JP6370485B2 - 工作機械の消耗部品の交換時期管理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の不使用時に消耗または劣化する消耗部品の交換時期を監視する工作機械の消耗部品の交換時期管理方法及び装置に関する。

特許文献１には、レーザ加工ヘッドとワークとの相対的移動によりワークにレーザ加工を行うレーザ加工機の管理システムにおいて、レーザ加工機を数値制御するＮＣ装置の電源オン時間と、レーザ発振器の作動状況と、レーザ加工ヘッドとワークとの相対的移動の時間とを含めてレーザ加工機の作動状況のデータを蓄積し、レーザ加工機の各構成部材の保守点検項目につき保守点検時期の到来を報知するようにしたレーザ加工機の管理システムが記載されている。

特開平０５−０００３８９号公報

特許文献１のレーザ加工機の管理システムでは、保守点検時期の到来を項目別に報知することができるが、レーザ加工機の電源をオフにして機械を一定時間停止している間の消耗部品の劣化を監視することができない。近時のレーザ加工機では、ノズルからワークに高圧の超純水を噴出させて水柱を形成し、該水柱を通してレーザ光をワークに照射するようになっている。こうしたレーザ加工機では、超純水の供給装置を一定時間以上停止しておくと、超純水の供給装置を構成する部品、例えば水道水等の原水を濾過するプレフィルタや活性炭フィルタ、逆浸透膜、イオン交換樹脂といった部品にバクテリアや雑菌が繁殖して劣化してしまい、こうした消耗部品の交換が必要となる。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工作機械の不使用時に消耗または劣化する部品（消耗部品）の交換時期を監視できる工作機械の消耗部品の交換時期管理方法及び装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械の消耗部品の交換時期を監視する消耗部品の交換時期管理方法において、前記工作機械の電源がオフされてから、次にオンされるまでの時間を求めて前記消耗部品の休止時間とし、前記休止時間が予め設定したしきい値以上のとき、前記消耗部品は交換時期に達していると報知する工作機械の消耗部品の交換時期管理方法が提供される。

本発明の他の特徴によれば、工作機械の消耗部品の交換時期を監視する消耗部品の交換時期管理装置において、前記工作機械の電源がオフされたときの日時をオフ日時として記憶するオフ日時記憶部と、前記工作機械の電源がオフされた後に工作機械の電源がオンされたときの日時をオン日時として記憶するオン日時記憶部と、前記オフ日時とオン日時とに基づき、前記工作機械の電源がオフされてから、次にオンされるまでの時間を求めて前記消耗部品の休止時間とし、該休止時間が予め設定したしきい値以上のとき、前記消耗部品は交換時期に達していると報知する消耗部品の交換時期管理部とを具備する工作機械の消耗部品の交換時期管理装置が提供される。

本発明によれば、工作機械の電源がオフされている間に消耗または劣化する部品の交換時期を監視することが可能となる。

本発明を適用する工作機械の一例として挙げたレーザ加工機の光学ヘッドの略示断面図である。 本発明の好ましい実施形態による消耗部品の交換時期管理装置を示すブロック図である。 レーザ加工機の光学ヘッドに超純水を供給する超純水供給装置のブロック図である。 本発明の実施形態による消耗部品の交換時期管理方法のメインルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態による消耗部品の交換時期管理方法の停止処理サブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態による消耗部品の交換時期管理方法のリセット処理サブルーチンを示すフローチャートである。

図１に、本発明を適用可能な工作機械の一例としてレーザ加工機の光学ヘッドを示す。図１において、光学ヘッド１０は、ハウジング１２内に配設され、レーザ発振器１４からのレーザ光を光ファイバのような導光部材１４ａを介して受け取り、コリメーションレンズ１８へ向けて照射するレーザ照射ヘッド１６を具備している。レーザ照射ヘッド１６からのレーザ光は、コリメーションレンズ１８で平行光線となって、第１のミラー２０によって第２のミラー２２に向けて反射され、該第２のミラー２２によってフォーカスレンズ２４へ向けて反射される。フォーカスレンズ２４で絞られたレーザ光は、ノズルヘッド２６を通してハウジング１２の外部に照射される。このとき、光学ヘッド１０が照射するレーザ光の光軸はＺ軸に略平行となっている。

