JPH05253790A - 工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法 - Google Patents
工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法Info
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- JPH05253790A JPH05253790A JP4089719A JP8971992A JPH05253790A JP H05253790 A JPH05253790 A JP H05253790A JP 4089719 A JP4089719 A JP 4089719A JP 8971992 A JP8971992 A JP 8971992A JP H05253790 A JPH05253790 A JP H05253790A
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- B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
- B23Q11/14—Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools
- B23Q11/141—Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools using a closed fluid circuit for cooling or heating
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23Q11/14—Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools
- B23Q11/143—Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools comprising heating means
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S62/00—Refrigeration
- Y10S62/10—Tool cooling
Abstract
(57)【要約】
［目的］負荷変動が大きい系や無駄時間要素を含む制御
対象を超精密に温度制御する。 ［構成］パソコン５は、熱媒体液の戻り油温度Ｔ2 の設
定値ＴC と、実際に制御されている戻り油温度Ｔ2 との
温度差ΔＴ＝ＴC −Ｔ2 だけ送油温度Ｔ0 の制御目標値
Ｔ0,NEW を更新、修正するために高精度ＰＩＤ温度調節
器１０に指令する。高精度ＰＩＤ温度調節器１０はこの
指令を受けて、定電力サイリスタ位相制御器１６を介し
て加熱制御用ヒータ１７の発熱量を制御する。加熱制御
用ヒータ１７は、熱媒体液を加熱して密閉型減衰タンク
２１を介して加工機械１に送る。熱媒体液は、加工機械
１で熱を交換して前段冷却手段に戻す。
対象を超精密に温度制御する。 ［構成］パソコン５は、熱媒体液の戻り油温度Ｔ2 の設
定値ＴC と、実際に制御されている戻り油温度Ｔ2 との
温度差ΔＴ＝ＴC −Ｔ2 だけ送油温度Ｔ0 の制御目標値
Ｔ0,NEW を更新、修正するために高精度ＰＩＤ温度調節
器１０に指令する。高精度ＰＩＤ温度調節器１０はこの
指令を受けて、定電力サイリスタ位相制御器１６を介し
て加熱制御用ヒータ１７の発熱量を制御する。加熱制御
用ヒータ１７は、熱媒体液を加熱して密閉型減衰タンク
２１を介して加工機械１に送る。熱媒体液は、加工機械
１で熱を交換して前段冷却手段に戻す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学レンズ等の超精密
加工を行う工作機械の作動油を、超精密に温度制御を行
うと同時に、温度データを高精度に計測、記録するため
の工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法
に関する。
加工を行う工作機械の作動油を、超精密に温度制御を行
うと同時に、温度データを高精度に計測、記録するため
の工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法
に関する。
【０００２】
【従来技術】光学レンズ等の超精密加工を行う工作機械
の機体は、可能な限り変形を避けなければならない。取
り分け、機体の熱変形を防ぐには、静圧軸受、案内用作
動油、切削油、シャワーシステムにおける液体等を精密
に温度制御する必要がある。この温度制御技術として、
熱交換器を複数段重ねることによって、温度変動幅を繰
り返し減衰させたり、または特殊な減衰槽を用いて温度
変動幅を減衰させる方式（例えば特公平２−４８３８３
号）等が用いられているが、これらはすべて送液温度の
過渡偏差（温度変動幅）を極小にすることを目的とした
ものであった。
の機体は、可能な限り変形を避けなければならない。取
り分け、機体の熱変形を防ぐには、静圧軸受、案内用作
動油、切削油、シャワーシステムにおける液体等を精密
に温度制御する必要がある。この温度制御技術として、
熱交換器を複数段重ねることによって、温度変動幅を繰
り返し減衰させたり、または特殊な減衰槽を用いて温度
変動幅を減衰させる方式（例えば特公平２−４８３８３
