工作機械中的溫度傳感器的異常檢測方法
2023-07-26 11:01:36
專利名稱：工作機械中的溫度傳感器的異常檢測方法
技術領域：
本發明涉及檢測在工作機械的熱位移校正中使用的溫度傳感器的異 常的方法。
背景技術：
在工作機械中，廣泛採用對由環境室溫變化或切削熱引起的加工尺寸 誤差進行校正的熱位移校正方法。在該熱位移校正方法中，在工作機械的 構成要素中設置熱電偶或熱敏電阻等溫度傳感器，利用電壓計或電流計等 溫度測定裝置得到來自溫度傳感器的溫度信息，根據所得到的溫度信息估 計熱位移量而對主軸或刀架等移動體的校正量進行運算，並根據校正量控
制移動體(參照專利文獻1 3)。
專利文獻1日本特公昭61-59860號公報 專利文獻2日本特公平6-61674號公報 專利文獻3日本特開2001-341049號公報
在該情況下，當由於溫度傳感器的斷路/短路等異常或溫度測定裝置 的故障等而檢測到異常的溫度時，有可能無法進行正常的校正而導致加工 尺寸誤差變大，或者由於異常的校正量而導致機械的移動體碰撞到工件 等，所以需要可檢測溫度傳感器的異常。在此，對於溫度傳感器的斷路/ 短路等異常，能夠通過分別監視專用的溫度傳感器的溫度信息來容易地進 行檢測。但是，例如對於伴隨熱敏電阻老化而產生的異常等，無法由溫度 傳感器或溫度測定裝置單獨地進行檢測，而採用在同一處設置多個溫度傳 感器並比較彼此的溫度信息來檢測異常的方法。因此，導致溫度傳感器或 溫度測定裝置數量增加，引發成本上升。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種能夠更容易地檢測溫度傳感器的異常的 方法。
為了達到上述目的，本發明第一方面的特徵在於，預先將溫度傳感器 按照工作機械的一個或多個預定的設置區域進行分組，求出屬於設置區域 的多個溫度傳感器的檢測溫度的偏差，將該偏差與預先設定的極限值進行 比較，在偏差超過極限值時，判斷為該偏差涉及的溫度傳感器異常。
本發明第二方面在第一方面發明目的的基礎上，為了能夠早期判斷異 常檢測，檢測溫度的偏差是將設置區域內的多個溫度傳感器的檢測溫度按 照從高到低的順序或從低到高的順序排列時相鄰的檢測溫度之間的差。
本發明的第三方面構成為，在第一方面或第二方面目的的基礎上，為 了將溫度傳感器分類為能夠容易區分的設置區域，設置區域被分為受到 軸承或電動機等熱源的影響並按照各熱源分類的區域(第1區域)；位於 加工空間內或者面對加工空間的不受熱源影響的區域(第2區域)；以及 不在加工空間內或者不面對加工空間而且不受熱源影響的、按照距地面的 高度分類的多個區域(第3、第4區域)，當在該分類的各個區域中存在多 個溫度傳感器時，檢測該各個區域中的溫度傳感器的異常。
本發明的第四方面構成為，在第一方面 第三方面中任一目的的基礎 上，為了防止因異常校正量導致的加工故障的發生，在判斷為溫度傳感器 異常時，禁止在工作機械的熱位移校正中變更校正量。
根據本發明第一方面，可以不費工夫地容易實施檢測溫度的異常檢 觀IJ。因此，不需要增加異常檢測用的溫度傳感器和溫度測定裝置，且能夠 抑制成本上升。
根據本發明第二方面，在本發明第一方面所述效果的基礎上，能夠與 溫度傳感器數量無關地容易地設定異常判斷所使用的檢測溫度差的極限 值，並且可以設為最小必要限度的值。因此，能夠早期地判斷異常檢測。
根據本發明第三方面，在本發明第一方面或第二方面所述效果的基礎 上，利用可以根據有無熱源的影響和距地面的高度這些外觀進行判斷的設 置區域，對溫度傳感器進行分組，所以能夠容易區分溫度傳感器，而且不 需計測各部分的檢測溫度。
根據本發明第四方面，在本發明第一方面 第三方面中任一項所述效 果的基礎上，可以防止由於異常的校正量而導致的產生機械的移動體衝擊 工件等故障。
圖1是立式加工中心(machining center)的概略圖。
圖2是表示分類B的溫度傳感器的檢測溫度變化的曲線圖。
圖3是表示分類C的溫度傳感器的檢測溫度變化的曲線屈。
圖4是表示分類D的溫度傳感器的檢測溫度變化的曲線圖。
圖5是表示室溫和切削液溫度變化的曲線圖。
