JP7294448B2 - Grinding system, correction amount estimation device, computer program and grinding method - Google Patents
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Description
本発明は、研削システム、補正量推定装置、コンピュータプログラム及び研削方法に関する。 The present invention relates to a grinding system, a correction amount estimation device, a computer program, and a grinding method.
特許文献1には、研磨加工の加工条件を示す研磨加工条件データを、環境の現在状態を表す状態変数として観測し、該状態変数に基づいて、前記研磨加工の加工条件に対する前記研磨工具の摩耗量をモデル化した学習モデルを用いた学習乃至予測をする機械学習装置を備える研磨工具摩耗量予測装置が記載されている。
In
研削機による工作物の研削は、所望の加工結果が得られるまで繰り返し研削工具を加工箇所に押し付け研削することによりなされる。そして、加工が進むにしたがって、工作物だけでなく、研削工具も同時に摩耗していくため、加工精度を確保するためには加工後の工作物を測定し再加工の必要の有無や条件の判断が必要であり、生産性の向上がむつかしい。 Grinding of a workpiece by a grinding machine is accomplished by repeatedly pressing and grinding the grinding tool against the workpiece until the desired machining result is obtained. As machining progresses, not only the workpiece but also the grinding tool wears out at the same time, so in order to ensure machining accuracy, the workpiece after machining is measured to determine whether or not remachining is necessary and the conditions. is necessary, and it is difficult to improve productivity.
特許文献1記載の発明はこの点研磨工具の摩耗を機械学習装置を利用して予測するものであり、種々の加工条件に基づいて研磨工具の摩耗を推定しているが、工具の摩耗量は工作物の状態に強く依存するため、同発明により工具の摩耗量を正確に見積もることは困難である。
The invention described in
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、研削システムにおいて、工作物の状態を反映した押し付け方向の補正量を取得することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to acquire a correction amount in the pressing direction that reflects the state of a workpiece in a grinding system.
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。 The invention disclosed in the present application for solving the above problems has various aspects, and the outlines of typical aspects are as follows.
本発明の一側面に係る研削システムは、研削加工中の研削工具の押し付け反力に関する反力関連情報を取得する反力関連情報取得部と、工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の前記反力関連情報の差分を算出する差分算出部と、前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定する補正量推定部と、目標位置と、前記補正量に基づいて加工時における前記研削工具の位置を制御する加工制御部と、を有する。 A grinding system according to one aspect of the present invention includes a reaction force related information acquisition unit that acquires reaction force related information related to the pressing reaction force of a grinding tool during grinding, and a difference calculation unit for calculating the difference between the acquired two pieces of the reaction force-related information; a correction amount estimation unit for estimating the correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference; a target position; a machining control unit for controlling the position of the grinding tool during machining based on the quantity.
また、本発明の別の一側面に係る研削システムでは、前記補正量推定部は、前記差分を機械学習モデルに入力して前記補正量を得てよい。 Moreover, in the grinding system according to another aspect of the present invention, the correction amount estimator may obtain the correction amount by inputting the difference into a machine learning model.
また、本発明の別の一側面に係る研削システムでは、前記研削工具の研削砥石についての前記補正量の累積値である累積補正量を算出する累積補正量算出部を有し、前記加工制御部は、異なる工作物に対して加工を行う場合、目標位置及び前記累積補正量に基づいて加工時における前記研削工具の位置を制御してよい。 Further, in a grinding system according to another aspect of the present invention, a cumulative correction amount calculation unit that calculates a cumulative correction amount, which is a cumulative value of the correction amounts for the grinding wheel of the grinding tool, is provided, and the machining control unit may control the position of the grinding tool during machining based on the target position and the cumulative correction amount when machining different workpieces.
また、本発明の別の一側面に係る研削システムでは、前記工作物の加工対象箇所を区分し、前記補正量推定部は、区分ごとに前記補正量を推定してよい。 Further, in the grinding system according to another aspect of the present invention, the machining target portion of the workpiece may be divided, and the correction amount estimator may estimate the correction amount for each division.
また、本発明の別の一側面に係る研削システムでは、前記研削工具は電動機制御支持機構により支持され、前記反力関連情報は、前記研削工具の押し付け方向についての電動機の外力トルクであってよい。 Further, in the grinding system according to another aspect of the present invention, the grinding tool may be supported by an electric motor control support mechanism, and the reaction force-related information may be external force torque of the electric motor in the pressing direction of the grinding tool. .
また、本発明の別の一側面に係る研削システムでは、前記反力関連情報を第2の機械学習モデルに入力し、前記工作物の同一箇所における推定反復加工回数を推定する推定反復加工回数推定部を有してよい。 Further, in the grinding system according to another aspect of the present invention, the estimated number of iterative machining is estimated by inputting the reaction force-related information into a second machine learning model and estimating the estimated number of iterative machining at the same location of the workpiece. may have a part.
