DE112018000131B4

DE112018000131B4 - Lernverfahren, das Lernverfahren ausführende numerische Steuervorrichtung, und durch die numerische Steuervorrichtung gesteuerte Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE112018000131B4
Application number: DE112018000131.8T
Authority: DE
Inventors: Yuta Kato; Taichi ISHIDA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2038-07-07
Also published as: US10899009B2; JP6505342B1; WO2020008634A1; JPWO2020008634A1; DE112018000131T5; CN110892344A; CN110892344B; US20200009735A1

Abstract

Lernverfahren zum Ermitteln der für eine zuverlässigen Übergabe eines Werkstücks (40) von einem ersten Spindelspannfutter (32) einer Werkzeugmaschine (2) zu einem zweiten Spindelspannfutter (31) der Werkzeugmaschine (2) zum Greifen des Werkstücks (40) mit dem zweiten Spindelspannfutter (31) und zum Freigeben des Werkstücks (40) durch das erste Spannfutter (32) erforderlichen Greifwartezeit (61) und Freigabewartezeit (62), wobei das Lernverfahren umfasst:- einen ersten Schritt zum Festlegen einer Greifwartezeit (61) und einer Freigabewartezeit (62),- einen zweiten Schritt (ST10) zum Verfahren des vom ersten Spindelspannfutter (32) gegriffenen Werkstücks (40) an eine Position, an der das Werkstück (40) mit dem zweiten Spindelspannfutter (31) gegriffen werden kann,- einen dritten Schritt (ST11) zum Einleiten eines Vorgangs zum Schließen des zweiten Spindelspannfutters (31),- einen vierten Schritt (ST12) zum Abwarten einer mit dem Vorgang zum Schließen des zweiten Spindelspannfutters (31) beginnenden Greifwartezeit,- einen fünften Schritt (ST13) zum Einleiten einer Bewegung des ersten Spindelspannfutters (32) nach Ablauf einer Greifwartezeit, wobei die Bewegung das erste Spindelspannfutter (32) von dem zweiten Spindelspannfutter (31) wegzieht,- einen sechsten Schritt (ST14) zum Erfassen des Motorstroms, der durch den zum Bewegen des ersten Spindelspannfutters (32) verwendeten Motor fließt,- einen siebten Schritt (ST15) zum Vergleichen des erfassten Motorstroms mit einem ersten Referenzstromwert (C1),- einen achten Schritt (ST16) zum Öffnen des zweiten Spindelspannfutters (31) und zum Wiederholen des dritten bis siebten Schritts mit einer kürzeren Greifwartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms dem ersten Referenzstromwert (C1) entspricht oder größer ist, bzw. mit einer längeren Greifwartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms kleiner als der erste Referenzstromwert (C1) ist, wobei, die kürzeste Greifwartezeit, bei der der erfasste Wert des Motorstroms dem ersten Referenzstromwert (C1) entspricht oder größer ist, die erforderliche Greifwartezeit bildet und das Lernverfahren ferner umfasst:- einen neunten Schritt (ST21) zum Einleiten eines Vorgangs zum Öffnen des ersten Spindelspannfutters (32),- einen zehnten Schritt (ST22) zum Abwarten einer mit dem Vorgang zum Öffnen des ersten Spindelspannfutters (32) beginnenden Freigabewartezeit,- einen elften Schritt (ST23) zum Einleiten einer Bewegung des ersten Spindelspannfutters (32) nach Ablauf einer Freigabewartezeit, wobei die Bewegung das erste Spindelspannfutter (32) vom zweiten Spindelspannfutter (31) wegführt,- einen zwölften Schritt (ST24) zum Erfassen des Motorstroms, der durch den zum Bewegen des ersten Spindelspannfutters (32) verwendeten Motor fließt,- einen dreizehnten Schritt (ST25) zum Vergleichen des erfassten Motorstroms mit einem zweiten Referenzstromwert (C2),- einen vierzehnten Schritt zum Wiederholen des neunten bis dreizehnten Schritts mit einer längeren Freigabewartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms größer ist als der Referenzstromwert (C2), bzw. mit einer kürzeren Freigabewartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms dem zweiten Referenzstromwert (C2) entspricht oder kleiner ist, wobei, die kürzeste Freigabewartezeit, bei der der erfasste Wert des Motorstroms dem zweiten Referenzstromwert (C2) entspricht oder kleiner ist, die erforderliche Freigabewartezeit bildet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lernverfahren, das einen Vorgang zum zuverlässigen Übergeben eines Werkstücks erlernt, eine das Lernverfahren ausführende numerische Steuervorrichtung, und eine durch die numerische Steuervorrichtung gesteuerte Werkzeugmaschine.
Hintergrund
Bei einer Werkzeugmaschine wie beispielsweise einer Drehbank muss bei einer Übergabe eines Werkstücks von einem Spannfutter, das ein Werkstück greift und zuführt, an ein Spannfutter, das ein Werkstück greift und entgegennimmt, das Spannfutter zum Zuführen des Werkstücks das Werkstück freigeben, nachdem das Werkstück von dem Spannfutter zum Entgegennehmen des Werkstücks sicher gegriffen wurde. Wenn sich die Wartezeit für eine zuverlässige Übergabe des Werkstücks von einem Spannfutter zum anderen vom Beginn einer Schließbewegung des Spannfutters zum Entgegennehmen des Werkstücks bis zum Beginn einer Freigabe des Werkstücks an dem Spannfutter zum Zuführen des Werkstücks hinzieht, dauert die Übergabe des Werkstücks sehr lange. Daher besteht ein Bedarf, die Übergabe in kurzer Zeit abzuwickeln.
Ein Verfahren zum Überwachen der Verstellbewegung eines von einer Antriebseinrichtung angetriebenen Bauteils wird in der DE 10 2004 011 015 A1 offenbart. Gemäß diesem Dokument werden bei einem Verfahren zum Überwachen der Verstellbewegung eines von einer Antriebseinrichtung angetriebenen translatorisch oder rotatorisch verstellbaren Bauteils mehrere aus der Antriebseinrichtung ableitbare Eingangssignale, die ein Abbremsen der Antriebseinrichtung direkt oder indirekt repräsentieren, gleichzeitig an Eingangsneuronen einer Eingangsschicht eines neuronalen Netzes mit mindestens einer verborgene Neuronen aufweisenden verborgenen Schicht eingegeben, das an mindestens einem Ausgangsneuron einer Ausgangsschicht einen der Verstellkraft oder einen eingeklemmten oder nicht eingeklemmten Zustand entsprechenden Ausgangswert abgibt.
Der Artikel „Machine Learning Approaches to Manufacturing“ der Annals of the CIRP Vol. 45, 1996, No. 2, Seiten 675 bis 712, ISSN 0007-8506, von L. Monostori, A. Markus, H. Van Brussel und E. Westkampfer geht davon aus, dass die kontinuierliche, stetige Verbesserung eine Schlüsselanforderung an produzierende Unternehmen ist. Der Artikel gibt einen Überblick über Techniken des maschinellen Lernens, die für die Realisierung von Systemen mit intelligentem Verhalten geeignet erscheinen.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2017 106 506 U1 offenbart eine Einrichtung für tiefes Maschinenlernen zum Robotergreifen.
Bei der in der JP 2016 - 135 523 A beschriebenen Klemmsteuervorrichtung führt bei einer Übergabe eines Werkstücks ein Spannfutter zur Entgegennahme des Werkstücks einen Schließvorgang aus, während es gleichzeitig um eine Achse des Werkstücks schwenkt, wobei, wenn das Schwenken des Spannfutters durch das Greifen des Werkstücks mit dem Spannfutter zur Entgegennahme des Werkstücks beendet ist, entschieden wird, dass das Greifen des Werkstücks abgeschlossen ist, woraufhin das Werkstück von dem Spannfutter zum Zuführen des Werkstücks freigegeben wird.
Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
In der JP 2016 - 135 523 A muss der Schließvorgang jedoch mit geringer Geschwindigkeit ausgeführt werden, damit das Werkstück beim Greifen des Werkstücks mit dem schwenkenden Spannfutter nicht verkratzt wird, sodass der Schließvorgang des Spannfutters länger dauert. Somit kann die Übergabe des Werkstücks nicht in kurzer Zeit abgewickelt werden, was ein Problem darstellt.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des oben Ausgeführten, wobei eine Aufgabe in der Angabe eines Lernverfahrens, einer das Lernverfahren ausführenden numerischen Steuervorrichtung, und einer durch die numerische Steuervorrichtung gesteuerten Werkzeugmaschine besteht, die eine Abwicklung einer Werkstückübergabe binnen kurzer Zeit ermöglichen.
Lösung der Problemstellung
Zur Lösung der oben dargelegten Problemstellung und zum Erfüllen der Aufgabe wird ein Lernverfahren mit der Kombination der Merkmale von Anspruch 1, eine das Lernverfahren ausführende numerische Steuervorrichtung mit der Kombination der Merkmale von Anspruch 2, und eine durch die numerische Steuervorrichtung gesteuerte Werkzeugmaschine mit der Kombination der Merkmale von Anspruch 10 angegeben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bewirkt, dass eine Übergabe eines Werkstücks in kurzer Zeit abgewickelt werden kann.
Figurenliste

1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines Bearbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines Steuersystems, das eine numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform umfasst.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs an dem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform.
4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einem Beladerrückzugsanweisungswert und einer Strom-FB für einen Fall, bei dem ein Spindelspannfutter das Greifen bei einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform abgeschlossen hat.
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB für einen Fall, bei dem das Spindelspannfutter das Greifen bei einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform nicht abgeschlossen hat.
6 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB für einen Fall, bei dem das Beladerspannfutter die Freigabe bei einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform abgeschlossen hat.
7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB für einen Fall, bei dem das Beladerspannfutter die Freigabe bei einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform nicht abgeschlossen hat.
8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Hardwarekonfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer maschinellen Lernvorrichtung, einer numerischen Steuervorrichtung, einer Werkzeugmaschine und eines maschinellen Lernverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Ausführungsform beschränkt.
Ausführungsform
Die Darstellung von 1 zeigt eine Konfiguration eines Bearbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform. 1 zeigt ein in vertikaler Richtung betrachtetes Bearbeitungssystem 1. Bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die vertikale Richtung der Y-Achsenrichtung, die horizontalen Richtungen, bei denen es sich um die Bewegungsrichtungen eines Werkstücks 40 handelt, der X-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung.
