DE102022200169A1

DE102022200169A1 - Vorrichtung zur Kompensation einer thermischen Verschiebung und Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102022200169A1
Application number: DE102022200169.9A
Authority: DE
Inventors: Yuji Mizoguchi
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2022-07-21
Also published as: US11590622B2; JP2022111725A; CN114850965A; US20220226953A1

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung umfasst eine Temperaturmesseinheit (2), eine Einheit (3) zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung, eine Einheit (6) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung, eine Verschiebungsmesseinheit (9), eine Datenerfassungseinheit (11), eine Lerneinheit (14) einer thermischen Verschiebungskompensation und eine Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit (17). Die Verschiebungsmesseinheit (9) misst eine Verschiebung einer Werkzeugmaschine nach dem Kompensieren eines Achsenbefehlswerts. Die Lerneinheit (14) einer thermischen Verschiebungskompensation bestimmt eine Abschätzungsformel (4) einer thermischen Verschiebung basierend auf einer Temperaturinformation (13) und der Verschiebung (12), die in der Datenerfassungseinheit (11) erfasst werden. Die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit (17) vergleicht die Temperaturinformation (13), die bei einer vergangenen Verschiebungsmessung in der Datenerfassungseinheit (11) erfasst wurde, mit einer aktuellen Temperaturinformation (13), die von der Temperaturmesseinheit (2) ermittelt wurde, und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) zu einem vorbestimmten Diagnosezeitpunkt zu messen ist oder nicht.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern einer Genauigkeit einer Kompensation einer thermischen Verschiebung durch ein effektives Lernen einer Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Verschiebung bei einer Kompensation einer thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine, bei der eine thermische Verschiebung basierend auf einer Temperaturinformation abgeschätzt wird.
STAND DER TECHNIK
Wenn eine Bearbeitung unter Verwendung einer Werkzeugmaschine durchgeführt wird, wird eine thermische Deformation jeder Einheit der Werkzeugmaschine durch den Einfluss einer Wärmegenerierung in der Maschine durch einen Hauptspindel- und einen Vorschubachsenbetrieb, die Temperaturänderung in der Installationsumgebung der Werkzeugmaschine, die Temperaturänderung eines Kühlmittels und dergleichen verursacht. Da die thermische Verschiebung eine Relativposition zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück verändert, wird die Genauigkeit des Werkstücks, wenn die thermische Verschiebung in der Werkzeugmaschine während der Bearbeitung auftritt, vermindert.
Als ein Verfahren zur Reduzierung der thermischen Verschiebung in der Werkzeugmaschine gibt es eine effektive und weit verbreitete Kompensation einer thermischen Verschiebung, bei der ein Verschiebungsbetrag aus Temperaturen, die durch Temperatursensoren, die an entsprechenden Einheiten einer Struktur einer Werkzeugmaschine installiert sind, gemessen werden, oder Betriebsbedingungen einer Hauptspindel, einer Vorschubachse oder dergleichen basierend auf einer vorläufigen programmierten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung abgeschätzt wird, und ein Bewegungsbetrag der Achse gemäß dem abgeschätzten Verschiebungsbetrag verändert wird. Bei der Kompensation einer thermischen Verschiebung wird jedoch die Kompensation nicht gut durchgeführt, wenn sich der Bearbeitungsinhalt oder die operative Umgebung ändert, und Parameter müssen in manchen Fällen angepasst werden. Es ist allerdings für einen Anwender schwierig, zu bestimmen, wie die Anpassung durchzuführen ist.
Als eine Lösung für dieses Problem offenbart das Japanische Patent Nr. 6564412 ein Verfahren, bei dem eine gemessene Datengruppe, die Temperaturen oder dergleichen entsprechender Einheiten einer Werkzeugmaschine umfasst, und aktuelle Messwerte eines thermischen Verschiebungsbetrags, die durch einen Tastkopf oder dergleichen gemessen werden, ermittelt werden, und ein maschinelles Lernen unter Verwendung einer Kombination der Daten als Lehrerdaten durchgeführt wird, wodurch eine Vorhersageberechnungsformel eines thermischen Verschiebungsbetrags ermittelt wird. Da die Vorhersageberechnungsformel eines thermischen Verschiebungsbetrags aus den aktuellen Messdaten ermittelt wird, hat das Verfahren unter Verwendung des maschinellen Lernens einen Vorteil, als dass die Kompensation einer thermischen Verschiebung, die an die Umgebung der Verwendung der Werkzeugmaschine angepasst ist, einfach erreicht wird. Generell tritt jedoch bei dem maschinellen Lernen, während die hohe Genauigkeit aus den gelernten Daten gewonnen wird, leicht ein Problem eines Überlernens auf, bei dem der Fehler für ungelernte Daten ansteigt. Um das Problem zu vermeiden, verwendet das Japanische Patent Nr. 6564412 ein Berechnungsverfahren, das als eine regulierte multiple Regressionsanalyse bezeichnet wird. Während der Fehler in der gewöhnlichen Regressionsanalyse auf ein Minimum reduziert wird, rechnet das Berechnungsverfahren eine Nebenbedingung hinzu, um einen Koeffizienten der abgeleiteten Vorhersageformel zu verringern, wodurch es möglich ist, ein Problem, bei dem ein großer Koeffizient berechnet wird und ein Fehler für eine unbekannte Eingabe ansteigt, zu vermeiden.
