにおける加工動作時のモータ４の電力量の平均値
−予め設定された加工動作時のモータ４の電力量の初期値）              ・・・（６）
・今回のサイクルにおけるプレ下限しきい値＝予め設定されたプレ下限しきい値設定値
＋（今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値
−予め設定されたアイドル動作時のモータ４の電力量の初期値）          ・・・（７）
・今回のサイクルにおける下限しきい値＝予め設定された下限しきい値設定値
＋（今回のサイクルにおけるアイドル動作時のモータ４の電力量の平均値
−予め設定されたアイドル動作時のモータ４の電力量の初期値）          ・・・（８）
これにより、加工サイクルを何度も繰り返した場合においても、測定誤差やバラツキが蓄積されるのを防止することができ、負荷異常を精度よく判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る負荷異常診断装置が適用される工作機械の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る負荷異常と判断する電力量のしきい値の補正方法を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ベルトコンベア
２  加工対象
３  位置決め装置
４  モータ
５  回転軸
６  チャック機構
７  ドリル
１１  モータ制御装置
１２  モータ駆動装置
１３  電力量計
１４  負荷異常診断装置
１４ａ  しきい値設定手段
１４ｂ  検出レベル比較手段
１４ｃ  異常負荷判断手段
【図１】
0005049084.tif 000002
【図２】
0005049084.tif 000003