JP3097280B2

JP3097280B2 - フィードバック式加工条件補正装置

Info

Publication number: JP3097280B2
Application number: JP04061305A
Authority: JP
Inventors: 千智加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JPH05224715A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工後のワークの寸法
情報をフィードバックして加工条件を補正する装置に関
するものであり、特にその補正精度を向上させる技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、車両のエンジンのシリンダボア
等の内円筒面，エンジンのクランクシャフトのジャーナ
ル面等の外円筒面等の加工部位をそれの実直径等の実寸
法が目標寸法に精度よく一致するように加工するため
に、インプロセス制御，ポストプロセス制御，ハイブリ
ッド制御等が使用される。

【０００３】インプロセス制御は、加工中に加工部位の
寸法を測定するインプロセス測定具を用い、それによる
測定寸法が目標寸法に達したときに一回の加工を終了さ
せる制御である。なお、インプロセス制御においては普
通、測定寸法が判定基準値（例えば、定寸点）に達した
ときに実寸法が目標寸法に達するとの前提を用い、測定
寸法と判定基準値との比較によって実寸法が目標寸法に
達したか否かの判定が間接に行われるようになってい
る。

【０００４】ポストプロセス制御は、加工後に加工部位
の寸法を測定するポストプロセス測定具を用い、それに
よる測定寸法と目標寸法との差である寸法誤差をフィー
ドバックして加工具が次に使用すべき加工データ（例え
ば、ＮＣデータ）を補正する制御である。なお、ここに
おける「ポストプロセス測定具」は、常に加工終了直後
の加工部位の寸法を測定する態様で使用されるとは限ら
ず、それより先に加工された加工部位（すなわち、複数
回前に加工済の加工部位）の寸法を測定する態様で使用
される場合もある。

【０００５】ハイブリッド制御は、それらインプロセス
制御とポストプロセス制御とを組み合わせた制御であ
る。ハイブリッド制御は普通、ポストプロセス制御にお
ける寸法誤差、すなわち、ポストプロセス測定具による
測定寸法に基づく加工後の寸法誤差をフィードバックし
て、インプロセス制御における目標寸法を実質的に補正
する制御とされる。なお、ここにおいて「目標寸法を実
質的に補正する」とは、目標寸法を直接に補正すること
のみならず、例えば前記判定基準値を補正することによ
って目標寸法を間接に補正することをも意味する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】それら制御のうちポス
トプロセス制御およびハイブリッド制御はいずれも、加
工後の加工部位の寸法誤差をフィードバックして加工具
の加工条件を補正する制御である。しかし、従来のポス
トプロセス制御も従来のハイブリッド制御も、寸法誤差
のみに基づいて加工条件としての、加工データ，判定基
準値等を補正するものであるため、その補正精度を高め
るにも限界があるという問題がある。加工条件の補正は
本来、加工部位の実寸法に影響を及ぼす要因をできる限
り多く勘案して行うべきものであるにもかかわらず、従
来のポストプロセス制御およびハイブリッド制御はいず
れも、寸法誤差しか勘案せずに加工条件を補正するから
である。

【０００７】要するに、加工後の加工部位の寸法誤差を
フィードバックして加工条件を補正する従来のフィード
バック式加工条件補正装置には、加工部位の実寸法に影
響を及ぼす要因を十分には勘案せずに加工条件を補正す
るため、その補正精度を十分には高めることができない
という問題があったのである。

【０００８】本発明はこの問題を解決することを課題と
して為されたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の要旨は、複数のワークの各々に設定された少
なくとも１個の加工部位の各々を順に加工する加工具を
加工条件に従って制御する加工具制御手段に接続される
フィードバック式加工条件補正装置を、図１に示すよう
に、(a) 前記加工具による加工が終了した複数個の加工
部位について寸法を加工順序と同じ順序で測定すること
により、それら加工部位について寸法誤差を順に取得す
るとともに、取得した複数個の寸法誤差について変化傾
向を、それら寸法誤差がそれらの取得順序に対して変化
する際の傾きとして取得する寸法情報取得手段１と、
(b) 取得された寸法誤差と寸法誤差変化傾向とに基づい
て加工条件の補正値を寸法誤差が０に近づくように決定
し、その決定した補正値に基づいて加工条件を実質的に
補正する加工条件補正手段２であって、寸法誤差が負の
第１基準値より小さく、かつ、寸法誤差変化傾向が負の
第２基準値より小さい場合と、寸法誤差が正の第３基準
値より大きく、かつ、寸法誤差変化傾向が正の第４基準
値より大きい場合とにはそれぞれ、補正値が０に近づく
ように補正値を決定するものとを含むものとしたことに
ある。

【００１０】なお、本発明に係るフィードバック式加工
条件補正装置（以下、単に本発明装置という）は、例え
ば、１個のワークに加工部位が１個だけ設定されてい
て、複数のワークの各々が順に同じ加工具により加工さ
れる場合や、１個のワークに加工部位が複数個設定さ
れていて、複数のワークの各々が順に、かつ、各ワーク
においては複数の加工部位の各々が順に同じ加工具によ
り加工される場合や、１個のワークに加工部位が複数
個設定されているが、複数のワークの各々が順に、か
つ、各ワークにおいては複数の加工部位がそれぞれ、互
いに異なる加工具により加工される場合などにも適用す
ることができる。なお、の場合には、その複数の加工
部位の各々について個々に加工条件の補正値を実際に決
定するようにして本発明を実施することは可能である
が、例えば、複数の加工部位が形も大きさも互いに一致
する場合には、それら加工部位の少なくとも１個につい
ては加工条件の補正値を実際に決定するが、それ以外の
加工部位については、その決定された補正値を流用する
ことによって補正値の実際の決定を省略するものとして
本発明を実施することもできる。

