(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ工作機械の加工で使用される制御情報、並びに前記ＮＣ工作機械で加工されるワークに関する情報、及び前記ＮＣ工作機械で使用される工具に関する情報を記憶する情報記憶部と、
前記情報記憶部に格納されたワーク及び工具に関する情報に基づいて設定した仮想のワーク及び工具を、前記制御情報に基づいた位置関係と同じ位置関係となるように仮想空間内に配置した後、配置した仮想のワーク及び工具を前記情報記憶部に格納された制御情報に従い相対的に移動させて、仮想的にワークを加工したときの時間の経過に伴って変化する加工状態を前記ワーク及び工具の相対移動に従って推定するとともに、加工状態情報として、前記工具とワークとの接触深さ方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の回転方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の各切れ刃に作用する切削抵抗に係る情報、前記ワークの表面粗さに係る情報、及び前記工具の回転方向における各切れ刃の切り込み深さに係る情報から選ばれる少なくとも一つの情報を含んだ加工状態情報を推定する加工状態情報推定部と、
前記加工状態情報推定部により推定された時間軸に沿った加工状態情報を基に、前記時間軸に沿って前記加工状態情報の大きさを表現した画像データを生成する画像データ生成部とを備えていることを特徴とする加工状態情報推定装置。
【請求項２】
前記画像データ生成部は、前記画像データとして、加工状態を表現するための色に係るデータを少なくとも含んだ画像データを生成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の加工状態情報推定装置。
【請求項３】
前記画像データ生成部は、前記画像データとして複数の色要素からなるカラー画像データを生成するように構成され、
前記加工状態情報推定部は、前記加工状態情報として、前記工具とワークとの接触深さ方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の回転方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の各切れ刃に作用する切削抵抗に係る情報、前記ワークの表面粗さに係る情報、及び前記工具の回転方向における各切れ刃の切り込み深さに係る情報から選ばれる、前記色要素の数に応じた数の情報を含んだ加工状態情報を推定するように構成され、
前記各色要素には、それぞれ前記加工状態情報推定部により推定される情報の一つが割り当てられていることを特徴とする請求項１記載の加工状態情報推定装置。
【請求項４】
前記画像データ生成部により生成された画像データを基に、該画像データに従った画像を表示する表示部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの加工状態情報推定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のいずれかの加工状態情報推定装置を備えるとともに、
推定用の前記制御情報を用いて仮想的にワークを加工したときに推定された推定加工状態情報と、該推定用の制御情報を用いて実加工したときに得られた実加工状態情報とを関係づける関係情報であって、経験的に学習された関係情報を記憶した学習情報記憶部と、
所定の制御情報を用いた実加工において得られる加工状態情報、該制御情報を基に前記加工状態情報推定装置の加工状態推定部によって推定された推定加工状態情報、及び前記学習情報記憶部に格納された関係情報に基づいて、該制御情報を用いた実加工における加工状態の適否を診断する加工状態診断部とを備えていることを特徴とする加工状態診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ工作機械の加工で使用される制御情報を基に、仮想的にワークを加工したときの加工状態情報を推定して、当該加工状態情報を画像化する加工状態情報推定装置、及びこの加工状態推定装置を備えた加工状態診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記ＮＣ工作機械の分野では、ＮＣプログラムに基づいて当該ＮＣ工作機械の運動機構部が制御されることにより、必要な加工が実行される。そして、従来から、最適な加工を実現するために、実際の加工状態を推測する様々な試みがなされており、その一つとして、下記特許文献１に開示された切削負荷予測システムが提案されている。
【０００３】
この切削負荷予測システムは、上記特許文献１に記載されるように、ＮＣデータに基づいて切削工具を移動させることによりワークを切削する工作機械において、前記切削工具に加わる切削負荷を予測する切削負荷予測システムであって、切削負荷の予測対象となる前記ＮＣデータを決定するＮＣデータ決定手段と、前記工作機械に対し、決定された前記ＮＣデータに基づく切削処理を、切削が生じない空運転の形で実行させる空運転実行手段と、当該切削処理時に、前記切削工具が通過する各工具位置を含む該切削工具に関する予め定められた運動データを取得する運動データ取得手段と、取得された前記運動データに基づいて、前記工作機械がワークに対し前記ＮＣデータに基づいて前記切削処理を実行した際に前記切削工具に加わる切削負荷を算出する切削負荷予測手段とを備えている。
【０００４】
