WO2023017742A1 - マシニングセンタの自動運転システム - Google Patents

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WO2023017742A1
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machining
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machining center
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彰浩 北村
敏久 棚田
一峰 北村
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Kitamura Machinery Co Ltd
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Kitamura Machinery Co Ltd
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to an automatic operation system for a machining center that can selectively perform automatic operation control by a terminal device at a remote location via a cloud server for a plurality of machining centers registered in advance, More specifically, for the selected machining center, based on the 3D CAD design data of the processed product input from the terminal device, a dedicated learned model is applied on the cloud side to create a processing command,
  • the present invention relates to a system for automatically driving and controlling a machining process in a machine tool in accordance with the machining command.
  • machine tools are equipped with an automatic tool change function, equipped with a numerical control device, a so-called NC (Numerical Control) device, or a computer numerical control device, a so-called CNC (Computerized Numerical Control) device, and are controlled and driven as machining centers.
  • NC Numerical Control
  • CNC Computerized Numerical Control
  • the NC machining program is the tool used and the X, Y, and Z coordinate axes during machining by the tool, or the movement amount and speed values related to the simultaneous 5 axes (X, Y, Z, A, and C) in advanced machine tools. It is created based on numerical control information of machining conditions and machining processes including data (NC data). Further, in the CNC device, automation is promoted by automatically calculating tool radius correction, interpolation calculation, speed control, etc. by a built-in computer.
  • the NC machining program that causes the machine tool to perform cutting to obtain the desired product is created after setting the machining conditions and machining processes in advance.
  • Each processing step is determined by a processing method for cutting out each characteristic portion of the processed product, such as uneven steps, curved surface shapes, holes, pockets, slots, and the like.
  • Tools suitable for forming these features are appropriately selected from various tools, such as various milling cutters, various drills, various end mills, and the like. Machining conditions, including cutting conditions, are set for each selected tool, and the tool trajectory is determined based on these machining conditions. Then, a machining process including tool exchange and tool locus execution is set based on such tool selection, and an NC machining program corresponding to the machining process is created.
  • the NC machining program corresponding to the machining process for cutting out each characteristic part is based on the CAD (Computer Aided Design) design drawing of the target machined product, and is written in NC language such as G code and M code by engineers. created.
  • CAD Computer Aided Design
  • the NC machining program is also created using a CAM (computer aided manufacturing) system based on a three-dimensional CAD drawing.
  • CAM operation eliminated the need for manual code entry, but complex machining programs were created by skilled workers while examining machining methods, selecting tools, and determining machining conditions, which took time. there were. Therefore, various devices capable of automatically creating a machining program have been studied.
  • the inventors of the present invention automatically create machining instructions without the need for skilled knowledge and immediately start the machining process on the spot as long as they acquire the three-dimensional CAD design data of the target processed product.
  • a numerical controller can be separated into a host computer (cloud) on the network and a machine tool side.
  • a machine tool that is configured to operate control and spindle control software, and manages and maintains each software and hardware on the cloud side, thereby reducing the maintenance cost of the machine tool (see Patent Document 2). ).
  • the machined product manufacturer measures the rigidity of the components such as the spindle and tools of the machine tool and measures it to the cloud server.
  • a management computer that transmits information and creates a machining program based on the rigidity measurement information and machining basic data received on the cloud server side and also transmits the rigidity measurement information to the machine tool maker's computer and the tool maker's computer is also conceivable. (See Patent Document 3.).
  • the feature part of the machine tool is based on the 3D CAD design data of the target processed product without using a CAM system. is automatically created by applying the learned model in the proposed and selected optimal mounting direction to automatically create the machining command to obtain each characteristic part, and the machining command is executed by an arbitrary machining center. There was nothing that could be easily operated remotely via a cloud server.
  • the object of the present invention is to use a cloud server for a plurality of machining centers to eliminate the need to increase the capacity of data storage and provide high-performance data processing capability to the control device on the machine tool side. Further, the operator is not constrained by the machine tool side, and based on the three-dimensional CAD design data of the target machined product, a machining command is automatically created for the machine tool of the selected machining center, and the machining command is generated. To provide an automatic operation system for a machining center that can cause the machine tool to execute
  • the present invention provides an automatic operation system for a machining center that selectively performs automatic operation control for a plurality of machining centers equipped with CNC devices that numerically control each machine tool and an automatic tool changer. and A cloud-side control unit provided in a cloud server on a network connected to the CNC device of each machining center via a communication line, creating a machining command for each machine tool, and transmitting the machining command to the corresponding CNC device.
  • the 3D CAD design data of the target processed product is input, the 3D CAD design data is transmitted to the cloud side control unit via a communication line, and the information transmitted from the cloud side control unit and one or more terminal devices displayed on the display unit,
  • Each CNC device In accordance with a predetermined machining command, drive control is performed on the machining unit of the machine tool and the automatic tool changer, and the tool is moved to the rotary spindle of the machining unit in accordance with each machining process included in the machining command.
  • a CNC device side control unit that executes cutting to the processing material while replacing and mounting it on the Identification information of a plurality of tools that are exchangeably mounted on the rotating spindle via the automatic tool changer, storage position information of each tool, and the material, shape, and shape of each tool corresponding to the identification information. and a CNC device side storage unit in which tool information including The cloud-side control unit Based on the three-dimensional CAD design data transmitted from the terminal device, the machine tool of the machining center selected in advance executes all the machining processes necessary for cutting the machining material into the target machined product.
  • a machining command automatic creation unit that automatically creates a machining command for a cloud-side storage unit that stores a registration list in which all machining centers to be driven and controlled are registered together with their model information;
  • the cloud-side storage unit includes tool information for each machine tool, machining conditions including the tools and cutting conditions used when the cutting process is performed according to the characteristics of various cutting processes in advance, tool trajectories, and execution programs thereof.
  • a trained model generated by learning corresponding processed data is stored,
  • the machining command automatic creation unit A characteristic portion extraction function for extracting a characteristic portion of cutting from the three-dimensional CAD design data of the processed product based on the shape of the processed material; Machining conditions necessary for cutting for each characteristic portion by applying each characteristic portion extracted by the characteristic portion extraction function to the learned model corresponding to the selected machining center along with the corresponding tool information is automatically determined, and a machining process including a tool locus is automatically set based on the machining conditions; a total machining process setting function for determining a procedure for executing all the machining processes of the characteristic part extracted by the characteristic part extracting function and setting a series of all machining processes necessary to complete the machined product; and a machining command creation function for creating a machining command for causing the machine tool to execute all the set machining steps based on the learned model, and the CNC device side control unit corresponding to the created machining command.
  • the machining process automatic setting function of the machining command automatic creation unit is The tool information to be applied to the learned model together with the characteristic portions is updated by referring to the latest tool information stored in the CNC device side storage unit of the selected machining center before being applied.
  • tool information update function to Based on the three-dimensional CAD design data, a 3D model of the processed product is created, the 3D model is displayed on the display unit of the terminal device, and a possible 1 to the processing unit of the machine tool of the processed product is displayed.
  • the terminal device selects automatically setting a machining process for cutting each characteristic portion using the latest updated tool information based on the installed orientation, After the machining command created by the machining command automatic creation unit is transmitted to the CNC device side control unit, the terminal device can be operated at an arbitrary timing by the operator or at a preset time.
  • the cloud-side control unit When the cloud-side control unit receives the machining command start signal from the terminal device, the cloud-side control unit transmits a machining command start instruction signal to the CNC device-side control unit to execute cutting according to the machining command. It further comprises a machining command start instructing section for causing the machine tool to start.
  • the machining conditions in the present invention are the same as the machining conditions set in a general machine tool, and are the conditions necessary to determine the machining process, mainly including the type, shape, tool diameter, and material of the tool. Also, cutting conditions such as spindle speed, cutting feed, cutting width, cutting depth (Z direction) of the cutting tool, materials to be processed, clamping method, clamping position, mounting direction, etc. . Based on these machining conditions, a tool trajectory, a so-called toolpath, is determined for obtaining the respective desired machining feature.
  • the three-dimensional CAD design data of the target processed product can be obtained from the terminal device in the company building or office where the operator is working on a daily basis via the cloud server. selects a suitable machining center from among a plurality of pre-registered machining centers, and creates a machining command for the selected machining center even if the selected machining center is installed in a facility such as a remote factory; Automatic operation can be performed remotely according to the processing command. As a result, the operator does not have to move to the facility where the target machining center is located, so that the target processed product can be manufactured easily in a short time.
  • the cloud-side storage unit contains not only a registration list that includes model information for each registered machining center, but also tool information for each machine tool of each machining center, and cutting processing that is performed in advance for each characteristic part of various cutting processes. It also contains a learned model generated by learning by associating the machining data including the tool used and the cutting conditions, and the machining data including the tool trajectory and its execution program at the time of the target machine tool. There is no need to store the learned model applied to the automatic creation of machining commands for the CNC device side, and the creation of 3D models in each mounting direction is also performed by the cloud side control unit, so the amount of data to be handled It is no longer necessary for the CNC device to bear the burden of increasing the capacity and improving the performance of its data processing function. As a result, it is possible to avoid high costs associated with increasing the capacity and performance of each machining center and CNC device.
  • the tool information update function further provided in the machining process automatic setting function of the machining command automatic generation unit is used to apply the tool information to the learned model for automatic setting of the machining process together with each characteristic part.
  • the information is updated with reference to the latest tool information stored in the CNC device side storage unit of the selected machining center. It is assumed that each machining center is used for various machining processes on site using the tool information and NC programs stored in the memory of the CNC device. Therefore, at the time when the automatic processing command generation unit of the cloud side control unit according to the present invention is about to create a new processing command for the processing step of a new processed product,
  • the current tool information may be different from the tool information when used in another previous machining process.
  • the communication line that connects the cloud server on the Internet, the terminal device, and the CNC device of each machining center can be a currently available wired or wireless high-speed, large-capacity communication such as an optical line or a fifth-generation communication line.
  • 5G Fifth Generation
  • the terminal device of the present invention may be a personal computer (hereinafter referred to as PC) terminal or tablet terminal, and includes a display unit such as a PC monitor or a touch panel display.
  • the terminal device and the CNC device may be equipped with a 5G-compatible communication device/module or the like so that the operator can connect to and use the Internet via a communication line.
  • the processing command automatic generation unit of the cloud side control unit A 3D model of the processed product is immediately created based on the 3D CAD design data by the processing process automatic setting function. Subsequently, one or more different possible mounting directions of the processed product to the processing part of the target machine tool are selected, and the 3D model is selectably displayed on the display of the terminal device side in each of the selected mounting directions. be done. If the operator selects the optimum one from the displayed 3D models of each mounting direction, the decision signal is immediately transmitted to the cloud-side control unit.
  • the cloud-side control unit's automatic processing command generation unit advances the automatic setting of the processing steps for the cutting of each characteristic portion necessary to reach the target processed product. Even if the target processed product has a complicated shape and the 3D CAD design data is relatively large, the data processing to create the 3D model is performed on the cloud side in a short time, and the data transmission of the 3D model to the terminal device is delayed. You can proceed smoothly without
  • the mounting direction of the processed product selected/determined here is the direction of the processed product when the final processing is completed, and the cutting direction of each characteristic portion is determined with the state at the time of completion as the target. . Based on this cutting direction, the machining conditions and tool locus for setting the machining process are determined. Therefore, the mounting direction of the workpiece is determined by selecting from one or more different mounting directions automatically suggested and displayed on the display of the terminal device, the one that provides the most substantially efficient processing process. be done.
  • the one or more different mounting directions that are automatically suggested are possible as the mounting directions of the processed product based on the three-dimensional CAD design data acquired from the terminal device.
  • the mounting direction can be selected by changing the direction of the center axis. Specifically, first, the mounting direction in which the center axis is vertical and the mounting direction in which the center axis is horizontal can be selected.
  • the mounting direction in which the central axis line is inclined is inclined. By selecting a relatively large surface that can be used as the mounting surface for each direction of the central axis, it is possible to determine each possible mounting direction.
  • the cloud side selects possible mounting directions of the processed product based on the three-dimensional CAD design data, creates 3D models in a plurality of selected mounting directions, and displays them on the display unit of the terminal device. It takes a very short time to get it to work. The optimum one is selected from these mounting directions automatically displayed as described above.
  • a processed product usually has at least one surface on which no processed features are formed. If it does not have such features (that is, it has a surface that does not require machining), it is practical to use that surface as the mounting surface. Therefore, the operator confirms the 3D model in one or more proposed mounting directions on the display unit of the terminal device, and selects the optimum mounting direction in which the surface of the processed product that does not require processing is the mounting surface. The direction can be selected instantly. In addition, if there is one or more surfaces that do not have features that can be used as mounting surfaces, there is no need to perform complicated calculations with a computer based on the shape of the fixture, processed product, and processed material. The operator himself/herself can easily judge in a short time from the viewpoint of stability.
  • the input of 3D CAD design data in the terminal device can be obtained not only by acquiring data stored in a storage medium such as USB from an input port such as a USB port provided in the terminal device, but also through a computer network. It is sufficient if it can be performed by a general data input method, such as obtaining by network communication from another computer.
  • each machining center consists of horizontal or vertical type, cutting area determined by table, column, head movement amount and table rotation angle in each axial direction, and maximum workpiece size. , each movement speed (rapid traverse speed), spindle end shape, spindle rotation speed range, spindle motor power output, table work surface area, maximum load weight, automatic tool changer (ATC) exchange method, magazine type, and maximum number of tools that can be stored , maximum tool weight, and the like.
  • ATC automatic tool changer
  • information on the automatic transfer device can also be included as model information.
  • the type of automatic transfer device for example, the work (processing material) stored in the work stocker is placed and fixed on the pallet of the processing section by a loading system consisting of a multi-axis robot arm or an auto work changer. , a pallet changer and a multi-pallet system that exchangeably move pallets on which workpieces are placed to predetermined positions in the machining section of the machine tool.
  • a 3D model is created based on the 3D CAD design data of the target processed product transmitted from the terminal device as described above in the processing command automatic creation unit of the cloud-side control unit, and displayed on the terminal device.
  • the state of each mounting direction is displayed in the part, and the optimum mounting direction is determined from among them.
  • the characteristic portion to be formed by cutting is extracted based on the 3D CAD design data with reference to the shape of the material to be processed. .
