JP2022130928A - 工作機械および工作機械に着脱可能な工作機械用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械用カメラなどの工作機械に着脱可能な工作機械用装置の小型化が可能にする。【解決手段】工作機械は、電力端子と通信端子の機能を備える第１コネクタを有し、工具を取り付け可能な給電機器と、第１コネクタと接続する第２コネクタを有し、給電機器に対して着脱可能であり、給電機器から電力を受電する受電装置と、給電機器から受電装置への電力の給電を制御する制御部とを備える。(i)第１コネクタと第２コネクタとが接続した後に、(ii)小さい電力に対する受電装置の応答を検出してから、(iii)給電する。【選択図】図４

Description

この発明は、工作機械に着脱可能な工作機械用装置等に関する。

工作機械には、工具を主軸に取り付けワークを加工する機械、複数の工具をタレットに取り付けワークを回転させて加工する機械、材料をレーザで溶かしながら加工する付加加工の機械、これらを複合的に備えた複合加工機などがある。

近年、加工だけではなく、工作機械にカメラを取り付け、ワークを観察するなど工作機械で実行できる機能が増えている。これらの機能を実現するために、工作機械に着脱可能な工作機械用装置の開発が行われている（特許文献１）。

特許第６６５６７０７号公報

特許文献１では、工作機械に着脱可能な工作機械用装置として工作機械用カメラが開示されている。特許文献１においては、工作機械の工具を取り付ける取付部に、電力供給を行う電源がないため、工作機械用カメラ内にバッテリを内蔵している。そのため、工作機械用カメラが大型化しやすい。

また、観察よりも緻密な計測を行うためには、１回の撮像データを大きくする対応や、撮像回数を増やす対応が考えられる。しかし、計測を行うための十分な撮像条件を満たすためには、カメラを長時間駆動する必要があり、そのために大容量のバッテリを搭載する必要がある。このような観点からも工作機械用カメラの小型化は難しい。

また、バッテリ方式が適さない理由として、連続的な自動運転を想定すると、有限のバッテリの残量量を管理しなければならないことがあげられる。時として使用したいときにバッテリ切れが発生する可能性がある。

そこで、本発明は、請求項に記載の装置等を提供するものである。

本発明によれば、工作機械用カメラなどの工作機械に着脱可能な工作機械用装置の小型化が可能になる。

工作機械に着脱可能な工作機械用装置の一例の斜視図である。 第１コネクタと第２コネクタの連結の様子を示す斜視図である。 工作機械用装置（一例として受電装置（ＰＤ：Powered Device））の断面図である。 工作システムの全体構成図である。 ＰＤ検証が成功する場合のタイムシーケンス図である。 ＰｏＥ（Power Over Ethernet）の起動シーケンス図である。 ＰＤ検証が失敗する場合のタイムシーケンス図である。

以下に、図面を参照して実施形態に係る工作機械に着脱可能な工作機械用装置および工作機械について説明する。以下の説明では、同一の構成について、同一の符号を付して説明する。

≪工作機械≫
本実施形態では、ＮＣ（Numerical Control）プログラムに基づいて加工を行う過程で、ＮＣプログラムに基づいて工具を交換する際に、次に使う工具を工具交換装置（ＡＴＣ（Automatic Train Control））によって、自動的に工作機械の取付部（例えば、主軸、タレット）に工具を取り付けできる工作機械を用いて説明する。

本実施形態では、工作機械に着脱可能な工作機械用装置を、工具交換装置によって自動的に工作機械の取付部に着脱できる構成となっている。本実施形態の工作機械は、一例であり、上述の構成に限定されるものではない。

≪工作機械用装置≫
工作機械に着脱可能な工作機械用装置は、例えば、受電装置、カメラ（又は撮像部）、タッチプローブ、レーザスキャナ、アングルヘッド、アングルヘッド付き工具、電動工具、機能付き工具、超音波発生装置、レーザ発振装置などがある。
もちろん、本実施形態における工作機械の取付部には、ドリルなどの一般的な工作機械用の工具も取り付け可能である。

