JP2012032869A - 円盤刃物送り制御方法，装置およびそれを用いた切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの滑り、力率の変化に影響を受けないきめ細かい制御を可能とする。
【解決手段】 円盤刃物の送り制御に係わる。刃物回転モータの電力Ｐを計測し、刃物の回転速度ｆを計測する。刃物が回転中か否かを判断し、回転中なら、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）Ｎ・ｍの式に従い計算する。切断中か否かを判断し、切断中なら送り速度ＰＩＤ制御を開始し、トルクが一定となるように信号を刃物送りモータに送る。刃物回転モータが過負荷か否か判断し、過負荷でないとき、送り速度ＰＩＤ制御を行い、切断終了か否かを判断する。切断終了なら運転開始位置方向へ刃物を移動する。前記切断終了でないなら前記ＰＩＤ制御から後のいずれかの手順に戻る。前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させ、基準時間内にトルクが正常化したか否かを判断し、正常化なら前記送り速度ＰＩＤ制御を行い、正常化でないなら、刃物を切断開始方向へ後退させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、円盤刃物送り制御方法，装置およびそれを用いた切断装置に関するものである。

従来技術の一例として、刃物の送り速度は作業者が設定し、刃物は原点から終点までこの設定速度で切断作業していた。そして、カッターモータの電流値を監視し、電流値が設定値より大きくなれば、送り速度を変更する簡単な制御を行なっていた。
また、他の例として、ドリル加工でトルクによる送り速度制御するものがあった。（特許文献１）

特開平７−１９５２５６号公報

しかしながら一例の技術では、電流を監視要素として制御が行なわれる一般的なものであり、モータの滑り、力率などによりきめ細かい制御が不可能であった。また、他の例の技術ではドリル加工に関し、ドリルに加わるトルクの検出手段として、磁歪式トルクセンサや、主軸モータの電流や回転速度から加工トルクを推定するトルク測定器を用いていた。

従って、磁歪式トルクセンサは、トルクのかかる軸の近傍にセンサを取り付けるスペースが必要となる。また、電流や回転速度から加工トルクを推定する方法は、モータ毎に必要な多数のパラメータを変更する必要がある、などの問題があった。また、切断開始・終了用の検出器を必要とした。

本発明はこの問題を解決するものであり、モータの滑り、力率の変化に影響を受けないきめ細かい制御が可能で、かつ、作業開始・終了用の検出器を必要としない円盤刃物送り制御方法，装置およびそれを用いた切断装置を提供することを目的とする。

本発明の課題解決手段の第１は、円盤刃物の送り制御方法であり、刃物回転モータの電力Ｐを計測すること、刃物の回転速度ｆを計測すること、刃物が回転中か否かを判断すること、回転中なら、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）Ｎ・ｍの式に従い計算すること、切断中か否かを判断すること、切断中なら送り速度ＰＩＤ制御を開始し、トルクが一定となるように信号を刃物送りモータに送ること、刃物回転モータが過負荷か否か判断すること、過負荷でないとき、送り速度ＰＩＤ制御を行うこと、切断終了か否かを判断すること、切断終了なら運転開始位置方向へ刃物を移動すること、前記切断終了でないなら前記ＰＩＤ制御から後のいずれかの手順に戻ること、前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させること、基準時間内にトルクが正常化したか否かを判断すること、正常化なら前記送り速度ＰＩＤ制御を行うこと、正常化でないなら、刃物を切断開始方向へ後退させること、を含むことである。

本発明の課題解決手段の第２は、円盤刃物の送り制御方法であり、第１手段に加え、前記正常化でないなら刃物を切断開始位置方向へ後退させることの次に、トルクが正常化したか判断すること、正常化なら低速送り運転をすること、切断開始したか判断すること、切断開始なら、パラメータを初期化して、ＰＩＤ制御に戻ること、を含むことである。

本発明の課題解決手段の第３は、円盤刃物の送り制御方法であり、第１または第２手段に加え、前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断することの次に、安定なら平均送り速度Ｆ、刃物ＩＤ、切断量、ワークデータを取得することを含むことである。

本発明の課題解決手段の第４は、円盤刃物の送り制御方法であり、第１または第２手段に加え、前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断することの次に、安定なら平均送り速度Fを取得すること、Ｆが当該切断条件でのしきい値以上か判断すること、以上でないなら刃物を交換する信号をだすことを含むことである。

本発明の課題解決手段の第５は、円盤刃物の送り制御方法であり、第１手段に加え、前記過負荷でないとき前記送り速度ＰＩＤ制御を行うことの次に、刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、切断終了なら、切断終了位置を取得すること、刃物を運転開始位置方向へ移動することを含むことである。

本発明の課題解決手段の第６は、円盤刃物の送り制御方法であり、第１手段に加え、前記ワーク終端直前か判断する手順が直前なら、この手順において、刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、刃物が材料から抜ける手前位置として、前記切断終了位置から検知余裕幅ａより長い距離Ｌ３のだけ手前の位置を定め、この位置から刃物を低速送り運転することを含むことである。

本発明の課題解決手段の第７は、円盤刃物の送り制御方法であり、第５または第６手段に加え、前記切断終了位置を取得することの次に、連続切断か判断すること、連続切断なら残回数有か判断すること、残回数有なら刃物を−Ｘ方向へ移動させること、刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離だけ変位した位置に到着したか判断すること、到着ならパレットを移動させること、パレットが次回切断位置に到着したか判断すること、到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻る、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻ること、前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動することを含むことである。

