(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動動作を行う駆動及び機構部と当該駆動及び機構部の動作を制御する制御部とを有した加工機と、前記加工機の内部状態量を計算するために当該制御部をモデル化した制御部モデルと前記駆動及び機構部をモデル化した駆動及び機構部モデルとを有した内部状態量計算部と、当該内部状態量計算部の計算した内部状態量と前記加工機の実際の内部状態量とに基づいて当該加工機の動作の異常の有無を判断する異常判断部と、工具交換動作中の指令信号又は出力信号の全て又は一部を用いて前記内部状態量計算部の計算過程を修正する内部状態量計算部修正手段とを備えた加工装置。
【請求項２】
内部状態量計算部修正手段は、制御部に入力される加工機の位置又は速度を表す指令値のみを入力とし加工動作を判別する指定動作判別部と、前記指令値、前記指定動作判別部での判別結果、及び前記加工機の動作中の信号に基づいて駆動及び機構部モデルを修正するモデル修正部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加工動作の異常を検知して最適な加工を行う加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の加工装置の制御系の要部を示すブロック図、図１０は送り軸駆動系の内部状態の外乱成分と主軸駆動系の内部状態の外乱成分との関係から加工異常の有無を示すグラフ図である。
図９において、６１は旋盤、ボール盤などの駆動動作を行う駆動及び機構部、６２は駆動及び機構部６１の動作を制御する制御部、６３はこれら駆動及び機構部６１と制御部６２とを有する制御システムとしての加工機、６４は加工機６３の位置又は速度を指令する指令信号、６５は出力信号、６６は指令信号６４から出力信号６５を減算する減算器、６７は加工機６３に加わる加工反力などの外乱、６８は加工機６３に加わって観測されたセンサ量子化誤差などの観測ノイズ、６９は観測ノイズ印加部である。これらの減算器６６、制御部６２、駆動及び機構部６１及び観測ノイズ印加部６９は、それぞれ加工機６３の一部を形成する。
【０００３】
７０は加工機６３の加工位置、加工速度、トルク、加工力などの実際の内部状態量を表す内部状態量信号、７１は制御部６２をモデル化した制御部モデルであり、指令信号６４に追従するように、後述する駆動及び機構部モデル７２を制御するものである。７２は駆動及び機構部６１をモデル化した駆動及び機構部モデルであり、駆動及び機構部６１の設計図から求めた各要素を組み立ててモデル化するか又は同定することによりモデル化されている。７３は制御部モデル７１と駆動及び機構部モデル７２とを含んで構成され、指令信号６４に基づいて加工機６３の内部状態量を計算する内部状態量計算部、７４は駆動及び機構部モデル７２の出力信号である。７５は指令信号６４から出力信号７４を減算する減算器であり、これも内部状態量計算部７３の一部を構成している。７６は内部状態量計算部７３により計算された内部状態量を表す内部状態量信号であり、外乱６７及び観測ノイズ６８がない状態での推定値となっている。７７は内部状態量信号７０と内部状態量信号７６とを比較し、加工反力あるいはトルクに相当する値を求める状態量比較部、７８は状態量比較部７７で求められた加工反力などの結果に基づいて加工機６３の加工異常の有無を判断する異常検知部である。
また、図１０において、８０は加工の正常領域、８１は加工の異常領域、８２は正常領域８０と異常領域８１との境界線である。
【０００４】
次に動作について説明する。
例えば、加工機６３が切削加工機である場合、加工中に加わる加工反力あるいはトルクを見ることにより、加工の異常を検知する。
加工機６３内の制御部６２は、外乱６７及び観測ノイズ６８を受ける状況の下で、位置あるいは速度を表す指令信号６４に追従するように駆動及び機構部６１を制御し動作させる。このとき、制御部６２から出力される内部状態量信号７０は、外乱６７及び観測ノイズ６８の影響を受けたものである。
一方、内部状態量計算部７３内の制御部モデル７１は、指令信号６４に追従するように駆動及び機構部モデル７２を制御し動作させる計算を行う。従って、内部状態量計算部７３からの出力である内部状態量信号７６は、外乱６７及び観測ノイズ６８のない状況での推定値ということになる。