（受電装置 工作機械用装置の一例）
工作機械用装置の一例である受電装置は、電力で駆動される装置内モジュールを有する。装置内モジュールは、例えば、カメラ、温度センサや圧電センサなど各種センサ、レーザ発振器やミリ波発振器のような発振器などの電気部品がある。また、装置内モジュールの別の例としては、アクチュエーターやモーターのような機械部品がある。さらに、装置内モジュールの例としては、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＣＰＵ（Central Processing Unit）などの回路でもよい。装置内モジュールは、図１～図３に関連して後述するように、第２コネクタからの電力が給電されるための配線（ケーブル）と接続され、給電された電力によって所定の機能が駆動される機能部の例である。装置内モジュールは、図５および図６に関連して説明するように、所定のネゴシエーションを経て給電機器から供給される電力をもとに動作する。

受電装置を使用する場合に、電力で駆動される装置内モジュールに電力を供給する必要がある。受電装置がカメラを有する場合、カメラは、イメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳ（Complementary MOS））とＣＭＯＳ制御用の電気回路などを装置内モジュールとして有する。つまり、カメラ内のＣＭＯＳと電気回路とは、外部から供給される電力に基づいて動作する。外部から供給される電力は、イーサネットの配線で利用されるケーブルを通じてデータと電力とを伝送する技術（ＰｏＥ技術）を用いて供給されることが好ましい。そのため、受電装置は、電力線と通信線とを分かるモジュールを有する。カメラでの撮像は、前述のケーブルから伝送されてきた撮像の動作指示を電気回路であるＣＰＵが受け、ＣＰＵからイメージセンサであるＣＭＯＳへ電荷伝送制御信号を送信することで行う。撮像された画像データは、前述のケーブルを介して工作機械用装置の外部（例えば、工作機械内のＮＣ装置や工作機械外の別の装置）に送信される。

工作機械に着脱可能な工作機械用装置に上述のＰｏＥ技術を用いることにより、後述するバッテリ内臓型の工作機械用装置やワイヤレス給電方式の工作機械用装置よりも装置を小型化することが可能になる。工作機械用装置は、大きくなると、工作機械内で干渉が起きる可能性が高くなるため、小型化できるのであれば、小型化することが好ましい。

また、工作機械に着脱可能な工作機械用装置に上述のＰｏＥ（Power Over Ethernet）技術（有線であるケーブルを介してデータ通信を行う）を用いることにより、後述する無線通信よりも通信が安定する。

（工作機械用装置の参考構成（バッテリ方式、ワイヤレス方式、無線通信方式）
以下で、他の構成との違いについて述べる。
まず、工作機械用装置の内部にバッテリを設けて、バッテリを蓄電しておくことによって電力を供給する方式について述べる。このようなバッテリ内蔵方式であれば、工作機械と工作機械用装置との間に電気的な接点を設ける必要がない。ただし、バッテリを内蔵するために、工作機械用装置自体が大型になる。また、バッテリが切れると動作しないため、工作機械用装置の運転時間に制限がある。バッテリ内蔵方式の場合、小型化と高性能化の両立は難しい。

次に、電磁誘導を利用してワイヤレスで給電を行う方式について述べる。ワイヤレス給電方式であれば、工作機械と工作機械用装置との間に電力供給のための機械接点を設ける必要がない。ただし、工作機械と工作機械用装置との双方にコイルを設ける必要があり、十分な電力を得るためにはコイルの専有体積が大きくなり、工作機械用装置が大きくなる恐れがある。

さらに、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）による無線通信方式について述べる。Ｗｉ－Ｆｉは、無線ＬＡＮの例である。Ｗｉ－Ｆｉでは、工作機械用機械と通信する装置との間で無線での通信路確立までの時間がかかってしまう。また、他のＷｉ－Ｆｉ機器との混信を起こす恐れや障害物による電波への影響もある。更に、電波の混雑などで送受信が待たされることもあり、外部から工作機械用装置を操作する場合の通信のリアルタイム性が低下する。

以上の説明のように、工作機械と工作機械用装置とをＰｏＥ技術を用いて接続することにより、工作機械用装置の小型化が可能になる。
これらを踏まえ、以下では、工作機械と工作機械用装置とをＰｏＥ技術を用いて接続する例を工作機械用装置の一例である受電装置を用いて説明する。

［実施形態］
図１は、工作機械の取り付け部に取り付けられる工作機械用装置の一例である受電装置（ＰＤ：Powered Device）１０の斜視図である。
本実施形態では、工作機械の例としてマシニングセンタについて説明する。受電装置１０は、マシニングセンタの主軸２０に装着され、使用される。主軸２０は、受電装置１０やその他の工具が装着される取付部の例である。なお、工作機械は、ターニングセンタでもよい。その場合には、受電装置１０は、タレットに装着され、使用される。タレットは、受電装置１０やその他の工具が装着される取付部の例である。

