JP4917665B1 - 工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送り軸の各位置における熱変位の分布を推定し、更に、位置検出センサを用いて送り軸の位置を検出し、検出した位置に基づいて送り軸の位置指令に対する補正量を増減することにより、周囲環境の温度変化など機械の動作によらない熱変位も考慮して補正することができる工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正装置を提供すること。
【解決手段】送り軸の位置を検出しメモリに格納する（ＳＡ０１）。検出した位置に対応する区間（Ｉ）の、修正後の送り軸部熱変位量（Ｌ_nI’）をメモリから読み出す（ＳＡ０２）。修正後の送り軸部熱変位量（Ｌ_nI’）を打ち消す量を熱変位補正量とし、補正手段に送る（ＳＡ０３）。補正処理を行い、処理を終了する（ＳＡ０４）。
【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械における熱変位補正方法及び熱変位補正装置に関する。

工作機械において、送りねじや主軸はモータによって駆動されることから、モータの発熱、軸受の回転による摩擦熱、送りねじのボールねじとボールナットの係合部の摩擦熱によって、主軸や送りねじは膨張し機械位置が変位する。すなわち、位置決めすべきワークと工具の相対位置関係にずれが生じる。この熱による機械位置の変位は、精度の高い加工を行う場合に問題となる。

この熱による機械位置の変位を除去するため、従来、温度センサを用いず簡易で低コストで熱変位を補正する技術、変位センサや温度センサを用い検出変位や検出温度に基いて指令位置を補正する技術、あるいは、送りねじに初期張力を与え、熱による膨張の影響を受けない構造が用いられている。

特許文献１には、送り軸の位置を検出し、検出した位置から平均移動速度を求め、それに基づいて、送り軸の全ストロークを分割した各区間について、発熱、放熱、及び隣接する区間から熱伝導で伝わる発熱による熱変位量を各区間毎に推定する。そして、各区間の熱変位量を基準点から補正位置まで加算することによって、送りねじの各位置における熱変位の分布を推定することができ、送り軸の位置によらず（すべての位置で）精度良く補正を行う技術が開示されている。また、送りねじだけではなく、主軸や主軸モータの発熱による熱変位も加味して精度良く熱変位を補正することができる。さらに、推定した熱変位量（補正量）と実際の機械位置とのずれ量（補正誤差）に基づいて、熱変位量計算式における発熱係数を修正して、より正確な補正を行うことができる。

特許文献２には、センサを使わずにサーボモータの回転速度を検出してボールねじシャフト熱変位量を求めるもので、ボールねじシャフトのナット移動部だけでなくナットが移動不可能な区間も含めたシャフト全域を考慮する技術が開示されている。

また、特許文献３や特許文献４には、センサを用いて熱変位量を求める技術が開示されている。
特許文献３には、ボールねじの熱変位補正装置に関し、ボールねじの熱変位による長さの変化量（ΔＡ）をセンサにより測定し、予め登録されているボールねじの長さ（Ａ）と、ボールねじの全長（ストローク）を複数に区分した各区分のピッチ誤差補正値（Ｐｎ）と、前記各区分の位置（Ｄｎ）と、前記ΔＡとから、予め登録されている前記各区分の各ピッチ誤差補正値に、前記各区分位置における前記ボールネジの長さの変化量（Ｄｎ＊ΔＡ／Ａ）を加算した各ピッチ誤差補正値（Ｐｎ’＝Ｐｎ＋Ｄｎ＊ΔＡ／Ａ）を演算し、このＰｎ’を新たなピッチ誤差補正値としてＮＣ装置（数値制御装置）に登録して、ピッチ誤差補正を行う技術が開示されている。

特許文献４には、送りねじの２点間変位補正方法であって、送りねじの両端２点差を求め、その誤差から原点シフト量およびピッチ誤差補正量を決定したストローク全域の誤差補正を行う技術が開示されている。

また、特許文献５には、送り軸の平均移動速度、移動頻度、移動位置及び外乱負荷トルクから近似式により補正量を求め、補正量の変化が設定値以上になると、センサで位置又は温度を測定し、測定値に基づいて補正量を更新する技術が開示されている。