JP-A-2020-99982 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung durch eine Summe einer vorläufig gesetzten grundlegenden Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung und einer angepassten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung, die basierend auf Anpassungsdaten einer thermischen Verschiebung gesetzt wird, repräsentiert wird, und ein Regulierungsparameter für einen Koeffizienten der angepassten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung verwendet wird, um einen Abschätzungsfehler einer thermischen Verschiebung und einen Betrag des Koeffizienten der angepassten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung derart zu bestimmen, dass jeder verringert wird. Darüber hinaus wird der Regulierungsparameter aus einem Betrag einer Temperaturänderung bei der Messung und einem Betrag einer in einer aktuellen Verwendung erwarteten Temperaturänderung bestimmt, und der Koeffizient der abgeleiteten angepassten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung wird verringert, wenn die Temperaturänderung bei der Messung klein ist, wodurch das Überlernen vermieden wird.
Die in dem Japanischen Patent Nr. 6564412 und JP-A-2020-99982 verwendeten Regulierungsverfahren agieren allerdings, um den Koeffizienten der abgeleiteten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung zu verringern. In einer ungelernten Temperaturumgebung wird daher der Kompensationsbetrag einer thermischen Verschiebung, während der extrem angestiegene Fehler in der Kompensation einer thermischen Verschiebung, der durch das Überlernen verursacht wird, vermieden werden kann, in manchen Fällen im Verhältnis zur aktuellen thermischen Verschiebung klein. Daher wird der ausreichende Kompensationseffekt nicht bereitgestellt, und in manchen Fällen verbleibt noch der große Kompensationsfehler einer thermischen Verschiebung. Beim Lernen einer Kompensation einer thermischen Verschiebung ist es bevorzugt, dass die anzuwendende ungelernte Temperaturumgebung für die Werkzeugmaschine weitestgehend reduziert wird.
Daher ist es in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme ein Ziel der Offenbarung, eine Vorrichtung zur Kompensation einer thermischen Verschiebung und ein Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die ein Verbessern einer Genauigkeit einer Kompensation einer thermischen Verschiebung durch ein effektives Lernen einer Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Verschiebung bei einer Kompensation einer thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine, bei der eine thermische Verschiebung basierend of einer Temperaturinformation abgeschätzt wird, erlauben.
ZUSAMMENFASSUNG
Um das vorstehend beschriebene Ziel zu erreichen, wird eine Vorrichtung zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung bereitgestellt. Die Vorrichtung zur Kompensation einer thermischen Verschiebung umfasst eine Temperaturmesseinheit, eine Einheit zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung, eine Einheit zur Kompensation einer thermischen Verschiebung, eine Verschiebungsmesseinheit, eine Datenerfassungseinheit, eine Lerneinheit einer thermischen Verschiebungskompensation und eine Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit. Die Temperaturmesseinheit misst Temperaturen jeweiliger Einheiten einer Werkzeugmaschine. Die Einheit zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung schätzt eine thermische Verschiebung der Werkzeugmaschine aus den Temperaturen basierend auf einer vorläufig gesetzten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung ab. Die Einheit zur Kompensation einer thermischen Verschiebung kompensiert einen Achsenbefehlswert basierend auf der abgeschätzten thermischen Verschiebung. Die Verschiebungsmesseinheit misst eine Verschiebung einer Werkzeugmaschine nach dem Kompensieren des Achsenbefehlswerts. Die Datenerfassungseinheit erfasst eine Temperaturinformation bei der Verschiebungsmessung durch die Verschiebungsmesseinheit und die Verschiebung. Die Lerneinheit einer thermischen Verschiebungskompensation bestimmt die Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung basierend auf der Temperaturinformation und der Verschiebung, die in der Datenerfassungseinheit erfasst werden. Die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit vergleicht die Temperaturinformation, die bei einer vergangenen Verschiebungsmessung in der Datenerfassungseinheit erfasst wurde, mit einer aktuellen Temperaturinformation, die von der Temperaturmesseinheit ermittelt wurde, und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit zu einem vorbestimmten Diagnosezeitpunkt zu messen ist oder nicht.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts, der in der vorstehend beschriebenen Konfiguration vorliegt, vergleicht die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit die Temperaturinformation bei der Verschiebungsmessung ein Mal vorher mit der aktuellen Temperaturinformation und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit zu messen ist oder nicht.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts, der in der vorstehend beschriebenen Konfiguration vorliegt, vergleicht die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit die Temperaturinformation bei den jeweils zweimaligen oder mehrmaligen vergangenen Verschiebungsmessungen mit der aktuellen Temperaturinformation und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit zu messen ist oder nicht.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts, die in der vorstehend beschriebenen Konfiguration vorliegt, umfasst die Temperaturinformation eine Temperaturänderungsrate bei der Verschiebungsmessung durch die Verschiebungsmesseinheit.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts, der in der vorstehend beschriebenen Konfiguration vorliegt, umfasst die Temperaturinformation eine Temperaturdifferenz zwischen den an mehreren Positionen gemessenen Temperaturen, wenn die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit gemessen wird.
