JP2021117847A - 加工状態表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の加工工程中の変化をリアルタイムに時系列表示でき、加工工程における基準データを重ね合わせて表示する加工状態表示装置を提供すること。【解決手段】本加工状態表示装置は、工作機械の先端の加工ツールの加工工程中の温度及び／又は加速度及び／又は工作機械の回転主軸の出力を含む物理量データをリアルタイムに計測する計測手段と、前記計測手段でリアルタイムに計測された物理量データを、所望の時間範囲でグラフ表示可能なウィンドウに時系列でリアルタイムグラフ表示するリアルタイムデータ表示手段と、前記計測手段で計測している加工ツール及び加工工程と同じ加工ツール及び加工工程における時系列の基準データを抽出する基準データ抽出手段と、前記基準データ抽出手段から抽出した時系列の基準データを前記計測手段で計測している加工工程に重ね合わせて前記ウィンドウに基準グラフを表示する基準データ表示手段と、を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械の加工ツールにより被加工物を加工する際に加工ツール等の状況をリアルタイムにグラフ表示するとともに過去データ等に基づく基準データを同時に重ね合わせてグラフ表示する加工状態表示装置に関する。

切削加工装置等の回転加工装置において、被加工物の製品精度や製造効率、加工製品の歩留まりを考慮すると加工時の加工ツール（以下、「工具」とも称する）の状態の評価、例えば摩耗や疲労、破損、びびり等の評価することが要求される。従来、工具の評価は、装置メーカや工具メーカがその装置や工具ごとに一般化する評価基準、学術的に標準化された評価基準に基づいて行われており、加工時における実際の工具についてのリアルタイム検証はできていなかった。

これに対して出願人は工具の加工中の状況の指標となる温度や加速度（振動）、応力などの評価因子の数値変化を計測し得るツールホルダユニットを開発・提供し、この測定結果に基づく工具破損等の異常の予知技術についても開発・提供してきた（特許文献１〜特許文献３参照）。この技術では加工中の工具等の評価因子の数値変化をリアルタイムに検出でき、工具や工作機械と無線通信可能な外部装置（パソコン等）のディスプレイ上のウィンドウでリアルタイムに時系列表示し、異常検出を行う点できる点で有利である。例えば、ボールエンドミル加工において加速度をモニタリングし、特に加工精度が低下し易い加工工程における所謂「びびり」の発生を検出することも可能である。

このように加工中の工具の評価因子の数値変化がディスプレイ上で時系列モニタリングできることとすると、その工具の状況が変化していることを直感的に視認できる点では非常に有利ある。しかしながら、ユーザにとって現在の工具状況が破損等の限界に近付いているのか、加工精度を低下させるような状況になっているのか等、実際の異常予知に活用する明確な指標がなく、経験則に頼らざるを得ない現状がある。

また、工具の異常に至る過程や異常発生する際の状況は、各工具や加工工程、工作機械により種々変わるものであり、単に各工具ごとに評価し得るものではない。

国際公開公報ＷＯ２０１５−０２２９６７ 国際公開公報ＷＯ２０１６−１３６９１９ 特開２０１８−５４６１１号公報

本発明は上記実情に鑑みて創作されたものであり、工作機械の工具等の加工ツールにおける温度・加速度・応力の数値変化について、各工作機械の加工ツール（工具）での各加工工程において実際の加工中の状況変化をディスプレイ上にリアルタイムに時系列表示できると同時に、その加工工程における基準データを重ね合わせて表示する加工状態表示装置を提供することを目的とする。

本発明の加工状態表示装置は、
工作機械の先端の加工ツールの加工工程中の温度及び／又は加速度及び／又は工作機械の回転主軸の出力を含む物理量データをリアルタイムに計測する計測手段と、
前記計測手段でリアルタイムに計測された物理量データを、所望の時間範囲でグラフ表示可能なウィンドウに時系列でリアルタイムグラフ表示するリアルタイムデータ表示手段と、
前記計測手段で計測している加工ツール及び加工工程と同じ加工ツール及び加工工程における時系列の基準データを抽出する基準データ抽出手段と、
前記基準データ抽出手段から抽出した時系列の基準データを前記計測手段で計測している加工工程に重ね合わせて前記ウィンドウに基準グラフを表示する基準データ表示手段と、を有する。