号）等が用いられているが、これらはすべて送液温度の
過渡偏差（温度変動幅）を極小にすることを目的とした
ものであった。
【０００３】それらの方式は、機械側の負荷が一定して
いるシステムの温度制御としては極めて有効であるが、
負荷変動が見込まれるシステムや、制御対象が大きな無
駄時間要素、すなわち入・出力間の変化に時間遅れを生
じるシステムについては、定常偏差が大きくなる。過去
に提案されたシステムは、制御液温がこの時間遅れによ
って、温度変動幅が大きくなるという不安定なる性質を
有し、精密に液温を制御するという要求を満足するもの
ではなかった。また、このシステムは、制御対象である
工作機械が変わったりした場合には、温度制御装置もそ
れに応じて変えたり、制御用パラメータを実験的に求め
て再設定する等の必要があった。
いるシステムの温度制御としては極めて有効であるが、
負荷変動が見込まれるシステムや、制御対象が大きな無
駄時間要素、すなわち入・出力間の変化に時間遅れを生
じるシステムについては、定常偏差が大きくなる。過去
に提案されたシステムは、制御液温がこの時間遅れによ
って、温度変動幅が大きくなるという不安定なる性質を
有し、精密に液温を制御するという要求を満足するもの
ではなかった。また、このシステムは、制御対象である
工作機械が変わったりした場合には、温度制御装置もそ
れに応じて変えたり、制御用パラメータを実験的に求め
て再設定する等の必要があった。
【０００４】一方、温度の計測や記憶装置は、温度制御
装置とは別個に独立した形で設けられることが一般的で
ある。分解能が０．００１℃程度の精度の高い温度計測
素子としては、熱電対やサーミスタを用いて電気抵抗を
電圧に変換し、温度換算して読み取るものや、水晶発振
の振動数が温度によって規則的に変化することを利用し
た水晶温度計等が市販されている。
装置とは別個に独立した形で設けられることが一般的で
ある。分解能が０．００１℃程度の精度の高い温度計測
素子としては、熱電対やサーミスタを用いて電気抵抗を
電圧に変換し、温度換算して読み取るものや、水晶発振
の振動数が温度によって規則的に変化することを利用し
た水晶温度計等が市販されている。
【０００５】しかし、熱電対やサーミスタなどの素子
は、温度に対する抵抗値の線形性が良好ではなく、かつ
ドリフト等の影響を受けやすいという欠点があり、水晶
温度計はセンサや測定器が特殊で高価なものになり、ま
た記録するにはパソコンを用いてデータ処理する必要が
あるという問題もあった。
は、温度に対する抵抗値の線形性が良好ではなく、かつ
ドリフト等の影響を受けやすいという欠点があり、水晶
温度計はセンサや測定器が特殊で高価なものになり、ま
た記録するにはパソコンを用いてデータ処理する必要が
あるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決使用とする課題】工作機械の温度制御装置
は、超精密な加工精度を実現するために、負荷一定系又
は負荷変動系、あるいは無駄時間を持ったシステム等、
制御対象である種々の工作機械に対して対応できるもの
が要求される。更にこのシステムはフレキシブルな制御
システムを構成し、かつ温度の定常偏差および過渡偏差
を極小にすることが要求される。
は、超精密な加工精度を実現するために、負荷一定系又
は負荷変動系、あるいは無駄時間を持ったシステム等、
制御対象である種々の工作機械に対して対応できるもの
が要求される。更にこのシステムはフレキシブルな制御
システムを構成し、かつ温度の定常偏差および過渡偏差
を極小にすることが要求される。
【０００７】また近年、工作機械の温度制御装置は、例
えば０．００１℃の分解能で温度制御すると同時に、
０．００１℃単位で温度情報をデータ処理も要求され
る。しかし、従来の工作機械の温度制御装置は、汎用性
がなく工作機械が異なると使えないし、データを記録、
及び処理する能力もないものが一般的であった。この発
明は、これらの背景で発明されたものであり、以下の目
的を達成する。
えば０．００１℃の分解能で温度制御すると同時に、
０．００１℃単位で温度情報をデータ処理も要求され
る。しかし、従来の工作機械の温度制御装置は、汎用性
がなく工作機械が異なると使えないし、データを記録、
及び処理する能力もないものが一般的であった。この発
明は、これらの背景で発明されたものであり、以下の目
的を達成する。
【０００８】この発明の目的は、負荷変動が大きい系や
無駄時間要素を含む制御対象を超精密に温度制御できる
工作機械の超精密温度制御システムを提供することにあ
る。
無駄時間要素を含む制御対象を超精密に温度制御できる
工作機械の超精密温度制御システムを提供することにあ
る。
【０００９】この発明の他の目的は、温度制御状態を計
測・記録できる工作機械の超精密温度制御システムを提
供することにある。
測・記録できる工作機械の超精密温度制御システムを提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次のような手段を採る。
に次のような手段を採る。
【００１１】加工機械を構成し、かつ熱発生源を有する
構成要素と、前記構成要素に熱媒体液を接触させて前記
構成要素を設定温度に加熱するための熱媒体液と、前記
加工機械から出た前記熱媒体液を予め決められた一定温
度に冷却するため前段冷却手段と、前段冷却手段から送
られた前記熱媒体液を加熱するための加熱制御用ヒータ
と、前記加熱制御用ヒータの発熱量を制御するため加熱
