DE112018000172T5

DE112018000172T5 - Numerische Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112018000172T5
Application number: DE112018000172.5T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki KIMATA; Tomoya Fujita; Toshihiro Azuma; Tatsuya Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: US20200012253A1; WO2020008587A1; JP6494897B1; CN110914770B; DE112018000172B4; JPWO2020008587A1; CN110914770A; US10663945B2

Abstract

Numerische Steuervorrichtung (8), die aufweist: eine werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit (9) zum Messen einer physikalischen Größe, die mit einer Verschiebung eines Werkzeugs zusammenhängt; eine werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit (10) zum Messen einer physikalischen Größe, die mit einer Verschiebung eines Werkstücks zusammenhängt; eine Antriebssignalmesseinheit (12) zum Messen eines Antriebssignals; eine Relativverschiebungsberechnungseinheit (13) zum Berechnen einer Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück; eine Relativverschiebungsvorhersageeinheit (15) zum Berechnen eines Relativverschiebungsvorhersagewertes aus dem Antriebssignal auf Basis eines Vorhersagemodells, das eine Beziehung zwischen dem Antriebssignal und der Relativverschiebung darstellt; eine Modellparameterbearbeitungseinheit (14) zum Erzeugen von Vorhersagemodellparametern, die das Vorhersagemodell bilden, basierend auf dem Antriebssignal, der Relativverschiebung und dem Relativverschiebungsvorhersagewert; und eine Anweisungswertkorrektureinheit (16) zum Ausgeben einer Postkorrekturpositionsanweisung, die durch Korrigieren einer Positionsanweisung unter Verwendung der Vorhersagemodellparameter erhalten wurde, als Anweisung an die Antriebseinheit. Die Modellparameterbearbeitungseinheit (14) ändert die Vorhersagemodellparameter, um den Unterschied zwischen der Relativverschiebung und dem Relativverschiebungsvorhersagewert zu vermindern.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine gemäß einem Bearbeitungsprogramm.
Wenn eine Werkzeugmaschine eine Bearbeitung durchführt, kann eine Antriebskraft eines beweglichen Körpers gelegentlich dazu führt, dass eine Relativverschiebung zwischen dem beweglichen Körper und einem nicht beweglichen Körper Schwingungen unterliegt, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit und die Qualität beeinträchtigt werden. In Bezug auf dieses Problem wird in dem Patentdokument 1 eine Methode vorgeschlagen, bei der eine numerische Steuervorrichtung eine Relativverschiebung unter Verwendung eines vorab zur Vorhersage der Relativverschiebung erstellten Vorhersagemodells voraussagt und eine Vorwärtskorrektur auf Basis der vorhergesagten Relativverschiebung durchführt. Diese Methode kann auch dann eingesetzt werden, wenn sich eine Antriebsrichtung von einer Schwingungsrichtung unterscheidet.
Liste der Zitate
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 6180688
Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Bei einer tatsächlichen Bearbeitung ändert sich jedoch die Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aufgrund einer Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Gewichtsänderung des montierten Werkstücks oder einer Änderung der Positionsbeziehung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Methode wird eine Trägheitsänderung der Werkzeugmaschine nicht berücksichtigt. Wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine geändert hat, kann an einer Anweisung der numerischen Steuervorrichtung keine korrekte Korrektur vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts der oben angegebenen Problemstellung, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine numerische Steuervorrichtung anzugeben, die das Auftreten von Schwingungen bei einer Relativverschiebung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück unterdrücken kann, wenn sich die Trägheit einer Werkzeugmaschine geändert hat.
Lösung der Problemstellung
Um das oben dargelegte Problem zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, gibt die vorliegende Erfindung eine numerische Steuervorrichtung zum Steuern einer Relativverschiebung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück bei einer Werkzeugmaschine unter Verwendung einer Anweisung an eine Antriebseinheit zum Antreiben eines Motors an, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit zum Messen einer physikalischen Größe, die mit einer Verschiebung des Werkzeugs zusammenhängt; eine werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit zum Messen einer physikalischen Größe, die mit einer Verschiebung des Werkstücks zusammenhängt; eine Antriebssignalmesseinheit zum Messen eines von der Antriebseinheit an den Motor ausgegebenen Antriebssignals; eine Relativverschiebungsberechnungseinheit zum Berechnen einer Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück anhand der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkzeugs bezieht, und der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkstücks bezieht; und eine Relativverschiebungsvorhersageeinheit zum Berechnen eines Relativverschiebungsvorhersagewertes, bei dem es sich um einen Vorhersagewert für die Relativverschiebung handelt, aus dem Antriebssignal auf Basis eines Vorhersagemodells, das eine Beziehung zwischen dem Antriebssignal und der Relativverschiebung darstellt. Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner: eine Modellparameterbearbeitungseinheit zum Erzeugen von Vorhersagemodellparametern, die das Vorhersagemodell bilden, basierend auf dem Antriebssignal, der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit erzeugten Relativverschiebung und dem Relativverschiebungsvorhersagewert; und eine Anweisungswertkorrektureinheit, um als Anweisung eine Postkorrekturpositionsanweisung, die durch Korrigieren einer Positionsanweisung unter Verwendung der Vorhersagemodellparameter erhalten wurde, an die Antriebseinheit auszugeben. Die Modellparameterbearbeitungseinheit ändert die Vorhersagemodellparameter, um den Unterschied zwischen der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit erzeugten Relativverschiebung und dem Relativverschiebungsvorhersagewert zu vermindern.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass sie das Auftreten von Schwingungen bei einer Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück unterdrücken kann, wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine geändert hat.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Verarbeitungsprozedur zum Erzeugung von Vorhersagemodellparametern vor einem Bearbeitungsvorgang gemäß der ersten Ausführungsform.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein Verfahren zur Berechnung einer optimalen Lösung unter Verwendung einer Partikelschwarmoptimierung gemäß der ersten Ausführungsform.
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines durch Ändern von Vorhersagemodellparametern hervorgerufenen Effekts gemäß der ersten Ausführungsform.
6 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer Filtereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform.
8 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer maschinellen Lernvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
11 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs der maschinellen Lernvorrichtung unter Verwendung von Verstärkungslernen gemäß der vierten Ausführungsform.
12 zeigt eine Darstellung, die eine Hardwarekonfiguration veranschaulicht, wenn die Funktionen der numerischen Steuervorrichtung gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform mit Hilfe eines Computersystems implementiert werden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine numerische Steuervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht unbedingt auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung 8 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In 1 sind die numerische Steuervorrichtung 8 und eine mit der Werkzeugmaschine 1 verbundene Antriebseinheit 11 nicht dargestellt.
Die Werkzeugmaschine 1 umfasst einen Unterbau 2, der als Basis dient, einen Tisch 4, der in horizontaler Richtung beweglich und in einer horizontalen Ebene drehbar ist, während er ein zu bearbeitendes Werkstück 3 hält, einen Kopf 6, der in vertikaler Richtung beweglich ist, während er ein Werkzeug 5 hält, und eine Säule 7, die an dem Unterbau 2 befestigt ist und den Kopf 6 trägt.
Die numerische Steuervorrichtung 8 ist mit der Werkzeugmaschine 1 und der Antriebseinheit 11 verbunden, die einen Motor der Werkzeugmaschine 1 antreibt, wobei die Position und die Geschwindigkeit des Motors gesteuert wird. Die numerische Steuervorrichtung 8 ist eine Vorrichtung, die Bewegungsanweisungen gemäß einem Bearbeitungsprogramm zur Bearbeitung des Werkstücks 3 an die Antriebseinheit 11 ausgibt. Entsprechend einer Anweisung der numerischen Steuervorrichtung 8 bewegt sich bei der Werkzeugmaschine 1 der Tisch 4 in einer horizontalen Richtung oder dreht sich in der horizontalen Ebene oder der Kopf 6 bewegt sich in vertikaler Richtung, wodurch das Werkstück 3 durch das Werkzeug 5 in die beabsichtigte Form gebracht wird. In der Werkzeugmaschine 1 verbreitet sich eine Antriebskraft zum Bewegen des Tisches 4 als Reaktionskraft, wodurch Schwingungen in Strukturen erzeugt werden, die von dem Werkstück 3 verschieden sind. Zu den Strukturen, in denen Schwingungen erzeugt werden, gehört auch die Säule 7. Wenn eine solche Schwingung auftritt, unterliegt die relative Position des Werkzeugs 5 in Bezug auf das Werkstück 3 Schwingungen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der numerischen Steuervorrichtung 8 beschrieben, um eine Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit oder der Arbeitsflächenqualität zu verhindern, wenn wie oben beschriebene Schwingungen aufgetreten sind.
