DE112021003868T5

DE112021003868T5 - Berechnungsvorrichtung, System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit und Berechnungsverfahren

Info

Publication number: DE112021003868T5
Application number: DE112021003868.0T
Authority: DE
Inventors: Tomoki SHIMIZU; Yonpyo Hon
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-05-11
Also published as: WO2022059633A1; US20230258447A1; JPWO2022059633A1; CN116194853A

Abstract

Diese Berechnungsvorrichtung (12) zur Vorhersage der Oberflächenrauheit eines verarbeiteten Produkts aus einer physikalischen Größe umfasst: eine Messdatenerfassungseinheit (36), die Messdaten (SRmea) der von einem Oberflächenrauheitsmessgerät gemessenen Oberflächenrauheit erfasst; eine physikalische Grö-ßenerfassungseinheit (38), die eine physikalische Größe (PQ) erfasst, die einen Faktor angibt, der die Oberflächenrauheit verursacht; eine erste Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit (40), die die Messdaten (SRmea) in ein erstes Amplitudenspektrum (F1) umwandelt; eine zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (42), die die physikalische Größe (PQ) in ein zweites Amplitudenspektrum (F2) umwandelt; und eine Koeffizientenberechnungseinheit (44), die einen Koeffizienten (C) auf der Basis einer spezifischen Frequenz (FB), des zweiten Amplitudenspektrums (F2) und des ersten Amplitudenspektrums (F1) berechnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Berechnungsvorrichtung (Rechenvorrichtung), ein System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit und ein Berechnungsverfahren (Rechenverfahren), die zur Vorhersage der Oberflächenrauheit eines durch eine Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks verwendet werden.
STAND DER TECHNIK
In JP 2018-189582 A wird ein Beispiel für eine Messvorrichtung (im Folgenden als Oberflächenrauheitsmessvorrichtung bezeichnet) offenbart, die die Oberflächenrauheit eines von einer Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks misst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen wird eine Prüfung der Oberflächenrauheit eines Werkstücks, das von einer Werkzeugmaschine bearbeitet wird, durchgeführt. Bei einer solchen Prüfung wird die bearbeitete Oberflächenrauheit eines Probestücks gemessen, indem das Probestück vor der Durchführung der eigentlichen Bearbeitung experimentell bearbeitet wird. Danach wird die bearbeitete Oberflächenrauheit des Prüfstücks bewertet. Die Oberflächenrauheit des Prüfstücks wird jedoch in hohem Maße von Faktoren beeinflusst, die nichts mit der Leistung der Werkzeugmaschine zu tun haben, wie z. B. Werkzeugverschleiß oder die Genauigkeit der vom Bediener getroffenen Einstellungen und Vorkehrungen und ähnliches. Dementsprechend war es bisher schwierig, allein durch die Messung der Oberflächenrauheit des Prüfstücks die Oberflächenrauheit eines Werkstücks, das anschließend als Produkt bearbeitet wird, genau vorherzusagen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Berechnungsvorrichtung, ein System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit und ein Berechnungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Oberflächenrauheit eines Werkstücks vorherzusagen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Berechnungsvorrichtung, die eine Messdatenerfassungseinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie Messdaten erfasst, die von einer Oberflächenrauheitsmessvorrichtung gemessen werden, wobei die Messdaten eine Oberflächenrauheit eines von einer Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks anzeigen, eine Erfassungseinheit für physikalische Größen, die so konfiguriert ist, dass sie eine physikalische Größe erfasst, die eine Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit angibt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, eine erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse der Messdaten durchführt und die Messdaten in ein erstes Amplitudenspektrum umwandelt, eine zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse der physikalischen Größe durchführt und die physikalische Größe in ein zweites Amplitudenspektrum umwandelt, und eine Koeffizientenberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Koeffizienten berechnet, der ein Ergebnis, das durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei einer spezifizierten Frequenz, die eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Frequenzband ist, mit dem Koeffizienten erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz macht, um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der physikalischen Größe vorherzusagen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit, das mit der Berechnungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ausgestattet ist, und eine Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Oberflächenrauheit des von der Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks unter Verwendung der spezifizierten Frequenz und des Koeffizienten vorhersagt, wobei die Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit eine Erfassungseinheit für eine physikalische Größe enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine physikalische Größe erfasst, die eine Ursache für das Auftreten einer Oberflächenrauheit anzeigt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, eine Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse der physikalischen Größe durchführt und die physikalische Größe in ein Amplitudenspektrum umwandelt, eine Speichereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den Koeffizienten und die spezifizierte Frequenz speichert, eine Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt, durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz mit dem Koeffizienten, und eine Oberflächenrauheitsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um Vorhersagedaten zu berechnen, die die Oberflächenrauheit des Werkstücks durch inverse Transformation des Oberflächenrauheitsamplitudenspektrums anzeigen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Berechnungsverfahren, das einen Messdatenerfassungsschritt zum Erfassen von Messdaten, die von einer Oberflächenrauheitsmessvorrichtung gemessen werden, umfasst, wobei die Messdaten eine Oberflächenrauheit eines von einer Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks anzeigen, einen Schritt zur Erfassung einer physikalischen Größe, der eine Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit anzeigt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, einen ersten Schritt zur Umwandlung des Amplitudenspektrums, der eine Frequenzanalyse der Messdaten durchführt und die Messdaten in ein erstes Amplitudenspektrum umwandelt, einen zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt zum Durchführen einer Frequenzanalyse an der physikalischen Größe, die in dem physikalischen Größenerfassungsschritt erfasst wurde, und zum Umwandeln der physikalischen Größe in ein zweites Amplitudenspektrum, und einen Koeffizientenberechnungsschritt zum Berechnen eines Koeffizienten, der ein Ergebnis, das durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei einer spezifizierten Frequenz, bei der es sich um eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Frequenzband handelt, mit dem Koeffizienten erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz macht, um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der physikalischen Größe vorherzusagen.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die Berechnungsvorrichtung, das System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit und das Berechnungsverfahren bereitgestellt, die in der Lage sind, die Oberflächenrauheit eines Werkstücks vorherzusagen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Oberflächenrauheits-Vorhersagesystems gemäß einer Ausführungsform;
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Berechnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
3 ist ein Diagramm, das die von einer Messdatenerfassungseinheit erfassten Messdaten darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine physikalische Größe veranschaulicht, die von einer Einheit zur Erfassung physikalischer Größen erfasst wird;
5 ist ein Diagramm, das ein erstes Amplitudenspektrum veranschaulicht, das von einer ersten Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit berechnet wurde;
6 ist ein Diagramm, das ein zweites Amplitudenspektrum veranschaulicht, das von einer zweiten Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit berechnet wurde;
7 ist ein Fließbild, das einen Prozessablauf eines Berechnungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform illustriert;
8 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit gemäß einer Ausführungsform;
9A ist ein Diagramm, das ein drittes Amplitudenspektrum illustriert;
9B ist ein Diagramm, das ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum veranschaulicht, das auf der Grundlage des in 9A dargestellten dritten Amplitudenspektrums berechnet wurde;
10 ist ein Diagramm, das Vorhersagedaten der Oberflächenrauheit eines Werkstücks veranschaulicht, die von einer Oberflächenrauheitsberechnungseinheit berechnet wird;
11 ist ein Fließbild, das einen Prozessablauf eines Verfahrens zur Vorhersage der Oberflächenrauheit eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform darstellt;
12A ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel eines Spektrums zeigt, das von einer Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums gemäß einer beispielhaften Modifikation 4 berechnet wurde;
12B ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel eines Spektrums zeigt, das von der Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums gemäß der beispielhaften Modifikation 4 berechnet wurde;
12C ist ein Diagramm, das ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum zeigt, das von der Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums gemäß der beispielhaften Modifikation 4 berechnet wurde; und
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Berechnungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Modifikation 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben, in denen geeignete Ausführungsformen einer Berechnungseinheit, eines Systems zur Vorhersage der Oberflächenrauheit und eines Berechnungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
[Ausführungsform]
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Oberflächenrauheitsvorhersagesystems 10 gemäß einer Ausführungsform.
1 zeigt eine Werkzeugmaschine 16 sowie das Oberflächenrauheitsvorhersagesystem 10. Im Folgenden wird zunächst die Werkzeugmaschine 16 beschrieben. Das Oberflächenrauheitsvorhersagesystem 10 aus 1 wird unter Berücksichtigung der Beschreibung der Werkzeugmaschine 16 beschrieben.
Bei der Werkzeugmaschine 16 handelt es sich beispielsweise um eine Industriemaschine, die durch ein CNC-System (Computerized Numerical Control) gesteuert wird. Die Werkzeugmaschine 16 führt die Bearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts (eines Werkstücks) mit Hilfe eines Werkzeugs durch. Dabei erzeugt die Werkzeugmaschine 16 ein Werkstück W. Ein konkretes Beispiel für eine Werkzeugmaschine 16 ist eine Ultrapräzisionswerkzeugmaschine. Die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine führt Bearbeitungen mit einer Auflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern durch, und zwar in Übereinstimmung mit Befehlen, die eine entsprechende Befehlsauflösung haben. Es ist zu beachten, dass die Werkzeugmaschine 16 nicht darauf beschränkt ist, eine Ultrapräzisionswerkzeugmaschine zu sein.
Die Werkzeugmaschine 16 ist in 1 schematisch dargestellt. Die Werkzeugmaschine 16 umfasst eine Bearbeitungsvorrichtung 18 und eine Steuervorrichtung 20. Die Bearbeitungsvorrichtung 18 ist eine Maschine, die eine Bearbeitung mit Werkzeugen durchführt. Die Bearbeitungsvorrichtung 18 umfasst mindestens eine bewegliche Achse 22 und einen Motor 24. Die bewegliche Achse 22 ist während der Ausführung der Bearbeitung antreibbar. Ein Motor 24 dient als Antriebsquelle für die bewegliche Achse 22. Die bewegliche Achse 22 ist beispielsweise vorgesehen, um einen Tisch, der das zu bearbeitende Objekt trägt, entlang einer vorgegebenen Richtung zu bewegen. Die bewegliche Achse 22 bewirkt, dass das Werkzeug der Werkzeugmaschine 16 in Abhängigkeit vom Antrieb des Motors 24 relativ zu dem zu bearbeitenden Objekt, das auf dem Tisch gelagert ist, bewegt wird.
Die Steuervorrichtung 20 ist eine elektronische Vorrichtung, die die Bearbeitungsvorrichtung 18 steuert (numerisch steuert). Die Steuervorrichtung 20 ist mit einem Prozessor und einem Speicher ausgestattet, die beide nicht dargestellt sind. Im Speicher der Steuervorrichtung 20 ist ein vorgegebenes Programm zur Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung 18 gespeichert. Der Prozessor der Steuervorrichtung 20 führt das Programm aus. Gemäß diesem Merkmal arbeitet der Prozessor, um die Bearbeitungsvorrichtung 18 zu steuern. Die Steuervorrichtung 20 steuert beispielsweise den Antrieb des vorgenannten Motors 24. Folglich steuert die Steuereinrichtung 20 den Antrieb der beweglichen Achse 22. Beispielsweise berechnet die Steuereinrichtung 20 auf der Grundlage der Drehposition des Motors 24 eine Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22. Die Positionsabweichung PQ_pd zeigt eine Abweichung zwischen einer befohlenen Position der beweglichen Achse 22 und der tatsächlichen Position der beweglichen Achse 22 an. Ferner steuert die Steuervorrichtung 20 auf der Grundlage der berechneten Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 die Position (und Bewegung) der beweglichen Achse 22. Darüber hinaus kann die Drehposition des Motors 24 erfasst werden, beispielsweise durch Bereitstellung eines Drehgebers im Motor 24.
Das Oberflächenrauheitsvorhersagesystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise ein System, das die Oberflächenrauheit des von der oben genannten Werkzeugmaschine 16 hergestellten Werkstücks W vorhersagt. Das in 1 gezeigte Oberflächenrauheitsvorhersagesystem 10 ist mit der Werkzeugmaschine 16 verbunden. Das System zur Vorhersage (Prognose) der Oberflächenrauheit 10 umfasst eine Berechnungsvorrichtung 12 und eine Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit (im Folgenden einfach als „Vorhersagevorrichtung“ bezeichnet) 14. Sowohl die Berechnungsvorrichtung 12 als auch die Vorhersagevorrichtung 14 sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Form eines elektronischen Geräts (eines Computers) vorgesehen. Die Berechnungsvorrichtung 12 und die Vorhersagevorrichtung 14 sind so miteinander verbunden, dass sie in der Lage sind, miteinander zu kommunizieren.
Von der Berechnungsvorrichtung 12 und der Vorhersagevorrichtung 14 sagt die Vorhersagevorrichtung 14 die Oberflächenrauheit des Werkstücks W voraus, das von der Werkzeugmaschine 16 bearbeitet wird. Die Vorhersagevorrichtung 14 sagt die Oberflächenrauheit des Werkstücks W auf der Grundlage einer physikalischen Größe PQ und eines vorbestimmten Koeffizienten (im Folgenden einfach als „Koeffizient“ bezeichnet) C voraus. Die physikalische Größe PQ wird von der Werkzeugmaschine 16 erfasst. Der Koeffizient C wird in Abhängigkeit von der Art der physikalischen Größe PQ bestimmt. Eine detailliertere Beschreibung der physikalischen Größe PQ, des Koeffizienten C und der Vorhersagevorrichtung 14 wird später gegeben.
Die physikalische Größe PQ, die von der Vorhersagevorrichtung 14 zur Vorhersage der Oberflächenrauheit verwendet wird, ist eine numerische Information, die eine Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit des Werkstücks W für den Fall angibt, dass die Werkzeugmaschine 16 eine Bearbeitung des Werkstücks W durchführt. Als konkretes Beispiel für die physikalische Größe PQ kann z.B. die bereits erwähnte Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 angeführt werden. Genauer gesagt ist die während der Bearbeitung auftretende Abweichung zwischen der befohlenen Position der beweglichen Achse 22 und der tatsächlichen Position der beweglichen Achse 22 eine der Ursachen für das Auftreten der Oberflächenrauheit.
Der Koeffizient C, der von der Vorhersagevorrichtung 14 zur Vorhersage der Oberflächenrauheit verwendet wird, ist ein numerischer Wert, der das Ergebnis, das durch Multiplikation eines Amplitudenwerts eines Amplitudenspektrums der physikalischen Größe PQ bei einer bestimmten Frequenz FB und des Koeffizienten C erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert eines Amplitudenspektrums der Oberflächenrauheit des Werkstücks W bei der bestimmten Frequenz FB macht. Die vorgegebene Frequenz FB ist eine Frequenz, die im Voraus entsprechend der Art der physikalischen Größe PQ bestimmt wird. Die vorgegebene Frequenz FB kann ein Frequenzband sein, das entsprechend der Art der physikalischen Größe PQ im Voraus festgelegt wird. Details zur vorgegebenen Frequenz FB werden später beschrieben.
Die Berechnungsvorrichtung 12 berechnet den oben beschriebenen Koeffizienten C. Die Berechnungsvorrichtung 12 berechnet den Koeffizienten C auf der Grundlage der physikalischen Größe PQ und der Oberflächenrauheit des Werkstücks W. Die physikalische Größe PQ wird für den Fall erfasst, dass die Werkzeugmaschine 16 tatsächlich eine Bearbeitung des Werkstücks W durchführt.
Im Folgenden wird ein kurzer Funktionsüberblick über das vorgenannte System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit 10 gegeben. In dem Oberflächenrauheitsvorhersagesystem 10 berechnet die Berechnungsvorrichtung 12 zunächst den Koeffizienten C. Der Koeffizient C wird auf der Grundlage eines Bearbeitungsergebnisses eines experimentell bearbeiteten Teststücks berechnet. Der Koeffizient C wird vor der Bearbeitung des Werkstücks W, dessen Oberflächenrauheit vorhergesagt werden soll, berechnet. Der Koeffizient C wird in Abhängigkeit von der Art der physikalischen Größe PQ berechnet. Anschließend wandelt die Vorhersageeinrichtung 14 die physikalische Größe PQ in ein Amplitudenspektrum um. Die physikalische Größe PQ wird durch die Bearbeitung des Werkstücks W gewonnen, dessen Oberflächenrauheit vorhergesagt werden soll. Die Vorhersagevorrichtung 14 multipliziert den Amplitudenwert des Amplitudenspektrums bei der vorgegebenen Frequenz FB mit dem Koeffizienten C. Das Ergebnis der Multiplikation des Amplitudenwertes des Amplitudenspektrums der physikalischen Größe PQ bei der vorgegebenen Frequenz FB mit dem Koeffizienten C gibt einen Vorhersagewert des Amplitudenspektrums der Oberflächenrauheit des Werkstücks W bei der vorgegebenen Frequenz FB an. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Multiplikation des Amplitudenspektrums der physikalischen Größe PQ bei der vorgegebenen Frequenz FB und des Koeffizienten C sagt die Vorhersagevorrichtung 14 die Oberflächenrauheit des Werkstücks W bei der vorgegebenen Frequenz FB voraus.
Der Aufbau und die Übersicht des Oberflächenrauheitsprognosesystems 10 sind wie oben beschrieben. Nachfolgend werden basierend auf der obigen Beschreibung die Konfiguration der Berechnungsvorrichtung 12 und die Konfiguration der Vorhersagevorrichtung 14 in dieser Reihenfolge beschrieben. Die Berechnungsvorrichtung 12 berechnet den Koeffizienten C. Die Vorhersagevorrichtung 14 sagt die Oberflächenrauheit basierend auf dem Koeffizienten C und der physikalischen Größe PQ voraus.
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Berechnungsvorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform.
Wie in 2 gezeigt, ist die Berechnungsvorrichtung 12 mit einer Anzeigeeinheit 26, einer Bedieneinheit (Eingabeeinheit) 28, einer Speichereinheit 30 und einer Berechnungseinheit (Recheneinheit) 32 ausgestattet.
Die Anzeigeeinheit 26 ermöglicht es der Berechnungsvorrichtung 12, Informationen anzuzeigen. Die Anzeigeeinheit 26 ist zum Beispiel durch ein Display mit einem Flüssigkristallbildschirm konfiguriert. Der Anzeigebildschirm ist jedoch nicht darauf beschränkt, ein Flüssigkristallbildschirm zu sein. Der Anzeigebildschirm kann beispielsweise auch ein organischer EL-Bildschirm (OEL: Organic Electro-Luminescence) sein.
Die Bedieneinheit 28 besteht z. B. aus einer Tastatur und einer Maus. Die Bedieneinheit 28 ist jedoch nicht darauf beschränkt, eine Tastatur und eine Maus zu haben. Die Bedieneinheit 28 kann beispielsweise ein Berührungsfeld (Touch Panel) umfassen, das auf dem Anzeigebildschirm der oben genannten Anzeigeeinheit 26 vorgesehen ist. Die Bedieneinheit 28 ermöglicht es dem Bediener der Werkzeugmaschine 16, Informationen (Anweisungen) in die Berechnungsvorrichtung 12 einzugeben. Insbesondere ermöglicht die Bedieneinheit 28 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dem Bediener die Eingabe der oben erwähnten spezifizierten Frequenz FB in die Berechnungsvorrichtung 12.
Die Speichereinheit 30 ermöglicht es der Berechnungsvorrichtung 12, Informationen zu speichern. Die Speichereinheit 30 ist durch einen Speicher konfiguriert, der z.B. einen RAM (Random Access Memory) und einen ROM (Read Only Memory) umfasst. Informationen, die in einem Prozess der Berechnung des Koeffizienten C durch die Berechnungsvorrichtung 12 erhalten werden, werden in geeigneter Weise wie erforderlich in der Speichereinheit 30 gespeichert.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Koeffizientenberechnungsprogramm 34 im Voraus in der Speichereinheit 30 gespeichert. Das Koeffizientenberechnungsprogramm 34 ist ein vorbestimmtes Programm, das im Voraus erstellt wird, damit die Berechnungsvorrichtung 12 den Koeffizienten C berechnen kann.
Die Berechnungseinheit 32 ermöglicht es der Berechnungsvorrichtung 12, Informationen arithmetisch zu verarbeiten. Die Berechnungseinheit 32 besteht aus einem Prozessor, der zum Beispiel eine CPU (Central Processing Unit) und eine GPU (Graphics Processing Unit) umfasst. Die Berechnungseinheit 32 ist in der Lage, das Koeffizientenberechnungsprogramm 34, das in der Speichereinheit 30 gespeichert ist, zu lesen und auszuführen.
Wie in 2 weiter gezeigt, ist die Berechnungseinheit 32 mit einer Messdatenerfassungseinheit 36, einer Erfassungseinheit für physikalische Größen 38, einer ersten Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 40, einer zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 und einer Koeffizientenberechnungseinheit 44 ausgestattet. Jede dieser Einheiten, die in der Berechnungseinheit 32 vorgesehen sind, wird virtuell durch die Berechnungseinheit 32 realisiert, die das Koeffizientenberechnungsprogramm 34 ausführt.
Die Messdatenerfassungseinheit 36 erfasst Messdaten SR_mea. Folglich erhält die Berechnungsvorrichtung 12 das Diagramm, wie es beispielsweise in 3 dargestellt ist. Die Messdaten SR_mea zeigen die Oberflächenrauheit des von der Werkzeugmaschine 16 bearbeiteten Werkstücks W an. Die Messdaten SR_mea werden von einem nicht abgebildeten Oberflächenrauheitsmessgerät gemessen. Als Oberflächenrauheitsmessgerät wird beispielsweise ein bekanntes Oberflächenrauheitsmessgerät verwendet. Die Messdatenerfassungseinheit 36 erfasst die Messdaten SR_mea von dem Oberflächenrauheitsmessgerät.
