JP6487475B2 - 工具状態推定装置及び工作機械 - Google Patents
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Description
また、テイラーの寿命方程式を用いて工具の寿命を予測する場合には、加工条件に応じて方程式の常数の計算を行う必要があるため、加工条件が頻繁に変化する工作機械においては常数の決定が煩雑となり、適用することが困難であるという問題がある。
本発明の請求項7に係る発明は、前記状態観測部は、前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、更に前記加工に係る静的情報を取得し、前記工具の近辺の動的情報及び前記加工に係る静的情報に基づいて入力データを作成する、請求項1に記載の工具状態推定装置である。
本発明の請求項8に係る発明は、前記工作機械の運転中に取得された少なくとも加工中の切粉の飛散状況を含む切粉の動的情報を含む前記工具の近辺の動的情報及び前記加工に係る静的情報に基づく機械学習により構築された学習モデルを記憶する学習モデル記憶部と、前記状態観測部は、前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、更に前記加工に係る静的情報を取得し、前記工具の近辺の動的情報及び前記加工に係る静的情報に基づいて入力データを作成する、請求項4に記載の工具状態推定装置である。
図1は、エンドミル工具によりワークを加工している際の切粉の飛散状態について説明する図である。エンドミル工具を用いてワークの側面を切削加工している際に発生する切粉は、工具の回転に従って加工領域内に飛散する。この時、新品のエンドミル工具を用いた加工を行うと、図1上に示すように切粉は工具の進行方向とはほぼ真逆の方向へ比較的狭い範囲へと飛散する傾向にあるが、摩耗が進んだエンドミル工具を用いた加工を行うと、図1下に示すように切粉は比較的広い範囲へと飛散し、切粉の飛散速度や飛散距離も変化する。また、炭素鋼のワークを工具で加工した際に発生する切粉は、新品の工具を用いた加工では薄い黄色となるが、摩耗が進んだ工具を用いた加工では濃青色となる。
また、作業者により入力された工作機械での工具状態に係る情報は、工作機械を運転する作業者や工作機械に異常が発生した際に対応するメンテナンス要員が工作機械を制御する制御装置の機械操作盤などを介して入力した工具交換に係る情報などが含まれていても良い。ログデータ記憶部200は、複数の工作機械から収集された工具近辺の動的情報や加工に係る静的情報をログデータとして記録するようにして良い。また、ログデータ記憶部200は、一般的なデータベースとして構築されて良い。
図3は、本発明の一実施形態による機械学習に用いられる工具近辺の動的情報と工具状態に係る情報について説明する図である。本実施形態の工具状態推定装置100は、ログデータ記憶部200に記憶されたログデータの中から、工具状態が良好である時点での工具近辺の動的情報を「工具状態が良好な場合の工具近辺の動的情報」として収集し、一方で、工具交換が行われた時点から所定時間前(例えば、1時間前)までの工具近辺の動的情報を「工具状態が悪化している場合の工具近辺の動的情報」として収集する。そして、これら収集した工具近辺の動的情報に基づいて教師あり学習を行う。
図4に示すように、ニューロンは、複数の入力x(ここでは一例として、入力x1〜入力x3)に対する出力yを出力するものである。各入力x1〜x3には、この入力xに対応する重みw(w1〜w3)が掛けられる。これにより、ニューロンは、次の数3式により表現される出力yを出力する。なお、数1式において、入力x、出力y及び重みwは、すべてベクトルである。また、θはバイアスであり、fkは活性化関数である。
最後に、ニューロンN31〜N33は、それぞれ、結果y1〜結果y3を出力する。
学習部111は、状態観測部112が取得した入力データと、ラベル取得部113が取得した教師データ(ラベルとも称する)とに基づいて教師あり学習を行い、学習モデルを構築して学習モデル記憶部114に記憶する機能手段である。学習部111が構築した学習モデルは、図2で説明した、「工具状態が良好な場合の工具近辺の動的情報」と、「工具状態が悪化している場合の工具近辺の動的情報」とを判別するためのモデルとして構成される。
学習部111は、状態観測部112が取得した入力データに基づいて教師なし学習を行い、学習モデルを構築して学習モデル記憶部114に記憶する機能手段である。本実施形態の学習部111が構築する学習モデルは、図12に示すように工具の使用を開始してから所定時間内の工具状態が良好である時点の工具近辺の動的情報を用いて構築される。学習部111が構築する学習モデルのアルゴリズムは、上記で説明したように、工具状態が良好である時点での工具近辺の動的情報と、それ以外とを分類できるものであればどのようなものを用いてもよい。
図13は、本発明の一実施形態による工具の状態推定時の工具状態推定装置100の概略的な機能ブロック図である。本実施形態の工具状態推定装置100は、環境としての工作機械1から工具近辺の動的情報に基づいて、工作機械1で用いられている工具の状態を推定する。
