JP6299184B2 - 工作機械および工作機械における加工制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の構造体における複数の箇所の測定温度に基づいて、工作物の加工を制御する制御装置を備えた工作機械および工作機械における加工制御方法に関する。

工作機械の制御装置は、各駆動軸を位置制御することにより工作物の加工を行っている。工作機械の構造体は、工具による加工やモータの回転等の内的要因による発熱および設置環境の室温変動等の外的要因による熱伝達により熱変形することがある。この工作機械の構造体の熱変形は、加工精度の低下を招来するおそれがある。このため、工作機械の制御装置は、工作機械の構造体における複数の箇所に設置された温度センサの測定温度から求めた熱変位に基づいて、各駆動軸の位置の補正を行って工作物の加工を行っている。

上述の工作機械では、温度センサが故障等により異常になった場合、熱変位に基づく各駆動軸の位置の補正精度に悪影響を与える。このため、例えば、特許文献１，２には、一つの温度センサの温度を他の一つの温度センサの温度から推定し、一つの温度センサの測定温度と推定温度との差により一つの温度センサの異常を検知し、異常を検知した際には熱変位に基づく各駆動軸の位置の補正を禁止する工作機械が記載されている。

特開２００８−１４２８４４号公報 特開２００８−１４９４１５号公報

従来の特許文献１，２に記載の工作機械では、温度センサの異常を検知した際には熱変位に基づく各駆動軸の位置の補正を禁止しているので、このまま工作物の加工を続けると加工精度が悪化する。このため、異常となった温度センサを正常な温度センサに交換するまで工作物の加工を中止する必要があり、工作物の生産効率が低下するという問題がある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、温度センサの異常を検知した場合でも工作物の高精度な加工を継続することができる工作機械および工作機械における加工制御方法を提供することを目的とする。

（工作機械）
（請求項１）本発明の工作機械は、複数の箇所の温度をそれぞれ測定可能な複数の温度センサと、前記複数の温度センサの測定温度に基づいて、工作物の加工を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、一つの前記温度センサが測定可能な箇所の温度を、他の複数の前記温度センサの測定温度に基づいて、推定温度として演算する推定温度演算手段と、前記一つの温度センサの測定温度および前記推定温度に基づいて、前記推定温度演算手段における演算方法を更新する演算方法更新手段と、前記一つの温度センサが異常であると判定したとき、当該判定前に更新された演算方法に基づき演算された前記一つの温度センサの推定温度を、前記一つの温度センサの測定温度に代えて前記工作物の加工を制御する加工制御手段と、を備える。

これにより、一つの温度センサの推定温度は、他の複数の温度センサの測定温度に基づいて演算されるので、一つの温度センサの故障等による異常を検知した場合でも、熱変位に基づく工作機械の各駆動軸の位置の補正を行うことができる。よって、工作物の高精度な加工を継続することができ、工作物の加工精度の悪化および生産性の低下を防止することができる。

（請求項２）前記演算方法更新手段は、前記一つの温度センサの測定温度および推定温度の少なくとも一方の温度変化率に基づいて、前記演算方法を更新するとよい。これにより、演算方法は、一つの温度センサの温度変化率に基づいて逐次更新されるので、一つの温度センサが故障等により異常となったときの推定温度の精度を高めることができる。

（請求項３）前記演算方法更新手段は、前記複数の温度センサの測定温度の温度変化率に基づいて、前記演算方法を更新するとよい。これにより、演算方法は、複数の温度センサの温度変化率に基づいて逐次更新されるので、一つの温度センサが故障等により異常となったときの推定温度の精度を高めることができる。

（請求項４）前記演算方法更新手段は、前記温度変化率に基づいて、前記演算方法で用いる温度推定式の係数を表す係数パターンを決定するとよい。これにより、温度推定式の係数を表す係数パターンは、一つの温度センサ又は複数の温度センサの温度変化率に基づいて決定されるので、温度推定式で求まる一つの温度センサの推定温度の精度を高めることができる。

（請求項５）前記係数パターンは、前記温度変化率が一定の変化率以上で上昇する場合、前記一定の変化率以上で下降する場合、又は前記一定の変化率未満で推移する場合に分けて設定されているとよい。これにより、温度推定式の係数を表す係数パターンが一つの温度センサ又は複数の温度センサの温度変化率で場合分けされるので、温度推定式の係数の精度を高めることができる。

