JPWO2019186620A1 - Abnormality sign detector and machine tool - Google Patents

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Abstract

機械加工に用いられる工具の異常の予兆を検出する異常予兆検出装置は、機械加工中の工具の振動データを収集するデータ収集部と、機械加工の開始当初の所定期間においてデータ収集部により収集された振動データを正常領域のデータとして1クラスサポートベクターマシンにおける判定モデルを構築するモデル構築部と、モデル構築部により構築された判定モデルを用いて、振動データが正常領域に含まれるか否かを判定することにより、工具の異常の予兆の有無を検出する予兆検出部と、を備える。The abnormality sign detection device that detects the sign of abnormality of the tool used for machining is collected by the data collection unit that collects the vibration data of the tool during machining and the data collection unit during the predetermined period at the beginning of machining. Whether or not the vibration data is included in the normal region is determined by using the model construction unit that builds the judgment model in the one-class support vector machine using the vibration data as the data in the normal region and the judgment model constructed by the model construction unit. It is provided with a sign detection unit that detects the presence or absence of a sign of abnormality of the tool by determining.

Description

本明細書は、異常予兆検出装置および工作機械を開示する。 The present specification discloses an abnormality sign detection device and a machine tool.

従来より、バイト等の工具(切削体)を用いた機械加工中に工具の状態に関するデータを取得し、そのデータに基づいて工具の異常を検出するものが知られている。例えば、特許文献1には、工具の振動を一定周期でサンプリングし、現在のサンプリング値と過去の複数回のサンプリング値とによってモデルのパラメータを演算する。そして、パラメータの基準値と、演算した現在のパラメータとの乖離度を求め、求めた乖離度が所定の管理基準に達した場合に工具の異常を検出するものとしている。 Conventionally, it has been known that data on the state of a tool is acquired during machining using a tool (cutting body) such as a cutting tool, and an abnormality of the tool is detected based on the data. For example, in Patent Document 1, the vibration of the tool is sampled at a fixed cycle, and the parameters of the model are calculated based on the current sampling value and the past sampling values of a plurality of times. Then, the degree of deviation between the reference value of the parameter and the calculated current parameter is obtained, and when the obtained degree of deviation reaches a predetermined management standard, an abnormality of the tool is detected.

特開昭57−54053号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-54053

このような工具の異常を検出することは、工具を用いた機械加工を行う工作機械において重要な課題といえる。しかしながら、上述した手法では、複数回のサンプリングが必要となることから、工具の異常の予兆を速やかに検出するために、なお改善の余地がある。 Detecting such abnormalities in tools can be said to be an important issue in machine tools that perform machining using tools. However, since the above-mentioned method requires sampling a plurality of times, there is still room for improvement in order to quickly detect a sign of an abnormality in the tool.

本開示は、工具の異常の予兆を早期に検出可能として工具の適切な使用を可能とすることを主目的とする。 A main object of the present disclosure is to enable proper use of a tool by making it possible to detect a sign of an abnormality of the tool at an early stage.

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The present disclosure has taken the following steps to achieve the above-mentioned main objectives.

本開示の異常予兆検出装置は、機械加工に用いられる工具の異常の予兆を検出する異常予兆検出装置であって、前記機械加工中の前記工具の振動データを収集するデータ収集部と、前記機械加工の開始当初の所定期間において前記データ収集部により収集された前記振動データを正常領域のデータとして1クラスサポートベクターマシンにおける判定モデルを構築するモデル構築部と、前記モデル構築部により構築された前記判定モデルを用いて、前記振動データが前記正常領域に含まれるか否かを判定することにより、前記工具の異常の予兆の有無を検出する予兆検出部と、を備えることを要旨とする。 The abnormality sign detection device of the present disclosure is an abnormality sign detection device that detects a sign of abnormality of a tool used for machining, and includes a data collecting unit that collects vibration data of the tool during machining and the machine. A model construction unit that builds a judgment model in a one-class support vector machine using the vibration data collected by the data collection unit as data in a normal region during a predetermined period at the beginning of processing, and the model construction unit constructed by the model construction unit. The gist is to include a sign detection unit for detecting the presence or absence of a sign of abnormality of the tool by determining whether or not the vibration data is included in the normal region using a determination model.

本開示の異常予兆検出装置は、機械加工の開始当初の所定期間において収集された振動データを正常領域のデータとして1クラスサポートベクターマシンにおける判定モデルを構築し、振動データが判定モデルの正常領域に含まれるか否かを判定することにより、工具の異常の予兆の有無を検出する。これにより、判定モデルを機械加工の開始当初の所定期間で構築して、異常の予兆の検出を速やかに開始することができる。また、同じ内容の機械加工を行う同じ種類の工具については、既に構築した判定モデルを用いて、機械加工の開始当初から異常の予兆を検出することも可能となる。したがって、工具の異常の予兆を早期に検出可能として工具の適切な使用を可能とすることができる。 The abnormality sign detection device of the present disclosure constructs a judgment model in a one-class support vector machine using vibration data collected in a predetermined period at the beginning of machining as data in a normal region, and the vibration data is in the normal region of the judgment model. By determining whether or not it is included, the presence or absence of a sign of an abnormality in the tool is detected. As a result, the determination model can be constructed in a predetermined period at the beginning of machining, and the detection of signs of abnormality can be started promptly. Further, for the same type of tool that performs machining with the same content, it is possible to detect a sign of abnormality from the beginning of machining by using the already constructed determination model. Therefore, it is possible to detect a sign of an abnormality of the tool at an early stage and enable proper use of the tool.

工作機械10の構成の概略の一例を示す構成図。The block diagram which shows the schematic example of the structure of the machine tool 10. 工作機械10の電気的な接続関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the electrical connection relation of the machine tool 10. 異常の予兆検出に関する制御装置50の機能ブロック図。The functional block diagram of the control device 50 concerning the detection of a sign of abnormality. 振動データの時間推移の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of time transition of vibration data. 異常予兆検出処理の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the abnormality sign detection processing. 閾値Thと類似度Dsの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of threshold value Th and similarity Ds. 振動データと類似度Dsの時間推移の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of time transition of vibration data and similarity Ds. モデル再構築に伴う類似度Dsの変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows change of similarity Ds with model reconstruction.

