JP2019032832A - モデルを利用した誤差補償付き被加工材の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工材の加工方法を改善すること。【解決手段】 工作機械（１）の制御装置（５）は位置調節器（１０）と位置調節される軸（３）のモデル（１１）を実装する。位置調節器（１０）はそれぞれ相応するシーケンスの位置調節値（ｘ★）、対応する位置実際値（ｘ）および補償値（ｅｘ）を受け取り、その時の位置目標値（ｘ★）とその時の補償値（ｅｘ）との加算並びにその時の位置実際値（ｘ）の減算による算出値を検出し、この算出値に基づき位置調節される軸（３）に対する調整信号（Ｓ）を検出する。その調整信号（Ｓ）を位置調節器は位置調節される軸（３）に発信する。位置調節される軸（３）が調整信号（Ｓ）により位置目標値（ｘ★）に相応して調整され、被加工材（２）に対する工具（４）の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および／または方位（α、β）をこれによって変化させる。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の工具による被加工材の加工方法において、
工作機械の制御装置が位置調節器を実装し、
位置調節器が連続的に順次にその都度一連の位置目標値のうち１つの位置目標値、位置調節される軸の出力側で測定装置により検出される位置実際値および補償値を受け取り、
位置調節器がその時の位置目標値とその時の補償値との加算並びにその時の位置実際値の減算による算出値を検出し、この算出値に基づきその都度位置調節される軸に対する調整信号を検出し、その時の調整信号を位置調節される軸に発信し、
位置調節される軸が調整信号により位置目標値に相応して調整され、これにより被加工材に対する工具の位置および／または方位を変化させ、
その時の補償値の検出のため一連の連続する調節誤差が格納されているメモリ装置から連続的に順次にシーケンスに従ってその都度１つの調節誤差を読み出す
ようにした加工方法に関する。

さらに本発明は、制御プログラムが制御装置により加工可能な機械コードを含み、機械コードの加工が制御装置によって行われ、制御装置が工作機械を上述に記載の加工方法により駆動するようにした工作機械の制御装置のための制御プログラムに関する。

さらに本発明は、上述の制御プログラムによって、運転中に工作機械を上述の加工方法によって駆動するようにプログラミングされる工作機械のための制御装置に関する。

本発明は、工作機械の工具によって被加工材を加工するための工作機械において、
工作機械が多数の位置調節される軸を有し、これらの軸により工具が被加工材に対して走行可能にされ、
工作機械が上述の制御装置を有し、これを介して工作機械の軸が位置調節される
ようにした工作機械に関する。

このような加工方法はたとえば特許文献１により知られている。この加工方法においてはメモリ装置から読み出される調節誤差は直接的に補償値として活用される。

特許文献２からは、工作機械の工具による被加工材の加工方法において、
工作機械の制御装置が位置調節器と位置調節される軸のモデルとを備え、
位置調節器が連続的に順次にその都度１つの位置目標値と位置調節される軸の出力側で測定装置により検出される１つの位置実際値とを受け取り、
位置調節器がその時の位置目標値からのその時の位置実際値の減算による算出値を検出し、この算出値に基づきその都度位置調節される軸に対する調整信号を検出し、その時の調整信号を位置調節される軸に発信し、
位置調節される軸が調整信号により位置目標値に相応して調整され、これにより被加工材に対する工具の位置および／または方位を変化する、
ようにした加工方法が知られている。

特許文献２では、モデルにより位置調節される軸の機構的・動的特性がシミュレーションされる。モデルにはその時の位置目標値が導かれる。モデルはこれから修正位置目標値を検出し、これを位置調節器に導いている。

工作機械による被加工材の加工に際してはしばしば本来所望されている輪郭と実際に製造される輪郭との間に偏差が生じる。調節誤差は絶対的見地からは勿論比較的僅か（明らかに１ｍｍ以下、時には僅か数μｍ）である。しかし、要求される製造許容誤差次第で、偏差はそれにも拘らず外乱となる恐れがある。

発生する調節誤差が周期的に繰り返される場合には、調節特性は学習法により明らかに改善される。そのための典型的なやり方は上述の特許文献１に説明されている。この場合誤差の補償に必要な逆問題（Inverse problem）は、有効な調節誤差を検出する際に差し当たり検出された調節誤差をフィルタでフィルタリング、たとえばローパスフィルタリングすることにより解決される。

特許文献１のやり方は既に明瞭な改良をもたらすものである。しかし位置調節される軸の振動特性は考慮することができない。特に、周期により限定される周波数が位置調節される軸の最初の共鳴周波数以下である誤差だけが補償できるに過ぎない。誤差修正の可能な帯域幅はそれゆえ限られている。

特許文献１では、簡単に言えば、発生する誤差を検出しこれを補償することが試みられている。これとは逆に特許文献２では、誤差そのものを発生させない試みがなされている。特許文献２では位置調節される軸は振動性のシステムとしてモデリングされ、これに基づいて位置目標値が検出され、振動を避けるようにしている。しかし特許文献２でも依然として調節誤差が生じている。

欧州特許出願公開第２９８８１８１（特開２０１６−４５９４８）号公報 独国特許出願公開第１０２００５０４８３９０（特表２００９−５１２０４２）号公報

本発明の課題は、確実にして簡単なやり方で被加工材の最適な加工を達成できる可能性を提供することにある。

この課題は請求項１の特徴を有する加工方法により解決される。この加工方法の有利な実施形態は従属請求項２〜１１の対象である。

本発明によれば、本明細書の冒頭に述べた加工方法は、
制御装置が付加的に位置調節される軸のモデルを実装し、
その都度読み出される調節誤差が位置調節される軸のモデルに導かれ、このモデルがその都度読み出される調節誤差に基づき位置調節される軸の機構的・動的特性をシミュレーションしながらそれぞれの補償値を検出し、この検出された補償値を位置調節器に導く
ように構成されている。

