JP7486358B2 - 工作機械の精度診断装置及び精度診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械が置かれた環境及び運転動作による工作機械の精度への影響を診断する工作機械の精度診断装置及び精度診断方法に関する。

工作機械を用いてワークの加工を行う場合、工作機械の設置環境における温度の変化や運転中の発熱により、工作機械の様々な部位が熱変形する。その結果、主軸とワークの相対的な位置の変化、すなわち工作機械に熱変位が生じて、ワークの加工等の精度が悪化することがある。工作機械の熱変位を抑制する方法として、例えば、工作機械の構造体（以下、機体ともいう）各部に温度センサを取り付け、測定した温度に基づいて工作機械の熱変位の量を計算し、算出された熱変位の量に応じて軸移動量を変化させる熱変位補正が広く用いられている。しかし、熱変位補正の精度には限界があり、温度変化が大きい場合には誤差が生じる。
温度変化が大きい場合の対策として、特許文献１には、熱変位補正の誤差は、特に急激な温度変化が生じる場合に大きくなるため、機体の温度変化の速度から工作機械のワーク加工精度変化への影響度を算出し、算出された影響度を基に工作機械の状態を診断する方法が開示されている。
また、長時間使用する場合には、徐々に機体の温度が変化していき、使用開始前に対して温度が大きく変化して熱変位補正の誤差が大きくなる場合がある。このような場合の公知の対策方法として、工作機械の座標の補正値、例えばワーク原点オフセット値、工具長オフセット値等を再度測定して、それらの値を更新することで、誤差を吸収し精度を維持する方法が知られている。他には、特許文献２に、回転テーブルを割り出して複数の角度でテーブル上の被測定治具の位置を測定することにより、幾何学的な誤差やスケーリングエラーを同定して補正を行うことで機械の精度を維持する方法が開示されている。

特開２０１９－１３６８４６号公報 特許第６２９５０７０号公報

特許文献１で開示された方法は、急激な温度変化が生じていることを検知でき、工作機械が設置環境の良否判定や、数分～１時間程度の比較的短い時間で終了する加工や計測について開始するかどうかを判断することに有効といえる。しかし、長い時間をかけて徐々に温度が変化することで変位が大きくなる状況には対応が難しい。
一方、長い時間をかけて徐々に温度が変化することで変位が大きくなる状況においては、上記した公知の対策方法及び特許文献２で開示された方法が有用といえる。しかし、変位補正のための測定をいつ実施するかについては、作業者が経験に基づいて判断する必要があるため、当該測定が必要なタイミングで測定を実施できなかったり、過剰な頻度で測定を行ってしまったりする。そのため、生産性が低下する等の問題が生じる可能性がある。さらに、特許文献２に記載の方法は、複数の角度で回転テーブル上の被測定治具の位置の測定を行うため、測定に時間がかかるため、温度が急激に変化している状況で測定を行うと、測定中に熱変位が生じ、測定精度が悪化する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、温度変化が急激な場合も、徐々に温度が変化する場合も、熱変位による精度変化を診断でき、さらにワーク原点オフセット値及び工具長オフセット値等の工作機械の座標の補正値等について、変位補正のための測定を行う適切なタイミングを指示可能な工作機械の精度診断装置及び精度診断方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、使用環境や運転動作によって変化する変化量を計測する変化量検出部を備えた工作機械において、工作機械の精度を診断する精度診断装置であって、変化量の基準値を記録する変化量基準値記録部を備え、変化量検出部によって計測された変化量を取得し、所定時間あたりの変化量の変化の大きさから導出される第１変化指標と、現在の変化量と基準値とから導出される第２変化指標とに基づいて、工作機械の精度の変化を診断し、変化量基準値記録部は、基準値を、第１変化指標を導出する際の所定時間よりも長い時間間隔で記録し、更新することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、上記構成において、第１変化指標に基づいて精度の変化を診断して第１診断結果を導出し、第２変化指標に基づいて精度の変化を診断して第２診断結果を導出する精度診断部を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、上記構成において、第１変化指標を基に、変化量が工作機械の精度へ与える影響の大きさを数値化した第１精度スコアと、第２変化指標を基に、変化量が工作機械の精度へ与える影響の大きさを数値化した第２精度スコアとを算出する精度スコア算出部を備えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、上記構成において、精度診断部は、所定の閾値に基づき、第１精度スコアから第１診断結果を導出し、第２精度スコアから第２診断結果を導出することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、上記構成において、第１診断結果と第２診断結果とを報知する診断結果報知手段を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、上記構成において、第１診断結果と第２診断結果との組み合わせにより、工作機械の精度を確保するための精度対策を判断する精度対策判断手段を備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、上記構成において、精度対策判断手段で判断した精度対策に従い、工作機械での加工又は機上計測を行うプログラムを実行又は中止する精度対策実行部を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、上記構成において、精度対策判断手段は、第１診断結果及び第２診断結果を良又は不良で表し、第１診断結果が不良の場合には、再び良となるまで工作機械での加工や機上計測を開始しない又は中断することを判断し、第１診断結果が良であり、かつ第２診断結果が不良の場合には、工作機械での加工や機上計測を開始又は継続する前に工作機械の座標の補正値の再設定を行うことを判断することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、上記構成において、精度対策判断手段は、第１診断結果及び第２診断結果を良又は不良で表し、第１診断結果と第２診断結果との何れかが不良の場合に、工作機械の座標の補正値の再設定を行うことを判断することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、上記構成において、精度対策判断手段は、第１診断結果及び第２診断結果を良または不良で表し、第２診断結果が不良で、かつ第１診断結果が良である場合に、工作機械の精度を校正するための測定に適したタイミングであると判断することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、上記構成において、変化量は、温度であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、設置環境や運転動作によって変化する変化量を計測する変化量検出部を備えた工作機械において、精度を診断する精度診断方法であって、変化量検出部から変化量を取得し、変化量と予め設定された基準値との所定時間あたりの変化の大きさから導出される第１変化指標と、現在の変化量と基準値との差から導出される第２変化指標とに基づいて、工作機械の精度の変化を診断し、基準値を、第１変化指標を導出する際の所定時間よりも長い時間間隔で記録し、更新することを特徴とする。

