特許 6266144 振動状態検出装置及び振動状態検出装置を備えた工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6266144

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】振動状態検出装置及び振動状態検出装置を備えた工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/12 20060101AFI20180115BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   B23Q17/12

   B23Q17/24 A

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-13209(P2017-13209)

(22)【出願日】2017年1月27日

【審査請求日】2017年7月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】加藤 靖隆

(72)【発明者】

【氏名】森田 尚義

【審査官】 宮部 菜苗

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１５５２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９９８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６９６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９０６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２４６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９８１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７９６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００２１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３２７０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １７／００−１７／２４

Ｇ０１Ｈ １／００−１７／００

Ｂ２３Ｑ １５／００−１５／２８

Ｂ２４Ｂ ４９／００−４９／１８

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の駆動装置により駆動される少なくとも１の被駆動要素を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置により取得された所定の時間経過ごとの画像データに基づいて、前記被駆動要素の振動に対応し少なくとも振動数が含まれるパラメータを算出する振動状態解析部と、
前記振動状態解析部により算出された前記振動に対応するパラメータにより、振動を抑制する制御が必要な前記被駆動要素を特定する被駆動要素特定部と、
を備えたことを特徴とする振動状態検出装置。

【請求項2】

前記撮影装置が前記工作機械の内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動状態検出装置。

【請求項3】

前記撮影装置が前記工作機械の外部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動状態検出装置。

【請求項4】

前記工作機械の上面または側面に透光性を有する領域を備え、前記撮影装置が前記透光性を有する領域を介して、前記被駆動要素を撮影することを特徴とする請求項３に記載の振動状態検出装置。

【請求項5】

前記被駆動要素が並進運動するとき、前記被駆動要素の移動方向と異なる方向から前記被駆動要素を撮影するように前記撮影装置が配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか1項に記載の振動状態検出装置。

【請求項6】

請求項１から５の何れか１項に記載の振動状態検出装置と、
前記駆動装置をフィードバック制御する駆動制御部と、
を備え、
前記駆動制御部が、前記特定された被駆動要素の前記駆動装置へ送信する電流指令信号から、前記特定された被駆動要素の振動の周波数の成分を削除するフィルタリング処理部を有することを特徴とする工作機械。

【請求項7】

１から５の何れか１項に記載の振動状態検出装置と、
前記駆動装置をフィードバック制御する駆動制御部と
を備え、
前記駆動制御部が、前記特定された被駆動要素の前記駆動装置へ送信する電流指令信号のうち、前記特定された被駆動要素の振動の周波数成分について、増幅させるゲインを減少させるゲイン調整部を有することを特徴とする工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切削加工を行う際に発生する振動の状態を検出する装置、及びこの振動状態検出装置を備えた工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工具または被削物を回転させて加工する工作機械において、被削物を加工する間に生じる振動によって、被削物の加工精度が低下する虞がある。これに対処するため、例えば、高速度カメラを回転工具の側方に配置して、高速度カメラにより撮像された工具の画像から、工具の振動の特性を算出可能な工作機械の動特性算出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１３２７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の装置では、回転工具を含む画像データから回転工具の外縁を検出して、回転工具の変位量を算出する。しかし、回転工具に切削油や切り屑等が付着した場合には、回転工具の外縁を画定できず、回転工具の変位量を測定することができない可能性がある。この場合、工作機械による実際の切削工程において、回転工具の振動特性が得られない可能性がある。

【0005】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、工作機械の工具に切削油や切り屑等が付着している場合であっても、切削に起因して生じる振動に対応するパラメータを確実に得ることができる振動状態検出装置、及びこの振動状態検出装置を備えて、切削により生じる振動を抑制することができる工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の１つの実施態様に係る振動状態検出装置は、
工作機械の駆動装置により駆動される少なくとも１の被駆動要素を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置により取得された所定の時間経過ごとの画像データに基づいて、前記被駆動要素の振動に対応するパラメータを算出する振動状態解析部と、
を備え、
前記パラメータに少なくとも振動数が含まれる。

