JP6514264B2 - 工作機械の制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの加工を行う工作機械の制御システムに関する。
工作機械は、所定の駆動軸に沿ってワーク（被加工物）および工具のうち少なくとも一方を移動させながらワークの加工を行う。すなわち、工作機械は、ワークと工具との相対位置を変化させながらワークの加工を行う。
このような工作機械を用いてワークの加工を行うとき、振動その他何らかの原因によりワークの加工面に縞模様（不良）が生じることがある。すなわち、所定の間隔でスジ又は縞目が生じることがある。また、バックラッシュ等による駆動軸の反転遅れ、その他何らかの原因によりワークの加工面に象限突起が生じることがある。
そこで、例えば特許文献１及び２には、ワーク加工時の工具先端の移動軌跡に基づいて、ワークの加工面の縞模様（不良）を検出する技術が開示されている。
特開２０１６−５７８４３号公報 特開２０１７−１３１７８号公報
本願発明者らは、ワークの加工面の不良を検出するために、特許文献１及び２に記載の技術とは異なるアプローチを試みた。すなわち、ワークの加工面の不良を検出する別の手法として、ワーク加工後にビジョンセンサ等を用いてワークの加工面を撮像し、撮像した画像データを画像処理することによって、加工面の不良（スジ又は縞目、又は象限突起）を検出する。すなわち、ワーク加工後の空間的な加工面測定データから加工面の不良を検出する。
本発明は、ワーク加工後の空間的な加工面測定データから検出した不良情報に基づいて、ワークの加工面の不良の発生原因の駆動軸を特定する工作機械の制御システムを提供することを目的とする。
（１） 本発明に係る工作機械の制御システム（例えば、後述の工作機械の数値制御システム１００）は、ワーク（例えば、後述のワークＷ）の加工を行う工作機械の制御システムであって、前記工作機械（例えば、後述の工作機械１０）の駆動軸を制御データに基づいて制御する制御装置（例えば、後述の数値制御装置５０）と、前記ワークの加工面を測定する加工面測定装置（例えば、後述の加工面測定装置２０）と、前記ワークの加工面の不良を解析する解析装置（例えば、後述の加工面不良解析装置３０）とを備え、前記解析装置は、前記制御装置から前記ワークの加工時の時系列の前記制御データを取得する第１取得部（例えば、後述の駆動軸制御データ取得部３１）と、前記加工面測定装置で測定された前記ワークの加工後の空間的な加工面測定データを取得する第２取得部（例えば、後述の加工面測定データ取得部３２）と、ワークを少なくとも２つの加工方向で加工したときの前記第１取得部で取得された時系列の制御データと前記第２取得部で取得された空間的な加工面測定データとを記憶する記憶部（例えば、後述の記憶部３３）と、前記記憶部に記憶された、少なくとも２つの加工方向で加工したときの時系列の制御データと空間的な加工面測定データとを対応付けるデータ対応付け処理部（例えば、後述のデータ対応付け処理部３４）と、前記記憶部に記憶された、少なくとも２つの加工方向で加工したときの空間的な加工面測定データに基づいて、ワークの加工面の不良及びその箇所を検出する加工面不良検出部（例えば、後述の加工面不良検出部３５）と、前記データ対応付け処理部で対応付けられた制御データ及び加工面測定データに基づいて、前記加工面不良検出部で検出された不良と、不良箇所に対応する制御データの加工方向とから、前記加工面不良検出部で検出された不良の原因である駆動軸を特定する特定部（例えば、後述の不良原因駆動軸特定部３６）とを有する。
（２） （１）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記解析装置は、前記制御装置における加工プログラムを解析し、前記少なくとも２つの加工方向を設定する加工プログラム解析部（例えば、後述の加工プログラム解析部３８）を更に備えてもよく、前記制御装置は、前記加工プログラム解析部で設定された加工方向に従って、加工方向を変更するように加工プログラムを変更してもよい。
（３） （１）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記解析装置は、前記特定部で特定された不良の原因である駆動軸による駆動割合が減少するように、加工方向を決定する加工方向決定部（例えば、後述の最適加工方向決定部３７）を更に備えてもよく、前記制御装置は、前記加工方向決定部で決定された加工方向に従って、加工方向を変更するように加工プログラムを変更してもよい。
（４） （３）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記制御装置は、加工方向の変更に応じて、ワークの角度を変更してもよい。
（５） （１）から（４）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記第１取得部が取得する制御データは、前記工作機械の駆動軸の位置制御データであってもよく、前記データ対応付け処理部は、時系列の前記位置制御データに基づいて第１ワーク形状イメージを作成し、空間的な前記加工面測定データに基づいて第２ワーク形状イメージを作成し、前記第１ワーク形状イメージと前記第２ワーク形状イメージとを重ね合わせるように、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付けてもよい。
（６） （５）に記載の工作機械の制御システムにおいて、時系列の前記位置制御データは機械座標情報であってもよく、空間的な前記加工面測定データは、前記加工面測定装置の機械座標に基づいて算出された機械座標情報であってもよい。
（７） （１）から（４）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記第１取得部は、前記制御装置から、前記工作機械の駆動軸の位置制御データと速度制御データとであって、互いに対応づけられた前記ワークの加工時の時系列の位置制御データと時系列の速度制御データとを取得してもよく、前記データ対応付け処理部は、時系列の前記速度制御データの変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付け、時系列の前記速度制御データと時系列の前記位置制御データとを対応付けることにより、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとの対応付けを行ってもよい。
