JP2021074821A - Machine tool and display device - Google Patents

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Abstract

To provide a machine tool that can support determination of a state during machining.SOLUTION: A machine tool 100 comprises: a detection part 101 that detects a detection value of at least one of energy supplied for machining, vibrations, sound, heat, light during machining and power generated during the machining; a feature quantity extraction part 102 that extracts a first feature quantity and a second feature quantity from the detection value detected by the detection part; and a display part 103 that displays, when a numerical value relating to the first feature quantity is set as a first axis and a numerical value relating to the second feature quantity is set as a second axis, a screen including at least two border lines arranged in a contour line shape in order to represent a possibility that an abnormality occurs during the machining and a point having the detection value plotted.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、工作機械および表示装置に関する。 The present invention relates to machine tools and display devices.

上記技術分野において、特許文献1には、加工によって生じる工具近辺の切粉の飛散方向や飛散範囲、飛散速度などの動的情報を用いて機械学習を行って学習モデルを構築し、学習モデルから工具の摩耗や欠損などを推定する技術が開示されている。 In the above technical field, in Patent Document 1, a learning model is constructed by performing machine learning using dynamic information such as the scattering direction, scattering range, and scattering speed of chips near the tool generated by machining, and the learning model is used. A technique for estimating tool wear or loss is disclosed.

特開2018−0138327号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-0138327

しかしながら、上記文献に記載の技術では、加工時の状態判断を支援することができなかった。 However, the technique described in the above document has not been able to support the determination of the state at the time of processing.

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for solving the above-mentioned problems.

上記目的を達成するため、本発明に係る工作機械は、
加工時の、前記加工のために投入されるエネルギー、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力のうちの少なくともいずれか一つの検知値を検知する検知部と、
前記検知部で検知した前記検知値から第1特徴量と第2特徴量とを抽出する特徴量抽出部と、
前記第1特徴量に係る数値を第1軸とし前記第2特徴量に係る数値を第2軸とした平面上に、前記検知値をプロットした点と、前記加工中において異常が発生する可能性を表すために等高線状に配置された少なくとも2つの境界線と、を表示する表示部と、を備えた。
In order to achieve the above object, the machine tool according to the present invention
A detector that detects at least one of the energy, vibration, sound, heat, light, and power generated during processing during processing.
A feature amount extraction unit that extracts a first feature amount and a second feature amount from the detected value detected by the detection unit, and a feature amount extraction unit.
The point where the detected value is plotted on a plane with the numerical value related to the first feature amount as the first axis and the numerical value related to the second feature amount as the second axis, and the possibility that an abnormality may occur during the processing. It is provided with at least two boundary lines arranged in a contour line to represent, and a display unit for displaying.

上記目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、
加工時の、前記加工のために投入されるエネルギー、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力のうちの少なくともいずれか一つの検知値を検知する検知部を有する工作機械から検出された検知値から第1特徴量と第2特徴量とを抽出し、前記工作機械の加工の状態を表示する表示装置であって、
前記第1特徴量に係る数値を第1軸とし前記第2特徴量に係る数値を第2軸とした平面上に、前記検知値をプロットした点と、前記加工中において異常が発生する可能性を表すために等高線状に配置された少なくとも2つの境界線と、を表示する。
In order to achieve the above object, the display device according to the present invention is
Detected from a machine tool having a detection unit that detects a detection value of at least one of energy, vibration, sound, heat, light, and power generated during processing during processing. A display device that extracts the first feature amount and the second feature amount from the detected values and displays the machining status of the machine tool.
The point where the detected value is plotted on a plane with the numerical value related to the first feature amount as the first axis and the numerical value related to the second feature amount as the second axis, and the possibility that an abnormality may occur during the processing. At least two borders arranged in contour lines to represent.

本発明によれば、加工時の状態判断を支援することができる。 According to the present invention, it is possible to support the determination of the state at the time of processing.

第1実施形態に係る工作機械の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the machine tool which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の外観および工具保持部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the appearance of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment, and the schematic structure of the tool holding part. 第2実施形態に係る工作機械の前提技術による1次元グラフの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the one-dimensional graph by the premise technique of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の前提技術による1次元グラフの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the one-dimensional graph by the premise technique of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の補正部による補正前後の2次元マップの変化の様子を説明する図である。It is a figure explaining the state of change of the 2D map before and after the correction by the correction part of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の特徴量抽出部による特徴量の抽出について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction of the feature amount by the feature amount extraction part of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment. 2次元マップの軌跡を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the locus of a two-dimensional map. 第2実施形態に係る工作機械が有するマッピング対象テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mapping target table which the machine tool which concerns on 2nd Embodiment has. 第2実施形態に係る工作機械の処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the processing procedure of the machine tool which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る工作機械の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the machine tool which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る工作機械による食いつきデータ削除を説明する図である。It is a figure explaining the biting data deletion by the machine tool which concerns on 3rd Embodiment.

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail, exemplarily, with reference to the drawings. However, the configuration, numerical values, processing flow, functional elements, etc. described in the following embodiments are merely examples, and modifications and changes thereof are free, and the technical scope of the present invention is described below. It is not intended to be limited.

[第1実施形態]
第1実施形態に係る工作機械100について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る工作機械100の構成を説明するための図である。
[First Embodiment]
The machine tool 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the machine tool 100 according to the present embodiment.

工作機械100は、検知部101、特徴量抽出部102および表示部103を備える。検知部101は、加工時の、加工のために投入されるエネルギー、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力のうちの少なくともいずれか一つの検知値を検知する。特徴量抽出部102は、検知部101で検知した検知値から第1特徴量と第2特徴量とを抽出する。表示部103は、第1特徴量に係る数値を第1軸134とし第2特徴量に係る数値を第2軸135とした平面上に、検知値をプロットした点(図中、T1〜T16)と、加工中において異常が起こる可能性を表すために等高線状に配置された少なくとも2つの境界線132,133と、を表示する。 The machine tool 100 includes a detection unit 101, a feature amount extraction unit 102, and a display unit 103. The detection unit 101 detects the detection value of at least one of energy, vibration, sound, heat, light, and power generated during processing during processing. The feature amount extraction unit 102 extracts the first feature amount and the second feature amount from the detection value detected by the detection unit 101. The display unit 103 plots the detected values on a plane having the numerical value related to the first feature amount as the first axis 134 and the numerical value related to the second feature amount as the second axis 135 (T1 to T16 in the figure). And at least two boundary lines 132 and 133 arranged in a contour line to indicate the possibility of an abnormality occurring during processing.

表示部103に表示された境界線132の内側に表示された点(図中、T1〜T10)は、工作機械100が正常に稼働していることを示している。また、境界線132および境界線133の間に表示された点(T11〜T14)は、正常に稼働しているが、加工に影響のない軽微な異常(折損の予兆と考えられる異常)が発生する可能性があることを示している。さらに、境界線133の外側に表示された点(T15〜T16)は、加工に影響のある異常(工具折損・欠け、加工ワークの損傷)が発生する可能性があることを示している。 The points (T1 to T10 in the figure) displayed inside the boundary line 132 displayed on the display unit 103 indicate that the machine tool 100 is operating normally. In addition, the points (T11 to T14) displayed between the boundary line 132 and the boundary line 133 are operating normally, but a minor abnormality (abnormality considered to be a sign of breakage) that does not affect the processing occurs. Indicates that there is a possibility of doing so. Further, the points (T15 to T16) displayed on the outside of the boundary line 133 indicate that abnormalities affecting the machining (tool breakage / chipping, damage to the machining work) may occur.

本発明における工作機械100は、材料を付着することで加工する付加加工(Additive Manufacturing)の機械、材料を除去する除去加工(Subtractive Manufacturing)の機械、レーザなどの光を照射して加工する機械でもよい。具体的には、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、歯切り盤、研削盤、多軸加工機、レーザ加工機、積層加工機等が含まれる。これらは、金属、木材、石材、樹脂等のワークに対して、旋削、切断、穿孔、研削、研磨、圧延、鍛造、折り曲げ、成形、微細加工、積層加工等の各種の加工を施すものである。これらの加工を組み合わせた複合機も含まれる。 The machine tool 100 in the present invention may be an additive manufacturing machine that processes by adhering a material, a subtractive manufacturing machine that removes the material, or a machine that irradiates light such as a laser. Good. Specifically, lathes, drilling machines, boring machines, milling machines, gear cutting machines, grinding machines, multi-axis machines, laser machines, laminating machines and the like are included. These perform various processes such as turning, cutting, drilling, grinding, polishing, rolling, forging, bending, molding, microfabrication, and lathe processing on workpieces such as metal, wood, stone, and resin. .. A multifunction device that combines these processes is also included.

