WO2024023943A1 - 波形表示装置及び波形表示方法 - Google Patents

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WO2024023943A1
WO2024023943A1 PCT/JP2022/028830 JP2022028830W WO2024023943A1 WO 2024023943 A1 WO2024023943 A1 WO 2024023943A1 JP 2022028830 W JP2022028830 W JP 2022028830W WO 2024023943 A1 WO2024023943 A1 WO 2024023943A1
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series data
data
unit
program
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PCT/JP2022/028830
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幸男 神庭
一憲 飯島
元紀 佐藤
充 楠本
林升 郭
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ファナック株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R13/00—Arrangements for displaying electric variables or waveforms
    • G01R13/02—Arrangements for displaying electric variables or waveforms for displaying measured electric variables in digital form
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4063—Monitoring general control system

Definitions

  • the present invention relates to a waveform display device and a waveform display method, and more particularly to a waveform display device and a waveform display method for displaying waveforms such as servo data of a spindle and/or feed axis acquired from an actual industrial machine and commands of a machining program. Regarding.
  • a waveform display device that can easily analyze the relationship between time-series changes in physical quantities acquired from manufacturing machines and commands of a control program is described in Patent Document 1.
  • a waveform display device includes a waveform pattern storage unit that stores a control command and a waveform pattern of time-series data measured when controlling a manufacturing machine using the control command in association with each other.
  • a waveform analysis unit that extracts a characteristic waveform from the time series data, refers to a waveform pattern storage unit, and identifies a control command corresponding to the characteristic waveform; a correspondence analysis unit that identifies a correspondence relationship between a characteristic waveform and a command included in the control program based on the control program; and a correspondence relationship between the characteristic waveform and the command included in the control program. It is described that the device includes a display unit that displays information so that the user can understand the information.
  • Patent Document 2 describes an NC servo simulator that performs a simulation close to an actually measured state in which the characteristics of a machine tool are grasped from a program of an automatic NC program creation device.
  • Patent Document 2 describes an NC data input unit that inputs a machining program for an NC device created by an automatic program creation device, etc., and a data input unit that inputs a machining program for an NC device created by an automatic program creation device, etc.
  • a storage section that stores transfer functions, etc. and servo constants of the NC device, and a simulation section that simulates the tool trajectory of the machine tool from the program input by the NC data input section based on the data stored in this storage section.
  • An NC servo simulator is described, which is characterized by comprising a display section that displays simulation results of the simulation section.
  • Patent Document 3 describes an NC machining device that can efficiently perform NC machining with high quality and precision by reducing the burden of error verification of NC machining programs or by automating verification.
  • an NC machining device generates image data of a tool trajectory from an NC machining program, compares the image data of the tool trajectory with image data of a finished shape of a workpiece that has been input in advance, The part where the tool penetrates into the finished shape of the workpiece beyond a predetermined threshold is the overcut part, and the part where the tool passes along the surface of the finished shape of the workpiece within a distance range smaller than the predetermined threshold is called normal. It is described that the cut portion and the missing portion of the tool path passing along the finished shape of the workpiece are determined to be uncut portions and highlighted.
  • servo viewer or servo guide When trying to understand the correspondence between the servo data waveform of the spindle or feed axis and the program command, you can use an application called servo viewer or servo guide to display the servo data of the actual machining, and check the waveform, trajectory, and tool orientation. You can know. However, the servo viewer or servo guide cannot be associated with the machining program because there is no information to associate it with the machining program. Using CAM (Computer-aided manufacturing) and CNC guide (Computer Numerical Control Guide), it is possible to associate the machining program with the trajectory, and using CAE (Computer Aided Engineering), it is possible to create time-series data of the spindle from the machining program. can do.
  • CAM Computer-aided manufacturing
  • CNC guide Computer Numerical Control Guide
  • the CAM, CNC guide, and CAE are used at the time of design, they are not intended to read servo data from actual machining, and are not intended to be used for analysis of actual machining.
  • a waveform display device and a waveform display method that can support even complex machining programs are desired.
  • a waveform display device and a waveform display method that also display attribute information of the spindle or feed axis are desired.
  • a typical first aspect of the present disclosure includes an NC program interpretation unit that interprets an NC program that defines operations for positioning the feed axis and controlling the speed of the main axis; a command generation unit that interpolates command points from the NC program interpreted by the NC program interpretation unit and generates a position command value or a speed command value; a feedback control unit that performs feedback control to cause the rotation of an electric motor that drives the feed shaft or the main shaft to follow the position command value or the speed command value generated by the command generation unit; Attribute information of the feed axis and the main spindle is calculated using at least one of actually measured time series data acquired from an actual industrial machine and time series data of the torque command output from the feedback unit.
  • a machine configuration information section that holds; a correspondence analysis unit that performs matching between the actually measured time series data and the time series data output from the feedback control unit; Generates display data of the movement locus of the actually measured time series data, display data of the NC program, and display data of attribute information regarding the feed axis and the main spindle, and generates display data of the movement locus of the actually measured time series data.
  • a display control unit that generates interlock control data with the NC program; This is a waveform display device equipped with
  • a typical second aspect of the present disclosure is that a computer as a waveform display device: a process of interpreting an NC program that defines the positioning of the feed axis and the speed control of the main axis; A process of interpolating command points from the interpreted NC program to generate a position command value or a speed command value; A process of performing feedback control to cause the rotation of an electric motor that drives the feed shaft or the main shaft to follow the generated position command value or the speed command value; Holds attribute information of the feed axis and the main spindle, which is calculated by using at least one of actually measured time series data obtained from an actual industrial machine and time series data of torque commands obtained from feedback control.
  • a process of matching the actually measured time series data and the time series data obtained through feedback control Generates display data of the movement locus of the actually measured time series data, display data of the NC program, and display data of attribute information regarding the feed axis and the main spindle, and generates display data of the movement locus of the actually measured time series data.
  • a process of generating interlock control data with the NC program This is a waveform display method that performs
  • the display when it is desired to display the correspondence between the servo data waveform of the main axis or the feed axis and the program command, the display can be performed in accordance with a complex machining program. Further, attribute information of the main spindle or feed axis can also be displayed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a waveform display system including a waveform display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing torque commands and speeds of the main shaft, and position commands of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are feed axes.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing torque commands and speeds of the Z-axis, which is the feed axis, and position commands of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are the feed axes.
  • FIG. 2 is a diagram showing a two-inertial frame model. It is a diagram in which points where the change in curvature changes significantly are shown as end points with black circles.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing how a workpiece is cut in the X-axis direction on a lathe.
  • FIG. 4 is a diagram showing servo waveform data showing how the main shaft torque and speed, which are attribute information, reach a minimum. It is a figure which shows the example of the matching of the cutting feed area of the simulation data (upper row) for each tool use area, and the actual machine measurement data (lower row).
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of simulation results and actual measurement data when cutting coefficient parameters are identified through optimization. It is a figure showing an example of operation information.
  • FIG. 4 is a diagram showing servo waveform data showing how the main shaft torque and speed, which are attribute information, reach a minimum. It is a figure which shows the example of the matching of the cutting feed area of the simulation data (upper row) for each tool use area, and the actual machine measurement data (lower row).
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of simulation results and actual measurement data when cutting coefficient parameters are identified through optimization. It
  • FIG. 3 is a diagram showing count information, operation information, actual waveforms, and simulation waveforms for each machining program.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a partial defect in a machining program is supplemented with simulated servo data.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of compensating for deficiencies in machining program units with simulation servo data.
  • 3 is a flowchart illustrating the defect complementing process of the defect complementing section.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing how abnormality is calculated by cutting out three sections from target servo waveform data. It is a transition graph of abnormality degree in three sections.
  • FIG. 3 is a diagram showing a display screen that displays a movement trajectory and a machining program.
  • FIG. 3 is a diagram showing areas in which movement trajectories in the XY plane, the XZ plane, and the ZY plane are displayed.
  • FIG. 3 is a diagram showing an area in which a machining program is displayed.
  • FIG. 3 is a diagram showing an area in which a movement locus in the XZ plane is displayed.
  • FIG. 3 is a diagram showing an area in which a machining program is displayed.
  • 5 is a flowchart showing the operation of the waveform display device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a waveform display system including a waveform display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the waveform display system 10 includes a waveform display device 100, a storage section 200, and a display section 300.
  • the waveform display device 100 includes an NC program interpretation section 101, a command generation section 102, a feedback control section 103, a machine model 104, a machine configuration information section 105, a cutting force estimation section 106, a display control section 107, a correspondence analysis section 108, and a parameter It includes an optimization section 109, a defect complementation section 110, and an abnormality degree calculation section 111.
  • One or more of the cutting force estimation section 106, the parameter optimization section 109, the defect complementation section 110, and the abnormality degree calculation section 111 are provided as necessary. Each part constituting the waveform display device 100 will be described below.
  • NC program interpretation section 101 The NC program interpretation unit 101 calculates the travel distance and travel route based on input information such as an NC (Numerical Control) program (machining program) and CNC (Computerized Numerical Control) parameters output from the storage unit 200. and find the command speed.
  • the NC program interpretation unit 101 interprets the NC program that defines the positioning of the feed axis and the speed control of the main axis, decomposes the NC program into each code and value, and obtains the movement distance, movement path, and command speed.
  • the NC program interpretation unit 101 performs the following interpretations (A), (B), (C), and (D), for example.
  • (A) Codes M03, M04, and M05 convert to clockwise rotation of the main shaft, counterclockwise rotation of the main shaft, and rotation stop of the main shaft.
  • the command generation unit 102 generates interpolation data by interpolating points on the movement route at an interpolation period based on the movement distance, movement path such as a straight line or arc, and command speed obtained by the NC program interpretation unit 101. By generating an acceleration/deceleration profile based on the interpolated data and distributing it to each control axis, the position command value or Give the speed command value.
  • the command generation unit 102 performs the following operations (E), (F), (G), (H), and (I).
  • E Calculate the travel distance.
  • F Create a speed/position profile at the tip of the tool to satisfy the travel distance, command speed, and acceleration/deceleration parameters determined by the machine settings.
  • G Discretize the profile for each control period.
  • (H) Distribute the discretized profile to commands for each axis.
  • the feedback control unit 103 performs feedback control to cause the drive of the electric motor that drives the feed shaft and the main shaft to follow the position command value or speed command value generated by the command generation unit 102.
  • the configuration of the feedback control unit 103 is the same as the configuration of the feedback control unit of an actual industrial machine, and since the configuration of the feedback control unit of the actual machine is already known, detailed explanation will be omitted.
  • the feedback control unit 103 is connected to a subtracter that calculates the difference between a position command value and a position detection value that has been subjected to position feedback, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-128830, and is connected to the subtractor, A control unit that provides feedback can be used.
  • the feedback control unit 103 outputs torque commands and the like, which are servo data created within the feedback control unit 103, to the machine configuration information unit 105.
  • the servo data output from the feedback control section 103 becomes simulation data.