受電装置１０は、主軸２０に接合し回転するシャンク１１と、主軸２０に固定される固定ユニット１３と、カメラを内蔵しシャンク１１と一体に回転するカメラユニット１５と、固定ユニット１３に設けられた第２コネクタ１４を有する。工作機械の主軸２０には、第１コネクタ２４が設置されている。第２コネクタ１４と第１コネクタ２４は、向かい合う位置にある。受電装置１０が主軸２０に装着された状態で、第２コネクタ１４と第１コネクタ２４が連結するようになっている。工作機械に設けられる本実施形態の給電機器（ＰＳＥ：Power Sourcing Equipment）２２は、主軸２０と第１コネクタ２４とを有する。本実施形態の受電装置１０は、ＰｏＥ対応の装置であり、第１コネクタ２４と第２コネクタ１４を介して電力の供給やデータ通信が行われる。そのため、受電装置１０には、第１コネクタ２４から第２コネクタ１４を介して伝送されてきた電気を電力と通信とに分けて伝送するためのＰｏＥモジュール（受電モジュール）が設けられている。第１コネクタ２４と第２コネクタ１４は、ともに電力端子および通信端子の機能を備える。固定ユニット１３は、第２コネクタ１４を有し、主軸２０（取付部の例）に取り付けられた際に、第２コネクタ１４が第１コネクタ２４と接続し、主軸２０（取付部の例）に固定される固定部の例である。ここでいう主軸２０は、回転部位と非回転部位とを含む装置を指す。固定ユニット１３は、非回転部位に固定されて回転しない。

図２は、コネクタの連結の様子を示す斜視図である。
工作機械側の第１コネクタ２４も示している。第２コネクタ１４と第１コネクタ２４は、たとえばＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタで、スプリングコネクタを用いている。また、スプリングコネクタと同様の機能を有する接点コネクタを用いて、後述する機構を実現してもよい。接点パーツは、この例に限定されない。

本実施形態の第２コネクタ１４は、８本の接点ピンを備えたオスのコネクタである（図２）。第１コネクタ２４は、８個の接点穴を備えたメスのコネクタである。受電装置１０が工具交換装置によって主軸２０に近づけられるとき、第２コネクタ１４と第１コネクタ２４は、各接点ピンが各接点穴にはまるように接近する。受電装置１０が主軸２０に装着されると、第２コネクタ１４と第１コネクタ２４は連結する。ここでは、８ピンのコネクタの例を示すが、９以上のピン数のコネクタを用いてもよいし、７以下のピン数のコネクタを用いてもよい。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信及びＰｏＥは、最低限４線で実現可能であるので、４以上のピン数のコネクタを採用することができる。たとえば、４ピンのコネクタを用いてもよい。

工作機械側の第１コネクタ２４がメスのコネクタであれば、金屑などの異物が引っ掛かりにくいという面がある。ただし、オスとメスの関係が逆でもよい。つまり、第２コネクタ１４が、８個の接点穴を備えたメスのコネクタであり、第１コネクタ２４が、８本の接点ピンを備えたオスのコネクタであってもよい。接点ピンと接点穴は、電力端子と通信端子の機能を備える。

第２コネクタ１４の脇にある円筒形の受電装置１０の位置決め部１６は、工作機械側の円柱空洞にはまり、装着時のガイドの役割を果たし、受電装置１０を固定させる。なお、受電装置１０のシャンク１１とカメラユニット１５とは、主軸２０の回転動力により回転することが可能である。一方で、位置決め部１６を有する固定ユニット１３は、主軸２０に固定されており回転しない。

