(57)【要約】【課題】例えば警告を行うために、マシンに音響的な信号及び／又は可視的もしくは接触知覚可能な信号を生成するための信号生成システムないしは報知システムを提供する。【解決手段】マシン（１０）は数値制御を行う制御ユニット（１１）と少なくとも１つのモータ（１２）とを備えている。モータ（１２）は、制御ユニット（１１）により起動されることができ、かつ、その軸受及び／又はマシン（１０）の一部とで振動系を形成する。制御ユニット（１１）は、モータ（１２）に、所望の動作を開始させる制御変数（Ｓ１）を印加する。必要であれば、制御ユニット（１１）は、さらに振動系に所望の機械的振動を生じさせる予め設定された信号変数（Ｓ２）をモータ（１２）に印加する。信号変数（Ｓ２）は、機械的振動が可聴的な振動及び／又は可視的もしくは可触的な振動となるように、予め設定される。【選択図】図４
2009148882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御を行う制御ユニット（１１）と少なくとも１つのモータ（１２）とを備えている工作又は生産を行う機械（１０）であって、
上記モータ（１２）は、上記制御ユニット（１１）によって始動させることができ、直接駆動手段として用いられ、かつ、該モータ（１２）の軸受（４、４’）及び／又は該機械（１０）の一部とともに振動系を形成する一方、
上記制御ユニット（１１）は、上記モータ（１２）の制御された生産動作を開始させる制御変数（Ｓ１）を上記モータ（１２）に印加するように構成されていて、
上記制御ユニット（１１）は、上記振動系に所望の機械的振動を生じさせる予め設定された信号変数（Ｓ２）を上記モータ（１２）に印加するように構成され、
上記信号変数（Ｓ２）は、上記機械的振動が可聴的及び／又は可視的もしくは接触知覚可能となるような態様に予め設定されていることを特徴とする工作又は生産を行う機械。
【請求項２】
上記制御変数（Ｓ１）及び上記信号変数（Ｓ２）が上記モータ（１２）に同時に印加され、上記振動系が振動する際に、上記モータ（１２）が所望の動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項３】
上記モータ（１２）は電気的に駆動することができるモータであり、上記制御変数（Ｓ１）及び信号変数（Ｓ２）は電流に係るものであることを特徴とする、請求項１に記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項４】
上記制御変数（Ｓ１）及び信号変数（Ｓ２）は、上記モータ（１２）に印加される前に重ね合わせられることを特徴とする、請求項３に記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項５】
該機械（１０）が、予め設定された状況における信号として、可聴的な機械的振動又は可視的もしくは接触知覚可能な機械的振動を発振する工作機械又は生産機械であることを特徴とする、請求項３に記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項６】
上記制御ユニット（１１）は、フィルタ（２８）、好ましくは共鳴フィルタを備えていて、上記フィルタ（２８）が上記振動系に自己共鳴を引き起こす振動変数（Ｓ２）を滑らかにならすように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項７】
上記制御ユニット（１１）に対してデータファイル又は音ファイルが設けられ、上記ファイルが上記可聴的な機械的振動又は上記可視的もしくは接触知覚可能な機械的振動を予め設定し、上記制御ユニット（１１）が上記データファイル又は音ファイルを信号変数（Ｓ２）に変換することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項８】
信号音及び／又は音を、上記制御ユニット（１１）及び上記振動系によって生成することができることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項９】
音声信号を、上記制御ユニット（１１）及び上記振動系によって生成することができることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作又は生産を行う機械。
【請求項１０】
数値制御を行う制御ユニット（１１）とモータ（１２）とを備えている工作又は生産を行う機械（１０）であって、上記モータ（１２）は上記制御ユニット（１１）によって制御することができ、かつ、該モータ（１２）の軸受（４、４’）及び／又は該機械（１０）の一部とともに振動系を形成するように構成されている機械（１０）において、可聴的な信号及び／又は可視的もしくは接触知覚可能な信号を生成する方法であって、
上記制御ユニット（１１）により、上記振動系に所望の機械的振動を開始させる信号変数（Ｓ２）を生成する過程と、