制御手段と、前記加熱制御用ヒータから出てきた前記熱
媒体液を一時的に蓄え、かつ前記加工機械に送るための
密閉型減衰タンクと、機械温度を検知するための機体温
度センサと、前記加熱制御用ヒータの出口の前記熱媒体
液の送油温度を検知するための送液温度センサと、前記
構成要素の出口の前記熱媒体液の戻り油温度を検知する
ための機械出口液温センサと、前記機体温度センサ、前
記送液温度センサ及び機械出口液温センサの検出温度デ
ータを受取り演算して、前記加熱制御手段に温度を出力
するためのパソコンとからなる工作機械の超精密温度制
御システム。
構成要素と、前記構成要素に熱媒体液を接触させて前記
構成要素を設定温度に加熱するための熱媒体液と、前記
加工機械から出た前記熱媒体液を予め決められた一定温
度に冷却するため前段冷却手段と、前段冷却手段から送
られた前記熱媒体液を加熱するための加熱制御用ヒータ
と、前記加熱制御用ヒータの発熱量を制御するため加熱
制御手段と、前記加熱制御用ヒータから出てきた前記熱
媒体液を一時的に蓄え、かつ前記加工機械に送るための
密閉型減衰タンクと、機械温度を検知するための機体温
度センサと、前記加熱制御用ヒータの出口の前記熱媒体
液の送油温度を検知するための送液温度センサと、前記
構成要素の出口の前記熱媒体液の戻り油温度を検知する
ための機械出口液温センサと、前記機体温度センサ、前
記送液温度センサ及び機械出口液温センサの検出温度デ
ータを受取り演算して、前記加熱制御手段に温度を出力
するためのパソコンとからなる工作機械の超精密温度制
御システム。
【００１２】前記前段冷却手段は、前記熱媒体液を冷却
媒体で冷却するための熱交換器と、前記冷却媒体の流量
を制御するための電磁膨脹弁と、前記電磁膨脹弁をＰＩ
Ｄ制御して前記熱媒体液を設定温度に制御するための前
段冷却温度調節器とを設けると良い。
媒体で冷却するための熱交換器と、前記冷却媒体の流量
を制御するための電磁膨脹弁と、前記電磁膨脹弁をＰＩ
Ｄ制御して前記熱媒体液を設定温度に制御するための前
段冷却温度調節器とを設けると良い。
【００１３】前記加熱制御手段は、前記加熱制御用ヒー
タへ供給する電力を制御するための定電力サイリスタ位
相制御器と、前記パソコンからの目標温度指令により前
記定電力サイリスタ位相制御器をＰＩＤ制御するための
高精度ＰＩＤ温度調節器を用いると更に良い。
タへ供給する電力を制御するための定電力サイリスタ位
相制御器と、前記パソコンからの目標温度指令により前
記定電力サイリスタ位相制御器をＰＩＤ制御するための
高精度ＰＩＤ温度調節器を用いると更に良い。
【００１４】前記工作機械の超精密温度制御システムに
おいて、前記戻り油温度の設定値と、実際に制御されて
いる戻り油温度との温度差だけを前記送油温度の制御目
標値とし、かつ前記戻り油温度が目標値に対して一定の
範囲内にあれば前記制御目標値を変えないように制御す
るとより精密な制御が可能になる。
おいて、前記戻り油温度の設定値と、実際に制御されて
いる戻り油温度との温度差だけを前記送油温度の制御目
標値とし、かつ前記戻り油温度が目標値に対して一定の
範囲内にあれば前記制御目標値を変えないように制御す
るとより精密な制御が可能になる。
【００１５】
【作用】パソコン５は、熱媒体液の戻り油温度Ｔ2 の設
定値ＴC と、実際に制御されている戻り油温度Ｔ2 との
温度差ΔＴ＝ＴC −Ｔ2 だけ送油温度Ｔ0 の制御目標値
Ｔ0,NEW を更新、修正するために高精度ＰＩＤ温度調節
器に指令する。高精度ＰＩＤ温度調節器はこの指令を受
けて、定電力サイリスタ位相制御器を介して加熱制御用
ヒータの発熱量を制御する。加熱制御用ヒータは、熱媒
体液を加熱して密閉型減衰タンクを介して加工機械に送
る。熱媒体液は、加工機械で熱を交換して前段冷却手段
に戻す。
定値ＴC と、実際に制御されている戻り油温度Ｔ2 との
温度差ΔＴ＝ＴC −Ｔ2 だけ送油温度Ｔ0 の制御目標値
Ｔ0,NEW を更新、修正するために高精度ＰＩＤ温度調節
器に指令する。高精度ＰＩＤ温度調節器はこの指令を受
けて、定電力サイリスタ位相制御器を介して加熱制御用
ヒータの発熱量を制御する。加熱制御用ヒータは、熱媒
体液を加熱して密閉型減衰タンクを介して加工機械に送
る。熱媒体液は、加工機械で熱を交換して前段冷却手段
に戻す。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図１は、工作機械の超精密温度制御システムの
概要を示す機能ブロック図である。超精密加工機１は、
本実施例では光学レンズ等の超精密加工を行う工作機械
である。。
明する。図１は、工作機械の超精密温度制御システムの
概要を示す機能ブロック図である。超精密加工機１は、
本実施例では光学レンズ等の超精密加工を行う工作機械
である。。
【００１７】本実施例の超精密温度制御システムは、油
静圧案内面及び軸受を有する工作物テーブルの静圧作動
油の温度を超精密に温度制御するためのものである。制
御部２は、超精密加工機１の動作を制御するためのコン
トローラである。超精密加工機１の制御部２は、プログ
ラマブルコントローラ（ＰＣ）２ａ及び数値制御装置
（ＮＣ）２ｂよりなる。ＮＣ２ｂは、超精密加工機１の
各軸の駆動を制御するものであり、周知の制御装置であ
る。
静圧案内面及び軸受を有する工作物テーブルの静圧作動
油の温度を超精密に温度制御するためのものである。制
御部２は、超精密加工機１の動作を制御するためのコン