【００１１】また、本発明における「ワーク」には、例
えば、直径が変化しないで真っ直ぐに延びる円筒面を有
してそこが加工部位とされるものや、直径が変化しなが
ら真っ直ぐに延びる円筒面を有してそこが加工部位とさ
れるものを選ぶことができる。前者の場合には、各円筒
面についてそれの直径が１個の寸法として測定されるの
が普通であるため、その１個の寸法が本発明における
「寸法」となる。これに対し、後者の場合には、円筒面
の各軸方向位置ごとに寸法が測定されるのが普通である
ため、各軸方向位置ごとの寸法が本発明における「寸
法」となる。

【００１２】また、本発明において「加工条件を実質的
に補正する」とは、結果として加工具の加工状態が補正
されるようにすることを意味するのであって、加工条件
を直接に補正することのみならず、加工条件に関連する
パラメータを補正することによって加工条件を間接に補
正することをも意味する。

【００１３】本発明はポストプロセス制御に適用するこ
とができる。すなわち、例えば、前記寸法情報取得手段
１を、ポストプロセス測定具による測定寸法と目標寸法
との差を加工後の寸法誤差として取得し、さらにそれの
変化傾向（互いに異なる複数の加工部位間における変化
傾向）をも取得するものとし、かつ、前記加工条件補正
手段２を、それら加工後の寸法誤差と寸法誤差変化傾向
とをフィードバックして、加工条件としての加工データ
（例えば、ＮＣデータ）を実質的に補正するものとする
ことによって、本発明をポストプロセス制御に適用する
ことができるのである。

【００１４】また、本発明はハイブリッド制御に適用す
ることもできる。すなわち、例えば、前記寸法情報取得
手段１を、ポストプロセス測定具による測定寸法と目標
寸法との差を加工後の寸法誤差として取得し、さらにそ
れの変化傾向（互いに異なる複数の加工部位間における
変化傾向）をも取得するものとし、かつ、前記加工条件
補正手段２を、それら加工後の寸法誤差と寸法誤差変化
傾向とをフィードバックして、加工条件としての、イン
プロセス測定具による測定寸法と比較されるべき判定基
準値を実質的に補正するものとすることによって、本発
明をハイブリッド制御に適用することもできるのであ
る。

【００１５】また、本発明はインプロセス制御に適用す
ることもできる。すなわち、例えば、前記寸法情報取得
手段１を、インプロセス測定具を加工終了後に作動させ
て寸法を測定させ、その測定寸法と目標寸法との差を加
工後の寸法誤差として取得し、さらにそれの変化傾向
（互いに異なる複数の加工部位間における変化傾向）を
も取得するものとし、かつ、前記加工条件補正手段２
を、それら加工後の寸法誤差と寸法誤差変化傾向とをフ
ィードバックして、加工条件としての、インプロセス測
定具による測定寸法と比較されるべき判定基準値を実質
的に補正するものとすることによって、本発明をインプ
ロセス制御に適用することもできるのである。