上記モータ（１２）に上記信号変数（Ｓ２）を印加して、上記モータ（１２）を介して上記振動系に機械的振動を生じさせる過程とを備えていて、
上記機械的振動を、上記機械（１０）の近傍において、可聴的な振動及び／又は可視的もしくは接触知覚可能な振動となるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項１１】
データファイル又は音ファイルを予め設定することができる過程をさらに備えていて、上記制御ユニット（１１）が上記データファイル又は音ファイルを信号変数（Ｓ２）に変換することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記制御ユニット（１１）が上記信号変数（Ｓ２）の生成にフィルタ（２８）を用い、上記フィルタが、上記振動系に自己共鳴を生じさせる信号変数（Ｓ２）を無効化することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
上記機械（１０）が上記制御ユニット（１１）にフィードバックを行うためのセンサを備えていて、上記制御ユニット（１１）は上記機械（１０）が所定の状態にあるときに予め設定された機械的振動を生成することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
準備の過程で、上記機械（１０）に対して、データファイル及び／又は音ファイルを予め設定することができることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
準備の過程で、上記機械（１０）が、ユーザインターフェース部により、信号音及び／又は音及び／又は音声信号を予め設定することができることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
上記制御ユニット（１１）を記憶媒体に接続することができ、信号音及び／又は音及び／又は音声信号を予め設定することができることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
上記機械（１０）が、ある時点で生産的に動作していないモータ（１２）に信号変数（Ｓ２）を印加するためのスイッチ素子又は選択器を備えていることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのダイレクトドライブないしは直接駆動手段（direct drive）を備えた工作機械（machine tool）又は生産機械（production machine）と、この種の機械を操作する方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転モータと連動するスピンドルナットシステム（spindle-nut system）は、工作機械の構成要素として用いられている。最近の１０年間に、工作機械におけるいわゆる数値制御（ＮＣ）リニアモータの一体化（integration）についての関心が高まり、現在ではこのようなリニアモータを用いた多数の機械が存在する。リニアモータは、直接的に並進運動を行わせることができ、これがダイレクトドライブとして知られている所以でもある。回転運動を生成するダイレクトドライブもまた存在する。
【０００３】
高度な精密性及び信頼性を確保しつつ高速性及び低コスト性を実現することは、多年にわたる絶えることのない要求であるが、この要求は、一般的に生産システム及び自動化システム並びにロボットへのリニアモータの応用を促進してきた。なお、以下では、表現を簡素化するため、便宜上、生産システム及び自動化システム並びにロボットを「マシン（machine）」と総称することにする。
【０００４】
種々のマシンで用いられるその他の形式ないしはタイプの数値制御（ＮＣ）アクチュエータもまた存在する。上記のリニアモータ及びアクチュエータは、すべて数値制御により制御される。この制御では、いずれも、アクチュエータに電流が供給され、又はアクチュエータに流体（油圧油）の体積流れがポンプ輸送される。
【０００５】
これらのすべてのシステムにおける共通の態様は、駆動され移動させられるＮＣ軸の質量が、リニアモータ又はアクチュエータの軸受（ベアリング）ないしは支持部、及び、マシンの固定部とともに振動系を形成することである。このようなシステムでは、動作の状態に応じて振動が発生するであろう。しかしながら、このような振動はどちらかといえば不都合なものであり、この振動を防止又は低減することを目標とする種々の開発ないしは研究がなされている。
【０００６】
