JP7271983B2 - 熱変位量推定装置および研削盤 - Google Patents

Description

本発明は、熱変位量推定装置および研削盤に関するものである。

特許文献１には、研削盤の構成部材の温度に基づいて熱変位量を推定することが記載されている。特許文献２には、熱変位量を推定することが記載されている。すなわち、工作機械の構成部材の温度データを入力データとし、且つ、構成部材の熱変位量の実測値を教師データとして、機械学習を行うことで、構成部材の熱変位量推定の計算式を算出する。そして、構成部材の温度データと計算式とに基づいて、熱変位量を推定する。

特開２０１７－１９０２２号公報 特開２０１８－１５３９０１号公報

研削盤において、砥石車を支持する砥石台の位置は、研削盤の構成部材の熱変位のみならず、砥石車の摩耗によっても変化する。そのため、研削盤の構成部材の熱変位量の実測値の取得自体が、容易ではない。つまり、砥石車の摩耗量を把握できなければ、構成部材の温度と構成部材の熱変位量との関係を把握することができない。

本発明は、砥石車の摩耗量を把握することにより、研削盤の熱変位量を推定できる熱変位量推定装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、熱変位量推定装置を用いた研削盤を提供することを目的の他の一つとする。

（１．第一の熱変位量推定装置）
本発明の一態様の第一の熱変位量推定装置は、研削盤に適用され、前記研削盤に組み込まれた装置または前記研削盤とは別ユニットを構成する装置であり、前記研削盤の構成部材の熱変位量を推定する熱変位量推定装置であって、砥石車が工作物に接触している所定の基準状態において、前記砥石車を支持する砥石台の位置情報である砥石台位置情報を記憶する砥石台位置情報記憶部と、複数個の前記工作物の研削における前記砥石台位置情報の推移に基づいて、回帰式を算出する回帰式算出部と、前記回帰式に基づいて、前記複数個の前記工作物の研削に伴う前記砥石車の第一摩耗量の推移を算出する第一摩耗量推移算出部と、前記砥石台位置情報の推移および前記第一摩耗量の推移に基づいて、研削盤の構成部材の第一熱変位量を算出する第一熱変位量算出部とを備える。

砥石台位置情報の推移に基づいて回帰式が算出され、回帰式を用いて砥石車の第一摩耗量の推移が算出されている。このように、回帰式を用いることにより、砥石車の第一摩耗量の推移を算出することができる。第一摩耗量が算出されれば、砥石台位置情報の推移と第一摩耗量の推移とを用いることで、第一熱変位量を推定することができる。つまり、回帰式を用いることで、砥石台位置情報を、第一摩耗量と第一熱変位量とに分離することができる。

（２．第二の熱変位量推定装置）
第二の熱変位量推定装置は、上記の第一の熱変位量推定装置に加えて、さらに、前記研削盤の前記構成部材の温度を記憶する温度記憶部と、第一フェーズにおける前記第一熱変位量と前記温度記憶部に記憶された第一温度との関係を表す学習モデルを記憶する学習モデル記憶部と、前記第一フェーズの後である第二フェーズにおいて、前記温度記憶部に記憶された第二温度、および、前記学習モデル記憶部に記憶された前記学習モデルに基づいて、前記研削盤の前記構成部材の第二熱変位量を算出する第二熱変位量算出部とを備える。

このように、研削盤の構成部材の第二温度と学習モデルとを用いることにより、第二熱変位量を高精度に推定することができる。ここで、学習モデルは、予め構成部材の第一温度と第一熱変位量とに基づいたモデルである。なお、第一熱変位量は、第一の熱変位量推定装置により算出されている。

（３．第三の熱変位量推定装置）
第三の熱変位量推定装置は、上記の第一の熱変位量推定装置に加えて、さらに、前記研削盤の前記構成部材の温度を記憶する温度記憶部と、前記第一熱変位量と前記温度記憶部に記憶された第一温度とに基づいて、前記第一熱変位量と前記第一温度との関係を表す学習モデルを生成する学習モデル生成部とを備える。

これにより、第二の熱変位量推定装置における学習モデルを生成することができる。その結果、研削盤の構成部材の第二温度と学習モデルとを用いることにより、第二熱変位量を高精度に推定することができる。

（４．研削盤）
研削盤は、上述した第二の熱変位量推定装置と、前記第二熱変位量に基づいて、次の前記工作物の研削加工送り動作の開始位置を決定する開始位置決定部と、前記開始位置に基づいて、次の前記工作物の前記研削加工を開始する制御装置とを備える。

第二熱変位量推定装置により、研削盤の構成部材の第二熱変位量を高精度に推定することができる。そして、次の工作物の研削加工の開始位置は、第二熱変位量に基づいて決定されている。つまり、開始位置が、高精度に推定された第二熱変位量を用いて決定されている。従って、開始位置において、砥石車を工作物により接近させることができる。その結果、空研削時間を短縮することができ、サイクルタイムの短縮を図ることができる。

研削盤の平面図である。 １個の工作物を研削する研削サイクルにおける砥石台位置を示す図である。 図２と比較する図であって、粗研工程（Ｔstart～Ｔ３）における空研削の時間（ΔＴｃ）を短くした状態を示す。 研削開始時（Ｔstart）における工作物と砥石車の位置を示し、（ａ）～（ｆ）にて、砥石車の外径が異なる状態、熱変位量が異なる状態、補正量が異なる状態を示す。 第一例の熱変位量推定装置の構成を示す図である。 砥石台の位置情報の推移を示すグラフである。 砥石台の位置情報の推移において回帰式を示すグラフである。 砥石車の第一摩耗量の推移を示すグラフである。 砥石台の位置情報の推移を示し、第一摩耗量と第一熱変位量とに分離される状態を示すグラフである。 研削盤の構成部材の第一熱変位量の推移を示すグラフである。 第二例の熱変位量推定装置の構成を示す図である。 砥石台の位置情報の第一次推移を示すグラフである。 砥石台の位置情報の第一次推移をツルーイング量の分だけオフセットした状態である第二次推移を示すグラフである。 砥石台の位置情報の第二次推移において回帰式を示すグラフである。 砥石車の第一摩耗量の推移を示すグラフである。 砥石台の位置情報の第二次推移を示し、第一摩耗量と第一熱変位量とに分離される状態を示すグラフである。 研削盤の構成部材の第一熱変位量の推移を示すグラフである。