Eine andere Ausführungsform des ersten Aspekts, der in der vorstehend beschriebenen Konfiguration vorliegt, umfasst ferner eine Diagnosezeitpunkteinstelleinheit, die einen Zeitpunkt eines Befehls einer spezifischen Operation oder ein vorbestimmtes Zeitintervall als den vorbestimmten Diagnosezeitpunkt setzt.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts, der in der vorstehend beschriebenen Konfiguration vorliegt, setzt die Diagnosezeitpunkteinstelleinheit einen Zeitpunkt, zu dem zumindest einer der Befehle eines Werkzeugwechsels, eines Hauptprogrammendes und einer Bewegung zu einem oberer Ende einer Z-Position ausgeführt wird, als den vorbestimmte Diagnosezeitpunkt.
Um das vorstehend beschriebene Ziel zu erreichen, wird ein Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung bereitgestellt. Das Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung umfasst einen Temperturmessschritt des Messens von Temperaturen entsprechender Einheiten einer Werkzeugmaschine, einen Abschätzungsschritt einer thermischen Verschiebung des Abschätzens einer thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine aus den Temperaturen basierend auf einer vorläufig gesetzten Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung, einen Kompensationsschritt einer thermischen Verschiebung der Kompensation eines Achsenbefehlswerts basierend auf der abgeschätzten thermischen Verschiebung, einen Verschiebungsmessschritt des Messens einer Verschiebung der Werkzeugmaschine nach dem Kompensieren des Achsenbefehlswerts, einen Datenerfassungsschritt des Erfassens einer Temperaturinformation bei der Verschiebungsmessung in dem Verschiebungsmessschritt und der Verschiebung, einen Lernschritt einer thermischen Verschiebungskompensation des Bestimmens der Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung basierend auf der Temperaturinformation und der Verschiebung, die in dem Datenerfassungsschritt erfasst werden, und einen Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseschritt des Vergleichens der Temperaturinformation, die bei einer vergangenen Verschiebungsmessung in dem Datenerfassungsschritt erfasst wurde, mit einer aktuellen Temperaturinformation, die in dem Temperaturmessschritt ermittelt wurde, und Bestimmens, ob die Verschiebung in dem Verschiebungsmessschritt zu einem vorbestimmten Diagnosezeitpunkt vor dem Verschiebungsmessschritt zu messen ist oder nicht.
Gemäß der Offenbarung werden die Temperaturinformation und die Verschiebung bei der Verschiebungsmessung erfasst, die erfasste Temperaturinformation bei der vergangenen Verschiebungsmessung wird mit der aktuellen Temperaturinformation zu dem vorbestimmten Diagnosezeitpunkt verglichen, und, ob die Verschiebung zu messen ist oder nicht, wird bestimmt, wodurch die Verschiebungsmessung ermöglicht wird, wenn die aktuelle Temperatur ungelernt ist. Demzufolge kann die Beziehung zwischen der Temperatur und der Verschiebung effektiv gelernt werden, was die Verbesserung der Genauigkeit bei der Kompensation einer thermischen Verschiebung erlaubt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann durch Vergleichen der Temperaturinformation bei der Verschiebungsmessung ein Mal vorher mit der aktuellen Temperaturinformation bestimmt werden, ob die Verschiebung zu messen ist oder nicht, wodurch ein Bestimmen, ob die Messung durchzuführen ist oder nicht, durch einen einfachen Prozess ermöglicht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann durch Vergleichen der Temperaturinformation bei den jeweils zweimaligen oder mehrmaligen vergangenen Verschiebungsmessungen mit der aktuellen Temperaturinformation die Verschiebung nur in einem ungelernten Fall gemessen werden, was es erlaubt, den Zeitverlust durch die Verschiebungsmessung auf ein Minimum zu reduzieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann durch die Verwendung der Temperaturänderungsrate als die Temperaturinformation genauer bestimmt werden, ob der aktuelle Temperaturstatus ungelernt ist oder nicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann durch die Verwendung der Temperaturdifferenz zwischen den an mehreren Positionen gemessenen Temperaturen als die Temperaturinformation genauer bestimmt werden, ob der aktuelle Temperaturstatus ungelernt ist oder nicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann die Verschiebung zum Zeitpunkt gemessen werden, bei dem der originäre Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine weitestgehend nicht gestört wird, da die Bestimmung durch ein Vergleichen der Temperaturen bei dem Befehl einer spezifischen Operation oder in vorbestimmten Zeitintervallen gemacht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann die Verschiebung zum Zeitpunkt gemessen werden, bei dem der originäre Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine weitestgehend nicht gestört wird, da die Bestimmung durch ein Vergleichen der Temperaturen gemacht wird, wenn zumindest einer der Befehle eines Werkzeugwechsels, eines Hauptprogrammendes und einer Bewegung zu einem oberer Ende einer Z-Position ausgeführt wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Kompensation einer thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine, auf die die Offenbarung angewandt wird.