Das Bearbeitungssystem 1 umfasst eine Werkzeugmaschine 2, die das Werkstück 40 bearbeitet, und ein Steuersystem 3, das den Betrieb der Werkzeugmaschine 2 steuert. Eine Drehbank und ein Bearbeitungszentrum stellen Beispiele für eine Werkzeugmaschine 2 dar. Im nachfolgend erläuterten Fall handelt es sich bei der Werkzeugmaschine 2 um eine Drehbank.
Die Werkzeugmaschine 2 weist ein drehendes Teil 35, ein Beladerspannfutter 32, bei dem es sich um ein erstes Spannfutter handelt, ein Spindelspannfutter 31, bei dem es sich um ein zweites Spannfutter handelt, und einen Belader 36 auf, bei dem es sich um einen Fördermechanismus für das Werkstück 40 handelt. Der Betriebsablauf des Beladers 36 wird von der Steuersystem 3 gesteuert. Das Beladerspannfutter 32 ist mit dem Belader 36 verbunden und wird mit dem Belader 36 zusammen verfahren. Das Beladerspannfutter 32 kann das Werkstück 40 greifen, bei dem es sich um ein zu bearbeitendes Objekt handelt. Ein Dreibackenfutter und eine Spannzange stellen Beispiele für das Beladerspannfutter 32 dar. Das Beladerspannfutter 32 übergibt das Werkstück 40 zu Beginn einer Bearbeitung des Werkstücks 40 an das Spindelspannfutter 31 und nimmt das Werkstück 40 nach Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks 40 vom Spindelspannfutter 31 entgegen.
Das drehende Teil 35 dreht sich um die Z-Achse, bei der es sich um die Drehachse der Spindelachse handelt. Das Spindelspannfutter 31 ist mit dem drehenden Teil 35 verbunden und wird mit dem drehenden Teil 35 zusammen gedreht. Das Spindelspannfutter 31 kann das Werkstück 40 greifen. Beispiele für das Spindelspannfutter 31 sind ein Dreibackenfutter und eine Spannzange. Beim Bearbeiten des Werkstücks 40 dreht sich das drehende Teil 35, um das Werkstück 40 zu drehen, während das Werkstück 40 mit dem Spindelspannfutter 31 gegriffen wird. Ein Beispiel für das drehende Teil 35 ist ein Spindelmechanismus.
Beim Beladen des drehenden Teils 35 mit dem Werkstück 40 ergreift die Werkzeugmaschine 2 mit dem Beladerspannfutter 32 ein Ende des Werkstücks 40. In diesem Zustand wird der Belader 36 in die negative X-Achsenrichtung verfahren und an einer dem Spindelspannfutter 31 zugewandten Position gestoppt. Anschließend wird der Belader 36 in die negative Z-Achsenrichtung verfahren (s0). Dadurch bewegt der Belader 36 das Werkstück 40 zu einer Position, an der das Werkstück 40 mit dem Spindelspannfutter 31 gegriffen werden kann (s1). Die Position des Beladers 36, an der das Werkstück 40 mit dem Spindelspannfutter 31 gegriffen werden kann, stellt eine Sollübergabeposition dar. Um das Spindelspannfutter 31 zum Einleiten des Schließvorgangs zu veranlassen, gibt die Werkzeugmaschine 2 eine Anweisung zum Schließen des Spindelspannfutters 31 unter Verwendung einer Hilfsfunktion wie beispielsweise eines M-Codes aus (s2), und wartet nach der Schließanweisung eine Zeit ab, von der angenommen wird, dass das Spindelspannfutter 31 während dieser Zeit das Greifen des Werkstücks 40 abgeschlossen hat (s3). Bei der Zeit, von der angenommen wird, dass das Spindelspannfutter 31 während dieser Zeit das Greifen des Werkstücks 40 abgeschlossen hat, handelt es sich um eine Greifwartezeit 61, die später beschrieben wird. Nach Ablauf der Greifwartezeit 61 ist das Greifen des anderen Endes des Werkstücks 40 durch das Spindelspannfutter 31 abgeschlossen.
Wenn die Greifwartezeit 61, bei der es sich um eine erste Wartezeit handelt, abgelaufen ist und ferner bestätigt wird, dass das Werkstück 40 mit dem Werkstückspindelspannfutter 31 gegriffen wurde, gibt die Werkzeugmaschine 2 an das Beladerspannfutter 32 eine Öffnungsanweisung aus, wodurch das Beladerspannfutter 32 zum Starten des Öffnungsvorgangs veranlasst wird (s4), und wartet nach der Ausgabe der Öffnungsanweisung eine Zeit ab, von der angenommen wird, dass das Beladerspannfutter 32 während dieser Zeit die Freigabe des Werkstücks 40 abgeschlossen hat (s5). Bei der Zeit, von der angenommen wird, dass das Beladerspannfutter 32 während dieser Zeit die Freigabe des Werkstücks 40 abschließt, handelt es sich um eine Freigabewartezeit 62, die später beschrieben wird. Nach Ablauf der Freigabewartezeit 62, bei der es sich um eine zweite Wartezeit handelt, ist die Freigabe des Werkstücks 40 durch das Beladerspannfutter 32 abgeschlossen. Wenn die Freigabewartezeit 62 abgelaufen ist und ferner bestätigt wird, dass das Werkstück 40 von dem Beladerspannfutter 32 freigegeben wurde, wird der Belader 36 in die positive Z-Achsenrichtung verfahren. Dadurch wird der Belader 36 in einer Richtung zurückgezogen, die vom Werkstück 40 wegführt (s6) und dann weiter in die positive X-Achsenrichtung verfahren.
Nach Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks 40, entnimmt die Werkzeugmaschine 2 das Werkstück 40 von dem drehenden Teil 35 mit Hilfe einer zu der oben beschriebenen Prozedur s0 bis s6 umgekehrten Prozedur. In diesem Fall werden die Vorgänge von s0 bis s6 in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Das bedeutet, dass die Bewegungsrichtungen des Beladers 36 während der Vorgänge s0 und s6 beim Beladen und bei der Entnahme einander entgegengesetzt sind. Außerdem werden bei der Entnahme am Beladerspannfutter 32 ein Schließvorgang und am Spindelspannfutter 31 ein Öffnungsvorgang ausgeführt.
Konkret wird der Belader 36 während der Entnahme in die negative X-Achsenrichtung und dann weiter in Richtung zum Werkstück 40 verfahren. Anschließend beginnt das Beladerspannfutter 32 mit dem Schließvorgang und wartet die Greifwartezeit 61 ab. Nach Ablauf der Greifwartezeit 61 und nachdem bestätigt wurde, dass das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 gegriffen hat, beginnt das Spindelspannfutter 31 mit dem Öffnungsvorgang und wartet die Freigabewartezeit 62 ab. Nach Ablauf der Freigabewartezeit 62 und nachdem bestätigt wurde, dass das Werkstückspindelspannfutter 31 das Werkstück 40 freigegeben hat, wird der Belader 36 in die Richtung zurückgezogen, die vom Werkstück 40 wegführt, und dann weiter in die Richtung der positiven X-Achse verfahren.
Die Greifwartezeit 61 beim Beladen des drehenden Teils 35 mit dem Werkstück 40 und die Greifwartezeit 61 beim Entnehmen des Werkstücks 40 von dem drehenden Teil 35 können selbstverständlich unterschiedlich lang sein. Außerdem können die Freigabewartezeit 62 beim Beladen des drehenden Teils 35 mit dem Werkstück 40 und die Freigabewartezeit 62 beim Entnehmen des Werkstücks 40 von dem drehenden Teil 35 unterschiedlich lang sein. Da die Prozedur zum Beladen des drehenden Teil 35 mit dem Werkstück 40 der Prozedur zum Entnehmen des Werkstücks 40 von dem drehenden Teil 35 ähnelt, wird nachfolgend die Prozedur zum Beladen des Drehteils 35 mit dem Werkstück 40 beschrieben.
Die Vorgänge beim Greifen, Befördern und Ähnlichem eines Werkstücks 40 besitzen bei jeder Werkzeugmaschine 2 eine maschinenspezifische Besonderheit. Daher sind auch die Zeitspanne von der Ausgabe einer Anweisung für einen Schließvorgang an das Spindelspannfutter 31 bis zum Abschluss des Schließvorgangs und die Zeitspanne von der Ausgabe einer Anweisung für einen Öffnungsvorgang an das Beladerspannfutter 32 bis zum Abschluss des Öffnungsvorgangs bei jeder Werkzeugmaschine 2 anders.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ermittelt eine später zu beschreibende numerische Steuerungsvorrichtung (NC) 10 des Steuersystems 3 die geeignete Greifwartezeit 61 und die geeignete Freigabewartezeit 62, die verwendet werden, wenn das Beladerspannfutter 32 versucht, das Werkstück 40 an das Spindelspannfutter 31 zu übergeben. Das bedeutet, dass die numerische Steuervorrichtung 10 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 ermittelt, um eine unnötig lange Wartezeit zu reduzieren und hierdurch die Übergabezeit des Werkstücks 40 zu verkürzen. Selbstverständlich kann das Steuersystem 3 auch nur die Greifwartezeit 61 oder die Freigabewartezeit 62 ermitteln. Das bedeutet, dass das Steuersystem 3 die Greifwartezeiten 61 und/oder die Freigabewartezeit 62 ermittelt.
Als Nächstes wird eine Konfiguration der den Betrieb der Werkzeugmaschine 2 steuernden numerischen Steuervorrichtung 10 beschrieben, Die Darstellung von 2 veranschaulicht eine Konfiguration eines Steuersystems, das eine numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform enthält. Das Steuersystem 3 weist die numerische Steuervorrichtung 10, eine Antriebseinheit 37 und einen Servomotor 38 auf. Der Belader 36, das Beladerspannfutter 32 und das Spindelspannfutter 31, die in 2 dargestellt sind, stellen Komponenten der Werkzeugmaschine 2 dar.
Die numerische Steuervorrichtung 10 ist ein Computer, der die Position des Beladers 36 steuert, indem er an die Antriebseinheit 37 eine Positionsanweisung 53 sendet. Bei der von der numerischen Steuervorrichtung 10 an die Antriebseinheit 37 übergebenen Positionsanweisung 53 handelt es sich um eine Anweisung, die die Position des Beladers 36 angibt und die eine Positionsanweisung in Richtung der X-Achse und eine Positionsanweisung in Richtung der Z-Achse enthält. Die numerische Steuervorrichtung 10 steuert die Übergabe des Werkstücks 40 vom Beladerspannfutter 32 an das Spindelspannfutter 31, wobei die numerische Steuervorrichtung 10 bei misslungener Übergabe des Werkstücks 40 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 für eine erneute Übergabesteuerung ändert.
