JP5985124B1

JP5985124B1 - 指令値生成装置

Info

Publication number: JP5985124B1
Application number: JP2016526963A
Authority: JP
Inventors: 俊博東; 毅熊沢; 昭彦小出; 文娟王
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: JPWO2016203546A1; WO2016203546A1; US20180188708A1

Abstract

目標経路の各区間での加工誤差を算出する加工誤差モデル入力部（２３）と、加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う目標経路および許容誤差範囲変更部（２４）と、応答誤差と応答経路を算出する応答経路算出部（２５）と、応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する経路比較部（２６）と、目標経路を仮指令経路にして保持する仮指令経路保持部（２７）と、仮指令経路を指令経路にして外部に出力する指令経路出力部（２８）と、仮指令経路を補正する指令経路補正部（２９）とを備え、経路比較部（２６）により算出した誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、仮指令経路が応答誤差に基づいて補正され、補正後の仮指令経路が仮指令経路保持部（２７）に保持される。指令値の補正回数を低減することができる。

Description

本発明は、駆動系を備える機械の指令値を生成する指令値生成装置に関する。

従来から、制御対象の特性に起因する応答遅れなどの誤差を解消するため、制御対象の応答結果が目標とする軌跡を実現するように補正した指令を生成する技術が用いられてきた。特に、非真円形状を研削加工または旋削加工する分野において、高速かつ高精度な加工を実現するため、工具の指令位置を補正する技術が用いられている。そのような技術として、特許文献１に記載されたカム研削盤がある。

特許文献１には、所望するカムプロフィールに応じ予め記憶した主軸回転角と砥石車送り量との関係を示す制御データに基づき、複数回の研削加工動作でカム面を所望カムプロフィールに加工するカム研削盤において、制御データにおける砥石車送り量と実際の研削加工動作時における砥石車送り量との差を求め、この差に基づき次回の研削加工動作で使用する制御データを補正する技術が開示されている。

特開平４−２０１０５８号公報

しかし、特許文献１に記載のカム研削盤では、制御装置内の処理に起因する応答遅れの誤差、制御対象の特性に起因する誤差、および加工時に発生する反力などの外乱に起因する誤差を区別していないので、指令値にしたがって素材の実加工を行った後に、当該指令値を補正し、補正後の指令値にしたがって素材の実加工を行う動作を複数回繰り返す可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、指令値の補正回数を低減することができる指令値生成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御対象が動作する目標経路および目標経路からの許容誤差範囲が入力される目標経路および許容誤差範囲入力部と、目標経路および許容誤差範囲を保持する目標経路および許容誤差範囲保持部と、目標経路の各区間での加工誤差を算出する加工誤差モデル入力部と、加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲保持部に保持されている目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う目標経路および許容誤差範囲変更部と、応答誤差と応答経路を算出する応答経路算出部と、応答経路と目標経路および許容誤差範囲保持部に保持されている目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が目標経路および許容誤差範囲保持部に保持されている許容誤差範囲内かどうかを判定する経路比較部と、目標経路および許容誤差範囲保持部に保持されている目標経路を仮指令経路にして保持する仮指令経路保持部と、仮指令経路保持部に保持されている仮指令経路を指令経路にして外部に出力する指令経路出力部と、仮指令経路を補正する指令経路補正部とを備え、経路比較部により算出した誤差が目標経路および許容誤差範囲保持部に保持されている許容誤差範囲内ではないと判定された場合、指令経路補正部により仮指令経路保持部に保持されている仮指令経路が応答誤差に基づいて補正され、補正後の仮指令経路が仮指令経路保持部に保持されることを特徴とする。

本発明にかかる指令値生成装置は、指令値の補正回数を低減することができる。

実施の形態１にかかる指令値生成装置の構成図実施の形態１にかかる非真円形状の加工を行う工作機械の軸構成を示す図ピストン形状を示す図側面が切り落とされていない素材と工具との断面図制御装置および制御対象の応答遅れが存在する場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図側面が切り落とされている素材と工具との断面図側面が切り落とされた形状に対して真円加工を行なった場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図制御装置および制御対象の応答遅れが存在し、かつ、側面が切り落とされた形状に対して非真円加工を行なった場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図加工時の外乱による誤差に基づいて目標経路を変更する場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図加工時の外乱による誤差に基づいて許容誤差範囲を変更する際におけるＣＸ平面での目標経路を示す図加工時の外乱による誤差に基づいて目標経路を変更した場合における目標経路の急峻な変化を抑制しなかったときのＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図加工時の外乱による誤差に基づいて目標経路を変更した場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図実施の形態１にかかる指令値生成装置の動作についての説明に供するフローチャート側面が切り落とされた形状に対して非真円加工を行なった場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図実施の形態２にかかる指令値生成装置の構成図実施の形態２にかかる指令値生成装置の動作についての説明に供するフローチャート実施の形態３にかかる指令値生成装置の構成図実施の形態３にかかる指令値生成装置の動作についての説明に供するフローチャート実施の形態１にかかる指令値生成装置、実施の形態２にかかる指令値生成装置および実施の形態３にかかる指令値生成装置を実現するためのハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる指令値生成装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる指令値生成装置１の構成を示す図である。図２は、非真円形状の加工を行う工作機械の軸構成を示す図である。図３は、ピストン形状を示す図である。図４は、側面が切り落とされていない素材２００と工具２０１との断面を示す図である。図５は、制御装置および制御対象である工作機械の応答遅れが存在する場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。図６は、側面が切り落とされている素材２００と工具２０１との断面を示す図である。図７は、側面が切り落とされた形状に対して真円加工を行なった場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。図８は、制御装置および制御対象である工作機械の応答遅れが存在し、かつ、側面が切り落とされた形状に対して非真円加工を行なった場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。

実施の形態１では、図２に示すように、非真円形状の加工において、素材２００側に旋削主軸であるＣ軸が存在し、工具２０１側に旋削主軸の回転中心軸と平行な直進軸であるＺ軸と垂直な直進軸であるＸ軸とが存在する工作機械を想定する。ただし、工作機械の構成を当該構成に限定するものではない。

また、実施の形態１では、図３に示すように、側面を切り落としたピストン形状に対して非真円形状の加工を実施することを想定する。切り落とされた箇所と切り落とされていない箇所の切り替え区間で、加工用工具と素材の衝突などによる外乱が発生する。また、あらかじめ素材を切り落としている理由は、最終的に断面を非真円に加工する前に、おおまかな製品形状を加工する際に切り落としまで終えておくことで、段取り回数を減らし、精度の向上とタクトタイムの短縮とを実現するためである。

ここで、ピストンの形状について説明する。ピストンは、シリンダー内の気体を圧縮するための蓋部分２１１と、クランクシャフトなどと接続するためのコンロッドを取り付けるためのスカート部分２１２と、コンロッドの取り付け穴２１３とが形成されている。なお、一般的には、蓋部分２１１には、ピストンリングを嵌めるための溝が存在し、溝で区切られた部分毎に断面形状が異なり、一部は断面が真円形状であるが、一部は断面が非真円形状である。

また、スカート部分２１２は、断面が非真円形状であり、さらにピストンの軸方向に沿って断面形状が徐々に変化していく。また、スカート部分２１２の側面部分は、コンロッドを取り付けるために切り落とされている。なお、図３では、スカート部分２１２は、ピストンの軸方向に形状が変化する様子を強調して描いており、実際の変化はここまで極端ではない。

また、一般的には、スカート部分２１２は、中空の円錐状形状から側面を切り落とした形状である。なお、断面が非真円形状である理由やピストンの軸方向に沿って断面形状が変化していく理由は、ピストンの動作が定常状態となる際の温度において、熱膨張の結果、シリンダーとの公差が最適となるように設計しているからである。

また、ピストンの加工において、断面を真円形状として完成品に近い形まで加工した後、断面が非真円となる部分に対して、非真円形状の仕上げ加工を行う際には、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差、制御対象である工作機械１０３の特性に起因する誤差、および加工時に発生する反力などの外乱に起因とする誤差が生じる。