本実施形態によれば、加工の状態を2次元マップとして表示するので、加工時の状態判断を支援することができる。また、加工中の状態を的確に判断することができるので、工具の折損等を未然に防ぐことができ、例えば、工具が折れることにより加工時間が長くなるといった生産性の低下を防止できる。 According to this embodiment, since the machining state is displayed as a two-dimensional map, it is possible to support the state determination at the time of machining. In addition, since the state during machining can be accurately determined, it is possible to prevent breakage of the tool and the like, and for example, it is possible to prevent a decrease in productivity such as a long machining time due to the breakage of the tool.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る工作機械200について、図2乃至図7を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る工作機械の外観および工具保持部の概略構成を示す図である。第2実施形態の工作機械200について、複合機を用いて説明する。工作機械200は、工具保持部201を有し、工具保持部201には工具202が取り付けられる。工具202は、テーブル204に載置されたワーク203を加工する。本実施形態では、工具202の折損を予め防止することを目的とする。
[Second Embodiment]
Next, the machine tool 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7. FIG. 2 is a diagram showing the appearance of the machine tool and the schematic configuration of the tool holding portion according to the present embodiment. The machine tool 200 of the second embodiment will be described using a multifunction device. The machine tool 200 has a tool holding portion 201, and the tool 202 is attached to the tool holding portion 201. The tool 202 processes the work 203 placed on the table 204. An object of the present embodiment is to prevent the tool 202 from being broken in advance.

図3Aは、本実施形態の前提技術としての1次元グラフの一例を示す図である。図3Aには、縦軸356に工具主軸へ印加された電流値、横軸357に時間T1〜T16を設定したグラフ351が表示されている。このようなグラフを用いる場合、折損のタイミングをT16とすると、実際にはT15のタイミングが、適正なアラートのタイミングである。しかし、T15のタイミングを検出しようとすると、閾値358をあらかじめ定める必要がある。そうすると、閾値358を超えたT9のタイミングで、工具202の交換を促すことになる。このため、まだ工具を使用できるのにも関わらず、工具202を交換することになり、T9〜T15の時間分だけ、無駄が生じてしまう。つまり、工具の交換頻度が多くなるため、全体の加工時間が長くなり、加工時間あたりの工具コストが上昇する。また、図3Bに示すように、小径工具では閾値方式での判別がしにくく、工具交換のタイミングを間違えやすいという問題もあった。例えば、主軸回転をさせただけでも電流値は20A程度になり、ばらつきが大きく、φ3.3の工具を回転させて電流値を測定しても、切削中かどうかの見分けがつかなかった。つまり、単純な閾値方式では、小径工具について折損の予兆を判定することはできなかった。なお、図3Bの下段の一次元グラフは、上段の一次元グラフの部分拡大図である。 FIG. 3A is a diagram showing an example of a one-dimensional graph as a prerequisite technique of the present embodiment. In FIG. 3A, a graph 351 in which the current value applied to the tool spindle is set on the vertical axis 356 and the times T1 to T16 are set on the horizontal axis 357 is displayed. When using such a graph, assuming that the breakage timing is T16, the timing of T15 is actually the appropriate alert timing. However, when trying to detect the timing of T15, it is necessary to set a threshold value 358 in advance. Then, the replacement of the tool 202 is urged at the timing of T9 when the threshold value 358 is exceeded. Therefore, although the tool can still be used, the tool 202 has to be replaced, and waste is generated for the time of T9 to T15. That is, since the frequency of tool replacement increases, the overall machining time becomes long, and the tool cost per machining time increases. Further, as shown in FIG. 3B, there is a problem that it is difficult to discriminate by the threshold method with a small-diameter tool, and it is easy to make a mistake in the timing of tool replacement. For example, the current value became about 20A just by rotating the spindle, and the variation was large. Even if the current value was measured by rotating a tool of φ3.3, it was not possible to distinguish whether it was cutting or not. That is, the simple threshold method could not determine the sign of breakage of a small-diameter tool. The lower one-dimensional graph in FIG. 3B is a partially enlarged view of the upper one-dimensional graph.

図3Cは、工作機械200の内部構成を示す図である。工作機械200は、検知部301、特徴量抽出部302、表示部303、補正部304、操作部305、境界データ保持部306、異常判定部308および境界データ生成部309を有する。工作機械200は、検知部301が検知した検知値に基づいて、表示部303において、工具の折損の可能性を判断するための2次元マップ331を表示する。 FIG. 3C is a diagram showing an internal configuration of the machine tool 200. The machine tool 200 includes a detection unit 301, a feature amount extraction unit 302, a display unit 303, a correction unit 304, an operation unit 305, a boundary data holding unit 306, an abnormality determination unit 308, and a boundary data generation unit 309. The machine tool 200 displays a two-dimensional map 331 for determining the possibility of tool breakage on the display unit 303 based on the detection value detected by the detection unit 301.

検知部301は、加工のために工作機械200に印加されるエネルギーの一例として、工具202を回転させるために工具主軸に印加される電流値を検知し、検知値(sensed value)として出力する。検知部301は、三相交流のUVW相に設けられた電流センサと、電流センサで検知した電流値をデジタルデータに変換するADコンバータとを含む。例えば、ADコンバータにより、サンプリング周波数を2kHzとして、16bit、つまり、256点の時系列データを取得し、128msecごとの入力データとすることができる。 The detection unit 301 detects the current value applied to the tool spindle to rotate the tool 202 as an example of the energy applied to the machine tool 200 for machining, and outputs it as a detected value (sensed value). The detection unit 301 includes a current sensor provided in the three-phase alternating current UVW phase and an AD converter that converts the current value detected by the current sensor into digital data. For example, with an AD converter, the sampling frequency is set to 2 kHz, 16 bits, that is, 256 points of time series data can be acquired and used as input data every 128 msec.

検知部301は、ADコンバータから出力されたデジタル電流値に対し、以下の変換式(1)を用いて、Q軸電流iqとD軸電流idとを算出する。

Figure 2021074821
上の式において、Q軸電流iqは実効電流、D軸電流idは無効電流である。検知部301は、Q軸電流iqを検知値として特徴量抽出部302に送る。 The detection unit 301 calculates the Q-axis current i q and the D-axis current i d with respect to the digital current value output from the AD converter using the following conversion formula (1).
Figure 2021074821
In the above equation, the Q-axis current i q is the effective current and the D-axis current i d is the reactive current. The detection unit 301 sends the Q-axis current i q as a detection value to the feature amount extraction unit 302.

特徴量抽出部302は、周波数分解部321、正規化部322および次元圧縮部323を有する。周波数分解部321は、例えばフーリエ変換などを用いて、検知部301から受け取った検知値から周波数成分を抽出する。正規化部322は、周波数分解された後の周波数成分データを正規化する。次元圧縮部323は、正規化された周波数成分データの次元を圧縮して2次元の特徴量(第1特徴量成分と第2特徴量成分を有するデータ)を生成する。特徴量抽出部302は、所定のプログラムを実行するためのプロセッサである。 The feature amount extraction unit 302 has a frequency decomposition unit 321 and a normalization unit 322 and a dimension compression unit 323. The frequency decomposition unit 321 extracts a frequency component from the detected value received from the detection unit 301 by using, for example, a Fourier transform. The normalization unit 322 normalizes the frequency component data after the frequency decomposition. The dimensional compression unit 323 compresses the dimension of the normalized frequency component data to generate a two-dimensional feature amount (data having a first feature amount component and a second feature amount component). The feature amount extraction unit 302 is a processor for executing a predetermined program.

表示部303は、次元圧縮部323で抽出した2次元の特徴量データに基づいて、工具の折損の可能性を表わす2次元マップ331を表示する。2次元マップ331は、次元圧縮部323で生成される第1特徴量を第1軸332とし、第2特徴量を第2軸333とした平面を含む。その平面上に、検知値の特徴量をプロットする(T1〜T16)。さらに表示部303は、加工中に異常が発生する可能性の違いを表すために等高線状に配置された境界線(この例では3つの境界線334〜336)を画面に表示する。本実施形態で「異常」とは、工具の折損を意味する。 The display unit 303 displays a two-dimensional map 331 showing the possibility of tool breakage based on the two-dimensional feature amount data extracted by the dimensional compression unit 323. The two-dimensional map 331 includes a plane in which the first feature amount generated by the dimensional compression unit 323 is the first axis 332 and the second feature amount is the second axis 333. The features of the detected values are plotted on the plane (T1 to T16). Further, the display unit 303 displays on the screen the boundary lines (three boundary lines 334 to 336 in this example) arranged in contour lines in order to show the difference in the possibility that an abnormality occurs during processing. In the present embodiment, "abnormality" means breakage of the tool.