（８） （１）から（４）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記第１取得部は、前記制御装置から、前記工作機械の駆動軸の位置制御データと速度制御データとであって、互いに対応づけられた前記ワークの加工時の時系列の位置制御データと時系列の速度制御データとを取得してもよく、前記データ対応付け処理部は、時系列の前記速度制御データから加減速度変化分を除いた値の変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付け、時系列の前記速度制御データと時系列の前記位置制御データとを対応付けることにより、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとの対応付けを行ってもよい。
（９） （１）から（８）のいずれかに記載の工作機械の制御システムにおいて、前記ワークの加工面の不良は、スジ又は縞目、又は象限突起であってもよい。
（１０） （１）に記載の工作機械の制御システムにおいて、前記制御データは、指令値又はフィードバック値であってもよく、前記指令値は、位置指令値、速度指令値、又は、トルク指令値であってもよく、前記フィードバック値は、位置フィードバック値、速度フィードバック値、又は、電流フィードバック値であってもよい。
本発明によれば、ワークの加工面の画像データから検出した不良情報に基づいて、ワークの加工面の不良の発生原因の駆動軸を特定する工作機械の制御システムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る工作機械の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの構成を示す図である。 図２に示す加工面不良解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの加工面不良解析装置によるデータ対応付け処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの加工面不良解析装置による加工面不良解析処理を示すフローチャートである。 データ対応付け処理を模式的に示す図である。 データ対応付け処理及び加工面不良解析処理を模式的に示す図である。 本発明の変形例に係る工作機械の数値制御システムの構成を示す図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（工作機械）
まず、本発明の実施形態に係る数値制御システムにおける工作機械の一例を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る工作機械の構成の一例を示す斜視図である。この工作機械１０は、切削加工を行う工作機械である。なお、本発明の数値制御システムにおける工作機械はこれに限定されず、任意の産業機械であってよい。
図１に示す工作機械１０は、ヘッド２と、ヘッド２を可動可能に支持する支持部材３と、支持部材３を可動可能に支持する支柱４と、支柱４を支持する基台５と、テーブル６とを備える。ヘッド２にはエンドミル等の工具Ｔが装着され、テーブル６にはワークＷが搭載される。また、工作機械１０は、駆動装置（図示せず）と数値制御装置（図示せず）とを備える。
駆動装置は、後述するサーボモータを含む。駆動装置は、基台５をＸ軸（矢印Ｘ）方向に移動させ、テーブル６をＹ軸（矢印Ｙ）方向に移動させ、支持部材３をＺ軸（矢印Ｚ）方向に移動させる。更に、駆動装置は、工具Ｔをヘッド２に対してＡ軸（矢印Ａ）方向に回動させ、ヘッド２を支持部材３に対してＢ軸（矢印Ｂ）方向に回動させ、テーブル６をヘッド２に対してＣ軸（矢印Ｃ）方向に回動させる。
数値制御装置は、駆動装置を制御して、３つの直動軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）及び３つの回転軸（Ａ軸，Ｂ軸，Ｃ軸）で構成される駆動軸を制御することで、ワークＷに対する工具Ｔの相対位置及び姿勢を制御する。これにより、工作機械１０は、ワークＷに対する工具Ｔの相対位置及び姿勢を変更しながら、ワークＷを加工する。
このような工作機械１０において、ワークＷの加工時、振動その他何らかの原因によりワークＷの加工面に不良（スジ又は縞目）が生じることがある。例えば、工具Ｔを保持するヘッド２、又は、ワークＷを保持するテーブル６に振動が伝達し、工具Ｔ又はワークＷが振動することがある。例えば、加工時にヘッド２又はテーブル６の移動方向を切り替える際に振動が発生する。また、工作機械１０内部のインバータ等におけるファンモータ、又は、工作機械１０外部の種々の機械等から振動が伝達される。このような工作機械１０の振動により工具ＴやワークＷが振動すると、ワークＷの加工面に不良が生じることがある。
このような不良（スジ又は縞目）は、ワークＷの加工後にビジョンセンサ等を用いてワークＷの加工面を撮像し、撮像した画像データを画像処理することによって検出することができる。そして、加工方向を変えて加工したワークＷの加工面の不良と、そのときの制御データに基づく加工方向とに基づいて、不良の発生原因である駆動軸を特定することができる。
本発明は、画像データ等のワーク加工後の空間的な加工面測定データから検出した不良情報に基づいて、ワークの加工面の不良の発生原因の駆動軸を特定する工作機械の数値制御システムに関する。
（工作機械の数値制御システム）
次に、本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムを説明する。図２は、本発明の実施形態に係る工作機械の数値制御システムの構成を示す図である。図３は、図２に示す加工面不良解析装置の構成を示す図である。図２及び図３に示す工作機械の数値制御システム１００は、上述した工作機械１０と、加工面測定装置２０と、加工面不良解析装置３０とを備える。
上述した工作機械１０では６つの駆動軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ａ軸，Ｂ軸，Ｃ軸）を例示したが、本実施形態の工作機械１０ではｎ個の駆動軸を備える。