図３は、工作機械用装置の一例である受電装置１０の断面図である。
本実施形態の受電装置１０は、多様な受電装置の一形態である。本実施形態の受電装置１０は、シャンク１１、固定ユニット１３およびカメラユニット１５を含む。固定ユニット１３のベアリング１７は、シャンク１１を回転可能な状態で支持する。シャンク１１は、カメラユニット１５と接合しており、カメラユニット１５はシャンク１１と一体に回転する。固定ユニット１３のベアリング１８は、カメラユニット１５を回転可能な状態で支持する。本実施形態の受電装置１０には、電気回路エリア２８が設けられている。本実施形態では、第２コネクタ１４と電気回路エリア２８である回路基板とが、Ｅｔｈｅｒｎｅｔのケーブル２６によってつながっている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔのケーブル２６は、給電された電力によって所定の機能が駆動される機能部と第２コネクタ１４とを接続する配線の例である。ケーブル２６による配線の一部に、回転機構（スリップリング）などのように回転に対応する接点を挟んでもよい。あるいは、スピンドル（渦巻のケーブル格納部）を設けて回転に対処してもよい。電気回路エリア２８には、受電回路や電力駆動装置を制御するための駆動制御用の電気回路などが含まれていてもよい。また、電気回路エリア２８には、ＣＰＵやＬＳＩなどが実装されていてもよい。さらに、電気回路エリア２８は、１箇所ではなく複数箇所設けられていてもよい。なお、受電回路は、受電した電力を電力駆動装置や駆動制御用の電気回路などに供給する。

このように、受電装置１０が主軸２０に装着され、受電装置１０の第２コネクタ１４が工作機械の第１コネクタ２４と連結・接続すると、これらのコネクタを介して給電機器２２から受電装置１０へ電力が供給され、給電機器２２と受電装置１０の間で通信が行われるようになる。給電機器２２と受電装置１０の処理動作は、ＥｔｈｅｒｎｅｔのＰｏＥ技術を用いることが好ましい。

図４は、工作システムの全体構成図の一例である。
工作システムは、上述の工作機械９０と受電装置１０とを含む。工作機械９０は、主軸２０、工具交換装置５０、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）６０、洗浄部７０およびＮＣ装置８０を備える。制御装置４０と電源３０は、工作機械９０の内部に設けられてもよいし、工作機械９０の外部に設けられてもよい。

（受電装置１０と給電機器２２）
ＥｔｈｅｒｎｅｔのＰｏＥの規格のとおり、受電装置１０は、給電機器２２から電力供給を受ける。本実施形態の給電機器２２は、第１コネクタ２４および主軸２０を含む。もちろん、この構成に限定されるものではない。例えば、ターニングセンタの場合は、給電機器２２は、第１コネクタ２４とタレットとを含む構成になる。給電機器２２と受電装置１０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔの通信機能も備える。給電機器２２は、後述するように起動シーケンスにおいて、受電装置１０を検出する機能を有する。

（ＮＣ装置８０）
工作機械９０のＮＣ装置８０は、ＮＣプログラムを実行し、ＮＣプログラムで指定されたコードに従って工作機械９０の加工部を動作させる。ＮＣ装置８０が、ＮＣプログラムに含まれる洗浄のコードを実行する場合には、ＰＬＣ６０に洗浄の指令を出す。また、ＮＣ装置８０が、ＮＣプログラムに含まれる工具交換のコードを実行する場合には、ＰＬＣ６０に工具交換の指令を出す。ＰＬＣ６０が洗浄の指令を受けると、その指令に従って洗浄部７０を制御して、工作機械９０の内部を洗浄させる。また、ＰＬＣ６０が工具交換の指令を受けると、その指令に従って工具交換装置５０を制御して、工具交換装置５０のツールマガジンに格納されている工具と主軸２０に装着されている工具を交換させる。

（制御装置４０）
制御装置４０（図４）は、給電機器２２内の給電モジュール２２１を起動させるほか、起動シーケンスにおけるＰＤ検出（受電装置１０がＰｏＥに対応した装置であるとの応答反応など）の成否に応じた制御も行う。給電モジュール２２１として、ＰｏＥスイッチまたはＰｏＥインジェクターなどを用いてもよい。
制御装置４０は、工作機械９０に備え付けられるコンピュータを内蔵する操作盤であってもよいし、操作盤以外のコンピュータであってもよい。
制御装置４０の働きによって、給電機器２２と受電装置１０の間のネゴシエーションが行われ、工作システムにおける給電環境と通信環境が整えられる。ネゴシエーションでは、給電機器２２がＰｏＥ対応の受電装置１０であることを確認し、確認が取れれば電力供給と通信が開始される。給電機器２２は、電源３０から得られる電力を受電装置１０へ送る。また、給電機器２２と受電装置１０は、ＯＳＩ参照モデルの物理層とデータリンク層を確立させる。

