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JP7364452B2 - Machine learning device, nozzle condition prediction device, and control device - Google Patents

Machine learning device, nozzle condition prediction device, and control device Download PDF

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JP7364452B2
JP7364452B2 JP2019225250A JP2019225250A JP7364452B2 JP 7364452 B2 JP7364452 B2 JP 7364452B2 JP 2019225250 A JP2019225250 A JP 2019225250A JP 2019225250 A JP2019225250 A JP 2019225250A JP 7364452 B2 JP7364452 B2 JP 7364452B2
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nozzle
laser processing
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prediction device
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Description

本発明は、機械学習装置、ノズル状態予測装置、及び制御装置に関する。 The present invention relates to a machine learning device, a nozzle state prediction device, and a control device.

レーザ加工機は、レンズで集光したレーザ光をノズルの開口部からワークに照射してワークの切断や穴あけ等のレーザ加工を行う。その際に、レーザ加工機は、レーザ光とともにガス(以下、「アシストガス」ともいう)をノズルの開口部から高速でワークに吹き付けることで、レーザ光により溶融したワークであるスパッタを吹き飛ばすことができる。
しかしながら、レーザ照射時の熱や、吹き飛ばされたスパッタの付着等により、ノズルが汚れたり、ノズルにキズが付いたり、又はノズルの形状が変形したりする。
図9は、ノズルの開口部の一例を示す図である。図9は、ノズルの真上(レーザ光の入射側)から見た開口部のノズル正常時(左側)とノズル変形時(右側)との形状をそれぞれ示す。図9の右側に示すように、ノズル変形時には、ノズルの開口部がレーザ照射時の熱により変形したことを示す。
この場合、レーザ加工の加工精度が落ちるため、ノズルの交換を行う必要がある。
この点、レーザ光を照射する光学ヘッド内に設けられたアライメントカメラを用いて、レーザ光路の上流側からノズルの開口部を撮影し、正常な状態のノズルの開口部の画像と使用後のノズルの開口部の画像とを比較することでノズル寿命判定を行う技術が知られている。例えば、特許文献1参照。
A laser processing machine performs laser processing such as cutting or drilling a workpiece by irradiating the workpiece with laser light focused by a lens through the opening of a nozzle. At that time, the laser processing machine blows away the spatter, which is the workpiece melted by the laser beam, by spraying gas (hereinafter also referred to as "assist gas") onto the workpiece at high speed from the nozzle opening along with the laser beam. can.
However, due to heat generated during laser irradiation, adhesion of blown spatter, etc., the nozzle may become dirty, scratched, or deformed.
FIG. 9 is a diagram showing an example of an opening of a nozzle. FIG. 9 shows the shape of the opening when the nozzle is normal (on the left) and when the nozzle is deformed (on the right) when viewed from directly above the nozzle (laser light incident side). As shown on the right side of FIG. 9, when the nozzle is deformed, the opening of the nozzle is deformed by the heat generated during laser irradiation.
In this case, the processing accuracy of laser processing decreases, so it is necessary to replace the nozzle.
In this regard, an alignment camera installed in the optical head that irradiates the laser beam is used to photograph the nozzle opening from the upstream side of the laser beam path. A known technique is to determine the lifespan of a nozzle by comparing the image of the opening of the nozzle. For example, see Patent Document 1.

特許第6194464号Patent No. 6194464

しかしながら、正常な状態のノズルの開口部の画像と使用後のノズルの開口部の画像との比較からノズル寿命判定、すなわちノズルの洗浄等のメンテナンス又は交換のタイミングの見極めには、作業員の経験が必要となる。また、画像からわずかなキズや変形を検知することは困難である。さらに、アライメントカメラから撮影できない部分(死角)でキズや変形が発生していた場合も、画像から検知することは困難である。 However, it is difficult for workers to judge the lifespan of a nozzle by comparing the image of the nozzle opening in normal condition and the image of the nozzle opening after use, that is, to determine the timing of maintenance such as nozzle cleaning or replacement. Is required. Furthermore, it is difficult to detect slight scratches or deformations from images. Furthermore, even if scratches or deformations occur in areas that cannot be captured by the alignment camera (blind spots), it is difficult to detect them from images.

そこで、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否を予測できる学習済みモデルを生成することが望まれている。 Therefore, before performing laser processing, it is desired to generate a trained model that can predict the quality of the nozzle condition when the laser processing is performed.

(1)本開示の機械学習装置の一態様は、任意のレーザ加工機による任意のワークに対する任意のレーザ加工のレーザ加工条件と、前記レーザ加工条件によるレーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を含む入力データを取得する入力データ取得部と、前記入力データに含まれる前記レーザ加工条件によるレーザ加工後の前記ノズルの劣化の度合い、を示すラベルデータを取得するラベル取得部と、前記入力データ取得部により取得された入力データと、前記ラベル取得部により取得されたラベルデータと、を用いて、教師あり学習を実行し、学習済みモデルを生成する学習部と、を備える。 (1) One aspect of the machine learning device of the present disclosure provides laser processing conditions for arbitrary laser processing on an arbitrary workpiece by an arbitrary laser processing machine, a degree of deterioration of a nozzle before laser processing due to the laser processing conditions, an input data acquisition unit that acquires input data including the input data; a label acquisition unit that acquires label data indicating the degree of deterioration of the nozzle after laser processing under the laser processing conditions included in the input data; and the input data A learning unit that performs supervised learning to generate a trained model using the input data acquired by the acquisition unit and the label data acquired by the label acquisition unit.

(2)本開示のノズル状態予測装置の一態様は、(1)に記載の機械学習装置により生成された学習済みモデルと、レーザ加工機によるこれから行うレーザ加工に先立って、前記レーザ加工に係るレーザ加工条件と、前記レーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を入力する入力部と、前記学習済みモデルを用いて、前記入力部により入力された、前記レーザ加工条件によるレーザ加工後の前記ノズルの劣化の度合いを予測する予測部と、を備える。 (2) One aspect of the nozzle state prediction device of the present disclosure is to use the learned model generated by the machine learning device according to (1) and, prior to the laser processing to be performed by the laser processing machine, to perform the laser processing according to the laser processing. an input section for inputting laser processing conditions and the degree of deterioration of the nozzle before the laser processing; and an input section for inputting the laser processing conditions and the degree of deterioration of the nozzle before the laser processing; A prediction unit that predicts the degree of deterioration of the nozzle.

(3)本開示の制御装置の一態様は、(2)に記載のノズル状態予測装置を備える。 (3) One aspect of the control device of the present disclosure includes the nozzle state prediction device described in (2).

一態様によれば、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否を予測できる学習済みモデルを生成することができる。 According to one aspect, before performing laser processing, it is possible to generate a trained model that can predict whether the state of the nozzle is good or bad when the laser processing is performed.

一実施形態に係る数値制御システムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a numerical control system according to an embodiment. 図1のノズル状態予測装置に提供される学習済みモデルの一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of a learned model provided to the nozzle state prediction device of FIG. 1. FIG. ノズルの劣化の度合いの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the degree of deterioration of a nozzle. ノズル管理テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a nozzle management table. 運用フェーズにおけるノズル状態予測装置の予測処理について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining prediction processing of a nozzle state prediction device in an operation phase. 図1のノズル状態予測装置に提供される学習済みモデルの一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of a learned model provided to the nozzle state prediction device of FIG. 1. FIG. 数値制御システムの構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a numerical control system. 数値制御システムの構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a numerical control system. ノズルの開口部の一例を示す図であるFIG. 3 is a diagram showing an example of an opening of a nozzle.

以下、本開示の一実施形態について、図面を用いて説明する。
<一実施形態>
図1は、一実施形態に係る数値制御システムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。図1に示すように、数値制御システムは、制御装置10、レーザ加工機20、ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40を有する。
An embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
<One embodiment>
FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of a numerical control system according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the numerical control system includes a control device 10, a laser processing machine 20, a nozzle state prediction device 30, and a machine learning device 40.

制御装置10、レーザ加工機20、ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40は、図示しない接続インタフェースを介して互いに直接接続されてもよい。また、制御装置10、レーザ加工機20、ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40は、LAN(Local Area Network)やインターネット等の図示しないネットワークを介して相互に接続されていてもよい。この場合、制御装置10、レーザ加工機20、ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40は、かかる接続によって相互に通信を行うための図示しない通信部を備えている。なお、後述するように、制御装置10は、ノズル状態予測装置30及び機械学習装置40を含むようにしてもよい。また、レーザ加工機20が制御装置10を含むようにしてもよい。 The control device 10, the laser processing machine 20, the nozzle state prediction device 30, and the machine learning device 40 may be directly connected to each other via a connection interface (not shown). Further, the control device 10, the laser processing machine 20, the nozzle state prediction device 30, and the machine learning device 40 may be interconnected via a network (not shown) such as a LAN (Local Area Network) or the Internet. In this case, the control device 10, the laser processing machine 20, the nozzle state prediction device 30, and the machine learning device 40 are equipped with a communication unit (not shown) for communicating with each other through such connections. Note that, as described later, the control device 10 may include a nozzle state prediction device 30 and a machine learning device 40. Further, the laser processing machine 20 may include the control device 10.

