JP2022089756A - 生産設備の機械を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者に機械状態の提示を改善する生産設備の機械を動作させる方法を提供する。【解決手段】本発明は、生産設備（１）、特に機械工具の機械（２）を動作させる方法に関連する。本方法によれば、機械（２）の動作状態を特徴付ける少なくとも１つの機械状態信号が得られ、少なくとも１つの機械状態信号を表す少なくとも１つの音声信号（６）が生成される。少なくとも１つの音声信号（６）は、機械（２）を動作させる操作者（８）に提示される。さらに、空間内の少なくとも１つの相対位置は、少なくとも１つの音声信号（６）に割り当てられ、少なくとも１つの音声信号（６）は、音声信号（６）に割り当てられた空間内の相対位置から現れると考えられるように、操作者（８）に提示される。【選択図】図１

Description

本発明は、生産設備、特に機械工具の機械を動作させる方法、および生産設備、特に機械工具の機械に関連する。

生産設備の機械を動作させることは、操作者によって実行される行為を必要とする。このような行為の量は、とりわけ、機械の自動化の程度に依存する。特に、高度に自動化された機械の場合、操作者は、機械の維持または保守作業などの多くの異なる仕事を実行しなければならない。そのような仕事を実行するため、操作者は、機械の動作状態を特徴付ける情報を提供される。

米国特許出願公開第２０１９／０３０８２９７号明細書は、機械工具の実際の状態を判定するための方法を開示しており、測定装置は、機械工具上に配置され、個体伝播音センサを含む。測定装置は、機械工具の実際の状態を、個体伝播音信号に基づいて判定する。さらに、機械工具は導出された値を出力する出力ユニットを含むため、操作者による処理中の監視が可能となる。

さらに、中国特許出願公開第１０８０１５６６５号明細書は、機械式研削局異常検出器を開示している。異常検出器は、機械走行雑音の音声信号をリアルタイムに取得し、音声信号をデジタル信号に変換し、スペクトル解析を行い、振幅マップと周波数マップとを抽出する。機械式研削局異常検出器は、振幅マップ、周波数マップ、および音声信号を出力するユーザインタフェースをさらに含む。

しかしながら、操作者が、機械の実際の状態に関する全ての出力に絶えず注意して、操作者の注意を必要とする可能性のある機械の部品を突き止めることは、依然として困難である。

本発明の目的は、操作者に機械状態の提示を改善する生産設備の機械を動作させる方法を提供することであり、特に、機械状態に関する出力に絶えず注意することと、操作者の注意を必要とする可能性のある機械の部品の位置を特定することとを簡単にする。本発明のさらなる目的は、操作者に機械状態の提示を改善する生産設備の機械を提供することである。

本発明の一態様では、生産設備の機械を動作させる方法が提供される。ここで、「動作させる」とは、機械の通常の動作、すなわち機械が物品を生産するときと、維持および／または保守作業と、の両方を指す。維持および／または保守作業は、機械が稼動している間、または機械が停止しているときに実行されることができる。

生産設備の機械は、原則として任意の種類の機械とすることができ、特に機械工具、例えば研削工具である。また、本方法は、完全な機械、または単に機械の部品に関連することができる。

本方法は、機械の動作状態を特徴付ける少なくとも１つの機械状態信号を得る（取得する）工程を含む。動作状態は、機械の正常または異常な動作状態とすることができる。

本方法は、少なくとも１つの機械状態信号を表す少なくとも１つの音声信号を生成する工程をさらに含む。少なくとも１つの音声信号は、機械を動作させる操作者に提示される。音声信号は、操作者が表示装置を見ることを必要とせず、したがって、操作者の注意を直接捕らえ、機械の動作状態に絶えず注意することを簡単にし、操作者が音声信号を聞きながら機械を見ることを可能にする。

本方法は、空間内の少なくとも１つの相対位置を、少なくとも１つの音声信号に割り当てる工程をさらに含む。ここで、空間内の相対位置は、三次元位置とすることができ、機械または操作者に対して相対的とすることができる。