2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kompensation einer thermischen Verschiebung.
3 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses des Durchführens einer Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnose.
4 veranschaulicht einen exemplarischen Bildschirm zum Setzen einer Zeitpunktdiagnosebedingung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der Offenbarung basierend auf den Zeichnungen.
1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 zur Kompensation einer thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine, auf die die Offenbarung angewendet wird.
Bei der Vorrichtung 1 zur Kompensation einer thermischen Verschiebung wird eine thermische Verschiebung aus Informationen der Temperatursensoren 2, die an mehreren Abschnitten der Werkzeugmaschine installiert sind, basierend auf einer Abschätzungsformel 4 einer thermischen Verschiebung durch eine Einheit 3 zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung abgeschätzt. Ein Kompensationsbetrag 5 einer thermischen Verschiebung wird an einen Positionsregler 6 basierend auf der abgeschätzten thermischen Verschiebung ausgegeben, und eine Achse wird korrespondierend zu dem Kompensationsbetrag 5 einer thermischen Verschiebung bewegt, wodurch die Kompensation ausgeführt wird. Üblicherweise wird die Abschätzungsformel einer thermischen Kompensation für jede Achse gesetzt, und in einem Fall eines Drei-Achs-Bearbeitungszentrums wird die Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung für jede einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse gesetzt. Es kann gesagt werden, dass das Vorstehende eine Minimalkonfiguration zum Sicherstellen der Kompensation einer thermischen Verschiebung ist.
Zur Visualisierung eines Ergebnisses der Kompensation einer thermischen Verschiebung simuliert in der aktuellen Konfiguration eine Ergebnissimulationseinheit 7 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung, wie die thermische Verschiebung durch die Kompensation einer thermischen Verschiebung reduziert wird, und gibt es in manchen Fällen auf einer Anzeigevorrichtung 8 aus. Zudem ist eine Verschiebungsmessvorrichtung 9 angeordnet, um Verschiebungsdaten 10 zu ermitteln, und die Verschiebungsdaten 10 werden in einer Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung als Verschiebungsinformation 12 gespeichert. Hier kann die Verschiebungsmessvorrichtung 9 beispielsweise bestimmte Punkte auf einem Tisch durch einen Positionsmessungssensor, wie einen schaltenden Messtaster, der an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, messen. Alternativ kann die Messung durch Anbringen eines Abstandssensors an der Tischseite und Annähern der Hauptspindel an den Abstandssensor durchgeführt werden. In der Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung wird die durch den Temperatursensor 2 gemessene Temperatur als Temperaturinformation 13 zusätzlich zu der Verschiebungsinformation 12 gespeichert. Eine Lerneinheit 14 einer thermischen Verschiebungskompensation bestimmt eine zusätzliche Abschätzungsformel 4 einer thermischen Verschiebung durch ein Lernen basiert auf den in der Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung gespeicherten Daten.
Wie vorstehend beschrieben liegt eine Technik zum Erreichen einer weiteren effektiven Kompensation einer thermischen Verschiebung durch Verbessern der Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung durch das Lernen als Stand der Technik vor. Im Stand der Technik wird jedoch ein Zeitpunkt eines Messens der Verschiebungsdaten 10 durch die Verschiebungsmessvorrichtung 9 nicht speziell berücksichtigt. Als übliches Verfahren zur Nutzung wird ein Verfahren in Betracht gezogen, bei dem die Messung in konstanten Zeitintervallen durchgeführt wird, um Verschiebungsinformationen zu sammeln. Werkzeugmaschinenhersteller führen Tests bei sich unterschiedlich ändernden Betriebsbedingungen der Maschinen und Raumtemperaturen der Umgebungen, in denen die Maschinen installiert sind, aus, messen die Verschiebung in konstanten Zeitintervallen während der Tests und sammeln Lerndaten für die Kompensation einer thermischen Verschiebung bei verschiedenen Temperaturänderungen der Maschinen. Wenn die Werkzeugmaschinenhersteller die Lerndaten für die Kompensation einer thermischen Verschiebung sammeln, können die Lerndaten mit ausreichend hoher Qualität durch den Stand der Technik ermittelt werden.
Wenn jedoch ein Anwender versucht, die Lerndaten für die Kompensation einer thermischen Verschiebung während der Nutzung der Maschine zu sammeln, werden die effektiven Daten möglicherweise nicht gesammelt. Wenn der Anwender beispielsweise einen Befehl des Messens der Verschiebung jeden Tag in demselben Zeitfenster ausführt, ist es anzunehmen, dass nur die Daten einer ähnlichen Temperaturumgebung gesammelt werden. Das Lernen der Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung basierend auf den unausgewogenen Daten verursacht ein Problem des Überlernens und dergleichen, und macht die Durchführung der effektiven Kompensation einer thermischen Verschiebung schwierig.
Daher wird für das effektive und hochstabile Lernen der Abschätzungsformel einer thermischen Verschiebung in der Offenbarung eine nachfolgende Konfiguration hinzugefügt.
