JPH048452A - 熱変位補正値のスムージング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、直接変位量を測定してリアルタイムに補正
量をフィ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、ベツドの環境温
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軸指令値にフィード
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置が算出され
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
していた。

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、発熱部の温度測定価を基に演算により
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−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−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夏出
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て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−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−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
度データを特徴する 請求項２は、複数個の入力温度測定値を−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−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、ベツド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、ベツド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Ｘ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１）ａ、ｂに、熱電対１）Ａ、ＩＩ
Ｂが取付けられており、更にベツド１の環境温度に近い
値を示す位置Ｃに熱電対１）Ｃが取付けられている。

次にこの熱電対１）Ａ〜ＩＩＣ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
ブロンク線図部により説明すると、温度上昇値算出部１
２は、各熱電対の出力信号が入力されると、Ｃ位置の熱
電対１）Ｃの出力Ｔ３を基準とし、ａ、ｂ位置の熱電対
１）Ａ、１）Ｂの出力ＴＩ、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−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個の測定点を放出し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１
９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がら新しい
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ＳＩＯにおいて、補正値演軍部１
８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Ｓｌｌ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０次いでステ、ブ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実施例と乗用であり、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２
０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、−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ブロツクで一
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夏式の一例を示すと、第４図、第５
図に示す各温度直線Ｉ〜■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■の傾斜角Ａに対する傾斜角りの差Ｅを（Ｃ−
Ｂ）−（Ｂ−Ａ）とみなすと、Ｄ＝　（Ｂ−Ａ）−Ｅと
なり、予想温度直線■の傾斜角りは次式Ｄ＝３Ａ−３８
＋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５１０１　において、測定温度の値を読み込み
、ステンブＳ　１０２において、３つ目のフ゛ロック（
第４図の１ブロツク）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５１０
１に戻る。またステップＳ　１０２において、イエスと
なった場合には、ステップ５１０３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０次いでステップ５１０４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Ｓ　１０５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５１０６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
０次いでステップ５１０７において現在温度測定値が読
込まれ、ステップ３１０Ｂ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５１０９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３１０８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５１）
０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ｉ認され、イエスの場合にはステップ５１）１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Ｓ　１）２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Ｓ　１）３において、Ｚ軸補正が実
行される。

次いでステップ５１）４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５１
０７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−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−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−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袋間で、本図のマシニングセン
タの袋間は、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５Ｔｊ！Ｊ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
すブラフ図、第８図も従来の温度計測点のばらつきの一
例を示すブラフ図である。 ６・・主軸Ｕ　　　　　　８・・主軸 ９・・サーボモータ １）Ａ〜ＩＩＣ・・熱電対

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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。