专利名称：数值控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制机械的数值控制装置，尤其涉及具有监视来自对机械的各部的 状态进行监视的多个传感器的信号的单元，，根据从这些传感器得到的检测信息和数值 控制装置的内部信息，能够进行机械的各部或数值控制装置的状态的异常判定的数值控 制装置。
背景技术：
在机床的主轴或机器人的机械臂等中，有时由于程序错误或操作者的误操作 等，主轴等与其他物体产生预想外的碰撞。当产生这样的碰撞时，在主轴或机械人机械 臂的自身结构中产生故障，此外，在用于驱动它们的电动机中产生故障。因为该故障对 加工精度、动作精度等造成影响，所以在发生碰撞时希望使机床机器人的动作停止来进 行检查。为了确定碰撞的原因，例如在特开2008-176559号公报中公开了在振动传感器 的检测信号变大时，一同记录数值控制装置内部的速度和位置的信息的技术。此外，目前，在湿度升高的夏季或梅雨时期，当在气温降低的早晨接通机械的 电源时发生警报等情况下，根据经验判断是否产生了结露导致的异常。但是，在所述特开2008-176559号公报中公开的技术，是在机械中设置多个振 动传感器， 在来自这些振动传感器的检测信号的差分大于预定的阈值时，判定为发生了 碰撞的技术，不是结合从多个传感器得到的检测信息以及数值控制装置的内部信息来进 行机械系统的异常判定的技术。即，即使能够检测机械中的碰撞的事实，也无法确定警 报的发生原因。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种数值控制装置，其使用数值控制装置的内部 信息和从多个传感器得到的检测信息，能够更可靠地判定机械的异常，具备根据从多个 传感器得到的检测信息进行机械的异常判定的功能。为了达成上述目的，本发明的数值控制装置具备设置在所述机械的各部，监 视该机械的各部的状态的多个传感器；以及使用从所述多个传感器中的至少一个传感器 得到的检测信息以及所述数值控制装置的内部信息，判定在所述机械中是否存在异常的 异常判定部，由此，根据多个传感器的信号进行机械的异常判定。所述多个传感器是振动传感器、温度传感器、以及湿度传感器，此外，所述数 值控制装置的内部信息可以是主轴以及进给轴的负荷信息、电动机驱动装置的警报信息 以及数值控制装置的警报信息中的至少一个。所述传感器是温度传感器以及湿度传感器或绝对湿度传感器，将这些温度传感 器和湿度传感器相互接近地设置在机械的各部，或者将所述绝对湿度传感器设置在机械 的各部，所述数值控制装置的内部信息是电动机驱动装置的警报信息或数值控制装置的警报信息，并且，所述异常判定部具有结露产生推定单元，其使用从所述温度传感器得到的检测温度信息、从所述湿度传感器得到的检测湿度信息、以及温度与饱和水蒸气量 的关系式，或者使用从所述绝对湿度传感器得到的绝对湿度信息，求出所述机械的电源 切断时和电源接通时的空气中的每单位体积的水蒸气量的差来作为差分水蒸气量，并且 根据该求出的差分水蒸气量推定所述机械的电源接通时有无产生结露，在产生所述电动 机驱动装置的警报信息或所述数值控制装置的警报信息时，由所述结露发生推定单元推 定出发生结露的情况下，判定为在所述机械的配置了所述温度传感器以及所述湿度传感 器或者绝对湿度传感器的部位存在异常，并将结露作为警报信息产生原因的候补。所述多个传感器是多个振动传感器，所述数值控制装置的内部信息是电动机驱 动装置的警报信息或数值控制装置的警报信息，并且，所述异常判定部可以具有以下单 元，该单元在产生了所述电动机驱动装置的警报信息或所述数值控制装置的警报信息 时，根据从所述多个振动传感器得到的检测振动信息和所述警报信息，判定在产生所述 警报信息时是否为容易发生由于振动导致的电信号连接电缆接触不良的状况。根据本发明，可以提供一种具备根据从多个传感器得到的检测信息进行机械的 异常判定的功能的数值控制装置，其使用数值控制装置的内部信息和从多个传感器得到 的检测信息，将从多个传感器得到的检测信息与数值控制装置的内部信息对应起来，由 此可以更加可靠地判定机械的异常。
