JP6687664B2

JP6687664B2 - 波形表示装置

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Publication number: JP6687664B2
Application number: JP2018078243A
Authority: JP
Inventors: 淳一手塚
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2038-04-16
Also published as: DE102019109258A1; JP2019184512A; CN110389560B; US20190317715A1; US11055047B2; CN110389560A

Description

本発明は、波形表示装置に関し、特に製造機械から取得された物理量の波形とプログラムの指令との関係を解析する波形表示装置に関する。

ロボットや工作機械等の製造機械の動作中に測定された軸位置や速度、トルク等の物理量の時系列データを解析して、当該動作の内容について解析を行い、解析した結果に基づいて動作に用いた制御用プログラムの改善等を行うことがあり、この様な場合には、時系列データの何れの部分が制御用プログラムのどの実行箇所と対応しているのか、その対応付けが必要となる。この様な対応付け作業は、一般には作業者が時系列データの波形の形状を見ながら経験に基づいて行うか、または、現在実行中の制御用プログラムの実行箇所と取得された物理量とを逐次関連付けて記録することで行っていた（例えば、特許文献１，２等）。

特開２０１３−０３７３８３号公報特開２０１０−０９２４０５号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示されるような技術を用いる場合には、予め制御用プログラムの実行環境と物理量を取得する構成とを何らかの形（例えば、プログラム実行環境と物理量の検出器の内蔵時計を同期させておく等）で関連付けておく必要があり、関連付けて構成されていないセンサ等を用いて別途計測された物理量と制御用プログラムの実行箇所との対応付けを行うことはできないため、別の方法で物理量と制御用プログラムの実行箇所との対応付けを行う必要がある。また、作業者が対応付けの作業を行う場合、送り軸や主軸の位置や速度の波形データだけから制御用プログラムの実行箇所との対応づけを理解するのは容易でなく、経験の浅い作業者には困難な作業になるという課題があった。

そこで本発明の目的は、製造機械から取得された物理量の時系列的変化と制御用プログラムの指令との関係を容易に解析することが可能な波形表示装置を提供することである。

本発明の波形表示装置は、機械の動作種別に応じた特徴的な波形パターンをあらかじめ学習しておき、波形パターンに対応した制御用プログラムの実行箇所を自動的に表示することにより、上記課題を解決する。

そして、本発明の一態様は、製造機械を制御する制御用プログラムと、該制御用プログラムに基づいて製造機械を制御した際に測定される物理量の時系列データに含まれる特徴的な波形との対応関係を表示する波形表示装置であって、制御指令と、該制御指令により製造機械を制御した際に測定された時系列データの波形パターンとを関連付けて記憶する波形パターン記憶部と、前記制御用プログラムに基づいて製造機械を制御した際に測定される物理量の時系列データから特徴的な波形を抽出し、前記波形パターン記憶部を参照して、前記特徴的な波形に対応する制御指令を特定する波形解析部と、前記波形解析部が特定した前記特徴的な波形に対応する制御指令と前記制御用プログラムとに基づいて、前記特徴的な波形と前記制御用プログラムに含まれる指令との対応関係を特定する対応関係解析部と、前記対応関係解析部が特定した、前記特徴的な波形と前記制御用プログラムに含まれる指令との対応関係が把握できるように表示する表示部と、を備えた波形表示装置である。

本発明により、作業者は容易に物理量と制御用プログラムとの対応関係を把握できるので、効率的に物理量の波形分析を行うことが可能となる。

一実施形態による波形表示装置の概略的なハードウェア構成図である。一実施形態による波形表示装置の概略的な機能ブロック図である。時系列データから抽出される特徴的な波形について説明する図である。制御指令と波形パターンとを関連付けて記憶する例を示す図である。特徴的な波形と制御用プログラム内の指令との対応関係について説明する図である。特徴的な波形と制御用プログラム内の指令との対応関係を表示する例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の一実施形態による波形表示装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態の波形表示装置１は、製造機械を制御する制御装置として実装することができる。また、波形表示装置１は、製造機械を制御する制御装置と併設されたパソコンや、制御装置とネットワークを介して接続されたセルコンピュータ、ホストコンピュータ、クラウドサーバ等のコンピュータとして実装することが出来る。図１は、製造機械を制御する制御装置とネットワークを介して接続されたコンピュータとして波形表示装置１を実装した場合の例を示している。

