JPH0736976B2 - 熱変位補正値のスムージング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、工作機械の運転によって発生する部分的な温
度変化による熱変位により加工精度が悪化するのを防止
するための熱変位補正方法に関するものである。

従来の技術 従来、工作機械例えばマシニングセンタ等の主軸回転等
による主軸及びその周辺の温度上昇によって生ずる熱変
位の補正は、直線変位量を測定してリアルタイムに補正
量をフイードバックし補正を行う方法があるが、装置が
大掛かりとなるため、殆どの場合例えば第１図のマシニ
ングセンタの姿図に示すように主軸頭の主軸軸受部の熱
影響を受けやすい位置a,bの温度と、ベッドの環境温度
を示す位置ｃとの温度を測定し、ｃ位置の温度に対する
a,b位置の温度上昇値から、実験又は経験上の係数を使
って変位量を算出し、これをＺ軸指令値にフイードバッ
クして補正を行う方法が一般的に行われている。

発明が解決しようとする課題 従来の技術で述べた温度上昇値から熱変位量を算出する
方法は、入力される温度測定値を基に変位量が算出され
るので、第７図，第８図に示すように外乱等で温度測定
値に誤差が生ずると、その都度補正値が変動して加工面
に段差ができる。従って工作物が金型等の場合、以降の
手作業による面仕上げに時間がかかるという問題点を有
している。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、熱変位
補正によって生ずる工作物加工面の段差を少なくするス
ムージング方法を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の熱変位補正値のスム
ージング方法は、発熱部の温度測定値を基に演算により
補正値を求める熱変位補正方法において、断続的に入力
される複数個の温度測定値を一ブロックとする直前のブ
ロックの温度データを記憶し、演算により前記温度デー
タの測定点群の中央部を通る温度直線を求めて、この延
長線を中心とする予想温度範囲を算出し、新しく温度測
定値が入力されると前記予想温度範囲の値と比較して測
定値が予想温度範囲から外れたとき最も近い境界予想温
度の値に修正し、この修正された温度の値又は入力され
た温度測定値から演算により熱変位補正値を求めるとと
もに、新しく入力された温度測定値により記憶する前記
温度データの内容を更新して次に備えるものである。

また発熱部の温度測定値を基に演算により補正値を求め
る熱変位補正方法において、断続的に入力される複数個
の温度測定値を一ブロックとする直前の連続する複数ブ
ロックの温度データを記憶し、演算により前記各温度デ
ータの各測定点群の中央部を通る温度直線を求めて、こ
の各温度直線の傾斜角の変化率から予想温度直線を算出
し、この予想温度直線を中心とする予想温度範囲を設定
し、新しく温度測定値が入力されると前記予想温度範囲
の対応する値と比較して測定値が予想温度範囲から外れ
たとき最も近い境界予想温度の値に修正し、この修正さ
れた温度の値又は入力された温度測定値から演算により
熱変位補正値を求めるとともに、新しく入力された温度
測定値が一ブロックの所定構成個所に達したとき記憶す
る複数の温度データの内容を更新するものである。

作用 請求項１は、複数個の入力温度測定値を一ブロックとす
る直前のブロックの温度データを記憶し、この温度デー
タにより算出された温度直線の延長線の上下に幅を持た
せた予想温度範囲を設定し、新しい測定値が入力される
と予想温度範囲と比較して、外乱等により予想温度範囲
から外れたとき、予想温度範囲の上限値又は下限値に修
正するとともに新しく入力された温度測定値を入れて温
度データを更新する。

請求項２は、複数個の入力温度測定値を一ブロックとす
る直前の連続する複数ブロックの温度データを記憶し、
これにより予想温度範囲を設定し、１つの測定値が入力
されるとこの予想温度範囲の対応する位置の値と比較し
て予想温度範囲から外れたとき対応位置の上限の値又は
下限の値に修正するとともに、この入力された測定値が
一ブロックの構成数に達すると温度データの内容を更新
する。