（１．研削盤１の構成）
研削盤１の構成について、図１を参照して説明する。研削盤１は、工作物Ｗを研削加工する。研削盤１は、円筒研削盤、カム研削盤等、種々の構成の研削盤を適用できる。本例においては、研削盤１は、砥石台トラバース型の円筒研削盤を例にあげる。ただし、研削盤１は、テーブルトラバース型の研削盤を適用することもできる。

研削盤１は、主として、ベッド１１、主軸台１２、心押台１３、トラバースベース１４、砥石台１５、砥石車１６、定寸装置１７、砥石車修正装置１８、および、制御装置１９を備える。

ベッド１１は、設置面上に固定されている。主軸台１２は、ベッド１１の上面に設けられ、工作物Ｗを工作物Ｗの中心軸線回り（Ｚ軸回り）に回転可能に支持する。心押台１３は、ベッド１１の上面において、主軸台１２に対向する位置に設けられている。そして、主軸台１２および心押台１３が、工作物Ｗを回転可能に両端支持する。工作物Ｗは、主軸台１２に設けられたモータ１２ａの駆動により回転される。

トラバースベース１４は、ベッド１１の上面において、工作物Ｗの中心軸線方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。トラバースベース１４は、ベッド１１に設けられたモータ１４ａの駆動により移動する。砥石台１５は、トラバースベース１４の上面において、工作物Ｗに接近および離間する方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられている。砥石台１５は、トラバースベース１４に設けられたモータ１５ａの駆動により移動する。

砥石車１６は、円盤状に形成されており、砥石台１５に回転可能に支持されている。砥石車１６は、砥石台１５に設けられたモータ１６ａの駆動により回転する。砥石車１６は、複数の砥粒を結合材により固定されて構成されている。砥粒には、一般砥粒と超砥粒が存在する。一般砥粒としては、アルミナや炭化ケイ素などのセラミックス質の材料などが良く知られている。超砥粒は、ダイヤモンドやＣＢＮである。定寸装置１７は、ベッド１１の上面に設けられ、工作物Ｗの外周面に接触可能な一対の接触子を備えており、工作物Ｗの加工部位の寸法（径）を計測する。

砥石車修正装置１８は、砥石車１６の表面状態を修正する。砥石車修正装置１８は、砥石車１６の修正として、ツルーイングとドレッシングの少なくとも一方を行う装置である。さらに、砥石車修正装置１８は、砥石車１６の寸法（径）を測定する機能も有する。

ここで、ツルーイングは、形直し作業であり、研削によって砥石車１６が摩耗した場合に工作物Ｗの形状に合わせて砥石車１６を成形する作業、片摩耗によって砥石車１６の振れを取り除く作業等である。ドレッシングは、目直し（目立て）作業であり、砥粒の突き出し量を調整したり、砥粒の切れ刃を創成したりする作業である。ドレッシングは、目つぶれ、目詰まり、目こぼれ等を修正する作業であって、通常ツルーイング後に行われる。また、ツルーイングとドレッシングは、特段区別することなく実施される場合もある。

制御装置１９は、ＮＣプログラムおよびＰＬＣの制御プログラムに基づいて、各駆動装置を制御する。ＮＣプログラムは、工作物Ｗの形状、砥石車１６の形状、加工条件、クーラント液の供給タイミング情報、砥石車１６を修正するタイミング情報等に基づいて生成される。ＰＬＣの制御プログラムは、入力機器の指令信号のＯＮ／ＯＦＦに応じて出力機器を動作する。

すなわち、制御装置１９は、ＮＣプログラムおよびＰＬＣの制御プログラムに基づいて各モータ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ等を制御することにより工作物Ｗの研削を行う。特に、制御装置１９は、定寸装置１７により測定される工作物Ｗの径に基づいて、工作物Ｗが仕上げ形状となるまで研削を行う。また、制御装置１９は、砥石車１６の交換、修正（ツルーイング、ドレッシング）を実施する場合に、各モータ１４ａ，１５ａ，１６ａ、および、砥石車修正装置１８等を制御する。

（２．砥石台１５の位置挙動の説明）
１個の研削加工を行う場合における砥石台１５のＸ軸方向の位置（以下、単に「砥石台１５の位置」と称する）の挙動について、図２を参照して説明する。まず、砥石台１５は、早送り動作により、初期位置Ｘ１から工作物Ｗへ接近し、研削加工送り動作の開始位置Ｘstartまで移動させる。続いて、砥石台１５は、開始位置Ｘstartから、研削加工送り動作を開始する。研削加工送り動作には、粗研を行うための粗研送り動作、精研を行うための精研送り動作、微研を行うための微研送り動作、スパークアウトを行うための送り停止動作が含まれる。

まず、粗研送り動作が、時刻Ｔstart２から開始し、工作物Ｗの外径が所定値に達した時Ｔ３に終了する。続いて、精研送り動作が、時刻Ｔ３から開始し、工作物Ｗの外径が所定値に達した時Ｔ４に終了する。続いて、微研送り動作が、時刻Ｔ４から開始し、工作物Ｗの外径が所定値に達した時にＴ５に終了する。続いて、時刻Ｔ５から時刻Ｔend６まで、スパークアウトを行う。スパークアウトの時には、砥石台１５は、停止している。そして、研削加工送り動作を終了する。続いて、早送り動作により、砥石台１５を初期位置Ｘ１まで退避させる。