（請求項６）前記演算方法更新手段は、前記温度推定式の係数を最適化するとよい。温度推定式の係数が最適化されるので、温度推定式で求まる一つの温度センサの推定温度の精度をより一層高めることができる。

（工作機械における加工制御方法）
（請求項７）複数の箇所の温度をそれぞれ測定可能な複数の温度センサの測定温度に基づいて、工作物の加工を行う工作機械における加工制御方法であって、一つの前記温度センサが測定可能な箇所の温度を、他の複数の前記温度センサの測定温度に基づいて、推定温度として演算する推定温度演算工程と、前記一つの温度センサの測定温度および前記推定温度に基づいて、前記推定温度演算工程における演算方法を更新する演算方法更新工程と、前記一つの温度センサが異常であると判定したとき、当該判定前に更新された演算方法に基づき演算された前記一つの温度センサの推定温度を、前記一つの温度センサの測定温度に代えて前記工作物の加工を制御する加工制御工程と、を備える。
これにより、上記工作機械の効果と同様の効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る工作機械の全体構成を示す側面図である。 図１の工作機械の数値制御装置を示すブロック図である。 図２の数値制御装置の異常判定処理動作を説明するためのフローチャートである。 図２の数値制御装置の温度推定式更新処理動作を説明するためのフローチャートである。 図２の数値制御装置の異常後の推定温度の算出処理動作を説明するためのフローチャートである。 一つの温度センサの測定温度が一定の上昇変化率以上で上昇するときを示す図である。 一つの温度センサの測定温度が一定の下降変化率以下で下降するときを示す図である。 一つの温度センサの測定温度が一定の上昇変化率と下降変化率の間で経時変化するときを示す図である。 二つの温度センサの測定温度が一定の上昇変化率以上で上昇するときを示す図である。 二つの温度センサの測定温度が一定の下降変化率以下で下降するときを示す図である。 二つの温度センサの測定温度が一定の上昇変化率と下降変化率の間で経時変化するときを示す図である。

（工作機械の概略構成）
以下、本発明の工作機械を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。工作機械として、３軸マシニングセンタを例に挙げて説明する。つまり、当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を有する工作機械である。

図１に示すように、工作機械１は、ベッド２と、コラム１０と、サドル２０と、回転主軸３０と、テーブル４０と、数値制御装置５０等とを備えている。工作物Ｗは、工作機械１によって加工される被加工部材である。
ベッド２は、床面に設置されており、上面にＸ軸方向（水平方向）に延在する一対のレール３およびＸ軸方向と直交するＺ軸方向（水平方向）に延在する一対のレール４が設けられている。

コラム１０は、図略のＸ軸モータによりベッド２に対してＸ軸方向に移動可能に一対のレール３に係合されている。コラム１０の前側面には、Ｘ軸方向およびＺ軸方向と直交するＹ軸方向（垂直方向）に延在する一対のレール５が設けられている。
サドル２０は、図略のＹ軸モータによりコラム１０に対してＹ軸方向に移動可能に一対のレール５に係合されている。

回転主軸３０は、サドル２０内に収容された図略の主軸モータにより軸回りに回転可能に設けられている。回転工具３１は、回転主軸３０の先端に固定され、回転主軸３０の回転に伴って回転する。また、回転工具３１は、コラム１０およびサドル２０の移動に伴ってベッド２に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。なお、回転工具３１としては、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップ等である。
テーブル４０は、図略のＺ軸モータによりベッド２に対してＺ軸方向に移動可能に一対のレール４に係合されている。テーブル４０の上面には、工作物Ｗが磁気吸着される。

数値制御装置５０は、数値制御データに基づいてコラム１０、サドル２０、回転主軸およびテーブル４０の各軸モータ等を駆動制御し、工作物Ｗに対して回転工具３１を相対移動させて加工を行う。
工作機械１の構造体の各箇所には、当該各箇所の測定温度や後述する推定温度に基づいて熱変位補正を行うために、サーミスタ等の温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・が夫々貼着されている。なお、１≦ｉ≦ｎ，ｉ≠ｊ≠ｋ，ｎ：全温度センサ数である。各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・は、設置された各箇所において温度を測定し、測定温度に応じた信号を数値制御装置５０に出力する。なお、図１では、ベッド２およびコラム１０における温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・の貼着状態例を示す。