ここで、素材の側面が切り落とされていない部分の断面の加工における誤差について、図４および図５を参照して説明する。目標経路２２１と応答経路２２２との誤差は、図５に示すように、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差および制御対象である工作機械１０３の特性に起因する誤差が主因となる。

つぎに、側面が切り落とされている部分の断面の加工における誤差について、図６を参照して説明する。素材の側面を切り落とした区間から切り落としていない区間に工具がアプローチする際において、素材から受ける反力による外乱誤差は、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差および制御対象である工作機械１０３の特性に起因する誤差に対して相対的には小さいが、無視できないものである。

つぎに、側面を切り落とした箇所での非真円形状の加工における誤差について、図７および図８を参照して説明する。応答経路２２４は、側面が切り落とされている非切削区間から切削区間に入る箇所において、工具と素材の衝突による外乱で誤差が生じることにより、目標経路２２３から離れてゆき、その後、制御系のフィードバックループにより徐々に誤差が収束することによって、目標経路２２３に重なる様子が示されている。

したがって、側面を切り落とした箇所での非真円形状の加工における目標経路２２５と応答経路２２６との関係は、図８に示すように、図５と図７とを組み合わせたようになる。

また、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差および制御対象である工作機械１０３の特性に起因する誤差を指令値で補正するためには、複数回の補正が必要になる。これは、応答遅れによる誤差分を指令値に加算しても、加算された値がそのまま応答経路に反映されるわけではなく、加算された値に応答遅れが加わった分だけが応答経路に反映されるからである。

実施の形態１にかかる指令値生成装置１は、ピストンのような複雑な形状の素材を加工するときに、指令値の補正回数を低減することができ、実加工を複数回繰り返すことがない。以下に、指令値生成装置１の具体的な構成と動作について説明する。

指令値生成装置１は、ユーザによりデータが入力される入力部５と、指令値である指令経路を生成する指令値生成部６とを備える。

ここで、入力部５の構成について説明する。入力部５は、形状データが入力される形状データ入力部１１と、許容誤差が入力される許容誤差入力部１２と、補正対象軸が入力される補正対象軸入力部１３と、ドウェル回転数とクリアランス距離が入力されるドウェル・クリアランス入力部１４と、形状データの区間毎の各軸の速度が入力される速度データ入力部１５と、時定数が入力される時定数データ入力部１６と、目標経路および許容誤差範囲を生成する目標経路および許容誤差範囲生成部１７とを備える。

形状データ入力部１１は、ユーザの操作によって加工結果の形状データが入力され、形状データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７、および加工結果誤差計測部３１に出力する。

許容誤差入力部１２は、ユーザの操作によって形状データの各場所での許容誤差が入力され、許容誤差を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

補正対象軸入力部１３は、ユーザの操作によって補正対象とする軸が入力され、補正対称軸を目標経路および許容誤差範囲生成部１７、加工誤差モデル入力部２３、および経路比較部２６に出力する。

ドウェル・クリアランス入力部１４は、ユーザの操作によってドウェル回転数およびクリアランス距離が入力され、ドウェル回転数およびクリアランス距離を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

速度データ入力部１５は、ユーザの操作によって形状データの区間毎の各軸の速度データが入力され、速度データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

時定数データ入力部１６は、ユーザの操作によって各軸の時定数が入力され、各軸の時定数を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、形状データ入力部１１から入力された形状データ、許容誤差入力部１２から入力された許容誤差量、補正対象軸入力部１３から入力された補正対象軸、ドウェル・クリアランス入力部１４から入力されたドウェル回転数およびクリアランス距離、速度データ入力部１５から入力された形状データの区間毎の各軸の速度データ、および時定数データ入力部１６から入力された各軸の時定数に基づいて、目標経路および許容誤差範囲を生成する。目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、生成した目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲入力部２１に出力する。

ここで、目標経路および許容誤差範囲の具体的な生成方法の一例について説明する。目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、形状データの両端にクリアランス距離分の延長形状を付加した形状に対して、Ｃ軸が１回転する間にＺ軸が移動する間隔毎に、断面形状データを作成し、断面形状データ間を補間して、工作機械１０３が実現すべき目標経路を生成する。目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、速度データにしたがって、制御装置１０２に指令を与える周期ごとのＺ軸位置およびＣ軸位置を算出し、Ｚ軸およびＣ軸の移動指令を生成する。

目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、生成したＺ軸位置およびＣ軸位置の前後に、ドウェル回転数分のＣ軸移動指令を追加する。目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、時定数データにしたがって、Ｚ軸位置とＣ軸位置に加減速処理を行った位置を算出する。目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、加減速処理後のＺ軸位置の前後に位置する断面形状データを取得し、前後の断面形状データのそれぞれから、加減速後のＣ軸位置に対応する角度でのＸ軸位置を算出する。目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、前後の断面形状データのＺ方向位置と加減速後のＺ位置との関係に基づいて、前後の断面形状データから算出したＸ軸位置から、内挿により、加減速後のＺ軸位置およびＣ軸位置に対応するＸ軸位置を算出する。そして、目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、算出したＸ軸位置、Ｃ軸位置、Ｚ軸位置を目標経路とし、許容誤差データにしたがって、目標経路の各区間での許容誤差範囲を算出する。

つぎに、指令値生成部６の構成について説明する。指令値生成部６は、目標経路および許容誤差範囲が入力される目標経路および許容誤差範囲入力部２１と、目標経路および許容誤差範囲を保持する目標経路および許容誤差範囲保持部２２と、加工誤差が入力される加工誤差モデル入力部２３と、目標経路および許容誤差範囲を変更する目標経路および許容誤差範囲変更部２４と、応答経路を算出する応答経路算出部２５と、目標経路と応答経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する経路比較部２６と、仮指令経路を保持する仮指令経路保持部２７と、指令経路を出力する指令経路出力部２８と、仮指令経路を補正する指令経路補正部２９と、モデル情報が入力される応答誤差モデル入力部３０と、加工誤差を計測する加工結果誤差計測部３１とを備える。

目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲生成部１７から工作機械１０３が動作する目標経路および許容誤差範囲が入力され、目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲保持部２２に出力する。許容誤差範囲とは、目標経路から許容される誤差の範囲のことである。

目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路および許容誤差範囲を保持し、目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲変更部２４、経路比較部２６、および仮指令経路保持部２７に出力する。

加工誤差モデル入力部２３は、加工結果誤差計測部３１から入力された加工誤差と、補正対象軸入力部１３から入力された補正対象軸に基づいて、目標経路の各区間での加工誤差を算出する。加工誤差モデル入力部２３は、算出した目標経路の各区間での加工誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部２４に出力する。また、加工誤差モデル入力部２３は、加工誤差が０になるように生成した指令経路によって制御対象を実加工したときの測定結果、加工用工具の位置、および制御対象を動作させるためのアクチュエータから取得されるフィードバック位置のいずれか一つに基づいて、加工誤差を算出してもよい。

また、加工誤差モデル入力部２３は、加工結果誤差計測部３１によって、加工前の素材形状が入力される素材形状入力部に入力された情報、および、加工対象となる素材の種類および素材の物性値の少なくとも一方が入力される素材材質入力部に入力された情報によって決定される素材物性値と、加工誤差が０になるように生成された指令経路とに基づいて、加工時に加工用工具が受ける外乱が算出され、当該算出された外乱が入力される構成でもよい。なお、素材形状入力部および素材材質入力部は、形状データ入力部１１である。

また、加工誤差モデル入力部２３は、加工結果誤差計測部３１によって、素材形状入力部に入力された情報および素材材質入力部に入力された情報によって決定される素材物性値と、加工用工具の形状、加工用工具の材質、加工用工具の材料物性値、制御対象である工作機械の機構モデル、工作機械の各機構の物性値、工作機械の各機構の慣性、工作機械の各機構の粘性、工作機械の各機構の弾性のうち少なくとも一つが入力される機械モデル入力部に入力された情報と、加工誤差が０になるように生成された指令経路とに基づいて、加工時に加工用工具が受ける外乱が算出され、当該算出された外乱が入力される構成でもよい。なお、素材形状入力部、素材材質入力部および機械モデル入力部は、形状データ入力部１１である。