Die Antriebseinheit 11 erzeugt ein Antriebssignal zum Bewegen des Tisches 4 oder des Kopfes 6 gemäß einer Bewegungsanweisung der numerischen Steuervorrichtung 8 und gibt das erzeugte Antriebssignal an den Motor der Werkzeugmaschine 1 aus. Entsprechend dem Antriebssignal wird der an der Werkzeugmaschine 1 angebrachte Motor angetrieben, wodurch der Tisch 4 oder der Kopf 6 translatorisch oder rotatorisch angesteuert wird. Dadurch wird die Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 3 bei der Werkzeugmaschine 1 gesteuert. Bei der ersten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, bei dem der Tisch 4 verfahren wird. In der vorliegenden Beschreibung wird ein angetriebenes Objekt wie der Tisch 4 als angetriebenes Objekt und ein nicht angetriebenes Objekt wie der Kopf 6 als nicht angetriebenes Objekt bezeichnet.
Die numerische Steuervorrichtung 8 umfasst eine werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit 9, eine werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit 10, eine Antriebssignalmesseinheit 12, eine Relativverschiebungsberechnungseinheit 13, eine Modellparameterbearbeitungseinheit 14, eine Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15, eine Anweisungswertkorrektureinheit 16 und eine Positionsanweisungserzeugungseinheit 17.
Die werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit 9 bezieht eine physikalische Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkzeugs 5 bezieht, von einem am Kopf 6 oder am Werkzeug 5 angebrachten Sensor und gibt die Größe an die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 aus. Die Verschiebung des Werkzeugs 5 bedeutet die Größe der Änderung der Position des Werkzeugs 5. Der Sensor kann jeder Sensor sein, der eine physikalische Größe erfassen kann, die sich auf die Verschiebung des Werkzeugs 5 bezieht, wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor, ein Geschwindigkeitssensor oder ein Verschiebungssensor.
Die werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit 10 bezieht eine physikalische Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkstücks 3 bezieht, von einem Sensor, der an dem Werkstück 3, dem Tisch 4 oder dem Unterbau 2 befestigt ist, und gibt die Größe an die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 aus. Die Verschiebung des Werkstücks 3 bedeutet die Größe der Änderung der Position des Werkstücks 3. Der Sensor kann jeder Sensor sein, der eine physikalische Größe erfassen kann, die sich auf die Verschiebung des Werkstücks 3 bezieht, wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor, ein Geschwindigkeitssensor oder ein Verschiebungssensor.
Die Antriebssignalmesseinheit 12 erfasst ein von der Antriebseinheit 11 ausgegebenes Antriebssignal und gibt das Antriebssignal an die Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 und die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 aus.
Die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 berechnet die Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 3 aus der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkzeugs 5 bezieht, die von der werkzeugseitigen Verschiebungsmesseinheit 9 erfasst wurde, und der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkstücks 3 bezieht, die von der werkzeugseitigen Verschiebungsmesseinheit 10 erfasst wurde. Die Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 3 bedeutet die Größe der Änderung der Position des Werkzeugs 5 in Bezug auf die Position des Werkstücks 3 oder die Größe der Änderung der Position des Werkstücks 3 in Bezug auf die Position des Werkzeugs 5 oder eine Differenz zwischen der Verschiebung des Werkzeugs 5 und der Verschiebung des Werkstücks 3. Bei dem Erzeugungsverfahren wird zunächst die Differenz zwischen der physikalischen Größe, die sich auf die von der werkzeugseitigen Verschiebungsmesseinheit 9 erfasste Verschiebung bezieht, und der physikalischen Größe, die sich auf die von der werkstückseitigen Verschiebungsmesseinheit 10 erfasste Verschiebung bezieht, genommen, um Differenzinformationen über die Verschiebung zu erhalten. Wenn die Differenzinformationen Daten in einer Beschleunigungsdimension entsprechen, wird eine Relativverschiebung berechnet, indem eine Integration zweiter Ordnung der Daten über die Zeit ausgeführt wird. Wenn die Differenzinformationen Daten in einer Geschwindigkeitsdimension entsprechen, wird eine Relativverschiebung berechnet, indem eine Integration erster Ordnung der Daten über die Zeit ausgeführt wird. Wenn die Differenzinformationen Daten in einer Positionsdimension entsprechen, werden die Daten als Relativverschiebung erzeugt, ohne dass eine Integration der Daten ausgeführt wird. Die von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 erzeugte Relativverschiebung wird an die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 ausgegeben.
Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 berechnet und erzeugt einen Vorhersagemodellparameter auf Basis der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogenen Relativverschiebung, dem von der Antriebssignalmesseinheit 12 bezogenen Antriebssignal und einem von der später beschriebenen Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 bezogenen Relativverschiebungsvorhersagewert. Ein Vorhersagemodell ist ein Modell, das durch einen relationalen Ausdruck ausgedrückt wird, der eine Korrelation mit dem Antriebssignal als Eingang und mit der Relativverschiebung zwischen dem Werkstück 3 und dem Werkzeug 5 in einem dreidimensionalen Raum als Ausgang darstellt. Parameter, die das Vorhersagemodell bilden, werden als Vorhersagemodellparameter bezeichnet. Ein Verfahren zum Erzeugen eines Vorhersagemodellparameters, dessen Einzelheiten später beschrieben werden, ist bei der Verarbeitungsprozedur vor einem Bearbeitungsvorgang und während eines Bearbeitungsvorgangs unterschiedlich. Der durch Berechnung der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bestimmte Vorhersagemodellparameter wird an die Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 und die Anweisungswertkorrektureinheit 16 ausgegeben.
Die Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 erstellt ein Vorhersagemodell unter Verwendung der von der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bezogenen Vorhersagemodellparameter. Basierend auf dem erstellten Vorhersagemodell berechnet die Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 den Relativverschiebungsvorhersagewert, der ein Vorhersagewert der Relativverschiebung ist, aus dem von der Antriebssignalmesseinheit 12 bezogenen Antriebssignal.
Die Positionsanweisungserzeugungseinheit 17 liest ein Bearbeitungsprogramm zur Bearbeitung des Werkstücks 3 und gibt einen Positionsanweisung als Verfahranweisung für die Antriebseinheit 11 an die Anweisungswertkorrektureinheit 16 aus.
Die Anweisungswertkorrektureinheit 16 korrigiert die Positionsanweisung in einem später beschriebenen Verfahren, wobei die Positionsanweisung von der Positionsanweisungserzeugungseinheit 17 bezogen wird, und bestimmt eine Postkorrekturpositionsanweisung, um die Antriebseinheit 11 zu veranlassen, die Werkzeugmaschine 1 so anzusteuern, dass bei der Relativverschiebung keine Schwingungen auftreten, wobei die Postkorrekturpositionsanweisung an die Antriebseinheit 11 ausgegeben wird.
Erzeugungsverarbeitungsprozeduren für Vorhersagemodellparameter vor einem Bearbeitungsvorgang und während eines Bearbeitungsvorgangs in der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 werden unabhängig voneinander beschrieben.
