JP7723926B2 - Anomaly detection device and anomaly detection method - Google Patents
Anomaly detection device and anomaly detection methodInfo
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Description
特許法第30条第2項適用 令和4年3月2日 2022年度精密工学会春季大会学術講演会 大会講演論文集にて公開 令和4年3月17日 2022年度精密工学会春季大会学術講演会にて公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. March 2, 2022: Published in the 2022 Japan Society for Precision Engineering Spring Meeting Academic Lecture Series. March 17, 2022: Published in the 2022 Japan Society for Precision Engineering Spring Meeting Academic Lecture Series.
開示の技術は、異常検知装置及び異常検知方法に関する。 The disclosed technology relates to an anomaly detection device and an anomaly detection method.
従来、加工中の音データに基づいて機械学習を適用して工具の寿命を予測する学習モデルを生成する方法が開示されている(特許文献1)。この方法では、学習モデルを複数用意し、状態により複数の中から1つ選択するようにして精度を高めている。 A method has been disclosed in the past for generating a learning model that predicts tool life by applying machine learning based on sound data during machining (Patent Document 1). This method improves accuracy by preparing multiple learning models and selecting one from among them depending on the condition.
また、正常な加工時の工具に関する測定値(振動、音、モータ電流等)を機械学習により正常モデルを作成し、この正常モデルに基づいて異常を判断する方法が開示されている(特許文献2)。 A method has also been disclosed in which a normal model is created using machine learning of tool-related measurements (vibration, sound, motor current, etc.) during normal machining, and abnormalities are determined based on this normal model (Patent Document 2).
また、工具の音や温度データと工具の摩耗量データを加工条件と関連付けて学習した学習モデルを生成して、工具の摩耗量予測を行う方法が開示されている(特許文献3)。 A method has also been disclosed for predicting tool wear by generating a learning model that correlates tool sound and temperature data and tool wear data with machining conditions (Patent Document 3).
ルールベースの異常検知を行うことが考えられるが、システムの多様化とセンサの多チャンネル化が進むにつれ、データが膨大かつ複雑になり、作業者がそれらのデータの関係性を正しく把握し理解することが不可能になる。 Rule-based anomaly detection is one option, but as systems become more diverse and sensors become more multi-channel, the amount of data becomes vast and complex, making it impossible for workers to correctly grasp and understand the relationships between that data.
時系列データを入力とした深層学習を行うことが考えられるが、前処理により特徴量を抽出して、ニューラルネットワークモデルの入力とする場合には、オフラインでの事前処理が必要で、リアルタイムでの異常検知を行うことができない。 It is possible to perform deep learning using time-series data as input, but if features are extracted through preprocessing and used as input for a neural network model, offline preprocessing is required, making it impossible to perform real-time anomaly detection.
また、日々の改善努力により現場には異常となる教師データがほとんど無いため、精度よく異常検知することができるモデルの学習は困難である。 In addition, due to daily improvement efforts, there is almost no training data on abnormalities in the field, making it difficult to train a model that can accurately detect anomalies.
開示の技術は、上記の点に鑑みてなされたものであり、リアルタイムで、工具の摩耗異常を精度よく検知することができる異常検知装置及び異常検知方法を提供することを目的とする。 The disclosed technology was developed in light of the above points, and aims to provide an anomaly detection device and anomaly detection method that can accurately detect tool wear abnormalities in real time.
本開示の第1態様は、工作機械の工具の摩耗異常を検知する異常検知装置であって、前記工具に関係する測定値の時系列データを取得する取得部と、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの出力を取得する推定部と、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データと、前記学習済みモデルの出力とを比較して、前記工具の摩耗異常を検知する検知部と、を含む。 A first aspect of the present disclosure is an anomaly detection device that detects abnormal wear in a tool of a machine tool, and includes: an acquisition unit that acquires time-series data of measurement values related to the tool; an estimation unit that inputs the time-series data of measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model that has been trained in advance based on the time-series data of measurement values acquired during normal machining and outputs the time-series data of measurement values, and acquires the output of the trained model; and a detection unit that compares the time-series data of measurement values acquired by the acquisition unit with the output of the trained model to detect abnormal wear in the tool.
本開示の第2態様は、工作機械の工具の摩耗異常を検知する異常検知装置であって、前記工具に関係する測定値の時系列データを取得する取得部と、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する、符号器及び復号器を含む学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの前記符号器の出力を、前記測定値の時系列データの各区間について取得する推定部と、前記測定値の時系列データの各区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力を比較して、前記工具の摩耗異常を検知する検知部と、を含む。 A second aspect of the present disclosure is an anomaly detection device that detects abnormal wear in a tool of a machine tool, and includes: an acquisition unit that acquires time-series data of measurement values related to the tool; an estimation unit that inputs the time-series data of measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model including an encoder and decoder that has been trained in advance based on the time-series data of measurement values acquired during normal machining and outputs the time-series data of measurement values, and acquires the output of the encoder of the trained model for each interval of the time-series data of measurement values; and a detection unit that detects abnormal wear in the tool by comparing the output of the encoder of the trained model acquired for each interval of the time-series data of measurement values.
本開示の第3態様は、工作機械の工具の摩耗異常を検知する異常検知方法であって、取得部が、前記工具に関係する測定値の時系列データを取得し、推定部が、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの出力を取得し、検知部が、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データと、前記学習済みモデルの出力とを比較して、前記工具の摩耗異常を検知する。 A third aspect of the present disclosure is an anomaly detection method for detecting abnormal wear in a tool of a machine tool, in which an acquisition unit acquires time series data of measurement values related to the tool, an estimation unit inputs the time series data of measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model that has been trained in advance based on the time series data of measurement values acquired during normal machining and outputs the time series data of measurement values, and acquires the output of the trained model, and a detection unit compares the time series data of measurement values acquired by the acquisition unit with the output of the trained model to detect abnormal wear in the tool.
本開示の第4態様は、工作機械の工具の摩耗異常を検知する異常検知方法であって、取得部が、前記工具に関係する測定値の時系列データを取得し、推定部が、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する、符号器及び復号器を含む学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの前記符号器の出力を、前記測定値の時系列データの各区間について取得し、検知部が、前記測定値の時系列データの各区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力を比較して、前記工具の摩耗異常を検知する。 A fourth aspect of the present disclosure is an anomaly detection method for detecting abnormal wear in a tool of a machine tool, in which an acquisition unit acquires time series data of measurement values related to the tool, an estimation unit inputs the time series data of measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model including an encoder and decoder that has been trained in advance based on the time series data of measurement values acquired during normal machining and outputs the time series data of measurement values, and the output of the encoder of the trained model is acquired for each interval of the time series data of measurement values, and a detection unit compares the output of the encoder of the trained model acquired for each interval of the time series data of measurement values to detect abnormal wear in the tool.