このようにして、推定部115は工作機械1から得られた工具近辺の動的情報に基づいて作成された入力データを用いた工具状態の推定結果を工作機械1の入出力部17に対して出力する。入出力部17は、推定部115から入力された工具状態の推定結果が工具状態が悪化していることを示している場合には、警報部23に対して警報を発するように指令する。
上記した実施形態では1台の工具状態推定装置100での学習及び利用の形態を示したが、学習部111が構築して学習モデル記憶部114に記憶する学習モデル自体は学習結果を示すデータの集合であるため、例えば、図示しない外部記憶装置やネットワークなどを介して学習モデルを他の工具状態推定装置100との間で共有するように構成することもできる。このように構成した場合、学習においては、複数の工具状態推定装置100の間で一つの学習モデルを共有した状態で、それぞれの工具状態推定装置100が並列して学習を行い、学習の完了までに掛かる時間を短縮することができ、一方で学習モデルの利用においては、共有した学習モデルを用いて複数の工具状態推定装置100のそれぞれで工具状態の推定を行うことも可能である。学習モデルの共有方法については特定の方法に限定されない。例えば、工場のホストコンピュータ内に学習モデルを記憶しておいて各工具状態推定装置100で共有してもよいし、学習モデルをメーカーが設置したサーバ上に記憶しておき、顧客の工具状態推定装置100の間で共有できるように構成することもできる。
17 入出力部
23 警報部
100 工具状態推定装置
111 学習部
112 状態観測部
113 ラベル取得部
114 学習モデル記憶部
115 推定部
200 ログデータ記憶部
Claims (8)
- 工作機械がワークの加工に用いる工具の状態を推定する工具状態推定装置であって、
前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、少なくとも加工中の切粉の飛散状況を含む切粉の動的情報を含む前記工具の近辺の動的情報を取得し、取得した前記工具の近辺の動的情報に基づいて入力データを作成する状態観測部と、
前記状態観測部が作成した入力データを用いた機械学習により学習モデルを構築する学習部と、
前記学習モデルを記憶する学習モデル記憶部と、
を備えた工具状態推定装置。 - 前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、前記状態観測部が作成した入力データに対応する前記工具の状態を示す教師データを取得するラベル取得部を更に備え、
前記学習部は、前記状態観測部が作成した入力データと、前記ラベル取得部が取得した教師データとを用いた教師あり学習により学習モデルを構築する、
請求項1に記載の工具状態推定装置。 - 前記学習部は、前記状態観測部が作成した入力データを用いた教師なし学習により前記工具の近辺の動的情報に基づくクラスタを作成した学習モデルを構築する、
請求項1に記載の工具状態推定装置。 - 工作機械がワークの加工に用いる工具の寿命を推定する工具状態推定装置であって、
前記工作機械の運転中に取得された少なくとも加工中の切粉の飛散状況を含む切粉の動的情報を含む前記工具の近辺の動的情報に基づく機械学習により構築された学習モデルを記憶する学習モデル記憶部と、
前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、少なくとも加工中の切粉の飛散状況を含む切粉の動的情報を含む前記工具の近辺の動的情報を取得し、取得した工具の近辺の動的情報に基づいて入力データを作成する状態観測部と、
前記学習モデルを用いて、前記状態観測部が作成した入力データから前記工具の状態を推定する推定部と、
を備えた工具状態推定装置。 - 前記工具の近辺の動的情報は、前記工作機械による加工で発生する切粉の飛散状態を示す画像に係る情報である、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の工具状態推定装置。 - 請求項4に記載の工具状態推定装置による前記工具の状態の推定結果に基づいて警報を出力する警報部と、
を備えた工作機械。 - 前記状態観測部は、前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、更に前記加工に係る静的情報を取得し、前記工具の近辺の動的情報及び前記加工に係る静的情報に基づいて入力データを作成する、
請求項1に記載の工具状態推定装置。 - 前記工作機械の運転中に取得された少なくとも加工中の切粉の飛散状況を含む切粉の動的情報を含む前記工具の近辺の動的情報及び前記加工に係る静的情報に基づく機械学習により構築された学習モデルを記憶する学習モデル記憶部と、
前記状態観測部は、前記工作機械の運転中に取得されたログデータから、更に前記加工に係る静的情報を取得し、前記工具の近辺の動的情報及び前記加工に係る静的情報に基づいて入力データを作成する、
請求項4に記載の工具状態推定装置。
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