【００１６】本発明の一実施態様においては、前記寸法
情報取得手段が、前記寸法誤差変化傾向を、前記取得し
た複数個の寸法誤差がそれらの取得順序に対して変化す
ることを近似的に表す一直線の傾きとして取得するもの
とされる。本発明の別の実施態様においては、前記寸法
情報取得手段が、前記寸法誤差変化傾向を、前記取得し
た複数個の寸法誤差の、それらの取得順序に対する最小
二乗回帰直線の傾きとして取得するものとされる。本発
明のさらに別の実施態様においては、前記加工条件補正
手段が、前記補正値を、常には、前記寸法誤差が負から
正に向かって増加するにつれて正から負に向かって減少
するとともに、寸法誤差が負である領域では前記寸法誤
差変化傾向が負から正に向かって増加するにつれて正か
ら０に向かって減少する一方、寸法誤差が正である領域
では寸法誤差変化傾向が負から正に向かって増加するに
つれて０から負に向かって減少するように決定するが、
寸法誤差が前記負の第１基準値より小さく、かつ、寸法
誤差変化傾向が前記負の第２基準値より小さい場合と、
寸法誤差が前記正の第３基準値より大きく、かつ、寸法
誤差変化傾向が前記正の第４基準値より大きい場合とに
はそれぞれ、０に近づくように決定するものとされる。
本発明のさらに別の実施態様においては、前記寸法情報
取得手段が、前記加工具による加工が終了したワークに
ついて今回測定された今回の測定寸法につき、その今回
の測定寸法と、そのワークより過去に加工されたワーク
についてその今回の測定寸法より過去に測定された過去
の測定寸法とに基づいて今回の移動平均値を取得し、取
得した今回の移動平均値の目標値からの誤差値を前記寸
法誤差として取得するものとされる。本発明のさらに別
の実施態様においては、前記加工条件補正手段が、前記
取得された寸法誤差と寸法誤差変化傾向とをそれぞれ互
いに独立した入力信号として用いることにより、前記加
工条件の補正値を出力信号として決定する制御系を含む
ものとされる。本発明のさらに別の実施態様において
は、前記加工条件補正手段が、前記加工条件の、前記取
得された寸法誤差と寸法誤差変化傾向とに対応する補正
値を、それら寸法誤差と寸法誤差変化傾向と補正値との
間に予め定められた関係に従って決定するものとされ
る。本発明のさらに別の実施態様は、(a) 複数のワーク
を順に加工する加工機と、(b) その加工機による加工中
に前記各ワークの寸法をインプロセス測定寸法として測
定するインプロセス測定具と、(c) 外部からの信号に基
づき、前記加工機による一回の加工を終了させる定寸点
をその加工機の加工条件として決定するとともに、前記
測定されたインプロセス測定寸法がその決定した定寸点
に達したときに前記加工機による一回の加工が終了する
ようにその加工機を制御する定寸装置と、(d) 前記加工
機による加工が終了した前記複数のワークについて寸法
をポストプロセス測定寸法として、加工順序と同じ順序
で測定するポストプロセス測定具とを含み、かつ、加工
機とポストプロセス測定具との間に、加工機による加工
が終了してポストプロセス測定具による寸法測定を待つ
待機ワークが少なくとも１個存在する加工システムに接
続されて使用されるフィードバック式加工条件補正装置
であって、前記ポストプロセス測定具により順に測定さ
れた複数個のポストプロセス測定寸法について順に、目
標寸法からの誤差である寸法誤差を取得するとともに、
取得した複数個の寸法誤差の変化傾向を、それら寸法誤
差がそれらの取得順序に対して変化する際の傾きとして
取得し、取得した寸法誤差と寸法誤差変化傾向とに基づ
いて前記定寸点を補正する制御装置を含むことを特徴と
するフィードバック式加工条件補正装置とすることがで
きる。本発明のさらに別の実施態様においては、前記寸
法情報取得手段が、前記加工具による加工が終了したワ
ークについて今回測定された今回の測定寸法につき、そ
の今回の測定寸法と、そのワークより過去に加工された
ワークについてその今回の測定寸法より過去に測定され
た過去の測定寸法とに基づいて今回の移動平均値を取得
し、取得した今回の移動平均値とそれより過去に取得し
た移動平均値とから、それら取得された複数個の移動平
均値がそれらの取得順序に対して変化する際の傾きを前
記寸法誤差変化傾向として取得するものとされる。本発
明のさらに別の実施態様においては、前記今回の移動平
均値が、その今回の移動平均値が取得されるべき複数個
の測定寸法の各々に重みをつけて平均することにより取
得されるものであり、かつ、その重みが、前記今回の測
定寸法と前記過去の測定寸法との隣接間ばらつきが前記
今回の移動平均値から除去されるように設定される。

【００１７】

【作用】本発明装置においては、寸法情報取得手段１に
より、加工後において、各加工部位の寸法誤差とそれの
変化傾向とがそれぞれ寸法情報として取得され、加工条
件補正手段２により、取得された寸法誤差と寸法誤差変
化傾向とに基づいて加工条件の補正値が寸法誤差が０に
近づくように決定されるとともに、寸法誤差が負の第１
基準値より小さく、かつ、寸法誤差変化傾向が負の第２
基準値より小さい場合と、寸法誤差が正の第３基準値よ
り大きく、かつ、寸法誤差変化傾向が正の第４基準値よ
り大きい場合とにはそれぞれ、補正値が０に近づくよう
に補正値が決定される。

【００１８】このように、本発明装置においては、寸法
誤差のみならずそれの変化傾向にも基づいて加工条件が
補正されるため、加工条件が、ワークの実寸法に影響を
及ぼす要因との関係において従来より適正に補正される
こととなる。

【００１９】なお付言すれば、加工条件補正手段２は例
えば、寸法誤差と寸法誤差変化傾向とに基づき、ファジ
ィ推論を用いて加工条件の補正値を決定するものとする
こともできる。ファジィ推論を用いれば、寸法誤差とそ
れの変化傾向と加工条件との間に存在すると経験的に認
識される規則、すなわち、いわゆる経験則を、それが線
形性を示すか非線形性を示すかを問わず、忠実に表現す
ることができてそれに従って加工条件の補正値を決定す
ることができる。したがって、この加工条件補正手段２
を採用する場合には、加工条件が加工に係る種々の要因
との関係において一層適正に補正されることとなる。た
だし、本発明はファジィ推論以外の制御理論、例えば、
ＰＩＤ制御理論や現代制御理論を用いて加工条件の補正
値を決定するものとして実施することも可能である。

【００２０】

【発明の効果】このように、本発明によれば、加工条件
を加工に係る種々の要因との関係において従来より適正
に補正することが可能となるため、それら要因とは無関
係にワークの寸法精度を比較的簡単に高めることが可能
となるという効果が得られる。さらに、本発明によれ
ば、寸法情報取得手段の取得値の精度が急にかつ大きく
低下した場合には、その取得値が無視されて前回までの
加工条件が今回も適当であるとして加工が行われるか
ら、寸法情報取得手段の取得値の精度低下の影響をそれ
ほど強く受けることなくワークの寸法精度を高く維持す
ることが可能となるという効果も得られる。

【００２１】また、特に、ファジィ推論を用いて加工条
件の補正値を決定するものとして本発明を実施する場合
には、加工に係る経験則に忠実に従って加工条件が補正
されることとなるため、加工条件を加工に係る種々の要
因との関係において一層適正に補正することが可能とな
るという特有の効果が得られる。

