特開 2024-64360 異常判定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064360

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】異常判定装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/18 20060101AFI20240507BHJP

   G05B 19/418 20060101ALI20240507BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

G05B19/18 X

G05B19/418 Z

B23Q17/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172892

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石榑 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】中野 浩之

(72)【発明者】

【氏名】米津 寿宏

【テーマコード（参考）】

3C029

3C100

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C029EE01

3C100AA22

3C100AA27

3C100AA29

3C100AA57

3C100AA63

3C100AA70

3C100BB13

3C100BB15

3C100BB19

3C100BB27

3C269AB01

3C269BB12

3C269CC02

3C269CC15

3C269MN27

3C269MN29

3C269PP02

(57)【要約】

【課題】生産設備又は生産設備により生産される工作物の異常判定の精度向上が図られるとともに、異常判定を早期に行うことができる異常判定装置を提供する。
【解決手段】異常判定装置２は、生産設備１の機械状態又は工作物Ｗの加工状態にかかる波形データを取得する波形データ取得部２０１と、波形データから工作物Ｗの加工工程単位の波形データを抽出する抽出部２０３と、抽出済み波形データと上記機械状態又は上記加工状態にかかる統計量に基づいたマスター波形データとを比較して抽出済み波形データの時間情報を補正する時間補正部２０４と、補正済み波形データとマスター波形データとに基づいて統計量を更新する統計量更新部２０５と、更新済み統計量に基づいて閾値を調整する閾値調整部２１１と、補正済み波形データと閾値との比較結果に基づいて生産設備１又は工作物Ｗの異常判定を行う異常判定部２１３とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生産設備又は上記生産設備により生産される工作物の異常判定を行う異常判定装置であって、該異常判定装置における動作フェーズは、上記異常判定のための閾値を調整する閾値調整フェーズと、上記異常判定を行うための判定フェーズとを含み、
上記生産設備の機械状態又は上記工作物の加工状態にかかる波形データを取得する波形データ取得部と、
上記波形データ取得部で取得された波形データから、上記工作物の加工工程単位の波形データを抽出する抽出部と、
上記閾値調整フェーズであるときに、上記抽出部により抽出された上記波形データに基づいて算出された統計量を記憶する統計量記憶部と、
上記抽出部により抽出された上記波形データと、上記統計量記憶部に記憶された統計量から導出されたマスター波形データとを比較して時間ずれ量を算出し、該時間ずれ量に基づいて上記抽出部により抽出された上記波形データの時間情報を補正する時間補正部と、
上記閾値調整フェーズであるときに、上記時間情報が補正された上記波形データと上記マスター波形データとに基づいて上記統計量を更新する統計量更新部と、
上記更新された上記統計量に基づいて、上記異常判定の上記閾値を調整する閾値調整部と、
上記判定フェーズであるときに、上記時間情報が補正された波形データと上記調整された閾値とを比較する比較部と、
上記比較部の比較結果に基づいて、上記異常判定を行う異常判定部と、
を備える、異常判定装置。

【請求項2】

上記統計量記憶部に記憶された上記統計量は、上記閾値調整フェーズにおいて上記波形データ取得部が取得した複数の上記波形データから算出された時間ごとの平均値と標準偏差を含み、
上記マスター波形データは上記平均値をつなぎ合わせてなる波形を示すデータであって、上記閾値は上記マスター波形データと上記標準偏差とを用いて規定される、請求項１に記載の異常判定装置。

【請求項3】

上記生産設備は上記工作物を加工するための工具を有する工作機械を含み、上記異常判定部は上記異常判定として上記工具の異常判定を行う、請求項１又は２に記載の異常判定装置。

【請求項4】

上記異常判定部の判定結果に基づいて、上記工作機械又は上記工作機械に備えられた部品の劣化状態を推定する劣化状態推定部を含む、請求項３に記載の異常判定装置。

【請求項5】

上記異常判定部は、上記異常判定として上記生産設備により生産される上記工作物の加工状態の異常判定を行う、請求項１又は２に記載の異常判定装置。

【請求項6】

上記統計量更新部は、上記閾値調整フェーズにおいて、上記波形データ取得部が上記波形データを取得するごとに上記統計量の更新を行う、請求項１又は２に記載の異常判定装置。

【請求項7】

上記異常判定装置における動作フェーズを、上記閾値調整フェーズと上記判定フェーズのいずれかに切り替えるフェーズ切替部を備える、請求項１又は２に記載の異常判定装置。

【請求項8】

上記フェーズ切替部は、上記閾値調整フェーズにおいて、上記統計量更新部における上記統計量の更新が所定回数行われたときに上記判定フェーズに切り替える、請求項７に記載の異常判定装置。