Die numerische Steuervorrichtung 10 zieht das Beladerspannfutter 32 nach der Greifwartezeit 61 in die positive Z-Achsenrichtung zurück und ermittelt die entsprechende Greifwartezeit 61 in geeigneter auf Basis eines Stromwerts eines Stroms, der dem Servomotor 38 während des Zurückziehens zugeführt wird. Außerdem zieht die numerische Steuervorrichtung 10 das Beladerspannfutter 32 nach der Freigabewartezeit 62 in die positive Z-Achsenrichtung zurück und ermittelt die entsprechende Freigabewartezeit 62 auf Basis eines Stromwerts eines Stroms, der dem Servomotor 38 während des Zurückziehens zugeführt wird.
Bei der Antriebseinheit 37 handelt es sich um einen Antriebsmechanismus, der den Belader 36 durch Ansteuern des Servomotors 38 verfährt. Die Antriebseinheit 37 berechnet einen Wert eines dem Servomotor 38 zuzuführenden Stroms auf Basis der Positionsanweisung 53 der numerischen Steuervorrichtung 10. Die Antriebseinheit 37 steuert den Servomotor 38 an, indem sie dem Servomotor 38 einen der Positionsanweisung 53 entsprechenden Strom zuführt. Die Antriebseinheit 37 überträgt an die numerische Steuervorrichtung 10 eine Stromrückführung (Strom-FB) 55, d. h. Daten, die den Strom angeben, der dem Servomotor 38 zuzuführen ist.
Der mit dem Belader 36 verbundene Servomotor 38 verfährt den Belader 36 dem von der Antriebseinheit 37 zugeführten Strom gemäß. Der Servomotor 38 umfasst einen Servomotor, der den Belader 36 in Richtung der X-Achse verfährt, und einen Servomotor, der den Belader 36 in Richtung der Z-Achse verfährt.
Die numerische Steuervorrichtung 10 weist eine Bearbeitungssteuerungsprogrammspeichereinheit 11, eine Analyseeinheit 12, eine Steuereinheit 13, eine Speichereinheit 14, eine Ablaufsteuerungseinheit 15 und eine maschinelle Lernvorrichtung 20 auf. In der Bearbeitungssteuerungsprogrammspeichereinheit 11 ist ein Bearbeitungssteuerungsprogramm gespeichert, das bei der Bearbeitung des Werkstücks 40 verwendet werden soll. Das Bearbeitungssteuerungsprogramm weist eine Beladeanweisung 60 zum Beladen des drehenden Teil 35 mit dem Werkstücks 40, eine Bearbeitungsanweisung zum Bearbeiten des Werkstücks 40 und eine Entnahmeanweisung zum Entnehmen des Werkstücks 40 von dem drehenden Teil 35 auf. In 2 ist der Beladeanweisung 60 dargestellt. Von diesen Anweisungen stellen die Beladeanweisung 60 und die Entnahmeanweisung auf die Durchführung einer Übergabe des Werkstücks 40 spezialisierte Anweisungen dar. Die Beladeanweisung 60 wird in Form eines G-Codes 51 zur Positionierung des Beladers 36 an die Analyseeinheit 12 übertragen.
Die Analyseeinheit 12 analysiert das Bearbeitungssteuerungsprogramm. Die Analyseeinheit 12 bestimmt, ob es sich bei der analysierten Anweisung um eine spezialisierte Anweisung handelt oder nicht, und erzeugt, wenn es sich um eine spezialisierte Anweisung wie beispielsweise die Beladeanweisung 60 handelt, auf Basis des G-Codes 51 Übergabepositionsinformationen 52, die eine Position, an der das Werkstück 40 übergeben wird, angeben, die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62. Die Übergabepositionsinformationen 52 sind Informationen über die Position, an der das Werkstück 40 zwischen den Spannfuttern, dem Beladerspannfutter 32 und dem Spindelspannfutter 31, übergeben wird. Konkret handelt es sich bei den Übergabepositionsinformationen 52 um einen Endpunkt des Beladers 36. Bei der Durchführung der ersten Übergabe für das Werkstück 40 werden die für den Übergabevorgang zu verwendenden Informationen unter Verwendung der Argumente der spezialisierten Anweisung festgelegt.
Die spezialisierte Anweisung enthält die untenstehenden Anweisungsargumente (A1) bis (A9).

(A1) Die Greifwartezeit 61,
(A2) die Freigabewartezeit 62,
(A3) einen Referenzstromwert C1, der ein Kriterium für die Bestimmung darstellt, ob ein Greifen als abgeschlossen gilt oder nicht,
(A4) einen Verfahrwert L1 des Beladerspannfutters 32, der verwendet wird, um einen Greifvorgang zu bestätigen,
(A5) einen Referenzstromwert C2, der ein Kriterium für die Bestimmung darstellt, ob eine Freigabe als abgeschlossen gilt oder nicht,
(A6) einen Verfahrwert L2 des Beladerspannfutters 32, der verwendet wird, um einen Freigabevorgang zu bestätigen,
(A7) Funktionsnummern X1 und X2 von Hilfsfunktionen zum Öffnen und Schließen des Spindelspannfutters 31,
(A8) Funktionsnummern Y1 und Y2 von Hilfsfunktionen zum Öffnen und Schließen des Beladerspannfutters 32,
(A9) den Endpunkt des Beladers 36, d. h. die Übergabepositionsinformationen 52 für das Werkstück 40.

Bei der oben beschriebenen Greifwartezeit 61 von (A1) handelt es sich um eine Wartezeit, die sich von dem Zeitpunkt, an dem an das Spindelspannfutter 31 eine Schließanweisung ausgegeben wird, bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, an dem eine Anweisung zur Vornahme eines Vorgangs zur Bestätigung, dass das Spindelspannfutter 31 das Greifen abgeschlossen hat, ausgegeben wird.
Bei der Freigabewartezeit 62 von (A2) handelt es sich um eine Wartezeit, die sich von dem Zeitpunkt, an dem an das Beladerspannfutter 32 eine Öffnungsanweisung ausgegeben wird, bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, an dem eine Anweisung zur Vornahme eines Vorgangs zur Bestätigung, dass das Spindelspannfutter 31 die Freigabe abgeschlossen hat, ausgegeben wird.
Bei dem Referenzstromwert C1 von (A3) handelt es sich um einen Wert für die Bestimmung, ob das Spindelspannfutter 31 ein Greifen abgeschlossen hat oder nicht, wobei dieser mit der Strom-FB 55 verglichen wird, die dem Strom entspricht der dem Servomotor 38 zugeführt wird. Die Strom-FB 55 der vorliegenden Ausführungsform gibt den Strom an, der dem Servomotor des Servomotors 38 zugeführt wird, der den Belader 36 in Richtung der Z-Achse verfährt. Wenn die Strom-FB 55, die dem Strom entspricht, der dem Servomotor 38 zugeführt wird, kleiner als der Referenzstromwert C1 ist, hat das Spindelspannfutter 31 das Werkstück 40 nicht gefasst und das Beladerspannfutter 32 zieht das Werkstück 40 zurück.
Der Verfahrwert L1 von (A4) stellt eine Strecke dar, über die das Beladerspannfutter 32, das das Werkstück 40 greift, in Richtung der positiven Z-Achse zurückgezogen wird, um den Abschluss des Greifvorgangs am Spindelspannfutter 31 zu bestätigen.
Bei dem Referenzstromwert C2 von (A5) handelt es sich um einen Wert für die Bestimmung, ob das Beladerspannfutter 32 die Freigabe abgeschlossen hat oder nicht, wobei dieser mit der Strom-FB 55 verglichen wird, der dem dem Servomotor 38 zugeführten Strom entspricht. Wenn die Strom-FB 55, die dem Strom entspricht, der dem Servomotor 38 zugeführt wird, größer als der Referenzstromwert C2 ist, hat das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 nicht freigegeben, und das Beladerspannfutter 32 versucht, das Werkstück 40 zurückzuziehen.
Der Verfahrwert L2 von (A6) stellt eine Strecke dar, über die das Beladerspannfutter 32 in Richtung der positiven Z-Achse zurückgezogen wird, um den Abschluss des Freigabevorgangs am Beladerspannfutter 32 zu bestätigen.
Die Funktionsnummer X1 von (A7) ist eine Nummer, die eine Spindelöffnungsanweisung 63 angibt, bei der es sich um eine Öffnungsanweisung an das Spindelspannfutter 31 handelt, und die Funktionsnummer X2 ist eine Nummer, die eine Spindelschließanweisung 64 angibt, bei der es sich um eine Schließanweisung an das Spindelspannfutter 31 handelt. Ferner ist die Funktionsnummer Y1 von (A8) eine Nummer, die eine Beladeröffnungsanweisung 65 angibt, bei der es sich um eine Öffnungsanweisung an das Beladerspannfutter 32 handelt, und die Funktionsnummer Y2 ist eine Nummer, die eine Beladerschließanweisung 66 angibt, bei der es sich um eine Schließanweisung an das Beladerspannfutter 32 handelt. Die Übergabepositionsinformationen 52 von (A9) umfassen ferner eine X-Koordinate und eine Z-Koordinate.
Die Analyseeinheit 12 sendet an die Steuereinheit 13 die Greifwartezeit 61 von (A1), die Freigabewartezeit 62 von (A2), den Verfahrwert L1 von (A4), den Verfahrwert L2 von (A6), die Funktionsnummern X1 und X2 von (A7), die Funktionsnummern Y1 und Y2 von (A8) und die Übergabepositionsinformationen 52 von (A9). Die Analyseeinheit 12 sendet ferner an die maschinelle Lernvorrichtung 20 den Referenzstromwert C1 von (A3) und den Referenzstromwert C2 von (A5). Selbstverständlich kann die Analyseeinheit12 ohne Beschränkung auf einen Fall, bei dem die Werte der Anweisungsargumente von der spezialisierten Anweisung bezogen werden, von einem Parameter Werte beziehen, die den Anweisungsargumenten entsprechen. In diesem Fall werden die den Anweisungsargumenten entsprechenden Informationen als der Parameter in der Speichereinheit 14 gespeichert.