本発明の加工状態表示装置によれば、工作機械の加工中の加工ツール（以下、「工具」とも称する）の状態をリアルタイムに計測し、ウィンドウ内に表示しているリアルタイム表示グラフに、これと一見して比較し得る同一工具及び同一加工の基準データをグラフ表示して重ね合わせることができる。本加工状態表示装置によれば工作機械を用いて被加工物を加工している際に、工具の状況をリアルタイムにグラフ表示で視認しながら同時に同一工具・同一加工における基準となるグラフデータと比較・検証することができ、工具の破損限界等に近づいているかどうかを瞬時に理解することができる。その結果、工具の破損による工作機械の停止等を事前に回避しながら加工するが可能となり、大幅に加工効率が向上し生産コストも低減される。また、経験が不足しているオペレータでも工作機械の管理がし易く、工場全体としての管理も容易となる。

また、前記計測手段は、工作機械の動作中に実際に工具による被加工物の加工が開始されたときを計測開始条件とし、実際に工具による被加工物の加工がされなくなったときを計測終了条件とする、ことが好ましい。

工作機械の動作には、実際に被加工物を加工する工程以外に、所望の工具の呼び出し、回転主軸の回転開始・停止、工具の被加工物までのアプローチ、工具の被加工物からのリトラクト等の工程が存在する。これら実際に被加工物を加工する工程以外の工作機械の動作の段階で計測を実行すると、例えば回転開始時や回転停止時のロードメータ値の上昇など実際の加工段階に生じる変化以外の余分なピークが発生する可能性がある。したがって、本加工状態表示装置では、実際に被加工物への加工がなされているタイミングのみ物理量データの計測を実行することでユーザはリアルタイム表示グラフから正確な加工状態を把握することができる。

また、前記計測手段による計測の開始条件となる実際に工具による被加工物の加工が開始されたときの判定は、工作機械の動作制御を実行するＮＣプログラムで使用し加工状態を表すマクロコモン変数の値がゼロ以外に変化したときとし、前記計測手段による計測の終了条件となる実際に工具による被加工物の加工がされていないときの判定は、前記マクロコモン変数の値がゼロに変化したときとしても良い。

詳細には後述するが工作機械の動作制御を実行するＮＣプログラムの変数には工作機械の加工状態を表すマクロコモン変数（例えば、＃１００）があり、このマクロコモン変数の値がゼロ（例えば、＃１００＝０）の場合には、加工以外の状態（例えば、回転主軸の回転開始や被加工物へのアプローチ）となる制御が実行され、マクロコモン変数の値が非ゼロ（例えば、＃１００＝１）の場合には、実際の加工（例えば、工具１による切削加工）がなされる制御が実行されている。したがって、このマクロコモン変数の値が非ゼロに変化するとき及びゼロに変化するときを加工開始・加工停止の判定タイミングとすれば制御情報を読み取るだけで余分なピークが削除された正しいリアルタイム表示グラフを出力することができる。

また、前記計測手段で計測した物理量データは、工作機械の本体又は工作機械の外部の保存手段に保存又は更新され、
前記基準データ抽出手段は、前記保存手段に保存された物理量データから同一加工ツール及び同一加工の物理量データを基準データとして抽出する、ことができる。

加工中の状況を表示するリアルタイムグラフに重ね合わせて表示する基準グラフは、保存手段に保存された過去データの中から同一加工ツール及び同一加工のデータに基づくものである。これにより同じ加工で実際、過去に計測した状況と現状とを一見してリアルタイムに比較・検証することができる。

また、前記基準データ抽出手段は、工作機械の動作中に加工ツールが変更されると変更された加工ツール及び変更された加工ツールで実行する加工と同一の加工ツール及び加工の物理量データを新たな基準データとして抽出し、
前記基準データ表示手段は、工作機械の動作中に加工ツールが変更されると前記ウィンドウに既に表示されている基準グラフの削除し、前記新たな基準データの基準グラフを表示する、機能を有する場合もある。

本加工状態表示装置では、全加工工程中に加工ツールが取り替えられると、加工ツールが変わるたびに基準グラフがウィンドウ内の表示からリセットされ、それぞれの加工ツールに応じた基準データがグラフ表示される。これによりリアルタイムグラフは常に現在加工されている加工ツールでの基準グラフが表示されることとなる。

また、前記基準データ抽出手段は、前記保存手段で保存された物理量データから同一加工ツールで前記マクロコモン変数の値が０以外のマクロコモン変数における基準データを抽出する、こともできる。

本加工状態表示装置では、上述したように工作機械の加工状態を表すＮＣプログラムのマクロコモン変数値がゼロか非ゼロかを読み込んでリアルタイム計測及びグラフ表示を制御している場合には、マクロコモン変数の値（＝非ゼロ）により異なる基準データを表示することができる。

また、前記保存手段は、工作機械の全加工工程又は該全加工工程中の各加工工程において前記計測手段で計測した物理量データを保存し、既に同一の加工ツールでの前記全加工工程又は各加工工程の物理量データが保存されている場合には更新しても良い。

