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Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Anomalitätsdetektionsvorrichtung, insbesondere eine Anomalitätsdetektionsvorrichtung, die einen Fremdkörper detektiert, der in einer Antriebseinheit einer Werkzeugmaschine stecken bleibt.
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HINTERGRUND DER TECHNIK
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Eine Werkzeugmaschine dient zum Bearbeiten eines Werkstücks durch ein Werkzeug, das an einer Spindel angebracht ist. Beim Bearbeiten eines Werkstücks werden Späne, Metallpulver usw. erzeugt. Des Weiteren wird das Werkzeug, das an der Spindel angebracht ist, während der Werkstückbearbeitung gemäß einem Bearbeitungsvorgang oder aufgrund von Abnutzung, Bruch oder anderen Problemen mit dem Werkzeug ausgetauscht.
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Wenn ein Werkzeug in einer Werkzeugmaschine ausgetauscht wird, können Späne, Metallpulver oder andere Dinge zwischen einer verjüngten Oberfläche und einem Schaft stecken bleiben. Falls die Späne, das Metallpulver oder andere Dinge zwischen der verjüngten Oberfläche und dem Schaft stecken bleiben, wird das Werkzeug nicht richtig eingespannt, wobei seine Position bezüglich einer Spindel von einer ursprünglichen Position abweicht. Somit kann, wenn Bearbeitung im oben beschriebenen Zustand begonnen wird und die Spindel sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, zum Beispiel Schaden an einem Schneidwerkzeug, Ratterschwingung, die Qualitätsverschlechterung einer bearbeiteten Oberfläche verursacht, oder Verringerung der Genauigkeit der Kreisförmigkeit und Rauigkeit entstehen.
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Um das obige Problem zu lösen, gibt es zum Beispiel ein Verfahren, das auf einer Veränderung eines Leistungswerts, die durch die Späne bzw. andere Dinge, die stecken bleiben, verursacht wird, basiert (siehe zum Beispiel Patentschrift 1). Es gibt auch ein Verfahren, das Wellenformdaten aus einem externen Detektionssensor (zum Beispiel einem Vibrationssensor, der an einem Spindelfutter montiert ist) erhält, um die Daten mittels künstlicher Intelligenz (KI) zu analysieren (siehe zum Beispiel Patentschrift 2).
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STAND DER TECHNIK
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PATENTSCHRIFT
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- [Patentschrift 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-040072
- [Patentschrift 2] Internationale PCT-Offenlegungsschrift Nr. 2018/146733
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
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In einem Fall, bei dem kleinste Späne, Metallpulver oder andere Dinge zwischen einer verjüngten Oberfläche und einem Schaft stecken bleiben, ist der Zustand eines Werkzeugs, das an einer Spindel angebracht ist, beinahe der gleiche als in einem Fall, bei dem die Späne oder andere Dinge nicht stecken bleiben, nur ist das Werkzeug leicht exzentrisch. Daher besteht ein Problem mit einer einfachen Funktion des Detektierens einer Anomalität in der Anbringung eines Werkzeugs darin, dass die Funktion eine solche Anomalität nicht automatisch detektieren kann. Es ist möglich, einen Hochpräzisionssensor vorzusehen, um kleinste Fremdkörper zu detektieren, die stecken geblieben sind. Ein solcher Sensor erhöht jedoch die Betriebskosten. Außerdem hat dieser eine große Auswirkung auf die Überprüfungsgenauigkeit gemäß einer Montageposition des Sensors und den Stellen, an denen die Fremdkörper stecken geblieben sind, und es ist notwendig, Schwingungswellenformen ununterbrochen zu analysieren, was zu einer Erhöhung der Rechenkosten führt.
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Zusätzlich zu Spänen, die stecken bleiben, gibt es andere Anomalitäten in Zusammenhang mit der Spindel, wie zum Beispiel Unebenheit der Werkstücke und Abnutzung des Werkzeugs selbst, und somit wird eine Situation, bei der ein Fremdkörper stecken bleibt, möglicherweise nicht akkurat detektiert.
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Des Weiteren tritt ein ähnliches Problem in einem Fall auf, bei dem kleinste Fremdkörper über einen Motor einer Werkzeugmaschine in eine Antriebseinheit gelangen, zum Beispiel in einem Fall, bei dem kleinste Späne, Metallpulver oder andere Dinge zwischen eine Führungsfläche einer Vorschubachse und einer Antriebseinheit eintreten und nicht mehr herauskommen, oder in einem Fall, bei dem kleinste Späne, Metallpulver oder andere Dinge in einer Rille einer Kugelgewindemutter stecken bleiben.