Die Steuereinheit 13 erzeugt die Positionsanweisung 53 entsprechend den von der Analyseeinheit 12 übertragenen Übergabepositionsinformationen 52. Die Steuereinheit 13 überträgt die Positionsanweisung 53 an die Antriebseinheit 37. Außerdem erzeugt die Steuereinheit 13 zum Zeitpunkt der ersten Übergabe des Werkstücks 40 die Spindelöffnungsanweisung 63, die Spindelschließanweisung 64, die Beladeröffnungsanweisung 65 und die Beladerschließanweisung 66, die der Greifwartezeit 61 und der Freigabewartezeit 62 entsprechen, die von der Analyseeinheit 12 übertragen wurden, und überträgt die Anweisungen an die Ablaufsteuerungseinheit 15. Die Steuereinheit 13 misst eine von der Greifwartezeit 61 spezifizierte Zeit und eine von der Freigabewartezeit 62 spezifizierte Zeit mit Hilfe eines Software-Zeitgebers. Die Spindelöffnungsanweisung 63, die Spindelschließanweisung 64, die Beladeröffnungsanweisung 65 oder die Beladerschließanweisung 66 können in der nachfolgenden Beschreibung als Öffnungs-/Schließanweisung bezeichnet werden.
Außerdem erzeugt die Steuereinheit 13 zum Zeitpunkt der zweiten und einer nachfolgenden Übergabe des Werkstücks 40 die Öffnungs-/Schließanweisung entsprechend den von der maschinellen Lernvorrichtung 20 angegebenen Aktionen 58A und 58B. Bei der Aktion 58A handelt es sich um die Greifwartezeit 61 zum nächsten Zeitpunkt, und bei der Aktion 58B um die Freigabewartezeit 62 zum nächsten Zeitpunkt. Die Steuereinheit 13 überträgt an die maschinelle Lernvorrichtung 20 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62, die tatsächlich verwendet wurden.
Wenn die Steuereinheit 13 von der Analyseeinheit 12 eine Anweisung erhält, in der die Funktionsnummer X1 spezifiziert ist, erzeugt die Steuereinheit 13 eine der Funktionsnummer X1 entsprechende Spindelöffnungsanweisung 63 und überträgt die Anweisung an die Ablaufsteuerungseinheit 15. Außerdem erzeugt die Steuereinheit 13, wenn sie von der Analyseeinheit 12 eine Anweisung erhält, in der die Funktionsnummer X2 spezifiziert ist, eine der Funktionsnummer X2 entsprechende Spindelschließanweisung 64 und überträgt die Anweisung an die Ablaufsteuerungseinheit 15. Zudem erzeugt die Steuereinheit 13, wenn sie von der Analyseeinheit 12 eine Anweisung erhält, in der die Funktionsnummer Y1 spezifiziert ist, eine der Funktionsnummer Y1 entsprechende Beladeröffnungsanweisung 65 und überträgt die Anweisung an die Ablaufsteuerungseinheit 15. Ferner erzeugt die Steuereinheit 13, wenn sie von der Analyseeinheit 12 eine Anweisung erhält, in der die Funktionsnummer Y2 spezifiziert ist, eine der Funktionsnummer Y2 entsprechende Beladerschließanweisung 66 und überträgt die Anweisung an die Ablaufsteuerungseinheit 15.
Nachdem die Steuereinheit 13 das Spindelspannfutter 31 zur Ausführung des Schließvorgangs veranlasst hat, veranlasst die Steuereinheit 13, wenn sie von der maschinellen Lernvorrichtung 20 eine Benachrichtigung erhält, die angibt, dass die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C1 entspricht oder größer ist, das Beladerspannfutter 32 zum Einleiten eines Öffnungsvorgangs.
Nachdem die Steuereinheit 13 das Spindelspannfutter 31 zur Ausführung eines Schließvorgangs veranlasst hat, veranlasst die Steuereinheit 13, wenn sie von der maschinellen Lernvorrichtung 20 eine Benachrichtigung erhält, die angibt, dass die Strom-FB 55 kleiner als der Referenzstromwert C1 ist, das Spannfutter 31 zur Ausführung eines Öffnungsvorgangs und anschließend zur erneuten Ausführung eines Schließvorgangs.
Nachdem die Steuereinheit 13 das Beladerspannfutter 32 zur Ausführung eines Öffnungsvorgangs veranlasst hat, veranlasst die Steuereinheit 13, wenn sie von der maschinellen Lernvorrichtung 20 eine Benachrichtigung erhält, die angibt, dass die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C2 entspricht oder kleiner ist, den Belader 36 zur Einleitung eines Zurückziehvorgangs.
Nachdem die Steuereinheit 13 das Beladerspannfutter 32 zur Ausführung eines Öffnungsvorgangs veranlasst hat, veranlasst die Steuereinheit 13, wenn sie von der maschinellen Lernvorrichtung 20 eine Benachrichtigung erhält, die angibt, dass die Strom-FB 55 größer als der Referenzstromwert C2 ist, die Ablaufsteuerungseinheit 15 zur Ausführung eines Schließvorgangs am Beladerspannfutter 32 und veranlasst die Ablaufsteuerungseinheit 15 anschließend zur erneuten Ausführung eines Öffnungsvorgangs am Beladerspannfutter 32.
Die maschinelle Lernvorrichtung 20 umfasst eine Zustandsbeobachtungseinheit 25 und eine Lerneinheit 21. Die Zustandsbeobachtungseinheit 25 bezieht von der Analyseeinheit 12 den Referenzstromwert C1 von (A3) und den Referenzstromwert C2 von (A5) aus den Anweisungsargumenten.
Die Zustandsbeobachtungseinheit 25 bezieht von der Steuereinheit 13 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 und von der Antriebseinheit 37 die Strom-FB 55. Die Zustandsbeobachtungseinheit 25 verwendet die Strom-FB 55 und den Referenzstromwert C1 bei der Bestimmung, ob der Vorgang zum Greifen des Werkstücks 40 mit dem Spindelspannfutter 31 abgeschlossen ist oder nicht. Ferner verwendet die Zustandsbeobachtungseinheit 25 die Strom-FB 55 und den Referenzstromwert C2 bei der Bestimmung, ob die Freigabe des Werkstücks 40 am Beladerspannfutter 32 abgeschlossen ist oder nicht.
Wenn die Lerneinheit 21 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 ermittelt, beobachtet die Zustandsbeobachtungseinheit 25 außerdem die Greifwartezeit 61 und die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Greifvorgangs als Zustandsvariable 56A und die Freigabewartezeit 62 und die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Freigabevorgangs als Zustandsvariable 56B, und überträgt die Zustandsvariablen 56A und 56B, bei denen es sich um Beobachtungsergebnisse handelt, an die Lerneinheit 21. Das bedeutet, dass die von der Zustandsbeobachtungseinheit 25 an die Lerneinheit 21 gesandte Zustandsvariable 56A die Greifwartezeit 61 und die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Greifvorgangs enthält, und die Zustandsvariable 56B die Freigabewartezeit 62 und die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Freigabevorgangs enthält.
Wenn die Greifwartezeit 61 zu kurz ist, zieht das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 in Richtung der positiven Z-Achse zurück, bevor das Spindelspannfutter 31 das Werkstück 40 greift, sodass die Strom-FB 55 kleiner als der Referenzstromwert C1 ist. Andererseits versucht das Beladerspannfutter 32, wenn die Greifwartezeit 61 ausreichend lang ist, das Werkstück 40 in Richtung der positiven Z-Achse zurückzuziehen, nachdem das Spindelspannfutter 31 das Werkstück 40 gegriffen hat, sodass die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C1 entspricht oder größer ist.
Darüber hinaus versucht das Beladerspannfutter 32, wenn die Freigabewartezeit 62 zu kurz ist, das Werkstück 40 in Richtung der positiven Z-Achse zurückzuziehen, bevor das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 freigibt, so dass die Strom-FB 55 größer als der Referenzstromwert C1 ist. Andererseits zieht das Beladerspannfutter 32, wenn die Freigabewartezeit 62 ausreichend lang ist, das Werkstück 40 in Richtung der positiven Z-Achse zurück, nachdem das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 freigegeben hat, sodass die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C1 entspricht oder kleiner ist.
Daher bestimmt die Zustandsbeobachtungseinheit 25, wenn die Strom-FB 55 während eines Schließvorgangs des Spindelspannfutters 31 kleiner als der Referenzstromwert C1 ist, dass der Vorgang zum Greifen des Werkstücks 40 am Spindelspannfutter 31 nicht abgeschlossen ist, d. h., dass das Greifen missglückt ist. Außerdem bestimmt die Zustandsbeobachtungseinheit 25, wenn die Strom-FB 55 während eines Öffnungsvorgangs am Beladerspannfutter 32 größer als der Referenzstromwert C2 ist, dass der Vorgang zur Freigabe des Werkstücks 40 am Beladerspannfutter 32 nicht abgeschlossen ist, d. h. die Freigabe missglückt ist. Die Zustandsbeobachtungseinheit 25 überträgt die auf das Greifen und die Freigabe bezogenen Bestimmungsergebnisse an die Steuereinheit 13.
Die Lerneinheit 21 ermittelt die Aktion 58A, d. h. die Greifwartezeit 61 des nächsten Zeitpunkts, der Zustandsvariablen 56A entsprechend, und ermittelt die Aktion 58B, d. h. die Freigabewartezeit 62 des nächsten Zeitpunkts, der Zustandsvariablen 56B entsprechend. Das bedeutet, dass die Lerneinheit 21 die Greifwartezeit 61 ermittelt, während der das Spindelspannfutter 31 ein Greifen des Werkstücks 40 abschließen kann, wodurch die Greifwartezeit 61 verkürzt werden kann, und die Freigabewartezeit 62 ermittelt, während der das Beladerspannfutter 32 die Freigabe des Werkstücks 40 abschließen kann, wodurch die Freigabewartezeit 62 verkürzt werden kann.
Konkret ermittelt die Lerneinheit 21 die Aktion 58A einem Datensatz gemäß, der auf Basis der Zustandsvariablen 56A, die die Greifwartezeit 61 und die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Greifvorgangs umfasst, erstellt wird. Außerdem erlernt die Lerneinheit 21 die Aktion 58B einem Datensatz gemäß, der auf Basis der Zustandsvariablen 56B, die die Freigabewartezeit 62 und die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Freigabevorgangs umfasst, erstellt wird. Die Lerneinheit 21 weist eine Funktionsaktualisierungseinheit 22 und eine Belohnungsberechnungseinheit 23 auf.
Die Belohnungsberechnungseinheit 23 berechnet eine Belohnung 57A auf Basis der Zustandsvariablen 56A und eine Belohnung 57B auf Basis der Zustandsvariablen 56B. Das bedeutet, dass die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57A für den Greifvorgang auf Basis der Greifwartezeit 61 und der Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Greifvorgangs berechnet, und die Belohnung 57B für den Freigabevorgang auf Basis der Freigabewartezeit 62 und der Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Freigabevorgangs berechnet. Die Belohnungsberechnungseinheit 23 erhöht die Belohnung 57A für den Greifvorgang, wenn die Greifwartezeit 61 kürzer ist. Außerdem erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57B für den Freigabevorgang, wenn die Freigabewartezeit 62 kürzer ist.