近年ますます複雑化し、かつ大型化しつつあるマシンにおいては、自動化にかかわらず、ユーザに常時フィードバックを行うことが望ましい。一方では、典型的には、グラフィックユーザインターフェースを伴った画面ないしはスクリーンが用いられる。他方では、マシンの始動ないしはスタートアップに先立って警報音を発するために、しばしば音響信号生成器が付加的に用いられる。そして、マシンには、音響信号生成器ごとに、スピーカと、マシンの制御ユニットによって好ましく制御される信号源とが設けられる。マシンの運転時においてでも聴くことができる音響信号を生成するといった目的を達するために必要とされる技術的な活動ないしは研究は、比較的高度ないしは高コストである。
【０００７】
なお、いわゆる始動時警報装置では、マシンの始動の前に明確に聴くことができる音響信号を強制的ないしは義務的に発することが法令によって要求される場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は、例えば警告を行うために、マシンに音響的な信号（acoustic signal）及び／又は可視的もしくは接触知覚可能な信号（tangible signal）を生成するための信号生成システムないしは報知システムを提供することである。この信号生成システムは、可能な限りコスト性が良く（cost-effective）、かつ堅固（sturdy）であるべきである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、マシンにおいて用いることができる信号を発する方法を提供することである。ここで、本発明の目標の１つは、作業の安全性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、生産システム及び自動化システム（以下「マシン」と総称する。）において、電気駆動手段及び／又は液圧（油圧、水圧）駆動手段（例えば、供給駆動手段ないしは送り出し駆動手段又は回転駆動手段）が用いられる。とくに、リニアモータ（リニア同期モータ（linear synchronous motor）又はＬＳＭとしても知られている。）、好ましくは永久磁石励起リニア同期モータ（permanent-magnet-excited linear synchronous motor）及び（ＤＣ）トルクモータを用いることができる。本発明は、その他の電気アクチュエータ又は液圧（油圧、水圧）アクチュエータにも応用することができる。
【００１１】
本発明に係るマシンは、数値制御を行う制御手段（control）ないしは制御ユニットと少なくとも１つのモータとを備えている。モータは、制御手段によって直接駆動・制御され、かつ、該モータの軸受（ベアリング）ないしは支持部（bearing）、及び／又は、マシンの部品ないしは一部とともに振動系（oscillation system）を形成する。制御手段は、モータに所望の動作ないしは運動を開始させる（trigger）制御変数（control variables）をモータに印加ないしは出力する。さらに、制御手段は、振動系に所望の機械的振動を生じさせる予め設定された信号変数（signal variables）をモータに印加ないしは出力する。信号変数は、機械的振動が可聴的（audible）及び／又は可視的もしくは接触知覚可能（tangible）となるように予め設定される。
【００１２】
可聴的な信号及び／又は可視的もしくは接触知覚可能な信号を生成するための本発明に係る方法は、制御手段により、振動系に所望の機械的振動を開始させる信号変数を生成することを特徴とする。マシンのダイレクトドライブ（直接駆動手段）は、同時に、振動系の一部でありかつ励起要素ないしは励振要素（excitation element）である。信号変数は、モータを介して振動系内に機械的振動を開始させるために、モータに印加ないしは入力される。機械的振動は、マシンの周囲（environment）においては、可聴的（audible）及び／又は可視的もしくは接触知覚可能（tangible）である。
【００１３】
本発明に係るマシンの有利な実施態様及びこれらの各マシンに対応する方法は、特許請求の範囲の各従属請求項の固有の特徴となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に詳しく説明する。
【００１５】
本明細書において用いられている語句は、関連する分野ないしは基準（relevant norms）において用いられているものである。しかしながら、このような語句の使用は、本明細書の理解を容易にすることを目的として行われていることに注目すべきである。本願の特許請求の範囲における発明の技術的思想及び権利保護範囲は、本明細書においてとくに選択されているこのような語句の解釈によって限定されるべきではない。本発明は、他の語句を用いたシステム及び／又は他の特殊ないしは特別な分野にも単純に適用されるものである。本明細書における語句は、他の特殊ないしは特別な分野にも類推して適用すべきである。
【００１６】