次に、本開示の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は工作機械10の構成の概略の一例を示す構成図であり、図2は工作機械10の電気的な接続関係を示す説明図である。なお、図1中の左右方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とし、図1の紙面と垂直な方向をX軸方向とする。 Next, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic example of the configuration of the machine tool 10, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an electrical connection relationship of the machine tool 10. The left-right direction in FIG. 1 is the Y-axis direction, the up-down direction is the Z-axis direction, and the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1 is the X-axis direction.

工作機械10は、チップやドリルなどの工具Tを用いてワークWに加工作業を行うマシニングセンタなどの加工装置として構成されている。工作機械10は、図1,図2に示すように、架台としてのベース12と、ベース12上に設けられたテーブル14およびコラム16と、ワークチャック装置20と、主軸装置30と、主軸移動機構40と、制御装置50とを備える。また、工作機械10は、操作パネル18と、報知器19とを備える。操作パネル18は、タッチパネル式の液晶画面として構成されており、加工メニュー等の各種指示画面や各種設定の変更画面、作業状況を示す状況画面などを表示したり、操作者による選択操作や設定操作を受け付けたりする。また、操作パネル18は、その他に、工作機械10の電源をオンオフする電源ボタンや工作機械10の作動を開始する開始ボタン、作動を停止させる停止ボタンなどを備える。報知器19は、警告音や異常の旨の音声などを出力するスピーカや異常報知用の態様で点灯する回転灯などで構成されている。なお、工作機械10は、図示しない自動工具交換装置を備えており、機械加工の内容に応じて主軸装置30に装着する工具Tを自動で交換可能となっている。 The machine tool 10 is configured as a machining device such as a machining center that performs machining work on a work W using a tool T such as a tip or a drill. As shown in FIGS. 1 and 2, the machine tool 10 includes a base 12 as a gantry, a table 14 and a column 16 provided on the base 12, a work chuck device 20, a spindle device 30, and a spindle moving mechanism. 40 and a control device 50 are provided. Further, the machine tool 10 includes an operation panel 18 and a notification device 19. The operation panel 18 is configured as a touch panel type liquid crystal screen, and displays various instruction screens such as processing menus, change screens of various settings, status screens showing work status, and selection operations and setting operations by the operator. Or accept. In addition, the operation panel 18 includes a power button for turning on / off the power of the machine tool 10, a start button for starting the operation of the machine tool 10, a stop button for stopping the operation, and the like. The alarm 19 is composed of a speaker that outputs a warning sound, a voice indicating an abnormality, and a rotating light that lights up in a mode for notifying an abnormality. The machine tool 10 is provided with an automatic tool changing device (not shown), and the tool T mounted on the spindle device 30 can be automatically changed according to the content of machining.

ワークチャック装置20は、テーブル14上に配置されワークWが載置される載置台22と、図示しないサーボモータとボールねじ機構などにより構成され載置台22をY軸方向に移動させるY軸移動機構24と、載置台22に載置されたワークWをチャックする複数対のチャック爪26と、チャック爪26を開閉する図示しない開閉装置とを備える。主軸装置30は、先端に工具Tが交換可能に装着される主軸32と、主軸32を回転駆動させる主軸モータ34と、主軸32の振動を検出する振動センサ36と、を備える。主軸移動機構40は、それぞれ図示しないサーボモータとボールねじ機構などにより構成され、主軸装置30をZ軸方向に移動させるZ軸移動機構42と、コラム16に設けられ主軸装置30をZ軸移動機構42ごとX軸方向に移動させるX軸移動機構44と、を備える。 The work chuck device 20 is composed of a mounting table 22 arranged on the table 14 on which the work W is mounted, a servomotor and a ball screw mechanism (not shown), and the like, and a Y-axis moving mechanism for moving the mounting table 22 in the Y-axis direction. 24, a plurality of pairs of chuck claws 26 for chucking the work W mounted on the mounting table 22, and an opening / closing device (not shown) for opening / closing the chuck claws 26 are provided. The spindle device 30 includes a spindle 32 to which a tool T is replaceably mounted on the tip thereof, a spindle motor 34 for rotationally driving the spindle 32, and a vibration sensor 36 for detecting vibration of the spindle 32. The spindle moving mechanism 40 is composed of a servomotor and a ball screw mechanism (not shown), respectively, and has a Z-axis moving mechanism 42 for moving the spindle device 30 in the Z-axis direction and a Z-axis moving mechanism provided on the column 16 for moving the spindle device 30. It is provided with an X-axis moving mechanism 44 that moves the entire 42 in the X-axis direction.

制御装置50は、図示しないCPUやROM、RAM、各種インターフェースなどを備える。制御装置50には、主軸装置30の振動センサ36の検出値や各サーボモータからの位置信号、操作パネル18で受け付けられた操作信号などが入力される。また、制御装置50は、ワークチャック装置20のY軸移動機構24のサーボモータや開閉装置、主軸装置30の主軸モータ34、主軸移動機構40のZ軸移動機構42やX軸移動機構44の各サーボモータに駆動信号を出力したり、操作パネル18に表示信号を出力したり、異常の予兆の旨を示す異常予兆警報の報知指令を報知器19に出力したりする。 The control device 50 includes a CPU, ROM, RAM, various interfaces, etc. (not shown). The detection value of the vibration sensor 36 of the spindle device 30, the position signal from each servomotor, the operation signal received by the operation panel 18, and the like are input to the control device 50. Further, the control device 50 includes a servomotor and an opening / closing device of the Y-axis moving mechanism 24 of the work chuck device 20, a spindle motor 34 of the spindle device 30, a Z-axis moving mechanism 42 of the spindle moving mechanism 40, and an X-axis moving mechanism 44. A drive signal is output to the servomotor, a display signal is output to the operation panel 18, and a notification command of an abnormality sign alarm indicating a sign of abnormality is output to the alarm device 19.

