JP2023113045A - Machining abnormality detection method and machining abnormality detection apparatus for machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、工作機械の加工データから加工異常を検知する方法及び装置に関するものである。 The present disclosure relates to a method and apparatus for detecting machining anomalies from machining data of machine tools.
数値制御装置から取得する、機械制御に関する加工データを用いて加工異常の判別をする技術がある。加工データとは、加工の進行に応じて変化する、モータの回転指令値や位置指令の情報、機械を制御するモータのトルクデータ等をいう。予め加工データを分析したアルゴリズムや、正常な加工データを学習した機械学習・確率論的・統計学的モデルを読み込み、加工データの予測を行い、予測値と実値との差を予測誤差として求める。予測誤差は、用いた加工データ数分のデータであってもよく、あるいは1つのノルムであってもよい。予測誤差と予め設定した閾値とを比較し、予測誤差が閾値よりも大きければ加工異常と見做し、加工を中断したり機械を停止したりする。予測誤差は閾値よりも小さければ加工異常はないと見做し、加工を継続する。前記モデルを用いる場合、加工異常の検知精度を上げるためには、特定の加工条件における加工データを学習したモデルを複数用意し、モデルの選択を行うこともある。加工条件は、工具の種類や被削材の種類等によって決まる。
他方、カメラで撮像して得られた工具や被削材の画像データから、工具の形状や被削材の形状を求める技術がある(例えば特許文献1参照)。画像から工具や被削材の特徴を示す領域を抽出し、その形状等を求め、カメラと工具や被削材との距離から形状の寸法を割り出し、実際の大きさの形状を求める。これは、画像処理のアルゴリズムや、工具や被削材の画像データを学習した機械学習・確率論的・統計学的モデルを用いることにより実現する。
ここに示したモデルもアルゴリズムの1つであるが、本開示においては、理論的な式から求められる演繹的アルゴリズムをアルゴリズムと呼び、データに基づき帰納的に作成したアルゴリズムをモデルと呼ぶ。画像処理のアルゴリズムは画像処理アルゴリズムと呼び、加工異常検知のアルゴリズムとモデルは、それぞれ加工異常検知アルゴリズム、加工異常検知モデルと呼ぶ。
There is a technique for determining a machining abnormality using machining data relating to machine control obtained from a numerical controller. Machining data refers to motor rotation command value and position command information, torque data of a motor that controls the machine, etc., which change according to the progress of machining. Predict the processed data by loading an algorithm that has analyzed the processed data in advance or a machine learning/probabilistic/statistical model that has learned normal processed data, and obtain the difference between the predicted value and the actual value as the prediction error. . The prediction error may be data for the number of processed data used, or may be one norm. The prediction error is compared with a preset threshold value, and if the prediction error is larger than the threshold value, it is assumed that the processing is abnormal, and the processing is interrupted or the machine is stopped. If the prediction error is smaller than the threshold, it is assumed that there is no machining abnormality, and machining is continued. When using the above model, in order to increase the detection accuracy of machining abnormality, a plurality of models that have learned machining data under specific machining conditions may be prepared and the model may be selected. Machining conditions are determined by the type of tool, the type of work material, and the like.
On the other hand, there is a technique for determining the shape of a tool and the shape of a work material from image data of the tool and the work material obtained by imaging with a camera (see Patent Document 1, for example). From the image, an area showing the characteristics of the tool or work material is extracted, its shape is determined, and the dimensions of the shape are determined from the distance between the camera and the tool or work material, and the actual size of the shape is determined. This is achieved by using image processing algorithms and machine learning/probabilistic/statistical models learned from image data of tools and work materials.
The model shown here is also one of the algorithms, but in the present disclosure, a deductive algorithm obtained from a theoretical formula is called an algorithm, and an algorithm created inductively based on data is called a model. An algorithm for image processing is called an image processing algorithm, and an algorithm and a model for processing abnormality detection are called a processing abnormality detection algorithm and a processing abnormality detection model, respectively.