ここで、粗研送り動作の開始時Ｔ１において、早送り動作により移動する砥石車１６が工作物Ｗに接触しないように、開始位置Ｘstart２が決定されている。従って、粗研送り動作において、粗研が行われない空研削時間ΔＴｃ１が存在し、その後に粗研が行われる。

図３は、空研削時間ΔＴｃ１１を短くした場合の砥石台１５の位置の挙動を示す。図２および図３を比較すると、開始位置Ｘstart１２を工作物Ｗに接近させることができれば、空研削時間ΔＴｃ１１を、時間ΔＴｃ１よりも短くできる。ただし、早送り動作の終了時刻（開始時刻Ｔstart１２）が、時刻Ｔstart２よりも遅くなる。

つまり、早送り動作の時間が長くなるのに対して、粗研送り動作の時間が短くなる。粗研送り動作は、早送り動作よりも送り速度が遅い。そのため、早送り動作が僅かに長くなったとしても、粗研送り動作が短くなる方が、研削サイクルタイム（Ｔ１～Ｔ７）は短くなる。従って、空研削時間ΔＴｃ１１を短くするために、開始位置Ｘstart１２において、砥石車１６を工作物Ｗにできるだけ接近させる方がよい。

図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照して、開始位置Ｘstart２における工作物Ｗと砥石車１６との相対位置について説明する。図４の（ａ）に示すように、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離は、Ｘｄ１となる。このとき、砥石車１６の外径は、Ｄｔ１であるとする。工作物Ｗの外径は、研削前の素材径となる。工作物Ｗと砥石車１６の離間距離は、Ｘｓ１となる。

図４の（ｂ）には、研削盤１の構成部材の熱変位、例えば、ベッド１１や砥石台１５の熱変位によって、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離が、Ｘｄ２になったとする。このときの熱変位量は、ΔＸｈとする。そうすると、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離は、Ｘｓ１よりも大きなＸｓ２となる。

図４の（ｃ）では、砥石車１６の摩耗およびツルーイングにより、砥石車１６の外径が小さくなり、Ｄｔ２となる。工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離は、（ａ）と同一のＸｄ１であるとする。このとき、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離は、Ｘｓ１よりも大きなＸｓ３となる。

図４の（ｄ）では、研削盤１の構成部材の熱変位によって、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離が、（ｂ）と同一のＸｄ２であるとする。熱変位量は、ΔＸｈであるとする。このとき、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離は、Ｘｓ１，Ｘｓ２，Ｘｓ３よりも大きなＸｓ４となる。

つまり、砥石車１６の摩耗およびツルーイング、並びに、研削盤１の構成部材の熱変位により、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離が変化する。従来は、砥石車１６の摩耗量およびツルーイング量、研削盤１の構成部材の熱変位量Ｘｈを余裕代として、一定の開始位置Ｘstart２が予め決定されていた。従って、砥石車１６の外径の変化分、および、熱変位量Ｘｈの分、空研削時間ΔＴｃ１が長くなる。

そこで、図４の（ｂ）における熱変位量Ｘｈを把握することができれば、図４の（ｅ）に示すように、開始位置Ｘstart１２について、熱変位量Ｘｈの分だけ砥石台１５の位置の補正を行うことができる。その結果、開始位置Ｘstart１２において、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離を、図４の（ａ）と同一のＸｓ１とすることができる。

また、図４の（ｃ）における砥石車１６の外径の変化分（Ｄｔ１－Ｄｔ２）を把握することができれば、図４（ｆ）に示すように、開始位置Ｘstart１２について、外径の変化分（Ｄｔ１－Ｄｔ２）だけ砥石台１５の位置を補正することができる。その結果、開始位置Ｘstart１２において、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離を、図４の（ａ）と同一のＸｓ１とすることができる。このとき、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離は、Ｘｄ３となる。

図４の（ｄ）における熱変位量Ｘｈおよび砥石車１６の外径の変化分（Ｄｔ１－Ｄｔ２）を把握することができれば、図４（ｇ）に示すように、開始位置Ｘstart１２について、（Ｘｈ＋（Ｄｔ１－Ｄｔ２））だけ砥石台１５の位置を補正することができる。その結果、開始位置Ｘstart１２において、工作物Ｗと砥石車１６の離間距離を、図４の（ａ）と同一のＸｓ１とすることができる。このとき、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離は、Ｘｄ３となる。

以上より、熱変位量Ｘｈ、および、砥石車１６の外径Ｄｔ１，Ｄｔ２を把握することが必要となる。そこで、以下に、これらのパラメータを推定するための熱変位量推定装置２を説明する。

（３．第一例の熱変位量推定装置２の構成）
第一例の熱変位量推定装置２（以下、「推定装置」と称する）について、図５－図１０を参照して説明する。推定装置２は、上述した研削盤１に適用される。推定装置２は、研削盤１に組み込まれた装置とすることもでき、研削盤１とは別ユニットとすることもできる。推定装置２は、研削盤１の構成部材の熱変位量のうち、特に工作物Ｗと砥石車１６との相対移動方向の熱変位量を推定する。さらに、推定装置２は、砥石車１６の外径Ｄｔ１，Ｄｔ２を推定することができる。

本例においては、推定装置２は、図５に示すように、定寸装置１７、砥石台位置検出部２１、および、温度センサ２２を備える。定寸装置１７は、上述したように、工作物Ｗの加工部位の寸法（径）を計測する。砥石台位置検出部２１は、砥石台１５のＸ軸方向の位置を検出する装置である。砥石台位置検出部２１は、例えば、モータ１５ａに取り付けられたエンコーダ、トラバースベース１４に取り付けられたリニアスケールなどである。温度センサ２２は、研削盤１の構成部材に配置され、研削盤１の構成部材の温度を検出する。温度センサ２２は、少なくとも、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離の変動に影響を及ぼす構成部材の温度を検出する。例えば、温度センサ２２は、ベッド１１、トラバースベース１４、砥石台１５などに取り付けられている。