請求項１及び１２に記載の発明によれば、工作機械の設置環境や運転動作によって変化する変化量に基づいて導出される第１変化指標と第２変化指標とを利用することで、急激な変化と徐々に起こる変化との何れの状況に対しても工作機械の精度を診断することができる。
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、第１変化指標及び第２変化指標の両方を診断することで、急激な変化が起こっているか否か、長期的な変化が起こっているか否かをそれぞれ診断することができる。
請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加えて、精度スコアとして連続的な値を提示することで、工作機械の精度が良いか悪いかではなく、その精度がどの程度安定しているかを把握できる。
請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加えて、精度の安定性を加味した上で、工作機械の精度の良否を診断できる。
請求項５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、第１変化指標及び第２変化指標のそれぞれの診断結果を報知することで、急激な変化が起こっているか否か、長期的な変化が起こっているか否かを作業者が知ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、上記効果に加えて、第１診断結果と第２診断結果とを組み合わせて工作機械の精度を確保するための対策を判断することで、工作機械の精度確保のために何をすれば良いかを判断できる。また、急激な変化と長期的な変化との何れが生じた場合にも、工作機械の精度を確保するための対策を適切に判断できる。
請求項７に記載の発明によれば、上記効果に加えて、自動的に工作機械の精度を確保しながら加工や測定を行えるため、生産性を向上できる。
請求項８に記載の発明によれば、上記効果に加えて、現在の変化速度の大小により加工及び計測等を開始するかどうかを判断し、前回の座標の補正値の設定からの変化の大小により工作機械の座標の補正値の再設定を行う適切なタイミングを判断することで、加工及び計測等の精度を確保することができる。
請求項９に記載の発明によれば、上記効果に加えて、現在の変化速度の大小及び前回の座標の補正値の設定からの変化の大小により、工作機械の座標の補正値の再設定を行う適切なタイミングを判断し、特に量産加工において精度と生産性の確保を両立できる。
請求項１０に記載の発明によれば、上記効果に加えて、前回の校正からの変化の大小により測定が必要かどうかを判断し、現在の変化速度の大小により誤差が小さい測定が行えるかを判断することで、工作機械の精度を校正するための測定に適したタイミングを判断できる。
請求項１１に記載の発明によれば、上記効果に加えて、工作機械の精度の変化の多くは熱変位によって生じるため、熱変位の影響による工作機械の精度変化を診断することができる。

本発明の工作機械を示す説明図である。 本発明の精度診断装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は温度基準値の更新の様子を表すグラフ、（ｂ）は第１温度指標の変化を表すグラフ、（ｃ）は第１精度スコアの変化を表すグラフ、（ｄ）は第２温度指標の変化を表すグラフ、（ｅ）は第２精度スコアの変化を表すグラフである。 精度の診断結果を表示する画面の例を示す説明図である。 加工時間の長いワークを加工する場合において、加工開始とワーク原点設定のタイミングを判断するためのフローチャートである。 加工時間の短いワークを繰り返し加工する場合において、加工開始とワーク原点設定のタイミングを判断するためのフローチャートである。 精度を校正するための測定を行う場合において、測定実施のタイミングを判断するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の工作機械を示す説明図である。なお、図１は、カバー及びその他の設備を省略しているが、実際の機械は、カバー及びその他の設備を備えるものである。
工作機械である５軸マシニングセンタ１は、主軸２を備える。主軸２は、図示しない工具を装着してワークの加工を行う。また、タッチプローブ等の位置計測センサ３を装着して測定を行うこともできる。