また、制御装置50は、振動センサ36からの振動データを用いて、周知の1クラスサポートベクターマシン(以下、1クラスSVM)により、工具Tの異常の予兆を検出する機能を有する。図3は異常の予兆検出に関する制御装置50の機能ブロック図である。図示するように、制御装置50は、データ収集部51と、特徴量抽出部53と、モデル構築部54と、類似度演算部56と、閾値変更部57と、異常予兆報知部58とを備える。 Further, the control device 50 has a function of detecting a sign of abnormality of the tool T by a well-known 1-class support vector machine (hereinafter, 1-class SVM) using the vibration data from the vibration sensor 36. FIG. 3 is a functional block diagram of the control device 50 for detecting a sign of abnormality. As shown in the figure, the control device 50 includes a data collection unit 51, a feature amount extraction unit 53, a model construction unit 54, a similarity calculation unit 56, a threshold value change unit 57, and an abnormality sign notification unit 58. ..

データ収集部51は、主軸装置30の振動センサ36の検出電圧(V)を振動データとして収集しRAMなどの振動データ領域52に格納する。図4は振動データの時間推移の一例を示す説明図であり、横軸が時間(秒)、縦軸が振動センサ36の検出電圧(V)を示す。この図4では、工作機械10の複数回の加工作業、例えば1または複数のワークWに対する複数回の穴開け加工時における振動データの一例を示す。工作機械10において、穴開け用のドリルなどの工具Tの使用が継続されるうちに、その工具Tが摩耗したり工具Tに疲労が蓄積されたりするため、加工開始当初の正常状態における振動との差が大きくなり、疲労の蓄積度合いによっては工具Tが折損する場合がある。図4の例では、右端の振動データが著しく大きくなっており、工具Tが折損した場合を示している。このような工具Tの折損が生じる前の適切なタイミングで作業者が工具Tを交換することが望ましいが、作業者が工具Tの適切な交換時期を見極めるのは困難である。このため、まだ十分に使用できるにも拘わらず作業者が早めに工具Tを交換したり、作業者の工具Tの交換が遅れて折損が生じたりする場合がある。特に、工作機械10において中古の工具Tが用いられる場合、工具Tの疲労の蓄積度合いが不明であったり工具T毎に個体差が大きかったりするため、作業者による交換時期の見極めが一層困難となる。 The data collection unit 51 collects the detection voltage (V) of the vibration sensor 36 of the spindle device 30 as vibration data and stores it in the vibration data area 52 such as a RAM. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of time transition of vibration data, in which the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents the detection voltage (V) of the vibration sensor 36. FIG. 4 shows an example of vibration data during a plurality of machining operations of the machine tool 10, for example, a plurality of drilling operations on one or a plurality of workpieces W. In the machine tool 10, while the tool T such as a drill for drilling is continuously used, the tool T is worn and fatigue is accumulated in the tool T, so that the vibration in the normal state at the beginning of machining occurs. The difference between the two becomes large, and the tool T may break depending on the degree of accumulation of fatigue. In the example of FIG. 4, the vibration data at the right end is remarkably large, and shows the case where the tool T is broken. It is desirable for the operator to replace the tool T at an appropriate timing before the breakage of the tool T occurs, but it is difficult for the operator to determine an appropriate replacement time for the tool T. Therefore, although the tool T can still be sufficiently used, the operator may replace the tool T early, or the replacement of the tool T by the worker may be delayed and breakage may occur. In particular, when a used tool T is used in the machine tool 10, it is more difficult for the operator to determine the replacement time because the degree of accumulation of fatigue of the tool T is unknown or individual differences are large for each tool T. Become.

特徴量抽出部53は、データ収集部51により収集された振動データに対し、例えば高速フーリエ変換(FFT)を施して周波数の特徴量を抽出する。モデル構築部54は、所定の学習期間において特徴量抽出部53により抽出された周波数の特徴量を正常領域のデータとして取り扱い、1クラスSVMによる異常判定に用いる判定モデル55を構築する。類似度演算部56は、1クラスSVMの判定モデル55における正常領域のデータとそれ以外のデータとを分類する判定基準としての閾値Thと、特徴量抽出部53により抽出された周波数の特徴量とを比較し、閾値Thとの距離を示す類似度Dsを演算する。1クラスSVMでの異常判定では、類似度演算部56により演算された類似度Dsが値0以上である場合に正常と判定し、類似度Dsが値0未満である場合に異常と判定する。閾値変更部57は、操作パネル18を介して受け付けられた閾値Thの設定変更操作に基づいて、閾値Thの設定を変更する。異常予兆報知部58は、類似度演算部56により演算された類似度Dsが値0未満である場合に、異常の予兆の旨を報知するように報知器19に報知指令を出力する。 The feature amount extraction unit 53 extracts the frequency feature amount by performing, for example, a fast Fourier transform (FFT) on the vibration data collected by the data collection unit 51. The model building unit 54 treats the feature amount of the frequency extracted by the feature amount extracting unit 53 in a predetermined learning period as data in the normal region, and constructs a determination model 55 used for abnormality determination by the one-class SVM. The similarity calculation unit 56 includes a threshold value Th as a determination standard for classifying the data in the normal region and the other data in the determination model 55 of the 1-class SVM, and the feature amount of the frequency extracted by the feature amount extraction unit 53. Are compared, and the similarity Ds indicating the distance from the threshold value Th is calculated. In the abnormality determination in the 1st class SVM, when the similarity Ds calculated by the similarity calculation unit 56 is 0 or more, it is determined to be normal, and when the similarity Ds is less than 0, it is determined to be abnormal. The threshold value changing unit 57 changes the threshold value Th setting based on the threshold value Th setting change operation received via the operation panel 18. When the similarity Ds calculated by the similarity calculation unit 56 is less than 0, the abnormality sign notification unit 58 outputs a notification command to the notification device 19 so as to notify the fact that the abnormality is a sign.