  • These extracted feature parts are based on the mounting direction selected on the terminal device side, and also on the model information of the machining center included in the registration list and the target machining center stored in the cloud side storage part. Applied to the corresponding trained model along with the corresponding tool information.
  • the machining conditions for each characteristic portion are automatically determined, and based on these machining conditions, the tool to be used and the tool locus are determined, and the machining process including tool designation, replacement, and execution of the tool locus is automatically performed. is set Furthermore, the procedure for executing the machining steps of all feature portions is also determined to set a series of all machining steps. Then, a machining command for causing the machine tool to execute all of the set machining steps is automatically created based on the learned model.
  • the machining command is created by the machining command automatic creation part as described above, the machining command is transmitted to the CNC device side control part, and when the creation of the machining command is completed, the CNC device side The terminal device is notified that it has been sent to After that, in the terminal device, a processing command start signal is transmitted to the cloud-side control unit at an arbitrary timing of the operator or at a preset time.
  • the machining command start instruction unit receives the machining command start signal from the terminal device, it transmits a machining command start instruction signal to the CNC device side control unit to follow the previously sent machining command. Let the machine tool execute the cutting process.
  • the learned model in the present invention refers to a large amount of past cutting data accumulated in advance for each machining center model, and for each characteristic part, the machining conditions including the tool used and the cutting conditions, and the tool trajectory and machining data including its execution program, that is, all the data necessary for cutting each characteristic portion, are learned correspondingly. Therefore, the machining conditions necessary for cutting a characteristic portion for manufacturing a new machined product and the machining process including the tool locus based thereon are automatically determined and set in a short time based on the learned model. Furthermore, a machining command for causing the machine tool to execute the machining process is immediately and automatically created.
  • each stored learned model is applied to create a new machining command, it learns and updates the data related to the new created machining command. It is assumed that As a result, each trained model is always updated, contributing to higher accuracy in setting machining processes without interference trajectories, which leads to further speed and safety when creating the next new machining command.
  • the operator does not need to create an NC program in advance, and inputs three-dimensional CAD design data with a terminal device remote from the actual machine, and as a result, the display section
  • the machining center can be made to remotely start the cycle start of the machining process substantially in line with the machining command.
  • the operator can arbitrarily select not only a specific machining center but also a plurality of registered machining centers and remotely control them in real time.
  • the machine model is the same, it is possible to manufacture the same processed product by automatic operation using the same machining command in a plurality of machining centers.
  • the execution of the machining process in the machine tool is substantially achieved by executing the tool locus by the designated tool. It is performed by relative linear movement or rotational movement with a table or the like. That is, the tool locus is executed by drive control of the motors of each axis. More specifically, in a normal NC program, each motor is driven by a pulse train signal obtained by converting read NC data in an information processing circuit. The pulse train signal commands the actual tool movement amount by the rotation angle of the motor corresponding to the number of pulses, that is, by position control, and also commands the actual tool movement speed by controlling the rotation speed of the motor according to the pulse frequency. Therefore, execution of the toolpath can be achieved by directly commanding each motor using the corresponding pulse train signal without going through the NC program.
  • the machining command for causing the machine tool to execute the set machining process may be an NC program as in the conventional case, but is limited to a program using NC language such as G code. Instead, it may include a command signal for directly driving and controlling each motor as described above. For example, execution of a series of machining processes can be instructed by combining a pulse train signal for controlling the motor drive of each axis corresponding to the tool locus with command signals for tool specification and tool replacement.
  • the pulse train signal itself can be easily created from the pulse train signal used corresponding to various tool trajectories included in the machining data learned when creating the learned model in advance. In this way, as the machining command, other machining programs or command signals that can directly drive and control the machine tool can be used as long as the set machining process can be executed.
  • the machining command automatic generation unit in the present invention has a simulation function for automatically verifying whether or not the tool locus of the set machining process can execute smooth machining without interference, and an interference detection function. It is desirable to further include This simulation function displays the tool locus created by the designated tool in the set machining process as a 3D computer graphics moving image, for example, an animation moving image, on the display unit of the terminal device.
  • the interference detection function stops the video displayed on the terminal device as a result of interference detection and issues an interference warning when interference occurs between the tool and the non-machining area of the workpiece or the peripheral members of the processing part while the video is being displayed. shall be displayed. The operator can check the video to see if there is any interference with the tool trajectory of a specific tool, and when an interference warning is displayed, it is necessary to change the machining command created based on the tool trajectory. can be easily known.
  • a machining command improvement function is further provided in the machining command automatic creation unit that changes the tool that caused the interference to a different tool when interference is detected and the machining command is automatically created again, the automatically created machining command can be used. It can be modified to be completely safe.
  • This machining command improvement function automatically determines machining conditions and tool trajectories based on the machining conditions corresponding to the changed tool, automatically sets an improved machining process, and furthermore, sets the improved machining process. Corresponding improved machining orders will be generated automatically. The process of changing the tool, improving the machining command, and simulating with the improved machining command is repeated until the interference disappears.
  • the cloud-side control unit of the present invention by providing the machining command improvement function in the machining command automatic creation unit as described above, after a good machining command that does not cause interference is created through the simulation process, the A good machining command is sent to the CNC device side controller. Then, when the machining command start instruction unit receives the machining command start signal from the terminal device, it transmits the machining command start instruction signal to the CNC device side control unit, thereby responding to the previously transmitted satisfactory machining command. Execution of the cutting along is initiated on the machine tool.
  • the processing command start signal is transmitted from the terminal device at an arbitrary timing by the operator, or at the time when the processing start time is set in advance. Execution of the cutting process according to the instruction is started on the premise that the material to be processed has already been transported to a predetermined position in the processing section. Therefore, the processing command start signal is transmitted from the terminal device after it is confirmed that the material to be processed has been completely transported to the processing section of the machine tool. For the actual transfer of the processed material, it is permissible for the worker on site at the equipment side to complete the transfer of the processed material to the processing section before starting the creation of the processing command.
  • the process may be performed remotely and automatically.
  • a processing material transfer program for driving and controlling the device is normally stored in the CNC device side storage unit, and is used as appropriate so as to cooperate with the automatic operation of the machine tool. Therefore, in the present invention as well, if the terminal device is connected to the CNC device via a communication line, the dedicated transfer program can be used remotely to complete the transfer of the workpiece at any time. can be done.
  • the terminal device in the present invention automatically conveys the processed material to the CNC device side control unit of the target machining center via the communication line in accordance with the processed material transfer program stored in the CNC device side storage unit. Assuming that it has a function to send a command signal for automatic material transfer to drive and control the device, an operator at a remote location from the actual machine can control not only the automatic operation control of the machining center but also the automatic transfer of the material to be processed. can do.
  • the terminal device confirms that the automatic transfer of the processing material to the machine tool processing unit is completed, cloud side control It further has a function of transmitting a machining command start signal to the machining command start instructing part of the unit.
  • the confirmation itself of the completion of the transfer of the workpiece is substantially accomplished if the end of execution of the workpiece transfer program is determined, for example, by receiving a code indicating the end of the program. Therefore, the machining command start signal may be sent at any time after receiving this end code.
  • the means for confirming the completion of transportation may not only confirm the completion of program execution by the end signal from the CNC device side as described above, but may also be configured to directly confirm the completion visually.
  • a monitor image displayed on the display unit can be used to confirm that the material to be processed has been transported to a predetermined position in the processing unit by the monitor function of the terminal device.
  • a machine tool is equipped with an imaging device such as a CCD camera, and a photographed image of the peripheral area of the machining part is displayed on the display of the CNC device so that the area can be visually confirmed. Therefore, in the present invention, it is possible to use the image data obtained by the imaging device installed in each machine tool in order to confirm whether or not the material to be processed has been completely transported to the machine tool processing section. .
  • the terminal device acquires, from the CNC device via a communication line, image data of the peripheral area of the machining part where the machining material is installed, obtained by one or more imaging devices installed on each machine tool. Accordingly, the operator can directly check whether the conveyance of the workpiece has been completed satisfactorily from the monitor image of the area around the processing portion displayed on the display unit. Then, after the transport completion state is confirmed, the processing command start signal is transmitted from the terminal device to the processing command start instructing unit of the cloud-side control unit at an arbitrary timing.
  • the machining command start instructing unit can receive the machining command start signal from the terminal device and transmit a machining command start command signal for starting the machining command to the CNC device side control unit.
  • the machining command automatic creation unit of the cloud-side control unit includes a machining center determination unit that determines the machining center to be used for cutting the processed product from among the machining centers registered in the registration list. be done. Also, the operator may be able to quickly select a machining center suitable for the processing based on the size and weight of the target product to be processed based on his/her experience.
  • the machining center determination unit has a function to display the registration list stored in the cloud storage unit on the display unit of the terminal device so that any machining center in the list can be selected, the operator can A machining center judged to be suitable for cutting the target product can be selected from the registration list displayed on the display unit.
  • the machining center determining section may receive a selection command signal indicating the machining center selected by the operator through the terminal device and determine the machining center to be used. Further, in the terminal device, an authorized operator may update the registration list displayed on the display unit, such as addition or deletion of the machining center.
  • the machining center determination unit includes the design information of the dimension and weight of the processed product acquired from the 3D model created by the machining command automatic creation unit, and the registered list
  • the machining center to be used may be automatically determined by selecting a machining center of a model suitable for cutting the product based on the model information of each machining center.
  • the machining center determination unit preferably has a function to prevent the same machining center from being selected by multiple terminal devices. For example, on the registration list displayed on the display unit of the terminal device, a machining center that has already been selected and used by another terminal device may be set to be in a non-selectable state.
  • a multi-factor authentication method combining authentication information such as a personal identification number and a password with a pre-registered e-mail address, a face authentication method, or the like may be appropriately set.
  • a cloud server connected to a terminal device and a CNC device of a machining center via a communication line, only by acquiring 3D CAD data of a target processed product from the terminal device, Based on the data, a 3D model can be generated to determine the orientation of the installation, and based on the data, the data can be used to generate the processing steps necessary to form all features of the extracted work product.
  • a machining command can be immediately created by applying a learned model stored in advance in the cloud-side storage unit corresponding to each machining center registered in advance. For this reason, it is not necessary to increase the capacity and performance of the CNC device to process large amounts of data. can be easily executed.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing main parts of an "automatic operation system for a machining center" according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a flow chart diagram showing an operation example of the main part of the "automatic operation system for the machining center" of FIG. 1
  • FIG. 2 is a block diagram mainly schematically showing a portion for carrying out an automatic processing material conveying process in a system different from that in FIG. 1
  • FIG. 2 is a sample diagram showing an example of a screen when a 3D model of a processed product created in the process of creating a processing command in FIG. 2 is displayed on the display of the PC terminal in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a screen on which an animation video is displayed on the display of a PC terminal during the tool locus simulation of FIG. Screen (c) is the display screen at the end of the simulation. It is a schematic front view which shows the example of a basic composition of the operation panel of each CNC apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing main parts of an automatic operation system for a machining center according to this embodiment.
  • the plurality of machining centers (M1, M2, M3, . These may be mixed.
  • automatic operation control is performed for a plurality of machining centers (M1, M2, M3, ..., Mn), and the machine tools (MT1, MT2, MT3, ..., MTn) of each machining center are CNC devices (C1, C2, C3, . . . , Cn) and numerically controlled in conjunction with the automatic tool changer ATC.
  • the automatic operation system 1 for a machining center is connected to a cloud server 20 on the Internet network and a cloud-side control unit 21 for the automatic operation system of the machining center provided in the cloud server 20 via a communication line.
  • a plurality of machining centers (M1, M2, M3, . , Mn).
  • the PC terminal 10 and each CNC device are equipped with 5G-compatible communication devices/modules, and data transmission/reception between each other can be performed in real time with almost no delay by communication connection with the cloud server 20 via the Internet by 5G. done.
  • Each CNC device (C1, C2, C3, .
  • the configuration may be the same as that of the conventional CNC device.
  • a schematic configuration thereof first, as shown in FIG. 6, the front surface of the main body serves as an operation panel, and a touch panel type display 30 is provided on this operation panel.
  • the touch panel display 30 displays a menu screen that displays items of various work operation modes for a machine tool provided in advance in the CNC device as icons I, respectively.
  • a USB port P is arranged around the display 30 so that various data can be input and output, and a keyboard 32 including a mouse pad 33 and a mouse button 34 is arranged as an input unit 31 below the display 30 . Further, in the area below the keyboard 32, an operation panel 35 having switches and buttons related to various operations of the machine tool is provided.
  • each CNC device C1, C2, C3, .
  • the automatic tool changer ATC is driven and controlled, and the cutting of the material to be processed is executed while the tools are sequentially exchanged and mounted on the rotary spindle corresponding to each machining process.
  • the CNC-device-side control unit 40 includes a CNC-device-side storage unit 41 that stores tool information, various machining programs, and an APC program for automatic operation of the linked automatic workpiece transfer device APC.
  • the tool information stored in each CNC device side storage unit includes identification information corresponding to a large number of tools stored in magazines of each machine tool, and the type, shape, and material of each tool linked to this. etc.
  • Each tool is managed by identification information, and during automatic operation of machine tools (MT1, MT2, MT3, . are exchanged and mounted at a predetermined timing by the automatic tool changer ATC between the rotary spindle of the machining section and the magazine.
  • Each machining center (M1, M2, M3, . Each time, it is updated to the latest tool information (t1', t2', t3', . . . , tn').
  • a list 25 is stored.
  • the registration list 25 also contains model information (m1, m2, m3, . . . , mn) of the target machining centers (M1, M2, M3, . . . , Mn).
  • tool information ( t1, t2, t3, . is provided.
  • a machining command automatic creation unit 22 having a process automatic setting function and a machining command creation function for automatically creating a machining command Mc for causing the machine tool to execute the machining process is provided.
  • the processing command automatic generation unit 22 also has a characteristic portion extraction function for extracting each characteristic portion of the processed product based on the acquired three-dimensional CAD design data of the processed product. That is, the characteristic part of the processed product applied to the learned model in setting the machining process and creating the machining command is obtained from the three-dimensional CAD design data of the target processed product by this characteristic part extraction function.
  • the substantial processing command creation process in the processing command automatic creation unit 22 starts when the 3D CAD design data of the target product to be processed is obtained. Acquisition of this three-dimensional CAD design data is achieved by data transmission from a terminal device, which is the PC terminal 10 in this embodiment.