加工異常の検知を行う際にモデルを使用する場合、その検知精度は、モデルの汎化性能とトレードオフになることが多い。多くの条件の加工に対してその加工異常の検知を行うモデルを作成する際には、多くの加工データを予め学習する必要がある。それぞれの条件の加工の異常検知に対してある程度の有効性を獲得するが、高い検知精度が求められる場合は、特定の加工条件に対してよく予測するモデルに切り替える方法を選択することもある。この場合、モデルを人手で選択したり、モデルの切り替えを加工プログラムに記述する必要があるため、作業の手間やミスの可能性なく加工の工程を自動化することができない。しかし一方、汎化性能は高いが検知精度が高くないモデルを用いる場合、加工異常を過度に検知したり見逃したりすることがあるため、加工の品質を維持したまま自動で機械を運転することができない。これは、加工異常検知アルゴリズムを用いた場合も同様である。 When a model is used to detect machining anomalies, the detection accuracy is often a trade-off with the generalization performance of the model. When creating a model for detecting processing abnormalities for processing under many conditions, it is necessary to learn a large amount of processing data in advance. A certain degree of effectiveness is obtained for detecting anomalies in machining under each condition, but when high detection accuracy is required, a method of switching to a model that predicts well for specific machining conditions may be selected. In this case, it is necessary to manually select the model or describe the switching of the model in the machining program, so it is impossible to automate the machining process without labor and the possibility of mistakes. However, on the other hand, if a model with high generalization performance but low detection accuracy is used, machining abnormalities may be detected excessively or overlooked, so it is difficult to automatically operate the machine while maintaining machining quality. Can not. This is the same when using the processing abnormality detection algorithm.
そこで、本開示は、加工異常を精度良く判定する加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを自動的に選択することにより、人手を介さない高精度な加工異常検知を実現することができる工作機械の加工異常検知方法及び装置を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present disclosure is a machine tool that can realize highly accurate processing abnormality detection without human intervention by automatically selecting a processing abnormality detection algorithm/processing abnormality detection model for accurately determining processing abnormality. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting a processing abnormality.
上記目的を達成するために、本開示の第1の構成は、数値制御指令に基づいて切削加工を行う工作機械において、加工時に取得される加工情報から加工異常を検知する加工異常検知方法であって、
前記工作機械に設けた撮像機器により、機内の工具及び/又は被削材を撮像して画像データを取得する画像データ取得ステップと、
取得された画像データから前記工具及び/又は前記被削材の種類を推定する工具/被削材推定ステップと、
推定された前記工具及び/又は前記被削材の種類に基づいて加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを選択するアルゴリズム/モデル選択ステップと、
選択された前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルに前記加工情報を入力して加工異常の有無を判定する異常判定ステップと、を実行することを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具/被削材推定ステップでは、前記被削材の種類を推定する場合、前記被削材を動作させて重量を推定し、前記画像データ取得ステップで取得された前記被削材の大きさ及び形状と、推定された前記被削材の重量とから前記被削材の種類を推定することを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記アルゴリズム/モデル選択ステップでは、推定された前記工具及び/又は前記被削材の種類に基づいて、予め対応づけられている加工条件を判別し、判別された前記加工条件に基づいて前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを選択することを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記異常判定ステップでは、前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルに前記加工情報を入力して加工の異常度を求めて当該異常度を所定の閾値と比較し、前記異常度が前記閾値よりも大きい場合に加工異常と判定することを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記異常判定ステップで加工異常と判定された場合、前記工作機械に、現在の使用工具を同じ種類の予備工具と交換させることを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記予備工具への交換を行った際、前記撮像機器によって前記予備工具を撮像して画像データを取得し、取得された画像データから、前記予備工具が前記使用工具と同じ種類か否かを判別する工具判別ステップをさらに実行し、前記工具判別ステップで同じ種類でないと判別されたら、加工を中断或いは停止させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first configuration of the present disclosure is a machining abnormality detection method for detecting a machining abnormality from machining information acquired during machining in a machine tool that performs cutting based on numerical control commands. hand,
an image data acquisition step of acquiring image data by imaging a tool and/or a work material in the machine using an imaging device provided in the machine tool;
a tool/work material estimation step of estimating the type of the tool and/or the work material from the acquired image data;
an algorithm/model selection step of selecting a machining abnormality detection algorithm/machining abnormality detection model based on the estimated type of the tool and/or the work material;
and an abnormality determination step of inputting the machining information to the selected machining abnormality detection algorithm/machining abnormality detection model and determining whether or not there is a machining abnormality.
In another aspect of the first configuration, in the above configuration, in the tool/work material estimation step, when estimating the type of the work material, the work material is operated to estimate the weight, and the image The type of the work material is estimated from the size and shape of the work material acquired in the data acquisition step and the estimated weight of the work material.
In another aspect of the first configuration, in the above configuration, in the algorithm/model selection step, a pre-associated machining condition is determined based on the estimated type of the tool and/or the work material. and selecting the abnormal machining detection algorithm/abnormal machining detection model based on the discriminated machining conditions.
