JP6445070B2 - 工作機械の制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの加工を行う工作機械の制御システムに関する。
工作機械は、所定の駆動軸に沿ってワーク（被加工物）および工具のうち少なくとも一方を移動させながらワークの加工を行う。すなわち、工作機械は、ワークと工具との相対位置を変化させながらワークの加工を行う。
ワークの加工時、工具を保持する主軸ヘッド、又は、ワークを保持するテーブルに振動が伝達し、工具又はワークが振動することがある。例えば、加工時に主軸ヘッド又はテーブルの移動方向を切り替える際に振動が発生する。また、工作機械内部のインバータ等におけるファンモータ、又は、工作機械外部の種々の機械等から振動が伝達される。このような振動により工具やワークが振動すると、ワークの加工面に縞模様（不良）が生じることがある。すなわち、所定の間隔でスジ又は縞目が生じることがある。
特許文献１及び２には、ワーク加工時の工具先端の移動軌跡に基づいて、ワークの加工面の縞模様（不良）を検出する技術が開示されている。
特開２０１６−５７８４３号公報 特開２０１７−１３１７８号公報
本願発明者らは、ワークの加工面の不良を検出するために、特許文献１及び２に記載の技術とは異なるアプローチを試みた。すなわち、ワークの加工面の不良を検出する別の手法として、ワーク加工後にビジョンセンサ等を用いてワークの加工面を撮像し、撮像した画像データを画像処理することによって、加工面の不良（スジ又は縞目）を検出する。そして、画像データから検出した不良の間隔から、不良の原因である振動の周波数を推定する。
しかし、ワークの加工中に加工速度が変化することがある。この場合、不良（スジ又は縞目）の間隔が変化してしまい、不良の原因である振動の周波数を推定することが困難であった。
そこで、本発明は、加工中に加工速度が変化する加工において、ワークの加工面の不良の原因である振動の周波数を推定することができる工作機械の制御システムを提供することを目的とする。
（１） 本発明に係る工作機械の制御システム（例えば、後述の工作機械の数値制御システム１００）は、ワーク（例えば、後述のワークＷ）の加工を行う工作機械の制御システムであって、前記工作機械（例えば、後述の工作機械１０）の駆動軸を速度制御データに基づいて制御する制御装置（例えば、後述の数値制御装置１７）と、前記ワークの加工面を測定する加工面測定装置（例えば、後述の加工面測定装置２０）と、前記ワークの加工面の不良を解析する解析装置（例えば、後述の加工面不良解析装置）とを備え、前記解析装置は、前記制御装置から前記ワークの加工時の時系列の前記速度制御データを取得する第１取得部（例えば、後述の駆動軸制御データ取得部３１）と、前記加工面測定装置で測定された前記ワークの加工後の空間的な加工面測定データを取得する第２取得部（例えば、後述の加工面測定データ取得部３２）と、前記第１取得部で取得された時系列の前記速度制御データと、前記第２取得部で取得された空間的な前記加工面測定データとを対応付けるデータ対応付け処理部（例えば、後述のデータ対応付け処理部３４）と、前記第２取得部で取得された空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークの加工面の不良及びその箇所を検出する加工面不良検出部（例えば、後述の加工面不良検出部３５）と、前記データ対応付け処理部で対応付けられた前記速度制御データ及び前記加工面測定データに基づいて、前記加工面不良検出部で検出された不良箇所の加工面測定データに対応する不良箇所の速度制御データを特定する特定部（例えば、後述の不良箇所制御データ特定部３６）と、前記加工面不良検出部で検出された不良の間隔を検出する不良間隔検出部（例えば、後述の不良間隔検出部３７）と、前記特定部で特定された不良箇所の速度制御データに基づいて加工方向の速度を求め、求めた速度と、不良間隔検出部で検出された不良の間隔とに基づいて、当該不良の原因である前記工作機械の振動の周波数を算出する算出部（例えば、後述の振動周波数算出部３８）とを有する。
（２） （１）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記データ対応付け処理部は、時系列の前記速度制御データの変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付けてもよい。
（３） （１）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記データ対応付け処理部は、時系列の前記速度制御データから加減速度変化分を除いた値の変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付けてもよい。
（４） （１）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記第１取得部は、前記制御装置から、前記ワークの加工時の時系列の前記速度制御データに対応付けられた時系列の位置制御データであって、前記工作機械の駆動軸の位置情報を取得してもよく、前記データ対応付け処理部は、時系列の前記位置制御データに基づいて第１ワーク形状イメージを作成し、空間的な前記加工面測定データに基づいて第２ワーク形状イメージを作成し、前記第１ワーク形状イメージと前記第２ワーク形状イメージとを重ね合わせるように、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付け、時系列の前記速度制御データと時系列の前記位置制御データとを対応付けることにより、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとの対応付けを行ってもよい。