【0007】

本発明の１つの実施態様に係る工作機械は、
上記の振動状態検出装置、及び前記振動状態検出装置により算出された振動に対応するパラメータに基づいて、前記駆動装置をフィードバック制御する駆動制御部を備える。

【発明の効果】

【0008】

上記の実施態様の振動状態検出装置によれば、工作機械の工具に切削油や切り屑等が付着している場合であっても、切削に起因して生じる振動に対応するパラメータを確実に得ることができ、振動状態検出装置を備えた工作機械では、切削により生じる振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る振動状態検出装置の構成を示すブロックダイアグラムである。

【図2】本発明の振動状態検出装置を備えた工作機械における撮影装置の１つの配置例を模式的に示す斜視図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る振動状態検出装置により実施される振動状態検出処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る駆動制御部の構成を示すブロックダイアグラムである。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る駆動制御部により実施される駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る駆動制御部の構成を示すブロックダイアグラムである。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る駆動制御部により実施される駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の振動状態検出装置を備えた工作機械における撮影装置のその他の配置例を模式的に示す斜視図である。

【図9】本発明の振動状態検出装置を備えた工作機械における撮影装置のその他の配置例を模式的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以降、図面を参照しながら、本発明を実施するための様々な実施形態を説明する。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しないものとする。
工作機械を示す斜視図においては、加工テーブルの移動方向（前後）をＺ軸とし、サドルの水平な移動方向（左右）をＸ軸とし、主軸頭の垂直な移動方向（上下）をＹ軸とする。

【0011】

（第１の実施形態に係る振動状態検出装置１００）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動状態検出装置の構成を示すブロックダイアグラムである。なお、図１に示す矢印は、信号の送信方向を示す。図２は、本発明の振動状態検出装置を備えた工作機械における撮影装置の１つの配置例を模式的に示す斜視図である。

【0012】

本実施形態に係る振動状態検出装置１００は、
（１）工作機械２に備えられた駆動装置（例えば、サーボモータ５０Ａ〜５０Ｄ）により駆動される被駆動要素（例えば、加工テーブル８、サドル１０、主軸頭１２、主軸２４）のうち、少なくとも１の被駆動要素を撮影する撮影装置１３０と、
（２）撮影装置１３０により取得された所定の時間経過ごとの画像データに基づいて、被駆動要素の振動に対応するパラメータを算出する振動状態解析部１１０と、
（３）振動状態解析部１１０により算出された振動に対応するパラメータに基づき、振動を抑制する制御が必要な被駆動要素を特定する被駆動要素特定部１２０と、
を備える。

【0013】

図１に示すように、振動状態検出装置１００（被駆動要素特定部１２０）から、工作機械２の制御装置の一部として構成される駆動制御部２００及び表示装置３０に信号が送信される。振動状態解析部１１０及び被駆動要素特定部１２０は、工作機械２の制御装置の一部として構成される場合もあり得るし、外部装置として存在する振動状態検出装置１００に備えられていて、ケーブル等を介して工作機械２の制御装置に電気的に繋がっている場合もあり得る。表示装置３０も、工作機械２に備えられている場合もあり得るし、外部装置として存在する振動状態検出装置１００に備えられている場合もあり得る。

【0014】

＜工作機械２＞
次に、図２に示す工作機械２の概要を説明する。図２では、一例として横型マシニングセンタを示すが、これに限られるものではなく、例えば、縦型マシニングセンタや被削物側が回転する旋盤型の工作機械に振動状態検出装置１００を適用することもできる。

【0015】

工作機械２の基部となるベッド４は、平面視で矩形形状を有する。ベッド４の後端部に、門形状のコラム６が、ベッド４と共にＬ字形の側面形状を形成するように、起立した状態で配置固定されている。ベッド４上であってコラム６の前側に、サーボモータ５０Ａで駆動される加工テーブル８ がＺ 軸（前後）方向に移動可能に配置されている。コラム６の前面に、サーボモータ５０Ｂで駆動されるサドル１０が、Ｘ軸（左右）方向に移動可能に配置されている。また、サドル１０に、サーボモータ５０Ｃで駆動される主軸ベース１８がＹ軸（上下）方向に移動可能に配置されている。

