クランプ状態確認手段を有する回転テーブル
【課題】クランプ動作状態の確認を専用の検出機器を追加して使用することなく、クランプ動作状態を確認可能な回転テーブルを提供することである。
【解決手段】モータ出力軸に固定され割出しテーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動される回転テーブルにおいて、トルク指令等によりダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段（Ｓ１０６）と、モータに取り付けられた位置検出器から出力される位置情報に基づく位置偏差情報が許容される揺動範囲にあるか否かの判断結果に基づき（Ｓ１０８）、クランプ状態の確認可能であり、揺動指令とそれに続く判断と確認の処理を、タイマ動作（Ｓ１１１〜Ｓ１１３）により所定回数繰り返して行なえるクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【解決手段】モータ出力軸に固定され割出しテーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動される回転テーブルにおいて、トルク指令等によりダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段（Ｓ１０６）と、モータに取り付けられた位置検出器から出力される位置情報に基づく位置偏差情報が許容される揺動範囲にあるか否かの判断結果に基づき（Ｓ１０８）、クランプ状態の確認可能であり、揺動指令とそれに続く判断と確認の処理を、タイマ動作（Ｓ１１１〜Ｓ１１３）により所定回数繰り返して行なえるクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の回転軸（割出しテーブル）に関し、特に、前記回転軸に用いられるクランプ機構のクランプ動作完了を確認する手段を有する回転軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工作機械（例えば、マシニングセンタ等）において、駆動モータを回転軸に直結した、いわゆる、ダイレクトドライブ方式の構造を備えた回転テーブルが広く用いられるようになっている。
【０００３】
このダイレクトドライブ方式の場合、回転テーブルの回転速度の大幅な高速化が可能であるとともに、外乱による負荷変動に対する回転軸の俊敏な応答特性を得ることが可能である。そのため、ダイレクトドライブ方式を採用した工作機械による工作物の生産性、及び加工精度の向上に寄与している。
【０００４】
ダイレクトドライブ方式の回転テーブルを開示する文献として、例えば、特許文献１〜特許文献４がある。
特許文献１には、モータ直接駆動方式の工作機械用の回転テーブル割出し装置において、停電などに伴って工作機械や割出し装置への給電が断たれた場合であっても、回転テーブルの停止位置を確実に保持できるようにすると共に、ワーク加工時における回転テーブルの停止位置の保持を安定して行うことができるように、クランプ装置とは別に、給電停止時に回転テーブルを保持する保持力を発生させる第２の保持装置を付加する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２、及び、特許文献３には、減速機構を使用しない直接駆動方式で割出テーブルを所定角度回転させて位置決めする直接駆動型回転割出テーブルに関し、特に、割出テーブルの位置決め時のクランプ力を大幅に増大させることにより、大荷重がテーブルに加わってもテーブルの強固な保持ができるようにした技術が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、減速機を使用しない直接駆動方式の割出テーブルを所定角度回転させて位置決めする直接駆動型回転割出装置において、割出テーブルの位置決め時のクランプに際し、出力軸の軸受に不要な負荷が加わらず、かつ、割出テーブルの軸方向移動が起こらないようにした技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２５６４０号公報
【特許文献２】実公平８−１０５０５号公報
【特許文献３】実公平８−１０５０４号公報
【特許文献４】実公平６−２１６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
工作機械の回転テーブルでは、割り出し動作を行なった後クランプ動作を行い、回転テーブルに切削負荷が作用する前にクランプ状態確認を行うことが一般的である。生産性向上のために、クランプ状態確認を行うのに必要な時間は可能な限り短時間であることが望ましい。また、工作機械の設備コストを抑えるために、インデックステーブル自体が安価であることが求められ、従って、簡潔な構造の回転テーブルであることが望ましい。
【０００９】
一般に、回転軸を割り出した後、クランプ装置によって回転軸を保持する際に、シリンダ機構でブレーキディスクを固定部へ押し当てて保持する。このクランプ完了の確認手段としては、シリンダのピストンの移動を近接スイッチで検出する技術や、シリンダ内の圧力上昇を圧力センサで検出する技術がある。
【００１０】
従来のダイレクトドライブ構造の回転テーブルにおいて、クランプ状態確認は、ピストン７ａを前進させる前進用空気室７ｆ内部の圧力上昇を、圧力センサで検出することで可能である（図１参照）。
【００１１】
これらの検出する技術では、近接スイッチや圧力センサを回転テーブルに組み込む必要がある。スイッチやセンサなどを回転テーブルに組み込むことにより、スイッチやセンサを取り付けるための空間や空気孔の穿設が必要になると共に、センサからの信号を収集するための配線や、配管が必要となるなど、構造が複雑となり、コスト高の要因となっている。
また、この技術では、圧力が上昇した瞬間にクランプ力が作用したことにはならないため、圧力上昇後、一定の待ち時間を経てクランプ状態確認完了とするのが一般的である。そのため、クランプ状態確認に要する時間が長くなる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、クランプ動作状態の確認を専用の検出機器を追加して使用することなく、クランプ状態確認に要する時間を短縮できるクランプ動作状態を確認可能な回転テーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の請求項１に係る発明は、ケース内に収容固定されたステータと、該ステータに対して回転可能に設けられたロータと、該ロータに一体的に設けられ一端に回転テーブルが固定され他端に回転位置を検出する位置検出器を備えたモータ出力軸と、該モータ出力軸に固定され前記回転テーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動される回転テーブルにおいて、前記ダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段と、前記位置検出器から出力される位置情報に基づき位置偏差情報を算出する位置偏差情報算出手段と、前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報に基づきクランプ状態の判定を行う判定手段を有することを特徴とするクランプ状態確認手段を有する回転テーブルである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記揺動指令手段は、前記ダイレクトドライブモータを時間変化させた周波数で揺動することを特徴とする請求項１に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報を周波数帯域毎に算出する算出手段と、前記算出手段で算出された位置偏差情報を記憶する記憶手段を備え、前記揺動指令手段は、前記記憶手段に記憶された位置偏差情報に基づき、ダイレクトドライブモータを揺動する周波数を設定することを特徴とする請求項２に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、クランプ状態の確認作業をモータの制御系が有する位置フィードバック情報を利用して行い、クランプ状態確認のための新たなセンサ等を設ける必要がなく、ダイレクトドライブ方式の回転テーブルの構成が簡素化し、低コスト、かつ、確認動作に必要な時間も短縮化され、生産性向上に寄与することができる、クランプ状態確認手段を有する回転テーブルを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
