JP4878949B2 - 工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法、同熱変位量の演算システム、工作機械の熱変位補正方法、および同熱変位補正システム - Google Patents

Description

本発明は、工作機械適所の熱変位量に基づいて工具と加工対象物との相対位置関係を補正するための工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法、同熱変位量の演算システム、演算により得た熱変位量を用いた工作機械の熱変位補正方法、同工作機械の熱変位補正システムに関する。

近年、工作機械による加工対象物の加工においてはミクロンオーダーの超高精度の加工を要求される場合が多くなっているが、周囲環境の温度変化により生じる工作機械の熱変位はミクロンオーダーを超える場合が多く、この熱変位を抑えることなしに超高精度の加工を実現することは不可能となっている。このため以前より、超高精度の加工を行う工作機械では門型構造などの熱的な対称構造をとる手法等が用いられてきた。

しかしながら、門型構造ではアームが中央に張り出している等段取り時の問題が多く当然自動化には適さず、他の手段としては周囲環境の温度を高性能空調機により一定にする手法もあるが、高性能空調機は高価であるばかりか制御も難しく、更には建物の壁の断熱など十分な環境対策も採らなければならず、工作機械の製作コストも非常に高いものとなる。

このため従来より、熱変位はそもそも温度変化に起因して発生していることから、この温度を測定して工作機械の熱変位量を推測し、この熱変位量に基づいて工具と加工対象物との相対位置関係のずれをＮＣ制御により補正しようする試みが多数なされており、例えば、特許文献１にはこのような熱変位補正方法が開示されている。

すなわち、同文献１によれば、工作機械を構成するベースやコラムの適所の温度データを温度センサーにより検出するとともに、熱変位量データをも検出し、これら温度データと熱変位量データとの相関関係を多変量解析により関連づけて、この熱変位による工具と加工対象物との相対位置関係のずれを補正する構成を採用していた。

特開平１１−５８１７９号公報

ところで、上述した熱変位補正方法は、一般に、工具と加工対象物のそれぞれについてＸ軸（横方向）、Ｙ軸（縦方向）、Ｚ軸（鉛直方向）の各移動軸に対する標準熱変位量データ検出位置を定め、この標準熱変位量データ検出位置における工作機械適所の温度変化に関連する変位量、つまり、標準熱変位量データを検出し、この標準熱変位量データに基づいて多変量解析を行い温度データと標準熱変位量データとの相関関係を示す各移動軸の演算式を生成するとともに、この演算式を用いて工具と加工対象物それぞれの適所（熱変位量補正位置）における熱変位補正を行う方式を採用していた。

例えば、図５に形彫り放電加工装置を例示して示すように、工具電極Ｅ（工具）の右側端の上下方向中間位置をＹ軸方向の標準熱変位量データ検出位置α、工具電極Ｅの右側端下端位置を熱変位量補正位置βとしてＹ軸方向に熱変位する場合、標準熱変位量データ検出位置αにおける標準熱変位量データＹαを検出し、このＹαに基づいて多変量解析を行い熱変位量を演算する演算式を生成するとともに、標準熱変位量データ検出位置αと熱変位量補正位置βの熱変位量ＹαとＹβとは同じである仮定して、熱変位量補正位置βの熱変位量Ｙβは、上述した標準熱変位量データＹαに基づく演算式により演算して熱変位量補正位置βの熱変位補正を行うこととしていた。

しかしながら、図６に示すように、温度の不均一や機械的構造によって工作機械の構造体において歪みや撓み等の変形も複合的に生じて、例えば工具電極Ｅが傾斜する等したときは、標準熱変位量データ検出位置αの標準熱変位量データＹαと熱変位量補正位置βの熱変位量Ｙβとはそれぞれ変形に基づく変位量ΔＹαとΔＹβとが相違するのでＹαとＹβとは異なることとなる。