通过参照
以下的实施例，本发明上述以及其他的目的以及特征将会变 得明确。在这些附图中图1说明根据来自设置在机械的各部的多个传感器的检测信号，进行机械的异 常判定的、本发明的数值控制装置的一个实施方式。图2说明数值控制装置内部信息为主轴或进给轴的负荷信息、电动机驱动装置 的警报信息、或数值控制装置的警报信息中的某一个的情况。图3说明可以推定产生结露的本发明的数值控制装置的一个实施方式。图4说明气温和饱和水蒸气量的关系。图5说明根据从振动传感器得到的检测振动值和数值控制装置的内部信息，判 定是否为容易产生由振动导致的电信号连接电缆的接触不良的状况的、本发明的数值控 制装置的一个实施方式。
具体实施例方式图1说明根据来自设置在机械的各部的多个传感器的检测信号，进行机械的异 常判定的、本发明的数值控制装置的一个实施方式。在机械30的立柱31或工作台32等多个部位配置多个传感器33(1)、33(2)、 33(3)、34(4)......。这些传感器是测定振动、温度、湿度等物理量的传感器。可以使测
定所述物理量的多个种类的传感器成组地配置在机械30的一个一个部位上。或者，还可 以在机械的各个部位中的每个部位配置测定不同物理量的传感器。来自配置在机械30各部的测定各种物理量的多个传感器的信号，即来自振动传感器的信号、来自温度传感器的信号、以及来自湿度传感器的信号，输入给传感器信号 中继装置20的传感器信号接收电路24。因为来自各传感器的检测信号为模拟信号，所以 通过AD转换电路23从模拟信号转换为数字信号。被转换为数字信号的传感器检测信号 经由峰值保持电路22以及通信电路21输入给数值控制装置10。因为来自振动传感器的 信号变动剧烈，所以峰值保持电路22用于保持从振动传感器得到的振动的峰值。数值控制装置10具备微处理器14。该微处理器14进行以下的处理取得经由 通信电路11取得的多个传感器信息(振动信息、温度信息、湿度信息)12和数值控制装 置内部信息15a，根据这些多个传感器信息12以及数值控制装置内部信息15a进行异常判 定处理、异常通知处理，此外，在数值控制装置10具备的显示装置上显示异常状态，或 者在数值控制装置10的存储器中存储用于停止机械30的梯形图输出或异常状态的判断结 果。在此，数值控制装置内部信息15a包含主轴或进给轴的速度信息、主轴或进给轴的 位置信息、时刻信息、或执行程序信息。图2说明数值控制装置内部信息15b为主轴或进给轴的负荷信息、电动机驱动装 置的警报信息、或数值控制装置的警报信息中的某一个的情况。配置在机械30各部的多个传感器为振动传感器、温度传感器、以及湿度传感 器。把通过各个传感器检测到的物理量的检测信号输入传感器信号中继装置20，在进行 了与参照图1说明的处理相同的信号处理后，被数值控制装置10取得。数值控制装置10 (微处理器14)在从传感器信号中继装置20取得的检测信息 中，使用来自振动传感器的振动信息以及来自温度传感器的温度信息，另一方面，作为 数值控制装置内部信息15b使用主轴的负荷信息以及进给轴的负荷信息。当通过安装在主轴上的刀具切削工件(未图示)时，可以通过振动传感器或温度 传感器检测产生切削异常，在机械30中产生振动或产生发热。由振动传感器或温度传感 器检测到的检测信号经由传感器信号中继装置20被数值控制装置10取得。数值控制装置10的微处理器14，经由通信电路11取得振动信息和温度信息， 另一方面，还取得作为数值控制装置内部信息15b的主轴的负荷信息和进给轴的负荷信 息，通知主轴的切削负荷异常检测结果。其通知对象例如是附属于数值控制装置10的显 示装置(未图示)，在该显示装置中进行切削负荷异常的显示。但是，在数值控制装置10或由数值控制装置10控制的机械30中，有可能产生 由于结露引起的各种异常。例如，驱动控制机械30的主轴或进给轴的电动机控制装置一 般具备检测其各部的电压或电流的模拟电路。