  • the machining command automatic generation unit 22 has a machining center determination unit that determines the machining center to be used for manufacturing a new machined product from among the machining centers (M1, M2, M3, . . . , Mn) registered in the registration list 25. It is provided with a section 23, and determines the machining center to be used this time before acquiring the three-dimensional CAD design data of the target processed product.
  • the machining center determination unit 23 causes the liquid crystal display 11 of the PC terminal 10 to display the registration list 25 stored in the cloud storage unit 24 so that any machining center in the list can be selected. .
  • the operator O can use the PC terminal 10 to select a machining center suitable for manufacturing the desired processed product from the registration list 25 based on the dimensions and weight of the desired processed product. Therefore, when a selection command signal for the machining center selected by the operator O is transmitted from the PC terminal 10 to the cloud-side control unit 21, the machining center determination unit 23 determines the machining center to be used this time from the registration list 25. At the same time, the corresponding tool information and learned model used for creating the current machining command are designated from the tool information storage unit 26 and the learned model storage unit 27, respectively.
  • the machining command automatic creation unit 22 creates the machining command while reading the model information and tool information of the machining center determined to manufacture the current machined product and applying the learned model. It will be.
  • the machining process automatic setting function of the machining command automatic generation unit 22 also includes a tool information update function, and the tool information specified when the machining center to be used is determined is updated by this tool information update function. The tool information is updated to the latest tool information stored in the CNC device side storage unit.
  • a 3D model of the processed product in the machining process automatic setting function of the machining command automatic generation unit 22, after extracting each characteristic part of the processed product based on the three-dimensional CAD design data of the processed product by the characteristic part extraction function, a 3D model of the processed product , and transmit the image data to display it on the liquid crystal display 11 of the PC terminal 10 .
  • one or more different mounting directions of the possible processed product are subsequently selected, a 3D model in each selected mounting direction is also created, and the image data is displayed on the liquid crystal display 11 of the PC terminal 10. It further has a function of displaying it in a selectable manner.
  • the operator O can select the optimum mounting direction from among those proposed and displayed on the liquid crystal display 11 .
  • the processing command automatic generation unit 22 automatically sets the processing process in the determined mounting direction. can proceed based on
  • the machining command automatic creation unit 22 has a simulation function of displaying the automatically created tool trajectory of the machining process as 3D computer graphics, for example, an animation movie on the liquid crystal display 11 of the PC terminal 10;
  • An interference detection function is further provided for stopping the moving image and displaying an interference warning when interference occurs between the tool and the non-machining area of the workpiece or the peripheral members of the processed portion during the moving image display.
  • interference when interference is detected, it also has a machining command improvement function that changes the tool that caused the interference to another tool and recreates the machining command.
  • the material to be processed is automatically transported to a predetermined position in the processing section before the processing command created and transmitted to the CNC device is executed. That is, as shown in the block diagram of FIG. 3, the PC terminal 10 automatically conveys the material to be processed in a different system from the automatic creation of the processing command Mc via the cloud server 20 in FIG. It is assumed that the machine tool of each machining center is provided with an automatic processing material conveying device suitable for the machine model so as to be able to cooperate with it.
  • a machining center is a pallet in which a workpiece is exchangeably placed on a pallet by a robot, and the pallet on which the workpiece is placed is controlled to move to a predetermined position in the machining part so that the workpiece is positioned in the machining part.
  • the CNC device side control section 40 executes the APC program 42 stored in the CNC device side storage section 41 to operate the pallet changer. APC is automatically controlled.
  • the PC terminal 10 directly communicates with the CNC device via the communication line. to the CNC device side control unit 40 to control the driving of the pallet changer APC using the APC program 42, and automatically move the pallet on which the processed material is placed. It shall be moved to complete the transfer of the workpiece to the machine tool processing section.
  • the processing command start instructing unit 28 of the cloud-side control unit 21 confirms that the processing material is transported and positioned at a predetermined position of the processing unit of the machine tool, and then executes the previously transmitted processing command.
  • a machining command start instruction signal is transmitted to the CNC device side control unit 40 .
  • the machining command start instructing unit 28 to confirm the completion state of conveyance of the workpiece, it is possible to use an ATC program end code from the CNC device side.
  • the PC terminal 10 since the PC terminal 10 starts the drive control of the automatic processing material conveying device APC, the PC terminal 10 confirms the completion of conveyance, and after confirmation, the processing instruction start signal transmitted from the PC terminal 10 15, a machining instruction start instruction signal is transmitted to the CNC device side control unit 40.
  • the transmission of the machining command start signal 15 may be performed immediately by the operator O.
  • a machining command start instruction signal may be transmitted at the point in time.
  • the PC terminal 10 can acquire a code indicating the end of the ATC program via the CNC device, it is possible to confirm the completion of transportation of the processed material.
  • the machine tool is equipped with one or more imaging devices 50, such as a CCD camera, for imaging at least the peripheral area of the machining part, and the image is displayed on the display 30 of the CNC device. Therefore, in the present embodiment, the PC terminal 10 directly acquires the image data 51 of the area around the machining part from the CNC device via the communication line, and displays it on the liquid crystal display 11, so that the machining material in the machining part can be displayed. Conveyance status can be monitored.
  • the machining command start signal 15 can be transmitted to the machining command start instruction unit 28 of the side control unit 21 .
  • the machining command start instruction unit 28 receives the machining command start signal 15 from the PC terminal 10 and transmits the machining command start command signal to the CNC device side control unit 40 .
  • the CNC apparatus side control section 40 Upon receiving the machining instruction start instruction signal from the machining instruction start instructing section 28, the CNC apparatus side control section 40 performs a cycle start to cause the machine tool to execute the previously sent machining instruction.
  • the machining command corresponding to the required cutting process is automatically created from the selection of the machining center M1 to be used for manufacturing the target machined product.
  • the process up to execution in the machining center M1 will be described below along the flow chart of FIG. 4 and 5 are schematic diagrams showing examples of screens displayed on the liquid crystal display 11 of the PC terminal 10 in each process of the automatic machining process setting process.
  • the operator O selects and launches an application corresponding to the "automatic operation of the machining center" mode from various application menus displayed on the liquid crystal display 11 of the PC terminal 10, thereby enabling the automatic operation mode of the machining center.
  • Start step 100.
  • the operator O enters a pre-registered personal identification number such as his own address and a password, or authentication information such as a face image, etc., to the cloud server 20, and after obtaining authentication, the automatic operation of the machining center is performed.
  • the machining command automatic creation unit 22 sends the machining command automatic creation unit 22 to the PC terminal 10 to which access is permitted, and the registration list 25 of the machining centers (M1, M2, M3, . . . , Mn) stored in the cloud-side storage unit 24. data is transmitted, and the registration list 25 is displayed on the liquid crystal display 11 (step 101).
  • the operator O selects a machining center suitable for producing the desired processed product from the registration list 25 displayed on the liquid crystal display 11 (step 102). In this embodiment, the machining center M1 is selected.
  • a selection command signal indicating that the machining center M1 has been selected is transmitted from the PC terminal 10 to the machining command automatic generation unit 22, and based on the selection command signal, the machining center determination unit 23 determines the machining center M1 to be used this time.
  • the model information m1, the tool information t1 and the learned model L1 to be used are specified (step 201).
  • the latest tool information t1' stored in the CNC device side storage section 41 of the corresponding CNC device C1 is read out, and the tool information t1 is updated (step 202).
  • the operator O selects the machining center M1 to be used, acquires the three-dimensional CAD design data of the target processed product from the data acquisition unit 12, and transmits the data to the processing command automatic generation unit 22.
  • three-dimensional CAD design data is stored in a USB, the data is acquired via the USB port as the data acquisition unit 12, but may be read from another computer via a computer network.
  • the processing command automatic creation unit 22 After reading the 3D CAD design data (step 203), the processing command automatic creation unit 22 creates a 3D model of the processed product (step 204) based on the 3D CAD design data. Subsequently, one or more possible mounting directions of the processed product are selected, and the image data of the 3D model in each of the selected mounting directions is transmitted to the PC terminal 10, and all characteristic portions are extracted (step 205). )I do.
  • the liquid crystal display 11 displays a 3D model of the target processed product in various mounting directions (step 104).
  • 3D models with different mounting directions are displayed so that an arbitrary model can be selected from them.
  • the central axis of the pentagonal prism is along the vertical direction.
  • a mounting direction in which the central axis is along the horizontal direction.
  • any side surface of the pentagonal prism portion can be the mounting surface.
  • the operator O selects, on the liquid crystal display 11, the 3D model with the optimum mounting direction from among the displayed 3D models with different mounting directions, thereby determining the mounting direction (step 105).
  • the bottom surface of the pentagonal prism portion is a surface that does not have a feature and does not require processing, the direction in which this bottom surface becomes the mounting surface, that is, the mounting direction along the vertical direction of the central axis is It can be immediately judged as practical and optimal.
  • the PC terminal 10 transmits a decision signal indicating the mounting direction of the selected 3D model to the cloud-side control unit 21 .
  • the machining command automatic generation unit 22 starts substantial machining process setting (step 206) based on the mounting direction indicated by the transmitted determination signal.
  • a tool suitable for machining each characteristic portion is selected from the tools registered in the latest updated tool information t1, and various Cutting conditions and machining conditions are determined, and the tool locus is also determined based on the machining conditions. Then, a machining process including a tool locus is set from the specification and replacement of tools necessary for cutting each characteristic portion. Then, when there are a plurality of types of characteristic portions, an efficient sequence of processing steps corresponding to all the characteristic portions is determined, and a series of all processing steps necessary for manufacturing the desired processed product are set. Immediately after that, a machining command is created (step 207) for causing the machine tool to execute all the set machining steps.
  • step 208 the simulation of the tool trajectory of the set machining process (step 208) is started, and the machining command automatic creation unit 22 is created in this simulation process.
  • 3D animation moving image data is transmitted to the PC terminal 10 .
  • a 3D animation is displayed on the display 11 (step 106).
  • the presence or absence of interference between the tool and the non-machining area of the workpiece or the surrounding members of the machining portion of the machine tool is detected (step 209) along the tool locus. If there is no interference, the simulation animation of the tool locus is displayed to the end without being stopped as shown in FIG. 5(c). In this way, when no interference occurs and interference detection is denied, the machining process and machining command Mc set and created based on the tool locus are complete and can be executed without interference on the machine tool MT1. It can be safely judged that
  • a warning signal is sent to the PC terminal 10, the simulation video is stopped on the display 11, and an interference warning is displayed (step 107). .
  • the machining command automatic generation unit 22 identifies the tool that caused the interference, reselects the next best tool based on the learned model L1, and changes the tool (step 211). ), the machining conditions and machining trajectory for the changed tool are determined again, and the machining process setting (step 206) is redone. Then, a machining command is created again (step 207) corresponding to the improved machining process. Since this routine from tool change to machining command change is repeated until the occurrence of interference in the simulation is eliminated, an improved machining command with a complete tool and tool locus can be easily created in a short time.
  • this machining command Mc is transmitted to the CNC device, and the CNC device side control unit 40 receives the machining command Mc (step 220) is performed.
  • a signal is sent to the PC terminal 10 indicating that the processing command Mc has been created.
  • the PC terminal 10 confirms completion of the machining command creation (step 108), and directly transmits a signal of a machining material transfer command to the CNC device C1 via the communication line (step 109).
  • the CNC device-side control unit 40 receives a processing material transfer command from the PC terminal 10, and uses an APC program 42 stored in advance in the CNC device-side storage unit 41 to transfer a pallet as a processing material automatic transfer device APC.
  • the drive of the changer is controlled to transport the material to be processed to a predetermined position in the processing section of the machine tool MT1.
  • an imaging device 50 such as a CCD camera mounted on the machine tool MT1 takes an image of the peripheral area of the machining part, and the image data 51 is transmitted to the CNC device side control part 40 .
  • the PC terminal 10 directly acquires the image data 51 from the CNC device C1 and displays the monitor image 13 on the display 11. Therefore, the operator O sees the monitor image 13 of the peripheral area of the machining part on the display 11, and receives the execution completion code of the APC program 42 from the CNC device C1, so that the machining material is positioned at the predetermined position of the machining part. You can be sure that it has been transported to When the PC terminal 10 confirms the conveyance of the processing material (step 110), the operator O transmits the processing command start signal 15 to the processing command start instructing unit 28 of the cloud-side control unit 21 (step 111). can be done.
  • the machining command start instruction unit 28 determines that the material to be processed has been conveyed by the machining command start signal 15 from the PC terminal 10, and transmits the machining command start instruction signal to the CNC device side control unit 40 (step 212). conduct. That is, until the processing command start signal 15 from the PC terminal 10 is received, the processing command start instructing unit 28 assumes that the processing material has not been completely conveyed and is in a standby state.
  • the device-side control unit 40 receives the machining command start instruction signal and performs a cycle start (step 221) on the machine tool MT1 so as to start automatic operation in accordance with the previously received machining command Mc.
  • a processing material automatic transfer command signal 14 is sent to the CNC device, and after confirming the completion of transfer on the monitor image 13, the processing command is started at an arbitrary timing. Only by transmitting the signal 15 to the cloud side with the PC terminal 10, from the creation of the machining command for manufacturing the target machined product for the remote machining center to the execution by the machine tool smoothly in real time. It can be carried out.
  • the first operator at the first terminal device selects a certain machining center from the registration list 25, it may have already been selected by the second operator on another second terminal device and used in the machining process.
  • the registration list 25 is displayed on the display section of the first terminal device in a state in which the machining center cannot be selected. This allows the first operator to select another alternative machining center.
  • the first operator can select and use the machining center again after the machining center becomes selectable in the registration list 25 after the second operator finishes using the machining center.