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MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung löst eine Anomalitätsdetektionsvorrichtung das oben beschriebene Problem durch Überwachen einer Reaktion einer Spindel während Durchführung eines Abtastungsvorgangs durch Drehen eines Motors (einer Spindel) mit verschiedenen Drehzahlen, um eine Exzentrizität eines Werkzeugs basierend auf den überwachten Reaktionen zu detektieren.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anomalitätsdetektionsvorrichtung zum Detektieren eines Fremdkörpers, der in einer Antriebseinheit, die durch einen Motor in einer Werkzeugmaschine angetrieben wird, stecken bleibt, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit, die den Motor, der die Antriebseinheit mit verschiedenen Drehzahlen antreibt, veranlasst, einen Detektionsvorgang basierend auf einem Befehl zum Diagnostizieren eines Zustands der Antriebseinheit durchzuführen; eine Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit, die einen Steuerbefehl für den Motor, der die Antriebseinheit antreibt, oder ein Feedbacksignal von dem Motor, der die Antriebseinheit antreibt, als eine Information, die einen Betriebszustand der Antriebseinheit angibt, während des Detektionsvorgangs erhält; eine Spindelzustandsbestimmungseinheit, die den Steuerbefehl für den Motor, der die Antriebseinheit antreibt, oder das Feedbacksignal von dem Motor, der die Antriebseinheit antreibt, der bzw. das durch die Antriebseinheit-Zustandserfassungseinheit erhalten wird, analysiert, und basierend auf einem Ergebnis der Analyse eine Bestimmung über den Zustand der Antriebseinheit vornimmt; und eine Benachrichtigungseinheit, die eine Benachrichtigung, dass sich der Zustand der Antriebseinheit von einem Zustand zu einem normalen Zeitpunkt unterscheidet, basierend auf einem Bestimmungsergebnis, das durch die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit erhoben wird, bereitstellt, aufweist.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Der Aspekt der Erfindung ermöglicht es, die Detektion des Fremdkörpers, der in der Spindel stecken bleibt, mit hoher Genauigkeit durchzuführen, ohne Kosten für den Einsatz eines Hochpräzisionssensors oder andere Geräte zu erfordern.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Hardware-Konfigurationsdiagramm einer Anomalitätsdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Anomalitätsdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform;
- 3 zeigt ein Beispiel eines Detektionsvorgangs;
- 4 zeigt ein weiteres Beispiel des Detektionsvorgangs;
- 5 zeigt ein Beispiel einer Frequenzverteilung von Information, die einen Betriebszustand einer Spindel zu einem normalen Zeitpunkt angibt;
- 6 zeigt ein Beispiel einer Frequenzverteilung von Information, die einen Betriebszustand der Spindel zu einem anomalen Zeitpunkt angibt; und
- 7 zeigt ein Beispiel von Statistiken von Informationen, die einen Betriebszustand der Spindel zu dem normalen und anomalen Zeitpunkt angeben.
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METHODE(N) ZUM IMPLEMENTIEREN DER ERFINDUNG
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Es folgt eine Beschreibung zu den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen.
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1 ist ein schematisches Hardware-Konfigurationsdiagramm, das einen Hauptteil einer Anomalitätsdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Eine Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 der Erfindung kann zum Beispiel als eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine implementiert werden oder kann in einem persönlichen Computer, der zusammen mit einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine angeordnet ist, oder in einem Edge-Computer, einem Fog-Computer, einem Cloud-Server oder Ähnlichem, der über ein drahtgebundenes/drahtloses Netzwerk mit der Steuervorrichtung verbunden ist, implementiert werden. Die Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Anomalitätsdetektionsvorrichtung, die in einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine implementiert ist.
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Die Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 11 auf, bei der es sich um einen Prozessor zum Steuern der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 als Ganzes handelt. Die CPU 11 ist dazu ausgelegt, ein Systemprogramm, das in einem Nurlesespeicher (ROM) 12 gespeichert ist, über einen Bus 22 auszulesen, um dadurch die Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 als Ganzes gemäß dem Systemprogramm zu steuern. Ein Direktzugriffsspeicher (RAM) 13 ist dazu ausgelegt, temporäre Rechendaten und Datenstücke, die angezeigt werden sollen, sowie verschiedene Datenstücke, die von außen eingegeben werden, temporär zu speichern.
