JP7134062B2 - Machine tool abnormality diagnosis system, abnormality diagnosis method, abnormality diagnosis program - Google Patents

Machine tool abnormality diagnosis system, abnormality diagnosis method, abnormality diagnosis program Download PDF

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Description

本発明は、駆動軸により空間上を動作し加工を行う工作機械における異常診断システム、異常診断方法、異常診断プログラムに関し、不具合の発生もしくは拡大を抑制するために異常を検出しようとするものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an abnormality diagnosis system, an abnormality diagnosis method, and an abnormality diagnosis program for a machine tool that moves in space by a drive shaft and performs processing, and is intended to detect an abnormality in order to suppress the occurrence or spread of a defect. .

現在、除去や積層加工を行う工作機械の多くはNC装置により自動化がなされ、加工プログラムによって所定の動作を行っており、無人で加工を行う事ができる。
しかし、切削工具の状態や、前加工の状態によってはプログラム通りに加工を行なっても、ワークが求める仕様を満たして完成しない場合がある。加えて、工具の損傷によりワークが除去できない状況でも、送り軸は動作し続けて工具とワークとが衝突と同じ状況になり、工具やワークだけでなく機械が損傷を受けることになる。そこで、加工の状態を最も表していると考えられる主軸モータの負荷を監視し、送り軸を停止するなどといったことが一般的に行われている。
ところが、正常加工時と異常加工時の主軸モータの負荷の差が、正常加工時の主軸モータの負荷の変化に比べて小さい場合、一定のしきい値の超過により異常と判断することは困難である。そこで、特許文献1では、圧入加工において正常時の圧力変化の波形をベース波形として記録し、ベース波形からオフセットしたしきい値を設けて、繰り返し加工を行う際に、しきい値を超えるか否かによって異常を検出している。
At present, most of the machine tools that perform removal and lamination processing are automated by NC units, perform predetermined operations according to processing programs, and can be processed unmanned.
However, depending on the state of the cutting tool and the state of the pre-machining, there are cases where the workpiece does not meet the required specifications even if the machining is performed according to the program. In addition, even in a situation where the workpiece cannot be removed due to damage to the tool, the feed axis continues to operate and the tool and workpiece collide, resulting in damage not only to the tool and workpiece but also to the machine. Therefore, it is common practice to monitor the load of the spindle motor, which is considered to represent the state of machining, and stop the feed axis.
However, if the difference in the load on the spindle motor between normal machining and abnormal machining is smaller than the change in the load on the spindle motor during normal machining, it is difficult to determine an abnormality by exceeding a certain threshold value. be. Therefore, in Patent Document 1, the waveform of the pressure change during normal press-fitting is recorded as a base waveform, and a threshold value offset from the base waveform is set. Anomalies are detected depending on whether

特許第2673656号公報Japanese Patent No. 2673656

しかし、特許文献1の手法では、同一の加工が繰り返し行われることが前提になっており、圧入距離や、形状の異なる対象物などベース波形を取得した加工と異なる加工においては活用することができない。 However, the method of Patent Document 1 is based on the premise that the same processing is repeatedly performed, and cannot be used for processing different from the processing for which the base waveform was obtained, such as objects with different press-fit distances and shapes. .

そこで、本発明は、上記の問題を鑑みなされたものであり、汎用的に加工異常の検出が可能な異常診断システム、異常診断方法、異常診断プログラムを提供しようとするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and aims to provide an abnormality diagnosis system, an abnormality diagnosis method, and an abnormality diagnosis program capable of universally detecting machining abnormalities.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、工具又はワークを回転させる回転軸と、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる送り軸とを有し、プログラムされた指令に基づいて前記工具によって前記ワークの加工を行う工作機械において、異常を診断するシステムであって、
前記工作機械の動作情報と、前記工作機械に取り付けられた各種センサの出力情報との少なくとも一方を機械情報として取得する機械情報取得部と、
前記機械情報を記録する記憶部と、
記録された前記機械情報から、異常度合いを推定する推定モデルを作成するモデル作成部と、
作成した前記推定モデルによって前記機械情報の異常度合いを随時推定し、その推定値の時間変化と、加工形態に合わせて時間変化するように設定したしきい値とを比較することで異常の有無を判断する異常診断部と、
前記構成において、加工形態間での同一性を判断する加工形態判断部と、を含み、前記異常診断部は、前記加工形態判断部によって同一と判断された加工を繰り返し行う際、診断対象の加工が正常に完了した際の前記機械情報を前記推定モデルによって随時推定した前記推定値の時系列波形を元に、前記しきい値を設定することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項の構成において、前記モデル作成部は、前記加工形態判断部にて判断した前記加工形態の変化が所定の範囲内となるデータを教師データとして抽出し、前記教師データより前記推定モデルを作成することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1の構成において、前記異常診断部は、正常動作時の前記機械情報を前記推定モデルで推定することで得られる時系列波形をマスタ波形として前記記憶部へ記録すると共に、前記マスタ波形が所定の識別可能区間設定しきい値を下回る区間を、アルゴリズムを用いてデータ処理が可能な識別可能区間として前記記憶部へ記録し、前記推定値の時間変化と前記しきい値との比較を前記識別可能区間でのみ行うことを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項の構成において、前記モデル作成部は、前記識別可能区間の前記機械情報を教師データとして抽出すると共に、前記教師データを用いて前記推定モデルの更新を行うことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項に記載の発明は、工具又はワークを回転させる回転軸と、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる送り軸とを有し、プログラムされた指令に基づいて前記工具によって前記ワークの加工を行う工作機械において、異常を診断する方法であって、
前記工作機械の動作情報と、前記工作機械に取り付けられた各種センサの出力情報との少なくとも一方を機械情報として取得する機械情報取得ステップと、
前記機械情報を記録する記録ステップと、
記録された前記機械情報から、異常度合いを推定する推定モデルを作成するモデル作成ステップと、
作成した前記推定モデルによって前記機械情報の異常度合いを随時推定し、その推定値の時間変化と、加工形態に合わせて時間変化するように設定したしきい値とを比較することで異常の有無を判断する異常診断ステップと、を実行すると共に、
前記構成において、前記モデル作成ステップでは、
前記工作機械の動作が正常であったか否かを示す動作結果と前記機械情報とを紐付けたラベル済みデータを作成するラベル済みデータ作成ステップと、
前記ラベル済みデータより、前記動作結果に対応する特徴が含まれる箇所のみを抽出したマスタデータを作成するマスタデータ作成ステップと、
前記マスタデータより前記動作結果を推定するマスタモデルを作成もしくは、既存の学習済みのマスタモデルを採用するマスタモデル設定ステップと、
前記マスタモデルによって前記ラベル済みデータを推定し、推定結果より前記動作結果に対応する特徴が含まれる箇所を抽出することで追加教師データを作成する追加教師データ作成ステップと、
前記マスタデータと前記追加教師データとから前記動作結果を推定する再学習モデルを作成する再学習モデル作成ステップと、
前記再学習モデルの推定性能評価を前記マスタモデルによって行うモデル性能評価ステップと、
前記推定性能が前記マスタモデルより劣る場合は、前記マスタモデルを前記推定モデルとして採用する一方、前記推定性能が前記マスタモデルを上回る場合は、前記マスタモデルを再学習モデルによって更新し、前記追加教師データ作成ステップ及び前記再学習モデル作成ステップを繰り返す再学習実施判定ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項の構成において、前記再学習実施判定ステップ後に実行する前記追加教師データ作成ステップでは、推定結果に対して特徴が含まれる箇所を抽出する際の抽出用しきい値を再設定し、前記モデル性能評価ステップにおける評価結果に応じて前記抽出用しきい値の変更を行うことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項に記載の発明は、工作機械の異常診断プログラムであって、コンピュータに、請求項5又は6に記載の工作機械の異常診断方法を実行させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a rotary shaft for rotating a tool or a work, and a feed shaft for relatively moving the tool and the work, and a programmed command A system for diagnosing an abnormality in a machine tool that processes the workpiece with the tool based on
a machine information acquisition unit that acquires at least one of operation information of the machine tool and output information of various sensors attached to the machine tool as machine information;
a storage unit for recording the machine information;
a model creation unit that creates an estimation model for estimating the degree of abnormality from the recorded mechanical information;
The degree of abnormality in the machine information is estimated at any time by the created estimation model, and the presence or absence of abnormality is determined by comparing the time change of the estimated value with a threshold set so as to change with time according to the machining mode. an abnormality diagnosis unit for judging;
In the above configuration, a machining mode determination unit that determines the sameness between machining modes is included, and the abnormality diagnosis unit is configured to, when repeatedly performing machining determined to be the same by the machining mode determination unit, determine the diagnosis target. The threshold value is set based on the time-series waveform of the estimated value obtained by estimating the machine information when the machining is normally completed by the estimation model .
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of claim 1 , the model creating section extracts data, as teacher data, in which the change in the machining mode determined by the machining mode determining section falls within a predetermined range. and creating the estimation model from the training data.
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the abnormality diagnosis unit uses a time-series waveform obtained by estimating the machine information during normal operation with the estimation model as a master waveform, and the storage unit and records an interval in which the master waveform is below a predetermined identifiable interval setting threshold in the storage unit as an identifiable interval in which data processing can be performed using an algorithm, and changes the estimated value with time. The comparison with the threshold value is performed only in the identifiable section.
The invention according to claim 4 is the configuration according to claim 3 , wherein the model creation unit extracts the machine information of the identifiable section as teacher data, and updates the estimation model using the teacher data. characterized by performing
In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 has a rotating shaft for rotating a tool or a work and a feed shaft for relatively moving the tool and the work, and a programmed command A method for diagnosing an abnormality in a machine tool that processes the workpiece with the tool based on
a machine information acquisition step of acquiring at least one of operation information of the machine tool and output information of various sensors attached to the machine tool as machine information;
a recording step of recording the machine information;
a model creation step of creating an estimation model for estimating the degree of abnormality from the recorded mechanical information;
The degree of abnormality in the machine information is estimated at any time by the created estimation model, and the presence or absence of abnormality is determined by comparing the time change of the estimated value with a threshold set so as to change with time according to the machining mode. while executing an abnormality diagnosis step for determining ,
In the configuration, in the model creation step,
a labeled data creation step of creating labeled data in which an operation result indicating whether or not the machine tool is operating normally and the machine information are linked;
a master data creation step of creating master data by extracting from the labeled data only portions containing features corresponding to the operation result;
a master model setting step of creating a master model for estimating the operation result from the master data or adopting an existing learned master model;
an additional training data creation step of estimating the labeled data using the master model and extracting from the estimation result a location containing a feature corresponding to the operation result to create additional training data;
a relearning model creation step of creating a relearning model for estimating the motion result from the master data and the additional teacher data;
a model performance evaluation step of performing an estimation performance evaluation of the relearning model using the master model;
If the estimated performance is inferior to the master model, the master model is adopted as the estimated model, and if the estimated performance exceeds the master model, the master model is updated with a re-learned model, and the additional teacher is used. and a relearning execution determination step of repeating the data creating step and the relearning model creating step .
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the fifth aspect, in the additional training data creation step executed after the re-learning execution determination step, the extraction The threshold value is reset, and the extraction threshold value is changed according to the evaluation result in the model performance evaluation step.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 7 is an abnormality diagnosis program for a machine tool, which causes a computer to execute the abnormality diagnosis method for a machine tool according to claim 5 or 6 . and

