(57)【要約】【課題】異常の検知精度を向上することが容易な工程異常検知システム、及び工程異常検知方法を提供する。【解決手段】モータ負荷の小さい第一期間においてモータに流れる電流Ｒ（１）〜Ｒ（４）を検出する第一検出工程と、モータ負荷の大きい第二期間においてモータに流れる電流Ｑ（１）〜Ｑ（１１）を検出する第二検出工程と、電流Ｒ（１）〜Ｒ（４）の代表値をメジアンＮ（ｎ）として取得する第一代表値取得工程と、電流Ｑ（１）〜Ｑ（１１）の代表値をメジアンＬ（ｎ）として取得する第二代表値取得工程と、メジアンＮ（ｎ）とメジアンＬ（ｎ）との差異を表す値をメジアン差Ｍｄ（ｎ）として算出する代表差異値算出工程とを含む検出算出工程を実行する代表差異値取得部と、メジアン差Ｍｄ（ｎ）に基づいて作業工程の異常を判定する異常判定工程を実行する異常判定部１２とを備えた。【選択図】図３
2017193018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を出力する駆動部から出力される前記駆動力に基づき実行され、前記駆動部に対する負荷の大きさが互いに異なる第一期間と第二期間とを含む作業工程の異常を検知するための工程異常検知システムであって、
前記第一期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第一検出工程と、
前記第二期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第二検出工程と、
前記第一検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第一代表値として取得する第一代表値取得工程と、
前記第二検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第二代表値として取得する第二代表値取得工程と、
前記第一代表値と前記第二代表値との差異を表す値を代表差異値として算出する代表差異値算出工程とを含む検出算出工程を実行する代表差異値取得部と、
前記代表差異値に基づいて前記作業工程の異常を判定する異常判定工程を実行する異常判定部とを備える工程異常検知システム。
【請求項２】
前記駆動部は、電動モータであり、
前記検出値は、前記電動モータに流れる駆動電流である請求項１記載の工程異常検知システム。
【請求項３】
前記検出値は、前記駆動部のトルクである請求項１記載の工程異常検知システム。
【請求項４】
前記代表値は、メジアンである請求項１〜３のいずれか１項に記載の工程異常検知システム。
【請求項５】
前記代表差異値は、前記第一代表値と前記第二代表値との差である請求項１〜４のいずれか１項に記載の工程異常検知システム。
【請求項６】
前記作業工程は、１回の作業工程を１サイクルとして複数サイクル繰り返され、
前記検出算出工程は、前記各サイクルにそれぞれ対応して実行され、前記各検出算出工程によって前記各サイクルにそれぞれ対応する前記代表差異値が算出され、
前記異常判定工程は、一の前記サイクルに対応する代表差異値である第一代表差異値と、前記一のサイクルの直前に実行されたサイクルに対応する代表差異値である第二代表差異値との差異を表す値を前記一のサイクルに対応するサイクル差異値として算出するサイクル差異値算出工程を含み、当該サイクル差異値に基づいて前記作業工程の異常を判定する請求項１〜５のいずれか１項に記載の工程異常検知システム。
【請求項７】
前記サイクル差異値は、前記第一代表差異値と前記第二代表差異値との差である請求項６記載の工程異常検知システム。
【請求項８】
ｎ回目のサイクルをサイクルｎとし、
前記異常判定工程は、予め設定された設定数をＰとし、前記サイクルｎの直前で連続するＰ回のサイクルに対応する各サイクル差異値の代表値と、前記サイクルｎに対応するサイクル差異値とに基づいて、前記作業工程の異常を判定する請求項６又は７に記載の工程異常検知システム。
【請求項９】
前記異常判定工程は、前記サイクルｎに対応する前記サイクル差異値をΔＭｄ（ｎ）とした場合に下記の式（Ａ）に基づきサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）を算出する差異値変化量算出工程をさらに含み、当該算出されたサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）に基づいて前記サイクルｎの作業工程の異常を判定する請求項８記載の工程異常検知システム。
【数１】
2017193018.tif 000005
【請求項１０】
前記作業工程は、メタルソーで加工対象の部材を加工する工程であり、
前記駆動部は、
前記第一期間において前記メタルソーを前記部材に接触させずに回転させ、
前記第二期間において前記メタルソーを前記部材に接触させて回転させる請求項１〜９のいずれか１項に記載の工程異常検知システム。
【請求項１１】
駆動力を出力する駆動部から出力される前記駆動力に基づき実行され、前記駆動部に対する負荷の大きさが互いに異なる第一期間と第二期間とを含む作業工程の異常を検知するための工程異常検知方法であって、
前記第一期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第一検出工程と、前記第二期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第二検出工程と、前記第一検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第一代表値として取得する第一代表値取得工程と、前記第二検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第二代表値として取得する第二代表値取得工程と、前記第一代表値と前記第二代表値との差異を表す値を代表差異値として算出する代表差異値算出工程とを含む検出算出工程と、