Die Funktionsaktualisierungseinheit 22 speichert eine Funktion zum Bestimmen der Aktionen 58A und 58B, aktualisiert die Funktion zum Bestimmen der Aktion 58A auf Basis der Belohnung 57A und aktualisiert die Funktion zum Bestimmen der Aktion 58B auf Basis der Belohnung 57B. Ein Beispiel für die Funktion zum Bestimmen der Aktionen 58A und 58B stellt eine Aktionswertfunktion Q(st, at) dar, die später beschrieben wird. Die Funktionsaktualisierungseinheit 22 der vorliegenden Ausführungsform aktualisiert die Aktionswertfunktion Q(s, a) so, dass die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 bei jeder Wiederholung des Vorgangs zur Übergabe eines Werkstücks 40 an der Werkzeugmaschine 2 kürzer werden. Die Funktionsaktualisierungseinheit 22 berechnet die Aktionen 58A und 58B unter Verwendung der aktualisierten Aktionswertfunktion Q(s, a). Die Funktionsaktualisierungseinheit 22 überträgt die berechneten Aktionen 58A und 58B an die Steuereinheit 13 und überträgt an die Speichereinheit 14 Lerndaten bis zum vorherigen Zeitpunkt, Daten, die zum Lernen verwendet werden sollen, und Daten, die zum Steuern des Beladers 36 erforderlich sind. Ein Beispiel für die Lerndaten stellen die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 für den nächsten Zeitpunkt dar, die bei einer geglückten Übergabe berechnet werden, und ein Beispiel für die Daten, die zum Lernen verwendet werden sollen, stellt die Aktionswertfunktion Q(s, a) dar, die von der Lerneinheit 21 beim Erlernen verwendet werden soll. Beispiele für die Daten, die für die Steuerung des Beladers 36 verwendet werden sollen, sind (A1) bis (A6) der oben beschriebenen spezialisierten Anweisung.
In der Speichereinheit 14 werden die Lerndaten bis zum vorherigen Zeitpunkt, die zum Lernen zu verwendenden Daten und die Daten, die zum Steuern des Beladers 36 durch die Steuereinheit 13 erforderlich sind, gespeichert. Selbstverständlich kann es sich bei einer Aktionswertfunktion Q(st, at) zum Bestimmen der Aktion 58A und einer Aktionswertfunktion Q(st, a_t) zum Bestimmen der Aktion 58B um voneinander verschiedene Funktionen handeln.
Als Nächstes wird ein Betriebsablauf des Bearbeitungssystems 1 beschrieben. Das Flussdiagramm von 3 veranschaulicht den Betriebsablauf an dem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform. Beim Lesen der Ladeanweisung 60 beginnt die numerische Steuervorrichtung 10, wenn die Übergabe des Werkstücks 40 zum ersten Mal erfolgt, d. h. wenn noch kein Lernprozess stattgefunden hat, den Belader 36 in die durch die oben beschriebene Positionsanweisung 53 von (A9) angewiesene Übergabeposition zu verfahren (Schritt ST10). Zu diesem Zeitpunkt überträgt die Steuereinheit 13 die Positionsanweisung 53 an die Antriebseinheit 37. Hierdurch wird der Belader 36, während das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 greift, in X-Achsenrichtung und anschließend in Z-Achsenrichtung verfahren.
Wenn das Verfahren des Werkstücks 40 beginnt, bezieht die Antriebseinheit 37 die Strom-FB 55 zu jeder bestimmten Periode und überträgt die Strom-FB 55 an die Zustandsbeobachtungseinheit 25. Dadurch überwacht die Zustandsbeobachtungseinheit 25 die Strom-FB 55.
Die Steuereinheit 13 sendet die Spindelschließanweisung 64 an die Ablaufsteuerungseinheit 15, und die Ablaufsteuerungseinheit 15 bewirkt, dass das Spindelspannfutter 31 mit dem Schließvorgang beginnt (Schritt ST11). Anschließend wartet die Steuereinheit 13 die Greifwartezeit 61 ab (Schritt ST12). Zu diesem Zeitpunkt sendet die Steuereinheit 13 die Greifwartezeit 61 an die Zustandsbeobachtungseinheit 25. Im Übrigen wartet die Steuerung 13, wenn die Übergabe des Werkstücks 40 zum ersten Mal erfolgt, d. h. wenn noch kein Lernprozess stattgefunden hat, die oben beschriebene Greifwartezeit 61 von (A1) ab. Bei der zweiten und nachfolgenden Übergabe des Werkstücks 40 wartet die Steuereinheit 13 die Aktion 58A ab, d. h. die von der maschinellen Lernvorrichtung 20 angegebene Greifwartezeit 61 des nächsten Zeitpunkts.
Nach Ablauf der Greifwartezeit 61 führt die Steuereinheit 13 den Vorgang zur Bestätigung des Greifens aus (Schritt ST13). Konkret überträgt die Steuereinheit 13 an die Antriebseinheit 37 eine Positionsanweisung, um das Beladerspannfutter 32 um den Verfahrwert L1 in Richtung der positiven Z-Achse zurückzuziehen. Die Zustandsbeobachtungseinheit 25 überträgt an die Lerneinheit 21 die Zustandsvariable 56A, die die aktuelle Strom-FB 55 und den Referenzstromwert C1 enthält. Dadurch ermittelt die Lerneinheit 21 die gemäß der Zustandsvariablen 56A geeignete Greifwartezeit 61 (Schritt ST14). Bei missglücktem Greifen des Werkstücks 40 legt die Lerneinheit 21 die Belohnung 57A für die für die Übergabe verwendete Greifwartezeit 61 auf einen kleineren Wert fest und bei geglücktem Greifen des Werkstücks 40 legt die Lerneinheit 21 die Belohnung 57A für die für die Übergabe verwendete Greifwartezeit 61 auf einen größeren Wert fest. Anschließend bestimmt die Lerneinheit 21 die Aktion 58A, also die Greifwartezeit 61 des nächsten Zeitpunkts, so, dass die Belohnung 57A für den Greifvorgang maximiert wird.
Das bedeutet, dass die numerische Steuervorrichtung 10 bewirkt, dass die Übergabe des Werkstücks 40 mit der Greifwartezeit 61 vorgenommen wird, für die ein bestimmter Wert festgelegt ist, wobei, wenn sich beim Vorgang zum Bestätigen des Greifens ergibt, dass das Greifen geglückt ist, eine kürzere Greifwartezeit 61 festgelegt wird, und wenn sich beim Vorgang zum Bestätigen des Greifens ergibt, dass das Greifen missglückt ist, eine längere Greifwartezeit 61 festgelegt wird. Die numerische Steuervorrichtung 10 führt den Lernprozess durch Wiederholung dieser Festlegungsvorgänge aus, sodass die numerische Steuervorrichtung 10 das Lernergebnis dazu nutzen kann, bei einer Übergabe während der eigentlichen Produktbearbeitung die Übergabe mit der optimalen Greifwartezeit 61 durchzuführen. Wie oben beschrieben, ermittelt die numerische Steuervorrichtung 10 die Greifwartezeit 61, sodass die Greifwartezeit 61 verkürzt wird. Die numerische Steuervorrichtung 10 kann die Greifwartezeit 61 entweder vor der Ausführung einer eigentlichen Produktbearbeitung oder während der Ausführung der eigentlichen Produktbearbeitung ermitteln. Alternativ kann die numerische Steuervorrichtung 10 die Greifwartezeit 61 sowohl vor der Durchführung der eigentlichen Produktbearbeitung als auch während der Durchführung der eigentlichen Produktbearbeitung ermitteln.
Darüber hinaus bestimmt die Zustandsbeobachtungseinheit 25, ob die Strom-FB 55 bei der Ausführung des Vorgangs zur Bestätigung des Greifens größer oder gleich dem Referenzstromwert C1 ist oder nicht (Schritt ST15). Wenn die Strom-FB 55 kleiner als der Referenzstromwert C1 ist (Schritt ST 15, Nein), überträgt die Steuereinheit 13 die Spindelöffnungsanweisung 63 an das Spindelspannfutter 31, wodurch das Öffnen des Spindelspannfutters 31 veranlasst wird (Schritt ST16).
Danach wiederholt das Bearbeitungssystem 1 die Bearbeitung der Schritte ST11 bis ST15. Wenn die Strom-FB 55 dabei dem Referenzstromwert C1 entspricht oder größer ist (Schritt ST15, Ja), überträgt die Steuereinheit 13 die Beladeröffnungsanweisung 65 an die Ablaufsteuerungseinheit 15, wobei die Ablaufsteuerungseinheit 15 das Beladerspannfutter 32 zur Einleitung des Öffnungsvorgangs veranlasst (Schritt ST21). Anschließend wartet die Steuereinheit 13 die Freigabewartezeit 62 ab (Schritt ST22). Zu diesem Zeitpunkt überträgt die Steuereinheit 13 die Freigabewartezeit 62 an die Zustandsbeobachtungseinheit 25. Wenn die Übergabe des Werkstücks 40 zum ersten Mal erfolgt, d. h. wenn noch kein Lernprozess stattgefunden hat, wartet die Steuerung 13 im Übrigen die oben beschriebene Freigabewartezeit 62 von (A2) ab. Bei der zweiten und nachfolgenden Übergabe des Werkstücks 40 wartet die Steuereinheit 13 die Aktion 58B ab, die die von der maschinellen Lernvorrichtung 20 angegebene Freigabewartezeit 62 des nächsten Zeitpunkts ist.
Nach Ablauf der Freigabewartezeit 62 führt die Steuereinheit 13 den Vorgang zur Bestätigung der Freigabe aus (Schritt ST23). Konkret sendet die Steuereinheit 13 an die Antriebseinheit 37 eine Positionsanweisung, um das Beladerspannfutter 32 um den Verfahrwert L2 in Richtung der positiven Z-Achse zurückziehen. Die Zustandsbeobachtungseinheit 25 überträgt an die Lerneinheit 21 die Zustandsvariable 56B, die die aktuelle Strom-FB 55 und den Referenzstromwert C2 enthält. Dadurch ermittelt die Lerneinheit 21 die gemäß der Zustandsvariablen 56B geeignete Freigabewartezeit 62 (Schritt ST24). Bei missglückter Freigabe des Werkstücks 40 legt die Lerneinheit 21 die Belohnung 57B für die für die Übergabe verwendete Freigabewartezeit 62 auf einen kleineren Wert fest und bei geglückter Freigabe des Werkstücks 40 legt die Lerneinheit 21 die Belohnung 57B für die für die Übergabe verwendete Freigabewartezeit 62 auf einen größeren Wert fest. Anschließend bestimmt die Lerneinheit 21 die Aktion 58B, also die Freigabewartezeit 62 des nächsten Zeitpunkts, so, dass die Belohnung 57B für den Freigabevorgang maximiert wird.
