JP2012047707A

JP2012047707A - 振動検出装置、振動抑制装置、および、振動情報表示装置

Info

Publication number: JP2012047707A
Application number: JP2010192802A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Iwazawa; 克敏岩澤; Koji Kitagawa; 浩二北川; Koichi Hayashi; 康一林
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】転送能力が低くても振動の周波数領域の波形データを適切に送信し得る振動検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の振動検出装置５は、工作機械における振動抑制装置などに適用される。振動検出装置５は、加工中に発生するびびり振動を振動センサ２ａ〜２ｃで検出し、フーリエ変換演算手段６により振動センサ２ａ〜２ｃからの信号をフーリエ変換演算する事で周波数領域の振動データを算出する。算出された周波数領域の振動データを、周波数分割演算手段９により設定された周波数間隔に分割し、分割された複数の周波数範囲について、それぞれの周波数範囲の中で最大となる振動データを、その周波数間隔の振動データとして出力する装置であり、前記周波数分割演算手段９によりデータ量を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の分野で使用される振動抑制装置、例えば回転可能な主軸に工具を把持させ、ワークに対して工具を移動させながら加工を行う工作機械に搭載される振動抑制装置などに適用できる振動検出装置、および、これを搭載した振動抑制装置、および、振動情報表示装置に関する。

振動抑制装置は、工作機械において加工中に発生するびびり振動を検出し、検出値から工具の最適な回転速度を算出し、回転速度を変更する事によりびびり振動を抑制する装置である。

図５は、従来の振動抑制装置の構成を示すブロック図である。図６は、振動抑制の対象となる回転軸ユニット１１を側面から示した図であり、図７は、回転軸ユニット１１を軸方向から示した図である。

振動抑制装置は、回転軸１３を含んだ回転軸ユニットと振動センサ１２ａ〜１２ｃと制御装置１５を含んでいる。振動センサ１２ａ〜１２ｃは、図６及び図７に示す如く回転軸ユニットに取り付けられており、振動センサは、互いに他のセンサに対して直角方向の振動加速度を検出するようになっている。たとえば、振動センサ１２ａ〜１２ｃは、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向での時間領域の振動加速度を検出するようになっている。

一方、制御装置１５には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算装置２０とパラメータ演算装置２１が含まれている。

ＦＦＴ演算装置２０には、ＦＦＴ演算手段１６が含まれている。ＦＦＴ演算手段は、振動センサ１２ａ〜１２ｃで検出される時間領域の振動加速度を周波数領域の振動加速度に変換し、周波数領域の振動加速度とその周波数を抽出して出力する。

パラメータ演算装置２１には、パラメータ演算手段１７と回転数制御手段１８が含まれている。パラメータ演算手段１７は、該ＦＦＴ演算装置２０にて算出したデータから最適回転速度の算出を行う。回転数制御手段１８は、パラメータ演算手段１７にて算出された最適回転速度を基に、回転軸１３の回転数を制御する。

振動抑制装置の機能を具体的に説明すると、振動センサ１２ａ〜１２ｃにより回転中に常時検出される振動加速度の信号に対して、ＦＦＴ演算手段１６は、予め設定された計測時間のデータに対してフーリエ変換を行い、周波数領域の振動加速度を算出する。次にパラメータ演算手段１７は、予め設定された工具刃数や閾値を用いて演算、比較を行う事で最適回転速度を算出する。回転数制御手段１８は、回転軸１３の回転速度を、算出された最適回転速度に変更する。これにより、びびり振動を抑制し、加工面の仕上げ精度や加工品質を向上させる事ができる。

実際の加工では、加工の初期段階で、びびり振動の自動抑制制御に必要なパラメータを機械オペレータがチューニングする場合があった。このよう場合、機械オペレータがパラメータをチューニングするための判断情報として全周波数領域の波形データを表示する必要があった。しかしながら、全周波数領域のデータは大きな情報量となり、高いデータ転送能力が必要なるため、コストアップとなる。

また、これを回避するため、周波数領域の振動加速度のうち、求めたすべての周波数についての加速度を送信するのではなく、フーリエ変換のポイント数を削減し、分解能が粗い周波数での加速度を送信することで、情報量を減らす方法も考えられる。しかし、この方式では、分解能内の周波数領域の平均的な情報しか得られないため、分解能内の周波数領域内に複数の中程度のレベルの加速度がある場合等は、振動加速度の大きさの順位が変更されてしまい制御のために必要な情報が失われ、誤った制御をしてしまう場合があった。