本方法は、少なくとも１つの音声信号が音声信号に割り当てられた空間内の相対位置から現れると考えられるように、すなわち、３Ｄ音声効果が作成されるように、少なくとも１つの音声信号を操作者に提示する工程をさらに含む。したがって、操作者の注意を必要とする可能性のある機械の部品の位置が単純化される。空間内の相対位置から現れると考えられるような音声信号の操作者への提示は、ヘッドホンまたは少なくとも２つのスピーカから発せられるステレオ信号を使用して実行されることができる。

一例では、操作者が、操作者に提示された音声信号に依存して機械を動作させる。特に、音声信号が機械の異常な挙動を示す場合、操作者は機械の異常な挙動を調査し、および／または機械を停止して、異常な挙動による機械への損傷を防止する。

一例として、少なくとも１つの機械状態信号は、時系列信号、例えば、振動、回転または揺動である。時系列信号は、例えば、研削工具から、駆動軸から、またはアクチュエータから生じる音とすることができる。また、時系列信号は、例えば、電流の変動から生じる電気信号とすることができる。さらに、時系列信号は、シート板の変動から生じることができる。

一例では、音声信号は、時系列信号の変換によって、例えば変動によって、及び／又は時系列信号の周波数を、特に可聴スペクトルにスケーリングすることによって、時系列信号から生成される。このようにして、操作者は、機械状態信号を直接聞くことができ、したがって、機械が正常に動作をしているか、または異常な動作をしているかを判定することができる。経験豊富な操作者は、変換された時系列信号を聞くことによって、異常な機械挙動の可能性のある原因を判定することさえできる。

一例では、時系列信号は解析され、機械の挙動を識別する時系列信号の特徴が変換されるため、操作者はそれらをより容易に認識できる。このような変換は、例えば、機械の挙動を識別する時系列信号の特徴の増幅とすることができる。特徴を増幅することによって、それらは、操作者にとってより顕著となり、したがって操作者の注意がそれらに対して引かれる。また、機械の挙動を識別する特徴を増幅することによって、機械の正常な挙動から異常な挙動を区別することがより容易になる。機械の挙動を識別する特徴を識別するための解析は、例えば、機械の通常の挙動の既知の時系列信号を時系列信号から減ずることを含むことができる。

一例では、少なくとも１つの機械状態信号が解析され、特徴的な機械状態事象、特に機械状態音事象が、互いに分離される。分離は、例えば、異なるマイクロホンから得られる音信号に基づくことができる。特徴的な機械状態事象が互いに分離されると、操作者が機械状態事象のうちの１つに一度に集中することがより容易になる。

一例では、少なくとも１つの機械状態信号が解析され、機械状態信号の解析の結果に基づいて、機械状態信号を表す音声信号が音データベースから選択される。音データベースから選択される音声信号は、機械状態信号が可聴信号ではなく、可聴信号に変換されることができないときに、特に有用である。その場合、音データベースから選択される音声信号は、機械の正常または異常な挙動について操作者に知らせることができる。音データベースは、機械に割り当てられることができ、生産設備の中央データベースとすることができ、または分散システム内、例えばクラウド内にあるとすることができる。

一例では、音データベースは複数の事象音を含み、各事象音は、例えば、通知、警報、警告、または警急などの機械動作状態に対応付けられる。したがって、操作者は、ある事象音を聞くと、それが何の機械動作状態に対応するかを知り、それに応じて機械を動作させるであろう。また、操作者は、それぞれの事象音に対するフィードバックを提供することによって、事象音を機械動作状態に対応付けることを訓練することができる。

一例では、音声信号に割り当てられた空間内の相対位置が、音声信号によって表される機械状態信号が発生する空間内の位置に対応する。したがって、操作者は、音声信号を聴くことによって、異常に動作している機械部品を見つけることができる。これは、操作者が故障を探すときに、表示装置を見なければならないことに代えて、機械を観察することができるというさらなる利点を有する。