開示の技術によれば、リアルタイムで、工具の摩耗異常を精度よく検知することができる。 The disclosed technology makes it possible to accurately detect abnormal tool wear in real time.
以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 An example of an embodiment of the disclosed technology will be described below with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are used to designate identical or equivalent components and parts in each drawing. Also, the dimensional proportions in the drawings have been exaggerated for the sake of explanation and may differ from the actual proportions.
[第1実施形態]
<第1実施形態に係るモデル学習装置の構成>
図1は、本実施形態のモデル学習装置10のハードウェア構成を示すブロック図である。
[First embodiment]
<Configuration of model learning device according to first embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the hardware configuration of a model learning device 10 according to this embodiment.
図1に示すように、モデル学習装置10は、CPU(Central Processing Unit)11、ROM(Read Only Memory)12、RAM(Random Access Memory)13、ストレージ14、入力部15、表示部16及び通信インタフェース(I/F)17を有する。各構成は、バス19を介して相互に通信可能に接続されている。 As shown in FIG. 1, the model learning device 10 has a CPU (Central Processing Unit) 11, a ROM (Read Only Memory) 12, a RAM (Random Access Memory) 13, storage 14, an input unit 15, a display unit 16, and a communication interface (I/F) 17. Each component is connected to each other via a bus 19 so that they can communicate with each other.
CPU11は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU11は、ROM12又はストレージ14からプログラムを読み出し、RAM13を作業領域としてプログラムを実行する。CPU11は、ROM12又はストレージ14に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。本実施形態では、ROM12又はストレージ14には、モデルを学習するための学習プログラムが格納されている。学習プログラムは、1つのプログラムであっても良いし、複数のプログラム又はモジュールで構成されるプログラム群であっても良い。 CPU 11 is a central processing unit that executes various programs and controls each component. That is, CPU 11 reads programs from ROM 12 or storage 14 and executes the programs using RAM 13 as a work area. CPU 11 controls the above components and performs various calculation processes in accordance with the programs stored in ROM 12 or storage 14. In this embodiment, ROM 12 or storage 14 stores a learning program for learning a model. The learning program may be a single program, or a group of programs consisting of multiple programs or modules.
ROM12は、各種プログラム及び各種データを格納する。RAM13は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ14は、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。 ROM 12 stores various programs and data. RAM 13 serves as a working area for temporarily storing programs or data. Storage 14 is composed of an HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive) and stores various programs, including the operating system, and various data.
入力部15は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。 The input unit 15 includes a pointing device such as a mouse and a keyboard, and is used to enter various inputs.
入力部15は、工作機械の工具が正常な状態の加工時に取得した、工作機械の工具に関係する測定値の時系列データである学習データを、入力として受け付ける。 The input unit 15 accepts as input learning data, which is time-series data of measurement values related to the machine tool's tool, acquired during machining when the machine tool's tool is in a normal state.
具体的には、図2に示すように、工作機械の工具30に設けられた歪ゲージ31を用いて、工具30の歪みを測定し、工具30に設けられた加速度計34を用いて、工具30の加速度を測定し、工具30に設けられた熱電対32を用いて、工具30の温度を測定し、工作機械に設けられたマイク(図示省略)を用いて、工具30の音を測定し、工具30に設けられたAEセンサ36、38を用いて、工具30のAE(acoustic emission)信号を測定する(図3参照)。図3は、工具30の歪みの時系列データ、加速度の時系列データ、温度の時系列データ、音の時系列データ、及びAE信号の時系列データの一例を示している。 Specifically, as shown in FIG. 2, a strain gauge 31 attached to a tool 30 of the machine tool is used to measure the distortion of the tool 30, an accelerometer 34 attached to the tool 30 is used to measure the acceleration of the tool 30, a thermocouple 32 attached to the tool 30 is used to measure the temperature of the tool 30, a microphone (not shown) attached to the machine tool is used to measure the sound of the tool 30, and AE sensors 36 and 38 attached to the tool 30 are used to measure the AE (acoustic emission) signal of the tool 30 (see FIG. 3). FIG. 3 shows an example of time series data of distortion, acceleration, temperature, sound, and AE signal of the tool 30.
工具30が正常な状態、すなわち、摩耗異常がない状態での加工時に取得した、工具30の歪みの時系列データ、加速度の時系列データ、温度の時系列データ、音の時系列データ、及びAE信号の時系列データを、学習データとする(図4の正常時の時系列データを参照)。図4では、工具30の正常時、異常時の直前である過渡期、及び異常時のAE信号の時系列データの一例を示している。 The time series data of the distortion, acceleration, temperature, sound, and AE signal of the tool 30 acquired during machining when the tool 30 is in a normal state, i.e., when there are no wear abnormalities, are used as learning data (see the normal time series data in Figure 4). Figure 4 shows an example of time series data of the AE signal when the tool 30 is normal, in a transitional period immediately before an abnormality, and when an abnormality occurs.
この正常時の学習データを、複数の工具30の各々について用意し、入力部15は、複数の工具30の各々についての学習データを受け付ける。 This normal learning data is prepared for each of the multiple tools 30, and the input unit 15 accepts the learning data for each of the multiple tools 30.
表示部16は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部16は、タッチパネル方式を採用して、入力部15として機能しても良い。 The display unit 16 is, for example, a liquid crystal display, and displays various information. The display unit 16 may also function as the input unit 15 by adopting a touch panel system.
通信インタフェース17は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI(Fiber Distributed Data Interface)、Wi-Fi(登録商標)、USB(Universal Serial Bus)等の規格が用いられる。 The communication interface 17 is an interface for communicating with other devices, and uses standards such as Ethernet (registered trademark), FDDI (Fiber Distributed Data Interface), Wi-Fi (registered trademark), and USB (Universal Serial Bus).
次に、モデル学習装置10の機能構成について説明する。図5は、モデル学習装置10の機能構成の例を示すブロック図である。 Next, we will explain the functional configuration of the model learning device 10. Figure 5 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the model learning device 10.
モデル学習装置10は、機能的には、図5に示すように、学習用データベース(DB)20、学習部24、及びモデル記憶部26を備えている。 As shown in Figure 5, the model learning device 10 functionally comprises a learning database (DB) 20, a learning unit 24, and a model storage unit 26.
学習用データベース20には、入力された複数の工具30の各々についての学習データが記憶されている。 The learning database 20 stores learning data for each of the multiple input tools 30.