前記代表差異値に基づいて前記作業工程の異常を判定する異常判定工程とを含む工程異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業工程の異常を検知するための工程異常検知システム、及び工程異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワークを加工する加工機の加工用モータに流れる負荷電流を監視し、負荷電流が判定基準値を超えた場合に異常の発生を検知する技術が知られている。ここで、一つのワークを加工する１サイクル中に、加工状態や加工位置等が変化するために、正常に加工が行われている場合であってもモータの負荷電流が変化する。従来、このような負荷電流の変化を異常と判定しないために、このような正常な負荷電流の変化を許容できるように、判定基準値に余裕を持たせる必要があった。
【０００３】
しかしながら、上述のように判定基準値に余裕を持たせると、本来検知すべき異常により負荷電流の変化が生じた場合であっても、その電流変化が小さいと異常を検知できないおそれがあった。
【０００４】
そこで、ワークを加工する加工機の加工用モータの負荷電流を、作業工程の開始から終了までの１サイクル中に複数サンプリングし、これを複数サイクル測定して得た全てのサンプリングデータについて、同一のサンプリング箇所ごとに集合させた値の標準偏差値をＣＰＵにより求め、この標準偏差値に係数を乗じて上限値及び下限値を設定し、その上限値及び下限値と加工用モータの負荷電流とを比較することによって、加工工程の異常の有無を監視する監視方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この監視方法によれば、１サイクル中の加工状態、加工位置等の変化に応じてモータの負荷電流が変動する場合であっても、その変動波形の各ポイント毎に上下限が設定される。そのため、１サイクル全体の電流変化に対して一つの判定基準値が設定される場合よりも、上下限値に持たせる必要のある余裕を小さくできる結果、異常の検知精度を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５２７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、モータの負荷電流は、運転開始後のワークと刃具が接触している加工点やそこに大量に噴射されているクーラントの温度変化、およびギアボックスでの歯車の温度上昇によって噛み合わせの抵抗等の変化、モータの温度変化等により、徐々に変化する。そのため、上述のように、加工を複数サイクル実行すると、最初のサイクルからサイクルを繰り返す都度、モータの負荷電流も徐々に変化し、いずれ安定状態となる。その結果、正常に動作している場合であっても、運転開始から安定状態に達するまでの間に、１サイクル中の負荷電流波形全体がサイクルを繰り返す間に平行移動するように変動することになる。また、モータの負荷電流に限らず、作業工程における１サイクル中の負荷が、サイクルを繰り返す間に平行移動するように変動する場合もある。
【０００８】
そのため、上述の特許文献１に記載の技術では、運転開始から安定状態に達するまでの間の正常な負荷変動で異常を検知しないように、上下限値に余裕を持たせる必要があり、異常の検知精度が低下するという不都合があった。
【０００９】
本発明の目的は、異常の検知精度を向上することが容易な工程異常検知システム、及び工程異常検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る工程異常検知システムは、駆動力を出力する駆動部から出力される前記駆動力に基づき実行され、前記駆動部に対する負荷の大きさが互いに異なる第一期間と第二期間とを含む作業工程の異常を検知するための工程異常検知システムであって、前記第一期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第一検出工程と、前記第二期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第二検出工程と、前記第一検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第一代表値として取得する第一代表値取得工程と、前記第二検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第二代表値として取得する第二代表値取得工程と、前記第一代表値と前記第二代表値との差異を表す値を代表差異値として算出する代表差異値算出工程とを含む検出算出工程を実行する代表差異値取得部と、前記代表差異値に基づいて前記作業工程の異常を判定する異常判定工程を実行する異常判定部とを備える。
【００１１】
また、本発明に係る工程異常検知方法は、駆動力を出力する駆動部から出力される前記駆動力に基づき実行され、前記駆動部に対する負荷の大きさが互いに異なる第一期間と第二期間とを含む作業工程の異常を検知するための工程異常検知方法であって、前記第一期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第一検出工程と、前記第二期間において前記負荷の大きさを示す検出値を複数回検出する第二検出工程と、前記第一検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第一代表値として取得する第一代表値取得工程と、前記第二検出工程において検出された複数の検出値の代表値を第二代表値として取得する第二代表値取得工程と、前記第一代表値と前記第二代表値との差異を表す値を代表差異値として算出する代表差異値算出工程とを含む検出算出工程と、前記代表差異値に基づいて前記作業工程の異常を判定する異常判定工程とを含む。