In another aspect of the first configuration, in the above configuration, in the abnormality determination step, the processing information is input to the processing abnormality detection algorithm/processing abnormality detection model to determine the degree of abnormality of processing, and the degree of abnormality is determined. is compared with a threshold value, and when the degree of abnormality is larger than the threshold value, it is determined that the processing is abnormal.
Another aspect of the first configuration is characterized in that in the above configuration, when the abnormality determination step determines that there is a machining abnormality, the machine tool is caused to replace the currently used tool with a spare tool of the same type. .
Another aspect of the first configuration is that in the above configuration, when the spare tool is replaced with the spare tool, the imaging device captures an image of the spare tool to acquire image data, and from the acquired image data, the A tool determination step for determining whether or not the spare tool is of the same type as the used tool is further executed, and if the tool determination step determines that the spare tool is not of the same type, machining is interrupted or stopped.
上記目的を達成するために、本開示の第2の構成は、数値制御指令に基づいて切削加工を行う工作機械において、加工時に取得される加工情報から加工異常を検知する加工異常検知装置であって、
前記工作機械に設けた撮像機器により、機内の工具及び/又は被削材を撮像して画像データを取得する画像データ取得手段と、
取得された画像データから前記工具及び/又は前記被削材の種類を推定する工具/被削材推定手段と、
推定された前記工具及び/又は前記被削材の種類に基づいて加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを選択するアルゴリズム/モデル選択手段と、
選択された前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルに前記加工情報を入力して加工異常の有無を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
第2の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具/被削材推定手段は、前記被削材の種類を推定する場合、前記被削材を動作させて重量を推定し、前記画像データ取得手段で取得された前記被削材の大きさ及び形状と、推定された前記被削材の重量とから前記被削材の種類を推定することを特徴とする。
第2の構成の別の態様は、上記構成において、前記アルゴリズム/モデル選択手段は、推定された前記工具及び/又は前記被削材の種類に基づいて、予め対応づけられている加工条件を判別し、判別された前記加工条件に基づいて前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを選択することを特徴とする。
第2の構成の別の態様は、上記構成において、前記異常判定手段は、前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルに前記加工情報を入力して加工の異常度を求めて当該異常度を所定の閾値と比較し、前記異常度が前記閾値よりも大きい場合に加工異常と判定することを特徴とする。
第2の構成の別の態様は、上記構成において、前記異常判定手段が加工異常と判定した場合、前記工作機械に、現在の使用工具を同じ種類の予備工具と交換させることを特徴とする。
第2の構成の別の態様は、上記構成において、前記予備工具への交換を行った際、前記撮像機器によって前記予備工具を撮像して画像データを取得し、取得された画像データから、前記予備工具が前記使用工具と同じ種類か否かを判別する工具判別手段をさらに備え、前記工具判別手段が同じ種類でないと判別したら、加工を中断或いは停止させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a second configuration of the present disclosure is a processing abnormality detection device that detects processing abnormality from processing information acquired during processing in a machine tool that performs cutting processing based on numerical control commands. hand,
an image data acquisition means for acquiring image data by imaging a tool and/or a work material in the machine using an imaging device provided in the machine tool;
tool/work material estimation means for estimating the type of the tool and/or the work material from the acquired image data;
algorithm/model selection means for selecting a machining abnormality detection algorithm/machining abnormality detection model based on the estimated type of the tool and/or the work material;
and abnormality determination means for inputting the processing information to the selected processing abnormality detection algorithm/processing abnormality detection model and determining the presence or absence of processing abnormality.
In another aspect of the second configuration, in the above configuration, when estimating the type of the work material, the tool/work material estimation means operates the work material to estimate the weight, and the image The type of the work material is estimated from the size and shape of the work material acquired by the data acquisition means and the estimated weight of the work material.
In another aspect of the second configuration, in the above configuration, the algorithm/model selection means determines machining conditions associated in advance based on the estimated type of the tool and/or the work material. and selecting the abnormal machining detection algorithm/abnormal machining detection model based on the discriminated machining conditions.
In another aspect of the second configuration, in the above configuration, the abnormality determination means inputs the processing information to the processing abnormality detection algorithm/processing abnormality detection model to obtain the degree of abnormality of processing, and determines the degree of abnormality. is compared with a threshold value, and when the degree of abnormality is larger than the threshold value, it is determined that the processing is abnormal.
Another aspect of the second configuration is characterized in that in the above configuration, when the abnormality determination means determines that there is a machining abnormality, the machine tool is caused to replace the currently used tool with a spare tool of the same type.