2次元マップ331は、プロットされる検知値の特徴量が、最も内側の境界線334の中心から外側に遠ざかれば遠ざかるほど異常が発生する可能性が高くなることを示している。 The two-dimensional map 331 shows that the farther the feature amount of the plotted detection values is from the center of the innermost boundary line 334 to the outside, the higher the possibility that an abnormality will occur.

例えば、境界線334の内側にプロットされた検知値の特徴量(T1,T8,T9・・・)は、異常が発生する可能性が極めて低いため正常であると判断できる。つまり、ユーザが2次元マップ331を見たユーザは、境界線334の内部にのみ検知値の特徴量を表わす点が表示されていれば、安心して加工を続けることができる。 For example, the feature quantities (T1, T8, T9 ...) Of the detected values plotted inside the boundary line 334 can be judged to be normal because the possibility of occurrence of an abnormality is extremely low. That is, the user who sees the two-dimensional map 331 can continue the processing with peace of mind as long as the point representing the feature amount of the detected value is displayed only inside the boundary line 334.

検知値の特徴量を表わす点が、境界線334および境界線335の間にあれば、ユーザは異常が発生する可能性は低いが所定値以上あると判断し、注意深く加工を行なえばよい。例えば、工具202の回転数を折損の発生し難い回転数に設定し加工を継続することができる。また、ユーザは、境界線334および境界線335の間に検知値の特徴量があれば、工具202の交換などを検討し始めるべきである。 If the point representing the feature amount of the detected value is between the boundary line 334 and the boundary line 335, the user may judge that the abnormality is unlikely to occur but is equal to or more than the predetermined value, and carefully process the value. For example, the rotation speed of the tool 202 can be set to a rotation speed at which breakage is unlikely to occur, and machining can be continued. Further, if there is a feature amount of the detected value between the boundary line 334 and the boundary line 335, the user should start considering replacement of the tool 202 and the like.

例えば、2次元マップ331を参照すると、T11〜T14は境界線334の外側の点であるため、加工において異常が発生する予兆である可能性が高い。点T15は、境界線335の外側であるため、即座に工具202の交換が必要であることが分かる。このように、2次元マップ331を表示することにより、1次元グラフ351よりも正確に、工具202の交換のタイミングを判断できる。 For example, referring to the two-dimensional map 331, since T11 to T14 are points outside the boundary line 334, there is a high possibility that an abnormality will occur in processing. Since the point T15 is outside the boundary line 335, it can be seen that the tool 202 needs to be replaced immediately. By displaying the two-dimensional map 331 in this way, the timing of replacement of the tool 202 can be determined more accurately than the one-dimensional graph 351.

また、点の軌跡を見ることにより、工作機械200に長期的に発生する異常の兆候などを容易に把握することができるので、ユーザは工作機械200の中長期的なメンテナンス計画や消耗品の調達計画を立てることができる。 In addition, by looking at the locus of points, it is possible to easily grasp signs of abnormalities that occur in the machine tool 200 over the long term, so that the user can easily grasp the medium- to long-term maintenance plan of the machine tool 200 and the procurement of consumables. You can make a plan.

さらに、例えば、検知値の特徴量が、境界線336の外側にプロットされていれば、即座に工具202の折損が発生する可能性が高いと考えられるため、工具202の交換を迅速に行なうべきである。 Further, for example, if the feature amount of the detected value is plotted outside the boundary line 336, it is considered that the tool 202 is likely to be broken immediately, so that the tool 202 should be replaced promptly. Is.

表示部303は、検知部301が検知値を検知する度に、検知値の特徴をプロットした点を追加的に表示し、同時に正常異常の判定基準となる境界線を表示する。 Each time the detection unit 301 detects a detected value, the display unit 303 additionally displays a point on which the characteristics of the detected value are plotted, and at the same time displays a boundary line that serves as a criterion for determining normality or abnormality.

表示部303は、例えば工作機械200の一部として設けられたディスプレイでもよいし、工作機械200の外部にあるディスプレイでもよい。また、プロジェクタを用いてスクリーンに2次元マップ331を投影してもよい。この場合、表示装置は、機械加工時の検知値として検知された振動、音、光、工具202に負荷される電流、熱および動力値の少なくとも一つから抽出された特徴量に基づいて、機械加工の状態を2次元マップ331として表示する。2次元マップ331に関する情報は、表示装置側が保持していてもよい。 The display unit 303 may be, for example, a display provided as a part of the machine tool 200, or a display outside the machine tool 200. Alternatively, a projector may be used to project the two-dimensional map 331 onto the screen. In this case, the display device is a machine based on a feature quantity extracted from at least one of vibration, sound, light, current loaded on the tool 202, heat, and power value detected as detected values during machining. The processing state is displayed as a two-dimensional map 331. Information about the two-dimensional map 331 may be held by the display device side.

補正部304は、ユーザからの指示に従い表示部303により表示された2次元マップの補正を行う。具体的には、図3Dに示したように、補正部304は、左下側に広げる方向に、2次元マップ331の境界線336の形状の補正を行う。ユーザは、境界線334を広げることにより、正常な検知値の範囲を広くすることができる。正常、異常の判定ができるベテランユーザなどが境界線334の形状を補正することにより、その機械を使う他のユーザが、ベテランユーザの判断に準ずることができる。図3Dでは、点T12〜T14が境界線334の内部に収まるように、境界線334を広げるように補正した例を示している。 The correction unit 304 corrects the two-dimensional map displayed by the display unit 303 according to an instruction from the user. Specifically, as shown in FIG. 3D, the correction unit 304 corrects the shape of the boundary line 336 of the two-dimensional map 331 in the direction of expanding to the lower left side. The user can widen the range of normal detection values by widening the boundary line 334. By correcting the shape of the boundary line 334 by a veteran user who can determine normality or abnormality, other users who use the machine can follow the judgment of the veteran user. FIG. 3D shows an example of correction so as to widen the boundary line 334 so that the points T12 to T14 fit inside the boundary line 334.

工作機械200の工場出荷時に取得した検知値と、工作機械200をユーザの工場などに配置した状態で取得した検知値とでは、描画される2次元マップ331の境界線334〜336に違いが生じる場合がある。すなわち、工作機械200による加工条件が常に同じになるとは限らない。 There is a difference in the boundary lines 334 to 336 of the two-dimensional map 331 drawn between the detection value acquired at the time of shipment of the machine tool 200 from the factory and the detection value acquired when the machine tool 200 is placed in the user's factory or the like. In some cases. That is, the machining conditions by the machine tool 200 are not always the same.

境界線334〜336は、例えば、被削材の硬さはそれぞれ異なるため、どの被削材を用いたかにより、工具の折損可能性を示す2次元マップ331の境界線334〜336の形状が異なる。工具も、ワークごとに、異なる挙動を示す。そこで、描画された2次元マップ331の境界線334〜336の形状に補正を加えることができる構成とすることにより、ユーザの使用環境に合わせた2次元マップを表示できる。 Since the hardness of the work material is different for the boundary lines 334 to 336, for example, the shape of the boundary lines 334 to 336 of the two-dimensional map 331 showing the possibility of breaking of the tool differs depending on which work material is used. .. The tool also behaves differently for each work. Therefore, the two-dimensional map can be displayed according to the user's usage environment by configuring the shape of the boundary lines 334 to 336 of the drawn two-dimensional map 331 to be corrected.

なお、補正の方法は、例えば、ユーザが、マウスなどの操作部305を用いて、境界線334〜336の一部をドラッグして、境界線334〜336の形状を変更させてもよい。また、キーボードなどの操作部305を用いて、数値を入力することにより境界線334〜336の形状を変更させてもよい。また、補正後の境界線に関するデータをクラウド上に保存して、他の工作機械と共有してもよい。 As a correction method, for example, the user may change the shape of the boundary lines 334 to 336 by dragging a part of the boundary lines 334 to 336 using an operation unit 305 such as a mouse. Further, the shape of the boundary lines 334 to 336 may be changed by inputting a numerical value using an operation unit 305 such as a keyboard. In addition, data on the corrected boundary line may be saved in the cloud and shared with other machine tools.

