DE112021006961T5 - Numerical control device - Google Patents

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Abstract

Numerische Steuervorrichtung (100) umfasst: eine Motorzustandsbeobachtungseinheit (1), die Motorzustandssignale ausgibt, die Ergebnisse der Beobachtung eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit (5), die ein Schneidzustandssignal ausgibt, das angibt, ob die Werkzeugmaschine schneidet; eine erste Drehmomentschätzeinheit (21), die ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine ausgibt, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein geschätzter Wert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit (3), die aus dem Schneidzustandssignal und dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte erzeugt; und eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4), die aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern einen Maschinenlernkorrekturwert berechnet, die Maschinenlernmodellparameter lernt, dass sich der berechnete Maschinenlernkorrekturwert einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert, und die gelernten Maschinenlernmodellparameter speichert.Numerical control device (100) includes: an engine condition observation unit (1) that outputs engine condition signals indicating results of observation of a condition of the engine; a cutting condition observation unit (5) that outputs a cutting condition signal indicating whether the machine tool is cutting; a first torque estimation unit (21) that outputs a first estimated torque and physical state variables based on the engine state signals and physical model parameters of the machine tool, the first estimated torque being an estimated value of the torque of the engine, the physical state variables being components of the first estimated torque ; a feature value generation unit (3) which generates feature values from the cutting state signal and the first estimated torque, the physical state variables and/or the engine state signals; and a machine learning model calculation unit (4) which calculates a machine learning correction value from the feature values and the machine learning model parameters, which learns machine learning model parameters such that the calculated machine learning correction value approximates a difference between an actual torque included in the engine state signals and the first estimated torque, and the learned machine learning model parameters.

Description

BereichArea

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, die ein Modell erzeugt, das ein Objekt simuliert, das zu steuern ist.The present disclosure relates to a numerical control device that generates a model that simulates an object to be controlled.

Hintergrundbackground

Es gibt einen Bedarf für ein schnelles und sehr genaues Steuerverfahren und Fehlerdetektionsverfahren für eine numerische Steuervorrichtung, die zur Steuerung einer Werkzeugmaschine verwendet wird. Ein Modell, das ein zu steuerndes Objekt genau simuliert, ist zur Verbesserung von solchen Verfahren wesentlich. Jedoch können bei dem tatsächlichen Betrieb der numerischen Steuervorrichtung Fehler in physikalischen Modellparametern, wie etwa einer Masse, einer baryzentrische Position, einem Trägheitstensor und Reibung gegenüber einer Abdeckung aufgrund einer Installation eines Drahts, einer Spindel, eines Werkzeugs, eines Werkstücks oder dergleichen bei einem zu steuernden Objekt nicht vernachlässigt werden. Zudem sind darin auch Komponenten enthalten, die bezüglich einer Motordrehung nichtlinear sind, wie etwa Schwingung und Reibung. Deshalb war es bisher schwierig, ein Modell bereitzustellen, das diese Komponenten mit hoher Genauigkeit vorab reproduziert.There is a need for a rapid and highly accurate control method and error detection method for a numerical control device used to control a machine tool. A model that accurately simulates an object to be controlled is essential to improving such methods. However, in the actual operation of the numerical control device, errors in physical model parameters such as a mass, a barycentric position, an inertia tensor and friction against a cover may occur due to installation of a wire, a spindle, a tool, a workpiece or the like in one to be controlled Object should not be neglected. It also includes components that are non-linear with respect to engine rotation, such as vibration and friction. Therefore, it has been difficult to provide a model that pre-reproduces these components with high accuracy.

In den letzten Jahren wurden Steuerverfahren vorgeschlagen, um Fehler bei der Schätzung von Kräften und Drehmomenten in solchen Modellen zu verhindern oder zu reduzieren. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 eine Technik, bei der eine Steuervorrichtung für einen Elektromotor einen Fehler korrigiert, der in Anfangswerten von physikalischen Modellparametern während des Betriebs enthalten ist, indem eine M-Sequenz oder ein Sinus-Befehl erhalten wird und ein Trägheitstensor, ein Reibungskoeffizient und eine Federkonstante für jede Abtastperiode korrigiert werden, um einen Drehmomentschätzfehler zu minimieren.In recent years, control methods have been proposed to prevent or reduce errors in the estimation of forces and torques in such models. For example, Patent Literature 1 discloses a technique in which an electric motor control device corrects an error contained in initial values of physical model parameters during operation by obtaining an M-sequence or a sine command and an inertia tensor, a coefficient of friction, and a Spring constant for each sampling period can be corrected to minimize torque estimation error.

ZitierungslisteCitation list

PatentliteraturPatent literature

Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-128387 Patent Literature 1: disclosed Japanese Patent Application No. 2013-128387

Überblickoverview

Technisches ProblemTechnical problem

Die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik basiert jedoch auf der Annahme, dass die Bewegung der Steuervorrichtung für einen Elektromotor unter Verwendung des Trägheitstensors, der Reibung und des Drehmoments einer Feder modelliert werden kann. Folglich weist die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik ein Problem dahingehend auf, dass eine in einem Modell nicht betrachtete Störung nicht ausgedrückt werden kann. Da zudem auch ein Reibungsmodell vereinfacht ist, weist die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik ein Problem dahingehend auf, dass das Reibungsmodell nicht in der Lage ist, komplexe Phänomene mit starker Nichtlinearität, wie etwa dem Stribeck-Effekt und Hysterese, auszudrücken.However, the technique described in Patent Literature 1 is based on the assumption that the movement of the electric motor control device can be modeled using the inertia tensor, friction and torque of a spring. Consequently, the technique described in Patent Literature 1 has a problem in that a disorder not considered in a model cannot be expressed. In addition, since a friction model is also simplified, the technique described in Patent Literature 1 has a problem in that the friction model is unable to express complex phenomena with strong nonlinearity such as Stribeck effect and hysteresis.

Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen getätigt, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine numerische Steuervorrichtung zu erhalten, die eine hochgenaue Drehmomentschätzung für ein Phänomen mit starker Nichtlinearität ermöglicht.The present disclosure has been made in view of the above, and it is an object of the present disclosure to obtain a numerical control device that enables high-accuracy torque estimation for a phenomenon with strong nonlinearity.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, steuert eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Motor einer Werkzeugmaschine, die ein Werkstück schneidet. Die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Motorzustandsüberwachungseinheit, um Motorzustandssignale auszugeben, die Beobachtungsergebnisse eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit, um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine ein Schneiden durchführt; eine erste Drehmomentschätzeinheit, um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein Schätzwert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit, um aus dem Schneidzustandssignal und aus dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit, um einen Maschinenlernkorrekturwert aus den Merkmalswerten und Maschinenlernmodellparametern zu berechnen, die Maschinenlernmodellparameter so zu lernen, dass der berechnete Maschinenlernkorrekturwert sich einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert, und die gelernten Maschinenlernmodellparameter zu speichern.In order to solve the above problem and achieve the goal, a numerical control device according to the present disclosure controls a motor of a machine tool that cuts a workpiece. The numerical control device includes: an engine condition monitoring unit for outputting engine condition signals indicating observation results of a condition of the engine; a cutting condition observation unit for outputting a cutting condition signal indicating whether the machine tool is performing cutting; a first torque estimation unit for outputting a first estimated torque and physical state variables based on the motor state signals and physical model parameters of the machine tool, the first estimated torque being an estimate of the torque of the motor, the physical state variables being components of the first estimated torque are; a feature value generation unit for generating feature values from the cutting state signal and from the first estimated torque, the physical state variables and/or the engine state signals and outputting the generated feature values; and a machine learning model calculation unit for calculating a machine learning correction value from the feature values and machine learning model parameters, learning the machine learning model parameters such that the calculated machine learning correction value approximates a difference between an actual torque included in the engine state signals and the first estimated torque, and the learned Store machine learning model parameters.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Wirkung dahingehend auf, dass sie eine hochgenaue Drehmomentschätzung für ein Phänomen mit starker Nichtlinearität ermöglicht.The numerical control device according to the present disclosure has an effect of enabling highly accurate torque estimation for a phenomenon with strong nonlinearity.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 1 is a block diagram showing a configuration example of a numerical control device according to a first embodiment.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Zielmaschine zeigt, die durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zu steuern ist. 2 is a schematic diagram showing a target machine to be controlled by the numerical control device according to the first embodiment.
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines nichtlinearen Reibungsmodells zeigt, das ein physikalischer Modellparameter ist, der durch eine Speichereinheit für physikalische Modelle gemäß der ersten Ausführungsform zu schätzen ist. 3 is a diagram showing an example of a nonlinear friction model, which is a physical model parameter to be estimated by a physical model storage unit according to the first embodiment.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Merkmalswerterzeugungseinheit und einer Maschinenlernmodellberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 4 is a block diagram showing a configuration example of a feature value generation unit and a machine learning model calculation unit according to the first embodiment.
  • 5 ist ein Diagramm, das einen autoregressiven Term in der Konfiguration der Merkmalswerterzeugungseinheit und der Maschinenlernmodellberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 5 is a diagram showing an autoregressive term in the configuration of the feature value generation unit and the machine learning model calculation unit according to the first embodiment.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf beim Lernen von physikalischen Modellparametern und Maschinenlernmodellparametern bei der numerischen Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 Fig. 10 is a flowchart showing a process of learning physical model parameters and machine learning model parameters in the numerical control apparatus according to the first embodiment.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Motorgeschwindigkeit, die den Betrieb der durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zu steuernden Zielmaschine repräsentiert, ein erstes geschätztes Drehmoment, das durch die numerische Steuervorrichtung geschätzt ist, und ein zweites geschätztes Drehmoment, das durch die numerische Steuervorrichtung geschätzt ist, zeigt. 7 is a diagram representing an engine speed representing the operation of the target machine to be controlled by the numerical control device according to the first embodiment, a first estimated torque estimated by the numerical control device, and a second estimated torque estimated by the numerical control device is, shows.
  • 8 ist ein Diagramm, das eine Unregelmäßigkeitsdetektion zeigt, die durch die numerische Steuervorrichtung der ersten Ausführungsform durchzuführen ist. 8th is a diagram showing irregularity detection to be performed by the numerical control device of the first embodiment.
  • 9 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Schneidlastdetektion, die durch die numerische Steuervorrichtung einer zweiten Ausführungsform durchzuführen ist. 9 is a diagram for describing the cutting load detection to be performed by the numerical control device of a second embodiment.
  • 10 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Detektion der Abnutzung oder des Verlusts eines Werkzeugs, die durch die numerische Steuervorrichtung einer dritten Ausführungsform durchzuführen ist. 10 is a diagram for describing the detection of wear or loss of a tool to be performed by the numerical control device of a third embodiment.
  • 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem Verarbeitungsschaltungen, die in jeder der numerischen Steuervorrichtungen gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3 enthalten sind, einen Prozessor und einen Speicher umfassen. 11 is a diagram showing an example in which processing circuits included in each of the numerical control devices according to Embodiments 1 to 3 include a processor and a memory.
  • 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Verarbeitungsschaltungen, die in den numerischen Steuervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 3 enthalten sind, dedizierte Hardware umfassen. 12 is a diagram showing an example in which the processing circuits included in the numerical control devices according to Embodiments 1 to 3 include dedicated hardware.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Nachfolgend werden numerische Steuervorrichtungen gemäß Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.Below, numerical control devices according to embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

Erste Ausführungsform.First embodiment.

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer numerischen Steuervorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die numerische Steuervorrichtung 100 steuert einen Motor einer Zielmaschine 10, die eine Werkzeugmaschine ist. Die numerische Steuervorrichtung 100 umfasst eine Motorzustandsbeobachtungseinheit 1, eine Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle, eine Merkmalswerterzeugungseinheit 3, eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 und eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit 5. Die Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle umfasst eine erste Drehmomentschätzeinheit 21 und eine Speichereinheit 22 für physikalische Modelle. Die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 umfasst eine zweite Drehmomentschätzeinheit 41 und eine Maschinenlernmodellspeichereinheit 42. 1 is a block diagram showing a configuration example of a numerical control device 100 according to a first embodiment. The numerical control device 100 controls a motor of a target machine 10, which is a machine tool. The numerical control device 100 includes an engine state observation unit 1, a physical model calculation unit 2, a feature value generation unit 3, a machine learning model calculation unit 4, and a cutting state observation unit 5. The physical model calculation unit 2 includes a first torque estimation unit 21 and a physical model storage unit 22. The machine learning model calculation unit 4 includes a second torque estimation unit 41 and a machine learning model storage unit 42.

Nun wird die durch die numerische Steuervorrichtung 100 zu steuernde Werkzeugmaschine beschrieben. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Zielmaschine 10, die durch die numerische Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zu steuern ist, zeigt. Die Zielmaschine 10 ist eine Werkzeugmaschine, die einen Schneidvorgang an einem Werkstück 15 durchführt, indem ein Werkzeug 14 relativ zu dem Werkstück 15 bewegt wird. Hier wird ein Bearbeitungszentrum als ein Beispiel für die Zielmaschine 10 beschrieben.Now, the machine tool to be controlled by the numerical control device 100 will be described. 2 is a schematic diagram showing the target machine 10 to be controlled by the numerical control device 100 according to the first embodiment. The target machine 10 is a machine tool that performs a cutting operation on a workpiece 15 by moving a tool 14 relative to the workpiece 15. Here, a machining center is described as an example of the target machine 10.

Die Zielmaschine 10 umfasst Säulen 11, einen Spindelkopf 12, einen Tisch 13 und das Werkzeug 14. Das Werkzeug 14 dreht, indem es eine Antriebskraft erhält, die durch einen Spindelmotor erzeugt wird. Die Säulen 11 und der Spindelkopf 12 oder der Tisch 13 werden geradlinig angetrieben, indem sie bzw. er eine Antriebskraft erhalten, die durch einen Servomotor erzeugt wird. Der Spindelmotor und der Servomotor sind nicht dargestellt. Die numerische Steuervorrichtung 100 steuert die Position und Orientierung des Werkzeugs 14 in Bezug auf das Werkstück 15.The target machine 10 includes columns 11, a spindle head 12, a table 13 and the tool 14. The tool 14 rotates by receiving a driving force generated by a spindle motor. The columns 11 and the spindle head 12 or the table 13 are driven in a straight line by receiving a driving force generated by a servo motor. The spindle motor and servo motor are not shown. The numerical control device 100 controls the position and orientation of the tool 14 with respect to the workpiece 15.

In der ersten Ausführungsform wird ein Bearbeitungszentrum mit drei sich bewegenden Achsen als ein Beispiel der Werkzeugmaschine 10 beschrieben. Natürlich ist die Werkzeugmaschine, die die Zielmaschine 10 ist, nicht auf ein Bearbeitungszentrum mit drei Achsen beschränkt. Die numerische Steuervorrichtung 100 kann für vielfältige Werkzeugmaschinen verwendet werden, die durch Motoren angetrieben werden. Beispiele der Werkzeugmaschine als Zielmaschine 10 umfassen ferner Werkzeugmaschinen, wie etwa ein Bearbeitungszentrum mit fünf Achsen, ein Fräszentrum, eine Drehbank und eine Kombinationsdrehbank und eine Montiermaschine.In the first embodiment, a three-moving axis machining center is described as an example of the machine tool 10. Of course, the machine tool that is the target machine 10 is not limited to a three-axis machining center. The numerical control device 100 can be used for various machine tools driven by motors. Examples of the machine tool as the target machine 10 further include machine tools such as a five-axis machining center, a milling center, a lathe and a combination lathe, and an assembly machine.

Die Motorzustandsbeobachtungseinheit 1 beobachtet den Zustand des Motors der Zielmaschine 10 und gibt Motorzustandssignale aus, die die Beobachtungsergebnisse angeben. Insbesondere gibt die Motorzustandsbeobachtungseinheit wenigstens die Position, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung jedes Aktuators, der einer ersten Achse, einer zweiten Achse und einer dritten Achse entspricht, welche sich bewegende Achsen sind, und der Spindel und ein tatsächliches Drehmoment, welches das Drehmoment des Spindelmotors und des Servomotors ist, als die Motorzustandssignale aus.The engine condition observation unit 1 observes the condition of the engine of the target machine 10 and outputs engine condition signals indicating the observation results. In particular, the motor state observation unit outputs at least the position, the speed and/or the acceleration of each actuator corresponding to a first axis, a second axis and a third axis, which are moving axes, and the spindle, and an actual torque, which is the torque of the Spindle motor and servo motor are output as the motor status signals.

Ein Wert, der durch einen Sensor basierend auf einer direkten Messung an dem Motor gewonnen wird, kann als das tatsächliche Drehmoment verwendet werden. Alternativ kann ein Wert, der durch Umwandlung eines von dem Aktuator gewonnenen Stromwerts erhalten wird, als das tatsächliche Drehmoment verwendet werden. Die Motorzustandssignale sind nicht auf nur Signale der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung jedes Aktuators und das tatsächliche Drehmoment beschränkt. Die Motorzustandssignale können Werte von beispielsweise Sensordaten eines Trägheitssensors oder eines externen Sensors umfassen, der an jeder Achse der Zielmaschine 10 vorgesehen ist oder an einer vorbestimmten Position an der Zielmaschine 10 vorgesehen ist, und sie können Merkmalswertdaten umfassen, die durch an den Sensordaten durchgeführter Bildverarbeitung erhalten werden. Beispiele für die Sensordaten umfassen Temperaturdaten an dem Aktuator jeder Achse, Abstandsdaten, die von einem Sensor, wie etwa einem Infrarotsensor oder Ultraschallsensor erhalten werden, und Bewegungsbilddaten, die von einem Bildsensor erhalten werden.A value obtained by a sensor based on a direct measurement on the engine can be used as the actual torque. Alternatively, a value obtained by converting a current value obtained from the actuator may be used as the actual torque. The motor status signals are not limited to only signals of the position, speed and acceleration of each actuator and the actual torque. The motor state signals may include values of, for example, sensor data from an inertial sensor or an external sensor provided on each axis of the target machine 10 or provided at a predetermined position on the target machine 10, and may include feature value data obtained by image processing performed on the sensor data become. Examples of the sensor data include temperature data at the actuator of each axis, distance data obtained from a sensor such as an infrared sensor or ultrasonic sensor, and motion image data obtained from an image sensor.