（数値制御装置の構成）
図２に示すように、数値制御装置５０は、センサ信号入力部５１と、異常判定部５２と、推定温度演算部５３と、演算方法更新部５４と、加工制御部５５と、警告部５６と、記憶部５７等とを有する。さらに、演算方法更新部５４は、温度変化率演算部６１と、パターン決定部６２と、最適化演算部６３と、更新部６４等とを有する。

ここで、センサ信号入力部５１、異常判定部５２、推定温度演算部５３、演算方法更新部５４、加工制御部５５、警告部５６、記憶部５７、温度変化率演算部６１、パターン決定部６２、最適化演算部６３、および更新部６４は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

センサ信号入力部５１は、予め設定され記憶部５７に記憶されている所定のサンプリング時間毎に、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・からの検出信号を入力し、記憶部５７に工作機械１における複数の箇所の各測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄ・・・と時間ｔとを関連付けて温度変化率として記憶する。

異常判定部５２は、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・が正常動作しているか異常動作しているかを判定する。すなわち、異常判定部５２は、例えば、温度センサＳＴｉの測定温度Ｔｉｄと後述する推定温度Ｔｉｐとの差が予め設定された範囲内で変動しているとき、当該温度センサＳＴｉは正常動作していると判定し、設定範囲を超えて変動したとき、当該温度センサＳＴｉは異常動作していると判定する。また、温度センサＳＴｉからの検出信号が予め設定された範囲内で変動しているとき、当該温度センサＳＴｉは正常動作していると判定し、設定範囲を超えて変動したとき、当該温度センサＳＴｉは異常動作していると判定する。

推定温度演算部５３は、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・のうち一つの温度センサが測定可能な箇所の温度を、他の複数（本例では二つ）の温度センサの測定温度に基づいて、推定温度として演算して記憶部５７に時間ｔと関連付けて温度変化率として記憶する。一つの温度センサに対する他の二つの温度センサの組み合わせは、熱源が同一の箇所又は実験等により略同一の温度となる箇所等によって予め決定され記憶部５７に記憶されている。例えば、次式（１）に示すように、一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐは、二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの各測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄで表される。なお、次式（１）における係数α，βについては後述する。

演算方法更新部５４は、一つの温度センサが正常なときはその測定温度の温度変化率、一つの温度センサが異常なときは推定温度の温度変化率に基づいて、推定温度演算部５３における演算方法を更新する。これにより、演算方法は、一つの温度センサが正常なときは一つの温度センサの温度変化率に基づいて逐次更新されるので、一つの温度センサが故障等により異常となったときの推定温度の精度を高めることができる。また、一つの温度センサが異常なときは２つの温度センサの温度変化率に基づいて逐次更新されるので、一つの温度センサが故障等により異常となったときの推定温度の精度を高めることができる。

この演算方法更新部５４における演算方法の更新は、以下の各部６１〜６４で全ての温度センサはＳＴｊ，ＳＴｋ・・・に対して行われる。なお、以下では説明の便宜上、一つの温度センサはＳＴｉとし、他の二つの温度センサはＳＴｊ，ＳＴｋとする。そして、一つの温度センサＳＴｉが正常な場合と異常な場合とに分けて説明する。

先ず、一つの温度センサＳＴｉが正常な場合について説明する。
温度変化率演算部６１は、予め設定され記憶部５７に記憶されている所定の更新用測定時間、例えば演算開始直前に測定した時点から所定時間前の時点までの測定時間で、一つの温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉを演算する。例えば、図６Ａ〜６Ｃに示すように、縦軸に測定温度Ｔ、横軸に時間ｔを取った場合、更新用測定時間ｔ１〜ｔ２における一つの温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉは、次式（２）で表される。

パターン決定部６２は、温度変化率演算部６１で演算した一つの温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉに基づいて、式（１）の温度推定式で用いる係数α，βを表す係数パターンを決定する。これにより、温度推定式（式（１））で求まる一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐの精度を高めることができる。

この係数パターンとしては、例えば、図６Ａに示すように、一つの温度センサＳＴｉの変化率γｉが、一定の上昇変化率γａ以上で上昇するときは、変化率γｉの一次関数である次式（３）、（４）（上昇係数パターンという）とし、図６Ｂに示すように、一定の下降変化率−γｂ以下で下降するときは、変化率γｉの一次関数である次式（５）、（６）（下降係数パターンという）とし、図６Ｃに示すように、一定の上昇変化率γａと下降変化率−γｂの間で経時変化するときは、変化率γｉの一次関数である次式（７）、（８）（定常係数パターンという）とする。これにより、温度推定式（式（１））の係数α，βの精度を高めることができる。なお、各式（３）〜（８）のＡ１〜Ｆ１はグラフ化したときの傾きであり、Ａ２〜Ｆ２はグラフ化したときのＴｉｄ−切片である。

