JP2008142844A - 工作機械における温度センサの異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサの異常を簡単に検知可能とする。
【解決手段】Ｓ１で各温度センサによる温度計測を行い、デジタル信号化して温度数値として得る。次に、Ｓ２において、パラメータ記憶装置に記憶されている演算式及び特性係数を用いて、対応する温度センサの検知温度と同等の検知温度であるＴｂ’を算出し、Ｓ３でＴａとＴｂ’との温度差の絶対値ΔＴを求める。そしてＳ４で、算出した絶対値ΔＴを制限値γと比較し、ΔＴが制限値γよりも大きい場合には、Ｔａ或いはＴｂが異常と判断してＳ５でアラーム等で警告し、Ｓ６では、補正装置に異常となる前の補正量から変更しないように指令する。
【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械の熱変位補正に用いられる温度センサの異常を検知する方法に関する。

工作機械においては、環境室温変化や切削熱によって生じる加工寸法誤差を補正する熱変位補正方法がよく用いられている。これは、熱電対やサーミスタ等の温度センサを工作機械の構成要素に設け、電圧計や電流計等の温度測定装置によって温度センサからの温度情報を得て、得られた温度情報から熱変位量を推定して主軸や刃物台等の移動体の補正量を演算し、補正量に基づいて移動体を制御するものである（特許文献１〜３参照）。

特公昭６１−５９８６０号公報 特公平６−６１６７４号公報 特開２００１−３４１０４９号公報

この場合、温度センサの断線・短絡等の異常や温度測定装置の故障等により異常な温度を検知すると、正常な補正ができずに加工寸法誤差が大きくなったり、異常な補正量によって機械の移動体が工作物などに衝突する可能性があるため、温度センサの異常を検知可能とする必要がある。ここで、温度センサの断線・短絡等の異常については、夫々個別の温度センサの温度情報を監視することで容易に検知できる。しかし、例えばサーミスタの経年劣化に伴う異常等については、温度センサや温度測定装置単独での検知ができず、同一箇所に複数の温度センサを設置して互いの温度情報を比較して異常を検知するといった方法が採られている。このため、温度センサや温度測定装置の数が増えてしまい、コストアップに繋がっていた。

そこで、本発明は、温度センサの異常をより簡単に検知できる方法を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、任意の一の温度センサとは異なる位置の他の温度センサの検知温度を用いて、予め設定された演算式によって一の温度センサの検知温度と同等の検知温度を求め、得られた同等の検知温度と一の温度センサの検知温度との差を予め設定した制限値と比較して、その差が制限値を超えている場合には、一の温度センサ或いは他の温度センサを異常と判断することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、同等の検知温度を簡単且つ正確に求めるために、演算式に一次遅れ系の伝達関数を用いる構成としたものである。

本発明によれば、補正に使用する温度センサと温度測定装置だけで検知温度の異常判断が可能となる。よって、余分な温度センサや温度計測装置が必要なくなり、検知温度の異常検知を手間をかけずに簡単に実施することができてコストアップも抑制される。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、同等の検知温度の値を簡単且つ正確に求めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一例である旋盤を主軸の軸方向から見た概略図である。ベッド１の左側上面には主軸台２が固設され、主軸台２に突設された主軸にチャック３が固設されて、ワークを保持可能としている。主軸台２右側のベッド１上面に設けたレールにはサドル４が載置され、サドル４上に、主軸の径方向へ摺動可能に刃物台５が載置されて、刃物台５の側面に回転可能に設けられたタレット６の外周面上に、切削工具を固定できるようになっている。
一方、主軸台２下部のベッド１には、切粉や切削水などを排出するための穴があり、排出された切粉や切削水は切削水タンク７に回収される。

また、この旋盤には３つの温度センサ８〜１０が設けられている。温度センサ８は、切削水の温度を測定するため切削水タンク７に、温度センサ９は、機体のベッド部温度を測定するためベッド１に、温度センサ１０はサドル部温度を測定するためサドル４に夫々取り付けられている。
各温度センサ８〜１０の温度検出信号は、温度測定装置１１に入力され、公知の方法によってアナログ信号からデジタル信号化されて温度数値として得られる。１２はパラメータ記憶装置で、一の温度センサの検知温度Ｔａと、異なる位置の他の温度センサの検知温度Ｔｂとに基づいて、ＴｂをＴａと同等の検知温度Ｔｂ’にする演算式が記憶されている。検知温度判定装置１３は、パラメータ記憶装置１２の演算式に基づいて検知温度Ｔｂ’を求めると共に、検知温度ＴａとＴｂ’との差を予め設定した制限値と比較して、温度センサの異常を判断し、判断結果を補正装置１４に出力する。補正装置１４は、検知温度判定装置１３から得られた検知温度から補正値を演算し、ＮＣ装置１５へ出力する。ＮＣ装置１５は、得られた補正値に従ってサドルや刃物台等の送り指令を変更することになる。

