(57)【要約】  【課題】  【解決手段】  製造プロセスの効率を改善するための様々なパラメータを記録し分析するためのフレキシブルプロセスオプティマイザ。このフレキシブルプロセスオプティマイザは、製造機械に装填されている様々なトランスから信号を得て調整する。質的及び量的なデータ分析にもかかわらず、改良が認識される必要がある製造プロセスの特定の態様が認識される。質的な評価は、センサデータによって取り出される製造サイクルの存在、欠如あるいはある特徴の期間を見ている。データの量的な評価は、あるデータの属性のコンピュータ化を含む。有用なデータの転移とデータ分析ツールを提供することによって、改良された効率を提供するために製造プロセスのパラメータに必要な調整がなされる。変更の結果は、フレキシブルプロセスオプティマイザを用いて、即座に認証できる。【選択図】    図１
2007531929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造機械で実行される製造プロセスをモニタする装置において、当該装置が：
複数のセンサモジュールであって、当該複数のセンサモジュールの各々が、リニア可変差動トランスと、電流ループと、直流電圧センサと、差動電圧センサと、圧電振動センサと、電力センサからなる群から選択されたセンサからの入力を受信して、前記複数のセンサモジュールの各々が前記入力を調整する信号調整回路を具える、複数のセンサモジュールと；  
各々が前記複数のセンサモジュールの一つを受けるように構成されている複数のモジュールスロットと；
製造プロセスをモニタする方法を実行する処理デバイスであって、当該方法が：
ａ）前記複数のモジュールスロットの各々に組み入れたセンサモジュールを同定するステップと；
ｂ）前記複数のモジュールスロットの各々に組み入れたセンサモジュールをキャリブレーションするステップと；
ｃ）前記複数のモジュールスロットのうちの選択されたスロットに組み入れたセンサモジュールからデータストリームを取得するステップと；
ｄ）このデータストリームを処理するステップと；
ｅ）このデータストリームの視覚的表示を生成するステップと；
を具えるデバイスと；
前記複数のモジュールスロットと前記処理デバイス間を通信するインターフェース回路であって、アナログ信号をデジタル信号に、およびデジタル信号をアナログ信号に変換するインターフェースデバイスと；
前記処理デバイスと通信するディスプレイデバイスであって、前記視覚的表示を人間が読み取ることができるフォーマットで表示するディスプレイデバイスと；
前記処理デバイスに応答して通信し、前記複数のセンサモジュールの各々にある前記信号調整回路と通信するゲイン制御回路であって、前記複数のモジュールスロットのうちの選択されたスロットにインストールされたセンサモジュールからの前記データストリームを増幅するゲイン制御回路と；
前記処理デバイスに応答して通信し、前記複数のセンサモジュールの各々の前記信号調整回路と通信するオフセット制御回路であって、前記複数のモジュールスロットのうちの選択されたスロットにインストールされたセンサモジュールからのデータストリームに直流電圧オフセットを適用するオフセット制御回路と；
前記処理デバイスに応答して通信し、前記複数のセンサモジュールの各々における前記信号調整回路と通信するラッチ制御回路であって、前記複数のモジュールスロットの選択されたスロットにインストールされたセンサモジュールからのデータストリームの値を保持するラッチ制御回路と；
前記処理デバイスと通信する入力デバイスであって、ユーザからのコマンドを受けて、これによってユーザが前記処理デバイスを制御できる入力デバイスと；
前記処理デバイスと通信するストレージデバイスであって、後の呼び出し用に前記データを保存するストレージデバイスと；
を具えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置が更に、前記処理デバイスと通信する機械インターフェースと、様々な処理パラメータを制御する前記製造機械の制御回路とを具え、前記処理デバイスが前記入力デバイスからのコマンドを受けて、前記機械インターフェースを介して転送される制御信号を発生し、これによって、ユーザが製造機械のさまざまな処理パラメータを調整できるようにしたことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置が更に、前記複数のモジュールスロットと通信するスイッチ回路を具え、当該スイッチ回路が、前記複数のセンサモジュールの一つからの入力を第１の信号と第２の信号に分けるように構成されており、前記スイッチ回路が前記第２の信号を前記複数のセンサモジュールの別のモジュールに送り、前記第１の信号及び第２の信号が別々に処理されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記信号調整電子機器が、前記センサに関連する第１のキャリブレーションレンジと、前記センサに関連する第２のキャリブレーションレンジを有し、前記第１のキャリブレーションレンジが前記第２のキャリブレーション値より広く、前記第１のキャリブレーション値が、データの取得に用いられ、前記第２のキャリブレーション値がデータディスプレイ用に使用されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記複数のセンサモジュールの一つが、リニア可変差動トランスに取り付けられており、前記複数のセンサモジュールのうちの一つをキャリブレーションするステップが：
ｆ）前記リニア可変差動トランスの入力に関するスケール情報を受け取るステップと；
ｇ）ゲインを初期値に設定するステップと；
ｈ）オフセットを初期値に設定するステップと；
ｉ）前記リニア可変差動トランスの完全な移動レンジがトラバースされたときに生成された最小電圧を記録するステップと；
ｊ）リニア可変差動トランスの完全な移動レンジがトラバースされたときに生成された最大電圧を記録するステップと；
ｋ）前記リニア可変差動トランスの動作のリニア領域を同定するステップと；
ｌ）前記リニア領域内で前記リニア可変差動トランスが作動する間に前記オフセットを調整するステップと；
ｍ）前記リニア可変差動トランスが、前記完全移動レンジ内の望ましい最大位置で動作する間に、前記ゲインを調整するステップと；
を具えることを特徴とする装置。
【請求項６】
製造機械で実行される製造プロセスをモニタする装置において、前記装置が：
複数のモジュールスロットであって、当該複数のモジュールスロットの各々が、一のセンサモジュールを受信するように構成された複数のモジュールスロットと；  
製造プロセスをモニタする方法を実行する処理デバイスであって、当該方法が：
ａ）前記複数のモジュールスロットの各々にインストールセンサモジュールを同定するステップと；
ｂ）前記複数のモジュールスロットの各々にインストールセンサモジュールをキャリブレーションするステップと；
ｃ）前記複数のモジュールスロットの選択されたスロットにインストールセンサモジュールからデータストリームを取得するステップと；
ｄ）このデータストリームを処理するステップと；
ｅ）このデータストリームの視覚的表示を生成するステップと；
を具えるデバイスと；
前記複数のモジュールスロットと前記処理デバイス間を通信するインターフェース回路であって、アナログ信号をデジタル信号に、およびデジタル信号をアナログ信号に変換するインターフェースデバイスと；
前記処理デバイスと通信するディスプレイデバイスであって、前記視覚的表示を人間が読み取ることができるフォーマットで表示するディスプレイデバイスと；
前記処理デバイスと通信する入力デバイスであって、ユーザからのコマンドを受けて、これによってユーザが前記処理デバイスを制御できる入力デバイスと；
を具えることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置が更に、前記複数のモジュールスロットと通信するスイッチ回路を具え、当該スイッチ回路が、前記複数のセンサモジュールの一つからの入力を第１の信号と第２の信号に分けるように構成されており、前記スイッチ回路が前記第２の信号を前記複数のセンサモジュールの別のモジュールに送り、前記第１の信号及び第２の信号が別々に処理されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置が更に、前記モジュールスロットにインストールされた複数のセンサモジュールを具え、当該複数のセンサモジュールの各々が、リニア可変差動トランスと、電流ループと、直流電圧センサと、差動電圧センサと、圧電振動センサと、電力センサからなる群から選択されたセンサからの入力を受信して、前記複数のセンサモジュールの各々が信号調整回路を具えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置が更に、前記複数のセンサモジュールの各々の前記信号調整回路に通信し、前記処理デバイスに応答するゲイン制御回路であって、前記複数のモジュールスロットの選択されたスロットにインストールされたセンサモジュールからの前記データストリームを増幅するゲイン制御回路を具えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、前記信号調整電子機器が、前記センサに関連する第１のキャリブレーションレンジと、前記センサに関連する第２のキャリブレーションレンジを有し、前記第１のキャリブレーションレンジが前記第２のキャリブレーション値より広く、前記第１のキャリブレーション値が、データの取得に用いられ、前記第２のキャリブレーション値がデータの表示に使用されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置が更に、前記複数のセンサモジュールの各々の前記信号調整回路と通信し、前記処理デバイスに応答するオフセット制御回路であって、前記複数のモジュールスロットの選択されたスロットにインストールされたセンサモジュールからのデータストリームに直流電圧オフセットを適用するオフセット制御回路を具えることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置が更に、前記複数のセンサモジュールの各々における前記信号調整回路と通信し、前記処理デバイスに応答するラッチ制御回路であって、前記複数のモジュールスロットの選択されたスロットにインストールされたセンサモジュールからのデータストリームの値を保持するラッチ制御回路を具えることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置が更に、ユーザが前記処理デバイスの制御を行うことができるようにする入力デバイスを具えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置が更に、前記処理デバイスと通信する機械インターフェースと、様々な処理パラメータを制御する前記製造機械の制御回路とを具え、前記処理デバイスが前記入力デバイスからのコマンドを受けて、前記機械インターフェースを介して転送される制御信号を発生し、これによって、ユーザが製造機械のさまざまな処理パラメータを調整できるようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１５】