Eine Eingabevorrichtung 15 ist konfiguriert, eine Zeitpunktdiagnosebedingung 16 festzulegen. Zu einem Zeitpunkt, der mit dem in der Zeitpunktdiagnosebedingung 16 festgelegten Inhalt übereinstimmt, vergleicht eine Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit 17 die aktuelle Temperatur, die von dem Temperatursensor 2 ermittelt wird, mit der vergangenen Temperatur, die als die Temperaturinformation 13 erfasst wurde, und diagnostiziert, ob die Verschiebung zu messen ist oder nicht. Wenn die Messung als erforderlich diagnostiziert wird, wird ein Verschiebungsmessungsbefehl 18 ausgegeben. Dementsprechend kann die Verschiebungsmessvorrichtung 9 die Verschiebungsdaten 10 zu einem geeigneteren Zeitpunkt ermitteln.
In der Offenbarung wird das Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung durch die Vorrichtung 1 zur Kompensation einer thermischen Verschiebung basierend auf dem Ablaufdiagramm der 2 ausgeführt.
In S1 misst zunächst der Temperatursensor 2 die Temperaturen der entsprechenden Einheiten in der Werkzeugmaschine (Temperaturmessschritt).
In S2 schätzt als Nächstes die Einheit 3 zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung die thermische Verschiebung aus der Information, die von dem Temperatursensor 2 ermittelt wurde, basierend auf der Abschätzungsformel 4 einer thermischen Verschiebung (Abschätzungsschritt einer thermischen Verschiebung).
In S3 kompensiert als Nächstes der Positionsregler 6 Befehlswerte der jeweiligen Achsen basierend auf dem Kompensationsbetrag 5 einer thermischen Verschiebung, der von der Einheit 3 zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung ausgegeben wird (Kompensationsschritt einer thermischen Verschiebung).
In S4 bestimmt anschließend die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit 17, ob die Zeitpunktdiagnosebedingung erfüllt ist oder nicht (ob es ein Zeitpunkt ist, die Verschiebung zu messen oder nicht) (Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseschritt).
Wenn die Zeitpunktdiagnosebedingung in S4 als erfüllt bestimmt wird, wird in S5 bestimmt, ob die Verschiebung gemessen werden muss oder nicht. Wenn die Verschiebungsmessung nicht erforderlich ist, kehrt der Prozess zu S4 zurück.
Wenn die Verschiebungsmessung in S5 als erforderlich bestimmt wird, misst die Verschiebungsmessvorrichtung 9 die Verschiebung, ermittelt die Verschiebungsdaten 10 und erfasst die Verschiebungsdaten als die Verschiebungsinformation 12 in der Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung in S6 (Verschiebungsmessschritt). Zur gleichen Zeit werden die Temperaturdaten, die durch den Temperatursensor 2 ermittelt werden, in der Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung als die Temperaturinformation 13 erfasst (Datenerfassungsschritt).
In S7 bestimmt anschließend die Lerneinheit 14 einer thermischen Verschiebungskompensation die zusätzliche Abschätzungsformel 4 einer thermischen Verschiebung durch das Lernen basierend auf der Verschiebungsinformation 12 und der Temperaturinformation 13, die in der Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung gespeichert sind, und veranlasst die Einheit 3 zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung die Abschätzungsformel 4 einer thermischen Verschiebung zu aktualisieren (Lernschritt einer thermischen Verschiebungskompensation).
Als Nächstes wird der Prozess von der Verschiebungsmesszeitpunktdiagnose bis zum Erfassen der Verschiebung und der Temperaturinformation in 2 (Prozess von S4 bis S6) ausführlich anhand des Ablaufdiagramms der 3 beschrieben.
Zunächst kann die in S101 (S4 der 2) bestimmte Zeitpunktdiagnosebedingung an einem Bildschirm festlegt werden, beispielsweise, wie in 4 veranschaulicht, durch die Eingabevorrichtung 15. In dem Beispiel der 4 kann während des Betriebs der Befehl einer spezifischen Operation als die Bedingung, wie beispielweise „bei Werkzeugwechsel“, „am Hauptprogrammende“ und „bei einem oberer Ende einer Z-Position“, ausgewählt werden. Währenddessen kann die Festlegung in einem Standby-Zustand in konstanten Zeitintervallen erfolgen. In dem Beispiel der 4 ist die Einstellung auf alle 15 Minuten festgelegt. Wenn die Zeitpunktdiagnosebedingung erfüllt ist, wird der Diagnoseprozess, ob die Verschiebung zu messen ist oder nicht, gestartet. Demzufolge kann die Verschiebung zu dem Zeitpunkt gemessen werden, zu dem der originäre Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine weitestgehend nicht gestört wird.
In S102 werden als Nächstes die aktuellen Temperaturdaten θ_n = (θ_1,n, θ_2,n, ..., θ_k,n) ermittelt. Im Folgenden werden k Teile der Temperaturdaten als θ = (θ₁, θ₂, ..., θ_k) ausgedrückt, und die Temperaturdaten, die zum n-ten Mal, nachdem der Prozess gestartet wurde, ermittelt werden, werden als θ_n = (θ_1,n, θ_2,n, ..., θ_k,n) ausgedrückt.
