JP6282148B2

JP6282148B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP6282148B2
Application number: JP2014053584A
Authority: JP
Inventors: 岡本　洋一; 洋一岡本; 英一郎五味; 大樹中尾; 豊齊藤
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: EP2926947A1; EP2926947B1; JP2015174198A; CN104924092A; US20150258650A1; US9999954B2

Description

本開示は工作機械に関し、より特定的には、工作機械の運転中の音の出力に関する。

工作機械による加工において、オペレータは、工具とワークとの接触や刃先の切削状態を判断する際、その経験に基づき、刃先から発生する音を頼りに、当該判断を行なっていた。しかしながら、工作機械の運転中は、主軸、ワーク、工具の回転音も発生するため、判断に必要な音のみを聞き分けることは困難であった。

また、工作機械の運転中は、加工室のドアを開けることができず（たとえば、特許文献１参照）、オペレータは必要な音を聞き分けることは、より困難になってきている。

特開２０１０−５７５９号公報

したがって、工作機械のオペレータが安全かつ容易に音を聞き分ける技術が必要とされている。本開示は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、オペレータが運転状態を安全かつ容易に判断できる工作機械を提供することである。他の局面における目的は、オペレータが運転状態を安全かつ容易に判断できるように工作機械を制御するためのプログラムを提供することである。

一実施の形態に従う工作機械は、加工室と、加工室内の音を集めるためのマイクと、工作機械の動作モードを規定する設定の入力を受け付けるための入力手段と、工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、加工室内で集められた音の一部を抽出するための音声選択手段と、音声選択手段によって抽出された音を加工室の外に出力するための音声出力手段とを備える。

他の実施の形態に従う工作機械は、加工室と、加工室内の音を集めるためのマイクと、工作機械の動作モードを規定する設定の入力を受け付けるための入力手段と、工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、加工室内で集められた音の一部を抽出するための音声選択手段と、音声選択手段によって抽出された音の信号レベルが予め規定された範囲から逸脱した場合に、信号レベルが範囲から逸脱したことを報知するための報知手段とを備える。

好ましくは、音声選択手段は、加工室内の音の抽出基準として選択された周波数、位相または振幅のうちの少なくとも一つ以上について、設定により規定された範囲に含まれる音声成分を音の一部として抽出し、または、加工室内の音の除外基準として選択された周波数、位相または振幅のうちの少なくとも一つ以上について、設定により規定された範囲に含まれる音声成分を除去し、音声成分が除去された残りの音を音の一部として抽出する。

好ましくは、工作機械は、当該工作機械の動作音として予め取得された音の信号を格納するための記憶手段をさらに備える。音声選択手段は、予め取得された音の信号と類似する音声成分を音の一部として抽出し、または、予め取得された音の信号を加工室内で集められた音から除去することにより音の一部を抽出する。

他の実施の形態に従うと、工作機械を制御するためのプログラムが提供される。このプログラムは、工作機械のコントローラに、工作機械の加工室内の音を集めるステップと、工作機械の動作モードを規定する設定の入力を受け付けるステップと、工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、加工室内で集められた音の一部を抽出するステップと、抽出された音を加工室の外に出力するステップとを実行させる。

さらに他の実施の形態に従う、工作機械を制御するためのプログラムは、工作機械のコントローラに、工作機械の加工室内の音を集めるステップと、工作機械の動作モードを規定する設定の入力を受け付けるステップと、工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、加工室内で集められた音の一部を抽出するステップと、抽出された音の信号レベルが予め規定された範囲から逸脱した場合に、信号レベルが範囲から逸脱したことを報知するステップとを実行させる。

ある局面において、工作機械のオペレータは、運転中の音から必要な音（たとえば、異音）を安全かつ容易に認識することができる。

この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本実施の形態に従う工作機械１００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。工作機械１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。プロセッサ２２１が実行する一連の処理の一部を表わすフローチャートである。工作機械４００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。工作機械４００のプロセッサ２２１が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。モニタ２２４における画面の表示の一例を表わす図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［概要］
図１を参照して、本実施の形態に係る工作機械１００の概要について説明する。図１は、本実施の形態に従う工作機械１００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。工作機械１００は、入力部１１０と、記憶部１２０と、集音部１３０と、音声選択部１４０と、音声出力部１５０とを備える。

