JP7120476B1 - 加工条件管理システム、加工制御装置、加工システム、および加工プログラム - Google Patents

加工条件管理システム、加工制御装置、加工システム、および加工プログラム Download PDF

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Abstract

加工条件管理システムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具と、切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、を備える。演算部は、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の切削加工における機械加工条件を更新し、出力する。

Description

本開示は、加工条件管理システム、加工制御装置、加工システム、および加工プログラムに関する。
特許文献１（特表２０１８－５３４６８０号公報）には、機械の動作を制御するように構成されたプログラマブル論理制御部と、機械の工具と被削物との間の相対的な動きを制御するように構成された数値制御部と、を備える制御システムにおいて実行される方法が開示されている。この方法は、第１の条件に関して、プログラマブル論理制御部により受信された入力信号を評価することを含む。入力信号は、工具の状態または工具と被削物との相互作用により実行される機械加工条件変更処理に関する情報を含む。この方法は、入力信号が第１の条件を満たすことに応答して、情報を数値制御部に提供することを含む。
特表２０１８－５３４６８０号公報
本開示に係る加工条件管理システムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具と、切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、を備える。演算部は、機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における機械加工条件を更新し、出力する。
本開示に係る加工制御装置は、切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、機械加工条件で加工を行う駆動制御部と、を備える。演算部は、機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における機械加工条件を更新し、駆動制御部に出力する。
本開示に係る加工システムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械と、機械加工条件に基づいて工作機械を制御する加工制御装置とを備える。加工制御装置は、工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、機械加工条件で加工を行う駆動制御部と、を備える。演算部は、機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における機械加工条件を更新し、駆動制御部に出力する。
本開示に係る加工プログラムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部で実行される。加工プログラムは、機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して切削工具の負荷を判定するステップと、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するステップと、算出した修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における機械加工条件を更新し、出力するステップと、を含む。
図１は、本実施形態に係る加工システムの構成を示す図である。 図２は、本実施形態に係るセンサモジュールの構成を示す図である。 図３は、本実施形態に係る分析装置の構成を示す図である。 図４は、本実施形態に係る分析装置のプロセッサにおいて実行される処理を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態に係るセンサの測定値から加工区間を特定した一例を示す図である。 図６は、本実施形態に係るセンサの測定値に対して分布評価を行った一例を示す図である。 図７は、本実施形態に係るセンサの測定値の時系列データに分布評価の結果を適用した一例を示す図である。 図８は、本実施形態に係る工作機械の機械加工条件を修正する修正値の一例を示す図である。 図９は、本実施形態に係る工作機械の機械加工条件を修正した後の推定したセンサの測定値の一例を示す図である。 図１０は、本実施形態に係るセンサの測定値に対して規格化した分布評価の一例を示す図である。 図１１は、本実施形態に係る加工制御装置の構成を示す図である。
［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１に切削工具の状態をモニタする技術が記載されているが、当該技術を超えて切削工具の負荷をより正確に判定し、当該判定に基づいて機械加工条件を修正することが可能な技術が望まれる。
本開示の目的は、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することが可能な加工条件管理システム、加工制御装置、加工システム、および加工プログラムを提供することである。
［本開示の効果］
本開示によれば、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することが可能な加工条件管理システム、加工制御装置、加工システム、および加工プログラムを提供することができる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本開示に係る加工条件管理システムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具と、切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、を備える。演算部は、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の切削加工における機械加工条件を更新し、出力する。
