JP7355284B1 - データ収集装置、データ収集方法、データ収集プログラム、切削工具、およびデータ収集システム - Google Patents
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Abstract
Description
切削工具は、高速に回転する転削工具、および高速に回転するワークに対する処理を行う旋削工具などを含む。そのため切削工具の状態を適切に監視するためには高いサンプリングレートによりデータをサンプリングし、データ収集装置に送信することとなる。その結果、電池からの電力消費が多くなり、切削工具のメンテナンス頻度が高くなる。また、サンプリングレートが高いとデータ量が多くなり、データ収集装置において必要となる記憶媒体の容量が大きくなる。
以上のようにこの開示によると、サンプリングレートが高いことにより生ずる問題を解決するデータ収集装置、データ収集方法、データ収集プログラム、切削工具、およびデータ収集システムを提供できる。
以下の説明および図面では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組合わせてもよい。
本開示の実施形態に係るデータ収集装置、データ収集方法、データ収集プログラム、切削工具、およびデータ収集システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
図1に、この開示に係る工作機械システム10の基本的構成を示す。図1を参照して、工作機械システム10は、切削工具16と、切削工具16のような切削工具を複数、切替えて使用する工作機械14と、切削工具16に備えられたセンサからセンサデータを収集し、表示するデータ収集部12とを含む。なお、以下の記載において使用する切削工具16は、転削工具でもよいし旋削工具でもよい。
A.構成
A1.全体構成
図2を参照して、第1実施形態に係る具体的な工作機械システム50は、工作機械64と、工作機械64の内部にある切削工具のデータ送信機72、データ送信機74、およびデータ送信機76と、これらデータ送信機などから無線通信によりセンサ情報を収集して蓄積し、リアルタイムにデータの時系列表示を行うデータ収集システム52とを含む。
図3はデータ送信機72を有する切削工具100の構成を示す。図3を参照して、切削工具100は、切削インサート116が固定されるヘッド部112と、ヘッド部112の、切削インサート116が固定された端部と反対側に固定されたホルダ部110とを含む。切削工具100は旋削工具である。切削インサート116は、その先端に切刃118を持ち、固定用部材114によってヘッド部112に着脱可能に固定される。図3において、ホルダ部110は、上面124、底面128、前面120、背面126、および端面122を持つ。
図5を参照して、工作機械64の制御部70は、各々に切削工具が装着できる複数の装着部を持つタレット210を備え、加工のスケジュールに従ってタレット210を回転させて選択した切削工具を使用してワークに対する加工を行うための加工部200と、所定のプログラムに従って加工部200を制御するためのプロセッサ202と、プロセッサ202に接続され、プロセッサ202が外部と通信を行う際に使用する無線通信機204とを含む。
再び図2を参照して、データ収集システム52は、工作機械64の内部のタレット210に装着された切削工具に設けられた無線通信モジュール154(図4を参照)と無線通信を行い、主として各データ送信機からのセンサデータを受信するための無線通信機62と無線通信機62が受信したセンサデータを蓄積し、センサデータの時系列を各旋削工具と対応付けて表示する処理を行うデータ収集装置60とを含む。
図10に図2に示すデータ収集装置60が工作機械64からのデータ収集を行うために利用者が起動する操作アプリケーションの制御構造をフローチャート形式により示す。このアプリケーションは、基本的に対話形式により利用者の指示を受けて動作する。
図13に、例えば図4のCPU152が実行する切削工具側処理のプログラムの制御構造を示す。図13を参照して、このプログラム500は、データ送信機72の各部を初期化するステップ510と、ステップ510に続き、外部(この実施形態においては無線通信機62を介して接続されているデータ収集装置60)から何らかの指示を受信したか否かに従って制御の流れを分岐させるステップ512と、ステップ512における判定が肯定的なときに、ステップ512において受信した指示がセンサデータの測定処理を開始する指示(測定開始指示)か否かに従って制御の流れを分岐させるステップ522とを含む。
図14に、工作機械64のプロセッサ202(図7を参照)が実行するプログラムの制御構造をフローチャート形式により示す。