この切削負荷予測システムによれば、工作機械に、ＮＣデータに基づいて切削工具を移動させる空運転を行わせて、切削工具の実際の運動データ（移動軌跡や送り速度）を取得し、得られた実際の正確な運動データに基づいて切削工具の切削負荷を予測するようにしているので、従来のＮＣデータに基づいたシミュレーションによる切削負荷予測、即ち、工作機械の実際の移動軌跡（工具軌跡）が何も考慮されていない切削負荷予測に比べて、切削負荷の予測精度を大幅に向上させることができる、とのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−７２８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した特許文献１に開示された切削負荷予測システムによれば、切削工具に作用する切削負荷を精度良く予測することが可能であるかもしれないが、工具に作用する切削負荷の状態は、実行される切削加工の一つの現象を捉えているに過ぎず、その他の現象として捉えられる加工状態については、これを客観的に把握することができないという側面があった。
【０００７】
本発明者等は、工具の移動経路等の情報を含むＮＣプログラムを用いて加工が実行されるＮＣ工作機械において、視覚的且つ客観的にその加工状態を把握することができる表現態様について鋭意研究を重ねた結果、時間の経過に伴って変化する加工状態に係る情報を推定し、推定された加工状態に係る情報を画像化することによって、より多くの要素に係る加工状態を表現できることを知見するに至った。
【０００８】
本発明は、以上の背景の下でなされたものであって、ＮＣ工作機械を用いた加工において、その加工状態に係る情報を画像化することができる加工状態情報推定装置、及びこの加工状態情報推定装置を備えた加工状態診断装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、
ＮＣ工作機械の加工で使用される制御情報、並びに前記ＮＣ工作機械で加工されるワークに関する情報、及び前記ＮＣ工作機械で使用される工具に関する情報を記憶する情報記憶部と、
前記情報記憶部に格納されたワーク及び工具に関する情報に基づいて設定した仮想のワーク及び工具を、前記制御情報に基づいた位置関係と同じ位置関係となるように仮想空間内に配置した後、配置した仮想のワーク及び工具を前記情報記憶部に格納された制御情報に従い相対的に移動させて、仮想的にワークを加工したときの時間の経過に伴って変化する加工状態を前記ワーク及び工具の相対移動に従って推定する加工状態情報推定部と、
前記加工状態情報推定部により推定された時間軸に沿った加工状態情報を基に、時間軸に沿って加工状態情報の大きさを表現した画像データを生成する画像データ生成部とを備えた加工状態情報推定装置に係る。
【００１０】
この加工状態情報推定装置によれば、まず、予め、ＮＣ工作機械の加工で使用される制御情報、並びに当該ＮＣ工作機械で加工されるワークに関する情報、及び加工で使用される工具に関する情報が前記情報記憶部に格納される。
【００１１】
そして、前記情報記憶部に格納された制御情報、ワーク及び工具に関する情報に基づいて、前記加工状態情報推定部により、加工状態情報が推定される。
【００１２】
即ち、加工状態情報推定部は、前記情報記憶部に格納されたワーク及び工具に関する情報に基づいて設定した仮想のワーク及び工具を、前記制御情報に基づいた位置関係と同じ位置関係となるように仮想の空間内に配置した後、配置した仮想のワーク及び工具を前記情報記憶部に格納された制御情報に従い相対的に移動させて、仮想的にワークを加工したときの時間の経過に伴って変化する加工状態を前記ワーク及び工具の相対移動に従って推定する。
【００１３】
そして、前記加工状態情報推定部により推定された時間軸に沿った加工状態情報を基に、前記画像データ生成部によって、時間軸に沿って加工状態情報の大きさを表現した画像データが生成される。
【００１４】
尚、前記制御情報には、少なくとも工具の移動経路、移動速度及び回転速度等の加工に必要な情報が含まれ、例えば、これらの情報を有するＮＣプログラムや、ＮＣプログラムに変換される前の所謂ツールパスデータ、或いはサーボ指令データやサーボフィードバックデータなどの内の少なくとも一つなどが含まれる。
【００１５】
斯くして、本発明に係る加工状態情報推定装置によれば、前記制御情報に従って工具とワークとを相対的に移動させて当該ワークを加工する際の加工状態情報であって、時間軸に沿った加工状態情報を画像として表現するための画像データが生成されるので、この時間軸に沿った画像を見ることで、当該加工状態を客観的に認識することができる。
【００１６】
そして、本発明においては、前記加工状態情報推定部は、前記加工状態情報として、前記工具とワークとの接触深さ方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の回転方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の各切れ刃に作用する切削抵抗に係る情報、前記ワークの表面粗さに係る情報、及び前記工具の回転方向における各切れ刃の切り込み深さに係る情報から選ばれる少なくとも一つの情報を含んだ加工状態情報を推定するように構成された態様を採ることができる。
【００１７】
特に、前記工具とワークとの接触深さ方向における前記工具とワークとの接触状態に係る情報を画像化すれば、工具とワークとが接触している時間及びその接触深さ方向の接触状態を客観的に認識することができる。そして、このような接触状態を認識することで、工具に作用している負荷状態を推定することができる。また、工具の切れ刃が複数ある場合には、前記画像データ生成部は、各切れ刃について、時間軸に沿った接触深さ方向の接触状態情報を示す画像データを生成するように構成された態様を採ることができる。
【００１８】
尚、上記画像を、時間軸に沿った工具とワークとの接触深さ方向の接触状態を表すものとすれば、逆に、当該画像を基に、工具の径や回転速度などの情報と併せて解析することで、工具が加工しているワークの形状や、工具の移動経路等を認識することができ、工具が移動する経路を解析することで、当該加工で使用されたＮＣプログラムを再生することができる。したがって、何らかの理由でＮＣプログラムが消失してしまった場合でも、当該ＮＣプログラムに対応した、時間と接触状態情報との関係を表す画像を解析することで、消失したＮＣプログラムを再生することができる。
