JP7221459B1 - Thermal displacement model learning device, thermal displacement estimation device, machining system, and machining method - Google Patents
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Abstract
熱変位モデル学習装置(2)は、工作機械の時系列の温度を表す温度データを少なくとも含む入力データと、工作機械の時系列の熱変位量を表す熱変位データとを時間で対応づけた学習用データを取得する学習用データ取得部(21)と、学習用データから学習用データの一部を抽出したデータセットを生成するデータセット生成部(22)と、データセットを用いて、工作機械の入力データから熱変位量を推定するための学習済の熱変位モデルを生成する学習部(23)と、を備え、データセット生成部(22)は、複数のデータセットの中の少なくとも2つのデータセットにおいて、互いに抽出した時間区間の時間長が異なるように、データセットを生成することを特徴とする。A thermal displacement model learning device (2) performs learning in which input data including at least temperature data representing the time-series temperature of the machine tool and thermal displacement data representing the time-series amount of thermal displacement of the machine tool are associated with each other by time. A learning data acquisition unit (21) that acquires data for learning, a data set generation unit (22) that generates a data set by extracting a part of the learning data from the learning data, and a machine tool using the data set a learning unit (23) for generating a learned thermal displacement model for estimating the amount of thermal displacement from the input data of the data set generation unit (22) for at least two of the plurality of data sets In the data set, the data set is generated such that the time lengths of the extracted time intervals are different from each other.
Description
本開示は、工作機械の熱変位を補正するための熱変位モデル学習装置、熱変位推定装置、加工システム、および加工方法に関する。 The present disclosure relates to a thermal displacement model learning device, a thermal displacement estimation device, a machining system, and a machining method for correcting thermal displacement of machine tools.
工作機械は送り軸を駆動して加工対象物と工具との相対位置を変化させることで、ワークと呼ばれる加工対象物を所望の形状に除去加工する加工装置である。フレイス盤、旋盤などに代表される工作機械は、工具または加工対象物を主軸に装着し、主軸を回転させた状態で加工を行う。工作機械は、送り軸および主軸を駆動させるためのアクチュエータと、アクチュエータを駆動させるための電力を発生させるサーボアンプなどを備える。アクチュエータを備える工作機械は、送り軸の位置を位置検出器によって測定し、実際の位置が指令した位置に一致するように制御することで位置決めを行う。 A machine tool is a processing device that removes and processes an object called a workpiece into a desired shape by driving a feed shaft to change the relative position between the object and the tool. Machine tools represented by milling machines, lathes, and the like mount a tool or an object to be machined on a spindle, and perform machining while rotating the spindle. A machine tool includes an actuator for driving a feed shaft and a spindle, and a servo amplifier for generating electric power for driving the actuator. A machine tool equipped with an actuator performs positioning by measuring the position of the feed shaft with a position detector and controlling the actual position to match the commanded position.
工作機械がワークを加工する際には、工作機械中で熱が発生する。例えば、アクチュエータおよびサーボアンプは、電力を動力に変換する際に熱が発生する。また、切削、研磨といった加工では、材料の変形、摩擦などに伴う熱が発生する。さらに送り軸を動作させた際に生じる摩擦も熱を発生させる。これらの熱がコラム、ベッドをはじめとする工作機械の構造物に伝達されると、工作機械の機械構造の温度が上昇して熱膨張が発生する。この熱膨張による構造物の変形は、熱変位と呼ばれる。また構造物の温度は均等に変化しない場合もあり、この場合、構造物中の位置によって異なる熱変位が生じることで構造物の倒れ、歪み、ねじれなど単純な伸縮以外の変位が生じることがある。このような熱変位は、工作機械の位置決め精度を低下させるため、工具とワークとの相対位置に誤差を生じさせ、加工精度が低下する場合があることが知られている。 When a machine tool processes a workpiece, heat is generated in the machine tool. For example, actuators and servo amplifiers generate heat when converting electric power into power. Further, in processing such as cutting and polishing, heat is generated due to material deformation, friction, and the like. Furthermore, the friction generated when the feed shaft is operated also generates heat. When this heat is transferred to the machine tool structure such as the column and bed, the temperature of the machine tool structure rises and thermal expansion occurs. The deformation of structures due to this thermal expansion is called thermal displacement. In some cases, the temperature of the structure does not change evenly, and in such cases, different thermal displacements occur depending on the position in the structure, which may cause displacement other than simple expansion and contraction such as collapse, distortion, and twisting of the structure. . It is known that such thermal displacement lowers the positioning accuracy of the machine tool, causing an error in the relative position between the tool and the workpiece, and lowering the machining accuracy.
特許文献1には、工作機械の加工中に取得された計測データと、熱変位量の実測値とを用いて、機械学習により、計測データから熱変位量を推定することを可能にする技術が開示されている。具体的には、特許文献1に開示された機械学習装置は、計測データ群を取得する計測データ取得部と、熱変位量の実測値を取得する熱変位量取得部と、計測データ群を入力データとし、熱変位量の実測値をラベルとして互いに関連づけて教師データとして記憶する記憶部と、教師データを用いて機械学習を行うことで、熱変位量を計測データ群に基づいて算出する熱変位量予測計算式を設定する計算式学習部と、を備える。記憶部は、計測データ群を教師データとして所定の期間記憶する。
しかしながら、上記従来の技術によれば、記憶部が教師データを記憶する期間が、工作機械で発生する熱変位に対して適正でない場合には、工作機械に発生する熱変位量の推定精度が低下する場合があるという問題があった。例えば、ある熱源による熱が熱変位を生じるまでの時間は、他の熱源との位置関係、周囲環境などが影響する。このため、記憶する期間が短すぎる場合、学習の際に、熱変位に影響する計測データが記憶された教師データに含まれておらず、熱変位量の推定精度が低下する場合がある。また、記憶する期間が長すぎる場合、学習の際に、当該データに含まれ、且つ、熱変位への寄与が少ない計測データを誤って学習することによって熱変位量の推定精度が低下する場合がある。 However, according to the conventional technique described above, if the period during which the storage unit stores the teacher data is not appropriate for the thermal displacement that occurs in the machine tool, the accuracy of estimating the amount of thermal displacement that occurs in the machine tool decreases. There was a problem that there is a case to do. For example, the time required for heat from a certain heat source to cause thermal displacement is affected by the positional relationship with other heat sources, the ambient environment, and the like. For this reason, if the storage period is too short, measurement data that affects thermal displacement may not be included in the stored teacher data during learning, and the accuracy of estimating the amount of thermal displacement may decrease. In addition, if the storage period is too long, the accuracy of estimating the amount of thermal displacement may decrease due to erroneous learning of measurement data that is included in the data and has a small contribution to thermal displacement during learning. be.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、熱変位量の推定精度を向上させることが可能な熱変位モデル学習装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a thermal displacement model learning device capable of improving the estimation accuracy of the amount of thermal displacement.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の熱変位モデル学習装置は、工作機械の時系列の温度を表す温度データを少なくとも含む入力データと、工作機械の時系列の熱変位量を表す熱変位データとを時間で対応づけた学習用データを取得する学習用データ取得部と、学習用データから学習用データの一部を抽出したデータセットを生成するデータセット生成部と、データセットを用いて、工作機械の入力データから熱変位量を推定するための学習済の熱変位モデルを生成する学習部と、を備え、データセット生成部は、複数のデータセットの中の少なくとも2つのデータセットにおいて、互いに抽出した時間区間の時間長が異なるように、データセットを生成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve an object, a thermal displacement model learning device of the present disclosure includes input data including at least temperature data representing time-series temperature of a machine tool, and time-series thermal displacement of the machine tool. A learning data acquisition unit that acquires learning data in which thermal displacement data representing a quantity is associated with time, a data set generation unit that generates a data set by extracting a part of the learning data from the learning data, a learning unit that uses the dataset to generate a trained thermal displacement model for estimating the amount of thermal displacement from the input data of the machine tool, the dataset generating unit generating at least The two data sets are characterized in that the time lengths of the extracted time intervals are different from each other.
本開示によれば、熱変位量の推定精度を向上させることが可能であるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to improve the estimation accuracy of the amount of thermal displacement.