以下では、本発明を、リニア同期モータを用いる場合について説明する。しかしながら、本発明は、リニア同期モータ以外のモータ及びアクチュエータを用いる場合にも、容易に類推適用することができる。本発明はまた、以下の実施の形態において説明するように、例えばトルクモータ（torque motor）を用いる場合についても適用することができる。
【００１７】
従来の回転同期マシンの場合と同様に、ランナないしは可動体（runner）あるいは回転子（rotor）の運動を可能にする注入電流（injected current）により、リニア同期モータ内に進行磁場ないしは進行磁界（travelling field）が生成される。進行磁場が生成される場所は、リニア同期モータの構造・仕様に依存する。長い固定子のドライブないしは駆動手段（long-stator drive）を用いる場合、進行磁場の生成は固定子内で起こる。ランナ（回転子）は電磁石又は永久磁石からなり、進行磁場に同期して追従する（follow）。短い固定子のリニアモータ（short-stator linear motor）を用いる場合、進行磁場の生成はランナ（回転子）内で起こる。この場合、ガイドバーないしは案内棒（guide bar）すなわち固定子は、電磁石又は永久磁石からなる。比較的単純な仕様で配列ないしは構成される短い固定子のドライブないしは駆動手段（short-stator drive）の場合、電力をランナ（回転子）に伝達することが必要である。固定子上におけるランナ（回転子）の摩擦のない支持ないしは軸支（friction-free bearing）は、電磁浮上（electromagnetic levitation）により確実化される。電磁浮上は、磁気的に励起された鉄回路（magnetically excited iron circuit）の引力又は斥力に基づいている。
【００１８】
リニアモータ又はトルクモータ、さらには最初に説明したその他のモータ及びアクチュエータは、再現可能ないしは再生可能な特性（property）を備えた動的システム（dynamic system）を形成する。本明細書では、この動的システムを、包括的に振動系ということにする。とくに、モータの軸受ないしはベアリング及び／又はマシンの部品ないしは一部は、振動系の振動動作ないしは振動作用に寄与する。とくに、マシン座部（machine bed）、マシンのカバー又は胴（shell）と直接機械的に接続されているマシンは、可聴的又は可視的ないしは接触知覚可能な振動を生成するのに適している。モータは、ピボット回転ドライブ、供給ドライブ、又は、ツールもしくは被処理物のスピンドルドライブの部品ないしは一部として、とくに信頼性が高いということが証明されている。本発明の好ましい実施の形態は、マシン座部やマシンのカバー（胴）などと機械的に直接接続されているモータ、好ましくはピボット回転ドライブ、供給ドライブ又はスピンドルドライブのモータを備えている。
【００１９】
本発明は、ダイレクトドライブ式ないしは直接駆動式のモータ（又はアクチュエータ）のための特別な形態ないしは形状の入力信号（又は液圧（油圧、水圧等）ドライブの場合は流体の体積流れ（fluid volume flow））を生成ないしは印加する特別な制御手段を提供する。本明細書では、このような入力信号を包括的に信号変数Ｓ２（signal variable）ということにする。モータの動作（例えば並進運動）を開始させる（trigger）制御変数（control variable）は、信号変数Ｓ２とは異なり制御変数Ｓ１ということにする。制御変数Ｓ１は、数値制御手段（好ましくは変換器（converter）を備えた数値制御手段）によって印加ないしは入力される制御変数（actuating control variable）又は閉ループの制御変数である。
【００２０】
信号変数Ｓ２は、モータの振動の目的的な励起（purposeful excitation）を生じさせる。本発明の好ましい実施の形態によれば、単純かつ着実な（robust）制御アルゴリズムが予め設定され、制御手段（好ましくは信号生成器）（例えばハードウェアにおいて実現ないしは理解される）で用いられる。これらのアルゴリズムは、一方ではモータの安定性及び良好な性能の確保を確実化し、他方ではモータにより可聴的及び／又は可視的もしくは接触知覚可能な（振動）信号を生成する。
【００２１】
本発明によれば、モータの制御された生産的な動作と、モータとその軸受とその周囲のマシン部分（すなわち振動系）による音を生成する（非生産的な）動作（振動）との間に明確な差異が生じる。両過程（both processes）は、制御手段側で実質的に分離される（decoupled）。生産的な運動を生成するための数値制御手段によるモータの制御は、予め設定する特別の制御変数Ｓ１により、従来のマシンと同様に行われる。上記の生産的な運動は、いつでも、モータの（非生産的な）運動すなわち機械的振動と重ね合わせる（superimpose）ことができる。モータが生産的な（productive）動作を全く行わないときには、本発明に係る手法により振動を生成することができる。
