JP7082725B1 - 工作機械、工作機械による砥石とワークとの接触検出方法、及び、コンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

工作機械による砥石とワークとの接触検出方法は、工具回転軸周りに回転可能に砥石を保持する工具保持器を、ワークを保持するワーク保持器に対して、移動方向に相対的に移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを制御する。当該方法は、工具保持器及びワーク保持器のうちの一方の保持器を、工具回転軸と交差し、且つ、移動方向と交差する制御軸に沿って移動させることが可能な、少なくとも１つのアクチュエータとは異なるモータを、一方の保持器が制御軸に沿う方向に静止するように制御する。当該方法は、さらに、モータの制御値の変化によって砥石とワークとの接触を検出する。

Description

本発明は、工作機械、工作機械による砥石とワークとの接触検出方法、及び、コンピュータプログラムに関する。

特許文献１は、砥石による素材の研削を行う工作機械において、砥石がワークに接触する瞬間を検出する技術を記述している。当該技術では、砥石を回転させるモータの電流を監視して、ワークを砥石に向けて動かして接触した際の当該電流の変化を利用して、砥石がワークに接触する瞬間を検出する。

特開平１１－０７７４９１号公報

砥石を指定速度で回転させようとすると、モータに最初に大きな電力を与える必要がある。所定の回転速度に達すると、モータの電力が下がる。電力が落ち着くには所定の時間がかかるため、その間砥石がワークに接触する瞬間を検出するための閾値を設定することができず、当該接触を検出するのに時間がかかる。また、非接触の状態であってもモータの電力が安定しないため、誤検知しやすい。

本願に開示される技術の目的は、砥石がワークに接触する瞬間を高精度に検出することが可能な、工作機械、工作機械による砥石とワークとの接触検出方法、及び、コンピュータプログラムを提供することにある。

本開示の第１態様に係る工作機械による砥石とワークとの接触検出方法は、工具回転軸周りに回転可能に砥石を保持する工具保持器を、ワークを保持するワーク保持器に対して、移動方向に相対的に移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを制御する。工具保持器及びワーク保持器のうちの一方の保持器を、工具回転軸と交差し、且つ、移動方向と交差する制御軸に沿って移動させることが可能な、少なくとも１つのアクチュエータとは異なるモータが、一方の保持器が制御軸に沿う方向に静止するように制御される。モータの制御値の変化によって砥石とワークとの接触が検出される。好ましくは、モータはサーボモータである。さらに好ましくは、モータはＡＣサーボモータである。

本開示の第２態様によれば、第１態様による接触検出方法は、制御軸が工具回転軸に対して垂直であることを特徴とする。

本開示の第３態様によれば、第１態様または第２態様によるによる接触検出方法は、制御軸が移動方向に延びる直線に対して垂直であることを特徴とする。

本開示の第４態様によれば、第１態様から第３態様による接触検出方法は、モータは、工具保持器を制御軸に沿って移動させるように構成され、少なくとも１つのアクチュエータは、制御軸に対して垂直な少なくとも１つの追加制御軸の夫々に沿って工具保持器を移動させるように構成される少なくとも１つの追加モータであることを特徴とする。

本開示の第５態様によれば、第１態様から第４態様による接触検出方法は、ワーク保持器がワーク回転軸周りに回転可能にワークを支持し、工具回転軸とワーク回転軸とが同一平面上に存在するとき、移動方向が同一平面に対して平行であり、工具回転軸とワーク回転軸とはねじれの位置にある線であるとき、移動方向が工具回転軸とワーク回転軸とに対して垂直な線に沿うことを特徴とする。

本開示の第６態様によれば、第１態様から第５態様による接触検出方法は、制御値が、モータへの電流指令値と、モータからの電流フィードバック値と、位置フィードバック値と、速度フィードバック値との少なくとも１つを含むことを特徴とする。位置フィードバック値は、モータの速度検出器から得られた回転速度を積分して得られるか、モータの角度検出器の出力値から得られるか、工具保持器またはワーク保持器の位置検出器から得られる。速度フィードバック値は、モータの速度検出器から得られるか、モータの角度検出器の出力値を変換して得られる。

本開示の第７態様によれば、第６態様による接触検出方法は、一定の時間幅あたりの電流指令値の中心傾向（central tendency）を表す値が予め定めた範囲から外れたときに、砥石とワークとの接触が生じたと判定することを特徴とする。中心傾向を表す値とは、統計的分布における数値グループの中心値をいい、例えば、平均値、中央値、最頻値を指す。好ましくは、砥石がワークに接触しない状態で、研削加工の際に砥石を回転する回転速度で回転させたときの一定の時間幅あたりの電流指令値の中心傾向を表す値に基づいて、当該範囲が定められる。

本開示の第８態様によれば、第６態様による接触検出方法は、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値の統計的ばらつき（statistical dispersion）を表す値があらかじめ定めた範囲から外れたときに、砥石とワークとの接触が生じたと判定することを特徴とする。統計的ばらつきを表す値とは、統計的分布の広がりの度合いを表し、例えば、分散、標準偏差、平均絶対偏差、平均偏差などを指す。好ましくは、砥石がワークに接触しない状態で、研削加工の際に砥石を回転する回転速度で回転させたときの一定の時間幅あたりの電流フィードバック値の統計的ばらつきを表す値に基づいて、当該範囲が定められる。

本開示の第９態様によれば、第６態様による接触検出方法は、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値の統計的ばらつきを表す値があらかじめ定めた範囲から外れたときに、砥石とワークとの接触が生じたと判定することを特徴とする。好ましくは、砥石がワークに接触しない状態で、研削加工の際に砥石を回転する回転速度で回転させたときの一定の時間幅あたりの位置フィードバック値の統計的ばらつきを表す値に基づいて、当該範囲が定められる。

本開示の第１０態様によれば、第６態様による接触検出方法は、速度フィードバック値と、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値の統計的ばらつきを表す値とのうちの少なくとも１つの値があらかじめ定めた範囲から外れたときに、砥石とワークとの接触が生じたと判定することを特徴とする。好ましくは、砥石がワークに接触しない状態で、研削加工の際に砥石を回転する回転速度で回転させたときの当該少なくとも１つの値に基づいて、当該範囲が定められる。

本開示の第１１態様によれば、第７態様による接触検出方法は、当該中心傾向を表す値が平均値と実効値とのうちの少なくとも１つの値によって表されることを特徴とする。

本開示の第１２態様によれば、第８態様から第１０態様のいずれかによる接触検出方法は、当該統計的ばらつきを表す値が標準偏差を含む少なくとも１つの値によって表されることを特徴とする。

本開示の第１３態様によれば、第９態様または第１０態様による接触検出方法は、当該統計的ばらつきを表す値が実効値を含む少なくとも１つの値によって表されることを特徴とする。

本開示の第１４態様による工作機械は、第１態様から第１３態様のいずれかの接触検出方法を実行する手段を備える。好ましくは、当該工作機械は、工具回転軸周りに回転可能に砥石を保持する工具保持器と、ワークを保持するワーク保持器と、工具保持器とワーク保持器との一方を、工具保持器とワーク保持器との他方に対して移動方向に移動させるように構成される少なくとも１つのアクチュエータと、制御軸に沿って工具保持器またはワーク保持器を移動させるように構成されるモータと、少なくとも１つのアクチュエータを検出し、モータの制御値を監視して砥石とワークとの接触の有無を判定する電子回路とを備える。当該電子回路は、第１態様から第１３態様のいずれかの接触検出方法を実行するように構成される。

本開示の第１５態様によるコンピュータプログラムは、第１態様から第１３態様のいずれかの接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える。

本開示の第１６態様によるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、第１５態様によるコンピュータプログラムを記憶する。