また、本発明の一側面に係る補正量推定装置は、工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の研削加工中の研削工具の押し付け反力に関する反力関連情報の差分を算出する差分算出部と、前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定する補正量推定部と、を有する。 Further, the correction amount estimating device according to one aspect of the present invention provides two pieces of reaction force-related information relating to the pressing reaction force of the grinding tool during the grinding process, which are acquired in different repetition times for the repetitive machining at the same location of the workpiece. and a correction amount estimation unit for estimating the correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference.
また、本発明の一側面に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の研削加工中の研削工具の押し付け反力に関する反力関連情報の差分を算出する差分算出部と、前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定する補正量推定部と、を有する補正量推定装置として機能させる。 In addition, a computer program according to an aspect of the present invention provides a computer with two sets of reaction force-related information relating to the pressing reaction force of a grinding tool during grinding, which are obtained in different repetition times for repeated processing at the same location on a workpiece. It functions as a correction amount estimating device having a difference calculating section for calculating the difference and a correction amount estimating section for estimating the correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference.
また、本発明の一側面に係る研削方法は、研削加工中の研削工具の押し付け反力に関する反力関連情報を取得し、工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の前記反力関連情報の差分を算出し、前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定し、目標位置と、前記補正量に基づいて加工時における前記研削工具の位置を制御する。 Further, a grinding method according to one aspect of the present invention acquires reaction force-related information about the pressing reaction force of the grinding tool during grinding, and obtains two pieces of information obtained in different repetition times for repeated machining at the same place of the workpiece. A difference in the reaction force-related information is calculated, a correction amount of the pressing direction of the grinding tool is estimated based on the difference, and the position of the grinding tool during machining is controlled based on the target position and the correction amount. do.
図1は、本発明の好適な実施形態に係る研削システム100の例の全体構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an
研削システム100は、研削工具1と、研削工具1を工作物2に相対的に移動可能に支持し、工作物2に対する研削加工を可能とする支持機構3を含む。また、図1には、加工中の工作物2を支持する支持台4と、支持機構3を制御する制御器5が示されている。
The
ここで、研削工具1は、本実施形態ではディスクグラインダーであり、グラインダー本体6と、その先端に取り付けられた研削砥石7を有している。また、支持機構3は、一般的な多軸産業用ロボットを用いており、そのエンドエフェクタとして研削工具1が取り付けられている。制御器5は、ロボットコントローラである。
Here, the
また、工作物2は、ここでは、鋼板をビード溶接した部材であり、その溶接ビード8が畝状に盛り上がっているため、研削システム100は、その溶接ビード8の不要な盛り上がりを研削加工により表面が滑らかになるよう除去することをその加工目的とするものを例示している。
In addition, since the
なお、図1に示した研削システム100は一例であり、その具体的な各部の構成を他の構成に置き換えても本発明の要旨に差し支えはない。例えば、研削工具1は、図1では一般的に市販されるディスクグラインダーを使用したものとして示しているが、研削システム100専用に研削工具1を設計・製作してもよい。また、支持機構3はここでは垂直多関節ロボットを用いたものとして示しているが、これ以外に、スカラロボット、直交ロボットや、ガントリ機構など各種機構を用いてよいし、研削工具1を支持する側だけでなく、工作物2を支持する支持台4が可動するものであってもよい。
It should be noted that the
さらに、制御器5はロボットコントローラだけでなく、サーボコントローラやPLC(Programable Logic Controller)、PCなど、支持機構3を自動制御するための機器であればどのようなものであってもよく、またこれらの複数の機器を組み合わせたものであってもよい。そして、工作物2は、研削加工を要する対象であればどのようなものであるかは限定されず、図示した溶接ビード8の不要部の除去のような平面研削のほか、回転対象の内面又は外面研削、切断等、種々の研削加工を必要とするものであってよい。