学習部24は、受け付けた複数の工具30についての学習データに基づいて、測定値の時系列データを入力として、測定値の時系列データを出力するモデルを学習する。 Based on the received learning data for the multiple tools 30, the learning unit 24 learns a model that takes time series data of measurement values as input and outputs time series data of measurement values.
具体的には、学習データである測定値の時系列データをモデルに入力したときに、当該学習データに対応する測定値の時系列データを出力するように、モデルを学習する。 Specifically, when time series data of measurement values, which is training data, is input to the model, the model is trained so that it outputs time series data of measurement values corresponding to the training data.
より具体的には、図6に示すように、モデル70は、LSTM(Long short-term memory)とオートエンコーダーとに基づくモデルであり、符号器72及び復号器74を含む。符号器72は、測定値の種類毎に、1区間の時系列データの各時刻の測定値を入力とし、符号化データを出力する。復号器74は、測定値の種類毎に、符号化データを入力とし、1区間の時系列データの各時刻の測定値に復号する。 More specifically, as shown in Figure 6, model 70 is a model based on LSTM (Long Short-Term Memory) and an autoencoder, and includes an encoder 72 and a decoder 74. The encoder 72 receives, for each type of measurement value, the measurement value at each time of one interval of time series data, and outputs encoded data. The decoder 74 receives, for each type of measurement value, the encoded data and decodes it into the measurement value at each time of one interval of time series data.
モデル記憶部26には、学習された学習済みモデルが記憶される。 The model storage unit 26 stores the trained model.
<第1実施形態に係る異常検知装置の構成>
上記図1は、本実施形態の異常検知装置50のハードウェア構成を示すブロック図である。
<Configuration of anomaly detection device according to the first embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the hardware configuration of an abnormality detection device 50 according to this embodiment.
上記図1に示すように、異常検知装置50は、モデル学習装置10と同様の構成であり、ROM12又はストレージ14には、工具の摩耗異常を検知するための異常検知プログラムが格納されている。 As shown in Figure 1 above, the anomaly detection device 50 has the same configuration as the model learning device 10, and the ROM 12 or storage 14 stores an anomaly detection program for detecting tool wear abnormalities.
入力部15は、工具30に関係する測定値の時系列データを、入力として受け付ける。具体的には、工作機械の工具30に設けられた歪ゲージ31を用いて、工具30の歪みを測定し、工具30に設けられた加速度計34を用いて、工具30の加速度を測定し、工具30に設けられた熱電対32を用いて、工具30の温度を測定し、工作機械に設けられたマイク(図示省略)を用いて、工具30の音を測定し、工具30に設けられたAEセンサ36、38を用いて、工具30のAE(acoustic emission)信号を測定する。 The input unit 15 accepts time-series data of measurement values related to the tool 30 as input. Specifically, the strain of the tool 30 is measured using a strain gauge 31 provided on the tool 30 of the machine tool, the acceleration of the tool 30 is measured using an accelerometer 34 provided on the tool 30, the temperature of the tool 30 is measured using a thermocouple 32 provided on the tool 30, the sound of the tool 30 is measured using a microphone (not shown) provided on the machine tool, and the AE (acoustic emission) signal of the tool 30 is measured using AE sensors 36 and 38 provided on the tool 30.
入力部15は、工具の加工時に取得した、工具の歪みの時系列データ、加速度の時系列データ、温度の時系列データ、音の時系列データ、及びAE信号の時系列データを、入力として受け付ける。 The input unit 15 accepts as input time series data of tool distortion, time series data of acceleration, time series data of temperature, time series data of sound, and time series data of AE signals acquired during tool machining.
次に、異常検知装置50の機能構成について説明する。図7は、異常検知装置50の機能構成の例を示すブロック図である。 Next, we will explain the functional configuration of the anomaly detection device 50. Figure 7 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the anomaly detection device 50.
異常検知装置50は、機能的には、図7に示すように、モデル記憶部60、取得部62、推定部64、及び検知部66を備えている。 As shown in FIG. 7, the anomaly detection device 50 functionally comprises a model storage unit 60, an acquisition unit 62, an estimation unit 64, and a detection unit 66.
モデル記憶部60には、モデル学習装置10によって学習された学習済みモデルが記憶される。 The model storage unit 60 stores trained models trained by the model learning device 10.
取得部62は、入力された工具30に関係する測定値の時系列データを取得する。 The acquisition unit 62 acquires time series data of measurement values related to the input tool 30.
推定部64は、学習済みモデルに、取得部62によって取得された測定値の時系列データを入力して、学習済みモデルの出力を取得する。 The estimation unit 64 inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit 62 into the trained model and acquires the output of the trained model.
具体的には、測定値の種類毎に、1区間の時系列データの各時刻の測定値を符号器72に入力し、復号器74によって復号された1区間の時系列データの各時刻の測定値を取得する。 Specifically, for each type of measurement value, the measurement value at each time of one section of time series data is input to the encoder 72, and the measurement value at each time of one section of time series data is decoded by the decoder 74 to obtain the measurement value.
検知部66は、取得部62によって取得された測定値の時系列データと、学習済みモデルの出力とを比較して、工具30の摩耗異常を検知する。 The detection unit 66 compares the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit 62 with the output of the trained model to detect abnormal wear of the tool 30.
具体的には、検知部66は、時系列データの各区間で、測定値と学習済みモデルの出力との差分を総和した誤差値を用いて、異常スコアを、区間ごとに算出し、区間ごとの異常スコアに基づいて、工具30の摩耗異常を検知する。 Specifically, the detection unit 66 calculates an abnormality score for each interval of the time series data using an error value that is the sum of the differences between the measured values and the output of the trained model, and detects wear abnormalities in the tool 30 based on the abnormality score for each interval.
より具体的には、1区間の各時刻tについて、以下の式に従って、測定値x(t)と学習済みモデルの出力^y(t)との差分a(t)を算出し、1区間分、差分a(t)を総和した誤差値ε(t)を算出する。 More specifically, for each time t in one interval, the difference a(t) between the measurement value x(t) and the output ^y(t) of the trained model is calculated according to the following formula, and the error value ε(t) is calculated by summing up the differences a(t) for one interval.
そして、当該区間の誤差値ε(t)を用いて、以下の式に従って、異常スコアS(t)を算出する。 Then, using the error value ε(t) for that section, the anomaly score S(t) is calculated according to the following formula:
ただし、α、βは、予め定められた値である。 However, α and β are predetermined values.
