JP2021064128A - 検出装置及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】運転状態に応じて、より適切に工具の損傷を抑制する検出装置及びプログラムを提供すること。【解決手段】検出装置は、ワークを加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する空送りしきい値取得部と、ワークを実際に加工する実加工運転の実行によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する見込負荷量取得部と、空送りしきい値及び見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する算出部と、空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する運転モード取得部と、運転中の工具の負荷量を実加工負荷量として取得する実加工負荷量取得部と、運転モードに基づいて、空送りしきい値又は実加工しきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する検出部と、実加工負荷量の超過を示す信号を出力する出力部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、検出装置及びプログラムに関する。
従来より、工具を用いて切削等の除去加工を行う除去加工装置において、ワークの加工は、ワークに工具を接触させることで実施される。この際、工具は、作業者の操作又は除去加工装置に設定されているプログラムによって移動（送り）される。
除去加工装置を操作する際には、移動する工具の主軸は、ワーク又は治具に接触しないことが好ましい。工具の接触は、工具（及び除去加工装置）の損傷に繋がることがある。そこで、送り軸（主軸）の負荷を検出することで、損傷を抑制することが実行されている。例えば、送り軸に、しきい値以上の負荷トルクが検出された場合に、除去加工装置の動作が停止されることが実行されている。このように、負荷を監視する装置として、加工負荷の上限値と、実際の負荷とを比較する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１９９３９号公報
特許文献１では、予め設定された加工負荷の上限値に対して、実際の負荷の超過の有無か判断される。これにより、工具の折損や摩耗を監視することができる。
ところで、負荷を検出するしきい値は、除去加工による負荷の影響を考慮したマージンを含めた値に設定される。これにより、除去加工時の負荷で停止することを抑制することができる。一方、工具をワークから離した状態でプログラムをテストする場合等、除去加工を伴わない場合（空運転）であっても、除去加工負荷のマージンを含めたしきい値で負荷を検出することが実施されている。そこで、運転状態に応じて、より適切に工具の損傷を抑制することができれば好適である。
本開示は、除去加工装置の除去加工送りにおける送り軸への除去加工負荷の異常を検出する検出装置であって、ワークを加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する空送りしきい値取得部と、ワークを実際に加工する実加工運転の実行によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する見込負荷量取得部と、前記空送りしきい値及び前記見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する算出部と、空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する運転モード取得部と、実加工運転中の実際の負荷量を実加工負荷量として取得する実加工負荷量取得部と、前記運転モードに基づいて、前記空送りしきい値又は前記実加工しきい値に対する前記実加工負荷量の超過を検出する検出部と、前記実加工負荷量の超過を示す信号を出力する出力部と、を備える検出装置に関する。
また、本開示は、除去加工装置の除去加工送りにおける送り軸への除去加工負荷の異常を検出する検出装置としてコンピュータを動作させるプログラムであって、前記コンピュータを、ワークを加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する空送りしきい値取得部、ワークを実際に加工する実加工運転の実行によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する見込負荷量取得部、前記空送りしきい値及び前記見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する算出部、空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する運転モード取得部、実加工運転中の実際の負荷量を実加工負荷量として取得する実加工負荷量取得部、前記運転モードに基づいて、前記空送りしきい値又は前記実加工しきい値に対する前記実加工負荷量の超過を検出する検出部、前記実加工負荷量の超過を示す信号を出力する出力部、として機能させるプログラムに関する。
本開示によれば、運転状態に応じて、より適切に工具の損傷を抑制する検出装置及びプログラムを提供することができる。
本開示の第１実施形態に係る検出装置と除去加工装置とを示す概略構成図である。 第１実施形態の検出装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の検出装置の空送りしきい値及び実加工しきい値に対する実加工負荷量の関係を示すグラフである。 第１実施形態の検出装置の動作を示すフローチャートである。 本開示の第２実施形態に係る検出装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の検出装置の見込負荷量を決定する要素を示すチャートである。 第２実施形態の切込量及び除去加工幅を示す概念図である。 第２実施形態の刃先、切込角、及び除去加工量の関係を示す概念図である。 第２実施形態の刃先、切込角、及び除去加工量の他の関係を示す概念図である。
以下、本開示の各実施形態に係る検出装置１及びプログラムについて、図１から図９を参照して説明する。
