JP2019079234A - 観測装置、観測方法及び観測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】機械の実際の動作を観測した信号の波形と、機械に対する指示プログラムとの対応関係を容易に把握できる出力が可能な観測装置、観測方法及び観測プログラムを提供する。【解決手段】観測装置１は、機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得部１１と、機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得部１２と、観測データ及び実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示部１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械又は産業ロボットを含む産業機械（以下、「機械」ともいう）の稼働状況を観測する装置、方法及びプログラムに関する。

従来、例えば工作機械の稼働状況を把握する場合、送り軸及び主軸等の動作波形を測定して分析することが一般的である。ところが、波形のみから実際の工作機械がどのような動きを行っているかを知ることは困難である。
そこで、例えば、特許文献１では、動作状況データと加工プログラム内のブロック番号とを対応付けて表示する技術が提案されている。また、特許文献２では、波形の位置と加工プログラム内のブロック番号とを相互に検索する技術が提案されている。

特開２０１５−５２８４６号公報 特開２０１１−３９７０８号公報

しかしながら、例えば、一連の加工動作の中で使用する工具が交換される等、１台の工作機械が行う動作の種類が増えるに従い、工作機械の動作状況と波形との対応付けを把握することは難しかった。

本発明は、機械の実際の動作を観測した信号の波形と、機械に対する指示プログラムとの対応関係を容易に把握できる出力が可能な観測装置、観測方法及び観測プログラムを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る観測装置（例えば、後述の「観測装置１」）は、機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得部（例えば、後述の「観測データ取得部１１」）と、前記機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得部（例えば、後述の「実行状態取得部１２」）と、前記観測データ及び前記実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示部（例えば、後述の「表示部１３」）と、を備える。

（２） （１）に記載の観測装置において、前記機械は、工作機械であり、前記実行状態データは、前記実行位置として前記指示プログラムの名称若しくは当該指示プログラム内のブロックを識別するシーケンス番号、又は前記パラメータの値として工具の名称を含んでもよい。

（３） （１）又は（２）に記載の観測装置は、前記観測データが表示されたグラフ上で、時刻の指定を受け付ける時刻指定部（例えば、後述の「時刻指定部１４」）と、指定された時刻に対応する前記指示プログラム内のブロックを特定するブロック特定部（例えば、後述の「ブロック特定部１５」）と、を備え、前記表示部は、前記指示プログラム内のブロックを一覧表示し、前記ブロック特定部により特定されたブロックの表示属性を変更してもよい。

（４） （１）又は（２）に記載の観測装置は、前記実行状態データに関する第１検索条件の入力を受け付ける第１条件入力部（例えば、後述の「第１条件入力部１６」）と、前記第１検索条件に合致する前記実行状態データ、及び当該実行状態データに対応付けられている前記観測データの時刻範囲を検索する第１検索部（例えば、後述の「第１検索部１７」）と、を備え、前記表示部は、前記第１検索部により検索された前記実行状態データ、及び前記観測データの時刻範囲における表示属性を変更してもよい。

（５） （１）又は（２）に記載の観測装置は、前記観測データの波形に関する第２検索条件の入力を受け付ける第２条件入力部（例えば、後述の「第２条件入力部１８」）と、前記第２検索条件に合致する前記観測データの特徴点を検索する第２検索部（例えば、後述の「第２検索部１９」）と、を備え、前記表示部は、前記第２検索部により検索された前記特徴点を強調表示してもよい。

（６） （５）に記載の観測装置において、前記表示部は、前記第２検索部により前記特徴点が複数検索された場合に、各特徴点の時刻における前記観測データ及び前記実行状態データを、前記特徴点毎に一覧表示してもよい。

（７） （５）又は（６）に記載の観測装置において、前記第２条件入力部は、前記第２検索条件として、前記観測データの波形における極大点、極小点、指定値より上昇する立ち上がり点、指定値より下降する立ち下がり点のいずれかを受け付けてもよい。