ここで、目標経路の各区間での加工誤差を算出する第１の算出方法について説明する。以下では、Ｘ軸が補正対象軸であるとする。加工結果誤差計測部３１は、加工した素材のＺ位置における断面形状を計測してＣ位置毎のＸ位置の誤差を算出し、加工誤差を加工誤差モデル入力部２３に出力する。加工誤差モデル入力部２３は、加工誤差であるＣ位置毎のＸ位置の誤差についてＺ位置方向で内挿して補間し、生成したＺＣ位置毎のＸ位置誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部２４に出力する。

つぎに、目標経路の各区間での加工誤差を算出する第２の算出方法について説明する。以下では、Ｘ軸が補正対象軸であるとする。加工結果誤差計測部３１は、加工した素材に対して３次元スキャニングを実施し、各ＺＣ位置で、所望の製品形状の３次元ＣＡＤデータとのＸ位置の誤差を算出し、加工誤差を加工誤差モデル入力部２３に出力する。加工誤差モデル入力部２３は、加工誤差であるＺＣ位置毎のＸ位置の誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部２４に出力する。

つぎに、目標経路の各区間での加工誤差を算出する第３の算出方法について説明する。以下では、Ｘ軸が補正対象軸であるとする。加工結果誤差計測部３１は、工作機械１０３のセンサ情報およびフィードバックデータを保存し、センサ情報およびフィードバックデータに基づいて、工具先端の位置を算出して加工結果の形状を推定し、ＺＣ位置毎のＸ位置の誤差を算出し、加工誤差を加工誤差モデル入力部２３に出力する。加工誤差モデル入力部２３は、加工誤差であるＺＣ位置毎のＸ位置の誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部２４に出力する。なお、目標経路の各区間での加工誤差を算出する方法は、第１の算出方法、第２の算出方法および第３の算出方法に限定されない。また、補正対象軸もＸ軸に限定されない。

目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、加工誤差モデル入力部２３から入力された目標経路の各区間での加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から読み出した目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う。なお、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、目標経路の各区間での加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲の双方に変更を行ってもよい。目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、変更後の目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲保持部２２に出力する。

ここで、目標経路および許容誤差範囲の具体的な変更方法の一例について、図９から図１２を参照して説明する。なお、以下では、許容誤差入力部１２は、ユーザの操作によって、目標形状の区間毎に補正が必要であるのか、または不要であるのかの許容誤差範囲の設定が行われているものとする。図９は、加工時の外乱による誤差に基づいて、目標経路を変更する場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。図１０は、加工時の外乱による誤差に基づいて、許容誤差範囲を変更する際におけるＣＸ平面での目標経路を示す図である。図１１は、加工時の外乱による誤差に基づいて目標経路を変更した場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。なお、図１１では、目標経路の急峻な変化を抑制しなかった例を示している。図１２は、加工時の外乱による誤差に基づいて目標経路を変更した場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。

例えば、図６に示すように、側面が切り落とされている部分の断面は、目標経路への追従性が重要ではなくなるので、補正が不要であると設定できる。

目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、図９に示すように、補正が必要な区間２３２では、目標経路２３４と加工誤差が加わった応答経路２３５との差に基づいて、目標経路２３４を目標経路２３６に変更する。また、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、図１０に示すように、許容誤差範囲の上限２３７と下限２３８も同じ量だけ変更する。

そして、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、補正が不要な区間２３１および区間２３３では、隣接する補正が必要な区間２３２との境界部分において、補正が必要な区間で目標経路を変更した量と同じ量だけ目標経路を変更し、境界部分から離れるに従って、具体的には、補正が不要な区間の中間点に近づくに従って、変更量が０となるように補正を行う。

よって、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、図１１に示すように、単純に誤差分だけ目標経路を変更した場合に比べて、目標経路の急峻な変化を防ぐことができ、収束の速度と安定性を高めることができる。

また、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、図１２に示すように、目標経路はずらさずに、変更前の目標経路２３４と変更後の目標経路２３６は同一の軌跡とし、つまり目標経路を変更せずに、許容誤差範囲の上限２３７と下限２３８のみを加工誤差分変更する構成でもよい。よって、上述した例と同様に、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、目標経路が急峻に変化することを防ぐことができ、また、許容誤差範囲を加工誤差分変更するので、指令経路を生成する時の予測応答経路にさらに加工誤差分の誤差が加わっても、目標経路からの誤差を最初に設定した許容誤差の範囲内に収めることができる。

応答経路算出部２５は、応答誤差モデル入力部３０から入力された応答誤差モデル情報に基づいて応答誤差を算出する。応答経路算出部２５は、仮指令経路保持部２７から入力された仮指令経路と応答誤差とに基づいて、応答経路を算出する。応答経路算出部２５は、応答誤差および応答経路を経路比較部２６に出力する。

応答誤差モデル情報は、工作機械１０３の粘性にかかわる要素のモデルパラメータ、工作機械１０３の弾性にかかわる要素のモデルパラメータ、工作機械１０３の軸反転時の動作にかかわるモデルパラメータ、工作機械１０３が熱変位の影響にかかわるモデルパラメータ、工作機械１０３の加工時の反力にかかわるモデルパラメータ、工作機械１０３の機構を表現するためのモデルパラメータ、工作機械１０３の周波数応答特性を表現するためのモデルパラメータ、工作機械１０３を制御する制御装置１０２の位置フィードバックループゲイン、制御装置１０２の速度フィードバックループゲイン、制御装置１０２の電流フィードバックループゲイン、制御装置１０２のフィードバックループ中のその他の積分要素や微分要素、制御装置１０２の各種フィルタのパラメータ、工作機械１０３の質量にかかわる要素のモデルパラメータ、慣性による影響を補正する制御装置１０２内の処理にかかわるパラメータ、粘性による影響を補正する制御装置１０２内の処理にかかわるパラメータ、弾性による影響を補正する制御装置１０２内の処理にかかわるパラメータ、軸反転による影響を補正する制御装置１０２内の処理にかかわるパラメータ、熱変位の影響を補正する制御装置１０２内の処理にかかわるパラメータ、加工時の反力による影響を補正する制御装置１０２内の処理にかかわるパラメータ、指令経路を滑らかにする制御装置１０２内のフィルタ処理にかかわるパラメータなどが考えられる。ただし、応答誤差モデル情報は、これらに限定されない。

経路比較部２６は、応答経路算出部２５から応答経路が入力され、補正対象軸入力部１３から補正対象軸が入力され、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から目標経路および許容誤差範囲が入力される。経路比較部２６は、補正対象軸について応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する。経路比較部２６は、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかの判定結果を仮指令経路保持部２７に出力する。また、経路比較部２６は、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかの判定結果および応答誤差を指令経路補正部２９に出力する。

また、経路比較部２６は、工作機械１０３の粘性に起因する動作、工作機械１０３の弾性に起因する動作、工作機械１０３が軸反転時に示す動作、工作機械１０３が熱変位の影響を受けて示す動作、工作機械１０３が加工時の反力を受けて示す動作、工作機械１０３を制御する制御装置１０２内の位置フィードバックループ処理の動作、制御装置１０２内の速度フィードバックループ処理の動作、制御装置１０２内の電流フィードバックループ処理の動作、慣性による影響を補正する制御装置１０２内の処理の動作、粘性による影響を補正する制御装置１０２内の処理の動作、弾性による影響を補正する制御装置１０２内の処理の動作、軸反転による影響を補正する制御装置１０２内の処理の動作、熱変位の影響を補正する制御装置１０２内の処理の動作、加工時の反力による影響を補正する制御装置１０２内の処理の動作、および指令経路を滑らかにする制御装置１０２内のフィルタ処理の動作のうち少なくとも一つの動作を模擬するために必要なモデルとパラメータにより工作機械１０３および制御装置１０２の動作を模擬することで、応答経路と目標経路との誤差を算出する構成でもよい。

また、経路比較部２６は、非加工状態で制御対象を実際に動作させた際の、加工用工具の位置または工作機械１０３を動作させるためのアクチュエータから取得されるフィードバック位置に基づいて、応答経路と目標経路との誤差を算出する構成でもよい。

