JP2008087094A - Tool attaching abnormality detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータのような駆動源を備える駆動装置に対して工具が着脱可能である工作機械において、工具の取付状態の不具合や工具の種類間違いのような異常を検出する工具の取付異常検出装置に関するものである。 The present invention relates to a tool mounting abnormality detection that detects an abnormality such as a failure in the mounting state of a tool or a wrong type of tool in a machine tool in which a tool can be attached to and detached from a driving device having a driving source such as a motor. It relates to the device.
従来から、数値制御工作機械の自動工具交換装置において、工具交換アームの交換動作の異常を監視する装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この装置は、工具交換アームの交換動作中の各位置における駆動モータのトルク波形パターンを検出し、工具交換アームの正常運転時における駆動モータのトルク波形パターンと比較して、工具交換動作の異常を検出するものである。トルク波形パターンの比較には、工具交換アームの交換動作中の同一位置でのトルク値の誤差量を求め、この誤差量が許容範囲内か否かによって工具交換動作について異常の有無を判断している。 Conventionally, in an automatic tool changer for a numerically controlled machine tool, a device for monitoring an abnormality in a change operation of a tool changer arm has been proposed (for example, see Patent Document 1). This device detects the torque waveform pattern of the drive motor at each position during the exchange operation of the tool exchange arm, and compares it with the torque waveform pattern of the drive motor during normal operation of the tool exchange arm. It is to detect. To compare torque waveform patterns, the error amount of the torque value at the same position during the tool change arm change operation is obtained, and whether there is an abnormality in the tool change operation is determined by whether this error amount is within the allowable range. Yes.
特許文献1に記載された装置は、工具交換アームの製作誤差に起因する工具交換動作の異常の有無を監視することによって、工作機械やワークの損傷を未然に防ぐという技術的課題を解決している。特許文献1には、工具マガジンに保管されている複数個の工具について工具の重量差を考慮し、交換する工具に合わせたトルク波形パターンを記憶させておき、工具交換時には交換する工具に合わせたトルク波形パターンを用いることも記載されている。
ところで、特許文献1に記載された技術は、自動工具交換装置の異常の有無を検出するものであり、自動工具交換装置が正常に動作していれば、駆動装置に対して工具が正常に取り付けられるという前提に立っている。しかしながら、たとえ自動工具交換装置を用いる場合でも、工具マガジンに工具を保管する作業は人手を介して行うから、工具マガジンに工具を保管する際に、工具の場所や向きを間違えることがある。このような場合には、自動工具交換装置が正常に動作していたとしても、駆動装置に対して工具が誤って取り付けられるから、正常な加工工作が行われないという問題が生じる。したがって、駆動装置に工具を取り付けた状態において、工具の取付状態の不具合や工具の種類間違いのような異常を検出することが望まれている。 By the way, the technique described in Patent Document 1 detects the presence or absence of an abnormality in the automatic tool changer. If the automatic tool changer is operating normally, the tool is normally attached to the drive unit. It is based on the premise that However, even when an automatic tool changer is used, the work for storing the tool in the tool magazine is performed manually, and therefore the tool location and orientation may be wrong when storing the tool in the tool magazine. In such a case, even if the automatic tool changer is operating normally, the tool is erroneously attached to the drive unit, so that there is a problem that normal machining is not performed. Therefore, it is desired to detect an abnormality such as a failure in the mounting state of the tool or a wrong type of tool in a state where the tool is mounted on the driving device.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、駆動装置に工具を取り付けた状態において工具の取付状態の不具合や工具の種類間違いを検出することが可能な工具の取付異常検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and the purpose of the present invention is to detect abnormalities in the installation state of the tool or the wrong type of tool when the tool is attached to the drive device. It is to provide a detection device.