次に、こうして構成された本実施形態の工作機械10の動作について説明する。ここでは、異常の予兆を検出する動作を説明する。図5は異常予兆検出処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、工作機械10の機械加工の準備が整った状態で、制御装置50の上述した異常の予兆検出に関する各機能により実行される。この処理が開始されると、制御装置50は、まず、工具Tを用いた機械加工が開始されるのを待ち(S100)、機械加工が開始されると振動センサ36から収集した振動データに基づいて1クラスSVMの判定モデル55を構築する(S110)。この判定モデル55の構築は、所定の学習期間が終了するまで(S120)、行われる。なお、所定の学習期間は、例えば工作機械10が穴開け加工を開始してから数回の穴開け加工が終了するまでの期間などとすることができる。このように、制御装置50は、機械加工が開始された当初の振動データに基づいて判定モデル55を構築するのである。これは、機械加工が開始された当初の期間であれば工具Tが折損する可能性が低く、その期間に得られる振動データは正常状態のデータとして取り扱うことができるためである。 Next, the operation of the machine tool 10 of the present embodiment configured in this way will be described. Here, the operation of detecting a sign of abnormality will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an example of abnormality sign detection processing. This process is executed by each function related to the above-mentioned sign detection of abnormality of the control device 50 in a state where the machine tool 10 is ready for machining. When this process is started, the control device 50 first waits for the start of machining using the tool T (S100), and when the machining is started, the control device 50 is based on the vibration data collected from the vibration sensor 36. A determination model 55 of 1-class SVM is constructed (S110). The construction of the determination model 55 is performed until the predetermined learning period ends (S120). The predetermined learning period can be, for example, a period from the start of the drilling process by the machine tool 10 to the end of the drilling process several times. In this way, the control device 50 builds the determination model 55 based on the vibration data at the beginning of machining. This is because the tool T is unlikely to break during the initial period when machining is started, and the vibration data obtained during that period can be handled as data in a normal state.

制御装置50は、所定の学習期間が終了すると、操作パネル18を介して閾値Thの設定変更操作が受け付けられたか否か(S130)、機械加工中であるか否か(S150)、をそれぞれ判定する。制御装置50は、S130で設定変更操作が受け付けられたと判定すると、その設定変更操作に基づいて閾値Thの設定を変更する(S140)。ここで、図示は省略するが、作業者は、操作パネル18の設定画面を介して、閾値Thを正側または負側に調整可能となっている。 When the predetermined learning period ends, the control device 50 determines whether or not the threshold value Th setting change operation is accepted via the operation panel 18 (S130) and whether or not machining is in progress (S150). To do. When the control device 50 determines that the setting change operation has been accepted in S130, the control device 50 changes the threshold Th setting based on the setting change operation (S140). Although not shown here, the operator can adjust the threshold value Th to the positive side or the negative side via the setting screen of the operation panel 18.

また、制御装置50は、S150で機械加工中であると判定すると、S110で構築した判定モデル55を用いて、振動センサ36から収集した振動データが判定モデル55の正常領域に含まれるか否かに基づいて異常の予兆を検出する(S160)。また、制御装置50は、S160の処理で異常の予兆があるか否か(S170)、実行中の機械加工(1回の加工)が終了したか否か(S180)、をそれぞれ判定しながら、S160の処理を継続する。S160では、制御装置50は、上述したように、振動データから抽出した周波数の特徴量と閾値Thとを比較して、特徴量と閾値Thとの距離を示す類似度Dsを演算し、類似度Dsが値0未満である場合に、S170で異常の予兆があると判定する。なお、制御装置50は、類似度Dsが値0以上である場合には、S170で異常の予兆はないと判定する。 Further, when the control device 50 determines that machining is being performed in S150, whether or not the vibration data collected from the vibration sensor 36 using the determination model 55 constructed in S110 is included in the normal region of the determination model 55. The sign of abnormality is detected based on (S160). Further, the control device 50 determines whether or not there is a sign of abnormality in the processing of S160 (S170) and whether or not the ongoing machining (one processing) is completed (S180), respectively. The processing of S160 is continued. In S160, as described above, the control device 50 compares the feature amount of the frequency extracted from the vibration data with the threshold value Th, calculates the similarity Ds indicating the distance between the feature amount and the threshold value Th, and calculates the similarity degree Ds. When the value of Ds is less than 0, it is determined in S170 that there is a sign of abnormality. When the similarity Ds is 0 or more, the control device 50 determines in S170 that there is no sign of abnormality.

ここで、図6は、閾値Thと類似度Dsの一例を示す説明図である。図6では、○印が学習期間中に収集した判定モデル55のデータを示し、□印と△印とがモデル構築後のデータを示す。また、点線が正常領域の閾値Thを示しており、制御装置50は、類似度Dsが正となる□印であれば異常の予兆がないと判定し、類似度Dsが負となる△印であれば異常の予兆があると判定する。なお、閾値変更部57により変更前よりも負側に閾値Thが変更されると、類似度演算部56で演算される類似度Dsが値0以上となり易くなるため、正常と判定され易いものとなる。一方、閾値変更部57により変更前よりも正側に閾値Thが変更されると、類似度演算部56で演算される類似度Dsが値0未満となり易くなるため、異常と判定され易いものとなる。 Here, FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the threshold value Th and the similarity Ds. In FIG. 6, the circles indicate the data of the determination model 55 collected during the learning period, and the □ and Δ indicate the data after the model is constructed. Further, the dotted line indicates the threshold value Th in the normal region, and the control device 50 determines that there is no sign of abnormality if the similarity Ds is positive □, and the similarity Ds is negative △. If there is, it is judged that there is a sign of abnormality. When the threshold value Th is changed to the negative side by the threshold value changing unit 57, the similarity Ds calculated by the similarity calculation unit 56 tends to be a value of 0 or more, so that it is easy to determine that it is normal. Become. On the other hand, when the threshold value Th is changed to the positive side by the threshold value changing unit 57 as compared to before the change, the similarity Ds calculated by the similarity calculation unit 56 tends to be less than 0, so that it is easy to determine that it is abnormal. Become.