このように、演算部において、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するので、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することができる。
（２）好ましくは、演算部は、第１の切削加工における測定値が予め定められた閾値を超えている区間を加工区間と判定する。
このような構成により、たとえば、センサによって測定した測定値の時系列データに対して加工区間と非加工区間とを区別して特定し、加工区間に対して切削工具の負荷の判定を行うことができる。
（３）好ましくは、演算部は、第１の切削加工における測定値の分布を求め、当該分布の統計量に基づいて過大負荷が発生した区間を判定する。
このような構成により、たとえば、近傍の加工パスにおける切削工具の負荷を比較して過大負荷が発生した区間を判定することができる。
（４）好ましくは、センサは、ひずみセンサ、圧力センサ、および変位センサのうち少なくとも１つを含む。
このような構成により、たとえば、切削工具における切れ刃の状態をより正確に判定することができる。
（５）好ましくは、測定値の時系列データを表示することが可能な表示部をさらに備え、演算部は、測定値の時系列データに対して、機械加工条件を修正する区間を特定して表示部に表示する。
このような構成により、たとえば、切削工具の負荷の判定に基づいて機械加工条件を修正した区間を表示部から容易に把握することができる。
（６）本開示に係る加工制御装置は、切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、機械加工条件で加工を行う駆動制御部と、を備える。演算部は、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の切削加工における機械加工条件を更新し、駆動制御部に出力する。
このように、演算部で、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するので、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することができる。
（７）本開示に係る加工システムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械と、機械加工条件に基づいて工作機械を制御する加工制御装置とを備える。加工制御装置は、工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された機械加工条件および測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部と、機械加工条件で加工を行う駆動制御部と、を備える。演算部は、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の切削加工における機械加工条件を更新し、駆動制御部に出力する。
このように、演算部で、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するので、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することができる。
（８）本開示に係る加工プログラムは、切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、およびセンサによって測定した測定値に基づいて機械加工条件の修正を行う演算部で実行される。加工プログラムは、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定するステップと、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するステップと、算出した修正値に基づいて、第２の切削加工における機械加工条件を更新し、出力するステップと、を含む。
このように、演算部で、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するので、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
＜加工システムの構成＞
図１から図３を参照しながら、本実施形態に係る加工システム１の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る加工システムの構成を示す図である。図１に示されるように、加工システム１は、切削工具１００、分析装置２００、無線装置２０１、工作機械３００、加工制御装置３０１を含む。
切削工具１００は、工作機械３００に取り付けられる。加工制御装置３０１は、設定された加工パス情報および切削条件に従い工作機械３００を制御し、取り付けられた切削工具１００で被削物を切削加工する。ここで、加工パス情報は、切削工具１００の座標位置、切削工具１００の軌跡、パス数などの情報を含む。切削条件は、切削工具１００の切込み、切削工具１００の送り（送り速度）、切削工具１００の切削速度などの情報を含む。なお、本実施形態では、加工パス情報および切削条件を総称して機械加工条件といい、以下、機械加工条件には加工パス情報および切削条件のうち少なくとも１つの情報を含む。
本実施形態に係る加工システム１では、切削工具１００にセンサモジュール１２０を設け、切削工具１００の負荷をセンサで測定することができる。そのため、加工システム１では、センサモジュール１２０で測定した切削工具１００の負荷の情報を活用して、加工する加工工程において切削工具１００の負荷が過大とならないように機械加工条件を修正する制御を行っている。加工システム１では、このように機械加工条件を修正する制御を行うことで、一時的に過大な負荷が切削工具１００に発生して加工精度が低下したり切削工具１００が破損したりすることを低減している。
具体的に、加工システム１は、センサモジュール１２０で測定した切削工具１００の負荷の情報を無線信号で無線装置２０１へ送信し、無線装置２０１で受信した切削工具１００の負荷の情報を分析装置２００で分析する。分析装置２００は、機械加工条件の修正値を算出し、算出した修正値に基づいて機械加工条件を更新し、加工制御装置３０１に出力する。
