JP2023020723A - 制御装置、工作システム、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測定用工具を必要とせずに被加工ワークの加工精度を向上させることができる制御装置、工作システム、及びプログラムを提供する。【解決手段】本開示に係る制御装置４は、工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械の動作を制御する制御装置４において、力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部（情報記憶部４３１）と、目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出する検出部（力覚センサ１２）と、該検出部が検出した力の検出値を、前記工具に関連付けて前記記憶部に記憶してあるフィルタを用いて補正する補正部（制御部４１）と、該補正部が補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める経路生成部（制御部４１）とを備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本開示は、制御装置、工作システム、及びプログラムに関する。

工作システムは工作機械と制御装置とを備え、工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する。工具は刃を有し、回転しながら被加工ワークに接触することにより被加工ワークに切削加工を施す。

特許文献１に記載の仕上げ加工装置（工作システム）は、加工ツール（工具）が所定の力で被加工ワークに接触するように力制御を行なうと共に、加工ツールが所与の加工経路を辿るように倣い制御を行なう。仕上げ加工装置は、力制御及び倣い制御による加工ツールの実際の移動経路と、目標形状のＣＡＤデータに基づく所与の移動経路とを比較し、比較結果に基づいてバリを検出し、検出したバリを加工ツールで除去するための切削パスパターン（加工経路）を生成する。

特開２００６－５８９６１号公報

従来、目標形状を有するマスターワークを用いて制御装置が加工経路を求めることがある。制御装置は工具がマスターワークに接触しながら所定の速度で移動し、且つ工具がマスターワークに接触することによって生じる力が一定になるように加工経路を求める。

工作機械は工具を回転駆動するモータを備えるが、加工経路の生成中はモータが工具を回転駆動しない。ただし、マスターワークとの接触によって工具が自然に回転するので、工具の刃がマスターワークに接触する。刃はマスターワークに引っかかりやすいので、工具がマスターワークに接触することによって生じる力の検出値には、刃に起因する誤差が含まれる。誤差を含む検出値に基づいて加工経路を求めた場合、被加工ワークの加工精度が悪化する虞がある。また、プローブ等の測定用工具を用いることで精度良く加工経路を求めることが考えられるが、測定用工具を加工用工具とは別に用意する必要があることに加え、実際に加工する工具とは工具径や工具長が異なることが多いため、その補正が必要となる。

本開示の目的は、測定用工具を必要とせずに被加工ワークの加工精度を向上させることができる制御装置、工作システム、及びプログラムを提供することにある。

本開示に係る制御装置は、工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械の動作を制御する制御装置において、力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部と、目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出する検出部と、該検出部が検出した力の検出値を、前記工具に関連付けて前記記憶部に記憶してあるフィルタを用いて補正する補正部と、該補正部が補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める経路生成部とを備えることを特徴とする。

本開示にあっては、検出部が力を検出する。この力は工作機械が用いる工具がマスターワークに接触することによって生じる力である。検出部による検出値には工具の刃に起因する誤差が含まれる。工具の刃がマスターワークに周期的に接触する場合、工具の刃に起因する誤差には周期性があると考えられる。

補正部は検出部による検出値を補正する。補正の際、補正部は工作機械が用いる工具に関連付けて記憶部が記憶しているフィルタを用いる。この結果、検出部による検出値から誤差を除去することができる。経路生成部は補正部が補正した検出値を用いて加工経路を求める。誤差を含まない検出値に基づいて加工経路を求めた場合、被加工ワークの加工精度を向上させることができる。実際に用いる工具を工作機械に装着した状態で加工経路を求めることができるので、測定用工具が不要である。

本開示に係る制御装置は、前記工作機械が用いる工具の径、刃数、及び前記加工時の移動速度に基づいてカットオフ周波数を求める演算部を更に備え、前記記憶部は前記フィルタとしてノッチフィルタを記憶しており、前記補正部は、前記演算部が求めたカットオフ周波数のノッチフィルタを用いて前記検出部が検出した力の検出値を補正する第一補正部を有することを特徴とする。

本開示にあっては、工作機械が用いる工具の径、刃数、及び被加工ワークの加工時の移動速度に基づいて、演算部がカットオフ周波数を求める。工具が棒状をなし、工具の径が工具の軸長方向に一定であり、且つ工具の刃数を数えることが容易である場合、工具の刃がマスターワークに接触する周期を求めることができる。求めた周期に対応する周波数成分は工具の刃に起因する誤差であると考えられる。補正部は、演算部が求めたカットオフ周波数のノッチフィルタを用いて、検出部による検出値を補正する。

本開示に係る制御装置は、カットオフ周波数の補正値を取得する取得部を更に備え、前記演算部は、前記工作機械が用いる工具の径、刃数、及び前記移動速度に基づいて求めた周波数を前記取得部が取得した補正値で補正したカットオフ周波数を求めることを特徴とする。

本開示にあっては、取得部がカットオフ周波数の補正値を取得する。演算部は、工作機械が用いる工具の径、刃数、及び被加工ワークの加工時の移動速度に基づいて求めた周波数を取得部が取得した補正値で補正したカットオフ周波数を求める。
工具に関するパラメータから機械的に求めたカットオフ周波数を適切に補正することにより、演算部が求めるカットオフ周波数が実際の誤差の周波数に近づくので、検出部による検出値から誤差を確実に除去することができる。