まず、検出装置１の概要について説明する。
検出装置１は、例えば、図１に示すように、除去加工装置１００を制御する数値制御装置２００に組み込まれて構成される。検出装置１は、除去加工装置１００の送り軸（図示せず）の負荷を監視する。検出装置１は、例えば、工具１０２の移動に伴う送り軸の負荷トルク又は負荷電流を取得することで、工具１０２のワーク１０１又は治具（図示せず）への接触を検出する。これにより、検出装置１は、工具１０２の折損、損傷等を抑制する。以下の各実施形態における検出装置１は、特に、工具１０２の除去加工送りにおける負荷を監視する。すなわち、検出装置１は、ワーク１０１を加工しない空送り運転と、実際にワーク１０１を加工する実加工運転とにおける負荷を監視する。なお、各実施形態において、「除去加工」とは、切削加工、研削加工、研磨加工等を含む工具が接触する方式の除去加工の総称である。
［第１実施形態］
次に、本開示の第１実施形態に係る検出装置１について、図１から図４を参照して説明する。
検出装置１は、除去加工装置１００の除去加工送りにおける除去加工負荷の異常を検出する装置である。検出装置１は、図２に示すように、空送りしきい値取得部１１と、見込負荷量取得部１２と、算出部１３と、運転モード取得部１４と、実加工負荷量取得部１５と、検出部１６と、出力部１７と、停止制御部１８と、を備える。
空送りしきい値取得部１１は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。空送りしきい値取得部１１は、ワーク１０１を加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する。空送りしきい値取得部１１は、例えば、工具１０２の動作をテストするテスト運転における送り軸の負荷量のしきい値として空送りしきい値を取得する。空送りしきい値取得部１１は、ワーク１０１への工具１０２の非接触を前提とした、より小さな負荷量の値を空送りしきい値として取得する。
見込負荷量取得部１２は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。見込負荷量取得部１２は、ワーク１０１を実際に加工する実加工運転の実行によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する。見込負荷量取得部１２は、例えば、実加工による負荷量の増加分として、決定された値を見込負荷量として取得する。すなわち、見込負荷量取得部１２は、空送りしきい値を超えて許容される負荷量のマージンについて見込負荷量として取得する。
算出部１３は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。算出部１３は、空送りしきい値及び見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する。算出部１３は、例えば、図３に示すように、空送りしきい値と見込負荷量との和を実加工しきい値として算出する。
運転モード取得部１４は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。運転モード取得部１４は、空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する。運転モード取得部１４は、例えば、数値制御装置２００において設定される空送り運転又は実加工運転のいずれかの運転モードを取得する。
実加工負荷量取得部１５は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。実加工負荷量取得部１５は、実加工運転中の実際の負荷量を実加工負荷量として取得する。実加工負荷量取得部１５は、例えば、数値制御装置２００から経時的に変化する実際の工具１０２の負荷量を実加工負荷量として取得する。すなわち、実加工負荷量取得部１５は、工具１０２のワーク１０１等への接触により増加した負荷量を実加工負荷量の一例として取得する。逆に、実加工負荷量取得部１５は、工具１０２のワーク１０１等から離れることにより減少した負荷量を実加工負荷量の一例として取得する。
検出部１６は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。検出部１６は、運転モードに基づいて、空送りしきい値又は実加工しきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する。運転モードが空送り運転である場合、検出部１６は、空送りしきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する。一方、運転モードが実加工運転である場合、検出部１６は、実加工しきい値に対する工具１０２の実加工負荷量の超過を検出する。すなわち、運転モードが空送り運転である場合、検出部１６は、より低いしきい値である空送りしきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する。一方、運転モードが実加工運転である場合、検出部１６は、より高いしきい値である実加工しきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する。
出力部１７は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。出力部１７は、実加工負荷量の超過を示す信号を出力する。出力部１７は、例えば、ディスプレイ等の表示装置（図示せず）に超過を示す画面を表示させる。また、出力部１７は、例えば、スピーカ等の音声再生装置（図示せず）に超過を示す音声を再生させる。
停止制御部１８は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。停止制御部１８は、実加工負荷量の超過の検出に基づいて、除去加工装置１００の動作を停止させる。停止制御部１８は、例えば、除去加工装置１００に対してトリップ信号を出力することで、除去加工装置１００の動作を停止させる。
次に、検出装置１の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、空送りしきい値取得部１１は、空送りしきい値を取得する（ステップＳ１）。空送りしきい値取得部１１は、例えば、除去加工装置１００に設定される空送り運転における工具１０２の負荷量のしきい値を取得する。空送りしきい値取得部１１は、取得した空送りしきい値を算出部１３及び検出部１６に送る。
