JP6169557B2 - 張力監視機能を有するワイヤ放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、経年劣化や寿命等によるワイヤ張力の変化を監視するワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工において、ワイヤ張力を要求値通りに制御することは非常に重要である。張力が弱すぎる場合には加工中のワイヤが撓んで、加工精度の悪化を招いてしまう。逆に張力が強すぎる場合には加工中の断線率が増加し、機械稼働率低下の一因となってしまう。放電加工機のワイヤ張力は出荷時に調整されることが一般的であるが長期に渡る使用が張力値に変化を及ぼす場合がある。そのような場合には、前記のような機能低下が生じるため、非常に大きな問題である。

このため、機械の劣化によらずワイヤ張力を一定に保つ試みも成されている。特許文献１においてはワイヤ張力を一定にする先行技術が示されている。引用すると、張力検出信号と張力設定値および張力制御開始信号に基づいて生成される張力指令信号とを差動・増幅演算して得た張力制御信号にワイヤ速度指令信号と速度検出信号とを増幅・差動演算して得た信号を加算処理し、この結果をブレーキモータのサーボドライバへの電流指令として与え、張力指令信号を張力制御開始時のワイヤ電極の初期値として、予め設定しておいた張力制御開始からの時間幅および増加パターンで張力設定値まで到達するようにした。

このような技術を用いて張力を一定に保つ制御がなされているが、張力発生機構や張力測定機構の故障によりフィードバック制御が破綻した、もしくは破綻が予想される場合には直ちに加工を停止することが一般的である。

そこで、特許文献２においては張力目標値と張力検出器で検出した張力検出値を比較器で比較して偏差を求め、偏差が許容範囲外になると表示装置にアラームメツセージを表示する。これにより、張力発生装置（ブレーキ装置）が故障していたり、寿命がきて劣化して、目標の張力が得られないことを検出する手段を提供している。

特開２００３−２６６２４７号公報 特開平３−２１３２１５号公報

しかし、特許文献２に開示される技術では、偏差を監視することで異常の検出を行っているため、フィードバックが完全に破綻するまでは機器の故障を判断出来ない。すなわち、早期の異常検出が困難であるために加工の不良率が増加してしまう問題を抱えている。

一例として、経年劣化等によって張力測定装置の回転部分の動きが鈍くなり、正しい測定値が得られない場合が考えられる。また他の例として、張力発生装置の構成要素であるフィードローラが摩耗によりすべりが生じてしまう場合も想定される。張力のフィードバックが維持されていれば故障とは判断が出来ないといった状況が想定される。前者の場合はフィードバックが破綻した状態であり、後者の場合はフィードバック自体には異常がない状況である。

そこで本発明の目的は、フィードバック制御を維持した状態で張力発生装置もしくは張力測定装置の異常を早期に検出することが可能な張力監視機能を有するワイヤ放電加工機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、ワイヤ電極と被加工物とを指令速度で相対移動させながら、前記ワイヤ電極と前記被加工物からなる極間に電圧を印加して放電を発生させ、前記ワークを除去加工するワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ電極に張力を発生させる張力発生装置と、前記ワイヤ電極の架上に常時設置され、前記ワイヤ電極の張力を測定する第一の張力測定装置と、前記ワイヤ電極に対して進退可能に設けられ、前記ワイヤ電極の張力を測定する第二の張力測定装置と、前記第一の張力測定装置による張力測定値をフィードバックし、張力が目標値になるように前記張力発生装置に張力指令値を送出する張力制御装置と、を有し、前記張力制御装置が送出する張力指令値が張力目標値に応じた規定範囲から逸脱した場合に、警告信号を発生し、前記の警告信号発生後に、前記第一の張力測定装置の張力測定値と前記第二の張力測定装置から得られた測定値の偏差が所定の範囲内の場合、加工を再開させることを特徴とするワイヤ放電加工機である。

請求項２に係る発明は、前記の警告信号を受けて、警告表示もしくは加工停止の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記の第二の張力測定装置は、ロボットにより挿入することを特徴とする、請求項１または２に記載のワイヤ放電加工機である。

本発明により、フィードバック制御を維持した状態で張力発生装置もしくは張力測定装置の異常を早期に検出することが可能な張力監視機能を有するワイヤ放電加工機を提供できる。