本発明によれば、推定モデルによって機械情報の異常度合いを随時推定し、その推定値の時間変化と、加工形態に合わせて時間変化するように設定したしきい値とを比較することで異常の有無を判断するので、加工形態が定常ではなく大きく変化する加工においても有効な加工異常の検出を行うことが可能となる。また、推定モデルの作成時に教師データとしたモデル作成範囲の加工形態が、異常監視を行う範囲を十分に網羅していなくとも異常診断を有効に行うことができる。
特に、請求項に記載の発明によれば、上記効果に加えて、しきい値の有効範囲や設定を区間ごとに行う必要が無いため容易にしきい値を決定することができる。また、有効な加工範囲が不明確な推定モデルを使用しても、実際の識別結果からしきい値を決定するので、容易かつ有効に行うことができる。
特に、請求項に記載の発明によれば、上記効果に加えて、大量のデータの様々なバリエーションのデータよりモデルを作成する必要が無いためモデルの作成が容易となる。
特に、請求項に記載の発明によれば、上記効果に加えて、推定モデルを使用する際に、適用範囲を把握していなくても識別を行うことができる。
特に、請求項に記載の発明によれば、上記効果に加えて、少ないデータであっても有効に学習が行える箇所のデータを教師データとして抽出可能であるため、推定モデルの精度向上に対してデータを有効活用できる。また、計算コストも削減できるため、大規模な計算機を用いなくても推定モデルのチューニングができる。さらに、異常検出対象に合わせて微調整が行えるのでより精度良く異常検出を行うことができる。
特に、請求項に記載の発明によれば、上記効果に加えて、推定性能を維持したまま適用範囲を拡大した推定モデルが、詳細なラベリングを行わなくても作成可能となる。また、有効な学習データの選別にかかるコストの削減や、動作結果に対応した特徴量を含まない大量のデータを用いる事による計算コストの増大も削減することが可能となる。
特に、請求項に記載の発明によれば、上記効果に加えて、抽出用しきい値の再設定により、追加教師データとする範囲が小さく変更されて推定精度の改善が期待できる。
According to the present invention, the degree of abnormality in the machine information is estimated at any time by the estimation model, and the change in the estimated value over time is compared with the threshold set so as to change over time in accordance with the machining mode. Since the presence/absence is determined, it is possible to effectively detect a machining abnormality even in machining in which the machining mode is not constant and changes greatly. Moreover, even if the processing mode of the model creation range, which is used as teacher data when creating the estimation model, does not sufficiently cover the range of abnormality monitoring, it is possible to effectively diagnose anomalies.
In particular, according to the first aspect of the present invention, in addition to the above effects, the threshold can be easily determined because the effective range and setting of the threshold need not be performed for each section. Moreover, even if an estimated model whose effective working range is unclear is used, the threshold value is determined from the actual identification result, so that it can be easily and effectively performed.
In particular, according to the second aspect of the present invention, in addition to the above effect, it is not necessary to create a model from data of various variations in a large amount of data, so model creation is facilitated.
In particular, according to the third aspect of the invention, in addition to the effects described above, when using an estimation model, it is possible to perform identification without grasping the scope of application.
In particular, according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above effects, it is possible to extract data from locations where effective learning can be performed even with a small amount of data as teacher data. data can be effectively used. In addition, since the calculation cost can be reduced, the estimation model can be tuned without using a large-scale computer. Furthermore, since fine adjustment can be performed according to the abnormality detection target, abnormality detection can be performed with higher accuracy.
In particular, according to the fifth aspect of the invention, in addition to the effects described above, an estimation model with an expanded range of application while maintaining the estimation performance can be created without performing detailed labeling. In addition, it is possible to reduce the cost required for selecting effective learning data and reduce the increase in calculation cost due to using a large amount of data that does not contain the feature value corresponding to the operation result.
In particular, according to the sixth aspect of the invention, in addition to the effects described above, the resetting of the threshold value for extraction narrows the range of the additional training data, and an improvement in estimation accuracy can be expected.