以下に、本開示の実施の形態にかかる熱変位モデル学習装置、熱変位推定装置、加工システム、および加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。 A thermal displacement model learning device, a thermal displacement estimating device, a machining system, and a machining method according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる加工システム100-1の構成を示す図である。加工システム100-1は、工作機械1と、熱変位モデル学習装置2とを有する。工作機械1は、工具によって加工対象物を除去加工する加工装置である。熱変位モデル学習装置2は、工作機械1から取得する熱変位データ、温度データ、および機械状態データに基づいて、入力データから熱変位量を推定するための熱変位モデルを学習する。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a processing system 100-1 according to the first embodiment. A machining system 100 - 1 has a
図2は、実施の形態1にかかる工作機械1の機能構成を示す図である。工作機械1は、ワークWを加工する工具Tが設置され、工具TとワークWとの間の相対位置を変化させる送り軸11と、送り軸11を駆動するアクチュエータである送り軸モータ12と、工具TまたはワークWを回転させる主軸13と、主軸13を駆動するアクチュエータである主軸モータ14と、工作機械1を制御する制御装置15と、アクチュエータが駆動する際の発熱を抑制するための冷却機器である周辺機器16と、工作機械1の温度を測定するための温度センサTSと、工具TとワークWとの間の相対的な位置を測定する変位センサDSとを有する。
FIG. 2 is a diagram showing the functional configuration of the
変位センサDSは、工具TとワークWとの相対的な位置を検出することができるように工作機械1に設置される。変位センサDSは相対位置を測定し、測定した相対位置を熱変位データとして熱変位モデル学習装置2に出力する。変位センサDSは、少なくとも1軸方向の変位の検出が可能なセンサであればよく、例えば、三角測量方式のレーザセンサ、TOF(Time Of Flight)方式のレーザセンサを用いることができる。なお、直交する複数の変位センサを設置して複数軸方向の変位を検出する構成としてもよい。
A displacement sensor DS is installed in the
温度センサTSは、工作機械1に設置される。温度センサTSは、温度を検出し、検出した温度を温度データとして熱変位モデル学習装置2に出力する。図2では1つの温度センサTSが図示されているが、加工システム100-1は、複数の温度センサTSを備えることが望ましい。温度センサTSは、温度変化が大きいと推定される場所、熱変位に大きな影響を与えると推定される場所に設置することが望ましい。また、温度センサTSは、工作機械1が設置された空間の温度を測定することができるように、工作機械1の外部にも温度センサTSを設置することが望ましい。
A temperature sensor TS is installed in the
図3は、実施の形態1にかかる工作機械1において温度センサTSの設置位置の一例を示す図である。図3に示す工作機械1は、フライス盤型の加工装置であり、ベッド17にY軸の送り軸モータ12、テーブルTAが設置されており、テーブルTA上にワークWが載置される。また、工作機械1は、コラム18上にX軸およびZ軸の送り軸モータ12と、主軸13と、主軸モータ14とが設置される。図3の黒丸は、温度センサTSの設置位置の一例を示している。上述の通り、温度センサTSの設置場所は、温度変化が大きいと推定される場所、および熱変位に大きな影響を与えると推定される場所がよい。温度変化が大きいと推定される場所の一例としては、X,Y,Z軸を駆動させるための送り軸モータ12、主軸13を回転させる主軸モータ14などの駆動機構が挙げられる。熱変位に大きな影響を与えると推定される場所の一例としては、ベッド17、コラム18、送りねじ19といった工作機械1の構造物が挙げられる。温度センサTSは、構造物の頂点、複数の頂点の間にある点、内側などに設置するのがよい。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the installation position of the temperature sensor TS in the
図2の説明に戻る。周辺機器16は、冷却機器であり、工作機械1を冷却して熱変位を防止するために設置される。周辺機器16は、工作機械1の構造体、ワークWおよび工具Tと、工作機械1の外部にある外気との間で、熱交換を行う。例えば、周辺機器16は、ワークWを冷却するための切削油を射出するクーラント装置、工作機械1に設置された熱交換パイプを冷却する冷媒を循環させるポンプなどが含まれる。周辺機器16は、制御装置15に周辺機器16の動作情報を出力する。
Returning to the description of FIG. The peripheral device 16 is a cooling device, and is installed to cool the
周辺機器16の動作情報は、周辺機器16の動作の有無を示す稼働状態を少なくとも含む。周辺機器16の動作情報は、稼働状態に加えて、消費電力、周辺機器16の動力などを含んでもよい。ここで、周辺機器16の動作情報に含まれる稼働状態は、数値で表すことができる。例えば、稼働状態が「1」は、「周辺機器16が動作している状態」を表し、稼働状態が「0」は「周辺機器16が停止している状態」を表す。 The operation information of the peripheral device 16 includes at least an operating state indicating whether or not the peripheral device 16 is operating. The operation information of the peripheral device 16 may include power consumption, power of the peripheral device 16, etc. in addition to the operating state. Here, the operating state included in the operation information of the peripheral device 16 can be expressed numerically. For example, an operating state of "1" represents "a state in which the peripheral device 16 is operating", and an operating state of "0" represents "a state in which the peripheral device 16 is stopped".
加工プログラムは、工作機械1の送り軸11、主軸13および周辺機器16が所望の動作をするために、制御装置15に与えられる一連の命令文である。具体的には、加工プログラムは、送り軸11の位置指令、送り軸11の速度指令、主軸13の回転速度指令、周辺機器16の稼働および停止指令などを表す情報を含むことができる。
A machining program is a series of commands given to the control device 15 so that the feed shaft 11, the
制御装置15は、加工プログラムを読み込み、加工プログラムに記述された指令を解析する。また制御装置15は、送り軸11に所望の動作をさせるため送り軸11に対する指令位置および指令速度を生成し、送り軸モータ12に対して操作量を与える。また制御装置15は、主軸13に所望の動作をさせるため主軸13に対する指令速度を生成し、主軸モータ14に対して操作量を与える。
The control device 15 reads the machining program and analyzes commands written in the machining program. The control device 15 also generates a command position and a command speed for the feed shaft 11 to cause the feed shaft 11 to operate as desired, and gives an operation amount to the
さらに制御装置15は、工作機械1の運転状態を表す機械状態データを熱変位モデル学習装置2に出力する。機械状態データは、工作機械1の運転状態を表すデータであり、例えば、工作機械1の温度を調整する周辺機器16の稼働状態と、工作機械1に備わるアクチュエータの動作状態とを示す。具体的には、機械状態データは、送り軸11に対する指令位置、送り軸11に対する指令速度、主軸13に対する指令速度、および、周辺機器16の動作情報のうち1種類以上の情報を少なくとも含む。
Furthermore, the control device 15 outputs machine state data representing the operating state of the
また、制御装置15は、工作機械1に位置検出器が設置される場合には、位置検出器で検出される実位置と指令位置、または、実速度と指令速度の差分が0となるようにフィードバック制御を行ってもよい。この場合、機械状態データは、送り軸11の実位置、送り軸11の実速度、および、主軸13の実速度のうち1種類以上の情報を含むことができる。
Further, when a position detector is installed in the
ここで、工作機械1の内外に発生する熱と、熱の授受について説明する。制御装置15が送り軸モータ12、および主軸モータ14を駆動させる際に与える電気的なエネルギーの一部が損失熱となる。さらに、送り軸11や主軸13の動作時には機械的な摩擦により損失熱が生じる。これらの損失熱は工作機械1の構造物の温度を上昇させる作用を有するが、同時に周辺機器16によって冷却もされる。さらに、工具TとワークWとの間で加工がなされるとき加工熱が発生する。さらに、工作機械1の本体と周囲環境との間の温度差が存在すると、その温度差に応じて工作機械1の構造物の温度は経時的に変化する。上記で述べた工作機械1の内外で発生する発熱と放熱と強制冷却とが構造物の温度変化をもたらし、構造物に熱膨張と熱ひずみを生む。このような構造物の熱的な変化が結果として工具TとワークWとの間の加工誤差となる。本開示では、工作機械1の熱的な変化によって生じる工具TとワークWとの間の加工誤差を熱変位と呼ぶ。
Here, the heat generated inside and outside the
次に工作機械の運転状態について説明する。図4は、工作機械1の運転状態の変化の一例の説明図である。図4には、工作機械1が、電源を投入し、加工プログラムに従い運転を行い、電源が遮断されるまでの運転状態の変化を表している。
Next, the operating state of the machine tool will be explained. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of changes in the operating state of the
図4には、工作機械1の構成要素である主軸13、送り軸11、および周辺機器16、のそれぞれの稼動状態と加工プログラム実行状態との時間に伴う推移の例が示される。図4の横軸は時間を表し、t0からt9は時刻を表す。時刻t0から時刻t9までの詳細については後述する。加工プログラム実行状態は、工作機械1がプログラム運転を行っているか停止しているかを示している。プログラム運転とは、加工プログラムに記載された指令に従い、工作機械1が動作することである。工作機械1はある加工をするためのプログラム運転を行い、プログラム運転が終了すると、作業者によってワークWの取り換えなどの作業が行われる。その後、次の加工のためのプログラム運転を行うといったような流れで作業が行われる。
FIG. 4 shows an example of transition over time between the operating states and machining program execution states of the
図4に示した例では、時刻t0に工作機械1の電源が投入され、時刻t9に工作機械1の電源が遮断される。時刻t0から時刻t1の間は、加工プログラムによる運転が開始されるまでの待機状態を表す。また、時刻t8から時刻t9の間は、加工プログラムによる運転が終了してから工作機械1の電源が遮断されるまでを表す。
In the example shown in FIG. 4, the
また、加工プログラム実行状態が示すように、時刻t1から時刻t5の間は加工プログラム#1によるプログラム運転が行われ、時刻t6から時刻t8の間は加工プログラム#2によるプログラム運転が行われる。これらの加工プログラムを実行すると、主軸13の回転速度である主軸速度と、送り軸11の速度である送り速度と、周辺機器16の稼働状態とが時間と共に変化する。
Further, as indicated by the machining program execution state, the program operation is performed according to the
図4の「主軸速度」は、主軸13の回転速度を示している。ここで図4では、1分あたり1000回転で主軸13が回転している状態を「S1000」のように示す。図4の主軸速度が示すように、主軸モータ14は時刻t1から時刻t4の間は1分あたり1000回転の回転速度で、時刻t4から時刻t5の間は1分あたり3000回転の回転速度で、時刻t6から時刻t8の間は1分あたり3000回転の回転速度でそれぞれ回転する。主軸13が回転すると、主軸モータ14や主軸13の構造から熱が発生する。主軸速度が高速であるほど主軸13の発熱量は大きくなる。主軸速度は加工プログラムの命令に応じて変化するため、主軸13の発熱量も加工プログラムに応じて変化する。
“Main shaft speed” in FIG. 4 indicates the rotational speed of the
図4の「送り速度」は、送り軸11の移動速度を示している。ここで、図4では、1分あたり100mm送り軸11が動作する状態を、「F100」のように表す。図4の送り速度が示すように送り軸モータ12は時刻t1から時刻t3の間は1分あたり100mm送り軸11を動作させる回転速度で、時刻t3から時刻t5の間は1分あたり300mm送り軸11を動作させる回転速度で、時刻t6から時刻t8の間は300mm送り軸11を動作させる回転速度でそれぞれ回転する。送り軸11が動作すると、送り軸モータ12や送り軸11の構造から熱が発生する。送り速度が高速であるほど発熱量は大きくなる。送り速度は加工プログラムの命令に応じて変化するため、送り軸11の発熱量も加工プログラムに応じて変化する。
“Feeding speed” in FIG. 4 indicates the moving speed of the feed shaft 11 . Here, in FIG. 4, the state in which the feed shaft 11 moves 100 mm per minute is expressed as "F100". As shown by the feed speed in FIG. 4, the
図4の「周辺機器の稼働状態」は、工作機械1を冷却するための周辺機器16が稼働中であるか停止中であるかを表す。周辺機器16は、加工中に常時稼働しているわけではなく、加工プログラムに記載された命令に従って稼働したり停止したりする。図4の周辺機器の稼働状態の例では、時刻t2から時刻t5の間は周辺機器16が稼働し、時刻t5から時刻t7の間は周辺機器16が停止し、時刻t7から時刻t8の間は周辺機器16が稼働する。周辺機器16が稼働すると、工作機械1から工作機械1の外部環境へ熱を移動し、工作機械1は冷却される。周辺機器16の稼働状態は加工プログラムの命令に応じて変化するため、周辺機器16による冷却の状態も加工プログラムに応じて変化する。
"Operating state of peripheral device" in FIG. 4 indicates whether the peripheral device 16 for cooling the
図4を用いて説明したように、送り軸11と主軸13で発生する熱と周辺機器16による冷却の状態は一定とならないため、工作機械1の熱変位量も加工プログラムに応じて経時的に変化する。
As described with reference to FIG. 4, the heat generated by the feed shaft 11 and the