Zunächst wird eine Erzeugungsverarbeitungsprozedur für Vorhersagemodellparameter vor einem Bearbeitungsvorgang beschrieben. Vor einem Bearbeitungsvorgang wird die Antriebseinheit 11 veranlasst, ein Antriebssignal für eine Schwingung der Werkzeugmaschine 1 auszugeben. Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bezieht das Antriebssignal zu diesem Zeitpunkt von der Antriebssignalmesseinheit 12 und die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bezieht zu diesem Zeitpunkt eine Relativverschiebung von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13. Aus dem bezogenen Antriebssignal und der bezogenen Relativverschiebung leitet die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 Parameter eines Vorhersagemodells ab, bei dem es sich um ein Zustandsraummodell handelt, das die Beziehung zwischen dem Antriebssignal und der bei der Relativverschiebung erzeugten Schwingung, auszudrücken kann, d. h. Vorhersagemodellparameter. Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 leitet hierbei die Vorhersagemodellparameter unter Verwendung eines Modells ab, das durch eine Simulation auf Basis der Finite-Elemente-Methode oder eines kinetischen Modells erhalten wird, eines durch Systemidentifikation erhaltenen Modells oder eines Modells, das durch Ordnungsreduktion oder dergleichen aus einem durch Systemidentifikation erhaltenen Modell approximiert wurde. Die Methode zur Ableitung der Parameter des Vorhersagemodells ist jedoch nicht notwendigerweise auf diese Methoden beschränkt. In diesem Beispiel werden Parameter eines Vorhersagemodells der Zustandsraumdarstellung auf Basis eines Modells abgeleitet, das durch Ordnungsreduktion oder dergleichen aus einem durch Systemidentifikation erhaltenen Modell approximiert wird.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Erzeugungsverarbeitungsprozedur für Vorhersagemodellparameter vor einem Bearbeitungsvorgang gemäß der ersten Ausführungsform. Zunächst werden zur Vorbereitung der Erzeugungsverarbeitungsprozedur für Vorhersagemodellparameter vor einem Bearbeitungsvorgang Sensoren sowohl auf der Werkzeugseite als auch auf der Werkstückseite angebracht. Konkret ist ein Sensor am Kopf 6 oder am Werkzeug 5 angebracht, damit die werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit 9 werkzeugseitig Verschiebungsinformationen erfassen kann. Ferner ist ein Sensor am Werkstück 3, dem Tisch 4 oder dem Unterbau 2 angebracht, damit die werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit 10 werkstückseitig Verschiebungsinformationen erfassen kann.
Nach Abschluss der oben beschriebenen Vorbereitung weist ein Benutzer den Start der Erzeugungsverarbeitungsprozedur für Vorhersagemodellparameter an, wobei eine Eingabevorrichtung der numerischen Steuervorrichtung 8 die Anweisung erhält, die Erzeugungsverarbeitungsprozedur für Vorhersagemodellparameter zu starten (Schritt S1).
Anschließend gibt die Antriebseinheit 11 ein Antriebssignal aus, um die Werkzeugmaschine 1 in Schwingung zu versetzen (Schritt S2). Das Antriebssignal ist ein Schwingungssignal, das sich von einem Signal unterscheidet, das bei der tatsächlichen Bearbeitung verwendet wird. Das Schwingungssignal kann jedes Signal mit einem Frequenzband sein, das die Schwingungsfrequenz der Schwingung einer zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 3 erzeugten Relativverschiebung umfasst, wobei ein Pseudozufallssignal, ein Sinus-Sweep-Signal oder dergleichen verwendet wird.
Anschließend bezieht die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 das aktuell schwingungsbeanspruchte Antriebssignal von der Antriebssignalmesseinheit 12 und bezieht zu diesem Zeitpunkt eine Relativverschiebung von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 (Schritt S3).
Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 erzeugt aus dem bezogenen Antriebssignal und der Relativverschiebung unter Verwendung eines Systemidentifikationsverfahrens ein Vorhersagemodell. Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 führt eine Approximation durch Ordnungsreduktion oder dergleichen an dem erzeugten Vorhersagemodell durch und erzeugt so ein Vorhersagemodell, das die Schwingung der Relativverschiebung simuliert, die die Bearbeitungsgenauigkeit und die Qualität beeinflusst (Schritt S4). Zur Erzeugung eines Vorhersagemodells müssen konkret Vorhersagemodellparameter bestimmt werden, bei denen es sich um Parameter handelt, die das Vorhersagemodell repräsentieren.
Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 gibt die Vorhersagemodellparameter, die das in Schritt S4 erzeugte Vorhersagemodell bilden, an die Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 und die Anweisungswertkorrektureinheit 16 aus (Schritt S5). In diesem Beispiel werden die Parameter des in der Zustandsraumdarstellung erzeugten Vorhersagemodells als Vorhersagemodellparameter verwendet. Die Vorhersagemodellparameter sind jedoch nicht zwingend auf die Parameter in der Zustandsraumdarstellung beschränkt.
Die Anweisungswertkorrektureinheit 16 bezieht eine Positionsanweisung von der Positionsanweisungserzeugungseinheit 17, einen Relativverschiebungsvorhersagewert von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 und Vorhersagemodellparameter von der Modellparameterbearbeitungseinheit 14. Auf Basis der bezogenen Positionsanweisung, dem Relativverschiebungsvorhersagewert und den Vorhersagemodellparametern gibt die Anweisungswertkorrektureinheit 16 eine Postkorrekturpositionsanweisung aus, um die Antriebseinheit 11 zu veranlassen, die Werkzeugmaschine 1 so anzusteuern, dass die Relativverschiebung in Bezug auf die Positionsanweisung nicht schwingt.
Ein Verfahren zum Erzeugen der Postkorrekturpositionsanweisung in der Anweisungswertkorrektureinheit 16 entspricht dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren. Konkret prognostiziert die Anweisungswertkorrektureinheit 16 eine Relativverschiebung, bei der es sich um das Ausmaß der Bewegung des nicht angetriebenen Objekts handelt, auf Basis des Vorhersagemodells, das unter Verwendung der von der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bezogenen Vorhersagemodellparameter erstellt wurde, und prognostiziert das Ausmaß der Bewegung des angetriebenen Objekts basierend auf einem vorgegebenen Modell zum Vorhersagen des Ausmaßes der Bewegung des angetriebenen Objekts. Anschließend berechnet die Anweisungswertkorrektureinheit 16 eine Rückkopplungsverstärkung durch Entwerfen eines optimalen Reglers und berechnet den Korrekturbetrag für die Positionsanweisung, um das Ausmaß der Bewegung des nicht angetriebenen Objekts zu vermindern, wobei das vorhergesagte Ausmaß der Bewegung des nicht angetriebenen Objekts und des angetriebenen Objekts und Informationen einschließlich der Rückkopplungsverstärkung verwendet werden. Die Anweisungswertkorrektureinheit 16 gibt eine Postkorrekturpositionsanweisung, die durch Korrektur der Positionsanweisung mit dem berechneten Korrekturbetrag als Anweisung erhalten wurde, an die Antriebseinheit 11 aus. Das Korrekturverfahren in der Anweisungswertkorrektureinheit 16 ist jedoch nicht auf diese Art und Weise beschränkt. Die Schwingungsfrequenz einer Relativverschiebung kann aus einem Vorhersagemodell bestimmt werden, und ein entsprechender Filter zum Unterdrücken der Schwingung dieser Frequenz kann in der Anweisungswertkorrektureinheit 16 festgelegt werden. Durch die oben beschriebene Korrektur der Positionsanweisung ist es möglich, Schwingungen zu unterdrücken, die bei der Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 3 beim Bewegen des Tisches 4 auftreten.
Wenn sich jedoch das Gewicht oder die Form des Werkstücks 3, eine Vorrichtung, eine Einspannvorrichtung, ein Messgerät, das Werkzeug 5 oder dergleichen stark ändert, wenn sich die Positionsbeziehung zwischen dem Werkzeug 5 und dem Werkstück 3 als Ergebnis einer translatorischen oder rotatorischen Ansteuerung stark ändert oder wenn eine Umgebungsänderung, eine zeitliche Verschlechterung oder dergleichen eintritt, ändert sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1. Wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 ändert, ändert sich die Schwingungscharakteristik der Relativverschiebung, so dass es schwieriger wird, die Relativverschiebung mit dem nach der vorstehend beschriebenen Prozedur erstellten Vorhersagemodell richtig vorherzusagen. Dadurch können bei der Relativverschiebung Schwingungen auftreten.
Wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 geändert hat, führt die numerische Steuervorrichtung 8 gemäß der ersten Ausführungsform daher eine Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur zum Ändern eines Vorhersagemodellparameters durch. Die Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur wird von der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 während eines Bearbeitungsvorgangs durchgeführt. Im Folgenden wird die Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur beschrieben.
