CN110614537B - 调整必要性判断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够自动地判断是否需要调整轴位置的调整必要性判断装置。调整必要性判断装置在对工件进行了加工之后判断是否需要调整进行了该加工的加工机所具备的各轴的轴位置的偏差，该调整必要性判断装置具备：数据获取部，其获取在加工时观测到的、与引起加工机所具备的各轴的轴位置的偏差的主要因素有关的物理量；时间序列数据存储部，其将物理量存储为时间序列数据；以及调整必要性判断部，其根据时间序列数据来判断是否需要调整加工机所具备的各轴的轴位置的偏差。

Description

调整必要性判断装置
技术领域
本发明涉及一种调整必要性判断装置。
背景技术
在使用至少一个以上的轴的加工机对工件进行加工的情况下，由于由加工时产生的热量引起的热位移、由振动引起的位移，有时各轴的位置产生偏差。例如在图7示出的5轴加工机中的旋转台上设置有使工件呈摇篮状地旋转的第一旋转轴以及使工件沿水平方向旋转的第二旋转轴。基于由在加工时产生的热量引起的各部位的位移、由加工时产生的振动引起的各部位的安装位置的微小位移，有时在第一旋转轴或第二旋转轴进行旋转的中心位置处产生偏差。
为了应对这种轴位置的偏差，使用加工机的操作员在开始进行加工时测量加工机的各轴位置的偏差量。操作员根据测量出的各轴的偏差量来设定偏移值(日本专利第4959028号公报、日本专利第5875568号公报等)。例如在图7示出的旋转台上使用测量用探头来测量安装于旋转台上的测量用基准球的位置。由此，分别测量第一旋转轴、第二旋转轴的中心位置。另外，根据测量出的各旋转轴的中心位置计算交叉偏移。将这些值设定于数控装置，校正中心位置。其结果是，旋转轴的中心位置被调整为理想的位置，并维持加工精度。另外，例如在日本专利第4839535号公报中公开了一种检测旋转台的旋转轴的中心位置的偏差的技术。在日本专利第4839535号公报中通过照相机拍摄机械的一部分。当根据拍摄得到的图像检测出位置偏差时，校正位置偏差。
然而，在进行加工之后由该加工引起的轴位置的偏差是否需要调整由操作员进行判断。因此，即使在实际不需要调整(轴位置的偏差较小)的情况下，有时也实施调整。在这种情况下，存在由于出现不需要的调整作业而整体周期延长这种问题。该问题在能够自动地调整轴位置的偏差的情况下也相同。即使能够节省调整所需的操作员的劳力和时间，也与不需要的自动调整所需的时间相应地周期延长。因此，是否需要轴位置的调整并不通过人工而自动地进行判断，仅在需要时实施调整。另外，在如日本专利第4839535号公报那样使用照相机等直接检测轴位置的偏差的方法中，需要仅用于检测轴的偏差的本来应该不需要的照相机等摄像装置。因此，产生成本方面的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够自动地判断是否需要调整轴位置的调整必要性判断装置。
本发明的一个方式是一种调整必要性判断装置，在对工件进行了加工之后，判断是否需要调整进行了该加工的加工机所具备的各轴的轴位置的偏差，该调整必要性判断装置具备：数据获取部，其获取在上述加工时观测到的、与引起上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差引起的主要因素有关的物理量；时间序列数据存储部，其将上述物理量存储为时间序列数据；以及调整必要性判断部，其根据该时间序列数据，来判断是否需要调整上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差。
根据本发明，能够自动地判断是否需要调整轴位置。因此，不需要进行多余的调整作业。其结果是，实现缩短周期和降低作业成本。
附图说明
通过说明与附图关联的以下的实施例，能够更加明确本发明的上述和其它目的以及特征。在这些图中：
图1是实施方式的调整必要性判断装置的概要硬件结构图。
图2是实施方式的调整必要性判断装置的概要功能框图。
图3是说明调整必要性判断部的判断处理的图。
图4是说明调整必要性判断部的其它判断处理的图。
图5是说明调整必要性判断部的其它判断处理的图。
图6是其它实施方式的调整必要性判断装置的概要硬件结构图。
图7是例示5轴加工机中的旋转台的图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式的调整必要性判断装置的概要硬件结构图。本实施方式的调整必要性判断装置1安装于控制制造机械的控制装置。另外，调整必要性判断装置1也可以安装于与控制制造机械的控制装置并列设置的个人计算机、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。图1示出安装于经由网络与控制制造机械的控制装置连接的计算机的调整必要性判断装置1的一例。