【0016】

加工テーブル８は、ベッド４上に配置された左右一対のガイドレール１４、１４により、Ｚ軸方向に移動自在に支持されている。サドル１０は、コラム６の上端部及び下端部に配置された上下一対のガイドレール１６、１６により、Ｘ軸方向に移動自在に支持されている。
主軸ベース１８ は、サドル１０の左、右縦辺部に配置された左右一対のガイドレール２０、２０により、Ｙ軸方向に移動自在に支持されている。矩形状の主軸ベース１８には、主軸頭１２が軸心をＺ軸方向に向けて固定されている。よって、サーボモータ５０Ｃで駆動される主軸頭１２がＹ軸（上下）方向に移動可能に配置されているということもできる。

【0017】

主軸頭１２は円筒状の形状を有し、主軸頭１２内には主軸２４が挿入配置されている。この主軸２４は、複数の軸受を介して主軸頭１２により回転自在に支持されている。また主軸頭１２内には、サーボモータ５０Ｄが組み込まれており、サーボモータ５０Ｄにより主軸２４が回転駆動される。この主軸２４の前端部には、回転工具を支持する工具ホルダが着脱可能に装着されている。この着脱機構により、様々な工具を交換して装着することができる。

【0018】

以上のような構成により、加工テーブル８に載せられた被削物を、主軸２４に取り付けられた回転する工具で切削加工することができる。加工テーブル８のＺ軸方向の移動による被削物の送り込みや、サドル１０のＸ軸方向の移動または主軸頭１２のＹ軸方向の移動による回転工具の移動を伴いながら、回転工具で被削物を加工するとき、切削抵抗等により振動が生じる。この場合、被駆動要素（加工テーブル８、サドル１０、主軸頭１２、主軸２４）が有する固有振動数と、発生する振動数とが近い場合に共鳴が生じる可能性がある。

【0019】

＜振動状態検出装置１００＞
本実施形態に係る振動状態検出装置１００は、このような切削により生じる振動に対応するパラメータを算出し、どの被駆動要素で振動が生じているか判別することができる。
図２に示す配置例では、被駆動要素（加工テーブル８、サドル１０、主軸頭１２、主軸２４）のうちの少なくとも１つの被駆動要素を撮影する撮影装置１３０が、工作機械２（詳細には、カバー２８）の内部に設けられている。更に詳細に述べれば、ベッド４の側方であって、加工テーブル８の載置面よりもやや上方に配置されている。撮影装置１３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子と、被写像を撮像素子に結像するレンズを有する高速度カメラが好ましく、特に４０００フレーム／秒以上の撮像が可能なものが好ましい。
撮影装置１３０が工作機械２の内部に配置されている場合には、被駆動要素を直接撮影することができ、カバー２８により、撮影装置１３０を外部から守ることができる。

【0020】

図２に示す配置例では、撮影装置１３０は、Ｘ軸方向から被駆動要素を撮影するようになっている。撮影装置１３０が撮影可能な被駆動要素として、サーボモータ５０Ａより駆動される加工テーブル８、サーボモータ５０Ｂより駆動されるサドル１０、サーボモータ５０Ｃより駆動される主軸頭１２、及びサーボモータ５０Ｄより回転駆動される主軸２４が挙げられる。ただし、撮影装置１３０の撮影方向は、必ずしもＸ軸方向と一致する必要はなく、概略Ｘ軸方向に沿っていればよい。

【0021】

加工テーブル８、サドル１０または主軸頭１２の場合、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｃ）により並進運動し、主軸２４の場合、駆動装置（サーボモータ５０Ｄ）により回転運動する。このとき、Ｚ軸方向に移動する加工テーブル８またはＹ軸方向に移動する主軸頭１２が被駆動要素の場合には、撮影装置１３０は、被駆動要素の移動方向と異なる方向から被駆動要素を撮影するように配置されていることになる。
一方、Ｘ軸方向に移動するサドル１０が被駆動要素の場合には、撮影装置１３０が、被駆動要素の移動方向と同じ方向から被駆動要素を撮影するように配置されていることになる。