Another aspect of the second configuration is that in the above configuration, when the spare tool is replaced with the spare tool, the imaging device captures an image of the spare tool to acquire image data, and from the acquired image data, the A tool discriminating means for discriminating whether or not the spare tool is of the same type as the used tool is further provided, and if the tool discriminating means discriminates that the spare tool is not of the same type, machining is interrupted or stopped.
なお、本開示において、工具の種類とは、材質や形状、ドリルやエンドミル等加工用途別や、ソリッドやインサート等刃先の形式別に分類されるものを言う。
また、本開示において、加工異常検知モデルは、どのような加工条件に有効なモデルであるかが予めわかっているものとする。また、工具の種類と被削材の種類との組み合わせと、加工条件との対応も予めわかっているものとする。
工具の種類はカメラ等の撮像機器で撮像した工具の画像データから特定する。予め様々な工具の画像データを入力し、その工具の画像領域を検出して工具の径や長さと材質の推定値を出力するモデルを学習して作成する。他方で、検出した工具の画像領域から求めた画像上の工具の径や長さの寸法に対し、カメラと工具との位置関係によって実際の寸法へ変換するスケールを求める。工具の撮像画像を前記モデルに入力し、工具の材質と径や長さ、工具の先端角度やねじれ角度の推定値を求める。そして前記スケールを径や長さに乗算して実際の工具の材質と寸法とに変換する。工具は光の反射具合や輝度によって材質を特定することが可能であるため、画像データから推定することができる。
In the present disclosure, the types of tools refer to those classified according to materials and shapes, processing applications such as drills and end mills, and types of cutting edges such as solids and inserts.
Further, in the present disclosure, it is assumed that it is known in advance under what machining conditions the machining abnormality detection model is effective. It is also assumed that the correspondence between the combination of the type of tool and the type of work material and the machining conditions is known in advance.
The type of tool is specified from the image data of the tool captured by an imaging device such as a camera. A model is created by inputting image data of various tools in advance, detecting the image area of the tool, and outputting estimated values of the diameter, length, and material of the tool. On the other hand, for the diameter and length dimensions of the tool on the image obtained from the detected image area of the tool, a scale for conversion to actual dimensions is obtained according to the positional relationship between the camera and the tool. A captured image of the tool is input to the model, and estimated values of the tool material, diameter, length, tip angle and torsion angle of the tool are obtained. Then, the diameter and length are multiplied by the scale to convert to the material and dimensions of the actual tool. Since it is possible to identify the material of the tool based on the degree of light reflection and brightness, it is possible to estimate the material from the image data.
被削材は、その外見のみから材質を特定することが困難である。そのため、カメラ等の撮像機器で撮像した被削材の画像データと、被削材の重量とから材質を特定する。予め様々な大きさや材質の被削材の画像データを入力し、その被削材の画像領域を検出して被削材の大きさと材質との推定値を出力するモデルを学習して作成する。他方で、検出した被削材の画像領域から求めた画像上の被削材の大きさに対し、カメラと被削材との位置関係によって実際の大きさへ変換するスケールを求める。また他方で、被削材が装着された機械の軸を動作させ、慣性力から被削材の重量を求める。被削材の撮像画像を前記モデルに入力し、被削材の大きさと材質との推定値を求める。推定した大きさに前記スケールを乗算して実際の被削材の大きさに変換する。推定した大きさと重量とから被削材の比重を求め、その材質の推定値と前記比重とから被削材の材質を特定する。 It is difficult to identify the material of the work material only from its appearance. Therefore, the material is specified based on the image data of the work material captured by an imaging device such as a camera and the weight of the work material. A model is created by inputting image data of work materials of various sizes and materials in advance, detecting image regions of the work materials, and outputting estimated values of the size and material of the work materials. On the other hand, for the size of the work piece on the image obtained from the detected image area of the work piece, a scale for converting it into an actual size is found according to the positional relationship between the camera and the work piece. On the other hand, the shaft of the machine on which the work material is mounted is operated, and the weight of the work material is obtained from the inertial force. A photographed image of the work material is input to the model, and estimated values of the size and material of the work material are obtained. The estimated size is multiplied by the scale to convert to the actual size of the work material. The specific gravity of the work material is obtained from the estimated size and weight, and the material of the work material is specified from the estimated value of the material and the specific gravity.