【００１２】
これらの工程異常検知システム及び工程異常検知方法によれば、駆動部の負荷が異なる第一期間における負荷の大きさを示す検出値の代表値と第二期間における負荷の大きさを示す検出値の代表値との差異を表す代表差異値に基づいて作業工程の異常が判定される。検出値の波形全体が平行移動するように変動した場合であっても、正常であれば代表差異値は大きく変化しない。従って、代表差異値に基づいて作業工程の異常を判定することで、異常の検知精度を向上することが容易となる。
【００１３】
また、前記駆動部は、電動モータであり、前記検出値は、前記電動モータに流れる駆動電流であることが好ましい。
【００１４】
電動モータの負荷が増大すると、電動モータに流れる駆動電流が増大するので、駆動電流は負荷の大きさを示す検出値として好適である。また、駆動電流は容易に計測可能なので、電動モータに流れる駆動電流を負荷の大きさを示す検出値として用いることで、負荷の大きさを示す検出値を取得することが容易となる。
【００１５】
また、前記検出値は、前記駆動部のトルクであってもよい。
【００１６】
駆動部のトルクは駆動部の負荷を表すから、駆動部のトルクを負荷の大きさを示す検出値として用いることができる。
【００１７】
また、前記代表値は、メジアンであることが好ましい。
【００１８】
短時間に突発的に変化するようなノイズによる検出値変化が生じた場合であっても、メジアンには影響が生じない。従って、代表値をメジアンとすることによって、異常の検知精度を向上することが可能となる。
【００１９】
また、前記代表差異値は、前記第一代表値と前記第二代表値との差であることが好ましい。
【００２０】
代表差異値を第一代表値と第二代表値との差とすれば、負荷変動の波形が平行移動するように変動した場合であっても、代表差異値に影響を与えることがない。従って、第一代表値と第二代表値との差は代表差異値として好適である。
【００２１】
また、前記作業工程は、１回の作業工程を１サイクルとして複数サイクル繰り返され、前記検出算出工程は、前記各サイクルにそれぞれ対応して実行され、前記各検出算出工程によって前記各サイクルにそれぞれ対応する前記代表差異値が算出され、前記異常判定工程は、一の前記サイクルに対応する代表差異値である第一代表差異値と、前記一のサイクルの直前に実行されたサイクルに対応する代表差異値である第二代表差異値との差異を表す値を前記一のサイクルに対応するサイクル差異値として算出するサイクル差異値算出工程を含み、当該サイクル差異値に基づいて前記作業工程の異常を判定することが好ましい。
【００２２】
作業工程の内容によっては、例えば加工用の刃の劣化や砥石の目詰まりなど、正常範囲内の状態変化によって、駆動部に加わる負荷が僅かずつ徐々に変化して第二期間の負荷が徐々に変化し、１回のサイクルでは負荷は僅かしか変化しないが、最終的には負荷が大きく変化する場合がある。そのような場合であっても、この構成によれば、前回のサイクルと今回のサイクルとの間での差異を表すサイクル差異値に基づいて異常が判定されるので、上述のような正常範囲内の状態変化を異常と判定するおそれが低減される。
【００２３】
また、前記サイクル差異値は、前記第一代表差異値と前記第二代表差異値との差であることが好ましい。
【００２４】
サイクル差異値を第一代表差異値と第二代表差異値との差とすれば、負荷変動の波形が平行移動するように変動した場合であっても、サイクル差異値に影響を与えることがない。従って、第一代表差異値と第二代表差異値との差はサイクル差異値として好適である。
【００２５】
また、ｎ回目のサイクルをサイクルｎとし、前記異常判定工程は、予め設定された設定数をＰとし、前記サイクルｎの直前で連続するＰ回のサイクルに対応する各サイクル差異値の代表値と、前記サイクルｎに対応するサイクル差異値とに基づいて、前記作業工程の異常を判定することが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、サイクルｎの直前で連続するＰ回のサイクルに対応する各サイクル差異値の代表値を基準にして、サイクルｎの作業工程の異常が判定されるので、基準からノイズが低減される結果、異常の検知精度を向上することが可能となる。
【００２７】
また、前記異常判定工程は、前記サイクルｎに対応する前記サイクル差異値をΔＭｄ（ｎ）とした場合に下記の式（Ａ）に基づきサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）を算出する差異値変化量算出工程をさらに含み、当該算出されたサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）に基づいて前記サイクルｎの作業工程の異常を判定することが好ましい。
【数１】
2017193018.tif 000003
【００２８】
この構成によれば、サイクルｎの直前で連続するＰ回のサイクルに対応する各サイクル差異値の平均値と、サイクルｎに対応するサイクル差異値との差に基づき、サイクルｎの作業工程の異常を判定することができる。
【００２９】
また、前記作業工程は、メタルソーで加工対象の部材を加工する工程であり、前記駆動部は、前記第一期間において前記メタルソーを前記部材に接触させずに回転させ、前記第二期間において前記メタルソーを前記部材に接触させて回転させることが好ましい。
【００３０】