また、時刻t5と時刻t6との間のように、加工プログラムによる運転が実施されない時間も存在する。時刻t5と時刻t6との間は例えば、作業者がワークWの着脱を行っていたり、工作機械1の機内の清掃を実施していたりと、段取り作業により工作機械1が停止していることがある。このように工作機械1が停止している場合は、主軸13と送り軸11と周辺機器16の動作状況がプログラム運転中とは異なるため、発生する熱変位量もプログラム運転中とは異なる傾向を示す。
In addition, there is a period of time, such as between time t5 and time t6, during which the operation according to the machining program is not performed. Between time t5 and time t6, for example, the
以上説明したように、送り軸11および主軸13の速度や、周辺機器16の稼働状態は熱変位の発生に影響を与える。本実施の形態では、時刻t0から時刻t1の区間、時刻t1から時刻t2の区間、のように工作機械1の動作状態が異なる各区間を運転動作単位と定義する。運転動作単位の時間長は、加工プログラムに記載された命令のタイミングにより変化するため可変長となる。
As described above, the speed of the feed shaft 11 and the
なお、図4では工作機械1が2種類の異なる加工プログラムを運転する例を示したが、少なくとも1回以上加工プログラムを実行すればよく、加工プログラムの種類や実行回数はこの例の限りではない。
Although FIG. 4 shows an example in which the
さらに、工作機械1は電源を遮断した後に再び電源を投入して加工プログラムを運転してもよい。この場合は、電源を遮断してから再び投入するまでの時間区間を1つの運転動作単位と定義する。
Further, the
続いて、熱変位モデル学習装置2の機能構成について説明する。図5は、実施の形態1にかかる熱変位モデル学習装置2の機能構成を示す図である。熱変位モデル学習装置2は、工作機械1が運転中に出力するデータを用いて、少なくとも温度データを含む入力データから熱変位量を推定するための熱変位モデルを学習する。
Next, the functional configuration of the thermal displacement
熱変位モデル学習装置2は、学習用データ取得部21と、データセット生成部22と、学習部23と、モデル記憶部24とを有する。
The thermal displacement
学習用データ取得部21は、工作機械1が出力する熱変位データ、温度データ、機械状態データを取得し、取得したデータを時間的に同期させた学習用データを生成する。ここで、温度データおよび機械状態データは、入力データに含まれる情報の一例である。入力データは、少なくとも温度データを含む。学習用データは、熱変位データ、温度データおよび機械状態データが一定の時間周期で並んだ時系列データである。ここで、一定の時間周期とは学習用データ取得部21に予め設定されているサンプリング周期を表す。学習用データ取得部21は、少なくとも1区間以上の運転動作単位分の時間区間のデータを工作機械1から受け取り、学習用データを生成する。学習用データ取得部21は、生成した学習用データをデータセット生成部22に出力する。
The learning data acquisition unit 21 acquires thermal displacement data, temperature data, and machine state data output by the
データセット生成部22は、工作機械1の運転状態に基づいて特定の時刻を検出し、検出した時刻を基準として、学習用データから、熱変位データと、温度データと、機械状態データとを抽出し、抽出したデータを1組のデータセットとしてまとめ、複数組のデータセットを学習部23へ出力する。以下では、データセット生成部22が検出する特定の時刻を抽出基準時刻と称する。抽出基準時刻について、図4を用いて説明する。データセット生成部22は、時刻t1~t8の各時刻を、工作機械1の運転状態が変化した時刻として検出する。なお、図4では、主軸速度と、送り速度と、周辺機器16の稼働状態の変化と、加工プログラムの開始および終了とのうちいずれかが変化した時刻を抽出基準時刻としているが、抽出基準時刻はこれらの例に限定されない。例えば、サブプログラムの呼び出しおよび終了のタイミング、工具Tを交換したタイミングなども工作機械1の運転状態の変化とみなすことができる。また、加工プログラムに予め運転状態の変化タイミングが指示されている場合、データセット生成部22がこの情報を読み取る構成としてもよい。なお、データセット生成部22は、2つの抽出基準時刻を時間的に内挿して新たな抽出基準時刻を追加設定してもよい。
The data set generation unit 22 detects a specific time based on the operating state of the
データセット生成部22は、抽出基準時刻を基準として、学習用データから学習用データの一部を抽出してデータセットを生成する。 The data set generation unit 22 generates a data set by extracting part of the learning data from the learning data based on the extraction reference time.
図6は、データセットの生成方法の第1の例の説明図である。図6を用いて、データセット生成部22が学習用データからデータセットを生成する方法の第1の例について説明する。図6は、抽出基準時刻t1がデータ抽出の初期基準時刻である場合に、学習用データから抽出されたデータセット#a1~#anを示している。入力データ#a1~#anは、抽出基準時刻t1を初期時刻とした温度データおよび機械状態データである。i番目の入力データを入力データ#aiとすると、入力データ#aiの時間区間は、入力データ#ai-1の時間区間の終端から予め定められた時間延長幅T1だけ時間的に後方に延長されている。入力データ#a2の時間長は、入力データ#a1の時間長よりも時間延長幅T1だけ長い。また、入力データ#a3の時間長は、入力データ#a2の時間長よりも時間延長幅T1だけ長い。つまり、入力データ#a1の時間幅をTとした場合、入力データ#aiの時間幅は、「T+(i-1)T1」となる。入力データ#a1~#anは、抽出基準時刻t1を始端とするそれぞれの時間幅「T+(i-1)T1」の時間区間のデータとなる。教師データ#a1~#anは、入力データ#a1~#anのそれぞれの終端時刻における熱変位データである。データセット生成部22は、図6に示すように、1つの抽出基準時刻t1から複数組のデータセット#a1~#anを生成する。以上の処理により、データセット生成部22は、1つの抽出基準時刻t1から生成される複数のデータセット#a1~#anのそれぞれの抽出した時間区間の時間長が異なるようにデータセットを生成することができる。データセット生成部22は、上記の処理を、学習データに含まれる複数の抽出基準時刻のそれぞれについて行う。なお、データセット#anのように、終端時刻は、抽出基準時刻t1の次の抽出基準時刻であるt2を超えてもよい。 FIG. 6 is an explanatory diagram of a first example of a data set generation method. A first example of a method for the data set generation unit 22 to generate a data set from learning data will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows data sets #a1 to #an extracted from the learning data when the extraction reference time t1 is the initial reference time for data extraction. The input data #a1 to #an are temperature data and machine condition data with the extraction reference time t1 as the initial time. Assuming that the i-th input data is input data #ai, the time interval of input data #ai is temporally extended backward by a predetermined time extension width T1 from the end of the time interval of input data #ai−1. ing. The time length of the input data #a2 is longer than the time length of the input data #a1 by the time extension width T1. Also, the time length of the input data #a3 is longer than the time length of the input data #a2 by the time extension width T1. That is, when the time width of the input data #a1 is T, the time width of the input data #ai is "T+(i-1)T1". The input data #a1 to #an are the data of the time interval "T+(i−1)T1" starting from the extraction reference time t1. The teacher data #a1 to #an are thermal displacement data at the end times of the input data #a1 to #an, respectively. The data set generator 22 generates a plurality of data sets #a1 to #an from one extraction reference time t1, as shown in FIG. Through the above processing, the dataset generation unit 22 generates datasets such that the time lengths of the extracted time intervals of the plurality of datasets #a1 to #an generated from one extraction reference time t1 are different. be able to. The data set generation unit 22 performs the above process for each of the plurality of extraction reference times included in the learning data. Note that, like data set #an, the end time may exceed t2, which is the next extraction reference time after extraction reference time t1.
図7は、データセットの生成方法の第2の例の説明図である。図7を用いて、データセット生成部22が学習用データからデータセットを生成する方法の第2の例について説明する。図7は、抽出基準時刻t2がデータ抽出の終端基準時刻である場合に、学習用データから抽出されたデータセット#b1~#bnを示している。入力データ#b1~#bnは、抽出基準時刻t2を終端時刻とした温度データおよび機械状態データである。i番目の入力データを入力データ#biとすると、入力データ#biの時間区間は、入力データ#bi-1の時間区間の始端から予め定められた時間延長幅T1だけ時間的に後方に延長されている。第1の例と同様に、入力データ#biの時間幅は、入力データ#b1の時間幅をTとした場合、「T+(i-1)T1」となる。入力データ#b1~#bnは、抽出基準時刻t2を終端とするそれぞれの時間幅「T+(i-1)T1」の時間区間のデータとなる。教師データ#b1~#bnは、入力データ#b1~#bnのそれぞれの終端時刻における熱変位データである。データセット生成部22は、図7に示すように、1つの抽出基準時刻t2から複数組のデータセット#b1~#bnを生成する。以上の処理により、データセット生成部22は、1つの抽出基準時刻t2から生成される複数のデータセット#b1~#bnのそれぞれの抽出した時間区間の時間長が異なるようにデータセットを生成することができる。データセット生成部22は、上記の処理を、学習データに含まれる複数の抽出基準時刻のそれぞれについて行う。なお、データセット#bnのように、初期時刻は、抽出基準時刻t2の前の抽出基準時刻であるt1よりも過去の時刻まで遡ってもよい。 FIG. 7 is an explanatory diagram of a second example of the data set generation method. A second example of a method of generating a dataset from learning data by the dataset generator 22 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows data sets #b1 to #bn extracted from the learning data when the extraction reference time t2 is the end reference time for data extraction. The input data #b1 to #bn are temperature data and machine condition data with the extraction reference time t2 as the end time. Assuming that the i-th input data is input data #bi, the time interval of input data #bi is temporally extended backward by a predetermined time extension width T1 from the beginning of the time interval of input data #bi-1. ing. As in the first example, the time width of the input data #bi is "T+(i-1)T1", where T is the time width of the input data #b1. The input data #b1 to #bn are data of a time interval of each time width "T+(i-1)T1" ending at the extraction reference time t2. The teacher data #b1 to #bn are thermal displacement data at the end times of the input data #b1 to #bn, respectively. The data set generator 22 generates a plurality of data sets #b1 to #bn from one extraction reference time t2, as shown in FIG. Through the above processing, the dataset generation unit 22 generates datasets such that the time lengths of the extracted time intervals of the plurality of datasets #b1 to #bn generated from one extraction reference time t2 are different. be able to. The data set generation unit 22 performs the above process for each of the plurality of extraction reference times included in the learning data. Note that the initial time may be earlier than t1, which is the extraction reference time before the extraction reference time t2, as in the data set #bn.