請求項1の発明は、工具が駆動装置に対して着脱可能に装着される工作機械において駆動装置から発生する振動を検出する振動センサと、振動センサの出力である対象信号から複数のパラメータからなる特徴量を抽出する特徴抽出部と、特徴抽出部により抽出した特徴量のカテゴリを分類するニューラルネットワークと、ニューラルネットワークによる分類結果を用いて駆動装置への工具の装着状態を判定する判定部とを備え、ニューラルネットワークは、工具を駆動装置に取り付けた状態で空転させたときの対象信号の特徴量を学習データに用い工具の取付状態をカテゴリとした学習が行われ、判定部は、工具を駆動装置に取り付けた状態で空転しているときに得られる対象信号の特徴量を、学習後のニューラルネットワークに検査データとして与えたときのニューラルネットワークの分類結果により工具の装着状態が正常か異常かを判定することを特徴とする。 The invention of claim 1 comprises a vibration sensor for detecting vibration generated from the drive device in a machine tool in which the tool is detachably attached to the drive device, and a plurality of parameters from a target signal which is an output of the vibration sensor. A feature extraction unit that extracts a feature amount; a neural network that classifies the category of the feature amount extracted by the feature extraction unit; and a determination unit that determines a state of attachment of the tool to the drive device using a classification result by the neural network. The neural network uses the feature quantity of the target signal when the tool is idled with the tool attached to the drive device as learning data, and learning is performed with the tool attachment state as a category, and the determination unit drives the tool. The feature value of the target signal obtained when idling while attached to the device is inspected in the neural network after learning. Attachment state of the tool by the classification result of the neural network when given by the and judging whether normal or abnormal.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記ニューラルネットワークは、駆動装置に対する工具の取付状態が正常であるときの特徴量のみを学習データに用い、前記判定部は、学習後のニューラルネットワークに検査データを与えたときに発火したニューロンが正常のカテゴリに属していないときに駆動装置への工具の取付状態が異常であると判定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the neural network uses, as learning data, only the feature amount when the state of attachment of the tool with respect to the drive device is normal, and the determination unit uses the learned neural network. It is characterized in that when the neuron that fires when the inspection data is given to the network does not belong to the normal category, it is determined that the attachment state of the tool to the drive device is abnormal.
請求項3の発明では、請求項2の発明において、前記工作機械は工具マガジンに保管された複数個の工具を指示された順序で自動的に交換する構成であって、前記ニューラルネットワークは工具別の学習データを用いて学習され、前記判定部は、工作機械において工具を交換する指示に同期して正常のカテゴリに属するニューロンを変更することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the machine tool is configured to automatically replace a plurality of tools stored in a tool magazine in a specified order, and the neural network is classified by tool. The learning unit is configured to change the neurons belonging to the normal category in synchronization with an instruction to change the tool in the machine tool.
請求項4の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれかの発明において、前記ニューラルネットワークは競合学習型ニューラルネットワークであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the neural network is a competitive learning type neural network.
請求項1の発明の構成によれば、工具を駆動装置に正常に取り付けた状態で空転させたときの駆動装置の振動を振動センサで検出し、このときの振動センサの出力の特徴量でニューラルネットワークの学習を行い、一方、工具の取付に関する異常を判定する際には、駆動装置に工具を取り付けて空転させたときの振動センサの出力の特徴量をニューラルネットワークにより分類するから、実際に工具を装着しワークを加工する前の状態での異常の有無を判定することができる。つまり、駆動装置に取り付けた工具の種類の間違いや駆動装置への工具の取付位置のずれのような工具の取付状態の不具合、あるいは駆動装置に対する工具の取付向きの間違い、あるいはまた、工具の破損や駆動装置の異常などを異常として検出することができる。 According to the configuration of the first aspect of the present invention, the vibration of the driving device when the tool is idled with the tool normally attached to the driving device is detected by the vibration sensor, and the feature amount of the output of the vibration sensor at this time On the other hand, when network learning is performed, and abnormalities related to tool attachment are determined, the feature value of the output of the vibration sensor when the tool is attached to the drive unit and idled is classified by the neural network. It is possible to determine whether or not there is an abnormality in the state before mounting the workpiece and machining the workpiece. In other words, the wrong type of tool attached to the drive unit, the failure of the tool mounting state such as the displacement of the tool mounting position on the drive unit, or the wrong mounting direction of the tool with respect to the drive unit, or the damage of the tool It is possible to detect an abnormality of a driving device or the like as an abnormality.