本発明の課題解決手段の第８は、円盤刃物の送り制御方法であり、第５または第６手段に加え、前記切断終了位置を取得することの次に、連続切断か判断すること、連続切断なら残回数有か判断すること、残回数有なら刃物を＋Ｚ方向へ移動させること、刃物を−Ｘ方向へ移動させること、パレットを移動させること、刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離だけ変位した位置に到着したか判断すること、到着ならパレットを移動させること、刃物とパレットが次回切断位置のＸＹ座標上に到着したか判断すること、到着なら刃物を−Ｚ方向へ移動させること、刃物とパレットが次回切断位置に到着したか判断すること、到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻る、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻ること、前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動することを含むことである。

本発明の課題解決手段の第９は、円盤刃物送り制御装置であり、刃物回転モータの電力を計測する電力計測手段と、刃物の回転速度を計測する回転速度計測手段と、刃物が回転中か否かを判断する回転判断手段と、回転中なら、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）Ｎ・ｍの式に従い計算するトルク計算手段と、切断中か否かを判断する切断判断手段と、切断中なら送り速度ＰＩＤ制御を開始し、トルクが一定となるように信号を刃物送りモータに送る送り速度制御手段と、刃物回転モータが過負荷か否か判断する過負荷判断手段と、切断終了か否かを判断する切断終了判断手段と、切断終了なら運転開始位置方向へ刃物を移動する手段と、前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させる手段と、基準時間内にトルクが正常化したか否かを判断する時間内トルク正常判断手段と、正常化なら前記送り速度ＰＩＤ制御を行い、正常化でないなら、刃物を切断開始方向へ後退させる制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１０は、円盤刃物送り制御装置であり、第９手段に加え、前記正常化でないなら刃物を切断開始位置方向へ後退させることの次に、トルクが正常化したか判断するトルク正常判断手段と、正常化なら低速送り運転をし、切断開始したか判断し、切断開始なら、パラメータを初期化して、ＰＩＤ制御に戻る制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１１は、円盤刃物送り制御装置であり、第９手段または第１０手段に加え、前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断するトルク安定判断手段と、安定なら平均送り速度F、刃物ＩＤ、切断量、ワークデータの少なくとも１種を取得する制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１２は、円盤刃物送り制御装置であり、第９手段または第１０手段に加え、前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断するトルク安定判断手段と、安定なら平均送り速度Ｆを取得し、Ｆが当該切断条件でのしきい値以上か判断し、以上ならΔＴｎ、Σｎを保存し、以上でないなら刃物を交換する信号をだす制御手段と、を備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１３は、円盤刃物送り制御装置であり、第９手段に加え、
前記過負荷でないとき前記送り速度ＰＩＤ制御を行うことの次に、刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、切断終了か判断する切断終了判断手段と、切断終了なら、切断終了位置を取得し、刃物を運転開始位置方向へ移動する制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１４は、円盤刃物送り制御装置であり、第１３手段に加え、刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、刃物が材料から抜ける手前位置として、前記切断終了位置から検知余裕幅ａより長い距離Ｌ３のだけ手前の位置を定め、ワーク後端直前か判断する直前判断手段と、この位置から刃物を低速送り運転する制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１５は、円盤刃物送り制御装置であり、第１３手段または第１４手段に加え、前記切断終了位置を取得することの次に、連続切断か判断する連続判断手段と、連続切断なら残回数有か判断する回数判断手段と、残回数有なら刃物を−Ｘ方向へ移動させ、刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離だけ変位した位置に到着したか判断し、到着ならパレットを移動させ、パレットが次回切断位置に到着したか判断し、到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻り、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻り、前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動する制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１６は、円盤刃物送り制御装置であり、第１３手段または第１４手段に加え、前記切断終了位置を取得することの次に、連続切断か判断する連続判断手段と、連続切断なら残回数有か判断する回数判断手段と、残回数有なら刃物を＋Ｚ方向へ移動させ、刃物を−Ｘ方向へ移動させ、パレットを移動させ、刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離変位した位置に到着したか判断し、到着ならパレットを移動させ、刃物とパレットが次回切断位置のＸＹ座標上に到着したか判断し、到着なら刃物を−Ｚ方向へ移動させ、刃物とパレットが次回切断位置に到着したか判断し、到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻り、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻り、前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動する制御手段とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１７は、切断装置であり、円盤刃物を設置した刃物台と、刃物回転モータと、刃物送りモータを持つ刃物送り手段と、前記第９手段ないし第１６手段のいずれかに記載の制御装置とを備えたことである。

本発明の課題解決手段の第１８は、切断装置であり、円盤刃物を設置した刃物台と、刃物回転モータと、刃物送りモータを持つ刃物送り手段と、刃物昇降手段と、パレット移動手段と、前記第９手段ないし第１６手段のいずれかに記載の制御装置とを備えたことである。

第１，第９手段の発明により、モータの一次電力とカッターの回転速度を制御パラメータとすることにより、きめ細かい制御が可能となった。即ち、電力とカッターの回転速度から簡単な式によりトルクを計算し、トルクが一定となるように制御する。そして、モータの性能上、トルクはほぼ直線的に変化するので、トルクを使うと精度の良い制御ができる。また、モータの負荷運転中は、トルクの変化の度合いが電流のそれより相当に大きいので、トルクを使うと精度の良い制御ができる。また、トルクを使えばモータの力率に関係ないので、それだけきめ細かい制御が可能となった。

しかも、電力とカッターの回転速度から簡単な式によりトルクを求めるので、電流を用いる方法に比べて、モータ機種ごとのトルク推定用パラメータの入力が不必要であり、トルク推定のための計算負荷が小さいため、より高速な制御が可能となる。電流に変えて電力信号を用いることにより、制御に必要十分な精度の推定トルクを、簡単な式で算出することが出来る。