一例では、操作者の位置および／または向きが判定され、音声信号に割り当てられた空間内の相対位置が、操作者の位置および／または向きに関連して選択される。このようにして、操作者は、故障の位置又は異常に動作する機械部品の位置を容易に見つけることを可能にする個人化された音声信号を受信する。操作者の位置は、カメラによって、近接センサによって、または無線通信ユニットもしくは無線周波数識別ユニットなどの操作者によって装着されるか、もしくは操作者に取り付けられるユニットによって、判定されることができる。操作者の向きは、カメラによって、例えばヘッドホンを用いた動的な頭部追跡によって、または例えばスマート眼鏡を用いた操作者の視線方向の判定によって、判定されることができる。

一例では、１つ以上の音声信号は、操作者により近い空間内にそれらの相対位置を配置することによって強調される。一方で、音声信号の相対位置のこのような配置は音声信号を増幅するものであり、操作者に警告を与える。他方で、音声信号が遠く離れている場合と比較されることによって、音声信号が近くにある場合には、より多くの注目が払われる。

一例では、操作者が機械の近傍に位置するときに、少なくとも１つの音声信号が操作者に提示される。この方法は、選択した音声信号のみが操作者に提示されるため、特定の音声信号を識別し易くする。また、操作者は、音声信号を受け取ると、既に機械の近傍にいるので、例えば保守を行うことによって、当該機械を直接動作させることができる。あるいは、操作者が機械から離れて位置するとき、または操作者が遠くの位置に位置するときに、少なくとも１つの音声信号が操作者に提示される。このようにして、操作者は、機械に近づく必要なく、機械状態を表す音声信号を聞くことができる。これは、機械の近くに位置することが安全でないとき、または遠くに位置する機械において故障を見つけることを１人の高度に訓練された操作者が依頼されるときに、特に有用である。

本発明の別の態様では、生産設備の機械が提供される。当該機械は、原則として、任意の種類の機械とすることができ、特に、機械工具、例えば、研削工具である。

機械は、機械の動作状態を特徴付ける機械状態信号を得るための少なくとも１つの機械状態検出ユニットを含む。動作状態は、機械の正常または異常な動作状態とすることができる。

機械は、機械状態信号を表す音声信号を生成するための少なくとも１つの音声信号生成ユニットと、機械を動作させる操作者に音声信号を送信するための少なくとも１つの音声送信ユニットとをさらに含む。音声信号生成ユニットは、中央ユニットとすることができる。あるいは、機械ごとに１つの音声信号生成ユニットとすることができ、または音声信号が分散システム内、例えば、クラウド内で生成されることができる。音声送信ユニットは、例えば、ヘッドホン又は少なくとも２つのスピーカを含むことができる。音声信号は、操作者が表示装置を見ることを必要とせず、したがって、操作者の注意を直接捕らえ、機械の動作状態に絶えず注意することを簡単にし、操作者が音声信号を聞きながら機械を見ることを可能にする。

機械は、上述の方法に従って動作され、上述の利点を特徴とする。

また、本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組合せとすることができることを理解されたい。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、それを参照して説明される。

以下では、本発明の好ましい実施形態が、単なる例として、図面を参照して説明される。

生産設備の概略上面図を示す。 生産設備の機械を動作させる方法のフローチャートを示す。

図１は、２つの機械２を含む生産設備１の概略上面図を示す。機械２は機械工具、例えば研削工具とすることができるが、任意の他の種類の機械とすることもできる。

機械２は、複数のマイクロホン３と、電気センサ、機械センサ、温度センサ、または機械固有センサなどの他のセンサ４とをそれぞれ含む。マイクロホン３と他のセンサ４とは、機械２の動作状態を特徴付ける機械状態信号を得る。

生産設備１は、音声信号生成ユニット５をさらに有し、音声信号生成ユニット５は、マイクロホン３と他のセンサ４とから機械状態信号を受け取る。図１に示される実施例では、マイクロホン３のうちの１つの機械状態信号が機械２の標準外の挙動を示す。したがって、音声信号生成ユニット５は、機械状態信号を表す音声信号６を生成する。また、他のセンサ４のうちの１つの機械状態信号は、機械２の標準外の挙動を示す。したがって、音声信号生成ユニット５は、他のセンサ４の機械状態信号を表す音声信号６も生成する。

