JP6875347B2 - 熱変位補正装置及び数値制御装置 - Google Patents
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Description
この技術では、仕様の数が多い工作機械でも、各仕様における工作機械の熱変位補正量を推定するための補正量推定装置や、パラメータ自動選択装置等を備えることによって、各仕様に応じた機械情報に基づき、データベースからその仕様に属するパラメータを選択することができる。選択されたパラメータより各機械部分における推定熱変位を演算し、その推定熱変位を合算する技術である。
この技術では、熱変位補正モデルとして、第1補正モデルと第2補正モデルとを備え、これらモデルを切り替える(例えば第1から第2に切り替える)際に、補正量の差分と第二補正モデルの補正量を用いて指令値の補正量を決定する(補正量の補完)。したがって、補正量の急激な変化をキャンセルすることができる技術である。なお、補正モデルの切り替えは座標位置に基づいて実行される。
この技術では、例えば、機械学習を用いて熱変位モデルを作成し、補正モデルと動作状態データ(温度データ等)から補正量を算出する。そして、推定値と実測値と差が閾値以下でない場合は、再度補正モデルを計算するという技術である。
このような機械学習によって熱変位補正モデルを作成する手法の一つが、特許文献3(特開2018-111145)に開示されている。特許文献3に記載されているような手法で、教師データを作成することが好適な方法の一つである。学習ソフト5−1は、所定のコンピュータ上で実行してよい。なお、学習用データ4は、工作に先立って予め取得しておいたデータであってよい。
しかし、特許文献3に記載された技術では、系統内の軸組合せ毎に補正モデルを変更する必要があるため、どの系統(軸組合せ)にどの補正モデルを利用するか、ユーザが手動で対応付ける必要がある。
(1)加工前に、使用する系統と補正モデルとの対応付けが必要であり、系統数が増えると、「誤設定の増大」、「ユーザ負担の増加」、が発生する恐れがある。
(2)加工中に軸切り替え制御等を行い、軸組合せが変更された際に、軸組合せに応じて自動的に補正モデルを切り替えることが困難である。
という問題点がある。
この様子が、図13に示されている。図13においては、補正モデル1(7−1)、補正モデル(7−2)、補正モデル3(7−3)、補正モデル(7−4)の4種類の補正モデルが準備されている例を示す。そして、系統1(8)は、X1軸10と、Z1軸11とがあることが示されており、系統2(9)は、X2軸12と、Z2軸13とがあることが示されている。
そして、加工処理を実行する前に、この系統1(8)のX1軸10とZ1軸11とに対して、補正モデルを対応付ける必要がある。同様に、加工処理を実行する前に、この系統2(9)のX2軸12とZ2軸13とに対して、補正モデルを対応付ける必要がある。そして、加工中に軸の切り替え等があった場合には、ユーザが妥当な補正モデルを選択して切り替える必要があり、ユーザの負担は大きくなる傾向にあると考えられる。
(3)系統と軸組合せに応じて補正モデルを自動的に設定することは考慮されていない。
(4)工作機械の軸組合せ情報をリアルタイムに取得して加工中でも自動的に補正モデルの切り替えを行うことは想定されていない。
したがって、特許文献1、2、3によれば、ユーザの手による作業が多くユーザの負担は大である。
[原理]
図1は、本発明の原理図である。
(1)まず、学習ソフトが、各補正モデルに、補正したい系統と、補正したい軸組合せを示す「補正モデルインデックス」を付与する。具体的には、「系統」と「軸番号」に対応して補正モデルインデックスを作成して、各補正モデルに付与する。この様子が図1の(1)に示されている。このような学習ソフトによる機械学習の仕組みは、例えば、上述した特許文献3(特開2018-111145号公報)に開示されている手法を用いてよい。
ユーザが、補正モデルに対して、「系統番号」pと、「軸番号」a1、a2、a3とを入力すると、学習ソフトは、これら「系統」と、「軸番号」とから補正モデルインデックスを算出し、算出した補正モデルインデックスを補正モデルに付与する。図1のAに示すように、補正モデルインデックスはベクトルで表され、補正モデルインデックス:Bは、
b1=100*p+a1
b2=100*p+a2
b3=100*p+a3
を用いて、(b1、b2、b3)と表される。このようにして、学習ソフトは、補正モデルインデックスを各補正モデル毎に算出して付与し、補正モデルのデータファイル100を作成する。この補正モデルのデータファイル100中には、図1の例では、補正モデル1(100−1)として、補正を行うための補正パラメータと、補正モデルインデックスB1={b11、b21、b31}が示されている。また、補正モデル2(100−2)として、補正を行うための補正パラメータと、補正モデルインデックスB2={b12、b22、b32}が示されている。以下、補正モデルn(100−n)も同様である。