Die erste Drehmomentschätzeinheit 21 berechnet ein erstes geschätztes Drehmoment, das ein geschätzter Wert des tatsächlichen Drehmoments ist, unter Verwendung der Bewegungsgleichung mit den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern als Eingabe. Die Motorzustandssignale werden von der Motorzustandsbeobachtungseinheit 1 ausgegeben. Die nachfolgend beschriebenen physikalischen Modellparameter werden aus der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle ausgegeben. Demnach schätzt die erste Drehmomentschätzeinheit 21 das erste geschätzte Drehmoment, welches der geschätzte Wert des Drehmoments des Motors ist, indem die Bewegungsgleichung basierend auf den Motorzustandssignalen und den physikalischen Modellparametern der Zielmaschine 10 verwendet werden. Die erste Drehmomentschätzeinheit 21 gibt das erste geschätzte Drehmoment und die physikalischen Zustandsvariablen, die Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind, aus.The first torque estimation unit 21 calculates a first estimated torque, which is an estimated value of the actual torque, using the equation of motion with the engine state signals and physical model parameters as input. The engine condition signals are output from the engine condition observation unit 1. The physical model parameters described below are output from the physical model storage unit 22. Accordingly, the first torque estimation unit 21 estimates the first estimated torque, which is the estimated Value of the motor's torque is by using the equation of motion based on the motor state signals and the physical model parameters of the target machine 10. The first torque estimation unit 21 outputs the first estimated torque and the physical state variables that are components of the first estimated torque.

Die physikalischen Zustandsvariablen können nicht nur einen Trägheitsterm, einen Zentrifugalkraftterm, einen Coriolis-Kraftterm und einen Schwerkraftterm sondern auch einen Term für Coulombsche Reibung, einen Term für viskose Reibung, einen Armvibrationsterm und einen Term für elastische Auslenkung umfassen. Zudem können die physikalischen Zustandsvariablen auch einen Term einer Funktion, wie etwa eines nachfolgend beschriebenen nichtlinearen Reibungsmodells, umfassen, die basierend auf einer Simulation von einigen physikalischen Phänomenen bei der Berechnung des ersten geschätzten Drehmoments eingeführt werden. Die physikalischen Zustandsvariablen umfassen einen Reibungsschätzwert. Als Ergebnis ermöglicht es die numerische Steuervorrichtung 100 der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4, die Unsicherheit eines Reibungsmodells und eines Fehlers des Reibungsschätzwerts in Bezug auf eine Reibungskomponente des tatsächlichen Drehmoments zu korrigieren.The physical state variables may include not only an inertia term, a centrifugal force term, a Coriolis force term and a gravity term but also a Coulombic friction term, a viscous friction term, an arm vibration term and an elastic deflection term. In addition, the physical state variables may also include a term of a function, such as a nonlinear friction model described below, which is introduced based on a simulation of some physical phenomena in calculating the first estimated torque. The physical state variables include an estimate of friction. As a result, the numerical control device 100 enables the machine learning model calculation unit 4 to correct the uncertainty of a friction model and an error of the friction estimate with respect to a friction component of the actual torque.

Die Motorzustandssignale, die in der Bewegungsgleichung zu verwenden sind, entsprechen der Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung jedes Aktuators. Die physikalischen Modellparameter, die in der Bewegungsgleichung zu verwenden sind, entsprechen der Masse, der baryzentrischen Position und dem Trägheitstensor jedes Glieds. Entsprechend umfassen die physikalischen Modellparameter die Masse eines Glieds der Zielmaschine 10, die baryzentrische Position des Glieds der Zielmaschine 10 und den Trägheitstensor des Glieds der Zielmaschine 10. Somit kann die numerische Steuervorrichtung 100 die Genauigkeit der Schätzung des ersten geschätzten Drehmoments in Bezug auf das tatsächliche Drehmoment verbessern, indem sie die Masse, die baryzentrische Position und den Trägheitstensor, welche Koeffizienten sind, als die physikalischen Modellparameter bei umgekehrter Dynamik unter Verwendung von Information in Bezug auf einen bekannten Mechanismus der Zielmaschine 10 lernt. Ferner wird ein Korrekturwert in der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 in der numerischen Steuervorrichtung 100 relativ klein. Entsprechend kann die numerische Steuervorrichtung 100 die Verallgemeinerungsfähigkeit eines zweiten geschätzten Drehmoments verbessern. Hierbei können beispielsweise ein Newton-Euler-Verfahren oder die Lagrangesche Bewegungsgleichungen als die Bewegungsgleichung verwendet werden.The motor state signals to be used in the equation of motion correspond to the position, velocity and acceleration of each actuator. The physical model parameters to be used in the equation of motion correspond to the mass, barycentric position and inertia tensor of each member. Accordingly, the physical model parameters include the mass of a member of the target machine 10, the barycentric position of the member of the target machine 10, and the inertia tensor of the member of the target machine 10. Thus, the numerical controller 100 can determine the accuracy of the estimate of the first estimated torque with respect to the actual torque by learning the mass, the barycentric position and the inertia tensor, which are coefficients, as the physical model parameters in inverse dynamics using information related to a known mechanism of the target machine 10. Further, a correction value in the machine learning model calculation unit 4 in the numerical control device 100 becomes relatively small. Accordingly, the numerical control device 100 can improve the generalization ability of a second estimated torque. Here, for example, a Newton-Euler method or the Lagrangian equations of motion can be used as the equation of motion.

Die erste Drehmomentschätzeinheit 21 verwendet die Bewegungsgleichung, die ein stetiges und glattes Reibungsmodell umfasst. Das Reibungsmodell verwendet als Eingabe die Geschwindigkeit des Motors, die aus dem Motorzustandssignal erhalten wird, und gibt einen geschätzten Wert einer Reibungskomponente des Drehmoments aus. Wie nachfolgend beschrieben wird, verwendet die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 ein neuronales Netzwerk. Da nun das neuronale Netzwerk eine Funktion berechnen kann, die in Bezug auf die Eingaben stetig ist, ist es wünschenswert, dass Merkmalswerte und Eingaben für die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 kontinuierlich sind. Deshalb definiert die numerische Steuervorrichtung 100 ein Reibungsmodell, das auch in der Nähe der Geschwindigkeit null stetig ist. Deshalb kann die numerische Steuervorrichtung 100 durch Verwendung des neuronalen Netzwerks auch eine Reibungskomponente lernen und korrigieren, die in der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle nicht gelernt werden kann.The first torque estimation unit 21 uses the equation of motion including a steady and smooth friction model. The friction model takes as input the speed of the engine obtained from the engine state signal and outputs an estimated value of a friction component of the torque. As will be described below, the machine learning model calculation unit 4 uses a neural network. Now that the neural network can calculate a function that is continuous with respect to the inputs, it is desirable that feature values and inputs to the feature value generation unit 3 be continuous. Therefore, the numerical control device 100 defines a friction model that is continuous even near zero speed. Therefore, by using the neural network, the numerical control device 100 can also learn and correct a friction component that cannot be learned in the physical model storage unit 22.

Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle verwendet als Trainingsdaten Motorzustandsdaten, die ausgegeben werden, wenn die Zielmaschine 10 in einem nicht-schneidenden Zustand in Betrieb genommen und über eine bestimmte Zeitdauer betrieben wird, und sie lernt physikalische Modellparameter derart, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment reduziert wird. Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle speichert die gelernten physikalischen Modellparameter. Als ein Ergebnis des Lernens der physikalischen Modellparameter kann die numerische Steuervorrichtung 100 Änderungen der physikalischen Eigenschaften aufgrund der Installation eines Sensors, eines Drahts und dergleichen und Bearbeitungsfehler, Aufbaufehler und dergleichen korrigieren und die Genauigkeit der Schätzung des tatsächlichen Drehmoments verbessern. Ferner können im Allgemeinen Näherungswerte von physikalischen Modellparametern aus einer Spezifikationstabelle, computergestützten Designdaten (CAD-Daten) und dergleichen berechnet werden. Deshalb ist es möglich, die Geschwindigkeit, die Konvergenz und dergleichen für das Lernen zu verbessern, indem diesen Werten Anfangswerte zum Zeitpunkt des Lernens zugewiesen werden. Wenn diese Werte jedoch unbekannt sind oder schwierig zu berechnen sind, können die physikalischen Modellparameter durch beliebige gegebene Konstanten initialisiert werden.The physical model storage unit 22 uses, as training data, engine state data output when the target machine 10 is started up in a non-cutting state and operated for a certain period of time, and learns physical model parameters such that the difference between the actual torque , which is included in the engine status signals, and the first estimated torque is reduced. The physical model storage unit 22 stores the learned physical model parameters. As a result of learning the physical model parameters, the numerical control device 100 can correct changes in physical properties due to the installation of a sensor, a wire, and the like and machining errors, assembly errors, and the like, and improve the accuracy of estimating the actual torque. Further, in general, approximate values of physical model parameters may be calculated from a specification table, computer-aided design (CAD) data, and the like. Therefore, it is possible to improve the speed, convergence and the like for learning by assigning these values initial values at the time of learning. However, if these values are unknown or difficult to calculate, the physical model parameters can be initialized by any given constants.

Eine lineare Gleichung eines überbestimmten Systems wird für das Lernen der physikalischen Modellparameter in der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle verwendet. Die vorangehend beschriebene Bewegungsgleichung wird abgewandelt, und nur die physikalischen Modellparameter wurden hiervon separiert, um die lineare Gleichung zu erhalten. Wenn für eine Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung nichtlineare Terme nicht betrachtet werden, kann die Newtonsche Bewegungsgleichung, die Eulersche Bewegungsgleichung und die Lagrangesche Bewegungsgleichung jeweils durch eine lineare Kombination von Produkten aus konstanten Koeffizienten und Variablen ausgedrückt werden, die konstanten Koeffizienten umfassen eine Masse, eine baryzentrische Position und einen Trägheitstensor. Die Variablen umfassen eine Position, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung. Das heißt, wenn Δf einen Fehler bei der dynamischen Berechnung in Bezug auf das tatsächliche Drehmoment bezeichnet, dann kann die Bewegungsgleichung jeder Achse in einer nach Variablen getrennten Form wie in Gleichung (1) beschrieben werden, indem physikalische Modellparameter w, die die Masse, die baryzentrische Position und den Trägheitstensor umfassen, und eine Koeffizientenmatrix A(v,a), die eine Geschwindigkeit v und eine Beschleunigung a enthält, verwendet werden.A linear equation of an overdetermined system is used for learning the physical model parameters in the physical model storage unit 22. The one described above The equation of motion is modified and only the physical model parameters were separated from it to obtain the linear equation. For a position, velocity and acceleration, if nonlinear terms are not considered, Newton's equation of motion, Euler's equation of motion and Lagrange's equation of motion can each be expressed by a linear combination of products of constant coefficients and variables, the constant coefficients include a mass, a barycentric Position and an inertia tensor. The variables include a position, a speed and an acceleration. That is, if Δf denotes an error in the dynamic calculation with respect to the actual torque, then the equation of motion of each axis can be described in a variable-separated form as described in Equation (1) by using physical model parameters w, which are the mass, the barycentric position and the inertia tensor, and a coefficient matrix A(v,a) containing a velocity v and an acceleration a can be used.

Δ f = A ( v , a )  w

Figure DE112021006961T5_0001
Δ f = A ( v , a ) w
Figure DE112021006961T5_0001

Deshalb kann die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle die physikalischen Modellparameter für jede Achse berechnen, indem die Gleichung (1) für w für jeder Achse durch das Verfahren der kleinsten Quadrate gelöst wird. Zudem kann die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle eine wahrscheinlichere Lösung für die Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle erhalten, indem die Gleichung (1) in Bezug auf w für jede Achse in eine einzige lineare Gleichung eingegeben wird und die einzige lineare Gleichung gleichzeitig für eine Antriebsmaschine gelöst wird, bei der zwischen den Achsen Wechselwirkungen auftreten können, wie etwa bei einer Werkzeugmaschine mit fünf Achsen. Als ein Verfahren zum Identifizieren der physikalischen Modellparameter w kann die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle eine Bayessche Schätzung, einen genetischen Algorithmus, ein neuronales Netzwerk und dergleichen zusätzlich zu dem Verfahren der kleinsten Quadrate verwenden, sowie weiter das Verfahren der regularisierten kleinsten Quadrate und das Kalman-Filter.Therefore, the physical model storage unit 22 can calculate the physical model parameters for each axis by solving the equation (1) for w for each axis by the least square method. In addition, the physical model storage unit 22 can obtain a more probable solution for the physical model calculation unit 2 by inputting the equation (1) with respect to w into a single linear equation for each axis and solving the single linear equation for a prime mover at the same time where interactions can occur between the axes, such as in a machine tool with five axes. As a method for identifying the physical model parameters w, the physical model storage unit 22 may use a Bayesian estimation, a genetic algorithm, a neural network and the like in addition to the least squares method, as well as the regularized least squares method and the Kalman method. Filter.

Es sei angemerkt, dass, wenn der Einfluss der Reibung bei der Bewegungsgleichung in Betracht gezogen wird, die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle gleichzeitig auch einen Reibungskoeffizienten als einen physikalischen Modellparameter wie in Gleichung (1) schätzen kann, indem die Reibung durch eine Gleichung ausgedrückt wird, die durch eine Linearkombination einer Geschwindigkeitsfunktion und eines Reibungskoeffizienten, aus der der Reibungskoeffizient separiert werden kann, dargestellt wird. Beispiele der Gleichung umfassen ein nachfolgend zu zeigendes lineares Reibungsmodell, welches ein Reibungsmodell ist, das Coulombsche Reibung und viskose Reibung umfasst. Der durch die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle zu schätzende Reibungskoeffizient wird durch Gleichung (2) ausgedrückt. Es sei angemerkt, dass in der als Bild dargestellten Gleichung (2) sowie der nachfolgend zu beschreibenden Gleichung (3) ein Punkt über dem q; platziert ist, was allerdings in der nachfolgenden Beschreibung nicht ausgedrückt werden kann. Aus diesem Grund wird in der nachfolgenden Beschreibung ein qi, über dem ein Punkt platziert ist, einfach als q; dargestellt.
Formel 1: F i ( q ˙ i ) = r FC ,i sgn ( q ˙ i ) + r FV ,i q ˙ i

Figure DE112021006961T5_0002
It is noted that when the influence of friction in the equation of motion is taken into account, the physical model storage unit 22 can simultaneously also estimate a coefficient of friction as a physical model parameter as in equation (1) by expressing the friction by an equation , which is represented by a linear combination of a velocity function and a coefficient of friction, from which the coefficient of friction can be separated. Examples of the equation include a linear friction model to be shown below, which is a friction model that includes Coulombic friction and viscous friction. The coefficient of friction to be estimated by the physical model storage unit 22 is expressed by equation (2). It should be noted that in equation (2) shown as a picture and in equation (3) to be described below, a point above the q; is placed, which, however, cannot be expressed in the following description. For this reason, in the following description, a qi over which a dot is placed is simply referred to as q; shown.
Formula 1: F i ( q ˙ i ) = r FC ,i sgn ( q ˙ i ) + r FV ,i q ˙ i
Figure DE112021006961T5_0002

Für ein Reibungsmodell Fi einer Achse i, die bei einer Geschwindigkeit qi arbeitet, bezeichnet hier rFC,i einen Koeffizienten für Coulombsche Reibung, und rFV,i bezeichnet einen Koeffizienten für viskose Reibung. Beim Betrieb eines Mechanismus mit mehreren Achsen, wie etwa einer Werkzeugmaschine, wird nun häufig beobachtet, dass die viskose Reibung keine vollständig lineare Beziehung zur Geschwindigkeit aufweist und kleiner ist als ein Wert, der in einem Fall zu erhalten wird, wenn angenommen wird, dass die Beziehung zwischen der viskosen Reibung und der Geschwindigkeit als linear angenommen wird, und dies insbesondere, wenn Aktuatoren bei großer Geschwindigkeit arbeiten. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, die Reibung unter Verwendung eines Reibungsmodells mit einem höheren Freiheitsgrad zu schätzen, bei dem die Nichtlinearität in Bezug auf die Geschwindigkeit in Betracht gezogen wird, sowie eine Reibungskomponente aus einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment zu entfernen und dann andere physikalische Modellparameter zu schätzen. Beispiele für ein nichtlineares Reibungsmodell, welches ein solches Reibungsmodell ist, umfassen die folgende Funktion, die durch Gleichung (3) ausgedrückt ist.
Formel 2:  F i ( q ˙ i ) = F c ( q ˙ i ) + F v ( q ˙ i )  F c ( q ˙ i ) = { r FC ,i sin ( π 2 ω Is q ˙ i )   | q ˙ i | < ω Is r FC ,i sgn ( q ˙ i )   | q ˙ i | ω Is F v ( q ˙ i ) = { r FV , i q ˙ i   | q ˙ i | < ω hs   sgn ( q ˙ i ) { r FV ,i ω hs + r ST ,i ( 1 e ( r FV ,i r ST ,i ( | q ˙ i | < ω hs ) ) ) }   | q ˙ i | ω hs

Figure DE112021006961T5_0003
Here, for a friction model F i of an axis i operating at a speed q i , r FC,i denotes a Coulombic friction coefficient, and r FV,i denotes a viscous friction coefficient. In the operation of a multi-axis mechanism, such as a machine tool, it is now often observed that the viscous friction does not have a completely linear relationship with the speed and is less than a value to be obtained in a case when it is assumed that the The relationship between viscous friction and speed is assumed to be linear, especially when actuators operate at high speed. In such a case, it is desirable to estimate friction using a higher degree of freedom friction model that takes into account nonlinearity with respect to speed, as well as a friction component from a difference between the actual torque and the first estimated torque and then estimate other physical model parameters. Examples of a nonlinear friction model, which is such a friction model, include the following function expressed by equation (3).
Formula 2: F i ( q ˙ i ) = F c ( q ˙ i ) + F v ( q ˙ i ) F c ( q ˙ i ) = { r FC ,i sin ( π 2 ω Is q ˙ i ) | q ˙ i | < ω Is r FC ,i sgn ( q ˙ i ) | q ˙ i | ω Is F v ( q ˙ i ) = { r FV , i q ˙ i | q ˙ i | < ω hs sgn ( q ˙ i ) { r FV ,i ω hs + r ST ,i ( 1 e ( r FV ,i r ST ,i ( | q ˙ i | < ω hs ) ) ) } | q ˙ i | ω hs
Figure DE112021006961T5_0003

Hierbei bezeichnet ω1s eine Grenzgeschwindigkeit für den Niedergeschwindigkeitsbetrieb, ωhs bezeichnet eine Grenzgeschwindigkeit für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb und rST,i bezeichnet den Sättigungskoeffizienten der Reibung. Ein Graph des nichtlinearen Reibungsmodells ist in 3 gezeigt. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines nichtlinearen Reibungsmodells zeigt, welches ein physikalischer Modellparameter ist, der durch die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle gemäß der ersten Ausführungsform zu schätzen ist. In 3 bezeichnet die horizontale Achse die Motorgeschwindigkeit, und die vertikale Achse repräsentiert die Reibung.Here, ω 1s denotes a limit speed for low-speed operation, ω hs denotes a limit speed for high-speed operation and r ST,i denotes the saturation coefficient of friction. A graph of the nonlinear friction model is in 3 shown. 3 is a diagram showing an example of a nonlinear friction model, which is a physical model parameter to be estimated by the physical model storage unit 22 according to the first embodiment. In 3 the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the friction.