Während eines Bearbeitungsvorgangs bestimmt die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 eine Zeit, bei der die Beschleunigung beendet wird, oder eine Zeit, bei der die Verzögerung beendet wird, aus einem von der Antriebssignalmesseinheit 12 bezogenen Antriebssignal. Anschließend bezieht die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 eine Relativverschiebung für einen beliebigen Zeitraum ab dem Zeitpunkt, bei dem die Beschleunigung beendet ist, oder dem Zeitpunkt, bei dem die Verzögerung beendet ist. Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bezieht einen Relativverschiebungsvorhersagewert von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15. Anschließend berechnet die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 den Absolutwert einer Differenz zwischen dem bezogenen Relativverschiebungsvorhersagewert und der bezogenen Relativverschiebung. Dieser Absolutwert wird als Vorhersagefehler der Relativverschiebung betrachtet.
Wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 zum Zeitpunkt der Schwingung vor dem Bearbeitungsvorgang nicht wesentlich geändert hat, hat der Vorhersagefehler der Relativverschiebung einen sehr kleinen Wert nahe Null, da die Schwingung der Relativverschiebung durch eine Postkorrekturpositionsanweisung unterdrückt wird. Wenn sich jedoch die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 stark verändert hat, wird der Vorhersagefehler der Relativverschiebung schwingungsabhängig, so dass die Schwingung zu diesem Zeitpunkt vorhergesagt wird. Wenn der Vorhersagefehler der Relativverschiebung größer als ein Schwellenwert wird, berechnet die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 konkret die Schwingungsfrequenz, die Amplitude, das Dämpfungsverhältnis und die Schwingungsphase der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogenen Relativverschiebung unter Verwendung eines Optimierungsverfahrens. Der Schwellenwert wird auf einen vorgegebenen geeigneten positiven Wert eingestellt, so dass die Optimierung nur im Bedarfsfall durchgeführt wird. Wenn die Genauigkeit des Vorhersagemodells zum Zeitpunkt der Schwingung ausreichend gut ist, wird die Schwingung durch den Relativverschiebungsvorhersagewert ausreichend reduziert. Daher wird hier der Relativverschiebungsvorhersagewert als Null angenommen und die Schwingung der Relativverschiebung wird mit dem Optimierungsverfahren berechnet. In diesem Beispiel erfolgt die Beschreibung unter Verwendung der Partikelschwarmoptimierung (PSO), die eine allgemein bekannte Methode ist, als Optimierungsmethode, aber die Optimierungsmethode zur Bestimmung der Schwingung einer Relativverschiebung ist nicht unbedingt auf diese Methode beschränkt.
Eine Optimierungsformel bei der Partikelschwarmoptimierung wird durch die folgenden numerischen Formeln (1) und (2) ausgedrückt.
[Formel 1] $v_{i}^{k + 1} = w \cdot v_{i}^{k} + c_{1} \cdot r a n d_{1 i} \cdot (p b e s t_{i}^{k} - x_{i}^{k}) + c_{2} \cdot r a n d_{2 i} \cdot (g b e s t - x_{i}^{k})$
[Formel 2] $x_{i}^{k + 1} = x_{i}^{k} + v_{i}^{k + 1}$
Ein Index i in den numerischen Formeln (1) und (2) stellt eine Partikelzahl (die Anzahl der Partikel) dar, ein hochgestelltes k bedeutet eine Suchzahl, w, c₁ und c₂ bedeuten Gewichtungsfaktoren in ihren jeweiligen Ausdrücken, rand_1i und rand_2i stellen einheitliche Zufallszahlen von 0 bis 1 dar, x_i ^k bedeutet einen Positionsvektor an der aktuellen Suchzahl k des i-ten Partikels, v_i ^k bedeutet einen Bewegungsvektor bei der aktuellen Suchzahl k des i-ten Partikels, x_i ^k+1 stellt einen Positionsvektor bei der nächsten Suchzahl k+1 des i-ten Partikels dar, v_i ^k+1 stellt einen Bewegungsvektor bei der nächsten Suchzahl k+1 des i-ten Partikels dar, pbest; bedeutet die bisher beste Lösung des i-ten Partikels und gbest bedeutet die bisher beste Lösung aller Partikel.
Es wird davon ausgegangen, dass die Schwingung einer Relativverschiebung, die durch die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogen wird, gemäß der folgenden numerischen Formel (3) geschätzt werden kann.
[Formel 3] $y = A \cdot exp (- 2 \cdot π \cdot f \cdot ζ) \cdot sin (2 \cdot π \cdot f \cdot t + Φ)$
In der numerischen Formel (3) bedeutet y eine geschätzte Relativverschiebung, A stellt eine Amplitude dar, f bedeutet eine Schwingungsfrequenz, ζ stellt ein Dämpfungsverhältnis dar, ϕ bedeutet eine Phase und t bedeutet eine Zeitspanne ab einem Beschleunigungsende oder einem Verzögerungsende. Zu diesem Zeitpunkt werden durch Einstellen eines Positionsvektors x_i ^k =[A, f, ζ, ϕ] eine Amplitude, eine Schwingungsfrequenz, ein Dämpfungsverhältnis und eine Phase so erhalten, dass der Absolutwert der Differenz zwischen der durch die numerische Formel (3) geschätzten Relativverschiebung y und der durch die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogenen Relativverschiebung minimiert wird.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Prozedur zur Berechnung einer optimalen Lösung unter Verwendung der Partikelschwarmoptimierung gemäß der ersten Ausführungsform. Jeder Schritt des Flussdiagramms von 4 wird von der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 ausgeführt.
Zunächst legt die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 Anfangswerte der Partikelschwarmoptimierung fest (Schritt S101). Konkret werden ein Maximalwert der Partikelzahl i, bei dem es sich um die Gesamtzahl der Partikel handelt, ein Maximalwert der Suchzahl k, der die Gesamtsuchzahl ist, die Gewichtungsfaktoren w, c₁ und c₂, ein Anfangswert x_i ⁰ des Positionsvektors jedes Partikels, ein Anfangswert v_i ⁰ des Bewegungsvektors jedes Partikels, ein Anfangswert pbest_i ⁰ der bisher besten Lösung des i-ten Partikels und ein Anfangswert der bisher besten Lösung gbest aller Partikel geeignet festgelegt.
Als Nächstes wird die Suchzahl k=0 festgelegt (Schritt S102).
Als Nächstes wird die Partikelzahl i=1 festgelegt (Schritt S103).
Anschließend wird gemäß der numerischen Formel (1) der Bewegungsvektor v_i ^k+1 bei der nächsten Suchzahl k+1 berechnet (Schritt S104).
Anschließend wird gemäß der numerischen Formel (2) der Positionsvektor x_i ^k+1 bei der nächsten Suchzahl k+1 berechnet (Schritt S105).
Anschließend wird unter Verwendung des in Schritt S105 bestimmten Positionsvektors x_i ^k+1 die durch die numerische Formel (3) geschätzte Relativverschiebung y als y_i berechnet (Schritt S106).
Als Nächstes wird der aktuelle Bestimmungswert Y_i ^k+1 =|y_i-y_ref| des i-ten Partikels berechnet (Schritt S107), wobei der Bestimmungswert der Absolutwert der Differenz zwischen der in Schritt S106 geschätzten Relativverschiebung y_i und der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogenen Relativverschiebung yref ist.
Es wird ermittelt, ob der in Schritt S107 berechnete aktuelle Bestimmungswert des i-ten Partikels kleiner ist als ein bisher für das i-te Partikel erhaltener Bestimmungswert (Schritt S108). Wenn bestimmt wird, dass der aktuelle Bestimmungswert kleiner als der bisherige Bestimmungswert ist (Schritt S108: Ja), wird die Prozedur mit Schritt S109 fortgesetzt. Andernfalls (Schritt S108: Nein) fährt die Prozedur mit Schritt S110 fort.
Durch Festlegen des in Schritt S105 bestimmten Positionsvektors x_i ^k+1 als bisher beste Lösung pbest_i des i-ten Partikels wird die bisher beste Lösung pbest_i des i-ten Partikels aktualisiert (Schritt S109). Das bedeutet, dass pbest_i = x_i ^k+1 gesetzt wird.