また、５軸マシニングセンタ１は、変化量検出部としての機体温度センサ４及び気温センサ５と、記録装置６と、精度診断装置７と、表示装置８と、制御装置９とを備える。
工作機械の精度の変化の多くは熱変位によって生じるため、変化量として温度を用いることで、熱変位の影響による精度変化を診断することができる。
機体温度センサ４は、機体の温度を測定し、気温センサ５は、機体周辺の気温を測定する。機体温度センサ４及び気温センサ５によって測定された温度情報は、記録装置６に取り込まれ、記録される。
精度診断装置７は、記録装置６に取り込まれた温度情報を基に、温度変化による５軸マシニングセンタ１の精度への影響を診断する。
表示装置８は、例えば、操作盤であり、精度診断装置７による診断結果を、画面に表示する。なお、表示装置８での診断結果に加え、図示しない警告灯及びブザー等を用いて作業者に報知するようにしても良い。
制御装置９は、精度診断装置７から送られる診断結果を基に５軸マシニングセンタ１の精度を確保するための対策を判断し、判断された対策に基づいてワークの加工や計測動作を制御する。

次に、精度診断装置７について、詳しく説明する。
図２は、本発明の精度診断装置７の構成を示すブロック図である。
精度診断装置７は、温度基準値記録部１０３、温度指標算出部１０５、精度スコア算出部１０８、精度スコア表示部１１１、精度診断部１１２、許容範囲設定部１１６、精度対策判断部１１７、精度対策教示部１１８、精度対策実行部１２０及び診断結果報知部１２２を備える。

精度診断装置７の機能を以下で説明する。
まず、精度診断装置７が、機体温度センサ４及び気温センサ５によって測定され、記録装置６に記録された温度情報である温度データ１０１を取得する。取得した温度データ１０１は、温度基準値記録指令１０２を受けて、温度基準値１０４として、温度基準値記録部１０３に記録される。なお、温度基準値記録指令１０２は、５軸マシニングセンタ１の操作盤及び画面を操作することで指令されるようにしても良いし、あるプログラムコードを実行することで指令されるようにしても良い。また、電源投入及び所定のパラメータの書き換え等の特定の動作と連動して自動的に指令されるようにしても良い。温度基準値１０４は、温度基準値記録指令１０２によらず、ワークの加工及び測定前に予め設定しても良い。

次に、温度指標算出部１０５が、第１変化指標としての第１温度指標１０６と、第２変化指標としての第２温度指標１０７とを算出する。
第１温度指標１０６は、例えば、温度の変化速度である。第１温度指標１０６は、式１を用いて算出される。以下の式では、θは測定した温度の値を表し、Θは算出された温度指標を表す。記録装置６から温度データ１０１として現在の温度θ（ｔ）と所定の時間Δｔ前の温度θ（ｔ－Δｔ）とを取得し、現在の温度θ（ｔ）と所定の時間Δｔ前の温度θ（ｔ－Δｔ）との差分を取って算出される単位時間当たりの温度変化速度θ（ｔ）を換算することで、第１温度指標Θ_１（ｔ）（１０６）が算出される。

式１は、変化速度の計算方法の一例であり、他の公知の数値微分法を用いることもできる。例えば、特許文献１に開示されているように、機体温度と周囲気温から近似的に変化速度を求めることができる。なお、個々では第１温度指標（１０６）を温度の変化速度としているが、第１温度指標（１０６）は、短時間での温度変化の激しさを表す指標であれば良く、温度変化速度以外にも、所定時間内での最大値と最小値の差等を第１温度指標（１０６）としても良い。

第２温度指標１０７は、温度基準値１０４（θ_０）と現在の温度θ（ｔ）との差である。第２温度指標１０７は、式２を用いて算出される。

続いて、精度スコア算出部１０８が、第１温度指標１０６を基に第１精度スコア１０９を算出すると共に、第２温度指標１０７を基に第２精度スコア１１０を算出する。第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０は、例えば、式３を用いて算出される。

式３では、精度スコアＳ_ｎ（ｔ）を、Ｓ_ｍｉｎ～Ｓ_ｍａｘの間の値で表している。第１温度指標１０６の絶対値の大きさが、定数Θ_Ａより大きい時に第１精度スコア１０９は最も悪くなり、定数Θ_Ｂよりも小さい時に第１精度スコア１０９は最も良くなる。同様に、第２温度指標１０７の値の大きさが、定数Θ_Ａより大きい時に第２精度スコア１１０は最も悪くなり、定数Θ_Ｂよりも小さい時に第２精度スコア１１０は最も良くなる。
なお、式３は、各精度スコア１０９，１１０を算出するための計算方法の一例であり、各精度スコア１０９，１１０の算出には、公知の別の式を用いても良い。

式１～３を用いて、ある温度変化に対する第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０の変化を算出した例を図３（ａ）～（ｅ）に示す。
図３（ａ）は、温度基準値１０４の更新の様子を表すグラフである。実線は、温度の時間変化を表している、また、破線は、温度基準値１０４を表している。この例では、０時間と３時間が経過した時点とで、温度基準値記録指令１０２が指令され、その時点での温度θ（ｔ）が温度基準値θ_０（１０４）として記録されている。温度基準値θ_０（１０４）は、温度基準値記録指令１０２が指令されたタイミングでステップ状に変化する。