請求項2の発明の構成によれば、工具の取付状態が正常であるときの特徴量のみを学習データに用い、正常以外は異常と判定するから、異常の種類については分類することができないが、学習データの収集が容易であり、装置の導入から実使用までの期間を短くすることができる。また、異常の種類にかかわりなく正常以外は異常と判断することにより、異常の種類が不明であっても安全側の判断になり、工作機械やワークの破損の可能性を低減することができる。
According to the configuration of the invention of
請求項3の発明の構成によれば、工具の種類が異なる場合でも正常のカテゴリに属するニューロンの変更で対応するから、マシニングセンタのように多数個の工具を自動的に交換して加工工作を行う場合でも、工具の取付に関する異常を工具毎に監視することが可能になる。
According to the configuration of the invention of
請求項4の発明の構成によれば、競合学習型ニューラルネットワークを用いるから、構成が簡単である上に、カテゴリ毎の学習データを収集し、カテゴリ別に学習データを与えるだけで簡単に学習させることができる。 According to the configuration of the invention of claim 4, since a competitive learning type neural network is used, the configuration is simple, and learning data for each category is collected, and learning is simply performed by simply providing learning data for each category. Can do.
以下に説明する実施形態は、工作機械として、マシニングセンタやターニングセンタのように、工具マガジンに保持された複数個の工具から使用する工具をプログラムに従って自動的に選択し、選択した工具を駆動装置に自動的に装着するものを想定するが、単機能の工作機械であっても駆動装置に対して工具が着脱可能に装着されるものであれば、本発明の技術思想は適用可能である。駆動装置としては、モータを駆動源に用いるものであればよく、駆動源と工具との間にギアボックスやベルトなどの適宜の伝達機構を設けてあってもよい。以下では、駆動装置としてハウジングを備えるスピンドルを想定する。 In the embodiment described below, as a machine tool, a tool to be used is automatically selected from a plurality of tools held in a tool magazine, such as a machining center and a turning center, according to a program, and the selected tool is used as a drive device. Although what is automatically mounted is assumed, even if it is a single-function machine tool, the technical idea of this invention is applicable if a tool is detachably mounted with respect to a drive device. The drive device may be any device that uses a motor as a drive source, and an appropriate transmission mechanism such as a gear box or a belt may be provided between the drive source and the tool. In the following, a spindle including a housing is assumed as a driving device.
本実施形態で説明する工具の取付異常検出装置は、図1に示すように、教師なしの競合学習型ニューラルネットワーク(以下、とくに必要がなければ単に「ニューラルネット」と呼ぶ)1を用いている。ニューラルネットワークとしては、教師有りのバックプロパゲーション型のものを用いることが可能であるが、競合学習型ニューラルネットワークはバックプロパゲーション型のニューラルネットワークよりも構成が簡単であり、カテゴリ毎の学習データを用いて学習させるだけでよく、一旦学習した後も追加学習によって学習を強化させることが可能である点で、この種の用途向けに適している。 As shown in FIG. 1, the tool attachment abnormality detection apparatus described in the present embodiment uses an unsupervised competitive learning type neural network (hereinafter simply referred to as “neural network” unless otherwise required) 1. . As a neural network, it is possible to use a back-propagation type with supervision, but a competitive learning type neural network is simpler in configuration than a back-propagation type neural network, and learning data for each category is used. This method is suitable for this kind of application in that it only needs to be used for learning, and learning can be strengthened by additional learning even after learning once.
