CN110297461A - 异常检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种异常检测装置，在机床的加工中，能够基于实际正在进行加工的区间的信息来检测机床的加工状态的异常。所述异常检测装置对通过工具加工工件的机床的加工状态的异常进行检测。所述机床具备判定部，该判定部使用与在机床中通过工具加工工件的过程中的实际切削区间有关的信息来判定加工状态。所述判定部使用被识别为实际切削区间的区间的位置或长度的偏移、从所述机床获取的实际切削区间中的物理量来进行加工状态的判定。

Description

异常检测装置

技术领域

本发明涉及加工状态的异常检测装置。

背景技术

在利用机床的加工中，以工具的磨损和损坏、工件的安装作业错误、程序和补偿的设定错误、干扰等为起因而产生加工不良。另外，有时也因对加工完成的工件进行再次加工而产生加工不良。这些均不可以说是正常的加工状态，希望能够检测这些加工状态的异常而预先判断加工不良的产生。

作为检测加工状态的异常的现有技术，例如在日本特开2017-120622号公报中公开了如下技术：根据与基于文本信息的各个期间对应的物理量的检测信息来判断工具的状态，并输出其品质信息。

然而，在日本特开2017-120622号公报所公开的技术中，虽然使用在工件的加工过程中所检测到的检测信息来检测工具的状态，但存在以下问题，即无法判别工件的安装作业错误、程序和补偿的设定错误、加工完成的工件的再次加工这样的加工状态的异常。

发明内容

对此，本发明的目的在于提供一种异常检测装置，其能够基于实际进行加工的区间的信息来检测机床的加工状态的异常。

在本发明的异常检测装置中，从机器信号、CNC信息等获取加工程序中的正在进行切削进给的区间，同时根据所获取的电动机的速度和电流、机器的振动和可听见的声音等来识别在切削进给区间实际正在进行切削加工的区间(实际切削区间)。通过与通常的加工的正常的实际切削区间的模式进行比较，能够检测异常状态并根据该检测模式来推定发生了怎样的异常。根据异常状态的紧急度、准确度来进行警报停止、警告通知。

而且，本发明的一方式是对利用工具来加工工件的机床的加工状态的异常进行检测的异常检测装置，其使用在所述机床中通过所述工具进行的所述工件的加工中的实际切削区间信息来判别异常的种类。

另外，本发明的另一方式是一种异常检测程序，其使装置执行对利用工具加工工件的机床的加工状态的异常进行检测的处理，该异常检测程序执行如下的判定处理：使用与所述机床中通过所述工具进行的所述工件的加工中的实际切削区间有关的信息来判定所述加工状态。

根据本发明，能够不使用特别的检测装置等且不花费时间就能够检测出以往通过加工后的外部检查、加工中的机内测量等确认的加工不良。

附图说明

通过一边参照附图一边对以下的最佳的实施方式进行说明，进一步明确本发明的上述或者其它目的、特征以及优点。这些附图之中：

图1是第一实施方式的异常检测装置的概要的硬件结构图。

图2是第一实施方式的异常检测装置的概要的功能块图。

图3是例示出从机床获取正常的加工状态下的实际切削区间、物理量的方法的图。

具体实施方式

以下，与附图一起说明本发明的实施方式。

图1是示出本发明的一实施方式的异常检测装置的主要部位的概要硬件结构图。能够作为用于控制机床的控制装置来安装异常检测装置1。另外，能够作为与控制机床的控制装置一并设置的个人计算机、经由网络与控制装置连接的单元计算机、主计算机、云服务器等计算机来安装异常检测装置1。图1示出作为控制机床的控制装置而安装了异常检测装置1时的例子。

本实施方式的异常检测装置1所具备的CPU11是整体控制异常检测装置1的处理器。CPU11经由总线20而读出ROM12所存储的系统程序，并根据该系统程序而控制异常检测装置1整体。在RAM13临时存储临时的计算数据、显示数据、操作员经由未图示的输入部而输入的各种数据等。

