JP2023067034A - 制御装置、産業機械および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの加工をしながら加工誤差を補正する。【解決手段】相対変位特定部は、前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて治具と工具との相対変位を特定する。位置判定部は、治具及び工具の変位の計測値に基づいて治具及び工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置するか否かを判定する。変位補正部は、治具及び工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置すると判定したときに、治具較正点の撮像画像及び工具較正点の撮像画像に基づいて治具及び工具の変位の計測値を補正する。接触判定部は、主軸の撓みに係る計測値に基づいて、工具がワークに接触したか否かを判定する。工具データ補正部は、工具がワークに接触したと判定したときの相対変位に基づいて、工具長データを補正する。制御部は、相対変位と、ワークの形状と、工具の長さを示す工具長データとに基づいて治具又は工具を制御するための制御指令を生成する。【選択図】図２

Description

本開示は、制御装置、産業機械および制御方法に関する。

特許文献１には、産業機械の工具を形状測定プローブとして用いる技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、工具に振動を与え、工具に取り付けられた力センサが当該振動を検出したときに、工具が物体に接触したと判定する技術が開示されている。

特開２００６－１５９２９９号公報

産業機械などの機械によるワークの加工精度を向上するためには、ワークの加工をしながら加工誤差を補正することが望まれる。
本開示の目的は、ワークの加工をしながら加工誤差を補正することができる制御装置、産業機械及び制御方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、制御装置は、ワークを支持する治具と、前記ワークを加工する工具を含む主軸とを備える機械の制御装置であって、前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具と前記工具との相対変位を特定する相対変位特定部と、前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具及び前記工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置するか否かを判定する位置判定部と、前記治具及び前記工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置すると判定したときに、前記機械に接触しない支持部に支持された撮像装置によって撮像された前記治具較正点の撮像画像及び前記工具較正点の撮像画像に基づいて前記治具及び前記工具の変位の計測値を補正する変位補正部と、前記主軸の撓みに係る計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定する接触判定部と、前記工具が前記ワークに接触したと判定したときの前記相対変位に基づいて、前記工具の長さを示す工具データを補正する工具データ補正部と、前記相対変位と、前記ワークの形状と、前記工具データとに基づいて前記治具又は前記工具を制御するための制御指令を生成する制御部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、制御装置は、ワークを支持する治具と、前記ワークを加工する工具および前記工具を支持するヘッドを含む主軸とを備える機械の制御装置であって、前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具と前記工具との相対変位を特定する相対変位特定部と、前記主軸の撓みに係る計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定する接触判定部と、前記工具が前記ワークに接触したと判定したときの前記相対変位に基づいて、前記工具の長さを示す工具長データを補正する工具データ補正部と、前記相対変位と、前記ワークの形状と、前記工具長データとに基づいて前記治具又は前記工具を制御するための制御指令を生成する制御部と、を備え、前記ヘッドには、前記ヘッドの先端部と基端部とを連結するヒンジ部材と、前記ヒンジ部材の回転軸を跨ぐように設けられたひずみセンサとが設けられ、前記接触判定部は、前記ひずみセンサの計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定する。

上記態様によれば、制御装置は、ワークの加工をしながら加工誤差を補正することができる。

第１の実施形態に係るマシニングセンタの外観を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る機械本体の筐体内部の構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る主軸ヘッドの構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る制御盤の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係る切込方向への工具の軌跡の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る送り方向への工具の軌跡の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御盤のキャリブレーション動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る制御盤による加工動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る表示画像の一例を示す図である。 トルク及び撓みの計測値と剛性の計算値との関係を示すグラフである。 ワークの側面加工の例を示す図である。 側面加工によるワークの加工誤差の計測結果を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

〈第１の実施形態〉
《マシニングセンタ１の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係るマシニングセンタ１の外観を示す斜視図である。マシニングセンタ１は、機械本体２０と、撮像装置３０と、制御盤４０とを備える。

機械本体２０は、外殻をなす筐体１０を備える。筐体１０は、機械本体２０によるワークの加工によって生じる切りくずやクーラントの飛び散りを防止するために、機械本体２０を覆うように構成される。筐体１０の前面には扉１０Ｄが設けられる。筐体１０の側面には、窓１０Ｗが設けられる。

撮像装置３０は、架台３１と、天板３２と、ヘッドカメラ３３と、テーブルカメラ３４とを備える。架台３１は、床面に設置される。架台３１と筐体１０とは接触せず、架台３１と筐体１０との間に空間が設けられる。架台３１の上端には、天板３２が設けられる。架台３１は天板３２を支持する。天板３２は、熱膨張が生じ難い材料で構成されることが好ましい。熱膨張が生じ難い材料の例としては、セラミックスなどが挙げられる。天板３２には、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４を取り付けるための孔が設けられる。天板３２は筐体１０と接触しないように設けられる。これにより、架台３１および天板３２は、機械本体２０の稼働によって機械本体２０が振動しても、ヘッドカメラ３３およびテーブルカメラ３４の位置を維持することができる。

図２は、第１の実施形態に係る機械本体２０の筐体１０内部の構成を示す斜視図である。
機械本体２０は、筐体１０の内部に、基台２１と、コラム２２と、テーブル２３とを備える。コラム２２及びテーブル２３は、基台２１の上面に設けられる。

コラム２２は、基台２１の上面に平行に設定されるＸ軸方向に移動可能に設けられる。基台２１には、Ｘ軸モータ２２Ｍ及びＸ軸エンコーダ２２Ｅが設けられる。Ｘ軸モータ２２Ｍは、コラム２２をＸ軸に沿って移動させるためのアクチュエータである。Ｘ軸モータ２２Ｍの回転は、図示しないボールねじ機構により、直線運動に変換される。Ｘ軸エンコーダ２２Ｅは、コラム２２の移動量を計測する。

