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JP7600009B2 - Method for detecting mounting state of tool holder and machine tool having tool holder mounted thereon - Google Patents
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JP7600009B2 - Method for detecting mounting state of tool holder and machine tool having tool holder mounted thereon - Google Patents

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Description

本発明は、NC工作機械等におけるツールホルダの装着状態を検出する方法及びツールホルダが装着される工作機械に係り、特に自動工具交換装置(ATC)を有する工作機械に好適なツールホルダの装着状態検出方法及びツールホルダが装着される工作機械に関する。 The present invention relates to a method for detecting the mounting state of a tool holder in an NC machine tool or the like, and a machine tool to which a tool holder is mounted, and in particular to a method for detecting the mounting state of a tool holder suitable for a machine tool having an automatic tool changer (ATC), and a machine tool to which a tool holder is mounted.

自動工具交換装置(ATC)を備えるNC工作機械やマシニングセンタでは、被加工物に対する加工内容に応じて、工具を自動で交換する。この工具交換はあらかじめNC加工機械やマシニングセンタにプログラミングされており、ATC内の所定位置に保管された工具が取り付けられたツールホルダを、プログラムに応じて工作機械の主軸に装着する。これらは人手を介さずに自動で実行されるので、工作機械の主軸の近傍には、ツールホルダが主軸に適正に装着されたか否かを検出する検出手段が設けられている。 In NC machine tools and machining centers equipped with an automatic tool changer (ATC), tools are automatically changed depending on the machining content of the workpiece. This tool change is programmed in advance into the NC machine tool or machining center, and a tool holder with a tool stored in a specified position in the ATC is attached to the machine tool's spindle according to the program. Since this is performed automatically without human intervention, a detection means is provided near the machine tool's spindle to detect whether the tool holder is properly attached to the spindle.

例えば特許文献1に記載の工作機械では、主軸とツールホルダの間に切屑等の異物の挟み込みがあったときに、ツールホルダの傾きを安価なセンサを用いて高精度に検出できるようにしている。具体的には、ツールホルダのフランジ部の側面に、渦電流センサの側面に対して斜めに対向して、渦電流センサを配置する。主軸を回転させ、ツールホルダのフランジ部と渦電流センサのヘッド部との相対位置が変化して生じる渦電流センサの出力の変化に基づいて、ツールホルダの傾きを検出する。 For example, in the machine tool described in Patent Document 1, when foreign matter such as chips is caught between the spindle and the tool holder, the inclination of the tool holder can be detected with high accuracy using an inexpensive sensor. Specifically, an eddy current sensor is placed on the side of the flange of the tool holder, facing diagonally to the side of the eddy current sensor. The spindle is rotated, and the inclination of the tool holder is detected based on the change in output of the eddy current sensor caused by a change in the relative position between the flange of the tool holder and the head of the eddy current sensor.

ツールホルダの装着状態を検出する方法の他の従来例が、特許文献2に記載されている。この公報に記載の工作機械は、ツールホルダのクランプ時の偏心量を自動的に測定して、クランプ異常を検出できるように構成されている。すなわち、工作機械の主軸台は主軸を回転自在に支持し、主軸には自動工具交換装置によりツールホルダが装着される。ツールホルダはフランジを有し、フランジに対向する位置にツールホルダの偏心検出装置が配設されている。偏心検出装置は渦電流式センサヘッドを有し、非接触でツールホルダのフランジとの間距離を測定し、測定した距離の変化が大きい時には、ツールホルダが偏心してクランプされているとして、クランプ異常と判断する。 Another conventional example of a method for detecting the mounting state of a tool holder is described in Patent Document 2. The machine tool described in this publication is configured to automatically measure the amount of eccentricity when the tool holder is clamped and detect a clamping abnormality. That is, the headstock of the machine tool rotatably supports the spindle, and the tool holder is mounted on the spindle by an automatic tool changer. The tool holder has a flange, and a tool holder eccentricity detection device is disposed at a position facing the flange. The eccentricity detection device has an eddy current sensor head and measures the distance between the tool holder and the flange in a non-contact manner. If there is a large change in the measured distance, it is determined that the tool holder is clamped eccentrically and a clamping abnormality has occurred.

ツールホルダの装着状態を検出する方法のさらに他の従来例が、特許文献3に記載されている。この公報に記載の工作機械では、工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、主軸を回転駆動してワークを加工するが、その際ツールホルダのフランジ外周面の変位をセンサが測定し、データ処理装置が、測定したデータをフーリエ解析し、解析結果のパワースペクトル形状から、ツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定している。 Yet another conventional example of a method for detecting the attachment state of a tool holder is described in Patent Document 3. In the machine tool described in this publication, a tool holder with a tool attached is attached to the spindle, and the spindle is rotated to machine a workpiece. During this process, a sensor measures the displacement of the outer peripheral surface of the flange of the tool holder, and a data processing device performs Fourier analysis on the measured data and determines whether there is an abnormality in the attachment state of the tool holder to the spindle from the power spectrum shape of the analysis results.

なお、汎用のツールホルダでは周方向の対称位置に取り外し用の切り欠き部が形成されているので、上記何れの方法を用いる場合でも、測定結果はこの切り欠き部で断絶する。この不具合を解消するために、特許文献4には測定結果から無効なデータ部分を決定し、その無効部分を補間することが記載されている。 In addition, since general-purpose tool holders have notches for removal formed at symmetrical positions in the circumferential direction, the measurement results are interrupted at these notches regardless of which of the above methods is used. To solve this problem, Patent Document 4 describes determining invalid data portions from the measurement results and interpolating these invalid portions.

特開2007-260885号公報JP 2007-260885 A 特開2002-331442号公報JP 2002-331442 A 特開2004-276145号公報JP 2004-276145 A 特開2008-93750号公報JP 2008-93750 A

上記各特許文献に記載のように、人手を介さずにATCを用いて工具交換する場合には、ツールホルダと主軸の間に工作機械が置かれた環境に残存する切屑が噛み込み、ツールホルダが傾いておよび/または偏心して主軸に取り付けられる虞れがある。この不具合を解消するために、主軸の近傍に何らかのセンサを設けて工作機械の主軸にツールホルダが正常に装着されたことを確認することが求められる。 As described in the above patent documents, when tools are changed using ATC without manual intervention, there is a risk that chips remaining in the environment in which the machine tool is placed may get caught between the tool holder and the spindle, causing the tool holder to be attached to the spindle tilted and/or eccentric. To eliminate this problem, it is necessary to install some kind of sensor near the spindle to confirm that the tool holder is properly attached to the spindle of the machine tool.