  • FIGS. 2 and 3 Servo waveform data (actual waveform) of an actual machine, which is actually measured time series data when drilling is performed, is shown in FIGS. 2 and 3, for example.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing torque commands and speeds of the main shaft, and position commands of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are the feed axes.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the torque command and speed of the Z-axis, which is the feed axis, and the position commands of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are the feed axes.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing torque commands and speeds of the main shaft, and position commands of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are the feed axes.
  • scales a1 to a9 on the vertical axis of the spindle speed are 270, 320, 370, 420, 470, 520, 570, 620, 670 (1/mm).
  • the scales a1 to a9 on the vertical axis of the main shaft torque are -60, -50, -40, -30, -20, -10, 0, 10, and 20 (%).
  • the scales a1 to a9 of the vertical axis of the X-axis position command are 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, and 800 (mm).
  • the scales a1 to a9 of the vertical axis of the Y-axis position command are -300, -250, -200, -150, -100, -50, 0, 50, and 100 (mm).
  • the scales a1 to a9 of the vertical axis of the Z-axis position command are -330, -325, -320, -315, -310, -305, -300, -295, -290 (mm).
  • scales a1 to a9 on the vertical axis of the spindle speed are -7000, -6000, -5000, -4000, -3000, -2000, -1000, 0, and 1000 (1/mm).
  • the scales a1 to a9 on the vertical axis of the main shaft torque are -120, -100, -80, -60, -40, -20, 0, 20, and 40 (%).
  • the scales a1 to a9 of the vertical axis of the X-axis position command are 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, and 800 (mm).
  • the scales a1 to a9 of the vertical axis of the Y-axis position command are -350, -300, -250, -200, -150, -100, -50, 0, and 50 (mm).
  • the scales a1 to a9 of the vertical axis of the Z-axis position command are -271, -266, -261, -256, -251, -246, -241, -236, -231 (mm).
  • the machine model 104 is a machine model of an industrial machine, for example, a machine tool or a cutting robot.
  • the mechanical model 104 is created using, for example, a two-inertia system.
  • Such a machine model is described, for example, in “Research on low-frequency vibration suppression control using a two-inertial frame model for feed axes of NC machine tools,” 2016, Vol. 82, No. 8, p. 745-750, Journal of the Japan Society for Precision Engineering, JP 2019-009858, etc.
  • FIG. 4 is a diagram showing a two-inertial frame model.
  • the mechanical model 104 shown in FIG. 4 is a mechanical model of a feed axis.
  • the two-inertial system model is a model in which a servo motor 1041 serving as an electric motor and a machine 1042 are connected by a spring 1043A and a damper 1043B, which correspond to a ball screw.
  • the mass of the servo motor 1041 and the mass of the machine 1042 are J m and J L respectively, the spring constant of the spring 1043A is K, the damper constant of the damper 1043B is C, the driving torque (torque command) of the servo motor 1041 is u, and the spring 1043A is Assuming that the resultant force of the damper 1043B is T, the motor speed is V m , and the machine speed is V L , the equation of motion of V m and V L and the resultant force T of the spring 1043A and damper 1043B are expressed by Formula 1 (the following equation 1).
  • the main shaft is a motor shaft for rotating the tool. It is the same as the feed shaft in that it drives the motor to control the machine end, but unlike the feed shaft, the machine end transmits rotational motion as is, rather than translation. Therefore, in the mechanical model of the spindle, a conversion mechanism using a ball screw does not exist in the spindle.
  • the machine configuration information section 105 uses at least one of the actually measured time series data acquired from the actual industrial machine and the torque command (time series data) included in the servo data output from the feedback control section 103. The calculated attribute information of the spindle and feed axis is retained.
  • the machine configuration information unit 105 acquires actual measured time series data without any defects from the correspondence analysis unit 108 if there is no defect in the measured time series data, and if there is any defect in the measured time series data, the machine configuration information unit 105 acquires the measured time series data without any defects. Actual time series data whose defects are complemented with simulation data is obtained from the complementation unit 110 .
  • the machine configuration information unit 105 holds the shape or contact length of the workpiece, which is quantified as a characteristic value.
  • the attribute information is a value held by the servo data, a value calculated from the servo data, or a value held by the end point. Endpoints are time series data obtained by narrowing down the servo data according to certain conditions and reducing the number of points.
  • the servo data for determining the attribute information is actually measured time series data or time series data of the torque command output from the feedback control unit 103.
  • examples of values held in servo data are torque load (torque command) and/or speed
  • examples of values calculated from servo data are abnormality degree and/or statistics.
  • examples of values held in servo data regarding feed axis attribute information are one or more of the tool trajectory, torque load, and speed (speed command or speed feedback value), which can be calculated from the servo data.
  • Examples of the determined values include one or more of the orientation of the tool, the type of movement, the direction of movement, the curvature, the degree of abnormality, and the statistical amount.
  • the values held by the end points include all the values held by the servo data and the values calculated from the servo data of the attribute information of the spindle and feed axis, as described above. It can be taken.
  • the machine configuration information section 105 may hold accompanying information other than the attribute information of the main spindle and the feed axis.
  • values held by servo data regarding accompanying information are one or more of the order (movement order and time order), program number, and various mechanical signals (PMC).
  • An example of a value calculated from data is time.
  • the value held by the end point can take on all of the above-mentioned values held by the servo data of the accompanying information and values calculated from the servo data.
  • FIG. 5 is a diagram in which points where the change in curvature changes significantly are shown as end points with black circles. The points indicated by black circles in FIG. 5 are the end points.
  • the point of the maximum value, minimum value, or average value of attribute information is set as an end point.
  • FIG. 6 is a diagram in which, as end points, the point of the maximum value of the attribute information is indicated by a black circle, and the point of the minimum value is indicated by a thick black circle.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing how a workpiece is cut in the X-axis direction in a lathe
  • FIG. 8 is a diagram showing servo waveform data showing how the main shaft torque and speed, which are attribute information, reach the minimum.
  • the orientation of the tool can be indicated by the starting and ending points of the tool.
  • the angle is determined by the machine, so if the trajectory is the end point of the tool, for example, in the case of MC, the starting point of the tool is a point at a distance of the tool length L plus the Z-axis direction. becomes.
  • the type of movement is classified into cutting, feeding, etc. based on a mechanical signal (PMC).
  • the movement direction is information that determines in which direction each endpoint should be moved, depending on the order.
  • the radius of curvature is the radius of a circle when it is considered as an arc using several points before and after a certain point, and is an indicator of how curved it is.
  • the time is the start time held by the file plus the order.
  • Statistics include mean, variance, skewness, kurtosis, RMS (root mean square), etc.For example, the mean is calculated by adding the values of all points using data in a certain interval and dividing by the number of data. This is the number.
  • the cutting force estimation unit 106 estimates the cutting force of the cutting tool based on the attribute information and characteristic values output from the machine configuration information unit 105.
  • the attribute information stored by the machine configuration information unit 105 is torque
  • the characteristic value is the numerically expressed shape or contact length of the workpiece.
  • the cutting force estimation section 106 outputs the estimated cutting force to the machine configuration information section 105.
  • the cutting force is the resistance of the material to the penetration of the cutting tool, and means the force required to continue cutting.
  • Torque [N. m] is determined from (principal force [N]) x (radius [m]) of the cutting force, so cutting force can be used almost in the same sense as torque.
  • the estimated cutting force can be calculated using the instantaneous cutting force model described below. Cutting the edge of a cutting tool into small pieces in the vertical direction. Let dz be the vertical size of the microblade. Here, regarding the cutting force applied to the micro-blade when the cutting tool cuts the workpiece, let dFt be the force in the tangential direction of the tool, dFr be the force in the radial direction, and dFa be the force in the axial direction. In addition, let h be the length (referred to as the cutting thickness) of the workpiece cut by the microblade in one rotation. Note that the cutting thickness h depends on the position z and rotation angle ⁇ of the microblade.
  • the instantaneous cutting model assumes that the relationship of Equation 2 (Equation 2 below) holds.
  • the cutting coefficients Kte, Ktc, Kre, Krc, Kae, and Kac are coefficients determined by the physical relationship between the tool and the workpiece.
  • the cutting coefficients Ktc, Krc, and Kac are coefficients corresponding to specific cutting resistance.
  • the cutting force can be calculated by numerically representing the shape of the workpiece in some form on a computer and simulating the cutting process at discrete time intervals.
  • a grid space divided in the X and Y directions is considered, and the workpiece shape is expressed numerically by recording the height of the workpiece in each cell.
  • the cutting tool is represented by microplates separated in the height direction.
  • the simulation is performed by updating the positions of the cutting tool and workpiece at minute intervals, reducing the height of cells in the workpiece that the tool comes into contact with, and generating cutting force according to the thickness of the cut generated in that area.
  • Equation 5 Equation 5 below.
  • Cz the total sum in the height direction of the tools in contact with the workpiece.
  • the average cutting thickness h' is determined from the feed rate and rotation speed, which are the machining conditions. If the specific cutting resistance has been determined, the cutting torque can be simulated by determining the contact length Cz at each position. In fact, if measurement data is available, the contact length at each position (which serves as basic cutting data) can be found from Equation 5. The same applies to cutting forces in directions other than the tangential direction.
  • the display control unit 107 acquires actually measured time series data, programs, and attribute information regarding the spindle and feed axis from the machine configuration information unit 105.
  • the display control unit 107 generates display data of the movement trajectory of the actually measured time series data, display data of the machining program, and display data of attribute information regarding the spindle and feed axis, and also generates display data of the movement trajectory of the actually measured time series data.
  • interlock control of the machining program is generated and sent to the display unit 300.
  • the actually measured time series data is actually measured time series data that does not require interpolation or supplemented actually measured time series data, and is actually measured time series data that does not have any defects.
  • the display control unit 107 generates time-series data of a new trajectory of the end point with a large change in curvature based on the position information of the time-series data of the feed axis, and Based on the information, first attribute information (for example, abnormality degree or statistics) of each end point is generated, and second attribute information (for example, an abnormality degree or statistic) of each end point is generated based on the torque command and speed information in the time series data of the main axis. For example, a time series of new trajectories of a plurality of end points having the maximum and minimum values of the first attribute information or the second attribute information is generated. Data is generated and sent to the display unit 300.
  • first attribute information for example, abnormality degree or statistics
  • second attribute information for example, an abnormality degree or statistic
  • the display control unit 107 may acquire the cutting force estimated by the cutting force estimation unit 106 from the machine configuration information unit 105, generate cutting force display data, and send it to the display unit 300.
  • the display control unit 107 may create an analysis report.
  • the display control unit 107 may generate display data of an analysis report and send it to the display unit 300.
  • the contents of the analysis report include, for example, the name of the target machining program, the dependent subprogram name (if there is no dependent subprogram, enter "None"), the analysis target disclosure time, the analysis target end time, and the rewriting of the machining program during the analysis period.
  • Correspondence analysis unit 108 When comparing the behavior of an actual machine and the behavior of a simulation, it is necessary to match the actual machine measurement data (actual measured time series data) as a time series signal with the simulation data. If it is possible to establish a correspondence between the actual machine measurement data as a time series signal and the simulation data, it is possible to create a correspondence between the actual machine measurement data and the machining program as a time series signal based on the correspondence between the simulation data and the machining program. .