仮指令経路保持部２７は、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から目標経路および許容誤差範囲を読み出し、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持し、仮指令経路を応答経路算出部２５に出力する。仮指令経路保持部２７は、経路比較部２６から応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内かどうかの判定結果が入力される。仮指令経路保持部２７は、指令経路補正部２９に補正前の仮指令経路を出力し、また、指令経路補正部２９から補正後の仮指令経路が入力される。仮指令経路保持部２７は、指令経路出力部２８に仮指令経路を出力する。

指令経路出力部２８は、仮指令経路保持部２７から仮指令経路が入力され、仮指令経路を指令経路にして加工プログラム生成部１０１に出力する。

指令経路補正部２９は、経路比較部２６から応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内かどうかの判定結果と、応答誤差とが入力され、仮指令経路保持部２７から仮指令経路が入力される。指令経路補正部２９は、応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、応答誤差に基づいて仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を仮指令経路保持部２７に出力する。

ここで、仮指令経路の補正方法について説明する。指令経路補正部２９は、算出した応答誤差分だけ仮指令経路をずらす方法が考えられる。また、指令経路補正部２９は、目標経路から許容誤差範囲の上限までの幅と目標経路から許容誤差範囲の下限までの幅が異なる場合、幅が広い側に応答経路がずれているのであれば、算出した誤差よりも小さな量だけ仮指令経路を変更し、また、幅が狭い方に応答経路がずれているのであれば、算出した誤差よりも大きな量だけ仮指令経路を変更する方法も考えられる。なお、仮指令経路の補正方法は、これらに限定されない。

応答誤差モデル入力部３０は、制御装置１０２および工作機械１０３の特性に起因する応答誤差を算出するための応答誤差モデル情報が入力され、応答誤差モデル情報を応答経路算出部２５に出力する。応答誤差モデル情報は、上述した工作機械１０３の粘性にかかわる要素のモデルパラメータ等が考えられるが、これらに限定されない。

加工結果誤差計測部３１は、工作機械１０３で加工した素材を受け取り、形状データ入力部１１から形状データが入力され、素材と形状データとの加工誤差を計測し、加工誤差を加工誤差モデル入力部２３に出力する。なお、加工誤差の計測方法は、上述した第１の算出方法、第２の算出方法および第３の算出方法に限定されない。

加工プログラム生成部１０１は、指令経路出力部２８から入力された指令経路に基づいて、加工プログラムを生成し、制御装置１０２に出力する。

制御装置１０２は、加工プログラムに基づいて、工作機械１０３を構成する機器を制御するための信号を生成し、工作機械１０３に出力する。

工作機械１０３は、制御装置１０２から入力された信号に基づいて、素材の加工を行ない、加工後の素材を加工結果誤差計測部３１に渡す。

ここで、指令値生成装置１の動作について、図１３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳＴ１において、入力部５は、ユーザによりデータが入力される。具体的には、形状データ入力部１１は、入力された形状データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７、および加工結果誤差計測部３１に出力する。許容誤差入力部１２は、入力された許容誤差を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。補正対象軸入力部１３は、入力された補正対称軸を目標経路および許容誤差範囲生成部１７、加工誤差モデル入力部２３、および経路比較部２６に出力する。ドウェル・クリアランス入力部１４は、入力されたドウェル回転数およびクリアランス距離を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。速度データ入力部１５は、入力された速度データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。時定数データ入力部１６は、入力された各軸の時定数を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

ステップＳＴ２において、目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、入力されたデータに基づき、目標経路および許容誤差範囲を生成する。

ステップＳＴ３において、目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲生成部１７から目標経路および許容誤差範囲が入力される。目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲保持部２２に出力する。

ステップＳＴ４において、目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路および許容誤差範囲を保持する。目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路を仮指令経路保持部２７に出力する。仮指令経路保持部２７は、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持する。

ステップＳＴ５において、応答経路算出部２５は、仮指令経路保持部２７から入力された仮指令経路と、応答誤差モデル入力部３０から入力された応答誤差モデルとに基づいて、応答経路を算出する。

ステップＳＴ６において、経路比較部２６は、補正対象軸について応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する。誤差が許容誤差範囲内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ７に進み、誤差が許容誤差範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ７において、指令経路補正部２９は、応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、応答誤差に基づいて仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を仮指令経路保持部２７に出力する。その後、ステップＳＴ５に戻る。

ステップＳＴ８において、仮指令経路保持部２７は、指令経路出力部２８を介して、加工プログラム生成部１０１に指令経路を出力する。

ステップＳＴ９において、加工プログラム生成部１０１は、指令経路に基づき、加工プログラムを生成する。

ステップＳＴ１０において、制御装置１０２は、加工プログラムに基づいて、工作機械１０３を構成する機器を制御するための信号を生成し、工作機械１０３に出力する。工作機械１０３は、制御装置１０２から入力された信号に基づいて、素材の加工を行う。

ステップＳＴ１１において、加工結果誤差計測部３１は、工作機械１０３で加工した素材を受け取り、形状データ入力部１１から形状データが入力され、素材と形状データとの加工誤差を計測する。加工結果誤差計測部３１は、加工誤差を加工誤差モデル入力部２３に出力する。

図１４は、側面が切り落とされた形状に対して非真円加工を行なった場合におけるＣＸ平面での目標経路と応答経路を示す図である。ステップＳＴ１１の工程の時点では、制御装置１０２および工作機械１０３に起因する誤差は、補正済みなので、図１４に示すように、加工時の外乱に基づく誤差が目標経路２３４からの応答経路２３５の誤差の主因となる。

ステップＳＴ１２において、加工誤差モデル入力部２３は、加工結果誤差計測部３１から入力された加工誤差と、補正対象軸入力部１３から入力された補正対象軸に基づいて、目標経路の各区間での加工誤差を算出する。加工誤差モデル入力部２３は、目標経路の各区間での加工誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部２４に出力する。

ステップＳＴ１３において、目標経路および許容誤差範囲変更部２４は、加工誤差モデル入力部２３から入力された目標経路の各区間での加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から読み出した目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う。

ステップＳＴ１４において、目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路および許容誤差範囲を保持する。目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路を仮指令経路保持部２７に出力する。仮指令経路保持部２７は、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持する。

ステップＳＴ１５において、応答経路算出部２５は、仮指令経路保持部２７から入力された仮指令経路と、応答誤差モデル入力部３０から入力された応答誤差モデルとに基づいて、応答経路を算出する。

ステップＳＴ１６において、経路比較部２６は、補正対象軸について応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する。誤差が許容誤差範囲内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ１７に進み、誤差が許容誤差範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ１８に進む。

ステップＳＴ１７において、指令経路補正部２９は、応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、応答誤差に基づいて仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を仮指令経路保持部２７に出力する。その後、ステップＳＴ１５に戻る。

ステップＳＴ１８において、仮指令経路保持部２７は、指令経路出力部２８に仮指令経路を出力する。指令経路出力部２８は、仮指令経路を指令経路にして加工プログラム生成部１０１に出力する。

よって、実施の形態１にかかる指令値生成装置１は、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差および制御対象の特性に起因する誤差を補正し、加工誤差を計測することで、加工時の反力などの外乱による誤差について、実加工１回のみで取得できる。つまり、実施の形態１にかかる指令値生成装置１は、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差、制御対象の特性に起因する誤差、および加工時の反力などの外乱による誤差の全ての誤差を、実加工１回のみで補正することができる。

また、実施の形態１にかかる指令値生成装置１は、目標経路および許容誤差範囲変更部２４により繰り返し補正の収束に悪影響を与えないように、目標経路が可能な限り連続となるように目標経路と許容誤差範囲の少なくとも一方を変更するようにしているので、加工時の外乱による誤差に対しても安定した補正を行なうことができる。

なお、実施の形態１にかかる指令値生成装置１は、目標経路を決定するために、加工対象の形状データなどを用いているが、経路そのものを入力にする構成でもよい。当該構成の場合、目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、入力された経路に加減速処理を行い、加減速処理後の経路を補正経路の初期値および目標経路にすればよい。