3 ist ein Diagramm, das die Messdaten SR_mea zeigt, die von der Messdatenerfassungseinheit 36 erfasst werden. In dem Diagramm von 3 stellt die horizontale Achse die Zeit dar. Ferner stellt die vertikale Achse im Diagramm von 3 die Rauheit der bearbeiteten Oberfläche dar. Die Referenz der vertikalen Achse („0“ in 3) ist eine Bezugsebene.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Vorrichtung zur Messung der Oberflächenrauheit nicht darauf beschränkt ist, die in JP 2018-189582 A offenbarte Vorrichtung zu sein. Die Messdaten SR_mea werden durch experimentelle Bearbeitung eines Testwerkstücks (Teststücks) und Messung der Oberflächenrauheit des bearbeiteten Werkstücks (Teststücks) W gemessen. Um zwischen den Werkstücken zu unterscheiden, kann das Werkstück (das Testwerkstück) W, das als Messobjekt für die Messdaten SR_mea dient, im Folgenden als „erstes Werkstück W1“ bezeichnet werden. Ferner kann das Werkstück W, dessen Oberflächenrauheit von der Vorhersagevorrichtung 14 vorhergesagt werden soll, als „zweites Werkstück W2“ bezeichnet werden. Besteht jedoch keine besondere Notwendigkeit, zwischen dem ersten Werkstück W1 und dem zweiten Werkstück W2 zu unterscheiden, werden beide einfach als „Werkstück W‟ bezeichnet. Die Messdaten SR_mea werden gemessen, bevor das zweite Werkstück W2 einer Bearbeitung unterzogen wird.
Die physikalische Größenerfassungseinheit 38 erfasst die physikalische Größe PQ, die die Ursache der Oberflächenrauheit angibt, die im ersten Werkstück W1 in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine 16 auftritt, wenn das erste Werkstück W1 einer Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 unterzogen wird.
4 ist ein Diagramm, das die physikalische Größe PQ darstellt, die von der physikalischen Größenerfassungseinheit 38 erfasst wird. In dem Diagramm von 4 stellt die horizontale Achse die Zeit dar. Ferner stellt die vertikale Achse in der Grafik von 4 die Positionsabweichung PQ_pd dar. Die Referenz der vertikalen Achse („0“ in 4) ist die befohlene Position der beweglichen Achse 22.
Die Art der physikalischen Größe PQ, die von der Einheit zur Erfassung physikalischer Größen 38 erfasst wird, ist die gleiche wie die Art der physikalischen Größe PQ, die von der Vorhersagevorrichtung 14 zur Vorhersage der Oberflächenrauheit verwendet wird. Die Art der physikalischen Größe PQ kann im Voraus durch eine sorgfältige Prüfung durch den Bediener bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Einheit zur Erfassung physikalischer Größen 38 beispielsweise die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22. Infolgedessen erhält die Berechnungsvorrichtung 12 das Diagramm, das beispielsweise in 4 dargestellt ist. Die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 kann von der Steuereinrichtung 20 der Werkzeugmaschine 16 erhalten werden, wie zuvor beschrieben.
Die physikalische Größenerfassungseinheit 38 erfasst die Positionsabweichung PQ_pd für den Fall, dass das erste Werkstück W1 tatsächlich von der Werkzeugmaschine 16 in der oben beschriebenen Weise bearbeitet wird. In diesem Fall ist es für den Fall, dass die Werkzeugmaschine 16 mit einer Vielzahl von beweglichen Achsen 22 ausgestattet ist, vorteilhaft, dass die von der Werkzeugmaschine 16 durchgeführte Bearbeitung mit so wenigen der beweglichen Achsen 22 wie möglich während der Bearbeitung durchgeführt wird. Idealerweise ist die Anzahl der während der Bearbeitung angetriebenen beweglichen Achsen 22 eins. Als Art der Bearbeitung durch einen Ein-Achsen-Antrieb kann die folgende Art der Bearbeitung angeführt werden, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art beschränkt ist. Genauer gesagt wird eine Bearbeitung durchgeführt, bei der aus der Vielzahl der beweglichen Achsen 22 der Werkzeugmaschine 16 durch den Antrieb nur einer beweglichen Achse 22, die einen Tisch mit dem darauf gelagerten ersten Werkstück W1 in einer Richtung bewegt, ein Schnitt in das erste Werkstück W1 ausgeführt wird.
Die Bearbeitung des ersten Werkstücks W1 wird durchgeführt, damit die Einheit zur Erfassung der physikalischen Größe 38 die Positionsabweichung PQ_pd erfassen kann. Dadurch, dass die Bearbeitung des ersten Werkstücks W1 durch den Antrieb von möglichst wenigen der beweglichen Achsen 22 erfolgt, werden Rauschkomponenten, die in die von der physikalischen Größenerfassungseinheit 38 erfasste Positionsabweichung PQ_pd gemischt sind, reduziert. Die Rauschkomponenten werden dadurch erzeugt, dass andere bewegliche Achsen 22 als die bewegliche Achse 22, für die die Positionsabweichung PQ_pd erfasst (berechnet) werden soll, angetrieben werden.
Die erste Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 40 führt eine Frequenzanalyse an den von der Messdatenerfassungseinheit 36 erfassten Messdaten SR_mea durch. Folglich wandelt die erste Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 40 die Messdaten SR_mea in ein Amplitudenspektrum um. Im Folgenden kann das von der ersten Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 40 auf der Grundlage der Frequenzanalyse berechnete Amplitudenspektrum auch als erstes Amplitudenspektrum F1 bezeichnet werden.
5 ist ein Diagramm, das das von der ersten Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 40 berechnete erste Amplitudenspektrum F1 zeigt. In dem Diagramm von 5 stellt die horizontale Achse die Frequenz dar. Ferner stellt die vertikale Achse im Diagramm von 5 einen Amplitudenwert (Dezibel (dB)) dar.
Das in 5 gezeigte erste Amplitudenspektrum F1 stellt ein Amplitudenspektrum der Oberflächenrauheit des ersten Werkstücks W1 dar. Außerdem ist FB in 5 ein Beispiel für die oben beschriebene spezifizierte Frequenz FB.
Die erste Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 40 wandelt die Messdaten SR_mea mittels einer Frequenzanalyse, die beispielsweise auf einer Fouriertransformation basiert, in das erste Amplitudenspektrum F1 um. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die erste Amplitudenspektrums-Konversionseinheit 40, obwohl eine Fourier-Transformation einfach beschrieben wurde, zweckmäßigerweise beispielsweise eine Kurzzeit-Fourier-Transformation oder eine diskrete Fourier-Transformation verwenden kann. Alternativ kann die erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 40 das erste Amplitudenspektrum F1 unter Verwendung einer Wavelet-Transformation berechnen.
Die zweite Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 führt eine Frequenzanalyse der physikalischen Größe PQ durch, die von der physikalischen Größenerfassungseinheit 38 erfasst wurde. Folglich wandelt die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 42 die physikalische Größe PQ in ein Amplitudenspektrum um. Nachfolgend kann das von der zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 auf der Grundlage der Frequenzanalyse berechnete Amplitudenspektrum auch als zweites Amplitudenspektrum F2 bezeichnet werden.
6 ist ein Diagramm, das das von der zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 berechnete zweite Amplitudenspektrum F2 zeigt. Das Diagramm in 6 hat das gleiche Format wie das Diagramm in 5.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform stellt das zweite Amplitudenspektrum F2 in 6 ein Amplitudenspektrum der Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 dar. Die in 6 gezeigte spezifizierte Frequenz FB zeigt dasselbe Frequenzband wie das der in 5 gezeigten spezifizierten Frequenz FB.
Die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 42 wandelt die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 in das zweite Amplitudenspektrum F2 mittels einer Frequenzanalyse um, die beispielsweise auf einer Fourier-Transformation basiert. Darüber hinaus ist anzumerken, dass die zweite Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 zweckmäßigerweise eine Kurzzeit-FourierTransformation oder eine diskrete Fourier-Transformation verwenden kann, obwohl lediglich eine Fourier-Transformation beschrieben wurde. Alternativ kann die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 42 das zweite Amplitudenspektrum F2 unter Verwendung einer Wavelet-Transformation berechnen.
Die Koeffizientenberechnungseinheit 44 berechnet den Koeffizienten C. Der Koeffizient C macht das Multiplikationsergebnis, das durch Multiplikation des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums F2 mit der spezifizierten Frequenz FB und dem Koeffizienten C erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 mit der spezifizierten Frequenz FB. Der berechnete Koeffizient C wird vorübergehend in der Speichereinheit 30 gespeichert, so dass die Vorhersagevorrichtung 14 danach in der Lage ist, den Koeffizienten C zu erfassen. Der vorbestimmte Bereich ist ein zulässiger Fehlerbereich für den Fall, dass das Multiplikationsergebnis der Multiplikation des zweiten Amplitudenspektrums F2 und des Koeffizienten C numerisch nicht mit dem ersten Amplitudenspektrum F1 übereinstimmt. Der vorbestimmte Bereich wird auf der Grundlage einer vorherigen sorgfältigen Prüfung bestimmt.
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine von der Koeffizientenberechnungseinheit 44 durchgeführte Berechnung beschrieben. So wird beispielsweise angenommen, dass der Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 bei der angegebenen Frequenz FB 2A Dezibel beträgt. Ferner wird angenommen, dass der Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums F2 bei der angegebenen Frequenz FB A Dezibel beträgt. In diesem Fall berechnet die Koeffizientenberechnungseinheit 44 „2“ als den Koeffizienten C. Die Zahl „2“ ist eine Zahl, die durch Multiplikation mit dem Amplitudenwert (= A) des zweiten Amplitudenspektrums F2 den Amplitudenwert (= 2A) des ersten Amplitudenspektrums F1 ergibt.
Falls die spezifizierte Frequenz FB als Frequenzband bestimmt wird, kann der Koeffizient C für jede einer Vielzahl von Frequenzen innerhalb der spezifizierten Frequenz FB berechnet werden. In einem solchen Fall reicht es aus, wenn die Koeffizientenberechnungseinheit 44 den Koeffizienten C für eine der Frequenzen innerhalb der spezifizierten Frequenz FB berechnet. Beispielsweise kann die Koeffizientenberechnungseinheit 44 den Koeffizienten C berechnen, bei dem das Ergebnis der Multiplikation eines Maximalwerts der Amplitude des zweiten Amplitudenspektrums F2 bei der spezifizierten Frequenz FB und des Koeffizienten C innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gleich dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 bei einer dem Maximalwert entsprechenden Frequenz ist. In diesem Fall kann das Ergebnis der Multiplikation des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums F2 mit dem Koeffizienten C bei anderen Frequenzen als der Frequenz, die zur Berechnung des Koeffizienten C bei der vorgegebenen Frequenz FB verwendet wurde, nicht mit dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 übereinstimmen. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn der Fehler zwischen dem Ergebnis der Multiplikation und dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 innerhalb eines Bereichs liegt, der durch den vorgenannten Bereich zugelassen wird.
In diesem Fall wird die angegebene Frequenz FB noch einmal beschrieben. Beispielsweise wird in einem bestimmten Frequenzband (oder bei einer bestimmten Frequenz) die Oberflächenrauheit des Werkstücks W vor allem durch Schwingungen der beweglichen Achse 22 hervorgerufen. Alternativ kann die Oberflächenrauheit des Werkstücks W in einem anderen Frequenzband (oder bei einer anderen Frequenz) in erster Linie durch Schwankungen des Drucks verursacht werden, der auf ein Lager der beweglichen Achse 22 einwirkt. Dementsprechend wird nur eine einzige vorgegebene Frequenz FB für einen Typ der physikalischen Größe PQ bestimmt. In diesem Fall gibt die spezifizierte Frequenz FB eine Frequenz oder ein Frequenzband an, in dem die Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit des Werkstücks W, die durch die physikalische Größe PQ angegeben wird, einen dominanten Einfluss auf das Auftreten der Oberflächenrauheit hat. Beispielsweise ist in 5 und 6 jeweils die spezifizierte Frequenz FB dargestellt, die beispielhaft für ein Frequenzband steht, in dem die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 (Positionsverschiebung der beweglichen Achse 22) einen dominanten Einfluss auf das Auftreten der Oberflächenrauheit hat.