【請求項9】

上記異常判定装置が上記閾値調整フェーズ又は上記判定フェーズのいずれであるかを示すフェーズ表示部を備える、請求項１又は２に記載の異常判定装置。

【請求項10】

上記抽出部における上記加工工程単位は、上記工作物を加工する際の上記生産設備に備えられた工具の変更タイミング、又は、上記工作物を加工する際の上記工作物における加工位置の変更タイミングに基づいて規定される、請求項１又は２に記載の異常判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異常判定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数の予測器を用いて生産設備の状態を予測判定する構成が開示されている。当該構成では、作成された工作物が良品か否かの判定結果を蓄積して、複数の予測器におけるパラメータを再設定して更新することにより予測の精度を向上している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１５１９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、生産設備の状態は工作物の加工工程ごとに変化する。そのため、特許文献１に開示の構成では、予測器のパラメータの更新は工作物の良品判定の結果を取得した後に行うため、予測器における更新が遅れてしまう場合があり、工作機械の機械状態や工作物の加工状態の異常判定の精度を向上するには改善の余地がある。また、特許文献１に開示の構成では、異常判定を行うに際して、工作物の良品判定の結果を待つ必要があるため、異常判定を早期に行うには改善の余地がある。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、生産設備又は生産設備により生産される工作物の異常判定の精度向上が図られるとともに、異常判定を早期に行うことができる異常判定装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、生産設備又は上記生産設備により生産される工作物の異常判定を行う異常判定装置であって、該異常判定装置における動作フェーズは、上記異常判定のための閾値を調整する閾値調整フェーズと、上記異常判定を行うための判定フェーズとを含み、
上記生産設備の機械状態又は上記工作物の加工状態にかかる波形データを取得する波形データ取得部と、
上記波形データ取得部で取得された波形データから、上記工作物の加工工程単位の波形データを抽出する抽出部と、
上記閾値調整フェーズであるときに、上記抽出部により抽出された上記波形データに基づいて算出された統計量を記憶する統計量記憶部と、
上記抽出部により抽出された上記波形データと、上記統計量記憶部に記憶された統計量から導出されたマスター波形データとを比較して時間ずれ量を算出し、該時間ずれ量に基づいて上記抽出部により抽出された上記波形データの時間情報を補正する時間補正部と、
上記閾値調整フェーズであるときに、上記時間情報が補正された上記波形データと上記マスター波形データとに基づいて上記統計量を更新する統計量更新部と、
上記更新された上記統計量に基づいて、上記異常判定の上記閾値を調整する閾値調整部と、
上記判定フェーズであるときに、上記時間情報が補正された波形データと上記調整された閾値とを比較する比較部と、
上記比較部の比較結果に基づいて、上記異常判定を行う異常判定部と、
を備える、異常判定装置にある。

【発明の効果】

【0007】

上記一態様によれば、閾値調整フェーズにおいて更新された統計量に基づいて、判定フェーズにおける異常判定を行うための閾値が調整されるため、最終的な工作物の良品判定の結果を待つことなく、生産設備の状態の変化を判定フェーズにおける異常判定に早期に反映させることができる。そのため、生産設備の状態の変化に応じて生産設備又は工作物の異常判定を高精度に行うことができるとともに、異常判定を早期に行うことができる。

【0008】

以上のごとく、上記態様によれば、生産設備又は生産設備により生産される工作物の異常判定の精度向上が図られるとともに、異常判定を早期に行うことができる異常判定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１における、生産設備である工作機械及び異常判定装置の斜視概念図。

【図2】実施形態１における、異常判定装置の構成を示すブロック図。

【図3】実施形態１における、工作物の加工状態を説明する概念図。

【図4】実施形態１における、工作物の加工工程の例を説明するフロー図。

【図5】実施形態１における、工作物の加工工程の例における波形データの例を示す図。

【図6】実施形態１における、異常判定を説明するフロー図。

【図7】実施形態１における、（ａ）閾値調整フェーズにおける波形データの例を示す概念図、（ｂ）マスター波形データ及び閾値の例を示す概念図。

【図8】実施形態１における、判定フェーズにおける判定用波形データと閾値の例を示す概念図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（実施形態１）
異常判定装置２は、生産設備１又は生産設備１により生産される工作物Ｗの異常判定を行う。まず、以下に、図１を参照して異常判定の対象となる生産設備１について説明する。

【0011】

１．生産設備１の概要
異常判定の対象の生産設備１は、加工により工作物を生産するための設備である。加工の種類は限定されず、除去加工、成形加工、付加製造などを例示できる。生産設備１は、除去加工を行うものとして工作機械、成形加工を行うものとして射出加工を行う射出成形機やプレス成形機械をそれぞれ例示できる。本実施形態では、異常判定の対象の生産設備１として工作機械１を例にあげる。ただし、対象の生産設備１は、上述したように、生産設備１の他の機械を適用することができる。

【0012】

工作機械１は、工作物Ｗを加工する機械であって、切削加工、研削加工等、種々の加工を行うものであって、本実施形態１では、工作機械１は、図１に示すように、切削加工を行うマシニングセンタを例にあげる。

【0013】

図１に示す工作機械１は、工具Ｔと工作物Ｗとを相対的に移動させることにより、工具Ｔによって工作物Ｗを加工する装置である。また、工作機械１は、工具交換可能に構成されており、装着された工具Ｔに応じた加工が可能である。例えば、交換可能な工具Ｔとしては、ドリル、エンドミル、フライス工具、旋削工具、ネジ切り工具、歯形創成工具等の切削工具、及び、研削工具等である。なお、図１において、工具交換装置及び工具Ｔを保管する工具マガジンは、図示しない。また、本例では、工作機械１は、横形マシニングセンタを基本構成とするが、立形マシニングセンタ等、他の構成を適用することができる。