【００１９】
また、本発明において、前記画像データ生成部は、前記画像データとして、加工状態を表現するための色に係るデータ（情報）を少なくとも含んだ画像データを生成するように構成された態様を採ることができる。このように、色に係る情報を少なくとも含んだ画像によって加工状態情報を表現することで、画像によって様々な加工状態情報を表現することが可能となる。
【００２０】
更に、本発明では、前記画像データ生成部は、前記画像データとして複数の色要素からなるカラー画像データを生成するように構成され、
前記加工状態情報推定部は、前記加工状態情報として、前記工具とワークとの接触深さ方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の回転方向における前記工具の各切れ刃とワークとの接触状態に係る情報、前記工具の各切れ刃に作用する切削抵抗に係る情報、前記ワークの表面粗さに係る情報、及び前記工具の回転方向における各切れ刃の切り込み深さに係る情報から選ばれる、前記色要素の数に応じた数の情報を含んだ加工状態情報を推定するように構成された態様を採ることができ、この場合、前記各色要素には、それぞれ前記加工状態情報推定部により推定される情報の一つが割り当てられる。このようにすれば、上記の各加工状態情報を明確に区別（識別）できる画像として表現することができる。
【００２１】
また、本発明に係る加工状態情報推定装置は、前記画像データ生成部により生成された画像データを基に、当該画像データに従った画像を表示する表示部を備えているのが好ましい。当該画像を表示部に表示することで、容易に、加工状態を確認することができるようになる。
【００２２】
また、本発明は、上述した各加工状態情報推定装置のいずれかを備えるとともに、
推定用の前記制御情報を用いて仮想的にワークを加工したときに推定された推定加工状態情報と、該推定用の制御情報を用いて実加工したときに得られた実加工状態情報とを関係づける関係情報であって、経験的に学習された関係情報を記憶した学習情報記憶部と、
所定の制御情報を用いた実加工において得られる加工状態情報、該制御情報を基に前記加工状態情報推定装置の加工状態推定部によって推定された推定加工状態情報、及び前記学習情報記憶部に格納された関係情報に基づいて、該制御情報を用いた実加工における加工状態の適否を診断する加工状態診断部とを備えた加工状態診断装置に係る。
【００２３】
この加工状態診断装置によれば、まず、複数の制御情報について、当該各制御情報を用いて実加工した際に得られた実加工状態情報と、対応する制御情報に基づいて前記加工状態推定部により推定された推定加工状態情報との関連性が学習され、学習の結果得られた関係情報が前記学習情報記憶部に格納される。
【００２４】
そして、加工状態診断装置は、所定の制御情報を用いて加工する際に、実加工において得られる加工状態情報、対応する制御情報に基づいて前記加工状態推定部によって推定される推定加工状態情報、並びに前記学習情報記憶部に格納された関係情報に基づいて、当該実加工における加工状態の適否、即ち、当該加工状態が正常であるか否かを診断する。
【００２５】
例えば、所定の制御情報を用いて加工した際に得られる加工状態情報が、対応する制御情報から推定される推定加工状態情報及び前記関係情報から導出される、標準となるべき実加工状態情報に対して設定される許容範囲を超えている場合には、加工状態診断装置は、当該加工における加工状態が異常であると診断し、許容範囲内にある場合には、加工状態は正常であると診断する。
【００２６】
ＮＣ工作機械における加工状態は、例えば、工具とワークの接触状態によって異なり、また、工具の摩耗状態等によっても異なる。この加工状態診断装置によれば、工具とワークの接触状態などによって変動する加工状態について予め学習された学習結果を踏まえて、加工状態が正常であるか否かを判定するようにしているので、加工状態の診断を正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明に係る加工状態情報推定装置によれば、前記制御情報に従って工具とワークとを相対的に移動させて当該ワークを加工する際の加工状態情報であって、時間軸に沿った加工情報が画像化されるので、この時間軸に沿った画像を見ることで、当該加工状態を客観的に認識することができる。
【００２８】
特に、前記工具とワークとの接触深さ方向における前記工具とワークとの接触状態に係る加工状態情報を画像化すれば、工具とワークとが接触している時間及びその接触深さ方向の接触状態を客観的に認識することができ、このような接触状態を認識することで、工具に作用している負荷状態を推定することができる。
【００２９】
そして、上記画像を、時間軸に沿った工具とワークとの接触深さ方向の接触状態を表すものとすれば、逆に、この画像、即ち、時間軸に沿った接触深さを表す画像を、工具の径や回転速度などの情報と併せて解析することで、工具が加工しているワークの形状や、工具の移動経路等を認識することができ、このように工具が移動する経路を解析することで、当該加工で使用されたＮＣプログラムを再生することができる。
【００３０】
また、本発明に係る加工状態診断装置によれば、工具とワークの接触状態によって変動する加工状態を予め学習し、この学習結果を踏まえて、加工状態が正常であるか否かを判定するようにしているので、加工状態の診断を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る接触状態推定装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】第１の実施形態で使用する工具であって、（ａ）は当該工具の正面図、（ｂ）は当該工具の底面図である。
【図３】第１の実施形態で加工するワークを示した平面図である。
【図４】第１の実施形態における加工の態様を示した説明図である。
【図５】第１の実施形態における加工の態様を示した説明図である。