すなわち本発明の枠内では、調節誤差はモデルに導かれ、これに相応して修正値、すなわち補償値が検出される。本発明は従っていわゆるモデルに基づいたフィードフォワード制御を基礎としている。位置目標値を利用するものとしてそれ自体は公知のこのやり方は、位置調節される軸の動的特性をフィードフォワード制御の際に考慮することを可能にする。

検出された位置実際値が周期を有する外乱に影響されるようにすることが可能である。この場合本発明による加工方法は、
位置調節器の前方ノードにその時の位置目標値およびその時の位置実際値が導かれ、前方ノードが位置目標値と位置実際値の差形成によりその時の調節差を検出し、
位置調節器の後方ノードにその時の調節差およびその時の補償値が導かれ、後方ノードが調節差と補償値の加算によりその時の算出値を検出し、
前方ノードと後方ノードとの間で調節差が取り出されて補償回路に導かれ、この補償回路は内部ノード、周波数フィルタ、前方バッファメモリおよび後方バッファメモリを有するようにし、
内部ノードには第１の重み付け係数で重み付けられた調節差および第２の重み付け係数で重み付けられたフィードバック信号が導かれ、
内部ノードは重み付けられた調節差と重み付けられたフィードバック信号の加算により形成された内部和信号を周波数フィルタに導き、
周波数フィルタは周波数のフィルタリングを実行してフィルタリングされた信号を前方バッファメモリに導き、
前方バッファメモリは第１の走行時間遅延を実行し、相応して遅延された信号を後方バッファメモリに導き、
後方バッファメモリは第２の走行時間遅延を実行し、相応して遅延された信号をフィードバック信号として発信し、
周波数フィルタ、前方バッファメモリおよび後方バッファメモリが共同してメモリ装置を形成し、
前方バッファメモリと後方バッファメモリとの間でその時の調節誤差が読み出されてモデルに導かれ、
周波数フィルタと両バッファメモリが次のように、すなわち周波数フィルタおよび両バッファメモリの遅延時間の和が外乱の周期の整数倍であり、周波数フィルタおよび前方バッファメモリの遅延時間の和が、前方ノードに導かれる信号が位置実際値の変化を作用するまでに消失する走行時間を差し引いた外乱の周期の整数倍である
ように構成される。

このやり方により周期的な外乱の場合特に簡単にして確実に調節誤差を把握および検出することができる。

周波数フィルタは線形非再帰デジタルフィルタリング、特にローパスフィルタリングを実行することが可能である。代替的に、周波数フィルタは多数の直交相関フィルタリングを実行し、これによりその都度個々の周波数成分をフィルタ処理することが可能である。

外乱の周期が変化する場合には、前方のバッファメモリの遅延時間を周期に応じて動的に追従することができる。このようなケースは特にその周波数が変化する回転軸で生じ得る。

多くの場合工具によって被加工材を加工する際に調節誤差は勿論周期的ではないが、再現可能である。調節誤差は即ち仕上げられた被加工材に同じようにまたは類似して現れる。このような場合にも誤差の補償を行うことができるようにするために、本発明の一実施形態では、
制御装置に一連の目標値ベクトルが予め与えられ、
目標値ベクトルが工作機械の位置調節される軸およびその他の多数の位置調節される軸に対してそれぞれ１つの位置目標値を含み、
被加工材に対する工具の位置および／または方位が他の位置調節される軸によっても変化させられ、
調節誤差がメモリ装置に一連の目標値ベクトルの少なくとも第１の部分に対し相応する部分の目標値ベクトルの割り当てのもとに格納され、
制御装置がそれぞれメモリ装置から読み出された調節誤差を、位置目標値が位置調節器に導かれる設定ベクトルに基づいて検出する
ようにされる。

目標値ベクトルは代替的に被加工材座標または機械コード座標に関連付けすることができる。各目標値ベクトルの代表例もしくは各目標値ベクトルの「指針」としてはさらにたとえば軌道パラメータ、すなわち工具による被加工材の加工に際しての絶対的または規範的踏破行程も使用可能である。

最も簡単な場合目標値ベクトルはそれぞれ専ら被加工材に対する工具の位置を規定する。しかし多くの場合目標値ベクトルは被加工材に対する工具の位置および方位を規定する。

さらに多くの場合工具による被加工材の加工の多くの箇所において同じまたは類似の調節誤差が発生する。この場合、一連の目標値ベクトルの第１の部分に対する調節誤差をメモリ装置において一連の目標値ベクトルの少なくとも第２の部分に対しても第２の部分の目標値ベクトルにも割り当てながら格納することができる。この場合同一の調節誤差を一連の目標値ベクトルの第１の部分にも一連の目標値ベクトルの第２の部分にも（場合によっては一連の目標値ベクトルの他の部分にも）使用することができる。

非周期的な調節誤差の場合にも、制御装置がその時の位置実際値をその時の位置目標値と比較して調節差を検出し、メモリ装置に格納されている対応する調節誤差を調節差に基づいて修正することも可能である。

一般に位置調節器はその時の調節信号を位置調節器の後方にある調節器に導く。後方にある調節器はたとえば回転数または速度調節器またはモーメント、加速または電流調節器であり得る。両調節機種−すなわちモーメント、加速または電流調節器に付加した回転数または速度調節器ーも可能である。後者の場合モーメント、加速または電流調節器は回転数または速度調節器の後方に置かれる。後方に置かれた調節器の場合調節器は、モデルにより調節誤差に基づき補償値に付加して後方の調節器に導かれるパイロット信号が検出されるときに、高いダイナミクと良好なご査収性に至る。２つの後方の調節器の場合この場合には当然ながら２つのパイロット信号が検出され、２つの後方の調節器に導かれる。

モデルは必要に応じて作動可能である。特に、モデルが位置調節される軸の状態を検出しこの状態がモデルにフィードバックされるようにすることが可能である。代替的にまたは付加的に、モデルが位置調節される軸を線形微分方程式によりモデリングすることができる。モデルは特に線形モデルとして形成可能である。