製造機械の効率をモニタする装置において、当該装置が：
前記モジュール回路と通信するセンサであって、前記センサモジュールが製造機械とインターフェースを取り、前記製造機械からのデータを測定するセンサと；
前記センサと通信するインターフェース回路と；
製造プロセスの効率を改善する方法を実行する処理デバイスであって、当該方法が： 
ａ）前記センサを同定するステップと；
ｂ）前記センサをキャリブレーションするステップと；
ｃ）前記センサからデータを取得するステップと；
ｄ）このデータから視覚的表示を生成するステップと；
を具える処理デバイスと；
前記処理デバイスと通信するディスプレイデバイスであって、前記視覚的表示を人間が読み取ることができるフォーマットで表示するディスプレイデバイスと；
前記処理デバイスと通信する入力デバイスであって、ユーザからのコマンドを受けて、これによってユーザが前記処理デバイスを制御できる入力デバイスと；
前記処理デバイスと通信するストレージデバイスであって、後の呼び出し用に前記データを保存するストレージデバイスと；
を具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
製造プロセスをモニタする方法において、当該方法が：
ａ）ハードウエアモニタデバイスにインストールされたセンサモジュールを同定するステップと；
ｂ）前記ハードウエアモニタデバイスにインストールしたセンサモジュールをキャリブレーションするステップと；
ｃ）前記センサモジュールからデータを取得するステップと；
ｄ）前記センサモジュールから取得したデータを処理するステップと；
ｅ）前記センサモジュールから取得したデータから視覚的表示を生成するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置において、前記リニア可変差動トランスがセンサとして使用されており、前記センサモジュールをキャリブレーションするステップとが：
ｆ）リニア可変差動トランスの入力に関するスケール情報を受け取るステップと；
ｇ）ゲインを初期値に設定するステップと；
ｈ）オフセットを初期値に設定するステップと；
ｉ）前記リニア可変差動トランスの完全な移動レンジがトラバースされたときに生成された最大電圧を記録するステップと；
ｊ）リニア可変差動トランスの完全な移動レンジがトラバースされたときに生成された最大電圧を記録するステップと；
ｋ）前記リニア可変差動トランスの動作のリニア領域を同定するステップと；
ｌ）前記リニア領域内で前記リニア可変差動トランスが動作する間に前記オフセットを調整するステップと；
ｍ）前記リニア可変差動トランスが、完全移動レンジ内の望ましい最大位置で動作する間に、前記ゲインを調整するステップと；
を具えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
適用なし
【０００２】
連邦政府による研究又は開発に関する記載
適用なし
【０００３】
発明の背景
１． 発明の属する技術分野
本発明は、製造プロセスをモニタし、制御する装置に関する。特に、本発明は、製造プロセスに関するデータを取得して分析する製造機械に連結された装置であって、該製造機械を調整して製造プロセスの効率を改善する装置に関する。
【０００４】
２． 関連技術の説明
個別部品の製造あるいは連続的な製品に用いられるほとんどの工業プロセスは、製造効率あるいは生産性と同様に、最終製品の品質に影響する多数の変数を含んでいる。連続的生産システムの一例は、ある成分、厚さ、および顧客の仕様にあったその他の特性をもつロール紙を製造する製紙システムである。個別部品製造システムの一例は、自動車のカムシャフト、クランクシャフト、あるいはその他の部品を作る精密研磨機械である。競合的環境の中で、生産性と同様に製品の品質を最大にするには、生産システムをある程度制御する必要がある。これは、一般的には、キープロセスパラメータのリアルタイムでのデータの助けを借りてのみ可能であり、製品の品質は、製造装置に組み込まれたセンサを用いて取得されたものである。製造装置は、数値制御されたレートでスライド板とスピンドルを動かすのに必要な部品を有しているか、あるいはある温度を維持するための炉の制御を行うことがあるが、システムの動作に関する情報を提供するセンサは、常に入手できるものではなく、追加しなくてはならないことがあった。製造機械の制御性と組み合わせたリアルタイムでの処理データの有用性は、制御戦略の決定と、所定の製造条件セットの下に効果的なプロセスコントロールを行うのに最適な方法論を必要とする。問題を更に複雑にするために、各部品の入荷ストックあるいはツールの瞬間的鋭利さといった、ある種の条件が動的に可変であり、したがって、一般的に知られていない。
【０００５】
過去に、プロセスを完全な自動制御に向けたいくつかの試みがなされた。しかしながら、これは、製造機械と、実際のツールの鋭利さと共にスピンドルの剛性に関するリアルタイムでの情報を得るために、製造機械の計測を必要とする。典型的な従来技術は、以下の特許のデバイスである。
特許番号 発明者 発効日
4,855,925       Bhateja                           1989年8月8日
4,570,389       Leitch, et al.                    1986年2月18日
4,590,573       Hahn                              1986年5月20日
6,098,452       Enomoto                           2000年8月8日
6,128,547       Tomoeda, et al.                   2000年10月3日
6,234,869       Kobayashi, et al.                 2001年5月22日
【０００６】
Leitch, et al.は、ホイールを分解することなく常にホイールの鋭利さを維持するための自動適用システムを記載している。Hahnは、スピンドルの偏差を考慮して、研磨中にホールを丸くするコンピュータ制御技術を開示している。EnomotoとTomoedaの発明は、研磨中に測定ヘッドを用いて最終ワークピース径を自動的に制御するようにしたものである。Kobayashiは、ゲージヘッドを用いて研磨ワークピースの径を測定し、研磨中のサイズの一部に現れる突然の変化、あるいは変化の欠落について述べている。
【０００７】
上記の発明は、一般的に、特定の、予め決まっているワークピースの属性に基づいて、研磨動作を自動的に制御する試みに関するものである。しかしながら、これらの従来技術の特許のうちのいずれもが、ワークピースの品質属性とシステム生産性に関する広い基準に基づいて研磨プロセスをいかに最適化して制御するかについて開示していないばかりでなく、特定のプロセスあるいはユーザの要望に応じて最適基準を変更するフレキシビリティを提供するものでもない。最後に、従来技術の制御システムは、センサとゲージヘッドの付いた計測機械を必要とし、従って、必要な計装を欠いている現在の一般的な研磨機には適用できない。
【０００８】
発明の概要
製造プロセスの様々なパラメータを記録して、このパラメータから得た情報を分析して製造プロセスの効率を改善する装置が示され、述べられている。フレキシブルなプロセスオプティマイザは、データ取得能力とデータ分析ツールを組み合わせて、製造プロセス中に機械がどのように動作するかおよびどの領域が改善を必要とするかを視覚化する能力をユーザに提供する。フレキシブルプロセスオプティマイザは、製造機械に搭載されたセンサからデータを得て、このセンサのデータをディスプレイにプロットして、製造プロセス内で実際に何が生じているかをユーザが詳細に見られるようにする。このフレキシブルプロセスオプティマイザによって、ユーザは測定レンジと、フルスケールと、プロセスをモニタするのに使用されている全センサのその他の特徴を完全に制御することができる。質的なセンサデータの表示から、ユーザは時間ドメインと周波数ドメイン中のプロセス特性を分析して、製造プロセス中の非効率性にスポットを当てることができる。製造プロセス中の非効率性を同定することによって、プロセスパラメータを調整して、この非効率性を低減あるいは除去し、製造動作の効率を直接的に改善することができる。更に、ユーザは、このプロセスデータから特定の量的パラメータを計算することができる。これらの特定の値を分析することは、プロセス能力をその他の同様にシステムと比較するために計量することを助け、このプロセスが製造プロセスの物理的な制限を確実に越えないようにする。質的なデータと量的なデータを有することで、製造システムの挙動を詳細に測定し、様々な製造動作の性能レベルを比較することができる。
【０００９】
発明の詳細な説明
製造プロセスの様々なパラメータを記録し、このパラメータから得た情報を分析して製造プロセスの効率を改善する装置、あるいはフレキシブルプロセスオプティマイザ１００が、添付図面に示されており、ここで説明されている。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、データ収集能力をデータ分析ツールと組み合わせて、製造プロセス中に機械がどのような挙動をするか、およびどの領域を改善することができるかを視覚化する能力をユーザに提供する。