第１態様に係る接触検出方法、第１態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第１態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、大きな電力を与える必要のなく、電力が安定しやすい制御を実行するモータの制御値の変化によって砥石とワークとの接触を検出する。このため、砥石とワークとの接触を検知するための設定に時間を要せず、非接触時の信号が安定するため、高精度に接触を検出することができる。さらに、制御軸が工具回転軸と交差し、且つ、移動方向と交差するため、砥石とワークとの接触により生じる抵抗の制御軸方向の成分が大きくなる。このため、モータの制御値により当該接触を検出することができる。また、モータがサーボモータであるとき、フィードバック信号を制御値として使用することができ、接触を検出する別途のセンサを設けることなく、高精度に接触を検出することができる。さらに、ＡＣモータを利用することによってモータ寿命を長くすることができる。

第２態様に係る接触検出方法、第２態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第２態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、制御軸が工具回転軸に対して垂直であるため、砥石とワークとの接触により生じる抵抗の制御軸方向の成分がさらに大きくなる。このため、さらに高精度に接触を検出することができる。

第３態様に係る接触検出方法、第３態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第３態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、制御軸が移動方向に延びる直線に対して垂直であるため、砥石とワークとの接触により生じる抵抗の制御軸方向の成分がさらに大きくなる。このため、さらに高精度に接触を検出することができる。

第４態様に係る接触検出方法、第４態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第４態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、一般的にワークに比べて慣性モーメントの小さい砥石の動作を制御するモータの制御値が接触の検出に利用される。このため、接触により生じる抵抗による制御値の変化が大きくなる。このため、さらに高精度に接触を検出することができる。

第５態様に係る接触検出方法、第５態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第５態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、ワークがワーク回転軸に対する回転面の形状を有し、砥石が工具回転軸に対する回転面の形状を有するとき、砥石がワークに対して最短距離となる方向でアプローチできる、所望の場所を研ぐことができる。

第６態様に係る接触検出方法、第６態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第６態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、砥石がワークに接触することによって変化する、モータへの電流指令値と、モータからの電流フィードバック値と、位置フィードバック値と、速度フィードバック値との少なくとも１つを制御値が含むため、高精度に接触を検出することができる。

砥石がワークと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における電流指令値の最大値・最小値は、砥石とワークとが接触しない非接触状態における電流指令値の最大値・最小値との差が出にくいため、閾値による検出は困難である。ただし、接触状態では、電流指令値が当該最大値または最小値の近くに偏る傾向があるため、一定の時間幅あたりの電流指令値の中心傾向を表す値に差が出やすい。第７態様に係る接触検出方法、第７態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第７態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、電流指令値のこのような性質を利用して、数μｍなどの微小な接触を検出することができる。

砥石がワークと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における電流フィードバック値は、砥石とワークとが接触しない非接触状態における電流フィードバック値との差が出にくい、または、接触状態の前後の非接触状態において電流フィードバック値が変化することがあるため、閾値による検出が困難である。ただし、接触状態では一定の時間幅あたりの電流フィードバック値のばらつきが増加する傾向があるため、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値の統計的ばらつきを表す値に差が出やすい。第８態様に係る接触検出方法、第８態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第８態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、電流フィードバック値のこのような性質を利用して、数μｍなどの微小な接触を検出することができる。

砥石がワークと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における位置フィードバック値の最大値・最小値は、砥石とワークとが接触しない非接触状態における位置フィードバック値の最大値・最小値との差が出にくいため、閾値による検出は困難である。ただし、接触状態では、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値のばらつきが増加する傾向があるため、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値の統計的ばらつきを表す値に差が出やすい。第９態様に係る接触検出方法、第９態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第９態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、位置フィードバック値のこのような性質を利用して、数μｍなどの微小な接触を検出することができる。

速度フィードバック値は、砥石がワークと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態であっても、砥石とワークとが接触しない非接触状態における速度フィードバック値の最大値・最小値に対して有意な差が存在する。これによって、接触状態では、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値のばらつきが増加する傾向があるため、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値の統計的ばらつきを表す値にも差が出やすい。第１０態様に係る接触検出方法、第１０態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第１０態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、速度フィードバック値のこのような性質を利用して、数μｍなどの微小な接触を検出することができる。

第１１態様に係る接触検出方法、第１１態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第１１態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、一定の時間幅あたりの電流指令値の中心傾向を表す値の絶対値が電流指令値の統計的ばらつきの値よりもはるかに大きいため、一定の時間幅あたりの電流指令値の中心傾向と電流指令値の統計的ばらつきとの両方が加わった実効値も一定の時間幅あたりの電流指令値の中心傾向を表す値と同様に変化する。このため、多くのハードウェアでサポートされている平均値や実効値を利用して、数μｍなどの微小な接触を検出することができる。

第１２態様に係る接触検出方法、第１２態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第１２態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、多くのハードウェアでサポートされている標準偏差を利用するため実装が容易である。

第１３態様に係る接触検出方法、第１３態様の接触検出方法を実行する手段を備える第１４態様の工作機械、第１３態様の接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える第１５態様のコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを記憶する第１６態様の記憶媒体では、速度フィードバック値／位置フィードバック値の中心傾向を表す値の絶対値が０に近い値であるため、速度フィードバック値／位置フィードバック値の一定の時間幅あたりの中心傾向と、速度フィードバック値／位置フィードバック値の一定の時間幅あたりの統計的ばらつきとの両方が加わった実効値も、当該統計的ばらつきと同様に変化する。このため、多くのハードウェアでサポートされている実効値を利用しても、数μｍなどの微小な接触を検出することができる。

本願に開示される技術によれば、砥石がワークに接触する瞬間を高精度に検出することができる。より具体的には、砥石がワークと数μｍ程度微小に接触するような微小な接触を検出することができる。

図１は、実施形態に係る工作機械の構成を示す構成図である。 図２は、実施形態に係るモータの周辺回路のブロック図である。 図３は、セミクローズドループ方式におけるモータの制御の制御ブロック図である。 図４は、フルクローズドループ方式におけるモータの制御の制御ブロック図である。 図５は、砥石をワークに向けて移動させる方法の一例を示す。 図６は、砥石をワークに向けて移動させる方法の一例を示す。 図７は、砥石をワークに向けて移動させる方法の一例を示す。 図８は、砥石をワークに向けて移動させる方法の一例を示す。 図９は、砥石をワークに向けて移動させる方法の一例を示す。 図１０は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流指令値の変化を示した一例を示す。 図１１は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流指令値の平均値の変化を示した一例を示す。 図１２は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流指令値の標準偏差の変化を示した一例を示す。 図１３は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流指令値の実効値の変化を示した一例を示す。 図１４は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流フィードバック値の変化を示した一例を示す。 図１５は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流フィードバック値の平均値の変化を示した一例を示す。 図１６は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流フィードバック値の標準偏差の変化を示した一例を示す。 図１７は、第２モータを位置制御したときの第２モータの電流フィードバック値の実効値の変化を示した一例を示す。 図１８は、第２モータを位置制御したときの第２モータの速度フィードバック値の変化を示した一例を示す。 図１９は、第２モータを位置制御したときの第２モータの速度フィードバック値の平均値の変化を示した一例を示す。 図２０は、第２モータを位置制御したときの第２モータの速度フィードバック値の標準偏差の変化を示した一例を示す。 図２１は、第２モータを位置制御したときの第２モータの速度フィードバック値の実効値の変化を示した一例を示す。 図２２は、第２モータを位置制御したときの第２モータの位置フィードバック値の変化を示した一例を示す。 図２３は、第２モータを位置制御したときの第２モータの位置フィードバック値の平均値の変化を示した一例を示す。 図２４は、第２モータを位置制御したときの第２モータの位置フィードバック値の標準偏差の変化を示した一例を示す。 図２５は、第２モータを位置制御したときの第２モータの位置フィードバック値の実効値の変化を示した一例を示す。 図２６は、本実施形態に係る砥石とワークとの接触検出方法の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、図中において同じ符号は、対応するまたは実質的に同一の構成を示している。
＜実施形態＞
＜工作機械１の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る工作機械１の構成を示すブロック図である。工作機械１は、基台１０、ワーク主軸台１１、ワーク保持器１２、キャリッジ１３、サドル１４、工具主軸台１５、工具保持器１６、第１モータ２１、第２モータ２２、第３モータ２３、第４モータ２４、第１ボールねじ３１、第２ボールねじ３２、及び、第３ボールねじ３３を備える。基台１０は、ワーク主軸台１１、ワーク保持器１２、キャリッジ１３、サドル１４、工具主軸台１５、工具保持器１６、第１モータ２１、第２モータ２２、第３モータ２３、第４モータ２４、第１ボールねじ３１、第２ボールねじ３２、及び、第３ボールねじ３３を支持する。ここで、後述するワーク回転軸Ａ_ＸＷに沿う軸をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直で基台１０の上面に沿う軸をＹ軸とし、Ｙ軸とＺ軸とに垂直な軸をＸ軸とする。