  • MT1, MT2, MT3, ..., MTn Machine tool
  • ATC Automatic tool changer (pallet changer)
  • APC Processing material automatic conveying device 30: (CNC device) touch panel type display 31: input unit 32: keyboard 33: mouse pad 34: mouse button 35: operation panel P: USB port 40: CNC device side control unit 41: CNC device Side storage unit 42: APC program 50: Imaging device 51: Image data

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Abstract

マシニングセンタの自動運転システムにおいて、各マシニングセンタのＣＮＣ装置に通信回線を介して接続されたクラウドサーバに設けられ、加工指令自動作成部にて各工作機械用の加工指令を作成して対応するＣＮＣ装置に送信するクラウド側制御部と、入力された目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データをクラウド側制御部に通信回線を介して送信すると共にクラウド側制御部から送信される情報を表示部に表示する１つ以上の端末装置と、を備え、クラウド側制御部は、駆動制御対象の全マシニングセンタの登録リストと工作機械毎の工具情報と学習済みモデルとが格納されているクラウド側記憶部を備え、加工指令自動作成部は、３次元ＣＡＤ設計データから抽出した特徴部を対応する学習済みモデルに工具情報と共に適用して各特徴部の切削加工に必要な加工条件と、該加工条件に基づく工具軌跡を含む加工工程を自動的に設定し、実行手順を決定して設定された一連の全加工工程に対応する加工指令を前記学習済みモデルに基づいて作成するものであり、前記工具情報を、前記学習済みモデルに適用する前に、対応するＣＮＣ装置側記憶部に保存されている最新の工具情報を参照して更新する機能を備えているものとした。

Description

マシニングセンタの自動運転システム
　本発明は、予め登録されている複数のマシニングセンタに対して、クラウドサーバを介して、遠隔位置にある端末装置によって選択的に自動運転制御を行うことができるマシニングセンタの自動運転システムに関するものであり、より詳しくは、選択されたマシニングセンタに対して、端末装置から入力される加工製品の３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、クラウド側で専用の学習済みモデルを適用して加工指令を作成し、対象の工作機械での該加工指令に沿った加工工程を自動的に駆動制御するためのシステムに関する。
　現在、多くの工作機械は、自動工具交換機能を備え、数値制御装置、所謂ＮＣ（Numerical Control ）装置やコンピュータ数値制御装置、所謂ＣＮＣ（Computerized Numerical Control）装置を搭載し、マシニングセンタとして制御駆動されている。即ち、工作機械は、数値制御装置によって、予め定められたＮＣ加工プログラムに沿って、各種切削加工工程を自動運転で実行させられ、目的の製品を形成している。
　ＮＣ加工プログラムは、使用工具及びその工具による加工時のＸ，Ｙ，Ｚの座標軸、あるいは高度工作機械における同時５軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｃ）に関する移動量とその速度等の数値データ（ＮＣデータ）を含む加工条件および加工工程の数値制御情報に基づいて作成される。また、ＣＮＣ装置においては、工具径の補正や補間演算、速度制御等を内蔵コンピュータによって自動計算することで自動化を進めている。
　従って、工作機械に目的の製品を得るための切削加工を実行させるＮＣ加工プログラムは、予めその加工条件及び加工工程等を設定した上で作成される。各加工工程は、加工製品の各特徴部、例えば凹凸の段差や湾曲の面形状、また穴、ポケット、スロットなど、を削り出すための加工方法で決定される。これらの特徴部を形成するのに適した工具が、各種工具、例えば、各種フライス、各種ドリル、各種エンドミル等から適宜選択される。選択された各工具につき、切削条件を含む加工条件が設定され、この加工条件に基づいて工具軌跡が決定される。そしてこのような工具選択から工具交換、工具軌跡の実行を含む加工工程が設定されて、当該加工工程に相当するＮＣ加工プログラムが作成される。
　通常、各特徴部を削り出すための加工工程に相当するＮＣ加工プログラムは、目的の加工製品のＣＡＤ（Computer aided design ）設計図面に基づいて、技術者によってＧコードやＭコード等のＮＣ言語で作成される。しかし、高度工作機械での同時５軸駆動加工など、これら複数の軸が互いに干渉することなくスムーズに切削加工が自動で行えるようなより複雑な制御が求められる場合も多くなっており、対応するＮＣ加工プログラムも、３次元ＣＡＤ図面に基づき、ＣＡＭ（Computer aided manufacturing）システムを用いて作成されている。
　ＣＡＭ操作によって、コードの直接手入力の必要は無くなったが、複雑な加工プログラムは、熟練者によって加工法の検討や工具選定、加工条件の決定を行いながら作成されていたため、時間を要するものであった。そこで、自動で加工プログラムを作成できる装置も種々検討されてきた。
　中でも、本発明者等は、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データを取得しさえすれば、熟練の知識を必要とすることなく、自動的に加工指令を作成してその場で直ちに加工工程を実行することを可能とするＣＡＤデータによるマシニングセンタの自動運転装置を開発している（特許文献１を参照。）。これは、目的製品の３次元（以降、３Ｄとも記す）ＣＡＤ設計データを取得すると、直ちに可能な取付方向が３Ｄモデルの表示で選択可能に提案されると共に製品の特徴部が抽出され、最適な取付方向を選択し決定すると、その決定された取付方向に基づいて、抽出された特徴部が学習済みモデルに適用されて短時間で該製品を得るのに必要な全加工工程を工作機械に実行させる加工指令が自動的に作成されるものである。
特許第６７１９７９０号公報 特開２０１６－７１４０７号公報 特開２０２１－１２５４２号公報
　しかしながら、近年は、求められる加工製品の複雑化もあり、これに伴って、３Ｄ設計データも大容量化している。さらに、このような複雑化した加工工程が更新されていく学習済みモデルのデータも大容量化するため、各マシニングセンタでは、工作機械に搭載されている制御装置において、容量の問題と共にデータ処理機能を高性能化する必要もあり、機械側の負担が大きく、その分コストも大きくなる。また、加工指令の作成からその実行までほぼ自動的に行われるものであり、必要な操作は、当初の３ＤＣＡＤ設計データの入力および取付方向の選択、決定という短時間で簡単なもののみであるが、これらの操作は操作者が機械側のＣＮＣ操作盤で行っていたため、現場での拘束は避けられなかった。
　一方、制御装置の一部機能をクラウドサーバと分担して負担を軽減した工作機械も考えられている。例えば、数値制御装置をネットワーク上のホストコンピュータ（クラウド）側と工作機械側とに分離し、クラウド側ではＣＮＣ制御や表示制御用のソフトウェアを動作させ、工作機械側では機械を動作させるためのサーボ制御およびスピンドル制御用ソフトウェアを動作させるように構成し、クラウド側で各ソフトウェア、ハードウェアの管理と保守を行うことで工作機械のメインテナンスコストを削減可能としたものがある（特許文献２を参照。）。
　また、各工作機械の経時変化に伴う加工精度の低下の解消を支援することを目的として、加工製品製造者側で工作機械の主軸や工具等の構成物の剛性を測定してクラウドサーバへ測定情報を送信し、クラウドサーバ側で受信した剛性測定情報と加工基礎データとに基づいて加工プログラムを作成すると共に、剛性測定情報を工作機械メーカ計算機や工具メーカ計算機に送信する管理計算機も考えられている（特許文献３を参照。）。
　しかしながら、上記のように、主に複数の工作機械に対する管理にクラウドサーバを利用したものはあったが、ＣＡＭシステムを使用することなく、目的の加工製品の３ＤＣＡＤ設計データに基づいて、その特徴部を抽出し、各特徴部を得るための加工指令を、提案され選択された最適な取付方向で学習済みモデルを適用して自動的に作成し、その加工指令を任意のマシニングセンタに実行させるまでをクラウドサーバを介して遠隔で簡便に操作できるものはなかった。
　本発明の目的は、上記問題点に鑑み、複数のマシニングセンタに対して、クラウドサーバを利用して工作機械側の制御装置にデータ収納の大容量化と高性能データ処理能力を持たせる必要なく、且つ操作者が工作機械側に拘束されることもなく、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、選択されたマシニングセンタの工作機械用に加工指令を自動的に作成し、その加工指令を該工作機械に実行させることが可能なマシニングセンタの自動運転システムを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明は、各々の工作機械と自動工具交換装置との数値制御を行うＣＮＣ装置を備えた複数のマシニングセンタに対して選択的に自動運転制御を行うマシニングセンタの自動運転システムであって、
　各マシニングセンタの前記ＣＮＣ装置に通信回線を介して接続されたネットワーク上のクラウドサーバに設けられ、各工作機械用の加工指令を作成して対応するＣＮＣ装置に前記加工指令を送信するクラウド側制御部と、目的とする加工製品の３次元ＣＡＤ設計データが入力され、該３次元ＣＡＤ設計データを前記クラウド側制御部に通信回線を介して送信すると共に、前記クラウド側制御部から送信される情報を表示部に表示する１つ以上の端末装置と、を備え、
　各ＣＮＣ装置は、
　　予め定められた加工指令に沿って、前記工作機械の加工部と前記自動工具交換装置とに対する駆動制御を行い、前記加工指令に含まれる各加工工程に対応して工具を前記加工部の回転主軸に交換装着させながら加工素材への切削加工を実行させるＣＮＣ装置側制御部と、
　　前記回転主軸に対して前記自動工具交換装置を介して交換装着可能に収納されている複数の工具の識別情報と各工具の収納位置情報、および前記識別情報に対応する各工具の材質、形状と、を含む工具情報が保存されているＣＮＣ装置側記憶部と、を備え、
　前記クラウド側制御部は、
　　前記端末装置から送信された前記３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、予め選択されたマシニングセンタの工作機械に加工素材を目的の加工製品まで切削加工させるのに必要な全加工工程を該工作機械に実行させる加工指令を自動的に作成する加工指令自動作成部と、
　　駆動制御対象である全マシニングセンタがその機種情報と共に登録された登録リストが格納されているクラウド側記憶部と、を備え、
　前記クラウド側記憶部は、工作機械毎の工具情報と、予め各種切削加工の特徴別に当該切削加工が実行された際の使用工具と切削条件とを含む加工条件および工具軌跡とその実行プログラムを含む加工データを対応させて学習させられて生成された学習済みモデルとが格納されており、
　前記加工指令自動作成部は、
　　前記加工素材の形状を基準として前記加工製品の３次元ＣＡＤ設計データから切削加工の特徴部を抽出する特徴部抽出機能と、
　　前記選択されたマシニングセンタに対応する学習済みモデルに対して、対応する工具情報と共に、前記特徴部抽出機能によって抽出された各特徴部を適用することによって各特徴部についての切削加工に必要な加工条件を自動的に決定し、該加工条件に基づいて工具軌跡を含む加工工程を自動的に設定する加工工程自動設定機能と、
　　前記特徴部抽出機能によって抽出された特徴部の全部の加工工程を実行する手順を決定して前記加工製品を完成するのに必要な一連の全加工工程を設定する全加工工程設定機能と、
　　設定された前記全加工工程を前記工作機械に実行させる加工指令を前記学習済みモデルに基づいて作成する加工指令作成機能、とを備え、作成された前記加工指令を対応する前記ＣＮＣ装置側制御部へ送信するものであり、
　前記加工指令自動作成部の前記加工工程自動設定機能は、
　　前記学習済みモデルに対して前記各特徴部と共に適用する前記工具情報を、その適用の前に、前記選択されたマシニングセンタのＣＮＣ装置側記憶部に保存されている最新の工具情報を参照して更新する工具情報更新機能と、
　　前記３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、加工製品の３Ｄモデルを作成して前記端末装置の表示部に前記３Ｄモデルをディスプレイ表示させると共に、前記加工製品の前記工作機械の加工部への可能な１つ以上の異なる取付方向を選出し、選出された各取付方向の状態で前記３Ｄモデルを選択可能に前記端末装置の表示部にディスプレイ表示させる機能と、を備えており、前記端末装置にて選択された取付方向に基づいて、更新された最新の前記工具情報を用いて各特徴部の切削加工のための加工工程を自動的に設定するものであり、
　前記端末装置は、前記加工指令自動作成部にて作成された前記加工指令が前記ＣＮＣ装置側制御部に送信された後、操作者による任意のタイミングであるいは予め設定された時刻に達した時点で、前記クラウド側制御部へ加工指令開始信号を送信する機能を有し、
　前記クラウド側制御部は、前記端末装置からの前記加工指令開始信号を受信した時点で、前記ＣＮＣ装置側制御部に加工指令開始指示信号を送信して前記加工指令に沿った切削加工の実行を前記工作機械に開始させる加工指令開始指示部、をさらに備えているものである。
　本発明における加工条件とは、一般的な工作機械で設定される加工条件と同様であり、加工工程を決定するのに必要な条件であり、主に、工具の種類、形状、工具径、材質、また主軸回転速度、切削送り、切削幅、刃物の切り込み深さ（Ｚ方向）などの切削条件、また加工素材の材質、また加工部治具へのクランプ方法やクランプ位置、取付方向などである。この加工条件に基づいて、それぞれ目的の加工特徴部を得るための工具軌跡、所謂ツールパスが決定される。
　以上の構成を備えた本発明においては、クラウドサーバを介して、操作者が日常的に作業を行っている社屋や事務所内の端末装置にて、目的とする加工製品の３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、予め登録された複数のマシニングセンタの中から適したものを選択し、該選択されたマシニングセンタが離れた工場等の施設に設置されていても、そのマシニングセンタに対して加工指令を作成し、その加工指令によって遠隔で自動運転を行わせることができる。これによって、操作者が対象のマシニングセンタのある施設まで移動すること無く、その分、短時間で簡便に目的とする加工製品を製造することができる。