実施例 第１実施例について第１図〜第３図を参照して説明す
る。

公知の門形マシニングセンタにおいて、ベッド１上に設
けられたＸ軸方向の案内上に、テーブル２が移動位置決
め可能に載置され、ベッド１の両側床上にコラム３が立
設され、コラム３上にトップビーム４が締着されてい
る。コラム３に削設されたＺ軸方向の案内3a上に、Ｙ軸
方向の案内を有するクロスレール５が移動位置決め可能
に設けられ、このＹ軸方向の案内上に主軸頭６が移動位
置決め可能に載架されている。主軸頭６にクイル７がＺ
軸移動可能に設けられ、クイル７に図示しない複数の軸
受により主軸８が回転可能に軸承されており、クイル7,
主軸８はNC制御のサーボモータ９により移動位置決めさ
れる。

主軸頭６には主軸８の回転による軸受部の発熱の影響を
受けやすい２つの位置a,bに、熱電対11A,11Bが取付けら
れており、更にベッド１の環境温度に近い値を示す位置
ｃに熱電対11cが取付けられている。

次にこの熱電対11A〜11Cの温度測定値を基に熱変位補正
を行うためのサーボシステムについて、第１図のブロッ
ク線図部により説明すると、温度上昇値算出部12は、各
熱電対の出力信号が入力されると、Ｃ位置の熱電対11C
の出力T3を基準とし、ａ、ｂ位置の熱電対11A,11Bの出
力T1,T2からそれぞれの温度差（温度測定値と呼ぶ）を
算出するところである。温度間欠読込部13は、設定され
た一定時間例えば第１実施例では１分毎に温度測定値を
読み込むところで、温度データ記憶部14は、温度測定値
が断続的に読込まれると順次記憶して、第２図に示すよ
うに測定値（測定点）が所定個数例えば６個に達する
と、６個の測定点を一ブロックとする直前の連続する温
度データとして記憶し直線演算部15に出力して、新しい
温度測定値が読み込まれると最初の１個の測定点を放出
て記憶内容を更新する部分である。直線演算部15は、入
力された温度データからの演算により最小２乗法で温度
直線を求める部分で、予想温度範囲設定部16は、温度直
線の延長線上の上下に所定幅を付加して、予想温度範囲
を設定して記憶する部分である。温度比較修正部17は、
温度記憶部を経て入力される現在温度測定値と予想温度
範囲とを比較して、現在温度測定値が予想温度範囲から
外れたとき、予想温度範囲の最も近い境界温度に修正す
る部分である。

補正量演算部18は、温度比較修正部17を経て入力される
修正された温度又は未修正の現在温度に、実験又は経験
により求められた係数を乗じて熱変位量を算出し、これ
を補正値として出力する部分、補正軸駆動制御部19は、
補正値が入力されるとNCのＺ軸位置指令値にこの補正値
を加算又は減算してＺ軸サーボモータ９を駆動する部分
である。

続いて第１実施例の作用について第３図のフローチャー
ト図に従って説明する。

ステップS1において、温度間欠読込部13から新しい温度
測定値が読込まれると、ステップS2において温度データ
記憶部14に読込まれた測定点がブロックの構成数である
６個になったかが確認され、始動直後にはノーとなり、
ステップS1に戻される。またステップS2において、イエ
スとなった場合にはステップS3において、読込まれた６
個の測定点により構成される温度データが直線演算部15
に読みとられ、ステップS4において、最小２乗法により
温度直線を算出する。次いでステップS5において、求め
た温度直線の延長線から予想温度範囲を算出し、ステッ
プS6において、新しい現在温度測定値が読込まれ、ステ
ップS7において、温度比較修正部17にて読込まれた現在
温度測定値は、予想温度範囲内かが確認され、ノーの場
合にはステップS8において、現在温度測定値に最も近い
予想温度範囲の境界温度の値に修正されるとともに、ス
テップS9においてこのときの現在温度測定値が温度デー
タ記憶部14に新しい測定点として取込まれ温度データが
更新される。またステップS7において、イエスの場合に
はステップS9において読込まれた現在温度測定値がその
まま出力されるとともにこの温度測定値が新しい測定点
として取込まれ古い測定点を１個捨て、温度データを更
新する。そしてステップS10において、補正値演算部18
にて読込まれたままの温度測定値又は温度比較修正部に
て修正された修正温度値を基に演算によりＺ軸補正値が
算出され、ステップS11において補正軸駆動制御部19か
らの出力でＺ軸サーボモータ９が駆動され熱変位補正が
実行される。次いでステップS12において、機械の運転
停止指令が出ているかが確認されノーの場合にはステッ
プS1に戻り、イエスの場合には終わりとなる。