制御装置50は、S170で異常の予兆がないと判定したまま、今回の機械加工が終了したと判定すると(S180)、次の機械加工があるか否かを判定し(S190)、次の機械加工がないと判定すると、異常予兆検出処理を終了する。一方、制御装置50は、S190で次の機械加工があると判定すると、次の機械加工における加工内容(加工条件)が同一であるか否かを判定する(S200)。S200では、制御装置50は、機械加工の対象となるワークWの材質や形状、サイズ、加工位置、加工代や機械加工で使用される工具Tの種類などが同一であるか否かに基づいて、加工内容が同一であるか否かを判定する。制御装置50は、加工内容が同一であると判定すると、S150に戻り処理を繰り返す。 When the control device 50 determines that the current machining has been completed (S180) while determining that there is no sign of abnormality in S170, it determines whether or not there is the next machining (S190), and the next machine. If it is determined that there is no processing, the abnormality sign detection process is terminated. On the other hand, when the control device 50 determines in S190 that there is the next machining, it determines whether or not the machining contents (machining conditions) in the next machining are the same (S200). In S200, the control device 50 is based on whether or not the material, shape, size, machining position, machining allowance, type of tool T used in machining, and the like of the work W to be machined are the same. , Judge whether the processing contents are the same. When the control device 50 determines that the processing contents are the same, the control device 50 returns to S150 and repeats the processing.

この場合、次の機械加工が開始されると、制御装置50は、既に構築した判定モデル55を用いて異常の予兆検出を行うことになる。即ち、制御装置50は、一旦判定モデル55を構築すると、以降は同じ加工内容の機械加工に対して、新たに判定モデル55を構築することなく、同じ判定モデル55を継続して用いるのである。したがって、例えば中古の工具Tを用いる場合において、同じ種類の工具Tの判定モデル55が既に構築されていれば、中古の工具Tを用いた機械加工の開始当初から異常の予兆を検出することが可能となる。上述したように、中古の工具Tは、作業者による交換時期の見極めが困難であるから、機械加工の開始当初から異常の予兆検出を可能とすることで中古の工具Tの折損を未然に防止して適切に使用することが可能となる。また、制御装置50は、S200で次の機械加工の加工内容が同一ではないと判定すると、S100に戻り処理を行う。即ち、加工内容が切り替わる場合には、制御装置50は、新たに判定モデル55を構築するのである。 In this case, when the next machining is started, the control device 50 will detect a sign of abnormality using the determination model 55 already constructed. That is, once the determination model 55 is constructed, the control device 50 continues to use the same determination model 55 for machining with the same machining content without constructing a new determination model 55. Therefore, for example, when a used tool T is used, if the determination model 55 of the same type of tool T has already been constructed, it is possible to detect a sign of abnormality from the beginning of machining using the used tool T. It will be possible. As described above, since it is difficult for the operator to determine the replacement time of the used tool T, it is possible to detect a sign of abnormality from the beginning of machining to prevent the used tool T from breaking. It becomes possible to use it properly. Further, when the control device 50 determines in S200 that the processing contents of the next machining are not the same, the control device 50 returns to S100 and performs the processing. That is, when the processing content is switched, the control device 50 newly constructs the determination model 55.

また、制御装置50は、類似度Dsが値0未満になると、S170で異常の予兆があると判定して、異常の予兆の旨を示す異常予兆警報を報知器19から出力する(S210)。なお、制御装置50は、異常の予兆の旨を示す警告メッセージを操作パネル18に表示させるものとしてもよい。 Further, when the similarity Ds becomes less than 0, the control device 50 determines in S170 that there is a sign of abnormality, and outputs an abnormality sign alarm indicating the sign of abnormality from the alarm 19 (S210). The control device 50 may display a warning message indicating a sign of abnormality on the operation panel 18.

図7は、振動データと類似度Dsの時間推移の一例を示す説明図である。上述したように、機械加工を開始してからの所定の学習期間において判定モデル55を構築する。また、工具Tの摩耗や疲労の蓄積などの状態の変化に伴う振動データの変化により、類似度Dsが値0に徐々に近付いていく。そして、制御装置50は、類似度Dsが値0を下回った時刻T1で異常の予兆があると判定し、異常予兆警報を出力する。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the time transition of the vibration data and the similarity Ds. As described above, the determination model 55 is constructed in a predetermined learning period after the start of machining. Further, the similarity Ds gradually approaches the value 0 due to the change in the vibration data due to the change in the state such as the wear of the tool T and the accumulation of fatigue. Then, the control device 50 determines that there is a sign of abnormality at the time T1 when the similarity Ds falls below the value 0, and outputs an abnormality sign alarm.

制御装置50は、異常予兆警報を出力すると、作業者により工具Tが交換されるか(S220)、判定モデル55の再構築の指示(工具Tの継続使用の指示)がなされるのを待つ(S230)。異常予兆警報に気付いた作業者は、工具Tの状態を確認し、必要があれば工具Tを交換してから、操作パネル18を介して工具Tの交換が完了した旨を入力する。あるいは、作業者は、工具Tの状態を確認して、まだ交換の必要がないと判断すると、操作パネル18の指示画面を介して判定モデル55の再構築の指示と現在の工具Tの継続使用の指示とを入力する。そして、制御装置50は、S220で工具Tが交換されたと判定すると、同じ種類の工具Tに交換されており判定モデル55を新たに構築する必要はないから、S130に戻り処理を行う。 When the control device 50 outputs an abnormality sign alarm, it waits for the operator to replace the tool T (S220) or to give an instruction to rebuild the determination model 55 (instruction to continue using the tool T) (S220). S230). The operator who notices the abnormality sign alarm confirms the state of the tool T, replaces the tool T if necessary, and then inputs that the replacement of the tool T is completed via the operation panel 18. Alternatively, when the operator confirms the state of the tool T and determines that the replacement is not necessary yet, the operator gives an instruction to reconstruct the determination model 55 and continues to use the current tool T via the instruction screen of the operation panel 18. Enter the instructions and. When the control device 50 determines that the tool T has been replaced in S220, the control device 50 has been replaced with the same type of tool T, and it is not necessary to newly construct the determination model 55. Therefore, the control device 50 returns to S130 and performs processing.

