JP7436181B2 - たわみ量算出装置及びプログラム - Google Patents
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Description
本開示は、たわみ量算出装置及びプログラムに関する。
従来より、例えば、コラムに対して梁を介して工具を配置した産業機械が知られている。このような産業機械では、例えば、工具は、梁の長さ方向に沿って移動可能に、梁に支持される。
ところで、このような産業機械では、工具及び梁の自重により、傾斜、たわみ等
の変形が生じることがある。そこで、変形に基づいて、産業機械を動作させるための指令値を補正する数値制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
の変形が生じることがある。そこで、変形に基づいて、産業機械を動作させるための指令値を補正する数値制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の数値制御装置では、ワークの変位と工具の変位との相対変位を測定して、変位予測モデルが作成される。そして、相対変位と、予測される相対変位予測値との偏差を抑制するように産業機械を動作させている。これにより、特許文献１に記載の数値制御装置では、より高い精度でワークを加工することができる。
一方、ワーク及び工具の三次元位置における誤差量を測定する必要がある。そのため、補正には、膨大な点数の計測が必要であり、処理が煩雑であった。そこで、より簡易にたわみ量を得ることができれば好適である。
（１）本開示は、産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出するたわみ量算出装置であって、前記構成要素の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する実たわみ量取得部と、前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する理想たわみ量算出部と、前記実たわみ量及び前記理想たわみ量に基づいて、前記構成要素の自重による自重たわみ量を算出する自重たわみ量算出部と、を備えるたわみ量算出装置に関する。
（２）また、本開示は、産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出する、たわみ量算出装置であって、前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記構成要素の自重によるたわみ量を算出する自重たわみ量算出部と、前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記構成要素について前記基準方向に対するたわみ角度を算出するたわみ角度算出部と、前記自重たわみ量及び前記たわみ角度に基づいて、前記構成要素の位置座標を補正する位置座標補正部と、を備えるたわみ量算出装置に関する。
（３）また、本開示は、産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出する、たわみ量算出装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記構成要素の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する実たわみ量取得部、前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する理想たわみ量算出部、前記実たわみ量及び前記理想たわみ量に基づいて、前記構成要素の自重による自重たわみ量を算出する自重たわみ量算出部、として機能させるプログラムに関する。
（４）また、本開示は、産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出する、たわみ量算出装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記構成要素の自重によるたわみ量を算出する自重たわみ量算出部、前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記構成要素の機械上の点について前記基準方向に対するたわみ角度を算出するたわみ角度算出部、前記自重たわみ量及び前記たわみ角度に基づいて、前記構成要素の機械上の点の位置座標を補正する位置座標補正部、として機能させるプログラムに関する。
本開示によれば、より簡易にたわみ量を得ることができるたわみ量算出装置及びプログラムを提供することができる。
以下、本開示の各実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図１から図９を参照して説明する。
まず、各実施形態のたわみ量算出装置１の概要について説明する。
まず、各実施形態のたわみ量算出装置１の概要について説明する。