工作機械１０は、上述した駆動装置に対応するｎ個のサーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎと、これらのサーボモータの各々に設けられたエンコーダ（位置・速度検出器）Ｅ１，Ｅ２・・・Ｅｎと、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２・・・ＣＴｎと、スケール（位置検出器）１６と、数値制御装置（ＣＮＣ）５０とを備える。なお、図２では、工作機械１０における本発明の特徴に関する構成のみが示されており、その他の構成が省略されている。
サーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎは、数値制御装置５０の制御により、ｎ個の駆動軸をそれぞれ駆動する。エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎは、サーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎの回転位置をそれぞれ検出し、検出した回転位置を位置フィードバック値として数値制御装置５０に送信する。また、エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎは、サーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎの回転速度をそれぞれ検出し、検出した回転速度を速度フィードバック値として数値制御装置５０に送信する。
電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２・・・ＣＴｎは、サーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎの駆動電流値をそれぞれ検出し、検出した電流値を電流フィードバック値（実電流値）として数値制御装置５０に送信する。
スケール１６は、例えば、上述したワークＷが搭載されるテーブル６に設けられる。スケール１６は、ワークＷの位置を検出し、検出した位置を位置フィードバック値として数値制御装置５０に送信する。
数値制御装置５０は、ワークＷの加工に関する加工プログラムに基づく各駆動軸の位置指令値（移動指令値）と、スケール１６からの位置フィードバック値又はエンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎからの位置フィードバック値と、エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎからの速度フィードバック値と、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２・・・ＣＴｎからの電流フィードバック値とに基づいて各駆動軸のトルク指令値（電流指令値）を生成し、これらのトルク指令値によりサーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎを駆動する。
具体的には、数値制御装置５０は、加工プログラム作成部５１、位置指令作成部５２と、各軸制御部５３と、記憶部５４とを備える。加工プログラム作成部５１は、ワークＷの加工に関する加工プログラムを作成する。また、加工プログラム作成部５１は、加工面不良解析装置３０からの加工方向情報に基づいて、加工方向（加工角度）を変更するように加工プログラムを変更する。位置指令作成部５２は、加工プログラム作成部５１で作成された加工プログラムに基づいて各駆動軸の位置指令値（移動指令値）を作成する。各軸制御部５３は、位置指令値と位置フィードバック値との差分に基づいて各駆動軸の速度指令値を生成し、速度指令値と速度フィードバック値との差分に基づいて各駆動軸のトルク指令値（電流指令値）を生成する。また、各軸制御部５３は、トルク指令値（電流指令値）と電流フィードバック値との差分に基づいて各駆動軸の駆動電流を生成する。
記憶部５４は、各軸制御部５３からの各軸の制御データを記憶する。制御データは、位置制御データ（位置指令値、位置フィードバック値）、速度制御データ（速度指令値、速度フィードバック値）、及び、トルク制御データ（トルク指令値、電流フィードバック値）を含む。記憶部５４は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。
数値制御装置５０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。数値制御装置５０の各種機能は、記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。数値制御装置５０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
加工面測定装置２０は、ワークＷを測定することにより、ワークＷの加工面を測定する装置である。具体的には、加工面測定装置２０は、ビジョンセンサ、光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機器などである。加工面測定装置２０は、測定したワークＷの画像データ、又は、位置データを加工面不良解析装置３０に送信する。加工面測定装置２０は、例えば、工作機械１０の外部の測定台、固定台、又は、ロボットのエンドエフェクタなどに設けられる。また、加工面測定装置２０は、工作機械１０に内蔵されていてもよい。
加工面不良解析装置３０は、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）を解析する装置である。加工面不良解析装置３０は、駆動軸制御データ取得部（第１取得部）３１と、加工面測定データ取得部（第２取得部）３２と、記憶部３３と、データ対応付け処理部３４と、加工面不良検出部３５と、不良原因駆動軸特定部３６と、最適加工方向決定部３７と、加工プログラム解析部３８とを備える。