異常判定部308は、特徴量抽出部302が抽出した検知値の特徴に基づいて、異常であるか否かを判定する。異常判定部308は、判定結果を境界データ生成部309に渡す。 The abnormality determination unit 308 determines whether or not there is an abnormality based on the characteristics of the detection value extracted by the feature amount extraction unit 302. The abnormality determination unit 308 passes the determination result to the boundary data generation unit 309.

境界データ生成部309は、異常判定部308において、正常と判定された点と、異常と判定された点との間に境界線を生成する。 The boundary data generation unit 309 generates a boundary line between the point determined to be normal and the point determined to be abnormal in the abnormality determination unit 308.

境界データ保持部306は、表示部303に表示される2次元マップ331の境界線334〜336のデータを保持している。補正部304は、境界データ保持部306が保持する境界線334〜336のデータを変更することで、境界線334〜336の形状の補正を行う。 The boundary data holding unit 306 holds the data of the boundary lines 334 to 336 of the two-dimensional map 331 displayed on the display unit 303. The correction unit 304 corrects the shape of the boundary lines 334 to 336 by changing the data of the boundary lines 334 to 336 held by the boundary data holding unit 306.

(特徴量抽出処理)
ここで、図3Eを参照して、特徴量抽出部302による特徴量の抽出方法について詳細に説明する。周波数分解部(図中FFT)321は、工作機械200による加工中に検知部301が検知した電流値の周波数成分を抽出して、周波数スペクトルを生成する。周波数分解は、例えば、FFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)により行われるが、これには限定されない。
(Feature amount extraction process)
Here, with reference to FIG. 3E, a method of extracting the feature amount by the feature amount extraction unit 302 will be described in detail. The frequency decomposition unit (FFT in the figure) 321 extracts the frequency component of the current value detected by the detection unit 301 during machining by the machine tool 200 to generate a frequency spectrum. The frequency decomposition is performed by, for example, FFT (Fast Fourier Transform), but is not limited thereto.

一般に任意の周期的な時系列データytは、様々な周期の三角関数の和として考えることができる。これをフーリエ級数展開と呼び、基本周期がT0[s]の観測値ytのフーリエ級数は、複素数を用いると式(2)のように表せる。

Figure 2021074821
In general, any periodic time series data y t can be thought of as the sum of trigonometric functions of various periods. This is called a Fourier series expansion, and the Fourier series of the observed value y t whose basic period is T 0 [s] can be expressed by Eq. (2) using a complex number.
Figure 2021074821

ここで、ω0は、基本角周波数であり、ω0=2πf0[rad/s]であらわされる。f0は基本周波数であり、f0=1/T0[Hz]で表わされる。 Here, ω 0 is a fundamental angular frequency and is represented by ω 0 = 2πf 0 [rad / s]. f 0 is the fundamental frequency and is represented by f 0 = 1 / T 0 [Hz].

一方、複素フーリエ係数cnは、以下の式(3)で求められる。

Figure 2021074821
On the other hand, the complex Fourier coefficient c n can be obtained by the following equation (3).
Figure 2021074821

電流データのサンプリングタイムをd、ウインドウ長さをnとしたとき、最大周波数fmaxと周波数分解能Δfは以下の式(4)および(5)で表される。

Figure 2021074821
Figure 2021074821
When the sampling time of the current data is d and the window length is n, the maximum frequency f max and the frequency resolution Δf are expressed by the following equations (4) and (5).
Figure 2021074821
Figure 2021074821

例えば、サンプリング周波数が2kHzでウインドウ長さが256点の場合、FFT後の最大周波数fmaxは、1kHzとなり、周波数分解能Δfは、7.8125Hzとなる。つまり、256点の時系列データは、FFTすると128点のベクトルで表現することができ、このベクトルが次のオートエンコーダ(図中AE)に対する入力となる。なお、128点のベクトルは、正規化部322において、正規化され、次元圧縮部323へ送られる。 For example, when the sampling frequency is 2 kHz and the window length is 256 points, the maximum frequency f max after FFT is 1 kHz, and the frequency resolution Δf is 7.8125 Hz. That is, the 256-point time-series data can be represented by a vector of 128 points when FFT is performed, and this vector becomes an input to the next autoencoder (AE in the figure). The 128-point vector is normalized by the normalization unit 322 and sent to the dimension compression unit 323.

次元圧縮部323は、オートエンコーダ361、PCA(Principal Component Analysis、主成分分析)362を用いて、次元圧縮を行う。オートエンコーダ361は、機械学習におけるニューラルネットワークを使用した次元圧縮のためのアルゴリズムであり、入力サンプルの次元数よりも圧倒的に少ない次元数の特徴を抽出することができるアルゴリズムである。 The dimensional compression unit 323 performs dimensional compression using an autoencoder 361 and a PCA (Principal Component Analysis) 362. The autoencoder 361 is an algorithm for dimension compression using a neural network in machine learning, and is an algorithm capable of extracting features having an overwhelmingly smaller number of dimensions than the number of dimensions of an input sample.

本実施形態では、主軸電流値を周波数分解部321により、複数次元のベクトル(ここでは128次元)で表現したデータに周波数分解する。そして、周波数分解された複数次元のベクトル(128次元)を次元圧縮部323の入力としている。次元圧縮部のオートエンコーダ361の中間層を低次元に設定することで、複数次元のベクトル入力を低次元に次元圧縮している。オートエンコーダ361は、一般的に、3層ニューラルネットにおいて、入力層と出力層に同じデータを用いて、入力層から中間層に圧縮した後、出力層に復元することを繰り返し、再現率の高い中間層を導き出すものである。ここでは、中間層を64次元に設定している。つまり、次元圧縮部323に入力された128次元のベクトルは、特徴をできるだけ維持したまま64次元に圧縮される。例えば、FFT後のベクトルが128次元の場合、オートエンコーダ361により64次元や10次元にすることができる。以下にオートエンコーダ361の学習と学習済みのモデルとを用いた処理について説明する。 In the present embodiment, the spindle current value is frequency-decomposed by the frequency decomposition unit 321 into data represented by a multidimensional vector (128 dimensions in this case). Then, the frequency-decomposed multidimensional vector (128 dimensions) is used as the input of the dimensional compression unit 323. By setting the intermediate layer of the autoencoder 361 of the dimensional compression unit to a low dimension, the vector input of a plurality of dimensions is dimensionally compressed to a low dimension. In general, an autoencoder 361 uses the same data for an input layer and an output layer in a three-layer neural network, compresses the input layer to an intermediate layer, and then repeatedly restores the output layer, and has a high recall rate. It derives the middle layer. Here, the intermediate layer is set to 64 dimensions. That is, the 128-dimensional vector input to the dimensional compression unit 323 is compressed to 64 dimensions while maintaining the features as much as possible. For example, when the vector after FFT is 128 dimensions, it can be made 64 dimensions or 10 dimensions by the autoencoder 361. The learning of the autoencoder 361 and the processing using the trained model will be described below.

(i)オートエンコーダの学習
実験番号βの主軸電流波形のFFTデータxβは、以下の式(6)のようにR次元のベクトルの集合で表わされる。

Figure 2021074821
ここで、
Figure 2021074821
は、実験番号βのr番目の区間のベクトルを表わしており、Rは区間総数である。 (I) FFT data x beta of the spindle current waveform learning experiment numbers beta of Autoencoder is represented by a set of R-dimensional vector by the following equation (6).
Figure 2021074821
here,
Figure 2021074821
Represents the vector of the r-th interval of the experiment number β, and R is the total number of intervals.

すると、エンコーダ部は、以下の式(7)で表わされる。

Figure 2021074821
また、デコーダ部は、以下の式(8)で表わされる。
Figure 2021074821
ここで、W’は、Wの転置行列であるため、求めるパラメータは、W、b、b’の3つとなる。 Then, the encoder unit is represented by the following equation (7).
Figure 2021074821
The decoder unit is represented by the following equation (8).
Figure 2021074821
Here, since W'is a transposed matrix of W, the parameters to be obtained are W, b, and b'.

このように、

Figure 2021074821
は、元信号
Figure 2021074821
に類似したものとなる。 in this way,
Figure 2021074821
Is the original signal
Figure 2021074821
Will be similar to.

例えば、最適化手法にAdam(Adaptive moment estimation)を用いると、直前のステップt−1までの勾配の2乗の移動平均νt=E[g2tと勾配の移動平均mt=E[g]tは、以下の式(9)のように表わすことができる。

Figure 2021074821
ここで、β1、β2∈[0,1)はハイパーパラメータであり、例えば、Adamの推奨値である下記の値βを用いてもよいが、推奨値を基準に調整してもよい。 For example, the use of Adam (Adaptive moment estimation) the optimization technique, the square of the moving average of the slope up to the step t-1 of the immediately preceding ν t = E [g 2] t and slope moving average m t = E of [ g] t can be expressed as the following equation (9).
Figure 2021074821
Here, β 1 , β 2 ∈ [0, 1) is a hyperparameter, and for example, the following value β, which is a recommended value of Adam, may be used, but may be adjusted based on the recommended value.