最適化演算部６３は、温度推定式（式（１））を最適化するために、例えば次式（９）で表される最小二乗法の式を最小化する係数α，β、すなわちパターン決定部６２で決定した係数パターンの係数α，βを求める。これにより、温度推定式（式（１））で求まる一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐの精度をより一層高めることができる。

更新部６４は、最適化演算部６３で演算した係数α，βを温度推定式（式（１））に適用して当該温度推定式を更新する。更新部６４は、温度推定式（式（１））を三つの係数パターン毎に記憶部５７に記憶する。

次に、一つの温度センサＳＴｉが異常な場合について説明する。
温度変化率演算部６１は、予め設定され記憶部５７に記憶されている所定の更新用測定時間で、上述の他の２つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの一定時間当たりの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋを演算する。例えば、図７Ａ〜７Ｃに示すように、縦軸に測定温度Ｔ、横軸に時間ｔを取った場合、更新用測定時間ｔ１〜ｔ２における一定時間当たりの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋは、次式（１０）、（１１）で表される。

パターン決定部６２は、温度変化率演算部６１で演算した２つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの一定時間当たりの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋに基づいて、温度推定式（式（１））で用いる係数α，βを表す係数パターンを決定する。これにより、温度推定式（式（１））で求まる一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐの精度を高めることができる。

この係数パターンとしては、例えば、図７Ａに示すように、温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの変化率γｊ，γｋが、一定の上昇変化率γａ以上で上昇するときは、変化率γｊ，γｋの一次関数である次式（１２）、（１３）（上昇係数パターンという）とし、図７Ｂに示すように、一定の下降変化率−γｂ以下で下降するときは、変化率γｊ，γｋの一次関数である次式（１４）、（１５）（下降係数パターンという）とし、図７Ｃに示すように、一定の上昇変化率γａと下降変化率−γｂの間で経時変化するときは、変化率γｊ，γｋの一次関数である次式（１６）、（１７）（定常係数パターンという）とする。

なお、温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの変化率γｊ，γｋは、一方が上昇するときは他方も上昇し、一方が下降するときは他方も下降する。温度センサＳＴｊの変化率γｊと温度センサＳＴｋの変化率γｋとが同じ変化傾向を示す理由は、工作機械１の構造体は急激な温度変化が起きないためである。これにより、温度推定式（式（１））の係数α，βの精度を高めることができる。なお、各式（１２）〜（１７）のＧ１〜Ｌ１はグラフ化したときの傾きであり、Ｇ２〜Ｌ２はグラフ化したときのＴｊｄ，Ｔｋｄ−切片である。

最適化演算部６３は、温度推定式（式（１））を最適化するために、例えば次式（１８）で表される最小二乗法の式を最小化する係数α，β、すなわちパターン決定部６２で決定した係数パターンの係数α，βの係数を求める。これにより、温度推定式（式（１））で求まる一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐの精度をより一層高めることができる。

更新部６４は、最適化演算部６３で演算した係数α，βを温度推定式（式（１））に適用して当該温度推定式を更新する。更新部６４は、温度推定式（式（１））を三つの係数パターン毎に記憶部５７に記憶する。
なお、上述では、他の２つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋのそれぞれの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄに基づいて演算した係数α，βを温度推定式（式（１））に適用して当該温度推定式を更新する構成としたが、他の２つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの平均値（Ｔｊｄ＋Ｔｋｄ）／２に基づいて演算した係数α，βを温度推定式（式（１））に適用して当該温度推定式を更新する構成としてもよい。また、一つの温度センサＳＴｉの測定温度Ｔｉｐに基づいて演算した係数α，βを温度推定式（式（１））に適用して当該温度推定式を更新する構成としてもよい。

加工制御部５５は、異常判定部５２からの判定結果が正常のときは、数値制御データに記述された回転工具３１の位置指令を、記憶部５７に記憶されている各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・の測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄ・・・に基づいて熱変位補正する。そして、回転工具３１の補正位置指令に基づいて、コラム１０、サドル２０、回転主軸およびテーブル４０の各軸モータ等を駆動制御する。