たわみ量算出装置１は、例えば、産業機械１００を制御する装置である。たわみ量算出装置１は、産業機械１００を構成する構成要素のたわみ量を算出する装置である。たわみ量算出装置１は、例えば、構成要素の一例として、工具を支持する支持体１０１（図１、図２参照）及びワーク３００を支持するテーブル１１４（図３、図４参照）のたわみ量を算出する。具体的には、たわみ量算出装置１は、支持体１０１及びテーブル１１４の実際のたわみ量として、理想的な理想モデルを用いてたわみ量を算出する。すなわち、たわみ量算出装置１は、実際のたわみ量として、片持ち梁のたわみ量を算出するための片持ち梁モデル又は両持ち梁のたわみ量を算出するための両持ち梁モデルを用いてたわみ量を算出する。
一例として、たわみ量算出装置１は、図１に示すような、工具１０２を支持する支持体１０１（片持ち梁型機械）のたわみ量について片持ち梁モデルを用いてたわみ量を算出する。また、他の例として、たわみ量算出装置１は、図２に示すような、工具１０２を支持する支持体１０１（門形機械）のたわみ量について両持ち梁モデルを用いてたわみ量を算出する。また、さらに他の例として、たわみ量算出装置１は、図３に示すような、Ｕ字型のテーブル１１４のたわみ量について、両持ち梁モデルを用いてたわみ量を算出する。また、さらに他の例として、たわみ量算出装置１は、図４に示すような、スライダ上の端にワーク３００を支持するようなテーブル１１４のたわみ量について、片持ち梁モデルを用いてたわみ量を算出する。すなわち、たわみ量算出装置１は、複数の構成要素のそれぞれについて、理想モデルである片持ち梁モデル又は両持ち梁モデルを用いてたわみ量を算出する。そして、たわみ量算出装置１は、それぞれの構成要素の機械上の点（構成要素の任意の位置、例えば、工具１０２の先端位置、支持体１０１の任意の位置、及びテーブル１１４の任意の位置）のたわみ量について、影響を受ける構成要素のたわみ量を合算することで理想値を求めることができる。
そして、たわみ量算出装置１は、例えば、理想モデルを用いて、産業機械の軸の移動に起因する支持体及びテーブルの（全ての構成要素）の実際のたわみ量を算出する。これにより、たわみ量算出装置１は、任意の構成要素を動作させた際に、構成要素の機械上の点の実際の位置について、純粋な運動学計算結果に対してどの程度ずれているかを求めることができる。以下の各実施形態では、理解を容易にするために、たわみ量を算出する位置（機械上の点）は、工具１０２の位置（先端位置）として説明される。
次に、たわみ量算出装置１によって制御される産業機械１００の構成と、算出される理想モデルのたわみ角及びたわみ量とについて、片持ち梁型と両持ち梁型とに分けて説明する。
（片持ち梁型）
産業機械１００は、複数の構成要素によって構成される。産業機械１００は、例えば図１に示すように、構成要素として、支持体１０１と、工具１０２と、を備える。産業機械１００は、例えば、テーブル１１４に配置されるワーク３００を加工する機械である。
産業機械１００は、複数の構成要素によって構成される。産業機械１００は、例えば図１に示すように、構成要素として、支持体１０１と、工具１０２と、を備える。産業機械１００は、例えば、テーブル１１４に配置されるワーク３００を加工する機械である。
支持体１０１は、工具１０２を支持すべく設けられる。支持体１０１は、コラム１１１と、片持ち梁１１２と、を備える。
コラム１１１は、例えば、柱状体である。コラム１１１は、長さ方向を上下方向（例えば、鉛直方向）に向けた状態に配置される。なお、コラム１１１の上下方向（鉛直方向）は、以下の実施形態において、ｙ軸方向とも記述される。コラム１１１は、片持ち梁１１２の基端側を直接的又は間接的に支持する。
片持ち梁１１２は、例えば、柱状体である。片持ち梁１１２の一端は、コラム１１１の一端に支持される。片持ち梁１１２は、例えば、長さ方向を横方向（例えば、水平方向）に向けた状態に配置される。なお、片持ち梁１１２が向けられる横方向は、以下の実施形態において、基準方向（ｘ軸方向）とも記述される。片持ち梁１１２は、工具１０２を直接的又は間接的に支持する。
工具１０２は、例えば、回転工具である。工具１０２は、片持ち梁１１２に支持される。具体的には、工具１０２は、片持ち梁１１２の長さ方向に沿って移動可能に支持される。工具１０２は、例えば、鉛直下方に先端を向けた状態で片持ち梁１１２に支持される。
以上の産業機械１００によれば、支持体１０１は、その自重及び工具１０２の重さによりたわむ。産業機械１００の理想モデルにおいて、片持ち梁１１２の長さをＬｘ、片持ち梁１１２の断面積をＳｘ、片持ち梁１１２の密度をρｘとすると、片持ち梁１１２の自重による荷重は、
となる。そして、単位長さ当たりの荷重は、
となる。
片持ち梁１１２の自由端（基準点）からの距離ｘにおけるモーメントＭ（ｘ）は、
となる。
片持ち梁１１２の自由端（基準点）からの距離ｘにおけるモーメントＭ（ｘ）は、
片持ち梁１１２の曲げモーメントによる片持ち梁１１２のたわみにより、片持ち梁１１２に掛かる曲げモーメントは、
となる。片持ち梁１１２の位置ｘにおけるたわみ量をｙとすると、Ｅをヤング率、Ｉを断面２次モーメントとして、
となる。
片持ち梁１１２の位置ｘにおける、基準方向（ｘ軸方向）とのなす角度をθとすると、
となる。ｘ＝Ｌｘのときθ＝０なので、
となる。そして、片持ち梁１１２の位置ｘにおけるたわみ量δは、
となり、ｘ＝Ｌｘのときδ＝０なので、
となる。