なお、ここでは、軸の数は「3」である場合を例にして説明したが、軸の数は何個でもよい。また、軸の数が少ない系統がある場合は、使用しない軸に相当する部分の上記インデックスは「0」としておいてもよい。
図1の(2)では、数値制御装置側が、工作機械の系統毎の制御軸番号の組合せから、対象軸インデックスの算出を行う。なお、数値制御装置は、予め系統の軸番号に関する情報は取得しているものとする。
d1=100*p+a1
d2=100*p+a2
d3=100*p+a3
を用いて、(d1、d2、d3)と表される。pや、a1、a2、a3の意味は、補正モデルインデックスの場合と同様である。このようにして数値制御装置側は、対象軸インデックスを系統毎に算出して付与し、系統毎の軸組合せに対する対象軸インデックスファイル101を作成する。この対象軸インデックスファイル101の中には、図1の例では、系統1の対象軸インデックス(101−1)として、D1={d11、d21、d31}が示されている。また、系統2の対象軸インデックス(101−2)として、D2={d12、d22、d32}が示されている。以下、系統mの対象軸インデックス(101−m)も同様である。
このような対象軸インデックスを各系統に付与しているため、補正モデルインデックスと比較しやすく、対応する補正モデルと比較を行いやすくなる。
図2は、第1実施形態に係る数値制御装置200のブロック図である。図3及び図4は、工作機械の制御軸に関するパラメータから対象軸インデックスを作成する動作の説明図である。図5及び図6は、学習ソフトで設定した各補正モデルの補正モデルインデックスと、対象軸インデックスとを比較し、各系統に補正モデルを設定する動作の説明図である。図7は第1実施形態の数値制御装置200の動作を表すフローチャートである。
熱変位補正設定部210は、対象軸インデックスと、補正モデルインデックスとを比較し、その対象軸インデックスに対応した補正モデルを設定する。このような動作によって、熱変位補正設定部210は、制御軸が識別可能な制御軸情報データから熱変位補正を行いたい軸組合せに対応する補正モデルを選択していることになる。
また、熱変位補正設定部210は、対象軸インデックス生成部210−1と、補正モデルセット記憶部210−2と、インデックス比較部210−3と、補正モデル設定部210−4と、軸切り替え判定部210−5とを備えている。
インデックス比較部210−3は、生成した対象軸インデックスと、補正モデルのセットとを比較し、合致する補正モデルを選択する。なお、補正モデルのセットは、補正モデルセット記憶部210−2が記憶しており、インデックス比較部210−3に供給する。
補正モデル設定部210−4は、送られてきた補正モデルを受信し、当該数値制御装置200がその系統に対して使用する補正モデルとして設定する。設定は、例えば内部の記憶手段に補正モデルの内容を書き込んでおき、熱変位補正部220に提供する等の処理で実行される。補正モデル設定部210−4は、このような処理を実行する。
補正モデルセット記憶部210−2は、補正モデルセットを記憶し、インデックス比較部210−3に供給する。
軸切り替え判定部210−5は、加工中に軸が変更されたことを判定する。その詳細な動作は第2実施形態で説明する。
熱変位補正部220は、補正量算出部220−1と、補正実行部220−2と、を備える。
補正量算出部220−1は、動作状態データと、補正モデルとから、補正量を算出し、この補正量を補正実行部220−2に供給する。
軸制御情報生成部240は、その系統がどのような軸を有するかに関する情報である制御軸情報データを生成する。制御軸情報データは、対象軸インデックス生成部210−1に供給され、対象軸インデックスを生成するのに利用される。また、制御軸情報データは、軸制御部250にも提供され、軸への指令の供給に利用される。
本文の実施形態では、少なくとも熱変位補正設定部210と熱変位補正部220とを含む部分であって、補正量を算出する構成を、熱変位補正装置と呼ぶ。この熱変位補正装置は、さまざまな用途に利用でき、工作機械に内蔵してもよいし、ロボットに搭載してもよい。
この熱変位補正装置を含み、工作機械への指令を出力する数値制御装置として構成することもできる。そのような構成の数値制御装置200が図2のブロック図に示されている。図2のブロック図によれば、熱変位補正装置の補正量を指令に加算する軸制御部250は、補正された指令を工作機械に出力し、数値制御装置として動作することができる。また、図2のブロック図において、動作状態データ記憶部230は、工作機械の動作状態を動作状態データとして記憶し、この動作状態データを熱変位補正部220(の補正量算出部220−1)に供給する。これによって、補正量をより正確に算出することができ、熱に対する性能が向上した数値制御装置200を提供することができる。
対象軸インデックスの作成の説明図が図3及び図4に示されている。