特許第３４０５９６５号公報 特開２０１０−８２７２４号公報 特開４４７０９２９号公報 特開２００２−１４４１９２号公報 特許第３１５４９４６号公報

特許文献１に開示される技術は、送り軸の位置及び速度、主軸の速度、主軸モータの負荷に基づいて熱変位量を推定し、送り軸の位置によらず精度良く補正を行うことができるものであるが、補正の精度をさらに向上させるには、室温や切削液の温度等、周囲環境の温度変化による熱変位を考慮する余地がある。
また、補正誤差を用いて熱変位量計算式の発熱係数を修正する方法が開示されているが、計算式には他にも係数（放熱係数や隣接区間からの熱伝導を算出する熱伝導係数）が含まれるため、補正の精度をさらに向上させるには、発熱係数を修正しただけでは不十分な場合があり、また、補正誤差を実測した位置での補正はより正確になるが、他の位置では必ずしも良くなるとは限らない。

特許文献２に開示される技術は、特許文献１と同様に、センサを使用せずに精度良く熱変位量を推定して補正するものであるが、室温や切削液の温度等、周囲環境の温度変化による熱変位への影響を考慮していないため、正確な補正ができない場合がある。補正誤差が生じた場合の対処方法は開示していない。

特許文献３に開示される技術では、新たなピッチ誤差補正値の演算は、ボールねじは位置によらず均一に変位しているとの前提にたって行われる。しかし、通常は、ボールねじの回転速度（ナットの移動速度）と移動位置により、ボールねじの各区分における変位量は異なる。したがって、この方法ではボールねじの位置に応じた正確な補正ができない。また、特許文献４に開示される技術は、特許文献３と同様に、２点間において熱変位の分布は均等であるという前提にたっているため、ボールねじの位置に応じた正確な補正ができない。以上のように、特許文献３および特許文献４では、特許文献１と異なり、位置検出器を用いて変位量を検出するが、ボールねじの各位置での熱変位の分布を考慮していないため、正確な補正ができない。

特許文献５に開示される技術は、補正量の変化が大きい時は、近似式を用いて予測した熱変位量ではなく、センサを用いて測定した熱変位量を補正量として採用するものであり、センサで測定した結果によって、熱変位量を推定する計算式の係数等を修正するわけでもないので、センサで測定した結果がそれ以降の熱変位量の推定には反映されず、熱変位量の推定精度はよくならない。

そこで本発明の目的は、送り軸の各位置における熱変位の分布を推定し、更に、位置検出センサを用いて送り軸の位置を検出し、検出した位置に基づいて送り軸の位置指令に対する補正量を増減することにより、周囲環境の温度変化など機械の動作によらない熱変位も考慮して補正することができる工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、送り軸部熱変位量を求め、該送り軸部熱変位量を打ち消す量を熱変位補正量とし、送り軸の位置指令に対して該熱変位補正量を加えることによって補正を行う工作機械の熱変位補正方法において、工作機械の可動部の位置を検出可能な位置に設置され該検出可能な位置に該可動部が到達した時に信号を出力する位置検出センサにより、該信号が最初に出力された位置を初期位置として予め記憶しておき、前記位置検出センサにより前記信号が出力された位置を実位置として検出し、前記初期位置と前記実位置との差を前記初期位置における補正誤差として算出し、前記補正誤差に応じて前記熱変位補正量を修正することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法である。
請求項２に係る発明は、前記初期位置は加工開始前に予め記憶しておくことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法である。
請求項３に係る発明は、前記熱変位補正量の修正は、初期位置における熱変位補正量に対する補正誤差の割合から誤差補正率を求め、該誤差補正率を前記送り軸部熱変位量に乗算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位測定方法である。

請求項４に係る発明は、前記熱変位補正は、送り軸の位置に応じて送り軸部熱変位量を求めることによって行い、前記熱変位補正量の修正は、初期位置における送り軸部熱変位量に対する送り軸の位置における送り軸部熱変位量の割合と補正誤差とから誤差補正量を求め、前記誤差補正量を前記送り軸部熱変位量に加算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法である。
請求項５に係る発明は、前記熱変位補正は、送り軸を複数の区間に分割し、各区間の送り軸部熱変位量を求めることによって行い、前記熱変位補正量の修正は、補正誤差と前記区間のうち初期位置が属する区間における熱変位補正量または前記区間のうち初期位置が属する区間と送り軸の位置が属する区間とにおける送り軸部熱変位量に応じて行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法である。
請求項６に係る発明は、前記位置検出センサは、加工プログラムによって前記可動部が移動する範囲内で位置を検出可能な箇所に設置し、加工プログラムの実行中に熱変位補正量を修正することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法である。