入力部１１０は、工作機械１００の複数の動作モードのうちのいずれかの動作モードの設定の入力を受け付ける。入力された設定は、記憶部１２０に格納される。入力部１１０は、たとえば、工作機械１００の操作面に設けられるタッチパネル、物理スイッチ、入力インターフェイスその他の入力装置によって実現される。

本実施の形態において、当該複数の動作モードは、たとえば、工作機械１００による加工動作を規定するモードに加えて、工作機械１００の運転中に発生する音を工作機械１００の外部に出力するモードと、当該音を外部に出力しないモードとを含み得る。また、運転中に発生する音を外部に出力するモードは、工作機械１００で発生する音を全て出力するモードと、工作機械１００のオペレータによって指定された音を出力するモードとを含み得る。

記憶部１２０は、工作機械１００に対して与えられたデータまたはプログラムを格納する。たとえば、記憶部１２０は、ある一定の条件の下で工作機械１００が正常に運転している場合に発生する音の信号パターンを格納する。このような信号パターンは、たとえば、工作機械１００の稼動が行なわれる前にサンプルデータ（教示データ）として取得される。この信号パターンは、工作機械１００の運転中に、その他の音を抽出するためのフィルタとして用いられる。

また、記憶部１２０は、工作機械１００の動作を規定するプログラムを格納する。当該プログラムは、工作機械１００の運転中の音から指定された音を抽出するためのプログラムを含み得る。他の局面において、プログラムは、工作機械１００の外部に音を出力する処理を実現するプログラムを含み得る。

また別の局面において、記憶部１２０は、工作機械１００において取得されたデータを格納する。記憶部１２０は、たとえば、ハードディスク装置、フラッシュメモリその他の不揮発性のデータ記録媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）その他の揮発性のデータ記録媒体、あるいは、メモリカードその他の着脱可能なデータ記録媒体等によって実現される。他の局面において、工作機械１００がネットワークに接続可能な場合には、記憶部１２０は、ネットワークに接続される記憶装置のような外部記憶装置によって実現されてもよい。

集音部１３０は、工作機械１００の加工室内の音を集める。加工室内の音は、主軸の回転音、切削音、クーラントの排出音その他の正常な音のみに限られず、びびり音その他の異音も含み得る。集音部１３０は、たとえば、防塵および防滴機能を有するマイクとして実現される。

音声選択部１４０は、音声フィルタとして機能する。より具体的には、音声選択部１４０は、工作機械１００の外部に音声を出力するために入力された設定に従って、当該加工室内で集められた音声の一部を抽出する。音声選択部１４０は、音声抽出処理プログラムを実行するプロセッサによって、あるいは、音声抽出回路によって実現される。

音声出力部１５０は、音声選択部１４０によって抽出された音声を加工室の外に出力する。音声出力部１５０は、たとえば、スピーカ、あるいは、ヘッドホンの接続端子その他の音声信号出力インターフェイスなどを含み得る。

たとえば、ある局面において、オペレータは、出力対象の音を指定するため、周波数、波形、振幅のうちの少なくとも一つ以上について、範囲あるいは形状をタッチパネルにおいて指定あるいは選択する。選択のためのメニューは、たとえば、ワークの種類ごとに、工作機械１００の加工条件ごとに規定されている。このような選択は、工作機械１００の運転前、運転中のいずれにおいても可能である。

当該範囲あるいは形状は、たとえば、工作機械１００が正常に運転している場合に発生する正常な音を表わす範囲あるいは形状である。この正常な音は、工作機械１００で加工されるワークの種類、工具の種類、加工条件等によって異なる。指定あるいは選択された範囲あるいは形状は、記憶部１２０に格納される。

集音部１３０は、工作機械１００の運転中の音を集める。集められた音の信号は、音声選択部１４０に入力される。一例として、音声選択部１４０は、オペレータによって指定された周波数、波形、振幅のうちの少なくとも一つ以上の範囲あるいは形状に属する音成分を除去し、残りの音成分の信号を音声出力部１５０に送出する。音声出力部１５０は、当該残りの音成分の信号に基づく音を出力する。

たとえば、工作機械１００が正常に運転している場合、音声選択部１４０は、当該正常な音の成分を除去する。したがって、この場合、音声出力部１５０からは、ほとんど音が出力されない。一方、工作機械１００の加工中にびびり音その他の異音が発生している場合、当該異音の周波数、波形あるいは振幅の成分は、音声選択部１４０によって除去されない。したがって、音声出力部１５０は、当該異音を工作機械１００の外部に出力することになる。