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Ein nichtflüchtiger Speicher 14 besteht zum Beispiel aus einem Speicher, der durch eine Batterie gesichert wird, nicht gezeigt, einem Halbleiterlaufwerk (SSD) oder Ähnlichem und ein Speicherzustand der Daten, die in den Speicher geschrieben sind, wird beibehalten, auch wenn eine Stromquelle der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 ausgeschaltet wird. Der nichtflüchtiger Speicher 14 ist dazu ausgelegt, zum Beispiel Datenstücke und ein Bearbeitungsprogramm, die über eine Schnittstelle 15 aus einer externen Vorrichtung 72 gelesene werden, Datenstücke und ein Bearbeitungsprogramm, die über eine Eingabevorrichtung 71 eingegeben werden, und Datenstücke, die von der Werkzeugmaschine erhalten werden, zu speichern. Die Datenstücke und die Bearbeitungsprogramme, die in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert sind, können während Ausführung und Verwendung in den RAM 13 geladen werden. Des Weiteren ist der ROM 12 dazu ausgelegt, zuvor verschiedene Systemprogramme, wie zum Beispiel bekannte Analyseprogramme, zu speichern.
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Die Schnittstelle 15 dient zum Verbinden der CPU 11 in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 mit der externen Vorrichtung 72, wie zum Beispiel einer USB-Vorrichtung. Zum Beispiel können ein Bearbeitungsprogramm und verschiedene Parameter, die beim Steuern der Werkzeugmaschine verwendet werden sollen, aus der externen Vorrichtung 72 gelesen werden. Zusätzlich können das Bearbeitungsprogramm, die verschiedenen Parameter und weiteres, die in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 überarbeitet werden, über die externe Vorrichtung 72 in einem externen Speichermittel gespeichert werden.
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Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 16 ist dazu ausgelegt, ein Signal durch ein Sequenzprogramm, das in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet ist, über eine Eingabe/Ausgabe(E/A)-Einheit 17 an die Werkzeugmaschine und Peripheriegeräte der Werkzeugmaschine (z. B. einen Werkzeugwechsler, einen Aktuator, wie zum Beispiel einen Roboter, und Sensoren, die an der Werkzeugmaschine angebracht sind) auszugeben, um derart die Werkzeugmaschine und die Peripheriegeräte zu steuern. Die SPS 16 ist auch dazu ausgelegt, Signale von verschiedenen Reglern auf einer Bedientafel, die an einem Körper einer Industriemaschine, den Peripheriegeräten und weiteren vorgesehen ist, zu erhalten, dann notwendige Signalverarbeitung auszuführen und die Signale an die CPU 11 zu senden.
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Die Datenstücke, die in dem Speicher gelesen werden, Datenstücke, die durch Ausführen zum Beispiel des Bearbeitungsprogramms und des Systemprogramms, erhalten werden, und andere werden über eine Schnittstelle 18 ausgegeben und auf einer Anzeigevorrichtung 70 angezeigt. Des Weiteren sendet die Eingabevorrichtung 71, die mit einer Tastatur, einer Zeigevorrichtung und weiteren ausgelegt ist, einen Befehl, Datenstücke und weiteres gemäß einer Bedienung durch eine Bedienperson über eine Schnittstelle 19 an die CPU 11.