ワーク主軸台１１は、ワーク回転軸Ａ_ＸＷ周りに回転可能にワーク保持器１２を支持する。例えば、ワーク主軸台１１には、ワーク回転軸Ａ_ＸＷ周りにワーク保持器１２を回転させるように構成された、図示しないモータが取り付けられる。ワーク保持器１２は、例えば、ワーク主軸である。ワーク保持器１２は、ワーク回転軸Ａ_ＸＷ周りに回転可能にワークＷを保持する。キャリッジ１３は、第２ボールねじ３２を介して第２モータ２２に接続される。第２モータ２２は、サドル１４、工具主軸台１５、及び、工具保持器１６をＹ軸方向に移動させるように構成される。キャリッジ１３は、第１モータ２１を支持し、サドル１４、工具主軸台１５、及び、工具保持器１６を摺動可能に支持する。サドル１４は、第１ボールねじ３１を介して第１モータ２１に接続される。第１モータ２１は、サドル１４をＸ軸方向に移動させるように構成される。

サドル１４は、第３モータ２３を支持し、工具主軸台１５及び工具保持器１６をＺ軸方向に摺動可能に支持する。第３モータ２３は、工具主軸台１５及び工具保持器１６をＺ軸方向に移動させるように構成される。工具主軸台１５は、工具保持器１６をＢ軸Ａ_ＸＢ周りに回転可能に支持する。第４モータ２４は、Ｂ軸Ａ_ＸＢ周りに工具保持器１６を回転させるように構成される。さらに、工具主軸台１５には、工具回転軸Ａ_ＸＴ周りに工具保持器１６を回転させるように構成された、図示しないモータが取り付けられる。工具保持器１６は、例えば、工具主軸である。工具保持器１６は、工具回転軸Ａ_ＸＴ周りに回転可能に砥石ＧＳを保持する。

なお、ワーク主軸台１１が工具主軸台１５のようにキャリッジ１３及びサドル１４と同様の構造を含み、工作機械１は、ワーク主軸台１１をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に駆動する第５モータ２５、第６モータ２６、及び、第７モータ２７と、それらとワーク主軸台１１とを接続する第５ボールねじ３５、第６ボールねじ３６、及び、第７ボールねじ３７をさらに備えてもよい。以降の実施形態では、第１モータ２１、第２モータ２２、及び、第３モータ２３、第４モータ２４、第５モータ２５、第６モータ２６、及び、第７モータ２７を総称して複数のモータ２０と呼んでもよい。複数のモータ２０の夫々は、好ましくはサーボモータである。また、複数のモータ２０の夫々は、さらに好ましくはＡＣサーボモータである。

また、第１モータ２１、第２モータ２２、第３モータ２３、第５モータ２５、第６モータ２６、及び、第７モータ２７の夫々が、工具保持器１６またはワーク保持器１２を制御軸に沿って移動させるように構成される。第１モータ２１の制御軸及び第５モータ２５の制御軸はＸ軸である。第２モータ２２の制御軸及び第６モータ２６の制御軸はＹ軸である。第３モータ２３の制御軸及び第７モータ２７の制御軸はＺ軸である。

工作機械１は、数値制御装置５、入出力インタフェース６、サーボドライバ装置７、及び、モニタリング装置８をさらに備える。数値制御装置５は、複数のモータ２０、ワーク保持器１２、及び、工具保持器１６の回転等を制御し、ワークＷを所望の形状に加工するように構成される。入出力インタフェース６は、ボタンなどの入力装置と、ディスプレイなどの表示装置を含む。入出力インタフェース６は、好ましくは、タッチパネルディスプレイである。サーボドライバ装置７は、数値制御装置５からの指令値に基づき、モータ２０に最適な電流もしくは電圧を出力する。モニタリング装置８は、モータ２０のフィードバック制御で送信される信号を監視し、所定の条件を満たすときに数値制御装置５に信号を送信する。例えば、モニタリング装置８は、当該信号に基づいて砥石ＧＳとワークＷとの接触を判定し、その接触の有無を示す信号を数値制御装置５に送信する。数値制御装置５は、砥石ＧＳとワークＷとの接触があることを示した信号を受信すると、砥石ＧＳとワークＷとの相対的移動を停止し、砥石ＧＳ又はワークＷの位置を予め定められた位置に戻す。

図２は、実施形態に係るモータ２０の周辺回路の構成図である。数値制御装置５は、電子回路５１とメモリ５２とを含む。図２を参照すると、電子回路５１は、例えば、ＥＣＵなどのプロセッサである。メモリ５２は、ワークＷを加工するための加工プログラム等を記憶するように構成される。電子回路５１は、加工プログラムを実行して、モータ２０、ワーク保持器１２、及び、工具保持器１６の回転等を制御する。モニタリング装置８は、ＥＣＵなどのハードウェアプロセッサである電子回路８１とメモリ８２とを含む。メモリ８２は、接触を判定するロジックを記憶する。電子回路８１は、当該ロジックを実行する。

さらに、図２を参照すると、図１に示す第１モータ２１～第４モータ２４には、それぞれ、速度検出器ＶＤ１～ＶＤ４及び位置検出器（角度検出器）ＰＤ１～ＰＤ４とのうちの少なくとも１つが付加されている。なお、図示していないが、サーボドライバ装置７は、第５モータ２５、第６モータ２６、及び、第７モータ２７のそれぞれを制御するための速度検出器及び位置検出器（角度検出器）をさらに備えてもよい。以降の実施形態では、これらの速度検出器を総称して、速度検出器ＶＤと呼ぶ。これらの位置検出器（角度検出器）を総称して、位置検出器（角度検出器）ＰＤと呼ぶ。

速度検出器ＶＤは、例えば、モータ２０に接続されるインクリメンタル方式のエンコーダＥである。図１では、第２モータ２２に接続されるエンコーダＥ２を、速度検出器ＶＤ２として図示している。角度検出器ＰＤは、例えば、モータ２０に接続されるインクリメンタル方式のエンコーダＥである。角度検出器ＰＤで検出されるモータ２０の回転角度は、エンコーダＥの出力を積分することによって得られる。なお、エンコーダＥをアブソリュート方式のエンコーダとして、エンコーダＥの出力値を角度検出器ＰＤの出力とし、出力値の変位を速度検出器ＶＤの出力としてもよい。図１では、第２モータ２２に接続されるエンコーダＥ２を、速度検出器ＰＤ２として図示している。位置検出器ＰＤは、例えば、ワーク保持器１２または工具保持器１６の位置を計測するリニアスケールＬである。図１では、キャリッジ１３のＹ軸方向の位置を検出するリニアスケールＬ２を図示している。

図２を参照すると、サーボドライバ装置７は、第１モータ２１、第２モータ２２、第３モータ２３、及び、第４モータ２４のそれぞれを制御するための第１サーボドライバ７１、第２サーボドライバ７２、第３サーボドライバ７３、及び、第４サーボドライバ７４を含む。なお、図示していないが、サーボドライバ装置７は、第５モータ２５、第６モータ２６、及び、第７モータ２７のそれぞれを制御するためのサーボドライバをさらに備えてもよい。第４モータ２４にはリニアスケールに相当する位置検出器ＰＤを備えないため、第４サーボドライバ７４はリニアスケールからの情報を処理しない点を除き、上述するサーボドライバの基本的な機能は同じであり、サーボドライバ７０と総称する。