【図６】第１の実施形態における加工の態様を示した説明図である。
【図７】第１の実施形態における加工の態様を示した説明図である。
【図８】第１の実施形態における加工の態様を示した説明図である。
【図９】第１の実施形態における加工の態様を示した説明図である。
【図１０】第１の実施形態における深さ方向の接触状態について説明するための説明図である。
【図１１】第１の実施形態における接触状態情報の画像化について説明するための説明図である。
【図１２】第１の実施形態における接触状態情報の画像を示した説明図である。
【図１３】（ａ）は図１２におけるａ部を拡大した拡大図であり、（ｂ）は図１２におけるｂ部を拡大した拡大図である。
【図１４】第１の実施形態の変形例１に係る加工状態情報を説明するための説明図である。
【図１５】第１の実施形態の変形例１に係る加工状態情報の画像を示した説明図である。
【図１６】第１の実施形態の変形例１に係る加工状態情報の画像化について説明するための説明図である。
【図１７】第１の実施形態の変形例２に係る加工状態情報を説明するための説明図である。
【図１８】第１の実施形態の変形例２に係る加工状態情報の画像を示した説明図である。
【図１９】第１の実施形態の変形例２に係る加工状態情報の画像化について説明するための説明図である。
【図２０】第１の実施形態の変形例３に係る加工状態情報の画像化について説明するための説明図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る加工状態診断装置の概略構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る加工状態情報推定装置について、図１〜図１３に基づいて説明する。図１に示すように、本例の加工状態情報推定装置１は、情報記憶部２、加工状態情報推定部３、画像データ生成部４及び表示部５から構成される。この加工状態情報推定装置１は、表示部５を除いて、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記加工状態情報推定部３及び画像データ生成部４は、コンピュータプログラムによってその機能が実現され、後述する処理を実行する。また、情報記憶部２はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。また、表示部５は、タッチパネルなどのディスプレイから構成される。
【００３４】
前記情報記憶部２には、ＮＣ工作機械の加工で使用される制御情報、当該ＮＣ工作機械で加工されるワークに関する情報（ワーク情報）、及び当該ＮＣ工作機械で使用される工具に関する情報（工具情報）が予め格納される。尚、前記制御情報には、少なくとも工具の移動経路、移動速度及び回転速度等の情報が含まれ、例えば、これらの情報を有するＮＣプログラムや、ＮＣプログラムに変換される前の所謂ツールパスデータ、或いはサーボ指令データやサーボフィードバックデータなどの内の少なくとも一つが含まれる。また、前記ワーク情報には、少なくともワークの寸法形状に関する情報が含まれ、前記工具情報には、少なくとも工具の種類、切れ刃数、切れ刃のねじれ角、工具の呼び径（有効加工径）などの工具の諸元情報が含まれる。
【００３５】
前記加工状態情報推定部３は、まず、前記情報記憶部２に格納されたワーク情報及び工具情報に基づいて仮想のワーク及び工具のモデルを設定し、設定した仮想のワーク及び工具のモデルをＮＣ工作機械上で配置される位置関係、言い換えれば、前記制御情報に基づいた位置関係と同じ位置関係となるように仮想空間内に配置する。そして、加工状態情報推定部３は、配置した仮想のワーク及び工具のモデルを前記情報記憶部２に格納された制御情報に従い相対的に移動させて、加工状態情報としての工具とワークとの接触状態情報を前記工具とワークとの相対移動に従って推定する。
【００３６】
以下、前記加工状態情報推定部３における具体的な処理を、図２に示した工具Ｔを用いて、図３に示したワークＷを加工する場合を例に説明する。尚、図２に示した工具Ｔは、呼び径がφｄ、切れ刃数が４枚、切れ刃のねじれ角がγのエンドミルである。また、図３に示したワークＷはその平面形状が鉤状をしており、工具ＴをＰ１の位置から矢示方向にＰ２の位置まで移動させて、鉤状の内側の面に沿った破線で示した削り代Ｗａ部分を加工するものとする。
【００３７】
まず、前記加工状態情報推定部３は、上述したように、ワークＷと工具Ｔとを所定の位置関係となるように、具体的には、図３において工具ＴがＰ１に位置するように当該工具ＴとワークＷとを仮想空間内に配置する。
【００３８】
次いで、加工状態情報推定部３は、ワークＷのモデル（以下、単に「ワークＷ」という）に対して工具Ｔのモデル（以下、単に「工具Ｔ」という）を前記情報記憶部２に格納された制御情報に含まれる回転速度、送り速度及び移動経路（矢示方向）に従って相対的に移動させて、工具ＴとワークＷとの接触状態情報を推定する。
【００３９】
推定される工具ＴとワークＷとの接触状態情報には、工具Ｔの各切れ刃についての、時間の経過に伴って変化するワークＷとの深さ方向の接触状態情報と、同じく時間の経過に伴って変化する工具Ｔの回転方向の接触状態情報が含まれる。
【００４０】
そして、前記深さ方向の接触状態情報は、図１０に示すように、各切れ刃について、切れ刃がワークＷに接触している最下位の高さ寸法Ｄａ及び最高位の高さ寸法Ｄｂで表わされる。また、回転方向の接触状態情報は、図４に示すように、各切れ刃について、基準位相θ０（＝０）を基準として、切れ刃がワークＷに接触している状態において基準位相θ０から最も離れた位相（角度）である（θｂ＋θａ）、及び基準位相θ０に最も近い位相（角度）θａで表される。尚、深さ方向の接触状態情報及び回転方向の接触状態情報共に工具Ｔのねじれ角γを考慮して推定される。
【００４１】