【0014】

図１に示すように、工作機械１は、例えば、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を駆動軸として有する。ここで、工具Ｔの回転軸線（工具主軸の回転軸線に等しい）の方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交する２軸をＸ軸方向及びＹ軸方向と定義する。図１においては、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とする。さらに、工作機械１は、さらに、工具Ｔと工作物Ｗとの相対姿勢を変更するための２つの回転軸（Ｃｗ軸及びＢ軸）を駆動軸として有する。また、工作機械１は、工具Ｔを回転するための回転軸としてのＣｔ軸を有する。

【0015】

つまり、工作機械１は、自由曲面を加工可能な５軸加工機（工具主軸（Ｃｔ軸）を考慮すると６軸加工機となる）である。ここで、工作機械１は、Ｃｗ軸（基準状態においてＺ軸回りの回転軸）及びＢ軸（基準状態においてＹ軸回りの回転軸）を有する構成に代えて、Ａ軸（基準状態においてＸ軸回りの回転軸）及びＢ軸を有する構成としても良いし、Ｃｗ軸及びＡ軸を有する構成としても良い。

【0016】

工作機械１において、工具Ｔと工作物Ｗとを相対的に移動させる構成は、適宜選択可能である。本例では、工作機械１は、工具ＴをＹ軸方向及びＺ軸方向に直動可能とし、工作物ＷをＸ軸方向に直動可能とし、さらに工作物ＷをＣｗ軸回転及びＢ軸回転可能とする。また、工具Ｔは、Ｃｔ軸回転可能である。

【0017】

工作機械１は、ベッド１０と、工作物保持装置２０と、工具保持装置３０とを備える。ベッド１０は、略矩形状等の任意の形状に形成されており、床面に設置される。工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｘ軸方向に直動可能とし、Ｃｗ軸回転及びＢ軸回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｘ軸移動テーブル２１と、Ｂ軸回転テーブル２２と、工作物主軸装置２３とを主に備える。

【0018】

Ｘ軸移動テーブル２１は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能に設けられる。具体的に、ベッド１０には、Ｘ軸方向（図１前後方向）へ延びる一対のＸ軸ガイドレールが設けられ、Ｘ軸移動テーブル２１は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構等の駆動装置によって駆動されることにより、一対のＸ軸ガイドレールに案内されながらＸ軸方向へ往復移動する。

【0019】

Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１の上面に設置され、Ｘ軸移動テーブル２１と一体的にＸ軸方向へ往復移動する。また、Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１に対し、Ｂ軸回転可能に設けられる。Ｂ軸回転テーブル２２には、図示しない回転モータが収納され、Ｂ軸回転テーブル２２は、回転モータに駆動されることでＢ軸回転可能となる。

【0020】

工作物主軸装置２３は、Ｂ軸回転テーブル２２に設置され、Ｂ軸回転テーブル２２と一体的にＢ軸回転する。工作物主軸装置２３は、工作物ＷをＣｗ軸回転可能に支持する。工作物主軸装置２３は、工作物Ｗを回転させる回転モータ（図示せず）を備える。このようにして、工作物保持装置２０は、工作物Ｗを、ベッド１０に対して、Ｘ軸方向へ移動可能とし、且つ、Ｃｗ軸回転及びＢ軸回転可能とする。

【0021】

工具保持装置３０は、コラム３１と、サドル３２と、工具主軸装置３３とを主に備える。コラム３１は、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられる。具体的に、ベッド１０には、Ｚ軸方向（図１左右方向）へ延びる一対のＺ軸ガイドレールが設けられ、コラム３１は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構等の駆動装置によって駆動されることにより、一対のＺ軸ガイドレールに案内されながらＺ軸方向へ往復移動する。

【0022】

サドル３２は、コラム３１における工作物Ｗ側の側面（図１の左側面）であって、Ｚ軸方向に直交する平面に平行な側面に配置される。このコラム３１の側面には、Ｙ軸方向（図１の上下方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレールが設けられ、サドル３２は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構等の駆動装置に駆動されることで、Ｙ軸方向へ往復移動する。

【0023】

工具主軸装置３３は、サドル３２に設置されると共に、サドル３２と一体的にＹ軸方向へ移動する。工具主軸装置３３は、工具ＴをＣｔ軸回転可能に支持する。工具主軸装置３３は、工具Ｔを回転させる回転モータ（図示せず）を備える。このように、工具保持装置３０は、工具Ｔを、ベッド１０に対して、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能とし、且つ、Ｃｔ軸回転可能に保持する。

【0024】

工作機械１は、工作機械１における加工中の機械状態又は工作物Ｗの加工状態に係るデータを検出するセンサ３４を備える。センサ３４は、工作機械１における駆動装置におけるモータの回転トルクを検出する電流センサ、加工中の音響を取得するマイクやＡＥセンサ、工作機械１における振動を取得する加速度センサ等とすることができ、本実施形態１では、工具主軸装置３３において工具Ｔを回転させる回転モータの回転トルクを検出する電流センサが備えられている。