状態量比較部７７では、加工機６３からの実測値としての内部状態量信号７０と、内部状態量計算部７３からの推定計算値としての内部状態量信号７６とを比較し、加工反力あるいはトルクに相当する値を求める。ここで、加工反力は送り軸駆動系への外乱成分として、加工トルクは主軸駆動系への外乱成分として加わるものである。
【０００５】
次に従来の他の加工装置について説明する。
図１１は従来の他の加工装置を示す正面図であり、ＮＣ工作機械「ＭＡＺＡＫＭＡＺＡＴＥＣＨ  Ｈ−４００  Ｈ−５００／４００（登録商標）」の取扱・保守説明書に記載されているものである。
図において、８３はＮＣ工作機械、８４は工具としてのドリル、８５は被加工物としてのワーク、８６はドリル８４とワーク８５とを相対的に運動させるための駆動部、８７はドリル８４の長さを測定するための工具長計測センサである。
【０００６】
次に動作について説明する。
加工中に加工プログラム上で工具交換の指令が行われた場合、ＮＣ工作機械８３はドリル８４を移動させ、工具長計測センサ８７でドリル長を計測する。
計測したドリル長が指定範囲より短い場合には、ドリル折損としてアラームを表示する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の加工装置は以上のように構成されているので、駆動及び機構部６１の特性が一定の場合には異常検知部７８で加工異常の検知を行えるが、駆動及び機構部６１の特性は常に一定とは限らず、時間的、空間的に変動する場合がある。かかる場合には、駆動及び機構部６１の特性変化に対応しきれず、異常検知結果の精度が劣化し、加工に不具合が生じるなどの課題があった。
【０００８】
また従来の他の加工装置は、計測を行う時点でのドリル折損しか検知できないだけでなく、加工後に工具を所定位置に移動してから工具長の計測作業を行うために時間がかかり、加工効率化の障害となるなどの課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、駆動及び機構部の特性が変化しても、精度良く加工の異常を検知できる加工装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、この発明は、加工異常の検知を迅速に行える加工装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る加工装置は、駆動及び機構部と制御部とを有した加工機と、制御部モデルと駆動及び機構部モデルとを有した内部状態量計算部と、異常判断部と、工具交換動作中の指令信号又は出力信号の全て又は一部を用いて前記内部状態量計算部の計算過程を修正する内部状態量計算部修正手段とを備えたものである。
【００１３】
請求項２記載の発明に係る加工装置は、内部状態量計算部修正手段は、指定動作判別部と、モデル修正部とを備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による加工装置の制御系の要部を示すブロック図、図２は指定動作判別部において判別される加工プログラムの一例を示す図である。
図１において、１は旋盤、ボール盤などの駆動動作を行う駆動及び機構部、２は駆動及び機構部１の動作を制御する制御部、２ａは制御部２から出力される出力信号であり、駆動及び機構部１への入力信号でもある。３はこれら駆動及び機構部１と制御部２とを有する制御システムとしての加工機、４は加工機３の位置又は速度を指令する指令信号（指令値）であり、図示しない入力装置により加工機３の制御部２に入力される。５は後述する加工動作部９の位置又は速度を図示しない検出器によって検出された出力信号、６は指令信号４から出力信号５を減算する減算器、７は加工機３に加わる加工反力などの外乱、８は加工機３に加わって観測されたセンサ量子化誤差などの観測ノイズ、９は観測ノイズ印加部である。これらの減算器６、制御部２、駆動及び機構部１及び観測ノイズ印加部９は、それぞれ加工機３の一部を形成する。
【００２１】
１０は加工機３の加工位置、加工速度、トルク、加工力などの実際の内部状態量を表す内部状態量信号（内部状態量）、１１は制御部２をモデル化した制御部モデルであり、指令信号４に追従するように、後述する駆動及び機構部モデル１２を制御するものである。この制御部モデル１１は、既知である制御部２と同一の構成にするか又は必要に応じてその主要な部分だけを用いてモデル化されている。