本実施形態による波形表示装置１が備えるＣＰＵ１１は、波形表示装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２１を介して読み出し、該システム・プログラムに従って波形表示装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示装置７０に表示するための表示データ及び入力装置７１を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたＳＲＡＭ等を用いたり、ＳＳＤ等を用いたりする等して、波形表示装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、入力装置７１を介して入力されたデータやプログラム、製造機械２から（図示しない外部装置等を介して）オフライン乃至（インタフェース２０に接続されたネットワーク３００を介して）オンラインで取得されたデータ、測長装置、撮像装置等のセンサ３から（図示しない外部装置等を介して）オフライン乃至（インタフェース２０に接続されたネットワーク３００を介して）オンラインで取得されたデータ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶されたデータやプログラム等は、利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、時系列データの解析のために必要とされる各種アルゴリズムや、その他の必要とされる処理を実行するためのシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

図２は、本発明の一実施形態による波形表示装置１の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した波形表示装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、波形表示装置１の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態の波形表示装置１は、データ取得部１００、プログラム取得部１１０、波形解析部１２０、対応関係解析部１３０、表示部１４０を備え、また、時系列データを記憶する時系列データ記憶部２００、制御用プログラムを記憶するプログラム記憶部、予め設定されている時系列データの波形パターンと制御指令との関係を記憶する波形パターン記憶部２２０が不揮発性メモリ１４上に確保されている。

データ取得部１００は、製造機械２から取得したデータや、測長装置、撮像装置等のセンサ３が検出したデータを時系列データとして時系列データ記憶部２００へと記憶する機能手段である。データ取得部１００は、例えば取得された各データに対して波形表示装置１に内蔵された図示しないＲＴＣ（リアルタイムクロック）等から取得した時刻データに基づいて時系列順に並べることで時系列データを生成して、それぞれのデータごとに時系列データ記憶部２００へと記憶する。また、データ取得部１００は、外部で作成された時系列データをそのまま時系列データ記憶部２００に記憶するようにしても良い。データ取得部１００が取得するデータとしては、例えば、製造機械２が備えるモータの位置、速度、トルクコマンド、電流値／電圧値、製造機械２の内部圧力、環境音等であって良い。なお、波形表示装置１がオフラインで取得したデータに基づく処理を行う場合には、時系列データは例えば外部装置から直接時系列データ記憶部２００へと記憶されるため、その様な運用をする場合にはデータ取得部１００は必ずしも必要ではない。

プログラム取得部１１０は、製造機械２から取得した制御用プログラムをプログラム記憶部２１０に記憶する機能手段である。プログラム取得部１１０が取得する制御用プログラムは、例えば製造機械２が工作機械である場合には、該工作機械でワークを加工する際に用いられた加工プログラムであって良く、製造機械２がロボットである場合には、該ロボットの動作を制御するプログラムであって良い。なお、波形表示装置１がオフラインで取得した制御用プログラムに基づく処理を行う場合には、制御用プログラムは例えば外部装置から直接プログラム記憶部２１０へと記憶されるため、その様な運用をする場合にはプログラム取得部１１０は必ずしも必要ではない。

波形解析部１２０は、時系列データ記憶部２００に記憶された時系列データの波形を解析する機能手段である。波形解析部１２０は、時系列データ記憶部２００に記憶された時系列データから特徴的な波形を抽出し、抽出した特徴的な波形と、予め波形パターン記憶部２２０に記憶してある特徴的な波形パターンとの間でマッチングを行い、そのマッチング結果に基づいて、該特徴的な波形に対応する制御指令を特定する。