パラメータ記憶装置１２に記憶される演算式としては、下記の数１に示す一次遅れ系の伝達関数を用いることができる。但し、ＴａよりもＴｂの方が温度変化が早い場合には、一次遅れ系の伝達関数を離散式で近似する式１が用いられ、ＴｂよりもＴａの方が温度変化が早い場合には、式２が用いられる。

［数１］
Ｔｂ’_ｎ＝Ｔｂ’_ｎ−１＋（Ｔｂ_ｎ−Ｔｂ’_ｎ−１）・α ・・式１
Ｔｂ’_ｎ＝Ｔｂ_ｎ−１＋（Ｔｂ_ｎ−Ｔｂ_ｎ−１）・１／β ・・式２
Ｔｂ：他の温度センサの検知温度
α ：特性係数Ａ
β ：特性計数Ｂ
ｎ ：回数

また、パラメータ記憶装置１２には、上記式１，２で用いる特性係数Ａ，Ｂとして、予め各温度センサ８〜１０間の特性係数α_８−１０、β_９−８、α_１０−９及び制限値γが設定されている。
図２は、図３の室温変化時における切削水タンク部の温度センサ８、ベッド部の温度センサ９、サドル部の温度センサ１０の検知温度を夫々示している。このように設置位置により各温度センサの検知温度は異なるため、ここでは各温度センサ間の検知温度の特性係数を以下のように設定している。
α_８−１０：温度センサ８（切削水）に対する温度センサ１０（サドル）の特性係数Ａ
（＝２．８×１０^−３）
β_９−８：温度センサ９（ベッド）に対する温度センサ８（切削水）の特性係数Ｂ
（＝７．９×１０^−４）
α_１０−９：温度センサ１０（サドル）に対する温度センサ９（ベッド）の特性係数Ａ
（＝１．５×１０^−３）

以上の如く構成された旋盤における温度センサの異常検知方法を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、各温度センサ８〜１０による温度計測を行い、得られた検出信号を温度測定装置１１によりデジタル信号化して温度数値として得る（Ｓ１）。これは予め設定された間隔（例えば１０秒）ごとに行われる。次に、Ｓ２において、検知温度判定装置１３にて、パラメータ記憶装置１２に記憶されている演算式及び特性係数を用いて、対応する温度センサの検知温度と同等の検知温度である下記のＴｂ_８−１０’、Ｔｂ_９−８’、Ｔｂ_１０−９’を夫々算出する。具体的には、下記の数２に示される式１ａ、式２ａ、式１ｂによって算出される。Ｔｂ_８−１０’、Ｔｂ_９−８’、Ｔｂ_１０−９’と各検知温度とを夫々比較した結果は図５、図６、図７となる。

Ｔｂ_８−１０’：温度センサ８（切削水）より算出した温度センサ１０（サドル）の検知温度と同等の値
Ｔｂ_９−８’：温度センサ９（ベッド）より算出した温度センサ８（切削水）の検知温度と同等の値
Ｔｂ_１０−９’：温度センサ１０（サドル）より算出したセンサ９（ベッド）の検知温度と同等の値

［数２］
Ｔｂ_８−１０’_ｎ＝Ｔｂ_８’_ｎ−１＋（Ｔｂ_８ｎ−Ｔｂ_８’_ｎ−１）・α_８−１０ ・・式１ａ
Ｔｂ_９−８’_ｎ＝Ｔｂ_９’_ｎ−１＋（Ｔｂ_９ｎ−Ｔｂ_９’_ｎ−１）・１／β_９−８ ・・式２ａ
Ｔｂ_１０−９’_ｎ＝Ｔｂ_１０’_ｎ−１＋（Ｔｂ_１０ｎ−Ｔｂ_１０’_ｎ−１）・α_１０−９ ・・式１ｂ
Ｔｂ_８：温度センサ８（切削水）の検知温度
Ｔｂ_９：温度センサ９（ベッド）の検知温度
Ｔｂ_１０：温度センサ１０（サドル）の検知温度