メタルソーで加工対象の部材を加工する工程は、駆動部でメタルソーを前記部材に接触させずに回転させる第一期間相当の期間と、メタルソーを部材に接触させて回転させる第二期間相当の期間とを有するので、作業工程として好適である。
【発明の効果】
【００３１】
このような構成の工程異常検知システム、及び工程異常検知方法は、異常の検知精度を向上することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る工程異常検知方法を用いる工程異常検知システムの構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示す金属加工装置によってワークを加工する作業工程が実行されたときに電流センサによって検出される電流値の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る工程異常検知方法、及び工程異常検知装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る工程異常検知方法、及び工程異常検知装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】各サイクルで得られる電流値の波形と、工程異常検知装置によって得られる値との関係を説明するための説明図である。
【図６】刃が新品の場合の電流波形（実線）と、刃の劣化が徐々に進んで寿命に近くなった場合の電流波形（破線）の一例を示す波形図である。
【図７】ノイズ波形の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る工程異常検知方法を用いる工程異常検知システムの構成の一例を説明するためのブロック図である。図１に示す工程異常検知装置１は、工程異常検知システムの一例に相当している。
【００３４】
工程異常検知装置１は、例えば金属加工装置１００と接続されており、金属加工装置１００で実行される加工工程（作業工程）の異常を検知する。金属加工装置１００は、例えばメタルソー１０１によって加工対象のワーク（部材）を切断する切断作業を作業工程として実行する加工装置である。なお、切断作業は一例であって、作業工程はワークに溝を形成する加工工程等、他の作業を行う工程であってもよい。
【００３５】
金属加工装置１００は、メタルソー１０１と、メタルソー１０１を回転駆動させるモータ１０２（電動モータ）と、モータ１０２を回転させるための駆動電流を出力するモータドライバ１０３と、メタルソー１０１をワークから離間させたり接触させたりするようにメタルソー１０１を移動させる図略の移動機構等とを備えている。モータ１０２（電動モータ）は、駆動部の一例に相当している。
【００３６】
なお、駆動部は、駆動力を出力するものであればよく、電動モータに限らない。駆動部は、例えばエアー駆動のモータその他、種々のアクチュエータであってもよい。
【００３７】
図１に示すメタルソー１０１は、略円板状の形状を有し、その外周に四個の刃１０４を備えている。なお、刃１０４の数は四個に限らない。刃１０４の数は、例えば８個であってもよく、１６個であってもよく、その他の個数であってもよい。
【００３８】
なお、作業工程は、メタルソー１０１によってワークを加工する工程に限らず、モータ１０２が駆動する対象もメタルソーに限らない。モータ１０２が駆動する対象は、例えばドリルであってもよく、旋盤などの加工装置における被加工物であってもよい。また、作業工程は、加工工程に限られず、駆動部の駆動力によって何らかの作業を行う工程であればよい。
【００３９】
モータドライバ１０３からモータ１０２へ駆動電流を供給するケーブルには、モータ１０２に流れる駆動電流を検出する電流センサ２が取り付けられている。電流センサ２で検出された駆動電流を示す信号は、工程異常検知装置１へ出力される。これにより、工程異常検知装置１は、モータ１０２の駆動電流の電流値を取得可能にされている。以下、電流センサ２によって検出された電流値を工程異常検知装置１（代表差異値取得部１１、異常判定部１２）が取得することを、単に、工程異常検知装置１（代表差異値取得部１１、異常判定部１２）が電流値を取得又は検出するなどと記載し、電流センサ２の記載を省略する。
【００４０】
モータ１０２の駆動電流の電流値は、モータ１０２に対する負荷が大きいほど大きくなる。従って、モータ１０２の駆動電流の電流値は、負荷の大きさを示す検出値の一例に相当する。
【００４１】
なお、負荷の大きさを示す検出値は、モータ１０２に対する負荷の大きさを示すものであればよく、駆動電流の電流値に限らない。例えば、モータ１０２のトルクを、負荷の大きさを示す検出値として用いてもよい。この場合、電流センサ２の代わりにトルクセンサ（トルクメータ、トルク計、トルク変換器等）を、モータ１０２とメタルソー１０１等の駆動対象との間の駆動軸等に取り付けることで、モータ１０２のトルクを負荷の大きさを示す検出値として検出することができる。トルクセンサとしては、例えばユニパルス社製回転トルクメータを用いることができる。
【００４２】
工程異常検知装置１は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。工程異常検知装置１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、所定の制御プログラム等を記憶するフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶部、外部と通信するための通信回路、及びこれらの周辺回路等を備えて構成されている。そして、工程異常検知装置１は、例えば上述の記憶部に記憶された制御プログラムを実行することによって、代表差異値取得部１１、及び異常判定部１２として機能する。