そして、加工状態情報推定部３は、図３に示すように、ワークＷに対して工具ＴをＰ１の位置からＰ２の位置まで矢示方向に沿って移動させながら（図４〜図９を参照）、所定の時間間隔で前記深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）、及び回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））を推定する。
【００４２】
尚、図４は、工具ＴがワークＷに接触して当該ワークＷを加工し始めた状態を示し、図５は、工具Ｔが、ワークＷに設定された全削り代Ｗａを加工するに至った状態を示している。また、図６は、工具ＴがワークＷの内側コーナ部の手前に至った状態を示し、図７は、工具ＴがワークＷの内側コーナ部を加工し始めた状態を示し、図８は、工具ＴがワークＷの内側コーナ部の中心に至った状態を示し、図９は、工具ＴがワークＷの内側コーナ部を抜けた状態を示している。
【００４３】
図４及び図１０から分かるように、工具ＴがワークＷに接触し始めると、深さ方向の接触状態情報であるＤａの最小値は０、Ｄｂの最大値は切削負荷さＤｐとなり、Ｄａが０となる時間帯、及びＤｂがＤｐとなる時間帯が所定時間続くことになる。この時間帯は、図５に示した、工具ＴがワークＷに設定された全削り代Ｗａを加工する状態になるまで徐々に長くなった後、工具ＴがワークＷの内側コーナ部に至るまでの間は一定となる。一方、回転方向の接触状態情報であるθａ及びθｂについては、θａは徐々に小さくなり、逆にθｂは徐々に大きくなっていき、図５に示した状態になった以降は、工具ＴがワークＷの内側コーナ部に至るまでθａ及びθｂは一定の値をとり、θａは０となる。
【００４４】
そして、図６〜図８に示すように、工具ＴがワークＷの内側コーナ部をその中心位置まで加工する間は、深さ方向の接触状態情報であるＤａが０となる時間帯、及びＤｂがＤｐとなる時間帯が徐々に長くなり、その後、図９に示した、工具Ｔが当該コーナ部から抜けるまで、この時間帯は徐々に短くなる。一方、回転方向の接触状態情報であるθａ及びθｂについては、図６に示した状態から図８に示した状態に至るまでの間、θａ及びθｂは徐々に大きくなっていき、その後は、図９に示した状態に至るまで、θａは徐々に大きくなり、逆にθｂは徐々に小さくなる。
【００４５】
ついで、工具Ｔが図９に示した状態から矢示方向に進む過程で、全削り代Ｗａを加工する状態にあるときには、深さ方向の接触状態情報であるＤａが０となる時間帯、及びＤｂがＤｐとなる時間帯は一定の時間となり、この後、工具ＴがワークＷから離れるにつれて、当該時間帯は徐々に短くなり、工具ＴがワークＷから離れたとき、Ｄａ及びＤｂはそれぞれ０となる。一方、回転方向の接触状態情報であるθａ及びθｂについては、工具Ｔが削り代Ｗａを加工する状態にあるときには、θａ及びθｂは一定となり、この後、工具ＴがワークＷから離れるにつれて、θｂは徐々に小さくなるものの、θａは一定を維持し、θａ及びθｂはそれぞれ０となる。
【００４６】
前記画像データ生成部４は、前記加工状態情報推定部３によって推定された深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）、及び回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））に基づいて、これらの接触状態情報を画像（本例では図形）として表現するための画像データ生成処理を実行する。
【００４７】
具体的には、画像データ生成部４は、深さ方向の接触状態情報及び回転方向の接触状態情報を図１１に示すような画像として表現する画像データを生成する。図１１（ａ）は、深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）を画像化したものであり、或る切り刃について、時間ｔ１における最下位の高さ寸法をＤａ１、最高位の高さ寸法をＤｂ１とし、時間ｔの経過に従って最下位の高さ寸法Ｄａ及び最高位の高さ寸法Ｄｂをプロットしていくと、図１１（ａ）に示すような平行四辺形の図形（画像）が得られる。
【００４８】
同様に、図１１（ｂ）は、回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））を画像化したものであり、或る切れ刃について、時間ｔ１における基準位相θ０から最も近い接触位相をθａ１、最も離れた接触位相を（θａ１＋θｂ１）とし、時間ｔの経過に従って接触位相θａと接触位相を（θａ＋θｂ）とをプロットしていくと、図１１（ｂ）に示すような平行四辺形の図形（画像）が得られる。
【００４９】
そして、画像データ生成部４は、図１２に示すように、第１刃〜第４刃の各切れ刃について、それぞれ時間経過に伴って変化する深さ方向の接触状態情報に係る画像と、回転方向の接触状態情報に係る画像とを合成した状態の画像データを生成する。
【００５０】
尚、図１２において、ａ部は工具Ｔが図５に示した位置付近に在るときの接触状態情報に対応した画像であり、ｂ部は工具Ｔが図６に示した位置付近に在るときの接触状態情報に対応した画像である。そして、図１３（ａ）は図１２のａ部について時間軸を拡大して示した図であり、図１３（ｂ）は図１２のｂ部について時間軸を拡大して示した図である。図１３から分かるように、工具Ｔが図６に示した付近に在る場合には、図５に示した付近に在る場合に比べて、深さ方向の接触状態情報であるＤａが０となる時間帯、及びＤｂがＤｐとなる時間帯が長くなり、一方、回転方向の接触状態情報であるθａ及びθｂについては、θｂの値が大きくなっている。
【００５１】
そして、表示部５には、画像データ生成部４によって生成された図１２に示すような画像が表示される。
【００５２】
以上の構成を備えた本例の加工状態情報推定装置１によれば、まず、前記加工状態情報推定部３により、前記情報記憶部２に格納されたワーク情報、工具情報及び制御情報に基づいて、仮想のワークＷ及び工具Ｔを制御情報に従って相対的に移動させることによって、当該工具ＴとワークＷとの深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）及び回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））が推定される。
