DE102018204132B4 - Maschinenlernvorrichtung und Kompensationsvorrichtung für thermische Verschiebung - Google Patents

Abstract

Zur Bereitstellung einer Maschinenlernvorrichtung und einer Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung, die in der Lage ist, eine hochgenaue Kompensationsformel zu niedrigen Rechenkosten abzuleiten. Eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel verwendet ein Zeitverzugselement bei den Messdaten. Eine Rechenformel-Lerneinheit 14 umfasst: eine erste Lerneinheit 14A, die einen sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenvorrichtung beziehenden Koeffizienten durch Maschinenlernen einstellt, während ein sich auf die Messdaten außer dem sich auf das Zeitverzugselement beziehenden Koeffizienten beziehender Koeffizient fixiert ist auf einen vorbestimmten Wert, basierend auf einer Differenz zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert zu einem Maschinenelement, das durch Substituieren einer Messdatengruppe in die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel und einen thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert zum Maschinenelement berechnet wird; eine zweite Lerneinheit 14B, die den sich auf die Messdaten außer dem auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehenden Koeffizienten gemessenen Daten beziehenden Koeffizienten, basierend auf der Differenz einstellt, während der sich auf das Zeitverzugselement beziehende Koeffizient auf einen vorbestimmten Wert fixiert ist; und eine Wiederholungseinheit 14C, die das Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit und das Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit wiederholt.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschinenlernvorrichtung und eine Kompensationsvorrichtung für thermische Verschiebung, welche für eine Werkzeugmaschine verwendet wird.
• Stand der Technik
• Einer der Hauptfaktoren eines Bearbeitungsfehlers in einer Werkzeugmaschine ist eine relative thermische Verschiebung gewesen, welche zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück durch thermische Ausdehnung eines Maschinenelements in der Werkzeugmaschine verursacht wird. Spezifische Beispiele einer Komponente in der Werkzeugmaschine beinhalten eine Spindel, eine Spindeleinheit, ein Bett, eine Säule, einen Werkstücktisch und ein Werkzeug. Diese Komponenten, insbesondere die Spindel, werden beispielsweise durch die Erzeugung von Wärme durch Rotation der Spindel, Erzeugung von Wärme aus einem Spindelantriebsmotor, Absorption von Wärme durch ein aus einen Kühlmittelzuführer dem Werkzeug zugeführtes Kühlmittel und Absorption von Wärme durch ein, aus einem Schmierölzuführer einem Spindellager zugeführtes Schmieröl deformiert. Als Ergebnis wird in einigen Fällen eine relative thermische Verschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verursacht.
• Gemäß einer konventionell in Reaktion auf dieses Problem verwendeten Technik wird ein Befehlswert für eine Numeriksteuerung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine unter Berücksichtigung des Einflusses durch thermische Expansion einer Spindel kompensiert, die durch verschiedene Wärmequellen verursacht wird, wie etwa eine Wärmequelle nahe der Spindel in der Werkzeugmaschine und Außenlufttemperatur, wodurch die Maschinengenauigkeit verbessert wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
• Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. H07-75937
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Jedoch erwähnt Patentdokument 1 lediglich die Installation von mehreren Temperatursensoren als ein Verfahren des Erfassens eines Charakteristikwertes zur Werkzeugmaschine. Daher sichert die Technik von Patentdokument 1 nicht hochgenaue Kompensation.
• Weiter erfordert es Zeit, bis die durch den Temperatursensor gemessene Wärme übertragen wird, und thermische Expansion verursacht wird. Daher ist es erforderlich, die Zeitverzug zur hochgenauen Kompensation zu evaluieren, was zu einer komplizierte Konversationsformel führt.
• Zusätzlich ändert sich eine Struktur oder ein Element abhängig von der Maschine, auf welcher die Numeriksteuerungen zu installieren sind. Daher wird eine optimale thermische Verschiebungskompensationsformel in Reaktion auf einen Maschinentyp geändert.
• Die in Patentdokument 1 beschriebene Technik verwendet ein neuronales Netzwerk zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung. Maschinenlernverfahren, einschließlich einem, das ein neuronales Netzwerk verwendet, erfordern allgemein eine große Anzahl von Berechnungen. Dies hat es unmöglich gemacht, ein kompliziertes Modell zu handhaben, das eine preisgünstige numerische Steuerung verwendet.
• Im Hinblick auf die vorstehenden Umstände soll die vorliegende Erfindung eine Maschinenlernvorrichtung bereitstellen, die zum Ableiten einer hochgenauen Kompensationsformel unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Berechnungen in der Lage ist, und eine Kompensationsvorrichtung für thermische Verschiebung, die in der Lage ist, eine hochgenaue Kompensation zu erzielen, basierend auf der Kompensationsformel.
1. (1) Eine Maschinenlernvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Maschinenlernvorrichtung (beispielsweise die später beschriebene Maschinenlernvorrichtung 10, 10A), die durch Maschinenlernen eine zum Abschätzen der thermischen Verschiebung eines Maschinenelements, das sich thermisch in einer Werkzeugmaschine (beispielsweise wie die später beschriebene Werkzeugmaschine 35) ausdehnt, verwendete Rechenformel optimiert, basierend auf einer Messdatengruppe, die Temperaturdaten zum Maschinenelement und seiner Umgebung und/oder Betriebszustandsdaten über das Maschinenelement enthält. Die Maschinenlernvorrichtung umfasst: eine Messdaten-Erfassungseinheit (beispielsweise die später beschriebene Messdaten-Erfassungseinheit 11), welche die Messdatengruppe erfasst; eine Erfassungseinheit thermischer Verschiebung (beispielsweise die später beschriebene Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12), die einen thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement erfasst; eine Speichereinheit (beispielsweise die später beschriebene Speichereinheit 13), welche die durch die Messdaten-Erfassungseinheit erfasste Messdatengruppe als Eingabedaten verwendet, den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement, der durch die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung verfasst wird, als ein Label verwendet und die Eingangsdaten und das Label in Assoziierung miteinander als Lehrdaten speichert; und eine Rechenformel-Lerneinheit (beispielsweise die später beschriebene Rechenformel-Lerneinheit 14), die Maschinenlernen basierend auf der Messdatengruppe und dem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement durchführt, wodurch eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel eingestellt wird, die zum Berechnen der thermischen Verschiebung des Maschinenelementes verwendet wird, basierend auf der Messdatengruppe. Die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel verwendet ein Zeitverzugselement bei den Messdaten. Die Rechenformel-Lerneinheit umfasst: eine erste Lerneinheit (beispielsweise die später beschriebene erste Lerneinheit 14A), die einen Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel bezieht, durch Maschinenlernen einstellt, während ein Koeffizient, der sich auf die Messdaten bezieht, außer hinsichtlich des Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, auf einen vorbestimmten Wert fixiert wird, basierend auf einer Differenz zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert über das Maschinenelement, der durch Einsetzen der Messdatengruppe in einer vorbestimmten Periode, gespeichert als die Lehr-Daten in der Speichereinheit, in die thermische Verschiebungsschätzrechenformel berechnet wird, und dem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert zum Maschinenelement in der vorbestimmten Periode, der als das Label in der Speichereinheit gespeichert ist; eine zweite Lerneinheit (beispielsweise die später beschriebene zweite Lerneinheit 14B), welche den sich auf die Messdaten beziehenden Koeffizienten außer bezüglich des sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehenden Koeffizienten durch Maschinenlernen, basierend auf der Differenz beziehenden Koeffizienten, einstellt, während der sich auf das Zeitverzugselement beziehende Koeffizient auf einen vorbestimmten Wert fixiert ist; und eine Wiederholungseinheit (beispielsweise die später beschriebene Wiederholungseinheit 14C), welche Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit und Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit auf solche Weise wiederholt, dass die zweite Lerneinheit das Maschinenlernen durchführt, während der sich auf das Zeitverzugselement in der durch das Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehende Koeffizient fixiert ist, und dass die erste Lerneinheit das Maschinenlernen durchführt, während der sich auf die Messdaten beziehende Koeffizient, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel, die durch das Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit eingestellt ist, fixiert ist.
2. (2) In der in (1) beschriebenen Maschinenlernvorrichtung kann die Messdaten-Erfassungseinheit (beispielsweise die später beschriebene Messdaten-Erfassungseinheit 11) weiter eine zweite Messdatengruppe erfassen, durch Hinzufügen gemessener Daten zu der Messdatengruppe oder durch Ausschießen gemessener Daten aus der Messdatengruppe. Die Messdaten-Erfassungseinheit kann die zweite Messdatengruppe als Eingabedaten in der Speichereinheit (beispielsweise die später beschriebene Speichereinheit 13) speichern. Die Rechenformel-Lerneinheit (beispielsweise die später beschriebene Rechenformel-Lerneinheit 14) kann weiter eine zweite thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel einstellen, die für das Berechnen der thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine, basierend auf der zweiten Messdatengruppe, verwendet wird.
3. (3) In der in (1) oder (2) beschriebenen Maschinenlernvorrichtung kann das Zeitverzugselement ein Verzugselement erster Ordnung in den Messdaten in der Messdatengruppe sein.
4. (4) In der in (1) oder (2) beschriebenen Maschinenlernvorrichtung kann das Zeitverzugselement ein Zeitverschiebungselement in den Messdaten in der Messdatengruppe sein.
5. (5) In der in (1) bis (4) beschriebenen Maschinenlernvorrichtung kann die zweite Lerneinheit (beispielsweise die später beschriebene zweite Lerneinheit 14B) das Maschinenlernen der basierend auf dem multiplen Regressions-Analysemodell eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel durchführen.
6. (6) Die in (1) bis (5) beschriebene Maschinenlernvorrichtung kann in eine Steuerung (beispielsweise die später beschriebene Steuerung 30) für die Werkzeugmaschine (beispielsweise die später beschriebene Werkzeugmaschine 35) inkorporiert sein.
7. (7) Eine Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung (beispielsweise die später beschriebene Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20) umfasst: eine Kompensationswert-Recheneinheit (beispielsweise die später beschriebene Kompensationswert-Recheneinheit 22), wo basierend auf der durch die in (1) bis (6) beschriebene Maschinenlernvorrichtung (beispielsweise die später beschriebene Maschinenlernvorrichtung 10) eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel die Kompensationswert-Recheneinheit einen Kompensationswert entsprechend der thermischen Verschiebung des Maschinenelements berechnet, die aus der Messdatengruppe berechnet wird; und eine Kompensationseinheit (beispielsweise die später beschriebene Kompensationseinheit 24), welche die Maschinenposition des Maschinenelements kompensiert, basierend auf dem Kompensationswert über das Maschinenelement, das durch die Kompensationswert-Recheneinheit berechnet wird.