本開示によれば、撮像機器の画像データにより工具及び/又は被削材の種類を推定することができ、その推定結果から加工異常を精度良く判定する加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを自動的に選択することができる。よって、人手を介さない高精度な加工異常検知を実現することができる。
選択したアルゴリズム/モデルは、加工情報の入力によって加工異常の有無を判定し、加工異常でない場合は加工継続を判別することで、ユーザが意図した加工を自動で継続することができる。また、加工プログラムへ加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを交換する指令の記述が不要であるため、加工プログラムの再利用ができる。
以上より、自動で加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルの選択を行い、かつ自動でユーザの意図に従った加工を継続することができる。従って工場の無人化や機械の稼働率上昇を推進できる。
また、人手による加工異常の検知に用いるアルゴリズム/モデルの誤った選択を防止し、加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルの誤選択を原因とする工具や被削材の損耗や機械部品の損傷を防ぐことができる。
According to the present disclosure, it is possible to estimate the type of tool and / or work material from the image data of the imaging device, and automatically create a processing abnormality detection algorithm / processing abnormality detection model that accurately determines processing abnormality from the estimation result. can be selectively selected. Therefore, highly accurate processing abnormality detection can be realized without human intervention.
The selected algorithm/model can automatically continue the machining intended by the user by determining whether or not there is a machining abnormality based on the input of machining information, and determining whether to continue machining if there is no machining abnormality. In addition, the machining program can be reused because there is no need to write a command for exchanging the machining error detection algorithm/machining error detection model in the machining program.
As described above, it is possible to automatically select a processing abnormality detection algorithm/processing abnormality detection model, and to automatically continue processing according to the user's intention. Therefore, it is possible to promote unmanned factories and increase the operating rate of machines.
In addition, it prevents the erroneous selection of algorithms/models used for manual detection of machining anomalies, and prevents the wear and tear of tools and work materials and the damage of machine parts caused by erroneous selection of anomaly detection algorithms/models for machining anomalies. can be prevented.
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、従来の工作機械の加工異常検知方法及び装置について、図1,2に基づいて説明する。
図1は、従来の工作機械の加工異常検知装置10の構成を示す。ここでは工作機械に設けられるNC装置11と、加工における工作機械の機械動作のデータを格納する加工データ格納部12とを備えている。
また、加工異常検知装置10は、加工異常の検知を行う加工異常検知モデルを選択するモデル選択画面13と、画面で選択した名称のモデルデータを選択して読込むモデル選択部14と、読み込んだモデルを格納する選択中モデル格納部15と、加工データ格納部12に格納した加工データを選択中モデル格納部15に格納したモデルに入力して加工異常の予測値を求める異常度算出部16とを備えている。
さらに、加工異常検知装置10は、加工異常を判別するための閾値を設定する閾値設定部17と、閾値設定部17で設定した閾値を格納する閾値格納部18と、異常度算出部16で求めた異常度と閾値格納部18に格納した閾値とを比較し、異常度が閾値より大きくなった場合に加工異常が発生したと判別する加工異常判別部19とを備えている。
Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
First, a conventional method and apparatus for detecting an abnormality in machining of a machine tool will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows the configuration of a conventional machining
The processing
Furthermore, the processing
図2は、従来の加工異常検知方法の流れを示す。加工異常の検知に用いるモデルをモデル選択画面13より選択してモデル選択部14に格納し(S1)、NC装置11が、加工の進行に応じて加工データ格納部12に格納した機械動作に関するデータ(加工データ)を取得する(S2)。
そして、加工データをモデルに入力して加工異常の度合を異常度として求め(S3)、閾値格納部18に格納した閾値と異常度とを比較して(S4)、異常度が閾値以下の場合は加工を継続し、異常度が閾値より大きい場合は加工の中断や停止をNC装置11に指令する。
FIG. 2 shows the flow of a conventional processing abnormality detection method. A model used for detecting a machining abnormality is selected from the