【００５３】
そして、加工状態情報推定部３によって推定された深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）及び回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））に基づいて、画像データ生成部４により、これら深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）及び回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））を表す時間軸に沿った画像が生成され、生成された画像が表示部５に表示される。
【００５４】
斯くして、この加工状態情報推定装置１によれば、制御情報に従って工具ＴとワークＷとを相対的に移動させた際の、当該工具Ｔの各切れ刃とワークＷとが接触する深さ方向の接触状態情報（Ｄａ，Ｄｂ）及び回転方向の接触状態情報（θａ，（θａ＋θｂ））が時間軸に沿って画像化されて表示部５に表示されるので、この時間軸に沿った画像を見ることで、工具Ｔの各切れ刃とワークＷとが接触している時間、その深さ方向の接触状態、及び回転方向の接触状態を客観的に認識することができる。そして、このような接触状態を認識することで、工具Ｔに作用している負荷状態を推定することができる。
【００５５】
また、この画像は、時間軸に沿った工具ＴとワークＷとの深さ方向の接触状態、及び回転方向の接触状態を表しているので、逆に、当該画像を基に、工具Ｔの呼び径及び回転速度などの情報と併せて解析することで、当該工具Ｔが加工しているワークＷの形状や、工具Ｔの移動経路等を認識することができ、更に、工具Ｔが移動する経路を解析することで、当該加工で使用されたＮＣプログラムを再生することができる。したがって、何らかの理由でＮＣプログラムが消失してしまった場合でも、当該ＮＣプログラムに対応した、時間と接触状態情報との関係を表す画像（接触状態画像）を解析することで、消失したＮＣプログラムを再生することができる。
【００５６】
尚、上述した第１の実施形態では、加工状態情報として工具とワークとの接触状態情報を画像化する態様としたが、画像化される加工状態情報はこの接触状態情報に限られるものではなく、工具に作用する切削抵抗に係る情報、ワークの表面粗さに係る情報、及び工具の回転方向における切り込み深さに係る情報などを画像化しても良い。また、画像についても、上例のような加工状態情報の特性を図形として表示するものに限られず、色に係る情報を含んだ画像でも良く、更には、複数の色要素を含む画像としても良い。以下、これらに関する変形例について説明する。
【００５７】
（第１の実施形態の変形例１）
この変形例１は、加工状態情報としての、工具の回転方向における切り込み深さに係る情報を色情報によって画像化する態様である。
【００５８】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、４枚のねじれ刃（切れ刃）を有するエンドミルである工具Ｔを矢示方向の送り方向に移動させてワークＷを加工する場合、各切れ刃（第１刃−第４刃）はワークＷに接触した後、切り込み深さ（切り込み量）が徐々に増加し、その後ワークＷから離れて非接触状態となる。各切れ刃がワークＷと接触した状態は加工状態情報の一つであるが、この接触状態情報は、上述した第１の実施形態で説明したように、平行四辺形をした図形として表現することができる。そして、前記切り込み量の時間軸に沿った変化は、当該図形内において単色の濃淡、或いは色の変化として表現することができる。
【００５９】
図１５は、切り込み量の時間軸に沿った変化を単色の濃淡として表現した例を示している。図１６（ａ）に示すように、色（この例では赤色としている。）の明度を２５６階調に分け、最大の切り込み量に明度２５５を割り当て、切り込み量が０の場合に明度０を割り当てている。図１６（ｂ）では、時間ｔ１のときに明度が１００となっている部分は、その切り込み量が最大値の３９％となっている。このようにして、切り込み量を色の濃淡の変化として表現することで、当該切り込み量の変化を容易にしかも客観的に認識することができる。また、不等ピッチエンドミル、工具Ｔの偏心、工具の回転速度の変動、及び振動等の現象によって変化する切り込み量の変動状態を表現することができる。
【００６０】
ここで、色の濃淡には、当然のことながら、グレースケールが含まれる。また、切り込み量の時間軸に沿った変化を色の変化として表現する場合には、色相の変化として表現するようにしてもよい。例えば、色をＲＧＢ系で表現する場合に、切り込み量が０の場合を青（Ｂ）、切り込み量が最大である場合を赤（Ｒ）、その中間値を緑（Ｇ）として、２５６階調、或いはこれ以上の階調で変化するように表現しても良い。また、当然のことながら、色をＣＭＹＫ系やＹＵＶ系など、他の色空間で表現しても良い。尚、図１５及び図１６では都合上、色の変化をグレースケールで表わしている。
【００６１】
（第１の実施形態の変形例２）
この変形例２は、加工状態情報としての、工具に作用する切削抵抗に係る情報を色情報によって画像化する態様である。
【００６２】
図１７（ａ），（ｂ）に示すように、上述した工具Ｔを矢示方向の送り方向に移動させてワークＷを加工する場合、各切れ刃（第１刃−第４刃）には切削抵抗が作用し、この切削抵抗はワークＷに接触した後、切り込み量の増加に伴って徐々に増加し、その後切れ刃がワークＷから離れて非接触状態となったときに０になる。そして、この切削抵抗は工具Ｔの移動軸であるＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向への分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとして表すことができる。
【００６３】