【００２２】
モータを操作するための各制御手段は一般に知られている。モータの位置（位置測定）又は運動状態（角度測定）は、例えば生産的な動作を生成するためのセンサを介して決定され、各情報は制御手段に印加ないしは入力される。制御手段は、制御変数Ｓ１を印加することにより、モータのパラメータの実際の値と設定値（setpoint）との間の差に応じてモータを動作させる。位置、速度又は加速度などの経時的に変化するデフォルト値ないしは初期値（default value）は、このようにして比較的正確に維持することができる。
【００２３】
同時に又は追加して、本発明に係る制御手段、又は、制御手段に接続ないしはリンクされた電子モジュールもしくは開度（電子回路）は、所望の信号変数Ｓ２を生成する。好ましく、これらの信号変数Ｓ２は、状況（situation）に応じて生成され又は出力される。
【００２４】
以下に、可聴的又は可視的ないしは接触知覚可能な信号をマシンのモータにより発することができる多数の状況（situation）を示す。
・（数値制御される）自動操作から半自動操作（半手動操作）又は手動操作へ移行するとき。
・修理要員（service staff）がマシン内に入っている場合において、マシンのメンテナンス（保守管理）を行うとき。モータは、例えば動作指令（motion command）を実行する前に、（警告）信号を発することができる。
・モータの１つが過負荷であるか、又は、過剰な熱の発生ないしは伝達が検出されたとき。
・ツールが摩耗した場合、マシンのモータを介して音響による修理要請（acoustic service call）を発することができる。
・マシンの始動ないしはスタートアップに先立つ始動時警告として。
【００２５】
前記のリストは網羅的なリストではなく、単に例示された種々の具体例に過ぎない。これらの具体例は、いかに本発明の融通性が高いか（flexible）、及び、いかに多くの異なる状況下で用いることができるかを示している。
【００２６】
以下に、本発明に係るマシンのモータにより発することができる多数の信号の具体例を示す。
・警告音ないしは警報
・始動時の警告ないしは警報
・過負荷の報知
・プログラム入力後の確認信号
・音響的な態様で個々のモータの適切な機能（反応可能性）を連続的に行わせる（go through）ための機能信号（function signal）
・例えば警告又は指令としての音声信号
・マシン又はモータの音響信号の攪乱（disturbing）を消去ないしは無効化ないしは遮蔽する（blank out）ための反対音信号（anti-sound signal）。
【００２７】
前記のリストもまた単なる例示である。このリストは、絶対に網羅的であると解されてはならない。
【００２８】
図１は、本発明に係るマシン１０を示している。このマシンは、かさ歯車（bevel gear）を生産ないしは加工するためのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ制御）される歯切り切削機（hobbing cutter）ないしは歯切りカッター（例えば、Oerlikon C29）に係るものである。マシン１０は、かさ歯車の用の歯切り切削機を用いることにより、かさ歯車及びハイポイドかさ歯車変速機（bevel gear and hypoid bevel gear transmissions）のための歯車機構（gear system）である。このマシンは、個別的及び連続的な生産方式における、はすば小歯車（helical gear pinion）及び環状歯車（ring gear）を生産するための前処理（precondition）を行う。マシン１０は、生産過程を監視することを可能にする監視窓２１を有するハウジング２０（カバー）を備えている。操作制御ユニット１８は、数値制御ユニットないしはＮＣ制御ユニット１１（図４参照）に接続されたピボット回転アーム（pivoting arm）に配設されている。マシン１０には、複数の軸部を同時に駆動することを可能にする数値制御ユニット１１が設けられている。制御ユニット１１のプログラム入力ないしはプログラミング（programming）は、画面（screen）と操作制御ユニット１８のキーとを介して、又はネットワーク接続を介して対話（dialog）により行うことができる。
【００２９】