【0025】

工作機械１には、工作物主軸装置２３及び工具主軸装置３３における各駆動装置を制御する制御装置４０が接続されている。制御装置４０は、演算処理装置（プロセッサ）および記憶装置を備えており、加工プログラムを実行することにより、各駆動装置を制御する。つまり、制御装置４０は、工具Ｔの回転、工作物Ｗの回転、工作物Ｗと工具Ｔとの相対的な移動を制御する。

【0026】

２．異常判定装置２の構成
図２を参照して異常判定装置２の構成について以下に説明する。異常判定装置２は、演算処理装置（プロセッサ）および記憶装置により構成され、図２に示す、波形データ取得部２０１、波形データ記憶部２０２、抽出部２０３、時間補正部２０４、統計量更新部２０５、統計量記憶部２０６、更新回数記憶部２０７、フェーズ切替部２０８、フェーズ表示部２０９、判定用データ取得部２１０、閾値調整部２１１、比較部２１２、異常判定部２１３、劣化状態推定部２１４、フェーズ切替操作部２１５を備える。

【0027】

まず、図２に示すように、異常判定装置２は動作フェーズＦとして、異常判定のための閾値を調整する閾値調整フェーズＦ１と、異常判定を行うための判定フェーズＦ２とを含む。本実施形態では、異常判定装置２は動作フェーズＦとして、後述するように閾値調整フェーズＦ１と判定フェーズＦ２との一方が選択されるように構成されている。

【0028】

波形データ取得部２０１は、センサ３４により検出されたセンサデータを取得する。
本実施形態では、センサ３４により検出された工具主軸装置３３における主軸トルクの波形データを取得する。なお、波形データは、横軸に時間、縦軸に主軸トルクの値をプロットして描かれる波形として取得することができる。取得された波形データは波形データ記憶部２０２に記憶される。

【0029】

抽出部２０３は、波形データ取得部２０１で取得された波形データから、工作物Ｗの加工工程単位の波形データを抽出する。ここで、工作物Ｗの加工工程単位とは、例えば、複数種類の工具Ｔを交換しながら工作物Ｗの加工を行う場合には、各工具Ｔの使用期間を一つの加工単位とすることができる。すなわち、第１の工具としてドリルＴ１を使用し、第２の工具としてエンドミルＴ２を使用する場合は、ドリルＴ１を使用する期間を第１の加工工程とし、ドリルＴ１からエンドミルＴ２に交換してエンドミルＴ２を使用する期間を第２の加工工程とすることができる。また、工作物Ｗの加工工程単位について、ドリルＴ１を使用して複数の穴あけ加工をする場合、第１の穴あけ加工を第１の加工工程、第２の穴あけ加工を第２の加工工程、第３の穴あけ加工を第３の加工工程とすることもできる。

【0030】

時間補正部２０４は、抽出部２０３で抽出された波形データと、後述する統計量記憶部に記憶された統計量から導出されたマスター波形データとを比較する。そして、両者における時間ずれ量を算出し、該時間ずれ量に基づいて抽出部２０３で抽出された波形データ（抽出済み波形データ）の時間情報を補正する。時間ずれ量の算出方法は限定されないが、例えば、所定のプログラムを用いて、マスター波形データにおける少なくとも一部の期間の波形パターンが、抽出済み波形データに最もマッチングするように抽出された波形データの時間をずらした値を時間ずれ量とすることができる。そして、時間補正部２０４は、当該算出した時間ずれ量の分だけ、抽出済み波形データ全体の時間をずらすことにより、抽出済み波形データの時間補正を行う。

【0031】

統計量更新部２０５は、生産設備１が異常判定のための閾値を調整する閾値調整フェーズＦ１であるときに、時間補正部２０４により時間情報が補正された波形データ（時間補正済み波形データ）とマスター波形データとに基づいて、後述する統計量記憶部２０６に記憶された統計量を更新する。統計量更新部２０５による統計量を更新するタイミングは限定されないが、後述する閾値調整フェーズＦ１において波形データ取得部２０１が波形データを取得するごとに統計量を更新するようにすることができる。そして、更新された統計量を統計量として統計量記憶部２０６に記憶する。

【0032】

なお、統計量記憶部２０６は、統計量が更新される都度、上書き記憶して過去の統計量を保存しないようにしてもよいし、過去の統計量の一部又は全部を記憶した状態で、更新された統計量を最新の統計量として記憶することとしてもよい。本実施形態では、記憶量が無駄に増大することを防止するために、統計量が更新される都度、上書き記憶して過去の統計量を保存しないようにしている。

【0033】

ここで、統計量記憶部２０６に記憶された統計量は、閾値調整フェーズＦ１において波形データ取得部２０１が取得した複数の波形データから算出された時間ごとの平均値と標準偏差を含むものとすることができる。本実施形態では、閾値調整フェーズＦ１において波形データ取得部２０１が波形データを取得すると、統計量としての時間ごとの平均値及び標準偏差を更新し、波形データ取得部２０１が再度波形データを取得すると、波形データ記憶部２０２では前回の波形データに上書きして新たな波形データを記憶する。そして、統計量更新部２０５は、統計量記憶部２０６に記憶された統計量としての時間ごとの平均値及び標準偏差と新たな波形データとに基づいて、統計量としての時間ごとの平均値と標準偏差を更新することとしている。そして、統計量更新部２０５により統計量が更新された回数を更新回数記憶部２０７に記憶する。

