JP2019111648A - Machine learning device and thermal displacement correction device - Google Patents

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Abstract

To provide a machine learning device and a thermal displacement correction device both capable of deriving a highly accurate correction formula, and further implementing a highly accurate collection at a low cost.SOLUTION: A machine learning device comprises: a measured data acquisition part 11 for acquiring measured data groups; a thermal displacement amount acquisition part 12 for acquiring actually measured data of thermal displacement amount of a machine element; and a storage part 13 for storing teacher data comprising the measured data groups acquired by the measured data acquisition part as input data and the actually measured data of thermal displacement amount of the machine element measured by the thermal displacement amount acquisition part 12 as labels in association with each other; and a calculation learning part 14 for performing machine learning on the basis of the measured data groups and the actually measured data of the thermal displacement amount of machine element, to define a thermal displacement amount prediction formula for calculating the thermal displacement amount of the machine element on the basis of the measured data group.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、工作機械に適用される機械学習装置及び熱変位補正装置に関する。   The present invention relates to a machine learning device and a thermal displacement correction device applied to a machine tool.

工作機械における加工誤差の主要因の一つとして、工作機械の機械要素の熱膨張により、工具とワークとの間に相対的な熱変位が発生する問題がある。より具体的には、工作機械の構成要素として、例えば、主軸、主軸装置、ベッド、コラム、ワークテーブル、工具等が挙げられる。主軸の回転による発熱、主軸駆動モータの発熱、クーラント供給装置から工具に供給されるクーラントによる吸熱、潤滑油供給装置から主軸軸受に供給される潤滑油による吸熱等により、とりわけ主軸を中心として上記の構成要素が熱変形し、工具とワークとの間の相対的な熱変位が発生することがある。   As one of the main factors of processing error in a machine tool, there is a problem that relative thermal displacement occurs between a tool and a work due to thermal expansion of machine elements of the machine tool. More specifically, as components of a machine tool, for example, a spindle, a spindle device, a bed, a column, a work table, a tool and the like can be mentioned. Heat generation due to rotation of the spindle, heat generation by the spindle drive motor, heat absorption by the coolant supplied from the coolant supply device to the tool, heat absorption by the lubricant oil supplied from the lubricating oil supply device to the spindle bearing, etc. The components may thermally deform and cause relative thermal displacement between the tool and the workpiece.

これに対し、工作機械の主軸近くの熱源や外気温等の様々な熱源による、主軸の熱膨張の影響を考慮して、工作機械を制御する数値制御装置の指令値を補正することにより、加工精度を向上させる技術が従来用いられてきた(例えば、特許文献1)。   On the other hand, machining is performed by correcting the command value of the numerical control device that controls the machine tool, taking into consideration the influence of thermal expansion of the spindle due to various heat sources such as the heat source near the spindle of the machine tool and the outside air temperature. Techniques for improving the accuracy have been used conventionally (e.g., Patent Document 1).

特開平7−75937号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-75937

しかしながら、特許文献1に記載された技術では、工作機械の特性値の取得方法として、単に、複数の温度センサを設置することが言及されるのみであり、高精度な補正が保証されるものではなかった。   However, in the technique described in Patent Document 1, it is merely mentioned that a plurality of temperature sensors are installed as a method of acquiring the characteristic value of the machine tool, and in the case where high accuracy correction is guaranteed. It was not.

また、温度センサで計測した熱が熱伝導により広がって熱膨張するまでに時間がかかるため、高精度の補正には時間遅れの評価が必要となり、補正式は複雑化する。   In addition, since it takes time for the heat measured by the temperature sensor to spread and be thermally expanded due to heat conduction, it is necessary to evaluate the time delay for highly accurate correction, and the correction equation becomes complicated.

また、数値制御装置を搭載する機械によって構造や部材が変化するため、機械の種別により、最適な熱変位補正式は変化する。   Further, since the structure and members change depending on the machine on which the numerical control device is mounted, the optimum thermal displacement correction equation changes depending on the type of machine.

また、周囲の発熱源や出入り口の存在等、使用環境によって外部の熱源が変化するため、適切な温度センサ配置が変化し、これに応じて、最適な補正式も変化する。また、温度センサを適切な位置に配置するために、計測器を増加させた場合には、生産コストと保守費用の増大に繋がる。   In addition, since the external heat source changes depending on the use environment, such as the presence of surrounding heat sources and entrances, the appropriate temperature sensor arrangement changes, and the optimum correction equation also changes accordingly. In addition, increasing the number of measuring instruments in order to position the temperature sensor leads to an increase in production costs and maintenance costs.

本発明は、このような事情に鑑み、高精度な補正式の導出、延いては、高精度な補正自体を、低コストで実施することが可能な機械学習装置及び熱変位補正装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of such circumstances, the present invention provides a machine learning device and a thermal displacement correction device capable of performing highly accurate correction formula derivation, that is, highly accurate correction itself at low cost. The purpose is

(1) 本発明に係る機械学習装置は、熱膨張する機械要素を有する工作機械(例えば、後述の工作機械35)の前記機械要素とその周辺の温度データ及び/又は前記機械要素の動作状態データを含む計測データ群に基づいて前記機械要素の熱変位量を推定する計算式を機械学習によって最適化する機械学習装置(例えば、後述の機械学習装置10,10A,10B)であって、前記計測データ群を取得する計測データ取得部(例えば、後述の計測データ取得部11)と、前記機械要素の熱変位量の実測値を取得する熱変位量取得部(例えば、後述の熱変位量取得部12)と、前記計測データ取得部によって取得された前記計測データ群を入力データとし、前記熱変位量取得部によって取得された前記機械要素の熱変位量の実測値をラベルとして互いに関連付けて教師データとして記憶する記憶部(例えば、後述の記憶部13)と、前記計測データ群と、前記機械要素の熱変位量の実測値と、に基づいて機械学習を行うことで、前記機械要素の熱変位量を前記計測データ群に基づいて算出する熱変位量予測計算式を設定する計算式学習部(例えば、後述の計算式学習部14)と、を備え、前記計算式学習部は、前記熱変位量予測計算式に前記記憶部に教師データとして記憶された所定期間内における前記計測データ群を代入して算出される前記機械要素の熱変位量の推定値と、前記記憶部にラベルとして記憶された前記所定期間内における前記機械要素の熱変位量の実測値との差異に基づいて、前記熱変位量予測計算式を設定する。   (1) A machine learning apparatus according to the present invention is a machine tool (for example, a machine tool 35 described later) having a thermally expanding machine element, temperature data of the machine element and its surroundings, and / or operating state data of the machine element A machine learning apparatus (for example, machine learning apparatus 10, 10A, 10B described later) that optimizes a calculation formula for estimating the thermal displacement amount of the machine element based on a measurement data group including A measurement data acquisition unit (for example, measurement data acquisition unit 11 described later) for acquiring a data group, and a thermal displacement amount acquisition unit for acquiring an actual measurement value of the thermal displacement amount of the mechanical element (for example, a thermal displacement amount acquisition unit described later 12) and the measurement data group acquired by the measurement data acquisition unit is used as input data, and the measured value of the thermal displacement amount of the mechanical element acquired by the thermal displacement amount acquisition unit is a label Machine learning based on a storage unit (for example, a storage unit 13 described later) that stores data in association with each other as teacher data, the measurement data group, and the measured value of the thermal displacement amount of the machine element A calculation formula learning unit (for example, calculation formula learning section 14 described later) which sets a thermal displacement quantity prediction calculation formula for calculating the thermal displacement quantity of the mechanical element based on the measurement data group, and the calculation formula learning The storage unit is an estimated value of the thermal displacement of the mechanical element calculated by substituting the measurement data group within a predetermined period stored in the storage as teaching data in the thermal displacement prediction calculation equation, and the storage. The thermal displacement prediction equation is set based on the difference between the measured value of the thermal displacement of the mechanical element within the predetermined period and stored as a label in a part.

(2) (1)の機械学習装置において、前記計測データ取得部(例えば、後述の計測データ取得部11)は、さらに、前記計測データ群に計測データの追加、及び/又は前記計測データ群から計測データを除外することで第2の計測データ群を取得し、前記記憶部(例えば、後述の記憶部13)に、前記第2の計測データ群を入力データとして記憶し、前記計算式学習部(例えば、後述の計算式学習部14)は、さらに、前記第2の計測データ群に基づいて前記機械要素の熱変位量を算出する第2熱変位量予測計算式を設定してもよい。   (2) In the machine learning device according to (1), the measurement data acquisition unit (for example, the measurement data acquisition unit 11 described later) further adds measurement data to the measurement data group and / or from the measurement data group The second measurement data group is acquired by excluding measurement data, and the second measurement data group is stored as input data in the storage unit (for example, storage unit 13 described later), and the calculation formula learning unit (For example, the calculation formula learning unit 14 described later) may further set a second thermal displacement amount prediction calculation formula for calculating the thermal displacement amount of the mechanical element based on the second measurement data group.

(3) (2)の機械学習装置において、前記計測データ群に含まれる計測データの熱変位量の予測に対する寄与度を判定する寄与度判定部(例えば、後述の寄与度判定部15)をさらに備え、前記寄与度判定部は、寄与度算出対象の計測データを含む計測データ群に基づいて設定された第1熱変位量予測計算式により算出される第1熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第1誤差と、前記寄与度算出対象の計測データを除く前記第2の計測データ群に基づいて設定される第2熱変位量予測計算式により算出される第2熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第2誤差と、の差異に基づいて、前記寄与度算出対象の計測データの寄与度を判定してもよい。   (3) In the machine learning device according to (2), the contribution degree determination unit (for example, the contribution degree determination unit 15 described later) that determines the contribution degree to the prediction of the thermal displacement amount of the measurement data included in the measurement data group The contribution degree determination unit may calculate a first thermal displacement amount predicted value and a thermal displacement amount calculated by a first thermal displacement amount prediction calculation formula set based on a measurement data group including measurement data of a contribution degree calculation target. Second thermal displacement amount calculated by a second thermal displacement amount prediction calculation formula set based on the second measurement data group excluding the first error which is an error from the actual measurement value and the measurement data of the contribution degree calculation target The degree of contribution of the measurement data for which the degree of contribution calculation is to be calculated may be determined based on the difference between the predicted displacement amount and the second error that is the error between the measured thermal displacement amount.