当在该电动机控制装置具备的模拟电路用印刷基板上产生了结露时，由于结 露，印刷基板表面的绝缘电阻大幅降低。于是，印刷基板表面的漏电流大幅增大，使模 拟电路的信号电平不正常，成为进行警报的误检测等异常产生的原因。 特别是，电动机控制装置多数在温差大、容易结露的环境下使用，例如在白天 的机械运转中，由于对电动机供给驱动电力的电源电路部的发热，环境温度变高，另一 方面，在夜间电源关闭时，电动机控制装置的环境温度降低，在黎明时，降低至设置电 动机控制装置的工厂内的气温附近等环境下使用。此外，在为机床时，在加工区域内使 用的冷却液或切削液成为雾状，漂浮在机械加工区域外，由此，漂浮的冷却液或切削液 也成为结露的原因。
图3说明可以推定产生结露的本发明的数值控制装置的一个实施方式。使用从设置在机械30各部的温度传感器和湿度传感器(相对湿度传感器)这一 对传感器得到的温度检测信息和湿度检测信息，首先计算高温时的成对传感器周边的每 单位体积的水蒸气量。然后，根据温度和饱和水蒸气量的关系，推定在温度降低时此时 的温度下的结露量。如此，可以定量地判定机械各部产生结露的可能性，可以对结露实 施恰当的对策。机械30具备主轴电动机、检测主轴的旋转速度的速度传感器、用于使主轴电动 机旋转的电源部(变换器)或主轴电动机用放大器、放置工件的工作台、用于测定工作台 的移动量的标尺、用于使工作台移动的伺服放大器和电源部(变换器)、检测用于使工作 台移动的伺服放大器的旋转位置的旋转编码器等。如图3所示，温度传感器和湿度传感器成对地安装在机械30的各部位。在图 3中，在速度传感器的前置放大器、电源部(变换器)、主轴电动机用放大器、梯形图电 路、信号接收单元、线性标尺的前置放大器、工作台驱动用伺服放大器的电源部(变换 器)、伺服放大器、检测使工作台移动的伺服电动机的旋转位置的旋转编码器以及制动器 的各部，安装了温度传感器和湿度传感器的配对。还可以使用使温度 传感器和湿度传感 器成为一体结构的传感器。来自安装在机械30各部的温度传感器和湿度传感器这一对传感器的输出信号， 经由传感器信号中继装置20由数值控制装置10取得。数值控制装置10的微处理器14 根据所取得的温度信息以及湿度信息、数值控制装置内部信息15c中的数值控制装置的警 报信息或电动机驱动装置的警报信息，计算安装有温度传感器和湿度传感器的配对的附 近的结露量。然后，根据如此计算出的结露量，在附属于数值控制装置的显示装置中显 示是否为容易结露的状况。例如，当产生了与主轴的速度传感器信号异常有关的警报时，在根据温度传感 器和湿度传感器的检测信息，对速度传感器信号进行放大的前置放大器附近产生结露的 可能性大时，可以判断为由结露导致的可能性高，在数值控制装置10的画面显示等中通 知该主旨。同样地，在进给轴的伺服关系中，在另设的标尺信号的前置放大器、信号接收 单元、伺服电动机用放大器(逆变器)、伺服放大器用电源(变换器)、以及电动机的编 码器各自的附近，分配配置温度传感器和湿度传感器的配对，无论在哪个轴的哪个设备 中产生了结露时，都可以对其进行确定。此外，如图3所示，还在梯形图电路和制动器中配置温度传感器和湿度传感器 的配对，可以应对以下的情况由于结露，在梯形图电路动作中发生了异常的制动器成 为异常状态，结果进给轴的动作成为异常，产生伺服关系的警报。然后，使用图4说明气温和饱和水蒸气量的关系。空气可以包含的水蒸气的量 存在界限。把包含水蒸气到该界限的状态称为饱和状态。将此时的水蒸气量称为饱和水 蒸气量，通过在1立方米的空气中包含多少克水蒸气来表示。如图4所示，空气的温度(气温)越高饱和水蒸气量越大。因此，在气温高的 期间，全部的水蒸气能够保持不变地存在。但是，当气温降低，该空气包含的水蒸气达 到饱和时，水蒸气开始凝结，作为水滴附着在物体的表面上。将开始出现水滴的气温称为露点。可以通过以 下的式(1)计算湿度。
,曰译 在该空气中的水蒸气量 1ΛΛΜ Λ