すなわち、図１０に具体例をもって示すように、標準熱変位量データ検出位置αにおける標準熱変位量データＹαに基づく演算式による演算値と熱変位量補正位置βにおける実測された熱変位量データＹβとは大きく相違し、工具電極Ｅと加工対象物との相対位置関係のずれを精度よく補正することができず、ミクロンオーダーの加工精度が要求される昨今の加工事情においては到底の顧客の満足に応えることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、工作機械適所の温度データと、標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し標準熱変位量データ検出位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して得られた補正ベースの標準熱変位量データと、の相関関係を多変量解析により演算式として得るとともに、この演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して熱変位補正に用いられる熱変位量を演算し、更に該演算された熱変位量を用いて熱変位補正を行うことによって、熱により機械的構造に変形があっても精度よく工具と加工対象物との相対位置関係のずれを補正し加工精度の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、熱変位補正用の演算式を生成する多変量解析ステップを有し、多変量解析ステップにより生成された熱変位補正用の演算式を用いて熱変位量を演算する工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法において、工作機械の適所に、温度データを検出する温度データ検出位置と、熱変位補正用の演算式を生成するために用いられる標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出位置と、熱変位補正用の演算式を用いて演算される熱変位量に基づいて熱変位補正を行う熱変位量補正位置と、を設定するとともに、温度データ検出位置において温度データを検出する温度データ検出ステップと、温度データ検出ステップにより検出された温度データに関連する標準熱変位量データ検出位置における軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量と軸方向に対し傾斜する方向に生ずる工作機械の変形に基づく変位量とを含む標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出ステップと、工作機械の構造データと温度データに関連した傾斜の基点および傾斜の角度から標準熱変位量データ検出位置および熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を演算する変形変位量演算ステップと、標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し、変形変位量演算ステップにより演算された標準熱変位量データ検出位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して標準熱変位量データから変形に基づく変位量を除き軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量のみとした補正ベースの標準熱変位量データを得る標準熱変位量データ補正ステップと、を有し、多変量解析ステップは、温度データと標準熱変位量データ補正ステップにより得られた補正ベースの標準熱変位量データとの相関関係を多変量解析により演算式として得て熱変位補正用の演算式を生成するステップとするとともに、多変量解析ステップにより生成された熱変位補正用の演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、変形変位量演算ステップにより演算された熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して熱変位補正に用いられる熱変位量を演算する熱変位量演算ステップを有することを特徴とする。

この発明によれば、温度データ検出位置において検出された温度データと、標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し標準熱変位量データ検出位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して得られた補正ベースの標準熱変位量データと、の相関関係を多変量解析により演算式として得るとともに、この演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して熱変位補正に用いられる熱変位量を演算することとしたので、工作機械の熱変位補正において熱や機械的構造による変形により標準熱変位量データ検出位置と熱変位量補正位置との間に熱変位量の相違があっても、熱変位量補正位置における熱変位量を正確に演算することができる。

請求項１に記載の工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法により演算された熱変位量を用いて熱変位量補正位置における熱変位補正を行うこととすれば、熱や機械的構造による変形があっても正確な熱変位量に基づいて熱変位量補正位置における熱変位補正を行うことができるので、精度よく工具と加工対象物との相対位置関係のずれを補正することができる（請求項２）。

請求項３の発明は、熱変位補正用の演算式を生成する多変量解析手段を有し、前記多変量解析手段により生成された熱変位補正用の演算式を用いて熱変位量を演算する工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算システムにおいて、工作機械の適所に、温度データを検出する温度データ検出位置と、前記熱変位補正用の演算式を生成するために用いられる標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出位置と、前記熱変位補正用の演算式を用いて演算される熱変位量に基づいて熱変位補正を行う熱変位量補正位置と、を設定するとともに、前記温度データ検出位置において温度データを検出する温度データ検出手段と、前記温度データ検出手段により検出された温度データに関連する前記標準熱変位量データ検出位置における軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量と軸方向に対し傾斜する方向に生ずる工作機械の変形に基づく変位量とを含む標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出手段と、工作機械の構造データと温度データに関連した傾斜の基点および傾斜の角度から前記標準熱変位量データ検出位置および前記熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を演算する変形変位量演算手段と、前記標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し、前記変形変位量演算手段により演算された前記標準熱変位量データ検出位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して標準熱変位量データから変形に基づく変位量を除き軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量のみとした補正ベースの標準熱変位量データを得る標準熱変位量データ補正手段と、を有し、前記多変量解析手段は、前記温度データと前記標準熱変位量データ補正手段により得られた補正ベースの標準熱変位量データとの相関関係を多変量解析により演算式として得て前記熱変位補正用の演算式を生成する構成とするとともに、前記多変量解析手段により生成された前記熱変位補正用の演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、前記変形変位量演算手段により演算された前記熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して前記熱変位補正に用いられる熱変位量を演算する熱変位量演算手段を有することを特徴とする。