Die vorgenannte vorgegebene Frequenz FB wird durch eine sorgfältige Prüfung durch den Bediener im Vorfeld bestimmt. Zum Beispiel führt der Bediener unter Berücksichtigung der folgenden Punkte die sorgfältige Prüfung durch, um die Frequenz als die vorgegebene Frequenz FB oder das Frequenzband als die vorgegebene Frequenz FB zu bestimmen. Genauer gesagt, führt der Bediener beispielsweise die sorgfältige Prüfung unter Berücksichtigung der Installationsumgebung der Werkzeugmaschine 16, der in der Werkzeugmaschine 16 enthaltenen Bauteile, des Verschleißgrads des Werkzeugs der Werkzeugmaschine 16 und der Art der physikalischen Größe PQ, die von der Berechnungsvorrichtung 12 erfasst werden soll, durch.
Der Bediener gibt die sorgfältig geprüfte Frequenz oder das Frequenzband über die Bedieneinheit 28 in die Berechnungsvorrichtung 12 ein. Die Berechnungsvorrichtung 12 empfängt die Eingabeoperation der vom Bediener eingegebenen Frequenz oder des Frequenzbandes und verwendet die eingegebene Frequenz oder das Frequenzband als die spezifizierte Frequenz FB.
Eine beispielhafte Konfiguration der Berechnungsvorrichtung 12 wurde oben beschrieben. Nachfolgend wird ein Ablauf eines Verfahrens zur Berechnung des Koeffizienten C beschrieben, das von der Berechnungsvorrichtung 12 ausgeführt wird.
7 ist ein Fließbild, das einen Prozessablauf des Berechnungsverfahrens gemäß der Ausführungsform illustriert.
Wie in 7 gezeigt, umfasst das Berechnungsverfahren des Koeffizienten C einen Messdatenerfassungsschritt S1, einen Schritt zur Erfassung einer physikalischen Größe S2, einen ersten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt S3, einen zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt S4 und einen Koeffizientenberechnungsschritt S5.
In dem Messdatenerfassungsschritt S1 erfasst die Messdatenerfassungseinheit 36 die Messdaten SR_mea. Die Messdaten SR_mea geben die Oberflächenrauheit des Werkstücks W an, das von der Werkzeugmaschine 16 bearbeitet wird, die von der Oberflächenrauheitsmessvorrichtung gemessen wird.
Im Schritt S2 der Erfassung der physikalischen Größe erfasst die physikalische Größenerfassungseinheit 38 die physikalische Größe PQ. Die physikalische Größe PQ gibt die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit an, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 in dem Werkstück W in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine 16 auftritt. In diesem Fall ist das Werkstück W das erste Werkstück W1.
Es sollte beachtet werden, dass die Ausführungsreihenfolge des Messdatenerfassungsschritts S1 und des Schritts zur Erfassung der physikalischen Größe S2 durch die Berechnungsvorrichtung 12 nicht auf das beschränkt ist, was in dem Fließbild von 7 gezeigt ist. Die Ausführungsreihenfolge des Messdatenerfassungsschritts S1 und des Schritts zur Erfassung der physikalischen Größe S2 kann umgekehrt werden.
Im ersten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt S3 führt die erste Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 40 eine Frequenzanalyse an den Messdaten SR_mea durch. Folglich wandelt die erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 40 die Messdaten SR_mea in das erste Amplitudenspektrum F1 um.
Im zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt S4 führt die zweite Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 eine Frequenzanalyse für die physikalische Größe PQ durch. Folglich wandelt die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 42 die physikalische Größe PQ in das zweite Amplitudenspektrum F2 um.
In dem Koeffizientenberechnungsschritt S5 wird der Koeffizient C von der Koeffizientenberechnungseinheit 44 berechnet. Der Koeffizient C macht das Multiplikationsergebnis, das durch Multiplikation des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums F2 mit der vorgegebenen Frequenz FB und dem Koeffizienten C erhalten wird, innerhalb des vorgegebenen Bereichs gleich dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 mit der vorgegebenen Frequenz FB.
Die Berechnungsvorrichtung 12 berechnet den Koeffizienten C, indem sie das oben beschriebene Berechnungsverfahren ausführt. Nachfolgend wird die Konfiguration der Vorhersagevorrichtung 14 beschrieben, die die Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 unter Verwendung des von der Berechnungsvorrichtung 12 berechneten Koeffizienten C vorhersagt.
8 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit 14 gemäß der Ausführungsform.
Wie in 8 gezeigt, ist die Vorhersagevorrichtung 14 mit einer Anzeigeeinheit 46, einer Betriebseinheit 48, einer Speichereinheit 50 und einer Berechnungseinheit 52 ausgestattet.
Die Anzeigeeinheit 46 ermöglicht es der Vorhersagevorrichtung 14, Informationen anzuzeigen. Die Anzeigeeinheit 46 wird zum Beispiel durch ein Display mit einem Flüssigkristallbildschirm gebildet. Der Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit 46 der Vorhersagevorrichtung 14 ist nicht darauf beschränkt, ein Flüssigkristallbildschirm zu sein.
Die Bedieneinheit 48 wird beispielsweise durch eine Tastatur und eine Maus gebildet. Die Bedieneinheit 48 ist jedoch nicht darauf beschränkt, eine Tastatur und eine Maus zu haben. Die Bedieneinheit 48 ermöglicht es dem Bediener, Informationen (Anweisungen) in das Vorhersagegerät 14 einzugeben.
Die Speichereinheit 50 ermöglicht es der Vorhersagevorrichtung 14, Informationen zu speichern. Die Speichereinheit 50 ist durch einen Speicher konfiguriert, der zum Beispiel einen RAM und einen ROM umfasst. Wie in 8 gezeigt, wird ein Oberflächenrauheits-Vorhersageprogramm 54 im Voraus in der Speichereinheit 50 gespeichert. Das Oberflächenrauheits-Vorhersageprogramm 54 ist ein vorbestimmtes Programm, das im Voraus erstellt wurde, damit die Vorhersagevorrichtung 14 die Vorhersage der Oberflächenrauheit durchführen kann.
Ferner werden der Koeffizient C und die spezifizierte Frequenz FB in der Speichereinheit 50 gespeichert. Der Koeffizient C und die spezifizierte Frequenz FB können von der oben erwähnten Berechnungsvorrichtung 12 bezogen werden.
Die Berechnungseinheit 52 ermöglicht es der Vorhersagevorrichtung 14, Informationen arithmetisch zu verarbeiten. Die Berechnungseinheit 52 besteht aus einem Prozessor, der beispielsweise eine CPU und eine GPU umfasst. Die Berechnungseinheit 52 ist in der Lage, das in der Speichereinheit 50 gespeicherte Oberflächenrauheits-Vorhersageprogramm 54 zu lesen und auszuführen.
Wie in 8 weiter gezeigt, ist die Berechnungseinheit 52 mit einer Einheit zur Erfassung physikalischer Größen 56, einer dritten Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit (Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit) 58, einer Oberflächenrauheitsspektrumsberechnungseinheit 60 und einer Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 ausgestattet. Jede dieser Einheiten, die in der Berechnungseinheit 52 vorgesehen sind, wird virtuell durch die Berechnungseinheit 52 realisiert, die das Oberflächenrauheits-Vorhersageprogramm 54 ausführt.
Die physikalische Größenerfassungseinheit 56 erfasst die physikalische Größe PQ. Die physikalische Größe PQ gibt die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit an, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 in dem zweiten Werkstück W2 in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine 16 auftritt. Die Art der physikalischen Größe PQ ist die gleiche wie die Art der physikalischen Größe PQ, die von der Berechnungsvorrichtung 12 zur Berechnung des Koeffizienten C verwendet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Erfassungseinheit 56 für physikalische Größen beispielsweise die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 der Werkzeugmaschine 16.
Die dritte Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 58 führt eine Frequenzanalyse an der von der physikalischen Größenerfassungseinheit 56 erfassten physikalischen Größe PQ durch. Folglich wandelt die dritte Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 die physikalische Größe PQ in ein Amplitudenspektrum um. Im Folgenden kann das von der dritten Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 auf der Grundlage einer Frequenzanalyse berechnete Amplitudenspektrum auch als drittes Amplitudenspektrum F3 bezeichnet werden. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform stellt das dritte Amplitudenspektrum F3 ein Amplitudenspektrum der Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 für den Fall dar, dass das zweite Werkstück W2 einer Bearbeitung unterzogen wird.
Die dritte Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 wandelt die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 in das dritte Amplitudenspektrum F3 mittels einer Frequenzanalyse um, die beispielsweise auf einer Fourier-Transformation basiert. Darüber hinaus ist anzumerken, dass die dritte Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 58 eine Kurzzeit-Fourier-Transformation oder eine diskrete Fourier-Transformation verwenden kann, obwohl einfach eine FourierTransformation beschrieben wurde. Alternativ kann die dritte Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 das dritte Amplitudenspektrum F3 unter Verwendung einer Wavelet-Transformation berechnen.
9A ist ein Diagramm, das das dritte Amplitudenspektrum F3 veranschaulicht. 9B ist ein Diagramm, das ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR veranschaulicht, das auf der Grundlage des in 9A dargestellten dritten Amplitudenspektrums F3 berechnet wurde. Sowohl das Diagramm in 9A als auch das Diagramm in 9B haben das gleiche Format wie das Diagramm in 5.
Die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums multipliziert den Amplitudenwert des dritten Amplitudenspektrums F3 bei der angegebenen Frequenz FB mit dem Koeffizienten C. Folglich berechnet die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR. Es wird beispielsweise angenommen, dass das dritte Amplitudenspektrum F3 der Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 wie in 9A dargestellt ist. Ferner wird angenommen, dass die spezifizierte Frequenz FB, bei der die Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 zur Hauptursache für das Auftreten von Oberflächenrauheit wird, wie in 9A dargestellt ist. Der Koeffizient C, der von der Berechnungsvorrichtung 12 so berechnet wird, dass er der Positionsabweichung PQ_pd der beweglichen Achse 22 entspricht, wird als „2“ angenommen. In diesem Fall berechnet die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums das in 9B gezeigte Amplitudenspektrum F_SR der Oberflächenrauheit. Der Amplitudenwert bei der spezifizierten Frequenz FB des in 9B gezeigten Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums F_SR ist doppelt so groß wie der Amplitudenwert des in 9A gezeigten dritten Amplitudenspektrums F3 bei der spezifizierten Frequenz FB.
Für den Fall, dass sich die Installationsumgebung der Werkzeugmaschine 16, die in der Werkzeugmaschine 16 enthaltenen Bauteile und der Verschleißgrad des Werkzeugs der Werkzeugmaschine 16 nicht ändern, unterscheidet sich der Amplitudenwert des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums F_SR nicht wesentlich von dem Amplitudenwert des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums des zweiten Werkstücks W2 bei der angegebenen Frequenz FB. Somit dient gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR als Vorhersagewert des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums des zweiten Werkstücks W2.
10 ist ein Graph, der die Vorhersagedaten SR_pre der Oberflächenrauheit des Werkstücks W zeigt, die von der Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 berechnet wird. Das Diagramm in 10 hat das gleiche Format wie das Diagramm in 3.