制御装置10は、当業者にとって公知の数値制御装置であり、制御情報に基づいて動作指令を生成し、生成した動作指令をレーザ加工機20に送信する。これにより、制御装置10は、レーザ加工機20の動作を制御する。また、制御装置10は、当該制御情報をノズル状態予測装置30にも出力する。
なお、制御情報は、制御装置10に設定される加工プログラム、及びレーザ加工条件を含む。レーザ加工条件には、これから行うレーザ加工における、少なくともレーザ光の出力(W)、レーザ光の周波数(Hz)、レーザ照射時間(又は加工の時間)、使用するアシストガスの種類、アシストガスの噴出量(L/sec)、及びレーザ光を集光するレンズの焦点距離のうちの一部が含まれてもよい。
また、制御装置10は、レーザ加工機20に選択可能なノズルに関する識別情報(以下、「ノズルID」ともいう)の一覧を、ノズルデータテーブルとして図示しないHDD(Hard Disk Drive)等に記憶してもよい。
なお、ノズルデータテーブルには、ノズルIDのそれぞれと関連付けられた現時点のノズルの劣化の度合い等のデータが含まれてもよい。
The control device 10 is a numerical control device known to those skilled in the art, generates an operation command based on control information, and transmits the generated operation command to the laser processing machine 20. Thereby, the control device 10 controls the operation of the laser processing machine 20. The control device 10 also outputs the control information to the nozzle state prediction device 30.
Note that the control information includes a processing program set in the control device 10 and laser processing conditions. The laser processing conditions include at least the output of the laser light (W), the frequency of the laser light (Hz), the laser irradiation time (or processing time), the type of assist gas to be used, and the blowout of the assist gas for the laser processing to be performed. The amount (L/sec) and a part of the focal length of the lens that condenses the laser beam may be included.
In addition, the control device 10 stores a list of identification information (hereinafter also referred to as "nozzle ID") regarding nozzles that can be selected for the laser processing machine 20 as a nozzle data table in a hard disk drive (not shown) or the like. Good too.
Note that the nozzle data table may include data such as the current degree of deterioration of the nozzle associated with each nozzle ID.

また、アシストガスには、例えば、酸素、空気、窒素等の活性ガスと、アルゴン/ヘリウムの不活性ガスとがある。例えば、ワークの材質が炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の場合、酸素、空気、窒素等の活性ガスがアシストガスとして用いられてもよい。また、ワークの素材がアルミニウム合金の場合、酸素や空気の活性ガス、又はアルゴン/ヘリウムの不活性ガスがアシストガスとして用いられてもよい。また、ワークの素材がチタン合金の場合、アルゴン/ヘリウムの不活性ガス、又は窒素の活性ガスがアシストガスとして用いられてもよい。また、ワークの素材がアクリル、木材、紙、繊維の場合、窒素や空気の活性ガス、又はアルゴン/ヘリウムの不活性ガスがアシストガスとして用いられてもよい。 Further, the assist gas includes, for example, active gases such as oxygen, air, and nitrogen, and inert gases such as argon/helium. For example, when the material of the workpiece is carbon steel, low alloy steel, or stainless steel, an active gas such as oxygen, air, or nitrogen may be used as the assist gas. Further, when the material of the workpiece is an aluminum alloy, an active gas such as oxygen or air, or an inert gas such as argon/helium may be used as the assist gas. Further, when the material of the workpiece is a titanium alloy, an inert gas such as argon/helium or an active gas such as nitrogen may be used as the assist gas. Furthermore, when the material of the workpiece is acrylic, wood, paper, or fiber, an active gas such as nitrogen or air, or an inert gas such as argon/helium may be used as the assist gas.

レーザ加工機20は、制御装置10の動作指令に基づいて、レーザ光を加工対象のワークに照射しレーザ加工する機械である。レーザ加工機20は、制御装置10の動作指令に基づく動作状態を示す情報を、制御装置10にフィードバックする。 The laser processing machine 20 is a machine that performs laser processing by irradiating a workpiece to be processed with laser light based on an operation command from the control device 10 . The laser processing machine 20 feeds back to the control device 10 information indicating the operating state based on the operation command from the control device 10 .

ノズル状態予測装置30は、運用フェーズにおいて、レーザ加工機20によるレーザ加工に先立って、制御装置10からの制御情報に含まれる前記レーザ加工のレーザ加工条件を取得してもよい。また、ノズル状態予測装置30は、例えば、少なくとも現時点のノズルの劣化の度合いを含む、制御装置10のオペレータにより選択されたノズルの情報を取得してもよい。ノズル状態予測装置30は、取得したレーザ加工条件と現時点のノズルの劣化の度合いとを、後述する機械学習装置40から提供された学習済みモデルに入力することにより、選択されたノズルを用いたレーザ加工後のノズルの劣化の度合いを予測することができる。 In the operation phase, the nozzle state prediction device 30 may acquire the laser processing conditions for the laser processing included in the control information from the control device 10, prior to the laser processing by the laser processing machine 20. Further, the nozzle state prediction device 30 may acquire information on the nozzle selected by the operator of the control device 10, including at least the current degree of deterioration of the nozzle, for example. The nozzle condition prediction device 30 inputs the acquired laser processing conditions and the current degree of deterioration of the nozzle into a trained model provided from a machine learning device 40, which will be described later, to predict whether the laser will use the selected nozzle. It is possible to predict the degree of deterioration of the nozzle after processing.

ノズル状態予測装置30を説明する前に、「ノズルの劣化の度合い」及び学習済みモデルを生成するための機械学習について説明する。 Before explaining the nozzle condition prediction device 30, "degree of nozzle deterioration" and machine learning for generating a learned model will be explained.

<ノズルの劣化の度合いについて>
「ノズルの劣化の度合い」は、図9に示すように、レーザ加工機20によるレーザ加工で使用されたノズルの開口部における汚れや変形の度合いを示す。例えば、新品のノズル、又は洗浄等のメンテナンス直後のノズルは、図9の左側に示すように、開口部が円形の形状を有し最も良い状態であることから、メンテナンスや交換の必要がなく、「ノズルの劣化の度合い」は「0%」となる。そして、「ノズルの劣化の度合い」は、ノズルが使用されるに従い開口部にスパッタの付着やレーザ照射時の熱による変形が増加し、例えば、ノズルの交換を行う必要があるとき「100%」となる。
なお、「ノズルの劣化の度合い」は、「0%」から「100%」の範囲のパーセント値としたが、例えば、「ノズルの劣化の度合い」は、「0」から「1」の範囲の値等でもよい。
<About the degree of nozzle deterioration>
The "degree of nozzle deterioration" indicates the degree of dirt or deformation in the opening of the nozzle used in laser processing by the laser processing machine 20, as shown in FIG. For example, a new nozzle or a nozzle that has just undergone maintenance such as cleaning, as shown on the left side of FIG. 9, has a circular opening and is in the best condition, so there is no need for maintenance or replacement. The "degree of nozzle deterioration" is "0%". The "degree of deterioration of the nozzle" is determined as "100%" when the nozzle is used, and as the nozzle is used, spatter adheres to the opening and deformation due to heat during laser irradiation increases, for example, when the nozzle needs to be replaced. becomes.
The "degree of nozzle deterioration" was a percentage value in the range of "0%" to "100%", but for example, the "degree of nozzle deterioration" was a percentage value in the range of "0" to "1". It may be a value, etc.

<機械学習装置40>
機械学習装置40は、例えば、予め、任意のレーザ加工機による任意のワークに対する任意のレーザ加工のレーザ加工条件と、当該レーザ加工条件によるレーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を含む入力データを取得する。
また、機械学習装置40は、取得した入力データのレーザ加工条件によるレーザ加工後のノズルの劣化の度合い、を示すデータをラベル(正解)として取得する。
機械学習装置40は、取得した入力データとラベルとの組の訓練データにより教師あり学習を行い、後述する学習済みモデルを構築する。
そうすることで、機械学習装置40は、構築した学習済みモデルをノズル状態予測装置30に提供することができる。
機械学習装置40について、具体的に説明する。
<Machine learning device 40>
For example, the machine learning device 40 is configured to input data including, in advance, laser processing conditions for arbitrary laser processing on an arbitrary workpiece by an arbitrary laser processing machine, and the degree of deterioration of the nozzle before laser processing due to the laser processing conditions. get.
The machine learning device 40 also obtains data indicating the degree of deterioration of the nozzle after laser processing due to the laser processing conditions of the obtained input data as a label (correct answer).
The machine learning device 40 performs supervised learning using the acquired training data of input data and label pairs, and constructs a trained model to be described later.
By doing so, the machine learning device 40 can provide the constructed learned model to the nozzle state prediction device 30.
The machine learning device 40 will be specifically explained.