Further, the
図2は、研削システム100の機能構成を示すブロック図である。制御器5には、加工制御部50が設けられており、支持機構3に対してプログラム制御による位置制御を行うことにより、支持機構3によって支持された研削工具1を工作物2に対して所望の軌跡で移動させる。本実施形態では、支持機構3は電動機により駆動される電動機制御支持機構であるため、加工制御部50には、電動機を駆動するためのモータコントローラが含まれており、支持機構3に含まれる各電動機をサーボ制御するものとなっている。
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the
支持機構3には、反力関連情報取得部30が設けられ、研削加工中の研削工具1の押し付け反力に関する反力関連情報を取得するようになっている。ここで、反力関連情報は、直接、又は何らかの換算により、研削工具1の押し付け反力を示しうる情報を意味しており、押し付け反力そのものであってもよいし、その他の情報であってもよい。押し付け反力そのものは、例えば、支持機構3にロードセルを介して研削工具1を取り付け、これを直接測定することなどによって得られる。その他の情報としては、本実施形態に係る研削システム100においては、研削工具1の押し付け方向についての支持機構3の電動機に作用する反力トルク、すなわち、トルク指令値を反力関連情報として用いている。電動機の制御情報、特に、電流指令値やトルク指令値を反力関連情報として採用すると、支持機構3に、反力関連情報を取得するための特別の追加の構成を要しないため経済的である。以降、本実施形態においては、反力関連情報として、支持機構3の電動機のトルク指令値を用いるものとする。
The
制御器5には、加工制御部50に加え、補正部51が設けられており、加工制御部50に対し、本実施形態では累積補正量を出力するようになっている。ここで、補正部51の構成の詳細な説明の前に、補正部51による補正の意味について説明する。
In addition to the
研削工具1による研削加工においては、加工の進展に伴い、研削砥石7の摩耗が避けられない。そして、研削砥石7の摩耗は、研削加工の加工点の後退を意味するため、研削工具1を支持機構3による位置制御によって研削加工を行うと、研削砥石7摩耗の進展に伴って、加工点がずれ、工作物2に対し所望の形状の加工が行えなくなってしまう。そのため、正確な研削を行うためには、研削砥石7の摩耗量を何らかの方法により見積もり、それに見合った補正を支持機構3による位置制御に加えなければならない。
In the grinding process using the grinding
研削砥石7の摩耗量を加工の都度高精度に測定するのは、測定機の設置や調整など研削システム100の複雑化やコスト増のほか、保守管理がむつかしくなる。一方で、研削砥石7の摩耗量を推定しようとしても、研削砥石7の摩耗量は、研削加工における工作物2の研削量に大きく依存するため、工作物2の加工対象箇所の形状などにより大きく変化してしまい、研削システム100側の条件のみによってこれを推定することは難しい。
Measuring the amount of wear of the
そこで、本実施形態に係る研削システム100では、補正部51に差分算出部52が設けられ、工作物2の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の反力関連情報の差分を算出する。
Therefore, in the grinding
一般に、研削加工においては、一度の研削によって所望の工作物2の形状を得られることは少ないため、同一箇所を所望の形状が得られるまで複数回同じ軌跡に沿って研削する。
Generally, in grinding, it is rare that the desired shape of the
図3は、研削システム100において、工作物2の同一箇所における反復加工において、第n回目の研削加工と、第n+1回目の研削加工において得られた反力関連情報であるトルク指令値と、その差分の例を示す図である。図3の上段のグラフには、第n回目のトルク指令値を実線で、第n+1回目のトルク指令値を破線で示し、下段のグラフには、第n回目のトルク指令値から第n+1回目のトルク指令値を引いた差分を実線で示した。
FIG. 3 shows, in the grinding
トルク指令値は、研削加工時に研削工具1を工作物2に押し付けたときの押し付け反力を反映するため、加工を要する部分が大きいほど、支持機構3に強い押し付け反力が生じる。そのため、トルク指令値の波形は、工作部2の加工を要する部分の形状を反映したものとなっている。そして、研削加工が進展するにしたがって、加工を要する部分は削れてその大きさが小さくなっていくため、後の反復回におけるトルク指令値のほうが、先の反復回におけるトルク指令値よりも小さくなる傾向にある。
The torque command value reflects the pressing reaction force when the grinding
そして、異なる反復回において取得されたトルク指令値の差は、先の反復回における加工を要する部分の形状と、後の反復回における加工を要する部分の形状の差を反映したものとなるため、先の反復回から後の反復回の間の加工を要する部分の形状の変化量を反映するものに他ならない。図3に示した例だと、下段のグラフに示した差分は、n回目の加工によって生じた加工を要する部分の形状の変化量、すなわち、研削工具1による研削量に関連付けられる。
The difference between the torque command values obtained in different iterations reflects the difference between the shape of the portion requiring machining in the previous iteration and the shape of the portion requiring machining in the later iteration. It is nothing but a reflection of the amount of change in the shape of the part requiring machining between the previous iteration and the subsequent iteration. In the example shown in FIG. 3, the difference shown in the lower graph is associated with the amount of change in the shape of the portion requiring machining caused by the n-th machining, that is, the amount of grinding by the grinding
