JP2017087403A - クーラント監視機能を有する制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の経験の如何に関わらずクーラント劣化時における適切な動作の決定を行うことを可能とする制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の制御装置１は、クーラントの状態に係る測定値と該測定値を測定した時刻を示す時刻情報とを関連付けた測定値履歴情報を記録する履歴記憶部１２と、測定部３１からクーラントの状態に係る測定値を取得し、該測定値に基づいて測定値履歴情報を生成し、該測定値履歴情報を前記履歴記憶部１２へと記録する測定値履歴取得部１１と、履歴記憶部１２に記録された測定値履歴情報に基づいて、クーラントの状態に係る測定値の変化の割合を算出し、算出した測定値の変化の割合に基づいてクーラントの状態を判断するクーラント状態判断部１３と、クーラント状態判断部１３が判断したクーラントの状態に基づいて実行するべき動作を決定し、決定した該動作を実行する機械動作決定部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、クーラントの状態を監視する機能を有する制御装置に関する。

工作機械などの機械には加工時に水溶性または不水溶性のクーラント（切削液）が供給される。クーラントは、クーラントタンク内に貯留され、クーラントタンクに連結するクーラント供給ポンプにより機械側に供給される。使用済みのクーラントはワークに付着して機械の外部に持ち去られ、ガードカバー内の機械の周辺に流れ、クーラント回収経路を介してクーラントタンクに戻され、その液質を調整した上で再使用される。

クーラントを用いて加工を行う際には、クーラントの液質に応じて加工時に設定する加工条件を調整しなければ加工の品質に影響が出ることがある。
このようなクーラントの液質に着目した従来技術として、例えば特許文献１には、クーラントの液質（ｐＨ、硬度、濃度）を測定し、その測定結果をあらかじめ設定した閾値と比較し、その比較結果に応じてメッセージの表示もしくは機械の動作制限を実施する技術が開示されている。
また、液体の水質を管理する従来技術として、例えば特許文献２には、水処理設備の水質検出装置の検出データを管理サーバに蓄積して通信回線を介して検出結果情報を供給し、異常が発生した際、もしくは異常が発生する危険がある際に対処策を判断する技術が開示されている。

特開２０１０−１８８４８０号公報 特開２００３−１４１３１０号公報

上記のように調整を繰り返しながらクーラントを再使用している場合、調整前の残留クーラント内の生菌および不純物等の影響で、図３に示すように、濃度、温度、ｐＨ、ニオイ、色、泡などのセンサで測定された測定値により把握されるクーラントの液質が同じ場合であっても、クーラントの劣化が進行する速度は上昇したりするなど、クーラントの性能が異なってくる場合がある。例えば、図３の例では、（１），（２），（３）においてクーラントの濃度、ｐＨ共に同じ測定値を示しているが、劣化速度は（１）が最も遅く、（３）が最も早くなっている。

このようなセンサで測定された測定値により把握できないクーラントの性能の違いに対応するために、従来はクーラントの状態および使用している期間や、調整の間隔・回数などの情報に基づいて作業者が加工条件の変更を行っていた。しかしながら、劣化の判断は作業者の経験に頼る部分が多く、正確な判断ができる作業者が限られており、また経験が豊富な作業者であったとしても、作業者によって判断が異なる場合があるという課題がある。

そこで本発明では、作業者の経験の如何に関わらずクーラント劣化時における適切な動作の決定を行うことを可能とする制御装置を提供することである。

本発明の工作機械では、クーラント測定手段により測定した測定値の履歴を記録し、記録した測定値の履歴から各測定値の変化の割合を算出する。それぞれのセンサの測定値やクーラント使用期間だけでなく、測定値の変化の割合をクーラントの状態の判定に用いることでクーラントの状態をより正確に把握できるようにして上記課題を解決する。

そして、本願の請求項１に係る発明は、機械による加工に用いられるクーラントの状態に基づいた前記機械の制御を行う制御装置であって、前記クーラントの状態に係る測定値と該測定値を測定した時刻を示す時刻情報とを関連付けた測定値履歴情報を記録する履歴記憶部と、前記クーラントの状態に係る測定値を測定する測定部から該測定値を取得し、該測定値に基づいて測定値履歴情報を生成し、該測定値履歴情報を前記履歴記憶部へと記録する測定値履歴取得部と、前記履歴記憶部に記録された前記測定値履歴情報に基づいて、前記クーラントの状態に係る前記測定値の変化の割合を算出し、算出した前記測定値の前記変化の割合に基づいて前記クーラントの状態を判断するクーラント状態判断部と、前記クーラント状態判断部が判断した前記クーラントの状態に基づいて実行するべき動作を決定し、決定した該動作を実行する機械動作決定部と、を備えたことを特徴とする制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記クーラント状態判断部は、前記変化の割合があらかじめ設定された所定の閾値を超えた場合あるいは下回った場合に、前記クーラントの状態の悪化速度が増加していると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置である。