8. (8) Die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung (20), die in (7) beschrieben ist, kann in die Steuerung (beispielsweise die später beschriebene Steuerung 30) für die Werkzeugmaschine (beispielsweise die später beschriebene Werkzeugmaschine 35) inkorporiert sein.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hochgenaue Kompensationsformel unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Berechnungen abgeleitet werden und kann eine hochgenaue Kompensation basierend auf der Kompensationsformel erzielt werden.
• Figurenliste
• 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Kompensationssystem thermischer Verschiebung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Maschinenlernvorrichtung und eine Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail zeigt;
• 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Rechenformel-Lerneinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail zeigt;
• 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Werkzeugmaschine und eine Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail zeigt;
• 5 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Maschinenlernens durch die Maschinenlernvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 6A ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Maschinenlernens durch die Maschinenlernvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 6B ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Maschinenlernens durch die Maschinenlernvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 7 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Kompensierens der Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 8A ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Maschinenlernens durch eine beschriebene Lernvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
• 8B ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Maschinenlernens durch die Maschinenlernvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• (Erste Ausführungsform)
• Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten basierend auf den Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Kompensationssystem thermischer Verschiebung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Maschinenlernvorrichtung und ein Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung gemäß dieser Ausführungsform im Detail zeigt. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Rechenformel-Lerneinheit gemäß einer Ausführungsform im Detail zeigt. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Werkzeugmaschine und eine Steuerung gemäß dieser Ausführungsform im Detail zeigt.
• <Konfiguration des Kompensationssystems thermischer Verschiebung 100>
• Die Konfiguration des Kompensationssystems thermischer Verschiebung 100 wird zuerst beschrieben. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das Kompensationssystems thermischer Verschiebung 100 eine Maschinenlernvorrichtung 10, eine Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20, eine Steuerung 30, eine Werkzeugmaschine 35 und ein Netzwerk 40. Die Anzahl von Maschinenlernvorrichtungen 10, diejenige von Kompensationsvorrichtungen thermischer Verschiebung 20, diejenige der Steuerungen 30 und diejenige der Werkzeugmaschinen 35 kann Eins, oder Zwei oder mehr sein.
• Eine Steuerung 30 und eine Werkzeugmaschine 35 bilden ein Paar und sind in einer Weise verbunden, die eine Kommunikation dazwischen erlaubt. Mehrere Paare, die alle eine Steuerung 30 und eine Werkzeugmaschine 35 beinhalten, können beispielsweise in derselben Fabrik oder unterschiedlichen Fabriken installiert sein.
• Die Maschinenlernvorrichtung 10, die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20, die Steuerung 30 und die Werkzeugmaschine 35 sind mit dem Netzwerk 40 verbunden und dürfen miteinander über das Netzwerk 40 kommunizieren. Beispielsweise ist das Netzwerk 40 ein Lokalbereichsnetzwerk (LAN), das in einer Fabrik aufgebaut ist, das Internet, ein öffentliches Telefonnetzwerk oder eine Kombination dieser Netzwerke. Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich der Kommunikation durch das Netzwerk 40 im Hinblick auf ein spezifisches Kommunikationssystem oder im Hinblick darauf, ob die Kommunikation über Drähte oder ohne Drähte etabliert wird. Die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 und die Steuerung 30 müssen nicht konfiguriert sein, miteinander unter Verwendung des Netzwerks 40 zu kommunizieren, sondern können konfiguriert sein, direkt über eine Verbindungseinheit verbunden zu sein. Die Maschinenlernvorrichtung 10 und die Steuerung 30 können durch eine Verbindungseinheit direkt verbunden sein.
• Die Funktionen dieser Vorrichtungen im Kompensationssystem thermischer Verschiebung 100 werden als Nächstes basierend auf 2 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Funktionsblock in jeder Vorrichtung zeigt. Alle Kompensationsvorrichtungen thermischer Verschiebung 20 haben dieselbe Funktion. Somit wird in 2 nur eine Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 gezeigt. Gleichermaßen haben alle Steuerungen 30 dieselbe Funktion und haben alle Werkzeugmaschinen 35 dieselbe Funktion. Somit werden in 2 nur eine Steuerung 30 und eine Werkzeugmaschine 35 gezeigt. Das Netzwerk 40, das zwischen den Vorrichtungen existiert, wird aus 2 weggelassen.
• Wie in 4 gezeigt, führt die Werkzeugmaschine 35 eine Bearbeitung unter Verwendung einer Spindel 36 durch, an welcher ein Schneidwerkzeug angebracht ist, und welche durch einen Spindelmotor 37 rotiert wird, und eine Vorschubachse 38 zum Zuführen der Spindel 36. Spezifisch wird das Schneidwerkzeug durch den Spindelmotor 37 zum Antrieb der Spindel 36 rotiert und wird durch einen Vorschubachsenmotor 39 zum Antreiben der Vorschubachse 38 zugeführt. Während die Werkzeugmaschine 35 in den Ausführungsformen als eine Schneidmaschine beschrieben ist, ist die Werkzeugmaschine 35 nicht auf die Schneidmaschine beschränkt.
• Wie in 2 und 4 gezeigt, führt die Steuerung 30 der Werkzeugmaschine 35 ein Steuersignal zu, wodurch die Werkzeugmaschine 35 gesteuert wird, um die Werkzeugmaschine 35 dazu zu bringen, die vorbestimmte Bearbeitung durchzuführen. Die Steuerung 30 speichert mehrere Bearbeitungsprogramme 31, die in Reaktion auf das Detail der Bearbeitung an einem Werkstück bestimmt sind. Die Steuerung 30 beinhaltet: eine Programmlese- oder Interpretationseinheit 32, die die Bearbeitungsprogramme 31 liest und interpretiert, wodurch Bedingungen zur Bearbeitung (beispielsweise die Frequenz von Beschleunigung oder Verlangsamung der Spindel, eine Spindelgeschwindigkeit, eine Schneidlast und Schneidzeit) extrahiert wird und Positionsbefehlsdaten etc. an die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 ausgegeben werden; eine Motorsteuereinheit 33, die einen Betriebsbefehl zum Antreiben des Spindelmotors 37 und des Vorschubachsenmotors 39 in der Werkzeugmaschine 35 basierend auf aus der Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 ausgegebenen Positionsbefehlsdaten, die von thermischer Verschiebungskompensation herrühren, erzeugt; ein Motorantriebsverstärker 34A, welcher den Betriebsbefehl verstärkt und den verstärkten Betriebsbefehl an den Spindelmotor 37 in der Werkzeugmaschine 35 ausgibt; und einen Motorantriebsverstärker 34B, der den Betriebsbefehl verstärkt und den verstärkten Betriebsbefehl an den Vorschubachsenmotor 39 ausgibt. Die Programmlese- oder Interpretationseinheit 32 kann Bedingungen zur Bearbeitung (beispielsweise die Frequenz der Beschleunigung oder Verlangsamung der Spindel, eine Spindelgeschwindigkeit, eine Schneidlast, eine Schneidzeit) extrahieren und die erhöhten Bedingungen an die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 ausgeben. Hinsichtlich der Bedingungen wie etwa Spindelgeschwindigkeit und Schneidzeit kann die Steuerung 30 Information über diese Bedingungen, die in Echtzeit aus dem Spindelmotor 37 und/oder dem Vorschubachsenmotor 39 erhalten werden, an die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 ausgeben. Zur Erfassung der Messdaten beinhaltet die Steuerung 30 mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit Sensoren, die an der Werkzeugmaschine 35 angebracht sind. Ein Sensor kann neu mit der Steuerung 30 verbunden und an der Werkzeugmaschine 35 installiert werden, oder ein Sensor kann aus der Steuerung 30 entfernt werden, durch Inserieren oder Herausziehen eines Kabels des Sensors aus den Anschlüssen. Die Ortsänderung eines Sensors kann so sein, dass der Sensor von einem Ort in der Werkzeugmaschine 35 entfernt wird und der entfernte Sensor an einem anderen Ort hinzugefügt wird.
• Wie in 2 gezeigt, erlernt die Maschinenlernvorrichtung 10 eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel für die Werkzeugmaschine 35 durch Maschinenlernen mit einem Lehrer. Für dieses Lernen beinhaltet die Maschinenlernvorrichtung 10 eine Messdaten-Erfassungseinheit 11, eine Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12, eine Speichereinheit 13 und eine Rechenformel-Lerneinheit 14.
• Die Messdaten-Erfassungseinheit 11 erfasst eine Messdatengruppe aus der Steuerung 30. Die hierin erwähnten Messdaten können Temperaturdaten über ein Maschinenelement in der Werkzeugmaschine 35 und ihre Umgebung, gemessen durch einen Temperatursensor, enthalten. Die Messdaten können beispielsweise auch Betriebszustandsdaten zu einem Maschinenelement in der Werkzeugmaschine 35 enthalten, spezifischer einen physikalischen Wert wie etwa ein Spindelgeschwindigkeit, die Flussrate eines Kühlmittels zur Spindel, oder die Menge eines Schmieröls zu dem Spindellager in der Werkzeugmaschine 35, gemessen an einem Ort, wo ein Temperatursensor nicht angebracht werden kann.
• Die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12 erfasst den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über ein Maschinenelement in der Werkzeugmaschine 35, der beispielsweise mit einer Sonde gemessen wird.
• Die Speichereinheit 13 verwendet die durch die Messdaten-Erfassungseinheit 11 erfasste Messdatengruppe als Eingangsdaten, verwendet den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert zu einem Maschinenelement, der durch die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12 erfasst wird, als ein Label und speichert die Eingangsdaten und das Label in Assoziierung miteinander als Lehrdaten.
• Die Rechenformel-Lerneinheit 14 führt ein Maschinenlernen basierend auf der Messdatengruppe und den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement durch, wodurch eine zur Berechnung der thermischen Verschiebung des Maschinenelements verwendete thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel basierend auf der Messdatengruppe eingestellt wird. Die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel wird durch Berücksichtigung eines Zeitverzugselementes bei den Messdaten formuliert. Spezifischer, aufgrund der Anwesenheit von mehreren unabhängigen Variablen in der Messdatengruppe wird eine zu verwendende thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel durch Addieren eines Zeitverzugselements bei den Messdaten zu einem Polynom formuliert, das basierend auf multipler Regressionsanalyse formuliert, das basierend auf multipler Regressionsanalyse beispielsweise eines generalisierten linearen Modells eingestellt wird. Beispielsweise kann das Zeitverzugselement ein Verzugselement erster Ordnung bei den Messdaten oder ein Zeitverschiebungselement in den Messdaten sein.
• Unter der Annahme, dass ein thermischer Verschiebungsschätzwert zur Zeit t Y(t) ist und ein Messwert aus einem Sensor X_K zur Zeit t X_K(t) ist, wird eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel, die ein Verzugselement erster Ordnung in Messdaten als ein Zeitverzugselement verwendet, durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt:
  [Formel 1] $$\text{Y}\left(\text{t}\right)={\displaystyle {\sum }_{\text{k}=1}^{\text{n}}{\text{a}}_{\text{k}}\left({\displaystyle \sum _{\tau =0}^{{\text{T}}_{\text{k}}}{\text{X}}_{\text{k}}\left(\text{t}-\tau \mathrm{\Delta }{\text{t}}_{\text{k}}\right){\text{e}}^{-{\text{b}}_{\text{k}}\tau \mathrm{\Delta }{\text{t}}_{\text{k}}}}\right)}$$