トローラである。超精密加工機１の制御部２は、プログ
ラマブルコントローラ（ＰＣ）２ａ及び数値制御装置
（ＮＣ）２ｂよりなる。ＮＣ２ｂは、超精密加工機１の
各軸の駆動を制御するものであり、周知の制御装置であ
る。
【００１８】制御部２には、インターフェイス３及びＡ
／Ｄコンバータ４を介してパソコン５に接続されてい
る。インターフェイス３は、超精密加工機１の機体温
度、作動油の戻り油温度、作動油の供給油温、制御部２
の情報をＡ／Ｄコンバータ４に信号を送るために信号レ
ベルを統一するためのものである。すなわちインターフ
ェイス３は、温度センサーで検出された電圧の大きさを
温度の大きさと一致させるためにリニアライズ処理及び
Ａ／Ｄコンバータ４へ送る電圧の大きさの調整などの処
理を行うものである。
／Ｄコンバータ４を介してパソコン５に接続されてい
る。インターフェイス３は、超精密加工機１の機体温
度、作動油の戻り油温度、作動油の供給油温、制御部２
の情報をＡ／Ｄコンバータ４に信号を送るために信号レ
ベルを統一するためのものである。すなわちインターフ
ェイス３は、温度センサーで検出された電圧の大きさを
温度の大きさと一致させるためにリニアライズ処理及び
Ａ／Ｄコンバータ４へ送る電圧の大きさの調整などの処
理を行うものである。
【００１９】Ａ／Ｄコンバータ４は、インターフェイス
３からのアナログ入力をディジタル信号に変換するため
のものである。ディジタル信号に変換された信号は、パ
ソコン５に入力される。パソコン５は、市販されている
周知のパーソナルコンピュータである。パソコン５に
は、ＣＲＴ６、プリンターなどが接続されている。パソ
コン５で演算された送油温度の目標指令値Ｔ0,NEW は、
まず超精密液温制御装置８のパソコン用インターフェイ
ス９に入力される。
３からのアナログ入力をディジタル信号に変換するため
のものである。ディジタル信号に変換された信号は、パ
ソコン５に入力される。パソコン５は、市販されている
周知のパーソナルコンピュータである。パソコン５に
は、ＣＲＴ６、プリンターなどが接続されている。パソ
コン５で演算された送油温度の目標指令値Ｔ0,NEW は、
まず超精密液温制御装置８のパソコン用インターフェイ
ス９に入力される。
【００２０】パソコン用インターフェイス９は、パソコ
ン５からの指令値Ｔ0,NEW を受け取り信号レベルを合わ
せた後、高精度ＰＩＤ温度調節器１０に送る。高精度Ｐ
ＩＤ温度調節器１０は、比例ゲイン、積分時間、微分時
間を適当にかえることにより、特性をある程度自由に選
べるような公知のＰＩＤ温度制御装置である。高精度Ｐ
ＩＤ温度調節器１０の出力信号は、液温制御操作体１１
に出力される。液温制御操作体１１は、静圧作動油を指
令温度Ｔ0,NEW にするために加熱または冷却するための
手段である。この構造の詳細を図２に示す。
ン５からの指令値Ｔ0,NEW を受け取り信号レベルを合わ
せた後、高精度ＰＩＤ温度調節器１０に送る。高精度Ｐ
ＩＤ温度調節器１０は、比例ゲイン、積分時間、微分時
間を適当にかえることにより、特性をある程度自由に選
べるような公知のＰＩＤ温度制御装置である。高精度Ｐ
ＩＤ温度調節器１０の出力信号は、液温制御操作体１１
に出力される。液温制御操作体１１は、静圧作動油を指
令温度Ｔ0,NEW にするために加熱または冷却するための
手段である。この構造の詳細を図２に示す。
【００２１】液温制御操作体１１から出た静圧作動油
は、配管１２を通して超精密加工機１に供給される。超
精密加工機１に供給された静圧作動油は、内部を通り熱
交換された後、配管１３を通って再び液温制御操作体１
１に送る。一方、パソコン５には、外部リレー出力ユニ
ット１４に接続されている。外部リレー出力ユニット１
４は、パソコン５からディジタル信号を受け取り、この
信号をリレーのコイルにアナログ出力するためのユニッ
トであり、アラーム等の信号ＰＣ２ａに対して出力す
る。
は、配管１２を通して超精密加工機１に供給される。超
精密加工機１に供給された静圧作動油は、内部を通り熱
交換された後、配管１３を通って再び液温制御操作体１
１に送る。一方、パソコン５には、外部リレー出力ユニ
ット１４に接続されている。外部リレー出力ユニット１
４は、パソコン５からディジタル信号を受け取り、この
信号をリレーのコイルにアナログ出力するためのユニッ
トであり、アラーム等の信号ＰＣ２ａに対して出力す
る。
【００２２】本実施例では、超精密加工機１の急激な温
度変化などのとき異常と判断して、制御部２に指令し超
精密加工機１を停止させるなどの処理を行う。以上のよ
うなシステムにおいて、４個の温度センサＴ0 ，Ｔ1 ，
Ｔ2 ，Ｔ3 が温度制御システムの各位置に配置されてい
る。ただし、機械入口油温度センサＴ1 は、単に温度を
計測し、監視するためのものであり、制御用には使って
いない。送液温度センサＴ0 、機械入口液温センサ
Ｔ1 、機械出口液温センサＴ2 、機体温度センサＴ3 に
は、リニアリティの高い白金測温抵抗体を用いた。
度変化などのとき異常と判断して、制御部２に指令し超
精密加工機１を停止させるなどの処理を行う。以上のよ
うなシステムにおいて、４個の温度センサＴ0 ，Ｔ1 ，
Ｔ2 ，Ｔ3 が温度制御システムの各位置に配置されてい
る。ただし、機械入口油温度センサＴ1 は、単に温度を
計測し、監視するためのものであり、制御用には使って
いない。送液温度センサＴ0 、機械入口液温センサ
Ｔ1 、機械出口液温センサＴ2 、機体温度センサＴ3 に