まず、本発明によるクランプ状態確認動作のための原理について説明する。
【００１８】
ダイレクトドライブ構造の回転テーブルは、回転速度の高速化だけではなく、回転軸に対し高い応答性での移動指令が可能である。また、回転軸に直結された位置検出器を備えているので、外乱や負荷変動を高感度で検出する能力を備えている。
【００１９】
そこで本発明では、回転軸と、回転軸を駆動するモータ、及び、位置検出器（センサギア）を一体的に設けた回転テーブル構造において、回転軸のクランプ状態を確認する際に、数値制御装置からの指令位置は変化させずに、サーボ制御装置から駆動モータへトルク変動を与えて、回転軸に微小な揺動（正回転方向と逆回転方向の微回転による振動）を生じさせる。
【００２０】
クランプによりブレーキが働いていない状態では、数値制御装置からの指令位置が変動しないにも関わらず、与えられたトルク変動によって回転軸が実際に微小揺動することで、位置検出器からフィードバックされる位置情報により位置偏差に変動が生じる。
【００２１】
一方、クランプによりブレーキが働いている状態（クランプトルクが働いている状態）では、回転軸の動きが制限されることから、位置偏差に変動が生じないか、若しくは、位置偏差の変動幅は極めて小さい。
【００２２】
本発明では、クランプによりブレーキが働いている状態とクランプによりブレーキが働いていない状態とで異なって検出される位置偏差の変動幅（振幅）の変化を、クランプ動作完了の判定に用いる。
【００２３】
次に、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルについて説明する。なお、ここで説明するダイレクトドライブ構造は公知の技術であって、その一例をここでは説明するものである。
【００２４】
図１は、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルの基本構造を示す断面図である。回転テーブル（回転テーブルは図示を省略）のシャフト２ａは、ケース１内に主軸受３ａ、及び支持軸受３ｂを介して、回転自在に支承されている。
【００２５】
モータのステータ４ｂ、ブレーキのシリンダ７ｂ、センサヘッド５ｂ、リッド８はケースに固定され、モータのロータ４ａ、位置検出器（センサギア）５ａ、ディスク６は何れも回転テーブルと一体的に回転可能な様に、シャフト２ａに固定される。
【００２６】
ピストン７ａは、シール部材７ｃ〜７ｅを介して、シリンダ７ｂ内に前進及び後退可能なストロークを備えて設置され、クランプ側へピストン７ａが移動する方向へ複数のコイルバネ７ｈによって付勢されると共に、圧縮空気によって移動可能なように、ピストン７ａとシリンダ７ｂ間に前進用空気室７ｆと後退用空気室７ｇが設けられている。
【００２７】
アンクランプ状態（クランプ解除状態）では、図１に示されていない電磁弁によって後退用空気室７ｇへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａはコイルバネ７ｈの圧縮力に抗して後退端へ移動した状態となっている。
【００２８】
クランプ状態では、前記電磁弁によって、後退用空気室７ｇから排気すると同時に前進用空気室７ｆへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａが前進して、リッド８上の摩擦面８ａとの間でディスク６が挟持される。
【００２９】
前述したダイレクトドライブ方式を持つ回転テーブルにおいて、クランプ状態確認専用の機器を使用しないで、（回転テーブルを駆動する）サーボモータに繰り返し、正回転と逆回転方向とに微小回転させるトルク変動による微小な揺動を与えて、その時の回転テーブルの揺動の振幅からクランプ状態であるか否かの判定を行なう。
【００３０】
図２を用いて本発明のクランプ状態の確認動作についてより具体的に説明する。図２は本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルＦの要部機能ブロック図である。数値制御部Ａは、高速演算処理が可能なマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を備えている。数値制御部Ａは、ＮＣプログラムＡ１０をプログラム解析部Ａ１１で解析し、プログラム解析部Ａ１１で解析されたＮＣプログラムを１ブロック毎に処理するブロック処理部Ａ１２で処理する。ブロック処理部Ａ１２で処理されたブロックにクランプ指令があると数値制御部Ａは、このクランプ指令をクランプ制御部Ｅに送出する。クランプ制御部Ｅは、ピストン７ａ（図１参照）がクランプ動作するようにピストンの駆動手段（図示省略）を制御する。
【００３１】
一方、揺動指令部Ａ１３は、ブロック処理部Ａ１２からのクランプ指令に基づきクランプ状態の確認動作を開始する。具体的には、数値制御部Ａが有するメモリ（図示省略）に格納されているクランプ状態確認のための本発明のプログラムを実行開始する。このプログラムのアルゴリズムについては後述する図３に関する説明で行う。
揺動指令部Ａ１３は回転テーブルＦを揺動するために、サーボ制御部Ｂのトルク指令生成部Ｂ１１へ揺動指令を送出する。この揺動指令は、回転テーブルの割り出しに影響を及ぼさない微小なものである。サーボ制御部Ｂのトルク指令生成部Ｂ１１は揺動指令に基づき、ダイレクトドライブモータＣを揺動させるトルク指令を生成する。この際に、数値制御部Ａからサーボ制御部Ｂへ位置指令はなされない。このように、クランプ状態確認を行う際のダイレクトドライブモータの制御はトルク制御でなされている。そして、このように駆動することにより、ダイレクトドライブモータＣに微小な揺動（往復方向の振動）を生じさせる。
【００３２】
前記のようにダイレクトドライブモータＣを駆動した際に、ピストン７ａなどから構成されるクランプ装置がクランプ状態にない（換言すれば、ブレーキが働いていない状態）場合、数値制御部Ａからの指令位置が変動していない状態であるにも関わらず、数値制御部Ａからのトルク指令によりトルク変動によって回転軸が微小移動するために、位置検出器Ｄから検出される位置情報に基づく位置偏差の変動が生じる。
【００３３】
他方、クランプ状態にある（換言すれば、ブレーキが働いてクランプトルクが働いた状態）場合では、回転軸の動きが制限されることから、位置偏差の変動が生じないか、若しくは、位置偏差の変動幅が極めて少ない。ここで、位置偏差は、位置検出器Ｄからフィードバックされる位置フィードバック位置ＦＢを用いて算出される。例えば、サーボ制御部Ｂの位置偏差カウンタＢ１０からの数値制御部Ａへの位置偏差を表す信号、あるいは、位置検出器Ｄから出力される位置検出信号を用いることにより算出することができる。以下、これらを総称して「位置偏差」という。
