JP2019206056A - 診断装置、診断方法及び診断プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1では、正常加工時の負荷トルクパターンと実加工時の負荷トルクパターンとを比較することで、加工の異常を判定する技術が提案されている。
また、特許文献2では、正常加工時の負荷トルクパターン及び加工寸法データからマスタデータを作成し、このマスタデータと実加工データとを比較することで、加工の異常を判定する技術が提案されている。
しかしながら、従来のように、実加工時のモータ負荷トルク等を検出することで加工不良を発見する技術では、加工不良の要因を識別することはできなかった。
図1は、本実施形態に係る診断装置1の機能構成を示すブロック図である。
診断装置1は、少なくとも1台の加工機2と、少なくとも1台の測定器3とが接続可能である。
なお、ソフトウェアインタフェースSによるデータフォーマットの変換は、CPU10が行ってもよい。データ構造変換部には、EtherNet/IP、EtherCAT(登録商標)、OPC等のプロトコル間で相違を変換する仕組み、及び通信で得られたデータの中から、同じ意味のデータの単位系を揃えたり、同じ意味のデータを集めたりするソフトウェアモジュールが含まれている。
また、収集部101は、加工機2により加工された部品を測定した測定データをさらに、物理インタフェースE及びソフトウェアインタフェースSを介して測定器3から収集する。
このとき、サンプリングタイム毎の機械データと測定データとは、加工時の座標値により対応付けられ、記憶部11に記憶される。
出力部104は、複数の加工機2それぞれに対する判定部103による判定結果の全体を、加工の進捗状況と共に更新して出力してもよい。
なお、出力データは、診断装置1が備える通信インタフェースを介して、クライアント端末4に送信される。
加工機2は、加工パスを制御するCNC(Computerized Numerical Control)用CPU21と、サーボ用CPU22とを備えている。サーボ用CPU22は、電流制御部221へ指令し、アンプ222を介してサーボモータ223を制御する。
収集されたデータは、サンプリングタイムと共に測定記憶部231に蓄積される。
3次元測定器等の測定器3は、全体制御用のメインCPU31の他、加工機2と同様に、空間を動作する機構を制御するためにサーボ用CPU32を備えている。
また、測定器3は、データ収集のため、測定用CPU33を備え、さらに、非接触のセンサのデータを入手するデジタルアナログ変換部331、及び外部装置との入出力インタフェース332等を備えてもよい。
この入力画面は、診断装置1又はクライアント端末4において表示され、個々の加工が終了し、検査員が加工された部品を測定器等により検査した結果が入力される。
例えば、加工番号によって識別される加工実績それぞれについて、検査日時と、加工不良の有無、及び加工不良の要因とが入力される。入力されたデータは、加工番号をキーとして、機械データ及び測定データに紐付けて記憶部11に記憶される。
一般に機械加工では、加工後、測定検査までに時間を要するため、工場内でのトレーサビリティを確保することが難しい。本実施形態では、個々の加工実績を識別するために加工番号が利用される。加工番号は、部品の加工実績の識別の他、電子タグ等により加工後の組み立て、完成品、出荷後の製品の管理にも利用される。
人的要因は、例えば、オフセットデータの誤設定を含む。オフセットデータが誤設定されると加工量が変わってしまうため、位置によっては即座に加工を停止し、設定を正しく直した後に再加工する必要がある。
収集部101は、加工機2の実際の稼働状況に関する機械データを、所定のサンプリング周期で時刻情報と共に取得する。
機械データは、例えば、主軸及び送り軸のモータ制御データ等であり、電流又は電圧の指令値及び実測値、位置(座標値)の指令値及び実測値、位置帰還データ、速度の指令値及び実測値、トルクの指令値及び実測値等を含む。
例えば、加工不良と判定された加工実績についての、負荷トルクの実測値、実効電流、及び位置の実測値の所定のサンプリング期間での時系列データと、正常時における同種の時系列データとが比較される。
比較結果である偏差の集合から、最大値、最小値、平均値、二乗和等の統計値が要因毎の特徴量として抽出される。
人的要因の場合、他の要因に比べて、位置の実測値に関する偏差が異なる。
工具要因の場合、他の要因に比べて、負荷トルクの実測値に関する偏差が異なる。
治具要因の場合、他の要因に比べて、取り付け方向の位置の実測値に関する偏差が異なる。
ワーク要因の場合、鋳物の中にある巣の大きさに応じて、切削時の負荷トルクの実測値が瞬間的に変化する。
機械要因の場合、他の要因に比べて、駆動軸方向の位置の実測値に関する偏差が異なる。
収集部101は、加工寸法の測定データに含まれる位置データを、所定の測定間隔毎に取得する。
このとき、加工時のサンプリングタイム毎の機械データと、加工後の測定間隔毎の測定データとが、両者の位置の実測値又は代表値(例えば、指令値若しくは理論値)等により対応付けられる。これにより、所定の測定区間において同期された位置情報が機械データ及び測定データの双方から得られる。
例えば、加工不良と判定された加工実績についての、所定の測定間隔毎の加工寸法の測定データにおける位置データと、正常時における同種の位置データの代表値(例えば、理論値、平均値又は公差の中心値等)とが比較される。
比較結果である偏差の集合から、最大値、最小値、平均値、二乗和等の統計値が要因毎の特徴量として抽出される。