は、リニアリティの高い白金測温抵抗体を用いた。
【００２３】送液温度センサＴ0 は、液温制御操作体１
１からの静圧作動油の出口に配置され、その出口油温を
計測する。機械入口液温度センサＴ1 は、超精密加工機
１の静圧作動油の入口に配置されその入口油温を計測す
る。機械出口液温センサＴ2は、超精密加工機１から静
圧作動油が出てくる位置に配置され、その出力された油
温を計測する。機体温度センサＴ3 は、超精密加工機１
の機体に配置されその温度を計測する。この機体温度セ
ンサＴ3 は、時定数の小さい機体部分の温度を計測し、
直接制御する場合の制御用センサとする。
１からの静圧作動油の出口に配置され、その出口油温を
計測する。機械入口液温度センサＴ1 は、超精密加工機
１の静圧作動油の入口に配置されその入口油温を計測す
る。機械出口液温センサＴ2は、超精密加工機１から静
圧作動油が出てくる位置に配置され、その出力された油
温を計測する。機体温度センサＴ3 は、超精密加工機１
の機体に配置されその温度を計測する。この機体温度セ
ンサＴ3 は、時定数の小さい機体部分の温度を計測し、
直接制御する場合の制御用センサとする。
【００２４】液温制御操作体１１ 図２は、更に詳細な本システムの概略構成を示す。同図
は、超精密加工を行う工作機械において、油静圧案内面
及び軸受を採用するテーブルの静圧作動油の温度を超精
密に温度制御と、この温度を計測・記録するためのシス
テムの詳細を示している。
は、超精密加工を行う工作機械において、油静圧案内面
及び軸受を採用するテーブルの静圧作動油の温度を超精
密に温度制御と、この温度を計測・記録するためのシス
テムの詳細を示している。
【００２５】液温制御操作体１１は、次のような構成か
らなる。高精度ＰＩＤ温度調節器１０からの出力信号
は、定電力サイリスタ位相制御器１６に入力される。定
電力サイリスタ位相制御器１６は、加熱制御用ヒータ１
７の電力、すなわち発熱量を高精度で調節するために位
相制御するものであり、公知のものである。加熱制御用
ヒータ１７は、定電力サイリスタ位相制御器１６の制御
により、作動油を指令温度Ｔ0,NEW に制御するための加
熱ヒータである。
らなる。高精度ＰＩＤ温度調節器１０からの出力信号
は、定電力サイリスタ位相制御器１６に入力される。定
電力サイリスタ位相制御器１６は、加熱制御用ヒータ１
７の電力、すなわち発熱量を高精度で調節するために位
相制御するものであり、公知のものである。加熱制御用
ヒータ１７は、定電力サイリスタ位相制御器１６の制御
により、作動油を指令温度Ｔ0,NEW に制御するための加
熱ヒータである。
【００２６】この加熱制御用ヒータ１７には、送油ポン
プ１８から作動油が供給される。送油ポンプ１８は、冷
却槽１９から作動油を加圧して加熱制御用ヒータ１７に
配管２０を介して送油するためのものである。加熱制御
用ヒータ１７を出た作動油は、密閉型減衰タンク２１に
送られる。密閉型減衰タンク２１は、温度変動幅を最小
にするために減衰性を良くしたものであり、外部が断熱
された一種のバッファーでもある。
プ１８から作動油が供給される。送油ポンプ１８は、冷
却槽１９から作動油を加圧して加熱制御用ヒータ１７に
配管２０を介して送油するためのものである。加熱制御
用ヒータ１７を出た作動油は、密閉型減衰タンク２１に
送られる。密閉型減衰タンク２１は、温度変動幅を最小
にするために減衰性を良くしたものであり、外部が断熱
された一種のバッファーでもある。
【００２７】密閉型減衰タンク２１を出た作動油は、配
管１２を介して超精密加工機１に供給される。超精密加
工機１に入った作動油は、機体の静圧軸受２２の壁面と
の間で熱交換した後、配管１３を通って冷却槽１９に戻
される。冷却槽１９内の作動油は、常時一定温度になる
ように制御されている。
管１２を介して超精密加工機１に供給される。超精密加
工機１に入った作動油は、機体の静圧軸受２２の壁面と
の間で熱交換した後、配管１３を通って冷却槽１９に戻
される。冷却槽１９内の作動油は、常時一定温度になる
ように制御されている。
【００２８】前段冷却手段 前段冷却制御用温度調節器３０は、冷媒流路３３に設け
た電磁式膨脹弁３２の弁開度を比例・積分・微分制御、
すなわちＰＩＤ制御して作動油の液温を直接制御し、そ
れによって、作動油の温度を所望の温度に保っている。
作動油の冷却は、冷却媒体流路３３を流れる冷媒との間
で熱交換させて、設定した温度に冷却して行うものであ
る。冷凍圧縮機（図示せず）で循環させて熱交換器３４
で作動油との間で熱交換する。作動油は、攪拌モータ３
５に駆動される羽根３６で常時攪拌され、均一な温度に
保たれている。
た電磁式膨脹弁３２の弁開度を比例・積分・微分制御、
すなわちＰＩＤ制御して作動油の液温を直接制御し、そ
れによって、作動油の温度を所望の温度に保っている。
作動油の冷却は、冷却媒体流路３３を流れる冷媒との間
で熱交換させて、設定した温度に冷却して行うものであ
る。冷凍圧縮機（図示せず）で循環させて熱交換器３４
で作動油との間で熱交換する。作動油は、攪拌モータ３
５に駆動される羽根３６で常時攪拌され、均一な温度に
保たれている。
【００２９】作動 図３は、工作機械の超精密温度制御システムの制御系の
構成を示すブロック線図である。制御部２からのフィー
ドフォワード指令は、パソコン５に入力される。パソコ
ン５は、予め記憶されている制御対象温度の計算式によ
り、送液温度の目標値Ｔ0,NEW を算出し、パソコン用イ