Das bedeutet, dass die numerische Steuervorrichtung 10 bewirkt, dass die Übergabe des Werkstücks 40 mit der Freigabewartezeit 62 vorgenommen wird, für die ein bestimmter Wert festgelegt ist, wobei, wenn sich beim Vorgang zur Bestätigung der Freigabe ergibt, dass die Freigabe geglückt ist, eine kürzere Freigabewartezeit 62 festgelegt wird, und wenn sich beim Vorgang zur Bestätigung der Freigabe ergibt, dass die Freigabe missglückt ist, eine längere Freigabewartezeit 62 festgelegt wird. Die numerische Steuervorrichtung 10 führt den Lernprozess durch Wiederholung dieser Festlegungsvorgänge aus, sodass die numerische Steuervorrichtung 10 das Lernergebnis dazu nutzen kann, bei einer Übergabe während der eigentlichen Produktbearbeitung die Übergabe mit der optimalen Freigabewartezeit 62 durchzuführen. Wie oben beschrieben ermittelt die numerische Steuervorrichtung 10 die Freigabewartezeit 62, sodass die Freigabewartezeit 62 verkürzt wird. Die numerische Steuervorrichtung 10 kann die Freigabewartezeit 62 entweder vor der Ausführung der eigentlichen Produktbearbeitung oder während der Ausführung der eigentlichen Produktbearbeitung ermitteln. Alternativ kann die numerische Steuervorrichtung 10 die Freigabewartezeit 62 sowohl vor der Ausführung der eigentlichen Produktbearbeitung als auch während der Ausführung der eigentlichen Produktbearbeitung ermitteln.
Darüber hinaus bestimmt die Zustandsbeobachtungseinheit 25, ob die Strom-FB 55 bei der Ausführung des Vorgang zur Bestätigung der Freigabe kleiner oder gleich dem Referenzstromwert C2 ist oder nicht (Schritt ST25). Wenn die Strom-FB 55 größer ist als der Referenzstromwert C2 ist (Schritt ST25, Nein), überträgt die Steuereinheit 13 die Beladerschließanweisung 66 an das Beladerspannfutter 32, wodurch das Schließen des Beladerspannfutters 32 veranlasst wird (Schritt ST26).
Danach wiederholt das Bearbeitungssystem 1 die Bearbeitung der Schritte ST21 bis ST25. Wenn die Strom-FB 55 dabei dem Referenzstromwert C2 entspricht oder kleiner ist (Schritt ST25, Ja), veranlasst die Steuereinheit 13, dass der Belader 36 in Richtung der positiven Z-Achse zurückgefahren wird (Schritt ST30). Dies schließt den Ablauf der spezialisierten Anweisung ab.
Im Übrigen muss die maschinelle Lernvorrichtung 20 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 nicht bei jeder Übergabe ermitteln. Die maschinelle Lernvorrichtung 20 muss die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 lediglich einmal pro bestimmter Anzahl von Übergaben des Werkstücks 40 ermitteln. Die maschinelle Lernvorrichtung 20 kann die Lernfrequenz abhängig von der Höhe der Änderung der Belohnung 57A, 57B, der Greifwartezeit 61 oder der Freigabewartezeit 62 ändern.
Im Übrigen ermittelt die maschinelle Lernvorrichtung 20 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 auch bei einem Übergeben des Werkstücks 40 von dem Spindelspannfutter 31 an den Belader 36 mit Hilfe einer ähnlichen Prozedur wie bei einer Übergabe des Werkstücks 40 vom Belader 36 an das Spindelspannfutter 31.
Es wird nun ein Prozess zum Erlernen der Aktionen 58A und 58B durch die Lerneinheit 21 beschrieben. Bei dem von der Lerneinheit 21 zu verwendenden Lernalgorithmus kann es sich um einen beliebigen Lernalgorithmus handeln. Es wird nun ein Fall beschrieben, bei dem auf den Lernalgorithmus ein bestärkendes Lernen angewandt wird. Beim bestärkenden Lernen beobachtet ein Agent, bei dem es sich um eine Aktionseinheit in einer bestimmten Umwelt handelt, einen durch die Zustandsvariablen 56A und 56B angezeigten aktuellen Zustand und bestimmt die zu ergreifenden Aktionen 58A und 58B auf Basis des Beobachtungsergebnisses. Der Agent erhält aus der Umwelt die Belohnungen 57A und 57B durch Auswahl der Aktionen 58A und 58B, und erlernt durch eine Reihe der Aktionen 58A und 58B eine Maßnahme, durch die maximale Belohnungen 57A und 57B erhalten werden. Als repräsentative Verfahren für ein bestärkendes Lernen können Q-Learning und TD-Learning genannt werden. Im Falle von Q-Learning wird beispielsweise eine allgemeine Aktualisierungsformel (Aktionswerttabelle) der Aktionswertfunktion Q(s, a) durch die folgende Formel (1) ausgedrückt. Das heißt, dass die Aktionswertfunktion Q(s, a) der Formel (1) ein Beispiel für eine Aktionswerttabelle darstellt.
[Formel 1] $Q (s_{t}, a_{t}) \leftarrow Q (s_{t}, a_{t}) + α (r_{t + 1} + γ max_{a} Q (s_{t + 1}, a) - Q (s_{t}, a_{t}))$
In der Formel (1) geben das Symbol „st“ die Umwelt zum Zeitpunkt t und das Symbol „at“ die Aktion zum Zeitpunkt t wieder. Durch die Aktion at ändert sich die Umwelt zu st+1. Das Symbol „rt+1“ steht für die Belohnungen 57A und 57B, die aufgrund der Veränderung der Umwelt erhalten werden können, das Symbol „γ“ für einen Abschlagsfaktor und das Symbol „α“ für einen Lernkoeffizienten. Wenn Q-Learning eingesetzt wird, sind die Greifwartezeit 61 des nächsten Zeitpunkts und die Freigabewartezeit 62 des nächsten Zeitpunkts bei dem Übergabevorgang die Aktion a_t.
Wenn ein Aktionswert der besten Aktion a zum Zeitpunkt t+1 größer als ein Aktionswert Q der zum Zeitpunkt t ausgeführten Aktion a ist, erhöht die durch die Formel (1) wiedergegebene Aktualisierungsformel den Aktionswert Q, bzw. verringert den Aktionswert Q im umgekehrten Fall. Anders ausgedrückt wird die Aktionswertfunktion Q(s, a) so aktualisiert, dass der Aktionswert Q der Aktion a zum Zeitpunkt t dem besten Aktionswert zum Zeitpunkt t+1 nahe kommt. Dadurch pflanzt sich der beste Aktionswert einer bestimmten Umwelt auf den Aktionswert der in der Reihenfolge vorherigen Umwelt fort.
Die Belohnungsberechnungseinheit 23 berechnet die Belohnung 57A für den Greifvorgang auf Basis der Greifwartezeit 61 und der Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Greifvorgangs, und die Belohnungsberechnungseinheit 23 berechnet die Belohnung 57B für den Freigabevorgang auf Basis der Freigabewartezeit 62 und der Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Freigabevorgangs.
Die Belohnungsberechnungseinheit 23 erhöht die Belohnung 57A für den Greifvorgang, wenn die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C1 entspricht oder größer ist und die Greifwartezeit 61 kürzer als die kürzeste Greifwartezeit 61 ist, mit der das Greifen bisher geglückt ist. Zu diesem Zeitpunkt vergibt die Belohnungsberechnungseinheit 23 z. B. eine Belohnung 57A von „1“. Die Belohnungsberechnungseinheit 23 erhöht die Belohnung 57B für den Freigabevorgang, wenn die Strom-FB 55 zudem dem Referenzstromwert C2 entspricht oder kleiner ist und die Freigabewartezeit 62 kürzer als die kürzeste Freigabewartezeit 62 ist, mit der die Freigabe bisher geglückt ist. Zu diesem Zeitpunkt vergibt die Belohnungsberechnungseinheit 23 z. B. eine Belohnung 57B von „1“.
Die Belohnungsberechnungseinheit 23 verringert die Belohnung 57A für den Greifvorgang dagegen, wenn die Strom-FB 55 kleiner als der Referenzstromwert C1 ist. Zu diesem Zeitpunkt vergibt die Belohnungsberechnungseinheit 23 beispielsweise die Belohnung 57A von „-1“. Daneben verringert die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57B für den Freigabevorgang, wenn die Strom-FB 55 größer als der Referenzstromwert C2 ist. Zu diesem Zeitpunkt vergibt die Belohnungsberechnungseinheit 23 beispielsweise eine Belohnung 57B von „-1“.
Wenn beispielsweise die Greifwartezeit 61 Null und die Strom-FB 55 größer oder gleich dem Referenzstromwert C1 ist, legt die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57A für den Greifvorgang als maximale Belohnung fest. Daneben legt die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57B für den Freigabevorgang als maximale Belohnung fest, wenn die Freigabewartezeit 62 Null ist und die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C2 entspricht oder kleiner ist.
Wenn die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Greifvorgangs kleiner als der Referenzstromwert C1 ist, beurteilt die Belohnungsberechnungseinheit 23 das Greifen als missglückt, sodass die Belohnung 57A für den Greifvorgang als minimale Belohnung festgelegt wird. Ferner beurteilt die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Freigabe als missglückt, wenn die Strom-FB 55 zum Zeitpunkt des Freigabevorgangs größer als der Referenzstromwert C2 ist, sodass die Belohnung 57B für den Freigabevorgang als minimale Belohnung festgelegt wird. Die Belohnungsberechnungseinheit 23 überträgt die berechneten Belohnungen 57A und 57B an die Funktionsaktualisierungseinheit 22.
Die Funktionsaktualisierungseinheit 22 aktualisiert die Funktion zum Bestimmen der Aktion 58A der von der Belohnungsberechnungseinheit 23 berechneten Belohnung 57A gemäß und aktualisiert die Funktion zum Bestimmen der Aktion 58B der von der Belohnungsberechnungseinheit 23 berechneten Belohnung 57B gemäß. Beispielsweise ist im Falle von Q-Learning die durch die Formel (1) dargestellte Aktionswertfunktion Q(st, at) eine Funktion zum Berechnen der Aktionen 58A und 58B und wird durch die Funktionsaktualisierungseinheit 22 aktualisiert.