また、制御装置50は、S230で判定モデル55の再構築が指示されたと判定すると、S160,S170で異常の予兆ありと判定した際の振動データを含めて判定モデル55を再構築する処理を行ってから(S240)、S130に戻る。ここで、図8はモデル再構築に伴う類似度Dsの変化を示す説明図である。図8(a)は、時刻T2で類似度Dsが偶発的に値0を下回った場合を示しており、工具Tは継続使用が可能な状態とする。この場合、作業者が判定モデル55の再構築を指示すると、制御装置50は、時刻T2の振動データを含めて判定モデル55を再構築する。そして、制御装置50は、再構築した判定モデル55を用いて異常の予兆検出を行うから、図8(b)に示すように、類似度Dsが値0を下回り難くすることができる。このように、異常の予兆を検出した際の振動データを正常なデータとして判定モデル55を再構築することで、偶発的な類似度Dsの落ち込みを抑えて、異常の予兆の検出精度を上げることができる。また、異常の予兆が報知されても、作業者が確認した上で工具Tの継続使用を判断するから、工具Tの交換タイミングを適切なものとすることができる。 Further, when the control device 50 determines that the reconstruction of the determination model 55 is instructed in S230, the control device 50 performs a process of reconstructing the determination model 55 including the vibration data when it is determined in S160 and S170 that there is a sign of abnormality. Then (S240), the process returns to S130. Here, FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change in the similarity Ds with the model reconstruction. FIG. 8A shows a case where the similarity Ds accidentally falls below the value 0 at time T2, and the tool T is in a state where it can be continuously used. In this case, when the operator instructs the restructuring of the determination model 55, the control device 50 reconstructs the determination model 55 including the vibration data at the time T2. Then, since the control device 50 detects the sign of abnormality using the reconstructed determination model 55, it is possible to make it difficult for the similarity Ds to fall below the value 0 as shown in FIG. 8 (b). In this way, by reconstructing the determination model 55 by using the vibration data when the sign of abnormality is detected as normal data, it is possible to suppress the accidental drop in the similarity Ds and improve the detection accuracy of the sign of abnormality. Can be done. Further, even if a sign of abnormality is notified, the operator determines the continuous use of the tool T after confirming it, so that the replacement timing of the tool T can be made appropriate.

ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の工作機械10の制御装置50が異常予兆検出装置に相当し、異常予兆検出処理のS110で振動センサ36からの振動データを収集するデータ収集部51がデータ収集部に相当し、異常予兆検出処理のS110で判定モデル55を構築するモデル構築部54がモデル構築部に相当し、異常予兆検出処理のS160,S170で予兆検出を行う類似度演算部56が予兆検出部に相当する。また、異常予兆検出処理のS210で報知器19を用いて異常予兆警報を出力する異常予兆報知部58が予兆報知部に相当する。異常予兆検出処理のS130,S140で操作パネル18を介して閾値Thの設定変更を受け付けて閾値Thを変更する閾値変更部57が閾値変更部に相当する。異常予兆検出処理のS230で操作パネル18を介して再構築の指示を受け付ける制御装置50が受付部に相当する。また、工作機械10が工作機械に相当する。 Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present disclosure will be clarified. The control device 50 of the machine tool 10 of the present embodiment corresponds to the abnormality sign detection device, and the data collection unit 51 that collects the vibration data from the vibration sensor 36 in S110 of the abnormality sign detection process corresponds to the data collection unit. The model building unit 54 that builds the determination model 55 in S110 of the sign detection process corresponds to the model building unit, and the similarity calculation unit 56 that performs sign detection in S160 and S170 of the abnormality sign detection process corresponds to the sign detection unit. Further, the abnormality sign notification unit 58 that outputs the abnormality sign alarm by using the alarm 19 in S210 of the abnormality sign detection process corresponds to the sign notification unit. The threshold value changing unit 57 that accepts the threshold value Th setting change via the operation panel 18 in S130 and S140 of the abnormality sign detection process and changes the threshold value Th corresponds to the threshold value changing unit. The control device 50 that receives a reconstruction instruction via the operation panel 18 in S230 of the abnormality sign detection process corresponds to the reception unit. Further, the machine tool 10 corresponds to a machine tool.

以上説明した本実施形態の工作機械10では、1クラスSVMにおける判定モデル55を機械加工の開始当初の学習期間(所定期間)で構築することで、工具Tの異常の予兆の検出を速やかに開始することができる。また、同じ機械加工に用いられる別の工具Tについては、既に構築した判定モデル55を用いて、機械加工の開始当初から異常の予兆を検出することも可能である。したがって、工具Tの異常の予兆を早期に検出可能として工具Tの適切な使用を可能とすることができる。 In the machine tool 10 of the present embodiment described above, by constructing the determination model 55 in the 1-class SVM in the learning period (predetermined period) at the beginning of machining, the detection of a sign of abnormality of the tool T is promptly started. can do. Further, for another tool T used for the same machining, it is possible to detect a sign of abnormality from the beginning of machining by using the determination model 55 already constructed. Therefore, it is possible to detect a sign of abnormality of the tool T at an early stage and enable appropriate use of the tool T.