本開示に係る制御装置は、複数の周波数の何れかを選択するための選択部を更に備え、前記記憶部は前記フィルタとしてローパスフィルタを記憶しており、前記補正部は、前記選択部により選択した周波数を上限とするローパスフィルタを用いて前記検出部が検出した力の検出値を補正する第二補正部を有することを特徴とする。

本開示にあっては、選択部により選択した周波数を上限とするローパスフィルタを用いて、補正部が検出部による検出値を補正する。
工具の径が工具の軸長方向に変化するか、又は工具の刃数を数えることが困難である場合、工具に関するパラメータからカットオフ周波数を求めることはできない。しかしながら、刃に起因する誤差が高周波成分であることが実験的に分かっているので、ローパスフィルタにより、検出部による検出値から誤差を除去することができる。

本開示に係る工作システムは、工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械と、該工作機械の動作を制御する制御装置とを有する工作システムにおいて、力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部を有し、前記制御装置は、目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出する検出部と、該検出部が検出した力の検出値を、前記工具に関連付けて前記記憶部に記憶してあるフィルタを用いて補正する補正部と、該補正部が補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める経路生成部とを備えることを特徴とする。

本開示にあっては、制御装置が検出部と補正部と経路生成部とを備え、記憶部を用いることにより、測定用工具を必要とせずに被加工ワークの加工精度を向上させることができる。

本開示に係るプログラムは、工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械の動作を制御する制御装置で実行可能なプログラムであって、目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出し、力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部から、前記工作機械が用いる工具に対応する前記フィルタを取得し、検出した力の検出値を、取得したフィルタを用いて補正し、補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める処理を前記制御装置に実行させることを特徴とする。

本開示にあっては、制御装置が本開示に係るプログラムを実行することにより、測定用工具を必要とせずに被加工ワークの加工精度を向上させることができる。

本開示の制御装置、工作システム、及びプログラムによれば、測定用工具を必要とせずに被加工ワークの加工精度を向上させることができる。

実施の形態に係る工作システムの外観斜視図である。 工作機械の略示斜視図である。 主軸ユニットの縦断面図である。 制御装置及び力覚センサ等を示すブロック図である。 マスターワークの略示平面図である。 工具が開始点に接触したマスターワークの略示部分拡大平面図である。 工具情報記憶部が記憶しているデータの一例を示す模式図である。 フィルタ準備処理の手順を示すフローチャートである。 加工経路生成処理の手順を示すフローチャートである。 工具からマスターワークへの力の大きさの時間変化を示す特性図である。 工具からマスターワークへの力の大きさの時間変化を示す特性図である。

以下、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では図において矢符で示す上下前後左右を使用する。左右方向はＸ方向に対応し、前後方向はＹ方向に対応し、上下方向はＺ方向に対応する。

図１は実施の形態に係る工作システムの外観斜視図である。図中１は工作システムであり、工作システム１はカバー２、工作機械３、及び制御装置４を備える。
カバー２は上下に延びた直方体をなし、前面部２ａ、右面部２ｂ、左面部２ｃ、後面部２ｄ及び上面部２ｅを備える。カバー２は工作機械３を前後左右及び上側から覆う。前面部２ａに開閉扉２１が設けてある。右面部２ｂ及び左面部２ｃに透明な窓２２が設けてある。上面部２ｅは平面視三角形状の支持板２ｆを備える。
工作機械３は保持台３１を備える。保持台３１の上面は図示しない被加工ワーク又はマスターワーク６１（後述する図５及び図６参照）を保持する。

図２は工作機械３の略示斜視図である。図２にて保持台３１の記載を省略する。
工作機械３は三つの立柱３２を備える。三つの立柱３２はカバー２（図１参照）の内側にて上下方向に延びる。三つの立柱３２は、平面視にて約１２０度の位相間隔を空けて、保持台３１の周囲に配置してある。三つの立柱３２は支持板２ｆの三つの角部に夫々隣接する。三つの立柱３２の上部は支持板２ｆの角部に連結板３２０を介して連結する。図１にて立柱３２の上部及び連結板３２０の記載を省略する。

各立柱３２の保持台３１側の側面に軌道３２１が設けてある。軌道３２１は上下方向に延びる。軌道３２１に移動部３２２と駆動機構（不図示）を設け、駆動機構はボールねじ機構等で構成する。駆動機構に動力を供給するモータ３２３は立柱３２の上端部に設ける。モータ３２３の駆動によって、移動部３２２は軌道３２１に沿って上下方向に移動する。モータ３２３は上面部２ｅの上に設け、且つカバー２の外側に位置する（図１参照）。

工作機械３はモータ３３及び減速機３４を備える。モータ３３及び減速機３４は支持板２ｆの上に設けてある（図１参照）。
工作機械３は主軸ユニット５を備える。主軸ユニット５は保持台３１の上側に配置してある。主軸ユニット５は、上下に延びたボールスプライン３５を介して減速機３４に連結する。モータ３３の回転は減速機３４で減速後、ボールスプライン３５に伝達する。ボールスプライン３５は軸回りに回転する。