次いで、見込負荷量取得部１２は、見込負荷量を取得する（ステップＳ２）。見込負荷量取得部１２は、例えば、工具１０２の種類又は除去加工の種類によって異なる見込負荷量を取得する。見込負荷量取得部１２は、取得した見込負荷量を算出部１３に送る。
次いで、算出部１３は、実加工しきい値を算出する（ステップＳ３）。算出部１３は、例えば、空送りしきい値と見込負荷量との和を実加工しきい値として算出する。算出部１３は、算出した実加工しきい値を検出部１６に送る。
次いで、運転モード取得部１４は、運転モードを取得する（ステップＳ４）。運転モード取得部１４は、例えば、空送り運転又は実加工運転のいずれの運転であるのかを取得する。運転モード取得部１４は、取得した運転モードを検出部１６に送る。
次いで、実加工負荷量取得部１５は、実加工負荷量を取得する（ステップＳ５）。実加工負荷量取得部１５は、取得した実加工負荷量を検出部１６に送る。
次いで、検出部１６は、いずれの運転モードであるのかを判断する（ステップＳ６）。運転モードが空送り運転であると判断された場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ７へ進む。一方、運転モードが実加工運転であると判断された場合（ステップＳ６：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ７において、検出部１６は、空送りしきい値に対して実加工負荷量の超過の有無を判断する。検出部１６は、例えば、図３に示すような、空送りしきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する。実加工負荷量が空送りしきい値を超過する場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ８に進む。一方、実加工負荷量が空売りしきい値を超過しない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ８において、出力部１７は、実加工負荷量の超過を示す信号を外部に出力する（ステップＳ９）。出力部１７は、例えば、実加工負荷量の超過を示す表示を表示装置に表示させる。
ステップＳ９において、停止制御部１８は、除去加工装置１００の動作を停止させる。これにより、本フローによる処理は、終了する。
ステップＳ１０において、検出部１６は、実加工しきい値に対して実加工負荷量の超過の有無を判断する。検出部１６は、例えば、図３に示すような、実加工しきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する。実加工負荷量が切削しきい値を超過する場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ８に進む。一方、実加工負荷量が実加工しきい値を超過しない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１において、検出装置１による監視を継続するか否かが判断される。例えば、除去加工装置１００の除去加工送りが継続して実行される場合、検出装置１は、監視を継続する。監視が継続される場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ５に戻る。一方、監視が終了される場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、本フローによる処理は、終了する。
次いで、プログラムについて説明する。
検出装置１に含まれる各構成は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
以上、第１実施形態に係る検出装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１）除去加工装置１００の除去加工送りにおける送り軸への除去加工負荷の異常を検出する検出装置１であって、ワーク１０１を加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する空送りしきい値取得部１１と、ワーク１０１を実際に加工する実加工運転によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する見込負荷量取得部１２と、空送りしきい値及び見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する算出部１３と、空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する運転モード取得部１４と、実加工運転中実際の負荷量を実加工負荷量として取得する実加工負荷量取得部１５と、運転モードに基づいて、空送りしきい値又は実加工しきい値に対する実加工負荷量の超過を検出する検出部１６と、実加工負荷量の超過を示す信号を出力する出力部１７と、を備える。除去加工負荷が発生しない空送り運転と、実加工運転との間で異常と検出するしきい値を変化させることができる。すなわち、運転状況に応じて用いるしきい値を変化させることができる。これにより、運転状況に応じてより適切に工具１０２の損傷を抑制することができる。
（２）算出部１３は、空送りしきい値と見込負荷量との和を実加工しきい値として算出する。これにより、検出部１６は、空送りしきい値よりも負荷量を増加させた実加工しきい値に基づいて工具１０２の意図しない接触を検出できる。したがって、除去加工装置１００による実際の除去加工の際の誤検出を抑制しつつ、工具１０２の意図しない接触を検出できる。
［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態に係る検出装置１及びプログラムについて、図５から図９を参照して説明する。第２実施形態の説明にあたって、前述の実施形態と同一の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態に係る検出装置１は、図５に示すように、負荷量決定部１９をさらに備える点で、第１実施形態と異なる。また、第２実施形態に係る検出装置１は、見込負荷量取得部１２が負荷量決定部１９によって決定された見込負荷量を取得する点で、第１実施形態と異なる。