形態1の異常診断装置を備えた工作機械のブロック図である。1 is a block diagram of a machine tool provided with an abnormality diagnosis device of form 1; FIG. 形態1の異常診断の手順を示したフローチャートである。4 is a flow chart showing a procedure of abnormality diagnosis of form 1; モデル作成を行った対象加工の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of target machining for which model creation is performed; モデル作成を行った対象加工の主軸負荷の変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in the spindle load of the target machining for which the model was created. 異常診断を行った対象加工の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of target machining for which abnormality diagnosis is performed; 異常診断を行った対象加工の主軸負荷の変化を示すグラフである。7 is a graph showing changes in the spindle load of the target machining for which abnormality diagnosis was performed; 異常診断を行った対象加工の識別結果を示すグラフである。It is a graph which shows the identification result of the object process which performed abnormality diagnosis. 複数回の加工を行った場合の異常診断用のしきい値設定のグラフである。It is a graph of the threshold setting for abnormality diagnosis when processing is performed a plurality of times. 形態2の異常診断装置を備えた工作機械のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a machine tool provided with an abnormality diagnosis device of form 2; 形態2の異常診断の手順を示したフローチャートである。10 is a flow chart showing a procedure of abnormality diagnosis of form 2. FIG. 識別可能区間を示すグラフである。5 is a graph showing identifiable intervals; 識別可能区間に基づく異常診断を示すグラフである。7 is a graph showing abnormality diagnosis based on identifiable intervals; 識別可能区間に基づく異常診断を示すグラフである(しきい値にマージンを付与)。FIG. 11 is a graph showing abnormality diagnosis based on identifiable intervals (thresholds are given margins); FIG. 形態2の異常診断の他の手順を示したフローチャートである。10 is a flow chart showing another procedure of abnormality diagnosis of form 2. FIG. 推定モデルの作成手順を示したフローチャートである。4 is a flow chart showing a procedure for creating an estimation model; 追加学習データとする範囲を示すグラフである。It is a graph which shows the range used as additional learning data.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[形態1]
図1は、本発明に関する工作機械1の一例を示した説明図である。
工作機械1は、回転軸としての主軸2を有し、テーブル上には工作物3が搭載されている。主軸2に取り付けられた工具が回転し、送り軸によって工作物3と相対運動することで切削加工を行う。
工作機械1の制御装置内には、異常診断システムを構成する異常診断装置4が設けられている。この異常診断装置4の内部には、工作機械1の主軸2、送り軸、工具交換軸や周辺機器の駆動負荷や速度、振動値、温度などの動作情報や、取り付けられた各種センサの出力情報を取得する機械情報取得部5が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Mode 1]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a machine tool 1 related to the present invention.
A machine tool 1 has a spindle 2 as a rotating shaft, and a workpiece 3 is mounted on a table. A tool attached to the spindle 2 rotates and moves relative to the workpiece 3 by the feed shaft, thereby performing cutting.
An abnormality diagnosis device 4 that constitutes an abnormality diagnosis system is provided in the control device of the machine tool 1 . Inside this abnormality diagnosis device 4, there are operational information such as the drive load, speed, vibration value, temperature, etc. of the spindle 2, feed shaft, tool change shaft, and peripheral equipment of the machine tool 1, and output information of various attached sensors. A machine information acquisition unit 5 is provided for acquiring the .

また、異常診断装置4には、異常を検出するための推定モデルを作成するモデル作成部6、加工形態間での同一性の判断を行う加工形態判断部7、機械情報取得部5で取得した機械情報及び、モデル作成部6で作成した推定モデル、推定モデル作成条件などを記録するための記憶部8、推定モデルの作成条件等を入力するためのモデル作成条件入力部9、異常診断に係る監視設定の入力を行う監視設定入力部10、モデル作成条件入力部9及び監視設定入力部10の入力内容を解釈する解釈部11、機械へ動作指令を行う機械動作指令部12、異常診断を行う異常診断部13が設けられている。 In addition, the abnormality diagnosis device 4 includes a model creation unit 6 that creates an estimated model for detecting an abnormality, a machining mode determination unit 7 that determines the sameness between machining modes, and a machine information acquisition unit 5. A storage unit 8 for recording machine information, an estimated model created by the model creating unit 6, estimated model creating conditions, etc., a model creating condition input unit 9 for inputting the creating conditions for the estimated model, etc., and an abnormality diagnosis A monitoring setting input unit 10 for inputting monitoring settings, an interpretation unit 11 for interpreting the input contents of the model creation condition input unit 9 and the monitoring setting input unit 10, a machine operation command unit 12 for issuing operation commands to the machine, and an abnormality diagnosis. An abnormality diagnosis unit 13 is provided.

なお、図1では異常診断装置4の構成要素全てが制御装置内にあるように示してあるが、本発明はこれにとらわれるものではなく、例えば機械情報取得部5や記憶部8、モデル作成部6、異常診断部13は他の端末にて実装、実行させて異常診断システムを構成しても良い。例えば、工作機械とネットワーク接続されたローカルネットワーク上のワークステーションやサーバなどの外部端末でも良いし、インターネットを介して接続されたクラウドサービス等でも良い。また、推定モデルやデータの授受はインターフェースにとらわれずに行っても良いため、ネットワーク接続は必須ではない。 Although FIG. 1 shows all the components of the abnormality diagnosis device 4 as if they were in the control device, the present invention is not limited to this. 6. The abnormality diagnosis unit 13 may be implemented and executed in another terminal to configure an abnormality diagnosis system. For example, an external terminal such as a workstation or server on a local network connected to the machine tool, or a cloud service connected via the Internet may be used. In addition, network connection is not essential, as estimation models and data can be exchanged regardless of interfaces.

この異常診断装置4による異常診断の手順を図2に示すフローチャートに基づいて説明する。ここでのS1~S3は推定モデルを作成する工程であり、S4~S5は推定モデルを用いて異常診断を行う工程である。
まず、S1にて、機械情報取得部5にて取得された機械情報を記録情報として記憶部8に記録する(機械情報取得ステップ及び記録ステップ)。機械情報としては加工形態を判断できる情報も合わせて記録すると良い。例えば、加工に使用する工具情報や加工を行う際の主軸2の回転速度指令、相対運動の速度指令や、工作物3への切り込み量などの加工を行うための指令情報などが良い。
The procedure of abnormality diagnosis by this abnormality diagnosis device 4 will be described based on the flowchart shown in FIG. Here, S1 to S3 are steps for creating an estimation model, and S4 to S5 are steps for diagnosing abnormality using the estimation model.
First, in S1, the machine information acquired by the machine information acquisition section 5 is recorded as record information in the storage section 8 (mechanical information acquisition step and recording step). As the machine information, it is preferable to record information that can determine the processing mode together. For example, tool information used for machining, a rotation speed command for the spindle 2 during machining, a speed command for relative motion, and command information for machining such as the amount of cutting into the workpiece 3 are preferable.

次に、S2にて、モデル作成部6にて記憶部8に記録されている記録情報より、推定モデル作成に使用する教師データを抽出する。推定モデルを作成するにあたっては、加工の状態が正常であるか異常であるかが明確なデータを全て教師データとしても良いが、データのバリエーションが多すぎると推定モデルの作成工程においてパラメータが収束しなかったり、複雑になりすぎたりすることがあり時間や計算コストが必要になるためデータのバリエーションを限定するのが望ましい。そこで、ここでは加工形態判断部7において、加工条件や治工具、プログラム指令や座標情報等の加工形態が同一か否かを判断する。 Next, in S2, the model generating unit 6 extracts teacher data to be used for generating an estimation model from the recorded information recorded in the storage unit 8. FIG. When creating an estimation model, all data that clearly indicates whether the processing state is normal or abnormal may be used as training data. It is desirable to limit the variation of the data because it may not exist or become too complicated, requiring time and computational costs. Therefore, here, the machining mode determination unit 7 determines whether or not the machining modes such as machining conditions, jigs and tools, program commands, and coordinate information are the same.