駆動軸制御データ取得部３１は、数値制御装置５０の記憶部５４に記憶されたワークＷの加工時の時系列の駆動軸制御データを取得する。具体的には、駆動軸制御データ取得部３１は、駆動軸制御データとして、位置制御データ（位置指令値、スケール１６で検出されたワークＷの位置フィードバック値、又は、エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎで検出されたサーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎの位置フィードバック値）（駆動軸の位置情報（機械情報））を取得する。
加工面測定データ取得部３２は、加工面測定装置２０で測定されたワークＷの加工後の空間的な加工面測定データを取得する。具体的には、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定データとして、三次元の画像データ又は位置データ（座標データ）を取得する。
記憶部３３は、駆動軸制御データ取得部３１で取得された時系列の位置制御データ、及び、加工面測定装置２０で測定された空間的な加工面測定データを記憶する。より具体的には、記憶部３３は、ワークＷを異なる２つの加工方向α，βで加工したときの時系列の位置制御データ及び空間的な加工面測定データを記憶する。記憶部３３は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。
データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された加工方向αでの時系列の位置制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける。また、データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された加工方向βでの時系列の位置制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける。更に、データ対応付け処理部３４は、加工方向αでの時系列の位置制御データと空間的な加工面測定データとの対応付けデータと、加工方向βでの時系列の位置制御データと空間的な加工面測定データとの対応付けデータとを対応付ける。データ対応付け処理の詳細は後述する。
加工面不良検出部３５は、記憶部３３に記憶された加工方向αでの空間的な加工面測定データに基づいて、加工方向αで加工時のワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）及びその箇所を検出する。また、加工面不良検出部３５は、記憶部３３に記憶された加工方向βでの空間的な加工面測定データに基づいて、加工方向βで加工時のワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）及びその箇所を検出する。
不良原因駆動軸特定部３６は、データ対応付け処理部３４で対応付けされた位置制御データと加工面測定データとに基づいて、加工面不良検出部３５で検出された不良と、不良箇所に対応する位置制御データの加工方向とから、不良の原因である駆動軸を特定する。
最適加工方向決定部３７は、不良原因駆動軸特定部３６で特定された不良の原因である駆動軸による駆動割合が減少するように、加工方向を決定する。
加工プログラム解析部３８は、数値制御装置５０における加工プログラムを解析し、現在の加工プログラムに基づく加工方向αと異なる加工方向βを決定する。また、加工プログラム解析部３８は、最適加工方向決定部３７で決定された加工方向を数値制御装置５０に送信する。
加工面不良解析装置３０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。加工面不良解析装置３０の各種機能は、記憶部（図示せず）に格納された所定のソフトウェア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。加工面不良解析装置３０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
なお、加工面不良解析装置３０の各種機能は、工作機械１０の数値制御装置５０において実現されてもよい。
次に、図４〜図７を参照して、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００の加工面不良解析装置３０によるデータ対応付け処理及び加工面不良解析処理について説明する。図４は、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００の加工面不良解析装置３０によるデータ対応付け処理を示すフローチャートである。図５は、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００の加工面不良解析装置３０による加工面不良解析処理を示すフローチャートである。図６は、データ対応付け処理を模式的に示す図である。図７は、データ対応付け処理及び加工面不良解析処理を模式的に示す図である。
（データ対応付け処理）
まず、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１は、ワークＷを加工方向（加工角度）αで加工する加工プログラムを作成する。これにより、工作機械１０による加工方向αでのワークＷの加工が行われる。
このワークＷの加工時、数値制御装置５０は、加工プログラムに基づく各駆動軸の位置指令値、速度指令値及びトルク指令値（電流指令値）と、スケール１６からの位置フィードバック値（又は、エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎからの位置フィードバック値）と、エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎからの速度フィードバック値と、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２・・・ＣＴｎからの電流フィードバック値（実電流値、実トルク値）とに基づいて、各駆動軸を制御し、ワークＷに対する工具Ｔの相対位置及び姿勢を制御することにより、加工方向αでワークＷを加工する。
このワークＷの加工時、図４のステップＳ１１において、駆動軸制御データ取得部３１は、数値制御装置５０の記憶部５４に記憶された加工方向αでの時系列の位置制御データ（位置指令値、スケール１６で検出されたワークＷの位置フィードバック値、又は、エンコーダＥ１，Ｅ２・・・Ｅｎで検出されたサーボモータＭ１，Ｍ２・・・Ｍｎの位置フィードバック値）（駆動軸の位置情報（機械情報））を取得し、記憶部３３に記憶する。