【0022】

振動状態解析部１１０において、サーボモータ５０Ｄにより回転駆動される主軸２４を含め、何れの被駆動要素の場合であっても、撮影装置１３０により取得された画像データを既知の画像解析手段を用いて画像解析することによって、各被駆動要素の外形または特定の箇所を把握することができる。よって、一定の時間経過ごとの画像データに示された被駆動要素の外形または特定の箇所の位置の変化から、振動に対応するパラメータとして、振動数、振動の振幅、及び振動の方向を算出することができる。

【0023】

特に、撮影装置１３０が被駆動要素の移動方向と異なる方向から被駆動要素を撮影するようになる、加工テーブル８（Ｚ軸方向に移動）または主軸頭１２（Ｙ軸方向に移動）の場合には、振動による変位を確実に撮影することができるので、振動に対応するパラメータをより正確に算出することができる。更に、撮影装置１３０の撮影方向が、被駆動要素の移動方向と略直交している場合には、振動による変位をより確実に撮影することができる。

【0024】

被駆動要素を撮影する方向によっては、振動の振幅または振動の方向を正確に把握できない場合もあり得る。しかし、そのような場合であっても、周期的な行き戻りの動き及びその周期は把握可能であり、少なくとも振動数は検出可能である。

【0025】

被駆動要素である加工テーブル８、サドル１０、主軸頭１２、主軸２４の外形または特定の箇所の位置変化から振動に対応するパラメータを算出する場合には、主軸２４の先端に取り付けられた回転工具に切削油や切り屑等が付着している場合であっても、切削に起因して工作機械２の各被駆動要素に生じる振動に対応するパラメータを確実に算出することができる。
仮に、被駆動要素に切削油や切り屑等が付着した場合であっても、周期的な行き戻りの動き及びその周期は把握可能であり、少なくとも振動数は検出可能である。

【0026】

本実施形態に係る振動状態検出装置１００では、被駆動要素特定部１２０により、振動状態解析部１１０で算出された振動に対応するパラメータに基づいて、”振動を抑制する制御が必要な被駆動要素”を特定することができる。例えば、被駆動要素の画像データから算出した振幅が所定の閾値を超える場合に、その被駆動要素を”振動を抑制する制御が必要な被駆動要素”と判定することができる。また、被駆動要素の画像データから算出した振動数が、共振等を起こしやすい所定の領域内にある場合に、その被駆動要素を”振動を抑制する制御が必要な被駆動要素”とすることもできる。

【0027】

＜振動状態検出処理＞
次に、振動状態検出のための制御処理について、フローチャートを参照しながら説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る振動状態検出装置１００により実施される振動状態検出処理の一例を示すフローチャートである。
図３において、まず、振動状態解析部１１０が、撮影装置１３０により取得された画像データに基づいて、各被駆動要素の振動に対応するパラメータを算出する（ステップＳ１０）。次に、被駆動要素特定部１２０が、算出された振動に対応するパラメータ（例えば、振幅）のうち、閾値を越えるパラメータがあるか否か判断する（ステップＳ１２）。閾値を越えるパラメータがない（ＮＯ）の場合には、パラメータの値が閾値を越えるまで、ステップＳ１０の計算を継続する。この判断で、もし、閾値を越えるパラメータがある（ＹＥＳ）と判別したときには、パラメータが閾値を超えた被駆動要素が何であるか特定する（ステップＳ１４）。

【0028】

特定した”振動を抑制する制御が必要な被駆動要素”を被駆動要素Ａとすれば、次に、被駆動要素特定部１２０が、被駆動要素Ａ、及び少なくとも振動数を含む振動に対応するパラメータの情報を含む信号を、工作機械２の駆動制御部２００へ送信する（ステップＳ１６）。更に、被駆動要素特定部１２０が、被駆動要素Ａ、及び少なくとも振動数を含む振動に対応するパラメータの情報を含む信号を表示装置の駆動回路へ送信して、表示装置３０に被駆動要素Ａの名称やその振動に対応するパラメータを表示して（ステップＳ１８）、一連の制御処理を終了する。なお、被駆動要素Ａが複数存在する場合もあり得る。