制御装置４０は、データリンク層より上位のネットワーク層、トランスポート層およびセッション層の機能を実装してもよい。制御装置４０は、さらにプレゼンテーション層およびアプリケーション層の機能を実装してもよい。これにより、制御装置４０のアプリケーションが、給電機器２２を介して、受電装置１０の駆動制御用の電気回路とアプリケーション層の通信を行うようにしてもよい。換言して、制御装置４０のアプリケーションと受電装置１０とによって実現される機能を受電装置ＩＴサービスと位置付ければ、制御装置４０は、受電装置ＩＴサービスのマスターとして動作し、受電装置１０は受電装置ＩＴサービスのエージェントとして動作することになる。

本実施形態では、受電装置１０を主軸２０（取付部）に装着するタイミングで、給電機器２２（給電モジュール２２１）を起動させる必要がある。このため、制御装置４０は、受電装置１０を主軸２０に取り付ける指令を取得する必要がある。本実施形態の制御装置４０は、ＮＣ装置８０あるいはＰＬＣ６０からＮＣプログラムの工具交換に関連する指令コードを取得する処理を行う。本実施形態の受電装置１０は、他の工具と同様に、主軸２０に着脱することができるシャンク１１を備える形態であり、工具交換の指令コード（Ｍ６）を用いて主軸２０に取り付けることができる。

制御装置４０は、制御部の例であって、給電機器２２から受電装置１０への電力の給電を制御する。具体的には、制御装置４０は、受電装置１０が給電装置に取り付けられ、第１コネクタ２４と第２コネクタ１４とが接続した後に、給電機器２２から受電装置１０に第１電力（図６に関連して後述する微弱電力）を給電し、受電装置１０の第１電力に対する応答を検出し、検出された応答に基づいて、第１電力よりも大きい第２電力（図６に関連して後述する受電装置１０が必要とする電力）を受電装置１０に給電する制御を行う。

また、制御装置４０は、受電装置１０を装着するときの起動シーケンスでＰＤ検出が失敗すると異物挟み込みを検知して、切屑などの異物を除去するための洗浄を行い、受電装置１０を再装着するように制御する。つまり、制御装置４０は、コネクタ間の異物挟み込みによるリカバリー動作を制御する役割を有していてもよい。そのため、制御装置４０は、ＰＬＣ６０に対して洗浄指示と工具交換指示を出すことがある。なお、制御装置４０から洗浄指示と工具交換指示を受けた場合のＰＬＣ６０の動作は、ＮＣ装置８０から洗浄指示と工具交換指示を受けた場合の動作と同様である。

図５は、ＰＤ検証が成功する場合のタイムシーケンス図である。
（図５のＰＤ検証前の動作）
ＮＣ装置８０が、工具交換装置５０のツールマガジンに格納されている受電装置１０を工具待機位置に移動させる工具選択指令（Ｔ××、「××」：工具番号）を、ＰＬＣ６０へ送ると、ＰＬＣ６０は工具交換装置５０を制御して、受電装置１０を工具待機位置に移動させる。ここでは、工具選択指令は、使用する工具を予め工具番号を関連付けて登録しておくが、その工具番号を入力し実行することを工具選択指令としている。このステップでは、受電装置１０に工具番号（Ｔ番号）が付加されているものとする。例えば、受電装置１０をマガジンに格納する際に、作業者は、受電装置１０をＴ００１として登録しＮＣ装置８０内に、受電装置１０とＴ００１との対応関係を記憶させておく。また、本実施形態の受電装置１０は、マシニングセンタで主軸２０に着脱できる工具と同様のシャンク形状を有する。このため、作業者は、工具と同様の指令を用いて、工具と同様に受電装置１０を取り扱うことができる。

（図５のＰＤ検証のシーケンス）
ＮＣ装置８０が工具交換指令（例えば、Ｍ０６、ＮＣプログラムのＭ０６をＮＣ装置８０が解読しＰＬＣ６０用に変換した指令）をＰＬＣ６０へ送ると、ＰＬＣ６０は工具交換装置５０を制御して、主軸２０に装着されている工具と工具待機位置にある受電装置１０を交換させる（Ｓ１０）。なお、本実施形態は、加工後にカメラを有する受電装置１０で撮像するため、工具と交換する説明であるが、主軸２０に何も取り付けられていなければ、受電装置１０を主軸２０に取り付けるだけの動作になる。