ワークＷの加工が終了すると、加工面測定装置２０は、ワークＷの加工面を測定する。このとき、ステップＳ１２において、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定装置２０から加工方向αでの空間的な加工面測定データを取得し、記憶部３３に記憶する。具体的には、加工面測定データ取得部３２は、加工面測定データとして、三次元の画像データ又は位置データ（座標データ）を取得する。
次に、ステップＳ１３において、データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された加工方向αでの時系列の位置制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける。ここで、ワーク加工後に例えばビジョンセンサで撮像された画像データは三次元データであるのに対して、ワーク加工時に数値制御装置５０から得られる位置制御データは時系列データであるので、これらのデータを対応付けるのは容易ではない。本願発明者らは、以下の手法により、これらのデータの対応付けを行う。
具体的には、まず、データ対応付け処理部３４は、加工面測定データを機械座標データに変換する。例えば、加工面測定装置２０がビジョンセンサである場合、加工面測定データは画像データである。この場合、データ対応付け処理部３４は、画像処理技術を用いて画像データからワークＷの座標データを求める。そして、データ対応付け処理部３４は、加工面測定装置２０とワークＷとの間の距離、加工面測定装置２０の位置（機械座標）及び角度（画角）に基づいて、ワークＷの座標データを機械座標データに変換する。
一方、加工面測定装置２０が光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機器である場合、加工面測定データは位置データ（座標データ）である。この場合、データ対応付け処理部３４は、加工面測定装置２０とワークＷとの間の距離、加工面測定装置２０の位置（機械座標）及び角度（画角）に基づいて、ワークＷの位置データ（座標データ）を機械座標データに変換する。
そして、データ対応付け処理部３４は、加工方向αでのワークＷの加工時の時系列の位置制御データ（機械座標）と、加工方向αでのワークＷの加工後の空間的な加工面の位置データ（機械座標）とを対応付ける。例えば、図６に示すように、データ対応付け処理部３４は、加工方向αでのワークＷの加工時の時系列の位置制御データ（機械座標）に基づいて、加工方向αでの第１ワーク形状イメージＷ１αを作成する。同様に、データ対応付け処理部３４は、加工方向αでのワークＷの加工後の空間的な加工面の位置データ（機械座標）に基づいて、加工方向αでの第２ワーク形状イメージＷ２αを作成する。そして、データ対応付け処理部３４は、第１ワーク形状イメージＷ１αと第２ワーク形状イメージＷ２αとを重ね合わせるように、加工方向αでの時系列の位置制御データと空間的な加工面の位置データとの対応付けを行う。
次に、ステップＳ１４において、加工プログラム解析部３８は、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１から加工プログラムを読み込み、加工プログラムを解析する。具体的には、加工プログラム解析部３８は、加工プログラムに基づく加工方向αとは９０度異なる加工方向（加工角度）βを決定し、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１に送信する。
このとき、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１は、加工方向αを加工方向βに変更するように加工プログラムを変更する。これにより、工作機械１０による加工方向βでのワークＷ（同一加工を行う他のワーク）の加工が行われる。
このワークＷの加工時、ステップＳ１５において、駆動軸制御データ取得部３１は、上記同様に、数値制御装置５０の記憶部５４に記憶された加工方向βでの時系列の位置制御データ（駆動軸の位置情報（機械情報））を取得し、記憶部３３に記憶する。
ワークＷの加工が終了すると、加工面測定装置２０は、ワークＷの加工面を測定する。このとき、ステップＳ１６において、加工面測定データ取得部３２は、上記同様に、加工面測定装置２０から加工方向βでの空間的な加工面測定データを取得し、記憶部３３に記憶する。
次に、ステップＳ１７において、データ対応付け処理部３４は、上記同様に、記憶部３３に記憶された、加工方向βでのワークＷの加工時の時系列の位置制御データ（機械座標）と、加工方向βでのワークＷの加工後の空間的な加工面の位置データ（機械座標）とを対応付ける。例えば、図６に示すように、データ対応付け処理部３４は、加工方向βでのワークＷの加工時の時系列の位置制御データ（機械座標）に基づいて、加工方向βでの第１ワーク形状イメージＷ１βを作成する。同様に、データ対応付け処理部３４は、加工方向βでのワークＷの加工後の空間的な加工面の位置データ（機械座標）に基づいて、加工方向βでの第２ワーク形状イメージＷ２βを作成する。そして、データ対応付け処理部３４は、第１ワーク形状イメージＷ１βと第２ワーク形状イメージＷ２βとを重ね合わせるように、加工方向βでの時系列の位置制御データと空間的な加工面の位置データとの対応付けを行う。
次に、ステップＳ１８において、データ対応付け処理部３４は、図７に示すように、加工方向αでの第１ワーク形状イメージＷ１α及び第２ワーク形状イメージＷ２αと、加工方向βでの第１ワーク形状イメージＷ１βと第２ワーク形状イメージＷ２βとを重ね合わせるように、加工方向αでの時系列の位置制御データと空間的な加工面の位置データとの対応付けデータと、加工方向βでの時系列の位置制御データと空間的な加工面の位置データとの対応付けデータとの対応付けを行う。ワーク形状イメージの重ね合わせ、及び、データ対応付けの方法は上述同様であればよい。また、対応付けされたデータは、記憶部３３に一時記憶されてもよい。
（加工面不良解析処理）