この発明によれば、温度データ検出位置において検出された温度データと、標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し標準熱変位量データ検出位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して得られた補正ベースの標準熱変位量データと、の相関関係を多変量解析により演算式として得るとともに、この演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、熱変位量補正位置における変形に基づく変位量を加算若しくは減算して熱変位補正に用いられる熱変位量を演算することとしたので、工作機械の熱変位補正において熱や機械的構造による変形により標準熱変位量データ検出位置と熱変位量補正位置との間に熱変位量の相違があっても、熱変位量補正位置における熱変位量を正確に演算することができる。

請求項３に記載の工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算システムにより演算された熱変位量を用いて熱変位量補正位置における熱変位補正を行うこととすれば、熱や機械的構造による変形があっても正確な熱変位量に基づいて熱変位量補正位置における熱変位補正を行うことができるので、精度よく工具と加工対象物との相対位置関係のずれを補正することができる（請求項４）。

本発明によれば、熱や機械的構造による変形があっても精度よく工具と加工対象物との相対位置関係のずれを補正し加工精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る熱変位補正方法を採用した放電加工装置（工作機械）の概略を示す構成図である。

同図を参照して放電加工装置の概要を説明すると、放電加工装置１は、ベース２、コラム３、ヘッド４、および定盤５等の各構造体を有しており、放電加工装置１に併設された電源６を含む制御装置７によりヘッド４に装着された工具電極Ｅ（工具）と定盤５に備えられたワークＷ（加工対象物）との間に形成される間隙（極間）に一定の電圧を印加して放電を発生させつつ、放電加工装置１の内部に収納された移動手段、Ｘ軸（横方向）、Ｙ軸（縦方向）、Ｚ軸（鉛直方向）の各軸モータ８の速度を所定に制御して工具電極ＥとワークＷとの相対位置関係を変更し、ワークＷを所望の形状に加工する構成となっている。そして、放電加工装置１の構造体等には適所に温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８、標準熱変位量データ検出位置α、および熱変位量補正位置βが設定されている。

温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８は、熱変位補正用の演算式および該演算式を用いて演算される熱変位量補正位置βにおける熱変位量を得るべく各温度データｔ１，…，ｔ８を検出するための位置であり、ベース２に３点（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）、コラム３に２点（Ｔ４、Ｔ５）、ヘッド４に２点（Ｔ６、Ｔ７）、更には放電加工装置１が配設されている加工室内に１点（Ｔ８）設定されている。

標準熱変位量データ検出位置αは、熱変位補正用の演算式を生成するために用いられる標準熱変位量データを検出するための位置であり、工具電極Ｅおよび定盤５のそれぞれに各移動軸に対し設定されている。例えば、工具電極ＥのＹ軸方向の熱変位補正においては、上述の図５および図６に示すように、工具電極Ｅの右側端の上下方向中間位置が標準熱変位量データ検出位置αに設定されている。実際の標準熱変位量データの検出に際しては、工具電極Ｅおよび定盤５に代えてこれらの相当位置に基準球と呼ばれる治具を設置して標準熱変位量データを検出する。なお、標準熱変位量データ検出位置αにおいて更に温度データを検出する構成としてもよい。

熱変位量補正位置βは、熱変位補正用の演算式を用いて演算される熱変位量に基づいて熱変位補正を行う位置であり、工具電極Ｅおよび定盤５のそれぞれに設定される。例えば、工具電極ＥのＹ軸方向の熱変位補正においては、上述の図５および図６に示すように、工具電極Ｅの右側端下端位置が熱変位量補正位置βに設定される。なお、熱変位量補正位置βにおいて更に温度データを検出する構成としてもよい。また、熱変位量補正位置βを標準熱変位量データ検出位置αと重複する位置に設定し、標準熱変位量データ検出位置αにおいて熱変位補正を行う構成としてもよい。

制御装置７は、図２に示すように、多変量解析による熱変位補正用の演算式の生成システム１０および同生成システム１０により生成された演算式を用いて演算される熱変位量の演算システム２０を含んでいる。そして、制御装置７は、熱変位量の演算システム２０により演算された熱変位量を用いて熱変位量補正位置βにおける熱変位補正、すなわち各軸モータ８の速度制御、を行うことにより、構造体の熱変位による工具電極ＥとワークＷとの相対位置関係のずれを補正する機能を有している。