例として図3に示すように高さ50mmの凸部をエンドミルTにて側面加工する場合について説明する。図3に示すようなワークWを加工した際の主軸負荷の時間変化を図4に示す。図4の0~5秒の間は、エアカット部であり、主軸負荷が上昇しない。また、5~8秒の間は、図3中に示す工具が左側から右側に向かってアプローチしているため、工具の中心がワークの左端を過ぎるまでは切削量が変化していく。切削状態が変化するため、主軸負荷は一定ではなく、場合によっては一時的にビビリなどが発生し主軸負荷は大きく変化する。前述の範囲を教師データとすると効率よく推定モデルが作成できないため、点線で囲んで示すように、加工が安定している10~20秒の範囲を教師データとして抽出する。抽出範囲の設定は、前述の手法の様に教師データの対象波形を観察したり、加工内容から人為的に決定しても良いし、対象波形へ数値処理を行なったり、機械動作を行うプログラム指令や座標情報、加工条件や、治工具、ワーク材種、ワーク形状、オペレータ、切削液種及び供給圧力等などの情報を組合せ限定すると良い。 As an example, a case where a convex portion having a height of 50 mm is side-machined by an end mill T as shown in FIG. FIG. 4 shows changes over time in the spindle load when the workpiece W shown in FIG. 3 is machined. The period from 0 to 5 seconds in FIG. 4 is the air cut portion, and the spindle load does not increase. Also, during 5 to 8 seconds, the tool shown in FIG. 3 approaches from the left side to the right side, so the cutting amount changes until the center of the tool passes the left end of the workpiece. Since the cutting conditions change, the spindle load is not constant, and in some cases chattering occurs temporarily and the spindle load changes greatly. If the above range is used as training data, an estimation model cannot be created efficiently. Therefore, the range of 10 to 20 seconds in which the processing is stable is extracted as training data, as indicated by the dotted line. The extraction range can be set by observing the target waveform of the teacher data, as in the method described above, or by artificially determining it from the processing details, performing numerical processing on the target waveform, or using a program command to perform machine operation. , coordinate information, machining conditions, tools, workpiece material type, workpiece shape, operator, cutting fluid type, supply pressure, and other information may be combined and limited.

例えば、対象波形への数値処理を行う場合は、単位時間内での変化量が一定値以内の範囲としても良いし、周波数分析を行い特性の周波数成分が一定値を超える範囲としても良い。また、機械動作を行うプログラム指令や座標情報を用いる場合は、回転数指令や送り速度に範囲を設けても良いし、サイクル動作などに限定しても良いし、切り込み深さが一定な加工を抽出しても良い。治工具の情報を用いる場合は、旋削チャックのサイズごとに切り分けても良いし、工具の長径などの形状や刃数、コーティング等に範囲を設けても良い。前述の情報を組合せ監視したい異常対象や求める汎化性能と教師データのデータ量に応じて抽出範囲を変更すると良い。例えば、ドリル径は問わずドリル加工をしている箇所を加工形態が同一として抽出しても良いし、前述のようなエンドミル側面加工でも、切込み深さが一定の範囲内で変化するデータを抽出することで、より汎化性能の高い推定モデルを作成可能な教師データとしても良い。 For example, when performing numerical processing on the target waveform, the amount of change within a unit time may be within a certain value range, or frequency analysis may be performed and the characteristic frequency component may exceed a certain value. Also, when using a program command or coordinate information for machine operation, it is possible to set a range for the rotation speed command or feed speed, or limit it to a cycle operation, etc., or perform machining with a constant depth of cut. You can extract. When using the information on jigs and tools, it may be cut according to the size of the turning chuck, or a range may be set for the shape such as the long diameter of the tool, the number of blades, the coating, and the like. It is preferable to change the extraction range according to the abnormal target to be monitored in combination with the above-mentioned information, the desired generalization performance, and the amount of teacher data. For example, it is possible to extract data where the machining mode is the same regardless of the drill diameter, or to extract data where the depth of cut changes within a certain range even in end mill side machining as described above. By doing so, the teacher data may be used to create an estimation model with higher generalization performance.

S3では、モデル作成部6にてS2の工程で抽出された教師データより異常識別を行う推定モデルを構築する(S2,S3:モデル作成ステップ)。本例では、ニューラルネットワークによってオートエンコーダを構築し、前記教師データの中から正常に加工が完了したデータのみで正常状態を学習し、学習済みモデルを作成する。前記学習済みモデルの入出力の差分により正常状態からの変化を表現することで異常診断の推定モデルを定義する。推定モデルの定義方法は、前述の手法にとらわれるものではなく、機械学習や深層学習などのアルゴリズムから対象のデータに対して性能が高いものを使用するとよい。例えば、Gaussian Mixture ModelやApproximate Gaussian Mixturesなどでクラスタリングを行い正常状態の分布を定義し、正常の特徴からの乖離度を出力する事で異常を識別することも可能である。他にも、サポートベクトルマシンや最近傍法、ランダムフォレスト法、ナイーブベイズ法等を用いても良い。 In S3, the model creating unit 6 constructs an estimation model for identifying anomalies from the teacher data extracted in the process of S2 (S2, S3: model creating steps). In this example, an autoencoder is constructed by a neural network, and a normal state is learned only from data that has been normally processed from the teacher data, and a trained model is created. An estimation model for abnormality diagnosis is defined by expressing a change from a normal state by a difference between input and output of the learned model. The method of defining the estimation model is not limited to the above-mentioned method, and it is preferable to use an algorithm such as machine learning or deep learning that has high performance for the target data. For example, it is possible to identify abnormalities by defining the distribution of normal states by clustering with Gaussian Mixture Model, Approximate Gaussian Mixtures, etc., and outputting the degree of divergence from normal features. In addition, a support vector machine, nearest neighbor method, random forest method, naive Bayes method, etc. may be used.

S4では、異常診断部13にて異常診断を行うためのしきい値の定義を行う。図5に異常識別を行う加工対象のワークW1を示す。図3で示すワークWとは形状が異なるが、凸部の高さが50mmであるなど同一の加工形態を含むワークである。
図6は図5で示すワーク加工時の主軸負荷の時間変化を示したものである。監視設定入力部10からの入力により、安定した加工が行えそうな箇所には低めの、加工が不安定になりそうな箇所には高めのしきい値を引く等、加工形態に合わせて時間変化するしきい値の定義を人為的に行う。また、前述の様に時間変化する値を人為的に与える代わりに、S3にて作成された推定モデルを用いて前記主軸負荷の時間変化の識別を行うと、図7に示すような出力値が得られる。この出力値をベースにオフセットした値をしきい値とすることで、有効な監視を行うことができる。図5に示す加工では、図3で示すモデル作成範囲とは異なる加工も含まれるため、図8に示すように複数回の加工のデータの識別を行う事でより安定して異常を検出することができる。前記オフセット値は、監視設定入力部10より与えても良いし、推定結果の平均値や分散値などから求めても良い。
In S4, a threshold value for performing an abnormality diagnosis in the abnormality diagnosis unit 13 is defined. FIG. 5 shows a workpiece W1 to be processed for abnormality identification. Although the shape is different from that of the work W shown in FIG. 3, the work includes the same machining mode, such as the height of the protrusions being 50 mm.
FIG. 6 shows the change over time of the spindle load during machining of the workpiece shown in FIG. Depending on the input from the monitoring setting input unit 10, a lower threshold value is applied to areas where stable machining can be performed, and a higher threshold value is applied to areas where machining is likely to be unstable. artificially define the threshold for Further, instead of artificially giving a value that changes with time as described above, if the estimation model created in S3 is used to identify the time change of the spindle load, the output value as shown in FIG. can get. By using a value obtained by offsetting this output value as a threshold value, effective monitoring can be performed. The machining shown in FIG. 5 includes machining different from the model creation range shown in FIG. can be done. The offset value may be given from the monitoring setting input unit 10, or may be obtained from the average value or variance value of the estimation results.

次に、S5では、機械情報取得部5より取得した機械情報を、異常診断部13にて前記推定モデルを用いて異常の推定をおこない、その出力結果とS4にて定義したしきい値とを比較することで異常の有無を診断する(S4,S5:異常診断ステップ)。異常と診断された場合は、機械動作指令部12にて、アラームの発報や、異常の告知、退避動作を行う。診断結果をモニタに表示させてもよい。 Next, in S5, the machine information obtained from the machine information obtaining section 5 is subjected to abnormality estimation by the abnormality diagnosis section 13 using the estimation model, and the output result and the threshold defined in S4 are compared. The presence or absence of abnormality is diagnosed by comparison (S4, S5: abnormality diagnosis step). When an abnormality is diagnosed, the machine operation command unit 12 issues an alarm, notifies of the abnormality, and performs a retraction operation. Diagnosis results may be displayed on a monitor.