また、本実施の形態１では、非真円形状の加工を想定しているが、非真円形状の加工に限定するものではなく、その他の部品加工および金型加工などにおいても、加工時の外乱による誤差の影響が大きい場合に適用することができる。当該構成の場合、目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、ＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）などのアプリケーションを用いて作成した経路が入力され、入力された経路に加減速処理を行い、加減速処理後の経路を補正経路の初期値および目標経路にすればよい。

また、目標経路および許容誤差範囲入力部２１、または目標経路および許容誤差範囲変更部２４が、目標経路の区間毎に許容誤差の幅を指定する構成でもよい。よって、指令値生成装置１は、精度の必要な箇所では許容誤差を小さくしつつ、精度の不要な箇所では許容誤差を大きくすることで、必要な精度を保証しつつ、指令生成にかかる時間を短縮することができる。

また、目標経路および許容誤差範囲入力部２１、または目標経路および許容誤差範囲変更部２４が、目標経路の区間毎に補正が必要であるかまたは不要であるかを設定する構成でもよい。よって、指令値生成装置１は、加工対象の側面が切り落とされている場合など、実際には加工されない区間について補正を行わないことで、補正が必要な区間での精度を向上させやすくなり、指令生成にかかる時間を短縮することができる。

実施の形態２．
つぎに、実施の形態２について説明する。図１５は、実施の形態２にかかる指令値生成装置２の構成を示す図である。実施の形態２は、側面が切り落とされた部分と切り落とされていない部分が混在した形状に素材を加工することを想定する。ただし、当該形状に限定されない。

また、実施の形態２にかかる指令値生成装置２と、実施の形態１にかかる指令値生成装置１の構成とは、加工誤差モデル入力部４１、目標経路および許容誤差範囲変更部４２、応答経路算出部４３、仮指令経路保持部４４および加工誤差データベース４５の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる指令値生成装置１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

実施の形態２にかかる指令値生成装置２は、ユーザによりデータが入力される入力部５と、指令値である指令経路を生成する指令値生成部７と、加工誤差を保持する加工誤差データベース４５とを備える。

指令値生成部７は、加工誤差が入力される加工誤差モデル入力部４１と、目標経路および許容誤差範囲を変更する目標経路および許容誤差範囲変更部４２と、応答経路を算出する応答経路算出部４３と、仮指令経路を保持する仮指令経路保持部４４とを備える。

加工誤差モデル入力部４１は、加工誤差データベース４５から入力された加工誤差と、補正対象軸入力部１３から入力された補正対象軸とに基づいて、目標経路の各区間での加工誤差を算出する。加工誤差モデル入力部４１は、算出した目標経路の各区間での加工誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部４２に出力する。

ここで、目標経路の各区間での加工誤差の算出方法について説明する。以下では、Ｘ軸が補正対象軸であるとする。加工誤差データベース４５は、形状データ入力部１１から加工対象とする形状データが入力され、保持している断面形状パターンの中から、加工対象とする素材の所定のＺ位置での断面形状と最も近い形状を選択し、当該形状で登録されているＣ位置毎のＸ位置の誤差を加工誤差モデル入力部４１に出力する。

加工誤差モデル入力部４１は、Ｃ位置毎のＸ位置の誤差についてＺ位置方向で内挿して補間し、生成したＺＣ位置毎のＸ位置誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部４２に出力する。なお、加工誤差データベース４５に登録する断面形状および形状データ入力部１１に入力する形状データとしては、楕円の側面が切り落とされた形であることが望ましい。

また、加工誤差データベース４５には、形状データとともにＣ軸の回転速度の情報も登録しておき、回転速度に応じた加工誤差を算出するのが好適である。また、形状データを比較する際には、大きさがわずかに異なる相似形は、同一の形状とみなし、大きさの比率を加工誤差に積算することも考えられる。

また、加工誤差データベース４５への形状データおよび加工誤差の登録方法の一例として、実施の形態１にかかる加工誤差モデル入力部２３により加工誤差を算出したときの計測結果から所定のＺ位置での断面形状と加工誤差とを蓄積しておく方法や、あらかじめ誤差の理論値をユーザが入力しておく方法などが考えられる。なお、形状データおよび加工誤差の登録方法は一例であり、これに限定されない。また、補正対象軸もＸ軸に限定されない。

目標経路および許容誤差範囲変更部４２は、加工誤差モデル入力部４１から入力された目標経路の各区間での加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲入力部２１から入力された目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う。なお、目標経路および許容誤差範囲変更部４２は、目標経路の各区間での加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲の双方に変更を行ってもよい。目標経路および許容誤差範囲変更部４２は、変更後の目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲保持部２２に出力する。なお、目標経路および許容誤差範囲の変更方法は、上述した実施の形態１にかかる目標経路および許容誤差範囲変更部２４による変更方法と同一でもよいが、当該変更方法に限定されない。

応答経路算出部４３は、工作機械１０３からセンサ情報およびフィードバックデータが入力され、当該情報に基づいて応答経路を算出し、算出した応答経路を経路比較部２６に出力する。センサ情報としては、加速度センサ、レーザ測長器、画像センサなどが考えられる。フィードバックデータとしては、位置フィードバック、速度フィードバック、電流フィードバックなどが考えられる。

仮指令経路保持部４４は、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から目標経路および許容誤差範囲を読み出し、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持し、仮指令経路を指令経路出力部２８に出力する。仮指令経路保持部４４は、経路比較部２６から応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内かどうかの判定結果が入力される。仮指令経路保持部４４は、指令経路補正部２９に補正前の仮指令経路を出力し、また、指令経路補正部２９から補正後の仮指令経路が入力される。

加工誤差データベース４５は、断面形状パターンと加工誤差との情報を保持し、加工誤差を加工誤差モデル入力部４１に出力する。また、加工誤差データベース４５は、加工方法または加工前の素材形状の少なくとも一方と加工誤差との対応関係を有する構成でもよい。このような構成の場合、加工誤差モデル入力部４１は、加工方法または加工前の素材形状が入力された場合、加工誤差データベース４５を参照し、入力された加工方法または加工前の素材形状に対応する加工誤差を読み出す。

ここで、指令値生成装置２の動作について、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳＴ２１において、入力部５は、ユーザによりデータが入力される。具体的には、形状データ入力部１１は、入力された形状データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７、および加工誤差データベース４５に出力する。許容誤差入力部１２は、入力された許容誤差を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。補正対象軸入力部１３は、入力された補正対称軸を目標経路および許容誤差範囲生成部１７、経路比較部２６、および加工誤差モデル入力部４１に出力する。ドウェル・クリアランス入力部１４は、入力されたドウェル回転数およびクリアランス距離を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。速度データ入力部１５は、入力された速度データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。時定数データ入力部１６は、入力された各軸の時定数を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

ステップＳＴ２２において、目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、入力されたデータに基づき、目標経路および許容誤差範囲を生成する。

ステップＳＴ２３において、目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲生成部１７から目標経路および許容誤差範囲が入力される。目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲変更部４２に出力する。

ステップＳＴ２４において、加工誤差モデル入力部４１は、加工誤差データベース４５から入力された加工誤差と、補正対象軸入力部１３から入力された補正対象軸とに基づいて、目標経路の各区間での加工誤差を算出する。

ステップＳＴ２５において、目標経路および許容誤差範囲変更部４２は、加工誤差モデル入力部４１から入力された目標経路の各区間での加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲入力部２１から入力された目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う。

ステップＳＴ２６において、目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路および許容誤差範囲を保持する。目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路を仮指令経路保持部４４に出力する。仮指令経路保持部４４は、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持する。

ステップＳＴ２７において、仮指令経路保持部４４は、指令経路出力部２８を介して、加工プログラム生成部１０１に指令経路を出力する。

ステップＳＴ２８において、加工プログラム生成部１０１は、指令経路に基づき、加工プログラムを生成する。

ステップＳＴ２９において、制御装置１０２は、加工プログラムに基づいて、工作機械１０３を構成する機器を制御するための信号を生成し、工作機械１０３に出力する。工作機械１０３は、制御装置１０２から入力された信号に基づいて、動作する。