Die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 transformiert das Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR invertiert. Folglich berechnet die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 die Vorhersagedaten SR_pre. Die Vorhersagedaten SR_pre geben die Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 an. Falls eine Fourier-Transformation von der dritten Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 zum Zeitpunkt der Berechnung des dritten Amplitudenspektrums F3 verwendet wird, bezeichnet die inverse Transformation in diesem Fall eine inverse Fourier-Transformation. Wenn die dritte Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 58 zum Zeitpunkt der Berechnung des dritten Amplitudenspektrums F3 eine Wavelet-Transformation verwendet, bezeichnet die inverse Transformation in diesem Fall eine inverse Wavelet-Transformation. Folglich erhält die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 die Vorhersagedaten SR_pre, wie beispielsweise in 10 gezeigt.
Wie bereits erwähnt, dient das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR als Vorhersagewert des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums des zweiten Werkstücks W2 bei der angegebenen Frequenz FB. Dementsprechend wird das Ergebnis der inversen Transformation des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums F_SR, wie es von der Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit 62 berechnet wird, zu den Vorhersagedaten SR_pre der Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 bei der spezifizierten Frequenz FB. Die Oberflächenrauheits-Vorhersagedaten SR_pre werden beispielsweise von der Berechnungseinheit 52 (der Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit 62) an die Anzeigeeinheit 46 ausgegeben. Folglich werden die Vorhersagedaten SR_pre dem Bediener über den Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit 46 angezeigt.
Eine beispielhafte Konfiguration der Vorhersagevorrichtung 14 wurde oben beschrieben. Im Folgenden wird der Ablauf des Verfahrens zur Vorhersage der Oberflächenrauheit beschrieben, das von der Vorhersagevorrichtung 14 ausgeführt wird.
11 ist ein Fließbild, das den Prozessablauf des Verfahrens zur Vorhersage der Oberflächenrauheit des Werkstücks W gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 11 gezeigt, umfasst das Verfahren zur Vorhersage der Oberflächenrauheit einen Schritt S11 zur Erfassung der physikalischen Größe, einen Schritt S12 zur Umwandlung des dritten Amplitudenspektrums, einen Schritt S13 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums und einen Schritt S14 zur Berechnung der Oberflächenrauheit.
In dem Schritt S11 zur Erfassung der physikalischen Größe erfasst die Einheit 56 zur Erfassung der physikalischen Größe die physikalische Größe PQ. Die physikalische Größe PQ zeigt die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit an, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 in dem Werkstück W in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine 16 auftritt. In diesem Fall ist das Werkstück W das zweite Werkstück W2.
In dem dritten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt S12 führt die dritte Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 58 eine Frequenzanalyse der physikalischen Größe PQ durch. Folglich wandelt die dritte Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 die physikalische Größe PQ in das dritte Amplitudenspektrum F3 um. Die physikalische Größe PQ ist in diesem Fall die physikalische Größe PQ des zweiten Werkstücks W2. Die physikalische Größe PQ des zweiten Werkstücks W2 wird durch Ausführen des oben beschriebenen Schritts S11 zur Erfassung der physikalischen Größe erfasst.
In dem Schritt S13 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums berechnet die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums das Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR. Das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR wird durch Multiplikation des Amplitudenwertes des dritten Amplitudenspektrums F3 bei der vorgegebenen Frequenz FB mit dem Koeffizienten C berechnet. Das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR gibt die Oberflächenrauheit des Werkstücks Wan.
Im Oberflächenrauheitsberechnungsschritt S14 berechnet die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 die Vorhersagedaten SR_pre. Die Vorhersagedaten SR_pre geben die Oberflächenrauheit des Werkstücks Wan. Die Vorhersagedaten SR_pre werden durch inverse Transformation des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums F_SR berechnet. Die Vorhersagevorrichtung 14 sagt die Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 durch Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zur Vorhersage der Oberflächenrauheit voraus.
Wie bereits erwähnt, werden mit der vorliegenden Ausführungsform die Berechnungsvorrichtung 12, das Oberflächenrauheits-Vorhersagesystem 10, das Berechnungsverfahren und das Oberflächenrauheits-Vorhersageverfahren bereitgestellt, die in der Lage sind, die Oberflächenrauheit des Werkstücks W vorherzusagen.
[Exemplarische Modifikationen]
Die Ausführungsform wurde oben als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Verschiedene Modifikationen oder Verbesserungen können zu der oben beschriebenen Ausführungsform hinzugefügt werden. Es ist auch aus dem Umfang der Ansprüche ersichtlich, dass Ausführungsformen, zu denen solche Modifikationen und Verbesserungen hinzugefügt werden, in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
Nachfolgend werden einige spezifische Beispiele für die beispielhaften Abwandlungen gemäß der Ausführungsform beschrieben. Elemente, die bereits im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurden, werden jedoch mit denselben Namen und Bezugsziffern wie bei der Ausführungsform versehen. Ferner können Beschreibungen der Elemente, die bereits in Bezug auf die Ausführungsform beschrieben wurden, weggelassen werden.
(Exemplarische Modifikation 1)
Gemäß der vorliegenden beispielhaften Abwandlung wird ein Fall beschrieben, in dem die Werkzeugmaschine 16 eine Ultrahochpräzisionswerkzeugmaschine ist. Die physikalische Größenerfassungseinheit 56 der Vorhersagevorrichtung 14 kann die physikalische Größe PQ erfassen, die zu einem Zeitpunkt erfasst wird, zu dem die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine ohne Werkstück arbeitet. Die dritte Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 58 kann eine solche physikalische Größe PQ in das dritte Amplitudenspektrum F3 umwandeln. Die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit 60 kann das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum F_SR auf der Grundlage des dritten Amplitudenspektrums F3 berechnen.
In dem Fall, dass die Werkzeugmaschine 16 eine Ultrahochpräzisionswerkzeugmaschine ist, ist es unwahrscheinlich, dass ein signifikanter Unterschied zwischen der physikalischen Größe PQ, die in dem Fall erfasst wird, dass die Werkzeugmaschine 16 eine Bearbeitung des Werkstücks W durchgeführt hat, und der physikalischen Größe PQ in dem Fall, dass die Werkzeugmaschine 16 eine Bearbeitung ohne Werkstück durchgeführt hat, auftritt. Zum Beispiel ist bei der Bearbeitung mit einer Auflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern, die in Übereinstimmung mit Befehlen mit einer Befehlsauflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern durchgeführt wird, der Schneidewiderstand des Werkzeugs, das das Werkstück W schneidet, extrem gering. Dementsprechend tritt bei der Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine im Vergleich zu einem anderen Typ der Werkzeugmaschine 16 normalerweise kein großer Unterschied zwischen der Positionsabweichung PQ_pd, die in dem Fall festgestellt wird, dass die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine das Werkstück W bearbeitet hat, und der Positionsabweichung PQ_pd, die in dem Fall festgestellt wird, dass die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine ohne Werkstück gearbeitet hat, auf. Es ist zu beachten, dass der Begriff „Betrieb ohne Werkstück“ bedeutet, dass der Betrieb zum Zeitpunkt der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 ohne ein zu bearbeitendes Objekt durchgeführt wird.
Dementsprechend ist in dem Fall, dass die Werkzeugmaschine 16 eine Ultrapräzisionswerkzeugmaschine ist, und wenn der Koeffizient C und die spezifizierte Frequenz FB bestimmt sind, die Vorhersagevorrichtung 14 in der Lage, die Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 vorherzusagen, ohne tatsächlich eine Bearbeitung des zweiten Werkstücks W2 mit der Ultrapräzisionswerkzeugmaschine durchzuführen.
(Exemplarische Modifikation 2)
Die Vorhersagevorrichtung 14 kann über die Bedieneinheit (die Koeffizientenänderungseinheit) 48 einen vom Bediener vorgenommenen Vorgang zur Änderung des Koeffizienten C empfangen. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal ist es zum Beispiel für den Fall, dass der Bediener den Koeffizienten C selbst einstellen möchte, möglich, dem Bediener auf bequeme Weise zu ermöglichen, eine solche Einstellung vorzunehmen.
In dem vorgenannten Fall kann die Vorhersagevorrichtung 14 beispielsweise auf der Grundlage des zuvor erwähnten vorbestimmten Bereichs den Bereich begrenzen, in dem der Koeffizient C geändert werden kann. Der vorgenannte vorbestimmte Bereich ist ein Bereich, auf den sich die Koeffizientenberechnungseinheit 44 zum Zeitpunkt der Berechnung des Koeffizienten C bezieht.
(Exemplarische Modifikation 3)
Die physikalische Größe PQ, die von der Vorhersagevorrichtung 14 zur Vorhersage der Oberflächenrauheit verwendet wird, ist nicht darauf beschränkt, die Positionsabweichung PQpd der beweglichen Achse 22 zu sein. Beispielsweise entspricht die Temperatur der beweglichen Achse 22, die Geradheit der beweglichen Achse 22, ein Lagerflüssigkeits-(ÖI-)Druck der beweglichen Achse 22, ein Lagerluftdruck der beweglichen Achse 22, eine Lagerflüssigkeits-(ÖI-)Temperatur oder eine Lagerlufttemperatur und die Temperatur der während der Bearbeitung verwendeten Schneidflüssigkeit jeweils der physikalischen Größe PQ. Ferner entspricht die Temperatur des für die Bearbeitung verwendeten Kühlschmierstoffs (die Temperatur des Kühlschmierstoffs in einem Vorratsbehälter) ebenfalls der physikalischen Größe PQ. Diese physikalischen Größen PQ können von Sensoren erfasst werden, die in geeigneter Weise in der Werkzeugmaschine 16 vorgesehen sind. Beispielsweise können sowohl die Berechnungsvorrichtung 12 als auch die Vorhersagevorrichtung 14 den Hydraulikdruck oder den Luftdruck des Lagers der beweglichen Achse 22 von einem an der beweglichen Achse 22 angebrachten Drucksensor erfassen. Ferner können sowohl die Berechnungsvorrichtung 12 als auch die Vorhersagevorrichtung 14 die Temperatur der beweglichen Achse 22 von einem Temperatursensor erfassen.
(Exemplarische Modifikation 4)
Die vorliegende beispielhafte Modifikation wird im Zusammenhang mit der beispielhaften Modifikation 3 beschrieben. Die Berechnungsvorrichtung 12 und die Vorhersagevorrichtung 14 können eine Vielzahl von Typen der physikalischen Größen PQ erfassen.
Zunächst wird die Berechnungsvorrichtung 12 gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation beschrieben. Die physikalische Größenerfassungseinheit 38 der Berechnungsvorrichtung 12 kann die Vielzahl von Typen der physikalischen Größen PQ erfassen. Jeder der mehreren Typen der physikalischen Größen PQ gibt die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit an, die bei der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 in dem Werkstück W in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine 16 auftritt. In diesem Fall ist die Anzahl der Ursachen des Auftretens eine Vielzahl. Wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, wird die spezifizierte Frequenz FB im Voraus für jede der Arten der physikalischen Größen PQ bestimmt. Dementsprechend ist im Falle der vorliegenden Modifikation die Anzahl der festgelegten Frequenzen FB eine Vielzahl, die der Anzahl der Arten der physikalischen Größen PQ entspricht. Die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen FBs haben voneinander unterschiedliche Frequenzen oder unterschiedliche Frequenzbänder.