以上に構造を説明した工作機械システム50(図2を参照)は、以下のように動作する。例えば、利用者は、最初にデータ収集装置60において図10に示すプログラム400を起動する。そして、第1ボタンを操作する。第1ボタンが操作されると図11に示される画面430がモニタ352に表示される。利用者は、この画面430を使用して、タレット210の各装着部のうちのいずれかに、切削工具100と同様の機能を持つ切削工具が装着されていれば、その装着部のタレット番号に対応する識別子として、その切削工具の識別名をフィールド列440の対応するフィールドに入力する。使用する切削工具の全てについて識別名をフィールド列440に入力した後、利用者が設定ボタン444を押すことにより、データ収集の対象となると切削工具の識別名が、その切削工具が装着される装着部のタレット番号に対応して対応テーブル記憶領域394(図9を参照)に記憶される。この結果、制御部70における加工処理の開始が可能になる。
A.構成
上記第1実施形態においては、データ収集装置60が図12のプログラム450を実行するにあたり、ステップ456を繰り返し実行することにより、加工に使用されている切削工具が変更されたことを検出している。しかし、この開示はそのような実施形態に限定されない。この第2実施形態においては、工作機械が、タレットを回転させて新たな切削工具による加工を開始したときに、その切削工具が装着されている装着に対応するタレット番号をデータ収集装置に送信する。この実施形態においては、データ収集装置60は、工作機械から新たなタレット番号の受信を行ったときに、通信相手となる切削工具を切替える。
この第2実施形態において、工作機械64の加工部200(図5)は、動作中にタレット210を回転させると、新たなタレット番号をプロセッサ202(図5)に通知する。プロセッサ202は、この通知を受信すると、図15に制御構造を示すプログラムにおいて、ステップ562、ステップ564、ステップ570およびステップ610という経路を経て、ステップ612において通知されたタレット番号をタレット番号記憶部212(図5を参照)から読み出す。プロセッサ202は、このタレット番号をデータ収集装置60に対して無線通信により通知する。
A.構成
上記第2実施形態においては、第1実施形態と異なり、工作機械64において使用中の切削工具に対応するタレット番号に変更があったときには、工作機械64からデータ収集装置60に対してタレット番号が通知される。しかし、この開示はそのような実施形態に限定されるわけではない。この第3実施形態においては、切削工具100が備えた加速度センサの出力を用いて、タレット210が回転されたか否かを判定し、タレット210が回転されたと判定されたときにその情報をデータ収集装置60に通知する。データ収集装置60は、切削工具100からこの通知を受けたときに、工作機械64に対してタレット番号の問い合わせを行う。
この第3実施形態において特徴的なのは、切削工具100などが、タレット210(図5および図6)が回転したか否かを加速度センサ136の出力から検出し、タレット210が回転したと判定されたときのみにタレット番号の読み取りタイミングを示す通知をデータ収集装置60に送信しない点である。この結果、データ収集装置60は、切削工具100などからタレット番号の読み取りタイミングを示す通知を受信しない限り、工作機械64(図2)に対してタレット番号の送信要求を送らない。特にタレット210の回転開始時と回転終了時とに、切削工具100などが検出する加速度の絶対値は所定のしきい値より大きくなる。また回転開始時および回転終了時の一部の期間において、切削工具100などの速さの絶対値は所定のしきい値より大きくなる。したがって、データ収集装置60がタレット番号の送信要求を工作機械64に送信するのは、実際にタレット210が回転を開始したとき、および回転を終了したときのみとなる。第1実施形態におけるようにデータ収集装置60が短い周期により繰り返し工作機械64に対してタレット番号の送信要求を出すことがなくなる。その結果、この第3実施形態によれば、データ収集装置60の処理および工作機械64の処理の一部が軽減されるという効果がある。切削工具100がタレット番号の読み出し通知を送信するのは、タレット210が回転を開始したときと回転を終了したときのみである。そのため、切削工具100などの電力の消費が大きくなることを避けることができる。
上記実施形態において使用される工作機械64は、図5に示すような、無線通信機204を持つ制御部70を用いている。しかしこの開示はそのような実施形態に限定される訳ではない。工作機械64が、制御部70に代えて、図19に示す制御部800を用いるようにしてもよい。