Das nichtlineare Reibungsmodell hat, zusätzlich zu dem Koeffizienten für Coulombsche Reibung rFC,i und dem Koeffizienten für viskose Reibung rFV,i insgesamt vier Parameter, und es ist eine nichtlineare Funktion in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit qi. Deshalb werden diese Parameter aus der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment unter Verwendung des Levenberg-Marquardt-Verfahrens gewonnen, welches ein nichtlineares Verfahren der kleinsten Quadrate ist. Das Levenberg-Marquardt-Verfahren weist eine Anfangswertabhängigkeit auf. Somit werden der Koeffizient für Coulombsche Reibung rFC,i und der Koeffizient für viskose Reibung rFV,i einmal zu den physikalischen Modellparametern w unter Annahme der Linearität der Reibung hinzugefügt, und jeder Reibungskoeffizient wird durch die obige Gleichung (1) berechnet und dann als ein Anfangswert gesetzt, sodass das Scheitern der Schätzung aufgrund der Anfangswertabhängigkeit verhindert werden kann. Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle kann somit das Verfahren der kleinsten Quadrate, das regularisierte Verfahren der kleinsten Quadrate, das nichtlineare Verfahren der kleinsten Quadrate, das Kalman-Filter oder dergleichen beim Lernen der physikalischen Modellparameter verwenden. Die numerische Steuervorrichtung 100 kann unbekannte Koeffizienten in der Bewegungsgleichung und der Gleichung des Zustands der Zielmaschine 10 aus Bewegungsdaten schätzen, indem das Verfahren der kleinsten Quadrate, das nichtlineare Verfahren der kleinsten Quadrate, das nichtlineare Verfahren der kleinsten Quadrate oder das Kalman-Filter verwendet werden. Die Bewegungsdaten sind beispielsweise Daten, die in den Motorzustandssignalen enthalten sind.The nonlinear friction model has a total of four parameters in addition to the Coulombic friction coefficient r FC,i and the viscous friction coefficient r FV,i , and it is a nonlinear function depending on the speed qi. Therefore, these parameters are obtained from the difference between the actual torque and the first estimated torque using the Levenberg-Marquardt method, which is a nonlinear least squares method. The Levenberg-Marquardt method has an initial value dependence. Thus, the Coulombic friction coefficient r FC,i and the viscous friction coefficient r FV,i are added once to the physical model parameters w assuming the linearity of friction, and each friction coefficient is calculated by the above equation (1) and then as an initial value is set so that the failure of the estimation due to the initial value dependency can be prevented. The physical model storage unit 22 may thus use the least squares method, the regularized least squares method, the nonlinear least squares method, the Kalman filter, or the like in learning the physical model parameters. The numerical control device 100 can estimate unknown coefficients in the equation of motion and the equation of the state of the target machine 10 from motion data by using the least squares method, the nonlinear least squares method, the nonlinear least squares method, or the Kalman filter. The movement data is, for example, data contained in the engine status signals.

Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle speichert Koeffizienten des nichtlinearen Reibungsmodells, die hier als physikalische Modellparameter gewonnen werden, und fügt die Ausgabe bzw. das Ergebnis des nichtlinearen Reibungsmodells den physikalischen Zustandsvariablen jedes Mal hinzu. Die numerische Steuervorrichtung 100 kann viskose Reibung aufgrund von Alterung, Unregelmäßigkeiten oder dergleichen und eine Änderung der Coulombschen Reibung detektieren, indem Koeffizienten des Reibungsmodells in der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle als physikalische Modellparameter gespeichert werden. Beim Lernen der physikalischen Modellparameter schätzt die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle beispielsweise abwechselnd die Koeffizienten des nichtlinearen Reibungsmodells und andere physikalische Modellparameter. Die numerische Steuervorrichtung 100 kann das Reibungsmodell komplizierter und im Detail auslegen, indem es abwechselnd die Koeffizienten des Reibungsmodells und die anderen physikalischen Modellparameter schätzt. Da die numerische Steuervorrichtung 100 auch die anderen physikalischen Modellparameter in einem Zustand schätzen kann, in dem der Einfluss der Reibung im Wesentlichen eliminiert wurde, ist es zudem möglich, die physikalischen Modellparameter mit größerer Genauigkeit zu schätzen.The physical model storage unit 22 stores coefficients of the nonlinear friction model obtained here as physical model parameters, and adds the output of the nonlinear friction model to the physical state variables each time. The numerical control device 100 can detect viscous friction due to aging, irregularities or the like and a change in Coulombic friction by storing coefficients of the friction model in the physical model storage unit 22 as physical model parameters. For example, when learning the physical model parameters, the physical model storage unit 22 alternately estimates the coefficients of the nonlinear friction model and other physical model parameters. The numerical control device 100 can design the friction model in more complexity and detail by alternately estimating the coefficients of the friction model and the other physical model parameters. In addition, since the numerical control device 100 can also estimate the other physical model parameters in a state where the influence of friction has been substantially eliminated, it is possible to estimate the physical model parameters with greater accuracy.

Das nichtlineare Reibungsmodell kann eine Funktion mehrerer Variablen sein, die nicht nur von einer Geschwindigkeitsfunktion sondern auch von einer Position, einer Geschwindigkeit, einer Motortemperatur und dergleichen abhängt, und jeder Koeffizient des nichtlinearen Reibungsmodells kann durch das Gauß-Newton-Verfahren, das Verfahren des steilsten Abstiegs, ein erweitertes Kalman-Filter, ein unscented Kalman-Filter oder dergleichen identifiziert werden. Zudem kann als das nichtlineare Reibungsmodell ein Modellerzeugungsverfahren verwendet werden, das auf einem Maschinenlernalgorithmus, wie etwa einem Support-Vektor-Regressionsmodell, einem Regressionsbaum, einem Random-Forest, einem multivariatem adaptiven Regressions-Spline-Model oder einem neuronalen Netzwerk basiert. Jedoch muss aus dem nichtlinearen Reibungsmodell nur der Makro-Einfluss entfernt werden, der sich auf statische Eigenschaften der Reibung konzentriert, sodass es nur notwendig ist, das nichtlineare Reibungsmodell als eine Funktion einer explizit angegebenen Geschwindigkeit in Betracht zu ziehen. Dies liegt daran, dass das erste geschätzte Drehmoment durch eine Maschinenlerneinheit 411 korrigiert wird, die ein neuronales Netzwerk in der nachfolgend zu beschreibenden Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 umfasst.The nonlinear friction model can be a function of several variables, which depends not only on a velocity function but also on a position, a speed, a motor temperature and the like, and each coefficient of the nonlinear friction model can be determined by the Gauss-Newton method, the method of the steepest Descent, an extended Kalman filter, an unscented Kalman filter or the like can be identified. In addition, as the nonlinear friction model, a model generation method based on a machine learning algorithm such as a support Vector regression model, a regression tree, a random forest, a multivariate adaptive regression spline model or a neural network. However, only the macro influence that focuses on static properties of friction needs to be removed from the nonlinear friction model, so it is only necessary to consider the nonlinear friction model as a function of an explicitly stated velocity. This is because the first estimated torque is corrected by a machine learning unit 411 that includes a neural network in the machine learning model calculation unit 4 to be described below.

Die Schneidzustandsbeobachtungseinheit 5 beobachtet den Zustand des Schneidens, das durch die Zielmaschine 10 ausgeführt wird, und gibt ein Schneidzustandssignal aus, das ein Beobachtungsergebnis angibt. Das Schneidzustandssignal ist ein Signal, das angibt, ob die Zielmaschine 10 schneidet. Die Schneidzustandsbeobachtungseinheit 5 erhält ein Bearbeitungsprogramm von der Zielmaschine 10 und beobachtet den Zustand des Schneidens basierend auf dem Inhalt des Bearbeitungsprogramms.The cutting state observation unit 5 observes the state of cutting performed by the target machine 10 and outputs a cutting state signal indicating an observation result. The cutting status signal is a signal indicating whether the target machine 10 is cutting. The cutting state observation unit 5 obtains a machining program from the target machine 10 and observes the state of cutting based on the contents of the machining program.

Motorzustandssignale, die von der Motorzustandsbeobachtungseinheit 1 ausgegeben werden, ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen, die von der Schätzeinheit 21 für das erste Drehmoment ausgegeben werden, und ein Zustandssignal, das von der Schneidzustandsbeobachtungseinheit 5 ausgegeben wird, werden in die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 eingegeben. Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 verwendet das erste geschätzte Drehmoment, die physikalischen Zustandsvariablen, die Motorzustandssignale und das Schneidzustandssignal als Eingaben und gibt Merkmalswerte aus, die in die Maschinenlerneinheit 411 einzugeben sind.Engine state signals output from the engine state observation unit 1, a first estimated torque and physical state variables output from the first torque estimating unit 21, and a state signal output from the cutting state observation unit 5 are input to the feature value generation unit 3. The feature value generation unit 3 uses the first estimated torque, the physical state variables, the engine state signals and the cutting state signal as inputs, and outputs feature values to be input to the machine learning unit 411.

In einem Fall, in dem beispielsweise eine Schneidlast geschätzt wird, werden Wechselinformationen, Bearbeitungsinformationen und Anwendungsbestimmungsinformationen zusätzlich in die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 eingegeben. Die Werkzeuginformationen sind Informationen zu dem Typ und der Gestalt des Werkzeugs 14. Die Werkzeuginformationen umfassen Informationen zu einem Werkzeugdurchmesser, einer Werkzeuglänge, einer Werkzeuggestalt und der Anzahl der Klingen des Werkzeugs 14 oder Informationen zur Länge eines Vorsprungs des Werkzeugs 14. Wenn das Werkzeug 14 zum Drehen verwendet wird, können die Werkzeuginformationen ferner Informationen zur Gestalt einer Spitze des Werkzeugs 14 oder Informationen zu einem Werkzeugfreiwinkel des Werkzeugs 14 enthalten. Die Bearbeitungsinformation ist Information zu einer Bearbeitungsgegebenheit der durchzuführenden Bearbeitung mit der Zielmaschine 10. Die Bearbeitungsinformation umfasst Information zu einer Bearbeitungsgegebenheit, wie etwa einer Vorschubgeschwindigkeit oder einer Vorschubbreite.For example, in a case where a cutting load is estimated, change information, machining information and application determination information are additionally input to the feature value generation unit 3. The tool information is information about the type and shape of the tool 14. The tool information includes information about a tool diameter, a tool length, a tool shape and the number of blades of the tool 14 or information about the length of a projection of the tool 14. If the tool 14 for Turning is used, the tool information may further include information about the shape of a tip of the tool 14 or information about a tool clearance angle of the tool 14. The machining information is information about a machining condition of the machining to be performed with the target machine 10. The machining information includes information about a machining condition, such as a feed speed or a feed width.

Die Anwendungsbestimmung betrifft eine Bestimmung von jeweils einer Bestimmung einer Unregelmäßigkeit beim Schneiden, die Bestimmung einer Last beim Schneiden und die Bestimmung einer Abnutzung oder eines Verlusts des Werkzeugs 14. Die Anwendungsbestimmungsinformation gibt an, welche der Bestimmungen für die Unregelmäßigkeitsbestimmung, die Schneidlastbestimmung und die Abnutzung bzw. Verlustbestimmung durchzuführen ist. Das bedeutet, dass die Anwendungsbestimmungsinformation Information ist, die angibt, welche der Bestimmungen für eine Mehrzahl von Ereignissen, die bei der Bearbeitung auftreten können, durchzuführen ist.The application specification relates to a determination of a cutting irregularity determination, a cutting load determination and a tool wear or loss determination 14. The application specification information indicates which of the provisions for the irregularity determination, the cutting load determination and the wear or tear . Loss determination must be carried out. That is, the application determination information is information indicating which of the determinations is to be made for a plurality of events that may occur during processing.

Die Anwendungsbestimmungsinformation wird durch einen Benutzer der Zielmaschine 10 in die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 eingegeben. Der Benutzer wählt ein Objekt aus, für das die Anwendungsbestimmung durchzuführen ist, wie etwa aus „Unregelmäßigkeitsdetektion“, „Schneidlastdetektion“ und „Werkzeugabnutzungs- und Verlustdetektion“, und er gibt die Anwendungsbestimmungsinformationen, die das gewählte Objekt angibt, in die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 ein. Das Objekt, für das die Anwendungsbestimmung durchzuführen ist, umfasst auch eine Funktion, in der „Unregelmäßigkeitsdetektion“, „Schneidlastdetektion“ oder „Werkzeugabnutzungs- oder Verlustdetektion“ für interne Verarbeitung verwendet wird. Beispiele für eine solche Funktion umfassen eine Funktion, bei der der Benutzer einen Schneidlastwert über Parameter, wie etwa Schneidlaststeuerung, direkt spezifiziert, und eine Funktion, bei der ein Benutzer einen Lastwert über Bearbeitungsgegebenheiten steuert, ohne den Lastwert anzugeben, wie etwa Rührreibschweißen. Bei jeder dieser Funktionen wird „Schneidlastdetektion“ durch interne Verarbeitung durchgeführt. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die numerische Steuervorrichtung 100 aus Unregelmäßigkeitsdetektion, der Schneidlastdetektion und der Abnutzungs- oder Verlustdetektion nur eine Detektion ausführt, die Anwendungsbestimmungsinformation ein fester Wert sein kann. Alternativ hierzu muss die Anwendungsbestimmungsinformation nicht in die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 eingegeben werden.The application determination information is input into the feature value generation unit 3 by a user of the target machine 10. The user selects an object for which the application determination is to be performed, such as “irregularity detection,” “cutting load detection,” and “tool wear and loss detection,” and inputs the application determination information indicating the selected object into the feature value generation unit 3. The object for which the application determination is to be carried out also includes a function in which “irregularity detection”, “cutting load detection” or “tool wear or loss detection” is used for internal processing. Examples of such a function include a function in which the user directly specifies a cutting load value via parameters such as cutting load control, and a function in which a user controls a load value via machining conditions without specifying the load value, such as friction stir welding. For each of these functions, “cutting load detection” is performed through internal processing. Note that when the numerical control device 100 performs only one detection among irregularity detection, cutting load detection, and wear or loss detection, the application determination information may be a fixed value. Alternatively, the application determination information does not need to be input into the feature value generation unit 3.

Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 bestimmt, welche Anwendungsbestimmung für „Unregelmäßigkeitsdetektion“, „Schneidlastdetektion“ und „Werkzeugabnutzungs- oder Verlustdetektion“ durchzuführen ist aus der eingegebenen Anwendungsbestimmungsinformation. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung bestimmt die Merkmalswerterzeugungseinheit 3, ob für das Schätzen eines zweiten geschätzten Drehmoments Maschinenlernmodellparameter basierend auf dem beim Schneiden durchgeführten Lernen oder Maschinenlernmodellparameter basierend auf dem beim Nicht-Schneiden gelernten Parametern zu verwenden sind. Zudem bestimmt die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung, ob ein tatsächliches Drehmoment, das beim Schneiden gewonnen wird, oder ein tatsächliches Drehmoment, das beim Nicht-Schneiden gewonnen wird, bei der Berechnung des Abziehens des zweiten geschätzten Drehmoments von dem tatsächlichen Drehmoment zu verwenden ist. Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 gibt Merkmalswerte aus, die Information zu dem bestimmten Inhalt enthalten.The feature value generation unit 3 determines which application determination to perform for “irregularity detection,” “cutting load detection,” and “tool wear or loss detection.” is from the application determination information entered. Based on the result of the determination, the feature value generation unit 3 determines whether to use machine learning model parameters based on the learning performed during cutting or machine learning model parameters based on the parameters learned during non-cutting for estimating a second estimated torque. In addition, the feature value generation unit 3 determines, based on the result of the determination, whether an actual torque obtained in cutting or an actual torque obtained in non-cutting in calculating subtracting the second estimated torque from the actual torque is to be used. The feature value generation unit 3 outputs feature values that contain information about the specific content.