演算式の生成システム１０は、第１温度データ検出部１１、第１温度データ記憶部１２、標準熱変位量データ検出部１３、標準熱変位量データ記憶部１４、第１変形変位量演算部１５、標準熱変位量データ補正部１６、および多変量解析部１７を有しており、これら各部が相互に機能して熱変位補正用の演算式を生成することができる。

第１温度データ検出部１１は温度データ検出器を有しており、この温度データ検出器により温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８における各温度データｔ１，…，ｔ８を検出するとともに、この検出された温度データｔ１，…，ｔ８を第１温度データ記憶部１２に出力する機能を有している。
第１温度データ記憶部１２は、第１温度データ検出部１１により検出された温度データｔ１，…，ｔ８を記憶するとともに、この温度データｔ１，…，ｔ８を第１変形変位量演算部１５に出力する機能を有している。

標準熱変位量データ検出部１３は熱変位量データ検出器を有しており、第１温度データ検出部１１により検出された温度データｔ１，…，ｔ８に関連する標準熱変位量データ検出位置αにおける標準熱変位量データを熱変位量データ検出器により検出するとともに、この検出された標準熱変位量データを標準熱変位量データ記憶部１４に出力する機能を有している。
標準熱変位量データ記憶部１４は、標準熱変位量データ検出部１３により検出された標準熱変位量データを記憶するとともに、この標準熱変位量データを標準熱変位量データ補正部１６に出力する機能を有している。

例えば、上述した図６と同様に、工具電極ＥにおいてＹ軸方向に変形に基づく変位を含んで熱変位する場合、標準熱変位量データ記憶部１４は、標準熱変位量データ検出部１３により検出された標準熱変位量データ検出位置αにおける標準熱変位量データＹαを取り込み記憶する。

第１変形変位量演算部１５には、放電加工装置１の各種構造データと、第１温度データ検出部１１により検出された各種温度データｔ１，…，ｔ８と関連した各構造体の変形を特定するデータと、以下の数１および数２に示す演算式等と、が予め格納されており、これらデータ、演算式、および第１温度データ記憶部１２から入力した温度データｔ１，…，ｔ８等に基づいて標準熱変位量データ検出位置αにおける特定された変形に基づく変位量を演算し、かつ、この変位量を標準熱変位量データ補正部１６に出力する機能を有している。

すなわち、図７に示すようにヘッド４における変形により工具電極ＥがＡを基点として角度θ１をもって傾斜する場合（Ａを中心として角度θ１をもって回転移動する場合）を示すように、例えば、第１変形変位量演算部１５は、予め格納されているデータと第１温度データ記憶部１２から入力した温度データｔ１，…，ｔ８とからヘッド４における変形を特定し、更にこの特定された変形から工具電極Ｅの傾斜の基点Ａと傾斜角度θ１を特定して以下の手法に従いこの変形に基づく変位量を演算する。

つまり、変形に基づく変位量を含んだ熱変位後の標準熱変位量データ検出位置をα２、α２から変形に基づく変位量を減算した（除いた）場合の標準熱変位量データ検出位置をα１と改めて定義すると、線分Ａα１とＡα２のなす角がθ１となり、更にα１から直上の線分と該線分に対する基点Ａからの垂線との交点をＢ、基点Ａから直下の線分と該線分に対するα２を基点とした垂線との交点をＣ、線分Ｂα１と線分Ｃα２との交点をＤ、線分ＡＢと線分Ａα２とのなす角をθ２とすると、以下の数１および数２により変形に基づく変位量Ｄα２（＝ΔＹα）が演算される。

［数１］
Ｄα２（＝ΔＹα）＝Ａα２×ｓｉｎ（９０°−θ２）−ＣＤ
［数２］
ＣＤ＝ＡＢ＝Ａα１×ｃｏｓ（θ１＋θ２）
なお、第１変形変位量演算部１５に公知若しくは周知の構造解析式を予め格納し、この構造解析式により上述した変形に基づく変位量ΔＹαを演算することとしてもよい。