  
• Bei dieser Formel sind a₁, a₂, ..., Koeffizienten, die durch multipler Regressionsanalyse bestimmt werden, und sind b₁, b₂, ..., b_n und T_k Verzügen entsprechende Koeffizienten. Weiter ist Δt_k eine Abtastzeit eines Messwertes vom Sensor X_k.
• Unter der Annahme, dass ein thermischer Verschiebungsschätzwert zur Zeit t Y(t) ist und ein Messwert vom Sensor X_k zur Zeit t X_k(t) ist, wird eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel, die ein Zeitverschiebungselement bei den Messdaten als ein Zeitverzugselement verwendet, durch die nachfolgende Formel (2) ausgedrückt:
  [Formel 2] $$\text{Y}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{k}=1}^{\text{n}}{\text{a}}_{\text{k}}\left({\displaystyle {\sum }_{\tau =0}^{{\text{T}}_{\text{k}}}{\text{b}}_{\text{k}\tau }{\text{X}}_{\text{k}}\left(\text{t}-\tau \mathrm{\Delta }{\text{t}}_{\text{k}}\right)}\right)}$$

  
• Bei dieser Formel sind a₀, a₁, ..., a_n, Koeffizienten, die durch multiple Regressionsanalyse bestimmt sind, und ist T_K und b_k0, b_k1, ..., b_kTk Verzügen entsprechende Koeffizienten. Weiter ist Δt_k eine Abtastzeit eines Messwertes vom Sensor X_k.
• Die Rechenformel-Lerneinheit 14 stellt eine zu ermittelnde thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel ein. Basierend auf einer Differenz zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert zu dem Maschinenelement, welcher durch das Substituieren der Messdatengruppe in einer vorbestimmten Periode berechnet wird, die als Lehrdaten in der Speichereinheit 13 gespeichert sind, in eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel und den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert zu dem Maschinenelement in der vorbestimmten Periode, der als ein Label in der Speichereinheit 13 gespeichert ist, stellt die Rechenformel-Lerneinheit 14 die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel so ein, dass diese Differenz beispielsweise durch das Verfahren kleinster Quadrate minimiert wird. Spezifischer, unter der Annahme, dass Messdaten (Eingabedaten) X₁, X₂, ..., X_n sind, ein thermischer Verschiebungsschätzwert zu jeder Komponente, die die Werkzeugmaschine 35 bilden, wie etwa eine Spindel, ein Bett oder eine Säule, f (X₁, X₂, ..., X_n) (n ist eine natürliche Zahl) ist, und ein thermischer Verschiebungs-Ist-Messwert Y_L ist, stellt die Rechenformel-Lerneinheit 14 die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel, welche eine Differenz zwischen f X₁, X₂, ..., X_n und Y_L minimiert, ein.
• 3 zeigt die Rechenformel-Lerneinheit 14 im Detail. Spezifischer beinhaltet die Rechenformel-Lerneinheit 14 eine erste Lerneinheit 14A, eine zweite Lerneinheit 14B und eine Wiederholungseinheit 14C.
• Unter der Annahme, dass Messdaten (Eingabedaten) X₁, X₂, ..., X_n, sind, ein thermischer Verschiebungsschätzwert zu jeder Komponente, welche die Werkzeugmaschine 35 bildet, wie etwa eine Spindel, ein Bett oder eine Säule, f (X₁, X₂, ..., X_n) (n ist eine natürliche Zahl) ist, und ein thermischer Verschiebungs-Ist-Messwert Y_L ist, stellt die erste Lerneinheit 14A einen sich auf ein Zeitverzugselement in einer thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehenden Koeffizienten ein, durch Maschinenlernen, während ein Koeffizient, der sich auf Messdaten bezieht, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, auf einen vorbestimmten Wert fixiert wird, um so eine Differenz zwischen f (X₁, X₂, ..., X_n) und Y_L zu minimieren.
• Unter der Annahme, dass Messdaten (Eingabedaten) X₁, X₂, ..., X_n sind, ein thermischer Verschiebungsschätzwert zu jeder Komponente, welche die Werkzeugmaschine 35 bilden, wie etwa eine Spindel, ein Bett oder eine Spalte, f (X₁, X₂, ..., X_n) (n ist eine natürliche Zahl) ist und ein thermischer Verschiebungs-Ist-Messwert Y_L ist, stellt die zweite Lerneinheit 14B den Koeffizienten, der sich auf die Messdaten bezieht, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel bezieht, durch Maschinenlernen, während der sich auf das Zeitverzugselement beziehende Koeffizient auf einen vorbestimmten Wert fixiert ist, um so eine Differenz zwischen f (X₁, X₂, ..., X_n) und Y_L zu minimieren, ein. Das Maschinenlernen wird im Detail später beschrieben.
• Die Wiederholungseinheit 14C wiederholt das Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit 14A und das Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit 14B. Spezifischer fixiert beispielsweise in einer anfangs eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel die Wiederholungseinheit 14C den Koeffizienten, der sich auf die Messdaten bezieht, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel. Dann bringt die Wiederholungseinheit 14C die erste Lerneinheit 14A dazu, das Maschinenlernen durchzuführen, wodurch zeitweilig der Koeffizient, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel eingestellt wird. Als Nächstes fixiert in der auf diese Weise eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel zeitweilig die Wiederholungseinheit 14C den Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel bezieht. Dann bringt die Wiederholungseinheit 14C die Lerneinheit 14B dazu, das Maschinenlernen durchzuführen. Als Ergebnis des Maschinenlernens durch die zweite Lerneinheit 14B wird der sich auf die Messdaten außer den sich auf das Zeitverzugselement beziehenden Koeffizienten in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehende Koeffizient zeitweilig eingestellt. In der zeitweilig auf diese Weise eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel fixiert die Wiederholungseinheit 14C wieder den Koeffizienten, der sich auf die Messdaten bezieht, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel. Dann bringt die Wiederholungseinheit 14C die erste Lerneinheit 14A dazu, das Maschinenlernen durchzuführen. Auf diese Weise wiederholt die Wiederholungseinheit 14C das Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit 14A und das Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit 14B. Die Wiederholungseinheit 14C beendet diese Wiederholung, falls eine vorbestimmte Bedingung für das Ende erfüllt ist. Die Endbedingung kann erfüllt sein, falls ein Fehler zwischen einem unter Verwendung einer thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel berechnetem thermischen Verschiebungsschätzwert, die zeitweilig auf diesen Punkt eingestellt ist, und einem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert zu einem Schwellenwert oder kleiner wird und die Genauigkeit dieser thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel wird beispielsweise zu einem vorbestimmten Wert oder größer. Auf diese Weise, selbst in einem Fall einer komplizierten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel wiederholt die Rechenformel-Lerneinheit 14 das Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit 14A und das Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit 14B. Dies ermöglicht es, die Anzahl von Berechnungen, die simultan vorzunehmen sind, zu reduzieren, um Installation der Rechenformel-Lerneinheit 14 auf einer relativ preisgünstigen Vorrichtung zu gestatten.
• Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 eine Kompensationswert-Recheneinheit 22 als ein Kompensationswert-Rechenmittel und eine Kompensationseinheit 24 als ein Kompensationsausführungsmittel. Die Kompensationswert-Recheneinheit 22 berechnet einen Kompensationswert entsprechend der thermischen Verschiebung des Maschinenelements, welcher aus der Messdatengruppe (Bestimmungsdaten) berechnet wird, basierend auf der durch die Maschinenlernvorrichtung 10 eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel. Die Kompensationseinheit 24 kompensiert die Maschineposition des Maschinenelements, basierend auf dem Kompensationswert über das Maschinenelement, welcher durch die Kompensationswert-Recheneinheit 22 berechnet ist. Alternativ sendet die Kompensationseinheit 24 diesen Kompensationswert über das Maschinenelement an die Steuerung 30. Spezifisch, wie in 4 gezeigt, kompensiert die Kompensationseinheit 24 eine Bedingung zur Bearbeitungsausgabe aus der Programmlese- oder Interpretationseinheit 32 und der Steuerung 30 unter Verwendung dieses Kompensationswertes über das Maschinenelement und gibt dann die Positionsbefehlsdaten an die Motorsteuereinheit 33 aus.
• <Operation des Maschinenlernens>
• Die Operation des Maschinenlernens im Kompensationssystem thermischer Verschiebung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird als Nächstes beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, welches die Operation des Maschinenlernens durch die Maschinenlernvorrichtung 10 zeigt.
• In Schritt S11 erfasst die Messdaten-Erfassungseinheit 11 der Maschinenlernvorrichtung 10 eine Messdatengruppe aus der Steuerung 30. Spezifischer erfasst die Messdaten-Erfassungseinheit 11 Temperaturdaten über ein Maschinenelement in der Werkzeugmaschine 35 und ihrer Umgebung und/oder Betriebszustandsdaten. Die Operationszustandsdaten können beispielsweise eine Spindelgeschwindigkeit enthalten, die Flussrate eines Kühlmittels und eine Flussrate eines Schmieröls. Die Messdaten, die zu erfassen sind, mögen nicht Daten über eine Temperatur selbst sein, sondern können beispielsweise Daten über eine Temperaturänderung sein. Die Daten über eine zu erfassende Temperaturänderung können Daten über Temperaturänderung ab einer Anfangstemperatur sein oder können Daten über eine Temperaturänderung ab einer zuvor gemessenen Temperatur bis zu einer aktuell gemessenen Temperatur sein. Die Operationszustandsdaten können auch die Wärmemenge enthalten, die durch ein Kühlmittel absorbiert wird, oder die Wärmemenge, die durch ein Schmieröl absorbiert wird.
• Im Schritt S12 erfasst die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12 der Maschinenlernvorrichtung 10 einen thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement in der Werkzeugmaschine 35, der beispielsweise durch eine Sonde gemessen wird. Als ein spezifisches Beispiel kann die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12 eine Komponente in einer X-Achsenrichtung, eine Komponente in einer Y-Achsenrichtung und eine Komponente in einer Z-Achsenrichtung der thermischen Verschiebung messen und eine Gruppe von resultierenden Messwerten als den Ist-Messwert erfassen.
• Im Schritt S13 verwendet die Speichereinheit 13 der Maschinenlernvorrichtung 10 die durch die Messdaten-Erfassungseinheit 11 erfasste Messdatengruppe als Eingangsdaten, verwendet den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement, der durch die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12 erfasst wird, als ein Label und speichert die Eingabedaten und das Label in einem miteinander assoziierten Paar als Lehrdaten. Die Maschinenlernvorrichtung 10 ist in der Lage, kontinuierlich die Lehrdaten online zu erfassen und dann ein später beschriebenes Maschinenlernen durchzuführen. Die Maschinenlernvorrichtung 10 ist auch in der Lage, alle Lehrdaten vorab als Batch-Daten zu erfassen und dann das später beschriebene Maschinenlernen unter Verwendung der erfassten Batch-Daten durchzuführen. Die Maschinenlernvorrichtung 10 ist auch in der Lage, Mini-Batch-Daten durch Unterteilen dieser Batch-Daten in kleine Gruppen zu erfassen und dann das später beschriebene Maschinenlernen unter Verwendung der Mini-Batch-Daten durchzuführen.
• Im Schritt S14 führt die Rechenformel-Lerneinheit 14 der Maschinenlernvorrichtung 10 ein Maschinenlernen durch, basierend auf den Lehrdaten. Schritt S14 wird im Detail später beschrieben.
• Im Schritt S15 bestimmt die Rechenformel-Lerneinheit 14 der Maschinenlernvorrichtung 10, ob das Maschinenlernen zu beenden ist oder das Maschinenlernen zu wiederholen ist. Wie oben beschrieben, kann eine Bedingung zum Beenden des Maschinenlernens beliebig bestimmt sein. Falls das Maschinenlernen als zu beenden bestimmt wird (S15: JA), geht der Ablauf zu Schritt S16. Falls das Maschinenlernen als zu wiederholen bestimmt wird (S15: NEIN), kehrt der Ablauf zu Schritt S11 zurück und wird dieselben Verarbeitung wiederholt.
• In Schritt S16 sendet die Maschinenlernvorrichtung 10 eine durch das Maschinenlernen eingestellte thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel, welches vor Schritt S16 durchgeführt worden ist, an jeder Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 durch das Netzwerk 40.
• Die Speichereinheit 13 der Maschinenlernvorrichtung 10 speichert die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel. Dadurch, falls eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel aus einer neu installierten Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 angefordert wird, kann die gespeicherte thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel an diese neue Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 gesendet werden. Falls neue Lehrdaten erfasst werden, kann ein weiteres Maschinenlernen mit neuen Lehrdaten durchgeführt werden.
• <Detail des Maschinenlernverfahrens>
• Wie oben beschrieben, führt im Schritt S14 von 4 die Rechenformel-Lerneinheit 14 das Maschinenlernen unter Verwendung der Lehrdaten durch. Ein Verfahren des Maschinenlernens wird im Detail beschrieben.
• Als ein erstes Verfahren kann ein Koeffizient, der einen Verdrahtungsfehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert und einem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert minimiert, hergeleitet werden und eingestellt werden durch das Maschinenlernen unter Verwendung des Verfahrens kleinster Quadrate. Dieser thermische Verschiebungsschätzwert wird unter Verwendung der Formel (1) berechnet, spezifisch einer thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel, die ein Verzugselement erster Objektdaten in den Messdaten verwendet.
• Spezifischer, annehmend, dass Messdaten X_k ist und ein Label Y_L ist,
  wird eine Gruppe eines Koeffizienten a_k, eines Koeffizienten b_k und eines Koeffizienten T_k bestimmt, welche einen Gesamtwert von Werten über mehrere Lehrdatenteile, die aus der folgenden Formel (3) erhalten werden, minimiert. In dieser Formel ist n eine natürliche Zahl und bedeutet die Anzahl von Messpunkten von Lehrdaten, die für das Lernen verwendet werden.
  [Formel 3] $${\left({\text{Y}}_{\text{L}}-\text{Y}\left(\text{t}\right)\right)}^2={\left({\text{Y}}_{\text{L}}-{\displaystyle {\sum }_{\text{k}=1}^{\text{n}}{\text{a}}_{\text{k}}\left({\displaystyle \sum _{\tau =0}^{{\text{T}}_{\text{k}}}{\text{X}}_{\text{k}}\left(\text{t}-\tau \mathrm{\Delta }{\text{t}}_{\text{k}}\right){\text{e}}^{-{\text{b}}_{\text{k}}\tau \mathrm{\Delta }{\text{t}}_{\text{k}}}}\right)}\right)}^2$$