また、ドリル等の棒状工具は、回転軸と加工時に負荷が加わる切れ刃部との距離が短いため、工具に加わる負荷が大きくても、大きなトルクが加わりにくいが、円盤刃物は、回転軸と加工時に負荷が加わる切れ刃部との距離が長いため、駆動系に大きなトルクが加わりやすい。さらにドリル加工では、軸方向に加わる力（スラスト力）の増大による折損が起こりやすいため、トルクだけでなく、スラスト力も考慮して送り速度を制御する必要がある。このため、本発明で適用対象としている円盤刃物による切断機は、トルク制御を行うには最適な加工機であるといえる。

第３，第１１手段の発明により、加工しながらカッターの評価ができる。
第４，第１２手段の発明により、カッターの交換時期を自動的に判定できる。
第２，第１０手段の発明により、難削材加工時のカッターの噛み込みを防止できる。
第５，第１３手段の発明により、エアカット時間の削減ができる。また、切断開始・終了用の検出器を必要としない。
第６，第１４手段の発明により、材料終端を感知してカッターが抜ける手前で減速することにより、バリとカッターへの負荷を低減できる。
第７，第８，第１５、第１６手段の発明により、材料の連続切断作業ができる。

このように、本発明に示すシステムを実装することにより、切断に使用するカッターの切断性能評価を、専用の評価装置としてではなく、生産用加工機で実際に生産しながら行うことができるため、効率的に長期的なカッターの評価ができる。そのほか、エアカット時間の短縮、カッターの噛み込みを防止、カッターの交換時期の判定などが可能となった。

また、円盤刃物（丸のこ）駆動モータの推定トルクが一定となるよう、切断送り速度をＰＩＤ制御することにより、切断機の能力を十分に活用した加工が可能となる。このため、本システムは実際の生産機として活用しながら、切断送り速度のデーターを蓄積し、構築されたデータベースと比較することにより、円盤刃物の性能評価を行なうことができる。また、本発明は、円盤刃物の性能の評価機の開発を切断速度制御に活用したものという事ができる面を持ち、単なる負荷制御システムの開発からは容易になし得たものではない。

本発明装置の第１実施例の正面図である。 刃物切断説明図である。 第１実施例の制御装置のブロック図である。 第１実施例の制御方法のフローチャートである。 第１実施例の制御方法のフローチャートである。 第１実施例の制御方法のフローチャートである。 第１実施例の制御方法のフローチャートである。 第１実施例の制御方法のフローチャートである。 本発明装置の第２実施例の正面図である。 刃物切断説明図である。 第２実施例の制御装置のブロック図である。 第２実施例の制御方法のフローチャートである。 本発明装置の第３実施例の正面図である。 第３実施例の制御方法のフローチャートである。 本発明装置の第４実施例の正面図である。 本発明装置の第４実施例の左側面図である。 モータの性能を表すグラフである。 負荷試験時の時間に対する電流を表すグラフである。 負荷試験時の時間に対するトルクを表すグラフである。 電圧と電流を表すグラフである。 切断作業時の刃物性能曲線（第１回目）である。 切断作業時の刃物性能曲線（第５回目）である。 切断トルク安定時の平均送り速度の変化を表すグラフである。 同一種・同一厚み材の切断速度の各種刃物に対するグラフである

以下に本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
図１において、本発明方法を実施する装置の一例を示す。
ワークＷを載せたワーク台１の下方で、円盤刃物（丸鋸）２と刃物回転モータ３を取り付けた刃物台２ａが、刃物送りモータ４ａで回転される送りネジ棒４ｂで左右方向（Ｘ方向）移動する。

サーボコントローラ３０へは刃物軸に取り付けたエンコーダ２１から回転速度信号、インバータ電源２２に接続される刃物回転モータ３の電力検出部２３から電力信号、刃物送りモータ４ａ（サーボモータ）の位置信号が入力する。サーボコントローラ３０からは、インバータ電源２２へ回転速度指令、刃物送りモータ４ａへ送り速度指令が出力する。

図２の刃物切断説明図において、運転開始位置から切断開始位置に至り、一定トルク切断速度制御に入り、刃物が材料から抜ける手前で刃物送りを減速し、切断終了を検知する。
Ｄｍは、切断開始から切断終了までの刃物移動距離である。
Ｄｍ＝Ｌ＋Ｌ１−Ｌ２＋ａを、比較演算部で演算する。
Ｌは、被切断材料（ワーク）の長さ。入力装置より比較演算部に入力する。
Ｌ１＝ √（r²−h²） 比較演算部で演算する。
Ｌ２＝ √{r²−（h＋t）²} 比較演算部で演算する。
Ｌ３は、送り速度減速位置。入力装置より比較演算部に入力する（デフォルト設定有）。
ｔは、被切断材料（ワーク）の厚さ。入力装置より比較演算部に入力する。
ｈは、刃物中心とワーク端面（上または下）の距離。切断機毎に決定する。
ｒは、刃物の半径。
ａは、切断終了検知余裕幅。入力装置より比較演算部に入力する（デフォルト設定有）。
刃物の実位置情報の取得は、送りモータ（サーボモータ）の回転角情報により行なう。