圖6是溫度傳感器的異常檢測方法的流程圖。
圖7是圖1中的立式加工中心的主軸頭內部的主軸結構和床鞍 (saddle)內部的上下移動軸結構的概略圖。
具體實施例方式
以下，根據
本發明的實施方式。
圖1是從側方觀察到的作為工作機械的一例的立式加工中心 (machiningcenter)的概略圖。在床身(bed) l的右側固定設有立柱2， 在設於床身1上表面的導軌上放置著可以向紙面的左右方向移動的工作檯 3，可以將工件4固定在工作檯3的上面。在設於立柱2的左側面的導軌 上架設著可以在與紙面垂直的方向上移動的床鞍(saddle) 5，在床鞍5的 左側面架設著可以在紙面的上下方向上移動的主軸頭6。
並且，虛線7表示被防護罩包圍的加工空間。在該加工空間7中，切 削液從設於主軸頭6下端的主軸上的未圖示的噴嘴噴出，並落在工作檯3 和工件4上，然後與切屑一起流過床身1上表面的未圖示的流槽部而排放 到外部。
8 15分別表示溫度傳感器，溫度傳感器8用於測定床身1的上表面 溫度，安裝在床身1的上表面上；溫度傳感器9用於測定工作檯3的溫度， 安裝在工作檯3上；溫度傳感器10用於測定工件4的溫度，安裝在工件4
上；溫度傳感器11用於測定床身1下部的溫度，安裝在床身1下部；溫
度傳感器12用於測定立柱2下部的溫度，安裝在立柱2下部；溫度傳感 器13用於測定立柱2上部的溫度，安裝在立柱2上部；溫度傳感器14用 於測定床鞍5的溫度，安裝在床鞍5上；溫度傳感器15用於測定主軸頭6 的溫度，安裝在主軸頭6上。
各個溫度傳感器8 15的溫度檢測信號被輸入溫度測定裝置16，利 用公知的方法從模擬信號轉換為數位訊號而得到溫度數值。17表示參數存 儲裝置，分別設定有與預先根據各個溫度傳感器的設置位置而設定的分組 相關的分類信息、和各個分類的極限值。檢測溫度判定裝置18根據參數 存儲裝置17的分類信息，對從溫度測定裝置16得到的檢測溫度進行分類，
並與對應各個分類的極限值進行比較，來判斷^L度傳感器的異常，並將判
斷結果輸出給校正裝置19。校正裝置19根據從檢測溫度判定裝置18得到 的檢測溫度來計算校正值，並輸出給NC裝置20。 NC裝置20按照所得到 的校正值來變更工作檯和主軸頭等的進給指令。
在此，在參數存儲裝置17中，以溫度變化相同的設置位置為基準， 把各個溫度傳感器分類為以下4個設置區域。
A. 受到軸承和電機等各個熱源影響的位置(第1區域)
B. 雖然不受熱源的影響，但在受到切削液溫度影響的加工空間內或面 對加工空間的位置(第2區域)
C. 不受熱源影響也不受切削液影響的位置，而且距室溫變化較小的地 面較近的位置(第3區域)
D. 不受熱源影響也不受切削液影響的位置，而且遠離室溫變化較大的 地面的位置(第4區域)。
因此，在將以上分類適用於溫度傳感器8 15時，不存在按照上述A 條件設置的溫度傳感器，按照上述B條件設置的溫度傳感器為溫度傳感器 8 10，按照上述C條件設置的溫度傳感器為溫度傳感器ll、 12，按照上 述D條件設置的溫度傳感器為溫度傳感器13 15。
其中，在B D條件中，由於相同分類的溫度傳感器有多個，所以可 以對B D條件的溫度傳感器8 15，進行本發明的異常檢測。在按照該 B D條件分組的溫度傳感器中，圖5中的室溫變化、切削液溫度變化時 的檢測溫度如圖2、圖3、圖4所示，可知分類相同的溫度傳感器的檢測 溫度變化相同。
並且，在參數存儲裝置17中分別設定有對應分類B的極限值Y2、對 應分類C的極限值丫3、以及對應分類D的極限值Y4。
根據圖6的流程圖，說明如上所述構成的立式加工中心的溫度傳感器 的異常檢測方法。
首先，利用各個溫度傳感器8 15進行溫度計測，利用溫度測定裝置 16將所得到的檢測信號數位訊號化，而得到溫度數值(Sl)。另外，該處 理按照預先設定的間隔(例如10秒)進行。然後，在S2中，檢測溫度判 定裝置18根據參數存儲裝置17中的分類信息，將檢測溫度分組為以下3 個分類。
分類B:溫度傳感器8、溫度傳感器9、溫度傳感器10的檢測溫度
分類C:溫度傳感器ll、溫度傳感器12的檢測溫度