コラム２２には、スライダ２４が取り付けられている。スライダ２４は、コラム２２のテーブル２３側の側部に配置されると共に、Ｘ軸及びＺ軸に共に直交するＹ軸方向に移動可能に設けられる。コラム２２には、Ｙ軸モータ２４Ｍ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅが設けられる。Ｙ軸モータ２４Ｍは、スライダ２４をＹ軸に沿って移動させるためのアクチュエータである。Ｙ軸モータ２４Ｍの回転は、図示しないボールねじ機構により、直線運動に変換される。Ｙ軸エンコーダ２４Ｅは、スライダ２４の移動量を計測する。

スライダ２４のテーブル２３側の面には、主軸ヘッド２５が取り付けられている。主軸ヘッド２５の上面には、側面に所定のマークが描かれたヘッドタブ２５Ｘが固設されている。ヘッドタブ２５Ｘのマークは、ヘッドタブ２５Ｘのうち窓１０Ｗに対向する面に描かれる。ヘッドタブ２５Ｘには、図３に示すように例えばＸ印が描かれる。ヘッドタブ２５ＸのマークはＸ印に限られず、中心位置と角度を特定可能なものであればよい。主軸ヘッド２５は、Ｚ軸と平行な回転軸線回りに回転可能にスピンドル２６を支持する。なお、主軸ヘッド２５自身は回転しない。スピンドル２６には工具Ａが装着される。工具Ａの例としては、フライスなどが挙げられる。スピンドル２６には、スピンドル２６を回転させるためのスピンドルモータ２６Ｍが設けられる。工具Ａは、利用者によってスピンドル２６に取り付けられ、付け替えが可能である。また工具Ａはマシニングセンタ１の機能により自動的に付け替えがなされてもよい。以下、主軸ヘッド２５、スピンドル２６および工具Ａを含む、スライダ２４によって移動されるＺ軸方向に伸びる部分全体を主軸ともよぶ。

図３は、第１の実施形態に係る主軸ヘッド２５の構成を示す概略図である。図３は、主軸ヘッド２５を窓１０Ｗ側から見た図である。主軸ヘッド２５には、４つの弾性ヒンジ２５Ｈが取り付けられる。弾性ヒンジ２５Ｈは、弾性材料からなる短冊状の部材であって、長辺方向の両端および中央部の表面または裏面に、幅方向に伸びる切り欠きを有する。弾性ヒンジ２５Ｈは、当該切り欠きを支点として折れることで、ヒンジとして機能する。弾性ヒンジ２５Ｈは、長辺方向が主軸ヘッド２５の軸方向に沿うように主軸ヘッド２５の側面に取り付けられる。弾性ヒンジ２５Ｈの長辺方向の両端が、主軸ヘッド２５に固定される。これにより、主軸ヘッド２５の撓みや圧縮に応じて、弾性ヒンジ２５Ｈの中央部の折れ角度が変化する。弾性ヒンジ２５Ｈは、主軸ヘッド２５と同じ材料、または主軸ヘッド２５と線膨張係数が同じ材料によって構成される。４つの弾性ヒンジ２５Ｈは、主軸ヘッド２５の上面、下面、および両側面に取り付けられる。なお、他の実施形態においては、主軸ヘッド２５は３つ以上の弾性ヒンジ２５Ｈを備えればよい。弾性ヒンジ２５Ｈが３つ以上設けられることで、少なくとも主軸ヘッド２５のＸ軸方向とＹ軸方向の歪みを特定することができる。

各弾性ヒンジ２５Ｈの中央部のうち、切り欠きの無い面には、ひずみセンサ２５Ｓが取り付けられる。ひずみセンサ２５Ｓは、弾性ヒンジ２５Ｈの中央部の折れ角度に応じた計測値を出力する。なお、弾性ヒンジ２５Ｈの中央部の折れ角度は主軸ヘッド２５の撓みや圧縮に応じて変化するため、ひずみセンサ２５Ｓは、主軸ヘッド２５の撓みに関する量を計測しているとえる。主軸ヘッド２５の両側面に取り付けられた弾性ヒンジ２５Ｈの歪みの大きさから、主軸ヘッド２５の左右方向に対する撓みが求められる。また、主軸ヘッド２５の上面および下面に取り付けられた弾性ヒンジ２５Ｈの歪みの大きさから、主軸ヘッド２５の上下方向に対する撓みが求められる。

また、主軸ヘッド２５には、スピンドルモータ２６Ｍのトルクを計測するトルクセンサ２６Ｔが設けられる。なお、他の実施形態においては、機械本体２０がトルクセンサ２６Ｔを備えなくてもよい。この場合、制御盤４０は、スピンドルモータ２６Ｍへのトルク指令または電流指令に基づいてスピンドルモータ２６Ｍのトルクを特定することができる。

テーブル２３は、図２に示すように、基台２１の上面に平行でＸ軸に直交するＺ軸方向に移動可能に設けられる。テーブル２３の上部には、ワークテーブル２７が取り付けられている。ワークテーブル２７は、加工対象物であるワークＷを支持する治具である。ワークテーブル２７の上面には、側面に所定のマークが描かれたテーブルタブ２７Ｘが固設されている。テーブルタブ２７Ｘのマークは、テーブルタブ２７Ｘのうち窓１０Ｗに対向する面に描かれる。テーブルタブ２７Ｘのマークは、例えばＸ印で表される。テーブルタブ２７ＸのマークはＸ印に限られず、中心位置と角度を特定可能なものであればよい。テーブルタブ２７Ｘは、テーブル２３のうちワークＷが設置されない部分に設けられる。基台２１には、Ｚ軸モータ２３Ｍ及びＺ軸エンコーダ２３Ｅが設けられる。Ｚ軸モータ２３Ｍは、テーブル２３をＺ軸に沿って移動させるためのアクチュエータである。Ｚ軸モータ２３Ｍの回転は、図示しないボールねじ機構により、直線運動に変換される。Ｚ軸エンコーダ２３Ｅは、テーブル２３の移動量を計測する。