  • the simulation data and the actual machine measurement data are output from the machine configuration information section 105 and the storage section 200, respectively, and the matched simulation data and the actual machine measurement data are outputted to the machine configuration information section 105, the parameter optimization section 109, and the defect complementation section 110. is output to.
  • the correspondence analysis unit 108 outputs the actual machine measurement data as is to the machine configuration information unit 105, since there is no need for complementation.
  • the correspondence analysis unit 108 outputs the actual machine measurement data and simulation data to the deficiency complementation unit 110 because it needs to be supplemented.
  • the following rules are established for simulation data and actual machine measurement data, and the NC program, simulation data, and actual machine measurement data are correlated in a two-step procedure of a tool use section and a cutting feed section. (1) Divide the time-series data into sections in which each tool is used, with tool changes as breaks.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of matching of cutting feed intervals between simulation data (upper row) and actual machine measurement data (lower row) for each tool usage interval. The hatched portions with the same pattern are corresponding sections, and the cutting feed sections correspond in all cases.
  • the parameter optimization unit 109 identifies in advance a cutting coefficient parameter that is a cutting force parameter.
  • the identification of the cutting coefficient parameters is performed assuming that the contact length is known at some locations. For example, in the case of drilling, the contact length is thought to match the height of the blade in areas where the cutting response is steady, so such areas can be extracted and the magnitude of the torque (feedback).
  • the cutting coefficients Kte and Ktc (which serve as basic cutting data) may be calculated based on the torque command output from the control unit 103.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of simulation results and actual measurement data when cutting coefficient parameters are identified through optimization.
  • Possible methods for extracting steady response locations include manually specifying them by the simulator user, or finding locations where the response is stable based on a rule. It is thought that the specific cutting forces in directions other than the tangential direction can be determined by the inclined cutting theory. Note that the parameters of the cutting coefficient are calculated by comparing the identified locations matched by the correspondence analysis unit 108 using the characteristic values and the actual cutting force stored by the machine configuration information unit 105. Parameters can be optimized by adjusting them for each machine tool and process.
  • the parameter optimization unit 109 stores, in the storage unit 200, the optimized parameters that are calculated based on the matched simulation data and actual machine measurement data output from the correspondence analysis unit 108.
  • Deficiency complementation section 110 performs complementation from simulation time series data when a deficiency occurs in actually measured time series data, and outputs the result to machine configuration information section 105 .
  • the correspondence analysis unit 108 is able to establish a correspondence between the actually measured time series data and the simulation data, it is possible to accurately compensate for the loss of the actually measured time series data with the simulated time series data. Data loss may be caused by factors such as delays in the network or data collection process.
  • the cutting force of the servo data at the missing location can be compensated for by the estimated cutting force estimated by the cutting force estimating unit 106.
  • the defect complementing unit 110 acquires count information, operation information, and real waveforms without defects from the storage unit 200, and obtains actual waveforms and simulation data with defects from the correspondence analysis unit 108.
  • the operation information is performance data of the operation of the machining program.
  • the operation information provides the machining program name, start time, and execution period (end time). Operation information has a longer cycle than servo data and is obtained from a different port, so data loss is less likely to occur than servo waveform data.
  • count information is acquired from the storage unit 200 and the program being executed is estimated.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of operation information.
  • the count information is the number of times the machining program has been executed, and is acquired from the storage unit 200. The count can be obtained if the CNC has a program count. Since the number of times the tool is used does not necessarily match the program count, it may be counted on the machining program.
  • FIG. 12 is a diagram showing count information, operation information, actual waveforms, and simulation waveforms for each machining program.
  • the defect complementing unit 110 compares the machine operation information and the actually measured time series data, and if there is a defect in the actually measured waveform in a part of the machining program, it replaces a part of the actually measured waveform with the simulated time series data. Fill in the deficiencies.
  • the defect complementing unit 110 compensates for defects in machining program units based on operating information or count information.
  • the defect complementing section 110 complements a partial defect in the machining program with the matched simulation servo data by using the matching performed by the correspondence analysis section 108.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of supplementing a partial defect in a machining program with simulated servo data.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of compensating for defects in machining program units with simulation servo data.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the defect complementing process of the defect complementing section.
  • the defect complementing unit 110 determines whether there is operation information. If there is operating information, the process moves to step S12, and if there is no operating information, the process moves to step S13.
  • the defect complementing unit 110 determines whether there is simulation data of the servo data. If there is simulation data, the process moves to step S14, and if there is no simulation data, the process moves to step S13. In step S13, a simulation is performed and the process moves to step S14.
  • step S14 the defect complementing unit 110 determines whether or not there is a defect in the actual waveform, and if so, determines whether the defect is in a part of the machining program or in each machining program. If the actual waveform has a defect in a part of the machining program, the defect complementing unit 110 moves to step S15, if the actual waveform has a defect in the machining program unit, the process moves to step S16, and if there is no defect in the actual waveform, the process moves to step S16. The process moves to step S17. In step S15, the defect complementing unit 110 supplements a portion of the defect in the actual waveform with the simulation waveform.
  • step S16 the defect complementing unit 110 complements the defect in the machining program unit of the actual waveform with the simulation waveform.
  • step S17 the defect complementing unit 110 uses the actual waveform as it is.
  • the actual waveform with the defects supplemented can be used as training data (normal value model) for creating a fault detection model.
  • training data normal value model
  • the number of data can be increased by filling in the missing data.
  • the actual waveform with its defects complemented the number of data acquisition points can be minimized. Therefore, data only needs to be acquired for the necessary locations, reducing the network load.
  • the abnormality degree calculation unit 111 determines a section to be cut out from the servo waveform data (actually measured time series data) output from the correspondence analysis section 108, and calculates the degree of abnormality of the cut out section.
  • the degree of abnormality is determined by calculating the degree of deviation, which is a numerical value of how far the data is from normal data.
  • the abnormality degree transition graph is obtained by performing processing multiple times and collecting the abnormality degree for each section.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing how three sections are cut out from the target servo waveform data and an abnormality is calculated.
  • FIG. 17 is a transition graph of the degree of abnormality in three sections.
  • threshold Th1 is a value that requires vigilance and immediate response
  • threshold Th2 is a value that requires urgent response.
  • FIG. 16 shows how three sections of servo waveform data are cut out for a waveform diagram similar to the waveform diagram in FIG.
  • FIG. 16 shows the degree of abnormality of one of the torque command and speed of the main shaft, and the position commands of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are the feed axes.
  • the correspondence analysis unit 108 correlates the actual machine measurement data as a time-series signal with the simulation data. It is also possible to create a correspondence between actual machine measurement data as time-series signals and machining programs. Therefore, even if the machining program is complex, display data can be generated by the display control unit 107 by acquiring the correspondence between the actual machine measurement data as a time-series signal and the machining program. As a result, for example, it is possible to improve machining programs (optimize machining) by displaying where in the actual machine measurement data defects are likely to occur, and this can be applied to prediction of aging or preventive maintenance. be able to.
  • the defect complementing unit 110 corrects the missing data in the actually measured time series data. It can be supplemented with simulation time series data.
  • the machine configuration information unit 105 calculates the attribute information of the spindle or the feed axis, holds the attribute information of the spindle and the feed axis, and the display control unit generates display data. can do.
  • the waveform display device 100 has been described above. Next, the storage section 200 and the display section 300 will be explained.
  • the storage unit 200 stores, for example, NC (Numerical Control) programs (machining programs), CNC (Computerized Numerical Control) parameters, actually measured time series data (actual waveform data) acquired from actual industrial machines, operating information, etc. I remember. Furthermore, the storage unit 200 stores parameters optimized by the parameter optimization unit 109.
  • NC Numerical Control
  • CNC Computerized Numerical Control
  • FIG. 18 is a diagram showing a display screen that displays a movement trajectory and a machining program.
  • the display screen 301 of the display unit 300 includes an area 301a that shows a movement trajectory and an area 301b that displays a machining program.
  • a MC machining center
  • FIG. 19 is a diagram showing an area 301a displaying movement trajectories in the XY plane, XZ plane, and ZY plane
  • FIG. 20 is a diagram showing an area 301b displaying a machining program.
  • arrows indicate the direction of movement of the tool
  • dotted lines indicate the trajectory of rapid feed
  • solid lines indicate the trajectory of cutting feed.
  • the arrow in the circle of the movement trajectory shown in FIG. 19 corresponds to one line of the program in the rectangular frame of the machining program in FIG. When one line of the machining program in FIG. 20 is clicked, the arrow of the movement trajectory inside the circle in FIG.
  • 19 becomes a thick line.
  • the arrow of the movement trajectory in FIG. 19 is clicked, the arrow of the movement trajectory becomes a thick line, and one line of the machining program within the rectangular frame in FIG. 20 becomes selected.
  • Such a display is performed by the display unit 300 based on interlock control data between the movement locus of the actually measured time series data and the NC program, which is generated by the display control unit 107.
  • 19 shows the movement loci of the XY plane, XZ plane, and ZY plane in the area 301a
  • FIG. 20 shows the corresponding machining program.
  • the movement trajectory in the XZ plane may be displayed, and the corresponding machining program may be displayed as shown in FIG.
  • the display unit 300 may display attribute information regarding the spindle and feed axis in addition to the movement locus and machining program of the actually measured time series data.
  • the display unit 300 may also display time-series data of new movement trajectories of endpoints with large changes in curvature based on position information of time-series data of the feed axis, and the first attribute information of each endpoint. (e.g., abnormality degree or statistics), or second attribute information (e.g., abnormality degree or statistics) of each endpoint. Displaying time series data of new trajectories of multiple endpoints with maximum and minimum values Good too. Furthermore, the display unit 300 may display the cutting force estimated by the cutting force estimation unit 106.
  • FIG. 23 is a flowchart showing the operation of the waveform display device 100.
  • step S11 the industrial machine is actually driven to obtain an actual waveform using the same configuration as the NC program interpretation section 101, command generation section 102, and feedback control section 103.
  • Step S11 of acquiring the actual waveform may be performed after step S12.
  • step S12 a simulation waveform is obtained by the NC program interpreter 101, command generator 102, feedback controller 103, and machine model 104.
  • step S13 attribute information of the main axis and the feed axis is calculated by using at least one set of the actual waveform (actually measured time series data) or the simulation waveform (time series data) of the torque command.
  • step S14 the actual waveform and the simulation waveform are matched.
  • step S15 display data and interlock control data are generated. Note that the process in step S11 may be performed after the process in step S12.
  • the estimation device can be realized by hardware, software, or a combination thereof.
  • being realized by software means being realized by a computer reading and executing a program.
  • each waveform display device is equipped with an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit). Be prepared.
  • the waveform display device can be used as an auxiliary storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) that stores various control programs such as application software or an OS (Operating System), and as a temporary storage device for the arithmetic processing unit to execute the program. It also includes a main storage device such as RAM (Random Access Memory) for storing data needed for the computer.