【００２２】また、特に、従来のポストプロセス制御に
本発明を適用する場合には、次のような特有の効果が得
られる。従来のポストプロセス制御には、加工具により
相前後して加工される２個の加工部位の寸法誤差の差、
すなわち、いわゆる隣接間ばらつきを小さく抑えること
が困難であるという問題がある。しかし、このポストプ
ロセス制御に本発明を適用すれば、隣接間ばらつきが小
さくなるようにも加工条件が補正されることとなる。そ
のため、従来のポストプロセス制御が持つ問題が解決さ
れ、ポストプロセス制御のインテリジェント化が可能と
なるという特有の効果が得られるのである。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例であるフィードバッ
ク式の定寸点補正装置を含む加工システムを図面に基づ
いて詳細に説明する。

【００２４】本加工システムは、自動車のエンジンの、
複数個のシリンダボアを持つシリンダブロックを加工す
べきワークとし、かつ、各シリンダブロックの各シリン
ダボアの内円筒面を加工すべき加工穴として、その加工
穴をホーニングするために設けられている。すなわち、
本実施例においては、加工部位としての加工穴が複数個
ずつ設定されたワークが本発明における「ワーク」の一
態様なのである。

【００２５】本加工システムは、図２に示すように、複
数のワークが一列に並んで搬送される搬送ライン（図に
おいて白抜きの矢印で表す）のある位置に、ホーンを加
工具として各ワークの各シリンダボアをホーニングする
加工機１０が配置され、それの下流側のある位置に、ホ
ーニング加工されたワーク全部について各加工穴の内径
を計測する全数計測機１４が配置されている。

【００２６】加工機１０は、加工具を加工穴ごとに備え
（各ワークにおける加工穴の数と同数備え）、さらに、
各加工具を駆動する駆動装置も加工穴ごとに備えてい
る。各加工具のホーンの内部にインプロセス測定ヘッド
１８（これが前記インプロセス測定具の一態様である）
が組み込まれている。各インプロセス測定ヘッド１８は
ホーンと共に運動しながら、加工中に加工穴の内径をエ
アマイクロメータ方式により直接測定する。

【００２７】一方、全数計測機１４は、加工後の加工穴
の内径を電気マイクロメータ方式により直接測定するポ
ストプロセス測定ヘッド２０（これが前記ポストプロセ
ス測定具の一態様である）を加工穴ごとに備えている。

【００２８】加工機１０とインプロセス測定ヘッド１８
とはそれぞれ定寸装置２２に接続されている。全数計測
機１４はコンピュータを主体とする制御装置２８に接続
されている。この制御装置２８は定寸装置２２にも接続
され、さらに、データを保存する装置としてのデータバ
ンク３２にも接続されている。

【００２９】次に作動を説明する。ただし、各ワーク内
の複数の加工穴は互いに異なる加工具により同時に加工
され、それら加工穴の間では作動が共通するため、複数
の加工穴のうちの１個についての作動を代表的に説明す
ることとする。また、以下、加工機１０，インプロセス
測定ヘッド１８，定寸装置２２，ポストプロセス測定ヘ
ッド２０，制御装置２８およびデータバンク３２という
ときには、ある１個の加工穴に関連する部分を意味する
こととする。

【００３０】定寸装置２２は、一連の加工に先立ち、そ
れの定寸点が作業者によって較正される。具体的には、
目標寸法と同じ寸法に仕上げられたマスタワークがイン
プロセス測定ヘッド１８により測定されている状態で、
定寸点を表す基準電圧が、インプロセス測定ヘッド１８
からの出力電圧（測定寸法を表す）にちょうど一致して
両者の差がゼロとなるように、作業者によって較正され
る。そして、定寸装置２２は、加工中の加工穴の内径を
インプロセス測定ヘッド１８を介して逐次監視し、それ
による測定寸法が定寸点に達したときに実寸法が目標寸
法に達したと予想して、一回の加工を終了させる旨の制
御信号を加工機１０（正確には、前記駆動装置）に対し
て出力する。さらに、この定寸装置２２は、外部から定
寸点の補正値が入力されれば、それに応じて定寸点を補
正し、加工機１０により加工された加工穴の内径が実際
に一定の公差内で収まるようにする。すなわち、本実施
例においては、定寸点が前記判定基準値の一態様であ
り、本発明における「加工条件」の一態様でもあるので
ある。

【００３１】その定寸点補正値を決定して定寸装置２２
に対して出力するのが制御装置２８である。制御装置２
８は、概略的に説明すれば、全数計測機１４による加工
穴の測定値が測定データとして入力され、それに基づ
き、データバンク３２を利用しつつ、ファジィ推論を用
いて定寸点の補正値を決定するものである。

【００３２】具体的には、制御装置２８は、それのコン
ピュータのＲＯＭにおいて、図３のフローチャートで表
されるプログラムを予め記憶しており、そのプログラム
を実行することによって定寸点の補正値を決定するもの
である。

【００３３】制御装置２８はさらに、そのＲＯＭにおい
てファジィ推論のためのデータも予め記憶している。フ
ァジィ推論のためのデータは、(a) 推論プログラム，
(b) ポストプロセス測定ヘッド２０による測定値Ｘと目
標値Ａ₀との差である誤差値Ｒに関する複数のメンバー
シップ関数，(c) 誤差値Ｒの微分値Ｔ（後に〔００５
３〕欄において詳述する）に関する複数のメンバーシッ
プ関数，(d) 定寸点の補正値Ｕに関する複数のメンバー
シップ関数，(e) それら誤差値Ｒ，微分値Ｔおよび補正
値Ｕ相互の関係を規定する複数のファジィルール等から
成っている。