なお、加工システム１は、既存の工作機械３００に、センサモジュール１２０を内蔵した切削工具１００と、分析装置２００と、無線装置２０１とを組み合わせることで実現することができる。つまり、切削工具１００と、分析装置２００と、無線装置２０１とを含む構成の加工条件管理システム２を用意し、当該加工条件管理システム２を既存の工作機械３００に対して後から組み込むことで加工システム１を実現できる。ただし、図１に示す加工システム１および加工条件管理システム２は一例であり、他の構成であってもよい。また、加工システム１は、１つの切削工具１００を含む構成に限らず、複数の切削工具１００を含む構成であってもよい。さらに、加工システム１は、１つの分析装置２００を含む構成に限らず、複数の分析装置２００を含む構成であってもよい。
以下、個々の構成についてさらに詳しく説明する。
＜切削工具＞
切削工具１００は、図１に示すように、工作機械３００における刃物台５０により上下から挟まれて固定される。切削工具１００は、たとえば、回転する被削物の加工に用いられる旋削加工用の工具であり、旋盤等の工作機械３００に取り付けられる。
切削工具１００のうち被削物を切削加工する部分は、切れ刃を有する切削インサート１１０であり、当該切削インサート１１０は摩耗や破損した場合に交換可能である。具体的に、切削工具１００は、切削インサート１１０と切削インサート１１０を保持するシャンク１１１を含む。すなわち、切削工具１００は、いわゆるスローアウェイバイトである。切削インサート１１０は、固定用部材１１３Ａ，１１３Ｂでシャンク１１１に保持されている。
なお、切削工具１００は、固定用部材１１３Ａ，１１３Ｂを含まない代わりに、それ自体が切れ刃を有する構成であってもよい。すなわち、切削工具１００は、むくバイトまたはろう付けバイトであってもよい。
また、切削工具１００は、たとえば、固定された被削物において、工具が回転する加工方式を対象として、フライス盤等の工作機械に取り付けられてもよい。より詳細には、切削工具１００は、切削インサート１１０を取り付け可能なフライスカッタやドリルであってもよいし、切削インサートを用いないエンドミルやドリルであってもよい。
＜センサモジュール＞
図２は、本実施形態に係るセンサモジュールの構成を示す図である。センサモジュール１２０は、加速度センサ１２１と、ひずみセンサ１２２と、処理部１２３と、通信部１２４と、記憶部１２５と、電池１２９とを含む。センサモジュール１２０は、たとえばユーザの操作により起動される。
処理部１２３は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサによって実現される。なお、プロセッサはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によるハードウェア回路でもよい。通信部１２４は、たとえば通信用ＩＣ（Integrated Circuit）等の通信回路により実現される。記憶部１２５は、たとえば不揮発性メモリである。
電池１２９は、たとえば、１次電池、２次電池、太陽電池、またはキャパシタ等を含む蓄電装置であり、非接触式給電機能を有していてもよい。電池１２９は、加速度センサ１２１、ひずみセンサ１２２、ならびに処理部１２３および通信部１２４の各回路に電力を供給する。
加速度センサ１２１およびひずみセンサ１２２は、たとえば、切削工具１００における切れ刃の近傍に設けられる。なお、センサモジュール１２０は、１つの加速度センサ１２１を備える構成に限らず、複数の加速度センサ１２１を備える構成であってもよい。また、センサモジュール１２０は、１つのひずみセンサ１２２を備える構成に限らず、複数のひずみセンサ１２２を備える構成であってもよい。また、センサモジュール１２０は、加速度センサ１２１およびひずみセンサ１２２の少なくともいずれか一方の代わりに、または加速度センサ１２１およびひずみセンサ１２２に加えて、圧力センサ、変位センサ等の他のセンサを含む構成であってもよい。
処理部１２３は、加速度センサ１２１の測定値およびひずみセンサ１２２の測定値を示す測定情報を生成する。具体的に、処理部１２３は、所定周期に従うサンプリングタイミングにおいて、加速度センサ１２１およびひずみセンサ１２２から受けるアナログ信号をＡＤ（Analog Digital）変換し、変換後のデジタル値であるセンサの測定値を生成する。
処理部１２３は、当該センサの測定値を含む測定情報を通信部１２４へ出力する。通信部１２４は、処理部１２３から受けた、測定情報が格納されたパケットを無線装置２０１経由で分析装置２００へ送信する。
＜分析装置＞
図３は、本実施形態に係る分析装置の構成を示す図である。図３に示されるように、分析装置２００は、プロセッサ２１１（演算部）、通信装置２１２、メモリ２１３（記憶部）、ディスプレイ２１４、入力インターフェース２１５、メディア読込装置２１６を含む。
プロセッサ２１１は、各種のプログラム（たとえば、後述する加工プログラム２３１）を実行することで、分析装置２００に関する各種の処理を実行する演算主体である。プロセッサ２１１は、たとえば、ＣＰＵおよびＤＳＰ等のプロセッサで構成されている。プロセッサ２１１は、演算回路（Processing Circuitry）で構成されてもよい。
通信装置２１２は、ネットワーク等の通信手段を介して加工制御装置３０１およびセンサモジュール１２０の各々との間で通信を確立し、加工制御装置３０１およびセンサモジュール１２０の各々との間でデータ（情報）の送受信を行う。
メモリ２１３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性メモリ、または、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性メモリで構成される。メモリ２１３は、加工プログラム２３１、加工制御装置３０１から取得した工作機械の機械加工条件２３２、センサによって測定した測定値２３３を記憶する。なお、工作機械の機械加工条件２３２、センサによって測定した測定値２３３を、メモリ２１３ではなく、分析装置２００と直接またはネットワークを介して接続された記憶装置（たとえば、サーバなど）に記憶させてもよい。