(4) (3)の機械学習装置において、現在取得している計測データ群のうち、予め設定された数の計測データを使用して最良の精度となる計測データの組み合わせからなる最適化計測データ群を選択する最適化計測データ選定部(例えば、後述の最適化計測データ選定部16)をさらに備え、前記最適化計測データ選定部は、現在取得している計測データ群から、前記寄与度判定部により判定される寄与度の一番少ない計測データを外した計測データ群を、第1番目の計測データ群として選択し、第i(1≦i)番目の計測データ群から、前記寄与度判定部により判定される寄与度の一番少ない計測データを外した計測データ群を、第(i+1)番目の計測データ群として選択することを繰り返し行うことで、予め設定された数の計測データからなる最適化計測データ群を選択してもよい。   (4) In the machine learning device according to (3), optimized measurement data consisting of a combination of measurement data that provides the best accuracy using a preset number of measurement data among the measurement data groups currently acquired. An optimization measurement data selection unit (for example, an optimization measurement data selection unit 16 described later) for selecting a group is further provided, and the optimization measurement data selection unit determines the contribution from the currently acquired measurement data group The measurement data group from which the measurement data with the least degree of contribution determined by the part has been removed is selected as the first measurement data group, and the contribution degree determination is made from the i-th (1 ≦ i) measurement data group The measurement data group excluding the measurement data with the least degree of contribution determined by the unit is repeatedly selected as the (i + 1) -th measurement data group, whereby a preset number of measurement data is deleted. It may be selected to optimize measurement data group consisting of data.

(5) (1)〜(4)の機械学習装置において、前記熱変位量予測計算式は、前記計測データ群に含まれる計測データの1次遅れ要素を使用してもよい。   (5) In the machine learning device of (1) to (4), the thermal displacement prediction equation may use a first-order lag element of measurement data included in the measurement data group.

(6) (1)〜(5)の機械学習装置において、前記熱変位量予測計算式は、前記計測データ群に含まれる計測データの時間シフト要素を使用してもよい。   (6) In the machine learning device according to any one of (1) to (5), the thermal displacement prediction equation may use a time shift element of measurement data included in the measurement data group.

(7) (1)〜(6)の機械学習装置において、前記熱変位量予測計算式は、ニューラルネットワークによる機械学習に基づいて設定されてもよい。   (7) In the machine learning device of (1) to (6), the thermal displacement prediction calculation formula may be set based on machine learning by a neural network.

(8) (1)〜(6)の機械学習装置において、前記計算式学習部(例えば、後述の計算式学習部14)は、L2正則化重回帰分析を用いた機械学習に基づいて、前記熱変位量の予測計算式を設定してもよい。   (8) In the machine learning device according to any one of (1) to (6), the calculation formula learning unit (for example, the calculation formula learning unit 14 described later) is configured to perform the learning based on machine learning using L2 regularization multiple regression analysis. A prediction calculation formula of the thermal displacement may be set.

(9) (1)〜(6)の機械学習装置において、前記計算式学習部(例えば、後述の計算式学習部14)は、スパース正則化学習を用いて、前記熱変位量の予測計算式を設定してもよい。   (9) In the machine learning device according to any one of (1) to (6), the calculation formula learning unit (for example, the calculation formula learning unit 14 described later) calculates the thermal displacement amount by using sparse regularization learning. May be set.

(10) (9)の機械学習装置において、前記計測データ群に含まれる、熱変位量予測の精度向上に貢献しない計測データを検出する検出部(例えば、後述の検出部17)をさらに備え、前記検出部は、スパース正則化学習により設定される前記熱変位量の予測計算式に基づいて検出してもよい。   (10) The machine learning device according to (9), further including: a detection unit (for example, a detection unit 17 described later) that detects measurement data that does not contribute to accuracy improvement of thermal displacement prediction included in the measurement data group; The detection unit may perform detection based on a prediction calculation formula of the thermal displacement amount set by sparse regularization learning.

(11) (1)〜(10)の機械学習装置は、前記工作機械(例えば、後述の工作機械35)の制御装置(例えば、後述の制御装置30)に含まれてもよい。   (11) The machine learning device of (1) to (10) may be included in a control device (for example, the control device 30 described below) of the machine tool (for example, the machine tool 35 described below).

(12) 本発明に係る熱変位補正装置は、(1)〜(11)の機械学習装置(例えば、後述の機械学習装置10,10A,10B)により設定された熱変位量予測計算式に基づいて、前記計測データ群から算出される前記機械要素の熱変位量に対応する補正量を算出する補正量算出部(例えば、後述の補正量算出部22)と、前記補正量算出部によって算出された前記機械要素の補正量に基づき、前記機械要素の機械位置を補正する補正部(例えば、後述の補正部24)と、を備えている。   (12) The thermal displacement correction device according to the present invention is based on the thermal displacement prediction calculation equation set by the machine learning device (for example, machine learning device 10, 10A, 10B described later) of (1) to (11). And a correction amount calculation unit (for example, a correction amount calculation unit 22 described later) which calculates a correction amount corresponding to the thermal displacement amount of the mechanical element calculated from the measurement data group, and the correction amount calculation unit And a correction unit (for example, a correction unit described later) that corrects the machine position of the machine element based on the correction amount of the machine element.

(13) (12)の熱変位補正装置は、前記工作機械(例えば、後述の工作機械35)の制御装置(例えば、後述の制御装置30)に含まれてもよい。   (13) The thermal displacement correction device of (12) may be included in a control device (for example, the control device 30 described later) of the machine tool (for example, the machine tool 35 described later).

本発明によれば、高精度な補正式の導出、延いては、高精度な補正自体を、低コストで実施することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to carry out the derivation of a highly accurate correction formula, and hence the highly accurate correction itself, at low cost.

本発明の第1実施形態に係る熱変位補正システムを示すブロック図である。It is a block diagram showing a thermal displacement amendment system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る機械学習装置及び熱変位補正装置の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram showing details of a machine learning device and a thermal displacement correction device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る工作機械及び制御装置の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram showing the details of the machine tool and control device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る機械学習装置における機械学習時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of the machine learning in the machine learning apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における機械学習に用いるニューラルネットワークの例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the neural network used for the machine learning in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における機械学習に用いるニューラルネットワークの例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the neural network used for the machine learning in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における機械学習に用いるニューラルネットワークの例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the neural network used for the machine learning in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る熱変位補正装置における補正時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of correction | amendment in the thermal displacement correction apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る機械学習装置の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the machine learning apparatus based on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る機械学習装置における寄与度判定時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of contribution degree determination in the machine learning apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る機械学習装置における最適化計測データ群選択の動作を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows operation of optimization measurement data group selection in a machine learning device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る機械学習装置の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the machine learning apparatus based on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る機械学習装置における精度向上に貢献しない計測データの検出時の動作を示すブロック図である。It is a block diagram showing operation at the time of detection of measurement data which does not contribute to accuracy improvement in a machine learning device concerning a 3rd embodiment of the present invention.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る熱変位補正システムを示すブロック図である。図2は、本実施形態に係る機械学習装置及び熱変位補正装置の詳細を示すブロック図である。図3は、本実施形態に係る工作機械及び制御装置の詳細を示すブロック図である。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a thermal displacement correction system according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the details of the machine learning device and the thermal displacement correction device according to the present embodiment. FIG. 3 is a block diagram showing details of the machine tool and control device according to the present embodiment.

<熱変位補正システム100の構成>
まず、本実施形態に係る熱変位補正システム100の構成について説明する。熱変位補正システム100は、図1に示すように、機械学習装置10、熱変位補正装置20、制御装置30、工作機械35、及びネットワーク40を備えている。なお、機械学習装置10、熱変位補正装置20、制御装置30、工作機械35は、1台でも複数台でもよい。
<Configuration of Thermal Displacement Correction System 100>
First, the configuration of the thermal displacement correction system 100 according to the present embodiment will be described. The thermal displacement correction system 100 includes a machine learning device 10, a thermal displacement correction device 20, a control device 30, a machine tool 35, and a network 40, as shown in FIG. The machine learning device 10, the thermal displacement correction device 20, the control device 30, and the machine tool 35 may be one or more.

ここで、制御装置30と工作機械35とは1対1の組とされて、通信可能に接続されている。これら制御装置30と工作機械35の組は、例えば同じ工場に複数組設置されていてもよく、それぞれ異なる工場に設置されていてもよい。   Here, the control device 30 and the machine tool 35 are connected in a communicable manner in a one-to-one set. For example, a plurality of sets of the control device 30 and the machine tool 35 may be installed in the same factory, or may be installed in different factories.

また、機械学習装置10と、熱変位補正装置20と、制御装置30と、工作機械35とは、それぞれネットワーク40に接続されており、ネットワーク40を介して相互に通信を行うことが可能である。ネットワーク40は、例えば、工場内に構築されたLAN(Local Area Network)や、インターネット、公衆電話網、あるいは、これらの組み合わせである。ネットワーク40における具体的な通信方式や、有線接続及び無線接続のいずれであるか等については、特に限定されない。なお、熱変位補正装置20と制御装置30とは、ネットワーク40を用いた通信ではなく、接続部を介して直接接続してもよく、機械学習装置10と制御装置30とは、接続部を介して直接接続してもよい。   The machine learning device 10, the thermal displacement correction device 20, the control device 30, and the machine tool 35 are connected to the network 40, and can communicate with each other via the network 40. . The network 40 is, for example, a LAN (Local Area Network) built in a factory, the Internet, a public telephone network, or a combination of these. There are no particular limitations on the specific communication method in the network 40, and whether it is wired connection or wireless connection. Note that the thermal displacement correction device 20 and the control device 30 may not be communicated using the network 40 but may be directly connected via a connection unit, and the machine learning device 10 and the control device 30 are connected via a connection unit. Directly connected.

次に、熱変位補正システム100に含まれるこれら装置の機能について、図2に基づいて説明する。図2は、各装置に含まれる機能ブロックを表すブロック図である。なお、各熱変位補正装置20はそれぞれ同等の機能を有しているため、図2では1台のみを図示する。同様に、各制御装置30や各工作機械35もそれぞれ同等の機能を有しているため、図2では1台のみを図示する。また、各装置間に存在するネットワーク40については、その図示を省略する。   Next, the functions of these devices included in the thermal displacement correction system 100 will be described based on FIG. FIG. 2 is a block diagram showing functional blocks included in each device. In addition, since each thermal displacement correction | amendment apparatus 20 has an equivalent function, respectively, only 1 unit is shown in figure in FIG. Similarly, since each control device 30 and each machine tool 35 also have the same function, only one is shown in FIG. The illustration of the network 40 existing between the devices is omitted.