【００２２】
１２は駆動及び機構部１をモデル化した駆動及び機構部モデルであり、駆動及び機構部１の設計図から求めた各要素を組み立ててモデル化するか又は同定することによりモデル化されている。
【００２３】
１３は制御部モデル１１と駆動及び機構部モデル１２とを含んで構成され、指令信号４に基づいて加工機３の内部状態量を計算する内部状態量計算部、１４は駆動及び機構部モデル１２の出力信号である。１５は指令信号４から出力信号１４を減算する減算器であり、これも内部状態量計算部１３の一部を構成している。１６は内部状態量計算部１３により計算された内部状態量を表す内部状態量信号であり、外乱７及び観測ノイズ８がない状態での推定値となっている。
【００２４】
１７は内部状態量信号１０と内部状態量信号１６とを比較し、加工反力あるいはトルクに相当する値を求める状態量比較部（異常判断部）、１８は状態量比較部１７で求められた加工反力などの結果に基づいて加工機３の加工異常の有無を判断する異常検知部（異常判断部）である。
【００２５】
１９は予め指定された加工プログラムによって工具交換動作が開始された場合に、当該加工プログラム中の所定の命令を実行していることを判別して、指定動作中信号（指定動作判別部での判別結果）２０を出力する指定動作判別部である。
【００２６】
２１は指定動作判別部１９からの指定動作中信号２０が入力した場合に、指令信号４、出力信号２ａ、出力信号５のうちのすべてあるいは一部を用いて、逐次型最小２乗法により駆動及び機構部モデル１２の同定を行い、その結果をモデル修正信号２２として出力するモデル修正部である。
【００２７】
次に動作について説明する。
例えば、加工機３が切削加工機である場合、加工中に加わる加工反力あるいはトルクを見ることにより、加工の異常を検知する。ここで、加工機３の送り軸あるいは主軸を駆動するための制御系では、加工反力あるいはトルクが外乱７となる。加工機３内の制御部２は、外乱７及び観測ノイズ８を受ける状況の下で、位置あるいは速度を表す指令信号４に追従するように駆動及び機構部１を制御し動作させる。このとき、制御部２から出力される内部状態量信号１０は、外乱７及び観測ノイズ８の影響を受けたものである。
一方、内部状態量計算部１３内の制御部モデル１１は、指令信号４に追従するように駆動及び機構部モデル１２を制御し動作させる計算を行う。従って、内部状態量計算部１３からの出力である内部状態量信号１６は、外乱７及び観測ノイズ８のない状況での推定値ということになる。
状態量比較部１７では、加工機３からの実測値としての内部状態量信号１０と、内部状態量計算部１３からの推定計算値としての内部状態量信号１６とを比較し、加工反力あるいはトルクに相当する値を求める。
異常検知部１８では、加工反力あるいはトルクに相当する値をもとに加工の異常を検知・判断する。この異常判断方法は、例えば、内部状態量信号１０，１６のそれぞれに適当なフィルタリング処理、統計処理又はその両者を行い、これにより計算誤差や雑音成分を除去する。また、加工機３の異常を表す、より特徴的な成分を抽出する方法も考えられる。
【００２８】
以上のような動作により異常検知部１８で異常の検知が行えるが、駆動及び機構部１の特性は常に一定とは限らず、時間的、空間的に変動する場合があり、その特性が変化した場合には、異常検知結果の精度が劣化し、加工に不具合が生じることとなる。
モデル修正部２１と指定動作判別部１９は、このような劣化を防ぐために動作するものである。すなわち、指定動作判別部１９は、予め指定された加工プログラムによって工具交換動作が開始された場合に指定動作中信号２０を出力する。この指定動作判別部１９の動作を、図２に示す加工プログラムを例に更に詳しく説明する。
図２において、ＳＴＥＰ１〜８は加工プログラムであり、ＳＴＥＰ１，５が工具交換の命令、ＳＴＥＰ２，４，６，８が位置決めのための命令、ＳＴＥＰ３，７が切削送りの命令である。指定動作判別部１９では、加工プログラムがＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ５を実行していることを検知して指定動作中信号２０を出力する。
【００２９】