保存手段で保存され、基準データとなるものは、加工工程全体としても、その一部の加工工程としても後から再取得することが可能である。したがって、工作機械による加工内容が変更した場合に基準データを取得し直すこともでき、既に取得されている加工内容についても更新してより精度の高い基準データを構成することができる。

なお、前記保存手段での前記計測手段で計測した物理量データの更新は、該保存手段で保存されている同一加工ツール及び同一の加工工程における物理量データに所定の重みづけして同一加工ツール及び同一の加工工程に各動作条件に応じた異常又は正常の予測データ群として出力し、ニューラルネットワークを用いた異常又は正常の予測データを基準データとすることができる。

具体的には、前記基準データ表示手段は、予め設定した基準データとしての閾値、又は前記基準データ抽出手段から抽出された基準データとしての閾値を前記ウィンドウ内に表示する。

基準データには閾値を設定し、グラフ表示することができる。閾値を表示することで現状の加工状態は工具寿命等の限界点にどの程度近づいているか一見して把握することができる。

さらに、前記リアルタイムデータ表示手段及び前記基準データ表示手段は、同一の加工ツール及び同一の加工工程について工作機械のＮＣプログラムにおける同一の加工量が同一の時間軸となるように調整してグラフ表示しても良い。

本加工状態表示装置では加工状態に合わせて時間軸を調整するためにＮＣプログラムのパラメータを基準に、同一加工量が同一時間軸になるように時間軸を伸縮又は位置合わせ調整してグラフの横軸を調整している。工作機械における加工時間は、工具摩耗による補正量の変更や送りオーバーライド等の要因により同一工具、同一加工工程であっても変動するものであるが、同一工具・同一加工のデータ同士を比較する場合、加工時間が変動すると加工開始から終了までの工程同士で時間軸が変動し、詳細な比較をし難くなる場合がある。この問題を改善すべく本加工状態表示装置では、ＮＣプログラムのパラメータを基準にグラフの時間軸（横軸）を調整している。

なお、本明細書で同一の加工ツール、同一の加工工程は、当業者が同一の加工ツール、同一の加工工程と判断する同種のものであり、製造メーカや工作機械が異なるものも含まれる。

本発明の加工状態表示装置によれば、工作機械の加工ツールにより被加工物を加工する際に加工ツール等の状況をリアルタイムにグラフ表示するとともに過去データ等に基づく基準データを同時に重ね合わせてグラフ表示することができる。

（ａ）は工作機械としてのマシニングセンタの回転主軸に工具の温度・加速度を計測するセンサを有するツールホルダユニットが把持された状態の写真図を示しており、(ｂ)は、(ａ)のツールホルダユニットからのデータを受信し、分析する外部端末の例示写真図を示している。 図１のユニットで計測された温度データ、加速度データ、応力データをディスプレイ上のウィンドウに時系列に表示した例を示している。 本加工状態表示装置のリアルタイムデータ表示手段及び基準データ表示手段で図２に示す工作機械のロードメータ値をグラフ表示するフロー図を示している。 ＃１２０を加工状態を表すマクロ変数とした場合における加工状態でない状態（ａ）と加工工程２の状態（ｂ）を示すイメージ図が示されている。 （ａ）には、＃２００を加工状態を表すマクロ変数とした場合における加工工程中に読み取られたマクロ変数値の変化の一例が示されており、（ｂ）には該加工工程中のロードメータ値の時系列イメージを示している。 基準データ抽出手段及び重ね合わせ手段による図３の丸１及び丸２の制御フローが例示されている。 加工内容を変更した場合に基準データを取得する方法が例示されており、（ａ）には加工工程全体又は加工工程の一部のリアルタイムデータから基準データを再取得イメージ図、（ｂ）にはウィンドウ１０内のチェックＢＯＸをオンにし、基準データを取得する基準データ取得モードの表示画面例が示されている。 同一工具及び同一加工工程の２つの計測データをそのまま時間軸調整の処理をせずに表示したグラフと、同時にＮＣプログラムのパラメータの１つとしてブロック番号を同時間軸に重ね合わせて表示したグラフとを示している。

図１(a)は、工作機械としてのマシニングセンタの回転主軸２に工具の温度・加速度を計測するセンサを有するツールホルダユニット１（特許文献１〜３参照）が把持された状態の写真図を示している。このツールホルダユニット１は、通常のツールホルダと同様にその上部を回転主軸２に把持され、下部で工具を把持するものであり、通常のツールホルダと異なり、加工中の工具近傍の状態をリアルタイムに検出できる機能を有するユニットとして形成されている。