Diese Werte, die in die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 eingegeben werden, und der Wert des tatsächlichen Drehmoments, das geschätzt werden soll, ändern sich nach Art einer Zeitreihe. Es ist auch notwendig, eine Korrelation zwischen diesen in Zeitachsenrichtung zu betrachten. Deshalb stellt die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 die Merkmalswerte auch als Vektoren bereit, die auch Werte enthalten, die in der Vergangenheit erhalten wurden. Zudem ist der Einfluss von Wechselwirkungen zwischen den Achsen bei einem Mehrachsenmechanismus, wie etwa einer Werkzeugmaschine, für welche die erste Ausführungsform beabsichtigt ist, nicht klein. Deshalb ist es wünschenswert, dass der Merkmalswert ein Vektor ist, der auch einen jeder Achse entsprechenden Eingabewert enthält. Eine Drehmomentkomponente in dem Merkmalswert ist jedoch als eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment angegeben, und nur ein zurückliegender Wert wird für das zu schätzende tatsächliche Drehmoment verwendet.These values input to the feature value generation unit 3 and the value of the actual torque to be estimated change in a time series manner. It is also necessary to consider a correlation between these in the timeline direction. Therefore, the machine learning model storage unit 42 also provides the feature values as vectors that also contain values obtained in the past. In addition, the influence of interactions between axes is not small in a multi-axis mechanism such as a machine tool for which the first embodiment is intended. Therefore, it is desirable that the feature value be a vector that also contains an input value corresponding to each axis. However, a torque component in the feature value is specified as a difference between the actual torque and the first estimated torque, and only a past value is used for the actual torque to be estimated.

4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Merkmalswerterzeugungseinheit 3 und die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 4 ist z ein Einheitsverzögerungsoperator, und Nd ist eine ganze Zahl größer gleich null, die die Anzahl der Einheitszeiten der Verzögerung angibt. Man kann auch sagen, dass die in 4 gezeigten Einheitsverzögerungsoperatoren Speichervorrichtungen sind, die in der Merkmalswerterzeugungseinheit 3 vorgesehen sind. Dies bedeutet, dass die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 Speichervorrichtungen umfasst, die das erste geschätzte Drehmoment, die physikalischen Zustandsvariablen, die Motorzustandssignale, das Schneidzustandssignal, die Werkzeuginformation, die Bearbeitungsinformation und die Anwendungsbestimmungsinformation speichern. 4 is a block diagram showing a configuration example of the feature value generation unit 3 and the machine learning model calculation unit 4 according to the first embodiment. In 4 z is a unit delay operator, and N d is an integer greater than or equal to zero indicating the number of unit times of delay. You can also say that the in 4 The unit delay operators shown are storage devices provided in the feature value generation unit 3. This means that the feature value generation unit 3 includes storage devices that store the first estimated torque, the physical state variables, the motor state signals, the cutting state signal, the tool information, the machining information and the application determination information.

Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 extrahiert aus der in den Speichervorrichtungen gespeicherten Information die als einen Merkmalswert zu verwendende Information. Da die numerische Steuervorrichtung 100 als Eingabe Zeitreihenänderungsinformation zu den physikalischen Zustandsvariablen und den Motorzustandssignalen in den Merkmalswerten umfasst, kann die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 den Betrieb der Zielmaschine 10 genauer vorhersagen. Als Folge davon kann die numerische Steuervorrichtung 100 die Genauigkeit der Schätzung des zweiten geschätzten Drehmoments in Bezug auf das tatsächliche Drehmoment verbessern.The feature value generation unit 3 extracts the information to be used as a feature value from the information stored in the storage devices. Since the numerical control device 100 includes as input time series change information on the physical state variables and the engine state signals in the feature values, the machine learning model calculation unit 4 can predict the operation of the target machine 10 more accurately. As a result, the numerical control device 100 can improve the accuracy of estimating the second estimated torque with respect to the actual torque.

Beim Erzeugen der Merkmalswerte muss die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 nicht notwendigerweise alle Informationen aus dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen, den Motorzustandssignalen, dem Schneidzustandssignal, der Werkzeuginformation, der Bearbeitungsinformation und der Anwendungsbestimmungsinformation verwenden. Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 kann Merkmalswerte erzeugen, indem sie nur einige Elemente aus dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen, den Motorzustandssignalen, dem Schneidzustandssignal, der Werkzeuginformation, der Bearbeitungsinformation und der Anwendungsbestimmungsinformation verwendet. Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 kann Merkmalswerte aus dem Schneidzustandssignal und wenigstens einem Element aus dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen und den Motorzustandssignalen erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte ausgeben.When generating the feature values, the feature value generation unit 3 does not necessarily need to use all of the information from the first estimated torque, the physical state variables, the engine state signals, the cutting state signal, the tool information, the machining information, and the application determination information. The feature value generation unit 3 can generate feature values using only some of the first estimated torque, the physical state variables, the engine state signals, the cutting state signal, the tool information, the machining information, and the application determination information. The feature value generation unit 3 can generate feature values from the cutting state signal and at least one of the first estimated torque, the physical state variables and the engine state signals, and output the generated feature values.

Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 umfasst die Maschinenlerneinheit 411. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 verwendet die Merkmalswerte, die durch die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 erzeugt wurden, das erste geschätzte Drehmoment, das von der ersten Drehmomentschätzeinheit 21 ausgegeben wird, und die Maschinenlernmodellparameter, die von der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 ausgegeben werden, als Eingaben und berechnet einen Maschinenlernkorrekturwert auf der Grundlage von maschinellem Lernen, das durch die Maschinenlerneinheit 411 unter Verwendung der Merkmalswerte und der Maschinenlernmodellparameter durchgeführt wird. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 gibt einen Wert, der durch Addition des Maschinenlernkorrekturwerts und dem ersten geschätzten Drehmoment erhalten wird, als das zweite geschätzte Drehmoment aus.The second torque estimation unit 41 includes the machine learning unit 411. The second torque estimation unit 41 uses the feature values generated by the feature value generation unit 3, the first estimated torque output from the first torque estimation unit 21, and the machine learning model parameters output from the machine learning model storage unit 42 , as inputs, and calculates a machine learning correction value based on machine learning performed by the machine learning unit 411 using the feature values and the machine learning model parameters. The second torque estimation unit 41 outputs a value obtained by adding the machine learning correction value and the first estimated torque as the second estimated torque.

Die Maschinenlerneinheit 411 umfasst ein neuronales Netzwerk. Das neuronale Netzwerk verwendet die Merkmalswerte, die durch die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 erzeugt wurden, und die Maschinenlernmodellparameter, die von der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 ausgegeben wurden, als Eingaben und gibt den Maschinenlernkorrekturwert so aus, dass ein Fehler in dem zweiten geschätzten Drehmoment in Bezug auf das tatsächliche Drehmoment minimiert wird. Dies bedeutet, dass ein idealer Wert des auszugebenden Maschinenlernkorrekturwerts der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment entspricht und eine Differenz zwischen einem verzögerten zurückliegenden tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment in den eingegebenen Merkmalswerten umfasst. Somit hat die Maschinenlerneinheit 411 in einer in 5 gezeigten Eingabe-Ausgabe-Beziehung einen autorregressiven Term.The machine learning unit 411 includes a neural network. The neural network uses the feature values generated by the feature value generation unit 3 and the machine learning model parameters output from the machine learning model storage unit 42 as inputs, and outputs the machine learning correction value so that an error in the second estimated torque with respect to the actual torque is minimized. This means that an ideal value of the machine learning correction value to be output corresponds to the difference between the actual torque and the first estimated torque and includes a difference between a delayed past actual torque and the first estimated torque in the input feature values. Thus, the machine learning unit 411 in one in 5 The input-output relationship shown has an autoregressive term.

5 ist ein Diagramm, das einen autoregressiven Term in der Konfiguration der Merkmalswerterzeugungseinheit 3 und der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 5 zeigt einen Teil der in 4 gezeigten Konfiguration, der in Bezug zu dem autoregressiven Term steht. Hierbei beziehen sich die Maschinenlernmodellparameter auf eine Gewichtungsmatrix und einen Bias-Vektor in dem neuronalen Netzwerk. Die Verwendung eines neuronalen Netzwerks, das als neuronales Netzwerk vom rekurrenten Typ bezeichnet wird, ist ferner auch ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Genauigkeit der Vorhersage solcher Zeitseriendaten. Das neuronale Netzwerk vom rekurrenten Typ weist in der Eingabe-Ausgabe-Beziehung einer Zwischenschicht eine rekursive Struktur auf. Beispiele des neuronalen Netzwerks vom rekurrenten Typ umfassen ein rekurrentes neuronales Netzwerk, ein Long-Short-Term-Memory (LSTM) und eine Gated-Rekurrent-Unit (GRU). 5 is a diagram showing an autoregressive term in the configuration of the feature value generation unit 3 and the machine learning model calculation unit 4 according to the first embodiment. 5 shows part of the in 4 configuration shown, which is related to the autoregressive term. Here, the machine learning model parameters refer to a weighting matrix and a bias vector in the neural network. Further, the use of a neural network called a recurrent type neural network is also an effective means of improving the accuracy of prediction of such time series data. The recurrent type neural network has a recursive structure in the input-output relationship of an intermediate layer. Examples of the recurrent type neural network include a recurrent neural network, a long-short-term memory (LSTM), and a gated recurrent unit (GRU).

Zur Verringerung der Lernlast und der Menge an Berechnungen kann anstatt des neuronalen Netzwerks ein Polynommodell, ein multiples Regressionsmodell, ein Support-Vektor-Regressionsmodell, ein Regressionsbaum, ein Random-Forest, ein multivariates adaptives Regressions-Spline-Modell oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann in einem Fall, in dem beispielsweise die Wechselwirkung zwischen den Achsen vernachlässigt wird, die Maschinenlerneinheit 411 für jede Achse separat angewendet werden.To reduce the learning load and the amount of calculations, a polynomial model, a multiple regression model, a support vector regression model, a regression tree, a random forest, a multivariate adaptive regression spline model, or the like can be used instead of the neural network. Alternatively, in a case where, for example, the interaction between the axes is neglected, the machine learning unit 411 may be applied to each axis separately.

Jedoch sind Allzweck-Funktionsapproximationsmodelle zur Verwendung in der Maschinenlerneinheit 411, wie etwa ein neuronales Netzwerk, im Allgemeinen nicht zur Approximation von unstetigen Funktionen geeignet. Wenn deshalb ein Drehmoment, das einer Reibung entspricht, bei dem ersten geschätzten Drehmoment durch die Verwendung des linearen Funktionsmodells der Gleichung (2) approximiert wird, gibt es die Möglichkeit, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment einen unstetigen Sprung erzeugt, und dies wiederum kann eine signifikante Verschlechterung der Ergebnisse des Lernens der Maschinenlernmodellparameter und der Berechnung des Maschinenlernkorrekturwerts, welche durch die Maschinenlerneinheit 411 durchgeführt werden, verursachen, dann diese Werte als Eingabewerte und Ausgabewerte enthalten sind und der autorregressive Term gebildet wird. Ferner ist es sehr schwierig, diese Modelle explizit auf eine tatsächliche Werkzeugmaschine anzuwenden. Dies liegt daran, dass die Reibung, die erzeugt werden muss, wenn die Geschwindigkeit nahe bei null liegt, und der Betrieb bei kleiner Geschwindigkeit durchgeführt wird, eine starke Nichtlinearität aufweist, aufgrund der Beeinflussung durch ein Stick-Slip-Phänomen, das durch abwechselnd auftretende Haftung und Schlupf verursacht wird, Reibung in Bezug auf Schmierung, wie sie durch die Stribeck-Kurve repräsentiert wird, und dergleichen.However, general-purpose function approximation models for use in the machine learning unit 411, such as a neural network, are generally not suitable for approximating discontinuous functions. Therefore, when a torque corresponding to friction is approximated at the first estimated torque by using the linear function model of equation (2), there is a possibility that the difference between the actual torque and the first estimated torque produces a discontinuous jump , and this in turn may cause a significant deterioration in the results of learning the machine learning model parameters and calculating the machine learning correction value performed by the machine learning unit 411, then these values are included as input values and output values and the autoregressive term is formed. Furthermore, it is very difficult to explicitly apply these models to an actual machine tool. This is because the friction that needs to be generated when the speed is close to zero and the operation is performed at low speed has a strong nonlinearity due to the influence of a stick-slip phenomenon occurring alternately adhesion and slippage, friction related to lubrication as represented by the Stribeck curve, and the like.

Deshalb macht die Verwendung eines Reibungsmodells mit einer glatten Stetigkeit in der Nähe der Geschwindigkeit von Null, wie etwa das in Gleichung (3) gezeigte nichtlineare Reibungsmodell, jeden Wert des ersten geschätzten Drehmoments und der Merkmalswerte stetig. Als Folge davon ist es möglich, sogar eine Reibungskomponente zu schätzen, welche mit dem ersten geschätzten Drehmoment und dem oben beschriebenen linearen Reibungsmodell mit hoher Genauigkeit schwer zu reproduzieren ist, indem ein Maschinenlernkorrekturwert hinzugefügt wird. Zudem sind die Merkmalswerte Vektoren, die beispielsweise auch Geschwindigkeiten und Ausgaben des nichtlinearen Reibungsmodells enthalten, die in einer bestimmten zurückliegenden Zeit erhalten wurden. Deshalb kann die Maschinenlerneinheit 411 auch einen Schätzfehlerfaktor lernen, der sich in Abhängigkeit von einem unmittelbar vorangehenden Zustand ändert, wie etwa die Hystereseeigenschaften der Reibung, und sie kann eine Korrektur in Form eines Maschinenlernkorrekturwerts vornehmen.Therefore, using a friction model with smooth continuity near zero velocity, such as the nonlinear friction model shown in Equation (3), makes each value of the first estimated torque and feature values continuous. As a result, it is possible to estimate even a friction component that is difficult to reproduce with high accuracy with the first estimated torque and the above-described linear friction model by adding a machine learning correction value. In addition, the feature values are vectors that also contain, for example, velocities and outputs of the nonlinear friction model that were obtained in a certain past time. Therefore, the machine learning unit 411 can also learn an estimation error factor that changes depending on an immediately preceding condition, such as the hysteresis characteristics of friction, and can make a correction in the form of a machine learning correction value.

Wie vorangehend beschrieben, berechnet die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern einen Maschinenlernkorrekturwert, indem Maschinenlernen mit dem autoregressiven Term in der Eingabe-Ausgabe-Beziehung verwendet wird. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 addiert den berechneten Maschinenlernkorrekturwert zu dem ersten geschätzten Drehmoment und gibt das zweite geschätzte Drehmoment aus. Zudem kann die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 Maschinenlernen unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks als Maschinenlernen verwenden, das einen autoregressiven Term in der Eingabe-Ausgabe-Beziehung umfasst. Die numerische Steuervorrichtung 100 kann eine Drehmomentkomponente, die in der Bewegungsgleichung schwierig auszudrücken ist, als ein nichtlineares Modell mit vielen Freiheitsgraden lernen und speichern, indem ein neuronales Netz als ein Maschinenlernverfahren verwendet wird.As described above, the second torque estimation unit 41 calculates a machine learning correction value from the feature values and the machine learning model parameters by using machine learning with the autoregressive term in the input-output relationship. The second torque estimation unit 41 adds the calculated machine learning correction value to the first estimated one Torque and outputs the second estimated torque. In addition, the second torque estimation unit 41 may use machine learning using a neural network as machine learning that includes an autoregressive term in the input-output relationship. The numerical control device 100 can learn and store a torque component that is difficult to express in the equation of motion as a nonlinear model with many degrees of freedom by using a neural network as a machine learning method.

Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 kann die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment beim Maschinenlernen zur Berechnung des Maschinenlernkorrekturwerts als einen autoregressiven Term verwenden, der in der Eingabe-Ausgabe-Beziehung enthalten sein soll. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment ist ein Zielwert einer Korrekturgröße in Bezug auf das erste geschätzte Drehmoment. Der Zielwert der Korrekturgröße ändert sich beim Betrieb des Motors der Zielmaschine 10 auf einer Zeitreihenbasis. Deshalb stellt die numerische Steuervorrichtung 100 einen autoregressiven Term bereit, der einen vergangenen Zielwert einer Korrekturgröße als Eingabe aufweist. Als Folge davon kann die numerische Steuervorrichtung 100 einen optimalen Korrekturwert für die nächste Zeit mit größerer Genauigkeit schätzen.The second torque estimation unit 41 may use the difference between the actual torque and the first estimated torque in machine learning to calculate the machine learning correction value as an autoregressive term to be included in the input-output relationship. The difference between the actual torque and the first estimated torque is a target value of a correction quantity with respect to the first estimated torque. The target value of the correction quantity changes as the engine of the target machine 10 operates on a time series basis. Therefore, the numerical control device 100 provides an autoregressive term having a past target value of a correction quantity as input. As a result, the numerical control device 100 can estimate an optimal correction value for the next time with greater accuracy.

Nachdem die physikalischen Modellparameter in der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle gelernt sind, lernt die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 die Maschinenlernmodellparameter so, dass ein Fehler in der Maschinenlernkorrekturgröße in Bezug auf die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment reduziert wird, indem Merkmalswerte, die erhalten werden, wenn die Zielmaschine für eine bestimmte Zeitdauer betrieben wird, als Trainingsdaten verwendet werden, und indem die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment als Trainingsdaten verwendet werden. Entsprechend lernt die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 die Maschinenlernmodellparameter durch überwachtes Lernen so, dass sich der Maschinenlernkorrekturwert der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert. Die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 speichert die gelernten Maschinenlernmodellparameter.After the physical model parameters in the physical model storage unit 22 are learned, the machine learning model storage unit 42 learns the machine learning model parameters so that an error in the machine learning correction amount with respect to the difference between the actual torque and the first estimated torque is reduced by obtaining feature values when the target machine is operated for a certain period of time, are used as training data, and by using the difference between the actual torque and the first estimated torque as training data. Accordingly, the machine learning model storage unit 42 learns the machine learning model parameters through supervised learning such that the machine learning correction value approaches the difference between the actual torque and the first estimated torque. The machine learning model storage unit 42 stores the learned machine learning model parameters.