ニューラルネット1は、図2に示すように、それぞれ入力層11と出力層12との2層からなり、出力層12の各ニューロンN2が入力層11のすべてのニューロンN1とそれぞれ結合された構成を有している。ニューラルネット1は、逐次処理型のコンピュータで適宜のアプリケーションプログラムを実行することにより実現する場合を想定しているが、専用のニューロコンピュータを用いることも可能である。
As shown in FIG. 2, the neural network 1 includes two layers of an
ニューラルネット1の動作には、学習モードと検査モードとがあり、学習モードにおいて適宜の学習データを用いて学習した後に、検査モードにおいて実際の対象信号から生成した複数のパラメータからなる特徴量(検査データ)のカテゴリを分類する。 The operation of the neural network 1 includes a learning mode and an inspection mode. After learning using appropriate learning data in the learning mode, a feature amount (inspection) including a plurality of parameters generated from an actual target signal in the inspection mode. Data) category.
入力層11のニューロンN1と出力層12のニューロンN2との結合度(重み係数)は可変であり、学習モードにおいて、学習データをニューラルネット1に入力することによりニューラルネット1を学習させ、入力層11の各ニューロンN1と出力層12の各ニューロンN2との重み係数を決める。言い換えると、出力層12の各ニューロンN2には、入力層11の各ニューロンN1との間の重み係数を要素とする重みベクトルが対応付けられる。したがって、重みベクトルは入力層11のニューロンN1と同数の要素を持ち、入力層11に入力される特徴量のパラメータの個数と重みベクトルの要素の個数とは一致する。
The degree of connection (weighting coefficient) between the neuron N1 in the
一方、検査モードでは、カテゴリを判定すべき検査データをニューラルネット1の入力層11に与えると、出力層12のニューロンN2のうち、重みベクトルと検査データとのユークリッド距離が最小であるニューロンN2が発火する。学習モードにおいて出力層12のニューロンN2にカテゴリが対応付けられていれば、発火したニューロンN2の位置のカテゴリによって検査データのカテゴリを知ることができる。
On the other hand, in the inspection mode, when the inspection data whose category is to be determined is given to the
出力層12のニューロンN2には、たとえば6×6個の領域を有する2次元のクラスタリングマップ4の各領域に一対一に対応付けられている。したがって、学習モードにおいて、クラスタリングマップ4の各領域に学習データのカテゴリを対応付けておけば、検査データにより発火したニューロンN2に対応するカテゴリをクラスタリングマップ4により知ることができる。クラスタリングマップ4はニューラルネット1による分類結果を出力する出力部として機能する。
The neuron N2 of the
クラスタリングマップ4の各領域(実質的には出力層12の各ニューロンN2)にカテゴリを対応付けるに際しては、学習済みのニューラルネット1を出力層12から入力層11に向かって逆向きに動作させて出力層12の各ニューロンN2ごとに入力層11に与えたデータを推定し、推定したデータとのユークリッド距離がもっとも近い学習データのカテゴリを、出力層12における当該ニューロンN2のカテゴリに用いる。言い換えると、出力層12の各ニューロンN2のカテゴリには、各ニューロンN2の重みベクトルとのユークリッド距離が最小である学習データのカテゴリを用いる。これにより、出力層12の各ニューロンN2のカテゴリには、学習データのカテゴリが反映される。
When associating a category with each region of the clustering map 4 (substantially each neuron N2 of the output layer 12), the learned neural network 1 is operated in the opposite direction from the
各カテゴリについて多数個(たとえば、150個)の学習データを与えることにより、類似度の高いカテゴリがクラスタリングマップ4上で近い位置に配置される。つまり、出力層12のニューロンN2のうち同種のカテゴリに属する学習データに対応して発火したニューロンN2は、クラスタリングマップ4上で近い位置に集まりニューロンN2の集合からなるクラスタを形成する。
By giving a large number (for example, 150) of learning data for each category, a category having a high similarity is arranged at a close position on the clustering map 4. That is, among the neurons N2 in the
なお、学習後にクラスタが形成されるとともにカテゴリが対応付けられたものが、本来の意味のクラスタリングマップ4であるが、本実施形態では学習前であってもクラスタリングマップ4と呼んでとくに区別しない。学習モードでニューラルネット1に与えられる学習データは学習データ記憶部5に格納されており、必要に応じて学習データ記憶部5から読み出されてニューラルネット1に与えられる。