β1=0.9
β2=0.999
β 1 = 0.9
β 2 = 0.999

ここで、ν0=0で初期化したとすると、以下の式(10)が得られる。

Figure 2021074821
Here, assuming that initialization is performed with ν 0 = 0, the following equation (10) is obtained.
Figure 2021074821

つまり、2次モーメントνtの移動平均E[νt]と真の2次モーメントE[g2 t]の関係性は、以下の式(11)で表わされる。

Figure 2021074821
ここで、ζ=0と近似できるようにハイパーパラメータの値を設定すれば、
Figure 2021074821
が求められる。以上より、
Figure 2021074821
がパラメータ更新式となる。バイアスのb、b’においても同様の手順で導出することが可能である。 In other words, the relationship of the moving average E of the second moment ν t t] the true second moment E [g 2 t] is expressed by the following equation (11).
Figure 2021074821
Here, if the value of the hyperparameter is set so that it can be approximated as ζ = 0,
Figure 2021074821
Is required. From the above,
Figure 2021074821
Is the parameter update formula. Bias b and b'can be derived by the same procedure.

(ii)オートエンコーダの処理
学習したオートエンコーダのエンコーダを次元圧縮に用いる。

Figure 2021074821
例えば、FFT後のベクトルが128次元の場合で、中間層を64次元に設定してオートエンコーダを学習させた場合、128次元の入力
Figure 2021074821
から次元圧縮された64次元の
Figure 2021074821
が出力される。 (Ii) Autoencoder processing The learned autoencoder encoder is used for dimensional compression.
Figure 2021074821
For example, when the vector after FFT is 128 dimensions and the intermediate layer is set to 64 dimensions and the autoencoder is trained, the input is 128 dimensions.
Figure 2021074821
64 dimensional compressed from
Figure 2021074821
Is output.

PCA(Principal Component Analysis;主成分分析)は、主成分を用いてデータをより低い次元で表現する手法である。入力の任意の次元数のデータに次元圧縮して出力することが可能である。 PCA (Principal Component Analysis) is a method of expressing data in a lower dimension using principal components. It is possible to compress the data of any number of input dimensions and output it.

(i)学習
入力のデータ行列をX、単一のデータ点を含む列ベクトルをxとする。データの分散最大化問題を定式化すると、

Figure 2021074821
と表される。この式(15)を行列とベクトルとの形式で書き直すと、
Figure 2021074821
となる。つまり、wのノルムが1となる拘束条件を満たした上で、出力Xwが最大になるwを求める。その答えはXの特異値分解にある。k次元の主成分をVk、w、データ行列をWとすると、
W=V
である。ここで、kは、主成分Vに含まれる相関のない変数群の個数である。よって、次元圧縮後のベクトルをZとすると、射影座標のベクトルは、
Z=XVk
と表される。 (I) Let X be the data matrix of the learning input, and x be the column vector containing a single data point. When we formulate the data distribution maximization problem,
Figure 2021074821
It is expressed as. Rewriting this equation (15) in the form of a matrix and a vector,
Figure 2021074821
Will be. That is, after satisfying the constraint condition that the norm of w is 1, the w that maximizes the output Xw is obtained. The answer lies in the singular value decomposition of X. Let V k and w be the principal components of the k dimension and W be the data matrix.
W = V k
Is. Here, k is the number of uncorrelated variable groups included in the principal component V. Therefore, assuming that the vector after dimensional compression is Z, the vector of the projected coordinates is
Z = XV k
It is expressed as.

(ii)処理
学習により求めた主成分Vを用いて、次元圧縮を行う。例えば、オートエンコーダ処理後のベクトル次元が64次元の場合、64次元の入力X64を2次元のベクトルZ2に次元圧縮するように設定できる。
(Ii) Processing Dimension compression is performed using the principal component V obtained by learning. For example, when the vector dimension after the autoencoder processing is 64 dimensions, the 64-dimensional input X 64 can be set to be dimensionally compressed into the two-dimensional vector Z 2.

2=X642
より、64次元のX64を入力すると主成分V2により2次元ベクトルZ2が出力される。ベクトルZ2の2つのベクトル成分が第1特徴量および第2特徴量に相当する。ベクトルZ2の2つの成分を第1軸および第2軸として2次元マップへプロットする。
Z 2 = X 64 V 2
Therefore, when a 64-dimensional X 64 is input, the two-dimensional vector Z 2 is output by the principal component V 2. The two vector components of the vector Z 2 correspond to the first feature quantity and the second feature quantity. The two components of the vector Z 2 are plotted on a two-dimensional map as the first and second axes.

SVM(Support Vector Machine)363は、本来2クラス分類を目的としたパターン認識手法であり、SVM363ではマージンを最大化する最適な分離超平面を求める。ここで、マージンとは分離超平面に最も近いサンプルと分離超平面との距離である。最大化されたマージン(距離)は、f(x)で表わされる。 The SVM (Support Vector Machine) 363 is a pattern recognition method originally intended for two-class classification, and the SVM 363 seeks an optimum separation hyperplane that maximizes the margin. Here, the margin is the distance between the sample closest to the separation hyperplane and the separation hyperplane. The maximized margin (distance) is represented by f (x).

SVM363は、One Class SVM(One Class SVM)であり、通常のSVMを拡張したもので、正常データを非負値に、異常データを負値に写像するモデルを構築する。すなわち、One Class SVMは、大多数が正常であるようなデータの集合をもとに学習をおこない、未知のデータが正常であるのか、異常であるのかを判定する手法である。一般には正常に作られた製品や正常な状態のデータは多く入手できても、異常な製品や異常な状態のデータはあまり入手できない。そのようなケースに対してOne Class SVMを適用することが可能である。 The SVM363 is a One Class SVM (One Class SVM), which is an extension of a normal SVM, and constructs a model that maps normal data to a non-negative value and abnormal data to a negative value. That is, One Class SVM is a method of performing learning based on a set of data in which the majority is normal, and determining whether the unknown data is normal or abnormal. In general, although a lot of data on normally made products and normal conditions can be obtained, data on abnormal products and abnormal conditions cannot be obtained very much. It is possible to apply One Class SVM to such cases.

(i)学習
モデル構築用データが線型分離不可能な場合、SVMでは非線形関数を用いてモデル構築用データを高次元空間に写像し、高次元空間内で分離超平面を求める。これは、オリジナルの低次元空間において、非線形な分離境界を求めることに等しい。高次元空間へはカーネル関数Kを用いて写像される。

Figure 2021074821
ここで、xiが第1特徴量であり、xjが第2特徴量である。また、φは非線形関数である。SVMモデルによって決まる距離f(x)は以下の式(18)で表される。
Figure 2021074821
(I) Learning When the model construction data cannot be linearly separated, SVM uses a nonlinear function to map the model construction data to a high-dimensional space and obtain a separation hyperplane in the high-dimensional space. This is equivalent to finding a non-linear separation boundary in the original low-dimensional space. It is mapped to a higher dimensional space using the kernel function K.
Figure 2021074821
Here, x i is the first feature quantity and x j is the second feature quantity. Also, φ is a non-linear function. The distance f (x) determined by the SVM model is expressed by the following equation (18).
Figure 2021074821

ここで、wは重みベクトルであり、bはバイアスである。ここで新しいサンプルxは、f(x)の符号によって識別することができる。One Class SVMにおけるモデル構築は、モデル構築用の正常データを同一クラスに、そして原点を他方のクラスとみなした場合のSVMとして定式化される。つまり、One Class SVMにおけるマージンとは、原点と原点に最も近いサンプルとの距離として定義され、そのマージン最大化問題は以下の式(19)のように定式化される。

Figure 2021074821
Here, w is a weight vector and b is a bias. Here, the new sample x can be identified by the sign of f (x). Model construction in One Class SVM is formulated as SVM when normal data for model construction is regarded as the same class and the origin is regarded as the other class. That is, the margin in One Class SVM is defined as the distance between the origin and the sample closest to the origin, and the margin maximization problem is formulated as in the following equation (19).
Figure 2021074821

ここでξi(i=1,・・・,N)は、スラック変数であり、ν∈(0,1)は構築したOne Class SVMモデルでモデル構築用データを識別した場合のエラー率である。ここで、Lagrange乗数αi≧0およびηi≧0を導入すると、この最適化問題は、以下の式(20)のように書き直される。