（５） （４）に記載の工作機械の制御システムにおいて、時系列の前記位置制御データは機械座標情報であり、空間的な前記加工面測定データは、前記加工面測定装置の機械座標に基づいて算出された機械座標情報であってもよい。
（６） （１）から（５）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記解析装置は、前記算出部で算出された振動の周波数に基づいて、当該振動を低減するように、前記制御装置のフィルタ又は加工条件を調整する調整部（例えば、後述の調整部３９）を更に備えていてもよい。
（７） （６）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記調整部は、前記制御装置の制御ループにおけるフィルタの特性を調整してもよいし、或いは、前記制御装置の制御ループにフィルタを設定してもよい。
（８） （６）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記調整部は、前記制御装置における前記駆動軸の速度、加速度又は加加速度を決めるパラメータを調整することにより、前記加工条件を調整してもよい。
（９） （１）から（８）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記ワークの加工面の不良は、スジ又は縞目であってもよい。
（１０） （１）から（９）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記速度制御データは、速度指令値又は速度フィードバック値であってもよい。
本発明によれば、加工中に加工速度が変化する加工において、ワークの加工面の不良の原因である振動の周波数を推定することができる工作機械の制御システムを提供することができる。
本発明の本実施形態に係る工作機械の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの加工面不良解析装置による加工面不良解析処理を示すフローチャートである。 データ対応付け処理を模式的に示す図である。 不良箇所の制御データの特定処理を模式的に示す図である。 ワークを加工面と直行する方向からみたときの不良（スジ又は縞目）を示す概略図である。 ワークを加工面と平行な方向からみたときの不良（スジ又は縞目）を示す概略図である。 ワークを加工面と直行する方向からみたときの不良（スジ又は縞目）の一例を示す概略図である。 ワークを加工面と直行する方向からみたときの不良（スジ又は縞目）の他の一例を示す概略図である。 ワークを加工面と直行する方向からみたときの不良（スジ又は縞目）のさらに他の一例を示す概略図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（工作機械）
まず、本発明の実施形態に係る数値制御システムにおける工作機械の一例を説明する。図１は、本発明の本実施形態に係る工作機械の構成の一例を示す斜視図である。この工作機械１０は、切削加工を行う工作機械である。なお、本発明の数値制御システムにおける工作機械はこれに限定されず、任意の産業機械であってよい。
図１に示す工作機械１０は、ヘッド２と、ヘッド２を可動可能に支持する支持部材３と、支持部材３を可動可能に支持する支柱４と、支柱４を支持する基台５と、テーブル６とを備える。ヘッド２にはエンドミル等の工具Ｔが装着され、テーブル６にはワークＷが搭載される。また、工作機械１０は、駆動装置（図示せず）と数値制御装置（図示せず）とを備える。
駆動装置は、後述するサーボモータを含む。駆動装置は、基台５をＸ軸（矢印Ｘ）方向に移動させ、テーブル６をＹ軸（矢印Ｙ）方向に移動させ、支持部材３をＺ軸（矢印Ｚ）方向に移動させる。更に、駆動装置は、工具Ｔをヘッド２に対してＡ軸（矢印Ａ）方向に回動させ、ヘッド２を支持部材３に対してＢ軸（矢印Ｂ）方向に回動させる。
数値制御装置は、駆動装置を制御して、３つの直動軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）及び２つの回転軸（Ａ軸，Ｂ軸）で構成される駆動軸を制御することで、ワークＷに対する工具Ｔの相対位置及び姿勢を制御する。これにより、工作機械１０は、ワークＷに対する工具Ｔの相対位置及び姿勢を変更しながら、ワークＷを加工する。
このような工作機械１０において、ワークＷの加工時、工具Ｔを保持するヘッド２、又は、ワークＷを保持するテーブル６に振動が伝達し、工具Ｔ又はワークＷが振動することがある。例えば、加工時にヘッド２又はテーブル６の移動方向を切り替える際に振動が発生する。このような工作機械１０の振動により工具ＴやワークＷが振動すると、ワークＷの加工面に不良（スジ又は縞目）が生じることがある。