上述の実施形態の各処理(各機能)は、1または複数のプロセッサを含む処理回路(Circuitry)により実現される。上記処理回路は、上記1または複数のプロセッサに加え、1または複数のメモリ、各種アナログ回路、各種デジタル回路が組み合わされた集積回路などで構成されてもよい。上記1または複数のメモリは、上記各処理を上記1または複数のプロセッサに実行させるプログラム(命令)を格納する。上記1または複数のプロセッサは、上記1または複数のメモリから読み出した上記プログラムに従い上記各処理を実行してもよいし、予め上記各処理を実行するように設計された論理回路に従って上記各処理を実行してもよい。上記プロセッサは、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)など、コンピュータの制御に適合する種々のプロセッサであってよい。なお物理的に分離した上記複数のプロセッサが互いに協働して上記各処理を実行してもよい。例えば物理的に分離した複数のコンピュータのそれぞれに搭載された上記プロセッサがLAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)、インターネットなどのネットワークを介して互いに協働して上記各処理を実行してもよい。上記プログラムは、外部のサーバ装置などから上記ネットワークを介して上記メモリにインストールされてもよいし、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read-Only Memory)、半導体メモリなどの記録媒体に格納された状態で流通し、上記記録媒体から上記メモリにインストールされてもよい。
12 データ収集部
14、64 工作機械
16、100、102、104 切削工具
20 メイン制御部
22 情報取得部
24 情報格納部
26 開始制御部
28 データ受信部
30 データ蓄積部
32 データ表示部
34 無線受信機
36、62、204 無線通信機
40、212 タレット番号記憶部
42 タレット制御部
44、154 無線通信モジュール
46 出力部
48、130 センサ
52 データ収集システム
60 データ収集装置
70、800 制御部
72、74、76 データ送信機
110 ホルダ部
112 ヘッド部
114 固定用部材
116 切削インサート
118 切刃
120 前面
122 端面
124 上面
126 背面
128 底面
132 ひずみセンサ
134 熱センサ
136 加速度センサ
150 A/D変換部
152、320、370 CPU
156 不揮発性メモリ
158 電源
200 加工部
202 プロセッサ
210 タレット
220 中心軸
230、232、234、236、238、240、242、244 装着部
300、350 コンピュータ
302、358 USBメモリ
304、360 ネットワーク
306 操作パネル
322、372 ROM
324、374 RAM
326、376 SSD
328、378 バス
330、382 入出力I/F
332、384 USBポート
334、386 ネットワークI/F
352 モニタ
354 タッチパッド
356 キーボード
390 新タレット番号記憶領域
392 現タレット番号記憶領域
394 対応テーブル記憶領域
430 画面
440 フィールド列
442 キャンセルボタン
444 設定ボタン
810 有線通信機
Claims (11)
- 複数の切削工具を装着可能な複数の装着部を持ち、前記複数の切削工具を切替えてワークの加工に使用する工作機械から、前記工作機械が使用している切削工具が装着された装着部を特定する第1情報を取得する情報取得部と、
第1切削工具が装着されている前記装着部に関する第2情報を格納する情報格納部とを含み、前記第1切削工具は、当該第1切削工具の状態を検出するセンサと、当該センサの出力するデータを出力する出力部とを持ち、
さらに、前記第1情報が、前記第2情報と一致しているか否かに従って、前記第1切削工具からの前記データの受信を実行または停止するデータ受信部を含む、データ収集装置。 - 前記データ受信部は無線通信機を介して前記第1切削工具からの前記データの受信を実行する、請求項1に記載のデータ収集装置。
- 前記データ受信部は、前記第1切削工具からの前記データの受信を停止しているときにも、前記切削工具との前記無線通信による接続を維持する、請求項2に記載のデータ収集装置。
- さらに、前記第1情報が、前記第2情報と一致した状態から、一致していない状態に変化したことに応答して、前記センサによる前記状態の検出を停止させるための停止指示を前記第1切削工具に送信する停止制御部と、
前記第1情報が、前記第2情報と一致していない状態から、一致した状態に変化したことに応答して、前記センサによる前記状態の検出を開始させるための開始指示を前記第1切削工具に送信する開始制御部とを含む、請求項3に記載のデータ収集装置。 - 前記情報取得部は、前記工作機械が前記切削工具の交代を開始してから終了するまでに要する時間より短い時間間隔により、繰り返し前記第1情報を取得する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のデータ収集装置。
- 前記工作機械は、前記工作機械が使用している切削工具を切替えたときに、当該切削工具を特定する前記第1情報を出力する機能を持ち、