主軸ユニット５は各立柱３２に対向する。主軸ユニット５と移動部３２２とは、平行な二つのリンク３６で連結する。リンク３６は棒状をなす。二つのリンク３６の一端部は主軸ユニット５の第一ハウジング５１に回転可能な継手３６１を介して連結する。二つのリンク３６の他端部は移動部３２２に継手３６１を介して連結する。継手３６１は自在継手等である。三つの移動部３２２の上下位置が変化することにより、主軸ユニット５は上下前後左右に移動する。

図３は主軸ユニット５の縦断面図である。
主軸ユニット５は円錐台形の第一ハウジング５１を備える。第一ハウジング５１は小径側を上方に向け、大径側を下方に向けて配置する。第一ハウジング５１の下面全体は開口する。第一ハウジング５１の下縁部にリンク３６が連結する（図２参照）。

第一ハウジング５１の下面開口に第二ハウジング５２が設けてある。第二ハウジング５２は、内部が空洞の円柱状をなし、上下方向を軸方向にして配置してある。第二ハウジング５２の上縁部は第一ハウジング５１の下縁部内側に配置してある。第二ハウジング５２の上縁部と第一ハウジング５１の下縁部との間にクロスローラベアリング５３が設けてある。クロスローラベアリング５３は第二ハウジング５２を回転可能に支持する。第二ハウジング５２は上下軸回りに回転する。第一ハウジング５１及び第二ハウジング５２の上下方向に延びる中心軸は同じ位置にある。以下、第一ハウジング５１及び第二ハウジング５２の中心軸をＣ軸と称する。

第二ハウジング５２の周面部の一部が、径方向外側に且つ斜め下向きに突出している。以下、この突出した部分を突出部５２１と称する。突出部５２１の下端は開口している。突出部５２１と第二ハウジング５２の周面部とのなす角は鋭角であり、例えば約３０度である。突出部５２１の下端に第一アーム５４が設けてある。第一アーム５４は筒状のハウジング５４１を備える。ハウジング５４１の上端部は突出部５２１に連結し、ハウジング５４１は突出部５２１から斜め下向きに延びる。

ハウジング５４１の下端部側面に開口５５が形成してある。開口５５の周縁部に第二アーム５６が連結する。第二アーム５６はアーム部５６１及び支持筒５６２を備える。アーム部５６１は棒の中央を曲げたような形状を有し、ハウジング５４１に平行な方向に延びる第一部分５６ａと、第一部分５６ａに交差する方向に延びる第二部分５６ｂとを備える。第一部分５６ａの一端部と第二部分５６ｂの一端部は一体的に連結する。第一部分５６ａの他端部は開口５５の周縁部に、図に示すＡ軸回りに回転可能に連結する。Ａ軸及びＣ軸の内角は９０°未満であり、例えば約６０°である。第二部分５６ｂの他端部に支持筒５６２が設けてある。

支持筒５６２は支持筒５６２の軸線とＣ軸とが一致するように配置してある。支持筒５６２にモータ５６３（後述する図４参照）及び主軸（不図示）が収納してある。主軸の下端部に円柱状の工具１１が装着してある。工具１１は支持筒５６２から下方に突出し、工具１１の軸線とＣ軸とは一致する。工具１１の先端はＣ軸及びＡ軸の交点に位置する。支持筒５６２に収納したモータ５６３は主軸に動力を供給し、主軸及び工具１１はＣ軸回りに回転する。支持筒５６２は力覚センサ１２を収納する。力覚センサ１２は、工具１１に作用した力の大きさ及び方向を検出する。

第一ハウジング５１は切替機構５１１を収納する。第一ハウジング５１の外側にエアシリンダ５１２が取り付けてある。エアシリンダ５１２はロッド（不図示）を有する。第一ハウジング５１及び第二ハウジング５２は、第一伝達機構５７を収納する。第一ハウジング５１、第二ハウジング５２及びハウジング５４１は第二伝達機構５８を収納する。

エアシリンダ５１２が有するロッドの移動によって切替機構５１１はボールスプライン３５の回転の伝達先を第一伝達機構５７又は第二伝達機構５８に切り替える。第一伝達機構５７はボールスプライン３５の回転を第二ハウジング５２に伝達する。第二伝達機構５８は第一部分５６ａの他端部に連結し、ボールスプライン３５の回転を第二アーム５６に伝達する。なお切替機構５１１は第一伝達機構５７及び第二伝達機構５８の何れにも回転を伝達しない中立状態に切り替えることもできる。

切替機構５１１がボールスプライン３５の回転の伝達先を第一伝達機構５７に切り替えた場合、第二ハウジング５２、第一アーム５４及び第二アーム５６は、Ｃ軸回りに回転する。このとき第二アーム５６はＡ軸回りに回転しない。切替機構５１１がボールスプライン３５の回転の伝達先を第二伝達機構５８に切り替えた場合、第二アーム５６は、Ａ軸回りに回転する。このとき第二ハウジング５２、第一アーム５４及び第二アーム５６はＣ軸回りに回転しない。

図４は、制御装置４及び力覚センサ１２等を示すブロック図である。
制御装置４はモータ３２３及びエアシリンダ５１２等の駆動を制御することにより、工具１１を用いて被加工ワークを目標形状に加工する。工具１１は刃を有し、支持筒５６２に収納してあるモータ５６３に駆動され、回転しながら被加工ワークに接触することにより被加工ワークに切削加工を施す。
制御装置４は被加工ワークの加工を行なう前に、目標形状を有するマスターワーク６１（図５参照）を用いて、被加工ワークの加工時に工具１１が辿る加工経路を生成する。