推定装置２は、図５に示すように、さらに、演算処理部３０を備える。演算処理部３０は、工作物Ｗの径、砥石台１５の位置および研削盤１の構成部材の温度に基づいて、熱変位量Ｘｈを推定する装置である。また、演算処理部３０は、砥石車１６の摩耗量Ａｂｒを推定する装置である。なお、推定装置２は、摩耗量ΔＡｂｒの推定のみを行う摩耗量推定装置として機能させることもできる。

演算処理部３０は、第一フェーズ（学習フェーズ）にて機能する以下の各部を備える。すなわち、演算処理部３０は、第一砥石台位置情報記憶部３１、回帰式算出部５１、第一摩耗量推移算出部５２、第一熱変位量算出部５３、第一温度記憶部４１、学習モデル生成部５４および学習モデル記憶部５５を備える。第一フェーズは、工作物Ｗの生産稼働中である。

第一砥石台位置情報記憶部３１は、第一フェーズ（生産稼働中）にて、砥石台位置検出部２１により検出された砥石台１５の位置情報Ｘａ１を記憶する。位置情報Ｘａ１は、砥石台１５が工作物Ｗに接触している所定の基準状態における砥石台１５の位置情報である。

所定の基準状態とは、以下の複数の状態の中から選択可能である。基準状態の第一例は、１個の工作物Ｗの研削加工における研削加工完了時点（図３のＴend１６）において、砥石車１６が工作物に接触している状態である。研削加工完了時点の場合には、砥石台１５の位置情報Ｘａ１に研削抵抗の影響が含まれにくいため、位置情報Ｘａ１が安定した値となる。基準状態の第一例は、研削加工完了時点を検出するために、研削中において定寸装置１７の検出値が所定値に達した時の状態である。

基準状態の第二例は、１個の工作物Ｗの研削加工における研削が定常状態であって、工作物Ｗの径が所定値となる時点において、砥石車１６が工作物Ｗに接触している状態である。基準状態の第二例は、例えば、粗研での定常状態の時、精研での定常状態の時、微研での定常状態の時の何れでもよい。基準状態の第一例は、研削加工完了時点を検出するために、研削中において定寸装置１７の検出値が所定値に達した時の状態である。

図６に示すように、第一砥石台位置情報記憶部３１は、前回のツルーイング後から次回のツルーイングまでにおける位置情報Ｘａ１を記憶する。つまり、第一砥石台位置情報記憶部３１には、１回分のツルーイングインターバルにおける複数個の工作物Ｗの研削における位置情報Ｘａ１の推移が記憶されている。つまり、当該複数個の工作物Ｗを研削する間に、砥石車１６のツルーイングが行われていないことを意味する。

図６に示すように、位置情報Ｘａ１は、波状に変化している。図６では、例えば、連続研削を３日間実施する場合を例示しており、昼夜の外気温が変化するため、熱変位量Ｘｈが波状に変化している。さらに、図６において、位置情報Ｘａ１は、全体的に増加傾向にある。この理由は、研削個数が増加するにつれて、砥石車１６の摩耗量ΔＡｂｒが増加しているためである。

回帰式算出部５１は、第一砥石台位置情報記憶部３１に記憶された位置情報Ｘａ１の推移に基づいて、回帰式を算出する。つまり、回帰式算出部５１は、１回分のツルーイングインターバルにおける複数個の工作物Ｗの研削における位置情報Ｘａ１の推移に基づいて回帰式を算出する。回帰式は、工作物Ｗの研削個数と位置情報Ｘａ１との関係を表す関係式であって、例えば一次式である。この場合の回帰式は、図７の実線にて示す。図７において、破線は、図６に示す位置情報Ｘａ１の推移である。

この回帰式が、砥石車１６の摩耗量の変化に相当する。そこで、第一摩耗量推移算出部５２は、回帰式に基づいて、複数個の工作物Ｗの研削に伴う砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の推移を算出する。砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の推移は、図８に示すようになる。

ここで、図９に示すように、第一砥石台位置情報記憶部３１に記憶されている位置情報Ｘａ１の変化には、砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の変化と研削盤１の構成部材の第一熱変位量Ｘｈ１とが含まれている。そこで、第一熱変位量算出部５３は、位置情報Ｘａ１の推移および第一摩耗量Ａｂｒ１の推移に基づいて、研削盤１の構成部材の第一熱変位量Ｘｈ１を算出する。具体的には、第一熱変位量Ｘｈ１は、位置情報Ｘａ１から、第一摩耗量Ａｂｒ１を差し引いた値とする。第一熱変位量Ｘｈ１の推移は、図１０に示すようになる。

このように、回帰式を用いることにより、砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の推移を算出することができる。そして、第一摩耗量Ａｂｒ１が算出されれば、砥石台１５の位置情報Ｘａ１の推移と第一摩耗量Ａｂｒ１の推移とを用いることで、第一熱変位量Ｘｈ１を推定することができる。つまり、回帰式を用いることで、砥石台１５の位置情報Ｘａ１を、第一摩耗量Ａｂｒ１と第一熱変位量Ｘｈ１とに分離することができる。

第一温度記憶部４１は、第一フェーズ（生産稼働中）において、砥石台位置検出部２１により検出された砥石台１５の位置情報Ｘａ１に対応するタイミングにて、温度センサ２２により検出された第一温度Ｔａ１を記憶する。つまり、第一温度Ｔａ１と、第一砥石台位置情報記憶部３１に記憶された位置情報Ｘａ１とは、同一のタイミングに関する情報である。第一温度Ｔａ１は、複数箇所の温度情報を含む。