片持ち梁１１２に沿って移動する工具１０２による、片持ち梁１１２の曲げモーメントは、工具１０２の位置ｘ１，ｘ２を
として、工具１０２の質量をＭｔ、工具１０２による荷重Ｗｔ＝Ｍｔｇとして、片持ち梁１１２の自由端からの距離ｘにおけるモーメントＭ（ｘ）は、工具位置ｘｔを
としたときに、
となる。
工具１０２の曲げモーメントによる片持ち梁１１２のたわみは、
となる。片持ち梁１１２の位置ｘにおける、ｙ軸方向のたわみ量をδ、なす角度をθとすると、
となる。そして、コラム１１１のたわみ量は、モーメント力から以下の数１５で求められる。
慣性力や振動についても、力（又は加速度）の方向と大きさがわかれば、重力と同様に求めることができる。上記たわみ量については、たわみ量算出装置１が備える自重たわみ量算出部１３が算出する。自重たわみ量算出部１３は、産業機械１００の理想モデルに基づいて、片持ち梁１１２及び工具１０２の自重によるたわみ量を算出する。
（両持ち梁型）
両持ち梁型の産業機械１００は、例えば、支持体１０１が門形である点で片持ち梁型と異なる。すなわち、産業機械１００は、２つのコラム１１１に両持ち梁１１３の両端のそれぞれが支持される点で片持ち梁型と異なる。
両持ち梁型の産業機械１００は、例えば、支持体１０１が門形である点で片持ち梁型と異なる。すなわち、産業機械１００は、２つのコラム１１１に両持ち梁１１３の両端のそれぞれが支持される点で片持ち梁型と異なる。
以上の産業機械１００によれば、支持体１０１は、その自重及び工具１０２の重さによりたわむ。産業機械１００の理想モデルにおいて、長さｌの両持ち梁１１３自体に単位長さあたりｗの分布荷重が加わっている場合、両持ち梁１１３の一端からの距離ｘにおけるモーメントＭ（ｘ）は、
となる。ここで、Ｅは、ヤング率である。Ｉは、断面２次モーメントである。
両持ち梁１１３の端からの距離ｘにおけるたわみ角θ（ｘ）及びたわみ量δ（ｘ）は
θ（０）＝０、δ（０）＝０であるため、
となる。
θ（０）＝０、δ（０）＝０であるため、
産業機械１００の理想モデルにおいて、長さｌの両持ち梁のｘの位置にＷの集中荷重が加わっている場合、両持ち梁１１３の一端からの距離ｘにおけるモーメントＭ（ｘ）は、
で求められる。ここで、Ｅは、ヤング率である。Ｉは、断面２次モーメントである。
両持ち梁１１３の端からの距離ｘにおけるたわみ角θ（ｘ）及びたわみ量δ（ｘ）は
θ（０）＝０、δ（０）＝０であるため、
となる。
θ（０）＝０、δ（０）＝０であるため、
以下の各実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、簡便のために、コラム１１１及び片持ち梁１１２を有する支持体１０１に対して、直接的又は間接的に支持される工具１０２の基準方向に対するたわみ量を算出する例（片持ち梁型機械）が説明される。なお、以下の各実施形態においては、基準方向はｘ方向であり、片持ち梁１１２の自由端の位置が基準点として説明される。また、図２及び図３の門形機械及びＵ字型のテーブル１１４のように、両持ち梁として考えられる構成についてたわみ量を算出する場合には、両持ち梁モデルにおけるたわみ角及びたわみ量が用いられる。
［第１実施形態］
次に、本開示の第１実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図５を参照して説明する。
本実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、上記の理想モデルで示した産業機械１００に比べ、たわみ量を算出するのが困難な場合においてたわみ量を算出するのに好適な装置である。たわみ量算出装置１及びプログラムは、例えば、複雑な形状、構成、又は複数の材質で構成されている産業機械１００について、たわみ量を算出することができる。たわみ量算出装置１は、図５に示すように、実たわみ量取得部１０と、理想モデル格納部１１と、理想たわみ量算出部１２と、自重たわみ量算出部１３と、を備える。なお、たわみ量は、いわゆる動的な誤差であり、工具１０２のｘ軸方向への移動によって変化する誤差である。
次に、本開示の第１実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図５を参照して説明する。
本実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、上記の理想モデルで示した産業機械１００に比べ、たわみ量を算出するのが困難な場合においてたわみ量を算出するのに好適な装置である。たわみ量算出装置１及びプログラムは、例えば、複雑な形状、構成、又は複数の材質で構成されている産業機械１００について、たわみ量を算出することができる。たわみ量算出装置１は、図５に示すように、実たわみ量取得部１０と、理想モデル格納部１１と、理想たわみ量算出部１２と、自重たわみ量算出部１３と、を備える。なお、たわみ量は、いわゆる動的な誤差であり、工具１０２のｘ軸方向への移動によって変化する誤差である。
実たわみ量取得部１０は、例えば、ＣＰＵが動作することで実現される。実たわみ量取得部１０は、支持体１０１の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する。本実施形態において、実たわみ量取得部１０は、片持ち梁１１２の位置を計測するセンサ２００から、片持ち梁１１２の任意の位置を取得する。実たわみ量取得部１０は、例えば、任意の位置における、荷重前後のｙ軸方向への変位量δを変位量として取得する。