  
• Als ein zweites Verfahren kann ein Koeffizient, der einen Quadratfehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert und einem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert minimiert, hergeleitet werden und durch Maschinenlernen unter Verwendung des Verfahrens kleinster Quadrate eingestellt werden. Dieser thermische Verschiebungsschätzwert wird unter Verwendung der Formel (2) berechnet, spezifisch einer thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel, die ein Zeitverschiebungselement bei den Messdaten verwendet.
• Spezifischer, annehmend, dass Messdaten X_k sind und ein Label Y_L ist,
  wird eine Gruppe eines Koeffizienten a_k, eines Koeffizienten b_kτ und eines Koeffizienten T_k bestimmt, der eine Summe von Werten über mehrere Lehrdatenteile minimiert, die aus der nachfolgenden Formel (4) ermittelt werden. In dieser Formel ist n eine natürliche Zahl und bedeutet die Anzahl von Messpunkten von zum Lernen verwendeten Lehrdaten.
  [Formel 4] $${\left({\text{Y}}_{\text{L}}-\text{Y}\left(\text{t}\right)\right)}^2={\left({\text{Y}}_{\text{L}}-{\displaystyle \sum _{\text{k}=1}^{\text{n}}{\text{a}}_{\text{k}}\left({\displaystyle {\sum }_{\tau =0}^{{\text{T}}_{\text{k}}}{\text{b}}_{\text{k}\tau }{\text{X}}_{\text{k}}\left(\text{t}-\tau \mathrm{\Delta }{\text{t}}_{\text{k}}\right)}\right)}\right)}^2$$