次に第２実施例について第１図及び第４図〜第６図を参
照して説明する。

なお第１図は、第１実施例と兼用であり、説明の重複を
避けるため、内容が第１実施例と異なる部分のみの説明
とし他は省略する。

温度データ記憶部14は、第１実施例より早い例えば20秒
毎のピッチで温度測定値を読み込み第４図に示すように
例えば６個の測定点を一つのブロックとする互いに隣接
する３つのブロックの各温度データを、一組の直前の連
続する温度データとして記憶し直線演算部15に出力する
とともに、新しく入力された測定点が６個になると最も
古い１つのブロックを放棄して、３ブロックで一組の温
度データを更新する部分である。直線演算部15は、各温
度データの温度直線を算出する部分で、予想温度範囲設
定部16は、各温度直線の傾斜角の変化率から予想温度直
線を求め、この予想温度直線を中心とし、上下に幅を持
たせた予想温度範囲を設定しパラメータとして記憶する
部分である。ここで３つの温度直線から予想温度直線を
求める計算式の一例を示すと、第４図，第５図に示す各
温度直線Ｉ〜IIIの傾斜角Ａ〜Ｃのそれぞれの差はＣ−
B,B−Ａとなり、これにより推測される予想温度直線IV
の傾斜角Ａに対する傾斜角Ｄの差Ｅを（Ｃ−Ｂ）−（Ｂ
−Ａ）とみなすと、Ｄ＝（Ｂ−Ａ）−Ｅとなり、予想温
度直線IVの傾斜角Ｄは次式Ｄ＝3A−3B＋Ｃにて求めるこ
とができる。

温度比較修正部17は、現在の温度測定値と予想温度範囲
の対応する値とを比較して、現在温度測定値が予想温度
範囲から外れたとき最も近い境界温度に修正する部分で
ある。そしてここで使用される予想温度範囲は、新しい
現在の温度計測値の入力数が１つのブロックの構成個数
の６個に達するまで同一の予想温度範囲が使用されるよ
うになっている。

続いて本実施例の作用について第６図のフローチャート
図に従って説明する。

ステップS101において、測定温度の値を読み込み、ステ
ップS102において、３つ目のブロック（第４図の１ブロ
ック）に読込まれた測定点が６個あるかが確認され、起
動直後にはノーとなり、ステップS101に戻る。またステ
ップS102において、イエスとなった場合には、ステップ
S103において、演算により最小２乗法で３つのブロック
の各温度直線が算出される。次いでステップS104におい
て、算出された各温度直線の各傾斜角が算出され、ステ
ップS105において、各傾斜角の変化率から次のブロック
の予想温度直線を算出し、ステップS106において、この
予想温度直線の上下に所定の幅を持たせ予想温度範囲を
算出する。次いでステップS107において現在温度測定値
が読込まれ、ステップS108において、読込まれた現在温
度測定値は予想温度範囲内かが確認され、ノーの場合に
は、ステップS109において、予想温度範囲の対応する値
のうち温度測定値に最も近い境界温度の値に修正される
とともに、修正される前の現在温度測定値が温度データ
記憶部14にて次のブロックの計測点として記憶される。
またステップS108において、イエスの場合には、現在温
度測定値が計測点として記憶され、ステップS110におい
て、次のブロックの読込み計測点が６個になったかが確
認され、イエスの場合にはステップS111において、次の
ブロックを入れ、古いブロックを捨てて、３つのブロッ
クにより構成される温度データの内容を更新する。そし
てステップS112において、読込まれた現在温度測定値又
は修正された温度値により補正値が算出され、ステップ
S113において、Ｚ軸補正が実行される。次いでステップ
S114において、機械の運転停止指令がでているかが確認
され、ノーの場合にはステップS107に戻り、イエスの場
合には終わりとなる。