工作機械35は、図3に示すように、刃物が取り付けられて主軸モータ36で回転する主軸と、この主軸を送り出す送り軸とによって切削加工を行う。すなわち、この刃物は、主軸36を駆動する主軸モータ37により回転し、送り軸38を駆動する送り軸モータ39によって送り出される。なお、実施例では、工作機械35を切削機械として説明するが、これに限定されない。   As shown in FIG. 3, in the machine tool 35, cutting is performed by a main shaft on which a cutter is attached and which is rotated by the main shaft motor 36, and a feed shaft for feeding the main shaft. That is, the cutter is rotated by the spindle motor 37 driving the spindle 36 and is fed out by the feed shaft motor 39 driving the feed shaft 38. In addition, although the Example demonstrates the machine tool 35 as a cutting machine, it is not limited to this.

制御装置30は、図2及び図3に示すように、工作機械35に制御信号を送出することにより、工作機械35が所定の切削加工を行うように制御する。制御装置30には、ワークの加工内容に応じて定まる複数の加工プログラム31が格納されている。そして、制御装置30は、加工プログラム31を読み取って解釈することにより、切削加工の条件(例えば、主軸の加減速の頻度、回転数、切削負荷、切削時間)を抽出して位置指令データ等を熱変位補正装置20に出力するプログラム読取解釈部32と、熱変位補正装置20から出力される熱変位補正後の位置指令データに基づいて、工作機械35の主軸モータ37及び送り軸モータ39を駆動する動作指令を作成するモータ制御部33と、動作指令を増幅して工作機械35の主軸モータ37に出力するモータ駆動アンプ34A、及び、送り軸モータ39に出力するモータ駆動アンプ34Bと、を備えている。また、プログラム読取解釈部32は、切削加工の条件(例えば、主軸の加減速の頻度、回転数、切削負荷、切削時間)を抽出して熱変位補正装置20に出力してもよい。また、回転数や切削時間等に関して、制御装置30は、主軸モータ37及び/又は送り軸モータ39からリアルタイムに得られた情報を熱変位補正装置20に出力してもよい。
また、制御装置30には、計測データを取得するため、工作機械35に取り付けるセンサを接続する端子が複数存在する。センサのケーブルをこの端子から抜き差しすることにより、制御装置30に接続されるセンサを加えたり、取り外したり、センサの場所を変更したりすることが可能である。また、工作機械35に設置されるセンサの配置を変更することも可能である。なお、センサの配置変更は、工作機械35の設置場所から取りはずし、設置変更場所に当該センサを加える態様として扱うことができる。
The control device 30 controls the machine tool 35 to perform predetermined cutting by sending a control signal to the machine tool 35 as shown in FIGS. 2 and 3. The control device 30 stores a plurality of processing programs 31 determined according to the processing content of the workpiece. Then, the control device 30 reads out and interprets the processing program 31 to extract the conditions for cutting (for example, the acceleration / deceleration frequency of the spindle, the number of rotations, the cutting load, the cutting time), and position command data etc. The main spindle motor 37 and the feed axis motor 39 of the machine tool 35 are driven based on the program reading / interpreting unit 32 output to the thermal displacement correction device 20 and the position command data after thermal displacement correction output from the thermal displacement correction device 20 Motor control unit 33 for producing an operation command to be performed, a motor drive amplifier 34A for amplifying the operation command and outputting it to the spindle motor 37 of the machine tool 35, and a motor drive amplifier 34B for outputting to the feed shaft motor 39 ing. Further, the program reading / interpreting unit 32 may extract conditions of cutting (for example, the acceleration / deceleration frequency of the spindle, the number of rotations, the cutting load, the cutting time) and output it to the thermal displacement correction device 20. In addition, the control device 30 may output information obtained in real time from the spindle motor 37 and / or the feed shaft motor 39 to the thermal displacement correction device 20 regarding the number of rotations, the cutting time, and the like.
Further, in the control device 30, there are a plurality of terminals for connecting sensors attached to the machine tool 35 in order to obtain measurement data. By connecting and disconnecting the sensor cable from this terminal, it is possible to add, remove, or change the location of the sensor connected to the control device 30. Moreover, it is also possible to change the arrangement of the sensors installed on the machine tool 35. Note that the sensor layout change can be treated as a mode in which the sensor is removed from the installation place of the machine tool 35 and the sensor is added to the installation change place.

機械学習装置10は、図2に示すように、教師あり機械学習により、工作機械35における熱変位量予測計算式を学習する。そのため、機械学習装置10は、計測データ取得部11、熱変位量取得部12、記憶部13及び計算式学習部14を備えている。   As shown in FIG. 2, the machine learning apparatus 10 learns a thermal displacement amount prediction calculation formula in the machine tool 35 by supervised machine learning. Therefore, the machine learning apparatus 10 includes a measurement data acquisition unit 11, a thermal displacement amount acquisition unit 12, a storage unit 13, and a calculation formula learning unit 14.

計測データ取得部11は、制御装置30から計測データ群を取得する。ここで、計測データとは、温度センサにより計測された、工作機械35の機械要素とその周辺の温度データを含んでもよい。さらに計測データは、工作機械35の機械要素の動作状態データ、具体的には、例えば、工作機械35の主軸の回転速度や、主軸へのクーラント流量、主軸軸受への潤滑油量等の、温度センサを貼り付けられない箇所の物性値を含んでもよい。   The measurement data acquisition unit 11 acquires a measurement data group from the control device 30. Here, the measurement data may include temperature data of the machine element of the machine tool 35 and the periphery measured by the temperature sensor. Further, the measurement data may be operation state data of the machine element of the machine tool 35, specifically, for example, the temperature of the rotation speed of the spindle of the machine tool 35, the coolant flow rate to the spindle, the amount of lubricating oil to the spindle bearing, etc. It may also include physical property values in places where the sensor can not be attached.

熱変位量取得部12は、例えばプローブによって検出される、工作機械35の機械要素の熱変位量の実測値を取得する。   The thermal displacement amount acquisition unit 12 acquires an actual measurement value of the thermal displacement amount of the mechanical element of the machine tool 35 detected by, for example, a probe.

記憶部13は、計測データ取得部11によって取得された計測データ群を入力データとし、熱変位量取得部12によって取得された機械要素の熱変位量の実測値をラベルとして、互いに関連付けて教師データとして記憶する。   The storage unit 13 uses the measurement data group acquired by the measurement data acquisition unit 11 as input data, associates the measured values of the thermal displacement amount of the mechanical element acquired by the thermal displacement amount acquisition unit 12 with each other as labels, and transmits the teacher data Remember as.

計算式学習部14は、計測データ群と、機械要素の熱変位量の実測値とに基づいて機械学習を行うことで、機械要素の熱変位量を計測データ群に基づいて算出する熱変位量予測計算式を設定する。
より具体的には、計測データ群内に独立変数が複数存在するため、一般化線形モデルの重回帰により、計算式学習部14は、求めるべき熱変位量予測計算式に、記憶部13に教師データとして記憶された所定期間内における計測データ群を代入して算出される機械要素の熱変位量の推定値と、記憶部13にラベルとして記憶された所定期間内における機械要素の熱変位量の実測値との差異に基づいて、例えば最小二乗法等により差異が最小となるように、熱変位量予測計算式を設定する。
なお、計算式学習部14は、具体的には、計測データ(入力データ)をX1,X2,・・・Xnとし、工作機械を構成する主軸、ベッド、コラム等の構成要素の各々について、熱変位量の予測値をf(X1,X2,・・・,Xn)(nは自然数)、熱変位量の実測値をYLとした際、f(X1,X2,・・・,Xn)とYLとの差異が最小となるような熱変位量予測計算式を設定する。
The calculation formula learning unit 14 performs machine learning based on the measured data group and the measured value of the thermal displacement amount of the mechanical element, thereby calculating the thermal displacement amount of the mechanical element based on the measured data group Set the prediction formula.
More specifically, since there are a plurality of independent variables in the measurement data group, the calculation formula learning unit 14 instructs the storage unit 13 to calculate the thermal displacement amount to be calculated by multiple regression of the generalized linear model. The estimated value of the thermal displacement of the mechanical element calculated by substituting the measured data group within the predetermined period stored as data, and the thermal displacement of the mechanical element within the predetermined period stored as the label in the storage unit 13 Based on the difference from the actual measurement value, for example, the thermal displacement prediction equation is set so as to minimize the difference by the least square method or the like.
Specifically, the calculation formula learning unit 14 sets measurement data (input data) to X1, X2,... Xn, and heat is generated for each of the components such as the spindle, bed, and column that constitute the machine tool. When the predicted value of displacement is f (X1, X2, ..., Xn) (n is a natural number) and the actual value of thermal displacement is YL, f (X1, X2, ..., Xn) and YL Set the thermal displacement prediction equation that minimizes the difference between

熱変位補正装置20は、図2に示すように、補正量算出手段としての補正量算出部22と、補正実行手段としての補正部24とを備える。
補正量算出部22は、機械学習装置10により設定された熱変位量予測計算式に基づいて、計測データ群(判定データ)から算出される機械要素の熱変位量に対応する補正量を算出する。
補正部24は、補正量算出部22によって算出された機械要素の補正量に基づき、機械要素の機械位置を補正する。又は、補正部24は、この機械要素の補正量を制御装置30に送信する。より具体的には、補正部24は、図3に示すように、この機械要素の補正量を用いて、制御装置30のプログラム読取解釈部32から出力される切削加工の条件を補正した上で、モータ制御部33に位置指令データを出力する。
As shown in FIG. 2, the thermal displacement correction device 20 includes a correction amount calculation unit 22 as a correction amount calculation unit, and a correction unit 24 as a correction execution unit.
The correction amount calculation unit 22 calculates a correction amount corresponding to the thermal displacement amount of the mechanical element calculated from the measurement data group (determination data) based on the thermal displacement amount prediction calculation equation set by the machine learning device 10. .
The correction unit 24 corrects the machine position of the mechanical element based on the correction amount of the mechanical element calculated by the correction amount calculation unit 22. Alternatively, the correction unit 24 transmits the correction amount of the mechanical element to the control device 30. More specifically, as shown in FIG. 3, the correction unit 24 corrects the cutting conditions output from the program reading / interpreting unit 32 of the control device 30 using the correction amount of the mechanical element. And outputs position command data to the motor control unit 33.