  • the arithmetic processing unit reads application software or the OS from the auxiliary storage device, and performs arithmetic processing based on the application software or OS while expanding the read application software or OS to the main storage device. . Also, based on this calculation result, various hardware included in each device is controlled. Thereby, the functional blocks of this embodiment are realized.
  • Each component included in the waveform display device can be realized by hardware including electronic circuits and the like.
  • some or all of the functions of each component included in the waveform display device can be implemented using, for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a gate array, an FPGA (Field Programmable Gate Array), It can be configured with an integrated circuit (IC) such as a CPLD (Complex Programmable Logic Device).
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • IC integrated circuit
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • Non-transitory computer-readable media include various types of tangible storage media.
  • Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (e.g., hard disk drives), magneto-optical recording media (e.g., magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R/ W, semiconductor memory (eg, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)).
  • the program may also be supplied to the computer via various types of transitory computer readable media.
  • the estimation device can take various embodiments having the following configurations, including the embodiments described above.
  • An NC program interpreter for example, NC program interpreter 101
  • a command generation unit for example, command generation unit 102
  • a feedback control unit for example, feedback control unit 103
  • Attribute information of the feed axis and the main spindle which is calculated by using at least one of actually measured time series data acquired from an actual industrial machine and time series data of torque commands output from the feedback control unit.
  • a machine configuration information section for example, machine configuration information section 105) that holds a correspondence analysis unit (for example, correspondence analysis unit 108) that performs matching between the measured time series data and the time series data output from the feedback control unit; Generates display data of the movement locus of the actually measured time series data, display data of the NC program, and display data of attribute information regarding the feed axis and the main spindle, and generates display data of the movement locus of the actually measured time series data.
  • a display control unit for example, display control unit 107) that generates interlock control data with the NC program;
  • a waveform display device for example, waveform display device 100).
  • the display when it is desired to display the correspondence between the servo data waveform of the main axis or the feed axis and the command of the program, the display can be performed in accordance with a complex machining program. Further, attribute information of the main spindle or feed axis can also be displayed.
  • the deficiency complementing section is Comparing the operating information of the industrial machine with the actually measured time series data, If there is a deficiency in the NC program unit in the actual measurement time series data, the deficiency in the machining program unit is supplemented, and if there is a deficiency in a part of the NC program in the actual measurement time series data.
  • the waveform display device according to (1) above which compensates for a partial defect in the NC program. According to this waveform display device, when actual measurement time series data is missing, it can be supplemented from simulated time series data.
  • a cutting force estimating unit (for example, cutting force estimating unit 106) that estimates cutting force based on the torque command obtained by the feedback control unit as a result of feedback control and the attribute information possessed by the machine configuration information unit.
  • a parameter optimization unit (for example, parameter optimization unit 109) that calculates optimal parameters necessary for calculation of cutting force estimation by the cutting force estimation unit, based on the matching results output from the correspondence analysis unit; and,
  • the display control section includes: Generating time series data of a new trajectory of an end point with a large change in curvature based on position information of the time series data of the feed axis, The first attribute information of each end point is generated based on the position information and speed information of the time series data of the feed axis, and the first attribute information of each end point is generated based on the torque command and speed information of the time series data of the main axis. Generate time series data of new trajectories of the second attribute information, and generate time series data of new trajectories of a plurality of end points having maximum and minimum values of the first attribute information or the second attribute information. do, The waveform display device according to any one of (1) to (4) above.
  • a computer serving as a waveform display device (for example, waveform display device 100) a process of interpreting an NC program that defines the positioning of the feed axis and the speed control of the main axis; A process of interpolating command points from the interpreted NC program to generate a position command value or a speed command value; A process of performing feedback control to cause the rotation of an electric motor that drives the feed shaft or the main shaft to follow the generated position command value or the speed command value; Holds attribute information of the feed axis and the main spindle, which is calculated by using at least one of actually measured time series data obtained from an actual industrial machine and time series data of torque commands obtained from feedback control.
  • a process of matching the actually measured time series data and the time series data obtained through feedback control Generates display data of the movement locus of the actually measured time series data, display data of the NC program, and display data of attribute information regarding the feed axis and the main spindle, and generates display data of the movement locus of the actually measured time series data.
