CN106527343A - 具有冲击检测功能的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有冲击检测功能的电子设备，本发明的搭载于有可能产生振动、冲击的机械上的电子设备具备：加速度检测单元，其以预定的时间间隔检测加速度；冲击判别单元，其在判定为由上述加速度检测单元检测出的加速度的加速度值超过预先设定的第一阈值的情况下，根据在该判断后的整个预先设定的预定期间由上述加速度检测单元检测出的多个加速度的各自的加速度值中的最大值来计算第二阈值，在上述多个加速度中加速度值超过上述第二阈值的加速度的数为预先设定的预定数以下的情况下判别为单发性冲击，在超过上述预定数的情况下判别为多发性冲击；以及输出单元，其在判别为上述多发性冲击的情况下输出信号。

Description

具有冲击检测功能的电子设备

技术领域

本发明涉及一种电子设备，特别是涉及一种具有冲击检测功能的电子设备。

背景技术

有时由于冲击经由机械机壳反复施加到电子设备，在安装于电子设备的电子部件或其焊接部中积累损伤，引起电子部件破损、其焊接部断裂，由此导致电子设备发生故障。在从发生故障起直至恢复的期间机床无法进行加工，运转率下降而使用户蒙受损失。

因而，如果能够检测认为导致故障的冲击，并促使作业人员、设备维护责任人进行加工条件的变更、对机床本身的冲击对策、机械的操作方法的改善等，则能够实现运转时间的延长、事先安排更换部件而故障时能够迅速恢复，从而有助于提高机床的运转率。

作为产生冲击的原因可举出：(1)由工件与刀具的碰撞这种不适当的加工程序引起的冲击；(2)由针对工件的进给速度和刀具转速不匹配这种不适当的加工条件引起的冲击；(3)由用户进行的机械操作引起的冲击等。关于(1)和(2)，在进行实际加工之前使用个人计算机等的CAM软件实施加工模拟而能够进行改善，但是关于(3)，难以事先预知。

上述产生原因中，对于由用户操作引起的(3)，除了例如按下安装于电子设备的按钮、打开和关闭安装于电子设备的外罩这种电子设备本身或安装于其附近的装置的操作以外，还可举出随着安装于机床的安全门、安装了控制装置的操作盘悬架(pendant)的移动操作而产生的冲击。

根据产生原因不同而冲击的种类不同，在打开和关闭门、操作盘悬架的移动操作为产生原因的情况下，机床的机壳整体产生振动，因此出现机壳的部件之间碰撞多发性的多发性冲击。另一方面，在按钮、操作盘的操作为产生原因的情况下，仅电子设备本身或安装部产生振动，因此出现机壳的部件之间仅碰撞一次的单发性冲击。在考虑加速度的最大值相同的两次冲击时，与单发性冲击相比多发性冲击对电子设备带来的压力更大。

以往已知以下方法：将加速度传感器搭载于电子设备中，检测自由落体、落下后的冲击或其两者，并显示使装置停止或记录于维护信息的警告。特别是，已知以下方法：在便携式电子设备中，为了实现一边携带一边使用这种方式，采用了一定程度的冲击对策机构，检测有可能发生故障的冲击。

另外，例如在日本特开2014-215184号公报中，使用加速度传感器测量自由落体时间以及在自由落体之后观测的冲击的收敛时间，与预先设定的每个自由落体时间的允许收敛时间进行比较，由此判断是否施加了预定的冲击。

然而，仅搭载加速度传感器而根据某一阈值来识别冲击大小并发出警报，还检测到上述压力小的单发性冲击，在通常操作中也频繁地报警而用户的便利性受损。

另外，在如安装于机床的数值控制装置的固定型电子设备中不会引起自由落体，因而不存在作为判断冲击的基准的自由落体时间，因此存在难以识别并检测冲击的程度、种类这种问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种能够判别从外部对搭载于机床的电子设备施加的冲击的种类的电子设备。

在本发明中，根据碰撞次数来识别机壳整体进行振动的压力大的多发性冲击和仅电子设备附近进行振动的压力小的单发性冲击，仅警报前者而不警报后者，由此不会损坏用户的便利性而实现提高机床的运转率。

因而，本发明的电子设备搭载于有可能产生振动、冲击的机械中，其特征在于，具备：加速度检测单元，其以预定的时间间隔来检测加速度；冲击判别单元，其在判别为由上述加速度检测单元检测出的加速度的加速度值超过预先设定的第一阈值的情况下，根据在该判断后的整个预先设定的预定期间中由上述加速度检测单元检测出的多个加速度各自的加速度值中的最大值来计算第二阈值，在上述多个加速度中加速度值超过上述第二阈值的加速度的数量为预先设定的预定数以下的情况下判别为单发性冲击，在超过上述预定数的情况下判别为多发性冲击；以及输出单元，其在判别为上述多发性冲击的情况下输出信号。

