具有工具更换装置的减速器的异常诊断功能的机床的制作方法

本发明涉及能够对工具更换装置中使用的的减速器的异常进行诊断的机床，其中，所述工具更换装置具有机床的工具库。

背景技术：

作为减速器的异常诊断方法已知有如下方法：将传感器安装于诊断对象部分根据来自该传感器的信息来诊断减速器的异常。由于该方法是异常发生之后的事后发现的，因此不能预知异常。此外，作为预知异常的方法还已知有如下方法(参照日本特开平5-52712号公报)：通过振动传感器来检测振动模式，将该振动模式与正常的振动模式进行比较而在事前预知异常。但是，由于该方法在来自传感器的信号中包含噪声，因此也存在不能够明确地区别异常时与正常时的不同这样的问题。

并且，作为预知减速器的异常的方法已知有如下的减速器异常诊断方法以及诊断装置(参照日本特开2008-32477号公报)：根据电动机的转矩指令与速度反馈，通过观测器推定出干扰转矩，对该推定干扰转矩的时间序列数据进行频率解析，由此，提取出与减速器的中间要素的旋转频率的常数倍对应的特定频谱，在该特定频谱的振幅超过阈值时，判定为异常。关于该方法，由于噪声不包含于数据中，因此能够正确地实施减速器的异常的诊断。

使用上述的观测器来推定干扰转矩、根据该推定干扰转矩来检测减速器的异常的减速器异常诊断方法能够正确地预知减速器的异常，但是当想要将所述方法应用于为了使机床的工具更换装置中的工具库旋转而使用的减速器时，在进行工具的替换的情况下，由于减速器输出侧的惯性发生变化，干扰转矩发生变化，因此存在如下问题：在进行工具的替换时不能够正确地实施诊断。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，即使在具有工具更换装置的机床中也能够通过利用观测器求出的推定干扰转矩来正确地实施减速器的异常诊断，其中，所述工具更换装置具有机床的旋转式的工具库。

本发明涉及的机床具有：旋转式的工具库，其能够对机床的主轴装卸工具；多个工具把持部，其呈放射状地设置于所述工具库；库驱动电动机，其使所述工具库进行旋转动作；减速器，其使所述库驱动电动机的旋转向所述工具库减速传递；以及控制装置，其具有如下功能：根据使所述库驱动电动机以固定速度旋转时取得的转矩指令和速度反馈，通过观测器推定出与所述减速器相关的干扰推定值，从通过频率解析而获得的所述干扰推定值的频率成分中提取出特定频谱，将该特定频谱的振幅与阈值进行比较从而进行减速器的异常诊断。

在本发明涉及的机床的第一方式中，所述控制装置具有：工具质量配置存储单元，其存储装配于各工具把持部的工具的质量；阈值存储单元，其将工具库中的工具质量配置模式与减速器的异常诊断时所使用的阈值对应起来进行存储；以及阈值设定单元，其针对存储于所述工具质量配置存储单元的工具质量配置，选择出存储于所述阈值存储单元的工具质量配置模式内的、类似的工具质量配置模式，并将与该工具质量配置模式对应起来的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值。

根据所述的机床，即使在进行了工具库上的工具替换时，也能够正确地进行减速器的异常诊断。

也可以是，所述阈值设定单元求出存储于所述工具质量配置存储单元的工具质量配置模式与存储于所述阈值存储单元的工具质量配置模式的、各工具把持部的工具质量之差的绝对值，并选择出其总和最小的工具质量配置模式来设定阈值。

在本发明涉及的机床的第二方式中，所述控制装置具有：阈值存储单元，其改变工具库的工具质量配置模式求出使工具库以规定的速度模式旋转而得的库驱动电动机的负载波形，将获得的负载波形和对应于该负载波形的阈值分别进行存储；负载波形取得单元，其使工具库以规定的速度模式旋转来求出库驱动电动机的负载波形；以及阈值设定单元，其将通过所述负载波形取得单元取得的负载波形与存储于所述阈值存储单元的各负载波形进行比较，并将相关系数最大的存储于所述阈值存储单元的负载波形相对的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值。