モデル修正部２１は、指定動作判別部１９からの指定動作中信号２０が入力された場合に、指令信号４、出力信号２ａ、出力信号５のうちのすべてあるいは一部を用いて、逐次型最小２乗法により駆動及び機構部モデル１２の同定を行い、その結果をモデル修正信号２２として出力する。
駆動及び機構部モデル１２は、モデル修正信号２２により修正され、より良いモデルに置き換えられ、異常検知部１８での精度が向上する。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、駆動及び機構部１の特性が変化しても、駆動及び機構部モデル１２がモデル修正信号２２によって修正され、より良いモデルに置き換えられるため、異常検知部１８での加工異常の検知を精度良く行える効果が得られる。
【００３１】
なお、上記実施の形態１では、指定動作判別部１９で用いられる指定動作として工具交換中としたが、これに限られず、位置決め動作ＳＴＥＰ２，４，６，８中、切削送り開始時小区間など、実際の加工が行われないことが明確な動作なら何でもよい。
また、モデル修正部２１での同定アルゴリズムとして逐次型最小２乗法を使用したが、ファジイ推論による同定など、その他のアルゴリズムでも実現できる。
【００３２】
実施の形態２．
この実施の形態２は、代表的な切削加工の１つであるドリル加工において工具折損を予知あるいは検知する加工装置に関するものである。
図３はこの発明の実施の形態２による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。なお、以下のすべての実施の形態に関する図面において、当該実施の形態よりも前に説明した実施の形態と同一の構成要素または相当する構成要素には、同一符号を付してその説明を省略する。
図において、２３は工具材質信号（工具材質情報）２４と被加工物材質信号（被加工物材質情報）２５とを出力する加工材質指定部であり、工具材質信号２４と被加工物材質信号２５の内容は、予め加工機３の作業者によって設定される。２６は実施の形態１において示した方式による加工反力などの状態量信号であり、図示しない外部センサなどにより検知され、出力されるものである。２７は後述する信号処理変更部２８によって決定されたカットオフ周波数２９を用いることにより、状態量信号２６を信号処理する信号処理部である。２８は入力する工具材質信号２４と被加工物材質信号２５の組み合わせに応じて、各種ノイズを除去する図示しないローパスフィルタのカットオフ周波数２９を決定する信号処理変更部である。３０は予め設定されたしきい値と信号処理部２７からの出力とを比較することにより、工具折損の予知あるいは検知を行う異常検知部（加工異常検知部）である。
【００３３】
次に動作について説明する。
加工機３の作業者は、加工材質指定部２３に予め工具材質信号２４と被加工物材質信号２５の内容を設定する。
加工反力の様子は工具材質と被加工物材質の組み合わせにより変化し、工具折損が近くなった場合の１穴の加工反力のパターンは具体的には次のような傾向があるため、信号処理変更部２８では、工具材質と被加工物材質の組み合わせに応じて、ローパスフィルタのカットオフ周波数２９を以下のように設定する。
（１）工具がハイス、被加工物が鋼の場合
折損の原因は、切り屑詰まりが多いため、穴の深部で急激に加工反力が増加することにある。また、１穴加工中の反力に現れる振動成分は小さい。
したがって、カットオフ周波数２９を高く設定する。
（２）工具がハイス、被加工物がアルミの場合
折損の原因は、切り屑詰まりが多いため、穴の深部で急激に加工反力が増加することにある。また、１穴加工中の反力に現れる振動成分は小さい。
したがって、カットオフ周波数２９を高く設定する。
（３）工具がハイス、被加工物が鋳物の場合
折損の原因は、工具の切れ味の悪さによるため、穴の浅部から深部まで全体的に加工反力が増加することにある。また、切り屑がむしれるための１穴加工中の反力に現れる振動成分は大きい。
したがって、カットオフ周波数２９を低く設定する。
【００３４】