このユニットでは、加工中の工具の温度、加速度（振動）とマシニングセンタの回転主軸に備えられたモータの負荷（応力（ロードメータ値））を測定し、そのデータをデジタル化して外部に送信し、外部端末（外部パソコン３２）で受信し、分析する。図１(ｂ)は、図１(ａ)のツールホルダユニット１からのデータを受信し、分析する外部端末の例示写真である。レシーバ３１はツールホルダユニット１からのデジタルデータを受信し、外部パソコン３２に送信する。レシーバ３１から送信されたデータを受信した外部パソコン３２は内部の専用ソフトウェアで処理（又は演算）してディスプレイ上のウィンドウ１０に時系列にグラフ表示に表示する。

図２は、図１のユニットで計測された温度データ、加速度データ、応力データをディスプレイ上のウィンドウ１０に時系列に表示した例を示している。具体的には、タグ１１には加工工程のタイムチャート、タグ１２にはツールホルダユニット１内に装着する加速度センサ（図示せず）からのＸ方向の加速度値、タグ１３には前記加速度センサからの回転方向の加速度値、タグ１４には工具内の先端近傍に配設した熱電対（図示せず）及びこのデータを処理したツールホルダユニット１からの温度値、タグ１５にはマシニングセンタの回転主軸に備えたモータの負荷値（ロードメータ値）が時系列にグラフ表示される。そのうち図２ではロードメータ値を縦軸、時間（sec）を横軸としてリアルタイムにグラフ表示（リアルタイム表示グラフ２０参照）されている様子が示されている。

また、図２ではディスプレイのウィンドウ１０内に表示されたロードメータ値のリアルタイム表示グラフ２０に、基準となる過去データ等の基準データ表示グラフ２１を重ねてグラフ表示していることがわかる。このようにリアルタイム表示グラフ２０と基準データ表示グラフ２１とを重ねて表示することで加工中の工具が同じ工具及び加工工程における過去データ等の基準データとを比較して現在の工具状況を一見して理解することができる。

また、図２ではディスプレイのウィンドウ１０内に表示されたロードメータ値のリアルタイム表示グラフ２０及び基準データ表示グラフ２１以外にロードメータ値の上閾値を重ねて表示していることがわかる（閾値表示グラフ２２参照）。そしてマシニングセンタの加工中にそのロードメータ値が閾値を超えるとその工具番号（ツール番号）をディスプレイ上に表示し（図２の参照番号２３参照）、ウィンドウ１０の枠の色を変化させて警告表示し、警告音を鳴らして作業者に通知する。閾値を超えた工具を作業者が確認し、アラーム停止ボタン２４をクリックするとウィンドウ１０の枠の色を通常時に戻し、警告音を消して警告表示を終了する（詳細には後述）。

次に、リアルタイム表示グラフ２０と基準データ表示グラフ２１との重ね合わせ表示について説明する。図３には本加工状態表示装置で図２に示す工作機械のロードメータ値を表示するフロー図を示している。

まず、工作機械のＮＣプログラムと本加工状態表示装置との間で加工の状態を共有するためのマクロ変数（カスタムマクロ変数）を各工具に指定された工具番号（以下、「ツール番号」とも称する）ごとに設定する（ＳＴＥＰ１０）。ＮＣプログラムで使用する変数はローカル変数とシステム変数とマクロ変数（マクロコモン変数）の３種類で構成され、ＮＣプラグラムに「＃三桁数字’」に数値が代入され、種々の加工に使いまわして使用することができるものである。
例えば、
＃１００＝１０． …（１）
＃１０１＝２０．＋＃１００ …（２）
＃１００＝＃１００＋＃１０１ …（３）
の場合、
（１）で変数＃１００に１０．という数値を代入し、（２）では２０．という数値と＃１００に入っている数値１０．を加算した数値３０．が＃１０１に代入される。

このようなＮＣプログラムで使用する変数のうちマクロ変数は、工作機械内部の記憶領域の一部であり、加工プログラム内から自由に実測値を読み書きすることが可能なコモン変数である。このマクロ変数は、＃１００〜＃１９９（電源ＯＦＦでクリアされる変数）、＃５００〜＃９９９（電源ＯＦＦでクリアされない変数）であり、工作機械によって使用できる変数が異なるものである。マクロ変数は、本加加工状態工状態表示装置においてディスプレイのウィンドウでグラフ表示させる外部パソコン（図１の外部パソコン３２参照）からも読み取ることができる。工作機械のＣＮＣと外部パソコン３２上で動作する本加工状態表示装置との間で、加工の状態を共有するために使用するマクロ変数を決めておき、加工プログラム側で加工が行われているときは加工工程を表す予め設定した番号（例えば、１．、２．、３．、…）が格納され、それ以外のときには０．が格納されているように値を代入する。