このような不良（スジ又は縞目）は、ワークＷの加工後にビジョンセンサ等を用いてワークＷの加工面を撮像し、撮像した画像データを画像処理することによって検出することができる。そして、画像データから検出した不良の間隔から、不良の原因である工作機械１０の振動の周波数を推定することができる。
しかし、ワークＷの加工中に加工速度が変化することがある。この場合、不良（スジ又は縞目）の間隔が変化してしまい、不良の原因である工作機械１０の振動の周波数を推定することが困難であった。
本発明は、加工中に加工速度が変化する加工においても、ワークＷの加工面の不良の原因である工作機械１０の振動の周波数を推定することができる工作機械の数値制御システムに関する。
（工作機械の数値制御システム）
次に、本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムを説明する。図２は、本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの構成を示す図である。図２に示す工作機械の数値制御システム１００は、上述した工作機械１０と、加工面測定装置２０と、加工面不良解析装置３０とを備える。
工作機械１０は、上述した駆動装置における複数のサーボモータＭ１〜Ｍ５と、これらのサーボモータＭ１〜Ｍ５の各々に設けられたエンコーダ（位置・速度検出器）１１〜１５と、電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ５と、スケール（位置検出器）１６と、数値制御装置（ＣＮＣ）１７とを備える。なお、図２では、工作機械１０における本発明の特徴に関する構成のみが示されており、その他の構成が省略されている。
サーボモータＭ１〜Ｍ５は、数値制御装置１７の制御により、上述した駆動軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ａ軸，Ｂ軸）をそれぞれ駆動する。エンコーダ１１〜１５は、サーボモータＭ１〜Ｍ５の回転位置をそれぞれ検出し、検出した回転位置を位置フィードバック値として数値制御装置１７に送信する。また、エンコーダ１１〜１５は、サーボモータＭ１〜Ｍ５の回転速度をそれぞれ検出し、検出した回転速度を速度フィードバック値として数値制御装置１７に送信する。
電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ５は、サーボモータＭ１〜Ｍ５の駆動電流値をそれぞれ検出し、検出した電流値を電流フィードバック値（実電流値、実トルク値）として数値制御装置１７に送信する。
スケール１６は、例えば、上述したワークＷが搭載されるテーブル６に設けられる。スケール１６は、ワークＷの位置を検出し、検出した位置を位置フィードバック値として数値制御装置１７に送信する。
数値制御装置１７は、ワークＷの加工に関する加工プログラムに基づく各駆動軸の位置指令値（移動指令値）と、スケール１６からの位置フィードバック値又はエンコーダ１１〜１５からの位置フィードバック値と、エンコーダ１１〜１５からの速度フィードバック値と、電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ５からの電流フィードバック値とに基づいて各駆動軸のトルク指令値（電流指令値）を生成し、これらのトルク指令値によりサーボモータＭ１〜Ｍ５を駆動する。
具体的には、数値制御装置１７は、位置指令生成部と、速度指令生成部と、トルク指令生成部とを備える。位置指令生成部は、記憶部に記憶された加工プログラムに基づいて各駆動軸の位置指令値（移動指令値）を生成する。速度指令生成部は、位置指令値と位置フィードバック値との差分に基づいて各駆動軸の速度指令値を生成する。トルク指令生成部は、速度指令値と速度フィードバック値との差分に基づいて各駆動軸のトルク指令値（電流指令値）を生成する。なお、数値制御装置１７は、トルク指令値（電流指令値）と電流フィードバック値との差分に基づいて各駆動軸の駆動電流を生成する。
数値制御装置１７は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。数値制御装置１７の各種機能は、記憶部（図示せず）に格納された所定のソフトウェア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。数値制御装置１７の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
加工面測定装置２０は、ワークＷを測定することにより、ワークＷの加工面を測定する装置である。具体的には、加工面測定装置２０は、ビジョンセンサ、光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機などである。加工面測定装置２０は、測定したワークＷの画像データ、又は、位置データを加工面不良解析装置３０に送信する。加工面測定装置２０は、例えば、工作機械１０の外部の測定台、固定台、又は、ロボットのエンドエフェクタなどに設けられる。また、加工面測定装置２０は、工作機械１０に内蔵されていてもよい。