このように、上記形態1の工作機械1の異常診断装置4及び異常診断方法、異常診断プログラムによれば、動作情報と出力情報とを機械情報として取得する機械情報取得部5と、取得された機械情報から、異常度合いを推定する推定モデルを作成するモデル作成部6と、作成した推定モデルによって機械情報の異常度合いを随時推定し、その推定値の時間変化と加工形態に合わせて時間変化するように設定したしきい値とを比較することで異常の有無を判断する異常診断部13とを含んでなり、各ステップを実行することで、加工形態が定常ではなく大きく変化する加工においても有効な加工異常の検出を行うことが可能となる。また、推定モデルの作成時に教師データとしたモデル作成範囲の加工形態が、異常監視を行う範囲を十分に網羅していなくとも異常診断を有効に行うことができる。 As described above, according to the abnormality diagnosis device 4, the abnormality diagnosis method, and the abnormality diagnosis program for the machine tool 1 of Embodiment 1, the machine information acquisition unit 5 acquires the operation information and the output information as machine information, and the acquired A model creation unit 6 that creates an estimation model for estimating the degree of abnormality from the machine information, and the created estimation model is used to estimate the degree of abnormality of the machine information at any time, and the estimated value changes over time according to the time change and the machining mode. and an abnormality diagnosis unit 13 for judging the presence or absence of an abnormality by comparing with a threshold value set as follows. Therefore, it is possible to detect various processing abnormalities. Moreover, even if the processing mode of the model creation range, which is used as teacher data when creating the estimation model, does not sufficiently cover the range of abnormality monitoring, it is possible to effectively diagnose anomalies.

特にここでは、診断対象の加工形態間での同一性を判断する加工形態判断部7をさらに備え、異常診断部13は、加工形態判断部7によって同一と判断された加工を繰り返し行う際、診断対象の加工が正常に完了した際の機械情報を推定モデルによって随時推定した推定値の時間変化の波形を基にしきい値を設定するので、しきい値の有効範囲や設定を区間ごとに行う必要が無いため容易にしきい値を決定することができる。また、有効な加工範囲が不明確な推定モデルを使用しても、実際の識別結果からしきい値を決定するので、容易かつ有効に行うことができる。
また、モデル作成部6は、加工形態判断部7にて判断した加工形態の変化が所定の範囲内となるデータを教師データとして抽出し、教師データより推定モデルを作成するので、大量のデータの様々なバリエーションのデータよりモデルを作成する必要が無いためモデルの作成が容易となる。
In particular, here, a machining mode judgment unit 7 for judging the sameness between machining forms to be diagnosed is further provided. Since the threshold is set based on the waveform of the time change of the estimated value that is estimated at any time by the estimation model for the machine information when the target machining is normally completed, the effective range and setting of the threshold must be set for each section. Since there is no , the threshold can be easily determined. Moreover, even if an estimated model whose effective working range is unclear is used, the threshold value is determined from the actual identification result, so that it can be easily and effectively performed.
In addition, the model creating unit 6 extracts the data in which the change in the processing mode determined by the processing mode determination unit 7 is within a predetermined range as teacher data, and creates an estimation model from the teacher data. Since there is no need to create a model from data of various variations, model creation is facilitated.

なお、上記形態1では機械情報として動作情報と出力情報とを共に取得しているが、何れか一方のみであっても差し支えない。 It should be noted that although both the operation information and the output information are acquired as the machine information in the above-described form 1, only one of them may be acquired.

[形態2]
次に、本発明の他の形態を説明する。但し、形態1と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図9に示す異常診断装置4Aでは、加工形態判断部を備えておらず、工作機械1若しくは他の工作機械にて取得した既存データを入力するための既存データ入力部14を備えている点が形態1と異なる。
この異常診断装置4Aにおける異常診断処理の手順を図10に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、S11にて推定モデルの作成を行う。機械情報取得部5にて取得された機械情報を記録情報として記憶部8に記録する(機械情報取得ステップ及び記録ステップ)。記憶部8には、機械情報取得部5以外にも、既存データ入力部14から既存データを入力しても良い。既存データは推定モデルの性能を向上させるために、同一の加工条件で加工に取得したデータでも良いし、異なる加工条件や治工具、他の機台で取得したデータでも良い。
そして、モデル作成部6にて記憶部8に記録された情報を教師データとして推定モデルの作成を行う(モデル作成ステップ)。ここで加工が安定している範囲を教師データとして抽出する点と、具体的な推定モデルの作成方法とは形態1と同じである。
[Mode 2]
Next, another form of the present invention will be described. However, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and overlapping descriptions are omitted.
The abnormality diagnosis device 4A shown in FIG. 9 does not include a machining mode determination unit, but includes an existing data input unit 14 for inputting existing data acquired by the machine tool 1 or another machine tool. Different from form 1.
The procedure of abnormality diagnosis processing in this abnormality diagnosis device 4A will be described based on the flowchart shown in FIG.
First, an estimation model is created in S11. The machine information acquired by the machine information acquisition unit 5 is recorded as record information in the storage unit 8 (machine information acquisition step and recording step). Existing data may be input to the storage unit 8 from the existing data input unit 14 in addition to the machine information acquisition unit 5 . The existing data may be data acquired during machining under the same machining conditions, or may be data acquired under different machining conditions, jigs and tools, or other machines in order to improve the performance of the estimation model.
Then, the model creating unit 6 creates an estimation model using the information recorded in the storage unit 8 as teacher data (model creating step). Here, the points in which the range in which the processing is stable are extracted as training data and the specific method of creating an estimation model are the same as in the first mode.

次にS12では、繰り返し加工の前にテスト加工を行い、正常に加工が完了した際の機械情報を記録情報として記憶部8に記録し、S11にて作成された推定モデルによって随時推定を行うことで得られた推定波形を、マスタ波形として記憶部8に記録する。図5に示すワークW1を加工した場合、図6の正常時の主軸負荷の変化を随時推定し得られたマスタ波形が図7となる。
さらに、S13では、識別可能区間設定を行う。ここではマスタ波形に識別可能区間設定しきい値を設定し、マスタ波形が識別可能区間設定しきい値以下になった区間を、識別可能区間とする。例えば図11に一点鎖線で示すように、マスタ波形に識別可能区間設定しきい値(0.2)を設け、下回った範囲である10~26sec、42~53sec、65~75secを識別可能区間とする。
Next, in S12, test machining is performed before repeated machining, machine information when machining is normally completed is recorded in the storage unit 8 as record information, and estimation is performed as needed using the estimation model created in S11. The estimated waveform obtained in 1) is recorded in the storage unit 8 as a master waveform. When the workpiece W1 shown in FIG. 5 is machined, the master waveform obtained by estimating the change in the spindle load in the normal state shown in FIG. 6 is shown in FIG.
Furthermore, in S13, an identifiable section is set. Here, an identifiable interval setting threshold value is set for the master waveform, and an interval in which the master waveform falls below the identifiable interval setting threshold value is defined as an identifiable interval. For example, as indicated by the dashed line in FIG. 11, a set threshold value (0.2) for the identifiable interval is provided in the master waveform, and the lower ranges of 10 to 26 sec, 42 to 53 sec, and 65 to 75 sec are defined as identifiable intervals. do.

次にS14では、繰り返し加工を行った際の異常診断を行う(S12~S14:異常診断ステップ)。図12のように機械情報を推定モデルで随時推定した推定波形が、S13にて決定した識別可能区間において、異常診断のしきい値を上回るか否かによって異常の検出を行う。ここで、決定する異常診断のしきい値は、図12に示すように識別可能区間設定しきい値(0.2)と同じ値でも良いが、図13のようにしきい値にマージンを設ければ、異常の誤検出を防げる効果がある。異常を検出した際には、機械動作指令部12にて、アラームの発報や、異常の告知、退避動作を行う。 Next, in S14, abnormality diagnosis is performed when repeated machining is performed (S12 to S14: abnormality diagnosis steps). Abnormality is detected depending on whether or not the estimated waveform obtained by estimating the mechanical information by the estimation model as shown in FIG. 12 exceeds the threshold for abnormality diagnosis in the identifiable interval determined in S13. Here, the threshold value for abnormality diagnosis to be determined may be the same value as the identifiable section setting threshold value (0.2) as shown in FIG. This has the effect of preventing erroneous detection of abnormalities. When an abnormality is detected, the machine operation command unit 12 issues an alarm, notifies of the abnormality, and performs a retraction operation.