制御装置４は制御部４１、主記憶部４２、及び補助記憶部４３を備え、これらはバスを介して相互に接続してある。制御部４１はＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ等の１又は複数のプロセッサを含む。主記憶部４２は揮発性を有し、例えばＲＡＭである。補助記憶部４３は不揮発性を有し、例えばＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、又はＳＳＤである。補助記憶部４３は、制御装置４の動作を制御するためのプログラム４Ｐ、及びプログラム４Ｐの実行に必要な各種のデータを予め記憶している。プログラム４Ｐ（プログラム製品）には加工経路を生成する加工経路生成プログラム、被加工ワークを加工する加工プログラムが含まれている。補助記憶部４３の記憶領域の一部は、後述する情報記憶部４３１である。

制御部４１は、主記憶部４２を作業領域として用い、補助記憶部４３が記憶しているプログラム４Ｐに従って、各種の演算処理及び制御処理等を実行する。例えば、制御部４１は工具１１がマスターワーク６１に接触しながら所定の送り速度Ｖで移動し、且つ工具１１がマスターワーク６１に接触することによって生じる力が一定になるように加工経路を求める。送り速度Ｖとは被加工ワークを加工する際の工具１１の移動速度である。

補助記憶部４３にはＣＤ-ＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の持ち運び可能な記録媒体６２に記憶したプログラム４Ｐ又はデータが格納してあってもよく、ネットワークを介してサーバから受信したプログラム４Ｐ又はデータが格納してあってもよい。
なお情報記憶部４３１は制御装置４が備える構成に限定しない。情報記憶部４３１は、例えばネットワークを介して制御装置４と通信するサーバが備えてもよい。

力覚センサ１２は工具１１に作用した力の方向及び大きさを示す信号を制御装置４に出力する。モータ３２３はエンコーダ１３を有する。エンコーダ１３はモータ３２３の位置を示す信号を制御装置４に出力する。制御装置４は力覚センサ１２及びエンコーダ１３からの入力に基づき、加工経路生成処理を実行する。

工作システム１は表示部１４及び操作部１５を備える。表示部１４及び操作部１５は、例えばカバー２の外面に設けてある。表示部１４は画像を表示する。操作部１５は複数の操作キーを有する。作業者は、表示部１４が表示する画像を見ながら操作部１５の操作キーを操作することにより、被加工ワークの加工若しくは加工経路の生成に必要な指令又はデータ等を制御装置４に与える。

図５はマスターワーク６１の略示平面図である。なお、本実施例ではＸＹ平面での加工経路生成方法について記述するが、平面を指定することでＸＹ平面に限らず３次元空間上での任意の平面での加工経路生成を行なうことができる。
加工経路生成処理を行なう場合、作業者はマスターワーク６１を保持台３１に設置し、加工経路の開始点Ｓ及び終了点Ｅを設定する。作業者は手動で工具１１を操作し、マスターワーク６１の２つの所望の位置夫々に接触させる。制御部４１は工具１１が接触した位置、即ち開始点Ｓ及び終了点Ｅの前後左右上下位置を補助記憶部４３に記憶する。本実施の形態では開始点Ｓよりも右側に終了点Ｅが設けてある。

本実施の形態における制御装置４は、マスターワーク６１の第一位置に付与する力の方向及び大きさを取得する。制御装置４は、第一位置に付与する力の方向及び大きさに基づいて、第一位置から第二位置への工具１１の送り方向、第一位置から第二位置までの工具１１の送り量、第二位置にて工具１１がマスターワーク６１に接近する距離、即ち押付量を自動的に求める。

ここで、第一位置は工具１１の現在位置であり、第一位置にある工具１１はマスターワーク６１に接触している。工具１１の送り方向は、第一位置に付与する力の方向に直交する方向である。工具１１の送り量は、工具１１が送り方向に移動する量である。第二位置は、第一位置から送り方向に送り量だけ離れた位置である。送り量は十分に小さい。第二位置にて工具１１がマスターワーク６１に接近する距離とは、第一位置に付与する力の方向における第二位置での工具１１の押付量である。

図６は工具１１が開始点Ｓに接触したマスターワーク６１の略示部分拡大平面図である。図６のＰ（ｔ_k ）は時点ｔ_k における工具１１のマスターワーク６１への接触位置である。Ｖ軸は、時点ｔ_k において工具１１が接触位置にてマスターワーク６１に付与する力の方向を示す軸である。Ｖ軸はマスターワーク６１側を正側とする。Ｕ軸はＶ軸に直交する軸であって、工具１１の送り方向を示す軸である。本実施の形態では、工具１１は右側に移動するので、Ｕ軸は右側を正とする。

時点ｔ_k における工具１１のマスターワーク６１への接触位置Ｐ（ｔ_k ）から次の時点ｔ_k+1 における位置Ｐ（ｔ_k+1 ）への移動の場合、Ｐ（ｔ_k ）は第一位置に対応し、送り量だけ離れた位置が第二位置、そこから押付量を加味したＰ（ｔ_k+1 ）が目標位置に対応する。例えば開始点Ｓは時点ｔ₀ における第一位置に対応し、時点ｔ₁ におけるＰ（ｔ₁ ）は目標位置に対応する。