加工面不良解析装置３０は、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）を解析する装置である。具体的には、加工面不良解析装置３０は、不良（スジ又は縞目）の原因である振動の周波数を推定する。加工面不良解析装置３０は、駆動軸制御データ取得部（第１取得部）３１と、加工面測定データ取得部（第２取得部）３２と、記憶部３３と、データ対応付け処理部３４と、加工面不良検出部３５と、不良箇所制御データ特定部３６と、不良間隔検出部３７と、振動周波数算出部３８と、調整部（設定部）３９とを備える。
駆動軸制御データ取得部３１は、数値制御装置１７からワークＷの加工時の時系列の駆動軸制御データを取得する。具体的には、駆動軸制御データ取得部３１は、駆動軸制御データとして、速度制御データ（速度指令値、又は、エンコーダ１１〜１５で検出された速度フィードバック値）を取得する。
加工面測定データ取得部３２は、加工面測定装置２０で測定されたワークＷの加工後の空間的な加工面測定データを取得する。具体的には、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定データとして、三次元の画像データ又は位置データ（座標データ）を取得する。なお、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定データとして、二次元の画像データを取得してもよい。
記憶部３３は、駆動軸制御データ取得部３１で取得された時系列の速度制御データ、及び、加工面測定装置２０で測定された空間的な加工面測定データを記憶する。記憶部３３は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。
データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された時系列の速度制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける。データ対応付け処理の詳細は後述する。
加工面不良検出部３５は、記憶部３３に記憶された空間的な加工面測定データに基づいて、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）及びその箇所を検出する。
不良箇所制御データ特定部３６は、データ対応付け処理部３４で対応付けされた速度制御データと加工面測定データとに基づいて、加工面不良検出部３５で検出された不良箇所の加工面測定データに対応する不良箇所の速度制御データを特定する。また、不良箇所制御データ特定部３６は、加工面不良（スジ又は縞目）の方向と、時系列の不良箇所の速度制御データに基づく加工方向とを対応付ける。
不良間隔検出部３７は、加工面不良検出部３５で検出された不良（スジ又は縞目）の間隔を検出する。
振動周波数算出部３８は、不良箇所制御データ特定部３６で特定された不良箇所の速度制御データに基づいて加工方向の速度を求める。そして、振動周波数算出部３８は、求めた速度ｖと、不良間隔検出部３７で検出された不良（スジ又は縞目）の間隔ｄとに基づいて、下式（１）より、不良の原因である工作機械１０の振動の周波数ｆを算出する。
ｆ＝ｖ／ｄ ・・・（１）
調整部３９は、振動周波数算出部３８で算出された振動周波数に基づいて、振動を低減するように、数値制御装置１７のフィルタ又は加工条件を調整する。例えば、調整部３９は、数値制御装置１７における位置指令生成部、速度指令生成部及びトルク指令生成部で構成される制御ループのフィルタ（例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ等）特性又はゲインを調整する。或いは、調整部３９は、数値制御装置１７の制御ループにフィルタ（例えば、ノッチフィルタ、バンドストップフィルタ等）を設定する。或いは、調整部３９は、数値制御装置１７の加工条件（速度、加速度、又は、加加速度）を調整する。調整部３９による調整処理の詳細は後述する。
ここで、振動に起因する不良（スジ又は縞目）は加工方向に交差する方向に生じる。これより、調整部３９は、不良箇所制御データ特定部３６で対応付けされた加工面不良（スジ又は縞目）の方向と加工方向とに基づいて、加工面不良（スジ又は縞目）の方向が加工方向と交差するときに調整処理を行う。
加工面不良解析装置３０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。加工面不良解析装置３０の各種機能は、記憶部（図示せず）に格納された所定のソフトウェア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。加工面不良解析装置３０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
なお、加工面不良解析装置３０の各種機能は、工作機械１０の数値制御装置１７において実現されてもよい。
次に、図３〜図７Ｃを参照して、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００の加工面不良解析装置３０による加工面不良解析処理について説明する。図３は、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００の加工面不良解析装置３０による加工面不良解析処理を示すフローチャートである。図４は、データ対応付け処理を模式的に示す図である。図５は、不良箇所の制御データの特定処理を模式的に示す図である。図６Ａは、ワークＷを加工面と直行する方向からみたときの不良（スジ又は縞目）を示す概略図であり、図６Ｂは、ワークＷを加工面と平行な方向からみたときの不良（スジ又は縞目）を示す概略図である。図７Ａ〜図７Ｃは、ワークＷを加工面と直行する方向からみたときの不良（スジ又は縞目）のいくつかの例を示す概略図である。