非易失性存储器14构成为例如由未图示的电池进行支援等，即便异常检测装置1的电源被断开也保持存储状态的存储器。在非易失性存储器14中存储有经由接口15而从外部设备72读入的加工程序、经由显示器/MDI单元70而输入的加工程序、从异常检测装置1的各部和机床获取的各种数据(例如，各种信号、数值控制信息、由加速度传感器和音响传感器等传感器获取的加工时产生的振动和声音、电动机等的电流和电压值、加工条件、工具和工件的信息、机床的各轴的位置和速度等)。非易失性存储器14中存储的加工程序、各种数据在执行时/利用时可以在RAM13中展开。另外，在ROM12中预先写入了公知的解析程序等各种系统程序。

接口15是用于将异常检测装置1与适配器等外部设备72进行连接的接口。从外部设备72侧读入程序、各种参数等。另外，在异常检测装置1内编辑后的程序、各种参数等能够经由外部设备72而存储在外部存储单元中。PMC(可编程机床控制器)16通过异常检测装置1中内置的顺序程序，经由I/O单元17向机床以及该机床的周边装置(例如，工具更换用机械手这样的致动器)输出信号来进行控制。另外，接受在机床的主体上配备的操作盘的各种开关等的信号，在进行了必要的信号处理后传送给CPU11。

显示器/MDI单元70是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口18接受来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并将其传送给CPU11。接口19与操作盘71连接，该操作盘71具备在手动驱动各轴时所使用的手动脉冲发生器等。

用于控制机床所具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴的移动指令量，将轴的指令向伺服放大器40输出。伺服放大器40接受该指令来驱动使机床所具备的轴进行移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置位置速度检测器，并将来自该位置速度检测器的位置速度反馈信号反馈至轴控制电路30，从而进行位置速度的反馈控制。

在图1的硬件结构图中，轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50仅示出一个，但实际上按照成为控制对象的机床所具备的轴的数量来准备。

主轴控制电路60接受针对制造机器的主轴旋转指令，向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使制造机器的主轴电机62按照所指令的旋转速度进行旋转，从而驱动工具。将位置编码器63与主轴电机62相连结，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，该反馈脉冲由CPU11读取。

图2是第一实施方式的异常检测装置1的概要功能块图。图2所示的各功能块通过由图1所示的异常检测装置1所具备的CPU11执行各个系统程序控制异常检测装置1的各部的动作来实现。

本实施方式的异常检测装置1具备：实际切削区间识别部32，其基于从异常检测装置1的各部以及机床2获取的(而且在非易失性存储器14中存储的)数据来识别实际切削区间(在切削进给区间中实际正在进行切削加工的区间)；以及控制部34，其基于加工程序、从判定部33输出的加工状态的判定结果来进行警报等的输出、机床2(所具备的伺服电动机50以及主轴电动机62)的控制。

实际切削区间识别部32是基于当前执行过程中的加工程序的信息、从机床2获取的振动和声音、伺服电动机50的速度、电流值、位置、转矩值、主轴电动机62的速度、电流值等物理量来识别实际切削区间的功能单元。通常，即便在执行加工程序的对切削进给进行指令的程序块的过程中也存在空切削(air cut)等，因此该全部的执行区间并非是实际切削区间。因此，实际切削区间识别部32基于在切削进给的过程中(能够从与控制有关的信息取得，例如能够从执行过程中的程序块的信息、表示正在切削进给的信号取得)从机床2获取的振动和声音、伺服电动机50的速度、电流值、位置、转矩值、主轴电动机62的速度、电流值等物理量的变化来识别实际切削区间。实际切削区间识别部32也可以将识别出的实际切削区间所涉及的信息(例如，实际切削区间的时间的范围等)存储在非易失性存储器14等中。