分類D:溫度傳感器13、溫度傳感器14、溫度傳感器15的檢測溫度。
然後，在S3中，將各個分類的檢測溫度按照從高到低的順序排序， 在S4中，分別計算相鄰的檢測溫度之差AT。
例如，在圖2、圖3、圖4中，2H時刻的溫度傳感器8 15的檢測溫 度Ts Tu如下所示。formula see original document page 7
因此，如果將分類B的檢測溫度T8、 T9、 T,o按照從高到低的順序排 列並設為TBp TB2、 TB3，貝ljformula see original document page 7作為檢測溫度的偏差的各個檢測溫度差AT如下
formula see original document page 7
同樣，如果將分類C的檢測溫度Tu、 丁12按照從高到低的順序排列並
設為Td、 TC2，貝lj TCfTu二21.2。C TC2=TT2=20.5°C
檢測溫度差AT為
△TC(1-2) 二TC廣TC2二0.7。C。
同樣，如果將分類D的檢測溫度T13、 T14、 T,5按照從高到低的順序 排列並設為TD,、 TD2、 TD3，貝lj
TD產Tf22.3。C
TD2=T14=21.9。C
TD3=T13=21.3。C 檢測溫度差AT為
ATD (1-2) 二TD廣TD產0.4。C
ATD (2_3) =TDrTD3=0.6°C 。
然後，在S5中，分別比較分類B的檢測溫度差ATB與極限值Y2、分 類C的檢測溫度差ATC與極限值y3、分類D的檢測溫度差ATD與極限值 Y4，在AT^時，判斷為在該檢測溫度差涉及的兩個溫度傳感器中有一方存 在異常。並且，在判斷為異常時，在S6中，顯示該溫度傳感器涉及的檢 測溫度異常的報警，在S7中，指令校正裝置19維持變為異常之前的校正 量不進行變更。另一方面，在S5的判斷中不是AT^時以及在S7的指令之 後，在S8中判斷是否繼續進行異常檢測，在繼續進行時返回S1。
這樣，根據上述方式的溫度傳感器的異常檢測方法，預先將溫度傳感
器按照預定的設置區域進行分組，求出屬於各個設置區域的多個溫度傳感
器的檢測溫度的偏差，將該偏差與預先設定的極限值進行比較，在偏差超
過極限值時，判斷為該偏差涉及的設置區域的溫度傳感器異常，由此可以
不費工夫地容易地實施檢測溫度的異常檢測。因此，不需要增加異常檢測
用的溫度傳感器和溫度測定裝置，還能夠抑制成本上升。
尤其在可以根據有無熱源和切削液溫度影響及距地面的高度這一外
觀進行判斷的設置區域中，將溫度傳感器分組，所以能夠容易區分溫度傳 感器，而不需計測各部分的檢測溫度。
並且，在判斷為溫度傳感器異常時，禁止在熱位移校正中變更校正量， 所以可以防止由於異常的校正量而導致產生機械的移動體衝擊工作物等
另外，在此，檢測溫度的偏差是將設置區域內的多個溫度傳感器的檢 測溫度，按照從高到低的順序或從低到高的順序排列時相鄰的檢測溫度之 間的差，所以能夠與溫度傳感器數量無關地、容易地設定異常判斷所使用 的檢測溫度差的極限值，並且可以設為最小必要限度的值。因此，能夠盡 早地判斷異常檢測。這是因為由於溫度傳感器的劣化等造成的檢測溫度的 異常多產生在一處，所以即使所使用的極限值儘量小且設為與溫度傳感器 數量無關的同一值時，也能夠進行設置區域中的異常檢測。
另外，作為求出所分類的溫度傳感器之間的偏差的方法，也可以使用 標準偏差、中間值、範圍這些統計量。在使用標準偏差或範圍時，根據所 分類的檢測溫度，利用公知的算式求出標準偏差或範圍，並將標準偏差或 範圍與預先設定的極限值進行比較。
在使用中間值時，根據所分類的檢測溫度，利用公知的方法求出中間 值，並將中間值和檢測溫度之差與預先設定的極限值進行比較。
但是，由於標準偏差的值隨採樣總數而不同，所以優選與標準偏差比 較的極限值隨著所分類的溫度傳感器的總數來改變其值。並且，在所分類
的溫度傳感器中，如圖2、圖3、圖4所示，存在由於溫度傳感器位置的
不同而造成的檢測溫度的偏差，所以優選與範圍及中間值和檢測溫度之差 進行比較的極限值根據溫度傳感器的總數和相同分類的溫度傳感器的安 裝位置來改變其值。