［ハードウェア構成］
図２を参照して、工作機械１００の構成についてさらに説明する。図２は、工作機械１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。工作機械１００は、加工室２１０と、制御部２２０とを備える。

加工室２１０は、モータ２１１と、主軸２１２と、クーラントホース２１３と、マイク２１４とを含む。制御部２２０は、プロセッサ２２１と、操作盤２２２と、メモリ２２３と、モニタ２２４と、ライト２２５と、スピーカ２２６とを含む。

クーラントホース２１３は、クーラント液を供給する。したがって、加工室２１０において発生する音は、クーラント液が放出される音を含み得る。

加工室２１０において、マイク２１４は、集音部１３０として、たとえば、主軸２１２の駆動によって発生する音を拾うように主軸２１２の近傍に取り付けられる。マイク２１４が取り付けられる場所は、音声が発生する場所の近傍が望ましいが、主軸２１２の近傍に限られない。また、マイク２１４が取り付けられる位置は、変更可能であってもよい。

また別の局面において、複数のマイクが加工室２１０に設けられてもよい。この場合、各マイクは、主軸２１２、クーラントホース２１３、その他音が発生し得る場所の近傍にそれぞれ配置され得る。

制御部２２０において、マイク２１４によって集められた音の信号は、プロセッサ２２１に入力される。ある局面において、プロセッサ２２１は、音声選択部１４０として、加工室２１０において発生した音のうち異音を抽出する。たとえば、プロセッサ２２１は、工作機械１００の運転中に取得された音から、工作機械１００の通常の動作音としてメモリ２２３に予め登録されている音の成分を取り除き、残りの音（たとえば、びびり音）の信号を異音として出力する。

操作盤２２２は、入力部１１０として、工作機械１００のオペレータによる指令の入力を受け付ける。操作盤２２２は、たとえば、タッチパネル式の操作パネル、物理スイッチ、その他の入力インターフェイスとして構成される。

メモリ２２３は、記憶部１２０として、工作機械１００の動作モードを規定する設定を保持する。また、メモリ２２３は、加工室２１０で発生する音を抽出するために用いられる教示データ、サンプルデータ等を保持する。

モニタ２２４は、プロセッサ２２１から出力されるデータに基づいて工作機械１００の動作状態および工作機械１００の動作を規定する設定を表示する。ある局面において、モニタ２２４は、液晶モニタ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）モニタ、その他の表示装置によって実現される。他の局面において、モニタ２２４は、タッチパネル式のモニタであって、工作機械１００の設定の入力を受け付けられる構成であってもよい。

ライト２２５は、工作機械１００の運転状態を示す。ライト２２５は、たとえば赤、緑、青、その他の少なくとも１つ以上の色を点灯可能な照明装置として実現される。ライト２２５は、たとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）によって実現される。

スピーカ２２６は、音声出力部１５０として、プロセッサ２２１の命令に基づいて、加工室２１０において集められた音の一部を出力する。他の局面において、スピーカ２２６は、工作機械１００が正常に稼働していることを表わす音あるいは工作機械１００において異常が発生したことを示す音などを出力し得る。他の局面において、スピーカ２２６は、工作機械１００の状態を管理する別の部屋に設けられてもよい。

［制御構造］
図３を参照して、本実施の形態に係る工作機械１００の制御構造について説明する。図３は、プロセッサ２２１が実行する一連の処理の一部を表わすフローチャートである。

ステップＳ３１０にて、プロセッサ２２１は、操作盤２２２に対して与えられた命令に基づいて、工作機械１００の運転を開始する。

ステップＳ３２０にて、プロセッサ２２１は、マイク２１４を介して、加工室２１０の内部の音を収集する。プロセッサ２２１は、収集した音をメモリ２２３のワーク領域に一時的に格納する。ある局面において、プロセッサ２２１は、工作機械１００の運転中のすべての音をメモリ２２３に順次格納してもよい。他の局面において、プロセッサ２２１は、予め定められた周期で集められた一定時間の音だけをメモリ２２３に保存してもよい。また、運転後の分析に備えて、収集した音がハードディスクその他の不揮発性のデータ記録装置に保存されてもよい。