機械学習装置40は、図1に示すように、入力データ取得部401、ラベル取得部402、学習部403、及び記憶部404を有する。
入力データ取得部401は、学習フェーズにおいて、図示しない通信部を介して、任意のレーザ加工機による任意のワークに対する任意のレーザ加工のレーザ加工条件と、前記レーザ加工条件によるレーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を入力データとして制御装置10等から取得する。
なお、レーザ加工条件には、上述したように、レーザ光の出力(W)、レーザ光の周波数(Hz)、レーザ照射時間(又は加工の時間)、使用するアシストガスの種類、アシストガスの噴出量(L/sec)、及びレーザ光を集光するレンズの焦点距離等が含まれる。
入力データ取得部401は、取得した入力データを記憶部404に対して出力する。
As shown in FIG. 1, the machine learning device 40 includes an input data acquisition section 401, a label acquisition section 402, a learning section 403, and a storage section 404.
In the learning phase, the input data acquisition unit 401 acquires, via a communication unit (not shown), laser processing conditions for arbitrary laser processing on an arbitrary workpiece using an arbitrary laser processing machine, and the nozzle condition before laser processing according to the laser processing conditions. The degree of deterioration is acquired from the control device 10 or the like as input data.
As mentioned above, the laser processing conditions include the output of the laser light (W), the frequency of the laser light (Hz), the laser irradiation time (or processing time), the type of assist gas used, and the blowout of the assist gas. This includes the amount (L/sec), the focal length of the lens that condenses the laser beam, etc.
The input data acquisition unit 401 outputs the acquired input data to the storage unit 404.

ラベル取得部402は、入力データに含まれるレーザ加工条件によるレーザ加工後のノズルの劣化の度合い、を示すデータをラベルデータ(正解データ)として取得し、取得したラベルデータを記憶部404に対して出力する。
なお、ラベルは、上述したように、「0%」から「100%」の範囲の値である。
The label acquisition unit 402 acquires data indicating the degree of deterioration of the nozzle after laser processing due to the laser processing conditions included in the input data as label data (correct data), and stores the acquired label data in the storage unit 404. Output.
Note that, as described above, the label is a value ranging from "0%" to "100%".

学習部403は、上述の入力データとラベルとの組を訓練データとして受け付け、受け付けた訓練データを用いて、教師あり学習を行うことにより、加工対象のワークに対してこれから行うレーザ加工条件と、選択されたノズルの現時点のノズルの劣化の度合いとに基づいて、レーザ加工後のノズルの劣化の度合いを予測する学習済みモデル351を構築する。
そして、学習部403は、構築した学習済みモデル351をノズル状態予測装置30に対して提供する。
The learning unit 403 receives the above-described combination of input data and label as training data, and performs supervised learning using the received training data to determine the laser processing conditions to be performed on the workpiece to be processed, A learned model 351 that predicts the degree of nozzle deterioration after laser processing is constructed based on the current degree of nozzle deterioration of the selected nozzle.
The learning unit 403 then provides the constructed learned model 351 to the nozzle state prediction device 30.

ここで、教師あり学習を行うための訓練データは、多数用意されることが望ましい。例えば、熟練者により、あらゆるレーザ加工条件とあらゆるノズルとの組合せそれぞれにおいて、レーザ加工前後のノズルの劣化の度合いが評価された訓練データを作成するようにしてもよい。あるいは、顧客の工場等で実際に稼動している様々な場所の制御装置10のそれぞれから訓練データを取得するようにしてもよい。 Here, it is desirable to prepare a large amount of training data for performing supervised learning. For example, an expert may create training data in which the degree of deterioration of the nozzle before and after laser processing is evaluated for each combination of every laser processing condition and every nozzle. Alternatively, the training data may be acquired from each of the control devices 10 in various locations actually operating in a customer's factory or the like.

図2は、図1のノズル状態予測装置30に提供される学習済みモデル351の一例を示す図である。ここでは、学習済みモデル351は、図2に示すように、これから行うレーザ加工条件と、選択されたノズルの現時点のノズルの劣化の度合いを入力層として、このレーザ加工条件によるレーザ加工後のノズルの劣化の度合い、を示すデータを出力層とする多層ニューラルネットワークを例示する。
ここで、これから行うレーザ加工条件には、レーザ光の出力、レーザ光の周波数、レーザ照射時間、アシストガスの種類、アシストガスの噴出量、及びレンズの焦点距離等が含まれる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the trained model 351 provided to the nozzle state prediction device 30 of FIG. 1. Here, as shown in FIG. 2, the trained model 351 uses the laser processing conditions to be performed and the current degree of nozzle deterioration of the selected nozzle as input layers, and the nozzle after laser processing under these laser processing conditions. A multilayer neural network whose output layer is data indicating the degree of deterioration of is illustrated.
Here, the laser processing conditions to be performed include the output of the laser beam, the frequency of the laser beam, the laser irradiation time, the type of assist gas, the ejection amount of the assist gas, the focal length of the lens, and the like.

また、学習部403は、学習済みモデル351を構築した後に、新たな教師データを取得した場合には、学習済みモデル351に対してさらに教師あり学習を行うことにより、一度構築した学習済みモデル351を更新するようにしてもよい。
また、機械学習装置40は、他の機械学習装置40との間で学習済みモデル351を共有して教師あり学習を行うようにしてもよい。そうすることで、複数の機械学習装置40それぞれにて学習済みモデル351を分散して教師あり学習を行うことが可能となり、教師あり学習の効率を向上させることが可能となる。
In addition, when the learning unit 403 acquires new teacher data after constructing the trained model 351, the learning unit 403 further performs supervised learning on the trained model 351. may be updated.
Further, the machine learning device 40 may share the trained model 351 with other machine learning devices 40 to perform supervised learning. By doing so, it becomes possible to perform supervised learning by distributing the trained models 351 in each of the plurality of machine learning devices 40, and it becomes possible to improve the efficiency of supervised learning.

上述した教師あり学習は、オンライン学習で行ってもよく、バッチ学習で行ってもよく、ミニバッチ学習で行ってもよい。
オンライン学習とは、レーザ加工機20によるレーザ加工が行われ、訓練データが作成される都度、即座に教師あり学習を行うという学習方法である。また、バッチ学習とは、レーザ加工機20によるレーザ加工が行われ、訓練データが作成されることが繰り返される間に、繰り返しに応じた複数の訓練データを収集し、収集した全ての訓練データを用いて、教師あり学習を行うという学習方法である。さらに、ミニバッチ学習とは、オンライン学習と、バッチ学習の中間的な、ある程度訓練データが溜まるたびに教師あり学習を行うという学習方法である。
The supervised learning described above may be performed by online learning, batch learning, or mini-batch learning.
Online learning is a learning method in which supervised learning is performed immediately every time laser processing is performed by the laser processing machine 20 and training data is created. In addition, batch learning means that while laser processing is performed by the laser processing machine 20 and training data is created repeatedly, a plurality of training data are collected according to the repetition, and all the collected training data are This is a learning method that uses supervised learning to perform supervised learning. Furthermore, mini-batch learning is a learning method that is intermediate between online learning and batch learning, in which supervised learning is performed every time a certain amount of training data is accumulated.

記憶部404は、RAM(Random Access Memory)等であり、入力データ取得部401により取得された入力データ、ラベル取得部402により取得されたラベルデータ、及び学習部403により構築された学習済みモデル351等を記憶する。
以上、ノズル状態予測装置30が備える学習済みモデル351を生成するための機械学習について説明した。
次に、運用フェーズにおけるノズル状態予測装置30について説明する。以下の説明では、学習済みモデルとして図2に記載の学習済みモデル、すなわち、これから行うレーザ加工条件、及び選択されたノズルの劣化の度合いを入力層として、「ノズルの劣化の度合い」を出力層とする多層ニューラルネットワークを用いる場合を例示する。
The storage unit 404 is a RAM (Random Access Memory) or the like, and stores the input data acquired by the input data acquisition unit 401, the label data acquired by the label acquisition unit 402, and the learned model 351 constructed by the learning unit 403. etc. to be memorized.
The machine learning for generating the learned model 351 included in the nozzle state prediction device 30 has been described above.
Next, the nozzle state prediction device 30 in the operation phase will be explained. In the following explanation, the learned model shown in Figure 2 is used as the learned model, that is, the laser processing conditions to be performed and the degree of deterioration of the selected nozzle are used as the input layer, and the "degree of nozzle deterioration" is used as the output layer. An example of using a multilayer neural network with .