特許文献1に記載の工作機械では、渦電流センサを主軸またはツールホルダに対して斜めに配置させるために、ATCによる工具交換の作業と干渉しないように渦電流センサを設ける必要があり、渦電流センサの設定位置が制限される。また、渦電流センサの感度を上げるためにはセンサをツールホルダにできるだけ近づける必要があるが、ツールホルダには一般的に切り欠きが設けられているので、センサをツールホルダに近づければ近づけるほど切り欠き部の影響が測定データに含まれることになり、この影響を除去する必要がある。 In the machine tool described in Patent Document 1, the eddy current sensor must be positioned at an angle to the spindle or tool holder, so that it does not interfere with tool changing operations by the ATC, and the setting position of the eddy current sensor is limited. Also, to increase the sensitivity of the eddy current sensor, the sensor must be placed as close as possible to the tool holder, but because tool holders generally have a notch, the closer the sensor is to the tool holder, the more the effect of the notch will be included in the measurement data, and this effect must be removed.

特許文献2、3に記載の工作機械では、渦電流センサをツールホルダの側面にほぼ水平に対向して配置している点で特許文献1とは相違する。しかし、その他の構成は同様であり、やはりツールホルダに形成される切り欠き部の影響を除去する必要があると思われるが、特許文献2では切り欠き部の影響を除去することについての開示はない。 The machine tools described in Patent Documents 2 and 3 differ from Patent Document 1 in that the eddy current sensors are arranged almost horizontally facing the side of the tool holder. However, the rest of the configuration is similar, and it is thought that the effects of the cutouts formed in the tool holder must be eliminated, but Patent Document 2 does not disclose how to eliminate the effects of the cutouts.

なお特許文献3には、測定データを正常装着時に測定した基本データと比較するので、切り欠き部があっても測定データからの切り欠き部の影響を排除できる。しかしながら、この公報に記載の工作機械では切り欠き部のデータを取り除くことになるので、データが欠損するという改善すべき点が生じている。 In addition, in Patent Document 3, the measurement data is compared with basic data measured when the tool is properly installed, so even if there is a cutout, the effect of the cutout on the measurement data can be eliminated. However, the machine tool described in this publication removes the data for the cutout, which results in missing data, which is an area that needs improvement.

ツールホルダの切り欠き部の取り扱いを考慮した特許文献4では、データ処理装置が切り欠き部を判断して、その部分のデータを補間してデータ量の欠損をカバーしている。このため、より高精度にツールホルダの装着異常を検出できる。特許文献4に記載の工作機械では、補間したデータも含めて装着異常判断のデータとするために、正常装着時のデータである登録データを求めておき、それと測定したデータとを比較している。この比較の際には、登録データと測定データにおける周方向位置(位相)をそろえる必要があるが、周方向位置の違いにより正しい判定が下されない場合が稀に生じる。 In Patent Document 4, which takes into consideration the handling of the notched portion of the tool holder, a data processing device determines the notched portion and interpolates the data for that portion to cover the missing data amount. This allows for more accurate detection of tool holder mounting abnormalities. In the machine tool described in Patent Document 4, in order to use the interpolated data as data for mounting abnormality judgment, registered data, which is data when the tool is normally mounted, is obtained and compared with the measured data. When making this comparison, it is necessary to align the circumferential positions (phase) of the registered data and the measured data, but there are rare cases where a correct judgment is not made due to differences in circumferential positions.

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ATCを用いて工具を自動的に交換する際に、ツールホルダが工作機械の主軸に適正な状態で装着されたことを確実に検出することにある。この目的に加えて、ツールホルダの主軸への装着異常の検出をできるだけ短時間で実行することも目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned problems with the conventional technology, and its purpose is to reliably detect that a tool holder is properly attached to the spindle of a machine tool when a tool is automatically replaced using ATC. In addition to this purpose, it also aims to detect abnormal attachment of the tool holder to the spindle in as short a time as possible.

上記目的を達成する本発明の特徴は、工作機械の主軸にツールホルダを自動装着するときに前記主軸の近傍に設けた変位センサを用いて前記ツールホルダの装着状態を検出する方法において、前記変位センサが、前記変位センサと前記主軸の間の距離を前記主軸の1周分以上について計測するステップと、計測された前記距離のデータを、前記主軸の軸方向位置ごとのヒストグラムに変換するステップと、得られたヒストグラムと複数の予め記憶されたヒストグラムとに基づき、HBOS(ヒストグラムを用いた外れ値検出)法を用いて、前記ツールホルダが前記主軸に許容範囲内で正しく装着されているか否かを判断する判断ステップを含むことにある。 The present invention, which achieves the above object, is characterized in that, in a method for detecting the mounting state of a tool holder using a displacement sensor provided near the spindle when the tool holder is automatically mounted on the spindle of a machine tool, the method includes a step in which the displacement sensor measures the distance between the displacement sensor and the spindle for one or more revolutions of the spindle, a step in which the measured distance data is converted into a histogram for each axial position of the spindle, and a determination step in which, based on the obtained histogram and a plurality of pre-stored histograms, the HBOS (histogram-based outlier detection) method is used to determine whether the tool holder is correctly mounted on the spindle within a tolerance range.

そしてこの特徴において、前記ツールホルダは周方向ほぼ対称位置に切り欠き部を有し、前記ヒストグラムはこの切り欠き部を除いたツールホルダの周方向位置における前記変位センサの出力の変化に基づいて作成されてもよい。また、前記ツールホルダを前記主軸に自動装着する前に、前記ツールホルダを前記主軸に許容誤差内で正しく装着したときのヒストグラムと、前記ツールホルダを前記主軸に許容誤差範囲外で装着異常としたときの少なくとも1つのヒストグラムとを求めるステップを含むことが望ましい。さらに、前記判断ステップで装着異常と判断されたときのヒストグラムを、記憶された前記ヒストグラム群に追加するステップを含むのが好ましい。 In this feature, the tool holder may have cutouts at positions that are approximately symmetrical in the circumferential direction, and the histogram may be created based on changes in the output of the displacement sensor at circumferential positions of the tool holder excluding the cutouts. It is also preferable to include a step of obtaining, before automatically mounting the tool holder on the spindle, a histogram when the tool holder is correctly mounted on the spindle within an allowable error, and at least one histogram when the tool holder is mounted on the spindle outside the allowable error range and is abnormally mounted. It is also preferable to include a step of adding, to the stored group of histograms, a histogram when the tool holder is determined to be abnormally mounted in the determination step.

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、自動工具交換装置を備え、主軸に交換可能に取り付けられるツールホルダと前記主軸の間の距離を検出する変位センサを前記主軸の近傍に設けた工作機械において、前記変位センサが検出したツールホルダの外周部との距離の変化のデータから、前記主軸の軸方向ごとのヒストグラムに変換作成する演算部と、前記主軸と前記ツールホルダに関する正常装着状態と少なくとも1つの異常装着状態のヒストグラムを有するヒストグラム群を作成しマスタデータとして記憶する前処理部と、前記前処理部に記憶されたマスタデータに基づいて前記演算部で作成したヒストグラムが示す装着状態の正常または異常を判定する判定部とを有する演算装置を設けたことにある。 Another feature of the present invention for achieving the above object is that, in a machine tool equipped with an automatic tool changer and having a displacement sensor disposed near the spindle to detect the distance between the spindle and a tool holder replaceably attached to the spindle, a calculation unit is provided that converts data on changes in distance to the outer periphery of the tool holder detected by the displacement sensor into a histogram for each axial direction of the spindle, a preprocessing unit creates a histogram group having histograms of normal mounting states and at least one abnormal mounting state for the spindle and the tool holder and stores the histograms as master data, and a judgment unit is provided that judges whether the mounting state indicated by the histogram created by the calculation unit is normal or abnormal based on the master data stored in the preprocessing unit.