撮像装置３０のヘッドカメラ３３は、図２に示すように、コラム２２及びスライダ２４が予め定めた較正点に位置するときに、窓１０Ｗを介して光軸が主軸ヘッド２５のヘッドタブ２５Ｘの中心を通るように設けられる。コラム２２が位置すべき較正点はコラム較正点ともいう。スライダ２４が位置すべき較正点はスライダ較正点ともいう。コラム２２がコラム較正点に位置し、スライダ２４がスライダ較正点に位置するとき、主軸ヘッド２５が工具較正点に位置する。
テーブルカメラ３４は、テーブル２３が予め定めた較正点に位置するときに、窓１０Ｗを介して光軸がワークテーブル２７のテーブルタブ２７Ｘの中心を通るように設けられる。テーブル２３が位置すべき較正点はテーブル較正点ともいう。テーブル２３がテーブル較正点に位置するとき、ワークテーブル２７は治具較正点に位置する。

筐体１０の内側には、窓１０Ｗの近傍に、ヘッドライト１１、テーブルライト１２、および４つのエアノズル１３が設けられる。
ヘッドライト１１は、ヘッドタブ２５Ｘに光を照射する。テーブルライト１２は、テーブルタブ２７Ｘに光を照射する。エアノズル１３は、それぞれ、窓１０Ｗのうちヘッドカメラ３３の正面部分、窓１０Ｗのうちテーブルカメラ３４の正面部分、ヘッドタブ２５Ｘおよびテーブルタブ２７Ｘへ向けてエアを噴射する。これにより、ヘッドカメラ３３およびテーブルカメラ３４の光軸を遮るクーラントや切りくずを除去し、またヘッドタブ２５Ｘおよびテーブルタブ２７Ｘに付着したクーラントや切りくずを除去することができる。なお、他の実施形態に係るエアノズル１３の数は、４つに限られない。例えば、他の実施形態に係るマシニングセンタ１は、５つ以上のエアノズル１３を備え、カメラの光軸上の障害物を除去してもよい。また他の実施形態に係るマシニングセンタ１は、４つのエアノズル１３のいずれかまたはすべてを備えないものであってもよい。

《制御盤４０の構成》
図４は、第１の実施形態に係る制御盤４０の構成を示す概略ブロック図である。制御盤４０は、機械本体２０の計測データに基づいて、機械本体２０の各種アクチュエータを制御する。制御盤４０は、例えば図１に示すように作業者によって操作される操作盤に設けられる。
制御盤４０は、データ取得部４１、形状記憶部４２、パラメータ記憶部４３、位置判定部４４、変位補正部４５、相対変位特定部４６、剛性計算部４７、接触判定部４８、工具データ補正部４９、切込量決定部５０、モデル生成部５１、誤差特定部５２、制御部５３、出来形生成部５４、表示制御部５５を備える。

データ取得部４１は、機械本体２０の各種センサから計測データを取得する。具体的には、データ取得部４１は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ、Ｙ軸エンコーダ２４Ｅ、ひずみセンサ２５Ｓ、トルクセンサ２６Ｔから計測データを取得する。またデータ取得部４１は、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４から画像データを取得する。データ取得部４１は、主軸ヘッド２５の両側面に取り付けられた弾性ヒンジ２５Ｈの歪みの大きさから求められた、主軸ヘッド２５の左右方向に対する撓みを取得する。また、データ取得部４１は、主軸ヘッド２５の上面および下面に取り付けられた弾性ヒンジ２５Ｈの歪みの大きさから求められた、主軸ヘッド２５の上下方向に対する撓みを取得する。なお、撓みの大きさは、データ取得部４１の計算によって取得されてもよいし、複数のひずみセンサ２５Ｓが出力する信号を処理する回路から取得されてもよい。

形状記憶部４２は、ワークＷの目標形状を表す三次元データである目標形状データ、ワークＷの初期形状を表す三次元データである初期形状データ及びワークＷの加工後の形状を表す三次元データである加工形状データを記憶する。目標形状データ及び初期形状データは、予め機械本体２０の利用者によって入力される。加工形状データの初期値は初期形状データと同じである。

パラメータ記憶部４３は、制御部５３による機械本体２０の制御に用いるパラメータを記憶する。具体的には、パラメータ記憶部４３は、相対変位オフセット、工具データ、状態モデルを記憶する。相対変位オフセットは、エンコーダの計測データから求められる主軸ヘッド２５とワークテーブル２７との相対変位に対する補正値である。相対変位は、平行移動量のみならず、回転角を含んでもよい。相対変位は、ヘッドタブ２５Ｘの中心点とテーブルタブ２７Ｘの中心点との距離のＹ軸成分及びＺ軸成分によって表されてよい。回転角は、ヘッドタブ２５Ｘの中心点からヘッドタブ２５Ｘの特徴点（例えば、Ｘ印の右上の突出部）へ伸びる直線と、テーブルタブ２７Ｘの中心点からテーブルタブ２７Ｘの特徴点へ伸びる直線とがなす角によって表されてよい。工具データは、スピンドル２６に取り付けられる工具Ａの長さ（工具長）を含む工具Ａの形状を表すデータである。工具データは、工具Ａの直径を含んでいてもよい。状態モデルは、ワークＷの加工中における機械本体２０の状態によって生じる加工誤差を予測する関数である。加工中における機械本体２０の状態の例としては、主軸の撓みなどが挙げられる。

位置判定部４４は、データ取得部４１が取得したＸ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅの計測データに基づいて、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が、計算上、所定の較正点に位置するか否かを判定する。なお、計算上、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が丁度較正点に位置すると判定されても、エンコーダの計測誤差などによって、実際には主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７の位置が較正点と一致しないことがある。この場合にも、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７は少なくとも較正点の近傍に位置する。近傍とは、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４の撮像範囲内にそれぞれヘッドタブ２５Ｘ及びテーブルタブ２７Ｘが位置する範囲である。

変位補正部４５は、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４の画像データに基づいて、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７を較正点に移動させる。変位補正部４５は、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７を較正点に位置するときのＸ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ、Ｙ軸エンコーダ２４Ｅの値に基づいて、パラメータ記憶部４３が記憶する相対変位オフセットを更新する。

相対変位特定部４６は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅの計測データ、並びに、パラメータ記憶部４３が記憶する相対変位オフセットに基づいて、主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位を特定する。例えば、相対変位特定部４６は、ワークテーブル２７の上面の中央の点を基準としたときの主軸ヘッド２５の位置を特定する。

