JPH0571979A - 工作機械における計測データの雑音除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定タイミングの違いによるデータのばらつ
きを防止し、計測データの信頼性の向上を図る。 【構成】 まずセンサ４０の信号波形Ａに含まれている
雑音周期Ｔを測定し、その周期Ｔの等分割周期ｔを決定
する。雑音周期Ｔの測定は、適宜の計測器を用いて行
う。前記等分割周期ｔを信号読込手段４５に設定してお
き、ＮＣ制御部２１からデータ読み込み指令があると、
前記等分割周期ｔでセンサ４０の信号波形Ａを読み取
る。その読み取りデータの雑音周期Ｔ分のデータの平均
値を演算し、計測データＤとする。この計測データＤを
工作機械の誤差補正手段４７に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱変位補正等に際し
て温度検出や変位検出を行うときに、センサのアナログ
信号に乗る雑音を除去する工作機械における計測データ
の雑音除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】旋盤等の工作機械では、切削によって大
量の熱が発生するため、各部の熱変位が大きく、主軸の
軸心位置や方向のずれ、あるいは刃物台の軸心位置や方
向のずれが生じる。そのため、各部の温度や変位を検出
し、これら検出値に基づいて必要な補正量を演算し、Ｎ
Ｃ装置等の制御系で熱変位補正を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、工作機械にお
いては、種々の雑音発生源があるため、例えば図６の曲
線ｐで示すように、センサのアナログ信号の出力波形に
雑音が乗り、そのため読み込みタイミングによって計測
データがばらつくという問題点がある。同図の曲線ｐ
は、熱電対温度センサのアンプ出力の交流分信号波形で
あり、恒温室内のテスト機の測定結果を示す。曲線ｑ
は、熱電対の電源の交流分波形を示す。

【０００４】同図からわかるように、センサの信号波形
の雑音は、電源部の雑音等による低周波が主な原因であ
るが、このような低周波やインピーダンスの低い発生源
の雑音は、電子回路のみで簡単に除去することができな
い。そのため、雑音を含んだままの計測データをやむな
く使用しており、熱変位補正の精度向上につき、満足で
きる結果を得ることが難しかった。

【０００５】この発明の目的は、測定タイミングの違い
によるデータのばらつきを防止でき、計測データの信頼
性を向上できる工作機械における計測データの雑音除去
方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の構成を実施例
に対応する図１と共に説明する。この計測データの雑音
除去方法は、まずセンサ（４０）の信号波形（Ａ）に含
まれている雑音周期（Ｔ）を測定し、その周期（Ｔ）の
等分割周期（ｔ）を決定する。この等分割周期（ｔ）で
センサ（４０）の信号波形（Ａ）を読み取り、その読み
取りデータの雑音周期（Ｔ）分のデータの平均値を演算
して計測データ（Ｄ）とする。この計測データ（Ｄ）を
工作機械の誤差補正手段（４７）に出力する。

【０００７】

【作用】この発明方法よると、雑音周期（Ｔ）の等分割
周期（ｔ）でセンサ（４０）の信号波形（Ａ）を読み取
り、その１周期分のデータを平均して計測データ（Ｄ）
とするため、どのタイミングから計測を開始しても同等
値となり、雑音が除去されて、データ（Ｄ）のばらつき
がなくなる。

【０００８】

【実施例】この発明の一実施例を図１に基づいて説明す
る。この雑音除去方法を適用する装置の概略をまず説明
する。熱電対式の温度センサ４０のアンプ４１は、１２
Ｖの直流電源４２に接続され、アンプ４１の出力はＡ／
Ｄ変換器４３を介して平均データ出力手段４４に入力さ
れる。平均値データ出力手段４４は、ＣＰＵおよびメモ
リ装置等で構成されるマイクロプロセッサからなり、そ
のプログラム等からなる機能手段として、信号読込手段
４５と、平均値演算手段４６とが設けてある。平均値デ
ータ出力手段４４の出力Ｄは、工作機械のＮＣ制御部２
１の熱変位誤差補正手段４７に入力される。

【０００９】雑音除去方法を説明する。まず、準備段階
として、温度センサ４０のアンプ４１の信号波形Ａに含
まれている雑音周期をオペレータにより適宜の計測器で
測定し、その周期の等分割周期を決定する。分割数は任
意に設定する。すなわち、図１のグラフ部分に示す曲線
Ａは、アンプ４１の出力のアナログ信号波形を示し、こ
の波形に乗っている雑音周期Ｔを等分の分割周期ｔに分
割する。同図は７等分した例であり、２サイクル間を示
している。