【００１０】
図１は、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００の環境を示す。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、インターフェースモジュール１０２と、システムとアプリケーションソフトウエアを稼動する処理デバイス１０４の、二つの主な構成部品を具える。図に示す実施例では、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、システムソフトウエアを稼動するパーソナルコンピュータに取り付けたインターフェースモジュール１０２と共に示されているが、当業者は、このインターフェースモジュールと処理デバイスを一体化して単一のユニットにできることを認識するであろう。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、製造機械１０６に装着したセンサからデータを収集し、このセンサデータをディスプレイ上にプロットして、これによってユーザが製造プロセス内部で何が生じたかを詳細に見ることができるようにしている。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００によって、ユーザはプロセスをモニタするのに使用されている全センサのレンジ、フルスケール、およびその他の特徴を制御することができる。図に示す実施例では、製造機械１０６は、ワークピース１１０を取り付け、取り外すように構成された研磨ホイール１０８付の研磨機である。この研磨ホイール１０８は、一般的に、ワークピース１１０の中へ、およびワークピース１１０の外へ、ライン１１２に平行なラインに沿って移動する。ワークピース１１０は、通常、ライン１１４に平行なラインに沿って研磨ホイール１０８に対して移動する。質的センサデータの表示から、ユーザは、処理特性を分析して製造プロセス中の非効率性にスポットをあてることができる。処理プロセス中の非効率性を同定することによって、処理変数を調整して、この非効率性を低減あるいは除去し、これによって製造動作の質と生産性を直接的に改善することができる。更に、ユーザは、処理データから特定の量的値を計算することができる。これらの特定のパラメータ値を分析することは、処理能力と製造システムの物理的な制限の計量を助ける。質的なデータと量的なデータを有することは、製造システムの挙動を詳細に測定し、様々な製造動作の性能レベルを比較することができる。この情報を用いて、バランスの取れた制御戦略を展開し、実装することができる。
【００１１】
図２は、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００のブロック図である。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、ターゲット機械２１６に取り付けたトランスあるいはプローブを介して様々なパラメータをモニタする複数のモジュール回路２０２を有する。モジュール回路２０２の出力は、適当な信号調整回路２０４によって調整される。プロセッサインターフェース２０６は、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００を、外付けのパーソナルコンピュータなどの処理デバイス２０８に接続する。一実施例では、プロセッサインターフェース２０６は、限定するものではないが、ＰＣＭＣＩＡ、ＰＣＩ、シリアル、パラレル、ＩＥＥＥ１３９４、およびＵＳＢを含む、当業者に公知のインターフェースポートを具えている。処理デバイスに接続されているのは、ディスプレイデバイス２１０とストレージデバイス２１２である。ディスプレイデバイス２１０は、生データと処理データのいずれか、あるいは双方を表示するのに使用される。ディスプレイデバイス２１０は、また、ユーザインターフェースを提供して、製造システム、所望のセンサレンジ、所望のディスプレイ、所望の処理コントロール制限、及びその他の設定情報についてのユーザ特有の情報を入力させる。ストレージデバイス２１２は、生データと処理データのいずれか、あるいは双方を保存する。最後に、機械インターフェース２１４は、ターゲット機械２１６のコントローラと直接通信を行う。機械インターフェース２１４を介して、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、現コントローラの設定を読み取る。設定情報は、処理サイクル中に測定した値と組み合わされて、処理がコントローラの設定にどのように対応しているかをユーザが見ることができる。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００を介して、ユーザは、コントローラの設定を調整し、処理を最適にし、機械インターフェース２１４がターゲット機械２１６内のコントローラの設定を調整する。当業者は、処理デバイスが本発明の範囲と精神から離れることなく、フレキシブルプロセスオプティマイザと一体化できることを認識するであろう。
【００１２】
図３は、フレキシブルプロセスオプティマイザの主回路３００の一実施例をより詳細に示す図である。主回路３００は電源３０２を具える。一の実施例では、電源３０２は、ユニバーサル入力（９０から２６０ボルト）スイッチモードの電源であり、＋３．３、＋５、＋１２、−１２、＋１５および−１５ボルトの直流出力を提供している。デジタル回路の電源には３．３ボルトと５ボルトの出力が通常用いられ、アナログ回路の電源には１２ボルトと１５ボルトの出力が通常用いられる。当業者は、必要に応じて電源３０２によってその他の電圧を供給できることを認識するであろう。主回路３００のデジタルインターフェース回路３０４は、パーソナルコンピュータのアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）カードとフレキシブルプロセスオプティマイザ１００の間のインターフェースを取る。フレキシブルプロセスオプティマイザのソフトウエアによって発生する特定のコードが、この回路で復号化される。デジタルインターフェース回路３０４によって内部バスも生じる。主回路３００は、様々なモジュール回路を接続して、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００をカスタマイズできる複数のモジュールスロット３０６を具える。モジュールスロット３０６に接続されたモジュールセットは、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００のコンフィギュレーションを決定し、システムソフトウエアと関連して、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００のアプリケーションを固定する。
【００１３】
主回路３００は、取り付けたモジュールの様々なパラメータを調整するためのコントロールをいくつか有する。ゲインコントロール回路３０８は、入力信号にゲインを適用するために個々のモジュールによって要求される制御信号を発生する。ゲインコントロール回路３０８は、多段ゲインコントロールでゲインを粗又は密にコントロールしたり、一またはそれ以上の単一段ゲインコントロールで同じ効果を達成することができる。オフセットコントロール回路３１０は、入力信号にオフセットを提供するための個々のモジュールによって要求される制御信号を発生する。オフセットコントロール回路３１０は、多段オフセットコントロールで、オフセットを粗又は密にコントロールしたり、一またはそれ以上の単一段のオフセットコントロールで同じ効果を達成することができる。主回路は更に、個々のモジュールにおけるモード、フィルタ、ＬＶＤＴ励起、粗ゲイン情報をラッチするのに必要な制御信号を発生するモジュールラッチコントロール回路３１２を具えている。当業者は、様々な制御を複製して、所望の数のユニークな制御を提供できることを理解するであろう。複製によって、例えばゲインやオフセットを別々のモジュールにわたって個々に制御することができ、または単一のモジュールについて複数のラッチ制御を行う複数のユニークな信号の生成が可能である。
【００１４】
デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）回路３１４は、所望の解像度で取り付けたモジュール用の診断用電圧を発生する。ＤＡＣ３１４は、システムソフトウエアの制御の下に有効な数ミリボルト級の精度で調整することができる適宜の診断用電圧を発生する。診断用電圧は、システムソフトウエアの制御の下に様々なセンサのキャリブレーションにも使用される。システムソフトウエアの制御の下、モジュール回路と様々なセンサのキャリブレーション用に標準的な＋５ボルトまたは＋１０ボルトの基準３１６が含まれている。発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ回路３１８は、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００内に存在する様々なモジュールの存在及び／又は状況を表示する複数のＬＥＤを発光させる。
【００１５】
図４は、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００に使用するリニア可変差動トランス（ＬＶＤＴ）、４ないし２０ミリアンペアの電流ループ、直流電圧センサ、あるいは差動電圧センサなどの、センサ４０６からの入力を受けるように構成した汎用目的のモジュール回路４００の一実施例を示す図である。入力のタイプは、システムソフトウエアから選択される。様々な交流タイプのＬＶＤＴｓからの入力を直接受け取るために、ＬＶＤＴ励起および復調回路４０２がモジュール４００内に組み込まれている。ＬＶＤＴ励起及び復調回路４０２は、ＬＶＤＴ一次側コイル用に必要な交流励起電圧と周波数を発生する。この励起電圧と周波数は、システムソフトウエアの制御の下に変化する。ＬＶＤＴ励起及び復調回路４０２は、また、ＬＶＤＴの変位に応じた直流電圧を発生する。その他の入力は、４ないし２０ミリアンペアで、様々な電圧の信号を直流電圧に変換する入力調整回路４０４から受信される。入力調整回路４０４は、前置増幅段を具えており、センサの出力になんらかの負荷がかかることを防止している。当業者は、本発明の範囲と精神から離れることなく上述した全入力より小さい入力を受信するようにモジュールを変形できることを認識するであろう。例えば、モジュールは、ＬＶＤＴ励起回路と対応する入力回路構成なしで構成することができるし、あるいは、代替的に、モジュールは、差動入力あるいは電流ループからの入力を受け取る入力回路構成なしで構成することができる。