　しかも、クラウド側記憶部には、登録されたマシニングセンタ毎の機種情報を含む登録リストだけでなく、各マシニングセンタの工作機械毎の、工具情報および、予め各種切削加工の特徴部別に当該切削加工が実行された際の使用工具と切削条件とを含む加工条件および工具軌跡とその実行プログラムを含む加工データを対応させて学習させられて生成された学習済みモデルも収納されているため、対象の工作機械のための加工指令の自動作成に適用される学習済みモデルをＣＮＣ装置側に収納する必要がなく、且つ各取付方向での３Ｄモデルの作成もクラウド側制御部で行われるため、扱うデータの大容量化およびそのデータ処理機能を高性能化させる負担をＣＮＣ装置側で負う必要がなくなる。これによって、各マシニングセンタおよびＣＮＣ装置での大容量化、高性能化に伴うコスト高も回避される。
　さらに、本発明においては、加工指令自動作成部の加工工程自動設定機能に更に備えられた工具情報更新機能によって、加工工程の自動設定のために学習済みモデルに対して各特徴部と共に適用する工具情報が、選択されたマシニングセンタのＣＮＣ装置側記憶部に保存されている最新の工具情報を参照して更新される。各マシニングセンタは、現場でもＣＮＣ装置の記憶部に収納されている工具情報とＮＣプログラムを用いて各種加工工程に使用されていることが想定される。従って、新しい加工製品の加工工程のために本発明によるクラウド側制御部の加工指令自動作成部で新たに加工指令を作成しようとしている時点で、利用しようとしている予めクラウド側記憶部に収められている工具情報が、それ以前の別の加工工程に使用された際の工具情報と異なっていることもあり得る。従って、本発明によって新たな加工指令を作成する際には、対象のＣＮＣ装置側記憶部に収められている最新の工具情報を参照して更新することによって、実際のものと異なる工具情報を用いて加工指令を作成して実行するという危険を回避できるため、より安全で正確な加工指令を作成することができる。
　本発明においては、インターネット上のクラウドサーバと端末装置および各マシニングセンタのＣＮＣ装置とを接続する通信回線としては、現在利用可能な有線、無線の高速・大容量化通信、例えば光回線や第５世代（５Ｇ）移動通信システム等を利用することにより、各機器間でのデータの送受信は遅延なくほぼリアルタイムでしかも複数同時接続も可能に行われ、端末装置からのクラウドサーバを介した各マシニングセンタに対する遠隔での自動運転制御は非常にスムーズに行われる。本発明の端末装置とは、パーソナルコンピューター（以下、ＰＣと記す）端末やタブレット端末で良く、ＰＣモニタやタッチパネル式ディスプレイ等の表示部を備えたものである。そして操作者が通信回線を介してインターネットに接続して利用できるように、端末装置およびＣＮＣ装置には、５Ｇ対応可能な通信デバイス／モジュール等が搭載されていればよい。
　例えば、端末装置とクラウド側制御部との間では、端末装置で入力された目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データがクラウド側へ送信されると、クラウド側制御部の加工指令自動作成部では、加工工程自動設定機能にて、その３次元ＣＡＤ設計データに基づいて直ちに加工製品の３Ｄモデルが作成される。続いて前記加工製品の対象工作機械の加工部への可能な１以上の異なる取付方向が選出され、これら選出された各取付方向の状態で前記３Ｄモデルが選択可能に端末装置側のディスプレイに表示される。操作者は、表示された各取付け方向の３Ｄモデルから、最適なものを選択すれば、その決定信号が直ちにクラウド側制御部に送信される。クラウド側制御部の加工指令自動作成部では、選択された取付方向に基づいて、目的の加工製品に達するのに必要な各特徴部の切削加工のための加工工程の自動設定が進められる。目的の加工製品が複雑な形状で３次元ＣＡＤ設計データも比較的大きい場合も、３Ｄモデルを作成するデータ処理はクラウド側で短時間で行われ、端末装置への３Ｄモデルのデータ送信は、滞りなくスムーズに進められる。
　ここで選択・決定される加工製品の取付方向とは、最終的な加工完了時の加工製品の向きであり、これの完了時の状態を目標として、各特徴部の切削加工方向が決定される。そしてこの切削加工方向に基づいて、加工工程を設定するための加工条件および工具軌跡が決定される。従って、加工製品の取付方向は、自動的に提案されて端末装置のディスプレイに表示された１つ以上の異なる取付方向から、最も実質的に効率的な加工工程が得られるものを選択して決定される。
　自動的に提案される１つ以上の異なる取付方向は、端末装置から取得された３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、その加工製品の取付方向として可能なものである。例えば、加工製品の外形状からその中心軸線を設定すれば、その中心軸線の向きを変えた取付方向が選出できる。具体的には、まず該中心軸線が垂直方向となる取付方向と水平方向となる取付方向とが選出できる。また、その他、加工製品の外形状によっては中心軸線が傾斜した状態となる取付方向も選出可能である。そして中心軸線の各方向について取付面となり得る比較的大きな面を選定すれば、それぞれ可能な載置方向も決定できる。従って、このようにクラウド側で前記３次元ＣＡＤ設計データに基づいて加工製品の可能な取付方向を選出し、複数の選出された取付方向での３Ｄモデルを作成して端末装置の表示部に表示させるまで非常に短時間ですむ。以上のように自動的に表示されたこれらの取付方向から最適なものが選択される。
　加工製品は、通常、加工特徴部が形成されない面を少なくとも１つは有することが多い。このような特徴部を有さない（即ち加工不要の面を有する）場合には、その面を取付面とすることが実際的である。従って、操作者は、提案された１つ以上の取付方向での３Ｄモデルを端末装置の表示部上で確認して、加工製品の加工が必要ない面が取付面となる取付方向を最適な取付方向として瞬時に選択することができる。また、取付面となり得る特徴部が形成されない面が１つ以上ある場合には、固定治具と加工製品および加工素材の形状に基づいて、コンピュータによる複雑な計算をするまでもなく、取付時の安定性などから操作者自身が簡単に短時間で判断できる。
　なお、端末装置での３次元ＣＡＤ設計データの入力は、例えばＵＳＢ等の記憶メディアに記憶されたデータを端末装置に設けられているＵＳＢポート等の入力ポートから取得できるだけでなく、コンピュータネットワークを介して他のコンピュータからのネット通信によって取得するなど、一般的なデータの入力方法で行うことができれば良い。
　また、各マシニングセンタの機種情報としては、まず横形かあるいは立形かのタイプ別と、各軸方向に関するテーブル、コラム、ヘッドの移動量とテーブル旋回角度とによって決定される切削領域、加工物最大寸法、各移動速度（早送り速度）、主軸端形状、主軸回転数範囲、主軸電動力出力、テーブル作業面面積、積載最大重量、自動工具交換装置（ＡＴＣ）の交換方式やマガジンタイプと最大工具収納本数、最大工具重量等が挙げられる。また、各種マシニングセンタでは、さらなる自動化、省人化のため、加工素材が自動的に加工部の所定位置に搬送される自動搬送装置が設けられている場合がある。このような工作機械に連携する自動搬送装置を備えているマシニングセンタの場合には、機種情報として、自動搬送装置の情報も含むことができる。自動搬送装置のタイプとしては、例えば、ワークストッカーに収納されているワーク（加工素材）を、多軸ロボットアームからなるローディングシステムあるいはオートワークチェンジャなどによって加工部のパレット上に載置固定するものや、加工素材が載置されたパレットを工作機械の加工部の所定位置に交換可能に移動させるパレットチェンジャやマルチパレットシステムなどが挙げられる。
　本発明においては、クラウド側制御部の加工指令自動作成部にて前述のように端末装置から送信された目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データに基づいて３Ｄモデルが作成され、端末装置の表示部に各取付方向の状態で表示され、その中から最適な取付方向が決定される。このような３Ｄモデルの作成から取付方向が決定されるまでの工程の他方で、該３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、切削加工により形成すべき特徴部が加工素材の形状を基準として抽出される。
　これら抽出された特徴部は、端末装置側で選択された取付方向を踏まえた上で、また、登録リストに含まれているマシニングセンタの機種情報とクラウド側記憶部に格納されている対象のマシニングセンタに対応する工具情報と共に、対応する学習済みモデルに適用される。これによって、各特徴部についての加工条件が自動的に決定され、この加工条件に基づいて、使用工具と工具軌跡が決定され、工具の指定から交換、該工具軌跡の実行を含む加工工程が自動的に設定される。さらに、全特徴部の加工工程を実行する手順も決定されて一連の全加工工程が設定される。そして、この設定された全加工工程を工作機械に実行させるための加工指令が学習済みモデルに基づいて自動的に作成される。
　クラウド側制御部では、以上のように加工指令自動作成部にて加工指令が作成されると、その加工指令がＣＮＣ装置側制御部に送信されると共に、加工指令の作成が完了しＣＮＣ装置側へ送信されたことが端末装置に通知される。その後、端末装置において、操作者の任意のタイミングで、あるいは予め設定した時刻に達した時点で端末装置から加工指令開始信号がクラウド側制御部へ送信される。クラウド側制御部では、加工指令開始指示部が端末装置からの加工指令開始信号を受信した時点で該ＣＮＣ装置側制御部に加工指令開始指示信号を送信して先に送った加工指令に沿った切削加工の実行を工作機械に実行させる。
　なお、本発明における学習済みモデルとは、マシニングセンタの機種別に、予め蓄積された多大な過去の切削加工のデータについて、各種特徴部毎に、使用された工具と切削条件を含む加工条件および工具軌跡とその実行プログラムを含む加工データ、即ち各特徴部の切削加工に必要な全データ、が対応して学習させられたものである。従って、新たな加工製品を製造するための特徴部を切削加工するのに必要な加工条件とこれに基づく工具軌跡を含む加工工程が該学習済みモデルに基づいて短時間で自動的に決定および設定され、さらにその加工工程を工作機械に実行させるための加工指令も直ちに自動的に作成される。なお、本発明のクラウド側記憶部においては、格納されている各学習済みモデルが、新たに加工指令の作成に適用される度に、その作成された新しい加工指令に関するデータを学習して更新していくものとする。これによって、各学習済みモデルは常に最新化され、次の新しい加工指令の作成にあたって、さらなる迅速化とより高い安全性に繋がる干渉軌跡のない加工工程の設定のための高精度化に寄与する。
　以上のように、本発明によれば、操作者は、予めＮＣプログラムを作成しておく必要はなくなり、実機から離れた端末装置にて、３次元ＣＡＤ設計データを入力し、その結果として表示部に表示された１つ以上の３Ｄモデルの取付方向から最適なものを選択するだけで、自動的に対象のマシニングセンタに目的の加工製品を製造させるための加工指令を作成することができる。そして加工指令作成後は、加工指令開始信号をクラウド側へ送るだけで、実質的にその加工指令に沿った加工工程のサイクルスタートを遠隔でマシニングセンタに開始させることができる。しかも本発明においては、操作者は、特定のマシニングセンタだけでなく、登録されている複数のマシニングセンタに対して、任意に選択して遠隔でリアルタイムで制御することが可能となる。さらに、同一機種であれば、複数のマシニングセンタにおいて同じ加工指令を用いた自動運転によって同じ加工製品を製造させることも可能となる。
　なお、工作機械における加工工程の実施は、実質的には指定された工具による工具軌跡の実行によってほぼ達成されるが、この工具軌跡の実行は、各軸についてのモータ駆動による工具側とワーク側テーブル等との相対的な直線移動や回転移動よって行われる。即ち、各軸のモータに対する駆動制御によって工具軌跡は実行されている。より具体的には、通常のＮＣプログラムでは、読み取られたＮＣデータが情報処理回路で変換されたパルス列信号によって各モータが駆動される。パルス列信号は、そのパルス数に応じたモータの回転角によって、即ち位置制御によって実際の工具移動量を指令すると共に、パルス周波数に応じたモータの回転速度制御によって実際の工具移動速度を指令する。したがって、ＮＣプログラムを介さなくても、相当するパルス列信号を用いて各モータに直接指令することによって、工具軌跡の実行は達成できる。
　そこで、本発明において、設定された加工工程を工作機械に実行させるための加工指令としては、従来と同様にＮＣプログラムであっても良いが、Ｇコード等のＮＣ言語を用いたプログラムに限定されるものではなく、上記のように各モータを直接駆動制御する指令信号を含むものとしても良い。例えば、工具軌跡に相当する各軸のモータ駆動を制御するパルス列信号に、工具指定や工具交換の指令信号を組み合わせて構成したものによって、一連の加工工程の実行が指令できる。パルス列信号自体は、予め学習済みモデル作成時に学習された加工データに含まれている各種工具軌跡に対応して使用されたパルス列信号から簡便に作成可能である。このように、加工指令には、設定された加工工程を実行可能なものであれば、他の加工プログラムや直接的に工作機械を駆動制御できる指令信号を利用できる。
　特に、加工指令として、ＮＣプログラムを介さないで直接的な指令信号を作成して用いる場合は、従来のＧコードやＭコードで作成されたＮＣプログラムでは非常に多数の補間機能が使用されるのに対して、この補間機能が省略されるので、加工時間の短縮と加工精度の向上が実現可能となる。また、フィードバック制御でなく、自動的に設定された実数値で位置決めを行うことで、熱変位が無くなり、且つ指令に対するサーボ制御の遅れを無くしたリアルタイム制御となるため、負荷変動に瞬時に対応可能であり、これによる加工時間の大幅な短縮と高精度も実現可能である。
　さらに、本発明における加工指令自動作成部には、設定された加工工程の工具軌跡が干渉なくスムーズな加工を実行できるものであるかを自動的に検証するためのシミュレーション機能と、干渉検知機能とをさらに備えることが望ましい。このシミュレーション機能は、設定された加工工程における指定工具で作成された工具軌跡を、端末装置の表示部に３Ｄコンピュータグラフィックスの動画、例えばアニメーション動画として表示させるものとする。干渉検知機能は、動画表示中に工具と加工素材の非加工領域または加工部の周辺部材との干渉が発生した時点で干渉検知結果として端末装置で表示されている動画を停止させて干渉警告を表示させるものとする。操作者は、動画を確認しながら特定の工具による工具軌跡について干渉の有無を確認でき、干渉警告が表示された際には、その工具軌跡に基づいて作成された加工指令を変更する必要があることを簡便に知ることができる。
　そして加工指令自動作成部には、干渉検知時にその干渉を発生した工具を別の工具に変更して再度加工指令を自動作成させる加工指令改良機能をさらに設ければ、自動作成される加工指令を完全に安全なものへと修正することができる。この加工指令改良機能は、変更された工具に対応して改めて加工条件と該加工条件に基づく工具軌跡が決定されて改良された加工工程が自動的に設定され、さらにこの改良された加工工程に相当する改良された加工指令が自動的に作成されるものである。そしてこのような工具変更および加工指令の改良、改良された加工指令でのシミュレーション、という工程を、干渉が無くなるまで繰り返させるものである。これによって、干渉のない工具軌跡が実行される加工工程および加工指令が、熟練者による時間の掛かる検証等を必要とすることなく、自動的に作成される。このため、操作者は、短時間で簡便に良好な加工指令を得て安心して製品加工を実行できる。