本願の請求項３に係る発明は、前記測定値は、前記クーラントの濃度、前記クーラントの温度、前記クーラントのｐＨ、前記クーラントのニオイ、前記クーラントの色、前記クーラントの濁度、前記クーラントの泡、前記クーラントの粘度、前記機械による加工時の主軸および送り軸のモータ負荷、前記機械による加工時の振動、前記機械による加工時のワークの表面温度の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置である。

本願の請求項４に係る発明は、前記機械動作決定部が実行する前記動作は、前記機械による加工の制御に係る動作、または前記クーラントの状態の改善に係る動作の少なくともいずれかである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置である。

本発明により、作業者の経験の如何に関わらずクーラント劣化時におけるリアクションの判断精度が向上し、作業者による判断のばらつきが抑制される。また、必要に応じてクーラント劣化時の作業を自動化できるため、人件費の削減することが可能となる。

本発明の一実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の制御装置上で実行される処理のフローチャートである。 クーラントの状態について説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１（ａ）は、従来技術による機械を制御する制御装置のブロック図を、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態による機械を制御する制御装置のブロック図を示している。
図１（ａ）に示すように、作業者が機械２にて加工を行う際には、作業者は機械２とクーラント供給路３２を介して接続されるクーラントタンク３に備え付けられているクーラント測定部３１を用いて該クーラントタンク３に蓄積されているクーラント３０の濃度、温度、ｐＨ、ニオイ、色、濁度、泡、粘度などを測定する。作業者は、その測定結果を確認した上で作業者自身の経験に基づいてクーラント３０の状態を判断し、判断結果に基づいて制御装置１が有する機械２の動作を設定するためのインタフェースである機械動作設定部１０を操作してクーラント３０を用いた加工における加工条件を設定する。そして、制御装置１は、作業者により設定された加工条件に従って機械２を制御して加工を行う。作業者は、加工の際に機械測定部２１から取得された主軸および送り軸のモータ負荷や加工時の振動、ワークの表面温度などに基づいて間接的にクーラント３０の状態を判断することもある。このように、従来技術では作業者が、クーラントの状態を判断する役割と、クーラントの状態に応じて機械の動作を決定する役割とを果たしていた。

これに対して本発明の一実施形態による制御装置１は、測定値履歴取得部１１、履歴記憶部１２、クーラント状態判断部１３、機械動作決定部１４、表示部１５、設定変更部１６を備える。
測定値履歴取得部１１は、機械２とクーラント供給路３２を介して接続されるクーラントタンク３に備え付けられているクーラント測定部３１を制御して該クーラントタンク３に蓄積されているクーラント３０の濃度、温度、ｐＨ、ニオイ、色、濁度、泡、粘度などを測定し、測定結果としての測定値を取得する。また、加工中においては機械２に備え付けらえた機械測定部２１を制御して加工時の主軸および送り軸のモータ負荷、加工時の振動、ワークの表面温度などを測定し、測定結果としての測定値を取得する。測定値の取得は所定の周期Δｔ毎に行われる。

履歴記憶部１２は、測定値履歴取得部１１により取得された各測定値を測定した時刻と関連付けた測定値履歴情報として記憶する。測定値履歴情報は、制御装置１の図示しないメモリ（ＣＦカードなどの不揮発性メモリ）上の履歴記憶部１２のために用意される記憶領域のサイズに応じた量だけ記憶することができるが、その記憶領域が溢れた場合には古い測定値履歴情報から順に削除するようにすればよい。履歴記憶部１２は、少なくとも後述するクーラント状態判断部１３がクーラント３０の状態の判断に用いる測定値履歴情報の期間である測定期間Ｔの測定値履歴情報を記憶できるようにしておけばよい。

クーラント状態判断部１３は、履歴記憶部１２に記憶された測定値履歴情報に基づいてクーラントの状態を判断する。クーラント状態判断部１３は、履歴記憶部１２から測定期間Ｔの分だけ各測定値の測定値履歴情報を取得し、それぞれの測定値について測定期間Ｔの間の値の変化の割合ａを以下に示す数１式を用いて算出する。なお、数１式において、ΔＹは測定期間Ｔにおける測定値の変化量である。