In S103 wird als Nächstes ein aktueller Temperaturindex Θ_n = (Θ_1,n, Θ_2,n, ..., Θ_I,n) als die Temperaturinformation berechnet. Der Temperaturindex wird durch Durchführen eines Berechnungsprozesses mit den ermittelten Temperaturdaten ermittelt, und der Temperaturindex wird durch Θ (Großschreibung Theta) ausgedrückt, während die ursprünglichen Temperaturdaten durch Θ (Kleinschreibung Theta) ausgedrückt werden. Der Berechnungsprozess nimmt beispielsweise einen Durchschnitt mehrerer Temperaturen oder ermittelt eine Differenz zwischen zwei Temperaturen. Zudem kann eine Änderungsrate durch differentielle Verarbeitung berechnet werden, und eine Verzögerungsverarbeitung kann unter Verwendung eines Filters durchgeführt werden. Mehrere Temperaturindizes können berechnet werden. Beispielsweise wird in dem Fall von / Temperaturindizes der Temperaturindex als Θ_n = (Θ_1,n, Θ_2,n, ..., Θ_I,n) ausgedrückt.
In S104 wird als Nächstes ein vergangener Temperaturindex Θ_n-m aus der Datenbank (Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung der 1) abgerufen, und anschließend werden in S105 jeweilige Komponenten von Θ_n und Θ_n-m verglichen, und es wird bestimmt, ob die Komponenten, die jeweils die Differenz eines Grenzwerts A_I oder mehr aufweisen, wie in der nachfolgenden Formel 1 beinhaltet sind oder nicht. Wenn der aktuelle Prozess als der n-te Prozess angenommen wird, indiziert Θ_n-m den Temperaturindex zum Zeitpunkt m Mal vorher. Der Prozess kann für m = 1, das heißt, nur für ein Mal davor, durchgeführt werden, oder der Vergleich kann für m = 1, 2, ..., n-1, das heißt, alle der vergangene Temperaturindizes, vorgenommen werden. Der Vergleich wird für alle der / Temperaturindizes durchgeführt.
[Mathematik 1] $\begin{array}{l} | Θ_{1, n} - Θ_{1, n-1} | \geq A_{1} oder | Θ_{1, n} - Θ_{1, n-2} | \geq A_{1} oder \dots oder | Θ_{1, n} - Θ_{1, n-m} | \geq A_{1} \\ o d e r | Θ_{2, n} - Θ_{2, n-1} | \geq A_{2} oder | Θ_{2, n} - Θ_{2, n-2} | \geq A_{2} oder \dots oder | Θ_{2, n} - Θ_{2, n-m} | \geq A_{2} \\ ... \\ o d e r | Θ_{l, n} - Θ_{l, n-1} | \geq A_{l} oder | Θ_{l, n} - Θ_{l, n-2} | \geq A_{l} oder \dots oder | Θ_{l, n} - Θ_{l, n-m} | \geq A_{l} \end{array}$
A_I: Grenzwert relative zur Komponente / des Temperaturindex
Ein Erfüllen der Bedingung der Formel 1 bedeutet, dass die ermittelte aktuelle Temperatur von der erfassten vergangenen Temperatur unterschiedlich ist, das heißt, die aktuelle Temperatur ist eine ungelernte Temperatur für die Vorrichtung 1 zur Kompensation einer thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine. Wenn auch nur eine Differenz größer als der Grenzwert A_I in der Formel 1 ist, fährt der Prozess mit S107 fort, und die Verschiebung wird als zu messen bestimmt. Wenn es keine Differenz, die größer als der Grenzwert A_I ist, gibt, fährt der Prozess mit S106 fort, und die Verschiebung wird als nicht zu messen bestimmt. S102 bis S107 korrespondieren zu S5 in 2.
Wie in 4 veranschaulicht, kann der für die Bestimmung in der Formel 1 verwendete Grenzwert A_I am Bildschirm eingestellt werden.
Die Formel 1 ist ein exemplarisches Verfahren zum Vergleich zwischen der aktuellen Temperaturinformation und der vergangenen Temperaturinformation, und der Vergleich kann basierend auf einer anderen Formel durchgeführt werden. Beispielsweise kann anstelle der Bestimmung durch Ermitteln der Differenzen der jeweiligen Komponente der Temperaturindizes die Bestimmung mit der Summe der Beträge der jeweiligen Differenzen gemacht werden.
Wenn die Verschiebung in S107 als zu messen bestimmt wird, fährt der Prozess mit S108 fort, und die Verschiebung wird gemessen und in der Datenbank erfasst. Darüber hinaus werden die aktuellen Temperaturdaten θ_n = (θ_1,n, θ_2,n, ..., θ_k,n) in der Datenbank in S109 erfasst, und der aktuelle Temperaturindex Θ_n = (Θ_1,n, Θ_2,n, ..., Θ_I,n) wird in S110 erfasst. S108 bis S110 korrespondieren zu S6 der 2.