このとき、制御装置４０は、工具選択指令と工具交換指令のセットをトラップする。制御装置４０は、工具交換指令の前の工具選択指令で受電装置１０が指定されているか否かを判定する。受電装置１０以外の工具等が指定されている場合には、給電モジュール２２１の起動処理を行わない。受電装置１０以外の工具等が装着されるからである。受電装置１０が指定されている場合、つまり装着対象として受電装置１０を検出した場合には、給電機器２２（給電モジュール２２１）を起動する（Ｓ１４）。

工具交換装置５０は、工具交換動作で、受電装置１０を主軸２０に装着する（Ｓ１６）。このとき、第２コネクタ１４が第１コネクタ２４に連結・接続する。つまり、第２コネクタ１４の８本の接点ピンが、第１コネクタ２４のそれぞれの接点穴に入って、第１コネクタ２４が第２コネクタ１４にはまる。

給電機器２２は、起動シーケンスにおいて受電装置１０の検出動作を行う（Ｓ１８）。IEEE802.3af,802.3atで、給電機器２２が、検出モードとして、２５Ｋオームの直流インピーダンスを検出し、受電装置１０がＰｏＥ対応の受電装置１０であるかを確認する。ＰｏＥにおける安全性を確保するためである。検出モードについては、図６に関連して後述する。

給電機器２２と受電装置１０との間で、ＰＤ検出などの起動シーケンスが正常に進行して初期化が成功すると（Ｓ２０）、給電機器２２は、成功通知を制御装置４０へ送信する（Ｓ２２）。起動シーケンスでは、IEEE802.3af,802.3atのＰｏＥネゴシエーションを終了した後に、IEEE802.3のＥｔｈｅｒｎｅｔネゴシエーションを行う。Ｅｔｈｅｒｎｅｔネゴシエーションでは、工作機械９０側のＰＨＹ（ＯＳＩ階層モデルの物理層を実装する通信回路）と受電装置１０側のＰＨＹとの間で、リンクパルス等を用いた通信速度や通信モードのネゴシエーションを自動的に行う。これにより、ＯＳＩ階層モデルの物理層とデータリンク層が確立される。そのあと、ＭＡＣ（Media Access Control）コントローラによるトランスポート層の整備を行い、ＩＰ通信および上位プロトコル通信が可能になる。

この段階で、受電装置１０に電力を提供するとともに、制御装置４０と受電装置１０の間でデータ伝送を行うための通信環境が整う（Ｓ２４）。制御装置４０と受電装置１０の間をつなぐケーブル２６は、ツイストペアケーブルと同等の品質を有し、ＩＰプロトコルの通信が可能である。４組の通信路が確保されるため、使用するコネクタとケーブル２６の周波数特性が良好であれば、１Ｇｂｐｓを超えるＥｔｈｅｒｎｅｔリンクを構成することも可能となる。また、７１Ｗ程度の給電が可能になる。

そして、制御装置４０が受電装置１０を制御して所定工程を実施する。受電装置１０を使用した所定工程を終えると、次の工具と交換する。

ＮＣ装置８０が、マガジンに格納されている次の工具を工具待機位置に移動させる工具選択指令（Ｔ××、「××」：工具番号）を、ＰＬＣ６０へ送ると、ＰＬＣ６０は次の工具を工具待機位置に移動させる。

続いて、ＮＣ装置８０が工具交換指令（例えば、Ｍ０６、ＮＣプログラムのＭ０６をＮＣ装置８０が解読しＰＬＣ６０用に変換した指令）をＰＬＣ６０へ送ると、ＰＬＣ６０は工具交換装置５０に工具交換指令を送る（Ｓ２６）。

このとき、制御装置４０は、工具交換指令をトラップする。受電装置１０が主軸２０に装着されている状態で、工具交換指令を検出した場合には（Ｓ２８）、給電機器２２（給電モジュール２２１）を停止させる（Ｓ３０）。この工具交換指令は、受電装置１０を給電機器２２から取り外す指令に相当する。これにより、給電機器２２は通電を止めて、受電装置１０への電力供給を終える。つまり、給電機器２２から受電装置１０への第２電力（図６に関連して後述する受電装置１０が必要とする電力）が止められる。