そしてこの特徴において、前記マスタデータは、交換するツールホルダに応じた数の正常装着状態のヒストグラムと、ツールホルダの数以上の異常装着状態のヒストグラムを記憶していることが好ましく、前記判定部は、HBOS(ヒストグラムを用いた外れ値検出)法を用いて、前記主軸と前記ツールホルダ間の装着異常を判定することが望ましい。また、前記工作機械は、NC工作機械またはマシニングセンタであることが望ましい。 In this feature, it is preferable that the master data stores a number of histograms of normal mounting states corresponding to the number of tool holders to be replaced, and a number of histograms of abnormal mounting states equal to or greater than the number of tool holders, and it is preferable that the judgment unit judges mounting abnormalities between the spindle and the tool holder using the HBOS (histogram-based outlier detection) method. It is also preferable that the machine tool is an NC machine tool or a machining center.

本発明によれば、変位センサが検出した変位センサとツールホルダ間の距離のデータから、軸方向に分割した位置における変位の出現頻度を求め、その出現頻度を基準データにおける出現頻度と比較するようにしたので、周方向(位相)の影響を取り除くことができ、ツールホルダが工作機械の主軸に適正な状態で装着されたことを確実に検出できる。また、測定データを頻度分布に変換するだけで位相合わせが不要になったので、ツールホルダの主軸への装着異常の検出を可能な限り短時間で実行できる。 According to the present invention, the occurrence frequency of displacement at positions divided in the axial direction is calculated from the data on the distance between the displacement sensor and the tool holder detected by the displacement sensor, and the occurrence frequency is compared with the occurrence frequency in the reference data. This makes it possible to eliminate the influence of the circumferential direction (phase) and reliably detect that the tool holder is properly attached to the spindle of the machine tool. In addition, since phase alignment is no longer necessary simply by converting the measurement data into a frequency distribution, it is possible to detect abnormal attachment of the tool holder to the spindle in the shortest possible time.

本発明の一実施例における変位センサ取付け部の正面図及び下面図である。3A and 3B are a front view and a bottom view of a displacement sensor mounting portion in the embodiment of the present invention. 図1に示した変位センサの出力例を示すグラフである。2 is a graph showing an example of an output from the displacement sensor shown in FIG. 1 . 変位データからヒストグラムを作成する方法を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a method for creating a histogram from displacement data. 変位データをマスタデータと比較した例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of comparing displacement data with master data. データ処理に用いる変位データの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of displacement data used in data processing; 図1に示したデータ演算処理部の一実施例のブロック図である。2 is a block diagram of an embodiment of the data calculation processing unit shown in FIG. 1.

以下、本発明に係る工作機械の主軸にツールホルダを装着する際の異常の有無の検出方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例では工作機械は自動工具交換装置(ATC)を備えたNC工作機械またはマシニングセンタを例にとり説明するが、工作機械はこれらに限らず、自動でツールを交換するもの全般を含む。 The method for detecting the presence or absence of an abnormality when mounting a tool holder on the spindle of a machine tool according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the following embodiments, the machine tool will be described as an NC machine tool or machining center equipped with an automatic tool changer (ATC), but the machine tool is not limited to these and includes all machines that automatically change tools.

図1に、工作機械100のツールホルダ110の取付け部のみを示す。図示しないATCを用いて工具112であるドリルを取り付けたツールホルダ110が、工作機械100の主軸120に装着されている状態を示す。図1(a)は主軸120部の正面図であり、図1(b)は下面側から見た図である。図1では、装着状態の異常の有無を検出する装着状態検出装置200を併せて示す。 Figure 1 shows only the mounting portion of the tool holder 110 of the machine tool 100. The tool holder 110, to which a drill, a tool 112, is attached using an ATC (not shown), is shown mounted on the spindle 120 of the machine tool 100. Figure 1(a) is a front view of the spindle 120, and Figure 1(b) is a view from the bottom side. Figure 1 also shows a mounting state detection device 200 that detects whether there is an abnormality in the mounting state.

工作機械100では、工具112が取り付けられたツールホルダ110が交換可能に、主軸120に装着される。この装着においては、ツールホルダ110の上端側に設けられた円錐状の嵌合部114と、この嵌合部114を主軸120に嵌合させるために主軸120に形成された相補形状の円錐状の嵌合部116を、嵌合させる。この両者の嵌合時に、切粉102等が嵌合部に付着して装着異常が生じるのを監視するために、装着状態検出装置200を設けている。 In the machine tool 100, the tool holder 110 with the tool 112 attached thereto is replaceably mounted on the spindle 120. In this mounting, a conical fitting portion 114 provided on the upper end side of the tool holder 110 is fitted with a complementary conical fitting portion 116 formed on the spindle 120 to fit the fitting portion 114 to the spindle 120. When these two are fitted together, a mounting state detection device 200 is provided to monitor for chips 102 or the like adhering to the fitting portion and causing mounting abnormalities.

本実施例の装着状態検出装置200は、特にATCを用いて主軸120に装着されたツールホルダ110の装着異常を自動で検出するものであり、図1(a)に示すように、主としてセンサ210と演算処理装置220とで構成される。センサ210は、ツールホルダ110のフランジ部の円筒状の外周面110aの変位を非接触で検出する変位センサである。そのため、センサ210は、主軸120の下端部の位置であってツールホルダ110の外周面110aに対向する位置において、ブラケット202を介して主軸120に取り付けられており、ツールホルダ110とは僅かな間隔を置いて配置されている。センサ210が検出したツールホルダ110の外周面110aとの距離は、変位信号Sgとして演算処理装置220に入力される。 The mounting state detection device 200 of this embodiment automatically detects mounting abnormalities of the tool holder 110 mounted on the spindle 120, particularly using the ATC, and is mainly composed of a sensor 210 and a processor 220, as shown in FIG. 1(a). The sensor 210 is a displacement sensor that detects the displacement of the cylindrical outer circumferential surface 110a of the flange portion of the tool holder 110 without contact. Therefore, the sensor 210 is attached to the spindle 120 via a bracket 202 at a position at the lower end of the spindle 120 facing the outer circumferential surface 110a of the tool holder 110, and is disposed at a small distance from the tool holder 110. The distance to the outer circumferential surface 110a of the tool holder 110 detected by the sensor 210 is input to the processor 220 as a displacement signal Sg.