Es wird bestimmt, ob der in Schritt S107 berechnete aktuelle Bestimmungswert des i-ten Partikels kleiner ist als die bisher für alle Partikel erhaltenen Bestimmungswerte (Schritt S 110). Wenn bestimmt wird, dass der aktuelle Bestimmungswert kleiner ist als die bisherigen Bestimmungswerte aller Partikel (Schritt S110: Ja), wird die Prozedur mit Schritt S111 fortgesetzt. Andernfalls (Schritt S110: Nein) fährt die Prozedur mit Schritt S112 fort.
Durch Festlegen der bisher besten Lösung pbest_i des i-ten Partikels als bisher beste Lösung gbest aller Partikel wird die bisher beste Lösung gbest aller Partikel aktualisiert (Schritt S111). Das bedeutet, dass gbest=pbest_i gesetzt wird.
Die Partikelzahl i wird zur Aktualisierung mit i=i+1 um eins erhöht (Schritt S112).
Anschließend wird bestimmt, ob die Partikelzahl i größer ist als die in Schritt S101 festgelegte Gesamtpartikelzahl (Schritt S113). Wenn bestimmt wird, dass die Partikelzahl i größer ist als die in Schritt S101 (Schritt S113: Ja) festgelegte Gesamtpartikelzahl, wird die Prozedur mit Schritt S114 fortgesetzt. Andernfalls (Schritt S113: Nein) wird die Prozedur mit Schritt S104 fortgesetzt.
Die Suchzahl k wird zur Aktualisierung mit k=k+1 um eins erhöht (Schritt S114).
Als Nächstes wird bestimmt, ob die Suchzahl k größer als die in Schritt S101 festgelegte Gesamtsuchzahl ist oder nicht (Schritt S115). Wenn bestimmt wird, dass die Suchzahl k größer ist als die in Schritt S101 festgelegte Gesamtsuchzahl (Schritt S115: Ja), wird die Prozedur mit Schritt S116 fortgesetzt. Andernfalls (Schritt S115: Nein) fährt die Prozedur mit Schritt S103 fort.
Die bisher beste Lösung gbest aller Partikel wird als endgültige optimale Lösung festgelegt (Schritt S116). Es wird bestimmt, ob diese beste Lösung gbest der Schwingungsfrequenz, der Amplitude, dem Dämpfungsverhältnis und der Schwingungsphase der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogenen Relativverschiebung entspricht.
Die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 ändert das Vorhersagemodell, indem sie die Schwingungsfrequenz und das wie vorstehend beschrieben bestimmte Andere auf Teile des Vorhersagemodells der Schwingungsfrequenz und dem Anderen entsprechend anwendet.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Vorhersagemodell durch eine Transferfunktion gemäß der folgenden numerischen Formel (4) explizit ausgedrückt wird.
[Formel 4] $G (s) = \frac{N (s)}{(s - λ) (s - λ^{\sim})}$
In der numerischen Formel (4) stellt s einen Laplace-Operator dar, N(s) bedeutet ein Polynom von s, X bedeutet einen Eigenwert des Vorhersagemodells und λ^~ stellt eine konjugiert komplexe Zahl von X dar. Im Allgemeinen können ein Realteil λ_real und ein Imaginärteil λ_imag des Eigenwertes X gemäß den folgenden numerischen Formeln (5) und (6) unter Verwendung der Schwingungsfrequenz f und des Dämpfungsverhältnisses ζ dargestellt werden.
[Formel 5] $λ_{r e a l} = - ζ \cdot (2 \cdot π \cdot f)$
[Formel 6] $λ_{i m a g} = \sqrt{1 - ζ^{2}} \cdot (2 \cdot π \cdot f)$
Durch Substituieren der Schwingfrequenz f und des Dämpfungsverhältnisses ζ, die in Schritt S116 des oben beschriebenen Optimierungsverfahrens bestimmt wurden, in die Schwingfrequenz f und das Dämpfungsverhältnis ζ der numerischen Formeln (5) und (6) wird der Eigenwert geändert, und die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 kann das Vorhersagemodell in ein Modell ändern, das an die Schwingung der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogenen Relativverschiebung angepasst ist. Durch die Zustandsraumdarstellung des geänderten Vorhersagemodells können auch die Vorhersagemodellparameter geändert werden. Da die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 die Relativverschiebung aus den physikalischen Größen berechnet, die sich auf die von der werkzeugseitigen Verschiebungsmesseinheit 9 und der werkstückseitigen Verschiebungsmesseinheit 10 erfassten Verschiebung beziehen, können die Vorhersagemodellparameter entsprechend einer Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine 1 geändert werden. Wenn der Vorhersagemodellparameter durch die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 wie oben beschrieben geändert wird, werden die von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 verwendeten Vorhersagemodellparameter geändert. Dadurch wird eine Differenz zwischen einem von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 unter Verwendung der Vorhersagemodellparameter ausgegebenen Relativverschiebungsvorhersagewert, der auf einem Antriebssignal basiert, und einer von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 erzeugten Relativverschiebung auf Null minimiert. Genauer gesagt ändert die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 die Vorhersagemodellparameter so, dass die Schwingungsfrequenz, die Amplitude, das Dämpfungsverhältnis und die Schwingungsphase eines von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 vorhergesagten Relativverschiebungsvorhersagewertes der Schwingungsfrequenz, der Amplitude, dem Dämpfungsverhältnis und der Schwingungsphase einer von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 erzeugten Relativverschiebung entsprechen.
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung des Effektes der Änderung der Vorhersagemodellparameter gemäß der ersten Ausführungsform. 5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für Simulationsergebnisse für die Relativverschiebung in vertikaler Richtung des Werkzeugs 5 in Bezug auf das Werkstück 3, wenn das Werkstück 3 wie in 1 dargestellt in der Werkzeugmaschine 1 in horizontaler Richtung bewegt wird.
In 5 stellt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse die Relativverschiebung dar. Die Kurve L1, die in 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, zeigt eine zeitliche Änderung der Relativverschiebung in vertikaler Richtung, wenn nur ein vor einem Bearbeitungsvorgang erstelltes Vorhersagemodell verwendet wird, ohne eine Änderung des Vorhersagemodells während des Bearbeitungsvorgangs vorzunehmen. Die Kurve L2, die in 5 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, zeigt eine zeitliche Änderung der Relativverschiebung in vertikaler Richtung, wenn das Vorhersagemodell während des Bearbeitungsvorgangs wie vorstehend beschrieben geändert wird. Das Vorhersagemodell wurde einer Simulation unter Verwendung des numerischen Ausdrucks (4) für das Vorhersagemodell unterzogen. Wenn das Vorhersagemodell während des Bearbeitungsvorgangs nicht geändert wird, tritt, wie die Kurve L1 zeigt, eine Schwingungsamplitude in vertikaler Richtung auf, die sich aus einer Änderung der Schwingungsfrequenz der Schwingung der Relativverschiebung ergibt, die durch eine Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine 1 während des Betriebs verursacht wird. Wenn andererseits das Vorhersagemodell während des Bearbeitungsvorgangs geändert wird, ist, wie die Kurve L2 zeigt, ersichtlich, dass die Schwingungsamplitude in vertikaler Richtung ausreichend reduziert ist und die Schwingungsendzeit im Vergleich zur Kurve L1 verkürzt ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der numerischen Steuervorrichtung 8 der ersten Ausführungsform ein Vorhersagemodell basierend auf einer während eines Bearbeitungsvorgangs gemessenen Relativverschiebung optimiert, d. h. die Vorhersagemodellparameter werden optimiert. Hierdurch kann das Auftreten von Schwingungen bei einer Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück unterdrückt werden, wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 während eines Bearbeitungsvorgangs geändert hat.
Zweite Ausführungsform
6 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung 81 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die numerische Steuervorrichtung 81 unterscheidet sich von der numerischen Steuervorrichtung 8 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 gegen eine Relativverschiebungsberechnungseinheit 131 ausgetauscht wurde.
Die Relativverschiebungsberechnungseinheit 131 umfasst eine Relativverschiebungsbearbeitungseinheit 18 und eine Filtereinheit 19. Die Relativverschiebungsbearbeitungseinheit 18 führt die gleiche Prozedur aus wie die Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 gemäß der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, die von der Relativverschiebungsbearbeitungseinheit 18 ausgegeben wird, als eine Präfilterungsrelativverschiebung definiert. Die von der Relativverschiebungsbearbeitungseinheit 18 ausgegebene Präfilterungsrelativverschiebung wird in die Filtereinheit 19 eingegeben.