Beim Beginn des Lernens können die Maschinenlernmodellparameter mit jeglichen gegebenen Konstanten initialisiert werden. Insbesondere hat die Maschinenlerneinheit 411, die durch ein neuronales Netzwerk ausgedrückt ist, eine Anfangswertabhängigkeit von einer Gewichtungsmatrix, einem Bias und dergleichen, welches Maschinenlernmodellparameter sind. Deshalb initialisiert die Maschinenlerneinheit 411 die Gewichtungsmatrix mit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, die von einer Normalverteilung abgeleitet ist, zusätzlich zu einer gleichmäßigen Verteilung und einer allgemeinen Normalverteilung. Beispiele für die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die von einer Normalverteilung abgeleitet ist, umfassen eine abgeschnittene Normalverteilung, die He-Normalverteilung und die Glorot-Normalverteilung.When learning begins, the machine learning model parameters can be initialized with any given constants. Specifically, the machine learning unit 411 expressed by a neural network has an initial value dependence on a weight matrix, a bias and the like, which are machine learning model parameters. Therefore, the machine learning unit 411 initializes the weight matrix with a probability distribution derived from a normal distribution, in addition to a uniform distribution and a general normal distribution. Examples of the probability distribution derived from a normal distribution include a truncated normal distribution, the He normal distribution, and the Glorot normal distribution.

Zudem verwendet die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 das Mini-Batch-Gradient-Descent-Verfahren und das Error-Back-Propagation-Verfahren als Lernverfahren und aktualisiert die Maschinenlernmodellparameter, die als die Gewichtungsmatrix und der Bias-Vektor für jedes Batch repräsentiert sind. Das heißt, die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 kann das Error-Back-Propagation-Verfahren als überwachtes Lernverfahren zum Zeitpunkt des Lernens der Maschinenlernmodellparameter verwenden. In einem Fall, in dem beispielsweise eine ausreichende Menge an Trainingsdaten nicht vorbereitet werden kann, kann die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 jedoch das allgemeine Gradient-Descent-Verfahren, das stochastische Gradient-Descent oder dergleichen anstatt des Mini-Batch-Gradient-Descent-Verfahrens verwenden.In addition, the machine learning model storage unit 42 uses the mini-batch gradient descent method and the error back propagation method as the learning method and updates the machine learning model parameters represented as the weight matrix and the bias vector for each batch. That is, the machine learning model storage unit 42 can use the error back propagation method as a supervised learning method at the time of learning the machine learning model parameters. However, in a case where a sufficient amount of training data cannot be prepared, for example, the machine learning model storage unit 42 may use the general gradient descent method, the stochastic gradient descent or the like instead of the mini-batch gradient descent method.

Zudem ist die Verwendung eines Verfahrens, wie etwa Dropout oder Early-Stopping, ebenfalls ein wirksamer Ansatz, der von der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 angegangen werden kann, um die Verallgemeinerungsfähigkeit des neuronalen Netzwerks in der Maschinenlerneinheit 411 zu verbessern. Dropout ist ein Verfahren, bei dem zum Zeitpunkt des Lernens Neuronen zufällig entfernt werden. Early-Stopping ist ein Verfahren, das es ermöglicht, das Lernen bald zu stoppen, und zwar basierend auf der Überwachung eines Fehlers für jede Epoche. Es ist notwendig, die Dropout-Wahrscheinlichkeit gleichzeitig mit dem Inferieren des Maschinenlernkorrekturbetrags auf die Gewichtungsmatrix anzuwenden, wenn Dropout beim Lernen verwendet wird. Deshalb fügt die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 auch einen solchen Hyperparameter als einen Maschinenlernmodellparameter hinzu und speichert diesen PunktIn addition, using a method such as dropout or early stopping is also an effective approach that can be addressed by the machine learning model storage unit 42 to improve the generalization ability of the neural network in the machine learning unit 411. Dropout is a procedure in which neurons are randomly removed at the time of learning. Early stopping is a technique that allows learning to stop soon based on monitoring an error for each epoch. It is necessary to apply the dropout probability to the weight matrix at the same time as inferring the machine learning correction amount when using dropout in learning. Therefore, the machine learning model storage unit 42 also adds such a hyperparameter as a machine learning model parameter and stores this point

Der Ablauf des Lernens der physikalischen Modellparameter und der Maschinenlernmodellparameter wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Lernens von physikalischen Modellparametern und Maschinenlernmodellparametern in der numerischen Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.The process of learning the physical model parameters and the machine learning model parameters is described below with reference to a flowchart. 6 is a flowchart that shows a flow of learning physical model parameters and machine learning model parameters in the numerical control device 100 according to the first embodiment.

Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle setzt Anfangswerte einer Masse, einer baryzentrischen Zwischenposition und eines Trägheitstensors, welches physikalische Modellparameter für jedes Glied sind, basierend auf Werten in der Spezifikationstabelle (Schritt S1). Die Motorzustandsbeobachtungseinheit 1 gibt Zeitreihendaten zu einem tatsächlichen Drehmoment, einer Position, einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung, welches Motorzustandssignale der Zielmaschine 10 sind, als Trainingsdaten aus (Schritt S2).The physical model storage unit 22 sets initial values of a mass, a barycentric intermediate position and an inertia tensor, which are physical model parameters for each link, based on values in the specification table (step S1). The engine condition observation unit 1 outputs time series data on an actual torque, a position, a speed and an acceleration, which are engine condition signals of the target machine 10, as training data (step S2).

Die erste Drehmomentschätzeinheit 21 berechnet ein erstes geschätztes Drehmoment durch Dynamikberechnung in Bezug auf die Position, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung (Schritt S3). Die erste Drehmomentschätzeinheit 21 addiert einen Term eines linearen Reibungsmodells zu einer dynamischen Gleichung (Schritt S4). Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle fügt den Koeffizienten für Coulombschen Reibung und den Koeffizienten für viskose Reibung zu den physikalischen Modellparametern hinzu (Schritt S5). Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle identifiziert die physikalischen Modellparameter basierend auf der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment, indem sie die in eine lineare Gleichung transformierte dynamische Gleichung und das Verfahren der kleinsten Quadrate verwendet (Schritt S6).The first torque estimation unit 21 calculates a first estimated torque by dynamic calculation with respect to the position, the speed and the acceleration (step S3). The first torque estimation unit 21 adds a linear friction model term to a dynamic equation (step S4). The physical model storage unit 22 adds the Coulomb friction coefficient and the viscous friction coefficient to the physical model parameters (step S5). The physical model storage unit 22 identifies the physical model parameters based on the difference between the actual torque and the first estimated torque by using the dynamic equation transformed into a linear equation and the least square method (step S6).

Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle setzt den Koeffizienten für Coulombsche Reibung und den Koeffizienten für viskose Reibung in den identifizierten physikalischen Modellparametern als Anfangswerte, identifiziert ein nichtlineares Reibungsmodell durch das Levenberg-Marquardt-Verfahren und fügt jeden der erhaltenen Koeffizienten den physikalischen Modellparametern hinzu (Schritt S7). Die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle identifiziert wieder physikalische Modellparameter, die von den Reibungskoeffizienten verschieden sind, indem die dynamische Gleichung und das Verfahren der kleinsten Quadrate auf ein Ergebnis angewendet werden, das durch Subtrahieren der Werte des ersten geschätzten Drehmoments und des nichtlinearen Reibungsmodells von dem tatsächlichen Drehmoment erhalten wurde, wobei die dynamische Gleichung durch Eliminieren des Terms des Reibungsmodells in eine lineare Gleichung transformiert wird (Schritt S8). Die erste Drehmomentschätzeinheit 21 fügt einen Term des nichtlinearen Reibungsmodells zu der dynamischen Gleichung hinzu und berechnet das erste geschätzte Drehmoment unter Verwendung der gelernten physikalischen Modellparameter erneut (Schritt S9).The physical model storage unit 22 sets the Coulomb friction coefficient and the viscous friction coefficient in the identified physical model parameters as initial values, identifies a nonlinear friction model by the Levenberg-Marquardt method, and adds each of the obtained coefficients to the physical model parameters (step S7 ). The physical model storage unit 22 again identifies physical model parameters other than the friction coefficients by applying the dynamic equation and the least squares method to a result obtained by subtracting the values of the first estimated torque and the nonlinear friction model from the actual one Torque was obtained, wherein the dynamic equation is transformed into a linear equation by eliminating the term of the friction model (step S8). The first torque estimation unit 21 adds a term of the nonlinear friction model to the dynamic equation and recalculates the first estimated torque using the learned physical model parameters (step S9).

Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 verwendet das erste geschätzte Drehmoment, physikalische Zustandsvariablen, die Motorzustandssignale, Schneidzustandsinformation, Bearbeitungsinformation, Werkzeuginformation und Anwendungsbestimmungsinformation als Eingaben und fügt diese Werte als Vektoren zusammen, die auch Werte enthalten, die in einer bestimmten Zeitdauer in der Vergangenheit gewonnen wurden. Dann gibt die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 die Vektoren als Merkmalswerte aus (Schritt S10). Die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 initialisiert eine Gewichtungsmatrix und einen Bias, die Maschinenlernmodellparameter sind, so, dass die Gewichtungsmatrix mit einer Normalverteilung initialisiert ist und der Bias mit einer Konstanten initialisiert ist (Schritt S11).The feature value generation unit 3 takes the first estimated torque, physical state variables, the engine state signals, cutting state information, machining information, tool information and application determination information as inputs and assembles these values as vectors that also include values obtained in a certain period of time in the past. Then, the feature value generation unit 3 outputs the vectors as feature values (step S10). The machine learning model storage unit 42 initializes a weight matrix and a bias, which are machine learning model parameters, such that the weight matrix is initialized with a normal distribution and the bias is initialized with a constant (step S11).

Die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 setzt Hyperparameter für Early-Stopping, Dropout oder dergleichen als Bedingungen für das Lernen und fügt deren Werte den Maschinenlernmodellparametern hinzu (Schritt S12). Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 verwendet die Merkmalswerte als Eingaben und lernt die Gewichtungsmatrix und den Bias, welche Maschinenlernmodellparameter sind, durch das Error-Back-Propagation-Verfahren gemäß den Bedingungen zum Lernen in den Maschinenlernmodellparametern so, dass der ideale Wert eines Maschinenlernkorrekturwerts ausgegeben wird, welcher die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment ist (Schritt S13).The machine learning model storage unit 42 sets hyperparameters for early stopping, dropout, or the like as conditions for learning and adds their values to the machine learning model parameters (step S12). The second torque estimation unit 41 uses the feature values as inputs and learns the weight matrix and the bias, which are machine learning model parameters, by the error back propagation method according to the conditions for learning in the machine learning model parameters so that the ideal value of a machine learning correction value is output, which is the difference between the actual torque and the first estimated torque (step S13).

Somit werden, wie vorangehend beschrieben, die physikalischen Modellparameter in der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle vorab gelernt, und die Maschinenlernmodellparameter werden in der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 gelernt, indem der Maschinenlernkorrekturwert für das erste geschätzte Drehmoment als der autoregressive Term verwendet wird. Dies trägt zur Verbesserung der Verallgemeinerungsfähigkeit des zweiten geschätzten Drehmoments stark bei. Dies liegt daran, dass die numerische Steuervorrichtung 100 eine Fehlerkomponente der Drehmomentschätzung, welche von einem bekannten physikalischen Phänomen herrührt, das in der Bewegungsgleichung leicht modelliert werden kann, und eine Fehlerkomponente der Drehmomentschätzung, die in der Bewegungsgleichung schwierig zu modellieren ist, separat lernen kann, indem die physikalischen Modellparameter und die Maschinenlernmodellparameter unterschieden werden, was zu einer Reduktion des Absolutwerts des Maschinenlernkorrekturwerts führt, der von der Maschinenlerneinheit 411 ausgegeben wird. Da, in anderen Worten, keine explizit angegebene Fehlerkomponente für die Drehmomentschätzung in dem Maschinenlernkorrekturwert enthalten ist, kann die numerische Steuervorrichtung 100 auch die Anzahl der Parameter reduzieren, die in den Maschinenlernmodellparametern enthalten sind. Als Folge davon ist es möglich, ein „Over-Learning“ zu verhindern, die Geschwindigkeit des Lernens zu erhöhen und die Trainingsdaten zu reduzieren, die zum Lernen in der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 zu verwenden sind.Thus, as described above, the physical model parameters are pre-learned in the physical model storage unit 22, and the machine learning model parameters are learned in the machine learning model storage unit 42 by using the machine learning correction value for the first estimated torque as the autoregressive term. This greatly contributes to improving the generalization ability of the second estimated torque. This is because the numerical control device 100 can separately learn an error component of torque estimation that comes from a known physical phenomenon that can be easily modeled in the equation of motion and an error component of torque estimation that is difficult to model in the equation of motion. by distinguishing the physical model parameters and the machine learning model parameters, resulting in a reduction in the absolute value of the machine learning correction value which is output by the machine learning unit 411. In other words, since no explicitly specified torque estimation error component is included in the machine learning correction value, the numerical control device 100 can also reduce the number of parameters included in the machine learning model parameters. As a result, it is possible to prevent over-learning, increase the speed of learning, and reduce the training data to be used for learning in the machine learning model storage unit 42.

Hinsichtlich des autoregressiven Terms in Bezug auf den Maschinenlernkorrekturwert ist es auf ähnliche Weise möglich, den Bereich des Drehmomentschätzfehlers in dem neuronalen Netzwerk oder dergleichen zu reduzieren. Dies deshalb, weil der Absolutwert des Maschinenlernkorrekturwerts reduziert ist, und zwar im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem Ergebnis der Berechnung basierend auf der Bewegungsgleichung unter Verwendung von Anfangswerten für die physikalischen Modellparameter lernt und die Differenz als den Maschinenlernkorrekturwert verwendet, oder einer Konfiguration, bei der das Ergebnis der Berechnung basierend auf der Bewegungsgleichung unter Verwendung von Anfangswerten für die physikalischen Modellparameter in den Merkmalswerten enthalten ist und die Maschinenlernmodellparameter so gelernt werden, dass das zweite geschätzte Drehmoment von der Maschinenlerneinheit 411 direkt ausgegeben wird. Vorteile der Verwendung des autoregressiven Terms umfassen ferner beispielsweise die Einfachheit des Lernens von Schätzfehlerfaktoren, die sich mit der Zeit periodisch ändern und in der Bewegungsgleichung schwer vorzusehen sind, wie etwa ein Rastmoment, das von Motoreigenschaften abhängt, einer Drehmomentwelligkeit und dem Einfluss eines Rückschlags bei der Drehmomentübertragung zwischen Getrieben.Similarly, regarding the autoregressive term with respect to the machine learning correction value, it is possible to reduce the range of the torque estimation error in the neural network or the like. This is because the absolute value of the machine learning correction value is reduced compared to a configuration in which the machine learning model calculation unit 4 learns a difference between the actual torque and the result of calculation based on the equation of motion using initial values for the physical model parameters and the difference is used as the machine learning correction value, or a configuration in which the result of the calculation based on the equation of motion using initial values for the physical model parameters is included in the feature values and the machine learning model parameters are learned so that the second estimated torque is obtained from the machine learning unit 411 directly is issued. Advantages of using the autoregressive term also include, for example, the ease of learning estimation error factors that change periodically over time and are difficult to provide for in the equation of motion, such as cogging torque that depends on motor characteristics, torque ripple, and the influence of kickback in the Torque transmission between gearboxes.

7 zeigt das erste geschätzte Drehmoment, wie es aktuell erhalten wird, nachdem die physikalischen Modellparameter gelernt sind, und das zweite geschätzte Drehmoment, wie es aktuell durch das Lernen der Maschinenlernmodellparameter basierend auf der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment erhalten wird. 7 ist ein Diagramm, dass eine Motorgeschwindigkeit zeigt, die den Betrieb der durch die numerische Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zu steuernden Zielmaschine 10 repräsentiert, das erste geschätzte Drehmoment, das durch die numerische Steuervorrichtung 100 geschätzt ist, und das zweite geschätzte Drehmoment, das durch die numerische Steuervorrichtung 100 geschätzt ist. Für jedes Element repräsentiert die horizontale Achse die Zeit. Wie in 7 gezeigt, liegt das zweite geschätzte Drehmoment näher bei dem tatsächlichen Drehmoment als das erste geschätzte Drehmoment. 7 shows the first estimated torque as currently obtained after learning the physical model parameters and the second estimated torque as currently obtained by learning the machine learning model parameters based on the difference between the actual torque and the first estimated torque. 7 is a diagram showing an engine speed representing the operation of the target machine 10 to be controlled by the numerical control device 100 according to the first embodiment, the first estimated torque estimated by the numerical control device 100, and the second estimated torque determined by the numerical control device 100 is estimated. For each element, the horizontal axis represents time. As in 7 shown, the second estimated torque is closer to the actual torque than the first estimated torque.

In einem Fall, in dem ferner das neuronale Netzwerk für die Maschinenlerneinheit 411 verwendet wird, ist nicht klar, welcher in den Merkmalswerten enthaltene Parameter den Maschinenlernkorrekturwert beeinflusst hat und in welchem Ausmaß der Parameter den Maschinenlernkorrekturwert beeinflusst hat. Es ist somit sehr schwierig, eine Änderung in den physikalischen Eigenschaften der Zielmaschine 10 und eine Änderung der Maschinenlernmodellparameter zu schätzen. Bei der ersten Ausführungsform, bei der die jeweiligen Werte der physikalischen Eigenschaften beim Lernen der physikalischen Modellparameter direkt geprüft werden können, unterscheidet die numerische Steuervorrichtung 100 jedoch die physikalischen Modellparameter und die Maschinenlernmodellparameter beim Lernen dieser Parameter. Man kann deshalb sagen, dass die Konfiguration der ersten Ausführungsform für die Unregelmäßigkeitsdetektion geeignet ist.Further, in a case where the neural network is used for the machine learning unit 411, it is not clear which parameter included in the feature values influenced the machine learning correction value and to what extent the parameter influenced the machine learning correction value. It is therefore very difficult to estimate a change in the physical properties of the target machine 10 and a change in the machine learning model parameters. However, in the first embodiment, in which the respective values of the physical properties can be directly checked when learning the physical model parameters, the numerical control device 100 distinguishes the physical model parameters and the machine learning model parameters when learning these parameters. Therefore, it can be said that the configuration of the first embodiment is suitable for irregularity detection.