演算処理装置220は、センサ210が検出した変位信号Sgに基づきツールホルダ110の装着異常を検出する。演算処理装置220は、検出した変位信号Sgをデジタル信号に変換するA/D変換器222、デジタル信号に変換された変位信号Sgに、詳細を後述する、各種演算処理を施す演算処理部224、マスターデータ等を記憶する記憶部226、工作機械100の制御装置150へ演算結果を出力する等の入出力処理を管理する入出力部228を備える。 The arithmetic processing device 220 detects an abnormality in the mounting of the tool holder 110 based on the displacement signal Sg detected by the sensor 210. The arithmetic processing device 220 includes an A/D converter 222 that converts the detected displacement signal Sg into a digital signal, an arithmetic processing unit 224 that performs various arithmetic processing, the details of which will be described later, on the displacement signal Sg converted into a digital signal, a memory unit 226 that stores master data, etc., and an input/output unit 228 that manages input/output processing, such as outputting the calculation results to the control device 150 of the machine tool 100.

図1(b)を参照して、ツールホルダ110のフランジ部110bの外周面110aには、ツールホルダ110を主軸120に装着・取外しするため、周方向ほぼ対称位置に2個の切り欠き110cが形成されている。その結果、センサ210が検出した変位信号には、周方向2か所で激変部分を生じている(図2参照)。 Referring to FIG. 1(b), two notches 110c are formed at approximately symmetrical positions in the circumferential direction on the outer peripheral surface 110a of the flange portion 110b of the tool holder 110 to allow the tool holder 110 to be attached to and detached from the spindle 120. As a result, the displacement signal detected by the sensor 210 has drastic changes at two points in the circumferential direction (see FIG. 2).

図2に、図1の実施例に示したようにセンサ210を配置した場合に、センサ210から出力される変位信号の一例を示す。図2の横軸は、ツールホルダ110の周方向位置を示し、全周に対する割合(%)で示す。図2の縦軸はセンサ210の出力値であり、任意に設定できる。センサ210の直線性を保証する出力範囲が、例えば±1Vであれば、図2は0~-500mVを示す。ツールホルダ110の外周面110aに対向してセンサ210を配置しているので、全周の約15%と約65%の位置で、センサ210の出力信号が急激に低下していることが分かる。これは、図1(b)に示すツールホルダ110の切り欠き110cに対応することは上述した通りである。 2 shows an example of a displacement signal output from the sensor 210 when the sensor 210 is arranged as shown in the embodiment of FIG. 1. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the circumferential position of the tool holder 110, and is shown as a percentage (%) of the entire circumference. The vertical axis of FIG. 2 indicates the output value of the sensor 210, which can be set arbitrarily. If the output range that guarantees the linearity of the sensor 210 is, for example, ±1 V, FIG. 2 shows 0 to -500 mV. Since the sensor 210 is arranged facing the outer peripheral surface 110a of the tool holder 110, it can be seen that the output signal of the sensor 210 drops sharply at positions of approximately 15% and approximately 65% of the entire circumference. As mentioned above, this corresponds to the notch 110c of the tool holder 110 shown in FIG. 1(b).

従来から、センサ210が検出した、ツールホルダ110の周方向1周以上についての変位信号Sgは、基準変位信号であるマスタと比較され、マスタからのずれの程度に応じて、異常/正常の判断がなされる。その際、従来の多くの方法では、ツールホルダ110に含まれる切り欠き110cの影響を除く手法が用いられている。しかしながら異常/正常の判断に必要なのは切り欠き110cのデータではなく、円筒面である外周面110aのデータであるから、切り欠き110cの処理に時間を費やすのは良策ではない。 Conventionally, the displacement signal Sg detected by the sensor 210 for one or more revolutions in the circumferential direction of the tool holder 110 is compared with a master, which is a reference displacement signal, and a judgment is made as to whether the signal is normal or abnormal depending on the degree of deviation from the master. In this case, many conventional methods use a technique that removes the influence of the notch 110c contained in the tool holder 110. However, what is needed to judge whether the signal is normal or abnormal is not data on the notch 110c, but data on the outer peripheral surface 110a, which is a cylindrical surface, so it is not a good idea to spend time processing the notch 110c.

また、他の方法として切り欠き110cの存在を認めて、ツールホルダ110の周方向1周以上について、切り欠き110cのデータもデータとして含む全体データを変位信号Sgとして取り扱い、記憶部226にマスタとして記憶された正常装着時の変位信号と比較する方法がある。その場合、1対の切り欠き110cの位置ずれが、異常/正常の判断に多大な影響を及ぼす。例えば、切粉102がツールホルダ110と主軸120の嵌合部に含まれて、ツールホルダ110が偏心または傾いて取り付けられた異常状態と、装着状態は正常であるものの、異常を検出するために行ったマスタとセンサ210が検出した変位信号Sgのデータとの間の位置合わせが良好でない状態を区別する必要がある。後者の典型例としては、2個のほぼ対称に形成された切り欠き110cの位置を、マスタと検出変位信号で逆位置に認定した場合である。 Another method is to recognize the presence of the notch 110c, treat the entire data including the data of the notch 110c as data for one or more revolutions in the circumferential direction of the tool holder 110 as a displacement signal Sg, and compare it with the displacement signal stored as a master in the memory unit 226 when the tool holder 110 is normally attached. In this case, the misalignment of a pair of notches 110c has a significant effect on the determination of abnormality/normality. For example, it is necessary to distinguish between an abnormal state in which the chips 102 are included in the fitting portion of the tool holder 110 and the spindle 120 and the tool holder 110 is attached eccentrically or tilted, and a state in which the attachment state is normal but the alignment between the master performed to detect the abnormality and the displacement signal Sg data detected by the sensor 210 is not good. A typical example of the latter is a case in which the positions of two notches 110c formed almost symmetrically are recognized as opposite positions in the master and the detected displacement signal.

この区別を正しく実施するためには、変位センサ210が検出したツールホルダ110の周方向1周以上のデータが組立許容誤差内で変動することも考慮して、マスタとデータ間で位置合わせする必要がある。この位置合わせを実行するには、カメラを取り付けて撮像するなどさらなる装置を設けるか、またはツールホルダに新たな基準点を設けるなどする必要があり、汎用性に乏しく自動化が難しくなる。 To correctly perform this distinction, it is necessary to align the master and the data, taking into consideration that the data detected by the displacement sensor 210 for one or more revolutions in the circumferential direction of the tool holder 110 fluctuates within the assembly tolerance. To perform this alignment, it is necessary to provide an additional device, such as a camera for capturing images, or to provide a new reference point on the tool holder, which makes the method less versatile and difficult to automate.

本発明においては、以下に示すヒストグラムを用いた外れ値検出方法を採用して、主軸120とツールホルダ110の装着状態の異常/正常を判断している。図3に、ヒストグラムの作成方法を説明する図を示す。図3(a)は、図2に示した変位信号Sgを、縦軸と横軸を交換して示した図であり、図3(b)は、図3(a)の変位信号Sgを演算処理部224で演算処理した結果得られたヒストグラムである。 In the present invention, the outlier detection method using the histogram shown below is adopted to determine whether the mounting state of the spindle 120 and the tool holder 110 is abnormal or normal. FIG. 3 shows a diagram explaining the method of creating a histogram. FIG. 3(a) shows the displacement signal Sg shown in FIG. 2 with the vertical and horizontal axes interchanged, and FIG. 3(b) is a histogram obtained as a result of arithmetic processing of the displacement signal Sg in FIG. 3(a) by the arithmetic processing unit 224.