Die Vorrichtung 1 zur Kompensation einer thermischen Verschiebung und das Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform führen den Prozess von S1 bis S7 aus, während sie den Temperatursensor 2 (Temperturmesseinheit), die Einheit 3 zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung (Einheit zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung), den Positionsregler 6 (Einheit zur Kompensation einer thermischen Verschiebung), die Verschiebungsmessvorrichtung 9 (Verschiebungsmesseinheit), die Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung (Datenerfassungseinheit) und die Lerneinheit 14 einer thermischen Verschiebungskompensation (Lerneinheit einer thermischen Verschiebungskompensation) umfassen. Der Temperatursensor 2 (Temperaturmesseinheit) misst die Temperaturen der entsprechenden Einheiten der Werkzeugmaschine. Die Einheit 3 zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung (Einheit zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung) schätzt den Kompensationsbetrag 5 einer thermischen Verschiebung (thermische Verschiebung) der Werkzeugmaschine aus den Temperaturen basierend auf der vorläufig gesetzten Abschätzungsformel 4 einer thermischen Verschiebung ab. Der Positionsregler 6 (Einheit zur Kompensation einer thermischen Verschiebung) kompensiert den Achsenbefehlswert basierend auf dem abgeschätzten Kompensationsbetrag 5 einer thermischen Verschiebung. Die Verschiebungsmessvorrichtung 9 (Verschiebungsmesseinheit) misst die Verschiebung der Werkzeugmaschine nach dem Kompensieren des Achsenbefehlswerts. Die Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung (Datenerfassungseinheit) erfasst die Temperaturinformation 13 bei der Verschiebungsmessung durch die Verschiebungsmessvorrichtung 9 und die Verschiebungsinformation 12 (Verschiebung). Die Lerneinheit 14 einer thermischen Verschiebungskompensation (Lerneinheit einer thermischen Verschiebungskompensation) bestimmt die Abschätzungsformel 4 einer thermischen Kompensation basierend auf der Temperaturinformation 13 und der Verschiebungsinformation 12, die in der Lerneinheit 14 einer thermischen Verschiebungskompensation erfasst wurden.
Zudem ist eine Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit 17 (Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit) vorgesehen. Zu den in S4 bestimmten vorbestimmten Diagnosezeitpunkten vergleicht die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit 17 (Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit) die Temperaturinformation 13, die bei einer vergangenen Verschiebungsmessung in der Lerndatenerfassungseinheit 11 einer Kompensation einer thermischen Verschiebung erfasst wurde, mit einer aktuellen Temperaturinformation 13, die von dem Temperatursensor 2 ermittelt wurde, und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmessvorrichtung 9 zu messen ist oder nicht.
Gemäß der Offenbarung werden somit die Temperaturinformation 13 und die Verschiebungsinformation 12 bei der Verschiebungsmessung erfasst, die erfasste Temperaturinformation 13 bei der vergangenen Verschiebungsmessung wird mit der aktuellen Temperaturinformation 13 zum vorbestimmten Diagnosezeitpunkt verglichen, und es wird bestimmt, ob die Verschiebung zu messen ist oder nicht, wodurch die Verschiebungsmessung erlaubt wird, wenn die aktuelle Temperatur ungelernt ist. Folglich kann die Beziehung zwischen der Temperatur und der Verschiebung effektiv gelernt werden, was somit die Verbesserung der Genauigkeit in der Kompensation einer thermischen Verschiebung erlaubt.
Insbesondere kann bei der Bestimmung, ob die Verschiebung zu messen ist oder nicht, durch Vergleichen der Temperaturinformation bei der Verschiebungsmessung ein Mal vorher mit der aktuellen Temperaturinformation (S104) durch einen einfachen Prozess bestimmt werden, ob die Messung durchzuführen ist oder nicht.
Durch Vergleichen der Temperaturinformation bei den jeweils zweimaligen oder mehrmaligen vergangenen Verschiebungsmessungen mit der aktuellen Temperaturinformation (S104) kann die Verschiebung nur im ungelernten Fall gemessen werden, was somit eine Reduzierung eines Zeitverlusts durch die Verschiebungsmessung auf ein Minimum erlaubt.
Durch die Verwendung der Temperaturänderungsrate als die Temperaturinformation (S103) kann genauer bestimmt werden, ob der aktuelle Temperaturstatus ungelernt ist oder nicht.
Durch die Verwendung der Temperaturdifferenz zwischen den an mehreren Positionen gemessenen Temperaturen als die Temperaturinformation (S103) kann genauer bestimmt werden, ob der aktuelle Temperaturstatus ungelernt ist oder nicht.