例えば、図４には、＃１２０を加工状態を表すマクロ変数とした場合における加工状態でない状態（ａ）と加工工程２の状態（ｂ）を示すイメージ図が示されている。なお、図３ではマクロ変数値の数値の小数点より後ろの数値０も表示しており（例えば、０．０は上記マクロ変数値０．を示す）、本明細書ではマクロ変数値小数点以下を表示しないこともある（例えば、０は上記マクロ変数値０．を示す）。

具体的に下記表１は、マシニングセンタで３工程からなる加工において、第１工程と第３工程では共に工具１（ツール番号１）を使用し、第２工程では工具２（ツール番号２）を使用するような加工におけるＮＣプログラムとマクロ変数値とを示している。

再び図３に示す本加工状態表示装置におけるリアルタイム表示手段及び保存手段の制御フロー図を参照する。ＳＴＥＰ１０でマクロ変数値が各工具に指定されたツール番号ごとに設定され、実際の加工が開始すると（ＳＴＥＰ１２）、外部パソコン３２でＮＣプログラムと共有する各工具番号（ツール番号）とマクロ変数値とを読み取る（ＳＴＥＰ１３）。次に読取られたマクロ変数値を判定する（ＳＴＥＰ１４（丸１の処理は後述））。マクロ変数値が０の場合は、ＳＴＥＰ１３〜ＳＴＥＰ１４を繰り返し実行し、マクロ変数値が０以外になるとマシニングセンタのロードメータデータやツールホルダ１からの加速度データ、温度データの計測を開始し（ＳＴＥＰ１６）、その計測データを外部パソコン３２等のディスプレイのウィンドウ１０にリアルタイムにグラフ表示し（ＳＴＥＰ１８）、外部フォルダ又はメモリに逐次保存する（ＳＴＥＰ２０）。すなわち、マクロ変数値が０から非ゼロに変化したタイミングを計測開始のトリガーとする制御を実行しつつ計測しているリアルタイムデータをグラフ表示している。これはマシニングセンタの回転主軸の回転開始時（及び回転停止時（後述））のロードメータ値の上昇を排除する機能を有する制御である。

図５（ａ）には、＃２００を加工状態を表すマクロ変数とした場合における加工工程中に読み取られたマクロ変数値の変化の一例が示されており、（ｂ）には該加工工程中のロードメータ値の時系列イメージを示している（加速度値、温度値も同様）。図５（ａ）の例では４つの加工工程で構成されており、工程１として図示しない工具１（ツール番号１）の呼び出し、主軸回転の開始、被加工物へのアプローチが実行され（＃２００＝０）、(i)工具１による加工が実行され（＃２００＝１）、(ii)被加工物からのリトラクト、主軸回転の停止が実行される（＃２００＝０）。次に工程２として(iii) 工具２（ツール番号２）の呼び出し、主軸回転の開始、被加工物へのアプローチが実行され（＃２００＝０）、その後、(iv)工具２による加工が実行され（＃２００＝２）、(v)被加工物からのリトラクト、主軸回転の停止が実行される（＃２００＝０）。

次に工程３として(vi) 工具３（ツール番号３）の呼び出し、主軸回転の開始、被加工物へのアプローチが実行され（＃２００＝０）、その後、(vii)工具３による加工が実行され（＃２００＝３）、(ix)被加工物からのリトラクト、主軸回転の停止が実行される（＃２００＝０）。さらに工程４として(x) 工具１（ツール番号１）の呼び出し、主軸回転の開始、被加工物へのアプローチが実行され（＃２００＝０）、その後、(xi)工具１による加工が実行され（＃２００＝４）、(xii)被加工物からのリトラクト、主軸回転の停止が実行され（＃２００＝０）、加工工程が終了する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す工程１〜工程４においては、例えば工程２を切り出したときのロードメータ値の時系列イメージとなり、上記（iii）〜(v)が示されている。この図からもわかるように主軸回転の開始段階 (iii)と主軸回転の停止段階(v)においてロードメータ値が上昇している。この段階は非加工段階であるにもかかわらずロードメータ値が上昇するため、本加工状態表示装置ではこの段階での計測をしない制御を実行している。具体的には図３で前述したＳＴＥＰ１４〜１６（及び後述のＳＴＥＰ２２〜２４）となる。