ンターフェイス９を介して高精度ＰＩＤ温度調節器１０
に指令する。
構成を示すブロック線図である。制御部２からのフィー
ドフォワード指令は、パソコン５に入力される。パソコ
ン５は、予め記憶されている制御対象温度の計算式によ
り、送液温度の目標値Ｔ0,NEW を算出し、パソコン用イ
ンターフェイス９を介して高精度ＰＩＤ温度調節器１０
に指令する。
【００３０】高精度ＰＩＤ温度調節器１０は、この目標
値Ｔ0,NEW の指令を受けて定電力サイリスタ位相制御器
１０に指令する。定電力サイリスタ位相制御器１６は、
加熱制御用ヒータ１７を制御して必要な加熱を作動油
（熱媒体液）に対して行う。
値Ｔ0,NEW の指令を受けて定電力サイリスタ位相制御器
１０に指令する。定電力サイリスタ位相制御器１６は、
加熱制御用ヒータ１７を制御して必要な加熱を作動油
（熱媒体液）に対して行う。
【００３１】作動油は、密閉型減衰タンク２１を出て超
精密加工機１１に入力される。このときの送液温度セン
サＴ0 の検出温度Ｔ0 は、高精度ＰＩＤ温度調節器１０
に途中からフィードバックさせる。
精密加工機１１に入力される。このときの送液温度セン
サＴ0 の検出温度Ｔ0 は、高精度ＰＩＤ温度調節器１０
に途中からフィードバックさせる。
【００３２】高精度ＰＩＤ温度調節器１０に検出温度Ｔ
0 をフィードバックして局部フィードバック回路を構成
すると応答を早めることになる。また、工作機械の機体
温度Ｔ3 は、パソコン５にフィードバックされる。超精
密加工機１から出た作動油の送り温度Ｔ2 は、パソコン
５にフィードバックされる。この方式から理解されるよ
うに、このシステムはカスケード制御である。
0 をフィードバックして局部フィードバック回路を構成
すると応答を早めることになる。また、工作機械の機体
温度Ｔ3 は、パソコン５にフィードバックされる。超精
密加工機１から出た作動油の送り温度Ｔ2 は、パソコン
５にフィードバックされる。この方式から理解されるよ
うに、このシステムはカスケード制御である。
【００３３】なお、密閉型減衰タンク２１は、密閉され
た容器であり、熱が拡散することもないので、通常はＴ
0 ＝Ｔ1 となる。その作動油は、密閉型減衰タンク２１
を通過せしめることにより、送油温度を０．００５℃程
度に超精密に温度制御されるようになっている。
た容器であり、熱が拡散することもないので、通常はＴ
0 ＝Ｔ1 となる。その作動油は、密閉型減衰タンク２１
を通過せしめることにより、送油温度を０．００５℃程
度に超精密に温度制御されるようになっている。
【００３４】パソコン５は、インターフェイス３を介し
て、高精度のＡ／Ｄコンバータで電圧信号をディジタル
信号を変えて、各部温度センサＴ0 ，Ｔ2 ，Ｔ3 の３箇
所の温度情報を取り込み、指令温度Ｔ0,NEW を演算し、
０．００１℃の高分解能で温度検知を行う。
て、高精度のＡ／Ｄコンバータで電圧信号をディジタル
信号を変えて、各部温度センサＴ0 ，Ｔ2 ，Ｔ3 の３箇
所の温度情報を取り込み、指令温度Ｔ0,NEW を演算し、
０．００１℃の高分解能で温度検知を行う。
【００３５】また、インターフェイス３には主機側のＰ
Ｃ２ａから、テーブル回転数に比例した電圧指令を取り
込むこともできる。これをフィードフォワード信号とし
てテーブル回転速度を取り込み、パソコン側でフィード
フォード信号としてデータを処理する。
Ｃ２ａから、テーブル回転数に比例した電圧指令を取り
込むこともできる。これをフィードフォワード信号とし
てテーブル回転速度を取り込み、パソコン側でフィード
フォード信号としてデータを処理する。
【００３６】ところで、本実施例の油静圧テーブルの熱
負荷は、テーブル回転数によって変動するが、加工精度
を高める場合には送油温度（機械入口温度）Ｔ1 を一定
に制御するよりも戻り油温度Ｔ2 を一定に制御すること
が、油温と機械機壁との定常偏差が小さくなるという理
由から望ましい。しかしながら、戻り油温度（機械出口
液温）Ｔ2 のみ検知して、高精度ＰＩＤ温度調節器１０
にフィードバックして加熱制御用ヒータ１７を制御する
と、機械入口から液温センサＴ2 に至る間の無駄時間が
あるため、通常のＰＩＤ制御ではサイクリングして良好
な制御を行うことができない。
負荷は、テーブル回転数によって変動するが、加工精度
を高める場合には送油温度（機械入口温度）Ｔ1 を一定
に制御するよりも戻り油温度Ｔ2 を一定に制御すること
が、油温と機械機壁との定常偏差が小さくなるという理
由から望ましい。しかしながら、戻り油温度（機械出口
液温）Ｔ2 のみ検知して、高精度ＰＩＤ温度調節器１０
にフィードバックして加熱制御用ヒータ１７を制御する
と、機械入口から液温センサＴ2 に至る間の無駄時間が
あるため、通常のＰＩＤ制御ではサイクリングして良好
な制御を行うことができない。
【００３７】そこで、戻り油温度Ｔ2 の設定値ＴC と、
実際に制御されている戻り油温度Ｔ2 との温度差ΔＴ＝
ＴC −Ｔ2 だけを送油温度の制御目標値Ｔ0,NEW として
更新、修正する制御方式を採用した。このことで、時間
送れの影響を小さくすることができる。その場合でもＴ
0,NEW を更新してから、戻り油温度センサＴ2 で検知す
る間での時間送れにより、戻り油温度Ｔ2 は長周期の温
度変動（うねり）を生じる。これによる変位変動を防止
するために、戻り油温度Ｔ2 が目標値に対してある範囲
内（例えば目標値±０．００５℃以内）にあれば制御目