  
• Hinsichtlich a_k, b_k und T_k in der Formel (1) gemäß dem ersten Verfahren wird ein Gruppe von a_k, b_k und T_k durch Wiederholen der Einstellung der Parameter b_k und T_k bezüglich Zeit durch Maschinenlernen bestimmt, während der Parameter a_k, der sich nicht auf die Zeit bezieht, fixiert ist, und Einstellen des Parameters a_k, der sich nicht auf Zeit bezieht, durch Maschinenlernen, während die Parameter b_k und T_k, die sich auf die Zeit beziehen, fixiert sind. 6A ist ein Flussdiagramm, das Unterschritte von Schritt 14 zum Implementieren dieses Bestimmungsverfahrens zeigt.
• Im Schritt S14A stellt die erste Lerneinheit 14A b_k und T_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten ein, während nur a_k fixiert ist.
• Im Schritt S14B schaltet die Wiederholungseinheit 14C den Gegenstand des Maschinenlernens auf die zweite Lerneinheit 14B um. Dann stellt die zweite Lerneinheit 14B nur a_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten ein, während b_k und T_k auf im Schritt S14A eingestellte Werte fixiert werden.
• Im Schritt S14C, falls ein Fehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert, der unter Verwendung einer thermischen Verschiebungsschätzformel berechnet wird, die a_k, b_k und T_k verwendet, die auf diesen Punkt eingestellt sind und ein thermischer Verschiebungs-Ist-Messwert ein Schwellenwert oder kleiner ist (Schritt S14C: JA), spezifisch, falls die Genauigkeit der thermischen Verschiebungsschätzformel an diesem Punkt zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird, wird der Ablauf beendet. Falls dieser Fehler den Schwellenwert übersteigt (S14C: NEIN), kehrt der Ablauf zu Schritt S14A zurück. Spezifischer schaltet im Schritt S14A die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur ersten Lerneinheit 14A um. Dann stellt die erste Lerneinheit 14A b_k und T_k durch Maschinenlernen ein, während nur a_k auf einen im Schritt S14B eingestellten Wert fixiert wird.
• Bezüglich a_k, b_kτ und T_k in Formel (2) gemäß dem zweiten Verfahren werden a_k, b_kτ und T_k durch Wiederholen des Einstellens der Parameter b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k bestimmt, die sich auf die Zeit durch Maschinenlernen beziehen, während der Parameter a_k, der sich nicht auf Zeit bezieht, fixiert ist, und Einstellen des Parameters a_k, der sich nicht auf Zeit bezieht, durch Maschinenlernen, während die Parameter b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k, die sich auf Zeit beziehen, fixiert sind. 6B ist ein Flussdiagramm, das Unterschritte von Schritt S14 zum Implementieren dieses Bestimmungsverfahrens zeigt.
• Im Schritt S14D stellt die Lerneinheit 14A b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten bei fixiertem a_k ein.
• Im Schritt S14E schaltet die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur zweiten Lerneinheit 14B um. Dann stellt die zweite Lerneinheit 14B nur a_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten ein, während b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k auf in Schritt S14D eingestellte Werte fixiert sind.
• Im Schritt S14F, falls ein Fehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert, der unter Verwendung einer thermischen Verschiebungsschätzformel berechnet wird, die a_k, b_kτ und T_k verwendet, die auf diesen Punkt eingestellt sind, und ein thermischer Verschiebungs-Ist-Messwert ein Schwellenwert oder kleiner ist (S14F: JA), spezifisch, falls die Genauigkeit der thermischen Verschiebungsschätzformel zu diesem Punkt zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird, wird der Ablauf beendet. Falls dieser Fehler den Schwellenwert übersteigt (S14F: NEIN), kehrt der Ablauf zu Schritt S14D zurück. Spezifischer schaltet in Schritt S14D die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur ersten Lerneinheit 14A um. Dann stellt die erste Lerneinheit 14A b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k durch Maschinenlernen ein, während a_k auf einen im Schritt S14E eingestellten Wert fixiert ist.
• <Kompensationsbetrieb>
• Die Operation der Kompensation in dem Kompensationssystem thermischer Verschiebung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird als Nächstes beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, welches die Operation der Kompensation durch die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 zeigt.
• Im Schritt S21, basierend auf einer durch die Maschinenlernvorrichtung 10 eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel, berechnet die Kompensationswert-Recheneinheit 22 einen Kompensationswert entsprechend der thermischen Verschiebung eines Maschinenelements, die aus einer Messdatengruppe errechnet wird.
• Im Schritt S22 kompensiert die Kompensationseinheit 24 die Maschinenposition des Maschinenelements, basierend auf dem Kompensationswert über das Maschinenelement, der durch die Kompensationswert-Recheneinheit 22 berechnet wird, wodurch die thermische Verschiebung versetzt wird. Anders als die Illustration in 7 kann die Kompensationseinheit 24 den Kompensationswert zum Maschinenelement an die Steuerung 30 im Schritt S22 senden. Spezifischer kann die Kompensationseinheit 24 eine aus der Steuerung 30 ausgegebene Koordinatenposition unter Verwendung dieses Kompensationswerts zum Maschinenelement kompensieren und dann die Positionsbefehlsdaten an die Motorsteuereinheit 33 ausgeben. Alternativ kann die Kompensationseinheit 24 die Bearbeitungsprogramme 31 vorab unter Verwendung dieses Kompensationswerts kompensieren und dann die resultierenden Bearbeitungsprogramme 31 ausführen.
• <Durch erste Ausführungsform erzielter Effekt>
• Wie oben beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform das Maschinenlernen durch Lernen durch die erste Lerneinheit und Lernen durch die zweite Lerneinheit unterteilt. Die erste Lerneinheit stellt einen sich auf ein Zeitverzugselement beziehenden Koeffizienten ein. Die zweite Lerneinheit stellt einen sich auf Messdaten beziehenden Koeffizienten ein, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht. Dadurch kann eine hochgenaue Kompensationsformel unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Berechnungen abgeleitet werden.
• Bei dieser Ausführungsform, falls ein Sensor hinzugefügt wird oder die Position des Sensors geändert wird, wird ein aus dieser Hinzufügung oder der Positionsänderung erhaltenes Messergebnis zu einer thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel hinzugefügt und einer Variablen in der Kompensationsformel, basierend auf dieser thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel. Dann wird Maschinenlernen durchgeführt, um automatisch eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel und eine Kompensationsformel zu bestimmen, wodurch die Genauigkeit auf einfache Weise vergrößert wird.
• Bei dieser Ausführungsform kann das vorgenannte Zeitverzugselement ein Verzugselement erster Ordnung bei den Messdaten in einer Messdatengruppe sein. Dies gestattet eine Kompensation, indem die Zeit berücksichtigt wird, welche durch einen Temperatursensor gemessene Wärme benötigt, um übertragen zu werden und thermische Expansion zu verursachen.
• In dieser Ausführungsform kann das vorgenannte Zeitverzugselement ein Zeitverschiebungselement in den Messdaten in einer Messdatengruppe sein. Dies gestattet die Kompensation, indem Zeit berücksichtigt wird, die durch den Temperatursensor gemessene Wärme benötigt, um übertragen zu werden und thermische Expansion zu verursachen.
• Bei dieser Ausführungsform kann eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel basierend auf einem multiplen Regressionsanalysemodell eingestellt werden. Das Verwenden multipler Variablen in dem multiplen Regressionsanalysemodell gestattet das Einstellen einer leicht verfügbaren und präzisen thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel.
• Bei dieser Ausführungsform kann die vorerwähnte Maschinenlernvorrichtung in die Steuerung 30 für die Werkzeugmaschine 35 inkorporiert werden. Dadurch wird eine einzelne, preisgünstige Steuerung zum Realisieren der Kompensation verfügbar, basierend auf einer hochgenauen thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel.
• Die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 dieser Ausführungsform führt eine Kompensation basierend auf einer durch die vorgenannte Maschinenlernvorrichtung 10 eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel durch.
• Bei dieser Ausführungsform kann die vorgenannte Maschinenlernvorrichtung 10 in die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 inkorporiert werden. Dadurch wird eine einzelne preisgünstigere Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung zum Ableiten einer hochgenauen Kompensationsformel unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Berechnungen verfügbar, wodurch hochgenaue Kompensation realisiert wird.
• Eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel und eine Kompensationsformel, die auf der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel basieren, kann bei verbesserter Genauigkeit bereitgestellt werden, mittels des Tunen in Reaktion auf eine Betriebsumgebung der Werkzeugmaschine 35 oder des Typs von Werkzeugmaschine 35.
• (Zweite Ausführungsform)
• Die Konfiguration einer Maschinenlernvorrichtung 10A gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der Maschinenlernvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