図３は、波形解析部１２０が時系列データから抽出した特徴的な波形の例を示す図である。図３の下のグラフは、リジットタップ加工時（制御指令はＭ２９）の主軸速度及びＺ軸位置の時系列データのグラフを示しており、図３の上のグラフはそのうちの特徴的な波形を拡大したものを示している。波形解析部１２０は、例えば予め定めた所定時間だけ値に変化が無い部分を境界領域とした区間に区切り、その区間を特徴的な波形として抽出するようにしても良く、この抽出した特徴的な波形と、波形パターン記憶部２２０に記憶されている、制御指令と対応付けられた波形パターンとの間でＤＰマッチング等の公知の手法を用いた処理を行うことで、抽出した特徴的な波形が何れの指令による動作に基づくものであるのかを特定するようにしても良い。なお、この様な構成とする場合には、波形パターン記憶部２２０には、図４に例示されるように、加工種別毎に、予めそれぞれの制御指令について、該制御指令と、該制御指令による動作時に測定された時系列データの波形パターン（または、該波形パターンの特徴を示すデータ、ＭＦＣＣ等）とを関連付けて記憶しておく。波形パターン記憶部２２０には、それぞれの時系列データの種類毎に、制御指令と波形パターンとを関連付けたデータを作成しておき、波形解析部１２０は、時系列データの測定時に行っていた加工の加工種別及び特徴的な波形を抽出した時系列データの種類に応じて、適切な波形パターンに係るデータを波形パターン記憶部２２０から読み出して用いると良い。

また、波形解析部１２０は、公知の機械学習器として構成しても良い。機械学習器を用いる場合、例えば簡単な構成とする場合には、教師あり学習を行う機械学習器として波形解析部１２０を構成し、それぞれの制御指令について、該制御指令による動作時に測定された時系列データ（または、該時系列データの特徴を示すデータ、ＭＦＣＣ等）を入力データとし、該制御指令を出力データとする教師データを作成し、該教師データに基づく教師あり学習を行う。この場合、それぞれの波形パターンは、機械学習器のモデルとして波形パターン記憶部２２０に記憶される。そして、波形解析部１２０は、時系列データから抽出された特徴的な波形が入力されると、波形パターン記憶部２２０に記憶された学習済みモデルを用いた推定処理を行い、該波形に対応する制御指令を出力する。波形解析部１２０を機械学習器として構成する場合には、それぞれの加工種別毎に、また、それぞれの時系列データの種類毎に学習済みモデルを構築しておき、時系列データの測定時に行っていた加工の加工種別及び特徴的な波形を抽出した時系列データの種類に応じて、適切な学習済みモデルを読み出して用いると良い。なお、波形解析部１２０を構成する機械学習器としては、例えば多層ニューラルネットを用いることができる。また、時系列データを取り扱う関係上、波形解析部１２０を構成する機械学習器は時系列データを容易に扱うことができるリカレントニューラルネットワーク等として構成すると好適である。

波形解析部１２０は、複数の時系列データ（例えば、主軸速度とＺ軸位置等の時系列データ）のそれぞれから抽出された同一時間帯の特徴的な波形のそれぞれについて、それぞれの時系列データの種類毎に波形パターン記憶部２２０から読み出した波形パターンとのマッチングを行い、その結果に基づいて該特徴的な波形に対応する制御指令を特定するようにしても良い。それぞれの時系列データから抽出されたそれぞれの特徴的な波形に基づいて特定した制御指令が異なる場合には、例えば多数決論理を用いたり、各々のマッチングアルゴリズムにおいて計算された確度（スコア）の高いものを選択する、といった手法を用いることで、より高い精度で特徴的な波形に対応する制御指令を特定できる。