図8は、データセットの生成方法の第3の例の説明図である。第3の例において、データセット生成部22は、全てのデータセットに含まれるデータの集合が取得データの全体を均一に含むようにデータセットを生成する。具体的には、データセット生成部22は、抽出基準時刻t1から、抽出基準時刻t1の次の抽出基準時刻t2までの間をn個で等間隔に分割することでデータセットを生成する。nは自然数である。図8は、抽出基準時刻t1がデータ抽出の初期基準時刻である場合に、終端の抽出基準時刻t2との間の学習用データから抽出されたデータセット#c1~#cnを示している。入力データ#c1は、抽出基準時刻t1を初期時刻とし、時刻t1+(t2-t1)/nを終端時刻とする温度データおよび機械状態データである。また、入力データ#c2は、時刻t1+(t2-t1)/nを初期時刻とし、時刻t1+2×(t2-t1)/nを終端時刻とする温度データおよび機械状態データである。入力データ#ciは、初期時刻を時刻t1+(i-1)×(t2-t1)/nとし、終端時刻を時刻t1+i×(t2-t1)/nとする温度データおよび機械状態データである。教師データ#c1~#cnは、入力データ#c1~#cnのそれぞれの終端時刻における熱変位データである。以上の処理によりデータセット生成部22は、抽出基準時刻t1から時刻t2の間が重複なく均一に入力データに含まれるようにデータセットを生成することができる。データセット生成部22は、上記の処理を学習データに含まれる複数の抽出基準時刻のそれぞれに対して実行する。なお、第3の例では、抽出基準時刻t1からt2の間で生成されるデータセット#c1~#cnについては、抽出した時間区間の時間長は均一となる。しかしながら、図4に示したように、隣り合う抽出基準時刻間の時間長は均一ではなく、データセット生成部22がデータセットを生成するときに抽出する時間区間の時間長は、隣り合う2つの抽出基準時刻の間の時間長に依存して定まる。このため、全ての抽出基準時刻のそれぞれに対して上記の処理を行うことで、全体としては、抽出した時間区間の時間長が異なる複数のデータセットが生成されることになる。 FIG. 8 is an explanatory diagram of a third example of the data set generation method. In a third example, the dataset generation unit 22 generates datasets so that the set of data included in all datasets uniformly includes the entire acquired data. Specifically, the data set generation unit 22 generates a data set by dividing the period from the extraction reference time t1 to the extraction reference time t2 next to the extraction reference time t1 into n equal intervals. n is a natural number. FIG. 8 shows data sets #c1 to #cn extracted from the learning data between the end extraction reference time t2 when the extraction reference time t1 is the initial reference time for data extraction. The input data #c1 is temperature data and machine condition data with the extraction reference time t1 as the initial time and the time t1+(t2-t1)/n as the final time. Input data #c2 is temperature data and machine condition data whose initial time is t1+(t2-t1)/n and whose final time is t1+2×(t2-t1)/n. Input data #ci is temperature data and machine condition data whose initial time is time t1+(i-1)*(t2-t1)/n and whose end time is time t1+i*(t2-t1)/n. The teacher data #c1 to #cn are thermal displacement data at the end times of the input data #c1 to #cn, respectively. Through the above processing, the dataset generation unit 22 can generate a dataset so that the input data uniformly includes the period from the extraction reference time t1 to the time t2 without duplication. The data set generation unit 22 executes the above process for each of the plurality of extraction reference times included in the learning data. Note that, in the third example, the time lengths of the extracted time intervals are uniform for the data sets #c1 to #cn generated between the extraction reference times t1 and t2. However, as shown in FIG. 4, the time lengths between adjacent extraction reference times are not uniform, and the time lengths of the time intervals extracted when the data set generation unit 22 generates data sets are equal to two adjacent time intervals. It is determined depending on the length of time between extraction reference times. Therefore, by performing the above processing for each of all extraction reference times, a plurality of data sets with different time lengths of the extracted time intervals are generated as a whole.
上記のデータセットの生成方法の第1の例~第3の例では、教師データ#a1~#an,#b1~#bn,#c1~#cnは、入力データ#a1~#an,#b1~#bn,#c1~#cnの終端時刻に対応する1時刻の熱変位データであることとしたが、教師データの時間長は1時刻に限定されず、時系列データであってもよい。例えば、教師データ#a1~#an,#b1~#bn,#c1~#cnは、入力データ#a1~#an,#b1~#bn,#c1~#cnと同じ時間長を有する時系列データであってもよい。 In the first to third examples of the above data set generation method, teacher data #a1 to #an, #b1 to #bn, #c1 to #cn are input data #a1 to #an, #b1 Although the thermal displacement data for one hour corresponding to the end times of ~#bn and #c1 to #cn are used, the time length of the teacher data is not limited to one hour, and may be time-series data. For example, teacher data #a1-#an, #b1-#bn, #c1-#cn are time series having the same time length as input data #a1-#an, #b1-#bn, #c1-#cn. It may be data.
なお、上記のデータセットの生成方法の第1の例では、入力データ#a1に相当する時間区間#a1は入力データ#a1から入力データ#anまでn回選択されて入力データとして採用されている。これに対して、延長区間#a2が入力データとして採用された回数は(n-1)回となり、延長区間#anが入力データとして採用された回数は1回のみとなる。同様に、第2の例では、入力データ#b1に相当する時間区間#b1は入力データ#b1から入力データ#bnまでn回選択されて入力データとして採用されている。これに対して、延長区間#b2が入力データとして採用された回数は(n-1)回となり、延長区間#bnが入力データとして採用された回数は1回のみとなる。すなわち、ひとつの抽出基準時刻を時間的な基準として生成した複数の入力データには、抽出回数が多い区間と少ない区間が存在する。データセット生成部22は、各抽出基準時刻からデータセットを生成する際に、学習用データの全体に渡って各時間区間および延長区間の抽出回数を均一化する。具体的には、各抽出基準時刻を基準として生成したすべてのデータセットの組を組み合わせたときに、時間区間の抽出回数のばらつきが許容値以上の場合に、データセット生成部22はヒストグラム均等化処理を実行する。ここで、ヒストグラム均等化処理は公知のアルゴリズムを採用することができる。このような処理により、データセット生成部22は、データ抽出回数の偏りを学習用データ全体に渡って均一化することができる。これにより、データセット生成部22が生成するデータセットの組全体は、学習用データのうち特定の区間だけ抽出されることはなく、学習用データに含まれる運転状態を均一に反映した複数のデータセットを生成できる。なお、ここでは入力データに着目した抽出回数の均一化について説明したが、教師データに着目して抽出回数を均一化してもよい。 In the first example of the above data set generation method, time interval #a1 corresponding to input data #a1 is selected n times from input data #a1 to input data #an and adopted as input data. . On the other hand, the number of times the extension section #a2 is used as input data is (n-1) times, and the number of times the extension section #an is used as input data is only one time. Similarly, in the second example, time interval #b1 corresponding to input data #b1 is selected n times from input data #b1 to input data #bn and used as input data. On the other hand, the number of times that the extended section #b2 is used as input data is (n-1) times, and the number of times that the extended section #bn is used as input data is only one time. In other words, a plurality of pieces of input data generated using one extraction reference time as a temporal reference includes sections with a large number of extractions and sections with a small number of extractions. When generating a data set from each extraction reference time, the data set generation unit 22 equalizes the number of extractions of each time interval and extension interval over the entire learning data. Specifically, when all sets of data sets generated based on each extraction reference time are combined, if the variation in the number of extractions in the time interval is greater than or equal to the allowable value, the data set generation unit 22 performs histogram equalization. Execute the process. Here, the histogram equalization process can adopt a known algorithm. Through such processing, the data set generation unit 22 can equalize the bias in the number of data extractions over the entire learning data. As a result, the entire set of data sets generated by the data set generation unit 22 does not extract only a specific section from the learning data, and a plurality of data that uniformly reflects the driving state included in the learning data. set can be generated. Note that although the equalization of the number of extractions focused on the input data has been described here, the number of extractions may be equalized by focusing on the teacher data.
以上説明したように、上記のデータセットの生成方法の第1の例~第3の例では、工作機械1の運転状態が変化した抽出基準時刻に基づいて、抽出した時間区間の時間長が異なる複数のデータセットを生成することができる。また、第3の例では、全てのデータセットに含まれるデータの集合が取得データの全体を均一に含むようにデータセットを生成する。これにより、以下で説明する学習部23が熱変位モデルの学習を行う際に、学習用データの全体を均一に学習の対象とすることができ、一部のデータにのみモデルが一致する過学習を抑制し、熱変位モデルの汎化性能を向上させるという効果をさらに奏する。
As described above, in the first to third examples of the data set generation method, the time length of the extracted time interval differs based on the extraction reference time at which the operating state of the
また、上記のデータセットの生成方法の第3の例では、隣り合う2つの抽出基準時刻の間をn個で等間隔に分割する例を挙げたが、隣り合う2つの抽出基準時刻の間を一定ではない時間長で入力データの重複がないように分割しても、第3の例と同様の効果がある。 In addition, in the third example of the above-described data set generation method, an example was given in which the interval between two adjacent extraction reference times was divided into n equal intervals. The same effect as in the third example can be obtained by dividing the input data so that there is no duplication of input data with a time length that is not constant.
続いて学習部23について説明する。図9は、熱変位モデルの学習方法の説明図である。学習部23は、データセット生成部22が生成したデータセットに含まれる入力データおよび教師データを用いて、入力データから熱変位量を推定するための熱変位モデルを学習する機能を有する。学習部23は、データセットに含まれる入力データを時系列に入力すると、熱変位量を時系列に出力する熱変位モデルを内部に有する。学習部23は、熱変位モデルの出力である熱変位量の推定値と、データセットに含まれる教師データとの差が最小化するように、熱変位モデルの内部パラメータを最適化する。これにより、学習部23は入力データから熱変位量を推定可能な熱変位モデルの同定を行い、学習済の熱変位モデルとして出力する。 Next, the learning unit 23 will be explained. FIG. 9 is an explanatory diagram of the learning method of the thermal displacement model. The learning unit 23 has a function of learning a thermal displacement model for estimating the amount of thermal displacement from the input data using the input data and teacher data included in the dataset generated by the dataset generating unit 22 . The learning unit 23 internally has a thermal displacement model that outputs the amount of thermal displacement in time series when the input data included in the data set is input in time series. The learning unit 23 optimizes the internal parameters of the thermal displacement model so that the difference between the estimated value of the thermal displacement amount, which is the output of the thermal displacement model, and the teacher data included in the data set is minimized. As a result, the learning unit 23 identifies a thermal displacement model capable of estimating the amount of thermal displacement from the input data, and outputs it as a learned thermal displacement model.