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Eine Achssteuerschaltung 30 zum Steuern einer Achse, die in der Werkzeugmaschine enthalten ist, ist dazu ausgelegt, eine Menge an Steuerbefehl zum Bewegen einer Antriebseinheit entlang der Achse von der CPU 11 zu empfangen und den Befehl über einen Hilfsverstärker 40 auszugeben. Bei Empfang des Befehls steuert der Hilfsverstärker 40 einen Hilfsmotor 50 zum Bewegen der Antriebseinheit, die in der Werkzeugmaschine enthalten ist, entlang der Achse an. Der Hilfsmotor 50 der Achse ist mit einem Positions-/Geschwindigkeitsdetektor ausgestattet, um ein Positions-/Geschwindigkeitsrückkopplungssignal, das von dem Positions-Geschwindigkeitsdetektor erhalten wird, an die Achssteuerschaltung 30 zurückzuführen, wodurch Rückkoppelungsregelung an einer Position und einer Geschwindigkeit durchgeführt wird. Auch wenn das Hardware-Konfigurationsdiagramm in 1 nur jeweils eine Achssteuerschaltung 30, einen Hilfsverstärker 40 und einen Hilfsmotor 50 zeigt, werden diese Komponenten in der Praxis in der gleichen Anzahl wie die Anzahl an Achsen einer Werkzeugmaschine, die gesteuert werden soll, vorgesehen. Zum Beispiel werden in einem Fall des Steuerns einer gemeinsamen Werkzeugmaschine drei Sätze der Achssteuerschaltung 30, des Hilfsverstärkers 40 und des Hilfsmotors 50 vorgesehen, um die Spindel, an der das Werkzeug angebracht ist, und ein Werkstück bezüglich einander in Richtung der drei linearen Achsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) zu bewegen.
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Eine Spindelsteuerschaltung 60 ist dazu ausgelegt, einen Spindeldrehbefehl zu empfangen und ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 auszugeben. In Reaktion auf das Spindeldrehzahlsignal dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit einer spezifiziert Drehzahl, um das Werkzeug anzutreiben. Mit dem Spindelmotor 62 ist ein Positionscodierer 53 verbunden, der mit der Drehung der Spindel synchronisiert ist, um einen Feedbackimpuls auszugeben, wobei der Feedbackimpuls von der CPU 11 gelesen wird.
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2 zeigt die Funktion der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als ein schematisches Blockdiagramm. Die Funktionen der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform werden durch Ausführen des Systemprogramms durch die CPU 11 implementiert, die in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, enthalten ist, um dadurch die Vorgänge der jeweiligen Einheiten der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 zu steuern.
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Die Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform weist eine Funktion auf, die sich auf die Spindel als eine Antriebseinheit, die durch einen Elektromotor der Werkzeugmaschine angetrieben wird, fokussiert und die Spindel mit verschiedenen Geschwindigkeiten für die Detektion betreibt und dann ein Detektionsergebnis analysiert, um eine geringe Veränderung, die in der Spindel aufgetreten ist, zu detektieren.
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Die Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 der Ausführungsform weist eine Steuereinheit 110, eine Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120, eine Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 und eine Benachrichtigungseinheit 140 auf. In dem RAM 13 oder dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 wird ein NC-Programm 210, das von der Eingabevorrichtung 71, der externen Vorrichtung 72 oder anderen erhalten wird, im Voraus gespeichert. Zusätzlich dazu wird der RAM 13 oder der nichtflüchtige Speicher 14 der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 im Voraus mit einer Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 220, die ein Speicherbereich zum Speichern erhaltener Information über einen Betriebszustand der Spindel, die als die Antriebseinheit dient, ist, und einer Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230, in der Informationen über den Betriebszustand der Spindel, die während sich die Spindel als die Antriebseinheit im Normalbetrieb befunden hat, erhalten werden, im Voraus gespeichert werden, versehen.
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Die Steuereinheit 110 wird auf eine solche Weise implementiert, dass die CPU 11, die in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, enthalten ist, das Systemprogramm, das aus dem ROM 12 gelesen wird, ausführt und dann wird Berechnung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 und Steuerung der Einheiten der Werkzeugmaschine 2 unter Verwendung der Achssteuerschaltung 30, der Spindelsteuerschaltung 60 und der SPS 16 hauptsächlich durch die CPU 11 ausgeführt. Die Steuereinheit 110 analysiert das NC-Programm 210, um Befehlsdaten zum Steuern der Werkzeugmaschine 2, umfassend den Hilfsmotor 50 und den Spindelmotor 62 und die Peripheriegeräte der Werkzeugmaschine 2, zu erzeugen. Die Steuereinheit 110 steuert die Einheiten der Werkzeugmaschine 2 und ihre Peripheriegeräte basierend auf den erzeugten Befehlsdaten. Zum Beispiel erzeugt die Steuereinheit 110 Datenstücke über die Bewegungen der Achse basierend auf einem Befehl zum Bewegen der Antriebseinheit entlang der Achse der Werkzeugmaschine 2, um die erzeugten Daten an den Hilfsmotor 50 auszugeben. Zusätzlich dazu erstellt die Steuereinheit 110 zum Beispiel Datenstücke über die Drehung der Spindel der Werkzeugmaschine 2 basierend auf einem Befehl zum Drehen der Spindel und gibt die erzeugten Daten an den Spindelmotor 62 aus. Darüber hinaus erzeugt die Steuereinheit 110 zum Beispiel ein vorbestimmtes Signal zum Betreiben der Peripheriegeräte der Werkzeugmaschine 2 basierend auf einem Befehl zum Betreiben der Peripheriegeräte und gibt das Signal an die SPS 16 aus. Auf der anderen Seite erhält die Steuereinheit 110 Zustände des Hilfsmotors 50 und des Spindelmotors 62 (zum Beispiel Stromwerte, Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigung und Drehmomente des Motors) als Feedbackwerte zur Verwendung für das Steuern.