<機械学習時の動作>
次に、本実施形態に係る熱変位補正システム100における機械学習時の動作について説明する。図4は、この機械学習時の機械学習装置10の動作を示すフローチャートである。
<Operation at machine learning>
Next, an operation at the time of machine learning in the thermal displacement correction system 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the machine learning device 10 at the time of machine learning.

ステップS11において、機械学習装置10の計測データ取得部11は、制御装置30から計測データ群を取得する。より具体的には、計測データ取得部11は、工作機械35の機械要素とその周辺の温度データ、及び/又は、動作状態データを取得する。動作状態データとしては、例えば、主軸の回転速度や、クーラント流量、及び潤滑油流量を含むようにしてもよい。
なお、例えば、計測データとして、温度自体のデータではなく、温度変化量のデータを取得してもよい。さらに、温度変化量のデータとして、初期温度からの温度変化量のデータを取得してもよく、前回測定された温度から今回測定された温度までの温度変化量のデータを取得してもよい。
また、動作状態データとして、クーラントによる吸熱量、潤滑油吸熱量を含むようにしてもよい。
In step S11, the measurement data acquisition unit 11 of the machine learning device 10 acquires a measurement data group from the control device 30. More specifically, the measurement data acquisition unit 11 acquires temperature data and / or operation state data of the machine element of the machine tool 35 and the periphery thereof. The operating state data may include, for example, the rotational speed of the main shaft, the coolant flow rate, and the lubricating oil flow rate.
For example, as the measurement data, not the data of the temperature itself but data of the amount of temperature change may be acquired. Furthermore, data on the amount of temperature change from the initial temperature may be acquired as data on the amount of temperature change, or data on the amount of temperature change from the previously measured temperature to the temperature measured this time may be acquired.
Further, the heat absorption amount by the coolant and the lubricant heat absorption amount may be included as the operation state data.

ステップS12において、機械学習装置10の熱変位量取得部12は、例えばプローブによって検出される、工作機械35の機械要素の熱変位量の実測値を取得する。具体的には、例えば、熱変位量のX、Y、Z軸方向成分を測定し、それらの測定値の組を実測値としてもよい。   In step S12, the thermal displacement acquisition unit 12 of the machine learning device 10 acquires an actual measurement value of the thermal displacement of the mechanical element of the machine tool 35, which is detected by, for example, a probe. Specifically, for example, components in the X, Y, and Z axial directions of the thermal displacement amount may be measured, and a set of those measured values may be used as an actual measurement value.

ステップS13において、機械学習装置10の記憶部13は、計測データ取得部11によって取得された計測データ群を入力データとし、熱変位量取得部12によって取得された機械要素の熱変位量の実測値をラベルとして、互いに関連付けた組とし、教師データとして記憶する。   In step S13, the storage unit 13 of the machine learning device 10 uses the measurement data group acquired by the measurement data acquisition unit 11 as input data, and the measured value of the thermal displacement amount of the mechanical element acquired by the thermal displacement amount acquisition unit 12 As a label, as a set associated with each other, and stored as teacher data.

ステップS14において、機械学習装置10の計算式学習部14は、この教師データに基づいて機械学習を実行する。機械学習の具体的な手法の例については、後述する。   In step S14, the calculation formula learning unit 14 of the machine learning device 10 executes machine learning based on the teacher data. An example of a specific method of machine learning will be described later.

ステップS15において、機械学習装置10の計算式学習部14は、機械学習を終了するか、それとも機械学習を繰り返すかを判定する。ここで、機械学習を終了させる条件は任意に定めることができる。ここで、機械学習を終了する場合(S15:YES)には、処理はステップS16に移行する。機械学習を繰り返す場合(S15:NO)には、処理は、ステップS11に戻り、同じ処理を繰り返す。   In step S <b> 15, the calculation formula learning unit 14 of the machine learning device 10 determines whether to end machine learning or repeat machine learning. Here, the condition for terminating machine learning can be arbitrarily determined. Here, when the machine learning is ended (S15: YES), the process proceeds to step S16. When machine learning is repeated (S15: NO), the process returns to step S11 and repeats the same process.

ステップS16において、機械学習装置10は、その時点までの機械学習により設定した熱変位量予測計算式をネットワーク40経由で各熱変位補正装置20に送信する。   In step S16, the machine learning device 10 transmits the thermal displacement amount prediction calculation equation set by machine learning up to that point to each thermal displacement correction device 20 via the network 40.

また、機械学習装置10の記憶部13は、この熱変位量予測計算式を記憶する。これにより、新たに設置された熱変位補正装置20から熱変位量予測計算式を要求された場合には、その熱変位補正装置20に熱変位量予測計算式を送信することができる。また、新たな教師データを取得した場合には、更なる機械学習を行うこともできる。   Further, the storage unit 13 of the machine learning device 10 stores the thermal displacement amount prediction calculation formula. Thus, when a thermal displacement amount prediction calculation equation is requested from the newly installed thermal displacement correction device 20, the thermal displacement amount prediction calculation equation can be transmitted to the thermal displacement correction device 20. Further, when new teacher data is acquired, further machine learning can be performed.

<機械学習の方法の例>
上記のように、図4のステップS14において、計算式学習部14は、教師データを用いて機械学習を実施するが、その方法の例について詳述する。
<Example of machine learning method>
As described above, in step S14 of FIG. 4, the formula learning unit 14 performs machine learning using teacher data, and an example of the method will be described in detail.

第1の手法として、一般化線形モデルの重回帰に基づき、熱変位量予測計算式Y=a1X1+a2X2+・・・anXnによって算出される熱変位量の推定値と、熱変位量の実測値との二乗誤差が最小となる係数を、最小二乗法を用いた機械学習により、推論して設定することが可能である。ここで、Yは熱変位量推定値、X1、X2・・・Xnは各計測データ値、a1、a2・・・anは重回帰により決定される係数である。
具体的には、計測データをXk、ラベルをYLとしたとき、
As a first method, based on the multiple regression of the generalized linear model, the square of the estimated value of the thermal displacement calculated with the thermal displacement prediction equation Y = a1X1 + a2X2 +... AnXn and the actual value of the thermal displacement It is possible to infer and set a coefficient that minimizes the error by machine learning using the least squares method. Here, Y is a thermal displacement amount estimated value, X 1, X 2,..., X n are measurement data values, and a 1, a 2,..., An are coefficients determined by multiple regression.
Specifically, when the measurement data is Xk and the label is YL,

Figure 2019111648
を、複数の教師データに渡って合計した値が最小となるような係数akの組を求める。なお、kは自然数、nは任意の整数であり、k≦nである。
Figure 2019111648
A set of coefficients ak is calculated such that the value of the sum over plural pieces of teacher data is minimized. Here, k is a natural number, n is an arbitrary integer, and k ≦ n.

第1の手法において、通常の重回帰分析ではなく、L2正則化項を考慮した重回帰分析を実施することが可能である。すなわち、熱変位量予測計算式Y=a1X1+a2X2+・・・anXnによって算出される熱変位量の推定値と、熱変位量の実測値との二乗誤差に、L2正則化項を加算した値が最小となる係数を、機械学習により推論して設定することが可能である。ここで、上記と同様に、Yは熱変位量推定値、X1、X2・・・Xnは各計測データ値、a1、a2・・・anはL2正則化項を考慮した重回帰により決定される係数である。
具体的には、計測データをXk、ラベルをYLとしたとき、
In the first method, it is possible to carry out multiple regression analysis in which the L2 regularization term is taken into consideration, instead of the normal multiple regression analysis. That is, the value obtained by adding the L2 regularization term to the squared error between the thermal displacement estimated value calculated by the thermal displacement prediction calculation formula Y = a1 × 1 + a2 × 2 +. Can be set by inference by machine learning. Here, similarly to the above, Y is a thermal displacement estimated value, X 1, X 2... X n are each measured data values, and a 1, a 2 ... an are determined by multiple regression considering L 2 regularization terms It is a coefficient.
Specifically, when the measurement data is Xk and the label is YL,

Figure 2019111648
を、複数の教師データに渡って合計した値が最小となるような係数akの組を求める。なお、nは自然数であり、学習に使用する教師データの測定点数を意味する。また、λはハイパーパラメータであり、機械学習を行う前に、予め設定されるパラメータである。
Figure 2019111648
A set of coefficients ak is calculated such that the value of the sum over plural pieces of teacher data is minimized. In addition, n is a natural number and means the number of measurement points of teacher data used for learning. Also, λ is a hyper parameter, which is a parameter set in advance before machine learning.

また、第1の手法において、スパース正則化を実施することが可能である。例えばL1正則化項を考慮した重回帰分析を実施することが可能である。具体的には、計測データをXk、ラベルをYLとしたとき、   Also, in the first method, it is possible to perform sparse regularization. For example, it is possible to perform multiple regression analysis in consideration of the L1 regularization term. Specifically, when the measurement data is Xk and the label is YL,

Figure 2019111648
を、複数の教師データに渡って合計した値が最小となるような係数akの組を求める。なお、nは自然数であり、学習に使用する教師データの測定点数を意味する。また、λはハイパーパラメータであり、機械学習を行う前に、予め設定されるパラメータである。λを大きく設定するほど、akにおいて0となる項の数が増加する効果がある。
Figure 2019111648
A set of coefficients ak is calculated such that the value of the sum over plural pieces of teacher data is minimized. In addition, n is a natural number and means the number of measurement points of teacher data used for learning. Also, λ is a hyper parameter, which is a parameter set in advance before machine learning. As the λ is set to a larger value, the number of terms that are zero at ak can be increased.

正則化の例としてL2正則化とL1正則化を用いたが、これは一例であって、これには限定されない。   Although L2 regularization and L1 regularization were used as an example of regularization, this is an example and it is not limited to this.

第1の手法において、上記の機械学習を実行する際の入力データとして、計測データの1次遅れ要素や、計測データの時間シフト要素を用いることも可能である。具体的には、時刻tにおける熱変位量の推定値をY(t)、時刻tにおけるセンサXkの測定値をXk(t)とした場合、計測データの1次遅れ要素を用いた熱変位量予測計算式は、   In the first method, it is also possible to use a first-order delay element of measurement data or a time shift element of measurement data as input data when performing the above-described machine learning. Specifically, assuming that the estimated value of the thermal displacement amount at time t is Y (t) and the measured value of the sensor Xk at time t is Xk (t), the thermal displacement amount using the first-order lag element of the measurement data The prediction formula is

Figure 2019111648
となり、機械学習により、係数ak、bk、Tkを求める。なお、ΔtkはセンサXkの測定値のサンプリングタイムである。
Figure 2019111648
The coefficients ak, bk, and Tk are obtained by machine learning. Here, Δtk is a sampling time of the measured value of the sensor Xk.