請求項７に係る発明は、送り軸部の熱変位量を演算する送り軸部熱変位量演算手段と、前記送り軸部熱変位量演算手段によって演算した送り軸部熱変位量を打ち消す量を熱変位補正量とする熱変位補正量演算手段と、送り軸の位置指令に対して該熱変位補正量を加えることによって補正を行う補正手段とを有する工作機械の熱変位補正装置において、工作機械の可動部の位置を検出可能な位置に設置され、該検出可能な位置に可動部が到達した時に信号を出力する位置検出センサを用いた位置検出手段と、前記位置検出手段により前記信号が最初に出力された位置を初期位置として予め記憶しておく初期位置記憶手段と、前記位置検出手段により前記信号が出力された位置を実位置として検出する実位置検出手段と、前記初期位置記憶手段に記憶してある初期位置と前記実位置検出手段により検出した実位置との差を前記初期位置における補正誤差として演算する補正誤差演算手段と、前記補正誤差に応じて前記熱変位補正量を修正する熱変位補正量修正手段と、を備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。
請求項８に係る発明は、前記初期位置記憶手段は、加工開始前に初期位置を予め記憶しておくことを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置である。
請求項９に係る発明は、前記熱変位補正量修正手段は、初期位置における熱変位補正量に対する補正誤差の割合から誤差補正率を求め、該誤差補正率を前記送り軸部熱変位量に乗算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置である。

請求項１０に係る発明は、前記送り軸部熱変位量演算手段は、送り軸の位置に応じて送り軸部の熱変位量を演算し、前記熱変位補正量修正手段は、初期位置における送り軸部熱変位量に対する送り軸の位置における送り軸部熱変位量の割合と補正誤差とから誤差補正量を求め、該誤差補正量を前記送り軸部熱変位量に加算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置である。
請求項１１に係る発明は、前記送り軸部熱変位量演算手段は、送り軸を複数の区間に分割し、各区間の送り軸部熱変位量を求めることによって送り軸部の熱変位量を演算し、前記熱変位補正量修正手段は、補正誤差と前記区間のうち初期位置が属する区間における熱変位補正量または前記区間のうち初期位置が属する区間と送り軸の位置が属する区間とにおける送り軸部熱変位量に応じて熱変位補正量を修正することを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置である。
請求項１２に係る発明は、前記位置検出手段は、加工プログラムによって前記可動部が移動する範囲内で位置を検出可能な箇所に設置し、前記熱変位補正量修正手段は、加工プログラム実行中に熱変位補正量を修正することを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置である。

本発明により、送り軸の各位置における熱変位の分布を推定し、更に、位置検出センサを用いて送り軸の位置を検出し、検出した位置に基いて送り軸の位置指令に対する補正量を増減することにより、周囲環境の温度変化など機械の動作によらない熱変位も考慮して補正することができる工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正装置を提供できる。
そして、請求項１〜５に係る発明は、送り軸の各位置における熱変位の分布を推定し、さらに位置検出センサで検出した位置に基づいて、推定した熱変位の分布を保ったまま補正する量を修正するため、送りねじの位置によらず、周囲環境の温度変化など機械の動作によらない熱変位も考慮した高精度な補正ができる。
請求項６に係る発明は、位置を検出するための特別な動作を行う必要がなく、加工時間に影響を与えることなく位置を検出し、補正を行うことができる。
請求項７〜１１に係る発明は、請求項１〜５と同等の効果を有する。また、請求項１２に係る発明は、請求項６と同等の効果を有する。

位置検出センサの設置位置の例を説明する図である。 工作機械の数値制御装置の要部を示す機能ブロック図である。 区間の設定を説明する図である。 熱変位補正のフローチャートである。 熱変位量の算出のフローチャートである。 誤差補正率の算出のフローチャートである。 熱変位量の算出のフローチャートである。 補正誤差の算出のフローチャートである。

まず、送り軸の位置を検出することについて説明する。
１．＜位置検出センサ＞（送り軸の位置を検出）
図１は、位置検出センサの設置位置の例を説明する図である。図１は、Ｚ軸の熱変位を検出する場合の位置検出センサの設置例であり、工作機械（マシニングセンタ）のコラム１に検出ヘッド４を設置し、主軸頭３に発磁体５を設置することを示している。
送り軸の位置を検出するために、工作機械の機械本体の所定位置に位置検出センサを取り付ける。位置検出センサとして、例えば、非接触式で、検出ヘッド４と発磁体５とからなる磁気式近接スイッチ（以下、「近接スイッチ」という。）を用いる。
機械本体の固定部に検出ヘッド４を設置し、機械本体の可動部に発磁体５を取り付ける。検出ヘッド４を設置する固定部として、工作機械のベッド、コラム、サドル等、各送り軸に対して相対的に移動しない部分であればよい。また、発磁体５を取り付ける可動部としては、主軸頭、テーブル、サドル、送り軸に螺合するナット等、各送り軸方向に移動する部分であればよい。また、機械本体の固定部に発磁体５を設置し、機械本体の可動部に検出ヘッド４を取り付けるようにしてもよい。