Note that the clustering map 4 having the original meaning is formed after the learning and the clusters are associated with each other. However, in the present embodiment, even before the learning, the clustering map 4 is called and is not particularly distinguished. The learning data given to the neural network 1 in the learning mode is stored in the learning
ところで、ニューラルネット1で検出しようとする情報は、駆動装置Xに対して工具Yが正常に装着されているか否かであるから、カテゴリとしては正常状態か異常状態かを分類することができればよく、異常の種類を検出しようとするときには異常の種類もカテゴリになる。また、駆動装置Xには複数個の工具Yを取り換えて装着するから、工具Yごとに正常と異常とを区別する必要がある。したがって、異常の種類についても識別しようとすれば、多種類のカテゴリが必要になり、学習データの収集に手間がかかるから、本実施形態では各工具Yについて正常状態のみのカテゴリを設定し、正常状態から逸脱する場合には異常と判定する。ただし、各種の異常状態について学習データを収集可能な場合には、異常の種類もカテゴリとして設定してもよい。 By the way, since the information to be detected by the neural network 1 is whether or not the tool Y is normally attached to the drive device X, it is sufficient that the category can be classified as normal or abnormal. When the type of abnormality is to be detected, the type of abnormality is also a category. In addition, since a plurality of tools Y are replaced and mounted on the driving device X, it is necessary to distinguish between normal and abnormal for each tool Y. Therefore, if an attempt is made to identify the type of abnormality, many types of categories are required, and it takes time and effort to collect learning data. Therefore, in this embodiment, only the normal state category is set for each tool Y, and normal When deviating from the state, it is determined as abnormal. However, when learning data can be collected for various abnormal states, the type of abnormality may be set as a category.
駆動装置Xに対して工具Yの装着状態を判定するために、駆動装置Xに密着するように取り付けた振動センサ2の出力を検査すべき対象信号として用いる。振動センサ2としては加速度ピックアップを用いており、振動センサ2は、図3に示すように、駆動装置Xのハウジング13の外側面に密着させる形で取り付けられる。振動センサ2を駆動装置Xに取り付けるにあたっては、駆動装置Xの動作を妨げず、かつ駆動装置Xの動作によって取付状態の変化しないことが要求される。したがって、接着ないし溶着によって振動センサ2を駆動装置Xのハウジング13に固着する。また、振動センサ2の着脱を可能とするために、振動センサ2を着脱可能に結合する保持具をハウジング13に固着する構成を採用してもよい。
In order to determine the mounting state of the tool Y with respect to the driving device X, the output of the
振動センサ2から出力される電気信号は対象信号として特徴抽出部3に与えられ、特徴抽出部3では対象信号について複数のパラメータを持つ特徴量を抽出する。特徴量は対象信号において着目する属性に応じて適宜に取り出すことができるが、本実施形態では対象信号の周波数成分(周波数帯域ごとのパワー)に着目している。駆動装置Xはスピンドルであるから振動センサ2の出力は周期性を有しているが、振動センサ2の出力について時間軸上のどの部位から特徴量を抽出するかによって抽出される特徴量が変化するから、特徴抽出部3では特徴量を抽出する前に、振動センサ2の出力から特徴量を抽出する部位を揃えるための前処理が必要である。
The electrical signal output from the
そこで、特徴抽出部3では、駆動装置Xの動作に同期したタイミング信号(トリガ信号)を用いたり、対象信号の波形の特徴(たとえば、ひとまとまりの対象信号の開始点と終了点)を用いたりすることによって、振動センサ2から出力された対象信号について時間軸方向の着目部分の切り出し(セグメンテーション)を行う。ここに、セグメンテーションの際に、1周期の対象信号から1区間分だけ信号を取り出すのではなく、適宜の単位時間ごとの複数区間に分割してもよい。特徴抽出部3では、区間ごとに複数個のパラメータからなる1セットの特徴量を抽出する。
Therefore, the