図3に示すように、系統1(300)と、系統2(301)の2系統がある例を説明する。系統1(300)には、タレット1を移動させるX1軸302と、ワーク1を移動させるZ1軸303がある。系統2(301)には、タレット2を移動させるX2軸304と、ワーク2を移動させるZ2軸305がある。
系統1の対象軸インデックス = [101、102、0]
系統2の対象軸インデックス = [201、202、0]
となる。なお、第3対象軸番号まで準備しているのは、マシニングセンタ等を考慮したものであり、3軸未満の場合は、上記の通り、0等をいれておいてよい。対象軸番号は、このように、(絶対)系統番号と(相対)軸番号とから算出される数であり、対応する軸を識別できる数である。
このように、第1実施形態においては、軸毎に絶対系統番号と、相対軸番号とが予め決定され、付与されているものとする。なお、ここで相対軸番号は、当該系統中で、何番目の軸かを表す順番であり、相対的なものである。一方、系統の番号は、絶対的な順番を表す。
次に、補正モデルの設定の説明図が図5、図6に示されている。上述したように学習ソフトで設定した各補正モデルの補正モデルインデックスと、上述した対象軸インデックスとを比較して、各系統に補正モデルを設定する。
図5に示すように、絶対系統番号と、相対軸番号と、から補正モデルが算出される。図5の例では、補正モデル1(310−1)、補正モデル2(310−2)、補正モデル3(310−3)、補正モデル4(310−4)が示されており、それらを合わせて補正モデルセット310と呼ぶ。
この状態において、系統1(320)の対象軸インデックスは、{101 102 0}である。また、系統2(321)の対象軸インデックスは、{201 202 0}である。これらと、補正モデルインデックスとを比較すれば、系統1(320)には、補正モデル1の補正モデルインデックス{101 102 0}(図5参照)が合致し、系統2(321)には、補正モデル2の補正モデルインデックス{201 202 0}が合致することが理解されよう。この比較は、インデックス比較部210−3が実行する。
図7には、数値制御装置の動作例を示すフローチャートが示されている。
まず、ステップS1において、熱変位補正設定を開始する。これは、系統に対して使用する補正モデルの設定を開始するということである。
ステップS2において、初期値を設定する。系統番号を表すiが1であり、補正モデルを表すjも1に設定する。これは対象軸インデックスの生成に適用されるので、対象軸インデックス生成部210−1が設定する。
ステップS4において、インデックス比較部210−3は、補正モデルjの補正モデルインデックスを補正モデルセット記憶部210−2から呼び出す。
ステップS6において、インデックス比較部210−3は、一致したので、一致した補正モデルインデックスの補正モデルjを補正モデル設定部210−4に供給する。補正モデル設定部210−4は、供給された補正モデルをその系統iに設定する。
ステップS8において、すべての系統について補正モデルを設定したので、熱変位補正の設定を終了する。
ステップS11において、インデックス比較部210−3が、jが最大補正モデル数であるか否かを検査する。検査の結果、最大モデル数である場合は、ステップS12に移行し、最大モデル数ではない場合は、ステップS10に移行する。
この時、単に補正モデルを設定しないだけでもよいが、対応する補正モデルが見いだせなかったことをユーザ等に報知する報知部(不図示)を備えてもよい。このような報知部があれば、ユーザは補正モデルが足りないことを認識することができ、補正モデルを準備するモチベーションとなる。また、補正モデル設定部210−4が、報知部を兼ねてもよい。その後、ステップS7に移行し、(もしあれば)次の系統の処理に移行する。
図8は、第2実施形態に係る数値制御装置200が、加工中に軸切り替えが発生した場合の動作を説明する説明図である。図9も、加工中に軸切り替えが発生した場合の動作の状況を説明する説明図である。図10及び図11は、第2実施形態に係る数値制御装置200の動作を表すフローチャートである。
この状態の系統1の対象軸インデックスは、[101 102 0]であり、系統2の対象軸インデックスは、[201 202 0]である。
この状態の系統1の対象軸インデックスは、[201 102 0]であり、系統2の対象軸インデックスは、[101 202 0]である。
つまり、X1軸とX2軸とが入れ替わったのである。該当する対象軸番号も入れ替えて対象軸インデックスを再作成する。
なお、補正モデルセットは変更されていない。上述した図5と同様の補正モデルのままである。
このような入れ替えが発生した場合、新しい対象軸インデックスを再作成して、再び補正モデルインデックスとの比較を行えばよい。
その結果、新たに、図9のような補正モデルの設定が行われる。
図9の系統1(360)は、X2+C12軸362と、Z1+C21軸363とを備えているので、対象軸インデックスは{201 102 0}となる。また、図9の系統2(361)は、X1+C11軸364と、Z2+C22軸365とを備えているので、対象軸インデックスは{101 202 0}となる。