根据所述的机床，即使替换工具库的工具，也能够正确地进行减速器的异常诊断。

在本发明涉及的机床的第三方式中，所述控制装置具有：工具质量配置存储单元，其存储装配于各工具把持部的工具的质量；基准工具质量配置存储单元，其存储成为装配于各工具把持部的工具的质量的配置基准的基准工具质量配置模式；阈值存储单元，其针对某些工具质量配置模式与所述基准工具质量配置模式的各偏差模式分别存储阈值；偏差模式取得单元，其求出存储于所述工具质量配置存储单元的工具质量配置与所述基准工具质量配置模式的各偏差模式；以及阈值设定单元，其针对通过所述偏差模式取得单元取得的偏差模式，选择出存储于所述阈值存储单元的偏差模式内的、类似的偏差模式，并将与该偏差模式对应起来的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值。

根据所述的机床，即使替换工具库的工具，也能够正确地进行减速器的异常诊断。

在本发明涉及的机床的第四方式中，所述控制装置具有：库总质量和重心位置存储单元，其存储工具库的总质量以及重心位置；阈值存储单元，其将工具库的某些总质量和重心位置模式与阈值对应起来进行存储；以及阈值设定单元，其针对存储于所述库总质量和重心位置存储单元的总质量和重心位置模式，选择出存储于所述阈值存储单元的总质量和重心位置的模式内的、类似的模式，并将与该模式对应起来的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值。

根据所述机床，即使替换工具库的工具，也能够正确地进行减速器的异常诊断。

也可构成为，所述控制装置构成为在减速器的异常诊断时所述特定频谱超过阈值时，通过显示装置通知该情况。

根据本发明，即使在进行了工具库的工具替换的情况下，也能够设定适合于替换该工具的工具库的减速器的异常诊断所使用的阈值，因此，能够正确地进行减速器的异常诊断。

附图说明

图1是具有工具更换装置的机床的概要图，其中，所述工具更换装置具有本发明一实施方式中的旋转式工具库。

图2是控制同一实施方式中的机床的控制装置的概要图。

图3是表示同一实施方式中的减速器异常诊断处理的算法的流程图。

图4是表示图3的流程中的步骤s5的处理的详细内容的流程图。

图5是表示包含同一实施方式中的阈值更新处理的减速器异常诊断处理的算法的流程图。

图6是表示工具质量配置位置数据的一例、和将多个模式的工具质量配置与该各模式内的阈值对应起来存储的一例的图。

具体实施方式

图1是具有本发明的一实施方式的旋转式的工具库的机床的一例的概要图，图1a是主视图，图1b是侧视图。

在图1a以及图1b中符号1是机床，符号2是该机床1的主轴，符号3是工具库。工具库3具有呈放射状地把持工具4的工具把持部5，工具库3通过库驱动电动机6与减速器7而被旋转驱动。另外，符号8是机床的床体，符号9是工作台。

在进行工具更换时，首先，将装配于主轴2的工具4交付给工具库3的工具把持部5。接下来，使工具库3旋转，将使用的工具4的某个工具把持部5推至主轴位置。然后，从工具把持部5向主轴2交付要使用的工具4。

在这样的机床中，当在减速器7产生异常时，不能够正常地进行工具库3的旋转动作，可能因工具落下而导致工具和工件的损坏。因此，本发明通过具有减速器异常诊断功能而能够在事前预知异常，能够将上述的不良防范于未然。

图2是本实施方式的机床1的控制装置10的概要图。

控制装置10与以往机床的控制装置同样地由nc控制装置等构成，结构也与以往相同，具有未图示的处理器、rom、ram、非易失性存储器、各种接口构成的电子伺服电路、显示装置、输入指令和数据的输入单元等。各种存储器、各种接口、电子伺服电路经由系统总线而与处理器连接。电子伺服电路根据反馈数据对伺服电动机进行位置环控制、速度环控制，并且根据来自晶体管变换器等伺服放大器的电流反馈信号进行电流环控制。特别是，与本发明关联地，在该控制装置10中具有：推定干扰转矩的观测器10a、频谱确定单元10b、异常诊断单元10c、工具质量配置存储单元10d、阈值存储单元10e、以及阈值设定单元10f。