図３（ｂ）は、第１温度指標Θ_１（ｔ）（１０６）の変化を表すグラフである。ここでは、式１に従い、温度θ（ｔ）の数値微分を行い、第１温度指標Θ_１（ｔ）（１０６）を算出した。図３（ａ）に示すように、０～１時間では緩やかに温度が降下するため、第１温度指標Θ_１（ｔ）（１０６）は、マイナスの値となっている。一方、２～４時間では、温度が大きく上昇するため、第１温度指標Θ_１（ｔ）（１０６）は、プラスの値となっている。

図３（ｃ）は、第１精度スコア１０９の変化を表すグラフである。ここでは、式３におけるＳ_ｍａｘを１００、Ｓ_ｍｉｎを０としている。温度変化が小さく、５軸マシニングセンタ１の精度が安定している時は、精度スコアＳ（ｔ）が１００となる。一方、温度変化が大きく、精度が不安定になるほど精度スコアＳ（ｔ）が０に近付くように、１０刻みの値として精度スコアＳ（ｔ）を算出した。ここでは、精度診断部１１２が、第１精度スコア１０９が６０以上を良として判断し、５０以下を不良として診断している。なお、良否を判断するための閾値（後述する許容範囲１１５）は、許容範囲設定部１１６によって設定される。
図３（ａ）に示すように、０～２時間の温度変化度合いが緩やかな場合には、第１精度スコア１０９は１００を示し、２～４時間の温度が急激に上がっていく場合には、第１精度スコア１０９の数値が下がっていることを示している。

図３（ｄ）は、第２温度指標Θ_２（ｔ）（１０７）の変化を表すグラフである。式２に従い、第２温度指標Θ_２（ｔ）（１０７）を、温度θ（ｔ）と温度基準値θ_０（１０４）との差として算出した。温度基準値記録指令１０２が指令されたタイミング、即ち、０時間と３時間が経過した時点とで、温度θ（ｔ）と温度基準値θ_０（１０４）とは等しくなるため、それぞれの時点において、第２温度指標Θ_２（ｔ）（１０７）の値は０となっている。

図３（ｅ）は、第２精度スコア１１０の変化を表すグラフである。ここでは、第１精度スコア１０９と同様に、式３におけるＳ_ｍａｘを１００、Ｓ_ｍｉｎを０としている。ここでは、精度診断部１１２が、第２精度スコア１１０が６０以上を良として判断し、５０以下を不良として診断している。なお、良否を判断するための閾値（後述する許容範囲１１５）は、許容範囲設定部１１６によって設定される。
図３（ｄ）に示すように、０時間と３時間が経過した時点とでは、それぞれの時点における温度θ（ｔ）と温度基準値１０４との差が０であるため、第２精度スコア１１０は１００を示す。一方、時間が経過して温度が変化するにつれて、第２精度スコア１１０の値は低下している。

算出された第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０は、現在のワークの加工及び計測の精度の良否を判断する目安となる。そのため、精度スコア表示部１１１は、精度スコアを表示装置８に表示する。また、精度診断部１１２は、現在の５軸マシニングセンタ１の精度の良否の診断を行う。許容範囲設定部１１６は、例えば、操作盤上での数値の入力及びプログラム等を通して、第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０の許容範囲１１５を設定する。なお、許容範囲１１５は、許容範囲設定部１１６によって任意に変更することができる。精度診断部１１２は、設定された許容範囲１１５と、第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０それぞれとを比較して診断を行う。診断結果は、第１精度スコア１０９に対する診断結果を第１診断結果１１３とし、第２精度スコア１１０に対する診断結果を第２診断結果１１４とする。

精度対策判断部１１７は、第１診断結果１１３の良否及び第２診断結果１１４の良否の組み合わせによって、５軸マシニングセンタ１の精度を補正するための精度対策が必要か否かを判断する。また、精度対策が必要な場合は、どのような精度対策を行うかを判断する。精度対策判断部１１７で判断された精度対策を作業者に教示して行わせる場合、精度対策教示部１１８は、表示装置８にメッセージ１１９として出力する。一方、精度対策判断部１１７で判断された精度対策を自動的に５軸マシニングセンタ１に実行させる場合、精度対策実行部１２０は、制御指令１２１を出力する。

メッセージ１１９は、第１診断結果１１３及び第２診断結果１１４それぞれの結果に応じて作成される。例えば、第１診断結果１１３が不良の場合、加工及び計測を中断することを示す。また、例えば、第２診断結果１１４が不良の場合、ワーク原点等の座標の補正値を再測定することなどの必要な精度対策を示す。この時、メッセージ１１９をより強く示すためにアラームを表示する等しても良い。特に、診断の結果が精度の悪化を示すものである場合、精度対策教示部１１８によるメッセージ１１９の表示に加え、精度対策実行部１２０にプログラムによる５軸マシニングセンタ１の動作停止の制御指令１２１を出力するようにしても良い。なお、精度対策教示部１１８によるメッセージ１１９の出力は、表示装置８に限定されず、作業者が所有する端末等への通知メールでもよい。また、警告灯の点灯及びアラーム等、文字による出力以外でも良い。