【0029】

以上のように、振動状態解析部１１０が、撮影装置１３０により取得された被駆動要素の所定の時間経過ごとの画像データに基づいて算出することにより、工作機械２の工具に切削油や切り屑等が付着している場合であっても、少なくとも振動数を含む、切削に起因して工作機械２に生じる振動に対応するパラメータを確実に得ることができる。
更に、被駆動要素特定部１２０が、振動状態解析部１１０により算出された振動に対応するパラメータに基づいて、振動を抑制する制御が必要な被駆動要素Ａを特定するので、振動を抑える適確な制御に適用したり、工作機械２のオペレータに振動に関す情報を適確に知らせることができる。

【0030】

なお、上記のステップＳ１２の判断では、振動に対応するパラメータが閾値を越えるか否か判断しているが、これに限られるものではなく、振動に対応するパラメータ（例えば、振動数）が所定の範囲内にあるか否かを判断する場合もあり得る。

【0031】

（本発明に係る駆動制御部２００）
次に、被駆動要素（加工テーブル８、サドル１０、主軸頭１２、主軸２４）の駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜５０Ｄ）をフィードバック制御する制御装置であって、振動状態検出装置１００から受信した信号に基づいて、駆動装置で駆動される被駆動要素の振動を抑制するための制御処理を実施可能な駆動制御部２００の説明を行う。

【0032】

＜第１の実施形態に係る駆動制御部２００＞
はじめに、本発明の第１の実施形態に係る駆動制御部２００の説明を行う。図４は、本発明の第１の実施形態に係る駆動制御部の構成を示すブロックダイアグラムである。

【0033】

本実施形態に係る駆動制御部２００は、工作機械２のＮＣプログラムが記憶されたＮＣプログラム記憶部２１０と、ＮＣプログラム記憶部２１０からプログラムデータを読み込む動作指令生成部２２０と、動作指令生成部２２０から信号を受信する位置制御部２３０と、位置制御部２３０から信号を受信する速度制御部２４０と、速度制御部２４０から信号を受信するフィルタリング処理部２５０と、フィルタリング処理部２５０から信号を受信する電流制御部２６０と、電流制御部２６０から信号を受信するサーボアンプ２７０とを備える、サーボアンプ２７０から電流制御部２６０へは、フィードバック信号が送信される。また、サーボアンプ２７０から増幅された信号が駆動装置であるサーボモータ５０Ａ〜Ｄへ送信される。各サーボモータ５０Ａ〜Ｄには、それぞれロータリエンコーダ６０Ａ〜Ｄが取り付けられており、フィードバック信号が、位置制御部２３０及び速度制御部２４０へ送信される。フィルタリング制御部２５０は、振動状態検出装置１００から信号（図３のステップＳ１６に示す信号）を受信するようになっている。

【0034】

以上のように構成され駆動制御部２００において、動作指令生成部２２０により、ＮＣプログラム記憶部２１０に格納されたＮＣプログラムが解析されて、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）への動作指令信号が生成され、これが位置制御部２３０に送信される。

【0035】

次に、位置制御部２３０により、動作指令信号と駆動装置（ロータリエンコーダ６０Ａ〜Ｄ）からフィードバックされる現在位置信号とを基に速度指令信号が生成され、これが速度制御部２４０に送信される。次に、速度制御部２４０により、速度指令信号と駆動装置（ロータリエンコーダ６０Ａ〜Ｄ）からフィードバックされる現在速度信号とを基に電流指令信号が生成され、これがフィルタリング処理部２５０に送信される。

【0036】

そして、フィルタリング処理部２５０において、振動状態検出装置１００から受信した信号に基づいて、電流指令信号から被駆動要素Ａ（振動を抑制する制御が必要な被駆動要素）の振動の周波数成分が除去され、除去処理後の電流指令信号が電流制御部２６０に送信される。そして、電流制御部２６０により、除去処理後の電流指令信号とサーボアンプ２７０からフィードバックされる現在電流信号とを基に駆動指令信号が生成されて、サーボアンプ２７０に送信される。サーボアンプ２７０により、駆動指令信号が所定のゲインで増幅されて、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）に送信され駆動制御される。