対応関係解析部１３０は、波形解析部１２０が時系列データから抽出した特徴的な波形のそれぞれに対応する制御指令に基づいて、それぞれの特徴的な波形と制御用プログラムの各指令との対応関係を特定して出力する機能手段である。対応関係解析部１３０は、波形解析部１２０が特定した各制御指令を、それぞれの制御指令に対応する特徴的な波形の時系列データ内での時間順に並べ、該時間順に並べられた制御指令と制御用プログラム内の各指令の出現順序とに矛盾が出ないように対応関係を特定する。例えば、図５に例示されるように、時系列データから２つの特徴的な波形１，２が抽出され、それぞれの特徴的な波形１，２が制御指令Ｍ２９（リジットタップ加工）に対応するものであることが波形解析部１２０により特定された場合、対応関係解析部１３０は、制御用プログラム内から指令Ｍ２９を検索し、検索された２つの指令Ｍ２９の内で前に位置するものを特徴的な波形１に、後に位置するものを特徴的な波形２に対応していると関係付ける。

対応関係解析部１３０は、時間順に並べられた制御指令と制御用プログラム内の各指令の出現順序との対応が特定できない場合には、対応関係の可能性を示唆する情報を出力する。例えば、図５において、制御用プログラムの図示しないＮ０１２ブロックにＭ２９指令が有る場合には、特徴的な波形１はＮ００３又はＮ００８と対応し、特徴的な波形２はＮ００８又はＮ０１２と対応するものとして、対応関係の可能性を出力する。また、図５において、制御用プログラムのＮ００８ブロックにＭ２９指令が無かった場合、即ち制御用プログラムに含まれるＭ２９指令がＮ００３のみであった場合には、特徴的な波形１または特徴的な波形２がＮ００３と対応するものとして、対応関係の可能性を出力する。

表示部１４０は、対応関係解析部１３０が特定した特徴的な波形と制御用プログラムの各指令との対応関係を表示装置７０に表示する機能手段である。表示部１４０は、例えば図６に例示されるように、時系列データと加工プログラムとを同じ画面に表示すると共に、加工プログラムの指令を選択すると、該指令に対応する時系列データの特徴的な波形の部分が把握できるように表示するようにしても良い。また、時系列データに含まれる各特徴的な波形の近傍に、対応する制御用プログラムの指令のブロック番号を表示するようにしても良く、制御用プログラムに含まれる指令と、時系列データの特徴的な波形の対応関係が把握できるのであれば、どのような表示方法をとっても良い。

表示部１４０は、対応関係解析部１３０が対応関係の可能性を出力している場合には、特徴的な波形に複数の制御用プログラムの指令の内のいずれかが対応している可能性が有ること、又は、制御用プログラムの指令に複数の特徴的な波形のいずれかが対応している可能性が有ることが把握できるように、対応関係の可能性を表示する。例えば、時系列データにＭ２９指令を実行した際に測定される特徴的な波形が２つ含まれており、制御用プログラムに１つのＭ２９指令のみが含まれている場合には、２つの特徴的な波形を点滅表示すると共に、メッセージ等で該Ｍ２９指令に２つの特徴的な波形が対応している可能性が有ることを表示するようにすればよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１波形表示装置
２製造機械
３センサ
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１８，１９，２０インタフェース
２１バス
７０表示装置
７１入力装置
１００データ取得部
１１０プログラム取得部
１２０波形解析部
１３０対応関係解析部
１４０表示部
２００時系列データ記憶部
２１０プログラム記憶部
２２０波形パターン記憶部

Claims

製造機械を制御する制御用プログラムと、該制御用プログラムに基づいて製造機械を制御した際に測定される物理量の時系列データに含まれる特徴的な波形との対応関係を表示する波形表示装置であって、
制御指令と、該制御指令により製造機械を制御した際に測定された時系列データの波形パターンとを関連付けて記憶する波形パターン記憶部と、
前記制御用プログラムに基づいて製造機械を制御した際に測定される物理量の時系列データから特徴的な波形を抽出し、前記波形パターン記憶部を参照して、前記特徴的な波形に対応する制御指令を特定する波形解析部と、
前記波形解析部が特定した前記特徴的な波形に対応する制御指令と前記制御用プログラムとに基づいて、前記特徴的な波形と前記制御用プログラムに含まれる指令との対応関係を特定する対応関係解析部と、
前記対応関係解析部が特定した、前記特徴的な波形と前記制御用プログラムに含まれる指令との対応関係が把握できるように表示する表示部と、
を備えた波形表示装置。