也可以是，上述电子设备具备与外部的通信单元，在判别为上述多发性冲击的次数超过预先设定的预定的数的情况下，将存储在上述电子设备中的信息自动地发送到外部。

根据本发明，能够区分地检测从外部对搭载于机床的数值控制装置等电子设备施加的冲击的种类，能够根据与故障有关的冲击对机床用户或机械制造商警报发生故障的可能性或请求应对冲击的对策。

附图说明

通过说明与附图关联的以下的实施例，能够更加明确本发明的上述和其它目的以及特征。在这些图中：

图1是具备本发明的实施方式的电子设备的机床的概要结构图。

图2是表示本发明的实施方式的操作机床的状态的图。

图3是说明本发明的实施方式的对机床产生的冲击的图。

图4是本发明的实施方式的电子设备的主要部分结构图。

图5是在本发明的实施方式的电子设备上执行的处理流程图。

图6是表示在本发明的实施方式的电子设备中检测到的单发性冲击的示例的图。

图7是表示在本发明的实施方式的电子设备中检测到的多发性冲击的示例的图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是使安装于主轴的工件进行旋转并使用安装于刀座的刀具进行切削加工，由此成型为期望形状的旋盘型机床的结构例。机床1由如下部件构成：通过电动机而旋转的主轴9和工件10；把持刀具11而由加工程序控制的刀座5；喷嘴3，其促进排出通过加工产生的切屑粉，并喷射用于降低由摩擦引起的热膨胀的影响的切削液4；操作盘悬架13，其安装有具备各种操作开关的机械操作盘12和用于控制主轴9与刀座5或***设备的电子设备(以下，称为数值控制装置7)。

如公知，数值控制装置7具备：运算处理装置、输入输出接口、DRAM或非易失性存储器这种存储装置、显示各种信息的显示器、输入各种数据的操作部。在附图中并未记载，但是在数值控制装置7和机械操作盘12上具备USB存储器这种外部设备连接用而露出于机械外部的连接器，并且具备如果操作错误则有可能发生危险的例如运转开始按钮等。针对它们安装有保护外罩，对于前者用于防止附着切削液、金属粉这种异物，对于后者用于防止被错误按下。

机床1通常被由板金(金属板)形成的机壳(以下，称为机械机壳2)包围，以将存在可动部的危险区域即加工区域与人分离，并且以使由于加工而飞散的切屑粉、切削液不会泄露到外部。另外，为了安装和拆下工件10，在机械机壳2上设置有能够手动或自动打开和关闭的门8。该门8能够水平(图1示出的箭头方向)地滑动而打开和关闭。或，能够向垂直方向滑动或能够向近前或内部方向(深度方向)打开和关闭。

用户将根据工件的设计图而制作的加工程序输入到数值控制装置7，或将通过CAD/CAM***来自动制作的加工程序输入到数值控制装置7，或将存储在外部设备中加工程序经由以太网(注册商标)或RS232-C这种外部通信单元而随时传送到数值控制装置7，同时进行加工。数值控制装置7根据该加工程序来进行主轴9的转速、刀座5的控制。另外，通过对安装于操作盘悬架13的数值控制装置7、机械操作盘12进行操作，来进行主轴9的转速或刀座5的进给速度这种加工条件的调整、工件10的装拆、随之产生的工件10的位置或尺寸的测量和设定、刀具11的尺寸测量的各种作业。

图2是表示操作员操作数值控制装置或机械操作盘的状态的图。如图2所示，操作员大多在能够对加工区域内进行目视观察的位置上操作数值控制装置7或机械操作盘12，因此操作盘悬架13大多为可动式。在本实施方式的机床1中，操作盘悬架13能够经由安装于操作盘悬架13侧面的铰链(Hinge)6而向图中箭头方向改变朝向。

在上述作业中，在进行门8的打开和关闭操作、操作盘悬架13的位置操作时，在操作员的加减力不适当的情况下，如图3所示，有时由于(a)门8与机械机壳2的碰撞或(b)操作盘悬架13与机械机壳2的碰撞而导致对操作盘悬架13上的数值控制装置7施加较大的力、即加速度。为了抑制这种加速度的产生，通常在门8、操作盘悬架13的开闭机构中安装有例如由橡胶等弹性部件构成的缓冲垫、气缓冲器、油缓冲器这种冲击吸收机构。即使在该情况下，在施加了超过冲击吸收机构的额定的冲击或由于长时间使用而特性劣化而冲击吸收作用消失的情况下，有时也产生大冲击。特别是，橡胶等弹性部件有时因在机床1中使用的切削液的成分而固化从而失去缓冲性。另外，也有时本来机床1不具备冲击吸收机构。由该原因导致产生的冲击成为操作盘悬架13或机械机壳2整体进行振动的状态，由加速度检测单元检测出的加速度波形被观测为如引起了多发性碰撞(多发性冲击)。