上記において、測定値の変化量ΔＹは単純に測定期間Ｔの最初の測定値と最後の測定値の差分の絶対値を変化量ΔＹとしてもよいし、測定期間Ｔにおける各測定周期間の測定値の差分の絶対値について平均値を求め、求めた平均値を測定周期数倍するなどの統計的に求めた値を変化量ΔＹとしてもよい。

クーラント状態判断部１３は、測定値履歴情報に基づいて各測定値の変化の割合を算出した後に、算出した各測定値の変化の割合や各測定値の値そのものに基づいてクーラント３０の状態を判断する。例えば、濃度の変化の割合をａ_濃度としたとき、測定値履歴情報として記憶されている測定期間Ｔ分の濃度の測定値に基づいてａ_濃度を算出した後、そのａ_濃度をあらかじめ設定された変化量の閾値と比較し、ａ_濃度があらかじめ設定された変化量の閾値を超えた場合にはクーラント３０の状態の悪化速度が増加していると判断する。また、濃度の値そのものがあらかじめ設定された測定値の閾値を超えた（下回った）場合にはクーラント３０の状態が悪化状況にあると判断する。クーラント状態判断部１３がクーラント３０の状態の判断に用いる測定値としては、クーラント測定部３１、機械測定部２１が測定したいずれの測定値を用いるようにしてもよく、また、測定値を単独で用いても、複数の測定値を組み合わせて判断するようにしてもよい。更に、閾値を複数用意して多段階に悪化の度合いを判断するようにしたり、単に閾値を用いるのではなく判断用の関数を用意して、該関数による演算結果に基づいて悪化の度合いを判断するようにしてもよい。

機械動作決定部１４は、クーラント状態判断部１３によるクーラント３０の状態の判断結果に基づいて、機械２の動作やクーラント３０に係る動作を決定する。機械２の動作については、例えば加工時の加工条件の変更や、加工に用いられる加工条件の変更、メンテナンス時期の予測およびその表示などが挙げられる。また、クーラント３０に係る動作については、クーラント３０の調整・更油の必要性の判断および自動によるクーラント３０の調性・更油、次回の調整・更油時期の予測、クーラント３０の調整・更油に関するメッセージの出力などが挙げられる。例えば、上記したようにクーラント３０の濃度の測定値に基づいてクーラント３０の状態の悪化およびクーラント３０の状態の悪化速度の増加が判断された場合には、機械２における切削送り速度の最大値を遅くしたり加工プログラム中にドウェルを追加するなどして加工速度を落としたり、クーラントタンク３などに設けられている図示しないクーラント調整部を制御してクーラント３０の自動調整を行うと共に、クーラントタンク３へ新しいクーラント３０を供給する水路の弁を制御して自動的に更油を行う。また、これらの制御を自動で行えない場合には、作業者に対してクーラント３０の状態の悪化を通知して、上記各作業を行うように指示するようにしてもよい。
他にも、クーラントの温度を監視して、既定の温度を上回った場合に、ドウェル（待ち）のプログラムを実行し、さらに温度上昇が急峻な場合（機内で異常が発生したことが想定される場合）にはドウェルは実行せずアラームを出力する例なども考えられる。

機械動作決定部１４が決定する機械２の動作やクーラント３０に係る動作は、クーラント状態判断部１３が判断するクーラント３０の状態に関連付けてあらかじめテーブルなどでメモリ上に記憶するようにしておけばよい。その際には、それぞれの測定値の悪化速度の増加や測定値そのものの悪化の判断結果毎に異なる機械２の動作やクーラント３０に係る動作を関連付けておくようにしてもよいし、それぞれの測定値の悪化速度の増加や測定値そのものの悪化の判断結果の組み合わせに対して異なる機械２の動作やクーラント３０に係る動作を関連付けるようにしてもよい。どのようなクーラント３０の状態に対してどのような動作が適切であるのかについては、実験を行ったり熟練した作業者へのヒアリングを行ったりした上であらかじめメモリ上のテーブルに設定しておけばよい。