　また、本発明のクラウド側制御部においては、以上のように加工指令自動作成部に加工指令改良機能を備えることによって、シミュレーション工程を経て干渉が生じない良好な加工指令が作成されてから、その良好な加工指令がＣＮＣ装置側制御部へ送信されることになる。そして加工指令開始指示部が、端末装置からの加工指令開始信号を受信した時点で、ＣＮＣ装置側制御部に加工指令開始指示信号を送信することによって、先に送信された前記良好な加工指令に沿った切削加工の実行が工作機械で開始される。
　なお、加工指令開始信号は、操作者による任意のタイミングで、あるいは予め加工開始時刻が設定されていれば、その時刻に達した時点で、端末装置から送信されるが、いずれの場合も、加工指令に沿った切削加工の実行が開始されるのは、それまでに加工素材が加工部の所定位置に搬送済みであることが前提である。従って、端末装置で加工指令開始信号を送信するのは、加工素材の工作機械加工部への搬送完了が確認された後とする。実際の加工素材の搬送は、加工指令の作成を開始する前に、装置側で現場にいる作業者によって加工素材の加工部への搬送を完了させておいてもかまわないが、加工素材の搬送工程を遠隔で自動的に行うものとしても良い。
　各種マシニングセンタでは、それぞれ特定の加工素材自動搬送装置を備えている場合が多い。そして通常は、その装置を駆動制御するための加工素材搬送プログラムがＣＮＣ装置側記憶部に格納されており、工作機械の自動運転に連携するように適宜利用されている。従って、本発明においても、端末装置がＣＮＣ装置に通信回線を介して接続されていれば、遠隔でその専用の搬送プログラムを利用して、任意の時点で加工素材の搬送を完了させておくことができる。
　そこで、本発明における端末装置が、通信回線を介して、対象のマシニングセンタのＣＮＣ装置側制御部に対して、ＣＮＣ装置側記憶部に収納されている加工素材搬送プログラムに沿って、加工素材自動搬送装置を駆動制御させる加工素材自動搬送指令信号を送信する機能を備えているものとすれば、実機から遠隔地にいる操作者が、マシニングセンタの自動運転制御だけでなく、加工素材の自動搬送も制御することができる。
　そして、端末装置は、作成された加工指令が対応するＣＮＣ装置側制御部へ送信された後、加工素材の工作機械加工部への自動搬送が完了されたことが確認されれば、クラウド側制御部の加工指令開始指示部へ加工指令開始信号を送信する機能をさらに備えているものとする。加工素材の搬送完了の確認自体は、加工素材搬送プログラムの実行が終了したことが例えば該プログラムの終了を示すコードを受信することによって判断されれば、実質的に達成される。よってこの終了コード受信後であれば、任意の時点で加工指令開始信号が送信されて良い。
　なお、搬送完了確認手段としては、上記のようなＣＮＣ装置側からの終了信号によってプログラム実行完了を確認するだけでなく、目視によって直接的に確認する構成としても良い。この場合、端末装置のモニタ機能によって、表示部に表示されたモニタ画像で加工素材が加工部の所定位置へ搬送完了状態であることを確認できれば、より確実で好ましい。マシニングセンタには、工作機械にＣＣＤカメラ等の撮像装置が搭載され、撮影された加工部周辺領域の画像をＣＮＣ装置のディスプレイに表示してその領域を目視確認できるようにしたものが多い。そこで、本発明において、工作機械加工部への加工素材の搬送が完了しているかどうかを確認するのに、このような各工作機械に設置されている撮像装置による画像データを利用することができる。
　この場合、端末装置が、各工作機械に設置されている一つ以上の撮像装置によって得られる加工素材が設置されている加工部周辺領域の画像データをＣＮＣ装置から通信回線を介して取得することによって、操作者は、表示部に表示された加工部周辺領域のモニタ画像から、加工素材の搬送が良好に完了しているかどうかを直接的に確認することができる。そして搬送完了状態が確認された後であれば、任意のタイミングで端末装置から加工指令開始信号をクラウド側制御部の加工指令開始指示部へ送信するものとする。加工指令開始指示部は、この端末装置からの加工指令開始信号を受けて、ＣＮＣ装置側制御部へ、加工指令を開始させる加工指令開始指示信号を送信できる。
　なお、本発明においては、クラウド側制御部の加工指令自動作成部は、登録リストに登録されているマシニングセンタの中から加工製品の切削加工に使用するマシニングセンタを決定するマシニングセンタ決定部を備えることが想定される。また、操作者が、その経験に基づいて目的とする加工製品の寸法や重量からその加工に適したマシニングセンタを速やかに選択できる場合もある。
　そこで、マシニングセンタ決定部は、クラウド側記憶部に格納されている登録リストを端末装置の表示部にリスト内の任意のマシニングセンタを選択可能に表示する機能を備えたものとすれば、操作者は、表示部に表示された登録リストから、目的とする加工製品の切削加工に適していると判断したマシニングセンタを選択できる。この場合、マシニングセンタ決定部は、操作者によって端末装置で選択されたマシニングセンタを示す選択指令信号を受けて使用するマシニングセンタを決定できるようにすれば良い。さらに、端末装置において、表示部に表示された登録リスト上で、許可された操作者がマシニングセンタの追加・削除等の更新を行うことができるようにしても良い。
　また、操作者による選択に依らない場合のために、マシニングセンタ決定部は、加工指令自動作成部で作成された３Ｄモデルから取得される加工製品の寸法および重量の設計情報と、登録リストに含まれる各マシニングセンタの機種情報とに基づいて、加工製品の切削加工に適した機種のマシニングセンタを選択して使用するマシニングセンタを自動的に決定するようにしても良い。
　さらに、端末装置が複数である場合、マシニングセンタ決定部は、複数の端末装置で同じマシニングセンタが選択されることを回避する機能を備えることが望ましい。例えば、端末装置の表示部に表示される登録リスト上で、既に他の端末装置で選択され、使用されているマシニングセンタは選択不能状態とする設定とすれば良い。
　また、端末装置からのクラウドサーバへのアクセスは、セキュリティのため、登録されたマシニングセンタの自動運転制御が許可され、予めアクセス権限を与えられた操作者のみを、本人確認の上で可能とする。本人確認方式としては、予め登録したメールアドレスに暗証番号やパスワード等の認証情報を組み合わせた多要素認証方式や顔認証方式など、適宜設定しておけば良い。
　本発明は、以上に説明した通り、端末装置とマシニングセンタのＣＮＣ装置とに通信回線を介して接続されたクラウドサーバにおいて、端末装置から目的とする加工製品の３次元ＣＡＤデータを取得させるだけで、そのデータに基づいて取付方向を決定するための３Ｄモデルの形成させることができると共に、該データに基づいて抽出された加工製品の全特徴部を形成するのに必要な加工工程を実行するための加工指令を、予め登録された各マシニングセンタに対応して予めクラウド側記憶部に格納されている学習済みモデルを適用して直ちに作成させることができる。このため、ＣＮＣ装置側に大きなデータを処理するための大容量化および高性能化を必要とすることなく、操作者が端末装置で遠隔の複数のマシニングセンタに対して加工製品を製造するため加工工程を簡便に実行させることが可能、という効果がある。
　また、操作者による実際の操作は、新規の加工製品の切削加工による製造において、端末装置からクラウドサーバにアクセスした後は、登録リストからマシニングセンタの選択、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データの入力、これによって直ちに端末装置の表示部に各種異なる取付方向で提示される３Ｄモデルから適切な取付け方向を選択すること、そしてこの選択された取付方向に基づいてクラウド側で適切な加工指令が作成された後、ＣＮＣ装置へ加工素材自動搬送指令信号の送信、搬送完了をモニタ画像で確認した後、任意のタイミングで加工指令開始信号をクラウド側へ送信、といった５～６の簡単な操作を端末装置で行うだけで、遠隔にある特定のマシニングセンタに対する目的の加工製品を製造するための加工指令の作成から工作機械での加工指令の実行までを、リアルタイムでスムーズに行うことができる。
本発明の一実施形態による「マシニングセンタの自動運転システム」の主要部を概略で示すブロック図である。 図１の「マシニングセンタの自動運転システム」の主要部における動作例を示すフローチャート図である。 図１とは別系統の加工素材自動搬送工程を行う部分を主に概略で示すブロック図である。 図２の加工指令作成工程で作成された加工製品の３Ｄモデルが図１のＰＣ端末のディスプレイに表示された場合の画面の例を示す模試図であり、（ａ）は３次元ＣＡＤ設計データが読み込まれた直後に作成された３Ｄモデル表示画面、（ｂ）は提案された異なる取付方向で表示された３Ｄモデルのうちの１つを選択した際の表示画面である。 図２の工具軌跡シミュレーションの際のアニメーション動画がＰＣ端末のディスプレイに表示されたいる画面の例を示す模式図であり、（ａ）はシミュレーション開始時の表示画面、（ｂ）はシミュレーション途中の表示画面、（ｃ）はシミュレーション終了時の表示画面である。 各ＣＮＣ装置の操作盤の基本構成の例を示す概略正面図である。
　本発明によるマシニングセンタの自動運転システムの一実施形態を以下に説明する。なお、本実施形態では、５Ｇエリアにある施設間で遠隔制御を行う場合を例示する。図１は、本実施形態によるマシニングセンタの自動運転システムの主要部を概略で示すブロック図である。なお、自動運転制御の対象である複数のマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）は、同一施設内に設置されているもの、あるいは異なる複数の施設内にそれぞれ設置されているもの、またこれらが混在したものであり得る。
　本実施形態では、複数のマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）に対して自動運転制御を行うものであり、各マシニングセンタの工作機械（MT１，MT２，MT３，…，MTｎ）はＣＮＣ装置（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ）に接続されて自動工具交換装置ＡＴＣと連動して数値制御されるものである。
　即ち、本実施形態によるマシニングセンタの自動運転システム１は、インターネットのネットワーク上のクラウドサーバ２０と、該クラウドサーバ２０に設けられているマシニングセンタ自動運転システム用のクラウド側制御部２１に通信回線を介して接続される端末装置としてのＰＣ端末１０と、クラウド側制御部２１に通信回線介して各ＣＮＣ装置（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ）が接続される複数のマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）とで主に構築されている。そして本実施形態では、ＰＣ端末１０と各ＣＮＣ装置には５Ｇ対応の通信デバイス／モジュールを備え、５Ｇによるインターネットを介したクラウドサーバ２０との通信接続により、互いのデータ送受信がほぼ遅延なくリアルタイムで行われる。
　各ＣＮＣ装置（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ）は、学習済みモデルのような大きなデータを格納するための大容量化やデータ処理の高性能化等の特別な仕様の必要はなく、基本構成は従来のＣＮＣ装置と共通するものでよい。その概略構成として、まず図６に示すように、本体前面が操作盤となっており、この操作盤には、タッチパネル式ディスプレイ３０が設けられている。このタッチパネル式ディスプレイ３０には、ＣＮＣ装置に予め備えられている工作機械に対する各種作業操作モードの項目をそれぞれアイコンＩとして表示するメニュー画面が表示される。ディスプレイ３０周辺には、各種データの入出力ができるようにＵＳＢポートＰ、またディスプレイ３０下方には、入力部３１として、マウスパッド３３とマウスボタン３４を含むキーボード３２が配置されている。さらにキーボード３２の下方領域には、工作機械の各種運転に関連するスイッチやボタンを備えた操作パネル３５が設けられている。
　また、各ＣＮＣ装置（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ）は、ＣＮＣ装置側制御部４０によって、所定の加工指令Ｍｃに沿って工作機械（MT１，MT２，MT３，…，MTｎ）の加工部および自動工具交換装置ＡＴＣに対する駆動制御を行い、各加工工程に対応して工具を順次、回転主軸に交換装着させながら加工素材に対する切削加工を実行させるものである。ＣＮＣ装置側制御部４０は、工具情報や各種加工プログラム、また連携する加工素材自動搬送装置ＡＰＣの自動運転のためのＡＰＣプログラム等を収納するＣＮＣ装置側記憶部４１を備えている。
　各ＣＮＣ装置側記憶部に格納されている工具情報は、それぞれの工作機械のマガジン等に収納されている多数の工具に対応する識別情報とこれに紐付けられた各工具の種類や形状、材質等を含むものである。各工具は、識別情報によって管理されものであり、所定の加工指令による工作機械（MT１，MT２，MT３，…，MTｎ）の自動運転中に、使用されるべき工具が識別情報に基づいて適宜指定され、加工部の回転主軸とマガジンとの間で自動工具交換装置ＡＴＣによって所定のタイミングで交換・装着される。
　各マシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）は、通常通りの現場におけるＣＮＣ装置（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ）での操作によっても各種加工工程が実行されるものであるが、その都度、最新の工具情報（ｔ1'，ｔ2'，ｔ3'，…，ｔn'）に更新されている。
　一方、本実施形態においては、クラウド側制御部２１に設けられているクラウド側記憶部２４に、自動運転制御の対象となるマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）が予め登録された登録リスト２５が格納されている。この登録リスト２５には、対象となるマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）についての機種情報（ｍ１，ｍ２，ｍ３，…，ｍｎ）も収納されている。さらに、クラウド側記憶部２４には、各マシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）の工作機械（MT１，MT２，MT３，…，MTｎ）のマガジン等に収納されている工具に関する工具情報（ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔｎ）が格納されている工具情報格納部２６と、対応する学習済みモデル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎ）が格納されている学習済みモデル格納部２７も設けられている。