図２は、マシン１０の内部構造体２２を示している。図示されたマシンは、数値制御（ＮＣ制御）される６つの軸、すなわちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸及びＣ軸を備えている。ここで、Ｘ軸は、ツール搬送部材２３（tool carriage）が鉛直方向において上向き及び下向きに移動することを可能にする。Ｙ軸は、ツール搬送台２３を支持している搬送部２４の水平方向の移動を可能にする。Ｚ軸は、ツール保持器２５が水平なｙ−ｚ平面内において内向き及び外向きに移動することを可能にする。図２に示す例では、Ａ軸（ツールスピンドル軸）は、ツール２６を、鉛直方向に立ち上がっている該Ａ軸のまわりに回転させるダイレクトドライブ（直接駆動手段）を備えている。さらに、マシン１０はＢ軸（ツールスピンドル軸）を備えている。このＢ軸は、被処理物２７（ワークピース）を鉛直方向に立ち上がっている該Ｂ軸のまわりに回転させるダイレクトドライブを備えている。Ａ軸及びＢ軸は、互いに平行に伸びている。Ｃ軸のまわりの回転は、さらなるダイレクトドライブによって可能となっている。図２に示されているように、ツール保持器２５及び被処理物２７は、Ｃ軸のまわりの回転により傾斜することができる。
【００３０】
Ａ軸のダイレクトドライブは、ツール２６の直上に位置し、ツールスピンドルを駆動する。Ｂ軸のダイレクトドライブは、被処理物２７及び被処理物スピンドルの直下に位置する。Ｃ軸のダイレクトドライブは、マシンの台座２８（bed）の内部に位置する。
【００３１】
図３は、Ａ軸のダイレクトドライブの模式的な断面図である。図３中では、ツールスピンドルは、参照番号５で示されている。ツールスピンドル５は、Ｘ軸と平行に伸びるＡ軸を備えている。ツール（図示せず）は、Ａ軸のまわりに回転することができる。図３中では、ツール搬送部材２３は右側に示されている。トルクモータ１２の固定子２及びトルクモータ１２の回転子３は、ツールスピンドル５のまわりに同心状に配置されている。制御ユニット１１によって生成ないしは出力される制御変数Ｓ１がトルクモータ１２に印加ないしは入力されたときに、トルクモータ１２は、ツールスピンドル５をＡ軸のまわりに回転させる。図３中において、トルクモータ１２の位置は、破線の楕円（長円）により概略的に示されている。図３に示す例では、ツールスピンドル５は、２つのラジアル軸受４、４’（radial bearing）によって保持ないしは支持されている。これらのラジアル軸受４、４’は、ツールスピンドル５と、マシン１０のその他の部分との間の機械的な接続部（結合部）を形成している。この機械的な接続部はまた、音響結合部（acoustic coupling）としても用いられ、マシン１０の部品ないしは一部分とともに振動系を形成する。
【００３２】
図４は、マシン１０の電気／電子部の適切ないしは可能な実施の形態を示している。図４は、マシン１０のモータ１２（Ｍ）（例えば図２に示すトルクモータ）と制御ユニット１１（サーボ制御手段）の結合体を示している。制御ユニット１１は、ダイレクトドライブシステムの一部分であるモータ１２を駆動する。モータ１２には、太い矢印で示された制御変数Ｓ１（例えば、各電流）が印加ないしは入力される。図４に示す実施の形態では、各制御変数Ｓ１は、多数の制御器１１．１、１１．２、１１．３によって生成される。位置制御器１１．１及び速度制御器１１．２には、それぞれ、回転エンコーダＤ（rotary encoder）又は角度エンコーダ１４（angle encoder）から検出信号（測定信号）を受け取る各検出ユニット（測定ユニット）１３．１、１３．２が設けられている。回転エンコーダＤ又は角度エンコーダ１４は、接続線１９（line）で示されているように、機械的、光学的又は容量的な（capacitive）態様でモータ１２に接続されている。図４中に示されているように、電流制御器１３．３は、電流Ｓ１（ないしは制御変数）を検出ないしは測定する電流計１３．３から情報を受け取り、フィードバック制御を行う。
【００３３】
電流制御器１１．３、速度制御器１１．２及び位置制御器１１．１は、いずれも、デジタル形式で構成ないしは実現する（realize）ことができる。なお、閉ループの制御器１１．１、１１．２、１１．３は、アナログ形式で構成ないしは実現することができる。
【００３４】
インターフェース部１１．４は、図示していないコンピュータから制御指令（命令）（例えば機械語データ（machine data）の形式で）受け取る。これらの制御指令は、制御ユニット１１によって、位置制御変数及び／又は回転制御変数に変換される。
【００３５】
図４において、制御ユニット１１の上方には、信号変数Ｓ２を生成する信号源１５が示されている。信号源１５は、例えば一体化された増幅器（integrated amplifier）を備えた信号生成器１６（例えば、正弦波生成器）を備えている。信号変数Ｓ２は制御変数Ｓ１とともに、出力部１７を経由して、モータ１２の入力部に印加される。すなわち、信号変数Ｓ２は、制御変数Ｓ１に重ね合わせられ（superimposed）、この後モータ１２に印加ないしは入力される。
【００３６】