熱変位モデル学習装置2において、データセット生成部22が出力するデータセットは可変長であるという特徴がある。つまり、データセット生成部22が出力する複数のデータセットの中の少なくとも2つのデータセットにおいて、互いに抽出した時間区間の時間長は異なる。したがって、学習部23は、可変長の入力データに対応する熱変位モデルを使用する。学習部23は、例えば、ニューラルネットワークに従って、いわゆる教師あり学習により、熱変位量を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果とのデータの組である学習用データを学習装置に与えることで、学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。ここでは、学習部23は、RNN(Recurrent Neural Network:リカレントニューラルネットワーク)を用いて熱変位モデルを学習する例について説明する。
The thermal displacement
RNNは、中間層の出力が再帰的にその結果を出力した層に入力される構造を持つニューラルネットワークである。学習部23は、例えば、図10に示す構造のニューラルネットワークを用いることができる。図10は、ニューラルネットワークの説明図である。図10に示すニューラルネットワークは、入力層がx1からxnまでのn個の入力から成り、中間層がh1からhmまでのm個のノードから成り、出力層がy1の1出力から成るRNNである。ここで、図10の上部の図は時刻t-1のニューラルネットワークの状態を示しており、図10の下部の図は時刻tのニューラルネットワークの状態を示している。時刻tの中間層は、時刻tの入力層の入力から算出した値に、さらに、時刻t-1の中間層から入力された値から算出した項との重み付け和を出力層へ出力する。ここで、時刻tにおける入力層x1からxnまでを束ねたベクトルをxt、時刻tにおける中間層h1からhmを束ねたベクトルをhtとすると、htは、以下の数式(1)で表すことができる。なお、数式(1)において、ベクトルxtの次元をn、ベクトルhtの次元をmとすると、Wは、n×m次元の線形変換行列となる。また、Rは、M×M次元の線形変換行列を示し、bはバイアスベクトルを示し、gは活性化関数を示す。A RNN is a neural network having a structure in which the output of an intermediate layer is recursively input to the layer that output the result. The learning unit 23 can use, for example, a neural network having the structure shown in FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram of a neural network. The neural network shown in FIG. 10 is an RNN whose input layer consists of n inputs from x1 to xn, whose hidden layer consists of m nodes from h1 to hm, and whose output layer consists of one output of y1. . Here, the upper diagram in FIG. 10 shows the state of the neural network at time t−1, and the lower diagram in FIG. 10 shows the state of the neural network at time t. The hidden layer at time t outputs to the output layer the weighted sum of the value calculated from the input to the input layer at time t and the term calculated from the value input from the hidden layer at time t−1. Here, let xt be the vector that bundles the input layers x1 to xn at time t, and ht be the vector that bundles the intermediate layers h1 to hm at time t. be able to. In equation (1), if the dimension of vector xt is n and the dimension of vector ht is m, W is an n×m-dimensional linear transformation matrix. Also, R denotes an M×M-dimensional linear transformation matrix, b denotes a bias vector, and g denotes an activation function.
ht=g(Wxt+Rht-1+b) ・・・(1) ht =g( Wxt +Rht -1 +b) (1)
学習部23は、通時的誤差逆伝搬法を用いて、出力である熱変位量が熱変位データと一致するようにニューラルネットワークの重み付けを調整する。 The learning unit 23 uses the diachronic error backpropagation method to adjust the weighting of the neural network so that the amount of thermal displacement, which is the output, matches the thermal displacement data.
なお、図10では入力層がn次元、中間層がm次元、出力層が1次元で構成されるニューラルネットワークの例を示したが、各層の次元はこの例に限らず任意の次元をとることができる。また、図10では中間層が1層であるニューラルネットワークの例を示したが、中間層の数は複数であってもよい。 Although FIG. 10 shows an example of a neural network composed of an n-dimensional input layer, an m-dimensional intermediate layer, and a one-dimensional output layer, the dimensions of each layer are not limited to this example and can be any dimension. can be done. Also, although FIG. 10 shows an example of a neural network having one intermediate layer, the number of intermediate layers may be plural.
なお、学習部23は、熱変位モデルの汎化性能を向上させるために、学習の際にニューロンをランダムに除外する「dropout」、誤差を監視して学習を早く打ち切る「early stopping」といった手法を用いてもよい。 In addition, in order to improve the generalization performance of the thermal displacement model, the learning unit 23 employs methods such as “dropout”, which randomly excludes neurons during learning, and “early stopping”, which monitors errors and terminates learning early. may be used.
なお、上記ではRNNの中でもelman netを用いた例を説明したが、他の公知のRNNであるLSTM(Long Short Term Memory)またはGRU(Gated Recurrent Unit)を用いて熱変位モデルを構築して学習を行ってもよい。さらに別の方法として、学習部23は、自己回帰モデルを用いた回帰分析によって、学習を行ってもよい。 In the above, an example using Elman net among RNNs was explained, but other known RNNs such as LSTM (Long Short Term Memory) or GRU (Gated Recurrent Unit) are used to build and learn a thermal displacement model. may be performed. As another method, the learning unit 23 may perform learning by regression analysis using an autoregressive model.
図11は、図5に示す熱変位モデル学習装置2の動作を説明するためのフローチャートである。熱変位モデル学習装置2は、図11に示す処理を実行することで、学習済の熱変位モデルを生成することができる。
FIG. 11 is a flow chart for explaining the operation of the thermal displacement
熱変位モデル学習装置2の学習用データ取得部21は、工作機械1から熱変位データ、温度データ、および機械状態データを取得する(ステップS101)。学習用データ取得部21は、取得した熱変位データ、温度データ、および機械状態データを時間で対応させて学習用データを生成する(ステップS102)。
The learning data acquisition unit 21 of the thermal displacement
データセット生成部22は、学習用データからデータセットを複数組生成する(ステップS103)。学習部23は、データセットを用いて、データセットに含まれる入力データを入力すると出力される熱変位量がデータセットに含まれる教師データと一致するように熱変位モデルの内部パラメータの最適化を行うことによって熱変位モデルの学習を行う(ステップS104)。 The dataset generation unit 22 generates a plurality of datasets from the learning data (step S103). The learning unit 23 uses the data set to optimize the internal parameters of the thermal displacement model so that the amount of thermal displacement that is output when the input data included in the data set is input matches the teacher data included in the data set. By doing so, the thermal displacement model is learned (step S104).
以上説明したように、実施の形態1によれば、データセット生成部22は、複数種類の可変長のデータセットを生成し、複数のデータセットの中の少なくとも2つのデータセットにおいて、互いに抽出した時間区間の時間長が異なるデータセットを用いて、熱変位モデルの学習が行われる。これにより、熱変位モデル学習装置2は、工作機械1で発生する熱変位に対して適切な時間長の時間区間を用いて生成されたデータセットを用いて熱変位モデルの学習を行うことができ、熱変位量の推定精度を向上させることが可能になる。ここで、熱変位モデル学習装置2は、工作機械1の運転継続時間に依存せず、熱変位量の推定精度を向上させることが可能になる。
As described above, according to
工作機械1は様々なワークWの仕上がり形状に応じて、加工プログラムの時間長が可変長であるうえ、運転パターンが異なる加工プログラムに従い動作する。熱変位量を精度よく推定できる熱変位モデルを生成するためには、学習に用いるデータセットが加工プログラムから得られており、時間長が可変長である必要がある。
The
実施の形態1において、学習部23が熱変位モデルの学習に用いるデータセットは、加工プログラムに基づいて運転する工作機械1の運転状態が変化する時刻をもとに生成される。よって実施の形態1における熱変位モデル学習装置2は、実加工における工作機械1の運転状態の変化を時間的な基準としたデータセットを用いて熱変位モデルの学習を実行することができる。したがって、熱変位モデルは工作機械の運転状態を反映した入出力関係を学習することができる。
In
また、上記のデータセットの生成方法の第1の例および第2の例を用いる場合、データセット生成部22は、抽出基準時刻と定義した時刻から予め定められた時間延長幅T1の倍数の時間幅を持つデータを学習用データから抽出することで、データセットを生成することができる。 Further, when using the first example and the second example of the above-described data set generation method, the data set generation unit 22 generates a time that is a multiple of the predetermined time extension width T1 from the time defined as the extraction reference time. A data set can be generated by extracting data with a width from the training data.
さらに、熱変位モデルは、時間的に再帰的なモデルであるため、熱変位量の推定値を算出した時刻に入力された入力データに加えて、その時刻よりも過去の入力データに含まれる情報の影響も受けた熱変位量を算出するように学習を行うことができる。したがって熱変位モデル学習装置2は、熱変位を算出する瞬間の温度データおよび機械状態データだけでなく、それらのデータの経時的な変化の影響も含んで学習を行うことができる。
Furthermore, since the thermal displacement model is a temporally recursive model, in addition to the input data that was input at the time when the estimated value of the thermal displacement was calculated, information included in the input data past that time Learning can be performed so as to calculate the amount of thermal displacement that is also affected by Therefore, the thermal displacement
実施の形態2.
図12は、実施の形態2にかかる加工システム100-2の構成を示す図である。実施の形態2にかかる加工システム100-2は、工作機械1Aと、熱変位モデル学習装置2と、熱変位推定装置3とを有する。加工システム100-2は、実施の形態1にかかる加工システム100-1の構成に加えて、熱変位推定装置3を有し、加工システム100-1の工作機械1の代わりに工作機械1Aを有する。
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a processing system 100-2 according to the second embodiment. A machining system 100-2 according to the second embodiment includes a machine tool 1A, a thermal displacement
熱変位モデル学習装置2が行う処理は、熱変位推定装置3に学習済の熱変位モデルを出力する以外は実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。熱変位推定装置3は、熱変位モデル学習装置2が生成する学習済の熱変位モデルと、推論対象の工作機械1Aの時系列の温度を表す温度データを少なくとも含む推論用の入力データとを取得する。熱変位推定装置3は、熱変位モデルを用いて、入力データから推論対象の工作機械1Aの熱変位量の推定値を生成する。熱変位推定装置3は、熱変位量の推定値を、工作機械1Aに出力する。
The processing performed by the thermal displacement
工作機械1Aは、工作機械1の機能に加えて、熱変位推定装置3に温度データおよび機械状態データを出力する機能と、熱変位推定装置3が出力する熱変位量の推定値に基づいて、熱変位の補正を行う機能とを有する。
In addition to the functions of the
図13は、実施の形態2にかかる工作機械1Aの機能構成を示す図である。工作機械1Aの構成は、工作機械1の制御装置15の代わりに制御装置15Aを有する以外は、工作機械1と同様である。制御装置15Aは、熱変位推定装置3が出力する熱変位量の推定値に基づいて、主軸13を駆動する主軸モータ14および送り軸11を駆動する送り軸モータ12の少なくとも一方の操作量を補正することによって、熱変位を補正する。工作機械1Aは、補正後の操作量を用いて、除去加工を行う。
FIG. 13 is a diagram showing a functional configuration of machine tool 1A according to the second embodiment. The configuration of the machine tool 1A is the same as that of the
図14は、実施の形態2にかかる熱変位推定装置3の機能構成を示す図である。熱変位推定装置3は、推論用データ取得部31と、熱変位モデル取得部32と、推論部33とを有する。 FIG. 14 is a diagram showing the functional configuration of the thermal displacement estimation device 3 according to the second embodiment. The thermal displacement estimation device 3 has an inference data acquisition unit 31 , a thermal displacement model acquisition unit 32 , and an inference unit 33 .