【0037】

仮に、被駆動要素Ａ（振動を抑制する制御が必要な被駆動要素）に生じる振動が、駆動装置（被駆動要素Ａに対応したサーボモータ５０Ａ〜Ｄの何れか）の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となって振動し、駆動装置（ロータリエンコーダ６０Ａ〜Ｄ）からフィードバックされる現在速度信号に振動の周波数成分が付加され、これを基に算出される電流指令信号に振動の周波数成分が含まれることになり、被駆動要素Ａや工作機械２全体の固有振動数に近いと、駆動装置で駆動される被駆動要素Ａや工作機械２全体が共振する事態に至る。

【0038】

そこで、本実施形態の駆動制御部２００では、振動状態検出装置１００から受信した信号に基づく被駆動要素Ａの振動の周波数成分が、フィルタリング処理部２５０で電流指令信号から除去されるようになっている。これにより、切削に伴う外部振動が駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）の制御系に外乱として入力されても、フィルタリング処理部２５０において、その振動の周波数成分が含まれた電流指令信号から、当該振動周波数成分を適切に除去することができるので、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）が振動するのを効果的に防止することができる。従って、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）の振動が大きくなることを防ぎ、過度の振動によって面粗度などの加工精度が悪化する事態を防ぐことができる。

【0039】

＜駆動制御処理＞
次に、上記に示すようなフィルタリング処理部２５０による駆動制御処理について、フローチャートを参照しながら説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る駆動制御部２００により実施される駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。

【0040】

図５において、まず、振動状態検出装置１００から信号を受信したか否か判断する（ステップＳ２０）。なお、振動状態検出装置１００から信号を受信していない（ＮＯ）場合、振動状態検出装置１００から信号を受信するまで待機状態になっている。この判断で、もし、振動状態検出装置１００から信号を受信した（ＹＥＳ）と判断したときには、次に、受信した信号に含まれる情報に基づき、被駆動要素Ａについて、電流指令信号から被駆動要素Ａの振動周波数成分を除去する制御処理を行う（ステップＳ２２）。次に、当該振動周波数成分が除去された電流指令信号が電流制御部２６０へ送信され、電流制御部２６０により、駆動指令信号がサーボアンプ２７０に送信され、サーボアンプ２７０により駆動指令信号が増幅され、被駆動要素Ａの駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄの何れか）に送信される（ステップＳ２４）。
このような制御により、電流指令信号から被駆動要素Ａの振動の周波数成分が除去されるので、被駆動要素Ａの振動を抑制することができる。

【0041】

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る振動状態検出装置１００（図１参照）と、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置をフィードバック制御する駆動制御部２００（図４参照）とを備えた工作機械２では、駆動制御部２００が、特定された被駆動要素Ａの駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄの何れか）へ送信する電流指令信号から、被駆動要素Ａの振動の周波数成分を削除するフィルタリング処理部２５０を有するので、被駆動要素Ａの振動、延いては工作機械２全体の振動を抑制することができる。これにより、加工精度が悪化することを防ぐことができる。
なお、振動状態検出装置１００が、工作機械２とは個別の外部装置として構成される場合もあり得る。

【0042】

＜第２の実施形態に係る駆動制御部２００＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る駆動制御部２００の説明を行う。図６は、本発明の第２の実施形態に係る駆動制御部の構成を示すブロックダイアグラムである。

【0043】

本実施形態に係る駆動制御部２００では、図４に示す第１の実施形態に比べて、速度制御部２４０及び電流制御部２６０の間にフィルタリング制御部２５０が存在せず、電流制御部２６０にゲイン調整部２８０が接続されている点で異なる。振動状態検出装置１００からの信号はゲイン調整部２８０に送信され、ゲイン調整部２８０から電流制御部２６０へ信号が送信されるようになっている。その他の構成については、基本的に第１の実施形態と同様であり、更なる説明は省略する。

【0044】

本実施形態に係る駆動制御部２００では、動作指令生成部２２０で生成された動作指令信号に基づき、位置制御部２３０及び速度制御部２４０により、駆動装置（ロータリエンコーダ６０Ａ〜Ｄ）からのフィードバックが反映された電流指令信号が生成され、これが電流制御部２６０に送信される。なお、電流制御部２６０に送信される電流指令信号は、振動の周波数成分が除去されていない信号である。