図５のステップＳ２１において、加工面不良検出部３５は、記憶部３３に記憶された加工方向αでの空間的な加工面測定データに基づいて、加工方向αでのワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）及びその箇所を検出する。
また、ステップＳ２２において、加工面不良検出部３５は、記憶部３３に記憶された加工方向βでの空間的な加工面測定データに基づいて、加工方向βでのワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）及びその箇所を検出する。
具体的には、加工面測定装置２０がビジョンセンサである場合、加工面測定データは画像データである。この場合、加工面不良検出部３５は、画像データにおける加工面のスジ及び縞目の特徴量から、加工面の不良及びその箇所を検出する。
一方、加工面測定装置２０が光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機器である場合、加工面測定データは位置データ（座標データ）である。この場合、加工面不良検出部３５は、位置データ（座標データ）における加工面の位置の微小な変化（振動等）から、加工面の不良及びその箇所を検出する。
次に、不良原因駆動軸特定部３６は、データ対応付け処理部３４で対応付けされた位置制御データと加工面測定データとに基づいて、加工面不良検出部３５で検出された不良と、不良箇所に対応する位置制御データの加工方向とから、不良の原因である駆動軸を特定する。
具体的には、ステップＳ２３において、不良原因駆動軸特定部３６は、加工面不良検出部３５で検出された加工方向αでの加工時の不良箇所Ｄαにおいて、加工方向αでの加工時の不良度合い（大きさ、深さ、数等）（図７の第２ワーク形状イメージＷ２αの不良箇所Ｄα）と、加工方向βでの加工時の不良度合い（図７の第２ワーク形状イメージＷ２βの対応箇所Ｄα）とを比較する。
また、ステップＳ２４において、不良原因駆動軸特定部３６は、加工面不良検出部３５で検出された加工方向βでの加工時の不良箇所Ｄβにおいて、加工方向βでの加工時の不良度合い（図７の第２ワーク形状イメージＷ２βの不良箇所Ｄβ）と、加工方向αでの加工時の不良度合い（図７の第２ワーク形状イメージＷ２αの対応箇所Ｄβ）とを比較する。
そして、ステップＳ２５において、不良原因駆動軸特定部３６は、これらの比較結果に基づいて、不良度合いが大きい不良箇所に対応する位置制御データの加工方向に基づいて、不良の原因である駆動軸を特定する。
次に、ステップＳ２６において、最適加工方向決定部３７は、不良原因駆動軸特定部３６で特定された不良の原因である駆動軸による駆動割合が減少するように、最適な加工方向（加工角度）を決定する。
次に、ステップＳ２７において、加工プログラム解析部３８は、最適加工方向決定部３７で決定された加工方向を、数値制御装置５０に送信する。これにより、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１において、決定された加工方向となるように加工プログラムが変更される。
以上説明したように、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００によれば、加工面不良解析装置３０は、少なくとも２つの加工方向α，βで加工したときの時系列の制御データと空間的な加工面測定データとを対応付け、少なくとも２つの加工方向α，βで加工したときの空間的な加工面測定データに基づいて、ワークＷの加工面の不良及びその箇所を検出し、対応付けられた制御データ及び加工面測定データに基づいて、検出された不良と不良箇所に対応する制御データの加工方向とから、不良の原因である駆動軸を特定する。これにより、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）の発生原因である駆動軸を特定することができる。
また、本実施形態の工作機械の数値制御システム１００によれば、加工面不良解析装置３０は、特定した不良の原因である駆動軸による駆動割合が減少するように、加工方向を決定する。そして、数値制御装置５０は、加工面不良解析装置３０で決定された加工方向に従って、加工方向を変更するように加工プログラムを変更する。これにより、次回以降の加工時に、ワークＷの加工面の不良（スジ又は縞目）の発生を低減することができ、加工面品位を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、ワークを回転させずに、加工方向のみを変更した。すなわち、ワークに対する加工方向を変更した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、ワークに対する加工方向が変わらないように、加工方向の変更に応じてワークを回転させてもよい。
例えば、図８に示すように、工作機械１０はワークＷが搭載されるテーブル６をＣ軸方向（図１参照）に回転させるための複数のサーボモータＭ１Ｒ，Ｍ２Ｒ・・・ＭｎＲを備え、数値制御装置５０は、各サーボモータＭ１Ｒ，Ｍ２Ｒ・・・ＭｎＲの駆動制御を行う各回転軸制御部５３を備える。そして、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１は、加工方向の変更に応じて、テーブル６を回転させるように各回転軸制御部５３を制御する。
また、上述した実施形態では、数値制御装置５０の加工プログラム作成部５１が加工プログラムを変更したが、ＣＡＤ図面から加工プログラムを作成するＣＡＭにより、変更した加工プログラムを作成してもよい。
また、上述した実施形態では、９０度異なる加工方向α、βで加工したときの加工面測定データを用いて加工面不良の発生原因である駆動軸を特定したが、９０度以外で異なる加工方向で加工したときの加工面測定データを用いて加工面不良の発生原因である駆動軸を特定してもよい。
また、上述した実施形態では、２つの異なる加工方向α、βで加工したときの加工面測定データを用いて加工面不良の発生原因である駆動軸を特定したが、３つ以上の異なる加工方向で加工したときの加工面測定データを用いて加工面不良の発生原因である駆動軸を特定してもよい。