本発明の課題はさらに請求項１２の特徴を有する工作機械の制御装置用制御プログラムによっても解決される。本発明によれば機械コードの加工が制御装置により行われ、制御装置が工作機械を本発明による加工方法により駆動する。

本発明の課題はさらに請求項１３の特徴を有する工作機械用の制御装置によっても解決される。本発明によれば制御装置は本発明による制御プログラムでプログラミングされるので、制御装置は工作機械の運転時に本発明による加工方法に基づき工作機械を駆動する。

本発明の課題はさらに請求項１４の特徴を有する工具による被加工材の加工用工作機械によっても解決される。本発明によれば冒頭に述べた形式の工作機械では制御装置は本発明により形成される。

本発明の上述の特性、特徴および利点並びに達成可能な形態は図面を参照して詳細に説明される実施例の以下の記載との関連でより明瞭に理解される。

図１は制御装置と被加工材とともに工作機械の概略図を示す。 図２は制御装置の一実装例のブロック図を示す。 図３は制御装置の別の実装例のブロック図を示す。 図４は外乱の時間ダイアグラムを示す。 図５は工具による被加工材の加工例を示す。 図６は工具による被加工材の別の加工例を示す。 図７は図３の変形例を示す。 図８は周波数フィルタの一実施例を示す。 図９は図２の変形例を示す。 図１０はモデルの一実施例を示す。

図１によれば工作機械１は被加工材２の加工に用いられる。工作機械１は位置調節される複数の軸３を有する。最小でも３つの位置調節される軸３が用意される。この場合被加工材２を加工する工具４は被加工材２に対して通常は専ら並進的に走行可能である。走行可能性は図１において通常のデカルト座標系の並進方向ｘ、ｙ、ｚの表示により暗示されている。多くの場合しかしながら４つ以上、たとえば５つの位置調節される軸３が設けられる。この場合工具４は被加工材２に対して通常は並進的に走行可能であるが、付加的に回転方向に走行することもできる。このことは図１においてデカルト座標系の並進方向ｘ、ｙ、ｚの選択的表示の他に２つの角度α、βの表示により暗示されている。工具４はたとえば穿孔機またはフライスとすることができる。工具４はしかし別様にも構成可能であり、特にたとえばレーザとして被加工材２の無接触加工用にも構成可能である。

工作機械１は制御装置５を有する。制御装置５は通常は数値制御用に形成される。この装置はさらに通常はソフトウエアによるプログラミング可能である。その基本的動作はそれゆえ制御プログラム６により規定され、このプログラムにより制御装置５はプログラミングされている。制御プログラム６は制御装置５により実行可能な機械コード７を有する。制御装置５による機械コード７の実行により、制御装置５は工作機械１を以下に詳述するような加工方法により駆動する。

一定の加工を実施するために制御装置５には付加的に部分プログラム８が導入されるかもしくは一般的に言えば制御装置５に部分プログラム８が予め与えられる。部分プログラム８は一連の目標値ベクトルＶを含むことができ、これらのベクトルは制御装置５により連続的に順次に実行される。その代わりに制御装置５が一連の目標値ベクトルＶを部分プログラム８に基づき独自に発生することも可能である。その混合形態も可能である。制御プログラム６は従って部分プログラム８を実行する態様を規定する制御装置５のシステム制御である。

各目標値ベクトルＶは位置調節される各軸３に対しそれぞれ位置目標値ｘ^★、ｙ^★、ｚ^★などを含む。これは図１では第１の目標値ベクトルＶに対してのみ表示しているが、すべての目標値ベクトルＶに対して適用される。各目標値ベクトルＶはその目標値ｘ^★、ｙ^★、ｚ^★などに基づき被加工材２に対する工具４の少なくとも１つのその時の位置を規定し、場合によっては被加工材２に対するその方位も規定する。一連の目標値ベクトルＶはこれにより軌道９を規定し、この軌道に沿って工具４は被加工材２に対し走行しなければならない。軌道９は場合によっては目標値ベクトルＶにより規定される被加工材２に対する工具４の方位も含んでいる。相応する走行は位置調節される軸３を相応して制御する制御装置５により行われる。

以下に図２、図３と関連して個々に位置調節される軸３の１つに対する制御装置５の動作方法を説明する。しかしこの実施形態はそれぞれ位置調節される他の軸３にも適用可能である。さらに図２、図３における表示は時間連続型である。実際の実行は一般に時間離散型である。特に実行は通常同一タクト内で行われ、このタクトで位置調節される軸３も制御される。さらに以下に図２、図３に関連して先ず本発明の基礎になっている原理を説明する。次いで図２、図３を別々に取り上げることにより本発明の各図面に示された別の実施形態を説明することにする。

位置調節される軸３を制御するために制御装置５は図２、図３に示すように位置調節器１０および位置調節される軸３のモデル１１を実装する。モデル１１は位置調節される軸３の機構的・動的動作をシミュレーションする。モデリングは特に２質量振動体の形で行うことができる。モデル１１の詳細は後述する。

位置調節器１０は連続的に順次にそれぞれ一連の目標値ｘ^★のうち１つの一目標値ｘ^★、位置実際値ｘおよび補償値ｅｘを受け取る。位置実際値ｘは位置調節される軸３の出力側で測定装置１２により検出される。この場合用語「連続的に順次に」は、位置調節器１０が連続的に順次に目標値ｘ^★、位置実際値ｘおよび補償値ｅｘを受け取るという意味と解釈すべきではない。３つの値ｘ^★、ｘおよびｅｘは位置調節器１０に同時に導かれる。用語「連続的に順次に」とはむしろ位置目標値ｘ^★のシーケンスに関するものである。測定装置１２により時間タクトごとに位置調節器１０にはそれぞれ新しい位置目標値ｘ^★、新しい位置実際値ｘおよび新しい補償値ｅｘが導かれる。