【００３４】
そして、判定部Ａ１５において位置偏差情報算出部Ａ１４で算出した位置偏差が許容範囲内か否か判断し、クランプ動作状態を判断する。この位置偏差の変動幅（振幅）を、予め設定した閾値（許容値）と比較することで、クランプ動作完了、あるいは、クランプ動作未完了と判定することが可能である。
なお、図２においては、本発明に関連する部分を示しており、通常のモータ制御に存在する速度ループ、電流ループなどは記載を省略している。
【００３５】
前述のクランプ状態確認の原理に従い、本発明の回転テーブルが実行するクランプ状態確認のための処理のアルゴリズムを、図３に示すフローチャートに従って説明する。以下、各ステップに従って説明する。
【００３６】
図２で説明したように、ブロック処理部Ａ１２からクランプ指令を揺動指令部Ａ１３が受けると、クランプ状態確認のための処理のプログラムが起動する。そして、クランプ指令信号が終了する時点を確認する（ステップＳ１００）。
【００３７】
クランプ指令信号の終了を確認すると、予め数値制御部Ａの記憶装置（図示省略）に記憶させてあるタイマ１、タイマ２、確認上限回数Ｋ、および、揺動の許容範囲を読み込みこむ（ステップＳ１０１）。
【００３８】
ここでタイマ１とタイマ２について説明する。経過時間を表す「タイマ１」は、クランプ状態確認を開始するまでの経過時間であり、クランプを行なうためのピストン７ａ（図１参照）の移動時間より長めに、任意に設定できる可変の数値である。ピストン７ａの移動時間は予め実際に測定して求めることができる。タイマ１の時間の長さとピスト７ａの移動時間の関係については後述する図６を参照すると理解し易い。また、経過時間を表す「タイマ２」は、２回目以降のクランプ状態確認を開始するまでの経過時間を表す。「タイマ２」の時間の長さは、「タイマ１」と同一でもよいし相違してもよい。確認上限回数Ｋは、クランプ状態の確認を行う上限回数を表している。
【００３９】
ステップＳ１０２でタイマをスタートし予め設定されている経過時間（以下、「タイマ１」という）が経過するのを待ち、クランプ状態確認回数ｋを初期値の１に設定する（ステップＳ１０２〜ステップＳ１０４）。
そして、クランプ状態確認回数ｋの上限値としてステップＳ１０１で読み込んだ確認上限回数Ｋ以下であるか否かを判断し、確認上限回数Ｋを超えた場合にはクランプ状態を正常に確認できないとして、ステップＳ１１４でクランプ確認タイムオーバー（クランプ動作不良）の警告を発生し処理を終了し、確認上限回数Ｋ以下の場合にはステップＳ１０６へ移行する（ステップＳ１０５、ステップＳ１１４）。
【００４０】
次に、ダイレクトドライブモータＣを揺動するため、クランプ確認動作（揺動指令）を行い、その際に発生するダイレクトドライブモータＣの揺動範囲が予め設定されている許容範囲内であるか否か判断し、許容範囲内の場合にはステップＳ１０９へ移行し、クランプ確認結果を表示するための表示部（図示省略）に送り出し、図示省略した切削送り軸のインターロックを解除して加工許可状態にし、終了する（ステップＳ１０６〜Ｓ１１０）。
【００４１】
一方、ステップＳ１０８で揺動が許容範囲にないと判断された場合、換言すれば、初回目のクランプ状態確認動作（ｋ＝１の場合）では、クランプが正常に行われたか否か不明であるので、２回目以降のクランプ状態確認動作を行う。そのために、２回目以降の確認動作を行うために再確認経過時間（以下、「タイマ２」という）が経過するのを待ち、クランプ状態確認回数ｋに１を加算し、ステップＳ１０５へ戻り、２回目以降の確認動作を継続する（ステップＳ１１１〜ステップＳ１１３）。
【００４２】
次に、図４に示されるクランプ指令を含む加工プログラムの一例をとって、本発明のクランプ状態確認の動作について説明する。図４に示される加工プログラムの各ブロックについて説明すると、「Ｍ１０」はクランプ指令、「Ｇ００ Ｇ４３ Ｈ０１ Ｚ０」は早送り（Ｚ軸アプローチ）、「Ｇ０１ Ｘ１００． Ｆ５００」は加工（Ｘ軸切削送り）の指令ブロックである。
【００４３】
図５は、本発明に基づくクランプ状態確認動作のタイムチャートである。このタイムチャートは、クランプ状態確認が初回目で保持状態と確認された場合を表している。以下、図５のタイムチャートを図４のプログラム指令と対応させながら説明する。
【００４４】
クランプ指令（Ｍ１０）によって、数値制御部Ａからクランプ制御部ＥにＭ１０が送出され（ａ）、ブレーキを構成するピストン７ａが移動を開始する（ｂ）。Ｍ１０は送出直後に終了し（ｃ）、数値制御部Ａは次ブロックの動作、図４のプログラムでは、Ｚ軸アプローチのため早送り軸移動Ｇ００を開始する（ｄ）。数値制御部Ａ制御装置はＭ１０終了（ｃ）よりタイマのカウントを開始し、タイマのカウントアップと同時にサーボモータ制御装置にクランプ状態確認を指令する（ｆ）。ここで、タイマのカウントアップ時間は予め測定されたピストンの移動時間を見込んで設定される可変の設定値である。
【００４５】
数値制御部Ａでクランプ状態確認を実行中、サーボ制御部ＢによりダイレクトドライブモータＣは揺動制御される。揺動によってクランプ状態であるか否かが数値制御部Ａで判定され、クランプ状態確認完了（ｇ）とクランプ状態確認結果＝１保持状態（ｈ）が送出され、加工許可状態（ｎ）となる。工具を移動させる制御軸の軸移動が終了すると、回転テーブルは既に加工許可状態であるため、次ブロックのＸ軸切削送りＧ０１が実行される。
【００４６】
次に、図６を用いて、クランプ状態確認結果が初回目の確認動作で解除状態（つまり、初回目でクランプ完了との判断ができない状態）の場合を説明する。図６に示されるように、１回目のクランプ状態確認完了（ｈ’）後、タイマ２を待って再度クランプ状態確認をリトライ（ｊ’）する。２度目のクランプ状態確認で、クランプ状態確認結果が保持状態となった（ｍ’）場合には、加工許可状態（ｒ’）となり、次ブロックのＸ軸切削送りが実行される。仮に、クランプ状態確認結果が解除状態で継続する場合には、リトライを別途設定された回数繰り返した後、クランプ状態確認タイムオーバー（クランプ動作不良）の旨のアラームを発生して処理を終了する。
【００４７】
図７は、クランプ状態を確認するために図３〜図６で説明したように、ダイレクトドライブモータに揺動の入力波形Ｌ１を入力した状態で、ブレーキ機構がクランプ動作を実行した際の回転軸の位置波形Ｌ３、及び、位置偏差の波形Ｌ２を表す一つの例である。揺動の入力波形Ｌ１による揺動入力によって、図７の位置波形Ｌ３に示される正弦波状の揺動が発生する。図７に示される例では、５０Ｈｚ、プラスマイナス０．００４度の振幅が得られている。
【００４８】
この揺動期間に、数値制御装置からの位置指令は変化していないため、位置波形Ｌ３と位置偏差の波形Ｌ２は同一である。クランプ状態確認中に、この位置偏差の波形Ｌ２の変動幅が許容される設定された閾値以上の場合には、サーボ制御装置がクランプ状態確認結果の解除状態を出力する。
【００４９】
一方、ブレーキが働いて回転軸が固定された状態、即ち、下に示す波形例の右側半分の状態では、揺動がほぼ停止し、位置偏差の波形Ｌ２も変動がなくなる。この位置偏差の変動幅が設定された閾値を下回った状態で、サーボ制御装置はクランプ状態確認結果の固定状態を出力する。
【００５０】
（第１の実施形態）
図７に示される波形から理解できるように、位置偏差の変動の最低半周期が得られる時間、揺動を与えることで、直後にクランプ状態確認結果の出力、即ち、判定が可能である。このように揺動してクランプ状態を確認することを、第１の実施形態という。
【００５１】