再び図３に戻って、上述したようにマクロ変数値が０になるとマシニングセンタの回転主軸の回転停止段階になったとして計測を一旦、終了する（ＳＴＥＰ２４）。このとき表１及び図５（ａ）にも示したように別の工具に取り替えて違う工程を開始する場合もあるので、工具の呼び出しがされているか判定する（ＳＴＥＰ２６）。工具の呼び出しがなされておらず、全加工工程が終了していない場合には何らかの理由で一旦、回転主軸が一時停止しているのでマクロ変数が０となっていないことを確認して（ＳＴＥＰ２８〜１４）、そのまま計測を継続（ＳＴＥＰ１６）。また、工具の呼び出しがなされておらず、全加工工程が終了した場合には同一工具及び同一加工における基準データを作成し、外部フォルダに保存する（ＳＴＥＰ３０）。このとき外部フォルダ内に同一工具（同一ツール番号）及び同一加工（同一マクロ変数）の過去データがある場合には、これを補正等しつつ更新する。

そして、基準データが作成・保存・更新されると（ＳＴＥＰ３０）、ウィンドウ１０に表示されているリアルタイムのグラフ表示が終了し、表示がリセットされる（ＳＴＥＰ３２）。また、ＳＴＥＰ２６で工具の呼び出しがなされた場合にも、別の工具（異なるツール番号）の加工工程が開始するものとして基準データが作成・保存・更新され（ＳＴＥＰ３０）、リアルタイムのグラフ表示が終了し、表示がリセットされ（ＳＴＥＰ３２）、全加工終了までＳＴＥＰ１２〜３ＳＴＥＰ３２まで繰り返される。このように工具が変わるたびにリアルタイム表示手段によるグラフがリセットされ、それぞれの工具及び加工に応じた基準データが作成される。この基準データは、単に同一工具及び同一加工で分類して保存・更新される場合や、さらに同一工具及び同一加工における工具破損等の加工不具合・加工回数に分類して保存・更新される（この点は後述）。

次に基準データ抽出手段及び重ね合わせ手段により、リアルタイム表示手段でウィンドウ１０内にリアルタイムに表示されている計測グラフと基準データを重ね合わせて表示する制御について説明する。図６には基準データ抽出手段及び重ね合わせ手段による図３の丸１及び丸２の制御フローが例示されている。マクロ変数値がツール番号ごとに設定され、実際の加工が開始し、ＮＣプログラムと共有する各ツール番号とマクロ変数値とが読み取られると（ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１３）、別の工具に取り替えて違う工程を開始する否かの判定、すなわち工具の呼び出しがされているか判定する（ＳＴＥＰ５０）。工具の呼び出しがされている場合、既にＳＴＥＰ５０で保存・更新されている過去データ等で構成された基準データから同一工具及び同一加工の基準データを抽出する（ＳＴＥＰ５２）。この基準データは、少なくとも過去の同条件の加工における実例データから構成されているものであり、現在、加工中のリアルタイムデータとユーザが比較して工具の現状把握が明確になるデータである。ＳＴＥＰ５２で抽出する基準データは、ＳＴＥＰ３０(図３参照)で言及した基準データが同一工具及び同一加工及び加工回数（又は加工不具合）に分類されている場合は、同一工具及び同一加工における複数の基準データを抽出することもできる。基準データが抽出され、既にウィンドウ１０内に基準データのグラフが表示されている場合（又は既に基準データが読み込まれているが表示オフになっており、ウィンドウ１０内には表示されていない状態の場合）には、表示されている基準データの表示（又は読み込まれた基準データ）をリセットし、まだ何も基準データが読み込まれておらずウィンドウ１０内に基準データが表示されていない場合には、抽出した基準データを本加工状態表示装置が読み込んで、ウィンドウ内にそのグラフを表示する（ＳＴＥＰ５４〜ＳＴＥＰ５８）。

そして、図３で上述したようにマクロ変数値が０以外の場合にのみ加速度データ、温度データを計測し、ウィンドウ１０にリアルタイムにグラフ表示と外部フォルダ等への保存をし（ＳＴＥＰ１４〜ＳＴＥＰ２４）各工具が取り替えられると、再びウィンドウ１０内に表示していた基準データのグラフ表示をリセットしてから（ＳＴＥＰ６０）、基準データの作成・保存・更新を行う（ＳＴＥＰ２０）。

次に基準データの作成・保存・更新について説明する。
図３のフロー図では、マクロ変数値が０以外の加工データをリアルタイムに取得・表示しながら基準データを作成し保存・更新することが例示されている。しかしながら、基準データは逐次、リアルタイムデータから更新していく方法以外にも、同一工具・同一加工工程における最初の基準データ（新たな基準データ）を固定化したり、後に所望のリアルタイムデータを取得して加工全体又は加工の一部を保存・更新する方法もあり得る。