【００３４】誤差値Ｒについては、それが負から正に向
かって増加するにつれて『ＮＢ』，『ＮＭ』，『Ｎ
Ｓ』，『ＺＯ』，『ＰＳ』，『ＰＭ』および『ＰＢ』に
順に変化する７個のファジィラベルが用意されており、
それぞれのメンバーシップ関数は図４にグラフで表され
るようになっている。微分値Ｔについては、それが負か
ら正に向かって増加するにつれて『ＮＢ』，『ＮＳ』，
『ＺＯ』，『ＰＳ』および『ＰＢ』に順に変化する５個
のファジィラベルが用意されており、それぞれのメンバ
ーシップ関数は図５にグラフで表されるようになってい
る。なお、同図において「Ｔ＝tan θ」は、同図のグラ
フの横軸に微分値Ｔが取られていることと、後に〔００
５３〕欄において詳述するように、微分値Ｔが最小二乗
回帰直線の傾きをθとした場合にtan θとして算出され
るものであることとを表している。補正値Ｕについて
は、それが負から正に向かって増加するにつれて『Ｎ
Ｂ』，『ＮＭ』，『ＮＳ』，『ＺＯ』，『ＰＳ』，『Ｐ
Ｍ』および『ＰＢ』に順に変化する７個のファジィラベ
ルが用意されており、それぞれのメンバーシップ関数は
図６にグラフで表されるようになっている。なお、補正
値Ｕが増加すれば定寸点が高くなって加工穴が大径化さ
れ、逆に、補正値Ｕが減少すれば定寸点が低くなって加
工穴が小径化されることになる。

【００３５】複数のファジィルールは次に表で表される
ようになっている。

【００３６】

【表１】

【００３７】このファジィルールの一例は、 If Ｒ＝ＮＳ and Ｔ＝ＰＳ then Ｕ＝ＺＯで表される。

【００３８】このファジィルールは次のような思想に基
づいて設計されている。インプロセス測定へッド１８
は、加工に基づく振動や、ワークの加工歪みや、寸法測
定対象との温度不一致などが存在するという厳しい条件
の下で寸法を測定しなければならない。さらに、インプ
ロセス測定ヘッド１８は、全数計測機１４ほどには頻繁
に較正が行われず、また、加工穴の測定結果を電気信号
として出力するものであってその電気信号にはドリフト
が発生する。これらの事情から、インプロセス測定ヘッ
ド１８は全数計測機１４ほどには高い精度で寸法測定を
行うことができず、また、そのような原因に基づいてイ
ンプロセス測定ヘッド１８からの出力信号に発生する誤
差は普通、比較的長い周期（大きなうねり）を持つ成分
である。

【００３９】なお、誤差の長周期成分はインプロセス測
定ヘッド１８自体が原因であるものが大半であるのが普
通であるが、全数計測機１４自体が原因であるものなど
も存在する。

【００４０】このような事情に基づき、ファジィルール
は、誤差値Ｒのファジィラベルが増加する（以下、単に
誤差値Ｒが増加するという。他のパラメータについても
同じとする）につれて補正値Ｕが減少するのはもちろ
ん、微分値Ｔが増加するにつれて補正値Ｕが減少するよ
うにも設計されている。

【００４１】そして、このことは具体的に、前記表（以
下、ファジィルール表という）において次のように表現
されている。すなわち、例えば、微分値Ｔが『ＮＳ』で
ある場合には、誤差値Ｒが増加するにつれて補正値Ｕが
『ＰＢ』，『ＰＭ』，『ＰＳ』，『ＺＯ』，『ＮＳ』お
よび『ＮＭ』の順に減少することとして表現され、ま
た、誤差値Ｒが『ＮＭ』である場合には、微分値Ｔが
『ＮＳ』，『ＺＯ』および『ＰＳ』の順に増加するにつ
れて補正値Ｕが『ＰＭ』から『ＰＳ』に減少することと
して表現されているのである。

【００４２】インプロセス測定ヘッド１８は何らかの事
情で故障することがあり、この場合にはそれの測定精度
が急にかつ大きく低下することになる。それにもかかわ
らずインプロセス測定ヘッド１８からの出力信号を信頼
して補正値Ｕを決定すると、加工穴の実際の寸法精度が
許容公差範囲から逸脱してしまうおそれがある。

【００４３】このような事情に鑑み、ファジィルール
は、ポストプロセス測定ヘッド２０による測定値Ｘが急
に減少してかなり小さくなった場合と、急に増加してか
なり大きくなった場合とにはそれぞれ、補正量Ｕが十分
に０に近づくように設計されている。このようにすれ
ば、インプロセス測定ヘッド１８が故障した場合には、
それからの出力信号が無視されて前回までの定寸点が今
回も適当であると予想して加工が行われるから、インプ
ロセス測定ヘッド１８の故障の影響をそれほど強く受け
ることなく加工穴の寸法精度を高く維持することが可能
となる。

【００４４】そして、このことは具体的に、ファジィル
ール表において次のように表現されている。すなわち、
誤差値Ｒが『ＮＢ』または『ＮＭ』であり、かつ、微分
値Ｔが『ＮＢ』である場合と、誤差値Ｒが『ＰＭ』また
は『ＰＢ』であり、かつ、微分値Ｔが『ＰＢ』である場
合とにはそれぞれ、補正値Ｕが『ＺＯ』であることとし
て表現されているのである。