また、工作機械10は、工具Tの異常予兆警報を出力して作業者に適切な対応を促すことができる。また、工作機械10は、判定モデル55の閾値Thを変更可能であるから、異常の予兆の検出感度を調整することができる。また、工作機械10は、再構築の指示に基づいて、工具Tの異常の予兆が検出された際の振動データを正常領域のデータに含めて判定モデル55を再構築するから、振動データが偶発的に正常領域から外れた場合などに異常の予兆を検出するのを抑えて、予兆の検出精度を向上させることができる。 Further, the machine tool 10 can output an abnormality sign alarm of the tool T to urge the operator to take an appropriate response. Further, since the machine tool 10 can change the threshold value Th of the determination model 55, it is possible to adjust the detection sensitivity of the sign of abnormality. Further, since the machine tool 10 reconstructs the determination model 55 by including the vibration data when the sign of the abnormality of the tool T is detected in the data of the normal region based on the reconstruction instruction, the vibration data is accidental. It is possible to improve the accuracy of detecting a sign by suppressing the detection of a sign of abnormality when the area deviates from the normal region.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.

例えば、上述した実施形態では、異常の予兆を出力した場合に工具Tの継続使用が指示されると、異常の予兆を検出した際の振動データを正常領域のデータに含めて判定モデル55を再構築するものとしたが、これに限られるものではない。即ち、単に工具Tの継続使用を行い、判定モデル55の再構築を行わないものとしてもよい。あるいは、工具Tは交換するものの、判定モデル55の再構築を行うものとしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, when the continuous use of the tool T is instructed when the sign of abnormality is output, the vibration data when the sign of abnormality is detected is included in the data of the normal region and the determination model 55 is re-executed. It was supposed to be built, but it is not limited to this. That is, the tool T may be continuously used and the determination model 55 may not be reconstructed. Alternatively, the tool T may be replaced, but the determination model 55 may be reconstructed.

上述した実施形態では、閾値Thの設定変更を作業者から受け付け可能なものとしたが、これに限られず、閾値Thの設定変更を受け付けないものなどとしてもよい。 In the above-described embodiment, the threshold Th setting change can be accepted from the operator, but the present invention is not limited to this, and the threshold Th setting change may not be accepted.

上述した実施形態では、工作機械10の制御装置50が異常の予兆を検出するものとしたが、これに限られず、工作機械10の制御装置50とは別の装置が異常の予兆を検出するものなどとしてもよい。例えば、複数の工作機械10を統括して管理する管理装置が、各工作機械10から振動データを収集してそれぞれの異常の予兆を検出するものなどとしてもよい。また、そのようにする場合、異常の予兆を検出した場合に、工作機械10が備える報知器19を用いて異常予兆警報を出力するものに限られず、管理装置が備える表示画面に異常の予兆の旨を示す警告メッセージを表示したり、管理装置から作業者の携帯端末に異常の予兆を検出した旨の情報を送信するものなどとしてもよい。 In the above-described embodiment, the control device 50 of the machine tool 10 detects a sign of abnormality, but the present invention is not limited to this, and a device other than the control device 50 of the machine tool 10 detects a sign of abnormality. And so on. For example, a management device that controls and manages a plurality of machine tools 10 may collect vibration data from each machine tool 10 and detect a sign of each abnormality. Further, in such a case, when a sign of abnormality is detected, the alarm is not limited to the one that outputs the warning of abnormality by using the alarm 19 provided in the machine tool 10, and the sign of abnormality is displayed on the display screen provided in the management device. A warning message to that effect may be displayed, or information indicating that a sign of abnormality has been detected may be transmitted from the management device to the worker's mobile terminal.

本開示の異常予兆検出装置において、前記予兆検出部により前記工具の異常の予兆が検出された場合に、異常の予兆の旨(異常予兆警報)を報知する予兆報知部を備えるものとしてもよい。こうすれば、工具の異常の予兆の旨を速やかに作業者に報知して、工具の交換などの適切な対応を促すことができる。 The abnormality sign detection device of the present disclosure may include a sign notification unit that notifies the effect of the abnormality sign (abnormality sign warning) when the sign of the tool abnormality is detected by the sign detection unit. In this way, it is possible to promptly notify the operator of the sign of an abnormality in the tool and prompt an appropriate response such as replacement of the tool.

本開示の異常予兆検出装置において、前記振動データが前記正常領域に含まれるか否かを判定するための前記正常領域の閾値を、作業者からの指示に基づいて変更可能な閾値変更部を備え、前記予兆検出部は、前記閾値変更部により変更された変更後の前記閾値に基づいて前記振動データが前記正常領域に含まれるか否かを判定するものとしてもよい。こうすれば、閾値を変更することにより異常の予兆の検出感度を調整することができるから、予兆のさらなる早期検出を図ったり頻繁な予兆の検出を抑えたりすることができる。 The abnormality sign detection device of the present disclosure includes a threshold value changing unit that can change the threshold value of the normal region for determining whether or not the vibration data is included in the normal region based on an instruction from an operator. The sign detection unit may determine whether or not the vibration data is included in the normal region based on the changed threshold value changed by the threshold value changing unit. In this way, since the detection sensitivity of the sign of abnormality can be adjusted by changing the threshold value, it is possible to aim for earlier detection of the sign or suppress the detection of frequent sign.

本開示の異常予兆検出装置において、前記予兆検出部により前記工具の異常の予兆が検出された場合に、作業者から前記判定モデルの再構築の指示を受け付ける受付部を備え、前記モデル構築部は、前記受付部により再構築の指示が受け付けられると、前記工具の異常の予兆が検出された際の前記振動データを前記正常領域のデータに含めて前記判定モデルを再構築するものとしてもよい。こうすれば、振動データが偶発的に正常領域から外れた場合などに異常の予兆を検出するのを抑えることができるから、予兆の検出精度を向上させることができる。 The abnormality sign detection device of the present disclosure includes a reception unit that receives an instruction to reconstruct the determination model from an operator when a sign of abnormality of the tool is detected by the sign detection unit, and the model construction unit is provided. When the restructuring instruction is received by the reception unit, the determination model may be reconstructed by including the vibration data when a sign of abnormality of the tool is detected in the data of the normal region. By doing so, it is possible to suppress the detection of a sign of abnormality when the vibration data accidentally deviates from the normal region, so that the accuracy of detecting the sign can be improved.