Then, the processing data is input to the model, the degree of processing abnormality is obtained as the degree of abnormality (S3), the threshold stored in the
次に、本開示の工作機械の加工異常検知方法及び装置について、図3,4に基づいて説明する。
図3は、加工異常検知装置の一例を示す。この加工異常検知装置20では、図1で示した従来の加工異常検知装置10に対して、モデル選択画面13と加工異常判別部19とを具備しない。ここでは、機内撮影部21と、撮影データ格納部22と、工具推定部23と、重量推定部24と、被削材推定部25とを備えている。
機内撮影部21は、撮像機器(ここではカメラ)を備えて機内の工具や被削材を撮像する。
撮影データ格納部22は、機内撮影部21で撮像した工具や被削材の画像データを格納する。機内撮影部21及び撮影データ格納部22は、本開示の画像データ取得手段の一例である。
工具推定部23は、撮影データ格納部22に格納した工具の画像データから工具の種類を推定する。工具推定部23は、本開示の工具/被削材推定手段の一例である。
重量推定部24は、NC装置11の指令で被削材を動作させて慣性力から被削材の重量を推定する。
被削材推定部25は、重量推定部24で推定した重量と撮影データ格納部22に格納した被削材の画像データとから被削材の種類を推定する。重量推定部24及び被削材推定部25は、本開示の工具/被削材推定手段の一例である。
Next, the method and apparatus for detecting an abnormality in machine tool processing according to the present disclosure will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows an example of a processing abnormality detection device. Unlike the conventional machining
The in-
The photographed
The
The
The work
さらに、加工異常検知装置20は、工具推定結果格納部26と、被削材推定結果格納部27と、加工条件判別部28と、予備工具交換判定部29と、工具確認部30とを備えている。
工具推定結果格納部26は、工具推定部23で推定した工具の種類の情報を格納する。
被削材推定結果格納部27は、被削材推定部25で推定した被削材の種類の情報を格納する。
加工条件判別部28は、工具推定結果格納部26に格納した工具の種類の情報と被削材推定結果格納部27に格納した被削材の種類の情報とからモデルの選択に必要な加工条件を判別する。
Further, the machining
The tool estimation
The work material estimation
The machining
モデル選択部14は、加工条件判別部28で判別された加工条件に基づいて加工異常の検知に用いるモデルを選択する。加工条件判別部28及びモデル選択部14は、本開示のアルゴリズム/モデル選択手段の一例である。
予備工具交換判定部29は、異常度算出部16で求めた異常度と閾値格納部18に格納した閾値とを比較し、異常度が閾値より大きくなった場合に加工品位が保てなくなると判別し、現工具と予備工具との交換が必要であると判定する。異常度算出部16及び予備工具交換判定部29は、本開示の異常判定手段の一例である。
工具確認部30は、現工具と交換した予備工具の種類を推定し、現工具と工具の種類が同じであるか否かを確認する。工具確認部30は、本開示の工具判別手段の一例である。
The
The spare tool
The
図4は、本開示の加工異常検知方法の流れを示す。まず、機内に装着している工具や被削材を機内撮影部21のカメラで撮像して画像データを撮影データ格納部22に格納する(S11:画像データ取得ステップ)。また、重量推定部24がNC装置11の指令で被削材を動作させて慣性力から被削材の重量を推定する(S12)。さらに、NC装置11が、加工の進行に応じて加工データ格納部12に格納した加工データを取得する(S13)。
次に、工具推定部23が、撮影データ格納部22に格納した工具の画像データから工具の種類を推定して工具推定結果格納部26に工具の種類を格納する(S14:工具/被削材推定ステップ)。一方、被削材推定部25が、重量推定部24で推定した被削材の重量と、撮影データ格納部22に格納した被削材の画像データとから被削材の種類を推定して被削材推定結果格納部27に被削材の種類を格納する(S15:工具/被削材推定ステップ)。
FIG. 4 shows the flow of the processing abnormality detection method of the present disclosure. First, the camera of the in-
Next, the
次に、加工条件判別部28が、推定した工具の種類と被削材の種類とから、モデルの選択に必要な加工条件を判別し、モデル選択部14が、判別された加工条件に基づいて加工異常の検知に用いるモデルを選択する(S16:アルゴリズム/モデル選択ステップ)。
次に、異常度算出部16が、加工データ格納部12に格納された加工データを、選択されたモデルに入力して加工の異常度を求め(S17:異常判定ステップ)、予備工具交換判定部29が、閾値格納部18に格納した閾値と異常度とを比較する(S18:異常判定ステップ)。ここで異常度が閾値以下の場合は、S13へ戻って加工を継続し、異常度が閾値より大きい場合は、現工具と予備工具との交換を行う(S19)。
次に、予備工具を機内撮影部21のカメラで撮像して画像データを撮影データ格納部22に格納して(S20)、予備工具の画像データから工具の種類を工具推定部23で推定する(S21)。
そして、工具確認部30が、現工具と予備工具との種類が同じか否かを判別し(S22:工具判別ステップ)、工具の種類が同じ場合は、S13へ戻って加工を継続し、工具の種類が異なる場合は、加工の中断や停止をNC装置11に指令する。
Next, the machining
Next, the abnormality
Next, the spare tool is imaged by the camera of the in-
Then, the
このように、上記形態の工作機械の加工異常検知方法及び加工異常検知装置20は、工作機械に設けた撮像機器により、機内の工具及び被削材を撮像して画像データを取得して、取得された画像データから工具及び被削材の種類を推定し、推定された工具及び被削材の種類に基づいて加工異常検知モデルを選択して、選択された加工異常検知モデルに加工データを入力して加工異常の有無を判定する。
この構成によれば、カメラの画像データと機械の動作とにより工具と被削材との種類を推定することができ、その推定結果から加工異常を精度良く判定する加工異常検知モデルを自動的に選択することができる。よって、人手を介さない高精度な加工異常検知を実現することができる。
選択したモデルは、閾値との比較で加工継続を判別することで、閾値に応じてユーザが意図した加工を自動で継続することができる。
また、加工プログラムへ加工異常検知モデルを交換する指令の記述が不要であるため、加工プログラムの再利用ができる。そして異常度が閾値を上回った場合、予備工具との交換を行う。