位置調節器１０はその時の位置目標値ｘ^★とその時の補償値ｅｘとの加算およびその時の位置実際値ｘの減算により生じる算出値を形成する。この算出値に基づき位置調節器１０は、たとえばＰＩ特性により、その都度位置調節される軸３に対する調整信号Ｓを検出する。その時の調整信号Ｓを位置調節器１０は位置調節される軸３に発信する。この調整信号Ｓにより従って位置調節される軸３は位置目標値ｘ^★に相応して調整される。従って被加工材３に対する工具４の位置（すなわちｘ、ｙおよび／またはｚ値）および／または方位（すなわち角度αおよびβの少なくとも一方）が変化される。

その時の補償値ｅｘを検出するためにメモリ装置１３から調節誤差ｅが読み出される。調節誤差ｅはメモリ装置１３内ではそこに記憶もしくは格納されている一連の調節誤差ｅの構成要素である。読み出された調節誤差ｅは位置調節される軸３のモデル１１に導かれる。モデル１１は調節誤差ｅに基づき位置調節される軸３の機構的・動的動作のシミュレーションのもとに所属の補償値ｅｘを検出する。このように検出された補償値ｅｘをモデル１１は位置調節器１０に導く。

位置調節器１０の動作態様は上述のようにサイクル的にタクトされる。動作タクトはたとえば１ｍｓ以下、たとえば１２５μｓとすることができる。従って位置調節器１０にはこの動作タクトでその都度新しい位置目標値ｘ^★が導かれる。またその都度新しい位置実際値ｘが検出され、位置調節器１０に導かれる。さらにメモリ装置１３からもそれぞれ新しい調節誤差eも読み出され、そこからモデル１１により新しい補償値exが検出され、この新しく検出された補償値exが位置調節器１０に導かれる。メモリ装置１３からの調節誤差eの読み出しはメモリ装置１３に格納されている一連の調節誤差eに相応して行われる。

モデル１１は近似形式で位置目標値ｘ^★自体の修正に対しても使用可能である。この場合位置調節器１０に導かれているその時の位置目標値は既に相応するモデルに基づき予め修正されている。

これまでの説明は図２の実施形態ばかりではなく図３の実施形態に対しても適用される。以下に図２を参照してこの原理の可能な応用例を説明する。

図２の実施形態は特に、検出された実際値ｘが図４に相応して周期的外乱ｚの影響を受けるときに重要である。外乱ｚはすなわち時間ｔの周期的関数であり、それゆえ周期Тを有する。

図２の実施形態の枠内で前方ノード１４にはその時の位置目標値ｘ^★およびその時の位置実際値ｘが導かれる。前方ノード１４は位置目標値ｘ^★と位置実際値ｘとの差形成によりその時の調節差e′を検出する。位置調節器１０の後方ノード１５にはその時の調節差e′とその時の補償値exが導かれる。後方ノード１５は調節差e′と補償値exの加算によりその時の算出値を検出する。

調節差e′は前方ノード１４と後方ノード１５との間で取り出され、補償回路１６に導かれる。補償回路１６は内部ノード１７、周波数フィルタ１８、前方のバッファメモリ１９、後方のバッファメモリ２０を有する。内部ノード１７には２つの乗算器２１、２２が前置接続される。乗算器２１には調節差e′が導かれ、乗算器２２にはフィードバック信号Ｒが導かれる。乗算器２１、２２はそれらに導かれる信号e′、Ｒにその時の重み係数Ｗ１、Ｗ２を乗算し、その積を内部ノード１７に導く。内部ノード１７は重み係数Ｗ１で重み付けられた調節差e′と重み係数Ｗ２で重み付けられたフィードバック信号Ｒを加算し、内部和信号を形成する。この内部和信号を内部ノード１７は周波数フィルタ１８に導く。

周波数フィルタ１８は周波数のフィルタリングを実施する。周波数フィルタ１８はこの目的でたとえば線形非再帰デジタルフィルタ、特にローパスフィルタとして形成することができる。周波数フィルタ１８のフィルタオーダは相応するパラメータの調整により調整可能である。周波数フィルタ１８は相応してフィルタリングされた信号を前方バッファメモリ１９に導く。

前方バッファメモリ１９はこのメモリに導かれた信号の走行時間遅延を第１の遅延時間Ｔ１だけ実施する。相応して遅延された信号を前方バッファメモリ１９は後方バッファメモリ２０に導く。同様にして後方バッファメモリ２０は走行時間遅延を第２の遅延時間Ｔ２だけ実施する。相応して遅延された信号を後方バッファメモリ２０はフィードバック信号Ｒとして発信する。前方バッファメモリ１９と後方バッファメモリ２０との間ではその時の調節誤差ｅが読み出され、モデル１１に導かれる。周波数フィルタ１８、前方バッファメモリ１９および後方バッファメモリ２０は共同してメモリ装置１３を形成する。

周波数フィルタ１８は前述のようにフィルタ次数を有する。フィルタ次数は遅延時間ＴＦと対応する。本発明によれば周波数フィルタ１８および２つのバッファメモリ１９、２０は次式
が成立するように設定される。ｎは整数である。一般にｎはできるだけ小さくされる。しばしばｎは値１または値２を有する。

位置調節される軸３は通常の調節（すなわち補償回路１６なし）と関連して走行時間ＴＬを有する。走行時間ＴＬは前方ノード１４に導かれる信号が実際値ｘの変化を行うまでに消失する時間である。後方バッファメモリ２０は本発明によれば次式
が成立するように設定される。一般にｍはできるだけ小さくされる。しばしばｍは値０を有する。個別例ではｍは値１を有することができる。ｍは好適にはそれ以上の値を有すべきではないであろう。従って周波数フィルタ１８および前方バッファメモリ１９の遅延時間ＴＦ、Ｔ１の和は走行時間ＴＬを差し引いた外乱ｚの周期Ｔの整数倍である。

第１の重み係数Ｗ１と第２の重み付け係数Ｗ２は好適には制御装置５のユーザにより調整できるようにされる。同様なことは周波数フィルタ１８のパラメータに対しても適用されると有利である。これにより補償回路１６は位置調節される軸３の安定した調節が保証されるように調整可能である。重み付け係数Ｗ１、Ｗ２は周波数に無関係であると有利である。