よって、本実施形態に係る研削システム100では、この差分に基づいて、さらに、補正部51に設けられた補正量推定部53により、研削システム100の押し付け方向の補正量を推定する。
Therefore, in the grinding
この補正量の推定のアルゴリズムは、差分に基づいて補正量を合理的に推定できるものであればいかなるものであっても差し支えはない。また、この補正量は、研削砥石7の摩耗による研削工具1の加工点のずれを含む、研削加工を高精度に行う際に必要な補正量であればどのようなものであってもよい。本実施形態では、補正量として、研削砥石7の摩耗による加工点の移動距離(以降では単に「摩耗量」という。)を用いているが、この移動距離に加え、加工時反力による支持機構3のたわみ補償などの機械的変化量を含む量を補正量とするなどしてもよい。
Any algorithm for estimating the correction amount may be used as long as the correction amount can be reasonably estimated based on the difference. Further, this correction amount may be any correction amount necessary for highly accurate grinding, including displacement of the machining point of the grinding
そして、すでに述べたように、図3の下段のグラフに示したような差分と、必要な補正量との間には相関があると考えられるが、両者の間の精度の高い変換関係を発見するのは、必ずしも容易ではない。そこで、本実施形態に係る研削システム100の補正量推定部は、この差分と摩耗量との間の関係をあらかじめ学習させておいた機械学習モデルを用い、かかる機械学習モデルに差分を入力することにより、出力として補正量を得ている。
Then, as already mentioned, it is thought that there is a correlation between the difference shown in the lower graph of FIG. 3 and the necessary correction amount. It's not always easy to do. Therefore, the correction amount estimating unit of the grinding
なお、この機械学習モデルのアーキテクチャは特に限定されるものではないが、入力値である差分が時系列データであるため、RNN(再帰型ニューラルネットワーク)によるものが好適である。機械学習モデルの学習については後述する。 Although the architecture of this machine learning model is not particularly limited, it is preferably based on RNN (Recurrent Neural Network) because the difference, which is the input value, is time-series data. Learning of the machine learning model will be described later.
このようにして得られた補正量は、トルク指令値を取得した異なる2の反復回の間の研削加工によって生じた研削砥石7の摩耗量を示す。そして、研削砥石7の摩耗は、加工の都度累積していくため、最終的に支持機構3の位置制御に対してする補正は、この補正量の累積値に基づくものとなる。
The correction amount obtained in this manner indicates the amount of wear of the
そのため、補正部51に設けられた累積補正量算出部54では、補正量推定部53により補正量の推定がなされる都度、これを累積して累積補正量を算出して保持し、かかる累積補正量を加工制御部50に出力する。
Therefore, the cumulative correction
この累積補正量は、研削工具1の研削砥石7の個体の摩耗量に対応する量であるから、使用中の研削砥石7についての量として保持され、研削砥石7が交換された場合にはその値はリセットされる。
Since this cumulative correction amount is an amount corresponding to the individual wear amount of the
加工制御部10は、以上のようにして得られた累積補正量を補正部51から受領し、研削加工の際に、あらかじめプログラムされた目標位置に加え、累積補正量にも基づいて、研削工具1の位置を制御する。より具体的には、研削工具1の目標位置の押し付け方向の座標に累積補正量を加算する。したがって、加工制御部50は、その目標位置と、補正量推定部53により推定された補正量に基づいて、加工時における研削工具1の位置を制御しているといえる。
The
また、累積補正量は、使用中の研削砥石7についての量であるから、当然に、ある工作物2に対する研削加工が完了し、別の異なる工作物2に交換された場合であっても、研削砥石7が交換されない限りは引き続き使用される。したがって、加工制御部50は、異なる工作物2に対して加工を行う場合、目標位置及び累積補正量に基づいて加工時における研削工具1の位置を制御することになる。
Also, since the cumulative correction amount is the amount for the
なお、以上説明した研削システム100の制御器5において、補正部51を独立した機器として構成した場合には、これを補正量推定装置として観念することができる。その場合は、補正量推定装置は、上で説明した差分算出部52、補正量推定部53、及び累積補正量算出部54を有する独立した機器である。
In addition, in the
補正量推定装置は、専用の装置として設計してもよいし、一般的なコンピュータを用いて実現してもよい。図5は、補正量推定装置として用いることのできる一般的なコンピュータ11の構成を示す図である。コンピュータ11は、プロセッサであるCPU(Central Processing Unit)11a、メモリであるRAM(Random Access Memory)11b、外部記憶装置11c、GC(Graphics Controller)11d、入力デバイス11e及び11f(Inpur/Output)306がデータバス11gにより相互に電気信号のやり取りができるよう接続されている。なお、ここで示したコンピュータ11のハードウェア構成は一例であり、これ以外の構成のものであってもよい。
The correction amount estimation device may be designed as a dedicated device, or may be implemented using a general computer. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a