モニタリング装置８は、数値制御装置５、サーボドライバ装置７、速度検出器ＶＤ、及び、位置検出器（角度検出器）ＰＤと電気的に接続される。図３及び図４は、これらの信号の詳細を説明するための、モータ２０の制御の制御ブロック図である。図３は、位置検出器（角度検出器）ＰＤとしてエンコーダＥを使用したときのシステム（セミクローズドループ方式）のフィードバック制御の制御ブロック図である。図４は、位置検出器ＰＤとしてリニアスケールＬを使用したときのシステム（フルクローズドループ方式）のフィードバック制御の制御ブロック図である。図３及び図４を参照すると、サーボドライバ７０は、位置制御器７０ａ、速度制御器７０ｂ、電流制御器７０ｃ、及び、電圧調整器７０ｄを含む。

図３を参照すると、セミクローズドループ方式において位置制御を行う場合、数値制御装置５からの位置指令値θ_rと、エンコーダＥの出力値を積分して得られる位置フィードバック値θ_ｃとの偏差ｅ_ｏが位置制御器７０ａへ入力される。位置制御器７０ａは、通常比例制御（Ｐ制御）を用いて速度指令値ω_rを出力する。図４を参照すると、フルクローズドループ方式において位置制御を行う場合、数値制御装置５からの位置指令値Ｐ_rと、リニアスケールＬから得られる位置フィードバック値Ｐ_ｃとの偏差ｅ_ｏが位置制御器７０ａへ入力される。位置制御器７０ａは、通常比例制御（Ｐ制御）を用いて速度指令値ω_rを出力する。ワーク保持器１２または工具保持器１６の速度を制御する速度制御を行うときは、速度指令値ω_rが数値制御装置５から速度制御器７０ｂへ入力される。

以降の処理は、セミクローズドループ方式であっても、フルクローズド方式であっても、速度制御であっても共通である。速度指令値ω_rとエンコーダＥから得られる速度フィードバック値ω_ｃとの偏差ｅ_ｕが速度制御器７０ｂへ入力される。速度制御器７０ｂは、通常比例積分制御（ＰＩ制御）を用いて電流指令値ｉ_rを出力する。電流指令値ｉ_rと電圧調整器７０ｄの出力として得られる電流フィードバック値ｉ_ｃとの偏差ｅ_ｉが電流制御器７０ｃへ入力される。電流制御器７０ｃは、通常比例積分制御（ＰＩ制御）を用いて電圧指令値Ｅ_rを出力する。電圧調整器７０ｄは、通常パワーアンプであり、電圧指令値Ｅ_rに基づいてモータ２０を制御するための駆動電流ｉ_ｃをモータ２０に出力する。

図２に戻り、モニタリング装置８は、数値制御装置５から出力される位置指令値θ_r、Ｐ_rまたは速度指令値ω_r、位置制御器７０ａから出力される速度指令値ω_r、速度制御器７０ｂから出力される電流指令値ｉ_r、電圧調整器７０ｄから出力される電流フィードバック値ｉ_ｃ、エンコーダＥから出力される速度フィードバック値ω_ｃ、及び、エンコーダＥから出力される値を積分して得られる位置フィードバック値θ_ｃ（または、リニアスケールＬから出力される位置フィードバック値Ｐ_ｃ）を監視するように構成される。以降の実施形態では、モニタリング装置８が監視するこれらの値を制御値と呼ぶ。モニタリング装置８は、これらの値の平均、標準偏差、実効値などを演算するように構成される電子回路８１を含み、これらの値もしくは演算された値が所定の条件を満たすときに信号を数値制御装置５に出力することが可能である。数値制御装置５は、所定の条件を定めるためのパラメータ（閾値）をモニタリング装置８のメモリ８２に設定することが可能である。

図５～図９は、それぞれ、砥石ＧＳをワークＷに向けて移動させる方法の例を示す。図５～図９では、砥石ＧＳがワークＷよりも大きく示されているが、実際は、ワークＷが砥石ＧＳよりも大きいことが殆どである。図５は、工具回転軸Ａ_ＸＴとワーク回転軸Ａ_ＸＷとをＺ軸に平行に向けて、砥石ＧＳをＸ軸方向に移動させる例を示している。図６は、工具回転軸Ａ_ＸＴをワーク回転軸Ａ_ＸＷと同一平面上になるように、工具回転軸Ａ_ＸＴをＸ軸に平行に向けて、ワーク回転軸Ａ_ＸＷをＺ軸に平行に向けて、砥石ＧＳをＺ軸方向に移動させる例を示している。図７は、砥石ＧＳが円錐の形状を有するとき、円錐の側面がワークＷの研削対象面と平行となるように工具回転軸Ａ_ＸＴをワーク回転軸Ａ_ＸＷと同一平面上になるように傾けてＸ軸に沿うように移動させる例を示している。図８は、工具回転軸Ａ_ＸＴとワーク回転軸Ａ_ＸＷとをＺ軸に平行に向けて、砥石ＧＳをＺ軸方向に移動させる例を示している。図９は、工具回転軸Ａ_ＸＴをＸ軸に平行に向けて、ワーク回転軸Ａ_ＸＷをＺ軸に平行に向けて、砥石ＧＳをＹ軸方向に移動させる例を示している。

以降の説明において、図５～図９に座標軸以外の矢印は、砥石ＧＳの移動方向ＭＤを示す。図５～図８の例に示すように、工具回転軸Ａ_ＸＴとワーク回転軸Ａ_ＸＷとが同一平面上に存在するとき、移動方向ＭＤは当該同一平面に対して平行である。図９の例に示すように、工具回転軸Ａ_ＸＴとワーク回転軸Ａ_ＸＷとはねじれの位置にある線であるとき、移動方向ＭＤは工具回転軸Ａ_ＸＴとワーク回転軸Ａ_ＸＷとに対して垂直な線に沿う。また、これらの砥石ＧＳの移動に関与するモータ２０を、少なくとも１つのアクチュエータと呼ぶ。この砥石ＧＳの移動に関与するモータ２０を追加モータと呼称してもよい。図５の例では、第１モータ２１が少なくとも１つのアクチュエータである。図６の例では、第３モータ２３が少なくとも１つのアクチュエータである。図７の例では、第１モータ２１と第３モータ２３とが少なくとも１つのアクチュエータである。図８の例では、第３モータ２３が少なくとも１つのアクチュエータである。図９の例では、第２モータ２２が少なくとも１つのアクチュエータである。

なお、図５～図９の例において、砥石ＧＳではなく、ワークＷを移動させてもよい。特に、ワークＷを移動させないと所望の面を研削できない場合、ワークＷを移動させることが好ましい。このような場合、図５の例では、第５モータ２５が少なくとも１つのアクチュエータである。図６の例では、第７モータ２７が少なくとも１つのアクチュエータである。図７の例では、第５モータ２５と第７モータ２７とが少なくとも１つのアクチュエータである。図８の例では、第７モータ２７が少なくとも１つのアクチュエータである。図９の例では、第６モータ２６が少なくとも１つのアクチュエータである。少なくとも１つのアクチュエータの制御軸のことを追加制御軸と呼んでもよい。

本実施形態では、第１モータ２１～第７モータ２７のうち、少なくとも１つのアクチュエータとは異なるモータは、工具保持器１６及びワーク保持器１２のうちの一方の保持器がその制御軸に沿う方向に静止するように制御される。さらにそれらのモータのうち、その制御軸が砥石ＧＳとワークＷとの接触により生じる摩擦トルクの向きに対して垂直でないモータの制御値の変化に基づいて、砥石ＧＳとワークＷとの接触が検出される。具体的には、砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されるモータの制御軸は、工具回転軸Ａ_ＸＴと交差し、且つ、移動方向ＭＤと交差する。さらに好ましくは、砥石ＧＳとワークＷとの接触により生じる摩擦トルクの向きに実質的に平行な制御軸を有するモータが、砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。つまり、制御軸は、工具回転軸Ａ_ＸＴに対して垂直であることが好ましい。制御軸は、移動方向ＭＤに延びる直線に対して垂直であることが好ましい。