Figure 2021074821
Lagrangeの未定乗数法により、以下の式(21)を導くことができる。
Figure 2021074821
整理すると、この問題は以下のような双対形式の式(22)で表現できる。
Figure 2021074821
Here, ξ i (i = 1, ..., N) is a slack variable, and ν ∈ (0, 1) is the error rate when the model construction data is identified by the constructed One Class SVM model. .. Here, when the Lagrange multipliers α i ≧ 0 and η i ≧ 0 are introduced, this optimization problem is rewritten as the following equation (20).
Figure 2021074821
The following equation (21) can be derived by Lagrange's undetermined multiplier method.
Figure 2021074821
To summarize, this problem can be expressed by the following dual-form equation (22).
Figure 2021074821

この最適化問題は標準的な2次計画問題として解くことができる。最終的にOne Class SVMモデルによって決まる距離f(x)は、以下の式(23)で表わされる。

Figure 2021074821
通常、異常検知モデルのような識別モデルを構築するには、正常データと異常データとの両方が必要である。しかし、One Class SVMでは、上記式(23)で分かるとおり、正常データのみから識別モデルを構築できる。 This optimization problem can be solved as a standard quadratic programming problem. The distance f (x) finally determined by the One Class SVM model is expressed by the following equation (23).
Figure 2021074821
Usually, both normal data and anomaly data are required to build a discriminative model such as an anomaly detection model. However, in One Class SVM, as can be seen from the above equation (23), the discriminative model can be constructed only from normal data.

上述したようにOne Class SVMは、超平面との距離f(x)を出力する。距離f(x)に基づいて、正常、異常を判定できる。距離f(x)は異常なデータほど負に大きな値をとり、正常なデータほど正に大きな値をとる。 As described above, the One Class SVM outputs the distance f (x) from the hyperplane. Normal or abnormal can be determined based on the distance f (x). The distance f (x) has a negatively large value for abnormal data and a positively large value for normal data.

ここで、境界データ生成部309は、距離f(x)が小さいデータ、つまり、異常なデータを外れ値とし、境界線を生成する。 Here, the boundary data generation unit 309 uses data having a small distance f (x), that is, abnormal data, as outliers to generate a boundary line.

例えば、学習データの中に0.2%の異常値が含まれると仮定した場合、異常判定部308は、距離f(x)の小さい順に上位0.2%を外れ値とし、正常範囲を作成することができる。 For example, assuming that the training data contains an abnormal value of 0.2%, the abnormality determination unit 308 creates a normal range by setting the upper 0.2% as outliers in ascending order of the distance f (x). can do.

(ii)処理
学習させたOne Class SVMにPCAで次元圧縮したデータを入力することで、上記の式(23)より、出力f(x)が得られる。
(Ii) Processing By inputting the dimensionally compressed data by PCA into the trained One Class SVM, the output f (x) can be obtained from the above equation (23).

異常判定部308は、異常度スコアg(x)として、出力f(x)を正負逆転させたものを用いており、
g(x)=−f(x)
と表される。つまり、異常判定部308は、異常度スコアg(x)が負の値の場合は正常、0以上の場合は異常と判定する。
The abnormality determination unit 308 uses the output f (x) whose positive and negative are reversed as the abnormality score g (x).
g (x) = −f (x)
It is expressed as. That is, the abnormality determination unit 308 determines that the abnormality score g (x) is normal when it is a negative value, and that it is abnormal when it is 0 or more.

境界データ生成部309は、異常度スコアg(x)により正常と判定された点と、異常と判定された点との間に境界線を生成し、境界データとして、境界データ保持部306に保存する。 The boundary data generation unit 309 generates a boundary line between the points determined to be normal by the abnormality score g (x) and the points determined to be abnormal, and stores the boundary data as boundary data in the boundary data holding unit 306. To do.

このように、本実施形態においては、検知した検知値の次元を一旦圧縮して(128次元→64次元→2次元)、正常か異常かを判断し易くして、正常と異常の線引きをしている。もちろんこれに限定されるものではなく、128次元のデータをもとにOne Class SVMを用いて、正常か異常かの判断をさせ、それとは別に次元の圧縮(128次元→64次元→2次元)をして2次元平面にプロットしてもよい。この場合、処理時間がかかるが正常か異常かの判断は、2次元データを用いるよりも精度がよくなる。 In this way, in the present embodiment, the dimension of the detected detection value is once compressed (128 dimension → 64 dimension → 2 dimension) to make it easier to judge whether it is normal or abnormal, and a line between normal and abnormal is drawn. ing. Of course, it is not limited to this, and One Class SVM is used to judge whether it is normal or abnormal based on 128-dimensional data, and separately, dimension compression (128-dimensional → 64-dimensional → 2-dimensional). And plot on a two-dimensional plane. In this case, although it takes a long time to process, the determination of whether it is normal or abnormal is more accurate than using two-dimensional data.

また、次元圧縮の手法として、PCA362を用いたが、PCA362の代わりに、例えば、VAE(Variational AutoEncoder)を用いてもよい。また、PCA362を用いないでオートエンコーダ361のみを用いて2次元まで圧縮してもよい。 Further, although PCA362 is used as the dimensional compression method, for example, VAE (Variational AutoEncoder) may be used instead of PCA362. Further, the compression may be performed up to two dimensions using only the autoencoder 361 without using the PCA 362.

なお、次元圧縮の手法はここに示した手法には限定されず、様々な手法を組み合わせて用いてもよい。また、ここに示した例は、工具202の折損についての2次元マップの作成についての例であるが、工具主軸のびびりについても、最初に取得する検知値が異なるだけで、その後の処理は、同様に行うことができ、同様の2次元マップを作成できる。例えば、びびりを検知したい場合には、機械加工時に発生する音や振動のデータを検知値として取得すればよい。 The dimensional compression method is not limited to the method shown here, and various methods may be used in combination. Further, the example shown here is an example of creating a two-dimensional map for the breakage of the tool 202, but for the chattering of the tool spindle, only the first detected value is different, and the subsequent processing is performed. It can be done in the same way, and a similar two-dimensional map can be created. For example, when it is desired to detect chatter, data of sound or vibration generated during machining may be acquired as a detection value.

ここで、びびりとは、工具と被削物との間で継続的に発生する振動である。びびりが発生すると、被削物上にびびりに対応した痕跡(びびりマーク)が残り、仕上げ面が悪くなる。また、この時異常な振動音が発生し、工具や工具を把持するホルダを損傷させたり、工作機械の一部を破損させたりすることがある。びびりは、発生原因から強制びびりと自励びびりとに大別される。強制びびりは、切削系のどこかに振動源があり、その影響を受けて発生する。振動源としては、工作機械内部にある駆動装置の振動、フライス加工における断続的な切削力、工作機械の外から伝わってくる振動などがある。一方、自励びびりは、特定の振動源がなくても工作機械の動特性と切削過程とが重なってある条件を満たしたときに発生する。例えば、重切削や高速切削のときに発生しやすい。 Here, chatter is vibration that is continuously generated between the tool and the work piece. When chatter occurs, traces (chatter marks) corresponding to chatter remain on the work piece, and the finished surface deteriorates. Further, at this time, an abnormal vibration noise may be generated, which may damage the tool or the holder holding the tool, or damage a part of the machine tool. Chatter is roughly divided into forced chatter and self-encouragement chatter according to the cause of occurrence. Forced chatter occurs when there is a vibration source somewhere in the cutting system and it is affected by it. Vibration sources include vibration of the drive device inside the machine tool, intermittent cutting force in milling, and vibration transmitted from the outside of the machine tool. On the other hand, self-excited chatter occurs when a certain condition is satisfied in which the dynamic characteristics of the machine tool and the cutting process overlap even if there is no specific vibration source. For example, it tends to occur during heavy cutting and high-speed cutting.

図4は、2次元マップ331における点の軌跡を説明するための図である。上、中、下、いずれの2次元マップ331も、正常範囲内に点が存在しているが、軌跡411、421に比べて、軌跡431は、徐々に境界線の中心から離れる方向に移動しているため注意が必要である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the locus of points in the two-dimensional map 331. Although points exist within the normal range in any of the upper, middle, and lower two-dimensional maps 331, the locus 431 gradually moves away from the center of the boundary line as compared with the loci 411 and 421. Therefore, caution is required.

すなわち、2次元マップ331によれば、従来の1次元の表示に比べて、加工状況の変化をより正確に把握することが可能となる。 That is, according to the two-dimensional map 331, it is possible to more accurately grasp the change in the processing state as compared with the conventional one-dimensional display.