【００１６】
モジュール４００は、モジュールスロット３００内で受信するように構成したモジュールコネクタ４２６を介して、フレキシブルプロセスオプティマイザ２００への、およびフレキシブルプロセスオプティマイザ２００からの信号を転送する。第１のラッチ４０８は、ＬＶＤＴ励起電圧の値と、ＤＣ、差動、その他といった選択された入力のタイプを保持する。第２のラッチ４１０は、フィルタの値を保持する。このラッチは、フィルタの予想値の一つを保持する。当業者は、本発明の範囲および精神から離れることなく、メモリなどのその他のデバイスをフィルタ値、あるいはその他の値を保持するのに使用できることを認識するであろう。スイッチ回路４１２は、システムソフトウエアの制御の下で、直流、ＬＶＤＴ、＋５Ｖ基準電圧、その他などの入力のうちの一つを選択する。スイッチ回路４１２は、また、主回路３００を介して入力信号が調整モジュールハードウエアを通過させる通過特性を提供するアナログスイッチを具えている。この特性は、接続した入力のいずれかを、二つの隣接するモジュールのハードウエアを介して二つの異なるレンジへキャリブレートできるようにして、入力データを取得して、見ることができ、二つの別のチャネルに保存することができる。ハードウエア増幅器とフィルタ４１４は、センサ出力に適用したローパスアナログまたはデジタルフィルタを用いて実装される。システムソフトウエアの制御下で選択することができる複数の異なる時定数がある。ＤＡＣ粗オフセット制御回路４１６は、システムソフトウエアの制御下で粗オフセット電圧を生成する。一の実施例では、最大オフセット電圧が、数ミリボルトのステップで約１０Ｖである。ＤＡＣ密オフセット制御回路４１８は、システムソフトウエアの制御下で密オフセット電圧を発生する。一の実施例では、最大オフセット電圧は、フラクショナルミリボルトのステップで数ミリボルトの電圧である。２段粗ゲイン増幅器４２０は、システムソフトウエアの制御下にある。一の実施例では、２段粗ゲイン増幅器４２０が、特別な低ノイズの増幅器を用いて実装されており、１ないし約１０，０００のレンジで精密なゲイン段階を提供している。第３のラッチ４２２は、システムソフトウエアの制御下で粗ゲイン値を保持する。密ゲイン増幅器４２４は、ゲインが約１ないし約１０のレンジの入力を増幅する。密ゲイン増幅器４２４のゲインレンジは、例えば、０と１０の間で最大１０，０００ゲインインクリメントを提供する、複数ステップに分割されており、システムソフトウエアを介して選択される。
【００１７】
図５は、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００に使用する振動モジュール回路５００のブロック図である。一の実施例では、圧電振動センサ５１８を４つまで振動モジュール回路５００に連結することができる。センサの電力はモジュール回路５００を介してベース電流から供給されるので、センサ５１８用の外部電源は不要である。振動モジュール回路５００は、モジュールスロット３０６内で受信されるように構成されたモジュールコネクタ５２０を介してフレキシブルプロセスオプティマイザ１００へのおよびフレキシブルプロセスオプティマイザ１００からの信号を転送する。圧電振動センサ５１８は、定電流電源５０２が必要である。図に示す実施例においては２段回路である多段粗ゲイン回路５０４が、各振動センサ入力に設けられている。システムソフトウエアは、１から約１，０００のレンジにおけるステップで、各多段粗ゲイン回路５０４のゲインを制御する。第１及び第２の振動センサ入力について、第１の粗ラッチ回路５０６は、粗ゲイン増幅器のゲイン値を保持する。フィルタラッチ５０８は、関連するハードウエアの増幅器とフィルタ５１０のフィルタ段を保持する。各ハードウエアの増幅器とフィルタ５１０は、システムソフトウエアを介して制御される複数の異なる時定数のうちの一つを伴うローパスフィルタ回路である。このローパスフィルタは、多段粗ゲイン回路５０４を介して増幅した後のセンサ信号に適用される。第３及び第４の振動センサ入力は、図５に示すように同時にあるいは別々に操作される。第２の粗ラッチ５１２は、第３及び第４の振動センサに関連する粗ゲイン増幅器５０４のゲイン値を保持する。図に示す実施例には、第３及び第４の振動センサ入力に関連するハードウエアフィルタはないが、当業者は、あらゆるあるいは全てのセンサ入力が、本発明の範囲と精神から外れることなく、アナログまたはデジタルフィルタを具えていても良いことを認識するであろう。
【００１８】
システムソフトウエアの制御の下、スイッチングラッチ５１４は、モジュールとコネクタ識別子、診断電圧、他などのスイッチ回路５１６の状態を保持し、これによって、スイッチ回路５１６の出力を制御する。スイッチ回路５１６は、スイッチングラッチ５１４内に保存されている値に基づいて信号を切り替える。スイッチ回路５１６は、選択された信号をモジュールのアナログおよびデジタル出力に送信する。
【００１９】
図６は、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００に使用する電力モジュール回路６００のブロック図である。電力モジュール回路６００は、モジュールスロット３０６内で受信されるように構成されたモジュールコネクタ６１８を介してフレキシブルプロセスオプティマイザ１００へのおよびフレキシブルプロセスオプティマイザ１００からの信号を転送する。センサレンジ検出及びレンジ設定回路６０２は、Monitech Systems社で製造されたセンサなどの、電力センサ６１６とインターフェースをとって、電力センサ６１６のレンジを読み取る。センサレンジ検出及びレンジ設定回路６０２は、システムソフトウエアによって制御された電力センサ６１６のレンジを変更する能力を提供する。電力モジュール回路６００は、また、システムソフトウエアの制御下にある、電力センサ６１６のレンジ値を保持するセンサラッチ６０４を具える。スイッチングラッチ６０６は、システムソフトウエアからのコマンドを保持してモジュール識別子、診断電圧、基準電圧、その他を選択する。スイッチ回路６０８は、スイッチングラッチ６０６に保持されている値に基づいて信号を切り替えて、モジュール識別子、診断電圧、あるいは基準電圧を電力モジュール回路６００のアナログ出力に送信する。システムソフトウエアによって制御されているフィルタラッチ６１０は、ハードウエアフィルタのステップ値を保持する。ハードウエアのフィルタおよび増幅器６１２は、システムソフトウエアを介して制御される複数の異なる時定数のうちの一つを有するローパスフィルタである。このローパスフィルタは、増幅器の出力の後のセンサ信号に適用される。バッファ増幅器６１４は、出力段で信号をバッファする。
【００２０】
当業者は、本発明の範囲と精神から離れることなく、入手可能な値の数と、入手可能な段の数と、ステップサイズ、調整レンジ、および最大値が、ハードウエアの構成部品に基づいて変化し、様々なモジュール回路の仕様が変わることを認識するであろう。
【００２１】
フレキシブルプロセスオプティマイザ１００によって、既存の機械のユーザはセンサを備え付けることなくキーデータを得て、製造環境内の機械に主な変更を加えることなく動作のゲインコントロールを行うことができる。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、バランスが取れて、使い易い制御戦略を提供して、特定の製造動作におけるユーザの特別な要求に合わせてコントロールを調整するパワーをユーザに提供する。バランスのとれた制御戦略は、ユーザが特に興味のある複数の出力パラメータを制御することによって定義される。
【００２２】
フレキシブルプロセスオプティマイザ１００の一のアプリケーションは、精密な製造研削機をモニタし、制御している。典型的な製造研削動作は、移動部材を搬送するスライド板によって回転研削ホイールを、回転ワークピースへ（あるいは逆に）送り込むステップからなる。ワークピースの直径が所望のサイズに達し、表面の仕上げが行われるまで、ワークピースと研削ホイールが相互作用している間、所定のレートでワークピースから材料が除去される。移動可能な部材の切り込み、すなわち、研削ホイールの送りは、製造サイクル中に可変送りレートで注意深く制御されており、所望の材料を除去し、受け入れ可能なサイクル時間内にワークピース表面を仕上げる研削圧力を提供する。送りレートは機械の能力と使用する研削ホイールに依存する。一の実施例では、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、センサ信号を取り出して、必要な信号調整を行い、視覚ディスプレイ上にデータを表示する。ユーザは、視覚ディスプレイを分析して、製造研削機械の動作に手動で制御調整を行う。別の実施例では、より多くのセンサ、データ分析特性、および制御ラインが製造研削システムのハードウエアとＣＮＣ制御にインターフェースをとって、製造プロセスを制御できるようにしている。所望のプロセス制御は、機械の送りレートと、ホイールの仕上げ条件とホイールの仕上げ周波数に加えて切り替えポイントを変更することによって行われる。このプロセス中に、実際の最終サイズ、テーパ、丸みなどの仕上げをした研削部品の品質データが、品質検査および報告の目的で保存される。
【００２３】