在该气温下的饱和水蒸气量Xl(K)⑴对上式(1)进行变形，得到以下的式(2)。在该空气中的水蒸气量=在该气温下的饱和水蒸气量X湿度(％ ) +100(2)在图4中，温度TH意味着高温时(切断机械电源时)。根据来自温度传感器的 温度信息、来自湿度传感器的湿度信息、以及温度和饱和水蒸气量的关系，通过上述的 式(2)，计算在该高温时(温度TH)的每单位体积的水蒸气量。一天的作业结束，停止机械30等机床，例如，根据第二天早晨接通机械电源时 的温度信息和湿度信息以及饱和水蒸气量，通过上述的式(2)计算低温(温度TL)时的每 单位体积的水蒸气量。推定高温(温度TH)时和低温(温度TL)时的水蒸气量的差(差 分水蒸气量)进行结露。还考虑在夜间，气温与第二天早晨机械重新运转时的低温(温 度TL)相比，成为更低的温度。此时，也可以根据低温(温度TL)时的温度信息和湿度 信息以及饱和水蒸气量的关系，推定结露的量。—般，在湿度传感器中具有输出以百分比表示相对于饱和水蒸气量的空气中 的水蒸气量的相对湿度(％)的信息的相对湿度传感器、以及输出以克来表示1立方米的 空气中包含的水蒸气量的绝对湿度(g/m3)的信息的绝对湿度传感器这两个类型。在使用 绝对湿度传感器时，在切断机械的电源时求出绝对湿度(g/m3)，此外，在接通机械的电 源时求出绝对湿度(g/m3)，可以根据这两个绝对湿度的差得到差分水蒸气量，可以推定 结露量。使用相对湿度传感器或绝对湿度传感器推定结露量，还可以假想该推定的水蒸 气量全部结露，但实际的结露量相对于计算出的差分水蒸气量的比例根据安装所述相对 湿度传感器或所述绝对湿度传感器的机械的部位或设置机械的工厂的环境条件而不同， 所以可以预先求出换算系数，使用该换算系数更加准确地推定结露量。因为可以推定在机械30的各部结露的水的量，所以能够掌握在各种工厂的环境 中设置的机械30的环境条件，可以确定需要预防结露的发生的地方。可以在结露量多的 机械30的部位预先采取附加了防水单元等的对策。图5说明根据从振动传感器得到的检测振动值和数值控制装置的内部信息，判 定是否为容易产生由振动导致的电信号连接电缆的接触不良的状况的、本发明的数值控 制装置的一个实施方式。在数值控制装置10以及由该数值控制装置10控制的机械30中，考虑产生由于 振动导致的各种异常的可能性。例如，接收电动机驱动装置的电动机的旋转位置信号 的接收电路，在受到超过允许等级的振动时，接收电路的连接器的连接产生松弛接触不 良，无法接收正确的电动机的旋转位置数据，产生电动机驱动装置的警报。在检测振动信息的本发明的数值控制装置中，通过设置在机械各部的多个振动 传感器进行检测，能够准确地掌握接收电路受到的振动的大小。在接收电路受到的振动 的大小超过该接收电路可以承受的允许范围，并且，发生了由于无法正确接收电动机的旋转位置数据而导致的电动机驱动装置的警报时，可以判定为在该接收电路中发生了连 接器连接的松弛等由于振动引起的异常。此外，在数值控制装置10中，有时作为控制信号而使用由具有机械式的机械触 点的继电器控制的信号，但在继电器受到超过允许等级的振动时，继电器触点的接触瞬 间离开，产生接触不良，在控制信号中产生中断，发生数值控制装置10的警报。此时， 也可以根据来自设置在机械各部的多个振动传感器的信息，判定该继电器受到大大超过 允许等级的振动，发生了异常。如此，若预先在有可能产生因振动引起的异常的部位配置多个用于判定的振动 传感器，在数值控制装置10中预先对每个振动传感器设定了在所配置的位置的允许振动 等级，则可以确定由于振动引起的异常。关于因振动引起的机械的异常，根据受到振动的信号或机械的部位，产生的警 报也各种各样，目前，难以确定警报的产生原因。根据本实施方式，能够定量地判断机 械的哪个部位受到何种等级的振动来判定异常，所以警报发生原因的确定变得容易，有 助于提高机械的运转时间。如图5所示，在机械30内部、以及认为有可能由于机械强电板内发生振动而 容易产生误动作的设备附近配置振动传感器，所述设备主要是具备信号线的连接器连接 部、和包含切换电路的电路的设备，所述切换电路通过继电器等机械式触点来切换。