標準熱変位量データ補正部１６は、標準熱変位量データ記憶部１４から入力した標準熱変位量データに対し、第１変形変位量演算部１５から入力した変形に基づく変位量を加算若しくは減算し（第１変形変位量演算部１５から入力した変形に基づく変位量を除いて）補正ベースの標準熱変位量データを得るとともに、この補正ベースの標準熱変位量データを多変量解析部１７に出力する機能を有している。

すなわち、図６においては、標準熱変位量データ補正部１６は、標準熱変位量データＹαから変形に基づく変位量ΔＹαを減算し、補正ベースの標準熱変位量データｙαを得る。

多変量解析部１７は、第１温度データ検出部１１において検出された温度データｔ１，…，ｔ８と標準熱変位量データ補正部１６から入力した補正ベースの標準熱変位量データとの相関関係を演算式として得て熱変位補正用の演算式を生成すべく、温度データｔ１，…，ｔ８と補正ベースの標準熱変位量データとに基づいて多変量解析を行い、数３に示すように各温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８に対応する係数ＡＴ１，…，ＡＴ８と定数Ｂとを求め、かつ、生成した演算式を制御信号に変換して後述する熱変位量の演算システム２０の補正ベース標準熱変位量演算部２３に出力する機能を有している。なお、多変量解析とは、ある変数（目的変数）とこの変数に影響する変数（説明変数）との相関関係式を求める解析手法であり、特に説明変数が２つ以上の場合をいう。本実施形態にあっては、目的変数を標準熱変位量データ、説明変数を温度データとして多変量解析を行っている。
［数３］
yα（＝ｙβ）＝ＡＴ１×ｔ１＋ＡＴ２×ｔ２＋ＡＴ３×ｔ３＋ＡＴ４×ｔ４
＋ＡＴ５×ｔ５＋ＡＴ６×ｔ６＋ＡＴ７×ｔ７＋ＡＴ８×ｔ８＋Ｂ

熱変位量の演算システム２０は、第２温度データ検出部２１、第２温度データ記憶部２２、補正ベース標準熱変位量演算部２３、第２変形変位量演算部２４、および熱変位量演算部２５を有しており、これら各部が相互に機能して熱変位量補正位置βにおける熱変位補正に用いられる熱変位量を演算することができる。

第２温度データ検出部２１は温度データ検出器を有しており、この温度データ検出器により温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８における各温度データｔ１，…，ｔ８を検出するとともに、この検出された温度データｔ１，…，ｔ８を第２温度データ記憶部２２に出力する機能を有している。なお、第２温度データ検出部２１には上述した第１温度データ検出部１１を用いて、この第１温度データ検出部１１により検出された温度データｔ１，…，ｔ８を第２温度データ記憶部２２に出力する構成としてもよい。

第２温度データ記憶部２２は、第２温度データ検出部２１により検出された温度データｔ１，…，ｔ８を記憶するとともに、この温度データｔ１，…，ｔ８を補正ベース標準熱変位量演算部２３および第２変形変位量演算部２４に出力する機能を有している。なお、第２温度データ記憶部２２には上述した第１温度データ記憶部１２を用いて、この第１温度データ記憶部１２に記憶された温度データｔ１，…，ｔ８を補正ベース標準熱変位量演算部２３および第２変形変位量演算部２４に出力する構成としてもよい。

補正ベース標準熱変位量演算部２３には、演算式の生成システム１０の多変量解析部１７から入力した熱変位補正用の演算式と第２温度データ記憶部２２から入力した温度データｔ１，…，ｔ８とに基づいて補正ベースの標準熱変位量（図６のｙβ（＝ｙα）に相当）を演算し、かつ、この補正ベースの標準熱変位量演算値を熱変位量演算部２５に出力する機能を有している。

第２変形変位量演算部２４には、放電加工装置１の各種構造データと、第２温度データ検出部２１により検出された各種温度データｔ１，…，ｔ８と関連した各構造体の変形を特定するデータと、以下の数４および数５に示す演算式等と、が予め格納されており、これらデータ、演算式、および第２温度データ記憶部２２から入力した温度データｔ１，…，ｔ８等に基づいて熱変位量補正位置βにおける特定された変形に基づく変位量を演算し、かつ、この変位量を熱変位量演算部２５に出力する機能を有している。