また、異なる異常診断処理の手法について図14のフローチャートに基いて説明する。図14におけるS21~S23のステップは、図10におけるS11~S13のステップと同様であり、識別可能区間が設定される。ここではS24以降の異常診断ステップが異なる。
S24では、推定モデルの更新を行うために教師データの抽出を行う。教師データの抽出は、加工状態が正常と確認されているデータの識別可能区間によって行う。図12に示す推定結果の場合、10~26sec、42~53sec、65~75secの範囲を再学習用の教師データとする。
次に、S25では、S24にて抽出した教師データを基に推定モデルの更新を行う。例えば、ニューラルネットワークを用いる場合には、前述の推定モデルのウェイト及びバイアスを初期値として用いる事で元の推定モデルの特性を残しつつ今回の診断対象に合わせてファインチューニングすることができる。
Also, a different method of abnormality diagnosis processing will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 . Steps S21 to S23 in FIG. 14 are the same as steps S11 to S13 in FIG. 10, and identifiable sections are set. Here, the abnormality diagnosis steps after S24 are different.
At S24, teacher data is extracted in order to update the estimation model. Extraction of teacher data is performed by identifiable sections of data whose processing state is confirmed to be normal. In the case of the estimation results shown in FIG. 12, the ranges of 10 to 26 sec, 42 to 53 sec, and 65 to 75 sec are used as teacher data for re-learning.
Next, in S25, the estimation model is updated based on the teacher data extracted in S24. For example, when a neural network is used, by using the weights and biases of the estimation model described above as initial values, it is possible to perform fine tuning according to the current diagnostic target while retaining the characteristics of the original estimation model.

次に、S26において、図10のS14と同様に異常診断を行う。前記機械情報をS25にて推定モデル更新を行なった更新済み推定モデルで随時推定し、S23にて定義した識別可能区間においてしきい値を上回るか、否かによって異常の検出を行う。
ここでは推定モデルがS25にて、識別可能区間に合わせて更新されているため、識別可能区間全体の異常度がさがり、しきい値にマージンを設ける必要が無く、より感度良く異常を識別することができる。
Next, in S26, an abnormality diagnosis is performed in the same manner as in S14 of FIG. The machine information is estimated at any time by the updated estimation model updated in S25, and abnormality is detected depending on whether or not the threshold value is exceeded in the identifiable section defined in S23.
Here, since the estimation model is updated in accordance with the identifiable interval in S25, the degree of anomaly in the entire identifiable interval is lowered, and there is no need to provide a margin for the threshold value, so that anomalies can be discriminated with higher sensitivity. can be done.

このように、形態2の異常診断装置4Aにおいても、加工形態が定常ではなく大きく変化する加工においても有効な加工異常の検出を行うことが可能となる。また、推定モデルの作成時に教師データとしたモデル作成範囲の加工形態が、異常監視を行う範囲を十分に網羅していなくとも異常診断を有効に行うことができる。また、推定モデルを使用する際に、適用範囲を把握していなくても識別を行うことができる。
特にここでは、少ないデータであっても有効に学習が行える箇所のデータを教師データとして抽出可能であるため、推定モデルの精度向上に対してデータを有効活用できる。また、計算コストも削減できるため、大規模な計算機を用いなくても推定モデルのチューニングができる。さらに、異常検出対象に合わせて微調整が行えるのでより精度良く異常検出を行うことができる。
As described above, even in the abnormality diagnosis device 4A of the second embodiment, it is possible to effectively detect a machining abnormality even in machining in which the machining mode is not constant and changes greatly. Moreover, even if the processing mode of the model creation range, which is used as teacher data when creating the estimation model, does not sufficiently cover the range of abnormality monitoring, it is possible to effectively diagnose anomalies. Also, when using the estimation model, the identification can be done without knowing the scope of application.
In particular, here, even with a small amount of data, it is possible to extract data from locations where effective learning can be performed as teacher data, so data can be effectively used to improve the accuracy of the estimation model. In addition, since the calculation cost can be reduced, the estimation model can be tuned without using a large-scale computer. Furthermore, since fine adjustment can be performed according to the abnormality detection target, abnormality detection can be performed with higher accuracy.

なお、上記形態2では、推定モデルの作成手法を一連の流れに組み込んで説明をしているが、推定モデルが既にある場合はその推定モデルを用いても良い。更に、推定モデル作成者と異常検出を行う推定モデル使用者は同じでなくてもよい。 In the second embodiment, the method of creating an estimation model is incorporated into a series of flows, but if an estimation model already exists, that estimation model may be used. Furthermore, the estimation model creator and the estimation model user who performs anomaly detection need not be the same person.

次に、形態1,2におけるモデル作成部6による推定モデルの作成方法を、図15のフローチャートに基づいて説明する。
まず、S31では、記憶部8に記録された記録情報に、工作機械1の動作が正常であったか否かを示す動作結果を付加したラベル済みデータを作成する(ラベル済みデータ作成ステップ)。
次に、S32ではマスタデータの作成を行う(マスタデータ作成ステップ)。マスタデータは、動作結果に紐付いた特徴が含まれる箇所のみを抽出していく。動作結果の判別に有効な特徴が含まれない箇所を排除したデータを作成することで、推定モデルの構築を効率化して行うことができる。図3に示したワークWをエンドミルTにて側面加工したデータを元に推定モデルを作成する場合を例に説明すると、エアカット部やアプローチ部の情報は、加工状態の正常、異常によって明確な特徴量が存在しない場合が多く、モデルの構築を複雑化させる。よって、推定モデルの構築を効率良く行うために、図4の10~20秒の間のように加工状態が定常である箇所をマスタデータとすることが有効である。
Next, a method of creating an estimation model by the model creating unit 6 in the forms 1 and 2 will be described based on the flow chart of FIG.
First, in S31, labeled data is created by adding an operation result indicating whether the operation of the machine tool 1 was normal to the record information recorded in the storage unit 8 (labeled data creating step).
Next, in S32, master data is created (master data creation step). From the master data, only the locations that contain the features linked to the operation results are extracted. By creating data that excludes portions that do not contain features that are effective in discriminating motion results, it is possible to efficiently construct an estimation model. Taking the example of creating an estimation model based on the data obtained by machining the side surface of the work W shown in FIG. Features are often absent, complicating model construction. Therefore, in order to construct the estimation model efficiently, it is effective to use as master data a portion where the machining state is steady, such as between 10 and 20 seconds in FIG.

次に、S33にて、マスタモデルを作成する(マスタモデル設定ステップ)。ここでは、オートエンコーダによって異常度合いを出力するモデルを構築する手法を例に説明する。マスタデータの中から加工結果が正常なもののみを使ってマスタモデルを作成する。学習済み推定モデルの入出力の差分により正常状態からの変化を表現する。この時、すべてのマスタデータを使用してマスタモデルを作成するのではなく、学習用のマスタ学習データと評価用のマスタ評価データを作成する。推定モデルの定義方法は、前述の手法にとらわれるものではなく、機械学習や深層学習などのアルゴリズムから対象のデータに対して性能が高いものを使用するとよい。例えば、Gaussian Mixture ModelやApproximate Gaussian Mixturesなどでクラスタリングを行い正常状態の分布を定義し、正常の特徴からの乖離度を出力する事で異常を推定することも可能である。他にも、サポートベクトルマシンや最近傍法、ランダムフォレスト法、ナイーブベイズ法等を用いても良い。 Next, in S33, a master model is created (master model setting step). Here, a method of constructing a model that outputs the degree of abnormality by an autoencoder will be described as an example. A master model is created using only those with normal machining results from the master data. The change from the normal state is expressed by the difference between the input and output of the trained estimation model. At this time, instead of creating a master model using all master data, master learning data for learning and master evaluation data for evaluation are created. The method of defining the estimation model is not limited to the above-mentioned method, and it is preferable to use an algorithm such as machine learning or deep learning that has high performance for the target data. For example, it is possible to perform clustering using Gaussian Mixture Model, Approximate Gaussian Mixtures, etc., define the distribution of normal states, and output the degree of deviation from normal features to estimate abnormalities. In addition, a support vector machine, nearest neighbor method, random forest method, naive Bayes method, etc. may be used.