機械データと測定データとは、前述のように互いに対応付けられ、同じ位置に対して機械データの特徴量と、測定データの特徴量とがそれぞれ抽出される。
これらの特徴量は、組み合わされ、統合した特徴量が算出されてもよい。例えば、機械データ及び測定データを空間の移動量毎の連続データとして、主成分分析を行うことができる。主成分分析により、測定データの動きと機械データの動きとにより構成される要因空間において、不良要因について分析することで、不良要因別の特徴量としての要因空間が得られる。
加工不良の要因毎に、抽出された特徴量に関する閾値が設定される。判定部103は、加工実行中に取得した機械データ、又は加工後に取得した機械データ又は測定データから、この閾値を上回る又は下回る統計値が得られた場合に、加工状況が異常であり加工不良が発生していること、及び加工不良の要因を判定する。
一般的に、測定器3による検査項目は設計段階で決められており、三次元の加工では加工開始原点及び検査原点を決めることで、加工前のワーク及び加工後のワークの座標系が対応付けて管理される。
この他、中心値からの変動傾向(上昇傾向若しくは下降傾向)、又はFFT(Fast Fourier Transform)により得られる固有周波数等を特徴量としてもよい。
これらの特徴量と、収集された機械データ及び測定データとの合致度に基づいて、加工不良の要因が判定される。
この例では、加工番号と共に、加工中の部品名、加工の所要時間、現在までの加工時間が表示され、また、現在の診断結果として、正常度と、加工不良の要因別の判定状況が表示されている。
なお、複合が選択された場合、診断装置1は、「1+2+3」のように番号指定を受け付け、分析手法別に又は複数の分析手法を統合した結果を表示する。
この例では、工場全体の加工機2それぞれに対して、加工番号と名称、正常か否かを示す加工状況、加工の進捗割合、異常検出の有無が表示されている。表示項目は、これらに限定されず、図7で例示した診断結果の他、各種のデータが表示可能である。
このとき、診断装置1は、機械データと測定データとを、加工時の座標値により対応付けるので、両データを正しく関連付けて判定精度を向上できる。
さらに、診断装置1は、収集されるデータの構造を標準形式に変換するので、各種形式のデータを同様に扱い、多種のデータを効率的に収集できる。
また、特徴抽出部102及び判定部103による分析機能は、分析手法によって複数設けられてもよく、これらが複数の装置に分散配置されてもよい。この場合、複数の分析機能が選択的に利用され、分析結果がクライアント端末4に提供される。
S ソフトウェアインタフェース(データ構造変換部)
1 診断装置
2 加工機
3 測定器
4 クライアント端末
10 CPU
11 記憶部
101 収集部
102 特徴抽出部
103 判定部
104 出力部
Claims (9)
- 加工機の運転時に出力された機械データを収集する収集部と、
入力された加工不良の要因別に前記機械データを分類し、当該要因別に前記機械データの集合から特徴量を抽出する特徴抽出部と、
前記加工機による実加工時に出力される前記機械データの特徴量を、前記要因別の特徴量と比較し、合致度に基づいて加工不良の要因を判定する判定部と、を備える診断装置。 - 前記収集部は、前記加工機により加工された部品を測定した測定データをさらに収集し、
前記特徴抽出部は、前記測定データを前記要因別に分類し、当該要因別に前記機械データ及び前記測定データの集合から特徴量を抽出し、
前記判定部は、前記加工機による実加工時に出力される前記機械データ、及び加工後の前記測定データの特徴量を、前記要因別の特徴量と比較し、合致度に基づいて加工不良の要因を判定する請求項1に記載の診断装置。 - 前記機械データ及び前記測定データは、加工時の座標値により対応付けられる請求項2に記載の診断装置。
- 前記収集部により収集されるデータが伝送される電気信号を、所定の標準信号に変換する信号変換部を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の診断装置。
- 前記収集部により収集されるデータの構造を、所定の標準形式に変換するデータ構造変換部を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の診断装置。
- 前記判定部による判定結果を前記要因別に、加工の進捗状況と共に更新して出力する出力部を備える請求項1から請求項5のいずれかに記載の診断装置。
- 複数の前記加工機それぞれに対する前記判定部による判定結果の全体を、加工の進捗状況と共に更新して出力する出力部を備える請求項1から請求項5のいずれかに記載の診断装置。
- 加工機の運転時に出力された機械データを収集するデータ収集ステップと、
入力された加工不良の要因別に前記機械データを分類し、当該要因別に前記機械データの集合から特徴量を抽出する特徴抽出ステップと、
前記加工機による実加工時に出力される前記機械データの特徴量を、前記要因別の特徴量と比較し、合致度に基づいて加工不良の要因を判定する判定ステップと、をコンピュータが実行する診断方法。 - 加工機の運転時に出力された機械データを収集するデータ収集ステップと、
入力された加工不良の要因別に前記機械データを分類し、当該要因別に前記機械データの集合から特徴量を抽出する特徴抽出ステップと、
前記加工機による実加工時に出力される前記機械データの特徴量を、前記要因別の特徴量と比較し、合致度に基づいて加工不良の要因を判定する判定ステップと、をコンピュータに実行させるための診断プログラム。
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