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Die Steuereinheit 110 wechselt basierend auf einem Befehl von dem NC-Programm 210 oder einem Befehl, der durch eine Bedienperson erteilt wird, der durch eine Bedientafel, nicht gezeigt, oder die Eingabevorrichtung 71 empfangen wird, in einen Diagnosemodus zum Diagnostizieren des Zustands der Spindel. Wenn der Modus in den Diagnosemodus wechselt, erzeugt die Steuereinheit 110 Befehlsdaten zum Betreiben der Detektion der Spindel mit verschiedenen Drehzahlen, wodurch die Drehung der Spindel basierend auf den Befehlsdaten gesteuert wird. Bei dem Detektionsvorgang wird die Spindel mindestens mit vorbestimmten verschiedenen Drehzahlen gedreht. Der Detektionsvorgang kann ein sogenannter Sweep-Vorgang zum fortlaufenden Ändern der Drehzahl der Spindel, wie in 3 gezeigt, sein oder kann ein Vorgang zum Beibehalten der vorbestimmten verschiedenen Drehzahlen für jeden vorbestimmten Zeitpunkt, wie in 4 gezeigt, sein, wenn genauere Detektion des Zustands der Spindel gewünscht ist. Die Zeit zum Beibehalten der Geschwindigkeit unterscheidet sich abhängig von den Materialen und Formen der Spindel und des Werkzeugs. Es ist jedoch ausreichend, wenn die Zeit zum Verursachen einer Verstärkung der Oszillation aufgrund von Resonanz (zum Beispiel 300 bis 500 ms) hinreichend ist.
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Die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 wird auf eine solche Weise implementiert, dass die CPU 11, die in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, enthalten ist, das Systemprogramm, das aus dem ROM 12 gelesen wird, ausführt und dann wird Berechnung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 und Steuerung der Einheiten der Werkzeugmaschine 2 unter Verwendung der Achssteuerschaltung 30, der Spindelsteuerschaltung 60 und der SPS 16 hauptsächlich durch die CPU 11 ausgeführt. Die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 erhält Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, während die Steuereinheit 110 die Werkzeugmaschine 2 veranlasst, den Detektionsvorgang durchzuführen. Bei den Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die durch die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 erhalten werden, kann es sich zum Beispiel um einen Drehmomentbefehl für den Spindelmotor 62 oder einen Stromwert bzw. Spannungswert des Spindelmotors 62 oder Informationen über eine Position, Geschwindigkeit bzw. andere Werte handeln, die von dem Spindelmotor 62 zurückgeführt werden. Die oben erwähnten Informationen können erhalten werden, ohne einen spezifischen Sensor oder ähnliches an dem Spindelmotor 62 vorzusehen, und zeigen eine Auswirkung der Vibration, die in dem Spindelmotor 62 erzeugt wird. Die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 erhält die Informationen von der Steuereinheit 110 und speichert die erhaltenen Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62 als Zeitreihendaten in der Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 220.