次に、Ｓ３では、パラメータ記憶装置１２に記憶されていた下記の数３に示す式３より、ＴａとＴｂ’との温度差の絶対値ΔＴを求める。ここでは、上記式１ａ、式２ａ、式１ｂより算出したＴｂ_８−１０’、Ｔｂ_９−８’、Ｔｂ_１０−９’を用いて異常を判断する場合の温度差の絶対値ΔＴを、下記の式３ａ、式３ｂ、式３ｃより算出することになる。

［数３］
ΔＴ＝｜Ｔａ−Ｔｂ’｜ ・・式３
ΔＴ_８−１０＝｜Ｔａ_１０−Ｔｂ_８−１０’｜ ・・式３ａ
ΔＴ_９−８＝｜Ｔａ_８−Ｔｂ_９−８’｜ ・・式３ｂ
ΔＴ_１０−９＝｜Ｔａ_９−Ｔｂ_１０−９’｜ ・・式３ｃ
Ｔａ_８：温度センサ８（切削水）の検知温度
Ｔａ_９：温度センサ９（ベッド）の検知温度
Ｔａ_１０：温度センサ１０（サドル）の検知温度

そして、Ｓ４で、算出した絶対値ΔＴを制限値γと比較する。ここでΔＴが制限値γよりも大きい場合には、Ｔａ或いはＴｂが異常と判断して、Ｓ５でアラーム等で警告し、Ｓ６では、補正装置１４に異常となる前の補正量から変更しないように指令する。Ｓ７の判別で続けて異常検知を行う場合はＳ１へ戻る。
なお、この例では、すべてのΔＴで異なる温度センサの組み合わせを用いているため、下記の数４に示す式４ａ、式４ｂ、式４ｃにより、検知温度の異常を１つに特定することができる。

［数４］
ΔＴ_８−１０＞γとΔＴ_９−８＞γとの場合：温度センサ８（切削水）の検知温度が異常と判断 ・・式４ａ
ΔＴ_９−８＞γとΔＴ_１０−９＞γとの場合：温度センサ９（ベッド）の検知温度が異常と判断 ・・式４ｂ
ΔＴ_１０−９＞γとΔＴ_８−１０＞γとの場合：温度センサ１０（サドル）の検知温度が異常と判断 ・・式４ｃ

このように、上記形態の温度センサの異常検知方法によれば、任意の一の温度センサとは異なる位置の他の温度センサの検知温度を用いて、予め設定された演算式によって一の温度センサの検知温度と同等の検知温度を求め、得られた同等の検知温度と一の温度センサの検知温度との差を予め設定した制限値と比較して、その差が制限値を超えている場合には、一の温度センサ或いは他の温度センサを異常と判断することで、補正に使用する温度センサと温度測定装置だけで検知温度の異常判断が可能となる。よって、余分な温度センサや温度計測装置が必要なくなり、検知温度の異常検知を手間をかけずに簡単に実施することができてコストアップも抑制される。特に、同等の検知温度を求める演算式に上記一次遅れ系の伝達関数を用いたことで、同等の検知温度の値を簡単且つ正確に求めることができる。

なお、温度センサの数や設置位置等は、上記形態に限らず、適宜変更可能である。勿論適用する工作機械も、マシニングセンタ等の複合加工機等、温度センサを用いて熱変位補正を実行するものであれば、上記形態に限定されない。

旋盤の概略図である。 温度センサの検知温度の変化を示すグラフである。 室温の変化を示すグラフである。 温度センサの異常検知方法のフローチャートである。 サドル温度と温度Ｔｂ’_８−１０とを比較したグラフである。 切削水温度と温度Ｔｂ’_９−８とを比較したグラフである。 ベッド温度と温度Ｔｂ’_１０−９とを比較したグラフである。

符号の説明

１・・ベッド、２・・主軸台、３・・チャック、４・・サドル、５・・刃物台、７・・切削水タンク、８〜１０・・温度センサ、１１・・温度測定装置、１２・・パラメータ記憶装置、１３・・検知温度判定装置、１４・・補正装置、１５・・ＮＣ装置。

Claims (2)

1. 複数の温度センサを異なる位置に配置した工作機械において、前記温度センサの異常を検知する方法であって、
   任意の一の温度センサとは異なる位置の他の温度センサの検知温度を用いて、予め設定された演算式によって前記一の温度センサの検知温度と同等の検知温度を求め、得られた前記同等の検知温度と前記一の温度センサの検知温度との差を予め設定した制限値と比較して、前記差が前記制限値を超えている場合には、前記一の温度センサ或いは他の温度センサを異常と判断することを特徴とする工作機械における温度センサの異常検知方法。
2. 演算式に一次遅れ系の伝達関数を用いる請求項１に記載の工作機械における温度センサの異常検知方法。

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