工具交換装置５０は、工具交換動作として、受電装置１０を主軸２０から外す（Ｓ３２）。このとき、第２コネクタ１４が第１コネクタ２４から分離される。つまり、第２コネクタ１４の８本の接点ピンが、第１コネクタ２４のそれぞれの接点穴から抜けて、第１コネクタ２４が第２コネクタ１４から離れる。つまり、給電を止めた後に、第１コネクタ２４と第２コネクタ１４との接続が解消される。電力供給が行われていないので、接点開放によるスパークなどは発生しにくくなる。なお、Ｅｔｈｅｒｎｅｔの一般的な用途では、運用途中でコネクタを引き抜くようなことはしない。したがって、コネクタを抜く前にＰｏＥによる給電を止めるというシーケンスは規定されていない。

図６は、ＰｏＥの起動シーケンス図である。
給電機器２２は、接続した相手デバイスが受電装置１０でない場合には、電力を送らない（給電をしない）。受電装置１０以外のデバイスを故障させないようにするためである。

具体的には、制御装置４０の制御に基づき、給電機器２２は、受電装置１０が給電装置２２に取り付けられ、第１コネクタ２４と第２コネクタ１４とが接続した後に、起動時に流す微弱電力（第１電力の例）によるネゴシエーションによって、受電装置１０を検出する（ＰＤ検出）。制御装置４０の制御に基づき、最初に、給電装置２２が２．８～１０Ｖの電圧を印加して、２５ｋオームの検出用抵抗器を内蔵する受電装置１０の有無を識別する。この時流れる電流は、１ｍＡ以下である。制御装置４０の制御に基づき、給電機器２２は、相手デバイスがＰｏＥ対応の受電装置１０であることがわかった後で、２０．５Ｖの電圧を印加して、受電装置１０が必要とする電力を計る。

制御装置４０の制御に基づき、給電機器２２は、受電装置１０が必要とする電力が検出された後に、必要な電力（第２電力の例）を受電装置１０に供給する。図５においては、給電電圧を４４Ｖや５７Ｖに設定し、給電が行われる。また、図５の形態において、給電は１５Ｗから１００Ｗの範囲内で行われ、受電は１２Ｗから７２Ｗの範囲内で行われる。

電力供給前の検出動作は、PSE PI detection mode electrical requirementsで規定されているとおり、検出に用いられる最大電圧は３０Ｖに制限され、最大電流は５ｍＡに制限される。したがって、切屑などによってショートが生じても、電力量が１５０ｍＷ以下であるので発熱などが生じる可能性は低い。

切屑などの異物がコネクタ間に挟み込まれている場合、接点同士をつないで短絡電流（Short circuit current）が検出されることがある。また、接点同士が接触できていなければ、開路電圧（Open circuit voltage）が検出される。これらの場合、給電機器２２は、電力供給を行わない。また、受電装置１０の機能が正常に立ち上がらずタイムアウトになった場合にも、給電機器２２は、継続的な電力供給を行わない。

図７は、ＰＤ検証が失敗する場合のタイムシーケンス図である。
Ｓ４０～Ｓ４８までの動作は、図５に示したＳ１０～Ｓ１８の場合と同様である。

起動シーケンスで異常が発生して初期化が失敗すると（Ｓ５０）、給電機器２２は、失敗通知を制御装置４０へ送信する（Ｓ５２）。失敗の例として、上述のように短絡電流を検出し、または開路電圧を検出する。あるいは、タイムアウトを検出する場合もある。

制御装置４０は、上述の失敗通知を受信することによって異物挟み込みを検知して、洗浄指示と再装着指示をＰＬＣ６０に送信する（Ｓ５４）。ＰＬＣ６０が洗浄指示を受信すると、洗浄部７０を制御して第１コネクタ２４と第２コネクタ１４を洗浄させる。具体的には、コネクタの連結位置およびその付近に対して、洗浄液（たとえば、クーラントや水）を噴きかける。あるいは、コネクタの連結位置およびその付近に対して、エアーを吹きかける。これらの噴射によって、切屑などの異物を除去する。

制御装置４０は、洗浄部７０に洗浄させながら、工具交換装置５０を制御して、受電装置１０をツールマガジンに戻す。具体的には、工具番号として００を付加した工具選択指令（Ｔ××、「××」：工具番号）をＰＬＣ６０へ送り、続いて、工具交換指令をＰＬＣ６０へ送る。これにより、ＰＬＣ６０は工具交換装置５０を制御して、主軸２０に装着されている受電装置１０をツールマガジンに戻し、主軸２０には何も装着されていない状態にする。このようにして、受電装置１０が外されるときに、コネクタの連結位置およびその付近に対して、洗浄液を噴きかけたり、エアーを吹きかけたりして、切屑などの異物を除去する。