【００４５】図３のプログラムにおいては、まず、ステ
ップＳ１（以下、単にＳ１で表す。他のステップについ
ても同じとする）において、加工穴の内径の目標値
Ａ₀，後述の移動平均に係る定数ω，ｎ_max等のパラメ
ータ等が図示しない特定のメモリから入力される。続い
て、Ｓ２において、全数計測機１４から今回の測定値Ｘ
_i（ｉ＝０，１，・・・）が入力され、Ｓ３において、
データバンク３２（図７参照）から、今回より先に取得
された複数の測定値Ｘ_i-1，Ｘ_i-2，・・・（以下、単
に過去の測定値Ｘという）が入力される。

【００４６】その後、Ｓ４において、過去の測定値Ｘと
今回の測定値Ｘ_iとに基づき、今回の測定値Ｘ_iからそ
れの隣接間ばらつき（短周期成分）を除去すべく、今回
の測定値Ｘ_iについて移動平均値Ｐ_iが算出される。具
体的には、

【００４７】

【数１】

【００４８】なる式を用いて算出される。ただし、ここ
において「ω_i」は今回の測定値Ｘ_iに係る重み係数、
「ｎ_max」は過去の測定値Ｘの数をそれぞれ意味する。

【００４９】本実施例においては、加工機１０と全数計
測機１４との間の搬送ライン上において、全数計測機１
４による計測を待つワークが存在する。このように待機
するワークの数は、全数計測機１４に基づく寸法情報を
入力信号、定寸点の補正値Ｕを出力信号とする制御系に
おけるむだ時間を意味する。むだ時間の概念を具体的に
説明すれば、待機するワークの数が０である場合には、
全数計測機１４は加工終了直後のワークの寸法を測定す
ることになるから、むだ時間が１となるのに対し、待機
するワークの数がＹ（＞０）である場合には、全数計測
機１４は、加工機１０により（Ｙ＋１）回前に加工され
たワークの寸法を測定することになるから、むだ時間が
（Ｙ＋１）となる。

【００５０】そして、本実施例においては、待機するワ
ークの数が１９個とされてむだ時間が２０とされてお
り、その値に応じて上記重み係数ω_iの各値および数ｎ
_maxの値もファジィルールおよびメンバーシップ関数の
特性も予め設定されている。

【００５１】なお、Ｓ４においては、データバンク３２
に現に保存されている測定値Ｘの数がｎ_maxに達しない
間は、今回の測定値Ｘ_iがそのまま今回の移動平均値Ｐ
_iとされるようになっている。移動平均値Ｐ_iの算出に
必要な過去の測定値Ｘ全部が未だ揃っていないからであ
る。

【００５２】したがって、例えば、図８(a) にグラフで
表される複数の測定値Ｘ_iについては、同図(b) にグラ
フで表される複数の移動平均値Ｐ_iが算出されることに
なる。

【００５３】Ｓ４の実行が終了すれば、Ｓ５において、
今回の移動平均値Ｐ_iの目標値Ａ₀からの誤差値Ｒ_iが
算出される。続いて、Ｓ６において、データバンク３２
から過去ｍ（≧２）回分の移動平均値Ｐが入力され、そ
れらと今回の移動平均値Ｐ_iとから最小二乗回帰直線が
算出され、それの微分値Ｔ_i（すなわち、その算出され
た最小二乗回帰直線の傾きをθ（ラジアン）とした場合
のtan θ）が算出される。

【００５４】なお、本ステップにおいては、データバン
ク３２に現に保存されている移動平均値Ｐの数がｍに達
しない間は、今回の微分値Ｔ_iが０とされるようになっ
ている。微分値Ｔ_iの算出に必要な過去の移動平均値Ｐ
全部が未だ揃っていないからである。

【００５５】すなわち、本実施例においては、各加工穴
について１個ずつ取得される測定値Ｘ_iが本発明におけ
る「寸法」の一態様であり、誤差値Ｒ_iが「寸法誤差」
の一態様であり、微分値Ｔ_iが「変化傾向」の一態様な
のである。ただし、正確には、今回の測定値Ｘ_iの目標
値Ａ₀からの外れ量が「寸法誤差」とされているのでは
なく、今回の移動平均値Ｐ_iの目標値Ａ₀からの外れ量
が「寸法誤差」とされているのであるから、今回の移動
平均値Ｐ_iが本発明における「寸法」の一態様であると
考えることもできる。

【００５６】以上のようにして今回の誤差値Ｒ_iと微分
値Ｔ_iとが算出されたならば、Ｓ７において、それらに
基づき、ファジィ推論を用いて補正値Ｕ_iが算出され
る。なお、この算出手法については周知であり、また、
本発明を理解する上で不可欠なものではないため、説明
を省略する。

【００５７】その後、Ｓ８において、今回の測定値Ｘ_i
がデータバンク３２に保存され、Ｓ９において、今回の
移動平均値Ｐ_iも保存され、Ｓ１０において、今回の補
正値Ｕ_iも保存され、Ｓ１１において、その今回の補正
値Ｕ_iが定寸装置２２に対して出力される。以上で本プ
ログラムの一回の実行が終了し、続いてＳ２以下のステ
ップにおいて次回の実行が行われる。