張力監視機構を示す図である。 張力調整のための構成を示すブロック図である。 推定指令値を中心として上限値と下限値の間から逸脱した場合に警告信号を発生することを説明する図である。 図３の張力調整のための構成における制御のフローを示す図である。 他の張力調整のための構成を示すブロック図である。 図５の張力調整のための構成における制御のフローを示す図である。 ロボット装置を備えた張力調整のための構成を備えた張力監視機能の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は張力監視機構を示す図である。図２は張力調整のための構成を示すブロック図である。図１に示されるように、ワイヤ放電加工機は、一対のガイド（上ガイド７，下ガイド８）間にワイヤ電極９を張架し、張力発生装置３によってワイヤ電極９に張力を生じさせ、図示しない上位の制御装置から指令されるある張力目標値に対して張力発生装置３に張力指令値２を送出する張力コントローラ（張力制御装置）１を有し、ワイヤ架上の張力測定装置４から得られた第一の張力測定値５を張力コントローラ（張力制御装置）１に送出する機能を有する。

図３は張力指令値を中心として上限値と下限値の間から逸脱した場合に警告信号を発生することを説明する図である。張力コントローラ（張力制御装置）１は、上位の制御装置から指令される張力目標値から算出される張力指令値に対して上限値と下限値を設け、実際の張力指令値２がその範囲を逸脱した場合に警告信号を発生する。張力コントローラ（張力制御装置）１が送出する張力指令値２が張力目標値に応じた規定範囲から逸脱した場合、例えば±１０％を超えた場合に警告信号を発生させることにより、フィードバック制御を維持した状態で張力発生装置３もしくは張力測定装置４の異常を早期に検出することが出来る。実施形態としては、張力コントローラ（張力制御装置）１から送出された張力目標値に応じて算出される張力指令値を予め機械に記憶させておき、その値と実際の張力指令値２を張力コントローラ１内で比較し、偏差が一定以上大きくなった場合に警告信号を発生させることでフィードバック破綻前に異常を検出することが出来る。

図４は図３の張力調整のための構成における制御のフローを示す図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップｓａ０１］張力指令値２により張力発生装置３を駆動し、張力を発生させる。
●［ステップｓａ０２］張力指令値２が所定の値の範囲から外れると（ＮＯ）、ステップｓａ０３へ移行する。張力指令値２が所定の値の範囲にある間、張力指令値２が所定の値の範囲に入っているか判断する。
●［ステップｓａ０３］時間経過の計測を開始する。
●［ステップｓａ０４］張力指令値２が所定の範囲外の状態が所定時間を経過したか否か判断し、所定時間が経過した場合は（ＹＥＳ）ステップｓａ０５へ移行し、所定時間が経過しない場合は（ＮＯ）ステップｓａ０２へ戻り処理を継続する。
●［ステップｓａ０５］警告を表示する。

張力コントローラ（張力制御装置）１から送出される張力指令値２が高い場合には張力発生装置３や張力測定装置４の劣化等により負荷が重くなっていることが考えられ、逆に低い場合には張力発生装置３や張力測定装置４の故障が考えられる。

図５は本発明に係る他の張力調整のための構成を示すブロック図である。張力コントローラ（張力制御装置）１が異常を検出した段階では張力発生装置３もしくは張力測定装置４のどちらが故障しているのか不明である。つまり、張力コントローラ（張力制御装置）１が警告信号を発した場合、張力発生装置３の問題であるのか張力測定装置４の問題であるのか特定できない。

そこで、第二の張力測定装置（図５の張力測定装置６）によって張力を再測定することで、どちらの装置（張力発生装置３または張力測定装置４）が故障しているのかを判断することが出来る。その上で、張力測定装置４が故障の場合にはただちに加工を停止する、張力発生装置３が故障の場合（張力のフィードバックは破綻していない範囲で）には加工を継続する、とする。これによって、ワイヤ放電加工機によって高精度に加工を行うことが可能な時間を、従来技術に比べ長くすることができる。なお、ここで挿入される第二の張力測定装置は校正されているものとする。