本实施方式的调整必要性判断装置1所具备的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)11为整体地控制调整必要性判断装置1的处理器。CPU 11读出存储于经由总线22连接的ROM(Read Only Memory：只读存储器)12的系统和程序。CPU 11根据该系统和程序来控制调整必要性判断装置1整体。在RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)13中存储于临时的计算数据、用于显示在显示装置70中的显示数据。另外，在RAM 13中存储有操作员经由输入装置71输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如为由未图示的电池支持的SRAM(Static Random AccessMemory：静态随机存取存储器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等。即使调整必要性判断装置1的电源被关闭，非易失性存储器14也保持存储状态。在非易失性存储器14中存储有经由输入装置71输入的数据、程序。在非易失性存储器14中存储有从通过控制装置控制的加工机2以(经由未图示的USB装置等)离线或(经由接口20)在线获取的数据。在非易失性存储器14中存储有以(经由未图示的USB装置等)离线或(经由接口21)在线从传感器3(热传感器、振动传感器、应力传感器等)获取的数据等。存储于非易失性存储器14的数据、程序等在使用时也可以加载到RAM 13。另外，在ROM 12中预先写入了用于分析时间序列数据所需的各种算法、用于执行其它所需的处理的系统和程序。
图2是本发明的实施方式的调整必要性判断装置1的概要功能框图。图1示出的调整必要性判断装置1所具备的CPU 11执行系统和程序，控制调整必要性判断装置1的各部分的动作，由此实现图2示出的功能块的各功能。
本实施方式的调整必要性判断装置1具备数据获取部100、调整必要性判断部120、调整指令部130、显示部140。将由数据获取部100获取的数据作为时间序列数据而存储的时间序列数据存储部200在非易失性存储器14上确保。
数据获取部100是将在加工机2中对工件进行加工时获取的电动机位置、电动机速度、电动机电流/电压等与驱动部有关的数据作为时间序列数据而存储到时间序列数据存储部200的功能单元。另外，数据获取部100是将由在加工机2中使用的热传感器、振动传感器、应力传感器等传感器3在加工时测量得到的与引起轴位置的偏差的主要因素有关的物理量(可成为引起偏差的主要因素的物理量以及间接地表示该主要因素的物理量)作为时间序列数据而存储到时间序列数据存储部200的功能单元。数据获取部100例如使从内置于调整必要性判断装置1的未图示的RTC(Real Time Clock：实时时钟)等获取的时刻数据与获取到的各数据相关联，由此生成时间序列数据。数据获取部100使生成每个时间序列数据存储到时间序列数据存储部200。另外，数据获取部100也可以将在外部制作的时间序列数据存储到时间序列数据存储部200。由数据获取部100存储到时间序列数据存储部200的时间序列数据也可以是与时间相关联的值的集合(离散值)。另外，时间序列数据也可以是根据该离散值求出的近似式(连续值)。由数据获取部100获取的数据例如为加工机2所具备的进给轴电动机的位置、速度、扭矩命令、电流值/电压值。另外，由数据获取部100获取的数据为主轴电动机的速度、扭矩命令、电流值/电压值。另外，由数据获取部100获取的数据也可以是如泵的压力等那样与加工中的驱动部有关的数据。从控制加工机2的控制装置获取由数据获取部100获取的这些数据。因此，不会增加特殊成本而能够获取。另外，由数据获取部100获取的数据也可以是加工机2的各部的温度(热)、振动、对各部施加的压力(应力)等。在用于观测加工机2中的加工状况的传感器3被安装于加工机2的情况下获取由数据获取部100获取的这些数据。
在由数据获取部100获取的时间序列数据中至少包含与从加工机2获取的加工有关的数据。另外，在加工机2上安装有传感器3的情况下，根据需要使用由传感器3测量出的物理量的时间序列数据。如果能够获取与加工有关的数据，则能够判断在该加工中轴位置处是否产生需要调整的级别的偏差。除此以外，如果能够使用由传感器3测量出的物理量的时间序列数据，则能够提高在轴位置处是否产生需要调整的级别的偏差的判断精度。
调整必要性判断部120为对存储于时间序列数据存储部200的时间序列数据进行分析的功能单元。如图3例示，调整必要性判断部120分析由数据获取部100获取的时间序列数据。调整必要性判断部120在该时间序列数据的值的最大值超出预先决定的第一阈值的情况下，判断为在轴位置处产生需要调整的级别的偏差(基于最大值的判断)。第一阈值表示在时间序列数据的值超出该第一阈值的情况下确实需要调整轴的偏差的值。通过预先进行试验、模拟等，按每种时间序列数据求出第一阈值。