加工プログラム２３１は、プロセッサ２１１（演算部）で実行され、センサによって測定した測定値に基づいて切削工具１００の負荷を判定して工作機械３００の機械加工条件を修正するプログラムである。プロセッサ２１１は、加工プログラム２３１を実行することで、後述する図４のフローチャートの処理を実行する。
メディア読込装置２１６は、各種のプログラムおよびデータを記録する記録媒体２２０を受け付け、記録媒体２２０からプログラムおよびデータを読み込む。記録媒体２２０としては、ＣＤ（Compact Disk）、ＳＤカード（Secure Digital card）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory）などが挙げられる。本実施形態において、メディア読込装置２１６は、記録媒体２２０に格納された加工プログラム２３１を読み込んで、メモリ２１３に加工プログラム２３１を記憶させる。
ディスプレイ２１４は、画像を表示することで測定値の時系列データなどの各種の情報をユーザに報知する表示部である。
入力インターフェース２１５は、分析装置２００に対するデータの入力を受け付けるインターフェースである。たとえば、ユーザは、入力インターフェース５５を介して、ＩＤおよびパスワードを入力したり、ユーザが指示する情報を入力したりすることができる。
＜無線装置＞
無線装置２０１は、分析装置２００にたとえば有線で接続されている。無線装置２０１は、たとえばアクセスポイントである。無線装置２０１は、切削工具１００から受信した無線信号を取得して分析装置２００へ中継する。無線装置２０１は、たとえば、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４に準拠したＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＩＥＥＥ ８０２．１５．１に準拠したＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）およびＩＥＥＥ８０２．１５．３ａに準拠したＵＷＢ（Ultra-Wide Band）等の通信プロトコルを用いた無線による通信を切削工具１００と行う。なお、切削工具１００および無線装置２０１間において、上述以外の通信プロトコルが用いられてもよい。
＜加工システムの処理＞
次に、加工システム１の処理について説明する。図４は、本実施形態に係る分析装置のプロセッサ２１１において実行される処理を示すフローチャートである。図４に示される処理ステップ（以下、これを「Ｓ」と略す。）は、分析装置２００のプロセッサ２１１による加工プログラム２３１の実行によって実現される。
分析装置２００は、工作機械３００の加工情報および切削工具１００に設けたセンサの測定準備情報を受付けたか否かを判断する（Ｓ１０１）。工作機械３００の加工情報には、加工工程、加工パス、使用工具、切削条件などの情報が含まれ、たとえば加工制御装置３０１から、または加工制御装置に入力される前のＮＣプログラムやＣＡＭなどの情報から取得することができる。測定準備情報には、使用センサの種類（ひずみセンサ／加速度センサなど）、各々のセンサのチャンネル（ＣＨ）数、使用チャンネル番号、サンプリングレート、センサゲイン、測定範囲、電池電圧、電波強度などの情報が含まれ、たとえばセンサモジュール１２０から取得することができる。なお、測定準備情報には、加工システム１を安定的に処理させるために、たとえば、加工区間の判定に使用する閾値、過大負荷の判定に用いる区間、測定許容係数などのパラメータを含めてもよい。当該パラメータは、たとえば入力インターフェース２１５を介してユーザが予め設定した値を分析装置２００に入力してもよい。また、当該パラメータは、統計処理により推定した値、機械学習により推定した値、または過去に測定した測定値のデータベースに基づいて推定した値などでもよい。
情報を受付けていないと判断した場合（Ｓ１０１でＮＯ）、分析装置２００は、処理をＳ１０１に戻し、情報の受付け状態を維持する。一方、情報を受付けたと判断した場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）、分析装置２００は、切削工具１００のセンサで測定された測定値を受付けたか否かを判断する（Ｓ１０２）。加工制御装置３０１が、設定された加工パス情報および切削条件を含む機械加工条件に従い工作機械３００を制御し、取り付けられた切削工具１００で被削物を切削加工する加工工程（第１の切削加工）を開始した場合、分析装置２００は、当該加工工程におけるセンサの測定値をセンサモジュール１２０から取得する。
測定値を受付けていないと判断した場合（Ｓ１０２でＮＯ）、分析装置２００は、処理をＳ１０２に戻し、測定値の受付け状態を維持する。一方、測定値を受付けたと判断した場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、分析装置２００は、加工工程で得られたセンサの測定値から特徴量を計算する（Ｓ１０３）。具体的に、分析装置２００では、センサモジュール１２０に設けられた加速度センサ１２１およびひずみセンサ１２２からの測定値を受付け、受付けた測定値に対して特徴量計算として、たとえば前処理、基本統計量、および相関の計算を行う。前処理として、たとえば、欠損値の除去や補完、ノイズ処理、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理、ベクトル変換［大きさ、方向］、次元圧縮などの計算を行う。また、基本統計量として、たとえば、相加平均、相乗平均、刈込平均、分散、標準偏差、歪度、尖度、中央値、最大値、最小値などの計算を行う。相関として、たとえば、共分散、相関係数、偏相関係数、因子負荷量、主成分得点などの計算を行う。なお、特徴量の計算には、以降の処理をスムーズに行うための前処理の計算、以降の判定処理で使用するための基本統計量および相関の計算などが含まれていればよい。また、分析装置２００は、Ｓ１０１で受付けた測定準備情報に基づいて、特徴量の計算の負荷を低減するために、計算する特徴量を限定してもよい。