（８） （５）から（７）のいずれかに記載の観測装置は、前記実行状態データに関する第１検索条件の入力を受け付ける第１条件入力部（例えば、後述の「第１条件入力部１６」）と、前記第１検索条件に合致する前記実行状態データ、及び当該実行状態データに対応付けられている前記観測データの時刻範囲を検索する第１検索部（例えば、後述の「第１検索部１７」）と、を備え、前記第２検索部は、前記時刻範囲で、前記第２検索条件に合致する前記観測データの特徴点を検索してもよい。

（９） 本発明に係る観測方法は、機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得ステップと、前記機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得ステップと、前記観測データ及び前記実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示ステップと、をコンピュータ（例えば、後述の「観測装置１」）が実行する。

（１０） 本発明に係る観測プログラムは、機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得ステップと、前記機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得ステップと、前記観測データ及び前記実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示ステップと、をコンピュータ（例えば、後述の「観測装置１」）に実行させるためのものである。

本発明によれば、機械の実際の動作を観測した信号の波形と、機械に対する指示プログラムとの対応関係を容易に把握できる。

実施形態に係る観測装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態に係る観測データの表示例を示す図である。 実施形態に係る加工プログラムに含まれるブロックの表示例を示す図である。 実施形態に係る観測データと実行状態データとを同期させた表示例を示す図である。 実施形態に係る時刻指定に伴う画面表示例を示す図である。 実施形態に係る第１検索条件による検索結果の表示例を示す図である。 実施形態に係る第２検索条件による検索結果の第１の表示例を示す図である。 実施形態に係る第２検索条件による検索結果の第２の表示例を示す図である。 実施形態に係る第２検索条件を用いた波形検索が利用されるユースケースを例示する図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る観測装置１の機能構成を示すブロック図である。
観測装置１は、観測対象である機械の一例としての工作機械に関する観測データと、工作機械への指示が記述された加工プログラムの実行状態データとを対応付け、情報出力を行う情報処理装置（コンピュータ）である。なお、観測装置１は、工作機械を構成するサーボモータ及びリニアモータ等の駆動部を制御する数値制御装置に組み込まれていてもよい。また、観測対象の機械は、工作機械には限定されない。

観測装置１の制御部１０は、観測データ取得部１１と、実行状態取得部１２と、表示部１３と、時刻指定部１４と、ブロック特定部１５と、第１条件入力部１６と、第１検索部１７と、第２条件入力部１８と、第２検索部１９とを備える。これらの機能部は、制御部１０が記憶部２０に格納されたソフトウェア（観測プログラム）を実行することにより実現される。

観測データ取得部１１は、工作機械の実際の稼働状況に関する観測データを、所定のサンプリング周期で時刻情報と共に取得し、記憶部２０に格納する。
観測データは、例えば、時系列に所定のサンプリング周期で取得される主軸及び送り軸のモータ制御データであり、電流又は電圧の指令値、電流又は電圧の実測値、位置の指令値、位置の実測値、回転速度の指令値、回転速度の実測値、トルクの指令値、及びトルクの実測値等が含まれる。

また、外部機器から数値制御装置に入出力される信号を観測データとしてもよい。例えば、工作機械に対してシーケンス制御を行うためのシーケンス信号を観測データとしてもよい。
さらに、温度又は加速度等の各種センサ情報が観測データとして取得されてもよい。

実行状態取得部１２は、工作機械に対する加工プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、所定のサンプリング周期で時刻情報と共に取得し、記憶部２０に格納する。なお、実行状態データのサンプリング周期は、観測データのサンプリング周期と異なっていてもよいが、時刻情報は、同一の又は同期したクロックから取得される。
観測装置１が取得する加工プログラムの実行状態データは、例えば、実行位置として加工プログラムのＩＤ又は名称、及び加工プログラム内のブロックを識別するシーケンス番号の他、工作機械の構成変更に関する特定のパラメータの値として工具のＩＤ又は名称等を含む。

また、パラメータの値は、例えば、テーブルや工具の運動を指令するＧコード、及び主軸の回転若しくは切削油の入・切等の補助動作を指令するＭコード、さらには、位置決めの際のインポジションチェック待ち状態等の、数値制御装置の内部処理状態を含んでもよい。

表示部１３は、観測データ及び実行状態データを記憶部２０から読み出すと、双方の時刻情報を互いに同期させ、時系列に対応付けて表示する。

図２は、本実施形態に係る観測データの表示例を示す図である。
この例では、観測データとして、主軸速度、主軸トルク指令、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置、及びＺ軸位置の時系列データがそれぞれ、波形グラフで表示されている。