工作機械１０によるワークＷの加工時、数値制御装置１７は、各駆動軸の位置指令値、速度指令値及びトルク指令値（電流指令値）と、スケール１６からの位置フィードバック値（又は、エンコーダ１１〜１５からの位置フィードバック値）と、エンコーダ１１〜１５からの速度フィードバック値と、電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ５からの電流フィードバック値（実電流値、実トルク値）とに基づいて、各駆動軸を制御し、ワークＷに対する工具Ｔの相対位置及び姿勢を制御する。
このワークＷの加工時、ステップＳ１１において、駆動軸制御データ取得部３１は、数値制御装置１７から時系列の速度制御データ（速度指令値、又は、エンコーダ１１〜１５で検出された速度フィードバック値）を取得し、記憶部３３に記憶する。
ワークＷの加工が終了すると、加工面測定装置２０は、ワークＷの加工面を測定する。このとき、ステップＳ１２において、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定装置２０から空間的な加工面測定データを取得し、記憶部３３に記憶する。具体的には、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定データとして、三次元の画像データ又は位置データ（座標データ）を取得する。
次に、ステップＳ１３において、データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された時系列の速度制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける。ここで、ワーク加工後に例えばビジョンセンサで撮像された画像データは三次元データであるのに対して、ワーク加工時に数値制御装置１７から得られる速度制御データは時系列データであるので、これらのデータを対応付けるのは容易ではない。本願発明者らは、以下の手法により、これらのデータの対応付けを行う。
工作機械は、例えばワークＷに対して工具Ｔを往復させながらワークＷ全体の加工を行う。このとき、ワークＷに工具Ｔが接触する際、及び、ワークＷから工具Ｔが離れる際に、速度指令値及び速度フィードバック値が変化する。これより、速度指令値の変化点又は速度フィードバック値の変化点を検出することにより、ワークＷのエッジ位置、すなわちワークＷの外形を検出することができる。
なお、速度指令値及び速度フィードバック値は加減速に応じても変化するので、本実施形態では、速度指令値及び速度フィードバック値から加減速度変化分を除いた値を用いる。これにより、ワークＷに対して工具Ｔを往復させる際の折り返し点を、ワークＷのエッジ位置として誤検出することを回避する。なお、ワークＷに対して工具Ｔを往復させないような場合には、速度指令値及び速度フィードバック値をそのまま用いてもよい。
具体的には、データ対応付け処理部３４は、時系列の速度制御データから加減速度変化分を除いた値の変化点に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置をワークＷのエッジ位置として検出し、図４に示すように第１ワーク形状（外形）イメージＷ１を作成する。
また、データ対応付け処理部３４は、ワークＷの加工後の空間的な加工面測定データに基づいてワークのエッジ位置を検出し、図４に示すように第２ワーク形状（外形）イメージＷ２を作成する。例えば、加工面測定装置２０がビジョンセンサである場合、加工面測定データは画像データである。この場合、データ対応付け処理部３４は、画像処理技術を用いて画像データからワークＷのエッジ位置を検出し、第２ワーク形状（外形）イメージＷ２を作成する。
一方、加工面測定装置２０が光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機である場合、加工面測定データは位置データ（座標データ）である。この場合、データ対応付け処理部３４は、位置データ（座標データ）からワークＷのエッジ位置を検出し、第２ワーク形状（外形）イメージＷ２を作成する。
そして、データ対応付け処理部３４は、第１ワーク形状イメージＷ１と第２ワーク形状イメージＷ２とを重ね合わせるように、時系列の速度制御データと空間的な加工面の加工面測定データとの対応付けを行う。
次に、ステップＳ１４において、加工面不良検出部３５は、記憶部３３に記憶された空間的な加工面測定データに基づいて、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）及びその箇所を検出する。具体的には、加工面測定装置２０がビジョンセンサである場合、加工面測定データは画像データである。この場合、加工面不良検出部３５は、画像データにおける加工面のスジ及び縞目の特徴量から、加工面の不良及びその箇所を検出する。