発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

請求項１の熱変位補正値のスムージング方法は、断続的
に入力される複数個の温度測定値を一ブロックとする直
前のブロックの温度データから演算により温度直線を求
め、この温度直線の延長線を中心とする予想温度範囲を
算出して、新しく温度測定値が入力されると予想温度範
囲と比較して温度測定値を修正するようになし、新しい
温度測定値により温度データの内容を更新して新しい予
想温度範囲により修正するようになしたので、外乱等に
より温度測定値が乱高下することがあっても補正量に反
映されることがなくなり、これにより金型加工等の仕上
切削加工時に熱変位補正による加工面の段差が少なくな
って、以後の手仕上げの工数を大幅に削減させることが
できる。

請求項２の熱変位補正値のスムージング方法は、断続的
に入力される複数個の温度測定値を一ブロックとする直
前の連続する複数ブロックの温度データを記憶し、演算
により各温度データの温度直線を求め、各温度直線の傾
斜角の変化率から予想温度直線を算出して、予想温度範
囲を設定するようになし、新しく温度測定値が入力され
ると予想温度範囲の対応する値と比較して温度測定値を
修正するようになし、新しい温度測定値が一ブロックの
所定構成個数に達したとき、記憶する複数の温度データ
の内容を更新して、新しい予想温度範囲により温度測定
値を修正するようになしたので、請求項１と同様、熱変
位補正による仕上切削加工面の段差がなくなり、以後の
手仕上げの工数を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１及び第２実施例共通の一部ブロック線図を
含むマシニングセンタの姿図で、本図のマシニングセン
タの姿図は、従来の技術説明にも引用されている。第２
図は第１実施例の温度測定値の入力から予想温度範囲が
設定されるまでの過程の説明用グラフ図、第３図は第１
実施例の作用説明用フローチャート図、第４図は第２実
施例の温度測定値の入力から予想温度範囲を設定するま
での過程の説明用グラフ図、第５図は第４図の補足表
図、第６図は第２実施例の作用説明用フローチャート
図、第７図は従来の温度計測点のばらつきの一例を示す
グラフ図、第８図も従来の温度計測点のばらつきの一例
を示すグラフ図である。 ６……主軸頭、８……主軸 ９……サーボモータ 11A〜11C……熱電対

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発熱部の温度測定値を基に演算により補正
   値を求める熱変位補正方法において、断続的に入力され
   る複数個の温度測定値を一ブロックとする直前のブロッ
   クの温度データを記憶し、演算により前記温度データの
   測定点群の中央部を通る温度直線を求めて、この延長線
   を中心とする予想温度範囲を算出し、新しく温度測定値
   が入力されると前記予想温度範囲の値と比較して測定値
   が予想温度範囲から外れたとき最も近い境界予想温度の
   値に修正し、この修正された温度の値又は入力された温
   度測定値から演算により熱変位補正値を求めるととも
   に、新しく入力された温度測定値により記憶する前記温
   度データの内容を更新して次に備えることを特徴とする
   熱変位補正値のスムージング方法。
2. 【請求項２】発熱部の温度測定値を基に演算により補正
   値を求める熱変位補正方法において、断続的に入力され
   る複数個の温度測定値を一ブロックとする直前の連続す
   る複数ブロックの温度データを記憶し、演算により前記
   各温度データの各測定点群の中央部を通る温度直線を求
   めて、この各温度直線の傾斜角の変化率から予想温度直
   線を算出し、この予想温度直線を中心とする予想温度範
   囲を設定し、新しく温度測定値が入力されると前記予想
   温度範囲の対応する値と比較して測定値が予想温度範囲
   から外れたとき最も近い境界予想温度の値に修正し、こ
   の修正された温度の値又は入力された温度測定値から演
   算により熱変位補正値を求めるとともに、新しく入力さ
   れた温度測定値が一ブロックの所定構成個数に達したと
   き記憶する複数の温度データの内容を更新することを特
   徴とする熱変位補正値のスムージング方法。