另一方面，安装于机械操作盘12、数值控制装置7的按钮操作、保护外罩的打开和关闭也由于操作员的加减力而有可能产生大加速度，但是它们是数值控制装置7本身或机械操作盘12附近处于振动的状态，因此通过上述方法观测到的加速度波形成为单发性的碰撞波形(单发性冲击)。

如上所述，根据产生原因不同而所施加的碰撞的次数不同，因此向安装于数值控制装置7的部件的压力也不同。在考虑到具有同一强度的最大值的加速度的情况下，产生原因为机械操作盘12、数值控制装置7的操作的单发性冲击尽管不会是数值控制装置7的故障原因，然而当检测该冲击并输出检测信号时，基于该检测信号的警报有可能在每次进行操作时频繁地发出，损害用户的便利性。因此，在本发明中，通过区分以门8的打闭操作、操作盘悬架13的位置操作等为产生原因的基于加速度的检测信号、以及以数值控制装置7、机械操作盘12的操作为产生原因的基于加速度的检测信号，防止了随着后者的操作而发出的频繁的警报，确保了用户的便利性。

作为本发明的一个实施方式，能够仅根据以门8的打闭操作、操作盘悬架13的位置操作等为产生原因的基于加速度的检测信号来发出警报。在该情况下，警报除了考虑在数值控制装置7的画面上显示警告声明或提醒的符号或图形的方法、使安装于机床1的灯闪烁这种视觉性方法以外，还考虑蜂鸣器等的警告音、声音提示这种使用声音的通知等。另外，作为其它实施方式，还能够将以门8的打闭操作、操作盘悬架13的位置操作等为产生原因的基于加速度的检测信号、以及以数值控制装置7、机械操作盘12的操作为产生原因的基于加速度的检测信号的各自的输出次数、频率等统计信息，存储于数值控制装置7的存储器等，并根据该统计信息来发出警报。在该情况下，例如能够进行在一次加工作业中检测出预定次数以上的多发性冲击的情况下发出对作业人员进行警告的警报、或在检测出单发性冲击的情况下然而其频率太多的情况下发出促使注意的警报等这种发出与状况相应的警报的控制。

除此以外，如果数值控制装置7经由以太网(注册商标)、近场通信Bluetooth(注册商标)这种通信单元而与外部设备连接，则还考虑例如通过电子邮件等信息传递单元将检测信号、警报发出通知给远处。

另外，在检测加速度时或发出警报时，如果将时刻、机械状态(是安装作业中还是实际加工中等)、加速度检测和警报发出的累计次数等信息也一并进行记录或通知，则能够确定警报原因、得到有助于对策的信息。另一方面，尽管反复发出警报，在不采取对策的情况下也防止发生故障。鉴于这种可能性，如果在每次发出警报或每次多发性发出警报时，将加工程序、设定参数等内部信息自动地退避至数值控制装置7内的非易失性存储器或经由外部网络自动地退避至外部设备，则能够将发生故障时的影响抑制到最小限度，并且有助于以后的装置恢复。

以下，说明具体的检测和分析方法。图4是表示安装于机床1的包括作为加速度检测单元的加速度传感器、作为冲击判别单元的运算电路并用于检测冲击的结构的主要部分框图。数值控制装置7中安装有当施加加速度时产生电信号的加速度传感器14。作为加速度传感器14使用了利用压电效果的技术、采用电阻体的电阻变化的公知的技术，但是在本实施方式中，期望能够分别检测和输出水平、垂直、深度方向各自的加速度，因此也可以使用三维加速度传感器或组合多个单轴加速度传感器来实现。根据数值控制装置7或机械操作盘12的安装方法和结构的不同，有时由冲击的产生原因导致的加速度与该冲击被传播而传递到数值控制装置7时测量的加速度的朝向不同，因此期望能够测量三维的每个加速度。

考虑加速度传感器14的安装位置是构成数值控制装置7的印刷电路板上、机壳外壳上的位置，但是需要安装于能够正确地检测对数值控制装置7施加的加速度之处。因此，期望安装于刚性高的位置，如果在印刷电路板上则期望在螺旋夹部位附近。

加速度传感器14的输出值为微小，因此在传感器外部连接有对压电元件的输出电流进行放大(增幅)的放大器15、输出与电阻体的电阻值相应的电压的电路。从该电路输出的信号经由低通滤波器(未图示)、A/D转换器16而与进行加速度的绝对值的计算、缓冲以及比较的运算电路17连接。该电路的输出经由外部接口18与数值控制装置7的内部总线连接。