図３は、本実施形態に係る加工プログラムに含まれるブロックの画面表示例を示す図である。
画面Ｄには、プログラム１及びプログラム２について、それぞれに含まれる加工指令、及び工具の交換に関するブロックが実行順に表示されている。
従来、これらの加工プログラムの情報は、観測データ（図２）とは独立して管理及び出力されたため、例えば、工具が交換されたときの観測データの波形がどの部分であるかといった加工プログラムと観測データとの対応付けが困難だった。

図４は、本実施形態に係る観測データと実行状態データとを同期させた表示例を示す図である。
表示部１３は、図１と同様に観測データの波形グラフを表示すると共に、加工プログラムの実行状態データを、同一の時間軸に沿って時系列に表示する。
この例では、実行状態データとして、プログラム名称及びシーケンス番号の他、工具名称が観測データと同期して表示されている。これらの実行状態データは、次のように加工プログラムに含まれる各ブロックと容易に対応付けが可能である。なお、説明のため、加工プログラムのリスト及び矢印を図中に付記している。

観測データと同期してプログラム名称が表示されることによって、ある加工プログラムの実行に伴う観測データの範囲（Ｐ１及びＰ２）、及び加工プログラムの切り替わり箇所の波形が確認可能である。また、シーケンス番号が表示されることによって、各ブロックの指令に対応した観測データの波形が確認可能である。
さらに、工具名称が表示されることによって、ある工具の使用に伴う観測データの波形、及び工具の交換タイミング（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）の波形が容易に確認可能である。例えば、図中の破線で囲われたタイミングにおいて、Ｚ軸位置が上昇し工具が交換されている挙動が確認できる。

時刻指定部１４は、観測データが表示されたグラフ上で、時刻の指定を受け付ける。
ブロック特定部１５は、時刻指定部１４により指定された時刻に対応する加工プログラム内のブロックを特定する。そして、表示部１３は、加工プログラムに含まれるブロックの一覧を画面表示し、さらに、ブロック特定部１５により特定されたブロックの表示属性（フォント、色、サイズ、飾り等）を変更する。

図５は、本実施形態に係る時刻指定に伴う画面表示例を示す図である。
この例では、観測データの表示エリアにおいて、カーソルＴを移動させることにより、時刻ｔ１が指定されると、時刻ｔ１に対応する実行状態データ、及び加工プログラムに含まれるブロックを一覧表示させた画面Ｄ中の対応するブロックＢが強調表示される。

具体的には、時刻ｔ１に実行されていた「プログラム１」、「シーケンス２」、及び使用されていた「工具２」の表示が背景色の変更により強調される。
また、加工プログラム内の時刻ｔ１に対応するブロックＢが強調され、他のブロックと区別して表示される。なお、時刻ｔ１とブロックＢとの対応関係を示すために矢印を付記したが、実際に対応関係を明示する表示がされてもよい。

第１条件入力部１６は、実行状態データに関する第１検索条件としてキーワードの入力を受け付ける。
第１検索部１７は、第１検索条件に合致する実行状態データ、及びこの実行状態データに対応付けられている観測データの時刻範囲を検索する。そして、表示部１３は、第１検索部により検索された実行状態データ、及び観測データの時刻範囲における背景色等の表示属性を変更する。

図６は、本実施形態に係る第１検索条件による検索結果の表示例を示す図である。
第１検索条件の入力欄Ｃに、実行状態データとして表示されるプログラム名称、シーケンス番号及び工具名称のうちのいずれか、又は組み合わせが入力されると、合致する実行状態データ及び時刻範囲が強調表示される。

具体的には、第１検索条件に「工具１」が入力されると、この条件に合致する実行状態データとして、「プログラム１、工具１、シーケンス１」、「プログラム１、工具１、シーケンス２」、「プログラム２、工具１、シーケンス４」、「プログラム２、工具１、シーケンス５」が検索される。そして、これらの実行状態データ、及び工具１が使用された時刻範囲が背景色の変更により強調される。