<運用フェーズにおけるノズル状態予測装置30>
図1に示すように、運用フェーズにおけるノズル状態予測装置30は、入力部301、予測部302、決定部303、通知部304、及び記憶部305を含んで構成される。
なお、ノズル状態予測装置30は、図1の機能ブロックの動作を実現するために、CPU(Central Processing Unit)等の図示しない演算処理装置を備える。また、ノズル状態予測装置30は、各種の制御用プログラムを格納したROM(Read Only Memory)やHDD等の図示しない補助記憶装置や、演算処理装置がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのRAMといった図示しない主記憶装置を備える。
<Nozzle state prediction device 30 in operation phase>
As shown in FIG. 1, the nozzle state prediction device 30 in the operation phase includes an input section 301, a prediction section 302, a determination section 303, a notification section 304, and a storage section 305.
Note that the nozzle state prediction device 30 includes an arithmetic processing device (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit) in order to realize the operations of the functional blocks shown in FIG. In addition, the nozzle state prediction device 30 is used in an auxiliary storage device (not shown) such as a ROM (Read Only Memory) or an HDD that stores various control programs, or in an arithmetic processing unit that is temporarily required to execute the programs. A main storage device (not shown) such as a RAM is provided for storing data.

そして、ノズル状態予測装置30において、演算処理装置が補助記憶装置からOSやアプリケーションソフトウェアを読み込み、読み込んだOSやアプリケーションソフトウェアを主記憶装置に展開させながら、これらのOSやアプリケーションソフトウェアに基づいた演算処理を行う。この演算結果に基づいて、ノズル状態予測装置30が各ハードウェアを制御する。これにより、図1の機能ブロックによる処理は実現される。つまり、ノズル状態予測装置30は、ハードウェアとソフトウェアが協働することにより実現することができる。 Then, in the nozzle condition prediction device 30, the arithmetic processing unit reads the OS and application software from the auxiliary storage device, expands the read OS and application software to the main storage device, and performs arithmetic processing based on these OS and application software. I do. Based on this calculation result, the nozzle state prediction device 30 controls each piece of hardware. Thereby, the processing by the functional blocks of FIG. 1 is realized. That is, the nozzle state prediction device 30 can be realized by cooperation of hardware and software.

入力部301は、レーザ加工機20によるレーザ加工に先立って、例えば、制御装置10の制御情報から、前記レーザ加工に係るこれから行うレーザ加工条件と、オペレータにより選択されたノズルを示すノズルIDを入力する。入力部301は、後述する記憶部305に記憶されるノズル管理テーブル352と、入力されたノズルIDとに基づいて、現時点のノズルの劣化の度合いを取得する。
入力部301は、取得したこれから行うレーザ加工条件と、オペレータにより選択されたノズルの現時点の劣化の度合いとを、予測部302に対して出力する。
Prior to laser processing by the laser processing machine 20, the input unit 301 inputs, for example, the laser processing conditions to be performed from the control information of the control device 10 and the nozzle ID indicating the nozzle selected by the operator. do. The input unit 301 obtains the current degree of deterioration of the nozzle based on a nozzle management table 352 stored in the storage unit 305, which will be described later, and the input nozzle ID.
The input unit 301 outputs the acquired laser processing conditions to be performed from now on and the current degree of deterioration of the nozzle selected by the operator to the prediction unit 302.

予測部302は、これから行うレーザ加工条件と、オペレータにより選択されたノズルの現時点の劣化の度合いとを、図2の学習済みモデル351に入力し、レーザ加工後の選択されたノズルの劣化の度合いを予測する。
これにより、ノズル状態予測装置30は、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否を予測することができる。
The prediction unit 302 inputs the laser processing conditions to be performed and the current degree of deterioration of the nozzle selected by the operator into the learned model 351 of FIG. 2, and calculates the degree of deterioration of the selected nozzle after laser processing. Predict.
Thereby, the nozzle condition prediction device 30 can predict whether the nozzle condition will be good or bad when the laser processing is performed, before performing the laser processing.

決定部303は、予測部302により予測されたレーザ加工後のノズルの劣化の度合いに基づいて、選択されたノズルが適正か否かを判定する。
より具体的には、決定部303は、ノズルの劣化の度合いの予測値と予め設定された閾値との比較に基づいて、選択されたノズルが適正か否かを判定し、適正でない場合、ノズルに対するメンテナンス、又はノズルの交換を行う最適な時期を判定する。
The determining unit 303 determines whether the selected nozzle is appropriate based on the degree of deterioration of the nozzle after laser processing predicted by the predicting unit 302.
More specifically, the determining unit 303 determines whether the selected nozzle is appropriate based on a comparison between the predicted value of the degree of deterioration of the nozzle and a preset threshold value, and if the selected nozzle is not appropriate, the nozzle is Determine the best time to perform maintenance or replace the nozzle.

図3は、ノズルの劣化の度合いの一例を示す図である。図3に示すように、例えば、ノズルは、交換直後又はメンテナンス直後において劣化の度合いが「0%」であったとしても、レーザ加工によるスパッタの付着やレーザ照射時の熱による溶損(変形)により、劣化の度合いは変化する。例えば、ノズルの劣化の度合いが「0%」から「30%」の範囲の適正値の場合、ノズルは適切に機能する。一方、ノズルの劣化の度合いが適正値の範囲外の場合、ノズルは適切に機能しない。この場合、作業員は、ノズルの劣化の度合いが適正値となるように、ノズルの洗浄等のメンテナンスを行うか、ノズルの交換を行う必要がある。
以下の説明では、ノズルの劣化の度合いが「30%」を下限の閾値αとし、ノズルの劣化の度合いが「80%」を上限の閾値αとする。なお、閾値α、αは、加工対象のワークに対する加工精度や、レーザ加工機20が設置された環境等に応じて適宜設定されてもよい。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the degree of deterioration of a nozzle. As shown in Figure 3, for example, even if the degree of deterioration of the nozzle is "0%" immediately after replacement or maintenance, the nozzle may still suffer from spatter adhesion due to laser processing or melting (deformation) due to heat during laser irradiation. The degree of deterioration changes depending on the For example, when the degree of deterioration of the nozzle is an appropriate value in the range of "0%" to "30%", the nozzle functions properly. On the other hand, if the degree of deterioration of the nozzle is outside the range of appropriate values, the nozzle will not function properly. In this case, the worker needs to perform maintenance such as cleaning the nozzle or replace the nozzle so that the degree of deterioration of the nozzle becomes an appropriate value.
In the following description, the degree of nozzle deterioration of "30%" is taken as the lower limit threshold value α 1 , and the degree of nozzle deterioration of "80%" is taken as the upper limit threshold value α 2 . Note that the threshold values α 1 and α 2 may be set as appropriate depending on the processing accuracy of the workpiece to be processed, the environment in which the laser processing machine 20 is installed, and the like.

決定部303は、予測部302により予測されたノズルの劣化の度合いが、下限の閾値α以下の適正値か否かを判定する。決定部303は、予測されたノズルの劣化の度合いが適正値の場合、入力部301により入力されたレーザ加工条件によるレーザ加工前に、ノズルのメンテナンス及び交換を行わないことを判定する。
一方、決定部303は、予測されたノズルの劣化の度合いが下限の閾値αより高く、上限の閾値α以下の場合、入力されたレーザ加工条件によるレーザ加工前に、ノズルのメンテナンスを行う時期として判定する。また、決定部303は、予測されたノズルの劣化の度合いが上限の閾値αより高い場合、入力されたレーザ加工条件によるレーザ加工前に、ノズルの交換を行う時期として判定する。
これにより、数値制御システムは、レーザ加工機20によるレーザ加工に先立って、オペレータにより選択されたノズルについて、これから行うレーザ加工条件でレーザ加工した後のノズルの劣化の度合いを予測することにより、ノズルのメンテナンスや交換を行う最適な時期を容易に検知することができる。換言すれば、数値制御システムは、レーザ加工中にノズルのメンテナンス又は交換が必要になるか否かを事前に検知することができる。
The determining unit 303 determines whether the degree of nozzle deterioration predicted by the predicting unit 302 is an appropriate value that is equal to or less than the lower limit threshold value α1 . If the predicted degree of deterioration of the nozzle is an appropriate value, the determining unit 303 determines not to perform maintenance or replacement of the nozzle before laser processing according to the laser processing conditions input by the input unit 301.
On the other hand, if the predicted degree of deterioration of the nozzle is higher than the lower threshold α 1 and lower than the upper threshold α 2 , the determining unit 303 performs nozzle maintenance before laser processing according to the input laser processing conditions. Determine the timing. Furthermore, when the predicted degree of deterioration of the nozzle is higher than the upper limit threshold α2 , the determining unit 303 determines that it is time to replace the nozzle before laser processing according to the input laser processing conditions.
As a result, the numerical control system predicts the degree of deterioration of the nozzle selected by the operator prior to laser processing by the laser processing machine 20 after laser processing under the laser processing conditions to be performed. The optimal time to perform maintenance or replacement can be easily detected. In other words, the numerical control system can detect in advance whether maintenance or replacement of the nozzle is required during laser processing.