剛性計算部４７は、ひずみセンサ２５Ｓおよびトルクセンサ２６Ｔの計測データに基づいて、主軸の剛性を計算する。具体的には、以下の式（１）に従って剛性Ｋを計算する。

Ｔはトルクセンサ２６Ｔの計測値である。εはひずみセンサ２５Ｓの計測値に基づいて求められた主軸の撓みを表す。なお、工具Ａの撓みがない場合、εは理論的にゼロをとる。δは予め定める微小値である。微小値δは、撓みεがゼロである場合にも剛性Ｋの解を得ることができるように設定される。ｓｉｇｎ（ε）は、撓みεの符号を表す関数である。

接触判定部４８は、剛性計算部４７が計算した剛性の値に基づいて、工具ＡがワークＷに接触したか否かを判定する。工具ＡがワークＷに接触していないとき、主軸の撓みεは理論上ゼロであるため、式（１）で計算される剛性の値は発散する。他方、工具ＡがワークＷに接触すると、主軸の撓みεがゼロでなくなるため、式（１）で計算される剛性の値は収束する。そのため、接触判定部４８は、剛性計算部４７が計算した剛性の値が発散状態から収束したときに、工具ＡがワークＷに接触したと判定する。

工具データ補正部４９は、工具ＡがワークＷに接触したと判定されたときの主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位と、形状記憶部４２が記憶する初期形状データに基づいて、工具長を特定する。具体的には、工具データ補正部４９は、以下の手順で工具長を特定する。工具データ補正部４９は、主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位のうちＸ軸及びＹ軸成分の値に基づいて、ワークＷが工具Ａと正対する点の高さ（Ｚ軸の値）を求める。主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位のうちＺ軸成分の値から、ワークＷが工具Ａと正対する点の高さを減算することで、工具長を特定する。

切込量決定部５０は、相対変位特定部４６が特定した主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位と、形状記憶部４２が記憶する目標形状データとに基づいて、ワークＷの切込量を算出する。例えば、所定の工具長あるいは工具径を有する基準となる工具の切込量に対して、使用する工具の工具長あるいは工具径との差を用いて切込量を算出する。切込量の算出においては、工具の種類によって工具長あるいは工具径のいずれか一方を用いてもよいし、両方を用いてもよい。

モデル生成部５１は、切込量決定部５０が算出した切込量と、ひずみセンサ２５Ｓの計測データに基づいて、パラメータ記憶部４３が記憶する状態モデルを更新する。状態モデルは、切込量を入力として、主軸の撓みを出力する撓みモデルを含む。状態モデルについては、後述する。

誤差特定部５２は、パラメータ記憶部４３が記憶する状態モデルを用いて、主軸の撓みの大きさを工具Ａの位置のずれ量、すなわち削り残し量に変換する。つまり、誤差特定部５２は、撓みによって生じる加工誤差を特定する。

制御部５３は、誤差特定部５２によって算出された誤差を打ち消すように切込量決定部５０が決定した切込量を補正し、パラメータ記憶部４３が記憶する工具長に基づいて各アクチュエータの制御信号を生成する。

出来形生成部５４は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ、Ｙ軸エンコーダ２４Ｅ、及びひずみセンサ２５Ｓの計測データに基づいて、加工対象のワークＷの形状を示す三次元データを生成する。

表示制御部５５は、生成した三次元データをディスプレイ等に出力する。

《状態モデル》
図５は、第１の実施形態に係る切込方向への工具Ａの軌跡の一例（切込深さの軌跡）を示す図である。切込方向とは、工具Ａの軸方向および工具ＡがワークＷに対して相対的に移動する方向と直交する方向をいう。制御部５３が工具Ａを切込量決定部５０によって生成された切込量（目標切込量）に従って移動させると、図５に示すように、主軸の撓みによって、工具Ａの実際の軌跡と目標切込量に従った工具Ａの軌跡とにずれが生じる。具体的には、主軸が撓むことにより、実際の切込量の変位が目標切込量に対して遅れ、また実際の切込量が目標の切込量に至らずに削り残しが生じる。切込方向への工具Ａの軌跡を表す撓みモデルは、以下の式（２）によって表される。

式（２）において、ｓは、ラプラス演算子である。ｒ_０（ｓ）は、主軸の撓みがないと仮定したときの切込深さの軌跡を表す関数である。切込深さとは、切込量の切込方向の成分の大きさである。ｐ_１は、工具Ａの変位の遅れを表す時定数である。ｐ_２は、ｒ_０（ｓ）に対する主軸の圧縮量の比を表す係数である。ｐ_３は、主軸の撓みの大きさを工具Ａの位置の補正量、すなわち削り残し量に変換する変換係数である。ε_ｘ（ｓ）は、主軸の切込方向の撓みの変化を表す関数である。

図６は、第１の実施形態に係る送り方向への工具Ａの軌跡の一例を示す図である。送り方向とは、工具ＡがワークＷに対して相対的に移動する方向をいう。制御部５３が工具Ａを目標切込量に従って移動させると、図６に示すように、主軸の撓みによって、工具Ａの実際の軌跡と目標切込量に従った工具Ａの軌跡とにずれが生じる。具体的には、ダウンカットによって工具Ａの刃がワークＷを押すことで、主軸が送り方向前方に撓み、送り方向に変位する。なお、送り方向には工具Ａの離脱時点で削り残しが生じない。送り方向への主軸の軌跡を表す撓みモデルは、以下の式（３）によって表される。ε_ｙ（ｓ）は、主軸の送り方向の撓みの変化を表す関数である。

以下、モデル生成部５１による撓みモデルの係数の算出方法を説明する。
式（２）を変形することで式（４）を求めることができる。

モデル生成部５１は、式（４）に、データ取得部４１がひずみセンサ２５Ｓの計測値から求められる撓みε_ｘと、切込量決定部５０が算出した切込量ｒ_０を入力することで、時定数ｐ_１とゲイン｛（１－ｐ_２）／ｐ_３｝の同定問題を解く。これにより、切込量決定部５０は、時定数ｐ_１とゲイン｛（１－ｐ_２）／ｐ_３｝とを算出することができる。モデル生成部５１は、式（３）に、データ取得部４１がひずみセンサ２５Ｓの計測値から求められる撓みε_ｙと、切込量決定部５０が算出した送り方向の切込量ｙ_０の微分（つまり送り速度）と、同定した時定数ｐ_１とを入力することで、係数ｐ_３を算出することができる。