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Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 wird auf eine solche Weise implementiert, dass die CPU 11, die in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, enthalten ist, das Systemprogramm, das aus dem ROM 12 gelesen wird, ausführt und dann wird Berechnung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 hauptsächlich durch die CPU 11 ausgeführt. Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 ist dazu ausgelegt, die Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die in der Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 220 gespeichert sind, zu analysieren. Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 führt zum Beispiel Frequenzanalyse oder statistische Analyse der Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, bei denen es sich um Zeitreihendaten, die in der Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 220 gespeichert sind, handelt, durch. Im Fall des Durchführens der Frequenzanalyse kann die Analyseeinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 eine bekannte Analysetechnik, wie zum Beispiel Fourier-Transformation, anwenden. Im Fall des Durchführens statistischer Analyse kann eine bekannte Statistik, wie zum Beispiel Mittelwert, Varianz, Standardabweichung, Schiefheitsgrad oder Wölbung eines gemessenen Werts, wenn die Spindel mit jeder Drehzahl gedreht wird, berechnet und analysiert werden. Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 führt eine Analyse darüber aus, ob der Betriebszustand des Spindelmotors 62 normal ist oder nicht, basierend auf den Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, der somit analysiert wird, und den Informationen, die in der Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230 gespeichert sind.
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Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 kann eine Analyse darüber ausführen, ob der Betriebszustand des Spindelmotors 62 normal ist oder nicht, basierend auf zum Beispiel Ähnlichkeit zwischen den Informationen über den Betriebszustand der Spindel, die in einem Zustand, bei dem die Spindel normal betrieben wird, erhalten werden, und den Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die durch die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 erhalten werden. Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 kann bestimmen, dass der Zustand der Spindel normal ist, wenn die Ähnlichkeit gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. In einem Fall, bei dem eine Bestimmung über die Normalität/Anomalität des Betriebszustands des Spindelmotors 62 basierend auf den Informationen über den Betriebszustand der Spindel gemacht wird, speichert die Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230 Informationen (zum Beispiel Frequenzverteilung oder Statistik) über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die zuvor in einem Zustand, bei dem die Spindel normal betrieben wird, erhalten werden.
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5 zeigt ein Beispiel einer Frequenzverteilung von Informationen (Drehmomentbefehl) über einen Betriebszustand des Spindelmotors 62 zu einem normalen Zeitpunkt. Zusätzlich dazu zeigt 6 ein Beispiel einer Frequenzverteilung von Informationen (Drehmomentbefehl) über einen Betriebszustand des Spindelmotors 62 in einem Zustand, bei dem feine Späne oder etwas Anderes stecken bleiben. Wie in 6 gezeigt, tritt eine Veränderung in einem Resonanzpunkt in dem Spindelmotor 62 in dem Zustand auf, bei dem feine Späne oder etwas Anderes stecken bleiben, und eine Hauptfrequenzkomponente der Informationen über den Betriebszustand unterscheidet sich von diesem zu einem normalen Zeitpunkt. Somit kann zum Beispiel die Ähnlichkeit zwischen den Frequenzverteilungen hinsichtlich einer vorbestimmten Anzahl an Frequenzen mit größeren Komponenten zugelassen werden, wenn eine Summe einer Differenz im Quadrat zwischen Amplituden der Frequenzen gleich einem oder geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Alternativ dazu kann ein Grad an Ähnlichkeit durch Verwenden eines allgemeinen Algorithmus zum Berechnen eines Grads an Ähnlichkeit zwischen Frequenzverteilungen berechnet werden, um damit die Ähnlichkeit basierend auf den berechneten Werten zu bestimmen.
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7 zeigt Beispiele von berechneten Statistiken von Mittelwerten und anderen Werten bei verschiedenen Drehzahlen zu normalen Zeitpunkten (normale Zeitpunkte A und B) und zu einem anomalen Zeitpunkt (Späne sind vorhanden) hinsichtlich Informationen (Drehbefehl) über einen Betriebszustand, der detektiert wird, wenn der Spindelmotor 62 in Phasen mit den jeweiligen Drehzahlen betrieben wird. Wie in 7 gezeigt, weisen die Statistiken zu den jeweiligen Drehzahlen ähnliche Werte und Änderungstendenzen zueinander zu dem normalen Zeitpunkt auf. Im Gegensatz dazu wird in einem Experiment beobachtet, dass die Statistiken zum anomalen Zeitpunkt die unterschiedlichen Werte und veränderte Trends als jene zum normalen Zeitpunkt aufweisen. Zum Beispiel, bei Beobachtung der Varianzwerte und Standardabweichungen, scheint es eine Spitze (ein Abschnitt, der durch einen leeren Pfeil in der Figur angegeben ist) zum anomalen Zeitpunkt zu geben, die nicht zum normalen Zeitpunkt auftritt. Es ist schwierig die feinen Späne, die stecken bleiben, zu detektieren, wenn die Antriebseinheit einfach betrieben wird. Wenn die Antriebseinheit jedoch in Phasen mit verschiedenen Drehzahlen betrieben wird und die Statistiken mit den jeweiligen Drehzahlen berechnet werden, um damit die berechneten Statistiken mit jenen mit entsprechenden Drehzahlen zu dem normalen Zeitpunkt zu vergleichen, kann die Anomalität (dass die Späne stecken bleiben) einfach detektiert werden.