分析装置２００は、取得した測定値の時系列データから加工区間と非加工区間とを判定する（Ｓ１０４）。工作機械３００の加工工程において、すべての区間で切削工具１００に負荷が加わっている訳でなく断続的に加工したり、被削材と接触しない短時間の空転区間が存在したりする。そこで、分析装置２００は、分析対象を加工区間の測定値のみに絞って情報量を減らすために、加工区間と非加工区間とを判定する。具体的に、分析装置２００は、Ｓ１０１で設定した加工区間の判定に使用する閾値を用いて、測定値の時系列データから加工区間と非加工区間とを判定する。
図５は、本実施形態に係るセンサの測定値から加工区間を特定した一例を示す図である。図５に示す測定値の時系列データは、ひずみセンサ１２２からの測定値の時系列データである。ひずみセンサ１２２は、切削工具１００での取付位置が異なる２つのセンサを持ち、一方のセンサの使用チャンネル番号をＣＨ０、他方のセンサの使用チャンネル番号をＣＨ１とする。図５に示す測定値の時系列データでは、ＣＨ０のセンサからの測定値が正側の時系列データで、ＣＨ１のセンサからの測定値が負側の時系列データである。Ｓ１０１で設定した加工区間の判定に使用する閾値が絶対値であれば、当該閾値の正値をＣＨ０のセンサからの測定値に対する閾値Ｔｈ０とし、当該閾値の負値をＣＨ１のセンサからの測定値に対する閾値Ｔｈ１とする。本実施例においては、１つの製品を加工した場合における複数の加工区間を特定している。複数の製品を連続で加工した場合における複数の加工区間を特定してもよい。
分析装置２００は、ＣＨ０のセンサからの測定値に対して閾値Ｔｈ０より大きい測定値の区間を加工区間として特定し、図５に示すように非加工区間の測定値の色をグレーにし、対応する非加工区間をＣＨ１にも適用してグレー表示としている。なお、分析装置２００は、ＣＨ１のセンサからの測定値に対して閾値Ｔｈ１より小さい測定値の区間を加工区間として特定し、図５に示すような非加工区間の測定値の色をグレーにしてもよい。図５では、１つの加工工程の区間からＣＨ０およびＣＨ１のセンサの各々に対して４つの加工区間を特定している。
分析装置２００は、Ｓ１０１で設定した閾値に基づいて加工区間と非加工区間とを判定したが、当該閾値は予め設定された値でなくてもよい。分析装置２００は、たとえば、ヒストグラムのような分布評価に基づいて、測定値がゼロ付近（非加工の値）のパーセンタイルから閾値を設定してもよい。また、分析装置２００は、Ｓ１０３で計算した特徴量を活用して閾値を設定してもよい。さらに、分析装置２００は、図５で示した加工区間を特定した測定値の時系列データを、ディスプレイ２１４に表示してもよい。なお、たとえば、一例として各データの１パーセンタイル値（最大値または最小値の絶対値が大きい方から並べて１％に相当するデータの値）を求める。
次に、分析装置２００は、Ｓ１０４で特定した加工区間の測定値に対して分布評価を行う（Ｓ１０５）。具体的に、分析装置２００は、加工区間の測定値の時系列データからヒストグラムを作成し、切削工具１００に加わる負荷の大きさと測定頻度と評価する。図６は、本実施形態に係るセンサの測定値に対して分布評価を行った一例を示す図である。図６には、Ｓ１０３で計算した特徴量も図示してある。具体的に、ＣＨ０のセンサで測定した測定値の平均値ＡＶＥ０、最大値ＭＡＸＶ０、およびパーセンタイル値ＰＣ０、ＣＨ１のセンサで測定した測定値の平均値ＡＶＥ１、最小値ＭＡＸＶ１、およびパーセンタイル値ＰＣ１のそれぞれが図６のヒストグラムに図示されている。
ここで、ＣＨ０のセンサで測定した測定値では最大値ＭＡＸＶ０を採用し、ＣＨ１のセンサで測定した測定値では最小値ＭＡＸＶ１を採用している。これは、測定値の最大値および最小値のうち、その絶対値が大きい方を採用しているためである。つまり、ＣＨ０のセンサで測定した測定値は正値であるため絶対値が大きい最大値を採用し、ＣＨ１のセンサで測定した測定値は負値であるため絶対値が大きい最小値を採用している。
ＣＨ０のセンサのパーセンタイル値ＰＣ０は、最大値ＭＡＸＶ０を基準に大きい方から順に並べた所定の順位（または所定の区間）での値を採用している。また、ＣＨ１のセンサのパーセンタイル値ＰＣ１は、最小値ＭＡＸＶ１を基準に小さい方から順に並べた所定の順位（または所定の区間）での値を採用している。なお、所定の順位（または所定の区間）は、ユーザが順位を予め定めてもよいが、統計処理により推定した順位、機械学習により推定した順位、または過去に測定した測定値のデータベースに基づいて推定した順位などで設定してもよい。
分析装置２００は、図６に示す最大値ＭＡＸＶ０またはパーセンタイル値ＰＣ０と測定許容値ＡＣＶ０とを比較して局所的に切削工具１００に加わる過大負荷の発生を判定している。また、分析装置２００は、図６に示す最小値ＭＡＸＶ１またはパーセンタイル値ＰＣ１と測定許容値ＡＣＶ１とを比較して局所的に切削工具１００に加わる過大負荷の発生を判定している。ここで、測定許容値ＡＣＶ０は、予め設定した測定許容係数Ｋと平均値ＡＶＥ０との積で求められる。同様に、測定許容値ＡＣＶ１は、予め設定した測定許容係数Ｋと平均値ＡＶＥ１との積で求められる。つまり、分析装置２００は、切削工具１００に加わる平均的な負荷に対して測定許容係数Ｋの倍数までの負荷を許容して、機械加工条件を修正している。測定許容係数Ｋが、たとえば２．５であれば、測定許容値ＡＣＶ０，ＡＣＶ１は、平均値ＡＶＥ０，ＡＶＥ１の２．５倍の値となる。
なお、測定許容係数Ｋは、特徴量ごと、センサの種類ごと、センサの使用チャンネル番号（たとえば、ＣＨ０，ＣＨ１）ごとに異なる値をあらかじめ設定してもよい。また、図６に示す分布評価は、ヒストグラムを用いて行っているが、センサの測定値の時系列データ（測定波形）を用いてもよい。図７は、本実施形態に係るセンサの測定値の時系列データに分布評価の結果を適用した一例を示す図である。具体的に、ＣＨ０のセンサで測定した測定値の平均値ＡＶＥ０、パーセンタイル値ＰＣ０、および測定許容値ＡＣＶ０、ＣＨ１のセンサで測定した測定値の平均値ＡＶＥ１、パーセンタイル値ＰＣ１、および測定許容値ＡＣＶ１のそれぞれが図７の測定波形に図示されている。
分析装置２００は、図６で示したヒストグラムまたは図７で示した測定波形を、ディスプレイ２１４に表示してもよい。なお、分析装置２００は、切削工具１００での取付位置が異なる複数のセンサを持っている場合（たとえば、ＣＨ０，ＣＨ１）、計算負荷を低減するために分布評価を行うセンサの数を限定してもよい。