図７に示されるように、５０Ｈｚの揺動を与えたこの例では、１秒／５０Ｈｚ／２（半周期）＝０．０１秒、これに、ソフトウェア上の判定時間を加えて、約０．０２秒で、クランプが正しく働いているか否かを確認することが可能となる。
【００５２】
なお、最適な実施形態では、クランプ状態確認は、クランプ指令後、加工点へのアプローチのための軸移動中に、ブレーキ機構によるクランプ動作が終了したタイミングで実行されるため、実質的に所用時間を必要とせずに完了することになる。
【００５３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、与えたトルク変動によってクランプ状態を判定するのに十分な位置偏差の振幅が得られた場合である。しかしながら、この回転テーブル上に負荷されるワークの設置状態によっては、十分な振幅の位置偏差の振幅が得られない場合が生じる。
【００５４】
回転テーブル上に負荷される加工治具やワーク（以下単に、「ワーク」という）は特定されず、回転テーブルで駆動可能な慣性（イナーシャ）や質量の範囲内で様々な形状が存在する。
【００５５】
一般に、ワークのイナーシャが十分に小さく、その捩れ剛性が十分に高い場合には問題にならないが、ワークのイナーシャが大きく、その捩れ剛性が低い場合には、回転軸全体の共振周波数及び反共振周波数が低くなり、揺動させる加振周波数（与えた振動の周波数）とワークを含めた回転軸の反共振周波数が一致、乃至は近づいた場合に、位置検出器で十分な位置偏差の振幅を捉えることができない状態が発生する。
【００５６】
このような状態を避けるために、クランプ状態確認中に、揺動させる加振周波数を変化させて、クランプ状態確認の時間内に位置検出器で捉えられる十分な振幅が得られるようにする。
【００５７】
クランプ状態確認開始直後に２０Ｈｚを与え、この周波数を０．５秒後に８０Ｈｚまで変化させる。ブレーキが働いていない状態で、仮に回転軸の一次反共振周波数が２５Ｈｚであった場合には、８０Ｈｚまでの間に十分な振幅の位置偏差が得られる周波数が存在するため、クランプ状態確認結果の解除状態を検出することが可能である。
【００５８】
この実施形態では、毎回のクランプ状態確認動作に周波数を変化させるため、時間を要するデメリットがあるが、割り出し動作後のアプローチの軸移動時間が長い場合には、その時間内で動作を終えることも可能であり、有効である。
【００５９】
（第３の実施形態）
第２の実施形態と同様に、回転軸の反共振周波数の影響を避けるために、ブレーキが働いていない状態（クランプ解除状態）で、ワークを含めた回転軸の加振周波数に対する応答特性を測定し、位置偏差の振幅が小さくならない周波数で揺動してクランプ状態確認を行う。
【００６０】
一例として、クランプ状態確認動作とは別に、ブレーキが働いていない状態で測定動作を開始する。測定開始時に２０Ｈｚトルク変動を与え、２秒後に８０Ｈｚまで周波数を変化させる。例えば、２０Ｈｚ〜８０Ｈｚまでを１２等分した各周波数帯の中央値である周波数で揺動し、その際に検出される位置偏差の振幅をモータ制御装置内に一時記憶し、最も大きな位置偏差の振幅が得られた周波数を選定する。選定された周波数は、加振周波数としてのパラメータに自動設定され、以降、クランプ状態確認動作中に、設定された周波数でトルク変動が与えられ、判定に用いられる。
【００６１】
この実施形態では、クランプ状態確認中に、適切な周波数の揺動を最小限の時間与えることで判定が可能である。
【００６２】
図８は、本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルの概略機能ブロック図である（速度変動を用いた第４の実施形態）。図２で説明したトルク変動に換えて速度変動により、揺動をさせる例である。
【００６３】
本発明により、クランプ状態確認を特別な検出装置を用いることなく、ダイレクトドライブモータと位置検出器によって可能であり、回転テーブルのクランプ状態確認が確実に行え、同時に低コスト化が可能となる。
【００６４】
また、このクランプ状態確認の本発明は、回転テーブルのブレーキの故障判定、並びに、モータと位置検出器とブレーキ機構を同軸上に備える重力軸のブレーキに関しても、故障判定に利用できるため、工作機械の保守管理手段としても有益である。
なお、前述のとおり本発明の目的は、クランプ動作状態の確認を専用の検出機器を追加して使用することなく、クランプ状態確認に要する時間を短縮できるクランプ動作状態を確認可能な回転テーブルを提供することであるが、従来からのクランプ状態の確認を圧力センサを用いて行っている回転テーブルにも付加して使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルの基本構造を示す断面図である。
【図２】本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルの要部機能ブロック図である（トルク変動による実施形態）。
【図３】本発明であるクランプ状態確認を実行するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】クランプ指令を含む加工プログラムの一例である。
【図５】本発明に基づくクランプ状態確認動作のタイムチャートである（クランプ状態確認が初回目で保持状態と確認された場合）。
【図６】本発明に基づくクランプ状態確認動作のタイムチャートである（クランプ状態確認が初回目では解除状態の場合）。
【図７】ダイレクトドライブモータに揺動を入力した状態で、ブレーキ機構がクランプ動作を実行した際の回転軸の位置、及び、位置偏差の波形の一例である。
【図８】本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルの概略機能ブロック図である（速度変動による実施形態）。
【符号の説明】
【００６６】
１ ケース
２ａ シャフト（回転軸）
３ａ 主軸受
３ｂ 支持軸受
４ａ ロータ（モータ）
４ｂ ステータ（モータ）
５ａ 位置検出器（センサギア）
５ｂ センサヘッド
６ ディスク
７ａ ピストン
７ｂ シリンダ
７ｃ〜７ｅ シール部材
７ｆ 前進用空気室
７ｇ 後退用空気室
７ｈ コイルバネ
８ 蓋（リッド）
８ａ 摩擦面
９ 電磁弁
Ａ 数値制御部
Ｂ サーボ制御部
Ｃ ダイレクトドライブモータ
Ｄ 位置検出器
Ｅ クランプ制御部
Ｆ 回転テーブル
Ｌ１ 揺動の入力波形
Ｌ２ 位置偏差
Ｌ３ 位置波形
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の回転軸（割出しテーブル）に関し、特に、前記回転軸に用いられるクランプ機構のクランプ動作完了を確認する手段を有する回転軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工作機械（例えば、マシニングセンタ等）において、駆動モータを回転軸に直結した、いわゆる、ダイレクトドライブ方式の構造を備えた回転テーブルが広く用いられるようになっている。
【０００３】
このダイレクトドライブ方式の場合、回転テーブルの回転速度の大幅な高速化が可能であるとともに、外乱による負荷変動に対する回転軸の俊敏な応答特性を得ることが可能である。そのため、ダイレクトドライブ方式を採用した工作機械による工作物の生産性、及び加工精度の向上に寄与している。
【０００４】
ダイレクトドライブ方式の回転テーブルを開示する文献として、例えば、特許文献１〜特許文献４がある。