7 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration der Filtereinheit 19 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Filtereinheit 19 umfasst eine Filterparametereinstelleinheit 20 und einen Bandpassfilter 21. Die Filterparametereinstelleinheit 20 schätzt die Schwingungsfrequenz der Schwingung einer Relativverschiebung ausgehend von den von der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 bezogenen Vorhersagemodellparametern und legt ein an der Schwingungsfrequenz zentriertes Durchlassband im Bandpassfilter 21 fest.
Konkret kann die Schwingungsfrequenz der Relativverschiebung, wenn ein durch die numerische Formel (4) ausgedrücktes Vorhersagemodell aus den Vorhersagemodellparametern erstellt werden kann, leicht aus den numerischen Formeln (5) und (6) geschätzt werden. Wenn vor einem Bearbeitungsvorgang noch keine Vorhersagemodellparameter bestimmt wurden, führt die Filterparametereinstelleinheit 20 ferner eine Einstellung durch, um eine Verwendung des Bandpassfilters 21 zu ermöglichen oder zu verhindern, damit die Präfilterungsrelativverschiebung ohne Filterung direkt als Ausgabe der Relativverschiebungsberechnungseinheit 131 verwendet werden kann. Der Bandpassfilter 21 filtert die von der Relativverschiebungsbearbeitungseinheit 18 ausgegebene Präfilterungsrelativverschiebung basierend auf der Einstellung der Filterparametereinstelleinheit 20, um eine dem Rauschen entsprechende Komponente aus der Verschiebung zu entfernen, und gibt diese als Relativverschiebung aus. Die vom Bandpassfilter 21 ausgegebene Relativverschiebung wird als von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 131 erzeugte Relativverschiebung festgelegt.
Wenn die Schwingungsfrequenz der Schwingung einer Relativverschiebung vorab bekannt ist, kann die Filterparametereinstelleinheit 20 das Durchlassband des Bandpassfilters 21 unabhängig von der Eingabe von Vorhersagemodellparametern der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 festlegen. Die Art und Weise, wie das Durchlassband im Bandpassfilter 21 eingestellt wird, ist nicht besonders begrenzt, wobei einige Zehn Hz um eine vorhergesagte Frequenz als Durchlassband eingestellt werden können, zudem Frequenzbereiche von halber und doppelter vorhergesagter Frequenz für ein Durchlassband eingestellt werden können oder dergleichen, mit der Maßgabe, dass der Durchgang einer Frequenz mit einem Wert nahe der Schwingungsfrequenz der Relativverschiebung möglich ist.
Gemäß der numerischen Steuervorrichtung 81 der zweiten Ausführungsform führt die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 eine Optimierungsprozedur an einer Relativverschiebung durch, die von der Filtereinheit 19 ausgegeben wird, nachdem unnötige Schwingungen wie vorstehend beschrieben entfernt wurden, so dass die Genauigkeit bei der Änderung der Vorhersagemodellparameter verbessert wird. Dadurch kann die Unterdrückungsmöglichkeit für Schwingungen der Relativverschiebung weiter verbessert werden.
Dritte Ausführungsform
8 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung 82 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die numerische Steuervorrichtung 82 unterscheidet sich von der numerischen Steuervorrichtung 8 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die numerische Steuervorrichtung 82 ferner eine Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 umfasst. Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Aktivierung oder Deaktivierung der Prozedur zur Änderung von Vorhersagemodellparametern bei der Modellparameterbearbeitungseinheit 14 basierend auf den von der Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 ausgegebenen Trägheitsänderungsinformationen festgelegt wird.
Die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 bezieht Trägheitsinformationen über das Werkstück 3, die von der Antriebseinheit 11 ausgegeben werden, oder Achsenpositionsinformationen, die von der Positionsanweisungserzeugungseinheit 17 ausgegeben werden, und gibt Trägheitsänderungsinformationen, die anzeigen, dass eine Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine 1 stattgefunden hat, an die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 aus.
Bei den Trägheitsinformationen über das Werkstück 3 handelt es sich um die geschätzte Trägheit des auf dem Tisch 4 platzierten Werkstücks 3. In Bezug auf die geschätzte Trägheit des Werkstücks 3 ist bekannt, dass die Trägheit des anzutreibenden Werkstücks 3 auf Basis eines Stroms, der zum Zeitpunkt der Beschleunigung oder Verzögerung ein Antriebssignal des Motors ist, und des Beschleunigungswertes geschätzt werden kann. Daher gibt die Antriebseinheit 11 eine geschätzte Trägheit des auf dem Tisch 4 befindlichen Werkstücks 3 basierend auf einem Strom als Antriebssignal des Motors zum Zeitpunkt der Beschleunigung oder Verzögerung und dem Beschleunigungswert aus.
Die Positionsanweisungserzeugungseinheit 17 gibt eine Positionsanweisung, bei der es sich um Bewegungsinformationen über jede Antriebsachse der Werkzeugmaschine 1 handelt, basierend auf einem Bearbeitungsprogramm aus. Demnach wird die Positionsanweisung als Achsenpositionsinformationen ausgegeben.
Die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 speichert die bezogene geschätzte Trägheit und die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 erkennt, wenn bestimmt wird, dass eine Änderung der geschätzten Trägheit groß geworden ist, dass sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 geändert hat, und gibt Trägheitsänderungsinformationen aus. Ein Schwellenwert für die Größe der Änderung der geschätzten Trägheit, der für die Bestimmung erforderlich ist, wird geeignet voreingestellt.
Die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 speichert die bezogenen Achsenpositionsinformationen und die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 erkennt, wenn bestimmt wird, dass sich die Achsenpositionsinformationen stark geändert haben, dass sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 geändert hat, und gibt Trägheitsänderungsinformationen aus. Ein Schwellenwert für die Größe der Änderung der Positionsanweisung, der für die Bestimmung benötigt wird, wird geeignet voreingestellt.
Basierend auf den von der Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 bezogenen Trägheitsänderungsinformationen bestimmt die Modellparameterbearbeitungseinheit 14, ob die Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur aktiviert oder deaktiviert werden soll. Insbesondere wenn ein Werkstück 3 mit einem großen Gewicht auf den Tisch 4 gelegt wird, ändert sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 stark. Hier sind die Trägheitsänderungsinformationen binäre Informationen in Form von an oder aus. Die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 erkennt, dass sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 stark verändert hat, basierend auf der geschätzten Trägheit, die von der Antriebseinheit 11 nach Beschleunigung oder Verzögerung des den Tisch 4 antreibenden Motors bezogen wurde, und schaltet die Trägheitsänderungsinformation an und gibt sie aus. Hierbei speichert die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 die bezogene geschätzte Trägheit, wenn sie eine große Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine 1 erfasst hat. Wenn die Trägheitsänderungsinformationen angeschaltet sind, führt die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 die Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur durch. Nachdem die Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur durchgeführt wurde, schaltet die Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit 22 die Trägheitsänderungsinformationen aus.
Die Vorhersagemodellparameteränderungsprozedur ist erforderlich, wenn sich die Trägheit der Werkzeugmaschine 1 stark verändert hat. Gemäß der numerischen Steuervorrichtung 82 der dritten Ausführungsform kann die Änderungsprozedur nur bei Bedarf durchgeführt werden, um eine unnötige Änderung der Vorhersagemodellparameter zu vermeiden, so dass keine unnötigen Betriebskosten anfallen.
Vierte Ausführungsform
9 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine funktionelle Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung 83 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die numerische Steuervorrichtung 83 unterscheidet sich von der numerischen Steuervorrichtung 8 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Modellparameterbearbeitungseinheit 14 durch eine Modellparameterbearbeitungseinheit 141 ersetzt wurde.
Die Modellparameterbearbeitungseinheit 141 umfasst eine maschinelle Lernvorrichtung 100, die Vorhersagemodellparameter erlernt, und eine Entscheidungseinheit 105. Die maschinelle Lernvorrichtung 100 umfasst eine Zustandsüberwachungseinheit 101 und eine Lerneinheit 102.
Die Zustandsüberwachungseinheit 101 beobachtet eine von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 bezogene Relativverschiebung, einen von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 bezogenen Relativverschiebungsvorhersagewert und ein von der Antriebssignalmesseinheit 12 bezogenes Antriebssignal als Zustandsvariablen.