理想モデル格納部１１は、例えば、ハードディスク等の二次記録媒体である。理想モデル格納部１１は、理想的な支持体１０１及び工具１０２の機械構成に関する情報を構成情報として格納する。なお、「理想的」とは、上記数１４で示されるたわみ量δ及びなす角度θにより近い期待値を特性として示すことをいう。理想モデル格納部１１は、例えば、上述したたわみ量を算出した産業機械１００の機械構成を構成情報として格納する。
理想たわみ量算出部１２は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。理想たわみ量算出部１２は、産業機械１００の理想モデルに基づいて、実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する。
自重たわみ量算出部１３は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。自重たわみ量算出部１３は、実たわみ量及び理想たわみ量に基づいて、支持体１０１及び工具１０２の自重による自重たわみ量を算出する。自重たわみ量算出部１３は、例えば、実たわみ量と理想たわみ量との差を自重たわみ量として算出する。
次に、本実施形態のたわみ量算出装置１の動作の流れについて説明する。
まず、実たわみ量取得部１０は、センサから出力される信号を用いて、任意の位置の実たわみ量を取得する。なお、本実施形態では、実たわみ量取得部１０は、計測位置や荷重量を変更した５パターンを実たわみ量として取得する。
次いで、理想たわみ量算出部１２は、理想モデルの構成情報を理想モデル格納部１１から読み出す。理想たわみ量算出部１２は、理想たわみ量δ１（ｘ）について、以下の数１６を用いて算出する。なお、数１６は、数１４と実質的に同じである。
次いで、自重たわみ量算出部１３は、片持ち梁１１２の自重によるたわみモデル（たわみ量δ２（ｘ））として以下の数２１を算出する。
具体的には、自重たわみ量算出部１３は、実たわみ量をδ（ｘ）として、
を用いてδ２（ｘ）を算出する。自重たわみ量算出部１３は、５パターンの実たわみ量のそれぞれについて当てはめることで、数２１の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅについて求めることができる。
次に、プログラムについて説明する。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
以上、第１実施形態のたわみ量算出装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１）産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出するたわみ量算出装置１であって、構成要素の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する実たわみ量取得部１０と、構成要素の理想モデルに基づいて、実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する理想たわみ量算出部１２と、実たわみ量及び理想たわみ量に基づいて、構成要素の自重による自重たわみ量を算出する自重たわみ量算出部１３と、を備える。これにより、理想モデルで示した産業機械１００に比べ、たわみ量を算出するのが困難な場合であっても、少ない点数の測定でたわみ量を算出することができる。したがって、より簡易にたわみ量を得ることができる。
（１）産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出するたわみ量算出装置１であって、構成要素の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する実たわみ量取得部１０と、構成要素の理想モデルに基づいて、実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する理想たわみ量算出部１２と、実たわみ量及び理想たわみ量に基づいて、構成要素の自重による自重たわみ量を算出する自重たわみ量算出部１３と、を備える。これにより、理想モデルで示した産業機械１００に比べ、たわみ量を算出するのが困難な場合であっても、少ない点数の測定でたわみ量を算出することができる。したがって、より簡易にたわみ量を得ることができる。
［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図６及び図７を参照して説明する。第２実施形態の説明にあたって、前述の実施形態と同一の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、片持ち梁１１２及び工具１０２の自重によるたわみ量及びたわみ角度に基づいて、工具１０２の位置座標を補正することが可能な装置である。たわみ量算出装置１は、図６に示すように、機械情報格納部１４と、指令値取得部１５と、たわみ角度算出部１６と、位置座標補正部１７と、移動制御部１８と、を備える。たわみ量算出装置１は、例えば、数値制御装置（図示せず）の一機能として設けられる。