この状態で、再び合致する補正モデルインデックスを探せば、系統1(360)には、補正モデル3(100−3)(310−3)が設定され、系統2(361)には、補正モデル4(100−4)(310−4)が設定される。このように、第2実施形態によれば、途中で軸が入れ替わったような場合でも、再度対象軸インデックスを算出することによって、新たに合致する補正モデルを探すことができる。従って、加工の途中で軸の構成に変化があった場合でも、熱変位補正を実行することが可能である。
図10には、軸構成の変更が生じる場合を含めた、数値制御装置の処理動作を表すフローチャートが示されている。
まず、ステップS13において、ワークに対する加工が実行される。数値制御装置200が加工プログラムを読み取り、しかるべく指令を工作機械のサーボモータに出力することによって、加工が実行される。
ステップS16において、加工の終了か否か確認される。終了である場合は、加工を終了し、終了ではない場合は、ステップS13に移行し、加工の続きをおこなう。
図11には、図10の補正モデルの再設定(ステップS15)の詳細な動作を表すフローチャートが示されている。
まず、ステップS17において、補正モデルの再設定が開始される。これは軸切り替え判定部210−5が軸の構成が変更された系統を検出したので、当該系統について補正モデルの再設定を行う処理である。したがって、系統は1種のみであるので、図7と異なり、変数iは使用せずに、補正モデルを表すjのみを変数として用いている。
ステップS18において、変数jを初期値1にセットする。対象軸インデックス生成部210−1がこの処理を実行する。
ステップS20において、インデックス比較部210−3は、補正モデルセット記憶部210−2から補正モデルjを読み出す。
ステップS22においては、一致したので、当該補正モデルjをその系統に設定する。
ステップS25においては、jが補正モデルの最大数であるか否かが検査される。最大数であった場合は、ステップS26に移行する。最大数でなかった場合は、ステップS24に移行する。
ステップS26において、現在着目している系統では補正モデルが設定できないと判断し、ステップS23に移行し、処理を終了する。この時、ステップS12と同様に、ユーザ等に補正モデルが見いだせなかったことを報知する報知部が備えられてもよい。このような報知によれば、ユーザは補正モデルを準備しようとする契機となろう。
ステップS24においては、補正モデルを変えて比較するために、jを+1してから、ステップS20に移行し、新たに比較対象となる補正モデルの呼び出しを続行する。
このような処理によって、補正モデルを再設定することができる。
以上のように、本第1実施形態、第2実施形態によれば、補正モデルのインデックスと、対象軸インデックスとを比較して一致すれば、当該補正モデルをその系統に設定した。そのため、系統が多い場合でも、迅速に対応する補正モデルを設定することができる。また、第2実施形態でも説明したように、系統の軸の構成が変更された場合でも、軸切り替えに対応して、再び、合致する補正モデルを探して設定することができる。
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。
第1実施形態、第2実施形態では、熱変位補正設定部210を、数値制御装置200内に格納する例を示したが、数値制御装置200の筐体の外部に位置していてもよい。外部の付属装置として構成してもよいし、通信回線で遠隔地に設けてもよい。また、ネットワーク上に配置されていてもよく、クラウドを利用しても熱変位補正設定部210を構成してもよい。
工作機械を制御する機能をクラウドで共有するFog Computing(Fog Computingはシスコ社の登録商標)が知られており、そのようなシステムを用いてもよい。
また、このFog Computingを利用して工作機械やロボットをネットワーク化したシステムとしてField Systemが知られている(FIELDはファナック株式会社の登録商標)。本発明をこのようなシステム上に載せることも好適である。
第1実施形態、第2実施形態における数値制御装置200は、CPUを備えるコンピュータシステムとしてよい。その場合、CPUは、例えばROM等の記憶部に格納されたプログラムを読み出し、このプログラムに従って、コンピュータを、熱変位補正設定部210、熱変位補正部220、動作状態データ記憶部230、軸制御情報生成部240、軸制御部250として実行させることができる。
第1実施形態、第2実施形態においては工作機械を数値制御する数値制御装置200の例を説明したが、同様の処理動作を実行するものであれば、工作機械そのもので同様の処理動作を実現してもよい。また、工場全体を管理する管理コンピュータが統括して同様の処理動作を実現してもよい。
2……温度センサ
3……変位センサ
4……学習用データ
5……補正モデル計算
5−1……学習ソフト