製造研削において、量的パラメータの例に、研削ホイールのハングリネスが含まれることがある。これは、ワークピースから材料を除去する能力である。ハングリネスは、通常は測定されることはないが、製造研削動作の不十分さと制御の欠如の主な原因である。本来は、効果的なプロセス制御に必要なキープロセスパラメータは、モニタされている工業的プロセスに依存する。個別部品の研削および機械加工業の他に、製紙およびパルププロセス、食物プロセス、製薬プロセス、塗料および化学プロセスなど、産業界における連続プロセスは、製品の品質と同様にシステムの生産性を決める、混合密度、温度、湿度、その他の多数の特別なパラメータを有する。
【００２４】
本発明を説明するために、精密研削を用いると、典型的には、機械をモニタするのに使用する３つのセンサがある。これらのセンサは、研削ホイールの電力消費を測定するパワーセンサと、研削ホイール（またはワークピース）のスライドを測定する切込みセンサと、実際の研削動作中にワークピースの瞬間的な直径を測定するゲージヘッドセンサを具える。研削ホイールのパワー消費量は、プロセス出力と考えられ、切り込みは、プロセス入力と考えられ、直径は、システムの出力を表す製品品質属性と考えられる。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００によってこれらの３つの測定を記録し、表示して、ユーザは十分な情報を得て最適戦略を決定し、研削機械に必要な調整を行って、実際に研削プロセスの効率を改善する。
【００２５】
製造研削システムにおけるプロセスのバランスの取れた最適化と制御のための対象となるその他のパラメータには、研削部品の端と端のテーパ、全研削サイクル時間、および研削サイクルの特定の段階間の所定の処理パラメータのその他の特徴がある。このような特徴の一つは、研削パワーである。研削パワーが高くあるいは低く保たれ、ある期間所定のレベルに維持されるかどうかは、最終部品のサイズ（製造過程にあるサイズ制御ゲージの分解能内の）と、部品表面の粗さ、丸みおよびテーパに影響する。所定の製造機械で研削した製品の品質が、研削ホイールと器具の状態と、入荷部分の品質によって変化し、これらも、製造サイクル時間に有意に影響するとの事実からユーザが規定することができるフレキシブルプロセスオプティマイザの必要性が生じている。
【００２６】
精密製造研削機械へのフレキシブルプロセスオプティマイザの進歩したアプリケーションでは、複数のセンサが使用されている。基本センサには、機械のスライド移動をモニタするパルスエンコーダあるいはＬＶＤＴプローブ、研削ホイールとワークピースの回転速度を追跡するスピードセンサ、ホイール、ワークピース、あるいはロータリーホイール仕上げデバイスのワット数の消費を測定する電力センサ、および部品サイズおよびジオメトリ（テーパまたは丸み）センサがある。しかしながら、冷媒流量、圧力、あるいは温度などを測定するセンサなど、さらに多くのセンサを使用して、機械の動作をモニタするようにしても良い。本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、交換可能なモジュール回路を介して、プロセスの可変性を生じさせるあるいは検出する変数のほとんどを測定するように構成することができる。プロセスデータのモニタに加えて、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、実際の研削動作中に選択した機械の位置における振動を測定することもできる。このような情報は、一般的に、機械のスピンドルの状態と、貧弱な製品の品質の劣化を引き起こすその他の構造的ピースに関係し、プロセスの変化を捉えるように設計された典型的なより遅いスロープロセスデータより高速のデータレートで取り出される。
【００２７】
図７は、システムソフトウエアを稼動している処理デバイスを介して制御されている、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００の主な機能のフローチャートを示す図である。第１の主機能は、フレキシブルプロセスオプティマイザ７００の自動初期化であり、インストールされたモジュール回路７０２の自動検出と、インストールされたモジュール回路７０４の自動コンフィギュレーションおよびキャリブレーションを含む。第２の主機能は、データの取得７１０であり、製造機械７１２へ取り付けたセンサの読み取りと、入力信号７１４の調整を含む。第３の主機能は、取得したデータ７２０の評価であり、処理データ７２２の表示と、調整した処理データ７２４に基づくプロセス効率の評価を含む。最後の主機能は、製造プロセス７３０の効率を改善するための製造機械のパラメータを調整する制御信号の発生であり、機械プロセス７３２を調整するための制御信号の発生と、制御信号７３４を用いた製造機械の再コンフィギュレーションを含む。
【００２８】
図８は、初期化機能７００のより詳細なフローチャートである。まず、システムソフトウエアは、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００に問い合わせをして、インストールされているモジュール回路を同定する（８００）。システムソフトウエアは、自動的に主回路と、インストールしたモジュール回路に対して診断テストを行い（８０２）、ハードウエアの適正な動作を認証する。主回路あるいはインストールしたモジュール回路のいずれかがテストに合格しなった場合（８０４）、ユーザに失敗が通知される（８０６）。次いで、適正に機能しているモジュール回路のほとんどが、システムソフトウエアによって自動的にキャリブレートされる（８０８）。
【００２９】
図９は、データ取得機能７１０のより詳細なフローチャートである。システムソフトウエアは、様々なセンサを始動する（９００）。製造機械から、様々なセンサが製造プロセスに関連する信号を収集する（９０２）。データ取得プロセスがモニタされて、コントローラ、モニタユニット、あるいはモジュール回路の故障、あるいはセンサの断線など、データ取得における問題を同定する（９０４）。データ取得傷害が発生した場合は、ユーザに通知される（９０６）。取得したデータは、分析用に調整される（９０８）。最後に、調整されたデータが、分析用に保存される（９１０）。当業者は、分析がリアルタイムで生じ、それだけで一時的ストレージを当てにするか、あるいはデータを、後の分析あるいは履歴の目的で不揮発性のストレージ媒体に保存するようにしても良いことを認識するであろう。システムソフトウエアの制御の下、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、スケジュールされたデータストレージ間隔で、取り付けられていないものを稼動することができる。データの保存は、ユーザによって構成された所定のイベントの発生によってトリガすることもできる。
【００３０】
図１０は、データ分析機能７２０の詳細なフローチャートである。取得され調整されたデータは、ユーザによる評価のために視覚的に表示される（１０００）。視覚ディスプレイから、ユーザは製造プロセスを評価して、手動で製造プロセスを調整する、あるいは製造プロセスがフレキシブルプロセスオプティマイザ１００の制御下で効率的に稼動していることを認証することができる。ユーザは、データ１００２の表示の上に制御を行う。ユーザの制御下にある様々なパラメータのいくつかには、表示ウインドのスケールと時間ベースが含まれる。いずれかのデータ入力にオフセットを適用して、そのデータ入力をデータ表示ウインドの所望の位置におくことができる。センサ入力の極性は、より容易な表示とより意味のある分析のために、システムソフトウエアによって反転することができる。システムソフトウエアは、また、ノイズのある入力またはノイズのある保存データに可変フィルタを適用することによって、電子ノイズを除去する能力を提供する。また、システムソフトウエアによって、ユーザは、処理データの改善した評価のために複数のスケールと時間ベースで、同時に同じセンサからデータを見ることができる。また、システムソフトウエアによってユーザは、センサを単一のモジュールスロット３０６に接続して、二つの隣接するモジュールを介して同じセンサデータを見ることができる。モジュールのゲインとオフセットは、別々に制御されるので、同じセンサデータを二つの異なるゲイン及び／又はオフセットで見ることができる。処理データのスクリーン上の位置は、システムソフトウエアを介して提供される自動オフセット除去機能によって可変である。最後に、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００の信号調整電子部品がより広いレンジのセンサのキャリブレーションと、より小さいレンジでの実際の動作を可能にする。この技術を用いると、データの取得中はオフスケールのように見えるが、保存されたデータは、復活する際に再配置することができる。このことは、フレキシブルプロセスオプティマイザが高い解像度で、より広い効率レンジで、長時間にわたって、製造システムの無人プロセスモニタリングのためにデータを捕捉することが可能となる。データ分析ツールを用いて、製造プロセスにおける非効率性が同定される（１００４）。このプロセスデータは、統計的分析、発見的データ分析、パターンマッチング、特別なアルゴリズムの適用を含む当業者に公知の様々なデータ分析技術を用いて分析される。
【００３１】
図１１は、モジュール検出機能８００のより詳細なフローチャートである。モジュール検出機能８００は、粗ゲインと密ゲインを１に設定することによって（１１００）、および粗オフセットと密オフセットをゼロに設定することによって（１１０２）、ハードウエアを始動する。次いで、モジュール検出機能８００は、ハードウエアのフィルタを不能にして、生入力を読めるようにする（１１０４）。モジュール検出機能８００は、モジュールからモジュール同定電圧を読み出す（１１０６）。モジュール同定電圧は、特定のモジュールに対する特別な電圧である。モジュールの同定は、モジュールからのモジュール同定電圧の読みをルックアップテーブル中で検索することによって行われる１１０８。モジュール検出機能８００は、取り付けたモジュール全て同定されるまで繰り返される。当業者は、様々なモジュール回路に識別子を、この識別子を用いてフレキシブルプロセスオプティマイザ１００にどの交換可能なモジュール回路を取り付けるのかを決定するためのその他の構成と方法を認識するであろう。
【００３２】