学習モデル生成部５４は、機械学習により、第一熱変位量Ｘｈ１と複数箇所の温度情報を含む第一温度Ｔａ１との関係を表す学習モデル（学習済みモデル）を生成する。学習モデル生成部５４は、例えば、少なくとも第一熱変位量Ｘｈ１および第一温度Ｔａ１を学習データセットとし、第一熱変位量Ｘｈ１を目的変数とし、第一温度Ｔａ１を説明変数とする教師有り機械学習により、学習モデルを生成する。

つまり、当該学習モデルは、複数箇所の温度情報を含む第一温度Ｔａ１を入力データとした場合に、工作物Ｗと砥石車１６の軸間距離に関する第一熱変位量Ｘｈ１を出力することができるモデルである。そして、学習モデルは、工作物Ｗの生産稼働中に取得した情報（第一熱変位量Ｘｈ１および第一温度Ｔａ１）に基づいて、生成されたモデルである。生成された学習モデルは、学習モデル記憶部５５に記憶される。なお、説明変数には、第一温度Ｔａ１以外の情報を含むようにしてもよい。

演算処理部３０は、図５に示すように、さらに、第一フェーズの後である第二フェーズ（推論フェーズ）にて機能する以下の各部を備える。すなわち、演算処理部３０は、第二砥石台位置情報記憶部３２、第二温度記憶部４２、第二熱変位量算出部５６および第二摩耗量算出部５７を備える。第二フェーズは、各工作物Ｗの研削加工完了時点（図３のＴend１６）である。

第二砥石台位置情報記憶部３２は、第二フェーズにて砥石台位置検出部２１により検出された砥石台１５の位置情報Ｘａ２を記憶する。位置情報Ｘａ２は、砥石車１６が工作物Ｗに接触している所定の基準状態における砥石台１５の位置情報である。ここでの基準状態は、位置情報Ｘａ１における基準状態と同一状態である。位置情報Ｘａ２は、工作物Ｗの研削加工完了時点（図３のＴend１６）における砥石台１５のＸ軸方向の位置情報である。

第二温度記憶部４２は、第二フェーズにおいて、砥石台位置検出部２１により検出された砥石台１５の位置情報Ｘａ２に対応するタイミングにて、温度センサ２２により検出された第二温度Ｔａ２を記憶する。第二温度Ｔａ２は、第一温度Ｔａ１と同一箇所の温度である。

第二熱変位量算出部５６は、第二温度Ｔａ２および学習モデルに基づいて、研削盤１の構成部材の第二熱変位量Ｘｈ２を算出する。具体的には、第二熱変位量算出部５６は、第二温度Ｔａ２を入力データとして、学習モデルを用いることにより、第二熱変位量Ｘｈ２を出力することができる。第二熱変位量Ｘｈ２は、工作物Ｗの研削加工完了時点（図３のＴend１６）における熱変位量である。また、第二熱変位量Ｘｈ２は、熱変位が存在しない状態を基準とした場合の熱変位量である。このように、研削盤１の構成部材の第二温度Ｔａ２と学習モデルとを用いることにより、第二熱変位量Ｘｈ２を高精度に推定することができる。

第二摩耗量算出部５７は、前回の工作物Ｗの研削加工完了時点（図３のＴend１６）の砥石台１５の位置情報Ｘａ２、および、第二熱変位量Ｘｈ２に基づいて、砥石車１６の第二摩耗量ΔＡｂｒ２を算出する。ここで、第二摩耗量ΔＡｂｒ２とは、前回の工作物Ｗの研削加工完了時点からの砥石車１６の摩耗量である。つまり、第二摩耗量ΔＡｂｒ２は、今回の工作物Ｗの研削加工による砥石車１６の摩耗量に相当する。第二摩耗量ΔＡｂｒ２は、例えば、式（１）により算出される。式（１）において、ｎは、工作物Ｗの研削個数である。

［数１］
ΔAbr2＝（Xa2(n)－Xa2(n-1)）－（Xh2(n)－Xh2(n-1)） ・・・（１）

ここで、上記のように、第二摩耗量ΔＡｂｒ２を今回の１個の工作物Ｗの研削加工による砥石車１６の摩耗量とするのは、工作物Ｗの研削加工の都度、後述する研削加工の開始位置Ｘstartを補正する場合に適用される。研削加工の開始位置Ｘstartの補正を、１個の工作物Ｗの研削加工の都度ではなく、複数個の工作物Ｗの研削加工毎に行う場合には、第二摩耗量ΔＡｂｒ２は、前回補正したときからの砥石車１６の摩耗量とすることになる。

推定装置２は、図５に示すように、さらに、開始位置決定部６０を備える。開始位置決定部６０は、第三フェーズ（利用フェーズ）にて機能する。第三フェーズは、第二フェーズにて推定された第二熱変位量Ｘｈ２および第二摩耗量ΔＡｂｒ２を利用するフェーズである。

開始位置決定部６０は、次の工作物Ｗの研削加工送り動作の開始位置Ｘstart(n)を決定する。開始位置Ｘstart(n)は、ｎ個目の工作物Ｗにおける開始位置である。開始位置決定部６０は、第二熱変位量算出部５６により算出された第二熱変位量Ｘｈ２、および、第二摩耗量算出部５７により算出された第二摩耗量ΔＡｂｒ２に基づいて、開始位置Ｘstart(n)を決定する。

具体的には、開始位置Ｘstart(n)は、式（２）および式（３）に基づいて決定される。式（２）（３）において、Ｘstart(0)は、予め設定された開始位置の指令値である。ΔＸstart(n)は、ｎ個目の工作物Ｗの研削加工のときの開始位置の補正量である。