また、加工制御部５５は、異常判定部５２からの判定結果が一つの温度センサＳＴｉの異常のときは、数値制御データに記述された回転工具３１の位置指令を、当該判定直前に更新された温度推定式（式（１））による一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐと、記憶部５７に記憶されている他の温度センサＳＴｊ，ＳＴｋ・・・の測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄ・・・とに基づいて熱変位補正する。そして、回転工具３１の補正位置指令に基づいて、コラム１０、サドル２０、回転主軸およびテーブル４０の各軸モータ等を駆動制御する。

その後、一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐの変化率γｉが変化したときは、その変化に該当する係数パターンにより更新して記憶されている温度推定式（式（１））による一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐと、記憶部５７に記憶されている他の温度センサＳＴｊ，ＳＴｋ・・・の測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄ・・・とに基づいて熱変位補正する。そして、回転工具３１の補正位置指令に基づいて、コラム１０、サドル２０、回転主軸およびテーブル４０の各軸モータ等を駆動制御する。
警告部５６は、異常判定部５２からの判定結果が異常であった温度センサＳＴｉを作業者に認知させるために、当該温度センサＳＴｉを特定するための表示や音声等で警告する。

記憶部５７には、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・からの検出信号による測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄ・・・、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・の演算による推定温度Ｔｉｐ，Ｔｊｐ，Ｔｋｐ・・・、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・からの検出信号を入力するときの所定のサンプリング時間、一つの温度センサＳＴｉに対する他の二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋとの組み合わせが記憶されている。

さらに、一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐを演算するための係数パターン毎の温度推定式（式（１））、一つの温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉを演算するための演算式（式（２））、この変化率γｉを演算するときの所定の更新用測定時間、温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉに基づく係数α，βを表す係数パターン（式（３）〜（８））、温度推定式（式（１））を最適化するための最小二乗法の式（式（９））が記憶されている。

さらに、二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの一定時間当たりの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋを演算するための演算式（式（１０）、（１１））、これらの変化率γｊ，γｋを演算するときの所定の更新用測定時間、温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの一定時間当たりの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋに基づく係数α，βを表す係数パターン（式（１２）〜（１７））、温度推定式（式（１））を最適化するための最小二乗法の式（式（１８））等が記憶されている。

（数値制御装置の動作）
以上のような構成の数値制御装置５０の異常判定処理動作、温度推定式更新処理動作および異常後の推定温度の算出処理動作を図３〜図５のフローチャートを参照して説明する。なお、説明の便宜上、一つの温度センサＳＴｉおよび当該温度センサＳＴｉと組み合わされた二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋについて説明する。

先ず、異常判定処理について図３を参照して説明する。図３に示すように、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋにより温度を測定する（ステップＳ１）。具体的には、センサ信号入力部５１は、記憶部５７からサンプリング時間を読み出し、このサンプリング時間毎に各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋから検出信号を入力し、各測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄと時間ｔとを関連付けて温度変化率として記憶部５７に記憶する。

そして、図３に示すように、温度推定式（式（１））に基づいて、温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐを演算する（ステップＳ２）。具体的には、推定温度演算部５３は、記憶部５７から一つの温度センサＳＴｉに対応する二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄを読み出し、読み出した二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄを、直前に更新した温度推定式（式（１））に代入して一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐを求める。

次に、図３に示すように、一つの温度センサＳＴｉに異常が発生したか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、異常判定部５２は、一つの温度センサＳＴｉの測定温度Ｔｉｄが推定温度Ｔｉｐの許容誤差ΔＴの範囲内（Ｔｉｐ−ΔＴ≧Ｔｉｄ≧Ｔｉｐ＋ΔＴ）で変動しているか否かを判定する。一つの温度センサＳＴｉの測定温度Ｔｉｄが推定温度Ｔｉｐの許容誤差ΔＴの範囲内で変動しているときは、当該温度センサＳＴｉに異常は発生せず、当該温度センサＳＴｉは正常であると判定する（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ３において、異常判定部５２は、一つの温度センサＳＴｉの測定温度Ｔｉｄが推定温度Ｔｉｐの許容誤差ΔＴの範囲を超えて変動しているときは、当該温度センサＳＴｉに異常が発生したと判定する（ステップＳ５）。そして、図３に示すように、一つの温度センサＳＴｉが故障していることを警告する（ステップＳ６）。具体的には、警告部５６は、異常が発生した温度センサＳＴｉを作業者に認知させるために、当該温度センサＳＴｉを特定するための表示や音声等で警告する。