この実施形態のこれ以上の詳細は特許文献１を参照されたい。

以下に図３を参照して図１の原理の可能な応用例を詳述する。

図３の枠内で調節誤差ｅはメモリ装置１３に目標値ベクトルへの割り当てのもとに格納される。その時の調節誤差ｅはすなわちその時の目標値ベクトルＶに固有なものである。この誤差は従って相応する位置調節される軸３の位置目標値ｘ^★に関係するばかりでなく、付加的に他の位置調節される軸３の他の位置目標値ｙ^★、ｚ^★などにも関係させることができる。ここで想起すべきことは、目標値ベクトルＶはそれぞれ少なくとも被加工材２に対する工具４の位置を規定するだけでなく、代替的にまたは付加的に被加工材２に対する工具４の方位をも規定し得ることである。

目標値ベクトルＶへの割り当ては被加工材の座標系で行うことができる。その代わりにこの割り当ては機械座標系における座標への割り当てにより行うこともできる。後者は特に、工具４の同一の運動案内が位置調節される軸３の種々の制御によって達成できるときに利点がある。同様に代替的に割り当てはいわゆる軌道パラメータ、すなわち踏破された区間への割り当てによっても行うことができる。

位置調節される軸３の動作態様（これは図３の実施形態だけでなく図２の実施形態にも適用される）は、原理的には位置調節される軸３に対してすべて同一である。特に位置調節される軸３および図２、図３には示されてない別の位置調節される軸３によっても被加工材２に対する工具４の位置（すなわちｘ、ｙ、および／またはｚ値）および／または方位（すなわち角度α、βの少なくとも一方）は変化される。

図３の実施形態の枠内では調節誤差ｅはメモリ装置１３に相応する目標値ベクトルＶへの割り当てのもとに一連の目標値ベクトルＶの少なくとも第１の部分に対して格納される。図３の実施形態の枠内ではすなわち一連の目標値ベクトルＶは、調節誤差ｅがメモリ装置１３から読み出されモデル１１に導かれる順列も規定する。特にその都度読み出されるべき調節誤差ｅは位置目標値ｘ^★がまさに位置調節器１０に導かれる目標値ベクトルＶに基づき検出される。

一連の目標値ベクトルＶによって規定される全ての軌道９に対して上述のやり方を実施することが可能である。この場合メモリ装置１３には各目標値ベクトルＶに対してその時の調節誤差ｅが格納される。しかし多くの場合軌道９の部分領域では調節誤差ｅを考慮しなくても工具４による被加工材２の十分に正確な加工が行われる。たとえば図５の表示に相応して、走行すべき軌道９の直線区間に沿ってこの軌道が十分な精度で走行されるのに対し、曲線領域では比較的大きな調節誤差が発生することがある。調節誤差ｅは図５ではよく認識できるように誇張して明瞭に示されている。調節誤差は一般には数μｍである。しかし調節誤差は全曲線領域に対して統一的なものでなく、曲線領域毎に異なっている。このような場合、すなわち走行すべき軌道９の幾つかの区間にのみ著しい調節誤差ｅが発生する場合には、調節誤差ｅをこの部分に対してのみ、たとえば図５で２つの破線で限定されている区間に対してのみ、メモリ装置１３に格納することも可能である。この区間の数およびその態様は必要に応じて決めることができる。調節誤差ｅの活用もこの場合には、軌道９の各区間を走行中にこの区間に対してのみ行われる。軌道９の残りの区間ではこの場合調節誤差ｅは活用されない。

複数の区間がある場合にはメモリ装置１３には最も簡単な場合各区間の目標値ベクトルＶに対してそれぞれ固有の調節誤差ｅが格納されている。多くの場合、軌道９の１つの区間に対する調節誤差ｅは同時に軌道９の少なくとも１つの別の区間に対しても格納されるようにすることが可能である。この場合調節誤差ｅはすなわち両区間（または場合によってはむしろもっと多くの区間）の目標値ベクトルＶへの割り当てのもとにメモリ装置１３に格納される。この場合には制御装置５は同一の調節誤差ｅを軌道９の一方の区間が走行されるときにメモリ装置１３から呼び出してモデル１１に導くだけでない。むしろ制御装置５はこの調節誤差ｅを軌道９の他方の区間（または調節誤差ｅが同様に割り当てられている軌道９の別の区間）が走行されるときにも、メモリ装置１３から読み出してモデル１１に導く。

たとえば図６の表示に相応して、被加工材２の種々の箇所に同一の構造物２３、たとえば図６の表示に従えば丸味を付けた角を持つほぼ矩形のポケットを付けることが可能である。同種の構造物２３の場合には、少なくとも被加工材座標系において、１つの構造物２３を取り付けるための目標値ベクトルＶは他の構造物２３を取り付けるための目標値ベクトルＶとは一般には定常の並進的オフセットによってのみ区別されている。工作機械１の形態によってはこの場合各構造物２３において同一の調節誤差ｅを活用することができる。

図２の実施形態の場合調、調節誤差ｅの最初の検出およびメモリ装置１３への格納および以後のメモリ装置１３に記憶された調節誤差ｅの連続的追従が行われる。図３の実施形態の場合これは行われない。しかし調節誤差ｅのこのような検出および追従を可能にするため、図３の実施形態を図７に従って修正することが可能である。

図７は図３から出発している。それゆえ一致する形態は再度の説明を省力する。付加されたのは別のメモリ装置２４が設けられたことである。このため調節差ｅ′が取り出される。調節差ｅ′はこの別のメモリ装置２４に導かれる。好適には別のメモリ装置２４に導入する前に周波数フィルタ２５でフィルタリングが行われる。周波数フィルタ２５は図２の周波数フィルタ１８と同様に形成される。特に周波数周波数フィルタ２５は好適には定常的なグループ走行時間を有する。この利点はフィルタリングにより信号のひずみが生じないことである。さらにこの別のメモリ装置２４にはそれぞれ所属の目標値ベクトルＶも導かれる。必要な場合には目標値ベクトルＶは予め遅延素子２６において遅延時間Ｔ３だけ遅延させられる。制御装置５はすなわちその時の位置実際値ｘと対応する位置調節される軸３のその時の位置目標値ｘ^★と比較して調節差ｅ′を検出する。調節差ｅ′は、フィルタリングされてもされなくても、メモリ装置２４に導かれ、そこでその時の目標値ベクトルＶへの割り当てのもとに格納される。