音声信号６は、音声信号６によって表される機械状態信号が発生する空間内の位置から現れると考えられるように生成される、すなわち、３Ｄ音声効果が作成される。

生産設備１は、音声送信ユニット７をさらに含み、音声送信ユニット７は、図１において、操作者８によって装着されるヘッドホンとして示される。

図２は、生産設備１の機械２を動作させる方法を示すフローチャートを示す。

機械２の動作状態を特徴付けるいくつかの異なる型の機械状態信号が得られる（音信号９、時系列信号１０及び他の事象１１）。

音信号９は、通常、マイクロホン３によって拾われる。音信号９は、機械状態信号が発生する空間内の位置に対応する空間内の位置から音信号９が現れると考えられるように、操作者８に１２にて直接提示されるよう上手く適合されてよい。しかしながら、一般に、音信号９は、操作者８に提示される前に１３にて処理されなければならない。このような処理１３は、周波数の増幅、減衰、変動、または周波数をスケーリングすることを含むことができる。

あるいは、１３にて処理された音信号９は、特徴的な音事象を互いに分離する空間音解析１４を受けることができる。次の空間音合成１５では、空間内の位置が特徴的な音事象に割り当てられ、その結果、音は操作者８に１２にて提示される。

時系列信号１０は、時間とともに変化する信号であるが、音信号９ではない。このような時系列信号１０は、まず１６にて音信号に変換され、次に音信号９であるかのように１３にてさらに処理される。

他の事象１１は、例えば、温度信号、警告及び／又は警報を含むことができる。これらは、音信号に変換されることができない信号である。しかしながら、他の事象１１を操作者８に１２にて提示するため、他の事象１１は、データベースに記憶された事象音に１７にて対応付けられる。例えば、警告は１つの音に対応付けられ、警報は異なる音に対応付けられ、あまりに高温の示度はさらに異なる音に対応付けられる。

さらに、１３にて処理された音信号９と、１６にて変換されて、１３にて処理された時系列信号１０とは、さらに解析され、事象として１８にて分類されることができる。例えば、磨耗した研削工具は、コンピュータによって認識され、事象として１８にて分類されることができる特徴的な音を生じさせる。このような１８にて分類された事象は、次に、他の事象１１と同様に、データベース内に記憶された事象音に１７にて対応付けられる。

操作者８は、音声信号６を１２にて提示されているので、機械状態に関する情報を得るために、表示装置を見る必要がない。さらに、音声信号６は、操作者８の注意を直接捕らえ、機械２の動作状態に絶えず注意することを簡単にし、操作者８が音声信号６を聞きながら機械２を見ることを可能にする。

本発明は図面および前述の説明において詳細に図示および説明されたが、そのような図示および説明は例示的または実施例であり、限定的ではないと考えられるべきである。本発明は開示された実施形態に限定されない。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。特許請求の範囲において、単語「含む」は他の構成要素又は工程を排除するものではなく、不定冠詞「１つ」は複数を排除するものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１ 生産設備
２ 機械
３ マイクロホン
４ 他のセンサ
５ 音声信号生成ユニット
６ 音声信号
７ 音声送信ユニット
８ 操作者
９ 音信号
１０ 時系列信号
１１ 他の事象
１２ 提示
１３ 処理
１４ 空間音解析
１５ 空間音合成
１６ 変換
１７ 対応付け
１８ 分類

生産設備の機械は、原則として任意の種類の機械とすることができ、特に生産機械、すなわち、物品を生産する機械である。ここで、生産は、任意の製造工程、特に、形成すること、切断すること、および／または結合することを含む製造工程を指すことができる。まさに特に、機械は機械工具、例えば研削工具である。また、本方法は、完全な機械、または単に機械の部品に関連することができる。

本発明の別の態様では、生産設備の機械が提供される。当該機械は、原則として、任意の種類の機械とすることができ、特に、生産機械、すなわち、物品を生産する機械である。ここで、生産は、任意の製造工程、特に、形成すること、切断すること、および／または結合することを含む製造工程を指すことができる。まさに特に、機械は機械工具、例えば、研削工具である。