図１２は、ハードウエア診断機能８０２のより詳細なフローチャートである。ハードウエア診断機能８０２は、粗ゲインと密ゲインを１に設定すること（１２００）及び、粗オフセットと密オフセットをゼロに設定すること（１２０２）によってハードウエアを始動する。次いで、ハードウエア診断機能８０２は、ハードウエアフィルタの接続を切って、生の入力を読めるようにする（１２０４）。ハードウエア診断機能８０２は、モジュールから基準電圧を読み取る（１２０６）。固定基準電圧は、そのモジュールのベース入力電圧である。この基準電圧の読みは、モジュール回路を作っている部品の許容差に基づいて変化する。基準電圧は、理想モジュール回路から読まれる理想電圧と比較される。一般的に、基準電圧が理想電圧に近く、ハードウエア診断機能８０２は、基準電圧が理想電圧と同じになるまで密ゲインを調整する（１２０８）。基準電圧が理想電圧と同じになるように密ゲイン制御を調整することができれば（１２１０）、ハードウエアは、診断チェックをパスして、密ゲインの値が１のゲインファクタとして保存されたと考えられる（１２１２）。さもなければ、ユーザにハードウエアの診断の失敗が通知され（１２１４）、モニタプロセスを終了するなど、その他の適宜の動作が行われる。ハードウエア診断機能８０２を繰り返して、取り付けた各モジュールの正しい動作を認証する。
【００３３】
図１３は、キャリブレーション機能８０８の副機能である、直流入力キャリブレーション機能１３００のより詳細なフローチャートである。直流入力キャリブレーション機能１３００は、粗ゲインと密ゲインを１に設定すること（１３０２）及び、粗オフセットと密オフセットをゼロに設定すること１３０４によってハードウエアを始動する。直流入力キャリブレーション機能１３００は、モジュールから基準電圧を読み取る（１３０６）。この基準電圧を、直流入力の入力レンジを表す既知の電圧レンジと比較する（１３０８）。この基準電圧が既知の電圧レンジ１３１０内にあれば、ハードウエアが適正にキャリブレートされていると考えられる。さもなければ、ユーザにハードウエアのキャリブレーションの失敗が通知され（１３１２）、モニタプロセスを終了するなど、その他の適宜の動作が行われる。直流入力キャリブレーション機能１３００を繰り返して、直流入力を用いて取り付けた各モジュールのキャリブレーションを認証する。
【００３４】
図１４は、キャリブレーション機能８０８の副機能である、差動入力キャリブレーション機能１４００のより詳細なフローチャートである。差動入力キャリブレーション機能１４００は、コンフィギュレーションファイルから最小センサ電圧を読み取る（１４０２）。主回路は、この最小センサ電圧１４０４を発生して、差動入力キャリブレーション機能１４００が、粗オフセットと密オフセットをゼロにして最小センサ電圧を調整する（１４０６）。ゼロになった最小センサ電圧１４０６を用いて、差動入力キャリブレーション機能１４００は、差動電圧を計算し（１４０８）、主回路によってこの差動電圧を発生する（１４１０）。次いで、モジュール回路のゲインが、差動電圧が既知の基準電圧と同じになるまで調整される（１４１２）。このゲインコントロールが、差動電圧が基準電圧と同じになるように調整できれば、ハードウエアが適正にキャリブレートされていると考えられる（１４１４）。さもなければ、ユーザにハードウエアのキャリブレーションの失敗が通知され（１４１６）、モニタプロセスを終了するなど、その他の適宜の動作が行われる。差動入力キャリブレーション機能１４００を繰り返して、差動入力を用いて取り付けた各モジュールの正しい動作を認証する。
【００３５】
図１５は、キャリブレーション機能８０８の副機能である、４−２０ミリアンペアの電流入力キャリブレーション機能１５００のより詳細なフローチャートである。４−２０ミリアンペアの電流入力キャリブレーション機能１５００は、入力電流を読み取って、この入力電流を電圧に変換し（１５０２）、この最小センサ電圧に等しいオフセットを適用して、これをゼロにする（１５０４）。次いで、４−２０ミリアンペアの電流入力キャリブレーション機能１５００が、オフセットと電圧の差を計算し（１５０６）、主回路によって差動電圧が発生する（１５０８）。次いで、この差動電圧が既知の基準電圧と同じになるまでモジュール回路のゲインを調整する（１５１０）。このゲインコントロールが、差動電圧が基準電圧と同じになるように調整できれば（１５１２）、ハードウエアが適正にキャリブレートされていると考えられる。さもなければ、ユーザにハードウエアのキャリブレーションの失敗が通知され（１５１４）、モニタプロセスを終了するなど、その他の適宜の動作が行われる。４−２０ミリアンペアの電流入力キャリブレーション機能１５００を繰り返して、４−２０ミリアンペアの電流入力を用いて取り付けた各モジュールの正しい動作を認証する。
【００３６】
全ての入力のうち、ＬＶＤＴ入力は、コンフィギュレーションが最も難しい。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００のシステムソフトウエアは、ＬＶＤＴコンフィギュレーションとキャリブレーションを非常に簡単にする。図１８は、ＬＤＶＴ入力のキャリブレーション機能のフローチャートである。まず、キャリブレーションルーチンが開始する。このルーチンは、長さ単位でのＬＶＤＴ移動の最大値である最大スケールと、電圧単位でのＬＶＤＴ移動の最大値であるキャリブレートしたフルスケールを含む（１８００）、ユーザの入力スケール情報を具える。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、次いで、ゲインを１に設定し、オフセットをゼロにする（１８０２）。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００からの指示が、プランジャの変動の全レンジにわたってＬＶＤＴを移動させることをユーザに要求する（１８０４）。システムソフトウエアは、ＬＶＤＴによって生じる最小電圧と最大電圧とを記録して、電圧データを迅速に分析して、ＬＶＤＴのリニア領域を同定する（１８０６）。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００からのもう一つの指示は、リニア領域内のＬＤＶＴのレストポイントを位置決めするようユーザに要求する（１８０８）。リニア領域内で動作するＬＤＶＴを用いて、ＬＤＶＴ入力についてのオフセットとゲインが最適化される（１８１０）。これは、オフセットを調整してＬＤＶＴ出力値がレストポイントでゼロになって現れることを含む。ＬＤＶＴが最大変動限度に変動したときに既知の基準値になるようにゲインを調整する。ＬＤＶＴ出力電圧が最大変動限度で基準電圧１８１２と同じになるようにゲインコントロールが調節できるのであれば、ＬＤＶＴハードウエアが正しくキャリブレートされていると考えられる。さもなければ、ユーザにハードウエアのキャリブレーションの失敗１８１４が通知され、モニタプロセスを終了するなど、その他の適宜の動作が行われる。
【００３７】
フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、特別な製造プロセスの設定の結果を観察する能力をユーザに提供する。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００の出力から、ユーザは、製造プロセスの効率の改善に必要な変更を決定することができる。次いでユーザは、所定の特別な機械、ゲージおよびシステムコントロールの設定の変更を、製造機械のコントローラを介して行う。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００によって、ユーザはその変更が所望の結果を生み出したことを直ちに認識することができる。最良のプロセス改善戦略は、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００を介して得られるプロセスセンサのデータと製品品質データに基づいてユーザによって決定される。これは、ユーザが、モニタされている特定の製造プロセスについてのユーザに重要な基準に基づいて選択する。研削システムの例を再び参照すると、このような条件は、研削ホイールの鋭利さ、構成部品についての入荷ストック量の変化、および磨耗による機械部品のなんらかの弱点を含むことができる。これらの状態は、従来の制御システムにおいて容易に把握することはできない。しかしながら、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００を介して、ユーザは、これらの状態およびその他の状態を見て、対処する能力が与えられる。
【００３８】
精密部品製造用の製造研削システムにおけるプロセス改良あるいは最適化の一例を詳細に述べる。しかしながら、当業者は、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００があらゆる個別部品の製造あるいは連続的なプロセス工業の操作に同じアプローチを適用できることを認識するであろう。図１６の研削プロセスサイクルのデータを参照すると、研削する部分に切り込む研削ホイール用の４つの送りレートＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４を有するホイール−ワークピース切り込み１６００が示されている。変化点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、切り込みレートが調整される製造サイクル内の回数を表す。全切り込み移動距離は、ワークピースに最初に接触した時点Ｂの研削ホイールの位置と、スパークアウト期間の開始時点Ｆにおける研削ホイールの位置との差である。当業者は、切り込みカーブ１６００を見ることで、製造サイクルを視覚化できる。変化点ＡおよびＢ間の移動は、実際の研削が行われる前の急速なアプローチ切り込みレートを表している。第１の切り込みレートＦＲ１（変化点ＢからＣ）は、粗（速い）研削切り込みレートを表している。第２の切り込みレートＦＲ２（変化点ＣからＤ）は、中間の研削切り込みレートを表す。第３の切り込みレートＦＲ３（変化点ＤからＥ）は、密研削切り込みレートを表している。第４の切り込みレートＦＲ４（変化点ＥからＦ）は、仕上げ研削切り込みレートを表している。変化ポイントＦおよびＧ間のスパークアウト期間には、更なる切り込みはない。研削ホイールの引き込みは、変化点ＧおよびＨの間に生じる。