信号処理部２７では、以上のように決定されたカットオフ周波数２９を用いることにより、加工機３から出力される状態量信号２６を信号処理する。そして、異常検知部３０では、信号処理部２７によって処理された所定の出力と予め設定されたしきい値とを比較することにより、工具折損の予知あるいは検知を行う。すなわち、作業者の設定した加工材質及び被加工物材質の内容に応じて、安定した加工異常の検知が可能となる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態２によれば、作業者の設定した加工材質及び被加工物材質の内容に応じて、安定した加工異常の検知が可能となる効果が得られる。
【００３６】
なお、上記実施の形態２では、１穴加工中の加工反力に対する信号処理の変更について説明したが、１穴加工中の代表値を用いて、多数の穴加工における加工状況の変化を知る場合にも利用できる。すなわち、１穴加工中の代表値として加工反力のピーク値を採用すると、材質の組み合わせと工具の折損に至るまでの加工反力のピーク値の挙動には、次のような傾向があるため、それぞれ次のような統計的処理を行えば、異常検知が効果的に行える。
（１）工具がハイス、被加工物が鋼の場合
摩耗の進展が早く、１穴加工中の加工反力のピーク値は単調に増加していく傾向が強い。
したがって、複数個の加工反力のピーク値の平均をとる。
（２）工具が超硬、被加工物がアルミの場合
摩耗の進展はほとんどなく、アルミの工具への溶着とその欠落により加工反力のピーク値は振動的になり、最終的に溶着時の加工反力のピーク値が過大になる。
したがって、加工反力のピーク値をそのままチェックする。
【００３７】
また、上記実施の形態２では、加工材質指定部２３における加工材質の内容は、加工機３の作業者が設定するものとして説明したが、これに限られず、ＣＡＭから情報として入力してもよい。
さらに、状態量信号２６は実施の形態１にて示した方式による加工反力として説明したが、切削力動力計、振動計、ＡＥセンサなど、加工状態の計測用に付加されたセンサの出力でもよい。
【００３８】
実施の形態３．
この実施の形態３は、代表的な切削加工の１つであるドリル加工の異常状況を分類し、その分類結果に応じて加工機を最適に制御できる加工装置に関するものである。
図４はこの発明の実施の形態３による加工装置の制御系の要部を示すブロック図であり、図において、２６は上述した状態量信号であり、ドリル加工におけるスラスト力とトルクとを用いている。
【００３９】
３１は工具材質や被加工物材質などの情報に基づいて加工プログラムや加工条件（加工条件）を決定し、それを加工機３に送る加工動作／加工条件指定部（加工条件指定部）である。例えば、ドリル加工の場合にあっては、ステップフィード加工の有無、主軸回転数、送り速度が決定される。
【００４０】
３２は状態量信号２６であるスラスト力とトルクの情報に基づいて異常検知部３０によって加工異常として判断され、その異常状況に応じて分類され出力された加工異常区分結果であり、例えば「工具摩耗の進展」、「切り屑詰まり」などの情報として出力されるものである。さらに具体的には、（１）スラスト力及びトルクが共に上昇している場合には「工具摩耗の進展」として出力され、（２）トルクが上昇し、かつスラスト力の上昇が小さい場合には「切り屑詰まり」として出力されるものである。
【００４１】
３３は上記加工異常区分結果３２及び工具材質信号２４、被加工物材質信号２５に応じて加工動作及び加工条件を変更すべく、加工動作／加工条件変更信号３４を加工動作／加工条件指定部３１に出力する加工動作／加工条件変更部（加工条件変更部）である。
例えば、この加工動作／加工条件変更信号３４としては、送り速度、主軸回転数などの変更や、ステップフィード動作の付加などが出力される。
【００４２】
次に動作について説明する。
通常の加工では、加工動作／加工条件指定部３１において加工材質などの情報をもとに加工プログラムや加工条件を決定し、加工機３に送られる。
加工異常が検知された場合には、加工動作／加工条件変更部３３は、加工異常区分結果３２に応じて、次のように加工動作／加工条件変更信号３４を加工動作／加工条件指定部３１に出力する。
すなわち、加工異常区分結果３２が、（１）「工具摩耗の進展」である場合には送り速度を下げ、（２）「切り屑詰まり」である場合には、ステップフィード動作を行っていない場合にはステップフィード動作を行うように決定される。
加工動作／加工条件指定部３１は、かかる加工動作／加工条件変更信号３４に基づき、加工機３の動作をリアルタイムに変更する。
【００４３】