制御指令１２１は、第１診断結果１１３及び第２診断結果１１４それぞれの結果に応じて作成される。例えば、第１診断結果１１３が不良の場合、加工及び計測を中断する制御指令１２１が作成される。また、例えば、第２診断結果１１４が不良の場合、ワーク原点等の座標の補正値を再測定することなどの必要な精度対策を実行するための制御指令１２１が作成される。作成された制御指令１２１は、制御装置９へ出力される。制御装置９は、入力された制御指令１２１に従い、必要な５軸マシニングセンタ１の制御を自動的に実行する。

診断結果報知部１２２は、第１診断結果１１３及び第２診断結果１１４を表示装置８に表示することにより報知する。診断結果の表示は、第１診断結果１１３及び第２診断結果１１４それぞれの良否が分かるようにする。また、診断結果の報知方法は表示装置８による表示に限定されず、作業者が所有する端末等への通知メールでも良い。また、警告灯の点灯及びアラーム等、文字による出力以外でも良い。さらに、第１診断結果１１３及び第２診断結果１１４との良否の組み合わせによって、報知方法を変えてもよい。例えば、第１診断結果１１３が悪化した場合には、表示装置８への表示に加えてアラームを発生するようにし、第２診断結果１１４が悪化した場合には、表示装置８への表示のみとするようにしても良い。さらに、第１診断結果１１３と第２診断結果１１４との両方が悪化した場合のみアラームを発生し、それ以外のときは表示装置８への表示のみとするようにしても良い。

図４は、精度スコア表示部１１１、許容範囲設定部１１６、精度対策教示部１１８を設けた表示装置８の画面表示の一例である。
第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０それぞれの数値と、それらの大きさを視覚的に表すバーグラフが表示されている。また、第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０それぞれについて、許容範囲設定部１１６で設定された許容範囲１１５が表示されている。さらに、第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０それぞれについて、精度対策教示部１１８によって作成されたメッセージ１１９が表示されている。このように、一つの画面上に、精度スコア、許容範囲１１５及びメッセージ１１９を表示することで、視覚的に５軸マシニングセンタ１の精度及び精度の診断基準を把握することができる。なお、表示する情報は上記のものに限定されず、例えば、図３に示すようなグラフを表示しても良いし、主軸回転数等の５軸マシニングセンタ１の動作を示す情報を表示しても良い。

以下、判断例１～３を用いて、精度対策判断部１１７の精度対策の判断方法及び行う精度対策を、説明する。

判断例１は、例えば１時間以上の比較的長い時間の加工や機上計測を行う場合を想定したものである。
図５は、加工時間の長いワークを加工する場合において、加工開始とワーク原点設定のタイミングを判断するためのフローチャートである。即ち、判断例１における精度対策判断部１１７の判断方法及び行う精度対策を示すフローチャートである。判断例１における診断のタイミングは、主にワークの加工や機上計測の開始時に実行される。

加工及び機上計測にかかる時間が長いほど、加工及び機上計測の精度は、温度変化による熱変位の影響を受けやすくなる。また、温度が急激に変化している状態で加工及び機上計測を開始すると、熱変位の影響を大きく受けてしまうため、加工及び機上計測を高精度に行いたい場合は、温度変化が緩やかになるまで待ってから開始するほうが良い。温度変化が緩やかになった後でワーク原点等の座標補正値を測定・設定して加工及び機上計測を開始すれば、それらを高精度に行うことができる。

まず、第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内にあるか否かをチェックする（Ｓ１１）。第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内である場合、即ち温度変化が緩やかである場合には、Ｓ１３へ進む。一方、第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内にない場合、即ち温度変化が急激である場合には、加工及び計測の精度が悪化する可能性があるため、Ｓ１２へ進み、第１精度スコア１０９が許容範囲１１５の範囲内となるまで加工及び計測を開始しない。
次に第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内にあるか否かをチェックする（Ｓ１３）。第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内にある場合、Ｓ１６へ進み、直ちに加工又は計測を開始する。第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内にない場合、即ち前回温度基準値１０４を設定した時点からの温度変化が大きい場合には、Ｓ１４へ進み、ワーク原点等の座標の補正値を測定して設定する。例えば、位置計測センサ３であるタッチプローブを用いてワークの原点位置等を測定し、ワーク原点オフセット値等を更新する。そして、その時点での温度を温度基準値１０４として記録する（Ｓ１５）。この処理により、現在温度と温度基準値１０４との差は０となるため、第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内に収まり、精度良好な状態となる。その後、加工又は計測を開始する（Ｓ１６）。