Ferner berechnet die Koeffizientenberechnungseinheit 44 der Berechnungsvorrichtung 12 eine Vielzahl der Koeffizienten C. Die Vielzahl der Koeffizienten C entspricht den jeweiligen spezifizierten Frequenzen FB, die voneinander verschieden sind. Folglich wird auf der Grundlage der mehreren Arten der physikalischen Größen PQ die Oberflächenrauheit des Werkstücks W vorhergesagt. Genauer gesagt berechnet die Koeffizientenberechnungseinheit 44 gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation für jede der spezifizierten Frequenzen FB einen Koeffizienten C, der das Multiplikationsergebnis, das durch Multiplizieren des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums F2 bei der spezifizierten Frequenz FB mit dem Koeffizienten C erhalten wird, innerhalb des vorbestimmten Bereichs gleich dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums F1 bei der spezifizierten Frequenz FB macht.
Folglich ist die Berechnungsvorrichtung 12 in der Lage, die Koeffizienten C zu berechnen, die jeweils der Vielzahl von Typen der physikalischen Größen PQ (der Vielzahl der festgelegten Frequenzen FB) entsprechen.
Als nächstes wird die Vorhersagevorrichtung 14 gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation beschrieben. Die Einheit 56 zur Erfassung physikalischer Größen der Vorhersagevorrichtung 14 kann die Vielzahl von Typen der physikalischen Größen PQ erfassen. Jeder der mehreren Typen der physikalischen Grö-ßen PQ gibt die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit an, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 16 im Werkstück W in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine 16 auftritt. In diesem Fall ist die Anzahl der Auftretensursachen eine Vielzahl. Die Speichereinheit 50 der Vorhersagevorrichtung 14 speichert die Koeffizienten C, die jeweils der Vielzahl der angegebenen Frequenzen FB entsprechen. In diesem Fall ist die Anzahl der Koeffizienten C, die in der Speichereinheit 50 gespeichert sind, eine Vielzahl.
12A ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel eines Spektrums zeigt, das von der Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums gemäß der beispielhaften Modifikation 4 berechnet wurde. 12B ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel eines Spektrums zeigt, das von der Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums gemäß der beispielhaften Modifikation 4 berechnet wurde. Das Diagramm in 12A und das Diagramm in 12B haben das gleiche Format wie das Diagramm in 5.
Bei der vorliegenden beispielhaften Modifikation multipliziert die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums für jede der mehreren spezifizierten Frequenzen FB den Amplitudenwert des dritten Amplitudenspektrums F3, das der spezifizierten Frequenz FB entspricht, mit dem Koeffizienten C, der der spezifizierten Frequenz FB entspricht. Folglich wird eine Vielzahl von Spektren durch die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums berechnet (siehe z.B. 12A und 12B). 12A zeigt ein Spektrum, das durch Multiplikation des Amplitudenwerts des dritten Amplitudenspektrums F3 bei der angegebenen Frequenz FB_A mit dem Koeffizienten C, der der angegebenen Frequenz FB_A entspricht, erhalten wird. 12B zeigt ein Spektrum, das durch Multiplikation des Amplitudenwerts des dritten Amplitudenspektrums F3 bei der angegebenen Frequenz FB_B mit dem Koeffizienten C, der der angegebenen Frequenz FB_B entspricht, erhalten wird. Das in 12A gezeigte dritte Amplitudenspektrum F3 und das in 12B gezeigte dritte Amplitudenspektrum F3 basieren auf voneinander unterschiedlichen Typen der physikalischen Größen PQ.
12C ist ein Diagramm, das ein Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR zeigt, das von der Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit 60 gemäß der beispielhaften Modifikation 4 berechnet wurde.
Ferner addiert die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums die Vielzahl der Spektren. Folglich berechnet die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit 60 das Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR. In diesem Fall wird die Vielzahl der zu addierenden Spektren durch Multiplikation des Amplitudenwerts des dritten Amplitudenspektrums F3 und des Koeffizienten C für jede der Vielzahl der angegebenen Frequenzen FB berechnet. Beispielsweise addiert die Einheit 60 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums das in 12A gezeigte Spektrum und das in 12B gezeigte Spektrum. Folglich wird das in 12C gezeigte Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR berechnet.
Die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 transformiert das berechnete Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR invertiert. Folglich berechnet die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 62 die Oberflächenrauheitsvorhersagedaten SR_pre. Die auf die oben beschriebene Weise berechneten Vorhersagedaten SRpre sind Daten, die unter Berücksichtigung der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen FB (die Vielzahl der Typen der physikalischen Größen PQ) erhalten werden. Dementsprechend kann erwartet werden, dass die Vorhersagedaten SR_pre gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation im Vergleich zur Ausführungsform die Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 mit höherer Genauigkeit vorhersagen.
(Exemplarische Modifikation 5)
Das System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit 10 kann auf ein System zur Vorhersage der Formgenauigkeit angewendet werden, das eine Genauigkeit der Form des Werkstücks W (des zweiten Werkstücks W2) vorhersagt. Das heißt, das System zur Vorhersage der Formgenauigkeit kann die Genauigkeit der Form des Werkstücks W auf der Grundlage der durch das System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit 10 vorhergesagten Oberflächenrauheit vorhersagen.
(Exemplarische Modifikation 6)
Die Berechnungsvorrichtung 12 kann so konfiguriert sein, dass sie in doppelter Weise als die Vorhersagevorrichtung 14 dient. Nachfolgend wird ein Beispiel für eine solche Berechnungsvorrichtung 12 beschrieben. Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation die Erfassungseinheit 38 für physikalische Größen der Einfachheit halber und zur Unterscheidung von der Ausführungsform auch als Erfassungseinheit 64 für physikalische Größen bezeichnet. Ferner wird die zweite Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 42 der Einfachheit halber auch als zweite Amplitudenspektrums-Umwandlungseinheit 66 bezeichnet. Aus demselben Grund wird die Speichereinheit 30 der Berechnungsvorrichtung 12 auch als Speichereinheit 30' bezeichnet. Ferner wird die Berechnungseinheit 32 der Berechnungsvorrichtung 12 auch als Berechnungseinheit 32' bezeichnet.
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Berechnungsvorrichtung 12 gemäß der beispielhaften Modifikation 6.
Die Berechnungseinheit 32' der Berechnungsvorrichtung 12 ist ferner mit einer Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit 68 und einer Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit 70 gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation ausgestattet (siehe 13). Die Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums 68 und die Einheit zur Berechnung der Oberflächenrauheit 70 werden jeweils virtuell durch ein Programm zur Vorhersage der Oberflächenrauheit 72 realisiert, das von der Berechnungseinheit 32' ausgeführt wird. Das Oberflächenrauheits-Vorhersageprogramm 72 ist ein vorbestimmtes Programm, das im Voraus vorbereitet wird, um die Vorhersage der Oberflächenrauheit durch die Berechnungsvorrichtung 12 durchzuführen. Das Oberflächenrauheits-Vorhersageprogramm 72 wird im Voraus in der Speichereinheit 30' gespeichert.
Bei der Berechnung des Koeffizienten C erfasst die physikalische Größenerfassungseinheit 64 die physikalische Größe PQ des ersten Werkstücks W1. Zur Vorhersage der Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 erfasst die physikalische Größenerfassungseinheit 64 die physikalische Größe PQ des zweiten Werkstücks W2. Die physikalische Größenerfassungseinheit 64 unterscheidet sich von der physikalischen Größenerfassungseinheit 38 der Ausführungsform dadurch, dass sie die physikalische Größe PQ des zweiten Werkstücks W2 erfasst.
Bei der Berechnung des Koeffizienten C wandelt die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 66 die physikalische Größe PQ des ersten Werkstücks W1 in das zweite Amplitudenspektrum F2 um. Bei der Vorhersage der Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 wandelt die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 66 die physikalische Größe PQ des zweiten Werkstücks W2 in das zweite Amplitudenspektrum F2 um. Die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 66 unterscheidet sich von der zweiten Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit 42 der Ausführungsform dadurch, dass sie die physikalische Größe PQ des zweiten Werkstücks W2 in das zweite Amplitudenspektrum F2 umwandelt.
Die Einheit 68 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums multipliziert den Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums F2 der physikalischen Größe PQ mit der vorgegebenen Frequenz FB und dem Koeffizienten C. Folglich berechnet die Einheit 68 zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum FSR, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks W angibt. Es wird darauf hingewiesen, dass das zweite Amplitudenspektrum F2, auf das in diesem Fall Bezug genommen wird, ein Amplitudenspektrum ist, das durch die Umwandlung der physikalischen Größe PQ für den Fall erhalten wird, dass das zweite Werkstück W2 einer Bearbeitung unterzogen wird. Das heißt, nachdem der Koeffizient C von der Koeffizientenberechnungseinheit 44 berechnet wurde, berechnet die Oberflächenrauheitsspektrumberechnungseinheit 68 das Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR aus dem zweiten Amplitudenspektrum F2, das durch Umrechnung der physikalischen Größe PQ erhalten wird, die durch die Bearbeitung des zweiten Werkstücks W2 gewonnen wurde.
Die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 70 transformiert das von der Oberflächenrauheitsspektrumberechnungseinheit 68 berechnete Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum F_SR invertiert. Folglich berechnet die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 70 die Vorhersagedaten SR_pre der Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2. Auf diese Weise ist die Berechnungsvorrichtung 12 gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation in der Lage, nicht nur die Berechnung des Koeffizienten C, sondern auch die Vorhersage der Oberflächenrauheit des zweiten Werkstücks W2 auszuführen. Das heißt, nach Abschluss des in 7 gezeigten Berechnungsverfahrens ist die Oberflächenrauheitsspektrumberechnungseinheit 68 der Berechnungsvorrichtung 12 gemäß der vorliegenden beispielhaften Modifikation in der Lage, den in 11 gezeigten Oberflächenrauheitsspektrumberechnungsschritt S13 durchzuführen. Ferner kann die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit 70 den Oberflächenrauheitsberechnungsschritt S14 durchführen.
(Exemplarische Modifikation 7)
Es wurde oben beschrieben, dass die Berechnungsvorrichtung 12 und die Vorhersagevorrichtung 14 zusammen in einer integrierten Weise konfiguriert werden können. Ferner können die Berechnungsvorrichtung 12 und die Vorhersagevorrichtung 14 als elektronische Vorrichtungen konfiguriert werden, die in die Steuereinrichtung 20 der Werkzeugmaschine 16 integriert sind.
(Exemplarische Modifikation 8)
Die oben beschriebenen beispielhaften Modifikationen können in geeigneter Weise kombiniert werden.
[Erfindungen, die sich aus der Ausführungsform ableiten lassen]
Die Erfindungen, die aus der oben beschriebenen Ausführungsform und deren Modifikationen gewonnen werden können, werden im Folgenden beschrieben.
