特許 7244555 工具診断システム及びそれを備える工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】工具診断システム及びそれを備える工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/00 20060101AFI20230314BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20230314BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

B23Q11/00 F

B23Q17/09 D

B23Q17/09 F

B23Q17/24 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021026310

(22)【出願日】2021-02-22

(65)【公開番号】P2022128019

(43)【公開日】2022-09-01

【審査請求日】2021-08-27

(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】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西川 静雄

(72)【発明者】

【氏名】飯山 浩司

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１４４５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６９５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６７７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６１５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－０４５５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２２０７７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－００６４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３４４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３９７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３８２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １１／００

Ｂ２３Ｑ １７／０９

Ｂ２３Ｑ １７／２４

Ｂ２３Ｑ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークに接触して加工を行う工具と、
前記工具を保持する主軸と、
前記工具の異常を検知する検知部と、
前記工具を撮影する撮影部と、
前記検知部が前記工具の異常を検知した場合に、前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記工具を診断する診断部と、を備え、
前記工具は、前記ワークの塑性変化に基づく転造加工を行い、
前記診断部は、前記工具における外径の増大変化に基づいて前記工具に前記ワークの一部が溶着しているか否かを診断することを特徴とする工具診断システム。

【請求項2】

ワークに接触して加工を行う工具と、
前記工具を保持する主軸と、
前記工具の異常を検知する検知部と、
前記工具を撮影する撮影部と、
前記検知部が前記工具の異常を検知した場合に、前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記工具を診断する診断部と、を備え、
前記工具は、前記ワークの塑性変化に基づく転造加工を行い、
前記診断部は、前記工具の色の変化に基づいて前記工具に前記ワークの一部が溶着しているか否かを診断することを特徴とする工具診断システム。

【請求項3】

前記診断部は、前記撮影部が撮影した連続する複数の画像に基づいて前記工具を診断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具診断システム。

【請求項4】

前記検知部は、前記主軸に掛かる負荷変化又は前記主軸の振動を検知することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具診断システム。

【請求項5】

請求項１又は請求項２に記載の工具診断システムを備え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、工具診断システム及びそれを備える工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の工作機械は、主軸に装着された工具が、ワーク（被加工物）に接触して加工を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２３９８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来の工作機械では、工具にワークの一部が付着した状態でワークの加工を続行した場合に、主軸の故障につながる可能性があった。

【0005】

本発明は、工具の不具合を精度よく検知可能な工具診断システム及びそれを備え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】

本発明の例示的な工具診断システムは、ワークに接触して加工を行う工具と、前記工具を保持する主軸と、前記工具の異常を検知する検知部と、前記工具を撮影する撮影部と、前記検知部が前記工具の異常を検知した場合に、前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記工具を診断する診断部と、を備え、前記診断部は、前記工具の形状変化又は色の変化に基づいて前記工具に前記ワークの一部が溶着しているか否かを診断する。

【発明の効果】

【0007】

例示的な本発明によれば、工具の不具合を精度よく検知可能な工具診断システム及びこれを備える工作機械を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る工具診断システムを備える工作機械の構成を示すブロック図

【図2】工作機械がマシニングセンタである場合の一部の構成を示す模式図

【図3】工作機械の動作制御を示すフローチャート

【図4】工作機械の動作制御の変形例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0010】

＜１．工作機械＞
図１は、本発明の実施形態に係る工具診断システム２００を備える工作機械１の構成を示すブロック図であり、図２は、工作機械１がマシニングセンタである場合の一部の構成を示す模式図である。なお、図２において、ＸＹＺ座標系は、３次元直交座標系である。

【0011】

工作機械１は、ＮＣ工作機械であり、例えば、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ等である。工作機械１は、制御部（診断部）１００と、工具１０と、主軸２０と、テーブル３０と、検知部４０と、撮影部５０と、表示部６０、入力部７０と、を備える。本実施形態に係る工具診断システム２００は、制御部１００と、工具１０と、主軸２０と、検知部４０と、撮影部５０と、で構成される。

【0012】

制御部１００は、工作機械１を構成する各部の動作を制御するコントローラであり、ＣＰＵ１１１及びメモリ１１２を有する。ＣＰＵ１１１は、各種処理を実行し、例えば集積回路を用いて構成される。メモリ１１２は、ＣＰＵ１１１を動作させるための制御用のプログラム及び各種のデータを記憶する。メモリ１１２は、例えば、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスクドライブ等の磁気ディスク装置等で構成される。

【0013】

表示部６０は、液晶ディスプレイ等から成り、切削に関する各種情報を表示する。また、表示部６０は、工具１０の状態を表示する。例えば、工具１０に不具合があると診断された場合に、表示部６０に不具合が発生した旨を表示する。