また、時刻tにおける熱変位量の推定値をY(t)、時刻tにおけるセンサXkの測定値をXk(t)とした場合、計測データの時間シフト要素を用いた熱変位量予測式は、   Further, assuming that the estimated value of the thermal displacement amount at time t is Y (t) and the measured value of the sensor Xk at time t is Xk (t), the thermal displacement amount prediction equation using the time shift element of the measurement data is

Figure 2019111648
となり、機械学習により、係数akτ、Tkを求める。なお、ΔtkはセンサXkの測定値のサンプリングタイムである。
Figure 2019111648
The coefficients akτ and Tk are determined by machine learning. Here, Δtk is a sampling time of the measured value of the sensor Xk.

また、計測データの1次遅れ要素や計測データの時間シフト要素を用いた上で、L1正則化項やL2正則化項といった各種正則化項を付加した学習を行っても良い。この場合、ak、akτ、bk、Tk等の各種パラメータに対する正則化項を付加することになる。   Further, learning may be performed by adding various regularization terms such as L1 regularization terms and L2 regularization terms after using first-order lag elements of measurement data and time shift elements of measurement data. In this case, regularization terms for various parameters such as ak, akτ, bk and Tk are added.

第2の手法として、周知のニューラルネットワークによる機械学習を実施することが可能である。
例えば、図5に示すような単層のニューラルネットワークを用いることが可能である。図5においては、温度データA、温度データB、温度データC、動作状態データAを元に主軸熱変位量推定値を求め、温度データB、温度データD、動作状態データBを元に送り軸熱変位量推定値を求めているが、これは一例であって、これには限定されない。
As a second method, it is possible to implement machine learning using a known neural network.
For example, it is possible to use a single layer neural network as shown in FIG. In FIG. 5, the spindle thermal displacement estimated value is determined based on temperature data A, temperature data B, temperature data C, and operation state data A, and the feed axis is based on temperature data B, temperature data D, and operation state data B. Although the thermal displacement estimated value is obtained, this is an example and is not limited thereto.

また、図6A及び図6Bに示すような多層のニューラルネットワークを用いることも可能である。とりわけ、図6Aに記載されるような、中間層の出力が、同時に中間層の入力となるようなリカレントニューラルネットワークや、図6Bに記載されるような、所定時間分の過去から現在までの履歴データ、例えば、温度データAt、温度データAt−1、温度データAt−2が同時に入力値となるような、タイムディレイ型のフィードフォワードニューラルネットワーク等を用いることが有効である。
また、ニューラルネットワークの入力データとして、前述した計測データの時間シフト要素(計測データの1次遅れ要素、及び/又は、計測データの時間シフト要素)を用いるようにしてもよい。
また、ニューラルネットワークの学習を行う際に、例えばL2正則化項のような各種正則化項を付加した学習を行っても良い。
なお、図6A及び図6Bには中間層は1層のみしか記載されていないが、これには限定されず、任意の数の中間層を設定することが可能である。また、図6Aでは、温度データA、温度データB、動作状態データAを入力とし、主軸熱変位量推定値、送り軸熱変位量推定値を出力しているが、これは一例であって、これには限定されない。また、図6Bでは、温度データAt、温度データAt−1、温度データAt−2を入力とし、主軸熱変位量推定値、送り軸熱変位量推定値を出力しているが、これは一例であって、これには限定されない。
It is also possible to use a multi-layered neural network as shown in FIGS. 6A and 6B. In particular, a recurrent neural network in which the output of the intermediate layer simultaneously becomes the input of the intermediate layer as described in FIG. 6A, and the history from the past to the present for a predetermined time as described in FIG. 6B. It is effective to use a time delay type feed forward neural network or the like in which data, for example, temperature data At, temperature data At-1, and temperature data At-2 simultaneously become input values.
Further, as the input data of the neural network, a time shift element of the measurement data (a first order delay element of the measurement data and / or a time shift element of the measurement data) may be used.
Further, when performing learning of a neural network, for example, learning may be performed to which various regularization terms such as L2 regularization terms are added.
Although only one intermediate layer is described in FIGS. 6A and 6B, the present invention is not limited to this, and it is possible to set an arbitrary number of intermediate layers. Further, in FIG. 6A, although the temperature data A, the temperature data B, and the operation state data A are input, the spindle thermal displacement estimated value and the feed shaft thermal displacement estimated value are output, but this is an example. It is not limited to this. In FIG. 6B, the temperature data At, the temperature data At-1, and the temperature data At-2 are input, and the spindle thermal displacement estimated value and the feed shaft thermal displacement estimated value are output, but this is an example. There is no limitation to this.

<補正時の動作>
次に、本実施形態に係る熱変位補正システム100における補正時の動作について説明する。図7は、この補正時の熱変位補正装置20の動作を示すフローチャートである。
<Operation at correction>
Next, the operation at the time of correction in the thermal displacement correction system 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the thermal displacement correction device 20 at the time of this correction.

ステップS21において、補正量算出部22は、機械学習装置10により設定された熱変位量予測計算式に基づいて、計測データ群から算出される機械要素の熱変位量に対応する補正量を算出する。   In step S21, the correction amount calculation unit 22 calculates the correction amount corresponding to the thermal displacement amount of the mechanical element calculated from the measurement data group based on the thermal displacement amount prediction calculation equation set by the machine learning device 10. .

ステップS22において、補正部24は、補正量算出部22によって算出された前記機械要素の補正量に基づき、前記機械要素の機械位置を補正することにより、熱変位量を相殺補償する。
なお、図7の記載とは異なるが、ステップS22において、補正部24は、この機械要素の補正量を制御装置30に送信してもよい。より具体的には、補正部24は、この機械要素の補正量を用いて、制御装置30のプログラム読取解釈部32から出力される座標位置を補正してモータ制御部33に位置指令データを出力してもよく、この補正量を用いて予め加工プログラム31を補正した上で、加工プログラム31を実行してもよい。
In step S22, the correction unit 24 offsets the thermal displacement amount by correcting the mechanical position of the mechanical element based on the correction amount of the mechanical element calculated by the correction amount calculation unit 22.
Although different from the description in FIG. 7, in step S22, the correction unit 24 may transmit the correction amount of the mechanical element to the control device 30. More specifically, the correction unit 24 corrects the coordinate position output from the program reading / interpreting unit 32 of the control device 30 using this correction amount of the machine element, and outputs position command data to the motor control unit 33. Alternatively, the machining program 31 may be executed after correcting the machining program 31 in advance using this correction amount.

<第1実施形態が奏する効果>
上記のように、本実施形態では、機械学習装置10において、熱膨張する機械要素を有する工作機械35の機械要素とその周辺の温度データ及び/又は機械要素の動作状態データを含む計測データ群に基づいて、機械要素の熱変位量を推定する熱変位量予測計算式を機械学習によって最適化することができる。
<Effects of the First Embodiment>
As described above, in the present embodiment, in the machine learning apparatus 10, the measurement data group including the temperature data of the machine element of the machine tool 35 having the thermally expanding machine element and its periphery and / or the operating state data of the machine element. Based on the thermal displacement prediction equation for estimating the thermal displacement of the machine element can be optimized by machine learning.

また、計測データを取得する各点の温度変化は熱伝導による遅れがかかり、その上で熱変位に反映されるため、遅れを考慮できる機械学習手法は有効である。   In addition, the temperature change at each point for acquiring measurement data is delayed by heat conduction, and the temperature change is reflected on the thermal displacement, so that the machine learning method capable of considering the delay is effective.

また、工作機械35の動作環境や工作機械35の種別に応じて、熱変位量予測計算式、熱変位量予測計算式に基づく補正式をチューニングし精度を向上することが可能となる。   Further, according to the operation environment of the machine tool 35 and the type of the machine tool 35, it is possible to tune the correction formula based on the thermal displacement prediction calculation formula and the thermal displacement prediction calculation formula to improve the accuracy.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。図8は、本実施形態に係る機械学習装置の詳細を示すブロック図である。図9は、本実施形態に係る機械学習装置における寄与度判定時の動作を示すフローチャートである。図10は、本実施形態に係る機械学習装置における最適化計測データ群選択の動作を示すフローチャートである。
Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 8 is a block diagram showing the details of the machine learning apparatus according to the present embodiment. FIG. 9 is a flowchart showing an operation at the time of contribution degree determination in the machine learning device according to the present embodiment. FIG. 10 is a flow chart showing the operation of selecting the optimization measurement data group in the machine learning apparatus according to the present embodiment.

<熱変位補正システム100Aの構成>
第2実施形態に係る熱変位補正システム100Aは、第1実施形態に係る熱変位補正システム100に比較して、第2実施形態に係る機械学習装置10Aの構成要素は、図8に示すように、第1実施形態に係る機械学習装置10の構成要素に加えて、寄与度判定部15及び最適化計測データ選定部16が追加される点で異なる。その他の構成については、上述した第1実施形態と基本的に同一であるので、同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
<Configuration of Thermal Displacement Correction System 100A>
As compared with the thermal displacement correction system 100 according to the first embodiment, in the thermal displacement correction system 100A according to the second embodiment, the constituent elements of the machine learning apparatus 10A according to the second embodiment are as shown in FIG. In addition to the component of the machine learning apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment, it differs by the point by which the contribution determination part 15 and the optimization measurement data selection part 16 are added. The other configuration is basically the same as that of the first embodiment described above, so the same reference numerals are given to the same members, and the description thereof is omitted.