图5是表示从冲击的检测直至分析和警报为止的流程的一例的流程图。加速度传感器14的输出被以基准频率间隔来采样。在3轴传感器的情况下，获取加速度a＝(ax,ay,az)的三维数据。运算电路17使用以下示出的式1来计算该加速度a的绝对值|a|，并存储到寄存器(步骤SA01)。

[式1]

接着，运算电路17判断加速度a的绝对值|a|是否超过了规定的阈值a_th，在超过的情况下判断为施加了冲击，迁移到碰撞次数判断状态(步骤SA02)。

运算电路17在迁移到碰撞次数判断状态之后，将从通过加速度传感器14检测出的基于冲击的加速度a而计算并存储的n个加速度绝对值|a|中的最大的值设为|a|max，计算将该|a|max乘以规定系数k(例如0.2)而得到的值即|a|max_th(步骤SA03)。然后，对迁移到碰撞次数判断状态之后存储的n个加速度绝对值|a|中具有超过|a|max_th的值的|a|的个数n进行计数(步骤SA04)。运算电路17在n存在超过规定阈值n_th的个数(例如20个)的情况下，判断为多发性冲击，在少的情况下判断为单发性冲击(步骤SA05)。然后，在判断为多发性冲击的情况下发出警报(步骤SA06)。

图6、图7是表示由加速度传感器检测出的波形的示例的图。图6是对数值控制装置7或机械操作盘12进行操作时测量出的波形例，图7是强力关闭机械的门8的情况下测量出的波形例。

将采样频率设定为1.25msec，将要迁移到碰撞次数判断状态的加速度的绝对值|a|的阈值a_th设定为3G，将迁移到碰撞次数判断状态之后使用的加速度a的绝对值|a|的个数n设定为32个，将计算在碰撞次数的判断中使用的|a|max_th的系数k设定为0.2，用虚线表示计算出的|a|max_th。碰撞次数的判断基准n_th为20个。在图6中n的值为7个，因此未发出警报，在图7中n的值为24个，因此发出警报。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式的示例，通过施加适当的变更来能够以各种方式来实施。

例如在上述实施方式中，将加速度传感器14、放大器15以及A/D转换器16设为独立的设备，但是如果使用将这些一体地集成的公知的电子部件例如MEMS设备，则在减小部件安装面积、降低成本方面较有利。

在上述实施方式中，根据加速度绝对值|a|来判断碰撞次数，但是通过n个测量值中的最大值和超过了使该最大值规定倍数后的阈值的测量值有几个这种简单的方法来判断碰撞次数，因此代替绝对值|a|，使用各轴加速度大小的合计、例如为3轴则|ax|+|ay|+|az|这种简单的值也能够得到相同的效果。

在上述实施方式中，通过运算电路17执行在图5的流程图中示出的作为冲击判别单元的各处理，但是也可以构成为将来自A/D转换器的输出向数值控制装置7输出并在数值控制装置7所具备的CPU、PMC等上执行作为冲击判别单元的各处理，在具有这种结构的情况下不需要运算电路17。

在上述实施方式中，将检测出的加速度区分为单发性冲击和多发性冲击这两种而进行检测，但是也可以例如设置碰撞次数的多个阈值，并分多阶段即单发性冲击、多发性冲击、单发性冲击与多发性冲击的中间冲击、超过多发性冲击的冲击等，检测加速度，在每个情况下变更警告级别、数值控制装置7的动作。

并且，说明了本发明的电子设备为搭载于旋盘型机床的方式，但是并不限定于旋盘型，还能够应用于铣床、其复合加工机、磨床、滚床、剃齿机、板金冲压机、板金折弯机这种以切削加工、磨削加工、折弯加工、冲孔加工为目的的各种加工机、搭载于有可能产生振动、冲击的机械上的电子设备。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式的示例，通过施加适当的变更来能够以其它方式实施。

Claims (2)

1.一种电子设备，搭载于有可能发生振动、冲击的机械中，该电子设备的特征在于，具备：

加速度检测单元，其以规定的时间间隔来检测加速度；

冲击判别单元，其在判定为由上述加速度检测单元检测出的加速度的加速度值超过预先设定的第一阈值的情况下，根据在该判定后的整个预先设定的规定期间中由上述加速度检测单元检测出的多个加速度的各自的加速度值中的最大值，来计算第二阈值，并在上述多个加速度中加速度值超过上述第二阈值的加速度的数量为预先设定的规定数以下的情况下判别为单发性冲击，在超过上述预定数的情况下判别为多发性冲击；以及

输出单元，其在判别为上述多发性冲击的情况下输出信号。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

该电子设备具备：与外部的通信单元，在被判别为上述多发性冲击的次数超过了预先设定的规定的数的情况下，将存储在上述电子设备中的信息自动地发送到外部。