図７には加工内容を変更した場合に基準データを取得する方法が例示されており、（ａ）には加工工程全体又は加工工程の一部のリアルタイムデータから基準データを再取得イメージ図、（ｂ）にはウィンドウ１０内のチェックＢＯＸをオンにし、基準データを取得する基準データ取得モードの表示画面例を示している。ここで例示している加工工程は、（ａ）に示すように図５（ａ）と同様の工具及び同様の各加工工程を全加工工程とするものである（但し、最初の＃２００＝０、＃２００＝３の後の＃２００＝０、＃２００＝４の後の＃２００＝０をそれぞれ省略表記）。ディスプレイ１０内の所定位置にあるボタン（図３では略）から図７（ｂ）の画面１００を起動して、画面１００上の’teaching Mode’のチェック１０１をＯＮにし、’Start’をクリックすると基準データ取得モードとなり、’Stop’をクリックすると基準データ取得モードが終了する。

この基準データ取得モードが起動すると、図３で説明したようにマクロ変数値がゼロのときを除いて＃２００の加工状態におけるリアルタイムデータを取得し、保存することができる。図７（ａ）に示す工程１では、＃２００の加工状態の全加工中で基準データ取得モードがＯＮになっており、全行程での取得されたリアルタイムデータを基準データとして再取得し、過去に＃２００の加工状態の全加工工程（工程１）の基準データがない場合はそのまま新たな基準データが作成・保存され、過去の基準データが存在する場合には更新することができる。更新方法としては、過去の基準データとの差し替え、過去の基準データとの平均化処理、学習制御による基準データの修正設定などが考えられる。また、上述したように加工回数に応じて分類し、それぞれの過去データを更新する場合もある。

また、図７（ａ）の工程２に示すように＃２００の加工状態の全行程の一部であるツール番号２に取り替えられた時点からツール番号２〜３による加工を経てツール番号４に取り替えられるまでの加工工程のみリアルタイムデータを基準データとして再取得し、過去に＃２００の加工状態の工程（工程２）又は工程２の中の各工程（ツール番号２による＃２００＝２の加工工程、ツール番号３による＃２００＝３の加工工程）ごとに過去の基準データを再取得する機能を有する。

また本加工状態表示装置では、ウィンドウ１０には工具等のリアルタイムデータをグラフ表示し、同一工具及び同一加工に対する基準データのグラフを重ね合わせて表示する以外に、基準データに閾値を設定することができる。図２では、ウィンドウ１０内にロードメータ値／時間のリアルタイム表示グラフ２０と基準データのグラフ２１とを重ね合わせて表示された状態で同じウィンドウ１０で横方向水平に延びるロードメータ値の閾値を表示する直線２２が表示されている。

計測中のリアルタイム表示グラフ２１が閾値２２を超えると工具番号の表示部分２３の色が変わる又は警告音を鳴らす等してユーザに視認させる。また、閾値２２を超えた場合、工具番号の表示部分２３が変色して警告表示とし、そして工具番号の表示部分２３をクリックして警告表示を終了する。

また、ウィンドウ１０内のグラフの横軸（時間軸）は、工作機械のＮＣプログラムのパラメータ（ブロック番号、座標、マクロ変数）によって伸縮、位置合わせして調整することができる。工作機械における加工時間は、同一工具、同一加工工程であっても変動するものである。加工時間の変動は、工具摩耗による補正量の変更や送りオーバーライド等、種々の要因により発生する。しかしながら、同一工具・同一加工のデータ同士を比較する場合（同一・同種工具や工作機械等の個体差によるデータ同士を比較する場合を含む）、加工時間が変動するとそのままリアルタイムデータと基準データとを比較すると加工開始から終了までの工程同士で時間軸が変動し、詳細な比較をし難い場合がある。

このような場合を考慮し、本加工状態表示装置では加工状態に合わせて時間軸を調整するためにＮＣプログラムのパラメータを基準に時間軸を伸縮又は位置合わせしてグラフの横軸を調整している。図８には、同一工具及び同一加工工程の２つの計測データ（ロードメータ値）をそのまま時間軸調整の処理をせずにウィンドウ１０内にグラフ表示し（グラフ（１）、グラフ（２）参照）、同時にＮＣプログラムのパラメータの１つとしてブロック番号を同時間軸（横軸）に重ね合わせてグラフ表示している（グラフ（３）参照）。また、左縦軸はグラフ（１）（２）のロードメータ値、右縦軸はグラフ（３）のブロック数を表示している。