观测器10a与以往结构相同，是如下装置：根据在通过电动机而相对旋转运动的一对动作部件以固定速度(固定周期)进行相对旋转时取得的转矩指令和速度反馈，推定出与减速器相关的干扰转矩(干扰推定值)。

此外，频谱确定单元10b是如下装置：从对干扰转矩的时间序列数据进行频率解析而获得的频率成分中提取出与一对动作部件以固定速度相对旋转时的曲轴的旋转频率的常数倍对应的确定的对象频谱(特定频谱)。

异常诊断单元10c对减速器的异常进行诊断，与实施日本特开2008-32477号公报所公开、而成为公知的减速器的异常诊断方法的手段相同。

工具质量配置存储单元10d是如下装置：将装配于工具库3的各工具把持部5的工具4的质量，即工具质量的配置进行存储。

阈值存储单元10e是如下装置：将多个模式的工具质量配置与减速器的异常诊断时使用的阈值对应起来进行存储。

阈值设定单元10f是如下装置：针对存储于工具质量配置存储单元的工具质量配置，选择出存储于阈值存储单元的工具配置模式内的、最近的工具配置模式，将与该工具配置模式对应起来的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值。

在进行了工具库3中的工具4的替换时，控制装置10在开始机床的运转时每隔规定时间自动地实施减速器异常诊断处理，并且在输入了减速器异常诊断指令时实施减速器异常诊断处理。

图3是表示本实施方式的异常诊断单元10c实施的以往实施的减速器异常诊断方法的算法的流程图，由于与日本特开2008-32477号公报所公开的算法相同，因此只对其概要进行说明。

在步骤s1中，对工具库3进行规定时间驱动使其旋转，在步骤s2中，按规定的采样周期△t来接收速度反馈值以及转矩指令值。

在步骤s3中，通过观测器从接收到的速度反馈值以及转矩指令值推定出包含与减速器的中间轴要素(例如，使与内齿齿轮啮合的外齿齿轮偏心旋转的曲轴)的旋转周期同步的周期成分的干扰转矩。

在步骤s4中，将速度反馈值、转矩指令值、推定出的干扰转矩存储为时间序列数据。

通过步骤s5，提取出速度反馈值v比阈值lv大、且工具库以固定速度旋转时的对象数据。

图4详细地表示步骤s5的对象数据提取过程。

首先，从速度反馈值计算出加速度a。关于该加速度a，将在一定的采样期间以上时间连续地收敛于预先设定的阈值la内视为工具库3以固定速度旋转，提取出该一定期间内的干扰转矩d的时间序列数据d(步骤sb1～sb8)。使提取的干扰转矩d的数据数量np为减速器的中间轴要素至少旋转一圈的周期tp除以采样周期△t而得到的值以上。即，使数据数np为tp/△t以上。中间轴要素旋转一圈的周期计算为中间轴要素的旋转频率vp的倒数。另外，在加速度a没有在一定的期间以上连续地收敛于预先设定的阈值la内时，输出警告将速度不固定的内容显示到显示装置等(步骤sb11)。

在通过步骤s5获得干扰转矩d的时间序列数据d时(步骤sb8)，向步骤s6转移，向一定期间内提取出的最初的速度反馈值v0乘以减速比n/n来计算出减速器的中间轴要素的旋转频率vp(vp＝v0×(n/n))，其中，所述减速比n/n为中间轴要素的n旋转数除以电动机输出轴的n旋转数而得的值。

通过步骤s7，进行频率解析(fft)。

通过步骤s8，求出确定为与减速器的中间轴要素的旋转频率vp的整数倍(vp、2×vp、3×vp、…、np×vp)对应的周期成分的对象频谱的振幅(f(1)、f(2)、f(3)、…、f(np))。

另一方面，成为诊断的基准的基准频谱通过同样的方法，将向减速器正常动作时的频谱(f01、f02、f03、…、f0n)施加富余量(margin)而得的值求出为阈值(lf1、lf2、lf3、…、lfn)。