一方、加工面測定装置２０が光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機である場合、加工面測定データは位置データ（座標データ）である。この場合、加工面不良検出部３５は、位置データ（座標データ）における加工面の位置の微小な変化（振動等）から、加工面の不良及びその箇所を検出する。
次に、ステップＳ１５において、不良箇所制御データ特定部３６は、図５に示すように、データ対応付け処理部３４で対応付けされた速度制御データ（第１ワーク形状イメージＷ１）と加工面測定データ（第２ワーク形状イメージＷ２）とに基づいて、加工面不良検出部３５で検出された不良箇所Ｄ２の加工面測定データに対応する不良箇所Ｄ１の速度制御データＤａｔａを特定する。
また、不良箇所制御データ特定部３６は、加工面不良（スジ又は縞目）の方向と、時系列の不良箇所の制御データに基づく加工方向とを対応付ける。
次に、ステップＳ１６において、不良間隔検出部３７は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、加工面不良検出部３５で検出されたワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）の間隔ｄを検出する。
次に、ステップＳ１７において、振動周波数算出部３８は、不良箇所制御データ特定部３６で特定された不良箇所の速度制御データに基づいて加工方向の速度ｖを求める。そして、振動周波数算出部３８は、求めた速度ｖと、不良間隔検出部３７で検出された不良（スジ又は縞目）の間隔ｄとに基づいて、下式（１）より、不良の原因である工作機械１０の振動の振動周波数ｆを算出する。
ｆ＝ｖ／ｄ ・・・（１）
次に、ステップＳ１８において、調整部３９は、振動周波数算出部３８で算出された振動周波数に基づいて、振動を低減するように、数値制御装置１７のフィルタ又は加工条件を調整する。例えば、調整部３９は、数値制御装置１７における位置指令生成部、速度指令生成部及びトルク指令生成部で構成される制御ループのフィルタ（例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ等）のカットオフ周波数を調整し、振動周波数におけるゲインを小さくする。
或いは、調整部３９は、数値制御装置１７の制御ループにフィルタ（例えば、ノッチフィルタ、バンドストップフィルタ等）を設定する。例えば、数値制御装置１７をソフトウェアで実現する場合に、フィルタを自動で生成することが可能である。
或いは、調整部３９は、数値制御装置１７の加工条件（速度、加速度、又は、加加速度）を調整して、加工速度を低速にする。例えば、調整部３９は、加工プログラムの設定値に基づいて駆動軸の速度、加速度、又は、加加速度を決めるパラメータを変更する。
ここで、振動に起因する不良（スジ又は縞目）は加工方向に交差する方向に生じる。例えば、振動に起因する不良（スジ又は縞目）は、図７Ａに示すように加工方向に直交する方向に生じる場合もあれば、図７Ｂに示すように加工方向に対して斜めに交差する方向に生じる場合もある。また、振動に起因する不良（スジ又は縞目）は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように直線状である場合もあれば、図７Ｃに示すように曲線状である場合もある。
これより、調整部３９は、不良箇所制御データ特定部３６で対応付けされた加工面不良（スジ又は縞目）の方向と加工方向とに基づいて、加工面不良（スジ又は縞目）の方向が加工方向と交差するときに上述した調整処理を行う。
なお、加工面不良（スジ又は縞目）の方向が加工方向と平行である場合、振動に起因する不良ではないので、調整部３９は上述した調整処理を行わない。
以上説明したように、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００によれば、加工面不良解析装置３０は、ワーク加工時の時系列の速度制御データとワーク加工後の空間的なワーク加工面測定データとを対応付け、ワークＷの加工面不良箇所のワーク加工面測定データに対応する不良箇所の速度制御データを特定する。そして、加工面不良解析装置３０は、特定した不良箇所の速度制御データに基づく加工速度と不良（スジ又は縞目）の間隔とに基づいて振動周波数を算出する。これにより、ワークの加工面の不良（スジ又は縞目）の間隔と、この不良が発生したときの加工速度とに基づいて振動周波数を推定することができ、ワーク加工中に加工速度が変化する加工であっても、ワークの加工面の不良の原因である工作機械１０の振動の周波数を精度よく推定することができる。
また、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００によれば、加工面不良解析装置３０は、算出した振動周波数に基づいて、振動を低減するように、数値制御装置１７のフィルタ特性又は加工条件（速度、加速度、又は、加加速度）を調整する。これにより、次回以降の加工時の加工面品位を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、加工面不良解析装置３０のデータ対応付け処理部３４は、不良箇所の加工面測定データに対応する速度制御データを特定するために、数値制御装置１７からの速度制御データ自身と加工面測定装置２０からの加工面測定データとを直接対応付けた。しかし、データ対応付け処理部３４は、数値制御装置１７からの位置制御データと加工面測定データとを間接的に対応付けて、不良箇所の加工面測定データに対応する位置制御データを特定し、位置制御データに対応する速度制御データを特定してもよい。この場合、加工面不良解析装置３０における駆動軸制御データ取得部３１及びデータ対応付け処理部３４は、以下のように機能及び動作すればよい。