【0034】

フェーズ切替部２０８は、異常判定装置２における動作フェーズＦを閾値調整フェーズＦ１と判定フェーズＦ２のいずれかに切り替える。閾値調整フェーズＦ１は異常判定のための閾値を調整する動作フェーズであり、判定フェーズＦ２は異常判定を行うための動作フェーズである。本実施形態では、フェーズ切替部２０８は、更新回数記憶部２０７に記憶された統計量の更新回数に基づいて、異常判定装置２における動作フェーズＦを閾値調整フェーズＦ１から判定フェーズＦ２に切り替えるように構成されている。

【0035】

例えば、異常判定装置２における初期の動作フェーズＦは閾値調整フェーズＦ１に設定されており、フェーズ切替部２０８は、統計量の更新回数が予め設定された基準回数に到達したときに判定フェーズＦ２に切り替える。当該基準回数は限定されないが、５０～１０００回、好ましくは５０～１００回とすることができる。基準回数を多くすることで統計量の安定化が図れるが、基準回数を多くなりすぎると統計量の算出に用いられる波形データに異常データが含まれ易くなるとともに、異常判定を行うまでに時間がかかりすぎる場合がある。

【0036】

判定用データ取得部２１０は、判定フェーズＦ２において異常判定のための波形データ（判定用波形データ）を取得する。判定用データ取得部２１０は、時間補正部２０４により補正された波形データ（補正済み波形データ）を判定用波形データとして取得する。

【0037】

閾値調整部２１１は、更新された統計量に基づいて、異常判定の閾値を調整する。異常判定の閾値は、統計量として更新された上述の平均値をつなぎ合わせてなるマスター波形データと統計量として更新された上述の標準偏差σを用いて規定することができる。例えば、マスター波形データに対して、－ｎσを下限閾値とし、＋ｍσを上限閾値（ｎ、ｍは所定の実数）とすることができる。なお、ｎとｍは同一であってもよい。例えば、閾値を、マスター波形データに対して、－３σを下限閾値及び＋３σを上限閾値とすることができる。この場合は、後述の異常判定において、判定用波形データがマスター波形データに対して－３σ～＋３σの範囲内となる確率は９９．７％となる。

【0038】

比較部２１２は、異常判定装置２における動作フェーズＦが異常判定を行うための判定フェーズＦ２であるときに、判定用波形データ（補正済み波形データ）と閾値調整部２１１により調整された閾値とを比較する。そして、異常判定部２１３において、比較部２１２の比較結果に基づいて、異常判定を行う。本実施形態では、異常判定部２１３は、比較部２１２の比較結果が、判定用波形データが下限閾値と上限閾値の範囲内にあることを示す場合は正常と判定し、判定用波形データが所定時間連続して下限閾値と上限閾値の範囲外にあることを示す場合は異常と判定する。

【0039】

異常判定部２１３における判定結果が異常であることを示す場合、生産設備１である工作機械１に異常が発生していると判定することができる。また、異常が発生した工作機械１により加工された工作物Ｗにおいて加工状態に異常があると推定することもできる。

【0040】

劣化状態推定部２１４は、異常判定部２１３における判定結果に基づいて、工作機械１又は工作機械１に備えられた部品の劣化状態を推定する。工作機械１に備えられた部品は、工具Ｔや工作機械１の工具主軸装置３３や工作物主軸装置２３に備えられた図示しない軸受機構などの劣化状態を推定することができる。

【0041】

フェーズ切替操作部２１５は、フェーズ切替部２０８による異常判定装置２における動作フェーズＦの切り替えを操作することができる。例えば、初期の動作フェーズＦが閾値調整フェーズＦ１であって、その後所定回数の統計量の更新が行われた結果、自動的に判定フェーズＦ２に切り替わった後、ユーザが任意のタイミングでフェーズ切替操作部２１５を操作することにより、動作フェーズＦを再度閾値調整フェーズＦ１とすることができる。

【0042】

３．工作物Ｗの加工方法の例
工作機械１における加工方法の例を、図３を参照して説明する。図３に示すように、工作機械１における加工方法の例は、ドリルによる穴あけ加工あって、工作機械１の工具Ｔとしてドリルを用いて、工作物Ｗに穴あけ加工（切削加工）を行う場合である。工作機械１における加工方法は、穴あけ加工に限定されず、所定の工具Ｔに交換することにより他の加工方法を採用することができる。

【0043】

そして、本実施形態では、穴あけ加工の途中で、送り速度を変化させる場合とする。図３において、加工初期の範囲Ａでは、工具Ｔの送り速度を第一速度Ｖａとし、加工中期の範囲Ｂでは、工具Ｔの送り速度を第二速度Ｖｂとし、加工終期の範囲Ｃでは、工具Ｔの送り速度を第三速度Ｖｃとする。ここで、第一速度Ｖａと第三速度Ｖｃは、同一とし、第二速度Ｖｂは、第一速度Ｖａ及び第三速度Ｖｃよりも高速としている。つまり、加工開始直後は、ゆっくり加工を行い、安定した後に高速加工を行い、加工終了深さに近づく前に速度を遅くする。