【0014】

入力部７０は、キーパッド等を用いて使用者が工作機械１に対する各種操作を入力する。入力部７０により入力された指示は制御部１００により受け付けられ、指示の内容に基づいて各種制御処理が行われる。なお、表示部６０と入力部７０とを独立して設けてもいいが、入力部７０を表示部６０上に設けたタッチパネルディスプレイを用いてもよい。

【0015】

工具１０は、ワークＷに接触して加工を行う。工具１０は、例えばエンドミルやドリル等である。

【0016】

主軸２０は、工具１０を保持する。主軸２０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、および、Ｚ軸方向の３軸方向に移動可能に設けられ、Ｚ軸方向に延びる軸線ＡＸ回りに回転駆動する。工具１０は、不図示の自動工具交換装置（ＡＴＣ；Automatic Tool Changer）により自動交換できる。テーブル３０は、ワークＷを保持する。

【0017】

検知部４０は、工具１０の異常を検知する。具体的には、検知部４０は、主軸２０の振動を検知することにより、間接的に工具１０の異常を検知する。検知部４０は、例えば、加速度センサ４１で構成される。加速度センサ４１は、主軸２０に配置され、主軸２０の振動周波数を検知する。これにより、検知部４０は、主軸２０の異なる方向（例えば、３軸方向）の振動を検知できる。

【0018】

なお、振動周波数を検知するためのセンサは、加速度センサ４１に限定されず、主軸２０の振動周波数を検知することが可能な任意のセンサを用いてもよい。

【0019】

また、テーブル３０が回転駆動してワークＷが加工される場合に、検知部４０は、テーブル３０の振動を検知して間接的に工具１０の異常を検知できる。この場合、加速度センサ４１は、テーブル３０に配置される。

【0020】

また、検知部４０は、加速度センサ４１の代わりに主軸２０に掛かる負荷変化を検知する負荷検知センサを用いてもよい。検知部４０は、主軸２０に掛かる負荷変化を検知することにより、間接的に工具１０の異常を検知できる。

【0021】

撮影部５０は、カメラ５１で構成され、工具１０を撮影する。カメラ５１は、工具１０に対して移動可能に設けてもよいし、固定して設けてもよい。また、撮影部５０を複数のカメラ５１で構成してもよい。カメラ５１を工具１０に対して固定して設ける場合には、主軸２０を移動させることにより、工具１０を複数の方向から撮影できる。

【0022】

例えば、工具１０がＺ軸方向に延びる場合に、カメラ５１は、工具１０をＺ軸方向（工具１０の延びる方向）と直交する方向に投影して撮影する。これにより、撮影部５０は、後述する工具１０の診断において、工具１０の形状変化を容易に比較できる画像を撮影できる。

【0023】

また、工具１０全体がカメラ５１の画角に収まらない場合には、工具１０を分割して撮影し、連続する複数の画像を繋げて工具１０全体の画像を形成してもよい。これにより、撮影部５０は、工具１０全体のより詳細な画像を撮影できる。撮影された画像データは、メモリ１１２に記憶される。

【0024】

＜３．工具診断システムの動作＞
図３は、工具診断システムを備える工作機械１の動作の一例を示すフローチャートである。工作機械１は、メモリ１１２に記憶される加工プログラムに従って制御部１００が、演算処理を実行することにより動作する。

【0025】

ステップＳ１では、加工プログラムの実行が開始され、テーブル３０と主軸２０とが加工領域内の空間内で相対的に移動する。これにより、テーブル３０上に取り付けられたワークＷが、工具１０によって加工される。このとき、工具１０は、ワークＷの塑性変化に基づく転造加工を行う。また、制御部１００は、加工プログラムの実行開始とともに時間の測定を開始する。

【0026】

ステップＳ２では、制御部１００が、加工プログラムの実行開始後、測定した時間が定期時間を経過しているか否かを判断する。定期時間は、加工プログラムごとに予め設定されている。定期時間を経過していない場合は、加工プログラムが終了しておらず、ステップＳ３に移行する。また、定期時間を経過した場合は、ワークＷの加工が完成したと判断して加工プログラムの実行を終了する。なお、定期時間が経過していない場合であっても、ユーザーの入力部７０への操作により、加工プログラムが強制終了する場合もある。

【0027】

ステップＳ３では、制御部１００が、加工プログラムの実行中に加速度センサ４１によって検出される振動レベルが所定の閾値を超えるか否かを判定する。閾値を超えていない場合は、工具１０に異常が発生していないと判定し、ステップＳ２に移行して定期時間が経過するまで加工プログラムを継続して実行する。一方、閾値を超えた場合は、工具１０に異常が発生していると判定し、ステップＳ４に移行する。加工プログラムの実行中は、ステップＳ２及びステップＳ３を繰り返す。

【0028】

ステップＳ４では、制御部１００が、加工プログラムの実行を中断して主軸２０による転造加工の動作を停止させ、診断プログラムを実行する。診断プログラムが実行されると、ステップＳ５に移行する。