近接スイッチの工作機械への取り付け位置は、その可動部の位置を検出可能な範囲の任意の位置としてよい。近接スイッチによって検出される位置が加工点の近傍になるように近接スイッチを設置するとより高精度な補正が可能となる。
少なくとも、加工動作において可動部が移動する範囲内の任意の位置に近接スイッチを設置すれば、検出のための特別な動作をしなくても、加工中に位置を検出でき、これによって、加工サイクルタイムに影響を与えることなく位置を検出し、補正を行うことができる。なお、加工動作において移動する範囲内に近接スイッチを設置した場合にも、検出のための特別な動作を行って位置を検出するようにしてもよい。また、近接スイッチの設置箇所が加工動作において移動する範囲外にある場合は、位置検出のための特別な動作を適宜なタイミングで行う。

ワークの加工開始前に予め近接スイッチで検出される位置を初期位置として不揮発性メモリに保存しておく。加工開始前とは、例えば、工作機械の工場出荷前である。工場出荷前に、近接スイッチで検出される位置を初期位置として不揮発性メモリに保存しておく。なお、ワークの加工開始前とは、工具出荷前に限らず、工場出荷後に加工内容に合わせて近接スイッチの取り付け位置を変更した場合や、毎朝の始業時であってもよい。また、加工開始前に限らず、工作機械の稼動に伴う熱変位の影響を無視できる加工開始直後であってもよい。
不揮発性メモリに保存された初期位置と近接スイッチから検出される位置とが予め設定したしきい値より大きい場合は、近接スイッチの取り付け位置を変更した（または取り付け位置がずれた）と判断し、再度、初期位置の登録を行う必要がある旨の警告を発するようにしてもよい。
なお、位置検出センサとしては、前記の磁気式近接スイッチに限らず、誘導形近接スイッチ、静電容量形近接スイッチ等の非接触式の位置検出用スイッチや、リミットスイッチ、マイクロスイッチ等の接触式の位置検出用スイッチを用いてもよい。

図２は工作機械の数値制御装置の要部を示す機能ブロック図である。数値制御装置１０のプロセッサ（ＣＰＵ）１１は、数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。プロセッサ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムをバス２１を介して読み出し、このシステムプログラムに従って数値制御装置１０を全体的に制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。
ＳＲＡＭ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成され、初期位置を測定するプログラムや工作機械の熱変位補正を行うプログラム、インタフェース１５を介して読み込まれた後述する加工プログラム、ＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶されるようになっている。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための処理を実施するための各種のシステムプログラムがあらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は数値制御装置１０に接続可能な外部機器のためのインタフェースであり、外部記憶装置などの外部機器７２が接続される。外部記憶装置からは加工プログラム、熱変位測定プログラムなどが読み込まれる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械側の補助装置等を制御する。すなわち、加工プログラムで指令されたＭ機能、Ｓ機能及びＴ機能に従って、これらシーケンスプログラムで補助装置側で必要な信号を変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から補助装置側に出力する。この出力信号により各種アクチュエータ等の補助装置が作動する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な処理をしてプロセッサ１１に渡す。

工作機械の各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等の画像信号はＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０に送られ、そのディスプレイに表示される。ＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８はＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０のキーボードからデータを受けてプロセッサ１１に渡す。
インタフェース１９は手動パルス発生器７１に接続され、手動パルス発生器７１は工作機械の操作盤に実装され、手動操作に基づく分配パルスによる各軸制御で工作機械の可動部を精密に位置決めするために使用される。

工作機械のテーブルＴを移動させるＸ，Ｙ軸の軸制御回路及びＺ軸の制御回路３０〜３２はプロセッサ１１からの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０〜４２に出力する。サーボアンプ４０〜４２はこの指令を受けて工作機械の各軸のサーボモータ５０〜５２を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５２には位置検出用のパルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダからの位置信号がパルス列としてフィードバックされる。