【００５８】したがって、本実施例においては、誤差値
Ｒのみならず微分値Ｔをも勘案して補正値Ｕが決定され
るため、前述の、インプロセス測定ヘッド１８の信号ド
リフト等に基づく測定誤差，故障等の外乱とは無関係
に、加工穴の直径を精度よく加工することが可能となる
という効果が得られる。

【００５９】さらに次のような特有の効果もいくつか得
られる。本出願人は、本実施例の性能を確認するために
次のようなシミュレーションを行った。すなわち、実際
の複数の測定値Ｘ_iに基づき、誤差値Ｒ_iと微分値Ｔ_i
とからファジィ推論を用いて補正値Ｕ_iを決定して擬似
的に加工を行うシミュレーションを行ったのである。さ
らに、本実施例との比較のために、誤差値Ｒ_iと微分値
Ｔ_iと積分値（過去の測定値Ｘの和）とをそれらの積と
してフィードバックするＰＩＤ制御を用いて補正値Ｕ_i
を決定して擬似的に加工を行うシミュレーションも行っ
た。

【００６０】本実施例のシミュレーション結果である複
数の測定値Ｘは図９に、比較例のシミュレーション結果
である複数の測定値Ｘは図１０にそれぞれグラフで表
す。なお、それらグラフにおいては、各シミュレーショ
ン結果である複数の測定値Ｘの３シグマ限界の幅が「目
標値との差」として表されている。それらグラフから明
らかなように、本実施例の方が比較例より、測定値Ｘの
３シグマ限界の幅がむだ時間長さ全体において狭くな
り、加工穴の寸法精度が安定するという効果も得られ
る。

【００６１】本実施例は、また、本出願人が本発明完成
前に使用していた加工システム、すなわち、加工機１
０，インプロセス測定ヘッド１８，定寸装置２２，全数
計測機１４等を主体とするものに対して、設置が比較的
簡単かつ安価な制御装置２８，データバンク３２，通信
ケーブル等を付加することによって本発明を実施するも
のである。このように、本実施例は、加工機１０等の主
要なハードはそのままにして、ソフトで定寸精度を向上
させるものであるため、本発明を簡単かつ安価に実施す
ることができるという効果も得られる。

【００６２】全数計測機１４は本来、ある工程の最終位
置に配置されてそこから寸法不良のワークが次の工程に
流出するのを防止することを主な目的とするものであっ
て、ポストプロセス制御に専用のポストプロセス測定具
とはやや性格を異にする。しかし、加工後のワークの寸
法を測定する点では共通するため、本実施例において
は、既存の全数計測機１４をポストプロセス測定具とし
て流用することによりフィードバック式の定寸点補正が
行われるようになっている。つまり、全数計測機１４に
加えてポストプロセス測定具を用いることによって本発
明を実施することは可能なのであるが、本実施例におい
ては、全数計測機１４の測定結果を有効に活用すること
によってフィードバック式の定寸点補正が可能とされて
いるのであり、このことによっても、本発明の実施にか
かる負担が軽減されるという効果が得られる。

【００６３】加工機１０により加工されるべき加工穴
が、シリンダボア等のようにそれに別の部品が隙間なく
嵌合されるべきものである場合には、加工穴の寸法精度
と嵌合相手の寸法精度との関係が適当であることが要求
される。つまり、この場合には、加工穴の寸法精度と嵌
合相手の寸法精度とが合致することが要求されるのであ
る。従来の加工システムでは、加工穴の寸法精度のばら
つきをそれほど小さく抑えることができない。そのた
め、その対策として、加工穴を実際の寸法精度に応じて
複数のランクに分け、また、それに対応して嵌合相手も
実際の寸法精度に応じて複数のランクに分け、合致する
ランクに属するワークと嵌合相手とを選び出して互いに
組み合わせることが行われている。そのため、ランクを
識別するために加工穴周辺に刻印する装置，その刻印を
読み取る装置，その刻印に応じて加工穴を選別する装
置，選別されたワークを保管する棚等が不可欠であっ
た。しかし、本実施例においては、加工穴の寸法精度の
ばらつきを十分に抑制することができるため、ランク分
けが不要になるか、必要であるとしてもそのランクの数
が少なくて済むため、ランク分けにかかる費用，手間，
スペース等が完全にまたは部分的に省略できるという効
果も得られる。

【００６４】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、定寸装置２２が本発明における「加工具制
御手段」の一態様を構成し、制御装置２８のうち、図３
のＳ１〜Ｓ６，Ｓ８およびＳ９を実行する部分が全数計
測機１４と共同して「寸法情報取得手段」の一態様を構
成し、制御装置２８のうち、同図のＳ７，Ｓ１０および
Ｓ１１を実行する部分が「加工条件補正手段」の一態様
を構成しているのである。また、本実施例においては、
〔００４４〕欄の記載ならびに図４および図５の記載を
考慮し、さらに、各ファジィラベルのメンバーシップ関
数の特性をも考慮すれば、−４（μｍ）が「負の第１基
準値」の一例、−０．１が「負の第２基準値」の一例、
４（μｍ）が「正の第３基準値」の一例、０．１が「正
の第４基準値」の一例であると考えることができる。

【００６５】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明はその他の態様で実施するこ
とが可能である。

【００６６】例えば、図３のプログラムに次のようなス
テップを追加することが可能である。すなわち、微分値
Ｔの絶対値がしきい値を１回または連続して複数回超え
たならば、インプロセス測定ヘッド１８が故障している
可能性があると判定して、その旨を作業者に警告するス
テップを追加することが可能なのである。このようにす
れば、作業者がいちいちインプロセス測定ヘッド１８の
故障の有無を診断することなく、故障を簡単かつ早期に
検出してそれに対する早期対策が可能になるという効果
が得られる。