《制御盤４０の動作》
図７は、第１の実施形態に係る制御盤４０のキャリブレーション動作を示すフローチャートである。図１に示す例では、ワークＷと干渉しない位置にテーブルタブ２７Ｘが設けられ、工具Ａの取り付け位置と異なる部分にヘッドタブ２５Ｘが設けられている。これにより、制御盤４０は工具Ａ及びワークＷが設置された状態で、すなわち加工直前にキャリブレーションを行うことができる。

機械本体２０が起動すると、データ取得部４１は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅから計測データを取得する（ステップＳ１）。位置判定部４４は、ステップＳ１で取得した計測データに基づいて、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が所定の較正点の近傍に位置するか否かを判定する（ステップＳ２）。すなわち、位置判定部４４は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅの値が較正点の位置を示すか否かを判定する。主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が所定の較正点の近傍に位置しない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、制御部５３は、ステップＳ１で取得した計測データに基づいて、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が所定の較正点に位置するように、Ｘ軸モータ２２Ｍ、Ｚ軸モータ２３Ｍ及びＹ軸モータ２４Ｍを制御する（ステップＳ３）。その後、制御盤４０は、処理をステップＳ１に戻す。

主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が所定の較正点の近傍に位置する場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部５３は、ヘッドライト１１およびテーブルライト１２を発光させ、またエアノズル１３からのエアの噴射を開始する（ステップＳ４）。データ取得部４１は、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４から画像データを取得する（ステップＳ５）。変位補正部４５は、ステップＳ５で取得した画像データに写るヘッドタブ２５Ｘのマーク及びテーブルタブ２７Ｘのマークが、画像データの所定位置（例えば画像中央）に所定の大きさで写っているか否かを判定する（ステップＳ６）。すなわち、変位補正部４５は、予め主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７が較正点に位置するときのヘッドタブ２５Ｘ及びテーブルタブ２７Ｘの形状を記憶しておき、画像データに写るヘッドタブ２５Ｘ及びテーブルタブ２７Ｘが当該形状と一致するか否かを判定する。ヘッドタブ２５Ｘ又はテーブルタブ２７Ｘが、所定位置かつ所定の大きさで写っていない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、制御部５３は、形状の誤差が小さくなるようにＸ軸モータ２２Ｍ、Ｚ軸モータ２３Ｍ及びＹ軸モータ２４Ｍを制御する（ステップＳ７）。そして、制御盤４０はステップＳ５に処理を戻す。

他方、ヘッドタブ２５Ｘ及びテーブルタブ２７Ｘが、所定位置かつ所定の大きさで写っている場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、データ取得部４１は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅから計測データを取得する（ステップＳ８）。変位補正部４５は、較正点の位置として設定されたＸ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅの値と、ステップＳ８で取得した計測データとの差分を、相対変位オフセットとして算出し、パラメータ記憶部４３に記憶させる（ステップＳ９）。そして、制御部５３は、ヘッドライト１１およびテーブルライト１２を発光させ、またエアノズル１３からのエアの噴射を終了する（ステップＳ１０）。これにより、制御盤４０は、主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位のキャリブレーションを高速に行うことができる。なお、他の実施形態に係るマシニングセンタ１においては、ヘッドライト１１およびテーブルライト１２が常時発光していてもよいし、エアノズル１３は常にエアを噴射していてもよい。つまり、他の実施形態に係る制御盤４０は、ステップＳ４およびステップＳ１０の処理を実行しなくてもよい。

図８は、第１の実施形態に係る制御盤４０による加工動作を示すフローチャートである。
機械本体２０のキャリブレーションが完了すると、制御盤４０は、ワークＷの加工を開始する。作業者は、加工開始前までに、形状記憶部４２に初期形状データ及び目標形状データを記憶させる。

制御盤４０が加工を開始すると、データ取得部４１は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ及びＹ軸エンコーダ２４Ｅから計測データを取得する（ステップＳ２１）。相対変位特定部４６は、取得した計測データとパラメータ記憶部４３が記憶する相対変位オフセットに基づいて、主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位を特定する（ステップＳ２２）。制御部５３は、目標形状データに基づいてワークＷの加工開始点を決定し、ステップＳ２２で特定した相対変位に基づいて工具ＡがワークＷの加工開始点に正対するようにＸ軸モータ２２Ｍ及びＹ軸モータ２４Ｍを制御する（ステップＳ２３）。

次に、制御部５３は、工具ＡがワークＷに所定量接近するようにＺ軸モータ２３Ｍを制御する（ステップＳ２４）。データ取得部４１は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ、Ｙ軸エンコーダ２４Ｅ、ひずみセンサ２５Ｓ及びトルクセンサ２６Ｔから計測データを取得する（ステップＳ２５）。相対変位特定部４６は、主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位を特定する（ステップＳ２６）。剛性計算部４７は、ステップＳ２５で取得したひずみセンサ２５Ｓ及びトルクセンサ２６Ｔの計測データに基づいて、主軸の剛性を計算する（ステップＳ２７）。接触判定部４８は、ステップＳ２７で計算した剛性の値が発散しているか否かを判定する（ステップＳ２８）。

剛性の値が発散している場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、制御盤４０はステップＳ２４に処理を戻す。他方、剛性の値が発散していない場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、工具データ補正部４９は、ステップＳ２６で算出した相対変位と、形状記憶部４２が記憶する初期形状データに基づいて、工具長を特定し（ステップＳ２９）、パラメータ記憶部４３が記憶する工具データを更新する。