第１と第２のミラー２０、２２は平面状の反射面を有しており、該反射面の方向（反射面に垂直な方向）を調節し、光学ヘッド１０から照射されるレーザ光の方向を調節するためミラー配向変更手段としてモータ２０ａ、２２ａを有している。また、第１と第２のミラー２０、２２、特にフォーカスレンズ２４へ向けレーザ光を反射する第２のミラー２２は、レーザ発振器１４から照射されるレーザ光の波長に適合し、該レーザ光を反射し、かつ、該レーザ光の波長以外の波長の光を透過する誘電体多層膜を含んでいる。より詳細には、ガラス板にこうした誘電体多層膜を蒸着して形成されている。第２のミラー２２を誘電体多層膜から形成することによって、ノズル２６ｂから照射されるレーザ光とノズル２６ｂとの位置関係をカメラ３２によって監視することが可能となっている。

ノズルヘッド２６は、超純水供給装置３０から管路２８を介して超純水の供給を受ける中空状の部材である。ノズルヘッド２６のテーブル３６に対面する底壁にウォータジェット３４を噴出するノズル２６ｂが設けられ、該底壁の反対側のフォーカスレンズ２４に対面する上面にガラス等の透明な部材より成る窓２６ａが設けられている。ノズル２６ｂは光学ヘッド１０のハウジング１２の底面に形成されているオリフィス１２ａを通じてハウジング１２の外部に連通している。

図２を参照すると、本発明の消耗部品の交換時期管理装置１００は、消耗部品の交換時期管理部１１６、オン時間積算部１０８、オフ日時記憶部１１０、オン日時記憶部１１２、しきい値記憶部１１４および表示部１１８を主要な構成要素として具備している。オン時間積算部１０８、オフ日時記憶部１１０およびオン日時記憶部１１２は、レーザ加工機１０２の制御装置１０４のタイマ（図示せず）から時刻を受け取る。表示部１１８は、例えばレーザ加工機１０２の制御盤（図示せず）等に設けられている液晶パネル（図示せず）によって形成することができる。

図３を参照すると、一例として示す超純水供給装置３０は、プレフィルタ４０および活性炭フィルタ４１で予め濾過した都市用水や水道水を、ポンプ４２によって加圧して逆浸透膜装置４３に供給して、該逆浸透膜装置４３で高度に濾過し、次いで、紫外線殺菌装置４４を通した後にイオン交換樹脂４５で更に不純物を除去して超純水を生成する。こうして生成された超純水は、タンク４６に貯留された後、ポンプ４７によって、管路２８を経て光学ヘッド１０のノズル２６ｂへ向けて供給される。

以下、図４〜図６を参照して、本実施形態による消耗部品の交換時期管理装置１００の作用を説明する。図４は、消耗部品の交換時期管理装置１００のメインルーチンを示すフローチャートである。メインルーチンが実行されると、レーザ加工機１０２の電源がオフされている否かが判定される（ステップＳ１０）。レーザ加工機１０２の電源がオフされると（ステップＳ１０でYesの場合）、図５に示す停止処理サブルーチンが呼び出される。レーザ加工機１０２の電源がオフされたことをトリガとして、停止処理サブルーチンを割り込ませるようにできる。

停止処理サブルーチンが開始されると、オフ日時記憶部１１０がレーザ加工機１０２の制御装置１０４から現在の時刻（日時）τをオフ日時Ｔ_OFFとして読み込む（ステップＳ４０）。オフ日時記憶部１１０は、レーザ加工機１０２の電源がオフされた後でも情報を保持可能な記憶領域から構成することができる。次いで、レーザ加工機１０２の電源がオフされたことを示すフラグＳＤに１が入力され（ステップＳ４２）、停止処理サブルーチンは終了する（ステップＳ４６）。なお、レーザ加工機１０２の制御装置１０４にバッテリやキャパシタ等によって非常電源を設け、レーザ加工機１０２の電源がオフされたときに、停止処理サブルーチンが実行可能となるようにできる。