このような処理は、ワークの加工及び機上計測の開始時にだけ行うようにしても良いし、ワークの加工及び機上計測開始時に加え、加工途中及び機上計測途中の所定のタイミングでも行うようにしても良い。加工途中及び機上計測途中の所定のタイミングでも上述の処理を行う場合は、Ｓ１２では、第１精度スコア１０９が許容範囲１１５の範囲内となるまで加工又は機上計測を中断し、第１精度スコア１０９が許容範囲１１５の範囲内に入った際に、加工又は機上計測を再開することになる。

また、判断例１では、精度対策実行部１２０によって自動的に精度対策を実行することを想定しているが、精度対策教示部１１８による教示に従って、作業者が必要な精度対策を実行しても良い。その場合、Ｓ１２では、作業者に対し、精度対策教示部１１８によって、現在は激しい温度変化があるため温度変化が緩やかになるまで待つ必要がある旨のメッセージ１１９を表示装置８に表示したり、アラームを鳴らしたりする等して教示する。Ｓ１４では、座標の補正値を測定して設定する必要がある旨を教示する。
上述のように適宜精度対策を実行することで、加工及び機上計測の精度を確保できる。

判断例２は、ワーク１つ当たりの加工時間が、例えば数分から１時間以内と比較的短く、同一の加工を繰り返し行う量産加工の場合を想定したものである。
図６は、加工時間の短いワークを繰り返し加工する場合において、加工開始とワーク原点設定のタイミングを判断するためのフローチャートである。即ち、判断例２における精度対策判断部１１７の判断方法及び行う精度対策を示すフローチャートである。判断例２における診断のタイミングは、１つ又は所定の数のワークの加工終了毎に実行される。

量産加工では、精度だけではなく、短時間で大量にワークを加工する生産性も要求される。そこで、精度確保に必要最低限のタイミングで工具長オフセット及びワーク原点等の座標補正値の測定を行えるように診断を行う。温度が急激に変化している状態では、短時間でも精度が悪化する可能性があるため、１つのワークを加工する毎に診断を行う必要がある。一方、温度変化が緩やかな場合では、前回の診断からの温度変化が大きくなった際に診断を行う。

まず、第１精度スコア１０９が許容範囲１１５の範囲内であるかをチェックする（Ｓ２１）。第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内である場合、即ち温度変化が緩やかな場合には、Ｓ２２へ進む。一方、第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内にない場合、即ち温度変化が急激である場合には、短時間であっても精度が悪化する可能性があるため、Ｓ２３へ進み、工具長オフセット及びワーク原点等の座標補正値を測定して設定する。そして、その時点での温度を温度基準値１０４として記録する（Ｓ２４）。この処理により、温度変化が急激な場合でも、ワークの加工精度のばらつきを最小限に抑えることができる。その後、次のワークの加工を開始する（Ｓ２５）。

次に、温度変化が緩やかな場合は、第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内にあるか否かをチェックする（Ｓ２２）。第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内にない場合、即ち前回工具長オフセット及びワーク原点等の座標補正値を測定して設定した時点からの温度変化が大きい場合には、長時間使用している間に徐々に生じた温度変化により精度が悪化する可能性があるため、再度座標補正値を測定して設定する（Ｓ２３）。そして、その時点での温度を温度基準値１０４として記録する（Ｓ２４）。この処理により、現在温度と温度基準値１０４との差は０となるため、第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内に収まり、精度良好な状態となる。その後、次のワークの加工を開始する（Ｓ２５）。

Ｓ２３での測定は、精度対策実行部１２０によって制御装置９へ指令を出力することにより、タッチプローブ等の位置計測センサ３によって機械が自動的に行うようにしても良いし、精度対策教示部１１８によるメッセージ１１９等で測定が必要な旨を教示して、作業者に行わせるようにしても良い。
上述のように、温度が急激に変化する場合も、温度が徐々に変化する場合も、適切なタイミングで工具長オフセット及びワーク原点等の座標補正値の測定を行うことで、精度の確保と生産性とを両立できる。

判断例３は、工作機械の精度を校正するための測定を想定したものである。
図７は、精度を校正するための測定を行う場合において、測定実施のタイミングを判断するためのフローチャートである。即ち、判断例３における精度対策判断部１１７の判断方法及び行う精度対策を示すフローチャートである。

５軸マシニングセンタ１では、回転軸の中心位置、直進軸のスケールの位置決め、直進軸同士の傾き等の誤差パラメータを測定し、それぞれに応じた補正を行うことで精度を校正する。しかし、様々な誤差パラメータを測定し、校正を行うには長い時間が必要となる。例えば、誤差パラメータの測定中に温度が急激に変化した場合、測定誤差が大きくなり、十分な校正による精度改善の効果が得られない。また、校正を頻繁に実施することで高い精度を確保できるが、測定している間は生産が行えないため、必要最低限のタイミングで測定を行う必要がある。そこで、精度診断装置７は、精度改善と生産性とを両立した上で、精度を校正するための測定を行う最適なタイミングを判断する。