Ein Verfahren, das im Wesentlichen eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment überwacht, kann als ein Beispiel für die Unregelmäßigkeitsdetektion unter Verwendung der Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle und der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4, die Lernen durchgeführt haben, genannt werden. Dies liegt daran, dass die numerische Steuervorrichtung 100 die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment als ein Ergebnis überwacht, die beobachteten Werte im Wesentlichen in der Nähe von null liegen, sodass der Absolutwert als das Maß der Unregelmäßigkeit für das tatsächliche Drehmoment betrachtet werden kann. Besondere Unregelmäßigkeitsdetektionsverfahren, die verwendet werden können, umfassen ein einfaches Verfahren der Detektion einer Unregelmäßigkeit basierend darauf, ob der Absolutwert der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Zudem kann eine Bestimmung durchgeführt werden, indem ein Verfahren zum Unterscheiden zwischen zwei Klassen von Normalität und Unregelmäßigkeit in einem Klassifikationsproblem für zwei Klassen verwendet wird, in dem logistische Regression, eine Support-Vektor-Maschine, ein Entscheidungsbaum, eine neuronales Netzwerk oder dergleichen verwendet wird, wobei die Merkmalswerte und die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment als Eingaben verwendet werden und gelabelte Trainingsdaten vorbereitet werden.A method that substantially monitors a difference between the actual torque and the second estimated torque may be mentioned as an example of the irregularity detection using the physical model calculation unit 2 and the machine learning model calculation unit 4 that have performed learning. This is because the numerical control device 100 monitors the difference between the actual torque and the second estimated torque as a result, the observed values are substantially close to zero, so the absolute value is considered as the measure of irregularity for the actual torque can be. Particular irregularity detection methods that may be used include a simple method of detecting an irregularity based on whether the absolute value of the difference between the actual torque and the second estimated torque exceeds a predetermined threshold. In addition, a determination can be made using a method for distinguishing between two classes of normality and irregularity in a two-class classification problem using logistic regression, a support vector machine, a decision tree, a neural network or the like , where the feature values and the difference between the actual torque and the second estimated torque are used as inputs and labeled training data is prepared.

Wenn es schwierig ist, Bewegungsdaten, die einem Unregelmäßigkeitszustand entsprechen, als Trainingsdaten zu sammeln, kann die numerische Steuervorrichtung 100 mit Bewegungsdaten, die einem Unregelmäßigkeitszustand entsprechen, ein Oversampling durchführen, indem eine Synthetic Minority Over-sampling Technique (SMOTE), Adaptive Synthetic (ADASYN) oder dergleichen verwendet werden, oder sie kann Bewegungsdaten in zwei Cluster aus Normalität und Unregelmäßigkeit klassifizieren, indem nichtüberwachtes Lernen, wie etwa das K-Means Verfahren oder Self-organizing-Map verwendet werden. Ferner sind bei der numerischen Steuervorrichtung 100 die Anzahl der Klassen und die Anzahl der Cluster nicht auf zwei (Normalität und Unregelmäßigkeit) beschränkt, und sie können schrittweise in Übereinstimmung mit dem Grad der Unregelmäßigkeit feiner eingestellt werden. Zudem kann der Grad der Unregelmäßigkeit frei auf einen Wert eingestellt werden, der von dem Absolutwert der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment verschieden ist.When it is difficult to collect motion data corresponding to an irregular state as training data, the numerical control device 100 may perform oversampling with motion data corresponding to an irregular state using a Synthetic Minority Over-sampling Technique (SMOTE), Adaptive Synthetic (ADASYN ) or the like, or it can classify motion data into two clusters of normality and irregularity by using unsupervised learning such as the K-Means method or self-organizing map. Further, in the numerical control device 100, the number of classes and the number of clusters are not limited to two (normality and irregularity), and they can be gradually finer adjusted in accordance with the degree of irregularity. In addition, the degree of irregularity can be freely set to a value different from the absolute value of the difference between the actual torque and the second estimated torque.

Das Lernen der physikalischen Modellparameter in der Speichereinheit 22 für physikalische Modelle und das Lernen der Maschinenlernmodellparameter in der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 sind in 1 durch gestrichelte Linien angegeben. Unter der Annahme, dass das Lernen dieser Parameter zur Fehlerdetektion vorgesehen ist, ist es wünschenswert, das Lernen dieser Parameter in einer Umgebung durchzuführen, in der die numerische Steuervorrichtung 100 in einem idealen Zustand zum Vergleich in Bezug auf den Grad der Verschlechterung ist. Beispielsweise ist es wünschenswert, das Lernen dieser Parameter zum Zeitpunkt des Testbetriebs bei der Lieferung durchzuführen. Jedoch werden die Spindel und das Werkzeug 14 an der Spitze angebracht und es wird dann das an dem Tisch 13 angeordnete Werkstück 15 mit der Werkzeugmaschine geschnitten. Dies verändert physikalische Eigenschaften jedes Glieds, wie in diesem Fall der Masse, der baryzentrischen Position und des Trägheitstensors. Deshalb muss die numerische Steuervorrichtung 100 beispielsweise sowohl die physikalischen Modellparameter und die Maschinenlernmodellparameter in jedem Zustand erneut lernen, um die Masse des Werkstücks 15 zu berücksichtigen.Learning the physical model parameters in the physical model storage unit 22 and learning the machine learning model parameters in the machine learning model storage unit 42 are in 1 indicated by dashed lines. Assuming that the learning of these parameters is for failure detection, it is desirable to perform the learning of these parameters in an environment in which the numerical control device 100 is in an ideal state for comparison with respect to the degree of deterioration. For example, it is desirable to perform the learning of these parameters at the time of test operation upon delivery. However, the spindle and the tool 14 are attached to the tip, and then the workpiece 15 arranged on the table 13 is cut with the machine tool. This changes physical properties of each term, such as in this case the mass, the barycentric position and the inertia tensor. Therefore, for example, the numerical control device 100 needs to relearn both the physical model parameters and the machine learning model parameters in each state to take the mass of the workpiece 15 into account.

Wenn das Werkstück 15 platziert ist, benötigt man im Allgemeinen Zeit und Mühe, um den Einfluss auf diese physikalischen Modellparameter mittels der numerischen Steuervorrichtung 100 oder dergleichen einzustellen. Bei der ersten Ausführungsform lernt die Speichereinheit 22 für physikalische Modelle Motorzustandssignale, die ausgegeben werden, wenn die Zielmaschine 10 über eine bestimmte Zeitdauer betrieben wird. In Folge davon kann ein Prozess zum Einstellen auch automatisiert werden. Da die Werte der physikalischen Modellparameter korrekt gesetzt werden, gibt es ferner den Vorteil, dass die Zykluszeit, die Trajektorieabweichung, Druckkräfte bei Kollisionen und dergleichen reduziert werden. Dies ist eine Technik, die auch verwendet werden kann, um die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Kraftsteuerung und, zusätzlich zu der Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung und dergleichen, die Impedanzsteuerung zu verbessern. Somit ist die Anwendung des vorangehend beschriebenen Verfahrens nicht auf die Unregelmäßigkeitsdetektion beschränkt.When the workpiece 15 is placed, it generally takes time and effort to adjust the influence on these physical model parameters using the numerical control device 100 or the like. In the first embodiment, the physical model storage unit 22 learns engine state signals that are output when the target machine 10 is operated for a certain period of time. As a result, a hiring process can also be automated. Furthermore, since the values of the physical model parameters are set correctly, there is the advantage that the cycle time, trajectory deviation, pressure forces in collisions and the like are reduced. This is a technique that can also be used to improve the speed and accuracy of force control and, in addition to position control, velocity control and the like, impedance control. The application of the method described above is therefore not limited to irregularity detection.

Die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 führt überwachtes Lernen separat durch für eine Zeitdauer, während der durch die Zielmaschine 10 geschnitten wird, und einer Zeitdauer, während der durch die Zielmaschine 10 nicht geschnitten wird. Die Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 speichert Maschinenlernmodellparameter, die basierend auf verschiedenen Werten gelernt wurden, die während dem Schneiden eingegeben und ausgegeben wurden, und Maschinenlernparametern, die während dem Nicht-Schneiden eingegeben und ausgegeben wurden. Merkmalswerte, die ein Schneidzustandssignal und Anwendungsbestimmungsinformation umfassen, werden in die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 eingegeben. Im Ergebnis kann die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 Maschinenlernen durchführen, indem sie zwischen dem Lernen für die Zeitdauer, während der geschnitten wird, und dem Lernen für die Zeitdauer während der nicht geschnitten wird, umgeschaltet wird.The machine learning model storage unit 42 separately performs supervised learning for a period during which the target machine 10 is cutting and a period during which the target machine 10 is not cutting. The machine learning model storage unit 42 stores machine learning model parameters learned based on various values input and output during cutting and machine learning parameters input and output during non-cutting. Feature values including a cutting state signal and application determination information are input to the machine learning model calculation unit 4. As a result, the machine learning model calculation unit 4 can perform machine learning by switching between learning for the cutting period and learning for the non-cutting period.

8 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Unregelmäßigkeitsdetektion, die durch die numerische Steuervorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform durchzuführen ist. 8 zeigt das tatsächliche Drehmoment und das zweite geschätzte Drehmoment, das durch die numerische Steuervorrichtung 100 zu schätzen ist. Die horizontale Achse repräsentiert die Zeit. Die hier beschriebene Verarbeitung wird ausgeführt, wenn die Anwendungsbestimmungsinformation die Bestimmung zur Detektion einer Unregelmäßigkeit angibt. 8th is a diagram for describing the irregularity detection to be performed by the numerical control device 100 in the first embodiment. 8th shows the actual torque and the second estimated torque to be estimated by the numerical control device 100. The horizontal axis represents time. The processing described here is executed when the application determination information indicates the determination for detecting an irregularity.

Wenn bei der ersten Ausführungsform die Anwendungsbestimmungsinformation, die die Unregelmäßigkeitsdetektion angibt, als Merkmalswert eingegeben wird, überwacht die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und einem zweiten geschätzten Drehmoment, das durch die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 berechnet wird. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 berechnet das zweite geschätzte Drehmoment aus den Maschinenlernmodellparametern, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde, und sie überwacht eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 detektiert das Auftreten der Unregelmäßigkeit, wenn die Differenz einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet. Die Unregelmäßigkeit betrifft eine Unregelmäßigkeit des Drehmoments des Motors.In the first embodiment, when the application determination information indicating the irregularity detection is inputted as a feature value, the second torque estimation unit 41 of the machine learning model calculation unit 4 monitors a difference between the actual torque and a second estimated torque calculated by the machine learning model calculation unit 4. The second torque estimation unit 41 calculates the second estimated torque the machine learning model parameters learned based on values input and output while not cutting, and monitors a difference between the actual torque and the calculated second estimated torque. The second torque estimation unit 41 detects the occurrence of the irregularity when the difference reaches or exceeds a certain value. The irregularity concerns an irregularity in the torque of the engine.

Wenn das Schneidzustandssignal angibt, dass nicht geschnitten wird, kann die numerische Steuervorrichtung 100 eine Unregelmäßigkeit des Drehmoments detektieren, indem sie die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 veranlasst, die Berechnung unter Verwendung eines gelernten Modells durchzuführen, das zur Verwendung in einem Nicht-Schneid-Zustand vorgesehen ist. Wenn eine Unregelmäßigkeit detektiert wird, passt die numerische Steuervorrichtung 100 einen Parameter einer Bearbeitungsgegebenheit so an, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment gleich oder kleiner als der vorangehend beschriebene bestimmte Wert ist. Beispielsweise nimmt die numerische Steuervorrichtung 100 eine Anpassung vor, um die Vorschubgeschwindigkeit zu reduzieren. Wenn eine Unregelmäßigkeit detektiert wird, kann die numerische Steuervorrichtung 100 einen Alarm ausgeben, der die detektierte Unregelmäßigkeit angibt.When the cutting state signal indicates that no cutting is taking place, the numerical control device 100 may detect an irregularity in torque by causing the machine learning model calculation unit 4 to perform the calculation using a learned model intended for use in a non-cutting state. When an irregularity is detected, the numerical control device 100 adjusts a parameter of a machining condition so that the difference between the actual torque and the second estimated torque is equal to or smaller than the predetermined value described above. For example, the numerical control device 100 makes an adjustment to reduce the feed rate. When an irregularity is detected, the numerical control device 100 may issue an alarm indicating the detected irregularity.

Zweite Ausführungsform.Second embodiment.

In einer zweiten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, wo durch die numerische Steuervorrichtung 100 eine Schneidlast detektiert wird. In der zweiten Ausführungsform werden die gleichen konstituierenden Elemente wie bei der obigen ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine mit der ersten Ausführungsform überlappende Beschreibung wird weggelassen. 9 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Schneidlastdetektion, die durch die numerische Steuervorrichtung 100 in der zweiten Ausführungsform durchzuführen ist. 9 zeigt das tatsächliche Drehmoment und das durch die numerische Steuervorrichtung 100 zu schätzende zweite geschätzte Drehmoment. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar.In a second embodiment, a case where a cutting load is detected by the numerical control device 100 will be described. In the second embodiment, the same constituent elements as in the above first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description overlapping with the first embodiment is omitted. 9 is a diagram for describing the cutting load detection to be performed by the numerical control device 100 in the second embodiment. 9 shows the actual torque and the second estimated torque to be estimated by the numerical control device 100. The horizontal axis represents time.

Die Verarbeitung bei der zweiten Ausführungsform wird ausgeführt, wenn die Anwendungsbestimmungsinformation die Bestimmung zum Detektieren einer Schneidlast angibt. Wenn ein Schneidzustandssignal angibt, dass geschnitten werden soll, fügt die erste Drehmomentschätzeinheit 21 einen Term eines nichtlinearen Reibungsmodells zu der dynamischen Gleichung hinzu und berechnet ein erstes geschätztes Drehmoment unter Verwendung der gelernten physikalischen Modellparameter. Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 verwendet das erste geschätzte Drehmoment, physikalische Zustandsvariablen, Motorzustandssignale, ein Schneidzustandssignal, Werkzeuginformation, Bearbeitungsinformation und Anwendungsbestimmungsinformation als Eingaben und gibt Merkmalswerte aus, die in die Maschinenlerneinheit 411 einzugeben sind.The processing in the second embodiment is executed when the application determination information indicates the determination for detecting a cutting load. When a cutting state signal indicates that cutting is to be performed, the first torque estimation unit 21 adds a nonlinear friction model term to the dynamic equation and calculates a first estimated torque using the learned physical model parameters. The feature value generation unit 3 uses the first estimated torque, physical state variables, engine state signals, a cutting state signal, tool information, machining information and application determination information as inputs, and outputs feature values to be input to the machine learning unit 411.

Wenn Anwendungsbestimmungsinformation, die Schneidlastdetektion angibt, und ein Schneidzustandssignal, das angibt, dass nicht geschnitten werden soll, als Merkmalswerte eingegeben werden, wird in der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 eine Gewichtungsmatrix gespeichert, die ein Maschinenlernmodellparameter ist. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 verwendet die Merkmalswerte als Eingaben und lernt die Gewichtungsmatrix und einen Bias, die Maschinenlernmodellparameter sind, durch das Error-Back-Propagation-Verfahren in Übereinstimmung mit Bedingungen zum Lernen in den Maschinenlernmodellparametern so, dass der ideale Wert eines Maschinenlernkorrekturwerts, der eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment ist, ausgegeben wird.When application determination information indicating cutting load detection and a cutting state signal indicating not to cut are input as feature values, a weight matrix that is a machine learning model parameter is stored in the machine learning model storage unit 42. The second torque estimation unit 41 uses the feature values as inputs and learns the weight matrix and a bias, which are machine learning model parameters, by the error back propagation method in accordance with conditions for learning in the machine learning model parameters so that the ideal value of a machine learning correction value, which is a Difference between the actual torque and the first estimated torque is output.

In einem Lernmodell, das auf Lernen basiert, das auf Werten basiert, die eingegeben und ausgegeben wurden, wenn ein Schneidzustandssignal angibt, dass nicht geschnitten werden soll, nähert sich ein zweites geschätztes Drehmoment, das durch die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 berechnet wird, einem tatsächlichen Drehmoment zum Betreiben der Zielmaschine 10 an. Wenn jedoch das Schneidzustandssignal angibt, dass geschnitten werden soll, wird ein Drehmoment, das gleich der Summe aus einem Drehmoment zum Betreiben der Zielmaschine 10 und einem Drehmoment zum Schneiden des Werkstücks 15 ist, als ein tatsächliches Drehmoment gemessen, das erzeugt werden muss, wenn die Zielmaschine 10 momentan das Werkstück 15 schneidet. Deshalb kann die numerische Steuervorrichtung 100 ein Schneidlastdrehmoment erhalten, welches ein Drehmoment ist, das benötigt wird, wenn die Zielmaschine 10 das Werkstück 15 schneidet, und zwar durch Subtraktion des zweiten geschätzten Drehmoments von dem gemessenen tatsächlichen Drehmoment. Die Schneidlastdetektion betrifft das Erhalten des Schneidlastdrehmoments.In a learning model based on learning based on values input and output when a cutting state signal indicates not to cut, a second estimated torque calculated by the second torque estimation unit 41 approaches an actual torque to operate the target machine 10. However, when the cutting state signal indicates that cutting is to be performed, a torque equal to the sum of a torque for operating the target machine 10 and a torque for cutting the workpiece 15 is measured as an actual torque to be generated when the Target machine 10 is currently cutting the workpiece 15. Therefore, the numerical control device 100 can obtain a cutting load torque, which is a torque required when the target machine 10 cuts the workpiece 15, by subtracting the second estimated torque from the measured actual torque. Cutting load detection concerns obtaining the cutting load torque.