第２条件入力部１８は、観測データの波形に関する第２検索条件の入力を受け付ける。
第２検索条件は、例えば、観測データの波形における極大点、極小点、指定値より上昇する立ち上がり点、指定値より下降する立ち下がり点のいずれかを受け付ける。

第２検索部１９は、第２検索条件に合致する観測データの特徴点を検索する。
このとき、第２検索部１９は、第１検索部１７により特定された時刻範囲で、第２検索条件に合致する観測データの特徴点を検索してもよい。そして、表示部１３は、第２検索部により検索された特徴点を強調表示する。

図７は、本実施形態に係る第２検索条件による検索結果の第１の表示例を示す図である。
第１検索条件の入力欄Ｃ１には、例えば実行状態データとして表示されるプログラム名称、シーケンス番号及び工具名称のうち、いずれかの区分とその値とが入力される。
第２検索条件の入力欄Ｃ２には、例えば複数の観測データのうち検索対象とする波形の区分（Ｄｒａｗ）、波形の特徴（エッジ種類）及び閾値が入力される。

具体的には、この例では、シーケンス番号「３」の時刻範囲において、「Ｘ軸位置」が閾値「Ａ」より上昇する「立ち上がり」の特徴点Ｐが検索され、グラフ上に描画されている。

また、表示部１３は、第２検索部により特徴点が複数検索された場合、これらの特徴点の比較を容易にするために、各特徴点の時刻における観測データ及び実行状態データを、特徴点毎に一覧表示してもよい。

図８は、本実施形態に係る第２検索条件による検索結果の第２の表示例を示す図である。
この例では、閾値Ａを超える立ち上がり点が時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の３箇所で検索されている。
このとき、検索結果一覧には、時刻と共に、検索対象とした観測データの値、及びこの時刻における実行状態データとしてプログラム番号、工具番号、シーケンス番号等が出力される。

図９は、本実施形態に係る第２検索条件を用いた波形検索が利用されるユースケースを例示する図である。
加工プログラム内で切削加工中と認識されるブロックが時間ｔ０の範囲である場合、実際に加工が開始された時刻は、この切削加工ブロック内で、実トルクが一定値Ａを超えた時点と判断できる。

これにより、切削加工が指示された後、十分に実トルクが掛かっていない空振り状態の時間Δｔが把握される。時間Δｔの短縮はサイクルタイムの短縮に繋がるため、波形検索により有用な情報が検索できた。

ここで、切削加工ブロックの範囲外で実トルクが値Ａを超える点Ｅが存在していても、切削加工が指示された時刻範囲ではないため、この点Ｅは検索対象外となる。
なお、例えば、プログラム情報の一部である数値制御装置の加工状態信号によっても、切削加工を指示した時刻範囲が特定可能である。そこで、時刻範囲を特定するための第１検索条件は、実行状態データに限らず、複数種類の観測データの値域として指定されてもよい。

本実施形態によれば、観測装置１は、工作機械の稼働状況に関する観測データと、工作機械に対する加工プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値（例えば、工具名称）を含む実行状態データとを同期させて時系列に表示する。
したがって、ユーザは、工作機械の実際の動作を観測した信号の波形と、工作機械に対する指示である加工プログラムとの対応関係を容易に把握できる。この結果、例えば使用される工具の切り替えタイミング等、加工プログラム上の特定のパラメータの状態と、観測データの波形との関係が明確になるため、波形分析が容易になる。

観測装置１は、観測データが表示されたグラフ上で、時刻の指定を受け付けると、加工プログラム内のブロックの一覧において、指定された時刻に対応するブロックの表示属性を変更する。
したがって、ユーザは、観測データの波形上の点と加工プログラムの実行位置との対応関係を正確に把握できる。

観測装置１は、実行状態データに関して指定された第１検索条件に合致する実行状態データ及び時刻範囲を強調表示する。
したがって、ユーザは、加工プログラム内の指定ブロックに対して、工作機械の実際の挙動を示す波形の範囲を容易に把握できる。

観測装置１は、観測データの波形に関して指定された第２検索条件に合致する観測データの特徴点を強調表示する。
したがって、ユーザは、極大点、極小点、指定値より上昇する立ち上がり点、指定値より下降する立ち下がり点等の波形に表れる特徴を指定することにより、特徴点を正確かつ速やかに定位できる。