レーザ加工機１０２の電源がオフされると、メインルーチンは強制的に終了される。その後、レーザ加工機１０２の電源がオンされると、レーザ加工機１０２の電源がオフされたことを示すフラグＳＤ＝１およびオフ日時（Ｔ_OFF＝τ）を保持した状態でステップＳ１０からメインルーチンが開始される。

ステップＳ１０でNoの場合、つまりレーザ加工機１０２の電源がオフされていない場合、つまり電源オフの割り込みがトリガされない場合、ステップＳ１２において消耗部品の交換がなされたか否かが判定される。この判定は、消耗部品が交換されたときに、例えばレーザ加工機１０２、その制御装置１０４または超純水供給装置１０６（３０）に設けられたリセットボタンをオペレータが押すことによって、消耗部品の交換がなされたことを示すフラグを立てることによって行うことができる。

ステップＳ１２でYesの場合、つまり消耗部品の交換がなされた場合、図６に示すリセット処理サブルーチンが呼び出される。リセット処理サブルーチンが呼び出されると、オン日時記憶部１１２がレーザ加工機１０２の制御装置１０４から現在の時刻（日時）τをオン日時Ｔ_ONとして読み込む（ステップＳ５０）。オン日時記憶部１１２は、レーザ加工機１０２の電源がオフされた後でも情報を保持可能な記憶領域から構成することができる。このとき、オン日時Ｔ_ONは、レーザ加工機１０２の電源がオフされた後、次にレーザ加工機１０２の電源がオンされた時刻となる。次いで、レーザ加工機１０２がオンされている時間の積算値であるオン時間の積算値Ｔ_SUMが０にリセットされ（ステップＳ５２）、レーザ加工機１０２の電源がオフされたことを示すフラグＳＤが０にリセットされる（ステップＳ５４）。

ステップＳ１２でNoの場合、つまり消耗部品の交換がなされなかった場合、上述のリセット処理をすることなく、処理はステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、例えばレーザ加工機１０２の制御装置１０４が有するRTC(real-time clock)タイマのような適当なタイマ（図示せず）を用いて所定時間ｔが経過するのを待機する。所定時間ｔは、例えば１分とすることができる。ステップＳ１４で所定時間ｔが経過すると、オン時間の積算値Ｔ_SUMに所定時間ｔを加えて、オン時間積算部１０８が消耗部品を交換した後のレーザ加工機１０２がオンされている時間を積算する（ステップＳ１６）。オン時間積算部１０８は、レーザ加工機１０２の電源がオフされた後でも情報を保持可能な記憶領域から構成することができる。

次いで、フラグＳＤの値から、レーザ加工機１０２の電源がオフされていたか否かが判定される（ステップＳ１８）。ＳＤ＝１（ステップＳ１８でYes）の場合、つまり、レーザ加工機１０２がオフされていた場合、消耗部品の交換時期管理部１１６は、オフ日時Ｔ_OFFをオフ日時記憶部１１０から読み込み、オン日時Ｔ_ONからオフ日時Ｔ_OFFを減算することによって、レーザ加工機１０２がオフされていた時間である休止時間ΔＴ₁を求める（ステップＳ２０）。

次いで、消耗部品の交換時期管理部１１６はしきい値記憶部１１４から第１のしきい値Ｔ_S1を読み出し、休止時間ΔＴ₁と第１のしきい値Ｔ_S1の大小を比較する（ステップＳ２２）。ΔＴ₁≧Ｔ_S1（ステップＳ２２でYes）の場合、つまりレーザ加工機１０２の停止していた休止時間が第１のしきい値以上の場合、消耗部品の交換時期管理部１１６は、レーザ加工機１０２の休止時間が、第１のしきい値Ｔ_S1で示される所定の時間よりも長くなっていることを報知または警告する（ステップＳ２４）。この報知または警告は、例えば、レーザ加工機１０２に設けられているブザー等によって音響的に、或いは、表示部１１８にレーザ加工機１０２の休止時間が上記所定の時間よりも長いことを示すアイコンやテキストを表示することによって視覚的に行うことができる。報知した後、メインルーチンは終了する（ステップＳ３２）。