検知部66は、各区間について、当該区間の異常スコアS(t)が閾値以上である場合に、工具30の摩耗異常を検知する。 For each section, the detection unit 66 detects abnormal wear of the tool 30 when the abnormality score S(t) for that section is equal to or greater than the threshold value.
<第1実施形態に係るモデル学習装置の作用>
次に、本実施形態に係るモデル学習装置10の作用について説明する。
<Operation of the model learning device according to the first embodiment>
Next, the operation of the model learning device 10 according to this embodiment will be described.
まず、モデル学習装置10のCPU11がROM12又はストレージ14から学習プログラムを読み出して、RAM13に展開して実行することにより、学習処理が行なわれる。また、モデル学習装置10に、複数の工具30の各々についての学習データが入力され、学習用データベース20に格納される。 First, the CPU 11 of the model learning device 10 reads a learning program from the ROM 12 or storage 14, expands it into the RAM 13, and executes it, thereby performing the learning process. Furthermore, learning data for each of the multiple tools 30 is input into the model learning device 10 and stored in the learning database 20.
そして、CPU11は、学習部24として、受け付けた複数の工具30についての学習データに基づいて、測定値の時系列データを入力として、測定値の時系列データを出力するモデルを学習し、学習済みモデルを、モデル記憶部26に格納し、学習処理を終了する。 Then, the CPU 11, as the learning unit 24, learns a model that takes time-series data of measurement values as input and outputs time-series data of measurement values based on the received learning data for the multiple tools 30, stores the learned model in the model storage unit 26, and terminates the learning process.
<第1実施形態に係る異常検知装置の作用>
次に、本実施形態に係る異常検知装置50の作用について説明する。
<Action of the abnormality detection device according to the first embodiment>
Next, the operation of the abnormality detection device 50 according to this embodiment will be described.
図8は、異常検知装置50による異常検知処理の流れを示すフローチャートである。CPU11がROM12又はストレージ14から異常検知プログラムを読み出して、RAM13に展開して実行することにより、異常検知処理が行なわれる。また、異常検知装置50に、工具30に関係する測定値の時系列データが入力される。なお、異常検知処理は、異常検知方法の一例である。 Figure 8 is a flowchart showing the flow of the anomaly detection process performed by the anomaly detection device 50. The CPU 11 reads the anomaly detection program from the ROM 12 or storage 14, deploys it in the RAM 13, and executes it to perform the anomaly detection process. Time-series data of measurement values related to the tool 30 is also input to the anomaly detection device 50. Note that the anomaly detection process is one example of an anomaly detection method.
ステップS100で、CPU11は、取得部62として、入力された工具30に関係する測定値の時系列データを1区間分取得する。 In step S100, the CPU 11, as the acquisition unit 62, acquires one section of time series data of measurement values related to the input tool 30.
ステップS102で、CPU11は、推定部64として、学習済みモデルに、取得部62によって取得された1区間の時系列データを入力して、学習済みモデルの出力を取得する。 In step S102, the CPU 11, functioning as the estimation unit 64, inputs one section of time series data acquired by the acquisition unit 62 into the trained model and acquires the output of the trained model.
具体的には、1区間の時系列データの各時刻の測定値を符号器72に入力し、復号器74によって復号された1区間の時系列データの各時刻の測定値を取得する。 Specifically, the measurement values for each time of one section of time series data are input to the encoder 72, and the measurement values for each time of one section of time series data are decoded by the decoder 74 to obtain them.
ステップS104で、CPU11は、検知部66として、当該1区間で、測定値と学習済みモデルの出力との差分を総和した誤差値を算出する。 In step S104, the CPU 11, as the detection unit 66, calculates an error value by summing up the differences between the measured values and the output of the trained model for that one interval.
ステップS106で、CPU11は、検知部66として、当該1区間で、誤差値を用いて、異常スコアを算出する。 In step S106, the CPU 11, as the detection unit 66, calculates an anomaly score for that one section using the error value.
ステップS108で、CPU11は、検知部66として、異常スコアが閾値以上であるか否かを判定する。異常スコアが閾値未満である場合には、上記ステップS100へ戻り、次の区間の時系列データについて、上記ステップS100~S108の処理を繰り返す。一方、異常スコアが閾値以上である場合には、ステップS110へ移行する。 In step S108, the CPU 11, functioning as the detection unit 66, determines whether the abnormality score is equal to or greater than the threshold value. If the abnormality score is less than the threshold value, the process returns to step S100, and the processes of steps S100 to S108 are repeated for the next section of time-series data. On the other hand, if the abnormality score is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S110.
ステップS110では、CPU11は、工具30が摩耗異常であることを示すメッセージを表示部16により出力し、異常検知処理を終了する。 In step S110, the CPU 11 outputs a message on the display unit 16 indicating that the tool 30 is experiencing abnormal wear, and then ends the abnormality detection process.
<実施例1>
上述した第1実施形態のモデル学習装置10及び異常検知装置50を用いて摩耗異常を検知する実施例について説明する。
Example 1
An example of detecting wear abnormalities using the model learning device 10 and the abnormality detection device 50 of the first embodiment described above will be described.
図9(A)、(B)に、AE信号の時系列データを入力したときの、測定値x(t)、学習済みモデルの出力^y(t)、差分a(t)、誤差値ε(t)、異常スコアS(t)の例を示す。 Figures 9(A) and (B) show examples of the measurement value x(t), the trained model output ^y(t), the difference a(t), the error value ε(t), and the anomaly score S(t) when time series data of an AE signal is input.
図9(A)に示すように、異常時の前の過渡期において、異常が検知されていることが分かる。図9(B)では、予測不能なイベントに対して、異常スコアS(t)が閾値以上となっていることが分かる。このような予測不能なイベントに対しては、異常スコアS(t)に対して、ノイズ除去などの処理を施すことにより、精度よく異常を検知することができる。 As shown in Figure 9(A), an anomaly is detected during the transition period before the anomaly occurs. Figure 9(B) shows that the anomaly score S(t) is above the threshold for unpredictable events. For such unpredictable events, anomalies can be detected with high accuracy by performing processing such as noise removal on the anomaly score S(t).
図10(A)、(B)に、音の時系列データを入力したときの、測定値x(t)、学習済みモデルの出力^y(t)、差分a(t)、誤差値ε(t)、異常スコアS(t)の例を示す。 Figures 10(A) and (B) show examples of the measurement value x(t), the trained model output ^y(t), the difference a(t), the error value ε(t), and the anomaly score S(t) when sound time series data is input.
図10(A)、(B)に示すように、異常時の前の過渡期において、異常が検知されていることが分かる。 As shown in Figures 10(A) and (B), it can be seen that an abnormality was detected during the transient period before the abnormality occurred.