なお、オペレータが、レーザ加工条件を調整してもよい。例えば、オペレータは、レーザ加工条件に含まれる加工対象のワークが複数個ある場合、レーザ加工後におけるノズルの劣化の度合いが下限の閾値αを超えないように、加工対象のワークの個数の調整として、レーザ照射時間を調整してもよい。これにより、数値制御システムは、レーザ加工開始前に、どの程度レーザ加工するとノズルのメンテナンス又は交換が必要になるタイミングを事前に予測することができる。そして、数値制御システムは、レーザ加工のきりのよい段階で、例えばレーザ加工機20を停止して、ノズルのメンテナンスを行うか、又はノズルの交換を行うようにしてもよい。
さらに、決定部303が、後述するように、自動でレーザ加工条件を調整してもよい。
Note that the operator may adjust the laser processing conditions. For example, if there are multiple workpieces to be machined included in the laser processing conditions, the operator may adjust the number of workpieces to be machined so that the degree of nozzle deterioration after laser processing does not exceed the lower limit threshold α1 . As a result, the laser irradiation time may be adjusted. Thereby, the numerical control system can predict in advance the timing at which nozzle maintenance or replacement will be required after laser processing has been performed, before starting laser processing. Then, the numerical control system may, for example, stop the laser processing machine 20 and perform nozzle maintenance or replace the nozzle at a suitable stage of laser processing.
Furthermore, the determining unit 303 may automatically adjust the laser processing conditions as described later.

通知部304は、例えば、選択されたノズルが適正か否かの決定部303による判定結果を、制御装置10及び/又はレーザ加工機20に含まれる液晶ディスプレイ等の出力装置(図示しない)に出力してもよい。例えば、選択されたノズルが適正の場合、制御装置10は、入力されたレーザ加工条件でレーザ加工機20に対してレーザ加工を実行させてもよい。一方、通知部304は、選択されたノズルが適正でない場合、判定したノズルのメンテナンス又は交換の指示を、制御装置10及び/又はレーザ加工機20の出力装置(図示しない)に出力してもよい。また、通知部304は、スピーカ(図示せず)を介して音声により通知してもよい。 For example, the notification unit 304 outputs the determination result by the determination unit 303 as to whether the selected nozzle is appropriate to an output device (not shown) such as a liquid crystal display included in the control device 10 and/or the laser processing machine 20. You may. For example, if the selected nozzle is appropriate, the control device 10 may cause the laser processing machine 20 to perform laser processing under the input laser processing conditions. On the other hand, if the selected nozzle is not appropriate, the notification unit 304 may output an instruction for maintenance or replacement of the determined nozzle to the control device 10 and/or the output device (not shown) of the laser processing machine 20. . Further, the notification unit 304 may notify by voice via a speaker (not shown).

記憶部305は、ROMやHDD等であり、各種の制御用プログラムとともに、学習済みモデル351及びノズル管理テーブル352を記憶してもよい。 The storage unit 305 is a ROM, HDD, or the like, and may store a learned model 351 and a nozzle management table 352 along with various control programs.

<ノズル管理テーブル352>
図4は、ノズル管理テーブル352の一例を示す図である。図4に示すように、ノズル管理テーブル352は、レーザ加工に使用可能に管理されるすべてのノズルをそれぞれ識別するための「ノズルID」を含む。また、ノズル管理テーブル352は、ノズルIDに対応する「ノズルの劣化の度合い」を含む。
<Nozzle management table 352>
FIG. 4 is a diagram showing an example of the nozzle management table 352. As shown in FIG. 4, the nozzle management table 352 includes "nozzle IDs" for identifying all the nozzles managed to be usable for laser processing. Further, the nozzle management table 352 includes "degree of nozzle deterioration" corresponding to the nozzle ID.

ノズル管理テーブル352内の「ノズルID」は、制御装置10のオペレータにより選択されるノズルを識別するための情報であり、前記オペレータにより予め設定される。図4では、ノズルIDとして、例えば、各ノズルに一意に割り当てられた1からnの数字が設定されているが、アルファベット等で設定されてもよい。なお、nは2以上の整数である。 The "nozzle ID" in the nozzle management table 352 is information for identifying the nozzle selected by the operator of the control device 10, and is set in advance by the operator. In FIG. 4, the nozzle ID is set, for example, as a number from 1 to n uniquely assigned to each nozzle, but it may also be set as an alphabet. Note that n is an integer of 2 or more.

ノズル管理テーブル352内の「ノズルの劣化の度合い」は、上述したノズルIDの各々が割り当てられたノズルにおける前回のレーザ加工後にオペレータにより判定された現時点のノズルの劣化の度合いが格納される。すなわち、ノズル管理テーブル352内の「ノズルの劣化の度合い」は、レーザ加工に使用される度にオペレータによりノズルの劣化の度合いが判定され、オペレータにより入力・更新される。 The "degree of nozzle deterioration" in the nozzle management table 352 stores the current degree of deterioration of the nozzle determined by the operator after the previous laser processing of the nozzle to which each of the above-mentioned nozzle IDs has been assigned. That is, the "degree of nozzle deterioration" in the nozzle management table 352 is input and updated by the operator after determining the degree of nozzle deterioration each time the nozzle is used for laser processing.

<運用フェーズにおけるノズル状態予測装置30の予測処理>
次に、本実施形態に係るノズル状態予測装置30の予測処理に係る動作について説明する。
図5は、運用フェーズにおけるノズル状態予測装置30の予測処理について説明するフローチャートである。
<Prediction processing of the nozzle state prediction device 30 in the operation phase>
Next, the operation related to prediction processing of the nozzle state prediction device 30 according to this embodiment will be explained.
FIG. 5 is a flowchart illustrating the prediction process of the nozzle state prediction device 30 in the operation phase.

ステップS11において、入力部301は、レーザ加工機20によるレーザ加工に先立って、制御装置10の制御情報から、これから行うレーザ加工条件を取得するとともに、オペレータにより選択されたノズルのノズルIDに基づいて、ノズル管理テーブル352からノズルの劣化の度合いを取得する。 In step S11, prior to laser processing by the laser processing machine 20, the input unit 301 acquires the laser processing conditions to be performed from the control information of the control device 10, and also acquires the laser processing conditions to be performed from now on based on the nozzle ID of the nozzle selected by the operator. , the degree of nozzle deterioration is acquired from the nozzle management table 352.

ステップS12において、予測部302は、ステップS11で取得された、これから行うレーザ加工条件とオペレータにより選択されたノズルの劣化の度合いを学習済みモデル351に入力し、選択されたノズルのレーザ加工後の「ノズルの劣化の度合い」を予測する。 In step S12, the prediction unit 302 inputs the laser processing conditions to be performed and the degree of deterioration of the nozzle selected by the operator, which were acquired in step S11, into the learned model 351, and Predict the "degree of nozzle deterioration".

ステップS13において、決定部303は、ステップS12で予測されたノズルの劣化の度合いと、閾値α、αとの比較に基づいて、選択されたノズルが適正か否かを判定する。 In step S13, the determining unit 303 determines whether the selected nozzle is appropriate based on the comparison between the degree of deterioration of the nozzle predicted in step S12 and the threshold values α 1 and α 2 .

ステップS14において、通知部304は、ステップS13でノズルが適正でないと判定された場合、レーザ加工前にノズルのメンテナンス又は交換の指示を、制御装置10及び/又はレーザ加工機20の図示しない出力装置に出力する。 In step S14, if the nozzle is determined to be inappropriate in step S13, the notification unit 304 sends an instruction to maintain or replace the nozzle before laser processing to an output device (not shown) of the control device 10 and/or the laser processing machine 20. Output to.

以上により、一実施形態に係るノズル状態予測装置30は、レーザ加工機20によるレーザ加工に先立って、制御装置10の制御情報から、前記レーザ加工に係るこれから行うレーザ加工条件、及びオペレータにより選択されたノズルの劣化の度合いを、学習済みモデル351に入力し、選択されたノズルのレーザ加工後の劣化の度合いを予測する。これにより、ノズル状態予測装置30は、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否(劣化の度合い)を予測することができる。そして、ノズル状態予測装置30は、予測されたノズルの劣化の度合いと、予め設定された閾値α、αとの比較により、レーザ加工中にノズルのメンテナンス又は交換が必要になるか否かを事前に検知することができる。
すなわち、ノズル状態予測装置30は、選択されたノズルの劣化の度合いが閾値αや閾値αを超過する場合、レーザ加工前にノズルのメンテナンス又は交換の最適な時期として検知することができ、作業員の負担を減らすことができる。
また、学習済みモデル351が様々なノズルの教師データを用いて生成されるため、ノズル状態予測装置30は、様々なノズルの状態の良否(劣化の度合い)を予測することができる。
As described above, the nozzle state prediction device 30 according to one embodiment determines, from the control information of the control device 10, the laser processing conditions to be performed regarding the laser processing and the laser processing conditions selected by the operator, prior to laser processing by the laser processing machine 20. The degree of deterioration of the selected nozzle is input to the learned model 351 to predict the degree of deterioration of the selected nozzle after laser processing. Thereby, the nozzle condition prediction device 30 can predict whether the nozzle condition is good or bad (degree of deterioration) when the laser processing is performed, before performing the laser processing. Then, the nozzle condition prediction device 30 compares the predicted degree of deterioration of the nozzle with preset threshold values α 1 and α 2 to determine whether maintenance or replacement of the nozzle is required during laser processing. can be detected in advance.
That is, if the degree of deterioration of the selected nozzle exceeds the threshold α 1 or the threshold α 2 , the nozzle condition prediction device 30 can detect this as the optimal time for maintenance or replacement of the nozzle before laser processing. The burden on workers can be reduced.
Further, since the trained model 351 is generated using teacher data of various nozzles, the nozzle state prediction device 30 can predict the quality (degree of deterioration) of the states of various nozzles.