外部記憶装置11cはHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の静的に情報を記録できる装置である。またGC11dからの信号はCRT(Cathode Ray Tube)やいわゆるフラットパネルディスプレイ等の、使用者が視覚的に画像を認識するモニタ11hに出力され、画像として表示される。入力デバイス11eはキーボードやマウス、タッチパネル等の、ユーザが情報を入力するための一又は複数の機器であり、I/O11fはコンピュータ11が外部の機器と情報をやり取りするための一又は複数のインタフェースである。I/O11fには、有線接続するための各種ポート及び、無線接続のためのコントローラが含まれていてよい。
The
コンピュータ11を機械学習データ生成装置1及び機械学習装置2として機能させるためのコンピュータプログラムは外部記憶装置11cに記憶され、必要に応じてRAM11bに読みだされてCPU11aにより実行される。すなわち、RAM11bには、CPU11aにより実行されることにより、図2の補正部51として示した各種機能を実現させるためのコードが記憶されることとなる。かかるコンピュータプログラムは、適宜の光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の適宜のコンピュータ可読情報記録媒体に記録されて提供されても、I/O11fを介して外部のインターネット等の情報通信回線を介して提供されてもよい。
A computer program for causing the
図5は、研削加工の加工対象の長さが長く、あるいは加工対象部分の形状が加工途中で大きく変化しているなどの場合における、工作物2の同一箇所における反復加工において、第n回目の研削加工と、第n+1回目の研削加工において得られた反力関連情報であるトルク指令値と、その差分の例を示す図である。
FIG. 5 shows the n-th time of repetitive machining at the same location of the
この場合、同一反復回において得られたトルク指令値を複数の区間、図5に示した例では、区間a、区間b及び区間cの3つの区間に区分しており、同様に第n回目のトルク指令値と第n+1回目のトルク指令値との差分もまた、同様の3つの区間に区分している。そして、補正量推定部53には、この区分ごとの差分を入力し、結果として、区分ごとの補正量を得るようにしてよい。
In this case, the torque command value obtained in the same repetition is divided into a plurality of sections, and in the example shown in FIG. The difference between the torque command value and the (n+1)th torque command value is also divided into similar three sections. Then, the correction
最終的な累積補正量は、このようにして得られた区分ごとの補正量の累積値となる。図4では、各区分は時間に対しなされているが、研削加工は時間の経過に伴って工作物2上を移動する研削工具1によってなされるから、この区分は、工作物2の加工対象箇所を区分するものに他ならない。このように適切に工作物2の加工対象箇所を区分し、区分ごとに補正量を推定するようにすると、研削加工の途中で加工条件が大きく変動するような場合に高い精度で補正量が得られる。
The final cumulative correction amount is the cumulative value of the correction amount for each segment thus obtained. In FIG. 4, each segment is made with respect to time, but since the grinding process is performed by the grinding
例えば、工作物2の加工対象箇所の前半分と後半分で溶接ビード8の大きさが顕著に異なっているなど、加工条件が大きく異なる場合、それらをまとめて補正量の推定を行うよりも、加工条件が概ね等しいと考えられる前半分とあと半分に分けて補正量の推定を行った方が、より正確な補正量の推定が行えるためである。工作物2の加工対象箇所の区分は、一定間隔ごとに区分を行ってもよいし、工作物2の性状に応じて、任意の間隔で区分を行ってもよい。
For example, if the machining conditions are significantly different, such as the size of the
補正量推定部53において用いる機械学習モデルの学習は、上で説明したように、差分を入力とし、補正量を出力するように機械学習モデルを学習できる方法であればどのようなものであってもよく、特に限定されるものではない。よって、以下には、かかる学習方法の一例を記載する。
As described above, the learning of the machine learning model used in the correction
図6は、研削機を利用した機械学習モデルの学習装置101の機能構成を示すブロック図である。なお、同図では、図2に示した研削システム100と同等の構成には同符号を付し、その重複する説明は省略するものとする。
FIG. 6 is a block diagram showing the functional configuration of the machine learning
機械学習装置101は、研削システム100と同様の、研削工具1が取り付けられ、反力関連情報取得部30を有する支持機構3と、支持機構3を制御する加工制御部50を有する制御器5に加え、学習器9及び累積補正量測定器10が設けられた構成となっている。
The
累積補正量測定器10は、本例では、支持機構3に取り付けられた研削工具1の研削砥石7の摩耗量を測定する測定器である。この摩耗量の測定は、研削砥石7の表面位置を任意のセンサ、例えば非接触式レーザセンサや、任意の接触式センサによって測定したり、又は、支持機構3を駆動して研削工具1をあらかじめ設置した基準面に押し当て、研削砥石7と基準面が接触した時点の支持機構3の座標を検出したりすることによってなされてよい。すなわち、累積補正量測定器10は、独立した機器であってもよいし、機械学習装置101の既存の1又は複数の機器を利用して構成されるものであってもよい。
In this example, the cumulative correction
この時測定されるのは、研削砥石7の摩耗量、すなわち、これまでの研削加工による摩耗の累積値であるから、本例においては、累積補正量を実測していることに他ならない。
Since what is measured at this time is the amount of wear of the
従って、任意の工作物2に対して反復加工を行う際に、任意の反復回において加工時の反力関連情報の実測値を反力関連情報取得部30により取得するとともに、同じく任意の反復回について、累積補正量の実測値を得ることができる。
Therefore, when performing repetitive machining on an
