JP7290508B2

JP7290508B2 - 工作機械システム

Info

Publication number: JP7290508B2
Application number: JP2019145140A
Authority: JP
Inventors: 均和泉; 健一郎栗原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: DE102020120063A1; JP2021026588A; CN112338632A; US11772222B2; US20210039217A1

Description

本開示は、工作機械システムに関するものである。

工作機械の送りねじ等の熱変位による位置ずれを補正するための位置補正量を、運転停止時間に応じて切り替える工作機械の熱変位補正方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１においては、運転停止時間が設定時間よりも短い場合には、送りねじ等には熱変位が残っているため、電源をオフした時刻と補正量とを記憶しておき、電源再投入時に、補正量を近似式により算出する。一方、運転停止時間が設定時間よりも長い場合には、熱変位が消滅していると考えられるので位置補正量を全てゼロにクリアする。

特開平１０－１３８０９１号公報

電源再投入時の熱変位補正量を精度よく推定するには、電源をオフした時刻と補正量とに基づいて近似式により算出するよりも、電源再投入直前の所定の時間範囲にわたる温度データを用いて推定することが望ましい。スーパーキャパシタのような補助電源を設ければ、工作機械の電源をオフにしても、温度データを取得し続けることができる。この場合、温度データが取得できるか否かは補助電源の充電状態に依存する。したがって、補助電源の充電状態が異なっても熱変位補正量を精度よく推定できることが望ましい。

本開示の一態様は、工作機械と制御装置とを備え、前記工作機械が、工作機械本体と、該工作機械本体の温度データを取得する１以上の温度センサとを備え、前記制御装置が、前記温度センサにより時系列に取得された前記温度データを記憶する記憶部と、前記工作機械本体への電源の供給が停止したときに、前記温度センサおよび前記記憶部に電源を供給する補助電源と、前記記憶部に記憶された時系列の複数の前記温度データからなる温度データセットを用いて前記工作機械の制御に使用する熱変位補正量を算出する制御部と、を備え、該制御部が、前記工作機械本体への電源供給の再開後の最初の制御に用いる前記熱変位補正量の算出において、前記工作機械本体への電源供給の停止中に前記記憶部に記憶された前記温度データセットを用いるか否かを、前記工作機械本体への電源供給の再開時の前記補助電源の充電量に基づいて選択する工作機械システムである。

本開示の一実施形態に係る工作機械システムを示す全体構成図である。図１の工作機械システムに備えられる制御装置を示すブロック図である。図１の工作機械システムにおいて位置補正量の算出に用いる所定時間範囲の温度データの一例を示すグラフである。図３の温度データを説明する図である。図２の制御装置の動作を説明するフローチャートである。図５のフローチャートのステップＳ２を説明する図である。図５のフローチャートのステップＳ５を説明する図である。図５のフローチャートのステップＳ６を説明する図である。

本開示の一実施形態に係る工作機械システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械システム１は、図１に示されるように、工作機械２と、工作機械２を制御する制御装置３とを備えている。図中、符号４は電源を供給する電源部である。

工作機械２は、任意のものでよいが、例えば、ステージ５上に載置したワークＷに対して工具Ｐを動作させて加工を行う工作機械本体６を備えている。また、工作機械２は、工作機械本体６の各部の温度を検出する複数の温度センサ７を備えている。

制御装置３は、図２に示されるように、温度センサ７により時系列に取得された温度データを記憶する記憶部８と、記憶部８に記憶された温度データを用いて工作機械本体６を制御する制御部９とを備えている。記憶部８はメモリであり、制御部９はプロセッサおよびメモリにより構成されている。

また、制御装置３には、電源部４により充電され、電源部４からの工作機械本体６への電源の供給が停止したときに、電源を供給するスーパーキャパシタ（補助電源）１０が備えられている。電源部４およびスーパーキャパシタ１０は、パワーマネジメントＩＣ１１に接続されている。