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Dann kann die Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230 eine Vielzahl an typischen Beispielen der Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die in dem Zustand, bei dem die Spindel normal betrieben wird, erhalten werden, speichern. Zusätzlich dazu kann die Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230 Informationen über Betriebszustände des Spindelmotors 62, wenn unterschiedliche Werkzeuge angebracht sind, speichern. Die Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62 können unterschiedlich sein, auch zum selben normalen Zeitpunkt, abhängig von einer Umgebung, einem Haftmittel an der Spindel oder dem Werkzeug, Typen des Werkzeugs und anderen Faktoren. Nichtsdestotrotz kann die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 durch Speichern von Proben der Informationen über einige Betriebszustände im Voraus bestimmen, dass der Zustand der Spindel normal ist, falls Informationen über den Betriebszustand ähnlich irgendeiner der Proben erhalten werden.
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Die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 kann maschinelles Lernen zum Beispiel der Informationen (zum Beispiel Frequenzverteilung, Statistiken) über den Betriebszustand der Spindel, die in dem Zustand, bei dem die Spindel normal betrieben wird, erhalten werden, durchführen und basierend auf einem Lernmodell, das durch das maschinelle Lernen erhalten wird, und den Informationen (zum Beispiel Frequenzverteilung, Statistiken) über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die durch die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 erhalten werden, eine Analyse darüber, ob der Betriebszustand des Spindelmotors 62 normal ist oder nicht, ausführen. In diesem Fall speichert die Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230 ein Lernmodell, das durch Lernen der Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die in dem Zustand, bei dem die Spindel normal betrieben wird, erhalten werden, erhalten wird, im Voraus. Das Lernmodell kann zum Beispiel ein Clustersatz oder Autoencoder sein, der nicht überwachtes Lernen über Information über einen Betriebszustand des Spindelmotors 62 zu einem normalen Zeitpunkt ausgeführt hat. Des Weiteren kann das Lernmodell ein neuronales Netzwerk, eine Support-Vector-Machine oder Ähnliches sein, das/die nicht überwachtes Lernen durch Verwenden von Information über einen Betriebszustand des Spindelmotors 62 zu einem normalen Zeitpunkt und Informationen über einen Betriebszustand des Spindelmotors 62 zu einem anomalen Zeitpunkt durchgeführt hat. Zum Beispiel, in einem Fall des Einsatzes eines Clustersatzes, kann die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 bestimmen, dass sich die Spindel in einem normalen Zustand befindet, wenn eine Distanz zwischen einem Clustersatz, der in der Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit 230 gespeichert ist, und den Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62, die durch die Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit 120 erhalten werden, in einem Bereich eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Dementsprechend wird, in einem Fall des Einsatzes eines Autoencoders, neuronalen Netzwerks oder einer Support-Vector-Machine, ein Wert, der durch Berechnung erhalten wird, mit dem vorbestimmten Schwellenwert verglichen und basierend auf einer dadurch erhaltenen Differenz wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Zustand normal ist oder nicht.
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Die Benachrichtigungseinheit 140 wird auf eine solche Weise implementiert, dass die CPU 11, die in der Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, enthalten ist, das Systemprogramm, das aus dem ROM 12 gelesen wird, ausführt und dann wird Berechnung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 und Eingabe- und Ausgabeverarbeitung unter Verwendung der Schnittstelle 18 oder Ähnliches hauptsächlich durch die CPU 11 ausgeführt. Die Benachrichtigungseinheit 140 ist dazu ausgelegt, eine vorbestimmte Benachrichtigung an jede Einheit bereitzustellen, wenn die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 nicht bestimmt, dass sich die Spindel in einem normalen Zustand befindet, das heißt, wenn die Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit 130 bestimmt, dass sich die Spindel in einem anomalen Zustand befindet. Wenn nicht bestimmt wird, dass sich die Spindel in einem normalen Zustand befindet, kann die Benachrichtigungseinheit 140 zum Beispiel auf der Anzeigevorrichtung 70 anzeigen, dass ein Fremdkörper in der Spindel stecken bleibt, oder eine Warnung ausgeben, die angibt, dass ein Fremdkörper in der Spindel stecken bleibt, oder ein Maschinenstoppsignal an die Steuereinheit 110 ausgeben. Darüber hinaus kann die Benachrichtigungseinheit 140 eine Nachricht über ein Netzwerk, nicht gezeigt, an eine Verwaltungsvorrichtung höherer Ebene (zum Beispiel einen Fog-Computer oder Cloud-Server) senden, die angibt, dass der Fremdkörper in der Spindel stecken bleibt.