次に、本開示の第２実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図６及び図７を参照して説明する。第２実施形態の説明にあたって、前述の実施形態と同一の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、片持ち梁１１２及び工具１０２の自重によるたわみ量及びたわみ角度に基づいて、工具１０２の位置座標を補正することが可能な装置である。たわみ量算出装置１は、図６に示すように、機械情報格納部１４と、指令値取得部１５と、たわみ角度算出部１６と、位置座標補正部１７と、移動制御部１８と、を備える。たわみ量算出装置１は、例えば、数値制御装置（図示せず）の一機能として設けられる。
機械情報格納部１４は、例えば、ハードディスク等の二次記憶媒体である。機械情報格納部１４は、上述のたわみモデルを反映した産業機械１００の機械情報を格納する。機械情報格納部１４は、例えば、工具１０２の位置に対するたわみ量を含む機械構成の情報を格納する。具体的には、機械情報格納部１４は、上記理想モデル又は第１実施形態によって得られたたわみモデルを反映した産業機械１００の機械情報を格納する。
指令値取得部１５は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。指令値取得部１５は、例えば、予め設定された動作プログラムから得られる動作指令に基づく指令値を取得する。
たわみ角度算出部１６は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。たわみ角度算出部１６は、支持体１０１の理想モデルに基づいて、工具１０２について基準方向に対するたわみ角度を算出する。
位置座標補正部１７は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。位置座標補正部１７は、片持ち梁１１２及び工具１０２の自重たわみ量及びたわみ角度に基づいて、工具１０２の位置座標を補正する。位置座標補正部１７は、例えば、取得された指令値に基づいて、移動予定の工具１０２の位置に応じて求められるたわみ量及びたわみ角度を用いて工具１０２の位置座標を補正する。
移動制御部１８は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。移動制御部１８は、例えば、位置座標補正部１７によって補正された位置に工具１０２を移動させるためのパルスを産業機械１００に出力する。
次に、本実施形態にたわみ量算出装置１の動作について説明する。
まず、指令値取得部１５は、動作指令に基づく指令値を取得する。次いで、たわみ角度算出部１６は、たわみ角度を算出する。次いで、位置座標補正部１７は、機械情報格納部１４から機械情報を取得する。また、位置座標補正部１７は、取得した機械情報と、指令値とを用いて、指令値で示される工具１０２の位置座標を補正する。位置座標補正部１７は、図７に示すように、例えば、指令値をｘ＝ｘｃ，ｙ＝ｙｃとすると、たわみ量δ及びたわみ角度θを考慮して、以下の数２３のように指令値（工具１０２の位置座標）を補正する。
なお、δ（ｘ）及びθ（ｘ）は、数２４のように定義される。
移動制御部１８は、産業機械１００に、補正された位置に工具１０２を移動させるためのパルスを出力する。
まず、指令値取得部１５は、動作指令に基づく指令値を取得する。次いで、たわみ角度算出部１６は、たわみ角度を算出する。次いで、位置座標補正部１７は、機械情報格納部１４から機械情報を取得する。また、位置座標補正部１７は、取得した機械情報と、指令値とを用いて、指令値で示される工具１０２の位置座標を補正する。位置座標補正部１７は、図７に示すように、例えば、指令値をｘ＝ｘｃ，ｙ＝ｙｃとすると、たわみ量δ及びたわみ角度θを考慮して、以下の数２３のように指令値（工具１０２の位置座標）を補正する。
以上、第２実施形態のたわみ量算出装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（２）たわみ量算出装置１は、支持体１０１の理想モデルに基づいて、構成要素について基準方向に対するたわみ角度を算出するたわみ角度算出部１６と、自重たわみ量及びたわみ角度に基づいて、構成要素の機械上の点の位置座標を補正する位置座標補正部１７と、をさらに備える。これにより、実際にたわみ量を加味して補正した位置に工具１０２の先端を位置させることができる。したがって、加工精度を向上することができる。
（２）たわみ量算出装置１は、支持体１０１の理想モデルに基づいて、構成要素について基準方向に対するたわみ角度を算出するたわみ角度算出部１６と、自重たわみ量及びたわみ角度に基づいて、構成要素の機械上の点の位置座標を補正する位置座標補正部１７と、をさらに備える。これにより、実際にたわみ量を加味して補正した位置に工具１０２の先端を位置させることができる。したがって、加工精度を向上することができる。
［第３実施形態］