5−2……機械学習
5−3……熱変位補正モデル
6……補正量計算・出力
6−1……マルチセンサI/Oユニット
6−2……CNC装置
6−3……補正
7−1……補正モデル1
7−2……補正モデル2
7−3……補正モデル3
7−4……補正モデル4
8……系統1
9……系統2
10……X1軸
11……Z1軸
12……X2軸
13……Z2軸
100……補正モデルのデータファイル
100−1……補正モデル1
100−2……補正モデル2
100−n……補正モデルn
102……工作機械
101……対象軸インデックスファイル
101−1……系統1の対象軸インデックス
101−2……系統2の対象軸インデックス
101−m……系統mの対象軸インデックス
200……数値制御装置
210……熱変位補正設定部
210−1……対象軸インデックス生成部
210−2……補正モデルセット記憶部
210−3……インデックス比較部
210−4……補正モデル設定部
210−5……軸切り替え判定部
220……熱変位補正部
220−1……補正量算出部
220−2……補正実行部
230……動作状態データ記憶部
240……軸制御情報生成部
250……軸制御部
300……系統1
301……系統2
302……X1軸
303……Z1軸
304……X2軸
305……Z2軸
310……補正モデルセット
310−1……補正モデル1
310−2……補正モデル2
310−3……補正モデル3
310−4……補正モデル4
320……系統1
321……系統2
322……X1+C11軸
323……Z1+C21軸
324……X2+C12軸
325……Z2+C22軸
340……系統1
341……系統2
342……X1軸
343……Z1軸
344……X2軸
345……Z2軸
360……系統1
361……系統2
362……X2+C12軸
363……Z1+C21軸
364……X1+C11軸
365……Z2+C22軸
Claims (9)
- 制御軸が識別可能な制御軸情報データから、系統毎に熱変位補正の実行対象である軸組合せにインデックスを設定し、前記インデックスと一致する補正モデルのインデックスを見出すことによって、対応する補正モデルを選択する熱変位補正設定部と、
熱変位と相関を持つ動作状態データと、前記選択した補正モデルと、から補正量を算出する熱変位補正部と、
を有する熱変位補正装置。 - 前記熱変位補正設定部は、
前記制御軸情報データに基づき、系統毎に軸組合せを示す対象軸インデックスを生成する対象軸インデックス生成部と、
補正モデルと、補正を行いたい軸組合せを示す補正モデルインデックスとのセットを記憶する補正モデルセット記憶部と、
前記生成された対象軸インデックスと、前記補正モデルインデックスとを比較するインデックス比較部と、
前記インデックス比較部が、前記対象軸インデックスと、前記補正モデルインデックスとが一致した場合に、前記補正モデルインデックスにかかる前記補正モデルを、前記対象軸インデックスが生成された前記系統に対して設定する補正モデル設定部と、
を有する請求項1記載の熱変位補正装置。 - 前記対象軸インデックスは、各軸を示す対象軸番号を、少なくとも系統内の軸の数だけ含むベクトルであり、
前記対象軸番号は、系統番号と軸番号とから算出され、対応する軸を識別できる番号である請求項2記載の熱変位補正装置。 - 前記補正モデルインデックスは、各軸を示す補正軸番号を、少なくとも系統内の軸の数だけ含むベクトルであり、
前記補正軸番号は、系統番号と軸番号とから算出され、対応する軸を識別できる番号である請求項2記載の熱変位補正装置。 - 前記インデックス比較部が、前記対象軸インデックスと一致する前記補正モデルインデックスを見つけられなかった場合に、対応する補正モデルがないことを報知する報知部、を有する請求項2記載の熱変位補正装置。
- いずれかの系統の軸組合せに変更が生じたことを検出し、前記熱変位補正設定部の他の部に、前記補正モデルの再設定を指示する軸切り替え判定部、を有する請求項2記載の熱変位補正装置。
- 前記軸切り替え判定部が、軸制御情報生成部が生成する制御軸情報データに基づき、前記軸組合せに変更が生じたことを検出した場合、前記対象軸インデックス生成部は、対象軸インデックスを再度生成する請求項6記載の熱変位補正装置。
- 工作機械に対して指令を出力する数値制御装置であって、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱変位補正装置が算出する前記補正量を、前記指令に加え、補正された前記指令を工作機械に対して出力する軸制御部、を有する数値制御装置。 - 前記工作機械の動作状態を表す前記動作状態データを記憶し、前記動作状態データを前記熱変位補正部に供給する動作状態データ記憶部、を備える請求項8記載の数値制御装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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