【0029】

ステップＳ５では、撮影部５０が、動作を停止した工具１０の画像を撮影し、ステップＳ６に移行する。

【0030】

ステップＳ６では、制御部１００が、ステップＳ５で撮影した工具１０の画像に基づいて工具１０を診断する。具体的には、制御部１００が、予めメモリ１１２に記憶された工具１０の基準画像と、ステップＳ５で撮影された画像と、を比較し、工具１０の形状変化又は色の変化に基づいて工具１０にワークＷの一部が溶着しているか否かを判定する。具体的には、工具１０にワークＷの切屑等が溶着しているか否かを判定する。このとき、基準画像は、未使用の工具１０の形状及び色に関する画像であってもいいし、前回加工プログラム実行後に撮影した画像であってもよい。

【0031】

工具１０にワークＷの一部が溶着している場合は、工具１０の外径が、溶着したワークＷによって部分的に増大する。また、工具１０の表面の色が、溶着したワークＷによって部分的に変化する。これにより、工具１０の形状変化又は色の変化に基づいて工具１０を診断することによって、工具１０の不具合を精度よく検知できる。なお、工具１０の形状変化及び色の変化の両方に基づいて工具１０を診断してもよい。これにより、工具１０の不具合をより精度よく検知できる。

【0032】

また、ステップＳ５で撮影された連続する複数の画像に基づいて工具１０を診断することにより、工具１０の不具合をより精度よく検知できる。

【0033】

工具１０にワークＷの一部が溶着していると判定した場合は、ステップＳ７に移行する。一方、工具１０にワークＷの一部が溶着していないと判定した場合は、ステップＳ２に移行して中断していた加工プログラムの実行を再開する。このとき、制御部１００が、工具１０にワークＷが溶着しているか診断した結果、異状がなかったことを示すメッセージを表示部６０に表示させてもよい。

【0034】

ステップＳ７では、制御部１００が、工具１０にワークＷが溶着していることを示すエラーメッセージを表示部６０に表示させ、中断していた加工プログラムの実行を終了する。ユーザーは、エラーメッセージを確認後に工具１０を交換できる。

【0035】

なお、ステップＳ６で、工具１０にワークＷの一部が溶着していないと判定した場合に、ステップＳ７に移行し、制御部１００が、中断していた加工プログラムの実行を終了してもよい。このとき、ワークＷの一部が溶着していないが、工具１０に何らかの異常が発生している可能性があることを示すエラーメッセージを表示部６０に表示させてもよい。

【0036】

図４は、工具診断システムを備える工作機械１の動作の変形例を示すフローチャートである。ステップＳ６で、工具１０にワークＷの一部が溶着していないと判定した場合に、ステップＳ８に移行する。

【0037】

ステップＳ８では、ステップＳ３において、閾値を超えて加工プログラムの実行を中断した回数Ｔが、イレギュラーなタイミングで所定回数ｍに到達しているか否かを判断する。所定回数ｍに達していない場合は、ステップＳ２に移行して中断していた加工プログラムの実行を再開する。一方、所定回数ｍに達している場合は、ワークＷの一部が溶着していないが、工具１０に何らかの異常が発生している可能性があると判断してステップＳ７に移行し、中断していた加工プログラムの実行を終了する。これにより、工具１０の不具合をより精度よく検知できる。

【0038】

本実施形態によると、制御部（診断部）１００は、工具１０の形状変化又は色の変化に基づいて工具１０にワークＷの一部が溶着しているか否かを診断する。これにより、工具１０の不具合を精度よく検知できる。

【0039】

また、工具１０は、ワークＷの塑性変化に基づく転造加工を行い、制御部（診断部）１００は、工具１０における外径の増大変化に基づいて工具１０を診断する。これにより、工具１０の不具合をより精度よく検知できる。

【0040】

また、制御部（診断部）１００は、工具１０の色の変化に基づいて工具１０を診断する。これにより、工具１０の不具合をより精度よく検知できる。

【0041】

また、制御部（診断部）１００は、撮影部５０が撮影した連続する複数の画像に基づいて工具１０を診断することにより、工具１０の不具合をより精度よく検知できる。

【0042】

また、検知部４０は、主軸２０に掛かる負荷変化又は主軸２０の振動を検知することにより、工具１０の異常を間接的に容易に検知することができる。

【0043】

＜５．留意事項＞
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で適宜組み合わせて実施されてよい。

【符号の説明】

【0044】

１ 工作機械
１０ 工具
２０ 主軸
３０ テーブル
４０ 検知部
４１ 加速度センサ
５０ 撮影部
５１ カメラ
６０ 表示部
７０ 入力部
１００ 制御部
１１１ ＣＰＵ
１１２ メモリ
２００ 工具診断システム
ＡＸ 軸線
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】