すなわち、図８に示すようにヘッド４における変形により工具電極ＥがＡを基点として角度θ１をもって傾斜する場合（Ａを中心として角度θ１をもって回転移動する場合）を示すように、例えば、第２変形変位量演算部２４は、予め格納されているデータと第２温度データ記憶部２２から入力した温度データｔ１，…，ｔ８とからヘッド４における変形を特定し、更にこの特定された変形から工具電極Ｅの傾斜の基点Ａと傾斜角度θ１を特定して以下の手法に従いこの変形に基づく変位量を演算する。

つまり、変形に基づく変位量を含んだ熱変位後の熱変位量補正位置をβ２、β２から変形に基づく変位量を減算した（除いた）場合の熱変位量補正位置をβ１と改めて定義すると、線分Ａβ１とＡβ２のなす角がθ１となり、更にβ１から直上の線分と該線分に対する基点Ａからの垂線との交点をＢ´、基点Ａから直下の線分と該線分に対するβ２を基点とした垂線との交点をＣ´、線分Ｂ´β１と線分Ｃ´β２との交点をＤ´、線分ＡＢ´と線分Ａβ２とのなす角をθ２´とすると、以下の数４および数５により変形に基づく変位量Ｄ´β２（＝ΔＹβ）が演算される。

［数４］
Ｄ´β２（＝ΔＹβ）＝Ａβ２×ｓｉｎ（９０°−θ２´）−Ｃ´Ｄ´
［数５］
Ｃ´Ｄ´＝ＡＢ´＝Ａβ１×ｃｏｓ（θ１＋θ２´）
なお、第２変形変位量演算部２４に公知若しくは周知の構造解析式を予め格納し、この構造解析式により上述した変形に基づく変位量ΔＹβを演算することとしてもよい。

熱変位量演算部２５は、補正ベース標準熱変位量演算部２３から入力した補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、第２変形変位量演算部２４から入力した変形に基づく変位量を加算若しくは減算して（第２変形変位量演算部２４から入力した変形に基づく変位量を含めて）熱変位量補正位置βにおける熱変位補正に用いられる熱変位量を演算し、かつ、この演算値を制御信号に変換して各軸モータ８に出力する機能を有している。

例えば、図６においては、熱変位量演算部２５は補正ベース標準熱変位量演算部２３から入力した補正ベースの標準熱変位量演算値ｙβ（＝ｙα）に対し、第２変形変位量演算部２４から入力した熱変位量補正位置βにおける変形に基づく変位量ΔＹβを加算し、熱変位補正に用いられる熱変位量Ｙβを演算する。

次に図３、図４、図６、表１、乃至表２に基づいて制御装置７によるＹ軸方向における熱変位補正用の演算式の生成方法および同方法により生成された演算式を用いて演算される熱変位量補正位置βにおける熱変位量の演算方法について具体的なデータに基づいて説明する。

先ず熱変位補正用の演算式の生成方法について説明する。制御装置７は、図３、図６、表１に示すように構造体の各温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８において検出された温度データｔ１，…，ｔ８を記憶するとともに（Ｓ１）、該温度データｔ１，…，ｔ８に関連し、かつ、標準熱変位量データ検出位置αにおいて検出されたＹ軸方向の標準熱変位量データＹα_nを記憶する（Ｓ２）。なお、多変量解析の統計的精度を向上させるべく各位置において所定の時間間隔ごとに複数回（ｎ＝３１８回）のデータ検出を行っている。

次いで、制御装置７は、各構造体の変形を特定するデータおよび温度データｔ１，…，ｔ８に基づいて各構造体の変形を特定し（Ｓ３）、この変形に基づく変位量ΔＹα_nを上記３１８回の各測定毎に演算する（Ｓ４）。
続いて、制御装置７は、表１の標準熱変位量データＹα_nから変形に基づく変位量ΔＹα_nを減算して補正ベースの標準熱変位量データｙα_nを求める（Ｓ５）。

そして、制御装置７は、この補正ベースの標準熱変位量データｙα_nおよび温度データｔ１_n，…，ｔ８_nに基づいて多変量解析を行い各温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８に対応する係数ＡＴ１，…，ＡＴ８と定数Ｂとを求める。これにより、数６に示すように熱変位補正用の演算式が生成される（Ｓ６）。
［数６］
ｙα（＝yβ）＝-0.02912×ｔ１-0.00864×ｔ２+0.017675×ｔ３-0.00327×ｔ４
+0.017456×ｔ５-0.01032×ｔ６+0.019916×ｔ７-0.00351×ｔ８＋0.00839