初めに、図3(a)内で、変位が一定値である上下方向に延びる直線12、14と、変位センサ210が検出した変位データ10の交点16、18の数を数える。ここで、変位データ10はツールホルダ110の全周分のデータを含んでいる。切り欠き110c部のデータと交差する直線12の場合には、切り欠き110c部の外周面が円筒面ではなく平面110dである(図1(b)参照)ことから、交点16の数は切り欠き110cの両縁部に対応した4個である。変位が一定である直線を、図3(a)で右側に移動すると、切り欠き110cの縁部から変位データ10と交差する点が増加する。ツールホルダ110の外周部が切り欠き110c部を除いて真円で、主軸120に完全に同心で真っすぐに装着された理想状態では、変位データ10と変位一定の直線の交点は無限大になる。しかしながら、実際の装着においては、組立許容誤差内で変動して装着される上に、ツールホルダ110の外周面110aも微視的に見れば真円ではあり得ないので、直線14と変位データ10との場合のように、有限個の交点18が得られる。このようにして得られた交点の数を、変位データ10の出力値を横軸にして示したのが、図3(b)である。 First, in FIG. 3(a), the number of intersections 16, 18 between the straight lines 12, 14 extending in the vertical direction, which have a constant displacement, and the displacement data 10 detected by the displacement sensor 210 is counted. Here, the displacement data 10 includes data for the entire circumference of the tool holder 110. In the case of the straight line 12 intersecting with the data of the notch 110c, the number of intersections 16 is four, which correspond to both edges of the notch 110c, since the outer circumferential surface of the notch 110c is a flat surface 110d rather than a cylindrical surface (see FIG. 1(b)). If the straight line with a constant displacement is moved to the right in FIG. 3(a), the number of intersections with the displacement data 10 from the edge of the notch 110c increases. In an ideal state in which the outer circumferential surface of the tool holder 110 is a perfect circle except for the notch 110c, and is attached completely concentrically and straight to the spindle 120, the number of intersections between the displacement data 10 and the straight line with constant displacement becomes infinite. However, in actual installation, the tool holder 110 is installed with variations within the assembly tolerance, and the outer peripheral surface 110a of the tool holder 110 is not a perfect circle when viewed microscopically, so a finite number of intersections 18 are obtained, as in the case of the straight line 14 and the displacement data 10. Figure 3(b) shows the number of intersections obtained in this way, with the output value of the displacement data 10 on the horizontal axis.

図3(a)の変位データから明らかなように、切り欠き110c部では交点16の数は一定であり、この部分ではツールホルダ110が斜めや異常に偏心して装着されても交点の数は変化しない(範囲Bの部分)。一方、変位センサ210の出力が最大値、すなわち変位センサ210とツールホルダ110の外周部が最接近している位置付近(範囲Aの部分)では、交点18の数が他の部分に比較して格段に増大している。したがって、以後の判断においては、この範囲Aの部分についてだけ検討すればよいことが分かる。 As is clear from the displacement data in Figure 3(a), the number of intersections 16 is constant in the cutout 110c, and the number of intersections does not change even if the tool holder 110 is mounted at an angle or abnormally eccentrically in this area (area B). On the other hand, near the position where the output of the displacement sensor 210 is at its maximum, i.e., where the displacement sensor 210 and the outer periphery of the tool holder 110 are closest to each other (area A), the number of intersections 18 is significantly increased compared to other areas. Therefore, it can be seen that in the subsequent judgments, only the area A needs to be considered.

範囲Aの部分を拡大して示したのが、図4である。図4(a)は、予め検出した正常装着状態にあるツールホルダ110の場合の例であり、これは以後マスタ240もしくはマスタデータ240とも呼ばれる。マスタ240は、図1に示した演算処理装置220が備える記憶部226に記憶されている。なお、マスタ作成の際には、図3(b)で示したようなヒストグラムの各頂点を折れ線で結んで以後の処理に便利な形にしている。出力値が0の近傍で急激な増加がみられることは、図3の説明で示した通りである。 Figure 4 shows an enlarged view of range A. Figure 4(a) shows an example of a tool holder 110 that is in a normally attached state that has been detected in advance, and this is hereafter also referred to as master 240 or master data 240. Master 240 is stored in memory unit 226 provided in arithmetic processing device 220 shown in Figure 1. When creating the master, each vertex of the histogram as shown in Figure 3(b) is connected by a broken line to make it convenient for subsequent processing. As explained in Figure 3, a sudden increase is observed near the output value of 0.

図4(b)は、図4(a)に示したマスタデータ240と、今回実際に主軸120にツールホルダ110を装着してセンサ210が得た変位データ250との比較を示す図である。この図4(b)では、実線の折れ線グラフが、センサ210が検出した変位データ250のヒストグラムの各頂点を結ぶ線であり、一点鎖線で示した折れ線グラフがマスタ240のヒストグラムの各頂点を結ぶ線である。記憶部226には、予め適正もしくは正常状態で主軸120にツールホルダ110が装着されたときの変位データと、可能であれば異常状態の変位データが記憶されている。 Figure 4(b) is a diagram showing a comparison between the master data 240 shown in Figure 4(a) and the displacement data 250 obtained by the sensor 210 when the tool holder 110 was actually attached to the spindle 120. In this Figure 4(b), the solid line graph is a line connecting the vertices of the histogram of the displacement data 250 detected by the sensor 210, and the dashed line graph is a line connecting the vertices of the histogram of the master 240. The memory unit 226 stores in advance the displacement data when the tool holder 110 is attached to the spindle 120 in an appropriate or normal state, and, if possible, the displacement data in an abnormal state.

なお、ツールホルダ110はワークの加工内容に応じてATCにより交換されるので、ワークの加工内容に応じた、またはワークの種類に応じた数のツールホルダ110が、同一の工作機械100で使用される。そのため、記憶部226には、少なくともATCを用いて交換使用されるツールホルダ110の数のマスタデータ240が記憶されている。同一のツールホルダ110を使用して工具112のみを変更する場合には、工具112の数ではなくツールホルダ110の数に応じた数のマスタ240があればよい。しかしながら、後述するように、同一のツールホルダ110に対して複数のマスタデータを記憶部226に記憶させると、さらに高精度に装着異常を判断できる。 Incidentally, since the tool holder 110 is replaced by the ATC in accordance with the machining content of the workpiece, the same number of tool holders 110 according to the machining content or type of workpiece are used on the same machine tool 100. Therefore, the memory unit 226 stores master data 240 for at least the number of tool holders 110 that are replaced and used using the ATC. When using the same tool holder 110 and only changing the tools 112, it is sufficient to have a number of masters 240 corresponding to the number of tool holders 110 rather than the number of tools 112. However, as described below, if multiple master data for the same tool holder 110 are stored in the memory unit 226, mounting abnormalities can be determined with even greater accuracy.