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Die Anomalitätsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform, die die oben beschriebene Auslegung aufweist, führt eine Analyse der Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 62 durch, wodurch ermöglicht wird, eine Detektion mit hoher Genauigkeit vorzunehmen, auch wenn ein kleinster Fremdkörper in der Spindel stecken bleibt. In einem Diagnosemodus zum Diagnostizieren einer Anomalität in der Spindel wird ein Detektionsvorgang zum Drehen der Spindel mit vorbestimmten verschiedenen Drehzahlen durchgeführt. In diesem Fall wird die Drehung mit verschiedenen Drehzahlen für eine vorbestimmte Zeit beibehalten, um die Detektion einer Abweichung eines Resonanzpunktes und einer Veränderung in der Statistik zu gestatten. Des Weiteren ist es durch Analysieren einer Differenz von dem normalen Zustand basierend auf der Frequenzverteilung der Informationen über den Betriebszustand und der Veränderung in der Statistik bei jeder Drehzahl möglich, eine geringfügige Veränderung, die schwierig nur durch Analysieren von Zeitreihendaten zu detektieren ist, zu detektieren.
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Auch wenn eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vorstehenden veranschaulicht wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Aspekten mit Modifikationen, die wie angemessen daran vorgenommen wurden, implementiert werden.
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Zum Beispiel werden in der obigen Ausführungsform die Informationen über den Betriebszustand des Spindelmotors 61, der die Spindel antreibt, analysiert, um die Differenz von dem normalen Zustand zu detektieren, und dadurch wird die geringfügige Veränderung, wie zum Beispiel Fremdkörper, die in der Spindel stecken bleiben, detektiert. Alternativ dazu kann ein ähnliches Verfahren angewendet werden, um Informationen über einen Betriebszustand des Hilfsmotors 50, der eine Vorschubachse und eine Kugelgewindemutter zum Bewegen der Spindel antreibt, zu detektieren. Somit kann in einem Fall, bei dem kleinste Fremdkörper über einen Motor der Werkzeugmaschine in die Antriebseinheit gelangen, zum Beispiel in einem Fall, bei dem kleinste Späne, Metallpulver oder andere Dinge zwischen eine Führungsfläche der Vorschubachse zum Bewegen der Spindel und der Antriebseinheit eintreten und nicht herauskommen, oder in einem Fall, bei dem kleinste Späne, das Metallpulver oder andere Dinge in einer Rille der Kugelgewindemutter zum Bewegen der Spindel stecken bleiben, eine geringfügige Veränderung detektiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anomalitätsdetektionsvorrichtung
- 2
- Werkzeugmaschine
- 11
- CPU
- 12
- ROM
- 13
- RAM
- 14
- Nichtflüchtiger Speicher
- 15, 18, 19
- Schnittstelle
- 16
- SPS
- 17
- E/A-Einheit
- 22
- Bus
- 30
- Achssteuerschaltung
- 40
- Hilfsverstärker
- 50
- Hilfsmotor
- 60
- Spindelsteuerschaltung
- 61
- Spindelverstärker
- 62
- Spindelmotor
- 63
- Positionscodierer
- 70
- Anzeigevorrichtung
- 71
- Eingabevorrichtung
- 72
- Externe Vorrichtung
- 110
- Steuereinheit
- 120
- Antriebseinheit-Informationserfassungseinheit
- 130
- Antriebseinheit-Zustandsbestimmungseinheit
- 140
- Benachrichtigungseinheit
- 210
- NC-Programm
- 220
- Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit
- 230
- Normalzeit-Antriebseinheit-Informationsspeichereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016040072 [0004]
- WO 2018/146733 [0004]