使用图4说明调整必要性判断部120的其它判断处理。调整必要性判断部120对由数据获取部100获取的时间序列数据进行分析。调整必要性判断部120确定获取的时间序列数据的值超出预先决定的第二阈值的部分。调整必要性判断部120在超出第二阈值的部分的积分值(面积A)超出预先决定的第三阈值的情况下，判断为在轴位置处产生需要调整的级别的偏差(基于积分值的判断)。第二阈值表示在时间序列数据的值超出该第二阈值的情况下对轴位置的偏差带来影响的线。在将时间序列数据的值与第二阈值的差分进行累加而得到的值超出第三阈值的情况下，判断为确实需要调整轴位置的偏差。按每种时间序列数据，预先通过试验、模拟等求出第二阈值、第三阈值。此外，在时间序列数据以与时间相关联的值的集合(离散值)表示的情况下，如图5例示，各值与第二阈值的差分(超出第二阈值的部分)的累加值被用作积分值(面积A’)。
调整必要性判断部120按每种时间序列数据进行上述判断。调整必要性判断部120根据时间序列数据判断在任一位置处是否产生需要调整的级别的偏差。另外，也可以预先定义将每个时间序列数据的最大值设为参数的第一评价函数。调整必要性判断部120在根据该第一评价函数计算出的值超出预先决定的第四阈值的情况下，也可以判断为需要调整轴位置。并且，也可以预先定义将各时间序列数据的(超出第二阈值的部分的)积分值设为参数的第二评价函数。调整必要性判断部120在根据该第二评价函数计算出的值超出预先决定的第五阈值的情况下，也可以判断为需要调整轴位置。这些评价函数例如也可以是将各参数乘以预先决定的系数而得到的值进行累加而得到的。通过预先进行试验、模拟等，由此按每种时间序列数据求出各评价函数和阈值。
另外，调整必要性判断部120也可以构成为公知的机器学习器。在使用机器学习器的情况下，例如作为进行监督学习的机器学习器而构成调整必要性判断部120。调整必要性判断部120制作监督数据，该监督数据将由数据获取部100获取并存储到时间序列数据存储部200的每个时间序列数据设为输入数据(例如将根据各时间序列数据以规定周期进行的采样点的系列设为输入数据即可)。另外，调整必要性判断部120制作监督数据，该监督数据将在获取到该时间序列数据的加工之后是否进行轴位置的调整(即，是否需要调整)设为输出数据。调整必要性判断部120根据该监督数据进行监督学习。也可以根据使用了CAE(Computer Aided Engineering：计算机辅助工程)分析软件、模拟软件的分析来制作调整必要性判断部120使用于学习的监督数据。而且，当将机器学习进行到能够使用于推理的级别时，当被输入时间序列数据时，调整必要性判断部120使用通过机器学习构建的学习过模型进行推定处理。调整必要性判断部120在获取该时间序列数据时进行的加工完成之后，输出是否需要进行轴位置的调整的推定结果。作为构成调整必要性判断部120的机器学习器，例如使用多层神经网络。构成调整必要性判断部120的机器学习器也可以构成为能够容易地对时间序列数据进行处理的循环神经网络等。
此外，在调整必要性判断部120构成为公知的机器学习器的情况下，调整必要性判断部120制作监督数据。在该情况下，用作监督数据的输入数据为由数据获取部100获取并存储到时间序列数据存储部200的时间序列数据。用作监督数据的输出数据是表示在获取到时间序列数据的加工之后进行的对各轴的轴位置的调整量的数据。调整必要性判断部120根据监督数据进行监督学习直到能够使用于推理的级别。当进行机器学习之后，在接收到时间序列数据的输入时，调整必要性判断部120使用了通过机器学习构建的学习过模型进行推定处理。调整必要性判断部120输出在获取到该时间序列数据时进行的加工完成之后应该调整的各轴的轴位置的调整量。调整必要性判断部120也可以将此时输出的各轴的轴位置的调整量的推定结果与此时进行的加工中求出的精度进行比较，在得不到充分的加工精度的情况下，判断为需要进行轴位置的调整。
在调整必要性判断部120输出需要调整轴位置这种推定结果的情况下，调整指令部130进行指令，针对控制加工机2的控制装置来测量加工机2的各轴的轴位置的偏差，根据测量得到的结果来设定偏移值。另外，在调整必要性判断部120输出各轴的轴位置的调整量的推定结果的情况下，调整指令部130进行指令，针对控制加工机2的控制装置，根据各轴的轴位置的调整量的推定结果来设定各轴的偏移值。调整指令部130也可以在加工机2并不具备自动地进行轴位置的调整的功能的情况下不安装于调整必要性判断装置1。此外，在加工机2中进行的轴位置的偏差的测量动作和偏移值的设定动作是已知的，因此省略本说明书中的详细说明。
显示部140在调整必要性判断部120输出需要调整轴位置这种推定结果的情况下，将其意思显示在显示装置70中。另外，在调整必要性判断部120输出各轴的轴位置的调整量的推定结果的情况下，显示部140将加工机2的各轴的轴位置的调整量的推定结果显示在显示装置70中。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不仅限于上述实施方式的示例，通过施加适当的变更能够以各种方式实施。