  • a process of generating interlock control data with the NC program Waveform display method to perform. According to this waveform display method, when it is desired to display the correspondence between the servo data waveform of the main axis or the feed axis and the command of the program, the display can be performed in accordance with a complex machining program. Further, attribute information of the main spindle or feed axis can also be displayed.
  • Waveform Display System 101 NC Program Interpretation Unit 102 Command Generation Unit 103 Feedback Control Unit 104 Machine Model 105 Machine Configuration Information Unit 106 Cutting Force Estimation Unit 107 Display Control Unit 108 Correspondence Analysis Unit 109 Parameter Optimization Unit 110 Deficiency Completion Unit 111 Abnormality Degree calculation unit 200 Storage unit 300 Display unit

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Abstract

主軸又は送り軸のサーボデータ波形とプログラムの指令との対応関係、及び主軸又は送り軸の属性情報を表示する。　波形表示装置が、位置指令値又は速度指令値に、送り軸又は主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及びフィードバック制御により得られたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いて算出した、送り軸及び主軸の属性情報を保持する機械構成情報部と、実測の時系列データと、フィードバック制御部から出力された時系列データとのマッチングを行う対応関係解析部と、実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、ＮＣプログラムの表示データと、送り軸及び主軸に関する属性情報の表示データと、を生成するとともに、実測の時系列データの移動軌跡とＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う表示制御部と、を備える。

Description

波形表示装置及び波形表示方法
　本発明は、波形表示装置及び波形表示方法に関し、特に実際の産業機械から取得された主軸及び／又は送り軸のサーボデータ等の波形と加工プログラムの指令とを表示する波形表示装置及び波形表示方法に関する。
　製造機械から取得された物理量の時系列的変化と制御用プログラムの指令との関係を容易に解析することが可能な波形表示装置が、特許文献１に記載されている。
　具体的には、特許文献１には、波形表示装置が、制御指令と、該制御指令により製造機械を制御した際に測定された時系列データの波形パターンとを関連付けて記憶する波形パターン記憶部と、時系列データから特徴的な波形を抽出し、波形パターン記憶部を参照して、特徴的な波形に対応する制御指令を特定する波形解析部と、特徴的な波形に対応する制御指令と制御用プログラムとに基づいて、特徴的な波形と制御用プログラムに含まれる指令との対応関係を特定する対応関係解析部と、特徴的な波形と前記制御用プログラムに含まれる指令との対応関係が把握できるように表示する表示部と、を備えることが記載されている。
　ＮＣ自動プログラム作成装置のプログラムより工作機械の特性を把握した実測状態に近いシミュレーションを行うＮＣサーボシミュレータが、特許文献２に記載されている。
　具体的には、特許文献２には、自動プログラム作成装置等によって作成されたＮＣ装置の加工プログラムを入力するＮＣデータ入力部と、ＮＣ装置が搭載された工作機械の機械的かつ電気的定数及び伝達関数等やＮＣ装置のサーボ定数を記憶する記憶部と、この記憶部で記憶されたデータをもとに上記ＮＣデータ入力部が入力したプログラムから工作機械の工具の軌跡をシミュレーションするシミュレーション部と、このシミュレーション部のシミュレーション結果を表示する表示部とを具備することを特徴とするＮＣサーボシミュレータが記載されている。
　ＮＣ加工プログラムの誤り検証の負荷を軽減し、あるいは検証を自動化することにより、高い品質と精度のＮＣ加工を効率よく行うことができるＮＣ加工装置が、特許文献３に記載されている。
　具体的には、特許文献３には、ＮＣ加工装置が、ＮＣ加工プログラムから工具軌跡の画像データを生成し、工具軌跡の画像データと予め入力したワークの仕上がり形状の画像データとを比較し、工具が所定のしきい値を超えてワークの仕上がり形状内に入り込む部分を切り込み過ぎ部分、工具が所定のしきい値より小さい距離範囲内でワークの仕上がり形状の表面に沿って通過する部分を正常切削部分、ワークの仕上がり形状に沿って通過する工具軌跡のうちの欠損部分を削り残し部分とそれぞれ判定し、強調表示することが記載されている。
特開２０１９－１８４５１２号公報 特開昭６３－３１３２０６号公報 特開平０９－０６２３２６号公報
　主軸又は送り軸のサーボデータ波形とプログラムの指令との対応関係を把握しようとする場合、サーボビュア又はサーボガイドと呼ばれるアプリケーションを用いると、実加工のサーボデータを表示でき、波形、軌跡、工具向きを知ることができる。しかし、サーボビュア又はサーボガイドは、加工プログラムと紐づけする情報がないので、加工プログラムとの対応付けができない。
　ＣＡＭ（Computer-aided manufacturing）及びＣＮＣガイド（Computer Numerical Control Guide）を用いると、加工プログラムと軌跡を関連付けることができ、ＣＡＥ(Computer Aided Engineering)を用いると、加工プログラムから主軸の時系列データを作成することができる。しかし、ＣＡＭ及びＣＮＣガイド及びＣＡＥは、設計時に利用するもののため、そもそも実加工のサーボデータを読み込むことを考えておらず、実加工の分析に使うものではない。
　主軸又は送り軸のサーボデータ波形とプログラムの指令との対応関係を表示しようとする場合に、複雑な加工プログラムにも対応できる波形表示装置及び波形表示方法が望まれる。また、主軸又は送り軸の属性情報も併せて表示する波形表示装置及び波形表示方法が望まれる。
　（１）本開示の代表的な第１の態様は、送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈するＮＣプログラム解釈部と、
　前記ＮＣプログラム解釈部が解釈した前記ＮＣプログラムから指令点の補間を行い、位置指令値又は速度指令値を生成する指令生成部と、
　前記指令生成部が生成する前記位置指令値又は前記速度指令値に前記送り軸又は前記主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
　実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及び前記フィードバック部から出力されたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いることで算出した、前記送り軸及び前記主軸の属性情報を保持する機械構成情報部と、
　前記実測の時系列データと、前記フィードバック制御部から出力された時系列データと、のマッチングを行う対応関係解析部と、
　前記実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、前記ＮＣプログラムの表示データと、前記送り軸及び前記主軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う表示制御部と、
　を備えた波形表示装置である。
　（２）本開示の代表的な第２の態様は、波形表示装置としてのコンピュータが、
　送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈する処理と、
　解釈した前記ＮＣプログラムから指令点の補間を行い、位置指令値又は速度指令値を生成する処理と、
　生成した前記位置指令値又は前記速度指令値に前記送り軸又は前記主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行う処理と、
　実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及びフィードバック制御より得られたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いることで算出した、前記送り軸及び前記主軸の属性情報を保持する処理と、
　前記実測の時系列データと、フィードバック制御より得られた前記時系列データと、のマッチングを行う処理と、
　前記実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、前記ＮＣプログラムの表示データと、前記送り軸及び前記主軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う処理と、
　を実行する波形表示方法である。
　本開示の各態様によれば、主軸又は送り軸のサーボデータ波形とプログラムの指令との対応関係を表示しようとする場合に、複雑な加工プログラムに対応して表示ができる。また、主軸又は送り軸の属性情報も併せて表示することができる。
本開示の一実施形態の波形表示装置を含む波形表示システムの構成を示すブロック図である。 主軸のトルク指令と速度、並びに送り軸となるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置指令を示す波形図である。 送り軸となるＺ軸のトルク指令と速度、並びに送り軸となるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置指令を示す波形図である。 ２慣性系モデルを示す図である。 曲率の変化が大きく変わる点を端点として黒丸で示した図である。 端点として、属性情報の最大値の点を黒丸で示し、最小値の点を太線の黒円で示した図である。 旋盤において、Ｘ軸方向にワークを削る様子を示す説明図である。 属性情報となる主軸トルクと速度が最小に達する様子を示すサーボ波形データを示す図である。 工具使用区間ごとのシミュレーションデータ（上段）と実機測定データ（下段）との切削送り区間のマッチング例を示す図である。 最適化により、切削係数パラメータを同定した時のシミュレーション結果と実測データの例を示す図である。 稼働情報の一例を示す図である。 加工プログラム単位での、カウント情報、稼働情報、実波形及びシミュレーション波形を示す図である。 加工プログラム内の一部欠損を、シミュレーションのサーボデータで補完する例を示す図である。 加工プログラム単位の欠損を、シミュれーションのサーボデータで補完する例を示す図である。 欠損補完部の欠損補完処理を示すフローチャートである。 対象となるサーボ波形データから３つの区間を切り出して異常を算出する様子を示す説明図である。 ３つの区間での異常度の遷移グラフである。 移動軌跡と加工プログラムとを表示する表示画面を示す図である。 Ｘ－Ｙ面、Ｘ－Ｚ面、Ｚ－Ｙ面の移動軌跡を表示した領域を示す図である。 加工プログラムを表示した領域を示す図である。 Ｘ－Ｚ面の移動軌跡を表示した領域を示す図である。 加工プログラムを表示した領域を示す図である。 波形表示装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
　図１は本開示の一実施形態の波形表示装置を含む波形表示システムの構成を示すブロック図である。
　波形表示システム１０は、波形表示装置１００、記憶部２００及び表示部３００を備えている。
　波形表示装置１００は、ＮＣプログラム解釈部１０１、指令生成部１０２、フィードバック制御部１０３、機械モデル１０４、機械構成情報部１０５、切削力推定部１０６、表示制御部１０７、対応関係解析部１０８、パラメータ最適化部１０９、欠損補完部１１０及び異常度算出部１１１を備えている。切削力推定部１０６、パラメータ最適化部１０９、欠損補完部１１０及び異常度算出部１１１の一つ又は複数は必要に応じて設けられる。
　以下、波形表示装置１００を構成する各部について説明する。
　（ＮＣプログラム解釈部１０１）
　ＮＣプログラム解釈部１０１は、記憶部２００から出力される、ＮＣ（Numerical Control）プログラム（加工ブログラムとなる）、ＣＮＣ（Computerized Numerical Control）パラメータ等の入力情報をもとに、移動距離、移動経路及び指令速度を求める。ＮＣプログラム解釈部１０１は、送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈し、ＮＣプログラムを各コードと値に分解し、移動距離、移動経路及び指令速度を求める。
　ＮＣプログラム解釈部１０１は、例えば、以下の解釈（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を行う。
（Ａ）コードＭ０３、Ｍ０４、Ｍ０５によって、主軸の時計方向回転、主軸の反時計方向回転、主軸の回転停止に変換する。
（Ｂ）Ｇ００、Ｇ０１、Ｇ０２、Ｇ０３によって、主軸を指定した座標へ早送りで移動、主軸を指定した座標に切削送りで移動、時計回りの円弧補間、反時計回りの円弧補間に場合分けし、各サーボ軸の経路と移動距離に変換する。
（Ｃ）固定サイクル、工具交換の動作について、Ｇコード、Ｍコードに等価な変換をする。
（Ｄ）工具オフセット値を移動距離に加算する。
　（指令生成部１０２）
　指令生成部１０２は、ＮＣプログラム解釈部１０１により得られた移動距離、直線又は円弧などの移動経路、指令速度をもとに、移動経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成し、補間データに基づいて加減速プロファイルを生成し、さらに各制御軸への分配を行うことで、送り軸の電動機となるサーボモータ及び主軸の電動機となる主軸モータの制御周期ごとの位置指令値又は速度指令値を与える。