【００３９】
時間軸上では、切り込み開始点Ａとホイールの引き込みの終了点Ｈ間の時間は、ホイールとワークピースが互いに係合するようにプログラムされているときの活性研削サイクルの全期間を表す。この全期間は、負荷のない部分と負荷部分、研削するための正確な位置決めが要求されるホイールあるいはワークピースのあらゆる割り出し、製造におけるホイールの整列あるいはホイールが実際にその部分に接触していない場合のその他の同様の操作、あるいはその他の動作の完了を待つといった、完全な製造サイクルのその他の構成要素を含まない。機械の設定と動作の制御は、典型的には、切り込みレートＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４の設定と、研削が行われた後のホイールの引き込みへの迅速な前進からの全ての変化点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを含む。図１６は、また研削ホイールスピンドルの電力消費１６０２と、電力センサから得られるこれらの様々な研削切り込みレート間のワークピースの瞬間的なサイズを示す（１６０４）。このサイズは、研削サイクル中にワークピース上に位置している製造過程にあるゲージヘッドから得られる。
【００４０】
フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、製造中に連続して部品が研削されるときの研削サイクルの連続的な流れを表示して、ユーザが単一の研削サイクルの特徴だけでなく、切り込みレートや、変化点、様々な切り込みレートにおける電力レベルや、製造過程中のゲージデータからのサイズ発生曲線のパターンなど重要な特徴について、あらゆるサイクルからサイクルへの変化スポットも見ることができるようにしている。フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、従って、多数の製造プロセスパラメータをモニタし、サイクルパターンとワークピースからワークピースへのサイクルパターンの一貫性を最適化するための変更を行う能力をユーザに与える。
【００４１】
システムソフトウエアは、分析に必要であり、製造プロセスを最適化するのに必要なフレキシビリティをユーザに与える多くの機能と特徴を提供する。これらの特徴は、一般的に、ユーザをプロセスの分析に集中させ、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００の性能と価値を強化する能力をユーザに与えるフレキシブルプロセスオプティマイザ１００のコンフィギュレーション可能性と使用可能性に関連する。このような特徴は、ライブデータを取得する間、あるいはすでに保存されたデータを見直す間に所定のパラメータの値を計算して、プロセスを改良しようとする試みがなされているときに一般的には入手できない有益な情報をユーザに提供する能力を含んでいる。
【００４２】
一つの特徴は、データ取得中にユーザが選択可能な休止である。データ取得中の休止を含むことは、メモリを節約し、データファイルのサイズを低減し、取得動作中にユーザにフレキシビリティを提供する。ユーザは、データ取得休止の発生と期間は、ライブデータの取得中と呼び出し中の両方で、データスクリーンウインド上で見ることができる。どのデータスクリーン上でも複数のデータ取得休止が可能である。
【００４３】
製造プロセスを視覚的に分析するのに用いるデータディスプレイスクリーンは、データの全景を表示するように設計されている。長期ベースで使用する場合、拡大したビューイング領域によってユーザは現在のプロセスサイクルと以前のプロセスサイクルの両方のデータを見て即時比較することができる。
【００４４】
データスクリーンによって、ユーザは視覚ディスプレイの仮想非制限的制御が可能である。ユーザは、入力データスケールを自由に変更し、いずれの入力に対してもデータを隠し、データウインド内のデータプロットラインの色を変え、データスクリーン上のどこかに入力データを位置させるためにユーザが選択した量のオフセットを適用し、入力データを逆にして、見られているデータ中の所望しない周波数や高調波を除去するためにフィルタにかけることができる。
【００４５】
システムソフトウエアによって、ユーザはデータ取得プロセスの間いずれの時点でも所定の有益なパラメータの瞬間的な値を得ることができる。入手可能な瞬間的な値のいくつかは、データの勾配、データの平均値、所定の時間ピリオドにわたる曲線の下の「面積」および、データの最大値または最小値、およびユーザが決定した基準に対するデータの相対値を含む。全ての瞬間的な値は、時間とともに作表されており、所望であれば保存することができる。更に、システムソフトウエアは、ユーザが選択したインターバルで自動的に瞬間的な値を計算することができる。
【００４６】
システムソフトウエアは、ユーザに、現在のデータ取得中にあるいはすでに保存したデータから得たデータに重ね書きをする能力を提供する。この重ね書きを行うのに使用されるデータは、ユーザが望む場合は、未調整であるもの、拡張されたもの、あるいは圧縮されたものであっても良い。保存された重ね書きを、データ取得中のバックグラウンドとして用いることもでき、あるいは、比較分析および質的な分析の目的で、呼び戻したデータの上に重ねることもできる。重ね書きの視覚的な表示は調整可能であり、データプロットの色の変更、データを再度位置決めするオフセットの適用、重ね書き中のデータの全スケールレンジを変更するフレキシビリティをユーザに提供している。
【００４７】
モニタされたプロセス中で文書化の重要性を認識して、システムソフトウエアはデータ取得中およびデータ呼び出し中にデータのいずれかのスクリーンを捕捉する能力を有している。各ケースにおいて、ユーザはデータの視覚的表示を調整し、スクリーン画像を捕捉し、このスクリーン画像をＪＰＥＧ、ＴＩＦＦなどの共通の画像ファイルフォーマットに保存することができる。
【００４８】
プロセスのモニタ中に、大量のデータが共通して取得される。しかしながら、全てのデータがプロセス効率の評価に有益なわけではない。システムソフトウエアは、取得したデータを全部保存させる代わりに、取得したデータの興味のある部分だけを保存するフレキシビリティをユーザに提供する。各データスクリーンは、独自のスクリーン番号で同定されており、ユーザは、そのスクリーン番号の範囲を入力して保存することができる。代替的に、ユーザは、いずれかの取得したデータスクリーンにカーソルを動かして、保存すべき特定のデータを同定することができる。
【００４９】
システムソフトウエアは、ツールの磨耗や、熱膨張、あるいは機械部材の経時的縮小などのゆっくりした条件の変化から生じるデータの逐次の変化（すなわち、ドリフト）を追跡する能力を具えている。同様に、システムソフトウエアは、データのスケール及び／又はオフセットの急激な変化を検出することができる。これは、サイズの意図的な補償ステップ、あるいはスティックのスリップによるランダムな機械スライド配置ミスなどの、瞬間的なイベントを同定するのに有益である。ユーザが指定した期間にわたってのゆっくりしたあるいは急速な不連続的なステップの変化によるこのような蓄積した全体のオフセットは、容易に入手可能でありユーザが見ることができる。
【００５０】
派生したデータファイルを抽出するユーザの能力は、システムソフトウエアのもう一つの機能である。ユーザは、以前に保存したデータファイルのターゲットプロセスを呼び出して、実際に興味のあるデータセクションを同定し、保存されたデータファイルの全機能を保持しながら新規の派生データファイルとしてそれを保存する能力を有する。
【００５１】
システムソフトウエアによって、ユーザはまた、特に興味のある所定のセンサ入力を選択し、ユーザが規定した視覚的表示を用いて別のウインドでそれを見ることができる。例えば、ユーザは、プロットの色や、オフセット、および選択した入力のスケールを選択することができる。ユーザは、また、この別のウインド内のあらゆる入力を表示したり、隠したりする選択を行うことができる。
【００５２】
システムソフトウエアを介して、フレキシプロセスオプティマイザ１００は、入手可能なモジュール回路から所望するとおりに入力をイネーブルにしたり、ディスエーブルにするように構成することができる。入力データの視覚的表示は、カスタマ化が可能であり、ユーザがデータ識別ラベルと様々な入力に対するユーザのノートとコメントを含む、別の関連する情報を入力できるようにしている。ユーザは、センサの容量内で、いずれのセンサ入力についても所望のフルスケールレンジを入力することができる。カスタマイズ化およびコンフィギュレーション情報はデータファイル内に保存され、必要に応じて編集することができる。
【００５３】
フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、プロセスデータをモニタすると同時に振動データをモニタする能力を有する。振動データは、主プロセスデータに比べて比較的高速である。振動データは、典型的には、数キロヘルツ周辺の周波数で生じ、通常、しばしば数分の一秒より短い期間で回収される。比較によれば、典型的な個別部品製造の処理サイクルは数秒、あるいは数分で終わり、従って、比較的遅いデータ取得スピードが必要である。システムソフトウエアは、機械のスピンドル、スライド板、およびその他の部品における振動を捕捉する必要性が変わることがある、あるいは、ある処理サイクルの時期の特別な興味であることを認識している。従って、システムソフトウエアによって、ユーザは、要求があり次第または遅いプロセスデータを伴って連続的に、振動データの捕捉が可能である。二つのデータタイプは、ユーザの最良で別々のデータファイルに保存されるか、単一のデータファイル内に一緒になっている。処理サイクルにおける振動データが取得された時間に関する情報もデータファイルに保存される。
【００５４】