【００４３】
図２は、図１に示す金属加工装置１００によってワークを加工する作業工程が実行されたときに電流センサ２によって検出される電流値Ｉの一例を示す説明図である。縦軸が電流値Ｉ、横軸が時間の経過を示し、一回の作業工程で検出される電流波形が一サイクル分の電流波形として表されている。図２に示す例では、ｎ個の同じワークを加工するために、ｎ回作業工程が実行され、ｎサイクル分の電流波形が示されている。
【００４４】
なお、図２、及び後述の図５〜図７において、縦軸を電流値の代わりにトルクとしてもよい。縦軸をトルクとした場合であっても、ほぼ同様のグラフ波形が得られる。
【００４５】
工程異常検知装置１の運転が開始されると、まずワークから離間した位置に位置するメタルソー１０１がモータ１０２によって回転駆動される。このとき、メタルソー１０１は空転するので、モータ１０２は無負荷、又は非常に小さな負荷で回転する。このワークから離間した位置でメタルソー１０１が回転駆動されている期間を第一期間Ｔｐ１として示している。
【００４６】
この状態から、図略の移動機構によってメタルソー１０１がワークへ向かって移動され、メタルソー１０１がワークに接触してワークの加工が実行される。このとき、モータ１０２は、メタルソー１０１によってワークを加工させるための駆動力を出力する必要があるので、モータ１０２に加わる負荷が増大する。このメタルソー１０１がワークに接触してワークが加工される期間を、第二期間Ｔｐ２として示している。
【００４７】
モータ１０２に流れる電流値Ｉは、モータ１０２に対する負荷が大きいほど大きくなる。そのため、各サイクルで、第一期間Ｔｐ１よりも第二期間Ｔｐ２で電流値Ｉが増大するような電流波形が得られる。また、各サイクルで加工されるワークは、同じものなので、各サイクル相互間で、モータ１０２に加わる負荷の大きさや変化の仕方は、正常であれば略同一となり、略同一の波形形状の電流波形が得られる。
【００４８】
また、モータ１０２に流れる電流値Ｉは、工程異常検知装置１の運転が開始された直後は大きく、サイクルを繰り返す毎に減少してゆき、所定サイクル繰り返した後にサイクル相互間で電流値Ｉが略一定になる安定状態となる傾向がある。図２に示す例では、サイクル１の第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（１）よりもサイクル２の第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（２）の方が小さく、サイクル１からサイクル２へ、電流波形が平行移動するように減少している。
【００４９】
さらに、サイクル２の第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（２）よりもサイクルｎ−１の第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（ｎ−１）の方が小さく、サイクル２の電流波形が平行移動するように減少している。サイクルｎ−１では安定状態となっており、サイクルｎ−１の第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（ｎ−１）とサイクルｎの第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（ｎ）とは略等しく、サイクルｎにおける正常波形（破線で示す）はサイクルｎ−１の電流波形と略同一の電流波形となる。サイクルｎの実線波形は、メタルソー１０１の刃１０４が欠損した異常発生時の電流波形を示している。
【００５０】
代表差異値取得部１１は、第一期間Ｔｐ１においてモータ１０２に流れる電流値Ｉを複数回検出する第一検出工程と、第二期間Ｔｐ２においてモータ１０２に流れる電流値Ｉを複数回検出する第二検出工程と、第一検出工程において検出された複数の電流値Ｉのメジアン（中央値）を第一代表値であるメジアンＮ（ｎ）として取得する第一代表値取得工程と、第二検出工程において検出された複数の電流値Ｉのメジアン（中央値）を第二代表値であるメジアンＬ（ｎ）として取得する第二代表値取得工程と、メジアンＮ（ｎ）とメジアンＬ（ｎ）との差を代表差異値であるメジアン差Ｍｄ（ｎ）として算出する代表差異値算出工程とを含む検出算出工程を実行する。
【００５１】
なお、代表値は、必ずしもメジアンに限らない。例えば代表値として平均値を用い、第一検出工程において検出された複数の電流値Ｉの平均値を第一代表値である平均値Ｎ（ｎ）として取得する第一代表値取得工程と、第二検出工程において検出された複数の電流値Ｉの平均値を第二代表値である平均値Ｌ（ｎ）として取得する第二代表値取得工程と、平均値Ｎ（ｎ）と平均値Ｌ（ｎ）との差を代表差異値である平均値差Ｍｄ（ｎ）として算出する代表差異値算出工程とを実行し、以下、メジアン差Ｍｄ（ｎ）の代わりに平均値差Ｍｄ（ｎ）を用いてもよい。
【００５２】
異常判定部１２は、メジアン差Ｍｄ（ｎ）に基づいて作業工程の異常の有無を判定する異常判定工程を実行する。工程異常検知装置１は、例えば図略の通信回路、信号出力回路、液晶表示装置等の表示装置等、情報を報知するための報知部を備えている。異常判定部１２によって異常有りと判定された場合、異常が発生した旨、報知部によって報知されるようになっている。
【００５３】