<Erste Erfindung>
Die Berechnungsvorrichtung (12) umfasst die Messdatenerfassungseinheit (36), die die von der Oberflächenrauheitsmessvorrichtung gemessenen Messdaten (SR_mea) erfasst, wobei die Messdaten die Oberflächenrauheit des von der Werkzeugmaschine (16) bearbeiteten Werkstücks (W) anzeigen, die physikalische Größenerfassungseinheit (38), die die physikalische Größe (PQ) erfasst, die die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit anzeigt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, die erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (40), die eine Frequenzanalyse der Messdaten durchführt und die Messdaten in das erste Amplitudenspektrum (F1) umwandelt, die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (42, 66), die eine Frequenzanalyse der physikalischen Größe durchführt und die physikalische Größe in das zweite Amplitudenspektrum (F2) umwandelt, und die Koeffizientenberechnungseinheit (44), die den Koeffizienten (C) berechnet, der ein durch Multiplikation eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei einer spezifizierten Frequenz (FB), die eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Frequenzband ist, mit dem Koeffizienten erhaltenes Ergebnis innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz macht, um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der physikalischen Größe vorherzusagen.
Gemäß diesen Merkmalen ist die Berechnungsvorrichtung vorgesehen, die in der Lage ist, die Oberflächenrauheit des Werkstücks vorherzusagen.
In der Berechnungsvorrichtung kann die physikalische Größe eine der Positionsabweichung (PQ_pd) der beweglichen Achse (22) sein, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine eine Bewegung erfährt, die Temperatur der beweglichen Achse, die Geradheit der beweglichen Achse, der Fluiddruck oder der Luftdruck im Lager der beweglichen Achse, die Fluidtemperatur oder die Lufttemperatur des Lagers und die Temperatur des während der Bearbeitung verwendeten Schneidfluids.
Bei der ersten Erfindung kann ferner eine Eingabeeinheit (28) vorgesehen sein, die die vom Bediener vorgenommene Eingabe der Frequenz oder des Frequenzbandes empfängt, wobei die Koeffizientenberechnungseinheit die über die Eingabeeinheit eingegebene Frequenz oder das Frequenzband als die vorgegebene Frequenz verwenden kann. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal kann der Bediener die Berechnungsvorrichtung veranlassen, die untersuchte Frequenz oder das untersuchte Frequenzband als die spezifizierte Frequenz zu bezeichnen.
Die erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit kann die Messdaten mittels einer Frequenzanalyse, die auf einer Fourier-Transformation oder einer Wavelet-Transformation basiert, in das erste Amplitudenspektrum umwandeln, und die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit kann die physikalische Größe mittels einer Frequenzanalyse, die auf einer Fourier-Transformation oder einer Wavelet-Transformation basiert, in das zweite Amplitudenspektrum umwandeln.
Die Einheit zur Erfassung physikalischer Größen kann die Vielzahl von Arten der physikalischen Größen erfassen, die eine Vielzahl von Ursachen für das Auftreten der Oberflächenrauheit angeben, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, wobei die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen jeweils entsprechend der Vielzahl von Arten der physikalischen Größen vorbestimmt sein kann, wobei die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen gegenseitig unterschiedliche Frequenzen oder gegenseitig unterschiedliche Frequenzbänder haben kann, und zur Vorhersage der Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der Vielzahl der Arten der physikalischen Größen kann die Koeffizienten-berechnungseinheit dazu dienen, die Vielzahl der Koeffizienten zu berechnen, die jeweils der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen entsprechen, wobei ein Ergebnis, das durch Multiplizieren des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei jeder der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen mit dem entsprechenden der Koeffizienten erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich dem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei dieser der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen ist. In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen kann der Koeffizient, der jeder der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen entspricht, berechnet werden.
Die erste Erfindung kann ferner die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit (68), die das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum (F_SR), das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt, durch Multiplikation des Koeffizienten und des Amplitudenwertes des zweiten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz berechnet, und die Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit (70), die die Vorhersagedaten (SR_pre), die die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigen, durch inverse Transformation des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums berechnet, umfassen. In Übereinstimmung mit diesen Merkmalen ist es möglich, die Oberflächenrauheit gemäß der ersten Erfindung vorherzusagen.
Die erste Erfindung kann ferner die Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums umfassen, die das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks angibt, indem eine Vielzahl von Spektren addiert wird, die jeweils durch Multiplikation des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei jeder der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen mit dem entsprechenden der Koeffizienten, die jeweils der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen entsprechen, erhalten werden, und die Oberflächenrauheitsberechnungseinheit, die die Vorhersagedaten berechnet, die die Oberflächenrauheit des Werkstücks angeben, indem sie das Oberflächenrauheits-amplitudenspektrum invers transformiert. In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen ist die erste Erfindung in der Lage, die Oberflächenrauheit auf der Grundlage der Vielzahl von Arten der physikalischen Größen vorherzusagen.
Die Werkzeugmaschine kann eine Ultrapräzisionswerkzeugmaschine sein, die eine Bearbeitung mit einer Auflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern gemäß einem Befehl mit einer Befehlsauflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern durchführt, und nachdem der Koeffizient durch die Koeffizientenberechnungseinheit berechnet worden ist, kann die Oberflächenrauheitsspektrum-berechnungseinheit das Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum aus dem zweiten Amplitudenspektrum berechnen, das durch die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit aus der physikalischen Größe erzeugt worden ist, die zu einem Zeitpunkt erfasst wird, wenn die Ultrapräzisionswerkzeugmaschine ohne Werkstück arbeitet. Gemäß solchen Merkmalen ist die erste Erfindung, wenn der Koeffizient bereits berechnet wurde, in der Lage, die Oberflächenrauheit des Werkstücks vorherzusagen, selbst wenn ein Werkstück, dessen Oberflächenrauheit vorhergesagt werden soll, nicht tatsächlich bearbeitet wird.
Die erste Erfindung kann ferner die Koeffizientenänderungseinheit (48) umfassen, die eine vom Bediener vorgenommene Operation zum Ändern des Koeffizienten empfängt, wobei in dem Fall, dass der Bediener den Koeffizienten geändert hat, die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit den Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz und den geänderten Koeffizienten multiplizieren kann und dadurch das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnen kann, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt. In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen kann eine Bequemlichkeit für den Bediener erreicht werden.
<Zweite Erfindung>
Das System (10) zur Vorhersage der Oberflächenrauheit ist mit der ersten Erfindung und der Vorrichtung (14) zur Vorhersage der Oberflächenrauheit ausgestattet, die die Oberflächenrauheit des von der Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks unter Verwendung der spezifizierten Frequenz und des Koeffizienten vorhersagt, wobei die Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit die Einheit (56) zur Erfassung der physikalischen Größe umfasst, die die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit anzeigt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, die Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (58), die eine Frequenzanalyse der physikalischen Größe durchführt und die physikalische Größe in das Amplitudenspektrum umwandelt, die Speichereinheit (50), die den Koeffizienten und die spezifizierte Frequenz speichert, die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit (60), die das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum (F_SR) berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt, durch Multiplikation des Amplitudenwerts des Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz und des Koeffizienten, und die Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit (62), die die Vorhersagedaten (SR_pre) berechnet, die die Oberflächenrauheit des Werkstücks durch inverse Transformation des Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums anzeigen.
In Übereinstimmung mit diesen Merkmalen wird das Oberflächenrauheits-Vorhersagesystem bereitgestellt, das in der Lage ist, die Oberflächenrauheit des Werkstücks vorherzusagen.
Die Erfassungseinheit für physikalische Größen der Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit kann eine Vielzahl von Arten der physikalischen Größen erfassen, die eine Vielzahl von Ursachen für das Auftreten der Oberflächenrauheit angeben, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, wobei die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen im Voraus bestimmt werden kann, die jeweils der Vielzahl von Arten der physikalischen Größen entsprechen, wobei die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen zueinander unterschiedliche Frequenzen oder zueinander unterschiedliche Frequenzbänder haben kann, die Speichereinheit kann die Vielzahl von Koeffizienten speichern, die jeweils der Vielzahl von spezifizierten Frequenzen entsprechen, und die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit kann das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnen, indem sie eine Vielzahl von Spektren addiert, die jeweils durch Multiplizieren des Amplitudenwerts des Amplitudenspektrums bei jeder der Vielzahl von spezifizierten Frequenzen mit einem entsprechenden der Koeffizienten, die jeweils der Vielzahl von spezifizierten Frequenzen entsprechen, erhalten werden. In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen wird es möglich, die Oberflächenrauheit basierend auf der Vielzahl von Typen der physikalischen Größen vorherzusagen.
Bei der Werkzeugmaschine (16) kann es sich um eine Ultrapräzisionswerkzeugmaschine handeln, die eine Bearbeitung mit einer Auflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern gemäß einem Befehl mit einer Befehlsauflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern durchführt, und die Einheit zur Erfassung physikalischer Größen der Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit kann die physikalische Größe erfassen, die zu einem Zeitpunkt erfasst wird, wenn die Ultrapräzisionswerkzeugmaschine ohne Werkstück arbeitet. Gemäß diesen Merkmalen ist die zweite Erfindung, wenn der Koeffizient bereits berechnet wurde, in der Lage, die Oberflächenrauheit des Werkstücks vorherzusagen, selbst wenn ein Werkstück, dessen Oberflächenrauheit vorhergesagt werden soll, nicht tatsächlich bearbeitet wird.
Die zweite Erfindung kann ferner die Koeffizientenänderungseinheit (48) umfassen, die eine vom Bediener vorgenommene Operation zur Änderung des Koeffizienten empfängt, wobei in dem Fall, dass der Bediener den Koeffizienten geändert hat, die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit den Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz und den geänderten Koeffizienten multipliziert und dadurch das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnen kann, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt. In Übereinstimmung mit solchen Merkmalen kann eine Bequemlichkeit für den Bediener erreicht werden.
<Dritte Erfindung>
Das Berechnungsverfahren umfasst den Messdatenerfassungsschritt (S1) des Erfassens der von der Oberflächenrauheitsmessvorrichtung gemessenen Messdaten (SR_mea), wobei die Messdaten die Oberflächenrauheit des von der Werkzeugmaschine (16) bearbeiteten Werkstücks (W) anzeigen, den physikalischen Größenerfassungsschritt (S2) des Erfassens der physikalischen Größe (PQ), die die Ursache des Auftretens der Oberflächenrauheit anzeigt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, den ersten Amplitudenspektrum-Umwandlungsschritt (S3) des Durchführens einer Frequenzanalyse an den Messdaten und des Umwandelns der Messdaten in das erste Amplitudenspektrum (F1), den zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt (S4) des Durchführens einer Frequenzanalyse an der physikalischen Größe, die in dem physikalischen Größenerfassungsschritt erfasst wurde, und des Umwandelns der physikalischen Größe in das zweite Amplitudenspektrum (F2), und den Koeffizientenberechnungsschritt (S5) des Berechnens des Koeffizienten (C), der ein Ergebnis, das durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei einer spezifizierten Frequenz (FB), die eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Frequenzband ist, mit dem Koeffizienten innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz macht, um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der physikalischen Größe vorherzusagen.
In Übereinstimmung mit diesen Merkmalen wird ein Berechnungsverfahren bereitgestellt, das in der Lage ist, die Oberflächenrauheit des Werkstücks vorherzusagen.