　これらの学習済みモデル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎ）は、それぞれの工作機械に関して、予め過去の膨大な切削加工データから、各種切削加工の面の凹凸や歪曲、穴、ポケット、スロット等の特徴部毎に、使用された工具と切削条件を含む加工条件および工具軌跡を含む加工工程および該加工工程を実行させた加工プログラムを含む加工データとを対応させて学習させられて生成されたものである。
　そして、クラウド側制御部２１には、新たに製造する加工製品の特徴部を選択されたマシニングセンタの学習済みモデルに適用して、該特徴部を形成するための加工工程を自動的に設定する加工工程自動設定機能と該加工工程を工作機械に実行させるための加工指令Ｍｃを自動的に作成する加工指令作成機能とを備えた加工指令自動作成部２２が備えられている。またこの加工指令自動作成部２２は、取得された加工製品の３次元ＣＡＤ設計データに基づいて加工製品の各特徴部を抽出する特徴部抽出機能を備えている。即ち、加工工程設定および加工指令作成にあたって学習済みモデルに適用される加工製品の特徴部は、この特徴部抽出機能によって目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データから得られる。
　加工指令自動作成部２２における実質的な加工指令作成工程は、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データを取得した時点で開始される。そしてこの３次元ＣＡＤ設計データの取得は、端末装置、本実施形態ではＰＣ端末１０からのデータ送信によって成される。なお、加工指令自動作成部２２には、新たな加工製品の製造にあたって使用されるマシニングセンタを登録リスト２５に登録されているマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）の中から決定するマシニングセンタ決定部２３を備えており、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データを取得する前に、今回使用するマシニングセンタの決定を行うものである。
　本実施形態においては、マシニングセンタ決定部２３は、ＰＣ端末１０の液晶ディスプレイ１１に、クラウド側記憶部２４に格納されている登録リスト２５をリスト内の任意のマシニングセンタを選択可能に表示させるものである。操作者Ｏは、ＰＣ端末１０にて、目的とする加工製品の寸法や重量に基づいて登録リスト２５から、加工製品を製造するのに適したマシニングセンタを選択することができる。従って、操作者Ｏによって選択されたマシニングセンタの選択指令信号がＰＣ端末１０からクラウド側制御部２１へ送信されると、マシニングセンタ決定部２３は、登録リスト２５から今回使用するマシニングセンタを決定する。これと同時に、今回の加工指令作成に用いられる工具情報と学習済みモデルも工具情報格納部２６および学習済みモデル格納部２７の中からそれぞれ対応するものが指定される。
　従って、加工指令自動作成部２２は、今回の加工製品を製造するために決定されたマシニングセンタの機種情報と工具情報を読み取りながら、またその学習済みモデルを適用しながら、その加工指令の作成を行うことになる。なお、加工指令自動作成部２２の加工工程自動設定機能には、工具情報更新機能も含まれており、使用するマシニングセンタが決定された際に指定される工具情報が、この工具情報更新機能によって、ＣＮＣ装置側記憶部に格納されている最新の工具情報に更新される。
　また、加工指令自動作成部２２の加工工程自動設定機能には、前記特徴部抽出機能によって加工製品の３次元ＣＡＤ設計データに基づいて加工製品の各特徴部を抽出した後に、加工製品の３Ｄモデルを形成し、その画像データを送信してＰＣ端末１０の液晶ディスプレイ１１に表示させる機能を備えている。それと共に、続いて可能な加工製品の１つ以上の異なる取付方向を選出し、選出された各取付方向の状態での３Ｄモデルも作成してその画像データをＰＣ端末１０の液晶ディスプレイ１１上に選択可能に表示させる機能をさらに備えている。操作者Ｏは、液晶ディスプレイ１１に提案、表示された中から最適な取付方向を選択することができる。そしてＰＣ端末１０で決定された取付方向を示す決定指令信号がクラウド側制御部２１へ送信されることによって、加工指令自動作成部２２では、加工工程の自動設定が、この決定された取付方向に基づいて進められる。
　さらに本実施形態では、加工指令自動作成部２２には、自動的に作成された加工工程の工具軌跡を３Ｄコンピュータグラフィックス、例えばアニメーション動画としてＰＣ端末１０の液晶ディスプレイ１１に表示させるシミュレーション機能と、この動画表示中に工具と加工素材の非加工領域または加工部の周辺部材との干渉が発生した時点で動画を停止させて干渉警告を表示させる干渉検知機能とをさらに備えている。また、干渉検知時には、その干渉を発生した工具を別の工具に変更して加工指令を作成し直す加工指令改良機能も備えている。よって、以上のシミュレーション工程と加工指令の改良を全工具軌跡に関して干渉が無くなるまで自動的に繰り返すことによって、熟練者による時間の掛かる検証をすることなく、簡便に短時間で完全な工具軌跡による加工指令が得られる。
　なお、本実施形態においては、作成されてＣＮＣ装置へ送信された加工指令が実行される前には、加工素材が加工部の所定位置に自動搬送されているものとする。即ち、ＰＣ端末１０は、図３のブロック図に示すように、図１のクラウドサーバ２０を介した加工指令Ｍｃの自動作成とは別系統にて加工素材の自動搬送を行うものである。各マシニングセンタの工作機械には、その機種に適した加工素材自動搬送装置が連携可能に設けられているものとする。
　例えば、マシニングセンタが、ロボットによってパレット上に加工素材が交換可能に載置され、加工素材が載置されたパレットが加工部の所定位置に移動制御されることによって加工素材が加工部に位置付けられるパレットチェンジャＡＰＣを工作機械と連携可能に備えている場合、通常の使用において、ＣＮＣ装置側制御部４０は、ＣＮＣ装置側記憶部４１に格納されているＡＰＣ用プログラム４２を実行することによって、パレットチェンジャＡＰＣを自動制御している。
　従って、本実施形態において、クラウドサーバ２０において目的とする加工製品の製造のための切削加工に対応する加工指令ＭＣを作成する一方で、ＰＣ端末１０は、直接的に通信回線を介してＣＮＣ装置へ加工素材自動搬送指令信号１４を送信し、ＣＮＣ装置側制御部４０に、ＡＰＣ用プログラム４２を用いたパレットチェンジャＡＰＣの駆動制御を行わせて、加工素材が載置されたパレットを自動的に移動させて工作機械加工部への加工素材の搬送を完了させるものとする。
　クラウド側制御部２１の加工指令開始指示部２８は、工作機械の加工部の所定位置に加工素材が搬送され位置付けられているのを確認してから、先に送信した加工指令を実行するようにＣＮＣ装置側制御部４０に加工指令開始指示信号を送信する。ここで、加工指令開始指示部２８が加工素材搬送の完了状態を確認する手段としては、ＣＮＣ装置側からのＡＴＣ用プログラム終了コードによることも可能である。本実施形態では、ＰＣ端末１０によって加工素材自動搬送装置ＡＰＣの駆動制御を開始させているため、ＰＣ端末１０で搬送完了確認を行い、確認後の、ＰＣ端末１０から送信される加工指令開始信号１５に基づいて、加工指令開始指示信号をＣＮＣ装置側制御部４０に送信するものとする。このとき、加工指令開始信号１５の送信は、操作者Ｏによって直ちに行っても良いが、実際に加工指令Ｍｃによる加工工程を工作機械MT１に実行させたい所定時刻を設定し、その設定時刻に達した時点で加工指令開始指示信号が発信されるものとすることもできる。
　ＰＣ端末１０では、ＣＮＣ装置を介して、ＡＴＣ用プログラムの終了を示すコードを取得できれば、加工素材の搬送完了は確認できるが、より確実に搬送完了を目視によっても確認するものとする。工作機械には、少なくとも加工部周辺領域を撮像する１つ以上の撮像装置５０、例えばＣＣＤカメラが搭載されており、その画像がＣＮＣ装置のディスプレイ３０で表示されるものである。そこで、本実施形態では、ＰＣ端末１０は、ＣＮＣ装置から通信回線を介して直接、加工部周辺領域の画像データ５１を取得し、その液晶ディスプレイ１１に表示させることで、加工部における加工素材の搬送状態をモニタできる。
　従って、操作者Ｏは、ＰＣ端末１０の液晶ディスプレイ１１において表示されている加工部周辺領域のモニタ画像１３から、加工素材の加工部の所定位置への搬送完了を確実に確認でき、その後、クラウド側制御部２１の加工指令開始指示部２８へ加工指令開始信号１５を送信することができる。加工指令開始指示部２８は、ＰＣ端末１０からの加工指令開始信号１５を受けて、加工指令開始指示信号をＣＮＣ装置側制御部４０へ送信する。ＣＮＣ装置側制御部４０は、加工指令開始指示部２８からの加工指令開始指示信号を受けて、先に送られていた加工指令を工作機械に実行させるべくサイクルスタートを行う。
　以上の構成を備えた本実施形態によるマシニングセンタの自動運転システム１において、目的の加工製品を製造するために使用するマシニングセンタＭ１の選択から、必要な切削加工工程に相当する加工指令を自動作成してマシニングセンタＭ１で実行するまでの工程を、図２のフローチャート図に沿って以下に説明する。図４、図５は、加工工程自動設定工程における各過程でＰＣ端末１０の液晶ディスプレイ１１に表示される画面の例を示す模式図である。
　まず、操作者Ｏは、ＰＣ端末１０において、液晶ディスプレイ１１に表示されている各種アプリケーションメニューから、「マシニングセンタの自動運転」モードに相当するアプリケーションを選択して立ち上げることによってマシニングセンタの自動運転モードの開始（ステップ１００）となる。ここで、操作者Ｏは、クラウドサーバ２０に対して、予め登録してある自身のアドレス等の暗証番号及びパスワード、あるいは顔画像などの認証情報を入力して認証を得た後、マシニングセンタ自動運転用のクラウド側制御部２１へのアクセス（ステップ２００）を行う。
　クラウド側制御部２１では、アクセスを許可したＰＣ端末１０へ、加工指令自動作成部２２が、クラウド側記憶部２４に格納されているマシニングセンタ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ）の登録リスト２５のデータを送信し、液晶ディスプレイ１１上への登録リスト２５の表示（ステップ１０１）を行う。ＰＣ端末１０では、操作者Ｏが、液晶ディスプレイ１１に表示された登録リスト２５から、今回の目的とする加工製品の作成に適したマシニングセンタの選択（ステップ１０２）を行う。本実施形態では、マシニングセンタＭ１が選択されるものとした。
　ＰＣ端末１０から、マシニングセンタＭ１を選択したことを示す選択指令信号が加工指令自動作成部２２に送信され、ここでその選択指令信号に基づいて、マシニングセンタ決定部２３による、今回使用するマシニングセンタＭ１の決定、それと同時に用いる機種情報ｍ１、工具情報ｔ１及び学習済みモデルＬ１の指定（ステップ２０１）が成される。次いで指定された工具情報ｔ１に関して、対応するＣＮＣ装置Ｃ１のＣＮＣ装置側記憶部４１に格納されている最新の工具情報ｔ１’が読み出され、工具情報ｔ１の更新（ステップ２０２）が行われる。
　一方、ＰＣ端末１０においては、操作者Ｏは、使用するマシニングセンタＭ１を選択した後、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データをデータ取得部１２から取得し、加工指令自動作成部２２へ送信することによって、３次元ＣＡＤ設計データの入力（ステップ１０３）を完了する。３次元ＣＡＤ設計データがＵＳＢに格納されている場合は、データ取得部１２としてのＵＳＢポートを介して該データが取得されるが、コンピュータネットワークを介して他のコンピュータから読み込む場合もある。
　加工指令自動作成部２２は、３次元ＣＡＤ設計データの読み込み（ステップ２０３）を行うと、この３次元ＣＡＤ設計データに基づいて加工製品の３Ｄモデルの作成（ステップ２０４）を行う。続いて、加工製品の可能な取付方向を１つ以上選出し、選出された各取付方向の状態での３Ｄモデルの画像データをＰＣ端末１０へ送信すると共に、全ての特徴部の抽出（ステップ２０５）を行う。
　ＰＣ端末１０では、液晶ディスプレイ１１に目的の加工製品の各種取付方向状態での３Ｄモデルの表示（ステップ１０４）がなされる。ここでは、異なる取付方向の３Ｄモデルが、その中から任意のものを選択可能に表示される。図４に示すように、加工製品として外形状が五角錐柱（五角柱の上面に五角錐が組み合わされた形状）である場合を例に見ると、五角錐柱の中心軸線が垂直方向に沿った取付方向と該中心軸線が水平方向に沿った取付方向とが選出されている。但し、水平方向に沿った取付方向の場合、五角柱部分の側面のいずれかが取付面となり得る。
　操作者Ｏが、表示された異なる取付方向の３Ｄモデルのうち、最適と判断された取付方向の３Ｄモデルを液晶ディスプレイ１１上で選択することで、取付方向の決定（ステップ１０５）がなされる。上記五角錐柱の場合、五角柱部分の底面が特徴部を有さない加工不要面であることから、この底面が取付面となる方向、即ち、前記中心軸線が垂直方向に沿った取付方向が実際的で最適と直ぐに判断できる。
　操作者Ｏによって、この最適な加工製品の取付方向が選択されると、ＰＣ端末１０は選択された３Ｄモデルの取付方向を示す決定信号をクラウド側制御部２１へ送信する。クラウド側制御部２１では、加工指令自動作成部２２が、送信された決定信号が示す取付方向に基づいて、実質的な加工工程設定（ステップ２０６）が開始される。
　即ち、先に抽出された各特徴部を学習済みモデルＬ１に適用して、最新に更新された工具情報ｔ１に登録されている工具からそれぞれの特徴部の加工に適した工具が選択され、各種切削条件、加工条件の決定がなされ、その加工条件に基づいて工具軌跡も決定される。そして各特徴部の切削加工に必要な工具の指定および交換から工具軌跡を含む加工工程が設定される。そして、特徴部が複数種類ある場合には、全特徴部に対応する加工工程の効率的な手順が決定されて目的の加工製品を製造するために必要な一連の全加工工程が設定される。その後直ちに、設定された全加工工程を工作機械に実行させるための加工指令の作成（ステップ２０７）が行われる。
　以上のように加工工程の設定および加工指令の作成が完了すると、直ちに設定された加工工程の工具軌跡のシミュレーション（ステップ２０８）が開始され、加工指令自動作成部２２は、このシミュレーション工程で作成される３Ｄアニメーションの動画データをＰＣ端末１０へ送信する。ＰＣ端末１０では、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ディプレイ１１に３Ｄアニメーションで動画表示（ステップ１０６）がなされる。このシミュレーションにおいて、工具軌跡に沿って、工具と加工素材の非加工領域または工作機械の加工部の周辺部材との干渉の有無の検知（ステップ２０９）がなされる。干渉発生がない場合、図５（ｃ）に示すように工具軌跡のシミュレーション動画が途中で停止されることなく最後まで表示されて終了する。このように干渉が発生せず、干渉検知が否定された場合、その工具軌跡に基づいて設定、作成された加工工程および加工指令Ｍｃは、工作機械MT１に対して干渉無く実行可能な完全なものであると安心して判断される。