Die Lerneinheit 102 ermittelt Vorhersagemodellparameter gemäß einem Trainingsdatensatz, der auf Basis der Zustandsvariablen der Relativverschiebung, des Relativverschiebungsvorhersagewertes und des Antriebssignals erzeugt wird.
Die Lerneinheit 102 kann einen beliebigen Lernalgorithmus verwenden. Als Beispiel wird nun ein Fall beschrieben, bei dem das Verstärkungslernen angewendet wird. Beim Verstärkungslernen beobachtet ein Agent (Subjekt einer Aktion) in einer bestimmten Umgebung einen aktuellen Zustand und bestimmt eine zu ergreifende Aktion. Der Agent erhält eine Belohnung aus der Umgebung, wenn er eine Aktion auswählt, und erlernt eine Strategie, um über eine Reihe von Aktionen die höchste Belohnung zu erhalten. Q-Learning und TD-Learning sind als typische Methoden des Verstärkungslernens bekannt. Im Falle des Q-Learning wird beispielsweise eine typische Aktualisierungsgleichung (Aktionswerttabelle) einer Aktionswertfunktion Q(s, a) durch die folgende numerische Formel (7) ausgedrückt.
[Formel 7] $Q (s_{t}, a_{t}) \leftarrow Q (s_{t}, a_{t}) + α (r_{t + 1} + γ {max}_{a} Q (s_{t + 1}, a_{t}) - Q (s_{t}, a_{t}))$
In der numerischen Formel (7) bedeutet s_t eine Umgebung zu einem Zeitpunkt t und a_t stellt eine Aktion zum Zeitpunkt t dar. Durch die Aktion a_t ändert sich die Umgebung zu s_t+1. r_t+1 stellt eine Belohnung dar, die durch die Umgebungsveränderung erlangt wird, γ stellt einen Discount-Faktor dar und α bedeutet eine Lernrate. Wenn Q-Learning angewendet wird, bilden Vorhersagemodellparameter die Aktion at.
Wenn in der Aktualisierungsgleichung, die durch die numerische Formel (7) dargestellt ist, der Aktionswert der besten Aktion „a“ zum Zeitpunkt t+1 größer ist als der Aktionswert Q der zum Zeitpunkt t durchgeführten Aktion „a“, wird der Aktionswert Q erhöht. Anderenfalls wird der Aktionswert Q reduziert. Anders ausgedrückt wird die Aktionswertfunktion Q(s, a) so aktualisiert, dass sich der Aktionswert Q der Aktion a zum Zeitpunkt t dem besten Aktionswert zum Zeitpunkt t+1 annähert. Folglich wird der beste Aktionswert in einer bestimmten Umgebung nacheinander auf einen Aktionswert in einer früheren Umgebung übertragen.
10 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionelle Konfiguration der maschinellen Lernvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. Die Lerneinheit 102 umfasst ferner eine Belohnungsberechnungseinheit 103 und eine Funktionsaktualisierungseinheit 104.
Die Belohnungsberechnungseinheit 103 berechnet eine Belohnung auf Basis von Zustandsvariablen.
Der Absolutwert einer Differenz zwischen einem Relativverschiebungsvorhersagewert, der von der Relativverschiebungsvorhersageeinheit 15 ausgegeben wird, und einer Relativverschiebung, die von der Relativverschiebungsberechnungseinheit 13 ausgegeben wird, ist hierbei ein Vorhersagefehler der Relativverschiebung. Der Vorhersagefehler der Relativverschiebung wird nach einem vorbekannten Verfahren extrahiert. Konkret kann der Vorhersagefehler der Relativverschiebung durch Messen der Relativverschiebung und Bestimmen des vorhergesagten Relativverschiebungswertes nach der Beschleunigungsansteuerung oder Verzögerungsansteuerung des Motors für eine Achse ermittelt werden, entlang derer der Tisch 4 mit dem darauf montierten Werkstück 3 mit einem hohen Gewicht angetrieben wird.
Die Belohnungsberechnungseinheit 103 berechnet eine Belohnung r basierend auf dem Vorhersagefehler der Relativverschiebung. Genauer gesagt erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 103 die Belohnung r, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der Schwingungsfrequenz des Relativverschiebungsvorhersagewertes und der Frequenz der Relativverschiebung durch Änderung der Vorhersagemodellparameter abnimmt. Zur Erhöhung der Belohnung r wird eine Belohnung von „1“ vergeben. Der Wert der Belohnung ist nicht auf „1“ beschränkt.
Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der Amplitude des Relativverschiebungsvorhersagewertes und der Amplitude der Relativverschiebung durch Änderung der Vorhersagemodellparameter zunimmt, reduziert die Belohnungsberechnungseinheit 103 die Belohnung r. Zur Reduzierung der Belohnung r wird eine Belohnung von „-1“ vergeben. Der Wert der Belohnung ist nicht auf „-1“ beschränkt.
Die Funktionsaktualisierungseinheit 104 aktualisiert die Funktion zum Bestimmen der Vorhersagemodellparameter entsprechend der von der Belohnungsberechnungseinheit 103 berechneten Belohnung. Die Aktualisierung der Funktion kann entsprechend dem Trainingsdatensatz erfolgen, insbesondere durch Aktualisierung der Aktionswerttabelle. Die Aktionswerttabelle ist ein Datensatz, in dem beliebige Aktionen und ihre jeweiligen Aktionswerte verknüpft und in Form einer Tabelle gespeichert sind. So wird beispielsweise beim Q-Learning die durch die numerische Formel (7) ausgedrückte Aktionswertfunktion Q(st, at) als Funktion für die Vorhersagemodellparameter verwendet.
11 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs der maschinellen Lernvorrichtung 100 unter Verwendung von Verstärkungslernen gemäß der vierten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 11 wird ein Verstärkungslernverfahren zur Aktualisierung der Aktionswertfunktion Q(s, a) beschrieben.
Zunächst bestimmt die Zustandsüberwachungseinheit 101 eine Beschleunigungsendzeit oder eine Verzögerungsendzeit basierend auf einem von der Antriebssignalmesseinheit 12 erfassten Antriebssignal (Schritt S11).
Die Zustandsüberwachungseinheit 101 bezieht Zustandsgrößen in einem beliebigen Zeitraum ab der Beschleunigungsendzeit oder der Verzögerungsendzeit (Schritt S12). Die Zustandsvariablen umfassen eine Relativverschiebung, ein Antriebssignal und einen Relativverschiebungsvorhersagewert. Da der Motor nach Beendigung der Beschleunigung angetrieben wird, kann die Relativverschiebung unnötiges Rauschen enthalten. Es ist daher günstig, eine Relativverschiebung im gestoppten Zustand nach Abschluss der Verzögerung als Zustandsgröße zu verwenden.
Die Belohnungsberechnungseinheit 103 berechnet einen Relativverschiebungsvorhersagefehler, bei dem es sich um den Absolutwert einer Differenz zwischen dem Relativverschiebungsvorhersagewert und der Relativverschiebung handelt (Schritt S13).
Die Belohnungsberechnungseinheit 103 berechnet eine Belohnung r auf Basis des Relativverschiebungsvorhersagefehlers (Schritt S14).
Gemäß der in Schritt S14 bestimmten Belohnung r aktualisiert die Funktionsaktualisierungseinheit 104 die Aktionswertfunktion Q(s, a) gemäß der numerischen Formel (7) (Schritt S15).
Die Funktionsaktualisierungseinheit 104 bestimmt, ob die Aktualisierung in Schritt S15 nicht mehr durchgeführt wird und die Aktionswertfunktion Q konvergiert ist (Schritt S16). Wenn festgestellt wird, dass die Aktionswertfunktion Q nicht konvergiert ist (Schritt S16: Nein), kehrt die Prozedur zu Schritt S11 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Aktionswertfunktion Q konvergiert ist (Schritt S16: Ja), wird das Lernen durch die Lerneinheit 102 beendet. Das Lernen kann fortgesetzt werden, indem von Schritt S15 sofort zu Schritt S11 zurückgekehrt wird, ohne dass Schritt S16 ausgeführt wird.