寄与度判定部15は、計測データ群に含まれる各計測データの熱変位量の予測に対する寄与度を判定する。
より具体的には、寄与度判定部15は、寄与度算出対象の計測データを含む第1の計測データ群に基づく機械学習により設定される第1熱変位量予測計算式により算出される第1熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第1誤差(絶対値)と、寄与度算出対象の計測データを除く第2の計測データ群に基づく機械学習により設定される第2熱変位量予測計算式により算出される第2熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第2誤差(絶対値)との差異に基づいて、寄与度算出対象の計測データの寄与度を判定する。具体的には、第1誤差と第2誤差との差異が大きいほど、寄与度算出対象の計測データの寄与度は大きいと判定することができる。
なお、第1誤差と第2誤差との差異の判定に際しては、複数の教師データ集合に対応する第1誤差の集合及び第2誤差の集合に基づいて判定することが好ましい。この場合、例えば第1誤差と第2誤差との差異の平均値、又は最大値等を用いることができる。
The contribution degree determination unit 15 determines the contribution degree to the prediction of the thermal displacement amount of each measurement data included in the measurement data group.
More specifically, the contribution degree determination unit 15 calculates the first thermal displacement amount prediction calculation formula set by machine learning based on the first measurement data group including the measurement data of the contribution degree calculation target. The first error (absolute value) which is the error between the thermal displacement predicted value and the thermal displacement actual value, and the second set by machine learning based on the second measurement data group excluding the measurement data of the contribution degree calculation target Based on the difference between the second thermal displacement amount predicted value calculated by the thermal displacement amount prediction calculation formula and the second error (absolute value) which is an error between the thermal displacement amount actual measurement value, the measurement data of the contribution degree calculation target Determine the degree of contribution. Specifically, it can be determined that the degree of contribution of the measurement data of the degree of contribution calculation is larger as the difference between the first error and the second error is larger.
When determining the difference between the first error and the second error, it is preferable to make the determination based on a set of first errors and a set of second errors corresponding to a plurality of teacher data sets. In this case, for example, the average value or the maximum value of the difference between the first error and the second error can be used.

最適化計測データ選定部16は、現在取得している計測データ群のうち、例えば、寄与度の小さい計測データを除く、予め設定された数の計測データの組み合わせからなる最適化計測データ群を選択する。なお、ここで「計測データ数」とは、例えば計測データを計測するセンサ毎に異なる、計測データの種類数を意味する。
より具体的には、最適化計測データ選定部16は、現在取得している計測データ群から、寄与度判定部15により判定される寄与度の一番少ない計測データを外した計測データ群を、第1番目の計測データ群として選択する。次に、最適化計測データ選定部16は、第i(1≦i)番目の計測データ群から、寄与度判定部15により判定される寄与度の一番少ない計測データを外した計測データ群を、第(i+1)番目の計測データ群として選択することを繰り返し行うことで、予め設定された数の計測データからなる最適化計測データ群を選択する。なお、ここでiとは自然数である。
The optimization measurement data selection unit 16 selects, for example, an optimization measurement data group consisting of a combination of a preset number of measurement data excluding measurement data having a small degree of contribution, among the currently acquired measurement data groups. Do. Here, “the number of measurement data” means, for example, the number of types of measurement data, which is different for each sensor that measures the measurement data.
More specifically, the optimization measurement data selection unit 16 removes the measurement data group obtained by removing the measurement data with the smallest contribution degree determined by the contribution degree determination unit 15 from the measurement data group currently acquired, It is selected as the first measurement data group. Next, the optimization measurement data selection unit 16 removes the measurement data group obtained by removing the measurement data with the least contribution degree determined by the contribution degree determination unit 15 from the i-th (1 ≦ i) -th measurement data group. By repeatedly selecting as the (i + 1) th measurement data group, an optimization measurement data group consisting of a preset number of measurement data is selected. Here, i is a natural number.

<寄与度判定時の動作>
次に、機械学習装置10Aにおける、計測データ群に含まれる計測データの寄与度を判定する動作について説明する。図9は、この寄与度判定時の機械学習装置10Aの動作を示すフローチャートである。
<Operation when determining contribution degree>
Next, an operation of determining the contribution degree of measurement data included in the measurement data group in the machine learning device 10A will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the machine learning device 10A at the time of determination of the degree of contribution.

ステップS31において、計算式学習部14は、図4に記載のフローに従い、全ての計測データを含む第1の計測データ群及び熱変位量実測値に基づいて第1熱変位量予測計算式を設定する。   In step S31, according to the flow described in FIG. 4, the calculation formula learning unit 14 sets a first thermal displacement amount prediction calculation formula based on the first measurement data group including all the measurement data and the thermal displacement amount actual measurement value. Do.

ステップS32において、寄与度判定部15は、第1熱変位量予測計算式を用いて、第1熱変位量予測値を算出する。   In step S <b> 32, the contribution degree determination unit 15 calculates a first thermal displacement predicted value using the first thermal displacement prediction equation.

ステップS33において、寄与度判定部15は、第1熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第1誤差(絶対値)を算出する。   In step S33, the contribution degree determination unit 15 calculates a first error (absolute value) which is an error between the first thermal displacement amount predicted value and the thermal displacement amount actual measurement value.

ステップS34において、計算式学習部14は、図4に記載のフローに従い、寄与度算出対象の計測データを除く第2の計測データ群及び熱変位量実測値に基づいて第2熱変位量予測計算式を設定する。   In step S34, according to the flow described in FIG. 4, the calculation formula learning unit 14 performs second thermal displacement amount prediction calculation based on the second measurement data group excluding the measurement data of the contribution degree calculation target and the thermal displacement amount actual value. Set the formula.

ステップS35において、寄与度判定部15は、第2熱変位量予測計算式を用いて、第2熱変位量予測値を算出する。   In step S35, the contribution degree determination unit 15 calculates a second predicted thermal displacement value using the second predicted thermal displacement equation.

ステップS36において、寄与度判定部15は、第2熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第2誤差(絶対値)を算出する。   In step S36, the contribution degree determination unit 15 calculates a second error (absolute value) which is an error between the second thermal displacement amount predicted value and the thermal displacement amount actual measurement value.

なお、ステップS31〜S36は、図9に記載のように並行して実行してもよく、あるいは、連続的に実行してもよい。   Steps S31 to S36 may be performed in parallel as shown in FIG. 9, or may be performed continuously.

ステップS37において、寄与度判定部15は、第1誤差と第2誤差との差異に基づいて、寄与度算出対象の計測データの寄与度を判定する。具体的には、この差異が大きいほど、寄与度算出対象の計測データの寄与度は大きくなると判定することができる。   In step S37, the contribution degree determination unit 15 determines the contribution degree of the measurement data of the contribution degree calculation target based on the difference between the first error and the second error. Specifically, it can be determined that the degree of contribution of the measurement data to be subjected to the degree of contribution calculation increases as the difference increases.

<最適化計測データ群選択時の動作>
次に、機械学習装置10Aにおける、寄与度の小さい計測データを外して所定の数の計測データを含む最適化計測データ群選択時の動作について説明する。図10は、この寄与度判定時の機械学習装置10Aの動作を示すフローチャートである。
<Operation when selecting optimized measurement data group>
Next, the operation of the machine learning device 10A when selecting an optimized measurement data group including a predetermined number of measurement data by removing measurement data with a small degree of contribution will be described. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the machine learning device 10A at the time of determination of the degree of contribution.

ステップS41において、最適化計測データ選定部16は、最終的に使用する計測データの数を設定する。なお、最終的に使用する計測データの数は、当所の計測データ数未満であるものとする。   In step S41, the optimization measurement data selection unit 16 sets the number of measurement data to be used finally. In addition, the number of measurement data to be used finally is assumed to be less than the number of measurement data at our site.

ステップS42において、寄与度判定部15は、図9に記載のフローに従い、現在取得している計測データ群を構成する各計測データの寄与度を判定する。   In step S42, the contribution degree determination unit 15 determines the degree of contribution of each measurement data forming the currently acquired measurement data group according to the flow described in FIG.

ステップS43において、最適化計測データ選定部16は、現在取得している計測データ群から、最も寄与度が小さい計測データを外した上で、この計測データ群を「1番目の計測データ群」とする。   In step S43, the optimization measurement data selection unit 16 removes the measurement data with the smallest contribution from the currently acquired measurement data group, and sets this measurement data group as the “first measurement data group”. Do.

ステップS44において、最適化計測データ選定部16は、初期値としてi=1を設定する。   In step S44, the optimization measurement data selection unit 16 sets i = 1 as an initial value.

ステップS45において、最適化計測データ選定部16は、i番目の計測データ群を選択する。   In step S45, the optimization measurement data selection unit 16 selects the i-th measurement data group.

ステップS46において、寄与度判定部15は、図9に記載のフローに従い、i番目の計測データ群を構成する各計測データの寄与度を判定する。   In step S46, the contribution degree determination unit 15 determines the contribution degree of each measurement data forming the i-th measurement data group according to the flow described in FIG.

ステップS47において、最適化計測データ選定部16は、i番目の計測データ群から、最も寄与度が小さい計測データを外した上で、この計測データ群を「i+1番目の計測データ群」とする。   In step S47, the optimization measurement data selection unit 16 removes the measurement data with the smallest contribution from the i-th measurement data group, and sets this measurement data group as the “i + 1st measurement data group”.

ステップS48において、最適化計測データ選定部16は、「i+1番目の計測データ群」中の計測データ数が、ステップS41において設定した計測データ数に等しいか判定する。計測データ数が当初の設定数と等しい場合(S48:YES)には、処理を終了する。すなわち、ステップS48の処理を終了した時点での「i+1番目の計測データ群」が、最適化された計測データ群となる。計測データ数が当初の設定数と等しくない場合(S48:NO)には、処理はステップS47に移行する。   In step S48, the optimization measurement data selection unit 16 determines whether the number of measurement data in the "i + 1st measurement data group" is equal to the number of measurement data set in step S41. If the number of measurement data is equal to the initially set number (S48: YES), the process is ended. That is, the “i + 1st measurement data group” at the end of the process of step S <b> 48 is the optimized measurement data group. If the number of measured data is not equal to the initially set number (S48: NO), the process proceeds to step S47.

ステップS47において、最適化計測データ選定部16は、iを1インクリメントする。その後、処理はステップS45に戻る。   In step S47, the optimization measurement data selection unit 16 increments i by one. Thereafter, the process returns to step S45.

<第2実施形態が奏する効果>
上記のように、第2実施形態では、第1実施形態が奏する効果に加えて、貢献度の小さな計測データを計測データ群から外すことにより、計測データ群をスリム化することが可能となる。
<Effects of the Second Embodiment>
As described above, in the second embodiment, in addition to the effects exhibited by the first embodiment, it is possible to slim the measurement data group by removing the measurement data with a small contribution degree from the measurement data group.