次に、切込量決定部５０は、相対変位特定部４６が特定した主軸ヘッド２５とワークテーブル２７の相対変位と、形状記憶部４２が記憶する目標形状データとに基づいて、ワークＷの切込量を算出する（ステップＳ３０）。データ取得部４１は、Ｘ軸エンコーダ２２Ｅ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｅ、Ｙ軸エンコーダ２４Ｅ、及びひずみセンサ２５Ｓから計測データを取得する（ステップＳ３１）。モデル生成部５１は、ステップＳ３０で算出した切込量と、ひずみセンサ２５Ｓの計測データとに基づいて、状態モデルを生成する（ステップＳ３２）。すなわち、モデル生成部５１は、撓みによる変位の遅れを表す時定数ｐ_１と、主軸の撓みの大きさを工具Ａの位置の補正量、すなわち削り残し量に変換する変換係数ｐ_３と、切込量に対するとを出力するように、状態モデルを生成する。誤差特定部５２は、パラメータ記憶部４３が記憶する状態モデルを用いて，主軸の撓みの大きさを工具Ａの位置のずれ量、すなわち削り残し量に変換する。つまり，撓みによって生じる加工誤差を特定する（ステップＳ３３）。これより、指示された切込み量と実際の切込み量との差、つまり加工誤差が分かる。

制御部５３は、ステップＳ３０で算出した切込量とステップＳ３３で算出した誤差とに基づいて切込量を補正し、パラメータ記憶部４３が記憶する工具長に基づいて各アクチュエータを制御する（ステップＳ３４）。出来形生成部５４は、ステップＳ３１で取得した計測データに基づいて、加工形状データを更新する（ステップＳ３５）。

制御部５３は、ワークＷの加工が完了したか否かを判定する（ステップＳ３６）。ワークＷの加工が完了していない場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、制御盤４０は処理をステップＳ３０に戻す。他方、ワークＷの加工が完了した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、表示制御部５５は、形状記憶部４２が記憶する加工形状データと目標形状データとの差分を算出する（ステップＳ３７）。表示制御部５５は、加工形状データの表面に、ステップＳ３７で算出した差分に応じた色をマッピングし、加工形状データをレンダリングすることで、表示画像を生成する（ステップＳ３８）。図９は、第１の実施形態に係る表示画像の一例を示す図である。具体的には、表示制御部５５は、図９に示すように、ワークＷの基準点から加工形状データの表面までの距離と、基準点から目標形状データの表面までの距離との差を、色によって表したカラーマップを含む表示画像を生成する。表示制御部５５は、表示画像をディスプレイに出力する（ステップＳ３９）。差分に応じた色は、例えば削りが不十分である部分を赤色、削りが過剰である部分を青色で表し、差分の大きさのグラデーションで表したものであってよい。図９に示す例に係る基準点は、ワークＷの中心を通るＺ軸方向に伸びる軸状の点である。図９に示す例によれば、ワークＷの加工開始点において段差が生じていることが分かる。

他方、他の実施形態に係る基準点は、ＸＹ平面をＺ軸方向にオフセットさせた面上の点であってもよいし、ワークテーブル２７の回転軸上の点であってもよい。基準点は、例えば利用者の操作によって切り替え可能であってよい。
これにより、制御盤４０は、ワークＷの加工をしながら加工誤差を補正し、さらに完成品と目標形状との差を作業者に視覚的に認識させることができる。

《作用・効果》
このように、第１の実施形態に係る制御盤４０は、主軸ヘッド２５とワークテーブル２７との相対変位と工具の撓みに係る計測値に基づいて、工具長データを補正する。即ち、制御盤４０は、ワークＷの加工の際に、ワークＷと工具Ａとの接触を検知し、これに基づいて工具長データを補正することができる。これにより、制御盤４０は、ワークＷの加工をしながら工具長による加工誤差を補正することができる。

第１の実施形態に係るヘッドカメラ３３およびテーブルカメラ３４は、筐体１０および機械本体２０に接触せずに独立する架台３１に支持される。これにより、機械本体２０が稼働によって振動しても、ヘッドカメラ３３およびテーブルカメラ３４の位置ずれが生じることを防ぐことができる。これにより、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４が撮像した画像に基づく主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７の相対変位の補正精度の低下を防ぐことができる。

なお、相対変位の補正を行なわずに、目標形状データから生成されるＮＣ（Numerical Control）データに従って加工制御を行う場合、熱や重力による変位等の影響により、工具の位置の誤差がそのまま加工誤差として表れる。また、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４の相対変位は天板３２により固定される。そのため、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４が撮像した画像をリファレンスとして用いて、主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７の相対変位を補正することで、加工誤差を低減することができる。なお、第１の実施形態に係る制御盤４０は、ヘッドタブ２５Ｘ及びテーブルタブ２７Ｘが撮像画像において所定形状で写るようにアクチュエータを駆動させることで相対変位の補正を行う。また、制御盤４０は画像を用いて主軸ヘッド２５及びワークテーブル２７の相対変位を補正することで、相対的な平行移動量のみならず、回転角すなわち相対的な姿勢のずれも補正することができる。

第１の実施形態に係る制御盤４０は、工具Ａのトルクと主軸の撓みとに基づいて剛性を計算し、当該計算値に基づいて工具ＡとワークＷとの接触を判定する。図１０は、トルク及び撓みの計測値と剛性の計算値との関係を示すグラフである。図１０に示すように、ワークＷと工具Ａとが接触してから主軸のトルク及び主軸の撓みの計測値に有意に変化が生じるまでには、遅れが生じる。例えば、図１０に示す例では、時刻Ｔ０においてにワークＷと工具Ａとが接触している。主軸のトルク及び主軸の撓みの計測値は、ワークＷと工具Ａとの接触によって変化し、ワークＷと工具Ａとの接触から時間ｔ１経過後に定常状態となっている。つまり、主軸のトルク及び主軸の撓みの計測値が有意に変化するまでには、ワークＷと工具Ａとの接触から時間ｔ１の遅れが生じる。これに対し、剛性の計算値は、ワークＷと工具Ａとの接触から時間ｔ２経過後に収束する。図１０に示すように、時間ｔ２は時間ｔ１と比較して有意に短いことが分かる。具体的には、時間ｔ２は時間ｔ１の約５分の１である。このことから、剛性の計算値はワークＷと工具Ａとの接触に対する感度が高いことが分かる。したがって、第１の実施形態に係る制御盤４０は、剛性の計算値を用いることで、接触判定を遅れなく行うことができる。