　指令生成部１０２は、以下の動作（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）を行う。
　（Ｅ）移動距離を算出する。
　（Ｆ）移動距離と指令速度，そして機械設定による加減速パラメータを満たすようにツール先端での速度・位置のプロファイルを作成する。
　（Ｇ）制御周期毎でプロファイルを離散化する。
　（Ｈ）離散化したプロファイルを各軸での指令へと分配する。
　（Ｉ）分配後の各軸指令値に対してフィルタを行う。
　（フィードバック制御部１０３）
　フィードバック制御部１０３は、指令生成部１０２が生成する位置指令値又は速度指令値に、送り軸及び主軸を駆動する電動機の駆動を追従させるフィードバック制御を行う。
　フィードバック制御部１０３の構成は、産業機械の実機のフィーバック制御部の構成と同じであり、実機のフィーバック制御部の構成は既に知られているので詳細な説明を省略する。例えば、フィードバック制御部１０３として、特開２０１９－１２８８３０号公報に記載された、位置指令値と位置フィードバックされた位置検出値との差を求める減算器と、減算器と接続され、速度フィードバックと電流フィードバックとが行われる制御部とを用いることができる。本実施形態では、速度検出値、位置検出値、電流検出値の少なくとも１つをフィードバックすればよい。
　フィードバック制御部１０３は、フィードバック制御部１０３内で作成されるサーボデータとなるトルク指令等を機械構成情報部１０５に出力する。フィードバック制御部１０３から出力されるサーボデータは、シミュレーションデータとなる。
　穴あけ加工を行う場合の、実測の時系列データである、実機のサーボ波形データ（実波形）は、例えば、図２及び図３に示される。図２は、主軸のトルク指令と速度、並びに送り軸となるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置指令を示す波形図である。図３は、送り軸となるＺ軸のトルク指令と速度、並びに送り軸となるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置指令を示す波形図である。
　図２において、主軸速度の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、２７０、３２０、３７０、４２０、４７０、５２０、５７０、６２０、６７０（１／ｍｍ）である。主軸トルクの縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－６０、－５０、－４０、－３０、－２０、－１０、０、１０、２０（％）である。Ｘ軸位置指令の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００（ｍｍ）である。Ｙ軸位置指令の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－３００、－２５０、－２００、－１５０、－１００、－５０、０、５０、１００（ｍｍ）である。Ｚ軸位置指令の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－３３０、－３２５、－３２０、－３１５、－３１０、－３０５、－３００、－２９５、－２９０（ｍｍ）である。
　図３において、主軸速度の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－７０００、－６０００、－５０００、－４０００、－３０００、－２０００、－１０００、０、１０００（１／ｍｍ）である。主軸トルクの縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－１２０、－１００、－８０、－６０、－４０、－２０、０、２０、４０（％）である。Ｘ軸位置指令の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００（ｍｍ）である。Ｙ軸位置指令の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－３５０、－３００、－２５０、－２００、－１５０、－１００、－５０、０、５０（ｍｍ）である。Ｚ軸位置指令の縦軸の目盛りａ１～ａ９は、－２７１、－２６６、－２６１、－２５６、－２５１、－２４６、－２４１、－２３６、－２３１（ｍｍ）である。
　（機械モデル１０４）
　機械モデル１０４は、産業機械の機械モデルであり、例えば、工作機械又は切削加工ロボットの機械モデルである。
　機械モデル１０４は、例えば、２慣性系により作成される。このような機械モデルは、例えば、“ＮＣ工作機械の送り軸のための２慣性系モデルによる低周波振動抑制制御の研究”２０１６年８２巻８号ｐ．７４５－７５０，精密工学会誌、特開２０１９－００９８５８号公報等に記載されている。図４は２慣性系モデルを示す図である。図４で示される機械モデル１０４は、送り軸の機械モデルである。図４に示すように、２慣性系モデルは、電動機となるサーボモータ１０４１から機械１０４２までの間に、ボールねじに相当するバネ１０４３Ａ及びダンパ１０４３Ｂで連結されたモデルである。
　サーボモータ１０４１の質量及び機械１０４２の質量をそれぞれＪｍ、ＪＬ、バネ１０４３Ａのバネ定数をＫ、ダンパ１０４３Ｂのダンパ定数をＣ、サーボモータ１０４１の駆動トルク（トルク指令）をｕ、バネ１０４３Ａとダンパ１０４３Ｂの合成力をＴ、モータ速度をＶｍ、機械速度をＶＬとすると、Ｖｍ，ＶＬの運動方程式、及び、バネ１０４３Ａとダンパ１０４３Ｂの合成力Ｔは、数式１（以下の数１）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　なお、工作機械等の産業機械の送り系では、びびり振動を論じる場合にはばね定数を含めて２慣性系を扱うことが合理的だが、単純に加減速に伴う慣性力だけを再現する場合には１慣性系で十分である。
　主軸は工具を回転させるためのモータ軸である。モータを駆動して機械端を制御するところは送り軸と共通であるが、送り軸と違って機械端では並進ではなく回転運動をそのまま伝達させることになる。したがって、主軸の機械モデルでは、ボールねじによる変換機構が主軸では存在しない。
　（機械構成情報部１０５）
　機械構成情報部１０５は、実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及びフィードバック制御部１０３から出力された、サーボデータに含まれるトルク指令（時系列データ）の少なくとも１つを用いることで算出した、主軸及び送り軸の属性情報を保持する。機械構成情報部１０５は、実測の時系列データに欠損が無い場合は、対応関係解析部１０８から欠損のない実測の時系列データを取得し、実測の時系列データに欠損が有る場合は、欠損補完部１１０から、欠損がシミュレーションデータで補完された実測の時系列データを取得する。
　機械構成情報部１０５は、特性値として数値化したワークの形状又は接触長を保持する。
　属性情報は、サーボデータが保持している値、サーボデータから算出された値、又は端点が保持している値である。端点は、サーボデータから、ある条件により絞り込んで、点数を減らした時系列データのことである。属性情報を求めるためのサーボデータは、実測の時系列データ又はフィードバック制御部１０３から出力されたトルク指令の時系列データである。
　主軸の属性情報について、サーボデータが保持している値の例は、トルク負荷（トルク指令）及び／又は速度であり、サーボデータから算出された値の例は、異常度及び／又は統計量である。
　送り軸の属性情報について、サーボデータが保持している値の例は、工具の軌跡、トルク負荷、及び速度（速度指令又は速度フィードバック値）のうちのいずれか又は複数であり、サーボデータから算出された値の例は、工具の向き、移動種類、移動向き、曲率、異常度及び統計量のうちのいずれか又は複数である。
　主軸及び送り軸の属性情報について、端点が保持している値は、上述した、主軸及び送り軸の属性情報のサーボデータが保持している値及びサーボデータから算出された値の全ての値を取り得る。
　機械構成情報部１０５は、主軸及び送り軸の属性情報以外の付随情報を保持してもよい。
　付随情報について、サーボデータが保持している値の例は、順番（移動順で、時間順の並びを示す）、プログラム番号、各種機械信号（ＰＭＣ）の内のいずれか又は複数であり、サーボデータから算出された値の例は時刻である。
　付随情報について、端点が保持している値は、上述した、付随情報のサーボデータが保持している値及びサーボデータから算出された値の全ての値を取り得る。
　上述した、端点、工具の向き、移動種類、移動向き、曲率、時刻、及び統計量について以下に説明する。異常度については、後述する異常度算出部１１１の説明において説明する。
　端点は次のようにして絞り込まれる。
　（１）位置情報（軌跡ＸＹＺ）を基にした曲率の変化が大きく変わる点を端点とする。図５は、曲率の変化が大きく変わる点を端点として、黒丸で示した図である。図５において黒丸で示した点を端点とする。
　（２）属性情報の最大値、最小値、又は平均値の点（速度、トルク負荷、曲率、統計量、異常度など）を端点とする。図６は、端点として、属性情報の最大値の点を黒丸で示し、最小値の点を太線の黒円で示した図である。図６において、黒丸で示した最大値の点及び太線の黒円で示した点を端点とする。
　属性情報が最小値を取る例について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、旋盤において、Ｘ軸方向にワークを削る様子を示す説明図、図８は、属性情報となる主軸トルクと速度が最小に達する様子を示すサーボ波形データを示す図である。
　工具の向きは工具の始点と終点で示すことができる。ＭＣ、旋盤、４軸加工機は、角度は機械で決まっているので、軌跡が工具の終点だとすると、例えばＭＣの場合、工具の始点は、工具長さＬをＺ軸方向に足した距離の点となる。
　移動種類は、機械信号（ＰＭＣ）により、切削中、送り移動中などを場合分けする。
　移動向きは、順番により、端点ごとにどちらに移動するかを決める情報である。
　曲率は、ある点の前後数点を用いて、円弧と見なした時の円の半径を曲率半径であり、曲がりぐらいを示す指標になる。
　時刻は、ファイルが保持する開始時刻に、順番を足したものである。
　統計量は、平均、分散、歪度、尖度、ＲＭＳ（二乗平均平方根）などであり、例えば、平均は、一定区間のデータを用いて、すべての点の値を足して、データ数で割った数である。
　（切削力推定部１０６）
　切削力推定部１０６は、機械構成情報部１０５から出力される属性情報及び特性値に基づき、切削工具における切削力を推定する。ここで、機械構成情報部１０５が保存する属性情報は、トルクであり、特性値は数値化したワークの形状又は接触長である。切削力推定部１０６は、推定された切削力を機械構成情報部１０５に出力する。
　なお、切削力は、切削工具の侵入に対する素材の抵抗であり、切削の継続に必要な力を意味する。トルク［Ｎ．ｍ］は切削力の（主分力［Ｎ］）×（半径［ｍ］）から求まるので、切削力をほぼトルクと同じ意味として使うことができる。
　推定切削力は、以下に説明する瞬間切削力モデルを用いて計算することができる。
　切削工具の刃先を垂直方向について微小な部分に切り分ける。微小刃の垂直方向の大きさをｄｚとする。ここで、切削工具がワークを切削する際にこの微小刃に掛かる切削力について、工具接線方向の力をｄＦｔ、半径方向の力をｄＦｒ、軸方向の力をｄＦａとおく。また、ｈを微小刃が１回転でワークを削る長さ（切り取り厚さと呼ばれる）とする。なお、切り取り厚さｈは、微小刃の位置ｚと回転角θに依存する。
　このとき、数式２（以下の数２）の関係が成り立つとするのが瞬間切削モデルである。ここで、切削係数Ｋｔｅ、Ｋｔｃ、Ｋｒｅ、Ｋｒｃ、Ｋａｅ、Ｋａｃは工具とワークの物質的な関係で決まる係数である。特に、切削係数Ｋｔｃ、Ｋｒｃ、Ｋａｃは比切削抵抗に相当する係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
 
　ワークの形状が事前にわかっている場合には、ワークの形状を計算機上に何らかの形で数値的に表し、切削過程を離散時間ごとにシミュレーションすることで切削力を計算することができる。
　例えば、Ｚ－Ｍａｐと呼ばれる方式では、Ｘ、Ｙ方向に分割したグリッド空間を考え、それぞれのセルにおけるワークの高さを記録することでワーク形状を数値的に表現する。切削工具は高さ方向に区切られた微小板で表現する。微小時間ごとに切削工具とワークの位置を更新し、工具が接触したワークのセルについて高さを減少させ、またその部分に生じる切り取り厚さに応じて切削力を発生させることでシミュレーションを行う。
　ワークの形状は事前には分かっていない場合には、Ｚ－Ｍａｐによるシミュレーションは使えない。
　しかし、加工時に測定されるトルクのデータを用いれば、工具がどの位置にいるときにトルクが発生するのかを見ることができる。すなわち測定データを用いれば、どの位置にワークが存在するか見積もることができる。さらに、ワークの比切削抵抗値についても見積もることができる。
　ここでは比切削抵抗が分かっているとした上で、ワーク形状が分かっていない場合に切削シミュレーションする方法（接触長によるシミュレーション）を述べる。
　トルクは接線方向に掛かる力に工具半径を掛けたものであるとみなせるので、切削工具の微小板にかかる切削トルクｄＴは以下の数式３（以下の数３）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　
　切削トルクｄＴは、工具微小板の位置ｚと回転角θに依存しているが、この依存性を解消するために切り取り厚さｈの平均値ｈ’を以下の数式４（以下の数４）とおく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　数式３の切り取り厚さｈを数式４の平均値ｈ’に置き換え、数式３を微小板ごとに総和を取ると、数式５（以下の数５）となる。ここで、ワークに接している工具の高さ方向の総和をＣｚとおいた。以下、Ｃｚを接触長と呼ぶ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　接触長Ｃｚによるシミュレーションでは、平均的切り取り厚さｈ’は加工条件である送り速度と回転数から求める。比切削抵抗が求まっているとすれば、各位置での接触長Ｃｚを求めることで切削トルクをシミュレーションすることができる。実際には、測定データがあれば各位置での接触長（切削基礎データとなる）を数式５から求めることができる。接線方向以外の切削力についても同様である。
　（表示制御部１０７）
　表示制御部１０７は、実測の時系列データ、プログラム、主軸及び送り軸に関する属性情報を機械構成情報部１０５から取得する。
　表示制御部１０７は、実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、加工プログラムの表示データと、主軸及び送り軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、実測の時系列データの移動軌跡と加工プログラムの連動制御の生成を行い、表示部３００に送る。なお、実測の時系列データは、補完の必要のない実測の時系列データ又は補完された実測の時系列データであり、欠損のない実測の時系列データである。