次に、S34では、マスタデータとは異なる加工条件や被削材を加工した際の機械情報を、前記マスタモデルにて推定を行う。推定結果に対し抽出用しきい値を設け、抽出用しきい値を下回る範囲に対応する機械情報を追加教師データとする(追加教師データ作成ステップ)。図5のような形状のワークW1をエンドミルTにて側面切削を行なった際に得られた主軸負荷(図6)を基に、加工の異常度を推定するモデルの作成手順を例に説明する。
S33にて作成されたマスタモデルを用いて、前述の主軸負荷を推定したところ、図7に示すような、推定結果(異常度)が得られる。そこで、図16に示すように抽出用しきい値を設け、推定結果が抽出用しきい値を下回った範囲である10~26sec、42~53sec、65~75secを追加学習データとして抽出する。
Next, in S34, machining conditions different from the master data and machine information when machining the work material are estimated by the master model. An extraction threshold is set for the estimation result, and machine information corresponding to a range below the extraction threshold is used as additional training data (additional training data creation step). An example of the procedure for creating a model for estimating the degree of machining abnormality based on the spindle load (FIG. 6) obtained when side cutting a workpiece W1 having a shape as shown in FIG. 5 with an end mill T will be described. .
When the aforementioned spindle load is estimated using the master model created in S33, an estimation result (abnormality degree) as shown in FIG. 7 is obtained. Therefore, an extraction threshold is provided as shown in FIG. 16, and 10 to 26 sec, 42 to 53 sec, and 65 to 75 sec in which the estimation results are below the extraction threshold are extracted as additional learning data.

次に、S35では、追加教師データをマスタデータに追加して再学習を行い、再学習モデルを作成する(再学習モデル作成ステップ)。再学習の手順はS33と同様である。
次に、S36では、作成されたマスタモデルの評価を行う(モデル性能評価ステップ)。マスタモデルの評価は、マスタデータの推定を行い、実際の動作結果と一致するかによって行う。
次に、S37では、S36での評価結果を基に、マスタモデルの再学習を行うか否かを判断する(再学習実施判定ステップ)。ここではマスタモデルに対して再学習モデルの推定性能が劣る場合は、追加教師データが有効でなかったと判断し、S38で、再学習モデルではなく、マスタモデルを採用する(採用モデル決定ステップ)。一方、マスタモデルの推定性能を低下させずに再学習が行えた場合は、適用できる加工の拡大に成功したと判断し、マスタモデルを再学習モデルにて更新し、S34~S37のステップを繰り返して再度、追加教師データを作成することで、適用範囲の拡大を進めていくことができる。また、適用範囲の拡大と推定精度はトレードオフの関係にあるため、厳密な監視よりも、適用範囲の拡大を重視する場合には、マスタモデルから性能低下に対してある程度許容する範囲を設けても良い。
Next, in S35, the additional teacher data is added to the master data and relearning is performed to create a relearning model (relearning model creating step). The re-learning procedure is the same as in S33.
Next, in S36, the created master model is evaluated (model performance evaluation step). The evaluation of the master model is performed by estimating the master data and determining whether it matches the actual operation result.
Next, in S37, based on the evaluation result in S36, it is determined whether or not to re-learn the master model (re-learning execution determination step). Here, if the estimation performance of the relearning model is inferior to that of the master model, it is determined that the additional teacher data was not effective, and in S38, the master model is adopted instead of the relearning model (employed model determination step). On the other hand, if relearning can be performed without degrading the estimation performance of the master model, it is determined that the expansion of applicable machining has succeeded, the master model is updated with the relearning model, and steps S34 to S37 are repeated. The scope of application can be expanded by creating additional training data again. In addition, since there is a trade-off between the expansion of the scope of application and the accuracy of estimation, if the expansion of the scope of application is more important than strict monitoring, set a certain amount of allowance for performance degradation from the master model. Also good.

ここではS37の判断で再学習を行う場合に、再学習条件を変更している(S39)。すなわち、S37にて、マスタモデルの推定性能に再学習モデルが達しなかった際には、移行したS34の追加教師データ作成ステップにおいて抽出用しきい値を下げている。この抽出用しきい値の再設定により、追加教師データとする範囲が小さく変更されて推定精度の改善が期待できる。
なお、本事例では、マスタモデルの作成工程を一連の流れに含めて説明しているが、推定対象にあう、既存の推定モデルを用いても良い。
このように上記形態の推定モデルの作成方法によれば、推定性能を維持したまま適用範囲を拡大した推定モデルが、詳細なラベリングを行わなくても作成可能となる。また、有効な学習データの選別にかかるコストの削減や、動作結果に対応した特徴量を含まない大量のデータを用いる事による計算コストの増大も削減することが可能となる。
特に、推定結果を判定する抽出用しきい値の設定を同時に行うので、学習を行うとともに有効な抽出用しきい値を設定することができる。
Here, when re-learning is performed in the determination of S37, the re-learning condition is changed (S39). That is, when the relearning model does not reach the estimated performance of the master model in S37, the extraction threshold value is lowered in the additional training data creation step of S34. By resetting the threshold value for extraction, the range of additional training data is changed to be smaller, and improvement in estimation accuracy can be expected.
In this example, the process of creating a master model is included in a series of flows, but an existing estimation model that matches the estimation target may be used.
As described above, according to the method of creating an estimation model of the above embodiment, it is possible to create an estimation model with an expanded range of application while maintaining the estimation performance without performing detailed labeling. In addition, it is possible to reduce the cost required for selecting effective learning data and reduce the increase in calculation cost due to using a large amount of data that does not contain the feature value corresponding to the operation result.
In particular, since the extraction threshold value for determining the estimation result is set at the same time, it is possible to set an effective extraction threshold value while performing learning.

なお、各形態では、エンドミルによる側面加工での主軸負荷の変化を例に説明を行なったが、加工形態はこれにとらわれるわけでは無く、ドリルやタップフライス加工や旋削加工へも適用可能であり、センサ出力値においてもこれにとらわれるわけではなく、送り軸の負荷や振動センサの出力などあらゆるセンサを対象として良い。 In each form, the change in the spindle load in side milling with an end mill was explained as an example, but the machining form is not limited to this, and can also be applied to drilling, tap milling, and turning. The sensor output value is not limited to this, and any sensor such as the load of the feed shaft or the output of the vibration sensor may be used.

1・・工作機械、2・・主軸、3・・工作物、4,4A・・異常診断装置、5・・機械情報取得部、6・・モデル作成部、7・・加工形態判断部、8・・記憶部、9・・モデル作成条件入力部、10・・監視設定入力部、11・・解釈部、12・・機械動作司令部、13・・異常診断部、14・・既存データ入力部、W,W1・・ワーク、T・・エンドミル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Machine tool, 2... Spindle, 3... Workpiece, 4, 4A... Abnormal diagnosis device, 5... Machine information acquisition part, 6... Model preparation part, 7... Machining form judgment part, 8 Storage unit 9 Model creation condition input unit 10 Monitoring setting input unit 11 Interpretation unit 12 Machine operation command unit 13 Abnormal diagnosis unit 14 Existing data input unit , W, W1... work, T... end mill.