負荷量決定部１９は、例えば、ＣＰＵが動作することで実現される。負荷量決定部１９は、見込負荷量を工具１０２の種類又は除去加工の種類に応じて決定する。負荷量決定部１９は、例えば、図６に示すように、ワーク１０１の硬度、ワーク１０１の引っ張り強さ、送り速度、加工条件における切込み量、除去加工幅、切削速度、及び工具１０２形状に応じて見込負荷量を変化させる。負荷量決定部１９は、それぞれの要素について、以下のように用いて見込負荷量を変化させる。
（ワーク１０１の材質）
負荷量決定部１９は、ワーク１０１の材質の硬度がより高い場合、見込負荷量をより増加させる。また、負荷量決定部１９は、ワーク１０１の材質の引っ張り強さがより強い場合、見込負荷量をより増加させる。
（送り速度）
負荷量決定部１９は、送り速度がより速いほど、見込負荷量をより増加させる。その理由は、送り速度が速くなるほど、一度の刃当たりでの除去加工量が多くなることによる。
（加工条件）
負荷量決定部１９は、図７に示す切込量がより大きくなるほど、見込負荷量をより増加させる。また、負荷量決定部１９は、図７に示す除去加工幅がより大きくなるほど、見込負荷量をより増大させる。その理由は、切込量又は除去加工幅が大きくなることで、除去加工量が多くなり、負荷が大きくなることによる。
（切削速度）
負荷量決定部１９は、切削速度がより遅いほど、見込負荷量をより増加させる。その理由は、切削速度が遅くなると、１度の刃当たりでの除去加工量が多くなり、負荷が大きくなることによる。
（工具１０２の形状）
工具１０２がフライスである場合、負荷量決定部１９は、図８及び図９に示すように、切込角がより小さいほど、見込負荷量をより増加させる。その理由は、切込角が小さいほど、１度の刃当たりでの除去加工量が多くなり、除去加工負荷が大きくなることによる。
以上、第２実施形態に係る検出装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（３）見込負荷量を工具１０２又は除去加工の種類に応じて決定する負荷量決定部１９をさらに備え、見込負荷量取得部１２は、負荷量決定部１９によって決定された見込負荷量を取得する。これにより、工具１０２の種類又は除去加工の種類によって異なる見込負荷量を決定することができるので、検出の精度をより柔軟に設定することができる。
以上、本開示の検出装置及びプログラムの好ましい各実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態において、空送り運転をする場合であっても、算出部１３が実加工しきい値を算出するとしたが、これに制限されない。例えば、算出部１３は、実加工しきい値を算出せずともよい。これにより、検出装置１の処理負荷を低減することができる。
また、上記実施形態において、停止制御部１８は、除去加工装置１００を停止させるとしたが、これに制限されない。検出装置１は、停止制御部１８を有せずともよい。この場合、検出部１６は、出力部１７による信号の出力のみを実行する。
１ 検出装置
１１ 空送りしきい値取得部
１２ 見込負荷量取得部
１３ 算出部
１４ 運転モード取得部
１５ 実加工負荷量取得部
１６ 検出部
１７ 出力部
１００ 除去加工装置
１０１ ワーク
１０２ 工具

Claims (4)

  1. 除去加工装置の除去加工送りにおける送り軸への除去加工負荷の異常を検出する検出装置であって、
    ワークを加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する空送りしきい値取得部と、
    ワークを実際に加工する実加工運転の実行によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する見込負荷量取得部と、
    前記空送りしきい値及び前記見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する算出部と、
    空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する運転モード取得部と、
    実加工運転中の実際の負荷量を実加工負荷量として取得する実加工負荷量取得部と、
    前記運転モードに基づいて、前記空送りしきい値又は前記実加工しきい値に対する前記実加工負荷量の超過を検出する検出部と、
    前記実加工負荷量の超過を示す信号を出力する出力部と、
    を備える検出装置。
  2. 前記算出部は、前記空送りしきい値と前記見込負荷量との和を前記実加工しきい値として算出する請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記見込負荷量を工具又は除去加工の種類に応じて決定する負荷量決定部をさらに備え、
    前記見込負荷量取得部は、前記負荷量決定部によって決定された前記見込負荷量を取得する請求項１又は２に記載の検出装置。
  4. 除去加工装置の除去加工送りにおける送り軸への除去加工負荷の異常を検出する検出装置としてコンピュータを動作させるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    ワークを加工しない空送り運転において許容され得る負荷量のしきい値を、空送りしきい値として取得する空送りしきい値取得部、
    ワークを実際に加工する実加工運転の実行によって見込まれる負荷量の増加分を見込負荷量として取得する見込負荷量取得部、
    前記空送りしきい値及び前記見込負荷量に基づいて、実加工運転において許容され得る負荷量のしきい値を実加工しきい値として算出する算出部、
    空送り運転又は実加工運転のいずれの運転モードであるかを取得する運転モード取得部、
    実加工運転中の実際の負荷量を実加工負荷量として取得する実加工負荷量取得部、
    前記運転モードに基づいて、前記空送りしきい値又は前記実加工しきい値に対する前記実加工負荷量の超過を検出する検出部、
    前記実加工負荷量の超過を示す信号を出力する出力部、
    として機能させるプログラム。
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