上述の前処理を行うために、特徴抽出部3は振動センサ2から与えられる対象信号を一時的に記憶するバッファを備える。また、特徴抽出部3の前処理では、必要に応じて周波数帯域を制限するなどしてノイズを低減させる。さらに、振動センサ2から出力される対象信号をデジタル信号に変換する機能も備える。
In order to perform the above-described preprocessing, the
特徴抽出部3において周波数成分を抽出するには、FFT(高速フーリエ変換)の技術、あるいは多数個のバンドパスフィルタからなるフィルタバンクを用いる。どの周波数を特徴量に用いるかは、対象とする駆動装置Xや抽出しようとする異常に応じて適宜に選択される。
In order to extract frequency components in the
特徴抽出部3から得られた特徴量は、学習モードの前に学習データを収集する際には学習データ記憶部5に格納され、検査モードの際には特徴量の抽出のたびにニューラルネット1に与えられ、特徴量を検査データとしてニューラルネット1が検査データのカテゴリを分類する。
The feature amount obtained from the
ここでは、学習データ記憶部5に格納されているデータをデータセットと呼び、データセットに含まれる各データは駆動装置Xに工具Yが正常に取り付けられた状態に対応しているものとする。つまり、学習データ記憶部5には正常状態のカテゴリのデータのデータセットが格納されているものとする。データセットを構成するデータの個数は学習データ記憶部5に格納可能な範囲内で任意であるが、上述のようにニューラルネット1の学習には150個程度のデータを用いるのが望ましい。
Here, the data stored in the learning
学習データ記憶部5には、正常状態のカテゴリを対応付けたデータセットのみが格納されているから、ニューラルネット1を学習モードとして学習データ記憶部5に格納された各データセットで学習を行うとニューラルネット1は正常状態のみの学習を行うことになる。言い換えると、クラスタリングマップ4のカテゴリは正常状態のみであるから、上述のように学習後に逆向きに動作させてカテゴリを設定する作業は省略することができる。
Since the learning
上述のように学習を行えば、出力層12の各ニューロンN2には、それぞれ入力層11の各ニューロンN1との重み係数を要素とする重みベクトルが設定される。したがって、ニューラルネット1を検査モードとして1つのカテゴリの学習データを与えると、当該カテゴリに相当するニューロンN2が発火する。ただし、学習データにはばらつきがあるから、一つのカテゴリの学習データ(データセット)に対して発火するニューロンN2は1箇所に限られず、複数個のニューロンN2によるクラスタを形成する。
If learning is performed as described above, a weight vector having a weight coefficient as an element with each neuron N1 in the
学習モードによりニューラルネット1の学習を行った後に、ニューラルネット1を検査モードとして検査データを与えると、検査データが駆動装置Xへの工具Yの装着が正常状態であることを示しているときには、ニューラルネット1では正常のカテゴリに属するニューロンN2が発火し、当該位置のクラスタリングマップ4によって正常であることが示される。一方、検査データが正常状態ではない場合には、クラスタリングマップ4において正常の位置のニューロンN2が発火しないから、異常状態であると判断することができる。つまり、クラスタリングマップ4は判定部として機能する。 After the learning of the neural network 1 in the learning mode, when the inspection data is given by using the neural network 1 as the inspection mode, the inspection data indicates that the mounting of the tool Y on the driving device X is normal. In the neural network 1, the neuron N2 belonging to the normal category fires, and the clustering map 4 at the position indicates that it is normal. On the other hand, if the test data is not in the normal state, the neuron N2 at the normal position in the clustering map 4 does not fire, so it can be determined that the state is abnormal. That is, the clustering map 4 functions as a determination unit.
クラスタリングマップ4による判定結果が異常状態を示すときには、適宜の報知手段を用いて使用者に異常状態であることを提示するのが望ましい。異常状態の提示には、ランプを点灯させたり警報音を発生させたりすればよい。 When the determination result by the clustering map 4 indicates an abnormal state, it is desirable to present the user to the abnormal state using appropriate notification means. In order to present an abnormal condition, the lamp may be turned on or an alarm sound may be generated.