以上、一実施形態について説明したが、ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40は、上述の実施形態に限定されるものではなく、目的を達成できる範囲での変形、改良等を含む。
<変形例1>
上述の実施形態では、機械学習装置40は、制御装置10、レーザ加工機20及びノズル状態予測装置30と異なる装置として例示したが、機械学習装置40の一部又は全部の機能を、制御装置10、レーザ加工機20又はノズル状態予測装置30が備えるようにしてもよい。
Although one embodiment has been described above, the nozzle state prediction device 30 and the machine learning device 40 are not limited to the above-described embodiment, and include modifications, improvements, etc. within a range that can achieve the purpose.
<Modification 1>
In the above-described embodiment, the machine learning device 40 is exemplified as a device different from the control device 10, the laser processing machine 20, and the nozzle state prediction device 30. , the laser processing machine 20 or the nozzle state prediction device 30 may be provided.

<変形例2>
上述の実施形態では、ノズル状態予測装置30は、制御装置10やレーザ加工機20と異なる装置として例示したが、ノズル状態予測装置30の一部又は全部の機能を、制御装置10又はレーザ加工機20が備えるようにしてもよい。
あるいは、ノズル状態予測装置30の入力部301、予測部302、決定部303、通知部304及び記憶部305の一部又は全部を、例えば、サーバが備えるようにしてもよい。また、クラウド上で仮想サーバ機能等を利用して、ノズル状態予測装置30の各機能を実現してもよい。
さらに、ノズル状態予測装置30は、ノズル状態予測装置30の各機能を適宜複数のサーバに分散される、分散処理システムとしてもよい。
<Modification 2>
In the above-described embodiment, the nozzle state prediction device 30 is exemplified as a device different from the control device 10 and the laser processing machine 20, but some or all of the functions of the nozzle state prediction device 30 can be performed by the control device 10 or the laser processing machine. 20 may be provided.
Alternatively, a server may include a part or all of the input section 301, the prediction section 302, the determination section 303, the notification section 304, and the storage section 305 of the nozzle state prediction device 30, for example. Further, each function of the nozzle state prediction device 30 may be realized using a virtual server function or the like on the cloud.
Further, the nozzle state prediction device 30 may be a distributed processing system in which each function of the nozzle state prediction device 30 is distributed to a plurality of servers as appropriate.

<変形例3>
また例えば、上述の実施形態では、図3の学習済みモデル351は、これから行うレーザ加工条件、及び1つのノズルの劣化の度合いを入力層として、「ノズルの劣化の度合い」を出力層とする多層ニューラルネットワークとしたがこれに限定されない。学習済みモデル351は、例えば、図6に示すように、これから行うレーザ加工条件、及びオペレータにより選択された複数(M個:M≧2)のノズルそれぞれの劣化の度合いを入力層として、M個のノズルそれぞれの「ノズルの劣化の度合い」を出力層とするニューラルネットワークであってもよい。
これにより、オペレータは、これから行うレーザ加工に使用できるノズルがM個あった場合に、M個のノズルIDを選択することで、ノズル状態予測装置30により、M個のノズルそれぞれの「ノズルの劣化の度合い」の予測を並列に行うことができ、レーザ加工に適切なノズルを迅速に選定することができ、これにより、レーザ加工処理効率を高めることができる。
図6は、図1のノズル状態予測装置30に提供される学習済みモデルの一例を示す図である。
なお、機械学習装置40は、Mが2からnの各々の場合の学習済みモデル351を予め構築し、ノズル状態予測装置30は、オペレータにより選択されたノズルの数に応じた学習済みモデル351を選択するようにしてもよい。
<Modification 3>
For example, in the above embodiment, the learned model 351 in FIG. 3 is a multilayer model in which the laser processing conditions to be performed and the degree of deterioration of one nozzle are used as input layers, and the "degree of deterioration of a nozzle" is used as an output layer. Although it is a neural network, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, the learned model 351 uses M nozzles as input layers, including the laser processing conditions to be performed and the degree of deterioration of each of a plurality of nozzles (M: M≧2) selected by the operator. It may be a neural network whose output layer is the "degree of nozzle deterioration" of each nozzle.
As a result, when there are M nozzles that can be used for laser processing to be performed, the operator can select the M nozzle IDs, and the nozzle condition prediction device 30 can predict the "nozzle deterioration" of each of the M nozzles. It is possible to perform predictions in parallel on the degree of ``intensity'' and to quickly select a nozzle suitable for laser processing, thereby increasing the efficiency of laser processing.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a trained model provided to the nozzle state prediction device 30 of FIG. 1.
Note that the machine learning device 40 constructs learned models 351 in advance for each of M from 2 to n, and the nozzle state prediction device 30 constructs learned models 351 according to the number of nozzles selected by the operator. You may choose.

<変形例4>
また例えば、上述の実施形態では、ノズル状態予測装置30の決定部303は、オペレータにより選択されたノズルのレーザ加工後のノズルの劣化の度合いが閾値αや閾値αを超過する場合、レーザ加工前に選択されたノズルに対してメンテナンス又は交換を行う時期として決定したが、これに限定されない。
前述したように、決定部303は、例えば、レーザ加工条件におけるレーザ照射時間がレーザ加工する複数個(例えば10個等)のワークを含む場合、レーザ加工後のノズルの劣化の度合いが閾値を超えないように、ワークの個数の調整のためにレーザ照射時間を調整してもよい。
より具体的には、決定部303は、例えば、これから行うレーザ加工条件の「レーザ照射時間」で複数個のワークをレーザ加工することで、ノズルの劣化の度合いが閾値を超える場合、さらに、(オペレータの指示により)レーザ加工条件の「レーザ照射時間」を1つのワークに掛かるレーザ加工時間の整数倍(k倍:k≧1)とし、予測部302にノズルの劣化の度合いを予測させることで、閾値を超えないkの値(例えば6個等)を探索してもよい。
そして、決定部303は、例えば、k個のワークに対するレーザ加工後を、選択されたノズルのメンテナンス又は交換を行う時期として決定する。図1の数値制御システムは、決定された時期であるきりのよい段階で、レーザ加工機20を停止させてノズルのメンテナンス又は交換を行うことができる。
これにより、数値制御システムは、レーザ加工開始前に、どの程度レーザ加工するとノズルのメンテナンス又は交換が必要になるかのタイミングを事前に予測することができる。そして、数値制御システムは、レーザ加工中にノズルのメンテナンス又は交換の必要性が発生することを回避することができ、加工品位の低下を回避することができる。
<Modification 4>
For example, in the above-described embodiment, if the degree of deterioration of the nozzle selected by the operator after laser processing exceeds the threshold α 1 or the threshold α 2 , the determination unit 303 of the nozzle condition prediction device 30 Although this is determined as the time to perform maintenance or replacement on the selected nozzle before processing, it is not limited thereto.
As described above, the determining unit 303 determines whether the degree of deterioration of the nozzle after laser processing exceeds a threshold value, for example, when the laser irradiation time under the laser processing conditions includes a plurality of workpieces (for example, 10 workpieces) to be laser processed. To avoid this, the laser irradiation time may be adjusted to adjust the number of workpieces.
More specifically, for example, if the degree of deterioration of the nozzle exceeds a threshold by laser processing a plurality of workpieces with the "laser irradiation time" of the laser processing conditions to be performed from now on, the determining unit 303 further determines that ( By setting the "laser irradiation time" in the laser processing conditions (according to the operator's instructions) to an integral multiple (k times: k≧1) of the laser processing time required for one workpiece, and having the prediction unit 302 predict the degree of nozzle deterioration. , a value of k (for example, 6, etc.) that does not exceed a threshold value may be searched.
Then, the determining unit 303 determines, for example, after the laser processing of the k workpieces as the time to perform maintenance or replacement of the selected nozzle. The numerical control system of FIG. 1 can stop the laser processing machine 20 and perform maintenance or replacement of the nozzle at a determined time.
Thereby, the numerical control system can predict in advance the timing of how much laser processing will require maintenance or replacement of the nozzle before starting laser processing. In addition, the numerical control system can avoid the need for nozzle maintenance or replacement during laser processing, and can avoid deterioration in processing quality.