信号源１５及び制御ユニット１１は、いずれも、例えばコンピュータと接続するためのインターフェース部１６．１、１１．４を備えている。信号源１５のインターフェース部１６．１は、例えばデータファイル（data file）又は音ファイル（sound file）を予め設定する信号源に接続してもよい。データファイル又は音ファイルは、可聴的又は可視的ないしは接触知覚可能な機械的振動を予め設定する。ここで、制御ユニット１１の信号源１５は、データファイル又は音ファイルを信号変数Ｓ２に変換する。適切なデータファイル又は音ファイルが予め設定されていれば、信号生成器１６内に正弦波生成器を設ける必要はなく、信号生成器１６の増幅器は信号変数Ｓ２を直接生成することができる。
【００３７】
制御ユニット１１又は信号源１５は、信号変数Ｓ２を滑らかにならす（blend out）フィルタ（例えば、図４中に示されているフィルタ２８）を備えているのが好ましい。このフィルタは、振動系を、臨界的な自己共鳴（critical self-resonance）の状態にする。また、共鳴フィルタ（resonance filter）を用いるのが好ましい。
【００３８】
好ましい実施の形態においては、フィルタ２８は、調整可能又はプログラミング可能である。これは、各ダイレクトドライブのためのフィルタ２８を、各ダイレクトドライブの自己共鳴を首尾よく抑制又は防止することができるように設定することを可能にする。各ダイレクトドライブが、それぞれ軸受４、４’の作用の結果及び／又は軸受を囲んでいるマシン１０の作用の結果として互いに異なる振動系を形成するので、調整又はプログラミングにより自己共鳴を首尾よく抑制又は防止することができる。
【００３９】
数値制御ユニット１１は、モータ１２の始動の制御を確実に行うことができ、これにより生産的な動作（productive movement）を、精密に制御された態様で行わせることができる。数値制御ユニット１１は、好ましく、モータ１２との結合（組み合わせ）により、位置が制御される電気式のダイレクトドライブ（position-controlled electric direct drive）を形成している。閉ループの電流制御、速度制御及び位置制御は、いずれも、前記のとおり、デジタル式の仕様で実施ないしは実現することができる。システムが永久磁石によって励起される同期モータ又は非同期モータに係るものであるか否かにかかわりなく、いわゆるベクトル指向性（vector-oriented）又は場指向性（field-oriented）の閉ループの制御手段を制御ユニット１１の一部として用いるのが好ましい。制御ユニット１１は、その出力側に、モータ１２を始動させるための変換器システム（converter system）を備えているのが好ましい。変換器システムは、電圧源変換器（voltage-source converter）を備えているのが好ましい。
【００４０】
本発明に係るマシンは、質量、剛性（stiffness）、減衰（damping）特性、及び、所望の振動特性（固有振動数、振幅及び消滅時間（fading time）等）などといった応用例に固有の要求（application-specific requirement ）に合致ないしは適合するときに最適なものとなる。したがって、いわゆる音響工学（音響調整）の応用によりマシン全体を最適化することができる。負担の大きい計算（heavy computing）を必要とするマシンパラメータの最適化は、例えば有限要素計算（finite element calculation）により実施することができる。
【００４１】
本発明によれば、大きい音を生成し、又は明確に見ることができ又は接触により明確に知覚することができる振動を生成するために、モータの非臨界的な（non-critical）共鳴（共鳴周波数）を意図的に用いることができる。しかしながら、共鳴領域でモータを運転する際の問題は、精度の低下（reduction in precision）及び疲労につながる大きな運動振幅（large motion amplitude）が惹起されることである。それゆえ、その精度が重要ないしは特徴であるマシンの場合、この実施の形態は好ましくない。臨界的な自己共鳴を防止するために、前記のとおり、フィルタ２８を用いることができる。
【００４２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、制御ユニット１１は、ダイレクトドライブの性能及び安定性が保証される一方、所望の振動信号が生成されるような仕様で配置又は構成されるべきである。
【００４３】
制御ユニット１１は、好ましく、モータ１２の制御された生産的な動作が、モータ１２の非生産的な音生成の動作（機械的振動）に優先することを常に確実化するインテリジェント制御手段として構成されている。例えば被処理物に機械加工を施すときに、機械的振動は、生産時において精度の低下をもたらすおそれがある。これが、このような場合に振動を抑制し、好ましくは振動をマシン１０の他のモータ１２に送るようにしている理由である。インテリジェント制御手段である各制御ユニット１１は、例えば必要なときには接続線１７を遮断する（これにより、瞬間的又は一時的に干渉振動ないしは妨害振動が停止される）スイッチ素子を備えていてもよい。また、信号変数Ｓ２を伴った接続線１７を、そのときに生産的でない他のダイレクトドライブに接続するようにしてもよい。