図5は、本実施形態に係る工作機械200が有するテーブル501の一例を示す図である。テーブル501は、2次元マップとしてマッピングしたいマッピング対象511に関連付けて検知値512を記憶する。マッピング対象511、工具折損、主軸びびり、切削状態のそれぞれについて、取得分析すべき検知値512として、主軸に印加される電流や、音や、振動や、トルクなどが記憶されている。工作機械200は、テーブル501を参照して2次元マップ331を表示するために取得すべきデータを判定する。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a table 501 included in the machine tool 200 according to the present embodiment. Table 501 stores the detection value 512 in association with the mapping target 511 to be mapped as a two-dimensional map. The current, sound, vibration, torque, etc. applied to the spindle are stored as the detection values 512 to be acquired and analyzed for each of the mapping target 511, the tool breakage, the spindle chatter, and the cutting state. The machine tool 200 refers to the table 501 to determine the data to be acquired in order to display the two-dimensional map 331.

以上説明したような工作機械200は、ハードウェアとして、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびストレージを有する。工作機械200は、RAMに本実施形態の実現に必要なデータを読み出し、CPUにより実行する。ストレージには、データベースや各種のパラメータ、データ、プログラム、モジュールが記憶される。 The machine tool 200 as described above has a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a storage as hardware. The machine tool 200 reads the data necessary for realizing the present embodiment into the RAM and executes it by the CPU. The storage stores databases, various parameters, data, programs, and modules.

図6は、本実施形態に係る工作機械200の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに従ったプログラムを、CPUが実行することにより、図3Cに示した各機能構成が実現される。 FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of the machine tool 200 according to the present embodiment. When the CPU executes the program according to this flowchart, each functional configuration shown in FIG. 3C is realized.

ステップS601において、検知部301は、各種センサから検知値として、印加される電流値、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力の少なくともいずれか一つの検知値を検知する。次に、ステップS603において、特徴量抽出部302は、検知した検知値の特徴量の次元を減らし、第1特徴量と第2特徴量を抽出する。ステップS605において、表示部303は、第1特徴量を第1軸332とし、第2特徴量を第2軸333とした平面上に、検知値をプロットした2次元マップ311の画面を生成する。さらに、表示部303は、加工において異常が発生する可能性を表すために等高線状に配置された3つの境界線334〜336を生成する。 In step S601, the detection unit 301 detects at least one of the applied current value, vibration, sound, heat, light, and power generated during processing as detection values from various sensors. Next, in step S603, the feature amount extraction unit 302 reduces the dimension of the feature amount of the detected detected value, and extracts the first feature amount and the second feature amount. In step S605, the display unit 303 generates a screen of the two-dimensional map 311 in which the detected values are plotted on a plane having the first feature amount as the first axis 332 and the second feature amount as the second axis 333. Further, the display unit 303 generates three boundary lines 334 to 336 arranged in contour lines to indicate the possibility that an abnormality may occur in processing.

ステップS607において、表示部303は、作成された2次元マップ331をディスプレイに表示する。ステップS609において、補正部304は、境界線形状の補正を行うか否かを判断する。境界線形状の補正を行わない場合(ステップS609のNO)、工作機械200は、処理を終了する。境界線形状の補正を行う場合(ステップS609のYES)、ステップS611へ進む。ステップS611において、表示部303は、境界線形状を補正した2次元マップ331を表示する。 In step S607, the display unit 303 displays the created two-dimensional map 331 on the display. In step S609, the correction unit 304 determines whether or not to correct the boundary line shape. When the boundary line shape is not corrected (NO in step S609), the machine tool 200 ends the process. When correcting the boundary line shape (YES in step S609), the process proceeds to step S611. In step S611, the display unit 303 displays the two-dimensional map 331 corrected for the boundary line shape.

なお、本実施形態の説明においては、検知部301が、電流値を検知する例で説明したが、検知部301が検知するのは電流値には限定されず、例えば、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力のそれぞれの値であってもよい。 In the description of this embodiment, the detection unit 301 has been described as an example of detecting the current value, but the detection unit 301 is not limited to the current value, and for example, vibration, sound, heat, and the like. It may be the respective values of light and power generated during processing.

本実施形態によれば、ユーザは、工具の折損やびびりの発生などの加工時の異常の予兆を直感的に把握することができる。それにより、工具202が折損する前に工作機械を停止させて、工具202を交換することができ、工具の折損等を未然に防ぐことができる。例えば、工具が折れることにより加工時間が長くなるといった生産性の低下を未然に防止できる。 According to the present embodiment, the user can intuitively grasp a sign of an abnormality during machining such as breakage of a tool or occurrence of chatter. As a result, the machine tool can be stopped and the tool 202 can be replaced before the tool 202 is broken, and the tool can be prevented from being broken. For example, it is possible to prevent a decrease in productivity such as a long machining time due to a broken tool.

また、工作機械のユーザは、2次元マップを見ながら工具主軸の回転数を調整できる。さらに、びびりの発生しない工具主軸の回転数に調整できる。また、検知値を蓄積しておけば、将来的な主軸の折損などを予測することができる。また、工作機械のユーザは、リアルタイムに機械加工の状態を把握することができる。通常入手が困難な失敗(正常でない)データがなくても、正常(成功)データがあれば、精度の高い予測モデルを生成でき、精度の高い予測が可能となる。また、正常データ(教師データ)のない部分であっても、近傍の正常データがあれば、近傍の正常データを用いて精度の高い予測モデルを生成でき、精度の高い予測が可能となる。さらに、工作機械から一方的に異常の予兆や発生をユーザに知らせるのではなく、ユーザが、2次元マップを見て直感的に判断したり、考えたりする余地があり、何が原因で異常が報知されたのかの理由をユーザが判断できる。 Further, the user of the machine tool can adjust the rotation speed of the tool spindle while looking at the two-dimensional map. Furthermore, the rotation speed of the tool spindle that does not cause chatter can be adjusted. In addition, by accumulating the detected values, it is possible to predict future breakage of the spindle. In addition, the user of the machine tool can grasp the state of machining in real time. Even if there is no failure (unnormal) data that is usually difficult to obtain, if there is normal (success) data, a highly accurate prediction model can be generated, and highly accurate prediction becomes possible. Further, even if there is no normal data (teacher data), if there is normal data in the vicinity, a highly accurate prediction model can be generated using the normal data in the vicinity, and highly accurate prediction becomes possible. Furthermore, instead of unilaterally notifying the user of the sign or occurrence of an abnormality from the machine tool, there is room for the user to intuitively judge or think by looking at the two-dimensional map, and what causes the abnormality. The user can determine the reason for the notification.

また、例えば、ユーザが、ある加工製品の量産に向けて、工具や工具主軸、ワークなどの組み合わせについて、どの組み合わせが効率的かについて試験を行うことを考える。試験結果について、複数の境界線を有する2次元マップを表示させることにより、ユーザは、境界線とマップ上の点との位置関係から、工具や工具主軸、ワークなどの組み合わせについて、どの程度まで負荷をかけられるかの判断ができる。これにより、ユーザは、効率よく、低コストで加工製品を量産できる。 Further, for example, consider that a user tests which combination of tools, tool spindles, workpieces, etc. is efficient for mass production of a certain processed product. By displaying a two-dimensional map with multiple boundaries for the test results, the user can load the combination of tools, tool spindles, workpieces, etc. from the positional relationship between the boundaries and points on the map. You can judge whether you can call. As a result, the user can mass-produce processed products efficiently and at low cost.

なお、表示部303は、1画面に複数の2次元マップを並列に表示してもよい。例えば、表示部303は、1つの画面に工具折損についての2次元マップおよび主軸のびびりについての2次元マップを同時に表示してもよい。そのように、複数の2次元マップを同時に表示すれば、各種の異常の発生の可能性を1つの画面上で確認することができる。 The display unit 303 may display a plurality of two-dimensional maps in parallel on one screen. For example, the display unit 303 may simultaneously display a two-dimensional map for tool breakage and a two-dimensional map for spindle chatter on one screen. By displaying a plurality of two-dimensional maps at the same time in this way, the possibility of occurrence of various abnormalities can be confirmed on one screen.

[第3実施形態]
次に本発明の第3実施形態に係る工作機械700について、図7および図8を用いて説明する。本実施形態に係る工作機械は、上記第2実施形態と比べると、食いつきデータ削除部701を有する点で異なる。
[Third Embodiment]
Next, the machine tool 700 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The machine tool according to the present embodiment is different from the second embodiment in that it has a bite data deletion unit 701.