Die Entscheidungseinheit 105 wählt Vorhersagemodellparameter aus, um die größte Belohnung basierend auf den Lernergebnissen der Lerneinheit 102 zu erhalten, d. h. der aktualisierten Aktionswertfunktion Q(s, a). Durch Beziehen der Vorhersagemodellparameter von der Entscheidungseinheit 105 und Korrigieren einer Positionsanweisung kann die Anweisungswertkorrektureinheit 16 Schwingungen unterdrücken, die bei einer Relativverschiebung bei einer Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine 1 auftreten.
Bei der vierten Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, bei dem die Lerneinheit 102 maschinelles Lernen unter Verwendung von Verstärkungslernen durchführt. Die Lerneinheit 102 kann jedoch maschinelles Lernen nach einem anderen bereits bekannten Verfahren, einem Lernalgorithmus wie einem neuronalen Netzwerk, genetischer Programmierung, funktionallogischer Programmierung oder einer Support Vector Machine durchführen.
Die numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform werden mit Hilfe eines Computersystems wie beispielsweise eines Personalcomputers oder Universalcomputers implementiert. 12 zeigt eine Darstellung, die eine Hardwarekonfiguration veranschaulicht, wenn die Funktionen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform mit Hilfe eines Computersystems implementiert werden. Wenn die Funktionen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 mit Hilfe eines Computersystems implementiert werden, werden die Funktionen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 wie in 12 dargestellt durch eine Zentraleinheit (CPU) 201, einen Speicher 202, eine Speichervorrichtung 203, eine Anzeigevorrichtung 204 und eine Eingabevorrichtung 205 implementiert. Die von der maschinellen Lernvorrichtung 100 ausgeführten Funktionen werden durch Software, Firmware oder einer Kombination aus Software und Firmware implementiert. Software oder Firmware werden als Programme geschrieben und in der Speichervorrichtung 203 gespeichert. Die CPU 201 liest die in der Speichervorrichtung 203 gespeicherte Software oder Firmware in den Speicher 202 ein und führt sie aus, wodurch die Funktionen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 implementiert werden. Das bedeutet, dass das Computersystem die Speichervorrichtung 203 zum Speichern von Programmen umfasst, die anschließend die Schritte zur Durchführung der Operationen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform ausführen, wenn die Funktionen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 von der CPU 201 ausgeführt werden sollen. Man kann auch sagen, dass die Programme den Computer veranlassen, die Prozedur auszuführen, die durch die Funktionen der numerischen Steuervorrichtungen 8 und 81 bis 83 realisiert wird. Der Speicher 202 entspricht einem flüchtigen Speicherbereich, wie beispielsweise einem Direktzugriffsspeicher (RAM). Die Speichervorrichtung 203 entspricht einem nichtflüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher, wie beispielsweise einem Festwertspeicher (ROM) oder einem Flash-Speicher oder einer Magnetplatte. Konkrete Beispiele für die Anzeigevorrichtung 204 sind ein Monitor und eine Anzeige. Konkrete Beispiele für die Eingabevorrichtung 205 sind eine Tastatur, eine Maus und ein Touchpanel.
Die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen stellen ein Beispiel für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar und können mit anderen bekannten Technologien kombiniert oder teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine;
2: Unterbau;
3: Werkstück;
4: Tisch;
5: Werkzeug;
6: Kopf;
7: Säule;
8, 81 bis 83: numerische Steuervorrichtung;
9: werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit;
10: werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit;
11: Antriebseinheit;
12: Antriebssignalmesseinheit;
13, 131: Relativverschiebungsberechnungseinheit;
14, 141: Modellparameterbearbeitungseinheit;
15: Relativverschiebungsvorhersageeinheit;
16: Anweisungswertkorrektureinheit;
17: Positionsanweisungserzeugungseinheit;
18: Relativverschiebungsbearbeitungseinheit;
19: Filtereinheit;
20: Filterparametereinstelleinheit;
21: Bandpassfilter;
22: Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit;
100: maschinelle Lernvorrichtung;
101: Zustandsüberwachungseinheit;
102: Lerneinheit;
103: Belohnungsberechnungseinheit;
104: Funktionsaktualisierungseinheit;
105: Entscheidungseinheit;
201: CPU;
202: Speicher;
203: Speichervorrichtung;
204: Anzeigevorrichtung;
205: Eingabevorrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6180688 [0003]

Claims

Numerische Steuervorrichtung zum Steuern einer Relativverschiebung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück bei einer Werkzeugmaschine unter Verwendung einer Anweisung an eine Antriebseinheit, die einen Motor ansteuert, wobei die numerische Steuervorrichtung aufweist: eine werkzeugseitige Verschiebungsmesseinheit zum Messen einer physikalischen Größe, die mit einer Verschiebung des Werkzeugs zusammenhängt; eine werkstückseitige Verschiebungsmesseinheit zum Messen einer physikalischen Größe, die mit einer Verschiebung des Werkstücks zusammenhängt; eine Antriebssignalmesseinheit zum Messen eines Antriebssignals, das von der Antriebseinheit an den Motor ausgegeben wird; eine Relativverschiebungsberechnungseinheit zum Berechnen einer Relativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aus der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkzeugs bezieht, und der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkstücks bezieht; eine Relativverschiebungsvorhersageeinheit zum Berechnen eines Relativverschiebungsvorhersagewertes, bei dem es sich um einen Vorhersagewert für die Relativverschiebung handelt, aus dem Antriebssignal auf Basis eines Vorhersagemodells, das eine Beziehung zwischen dem Antriebssignal und der Relativverschiebung darstellt; eine Modellparameterbearbeitungseinheit zum Erzeugen von Vorhersagemodellparametern, die das Vorhersagemodell bilden, auf Basis des Antriebssignals, der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit erzeugten Relativverschiebung und des Relativverschiebungsvorhersagewertes; und eine Anweisungswertkorrektureinheit zum Ausgeben einer Postkorrekturpositionsanweisung, die durch Korrigieren einer Positionsanweisung unter Verwendung der Vorhersagemodellparameter erhalten wurde, als Anweisung an die Antriebseinheit; wobei die Modellparameterbearbeitungseinheit die Vorhersagemodellparameter ändert, um eine Differenz zwischen der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit erzeugten Relativverschiebung und dem Relativverschiebungsvorhersagewert zu vermindern.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Modellparameterbearbeitungseinheit die Vorhersagemodellparameter so ändert, dass eine Schwingungsfrequenz, eine Amplitude, ein Dämpfungsverhältnis und eine Schwingungsphase des Relativverschiebungsvorhersagewertes einer Schwingungsfrequenz, einer Amplitude, einem Dämpfungsverhältnis und einer Schwingungsphase der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit erzeugten Relativverschiebung entsprechen.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Relativverschiebungsberechnungseinheit eine Präfilterungsrelativverschiebung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aus der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkzeugs bezieht, und der physikalischen Größe, die sich auf die Verschiebung des Werkstücks bezieht, ermittelt und eine Filterung an der Präfilterungsrelativverschiebung unter Verwendung der Vorhersagemodellparameter durchführt, um eine Relativverschiebung zu berechnen.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner aufweist: eine Trägheitsänderungsinformationenvorhersageeinheit zum Ausgeben von Trägheitsänderungsinformationen, die anzeigen, dass eine Änderung der Trägheit der Werkzeugmaschine aufgetreten ist, wobei die Modellparameterbearbeitungseinheit die Vorhersagemodellparameter auf Basis der Trägheitsänderungsinformationen ändert.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Modellparameterbearbeitungseinheit aufweist: eine maschinelle Lernvorrichtung zum Erlernen der Vorhersagemodellparameter; und eine Entscheidungseinheit zum Bestimmen der Vorhersagemodellparameter basierend auf einem Lernergebnis der maschinellen Lernvorrichtung, und die maschinelle Lernvorrichtung aufweist: eine Zustandsüberwachungseinheit zum Beobachten des Antriebssignals, der von der Relativverschiebungsberechnungseinheit erzeugten Relativverschiebung und des Relativverschiebungsvorhersagewertes als Zustandsvariablen; und eine Lerneinheit zum Erlernen der Vorhersagemodellparameter gemäß einem Trainingsdatensatz, der auf Basis der Zustandsvariablen erstellt wurde.