特許文献１には、モータ直接駆動方式の工作機械用の回転テーブル割出し装置において、停電などに伴って工作機械や割出し装置への給電が断たれた場合であっても、回転テーブルの停止位置を確実に保持できるようにすると共に、ワーク加工時における回転テーブルの停止位置の保持を安定して行うことができるように、クランプ装置とは別に、給電停止時に回転テーブルを保持する保持力を発生させる第２の保持装置を付加する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２、及び、特許文献３には、減速機構を使用しない直接駆動方式で割出テーブルを所定角度回転させて位置決めする直接駆動型回転割出テーブルに関し、特に、割出テーブルの位置決め時のクランプ力を大幅に増大させることにより、大荷重がテーブルに加わってもテーブルの強固な保持ができるようにした技術が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、減速機を使用しない直接駆動方式の割出テーブルを所定角度回転させて位置決めする直接駆動型回転割出装置において、割出テーブルの位置決め時のクランプに際し、出力軸の軸受に不要な負荷が加わらず、かつ、割出テーブルの軸方向移動が起こらないようにした技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２５６４０号公報
【特許文献２】実公平８−１０５０５号公報
【特許文献３】実公平８−１０５０４号公報
【特許文献４】実公平６−２１６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
工作機械の回転テーブルでは、割り出し動作を行なった後クランプ動作を行い、回転テーブルに切削負荷が作用する前にクランプ状態確認を行うことが一般的である。生産性向上のために、クランプ状態確認を行うのに必要な時間は可能な限り短時間であることが望ましい。また、工作機械の設備コストを抑えるために、インデックステーブル自体が安価であることが求められ、従って、簡潔な構造の回転テーブルであることが望ましい。
【０００９】
一般に、回転軸を割り出した後、クランプ装置によって回転軸を保持する際に、シリンダ機構でブレーキディスクを固定部へ押し当てて保持する。このクランプ完了の確認手段としては、シリンダのピストンの移動を近接スイッチで検出する技術や、シリンダ内の圧力上昇を圧力センサで検出する技術がある。
【００１０】
従来のダイレクトドライブ構造の回転テーブルにおいて、クランプ状態確認は、ピストン７ａを前進させる前進用空気室７ｆ内部の圧力上昇を、圧力センサで検出することで可能である（図１参照）。
【００１１】
これらの検出する技術では、近接スイッチや圧力センサを回転テーブルに組み込む必要がある。スイッチやセンサなどを回転テーブルに組み込むことにより、スイッチやセンサを取り付けるための空間や空気孔の穿設が必要になると共に、センサからの信号を収集するための配線や、配管が必要となるなど、構造が複雑となり、コスト高の要因となっている。
また、この技術では、圧力が上昇した瞬間にクランプ力が作用したことにはならないため、圧力上昇後、一定の待ち時間を経てクランプ状態確認完了とするのが一般的である。そのため、クランプ状態確認に要する時間が長くなる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、クランプ動作状態の確認を専用の検出機器を追加して使用することなく、クランプ状態確認に要する時間を短縮できるクランプ動作状態を確認可能な回転テーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の請求項１に係る発明は、ケース内に収容固定されたステータと、該ステータに対して回転可能に設けられたロータと、該ロータに一体的に設けられ一端に回転テーブルが固定され他端に回転位置を検出する位置検出器を備えたモータ出力軸と、該モータ出力軸に固定され前記回転テーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動される回転テーブルにおいて、前記ダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段と、前記位置検出器から出力される位置情報に基づき位置偏差情報を算出する位置偏差情報算出手段と、前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報に基づきクランプ状態の判定を行う判定手段を有することを特徴とするクランプ状態確認手段を有する回転テーブルである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記揺動指令手段は、前記ダイレクトドライブモータを時間変化させた周波数で揺動することを特徴とする請求項１に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報を周波数帯域毎に算出する算出手段と、前記算出手段で算出された位置偏差情報を記憶する記憶手段を備え、前記揺動指令手段は、前記記憶手段に記憶された位置偏差情報に基づき、ダイレクトドライブモータを揺動する周波数を設定することを特徴とする請求項２に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、クランプ状態の確認作業をモータの制御系が有する位置フィードバック情報を利用して行い、クランプ状態確認のための新たなセンサ等を設ける必要がなく、ダイレクトドライブ方式の回転テーブルの構成が簡素化し、低コスト、かつ、確認動作に必要な時間も短縮化され、生産性向上に寄与することができる、クランプ状態確認手段を有する回転テーブルを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
まず、本発明によるクランプ状態確認動作のための原理について説明する。
【００１８】
ダイレクトドライブ構造の回転テーブルは、回転速度の高速化だけではなく、回転軸に対し高い応答性での移動指令が可能である。また、回転軸に直結された位置検出器を備えているので、外乱や負荷変動を高感度で検出する能力を備えている。
【００１９】
そこで本発明では、回転軸と、回転軸を駆動するモータ、及び、位置検出器（センサギア）を一体的に設けた回転テーブル構造において、回転軸のクランプ状態を確認する際に、数値制御装置からの指令位置は変化させずに、サーボ制御装置から駆動モータへトルク変動を与えて、回転軸に微小な揺動（正回転方向と逆回転方向の微回転による振動）を生じさせる。
【００２０】
クランプによりブレーキが働いていない状態では、数値制御装置からの指令位置が変動しないにも関わらず、与えられたトルク変動によって回転軸が実際に微小揺動することで、位置検出器からフィードバックされる位置情報により位置偏差に変動が生じる。
【００２１】
一方、クランプによりブレーキが働いている状態（クランプトルクが働いている状態）では、回転軸の動きが制限されることから、位置偏差に変動が生じないか、若しくは、位置偏差の変動幅は極めて小さい。
【００２２】
本発明では、クランプによりブレーキが働いている状態とクランプによりブレーキが働いていない状態とで異なって検出される位置偏差の変動幅（振幅）の変化を、クランプ動作完了の判定に用いる。
【００２３】
次に、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルについて説明する。なお、ここで説明するダイレクトドライブ構造は公知の技術であって、その一例をここでは説明するものである。
【００２４】