まず、第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内であるか否かをチェックする（Ｓ３１）。第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内である場合、即ち前回校正を実施した時点からの温度変化が小さい場合は、校正を実施する必要がないと判断し、測定を実行しない（Ｓ３２）。一方、第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内にない場合、即ち、前回校正を実施した時点からの温度変化が大きい場合は、校正を実施する必要があると判断する。しかし、急激な温度変化が生じている最中に校正を行うと測定誤差が大きくなってしまうため、第１精度スコア１０９が許容範囲１１５の範囲内にあるか否かをチェックし（Ｓ３３）、温度変化の状態を確認する。第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内にない場合、即ち急激な温度変化が生じている場合は、即座に校正を実施することはせず、温度変化が緩やかになり、第１精度スコア１０９が許容範囲１１５の範囲内となった時点で校正を実施するようにする。第１精度スコア１０９が、許容範囲１１５の範囲内にある場合、温度変化が緩やかなため、精度良く誤差パラメータの測定を行えるため、誤差パラメータの測定を実施して校正を適用する（Ｓ３５）。そして、その時点での温度を温度基準値１０４として記録する（Ｓ３６）。この処理により、現在温度と温度基準値１０４との差は０となるため、第２精度スコア１１０が、許容範囲１１５の範囲内に収まり、精度良好な状態となる。

Ｓ３５での測定は、精度対策実行部１２０によって制御装置９へ指令を出力することにより、タッチプローブ等の位置計測センサ３によって機械が自動的に行うようにしても良いし、精度対策教示部１１８によるメッセージ１１９等で測定が必要な旨を教示して、作業者に行わせるようにしても良い。
上述のように工作機械の精度を校正するための測定を実施する最適なタイミングを判断することができるため、精度改善と生産性とを両立することができる。

上記形態の精度診断装置７は、使用環境や運転動作によって変化する温度を計測する機体温度センサ４及び気温センサ５とを備えた５軸マシニングセンタ１において、温度基準値１０４を記録する温度基準値記録部１０３を備え、機体温度センサ４及び気温センサ５とによって計測された温度データ１０１を取得し、所定時間あたりの温度の変化の大きさから導出される第１変化指標（第１温度指標１０６）と、現在の温度と温度基準値１０４とから導出される第２変化指標（第２温度指標１０７）とに基づいて、５軸マシニングセンタ１の精度の変化を診断する。
このようにして構成される精度診断装置７によれば、５軸マシニングセンタ１の設置環境や運転動作によって変化する温度に基づいて導出される第１温度指標１０６と第２温度指標１０７とを利用することで、急激な温度変化と徐々に起こる温度変化との何れの状況に対しても５軸マシニングセンタ１の精度を診断することができる。

また、精度診断装置７は、第１温度指標１０６に基づいて５軸マシニングセンタ１の精度の変化を診断して第１診断結果１１３を導出し、第２温度指標１０７に基づいて５軸マシニングセンタ１の精度の変化を診断して第２診断結果１１４を導出する精度診断部１１２を備える。
よって、第１温度指標１０６及び第２温度指標１０７の両方を診断することで、急激な温度変化が起こっているか否か、長期的な温度変化が起こっているか否かをそれぞれ診断することができる。

また、精度診断装置７は、第１温度指標１０６を基に、温度が５軸マシニングセンタ１の精度へ与える影響の大きさを数値化した第１精度スコア１０９と、第２温度指標１０７を基に、温度が５軸マシニングセンタ１の精度へ与える影響の大きさを数値化した第２精度スコア１１０とを算出する精度スコア算出部１０８を備える。
よって、第１精度スコア１０９及び第２精度スコア１１０として連続的な値を提示することで、５軸マシニングセンタ１の精度が良いか悪いかではなく、その精度がどの程度安定しているかを把握できる。

また、精度診断部１１２は、許容範囲１１５に基づき、第１精度スコア１０９から第１診断結果１１３を導出し、第２精度スコア１１０から第２診断結果１１４を導出する。
よって、５軸マシニングセンタ１の精度の安定性を加味した上で、５軸マシニングセンタ１の精度の良否を診断できる。

また、精度診断装置７は、第１診断結果１１３と第２診断結果１１４との組み合わせにより、５軸マシニングセンタ１の精度を確保するための精度対策を判断する精度対策判断部１１７を備える。
よって、第１診断結果１１３と第２診断結果１１４とを組み合わせて５軸マシニングセンタ１の精度を確保するための対策を判断することで、５軸マシニングセンタ１の精度確保のために何をすれば良いかを判断できる。また、急激な温度変化と長期的な温度変化との何れが生じた場合にも、５軸マシニングセンタ１の精度を確保するための対策を適切に判断できる。