次に、温度推定式更新処理について図４を参照して説明する。図４に示すように、一つの温度センサＳＴｉが正常であった場合、各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄに基づいて加工制御する（ステップＳ１１）。具体的には、加工制御部５５は、記憶部５７から各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄを読み出し、数値制御データに記述された回転工具３１の位置指令を、読み出した各温度センサＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｉｄ，Ｔｊｄ，Ｔｋｄに基づいて熱変位補正する。そして、回転工具３１の補正位置指令に基づいて、コラム１０、サドル２０、回転主軸およびテーブル４０の各軸モータ等を駆動制御する。

そして、図４に示すように、一つの温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉを演算する（ステップＳ１２）。具体的には、温度変化率演算部６１は、記憶部５７からサンプリング時間ｔ１〜ｔ２における一つの温度センサＳＴｉの測定温度Ｔｉｄを読み出し、一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉを演算式（式（２））で求める。

次に、図４に示すように、求めた一つの温度センサＳＴｉの一定時間当たりの測定温度Ｔｉｄの変化率γｉに基づいて、温度推定式（式（１））で用いる係数α，βを表す係数パターンを決定する（ステップＳ１３）。具体的には、パターン決定部６２は、一つの温度センサＳＴｉの変化率γｉが、一定の変化率γａ以上で上昇するか、一定の変化率−γｂ以下で下降するか、一定の上昇変化率γａと下降変化率−γｂの間で経時変化するかを判断し、当該判断結果に従って記憶部５７から上昇係数パターンである式（３）、（４）、又は下降係数パターンである式（５）、（６）、又は定常係数パターンである式（７）、（８）を決定して読み出す。

次に、図４に示すように、決定した係数パターンに基づいて、温度推定式（式（１））を最適化する（ステップＳ１４）。具体的には、最適化演算部６３は、決定した上昇係数パターン、下降係数パターン又は定常係数パターンを最小二乗法の式（式（９））に適用し、最小二乗法の式（式（９））を最小化する係数α，βを求める。

次に、図４に示すように、求めた係数α，βに基づいて、温度推定式（式（１））を更新する（ステップＳ１５）。具体的には、更新部６４は、記憶部５７に記憶されている上昇係数パターン、下降係数パターンおよび定常係数パターンの各温度推定式（式（１））のうち、今回決定した係数パターンに該当する温度推定式（式（１））に、求めた係数α，βを適用して当該温度推定式（式（１））を更新する。
そして、図４に示すように、加工制御を継続するか否かを判断し（ステップＳ１６）、加工制御を継続する場合はステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返し、加工制御を継続しない場合は全ての処理を終了する。

次に、異常後の推定温度の算出処理について図５を参照して説明する。図５に示すように、一つの温度センサＳＴｉが異常であった場合、二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄおよび温度推定式（式（１））に基づいて、異常が発生した温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐを演算する（ステップＳ２１）。

具体的には、推定温度演算部５３は、記憶部５７から一つの温度センサＳＴｉに対応する二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄを読み出し、読み出した二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄを温度推定式（式（１））に代入して一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐを求める。温度推定式（式（１））は、最初は一つの温度センサＳＴｉが異常となった直前に更新された式を用い、その後は二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋにより決定した係数パターンに対応する式を用いる。

そして、図５に示すように、ステップＳ１１の処理と同様の処理により、一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐおよび二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄに基づいて数値制御データに記述された回転工具３１の位置指令を熱変位補正し工作物Ｗの加工を制御する（ステップＳ２２）。
そして、図５に示すように、ステップＳ１２の処理と同様の処理により、二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋを演算する（ステップＳ２３）。

次に、図５に示すように、求めた二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄの変化率γｊ，γｋに基づいて、記憶部５７から温度推定式（式（１））を選択する（ステップＳ２４）。すなわち、記憶部５７には、上昇係数パターン、下降係数パターン、定常係数パターンの各式（３）〜（８）が記憶されているので、異常後は求めた温度変化率に応じた係数パターンの式を選択する。
そして、図５に示すように、加工制御を継続するか否かを判断し（ステップＳ２５）、加工制御を継続する場合はステップＳ２１に戻って上述の処理を繰り返し、加工制御を継続しない場合は全ての処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、一つの温度センサＳＴｉの推定温度Ｔｉｐは、他の二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度Ｔｊｄ，Ｔｋｄに基づいて演算されるので、一つの温度センサＳＴｉの故障等による異常を検知した場合でも、熱変位に基づく工作機械１の各駆動軸の位置の補正を行うことができる。よって、工作物Ｗの高精度な加工を継続することができ、工作物Ｗの加工精度の悪化および生産性の低下を防止することができる。