<変形例5>
また例えば、上述の実施形態では、ノズル状態予測装置30は、機械学習装置40から提供された学習済みモデル351を用いて、1つの制御装置10から取得したこれから行うレーザ加工条件によるレーザ加工後のオペレータにより選択されたノズルの劣化の度合いを予測したが、これに限定されない。例えば、図7に示すように、サーバ50は、機械学習装置40により生成された学習済みモデル351を記憶し、ネットワーク60に接続されたm個のノズル状態予測装置30A(1)-30A(m)と学習済みモデル351を共有してもよい(mは2以上の整数)。これにより、新たなレーザ加工機、制御装置、及びノズル状態予測装置が配置されても学習済みモデル351を適用することができる。
なお、ノズル状態予測装置30A(1)-30A(m)の各々は、制御装置10A(1)-10A(m)の各々と接続され、制御装置10A(1)-10A(m)の各々は、レーザ加工機20A(1)-20A(m)の各々と接続される。
また、制御装置10A(1)-10A(m)の各々は、図1の制御装置10に対応する。レーザ加工機20A(1)-20A(m)の各々は、図1のレーザ加工機20に対応する。ノズル状態予測装置30A(1)-30A(m)の各々は、図1のノズル状態予測装置30に対応する。
あるいは、図8に示すように、サーバ50は、例えば、ノズル状態予測装置30として動作し、ネットワーク60に接続された制御装置10A(1)-10A(m)の各々に対して、これから行うレーザ加工条件におけるノズルの劣化の度合いを予測してもよい。これにより、新たなレーザ加工機及び制御装置が配置されても学習済みモデル351を適用することができる。
<Modification 5>
For example, in the above-described embodiment, the nozzle state prediction device 30 uses the learned model 351 provided by the machine learning device 40 to determine whether the nozzle state prediction device 30 uses the learned model 351 provided by the machine learning device 40 to perform the laser processing after laser processing based on the laser processing conditions to be performed, which are acquired from one control device 10. Although the degree of deterioration of the nozzle selected by the operator has been predicted, the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 7, the server 50 stores the learned model 351 generated by the machine learning device 40, and the server 50 stores the learned model 351 generated by the machine learning device 40, and ) may share the trained model 351 (m is an integer of 2 or more). Thereby, the learned model 351 can be applied even if a new laser processing machine, control device, and nozzle state prediction device are installed.
Note that each of the nozzle condition prediction devices 30A(1)-30A(m) is connected to each of the control devices 10A(1)-10A(m), and each of the control devices 10A(1)-10A(m) is connected to each of the control devices 10A(1)-10A(m). , and laser processing machines 20A(1) to 20A(m).
Further, each of the control devices 10A(1) to 10A(m) corresponds to the control device 10 in FIG. Each of the laser processing machines 20A(1) to 20A(m) corresponds to the laser processing machine 20 in FIG. Each of the nozzle state prediction devices 30A(1) to 30A(m) corresponds to the nozzle state prediction device 30 in FIG.
Alternatively, as shown in FIG. 8, the server 50 operates as, for example, the nozzle state prediction device 30, and the server 50 operates as the nozzle state prediction device 30, and informs each of the control devices 10A(1) to 10A(m) connected to the network 60 about the laser information to be performed from now on. The degree of deterioration of the nozzle under processing conditions may be predicted. Thereby, the learned model 351 can be applied even if a new laser processing machine and control device are installed.

なお、一実施形態における、ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40に含まれる各機能は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。 In one embodiment, each function included in the nozzle state prediction device 30 and the machine learning device 40 can be realized by hardware, software, or a combination thereof. Here, being realized by software means being realized by a computer reading and executing a program.

ノズル状態予測装置30、及び機械学習装置40に含まれる各構成部は、電子回路等を含むハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。また、ハードウェアで構成する場合、上記の装置に含まれる各構成部の機能の一部または全部を、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ゲートアレイ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)等の集積回路(IC)で構成することができる。 Each component included in the nozzle state prediction device 30 and the machine learning device 40 can be realized by hardware including an electronic circuit, software, or a combination thereof. When realized by software, programs constituting this software are installed on the computer. Furthermore, these programs may be recorded on removable media and distributed to users, or may be distributed by being downloaded to users' computers via a network. In addition, when configured with hardware, part or all of the functions of each component included in the above device may be implemented using, for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a gate array, an FPGA (Field Programmable Gate Array), a CPLD ( It can be configured with an integrated circuit (IC) such as a complex programmable logic device.

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(Non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(Tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば、光磁気ディスク)、CD-ROM(Read Only Memory)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAMを含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(Transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は、無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。 The program can be stored and provided to the computer using various types of non-transitory computer readable media. Non-transitory computer-readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (e.g., flexible disks, magnetic tape, hard disk drives), magneto-optical recording media (e.g., magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), and CD-ROMs. R, CD-R/W, semiconductor memory (including, for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM). Programs may also be stored in various types of temporary computer-readable media. (Transitory computer readable medium). Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. Transient computer readable media include electrical wires, optical fibers, etc. The program can be supplied to the computer via a wired communication path or a wireless communication path.

なお、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。 Note that the step of writing a program to be recorded on a recording medium includes not only processes that are performed in chronological order, but also processes that are not necessarily performed in chronological order but are executed in parallel or individually. It also includes.

以上を換言すると、本開示の機械学習装置、ノズル状態予測装置、及び制御装置は、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。 In other words, the machine learning device, nozzle state prediction device, and control device of the present disclosure can take various embodiments having the following configurations.

(1)本開示の機械学習装置40は、任意のレーザ加工機20による任意のワークに対する任意のレーザ加工のレーザ加工条件と、レーザ加工条件によるレーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を含む入力データを取得する入力データ取得部401と、入力データに含まれるレーザ加工条件によるレーザ加工後のノズルの劣化の度合い、を示すラベルデータを取得するラベル取得部402と、入力データ取得部401により取得された入力データと、ラベル取得部402により取得されたラベルデータと、を用いて、教師あり学習を実行し、学習済みモデル351を生成する学習部403と、を備える。
この機械学習装置40によれば、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否(劣化の度合い)を予測できる学習済みモデルを生成することができる。
(1) The machine learning device 40 of the present disclosure includes laser processing conditions for arbitrary laser processing on an arbitrary workpiece by an arbitrary laser processing machine 20, and a degree of deterioration of a nozzle before laser processing due to the laser processing conditions. An input data acquisition unit 401 that acquires input data; a label acquisition unit 402 that acquires label data indicating the degree of deterioration of the nozzle after laser processing due to laser processing conditions included in the input data; The learning unit 403 executes supervised learning using the acquired input data and the label data acquired by the label acquisition unit 402 to generate a trained model 351.
According to this machine learning device 40, before performing laser processing, it is possible to generate a learned model that can predict the quality (degree of deterioration) of the nozzle condition when the laser processing is performed.

(2) (1)に記載の機械学習装置40において、レーザ加工条件は、少なくともレーザ光の出力、レーザ光の周波数、加工の時間又はレーザ照射時間、使用するガスの種類、ガスの噴出量、及びレーザ光を集光するレンズの焦点距離のうちの一部を含んでもよい。
そうすることで、機械学習装置40は、ノズルの状態の良否(劣化の度合い)を精度良く予測することができる学習済みモデル351を生成することができる。
(2) In the machine learning device 40 described in (1), the laser processing conditions include at least the output of the laser beam, the frequency of the laser beam, the processing time or the laser irradiation time, the type of gas used, the amount of gas ejected, and a part of the focal length of the lens that condenses the laser beam.
By doing so, the machine learning device 40 can generate a learned model 351 that can accurately predict the quality (degree of deterioration) of the nozzle condition.

(3)本開示のノズル状態予測装置30は、(1)又は(2)に記載の機械学習装置により生成された学習済みモデル351と、レーザ加工機20によるこれから行うレーザ加工に先立って、レーザ加工に係るレーザ加工条件と、レーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を入力する入力部と、学習済みモデル351を用いて、入力部301により入力された、レーザ加工条件によるレーザ加工後のノズルの劣化の度合いを予測する予測部302と、を備える。
このノズル状態予測装置30によれば、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否(劣化の度合い)を予測することができる。
(3) The nozzle state prediction device 30 of the present disclosure uses the learned model 351 generated by the machine learning device described in (1) or (2), and the laser An input section for inputting the laser processing conditions related to processing and the degree of deterioration of the nozzle before laser processing, and the learned model 351 are used to input the laser processing conditions after laser processing according to the laser processing conditions input by the input section 301. A prediction unit 302 that predicts the degree of deterioration of the nozzle is provided.
According to this nozzle condition prediction device 30, before performing laser processing, it is possible to predict whether the nozzle condition will be good or bad (degree of deterioration) when the laser processing is performed.