さらに、上記のように、制御装置30の端子に接続されたセンサは取り外し可能であるため、精度向上への寄与が小さいセンサを外したり、センサの位置を変更したりすることにより、少ないセンサで高精度な補正をすることが可能となる。また、センサの削減は、コストカットや保守の容易性に繋がる。とりわけ、あらかじめ大量のセンサを設置して計測データを取得した上で、機械学習による自動解析で寄与度を算出し、寄与が小さいセンサを削除することにより、少ないセンサで高精度な補正をすることが可能となる。   Furthermore, as described above, since the sensor connected to the terminal of the control device 30 is removable, it is possible to reduce the number of sensors by removing the sensor that contributes little to improvement in accuracy or changing the position of the sensor. It is possible to make highly accurate correction. In addition, the reduction of sensors leads to cost cutting and ease of maintenance. In particular, after installing a large number of sensors in advance and acquiring measurement data, calculate contribution degree by automatic analysis by machine learning, and perform correction with high accuracy with few sensors by deleting sensors with small contribution. Is possible.

[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態を図面に基づいて説明する。図11は、本実施形態に係る機械学習装置の詳細を示すブロック図である。図12は、本実施形態に係る機械学習装置における精度向上に貢献しない計測データの検出時の動作を示すフローチャートである。
Third Embodiment
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 11 is a block diagram showing the details of the machine learning device according to the present embodiment. FIG. 12 is a flowchart showing an operation at the time of detection of measurement data which does not contribute to accuracy improvement in the machine learning device according to the present embodiment.

<熱変位補正システム100Bの構成>
第3実施形態に係る熱変位補正システム100Bは、第1実施形態に係る熱変位補正システム100に比較して、機械学習装置10Bの構成要素は、図8に示すように、機械学習装置10の構成要素に加えて、検出部17が追加される。その他の構成については、上述した第1実施形態と基本的に同一であるので、同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。第3実施形態は、スパース正則化学習を利用することにより精度向上に寄与しない計測データを検出するものである。
<Configuration of Thermal Displacement Correction System 100B>
In the thermal displacement correction system 100B according to the third embodiment, as compared to the thermal displacement correction system 100 according to the first embodiment, the constituent elements of the machine learning device 10B are the same as those of the machine learning device 10 as shown in FIG. In addition to the components, a detection unit 17 is added. The other configuration is basically the same as that of the first embodiment described above, so the same reference numerals are given to the same members, and the description thereof is omitted. In the third embodiment, measurement data that does not contribute to accuracy improvement is detected by using sparse regularization learning.

検出部17は、スパース正則化学習により設定される熱変位量予測式に基づいて、熱変位量予測の精度向上に貢献しない計測データを検出する。   The detection unit 17 detects measurement data that does not contribute to the accuracy improvement of the thermal displacement amount prediction based on the thermal displacement amount prediction equation set by the sparse regularization learning.

<検出時の動作>
次に、機械学習装置10Bにおける、計測データ群に含まれる計測データの寄与度を判定する動作について説明する。図12は、この寄与度判定時の機械学習装置10Bの動作を示すフローチャートである。
<Operation at detection>
Next, the operation of determining the contribution degree of the measurement data included in the measurement data group in the machine learning device 10B will be described. FIG. 12 is a flow chart showing the operation of the machine learning device 10B at the time of determination of the degree of contribution.

ステップS51において、機械学習装置10Bの計測データ取得部11は、制御装置30から計測データ群を取得する。より具体的には、計測データ取得部11は、工作機械35の機械要素とその周辺の温度データ、及び/又は、工作機械35の動作状態データを取得する。   In step S51, the measurement data acquisition unit 11 of the machine learning device 10B acquires a measurement data group from the control device 30. More specifically, the measurement data acquisition unit 11 acquires temperature data of the machine element of the machine tool 35 and the periphery thereof and / or operation state data of the machine tool 35.

ステップS52において、機械学習装置10Bの熱変位量取得部12は、例えば渦電流センサによって検出される、工作機械35の機械要素の熱変位量の実測値を取得する。具体的には、例えば、熱変位量のX、Y、Z軸方向成分を測定し、それらの測定値の組を実測値としてもよい。   In step S52, the thermal displacement acquisition unit 12 of the machine learning device 10B acquires the measured value of the thermal displacement of the mechanical element of the machine tool 35, which is detected by, for example, an eddy current sensor. Specifically, for example, components in the X, Y, and Z axial directions of the thermal displacement amount may be measured, and a set of those measured values may be used as an actual measurement value.

ステップS53において、機械学習装置10Bの記憶部13は、計測データ取得部11によって取得された計測データ群を入力データとし、熱変位量取得部12によって取得された機械要素の熱変位量の実測値をラベルとして、互いに関連付けた組とし、教師データとして記憶する。   In step S53, the storage unit 13 of the machine learning device 10B uses the measurement data group acquired by the measurement data acquisition unit 11 as input data, and the measured value of the thermal displacement amount of the mechanical element acquired by the thermal displacement amount acquisition unit 12 As a label, as a set associated with each other, and stored as teacher data.

ステップS54において、機械学習装置10の計算式学習部14は、この教師データを用いたスパース正則化による機械学習をする。   In step S54, the calculation formula learning unit 14 of the machine learning device 10 performs machine learning by sparse regularization using this teacher data.

ステップS55において係数ak=0となるような計測データXkを検出する。こうすることで、検出部17は、スパース正則化学習により設定される熱変位量予測式に基づいて、熱変位量予測の精度向上に貢献しない計測データを検出する。   In step S55, measurement data Xk for which the coefficient ak = 0 is detected. By doing this, the detection unit 17 detects measurement data that does not contribute to the improvement in the accuracy of the thermal displacement amount prediction, based on the thermal displacement amount prediction equation set by the sparse regularization learning.

なお、第2実施形態である機械学習装置10Aにおいて、寄与度判定部15に代えて、検出部17を使用し、最適化計測データ選定部16と組み合わせることで、計測データ群を最適化することも可能である。より具体的には、検出部17が、係数ak=0となるような、熱変位量予測の精度向上に貢献しない計測データを検出し、最適化計測データ選定部16が、現在取得している計測データ群から、熱変位量予測の精度向上に貢献しない計測データを外すことにより、スリム化された計測データ群を選定することが可能となる。   In the machine learning device 10A according to the second embodiment, the measurement data group is optimized by using the detection unit 17 instead of the contribution degree determination unit 15 and combining it with the optimization measurement data selection unit 16. Is also possible. More specifically, the detection unit 17 detects measurement data that does not contribute to the accuracy improvement of the thermal displacement amount prediction such that the coefficient ak = 0, and the optimization measurement data selection unit 16 is currently acquiring By removing the measurement data that does not contribute to the accuracy improvement of the thermal displacement amount from the measurement data group, it is possible to select the slim measurement data group.

<第3実施形態が奏する効果>
上記のように、第3実施形態では、第2実施形態が奏する効果と同様の効果を奏することが可能となる。
<Advantages of the Third Embodiment>
As described above, in the third embodiment, it is possible to achieve the same effects as the effects of the second embodiment.

[その他の実施形態]
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態に本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を施した形態での実施が可能である。
Other Embodiments
The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes may be made without departing from the scope of the present invention. Implementation is possible.

[変形例1]
上記の実施形態においては、一般化線形モデルの重回帰に基づき、熱変位量予測計算式を多項式としたが、これには限定されず、非線形モデルの重回帰に基づくものとしてもよい。
[Modification 1]
In the above embodiment, the thermal displacement prediction calculation formula is a polynomial based on the multiple regression of the generalized linear model. However, the present invention is not limited to this, and may be based on the multiple regression of a non-linear model.

[変形例2]
また、上記の実施形態においては、計測データを削除することにより計測データ群を最適化する技術について記載したが、これには限定されず、計測データを追加することにより計測データ群を最適化してもよい。具体的には、機械学習の結果設定された熱変位量予測計算式の精度が、閾値未満である場合には、計測データを追加してもよい。さらに、ある計測データを削除した上で、別の計測データを追加してもよい。
とりわけ、工作機械の保守員やエンドユーザの側でセンサを追加した際、熱変位量予測計算式に基づく補正式の自動チューニングにより、熱変位補正の精度が向上する。
また、例えば熱変位補正の精度を向上させるために、例えば温度センサの配置位置を変えて得られる計測データ群による機械学習を行うようにしてもよい。この場合も、配置換えした後に得られる熱変位予測式により算出される熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差と、配置換えをする前の計測データ群による機械学習に基づいて得られた熱変位補正式により算出される熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差と、の差異を評価することで、精度が向上しているかどうかを判定することができる。
[Modification 2]
In the above embodiment, although the technology for optimizing the measurement data group by deleting the measurement data has been described, the invention is not limited thereto, and the measurement data group is optimized by adding the measurement data. It is also good. Specifically, measurement data may be added when the accuracy of the thermal displacement prediction equation set as a result of machine learning is less than a threshold. Furthermore, after deleting one measurement data, another measurement data may be added.
In particular, when a sensor maintenance worker or an end user side of the machine tool adds a sensor, the accuracy of the thermal displacement correction is improved by the automatic tuning of the correction equation based on the thermal displacement prediction equation.
Further, for example, in order to improve the accuracy of the thermal displacement correction, for example, machine learning may be performed using measurement data groups obtained by changing the arrangement position of the temperature sensor. Also in this case, the error between the thermal displacement predicted value calculated by the thermal displacement prediction equation obtained after repositioning and the thermal displacement amount actual measurement value, and obtained based on the machine learning based on the measurement data group before the repositioning. By evaluating the difference between the thermal displacement amount predicted value calculated by the thermal displacement correction formula and the error between the thermal displacement amount actual measurement value, it can be determined whether the accuracy is improved.

また、上記の実施形態では、工作機械35を切削機械としたがこれには限定されない。工作機械35は、例えば、ワイヤ放電加工機や、レーザ加工機であってもよい。   Moreover, in said embodiment, although the machine tool 35 was used as the cutting machine, it is not limited to this. The machine tool 35 may be, for example, a wire electric discharge machine or a laser machine.

[変形例4]
また、制御装置30が熱変位補正装置20を備えるように構成してもよい。
あるいは、制御装置30が機械学習装置10,10A,10Bを備えるように構成してもよい。
[Modification 4]
In addition, the control device 30 may be configured to include the thermal displacement correction device 20.
Alternatively, the control device 30 may be configured to include the machine learning device 10, 10A, 10B.