［数２］
Xstart(n)＝Xstart(0)－ΔXstart(n) ・・・（２）
［数３］
ΔXstart(n)＝ΔXstart(n-1)＋（Xh2(n)－Xh2(n-1)）＋ΔAbr2(n) ・・・（３）

つまり、ｎ個目の工作物Ｗの研削加工送り動作の開始位置Ｘstart(n)は、（ｎ－１）個目の工作物Ｗの開始位置Ｘstart(n-1)を基準とした場合に、(n-1)個目の工作物Ｗの研削加工完了時点の第二熱変位量Ｘｈ２、および、前回の工作物Ｗの研削加工による砥石車１６の第二摩耗量ΔＡｂｒ２が考慮されている。

そして、制御装置１９が、決定された開始位置Ｘstart(n)に基づいて、次の工作物Ｗの研削加工送り動作を開始する。つまり、次の工作物Ｗの研削加工送り動作の開始位置が、開始位置決定部６０により決定された開始位置Ｘstart(n)となる。従って、開始位置Ｘstart(n)において、予め設定された開始位置の指令値に比べて、砥石車１６を工作物Ｗに、より接近させることができる。そして、空研削時間ΔＴｃ１１（図３に示す）を短縮することができ、結果として研削サイクルタイムの短縮を図ることができる。

（４．第一摩耗量の算出方法の他の例）
上記例においては、図７に示すように、１回分のツルーイングインターバルにおける複数個の工作物Ｗの研削における位置情報Ｘａ１の推移に基づいて回帰式が算出され、回帰式に基づいて第一摩耗量Ａｂｒ１が算出されている。上記例においては、位置情報Ｘａ１は、所定の１種の基準状態における砥石台１５の位置情報としている。

当該例の他に、以下のようにすることもできる。すなわち、所定の基準状態は、複数の基準状態を含むようにする。例えば、複数の基準状態の一つは、研削完了時点とし、他の一つは、研削が定常状態である状態とする。つまり、第一砥石台位置情報記憶部３１は、複数の基準状態のそれぞれについての位置情報Ｘａ１を記憶する。回帰式算出部５１は、複数の基準状態のそれぞれについての位置情報Ｘａ１の推移に基づいて、複数の回帰式を算出する。つまり、図７に示す回帰式が、複数個算出されることになる。

そして、第一摩耗量推移算出部５２が、複数の回帰式に基づいて、第一摩耗量Ａｂｒ１の推移を算出する。例えば、第一摩耗量Ａｂｒ１の推移は、複数個の回帰式の平均などとすることができる。

（５．第二例の熱変位量推定装置３の構成）
第二例の熱変位量推定装置３（以下、「推定装置」と称する）について、図１１－図１７を参照して説明する。推定装置３において、推定装置２の構成と同一構成については、同一符号を付す。

推定装置３は、図１１に示すように、定寸装置１７、砥石台位置検出部２１、温度センサ２２、および、砥石車修正装置１８を備える。砥石車修正装置１８は、砥石車１６の修正として、ツルーイングおよびドレッシングの少なくとも一方を行う装置である。

推定装置３は、さらに、演算処理部１３０を備える。演算処理部１３０は、上記の演算処理部３０と同種の処理を行う。演算処理部１３０は、第一フェーズ（学習フェーズ）にて機能する以下の各部を備える。演算処理部１３０は、第一砥石台位置情報記憶部１３１、ツルーイング量算出部１５８、回帰式算出部１５１、第一摩耗量推移算出部５２、第一熱変位量算出部５３、第一温度記憶部４１、学習モデル生成部５４および学習モデル記憶部５５を備える。第一フェーズは、工作物Ｗの生産稼働中である。

つまり、演算処理部１３０は、上記の演算処理部３０に対して、第一砥石台位置情報記憶部１３１、ツルーイング量算出部１５８、および、回帰式算出部１５１が相違する。第一砥石台位置情報記憶部１３１は、第一フェーズにて、砥石台位置検出部２１により検出された砥石台１５の位置情報Ｘａ１を記憶する。図１２に示すように、第一砥石台位置情報記憶部１３１は、連続する複数回分のツルーイングインターバルにおける複数個の工作物Ｗの研削における位置情報Ｘａ１を記憶する。図１２においては、位置情報Ｘａ１は、連続する３回分のツルーイングインターバルにおける複数個の工作物Ｗの研削における位置情報を示している。図１２において、破線で示すタイミングにおいて、ツルーイングが行われている。従って、ツルーイングの前後において、位置情報Ｘａ１は、ツルーイング量Ｔｕに相当する分だけ、急激に変化している。

ツルーイング量算出部１５８は、砥石車修正装置１８にて得られる情報に基づいて、ツルーイング量Ｔｕを算出する。例えば、砥石車修正装置１８は、砥石車１６が検知ピンに接触したことを検知するＡＥ（Acoustic Emission）センサを備える。そして、ツルーイング量算出部１５８は、ツルーイングを行う前に砥石車１６を検知ピン（図示せず）に接触させて、ＡＥセンサが検知したときの砥石台１５の位置を取得する。さらに、ツルーイング量算出部１５８は、ツルーイングを行った後に砥石車１６を検知ピンに接触させて、ＡＥセンサが検知したときの砥石台１５の位置を取得する。そして、ツルーイング量算出部１５８は、両者の差分を算出することで、ツルーイング量Ｔｕを算出する。