前記情報取得部は、前記工作機械から、前記工作機械が使用している切削工具を切替えたときに、前記工作機械から前記第1情報を取得する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のデータ収集装置。 - 前記第1切削工具の前記センサは、少なくとも加速度センサを含み、
前記第1切削工具は、前記加速度センサの出力に基づいて、前記工作機械において切削工具の切替えが生じたことを検出して、前記出力部を介して切替検出信号を前記データ収集装置に出力する機能を持ち、
前記情報取得部は、前記第1切削工具から前記切替検出信号を受信したことに応答して、前記工作機械から、前記第1情報を取得する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のデータ収集装置。 - コンピュータが、複数の切削工具を装着可能な複数の装着部を持ち、前記複数の切削工具を切替えてワークの加工に使用する工作機械から、前記工作機械が使用している切削工具が装着された装着部を特定する第1情報を取得するステップと、
コンピュータが、第1切削工具が装着されている前記装着部に関する第2情報を記憶装置に格納するステップとを含み、前記第1切削工具は、当該第1切削工具の状態を検出するセンサと、当該センサの出力するデータを出力する出力部とを持ち、
さらに、コンピューターが、前記第1情報が、前記第2情報と一致しているか否かに従って、前記第1切削工具からの前記データの受信を実行または停止するステップを含む、データ収集方法。 - コンピュータを、
複数の切削工具を装着可能な複数の装着部を持ち、前記複数の切削工具を切替えてワークの加工に使用する工作機械から、前記工作機械が使用している切削工具が装着された装着部を特定する第1情報を取得する情報取得部と、
第1切削工具が装着されている前記装着部に関する第2情報を格納する情報格納部として機能させるコンピュータプログラムであって、前記第1切削工具は、当該第1切削工具の状態を検出するセンサと、当該センサの出力するデータを出力する出力部とを持ち、
前記コンピュータプログラムはさらに、コンピュータを、前記第1情報が、前記第2情報と一致しているか否かに従って、前記第1切削工具からの前記データの受信を実行または停止するデータ受信部として機能させる、データ収集プログラム。 - 無線通信部と、
切削加工用インサートを保持するホルダと、
前記ホルダに設けられたセンサと、
前記ホルダに備えられ、前記センサの出力を測定し、前記無線通信部を介して無線通信により外部に送信するデータ送信部と、
前記無線通信部を介して外部から第1指示を、または前記第1指示と異なる第2指示を受信したことに応答して、それぞれ前記データ送信部に前記センサの出力の測定を開始させ、または停止させるセンサ制御部とを含み、
前記第1指示は、複数の切削工具が装着可能な工作機械に装着され使用されるときに切削工具に送信され、センサ出力の測定開始を指示し、
前記第2指示は、前記工作機械に装着されている他の切削工具に使用が切り替えられることにより前記工作機械における使用が終了した前記切削工具に送信され、センサ出力の測定停止を指示する、切削工具。 - センサを備え、当該センサの検出したデータを外部に送信する機能を持つ切削工具と、
前記切削工具からの前記データを収集するデータ収集装置とを含むデータ収集システムであって、
前記データ収集装置は、
複数の切削工具を装着可能な複数の装着部を持ち、前記複数の切削工具を切替えてワークの加工に使用する工作機械から、前記工作機械が使用している切削工具が装着された装着部を特定する第1情報を取得する情報取得部と、
前記切削工具が装着されている前記装着部に関する第2情報を格納する情報格納部と、
前記第1情報が、前記第2情報と一致しているか否かに従って、前記切削工具からの前記データの受信を実行または停止するデータ受信部と、
前記第1情報が、前記第2情報と一致した状態から、一致していない状態に変化したことに応答して、前記センサによる前記状態の検出を停止させるための第1指示を前記切削工具に送信する停止制御部と、
前記第1情報が、前記第2情報と一致していない状態から、一致した状態に変化したことに応答して、前記センサによる前記状態の検出を開始させるための第2指示を前記切削工具に送信する開始制御部とを含み、
前記切削工具は、
無線通信部と、
前記センサが取付けられ、切削加工用インサートを保持するホルダと、
前記ホルダに備えられ、前記センサの出力を測定し、前記無線通信部を介して無線通信により前記データ収集装置に送信するデータ送信部と、
前記無線通信部を介して前記データ収集装置から前記第1指示を、または前記第2指示を受信したことに応答して、それぞれ前記データ送信部に前記センサの出力の測定を開始させ、または停止させるセンサ制御部とを含む、
データ収集システム。
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