駆動軸制御データ取得部３１は、数値制御装置１７から、ワークＷの加工時の時系列の駆動軸制御データとして速度制御データ（速度指令値、速度フィードバック値）及び位置制御データ（位置指令値、位置フィードバック値）を取得し、記憶部３３に記憶する（図３のステップＳ１１）。
データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された時系列の位置制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける（図３のステップＳ１３）。具体的には、まず、データ対応付け処理部３４は、加工面測定データを機械座標データに変換する。例えば、加工面測定装置２０がビジョンセンサである場合、加工面測定データは画像データである。この場合、データ対応付け処理部３４は、画像処理技術を用いて画像データからワークＷの座標データを求める。そして、データ対応付け処理部３４は、加工面測定装置２０とワークＷとの間の距離、加工面測定装置２０の位置（機械座標）及び角度（画角）に基づいて、ワークＷの座標データを機械座標データに変換する。
一方、加工面測定装置２０が光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機である場合、加工面測定データは位置データ（座標データ）である。この場合、データ対応付け処理部３４は、加工面測定装置２０とワークＷとの間の距離、加工面測定装置２０の位置（機械座標）及び角度（画角）に基づいて、ワークＷの位置データ（座標データ）を機械座標データに変換する。
そして、データ対応付け処理部３４は、ワークＷの加工時の時系列の位置制御データ（機械座標）と、ワークＷの加工後の空間的な加工面の位置データ（機械座標）とを対応付ける。例えば、図４に示すように、データ対応付け処理部３４は、ワークＷの加工時の時系列の位置制御データ（機械座標）に基づいて、第１ワーク形状イメージＷ１を作成する。同様に、データ対応付け処理部３４は、ワークＷの加工後の空間的な加工面の位置データ（機械座標）に基づいて、第２ワーク形状イメージＷ２を作成する。そして、データ対応付け処理部３４は、第１ワーク形状イメージＷ１と第２ワーク形状イメージＷ２とを重ね合わせるように、時系列の位置制御データと空間的な加工面の位置データとの対応付けを行う。
ここで、数値制御装置１７において、速度制御データと位置制御データとは対応付けられている。これより、データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された時系列の速度制御データと位置制御データとを対応付けることにより、時系列の速度制御データと空間的な加工面の位置データとの対応付けを行う。
また、上述した実施形態において、データ対応付け処理部３４は、数値制御装置１７からのトルク制御データと加工面測定データとを間接的に対応付けて、不良箇所の加工面測定データに対応するトルク制御データを特定し、トルク制御データに対応する速度制御データを特定してもよい。この場合、上述した速度制御データのときと同様に、トルク制御データの変化点に基づいて、不良箇所の加工面測定データに対応するトルク制御データを特定してもよい。
また、上述した実施形態では、加工面不良解析装置３０の加工面不良検出部３５が、加工面測定装置２０からのワークＷ（加工面）の画像データ又は位置データ（座標データ）から加工面の不良及びその箇所を自動的に検出したが、手動で検出してもよい。例えば、加工面測定装置２０の測定結果（三次元の画像データ又は位置データ）をモニタ等に表示し、ユーザが不良及びその箇所を目視で検出し、検出した不良箇所を加工面不良解析装置３０に手動で入力してもよい。
また、上述した実施形態では、加工面不良解析装置３０の不良間隔検出部３７が、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）の間隔を自動的に検出したが、手動で検出してもよい。例えば、加工面測定装置２０の測定結果（三次元の画像データ又は位置データ）をモニタ等に表示し、ユーザが不良（スジ又は縞目）の間隔を目視で検出し、検出した不良（スジ又は縞目）の間隔を加工面不良解析装置３０に手動で入力してもよい。
２ ヘッド
３ 支持部材
４ 支柱
５ 基台
６ テーブル
１０ 工作機械
１１〜１５ エンコーダ
１６ スケール
１７ 数値制御装置（制御装置）
２０ 加工面測定装置
３０ 加工面不良解析装置（解析装置）
３１ 駆動軸制御データ取得部（第１取得部）
３２ 加工面測定データ取得部（第２取得部）
３３ 記憶部
３４ データ対応付け処理部
３５ 加工面不良検出部
３６ 不良箇所制御データ特定部（特定部）
３７ 不良間隔検出部
３８ 振動周波数算出部（算出部）
３９ 調整部（調整部、設定部）
１００ 数値制御システム（制御システム）
ＣＴ１〜ＣＴ５ 電流検出器