図５の例では、第２モータ２２または第６モータ２６が砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。図６の例では、第２モータ２２または第６モータ２６が砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。図７の例では、第２モータ２２または第６モータ２６が砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。図８の例では、第２モータ２２または第６モータ２６が砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。図９の例では、第３モータ２３または第７モータ２７が砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。

さらには、上述する砥石ＧＳとワークＷとの接触により生じる摩擦トルクの向きに対して垂直でない制御軸を有するモータのうち、砥石ＧＳの動きを制御するモータが砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることがさらに好ましい。一般的には、砥石ＧＳのイナーシャ（慣性モーメント）がワークＷのイナーシャ（慣性モーメント）よりも小さいため、摩擦トルクにより生じる加速度が大きな値を示し、制御値が大きくなるからである。図５～図８の例では、第２モータ２２が砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されることが好ましい。この場合、少なくとも１つのアクチュエータは、第２モータ２２の制御軸に対して垂直な少なくとも１つの追加制御軸の夫々に沿って工具保持器１６を移動させるように構成される少なくとも１つの追加モータである。図９の例では、第３モータ２３が利用されることが好ましい。この場合、少なくとも１つのアクチュエータは、第３モータ２３の制御軸に対して垂直な少なくとも１つの追加制御軸の夫々に沿って工具保持器１６を移動させるように構成される少なくとも１つの追加モータである。ただし、砥石ＧＳのイナーシャ（慣性モーメント）がワークＷのイナーシャ（慣性モーメント）よりも大きい場合、ワークＷの動きを制御するモータが砥石ＧＳとワークＷとの接触の検出に利用されてもよい。

図１０～図２５は、図中の期間Ｔ_ｃにおいて砥石ＧＳとワークＷとが数μｍ程度微小に接触した状態で停止するように、図５のように砥石ＧＳを移動させるように第１モータ２１を制御し、第２モータ２２を所定の位置にて位置制御したときの第２モータ２２の制御系の信号の変化を示した図の一例を示す。なお、第２モータ２２は、セミクローズドループ方式によって制御される。フルクローズドループ方式において第２モータ２２が制御される場合も、図１０～２５と概ね同様の性質の信号が検出される。また、第２モータが速度０となるように速度制御がされた場合、図１０～図２１と概ね同様の性質の信号が検出される。

具体的には、図１０～１３は、それぞれ、第２モータ２２を位置制御したときの第２モータ２２の電流指令値ｉ_r、電流指令値ｉ_rの平均値、電流指令値ｉ_rの標準偏差、電流指令値ｉ_rの実効値の変化を示した例を示す。図１４～１７は、それぞれ、第２モータ２２を位置制御したときの第２モータ２２の電流フィードバック値ｉ_ｃ、電流フィードバック値ｉ_ｃの平均値、電流フィードバック値ｉ_ｃの標準偏差、電流フィードバック値ｉ_ｃの実効値の変化を示した例を示す。図１８～２１は、それぞれ、第２モータ２２を位置制御したときの第２モータ２２の速度フィードバック値ω_ｃ、速度フィードバック値ω_ｃの平均値、速度フィードバック値ω_ｃの標準偏差、速度フィードバック値ω_ｃの実効値の変化を示した例を示す。図２２～２５は、それぞれ、第２モータ２２を位置制御したときの第２モータ２２の位置フィードバック値θ_ｃ、位置フィードバック値θ_ｃの平均値、位置フィードバック値θ_ｃの標準偏差、位置フィードバック値θ_ｃの実効値の変化を示した例を示す。

これらの平均値、標準偏差、実効値は、該当時間の前後を含む一定の時間幅の各制御値の平均値、標準偏差、実効値である。つまり、図１１、１５、１９、２３における平均値は、一定の時間幅ごとの移動平均である。図１２、１６、２０、２４における標準偏差は、一定の時間幅ごとの標準偏差である。図１３、１７、２１、２５における実効値は、一定の時間幅ごとの実効値である。

図１０を参照すると、砥石ＧＳがワークＷと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における電流指令値ｉ_rの最大値・最小値は、砥石ＧＳがワークＷとが接触しない非接触状態における電流指令値ｉ_rの最大値ｉ_rMAX・最小値ｉ_rMINとの差が出にくい。図１０では、期間Ｔ_ｃの一部において電流指令値ｉ_rがわずかに最大値ｉ_rMAXを上回ったにすぎない。このため、電流指令値ｉ_rをそのまま利用したとしても閾値による検出は困難である。電流指令値ｉ_rの最大値ｉ_rMAX・最小値ｉ_rMINにノイズ等の影響を除くためのマージンＭ_irを加えた範囲Ｒ_ir［ｉ_rMIN－Ｍ_ir，ｉ_rMAX＋Ｍ_ir］から接触時に電流指令値ｉ_rが外れる可能性は小さいからである。

しかし、接触状態では、電流指令値ｉ_rが当該最大値ｉ_rMAXまたは最小値ｉ_rMINの近くに偏る傾向があるため、一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの中心傾向を表す値に差が出やすい。この一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの中心傾向を表す値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の電流指令値ｉ_rから求められる。図１０では、接触状態において、電流指令値ｉ_rは、最大値ｉ_rMAXの近くに偏っている。このため、図１１に示されるように、一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの平均値は、非接触時の値に比べて増加している。このため、非接触状態における電流指令値ｉ_rの一定の時間幅あたりの平均値の最大値ｉ_rAVMAX、最小値ｉ_rAVMINにマージンＭ_irAVを加えた範囲Ｒ_irAV［ｉ_rAVMIN－Ｍ_irAV，ｉ_rAVMAX＋Ｍ_irAV］から電流指令値ｉ_rの一定の時間幅あたりの平均値が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

一方、図１０の拡大領域Ｐ、Ｑに示されるように、電流指令値ｉ_rは、ｉ_rMAX・ｉ_rMINとの間でほぼ同じ周波数で振動し、且つ、主な振幅も大きく変化しないため、一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの統計的ばらつきは大きく変化しない。このため、図１２に示すように、電流指令値ｉ_rの標準偏差は、接触状態と非接触状態で差が出にくい。つまり、電流指令値ｉ_rの標準偏差の最大値ｉ_rSDMAX・最小値ｉ_rSDMINにノイズ等の影響を除くためのマージンＭ_irSDを加えた範囲Ｒ_irSD［ｉ_rSDMIN－Ｍ_irSD，ｉ_rSDMAX＋Ｍ_irSD］から接触時に電流指令値ｉ_rの標準偏差が外れる可能性は小さく、砥石ＧＳがワークＷとの接触の検出には利用することは困難である。

電流指令値ｉ_rの実効値は、電流の瞬時値の二乗を１周期にわたって平均した値の平方根に等しいため、一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの中心傾向と、電流指令値ｉ_rの統計的ばらつきとの両方が加わった値である。ＡＣサーボモータでは、静止させる場合であっても電流は発生するため、一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの中心傾向を表す値の絶対値が、電流指令値ｉ_rの統計的ばらつきの値よりもはるかに大きい。したがって、電流指令値ｉ_rの実効値においては、電流指令値ｉ_rの中心傾向の方が、電流指令値ｉ_rの統計的ばらつきよりも大きく寄与する。したがって、図１３のように、一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの実効値が非接触時の値に比べて増加している。この一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_rの実効値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の電流指令値ｉ_rから求められる。このため、非接触状態における電流指令値ｉ_rの一定の時間幅あたりの実効値の最大値ｉ_rRMMAX、最小値ｉ_rRMMINにマージンＭ_irRMを加えた範囲Ｒ_irRM［ｉ_rRMMIN－Ｍ_irRM，ｉ_rRMMAX＋Ｍ_irRM］から電流指令値ｉ_rの一定の時間幅あたりの実効値が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