学習器9は、差分算出部90、機械学習モデル91及び補正量算出部92を有している。差分算出部90は、反力関連情報取得部30により取得された反力関連情報、ここではトルク指令値を入力することにより、異なる反復回において取得された2の反力関連情報の差分を算出することができる。
The
また、補正量算出部92は、異なる反復回において取得された2の累積補正量の実測値の差から、当該反復回の間における加工により生じた補正量を現実に算出することができる。
Further, the correction
したがって、学習器9は、実測に基づいて得られた差分を入力データ、同じく実測に基づいて得られた補正量を正解データとして機械学習モデル91を繰り返し学習させることにより、機械学習モデル91を学習させることができる。
Therefore, the
なお、学習器9を実現するハードウェアは特に限定されない。制御器5の一部として学習器9が実現されてもよいし、例えば、図4に示した一般的なコンピュータ11を学習器9として使用してもよい。また、図6に示した機械学習装置101の例では、学習器9が直接指示機構3及び累積補正量測定器10と接続され、支持機構3を駆動して研削加工を実行するごとに機械学習モデル91の学習がなされる構成を示したが、これ以外に、反力関連情報と累積補正量の実測値をあらかじめ多数取得して蓄積しておき、後に、独立して構成した学習器9を用いてまとめて学習を行うようにしてもよい。
The hardware that implements the
さらに、研削システム100は、工作物2の同一箇所における反復加工を行う際に、加工の完了までに要する反復回数の推定値である推定反復加工回数を推定する構成を有していてもよい。以下、研削システム100において、推定反復加工回数を推定するための構成を記す。
Further, the grinding
<システム概要>
図7にシステム構成の概要を示す。本システムではロボットが研磨作業を行いながら収集した制御トルクデータを用いて,作業対象の状態を推定するモデル生成をする。ロボットの手先には研磨作業を行うためのディスクグラインダを取付ける。ディスクグラインダと手先の間には,ダンパー機構が備わっており,接触してもある程度の外力は吸収される。ロボットコントローラ(以降,RC)は,MotoPlus(注)アプリにより作業時のデータを収集してUSBメモリへ保存する。保存したデータを用いて,PC内の機械学習用ソフトウェアで学習を行う。学習モデルには,入力層,出力層を含めて四層からなるニューラルネットワーク(以降,NN)を用いる。学習したNNモデルをUSBメモリを介して,RCにダウンロードする。RCは作業時の制御トルクデータをこのNNに入力し,その出力結果に基づいて作業状態を推定する。
(注)MotoPlus:RC内部で動作するアプリケーションソフトウェアを開発する機能<System overview>
FIG. 7 shows an overview of the system configuration. This system uses the control torque data collected while the robot is performing polishing work to generate a model that estimates the state of the work target. A disk grinder is attached to the tip of the robot to perform grinding work. A damper mechanism is provided between the disc grinder and the hand to absorb external force to some extent even if they come into contact with each other. The robot controller (hereafter referred to as RC) collects work data using the MotoPlus (Note) app and saves it in a USB memory. Using the saved data, learning is performed with machine learning software in the PC. A neural network (hereinafter referred to as NN) consisting of four layers including an input layer and an output layer is used for the learning model. The learned NN model is downloaded to RC via USB memory. The RC inputs control torque data during work to this NN and estimates the work state based on the output result.
(Note) MotoPlus: A function to develop application software that runs inside the RC.
<作業状態の推定方法>
一般的なセンサレスによる手先力の推定手法では,手先力Fは,動作軌道から推定される制御トルクと実際の制御トルクとの差分である外乱トルクをτdとしたとき,ヤコビアン行列Jを用いて,数1で算出できる。<Method for estimating working conditions>
In a general sensorless hand force estimation method, the hand force F is calculated using the Jacobian matrix J, where τd is the disturbance torque, which is the difference between the control torque estimated from the motion trajectory and the actual control torque. , can be calculated by
ツールを内包した接触作業の状態SはFを入力したシステムとなるため,そのシステム関数をGとすると,数2となる。
Since the state S of the contact work including the tool is a system in which F is input, if the system function is G,
ここで,数式3のように外乱トルクτdを入力としたシステム関数に置き換える。Here, it is replaced with a system function with the disturbance torque τ d as an input, as shown in
<技術評価>
本技術を用いた作業状態推定について評価する。推定する作業状態は,研磨の達成状態とする。<Technical Evaluation>
We will evaluate work state estimation using this technology. The work state to be estimated shall be the achieved state of polishing.