【００４４】
本発明の実施の形態は、一種の「インテリジェント選択器（intelligent selector）」を備えているのがとくに好ましい。この選択器は、その生産的な負荷が信号変数Ｓ２の印加により影響されない、又は、影響が最小であるマシン１０のモータ１２を選択する。各モータ１２がその装置状態に基づいて個別の振動系を形成するので、例えば３つのモータに対してそれぞれ３つの異なる振動変数Ｓ２、Ｓ２’、Ｓ２”を予め設定しなければならない。これにより、３つのモータはすべて同一（又は、ほぼ同一ないしは近似する）の信号音を発する位置に存在する。
【００４５】
所定のソフトウェアで制御された個々のモータの調整ないしはチューニング（tuning）は、本発明に従って、各マシン１０で行うことができる。この目的を達するため、マシン１０には、好ましく、音響センサ又は構造伝播音の検出手段（such measuring structure-borne sound）が設けられている。次に、特定の信号音を生成する信号変数Ｓ２が予め設定される。この後、実際の値と設定値（setpoint value）との間の自動的な比較が行われ、信号変数Ｓ２が、所望の振動音が実現ないしは達成されるまで変化させられる。このようにして、マシン１０全体の調整ないしはチューニングを行うことができる。マシン１０の運転中には種々の変化が起こりうるので、マシン１０のこのような調整ないしはチューニングは時々繰り返して行ってもよい。
【００４６】
制御ユニット１１は、プロフィバス（Profibus）、ＣＡＮバス（CAN-bus）及びインターバス（Interbus）などといった通常のバスインターフェースに加えて、例えばイーサネット（登録商標）を経由して遠隔操作によりアクセスする手段を備えていてもよい。会社又は企業のネットワークにおけるマシン１０又は一群のマシンを、このような（イーサネット）インターフェース部（例えば、インターフェース部１１．４）を介して一体化（integrate）してもよい。この場合、信号変数Ｓ２の設定を、任意のＰＣ（パソコン又はプログラマブルコントローラ）によりチェックないしは監視することができる。かくして、ユーザは、そのＰＣにより、適宜の態様で、生産ユニットのすべての制御ユニット１１にアクセスすることができる。
【００４７】
本発明によれば、機械的振動を検出するために複数の種々の異なるセンサを用いることができる。例えば、抵抗線ひずみ計（wire strain gauge）、レーザダイオードモジュール（laser diode module）及びＰＳＤ（位置検出装置）、構造アクチュエータ／センサ（structural actuator/sensor）としての圧電素子、加速度センサなどを用いることができる。このようなセンサを用いることにより、制御ユニット１１にフィードバックを行う閉ループの制御システムを構築することができる。かくして、警告音を確実に間違いなく発することを確実化することができる。
【００４８】
可能な限り歪み及び遅れが生じない態様で、駆動制御器（制御ユニット１１）により要求される設定トルク（setpoint torque）を実現することは、数値制御されるマシン軸に設けられた電気モータ１２役割ないしは任務（task）である。これは、本発明に係る信号の生成とは独立したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るマシンの構造を立体的ないしは３次元的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係るマシンの内部構造を立体的ないしは３次元的に示す斜視図である。
【図３】本発明に係るマシンで用いることができる、ダイレクトドライブを備えたツールスピンドルの模式的な断面図である。
【図４】本発明に係るマシンで用いることができる、ダイレクトドライブの数値制御手段を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
２  ツールスピンドル、３  回転子、４  ラジアル軸受、４’  ラジアル軸受、５  ツールスピンドル、１０  マシン、１１  数値制御ユニット、１２  モータ、１４  回転エンコーダ（角度エンコーダ）、１５  信号源、１６  信号生成器、１６．１  インターフェース部、１８  制御ユニット、２０  ハウジング、２１  監視窓、２３  ツール搬送部材、２５  ツール保持器、２６  ツール、２７  被処理物（ワークピース）、２８  マシン座部。
【図１】
2009148882.tif 000003
【図２】
2009148882.tif 000004
【図３】
2009148882.tif 000005
【図４】
2009148882.tif 000006