標値Ｔ0,NEW を変えないようにすることで、戻り油温度
Ｔ2 を安定化させ、変位変動を抑制している。
実際に制御されている戻り油温度Ｔ2 との温度差ΔＴ＝
ＴC −Ｔ2 だけを送油温度の制御目標値Ｔ0,NEW として
更新、修正する制御方式を採用した。このことで、時間
送れの影響を小さくすることができる。その場合でもＴ
0,NEW を更新してから、戻り油温度センサＴ2 で検知す
る間での時間送れにより、戻り油温度Ｔ2 は長周期の温
度変動（うねり）を生じる。これによる変位変動を防止
するために、戻り油温度Ｔ2 が目標値に対してある範囲
内（例えば目標値±０．００５℃以内）にあれば制御目
標値Ｔ0,NEW を変えないようにすることで、戻り油温度
Ｔ2 を安定化させ、変位変動を抑制している。
【００３８】更に、単なるフィードバック制御のみで
は、負荷変動時の過渡偏差が大きく、しかも定常状態に
落ち着くまでの整定時間が、かなり長時間かかるので、
これを改善する手段として、フィードフォワード制御を
採用しても良い。フィードフォワード制御は、主機１の
発熱状態を予見し、あらかじめ制御の時間送れを見込ん
で、主機１側の負荷変動時に発熱量に見合った指令温度
Ｔ0,NEW を指令することで、過渡偏差を小さくし、かつ
応答性を大幅に改善することができる。その場合、パソ
コン５上で適正なパラメータを設定することで、最適な
制御状態を実現させる。
は、負荷変動時の過渡偏差が大きく、しかも定常状態に
落ち着くまでの整定時間が、かなり長時間かかるので、
これを改善する手段として、フィードフォワード制御を
採用しても良い。フィードフォワード制御は、主機１の
発熱状態を予見し、あらかじめ制御の時間送れを見込ん
で、主機１側の負荷変動時に発熱量に見合った指令温度
Ｔ0,NEW を指令することで、過渡偏差を小さくし、かつ
応答性を大幅に改善することができる。その場合、パソ
コン５上で適正なパラメータを設定することで、最適な
制御状態を実現させる。
【００３９】また、各部温度情報Ｔ0 ，Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ
3 は、パソコン５側に取り込まれているので、それらの
値をデータ処理し、ある時間間隔で温度情報をディジタ
ル的に記録したり、あるいはグラフ表示することによっ
て、制御状態を確認することができる。この確認後、各
パラメータを変更し制御を理想状態にする。
3 は、パソコン５側に取り込まれているので、それらの
値をデータ処理し、ある時間間隔で温度情報をディジタ
ル的に記録したり、あるいはグラフ表示することによっ
て、制御状態を確認することができる。この確認後、各
パラメータを変更し制御を理想状態にする。
【００４０】また、制御している戻り油温度Ｔ2 に、ア
ラーム用の上、下限が設定されているので、なんらかの
不具合により、このリミットを越えた場合は、アラーム
信号を外部リレー出力ユニット１４を介して主機１に対
して出力するアラーム出力機能を有している。
ラーム用の上、下限が設定されているので、なんらかの
不具合により、このリミットを越えた場合は、アラーム
信号を外部リレー出力ユニット１４を介して主機１に対
して出力するアラーム出力機能を有している。
【００４１】
【他の実施例】また、前記実施例では戻り油温度Ｔ2 を
制御した場合について述べたが、その他にも、機体温度
をセンサＴ3 で検知して、その機体温度Ｔ3 が目標値に
なるように制御する直接制御や、送油温度と戻り油温度
の平均値が目標値になるように制御する平均値制御等、
制御対象温度をパソコン５上の計算式を変えるだけで、
自由に変えることができる。
制御した場合について述べたが、その他にも、機体温度
をセンサＴ3 で検知して、その機体温度Ｔ3 が目標値に
なるように制御する直接制御や、送油温度と戻り油温度
の平均値が目標値になるように制御する平均値制御等、
制御対象温度をパソコン５上の計算式を変えるだけで、
自由に変えることができる。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたように、従来技術では不可能
であった負荷変動が大きい系や無駄時間要素を含む制御
対象を、例えば０．００１℃単位で超精密に温度制御す
ることが可能となった。また、パソコンを温度制御の主
体として用いることにより、多目的でフレキシブルな超
精密温度制御が可能となり、かつ同時に温度制御状態を
計測・記録できるトータルなシステムの構築が可能とな
った。
であった負荷変動が大きい系や無駄時間要素を含む制御
対象を、例えば０．００１℃単位で超精密に温度制御す
ることが可能となった。また、パソコンを温度制御の主
体として用いることにより、多目的でフレキシブルな超
精密温度制御が可能となり、かつ同時に温度制御状態を
計測・記録できるトータルなシステムの構築が可能とな
った。
【図１】図１は、工作機械の超精密温度制御システムの
概略を示す機能ブロック図である。
概略を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、図１のブロック図の詳細な機能ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】図３は、図１、図２に示す超精密温度制御シス
テムの信号の流れを示すブロック図である。
テムの信号の流れを示すブロック図である。
１…超精密加工機、２…制御部、２ａ…プログラマブル