上述した実施形態では、ワークＷの加工面に発生するスジ又は縞目といった不良の発生原因（振動）である駆動軸を特定する数値制御システム１００を説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、様々な加工面不良の発生原因である駆動軸の特定に適用可能である。例えば、加工面不良解析装置３０は、ワークＷの加工面に発生する象限突起といった不良の発生原因（バックラッシュ、ガタ等による駆動軸の駆動方向の反転時の遅れ）である駆動軸を特定してもよい。
本願発明者らは、バックラッシュ、ガタによる反転遅れが原因である場合、駆動軸の駆動方向（加工方向）を少し（例えば、数度）だけ変更することにより、象限突起の発生を抑制することができるという知見を得ている。これより、加工面不良解析装置３０は、象限突起の発生を低減するために、加工方向を数度だけ変更すればよい。
また、上述した実施形態では、加工面不良解析装置３０のデータ対応付け処理部３４は、不良箇所の加工面測定データに対応する位置制御データを特定するために、数値制御装置５０からの位置制御データ自身と加工面測定装置２０からの加工面測定データとを直接対応付けた。しかし、データ対応付け処理部３４は、数値制御装置５０からの速度制御データと加工面測定データとを間接的に対応付けて、不良箇所の加工面測定データに対応する速度制御データを特定し、速度制御データに対応する位置制御データを特定してもよい。この場合、加工面不良解析装置３０における駆動軸制御データ取得部３１及びデータ対応付け処理部３４は、以下のように機能及び動作すればよい。
駆動軸制御データ取得部３１は、数値制御装置５０から、ワークＷの加工時の時系列の駆動軸制御データとして速度制御データ（速度指令値、速度フィードバック値）及び位置制御データ（位置指令値、位置フィードバック値）を取得し、記憶部３３に記憶する（図４のステップＳ１１，Ｓ１５）。
データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された時系列の速度制御データと空間的な加工面測定データとを対応付ける（図４のステップＳ１３，Ｓ１７）。
ここで、工作機械は、例えばワークＷに対して工具Ｔを往復させながらワークＷ全体の加工を行う。このとき、ワークＷに工具Ｔが接触する際、及び、ワークＷから工具Ｔが離れる際に、速度指令値及び速度フィードバック値が変化する。これより、速度指令値の変化点又は速度フィードバック値の変化点を検出することにより、ワークＷのエッジ位置、すなわちワークＷの外形を検出することができる。
なお、速度指令値及び速度フィードバック値は加減速に応じても変化するので、本実施形態では、速度指令値及び速度フィードバック値から加減速度変化分を除いた値を用いる。これにより、ワークＷに対して工具Ｔを往復させる際の折り返し点を、ワークＷのエッジ位置として誤検出することを回避する。なお、ワークＷに対して工具Ｔを往復させないような場合には、速度指令値及び速度フィードバック値をそのまま用いてもよい。
具体的には、データ対応付け処理部３４は、時系列の速度制御データから加減速度変化分を除いた値の変化点に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置をワークＷのエッジ位置として検出し、図６に示すように第１ワーク形状（外形）イメージＷ１α，Ｗ１βを作成する。
また、データ対応付け処理部３４は、ワークＷの加工後の空間的な加工面測定データに基づいてワークのエッジ位置を検出し、図６に示すように第２ワーク形状（外形）イメージＷ２α，Ｗ２βを作成する。例えば、加工面測定装置２０がビジョンセンサである場合、加工面測定データは画像データである。この場合、データ対応付け処理部３４は、画像処理技術を用いて画像データからワークＷのエッジ位置を検出し、第２ワーク形状（外形）イメージＷ２α，Ｗ２βを作成する。
一方、加工面測定装置２０が光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、三次元座標測定機器である場合、加工面測定データは位置データ（座標データ）である。この場合、データ対応付け処理部３４は、位置データ（座標データ）からワークＷのエッジ位置を検出し、第２ワーク形状（外形）イメージＷ２α，Ｗ２βを作成する。
そして、データ対応付け処理部３４は、第１ワーク形状イメージＷ１α，Ｗ１βと第２ワーク形状イメージＷ２α，Ｗ２βとを重ね合わせるように、時系列の速度制御データと空間的な加工面の加工面測定データとの対応付けを行う。
ここで、数値制御装置５０において、速度制御データと位置制御データとは対応付けられている。これより、データ対応付け処理部３４は、記憶部３３に記憶された時系列の速度制御データと位置制御データとを対応付けることにより、時系列の位置制御データと空間的な加工面の加工面測定データとの対応付けを行う。
また、上述した実施形態において、データ対応付け処理部３４は、数値制御装置５０からのトルク制御データと加工面測定データとを間接的に対応付けて、不良箇所の加工面測定データに対応するトルク制御データを特定し、トルク制御データに対応する位置制御データを特定してもよい。この場合、上述した速度制御データのときと同様に、トルク制御データの変化点に基づいて、不良箇所の加工面測定データに対応するトルク制御データを特定してもよい。
また、上述した実施形態では、加工面不良解析装置３０の加工面不良検出部３５が、加工面測定装置２０からのワークＷ（加工面）の画像データ又は位置データ（座標データ）から加工面の不良及びその箇所を自動的に検出したが、手動で検出してもよい。例えば、加工面測定装置２０の測定結果（三次元の画像データ又は位置データ）をモニタ等に表示し、ユーザが不良及びその箇所を目視で検出し、検出した不良箇所を加工面不良解析装置３０に手動で入力してもよい。
２ ヘッド
３ 支持部材
４ 支柱
５ 基台
６ テーブル
１０ 工作機械
１６ スケール
２０ 加工面測定装置
３０ 加工面不良解析装置（解析装置）
３１ 駆動軸制御データ取得部（第１取得部）
３２ 加工面測定データ取得部（第２取得部）
３３，５４ 記憶部
３４ データ対応付け処理部
３５ 加工面不良検出部
３６ 不良原因駆動軸特定部（特定部）
３７ 最適加工方向決定部（加工方向決定部）
３８ 加工プログラム解析部
５０ 数値制御装置（制御装置）
５１ 加工プログラム作成部
５２ 位置指令作成部
５３ 各軸制御部
１００ 数値制御システム（制御システム）
ＣＴ１，ＣＴ２〜ＣＴｎ 電流検出器
Ｅ１，Ｅ２〜Ｅｎ エンコーダ