次に、上述の方法により生成された演算式を用いて演算される熱変位量補正位置βにおける熱変位量の演算方法について図４、図６、表２に基づいて説明する。すなわち、制御装置７は、各温度データ検出位置Ｔ１，…，Ｔ８において検出された温度データｔ１，…，ｔ８を記憶し（Ｓ１０）、この温度データｔ１，…，ｔ８に基づいて数６より補正ベースの標準熱変位量演算値ｙβ（＝ｙα）を演算する（Ｓ１１）。

続いて、制御装置７は、各構造体の変形を特定するデータおよび温度データｔ１，…，ｔ８に基づいて各構造体の変形を特定し、この変形に基づく変位量ΔＹβを演算する（Ｓ１２）。そして、制御装置７は、この変位量ΔＹβを補正ベースの標準熱変位量演算値ｙβ（＝ｙα）に加算して熱変位量Ｙβを演算し（Ｓ１３）、この演算値を制御信号に変換して各軸モータ８に出力する。

ここで、Ｙ軸方向の熱変位量Ｙβの演算値と実測値との差を図９に示すように、上述した図１０に示す従来の手法により得られた演算値と実測値との差よりも小さくなっており、本実施形態においては演算値と実測値との相関性が大きく向上していることがわかる。
このようにして演算された熱変位量を用いて熱変位量補正位置βにおける熱変位補正を行うことにより、構造体の熱変位による工具電極ＥとワークＷとの相対位置関係のずれを精度よく補正することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の応用実施または変形実施が可能であることは勿論である。例えば、Ｙ軸方向についてのみ熱変位補正を行うこととしているが、他の１軸方向（Ｘ軸方向若しくはＺ軸方向）について熱変位補正を行うこととしたり、複数の軸方向（例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の全て）について熱変位補正を行うこととしても構わない。更に、放電加工装置の設置場所や季節の変化により周囲の温度環境が異なる場合は、温度データと熱変位量データとの相関関係がずれることもあるため、その都度表１に示す標準熱変位量データ等を検出し多変量解析を行うことが好ましく、このような場合にあっては制御装置７に複数の演算式の生成システムおよび熱変位量の演算システムを設け、周囲の温度環境に応じて適切にシステムを選択する構成としてもよい。

本発明は、工作機械の熱変位補正方法に利用できる。具体的にはミクロンオーダーの超高精度の加工を要求される場合等、熱変位による工具と加工対象物との相対位置関係のずれを厳密に補正する場合に役立つ。

本発明の実施形態に係る放電加工装置の構成を示す図である。 同放電加工装置に併設された制御装置の構成を示すブロック図である。 熱変位補正用の演算式の生成方法を説明するためのフローチャートである。 同演算式による熱変位量の演算方法を説明するためのフローチャートである。 工具電極における熱変位の状態を説明するための模式図である。 工具電極における変形に基づく変位を含む熱変位の状態を説明するための模式図である。 標準熱変位量データ検出位置における変形に基づく変位量の演算方法を説明するための模式図である。 熱変位量補正位置における変形に基づく変位量の演算方法を説明するための模式図である。 熱変位量補正位置における熱変位量の演算値と実測値との比較を示すグラフである。 従来の手法により得られた熱変位量補正位置における熱変位量の演算値と実測値との比較を示すグラフである。

符号の説明

α：標準熱変位量データ検出位置
β：熱変位量補正位置
Ｅ：工具電極（工具）
Ｔ：温度データ検出位置
Ｗ：ワーク（加工対象物）
１：放電加工装置
２：ベース
３：コラム
４：ヘッド
５：定盤
６：電源
７：制御装置
８：モータ
１０：熱変位補正用の演算式の生成システム
１１：第１温度データ検出部
１２：第１温度データ記憶部
１３：標準熱変位量データ検出部
１４：標準熱変位量データ記憶部
１５：第１変形変位量演算部
１６：標準熱変位量データ補正部
１７：多変量解析部
２０：熱変位量の演算システム
２１：第２温度データ検出部
２２：第２温度データ記憶部
２３：補正ベース標準熱変位量演算部
２４：第２変形変位量演算部
２５：熱変位量演算部

Claims (4)