【0044】

すなわち、工具ＴとしてのドリルＴによる一つの穴Ｈ１を形成する穴あけ加工工程ＤＨ１は図４に示すように、まず、ステップＳ１において穴あけ位置への早送り近接行う。次いで、図４のステップＳ２において第１速度Ｖａにて穴あけ加工を行い、ステップＳ３において第２速度Ｖｂにて穴あけ加工を行い、ステップＳ４において第３速度Ｖｃにて穴あけ加工を行う。その後、ステップＳ５において工具Ｔを形成した穴から脱出させる。

【0045】

一つの穴Ｈ１を形成する加工工程ＳＨ１において主軸トルクは、図５に示すように、ステップＳ１に対応する第１期間Ｓ１では、工具Ｔの先端は工作物Ｗに接していないため主軸トルクは初期値となっている。ステップＳ２に対応する第２期間Ｓ２では、工作物Ｗへの接触と第１速度Ｖａへの主軸回転速度の上昇とにより主軸トルクが急激に上昇する。その後、ステップＳ３に対応する第３期間Ｓ３では、主軸回転速度が第１速度Ｖａから第２速度Ｖｂに上昇するように変更されるのに伴って主軸トルクが不安定となるが次第に安定する。そして、ステップＳ４に対応する第４期間Ｓ４では、主軸回転速度が第２速度Ｖｂから第３速度Ｖｃに下降するように変更されるのに伴って主軸トルクが急激に減少する。ステップＳ５に対応する第５期間Ｓ５では、工具Ｔの脱出に伴って主軸トルクは一層低下して、脱出が完了すると主軸トルクは初期値に戻る。

【0046】

４．異常判定
本実施形態における異常判定装置２における異常判定について説明する。本実施形態では、図２に示すように、工作物Ｗに対して、工具としてドリルＴを用いて、穴あけ加工により第１の穴Ｈ１～第５の穴Ｈ５の計５個を形成する。その後、工具を図示しないエンドミルに交換して同一の工作物Ｗに溝加工を行う。

【0047】

本実施形態における異常判定装置２における異常判定のフローについて図６を参照しながら説明する。まず、ステップＳ１１において、波形データ取得部２０１により波形データを取得する。本実施形態では、波形データとしてセンサ３４により工具主軸装置３３における主軸トルクを取得する。そして、取得された波形データは図示しない平滑化などの前処理を行ったのち、波形データ記憶部２０２に記憶される。

【0048】

次いで、ステップＳ１２において、抽出部２０３により、波形データ記憶部２０２に記憶された波形データから、工作物Ｗの加工工程単位での波形データを抽出する。本実施形態では、加工工程単位を同一の工具Ｔを使用して加工する期間、すなわち、工具Ｔとしてドリルの使用開始後、次のエンドミルに交換するまでの期間とする。すなわち、当該加工工程単位Ｄにおいて、図７（ａ）に示すように、図３に示す第１の穴Ｈ１が形成される期間Ｄ１、第２の穴Ｈ２が形成される期間Ｄ２、第３の穴Ｈ３が形成される期間Ｄ３、第４の穴Ｈ４が形成される期間Ｄ４及び第５の穴Ｈ５が形成される期間Ｄ５を含む。それゆえ、当該加工工程単位Ｄにおいて、当該工作物Ｗにおける５個の穴Ｈ１～Ｈ５が全て形成される。

【0049】

その後、ステップＳ１３において、時間補正部２０４により、抽出済み波形データと、統計量記憶部２０６に記憶された統計量から導出されたマスター波形データとを比較して時間ずれ量を算出し、該時間ずれ量に基づいて抽出された波形データの時間情報を補正する。なお、当該ステップＳ１３を初回に行う場合は、統計量記憶部２０６に統計量が記憶されておらず、マスター波形データが導出できないため、当該ステップＳ１３をスキップし、ステップＳ１４に進む。

【0050】

次いで、ステップＳ１４において、フェーズ切替部２０８により、異常判定装置２の動作フェーズＦが、閾値調整フェーズＦ１と判定フェーズＦ２のいずれであるか判定する。なお、動作フェーズＦは閾値調整フェーズＦ１となっている。ステップＳ１４においてＦ＝Ｆ１としてステップＳ１５に進み、動作フェーズＦが閾値調整フェーズＦ１であると判定する。

【0051】

そして、ステップＳ１６において、統計量更新部２０５により、時間情報が補正された波形データ（補正済み波形データ）とマスター波形データとに基づいて統計量を更新する。なお、初回は、統計量としての時間ごとの平均値を補正済み波形データの値とし、時間ごとの標準偏差を０とする。すなわち、補正済み波形データを初回のマスター波形データとする。