スピンドル制御回路６０は、工作機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械の主軸モータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
主軸モータ６２には歯車あるいはベルト等でポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース２０を経由してプロセッサ１１によって読み取られる。６５は現在時刻に同期するように調整された時計装置である。

次に、本発明の第１の実施形態について説明する。
２．＜熱変位量の推定と補正＞
２．１＜区間の設定＞
まず、熱変位量の算出と補正について説明する。送り軸の熱変位量の推定は、特許文献１（特許第３４０５９６５号、特開２００２−１８６７７号公報）に開示された方法と同様である。すなわち、まず、図３のように、送り軸を構成する送りねじ２の全長（ストローク）を、固定ベアリングの位置を基準位置７として、複数に分割した区間（区間０〜区間Ｘ）を設定する。ここで、送りねじ２の全長を、固定ベアリングのナット６側端面を基準位置とし、少なくともナット６の基準位置から遠い側の端面が移動可能な位置までとする。この送りねじ２の全長を有限個の複数の区間に分割し、基準位置に隣接する区間を区間０とし、基準位置から最も離れた区間を区間Ｘとしている。
送りねじ２の全長をＸ個の有限個の区間に分割したとき、送り軸の熱変位によって生じる位置Ｘにおける熱変位量（送り軸部熱変位量）（時刻ｎにおける区間Ｘでの送り軸部熱変位量）Ｌ_nXは、（１）式のように区間毎の熱変位量を基準位置７から区間Ｘまで加算することによって求められる。なお、δ_nIは任意の区間Ｉにおける熱変位量である。
Ｌ_nX＝δ_n0＋δ_n1＋・・・＋δ_nI＋・・・＋δ_nX （１）
Ｌ_nX：時刻ｎにおける区間Ｘでの送り軸部熱変位量

２．２＜熱変位の補正＞
次に、熱変位の補正について説明する。熱変位の補正は、短い所定周期毎（例えば４ｍｓ毎）に図４に示すフローチャートのように行う。まず、送り軸の位置を検出し、メモリに格納する。検出した送り軸の位置に対応する区間（「Ｉ」とする。）の「修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI’」をメモリから読み出し、それらを打ち消す量を熱変位補正量とする。つまり、熱変位補正量＝−修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI’である。したがって、送り軸の位置指令に対して熱変位補正量を加えることによって補正を行う。
図４に示すフローチャートをステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］送り軸の位置を検出し、メモリに格納する。
●［ステップＳＡ０２］検出した位置に対応する区間Ｉの、修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI'をメモリから読み出す。なお、修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI'は後述して説明する。
●［ステップＳＡ０３］修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI'を打ち消す量を熱変位補正量とし、補正手段に送る。
●［ステップＳＡ０４］補正処理を行い、処理を終了する。

２．３＜熱変位量の算出（その１）＞
熱変位量の算出は、所定周期毎（例えば１秒毎）に図５に示すフローチャートのように行う。図５に示すフローチャートを各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］図４の処理でメモリに格納した送り軸の位置を過去１秒間分についてメモリから読み出す。
●［ステップＳＢ０２］メモリから読み出した送り軸の位置に基づいて各区間における平均移動速度を求める。
●［ステップＳＢ０３］各区間の平均移動速度に基づいて各区間における熱変位量を求め、不揮発性メモリに格納する。
●［ステップＳＢ０４］（１）式を用いて、基準位置から各区間までの熱変位量を加算し、各区間における送り軸部熱変位量Ｌ_nIを求め、メモリに格納する。例えば、区間０の送り軸部熱変位量はＬ_n0＝δ_n0、区間１の送り軸部熱変位量はＬ_n1＝δ_n0＋δ_n1、区間２の送り軸部熱変位量はＬ_n2＝δ_n0＋δ_n1＋δ_n2というようにメモリに格納する。
●［ステップＳＢ０５］各区間における送り軸部熱変位量Ｌ_nIと誤差補正率Ｅをメモリから読み出す。
●［ステップＳＢ０６］各区間について、送り軸部熱変位量Ｌ_nIと誤差補正率Ｅとを用いて、送り軸部熱変位量を（２）式によって修正した各々の修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI'をメモリに格納し、処理を終了する。
Ｌ_nI'＝Ｌ_nI＊Ｅ （２）