機械は、上述の方法に従って動作されるように適合され、上述の利点を特徴とする。

図１は、２つの機械２を含む生産設備１の概略上面図を示す。機械２は機械工具、例えば研削工具とすることができるが、任意の他の種類の機械、特に生産機械、すなわち、物品を生産する機械とすることもできる。ここで、生産は、任意の製造工程、特に、形成すること、切断すること、および／または結合することを含む製造工程を指すことができる。

Claims (13)

1. 生産設備（１）、特に機械工具の機械（２）を動作させる方法であって、
   前記機械（２）の動作状態を特徴付ける少なくとも１つの機械状態信号（９、１０、１１）が得られ、
   前記少なくとも１つの機械状態信号（９、１０、１１）を表す少なくとも１つの音声信号（６）が生成され、
   前記少なくとも１つの音声信号（６）が、前記機械（２）を動作させる操作者（８）に提示され（１２）、
   空間内の少なくとも１つの相対位置は、前記少なくとも１つの音声信号（６）に割り当てられ、
   前記少なくとも１つの音声信号（６）が、前記音声信号（６）に割り当てられた空間内の前記相対位置から現れると考えられるように前記操作者（８）に提示される（１２）、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記操作者（８）は、前記操作者（８）に提示された（１２）前記音声信号（６）に依存して前記機械（２）を動作させる、方法。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの前記機械状態信号（９、１０、１１）は、時系列信号（１０）、例えば振動、回転または揺動である、方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記音声信号（６）は、前記時系列信号（１０）の変換（１６）によって、例えば、変動によって、および／または前記時系列信号（１０）の周波数を、特に可聴スペクトルにスケーリングすることによって、前記時系列信号（１０）から生成される、方法。
5. 請求項３または請求項４のいずれかに記載の方法において、前記時系列信号（１０）が解析され、前記機械（２）の挙動を識別する前記時系列信号（１０）の特徴が、前記操作者（８）がより容易にそれらを認識することができるように変換され、例えば増幅される、方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの前記機械状態信号（９、１０、１１）が解析され、特徴的な機械状態事象、特に機械状態音事象が互いに分離される（１４）、方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの前記機械状態信号（９、１０、１１）が解析され、前記機械状態信号（９、１０、１１）の前記解析の結果に基づいて、前記機械状態信号（９、１０、１１）を表す前記音声信号（６）が音データベースから選択される、方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記音データベースは複数の事象音を含み、各事象音は、例えば、通知、警報、警告、または警急などの機械動作状態に対応付けられる（１７）、方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法において、前記音声信号（６）に割り当てられた空間内の前記相対位置は、前記音声信号（６）によって表される前記機械状態信号（９、１０、１１）が発生する空間内の前記位置に対応する、方法。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法において、前記操作者（８）の位置および／または向きが判定され、前記音声信号（６）に割り当てられた空間内の前記相対位置が、前記操作者（８）の前記位置および／または向きに関連して選択される、方法。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法において、１つ以上の前記音声信号（６）は、前記操作者（８）により近い空間内にそれらの相対位置を配置することによって強調される、方法。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法において、前記少なくとも１つの音声信号（６）は、前記操作者（８）が前記機械（２）の近傍に位置するとき、前記操作者（８）が前記機械（２）から離れて位置するとき、または前記操作者（８）が遠くの位置に位置するとき、前記操作者（８）に提示される（１２）、方法。
13. 生産設備（１）、特に機械工具の機械であって、前記機械は、
    少なくとも１つの機械状態検出ユニット（３、４）であって、前記機械（２）の動作状態を特徴付ける機械状態信号（９、１０、１１）を得る、機械状態検出ユニット（３、４）と、
    少なくとも１つの音声信号生成ユニット（５）であって、前記機械状態信号（９、１０、１１）を表す音声信号（６）を生成する、音声信号生成ユニット（５）と、
    少なくとも１つの音声送信ユニット（７）であって、前記機械（２）を動作させる操作者（８）に前記音声信号（６）を送信する、音声送信ユニット（７）と、
    を含み、
    前記機械（２）は請求項１から請求項１２のいずれかの記載に従って動作される、
    機械。
    

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