○ 運転開始位置（装置の運転開始スイッチをＯＮした時の刃物回転中心位置であり、初期位置とも呼ぶ）：刃物回転モータのトルクが０（零）でないことにより、刃物が回転していることを確認する。次いで、高速の一定速度移動し、刃物回転モータの無負荷トルクを取得する。
○ 切断開始位置；無負荷トルクに対し現在トルクが、例えば、５％上昇すれば、切断開始と判定する。この時の刃物（刃物回転中心）のワーク前端からの距離Ｌ１は、ピタゴラスの定理から求められ、後述の刃物送りの位置制御に用いる。
○ 一定トルク切断速度制御；刃物回転モータのトルクが目標値で一定となるよう、送りモータの回転速度をＰＩＤ制御する。

○ 刃物が材料から抜ける位置：材料の後端上隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したとき（交わった時）の、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２である。そしてこの交点からの距離Ｌ２はピタゴラスの定理から求められる。
○ 切断終了位置：前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置。
切断開始位置からこの切断終了位置までの距離がＤｍである。
○ 刃物が材料から抜ける手前（ワーク終端直前位置）：切断終了位置から検知余裕幅ａより長い距離Ｌ３だけ手前の位置である。（Ｄｍ−Ｌ３の距離をサーボモータ４aで計測する）。ここからＰＩＤ制御をやめ、低速の一定速度移動に切り替える。

切断開始後の送り量がＤｍとなったら（サーボモータ４aで計測する）、切断完了と判定し、次回切断開始位置、または運転開始位置に高速で移動する。また、安全のため、後述の無負荷トルクと現在トルクの比較による判定（例えば、現在トルクが無負荷トルク １.０５以下となれば切断完了と判定）を付加してもよい。

図３のブロック図は前記サーボコントローラ３０の内容を示し、中央処理部（ＣＰＵ）を含むシーケンサ回路からなるものである。比較演算部３１に対し入力装置３２から次のものを入力する。
・目標トルク（刃物回転モータの定格トルクに効率を考慮して、×０.８〜０.９で決定する。即ち、定格トルク２０Ｎ・ｍ×０.９＝１８Ｎ・ｍ）、
・ワーク情報（材種：Ａ７０７５、厚みｔ：１００ｍｍ，長さＬ：３００ｍｍ）、
・刃物ＩＤ（刃物径、コーティング種類の情報を含む刃物識別番号）、
・切削条件（連続切断での短冊切断回数、移動ピッチ）。

電力検出部２３は刃物回転モータ３の一次電力を計測する電力計測手段であり、刃物回転モータにインバータ電源２２が接続される。電力信号（０〜５Ｖ）を信号入力変換部３３で実電力値Ｐ（Ｗ）に変換する。電力トランスデューサのレンジが５の場合の電力信号は次のようになる。例えば、２０ＫＷまで測れるトランスデューサを使用した場合の電力出力が２Ｖの場合、２０÷５×２で８ＫＷとなる。 そして、０.１秒ごとの平均をとる。

エンコーダ２１は刃物２の回転速度を計測する刃物速度計測手段であり、刃物軸に取り付けられる。回転数信号（パルス）の１秒間当たりのパルス数を、信号入力変換部３３で読み取り、刃物回転検出部３４で回転周波数ｆ（ＨＺ）に変換する。そして、０.１秒ごとの平均をとる。また、刃物が回転中か否かを判断する（回転周波数と電力が共に零か否か）。

無負荷トルク記憶部３６では、回転中なら、刃物と刃物軸の回転により、刃物軸にトルクが働くので、トルクＴ（Ｎｍ）として、電力値Ｐと回転周波数ｆをもとに、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）の式に従い、一定時間毎に計算する。また、このときのトルク値を、切断してないときの「無負荷トルク」として記憶しておく。切断トルク算定部３５では、刃物と刃物軸の回転によるものに、ワークの切断抵抗力が加わり、刃物軸にトルクが働くので、前記トルクＴ（Ｎｍ）の式に従い、一定時間毎に計算する。切断開始検出部３７では、切断開始位置で無負荷トルクに対し現在トルクが、例えば、５％上昇すれば、切断開始と判定する。

出力部として送り速度制御部４１は、切断トルクが一定となるように送りモータ４ａへ刃物送り速度信号を出力し、速度信号は比較演算部３１へフィードバックする。即ち、送り速度ＰＩＤ制御をするものであり、図７のフローチャートの通り、目標トルクと計測トルクの差に対し、比例制御、積分制御および微分制御を行なうものである。該制御においてフィードバック制御を行ない、送り速度Ｙを一定時間毎に計算し、計算値を保存し、前記計算値に対応した信号を刃物送りモータに送る。

比較演算部３１から平均送り速度演算部４２、工具寿命判定部４３、過負荷検出部４４、切断終了検出部４５へ情報が入る。切断終了検出部４５は、刃物が切断終了位置に到達したかを検出する。即ち、切断開始後の送り量がＤｍとなったら（サーボモータで計測する）、切断完了と判定する。
切断終了検出後、送りモータ４ａを駆動して刃物をワークの切断跡の隙間を、Ｘ方向に「運転開始位置」または「切断開始位置より数センチメートル程度の運転開始位置側に移動した位置」まで高速で戻す。

これらからの信号を出力装置４０に送る。出力項目は、送り速度指令値（瞬時、平均）、計測トルク、切断時間、各種警報である。また、平均送り速度演算部４２、工具寿命判定部４３から、刃物評価用データベース４６に情報が入る。

図４〜図８において次に、方法をフローチャートで説明する。
図４で、運転開始位置で刃物送りモータが停止している。
刃物駆動モータの一次電力を計測する。即ち、計測開始すると、刃物駆動モータの電力信号を取得し（ステップＳＰ１）、電力値Ｐ（Ｗ）に変換し（ステップＳＰ２）、それを平均化し（ステップＳＰ３）、平均電力値を保存し（ステップＳＰ４）、この手順を一定時間間隔（０.１秒）ごとに行う。