(4) (3)に記載のノズル状態予測装置30において、予測部302により予測されたノズルの劣化の度合いと、予め設定された閾値との比較に基づいて、ノズルが適正か否かを判定する決定部303をさらに備えてもよい。
そうすることで、ノズル状態予測装置30は、レーザ加工を行う前に、前記レーザ加工を行った場合のノズルの状態の良否(劣化の度合い)を精度良く判定することができる。
(4) In the nozzle condition prediction device 30 described in (3), it is determined whether the nozzle is appropriate based on a comparison between the degree of deterioration of the nozzle predicted by the prediction unit 302 and a preset threshold value. You may further include a determining unit 303 that determines whether the
By doing so, the nozzle condition prediction device 30 can accurately determine whether the nozzle condition is good or bad (degree of deterioration) when the laser processing is performed, before performing the laser processing.

(5) (4)に記載のノズル状態予測装置30において、決定部303は、ノズルが適正でない場合、レーザ加工前にノズルに対してメンテナンス又は交換を行う時期か否かを判定してもよい。
そうすることで、ノズル状態予測装置30は、レーザ加工中にノズルのメンテナンス又は交換を行うことを回避することができ、加工品位の低下を回避することができる。
(5) In the nozzle condition prediction device 30 described in (4), if the nozzle is not appropriate, the determining unit 303 may determine whether it is time to perform maintenance or replacement of the nozzle before laser processing. .
By doing so, the nozzle state prediction device 30 can avoid maintenance or replacement of the nozzle during laser processing, and can avoid deterioration in processing quality.

(6) (4)に記載のノズル状態予測装置30において、決定部303は、ノズルが適正でない場合、予測部302により予測されたノズルの劣化の度合いと、予め設定された閾値との比較に基づいて、ノズルの劣化の度合いが閾値を超過しないように、レーザ加工条件を変更してもよい。
そうすることで、ノズル状態予測装置30は、レーザ加工開始前に、どの程度レーザ加工するとノズルのメンテナンス又は交換が必要になるかのタイミングを事前に予測することができる。
(6) In the nozzle condition prediction device 30 described in (4), if the nozzle is not appropriate, the determining unit 303 compares the degree of deterioration of the nozzle predicted by the predicting unit 302 with a preset threshold value. Based on this, the laser processing conditions may be changed so that the degree of deterioration of the nozzle does not exceed the threshold value.
By doing so, the nozzle condition prediction device 30 can predict in advance the timing of how much laser processing will require maintenance or replacement of the nozzle before starting laser processing.

(7) (3)から(6)のいずれかに記載のノズル状態予測装置30において、学習済みモデル351を、ノズル状態予測装置30からネットワーク60を介してアクセス可能に接続されるサーバ50に備えてもよい。
そうすることで、新たな制御装置10、レーザ加工機20、及びノズル状態予測装置30が配置されても学習済みモデル351を適用することができる。
(7) In the nozzle state prediction device 30 according to any one of (3) to (6), the trained model 351 is provided in the server 50 that is accessible from the nozzle state prediction device 30 via the network 60. You can.
By doing so, the learned model 351 can be applied even if a new control device 10, laser processing machine 20, and nozzle state prediction device 30 are installed.

(8) (3)から(7)のいずれかに記載のノズル状態予測装置30において、(1)又は(2)に記載の機械学習装置40を備えてもよい。
そうすることで、ノズル状態予測装置30は、上述の(1)から(7)のいずれかと同様の効果を奏することができる。
(8) The nozzle state prediction device 30 described in any one of (3) to (7) may include the machine learning device 40 described in (1) or (2).
By doing so, the nozzle state prediction device 30 can achieve the same effects as any of the above (1) to (7).

(9)本開示の制御装置10は、ノズル状態予測装置30を備えてもよい。
この制御装置10によれば、上述の(1)から(8)のいずれかと同様の効果を奏することができる。
(9) The control device 10 of the present disclosure may include the nozzle state prediction device 30.
According to this control device 10, the same effects as any of the above (1) to (8) can be achieved.

10 制御装置
20 レーザ加工機
30 ノズル状態予測装置
40 機械学習装置
301 入力部
302 予測部
303 決定部
304 通知部
305 記憶部
351 学習済みモデル
352 ノズル管理テーブル
401 入力データ取得部
402 ラベル取得部
403 学習部
404 記憶部
10 Control device 20 Laser processing machine 30 Nozzle state prediction device 40 Machine learning device 301 Input section 302 Prediction section 303 Determination section 304 Notification section 305 Storage section 351 Learned model 352 Nozzle management table 401 Input data acquisition section 402 Label acquisition section 403 Learning Section 404 Storage section

Claims (9)

任意のレーザ加工機による任意のワークに対する任意のレーザ加工のレーザ加工条件と、前記レーザ加工条件によるレーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を含む入力データを取得する入力データ取得部と、
前記入力データに含まれる前記レーザ加工条件によるレーザ加工後の前記ノズルの劣化の度合い、を示すラベルデータを取得するラベル取得部と、
前記入力データ取得部により取得された入力データと、前記ラベル取得部により取得されたラベルデータと、を用いて、教師あり学習を実行し、学習済みモデルを生成する学習部と、
を備える機械学習装置。
an input data acquisition unit that acquires input data including laser processing conditions for arbitrary laser processing on an arbitrary workpiece by an arbitrary laser processing machine, and a degree of deterioration of a nozzle before laser processing due to the laser processing conditions;
a label acquisition unit that acquires label data indicating a degree of deterioration of the nozzle after laser processing according to the laser processing conditions included in the input data;
a learning unit that performs supervised learning to generate a trained model using the input data acquired by the input data acquisition unit and the label data acquired by the label acquisition unit;
A machine learning device equipped with
前記レーザ加工条件は、少なくともレーザ光の出力、前記レーザ光の周波数、加工の時間又はレーザ照射時間、使用するガスの種類、前記ガスの噴出量、及び前記レーザ光を集光するレンズの焦点距離のうちの一部を含む、請求項1に記載の機械学習装置。 The laser processing conditions include at least the output of the laser beam, the frequency of the laser beam, the processing time or the laser irradiation time, the type of gas used, the ejection amount of the gas, and the focal length of the lens that focuses the laser beam. The machine learning device according to claim 1, comprising a part of. 請求項1又は請求項2に記載の機械学習装置により生成された学習済みモデルと、
レーザ加工機によるこれから行うレーザ加工に先立って、前記レーザ加工に係るレーザ加工条件と、前記レーザ加工前のノズルの劣化の度合いと、を入力する入力部と、
前記学習済みモデルを用いて、前記入力部により入力された、前記レーザ加工条件によるレーザ加工後の前記ノズルの劣化の度合いを予測する予測部と、
を備えるノズル状態予測装置。
A learned model generated by the machine learning device according to claim 1 or claim 2,
an input unit for inputting laser processing conditions for the laser processing and the degree of deterioration of the nozzle before the laser processing, prior to the laser processing to be performed by the laser processing machine;
a prediction unit that uses the learned model to predict the degree of deterioration of the nozzle after laser processing according to the laser processing conditions input by the input unit;
A nozzle condition prediction device.
前記予測部により予測された前記ノズルの劣化の度合いと、予め設定された閾値との比較に基づいて、前記ノズルが適正か否かを判定する決定部をさらに備える、請求項3に記載のノズル状態予測装置。 The nozzle according to claim 3, further comprising a determining unit that determines whether the nozzle is appropriate based on a comparison between the degree of deterioration of the nozzle predicted by the predicting unit and a preset threshold value. Condition prediction device. 前記決定部は、前記ノズルが適正でない場合、前記レーザ加工前に前記ノズルに対してメンテナンス又は交換を行う時期か否かを判定する、請求項4に記載のノズル状態予測装置。 The nozzle condition prediction device according to claim 4, wherein the determining unit determines whether or not it is time to perform maintenance or replacement of the nozzle before the laser processing, if the nozzle is not appropriate. 前記決定部は、前記ノズルが適正でない場合、前記予測部により予測された前記ノズルの劣化の度合いと、予め設定された閾値との比較に基づいて、前記ノズルの劣化の度合いが前記閾値を超過しないように、前記レーザ加工条件を変更する、請求項4に記載のノズル状態予測装置。 When the nozzle is inappropriate, the determining unit determines whether the degree of deterioration of the nozzle exceeds the threshold based on a comparison between the degree of deterioration of the nozzle predicted by the prediction unit and a preset threshold. The nozzle state prediction device according to claim 4, wherein the laser processing conditions are changed so that the laser processing conditions do not occur. 前記学習済みモデルを、前記ノズル状態予測装置からネットワークを介してアクセス可能に接続されるサーバに備える、請求項3から請求項6のいずれか1項に記載のノズル状態予測装置。 The nozzle state prediction device according to any one of claims 3 to 6, wherein the learned model is provided in a server that is accessible from the nozzle state prediction device via a network. 請求項1又は請求項2に記載の機械学習装置を備える、請求項3から請求項7のいずれか1項に記載のノズル状態予測装置。 The nozzle state prediction device according to any one of claims 3 to 7, comprising the machine learning device according to claim 1 or 2. 請求項3から請求項8のいずれか1項に記載のノズル状態予測装置を備える、制御装置。 A control device comprising the nozzle state prediction device according to any one of claims 3 to 8.
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