また、精度診断装置７は、精度対策判断部１１７で判断した精度対策に従い、５軸マシニングセンタ１での加工又は機体温度センサ４及び気温センサ５による温度の計測を行うプログラムを実行又は中止する精度対策実行部１２０を備える。
よって、自動的に５軸マシニングセンタ１の精度を確保しながら加工や測定を行えるため、生産性を向上できる。

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その技術範囲はこれに限定されるものではない。例えば、工作機械は、５軸マシニングセンタ以外のものでも良い。
また、変化指標の基となる変化量は、温度に限定されず、例えば、負荷値等でも良い。

１・・５軸マシニングセンタ、４・・機体温度センサ、５・・気温センサ、６・・記録装置、７・・精度診断装置、８・・表示装置、１０３・・温度基準値記録部、１０５・・温度指標算出部、１０８・・精度スコア算出部、１１２・・精度診断部、１１６・・許容範囲設定部、１１７・・精度対策判断部、１１８・・精度対策教示部、１２０・・精度対策実行部。

Claims (12)

1. 設置環境や運転動作によって変化する変化量を計測する変化量検出部を備えた工作機械において、前記工作機械の精度を診断する工作機械の精度診断装置であって、
   前記変化量の基準値を記録する変化量基準値記録部を備え、
   前記変化量検出部によって計測された前記変化量を取得し、
   所定時間あたりの前記変化量の変化の大きさから導出される第１変化指標と、現在の前記変化量と前記基準値とから導出される第２変化指標とに基づいて、前記工作機械の前記精度の変化を診断し、
   前記変化量基準値記録部は、前記基準値を、前記第１変化指標を導出する際の前記所定時間よりも長い時間間隔で記録し、更新することを特徴とする工作機械の精度診断装置。
2. 前記第１変化指標に基づいて前記精度の変化を診断して第１診断結果を導出し、前記第２変化指標に基づいて前記精度の変化を診断して第２診断結果を導出する精度診断部を備えることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の精度診断装置。
3. 前記第１変化指標を基に、前記変化量が前記工作機械の前記精度へ与える影響の大きさを数値化した第１精度スコアと、前記第２変化指標を基に、前記変化量が前記工作機械の前記精度へ与える影響の大きさを数値化した第２精度スコアとを算出する精度スコア算出部を備えることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の精度診断装置。
4. 前記精度診断部は、所定の閾値に基づき、前記第１精度スコアから前記第１診断結果を導出し、前記第２精度スコアから前記第２診断結果を導出することを特徴とする請求項３に記載の工作機械の精度診断装置。
5. 前記第１診断結果と前記第２診断結果とを報知する診断結果報知手段を備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の工作機械の精度診断装置。
6. 前記第１診断結果と前記第２診断結果との組み合わせにより、前記工作機械の前記精度を確保するための精度対策を判断する精度対策判断手段を備えることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の工作機械の精度診断装置。
7. 前記精度対策判断手段で判断した前記精度対策に従い、前記工作機械での加工又は機上計測を行うプログラムを実行又は中止する精度対策実行部を備えることを特徴とする請求項６に記載の工作機械の精度診断装置。
8. 請求項６又は７に記載の工作機械の精度診断装置において、
   前記精度対策判断手段は、前記第１診断結果及び前記第２診断結果を良又は不良で表し、
   前記第１診断結果が不良の場合には、再び良となるまで前記工作機械での加工及び機上計測を開始しない又は中断することを判断し、
   前記第１診断結果が良であり、かつ前記第２診断結果が不良の場合には、前記工作機械での加工及び機上計測を開始又は継続する前に、前記工作機械の座標の補正値の再設定を行うことを判断することを特徴とする工作機械の精度診断装置。
9. 請求項６または７に記載の工作機械の精度診断装置において、
   前記精度対策判断手段は、前記第１診断結果及び前記第２診断結果を良又は不良で表し、
   前記第１診断結果と前記第２診断結果の何れかが不良の場合に、前記工作機械の座標の補正値の再設定を行うことを判断することを特徴とする工作機械の精度診断装置。
10. 請求項６または７に記載の工作機械の精度診断装置において、
    前記精度対策判断手段は、前記第１診断結果及び前記第２診断結果を良又は不良で表し、
    前記第２診断結果が不良で、かつ前記第１診断結果が良である場合に、工作機械の精度を校正するための測定に適したタイミングであると判断することを特徴とする工作機械の精度診断装置。
11. 前記変化量は、温度であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の工作機械の精度診断装置。
12. 設置環境や運転動作によって変化する変化量を計測する変化量検出部を備えた工作機械において、前記工作機械の精度を診断する工作機械の精度診断方法であって、
    前記変化量検出部から前記変化量を取得し、
    前記変化量と予め設定された基準値との所定時間あたりの変化の大きさから導出される第１変化指標と、現在の前記変化量と前記基準値との差から導出される第２変化指標とに基づいて、前記工作機械の前記精度の変化を診断し、
    前記基準値を、前記第１変化指標を導出する際の前記所定時間よりも長い時間間隔で記録し、更新することを特徴とする工作機械の精度診断方法。

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