図５で刃物の回転速度を計測する。即ち、計測開始すると、刃物の回転速度信号を取得し（ステップＳｆ１）、回転周波数ｆ（Ｈｚ）に変換し（ステップＳｆ２）、それを平均化し（ステップＳｆ３）、平均回転周波数を保存し（ステップＳｆ４）、この手順を一定時間間隔（０.１秒）ごとに行う。

図６で刃物軸に働くトルクを計測する。即ち、前記のように刃物駆動モータの一次電力を計測し（ステップＳＰ），刃物の回転速度を計測する（ステップＳｆ）。
カッターが回転中か否かを判断する（ステップＳ１）。（刃物回転モータの回転周波数と電力が零か否か）
回転中なら、刃物と刃物軸の回転により、刃物軸にトルクが働く。
トルクＴ（Ｎｍ）として、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）の式に従い、の式に従い、一定時間毎に計算する（ステップＳ２）。
この値を無負荷トルク値として取得する（ステップＳ３）。
次に刃物を高速送り運転する（ステップＳ４）。
現在トルクと前記無負荷トルクの比較をする（ステップＳ５）。

切断中か否かを判断する（ステップＳ６）。（無負荷トルクに対し現在トルクが、例えば、５％上昇すれば、切断開始と判定する。）
切断中なら切断開始位置を取得する（ステップＳ７）。
切断中でないなら、前記現在トルクと前記無負荷トルクの比較手順の前に戻る。

図７，８で、前記切断開始位置を取得したのち、送り速度ＰＩＤ制御を開始する（ステップＳ８）。該制御においてフィードバック制御を行ない、送り速度Ｙを一定時間毎に計算し、前記計算値を保存し、前記計算値に対応した信号を刃物送りモータに送る。
図７において、制御を開始すると、Ｋｐ×ΔＴｎを求める。
Σｎ＝ΔＴｎ＋Σｎ−１からＫｉ×Σｎを求める。
Ｋｄ×（ΔＴｎ−ΔＴｎ−１）を求める。これらから出力Ｙｎを経て終了する。
ここで、ΔＴｎ＝目標トルク−計測トルク Ｋｐ：比例ゲイン Ｋｉ：積分ゲイン
Ｋｄ：微分ゲイン Ｙｎ：制御送り速度 Ｙ０：初期送り速度 Σ０：累積差分の初期値。

図８で刃物モータが過負荷か否か判断する（ステップＳ９）。（基準：目標トルク×１.４で、２５Ｎ・ｍ、刃物回転モータ仕様の「短時間最大トルク」÷「定格トルク」をもとに比率を決定する）。過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断する（ステップＳ１０）。（基準：１秒間の平均トルクが、目標トルクに対し、±５％以内で、かつ、瞬時トルクの最大・最小値が目標トルクの±１０％以内に入っていれば、安定加工状態と判定する）。

安定なら、平均送り速度Ｆ，刃物ＩＤ，切断量，ワークデータ取得する（ステップＳ１１）。この情報を刃物評価用データベース（ステップＳ１２）と表示部（ステップＳ１３）に送る。Ｆが当該切断条件でのしきい値以上か判断する（ステップＳ１４）。（基準：２２０ｍｍ／ｍｉｎ、図２２の加工試験結果をもとに決定した）。以上でないなら、刃物を交換する信号をだす（ステップＳ１５）。以上なら、（ΔＴｎ，Σｎ）を保存する（ステップＳ１６）。前記目標トルクで安定か判断する段階で、安定でないなら、前記（ΔＴｎ，Σｎ）を保存する段階の手前に続く。

ワーク終端直前（刃物がワークから抜ける手前）か判断する（ステップＳ１７）。
（刃物送りモータからの信号により、切断開始位置からＤｍ−Ｌ３の位置に到達したか）直前なら低速送り運転する（ステップＳ１８）。
切断完了か判断する（ステップＳ１９）。
（刃物送りモータからの信号により、切断開始位置からＤｍの位置に到達したか）切断終了位置を取得する（ステップＳ２０）。
刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動して（ステップＳ２１）、切断終了となる。

前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させる（ステップＳ２２）。
基準時間内にトルクが正常化したか判断する（ステップＳ２３）。（基準：０．５〜１．０秒）正常化なら、前記送り速度ＰＩＤ制御を行う。
正常化でないなら、刃物を切断開始位置方向へ後退させる（ステップＳ２４）。
トルクが正常化したか判断する（ステップＳ２５）。
正常化なら低速送り運転をする（ステップＳ２６）。
切断開始したか判断する（ステップＳ２７）。（基準：計測トルクが無負荷に対し５％上昇したとき）
切断開始なら、パラメータ（Ｙｎ，ΔＴｎ，Σｎ）を初期化して（ステップＳ２８）、
ＰＩＤ制御に戻る。

図９は他の実施例を示し、ワークＷが枕材１３を介して、パレット１１に載せられＹ方向に移動して、連続切断される。刃物２はワークの上方からＸ方向に移動して切断するものである。即ち、ワークを載せたパレット１１の上方で、門形フレーム１ａに装着された刃物２と刃物回転モータ３を取り付けた刃物台２ａが、刃物送りモータ４ａで回転される送りネジ棒４ｂで左右方向（Ｘ方向）移動する。パレット１１はパレット移動モータ１２aと送りネジ棒１２ｂでＹ方向に移動する。