レーザ加工機１０２のオペレータまたは保守者は、上記報知または警告に基づいて消耗部品を交換する。消耗部品を交換すべき装置は、プレフィルタ４０、活性炭フィルタ４１、逆浸透膜装置４３、イオン交換樹脂４５が含まれる。消耗部品の交換は、こうした装置の消耗部品の全てを交換することによって実施することができる。或いは、休止時間ΔＴ₁の大きさに基づいて特定の消耗部品を交換するようにしてもよい。そのために、休止時間ΔＴ₁の大きさに基づき表示部１１８に交換すべき消耗部品を表示するようにできる。

ΔＴ₁＜Ｔ_S1（ステップＳ２２でNo）の場合、つまりレーザ加工機１０２の休止時間が第１のしきい値よりも短い場合、レーザ加工機１０２の電源がオフされたことを示すフラグＳＤが０にリセットされ（ステップＳ２６）、メインルーチンが終了する（ステップＳ３２）。

レーザ加工機１０２の電源がオフされていない場合、消耗部品の交換時にリセット処理サブルーチンのステップＳ５４でフラグＳＤに０が入力されているので、ステップＳ１８でNoとなる。この場合、消耗部品の交換時期管理部１１６は、レーザ加工機１０２がオンされている時間を積算したオン時間の積算値Ｔ_SUMをオン時間積算部１０８から読み込みむと共に、しきい値記憶部１１４から第２のしきい値Ｔ_S2を読み出し、Ｔ_SUMがＴ_S2と比較される（ステップＳ２８）。Ｔ_SUM≧Ｔ_S2（ステップＳ２８でYes）の場合、消耗部品の交換時期管理部１１６は、消耗部品が交換されてから現在まで使用した積算時間が、第２のしきい値Ｔ_S2で示される所定時間以上となっていることを報知または警告する（ステップＳ３０）。この報知または警告は、例えば、レーザ加工機１０２に設けられているブザー等によって音響的に、或いは、表示部１１８に消耗部品が交換されてから現在までの使用時間が上記所定の時間よりも長いことを示すアイコンやテキストを表示することによって視覚的に行うことができる。報知した後、メインルーチンは終了する（ステップＳ３２）。

レーザ加工機１０２のオペレータまたは保守者は、上記報知または警告に基づいて消耗部品を交換しリセットボタンを押す。消耗部品を交換すべき装置は既述のように、プレフィルタ４０、活性炭フィルタ４１、逆浸透膜装置４３、イオン交換樹脂４５が含まれる。消耗部品の交換は、こうした装置の消耗部品の全てを交換するようにできる。或いは、個々の消耗部品について対応する複数の第２のしきい値Ｔ_S2を設定すると共に、個別に積算時間Ｔ_SUMを求めるようにしてもよい。特定の消耗部品を個別に交換する場合には、個々の消耗部品に対応させて複数のリセット処理サブルーチンを準備するようにできる。また、上記リセットボタンも個々の消耗部品のために複数の個別のリセットボタンが準備される。
上述したメインルーチンは、所定時間、例えば１分毎に実行される。

既述の実施形態では、消耗部品としてレーザ加工機の超純水供給装置で用いるプレフィルタ、活性炭フィルタ、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されず、消耗部品は、例えばフライス盤や旋盤等で用いる水溶性切削液（クーラント）、研削盤で用いる研削液、放電加工機で用いる放電加工液や、工作機械の案内面を潤滑する案内面潤滑液等が含まれる。