例如在调整必要性判断部120构成为公知的机器学习器的情况下，如图6所示，也可以是，机器学习装置300经由接口23与调整必要性判断装置1连接，在该机器学习装置300上安装调整必要性判断部120。机器学习装置300具有控制机器学习装置300整体的处理器301、存储有系统和程序等的ROM 302、与机器学习有关的各处理中的用于进行临时存储的RAM 303以及使用于存储学习模型等的非易失性存储器304。处理器301、ROM 302、RAM 303以及非易失性存储器304经由总线305连接。机器学习装置300能够经由接口23观测由调整必要性判断装置1获取的各信息。另外，调整必要性判断装置1从机器学习装置300经由接口23获取与制造机械所具备的各轴的轴位置的调整有关的信息。通过设为这种结构，不需要通过CPU 11执行与机器学习有关的处理。因此，在调整必要性判断装置1安装于控制装置上的情况下，调整必要性判断装置1不对作为控制装置的本来的处理带来影响，能够对各轴的轴位置的调整进行学习、推定。

Claims (8)

1.一种调整必要性判断装置，该调整必要性判断装置在加工机对工件进行了加工之后，判断是否需要调整进行了该加工的加工机所具备的各轴的轴位置的偏差，
其特征在于，
所述调整必要性判断装置具备：
数据获取部，其获取与上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差的主要因素有关的、在上述加工时观测到的物理量；
时间序列数据存储部，其将上述物理量存储为时间序列数据；以及
调整必要性判断部，其根据该时间序列数据，来判断是否需要调整上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差，
上述物理量至少包含从上述加工机获取的进给轴电动机的位置、进给轴电动机的速度、进给轴电动机的扭矩命令、进给轴电动机的电流值或电压值、主轴电动机的速度、主轴电动机的扭矩命令、主轴电动机的电流值或电压值、泵的压力中的任一个。
2.根据权利要求1所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
上述物理量至少包含从安装于上述加工机的传感器获取的温度、振动、压力中的任一个。
3.根据权利要求1或2所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
在上述时间序列数据的值超出预先决定的第一阈值的情况下，上述调整必要性判断部判断为需要调整上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差。
4.根据权利要求1或2所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
在上述时间序列数据的超出预先决定的第二阈值的部分的积分值超出预先决定的第三阈值的情况下，上述调整必要性判断部判断为需要调整上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差。
5.根据权利要求1或2所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
上述调整必要性判断部根据将上述时间序列数据的最大值设为参数的第一评价函数的运算结果，来判断是否需要调整上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差。
6.根据权利要求1或2所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
上述调整必要性判断部根据将上述时间序列数据的超出预先决定的第二阈值的部分的积分值设为参数的第二评价函数的运算结果，来判断是否需要调整上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差。
7.根据权利要求1或2所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
上述调整必要性判断部构成为具备学习模型的机器学习器，该学习模型是通过使用如下的监督数据进行的机器学习而构成的，该监督数据将进行加工时获取到的时间序列数据设为输入数据，将在该加工之后是否调整了上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差设为输出数据。
8.根据权利要求1或2所述的调整必要性判断装置，其特征在于，
上述调整必要性判断部构成为具备学习模型的机器学习器，该学习模型是通过使用如下的监督数据进行的机器学习而构成的，该监督数据将进行加工时获取到的时间序列数据设为输入数据，将在该加工之后进行的调整中的上述加工机所具备的各轴的轴位置的偏差的调整量设为输出数据。
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