また、第１の実施形態に係る制御盤４０は、主軸の撓みを、弾性ヒンジ２５Ｈの切り欠き支点上に設けられたひずみセンサ２５Ｓの計測値に基づいて計算する。弾性ヒンジ２５Ｈの切り欠き支点には、弾性ヒンジ２５Ｈの２つの固定部の間における主軸ヘッド２５の撓みによる応力が集中する。これにより、弾性ヒンジ２５Ｈは主軸ヘッド２５の小さな変位を切り欠き支点の大きな歪みに変換することができる。これにより、ひずみセンサ２５Ｓの感度を大幅に向上させることができる。例えば、弾性ヒンジ２５Ｈの両端部の切り欠き間の長さが１５０ｍｍである場合に、弾性ヒンジ２５Ｈの中央部の切り欠き支点に生じるひずみの大きさは、主軸ヘッド２５そのものに生じるひずみの約２５倍となる。また、弾性ヒンジ２５Ｈおよびひずみセンサ２５Ｓを主軸ヘッド２５に設けることで、マシニングセンタ１が工具Ａの自動交換を行っても工具Ａのひずみを計測することができる。

第１の実施形態に係る制御盤４０は、機械本体２０の計測値及び切込量とに基づいて、機械本体２０の状態を算出する状態モデルを生成し、当該状態モデルに基づいてひずみセンサ２５Ｓの計測値から加工誤差を特定する。これにより、制御盤４０は、ワークＷの加工をしながら加工誤差を補正することができる。なお、工具Ａの先端部分は、ワークＷの加工中には火花、切りくず及びクーラントの存在によりカメラ等で観察することができないが、本実施形態に係る制御盤４０によれば、これらの存在の有無に関わらず工具Ａの先端の状態を認識することができる。図１１は、ワークＷの側面加工の例を示す図である。図１１によれば、機械本体２０は、工具ＡによってＹ軸に沿ったワークＷの側面を加工する。このとき、主軸は、ワークＷの側面との接触によりＸ軸方向に撓む。図１２は、側面加工によるワークの加工形状の計測結果を示す図である。図１２に示すように、側面加工時に状態モデルから特定される加工誤差とエンコーダ軌跡の和は、側面加工後に三次元測定機を用いて計測した加工形状とほぼ一致していることが分かる。つまり、本実施形態によれば、制御盤４０は、後工程で加工誤差の計測をすることなく、高精度に加工誤差を提示することができる。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。

上述した実施形態に係る制御盤４０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御盤４０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御盤４０として機能するものであってもよい。このとき、制御盤４０を構成する一部のコンピュータがマシニングセンタ１の内部に搭載され、他のコンピュータがマシニングセンタ１の外部に設けられてもよい。

上述した実施形態に係る制御盤４０は、マシニングセンタ１を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御盤４０は、研削盤、フライス盤、旋盤、ボール盤などの他の工作機械を制御してもよい。

上述した実施形態に係る制御盤４０は、主軸の撓みを、弾性ヒンジ２５Ｈに設けられたひずみセンサ２５Ｓによって検出される主軸ヘッド２５の撓みによって検出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御盤４０は、主軸の撓みをスピンドル２６に取り付けた加速度センサや、スピンドル２６の工具取り付け部分の変位を計測する変位センサによって検出してもよい。なお、主軸の撓みは、主軸の先端の加工点の軸心からのズレなどを含む。
なお、主軸の撓みはスピンドル２６の工具取り付け部分の変位に表れる一方で、その変位の大きさは小さく、変位センサによる検出が困難である可能性がある。これに対し、第１の実施形態のように弾性ヒンジ２５Ｈとひずみセンサ２５Ｓの組み合わせによって撓みを計測することで、大きな計測値を得ることができる。他方、工具ＡとワークＷの接触の有無においては、剛性の同定計算を行うことで変位センサによる小さな計測値でも容易に検出することができる。

上述した実施形態では、ヘッドカメラ３３が主軸ヘッド２５の側方に設けられるが、これに限られず、他の実施形態においては、ヘッドカメラ３３が筐体１０の天井に取り付けられ、主軸ヘッド２５の直上に位置していてもよい。また上述した実施形態では、テーブルカメラ３４がテーブル２３の側方に設けられるが、これに限られず、他の実施形態においては、テーブルカメラ３４が筐体１０の天井に取り付けられ、テーブル２３の直上に位置していてもよい。この場合、第１の実施形態と同様に、ヘッドカメラ３３およびテーブルカメラ３４は、熱膨張が生じ難い材料で構成される治具で固定されることが好ましい。熱膨張が生じ難い材料の例としては、セラミックスなどが挙げられる。また他の実施形態においては、ヘッドカメラ３３及びテーブルカメラ３４を複数備え、制御盤４０が各カメラが撮像した画像に基づいてキャリブレーションを行ってもよい。

〈コンピュータ構成〉
図１３は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ１００は、プロセッサ１０１、メインメモリ１０２、ストレージ１０３、インタフェース１０４を備える。
上述の制御盤４０は、コンピュータ１００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ１０３に記憶されている。プロセッサ１０１は、プログラムをストレージ１０３から読み出してメインメモリ１０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１０１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１０２に確保する。プロセッサ１０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。

プログラムは、コンピュータ１００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ１００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１０１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。