食いつきデータ削除部701は、検知した電流値などの検知値に食いつきデータがあるか否かを、カルマンフィルタを用いて判定する。そして、食いつきデータがあると判定した場合、食いつきデータ削除部701は、検知した検知値の加工開始点から数秒間のデータを削除し、食いつきデータを削除した検知値を特徴量抽出部302に送る。 The bite data deletion unit 701 uses a Kalman filter to determine whether or not there is bite data in the detected value such as the detected current value. Then, when it is determined that there is bite data, the bite data deletion unit 701 deletes the data for several seconds from the processing start point of the detected detection value, and sends the detection value from which the bite data is deleted to the feature amount extraction unit 302. ..

本実施形態での表示部703は、タッチスクリーンを備え、表示された2次元マップ331の点「T10」をタッチ(またはマウス等でクリック)すると、点T10に関する情報(日時、検知値、工具種、使用可能時間、加工条件など)が表示される。このように、検知値をプロットした点を選択することにより、その検知値に関連する情報をスクリーン上に表示して、より詳細な加工の状態を知ることができる。これにより、数秒前や数分前の加工状態を把握することができる。また、2次元マップにおける過去の加工状態を示す点の位置と、その点の検知値や加工条件などを参考にして、次の加工の加工条件を選択することができる。 The display unit 703 in the present embodiment is provided with a touch screen, and when the point "T10" of the displayed two-dimensional map 331 is touched (or clicked with a mouse or the like), information (date and time, detected value, tool type) related to the point T10 is obtained. , Usable time, processing conditions, etc.) are displayed. By selecting the points on which the detected values are plotted in this way, information related to the detected values can be displayed on the screen, and a more detailed processing state can be known. As a result, it is possible to grasp the processing state several seconds ago or several minutes ago. In addition, the machining conditions for the next machining can be selected with reference to the positions of points indicating the past machining states on the two-dimensional map, the detection values of the points, and the machining conditions.

図8は、本実施形態に係る工作機械による食いつきデータ削除を説明する図である。グラフ801に示したように、工作機械による加工開始部分である食いつき時のデータが含まれた状態で、2次元マップを生成する場合には、2次元マップ生成の元となる検知値に食いつきによるノイズが含まれる。そのため、精度の高い2次元マップを生成することができない。そこで、グラフ802に示したように、検知した検知値の始めの何秒間かのデータを削除して、2次元マップを生成すると、ノイズを含まない検知値により2次元マップを生成できるので、精度の高い2次元マップを生成できる。 FIG. 8 is a diagram illustrating the deletion of biting data by the machine tool according to the present embodiment. As shown in Graph 801 when a two-dimensional map is generated in a state where the data at the time of biting, which is the machining start part by the machine tool, is included, the detection value that is the source of the two-dimensional map generation is due to the bite. Noise is included. Therefore, it is not possible to generate a highly accurate two-dimensional map. Therefore, as shown in Graph 802, if the data for the first few seconds of the detected detected value is deleted and a two-dimensional map is generated, the two-dimensional map can be generated with the detected value that does not include noise. Can generate a high 2D map.

ここでは、グラフ801の始めの部分に、検知した電流値に食いつき部分がみられ、大きな低周波が発生していることが分かる。そのため、この食いつき部分の存在が、異常の有無の検知を妨げる要因となる。そこで、グラフ802に示したように、工作機械による加工開始点から、例えば、600点分のデータ(1/2000×600=0.3[s])を削除する。なお、グラフ801に食いつきデータが含まれるか否かの判定は、カルマンフィルタを用いて行われる。 Here, at the beginning of the graph 801 there is a bite to the detected current value, and it can be seen that a large low frequency is generated. Therefore, the presence of this biting portion becomes a factor that hinders the detection of the presence or absence of an abnormality. Therefore, as shown in Graph 802, for example, data for 600 points (1/2000 × 600 = 0.3 [s]) is deleted from the machining start point by the machine tool. It should be noted that the determination as to whether or not the bite data is included in the graph 801 is performed using a Kalman filter.

本実施形態によれば、食いつき部分がある場合に食いつきデータを削除するので、余分なノイズの少ない検知値を用いて、精度の高い2次元マップを生成することができる。 According to the present embodiment, since the bite data is deleted when there is a bite portion, it is possible to generate a highly accurate two-dimensional map by using the detection value with less extra noise.

[他の実施形態]
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。
[Other Embodiments]
Although the invention of the present application has been described above with reference to the embodiment, the invention of the present application is not limited to the above embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the structure and details of the present invention within the technical scope of the present invention. Also included in the technical scope of the present invention are systems or devices in any combination of the different features contained in each embodiment.

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるWWW(World Wide Web)サーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)は本発明の技術的範囲に含まれる。 Further, the present invention may be applied to a system composed of a plurality of devices, or may be applied to a single device. Further, the present invention is also applicable when an information processing program that realizes the functions of the embodiment is supplied to a system or an apparatus and executed by a built-in processor. Therefore, in order to realize the functions of the present invention on a computer, the program installed on the computer, the medium containing the program, the WWW (World Wide Web) server for downloading the program, and the processor for executing the program are also included in the present invention. Included in the technical scope of the invention. In particular, at least a non-transitory computer readable medium containing a program that causes a computer to execute the processing steps included in the above-described embodiment is included in the technical scope of the present invention.

Claims (6)

加工時の、前記加工のために投入されるエネルギー、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力のうちの少なくともいずれか一つの検知値を検知する検知部と、
前記検知部で検知した前記検知値から第1特徴量と第2特徴量とを抽出する特徴量抽出部と、
前記第1特徴量に係る数値を第1軸とし前記第2特徴量に係る数値を第2軸とした平面上に、前記検知値をプロットした点と、前記加工中において異常が発生する可能性を表すために等高線状に配置された少なくとも2つの境界線と、を表示する表示部と、を備えた工作機械。
A detector that detects at least one of the energy, vibration, sound, heat, light, and power generated during processing during processing.
A feature amount extraction unit that extracts a first feature amount and a second feature amount from the detected value detected by the detection unit, and a feature amount extraction unit.
The point where the detected value is plotted on a plane with the numerical value related to the first feature amount as the first axis and the numerical value related to the second feature amount as the second axis, and the possibility that an abnormality may occur during the processing. A machine tool comprising at least two borders arranged in contour lines to represent, and a display for displaying.
前記境界線の形状の補正を行う補正部をさらに備えた請求項1に記載の工作機械。 The machine tool according to claim 1, further comprising a correction unit for correcting the shape of the boundary line. 前記特徴量抽出部は、前記検知値を周波数分解する周波数分解部と、周波数分解後のデータを正規化する正規化部と、正規化されたデータの次元を圧縮する次元圧縮部と、を備える請求項1または2に記載の工作機械。 The feature amount extraction unit includes a frequency decomposition unit that frequency-decomposes the detected value, a normalization unit that normalizes the data after frequency decomposition, and a dimension compression unit that compresses the dimension of the normalized data. The machine tool according to claim 1 or 2. ワークを加工する工具を保持する保持部を備え、
前記検知部は、前記工具が前記ワークを機械加工する際の前記検知値を検知する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の工作機械。
Equipped with a holding part for holding tools for machining workpieces
The machine tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection unit detects the detected value when the tool machins the work.
前記表示部は、前記プロットした点を選択すると、前記プロットした点に関連した情報を表示する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の工作機械。 The machine tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the display unit displays information related to the plotted points when the plotted points are selected. 加工時の、前記加工のために投入されるエネルギー、振動、音、熱、光および加工時に発生する動力のうちの少なくともいずれか一つの検知値を検知する検知部を有する工作機械から検出された検知値から第1特徴量と第2特徴量とを抽出し、前記工作機械の加工の状態を表示する表示装置であって、
前記第1特徴量に係る数値を第1軸とし前記第2特徴量に係る数値を第2軸とした平面上に、前記検知値をプロットした点と、前記加工中において異常が発生する可能性を表すために等高線状に配置された少なくとも2つの境界線と、を表示する表示装置。
Detected from a machine tool having a detection unit that detects a detection value of at least one of energy, vibration, sound, heat, light, and power generated during processing during processing. A display device that extracts the first feature amount and the second feature amount from the detected values and displays the machining status of the machine tool.
The point where the detected value is plotted on a plane with the numerical value related to the first feature amount as the first axis and the numerical value related to the second feature amount as the second axis, and the possibility that an abnormality may occur during the processing. A display device that displays at least two borders arranged in contour lines to represent.
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