特開２００３-８５１５７号公報

本発明は、全周波数領域の波形データを送信する場合に高い転送能力が必要となる課題、または、これを回避するために、飛び飛びの周波数のデータを送信する方式を適用した場合、振動加速度の大きさの順位が変更されてしまい制御のために必要な情報が失われ、誤った制御をしてしまう課題を解決するものである。

本発明の振動検出装置は、上述の目的達成のため、加工中に発生するびびり振動を検出し、検出値から工具の最適な回転速度を算出し、回転速度を変更する事によりびびり振動を抑制する振動抑制装置において、振動センサからの信号をフーリエ変換演算する事で周波数領域の振動データを算出するフーリエ変換演算手段と、算出された周波数領域の振動データを予め設定された周波数間隔に分割し、分割された複数の周波数範囲それぞれの周波数範囲の中で最大となる振動データを、その周波数間隔の振動データとして出力する周波数分割演算手段とかなる振動検出装置であり、前記周波数分割演算手段によりデータ量を減少させる。

本発明によれば、振動センサにて取得した時間領域の振動加速度から周波数領域の振動加速度を算出し、予め設定した周波数幅で分割する。そして、分割点から次の分割点手前までのデータ範囲の中で最大となる振動加速度を抽出して、その分割点での振動加速度データとして転送する。これにより、制御のために必要な情報を欠如させる事無くデータ量を減少させる事ができる。

本発明の実施形態である振動抑制装置の一例を示すブロック構成図である。ＦＦＴ演算手段により算出した周波数領域の振動加速度データを示すグラフである。本実施形態による周波数分割処理を、周波数幅３０Ｈｚにて行った周波数領域の振動加速度データを示すグラフである。図２の周波数領域の振動加速度データを３０Ｈｚごとに抽出したデータを示すグラフである。従来の振動抑制装置の一例を示すブロック構成図である。図５の回転軸ユニットを側面から示した説明図である。図５の回転軸ユニットを軸方向から示した説明図である。

以下、本発明における実施の形態について説明する。

図１は、工作機械の振動抑制装置に関する本発明によるデータ転送処理をブロック構成で示した説明図である。

本実施形態の振動抑制装置は、図５に例示した従来の振動抑制装置のＦＦＴ演算装置２０に周波数分割演算手段９が追加された構成である。以下では、変更となった振動検出装置５について説明する。

振動検出装置５は、ＦＦＴ演算手段６と周波数分割演算手段９を含んでいる。ＦＦＴ演算手段６は、振動センサ２ａ〜２ｃから検出される時間領域の振動加速度を周波数領域の振動加速度に変換し、周波数分割演算手段９へ出力する。

周波数分割演算手段９は、該ＦＦＴ演算手段により算出された周波数領域の振動加速度を、予め設定した周波数幅で分割する。そして、分割点から次の分割点手前までのデータ範囲の中で最大となる振動加速度を抽出して、その分割点での振動加速度データとしてパラメータ演算手段７に転送する。

パラメータ演算手段７は、周波数分割演算手段９から転送されたデータから最適回転速度の算出を行う。回転数制御手段８は、パラメータ演算手段７にて算出された最適回転速度を基に、回転軸３の回転数を制御する。このパラメータ演算手段７、回転数制御手段８、ＦＦＴ演算手段６、周波数分割演算手段９が、工具の振動を抑制する振動抑制装置として機能する。

データ表示手段１０は、パラメータ演算手段７に転送されたデータを画面に表示する。このデータ表示手段１０、ＦＦＴ演算手段６、周波数分割演算手段９が、周波数領域の振動データを表示する振動情報表示装置として機能する。

以下、周波数分割演算手段９について具体的に説明する。例えば、振動検出装置５からパラメータ演算手段７の間の転送能力を１２８ｂｙｔｅ／１６ｍｓｅｃとする。

振動センサ２ａ〜２ｃが、検出される振動加速度を２０ｋＨｚサンプリングで１ポイント２ｂｙｔｅのデータサイズで４０９６ポイント（計測時間２０４．８ｍｓｅｃ）の振動加速度を取得する。取得したデータは、ＦＦＴ演算手段６により時間領域の振動加速度から０〜７．５ｋＨｚまでの周波数領域の振動加速度に変換される。図２は、算出された周波数領域の振動加速度の一例を示すグラフである。この算出された周波数領域の振動加速度をパラメータ演算手段７に転送しようとすると３Ｋｂｙｔｅ程度のデータ(１５３６ポイント)が必要となり、全データをそのまま転送しようとすると、（１５３６ポイント）×（２ｂｙｔｅ）／（１２８ｂｙｔｅ／１６ｍｓｅｃ）＝３８４ｍｓｅｃ程度必要となる。