上述したように、各切れ刃の接触状態情報は、平行四辺形をした図形として表現することができる。そして、前記切削抵抗の各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの時間軸に沿った変化を、当該図形内において色の変化として表現することができる。尚、当然のことながら、他の領域と区別し得る図形であれば、平行四辺形には限られない。
【００６４】
図１８は、切削抵抗の各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの時間軸に沿った変化をＲＧＢ系の色の変化として表現している。図１９（ａ）に示すように、例えば、各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを２５６階調の色の変化として表現するものとし、Ｆｘが最大値、Ｆｙ＝０、Ｆｚ＝０のときＲ＝２５５と定義し、Ｆｙが最大値、Ｆｘ＝０、Ｆｚ＝０のときＧ＝２５５と定義し、Ｆｚが最大値、Ｆｘ＝０、Ｆｙ＝０のときＢ＝２５５と定義する。そして、各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの値に応じて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各値を割り当てる。例えば、図１９（ｂ）に示すように、時間ｔ１のときに、Ｒ＝１００，Ｇ＝７０，Ｂ＝７５となっている部分は、Ｆｘがその最大値の３９％、Ｆｙがその最大値の２７％、Ｆｚがその最大値の２９％であることを示している。尚、この場合においても、上記と同様に、各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを２５６階調以上の階調の色変化として表現しても良く、色をＣＭＹＫ系やＹＵＶ系など、他の色空間で表現しても良い。また、図１８及び図１９では都合上、色の変化をグレースケールで表わしている。
【００６５】
斯くして、このようにして、切削抵抗を色の変化として表現することで、当該切削抵抗の変化を容易にしかも客観的に認識することができる。また、不等ピッチエンドミル、工具Ｔの偏心、工具の回転速度の変動、及び振動等の現象によって変化する切削抵抗の変動状態を表現することができ、また、これを工具座標系やワーク座標系などの異なる座標系で表現することができる。尚、図１７（ａ），（ｂ）では上向き削り（アップカット）の場合を示しているが、当然ながら、下向き削り（ダウンカット）の場合でも同様の表現が可能である。
【００６６】
（第１の実施形態の変形例３）
この変形例３は、加工状態情報を表現するために生成した画像データを圧縮する態様である。工具ＴとワークＷとの接触状態に係る情報（接触状態情報）を画像化した上述の第１の実施の形態において、画像化される平行四辺形の図形を色情報で表現することにより、生成される画像データを圧縮することができる。
【００６７】
このデータ圧縮の態様について図２０を用いて説明する。同図２０に示すように、画像を表示する領域がＤｍａｘとＤｍｉｎとの間であり、Ｄ軸に沿った１ラインに割り当てられる画素が４０画素であるとすると、画像データはＤ軸に沿った１ラインに４０画素のデータを有し、この１ライン４０画素のデータが時間軸に沿って配置されたデータとなる。
【００６８】
そして、平行四辺形の領域内の色が白（画像データは"1"）、その背景が黒色（画像データは"0"）であるとして、図２０の時間ｔ１における１ラインの画像が、上から１０画素分が黒、その下の２１画素分が白、その下の９画素分が黒であるとすると、この１ライン分の画像データは、"00000000,00111111,11111111,11111110,00000000"となる。ここで、上から順に８画素毎のデータを８ビット１バイトのデータとして表現すると、”0,63,255,254,0”となる。そして、これを８ビット／２４ビットの色情報として表現すると、上から順に、ＲＧＢ＝（０，０，０）、ＲＧＢ＝（６３，６３，６３）、ＲＧＢ＝（２５５，２５５，２５５）、ＲＧＢ＝（２５４，２５４，２５４）、ＲＧＢ＝（０，０，０）の１５個の画像データとして表現することが可能となる。尚、この場合においても、上記と同様に、２５６階調以上の階調の色変化として表現しても良く、また、色をＣＭＹＫ系やＹＵＶ系など、他の色空間で表現しても良い。
【００６９】
以上のように、各画素を"0","1"の画像データとして表現するよりも、８ビット／２４ビットの色情報として表現することによって、当該画像データを圧縮することができる。そして、このように画像データを色情報として表現することにより、機械学習に適した画像処理情報への変換が可能となり、また、データを圧縮することによって、加工状態情報の推移を容易に表現することができる。
【００７０】
尚、図２０に示した例では、切れ刃の深さ方向、即ち、Ｄ軸に沿った方向にデータを圧縮する態様としたが、時間軸方向に沿ったデータの圧縮も可能、即ち、二次元でのデータ圧縮が可能である。また、図２０に示した例において、例えば、色情報の内、Ｒを接触状態情報に割り当て、Ｇを工具Ｔの回転方向における切り込み量に割り当て、Ｂを切削抵抗に割り当てるというように、色情報によって複数の加工状態情報を表現することも可能である。
【００７１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る加工状態診断装置ついて、図２１に基づいて説明する。この図２１に示すように、本例の加工状態診断装置１０は、上述した第１の実施形態における加工状態情報推定装置１に加えて、加工状態診断部１２及び学習情報記憶部１１を備えている。この加工状態診断部１２も、表示部５を除いて、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記加工状態情報推定部３、画像データ生成部４及び加工状態診断部１２は、コンピュータプログラムによってその機能が実現され、加工状態情報推定部３及び画像データ生成部４は上述した処理を実行し、及び加工状態診断部１２は後述する処理を実行する。また、情報記憶部２及び学習情報記憶部１１はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。また、表示部５は、タッチパネルなどのディスプレイから構成される。