図１４を参照すると、砥石ＧＳがワークＷと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における電流フィードバック値ｉ_ｃの最大値・最小値は、砥石ＧＳがワークＷとが接触しない非接触状態における電流フィードバック値ｉ_ｃの最大値ｉ_cMAX・最小値ｉ_cMINとの差が出にくい。このため、電流フィードバック値ｉ_ｃをそのまま利用したとしても閾値による検出は困難である。電流フィードバック値ｉ_ｃの最大値ｉ_cMAX・最小値ｉ_cMINにノイズ等の影響を除くためのマージンＭ_icを加えた範囲［ｉ_cMIN－Ｍ_ic，ｉ_cMAX＋Ｍ_ic］から接触時に電流フィードバック値ｉ_ｃが外れる可能性は小さいからである。

また、図１５に示されるように、電流フィードバック値ｉ_ｃの平均値は、接触の前後で変化する。このように、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの中心傾向を表す値は、接触の前後で変化するため、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの中心傾向を表す値を利用して接触を判定することは困難である。

一方、図１４の拡大領域Ｒ、Ｓに示されるように、電流フィードバック値ｉ_ｃは、接触時において振幅が大きい変動が増加するため、電流フィードバック値ｉ_ｃの統計的ばらつき）が増加する。この一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの統計的ばらつきは、該当時間を含む当該時間幅における複数の電流フィードバック値ｉ_ｃから求められる。このため、図１６に示すように、電流フィードバック値ｉ_ｃの標準偏差は、接触状態と非接触状態で差が出やすい。したがって、非接触状態における電流フィードバック値ｉ_ｃの一定の時間幅あたりの標準偏差の最大値ｉ_cSDMAX、最小値ｉ_cSDMINにマージンＭ_icSDを加えた範囲Ｒ_icSD［ｉ_cSDMIN－Ｍ_icSD，ｉ_cSDMAX＋Ｍ_icSD］から電流フィードバック値ｉ_ｃの一定の時間幅あたりの標準偏差が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

さらに、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの中心傾向を表す値の絶対値が、電流フィードバック値ｉ_ｃの統計的ばらつきの値よりもはるかに大きいため、電流フィードバック値ｉ_ｃの実効値においては、電流フィードバック値ｉ_ｃの中心傾向の方が、電流フィードバック値ｉ_ｃの統計的ばらつきよりも大きく寄与する。したがって、図１７のように、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの実効値が接触時の値と非接触時の値が区別できるように変化されていない。この一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの実効値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の電流フィードバック値ｉ_ｃから求められる。したがって、実効値を利用して接触を判定することは困難である。

図１８を参照すると、砥石ＧＳがワークＷと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における速度フィードバック値ω_ｃは、砥石ＧＳがワークＷとが接触しない非接触状態における速度フィードバック値ω_ｃの最大値ω_cMAX・最小値ω_cMINとの差が大きい。したがって、図１８のように、非接触状態における速度フィードバック値ω_ｃの最大値ω_cMAX、最小値ω_cMINにマージンＭ_ωcを加えた範囲Ｒ_ωc［ω_cMIN－Ｍ_ωc，ω_cMAX＋Ｍ_ωc］から速度フィードバック値ω_ｃが外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値を算出する基準となる時間幅と速度フィードバック値ω_ｃの変動周波数との相違がある場合、当該時間幅において中心傾向を表す値が当該最大値ω_cMAXまたは最小値ω_cMINの近くに偏った値で算出される場合がある。例えば、当該時間幅において上述する最大値ω_cMAXを超える速度フィードバック値ω_ｃの数が当該時間幅において上述する最小値ω_cMINを下回る速度フィードバック値ω_ｃの数よりも大幅に上回るような場合が考えられる。このような場合、図１９に示すように、接触の有無によって一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値に差が出やすい。この一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の速度フィードバック値ω_ｃから求められる。このとき、図１９に示すように、非接触状態における速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの平均値の最大値ω_cAVMAX、最小値ω_cAVMINにマージンＭ_ωcAVを加えた範囲Ｒ_ωcAV［ω_cAVMIN－Ｍ_ωcAV，ω_cAVMAX＋Ｍ_ωcAV］から速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの平均値が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。なお、砥石ＧＳとワークＷとの接触時間、材質等によっては、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値が接触の有無によって差が生じない場合もある。この場合、速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値によって接触を検出することは困難である。

また、図１８に示されるように、速度フィードバック値ω_ｃは、接触時において振幅が大きい変動が増加するため、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの統計的ばらつきが増加する。この一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの統計的ばらつきは、該当時間を含む当該時間幅における複数の速度フィードバック値ω_ｃから求められる。このため、図２０に示すように、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの標準偏差は、接触状態と非接触状態で差が出やすい。したがって、非接触状態における速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの標準偏差の最大値ω_cSDMAX、最小値ω_cSDMINにマージンＭ_ωcSDを加えた範囲Ｒ_ωcSD［ω_cSDMIN－Ｍ_ωcSD，ω_cSDMAX＋Ｍ_ωcSD］から速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの標準偏差が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

さらに、速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値の絶対値が０に近い値であり、速度フィードバック値ω_ｃの統計的ばらつきの値のほうがはるかに大きい。このため、速度フィードバック値ω_ｃの実効値においては、速度フィードバック値ω_ｃの統計的ばらつきの方が、速度フィードバック値ω_ｃの中心傾向を表す値よりも大きく寄与する。したがって、図２１のように、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの実効値が非接触時の値に比べて増加している。この一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの実効値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の速度フィードバック値ω_ｃから求められる。このため、非接触状態における速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの実効値の最大値ω_cRMMAX、最小値ω_cRMMINにマージンＭ_ωcRMを加えた範囲Ｒ_ωcRM［ω_cRMMIN－Ｍ_ωcRM，ω_cRMMAX＋Ｍ_ωcRM］から速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの実効値が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

図２２を参照すると、砥石ＧＳがワークＷと数μｍ程度微小に接触するときの接触状態における位置フィードバック値θ_ｃの最大値・最小値は、砥石ＧＳがワークＷとが接触しない非接触状態における位置フィードバック値θ_ｃの最大値θ_cMAX・最小値θ_cMINとの差が出にくい。このため、位置フィードバック値θ_ｃをそのまま利用したとしても閾値による検出は困難である。位置フィードバック値θ_ｃの最大値θ_cMAX・最小値θ_cMINにノイズ等の影響を除くためのマージンＭ_θcを加えた範囲Ｒ_θc［θ_cMIN－Ｍ_θc，θ_cMAX＋Ｍ_θc］から接触時に位置フィードバック値θ_ｃが外れる可能性は小さいからである。

位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値の時間幅と位置フィードバック値θ_ｃの変動周波数との相違がある場合、当該時間幅において中心傾向を表す値が当該最大値θ_cMAXまたは最小値θ_cMINの近くに偏った値で算出される場合がある。例えば、当該時間幅において上述する最大値θ_cMAXを超える位置フィードバック値θ_ｃの数が当該時間幅において上述する最小値θ_cMINを下回る位置フィードバック値θ_ｃの数よりも大幅に上回るような場合が考えられる。このような場合、図２３に示すように、接触の有無によって、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値に差が出やすい。この一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の位置フィードバック値θ_ｃから求められる。このとき、図２３に示すように、非接触状態における位置フィードバック値θ_ｃの一定の時間幅あたりの平均値の最大値θ_cAVMAX、最小値θ_cAVMINにマージンＭ_θcAVを加えた範囲Ｒ_θcAV［θ_cAVMIN－Ｍ_θcAV，θ_cAVMAX＋Ｍ_θcAV］から位置フィードバック値θ_ｃの一定の時間幅あたりの平均値が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。なお、砥石ＧＳとワークＷとの接触時間、材質等によっては、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値が接触の有無によって差が生じない場合もある。この場合、位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値によって接触を検出することは困難である。

一方、図２２に示されるように、位置フィードバック値θ_ｃは、接触時において振幅が大きい変動が増加するため、位置フィードバック値θ_ｃの統計的ばらつきが増加する。このため、図２４に示すように、位置フィードバック値θ_ｃの標準偏差は、接触状態と非接触状態で差が出やすい。このため、図２４のように、非接触状態における位置フィードバック値θ_ｃの一定の時間幅あたりの標準偏差の最大値θ_cSDMAX、最小値θ_cSDMINにマージンＭ_θcSDを加えた範囲Ｒ_θcSD［θ_cSDMIN－Ｍ_θcSD，θ_cSDMAX＋Ｍ_θcSD］から位置フィードバック値θ_ｃの一定の時間幅あたりの標準偏差が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