ステップＳ３３０にて、プロセッサ２２１は、音声選択部１４０として、メモリ２２３に保存されている工作機械１００の設定に従って、マイク２１４によって集められた音の一部を抽出する。たとえば、工作機械１００のオペレータが工作機械１００の運転モードを工作機械１００に入力する。プロセッサ２２１は、正常時の音として、その設定に適合する音をメモリ２２３から読み出す。さらに、プロセッサ２２１は、工作機械１００の運転中に、マイク２１４で集められた音から、当該設定に適合する音を取り除いて、残りの音を抽出する。

ステップＳ３４０にて、プロセッサ２２１は、抽出した音をスピーカ２２６を用いて加工室２１０の外部に出力する。

このような構成により、工作機械１００は、その運転中に定常状態の音（すなわち、設定に適合する音）とは異なる音を、スピーカ２２６から出力し得る。仮に、工作機械１００の運転中に工具欠損、回転軸の軸受け摩耗のような異常が発生すると、スピーカ２２６は、異音を出力する。工作機械１００のオペレータは、その異音を聞くことにより、工作機械１００の運転中に異常が発生したことを認識できるので、工作機械１００の非常停止、点検、修理その他の措置を速やかに取ることができる。

［他の局面］
図４を参照して、他の局面に従う工作機械４００について説明する。図４は、工作機械４００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。なお、工作機械１００が備える構成と同様の構成には同様の番号を付してある。したがって、それらの説明は繰り返さない。また、工作機械４００のハードウェア構成は、図２に示されるハードウェア構成と同様である。したがって、ハードウェア構成の説明も繰り返さない。

工作機械４００は、工作機械１００の構成に加えて、判断部４１０と、報知部４２０とを備える。判断部４１０は、音声選択部１４０によって選択された音の信号レベルが予め規定された範囲から逸脱したか否かを判断する。たとえば、判断部４１０は、記憶部１２０に格納されている音の周波数、形状、振幅のいずれかの許容範囲を表わすデータ（基準値）と、音声選択部１４０によって選択された音の信号レベル（実測値）とを比較する。判断部４１０は、音声選択部１４０によって抽出された音の信号レベル（実測値）が予め規定された範囲（基準値）から逸脱した場合に、当該信号レベルがその範囲から逸脱したことを報知するための指令を報知部４２０に出力する。報知部４２０は、そのような指令を受け取ると、工作機械４００において異音が発生したことを報知する。

［制御構造］
図５を参照して、工作機械４００の制御構造について説明する。図５は、工作機械４００のプロセッサ２２１が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。なお、前述の処理と同様の処理には同一のステップ番号を付してある。したがって、それらの説明は繰り返さない。

ステップＳ５１０にて、プロセッサ２２１は、抽出された音の信号レベルが予め規定された範囲に含まれるか否かを判断する。プロセッサ２２１は、当該信号レベルが当該範囲に含まれると判断すると（ステップＳ５１０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ３２０に戻す。プロセッサ２２１は、マイク２１４を用いて加工室２１０の内部の音を収集し続ける。そうでない場合には（ステップＳ５１０にてＮＯ）、プロセッサ２２１は、制御をステップＳ５２０に切り換える。

ステップＳ５２０にて、プロセッサ２２１は、抽出された音の信号レベルが予め規定された範囲外であることを報知する。たとえば、スピーカ２２６は、その旨を知らせる音声を出力する。他の局面において、ライト２２５は、そのことを報知するものとして予め規定された色で点滅する。あるいは、モニタ２２４は、抽出された音の信号レベルが規定された範囲外であることを示すメッセージを表示する。工作機械４００がネットワークを介して監視システム（図示しない）に接続されている場合には、工作機械４００は、異音が発生したことを通知する信号を中央監視システムに送信し得る。

［報知態様］
そこで、図６を参照して、ある局面に従う工作機械４００の報知態様の一例について説明する。図６は、モニタ２２４における画面の表示の一例を表わす図である。

ある局面において、工作機械４００の加工室２１０において異音が検知されると、モニタ２２４は、メッセージ６１０を表示する。メッセージ６１０は、加工室の内部の音の異常であることを表わす。工作機械４００のオペレータは、このようなメッセージ６１０を認識すると、工作機械４００において何らかの異常が生じていることを安全かつ容易に認識できる。