<作業対象ワーク>
検証する研磨対象ワークを図8に示す。これは厚さ4mmの鉄板に溶接作業を行って,溶接ビードを恣意的につけており,この溶接ビードの研磨を対象とする。溶接ビードの長さは,約155mm,高さは約2.5mmである。<Work for work>
A work to be polished to be verified is shown in FIG. Welding work is performed on an iron plate with a thickness of 4 mm, and a weld bead is arbitrarily attached, and polishing of this weld bead is the object. The weld bead has a length of about 155 mm and a height of about 2.5 mm.
<検証システムの構成>
検証システムのロボット構成を図9に示す。ロボットには6軸垂直多関節ロボットMOTOMAN-GP7(以降,GP7)を用い,RCにはYRC1000を用いる。GP7の先端にHiKOKI社製の電気ディスクグラインダG10SH5を取付ける。このディスクグラインンダは砥石を取り付けることでその回転面を押し付けて研磨を行うことができる。砥石にはHiKOKI社製のレジノイドフレキシブルトイシを用いる。研磨対象である溶接ビードはロボット前方に設置した台に固定した状態で研磨作業を行う。ディスクグラインダと砥石のスペックを図10の表1,表2にそれぞれ示す。<Verification system configuration>
Fig. 9 shows the robot configuration of the verification system. A 6-axis vertical multi-joint robot MOTOMAN-GP7 (hereinafter referred to as GP7) is used as the robot, and YRC1000 is used as the RC. An electric disk grinder G10SH5 manufactured by HiKOKI is attached to the tip of GP7. By attaching a whetstone to the disk grinder, the rotating surface can be pressed against the surface of the disk for grinding. A resinoid flexible wheel manufactured by HiKOKI is used as the grindstone. The welding bead to be polished is fixed on a table installed in front of the robot, and the polishing work is performed. Tables 1 and 2 in FIG. 10 show the specifications of the disk grinder and the grindstone, respectively.
<研磨作業対象>
図11は研磨動作の概要である。手先をロボット手前側へ引く動作で研磨を実行する。この動作はあらかじめティーチング済みであり,GP7の各軸のうち,3軸(第2,3,5軸)のみを用いた作業となっている。<Polishing target>
FIG. 11 outlines the polishing operation. Grinding is performed by pulling the hand toward the front of the robot. This operation has been taught in advance, and is an operation using only three axes (second, third, and fifth axes) among the axes of the GP7.
実際に研磨を行いデータを収集する。1個の溶接ビードに対して10回研磨動作を行う。新品の砥石を用いた場合この10回の研磨動作で研磨はおおよそ完了することが経験上分かっている。また,新品の砥石によるデータを取るために10個のワークの研磨を終えたら,砥石を交換する。図12は,研磨回数2回毎の溶接ビードの外観を示す。研磨する度に,溶接ビードが平らに近づいていっており,10回の研磨で,研磨を達成した状態となる。 We will actually polish and collect data. Ten polishing operations are performed on one weld bead. It is empirically known that when a new whetstone is used, polishing is approximately completed in ten polishing operations. Also, in order to obtain data using a new grindstone, the grindstone is replaced after polishing of 10 workpieces is completed. Fig. 12 shows the appearance of the weld bead after polishing every two times. The weld bead becomes flatter each time it is polished, and the polishing is achieved after 10 times of polishing.
<評価結果>
50個のワークを10回研磨した計500データを用意した。このうち新品の砥石に交換してから5個目のワークを研磨した計50データを評価データとし,残りの450データで学習を行った。図13は研磨動作2,4,6,8,10回目における外乱トルクτdのデータの一例である。<Evaluation results>
A total of 500 data were prepared by polishing 50
学習により生成したNNモデルから評価データを用いて推定した結果を図14の表3に示す。これは混合行列と呼ばれる表で,各正解ラベル(今回の場合は研磨回数)に対する推定されたラベルの個数を示している。対角線上の灰色の枠が各ラベルに対して正確に推定できた個数となる。結果,50データのうち,49データが正解のラベルもしくは±1回の範囲で推定できており,おおよそ精度よく推定できていることが言える。 Table 3 in FIG. 14 shows the result of estimation using the evaluation data from the NN model generated by learning. This is a table called a mixing matrix that shows the number of estimated labels for each correct label (in this case, the number of polishings). The number of correctly estimated numbers for each label is indicated by the diagonal gray frame. As a result, 49 data out of 50 data can be estimated with the label of the correct answer or in the range of ±1 times, and it can be said that the estimation is performed with high accuracy.