次に、上述のように構成された工程異常検知装置１の動作について説明する。図３、図４は、本発明の一実施形態に係る工程異常検知方法、及び工程異常検知装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、金属加工装置１００により一つ目のワークの加工工程が開始され、代表差異値取得部１１は、サイクル数を示す変数ｎを１に初期化する（ステップＳ１）。金属加工装置１００は、加工工程の開始、すなわちサイクルの開始を示す信号を工程異常検知装置１へ送信するようにしてもよく、代表差異値取得部１１は、金属加工装置１００からの信号によりステップＳ１を実行してもよい。あるいは代表差異値取得部１１は、モータ１０２に流れる電流値Ｉを監視し、電流値Ｉが所定の値を超えたときに加工工程が開始されたと判断してステップＳ１を実行してもよい。
【００５５】
図２を参照して、加工工程が開始されると、代表差異値取得部１１は、まずサイクル１の第一期間Ｔｐ１における電流値Ｉ（１）を例えば４回サンプリングして電流値Ｒ（１）〜Ｒ（４）を取得する（ステップＳ２：第一検出工程）。次に、代表差異値取得部１１は、サイクル１の第二期間Ｔｐ２における電流値Ｉ（１）を例えば１１回サンプリングして電流値Ｑ（１）〜Ｑ（１１）を取得する（ステップＳ３：第二検出工程）。
【００５６】
第一期間Ｔｐ１と第二期間Ｔｐ２とは、例えば以下のようにして識別することができる。例えば金属加工装置１００からメタルソー１０１がワークに接触したことを示す信号を工程異常検知装置１へ送信し、その信号を受信したとき、代表差異値取得部１１は第一期間Ｔｐ１から第二期間Ｔｐ２へ切り替わったことを検知してもよい。あるいは、代表差異値取得部１１は、電流値Ｉの波形変化に基づいて第一期間Ｔｐ１から第二期間Ｔｐ２へ切り替わったことを検知してもよい。また、第一期間Ｔｐ１の後に第二期間Ｔｐ２となる例を示したが、第二期間Ｔｐ２の後に第一期間Ｔｐ１となってもよい。
【００５７】
また、第一期間Ｔｐ１、第二期間Ｔｐ２におけるサンプル数を４個と１１個とする例を示したが、各期間におけるサンプル数は複数であればよく、サンプル数は限定されない。
【００５８】
次に、代表差異値取得部１１は、電流値Ｒ（１）〜Ｒ（４）のメジアンを、メジアンＮ（ｎ）として取得する（ステップＳ４：第一代表値取得工程）。この場合、サンプル数は偶数であるから、電流値Ｒ（１）〜Ｒ（４）を小さい順に並べて中央に近い２番目と３番目の電流値の平均値がメジアンＮ（ｎ）とされる。
【００５９】
次に、代表差異値取得部１１は、電流値Ｑ（１）〜Ｑ（１１）のメジアンを、メジアンＬ（ｎ）として取得する（ステップＳ５：第二代表値取得工程）。この場合、サンプル数は奇数であるから、電流値Ｑ（１）〜Ｑ（１１）を小さい順に並べて中央に位置する６番目の電流値がメジアンＬ（ｎ）とされる。
【００６０】
図５は、各サイクルで得られる電流値の波形と、工程異常検知装置１で実行される各工程で得られる値との関係を説明するための説明図である。
【００６１】
次に、代表差異値取得部１１は、下記の式（１）に基づいて、代表差異値の一例であるメジアン差Ｍｄ（ｎ）を算出する（ステップＳ６：代表差異値算出工程）。
【００６２】
メジアン差Ｍｄ（ｎ）＝Ｌ（ｎ）−Ｎ（ｎ）  ・・・（１）
【００６３】
ステップＳ２〜Ｓ６が検出算出工程の一例に相当している。図５に示すサイクルｎ−４〜サイクルｎ−１の電流波形に示すように、メジアン差Ｍｄは、正常であれば各サイクルにおいて大きな変化を生じない。例えば図２に示すサイクル１，２のように電流波形が平行移動した場合であっても、メジアン差Ｍｄは連続するサイクル相互間で大きく変化しない。
【００６４】
一方、例えばメタルソー１０１の刃１０４が欠損する等の異常が発生すると、モータ１０２でメタルソー１０１を回転させてワークを加工するための負荷が低下し、図５のサイクルｎに実線で示すように第二期間Ｔｐ２においてモータ１０２に流れる電流値が低下する。その結果、異常が発生したサイクル（図５に示す例ではサイクルｎ）では、メジアン差Ｍｄ（ｎ）が減少する。なお、作業工程の内容や、異常の種類によっては、第二期間Ｔｐ２の電流値が増大する場合もある。このように、サイクルｎで異常が発生した場合、メジアン差Ｍｄ（ｎ）が変化する。
【００６５】
従って、例えば予めメジアン差Ｍｄの正常範囲と異常範囲とを判別するための判定値を例えば予め実験的に定めておき、メジアン差Ｍｄが判定値を超えた場合に異常と判定する異常判定工程を実行してもよい。上述したように、正常であればメジアン差Ｍｄは連続するサイクル相互間で大きく変化しないので、運転開始から安定状態に達するまでの間に負荷電流波形全体がサイクルを繰り返す間に平行移動するように変動する場合であってもメジアン差Ｍｄの変動は小さい。従って、メジアン差Ｍｄが判定値を超えた場合に異常と判定することによって、背景技術のようにサンプリングデータの標準偏差値に係数を乗じて上限値及び下限値を設定する場合よりも、異常の検知精度を向上させることが容易である。
【００６６】
なお、代表差異値の一例として、メジアンＮ（ｎ）（第一代表値）とメジアンＬ（ｎ）（第二代表値）との差を表すメジアン差Ｍｄ（ｎ）を示したが、サイクルｎの代表差異値（ｎ）は、例えばメジアンＮ（ｎ）とメジアンＬ（ｎ）との比であってもよく、このような代表差異値（ｎ）をメジアン差Ｍｄ（ｎ）の代わりに用いてもよい。
【００６７】
本実施形態では、メジアン差Ｍｄに基づき直ちに異常判定を行うのではなく、さらにステップＳ７の異常判定工程を実行する例を例示する。
【００６８】
ステップＳ７において、異常判定部１２によって、異常判定工程が実行される（ステップＳ７）。図４は、異常判定工程の一例を示すフローチャートである。設定回数Ｐは、後述のステップＳ１０３で平均値を算出する対象となるサイクル数であり、予め適宜設定されている。異常判定工程は、少なくとも設定回数Ｐ＋１回、加工工程（サイクル）が実行されていなければ実行することができない。そこで、異常判定部１２は、サイクル数ｎがＰ＋１以上であれば（ステップＳ１０１でＹＥＳ）ステップＳ１０２へ移行して異常判定工程を実行し、サイクル数ｎがＰ＋１に満たなければ（ステップＳ１０１でＮＯ）異常判定工程を実行することなくリターンしてステップＳ８へ移行する。