以上より、自動で加工条件の推定を行い、かつ自動でユーザの意図に従った加工を継続することができる。従って工場の無人化や機械の稼働率上昇を推進できる。
また、人手による加工異常の検知に用いるモデルの誤った選択を防止し、加工異常検知モデルの誤選択を原因とする工具や被削材の損耗や機械部品の損傷を防ぐことができる。
As described above, the machine tool processing abnormality detection method and processing
According to this configuration, it is possible to estimate the types of the tool and the work material from the image data of the camera and the operation of the machine. can be selected. Therefore, highly accurate processing abnormality detection can be realized without human intervention.
The selected model can automatically continue the machining intended by the user according to the threshold by judging whether to continue machining by comparing with the threshold.
In addition, the machining program can be reused because there is no need to write a command to replace the machining error detection model in the machining program. When the degree of abnormality exceeds the threshold, the tool is replaced with a spare tool.
As described above, it is possible to automatically estimate the machining conditions and automatically continue the machining in accordance with the user's intention. Therefore, it is possible to promote unmanned factories and increase the operating rate of machines.
In addition, it is possible to prevent erroneous selection of a model to be used for detection of machining abnormality by hand, and prevent wear of tools and workpieces and damage to machine parts caused by erroneous selection of a machining abnormality detection model.
なお、本開示における、撮像画像から工具や被削材の寸法や大きさや形状を求める画像処理アルゴリズムの一例として、帰納的アルゴリズムである、深層学習の手法がある。機内の撮像画像から工具や被削材の撮像領域を特定し、工具や被削材として検出する方法としてはRegion CNNがあり、撮像画像から3次元の形状を生成する生成クエリネットワークがある。
また、加工異常検知モデルを選択するための加工条件を選ぶ際、ある工具種類について任意の被削材種類に対して汎化性能のあるモデルがある場合や、ある被削材種類について任意の工具種類に対して汎化性能のあるモデルがある場合は、工具種類の特定または被削材種類の特定の少なくともいずれか一方からモデルを選択する加工条件を判別してもよい。そして、工具や被削材の種類と対応する加工条件については、工具メーカーの推奨加工条件や、ユーザが設定する加工条件を用いてもよい。
加工異常の検知に用いる、加工異常検知アルゴリズムや加工異常検知モデルの一例について次のようなものがある。アルゴリズムについては、工具主軸のモータトルクから回転n次の高調波成分を減算し、それを加工成分トルクとして異常検知に用いる。異常加工時の加工成分トルクは正常時のそれと傾向が異なり、大きさも異なるため閾値による検知が可能である。上記実施例では、加工異常検知モデルを用いて加工異常の有無を判定しているが、加工異常検知モデルに代えて、このような加工異常検知アルゴリズムを用いて加工異常の有無を判定してもよい。
モデルについては異常検知に用いる入力に対し、将来の入力値を推論して出力するようなニューラルネットワーク等がある。
In the present disclosure, as an example of an image processing algorithm for obtaining the dimensions, size, and shape of a tool or a work piece from a captured image, there is a deep learning method, which is an inductive algorithm. There is Region CNN as a method for identifying the imaging area of a tool or work material from captured images inside the machine and detecting it as a tool or work material, and there is a generation query network that generates a three-dimensional shape from the captured image.
In addition, when selecting machining conditions for selecting a machining error detection model, if there is a model with generalization performance for an arbitrary work material type for a certain tool type, or if a certain work material type has an arbitrary tool If there is a model with generalization performance for the type, machining conditions for selecting a model may be determined based on at least one of specifying the type of tool and specifying the type of work material. Machining conditions recommended by the tool manufacturer or machining conditions set by the user may be used as the machining conditions corresponding to the types of tools and work materials.