調節差ｅ′は差し当たりこの別のメモリ装置２４にのみ格納される。調節差はまだ位置調節される軸３の制御に積極的には作用しない。

しかし次のステップではメモリ装置１３に格納された調節誤差ｅは別のメモリ装置２４に格納されている調節差ｅ′に基づき修正することが可能である。たとえば調節誤差ｅと対応する調節差ｅ′の間の差の一定のパーセンテージだけ調節誤差ｅの徐々の追従を行うことが可能である。

調節誤差ｅの追従は連続的にまたはたとえば工作機械１の操作者の要求に基づいて個別ケースでのみ行うことも可能である。連続的な追従では、それぞれ生じる調節差ｅ′を監視することが重要である。特に調節差ｅ′は反復ごとに大きくならないことを保証する必要がある。これが起きると、許容できないような共鳴が生じる。この場合には調節誤差ｅの追従および場合によっては修正値ｅｘの投入を終わらせなければならないか、たとえば周波数フィルタ２５の新規調整を行わなければならなくなる。特に周波数フィルタ２５の限界周波数は減少させることができる。

別のメモリ装置２４においてフィルタリングされていない調節差ｅ′を格納することが可能である。この場合にはしかし同様に調節誤差ｅの修正もしくは追従が行われる前に相応するフィルタリングを行う必要がある。

図２および図３は周期的外乱ｚおよび必ずしも周期的ではないが再現可能な外乱についての本発明の基本原理を示すばかりではなく、付加的に重要な実施形態についても示している。この実施形態を以下に詳述する。

特に工作機械の位置調節では、位置調節器１０に速度または回転数調節器２７が後方接続される。速度または回転数調節器２７にはしばしば加速度、モーメントまたは電流調節器２８が後方接続される。希な場合には加速度、モーメントまたは電流調節器２８は位置調節器１０に直接後方接続され、速度または回転数調節器２７は従って設けられない。以下は、両調節器２７、２８が設けられ、調節器２７が速度調節器であり、調節器２８が加速度調節器であることを前提とする。しかし同様な実施形態は、調節器２７、２８の一方のみが設けられ、調節器２７は回転数調節器でありおよび／または調節器２８がモーメントまたは電流調節器であるときにも適用される。

後方接続された調節器２７、２８が設けられる場合、位置調節器１０はその時の調整信号Ｓをこの調節器１０に直接後方接続された調節器、すなわち本件の場合は速度調節器２７に導く。位置調節器１０はすなわち間接的に速度調節器２７を介して（および場合によっては加速度調節器２８を介して）位置調節される軸３に作用する。本発明によれば、制御装置５はモデル１１によりそれぞれの調節誤差ｅに基づいてその都度の補償値ｅｘを検出するばかりではなく、付加的にモデル１１によりそれぞれ後方接続された調節器２７、２８に導かれるパイロット値ｖＶ、ａＶを検出し、それぞれ後方接続された調節器２７、２８に導くことが可能である。この場合必要であればパイロット値ｖＶ、ａＶは適当に時間遅延させることができる。

場合によっては、図２の実施形態の場合バッファメモリ１８、１９の長さを若干修正することが必要となり得る。これは既に何回も指摘した特許文献１に説明されており、その段落４２〜４７の図５の記述を参照されたい。図３の実施形態の場合、位置目標値x^*の位置調節器１０への導入を遅延素子２９で遅延させることが必要となり得る。一連の位置調節値ｘ^★に基づき直接的にも後方にある調節器２７、２８に対するパイロット値ｖＶ′、ａＶ′が検出される場合には、さらにパイロット値ｖＶ′も遅延素子３０で遅延させることが必要となり得る。

上記においては図２の実施形態が非再帰型デジタルフィルタとして形成されている周波数フィルタ１８との関連で説明された。周波数フィルタ１８はしかし図８に表示されているように代替的に多数の直交相関フィルタ３１を有することもでき、これらのフィルタによりそれぞれ個々の周波数成分がフィルタリングされる。直交相関フィルタ３１はフーリエ級数の係数を直交相関により算定し、単一周波数および位相の正しい信号を作る。直交相関フィルタ３１の構成および動作態様は当業者に良く知られており、それゆえ詳細な説明をする必要はない。

直交相関フィルタ３１の個数は必要に応じて決められる。場合によっては最小限１つの直交相関フィルタ３１が設けられる。複数の直交相関フィルタ３１が設けられる場合には、これらのフィルタは図８の表示に従って並列接続される。それらの信号はノード３２で加算される。

周波数フィルタ１８の上述の実施形態は周波数フィルタ２５に対しても適用可能である。

さらに図２の実施形態の場合、周期Тが常に同一、すなわち一定であるようにすることが可能である。しかし多くの場合周期期間Тは時間ｔの経過とともに変化する。周期Тが時間ｔとともに変化する場合には、図２の回路は好適には図９の実施形態に従って修正される。

図９によれば測定装置３３により値Ｇが検出されるが、この値は周期Тに対して特徴的なものである。値Ｇは算定装置３４に導かれ、この値から前方バッファメモリ１９の第１の遅延時間Т１が求められ、前方バッファメモリを動的に相応して形成する。第１の遅延時間Т１は従って動的に更新される。値Ｇそのものは必要に応じて決められる。たとえば多くの場合外乱ｚの周波数は駆動装置の回転数に比例させることができ、これにより位置調節される軸３が調整される。この場合周期Тは駆動装置の回転数の逆関数である。このような場合測定装置３３により回転数が検出されると、これにより周期Тが推定される。多くの場合さらに位置調節される軸３自体が回転軸として、すなわち回転しその物理的状態が従って全回転毎に繰り返される軸として形成される。このような場合回転軸の回転数、従って周期Тが変化できる場合には、値Ｇは特に回転軸の回転数となり得る。その詳細に関しては同様に特許文献１を参照されたい。