作为一例，实际切削区间识别部32可以在从机床2获取的振动、声音等物理量中提取频率成分，在提取出的主要的频率成分发生了变化的情况下，将该发生了变化的区间识别为实际切削区间。另外，关于在机床2正在正常地进行动作时从机床2获取的物理量，可以预先进行实验等来获取空切削时以及实际切削区间时的物理量并提取各自的频率成分，基于在机床2正在运转时所获取的物理量的频率成分类似于哪个情况的频率成分来提取实际切削区间。在这样的情况下，工件与工具接触而正在进行加工的过程中的物理量的频率成分因工件的材质、工具的种类(加工的种类)而不同，因此可以在各个组合中存储在实际切削区间产生的物理量的频率成分。

另外，在更简单地构成实际切削区间识别部32的情况下，例如可以着眼于电动机的转矩值等在实际切削区间中表示大的值，并且着眼于工件与工具接触而进行了加工时的物理量的大小，将电动机的电流值、转矩值等超出了预先确定的阈值的区间识别为实际切削区间。

此外，作为另一个例子，可以使实际切削区间识别部32预先通过实验等生成分类器，该分类器基于从机床2获取的振动和声音、电动机的电流值等来对实际切削区间和实际切削区间以外的区间进行分类，使用该分类器来识别实际切削区间。作为该分类器，例如可以使用公知的簇分类器、神经网络等。

如此，实际切削区间识别部32只要能够基于从机床2获取的信息来对工具与工件接触而实际地正在进行加工的区间即实际切削区间进行识别，可以采用任意的方法来识别实际切削区间。

判定部33是基于实际切削区间识别部32判定出的实际切削区间来判定机床2中的加工状态的功能单元。判定部33可以基于实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间的位置来判定由机床2正在进行的加工的状态，也可以基于在机床2的加工的实际切削区间中所获取的振动和声音、伺服电动机50的速度、电流值、位置、转矩值、主轴电动机62的速度、电流值等物理量来判定由机床2正在进行的加工的状态。

作为判定部33基于实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间的位置来判定由机床2正在进行的加工的状态的例子，可以预先将机床2为正常的加工状态下由实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间的位置(开始位置、结束位置)与加工程序的各程序块相关联地存储在非易失性存储器14，在该位置、区间的长度具有超出预先决定的阈值(允许误差)的差异的情况下，判定为加工状态异常。

另外，可以使判定部33与预先存储在非易失性存储器14中的在正常的加工状态下从机床2获取的实际切削区间的物理量进行比较，当检测到在实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间中获取的物理量产生偏离的情况下，判定为由机床2正在进行的加工成为异常状态。在这样的情况下，在由判定部33进行的相对于预先存储在非易失性存储器14中的在正常的加工状态下从机床2获取的实际切削区间的物理量，在实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间获取的物理量是否发生脱离的判定中，例如可以使用与物理量的频率成分、大小相关的偏离值检验。当在加工状态的判定中使用偏离值检验那样的统计方法时，例如，如图3所例示的那样，在机床2开始工件加工后不久的期间，按照每个预定的周期从机床2获取实际切削区间中的振动和声音、伺服电动机50的速度、电流值、位置、转矩值、主轴电动机62的速度、电流值等物理量，作为在加工状态良好的状况下获取的物理量而存储在非易失性存储器14中，使用这些物理量来进行加工状态的判定。关于在非易失性存储器14中存储的在加工状态良好的状况下获取的物理量，优选以能够进行统计处理的程度的数量进行存储。

判定部33不仅仅是单纯地判定由机床2进行的加工的状态是正常还是异常，还可以判定异常的程度。在这样的情况下，可以使判定部33准备多个阶段的在判定机床2的加工状态时使用的阈值(用于判定实际切削区间的位置、长度的阈值、在通过偏离值检验判定为偏离值时使用的阈值等)，根据超过了哪一个阈值来判定异常的程度(轻度、中度、重度等)。