ニューラルネット1、特徴抽出部3、クラスタリングマップ4、学習データ記憶部5は報知手段とともに1つの筐体14に収納され、振動センサ2とは別に配置される。筐体14と振動センサ2とはセンサ線15を介して接続される。センサ線15は振動センサ2に付設されており、筐体14に対してはコネクタなどによって着脱可能に接続される。また、センサ線15を通して対象信号に雑音成分が混入しないように、センサ線15にはシールド線を用いることが望ましい。
The neural network 1, the
実際に使用するにあたっては、工具Yがワークを切削している期間の振動センサ2の出力から特徴量を抽出すると、特徴量にワークの相違による成分が含まれカテゴリの分類が困難になり、また工具Yが駆動装置Xに正常に取り付けられていない状態でワークを加工すると、ワークが破損するだけではなく駆動装置Xや工具Yの破損につながるから、工具Yを駆動装置Xに取り付けた状態で、ワークを加工する前に駆動装置Xを空転させ、このときに得られる振動センサ2の出力を対象信号に用いる。検査データだけではなく学習データも同様である。検査モードにおいて、空転時に工具Yの装着状態が異常であることが検出されたときには、ワークに工具Yが接触する前に駆動装置Xを停止させるとともに異常を通知する。
In actual use, if the feature amount is extracted from the output of the
上述のように空転時における振動センサ2の出力を用いて工具Yの駆動装置Xへの取付状態を判断することにより、工具Yが傾いている場合や工具Yの取付向きが間違っている場合(工具Yの回転方向において180度回転している場合など)などの異常状態を検出して、ワークに工具Yが接触する前に駆動装置Xを停止させることが可能になる。
As described above, by determining the attachment state of the tool Y to the driving device X using the output of the
図4に示すように、工具マガジン16に複数種類の工具Yが保管されており、あらかじめ設定されたプログラムの指示に従って、工具交換アーム17によって駆動装置4に装着される工具Yを順に取り換える場合には、学習データ記憶部5に格納する学習データのデータセットを工具Yごとに設けておき、工具Yごとの学習データによってニューラルネット1を学習させる。このように学習させたニューラルネット1では、クラスタリングマップ4において、複数種類の工具Yについて正常状態のカテゴリを対応付けた領域が生じるから、工具Yごとに正常か異常かの判定をすることが必要である。
As shown in FIG. 4, when a plurality of types of tools Y are stored in the
どの工具Yが駆動装置4に装着されるかはプログラムによって既知であるから、判定部としてクラスタリングマップ4に加えてプログラムの指示によりクラスタリングマップ4の領域を選択する領域選択部6を設けている。領域選択部6では、工具Yごとにクラスタリングマップ4のどの領域を正常状態として用いるかを選択し、ニューラルネット1に与えた検査データに対して、クラスタリングマップ4において選択した領域のニューロンN2が発火しなければ報知手段により異常を報知する。
Since which tool Y is attached to the drive device 4 is known by the program, an
上述のように、工具マガジン16に保管された複数個の工具Yをプログラムの指示に従って自動的に選択し駆動装置Xに装着する工作機械では、メンテナンスなどのために工具Yを人手によって工具マガジン16に保管する際に、工具Yの保管位置を間違える可能性があるが、この種の間違いに対しても工具Yの間違いを検出できる可能性が高くなり、ワークを誤って加工したり、工具Yや駆動装置Xが破損したりするのを未然に防止できる。
As described above, in a machine tool that automatically selects a plurality of tools Y stored in the
なお、上述の例では、振動センサ2の出力を対象信号に用いているが、駆動装置Xの駆動源がモータである場合には、モータの負荷電流を対象信号に用いることが可能であり、モータがサーボ制御されている場合にはモータに設けたエンコーダの出力を対象信号に用いてもよい。
In the above example, the output of the
1 ニューラルネット(競合学習型ニューラルネットワーク)
2 振動センサ
3 特徴抽出部
4 クラスタリングマップ(判定部)
5 学習データ記憶部
6 領域選択部
11 入力層
12 出力層
13 ハウジング
14 筐体
15 センサ線
16 工具マガジン
17 工具交換アーム
N1 ニューロン
N2 ニューロン
X 駆動装置
1 Neural network (competitive learning type neural network)
2
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