図１は、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルの基本構造を示す断面図である。回転テーブル（回転テーブルは図示を省略）のシャフト２ａは、ケース１内に主軸受３ａ、及び支持軸受３ｂを介して、回転自在に支承されている。
【００２５】
モータのステータ４ｂ、ブレーキのシリンダ７ｂ、センサヘッド５ｂ、リッド８はケースに固定され、モータのロータ４ａ、位置検出器（センサギア）５ａ、ディスク６は何れも回転テーブルと一体的に回転可能な様に、シャフト２ａに固定される。
【００２６】
ピストン７ａは、シール部材７ｃ〜７ｅを介して、シリンダ７ｂ内に前進及び後退可能なストロークを備えて設置され、クランプ側へピストン７ａが移動する方向へ複数のコイルバネ７ｈによって付勢されると共に、圧縮空気によって移動可能なように、ピストン７ａとシリンダ７ｂ間に前進用空気室７ｆと後退用空気室７ｇが設けられている。
【００２７】
アンクランプ状態（クランプ解除状態）では、図１に示されていない電磁弁によって後退用空気室７ｇへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａはコイルバネ７ｈの圧縮力に抗して後退端へ移動した状態となっている。
【００２８】
クランプ状態では、前記電磁弁によって、後退用空気室７ｇから排気すると同時に前進用空気室７ｆへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａが前進して、リッド８上の摩擦面８ａとの間でディスク６が挟持される。
【００２９】
前述したダイレクトドライブ方式を持つ回転テーブルにおいて、クランプ状態確認専用の機器を使用しないで、（回転テーブルを駆動する）サーボモータに繰り返し、正回転と逆回転方向とに微小回転させるトルク変動による微小な揺動を与えて、その時の回転テーブルの揺動の振幅からクランプ状態であるか否かの判定を行なう。
【００３０】
図２を用いて本発明のクランプ状態の確認動作についてより具体的に説明する。図２は本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルＦの要部機能ブロック図である。数値制御部Ａは、高速演算処理が可能なマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を備えている。数値制御部Ａは、ＮＣプログラムＡ１０をプログラム解析部Ａ１１で解析し、プログラム解析部Ａ１１で解析されたＮＣプログラムを１ブロック毎に処理するブロック処理部Ａ１２で処理する。ブロック処理部Ａ１２で処理されたブロックにクランプ指令があると数値制御部Ａは、このクランプ指令をクランプ制御部Ｅに送出する。クランプ制御部Ｅは、ピストン７ａ（図１参照）がクランプ動作するようにピストンの駆動手段（図示省略）を制御する。
【００３１】
一方、揺動指令部Ａ１３は、ブロック処理部Ａ１２からのクランプ指令に基づきクランプ状態の確認動作を開始する。具体的には、数値制御部Ａが有するメモリ（図示省略）に格納されているクランプ状態確認のための本発明のプログラムを実行開始する。このプログラムのアルゴリズムについては後述する図３に関する説明で行う。
揺動指令部Ａ１３は回転テーブルＦを揺動するために、サーボ制御部Ｂのトルク指令生成部Ｂ１１へ揺動指令を送出する。この揺動指令は、回転テーブルの割り出しに影響を及ぼさない微小なものである。サーボ制御部Ｂのトルク指令生成部Ｂ１１は揺動指令に基づき、ダイレクトドライブモータＣを揺動させるトルク指令を生成する。この際に、数値制御部Ａからサーボ制御部Ｂへ位置指令はなされない。このように、クランプ状態確認を行う際のダイレクトドライブモータの制御はトルク制御でなされている。そして、このように駆動することにより、ダイレクトドライブモータＣに微小な揺動（往復方向の振動）を生じさせる。
【００３２】
前記のようにダイレクトドライブモータＣを駆動した際に、ピストン７ａなどから構成されるクランプ装置がクランプ状態にない（換言すれば、ブレーキが働いていない状態）場合、数値制御部Ａからの指令位置が変動していない状態であるにも関わらず、数値制御部Ａからのトルク指令によりトルク変動によって回転軸が微小移動するために、位置検出器Ｄから検出される位置情報に基づく位置偏差の変動が生じる。
【００３３】
他方、クランプ状態にある（換言すれば、ブレーキが働いてクランプトルクが働いた状態）場合では、回転軸の動きが制限されることから、位置偏差の変動が生じないか、若しくは、位置偏差の変動幅が極めて少ない。ここで、位置偏差は、位置検出器Ｄからフィードバックされる位置フィードバック位置ＦＢを用いて算出される。例えば、サーボ制御部Ｂの位置偏差カウンタＢ１０からの数値制御部Ａへの位置偏差を表す信号、あるいは、位置検出器Ｄから出力される位置検出信号を用いることにより算出することができる。以下、これらを総称して「位置偏差」という。
【００３４】
そして、判定部Ａ１５において位置偏差情報算出部Ａ１４で算出した位置偏差が許容範囲内か否か判断し、クランプ動作状態を判断する。この位置偏差の変動幅（振幅）を、予め設定した閾値（許容値）と比較することで、クランプ動作完了、あるいは、クランプ動作未完了と判定することが可能である。
なお、図２においては、本発明に関連する部分を示しており、通常のモータ制御に存在する速度ループ、電流ループなどは記載を省略している。
【００３５】
前述のクランプ状態確認の原理に従い、本発明の回転テーブルが実行するクランプ状態確認のための処理のアルゴリズムを、図３に示すフローチャートに従って説明する。以下、各ステップに従って説明する。
【００３６】
図２で説明したように、ブロック処理部Ａ１２からクランプ指令を揺動指令部Ａ１３が受けると、クランプ状態確認のための処理のプログラムが起動する。そして、クランプ指令信号が終了する時点を確認する（ステップＳ１００）。
【００３７】
クランプ指令信号の終了を確認すると、予め数値制御部Ａの記憶装置（図示省略）に記憶させてあるタイマ１、タイマ２、確認上限回数Ｋ、および、揺動の許容範囲を読み込みこむ（ステップＳ１０１）。
【００３８】
ここでタイマ１とタイマ２について説明する。経過時間を表す「タイマ１」は、クランプ状態確認を開始するまでの経過時間であり、クランプを行なうためのピストン７ａ（図１参照）の移動時間より長めに、任意に設定できる可変の数値である。ピストン７ａの移動時間は予め実際に測定して求めることができる。タイマ１の時間の長さとピスト７ａの移動時間の関係については後述する図６を参照すると理解し易い。また、経過時間を表す「タイマ２」は、２回目以降のクランプ状態確認を開始するまでの経過時間を表す。「タイマ２」の時間の長さは、「タイマ１」と同一でもよいし相違してもよい。確認上限回数Ｋは、クランプ状態の確認を行う上限回数を表している。
【００３９】
ステップＳ１０２でタイマをスタートし予め設定されている経過時間（以下、「タイマ１」という）が経過するのを待ち、クランプ状態確認回数ｋを初期値の１に設定する（ステップＳ１０２〜ステップＳ１０４）。
そして、クランプ状態確認回数ｋの上限値としてステップＳ１０１で読み込んだ確認上限回数Ｋ以下であるか否かを判断し、確認上限回数Ｋを超えた場合にはクランプ状態を正常に確認できないとして、ステップＳ１１４でクランプ確認タイムオーバー（クランプ動作不良）の警告を発生し処理を終了し、確認上限回数Ｋ以下の場合にはステップＳ１０６へ移行する（ステップＳ１０５、ステップＳ１１４）。
【００４０】