• Somit wird die Konfiguration der Maschinenlernvorrichtung 10A und die Funktion einer Komponente in der Maschinenlernvorrichtung 10A nicht beschrieben.
• In der ersten Ausführungsform werden hinsichtlich a_k, b_k und T_k in der Formel (1) die Einstellung von b_k und durch Maschinenlernen, wobei a_k fixiert ist, und Einstellen von a_k durch Maschinenlernen, wobei b_k und T_k fixiert wind, wiederholt. Unter Verwendung eines Paars von a_k, b_k und T_k zu einer Zeit, wenn ein Fehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert, der unter Verwendung einer thermischen Verschiebungsschätzformel berechnet wird, und einem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert ein Schwellenwert oder kleiner wird, wird die thermische Verschiebungsschätzformel bestimmt. Hinsichtlich a_k, b_kτ und T_k in Formel (2) werden das Einstellen von b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k durch Maschinenlernen, wobei a_k fixiert ist, und das Einstellen von a_k durch Maschinenlernen, wobei b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k fixiert sind, wiederholt. Unter Verwendung einer Gruppe von a_k, b_kτ und T_k zu einem Zeitpunkt, wenn ein Fehler zwischen dem unter Verwendung einer thermischen Verschiebungsschätzformel und eines thermischen Verschiebungs-Ist-Messwerts berechneter thermischer Verschiebungsschätzwert zu einem Schwellenwert oder weniger wird, wird die thermische Verschiebungsschätzformel bestimmt. In der zweiten Ausführungsform wird das Wiederholen der Einstellung von b_k und T_k zur Maschinenlernen, wobei a_k fixiert ist, und das Einstellen von a_k durch Maschinenlernen, wobei b_k und T_k fixiert sind, unter der Bedingung beendet, dass die Anzahl von Malen, die diese Wiederholung gemacht wird, einen vorbestimmten Wert erreicht. Unter Verwendung einer Gruppe von a_k, b_k und T_k zu einer Zeit, wenn diese Bedingung effizient ist, wird eine thermische Verschiebungsschätzformel bestimmt. 8A ist ein Flussdiagramm, das Unterschritte von Schritt S14 zum Implementieren dieses Bestimmungsverfahrens zeigt.
• Im Schritt S14G wird ein Wiederholzähler j auf einen Anfangswert 0 gesetzt.
• Im Schritt S14H stellt die erste Lerneinheit 14A b_k und T_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten ein, während nur a_k fixiert wird.
• Im Schritt S14I schaltet die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur zweiten Lerneinheit 14B um. Dann stellt die zweite Lerneinheit 14B nur a_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten ein, während b_k und T_k auf im Schritt S14H eingestellte Werte fixiert sind.
• Im Schritt S14J wird j um Eins inkrementiert.
• Im Schritt S14K, falls j einen vorbestimmten Wert erreicht (S14K: JA), spezifisch, falls Schritt S14H und Schritt S14I eine vorbestimmte Anzahl mal wiederholt worden sind, wird der Ablauf beendet. Falls j den vorbestimmten Wert nicht erreicht (S14K: NEIN), spezifisch, falls Schritt S14H und Schritt S14I nicht eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt worden sind, kehrt der Ablauf zu Schritt S14H zurück. Spezifischer schaltet im Schritt S14H die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur ersten Lerneinheit 14A um. Dann stellt die erste Lerneinheit 14A b_k und T_k durch Maschinenlernen ein, während a_k auf einen im Schritt S14I eingestellten Wert fixiert ist.
• Hinsichtlich a_k, b_kτ und T_k in der Formel (2) wird Wiederholung der Einstellung von b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k durch Maschinenlernen, wobei nur a_k fixiert ist, und die Einstellung nur von a_k durch Maschinenlernen, wobei b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k fixiert sind, unter der Bedingung beendet, dass die Anzahl von Malen, die diese Wiederholung durchgeführt wird, einen vorbestimmten Wert erreicht. Unter Verwendung einer Gruppe von a_k, b_kτ und T_k zu einer Zeit, wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird eine thermische Verschiebungsschätzformel bestimmt. 8B ist ein Flussdiagramm, das Unterschritte von Schritt S14 zum Implementieren dieses Bestimmungsverfahrens zeigt.
• Im Schritt S14L wird der Wiederholungszähler j auf einen Anfangswert 0 eingestellt.
• Im Schritt S14M stellt die erste Lerneinheit 14A b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k durch Maschinenlernen unter Verwendung der Lehrdaten ein, während a_k fixiert ist.
• Im Schritt S14N schaltet die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur zweiten Lerneinheit 14B um. Dann stellt die zweite Lerneinheit 14B nur a_k durch Maschinenlernen unter Verwendung von Lehrdaten ein, während b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k auf Werte fixiert sind, die in Schritt S14M eingestellt sind.
• Im Schritt S140 wird j um eins inkrementiert.
• Im Schritt S14P, falls j einen vorbestimmten Wert (S14P: JA) erreicht, spezifisch, falls Schritt S14M und Schritt S14N eine vorbestimmte Anzahl mal wiederholt worden sind, wird der Ablauf beendet. Falls j nicht den vorbestimmten Wert erreicht (S14P: NEIN), spezifisch, falls Schritt S14M und Schritt S14N nicht die vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt worden sind, kehrt der Ablauf zu Schritt S14M zurück. Spezifischer schaltet in Schritt S14M die Wiederholungseinheit 14C das Subjekt des Maschinenlernens zur ersten Lerneinheit 14A um. Dann stellt die erste Lerneinheit 14A b_k0, b_k1, ..., b_kTk und T_k durch Maschinenlernen ein, während nur a_k auf einen in Schritt S14N eingestellten Wert fixiert ist.
• <Durch die zweite Ausführungsform erzielter Effekt>
• Wie oben beschrieben, erzielt die zweite Ausführungsform einen Effekt, der mit dem vergleichbar ist, der durch die erste Ausführungsform erreicht wird.
• [Andere Ausführungsformen]
• Während die vorstehenden Ausführungsformen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, begrenzen diese Ausführungsformen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist als Ausführungsformen machbar, zu denen verschiedene Änderungen innerhalb eines Bereichs hinzugefügt wurden, der nicht von der Substanz der vorliegenden Erfindung abweicht.
• [Erste Modifikation]
• In den Ausführungsformen wird eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel als ein Polynom beschrieben, das basierend auf multipler Regressionsanalyse eines generalisierten linearen Modells formuliert wird. Jedoch ist dies nicht der einzige Fall, sondern die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel kann basierend auf multipler Regressionsanalyse eines nicht-linearen Modells formuliert werden.
• [Zweite Modifikation]
• Eine Konfiguration kann auch der Art sein, dass, falls der Genauigkeitsgrad einer als ein Ergebnis von Maschinenlernen eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel kleiner als ein Schwellenwert ist, eine Messdatengruppe optimiert wird durch Hinzufügen gemessener Daten und/oder Ausschließen gemessener Daten. Falls ein Sensor durch einen Wartungsoperator oder einen Endanwender einer Werkzeugmaschine hinzugefügt wird und/oder ein Sensor ausgeschlossen wird, wird die Genauigkeit der thermischen Verschiebungskompensation mittels automatischen Tunens einer Kompensationsformel gesteigert, basierend auf einer thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel. Um die Genauigkeit der thermischen Verschiebungskompensation zu vergrößern, kann beispielsweise ein Maschinenlernen unter Verwendung einer Messdatengruppe durchgeführt werden, die beispielsweise durch Ändern der Position eines Temperatursensors ermittelt wird. In diesem Fall kann auch eine Bestimmung gemacht werden, ob die Genauigkeit vergrößert ist, beispielsweise, durch Evaluieren einer Differenz zwischen einem Fehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert, der berechnet wird unter Verwendung einer thermischen Verschiebungsschätzformel, die nach der Positionsänderung ermittelt wird, und einem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert, und einem Fehler zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert, der berechnet wird unter Verwendung einer thermischen Verschiebungskompensationsformel, die basierend auf Maschinenlernen ermittelt wird, unter Verwendung einer Messdatengruppe, vor der Positionsänderung, und eines thermischen Verschiebungs-Ist-Messwerts.
• [Dritte Modifikation]
• In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Motorsteuereinheit 33 als eine Schneidmaschine beschrieben. Jedoch ist die Werkzeugmaschine 35 nicht auf die Schneidmaschine beschränkt. Die Werkzeugmaschine 35 kann beispielsweise auch eine Drahterodiermaschine oder eine Lasermaschine sein.
• [Vierte Modifikation]
• Die Steuerung 30 kann konfiguriert sein, die Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung 20 zu enthalten. Die Steuerung 30 kann alternativ konfiguriert sein, die Maschinenlernvorrichtung 10 zu enthalten.
• [Fünfte Modifikation]
• Jede der Maschinenlernvorrichtungen 10 und 10A in den vorstehenden Ausführungsformen kann als ein Computersystem konfiguriert sein, das eine CPU enthält. In diesem Fall liest die CPU ein Programm aus einer Speichereinheit wie etwa ein ROM beispielsweise aus, und folgt dem gelesenen Programm, wodurch der Computer veranlasst wird, als die Messdaten-Erfassungseinheit 11, die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung 12, die Speichereinheit 13 und die Rechenformel-Lerneinheit 14 zu fungieren.
• Bezugszeichenliste