此外，判定部33还可以判定异常时的原因。例如，判定部33能够基于实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间的位置、长度相对于在正常的加工状态下实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间的位置存在怎样的偏移，来判定异常的原因，在实际切削区间的开始位置发生了偏移的情况下，能够判定为具有工件的安装不良或夹具故障，在实际切削区间的开始位置始终靠后时，能够判定为工具缺损。另外，通过实际切削区间仅结束位置向前偏移，能够判定为在加工过程中发生工具的折损，在实际切削区间极短或无法识别的情况下，能够判定为不存在工件或产生了二次加工等。

在判定部33判定机床2正在进行的加工中的异常原因时，除了实际切削区间识别部32识别出的实际切削区间和在实际切削区间获取的机床2的物理量以外，判定部33还可以将能够从控制部34获取的数值控制信息、正在执行的加工程序等用作判定条件。

控制部34是基于加工程序来控制机床2进行的工件加工，并且基于从判定部33输出的加工状态的判定结果而进行警报等的输出、机床2的停止控制的功能单元。控制部34例如可以在从判定部33进行了当前的加工状态为异常的输出时，以发出警报的方式向异常检测装置1的各部或机床2进行指令。另外，控制部34也可以在从判定部33进行了当前的加工状态为异常的输出时进行控制，使得停止机床2当前正在进行的加工。另外，控制部34也可以经由未图示的接口向单元计算机、主计算机、云服务器等外部的运算装置等输出判定部33的判定结果。

控制部34例如在判定部33判定并输出当前的加工状态的异常程度的情况下，可以根据判定部33输出的异常程度而进行不同的动作。例如，在判定部33输出的当前的加工状态为轻度异常的情况下，控制部34可以仅输出传达该意思的警报，在判定部33输出的当前的加工状态为重度异常的情况下，控制部34可以在输出警报的同时进行机床2的停止控制。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式的例子，通过加以适当的变更而能够以各种方式进行实施。

例如，在上述的实施方式中，将实际切削区间识别部32和判定部33设置于异常检测装置1的内部，但是，例如也可以将实际切削区间识别部32以及判定部33中的至少任意一个设置在单元计算机、主计算机、云服务器等计算机上。例如，在设置了多个机床2的工厂中，将实际切削区间识别部32设置在控制各机床2的控制装置上，在管理多个机床2的动作的主计算机上设置判定部33，通过一个判定部33来判定多个机床2的加工状态，由此能够高效地进行机床2的运转管理。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式的例子，通过加以适当的变更而能够以其他的方式进行实施。

Claims (7)

1.一种异常检测装置，其检测通过工具加工工件的机床的加工状态的异常，其特征在于，

所述异常检测装置具备判定部，该判定部使用与在所述机床中通过所述工具加工所述工件的过程中的实际切削区间有关的信息来判定所述加工状态。

2.根据权利要求1所述的异常检测装置，其特征在于，

向所述机床或外部运算装置输出加工状态的判定结果。

3.根据权利要求1或2所述的异常检测装置，其特征在于，

所述判定部判定所述加工状态的异常的程度。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的异常检测装置，其特征在于，

所述判定部基于在所述机床中在加工过程中获取的实际切削区间的位置或长度相对于在正常的加工状态下获取的实际切削区间的位置或长度的差异来判定所述加工状态。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的异常检测装置，其特征在于，

所述判定部通过检验在所述机床中在加工过程中获取的实际切削区间中的物理量相对于在正常的加工状态下获取的实际切削区间中的物理量是否为偏离值来判定所述加工状态。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的异常检测装置，其特征在于，

所述判定部判定所述加工状态的异常的原因。

7.一种异常检测程序，其使装置执行对通过工具加工工件的机床的加工状态的异常进行检测的处理，其特征在于，

所述异常检测程序执行如下的判定处理：

使用与在所述机床中通过所述工具加工所述工件的过程中的实际切削区间有关的信息来判定所述加工状态。