以上のように、この実施の形態３によれば、加工の異常状況を分類し、その分類結果に応じて加工機３を最適に制御できる効果が得られる。
【００４４】
なお、上記実施の形態３においては、代表的な切削加工の１つであるドリル加工を例に説明したが、これに限られず、旋盤加工などのその他の加工であってもよい。
また、加工異常区分結果３２や加工動作／加工条件変更信号３４の内容を作業者が理解できるようにした表示手段を設けていないが、かかる表示手段をＣＲＴなどの周知・慣用手段によって設けることもできる。これにより、作業者は、加工装置が自動的に判断した結果を容易に知ることができ、その後の加工に有効に反映させることができるという効果を得られる。
【００４５】
実施の形態４．
この実施の形態４は、ドリル加工の異常状況を加工穴深さ情報に基づいて検知できる加工装置に関するものである。
図５はこの発明の実施の形態４による加工装置の制御系の要部を示すブロック図、図６は加工反力推定値と加工反力推定時間との関係を示すグラフ図である。図５において、３５は加工機３の作業者によって入力された加工穴深さ指定値３６を出力する加工穴深さ指定部、３７は加工機３の加工反力を推定し、加工反力推定値３８を出力する加工反力推定部、３９は加工反力推定値３８に基づいて加工穴深さを推定し、加工穴深さ推定値４０を出力する加工穴深さ推定部、４１は加工穴深さ指定値３６と加工穴深さ推定値４０とに基づいて加工の異常を判断し、異常であれば加工異常信号４２を出力する加工異常検知部である。
【００４６】
次に動作について説明する。
加工機３の作業者によって入力された加工穴深さ指定値３６は、加工穴深さ指定部３５によって出力される。
一方、加工穴深さ推定部３９では、加工反力推定部３７からの加工反力推定値３８に基づいて加工穴深さを推定し、加工穴深さ推定値４０を出力する。この加工穴深さ推定値４０は、図６及び次式に基づいて求められる。
すなわち、図６において、ｔｄは加工推定時間であり、加工反力推定値３８が切削送り中に予め設定された値を越えている時間として定義したものである。この加工推定時間ｔｄを用いて、加工穴深さ推定値４０は次式により求められる。
加工穴深さ推定値４０＝（送り速度）×ｔｄ
【００４７】
そして、加工異常検知部４１では、上記加工穴深さ推定値４０を加工穴深さ指定値３６で割り算し、その商が１．１以上、あるいは、０．９以下となった場合には、加工異常と判断して加工異常信号４２を出力する。この加工異常信号４２が出力された場合は、望ましい穴深さの加工が実現できていないことになり、その原因には大きく分けて、（１）加工プログラムの間違いと、（２）工具の異常、特に工具の折損が考えられる。
従って、加工異常信号４２が出力されたときは、例えば加工機３は、（１）「加工プログラムのチェックアラームを表示する」、（２）「加工を停止する」、（３）「工具を予備工具に交換して加工を継続する」などの対応策をとればよい。
【００４８】
以上のように、この実施の形態４によれば、加工穴深さ指定値３６や加工穴深さ推定値４０という、加工穴深さ情報に基づいて加工異常を検知できる効果が得られる。
また、煩わしい加工開始時間の計算が不要となるので、信頼性が向上する効果も得られる。
【００４９】
なお、上記実施の形態４においては、加工異常検知部４１での加工異常の判断を、加工穴深さ推定値４０と加工穴深さ指定値３６との比を用いて行ったが、これらの差、すなわち長さの値を用いて判断してもよい。
また、加工穴深さ指定部３５において、作業者が加工穴深さを加工穴深さ指定値３６として入力するとして説明したが、ＣＡＤあるいはＣＡＭの情報を下に自動的にその値を得るようにしてもよく、その場合、さらに効率的な加工を期待できる。
【００５０】
実施の形態５．
この実施の形態５は、作業者が指定すべきドリル加工の穴深さを自動的に学習し、作業者が特別なパラメータを設定しなくてもドリル折損検知が容易に行える加工装置に関するものである。なお、ここでは上記実施の形態４で想定した加工異常のうち、加工プログラムの間違い、及び工具交換直後の穴開け作業中の工具折損が起こらない場合を想定している。