図４に戻って、分析装置２００は、Ｓ１０５で処理した分布評価に基づいて、センサで測定した測定値に過大負荷が発生したか否かを判定する（Ｓ１０６）。具体的に、分析装置２００は、ＣＨ０のセンサで測定した測定値において過大負荷が発生したか否かを、測定許容値ＡＣＶ０に対して最大値ＭＡＸＶ０またはパーセンタイル値ＰＣ０を比較し、測定許容値ＡＣＶ０よりも最大値ＭＡＸＶ０またはパーセンタイル値ＰＣ０が大きければ切削工具１００に過大負荷が発生したと判定する。同様に、分析装置２００は、ＣＨ１のセンサで測定した測定値において過大負荷が発生したか否かを、測定許容値ＡＣＶ１に対して最小値ＭＡＸＶ１またはパーセンタイル値ＰＣ１を比較し、測定許容値ＡＣＶ１よりも最小値ＭＡＸＶ１またはパーセンタイル値ＰＣ１が小さければ切削工具１００に過大負荷が発生したと判定する。
つまり、分析装置２００は、｜ＭＡＸＶ｜＞｜ＡＣＶ｜、または｜ＰＣ｜＞｜ＡＣＶ｜の過大負荷発生条件を満たしたか否かで、切削工具１００に過大負荷が発生したと判定する。ここで、｜ＭＡＸＶ｜は最大値または最小値の絶対値、｜ＡＣＶ｜は測定許容値の絶対値、｜ＰＣ｜はパーセンタイル値の絶対値をそれぞれ示している。
また、分析装置２００は、最大値または最小値の絶対値ではなくパーセンタイル値の絶対値を用いて、切削工具１００の過大負荷の発生を判定することで、突発的な測定値や異常値の測定値を排除して判定することができる。つまり、分析装置２００は、所定の区間過大負荷が継続して切削工具１００に加わった状態を判定することができ、機械加工条件を修正する必要がある区間をより正確に特定することができる。なお、所定の区間は、予め過大負荷の判定に用いる区間としてＳ１０１で設定されている。
なお、分析装置２００は、図６で示したヒストグラムまたは図７で示した測定波形を、ディスプレイ２１４に表示して、ユーザに当該ヒストグラムや測定波形から過大負荷が発生している区間を手動で指定し、その情報を入力インターフェース２１５から受付けてもよい。
過大負荷が発生したと判定した場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）、分析装置２００は、Ｓ１０６で特定した過大負荷が発生している区間の機械加工条件を修正する（Ｓ１０７）。分析装置２００は、たとえば、過大負荷が発生している区間に対して、修正係数に基づいて機械加工条件を修正する。図８は、本実施形態に係る工作機械の機械加工条件を修正する修正値の一例を示す図である。図８には、機械加工条件の一つである切削工具１００の送り（送り速度）が示されており、時間ごと送り速度が設定されている。なお、図８の横軸は時間で、縦軸は送り速度である。
分析装置２００は、図８に示すように過大負荷が発生している区間が約１３．２９秒～約１３．４２秒の区間であると特定し、この区間の送り速度に修正係数を掛けて送り速度を遅らせる修正を行っている。修正係数は、たとえば、パーセンタイル値ＰＣ１を最小値ＭＡＸＶ１で割った値とし、図６に示す例では約０．８となる。そのため、図８に示す約１３．２９秒～約１３．４２秒の区間の元の送り速度（約０．７ｍｍ／ｒｅｖ）に修正係数（約０．８）を掛けた送り速度（約０．５６ｍｍ／ｒｅｖ）に修正する。
分析装置２００は、機械加工条件を修正した後のセンサの測定値を推定し、処理をＳ１０６に戻して再度過大負荷の判定を行う。図９は、本実施形態に係る工作機械の機械加工条件を修正した後の推定したセンサの測定値の一例を示す図である。図９には、推定したセンサＣＨ０，ＣＨ１の測定値の時系列データ（測定波形）に対して、当該推定したセンサの測定値に対して計算したパーセンタイル値ＰＣ０，ＰＣ１、および測定許容値ＡＣＶ０，ＡＣＶ１のそれぞれが図示されている。図９から分かるように、推定したセンサの測定値から計算したパーセンタイル値ＰＣ１が－１４．１（με）となり、測定許容値ＡＣＶ１の絶対値より小さくなり、過大負荷発生条件を満足している。なお、図９では、修正された機械加工条件により抑制されたセンサの測定値の色をグレーにしている。
一方、分析装置２００は、推定したセンサの測定値がまだ過大負荷である場合、機械加工条件の修正が不十分であるとして再度修正を行う。なお、分析装置２００は、切削工具１００に加わる負荷を低減する方向に機械加工条件を修正するので、過大負荷発生条件を満足するように現実的な機械加工条件の範囲で計算が収束することになる。
分析装置２００は、計算結果に基づいて機械加工条件を修正し、更新した機械加工条件を加工制御装置３０１に出力する（Ｓ１０８）。分析装置２００は、更新した機械加工条件を加工制御装置３０１に出力して処理を終了する。加工制御装置３０１は更新された機械加工条件に従い工作機械３００を制御し、取り付けられた切削工具１００で被削物を切削加工する。分析装置２００は、更新された機械加工条件で加工した際に切削工具１００に加わる負荷をセンサで測定し、再度過大負荷の判定を行ってもよい。なお、過大負荷が発生していないと判定した場合（Ｓ１０６でＮＯ）、分析装置２００は、機械加工条件を修正せずに処理を終了する。
上述の例では、分析装置２００が、機械加工条件のうち切削工具１００の送り（送り速度）のみを修正する例を示したが、これに限られず、切削工具１００の座標位置、切削工具１００の軌跡、パス数、切削工具１００の切込みなど被削材の切取り量に関わる条件のいずれか１つ、または組み合わせて修正してもよい。
図４に示したフローチャートでは、分析装置２００が、第１の切削加工で測定したセンサの測定値に基づいて機械加工条件を修正して、過大負荷が発生しない機械加工条件で以降の加工（第２の切削加工）を加工制御装置３０１に行わせる例を示した。しかし、これに限られず、分析装置２００は、図４に示したフローチャートを加工工程が継続している間実行することで、前回測定したセンサの測定値に基づいて機械加工条件を自動的に修正して、過大負荷が発生しない機械加工条件で加工制御装置３０１に加工を行わせるフィードバック制御であってもよい。これにより、加工システム１または加工条件管理システム２は、加工工程において切削工具１００に加わる負荷を自動的に均一化することができる。
［作用効果］