本開示の工作機械は、交換可能な工具を用いて機械加工を行う工作機械であって、上述したいずれかの異常予兆検出装置を備えることを要旨とする。 The machine tool of the present disclosure is a machine tool that performs machining using replaceable tools, and is gisted to include any of the above-mentioned abnormality sign detection devices.

本開示の工作機械は、上述したいずれかの異常予兆検出装置を備えるため、上述した異常予兆検出装置と同様の効果、例えば、工具の異常の予兆を早期に検出可能として工具の適切な使用を可能とする効果が得られるものとなる。 Since the machine tool of the present disclosure is provided with any of the above-mentioned abnormality sign detection devices, the same effect as that of the above-mentioned abnormality sign detection device, for example, the proper use of the tool can be made so that the sign of the tool abnormality can be detected at an early stage. The effect that is possible will be obtained.

本開示は、工作機械で用いられる工具の異常の監視などに利用可能である。 The present disclosure can be used for monitoring abnormalities of tools used in machine tools.

10 工作機械、12 ベース、14 テーブル、16 コラム、18 操作パネル、19 報知器、20 ワークチャック装置、22 載置台、24 Y軸移動機構、26 チャック爪、30 主軸装置、32 主軸、34 主軸モータ、36 振動センサ、40 主軸移動機構、42 Z軸移動機構、44 X軸移動機構、50 制御装置、51 データ収集部、52 振動データ領域、53 特徴量抽出部、54 モデル構築部、55 判定モデル、56 類似度演算部、57 閾値変更部、58 異常予兆報知部、Ds 類似度、T 工具、Th 閾値、W ワーク。 10 Machine tools, 12 bases, 14 tables, 16 columns, 18 operation panels, 19 alarms, 20 work chuck devices, 22 mounts, 24 Y-axis moving mechanisms, 26 chuck claws, 30 spindle devices, 32 spindles, 34 spindle motors , 36 Vibration sensor, 40 Spindle movement mechanism, 42 Z-axis movement mechanism, 44 X-axis movement mechanism, 50 control device, 51 data collection unit, 52 vibration data area, 53 feature amount extraction unit, 54 model construction unit, 55 judgment model , 56 similarity calculation unit, 57 threshold change unit, 58 abnormality sign notification unit, Ds similarity, T tool, Th threshold, W work.

Claims (5)

機械加工に用いられる工具の異常の予兆を検出する異常予兆検出装置であって、
前記機械加工中の前記工具の振動データを収集するデータ収集部と、
前記機械加工の開始当初の所定期間において前記データ収集部により収集された前記振動データを正常領域のデータとして1クラスサポートベクターマシンにおける判定モデルを構築するモデル構築部と、
前記モデル構築部により構築された前記判定モデルを用いて、前記振動データが前記正常領域に含まれるか否かを判定することにより、前記工具の異常の予兆の有無を検出する予兆検出部と、
を備える異常予兆検出装置。
An abnormality sign detection device that detects signs of abnormality in tools used for machining.
A data collection unit that collects vibration data of the tool during machining,
A model construction unit that constructs a judgment model in a one-class support vector machine using the vibration data collected by the data collection unit as data in a normal region during a predetermined period at the beginning of machining.
Using the determination model constructed by the model construction unit, a sign detection unit that detects the presence or absence of a sign of abnormality of the tool by determining whether or not the vibration data is included in the normal region.
An abnormality sign detection device equipped with.
請求項1に記載の異常予兆検出装置であって、
前記予兆検出部により前記工具の異常の予兆が検出された場合に、異常の予兆の旨を報知する予兆報知部を備える
異常予兆検出装置。
The abnormality sign detection device according to claim 1.
An abnormality sign detection device including a sign notification unit that notifies the effect of a sign of abnormality when a sign of an abnormality of the tool is detected by the sign detection unit.
請求項1または2に記載の異常予兆検出装置であって、
前記振動データが前記正常領域に含まれるか否かを判定するための前記正常領域の閾値を、作業者からの指示に基づいて変更可能な閾値変更部を備え、
前記予兆検出部は、前記閾値変更部により変更された変更後の前記閾値に基づいて前記振動データが前記正常領域に含まれるか否かを判定する
異常予兆検出装置。
The abnormality sign detection device according to claim 1 or 2.
A threshold value changing unit capable of changing the threshold value of the normal region for determining whether or not the vibration data is included in the normal region is provided based on an instruction from an operator.
The sign detection unit is an abnormality sign detection device that determines whether or not the vibration data is included in the normal region based on the changed threshold value changed by the threshold value change unit.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の異常予兆検出装置であって、
前記予兆検出部により前記工具の異常の予兆が検出された場合に、作業者から前記判定モデルの再構築の指示を受け付ける受付部を備え、
前記モデル構築部は、前記受付部により再構築の指示が受け付けられると、前記工具の異常の予兆が検出された際の前記振動データを前記正常領域のデータに含めて前記判定モデルを再構築する
異常予兆検出装置。
The abnormality sign detection device according to any one of claims 1 to 3.
When the sign detection unit detects a sign of abnormality of the tool, the reception unit is provided to receive an instruction to reconstruct the determination model from the operator.
When the reception unit receives the reconstruction instruction, the model construction unit reconstructs the determination model by including the vibration data when a sign of abnormality of the tool is detected in the data of the normal region. Abnormality sign detection device.
交換可能な工具を用いて機械加工を行う工作機械であって、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の異常予兆検出装置を備える
工作機械。
A machine tool that performs machining using replaceable tools.
A machine tool comprising the abnormality sign detection device according to any one of claims 1 to 4.
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