推論用データ取得部31は、推論対象の工作機械1Aから温度データおよび機械状態データを取得し、取得した温度データと機械状態データとを時間で同期させたものを推論用データとして推論部33に出力する。推論用データは、少なくとも温度データを含み、学習済の熱変位モデルが学習時に用いた入力データと同様のデータの組み合わせとなるように生成される。また、推論用データは、熱変位モデル学習装置2で生成した学習用データと同一の時間周期で逐次出力される。
The inference data acquisition unit 31 acquires the temperature data and the machine state data from the inference target machine tool 1A, and provides the inference unit 33 with the temperature data and the machine state data that are time-synchronized as data for inference. Output. The inference data includes at least temperature data, and is generated so that the learned thermal displacement model will have the same combination of data as the input data used during learning. Further, the inference data is sequentially output in the same time cycle as the learning data generated by the thermal displacement
熱変位モデル取得部32は、推論に用いる学習済の熱変位モデルを熱変位モデル学習装置2のモデル記憶部24から取得する。熱変位モデル取得部32は、取得した熱変位モデルを推論部33に出力する。
The thermal displacement model acquisition unit 32 acquires a learned thermal displacement model used for inference from the model storage unit 24 of the thermal displacement
推論部33は、学習済の熱変位モデルを用いて、推論用データに含まれる入力データから熱変位量の推定値を出力する。推論部33は、熱変位量の推定値を工作機械1Aに出力する。推論部33は、推論用データに含まれる機械状態データを学習時と同様のデータ構造、及び時間周期で学習済の熱変位モデルに入力することで、入力と同様の時間周期で熱変位量の推定値を算出することができる。推論部33は、算出した熱変位量の推定値を、推論用データの入力間隔と同じ周期で工作機械1Aの制御装置15Aへと出力する。 The inference unit 33 uses the learned thermal displacement model to output an estimated value of the amount of thermal displacement from the input data included in the inference data. The inference unit 33 outputs the estimated value of the amount of thermal displacement to the machine tool 1A. The inference unit 33 inputs the machine state data included in the inference data into the learned thermal displacement model with the same data structure and time period as during learning, so that the thermal displacement amount is calculated with the same time period as the input. An estimate can be calculated. The inference unit 33 outputs the calculated estimated value of the amount of thermal displacement to the controller 15A of the machine tool 1A at the same period as the input interval of the inference data.
工作機械1Aの制御装置15Aは、推論部33が出力した熱変位量の推定値を受け取り、熱変位量の推定値が示す熱変位を相殺するように、例えば、送り軸11の位置指令を補正する。そして補正した位置指令を用いて送り軸11のアクチュエータである送り軸モータ12を動作させる。位置指令の補正は、推論用データの入力間隔ごとに更新される。
The controller 15A of the machine tool 1A receives the estimated value of the amount of thermal displacement output by the inference unit 33, and corrects, for example, the position command of the feed shaft 11 so as to offset the thermal displacement indicated by the estimated value of the amount of thermal displacement. do. Then, the
図15は、図12に示す加工システム100-2の動作を説明するためのフローチャートである。加工システム100-2の熱変位モデル学習装置2は、熱変位モデル生成処理を行う(ステップS121)。なお、ステップS121の処理は、図11に示すステップS101~S104の処理に相当する。これらの処理は、熱変位を補正する加工を実施するよりも前に実施される。
FIG. 15 is a flow chart for explaining the operation of the processing system 100-2 shown in FIG. The thermal displacement
工作機械1Aは、熱変位を補正する対象の加工のプログラム運転を開始する(ステップS122)。ステップS123以降の処理は、熱変位を補正する対象の加工を実施中に行われる。 The machine tool 1A starts program operation of machining for which thermal displacement is to be corrected (step S122). The processing after step S123 is performed during the processing of the target for thermal displacement correction.
推論用データ取得部31は、工作機械1Aの加工中に逐次出力される温度データおよび機械状態データを受け取り、受け取ったデータから推論用データを生成する(ステップS123)。推論用データはステップS121で生成された熱変位モデルの入力データと同様のデータ構造を持つ。生成された推論用データは、熱変位モデル学習装置2で生成された学習用データと同一の時間周期で推論部33へ逐次出力される。
The inference data acquisition unit 31 receives temperature data and machine state data that are sequentially output during machining of the machine tool 1A, and generates inference data from the received data (step S123). The inference data has the same data structure as the input data of the thermal displacement model generated in step S121. The generated inference data is sequentially output to the inference section 33 in the same time cycle as the learning data generated by the thermal displacement
推論部33は、熱変位モデルを用いて、推論用データから熱変位量を推定する(ステップS124)。熱変位量の推定値は、ステップS123で生成された推論用データと同様の時間周期で算出され、工作機械1Aの制御装置15Aへ出力される。 The inference unit 33 uses the thermal displacement model to estimate the amount of thermal displacement from the inference data (step S124). The estimated value of the amount of thermal displacement is calculated in the same time period as the inference data generated in step S123, and output to the controller 15A of the machine tool 1A.
工作機械1Aの制御装置15Aは、熱変位量の推定値を用いて、アクチュエータへの操作量を補正することによって、位置指令を補正して加工を行う(ステップS125)。工作機械1Aは、熱変位を補正する対象となる加工のプログラム運転が終了したか否かを判断する(ステップS126)。プログラム運転が終了していない場合(ステップS126:No)、ステップS123に戻り、加工システム100-2は、ステップS123からステップS126の処理を繰り返す。プログラム運転が終了した場合(ステップS126:Yes)、加工システム100-2は、処理を終了する。 The control device 15A of the machine tool 1A uses the estimated value of the amount of thermal displacement to correct the operation amount of the actuator, thereby correcting the position command and performing machining (step S125). The machine tool 1A determines whether or not the programmed operation of machining for which thermal displacement is to be corrected has ended (step S126). If the program operation has not ended (step S126: No), the processing system 100-2 returns to step S123 and repeats the processing from step S123 to step S126. If the program operation has ended (step S126: Yes), the processing system 100-2 ends the process.
以上説明したように、実施の形態2にかかる加工システム100-2は、学習済の熱変位モデルを用いて熱変位量を推定する熱変位推定装置3を有する。また、工作機械1Aは、熱変位量の推定値に基づいて、推定値が示す熱変位を相殺するように、工作機械1Aのアクチュエータの操作量を補正する。 As described above, the machining system 100-2 according to the second embodiment has the thermal displacement estimating device 3 that estimates the amount of thermal displacement using a learned thermal displacement model. Based on the estimated value of the amount of thermal displacement, machine tool 1A corrects the operation amount of the actuator of machine tool 1A so as to offset the thermal displacement indicated by the estimated value.
また、推論部33は、逐次入力される推論用データに対して、熱変位量の推定値を逐次算出して工作機械1Aに出力することができる。このため、工作機械1Aが実行する加工プログラムが要する時間がどれだけ長時間であったとしても、熱変位量を推定することが可能である。さらに、熱変位量の推定値は、時間的に再帰的なモデルである熱変位モデルから算出されるため、熱変位量の推定値を算出する瞬間の温度データおよび機械状態データだけでなく、これらのデータの経時的な変化の影響も含んで熱変位量を推定することができる。このため、工作機械1Aは、運転開始からの経過時間に依存せず熱変位を精度よく補正することが可能になる。 In addition, the inference unit 33 can sequentially calculate an estimated value of the amount of thermal displacement for the sequentially input inference data, and output the estimated value to the machine tool 1A. Therefore, the amount of thermal displacement can be estimated no matter how long the machining program executed by the machine tool 1A takes. Furthermore, the estimated value of thermal displacement is calculated from the thermal displacement model, which is a temporally recursive model. It is possible to estimate the amount of thermal displacement including the influence of changes in the data over time. Therefore, the machine tool 1A can accurately correct the thermal displacement without depending on the elapsed time from the start of operation.
なお、別の方法として、図15に示すステップS126では、工作機械1Aの電源が遮断されたか否かを判断し、加工システム100-2は、工作機械1Aの電源が遮断されるまで、ステップS123に戻り処理を継続してもよい。この場合、連続して複数回プログラム運転を実施する場合であっても、熱変位の補正を継続することができる。 As another method, in step S126 shown in FIG. 15, it is determined whether or not the power to machine tool 1A is shut off, and machining system 100-2 continues to operate until power to machine tool 1A is shut off in step S123. You may return to and continue the process. In this case, it is possible to continue correcting the thermal displacement even when the program operation is continuously performed a plurality of times.