推論結果に失敗がある原因として,以下が想定される。今回推定するラベルとして研磨回数を採用したが,実際には研磨を行うごとに砥石が劣化し,同じ研磨回数でも研磨の良し悪しに差が生じて,より多くもしくは小さい研磨回数に誤認した。実際に,同じ砥石の研磨作業を11~15個目のワークまで続けて研磨動作10回を実施した場合の推定結果は図15の表4のようになり,同じ砥石で研磨を続けるほど,ワークの研磨達成状況に到達していないと推定されることがわかる。これは言い換えると,砥石の劣化により十分に研磨ができていないことが判定可能である。 The reason for the failure in the inference result is assumed to be as follows. The number of times of polishing was used as the label for estimation in this study, but in reality, the grinding wheel deteriorates with each polishing, and even with the same number of times of polishing, there was a difference in the quality of polishing, and the number of times of polishing was misidentified as higher or lower. Table 4 in Fig. 15 shows the estimated results when the polishing work with the same whetstone is continuously performed for 11 to 15 workpieces and the polishing operation is performed 10 times. It can be seen that it is estimated that the polishing achievement status of In other words, it can be determined that sufficient polishing has not been achieved due to deterioration of the grindstone.
すなわち,研磨動作を1回行う度に研磨状態を推定し,10回目の研磨動作と推定されたら,研磨作業を停止することにより,適切な研磨回数で自動終了させることに応用できると言える。 That is, it can be said that the polishing state is estimated each time the polishing operation is performed once, and the polishing operation is stopped when the polishing operation is estimated to be the 10th polishing operation.
以上の通り説明した構成により、推定反復加工回数を推定する推定反復回数推定部55を構成することができる。図16は、反復回数推定部55を備えた研削システム100の機能構成を示すブロック図である。本例に係る研削システム100の各構成は基本的には図2にて示したものと同一であるから、等しい構成には同符号を付して重複する説明は省略する。そして、図2に示したものとは、制御器5に推定反復回数推定部55が設けられている点のみが相違している。
With the configuration described above, the estimated iteration
推定反復回数推定部55は本例では、工作物2の同一箇所における推定反復加工回数を推定するものであるから、得られた推定反復加工回数を、現在行っている加工に要する残り時間の推定や、研削砥石7を交換するタイミングの判断に役立てることができる。
In this example, the estimated repetition
Claims (9)
工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の前記反力関連情報の差分を取得する差分算出部と、
前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定する補正量推定部と、
目標位置と、前記補正量に基づいて加工時における前記研削工具の位置を制御する加工制御部と、
を有する研削システム。a reaction force-related information acquisition unit that acquires reaction force-related information about the pressing reaction force of the grinding tool during grinding;
a difference calculation unit that acquires the difference between two pieces of the reaction force-related information acquired in different iterations for repetitive machining at the same location of the workpiece;
a correction amount estimating unit that estimates a correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference;
a machining control unit that controls the position of the grinding tool during machining based on the target position and the correction amount;
Grinding system with
前記加工制御部は、異なる工作物に対して加工を行う場合、目標位置及び前記累積補正量に基づいて加工時における前記研削工具の位置を制御する請求項1又は2に記載の研削システム。a cumulative correction amount calculation unit that calculates a cumulative correction amount, which is a cumulative value of the correction amounts for the grinding wheel of the grinding tool;
3. The grinding system according to claim 1, wherein the machining control unit controls the position of the grinding tool during machining based on the target position and the cumulative correction amount when machining different workpieces.
前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定する補正量推定部と、
を有する補正量推定装置。a difference calculation unit that acquires the difference between the reaction force-related information regarding the pressing reaction force of the grinding tool during the two grinding operations, which is acquired in different repetition times for the repetitive machining at the same location of the workpiece;
a correction amount estimating unit that estimates a correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference;
A correction amount estimating device having
工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の研削加工中の研削工具の押し付け反力に関する反力関連情報の差分を取得する差分算出部と、
前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定する補正量推定部と、
を有する補正量推定装置として機能させるためのコンピュータプログラム。the computer,
a difference calculation unit that acquires the difference between the reaction force-related information regarding the pressing reaction force of the grinding tool during the two grinding operations, which is acquired in different repetition times for the repetitive machining at the same location of the workpiece;
a correction amount estimating unit that estimates a correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference;
A computer program for functioning as a correction amount estimation device having
工作物の同一箇所における反復加工について異なる反復回において取得された2の前記反力関連情報の差分を取得し、
前記差分に基づいて、前記研削工具の押し付け方向の補正量を推定し、
目標位置と、前記補正量に基づいて加工時における前記研削工具の位置を制御する、
研削方法。
Acquire reaction force-related information about the pressing reaction force of the grinding tool during grinding,
Obtaining the difference between the two pieces of reaction force-related information obtained in different iterative times for repetitive machining at the same location of the workpiece,
estimating a correction amount of the pressing direction of the grinding tool based on the difference,
controlling the position of the grinding tool during machining based on the target position and the correction amount;
grinding method.
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