【００６７】なお、この追加されたステップは、例え
ば、複数個の測定値Ｘ_iがデータバンク３２に保存され
ていることを有効に活用すべく、今回の測定値Ｘ_iと前
回の測定値Ｘ_i-1との差、すなわち、隣接間ばらつきを
算出し、それに基づいてインプロセス測定ヘッド１８の
故障を検出するステップに変更することも可能である。

【００６８】これらの他にも、特許請求の範囲を逸脱す
ることなく、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良
を施した態様で本発明を実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を概念的に示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例であるフィードバック式の定
寸点補正装置を含む加工システムの構成を示す図であ
る。

【図３】図２における制御装置のコンピュータのＲＯＭ
に記憶されているプログラムを示すフローチャートであ
る。

【図４】図２における制御装置のＲＯＭにおいて誤差値
Ｒに関して記憶されている複数のメンバーシップ関数を
示すグラフである。

【図５】図２における制御装置のＲＯＭにおいて微分値
Ｔに関して記憶されている複数のメンバーシップ関数を
示すグラフである。

【図６】図２における制御装置のＲＯＭにおいて補正値
Ｕに関して記憶されている複数のメンバーシップ関数を
示すグラフである。

【図７】図２における制御装置のコンピュータのＲＡＭ
の構成を概念的に示す図である。

【図８】上記実施例おける測定値の一例およびそれにつ
いて取得された移動平均値をそれぞれ示すグラフであ
る。

【図９】上記実施例の性能を示すグラフである。

【図１０】上記実施例との比較例の性能を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１０加工機１４全数計測機１８インプロセス測定ヘッド２０ポストプロセス測定ヘッド２２定寸装置２８制御装置３２データバンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 15/04 G05B 19/404

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のワークの各々に設定された少なく
とも１個の加工部位の各々を順に加工する加工具を加工
条件に従って制御する加工具制御手段に接続され、 (a) 前記加工具による加工が終了した複数個の加工部位
について寸法を加工順序と同じ順序で測定することによ
り、それら加工部位について寸法誤差を順に取得すると
ともに、取得した複数個の寸法誤差について変化傾向
を、それら寸法誤差がそれらの取得順序に対して変化す
る際の傾きとして取得する寸法情報取得手段と、 (b) 取得された寸法誤差と寸法誤差変化傾向とに基づい
て前記加工条件の補正値を寸法誤差が０に近づくように
決定し、その決定した補正値に基づいて加工条件を実質
的に補正する加工条件補正手段であって、寸法誤差が負
の第１基準値より小さく、かつ、寸法誤差変化傾向が負
の第２基準値より小さい場合と、寸法誤差が正の第３基
準値より大きく、かつ、寸法誤差変化傾向が正の第４基
準値より大きい場合とにはそれぞれ、補正値が０に近づ
くように補正値を決定するものとを含むことを特徴とす
るフィードバック式加工条件補正装置。
【請求項２】前記加工条件補正手段が、前記補正値
を、常には、前記寸法誤差が負から正に向かって増加す
るにつれて正から負に向かって減少するとともに、寸法
誤差が負である領域では前記寸法誤差変化傾向が負から
正に向かって増加するにつれて正から０に向かって減少
する一方、寸法誤差が正である領域では寸法誤差変化傾
向が負から正に向かって増加するにつれて０から負に向
かって減少するように決定するが、寸法誤差が前記負の
第１基準値より小さく、かつ、寸法誤差変化傾向が前記
負の第２基準値より小さい場合と、寸法誤差が前記正の
第３基準値より大きく、かつ、寸法誤差変化傾向が前記
正の第４基準値より大きい場合とにはそれぞれ、０に近
づくように決定するものである請求項１に記載のフィー
ドバック式加工条件補正装置。
【請求項３】前記寸法情報取得手段が、前記加工具に
よる加工が終了したワークについて今回測定された今回
の測定寸法につき、その今回の測定寸法と、そのワーク
より過去に加工されたワークについてその今回の測定寸
法より過去に測定された過去の測定寸法とに基づいて今
回の移動平均値を取得し、取得した今回の移動平均値の
目標値からの誤差値を前記寸法誤差として取得するもの
である請求項１または２に記載のフィードバック式加工
条件補正装置。
【請求項４】前記寸法情報取得手段が、前記加工具に
よる加工が終了したワークについて今回測定された今回
の測定寸法につき、その今回の測定寸法と、そのワーク
より過去に加工されたワークについてその今回の測定寸
法より過去に測定された過去の測定寸法とに基づいて今
回の移動平均値を取得し、取得した今回の移動平均値と
それより過去に取得した移動平均値とから、それら取得
された複数個の移動平均値がそれらの取得順序に対して
変化する際の傾きを前記寸法誤差変化傾向として取得す
るものである請求項１ないし３のいずれかに記載のフィ
ードバック式加工条件補正装置。
【請求項５】前記今回の移動平均値が、その今回の移
動平均値が取得されるべき複数個の測定寸法の各々に重
みをつけて平均することにより取得されるものであり、
かつ、その重みが、前記今回の測定寸法と前記過去の測
定寸法との隣接間ばらつきが前記今回の移動平均値から
除去されるように設定されるものである請求項３または
４に記載のフィードバック式加工条件補正装置。