前記の警告信号を受けて警告表示もしくは加工停止を行い、第二の張力測定装置（張力測定装置６）をワイヤ電極架上に挿入し、第一の張力測定値（張力測定装置４）と第二の張力測定値（張力測定装置６）の偏差が所定の範囲内に収まっていた場合に加工を再開させることにより、放電加工機の連続稼働時間の増加が見込まれる。

図６に警告受信後に張力コントローラ（張力制御装置）１内で行う制御のフローチャートを示す。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップｓｂ０１］警告信号を受信する。
●［ステップｓｂ０２］第二の張力測定値を計測する。
●［ステップｓｂ０３］所定時間が経過したか否かを判断し、所定時間が経過していれば（ＹＥＳ）ステップｓｂ０４へ移行し、所定時間が経過していなければ（ＮＯ）所定時間が経過するのを待ってステップｓｂ０４へ移行する。
●［ステップｓｂ０４］第一の張力測定値と第二の張力測定値の偏差が所定の範囲以内か否か判断し、所定の範囲以内の場合（ＹＥＳ）にはステップｓｂ０５へ移行し、所定の範囲以内ではない場合（ＮＯ）にはステップｓｂ０６へ移行する。
●［ステップｓｂ０５］加工を再開する。
●［ステップｓｂ０６］停止を継続する。

上述したように、第一の張力測定装置による第一の張力測定値と第二の張力測定装置による第二の張力測定値を張力コントローラ１に取り込み偏差の算出を行う。この偏差が一定以上小さければ第一の張力測定装置（張力測定装置４）に異常はない、つまり、張力発生装置３の故障であると判断できる。この場合、第一の張力測定値は真の張力値を示しているので加工を再開させても加工精度の低下には結びつかない。また、張力発生装置３には必要以上の負担が掛かっている状況であるので、警告表示によって作業者に故障の前兆を知らせておくと装置の長寿命化にも繋がる。

また、前記の第二の張力測定装置（張力測定装置６）をロボット１０（図７参照）によって挿入することで、人間の作業者が行うよりも張力測定装置６の空間上の位置の振れが抑制され、高精度な張力測定値を得ることが出来る。ここで、第一と第二の張力測定装置（張力測定装置４，６）については一般的に使用されるテンションセンサと同様に、ワイヤ架上に設置されているローラがワイヤ電極９によって押し込まれ、そのローラの変位量に応じた張力を測定するものとする。

さらに、第二の張力測定装置は例えば図７に示すように被加工物の着脱を行うロボット１０に一時的に張力測定装置をハンドリングさせワイヤ架上に挿入するものとする。また、必要であればヴィジョンセンサによって張力測定装置にワイヤが正しく取り回されているか確認するのも良い。

これにより、張力測定装置の振れ低減による誤検出発生率の低減、精度を維持した状態で昼夜問わずの長時間連続運転が可能となる。

１ 張力コントローラ
２ 張力指令値
３ 張力発生装置
４ 張力測定装置
５ 張力測定値
６ 張力測定装置
７ 上ガイド
８ 下ガイド
９ ワイヤ電極

Claims (3)

1. ワイヤ電極と被加工物とを指令速度で相対移動させながら、前記ワイヤ電極と前記被加工物からなる極間に電圧を印加して放電を発生させ、前記ワークを除去加工するワイヤ放電加工機において、
   前記ワイヤ電極に張力を発生させる張力発生装置と、
   前記ワイヤ電極の架上に常時設置され、前記ワイヤ電極の張力を測定する第一の張力測定装置と、
   前記ワイヤ電極に対して進退可能に設けられ、前記ワイヤ電極の張力を測定する第二の張力測定装置と、
   前記第一の張力測定装置による張力測定値をフィードバックし、張力が目標値になるよう
   に前記張力発生装置に張力指令値を送出する張力制御装置と、
   を有し、
   前記張力制御装置が送出する張力指令値が張力目標値に応じた規定範囲から逸脱した場合
   に、警告信号を発生し、前記の警告信号発生後に、前記第一の張力測定装置の張力測定値と前記第二の張力測定装置から得られた測定値の偏差が所定の範囲内の場合、加工を再開させることを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記の警告信号を受けて、警告表示もしくは加工停止の少なくともいずれかを行うこと
   を特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
3. 前記の第二の張力測定装置は、ロボットにより挿入することを特徴とする、請求項１または２に記載のワイヤ放電加工機。

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