Wenn bei der zweiten Ausführungsform die Anwendungsbestimmungsinformation, die die Bestimmung zur Detektion einer Schneidlast angibt, als ein Merkmalswert eingegeben wird, erhält die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 das Schneidlastdrehmoment, das eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment ist, das durch die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 berechnet wird. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 berechnet das zweite geschätzte Drehmoment aus den Maschinenlernmodellparametern, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde, und sie erhält das Schneidlastdrehmoment, welches die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment ist. Wenn das Schneidzustandssignal angibt, dass nicht geschnitten wird, kann die numerische Steuervorrichtung 100 eine Schneidlast detektieren, indem sie die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 veranlasst, die Berechnung unter Verwendung eines Lernmodells durchzuführen, das zur Verwendung in einem Nicht-Schneid-Zustand vorgesehen ist.In the second embodiment, when the application determination information indicating the determination for detecting a cutting load is inputted as a feature value, the second torque estimation unit 41 of the machine learning model calculation unit 4 obtains the cutting load torque, which is a difference between the actual torque and the second estimated torque obtained by the machine learning model calculation unit 4 is calculated. The second torque estimation unit 41 calculates the second estimated torque from the machine learning model parameters learned based on values input and output while not cutting, and obtains the cutting load torque, which is the difference between the actual torque and the calculated second estimated torque is. When the cutting state signal indicates that no cutting is taking place, the numerical control device 100 may detect a cutting load by causing the machine learning model calculation unit 4 to perform the calculation using a learning model intended for use in a non-cutting state.

Dritte Ausführungsform.Third embodiment.

In einer dritten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die numerische Steuervorrichtung 100 Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs 14 detektiert. In der dritten Ausführungsform werden konstituierende Elemente, die denen der ersten oder zweiten Ausführungsform gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine mit der ersten oder zweiten Ausführungsform überlappende Beschreibung wird weggelassen. 10 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Detektion von Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs 14, die durch die numerische Steuervorrichtung 100 in der dritten Ausführungsform durchzuführen ist. 10 zeigt das tatsächliche Drehmoment und das zweite geschätzte Drehmoment, das durch die numerische Steuervorrichtung 100 zu schätzen ist. Die horizontale Achse repräsentiert die Zeit.In a third embodiment, a case in which the numerical control device 100 detects wear or loss of the tool 14 will be described. In the third embodiment, constituent elements that are the same as those of the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description overlapping with the first or second embodiment is omitted. 10 is a diagram for describing the detection of wear or loss of the tool 14 to be performed by the numerical control device 100 in the third embodiment. 10 shows the actual torque and the second estimated torque to be estimated by the numerical control device 100. The horizontal axis represents time.

Die Verarbeitung in der dritten Ausführungsform wird ausgeführt, wenn die Anwendungsbestimmungsinformation die Bestimmung zum Detektieren von Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs 14 angibt. Wenn ein Schneidzustandssignal angibt, das geschnitten werden soll, fügt die erste Drehmomentschätzeinheit 21 einen Term eines nichtlinearen Reibungsmodells zu der dynamischen Gleichung hinzu und berechnet ein erstes geschätztes Drehmoment unter Verwendung der gelernten physikalischen Modellparameter. Die Merkmalswerterzeugungseinheit 3 verwendet das erste geschätzte Drehmoment, physikalische Zustandsvariablen, Motorzustandssignale, ein Schneidzustandssignal, Werkzeuginformation, Bearbeitungsinformation und Anwendungsbestimmungsinformation als Eingaben und gibt Merkmalswerte aus, die in die Maschinenlerneinheit 411 einzugeben sind.The processing in the third embodiment is executed when the application determination information indicates the determination for detecting wear or loss of the tool 14. When a cutting state signal indicates to be cut, the first torque estimation unit 21 adds a nonlinear friction model term to the dynamic equation and calculates a first estimated torque using the learned physical model parameters. The feature value generation unit 3 uses the first estimated torque, physical state variables, engine state signals, a cutting state signal, tool information, machining information and application determination information as inputs, and outputs feature values to be input to the machine learning unit 411.

Wenn die Anwendungsbestimmungsinformation, die die Bestimmung zum Detektieren von Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs 14 angibt, und ein Schneidzustandssignal, das angibt, dass geschnitten werden soll, als Merkmalswerte eingegeben werden, wird eine Gewichtungsmatrix, die ein Maschinenlernmodellparameter ist, in der Maschinenlernmodellspeichereinheit 42 gespeichert. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 verwendet die Merkmalswerte als Eingaben und lernt die Gewichtungsmatrix und einen Bias, die Maschinenlernmodellparameter sind, durch das Error-Back-Propagation-Verfahren in Übereinstimmung mit den Bedingungen zum Lernen in den Maschinenlernmodellparametern so, dass der ideale Wert eines Maschinenlernkorrekturwerts ausgegeben wird, der eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment ist.When the application determination information indicating the determination for detecting wear or loss of the tool 14 and a cutting state signal indicating that cutting is to be performed are inputted as feature values, a weight matrix that is a machine learning model parameter is stored in the machine learning model storage unit 42. The second torque estimation unit 41 uses the feature values as inputs and learns the weight matrix and a bias, which are machine learning model parameters, by the error back propagation method in accordance with the conditions for learning in the machine learning model parameters so that the ideal value of a machine learning correction value is output , which is a difference between the actual torque and the first estimated torque.

In einem Lernmodell, das auf Lernen basiert, das auf Werten basiert, die eingegeben und ausgegeben wurden, wenn das Schneidzustandssignal angibt, das geschnitten wird, kann ein zweites geschätztes Drehmoment, das durch die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 berechnet wird, so geschätzt werden, dass es ein tatsächliches Drehmoment ist, welches eine Summe aus einem tatsächlichen Drehmoment zum Betreiben der Zielmaschine 10 und einem Schneidlastdrehmoment ist. In einem Fall, in dem die Anwendungsbestimmungsinformation die Bestimmung zum Detektieren von Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs 14 angibt, kann die numerische Steuervorrichtung 100 ein Schneidlastdrehmoment erhalten, das durch Abnutzung des Werkzeugs 14 erhöht ist, indem sie ein gemessenes tatsächliches Drehmoment von dem zweiten geschätzten Drehmoment abzieht. Deshalb kann die numerische Steuervorrichtung 100 den Grad der Abnutzung des Werkzeugs 14 aus dem Schneidlastdrehmoment detektieren, das eine Differenz zwischen dem zweiten geschätzten Drehmoment und dem gemessenen tatsächlichen Drehmoment ist. In einem Fall, in dem die Anwendungsbestimmungsinformation die Bestimmung zum Detektieren der Abnutzung oder des Verlusts des Werkzeugs 14 angibt, kann die numerische Steuervorrichtung 100 ferner den Verlust des Werkzeugs detektieren, wenn ein tatsächliches Drehmoment zum Betreiben der Zielmaschine 10 nur das zu messende zweite geschätzte Drehmoment ist.In a learning model based on learning based on values input and output when the cutting state signal indicates that is being cut, a second estimated torque calculated by the second torque estimation unit 41 may be estimated to be is an actual torque, which is a sum of an actual torque for operating the target machine 10 and a cutting load torque. In a case where the application determination information indicates the determination for detecting wear or loss of the tool 14, the numerical control device 100 may obtain a cutting load torque increased by wear of the tool 14 by taking a measured actual torque from the second estimated torque deducts. Therefore, the numerical control device 100 can detect the degree of wear of the tool 14 from the cutting load torque, which is a difference between the second estimated torque and the measured actual torque. In a case where the application determination information indicates the determination for detecting the wear or loss of the tool 14, the numerical control device 100 may further detect the loss of the tool when an actual torque for operating the target machine 10 is only the second estimated torque to be measured is.

Wenn bei der dritten Ausführungsform die Anwendungsbestimmungsinformation die Bestimmung zum Detektieren von Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs 14 angibt, als ein Merkmalswert eingegeben wird, überwacht die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 der Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment, das durch die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 berechnet wird. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 berechnet das zweite geschätzte Drehmoment aus den Maschinenlernmodellparametern, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während geschnitten wurde, und sie überwacht eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment.In the third embodiment, when the application determination information indicating the determination for detecting wear or loss of the tool 14 is inputted as a feature value, the second torque estimation unit 41 of the machine learning model calculation unit 4 monitors a difference between the actual torque and the second estimated torque determined by the machine learning model calculation unit 4 is calculated. The second torque estimation unit 41 calculates the second estimated torque from the machine learning model parameters learned based on values input and output while cutting, and monitors a difference between the actual torque and the calculated second estimated torque.

Wenn das gemessene tatsächliche Drehmoment größer ist als das zweite geschätzte Drehmoment, schätzt die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 eine Zunahme der Differenz zwischen dem zweiten geschätzten Drehmoment und dem gemessenen tatsächlichen Drehmoment als eine Zunahme des Schneidlastdrehmoments aufgrund von Abnutzung des Werkzeugs 14. Die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 detektiert den Grad der Abnutzung des Werkzeugs 14 basierend auf der Zunahme des Schneidlastdrehmoments. Wenn zudem das gemessene tatsächliche Drehmoment kleiner ist als das zweite geschätzte Drehmoment oder wenn das gemessene tatsächliche Drehmoment extrem kleiner ist als das zweite geschätzte Drehmoment, detektiert die zweite Drehmomentschätzeinheit 41, dass der Verlust des Werkzeugs 14 aufgetreten ist.When the measured actual torque is larger than the second estimated torque, the second torque estimation unit 41 estimates an increase in the difference between the second estimated torque and the measured actual torque as an increase in the cutting load torque due to wear of the tool 14. The second torque estimation unit 41 detects the Degree of wear of the tool 14 based on the increase in cutting load torque. In addition, when the measured actual torque is smaller than the second estimated torque or when the measured actual torque is extremely smaller than the second estimated torque, the second torque estimation unit 41 detects that the loss of the tool 14 has occurred.

Wenn das Schneidzustandssignal angibt, das geschnitten wird, kann die numerische Steuervorrichtung 100 die Abnutzung oder den Verlust des Werkzeugs 14 detektieren, indem sie die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 veranlasst, die Berechnung unter Verwendung eines Lernmodells durchzuführen, das zur Verwendung in einem Schneid-Zustand vorgesehen ist. Die numerische Steuervorrichtung 100 verzögert und stoppt die Zielmaschine 10, wenn die Abnutzung oder der Verlust des Werkstücks 14 detektiert wird. Wenn die Abnutzung oder der Verlust des Werkzeugs 14 detektiert wird, kann die numerische Steuervorrichtung 100 einen Alarm ausgeben, der angibt, dass die Abnutzung oder der Verlust des Werkzeugs 14 detektiert wurde.When the cutting state signal indicates that it is being cut, the numerical control device 100 can detect the wear or loss of the tool 14 by causing the machine learning model calculation unit 4 to perform the calculation using a learning model intended for use in a cutting state. The numerical control device 100 delays and stops the target machine 10 when the wear or loss of the workpiece 14 is detected. If the wear or loss of the tool 14 is detected, the numerical control device 100 may issue an alarm indicating that the wear or loss of the tool 14 has been detected.

Nun wird eine Hardwarekonfiguration der numerische Steuervorrichtung 100 gemäß jeder der Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben. In der numerischen Steuervorrichtung 100 sind die Motorzustandsbeobachtungseinheit 1, die Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle, die Merkmalswerterzeugungseinheit 3, die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 und die Schneidzustandsbeobachtungseinheit 5 durch Prozessierungsschaltungen implementiert. Die Prozessierungsschaltungen können ein Speicher und ein Prozessor sein, der Programme ausführt, die in dem Speicher gespeichert sind, oder sie können dedizierte Hardware sein.Now, a hardware configuration of the numerical control device 100 according to each of Embodiments 1 to 3 will be described. In the numerical control device 100, the engine state observation unit 1, the physical model calculation unit 2, the feature value generation unit 3, the machine learning model calculation unit 4, and the cutting state observation unit 5 are implemented by processing circuits. The processing circuitry may be a memory and a processor that executes programs stored in the memory, or they may be dedicated hardware.

11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem Prozessierungsschaltungen, die in jeder der numerischen Steuervorrichtungen 100 gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3 enthalten sind, einen Prozessor 91 und einen Speicher 92 umfassen. In einem Fall, in dem die Prozessierungsschaltungen den Prozessor 91 und den Speicher 92 umfassen, ist jede Funktion der Prozessierungsschaltung der numerischen Steuervorrichtung 100 durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert. Die Software oder Firmware ist als ein Programm beschrieben und in dem Speicher 92 gespeichert. Der Prozessor 91 liest das in dem Speicher 92 gespeicherte Programm und führt es aus, um jede Funktion der Prozessierungsschaltungen zu implementieren. Somit enthalten die Prozessierungsschaltungen den Speicher 92 zum Speichern von Programmen. Infolge der Ausführung der Programme führt die numerische Steuervorrichtung 100 die Verarbeitung durch. Zudem kann man auch sagen, dass diese Programme den Computer veranlassen, eine Prozedur und ein Verfahren für die numerische Steuervorrichtung 100 auszuführen. 11 is a diagram showing an example in which processing circuits included in each of the numerical control devices 100 according to Embodiments 1 to 3 include a processor 91 and a memory 92. In a case where the processing circuits include the processor 91 and the memory 92, each function of the processing circuit of the numerical control device 100 is implemented by software, firmware, or a combination of software and firmware. The software or firmware is described as a program and stored in memory 92. The processor 91 reads the program stored in the memory 92 and executes it to implement each function of the processing circuits. Thus, the processing circuits include memory 92 for storing programs. As a result of executing the programs, the numerical control device 100 performs processing. In addition, these programs can also be said to cause the computer to execute a procedure and procedure for the numerical control device 100.

Der Prozessor 91 kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Prozessierungsvorrichtung, eine arithmetische Vorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder dergleichen sein. Ferner umfassen Beispiele für den Speicher 92 einen nichtflüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher, wie etwa einen Wahlzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-LeseSpeicher (ROM), einem Flash-Speicher, ein löschbares programmierbares ROM (EPROM) und ein elektrisches EPROM (EEPROM (registrierter Handelsname)), eine Magnetplatte, eine flexible Platte, eine optische Platte, eine Kompakt-Disc, eine Mini-Disc und eine DVD.The processor 91 may be a central processing unit (CPU), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, a digital signal processor (DSP), or the like. Further, examples of the memory 92 include a non-volatile or volatile semiconductor memory, such as a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), a flash memory, an erasable programmable ROM (EPROM), and an electrical EPROM (EEPROM (Registered Trade Name). )), a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disc, a mini disc and a DVD.

12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem Prozessierungsschaltungen, die in jeder der numerische Steuervorrichtungen 100 gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3 enthalten sind, dedizierte Hardware umfassen. In einem Fall, in dem die Prozessierungsschaltung dedizierte Hardware umfasst, umfassen Beispiele der in 12 gezeigten Prozessierungsschaltung 93 eine einzige Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, einen programmierten Prozessor, einem parallel-programmierten Prozessor, eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Feld-programmierbares Gate-Array (FPGA) und eine Kombination derselben. Die Funktionen der numerischen Steuervorrichtung 100 können durch die Prozessierungsschaltung 93 separat implementiert sein, oder sie können durch die Prozessierungsschaltung 93 kollektiv implementiert sein. 12 is a diagram showing an example in which processing circuits included in each of the numerical control devices 100 according to Embodiments 1 to 3 include dedicated hardware. In a case where the processing circuitry includes dedicated hardware Examples of the in 12 Processing circuit 93 shown includes a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), and a combination thereof. The functions of the numerical control device 100 may be implemented separately by the processing circuit 93, or they may be implemented collectively by the processing circuit 93.

Es sei angemerkt, dass einige der Funktionen der numerischen Steuervorrichtung 100 durch dedizierte Hardware implementiert sein können und einige der anderen Funktionen derselben durch Software oder Firmware implementiert sein können. Die Prozessierungsschaltung kann jede der vorangehend beschriebenen Funktionen mittels dedizierter Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen derselben implementieren.It should be noted that some of the functions of the numerical control device 100 may be implemented by dedicated hardware and some of the other functions thereof may be implemented by software or firmware. The processing circuitry may implement any of the functions described above using dedicated hardware, software, firmware, or combinations thereof.

Wie vorangehend beschriebenen, ist bei den Ausführungsformen 1 bis 3 das Modell der numerischen Steuervorrichtung 100 durch eine Kombination der Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle und die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 ausgedrückt. Die Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle schätzt das Drehmoment unter Verwendung der mechanischen physikalischen Eigenschaften der Zielmaschine 10 und von Information zu einem physikalischen Phänomen, das in der Bewegungsgleichung explizit angegeben ist. Die Maschinenlernmodellberechnungseinheit 4 schätzt eine Drehmomentkomponente, die eine starke Nichtlinearität aufweist und die in der Bewegungsgleichung schwierig auszudrücken ist, wobei ein Korrekturwert für das Drehmoment, das durch die Berechnungseinheit 2 für physikalische Modelle geschätzt ist, als ein autoregressiver Term enthalten ist. Die numerische Steuervorrichtung 100 lernt diese Elemente der Reihe nach. Im Ergebnis kann die numerische Steuervorrichtung 100 das Modell der Zielmaschine 10, das eine große Drehmomentschätzgenauigkeit und eine große Verallgemeinerungsfähigkeit in Bezug auf das tatsächliche Drehmoment hat, mit einer kleinen Menge von Bewegungsdaten und mit großer Geschwindigkeit lernen. Ferner kann die numerische Steuervorrichtung 100 auch eine kleine Unregelmäßigkeit detektieren, indem sie das tatsächliche Drehmoment mit einem Drehmomentschätzwert vergleicht, d. h. die tatsächliche Maschine mit dem gelernten Modell vergleicht.As described above, in Embodiments 1 to 3, the model of the numerical control device 100 is expressed by a combination of the physical model calculation unit 2 and the machine learning model calculation unit 4. The physical model calculation unit 2 estimates the torque using the mechanical physical properties of the target machine 10 and information about a physical phenomenon explicitly stated in the equation of motion. The machine learning model calculation unit 4 estimates a torque component that has a strong nonlinearity and is difficult to express in the equation of motion, wherein a correction value for the torque estimated by the physical model calculation unit 2 is included as an autoregressive term. The numerical control device 100 learns these elements sequentially. As a result, the numerical control device 100 can learn the model of the target machine 10, which has a large torque estimation accuracy and a large generalization ability with respect to the actual torque, with a small amount of motion data and at a high speed. Furthermore, the numerical control device 100 can also detect a small irregularity by comparing the actual torque with a torque estimate, i.e. H. compares the actual machine with the learned model.