レーザ加工機１０２の電源が正常にオフされた場合、所定の停止サブルーチンが起動され、その中でオフ日時をオフ日時記憶部１１０に記憶してから電源オフされる構成にしておけば、必ずしも非常電源を設けなくともよい。また、レーザ加工機１０２の電源がオフされると、レーザ加工機１０２とは別電源に接続された休止時間積算タイマーが起動し、次にレーザ加工機１０２の電源がオンされるまでの時間をカウントする方法でオフ時間を求めることもできる。ただ、停電や非常停止ボタンが押された場合を考慮すると非常電源は有効である。

更に、オフ日時記憶部１１０は不揮発性メモリで成り、レーザ加工機１０２の電源がオンされている間、定期的（例えば１分毎）に現在時刻を上書き記憶され続ける。レーザ加工機１０２の電源がオフされても、オフされる直前の日時が記憶され続ける。次にレーザ加工機１０２の電源がオンされ、オン日時記憶部１１２にオン日時が記憶されると、その時点のオフ日時記憶部１１０のオフ日時との差を求め、オフ時間を求めることもできる。このようにすれば非常電源は不要となる。

１０ 光学ヘッド
１４ レーザ発振器
２６ ノズルヘッド
２８ 管路
３０ 超純水供給装置
３６ テーブル
４０ プレフィルタ
４１ 活性炭フィルタ
４３ 逆浸透膜装置
４５ イオン交換樹脂
４６ タンク
１００ 消耗部品の交換時期管理装置
１０２ レーザ加工機
１０４ 制御装置
１０６ 超純水供給装置
１０８ オン時間積算部
１１０ オフ日時記憶部
１１２ オン日時記憶部
１１４ しきい値記憶部
１１６ 交換時期管理部
１１８ 表示部

Claims (6)

1. 工作機械の消耗部品の交換時期を監視する消耗部品の交換時期管理方法において、
   前記工作機械の電源がオフされてから、次にオンされるまでの時間を求めて前記消耗部品の休止時間とし、
   前記休止時間が予め設定したしきい値以上のとき、前記消耗部品は交換時期に達していると報知することを特徴とした工作機械の消耗部品の交換時期管理方法。
2. 前記消耗部品を交換した後の工作機械の電源をオンしていた時間を積算し、オン時間の積算値が第２のしきい値以上のとき、前記消耗部品は交換時期に達したと報知することを更に含む請求項１に記載の工作機械の消耗部品の交換時期管理方法。
3. 前記工作機械は、超純水供給装置を備えたレーザ加工機であり、
   前記消耗部品は、前記超純水供給装置のプレフィルタ、活性炭フィルタ、逆浸透膜、イオン交換樹脂の少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の工作機械の消耗部品の交換時期管理方法。
4. 工作機械の消耗部品の交換時期を監視する消耗部品の交換時期管理装置において、
   前記工作機械の電源がオフされたときの日時をオフ日時として記憶するオフ日時記憶部と、
   前記工作機械の電源がオフされた後に工作機械の電源がオンされたときの日時をオン日時として記憶するオン日時記憶部と、
   前記オフ日時とオン日時とに基づき、前記工作機械の電源がオフされてから、次にオンされるまでの時間を求めて前記消耗部品の休止時間とし、該休止時間が予め設定したしきい値以上のとき、前記消耗部品は交換時期に達していると報知する消耗部品の交換時期管理部と、
   を具備することを特徴とした工作機械の消耗部品の交換時期管理装置。
5. 前記消耗部品を交換した後の工作機械の電源をオンしていた時間を積算するオン時間積算部を更に具備し、
   前記消耗部品の交換時期管理部は、オン時間の積算値が第２のしきい値以上のとき、前記消耗部品は交換時期に達したと報知する請求項４に記載の工作機械の消耗部品の交換時期管理装置。
6. 前記工作機械は、超純水供給装置を備えたレーザ加工機であり、
   前記消耗部品は、前記超純水供給装置のプレフィルタ、活性炭フィルタ、逆浸透膜、イオン交換樹脂の少なくとも１つを含む請求項４または５に記載の工作機械の消耗部品の交換時期管理装置。

Images