【0052】

次いで、ステップＳ１７において、閾値調整部２１１により、更新された統計量に基づいて、異常判定の閾値を調整する。閾値の調整は、まず、図７（ａ）に示すように、取得された補正済み波形データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、…Ｐｎから、統計量として時間ごとの平均値と標準偏差σが算出され、図７（ｂ）に示すように、マスター波形データＰＭとして時間ごとの平均値をつなぎ合わせてなる波形のデータが作成される。そして、異常判定の閾値について、図７（ｂ）に示すように、マスター波形データＰＭに対して閾値の下限ＰＭａとして－３σが設定され、上限ＰＭｂとして＋３σが設定される。なお、図７（ａ）に示す取得された複数の補正済み波形データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、…Ｐｎは複数の工作物Ｗにおいて取得されたデータであって、後述するようにステップＳ１１～ステップＳ１８を繰り返すことで取得される。

【0053】

そして、ステップＳ１８において、更新回数記憶部２０７に記憶された更新回数を１回加算する。また、フェーズ表示部２０９により、動作フェーズＦが閾値調整フェーズＦ１であることを表示する。その後、ステップＳ１９において、フェーズ切替部２０８により、更新回数記憶部２０７に記憶された更新回数が基準回数以上であるか否か判定する。更新回数が基準回数以上ではないと判定された場合はステップＳ１８のＮｏに進み、再度ステップＳ１１に戻る。これにより、更新回数記憶部２０７に記憶された更新回数が基準回数以上であると判定されるまで、ステップＳ１１～ステップＳ１８を繰り返す。

【0054】

一方、図６に示すステップＳ１８において、更新回数記憶部２０７に記憶された更新回数が基準回数以上であると判定された場合はステップＳ１８のＹｅｓに進み、ステップＳ１９において、フェーズ切替部２０８により、動作フェーズＦを判定フェーズＦ２に切り替えて、再度ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１２及びステップＳ１３を行う。これにより、フェーズ表示部２０９により動作フェーズＦが判定フェーズＦ２であることを表示する。そして、ステップＳ１４において、動作フェーズＦが判定フェーズＦ２であると判定され、ステップＳ２０に進む。

【0055】

次いで、ステップＳ２１において、比較部２１２により、補正済み波形データＰｘと、閾値ＰＭａ、ＰＭｂとを比較する。そして、ステップＳ２２において、異常判定部２１３により、比較部２１２による比較結果が、図８に示す符号Ｐｘ１やＰｘ２の箇所のように、補正済み波形データＰｘが、所定時間連続して閾値の下限ＰＭａから上限ＰＭｂの範囲内にない場合、工作機械１に異常が生じていると判定する。また、補正済み波形データＰｘが、所定時間連続して閾値の下限ＰＭａから上限ＰＭｂの範囲内にある場合は、工作機械１は正常であると判定する。

【0056】

その後、ステップＳ２３において異常ありと判定された場合は、ステップＳ２３のＹｅｓに進み、ステップＳ２４において、劣化状態推定部２１４により、工作機械１又は工作機械１の工具Ｔの劣化状態を推定する。当該劣化状態の推定は、判定フェーズＦ２において、判定用波形データＰｘと閾値ＰＭａ、ＰＭｂとの比較結果に基づいて行うことができる。

【0057】

劣化状態推定部２１４による劣化状態の推定は、例えば、判定フェーズＦ２において、図８の符号Ｐｘ２で示す部分のように、判定用波形データＰｘが閾値下限ＰＭａを大きく下回る場合には、主軸トルクがきわめて小さくなっていることから、工具Ｔが工作物Ｗと接しておらず、工具Ｔが折れたものとして工具Ｔの劣化状態を推定することができる。一方、図８の符号Ｐｘ１で示す部分のように、判定用波形データＰｘが閾値上限ＰＭｂを超える場合には、工具Ｔは折れてはいないが工具Ｔに何らかの不具合が生じたものとして工具Ｔの劣化状態を推定することができる。そして、ステップＳ２４の後、当該異常判定フローを終了する。

【0058】

一方、ステップＳ２３において異常なしと判定された場合は、ステップＳ２３のＮｏに進み、再度、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１２及びステップＳ１３を行い、ステップＳ１４において判定フェーズＦ２を継続して、ステップＳ２０～ステップＳ２３の異常判定を行い、ステップＳ２３において異常があれば、

【0059】

なお、図８において、網掛けで示す領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、図５に示すように、主軸回転速度が初期値が維持された後に第１速度Ｖａに変化する領域Ｒ１、第１速度Ｖａから第２速度Ｖｂに変化する領域Ｒ２、第２速度Ｖｂから第３速度Ｖｃに変化する領域Ｒ３、第３速度Ｖｃから初期値に戻る領域Ｒ４であって、主軸回転速度の変化がセンサ３４で検出された主軸トルクに影響している。そのため、本実施形態では、当該網掛け示す領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４においては、異常判定を行わないこととしている。

【0060】

その後、任意のタイミングで、ユーザがフェーズ切替操作部２１５を介して、動作フェーズＦを再度閾値調整フェーズＦ１にすることにより、再度閾値の調整を行うこととしてもよい。

【0061】

また、ステップＳ１８において、更新回数が基準回数以上となった場合に動作フェーズＦを、閾値調整フェーズＦ１から判定フェーズＦ２に切り替えることとしたが、これに替えて、任意のタイミングで、ユーザがフェーズ切替操作部２１５を介して、動作フェーズＦを再度閾値調整フェーズＦ１にすることにより、判定フェーズＦ２に切り替えることとしてもよい。