Die numerische Steuervorrichtung 100 lernt somit die physikalischen Modellparameter und die Maschinenlernmodellparameter der Reihe nach. Als Folge davon kann die numerische Steuervorrichtung 100 die mechanischen physikalischen Eigenschaften der Zielmaschine 10, eine Drehmomentkomponente, die von einem physikalischen Phänomen herrührt, das in der Bewegungsgleichung explizit angegeben ist, und eine Drehmomentkomponente, die eine starke Nichtlinearität aufweist und in der Bewegungsgleichung schwierig auszudrücken ist, separat lernen und schätzen. Als Folge davon kann die numerische Steuervorrichtung 100 die Zeit, die für das gesamte Lernen notwendig ist, verkürzen und den Absolutwert des Maschinenlernkorrekturwerts durch Lernen der physikalischen Modellparameter reduzieren, so dass die Verallgemeinerungsfähigkeit des zweiten geschätzten Drehmoments in Bezug auf das tatsächliche Drehmoment verbessert werden kann. Ferner kann die numerische Steuervorrichtung 100 die Genauigkeit der Schätzung des zweiten geschätzten Drehmoments verbessern, indem sie die zweite Drehmomentschätzeinheit 41 veranlasst, die Korrelation zwischen den Merkmalswerten in Zeitrichtung basierend auf dem autoregressiven Term der Eingabe-Ausgabe-Beziehung effizient zu lernen. Wie vorangehend beschrieben, ermöglicht die numerische Steuervorrichtung 100 die hochgenaue Drehmomentschätzung auch für komplizierte Phänomene mit starker Nichtlinearität.The numerical control device 100 thus learns the physical model parameters and the machine learning model parameters sequentially. As a result, the numerical control device 100 can control the mechanical physical properties of the target machine 10, a torque component that arises from a physical phenomenon that is explicitly specified in the equation of motion, and a torque component that has strong nonlinearity and is difficult to express in the equation of motion , learn and appreciate separately. As a result, the numerical control device 100 can shorten the time necessary for the entire learning and reduce the absolute value of the machine learning correction value by learning the physical model parameters, so that the generalization ability of the second estimated torque with respect to the actual torque can be improved. Further, the numerical control device 100 can improve the accuracy of estimation of the second estimated torque by causing the second torque estimation unit 41 to efficiently learn the correlation between the feature values in the time direction based on the autoregressive term of the input-output relationship. As described above, the numerical control device 100 enables highly accurate torque estimation even for complicated phenomena with strong nonlinearity.

Es sei angemerkt, dass die Ausführungsformen 1 bis 3 auf der Annahme beruhen, dass die Zielmaschine 10, die eine Werkzeugmaschine ist, durch die numerische Steuervorrichtung 100 gesteuert wird, allerdings kann die numerische Steuervorrichtung 100 auch für jegliche andere Maschine verwendet werden, unabhängig von der Anzahl der Achsen der Maschine und des Mechanismus für lineare Bewegung oder Rotation eines Gelenks. Die numerische Steuervorrichtung 100 kann auch verwendet werden, um ein Schneiden zu steuern, das von einem Roboter oder dergleichen, einer Montiermaschine oder dergleichen ausgeführt wird.Note that Embodiments 1 to 3 are based on the assumption that the target machine 10, which is a machine tool, is controlled by the numerical control device 100, however, the numerical control device 100 can also be used for any other machine regardless Number of axes of the machine and mechanism for linear movement or rotation of a joint. The numerical control device 100 can also be used to control cutting performed by a robot or the like, a assembler or the like.

Die Konfigurationen, die in jeder der obigen Ausführungsformen dargelegt wurden, zeigen Beispiele des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung. Die Konfiguration jeder Ausführungsform kann mit einer anderen bekannten Technik kombiniert werden. Die jeweiligen Konfigurationen der Ausführungsformen können auf geeignete Weise miteinander kombiniert werden. Es ist möglich, Teile der Konfiguration jeder Ausführungsform teilweise wegzulassen oder zu ändern, ohne von dem Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.The configurations set forth in each of the above embodiments show examples of the subject matter of the present disclosure. The configuration of each embodiment may be combined with other known techniques. The respective configurations of the embodiments can be suitably combined with each other. It is possible to partially omit or change parts of the configuration of each embodiment without departing from the scope of the present disclosure.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Motorzustandsbeobachtungseinheit;engine condition observation unit;
22
Modellberechnungseinheit;model calculation unit;
33
Merkmalsgrößenerzeugungseinheit;feature size generation unit;
44
Maschinenlernmodellberechnungseinheit;machine learning model calculation unit;
55
Schneidzustandsbeobachtungseinheit;cutting condition observation unit;
1010
Zielmaschine;target machine;
1111
Säule;Pillar;
1212
Spindelkopf;spindle head;
1313
Tisch;Table;
1414
Werkzeug;Tool;
1515
Werkstück;Workpiece;
2121
erste Drehmomentschätzeinheit;first torque estimation unit;
2222
Speichereinheit für physikalische Modelle;Physical model storage unit;
4141
zweite Drehmomentschätzeinheit;second torque estimation unit;
4242
Maschinenlernmodellspeichereinheit;machine learning model storage unit;
4141
Prozessor;Processor;
9292
Speicher;Storage;
9393
Prozessierungsschaltung;processing circuit;
100100
numerische Steuervorrichtung;numerical control device;
411411
Maschinenlerneinheit.Machine learning unit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2013128387 [0004]JP 2013128387 [0004]

Claims (19)

Numerische Steuervorrichtung zum Steuern eines Motors einer Werkzeugmaschine, die ein Werkstück schneidet, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Motorzustandsbeobachtungseinheit, um Motorzustandssignale auszugeben, die Ergebnisse der Beobachtung eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit, um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine schneidet; eine erste Drehmomentschätzeinheit, um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein geschätzter Wert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit, um aus dem Schneidzustandssignal und dem ersten geschätzten Drehmoment, und/oder den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit, um aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern einen Maschinenlernkorrekturwert zu berechnen, die Maschinenlernmodellparameter so zu lernen, dass sich der berechnete Maschinenlernkorrekturwert einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert, und die gelernten Maschinenlernmodellparameter zu speichern. A numerical control device for controlling a motor of a machine tool that cuts a workpiece, the numerical control device comprising: an engine condition observation unit for outputting engine condition signals indicating results of observation of a condition of the engine; a cutting condition observation unit for outputting a cutting condition signal indicating whether the machine tool is cutting; a first torque estimation unit for outputting a first estimated torque and physical state variables based on the engine state signals and physical model parameters of the machine tool, the first estimated torque being an estimated value of the torque of the engine, the physical state variables being components of the first estimated torque; a feature value generation unit for generating feature values from the cutting state signal and the first estimated torque, and/or the physical state variables and/or the engine state signals, and outputting the generated feature values; and a machine learning model calculation unit for calculating a machine learning correction value from the feature values and the machine learning model parameters, learning the machine learning model parameters such that the calculated machine learning correction value approximates a difference between an actual torque included in the engine state signals and the first estimated torque, and the learned Store machine learning model parameters. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Merkmalswerterzeugungseinheit eine Speichervorrichtung umfasst und Information, die als die Merkmalswerte zu verwenden ist, aus der in der Speichervorrichtung gespeicherten Information extrahiert, wobei die Speichervorrichtung das erste geschätzte Drehmoment, die physikalischen Zustandsvariablen, die Motorzustandssignale, das Schneidzustandssignal, Werkzeuginformation und Bearbeitungsinformation speichert, wobei die Werkzeuginformation Information zu einem Werkzeug ist, das durch die Werkzeugmaschine zu verwenden ist, wobei die Bearbeitungsinformation Information zu einer Bearbeitungsgegebenheit für die durch die Werkzeugmaschine durchzuführende Bearbeitung ist.Numerical control device according to Claim 1 , wherein the feature value generation unit includes a storage device and extracts information to be used as the feature values from the information stored in the storage device, the storage device storing the first estimated torque, the physical state variables, the engine state signals, the cutting state signal, tool information and machining information, wherein the tool information is information about a tool to be used by the machine tool, wherein the machining information is information about a machining condition for the machining to be performed by the machine tool. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit die Maschinenlernmodellparameter, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während geschnitten wurde, und die Maschinenlernmodellparameter speichert, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde.Numerical control device according to Claim 2 , wherein the machine learning model calculation unit stores the machine learning model parameters learned based on values input and output while cutting, and the machine learning model parameters learned based on values input and output while not cutting. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit ein zweites geschätztes Drehmoment berechnet, eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment überwacht und eine Unregelmäßigkeit basierend auf der Differenz detektiert, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit das zweite geschätzte Drehmoment berechnet, indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment den Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Maschinenlernmodellparametern berechnet wurde, die basierend auf den Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde.Numerical control device according to Claim 3 , wherein the machine learning model calculation unit calculates a second estimated torque, monitors a difference between the actual torque and the calculated second estimated torque, and detects an irregularity based on the difference, wherein the machine learning model calculation unit calculates the second estimated torque by adding the machine learning correction value to the first estimated torque added, which was calculated from the machine learning model parameters learned based on the values input and output while not cutting. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit ein zweites geschätztes Drehmoment berechnet und ein Schneidlastdrehmoment gewinnt, das eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment ist, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit das zweite geschätzte Drehmoment berechnet, indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment den Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Maschinenlernmodellparametern auf der Grundlage der Werte berechnet wurde, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde.Numerical control device according to Claim 3 , wherein the machine learning model calculation unit calculates a second estimated torque and obtains a cutting load torque that is a difference between the actual torque and the calculated second estimated torque, wherein the machine learning model calculation unit calculates the second estimated torque by adding to the first estimated torque the machine learning correction value, which was calculated from the machine learning model parameters based on the values input and output while not cutting. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit ein zweites geschätztes Drehmoment berechnet, eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment überwacht und Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs basierend auf der Differenz detektiert, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit das zweite geschätzte Drehmoment berechnet, indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment den Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Maschinenlernmodellparametern berechnet wurde, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während geschnitten wurde.Numerical control device according to Claim 3 , wherein the machine learning model calculation unit calculates a second estimated torque, monitors a difference between the actual torque and the calculated second estimated torque, and detects wear or loss of the tool based on the difference, the machine learning model calculation unit calculates the second estimated torque by adding to the first estimated torque the machine learning correction value calculated from the machine learning model parameters learned based on values input and output while cutting. Numerische Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Speichervorrichtung ferner Bestimmungsinformation speichert, die angibt, welche Bestimmung zum Detektieren einer Mehrzahl von Ereignissen beim Bearbeiten durchzuführen ist.Numerical control device according to one of Claims 2 until 6 , wherein the storage device further stores determination information indicating which determination to make for detecting a plurality of events in editing. Numerische Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Werkzeuginformation Information zu einer Anzahl der Klingen des Werkzeugs oder Information zu einer Länge eines Vorsprungs des Werkzeugs umfasst.Numerical control device according to one of Claims 2 until 7 , wherein the tool information includes information about a number of blades of the tool or information about a length of a projection of the tool. Numerische Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Werkzeug ein Werkzeug ist, das zum Drehen zu verwenden ist, und wobei die Werkzeuginformation Information zu einer Gestalt einer Spitze des Werkzeugs oder Information zu einem Freiwinkel des Werkzeugs umfasst.Numerical control device according to one of Claims 2 until 7 , wherein the tool is a tool to be used for turning, and wherein the tool information includes information about a shape of a tip of the tool or information about a clearance angle of the tool. Numerische Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit den Maschinenlernkorrekturwert unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks als das Maschinenlernen berechnet, welches einen autoregressiven Term in einer Eingabe-Ausgabe-Beziehung umfasst, und ein Error-Back-Propagation-Verfahren verwendet, wenn die Maschinenlernmodellparameter gelernt werden.Numerical control device according to one of Claims 1 until 9 , wherein the machine learning model calculation unit calculates the machine learning correction value using a neural network as the machine learning that includes an autoregressive term in an input-output relationship, and uses an error back propagation method when learning the machine learning model parameters. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment als den autoregressiven Term verwendet.Numerical control device according to Claim 10 , where the machine learning model calculation unit uses the difference between the actual torque and the first estimated torque as the autoregressive term. Numerische Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Drehmomentschätzeinheit das erste geschätzte Drehmoment und die physikalischen Zustandsvariablen ausgibt, indem sie eine auf den Motorzustandssignalen und den physikalischen Modellparametern basierende Bewegungsgleichung verwendet.Numerical control device according to one of Claims 1 until 11 , wherein the first torque estimation unit outputs the first estimated torque and the physical state variables using an equation of motion based on the engine state signals and the physical model parameters. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Bewegungsgleichung ein stetiges und glattes Reibungsmodell umfasst, wobei das Reibungsmodell als eine Eingabe eine aus den Motorzustandssignalen gewonnene Geschwindigkeit des Motors verwendet, wobei das Reibungsmodell einen geschätzten Wert einer Reibungskomponente des Drehmoments ausgibt.Numerical control device according to Claim 12 , wherein the equation of motion includes a steady and smooth friction model, the friction model using as an input a speed of the engine obtained from the engine state signals, the friction model outputting an estimated value of a friction component of the torque. Numerische Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: eine Berechnungseinheit für physikalische Modelle, um die physikalischen Modellparameter so zu lernen, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten gelernten Drehmoment reduziert wird, und um die gelernten physikalischen Modellparameter zu speichern.Numerical control device according to one of Claims 1 until 11 , further comprising: a physical model calculation unit for learning the physical model parameters so that the difference between the actual torque and the first learned torque is reduced, and for storing the learned physical model parameters. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die erste Drehmomentschätzeinheit das erste geschätzte Drehmoment und die physikalischen Zustandsvariablen ausgibt, indem sie eine auf den Motorzustandssignalen und den physikalischen Modellparametern basierende Bewegungsgleichung verwendet, wobei die Bewegungsgleichung ein stetiges und glattes Reibungsmodell verwendet, wobei das Reibungsmodell eine aus den Motorzustandssignalen gewonnene Geschwindigkeit des Motors als eine Eingabe verwendet, wobei das Reibungsmodell einen geschätzten Wert einer Reibungskomponente des Drehmoments ausgibt, und wobei die Berechnungseinheit für physikalische Modelle Koeffizienten des Reibungsmodells als die physikalischen Modellparameter lernt und die gelernten Koeffizienten speichert.Numerical control device according to Claim 14 , wherein the first torque estimation unit outputs the first estimated torque and the physical state variables by using an equation of motion based on the engine state signals and the physical model parameters, the equation of motion using a steady and smooth friction model, the friction model a speed of the engine obtained from the engine state signals used as an input, wherein the friction model outputs an estimated value of a friction component of the torque, and wherein the physical model calculation unit learns coefficients of the friction model as the physical model parameters and stores the learned coefficients. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die physikalischen Zustandsvariablen das Reibungsmodell umfassen.Numerical control device according to Claim 15 , where the physical state variables comprise the friction model. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Berechnungseinheit für physikalische Modelle beim Lernen der physikalischen Modellparameter abwechselnd die Koeffizienten des Reibungsmodells und andere physikalische Modellparameter schätzt.Numerical control device according to Claim 16 , wherein the physical model calculation unit alternately estimates the coefficients of the friction model and other physical model parameters when learning the physical model parameters. Numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die Berechnungseinheit für physikalische Modelle beim Lernen der physikalischen Modellparameter ein Verfahren der kleinsten Quadrate, ein regularisiertes Verfahren der kleinsten Quadrate, ein nichtlineares Verfahren der kleinsten Quadrate oder ein Kalman-Filter verwendet.Numerical control device according to Claim 16 or 17 , wherein the physical model calculation unit uses a least squares method, a regularized least squares method, a nonlinear least squares method or a Kalman filter in learning the physical model parameters. Numerische Steuervorrichtung zum Steuern eines Motors einer Werkzeugmaschine, die ein Werkstück schneidet, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Motorzustandsbeobachtungseinheit, um Motorzustandssignale auszugeben, die Ergebnisse der Beobachtung eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit, um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine schneidet; eine erste Drehmomentschätzeinheit, um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein Schätzwert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit, um aus dem Schneidzustandssignal und dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine zweite Drehmomentschätzeinheit, um ein zweites geschätztes Drehmoment auszugeben indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment einen Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern so berechnet wurde, dass der berechnete Maschinenlernkorrekturwert sich einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert.A numerical control device for controlling a motor of a machine tool that cuts a workpiece, the numerical control device comprising: an engine condition observation unit for outputting engine condition signals indicating results of observation of a condition of the engine; a cutting condition observation unit for outputting a cutting condition signal indicating whether the machine tool is cutting; a first torque estimation unit to output a first estimated torque and physical state variables based on the motor state signals and physical model parameters of the machine tool, where the first estimated torque is an estimate of the torque of the engine, wherein the physical state variables are components of the first estimated torque; a feature value generation unit for generating feature values from the cutting state signal and the first estimated torque, the physical state variables and/or the engine state signals and outputting the generated feature values; and a second torque estimation unit for outputting a second estimated torque by adding to the first estimated torque a machine learning correction value calculated from the feature values and the machine learning model parameters such that the calculated machine learning correction value is a difference between an actual torque included in the engine state signals , and approximates the first estimated torque.
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