回帰式算出部１５１は、第一砥石台位置情報記憶部１３１に記憶された位置情報Ｘａ１の第一次推移を取得する。さらに、回帰式算出部１５１は、ツルーイング量算出部１５８により算出されたツルーイング量Ｔｕを取得する。そして、回帰式算出部１５１は、位置情報Ｘａ１の第一次推移におけるツルーイングの後の部分をツルーイング量Ｔｕの分だけオフセットすることにより、ツルーイング量Ｔｕを除外した位置情報Ｘａ２の第二次推移を算出する。位置情報Ｘａ２の第二次推移は、図１３に示すとおりである。つまり、位置情報Ｘａ２の第二次推移は、ツルーイングがなかったと仮定した場合の砥石台１５の位置情報の推移となる。

そして、回帰式算出部１５１は、位置情報Ｘａ２の第二次推移に基づいて、回帰式を算出する。回帰式は、工作物Ｗの研削個数と位置情報Ｘａ２との関係を表す関係式であって、例えば一次式である。この場合の回帰式は、図１４の実線にて示す。図１４において、破線は、図１３に示す位置情報Ｘａ２の第二次推移である。

この回帰式が、砥石車１６の摩耗量の変化に相当する。そこで、第一摩耗量推移算出部５２は、回帰式に基づいて、複数個の工作物Ｗの研削に伴う砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の推移を算出する。砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の推移は、図１５に示すようになる。第一例に比べて、第二例では、工作物Ｗの個数が多い。従って、第一摩耗量Ａｂｒ１の推移をより高精度に算出することができる。

ここで、図１６に示すように、ツルーイング量の分だけオフセットした位置情報Ｘａ２の変化には、砥石車１６の第一摩耗量Ａｂｒ１の変化と研削盤１の構成部材の第一熱変位量Ｘｈ１とが含まれている。そこで、第一熱変位量算出部５３は、位置情報Ｘａ２の第二次推移および第一摩耗量Ａｂｒ１の推移に基づいて、研削盤１の構成部材の第一熱変位量Ｘｈ１を算出する。具体的には、第一熱変位量Ｘｈ１は、位置情報Ｘａ２から、第一摩耗量Ａｂｒ１を差し引いた値とする。第一熱変位量Ｘｈ１の推移は、図１７に示すようになる。そして、学習モデル生成部５４が、第一熱変位量Ｘｈ１および第一温度Ｔａ１に基づいて学習モデルを生成し、生成された学習モデルは学習モデル記憶部５５に記憶される。

演算処理部１３０は、図１１に示すように、さらに、第一フェーズの後である第二フェーズ（推論フェーズ）にて機能する以下の各部を備える。すなわち、演算処理部１３０は、第二砥石台位置情報記憶部３２、第二温度記憶部４２、第二熱変位量算出部５６および第二摩耗量算出部５７を備える。第二フェーズは、各工作物Ｗの研削加工完了時点（図３のＴend１６）である。各部は、第一例と同様である。

推定装置３は、図１１に示すように、さらに、開始位置決定部１６０を備える。開始位置決定部１６０は、第三フェーズ（利用フェーズ）にて機能する。開始位置決定部１６０は、第二熱変位量算出部５６により算出された第二熱変位量Ｘｈ２、第二摩耗量算出部５７により算出された第二摩耗量ΔＡｂｒ２、および、ツルーイング量算出部１５８により算出されたツルーイング量Ｔｕの合計値ΣＴｕに基づいて、開始位置Ｘstart(n)を決定する。具体的には、開始位置Ｘstart(n)は、式（４）および式（５）に基づいて決定される。

［数４］
Xstart(n)＝Xstart(0)－ΔXstart(n)－ΣTu ・・・（４）
［数５］
ΔXstart(n)＝ΔXstart(n-1)＋（Xh2(n)－Xh2(n-1)）＋ΔAbr2(n) ・・・（５）

つまり、ｎ個目の工作物Ｗの研削加工送り動作の開始位置Ｘstart(n)は、（ｎ－１）個目の工作物Ｗの開始位置Ｘstart(n-1)を基準とした場合に、(n-1)個目の工作物Ｗの研削加工完了時点の第二熱変位量Ｘｈ２、前回の工作物Ｗの研削加工による砥石車１６の第二摩耗量ΔＡｂｒ２、および、ツルーイング量Ｔｕの合計値ΣＴｕが考慮されている。

そして、制御装置１９が、決定された開始位置Ｘstart(n)に基づいて、次の工作物Ｗの研削加工送り動作を開始する。つまり、次の工作物Ｗの研削加工送り動作の開始位置が、開始位置決定部１６０により決定された開始位置Ｘstart(n)となる。従って、開始位置Ｘstart(n)において、予め設定された開始位置の指令値に比べて、砥石車１６を工作物Ｗに、より接近させることができる。特に、学習モデルが、より多くの工作物Ｗについての情報を用いて生成されているため、より高精度な第二熱変位量Ｘｈ２を出力することができる。その結果、空研削時間ΔＴｃ１１（図３に示す）をより確実に短縮することができ、結果として研削サイクルタイムの短縮を図ることができる。

１：研削盤、２，３：熱変位量推定装置、１１：ベッド（構成部材）、１２：主軸台（構成部材）、１２ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ：各モータ、１３：心押台（構成部材）、１４：トラバースベース（構成部材）、１５：砥石台（構成部材）、１６：砥石車、１７：定寸装置、１８：砥石車修正装置、１９：制御装置、２１：砥石台位置検出部、２２：温度センサ、３０，１３０：演算処理部、３１，１３１：第一砥石台位置情報記憶部、３２：第二砥石台位置情報記憶部、４１：第一温度記憶部、４２：第二温度記憶部、５１，１５１：回帰式算出部、５２：第一摩耗量推移算出部、５３：第一熱変位量算出部、５４：学習モデル生成部、５５：学習モデル記憶部、５６：第二熱変位量算出部、５７：第二摩耗量算出部、６０，１６０：開始位置決定部、１５８ ツルーイング量算出部、Ａｂｒ１：第一摩耗量、ΔＡｂｒ２：第二摩耗量、Ｔａ１：第一温度、Ｔａ２：第二温度、Ｔｕ：ツルーイング量、Ｗ：工作物、Ｘａ１，Ｘａ１：砥石台の位置情報、Ｘｈ１：第一熱変位量、Ｘｈ２：第二熱変位量、Ｘstart，Ｘstart２，Ｘstart１２：研削加工送り動作の開始位置、ΔＴｃ１，ΔＴｃ１１：空研削時間