Im Folgenden wird eine Beziehung zwischen der Strecke, um die das Beladerspannfutter 32 entlang der Beladerachse, die eine Drehachse des Beladers 36 bildet, in Richtung der positiven Z-Achse zurückgezogen wird, und der Strom-FB 55 beschrieben. Ein eine Zurückziehtrecke spezifizierender Anweisungswert an das Beladerspannfutter 32 wird nachfolgend als Beladerrückzugsanweisungswert bezeichnet. Die Darstellung von 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB bei einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform für einen Fall, bei dem das Greifen durch das Spindelspannfutter abgeschlossen ist. In 4 und den später zu beschreibenden 5 bis 7 sind der Beladerrückzugsanweisungswert an der horizontalen Achse und die Strom-FB 55 an der vertikalen Achse aufgetragen.
Wenn das Greifen des Werkstücks 40 am Spindelspannfutter 31 abgeschlossen ist, nimmt die Strom-FB 55 zu, wenn die Werkzeugmaschine 2 versucht, das Beladerspannfutter 32 zurückzuziehen. Konkret nimmt die Strom-FB 55, wenn das Zurückziehen des Beladerspannfutters 32 von einem angehaltenen Beladerspannfutter 32 ausgehend eingeleitet wird, mit zunehmendem Beladerrückzugsanweisungswert zu, und danach nimmt die Strom-FB 55 einen konstanten Wert an, der dem Referenzstromwert C1 entspricht oder größer ist. Wenn die Strom-FB 55 dem Referenzstromwert C1 entspricht oder größer ist, kann die Zustandsbeobachtungseinheit 25 daher bestimmen, dass das Greifen des Werkstücks 40 durch das Spindelspannfutter 31 abgeschlossen ist. In diesem Fall erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57A, da die Greifwartezeit 61 kürzer ist.
Die Darstellung von 5 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB bei einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform für einen Fall, bei dem der Greifvorgang am Spindelspannfutter nicht abgeschlossen ist. Wenn das Greifen des Werkstücks 40 durch das Spindelspannfutter 31 noch nicht abgeschlossen ist und die Werkzeugmaschine 2 versucht, das Beladerspannfutter 32 zurückzuziehen, kann das Beladerspannfutter 32 das Werkstück 40 mit geringem Kraftaufwand zurückziehen. Aufgrund dessen ist die Strom-FB 55 kleiner als der Referenzstromwert C1. Wenn die Strom-FB 55 unterhalb des Referenzstromwerts C1 bleibt, kann die Zustandsbeobachtungseinheit 25 daher bestimmen, dass das Greifen des Werkstücks 40 am Spindelspannfutter 31 nicht abgeschlossen ist. In diesem Fall verringert die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57A unabhängig von der Länge der Greifwartezeit 61.
Die Darstellung von 6 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB in einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform für einen Fall, bei dem die Freigabe am Beladerspannfutter abgeschlossen ist. Wenn die Freigabe des Werkstücks 40 am Beladerspannfutter 32 abgeschlossen ist, muss bei einem Versuch der Werkzeugmaschine 2, das Beladerspannfutter 32 zurückzuziehen, eine Kraft zur Beschleunigung des Beladerspannfutters 32 aufgewandt werden, wodurch die Strom-FB 55 vorübergehend ansteigt. Wenn die Geschwindigkeit des Beladerspannfutters 32 konstant wird, da das Werkstück 40 nicht vom Beladerspannfutter 32 gegriffen ist, erfordert das Verfahren des Beladerspannfutters 32 nur einen geringen Kraftaufwand, sodass die Strom-FB 55 im Wesentlichen Null wird. Wenn anschließend versucht wird das Zurückziehen des Beladerspannfutters 32 zu beenden, muss zur Verzögerung des Beladerspannfutters 32 eine Kraft aufgewandt werden, wodurch die Strom-FB 55 vorübergehend ansteigt. Wie oben beschrieben, geht die Strom-FB 55 bei einer Beschleunigung und einer Verzögerung des Beladerspannfutters 32 auch dann nicht über den Referenzstromwert C2 hinaus, wenn die Strom-FB 55 vorübergehend ansteigt. Wenn die Strom-FB 55 kleiner als der Referenzstromwert C2 ist oder diesem entspricht, kann die Zustandsbeobachtungseinheit 25 daher bestimmen, dass die Freigabe des Werkstücks 40 am Beladerspannfutter 32 abgeschlossen ist. In diesem Fall erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57B, da die Freigabewartezeit 62 kürzer ist.
Die Darstellung von 7 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Beladerrückzugsanweisungswert und der Strom-FB in einem Bearbeitungssystem gemäß der Ausführungsform für einen Fall, in dem die Freigabe am Beladerspannfutter nicht abgeschlossen ist. Wenn die Freigabe des Werkstücks 40 am Beladerspannfutter 32 nicht abgeschlossen ist, muss bei einem Versuch der Werkzeugmaschine 2, das Beladerspannfutter 32 zurückzuziehen, eine Kraft zur Beschleunigung des Beladerspannfutters 32 aufgewandt werden, wodurch die Strom-FB 55 vorübergehend ansteigt. Da das Beladerspannfutter 32 zurückgezogen wird während es das Werkstück 40 immer noch greift, steigt die Strom-FB 55, im Vergleich zu einem Fall, bei dem es das Werkstück 40 nicht mehr greift, während einer Zeitspanne so an, dass sie größer wird als der Referenzstromwert C2. Wenn die Strom-FB 55 größer als der Referenzstromwert C2 wird, kann die Zustandsbeobachtungseinheit 25 somit bestimmen, dass die Freigabe des Werkstücks 40 am Beladerspannfutter 32 nicht abgeschlossen ist. In diesem Fall verringert die Belohnungsberechnungseinheit 23 die Belohnung 57B unabhängig von der Länge der Freigabewartezeit 62.
Wie oben beschrieben, bestätigt die maschinelle Lernvorrichtung 20, dass das Werkstück 40 am Spindelspannfutter 31 gegriffen bzw. nicht gegriffen wurde, wobei die maschinelle Lernvorrichtung 20, wenn das Greifen des Werkstücks 40 noch nicht abgeschlossen ist, den der Greifwartezeit 61 gemäßen Vorgang zum Greifen des Werkstücks 40 erneut ausführt, sodass die Greifwartezeit 61 korrigiert werden kann. Zudem kann, da die maschinelle Lernvorrichtung 20 die Greifwartezeit 61 ermittelt, ein Missglücken des Greifvorgangs verhindert werden. Außerdem wird die Produktivität der Werkzeugmaschine 2 verbessert, da die maschinelle Lernvorrichtung 20 den Vorgang zum Greifen des Werkstücks 40 erneut ausführen und ein Missglücken des Greifens verhindern kann.
Die maschinelle Lernvorrichtung 20 bestätigt gleichermaßen, dass das Werkstück 40 vom Beladerspannfutter 32 freigegeben oder nicht freigegeben wurde, wobei die maschinelle Lernvorrichtung 20, wenn die Freigabe des Werkstücks 40 nicht abgeschlossen ist, den der Freigabewartezeit 62 gemäßen Vorgang zur Freigabe des Werkstücks 40 erneut durchführt, sodass die Freigabewartezeit 62 korrigiert werden kann. Zudem kann, da die maschinelle Lernvorrichtung 20 die Freigabewartezeit 62 ermittelt, ein Missglücken der Freigabe verhindert werden. Außerdem wird die Produktivität der Werkzeugmaschine 2 verbessert, da die maschinelle Lernvorrichtung 20 den Vorgang zum Freigeben des Werkstücks 40 erneut auszuführen und ein Missglücken der Freigabe verhindern kann.
Da die maschinelle Lernvorrichtung 20 das Greifen und Freigeben des Werkstücks 40 auf Basis der Strom-FB 55 bestimmt, sind zur Bestätigung eines Greifens bzw. Freigebens des Werkstücks 40 außerdem kein spezieller Mechanismus bzw. keine Vorrichtung wie beispielsweise eine Kamera erforderlich. Ein Greifen und Freigeben des Werkstücks 40 kann somit kostengünstig bestätigt werden.
Darüber hinaus veranlasst die maschinelle Lernvorrichtung 20 bei einem missglücktem Greifen des Werkstücks 40 eine der Greifwartezeit 61 gemäße erneute Ausführung eines Vorgangs zum Greifen des Werkstücks 40, sodass auch bei einer zu kurzen Greifwartezeit 61 keine Notwendigkeit für eine manuelle Korrektur besteht.
Darüber hinaus bewirkt die maschinelle Lernvorrichtung 20 bei einer missglückten Freigabe des Werkstücks 40 eine der Freigabewartezeit 62 gemäße erneute Ausführung eines Vorgangs zur Freigabe des Werkstücks 40, sodass auch bei einer zu kurzen Freigabewartezeit 62 keine Notwendigkeit für eine manuelle Korrektur besteht. Dadurch lässt sich die Zeit für die Übergabe des Werkstücks 40 verkürzen, womit einer Verschlechterung der Produktivität entgegengewirkt werden kann.
Es wird nun eine Hardwarekonfiguration der numerischen Steuervorrichtung 10 beschrieben. Die Darstellung von 8 veranschaulicht ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration der numerischen Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform.
Die numerische Steuervorrichtung 10 kann mit Hilfe der in 8 dargestellten Steuerschaltung 300 realisiert werden, d.h. durch einen Prozessor 301 und einen Speicher 302. Als Beispiele für den Prozessor 301 können eine Zentraleinheit (CPU), eine zentrale Verarbeitungsvorrichtung, eine Verarbeitungsvorrichtung, eine arithmetische Vorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein Prozessor, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein hochintegriertes System (LSI) genannt werden. Als Beispiele für den Speicher 302 können ein Direktzugriffsspeicher (RAM) und ein Festwertspeicher (ROM) genannt werden.
Die numerische Steuervorrichtung 10 wird mit Hilfe des Prozessors 301 implementiert, der ein in dem Speicher 302 gespeichertes Programm zur Ausübung der Funktionen der numerischen Steuervorrichtung 10 liest und ausführt. Man kann ferner sagen, dass dieses Programm den Computer zur Ausführung einer Prozedur oder eines Verfahrens der numerischen Steuervorrichtung 10 veranlasst. Der Speicher 302 wird auch als Zwischenspeicher eingesetzt, wenn der Prozessor 301 diverse Arten einer Verarbeitung ausführt.
Die Funktionen der numerischen Steuervorrichtung 10 können im Übrigen teilweise mit Hilfe einer speziellen Hardware und teilweise mit Hilfe von Software oder Firmware realisiert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die maschinelle Lernvorrichtung 20 mit Hilfe der in 8 dargestellten Steuerschaltung 300 realisiert werden kann.