表示部１５は、機械動作決定部１４が決定した動作の内容やクーラント３０の状態（悪化状態、悪化速度の状態など）などを表示する。また、作業者の操作に基づいて、履歴記憶部１２に記憶されている測定値履歴情報を表示する。
設定変更部１６は、作業者の操作に基づいて、クーラント状態判断部１３が用いる所定の期間Ｔの値や閾値、機械動作決定部１４が決定する動作の内容などの設定を行う。

図２は、上記した制御装置１上で実行される処理の一例を示すフローチャートである。本処理は所定の周期毎に実行される。
●［ステップＳＡ０１］測定値履歴取得部１１は、クーラント測定部３１を制御してクーラント３０の状態を示す測定値を取得する。また、加工中であれば機械測定部２１を制御してクーラント３０の状態を間接的に示す測定値を取得する。
●［ステップＳＡ０２］測定値履歴取得部１１は、ステップＳＡ０１で取得した各測定値を時刻と関連付けた測定値履歴情報として履歴記憶部１２へと記録する。

●［ステップＳＡ０３］測定値履歴取得部１１は、あらかじめ定められた測定期間Ｔの分だけ測定値履歴情報が履歴記憶部１２へ蓄積されていない間はステップＳＡ０１，ＳＡ０２を繰り返す。測定期間Ｔの分だけ測定値履歴情報が履歴記憶部１２へ蓄積されたらステップＳＡ０４へ進む。
●［ステップＳＡ０４］クーラント状態判断部１３は、履歴記憶部１２に蓄積された直近測定期間Ｔの分の測定値履歴情報に基づいて、各測定値の変化の割合を算出する。
●［ステップＳＡ０５］クーラント状態判断部１３は、ステップＳＡ０４で算出した各測定値の変化の割合に基づいてクーラント３０の状態（クーラント３０の状態の悪化速度、悪化状況）を判断する。

●［ステップＳＡ０６］機械動作決定部１４は、ステップＳＡ０５でクーラント状態判断部１３が判断したクーラント３０の状態に基づいて、機械２の加工に係る動作や、クーラント３０に係る動作の変更が必要であるか否かを判定する。動作の変更が必要である場合にはステップＳＡ０７へ進み、必要ない場合は本処理を終了する。
●［ステップＳＡ０７］機械動作決定部１４は、ステップＳＡ０５でクーラント状態判断部１３が判断したクーラント３０の状態に基づいて、機械２の加工に係る動作やクーラント３０に係る動作を決定して該動作を実行し、本処理を終了する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例にのみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１ 制御装置
２ 機械
３ クーラントタンク
１０ 機械動作設定部
１１ 測定値履歴取得部
１２ 履歴記憶部
１３ クーラント状態判断部
１４ 機械動作決定部
１５ 表示部
１６ 設定変更部
２１ 機械測定部
３０ クーラント
３１ クーラント測定部
３２ クーラント供給路

Claims (4)

1. 機械による加工に用いられるクーラントの状態に基づいた前記機械の制御を行う制御装置であって、
   前記クーラントの状態に係る測定値と該測定値を測定した時刻を示す時刻情報とを関連付けた測定値履歴情報を記録する履歴記憶部と、
   前記クーラントの状態に係る測定値を測定する測定部から該測定値を取得し、該測定値に基づいて測定値履歴情報を生成し、該測定値履歴情報を前記履歴記憶部へと記録する測定値履歴取得部と、
   前記履歴記憶部に記録された前記測定値履歴情報に基づいて、前記クーラントの状態に係る前記測定値の変化の割合を算出し、算出した前記測定値の前記変化の割合に基づいて前記クーラントの状態を判断するクーラント状態判断部と、
   前記クーラント状態判断部が判断した前記クーラントの状態に基づいて実行するべき動作を決定し、決定した該動作を実行する機械動作決定部と、
   を備えたことを特徴とする制御装置。
2. 前記クーラント状態判断部は、前記変化の割合があらかじめ設定された所定の閾値を超えた場合あるいは下回った場合に、前記クーラントの状態の悪化速度が増加していると判断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記測定値は、前記クーラントの濃度、前記クーラントの温度、前記クーラントのｐＨ、前記クーラントのニオイ、前記クーラントの色、前記クーラントの濁度、前記クーラントの泡、前記クーラントの粘度、前記機械による加工時の主軸および送り軸のモータ負荷、前記機械による加工時の振動、前記機械による加工時のワークの表面温度の少なくともいずれかを含む、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記機械動作決定部が実行する前記動作は、前記機械による加工の制御に係る動作、または前記クーラントの状態の改善に係る動作の少なくともいずれかである、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置。

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