次に、本開示の第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図８及び図９を参照して説明する。第３実施形態の説明にあたって、前述の実施形態と同一の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、たわみ量に加えて、組立誤差による誤差成分を補正する。すなわち、第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、たわみ以外の誤差を組立誤差として誤差成分を補正する。第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、例えば、組立のみならず、経年劣化による変位誤差についても誤差成分として補正する。なお、第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、図８に示すように、誤差計測量から、たわみ誤差成分を除去することで、組立誤差成分を算出する。
次に、本開示の第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムについて、図８及び図９を参照して説明する。第３実施形態の説明にあたって、前述の実施形態と同一の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、たわみ量に加えて、組立誤差による誤差成分を補正する。すなわち、第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、たわみ以外の誤差を組立誤差として誤差成分を補正する。第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムでは、例えば、組立のみならず、経年劣化による変位誤差についても誤差成分として補正する。なお、第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、図８に示すように、誤差計測量から、たわみ誤差成分を除去することで、組立誤差成分を算出する。
第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、図９に示すように、第２実施形態の構成に加えて、工具位置座標取得部１９と、組立誤差算出部２０と、を備える。また、第３実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムは、位置座標補正部１７が、組立誤差を含めて算出された組立誤差に基づいて工具１０２の位置座標をさらに補正する点で第１及び第２実施形態と異なる。
工具位置座標取得部１９は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。工具位置座標取得部１９は、工具１０２の実際の位置座標を取得する。工具位置座標取得部１９は、例えば、センサ２００から得られる信号に基づいて、工具１０２の実際の位置座標を取得する。
組立誤差算出部２０は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。組立誤差算出部２０は、工具１０２の実際の位置座標と補正された座標位置とに基づいて、産業機械１００の組立誤差を算出する。組立誤差算出部２０は、例えば、工具１０２の実際の位置座標からたわみ量の差分を組立誤差として算出する。
次に、本実施形態に係るたわみ量算出装置１及びプログラムの動作の流れを説明する。
まず、工具位置座標取得部１９は、センサ２００から工具１０２の位置座標を取得する。たわみ以外の誤差が無い場合、工具１０２の位置座標ｘｅ、ｙｅは、数２５のようになる。
すなわち、数２６がともに０にならない場合、その値をたわみ以外の誤差とする。
まず、工具位置座標取得部１９は、センサ２００から工具１０２の位置座標を取得する。たわみ以外の誤差が無い場合、工具１０２の位置座標ｘｅ、ｙｅは、数２５のようになる。
位置座標補正部１７は、数２６で得られた組立誤差をたわみ量に加えて、指令値の工具位置を補正する。
以上、第３実施形態のたわみ量算出装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（３）たわみ量算出装置１は、構成要素の機械上の点の実際の位置座標を取得する工具位置座標取得部１９と、構成要素の機械上の点の実際の位置座標と補正された位置座標とに基づいて、産業機械１００の組立誤差を算出する組立誤差算出部２０と、をさらに備え、位置座標補正部１７はさらに、算出された組立誤差に基づいて構成要素の機械上の点の位置座標を補正する。これにより、産業機械１００固有の組立誤差についても加味して工具１０２の位置を補正することができる。したがって、産業機械１００の加工精度をより向上することができる。
（３）たわみ量算出装置１は、構成要素の機械上の点の実際の位置座標を取得する工具位置座標取得部１９と、構成要素の機械上の点の実際の位置座標と補正された位置座標とに基づいて、産業機械１００の組立誤差を算出する組立誤差算出部２０と、をさらに備え、位置座標補正部１７はさらに、算出された組立誤差に基づいて構成要素の機械上の点の位置座標を補正する。これにより、産業機械１００固有の組立誤差についても加味して工具１０２の位置を補正することができる。したがって、産業機械１００の加工精度をより向上することができる。