以下、HBOS(ヒストグラムを用いた外れ値検出)法により、ツールホルダ110の異常装着を検出する。図4(b)において、2つのデータ240、250の折れ線グラフには、不一致な部分が存在する。ハッチング部20は、2つのデータ240、250の折れ線グラフの共通部分であり、白地部22はマスタ240にのみある部分であり、クロスハッチング部24は、検出変位データ250にのみある部分である。しかしながら、全体としてはほぼ同一とみなせる形状であり、出力値の変化に対してもほぼ同一とみなせる変化をしている。2つのデータ240、250が同一とみなせるか否か、すなわち装着が正常とみなせるか否かは、この差異部分22、24が許容範囲か否かによる。 Below, abnormal mounting of the tool holder 110 is detected by the HBOS (histogram outlier detection) method. In FIG. 4(b), there are discrepant parts in the line graphs of the two data 240, 250. The hatched part 20 is the common part of the line graphs of the two data 240, 250, the white part 22 is the part that exists only in the master 240, and the cross-hatched part 24 is the part that exists only in the detected displacement data 250. However, the shapes as a whole are considered to be almost the same, and the changes in the output value are also considered to be almost the same. Whether the two data 240, 250 can be considered to be the same, that is, whether the mounting can be considered to be normal, depends on whether the difference parts 22, 24 are within the allowable range.

この差異部分の判定には、例えば正常/異常のラベル付き教師あり機械学習を用いることができる。具体的には、例えば新たなツールホルダの導入時に、主軸120にツールホルダ110を装着する動作を繰り返し、その各々について変位信号Sgを検出する。そして、図4(a)と同様のヒストグラムを折れ線グラフ化したパターンを複数取得する。それらを、作業者が、目視したまたは模擬加工して得られた結果から、逐一正常/異常を判断する。得られた多数のデータを、正常グループおよび異常グループに分類して、分類したデータを2値分類機械学習モデルに学習させ、データと2値分類機械学習モデルを記憶部226に記憶する。ここで、正常グループは、各ツールホルダ110に対して少なくとも1個のデータを含み、異常グループは、各ツールホルダ110に対して1個以上のデータを含む。以後は、2値分類機械学習モデルを用いて正常か異常かを判断する。判断した結果は、さらに正常グループまたは異常グループに属するものとして追加し、2値分類機械学習モデルを再学習することが好ましい。これにより、種々の装着状態についての変位データが得られ、データ数が多くなればなるほど比較対象となる記憶された装着状態が増え、その中からより近い装着状態を得ることが可能になり、精度の高い装着状態の判断が可能になる。また正常グループ、異常グループとして2値分類機械学習モデルが学習するデータは、実際に装置から取得したデータだけではなく、シミュレーションによって生成したデータでも良い。 To determine the difference, for example, supervised machine learning with normal/abnormal labels can be used. Specifically, for example, when a new tool holder is introduced, the operation of mounting the tool holder 110 on the spindle 120 is repeated, and the displacement signal Sg is detected for each of them. Then, multiple patterns in which the histogram similar to that shown in FIG. 4(a) is plotted as a line graph are obtained. The operator judges whether the data is normal or abnormal one by one from the results obtained by visually inspecting or simulating processing. The obtained large number of data are classified into a normal group and an abnormal group, the classified data are trained in a binary classification machine learning model, and the data and the binary classification machine learning model are stored in the storage unit 226. Here, the normal group includes at least one data for each tool holder 110, and the abnormal group includes one or more data for each tool holder 110. Thereafter, the binary classification machine learning model is used to determine whether the data is normal or abnormal. It is preferable that the determined results are further added as belonging to the normal group or the abnormal group, and the binary classification machine learning model is re-trained. This allows for the acquisition of displacement data for various wearing conditions, and the more data there is, the more stored wearing conditions there are to compare with, making it possible to obtain a more similar wearing condition from among these, and thus enabling highly accurate judgment of the wearing condition. Furthermore, the data that the binary classification machine learning model learns as normal and abnormal groups can be data actually acquired from the device, or data generated by simulation.

図5に、同一のツールホルダ110を同一の主軸120に複数回装着したときに得られた各変位データ250を、1個のマスタデータ240に対して比較した場合の一例を示す。この図5では、図4(a)と同様に、ヒストグラムの頂点を結んだ折れ線グラフを作成している。中央に位置している(図5(a))のが、マスタデータ240であり、周囲に位置している(図5(b)~(g))のが検出された各変位データ250である。演算処理としては、これらの2種のデータ240、250を重ね合わせてその差異を判断するが、図を見やすくするためそれぞれ個々のデータで示している。 Figure 5 shows an example of comparing each displacement data 250 obtained when the same tool holder 110 is mounted on the same spindle 120 multiple times with one master data 240. In this Figure 5, a line graph connecting the peaks of the histogram is created, similar to Figure 4(a). The data located in the center (Figure 5(a)) is the master data 240, and the data located around it (Figures 5(b) to (g)) are the detected displacement data 250. For the calculation process, these two types of data 240, 250 are superimposed to determine the difference, but each data is shown individually to make the figure easier to see.

複数の検出変位データは、図5(b)~(d)で示される第1のグループG1と図5(e)~(g)で示される第2のグループG2に分類される。第1のグループG1に属する各データは、中央付近に複数のピークを持つとともに横軸のマイナス側にもピークを有している。この特徴は、マスタデータ240に類似している。一方、第2のグループG2に属する各データは、横軸のプラス側のピーク数が少なかったり、横軸のマイナス側のピークがなかったりする上に、全体にそのゲイン(縦軸目盛)が低い。このように可視的にその差異を判断できるので、これを上記ラベル付き教師あり機械学習を用いて自動で判断させる。 The multiple detected displacement data are classified into a first group G1 shown in Figures 5(b) to (d) and a second group G2 shown in Figures 5(e) to (g). Each data belonging to the first group G1 has multiple peaks near the center and also has a peak on the negative side of the horizontal axis. This characteristic is similar to the master data 240. On the other hand, each data belonging to the second group G2 has a small number of peaks on the positive side of the horizontal axis and no peaks on the negative side of the horizontal axis, and the gain (vertical axis scale) is low overall. Since the difference can be visually determined in this way, this is automatically determined using the above-mentioned labeled supervised machine learning.

以上の各処理は、装着状態検出装置200の演算処理装置220が備える演算処理部224で実行される。演算処理部224の詳細を、図6に示したブロック図で説明する。演算処理部224は、データ前処理部310と、学習モデル生成部330およびデータ判定部320に大別される。データ前処理部310は、図4(b)に示した画像(HBOS画像)を得るまでの処理である。 The above processes are executed by the calculation processing unit 224 included in the calculation processing device 220 of the wearing state detection device 200. Details of the calculation processing unit 224 will be explained using the block diagram shown in FIG. 6. The calculation processing unit 224 is broadly divided into a data pre-processing unit 310, a learning model generation unit 330, and a data determination unit 320. The data pre-processing unit 310 is responsible for processing up to obtaining the image (HBOS image) shown in FIG. 4(b).