また、位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値の絶対値が０に近い値である。このような場合、位置フィードバック値θ_ｃの統計的ばらつきの値のほうがはるかに大きい。このため、位置フィードバック値θ_ｃの実効値においては、位置フィードバック値θ_ｃの統計的ばらつきの方が、位置フィードバック値θ_ｃの中心傾向を表す値よりも大きく寄与する。したがって、図２５のように、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの実効値が非接触時の値に比べて増加している。この一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの実効値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の位置フィードバック値θ_ｃから求められる。このため、非接触状態における位置フィードバック値θ_ｃの一定の時間幅あたりの実効値の最大値θ_cRMMAX、最小値θ_cRMMINにマージンＭ_θcRMを加えた範囲Ｒ_θcRM［θ_cRMMIN－Ｍ_θcRM，θ_cRMMAX＋Ｍ_θcRM］から位置フィードバック値θ_ｃの一定の時間幅あたりの実効値が外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとが接触したと判定することができる。

上述するモニタリング装置８は、上記のようにして得られた範囲Ｒ_irAV、Ｒ_irRM、Ｒ_icSD、Ｒ_ωc、Ｒ_ωcAV、Ｒ_ωcSD、Ｒ_ωcRM、Ｒ_θcAV、Ｒ_θcSD、Ｒ_θcRMを規定するための閾値等が入出力インタフェース６と数値制御装置５とを介して入力されると、モニタリング装置８は、電流指令値ｉ_r、電流フィードバック値ｉ_ｃ、速度フィードバック値ω_ｃ、及び、位置フィードバック値θ_ｃを検出して、これらの一定の時間幅あたりの平均値、標準偏差、実効値を計算する。この一定の時間幅あたりの電流指令値ｉ_r、電流フィードバック値ｉ_ｃ、速度フィードバック値ω_ｃ、及び、位置フィードバック値θ_ｃの平均値、標準偏差、実効値を表す値は、該当時間を含む当該時間幅における複数の電流指令値ｉ_r、電流フィードバック値ｉ_ｃ、速度フィードバック値ω_ｃ、及び、位置フィードバック値θ_ｃからそれぞれ求められる。
＜接触検出方法＞
次に、本実施形態に係る砥石ＧＳとワークＷとの接触検出方法について図２６を利用して詳細に説明する。図２６は、本実施形態に係る砥石ＧＳとワークＷとの接触検出方法の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において、当該方法は、少なくとも１つのアクチュエータとは異なるモータを、工具保持器１６及びワーク保持器１２のうちの一方の保持器が制御軸に沿う方向に静止するように制御する。図５～図８の例では、当該モータは、例えば、第２モータ２２である。図９の例では、当該モータは、例えば、第３モータ２３である。この制御は、工具保持器１６及びワーク保持器１２のうちの一方の保持器を特定の位置に制御する位置制御であってもよく、工具保持器１６及びワーク保持器１２のうちの一方の保持器の（回転）速度を０とする速度制御であってもよい。

ステップＳ２において、当該方法は、工具保持器を、ワーク保持器に対して、移動方向ＭＤに沿って相対的に移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを制御する。図５の例では、第１モータ２１または第５モータ２５が少なくとも１つのアクチュエータである。図６の例では、第３モータ２３または第７モータ２７が少なくとも１つのアクチュエータである。図７の例では、第１モータ２１と第３モータ２３、あるいは、第５モータ２５と第７モータ２７とが少なくとも１つのアクチュエータである。図８の例では、第３モータ２３または第７モータ２７が少なくとも１つのアクチュエータである。図９の例では、第２モータ２２または第６モータ２６が少なくとも１つのアクチュエータである。

ステップＳ３において、当該方法は、当該モータの制御値の変化によって、砥石ＧＳとワークＷとの接触を検出する。制御値は、当該モータへの電流指令値ｉ_rと、当該モータからの電流フィードバック値ｉ_ｃと、位置フィードバック値θ_ｃと、速度フィードバック値ω_ｃとの少なくとも１つを含む。具体的には、当該方法は、一定の時間幅あたりの当該モータへの電流指令値ｉ_rの中心傾向を表す値が予め定めた範囲を外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。さらに具体的には、当該方法は、一定の時間幅あたりの当該モータへの電流指令値ｉ_rの平均値と実効値とのうちの少なくとも１つの値が予め定めた範囲Ｒ_irAV、Ｒ_irRMを外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。

あるいは、当該方法は、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの統計的ばらつきを表す値があらかじめ定めた範囲を外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。さらに具体的には、当該方法は、一定の時間幅あたりの電流フィードバック値ｉ_ｃの標準偏差があらかじめ定めた範囲Ｒ_icSDを外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。

あるいは、当該方法は、位置制御が行われる場合、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの統計的ばらつきがあらかじめ定めた範囲を外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。さらに具体的には、当該方法は、一定の時間幅あたりの位置フィードバック値θ_ｃの標準偏差と実効値とのうちの少なくとも１つの値があらかじめ定めた範囲Ｒ_θcSD、Ｒ_θcRMを外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。これは、フルクローズドループ方式でも同様である。

あるいは、当該方法は、速度フィードバック値ω_ｃと、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの統計的ばらつきを表す値とのうちの少なくとも１つの値があらかじめ定めた範囲を外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。さらに具体的には、当該方法は、速度フィードバック値ω_ｃと、一定の時間幅あたりの速度フィードバック値ω_ｃの標準偏差と実効値とのうちの少なくとも１つの値があらかじめ定めた範囲Ｒ_ωc、Ｒ_ωcSD、Ｒ_ωcRMを外れたときに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定する。

ステップＳ４において、当該方法は、接触が検出された際の位置フィードバック値θ_ｃ（Ｐ_ｃ）をメモリ５２に記憶する。この値は、後で研削加工を行う際に利用される。最後に、ステップＳ５において、当該方法は、工具保持器１６又はワーク保持器１２をもとの位置に戻す。もとの位置とは、例えば、加工プログラム中の原点位置である。なお、ステップＳ４またはＳ５が省略されてもよい。

以上に述べた接触検出方法は、数値制御装置５のメモリ５２に記憶されたプログラムのみの実行によって実現されてもよい。この場合、モニタリング装置８は、電流指令値ｉ_r、電流フィードバック値ｉ_ｃ、位置フィードバック値θ_ｃ、速度フィードバック値ω_ｃを数値制御装置５に転送して、数値制御装置５は、それらの値の一定の時間幅あたりの中心傾向を表す値、それらの値の一定の時間幅あたりの統計的ばらつきを表す値を算出し、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定してもよい。

あるいは、数値制御装置５のメモリ５２に記憶されたプログラムの実行によって、砥石ＧＳとワークＷとの接触の判定のみがなされてもよい。この場合、モニタリング装置８は、電流指令値ｉ_r、電流フィードバック値ｉ_ｃ、位置フィードバック値θ_ｃ、速度フィードバック値ω_ｃの一定の時間幅あたりの中心傾向を表す値、又は、それらの値の一定の時間幅あたりの統計的ばらつきを表す値を算出する。さらには、砥石ＧＳとワークＷとの接触の判定までモニタリング装置８のロジックによって実行され、ステップＳ４、Ｓ５の処理のみが数値制御装置５のメモリ５２に記憶されたプログラムによって実行されてもよい。