　また、表示制御部１０７は、送り軸の時系列データの位置情報を基にした曲率の変化の大きい端点の新たな軌跡の時系列データを生成し、送り軸の時系列データの位置情報及び速度情報に基づいて、各端点の第１の属性情報（例えば、異常度又は統計量）を生成し、主軸の時系列データにトルク指令及び速度情報に基づいて、各端点の第２の属性情報（例えば、異常度又は統計量）の新たな軌跡の時系列データを生成し、第１の属性情報又は前記第２の属性情報の最大値及び最小値を持つ複数の端点の新たな軌跡の時系列データを生成して、表示部３００に送る。
　このように、端点のデータを抽出することで、データ量を減らし、表示速度を改善することができる。
　表示制御部１０７は、切削力推定部１０６が推定する切削力を機械構成情報部１０５から取得して、切削力の表示データを生成して、表示部３００に送ってもよい。
　表示制御部１０７は、分析報告書を作成してもよい。表示制御部１０７は、分析報告書の表示データを生成して、表示部３００に送ってもよい。
　分析報告書の内容は、例えば、対象加工ブログラム名、依存サブプログラム名（依存サブプログラムがない場合は「なし）を記載）、分析対象開示時期、分析対象終了時期、分析期間の加工プログラム書き換え回数、ユーザからの要望事項とコメント、工具番号、種別、交換回数等の工具別情報、及び加工ブログラムの分析である。
（対応関係解析部１０８）
　実機での挙動とシミュレーションでの挙動を比較する際、時系列信号としての実機測定データ（実測の時系列データ）とシミュレーションデータと対応（マッチング）を取ることが求められる。時系列信号としての実機測定データとシミュレーションデータと対応を取ることができれば、シミュレーションデータと加工プログラムとの対応関係により、時系列信号としての実機測定データと加工プログラムとの対応関係も作ることができる。
　シミュレーションデータ及び実機測定データは、機械構成情報部１０５及び記憶部２００からそれぞれ出力され、マッチングがとれたシミュレーションデータ及び実機測定データが、機械構成情報部１０５、パラメータ最適化部１０９及び欠損補完部１１０に出力される。対応関係解析部１０８は、マッチングの結果、実機測定データに欠損が無い場合は、補完の必要がないため、実機測定データをそのまま機械構成情報部１０５に出力する。対応関係解析部１０８は、マッチングの結果、実機測定データに欠損が有る場合は、補完の必要があるため、実機測定データとシミュレーションデータを欠損補完部１１０に出力する。
　ここでは、シミュレーションデータ、実機測定データについて、以下のルールを設けて、工具使用区間と切削送り区間の二段階の手順で、ＮＣプログラム、シミュレーションデータ、及び実機測定データの対応付けを行う。
　（１）工具交換を区切りとして各工具を用いている区間で時系列データを分割する。
　（２）各工具を用いる区間同士の対応付けを行う。
　（３）各工具を用いている中で切削送りモードであることを示す信号が立っている区間を抽出する。
　（４）切削送り信号の区間同士を対応付ける。
　図９は、工具使用区間ごとのシミュレーションデータ（上段）と実機測定データ（下段）との切削送り区間のマッチング例を示す図である。
　同じ模様のハッチングの部分が対応の取れている区間であり、すべての場合において切削送り区間同士の対応が取れている。
（パラメータ最適化部１０９）
　これまで述べたシミュレーションを行うには、シミュレーションを実行するためのパラメータが、実切削力に合っている必要がある。
　パラメータ最適化部１０９は、例えば、切削力のパラメータである切削係数のパラメータを事前に同定しておく。
　切削係数のパラメータの同定は、いくつかの位置では接触長が分かっているものと仮定して行われる。例えば、ドリル加工の場合は切削が定常応答になるような箇所では接触長は刃の高さに一致していると考えられるため、そのような箇所を抜き出して、そこでのトルクの大きさ（フィードバック制御部１０３から出力されるトルク指令）を元に切削係数Ｋｔｅ、Ｋｔｃ（切削基礎データとなる）を求めればよい。
　図１０は、最適化により、切削係数パラメータを同定した時のシミュレーション結果と実測データの例を示す図である。
　定常応答箇所を抜き出す方法としては、シミュレータの利用者が手動で指定するか、あるいはルールベースで応答が安定している箇所を見つけ出すといった方法がありうる。接線方向以外の比切削抵抗については傾斜切削理論によって求められると考えられる。
　なお、切削係数のパラメータは、機械構成情報部１０５が保存した特性値と実切削力を使用して、対応関係解析部１０８でマッチングした同定箇所を比較することで算出する。工作機械、加工ごとに合わせることでパラメータが最適化できる。
　パラメータ最適化部１０９は、対応関係解析部１０８から出力された、マッチングがとれたシミュレーションデータ及び実機測定データをもとに算出された、最適化されたパラメータを記憶部２００に記憶する。
（欠損補完部１１０）
　欠損補完部１１０は、実測の時系列データの欠損が生じた場合に、シミュレーション時系列データから補完を行い、機械構成情報部１０５に出力する。対応関係解析部１０８で、実測の時系列データとシミュレーションデータと対応を取ることができた場合に、正確に実測の時系列データの欠損をシミュレーション時系列データで補完することができる。データの欠損は、ネットワーク又はデータ収集処理の遅延などの要因により起こるものと考えられる。
　欠損補完部１１０により実測の時系列データの欠損が生じた場合には、欠損箇所のサーボデータの切削力は、切削力推定部１０６で推定された推定切削力で補うことができる。
　カウント情報の有無、稼働情報の有無、及び実波形の有無によって、欠損が生じているかどうかの調査が可能になる。稼働情報及びカウント情報の説明は後述する。欠損補完部１１０は、カウント情報、稼働情報及び欠損のない実波形を記憶部２００から取得し、欠損のある実波形及びシミュレーションデータを対応関係解析部１０８から取得する。
　稼働情報は、加工プログラムが稼働した実績データである。
　稼働情報によって、加工プログラム名、開始時刻、実行期間（終了時刻）が分かる。
　稼働情報は、サーボデータと比較して周期が長く、別のポートから取得するため、データ欠損は、サーボ波形データより起きにくい。
　ネットの不通、データ収集機器の停止などにより、データが取れない期間の稼働は、記憶部２００より、カウント情報を取得し、実行されているプログラムを推測する。
　図１１は稼働情報の一例を示す図である。
　カウント情報は、加工プログラムが実行された数であり、記憶部２００から取得する。カウントの取得方法は、ＣＮＣにプログラムカウントがあれば取得可能である。工具使用回数では、必ずしも、プログラムカウントと一致しないため、加工プログラム上でのカウントでも良い。
　欠損が生ずる場合は、カウント情報、稼働情報、実波形及びシミュレーション波形は図１２のようになる。図１２は加工プログラム単位での、カウント情報、稼働情報、実波形及びシミュレーション波形を示す図である。図１２に示すように、ＣＮＣにあるカウント情報はすべてデータが取れているとすると、欠損が発生するのは、実波形の一部が欠けている場合、実波形が全部ない場合、及び稼働情報がない場合である。
　欠損補完部１１０は、機械の稼働情報と実測の時系列データを比較して、加工プログラム内の一部で実測の波形に欠損があった場合、シミュレーション時系列データによって、実測の波形の一部の欠損の補完を行う。加工プログラム単位で実測の波形に欠損（全欠損）があった場合、シミュレーション時系列データによって、加工プログラム単位で実測の波形の欠損の補完を行う。稼働情報がない場合、シミュレーション時系列データによって、加工プログラム単位で実測の波形の欠損の補完を行う。
　欠損補完部１１０は、加工プログラム単位の欠損を、稼働情報又はカウント情報に基づいて、加工プログラム毎に補完する。欠損補完部１１０は、加工プログラム内の一部欠損を、対応関係解析部１０８によるマッチングを利用することでマッチングしたシミュレーションのサーボデータで補完する。
　図１３は、加工プログラム内の一部欠損を、シミュレーションのサーボデータで補完する例を示す図である。図１４は、加工プログラム単位の欠損を、シミュレーションのサーボデータで補完する例を示す図である。
　図１５は、欠損補完部の欠損補完処理を示すフローチャートである。
　ステップＳ１１において、欠損補完部１１０は、稼働情報が有るかどうかを判断する。稼働情報が有る場合はステップＳ１２に移り、稼働情報が無い場合はステップＳ１３に移る。
　ステップＳ１２において、欠損補完部１１０は、サーボデータのシミュレーションデータが有るかどうかを判断し、シミュレーションデータが有る場合はステップＳ１４に移り、シミュレーションデータが無い場合はステップＳ１３に移る。
　ステップＳ１３において、シミュレーションを実施し、ステップＳ１４に移る。
　ステップＳ１４において、欠損補完部１１０は、実波形に欠損が有るかどうかを判断し、有る場合は加工プログラム内の一部の欠損か、加工プログラム単位での欠損かどうかを判断する。
　欠損補完部１１０は、実波形に加工プログラム内の一部の欠損が有る場合はステップＳ１５に移り、実波形に加工プログラム単位の欠損が有る場合はステップＳ１６に移り、実波形に欠損が無い場合はステップＳ１７に移る。
　ステップＳ１５において、欠損補完部１１０は、実波形の一部の欠損をシミュレーション波形で補完する。
　ステップＳ１６において、欠損補完部１１０は、実波形の加工プログラム単位の欠損をシミュレーション波形で補完する。
　ステップＳ１７において、欠損補完部１１０は、実波形をそのまま利用する。
　ステップＳ１５－Ｓ１７のいずれかが終了すると、欠損補完部の欠損補完処理が終了する。
　欠損を補完することで、欠損が補完された実波形を、故障検出モデルの作成のための教師用データ（正常値モデル）として用いることができる。この場合、実際に取得できた教師データ数が欠損により少なくなっても、欠損の補完によりデータ数を増やすことができる。
　また、欠損が補完された実波形を用いることで、データの取得箇所を最小限にできる。そのため、必要な箇所だけデータを取得すればよく、ネットワーク負荷を小さくできる。
（異常度算出部１１１）
　異常度算出部１１１は、対応関係解析部１０８から出力されるサーボ波形データ（実測の時系列データ）から切り出す区間を決め、切り出した区間の異常度を算出する。異常度は正常データからどの程度離れているかを数値化した乖離度を計算して、異常度とする。
　複数回、加工を実行し、区間ごとに異常度を集めたものが、異常度の遷移グラフとなる。
　図１６は、対象となるサーボ波形データから３つの区間を切り出して異常を算出する様子を示す説明図である。図１７は、３つの区間での異常度の遷移グラフである。図１７において、閾値Tｈ１は、警戒が必要で、近く対応が必要となる値であり、閾値Th２は、緊急な対応が必要となる値である。図１６は、図２の波形図と同様の主軸のトルク指令と速度、並びに送り軸となるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置指令を示す波形図について３つの区間のサーボ波形データを切り出す様子を示し、図１６は、主軸のトルク指令と速度、並びに送り軸となるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置指令のうちの一つの異常度を示している。
　以上説明した、本実施形態の波形表示装置によれば、対応関係解析部１０８によって、時系列信号としての実機測定データとシミュレーションデータと対応を取ることで、シミュレーションデータと加工プログラムとの対応関係により、時系列信号としての実機測定データと加工プログラムとの対応関係も作ることができる。よって、複雑な加工プログラムであっても、時系列信号としての実機測定データと加工プログラムとの対応関係を取得して、表示制御部１０７により表示データを生成することができる。その結果、例えば、実機測定データのどの箇所で不具合が発生しやすいかを表示することによって、加工プログラムを改善（加工の最適化）を行うことができ、経年変化の予測又は予防保全に応用することができる。
　本実施形態の波形表示装置によれば、対応関係解析部１０８で、実測の時系列データとシミュレーションデータと対応を取ることができた場合、欠損補完部１１０によって、実測の時系列データの欠損をシミュレーション時系列データで補完することができる。
　さらに、本実施形態の波形表示装置によれば、機械構成情報部１０５によって、主軸又は送り軸の属性情報を算出し、主軸及び送り軸の属性情報を保持し、表示制御部により表示データを生成することができる。
　以上、波形表示装置１００について説明した。
　次に、記憶部２００、及び表示部３００について説明する。
　（記憶部２００）
　記憶部２００は、例えば、ＮＣ（Numerical Control）プログラム（加工ブログラムとなる）、ＣＮＣ（Computerized Numerical Control）パラメータ、実際の産業機械から取得した実測の時系列データ（実波形データ）、稼働情報等を記憶している。また、記憶部２００は、パラメータ最適化部１０９で最適化されたパラメータを記憶する。
　（表示部３００）
　表示部３００は、例えば、表示制御部１０７が生成した、移動軌跡の表示データと、プログラムの表示データとに基づいて、移動軌跡と加工プログラムとを関連付けて表示する。
　図１８は、移動軌跡と加工プログラムとを表示する表示画面を示す図である。
　図１８に示すように、表示部３００の表示画面３０１は、移動軌跡を示す領域３０１ａと、加工プログラムを表示する領域３０１ｂとを含んでいる。
　ＭＣ（マシニングセンタ）では、Ｘ－Ｙ面の動作（軌跡）を見るのと同時に、穴あけなどの場合に、Ｚ軸方向も見たい場合がある。
　図１９はＸ－Ｙ面、Ｘ－Ｚ面、Ｚ－Ｙ面の移動軌跡を表示した領域３０１ａを示す図、図２０は加工プログラムを表示した領域３０１ｂを示す図である。
　図１９において、矢印は工具の移動の向きを示し、点線は早送りの移動軌跡、実線は切削送りの移動軌跡を示す。
　このような表示により、トルクが上昇する（負荷が高くなる）、異常度が高くなる、曲率が大きいなる、などの箇所を可視化できるようになる。
　図１９に示す移動軌跡の円内の矢印は、図２０の加工プログラムの四角枠内のプログラムの一行に対応している。図２０の加工プログラムの一行をクリックすると、図１９の円内の移動軌跡の矢印が太線になる。図１９の移動軌跡の矢印をクリックすると、移動軌跡の矢印が太線になり、図２０の四角枠内の加工プログラムの一行が選択状態となる。このような表示は、表示部３００が、表示制御部１０７により生成された、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データに基づいて行う。