以上、本開示のたわみ量算出装置及びプログラムの好ましい各実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記第１実施形態において、実たわみ量取得部１０は、センサ２００を用いて実たわみ量を取得したが、これに制限されない。実たわみ量取得部１０は、ＣＡＤ等のシミュレーションにより実たわみ量を取得してもよい。
例えば、上記第１実施形態において、実たわみ量取得部１０は、センサ２００を用いて実たわみ量を取得したが、これに制限されない。実たわみ量取得部１０は、ＣＡＤ等のシミュレーションにより実たわみ量を取得してもよい。
また、上記第２実施形態において、片持ち梁１１２に掛かる力が一定のモーメント力である場合、工具１０２のｙ軸方向への移動は、大きな円弧上の移動とみなすことができる。例えば、円弧の半径をＲとして、以下の数２７のように考えることができる。このような考えをたわみモデルに含めてもよい。
また、上記第１から第３実施形態は、適宜組み合わされてたわみ量算出装置１及びプログラムが構成されてもよい。すなわち、１つのたわみ量算出装置１に第１実施形態から第３実施形態を任意に組み合わせた構成が含まれてもよい。
また、上記第２及び第３実施形態において、たわみ量算出装置１は、たわみ角度算出部１６を備えるとして説明したがこれに制限されない。機械情報格納部１４は、たわみ角度のモデルを機械情報とともに格納してもよい。位置座標補正部１７は、機械情報格納部１４からたわみ角度のモデルを読み出して、たわみ角度を得てもよい。
１ たわみ量算出装置
１０ 実たわみ量取得部
１２ 理想たわみ量算出部
１３ 自重たわみ量算出部
１５ 指令値取得部
１６ たわみ角度算出部
１７ 位置座標補正部
１９ 工具位置座標取得部
２０ 組立誤差算出部
１００ 産業機械
１０１ 支持体
１０２ 工具
１１１ コラム
１１２ 片持ち梁
１０ 実たわみ量取得部
１２ 理想たわみ量算出部
１３ 自重たわみ量算出部
１５ 指令値取得部
１６ たわみ角度算出部
１７ 位置座標補正部
１９ 工具位置座標取得部
２０ 組立誤差算出部
１００ 産業機械
１０１ 支持体
１０２ 工具
１１１ コラム
１１２ 片持ち梁
Claims (2)
- 産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出するたわみ量算出装置であって、
前記構成要素の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する実たわみ量取得部と、
前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する理想たわみ量算出部と、
前記実たわみ量及び前記理想たわみ量に基づいて、前記構成要素の自重による自重たわみ量を算出する自重たわみ量算出部と、
前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記構成要素について前記基準方向に対するたわみ角度を算出するたわみ角度算出部と、
前記自重たわみ量及び前記たわみ角度に基づいて、前記構成要素の機械上の点の位置座標を補正する位置座標補正部と、
前記構成要素の機械上の点の実際の位置座標を取得する工具位置座標取得部と、
前記構成要素の機械上の点の実際の位置座標と補正された位置座標とに基づいて、前記産業機械のたわみ以外の誤差である組立誤差を算出する組立誤差算出部と、
を備え、
前記位置座標補正部は、算出された組立誤差に基づいて前記構成要素の機械上の位置の位置座標をさらに補正するたわみ量算出装置。 - 産業機械を構成する構成要素の基準方向に対するたわみ量を算出する、たわみ量算出装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記構成要素の任意の位置に実荷重が加えられた場合において付加前後の所定の位置における変位量の計測値を実たわみ量として取得する実たわみ量取得部、
前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記実たわみ量の理想値を理想たわみ量として算出する理想たわみ量算出部、
前記実たわみ量及び前記理想たわみ量に基づいて、前記構成要素の自重による自重たわみ量を算出する自重たわみ量算出部、
前記構成要素の理想モデルに基づいて、前記構成要素について前記基準方向に対するたわみ角度を算出するたわみ角度算出部、
前記自重たわみ量及び前記たわみ角度に基づいて、前記構成要素の機械上の点の位置座標を補正する位置座標補正部、
前記構成要素の機械上の点の実際の位置座標を取得する工具位置座標取得部、
前記構成要素の機械上の点の実際の位置座標と補正された位置座標とに基づいて、前記産業機械のたわみ以外の誤差である組立誤差を算出する組立誤差算出部、
として機能させ、
前記位置座標補正部は、算出された組立誤差に基づいて前記構成要素の機械上の位置の位置座標をさらに補正するプログラム。
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