上述の数値制御装置５のプログラム、モニタリング装置８のロジックの一部または全ての機能が専用のプロセッサや集積回路によって実現されてもよい。当該プログラムまたはロジックは、メモリ５２、８２にとどまらず、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭおよび磁気ディスク等のディスク、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ、外付けハードディスクなど数値制御装置５、モニタリング装置８から取り外し可能で、数値制御装置５、モニタリング装置８に読出可能な記憶媒体に記録されたものであってもよい。なお、数値制御装置５、モニタリング装置８は、コンピュータの一例である。
＜本実施形態における接触検出方法の特徴及び効果＞
本実施形態に係る工作機械１、本実施形態に係る砥石ＧＳとワークＷとの接触検出方法は、大きな電力を与える必要がなく、電力が安定しやすい制御を実行するモータの制御値の変化によって砥石ＧＳとワークＷとの接触を検出する。このため、砥石ＧＳとワークＷとの接触を検知するための設定に時間を要せず、非接触時の信号が安定する。さらに、制御軸が工具回転軸Ａ_ＸＴと交差し、且つ、移動方向ＭＤと交差する、さらに具体的には、制御軸が工具回転軸Ａ_ＸＴと直交し、且つ、移動方向ＭＤと直交する。このため、砥石ＧＳとワークＷとの接触により生じる抵抗の制御軸方向の成分が大きくなる。したがって、モータの制御値により、高精度に砥石ＧＳとワークＷとの接触を検出することができる。出願人は上述の方法で実験した結果、砥石ＧＳがワークＷに３μｍ程度研削した微接触の状態で砥石ＧＳとワークＷとの接触を検出できることを確認した。本接触検出方法によって、研削加工のための高精度な座標の位置決めを短時間で行うことができる。
＜変形例＞
図１１～図２５の結果は、位置制御器７０ａ、速度制御器７０ｂ、電流制御器７０ｃ、電圧調整器７０ｄで採用される制御方法、使用されるゲインに応じて変化する。したがって、サーボドライバ７０の制御方法や使用されるゲインによって、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定するための閾値は変化してもよい。さらには、図１１～図２５の結果は、電流指令値ｉ_r、電流フィードバック値ｉ_ｃ、位置フィードバック値θ_ｃ、及び、速度フィードバック値ω_ｃの分解能、あるいは、中心傾向を表す値と統計的ばらつきを表す値とを算出する基準となる時間幅に応じても変化する。この時間幅は、サーボドライバ７０のサンプリング間隔にも依存する。したがって、サーボドライバ７０の性能向上によって当該分解能やサンプリング間隔が小さくなると、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定するための閾値は変化してもよい。

上述の実施形態では、当該モータへの電流指令値ｉ_rの中心傾向を表す値、当該モータからの電流フィードバック値ｉ_ｃの統計的ばらつきを表す値、位置フィードバック値θ_ｃの統計的ばらつきを表す値、及び、速度フィードバック値ω_ｃの統計的ばらつきを表す値のうちの１つの値をもとに、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定しているが、複数の値の組み合わせを利用して砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定してもよい。例えば、当該複数の値のうち、一定数以上の値が上述のように定めた範囲を超えた場合、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定してもよい。または、当該複数の値を重みづけ加算した値があらかじめ定めた範囲を超えた場合、砥石ＧＳとワークＷとの接触が生じたと判定してもよい。

上述の実施形態において少なくとも１つのアクチュエータは、モータ以外のアクチュエータであってもよい。例えば、少なくとも１つのアクチュエータは、油圧ピストンであってもよい。

本願においては、「備える」およびその派生語は、構成要素の存在を説明する非制限用語であり、記載されていない他の構成要素の存在を排除しない。これは、「有する」、「含む」およびそれらの派生語にも適用される。

「～部材」、「～部」、「～要素」、「～体」、および「～構造」という文言は、単一の部分や複数の部分といった複数の意味を有し得る。

「第１」や「第２」などの序数は、単に構成を識別するための用語であって、他の意味（例えば特定の順序など）は有していない。例えば、「第１要素」があるからといって「第２要素」が存在することを暗に意味するわけではなく、また「第２要素」があるからといって「第１要素」が存在することを暗に意味するわけではない。

程度を表す「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言は、実施形態に特段の説明がない限りにおいて、最終結果が大きく変わらないような合理的なずれ量を意味し得る。本願に記載される全ての数値は、「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言を含むように解釈され得る。

本願において「Ａ及びＢの少なくとも一方」という文言は、Ａだけ、Ｂだけ、及びＡとＢの両方を含むように解釈されるべきである。

上記の開示内容から考えて、本発明の種々の変更や修正が可能であることは明らかである。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本願の具体的な開示内容とは別の方法で本発明が実施されてもよい。

Claims (15)

1. 工具回転軸周りに回転可能に砥石を保持する工具保持器を、ワークを保持するワーク保持器に対して、移動方向に相対的に移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを制御し、
   前記工具保持器及び前記ワーク保持器のうちの一方の保持器を、前記工具回転軸と交差し、且つ、前記移動方向と交差する制御軸に沿って移動させることが可能な、前記少なくとも１つのアクチュエータとは異なるモータを、前記一方の保持器が前記制御軸に沿う方向に静止するように制御し、
   前記モータの制御値の変化によって前記砥石と前記ワークとの接触を検出する、
   工作機械による砥石とワークとの接触検出方法。
   
2. 前記制御軸は、前記工具回転軸に対して垂直である、
   請求項１に記載の接触検出方法。
   
3. 前記制御軸は、前記移動方向に延びる直線に対して垂直である、
   請求項１または２に記載の接触検出方法。
   
4. 前記モータは、前記工具保持器を前記制御軸に沿って移動させるように構成され、
   前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記制御軸に対して垂直な少なくとも１つの追加制御軸の夫々に沿って前記工具保持器を移動させるように構成される少なくとも１つの追加モータである、
   請求項１から３のいずれかに記載の接触検出方法。
   
5. 前記ワーク保持器は、ワーク回転軸周りに回転可能に前記ワークを保持し、
   前記工具回転軸と前記ワーク回転軸とが同一平面上に存在するとき、前記移動方向は前記同一平面に対して平行であり、
   前記工具回転軸と前記ワーク回転軸とはねじれの位置にある線であるとき、前記移動方向は前記工具回転軸と前記ワーク回転軸とに対して垂直な線に沿う、
   請求項１から４のいずれかに記載の接触検出方法。
   
6. 前記制御値は、前記モータへの電流指令値と、前記モータからの電流フィードバック値と、位置フィードバック値と、速度フィードバック値との少なくとも１つを含む、
   請求項１から５のいずれかに記載の接触検出方法。
   
7. 一定の時間幅あたりの前記電流指令値の中心傾向を表す値が予め定めた範囲を外れたときに、前記砥石と前記ワークとの接触が生じたと判定する、
   請求項６に記載の接触検出方法。
   
8. 一定の時間幅あたりの前記電流フィードバック値の統計的ばらつきを表す値があらかじめ定めた範囲を外れたときに、前記砥石と前記ワークとの接触が生じたと判定する、
   請求項６に記載の接触検出方法。
   
9. 一定の時間幅あたりの前記位置フィードバック値の統計的ばらつきがあらかじめ定めた範囲を外れたときに、前記砥石と前記ワークとの接触が生じたと判定する、
   請求項６に記載の接触検出方法。
   
10. 前記速度フィードバック値と、一定の時間幅あたりの前記速度フィードバック値の統計的ばらつきを表す値とのうちの少なくとも１つの値があらかじめ定めた範囲を外れたときに、前記砥石と前記ワークとの接触が生じたと判定する、
    請求項６に記載の接触検出方法。
    
11. 前記中心傾向を表す値は、平均値と実効値とのうちの少なくとも１つの値によって表される、
    請求項７に記載の接触検出方法。
    
12. 前記統計的ばらつきを表す値は、標準偏差を含む少なくとも１つの値によって表される、
    請求項８から１０のいずれかに記載の接触検出方法。
    
13. 前記統計的ばらつきを表す値は、実効値を含む少なくとも１つの値によって表される、
    請求項９または１０に記載の接触検出方法。
    
14. 請求項１から１３までのいずれかの接触検出方法を実行する手段を備える、工作機械。
    
15. コンピュータによる実行時、請求項１から１３までのいずれかの接触検出方法をコンピュータに実行させる指示を備える、コンピュータプログラム。

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