図１０の刃物切断説明図のように、刃物がワークの上側から切断するので、刃物の刃先回転軌跡円とワークの前端と後端との関係は、前記図２のものと上下逆の関係になる。即ち、
○ 切断開始位置；無負荷トルクに対し現在トルクが、例えば、５％上昇すれば、切断開始と判定する。この時の刃物（刃物回転中心）のワーク前端上隅からの距離Ｌ１は、ピタゴラスの定理から求められ、後述の刃物送りの位置制御に用いる。
○ 刃物が材料から抜ける位置：材料の後端下隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したとき（交わった時）の、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２である。そして、刃物回転中心位置から前記軌跡円の交点までの距離Ｌ２はピタゴラスの定理から求められる。
その他の点は図２と同様である。

図９でサーボコントローラ３０へは、パレット移動モータ（サーボモータ）１２aの位置信号が入力し、サーボコントローラ３０からは、パレット移動モータ１２aへ送り速度指令が出力する。その他は前記と同様である。

図１１のブロック図において、切断検出部４５からパレット移動モータ制御部４６を経て、パレット移動モータ（サーボモータ）１２aに信号が出力する。即ち、切断回数に対応した切断幅に相当する移動量が入力装置３２に入力されており、制御部４６を経てパレット移動モータ１２aに信号を送り、前記移動量だけ移動させて止まる。その他は前記と同様である。

図１２において次に、方法をフローチャートで説明する。
図８で切断終了位置取得から次の作動を行なう。
連続切断か判断する（ステップＳ３１）。
連続切断なら残回数有か判断する（ステップＳ３２）。
残回数有なら刃物を−Ｘ方向へ移動させる（ステップＳ３３）。
刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ数十ｍｍ程度変位した位置に到着したか判断する（ステップＳ３４）。
到着ならパレットを移動させる（ステップＳ３５）。
パレットが次回切断位置に到着したか判断する（ステップＳ３６）。
到着なら図６の２Ｘへ。到着否なら、パレット移動の前へ戻る。
前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動する（ステップＳ３７）。切断終了となる。

図１３は更に他の実施例を示し、ワークがパレット１１に載せられＹ方向に移動して、連続切断される。刃物はワークの上方からＸ方向に移動して切断し、昇降装置５でＺ方向に昇降する（図１５で、刃物のＺ方向の位置検出器として、上限、下限リミットスイッチ５ｂ，５ｃがピストンシリンダ５の上部と下部に設けられる）。サーボコントローラ３０へは、刃物昇降装置（ピストンシリンダ）５の位置信号が入力し、サーボコントローラ３０からは刃物昇降装置５へ昇降指令信号が出力する。その他は前記（図９）と同様である。

図１１のブロック図で点線で示したように、切断検出部４５から刃物昇降装置制御部５ａを経て、刃物昇降装置５に信号が出力する。即ち、切断終了後、刃物を昇降させ、上限、下限リミットスイッチ５ｂ，５ｃの信号で止める。

図１４において次に、方法をフローチャートで説明する。
図８で切断終了位置取得から次の作動を行なう。
連続切断か判断する（ステップＳ４１）。
連続切断なら残回数有か判断する（ステップＳ４２）。
残回数有なら刃物を＋Ｚ方向へ移動させる（ステップＳ４３）。
刃物を−Ｘ方向へ移動させる（ステップＳ４４ａ）。また、パレットを移動させる（ステップＳ４４ｂ）。

刃物とパレットが次回切断位置のＸＹ座標上に到着したか判断する（ステップＳ４５）。
到着なら刃物を−Ｚ方向へ移動させる（ステップＳ４６）。
刃物とパレットが次回切断位置に到着したか判断する（ステップＳ４７）。
到着なら図６の２Ｘへ。到着否なら、刃物−Ｚ方向移動へ戻る。
前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物初期位置（運転開始位置）へ高速送り運転で移動する（ステップＳ４８）。切断終了となる。

図１５，１６は、刃物を昇降装置でＺ方向に昇降する他の実施例を示し、ワークがパレットに載せられＹ方向に移動して、連続切断される。ワークを載せたパレット１１の上方で、門形フレーム１ａに載せられた刃物回転モータ３を取り付けた主刃物台２ａが、刃物送りモータ４ａで回転される送りネジ棒４ｂで左右方向（Ｘ方向）移動する。刃物２は副刃物台２ｂに取り付けられる。

主刃物台２aの前後側面から垂下された支持ブラケット５１の下部に、前後方向に延びる支持ピン５２を介して、副刃物台２ｂが上下揺動自在に支持される。そして、副刃物台２ｂの先端と、前側支持ブラケット５１の後面から張り出したアーム５３との間に、昇降装置５のピストンシリンダがピンを介して接続される。

後側支持ブラケット５１の後面から張り出したアーム５３ｂには、支持ピン５２に同心の中間軸５４が固定される。この中間軸と刃物回転モータ３との間に、ベルトとプーリからなる第１伝動手段５５ａが接続される。また、この中間軸と刃物軸との間に、ベルトとプーリからなる第２伝動手段５５ｂが接続される

図１７はモータの性能を表すグラフである。これから分かることは、トルクはほぼ直線的に変化するので、トルクを使うと精度の良い制御が可能となる。電流は曲線で変化するので、精度が悪い。

図１８ａ，１８ｂは各々負荷試験時の電流とトルクを表すグラフである。これらの値の変化の度合いとして最小値に対する最大値が、電流の場合は約１.８倍に対し、トルクは約６倍である。つまり、電力を制御に使った方が、きめ細かい制御が可能となる。