【００６９】
ステップＳ８では、金属加工装置１００において、加工対象のすべてのワークが加工されたか否かが確認され、すべてのワークが加工され、次の加工工程が存在しない場合（ステップＳ８でＹＥＳ）処理を終了する一方、まだ未加工のワークが残っていれば（ステップＳ８でＮＯ）、次のサイクルを実行するべくサイクル数ｎに１を加算して（ステップＳ９）、再びステップＳ２〜Ｓ８を繰り返す。
【００７０】
このようにして、新たなワークに対して加工工程が繰り返され、ステップＳ１０１において、サイクル数ｎがＰ＋１以上となれば（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、異常判定部１２は、異常判定工程を実行するべくステップＳ１０２へ移行し、下記の式（２）に基づきサイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）を算出する（ステップＳ１０２：サイクル差異値算出工程）。
【００７１】
サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）＝Ｍｄ（ｎ−１）−Ｍｄ（ｎ）  ・・・（２）
【００７２】
図５に示すように、正常なサイクル（ｎ−４）〜サイクル（ｎ−１）相互間では、メジアン差Ｍｄは連続するサイクル相互間で大きく変化しない。しかしながら、刃１０４の摩耗など、サイクルを繰り返すことによる刃１０４の劣化に伴い、第二期間Ｔｐ２における電流値が徐々に変化する場合がある。
【００７３】
図６は、刃１０４が新品の場合の電流波形（実線）と、刃１０４の劣化が徐々に進んで寿命に近くなった場合の電流波形（破線）の一例を示す波形図である。図６に示すように、正常範囲の劣化によっても徐々に電流値が変化する。そのため、上述のように、メジアン差Ｍｄが予め定めた判定値を超えた場合に異常と判定する方法では、正常範囲の劣化による電流値の変化でも、異常と判定するおそれがある。そこで、工程異常検知装置１は、ステップＳ１０２以降の処理を実行することが好ましい。
【００７４】
ステップＳ１０２で得られるサイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）は、連続する前後のサイクル間におけるメジアン差Ｍｄの差であるため、図６に示すような、刃１０４の劣化が徐々に進んだ場合のように、１サイクルを経ることによる電流変化が僅かであったり、劣化に伴う電流変化が直線的な変化であったりする場合には、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）の絶対値は小さな値になる。
【００７５】
そこで、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）の絶対値の正常範囲と異常範囲とを判別するための判定値を例えば予め実験的に定めておき、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）に基づいて、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）の絶対値がその判定値を超えた場合に異常と判定してもよい。このようにすれば、刃１０４の劣化が徐々に進むような場合であっても、異常の検知精度を向上させることが容易である。
【００７６】
なお、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）が、第一代表差異値の一例であるメジアン差Ｍｄ（ｎ）と第二代表差異値の一例であるメジアン差Ｍｄ（ｎ−１）との差である例を示したが、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）は、メジアン差Ｍｄ（ｎ）とメジアン差Ｍｄ（ｎ−１）との比、あるいは代表差異値（ｎ）と代表差異値（ｎ−１）との比であってもよい。
【００７７】
本実施形態では、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）に基づき直ちに異常判定を行うのではなく、さらにステップＳ１０３の差異値変化量算出工程を実行する例を例示する。
【００７８】
異常判定部１２は、さらに、下記の式（Ａ）に基づきサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）を算出する（ステップＳ１０３：差異値変化量算出工程）。式（Ａ）において、一番目の項はサイクルｎの直前の連続するＰ回のサイクルｎ−１〜ｎ−Ｐで得られたサイクル差異値ΔＭｄ（ｎ−１）〜ΔＭｄ（ｎ−Ｐ）の平均値である。
【数２】
2017193018.tif 000004
【００７９】
なお、式（Ａ）において、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ−１）〜ΔＭｄ（ｎ−Ｐ）の平均値と、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）との差をサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）として算出する例を示したが、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ−１）〜ΔＭｄ（ｎ−Ｐ）の平均値と、サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）との比をサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）として算出してもよい。