図８の時間軸（横軸）の下段の矢印（ａ）に示すようにグラフ（１）の波形は加工時間６５（sec）であり、矢印（ｂ）に示すようにグラフ（２）の波形は加工時間５５（sec）であり、矢印（ｃ）に示すようにグラフ（３）の波形は加工時間７５（sec）であり、グラフ（３）のＮＣプログラムのブロック数が同一であっても実際の加工時間はそれぞれ異なっている。本加工状態表示装置ではこのような状態の場合に、時間軸（横軸）を全体をＮＣプログラムのブロック数に合わせてグラフ（１）（２）を伸縮調整し、原点をブロック数＝０にグラフ（１）（２）を位置合わせすることとしている。

１…ツールホルダユニット
２…回転主軸
１０…ウィンドウ
１１，１２，１３，１４，１５…タグ
２…回転主軸
２０…リアルタイム表示グラフ
２１…基準データ表示グラフ
２２…閾値表示グラフ
２３…工具番号の表示部分
２４…アラーム停止ボタン
３１…レシーバ
３２…外部パソコン
１００…画面
１０１…チェック

Claims (10)

1. 工作機械の先端の加工ツールの加工工程中の温度及び／又は加速度及び／又は工作機械の回転主軸の出力を含む物理量データをリアルタイムに計測する計測手段と、
   前記計測手段でリアルタイムに計測された物理量データを、所望の時間範囲でグラフ表示可能なウィンドウに時系列でリアルタイムグラフ表示するリアルタイムデータ表示手段と、
   前記計測手段で計測している加工ツール及び加工工程と同じ加工ツール及び加工工程における時系列の基準データを抽出する基準データ抽出手段と、
   前記基準データ抽出手段から抽出した時系列の基準データを前記計測手段で計測している加工工程に重ね合わせて前記ウィンドウに基準グラフを表示する基準データ表示手段と、を有する加工状態表示装置。
2. 前記計測手段は、工作機械の動作中に実際に工具による被加工物の加工が開始されたときを計測開始条件とし、実際に工具による被加工物の加工がされなくなったときを計測終了条件とする、請求項１に記載の加工状態表示装置。
3. 前記計測手段による計測の開始条件となる実際に工具による被加工物の加工が開始されたときの判定は、工作機械の動作制御を実行するＮＣプログラムで使用し加工状態を表すマクロコモン変数の値がゼロ以外に変化したときとし、前記計測手段による計測の終了条件となる実際に工具による被加工物の加工がされていないときの判定は、前記マクロコモン変数の値がゼロに変化したときとする、請求項２に記載の加工状態表示装置。
4. 前記計測手段で計測した物理量データは、工作機械の本体又は工作機械の外部の保存手段に保存又は更新され、
   前記基準データ抽出手段は、前記保存手段に保存された物理量データから同一加工ツール及び同一加工の物理量データを基準データとして抽出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工状態表示装置。
5. 前記基準データ抽出手段は、工作機械の動作中に加工ツールが変更されると変更された加工ツール及び変更された加工ツールで実行する加工と同一の加工ツール及び加工の物理量データを新たな基準データとして抽出し、
   前記基準データ表示手段は、工作機械の動作中に加工ツールが変更されると前記ウィンドウに既に表示されている基準グラフの削除し、前記新たな基準データの基準グラフを表示する、請求項４に記載の加工状態表示装置。
6. 前記基準データ抽出手段は、前記保存手段で保存された物理量データから同一加工ツールで前記マクロコモン変数の値が０以外のマクロコモン変数における基準データを抽出する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の加工状態表示装置。
7. 前記保存手段は、工作機械の全加工工程又は該全加工工程中の各加工工程において前記計測手段で計測した物理量データを保存し、既に同一の加工ツールでの前記全加工工程又は各加工工程の物理量データが保存されている場合には更新する、請求項４〜６に記載の加工状態表示装置。
8. 前記保存手段での、前記計測手段で計測した物理量データの更新は、該保存手段で保存されている同一加工ツール及び同一の加工工程における物理量データに所定の重みづけして同一加工ツール及び同一の加工工程に各動作条件に応じた異常又は正常の予測データ群として出力し、ニューラルネットワークを用いた異常又は正常の予測データを基準データとする、請求項４〜７のいずれか１項に記載の加工状態表示装置。
9. 前記基準データ表示手段は、予め設定した基準データとしての閾値、又は前記基準データ抽出手段から抽出された基準データとしての閾値を前記ウィンドウ内に表示する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の加工状態表示装置。
10. 前記リアルタイムデータ表示手段及び前記基準データ表示手段は、同一の加工ツール及び同一の加工工程について工作機械のＮＣプログラムにおける同一の加工量が同一の時間軸となるように調整してグラフ表示する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の加工状態表示装置。

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