ステップＳＴ３０において、応答経路算出部４３は、工作機械１０３からセンサ情報およびフィードバックデータが入力され、当該情報に基づいて応答経路を算出する。応答経路算出部４３は、算出した応答経路を経路比較部２６に出力する。

ステップＳＴ３１において、経路比較部２６は、補正対象軸について応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する。誤差が許容誤差範囲内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ３２に進み、誤差が許容誤差範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、指令経路の補正は完了したとして、処理を終了する。

ステップＳＴ３２において、指令経路補正部２９は、応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、応答誤差に基づいて仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を仮指令経路保持部４４に出力する。その後、ステップＳＴ２７に戻る。

なお、実施の形態２にかかる指令値生成装置２は、目標経路に対して加えた変更と、指令経路に加えた変更を独立に保持しておき、実際の加工が開始する前の空切削の区間において、あらかじめ抽出したいくつかの断面に対する補正量を算出しておき、実際の加工が始まった後は、対応する断面形状に対する補正量を用いて加工を行なうことが好ましい。

よって、実施の形態２にかかる指令値生成装置２は、加工誤差モデル入力部４１に入力されるデータが加工誤差データベース４５に保持されているデータであり、実加工結果の測定を行なわずに、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差、工作機械１０３の特性に起因する誤差、および加工時の反力などの外乱による誤差を含めた全ての誤差を補正することができる。

また、実施の形態２にかかる指令値生成装置２は、工作機械１０３のセンサ情報を利用して応答経路を算出するため、応答経路を算出するためのモデル化やそれに伴うモデル化誤差の考慮などを行わずに、高精度な補正を行なうことができる。

実施の形態３．
つぎに、実施の形態３について説明する。図１７は、実施の形態３にかかる指令値生成装置３の構成を示す図である。実施の形態３にかかる指令値生成装置３と、実施の形態１にかかる指令値生成装置１の構成とは、加工誤差モデル入力部５１、加工誤差予測演算部５２、目標経路および許容誤差範囲変更部５３および指令経路出力部５４の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる指令値生成装置１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

実施の形態３にかかる指令値生成装置３は、ユーザによりデータが入力される入力部５と、指令値である指令経路を生成する指令値生成部８とを備える。

指令値生成部８は、加工誤差が入力される加工誤差モデル入力部５１と、目標経路の各区間での予測される加工誤差を演算する加工誤差予測演算部５２と、目標経路および許容誤差範囲を変更する目標経路および許容誤差範囲変更部５３と、指令経路を出力する指令経路出力部５４とを備える。

加工誤差モデル入力部５１は、加工時の外乱を予測演算するために必要な情報を受け取り、当該情報を加工誤差予測演算部５２に出力する。加工時の外乱を予測演算するために必要な情報としては、素材の物性値、加工用工具の形状、加工用工具の材質、加工用工具の材料物性値、工作機械１０３の機構モデル、工作機械１０３の各機構の物性値、工作機械１０３の各機構の慣性、工作機械１０３の各機構の粘性、工作機械１０３の各機構の弾性などが考えられる。

加工誤差予測演算部５２は、加工誤差モデル入力部５１から加工時の外乱を予測演算するために必要な情報が入力され、形状データ入力部１１から素材の形状データが入力され、指令経路出力部５４から指令経路が入力され、補正対象軸入力部１３から補正対象軸が入力され、目標経路の各区間での予測される加工誤差を演算する。加工誤差を予測する方法としては、有限要素法などを用いて素材の弾性変形および塑性変形を演算する方法、工作機械１０３の各部品のダイナミクスをモデル化し工具が素材を切削する際の反力に基づいて工具の軌跡を演算する方法、当該方法を組合せて切削時の反力による工具の軌跡を演算した上で素材の弾性変形および塑性変形を演算する方法などが考えられる。

なお、上述のモデル化が十分な精度を持っているかどうかを確認するためには、例えば、実施の形態１にかかる加工誤差モデル入力部２３により加工誤差を算出したときの計測結果から所定の位置での断面形状と加工誤差が蓄積されている実施の形態２にかかる加工誤差データベース４５の中のデータと比較することが考えられる。なお、上述に限定されるものではなく、他の実験データまたは理論に基づくものでもよい。

目標経路および許容誤差範囲変更部５３は、加工誤差予測演算部５２から入力された目標経路の各区間での予測される加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から読み出した目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う。なお、目標経路および許容誤差範囲変更部５３は、目標経路の各区間での予測される加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲の双方に変更を行ってもよい。目標経路および許容誤差範囲変更部５３は、変更後の目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲保持部２２に出力する。なお、目標経路および許容誤差範囲の変更方法は、実施の形態１において述べた変更方法が考えられるが、当該変更方法に限定されない。

指令経路出力部５４は、仮指令経路保持部２７から仮指令経路が入力され、仮指令経路を指令経路にして加工誤差予測演算部５２および加工プログラム生成部１０１に出力する。

ここで、指令値生成装置３の動作について、図１８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳＴ４１において、入力部５は、ユーザによりデータが入力される。具体的には、形状データ入力部１１は、入力された形状データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７、および加工誤差予測演算部５２に出力する。許容誤差入力部１２は、入力された許容誤差を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。補正対象軸入力部１３は、入力された補正対称軸を目標経路および許容誤差範囲生成部１７、経路比較部２６、および加工誤差予測演算部５２に出力する。ドウェル・クリアランス入力部１４は、入力されたドウェル回転数およびクリアランス距離を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。速度データ入力部１５は、入力された速度データを目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。時定数データ入力部１６は、入力された各軸の時定数を目標経路および許容誤差範囲生成部１７に出力する。

ステップＳＴ４２において、目標経路および許容誤差範囲生成部１７は、入力されたデータに基づき、目標経路および許容誤差範囲を生成する。

ステップＳＴ４３において、目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲生成部１７から目標経路および許容誤差範囲が入力される。目標経路および許容誤差範囲入力部２１は、目標経路および許容誤差範囲を目標経路および許容誤差範囲保持部２２に出力する。

ステップＳＴ４４において、目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路および許容誤差範囲を保持する。目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路を仮指令経路保持部２７に出力する。仮指令経路保持部２７は、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持する。

ステップＳＴ４５において、応答経路算出部２５は、仮指令経路保持部２７から入力された仮指令経路と、応答誤差モデル入力部３０から入力された応答誤差モデルとに基づいて、応答経路を算出する。

ステップＳＴ４６において、経路比較部２６は、補正対象軸について応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する。誤差が許容誤差範囲内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ４７に進み、誤差が許容誤差範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ４８に進む。

ステップＳＴ４７において、指令経路補正部２９は、応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、応答誤差に基づいて仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を仮指令経路保持部２７に出力する。その後、ステップＳＴ４５に戻る。

ステップＳＴ４８において、仮指令経路保持部２７は、指令経路出力部５４に指令経路を出力する。指令経路出力部５４は、加工誤差予測演算部５２に指令経路を出力する。

ステップＳＴ４９において、加工誤差予測演算部５２は、加工誤差モデル入力部５１から入力された加工時の外乱を予測演算するために必要な情報と、形状データ入力部１１から入力された素材の形状データと、指令経路出力部５４から入力された指令経路と、補正対象軸入力部１３から入力された補正対象軸に基づいて、目標経路の各区間での予測される加工誤差を演算する。加工誤差予測演算部５２は、目標経路の各区間での予測される加工誤差を目標経路および許容誤差範囲変更部５３に出力する。

ステップＳＴ５０において、目標経路および許容誤差範囲変更部５３は、加工誤差予測演算部５２から入力された目標経路の各区間での予測される加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲保持部２２から読み出した目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う。

ステップＳＴ５１において、目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路および許容誤差範囲を保持する。目標経路および許容誤差範囲保持部２２は、目標経路を仮指令経路保持部２７に出力する。仮指令経路保持部２７は、目標経路を仮指令経路の初期値にして保持する。

ステップＳＴ５２において、応答経路算出部２５は、仮指令経路保持部２７から入力された仮指令経路と、応答誤差モデル入力部３０から入力された応答誤差モデルとに基づいて、応答経路を算出する。