以上説明したように、第1実施形態に係る異常検知装置によれば、正常な状態の加工時に取得した測定値の時系列データに基づいて予め学習された学習済みモデルに、取得された測定値の時系列データを入力して、学習済みモデルの出力を取得し、取得された測定値の時系列データと、学習済みモデルの出力とを比較して、工具の摩耗異常を検知する。これにより、リアルタイムで、工具の摩耗異常を精度よく検知することができる。 As described above, the anomaly detection device according to the first embodiment inputs the time series data of acquired measurement values into a trained model that has been trained in advance based on the time series data of measurement values acquired during normal machining conditions, obtains the output of the trained model, and compares the time series data of acquired measurement values with the output of the trained model to detect abnormal tool wear. This enables accurate detection of abnormal tool wear in real time.
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態に係る学習装置及び異常検知装置の構成は、第1実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. Note that the configurations of the learning device and the anomaly detection device according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment, so the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.
第2実施形態では、モデルの構成が、第1実施形態と異なっている。 In the second embodiment, the model configuration differs from that of the first embodiment.
<第2実施形態に係るモデル学習装置の構成>
第2実施形態に係るモデル学習装置10の学習部24は、受け付けた複数の工具30についての学習データに基づいて、測定値の時系列データを入力として、測定値の時系列データを出力するモデルを学習する。
<Configuration of model learning device according to second embodiment>
The learning unit 24 of the model learning device 10 according to the second embodiment learns a model that takes time series data of measurement values as input and outputs time series data of measurement values based on the received learning data for a plurality of tools 30.
具体的には、学習データである測定値の時系列データをモデルに入力したときに、当該学習データに対応する測定値の時系列データを出力するように、モデルを学習する。 Specifically, when time series data of measurement values, which is training data, is input to the model, the model is trained so that it outputs time series data of measurement values corresponding to the training data.
より具体的には、図11(A)に示すように、モデル270は、オートエンコーダーに基づくモデルであり、符号器272及び復号器274を含む。符号器272は、測定値の種類毎に、1区間の時系列データの各時刻の測定値を入力とし、符号化データを出力する。復号器274は、測定値の種類毎に、符号化データを入力とし、1区間の時系列データの各時刻の測定値に復号する。 More specifically, as shown in FIG. 11(A), model 270 is a model based on an autoencoder and includes an encoder 272 and a decoder 274. The encoder 272 receives, for each type of measurement value, the measurement value at each time of one interval of time series data, and outputs encoded data. The decoder 274 receives, for each type of measurement value, the encoded data and decodes it into the measurement value at each time of one interval of time series data.
<第2実施形態に係る異常検知装置の構成>
第2実施形態に係る異常検知装置50は、機能的には、上記図7に示すように、モデル記憶部60、取得部62、推定部64、及び検知部66を備えている。
<Configuration of an abnormality detection device according to the second embodiment>
As shown in FIG. 7, the anomaly detection device 50 according to the second embodiment functionally comprises a model storage unit 60, an acquisition unit 62, an estimation unit 64, and a detection unit 66.
モデル記憶部60には、モデル学習装置10によって学習された学習済みモデルが記憶される。 The model storage unit 60 stores trained models trained by the model learning device 10.
取得部62は、入力された工具30に関係する測定値の時系列データを取得する。 The acquisition unit 62 acquires time series data of measurement values related to the input tool 30.
推定部64は、学習済みモデルに、取得部62によって取得された測定値の時系列データを入力して、学習済みモデルの符号器272の出力を、特徴量として、測定値の時系列データの各区間について取得する。 The estimation unit 64 inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit 62 into the trained model, and acquires the output of the encoder 272 of the trained model as a feature for each section of the time series data of the measurement values.
具体的には、測定値の種類毎に、1区間の時系列データの各時刻の測定値を符号器72に入力し、符号器72の出力である符号化データを特徴量として取得する。 Specifically, for each type of measurement value, the measurement value at each time of one interval of time-series data is input to the encoder 72, and the encoded data output by the encoder 72 is obtained as a feature.
検知部66は、測定値の時系列データの各区間について取得した学習済みモデルの符号器272の出力を比較して、工具30の摩耗異常を検知する。 The detection unit 66 compares the output of the encoder 272 of the trained model obtained for each section of the time series data of the measurement values to detect abnormal wear of the tool 30.
具体的には、検知部66は、測定値の種類毎に、時系列データの各区間で、当該区間について取得した学習済みモデルの符号器272の出力と、正常な状態の加工時に取得した学習済みモデルの符号器272の出力との局所密度を用いて、異常スコアを算出し、区間ごとの異常スコアに基づいて、工具30の摩耗異常を検知する。ここで、正常な状態の加工時に取得した学習済みモデルの符号器272の出力とは、当該区間より前であって、工具30の摩耗異常が検知されなかった区間について取得した、学習済みモデルの符号器272の出力である。 Specifically, for each type of measurement value, the detection unit 66 calculates an anomaly score for each interval of the time-series data using the local density of the output of the trained model encoder 272 acquired for that interval and the output of the trained model encoder 272 acquired during normal machining, and detects wear abnormalities in the tool 30 based on the anomaly score for each interval. Here, the output of the trained model encoder 272 acquired during normal machining is the output of the trained model encoder 272 acquired for an interval prior to the current interval in which wear abnormalities in the tool 30 were not detected.
より具体的には、図11(B)に示すように、各区間について、LOF(Local outlier Factor)を用いて、当該区間について取得した学習済みモデルの符号器272の出力と、正常な状態の加工時に取得した学習済みモデルの符号器272の出力との局所密度比を算出する。そして、当該区間の局所密度比を、正規化することによって、異常スコアを算出する。
ただし、Nk(P)は、当該区間より前の区間について取得した符号器272の出力のうち、k近傍の出力の集合であり、reachability_distancek(P,A)は、k近傍の出力Aとの距離であり、lrdk(P)は、局所密度であり、lof(P)は、局所密度比である。
11B , for each section, a local density ratio is calculated between the output of the encoder 272 of the trained model acquired for that section and the output of the encoder 272 of the trained model acquired during processing in a normal state using a local outlier factor (LOF).The local density ratio for that section is then normalized to calculate an anomaly score.
where N k(P) is a set of outputs from the encoder 272 obtained for the section prior to the current section, reachability_distance k(P, A) is the distance from the output A of the kth neighbor, lrd k (P) is the local density, and lof(P) is the local density ratio.