第一位置Ｐ（ｔ_k ）にて制御部４１は力覚センサ１２の検出値を取得する。制御部４１は力覚センサ１２の検出値が示す方向に基づき、工具１１が第一位置Ｐ（ｔ_k ）に付与する力ｆ（ｔ_k ）の方向、即ちＶ軸の方向の情報を求める。制御部４１は力覚センサ１２の検出値が示す力の大きさに基づき、工具１１が第一位置Ｐ（ｔ_k ）に付与する力ｆ（ｔ_k ）の大きさを求める。加工経路生成処理における力覚センサ１２は、マスターワーク６１に工具１１が接触することによって生じる力を検出する検出部として機能する。

制御部４１は力ｆ（ｔ_k ）の大きさと目標値ｆ_d （ｔ_k ）との差分を求める。目標値ｆ_d （ｔ_k ）はＶ軸方向における力の目標値であり、補助記憶部４３に予め記憶してある。制御部４１は、求めた差分に係数κを乗じて、Ｖ軸方向における位置偏差量ΔＰf_d（ｔ_k ）を求める。係数κは補助記憶部４３に予め記憶してある。Ｖ軸方向における位置偏差量ΔＰf_d（ｔ_k ）は、工具１１が現在位置から次の位置に向かう場合におけるＶ軸方向の移動距離である。制御部４１は、Ｕ軸方向と同一方向で補助記憶部４３に予め記憶してある送り量ｎとなるよう位置偏差量ΔＰ_d （ｔ_k ）を求める。例えば、Ｕ軸の単位ベクトルに送り量ｎを乗算して位置偏差量ΔＰ_d （ｔ_k ）を求める。ただし、送り量ｎはＵ軸方向と同一方向でなくてもよい。その場合、Ｖ軸方向における位置偏差量ΔＰf_d（ｔ_k ）にＵ軸方向の成分が含まれ、Ｕ軸方向における位置偏差量ΔＰ_d （ｔ_k ）にＶ軸方向の成分が含まれることになる。前述した他軸の成分を含む位置偏差量（ΔＰf_d（ｔ_k ）、ΔＰ_d （ｔ_k ））に対して該他軸の成分を削除したものがＶ軸方向誤差Ｆ_err 、Ｕ軸方向誤差Ｐ_err である。Ｕ軸方向における位置偏差量ΔＰ_d （ｔ_k ）は、工具１１が現在位置から次の位置に向かう場合におけるＵ軸方向の移動距離である。

制御部４１は、下記式１を用いて、Ｖ軸方向の誤差であるＶ軸方向誤差Ｆ_err を求める。

ここで、ＲはＸＹ座標系からＵＶ座標系への変換行列であり、Ｒ＝（ｖ（ｔ_k ）,ｕ（ｔ_k ））である。Ｒ^-1は、ＵＶ座標系からＸＹ座標系への変換行列であり、Ｒ^-1＝（ｖ（ｔ_k ）,ｕ（ｔ_k ））^T である。なお、ｖ（ｔ_k ）はＶ軸方向における単位ベクトルを表し、ｕ（ｔ_k ）はＵ軸方向における単位ベクトルを表す。

制御部４１は、下記式２を用いて、Ｕ軸方向の誤差であるＵ軸方向誤差Ｐ_err を求める。

制御部４１はＶ軸方向誤差Ｆ_err に対して、ＰＩＤ制御を用いて第一制御量を求める。ＰＩＤ制御は一般的なフィードバック制御方法である。第一制御量は位置Ｐ（ｔ_k ）でのＶ軸方向における工具１１の押付量に対応する。またＵ軸方向誤差Ｐ_err に対して、制御部４１はＰＩＤ制御を用いて第二制御量を求める。第二制御量はＵ軸方向における第一位置Ｐ（ｔ_k ）から位置Ｐ（ｔ_k+1 ）への工具１１の送り量に対応する。制御部４１は第一制御量及び第二制御量を夫々独立して求める（即ち、ハイブリッド制御に基づいて求める）。ハイブリッド制御とは、位置と力夫々の制御方向において、夫々の方向における制御量を互いに独立して制御することをいう。なお、必ずしもＰＩＤ制御で第一制御量及び第二制御量を算出する必要はなく、例えば、Ｖ軸方向誤差Ｆ_err を第一制御量、Ｕ軸方向誤差Ｐ_err を第二制御量としてもよい。制御部４１は第一制御量及び第二制御量を加算し、ＸＹ座標系の合成制御量、即ち目標位置を求める。

目標位置の演算後、制御部４１は目標位置まで工具１１を送り速度Ｖで移動する。作業者は加工経路の生成開始前に操作部１５を操作することにより送り速度Ｖを制御装置４に与える。
制御部４１は、位置Ｐ（ｔ_k ）から次の位置Ｐ（ｔ_k+1 ）への移動においても同様の演算処理を行なうことにより、工具１１の目標位置を求め、求めた目標位置まで工具１１を移動する。この場合、位置Ｐ（ｔ_k ）は第一位置に対応し、位置Ｐ（ｔ_k+1 ）は目標位置に対応する。
以上のような目標位置の演算を繰り返し実行することにより、制御部４１は加工経路を生成する。