ステップＳＴ５３において、経路比較部２６は、補正対象軸について応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲内かどうかを判定する。誤差が許容誤差範囲内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ５４に進み、誤差が許容誤差範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ５５に進む。

ステップＳＴ５４において、指令経路補正部２９は、応答経路と目標経路との誤差が許容誤差範囲内ではないと判定された場合、応答誤差に基づいて仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を仮指令経路保持部２７に出力する。その後、ステップＳＴ５２に戻る。

ステップＳＴ５５において、仮指令経路保持部２７は、指令経路出力部２８に仮指令経路を出力する。指令経路出力部２８は、仮指令経路を指令経路にして加工プログラム生成部１０１に出力する。

よって、実施の形態３にかかる指令値生成装置３は、加工誤差予測演算部５２により加工誤差を予測演算するので、実加工を行わずに、制御装置１０２内の処理に起因する応答遅れの誤差、工作機械１０３の特性に起因する誤差、および加工時の反力などの外乱による誤差を含めた全ての誤差を補正することができる。

また、実施の形態３にかかる指令値生成装置３は、加工誤差の予測演算を行なう際に必要な、工作機械１０３のダイナミクスを考慮するために動力学を解く処理、素材モデルの弾塑性変形を考慮するために有限要素法を解く処理、または当該処理を組み合わせた処理といった計算負荷が高い処理を１回のみ実施すればよいので、指令経路を補正するたびに当該処理を行なう必要がなく、指令経路の生成時間を短くできる。なお、実施の形態３にかかる指令値生成装置３は、当該方法に限定されず、必要に応じて、指令経路を補正するたびに加工誤差の予測演算をする構成でもよい。

また、指令値生成装置１は、制御対象が動作する目標経路および目標経路からの許容誤差範囲が入力される目標経路および許容誤差範囲入力部２１と、目標経路および許容誤差範囲を保持する目標経路および許容誤差範囲保持部２２と、目標経路の各区間での加工誤差を算出する加工誤差モデル入力部２３と、加工誤差に基づいて、目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている目標経路および許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う目標経路および許容誤差範囲変更部２４と、応答誤差と応答経路を算出する応答経路算出部２５と、応答経路と目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている許容誤差範囲内かどうかを判定する経路比較部２６と、目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている目標経路を仮指令経路にして保持する仮指令経路保持部２７と、仮指令経路保持部２７に保持されている仮指令経路を指令経路にして外部に出力する指令経路出力部２８と、仮指令経路を補正する指令経路補正部２９とを備え、経路比較部２６により算出した誤差が目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている許容誤差範囲内ではないと判定された場合、指令経路補正部２９により仮指令経路保持部２７に保持されている仮指令経路が応答誤差に基づいて補正され、補正後の仮指令経路が仮指令経路保持部２７に保持される。

よって、指令値生成装置１は、制御対象である工作機械１０３および制御装置１０２の特性に起因する誤差と、加工方法や加工前の素材形状に起因する外乱誤差とを切り分けて指令生成を行うことで、加工時の誤差を取得するための試加工が一度で済み、指令経路を生成するのにかかる時間を大幅に短縮することができる。

また、経路比較部２６は、制御対象の粘性に起因する動作、制御対象の弾性に起因する動作、制御対象が軸反転時に示す動作、制御対象が熱変位の影響を受けて示す動作、制御対象が加工時の反力を受けて示す動作、制御対象を制御する制御装置内の位置フィードバックループ処理の動作、制御装置内の速度フィードバックループ処理の動作、制御装置内の電流フィードバックループ処理の動作、慣性による影響を補正する制御装置内の処理の動作、粘性による影響を補正する制御装置内の処理の動作、弾性による影響を補正する制御装置内の処理の動作、軸反転による影響を補正する制御装置内の処理の動作、熱変位の影響を補正する制御装置内の処理の動作、加工時の反力による影響を補正する制御装置内の処理の動作、および指令経路を滑らかにする制御装置内のフィルタ処理の動作のうち少なくとも一つの動作を模擬するために必要なモデルとパラメータにより制御対象および制御装置の動作を模擬することで、応答経路と目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている目標経路との誤差を算出する構成である。

よって、工作機械１０３の特性である粘性および弾性に起因する誤差、軸反転に起因する誤差、加工時の反力に起因する誤差、制御装置１０２内のフィードバックループ処理による応答遅れに起因する誤差を考慮した経路指令を生成することができる。また、計算機上であらかじめ指令経路を補正するため、非真円形状の断面形状が変化する場合などにも適用することができる。

また、経路比較部２６は、非加工状態で制御対象を実際に動作させた際の、加工用工具の位置または制御対象を動作させるためのアクチュエータから取得されるフィードバック位置に基づいて、応答経路と目標経路および許容誤差範囲保持部２２に保持されている目標経路との誤差を算出する構成である。

よって、工作機械１０３のモデル化が困難な場合においても、制御対象である工作機械１０３および制御装置１０２の特性に起因する誤差と、加工方法や加工前の素材形状に起因する外乱誤差とを切り分けて指令生成を行うことで、加工時の誤差を取得するための試加工が一度で済み、指令経路を生成するのにかかる時間を大幅に短縮することができる。

また、加工誤差モデル入力部２３は、加工誤差が０になるように生成した指令経路によって制御対象を実加工したときの測定結果、加工用工具の位置、および制御対象を動作させるためのアクチュエータから取得されるフィードバック位置のいずれか一つに基づいて、加工誤差を算出する構成である。よって、実加工結果に基づいた精度の高い誤差補正を行なうことができる。

また、加工前の素材形状を入力する素材形状入力部と、加工対象となる素材の種類および素材の物性値の少なくとも一方を入力する素材材質入力部とを備え、加工誤差モデル入力部２３は、素材形状入力部に入力された情報および素材材質入力部に入力された情報によって決定される素材物性値と、加工誤差が０になるように生成された指令経路とに基づいて、加工時に加工用工具が受ける外乱が算出され、当該算出された外乱が入力される構成である。なお、素材形状入力部および素材材質入力部は、形状データ入力部１１のことである。よって、計算機上で加工時の外乱を演算することにより、試加工を実施せずに、加工誤差まで含めた誤差を補正することができる。

また、加工前の素材形状を入力する素材形状入力部と、加工対象となる素材の種類および素材の物性値の少なくとも一方を入力する素材材質入力部と、加工用工具の形状、加工用工具の材質、加工用工具の材料物性値、制御対象である工作機械の機構モデル、工作機械の各機構の物性値、工作機械の各機構の慣性、工作機械の各機構の粘性、工作機械の各機構の弾性のうち少なくとも一つが入力される機械モデル入力部を備え、加工誤差モデル入力部２３は、素材形状入力部に入力された情報および素材材質入力部に入力された情報によって決定される素材物性値と、機械モデル入力部に入力された情報と、加工誤差が０になるように生成された指令経路とに基づいて、加工時に加工用工具が受ける外乱が算出され、当該算出された外乱が入力される構成である。なお、素材形状入力部、素材材質入力部および機械モデル入力部は、形状データ入力部１１のことである。よって、機械モデル入力部から入力された情報も含めた演算を行なうことにより、より正確な加工誤差の補正ができる。

また、加工方法または加工前の素材形状の少なくとも一方と加工誤差との対応関係を有する加工誤差データベース４５を備え、加工誤差モデル入力部２３は、加工方法または加工前の素材形状が入力された場合、加工誤差データベース４５を参照し、入力された加工方法または加工前の素材形状に対応する加工誤差を読み出す構成である。よって、加工誤差データベース４５を用いることで試し加工を実施せずに、加工誤差まで含めた誤差を補正することができる。

また、目標経路および許容誤差範囲入力部２１、または目標経路および許容誤差範囲変更部２４が、目標経路の区間毎に許容誤差の幅を指定する構成である。よって、精度の必要な箇所では許容誤差を小さくしつつ、精度の不要な箇所では許容誤差を大きくすることで、必要な精度を保証しつつ、指令生成にかかる時間を短縮することができる。