図１０によればモデル１１は状態調節器として形成され、区間モデル３５を含む。区間モデル３５は状態としてベクトル値Ｘを検出し、状態のベクトル成分Ｘの一つは所定の調節誤差ｅである。モデル１１はフィードバック素子３６を介するフィードバックの形で実現される状態調節器を有する。フィードバック素子３６により区間モデル３５により検出された状態Ｘがモデル１１にフィードバックされる。特にフィードバック素子３６により状態Ｘに基づいて所定の調節誤差ｅに加算されるスカラーが検出される。状態Ｘの検出のため区間モデル３５は特に代数式と線形微分方程式を含むことができる。このやり方の詳細は特に特許文献２に詳述されている。用語もこの文献から借用しており、その図５と明細書の段落３３〜４０の説明を参照されたい。

総括すれば本発明は従って以下の実施形態を有する。

工作機械１の制御装置５は位置調節器１０と位置調節された軸３のモデル１１を実装する。位置調節器１０はそれぞれ相応するシーケンスの位置目標値ｘ^★、対応する位置実際値ｘおよび補償値ｅｘを受け取り、各位置目標値ｘ^★と各補償値ｅｘの加算並びに各位置実際値ｘの減算により算出値を検出し、この値に基づき位置調節された軸３の調整信号Ｓを検出する。調整信号Ｓを位置調節器は位置調節された軸３に発信する。位置調節された軸３は調節信号Ｓにより位置目標値ｘ^★に応じて調節され、被加工材２に対する工具４の位置ｘ、ｙ、ｚおよび／または方位α、βをこれによって変化する。一連の連続する調節誤差ｅが格納されているメモリ装置１３から連続的に順次シーケンスに従ってそれぞれ調節誤差ｅの１つが読み出され、モデル１１に導かれる。モデル１１は位置調節された軸３の機構的・動的動作をシミュレーションしながら読み出された調節誤差ｅに基づきその時の補償値ｅｘを検出し、それを位置調節器１０に導く。

本発明は多くの利点を持つ。とくに自習的な誤差修正における動的動作の明瞭な改善が生じる。

本発明の詳細は有利な実施例により図示および詳述したが、本発明は提示された例に限定されることなく、他の変形例も当業者によって発明の保護範囲を逸脱することなく考えられる。

１ 工作機械
２ 被加工材
３ 位置調節される軸
４ 工具
５ 制御装置
６ 制御プログラム
７ 機械コード
８ 部分プログラム
９ 軌道
１０ 位置調節器
１１ モデル
１２ 測定装置
１３ メモリ装置
１４ 前方ノード
１５ 後方ノード
１６ 補償回路
１７ 内部ノード
１８ 周波数フィルタ
１９ 前方バッファメモリ
２０ 後方バッファメモリ
２１ 乗算器
２２ 乗算器
２３ 構造物
２４ メモリ装置
２５ 周波数フィルタ
２６ 遅延素子
２７ 回転数調節器
２８ 電流調節器
２９ 遅延素子
３０ 遅延素子
３１ 直交相関フィルタ
３２ ノード
３３ 測定装置
３４ 算定装置
３５ 区間モデル
３６ フィードバック素子

Claims (14)