【００８０】
また、式（Ａ）においては、ｎ回目のサイクルをサイクルｎとし、サイクルｎの直前で連続するＰ回のサイクルに対応する各サイクル差異値の平均値を代表値とし、その代表値と、サイクルｎに対応するサイクル差異値とに基づいてサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）を算出する例を示した。しかしながら、この場合の代表値は、平均値に限られず、例えばメジアンであってもよく、その他の代表値であってもよい。
【００８１】
次に、異常判定部１２は、サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）の絶対値を予め設定された判定値Ｒｅｆと比較し、サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）の絶対値が判定値Ｒｅｆ以下であれば（ステップＳ１０４でＮＯ）サイクルｎは正常と判定し（ステップＳ１０５）、サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）の絶対値が判定値Ｒｅｆを超えていれば（ステップＳ１０４でＹＥＳ）サイクルｎは異常と判定する（ステップＳ１０６）。判定値Ｒｅｆは、例えば実験的に求めることができる。
【００８２】
なお、サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）の絶対値を判定値と比較する例に限らない。サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）の上限を判定するための上限判定値と、サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）の下限を判定するための下限判定値とを、例えば実験的に予め求めておき、サイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）が上限判定値を超えた場合、及びサイクル差異値変化量ΔＭｄ（ｎ，Ｐ）が下限判定値に満たない場合にサイクルｎが異常と判定する構成としてもよい。
【００８３】
サイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）の絶対値がその判定値を超えた場合に異常と判定した場合、サイクル間のバラツキ等による一時的なメジアン差Ｍｄの変動によって異常と判定されるおそれがある。しかしながら、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６によれば、サイクルｎのサイクル差異値ΔＭｄ（ｎ）と、サイクルｎの直前の連続するＰ回のサイクルｎ−１〜ｎ−Ｐで得られたサイクル差異値ΔＭｄ（ｎ−１）〜ΔＭｄ（ｎ−Ｐ）の平均値との差に基づいて異常判定が行われるので、サイクル間のバラツキ等による一時的なメジアン差Ｍｄの変動により異常と判定されるおそれが低減される結果、異常の検知精度を向上させることが容易となる。
【００８４】
図７は、ノイズ波形の一例を示す説明図である。図７に示すように、短時間に突発的に変化するようなノイズ５による電流変化が検出される場合がある。このような場合、ステップＳ４，Ｓ５において、代表値として平均値を用いた場合には、代表値がノイズ５の影響を受ける結果、異常の検知精度が低下するおそれがある。一方、代表値としてメジアンを用いた場合には、図７に示すノイズ５が検出された場合であっても、メジアンには影響しない。従って、メジアンは、代表値としてより好ましい。
【００８５】
なお、工程異常検知システムは、工程異常検知装置１として一体に構成される例に限らない。例えば、代表差異値取得部１１として機能するユニットと異常判定部１２として機能するユニットとが別体のユニットによって構成され、各ユニット間でデータを送受信することによって全体として工程異常検知システムが構成されていてもよい。さらに、第一検出工程、第二検出工程、第一代表値取得工程、第二代表値取得工程、代表差異値算出工程、検出算出工程、サイクル差異値算出工程、代表差異値算出工程、及び異常判定工程の各工程が、複数の装置やパーソナルコンピュータ等の複数のユニットに分散されて実行されてもよく、これら複数のユニットによって工程異常検知システムが構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１    工程異常検知装置（工程異常検知システム）
２    電流センサ
５    ノイズ
１１  代表差異値取得部
１２  異常判定部
１００      金属加工装置
１０１      メタルソー
１０２      モータ（駆動部）
１０３      モータドライバ
１０４      刃
Ｌ    メジアン、平均値（第二代表値）
Ｎ    メジアン、平均値（第一代表値）
Ｍｄ  メジアン差、平均値差（代表差異値）
Ｐ    設定回数
Ｑ    電流値
Ｒ    電流値
Ｒｅｆ      判定値
Ｔｐ１      第一期間
Ｔｐ２      第二期間
ΔＭｄ      サイクル差異値
ΔＭｄ      サイクル差異値変化量
【図１】
2017193018.tif 000006
【図２】
2017193018.tif 000007
【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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