在图5中，作为与主轴关联的部位，在速度传感器信号的前置放大器、主轴电 动机用放大器(逆变器)、主轴放大器电源部(变换器)附近，分别配置了振动传感器， 其原因在于在这些设备之间具有通过用于连接信号的连接器进行的连接。作为与进给轴相关的部位，在标尺信号的前置放大器、信号接收单元、伺服电 动机用放大器(逆变器)、伺服放大器用电源部(变换器)以及电动机的编码器附近分别 配置振动传感器，其原因在于在这些设备之间存在信号线的连接器连接。所以无论在哪 个设备中发生了振动，都可以确定振动的发生。例如，在发生了与标尺信号的异常有关的警报时，根据来自振动传感器的信 号，在标尺信号的接收单元附近的振动超过允许值时，判断为由于振动产生接触不良的 可能性高，可以在数值控制装置10内的画面显示等中通知该主旨。此外，在图5中，通过还在梯形图电路或制动器中配置振动传感器，在由于振 动在梯形图电路的制动器控制信号的连接中产生接触不良，制动器成为异常状态，结 果，进给轴的动作成为异常，产生伺服关系的警报时，也可以应对。
权利要求
1.一种控制机械的数值控制装置，其特征在于，具备设置在所述机械的各部，监视该机械的各部的状态的多个传感器；以及 使用从所述多个传感器中的至少一个传感器得到的检测信息以及所述数值控制装置 的内部信息，判定在所述机械中是否存在异常的异常判定部， 由此，根据多个传感器的信号进行机械的异常判定。
2.根据权利要求1所述的控制机械的数值控制装置，其特征在于， 所述多个传感器是振动传感器、温度传感器以及湿度传感器，所述数值控制装置的内部信息是主轴以及进给轴的负荷信息、电动机驱动装置的警 报信息以及数值控制装置的警报信息中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的控制机械的数值控制装置，其特征在于， 所述传感器是温度传感器以及湿度传感器或绝对湿度传感器，将这些温度传感器和湿度传感器相互接近地设置在机械的各部，或者将所述绝对湿 度传感器设置在机械的各部，所述数值控制装置的内部信息是电动机驱动装置的警报信息或数值控制装置的警报 fn息，并且，所述异常判定部具有结露发生推定单元，其使用从所述温度传感器得到的检 测温度信息、从所述湿度传感器得到的检测湿度信息、以及温度与饱和水蒸气量的关系 式，或者使用从所述绝对湿度传感器得到的绝对湿度信息，求出所述机械的电源切断时 和电源接通时的空气中的每单位体积的水蒸气量的差，作为差分水蒸气量，并且根据该 求出的差分水蒸气量推定所述机械的电源接通时有无发生结露，在产生所述电动机驱动装置的警报信息或所述数值控制装置的警报信息时，由所述 结露发生推定单元推定出发生结露的情况下，判定为在所述机械的配置了所述温度传感 器以及所述湿度传感器或者绝对湿度传感器的部位存在异常，并将结露作为警报信息产 生原因的候补。
4.根据权利要求1所述的控制机械的数值控制装置，其特征在于， 所述多个传感器是多个振动传感器，所述数值控制装置的内部信息是电动机驱动装置的警报信息或数值控制装置的警报 fn息，并且，所述异常判定部具有以下单元，该单元在产生了所述电动机驱动装置的警报 信息或所述数值控制装置的警报信息时，根据从所述多个振动传感器得到的检测振动信 息和所述警报信息，判定在产生所述警报信息时是否为容易发生由于振动导致的电信号 连接电缆接触不良的状况。
全文摘要
本发明提供一种数值控制装置。把来自配置在机械各部位的多个传感器(振动传感器、温度传感器、湿度传感器)的信号经由通信电路输入给控制该机械的数值控制装置。该数值控制装置使用这些多个传感器信息(振动信息、温度信息、湿度信息)以及该数值控制装置的内部信息，判定在该机械中是否存在异常。
文档编号G05B19/18GK102023608SQ20101027997
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月8日 优先权日2009年9月11日
发明者佐藤博裕, 堀越真一, 岩下平辅, 平井朗, 松原俊介 申请人:发那科株式会社