Ｍ１〜Ｍ５ サーボモータ
Ｔ 工具
Ｗ ワーク

Claims (10)

  1. ワークの加工を行う工作機械の制御システムであって、
    前記工作機械の駆動軸を速度制御データに基づいて制御する制御装置と、
    前記ワークの加工面を測定する加工面測定装置と、
    前記ワークの加工面の不良を解析する解析装置と、
    を備え、
    前記解析装置は、
    前記制御装置から前記ワークの加工時の時系列の前記速度制御データを取得する第１取得部と、
    前記加工面測定装置で測定された前記ワークの加工後の空間的な加工面測定データを取得する第２取得部と、
    前記第１取得部で取得された時系列の前記速度制御データと、前記第２取得部で取得された空間的な前記加工面測定データとを対応付けるデータ対応付け処理部と、
    前記第２取得部で取得された空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークの加工面の不良及びその箇所を検出する加工面不良検出部と、
    前記データ対応付け処理部で対応付けられた前記速度制御データ及び前記加工面測定データに基づいて、前記加工面不良検出部で検出された不良箇所の加工面測定データに対応する不良箇所の速度制御データを特定する特定部と、
    前記加工面不良検出部で検出された不良の間隔を検出する不良間隔検出部と、
    前記特定部で特定された不良箇所の速度制御データに基づいて加工方向の速度を求め、求めた速度と、不良間隔検出部で検出された不良の間隔とに基づいて、当該不良の原因である前記工作機械の振動の周波数を算出する算出部と、
    を有する、工作機械の制御システム。
  2. 前記データ対応付け処理部は、
    時系列の前記速度制御データの変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、
    空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、
    前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付ける、
    請求項１に記載の工作機械の制御システム。
  3. 前記データ対応付け処理部は、
    時系列の前記速度制御データから加減速度変化分を除いた値の変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、
    空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、
    前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付ける、
    請求項１に記載の工作機械の制御システム。
  4. 前記第１取得部は、前記制御装置から、前記ワークの加工時の時系列の前記速度制御データに対応付けられた時系列の位置制御データであって、前記工作機械の駆動軸の位置情報を取得し、
    前記データ対応付け処理部は、
    時系列の前記位置制御データに基づいて第１ワーク形状イメージを作成し、
    空間的な前記加工面測定データに基づいて第２ワーク形状イメージを作成し、
    前記第１ワーク形状イメージと前記第２ワーク形状イメージとを重ね合わせるように、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付け、
    時系列の前記速度制御データと時系列の前記位置制御データとを対応付けることにより、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとの対応付けを行う、
    請求項１に記載の工作機械の制御システム。
  5. 時系列の前記位置制御データは機械座標情報であり、
    空間的な前記加工面測定データは、前記加工面測定装置の機械座標に基づいて算出された機械座標情報である、
    請求項４に記載の工作機械の制御システム。
  6. 前記解析装置は、前記算出部で算出された振動の周波数に基づいて、当該振動を低減するように、前記制御装置のフィルタ又は加工条件を調整する調整部を更に備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
  7. 前記調整部は、前記制御装置の制御ループにおけるフィルタの特性を調整するか、又は、前記制御装置の制御ループにフィルタを設定する、請求項６に記載の工作機械の制御システム。
  8. 前記調整部は、前記制御装置における前記駆動軸の速度、加速度又は加加速度を決めるパラメータを調整することにより、前記加工条件を調整する、請求項６に記載の工作機械の制御システム。
  9. 前記ワークの加工面の不良は、スジ又は縞目である、請求項１〜８の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
  10. 前記速度制御データは、速度指令値又は速度フィードバック値である、請求項１〜９の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
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