Claims (7)

工具又はワークを回転させる回転軸と、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる送り軸とを有し、プログラムされた指令に基づいて前記工具によって前記ワークの加工を行う工作機械において、異常を診断するシステムであって、
前記工作機械の動作情報と、前記工作機械に取り付けられた各種センサの出力情報との少なくとも一方を機械情報として取得する機械情報取得部と、
前記機械情報を記録する記憶部と、
記録された前記機械情報から、異常度合いを推定する推定モデルを作成するモデル作成部と、
作成した前記推定モデルによって前記機械情報の異常度合いを随時推定し、その推定値の時間変化と、加工形態に合わせて時間変化するように設定したしきい値とを比較することで異常の有無を判断する異常診断部と、
加工形態間での同一性を判断する加工形態判断部と、を含み、
前記異常診断部は、前記加工形態判断部によって同一と判断された加工を繰り返し行う際、診断対象の加工が正常に完了した際の前記機械情報を前記推定モデルによって随時推定した前記推定値の時系列波形を元に、前記しきい値を設定することを特徴とする工作機械の異常診断システム。
In a machine tool having a rotary shaft for rotating a tool or a work and a feed shaft for relatively moving the tool and the work, the work is machined by the tool based on a programmed command. A system for diagnosing
a machine information acquisition unit that acquires at least one of operation information of the machine tool and output information of various sensors attached to the machine tool as machine information;
a storage unit for recording the machine information;
a model creation unit that creates an estimation model for estimating the degree of abnormality from the recorded mechanical information;
The degree of abnormality in the machine information is estimated at any time by the created estimation model, and the presence or absence of abnormality is determined by comparing the time change of the estimated value with a threshold set so as to change with time according to the machining mode. an abnormality diagnosis unit for judging;
and a processing form judgment unit that judges the identity between the processing forms ,
When the machining determined to be the same by the machining mode determining part is repeatedly performed, the abnormality diagnosing part uses the estimated value obtained by estimating the machine information when the machining to be diagnosed is normally completed by the estimation model as needed. An abnormality diagnosis system for a machine tool , wherein the threshold value is set based on a series waveform .
前記モデル作成部は、前記加工形態判断部にて判断した前記加工形態の変化が所定の範囲内となるデータを教師データとして抽出し、前記教師データより前記推定モデルを作成することを特徴とする請求項に記載の工作機械の異常診断システム。 The model creation unit is characterized in that it extracts, as teacher data, data in which the change in the machining mode determined by the machining mode determination part falls within a predetermined range, and creates the estimated model from the teacher data. An abnormality diagnosis system for a machine tool according to claim 1 . 前記異常診断部は、正常動作時の前記機械情報を前記推定モデルで推定することで得られる時系列波形をマスタ波形として前記記憶部へ記録すると共に、前記マスタ波形が所定の識別可能区間設定しきい値を下回る区間を、アルゴリズムを用いてデータ処理が可能な識別可能区間として前記記憶部へ記録し、
前記推定値の時間変化と前記しきい値との比較を前記識別可能区間でのみ行うことを特徴とする請求項1に記載の工作機械の異常診断システム。
The abnormality diagnosis unit records a time-series waveform obtained by estimating the machine information during normal operation with the estimation model in the storage unit as a master waveform, and sets a predetermined identifiable section for the master waveform. recording an interval below the threshold in the storage unit as an identifiable interval that can be processed using an algorithm;
2. An abnormality diagnosis system for a machine tool according to claim 1, wherein the time variation of said estimated value and said threshold value are compared only in said identifiable interval.
前記モデル作成部は、前記識別可能区間の前記機械情報を教師データとして抽出すると共に、前記教師データを用いて前記推定モデルの更新を行うことを特徴とする請求項に記載の工作機械の異常診断システム。 4. The machine tool abnormality according to claim 3 , wherein the model creation unit extracts the machine information of the identifiable section as teaching data, and updates the estimation model using the teaching data. diagnostic system. 工具又はワークを回転させる回転軸と、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる送り軸とを有し、プログラムされた指令に基づいて前記工具によって前記ワークの加工を行う工作機械において、異常を診断する方法であって、
前記工作機械の動作情報と、前記工作機械に取り付けられた各種センサの出力情報との少なくとも一方を機械情報として取得する機械情報取得ステップと、
前記機械情報を記録する記録ステップと、
記録された前記機械情報から、異常度合いを推定する推定モデルを作成するモデル作成ステップと、
作成した前記推定モデルによって前記機械情報の異常度合いを随時推定し、その推定値の時間変化と、加工形態に合わせて時間変化するように設定したしきい値とを比較することで異常の有無を判断する異常診断ステップと、を実行すると共に、
前記モデル作成ステップでは、
前記工作機械の動作が正常であったか否かを示す動作結果と前記機械情報とを紐付けたラベル済みデータを作成するラベル済みデータ作成ステップと、
前記ラベル済みデータより、前記動作結果に対応する特徴が含まれる箇所のみを抽出したマスタデータを作成するマスタデータ作成ステップと、
前記マスタデータより前記動作結果を推定するマスタモデルを作成もしくは、既存の学習済みのマスタモデルを採用するマスタモデル設定ステップと、
前記マスタモデルによって前記ラベル済みデータを推定し、推定結果より前記動作結果に対応する特徴が含まれる箇所を抽出することで追加教師データを作成する追加教師データ作成ステップと、
前記マスタデータと前記追加教師データとから前記動作結果を推定する再学習モデルを作成する再学習モデル作成ステップと、
前記再学習モデルの推定性能評価を前記マスタモデルによって行うモデル性能評価ステップと、
前記推定性能が前記マスタモデルより劣る場合は、前記マスタモデルを前記推定モデルとして採用する一方、前記推定性能が前記マスタモデルを上回る場合は、前記マスタモデルを再学習モデルによって更新し、前記追加教師データ作成ステップ及び前記再学習モデル作成ステップを繰り返す再学習実施判定ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械の異常診断方法。
In a machine tool having a rotary shaft for rotating a tool or a work and a feed shaft for relatively moving the tool and the work, the work is machined by the tool based on a programmed command. A method of diagnosing
a machine information acquisition step of acquiring at least one of operation information of the machine tool and output information of various sensors attached to the machine tool as machine information;
a recording step of recording the machine information;
a model creation step of creating an estimation model for estimating the degree of abnormality from the recorded mechanical information;
The degree of abnormality in the machine information is estimated at any time by the created estimation model, and the presence or absence of abnormality is determined by comparing the time change of the estimated value with a threshold set so as to change with time according to the machining mode. while executing an abnormality diagnosis step for determining,
In the model creation step,
a labeled data creation step of creating labeled data in which an operation result indicating whether or not the machine tool is operating normally and the machine information are linked;
a master data creation step of creating master data by extracting from the labeled data only portions containing features corresponding to the operation result;
a master model setting step of creating a master model for estimating the operation result from the master data or adopting an existing learned master model;
an additional training data creation step of estimating the labeled data using the master model and extracting from the estimation result a location containing a feature corresponding to the operation result to create additional training data;
a relearning model creation step of creating a relearning model for estimating the motion result from the master data and the additional teacher data;
a model performance evaluation step of performing an estimation performance evaluation of the relearning model using the master model;
If the estimated performance is inferior to the master model, the master model is adopted as the estimated model, and if the estimated performance exceeds the master model, the master model is updated with a re-learned model, and the additional teacher is used. a relearning execution determination step that repeats the data creation step and the relearning model creation step;
A method for diagnosing an abnormality in a machine tool, comprising:
前記再学習実施判定ステップ後に実行する前記追加教師データ作成ステップでは、推定結果に対して特徴が含まれる箇所を抽出する際の抽出用しきい値を再設定し、前記モデル性能評価ステップにおける評価結果に応じて前記抽出用しきい値の変更を行うことを特徴とする請求項に記載の工作機械の異常診断方法。 In the additional training data creation step executed after the re-learning execution determination step, an extraction threshold value for extracting a portion containing a feature in the estimation result is reset, and the evaluation result in the model performance evaluation step is set. 6. The machine tool abnormality diagnosis method according to claim 5 , wherein said extraction threshold value is changed in accordance with . コンピュータに、請求項5又は6に記載の工作機械の異常診断方法を実行させるための異常診断プログラム。 An abnormality diagnosis program for causing a computer to execute the machine tool abnormality diagnosis method according to claim 5 or 6 .
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