検知部66は、各区間について、当該区間の異常スコアが閾値以上である場合に、工具30の摩耗異常を検知する。 For each section, the detection unit 66 detects abnormal wear of the tool 30 if the abnormality score for that section is equal to or greater than the threshold value.
<第2実施形態に係るモデル学習装置の作用>
次に、本実施形態に係るモデル学習装置10の作用について説明する。
<Operation of the model learning device according to the second embodiment>
Next, the operation of the model learning device 10 according to this embodiment will be described.
まず、モデル学習装置10のCPU11がROM12又はストレージ14から学習プログラムを読み出して、RAM13に展開して実行することにより、学習処理が行なわれる。また、モデル学習装置10に、複数の工具30の各々についての学習データが入力され、学習用データベース20に格納される。 First, the CPU 11 of the model learning device 10 reads a learning program from the ROM 12 or storage 14, expands it into the RAM 13, and executes it, thereby performing the learning process. Furthermore, learning data for each of the multiple tools 30 is input into the model learning device 10 and stored in the learning database 20.
そして、CPU11は、学習部24として、受け付けた複数の工具30についての学習データに基づいて、測定値の時系列データを入力として、測定値の時系列データを出力するモデルを学習し、学習済みモデルを、モデル記憶部26に格納し、学習処理を終了する。 Then, the CPU 11, as the learning unit 24, learns a model that takes time-series data of measurement values as input and outputs time-series data of measurement values based on the received learning data for the multiple tools 30, stores the learned model in the model storage unit 26, and terminates the learning process.
<第2実施形態に係る異常検知装置の作用>
次に、本実施形態に係る異常検知装置50の作用について説明する。
<Action of the abnormality detection device according to the second embodiment>
Next, the operation of the abnormality detection device 50 according to this embodiment will be described.
図12は、異常検知装置50による異常検知処理の流れを示すフローチャートである。CPU11がROM12又はストレージ14から異常検知プログラムを読み出して、RAM13に展開して実行することにより、異常検知処理が行なわれる。また、異常検知装置50に、工具30に関係する測定値の時系列データが入力される。 Figure 12 is a flowchart showing the flow of the anomaly detection process performed by the anomaly detection device 50. The CPU 11 reads the anomaly detection program from the ROM 12 or storage 14, deploys it in the RAM 13, and executes it to perform the anomaly detection process. In addition, time-series data of measurement values related to the tool 30 is input to the anomaly detection device 50.
ステップS200で、CPU11は、取得部62として、入力された工具30に関係する測定値の時系列データを1区間分取得する。 In step S200, the CPU 11, as the acquisition unit 62, acquires one section of time series data of measurement values related to the input tool 30.
ステップS202で、CPU11は、推定部64として、学習済みモデルに、取得部62によって取得された1区間の時系列データを入力して、学習済みモデルの符号器272の出力を特徴量として取得する。 In step S202, the CPU 11, functioning as the estimation unit 64, inputs one section of time series data acquired by the acquisition unit 62 into the trained model and acquires the output of the encoder 272 of the trained model as a feature.
具体的には、1区間の時系列データの各時刻の測定値を符号器272に入力し、符号器272の出力である符号化データを特徴量として取得する。 Specifically, the measured values at each time of one interval of time series data are input to the encoder 272, and the encoded data output by the encoder 272 is obtained as a feature.
ステップS204で、CPU11は、検知部66として、当該1区間について取得した学習済みモデルの符号器272の出力である特徴量と、正常な状態の加工時に取得した学習済みモデルの符号器272の出力である特徴量との局所密度比を算出する。 In step S204, the CPU 11, as the detection unit 66, calculates the local density ratio between the feature value that is the output of the encoder 272 of the trained model acquired for that one section and the feature value that is the output of the encoder 272 of the trained model acquired during processing in a normal state.
ステップS206で、CPU11は、検知部66として、当該1区間について、局所密度比を用いて、異常スコアを算出する。 In step S206, the CPU 11, as the detection unit 66, calculates an anomaly score for the relevant section using the local density ratio.
ステップS208で、CPU11は、検知部66として、異常スコアが閾値以上であるか否かを判定する。異常スコアが閾値未満である場合には、上記ステップS200へ戻り、次の区間の時系列データについて、上記ステップS200~S208の処理を繰り返す。一方、異常スコアが閾値以上である場合には、ステップS210へ移行する。 In step S208, the CPU 11, functioning as the detection unit 66, determines whether the abnormality score is equal to or greater than the threshold value. If the abnormality score is less than the threshold value, the process returns to step S200, and the processes of steps S200 to S208 are repeated for the next section of time-series data. On the other hand, if the abnormality score is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S210.
ステップS210では、CPU11は、工具30が摩耗異常であることを示すメッセージを表示部16により出力し、異常検知処理を終了する。 In step S210, the CPU 11 outputs a message to the display unit 16 indicating that the tool 30 is experiencing abnormal wear, and then ends the abnormality detection process.
<実施例2>
上述した第2実施形態のモデル学習装置10及び異常検知装置50を用いて摩耗異常を検知する実施例について説明する。
Example 2
An example of detecting wear abnormalities using the model learning device 10 and the abnormality detection device 50 of the second embodiment described above will be described.
図13(A)、(B)に、AE信号の時系列データを入力したときの、測定値、測定値に対してエンベロープ処理を施した結果、その結果の平均値、平均値を学習済みモデルに入力としたときの異常スコアの例を示す。異常スコアの値が1に近いほど異常であることを示している。図13(A)、(B)に示すように、異常時の前の過渡期において、異常が検知されていることが分かる。 Figures 13 (A) and (B) show examples of measurement values when time-series data of an AE signal is input, the results of applying envelope processing to the measurement values, the average value of the results, and the anomaly score when the average value is input to the trained model. The closer the anomaly score value is to 1, the more abnormal it is. As shown in Figures 13 (A) and (B), it can be seen that an anomaly is detected in the transient period before the anomaly occurs.
図14(A)、(B)に、音の時系列データを入力したときの、測定値、異常スコアの例を示す。図14(A)、(B)に示すように、異常時の前の過渡期において、異常が検知されていることが分かる。 Figures 14(A) and (B) show examples of measurement values and anomaly scores when sound time-series data is input. As shown in Figures 14(A) and (B), it can be seen that an anomaly is detected during the transition period before the anomaly occurs.