加工条件管理システム２によれば、プロセッサ２１１が、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具１００の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出し、算出した修正値に基づいて、第２の切削加工における機械加工条件を更新し、出力する。これにより、プロセッサ２１１で、機械加工条件での第１の切削加工における測定値に基づいて切削工具１００の負荷を判定し、第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの加工区間の機械加工条件を修正する修正値を算出するので、切削工具１００の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正することができる。
加工条件管理システム２によれば、プロセッサ２１１が、第１の切削加工における測定値が予め定められた閾値を超えている区間を加工区間と判定する。これにより、センサによって測定した測定値の時系列データに対して加工区間と非加工区間とを分けて区間を特定することができる。
加工条件管理システム２によれば、プロセッサ２１１が、第１の切削加工における測定値の分布を求め、当該分布の統計量に基づいて過大負荷が発生した区間を判定する。これにより、近傍の加工パスにおける切削工具の負荷を比較して過大負荷が発生した区間を判定することができる。
加工条件管理システム２によれば、センサが、ひずみセンサ、圧力センサ、および変位センサのうち少なくとも１つを含む。これにより、切削工具における切れ刃の状態をより正確に判定することができる。
加工条件管理システム２によれば、プロセッサ２１１が、測定値の時系列データに対して、機械加工条件を修正する区間を特定してディスプレイ２１４に表示する。これにより、切削工具の負荷の判定に基づいて適切に機械加工条件を修正した区間を表示部から容易に把握することができる。
［変形例］
本実施の形態において、図６に示したヒストグラムでは、センサで測定した測定値そのものに対する測定頻度として分布評価を行っていたが、センサで測定した測定値を測定値の最大値または最小値の絶対値で除算して規格化して分布評価を行ってもよい。図１０は、本実施形態に係るセンサの測定値に対して規格化した分布評価の一例を示す図である。図１０では、測定値の最大値が「１」または最小値が「－１」となり、平均値ＡＶＥ０，ＡＶＥ１、測定許容値ＡＣＶ０，ＡＣＶ１、およびパーセンタイル値ＰＣ０，ＰＣ１などの変数もそれぞれ最大値または最小値の絶対値で除算した値となる。そのため、分析装置２００は、機械加工条件の修正値を求める際に修正係数を求めることなく、算出した変数をそのまま利用することができる。具体的に、分析装置２００は、過大負荷が発生している区間の機械加工条件の修正に、パーセンタイル値ＰＣ１の値（約０．８）を、切削工具１００の送り速度に直接掛けるだけで機械加工条件の修正値を求めることができる。
また、本実施の形態においては、図４に示したＳ１０１～Ｓ１０４までの処理を分析装置２００において処理すると説明したが、当該処理をセンサモジュール１２０で行ってもよい。これにより、センサモジュール１２０から分析装置２００に送信するデータ量を減らすとともに、分析装置２００での計算負担を抑えることができる。
さらに、センサモジュール１２０の処理部１２３のプロセッサの処理能力が高ければ、Ｓ１０４以降の分布評価、過大負荷判定、機械加工条件修正などの処理をセンサモジュール１２０で行ってもよい。この場合、分析装置２００が不要となり、センサモジュール１２０で修正した機械加工条件を加工制御装置３０１に直接出力する。
図１に示す工作機械３００および加工制御装置３０１では別々の構成として図示されているが、工作機械３００と加工制御装置３０１とが一体の構成でもよい。また、１つの加工制御装置３０１に複数の工作機械３００が接続された加工システムであってもよい。
図１１は、本実施形態に係る加工制御装置の構成を示す図である。図１１に示されるように、加工制御装置３０１は、演算部３１０、通信部３２０、記憶部３３０、表示部３４０、入力部３５０、駆動制御部３６０を含む。
演算部３１０は、各種のプログラム（たとえば、工作機械３００を制御する制御プログラム）を実行するプロセッサで、加工制御装置３０１に関する各種の処理を実行する演算主体である。演算部３１０は、たとえば、ＣＰＵおよびＤＳＰ等のプロセッサで構成されている。
通信部３２０は、ネットワーク等の通信手段を介して分析装置２００および工作機械３００の各々との間で通信を確立し、分析装置２００および工作機械３００の各々との間でデータ（情報）の送受信を行う。
記憶部３３０は、ＤＲＡＭおよびＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、または、ＲＯＭ、ＳＳＤ、およびＨＤＤなどの不揮発性メモリで構成される。記憶部３３０は、制御プログラム、工作機械３００の機械加工条件などを記憶する。
表示部３４０は、画像を表示することで工作機械３００の機械加工条件などの各種の情報をユーザに報知する表示部である。
入力部３５０は、加工制御装置３０１に対するデータの入力を受け付けるインターフェースである。たとえば、ユーザは、入力部３５０を介して、ＩＤおよびパスワードを入力したり、ユーザが指示する情報を入力したりすることができる。
駆動制御部３６０は、予め設定された機械加工条件に従って実行される制御プログラムに基づき工作機械３００を制御して、取り付けられた切削工具１００で被削物を切削加工する。
加工制御装置３０１は、演算部３１０を有しているので、当該演算部３１０で分析装置２００の加工プログラム２３１を実行して、センサの測定値に基づいて機械加工条件の修正を行ってもよい。この場合、分析装置２００が不要になり、加工制御装置３０１は、センサの測定値をセンサモジュール１２０から直接受け付ける。
また、加工制御装置３０１は、記憶部３３０を有しているので、分析装置２００のメモリ２１３に記憶される工作機械の機械加工条件２３２、センサによって測定した測定値２３３を、記憶部３３０に記憶してもよい。
今回開示された実施形態および実施例は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ 加工システム、２ 加工条件管理システム、２１１ プロセッサ、５０ 刃物台、５５，２１５ 入力インターフェース、１００ 切削工具、１１０ 切削インサート、１１３Ａ，１１３Ｂ 固定用部材、１２０ センサモジュール、１２１ 加速度センサ、１２２，ＣＨ０，ＣＨ１ センサ、１２３ 処理部、１２４，３２０ 通信部、１２５，３３０ 記憶部、１２９ 電池、２００ 分析装置、２０１ 無線装置、２１２ 通信装置、２１３ メモリ、２１４ ディスプレイ、２１６ メディア読込装置、２２０ 記録媒体、２３１ 加工プログラム、２３２ 機械加工条件、２３３ 測定値、３００ 工作機械、３０１ 加工制御装置、３１０ 演算部、３４０ 表示部、３５０ 入力部、３６０ 駆動制御部。