10, 10a

Maschinenlernvorrichtung

11

Messdaten-Erfassungseinheit

12

Erfassungseinheit thermischer Verschiebung

13

Speichereinheit

14

Rechenformel-Lehreinheit

14A

Erste Lerneinheit

14B

Zweite Lerneinheit

14C

Wiederholungseinheit

20

Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung

22

Kompensationswert-Recheneinheit

24

Kompensationseinheit

30

Steuerung

35

Werkzeugmaschine

40

Netzwerk

100

Kompensationssystem thermischer Verschiebung

Claims (8)

1. Maschinenlernvorrichtung (10, 10A), die durch Maschinenlernen eine zum Abschätzen der thermischen Verschiebung eines Maschinenelements, das sich thermisch in einer Werkzeugmaschine (35) ausdehnt, verwendete Rechenformel optimiert, basierend auf einer Messdatengruppe, die Temperaturdaten zum Maschinenelement und seiner Umgebung und/oder Betriebszustandsdaten über das Maschinenelement enthält, wobei die Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) umfasst: eine Messdaten-Erfassungseinheit (11), welche die Messdatengruppe erfasst; eine Erfassungseinheit thermischer Verschiebung (12), die einen thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement erfasst; eine Speichereinheit (13), welche die durch die Messdaten-Erfassungseinheit erfasste Messdatengruppe als Eingabedaten verwendet, den thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement, der durch die Erfassungseinheit thermischer Verschiebung verfasst wird, als ein Label verwendet und die Eingangsdaten und das Label in Assoziierung miteinander als Lehrdaten speichert; und eine Rechenformel-Lerneinheit (14), die Maschinenlernen basierend auf der Messdatengruppe und dem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert über das Maschinenelement durchführt, wodurch eine thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel eingestellt wird, die zum Berechnen der thermischen Verschiebung des Maschinenelementes verwendet wird, basierend auf der Messdatengruppe, wobei die thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel ein Zeitverzugselement bei den Messdaten verwendet, und die Rechenformel-Lerneinheit (14) umfasst: eine erste Lerneinheit (14A), die einen Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel bezieht, durch Maschinenlernen einstellt, während ein Koeffizient, der sich auf die Messdaten bezieht, außer hinsichtlich des Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, auf einen vorbestimmten Wert fixiert wird, basierend auf einer Differenz zwischen einem thermischen Verschiebungsschätzwert über das Maschinenelement, der durch Einsetzen der Messdatengruppe in einer vorbestimmten Periode, gespeichert als die Lehr-Daten in der Speichereinheit (13), in die thermische Verschiebungsschätzrechenformel berechnet wird, und dem thermischen Verschiebungs-Ist-Messwert zum Maschinenelement in der vorbestimmten Periode, der als das Label in der Speichereinheit (13) gespeichert ist; eine zweite Lerneinheit (14B), welche den sich auf die Messdaten beziehenden Koeffizienten außer bezüglich des sich auf das Zeitverzugselement in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehenden Koeffizienten durch Maschinenlernen, basierend auf der Differenz beziehenden Koeffizienten, einstellt, während der sich auf das Zeitverzugselement beziehende Koeffizient auf einen vorbestimmten Wert fixiert ist; und eine Wiederholungseinheit (14C), welche Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit und Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit (14B) auf solche Weise wiederholt, dass die zweite Lerneinheit (14B) das Maschinenlernen durchführt, während der sich auf das Zeitverzugselement in der durch das Maschinenlernen durch die erste Lerneinheit eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel beziehende Koeffizient fixiert ist, und dass die erste Lerneinheit (14A) das Maschinenlernen durchführt, während der sich auf die Messdaten beziehende Koeffizient, außer dem Koeffizienten, der sich auf das Zeitverzugselement bezieht, in der thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel, die durch das Maschinenlernen durch die zweite Lerneinheit (14B) eingestellt ist, fixiert ist.
2. Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) gemäß Anspruch 1, wobei die Messdaten-Erfassungseinheit (11) weiter eine zweite Messdatengruppe erfasst, durch Hinzufügen gemessener Daten zu der Messdatengruppe oder durch Ausschießen gemessener Daten aus der Messdatengruppe, die Messdaten-Erfassungseinheit (11) die zweite Messdatengruppe als Eingabedaten in der Speichereinheit (13) speichert, und die Rechenformel-Lerneinheit (14) weiter eine zweite thermische Verschiebungsschätz-Rechenformel einstellt, die für das Berechnen der thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine, basierend auf der zweiten Messdatengruppe, verwendet wird.
3. Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Zeitverzugselement ein Verzugselement erster Ordnung in den Messdaten in der Messdatengruppe ist.
4. Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Zeitverzugselement ein Zeitverschiebungselement in den Messdaten in der Messdatengruppe ist.
5. Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Lerneinheit (14B) das Maschinenlernen der basierend auf dem multiplen Regressions-Analysemodell eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel durchführt.
6. Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Maschinenlernvorrichtung (10, 10A) in eine Steuerung (30) für die Werkzeugmaschine (35) inkorporiert ist.
7. Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung (20) für eine Werkzeugmaschine, umfassend: eine Kompensationswert-Recheneinheit (22), wo basierend auf der durch die in (1) bis (6) beschriebene Maschinenlernvorrichtung (10) eingestellten thermischen Verschiebungsschätz-Rechenformel die Kompensationswert-Recheneinheit einen Kompensationswert entsprechend der thermischen Verschiebung des Maschinenelements berechnet, die aus der Messdatengruppe berechnet wird; und eine Kompensationseinheit (24), welche die Maschinenposition des Maschinenelements kompensiert, basierend auf dem Kompensationswert über das Maschinenelement, das durch die Kompensationswert-Recheneinheit (22) berechnet wird.
8. Kompensationsvorrichtung thermischer Verschiebung (20) gemäß Anspruch 7, wobei die Steuerung (30) für die Werkzeugmaschine (35) inkorporiert ist.

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