以上説明したように、第2実施形態に係る異常検知装置によれば、正常な状態の加工時に取得した測定値の時系列データに基づいて予め学習された学習済みモデルに、取得された測定値の時系列データを入力して、学習済みモデルの符号器の出力を、測定値の時系列データの各区間について取得し、測定値の時系列データの各区間について取得した学習済みモデルの符号器の出力を比較して、工具の摩耗異常を検知する。これにより、リアルタイムで、工具の摩耗異常を精度よく検知することができる。 As described above, the anomaly detection device according to the second embodiment inputs the time series data of acquired measurement values into a trained model that has been trained in advance based on the time series data of measurement values acquired during normal machining, obtains the output of the trained model's encoder for each interval of the time series data of measurement values, and compares the output of the trained model's encoder obtained for each interval of the time series data of measurement values to detect abnormal tool wear. This enables accurate detection of abnormal tool wear in real time.
上記図13、図14の正常時、過渡期、異常時は、現場の作業者による判断となっており、現場の熟練作業者は一般に余裕を持って工具交換する傾向があるため、正常時の終わりごろに工具を交換する。 The normal, transitional, and abnormal periods in Figures 13 and 14 above are determined by the on-site worker, and experienced on-site workers generally tend to change tools with ample time to spare, so they change tools towards the end of normal times.
一方、本実施形態では、過渡期に入ってから異常を判断しており、異常検知装置による異常検知判断時に工具を交換することで、作業者よりも工具を長く使用できる。具体的には、40秒ほど長くでき、これは工具寿命の15~20%に相当し、さらには工作機械のDown time減少を加味すれば,機械と工具の利用率が3割近く向上することになる。 In contrast, in this embodiment, an abnormality is detected once the transition period has begun, and by replacing the tool when the abnormality detection device detects an abnormality, the tool can be used longer than the operator. Specifically, this can be extended by approximately 40 seconds, which is equivalent to 15-20% of the tool's lifespan, and when the reduction in downtime of the machine tool is taken into account, the utilization rate of the machine and tool can be improved by nearly 30%.
また、異常検知装置による異常検知結果を見ても分かるように、たとえ同じ型番の新品の工具を用いても、工具寿命はそれぞれ異なるため、異常検知のタイミングは異なり、それらに対しても本実施形態の異常検知装置では対応可能である。 Furthermore, as can be seen from the anomaly detection results obtained by the anomaly detection device, even when new tools of the same model number are used, the tool lifespans vary, and the timing of anomaly detection also differs, and the anomaly detection device of this embodiment can handle these situations.
<変形例>
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention.
例えば、モデル学習装置と異常検知装置とを別々の装置として構成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、モデル学習装置と異常検知装置とを一つの装置として構成してもよい。 For example, while the example has been described in which the model learning device and the anomaly detection device are configured as separate devices, this is not limited to this, and the model learning device and the anomaly detection device may also be configured as a single device.
また、上記各実施形態でCPUがソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行した各種処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、学習処理及び異常検知処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。 Furthermore, the various processes executed by the CPU after reading software (programs) in each of the above embodiments may be executed by various processors other than the CPU. Examples of processors in this case include dedicated electrical circuits, such as GPUs (Graphics Processing Units), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), and other PLDs (Programmable Logic Devices) whose circuit configuration can be changed after manufacture, and ASICs (Application Specific Integrated Circuits), which are processors with circuit configurations specifically designed to execute specific processes. Furthermore, the learning process and anomaly detection process may be executed by one of these various processors, or by a combination of two or more processors of the same or different types (e.g., multiple FPGAs, or a combination of a CPU and an FPGA, etc.). Furthermore, the hardware structure of these various processors is, more specifically, an electrical circuit that combines circuit elements such as semiconductor devices.
また、上記各実施形態では、学習プログラム及び異常検知プログラムがストレージ14に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の非一時的(non-transitory)記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。 In addition, while the above embodiments have described a configuration in which the learning program and anomaly detection program are pre-stored (installed) in storage 14, this is not limiting. The programs may also be provided in a form stored on a non-transitory storage medium such as a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), or a USB (Universal Serial Bus) memory. The programs may also be downloaded from an external device via a network.
10 モデル学習装置
11 CPU
14 ストレージ
15 入力部
16 表示部
20 学習用データベース
24 学習部
26 モデル記憶部
30 工具
31 歪ゲージ
34 加速度計
32 熱電対
36、38 AEセンサ
50 異常検知装置
60 モデル記憶部
62 取得部
64 推定部
66 検知部
70、270 モデル
72、272 符号器
74、274 復号器
10 Model learning device 11 CPU
14 Storage 15 Input unit 16 Display unit 20 Learning database 24 Learning unit 26 Model storage unit 30 Tool 31 Strain gauge 34 Accelerometer 32 Thermocouple 36, 38 AE sensor 50 Anomaly detection device 60 Model storage unit 62 Acquisition unit 64 Estimation unit 66 Detection unit 70, 270 Model 72, 272 Encoder 74, 274 Decoder
Claims (8)
前記工具に関係する測定値の時系列データを取得する取得部と、
正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの出力を取得する推定部と、
前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データと、前記学習済みモデルの出力とを比較して、前記工具の摩耗異常を検知する検知部と、
を含み、
前記検知部は、前記時系列データの各区間で、当該区間の各時刻の前記測定値と前記学習済みモデルの出力との差分を総和した誤差値を用いて、異常スコアを、前記区間ごとに算出し、各区間について、当該区間の前記異常スコアが閾値以上である場合に、前記工具の摩耗異常を検知する異常検知装置。 An abnormality detection device that detects abnormal wear of a tool of a machine tool,
an acquisition unit that acquires time series data of measurement values related to the tool;
an estimation unit that inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model that has been trained in advance based on the time series data of the measurement values acquired during processing in a normal state and outputs the time series data of the measurement values, and acquires an output of the trained model;
a detection unit that compares the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit with an output of the trained model to detect wear abnormalities of the tool;
Including,
The detection unit calculates an abnormality score for each interval of the time series data using an error value that is the sum of the differences between the measurement values at each time of the interval and the output of the trained model, and detects abnormal wear of the tool when the abnormality score for each interval is equal to or greater than a threshold .
前記推定部は、前記測定値の種類ごとに、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの出力を取得し、
前記検知部は、前記測定値の種類ごとに、前記時系列データの各区間で、当該区間の各時刻の前記測定値と前記学習済みモデルの出力との差分を総和した誤差値を用いて、異常スコアを、前記区間ごとに算出し、各区間について、当該区間の前記異常スコアが閾値以上である場合に、前記工具の摩耗異常を検知する請求項1記載の異常検知装置。 the acquisition unit acquires time-series data of measurement values for each type of measurement value related to the tool, which is at least two types of measurement values selected from distortion, acceleration, temperature, sound, and acoustic emission (AE) of the tool;
the estimation unit inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model that has been trained in advance for each type of measurement value based on the time series data of the measurement values acquired during processing in a normal state, and outputs the time series data of the measurement values, and acquires an output of the trained model;
2. The anomaly detection device according to claim 1, wherein the detection unit calculates, for each type of measurement value, an anomaly score for each interval of the time series data using an error value that is the sum of the differences between the measurement value at each time point in the interval and the output of the trained model, and detects wear abnormality in the tool when the anomaly score for each interval is equal to or greater than a threshold value .