　図１９は領域３０１ａにＸ－Ｙ面、Ｘ－Ｚ面、Ｚ－Ｙ面の移動軌跡を表示し、図２０は対応する加工プログラムを示したいるが、図２１に示すように、領域３０１ａにＸ－Ｚ面の移動軌跡を表示し、図２２に示すように、対応する加工プログラムを表示してもよい。
　表示部３００は、実測の時系列データの移動軌跡と加工プログラムの他に、主軸及び送り軸に関する属性情報を表示してもよい。
　また、表示部３００は、送り軸の時系列データの位置情報を基にした曲率の変化の大きい端点の新たな移動軌跡の時系列データを表示してもよく、各端点の第１の属性情報（例えば、異常度又は統計量）、又は各端点の第２の属性情報（例えば、異常度又は統計量）最大値及び最小値を持つ複数の端点の新たな軌跡の時系列データを表示してもよい。
　さらに、表示部３００は、切削力推定部１０６が推定する切削力を表示してもよい。
　以上、波形表示システム１０の構成について説明した。次に波形表示システム１０の波形表示装置１００の動作についてフローチャートを用いて説明する。
　図２３は、波形表示装置１００の動作を示すフローチャートである。
　ステップＳ１１において、ＮＣプログラム解釈部１０１、指令生成部１０２及びフィードバック制御部１０３と同様な構成により、実際に産業機械を駆動して実波形を取得する。実波形を取得するステップS１１はステップS1２の後に行われてもよい。
　ステップＳ１２において、ＮＣプログラム解釈部１０１、指令生成部１０２、フィードバック制御部１０３及び機械モデル１０４により、シミュレーション波形を取得する。
　ステップＳ１３において、実波形（実測の時系列データ）又はトルク指令のシミュレーション波形（時系列データ）の少なくとも１組を用いることで、主軸及びに送り軸の属性情報を算出する。
　ステップＳ１４において、実波形とシミュレーション波形とをマッチングする。
　ステップＳ１５において、表示データ及び連動制御データを生成する。
　なお、ステップＳ１１の処理は、ステップＳ１２の処理の後に行われてもよい。
　以上、本実施形態における、波形表示装置に含まれる機能ブロックを実現するために、推定装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
　本実施形態における、波形表示装置に含まれる機能ブロックをソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現する実現するために、具体的には、波形表示装置はそれぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置を備える。また、波形表示装置は、アプリケーションソフトウェア又はＯＳ（Operating System）等の各種の制御用プログラムを格納したＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の補助記憶装置、及び演算処理装置がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのＲＡＭ（Random Access Memory）といった主記憶装置も備える。
　そして、波形表示装置において、演算処理装置が補助記憶装置からアプリケーションソフトウェア又はＯＳを読み込み、読み込んだアプリケーションソフトウェア又はＯＳを主記憶装置に展開させながら、これらのアプリケーションソフトウェア又はＯＳに基づいた演算処理を行なう。また、この演算結果に基づいて、各装置が備える各種のハードウェアを制御する。これにより、本実施形態の機能ブロックは実現される。
　波形表示装置に含まれる各構成部は、電子回路等を含むハードウェアにより実現することができる。波形表示装置をハードウェアで構成する場合、波形表示装置に含まれる各構成部の機能の一部又は全部を、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等の集積回路（ＩＣ）で構成することができる。
　プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。
　上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
　本開示による推定装置は、上述した実施形態を含め、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。
　（１）　送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈するＮＣプログラム解釈部（例えば、ＮＣプログラム解釈部１０１）と、
　前記ＮＣプログラム解釈部が解釈した前記ＮＣプログラムから指令点の補間を行い、位置指令値又は速度指令値を生成する指令生成部（例えば、指令生成部１０２）と、
　前記指令生成部が生成する前記位置指令値又は前記速度指令値に前記送り軸又は前記主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行うフィードバック制御部（例えば、フィードバック制御部１０３）と、
　実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及び前記フィードバック制御部から出力されたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いることで算出した、前記送り軸及び前記主軸の属性情報を保持する機械構成情報部（（例えば、機械構成情報部１０５）と、
　前記実測の時系列データと、前記フィードバック制御部から出力された時系列データと、のマッチングを行う対応関係解析部（例えば、対応関係解析部１０８）と、
　前記実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、前記ＮＣプログラムの表示データと、前記送り軸及び前記主軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う表示制御部（例えば、表示制御部１０７）と、
　を備えた波形表示装置（例えば、波形表示装置１００）。
　この波形表示装置によれば、主軸又は送り軸のサーボデータ波形とプログラムの指令との対応関係を表示しようとする場合に、複雑な加工プログラムに対応して表示ができる。また、主軸又は送り軸の属性情報も併せて表示することができる。
　（２）　前記実測の時系列データの欠損が生じた場合に、前記フィードバック制御部から出力された時系列データを用いて、前記欠損の補完を行う欠損補完部（欠損補完部１１０）をさらに備え、
　前記欠損補完部は、
　前記産業機械の稼働情報と前記実測の時系列データを比較し、
　前記実測の時系列データに、ＮＣプログラム単位の欠損があった場合は、前記加工プログラム単位の欠損の補完を行い、前記実測の時系列データに、ＮＣプログラム内の一部の欠損があった場合は、前記ＮＣプログラムの一部の欠損の補完を行う、上記（１）に記載の波形表示装置。
　この波形表示装置によれば、実測の時系列データの欠損が生じた場合に、シミュレーション時系列データから補完を行うことができ、
　（３）　前記フィードバック制御部がフィードバック制御の結果として求めたトルク指令と、前記機械構成情報部がもつ属性情報と、に基づき切削力を推定する切削力推定部（例えば、切削力推定部１０６）と、
　前記対応関係解析部から出力されたマッチング結果をもとに、前記切削力推定部による切削力の推定の算出に必要な最適なパラメータを算出するパラメータ最適化部（例えば、パラメータ最適化部１０９）と、
　を備えた上記（２）に記載の波形表示装置。
　この波形表示装置によれば、欠損補完部により実測の時系列データの欠損が生じた場合には、欠損箇所のサーボデータの切削力は、切削力推定部で推定された推定切削力で補うことができる。
　（４）　前記実測の時系列データに基づき、異常度の算出を行う異常度算出部（例えば、異常度算出部１１１）をさらに備えた、上記（１）に記載の波形表示装置。
　（５）　前記表示制御部は、
　前記送り軸の時系列データの位置情報を基にした曲率の変化の大きい端点の新たな軌跡の時系列データを生成し、
　前記送り軸の時系列データの位置情報及び速度情報に基づいて、各端点の第１の属性情報を生成し、前記主軸の時系列データにトルク指令及び速度情報に基づいて、前記各端点の第２の属性情報の新たな軌跡の時系列データを生成し、前記第１の属性情報又は前記第２の属性情報の最大値及び最小値を持つ複数の端点の新たな軌跡の時系列データを生成する、
　上記（１）から（４）のいずれかに記載の波形表示装置。
　（６）　波形表示装置（例えば、波形表示装置１００）としてのコンピュータが、
　送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈する処理と、
　解釈した前記ＮＣプログラムから指令点の補間を行い、位置指令値又は速度指令値を生成する処理と、
　生成した前記位置指令値又は前記速度指令値に前記送り軸又は前記主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行う処理と、
　実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及びフィードバック制御より得られたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いることで算出した、前記送り軸及び前記主軸の属性情報を保持する処理と、
　前記実測の時系列データと、フィードバック制御より得られた前記時系列データと、のマッチングを行う処理と、
　前記実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、前記ＮＣプログラムの表示データと、前記送り軸及び前記主軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う処理と、
　を実行する波形表示方法。
　この波形表示方法によれば、主軸又は送り軸のサーボデータ波形とプログラムの指令との対応関係を表示しようとする場合に、複雑な加工プログラムに対応して表示ができる。また、主軸又は送り軸の属性情報も併せて表示することができる。
　１０　波形表示システム
　１０１　ＮＣプログラム解釈部
　１０２　指令生成部
　１０３　フィードバック制御部
　１０４　機械モデル
　１０５　機械構成情報部
　１０６　切削力推定部
　１０７　表示制御部
　１０８　対応関係解析部
　１０９　パラメータ最適化部
　１１０　欠損補完部
　１１１　異常度算出部
　２００　記憶部
　３００　表示部

Claims (6)

  1. 　送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈するＮＣプログラム解釈部と、
    　前記ＮＣプログラム解釈部が解釈した前記ＮＣプログラムから指令点の補間を行い、位置指令値又は速度指令値を生成する指令生成部と、
    　前記指令生成部が生成する前記位置指令値又は前記速度指令値に前記送り軸又は前記主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
    　実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及び前記フィードバック制御部から出力されたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いることで算出した、前記送り軸及び前記主軸の属性情報を保持する機械構成情報部と、
    　前記実測の時系列データと、前記フィードバック制御部から出力された時系列データと、のマッチングを行う対応関係解析部と、
    　前記実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、前記ＮＣプログラムの表示データと、前記送り軸及び前記主軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う表示制御部と、
    　を備えた波形表示装置。
  2. 　前記実測の時系列データの欠損が生じた場合に、前記フィードバック制御部から出力された時系列データを用いて、前記欠損の補完を行う欠損補完部をさらに備え、
    　前記欠損補完部は、
    　前記産業機械の稼働情報と前記実測の時系列データを比較し、
    　前記実測の時系列データに、ＮＣプログラム単位の欠損があった場合は、前記ＮＣプログラム単位の欠損の補完を行い、前記実測の時系列データに、加工プログラム内の一部の欠損があった場合は、前記ＮＣプログラムの一部の欠損の補完を行う、請求項１に記載の波形表示装置。
  3. 　前記フィードバック制御部がフィードバック制御の結果として求めたトルク指令と、前記機械構成情報部がもつ属性情報と、に基づき切削力を推定する切削力推定部と、
    　前記対応関係解析部から出力されたマッチング結果をもとに、前記切削力推定部による切削力の推定の算出に必要な最適なパラメータを算出するパラメータ最適化部と、
    　を備えた請求項２に記載の波形表示装置。
  4. 　前記実測の時系列データに基づき、異常度の算出を行う異常度算出部をさらに備えた、請求項１に記載の波形表示装置。
  5. 　前記表示制御部は、
    　前記送り軸の時系列データの位置情報を基にした曲率の変化の大きい端点の新たな軌跡の時系列データを生成し、
    　前記送り軸の時系列データの位置情報及び速度情報に基づいて、各端点の第１の属性情報を生成し、前記主軸の時系列データにトルク指令及び速度情報に基づいて、前記各端点の第２の属性情報の新たな軌跡の時系列データを生成し、前記第１の属性情報又は前記第２の属性情報の最大値及び最小値を持つ複数の端点の新たな軌跡の時系列データを生成する、
    　　請求項１から４のいずれか１項に記載の波形表示装置。
  6. 　波形表示装置としてのコンピュータが、
    　送り軸の位置決め及び主軸の速度制御の動作を規定するＮＣプログラムを解釈する処理と、
    　解釈した前記ＮＣプログラムから指令点の補間を行い、位置指令値又は速度指令値を生成する処理と、
    　生成した前記位置指令値又は前記速度指令値に前記送り軸又は前記主軸を駆動する電動機の回転を追従させるフィードバック制御を行う処理と、
    　実際の産業機械から取得した実測の時系列データ、及びフィードバック制御より得られたトルク指令の時系列データの内の少なくとも１つを用いることで算出した、前記送り軸及び前記主軸の属性情報を保持する処理と、
    　前記実測の時系列データと、フィードバック制御より得られた前記時系列データと、のマッチングを行う処理と、
    　前記実測の時系列データの移動軌跡の表示データと、前記ＮＣプログラムの表示データと、前記送り軸及び前記主軸に関する属性情報の表示データとを生成するとともに、前記実測の時系列データの移動軌跡と前記ＮＣプログラムとの連動制御データの生成を行う処理と、
    　を実行する波形表示方法。
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