図１９は電圧と電流のグラフである。上側は低負荷時、下側は高負荷時である。低負荷時には電圧と電流の位相差が大きいが、高負荷時には電圧と電流の位相差が小さくなり、つまり、モータの力率が改善していることが分かる。しかし、トルクを使えば、力率に関係ないので、それだけきめ細かい精度の良い制御が可能となる。

図２０，２１は前記刃物評価用データベースからの情報をもとに作図させたもので、２種の刃物で切断作業をした時の第１回目，第５回目の性能曲線である。横軸に時間、縦軸にモータトルク、送り速度、切断距離をとったものである。この曲線から、各刃物の評価が可能となる。

図２２は各種刃物の切断トルク安定時の平均送り速度の変化（１回目から５回目まで）を示し、刃物の評価が可能となる。

図２３は、同一種・同一厚み材の切断速度の各種刃物に対するグラフである。横軸は切断面積である。この図から加工しながら、長期的な工具やコーティング条件の評価が可能となる。また、この図において、切断中の一定トルク制御時の切断速度が、設定したしきい値以下になれば、工具寿命と判定して警報を出すことができる。

以上から、前記効果の他、次のような優れた効果を発揮するのである。
前記制御装置は既存装置に後付けが可能ある。また、ネットワークで管理端末による集中管理が可能である。サーボモータにより刃物の位置制御をするので、例えば、トルク監視により位置制御するより、はるかに切断位置の検知精度が高い。従って、「抜ける直前」と「切断終了位置」の間を短くでき、ワーク端部のぎりぎりまで高速で切断できる。トルク監視によるトルクの変化で刃物を位置制御する方法を併用すると、信頼性がさらに向上する。

なお、刃物が回転中か否かの判断は、前記方法のほか、刃物回転モータのインバータの回転速度指令に対して、速度到達信号が出力されているか否か判断する。つまり、刃物回転モータが回転指令速度に達しているか判断するようにしてもよい。

本発明は前記した実施例や実施態様に限定されず、特許請求の範囲を逸脱せずに種々の変形を含む。

本発明は円盤刃物の送り制御方法、装置、およびそれを用いた切断装置に利用される。

Ｗ ワーク
１ ワーク台
２ 刃物
２ａ 刃物台（主刃物台）
２ｂ 副刃物台
３ 刃物回転モータ
４ａ 刃物送りモータ
４ｂ 送りネジ棒
５ 刃物昇降手段
１１ パレット
１２ａ パレット移動モータ
２１ 刃物速度計測手段
２３ 電力計測手段
３０ サーボコントローラ
３１ 比較演算部
３２ 入力装置
４０ 出力装置
５１ ブラケット
５２ 支持ピン
５４ 中間軸
５５ａ 第１伝動手段
５５ｂ 第２伝動手段

Claims (18)

1. 刃物回転モータの電力Ｐを計測すること、
   刃物の回転速度ｆを計測すること、
   刃物が回転中か否かを判断すること、
   回転中なら、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）Ｎ・ｍの式に従い計算すること、
   切断中か否かを判断すること、
   切断中なら送り速度ＰＩＤ制御を開始し、トルクが一定となるように信号を刃物送りモータに送ること、
   刃物回転モータが過負荷か否か判断すること、
   過負荷でないとき、送り速度ＰＩＤ制御を行うこと、
   切断終了か否かを判断すること、
   切断終了なら運転開始位置方向へ刃物を移動すること、
   前記切断終了でないなら前記ＰＩＤ制御から後のいずれかの手順に戻ること、
   前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させること、
   基準時間内にトルクが正常化したか否かを判断すること、
   正常化なら前記送り速度ＰＩＤ制御を行うこと、
   正常化でないなら、刃物を切断開始方向へ後退させることを含む円盤刃物送り制御方法。
   
2. 前記正常化でないなら刃物を切断開始位置方向へ後退させることの次に、
   トルクが正常化したか判断すること、
   正常化なら低速送り運転をすること、
   切断開始したか判断すること、
   切断開始なら、パラメータを初期化して、ＰＩＤ制御に戻ることを含む請求項１記載の円盤刃物送り制御方法。
   
3. 前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断することの次に、
   安定なら平均送り速度Ｆ、刃物ＩＤ、切断量、ワークデータを取得することを含む請求項１または２記載の円盤刃物送り制御方法。
   
4. 前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断することの次に、
   安定なら平均送り速度Fを取得すること、
   Ｆが当該切断条件でのしきい値以上か判断すること、
   以上でないなら刃物を交換する信号をだすことを含む請求項１または２記載の円盤刃物送り制御方法。
   
5. 前記過負荷でないとき前記送り速度ＰＩＤ制御を行うことの次に、
   刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、
   切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、
   切断終了なら、切断終了位置を取得すること、
   刃物を運転開始位置方向へ移動することを含む請求項１記載の円盤刃物送り制御方法。
   
6. 前記ワーク終端直前か判断する手順が直前なら、この手順において、
   刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、
   切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、
   刃物が材料から抜ける手前位置として、前記切断終了位置から検知余裕幅ａより長い距離Ｌ３のだけ手前の位置を定め、
   この位置から刃物を低速送り運転することを含む請求項１記載の円盤刃物送り制御方法。
   
7. 前記切断終了位置を取得することの次に、
   連続切断か判断すること、
   連続切断なら残回数有か判断すること、
   残回数有なら刃物を−Ｘ方向へ移動させること、
   刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離だけ変位した位置に到着したか判断すること、
   到着ならパレットを移動させること、
   パレットが次回切断位置に到着したか判断すること、
   到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻る、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻ること、
   前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動することを含む請求項５または６記載の円盤刃物送り制御方法。
   