【００１０】このように決定した等分割周期ｔを信号読
込手段４５に設定し、かつその分割数を平均値演算手段
４６の演算式に設定しておく。平均値データ出力手段４
４に入力されるデータはディジタル値であるが、雑音周
期Ｔは商用交流電源の周波数である５０または６０サイ
クルの低周波であるため、Ａ／Ｄ変換器４３によるサン
プリング周期は、前記の等分割周期ｔに比べて充分に短
く、ディジタル化による支障はない。

【００１１】信号読込手段４５による温度センサ４０の
信号波形Ａの読み取りは、ＮＣ制御部２１のデータ読込
み指令に応答して開始され、設定した雑音周期Ｔ分だ
け、等分割周期ｔで読み込む。平均値手段４６は、この
読み込まれた雑音周期Ｔ分（１サイクル）のデータか
ら、その平均値を演算し、計測データＤとしてＮＣ制御
部２１の熱変位補正手段４７に出力する。

【００１２】このように、雑音周期Ｔの等分割周期ｔで
温度センサ４０の信号波形Ａを読み取り、その１周期分
のデータを平均して計測データＤとするため、どのタイ
ミングから計測を開始しても同等値となり、雑音が除去
される。すなわち、図１のグラフ部分にイ．ロ．ハで示
すように、どのタイミングで計測を開始しても、その１
周期Ｔ分のデータの平均値は等しい。そのため、測定タ
イミングによるデータＤのばらつきが防止できて、計測
データＤの信頼性が向上し、工作機械の熱変位誤差の補
正が精度良く行える。

【００１３】図２ないし図５は、この雑音除去方法を適
用する工作機械およびその制御系の例を示す。図３にお
いて、工作機械１はタレット旋盤からなり、タレット２
を搭載したクロススライド３が、ベッド４のレール５上
に、主軸６の軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸
方向）に移動自在に設置されている。前記タレット２と
クロススライド３とで刃物台８が構成される。主軸６は
ベッド４に設置した主軸台７に支持され、主軸チャック
６ａが装着されている。図４に示すように、主軸６の後
部には回転駆動用のプーリ９が設けられ、かつ主軸チャ
ック６ａの開閉用のチャックシリンダ１０が連結されて
いる。

【００１４】クロススライド３は、タレット軸２ａを介
してタレット２を回転および前後（Ｚ軸方向）移動自在
に支持したものであり、タレット２の割り出し回転機構
と前後送り機構とを内蔵している。クロススライド３の
移動は、Ｘ軸ボールねじ１１を介してサーボモータ（図
示せず）により行われる。タレット２は、正面形状が多
角形のドラム状のものであり、各周面部分からなる工具
ステーションに工具１２が取付けられる。

【００１５】主軸台７の側面には、熱変位量検出手段で
ある２個の変位センサＳ１，Ｓ２が取付治具１３を介し
て取付けてある。これら変位センサＳ１，Ｓ２は、クロ
ススライド３を主軸台７に近接させた状態で、クロスス
ライド３の側面に設けられた被検出板１４に接触して変
位量を検出するものであり、差動トランスが用いられて
いる。両変位センサＳ１，Ｓ２は、互いに主軸６の軸方
向に離して配置し、かつ主軸６の軸心と同一高さに配置
してある。

【００１６】また、主軸台７には主軸６の温度を測定す
る主軸温度センサＳＰを設け、前記ボールねじ１１の軸
受１１ａに、ボールねじ１１の温度を測定するための軸
受温度センサＢＬが設けてある。これら温度センサＳ
Ｐ，ＢＬは熱電対温度センサからなる。

【００１７】図２は、工作機械全体の制御装置１５のハ
ードウェア構成例を示す。ＮＣ制御部２１は、ＮＣ装置
２３に操作盤２４を設けると共に、補正用入力データの
補助演算を行う補助データ演算装置２５を設けたもので
あり、ＮＣ装置２３から、Ｘ軸，Ｚ軸，主軸，およびそ
の他のサーボモータ２６〜２９に軸送り指令が出力され
る。

【００１８】熱変位コントローラ３０は、Ａ／Ｄ変換器
４３により、前記各変位センサＳ１，Ｓ２、および各温
度センサＳＰ，ＢＬの検出信号をディジタル値に変換し
てＣＰＵ３２に入力し、所定の演算を行う手段であり、
演算プログラムの記述されたＲＯＭおよびデータ記憶等
を行うＲＡＭ３４を備えている。ＣＰＵ３２の出力は、
ＲＳ２３２Ｃ規格等の直列伝送用のインタフェース３５
を介してＮＣ制御部２１の補助データ演算装置２５に入
力される。