【００７２】
前記学習情報記憶部１１は、複数の制御情報について、当該各制御情報を用いてＮＣ工作機械により実加工した際に得られた実加工状態情報と、対応する制御情報に基づいて前記加工状態情報推定部３により推定された推定加工状態情報との関係情報を記憶する機能部であり、この関係情報が予め外部から格納されている。
【００７３】
この関係情報は、複数の制御情報を用いてＮＣ工作機械により実加工した際に経験的に得られた実加工状態情報と、対応する制御情報に基づいて加工状態情報推定部３により推定された推定加工状態情報とを基に、例えば、機械学習によって取得される。尚、実加工状態情報には、例えば、ＮＣ工作機械に設けられた測定器（測定子）によって検出される切削負荷や切削時に発生する振動などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００７４】
前記加工状態診断部１２は、ＮＣ工作機械によって所定の制御情報を用いて加工した際に、当該ＮＣ工作機械に設けられた測定器（測定子）によって検出される加工状態情報を当該測定器から受信するとともに、受信した加工状態情報、対応する制御情報に基づいて前記加工状態情報推定部３によって推定された推定加工状態情報、並びに前記学習情報記憶部１１に格納された関係情報に基づいて、ＮＣ工作機械で実行されている加工が正常な状態であるかどうかを診断し、診断結果を前記表示部５に表示する。
【００７５】
例えば、所定の制御情報を用いて加工した際に得られる加工状態情報が、対応する制御情報から推定される推定加工状態情報及び前記関係情報から導出される、標準となるべき実加工状態情報に対して設定される許容範囲を超えている場合には、加工状態診断部１２は、当該加工における加工状態が異常であると診断し、許容範囲内にある場合には、当該加工状態は正常であると診断する。
【００７６】
以上の構成を備えた本例の加工状態診断装置１０によれば、ＮＣ工作機械によって所定の制御情報を用いて加工が実行されている場合に、まず、加工状態情報推定部３によって、実行されている制御情報と同じ制御情報を用いて推定加工状態情報が推定される。そして、加工状態診断部１２により、ＮＣ工作機械に設けられた測定器（測定子）から受信される加工状態情報、加工状態情報推定部３によって推定された推定加工状態情報、並びに学習情報記憶部１１に格納された関係情報に基づいて、当該ＮＣ工作機械で実行されている加工が正常な状態であるかどうかが診断され、診断結果が表示部５に表示される。
【００７７】
ＮＣ工作機械における加工状態は、例えば、工具ＴとワークＷの接触状態によって異なり、また、工具Ｔの摩耗状態等によっても異なる。この加工状態診断装置１０によれば、工具ＴとワークＷの接触状態などによって変動する加工状態が予め学習され、その学習結果を踏まえて、加工状態が正常であるか否かを判定するようにしているので、加工状態の診断を正確に行うことができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら上述した第１の実施形態やその変形例、並びに第２の実施形態に限定されるものではない。
【００７９】
例えば、上例では、加工状態情報として、工具ＴとワークＷとの接触深さ方向における工具ＴとワークＷとの接触状態情報、工具の回転方向における工具ＴとワークＷとの接触状態情報、工具Ｔに作用する切削抵抗に係る情報、ワークＷの表面粗さに係る情報、及び工具の回転方向における切り込み深さに係る情報を例示したが、これに限られるものではなく、この他に、工具のびびり振動に係る情報を画像化するようにしても良い。この場合、縦軸を接触深さ、横軸を時間／びびり振動周期（＝ｔ／Ｔｃ）とすることができ、このようにすれば、横軸が再生びびりにおける安定ポケット理論の安定ポケットＮｏ．に相当するので、画像データを当該安定ポケット理論と対応付け易い。或いは、縦軸を接触深さ、横軸を時間、画素を回転周期／びびり振動周期とすることもでき、このようにすれば、画素がびびり振動における安定ポケット理論の安定ポケットNo．に相当するので、同様に、画像データを当該安定ポケット理論と対応付け易い。
【００８０】
また、上述した加工状態診断装置１０では、外部で学習された関係情報を学習情報記憶部１１に格納するようにしたが、この学習処理を行う学習処理部を装置内に設け、学習処理部による処理の結果得られた関係情報を学習情報記憶部１１に格納するようにしても良い。
【００８１】
繰り返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１    加工状態情報推定装置
２    情報記憶部
３    加工状態情報推定部
４    画像データ生成部
５    表示部
１０  加工状態診断装置
１１  学習情報記憶部
１２  加工状態診断部
Ｔ    工具
Ｗ    ワーク
【図１】
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【図２】
0006864297.tif 000003
【図３】
0006864297.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006864297.tif 000006
【図６】
0006864297.tif 000007
【図７】
0006864297.tif 000008
【図８】
0006864297.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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