Claims (13)

1. 研削盤に適用され、前記研削盤に組み込まれた装置または前記研削盤とは別ユニットを構成する装置であり、前記研削盤の構成部材の熱変位量を推定する熱変位量推定装置であって、
   砥石車が工作物に接触している所定の基準状態において、前記砥石車を支持する砥石台の位置情報である砥石台位置情報を記憶する砥石台位置情報記憶部と、
   複数個の前記工作物の研削における前記砥石台位置情報の推移に基づいて、回帰式を算出する回帰式算出部と、
   前記回帰式に基づいて、前記複数個の前記工作物の研削に伴う前記砥石車の第一摩耗量の推移を算出する第一摩耗量推移算出部と、
   前記砥石台位置情報の推移および前記第一摩耗量の推移に基づいて、前記研削盤の前記構成部材の第一熱変位量を算出する第一熱変位量算出部と、
   を備える、熱変位量推定装置。
2. 前記回帰式算出部は、１回分のツルーイングインターバルにおける前記複数個の前記工作物の研削における前記砥石台位置情報の推移に基づいて前記回帰式を算出する、請求項１に記載の熱変位量推定装置。
3. 前記回帰式算出部は、
   連続する複数回分のツルーイングインターバルにおける前記複数個の前記工作物の研削における前記砥石台位置情報の第一次推移を取得し、
   ツルーイングにおける前記砥石車のツルーイング量を取得し、
   前記第一次推移における前記ツルーイングの後の部分を前記ツルーイング量の分だけオフセットすることにより、前記ツルーイング量を除外した第二次推移を算出し、
   前記第二次推移に基づいて前記回帰式を算出する、請求項１に記載の熱変位量推定装置。
4. 前記熱変位量推定装置は、さらに、
   前記研削盤の前記構成部材の温度を記憶する温度記憶部と、
   第一フェーズにおける前記第一熱変位量と前記温度記憶部に記憶された第一温度との関係を表す学習モデルを記憶する学習モデル記憶部と、
   前記第一フェーズの後である第二フェーズにおいて、前記温度記憶部に記憶された第二温度、および、前記学習モデル記憶部に記憶された前記学習モデルに基づいて、前記研削盤の前記構成部材の第二熱変位量を算出する第二熱変位量算出部と、
   を備える、請求項１－３の何れか１項に記載の熱変位量推定装置。
5. 前記学習モデル記憶部は、少なくとも前記第一熱変位量および前記第一温度を学習データセットとし、少なくとも前記第一温度を説明変数とし、少なくとも前記第一熱変位量を目的変数とする教師あり学習を用いて生成された前記学習モデルを記憶する、請求項４に記載の熱変位量推定装置。
6. 前記熱変位量推定装置は、さらに、
   前記工作物の生産稼働中である前記第一フェーズにおける前記第一熱変位量および前記第一温度に基づいて前記学習モデルを生成する学習モデル生成部を備え、
   前記学習モデル記憶部は、前記学習モデル生成部により生成された前記学習モデルを記憶する、請求項４または５に記載の熱変位量推定装置。
7. 前記所定の基準状態は、１個の前記工作物の研削加工における研削完了時点において、前記砥石車が前記工作物に接触している状態である、請求項１－６の何れか１項に記載の熱変位量推定装置。
8. 前記所定の基準状態は、１個の前記工作物の研削加工における研削が定常状態であって
   前記工作物の径が所定値となる時点において、前記砥石車が前記工作物に接触している状態である、請求項１－６の何れか１項に記載の熱変位量推定装置。
9. 前記所定の基準状態は、複数の基準状態を含み、
   前記砥石台位置情報記憶部は、前記複数の基準状態のそれぞれについての前記砥石台位置情報を記憶し、
   前記回帰式算出部は、前記複数の基準状態のそれぞれについての前記砥石台位置情報の推移に基づいて、複数の前記回帰式を算出し、
   前記第一摩耗量推移算出部は、前記複数の前記回帰式に基づいて、前記第一摩耗量の推移を算出する、請求項１－８の何れか１項に記載の熱変位量推定装置。
10. 前記所定の基準状態は、研削中において前記工作物の径を検出する定寸装置の検出値が所定値に達した時の状態である、請求項１－９の何れか１項に記載の熱変位量推定装置。
11. 前記熱変位量推定装置は、さらに、
    前記研削盤の前記構成部材の温度を記憶する温度記憶部と、
    前記第一熱変位量と前記温度記憶部に記憶された第一温度とに基づいて、前記第一熱変位量と前記第一温度との関係を表す学習モデルを生成する学習モデル生成部と、
    を備える、請求項１－３の何れか１項に記載の熱変位量推定装置。
12. 請求項４－６のいずれか１項に記載の熱変位量推定装置と、
    前記第二熱変位量に基づいて、次の前記工作物の研削加工送り動作の開始位置を決定する開始位置決定部と、
    前記開始位置に基づいて、次の前記工作物の前記研削加工送り動作を開始する制御装置と、
    を備える、研削盤。
13. 前記研削盤は、さらに、
    前記第二熱変位量と前回研削加工を完了した時点の前記砥石台位置情報とに基づいて、前記砥石車の第二摩耗量を算出する第二摩耗量算出部を備え、
    前記開始位置決定部は、前記第二熱変位量および前記第二摩耗量に基づいて、前記開始位置を決定する、請求項１２に記載の研削盤。

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