コントローラ（ＰＣ）、２ｂ…数値制御装置（ＮＣ）、
３…インターフェイス、４…Ａ／Ｄコンバータ、５…パ
ソコン、６…ＣＲＴ、８…超精密液温制御装置、９…パ
ソコン用インターフェイス、１０…高精度ＰＩＤ温度調
節器、１１…液温制御操作体、１６…定電力サイリスタ
位相制御器、１７…加熱制御用ヒータ、１９…冷却槽、
２１…密閉型減衰タンク、３４…熱交換器
コントローラ（ＰＣ）、２ｂ…数値制御装置（ＮＣ）、
３…インターフェイス、４…Ａ／Ｄコンバータ、５…パ
ソコン、６…ＣＲＴ、８…超精密液温制御装置、９…パ
ソコン用インターフェイス、１０…高精度ＰＩＤ温度調
節器、１１…液温制御操作体、１６…定電力サイリスタ
位相制御器、１７…加熱制御用ヒータ、１９…冷却槽、
２１…密閉型減衰タンク、３４…熱交換器
フロントページの続き (72)発明者 ▲えび▼沢 恭一 群馬県前橋市大渡町二丁目１番地の10 関 東精機株式会社内 (72)発明者 浦野 好市 群馬県前橋市大渡町二丁目１番地の10 関 東精機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】加工機械を構成し、かつ熱発生源を有する
構成要素と、 前記構成要素に熱媒体液を接触させて前記構成要素を設
定温度に加熱するための熱媒体液と、 前記加工機械から出た前記熱媒体液を予め決められた一
定温度に冷却するため前段冷却手段と、 前段冷却手段から送られた前記熱媒体液を加熱するため
の加熱制御用ヒータと、 前記加熱制御用ヒータの発熱量を制御するため加熱制御
手段と、 前記加熱制御用ヒータから出てきた前記熱媒体液を一時
的に蓄え、かつ前記加工機械に送るための密閉型減衰タ
ンクと、 機械温度を検知するための機体温度センサと、 前記加熱制御用ヒータの出口の前記熱媒体液の送油温度
を検知するための送液温度センサと、 前記構成要素の出口の前記熱媒体液の戻り油温度を検知
するための機械出口液温センサと、 前記機体温度センサ、前記送液温度センサ及び機械出口
液温センサの検出温度データを受取り演算して、前記加
熱制御手段に温度を出力するためのパソコンとからなる
工作機械の超精密温度制御システム。 - 【請求項２】請求項１において、 前記前段冷却手段は、 前記熱媒体液を冷却媒体で冷却するための熱交換器と、 前記冷却媒体の流量を制御するための電磁膨脹弁と、 前記電磁膨脹弁をＰＩＤ制御して前記熱媒体液を設定温
度に制御するための前段冷却温度調節器とからなる工作
機械の超精密温度制御システム。 - 【請求項３】請求項１又は２において、 前記加熱制御手段は、 前記加熱制御用ヒータへ供給する電力を制御するための
定電力サイリスタ位相制御器と、 前記パソコンからの目標温度指令により前記定電力サイ
リスタ位相制御器をＰＩＤ制御するための高精度ＰＩＤ
温度調節器とからなる工作機械の超精密温度制御システ
ム。 - 【請求項４】請求項３において、 前記戻り油温度の設定値と、実際に制御されている戻り
油温度との温度差だけを前記送油温度の制御目標値と
し、かつ前記戻り油温度が目標値に対して一定の範囲内
にあれば前記制御目標値を変えないように制御すること
を特徴とする工作機械の超精密温度制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4089719A JPH05253790A (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法 |
| US08/300,845 US5476137A (en) | 1992-03-13 | 1994-09-06 | Ultra-precision temperature control system for machine tool and control method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4089719A JPH05253790A (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05253790A true JPH05253790A (ja) | 1993-10-05 |
Family
ID=13978581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4089719A Pending JPH05253790A (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 工作機械の超精密温度制御システム及びその制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5476137A (ja) |
| JP (1) | JPH05253790A (ja) |
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| JP2009142919A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Kanto Seiki Kk | 工作機械の温度制御装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5476137A (en) | 1995-12-19 |
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