パワーマネジメントＩＣ１１は、温度センサ７、記憶部８および制御部９への電源の供給を管理する。具体的には、電源部４からの電源の供給がある場合には、電源部４からの電源を温度センサ７等に供給しつつスーパーキャパシタ１０に充電を行う。一方、パワーマネジメントＩＣ１１は、電源部４からの電源の供給が遮断されたときにはスーパーキャパシタ１０からの電源を温度センサ７等に供給するよう切り替える。

制御部９には、学習済みモデルが記憶されている。制御部９は、所定時間範囲にわたって取得された温度データが記憶部８から入力されることにより、工作機械２の送りねじ等の熱変位による位置ずれを補正するための位置補正量を算出する。位置補正量の算出方法は公知の方法による。

例えば、現在時刻Ｔにおける位置補正量は、現在時刻Ｔよりも時間範囲Δｔだけ遡った時刻Ｔ－Δｔから現在時刻Ｔまでの温度データを学習済みモデルに入力することにより算出される。
工作機械本体６に電源が供給されることにより、ワークＷの加工が行われている状態では、工作機械本体６の各温度センサ７により検出される各部の温度は、図３に示されるように時間的に変化していく。したがって、制御部９は、図４に示されるように、時間範囲Δｔよりも十分に小さい時間間隔で温度センサ７により検出された温度データを記憶部８に時系列に記憶していく。

例えば、工作機械本体６のメインテナンス時等に、電源部４からの電源の供給を遮断すると、パワーマネジメントＩＣ１１によって電源の供給源がスーパーキャパシタ１０に切り替えられ、制御部９、温度センサ７および記憶部８への電源の供給が継続される。したがって、電源部４からの電源供給が停止した状態においても、スーパーキャパシタ１０が充電状態であれば、各温度センサ７により検出された温度データは記憶部８に時系列に記憶されていく。

本実施形態においては、制御部９は、電源部４の電源供給が復帰して、工作機械本体６による加工が再開されるときには、工作機械本体６の制御に使用する熱変位補正量を以下の通りに決定する。

すなわち、制御部９は、図５に示されるように、まず、スーパーキャパシタ１０の充電状態が充電切れ、すなわち、充電量が所定の閾値（第１閾値）以下か否かが判定される（ステップＳ１）。充電切れではない場合、すなわち、充電量が所定の閾値よりも高い場合には、図６に示されるように、温度データの欠落は生じないので、記憶部８に記憶されている最新の時間範囲Δｔにわたる温度データセットを、位置補正量を算出するための温度データとして採用する（ステップＳ２）。温度データの欠落の判断について、最後に取得した温度データの取得時刻と、工作機械の運転再開時の時刻との差が一定以上であることを判断基準としてもよい。

ステップＳ１において、スーパーキャパシタ１０が充電切れ、すなわち、充電量が所定の閾値以下であると判定された場合には、記憶部８に最後に記憶されている２つの温度データから温度の時間変化Δを算出する（ステップＳ３）。ただし、この温度の時間変化Δは、２つの温度データから算出する形式に限定されるものではなく、これに代えて、３つ以上の温度データを用いて単位時間の温度変化を算出する形式であってもよい。そして、全ての温度センサ７により検出された温度データにおいて、算出された温度の時間変化Δが所定の閾値（第２閾値）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。図７に示されるように、温度の時間変化Δが所定の閾値以下の場合には、電源供給の復帰時の温度データを用いて最新の時間範囲Δｔにわたる温度データを補間により算出する（ステップＳ５）。

ここで、記憶部８に記憶された最新の時刻における温度データとしては、スーパーキャパシタ１０の充電切れ前に記憶部８に最後に記憶された温度データまたは電源部４の復旧後最初に検出されて記憶部８に記憶された温度データの少なくとも一方を用いればよい。この場合には、工作機械２は熱平衡状態になったと考えられるので、所定時間範囲Δｔにわたる温度データを補間により精度よく算出できる。

また、ステップＳ３において算出された温度の時間変化Δが、図８に示されるように、ステップＳ４において所定の閾値よりも大きいと判定された場合には、電源部４の復旧後に所定時間範囲Δｔにわたり、ワークＷの加工を行うことなく温度データの取得を行う（ステップＳ６）。あるいは、所定時間範囲Δｔにわたる温度データを新たに取得するための暖機運転が必要であることをオペレータに報知する。