また、目標経路および許容誤差範囲入力部２１、または目標経路および許容誤差範囲変更部２４が、目標経路の区間毎に補正が必要であるかまたは不要であるかを設定する構成である。よって、加工対象の側面が切り落とされている場合など、実際には加工されない区間について補正を行わないことで、補正が必要な区間での精度を向上させやすくなり、指令生成にかかる時間を短縮することができる。

なお、実施の形態１にかかる指令値生成装置１、実施の形態２にかかる指令値生成装置２および実施の形態３にかかる指令値生成装置３は、図１９に示すように、演算を行うＣＰＵ３０１と、ＣＰＵ３０１により読み取られるプログラムが保存されるメモリ３０２と、信号の入出力を行うインターフェイス３０３とから構成されてもよい。

具体的には、形状データ入力部１１、許容誤差入力部１２、補正対象軸入力部１３、ドウェル・クリアランス入力部１４、速度データ入力部１５、時定数データ入力部１６、加工誤差モデル入力部２３，４１，５１、指令経路出力部２８，５４、および応答誤差モデル入力部３０が、インターフェイス３０３に相当する。

目標経路および許容誤差範囲保持部２２、仮指令経路保持部２７，４４、および加工誤差データベース４５が、メモリ３０２に相当する。

また、メモリ３０２には、目標経路および許容誤差範囲生成部１７、目標経路および許容誤差範囲入力部２１、目標経路および許容誤差範囲変更部２４，４２，５３、応答経路算出部２５，４３、経路比較部２６、指令経路補正部２９、および加工誤差予測演算部５２の機能を実行するプログラムが格納されている。

ＣＰＵ３０１は、応答経路と目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が許容誤差範囲に収まっていないと判定された場合、仮指令経路を補正し、補正後の仮指令経路を指令経路にしてインターフェイス３０３を介して加工プログラム生成部１０１に出力する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，２，３指令値生成装置、５入力部、６，７，８指令値生成部、１１形状データ入力部、１２許容誤差入力部、１３補正対象軸入力部、１４ドウェル・クリアランス入力部、１５速度データ入力部、１６時定数データ入力部、１７目標経路および許容誤差範囲生成部、２１目標経路および許容誤差範囲入力部、２２目標経路および許容誤差範囲保持部、２３，４１，５１加工誤差モデル入力部、２４，４２，５３
目標経路および許容誤差範囲変更部、２５，４３応答経路算出部、２６経路比較部、２７，４４仮指令経路保持部、２８，５４指令経路出力部、２９指令経路補正部、３０応答誤差モデル入力部、３１加工結果誤差計測部、４５加工誤差データベース、５２加工誤差予測演算部、１０１加工プログラム生成部、１０２制御装置、１０３工作機械。

Claims

制御対象が動作する目標経路および前記目標経路からの許容誤差範囲を保持する目標経路および許容誤差範囲保持部と、
前記目標経路の各区間での加工誤差を算出する加工誤差モデル入力部と、
前記加工誤差に基づいて、前記目標経路および前記許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行う目標経路および許容誤差範囲変更部と、
応答誤差と応答経路を算出する応答経路算出部と、
前記応答経路と前記目標経路との誤差を算出し、算出した誤差が前記許容誤差範囲内かどうかを判定する経路比較部と、
前記目標経路を仮指令経路にして保持する仮指令経路保持部と、
前記仮指令経路を補正する指令経路補正部とを備え、
前記経路比較部により算出した誤差が前記許容誤差範囲内ではないと判定された場合、前記指令経路補正部により前記仮指令経路保持部に保持されている仮指令経路が前記応答誤差に基づいて補正され、補正後の仮指令経路が前記仮指令経路保持部に保持されることを特徴とする指令値生成装置。
前記目標経路および前記許容誤差範囲が入力される目標経路および許容誤差範囲入力部と、
前記仮指令経路を指令経路にして外部に出力する指令経路出力部とを備え、
前記目標経路および許容誤差範囲保持部は前記許容誤差範囲入力部から入力された前記目標経路および前記許容誤差範囲を保持することを特徴とする請求項１に記載の指令値生成装置。
前記経路比較部は、前記制御対象の粘性に起因する動作、前記制御対象の弾性に起因する動作、前記制御対象が軸反転時に示す動作、前記制御対象が熱変位の影響を受けて示す動作、前記制御対象が加工時の反力を受けて示す動作、前記制御対象を制御する制御装置内の位置フィードバックループ処理の動作、前記制御装置内の速度フィードバックループ処理の動作、前記制御装置内の電流フィードバックループ処理の動作、慣性による影響を補正する前記制御装置内の処理の動作、粘性による影響を補正する前記制御装置内の処理の動作、弾性による影響を補正する前記制御装置内の処理の動作、軸反転による影響を補正する前記制御装置内の処理の動作、熱変位の影響を補正する前記制御装置内の処理の動作、加工時の反力による影響を補正する前記制御装置内の処理の動作、および指令経路を滑らかにする前記制御装置内のフィルタ処理の動作のうち少なくとも一つの動作を模擬するために必要なモデルとパラメータにより前記制御対象および前記制御装置の動作を模擬することで、前記応答経路と前記目標経路との誤差を算出することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の指令値生成装置。
前記経路比較部は、非加工状態で前記制御対象を実際に動作させた際の、加工用工具の位置または前記制御対象を動作させるためのアクチュエータから取得されるフィードバック位置に基づいて、前記応答経路と前記目標経路との誤差を算出することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の指令値生成装置。
前記加工誤差モデル入力部は、加工誤差が０になるように生成した指令経路によって前記制御対象を実加工したときの測定結果、加工用工具の位置、および前記制御対象を動作させるためのアクチュエータから取得されるフィードバック位置のいずれか一つに基づいて、前記加工誤差を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の指令値生成装置。
加工前の素材形状を入力する素材形状入力部と、
加工対象となる素材の種類および素材の物性値の少なくとも一方を入力する素材材質入力部とを備え、
前記加工誤差モデル入力部は、前記素材形状入力部に入力された情報および前記素材材質入力部に入力された情報によって決定される素材物性値と、加工誤差が０になるように生成された指令経路とに基づいて、加工時に加工用工具が受ける外乱が算出され、当該算出された外乱が入力されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の指令値生成装置。
加工前の素材形状を入力する素材形状入力部と、
加工対象となる素材の種類および素材の物性値の少なくとも一方を入力する素材材質入力部と、
加工用工具の形状、加工用工具の材質、加工用工具の材料物性値、制御対象である工作機械の機構モデル、工作機械の各機構の物性値、工作機械の各機構の慣性、工作機械の各機構の粘性、工作機械の各機構の弾性のうち少なくとも一つが入力される機械モデル入力部を備え、
前記加工誤差モデル入力部は、前記素材形状入力部に入力された情報および前記素材材質入力部に入力された情報によって決定される素材物性値と、前記機械モデル入力部に入力された情報と、加工誤差が０になるように生成された指令経路とに基づいて、加工時に加工用工具が受ける外乱が算出され、当該算出された外乱が入力されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の指令値生成装置。
加工方法または加工前の素材形状の少なくとも一方と加工誤差との対応関係を有する加工誤差データベースを備え、
前記加工誤差モデル入力部は、加工方法または加工前の素材形状が入力された場合、前記加工誤差データベースを参照し、入力された加工方法または加工前の素材形状に対応する加工誤差を読み出すことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の指令値生成装置。
前記目標経路および許容誤差範囲入力部、または前記目標経路および許容誤差範囲変更部が、目標経路の区間毎に許容誤差の幅を指定することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の指令値生成装置。
前記目標経路および許容誤差範囲入力部、または前記目標経路および許容誤差範囲変更部が、目標経路の区間毎に補正が必要であるかまたは不要であるかを設定することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の指令値生成装置。
前記加工誤差モデル入力部から入力された情報に基づいて、目標経路の各区間での予測される加工誤差を演算する加工誤差予測演算部を備え、
前記目標経路および許容誤差範囲変更部は、前記加工誤差予測演算部から入力された目標経路の各区間での予測される加工誤差に基づいて、前記目標経路および前記許容誤差範囲の少なくとも一方に変更を行うことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の指令値生成装置。