２．４＜誤差補正率Ｅの算出＞
次に、誤差補正率Ｅの算出方法について説明する。誤差補正率Ｅの算出は、短い所定周期毎（例えば、図４と同じ４ｍｓ毎）に図６に示すフローチャートに基づいて行う。図６に示すフローチャートを各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＣ０１］位置検出センサからの信号出力があるか否か判断し、位置検出センサからの信号出力がある場合にはステップＳＣ０２に移行し、信号出力がない場合には処理を終了する。
●［ステップＳＣ０２］送り軸の移動時に位置検出センサからの出力信号を受信した場合は、位置検出センサからの信号に基づいて実位置を検出する。なお、この実位置は、熱変位補正が行われた状態での検出位置である。
●［ステップＳＣ０３］予め記憶してある初期位置とステップＳＣ０２で検出した実位置との差から初期位置における誤差（ε）を求める。この誤差（ε）は、予め記憶してある初期位置と加工中の熱変位補正後の検出位置との差、すなわち、補正誤差である。
●［ステップＳＣ０４］初期位置が属する区間（Ｓとする）における修正後の送り軸部熱変位量_LnS'をメモリから読み出す。
●［ステップＳＣ０５］誤差補正率Ｅを不揮発性メモリから読み出す。
●［ステップＳＣ０６］初期位置が属する区間（Ｓとする）における修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nS'と補正誤差εと誤差補正率Ｅとから、修正後の誤差補正率Ｅ’を（３）式により求める。
Ｅ’＝Ｅ＊（１＋（ε／Ｌ_nS'）） （３）
●［ステップＳＣ０７］ステップＳＣ０６で求めた修正後の誤差補正率Ｅ’を新たな誤差補正率Ｅとし、不揮発性メモリに格納し、処理を終了する。

ステップＳＣ０６で演算して誤差補正率Ｅ’を更新するように、位置検出センサである近接スイッチで検出した実位置に基づいて誤差補正率Ｅを更新していくため、刻々と変化する周囲環境の温度変化など機械の動作によらない熱変位も考慮した高精度な補正が可能となる。
工作機械の電源を切断後、電源を再投入した場合は、誤差補正率Ｅは不揮発性メモリに格納されているため、電源切断直前の誤差補正率Ｅの値を使用して補正を再開することができる。そのため、工場出荷時に設定された誤差補正率Ｅより、工作機械が設置された環境に応じて修正された誤差補正率Ｅを用いることができる。なお、誤差補正率Ｅは工作機械の工場出荷時に１．０として初期化され、前記メモリに格納される。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。２．１と２．２は上述の実施形態と同様であるので、説明を省略する。２．５は２．３に相当し、２．６は２．４に相当する。
２．５＜熱変位量の算出＞
＜熱変位量の算出（その２）＞
熱変位量の算出は、所定周期毎（例えば１秒後）に図７に示すフローチャートのように行う。図７に示すフローチャートを各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＤ０１］図４の処理でメモリに格納した送り軸の位置を過去１秒間分についてメモリから読み出す。
●［ステップＳＤ０２］メモリから読み出した送り軸の位置に基づいて各区間における平均移動速度を求める。
●［ステップＳＤ０３］この各区間の平均移動速度に基づいて各区間における熱変位量を求め、不揮発性メモリに格納する。
●［ステップＳＤ０４］式（１）を用いて、基準位置から各区間までの熱変位量を加算し、各区間における送り軸部熱変位量Ｌ_nIを求め、メモリに格納する。例えば、区間０の送り軸部熱変位量はＬ_n0＝δ_n0、区間１の送り軸部熱変位量はＬ_n1＝δ_n0＋δ_n1、区間２の送り軸部熱変位量はＬ_n2＝δ_n0＋δ_n1＋δ_n2というようにメモリに格納する。
●［ステップＳＤ０５］初期位置が属する区間Ｓの送り軸部熱変位量Ｌ_nSに対する各区間の送り軸部熱変位量Ｌ_nIの割合（以下、「送り軸部熱変位量の分布」という）を算出し（Ｄ_nI＝Ｌ_nI／Ｌ_nS）、メモリに格納する。
●［ステップＳＤ０６］各区間における送り軸部熱変位量Ｌ_nIと、送り軸部熱変位量の分布Ｄ_nIと、補正誤差εをメモリから読み出す。
●［ステップＳＤ０７］各区間について、送り軸部熱変位量Ｌ_nI’と送り軸部熱変位量の分布Ｄ_nIと補正誤差εを用いて、送り軸部熱変位量を（４）式によって修正した各々の修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nI’をメモリに格納し、処理を終了する。
Ｌ_nI'＝Ｌ_nI＋（Ｄ_nI＊ε） （４）
なお、（４）式中の（Ｄ_nI＊ε）が誤差補正量である。