1. 熱変位補正用の演算式を生成する多変量解析ステップを有し、前記多変量解析ステップにより生成された熱変位補正用の演算式を用いて熱変位量を演算する工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法において、
   工作機械の適所に、
   温度データを検出する温度データ検出位置と、
   前記熱変位補正用の演算式を生成するために用いられる標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出位置と、
   前記熱変位補正用の演算式を用いて演算される熱変位量に基づいて熱変位補正を行う熱変位量補正位置と、
   を設定するとともに、
   前記温度データ検出位置において温度データを検出する温度データ検出ステップと、
   前記温度データ検出ステップにより検出された温度データに関連する前記標準熱変位量データ検出位置における軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量と前記軸方向に対し傾斜する方向に生ずる前記工作機械の変形に基づく変位量とを含む標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出ステップと、
   前記工作機械の構造データと前記温度データに関連した前記傾斜の基点および前記傾斜の角度から前記標準熱変位量データ検出位置および前記熱変位量補正位置における前記変形に基づく変位量を演算する変形変位量演算ステップと、
   前記標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し、前記変形変位量演算ステップにより演算された前記標準熱変位量データ検出位置における前記変形に基づく変位量を加算若しくは減算して前記標準熱変位量データから前記変形に基づく変位量を除き前記軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量のみとした補正ベースの標準熱変位量データを得る標準熱変位量データ補正ステップと、
   を有し、
   前記多変量解析ステップは、前記温度データと前記標準熱変位量データ補正ステップにより得られた補正ベースの標準熱変位量データとの相関関係を多変量解析により演算式として得て前記熱変位補正用の演算式を生成するステップとするとともに、
   前記多変量解析ステップにより生成された前記熱変位補正用の演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、前記変形変位量演算ステップにより演算された前記熱変位量補正位置における前記変形に基づく変位量を加算若しくは減算して前記熱変位補正に用いられる熱変位量を演算する熱変位量演算ステップを有することを特徴とする工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法。
2. 請求項１に記載の工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算方法により演算された熱変位量を用いて前記熱変位量補正位置における熱変位補正を行うことを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
3. 熱変位補正用の演算式を生成する多変量解析手段を有し、前記多変量解析手段により生成された熱変位補正用の演算式を用いて熱変位量を演算する工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算システムにおいて、
   工作機械の適所に、
   温度データを検出する温度データ検出位置と、
   前記熱変位補正用の演算式を生成するために用いられる標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出位置と、
   前記熱変位補正用の演算式を用いて演算される熱変位量に基づいて熱変位補正を行う熱変位量補正位置と、
   を設定するとともに、
   前記温度データ検出位置において温度データを検出する温度データ検出手段と、
   前記温度データ検出手段により検出された温度データに関連する前記標準熱変位量データ検出位置における軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量と前記軸方向に対し傾斜する方向に生ずる前記工作機械の変形に基づく変位量とを含む標準熱変位量データを検出する標準熱変位量データ検出手段と、
   前記工作機械の構造データと前記温度データに関連した前記傾斜の基点および前記傾斜の角度から前記標準熱変位量データ検出位置および前記熱変位量補正位置における前記変形に基づく変位量を演算する変形変位量演算手段と、
   前記標準熱変位量データ検出位置において検出された標準熱変位量データに対し、前記変形変位量演算手段により演算された前記標準熱変位量データ検出位置における前記変形に基づく変位量を加算若しくは減算して前記標準熱変位量データから前記変形に基づく変位量を除き前記軸方向に沿った方向の変位に基づく変位量のみとした補正ベースの標準熱変位量データを得る標準熱変位量データ補正手段と、
   を有し、
   前記多変量解析手段は、前記温度データと前記標準熱変位量データ補正手段により得られた補正ベースの標準熱変位量データとの相関関係を多変量解析により演算式として得て前記熱変位補正用の演算式を生成する構成とするとともに、
   前記多変量解析手段により生成された前記熱変位補正用の演算式に基づいて演算された補正ベースの標準熱変位量演算値に対し、前記変形変位量演算手段により演算された前記熱変位量補正位置における前記変形に基づく変位量を加算若しくは減算して前記熱変位補正に用いられる熱変位量を演算する熱変位量演算手段を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算システム。
4. 請求項３に記載の工作機械の熱変位補正に用いられる熱変位量の演算システムにより演算された熱変位量を用いて前記熱変位量補正位置における熱変位補正を行うことを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。

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