第一位置から第二位置まで工具１１はマスターワーク６１に接触しながら移動する。加工経路の生成中に工具１１の回転駆動を行なうことはない。しかしながら、マスターワーク６１との接触によって工具１１が自然に回転するので、工具１１の刃がマスターワーク６１に接触する。刃はマスターワーク６１に引っかかりやすいので、力覚センサ１２の検出値には、刃に起因する誤差が含まれる。誤差を含む検出値に基づいて加工経路を求めた場合、被加工ワークの加工精度が悪化する虞があるので、誤差を除去する必要がある。

図７は情報記憶部４３１が記憶しているデータの一例を示す模式図である。
情報記憶部４３１は、力の検出値を補正するためのフィルタと工具１１とを関連付けて記憶する記憶部である。情報記憶部４３１には、工具１１を識別するための識別情報と、工具の種類とが互いに関連付けて記憶してある。情報記憶部４３１は、工具１１の識別情報に関連付けて、工具１１の工具径及び刃数の少なくとも一方を記憶するか、又は両方とも記憶しない。

情報記憶部４３１は、工具径及び刃数を両方とも記憶している工具１１の識別情報に関連付けて、ノッチフィルタを表わす関数（以下、単にノッチフィルタという）を記憶している。情報記憶部４３１は、ノッチフィルタを記憶している工具１１の識別情報に関連付けて、後述するオフセット値（図中「Ｆ」）を記憶していることがある。
情報記憶部４３１は、工具径及び刃数の少なくとも一方を記憶していない工具１１の識別情報に関連付けて、ローパスフィルタを表わす関数（以下、単にローパスフィルタという）を記憶している。情報記憶部４３１は、ローパスフィルタを記憶している工具１１の識別情報に関連付けて、複数の周波数（図中「ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 」）を記憶する。例えば複数の周波数は全ての工具１１に共通である。

表示部１４は複数の周波数を表示し、作業者は操作部１５を操作することにより複数の周波数の何れか一つを選択する。このとき操作部１５は実施の形態における選択部として機能する。なお、表示部１４が表示する選択肢は、複数の周波数の数値そのものに限定することなく、例えば複数の周波数の大きさを示す情報（「大」「中」「小」）でもよい。情報記憶部４３１は、作業者が選択した周波数に関連付けて、作業者が選択したことを示すフラグ（図中「* 」）を記憶する。

図８はフィルタ準備処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、工具１１の識別情報及び送り速度Ｖを受け付ける（Ｓ１１）。Ｓ１１において、制御部４１が表示部１４の動作を制御することにより、表示部１４は工具１１の識別情報及び送り速度Ｖを受け付けるための画像を表示する。作業者は、表示部１４が表示する画像を見ながら操作部１５を操作することにより、工具１１の識別情報及び送り速度Ｖを制御装置４に与える。
工具１１の識別情報及び送り速度Ｖを受け付けた制御部４１は、情報記憶部４３１を参照し、受け付けた識別情報に関連付けて、工具１１の工具径及び刃数の両方を情報記憶部４３１が記憶しているか否かを判定する（Ｓ１２）。

工具１１の工具径及び刃数の両方を記憶している場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御部４１は、情報記憶部４３１がＳ１１で受け付けた識別情報に関連付けて記憶している工具径及び刃数を読み出す（Ｓ１３）。

工具１１におけるマスターワーク６１と接触する位置の工具径及び工具１１の刃数を知ることが容易である場合、工具１１の刃がマスターワーク６１に接触する周期を求めることができる。例えば工具１１の工具径がφｎ［mm］、刃数がｍ［枚］である場合、工具１１の周長はｎπ［mm］なので、工具１１がｎπ／ｍ回転する都度、工具１１の刃がマスターワーク６１に接触して誤差の原因となる。送り速度がＶ［mm/min］＝Ｖ／６０［mm/sec］のとき、ｎπ／ｍ［mm］÷Ｖ／６０［mm/sec］＝６０ｎπ／ｍＶ［sec.］毎に力覚センサ１２の検出値に誤差が生じる。故にカットオフ周波数がｍＶ／６０ｎπ［Hz］のノッチフィルタを用いることにより、力覚センサ１２の検出値から誤差を除去する。

Ｓ１３の処理終了後、制御部４１は、Ｓ１１で受け付けた識別情報に関連付けて情報記憶部４３１がオフセット値を記憶しているか否かを判定する（Ｓ１４）。図７に示す情報記憶部４３１の場合、Ｓ１４における制御部４１は、オフセット値の欄が実数Ｆを記憶しているときはＹＥＳと判定し、オフセット値の欄が「－」を記憶しているときはＮＯと判定する。

情報記憶部４３１がオフセット値を記憶していない場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御部４１は、Ｓ１１で受け付けた送り速度Ｖ並びにＳ１３で読み出した工具径がφｎ及び刃数ｍに基づいて、カットオフ周波数ｍＶ／６０ｎπを求める（Ｓ１５）。制御部４１は、Ｓ１５の処理で求めたカットオフ周波数を、Ｓ１１で受け付けた識別情報に関連付けて主記憶部４２に書き込み（Ｓ１６）、フィルタ準備処理を終了する。