ここで、熱変位モデル学習装置2のハードウェア構成について説明する。実施の形態1および実施の形態2の熱変位モデル学習装置2は、例えば、コンピュータシステムにより実現される。熱変位モデル学習装置2は、1つのコンピュータシステムにより実現されてもよいし、複数のコンピュータシステムにより実現されてもよい。例えば、熱変位モデル学習装置2はクラウドシステムにより実現されてもよい。クラウドシステムでは、コンピュータシステムのハードウェアと、機能ごとのサーバ等の装置との切り分けを任意に設定できる。例えば、1台のコンピュータシステムが複数の装置としての機能を有していてもよいし、複数台のコンピュータシステムで1つの装置としての機能を有していてもよい。
Here, the hardware configuration of the thermal displacement
熱変位モデル学習装置2を実現するコンピュータシステムの構成例を説明する。図16は、ハードウェア構成の一例を示す図である。図16に示すように、このコンピュータシステムは、制御部101と入力部102と記憶部103と表示部104と通信部105と出力部106とを備え、これらはシステムバス107を介して接続されている。
A configuration example of a computer system that implements the thermal displacement
図16において、制御部101は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等である。制御部101は、本実施の形態の熱変位モデル学習装置2が実施する各処理が記述された熱変位モデル学習プログラムを実行する。入力部102は、たとえばキーボード、マウス等で構成され、コンピュータシステムのユーザが、各種情報の入力を行うために使用する。記憶部103は、RAM(Random Access Memory),ROM(Read Only Memory)等の各種メモリおよびハードディスク等のストレージデバイスを含み、上記制御部101が実行すべきプログラム、処理の過程で得られた必要なデータ等を記憶する。また、記憶部103は、プログラムの一時的な記憶領域としても使用される。表示部104は、LCD(Liquid Crystal Display:液晶表示パネル)等で構成され、コンピュータシステムのユーザに対して各種画面を表示する。通信部105は、通信処理を実施する通信回路等である。通信部105は、複数の通信方式にそれぞれ対応する複数の通信回路で構成されていてもよい。出力部106は、プリンタ、外部記憶装置等の外部の装置へデータを出力する出力インタフェイスである。
In FIG. 16, the control unit 101 is, for example, a CPU (Central Processing Unit) or the like. The control unit 101 executes a thermal displacement model learning program in which each process performed by the thermal displacement
なお、図16は、一例であり、コンピュータシステムの構成は図16の例に限定されない。例えば、コンピュータシステムは出力部106を備えていなくてもよい。また、熱変位モデル学習装置2が複数のコンピュータシステムにより実現される場合、これらの全てのコンピュータシステムが図16に示したコンピュータシステムでなくてもよい。例えば、一部のコンピュータシステムは図16に示した表示部104、出力部106および入力部102のうち少なくとも1つを備えていなくてもよい。
Note that FIG. 16 is an example, and the configuration of the computer system is not limited to the example of FIG. For example, the computer system may not have output 106 . Moreover, when the thermal displacement
ここで、実施の形態1および実施の形態2の熱変位モデル学習装置2の処理が記述された熱変位モデル学習プログラムが実行可能な状態になるまでのコンピュータシステムの動作例について説明する。上述した構成をとるコンピュータシステムには、たとえば、図示しないCD(Compact Disc)-ROMドライブまたはDVD(Digital Versatile Disc)-ROMドライブにセットされたCD-ROMまたはDVD-ROMから、熱変位モデル学習プログラムが記憶部103にインストールされる。そして、熱変位モデル学習プログラムの実行時に、記憶部103から読み出された熱変位モデル学習プログラムが記憶部103の主記憶装置となる領域に格納される。この状態で、制御部101は、記憶部103に格納された熱変位モデル学習プログラムに従って、実施の形態1および実施の形態2の熱変位モデル学習装置2としての処理を実行する。
Here, an example of the operation of the computer system until the thermal displacement model learning program in which the processing of the thermal displacement
なお、上記の説明においては、CD-ROMまたはDVD-ROMを記録媒体として、熱変位モデル学習装置2における処理を記述したプログラムを提供しているが、これに限らず、コンピュータシステムの構成、提供するプログラムの容量等に応じて、たとえば、通信部105を経由してインターネット等の伝送媒体により提供されたプログラムを用いることとしてもよい。
In the above description, a program describing the processing in the thermal displacement
実施の形態1および実施の形態2の熱変位モデル学習プログラムは、コンピュータに、工作機械1の時系列の温度を表す温度データを少なくとも含む入力データと、工作機械1の時系列の熱変位量を表す熱変位データとを時間で対応づけた学習用データを取得するステップと、学習用データから学習用データの一部を抽出したデータセットを生成するステップと、データセットを用いて、工作機械1Aの入力データから熱変位量を推定するための学習済の熱変位モデルを生成するステップと、を実行させる。ここで、データセットを生成するステップでは、複数のデータセットの中の少なくとも2つのデータセットにおいて、互いに抽出した時間区間の時間長が異なるように、データセットが生成される。
In the thermal displacement model learning program of the first and second embodiments, input data including at least temperature data representing the time-series temperature of the
図5に示した学習用データ取得部21は、図16に示した通信部105により実現され、図5に示したモデル記憶部24は図16に示した記憶部103の一部であり、図5に示したデータセット生成部22および学習部23は図16に示した制御部101により実現される。
The learning data acquisition unit 21 shown in FIG. 5 is realized by the
熱変位推定装置3についても、熱変位モデル学習装置2と同様に、1つまたは複数のコンピュータシステムにより実現される。熱変位推定装置3が実施の形態2で述べた動作を行うためのプログラムは、上述した熱変位モデル学習プログラムと同様に、記憶媒体、伝送媒体などにより提供され、コンピュータシステムにインストールされる。これにより、熱変位推定装置3における上述した動作が実現される。
As with the thermal displacement
図14に示した推論用データ取得部31および熱変位モデル取得部32は、図16に示した通信部105により実現され、図14に示した推論部33は図16に示した制御部101により実現される。
The inference data acquisition unit 31 and the thermal displacement model acquisition unit 32 shown in FIG. 14 are implemented by the
なお、図5および図14に示した各装置における機能の切り分けは一例であり、加工システム100-1,100-2が、上述した動作を行うことができれば、各装置における機能の切り分けは図5および図14に示した例に限定されない。例えば、以下に変形例として示すように、熱変位モデル学習装置2と熱変位推定装置3とを統合して、熱変位モデル学習装置2が熱変位推定装置3としての機能も有するようにしてもよい。
5 and 14 is an example, and if the processing systems 100-1 and 100-2 can perform the operations described above, the division of functions in each device is shown in FIG. and is not limited to the example shown in FIG. For example, as shown as a modified example below, the thermal displacement
図17は、実施の形態2の変形例にかかる熱変位モデル学習装置2Aの機能構成を示す図である。熱変位モデル学習装置2Aは、熱変位モデル学習装置2の機能に加えて、熱変位推定装置3の機能を有する。各構成要素の機能については、図14において説明済であるため、ここでは説明を省略する。図17に示す構成において、熱変位モデル学習装置2Aの機能が1つのコンピュータシステムにより実現される場合、熱変位モデル取得部32の機能は、コンピュータシステム内部のデータのやり取りによって実現される。
FIG. 17 is a diagram showing a functional configuration of a thermal displacement model learning device 2A according to a modification of the second embodiment. The thermal displacement model learning device 2A has the function of the thermal displacement estimation device 3 in addition to the function of the thermal displacement
実施の形態3.
図18は、実施の形態3にかかる加工システム100-3の構成を示す図である。加工システム100-3は、複数台の工作機械1と、サーバ上に設けられた熱変位モデル学習装置2Bとを有する。熱変位モデル学習装置2Bは、複数の工作機械1から受け取る熱変位データ、温度データ、および機械状態データに基づいて、熱変位モデルの学習を行う。工作機械1の機能は、実施の形態1と同様であり、熱変位モデル学習装置2Bの機能は、複数の工作機械1の熱変位モデルの学習を工作機械1毎に行う以外は実施の形態1と同様である。Embodiment 3.
FIG. 18 is a diagram showing the configuration of a processing system 100-3 according to the third embodiment. A machining system 100-3 has a plurality of
実施の形態4.
図19は、実施の形態4にかかる加工システム100-4の構成を示す図である。加工システム100-4は、複数台の工作機械1,1Aと、サーバ上に設けられた熱変位モデル学習装置2Bと、熱変位推定装置3Bとを有する。Embodiment 4.
FIG. 19 is a diagram showing the configuration of a processing system 100-4 according to the fourth embodiment. A machining system 100-4 has a plurality of
工作機械1は、学習対象の加工装置であって、熱変位モデル学習装置2Bに、工作機械1の型番を少なくとも含む工作機械1の特徴を示す情報である特徴情報を出力する以外は実施の形態1の工作機械1と同様である。工作機械1Aは、推定対象の加工装置であって、熱変位推定装置3Bに工作機械1Aの型番を少なくとも含む工作機械1Aの特徴を示す情報である特徴情報を出力する以外は実施の形態2の工作機械1Aと同様である。
The
熱変位モデル学習装置2Bは、工作機械1から特徴情報を受け取る以外は実施の形態3の熱変位モデル学習装置2Bと同様であり、複数の工作機械1から受け取るデータに基づいて学習用データを生成する学習用データ取得部21Bと、複数の熱変位モデルのそれぞれを、学習用データの取得元である工作機械1の特徴情報と対応づけて記憶するモデル記憶部24Bとを有する。熱変位推定装置3Bは、熱変位推定装置3の熱変位モデル取得部32の代わりに熱変位モデル取得部32Bを有する。熱変位モデル取得部32Bは、モデル記憶部24Bに記憶された複数の熱変位モデルの中から、推論対象の工作機械1Aから受け取った特徴情報に基づいて、推論部33が使用する熱変位モデルを選択するモデル選択部321を有する。
The thermal displacement model learning device 2B is the same as the thermal displacement model learning device 2B of Embodiment 3 except that it receives the feature information from the
ここで、特徴情報は、型番を少なくとも含み、型番に加えて、工作機械1,1Aが設置された工場の環境、設置条件など、工作機械1,1Aの状態を示す情報を含むことができる。モデル選択部321は、推論対象の工作機械1Aと同じ型番の工作機械1であって、推論対象の工作機械1Aの状態と類似した工作機械1から取得したデータに基づいて生成された熱変位モデルを選択することができる。これにより、推論対象の工作機械1A自体のデータから生成した熱変位モデルがない場合であっても、工作機械1Aと同じ型番の工作機械1であって、使用される環境などが類似した工作機械1のデータから生成された熱変位モデルを用いて、熱変位量の推定値を得ることが可能になる。
Here, the feature information includes at least the model number, and in addition to the model number, can include information indicating the state of the
なお、上記では、熱変位モデル取得部32Bがモデル選択部321を有する構成について説明したが、熱変位モデル取得部32Bが複数種類の熱変位モデルをモデル記憶部24Bから取得し、推論部33が、複数種類の熱変位モデルを用いて算出した複数の熱変位の推定値の中から、特徴情報に基づいて、出力する推定値を選択する構成としてもよい。 In the above description, the configuration in which the thermal displacement model acquisition unit 32B includes the model selection unit 321 has been described. Alternatively, an estimated value to be output may be selected based on characteristic information from among a plurality of estimated values of thermal displacement calculated using a plurality of types of thermal displacement models.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.