２．６＜補正誤差εの算出＞
補正誤差εの算出について説明する。補正誤差εの算出は、短い所定周期毎（例えば、図４と同じ４ｍｓ毎）に図８に示すフローチャートのように行う。
●［ステップＳＥ０１］位置検出センサからの信号出力があるか否か判断し、信号出力がある場合にはステップＳＥ０２に移行し、信号出力がない場合には処理を終了する。
●［ステップＳＥ０２］送り軸の移動時に位置検出センサからの出力信号を受信した場合は、位置検出センサからの信号に基づいて実位置を検出する。この実位置は熱変位補正が行われた状態での検出位置である。
●［ステップＳＥ０３］予め記憶してある初期位置とステップＳＥ０２で求めた実位置との差から初期位置における誤差εを求める。この誤差εは、予め記憶してある初期位置と加工中の熱変位補正後の検出位置との差、すなわち補正誤差である。
●［ステップＳＥ０４］初期位置が属する区間（Ｓとする）における送り軸部熱変位量Ｌ_nSと修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nS’をメモリから読み出す。
●［ステップＳＥ０５］初期位置が属する区間（Ｓとする）における送り軸部熱変位量Ｌ_nSと修正後の送り軸部熱変位量Ｌ_nS’と補正誤差εとから、修正後の補正誤差ε’を（５）式により求める。
ε’＝ε＋（Ｌ_nS’−Ｌ_nS） （５）
●［ステップＳＥ０６］ステップＳＥ０５で求めた修正後の補正誤差ε’を新たな補正誤差εとし、不揮発性メモリに格納し、処理を終了する。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
上述した各実施形態では、送り軸部の熱変位量の演算について、送り軸の全長を複数の区間に分割し、各区間の熱変位量を求めることによって送り軸部熱変位量を演算するものについて説明した。
本発明は、上記第１および第２の実施形態で説明した方法に限定されるわけではなく、第３の実施形態として説明するように、送り軸を区間に分割せずに送り軸部の熱変位量を求めるものにも適用できる。第３の実施形態は、上述の第１と第２の実施形態と同様に、予め記憶してある初期位置と実位置との差から初期位置における補正誤差を求める。

誤差補正率を求める場合は、上述（２．４）したように、初期位置における修正後の送り軸部熱変位量と補正誤差と誤差補正率とから修正後の誤差補正率を求め、これを新たな誤差補正率Ｅとし、不揮発性メモリに格納する。補正誤差の算出を行う場合は、（２．６）に記載したように、初期位置における送り軸部熱変位量と修正後の送り軸部熱変位量と補正誤差とから修正後の補正誤差を求め、これを新たな補正誤差εとし、不揮発性メモリに格納する。
また、上述の熱変位量の算出は、上述した送り軸の平均移動速度によらず、モータの回転速度、モータの温度、モータの負荷、モータの電流値、モータの消費電力、モータが発生したエネルギーのうちのいずれか一つ以上に基づいて行われるものであってもよい。また、所定の個所に設置した温度センサからの温度情報に基づくものであってもよい。

また、上述の熱変位補正量の修正を有効または無効にする手段を設けることもできる。例えば、画面からの設定または操作盤や外部スイッチ等からの信号を用いて、画面からの設定の場合はその設定値を読み出し、また操作盤や外部スイッチ等からの信号の場合は信号の値を読み出し、熱変位補正量の修正を有効にする値または無効にする値のいずれであるかを判断し、有効と判断した場合は上述の各実施例のとおりに処理を行う。無効と判断した場合は、位置検出センサからの出力信号を受信しても、誤差補正率を求める場合は、実位置の検出、補正誤差εの算出、補正誤差率Ｅの修正は行わず、誤差補正率Ｅを１．０とすればよく、補正誤差の算出を行う場合は、実位置の検出、補正誤差εの算出および修正は行わず、補正誤差εを０とすればよい。

１ コラム
２ 送りねじ
３ 主軸頭
４ 検出ヘッド
５ 発磁体
６ ナット
７ 基準位置

δ_nI 区間Ｉにおける熱変位量
Ｌ_nI' 修正後の送り軸部熱変位量
ε 補正誤差
Ｅ 誤差補正率
Ｅ’ 修正後の誤差補正率

Claims (12)