Ｍ１，Ｍ２〜Ｍｎ サーボモータ
Ｔ 工具
Ｗ ワーク

Claims (10)

  1. ワークの加工を行う工作機械の制御システムであって、
    前記工作機械の駆動軸を制御データに基づいて制御する制御装置と、
    前記ワークの加工面を測定する加工面測定装置と、
    前記ワークの加工面の不良を解析する解析装置と、
    を備え、
    前記解析装置は、
    前記制御装置から前記ワークの加工時の時系列の前記制御データを取得する第１取得部と、
    前記加工面測定装置で測定された前記ワークの加工後の空間的な加工面測定データを取得する第２取得部と、
    ワークを少なくとも２つの加工方向で加工したときの前記第１取得部で取得された時系列の制御データと前記第２取得部で取得された空間的な加工面測定データとを記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された、少なくとも２つの加工方向で加工したときの時系列の制御データと空間的な加工面測定データとを対応付けるデータ対応付け処理部と、
    前記記憶部に記憶された、少なくとも２つの加工方向で加工したときの空間的な加工面測定データに基づいて、ワークの加工面の不良及びその箇所を検出する加工面不良検出部と、
    前記データ対応付け処理部で対応付けられた制御データ及び加工面測定データに基づいて、前記加工面不良検出部で検出された不良と、不良箇所に対応する制御データの加工方向とから、前記加工面不良検出部で検出された不良の原因である駆動軸を特定する特定部と、
    を有する、工作機械の制御システム。
  2. 前記解析装置は、前記制御装置における加工プログラムを解析し、前記少なくとも２つの加工方向を設定する加工プログラム解析部を更に備え、
    前記制御装置は、前記加工プログラム解析部で設定された加工方向に従って、加工方向を変更するように加工プログラムを変更する、
    請求項１に記載の工作機械の制御システム。
  3. 前記解析装置は、前記特定部で特定された不良の原因である駆動軸による駆動割合が減少するように、加工方向を決定する加工方向決定部を更に備え、
    前記制御装置は、前記加工方向決定部で決定された加工方向に従って、加工方向を変更するように加工プログラムを変更する、
    請求項１に記載の工作機械の制御システム。
  4. 前記制御装置は、加工方向の変更に応じて、ワークの角度を変更する、
    請求項３に記載の工作機械の制御システム。
  5. 前記第１取得部が取得する制御データは、前記工作機械の駆動軸の位置制御データであり、
    前記データ対応付け処理部は、
    時系列の前記位置制御データに基づいて第１ワーク形状イメージを作成し、
    空間的な前記加工面測定データに基づいて第２ワーク形状イメージを作成し、
    前記第１ワーク形状イメージと前記第２ワーク形状イメージとを重ね合わせるように、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付ける、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
  6. 時系列の前記位置制御データは機械座標情報であり、
    空間的な前記加工面測定データは、前記加工面測定装置の機械座標に基づいて算出された機械座標情報である、
    請求項５に記載の工作機械の制御システム。
  7. 前記第１取得部は、前記制御装置から、前記工作機械の駆動軸の位置制御データと速度制御データとであって、互いに対応づけられた前記ワークの加工時の時系列の位置制御データと時系列の速度制御データとを取得し、
    前記データ対応付け処理部は、
    時系列の前記速度制御データの変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、
    空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、
    前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付け、
    時系列の前記速度制御データと時系列の前記位置制御データとを対応付けることにより、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとの対応付けを行う、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
  8. 前記第１取得部は、前記制御装置から、前記工作機械の駆動軸の位置制御データと速度制御データとであって、互いに対応づけられた前記ワークの加工時の時系列の位置制御データと時系列の速度制御データとを取得し、
    前記データ対応付け処理部は、
    時系列の前記速度制御データから加減速度変化分を除いた値の変化に基づいて、加工開始位置及び加工終了位置を前記ワークのエッジ位置として検出することにより、第１ワーク形状イメージを作成し、
    空間的な前記加工面測定データに基づいて、前記ワークのエッジ位置を検出することにより、第２ワーク形状イメージを作成し、
    前記第１ワーク形状イメージのエッジ位置と前記第２ワーク形状イメージのエッジ位置とを重ね合わせるように、時系列の前記速度制御データと空間的な前記加工面測定データとを対応付け、
    時系列の前記速度制御データと時系列の前記位置制御データとを対応付けることにより、時系列の前記位置制御データと空間的な前記加工面測定データとの対応付けを行う、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
  9. 前記ワークの加工面の不良は、スジ又は縞目、又は象限突起である、請求項１〜８の何れか１項に記載の工作機械の制御システム。
  10. 前記制御データは、指令値又はフィードバック値であり、
    前記指令値は、位置指令値、速度指令値、又は、トルク指令値であり、
    前記フィードバック値は、位置フィードバック値、速度フィードバック値、又は、電流フィードバック値である、
    請求項１に記載の工作機械の制御システム。
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