（その他）
なお、上述の実施形態では、温度推定式で用いる係数α，βを表す係数パターンは、温度センサの変化率の関数としたが、温度センサの変化率が、一定の変化率γａ以上で上昇するときは、定数であるαｕｐ，βｕｐとし、一定の変化率γｂ以上で下降するときは、αｄｏｗｎ，βｄｏｗｎとし、上記二つ以外のときは、定数であるαｃ，βｃとしてもよい。また、温度センサの変化率に依存しない定数α，βとしてもよい。

また、一つの温度センサＳＴｉが測定可能な箇所の温度を、他の二つの温度センサＳＴｊ，ＳＴｋの測定温度に基づいて、推定温度として演算したが、三つ以上の温度センサの測定温度に基づいて、推定温度として演算するようにしてもよい。
また、工作機械１は、３軸マシニングセンタを例に挙げて説明した。これに対して、工作機械１は、例えば、さらに回転軸（Ａ，Ｂ軸）を有する５軸マシニングセンタとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。

１：工作機械、 ５０：数値制御装置、 ５１：センサ信号入力部、 ５２：異常判定部、 ５３：推定温度演算部、 ５４：演算方法更新部、 ５５：加工制御部、 ５６：警告部、 ５７：記憶部、 ６１：温度変化率演算部、 ６２：パターン決定部、 ６３：最適化演算部、 ６４：更新部、 Ｗ：工作物、 ＳＴｉ，ＳＴｊ，ＳＴｋ・・・：温度センサ

Claims (7)

1. 複数の箇所の温度をそれぞれ測定可能な複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサの測定温度に基づいて、工作物の加工を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   一つの前記温度センサが測定可能な箇所の温度を、他の複数の前記温度センサの測定温度に基づいて、推定温度として演算する推定温度演算手段と、
   前記一つの温度センサの測定温度および前記推定温度に基づいて、前記推定温度演算手段における演算方法を更新する演算方法更新手段と、
   前記一つの温度センサが異常であると判定したとき、当該判定前に更新された演算方法に基づき演算された前記一つの温度センサの推定温度を、前記一つの温度センサの測定温度に代えて前記工作物の加工を制御する加工制御手段と、
   を備える、工作機械。
2. 前記演算方法更新手段は、前記一つの温度センサの測定温度および推定温度の少なくとも一方の温度変化率に基づいて、前記演算方法を更新する、請求項１の工作機械。
3. 前記演算方法更新手段は、前記複数の温度センサの測定温度の温度変化率に基づいて、前記演算方法を更新する、請求項１の工作機械。
4. 前記演算方法更新手段は、前記温度変化率に基づいて、前記演算方法で用いる温度推定式の係数を表す係数パターンを決定する、請求項２又は３の工作機械。
5. 前記係数パターンは、前記温度変化率が一定の変化率以上で上昇する場合、前記一定の変化率以上で下降する場合、又は前記一定の変化率未満で推移する場合に分けて設定されている、請求項４の工作機械。
6. 前記演算方法更新手段は、前記温度推定式の係数を最適化する、請求項４又は５の工作機械。
7. 複数の箇所の温度をそれぞれ測定可能な複数の温度センサの測定温度に基づいて、工作物の加工を行う工作機械における加工制御方法であって、
   一つの前記温度センサが測定可能な箇所の温度を、他の複数の前記温度センサの測定温度に基づいて、推定温度として演算する推定温度演算工程と、
   前記一つの温度センサの測定温度および前記推定温度に基づいて、前記推定温度演算工程における演算方法を更新する演算方法更新工程と、
   前記一つの温度センサが異常であると判定したとき、当該判定前に更新された演算方法に基づき演算された前記一つの温度センサの推定温度を、前記一つの温度センサの測定温度に代えて前記工作物の加工を制御する加工制御工程と、
   を備える、工作機械における加工制御方法。

Images