Im Übrigen können, wenn es sich bei dem Spindelspannfutter 31 um ein Elektrofutter handelt, die Vorgänge zum Greifen und Freigeben des Werkstücks 40 auf Seiten des Spindelspannfutters 31 ermittelt werden. In diesem Fall kann die maschinelle Lernvorrichtung 20 die Greifwartezeit 61 und die Freigabewartezeit 62 auf Basis der auf Seiten des Spindelspannfutters 31 ermittelten Strom-FB ermitteln.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, bei dem das maschinelle Lernen an der maschinellen Lernvorrichtung 20 unter Verwendung von bestärkendem Lernen erfolgt; das maschinelle Lernen an der maschinellen Lernvorrichtung 20 kann jedoch auch anhand anderer bekannter Verfahren wie beispielsweise einem neuronalen Netzwerk, einer genetischen Programmierung, einer funktionallogischen Programmierung, einer Support Vector Machine oder dergleichen erfolgen.
Wie oben beschrieben werden bei der Ausführungsform die dem auf Basis der Zustandsvariablen 56A und 56B erstellten Datensatz gemäße Greifwartezeit 61 und Freigabewartezeit 62 ermittelt, bei denen die Zeit zur Übergabe des Werkstücks 40 zwischen den Spannfuttern verkürzt wird, sodass die Überführung des Werkstücks 40 in kurzer Zeit abgeschlossen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungssystem;
2: Werkzeugmaschine;
3: Steuersystem;
10: numerische Steuervorrichtung;
11: Bearbeitungssteuerungsprogrammspeichereinheit;
12: Analyseeinheit;
13: Steuereinheit;
14: Speichereinheit;
15: Ablaufsteuerungseinheit;
20: maschinelle Lernvorrichtung;
21: Lerneinheit;
22: Funktionsaktualisierungseinheit;
23: Belohnungsberechnungseinheit;
25: Zustandsbeobachtungseinheit;
31: Spindelspannfutter;
32: Beladerspannfutter;
35: drehendes Teil;
36: Belader;
37: Antriebseinheit;
38: Servomotor;
40: Werkstück;
52: Übergabepositionsinformationen;
53: Positionsanweisung;
55: Strom-FB;
56A, 56B: Zustandsvariable;
57A, 57B: Belohnung;
58A, 58B: Aktion;
61: Greifwartezeit;
62: Freigabewartezeit;
63: Spindelöffnungsanweisung;
64: Spindelschließanweisung;
65: Beladeröffnungsanweisung;
66: Beladerschließanweisung.

Claims

Lernverfahren zum Ermitteln der für eine zuverlässigen Übergabe eines Werkstücks (40) von einem ersten Spindelspannfutter (32) einer Werkzeugmaschine (2) zu einem zweiten Spindelspannfutter (31) der Werkzeugmaschine (2) zum Greifen des Werkstücks (40) mit dem zweiten Spindelspannfutter (31) und zum Freigeben des Werkstücks (40) durch das erste Spannfutter (32) erforderlichen Greifwartezeit (61) und Freigabewartezeit (62), wobei das Lernverfahren umfasst: - einen ersten Schritt zum Festlegen einer Greifwartezeit (61) und einer Freigabewartezeit (62), - einen zweiten Schritt (ST10) zum Verfahren des vom ersten Spindelspannfutter (32) gegriffenen Werkstücks (40) an eine Position, an der das Werkstück (40) mit dem zweiten Spindelspannfutter (31) gegriffen werden kann, - einen dritten Schritt (ST11) zum Einleiten eines Vorgangs zum Schließen des zweiten Spindelspannfutters (31), - einen vierten Schritt (ST12) zum Abwarten einer mit dem Vorgang zum Schließen des zweiten Spindelspannfutters (31) beginnenden Greifwartezeit, - einen fünften Schritt (ST13) zum Einleiten einer Bewegung des ersten Spindelspannfutters (32) nach Ablauf einer Greifwartezeit, wobei die Bewegung das erste Spindelspannfutter (32) von dem zweiten Spindelspannfutter (31) wegzieht, - einen sechsten Schritt (ST14) zum Erfassen des Motorstroms, der durch den zum Bewegen des ersten Spindelspannfutters (32) verwendeten Motor fließt, - einen siebten Schritt (ST15) zum Vergleichen des erfassten Motorstroms mit einem ersten Referenzstromwert (C1), - einen achten Schritt (ST16) zum Öffnen des zweiten Spindelspannfutters (31) und zum Wiederholen des dritten bis siebten Schritts mit einer kürzeren Greifwartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms dem ersten Referenzstromwert (C1) entspricht oder größer ist, bzw. mit einer längeren Greifwartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms kleiner als der erste Referenzstromwert (C1) ist, wobei, die kürzeste Greifwartezeit, bei der der erfasste Wert des Motorstroms dem ersten Referenzstromwert (C1) entspricht oder größer ist, die erforderliche Greifwartezeit bildet und das Lernverfahren ferner umfasst: - einen neunten Schritt (ST21) zum Einleiten eines Vorgangs zum Öffnen des ersten Spindelspannfutters (32), - einen zehnten Schritt (ST22) zum Abwarten einer mit dem Vorgang zum Öffnen des ersten Spindelspannfutters (32) beginnenden Freigabewartezeit, - einen elften Schritt (ST23) zum Einleiten einer Bewegung des ersten Spindelspannfutters (32) nach Ablauf einer Freigabewartezeit, wobei die Bewegung das erste Spindelspannfutter (32) vom zweiten Spindelspannfutter (31) wegführt, - einen zwölften Schritt (ST24) zum Erfassen des Motorstroms, der durch den zum Bewegen des ersten Spindelspannfutters (32) verwendeten Motor fließt, - einen dreizehnten Schritt (ST25) zum Vergleichen des erfassten Motorstroms mit einem zweiten Referenzstromwert (C2), - einen vierzehnten Schritt zum Wiederholen des neunten bis dreizehnten Schritts mit einer längeren Freigabewartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms größer ist als der Referenzstromwert (C2), bzw. mit einer kürzeren Freigabewartezeit, wenn der erfasste Wert des Motorstroms dem zweiten Referenzstromwert (C2) entspricht oder kleiner ist, wobei, die kürzeste Freigabewartezeit, bei der der erfasste Wert des Motorstroms dem zweiten Referenzstromwert (C2) entspricht oder kleiner ist, die erforderliche Freigabewartezeit bildet.
Numerische Steuervorrichtung (10), die zur Ausführung eines Lernverfahrens nach Anspruch 1 ausgebildet ist und eine maschinelle Lernvorrichtung (20) umfasst, die aufweist: eine Zustandsbeobachtungseinheit (25), um als Zustandsvariablen (56A, 56B) die Greifwartezeit (61), die Freigabewartezeit (62) und eine Stromrückführung des Motorstroms von einem das erste Spannfutter (32) bewegenden Antriebsmechanismus zu beobachten, und eine Lerneinheit (21), um die Wartezeit (61, 62), mit der eine Übergabezeit des Werkstücks (40) verkürzt wird, einem Datensatz entsprechend zu ermitteln, der auf Basis der Zustandsvariablen erstellt wurde.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 2, die aufweist: eine Steuereinheit (13), um das Greifen des Werkstücks (40) mit dem zweiten Spannfutter (31) und das Freigeben des Werkstücks (40) durch das erste Spannfutter (32) auf Basis der von der Lerneinheit (21) ermittelten Wartezeit zu steuern.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Lerneinheit (21) aufweist: eine Belohnungsberechnungseinheit (23), um eine Belohnung (57A, 57B) auf Basis der Greifwartezeit (61) und der Stromrückführung bzw. der Freigabewartezeit (62) und der Stromrückführung zu berechnen, und eine Funktionsaktualisierungseinheit (22), um eine Funktion zum Bestimmen der Greifwartezeit (61) bzw. der Freigabewartezeit (62) auf Basis der Belohnung (57A, 57B) zu aktualisieren.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei es sich bei der zu ermittelnden Greifwartezeit um eine erste Wartezeit (61) handelt, wenn das Werkstück (40) mit dem zweiten Spannfutter (31) gegriffen wird, und die Belohnungsberechnungseinheit (23) in einem Fall, bei dem die Stromrückführung einem ersten Referenzstromwert (C1) entspricht oder größer ist, die Belohnung (57A) erhöht, wenn die ermittelte erste Wartezeit (61) kürzer ist als die kürzeste bisher ermittelte erste Wartezeit (61), und in einem Fall, bei dem die Stromrückführung kleiner als der erste Referenzstromwert (C1) ist, die Belohnung (57A) verringert.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zustandsbeobachtungseinheit (25) bestimmt, dass das Greifen missglückt ist, wenn die Stromrückführung beim Greifen des Werkstücks (40) mit dem zweiten Spannfutter (31) kleiner als der erste Referenzstromwert (C1) ist, und die Lerneinheit (21) die erste Wartezeit (61) ermittelt und die Steuereinheit (13) das Greifen mit der von der Lerneinheit (21) ermittelten ersten Wartezeit (61) erneut versucht, wenn die Bestimmung ergibt, dass das Greifen missglückt ist.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei es sich bei der zu ermittelnden Freigabewartezeit um eine zweite Wartezeit (62) handelt, wenn das Werkstück (40) durch das erste Spannfutter (32) freigegeben wird, und die Belohnungsberechnungseinheit (23) in einem Fall, bei dem die Stromrückführung einem zweiten Referenzstromwert entspricht oder kleiner ist, die Belohnung (57B) erhöht, wenn die ermittelte zweite Wartezeit (62) kürzer ist als die kürzeste bisher ermittelte zweite Wartezeit (62), und in einem Fall, bei dem die Stromrückführung größer als der zweite Referenzstromwert ist, die Belohnung (57B) verringert.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Zustandsbeobachtungseinheit (25) bestimmt, dass die Freigabe missglückt ist, wenn die Stromrückführung beim Freigeben des Werkstücks (40) durch das erste Spannfutter (32) größer als der zweite Referenzstromwert ist, und die Lerneinheit (21) die zweite Wartezeit (62) ermittelt und die Steuereinheit (13) das Freigeben mit der von der Lerneinheit (21) ermittelten zweiten Wartezeit (62) erneut versucht, wenn die Bestimmung ergibt, dass die Freigabe missglückt ist.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Funktionsaktualisierungseinheit (22) eine die Funktion angebende Aktionswerttabelle auf Basis der Belohnung (57A, 57B) aktualisiert.
Werkzeugmaschine, die zur Steuerung mit der numerischen Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 und zum Ansteuern mit dem Antriebsmechanismus ausgebildet ist.