次に、ダイレクトドライブモータＣを揺動するため、クランプ確認動作（揺動指令）を行い、その際に発生するダイレクトドライブモータＣの揺動範囲が予め設定されている許容範囲内であるか否か判断し、許容範囲内の場合にはステップＳ１０９へ移行し、クランプ確認結果を表示するための表示部（図示省略）に送り出し、図示省略した切削送り軸のインターロックを解除して加工許可状態にし、終了する（ステップＳ１０６〜Ｓ１１０）。
【００４１】
一方、ステップＳ１０８で揺動が許容範囲にないと判断された場合、換言すれば、初回目のクランプ状態確認動作（ｋ＝１の場合）では、クランプが正常に行われたか否か不明であるので、２回目以降のクランプ状態確認動作を行う。そのために、２回目以降の確認動作を行うために再確認経過時間（以下、「タイマ２」という）が経過するのを待ち、クランプ状態確認回数ｋに１を加算し、ステップＳ１０５へ戻り、２回目以降の確認動作を継続する（ステップＳ１１１〜ステップＳ１１３）。
【００４２】
次に、図４に示されるクランプ指令を含む加工プログラムの一例をとって、本発明のクランプ状態確認の動作について説明する。図４に示される加工プログラムの各ブロックについて説明すると、「Ｍ１０」はクランプ指令、「Ｇ００ Ｇ４３ Ｈ０１ Ｚ０」は早送り（Ｚ軸アプローチ）、「Ｇ０１ Ｘ１００． Ｆ５００」は加工（Ｘ軸切削送り）の指令ブロックである。
【００４３】
図５は、本発明に基づくクランプ状態確認動作のタイムチャートである。このタイムチャートは、クランプ状態確認が初回目で保持状態と確認された場合を表している。以下、図５のタイムチャートを図４のプログラム指令と対応させながら説明する。
【００４４】
クランプ指令（Ｍ１０）によって、数値制御部Ａからクランプ制御部ＥにＭ１０が送出され（ａ）、ブレーキを構成するピストン７ａが移動を開始する（ｂ）。Ｍ１０は送出直後に終了し（ｃ）、数値制御部Ａは次ブロックの動作、図４のプログラムでは、Ｚ軸アプローチのため早送り軸移動Ｇ００を開始する（ｄ）。数値制御部Ａ制御装置はＭ１０終了（ｃ）よりタイマのカウントを開始し、タイマのカウントアップと同時にサーボモータ制御装置にクランプ状態確認を指令する（ｆ）。ここで、タイマのカウントアップ時間は予め測定されたピストンの移動時間を見込んで設定される可変の設定値である。
【００４５】
数値制御部Ａでクランプ状態確認を実行中、サーボ制御部ＢによりダイレクトドライブモータＣは揺動制御される。揺動によってクランプ状態であるか否かが数値制御部Ａで判定され、クランプ状態確認完了（ｇ）とクランプ状態確認結果＝１保持状態（ｈ）が送出され、加工許可状態（ｎ）となる。工具を移動させる制御軸の軸移動が終了すると、回転テーブルは既に加工許可状態であるため、次ブロックのＸ軸切削送りＧ０１が実行される。
【００４６】
次に、図６を用いて、クランプ状態確認結果が初回目の確認動作で解除状態（つまり、初回目でクランプ完了との判断ができない状態）の場合を説明する。図６に示されるように、１回目のクランプ状態確認完了（ｈ’）後、タイマ２を待って再度クランプ状態確認をリトライ（ｊ’）する。２度目のクランプ状態確認で、クランプ状態確認結果が保持状態となった（ｍ’）場合には、加工許可状態（ｒ’）となり、次ブロックのＸ軸切削送りが実行される。仮に、クランプ状態確認結果が解除状態で継続する場合には、リトライを別途設定された回数繰り返した後、クランプ状態確認タイムオーバー（クランプ動作不良）の旨のアラームを発生して処理を終了する。
【００４７】
図７は、クランプ状態を確認するために図３〜図６で説明したように、ダイレクトドライブモータに揺動の入力波形Ｌ１を入力した状態で、ブレーキ機構がクランプ動作を実行した際の回転軸の位置波形Ｌ３、及び、位置偏差の波形Ｌ２を表す一つの例である。揺動の入力波形Ｌ１による揺動入力によって、図７の位置波形Ｌ３に示される正弦波状の揺動が発生する。図７に示される例では、５０Ｈｚ、プラスマイナス０．００４度の振幅が得られている。
【００４８】
この揺動期間に、数値制御装置からの位置指令は変化していないため、位置波形Ｌ３と位置偏差の波形Ｌ２は同一である。クランプ状態確認中に、この位置偏差の波形Ｌ２の変動幅が許容される設定された閾値以上の場合には、サーボ制御装置がクランプ状態確認結果の解除状態を出力する。
【００４９】
一方、ブレーキが働いて回転軸が固定された状態、即ち、下に示す波形例の右側半分の状態では、揺動がほぼ停止し、位置偏差の波形Ｌ２も変動がなくなる。この位置偏差の変動幅が設定された閾値を下回った状態で、サーボ制御装置はクランプ状態確認結果の固定状態を出力する。
【００５０】
（第１の実施形態）
図７に示される波形から理解できるように、位置偏差の変動の最低半周期が得られる時間、揺動を与えることで、直後にクランプ状態確認結果の出力、即ち、判定が可能である。このように揺動してクランプ状態を確認することを、第１の実施形態という。
【００５１】
図７に示されるように、５０Ｈｚの揺動を与えたこの例では、１秒／５０Ｈｚ／２（半周期）＝０．０１秒、これに、ソフトウェア上の判定時間を加えて、約０．０２秒で、クランプが正しく働いているか否かを確認することが可能となる。
【００５２】
なお、最適な実施形態では、クランプ状態確認は、クランプ指令後、加工点へのアプローチのための軸移動中に、ブレーキ機構によるクランプ動作が終了したタイミングで実行されるため、実質的に所用時間を必要とせずに完了することになる。
【００５３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、与えたトルク変動によってクランプ状態を判定するのに十分な位置偏差の振幅が得られた場合である。しかしながら、この回転テーブル上に負荷されるワークの設置状態によっては、十分な振幅の位置偏差の振幅が得られない場合が生じる。
【００５４】
回転テーブル上に負荷される加工治具やワーク（以下単に、「ワーク」という）は特定されず、回転テーブルで駆動可能な慣性（イナーシャ）や質量の範囲内で様々な形状が存在する。
【００５５】
一般に、ワークのイナーシャが十分に小さく、その捩れ剛性が十分に高い場合には問題にならないが、ワークのイナーシャが大きく、その捩れ剛性が低い場合には、回転軸全体の共振周波数及び反共振周波数が低くなり、揺動させる加振周波数（与えた振動の周波数）とワークを含めた回転軸の反共振周波数が一致、乃至は近づいた場合に、位置検出器で十分な位置偏差の振幅を捉えることができない状態が発生する。
【００５６】
このような状態を避けるために、クランプ状態確認中に、揺動させる加振周波数を変化させて、クランプ状態確認の時間内に位置検出器で捉えられる十分な振幅が得られるようにする。
【００５７】
クランプ状態確認開始直後に２０Ｈｚを与え、この周波数を０．５秒後に８０Ｈｚまで変化させる。ブレーキが働いていない状態で、仮に回転軸の一次反共振周波数が２５Ｈｚであった場合には、８０Ｈｚまでの間に十分な振幅の位置偏差が得られる周波数が存在するため、クランプ状態確認結果の解除状態を検出することが可能である。
【００５８】
この実施形態では、毎回のクランプ状態確認動作に周波数を変化させるため、時間を要するデメリットがあるが、割り出し動作後のアプローチの軸移動時間が長い場合には、その時間内で動作を終えることも可能であり、有効である。
【００５９】
（第３の実施形態）
第２の実施形態と同様に、回転軸の反共振周波数の影響を避けるために、ブレーキが働いていない状態（クランプ解除状態）で、ワークを含めた回転軸の加振周波数に対する応答特性を測定し、位置偏差の振幅が小さくならない周波数で揺動してクランプ状態確認を行う。
【００６０】