　一方、シミュレーション工程において干渉が発生し、干渉検知が肯定された場合には、ＰＣ端末１０へ警告信号が送信され、ディスプレイ１１でシミュレーション動画の停止と、干渉警告の表示（ステップ１０７）がなされる。そして加工指令自動作成部２２は、干渉検知が肯定されると、干渉発生の原因となった工具を特定し、学習済みモデルＬ１に基づいて次善の工具を選択し直して工具変更（ステップ２１１）を行い、その変更された工具での加工条件および加工軌跡を改めて決定し、加工工程の設定（ステップ２０６）をやり直す。そして改良された加工工程に対応して再度加工指令の作成（ステップ２０７）が行われる。この工具変更から加工指令変更のルーチンが、シミュレーションでの干渉発生が解消されるまで繰り返されるため、完全な工具および工具軌跡による改良された加工指令が簡便に短時間で作成される。
　以上のように、干渉無く実行可能な完全な加工指令Ｍｃが作成されたと判断された時点で、この加工指令ＭｃがＣＮＣ装置へ送信され、ＣＮＣ装置側制御部４０で加工指令Ｍｃの受信（ステップ２２０）がなされる。これと同時に、加工指令Ｍｃの作成が完了したことを示す信号がＰＣ端末１０へ送信される。ＰＣ端末１０では、この信号を受けて、加工指令作成完了の確認（ステップ１０８）がなされたとして、通信回線を介して直接ＣＮＣ装置Ｃ１へ加工素材搬送指令の信号を送信（ステップ１０９）する。
　ＣＮＣ装置側制御部４０は、ＰＣ端末１０からの加工素材搬送指令を受けて、予めＣＮＣ装置側記憶部４１に格納されているＡＰＣ用プログラム４２を用いて、加工素材自動搬送装置ＡＰＣとしてのパレットチェンジャを駆動制御し、加工素材を工作機械MT１の加工部の所定位置に搬送する。この際、加工部周辺領域が工作機械MT１に搭載されたＣＣＤカメラ等の撮像装置５０によって撮影され、その画像データ５１がＣＮＣ装置側制御部４０へ送信される。
　ＰＣ端末１０は、この画像データ５１をＣＮＣ装置Ｃ１から直接取得し、ディスプレイ１１上にそのモニタ画像１３を表示させる。従って、操作者Ｏは、ディスプレイ１１上で加工部周辺領域のモニタ画像１３を目視すると共に、ＣＮＣ装置Ｃ１からのＡＰＣ用プログラム４２の実行完了コードを受けることによって、加工素材が加工部の所定位置へ搬送されたことを確実に確認できる。ＰＣ端末１０において、加工素材搬送確認（ステップ１１０）がなされると、操作者Ｏは、クラウド側制御部２１の加工指令開始指示部２８へ加工指令開始信号１５の送信（ステップ１１１）を行うことができる。
　加工指令開始指示部２８は、ＰＣ端末１０からの加工指令開始信号１５により、加工素材が搬送完了したと判断し、ＣＮＣ装置側制御部４０への加工指令開始指示信号の送信（ステップ２１２）を行う。即ち、加工指令開始指示部２８は、ＰＣ端末１０からの加工指令開始信号１５が受信されるまでは、加工素材が搬送は未完了として待機状態とする。装置側制御部４０は、加工指令開始指示信号を受けて先に受信していた加工指令Ｍｃに沿った自動運転を開始させるように工作機械MT１に対してサイクルスタート（ステップ２２１）を行う。
　以上のように、本実施形態においては、操作者は、新規の加工製品の切削加工による製造において、ＰＣ端末１０からクラウドサーバにアクセスした後は、以下の５～６の簡単な操作；登録リスト２５からマシニングセンタの選択、目的の加工製品の３次元ＣＡＤ設計データの入力、これによって直ちにディスプレイ１１に各種異なる取付方向で提示される３Ｄモデルから適切な取付け方向を選択すること、そしてこの選択された取付方向に基づいてクラウド側で適切な加工指令が作成された後、ＣＮＣ装置へ加工素材自動搬送指令信号１４を送ること、搬送完了をモニタ画像１３で確認した後、任意のタイミングで加工指令開始信号１５をクラウド側へ送信すること、をＰＣ端末１０で行うだけで、遠隔にあるマシニングセンタに対する目的の加工製品を製造するための加工指令の作成から工作機械での実行までを、リアルタイムでスムーズに行うことができる。
　なお、本実施形態によるマシニングセンタの自動運転システムにおいて、該システムの利用を許可された操作者およびこれら操作者によって使用可能な端末装置が複数である場合、第１の端末装置において第１の操作者が登録リスト２５からあるマシニングセンタを選択する際に、他の第２の端末装置において第２の操作者によって既に選択され、加工工程に使用されている場合もあり得る。この場合、登録リスト２５は、そのマシニングセンタを選択できない状態で第１の端末装置の表示部に表示されるものとする。これによって、第１の操作者は、他の代替可能なマシニングセンタを選択することができる。あるいは、第１の操作者は、第２の操作者による当該マシニングセンタの使用終了後に、登録リスト２５で選択可能状態になってから改めてそのマシニングセンタを選択し、使用することもできる。
１：マシニングセンタの自動運転システム
Ｏ：操作者
１０：ＰＣ端末
１１：ディスプレイ
１２：データ取得部
１３：モニタ画像
１４：加工素材自動搬送指令信号
１５：加工指令開始信号
２０：クラウドサーバ
２１：クラウド側制御部
２２：加工指令自動作成部
２３：マシニングセンタ決定部
２４：クラウド側記憶部
２５：登録リスト
２６：工具情報格納部
２７：学習済みモデル格納部
２８：加工指令開始指示部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ：マシニングセンタ
ｍ１，ｍ２，ｍ３，…，ｍｎ：機種情報
ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔｎ：工具情報
ｔ１’，ｔ２’，ｔ３’，…，ｔｎ’（ＣＮＣ装置側）工具情報
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎ：学習済みモデル
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ：ＣＮＣ装置
MT１，MT２，MT３，…，MTｎ：工作機械
ＡＴＣ：自動工具交換装置（パレットチェンジャ）
ＡＰＣ：加工素材自動搬送装置
３０：（ＣＮＣ装置）タッチパネル式ディスプレイ
３１：入力部
３２：キーボード
３３：マウスパッド
３４：マウスボタン
３５：操作パネル
Ｐ：ＵＳＢポート
４０：ＣＮＣ装置側制御部
４１：ＣＮＣ装置側記憶部
４２：ＡＰＣ用プログラム
５０：撮像装置
５１：画像データ

Claims (6)

  1. 　各々の工作機械と自動工具交換装置との数値制御を行うＣＮＣ装置を備えた複数のマシニングセンタに対して選択的に自動運転制御を行うマシニングセンタの自動運転システムであって、
    　各マシニングセンタの前記ＣＮＣ装置に通信回線を介して接続されたネットワーク上のクラウドサーバに設けられ、各工作機械用の加工指令を作成して対応するＣＮＣ装置に前記加工指令を送信するクラウド側制御部と、目的とする加工製品の３次元ＣＡＤ設計データが入力され、該３次元ＣＡＤ設計データを前記クラウド側制御部に通信回線を介して送信すると共に、前記クラウド側制御部から送信される情報を表示部に表示する１つ以上の端末装置と、を備え、
    　各ＣＮＣ装置は、
    　　予め定められた加工指令に沿って、前記工作機械の加工部と前記自動工具交換装置とに対する駆動制御を行い、前記加工指令に含まれる各加工工程に対応して工具を前記加工部の回転主軸に交換装着させながら加工素材への切削加工を実行させるＣＮＣ装置側制御部と、
    　　前記回転主軸に対して前記自動工具交換装置を介して交換装着可能に収納されている複数の工具の識別情報と各工具の収納位置情報、および前記識別情報に対応する各工具の材質、形状と、を含む工具情報が保存されているＣＮＣ装置側記憶部と、を備え、
    　前記クラウド側制御部は、
    　　前記端末装置から送信された前記３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、予め選択されたマシニングセンタの工作機械に加工素材を目的の加工製品まで切削加工させるのに必要な全加工工程を該工作機械に実行させる加工指令を自動的に作成する加工指令自動作成部と、
    　　駆動制御対象である全マシニングセンタがその機種情報と共に登録された登録リストが格納されているクラウド側記憶部と、を備え、
    　前記クラウド側記憶部は、工作機械毎の工具情報と、予め各種切削加工の特徴別に当該切削加工が実行された際の使用工具と切削条件とを含む加工条件および工具軌跡とその実行プログラムを含む加工データを対応させて学習させられて生成された学習済みモデルが格納されており、
    　前記加工指令自動作成部は、
    　　前記加工素材の形状を基準として前記加工製品の３次元ＣＡＤ設計データから切削加工の特徴部を抽出する特徴部抽出機能と、
    　　前記選択されたマシニングセンタに対応する学習済みモデルに対して、対応する工具情報と共に、前記特徴部抽出機能によって抽出された各特徴部を適用することによって各特徴部についての切削加工に必要な加工条件を自動的に決定し、該加工条件に基づいて工具軌跡を含む加工工程を自動的に設定する加工工程自動設定機能と、
    　　前記特徴部抽出機能によって抽出された特徴部の全部の加工工程を実行する手順を決定して前記加工製品を完成するのに必要な一連の全加工工程を設定する全加工工程設定機能と、
    　　設定された前記全加工工程を前記工作機械に実行させる加工指令を前記学習済みモデルに基づいて作成する加工指令作成機能、とを備え、作成された前記加工指令を対応する前記ＣＮＣ装置側制御部へ送信するものであり、
    　前記加工指令自動作成部の前記加工工程自動設定機能は、
    　　前記学習済みモデルに対して前記各特徴部と共に適用する前記工具情報を、その適用の前に、前記選択されたマシニングセンタのＣＮＣ装置側記憶部に保存されている最新の工具情報を参照して更新する工具情報更新機能と、
    　　前記３次元ＣＡＤ設計データに基づいて、加工製品の３Ｄモデルを作成して前記端末装置の表示部に前記３Ｄモデルをディスプレイ表示させると共に、前記加工製品の前記工作機械の加工部への可能な１つ以上の異なる取付方向を選出し、選出された各取付方向の状態で前記３Ｄモデルを選択可能に前記端末装置の表示部にディスプレイ表示させる機能と、を備えており、前記端末装置にて選択された取付方向に基づいて、更新された最新の前記工具情報を用いて各特徴部の切削加工のための加工工程を自動的に設定するものであり、
    　前記端末装置は、前記加工指令自動作成部にて作成された前記加工指令が前記ＣＮＣ装置側制御部に送信された後、操作者による任意のタイミングであるいは予め設定された時刻に達した時点で、前記クラウド側制御部へ加工指令開始信号を送信する機能を有し、
    　前記クラウド側制御部は、前記端末装置からの前記加工指令開始信号を受信した時点で、前記ＣＮＣ装置側制御部に加工指令開始指示信号を送信して前記加工指令に沿った切削加工の実行を前記工作機械に開始させる加工指令開始指示部、をさらに備えていることを特徴とする、マシニングセンタの自動運転システム。
  2. 　前記加工指令自動作成部は、
    　　設定された加工工程の工具軌跡を前記端末装置の表示部に３Ｄコンピュータグラフィックスの動画として表示させるシミュレーション機能と、
    　　前記動画の表示中に工具と加工素材の非加工領域または加工部の周辺部材との干渉が発生した時点で前記動画を停止させて干渉警告を表示させる干渉検知機能と、
    　　干渉検知時にその干渉を発生した工具を別の工具に変更し、変更した工具に対応する加工条件に基づいた別の工具軌跡を決定して別の加工工程を設定し直して改良された加工指令を作成する加工指令改良機能と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタの自動運転システム。
  3. 　前記端末装置は、各マシニングセンタのＣＮＣ装置と通信回線を介して各種信号の送受信可能に接続されており、
    　各ＣＮＣ装置側記憶部は、その工作機械の加工部へ加工素材を自動搬送するための加工素材自動搬送装置を駆動制御する加工素材搬送プログラムが格納されており、
    　前記端末装置は、
    　　前記クラウド側制御部から前記ＣＮＣ装置側制御部へ前記加工指令が送信された後に、前記通信回線を介して、前記ＣＮＣ装置側制御部に対して、前記加工素材搬送プログラムに沿って前記加工素材自動搬送装置を駆動制御させる加工素材搬送指令信号を送信する機能と、
    　　前記加工素材の前記工作機械の加工部への搬送が完了していることが確認された後に前記加工指令開始指示部へ前記加工指令開始信号を送信する機能と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマシニングセンタの自動運転システム。
  4. 　前記端末装置は、
    　　前記工作機械の加工部への前記加工素材の搬送が完了しているかどうかを操作者による目視で確認するモニタ機能と、加工素材の搬送完了状態を前記目視で確認した後に前記加工指令開始指示部へ前記加工指令開始信号を送信する機能と、を備えており、
    　　　前記モニタ機能は、各工作機械に設置されている一つ以上の撮像装置によって得られる加工素材設置位置を含む加工部周辺領域の画像データを前記ＣＮＣ装置から前記通信回線を介して取得し、前記端末装置の表示部に前記加工部周辺領域のモニタ画像を表示させる機能を含むものであることを特徴とする請求項３に記載のマシニングセンタの自動運転システム。
  5. 　前記加工指令自動作成部は、前記登録リストに登録されているマシニングセンタの中から前記加工製品の切削加工に使用するマシニングセンタを決定するマシニングセンタ決定部を備えており、
    　前記マシニングセンタ決定部は、
    　　前記端末装置の表示部に、前記登録リストを該リスト内の任意のマシニングセンタを選択可能に表示させると共に、選択されたマシニングセンタを示す選択指令信号を前記端末装置から受けて使用するマシニグセンタを決定する機能および／または、
    　　前記加工指令自動作成部で作成された前記３Ｄモデルから取得される前記加工製品の寸法および重量を含む設計情報と、前記登録リストに含まれる各マシニングセンタの機種情報とに基づいて、前記加工製品の切削加工に適した機種のマシニングセンタを選択して使用するマシニングセンタを決定する機能を備えていること特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のマシニングセンタの自動運転システム。
  6. 　前記端末装置が複数であって、前記マシニングセンタ決定部が、前記端末装置の表示部に前記登録リストを該リスト内の任意のマシニングセンタを選択可能に表示させると共に、選択されたマシニングセンタを示す選択指令信号を受けて使用するマシニングセンタを決定する機能を備えている場合において、
    　前記マシニングセンタ決定部は、一つの端末装置によって使用されるマシニングセンタが既に決定されると、他の端末装置の表示部に前記登録リストを表示させる際に、前記既に決定されたマシニングセンタを選択不可能状態とする機能をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載のマシニングセンタの自動運転システム。
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