前記工具に関係する測定値の時系列データを取得する取得部と、
正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する、符号器及び復号器を含む学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの前記符号器の出力を、前記測定値の時系列データの各区間について取得する推定部と、
前記測定値の時系列データの各区間で、当該区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力と、正常な状態の加工時に取得した前記学習済みモデルの符号器の出力とを比較して、前記工具の摩耗異常を検知する検知部と、
を含み、
前記検知部は、前記時系列データの各区間で、当該区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力と、正常な状態の加工時に取得した前記学習済みモデルの符号器の出力との局所密度比を用いて、異常スコアを算出し、各区間について、当該区間の前記異常スコアが閾値以上である場合に、前記工具の摩耗異常を検知する異常検知装置。 An abnormality detection device that detects abnormal wear of a tool of a machine tool,
an acquisition unit that acquires time series data of measurement values related to the tool;
an estimation unit that inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model including an encoder and a decoder that has been trained in advance based on the time series data of the measurement values acquired during processing in a normal state and that outputs the time series data of the measurement values, and acquires the output of the encoder of the trained model for each section of the time series data of the measurement values;
a detection unit that detects abnormal wear of the tool by comparing , for each section of the time-series data of the measurement values, the output of the encoder of the trained model acquired for that section with the output of the encoder of the trained model acquired during normal machining;
Including,
The detection unit calculates an abnormality score for each interval of the time series data using a local density ratio between the output of the encoder of the trained model obtained for that interval and the output of the encoder of the trained model obtained during normal processing, and detects abnormal wear of the tool when the abnormality score for each interval is equal to or greater than a threshold.
前記推定部は、前記測定値の種類ごとに、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する、符号器及び復号器を含む学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの前記符号器の出力を、前記測定値の時系列データの各区間について取得し、
前記検知部は、前記測定値の種類ごとに、前記時系列データの各区間で、当該区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力と、正常な状態の加工時に取得した前記学習済みモデルの符号器の出力との局所密度比を用いて、異常スコアを算出し、各区間について、当該区間の前記異常スコアが閾値以上である場合に、前記工具の摩耗異常を検知する請求項4記載の異常検知装置。 the acquisition unit acquires time-series data of measurement values for each type of measurement value related to the tool, which is at least two types of measurement values selected from distortion, acceleration, temperature, sound, and acoustic emission (AE) of the tool;
the estimation unit inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model including an encoder and a decoder that has been trained in advance based on the time series data of the measurement values acquired during processing in a normal state for each type of measurement value and outputs the time series data of the measurement values, and acquires an output of the encoder of the trained model for each section of the time series data of the measurement values;
5. The anomaly detection device according to claim 4, wherein the detection unit calculates an anomaly score for each type of measurement value in each interval of the time series data using a local density ratio between the output of the encoder of the trained model acquired for that interval and the output of the encoder of the trained model acquired during machining in a normal state, and detects wear abnormality in the tool when the anomaly score for that interval is equal to or greater than a threshold .
取得部が、前記工具に関係する測定値の時系列データを取得し、
推定部が、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの出力を取得し、
検知部が、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データと、前記学習済みモデルの出力とを比較して、前記工具の摩耗異常を検知する
ことを含み、
前記検知部は、前記時系列データの各区間で、当該区間の各時刻の前記測定値と前記学習済みモデルの出力との差分を総和した誤差値を用いて、異常スコアを、前記区間ごとに算出し、各区間について、当該区間の前記異常スコアが閾値以上である場合に、前記工具の摩耗異常を検知する
異常検知方法。 An abnormality detection method for detecting abnormal wear of a tool of a machine tool, comprising:
an acquisition unit acquires time series data of measurement values related to the tool;
an estimation unit inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model that has been trained in advance based on the time series data of the measurement values acquired during processing in a normal state and that outputs the time series data of the measurement values, and acquires an output of the trained model;
A detection unit compares the time-series data of the measurement values acquired by the acquisition unit with an output of the trained model to detect abnormal wear of the tool.
This includes:
The detection unit calculates an abnormality score for each interval of the time series data using an error value obtained by summing up the differences between the measurement values at each time of the interval and the output of the trained model, and detects wear abnormality of the tool when the abnormality score for each interval is equal to or greater than a threshold value.
Anomaly detection methods.
取得部が、前記工具に関係する測定値の時系列データを取得し、
推定部が、正常な状態の加工時に取得した前記測定値の時系列データに基づいて予め学習された、前記測定値の時系列データを入力として、前記測定値の時系列データを出力する、符号器及び復号器を含む学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記測定値の時系列データを入力して、前記学習済みモデルの前記符号器の出力を、前記測定値の時系列データの各区間について取得し、
検知部が、前記測定値の時系列データの各区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力と、正常な状態の加工時に取得した前記学習済みモデルの符号器の出力とを比較して、前記工具の摩耗異常を検知する
ことを含み、
前記検知部は、前記時系列データの各区間で、当該区間について取得した前記学習済みモデルの前記符号器の出力と、正常な状態の加工時に取得した前記学習済みモデルの符号器の出力との局所密度比を用いて、異常スコアを算出し、各区間について、当該区間の前記異常スコアが閾値以上である場合に、前記工具の摩耗異常を検知する異常検知方法。 An abnormality detection method for detecting abnormal wear of a tool of a machine tool, comprising:
an acquisition unit acquires time series data of measurement values related to the tool;
an estimation unit inputs the time series data of the measurement values acquired by the acquisition unit into a trained model including an encoder and a decoder, the trained model having been trained in advance based on the time series data of the measurement values acquired during processing in a normal state, and outputs the time series data of the measurement values, and acquires an output of the encoder of the trained model for each section of the time series data of the measurement values;
The detection unit compares the output of the encoder of the trained model acquired for each section of the time-series data of the measurement values with the output of the encoder of the trained model acquired during machining in a normal state , and detects abnormal wear of the tool.
This includes:
The detection unit calculates an abnormality score for each interval of the time series data using a local density ratio between the output of the encoder of the trained model obtained for that interval and the output of the encoder of the trained model obtained during normal processing, and detects abnormal wear of the tool for each interval if the abnormality score for that interval is equal to or greater than a threshold .
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