例えば、熱変位モデル学習装置2および熱変位推定装置3の機能は、工作機械1に内蔵されていてもよい。また、実施の形態3および実施の形態4のように複数の工作機械1から取得するデータを用いて、熱変位モデルを学習する場合、熱変位モデル学習装置2Bは、同一のエリアで使用される複数の工作機械1から学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数の工作機械1から収集される学習用データを利用して熱変位モデルを学習してもよい。また、学習用データを収集する工作機械1を途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、ある工作機械1に関して熱変位モデルを学習した熱変位モデル学習装置2を、これとは別の工作機械1に適用して、当該別の工作機械1に関して熱変位モデルを再学習して更新するようにしてもよい。
For example, the functions of the thermal displacement
1,1A 工作機械、2,2A,2B 熱変位モデル学習装置、3,3B 熱変位推定装置、11 送り軸、12 送り軸モータ、13 主軸、14 主軸モータ、15,15A 制御装置、16 周辺機器、17 ベッド、18 コラム、19 送りねじ、21,21B 学習用データ取得部、22 データセット生成部、23 学習部、24,24B モデル記憶部、31 推論用データ取得部、32,32B 熱変位モデル取得部、33 推論部、100-1,100-2,100-3,100-4 加工システム、101 制御部、102 入力部、103 記憶部、104 表示部、105 通信部、106 出力部、321 モデル選択部、DS 変位センサ、T 工具、TA テーブル、TS 温度センサ、W ワーク。 1, 1A machine tool, 2, 2A, 2B thermal displacement model learning device, 3, 3B thermal displacement estimation device, 11 feed shaft, 12 feed shaft motor, 13 main shaft, 14 main shaft motor, 15, 15A control device, 16 peripheral device , 17 bed, 18 column, 19 feed screw, 21, 21B learning data acquisition unit, 22 data set generation unit, 23 learning unit, 24, 24B model storage unit, 31 inference data acquisition unit, 32, 32B thermal displacement model acquisition unit, 33 inference unit, 100-1, 100-2, 100-3, 100-4 processing system, 101 control unit, 102 input unit, 103 storage unit, 104 display unit, 105 communication unit, 106 output unit, 321 Model selector, DS Displacement sensor, T Tool, TA Table, TS Temperature sensor, W Work.
Claims (14)
前記学習用データから前記学習用データの一部を抽出したデータセットを生成するデータセット生成部と、
前記データセットを用いて、工作機械の前記入力データから前記熱変位量を推定するための学習済の熱変位モデルを生成する学習部と、
を備え、
前記データセット生成部は、複数の前記データセットの中の少なくとも2つの前記データセットにおいて、初期時刻または終端時刻が一致しかつ時間長が異なるように、前記データセットを生成する
ことを特徴とする熱変位モデル学習装置。 Learning data for obtaining learning data in which input data including at least temperature data representing a time-series temperature of a machine tool and thermal displacement data representing a time-series thermal displacement amount of the machine tool are associated with each other for each time. an acquisition unit;
a dataset generation unit that generates a dataset obtained by extracting a part of the learning data from the learning data;
a learning unit that uses the data set to generate a learned thermal displacement model for estimating the amount of thermal displacement from the input data of the machine tool;
with
The data set generation unit generates the data sets such that at least two of the plurality of data sets have the same initial time or end time and different time lengths. Thermal displacement model learning device.
ことを特徴とする請求項1に記載の熱変位モデル学習装置。 2. The thermal displacement model learning device according to claim 1, wherein said input data further includes machine state data representing an operating state of said machine tool in addition to said temperature data.
ことを特徴とする請求項1に記載の熱変位モデル学習装置。 The learning unit includes an estimated value of a thermal displacement amount that is an output of a thermal displacement model when the input data included in the data set is input, and the thermal displacement corresponding to the input data input to the thermal displacement model. The thermal displacement model learning device according to claim 1, wherein the learned thermal displacement model is generated by optimizing internal parameters of the thermal displacement model so as to minimize errors with data. .
前記熱変位モデルを用いて、前記推論用データ取得部から入力された前記推論用データから前記工作機械の前記熱変位量の推定値を出力する推論部と、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱変位モデル学習装置。 an inference data acquisition unit that acquires inference data, which is inference input data including at least temperature data representing time-series temperatures of the machine tool;
an inference unit that uses the thermal displacement model to output an estimated value of the amount of thermal displacement of the machine tool from the inference data input from the inference data acquisition unit;
The thermal displacement model learning device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
ことを特徴とする請求項4に記載の熱変位モデル学習装置。 5. The thermal displacement model learning device according to claim 4, wherein the inference data further includes machine state data representing an operating state of the machine tool in addition to the temperature data.
ことを特徴とする請求項2に記載の熱変位モデル学習装置。 3. The thermal displacement model learning device according to claim 2 , wherein the machine state data indicates an operating state of a peripheral device that adjusts the temperature of the machine tool and an operating state of an actuator provided in the machine tool.
ことを特徴とする請求項5に記載の熱変位モデル学習装置。 6. The thermal displacement model learning device according to claim 5 , wherein the machine state data indicates an operating state of a peripheral device that adjusts the temperature of the machine tool and an operating state of an actuator provided in the machine tool.
前記学習部は、前記工作機械毎に前記熱変位モデルを生成する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱変位モデル学習装置。 The learning data acquisition unit acquires the learning data from the plurality of machine tools,
The thermal displacement model learning device according to any one of claims 1 to 3, wherein the learning unit generates the thermal displacement model for each machine tool.
前記学習部は、前記工作機械毎に前記熱変位モデルを生成し、生成した前記熱変位モデルと、前記熱変位モデルを生成するために使用した前記学習用データの取得元である前記工作機械の型番を少なくとも含む前記工作機械の特徴を示す情報である特徴情報とを対応づけて記憶する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱変位モデル学習装置。 The learning data acquisition unit acquires the learning data from the plurality of machine tools,
The learning unit generates the thermal displacement model for each of the machine tools, and the generated thermal displacement model and the machine tool from which the learning data used to generate the thermal displacement model are acquired. 4. The thermal displacement model learning device according to any one of claims 1 to 3, wherein feature information, which is information indicating features of the machine tool including at least a model number, is stored in association with the feature information.
複数の前記熱変位モデルのうち前記推論対象の工作機械と同じ型番の前記熱変位モデルを用いて、前記推論用データ取得部から入力された前記推論用データから前記推論対象の工作機械の前記熱変位量の推定値を出力する推論部と、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項9に記載の熱変位モデル学習装置。 an inference data acquisition unit for acquiring inference data, which is inference input data including at least temperature data representing time-series temperatures of an inference target machine tool;
Using the thermal displacement model having the same model number as the machine tool to be inferred among the plurality of thermal displacement models, the thermal displacement of the machine tool to be inferred from the inference data input from the data acquisition unit for inference. an inference unit that outputs an estimate of the amount of displacement;
The thermal displacement model learning device according to claim 9 , further comprising:
前記推論部は、前記推論対象の工作機械と同じ型番の工作機械であって、前記動作条件が前記推論対象の工作機械と類似する工作機械から取得された前記学習用データに基づいて生成された前記熱変位モデルを用いて、前記推論対象の工作機械の前記熱変位量の推定値を出力する
ことを特徴とする請求項10に記載の熱変位モデル学習装置。 The characteristic information further includes information indicating operating conditions of the machine tool in addition to the model number,
The inference unit is a machine tool having the same model number as the machine tool to be inferred, and is generated based on the learning data acquired from a machine tool whose operating conditions are similar to the machine tool to be inferred. 11. The thermal displacement model learning device according to claim 10 , wherein the thermal displacement model is used to output an estimated value of the amount of thermal displacement of the inference target machine tool.
前記工作機械の時系列の温度を表す温度データを少なくとも含む推論用の入力データである推定用データを取得する推論用データ取得部と、
前記熱変位モデル取得部により取得された前記熱変位モデルを用いて、前記推論用データ取得部から入力された前記入力データから前記熱変位量の推定値を出力する推論部と、
を備えることを特徴とする熱変位推定装置。 A thermal displacement model acquisition unit that acquires the thermal displacement model that has been learned by the thermal displacement model learning device according to claim 1;
an inference data acquisition unit that acquires estimation data, which is inference input data including at least temperature data representing the time-series temperatures of the machine tool;
an inference unit that outputs an estimated value of the amount of thermal displacement from the input data input from the inference data acquisition unit, using the thermal displacement model acquired by the thermal displacement model acquisition unit;
A thermal displacement estimating device comprising:
前記工作機械と、
を備え、
前記工作機械は、
工具と、
前記工具または加工対象物を回転させる主軸と、
前記工具と前記加工対象物との間の相対位置を変化させる送り軸と、
を備え、
前記工具によって前記加工対象物を除去加工する
ことを特徴とする加工システム。 The thermal displacement model learning device according to claim 1 or the thermal displacement estimation device according to claim 12 ,
the machine tool;
with
The machine tool is
a tool;
a spindle that rotates the tool or the workpiece;
a feed axis that changes the relative position between the tool and the workpiece;
with
A machining system, wherein the tool removes and processes the workpiece.
前記工作機械の時系列の温度を表す温度データを少なくとも含む入力データと、前記工作機械の時系列の熱変位量を表す熱変位データとを時間毎に対応付けた学習用データを取得するステップと、
前記学習用データから前記学習用データの一部を抽出したデータセットを生成するステップと、
前記データセットを用いて、工作機械の前記入力データから前記熱変位量を推定するための学習済の熱変位モデルを生成するステップと、
学習済の前記熱変位モデルを用いて、前記温度データを少なくとも含む推論用の入力データから前記熱変位量を推定するステップと、
前記熱変位量の推定値を用いて、前記工作機械の前記主軸を駆動するアクチュエータおよび前記送り軸を駆動するアクチュエータの少なくとも一方の操作量を補正するステップと、
補正後の前記操作量を用いて、前記除去加工を行うステップと、
を含み、
前記データセットを生成するステップでは、複数の前記データセットの中の少なくとも2つの前記データセットにおいて、初期時刻または終端時刻が一致しかつ時間長が異なるように、前記データセットを生成する
ことを特徴とする加工方法。 A work for removing and machining the workpiece with the tool, comprising a tool, a spindle that rotates the tool or the workpiece, and a feed shaft that changes the relative position between the tool and the workpiece. In the processing method using a machine,
a step of acquiring learning data in which input data including at least temperature data representing a time-series temperature of the machine tool and thermal displacement data representing a time-series thermal displacement amount of the machine tool are associated with each other for each time; ,
generating a data set by extracting a part of the learning data from the learning data;
using the data set to generate a trained thermal displacement model for estimating the amount of thermal displacement from the input data of the machine tool;
estimating the amount of thermal displacement from input data for inference including at least the temperature data, using the learned thermal displacement model;
correcting the operation amount of at least one of an actuator that drives the spindle and an actuator that drives the feed shaft of the machine tool using the estimated value of the thermal displacement;
a step of performing the removal processing using the corrected manipulated variable;
including
In the step of generating the data sets, the data sets are generated such that at least two of the plurality of data sets have the same initial time or end time and different lengths of time. and processing method.
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