以上のようにして、本実施の形態に係る工作機械１００，４００によれば、加工室２１０のドアを閉じた状態で、工作機械のオペレータが監視したい音（異音）をスピーカから出力し得る。オペレータは、工作機械の運転状態を安全かつ容易に知ることができるので、安全性を維持することができる。

また、オペレータは、入力部１１０を介して設定を入力することにより、抽出したい音を容易に選択することができる。したがって、工具の接触を検知したい場合、びびりの有無を検出したい場合、工具の刃先の欠損を検知したい場合等、オペレータは、目的に応じて容易に設定を切り換えることができるので、工作機械の操作性が向上し得る。

また、工作機械４００は、音の検出状態をメッセージその他の態様で報知できるので、オペレータは、常にスピーカの音を聞いている必要はなく、報知の内容で工作機械の状態を安全かつ容易に知ることができる。なお、当然の事ながら、加工室内で発生する音につき、オペレータが監視したい音をリアルタイムに出力するようにしても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００，４００工作機械、１１０入力部、１２０記憶部、１３０集音部、１４０音声選択部、１５０音声出力部、２１０加工室、２１１モータ、２１２主軸、２１３クーラントホース、２１４マイク、２２０制御部、２２１プロセッサ、２２２操作盤、２２３メモリ、２２４モニタ、２２５ライト、２２６スピーカ、４１０判断部、４２０報知部、６１０メッセージ。

Claims

工作機械であって、
加工室と、
前記加工室内の音を集めるためのマイクと、
前記工作機械の動作を規定する設定の入力を受け付けるための入力手段と、
前記工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、前記加工室内で集められた音を抽出するための音声選択手段と、
前記音声選択手段によって抽出された音を前記加工室の外に出力するための音声出力手段とを備え、
前記音声選択手段は、
前記加工室内の音の抽出基準として選択された周波数または振幅のうちの少なくとも一つ以上について、前記設定により規定された範囲に含まれる音声成分を抽出し、または、
前記加工室内の音の除外基準として選択された周波数または振幅のうちの少なくとも一つ以上について、前記設定により規定された範囲に含まれる音声成分を除去し、前記音声成分が除去された残りの音を抽出する、工作機械。
工作機械であって、
加工室と、
前記加工室内の音を集めるためのマイクと、
前記工作機械の動作を規定する設定の入力を受け付けるための入力手段と、
前記工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、前記加工室内で集められた音を抽出するための音声選択手段と、
前記音声選択手段によって抽出された音の信号レベルが予め規定された範囲から逸脱した場合に、前記信号レベルが前記範囲から逸脱したことを報知するための報知手段とを備え、
前記音声選択手段は、
前記加工室内の音の抽出基準として選択された周波数または振幅のうちの少なくとも一つ以上について、前記設定により規定された範囲に含まれる音声成分を抽出し、または、
前記加工室内の音の除外基準として選択された周波数または振幅のうちの少なくとも一つ以上について、前記設定により規定された範囲に含まれる音声成分を除去し、前記音声成分が除去された残りの音を抽出する、工作機械。
工作機械であって、
加工室と、
前記加工室内の音を集めるためのマイクと、
前記工作機械の動作を規定する設定の入力を受け付けるための入力手段と、
前記工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、前記加工室内で集められた音を抽出するための音声選択手段と、
前記音声選択手段によって抽出された音を前記加工室の外に出力するための音声出力手段と、
前記工作機械の動作音として予め取得された音の信号を格納するための記憶手段とを備え、
前記音声選択手段は、
前記予め取得された音の信号と類似する音声成分を抽出し、または、
前記予め取得された音の信号を前記加工室内で集められた音から除去する、工作機械。
工作機械であって、
加工室と、
前記加工室内の音を集めるためのマイクと、
前記工作機械の動作を規定する設定の入力を受け付けるための入力手段と、
前記工作機械の外部に音を出力するために入力された設定に従って、前記加工室内で集められた音を抽出するための音声選択手段と、
前記音声選択手段によって抽出された音の信号レベルが予め規定された範囲から逸脱した場合に、前記信号レベルが前記範囲から逸脱したことを報知するための報知手段と、
前記工作機械の動作音として予め取得された音の信号を格納するための記憶手段とを備え、
前記音声選択手段は、
前記予め取得された音の信号と類似する音声成分を抽出し、または、
前記予め取得された音の信号を前記加工室内で集められた音から除去する、工作機械。