【0045】

ゲイン調整部２８０では、振動状態検出装置１００から受信した信号に基づいて、被駆動要素Ａ（振動を抑制する制御が必要な被駆動要素）の振動の周波数成分について、サーボアンプ２７０で増幅するゲインを減少させるゲイン調整処理を行い、ゲインの書き換え信号を電流制御部２６０に送信する。このゲイン調整部２８０によるゲイン調整処理が、第１の実施形態に係る駆動制御部２００のフィルタリング処理部２５０によるフィルタリング処理に対応する。なお、ゲインを減少させる制御処理にはゲインをゼロにする、つまり、駆動指令信号の当該振動の周波数成分について、駆動装置へ送信しない場合もあり得る。

【0046】

電流制御部２６０において、電流指令信号とサーボアンプ２７０からフィードバックされる現在電流信号とを基に駆動指令信号が生成されて、サーボアンプ２７０に送信され、サーボアンプ２７０により、ゲイン調整処理に基づくゲインで駆動指令信号が増幅されて、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）に送信され駆動制御される。

【0047】

第２の実施形態に係る駆動制御部２００では、振動状態検出装置１００から受信した信号に基づく被駆動要素Ａの振動の周波数成分について、ゲイン調整部２８０でゲインが調整される。これにより、切削に伴う外部振動が駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）の制御系に外乱として入力されても、ゲイン調整部２８０において、その振動の周波数成分の駆動指令信号の増幅が抑制されるので、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）が振動するのを効果的に防止することができる。従って、駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄ）の振動が大きくなることを防ぎ、過度の振動によって面粗度などの加工精度が悪化することを防ぐことができる。

【0048】

＜駆動制御処理＞
次に、上記に示すようなゲイン調整部２８０によるゲイン調整処理について、フローチャートを参照しながら説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る駆動制御部２００により実施される駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。

【0049】

図７において、まず、振動状態検出装置１００から信号を受信したか否か判断する（ステップＳ３０）。なお、振動状態検出装置１００から信号を受信するまで待機状態になっている。この判断で、もし、振動状態検出装置１００から信号を受信した（ＹＥＳ）と判断したときには、次に、受信した信号に含まれる情報に基づき、被駆動要素Ａの振動の周波数成分に関して、駆動指令信号を増幅するゲインを減少させるゲイン調整処理を行う（ステップＳ３２）。このゲイン調整処理に基づくゲイン書き換え信号が電流制御部２６０へ送信される。これに基づき、電流制御部２６０により、駆動指令信号がサーボアンプ２７０に送信され、サーボアンプ２７０により、調整されたゲインに基づいて駆動指令信号が増幅され、被駆動要素Ａの駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄの何れか）に送信される（ステップＳ３４）。
このような制御により、駆動装置を駆動する増幅された信号のうち、被駆動要素Ａの振動の周波数成分が削減されるので、被駆動要素Ａの振動を抑制することができる。

【0050】

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る振動状態検出装置１００（図１参照）と、本発明の第２の実施形態に係る、駆動装置をフィードバック制御する駆動制御部２００（図６参照）とを備えた工作機械２では、駆動制御部２００が、特定された被駆動要素Ａの駆動装置（サーボモータ５０Ａ〜Ｄの何れか）へ送信する駆動指令信号のうち、被駆動要素Ａの振動の周波数成分について、サーボアンプ２７０で増幅するゲインを減少させるゲイン調整部を有するので、被駆動要素Ａの振動、延いては工作機械２全体の振動を抑制することができる。これにより、加工精度が悪化することを防ぐことができる。
なお、振動状態検出装置１００が、工作機械２とは個別の外部装置として構成される場合もあり得る。