このように、本実施形態に係る工作機械システム１によれば、単一の時刻における温度データを用いるのではなく、所定時間範囲Δｔにわたる温度データを学習済みモデルに入力して熱変位補正量を算出する。これにより、工作機械本体６の複数個所に配置された温度センサ７により検出される温度分布とその時間変化に基づいて、位置補正量を精度よく算出することができる。

また、スーパーキャパシタ１０のような補助電源を設けることにより、充電状態が続く限り、温度データを取得し続けることができる。したがって、メインテナンス時等において電源部４からの電源供給が遮断された状態となっても、所定時間範囲Δｔにわたる温度データを取得し続けることができ、電源供給を再開した後の位置補正量を精度よく算出することができる。

さらに、本実施形態に係る工作機械システム１によれば、電源部４の復旧による工作機械本体６の運転が再開された時点におけるスーパーキャパシタ１０の充電状態に応じて熱変位補正量の算出に用いる温度データを決定する。したがって、工作機械本体６の運転が再開される時点でスーパーキャパシタ１０が充電切れの状態であっても、適当な温度データを用いて、熱変位補正量を精度よく算出することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、補助電源としてスーパーキャパシタ１０を例示したが、これに代えて、他の任意の充電可能な補助電源を採用してもよい。
また、本実施形態においては、制御部９が学習済みモデルを記憶していて、所定時間間隔にわたる温度データから熱変位補正量を算出したが、これに代えて、制御装置３にネットワークを経由して接続された上位のサーバを設けてもよい。この場合、サーバに学習済みモデルを記憶していて、ネットワークを経由して通信した所定時間間隔Δｔにわたる温度データから、サーバにおいて熱変位補正量を算出することにしてもよい。

１工作機械システム
２工作機械
３制御装置
６工作機械本体
７温度センサ
８記憶部
１０スーパーキャパシタ（補助電源）

Claims

工作機械と制御装置とを備え、
前記工作機械が、工作機械本体と、該工作機械本体の温度データを取得する１以上の温度センサとを備え、
前記制御装置が、
前記温度センサにより時系列に取得された前記温度データを記憶する記憶部と、
前記工作機械本体への電源の供給が停止したときに、前記温度センサおよび前記記憶部に電源を供給する補助電源と、
前記記憶部に記憶された時系列の複数の前記温度データからなる温度データセットを用いて前記工作機械の制御に使用する熱変位補正量を算出する制御部と、を備え、
該制御部が、前記工作機械本体への電源供給の再開後の最初の制御に用いる前記熱変位補正量の算出において、前記工作機械本体への電源供給の停止中に前記記憶部に記憶された前記温度データセットを用いるか否かを、前記工作機械本体への電源供給の再開時の前記補助電源の充電量に基づいて選択する工作機械システム。
前記工作機械本体への電源の供給の再開時に、前記補助電源の充電量が所定の第１閾値よりも高い場合には、前記制御部が、前記記憶部に記憶されている最新の前記温度データセットを用いて前記熱変位補正量を算出する請求項１に記載の工作機械システム。
前記工作機械本体への電源の供給の再開時に、前記補助電源の充電量が前記第１閾値以下であり、かつ、前記記憶部に記憶されている最新の前記温度データセットの変動が所定の第２閾値以下である場合には、前記制御部が、電源供給再開時の温度データを用いて最新の前記温度データセットを補間によって算出し、算出された前記最新の温度データセットを用いて前記熱変位補正量を算出する請求項２に記載の工作機械システム。
前記制御部が、前記工作機械本体への電源の供給の再開時に、前記補助電源の充電量が前記第１閾値以下であり、かつ、前記記憶部に記憶されている最新の前記温度データの変動が所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記工作機械本体への電源の供給の再開後に、前記温度データセットを取得し、取得された前記温度データセットを用いて前記熱変位補正量を算出する請求項２に記載の工作機械システム。