ストレージ１０３の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ１０３は、コンピュータ１００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１０４または通信回線を介してコンピュータ１００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ１００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１００が当該プログラムをメインメモリ１０２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ１０３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ１０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…マシニングセンタ １０…筐体 １０Ｄ…扉 １０Ｗ…窓 １１…ヘッドライト １２…テーブルライト １３…エアノズル ２０…機械本体 ２１…基台 ２２…コラム ２２Ｅ…Ｘ軸エンコーダ ２２Ｍ…Ｘ軸モータ ２３…テーブル ２３Ｅ…Ｚ軸エンコーダ ２３Ｍ…Ｚ軸モータ ２４…スライダ ２４Ｅ…Ｙ軸エンコーダ ２４Ｍ…Ｙ軸モータ ２５…主軸ヘッド ２５Ｓ…ひずみセンサ ２５Ｈ…弾性ヒンジ ２５Ｘ…ヘッドタブ ２６…スピンドル ２６Ｍ…スピンドルモータ ２７…ワークテーブル ２７Ｘ…テーブルタブ ３０…撮像装置 ３１…架台 ３２…天板 ３３…ヘッドカメラ ３４…テーブルカメラ ４０…制御盤 ４１…データ取得部 ４２…形状記憶部 ４３…パラメータ記憶部 ４４…位置判定部 ４５…変位補正部 ４６…相対変位特定部 ４７…剛性計算部 ４８…接触判定部 ４９…工具データ補正部 ５０…切込量決定部 ５１…モデル生成部 ５２…誤差特定部 ５３…制御部 ５４…出来形生成部 ５５…表示制御部 ２６Ｔ…トルクセンサ Ａ…工具 Ｗ…ワーク

Claims (9)

1. ワークを支持する治具と、前記ワークを加工する工具を含む主軸とを備える機械の制御装置であって、
   前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具と前記工具との相対変位を特定する相対変位特定部と、
   前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具及び前記工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置するか否かを判定する位置判定部と、
   前記治具及び前記工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置すると判定したときに、前記機械に接触しない支持部に支持されたカメラによって撮像された前記治具較正点の撮像画像及び前記工具較正点の撮像画像に基づいて前記治具及び前記工具の変位の計測値を補正する変位補正部と、
   前記主軸の撓みに係る計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定する接触判定部と、
   前記工具が前記ワークに接触したと判定したときの前記相対変位に基づいて、前記工具の長さを示す工具データを補正する工具データ補正部と、
   前記相対変位と、前記ワークの形状と、前記工具データとに基づいて前記治具又は前記工具を制御するための制御指令を生成する制御部と、
   を備える制御装置。
2. ワークを支持する治具と、前記ワークを加工する工具および前記工具を支持するヘッドを含む主軸とを備える機械の制御装置であって、
   前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具と前記工具との相対変位を特定する相対変位特定部と、
   前記主軸の撓みに係る計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定する接触判定部と、
   前記工具が前記ワークに接触したと判定したときの前記相対変位に基づいて、前記工具の長さを示す工具データを補正する工具データ補正部と、
   前記相対変位と、前記ワークの形状と、前記工具データとに基づいて前記治具又は前記工具を制御するための制御指令を生成する制御部と、
   を備え、
   前記ヘッドには、
   前記ヘッドの先端部と基端部とを連結するヒンジ部材と、
   前記ヒンジ部材の回転軸を跨ぐように設けられたひずみセンサと
   が設けられ、
   前記接触判定部は、前記ひずみセンサの計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定する
   制御装置。
3. 前記ヒンジ部材は、線膨張係数が前記ヘッドの線膨張係数と同じ材料で構成される
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記工具データは、前記工具の長さに加え、前記工具の径を示す
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置。
5. 前記機械に係る計測値及び前記制御指令とに基づいて、前記機械の状態を算出する状態モデルを生成するモデル生成部と、
   前記機械に係る計測値を前記状態モデルに入力することで、加工誤差を特定する誤差特定部と、
   を備え、
   前記状態モデルは、前記制御指令と前記主軸の撓みに係る計測値に基づいて、前記工具の位置を求めるモデルであって、
   前記モデル生成部は、
   前記主軸の切込方向の撓みに基づいて、撓みによる変位の遅れを表す時定数を求め、
   前記主軸の送り方向の撓みと前記時定数とに基づいて、撓みの大きさを前記工具の位置の補正量に変換する変換係数を求めることで、前記状態モデルを生成する
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置。
6. 前記加工誤差に基づいて前記制御指令によって加工された前記ワークの形状を表す三次元データを生成する出来形生成部と、
   前記ワークの基準点から前記三次元データの表面までの距離と、前記基準点から前記ワークの目標形状の表面までの距離との差を、色によって表したカラーマップを生成するマップ生成部と
   を備え、
   前記制御部は、目標形状を表す目標データに基づいて前記制御指令を生成する
   請求項５に記載の制御装置。
7. ワークを支持する治具と、
   前記ワークを加工する工具と、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御装置と
   を備える産業機械。
8. ワークを支持する治具と、前記ワークを加工する工具を含む主軸とを備える機械の制御方法であって、
   前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具と前記工具との相対変位を特定するステップと、
   前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具及び前記工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置するか否かを判定するステップと、
   前記治具及び前記工具がそれぞれ治具較正点及び工具較正点に位置すると判定したときに、前記機械に接触しない支持部に支持されたカメラによって撮像された前記治具較正点の撮像画像及び前記工具較正点の撮像画像に基づいて前記治具及び前記工具の変位の計測値を補正するステップと、
   前記主軸の撓みに係る計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定するステップと、
   前記工具が前記ワークに接触したと判定したときの前記相対変位に基づいて、前記工具の長さを示す工具データを補正するステップと、
   前記相対変位と、前記ワークの形状と、前記工具データとに基づいて前記治具又は前記工具を制御するための制御指令を生成するステップと、
   を備える制御方法。
9. ワークを支持する治具と、前記ワークを加工する工具および前記工具を支持するヘッドを含む主軸とを備え、前記ヘッドに前記ヘッドの先端部と基端部とを連結するヒンジ部材と、前記ヒンジ部材の回転軸を跨ぐように設けられたひずみセンサとが設けられた機械の制御方法であって、
   前記治具及び前記工具の変位の計測値に基づいて前記治具と前記工具との相対変位を特定するステップと、
   前記ひずみセンサの計測値に基づいて、前記工具が前記ワークに接触したか否かを判定するステップと、
   前記工具が前記ワークに接触したと判定したときの前記相対変位に基づいて、前記工具の長さを示す工具データを補正するステップと、
   前記相対変位と、前記ワークの形状と、前記工具データとに基づいて前記治具又は前記工具を制御するための制御指令を生成するステップと、
   を備える制御方法。

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