その後、制御装置４０は、再び工具交換指令をＰＬＣ６０へ送り、ＰＬＣ６０は工具交換装置５０を制御して、ツールマガジンに戻された受電装置１０を主軸２０に再装着させる。

再装着した後に、Ｓ１８の場合と同様に、ＰＳＥ２２は、起動シーケンスにおいて受電装置１０の検出動作を行う（Ｓ６２）。異物が除去されれば、Ｓ２０の場合と同様に、初期化が成功する（Ｓ６４）。Ｓ６６以降の動作は、図５に示したＳ２２～Ｓ３２の場合と同様である。

以上のように、工作機械９０において、工作機械用装置の一例である受電装置１０と他の装置との間で電力伝達および相互通信を行うことができる。このため、工作機械用装置は、自身でバッテリを内蔵する必要がなく、小型化できる。

また、小型化以外にも、ＰｏＥの機構を使った切屑挟み込み検知を行い、工作機械９０内のユースに適合する接点環境を提供することが可能になる。さらに、給電機器２２に対する工具交換の事前指示によって電力切断を行う機構（または給電停止処理）を設けることにより、工作機械９０で安全に工作機械用装置を用いることが可能になる。

［変形例］
これまで説明してきた形態だけでなく、各種変形例があるので、別の形態でもいい点に関して例示する。
まず、ＩＰ通信に限定されない。ＥｔｈｅｒＣＡＴやＰｏｒｆｉｎｅｔなどのフィールドバスも含めて、IEEE802.3環境を使うすべての通信（ツイストペア通信路を使う通信）を利用できる。

受電装置１０を再装着するときに、外した受電装置１０をツールマガジンまで戻さずに、途中で待機させ、待機場所から再装着させるようにしてもよい。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態および上記変形例を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。

本開示の工作機械９０やその他の装置は、機械要素の他、ハードウェア資源、例えば、プロセッサ、メモリ、及びプログラムとの協働などによって、実現される。

１０ 受電装置、１１ シャンク、１３ 固定ユニット、１４ 第２コネクタ、１５ カメラユニット、１６ 受電装置の位置決め部、１７ ベアリング、１８ ベアリング、２０ 主軸、２２ 給電機器（ＰＳＥ）、２２１ 給電モジュール、２４ 第１コネクタ、２６ ケーブル、２８ 電気回路エリア、３０ 電源、４０ 制御装置、５０ 工具交換装置、６０ ＰＬＣ、７０ 洗浄部、８０ ＮＣ装置、９０ 工作機械

Claims (3)

1. 電力端子と通信端子の機能を備える第１コネクタを有し、工具を取り付け可能な給電機器と、
   前記第１コネクタと接続する第２コネクタを有し、前記給電機器に対して着脱可能であり、前記給電機器から電力を受電する受電装置と、
   前記給電機器から前記受電装置への電力の給電を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、(i)前記受電装置が前記給電装置に取り付けられ、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが接続した後に、(ii)前記給電機器から前記受電装置に第１電力を給電し、前記受電装置の前記第１電力に対する応答を検出し、(iii)前記検出された応答に基づいて、前記第１電力よりも大きい第２電力を前記受電装置に給電する制御を行う、工作機械。
2. 工具を取り付け可能な取付部と第１コネクタとを有する工作機械の前記取付部に着脱可能な工作機械用装置であって、
   電力端子と通信端子の機能を備える第２コネクタを有し、前記取付部に取り付けられた際に、前記第２コネクタが前記第１コネクタと接続し、前記取付部に固定される固定部と、
   前記第２コネクタからの電力が給電されるための配線と接続され、給電された電力によって所定の機能が駆動される機能部と、を備え、
   前記工作機械用装置が前記取付部に取り付けられ前記第１コネクタと前記第２コネクタとが接続した後に、前記第１コネクタを介して前記工作機械用装置に第１電力が給電され、前記工作機械用装置の前記第１電力に対する応答に基づいて前記第１電力よりも大きい第２電力が前記工作機械用装置に給電され、前記配線を介して前記機能部が前記第２電力をもとに動作する、工作機械用装置。
3. 前記受電装置を前記給電機器から取り外す指令を検出した場合、前記給電機器から前記受電装置への前記第２電力の給電を止め、給電を止めた後に、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの接続を解消する、請求項１記載の工作機械。
   

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