初めに、使用予定の各ツールホルダ110を主軸120に適正に取り付けたときのツールホルダ110とセンサ210の間の距離(変位)データを加工前に取得し、データ登録部312が記憶部226に取得データをマスタデータとして登録する。次に学習データ生成部314が、ランダムにまたはある基準に従って複数の変位データをシミュレーションで発生させる。作成された複数の変位データは、マスタデータを基準にして正常データと異常データにそれぞれ定義された後に、正常データと異常データのグループにグループ分けされて、記憶部226に登録される。 First, distance (displacement) data between the tool holder 110 and the sensor 210 when each tool holder 110 to be used is properly attached to the spindle 120 is acquired before machining, and the data registration unit 312 registers the acquired data in the memory unit 226 as master data. Next, the learning data generation unit 314 generates multiple displacement data randomly or according to a certain criterion through simulation. The multiple displacement data created are defined as normal data and abnormal data based on the master data, and then grouped into normal data and abnormal data groups and registered in the memory unit 226.

なお、正常データ及び異常データのグループには、前回を含めてそれ以前に同一主軸120と同一ツールホルダ110を用いて加工した際に得られたセンサ210が検出した変位データを含めるようにしてもよい。その場合も、主軸120へのツールホルダ110の装着が異常であったときにセンサ210が検出したデータを異常データグループに、装着が正常であったときに検出したデータを正常データグループにグループ分けしておく。 The normal data and abnormal data groups may include displacement data detected by the sensor 210 obtained when machining was performed using the same spindle 120 and the same tool holder 110 before and including the previous time. In this case, data detected by the sensor 210 when the attachment of the tool holder 110 to the spindle 120 was abnormal is grouped into an abnormal data group, and data detected when the attachment was normal is grouped into a normal data group.

次いで、前処理部(HBOS画像生成部)316は、記憶部226に記憶されたマスタと正常グループ内のデータについて、データをヒストグラム化(2値化)する。そして、マスタのヒストグラムと正常グループ内のデータの1個のヒストグラムを重ね合わせて、図4(b)や図5に示すような、HBOS画像を生成する。この作業を正常グループ内に含まれる正常グループデータの個数だけ実行する。同様に、記憶部226に記憶された異常グループ内の異常データをヒストグラム化し、マスタのヒストグラムと異常グループ内の1個のデータを重ね合わせて、図4(b)や図5に示すようなHBOS画像を生成する。なお、上記処理が終わったら、記憶部226にはHBOS画像とマスタのヒストグラムだけを記憶するようにしてもよい。 Next, the pre-processing unit (HBOS image generating unit) 316 histograms (binarizes) the data for the master and the data in the normal group stored in the memory unit 226. Then, the master histogram and one histogram of the data in the normal group are superimposed to generate an HBOS image as shown in FIG. 4(b) or FIG. 5. This operation is performed the number of times as many times as there are normal group data included in the normal group. Similarly, the abnormal data in the abnormal group stored in the memory unit 226 is histogrammed, and the master histogram is superimposed on one data in the abnormal group to generate an HBOS image as shown in FIG. 4(b) or FIG. 5. Note that once the above processing is completed, only the HBOS image and the master histogram may be stored in the memory unit 226.

以上は、被加工物(ワーク)を加工装置に取り付ける前の準備である。ワークを加工装置に取り付けた後は、センサ210は主軸120へのツールホルダ110の装着状態を検出する。検出した変位信号(Sg)10は、A/D変換器222を介してデジタル信号に変換され、データ判定部320が備えるデータ取得部322に送信される。データ取得部322が取得した変位信号10は、前処理部(HBOS画像生成部)316においてヒストグラム化され、マスタのヒストグラムと重ね合わせ、図4(b)や図5に示すようなHBOS画像が生成される。 The above is the preparation before attaching the workpiece (workpiece) to the processing device. After attaching the workpiece to the processing device, the sensor 210 detects the attachment state of the tool holder 110 to the spindle 120. The detected displacement signal (Sg) 10 is converted to a digital signal via the A/D converter 222 and sent to the data acquisition unit 322 provided in the data judgment unit 320. The displacement signal 10 acquired by the data acquisition unit 322 is histogrammed in the pre-processing unit (HBOS image generation unit) 316 and superimposed on the master histogram to generate an HBOS image as shown in Figure 4 (b) and Figure 5.

学習モデル生成部330は、データ前処理部310で作成したHBOS画像を、「正常/異常のラベル付きで教師あり」で学習する。学習した結果、2値分類機械学習モデル332を生成する。これにより、異常/正常の判断基準が決定される。判定部326は、生成された2値分類機械学習モデル332を参照することで学習により、今回新たに取得した変位信号10のHBOS画像について、異常/正常の判断を下す。判断が下されたHBOS画像は、正常装着グループまたは異常装着グループのヒストグラムに追加される。 The learning model generation unit 330 learns the HBOS images created by the data preprocessing unit 310 in a "supervised manner with normal/abnormal labels". As a result of the learning, a binary classification machine learning model 332 is generated. This determines the criteria for determining abnormality/normality. The judgment unit 326 learns by referring to the generated binary classification machine learning model 332 and judges whether the HBOS image of the displacement signal 10 newly acquired this time is abnormal/normal. The HBOS image for which a judgment has been made is added to the histogram of the normal mounting group or the abnormal mounting group.

なお、HBOS画像が生成された後の異常/正常の判断には、従来知られた他の手法を用いることもできる。例えば、3σ法や四分位偏差法等の外れ値検出法を用いることもできる。 Note that other conventional methods can be used to determine whether an HBOS image is normal or abnormal after it has been generated. For example, outlier detection methods such as the 3σ method or the quartile deviation method can be used.

以上説明したように、本発明の実施例によれば、主軸へのツールホルダの装着状態を検出する際に、ツールホルダと主軸の相対周方向位置を考慮することなく、装着異常/装着正常を判断することができる。そのため、特に無人となるNC工作機械やマシニングセンタにおいて加工に応じてツールホルダをATCで交換する際に、ツールホルダの主軸への装着異常を時間を要せず確実に検出できる。その結果、工作機械における加工の信頼性が向上するとともに、加工のスループットも向上する。 As described above, according to the embodiment of the present invention, when detecting the mounting state of the tool holder on the spindle, it is possible to determine whether the mounting is abnormal or normal without considering the relative circumferential position of the tool holder and the spindle. Therefore, when changing the tool holder by ATC depending on the machining in an unmanned NC machine tool or machining center, it is possible to reliably detect an abnormality in the mounting of the tool holder on the spindle without taking time. As a result, the reliability of machining in the machine tool is improved, and the machining throughput is also improved.