1. 工作機械（１）の工具（４）による被加工材（２）の加工方法において、
   工作機械（１）の制御装置（５）が位置調節器（１０）と位置調節される軸（３）のモデル（１１）を実装し、
   位置調節器（１０）が連続的に順次にその都度一連の位置目標値（ｘ^★）のうち１つの位置目標値（ｘ^★）、位置調節される軸（３）の出力側で測定装置（１２）により検出される位置実際値（ｘ）および補償値（ｅｘ）を受け取り、
   位置調節器（１０）がその時の位置目標値（ｘ^★）とその時の補償値（ｅｘ）との加算並びにその時の位置実際値（ｘ）の減算による算出値を検出し、その算出値に基づきその都度位置調節される軸（３）に対する調節信号（Ｓ）を検出し、その時の調節信号（Ｓ）を位置調節される軸（３）に発信し、
   位置調節される軸（３）が調整信号（Ｓ）により位置目標値（ｘ^★）に相応して調整され、これにより被加工材（２）に対する工具（４）の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および／または方位（α、β）を変化させ、
   その時の補償値（ｅｘ）の検出のため一連の連続する調節誤差（ｅ）が格納されているメモリ装置（１３）から連続的に順次にシーケンスに従ってその都度１つの調節誤差（ｅ）を読み出し、
   その都度読み出される調節誤差（ｅ）が位置調節される軸（３）のモデル（１１）に導かれ、そのモデルが位置調節される軸（３）の機構的・動的動作をシミュレーションしながらその都度読み出される調節誤差（ｅ）に基づきその時の補償値（ｅｘ）を検出し、検出された補償値（ｅｘ）を位置調節器（１０）に導く
   ようにした加工方法。
2. 検出された位置実際値（ｘ）が周期（Т）を有する外乱（ｚ）に影響され、
   位置調節器（１０）の前方ノード（１４）にその時の位置目標値（ｘ^★）およびその時の位置実際値（ｘ）が導かれ、前方ノード（１４）が位置目標値（ｘ^★）と位置実際値（ｘ）の差形成によりその時の調節差（ｅ′）を検出し、
   位置調節器（１０）の後方ノード（１５）にその時の調節差（ｅ′）およびその時の補償値（ｅｘ）が導かれ、後方ノード（１５）が調節差（ｅ′）と補償値（ｅｘ）の加算によるその時の算出値を検出し、
   前方ノード（１４）と後方ノード（１５）との間で調節差（ｅ′）が取り出され、この調節差が内部ノード（１７）、周波数フィルタ（１８）、前方バッファメモリ（１９）および後方バッファメモリ（２０）を有する補償回路（１６）に導かれ、
   内部ノード（１７）には第１の重み付け係数（Ｗ１）で重み付けられた調節差（ｅ′）および第２の重み付け係数（Ｗ２）で重み付けられたフィードバック信号（Ｒ）が導かれ、
   内部ノード（１７）は重み付けられた調節差（ｅ′）と重み付けられたフィードバック信号（Ｒ）の加算により形成された内部和信号を周波数フィルタ（１８）に導き、
   周波数フィルタ（１８）は周波数のフィルタリングを実行してフィルタリングされた信号を前方バッファメモリ（１９）に導き、
   前方バッファメモリ（１９）は第１の走行時間遅延を実行し、相応して遅延された信号を後方バッファメモリ（２０）に導き、
   後方バッファメモリ（２０）は第２の走行時間遅延を実行し、相応して遅延された信号をフィードバック信号（Ｒ）として発信し、
   周波数フィルタ（１８）、前方バッファメモリ（１９）および後方バッファメモリ（２０）が共同してメモリ装置（１３）を形成し、
   前方バッファメモリ（１９）と後方バッファメモリ（２０）との間でその時の調節誤差（ｅ）が読み出されてモデル（１１）に導かれ、
   周波数フィルタ（１８）と両バッファメモリ（１９、２０）が次のように、すなわち周波数フィルタ（１８）および両バッファメモリ（１９、２０）の遅延時間（ＴＦ、Ｔ１、Ｔ２）の和が外乱（ｚ）の周期（Ｔ）の整数倍であり、周波数フィルタ（１８）および前方のバッファメモリ（１９）の遅延時間（ＴＦ、Ｔ１）の和が、前方ノード（１４）に導かれる信号が位置実際値（ｘ）の変化を作用するまでに消失する走行時間（ＴＬ）を差し引いた外乱（ｚ）の周期（Ｔ）の整数倍である
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載の加工方法。
3. 周波数フィルタ（１８）が線形非再帰デジタルフィルタリングを実行し、特にローパスフィルタリングまたは複数の直交相関フィルタリングを実行し、これによりその都度個々の周波数成分をフィルタ処理することを特徴とする請求項２記載の加工方法。
4. 外乱（ｚ）の周期（Ｔ）が変化し、前方バッファメモリ（１９）の遅延時間（Ｔ１）が周期（Ｔ）に相応して動的に追従することを特徴とする請求項２または３記載の加工方法。
5. 制御装置（５）に一連の目標値ベクトル（Ｖ）が予め与えられ、
   目標値ベクトル（Ｖ）が工作機械（１）の位置調節される軸（３）およびその他の多数の位置調節される軸（３）に対してそれぞれ１つの位置目標値（ｘ^★、ｙ^★など）を含み、
   被加工材（２）に対する工具（４）の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および／または方位（α、β）が他の位置調節される軸（３）によっても変化させられ、
   調節誤差（ｅ）がメモリ装置（１３）に一連の目標値ベクトルの少なくとも第１の部分に対し相応する部分の目標値ベクトル（Ｖ）の割り当てのもとに格納され、
   制御装置（１３）がそれぞれメモリ装置（１３）から読み出される調節誤差（ｅ）を、位置目標値（ｘ^★）が位置調節器（１０）に導かれる目標値ベクトル（Ｖ）に基づいて検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の加工方法。
6. 目標値ベクトル（Ｖ）がそれぞれ専ら被加工材（２）に対する工具（４）の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を規定するかまたはそれぞれ被加工材（２）に対する工具（４）の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および方位（α、β）を規定する
   ことを特徴とする請求項５記載の加工方法。
7. 一連の目標値ベクトル（Ｖ）の第１の部分に対する調節誤差（ｅ）がメモリ装置（１３）に一連の目標値ベクトルの少なくとも第２の部分に対しても第２の部分の目標値ベクトル（Ｖ）への割り当てのもとに格納されることを特徴とする請求項５または６記載の加工方法。
8. 制御装置（５）がその時の位置実際値（ｘ）とその時の位置目標値（ｘ^★）との比較により調節差（ｅ′）を検出し、メモリ装置（１３）に格納されている対応する調節誤差（ｅ）を調節差（ｅ′）に基づき修正することを特徴とする請求項５から７の１つに記載の加工方法。
9. 位置調節器（１０）がその時の調整信号（Ｓ）を位置調節器（１０）の後方の調節器（２７，２８）に導き、モデル（１１）により調節誤差（ｅ）に基づき補償値（ｅｘ）に付加してパイロット信号（ｖＶ、ａＶ）が検出され、この信号が後方にある調節器（２７、２８）に導かれることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の加工方法。
10. モデル（１１）は位置調節される軸（３）の状態（Ｘ）を検出し、この状態（Ｘ）がモデル（１１）にフィードバックされるかおよび／またはモデル（１１）が位置調節される軸（３）を線形微分式によってモデリングすることを特徴とする請求項１から９の１つに記載の加工方法。
11. モデル（１１）が線形モデルとして形成されることを特徴とする請求項１から９の１つに記載の加工方法。
12. 制御プログラムが制御装置（５）により加工可能な機械コード（７）を含み、機械コード（７）の加工が制御装置（５）によって行われ、制御装置（５）が工作機械（１）を請求項１から１１の１つに記載の加工方法により駆動する工作機械（１）の制御装置（５）用制御プログラム。
13. 請求項１２記載の制御プログラム（６）によって、運転中に工作機械（１）を請求項１から１１の１つに記載の加工方法によって駆動するようにプログラミングされる工作機械（１）用制御装置。
14. 工作機械の工具（４）によって被加工材（２）を加工するための工作機械において、
    工作機械が多数の位置調節される軸（３）を有し、これらの軸により工具（４）が被加工材（２）に対して走行可能にされ、
    工作機械が請求項１３記載の制御装置（５）を有し、これを介して工作機械の軸（３）が位置調節される
    工作機械。