一例として、クランプ状態確認動作とは別に、ブレーキが働いていない状態で測定動作を開始する。測定開始時に２０Ｈｚトルク変動を与え、２秒後に８０Ｈｚまで周波数を変化させる。例えば、２０Ｈｚ〜８０Ｈｚまでを１２等分した各周波数帯の中央値である周波数で揺動し、その際に検出される位置偏差の振幅をモータ制御装置内に一時記憶し、最も大きな位置偏差の振幅が得られた周波数を選定する。選定された周波数は、加振周波数としてのパラメータに自動設定され、以降、クランプ状態確認動作中に、設定された周波数でトルク変動が与えられ、判定に用いられる。
【００６１】
この実施形態では、クランプ状態確認中に、適切な周波数の揺動を最小限の時間与えることで判定が可能である。
【００６２】
図８は、本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルの概略機能ブロック図である（速度変動を用いた第４の実施形態）。図２で説明したトルク変動に換えて速度変動により、揺動をさせる例である。
【００６３】
本発明により、クランプ状態確認を特別な検出装置を用いることなく、ダイレクトドライブモータと位置検出器によって可能であり、回転テーブルのクランプ状態確認が確実に行え、同時に低コスト化が可能となる。
【００６４】
また、このクランプ状態確認の本発明は、回転テーブルのブレーキの故障判定、並びに、モータと位置検出器とブレーキ機構を同軸上に備える重力軸のブレーキに関しても、故障判定に利用できるため、工作機械の保守管理手段としても有益である。
なお、前述のとおり本発明の目的は、クランプ動作状態の確認を専用の検出機器を追加して使用することなく、クランプ状態確認に要する時間を短縮できるクランプ動作状態を確認可能な回転テーブルを提供することであるが、従来からのクランプ状態の確認を圧力センサを用いて行っている回転テーブルにも付加して使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルの基本構造を示す断面図である。
【図２】本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルの要部機能ブロック図である（トルク変動による実施形態）。
【図３】本発明であるクランプ状態確認を実行するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】クランプ指令を含む加工プログラムの一例である。
【図５】本発明に基づくクランプ状態確認動作のタイムチャートである（クランプ状態確認が初回目で保持状態と確認された場合）。
【図６】本発明に基づくクランプ状態確認動作のタイムチャートである（クランプ状態確認が初回目では解除状態の場合）。
【図７】ダイレクトドライブモータに揺動を入力した状態で、ブレーキ機構がクランプ動作を実行した際の回転軸の位置、及び、位置偏差の波形の一例である。
【図８】本発明のクランプ状態確認手段を有する回転テーブルの概略機能ブロック図である（速度変動による実施形態）。
【符号の説明】
【００６６】
１ ケース
２ａ シャフト（回転軸）
３ａ 主軸受
３ｂ 支持軸受
４ａ ロータ（モータ）
４ｂ ステータ（モータ）
５ａ 位置検出器（センサギア）
５ｂ センサヘッド
６ ディスク
７ａ ピストン
７ｂ シリンダ
７ｃ〜７ｅ シール部材
７ｆ 前進用空気室
７ｇ 後退用空気室
７ｈ コイルバネ
８ 蓋（リッド）
８ａ 摩擦面
９ 電磁弁
Ａ 数値制御部
Ｂ サーボ制御部
Ｃ ダイレクトドライブモータ
Ｄ 位置検出器
Ｅ クランプ制御部
Ｆ 回転テーブル
Ｌ１ 揺動の入力波形
Ｌ２ 位置偏差
Ｌ３ 位置波形
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に収容固定されたステータと、該ステータに対して回転可能に設けられたロータと、該ロータに一体的に設けられ一端に回転テーブルが固定され他端に回転位置を検出する位置検出器を備えたモータ出力軸と、該モータ出力軸に固定され前記回転テーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動される回転テーブルにおいて、
前記ダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段と、
前記位置検出器から出力される位置情報に基づき位置偏差情報を算出する位置偏差情報算出手段と、
前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報に基づきクランプ状態の判定を行う判定手段を有することを特徴とするクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【請求項２】
前記揺動指令手段は、前記ダイレクトドライブモータを時間変化させた周波数で揺動することを特徴とする請求項１に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【請求項３】
前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報を周波数帯域毎に算出する算出手段と、前記算出手段で算出された位置偏差情報を記憶する記憶手段を備え、前記揺動指令手段は、前記記憶手段に記憶された位置偏差情報に基づき、ダイレクトドライブモータを揺動する周波数を設定することを特徴とする請求項２に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【請求項１】
ケース内に収容固定されたステータと、該ステータに対して回転可能に設けられたロータと、該ロータに一体的に設けられ一端に回転テーブルが固定され他端に回転位置を検出する位置検出器を備えたモータ出力軸と、該モータ出力軸に固定され前記回転テーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動される回転テーブルにおいて、
前記ダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段と、
前記位置検出器から出力される位置情報に基づき位置偏差情報を算出する位置偏差情報算出手段と、
前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報に基づきクランプ状態の判定を行う判定手段を有することを特徴とするクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【請求項２】
前記揺動指令手段は、前記ダイレクトドライブモータを時間変化させた周波数で揺動することを特徴とする請求項１に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【請求項３】
前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報を周波数帯域毎に算出する算出手段と、前記算出手段で算出された位置偏差情報を記憶する記憶手段を備え、前記揺動指令手段は、前記記憶手段に記憶された位置偏差情報に基づき、ダイレクトドライブモータを揺動する周波数を設定することを特徴とする請求項２に記載のクランプ状態確認手段を有する回転テーブル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４８２４２（Ｐ２００９−２４８２４２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９８５６９（Ｐ２００８−９８５６９）
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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