並且，在上述方式中，示出了分類為4個的設置區域中不受熱源影響 的分類B D的情況，但在受到熱源影響的分類A中按照各個熱源分類時，
例如按照下面所述進行。
圖7是表示圖1中的立式加工中心的主軸頭6內部的主軸結構和床鞍 5內部的上下移動軸結構的概略圖。主軸21由軸承22 26樞軸支承著， 並被電動機27驅動。主軸頭6通過滾珠絲槓28在上下方向移動。該滾珠 絲槓28由軸承29、 30樞軸支承著，並被電動機31驅動。
在此，溫度傳感器32 34用於測定樞軸支承主軸21的軸承22、 24、 26的溫度，安裝在各個軸承的附近，溫度傳感器35、 36用於測定樞軸支 承滾珠絲槓28的軸承29、 30的溫度，安裝在各個軸承的附近。
樞軸支承主軸21的軸承22、 24、 26伴隨主軸21的旋轉而發熱，所 以可以視為熱源，溫度傳感器32 34可以分類為在一個設置區域(上述 方式中的分類A，本發明中的第l區域)中。
另一方面，樞軸支承滾珠絲槓28的軸承29、 30伴隨主軸頭6上下移 動時的旋轉而發熱，所以也可以視為熱源，溫度傳感器35、 36可以分類 為在一個設置區域(分類A，第1區域)中。
按照以上所述進行按照每個熱源的分類。以後的每個分類的溫度傳感 器的異常檢測處理與上述方式相同。
此外，溫度傳感器的數量和設置位置、分組的方式等不限於上述方式， 例如可以適當變更為將按照距地面的高度劃分的區域分為3個以上的更多 檔的區域等。但是，設置區域不必是多個， 一個也可。當然，所適用的工 作機械只要是使用溫度傳感器執行熱位移校正的設備即可，不限於加工中 心。
權利要求
1.一種工作機械中溫度傳感器的異常檢測方法，在將多個溫度傳感器配置在不同位置的工作機械中，該方法檢測所述溫度傳感器的異常，所述方法的特徵在於，預先將所述溫度傳感器按照所述工作機械的一個或多個預定的設置區域進行分組，求出屬於所述設置區域的多個所述溫度傳感器的檢測溫度的偏差，將該偏差與預先設定的極限值進行比較，在所述偏差超過所述極限值時，判斷為該偏差涉及的所述溫度傳感器異常。
2. 根據權利要求1所述的工作機械中溫度傳感器的異常檢測方法， 其特徵在於，檢測溫度的偏差是將設置區域內的多個溫度傳感器的檢測溫度按照從高到低的順序或從低到高的順序排列時相鄰的檢測溫度之間的差。
3. 根據權利要求1所述的工作機械中溫度傳感器的異常檢測方法，其特徵在於，設置區域被分類為受到軸承或電動機等熱源的影響並按照所述各熱源分類的區域；位於加工空間內或者面對加工空間的不受所述熱源影響的區域；以及不在加工空間內或者不面對加工空間而且不受所述熱 源影響的、按照距地面的高度分類的多個區域，當在該分類的各個區域中存在多個溫度傳感器時，檢測該各個區域中的所述溫度傳感器的異常。
4. 根據權利要求2所述的工作機械中溫度傳感器的異常檢測方法，其特徵在於，設置區域被分類為受到軸承或電動機等熱源的影響並按 照所述各熱源分類的區域；位於加工空間內或者面對加工空間的不受所述熱源影響的區域；以及不在加工空間內或者不面對加工空間而且不受所述熱源影響的、按照距地面的高度分類的多個區域，當在該分類的各個區域中存在多個溫度傳感器時，檢測該各個區域中的所述溫度傳感器的異常。
5. 根據權利要求1 4中任一項所述的工作機械中溫度傳感器的異常檢測方法，其特徵在於，在判斷為溫度傳感器異常時，禁止在工作機械的熱位移校正中變更校正量。
全文摘要
一種能夠容易地檢測溫度傳感器的異常的異常檢測方法。作為解決手段，預先將多個溫度傳感器按照工作機械的每個預定設置區域進行分組，在S1中測定各部分的溫度後，在S2中按照所分組的設置區域對檢測溫度進行分類，在S3中按照從高到低的順序排序。然後，在S4中分別求出相鄰的檢測溫度之差ΔT，在S5中與預先設定的極限值γ進行比較，在ΔT超過極限值γ時，在S6中判斷為該設置區域中的溫度傳感器異常並進行報警顯示。
文檔編號G01K15/00GK101206146SQ20071030010
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月17日 優先權日2006年12月18日
發明者佐藤禮士 申請人:大隈株式會社