Mit der Eingabevorrichtung 15 (Diagnosezeitpunkteinstelleinheit), die konfiguriert ist, den Zeitpunkt des Befehls der spezifischen Operation oder ein bestimmtes Zeitintervall als den vorbestimmten Diagnosezeitpunkt festzulegen, kann währenddessen die Verschiebung zu dem Zeitpunkt gemessen werden, zu dem der originäre Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine weitestgehend nicht gestört wird. Insbesondere wenn die Bestimmung durch Vergleichen der Temperaturen gemacht wird, wenn zumindest einer der Befehle eines Werkzeugwechsels, eines Hauptprogrammendes und einer Bewegung zu einem oberer Ende einer Z-Position ausgeführt wird (4), kann die Verschiebung zu dem Zeitpunkt gemessen werden, zu dem der originäre Bearbeitungsbetrieb der Werkzeugmaschine weitestgehend nicht gestört wird.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zwecke der Einschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen dazu gedacht sind, getrennt und unabhängig voneinander offenbart zu sein. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten sowohl zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung als auch zum Zwecke der Einschränkung der beanspruchten Erfindung jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinheit offenbaren, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6564412 [0004, 0006]
JP 2020099982 A [0005, 0006]

Claims

Eine Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine, umfassend: eine Temperaturmesseinheit (2), die Temperaturen entsprechender Einheiten einer Werkzeugmaschine misst; eine Einheit (3) zur Abschätzung einer thermischen Verschiebung, die eine thermische Verschiebung (5) der Werkzeugmaschine aus den Temperaturen basierend auf einer vorläufig gesetzten Abschätzungsformel (4) einer thermischen Verschiebung abschätzt; eine Einheit (6) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung, die einen Achsenbefehlswert basierend auf der abgeschätzten thermischen Verschiebung (5) kompensiert; eine Verschiebungsmesseinheit (9), die eine Verschiebung der Werkzeugmaschine nach dem Kompensieren des Achsenbefehlswerts misst; eine Datenerfassungseinheit (11), die Temperaturinformationen (13) bei der Verschiebungsmessung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) und die Verschiebung (12) erfasst; eine Lerneinheit (14) einer thermischen Verschiebungskompensation, die die Abschätzungsformel (4) einer thermischen Verschiebung basierend auf der Temperaturinformation (13) und der Verschiebung (12), die in der Datenerfassungseinheit (11) erfasst werden, bestimmt; und eine Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit (17), die die Temperaturinformation (13), die bei einer vergangenen Verschiebungsmessung in der Datenerfassungseinheit (11) erfasst wurde, mit einer aktuellen Temperaturinformation (13), die von der Temperaturmesseinheit (2) ermittelt wurde, vergleicht und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) zu einem vorbestimmten Diagnosezeitpunkt zu messen ist oder nicht.
Die Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit (17) die Temperaturinformation (13) bei der Verschiebungsmessung ein Mal vorher mit der aktuellen Temperaturinformation (13) vergleicht und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) zu messen ist oder nicht.
Die Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseeinheit (17) die Temperaturinformation (13) bei den jeweils zweimaligen oder mehrmaligen vergangenen Verschiebungsmessungen mit der aktuellen Temperaturinformation (13) vergleicht und bestimmt, ob die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) zu messen ist oder nicht.
Die Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperaturinformation (13) eine Temperaturänderungsrate bei der Verschiebungsmessung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) umfasst.
Die Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperaturinformation (13) eine Temperaturdifferenz zwischen den an mehreren Positionen gemessenen Temperaturen umfasst, wenn die Verschiebung durch die Verschiebungsmesseinheit (9) gemessen wird.
Die Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Diagnosezeitpunkteinstelleinheit (15), die einen Zeitpunkt eines Befehls einer spezifischen Operation oder ein vorbestimmtes Zeitintervall als den vorbestimmten Diagnosezeitpunkt setzt.
Die Vorrichtung (1) zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, wobei die Diagnosezeitpunkteinstelleinheit (15) einen Zeitpunkt, zu dem zumindest einer der Befehle eines Werkzeugwechsels, eines Hauptprogrammendes und einer Bewegung zu einem oberer Ende einer Z-Position ausgeführt wird, als den vorbestimmte Diagnosezeitpunkt setzt.
Ein Verfahren zur Kompensation einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine, umfassend: einen Temperturmessschritt des Messens von Temperaturen entsprechender Einheiten einer Werkzeugmaschine; einen Abschätzungsschritt einer thermischen Verschiebung des Abschätzens einer thermischen Verschiebung (5) der Werkzeugmaschine aus den Temperaturen basierend auf einer vorläufig gesetzten Abschätzungsformel (4) einer thermischen Verschiebung; einen Kompensationsschritt einer thermischen Verschiebung der Kompensation eines Achsenbefehlswerts basierend auf der abgeschätzten thermischen Verschiebung (5); einen Verschiebungsmessschritt des Messens einer Verschiebung der Werkzeugmaschine nach dem Kompensieren des Achsenbefehlswerts; einen Datenerfassungsschritt des Erfassens einer Temperaturinformation (13) bei der Verschiebungsmessung in dem Verschiebungsmessschritt und der Verschiebung (12); einen Lernschritt einer thermischen Verschiebungskompensation des Bestimmens der Abschätzungsformel (4) einer thermischen Verschiebung basierend auf der Temperaturinformation (13) und der Verschiebung (12), die in dem Datenerfassungsschritt erfasst werden; und einen Verschiebungsmessungszeitpunktdiagnoseschritt des Vergleichens der Temperaturinformation (13), die bei einer vergangenen Verschiebungsmessung in dem Datenerfassungsschritt erfasst wurde, mit einer aktuellen Temperaturinformation (13), die in dem Temperaturmessschritt ermittelt wurde, und Bestimmens, ob die Verschiebung in dem Verschiebungsmessschritt zu einem vorbestimmten Diagnosezeitpunkt vor dem Verschiebungsmessschritt zu messen ist oder nicht.