1. 送り軸部熱変位量を求め、該送り軸部熱変位量を打ち消す量を熱変位補正量とし、送り軸の位置指令に対して該熱変位補正量を加えることによって補正を行う工作機械の熱変位補正方法において、
   工作機械の可動部の位置を検出可能な位置に設置され該検出可能な位置に該可動部が到達した時に信号を出力する位置検出センサにより、該信号が最初に出力された位置を初期位置として予め記憶しておき、
   前記位置検出センサにより前記信号が出力された位置を実位置として検出し、
   前記初期位置と前記実位置との差を前記初期位置における補正誤差として算出し、
   前記補正誤差に応じて前記熱変位補正量を修正することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
2. 前記初期位置は加工開始前に予め記憶しておくことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法。
3. 前記熱変位補正量の修正は、
   初期位置における熱変位補正量に対する補正誤差の割合から誤差補正率を求め、
   該誤差補正率を前記送り軸部熱変位量に乗算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法。
4. 前記熱変位補正は、
   送り軸の位置に応じて送り軸部熱変位量を求めることによって行い、
   前記熱変位補正量の修正は、
   初期位置における送り軸部熱変位量に対する送り軸の位置における送り軸部熱変位量の割合と補正誤差とから誤差補正量を求め、
   前記誤差補正量を前記送り軸部熱変位量に加算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法。
5. 前記熱変位補正は、
   送り軸を複数の区間に分割し、各区間の送り軸部熱変位量を求めることによって行い、
   前記熱変位補正量の修正は、
   補正誤差と前記区間のうち初期位置が属する区間における熱変位補正量または前記区間のうち初期位置が属する区間と送り軸の位置が属する区間とにおける送り軸部熱変位量に応じて行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法。
6. 前記位置検出センサは、
   加工プログラムによって前記可動部が移動する範囲内で位置を検出可能な箇所に設置し、加工プログラムの実行中に熱変位補正量を修正することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法。
7. 送り軸部の熱変位量を演算する送り軸部熱変位量演算手段と、
   前記送り軸部熱変位量演算手段によって演算した送り軸部熱変位量を打ち消す量を熱変位補正量とする熱変位補正量演算手段と、
   送り軸の位置指令に対して該熱変位補正量を加えることによって補正を行う補正手段とを有する工作機械の熱変位補正装置において、
   工作機械の可動部の位置を検出可能な位置に設置され、該検出可能な位置に可動部が到達した時に信号を出力する位置検出センサを用いた位置検出手段と、
   前記位置検出手段により前記信号が最初に出力された位置を初期位置として予め記憶しておく初期位置記憶手段と、
   前記位置検出手段により前記信号が出力された位置を実位置として検出する実位置検出手段と、
   前記初期位置記憶手段に記憶してある初期位置と前記実位置検出手段により検出した実位置との差を前記初期位置における補正誤差として演算する補正誤差演算手段と、
   前記補正誤差に応じて前記熱変位補正量を修正する熱変位補正量修正手段と、
   を備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
8. 前記初期位置記憶手段は、加工開始前に初期位置を予め記憶しておくことを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置。
9. 前記熱変位補正量修正手段は、
   初期位置における熱変位補正量に対する補正誤差の割合から誤差補正率を求め、
   該誤差補正率を前記送り軸部熱変位量に乗算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置。
10. 前記送り軸部熱変位量演算手段は、
    送り軸の位置に応じて送り軸部の熱変位量を演算し、
    前記熱変位補正量修正手段は、
    初期位置における送り軸部熱変位量に対する送り軸の位置における送り軸部熱変位量の割合と補正誤差とから誤差補正量を求め、
    該誤差補正量を前記送り軸部熱変位量に加算して前記送り軸部熱変位量を増加または減少させることを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置。
11. 前記送り軸部熱変位量演算手段は、
    送り軸を複数の区間に分割し、各区間の送り軸部熱変位量を求めることによって送り軸部の熱変位量を演算し、
    前記熱変位補正量修正手段は、
    補正誤差と前記区間のうち初期位置が属する区間における熱変位補正量または前記区間のうち初期位置が属する区間と送り軸の位置が属する区間とにおける送り軸部熱変位量に応じて熱変位補正量を修正することを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置。
12. 前記位置検出手段は、
    加工プログラムによって前記可動部が移動する範囲内で位置を検出可能な箇所に設置し、
    前記熱変位補正量修正手段は、
    加工プログラム実行中に熱変位補正量を修正することを特徴とする請求項７に記載の工作機械の熱変位補正装置。

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