【0062】

また、閾値調整フェーズＦ１において、異常判定となるような波形データが含まれる頻度が高くなるような場合は、異常判定の精度を維持するために、判定フェーズＦ２において設定する閾値の上限及び下限は±２σとしたりすることで、統計上、判定用波形データの約６５％が異常と判定されるように判定基準を厳しくしてもよい。

【0063】

５．作用効果
以下、本実施形態１の異常判定装置２における作用効果について述べる。本実施形態１の異常判定装置２では、閾値調整フェーズＦ１において更新された統計量に基づいて、判定フェーズＦ２における異常判定を行うための閾値が設定されるため、最終的な工作物Ｗの良品判定の結果を待つことなく、生産設備である工作機械１の状態の変化を判定フェーズＦ２における異常判定に早期に反映させることができる。そのため、工作機械１の状態の変化に応じて工作機械１又は工作物Ｗの異常判定を高精度に行うことができるとともに、異常判定を早期に行うことができる。

【0064】

また、本実施形態では、統計量記憶部２０６に記憶された統計量は、閾値調整フェーズＦ１において波形データ取得部２０１が取得した複数の波形データから算出された時間ごとの平均値と標準偏差σを含む。そして、マスター波形データＰＭは上記平均値をつなぎ合わせてなる波形を示すデータであって、上記閾値はマスター波形データＰＭと標準偏差σとを用いて規定される。これにより、統計量に基づいたマスター波形データＰＭと標準偏差σとにより異常判定の閾値が規定されるため、異常判定の精度を向上することができる。

【0065】

また、本実施形態では、生産設備は工作物Ｗを加工するための工具Ｔを有する工作機械１を含み、異常判定部２１３は異常判定として工具Ｔの異常判定を行う。これにより、工具Ｔの異常判定を高精度かつ早期に行うことができる。

【0066】

また、本実施形態では、異常判定部２１３の判定結果に基づいて、工作機械１又は工作機械１に備えられた部品の劣化状態を推定する劣化状態推定部２１４を含む。これにより、工作機械１や工作機械１に備えられた部品の劣化状態を早期に推定することができる。

【0067】

また、本実施形態では、異常判定部２１３は、異常判定として生産設備により生産される工作物Ｗの加工状態の異常判定を行う。これにより、工作物Ｗの加工における異常判定についても高精度かつ早期に行うことができる。

【0068】

また、本実施形態では、統計量更新部２０５は、閾値調整フェーズＦ１において、波形データ取得部２０１が波形データを取得するごとに統計量の更新を行う。これにより、随時統計量の更新が行われることとなり、早期に高精度の異常判定を行うことができる。

【0069】

また、本実施形態では、異常判定装置２における動作フェーズＦを、閾値調整フェーズＦ１と判定フェーズＦ２のいずれかに切り替えるフェーズ切替部２０８を備える。これにより、異常判定装置２における動作フェーズＦの切り替えが容易となり、早期に高精度の異常判定を行うことができる。

【0070】

また、本実施形態では、フェーズ切替部２０８は、閾値調整フェーズＦ１において、統計量更新部における上記統計量の更新が所定回数行われたときに判定フェーズＦ２に切り替えるように構成されている。これにより、閾値調整フェーズＦ１から判定フェーズＦ２への切り替えを自動で行うことができ、作業性の向上を図ることができる。

【0071】

また、本実施形態では、異常判定装置２が閾値調整フェーズＦ１又は判定フェーズＦ２のいずれであるかを示すフェーズ表示部２０９を備える。これにより、ユーザに、当該異常判定装置２により異常判定が行われているか否を容易に確認することができ、作業性に優れる。

【0072】

また、本実施形態では、抽出部２０３における加工工程単位は、工作物Ｗを加工する際の生産設備に備えられた工具Ｔの変更タイミングに基づいて規定している。また、抽出部２０３における加工工程単位は、工作物Ｗを加工する際の工作物Ｗにおける加工位置である穴Ｈ１～Ｈ５の変更タイミングに基づいて規定することもできる。これらにより、工作物Ｗの最終的は良品判定に基づいて規定する場合に比べて異常判定を早期に行うことができる。

【0073】

以上のごとく、上記態様によれば、生産設備としての工作機械１又は生産設備により生産される工作物Ｗの異常判定の精度向上が図られるとともに、異常判定を早期に行うことができる異常判定装置２を提供することができる。

【符号の説明】

【0074】

１ 工作機械
２ 異常判定装置
３４ センサ
４０ 制御装置
２０１ 波形データ取得部
２０２ 波形データ記憶部
２０３ 抽出部
２０４ 時間補正部
２０５ 統計量更新部
２０６ 統計量記憶部
２０７ 更新回数記憶部
２０８ フェーズ切替部
２０９ フェーズ表示部
２１０ 判定用データ取得部
２１１ 閾値調整部
２１２ 比較部
２１３ 異常判定部
２１４ 劣化状態推定部
２１５ フェーズ切替操作部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】