Examples of processing error detection algorithms and processing error detection models used for detecting processing errors are as follows. As for the algorithm, the n-th order harmonic component of rotation is subtracted from the motor torque of the tool spindle, and this is used as the machining component torque for abnormality detection. The machining component torque during abnormal machining has a different tendency and magnitude from that during normal machining, so detection using a threshold is possible. In the above embodiment, the abnormal machining detection model is used to determine whether or not there is a machining abnormality. good.
Models include neural networks that infer and output future input values for inputs used for anomaly detection.
上記形態では、異常度算出部で異常度が閾値よりも大きくなった場合には、現工具と予備工具との交換を行っているが、工具の交換を行わずにそのまま異常と判定して加工の中断・停止をさせるようにしてもよい。 In the above embodiment, when the degree of abnormality in the degree-of-abnormality calculator exceeds the threshold value, the current tool is replaced with a spare tool. may be interrupted/stopped.
10,20・・加工異常検知装置、11・・NC装置、12・・加工データ格納部、13・・モデル選択画面、14・・モデル選択部、15・・選択中モデル格納部、16・・異常度算出部、17・・閾値設定部、18・・閾値格納部、19・・加工異常判別部、21・・機内撮影部、22・・撮影データ格納部、23・・工具推定部、24・・重量推定部、25・・被削材推定部、26・・工具推定結果格納部、27・・被削材推定結果格納部、28・・加工条件判別部、29・・予備工具交換判定部、30・・工具確認部。
10, 20... Machining abnormality detector, 11... NC unit, 12... Machining data storage unit, 13... Model selection screen, 14... Model selection unit, 15... Selected model storage unit, 16... Abnormality
Claims (12)
前記工作機械に設けた撮像機器により、機内の工具及び/又は被削材を撮像して画像データを取得する画像データ取得ステップと、
取得された画像データから前記工具及び/又は前記被削材の種類を推定する工具/被削材推定ステップと、
推定された前記工具及び/又は前記被削材の種類に基づいて加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを選択するアルゴリズム/モデル選択ステップと、
選択された前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルに前記加工情報を入力して加工異常の有無を判定する異常判定ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械の加工異常検知方法。 A machining abnormality detection method for detecting a machining abnormality from machining information acquired during machining in a machine tool that performs cutting based on a numerical control command,
an image data acquisition step of acquiring image data by imaging a tool and/or a work material in the machine using an imaging device provided in the machine tool;
a tool/work material estimation step of estimating the type of the tool and/or the work material from the acquired image data;
an algorithm/model selection step of selecting a machining abnormality detection algorithm/machining abnormality detection model based on the estimated type of the tool and/or the work material;
an anomaly determination step of inputting the machining information to the selected machining anomaly detection algorithm/machining anomaly detection model to determine the presence or absence of an anomaly in machining;
A machining abnormality detection method for a machine tool, comprising:
前記工作機械に設けた撮像機器により、機内の工具及び/又は被削材を撮像して画像データを取得する画像データ取得手段と、
取得された画像データから前記工具及び/又は前記被削材の種類を推定する工具/被削材推定手段と、
推定された前記工具及び/又は前記被削材の種類に基づいて加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルを選択するアルゴリズム/モデル選択手段と、
選択された前記加工異常検知アルゴリズム/加工異常検知モデルに前記加工情報を入力して加工異常の有無を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の加工異常検知装置。 A machining abnormality detection device for detecting a machining abnormality from machining information acquired during machining in a machine tool that performs cutting based on a numerical control command,
an image data acquisition means for acquiring image data by imaging a tool and/or a work material in the machine using an imaging device provided in the machine tool;
tool/work material estimation means for estimating the type of the tool and/or the work material from the acquired image data;
algorithm/model selection means for selecting a machining abnormality detection algorithm/machining abnormality detection model based on the estimated type of the tool and/or the work material;
abnormality determination means for inputting the machining information to the selected machining abnormality detection algorithm/machining abnormality detection model and determining the presence or absence of a machining abnormality;
A machining abnormality detection device for a machine tool, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022015155A JP2023113045A (en) | 2022-02-02 | 2022-02-02 | Machining abnormality detection method and machining abnormality detection apparatus for machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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-
2022
- 2022-02-02 JP JP2022015155A patent/JP2023113045A/en active Pending
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