通过步骤s9、s10，将诊断对象频谱的振幅与基准频谱的振幅(阈值)进行比较，例如，将即使一个诊断对象频谱的振幅超越基准频谱的振幅的情况判断为异常，通过步骤s11输出警报。此外，如果没有异常，则不输出警报而结束处理。

通过上述的方法，根据定量的判断基准，能够预知减速器的异常。

但是，在将上述的以往实施的减速器的异常诊断处理应用于机床的工具更换装置的减速器时，存在如下问题：在用户更换了库上的工具时，由于减速器输出侧的惯性变化，因此干扰转矩超过阈值，误检出测减速器的异常。

针对上述的问题，在本发明中，通过与工具库上的工具质量配置对应地变更阈值，即使在进行了工具的替换时候也能够实施正确的异常诊断。

在本实施方式中，在控制装置10中还设置有：工具质量配置存储单元10d，其将装配于工具库3的各工具把持部5的工具4的质量、即工具质量的配置进行存储；以及阈值存储单元10e，其将多个模式的工具质量配置与减速器的异常诊断时所使用的阈值对应起来进行存储。

图6是表示存储于工具质量配置存储单元10d的工具质量配置位置数据的一例、和将存储于阈值存储单元10e的多个模式的工具质量配置与该各模式内的阈值对应起来进行存储的一例的图。

图6中的符号20表示存储于该工具质量配置存储单元10d的工具质量配置位置数据的一例，符号21表示将存储于该阈值存储单元10e的多个模式的工具质量配置与该各模式内的阈值对应起来存储的一例。图6表示模式p1～p3与该各模式相对的阈值x1～x3的关系。

并且，控制装置10还具有阈值设定单元10f，通过该阈值设定单元10f针对存储于工具质量配置存储单元10d的工具质量配置(例如图6的符号20)，选择出存储于阈值存储单元10e的工具配置模式(例如图6的模式p1～p3)中的、最近的工具配置模式，将与该选择出的工具配置模式对应起来的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值。

图5是表示包含阈值设定单元10f设定的阈值的更新处理的本发明的该实施方式实施的减速器异常诊断处理的算法的流程图，将步骤t1、t2追加到图3、图4所示的以往的减速器异常诊断处理(步骤t3的处理)。

控制装置10在进行了向工具库3替换工具4时，在开始机床的运转时每隔规定时间自动地实施图5所示的减速器异常诊断处理。并且，在输入了减速器异常诊断指令时实施图5所示的减速器异常诊断处理。

在步骤t1中，读入存储于工具质量配置存储单元10d的工具质量配置数据(例如图6的符号20)。另外，在进行了向工具库3替换工具4时，输入新的工具质量配置数据来更新存储于工具质量配置存储单元10d的工具质量配置数据。

在步骤t2中，将读入的工具质量配置数据与存储于阈值存储单元10e的多个工具配置模式(例如图6的符号21)进行比较，选择类似的工具配置模式。然后，将与该选择出的工具配置模式对应起来的阈值设为异常诊断的阈值。即，将与图3所示的减速器异常诊断处理的步骤s9中的诊断对象频谱的振幅进行比较的阈值(基准频谱的振幅)变更为该新的阈值。

在步骤t3中，执行与图3、图4所示的以往方式同样的减速器异常诊断处理。

阈值根据存储于控制装置的工具质量配置数据而变更，因此，如果工具质量配置数据正确更新，则即使在进行了工具库上的工具的替换的情况下，也能够进行正确的异常诊断。

在判定为减速器有异常时，通过警报等来显示该情况，能够使用户知晓减速器的异常。

另外，在步骤t2中，作为选择类似于读入的工具质量配置的工具配置模式来更新阈值的方法，求出工具质量配置数据与工具配置模式的各工具把持部的工具质量之差的绝对值，计算出其总和，针对所有工具配置模式计算出其总和，将该计算出的总和最小的工具配置模式选择为与实际的工具配置类似的工具配置模式来决定阈值。