情報記憶部４３１がオフセット値を記憶している場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制御部４１は、Ｓ１５の処理と同様にカットオフ周波数ｍＶ／６０ｎπを求め、主記憶部４２に書き込む（Ｓ１７）。工具１１によってはＳ１７で求めたカットオフ周波数から多少ずれた周波数で誤差が生じることが経験的に分かっている。作業者は操作部１５を操作することにより、制御部４１がフィルタ準備処理を実行する前に、誤差分をオフセット値として情報記憶部４３１に与える。

制御部４１は、情報記憶部４３１よりオフセット値を読み出し（Ｓ１８）、読み出したカットオフ周波数をＳ１７で求めたカットオフ周波数に加減算する（Ｓ１９）。ただし、オフセット値を加減算するかどうかを作業者が加工プログラムで指定してもよく、また、作業者が加工プログラムでカットオフ周波数を直接指定してもよい。

Ｓ１９の処理終了後、制御部４１は、処理をＳ１６に移して、Ｓ１９の処理で求めたカットオフ周波数を、Ｓ１１で受け付けた識別情報に関連付けて主記憶部４２に書き込み、フィルタ準備処理を終了する。
Ｓ１５における制御部４１は、実施の形態における演算部として機能する。Ｓ１８における制御部４１は実施の形態における取得部として機能し、Ｓ１７，Ｓ１９における制御部４１は実施の形態における演算部として機能する。Ｓ１９で用いるオフセット値はカットオフ周波数の補正値として機能する。

工具１１におけるマスターワーク６１と接触する位置の工具径が算出困難、又は工具１１の刃数を数えることが困難である場合、工具１１に関するパラメータからカットオフ周波数を求めることはできない。しかしながら、刃に起因する誤差が高周波成分であることが実験的に分かっている。そこで、工具１１の工具径及び刃数の少なくとも一方を記憶していない場合（Ｓ１２でＮＯ）、制御部４１は、作業者が選択したことを示すフラグに関連付けて情報記憶部４３１が記憶している周波数を読み出す（Ｓ２１）。図７の場合、制御部４１は周波数「ｆ2 」を読み出す。

制御部４１は、情報記憶部４３１を参照してローパスフィルタを読み出し（Ｓ２２）、Ｓ２１で読み出した周波数が代入されたローパスフィルタを、Ｓ１１で受け付けた識別情報に関連付けて主記憶部４２に書き込み（Ｓ２３）、フィルタ準備処理を終了する。

図９は加工経路生成処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、主記憶部４２が記憶しているフィルタを演算する（Ｓ３１）。フィルタ準備処理のＳ１２でＹＥＳだった場合、Ｓ３１における制御部４１は、フィルタ準備処理のＳ１６の処理で主記憶部４２に書き込んだカットオフ周波数を読み出し、読み出したカットオフ周波数に基づきノッチフィルタを演算する。フィルタ準備処理のＳ１２でＮＯだった場合、Ｓ３１における制御部４１は、フィルタ準備処理のＳ２３の処理で主記憶部４２が記憶したローパスフィルタを読み出す。
制御部４１は工具１１の開始点Ｓへの移動処理を行なう（Ｓ３２）。Ｓ３２における制御部４１がモータ３２３及びエアシリンダ５１２等の駆動を制御することにより、工具１１が開始点Ｓに移動する。

制御部４１は力覚センサ１２の検出値を取得し（Ｓ３３）、取得した検出値を、Ｓ３１で読み出したフィルタで補正する（Ｓ３４）。

図１０及び図１１は工具１１からマスターワーク６１への力の大きさの時間変化を示す特性図である。
図１０及び図１１に示す横軸は時間を表わす。縦軸は力の大きさを表わす。Ｖ軸方向の力の大きさは太い実線で示してある。Ｕ軸方向の力の大きさは破線で示してある。Ｖ軸及びＵ軸双方に垂直な方向の力の大きさは細い実線で示してある。
図１０Ａ及び図１１Ａに示す力の大きさは、力覚センサ１２の検出値から得た値である。図１０Ｂ及び図１１Ｂに示す力の大きさは、フィルタによる補正後の値である。

図１０は図７に示す識別情報「Ｎ１」の如き工具１１に関する。図１０Ａを見れば分かるように、検出値の波形が周期的に乱れている。図１０Ｂはノッチフィルタによる補正後の値を示す。図を見れば、ノッチフィルタが波形の乱れを除去したことが分かる。
図１１は図７に示す識別情報「Ｌ１」の如き工具１１に関する。図１１Ａを見れば分かるように、検出値の波形は高周波のノイズを含んでいる。図１１Ｂはローパスフィルタによる適用後の値を示す。図を見れば、ローパスフィルタが高周波のノイズを除去したことが分かる。

制御部４１はＳ３４で補正した検出値に基づいて力ｆ（ｔ_k ）の大きさを求めると共に、力ｆ（ｔ_k ）の方向（即ちＶ軸）を求める（Ｓ３５）。
制御部４１は、Ｓ３５で求めたＶ軸に基づき、Ｖ軸と直交するＵ軸を演算し（Ｓ３６）、第一制御量及び第二制御量、即ち押付量及び送り量を求める（Ｓ３７）。制御部４１は第一制御量及び第二制御量を加算し、合成制御量、即ち目標位置を求め、求めた目標位置を補助記憶部４３に書き込む（Ｓ３８）。