図７はこの発明の実施の形態５による加工装置の制御系の要部を示すブロック図であり、図において、４３は同一の加工プログラムを繰り返し実行する加工において、工具交換後の同一の穴開け作業３回における加工穴深さ推定値４０の平均値を計算し、その値を加工穴深さ学習値４４として出力する加工穴深さ学習部である。４１は加工異常検知部であり、加工穴深さ学習値４４と加工穴深さ推定値４０とを用いて、４回目以降の穴開け作業において加工異常検知を行うものである。
【００５１】
次に動作について説明する。
加工穴深さ学習部４３では、工具交換後の同一の穴開け作業３回における加工穴深さ推定値４０の平均値を計算し、これを加工穴深さ学習値４４として出力する。加工異常検知部４１では、加工穴深さ学習値４４と加工穴深さ推定値４０とを用いて、４回目以降の穴開け作業において加工異常検知を行う。
【００５２】
以上のように、この実施の形態５によれば、作業者が指定すべき加工穴深さを自動的に学習し、加工穴深さ学習値４４として出力するので、作業者が特別なパラメータを設定しなくてもドリル折損検知が容易に行える効果が得られる。
【００５３】
なお、上記実施の形態５においては、加工穴深さ学習値４４として、同一の穴開け作業３回の平均値としたが、特に３回に限る必要はなく、何回でもよい。
また、３回の平均値とした場合に、その加工穴深さ推定値４０のばらつきが大きい場合には、さらにあと３回を学習用の加工としてもよいし、あるいはアラームを表示してもよい。
さらに、工具交換後の数回に学習を限るのではなく、前回の加工穴深さ推定値４０を今回の加工穴深さ学習値４４としてもよい。また、過去数回の平均値を加工穴深さ学習値４４としてもよい。
さらに、加工穴深さ推定値４０及び加工穴深さ学習値４４を、作業者が理解できるように、ＣＲＴその他の周知・慣用手段によって表示してもよい。この場合、作業者は加工中の穴深さを確認でき、加工の良否を容易にチェックできる効果が得られる。
【００５４】
実施の形態６．
本実施の形態６は、電流センサを用いた第１の加工異常判定結果が疑わしい場合にのみ、工具長測長器を用いた第２の加工異常判定を行う加工装置に関するものである。
図８はこの発明の実施の形態６による加工装置の制御系の要部を示すブロック図であり、図において、４５は加工機の機構、４６は機構４５を駆動する駆動部、４７は駆動部４６をフィードバック制御する制御部、４８は制御部４７に制御指令値を出力する指令値生成部、４９は加工中に駆動部４６の駆動電流（検出値）を計測する電流センサ（第１センサ）であり、この電流値から、上述した方法により加工反力、加工トルクなどを推定することによって加工の異常を行うものである。
５０は加工後に工具の長さを測る工具長測長器（第２センサ）、５１は電流センサ４９の値を用いて加工の異常を判定する加工異常第１判定部、５２は工具長測長器５０により得られる工具長（検出値）に基づいて加工の異常を判定する加工異常第２判定部、５３は加工異常第１判定部５１の判定結果に応じて工具長測長器５０を用いた判定の変更を行う加工異常判定制御部である。
【００５５】
次に動作について説明する。
加工中に得られる電流センサ４９の値から推定した加工反力のパターンが適切な場合には、加工異常第１判定部５１が正常であると判断する。この判定結果を受けた加工異常判定制御部５３は、加工時間の短縮のために工具長測長器５０を用いた加工判定を行うことなく、次の加工へ移行するように指令値生成部４８に指示する。そして、指令値生成部４８は制御部４７に制御指令値を出力し、次の加工へと進ませる。
一方、加工中に得られる電流センサ４９の値から推定した加工反力のパターンが大き過ぎる、短時間過ぎるなどの場合には、加工異常第１判定部５１が加工異常の可能性が高いと判定する。この判定結果を受けた加工異常判定制御部５３は、加工異常を確認するために工具長測長器５０を用いた判定を行うように、指令値生成部４８に指示する。指示された指令値生成部４８は指令値を生成し、工具長測長器５０を用いた加工異常判定を加工異常第２判定部５２において確実に行わせる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態６によれば、電流センサ４９を用いた加工異常判定結果が疑わしい場合にのみ、工具長測長器５０を用いた加工異常判定を行うように構成したので、信頼性の高い加工異常判定を短時間に行える効果が得られる。
【００５７】