Die dritte Erfindung kann ferner den Schritt (S13) der Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums (F_SR), das die Oberflächenrauheit des Werkstücks angibt, durch Multiplikation des Koeffizienten und des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei der vorgegebenen Frequenz und den Schritt (S14) der Berechnung der Vorhersagedaten (SR_pre), die die Oberflächenrauheit des Werkstücks angeben, durch inverse Transformation des Oberflächenrauheitsspektrums umfassen. In Übereinstimmung mit diesen Merkmalen ist es möglich, die Oberflächenrauheit gemäß der dritten Erfindung vorherzusagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018189582 A [0002, 0032]

Claims

Berechnungsvorrichtung (12), umfassend: eine Messdatenerfassungseinheit (36), die so konfiguriert ist, dass sie Messdaten (SR_mea) erfasst, die von einem Oberflächenrauheitsmessgerät gemessen werden, wobei die Messdaten eine Oberflächenrauheit eines von einer Werkzeugmaschine (16) bearbeiteten Werkstücks (W) angeben; eine physikalische Größenerfassungseinheit (38), die so konfiguriert ist, dass sie eine physikalische Größe (PQ) erfasst, die eine Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit angibt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt; eine erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (40), die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse an den Messdaten durchführt und die Messdaten in ein erstes Amplitudenspektrum (F1) umwandelt; eine zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (42, 66), die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse an der physikalischen Größe durchführt und die physikalische Größe in ein zweites Amplitudenspektrum (F2) umwandelt; und eine Koeffizientenberechnungseinheit (44), die so konfiguriert ist, dass sie einen Koeffizienten (C) berechnet, der ein Ergebnis, das durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei einer spezifizierten Frequenz (FB), die eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Frequenzband ist, mit dem Koeffizienten erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz macht, um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der physikalischen Größe vorherzusagen.
Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die physikalische Größe eine Positionsabweichung (PQ_Pd) einer beweglichen Achse (22), die so konfiguriert ist, dass sie während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine eine Bewegung erfährt, eine Temperatur der beweglichen Achse, eine Geradheit der beweglichen Achse, ein Fluiddruck oder ein Luftdruck in einem Lager der beweglichen Achse, eine Fluidtemperatur oder eine Lufttemperatur des Lagers oder eine Temperatur eines während der Bearbeitung verwendeten Schneidfluids ist.
Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Eingabeeinheit (28), die so konfiguriert ist, dass sie eine von einem Bediener vorgenommene Eingabe einer Frequenz oder eines Frequenzbandes empfängt, wobei die Koeffizientenberechnungseinheit die Frequenz oder das Frequenzband, das über die Eingabeeinheit eingegeben wird, als die spezifizierte Frequenz verwendet.
Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die erste Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit die Messdaten mittels einer Frequenzanalyse, die auf einer Fourier-Transformation oder einer Wavelet-Transformation basiert, in das erste Amplitudenspektrum umwandelt, und die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit die physikalische Größe mittels einer Frequenzanalyse, die auf einer Fouriertransformation oder einer Wavelet-Transformation beruht, in das zweite Amplitudenspektrum umsetzt.
Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die physikalische Größe eine Vielzahl von Arten physikalischer Größen umfasst, die eine Vielzahl von Ursachen für das Auftreten der Oberflächenrauheit angeben, die bei der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine im Werkstück auftritt, die Einheit zur Erfassung physikalischer Größen die Vielzahl von Arten physikalischer Größen erfasst, die spezifizierte Frequenz eine Vielzahl von spezifizierten Frequenzen umfasst, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Arten von physikalischen Größen vorbestimmt sind, die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen voneinander unterschiedliche Frequenzen oder voneinander unterschiedliche Frequenzbänder haben, und der Koeffizient eine Vielzahl von Koeffizienten umfasst, und um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der Vielzahl von Arten physikalischer Größen vorherzusagen, die Koeffizientenberechnungseinheit die Vielzahl von Koeffizienten berechnet, die jeweils der Vielzahl spezifizierter Frequenzen entsprechen, wobei ein Ergebnis, das durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei jeder der Vielzahl spezifizierter Frequenzen mit einem entsprechenden der Koeffizienten erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei dieser der Vielzahl spezifizierter Frequenzen ist.
Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit (68), die so konfiguriert ist, dass sie ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum (F_SR) berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt, indem sie den Koeffizienten und den Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz multipliziert; und eine Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit (70), die konfiguriert ist, um Vorhersagedaten (SR_pre) zu berechnen, die die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigen, indem das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum invers transformiert wird.
Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend: eine Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit (68), die so konfiguriert ist, dass sie ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum (F_SR) berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks angibt, indem sie eine Vielzahl von Spektren addiert, die jeweils durch Multiplizieren des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei jeder der Vielzahl spezifizierter Frequenzen und des entsprechenden der Koeffizienten, die jeweils der Vielzahl spezifizierter Frequenzen entsprechen, erhalten werden; und eine Oberflächenrauheits-Berechnungseinheit (70), die so konfiguriert ist, dass sie Vorhersagedaten (SR_pre) berechnet, die die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigen, indem sie das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum invers transformiert.
Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei: die Werkzeugmaschine eine Ultrahochpräzisionswerkzeugmaschine ist, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bearbeitung mit einer Auflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern in Übereinstimmung mit einem Befehl mit einer Befehlsauflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern durchführt; und nachdem der Koeffizient durch die Koeffizientenberechnungseinheit berechnet worden ist, die Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit das Oberflächenrauheitsspektrum aus dem zweiten Amplitudenspektrum berechnet, das durch die zweite Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit aus der physikalischen Größe erzeugt worden ist, die zu einem Zeitpunkt erfasst wird, wenn die Ultrahochpräzisionswerkzeugmaschine ohne Werkstück arbeitet.
Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend: eine Koeffizientenänderungseinheit (48), die so konfiguriert ist, dass sie eine von einem Bediener vorgenommene Operation zur Änderung des Koeffizienten empfängt; wobei in einem Fall, in dem der Bediener den Koeffizienten geändert hat, die Berechnungseinheit für das Oberflächenrauheitsspektrum den Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz und den geänderten Koeffizienten multipliziert und dadurch das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt.
System (10) zur Vorhersage der Oberflächenrauheit, das mit der Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Vorrichtung (14) zur Vorhersage der Oberflächenrauheit ausgestattet ist, die so konfiguriert ist, dass sie die Oberflächenrauheit des von der Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücks unter Verwendung der festgelegten Frequenz und des Koeffizienten vorhersagt; wobei die Vorrichtung zur Vorhersage der Oberflächenrauheit umfasst: eine physikalische Größenerfassungseinheit (56), die so konfiguriert ist, dass sie eine physikalische Größe erfasst, die eine Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit angibt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt; eine Amplitudenspektrum-Umwandlungseinheit (58), die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse an der physikalischen Größe durchführt und die physikalische Größe in ein Amplitudenspektrum umwandelt; eine Speichereinheit (50), die zum Speichern des Koeffizienten und der spezifizierten Frequenz konfiguriert ist; eine Oberflächenrauheitsspektrum-Berechnungseinheit (60), die so konfiguriert ist, dass sie ein Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum (F_SR) berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt, indem sie einen Amplitudenwert des Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz und den Koeffizienten multipliziert; und eine Oberflächenrauheitsberechnungseinheit (62), die so konfiguriert ist, dass sie Vorhersagedaten (SR_pre) berechnet, die die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigen, indem sie das Oberflächenrauheitsamplitudenspektrum invers transformiert.
System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit nach Anspruch 10, wobei: die physikalische Größe eine Vielzahl von Arten physikalischer Größen umfasst, die eine Vielzahl von Ursachen für das Auftreten der Oberflächenrauheit angeben, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt, die physikalische Größenerfassungseinheit der Oberflächenrauheitsvorhersagevorrichtung die Vielzahl von Arten physikalischer Größen erfasst; die spezifizierte Frequenz eine Vielzahl von spezifizierten Frequenzen umfasst, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Arten von physikalischen Größen vorbestimmt sind; die Vielzahl der spezifizierten Frequenzen voneinander unterschiedliche Frequenzen oder voneinander unterschiedliche Frequenzbänder haben; der Koeffizient eine Vielzahl von Koeffizienten umfasst, die jeweils der Vielzahl von spezifizierten Frequenzen entsprechen, und die Speichereinheit die Vielzahl von Koeffizienten speichert; und die Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnet, indem sie eine Vielzahl von Spektren addiert, die jeweils durch Multiplizieren des Amplitudenwerts des Amplitudenspektrums bei jeder der Vielzahl spezifizierter Frequenzen und eines entsprechenden der Koeffizienten, die jeweils der Vielzahl der spezifizierten Frequenzen entsprechen, erhalten werden.
System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit nach Anspruch 10 oder 11, wobei: die Werkzeugmaschine eine Ultrahochpräzisionswerkzeugmaschine ist, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bearbeitung mit einer Auflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern in Übereinstimmung mit einem Befehl mit einer Befehlsauflösung von weniger als oder gleich 10 Nanometern durchführt; und die physikalische Größenerfassungseinheit der Oberflächenrauheitsvorhersagevorrichtung die physikalische Größe erfasst, die zu einem Zeitpunkt erfasst wird, zu dem die Ultrapräzisionswerkzeugmaschine ohne Werkstück arbeitet.
System zur Vorhersage der Oberflächenrauheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend eine Koeffizientenänderungseinheit (48), die so konfiguriert ist, dass sie eine von einem Bediener vorgenommene Operation zur Änderung des Koeffizienten empfängt, wobei für den Fall, dass der Bediener den Koeffizienten geändert hat, die Einheit zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums den Amplitudenwert des zweiten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz und den geänderten Koeffizienten multipliziert und dadurch das Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrum berechnet, das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt.
Berechnungsverfahren, umfassend: einen Messdatenerfassungsschritt (S1) des Erfassens von Messdaten (SR_mea), die von einer Oberflächenrauheitsmessvorrichtung gemessen werden, wobei die Messdaten eine Oberflächenrauheit eines Werkstücks (W) anzeigen, das von einer Werkzeugmaschine (16) bearbeitet wird; einen Schritt (S2) zur Erfassung einer physikalischen Größe (PQ), der eine Ursache für das Auftreten der Oberflächenrauheit angibt, die während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine in dem Werkstück in Abhängigkeit von der Leistung der Werkzeugmaschine auftritt; einen ersten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt (S3) zum Durchführen einer Frequenzanalyse an den Messdaten und zum Umwandeln der Messdaten in ein erstes Amplitudenspektrum (F1); einen zweiten Amplitudenspektrums-Umwandlungsschritt (S4) zum Durchführen einer Frequenzanalyse an der physikalischen Größe, die in dem physikalischen Größenerfassungsschritt erfasst wurde, und zum Umwandeln der physikalischen Größe in ein zweites Amplitudenspektrum (F2); und einen Koeffizientenberechnungsschritt (S5) zum Berechnen eines Koeffizienten (C), der ein Ergebnis, das durch Multiplizieren eines Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei einer spezifizierten Frequenz (FB), die eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Frequenzband ist, mit dem Koeffizienten erhalten wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gleich einem Amplitudenwert des ersten Amplitudenspektrums bei der spezifizierten Frequenz macht, um die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus der physikalischen Größe vorherzusagen.
Berechnungsverfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: einen Schritt (S13) zur Berechnung des Oberflächenrauheitsspektrums zur Berechnung eines Oberflächenrauheits-Amplitudenspektrums (F_SR), das die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigt, durch Multiplikation des Koeffizienten und des Amplitudenwerts des zweiten Amplitudenspektrums bei der angegebenen Frequenz; und einen Oberflächenrauheitsberechnungsschritt (S14) zum Berechnen von Vorhersagedaten (SR_pre), die die Oberflächenrauheit des Werkstücks anzeigen, durch inverse Transformation des Oberflächenrauheitsamplitudenspektrums.