除了该方法之外，也可以使用特定的算法，进行与读入的工具质量配置数据类似的工具配置模式的选择。例如，只要将工具库3以事前规定的速度模式进行旋转时的电动机的负载波形与预先测定出的多个工具配置模式的负载波形进行比较，选择出相关系数最大的工具配置模式即可。另外，此时可以并不与工具配置模式对应地存储阈值，而是按电动机的负载波形来存储阈值，使库以所述规定的速度模式旋转来求出电动机的负载波形，选择并设定针对与该负载波形相关系数最大的负载波形而存储的阈值。该情况下，步骤t1的处理成为使工具库3以事前规定的速度模式进行旋转而获得电动机的负载波形的处理。

此外，也可以代替从存储的多个工具质量配置模式中选择与实际的工具质量配置类似的模式来决定阈值，而是准备一个特定的基准模式并将其存储，根据与该基准模式的偏差来决定阈值。此时，可以代替存储工具质量配置模式和阈值，而在存储单元存储多个偏差模式和与各偏差模式对应的阈值，并且存储基准工具质量配置模式，求出实际的工具质量配置模式与基准工具配置模式的偏差，选择出与该偏差类似的偏差模式，采用该偏差模式的阈值。

此外，作为使工具质量配置存储单元10d存储存储工具质量配置的方法，除了用户直接输入的方法之外，还可以以如下方式自动推定出工具质量配置而输入到工具质量配置存储单元10d中。

首先，在工具库3的某个相位中，对使工具库3以固定加速度α旋转时的负载转矩t、和工具库3停止时的负载转矩t’进行测定。接下来，将工具库整体的惯性i求出为i＝(t-t’)/α。将没有工具的状态的工具库的惯性设为i0(已知的值)，假设工具重心离库中心为r距离，将工具的总质量ma11推定求出为ma11＝(i-i0)/r²。并且，使工具库3以固定速度旋转，测定多个相位的负载转矩，由此，计算出该相位中的库左右的工具质量的偏差。

能够从求出的工具总质量ma11与多个相位的库的左右工具质量的偏移，推定出粗略的工具质量配置，使工具质量配置存储单元10d自动地存储工具质量配置，由此，不用用户直接输入就能存储工具质量配置。

此外，在上述的示例中，根据工具质量配置数据来决定用于异常诊断时的阈值，但是也可以代替工具质量配置数据，以工具库的总质量以及重心位置的数据为基准，决定阈值。没有装配工具的工具库的质量以及重心位置已知，要装配的工具自身的质量以及重心位置也已知，因此，能够计算出将工具装配于工具库之后的总质量、重心位置。

然后，在替换了工具时，通过求出并设定替换工具之后的工具库的总质量以及重心位置，能够从与工具库的总质量以及重心位置对应地存储的阈值数据中更新阈值。该情况下，代替存储装配于各把持部的工具的质量的工具质量配置存储单元，而设定存储工具库的总质量以及重心位置的库总质量和重心位置存储单元，并且代替将工具质量配置模式与阈值对应起来存储的阈值存储单元，而设置将总质量和重心位置模式与阈值对应起来存储的阈值存储单元，作为阈值设定单元，针对存储于库总质量和重心位置存储单元的总质量和重心位置模式，从存储于所述阈值存储单元的总质量和重心位置的模式中，将与类似的模式对应起来的阈值设定为用于减速器的异常诊断的阈值即可。

该情况下，还根据因工具的替换而变化的工具库的总质量以及重心位置来决定阈值，因此，即使进行工具库上的工具替换，也能够进行正确的异常诊断。

在本实施方式中，在判定减速器异常时，对成为是否异常的判定基准的阈值进行变更，该阈值根据工具质量配置数据而被决定，因此，在工具质量配置数据没有被正确地更新的情况下，不管减速器是否异常，都有可能判定为异常。因此，优选的是，在通过图3所示的减速器异常判断处理的步骤s11输出了警报的情况下，将工具质量配置数据有没有错误、催促用户确认的消息显示于显示器。

由此，在工具质量配置中存在错误的情况下，通过对这些进行修正来再次实施异常诊断，能够进行正确的诊断。