【0051】

（撮影装置のその他の配置例）
図８及び図９には、本発明の振動状態検出装置を備えた工作機械における撮影装置のその他の配置例を模式的に示す斜視図である。
図２に示す配置例では、撮影装置１３０が工作機械２（カバー２８）の内部に設けられているが、図８及び図９に示す配置例では、撮影装置１３０が工作機械２（カバー２８）の外部に設けられている点で異なる。
撮影装置１３０が工作機械２（カバー２８）の外部に設けられている場合には、撮影装置１３０のレンズ等に切削油や切り屑等が当たるトラブルが生じず、工作機械２の振動に影響されない状態で撮影装置１３０を保持することができる。

【0052】

更に詳細に述べれば、図８に示す配置例では、工作機械２（カバー２８）の上面に透光性を有する領域２８Ａを備え、工作機械２の上方に配置された撮影装置１３０が透光性を有する領域２８Ａを介して、被駆動要素を撮影するようになっている。図８に示す配置例では、撮影装置１３０は、Ｙ軸方向から被駆動要素を撮影するようになっている。この場合、Ｚ軸方向に移動する加工テーブル８及びＸ軸方向に移動するサドル１０が被駆動要素の場合には、撮影装置１３０は、被駆動要素の移動方向と異なる方向から被駆動要素を撮影するように配置されていることになる。
一方、Ｙ軸方向に移動する主軸頭１２が被駆動要素の場合には、撮影装置１３０が、被駆動要素の移動方向と同じ方向から被駆動要素を撮影するように配置されていることになる。

【0053】

図９に示す配置例では、工作機械２（カバー２８）の側面に透光性を有する領域２８Ａを備え、工作機械２の側方に配置された撮影装置１３０が透光性を有する領域２８Ａを介して、被駆動要素を撮影するようになっている。図９に示す配置例では、図２に示す配置例と同様に、撮影装置１３０は、Ｘ軸方向から被駆動要素を撮影するようになっている。よって、Ｚ軸方向に移動する加工テーブル８及びＹ軸方向に移動する主軸頭１２が被駆動要素の場合には、撮影装置１３０は、被駆動要素の移動方向と異なる方向から被駆動要素を撮影するように配置されていることになる。一方、Ｘ軸方向に移動するサドル１０が被駆動要素の場合には、撮影装置１３０が、被駆動要素の移動方向と同じ方向から被駆動要素を撮影するように配置されていることになる。

【0054】

何れの場合においても、工作機械２（カバー２８）の上面または側面に透光性を有する領域２８Ａを備え、撮影装置１３０が透光性を有する領域２８Ａを介して、被駆動要素を撮影するようになっているので、撮影装置１３０が工作機械２（カバー２８）の外側に配置されていても、確実に被駆動要素の画像を取得することができる。

【0055】

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

【符号の説明】

【0056】

２ 工作機械
４ ベッド
６ コラム
８ 加工テーブル
１０ サドル
１２ 主軸頭
１４ ガイドレール
１６ ガイドレール
１８ 主軸ベース
２０ ガイドレール
２４ 主軸
２８ カバー
２８Ａ 透光性を有する領域
３０ 表示装置
５０Ａ〜Ｄ サーボモータ
６０Ａ〜Ｄ ロータリエンコーダ
１００ 振動状態検出装置
１１０ 振動状態解析部
１２０ 被駆動要素特定部
１３０ 撮影装置
２００ 駆動制御部
２１０ ＮＣプログラム記憶部
２２０ 動作指令生成部
２３０ 位置制御部
２４０ 速度制御部
２５０ フィルタリング処理部
２６０ 電流制御部
２７０ サーボアンプ
２８０ ゲイン調整部

【要約】

【課題】工作機械の工具に切削油や切り屑等が付着している場合であっても、切削に起因して生じる振動に対応するパラメータを確実に得ることができる振動状態検出装置、及びこの振動状態検出装置を備えて、切削により生じる振動を抑制することができる工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械の駆動装置により駆動される少なくとも１の被駆動要素を撮影する撮影装置１３０と、撮影装置１３０により取得された所定の時間経過ごとの画像データに基づいて、被駆動要素の振動に対応するパラメータを算出する振動状態解析部１１０と、を備え、 パラメータに、少なくとも振動数が含まれる振動状態検出装置１００、及び振動状態検出装置１００を備えた工作機械を提供する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】