上述したとおり、システムソフトウエアによって、特定の製造プロセスに対して特別なコンピュータ処理をしたプロセスパラメータのプロットを容易にして、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００を最も特別なアプリケーション用にカスタマイズすることができる。多数のパラメータをプロットする能力は、プロセスと、製造システムの容量と制限を全体的にエンジニアリング分析するときに必要であり、ユーザは、機械のセットアップ、プロセスの変更の効果を容易に視覚化することができる。このことは、プロセスの改善、あるいはあらゆる現在の操作の最適化にきわめて重大である。
【００５５】
製造研削システムの例では、コンピュータで計算したプロセスパラメータがサイクル時間の分析、サイクルからサイクルへの一貫性、およびホイールのハングリネスを含んでいる。サイクル時間の分析機能は、完全なプロセスサイクルの個々の構成要素に使用した時間の詳細なブレークダウンを実行する。プロセスサイクルは、通常、様々な段階と、これらの段階の間に行われるイベントに関連する構成要素からなる。例えば、研削サイクルにおいてスライド板を急速に移動させて、研削準備ができている部分にアプローチすること、あるいはこのサイクルの最後に研削したワークピースから研削ホイールを最終的にはずすことが含まれる。サイクル時間の分析機能を通じて、オペレータは、全体の製造効率を評価し、サイクルの各ステージで費やされた全サイクル時間に対するパーセンテージを決定することができる。一の動作からのサイクル時間分析データを他の同様の動作と比較することによって、ユーザは、製造システムを評価し、修理人として調べることができる能力を有する。更に、ユーザは、ピースからピースへのサイクル時間の一貫性を評価するのに有用なツールを有している。
【００５６】
様々なサイクル時間における一貫性に加えて、システムソフトウエアは、サイクルからサイクルへの一貫性機能を通じて製造システムの動作の変化をチェックするツールを提供する。この動作の変化には、入ってくる部品についてのストックの変化、機械の切り込みスライドの誤切り込み、サイズコントロールゲージの不適正な設定、および一部から材料を除去するためのホイールの能力の変更が含まれる。このような変化は、プロセスサイクルの間に様々なセンサについてのデータ曲線の形に区別される特徴あるいは変化として現れる。サイクルからサイクルの一貫性の分析は、特定のプロセスサイクルに関連する複数のキーパラメータの量的な分析を実行する。研削システムの例に関して言えば、関連するパラメータには：スパークアウト時間、全サイクル時間、スパークアウト電力、最大研削電力、曲線下の総面積、明らかな（全）ストックの除去、および切り込み曲線の勾配、が含まれる。
【００５７】
フレキシブルプロセスオプティマイザ１００に固有のフレキシビリティイによって、システムソフトウエアは、常に時間が変化し、リアルタイムで制御することが容易でないシステム性能を決定し、制限することもある特定のパラメータを計算して、保存することができる。製造研削プロセスの例に戻ると、このような特定パラメータの一つは、研削ホイールのハングリネスであり、これは、ワークピースから材料を除去する研削ホイールの能力を表す。研削ホイールハングリネスは、研削ホイールのサービスの長さ、ホイールの組み込み、あるいは研削の仕上げと研削ホイールと研削されるワークピースの相対的な固さ、によって連続的に変化する。
【００５８】
研削ホイールハングリネス機能は、パワーセンサ入力から得た電力消費データと、切り込みレートデータあるいはスライド位置勾配データから研削ホイールの現ハングリネス値を引き出す。図１７は、図１６のサイクルデータについて単位幅あたりの材料除去率対単位幅当たりの電力をチャートした研削ホイールハングリネスの典型的なグラフを示す。ポイントＰ２、Ｐ３、およびＰ４は、図１６における切り込みレートＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４の間の安定状態の電力値を表し、Ｐ０は、サイクルの開始時点と終焉時点におけるアイドル電力を示す。プロットは通常直線的であり、研削電力キロワット当たりの容積測定の材料除去率を表すこのラインの勾配が、研削ホイールハングリネス（Ｈ）として引用される。研削中にホイールが各ワークピースに係合すると、ワークピースが徐々に鈍くなり、鋭利さのロスがコンピュータで計算したハングリネスのパラメータに反映される。研削ホイールのハングリネスを追跡することによって、仕上げを通してホイールがどのように、いつ再鋭利化を必要としているかを含む、キーサイクルのセットアップパラメータを決定する量的基準をユーザに提供する。
【００５９】
製造精密研削システムが本発明を説明するのに使用されているが、フレキシブルプロセスオプティマイザ１００は、様々な工業のほとんどの製造操作に適応することができる。製品の研削のような個別部品製造に加えて、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザ１００からの受益があるその他の業界には、製紙およびパルプ製造、食物及び薬剤プロセス、石油化学プロセス、およびその他の多くのものがある。視覚ディスプレイと、使用されている生産条件の下でシステムの動作を反映するリアルタイムでのプロセスセンサデータのいくつかの量的な分析に基づくユーザのプロセス最適化戦略を構成する能力によって、生産性および製造品質の双方を、バランスの取れた態様で、所望の制御が実際になされていることを確認する瞬間的なフィードバックを伴って、最適化する。プロセスを最適化するのに実際行われる変更は、機械によるＣＮＣシステムの設定、あるいは手動による機械上での調整を容易に行うことができる。
【００６０】
上述の記載から、当業者は、製造機械のモニタリングデバイスと方法が、データを表示でき、展開を分析し、フレキシブルプロセスオプティマイザのディスプレイ上で認証可能なフレキシブル処理最適化法の即時の実行を展開して実行するための、製造機械のモニタリングデバイスおよび方法に関する。フレキシブルプロセスオプティマイザによって、ユーザは、この目的のための機械のうち装着されたセンサによって表したときに、製造システムの観察された現実の動作に基づいて、プロセス制御戦略を変更することができる。
【００６１】
本発明を、いくつかの実施例の記載によって説明してきたし、図に示す実施例を詳細に説明してきたが、出願人の意図は、この詳細に限定されるものではなく、また請求の範囲の範囲を限定するものではない。更なる利点と変形が当業者に容易にわかる。従って、より広い特徴の本発明は、特定の詳細、代表的な装置及び方法、および図に示して説明した例に限定されるものではない。従って、出願人の一般的な発明概念の精神または範囲から外れることなく、このような詳細から出発するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
本発明の上述の特徴は、以下に述べる発明の詳細な説明を図面と共に読むことによってより明確に理解されるであろう。
【図１】図１は、製造環境にある本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザを示す図である。
【図２】図２は、フレキシブルプロセスオプティマイザのブロック図である。
【図３】図３は、フレキシブルプロセスオプティマイザの主回路のブロック図である。
【図４】図４は、フレキシブルプロセスオプティマイザと共に使用する一般目的のモジュール回路のブロック図である。
【図５】図５は、フレキシブルプロセスオプティマイザと共に使用する振動モジュール回路のブロック図である。
【図６】図６は、フレキシブルプロセスオプティマイザと共に使用する電源モジュール回路のブロック図である。
【図７】図７は、フレキシブルプロセスオプティマイザの主な機能のフローチャートである。
【図８】図８は、フレキシブルプロセスオプティマイザの初期設定機能のフローチャートである。
【図９】図９は、フレキシブルプロセスオプティマイザのデータ取得機能のフローチャートである。
【図１０】図１０は、フレキシブルプロセスオプティマイザのデータ分析機能のフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明のフレキシブルプロセスオプティマイザのモジュール検出機能のフローチャートである。
【図１２】図１２は、フレキシブルプロセスオプティマイザのハードウエア診断機能のフローチャートである。
【図１３】図１３は、フレキシブルプロセスオプティマイザの直流入力用キャリブレーション機能のフローチャートである。
【図１４】図１４は、フレキシブルプロセスオプティマイザの差動入力用キャリブレーション機能のフローチャートである。
【図１５】図１５は、フレキシブルプロセスオプティマイザの４−２０ミリアンペアの入力用のキャリブレーション機能のフローチャートである。
【図１６】図１６は、製造研磨プロセスの一サイクルについての切り込み、部品サイズ、および電力のグラフを示す図である。
【図１７】図１７は、ホイールハングリネスパラメータのグラフを示す図である。
【図１８】図１８は、リニア変動差動トランス入力用のキャリブレーション機能を示すフロー図である。
【図１】
2007531929.tif 000003
【図２】
2007531929.tif 000004
【図３】
2007531929.tif 000005
【図４】
2007531929.tif 000006
【図５】
2007531929.tif 000007
【図６】
2007531929.tif 000008
【図７】
2007531929.tif 000009
【図８】
2007531929.tif 000010
【図９】
2007531929.tif 000011
【図１０】
2007531929.tif 000012
【図１１】
2007531929.tif 000013
【図１２】
2007531929.tif 000014
【図１３】
2007531929.tif 000015
【図１４】
2007531929.tif 000016
【図１５】
2007531929.tif 000017
【図１６】
2007531929.tif 000018
【図１７】
2007531929.tif 000019
【図１８】
2007531929.tif 000020
【国際調査報告】
2007531929.tif 000021