Claims (8)

  1. 切れ刃とセンサとを有する切削工具と、
    前記切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、および前記センサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記機械加工条件および前記測定値に基づいて前記機械加工条件の修正を行う演算部と、を備え、
    前記演算部は、
    前記機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における前記測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して前記切削工具の負荷を判定し、
    前記第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの前記加工区間の前記機械加工条件を修正する修正値を算出し、
    算出した前記修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における前記機械加工条件を更新し、出力する、加工条件管理システム。
  2. 前記演算部は、
    前記第１の切削加工における前記測定値が予め定められた閾値を超えている区間を前記加工区間と判定する、請求項１に記載の加工条件管理システム。
  3. 前記演算部は、
    前記第１の切削加工における前記測定値の分布を求め、当該分布の統計量に基づいて過大負荷が発生した区間を判定する、請求項１または請求項２に記載の加工条件管理システム。
  4. 前記センサは、ひずみセンサ、圧力センサ、および変位センサのうち少なくとも１つを含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の加工条件管理システム。
  5. 前記測定値の時系列データを表示することが可能な表示部をさらに備え、
    前記演算部は、
    前記測定値の時系列データに対して、前記機械加工条件を修正する区間を特定して前記表示部に表示する、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の加工条件管理システム。
  6. 切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、および前記センサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記機械加工条件および前記測定値に基づいて前記機械加工条件の修正を行う演算部と、
    前記機械加工条件で加工を行う駆動制御部と、を備え、
    前記演算部は、
    前記機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における前記測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して前記切削工具の負荷を判定し、
    前記第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの前記加工区間の前記機械加工条件を修正する修正値を算出し、
    算出した前記修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における前記機械加工条件を更新し、前記駆動制御部に出力する、加工制御装置。
  7. 切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械と、機械加工条件に基づいて前記工作機械を制御する加工制御装置とを備える、加工システムであって、
    前記加工制御装置は、
    前記工作機械の前記機械加工条件、および前記センサによって測定した測定値を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記機械加工条件および前記測定値に基づいて前記機械加工条件の修正を行う演算部と、
    前記機械加工条件で加工を行う駆動制御部と、を備え、
    前記演算部は、
    前記機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における前記測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して前記切削工具の負荷を判定し、
    前記第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの前記加工区間の前記機械加工条件を修正する修正値を算出し、
    算出した前記修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における前記機械加工条件を更新し、前記駆動制御部に出力する、加工システム。
  8. 切れ刃とセンサとを有する切削工具を用いて加工する工作機械の機械加工条件、および前記センサによって測定した測定値に基づいて前記機械加工条件の修正を行う演算部で実行される加工プログラムであって、
    前記加工プログラムは、
    前記機械加工条件で、第１の被削物を加工する第１の切削加工における前記測定値に基づいて加工区間と非加工区間と判定し、当該加工区間に対して前記切削工具の負荷を判定するステップと、
    前記第１の切削加工における当該判定で所定条件を満たした少なくとも１つの前記加工区間の前記機械加工条件を修正する修正値を算出するステップと、
    算出した前記修正値に基づいて、第２の被削物を加工する第２の切削加工における前記機械加工条件を更新し、出力するステップと、を含む、加工プログラム。
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