そこで、周波数分割演算手段により周波数幅３０Ｈｚ(データ点数６ポイント幅)にて分割する事で全データ点数を１５３６／６≒２５０ポイントに削減すれば、（２５０ポイント）×（２ｂｙｔｅ）／（１２８ｂｙｔｅ／１６ｍｓｅｃ）≒６２．５ｍｓｅｃにて全データを転送できる。本実施形態による周波数分割処理により転送される波形を図３に示す。この処理により、背景技術の項で説明したように飛び飛びの周波数で加速度を送信する方式、例えば、周波数３０Ｈｚごとのデータのみを転送する処理を行った図４と比較して振動加速度の大きさの順位と波形を変化させる事がないため、制御に必要な情報を失う事無くデータ量を減少させる事ができる。

また、周波数領域の振動加速度を、制御ではなく表示に用いる用途など、多くの周波数ポイントでの加速度が必要ないことがある。その場合、さらに分割する周波数幅を広げることで、ピークの順位を誤ることなく、転送データ数を削減可能である。

また、振動検出装置５の周波数分割演算手段９が転送するデータは、振動の加速度に関するデータである必要もない。検出したデータが振動の変位や速度に関するデータなどでもよく、転送データ数を削減する事は可能である。また、本実施形態では、周波数幅３０Ｈｚごとに分割しているが、必ずしも３０Ｈｚごとに分割する必要はなく、分割幅は転送能力に応じて適宜変更してもよい。

１回転軸ユニット、２ａ〜２ｃ振動センサ、３回転軸、５振動検出装置、６ＦＦＴ演算手段、７パラメータ演算手段、８回転数制御手段、９周波数分割演算手段、１０データ表示手段、１１回転軸ユニット、１２ａ〜１２ｃ振動センサ、１３回転軸、１５制御装置、１６ＦＦＴ演算手段、１７パラメータ演算手段、１８回転数制御手段、２０ＦＦＴ演算装置、２１パラメータ演算装置。

Claims

加工中に発生するびびり振動を検出し、検出した振動データを外部装置にシリアル出力する振動検出装置において、
振動センサからの信号をフーリエ変換演算することで周波数領域の振動データを算出するフーリエ変換演算手段と、
算出された周波数領域の振動データを予め設定された周波数間隔に分割し、当該分割された複数の周波数範囲それぞれの周波数範囲の中で最大となる振動データを、その周波数間隔の振動データとしてシリアル出力する周波数分割演算手段と、
を具備することを特徴とする振動検出装置。
工具の振動を検出する振動センサからの信号に基づいて周波数領域の振動データを算出する振動検出手段と、
前記振動検出手段で検出された振動データに基づいて、工具の最適回転数を算出するパラメータ演算手段と、
前記算出された最適回転数に基づいて前記工具の回転数を制御する回転数制御手段と、
を具備し、前記振動検出手段は、
振動センサからの信号をフーリエ変換演算することで周波数領域の振動データを算出するフーリエ変換演算手段と、
算出された周波数領域の振動データを予め設定された周波数間隔に分割し、当該分割された複数の周波数範囲それぞれの周波数範囲の中で最大となる振動データを、その周波数間隔の振動データとしてシリアル出力する周波数分割演算手段と、
を備えることを特徴とする振動抑制装置。
工具の振動を検出する振動センサからの信号に基づいて周波数領域の振動データを算出する振動検出手段と、
前記周波数領域の振動データを表示する表示手段と、
を備え、前記振動検出手段は、
振動センサからの信号をフーリエ変換演算することで周波数領域の振動データを算出するフーリエ変換演算手段と、
算出された周波数領域の振動データを予め設定された周波数間隔に分割し、当該分割された複数の周波数範囲それぞれの周波数範囲の中で最大となる振動データを、その周波数間隔の振動データとしてシリアル出力する周波数分割演算手段と、
を備えることを特徴とする振動情報表示装置。