このとき、観測装置１は、実行状態データに関して指定された第１検索条件に合致する時間帯を検索範囲にして特徴点を検索する。したがって、ユーザは、不要な特徴点を除外して注目する範囲のみから所望の特徴点を抽出できる。
また、観測装置１は、複数の特徴点が検索された場合に、各特徴点の時刻における観測データ及び実行状態データを、特徴点毎に一覧表示する。したがって、ユーザは、同種の特徴点の対応関係を一覧表により容易に把握し、波形分析に活用できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本実施形態の観測装置１が観測対象とする機械は、切削加工機、レーザ加工機、放電加工機等を含む工作機械に限定されない。本実施形態は、産業用ロボットを含む産業機械にも適用できる。

観測装置１による観測方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。

１ 観測装置
１０ 制御部
１１ 観測データ取得部
１２ 実行状態取得部
１３ 表示部
１４ 時刻指定部
１５ ブロック特定部
１６ 第１条件入力部
１７ 第１検索部
１８ 第２条件入力部
１９ 第２検索部
２０ 記憶部

Claims (10)

1. 機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得部と、
   前記機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得部と、
   前記観測データ及び前記実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示部と、を備える観測装置。
2. 前記機械は、工作機械であり、
   前記実行状態データは、前記実行位置として前記指示プログラムの名称若しくは当該指示プログラム内のブロックを識別するシーケンス番号、又は前記パラメータの値として工具の名称を含む請求項１に記載の観測装置。
3. 前記観測データが表示されたグラフ上で、時刻の指定を受け付ける時刻指定部と、
   指定された時刻に対応する前記指示プログラム内のブロックを特定するブロック特定部と、を備え、
   前記表示部は、前記指示プログラム内のブロックを一覧表示し、前記ブロック特定部により特定されたブロックの表示属性を変更する請求項１又は請求項２に記載の観測装置。
4. 前記実行状態データに関する第１検索条件の入力を受け付ける第１条件入力部と、
   前記第１検索条件に合致する前記実行状態データ、及び当該実行状態データに対応付けられている前記観測データの時刻範囲を検索する第１検索部と、を備え、
   前記表示部は、前記第１検索部により検索された前記実行状態データ、及び前記観測データの時刻範囲における表示属性を変更する請求項１又は請求項２に記載の観測装置。
5. 前記観測データの波形に関する第２検索条件の入力を受け付ける第２条件入力部と、
   前記第２検索条件に合致する前記観測データの特徴点を検索する第２検索部と、を備え、
   前記表示部は、前記第２検索部により検索された前記特徴点を強調表示する請求項１又は請求項２に記載の観測装置。
6. 前記表示部は、前記第２検索部により前記特徴点が複数検索された場合に、各特徴点の時刻における前記観測データ及び前記実行状態データを、前記特徴点毎に一覧表示する請求項５に記載の観測装置。
7. 前記第２条件入力部は、前記第２検索条件として、前記観測データの波形における極大点、極小点、指定値より上昇する立ち上がり点、指定値より下降する立ち下がり点のいずれかを受け付ける請求項５又は請求項６に記載の観測装置。
8. 前記実行状態データに関する第１検索条件の入力を受け付ける第１条件入力部と、
   前記第１検索条件に合致する前記実行状態データ、及び当該実行状態データに対応付けられている前記観測データの時刻範囲を検索する第１検索部と、を備え、
   前記第２検索部は、前記時刻範囲で、前記第２検索条件に合致する前記観測データの特徴点を検索する請求項５から請求項７のいずれかに記載の観測装置。
9. 機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得ステップと、
   前記機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得ステップと、
   前記観測データ及び前記実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示ステップと、をコンピュータが実行する観測方法。
10. 機械の稼働状況に関する観測データを、時刻情報と共に取得する観測データ取得ステップと、
    前記機械に対する指示プログラムにおける、実行位置及び特定のパラメータの値を含む実行状態データを、時刻情報と共に取得する実行状態取得ステップと、
    前記観測データ及び前記実行状態データを、時系列に対応付けて表示する表示ステップと、をコンピュータに実行させるための観測プログラム。

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