10…変位信号、12、14…(出力値一定の)直線、16、18…交点、20…ハッチング部(共通部分)、22、24…差異部分、100…工作機械、102…切粉、110…ツールホルダ、110a…外周面、110b…フランジ部、110c…切り欠き、110d…平面、112…工具、114、116…嵌合部、120…主軸、150…制御装置、200…装着状態検出装置、202…ブラケット、210…(変位)センサ、220…演算処理装置、222…A/D変換器、224…演算処理部、226…記憶部、228…入出力部、240…マスタ(データ)、250…変位データ、310…データ前処理部、312…データ登録部、314…学習データ生成部、316…前処理部(HBOS画像生成部)、320…データ判定部、322…データ取得部、326…判定部、330…学習モデル生成部、332…2値分類機械学習モデル 10...displacement signal, 12, 14...straight line (with constant output value), 16, 18...intersection, 20...hatched portion (common portion), 22, 24...difference portion, 100...machine tool, 102...chip, 110...tool holder, 110a...outer periphery, 110b...flange portion, 110c...notch, 110d...plane, 112...tool, 114, 116...fitting portion, 120...spindle, 150...control device, 200...mounting state detection device, 202...bracket, 210...(displacement ) Sensor, 220... arithmetic processing device, 222... A/D converter, 224... arithmetic processing unit, 226... memory unit, 228... input/output unit, 240... master (data), 250... displacement data, 310... data pre-processing unit, 312... data registration unit, 314... learning data generation unit, 316... pre-processing unit (HBOS image generation unit), 320... data judgment unit, 322... data acquisition unit, 326... judgment unit, 330... learning model generation unit, 332... binary classification machine learning model

Claims (7)

工作機械の主軸にツールホルダを自動装着するときに前記主軸の近傍に設けた変位センサを用いて前記ツールホルダの装着状態を検出する方法において、
前記変位センサが、前記変位センサに対する前記ツールホルダの変位を前記ツールホルダの1周分以上について計測するステップと、
前記ツールホルダの周方向位置と、前記周方向位置における前記変位センサの出力値とにより構成された前記変位のデータを前記出力値の出現頻度を表すヒストグラムに変換するステップと、
得られたヒストグラムと複数のヒストグラムからなる予め記憶されたヒストグラム群とに基づき、HBOS(ヒストグラムを用いた外れ値検出)法を用いて、前記ツールホルダが前記主軸に許容範囲内で正しく装着されているか否かを判断する判断ステップ、を含むことを特徴とするツールホルダの装着状態検出方法。
1. A method for automatically mounting a tool holder on a spindle of a machine tool, the method comprising the steps of: detecting a mounting state of the tool holder by using a displacement sensor provided near the spindle;
a step of the displacement sensor measuring a displacement of the tool holder relative to the displacement sensor over one or more revolutions of the tool holder ;
converting the displacement data, which is composed of the circumferential position of the tool holder and the output value of the displacement sensor at the circumferential position, into a histogram representing an occurrence frequency of the output value ;
and a determining step of determining whether or not the tool holder is correctly attached to the spindle within a tolerance range by using an HBOS (Histogram Based Outlier Detection) method, based on the obtained histogram and a pre-stored histogram group consisting of a plurality of histograms.
前記ツールホルダは周方向ほぼ対称位置に切り欠き部を有し、前記ヒストグラムはこの切り欠き部を除いたツールホルダの周方向位置における前記変位センサの前記出力値に基づいて作成されることを特徴とする請求項1に記載のツールホルダの装着状態検出方法。 2. The method for detecting an attachment state of a tool holder according to claim 1, wherein the tool holder has cutout portions at positions approximately symmetrical in a circumferential direction, and the histogram is created based on the output values of the displacement sensors at circumferential positions of the tool holder excluding the cutout portions. 前記ツールホルダを前記主軸に自動装着する前に、前記ツールホルダを前記主軸に許容誤差内で正しく装着したときのヒストグラムと、前記ツールホルダを前記主軸に許容誤差範囲外で装着異常としたときの少なくとも1つのヒストグラムとを求めるステップを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のツールホルダの装着状態検出方法。 The method for detecting the mounting state of a tool holder according to claim 1 or 2, characterized in that it includes a step of obtaining, before automatically mounting the tool holder on the spindle, at least one histogram when the tool holder is correctly mounted on the spindle within an allowable error range and at least one histogram when the tool holder is improperly mounted on the spindle outside the allowable error range. 前記判断ステップで装着異常と判断されたときのヒストグラムを、記憶された前記ヒストグラム群に追加するステップを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のツールホルダの装着状態検出方法。 The method for detecting the mounting state of a tool holder according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of adding a histogram when the determination step determines that the mounting is abnormal to the stored histogram group. 自動工具交換装置を備え、主軸に交換可能に取り付けられるツールホルダと前記ツールホルダの変位を検出する変位センサを前記ツールホルダの近傍に設けた工作機械において、
前記ツールホルダの周方向位置と、前記周方向位置における前記変位センサの出力値とにより構成され、前記変位センサにより検出された前記変位のデータを、前記出力値の出現頻度を表すヒストグラムに変換作成する演算部と、前記主軸と前記ツールホルダに関する正常装着状態と少なくとも1つの異常装着状態のヒストグラムを有するヒストグラム群を作成しマスタデータとして記憶する前処理部と、前記前処理部に記憶されたマスタデータに基づいて前記演算部で作成したヒストグラムが示す装着状態の正常または異常を判定する判定部とを有する演算装置を設けたことを特徴とするツールホルダが装着される工作機械。
A machine tool having an automatic tool changer, a tool holder replaceably attached to a spindle, and a displacement sensor for detecting a displacement of the tool holder provided near the tool holder ,
a calculation unit that converts and creates a histogram of the displacement data detected by the displacement sensor, the histogram being constituted by a circumferential position of the tool holder and an output value of the displacement sensor at the circumferential position, and representing a frequency of occurrence of the output value ; a pre-processing unit that creates a histogram group having histograms of a normal mounting state and at least one abnormal mounting state related to the spindle and the tool holder, and stores the histogram group as master data; and a judgment unit that judges whether the mounting state indicated by the histogram created by the calculation unit is normal or abnormal, based on the master data stored in the pre-processing unit.
前記判定部は、HBOS(ヒストグラムを用いた外れ値検出)法を用いて、前記主軸と前記ツールホルダ間の装着異常を判定することを特徴とする請求項5に記載のツールホルダが装着される工作機械。 6. The machine tool on which the tool holder is mounted according to claim 5 , wherein the determination unit determines a mounting abnormality between the spindle and the tool holder by using an HBOS (histogram based outlier detection) method. 前記工作機械は、NC工作機械またはマシニングセンタであることを特徴とする請求項5ないしのいずれか1項に記載のツールホルダが装着される工作機械。
7. The machine tool to which the tool holder according to claim 5 or 6 is attached, wherein the machine tool is an NC machine tool or a machining center.
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