[変形例5]
上記の実施形態における機械学習装置10,10A,10Bは、CPUを備えるコンピュータシステムとしてもよい。その場合には、CPUは、例えばROM等の記憶部に格納されたプログラムを読み出し、このプログラムに従ってコンピュータを計測データ取得部11、熱変位量取得部12、記憶部13、計算式学習部14、寄与度判定部15、最適化計測データ選定部16、検出部17として実行させる。
[Modification 5]
The machine learning devices 10, 10A, and 10B in the above embodiments may be computer systems including a CPU. In that case, the CPU reads a program stored in a storage unit such as a ROM, for example, and according to this program, the computer is used as a measurement data acquisition unit 11, a thermal displacement amount acquisition unit 12, a storage unit 13, a formula learning unit 14, The contribution degree determination unit 15, the optimization measurement data selection unit 16, and the detection unit 17 are executed.

10 10A 10B 機械学習装置
11 計測データ取得部
12 熱変位量取得部
13 記憶部
14 計算式学習部
15 寄与度判定部
16 最適化計測データ選定部
17 検出部
20 熱変位補正装置
22 補正量算出部
24 補正部
30 制御装置
35 工作機械
40 ネットワーク
100 100A 100B 熱変位補正システム
10 10A 10B Machine Learning Device 11 Measurement Data Acquisition Unit 12 Thermal Displacement Acquisition Unit 13 Storage Unit 14 Calculation Formula Learning Unit 15 Contribution Degree Determination Unit 16 Optimization Measurement Data Selection Unit 17 Detection Unit 20 Thermal Displacement Correction Device 22 Correction Amount Calculation Unit 24 correction unit 30 control device 35 machine tool 40 network 100 100A 100B thermal displacement correction system

Claims (13)

熱膨張する機械要素を有する工作機械の前記機械要素とその周辺の温度データ及び/又は前記機械要素の動作状態データを含む計測データ群に基づいて前記機械要素の熱変位量を推定する計算式を機械学習によって最適化する機械学習装置であって、
前記計測データ群を取得する計測データ取得部と、
前記機械要素の熱変位量の実測値を取得する熱変位量取得部と、
前記計測データ取得部によって取得された前記計測データ群を入力データとし、前記熱変位量取得部によって取得された前記機械要素の熱変位量の実測値をラベルとして互いに関連付けて教師データとして記憶する記憶部と、
前記計測データ群と、前記機械要素の熱変位量の実測値と、に基づいて機械学習を行うことで、前記機械要素の熱変位量を前記計測データ群に基づいて算出する熱変位量予測計算式を設定する計算式学習部と、を備え、
前記計算式学習部は、前記熱変位量予測計算式に前記記憶部に教師データとして記憶された所定期間内における前記計測データ群を代入して算出される前記機械要素の熱変位量の推定値と、前記記憶部にラベルとして記憶された前記所定期間内における前記機械要素の熱変位量の実測値との差異に基づいて、前記熱変位量予測計算式を設定する機械学習装置。
A calculation equation for estimating the thermal displacement of the machine element based on a measurement data group including temperature data of the machine element and its surroundings and / or operating condition data of the machine element having a thermally expanding machine element A machine learning device that is optimized by machine learning, and
A measurement data acquisition unit that acquires the measurement data group;
A thermal displacement amount acquisition unit that acquires an actual measurement value of a thermal displacement amount of the mechanical element;
A storage in which the measurement data group acquired by the measurement data acquisition unit is used as input data, and the measured values of the thermal displacement amounts of the mechanical elements acquired by the thermal displacement acquisition unit are associated with each other as labels and stored as teacher data Department,
Thermal displacement prediction calculation to calculate the thermal displacement of the mechanical element based on the measurement data group by performing machine learning based on the measurement data group and the measured value of the thermal displacement amount of the mechanical element A formula learning unit for setting the formula;
The calculation formula learning unit is an estimated value of the thermal displacement amount of the mechanical element calculated by substituting the measurement data group within a predetermined period stored as teaching data in the storage unit in the thermal displacement amount prediction calculation equation. A machine learning apparatus for setting the thermal displacement prediction equation based on the difference between the measured value of the thermal displacement of the mechanical element within the predetermined period stored as a label in the storage unit.
計測データ取得部は、さらに、
前記計測データ群に計測データの追加、及び/又は前記計測データ群から計測データを除外することで第2の計測データ群を取得し、
前記記憶部に、前記第2の計測データ群を入力データとして記憶し、
前記計算式学習部は、さらに、
前記第2の計測データ群に基づいて前記機械要素の熱変位量を算出する第2熱変位量予測計算式を設定する、請求項1に記載の機械学習装置。
Furthermore, the measurement data acquisition unit
Acquiring a second measurement data group by adding measurement data to the measurement data group and / or excluding measurement data from the measurement data group,
Storing the second measurement data group as input data in the storage unit;
The calculation formula learning unit further includes
The machine learning device according to claim 1, wherein a second thermal displacement prediction calculation formula is set to calculate a thermal displacement of the mechanical element based on the second measurement data group.
前記計測データ群に含まれる計測データの熱変位量の予測に対する寄与度を判定する寄与度判定部をさらに備え、
前記寄与度判定部は、
寄与度算出対象の計測データを含む計測データ群に基づいて設定された第1熱変位量予測計算式により算出される第1熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第1誤差と、前記寄与度算出対象の計測データを除く前記第2の計測データ群に基づいて設定される第2熱変位量予測計算式により算出される第2熱変位量予測値と熱変位量実測値との誤差である第2誤差と、の差異に基づいて、前記寄与度算出対象の計測データの寄与度を判定する請求項2に記載の機械学習装置。
It further comprises a contribution degree determination unit that determines the degree of contribution of the measurement data contained in the measurement data group to the prediction of the thermal displacement amount,
The contribution degree determination unit
A first error which is an error between the first thermal displacement predicted value calculated by the first thermal displacement prediction equation set based on the measurement data group including the measurement data of the contribution degree calculation target and the thermal displacement actual value Second thermal displacement predicted value calculated based on the second thermal displacement prediction equation set based on the second measurement data group excluding the error and the measurement data for the contribution degree calculation target and the thermal displacement actual measurement The machine learning apparatus according to claim 2, wherein the degree of contribution of the measurement data to be subjected to the calculation of the degree of contribution is determined based on a difference between a second error that is an error from the value and the second error.
現在取得している計測データ群のうち、予め設定された数の計測データを使用して最良の精度となる計測データの組み合わせからなる最適化計測データ群を選択する最適化計測データ選定部をさらに備え、
前記最適化計測データ選定部は、
現在取得している計測データ群から、前記寄与度判定部により判定される寄与度の一番少ない計測データを外した計測データ群を、第1番目の計測データ群として選択し、
第i(1≦i)番目の計測データ群から、前記寄与度判定部により判定される寄与度の一番少ない計測データを外した計測データ群を、第(i+1)番目の計測データ群として選択することを繰り返し行うことで、予め設定された数の計測データからなる最適化計測データ群を選択する、請求項3に記載の機械学習装置。
The optimization measurement data selection unit is further configured to select an optimization measurement data group consisting of a combination of measurement data with the best accuracy using a preset number of measurement data among the measurement data groups currently acquired. Equipped
The optimization measurement data selection unit
The measurement data group obtained by removing the measurement data with the smallest contribution degree determined by the contribution degree determination unit from the currently acquired measurement data group is selected as a first measurement data group,
The measurement data group obtained by removing the measurement data with the least contribution degree determined by the contribution degree determination unit from the i-th (1 ≦ i) -th measurement data group is selected as the (i + 1) th measurement data group 4. The machine learning apparatus according to claim 3, wherein an optimization measurement data group consisting of a preset number of measurement data is selected by repeating the process.
前記熱変位量予測計算式は、前記計測データ群に含まれる計測データの1次遅れ要素を使用する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の機械学習装置。   The machine learning apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the thermal displacement prediction calculation formula uses a first-order lag element of measurement data included in the measurement data group. 前記熱変位量予測計算式は、前記計測データ群に含まれる計測データの時間シフト要素を使用する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の機械学習装置。   The machine learning apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermal displacement prediction calculation formula uses a time shift element of measurement data included in the measurement data group. 前記熱変位量予測計算式は、ニューラルネットワークによる機械学習に基づいて設定される、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の機械学習装置。   The machine learning apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the thermal displacement prediction calculation formula is set based on machine learning by a neural network. 前記計算式学習部は、L2正則化項を考慮した重回帰分析を用いる機械学習に基づいて、前記熱変位量の予測計算式を設定する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の機械学習装置。   The said calculation formula learning part sets the prediction calculation formula of the said thermal displacement amount to any one of the Claims 1-6 based on the machine learning using the multiple regression analysis which considered L2 regularization terms. Machine learning device as described. 前記計算式学習部は、スパース正則化学習を用いて、前記熱変位量の予測計算式を設定する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の機械学習装置。   The machine learning device according to any one of claims 1 to 6, wherein the calculation formula learning unit sets a prediction calculation formula of the thermal displacement amount using sparse regularization learning. 前記計測データ群に含まれる、熱変位量予測の精度向上に貢献しない計測データを検出する検出部をさらに備え、
前記検出部は、
スパース正則化学習により設定される前記熱変位量の予測計算式に基づいて検出する請求項9に記載の機械学習装置。
The measurement data group further includes a detection unit that detects measurement data that does not contribute to the accuracy improvement of the thermal displacement amount prediction,
The detection unit is
10. The machine learning apparatus according to claim 9, wherein the detection is performed based on a prediction calculation formula of the thermal displacement amount set by sparse regularization learning.
前記機械学習装置は、前記工作機械の制御装置に含まれる請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の機械学習装置。   The machine learning device according to any one of claims 1 to 10, wherein the machine learning device is included in a control device of the machine tool. 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の機械学習装置により設定された熱変位量予測計算式に基づいて、前記計測データ群から算出される前記機械要素の熱変位量に対応する補正量を算出する補正量算出部と、
前記補正量算出部によって算出された前記機械要素の補正量に基づき、前記機械要素の機械位置を補正する補正部と、
を備えている工作機械の熱変位補正装置。
It corresponds to the thermal displacement of the said mechanical element calculated from the said measurement data group based on the thermal displacement prediction equation set by the machine learning apparatus in any one of Claims 1-11. A correction amount calculation unit that calculates the correction amount;
A correction unit that corrects the machine position of the machine element based on the correction amount of the machine element calculated by the correction amount calculation unit;
Thermal displacement correction device for machine tools equipped with
前記熱変位補正装置は、前記工作機械の制御装置に含まれる請求項12に記載の熱変位補正装置。   The thermal displacement correction device according to claim 12, wherein the thermal displacement correction device is included in a control device of the machine tool.
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