8. 前記切断終了位置を取得することの次に、
   連続切断か判断すること、
   連続切断なら残回数有か判断すること、
   残回数有なら刃物を＋Ｚ方向へ移動させること、
   刃物を−Ｘ方向へ移動させること、
   パレットを移動させること、
   刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離だけ変位した位置に到着したか判断すること、
   
   到着ならパレットを移動させること、
   刃物とパレットが次回切断位置のＸＹ座標上に到着したか判断すること、
   到着なら刃物を−Ｚ方向へ移動させること、
   刃物とパレットが次回切断位置に到着したか判断すること、
   到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻る、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻ること、
   前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動することを含む請求項５または６記載の円盤刃物送り制御方法。
   
9. 刃物回転モータの電力を計測する電力計測手段と、
   刃物の回転速度を計測する回転速度計測手段と、
   刃物が回転中か否かを判断する回転判断手段と、
   回転中なら、トルクＴ＝Ｐ／（２×π×ｆ）Ｎ・ｍの式に従い計算するトルク計算手段と、
   切断中か否かを判断する切断判断手段と、
   切断中なら送り速度ＰＩＤ制御を開始し、トルクが一定となるように信号を刃物送りモータに送る送り速度制御手段と
   刃物回転モータが過負荷か否か判断する過負荷判断手段と、
   切断終了か否かを判断する切断終了判断手段と、
   切断終了なら運転開始位置方向へ刃物を移動する手段と、
   前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させる手段と、
   基準時間内にトルクが正常化したか否かを判断する時間内トルク正常判断手段と、
   正常化なら前記送り速度ＰＩＤ制御を行い、正常化でないなら、刃物を切断開始方向へ後退させる制御手段とを備えた円盤刃物送り制御装置。
   
10. 前記正常化でないなら刃物を切断開始位置方向へ後退させることの次に、
    トルクが正常化したか判断するトルク正常判断手段と、
    正常化なら低速送り運転をし、切断開始したか判断し、切断開始なら、パラメータを初期化して、ＰＩＤ制御に戻る制御手段とを備えた請求項９記載の円盤刃物送り制御装置。
    
11. 前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断するトルク安定判断手段と、
    安定なら平均送り速度Ｆ、刃物ＩＤ、切断量、ワークデータの少なくとも１種を取得する制御手段とを備えた請求項９または１０記載の円盤刃物送り制御装置。
    
12. 前記過負荷でないとき、目標トルクで安定か判断するトルク安定判断手段と、
    安定なら平均送り速度Fを取得し、Ｆが当該切断条件でのしきい値以上か判断し、
    以上ならΔＴｎ、Σｎを保存し、以上でないなら刃物を交換する信号をだす制御手段とを備えた請求項９または１０記載の円盤刃物送り制御装置。
    
13. 前記過負荷でないとき前記送り速度ＰＩＤ制御を行うことの次に、
    刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、切断終了か判断する切断終了判断手段と、
    切断終了なら、切断終了位置を取得し、刃物を運転開始位置方向へ移動する制御手段とを備えた請求項９記載の円盤刃物送り制御装置。
    
14. 刃物が材料から抜ける位置として、材料の後端隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達したときの、ワーク後端から刃物回転中心位置までの距離Ｌ２を求め、
    切断終了位置として、前記抜ける位置から検知余裕幅ａを加えた位置とし、
    刃物が材料から抜ける手前位置として、前記切断終了位置から検知余裕幅ａより長い距離Ｌ３のだけ手前の位置を定め、ワーク後端直前か判断する直前判断手段と、
    この位置から刃物を低速送り運転する制御手段とを備えた請求項１３記載の円盤刃物送り制御装置。
    
15. 前記切断終了位置を取得することの次に、
    連続切断か判断する連続判断手段と、
    連続切断なら残回数有か判断する回数判断手段と、
    残回数有なら刃物を−Ｘ方向へ移動させ、刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離だけ変位した位置に到着したか判断し、到着ならパレットを移動させ、パレットが次回切断位置に到着したか判断し、到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻り、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻り、
    前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動する制御手段とを備えた請求項１３または１４記載の円盤刃物送り制御装置。
    
16. 前記切断終了位置を取得することの次に、
    連続切断か判断する連続判断手段と、
    連続切断なら残回数有か判断する回数判断手段と、
    残回数有なら刃物を＋Ｚ方向へ移動させ、刃物を−Ｘ方向へ移動させ、パレットを移動させ、
    刃物が前回切断開始位置より−Ｘ方向へ一定距離変位した位置に到着したか判断し、
    到着ならパレットを移動させ、刃物とパレットが次回切断位置のＸＹ座標上に到着したか判断し、
    到着なら刃物を−Ｚ方向へ移動させ、刃物とパレットが次回切断位置に到着したか判断し、
    到着なら前記切断中判断手順の手前へ戻り、到着否なら前記パレット移動手順の手前へ戻り、
    前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動する制御手段とを備えた請求項１３または１４記載の円盤刃物送り制御装置。
    
17. 円盤刃物を設置した刃物台と、刃物回転モータと、刃物送りモータを持つ刃物送り手段と、前記請求項９ないし１６のいずれかに記載の制御装置とを備えた切断装置。
    
18. 円盤刃物を設置した刃物台と、刃物回転モータと、刃物送りモータを持つ刃物送り手段と、
    刃物昇降手段と、パレット移動手段と、
    前記請求項９ないし１６のいずれかに記載の制御装置とを備えた切断装置。

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