【００１９】前記熱変位コントローラ３０の一部で、図
１の平均値データ出力手段４４が構成され、各変位セン
サＳ１，Ｓ２、および温度センサＳＰ，ＢＬの出力信号
波形の処理に、図１と共に説明した雑音除去方法が各々
適用される。また、ＮＣ装置２３における機能手段と、
熱変位コントローラ３０の一部の機能手段とで、図１の
熱変位誤差補正手段４７が構成される。

【００２０】図１の熱変位誤差補正手段４７は、演算式 Ｘｔ＝δＸ−δＢＬ−δＳＰ …… で示される補正量Ｘｔを演算し、この補正量ＸｔだけＮ
Ｃ装置２３における機械座標系をＸ軸方向にシフトして
加工プログラムによるＸ軸方向の送り量を補正する手段
である。

【００２１】上式δＸは、変位センサＳ１，Ｓ２の測
定値Ｓ₁ ，Ｓ₂ によって補正する主補正量であり、後に
詳述する。δＢＬは、ボールねじ１１の温度変化によっ
て影響される工具１２の刃先ＴａのＸ軸方向の熱変位量
を示し、軸受温度センサＢＬの検出温度を変数とする適
宜の演算式で演算される。δＳＰは、主軸６の温度変化
によって影響されるワークＷと工具１２との間のＸ軸方
向の熱変位量を示し、主軸温度センサＳＰの検出温度を
変数とする所定の演算式で演算される。

【００２２】上記構成による熱変位補正の動作につき説
明する。熱変位の検出は、運転の開始時や、開始後の所
定の時間間隔おきの時点などに、次のようにして行う。

【００２３】すなわち、クロススライド３を主軸台７に
設定位置まで近接させ、両変位センサＳ１，Ｓ２をクロ
ススライド３の被検出板１４に接触させる。この接触に
より、差動トランスからなる変位センサＳ１，Ｓ２によ
り、主軸６の軸方向の２箇所における主軸台７とクロス
スライド３とのＸ軸方向の相対熱変位量Ｓ₁ Ｓ₂ （図
５）が検出される。この相対熱変位量Ｓ₁Ｓ₂ により、
次式に従って、工具１２の刃先Ｔａ（図４）と、目標
座標であるワーク加工点Ｗａ（ワークＷの先端位置）と
のＸ軸方向の誤差成分δＸ（図５）を演算する。

【００２４】 δＸ＝［（ａ＋ｂ）Ｓ₁ −ｂＳ₂ ］／ａ …… 上式において、ａは両変位センサＳ１，Ｓ２間の距
離、ｂは変位センサＳ２からワーク加工点Ｗａまでの距
離である。図５から相対熱変位量Ｓ₁ Ｓ₂ によって誤差
成分δＸが式により演算できることがわかる。なお、
この演算は、各部の熱変位が線形性を有するものとして
近似計算するものである。前記補正演算式のδＢＬお
よびδＳＰの演算については、その説明を省略する。

【００２５】このようにして、各変位センサＳ１，Ｓ
２、および温度センサＳＰ，ＢＬの検出値により熱変位
補正を行うに際して、センサ出力の処理に図１と共に前
述した雑音除去方法を採用することにより、測定タイミ
ングによるデータのばらつきを解消し、精度良く熱変位
補正を行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明の計測データの雑音除去方法に
よると、雑音周期の等分割周期でセンサの信号波形を読
み取り、その１周期分のデータを平均して計測データと
するため、どのタイミングから計測を開始しても同等値
となり、雑音が除去される。そのため、測定タイミング
によるデータのばらつきが防止できて、計測データの信
頼性が向上し、工作機械の誤差補正が精度良く行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる雑音除去方法を適
用する制御系の概念図である。

【図２】同雑音防止方法を適用する工作機械の制御系全
体のブロック図である。

【図３】その工作機械の斜視図である。

【図４】同工作機械の平面図である。

【図５】同工作機械の熱変位を示す説明図である。

【図６】従来のセンサに含まれる雑音波形の説明図であ
る。

【符号の説明】

２１…ＮＣ制御部、４０…熱電対温度センサ、４１…ア
ンプ、４３…Ａ／Ｄ変換器、４４…平均値データ出力手
段、４５…信号読込手段、４６…平均値演算手段、４７
…熱変位誤差補正手段、Ａ…センサの信号波形、Ｔ…雑
音周期、ｔ…等分割周期

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサの信号波形に含まれている雑音周
   期を測定しその周期の等分割周期を決定する過程と、こ
   の等分割周期で前記センサの信号波形を読み取る過程
   と、この読み取りデータの前記雑音周期分のデータの平
   均値を演算して計測データとする過程と、この計測デー
   タを工作機械の誤差補正手段に出力する過程とを含む工
   作機械における計測データの雑音除去方法。