なお、上記実施の形態６においては、加工異常第１判定部５１が加工異常の可能性が高いと判定した場合にのみ、工具長測長器５０を用いた判定を行うものとして説明したが、これとは反対に、通常は工具長測長器５０を用いた判定を行うようにしておき、加工異常第１判定部５１が加工異常の可能性が低いと判定した場合にのみ工具長測長器５０を用いた判定を省略するように構成してもよい。
また、電流センサ４９を用いた加工異常判定の程度に応じて、工具長測長器５０を用いた判定をより念入りに行えるような構成としてもよい。
さらに、電流センサ４９を用いた加工異常判定の結果に応じて、第２の加工異常判定を行う頻度を変化させるように構成してもよい。
また、第１のセンサとして電流センサ４９を用いるものとして説明したが、通常、駆動モータに取り付けられているロータリエンコーダなどの位置センサ、速度センサなどを用いてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、駆動及び機構部と制御部とを有した加工機と、制御部モデルと駆動及び機構部モデルとを有した内部状態量計算部と、異常判断部と、工具交換動作中の指令信号又は出力信号の全て又は一部を用いて前記内部状態量計算部の計算過程を修正する内部状態量計算部修正手段とを備えて構成したので、駆動及び機構部の特性が変化しても、モデル修正部がこれに対応した修正制御を迅速に行うため、精度良く加工の異常を検知できる効果がある。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、内部状態量計算部修正手段は、指定動作判別部と、モデル修正部とを備えるように構成したので、駆動及び機構部の特性が変化しても、モデル修正部がこれに対応した修正制御を迅速に行うため、精度良く加工の異常を検知できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図２】指定動作判別部において判別される加工プログラムの一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図６】加工反力推定値と加工反力推定時間との関係を示すグラフ図である。
【図７】この発明の実施の形態５による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態６による加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図９】従来の加工装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図１０】送り軸駆動系の内部状態の外乱成分と主軸駆動系の内部状態の外乱成分との関係から加工異常の有無を示すグラフ図である。
【図１１】従来の他の加工装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１  駆動及び機構部、２，４７  制御部、３  加工機、４  指令信号（指令値）、１０，１６  内部状態量信号（内部状態量）、１１  制御部モデル、１２  駆動及び機構部モデル、１３  内部状態量計算部、１７  状態量比較部（異常判断部）、１８  異常検知部（異常判断部）、１９  指定動作判別部、２０  指定動作中信号（指定動作判別部での判別結果）、２１  モデル修正部、２３  加工材質指定部、２４  工具材質信号（工具材質情報）、２５  被加工物材質信号（被加工物材質情報）、２６  状態量信号（内部状態量）、２７  信号処理部、２８  信号処理変更部、３０  異常検知部（加工異常検知部）、３１  加工動作／加工条件指定部（加工条件指定部）、３２  加工異常区分結果、３３  加工動作／加工条件変更部（加工条件変更部）、３５  加工穴深さ指定部、３６  加工穴深さ指定値、３７  加工反力推定部、３８  加工反力推定値、３９  加工穴深さ推定部、４０  加工穴深さ推定値、４１  加工異常検知部、４４  加工穴深さ学習値、４９  電流センサ（第１センサ）、５０  工具長測長器（第２センサ）、５１  加工異常第１判定部、５２  加工異常第２判定部、５３  加工異常判定制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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