制御部４１は工具１１の目標位置への移動処理を行なう（Ｓ３９）。フィードバック制御によって、工具１１は目標位置まで移動する。工具１１の移動終了後、制御部４１はエンコーダ１３から工具１１の現在位置を取得し（Ｓ４０）、工具１１が終了点Ｅにあるか否か判定する（Ｓ４１）。なお、制御部４１は、エンコーダ１３から取得した工具１１の現在位置と、終了点Ｅの位置との差分が所定値以下である場合、工具１１が終了点Ｅにあると判断する。所定値は補助記憶部４３に予め記憶してある。

工具１１が終了点Ｅにない場合（Ｓ４１でＮＯ）、制御部４１はＳ３３に処理を戻し、再び力覚センサ１２の検出値を取得する。工具１１が終了点Ｅにある場合（Ｓ４１でＹＥＳ）、制御部４１は加工経路生成処理を終了する。
Ｓ３３～Ｓ４１の処理を繰り返す間にＳ３８にて補助記憶部４３が記憶した一連の目標位置が、制御部４１が生成した加工経路である。

Ｓ３４における制御部４１は、実施の形態における補正部として機能する。Ｓ３１における制御部４１がノッチフィルタを演算した場合、Ｓ３４における制御部４１は第一補正部として機能する。Ｓ３１における制御部４１がローパスフィルタを演算した場合、Ｓ３４における制御部４１は第二補正部として機能する。
Ｓ３８における制御部４１は、実施の形態における経路生成部として機能する。

以上のような制御装置４によれば、力覚センサ１２の検出値から誤差を除去することができる。誤差を含まない検出値に基づいて加工経路を求めるので、求めた加工経路に基づいて工具１１の動作を制御した場合、測定用工具を必要とせずに被加工ワークの加工精度を向上させることができる。

作業者が制御装置４に与えたオフセット値に基づいて生成した加工経路が不適切である場合、作業者は制御装置４に新たなオフセット値を入力し、制御部４１は再びフィルタ準備処理の実行からやり直す。加工経路の適否は所与の基準に基づいて制御部４１が判定してもよく、作業者が判断してもよい。同様に、作業者が選択した周波数に基づいて生成した加工経路が不適切である場合、作業者は改めて他の周波数を選択し、制御部４１は再びフィルタ準備処理の実行からやり直す。

本実施の形態では力覚センサ１２が力の大きさ及び方向を検出しているが、これに限定することなく、例えば各モータ３２３に作用するトルクを検出し、検出したトルクに基づいて制御部４１が力の大きさ及び方向を算出してもよい。この場合、制御部４１が検出部として機能する。
工具１１の工具径及び刃数は作業者が制御装置４に与えてもよい。制御装置４は送り速度Ｖを予め有していてもよい。
加工経路の生成手順は上述した手順に限定しない。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 工作システム
１１ 工具
１２ 力覚センサ（検出部）
３ 工作機械
４ 制御装置
４Ｐ プログラム
４１ 制御部（補正部，経路生成部，演算部，第一補正部，取得部，第二補正部）
４３１ 情報記憶部（記憶部）
６１ マスターワーク

Claims (6)

1. 工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械の動作を制御する制御装置において、
   力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部と、
   目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出する検出部と、
   該検出部が検出した力の検出値を、前記工具に関連付けて前記記憶部に記憶してあるフィルタを用いて補正する補正部と、
   該補正部が補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める経路生成部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記工作機械が用いる工具の径、刃数、及び前記加工時の移動速度に基づいてカットオフ周波数を求める演算部を更に備え、
   前記記憶部は前記フィルタとしてノッチフィルタを記憶しており、
   前記補正部は、前記演算部が求めたカットオフ周波数のノッチフィルタを用いて前記検出部が検出した力の検出値を補正する第一補正部を有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. カットオフ周波数の補正値を取得する取得部を更に備え、
   前記演算部は、前記工作機械が用いる工具の径、刃数、及び前記移動速度に基づいて求めた周波数を前記取得部が取得した補正値で補正したカットオフ周波数を求めることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 複数の周波数の何れかを選択するための選択部を更に備え、
   前記記憶部は前記フィルタとしてローパスフィルタを記憶しており、
   前記補正部は、前記選択部により選択した周波数を上限とするローパスフィルタを用いて前記検出部が検出した力の検出値を補正する第二補正部を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の制御装置。
5. 工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械と、
   該工作機械の動作を制御する制御装置と
   を有する工作システムにおいて、
   力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部を有し、
   前記制御装置は、
   目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出する検出部と、
   該検出部が検出した力の検出値を、前記工具に関連付けて前記記憶部に記憶してあるフィルタを用いて補正する補正部と、
   該補正部が補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める経路生成部と
   を備えることを特徴とする工作システム。
6. 工具を用いて被加工ワークを目標形状に加工する工作機械の動作を制御する制御装置で実行可能なプログラムであって、
   目標形状を有するマスターワークに前記工作機械が用いる工具が接触することによって生じる力を検出し、
   力の検出値を補正するためのフィルタと工具とを関連付けて記憶する記憶部から、前記工作機械が用いる工具に対応する前記フィルタを取得し、
   検出した力の検出値を、取得したフィルタを用いて補正し、
   補正した検出値を用いて、被加工ワークの加工時に前記工具が辿る加工経路を求める
   処理を前記制御装置に実行させることを特徴とするプログラム。

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