KR20230029941A

KR20230029941A - 가공기, 가공 시스템 및 피가공물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230029941A
Application number: KR1020237003206A
Authority: KR
Inventors: 다카노부 아키야마; 마사히코 후쿠타; 가츠지 가쿠하리
Original assignee: 시바우라 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-03-03
Also published as: WO2022024916A1; JP2022024542A; US20230339060A1; TW202212047A; TWI796716B; CN116194850A; DE112021004058T5; JP2023062709A

Abstract

가공기(1)에 있어서, X축 제어부(33X)는, 제어 주기 Tc마다, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치의 피드백 제어를 행한다. Z축 제어부(33Z)는, 제어 주기 Tc마다, Z축 테이블(9Z)의 Z방향의 위치의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 목표 위치의 차에 기초하여 제2 편차를 산출하고, 제2 편차를 축소하도록 Z축 구동원(23Z)을 제어한다. Z축 제어부(33Z)는, 제어 주기 Tc마다, X축 테이블(9)의 Z방향에 있어서의 변위인 제1 오차의 최근의 검출값을 취득하고, 제1 오차에 기인하는 워크(103)와 공구(101)의 Z방향에 있어서의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 Z축 테이블(9Z)의 Z방향의 이동에 의해 제거되도록, 제1 오차의 검출값에 기초하여 제2 편차를 증가 또는 감소시킨다.

Description

가공기, 가공 시스템 및 피가공물의 제조 방법

본 개시는, 가공기, 가공 시스템 및 피가공물의 제조 방법에 관한 것이다.

공구에 의해 워크를 가공하는 가공기가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3). 가공기는, 예를 들어 공구와 워크를 상대 이동시키기 위해, 공구 또는 워크를 보유 지지하고, 소정의 방향으로 구동되는 가동부(예를 들어, 테이블 또는 헤드)를 갖고 있다. 가동부는, 예를 들어 가이드에 의해 안내되고 있고, 이상적으로는 직선 상을 이동한다. 단, 현실에는, 가이드의 제조 오차 등에 기인하여, 파상을 발생시키면서 이동한다. 즉, 진직도 또는 직각도는 0으로 되지는 않는다. 이 파상은 가공 정밀도를 저하시킨다.

특허문헌 1에서는, 테이블의 이동에 관한 직각도를 미리 NC(numerical control) 장치에 등록해 두고, 그 직각도에 의해 보정한 목표 위치로 테이블을 이동시킴으로써, 직각도를 저감시키는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 2에서는, NC 프로그램에 따라 가공기를 동작시켰을 때 그 동작 궤적을 검출하고, 검출한 동작 궤적과 이상적인 동작 궤적에 기초하여 NC 프로그램을 보정하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 3에서는, 워크를 보유 지지하는 제1 테이블과, 제1 테이블의 이동 방향에 직교하는 방향으로 이동하는 제2 테이블과, 제2 테이블 상에 마련되어, 공구를 보유 지지하는 미동 스테이지를 갖고 있는 가공기가 개시되어 있다. 이 가공기는, 제1 테이블의 진직도를 실시간으로 검출하고, 검출된 진직도가 가공 오차에 미치는 영향이 축소되도록 미동 테이블을 구동한다.

일본 특허 공개 소62-55706호 공보 일본 특허 공개 평4-111003호 공보 일본 특허 공개 평9-76141호 공보

특허문헌 1 및 2의 기술은, 미리 진직도를 계측해 두는 방법인 점에서, 예를 들어 재현성이 없는 진직도, 또는 재현성이 단시간에 한정되는 진직도에 대응할 수 없다. 그 결과, 예를 들어 수십나노미터 이하의 정밀도가 요구되는 초정밀 가공에 적합하지 않다. 특허문헌 3의 기술은, 예를 들어 진직도를 축소하기 위해 미동 테이블이 필요하여, 가공기의 대형화 및/또는 복잡화를 초래한다.

진직도에 기인하는 가공 오차를 저감시킬 수 있는 가공기, 가공 시스템 및 피가공물의 제조 방법이 기대된다.

본 개시의 일 양태에 관한 가공기는, 제1 가동부와, 제1 가이드와, 제1 구동원과, 제1 센서와, 제2 가동부와, 제2 가이드와, 제2 구동원과, 제2 센서와, 제어 장치를 갖고 있다. 상기 제1 가동부는, 워크 또는 공구를 지지한다. 상기 제1 가이드는, 상기 제1 가동부를 제1 방향으로 안내한다. 상기 제1 구동원은, 상기 제1 가동부를 상기 제1 방향으로 구동한다. 상기 제1 센서는, 상기 제1 가동부의 상기 제1 방향에 있어서의 변위인 제1 변위와, 상기 제1 가동부의 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 있어서의 변위인 제1 오차에 따른 신호를 출력한다. 상기 제2 가동부는, 상기 워크 또는 상기 공구를 지지한다. 상기 제2 가이드는, 상기 제2 가동부를 상기 제2 방향으로 안내한다. 상기 제2 구동원은, 상기 제2 가동부를 상기 제2 방향으로 구동한다. 제2 센서는, 상기 제2 가동부의 상기 제2 방향에 있어서의 변위인 제2 변위에 따른 신호를 출력한다. 상기 제어 장치는, 상기 제1 가동부 및 상기 제2 가동부의 이동에 관한 명령의 정보를 포함하는 프로그램에 따라 상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원을 제어한다. 상기 제어 장치는, 보간부와, 제1 제어부와, 제2 제어부를 갖고 있다. 상기 보간부는, 상기 프로그램의 정보에 기초하여, 상기 제1 가동부의 상기 제1 방향에 있어서의 소정의 제어 주기마다의 제1 목표 위치와, 상기 제2 가동부의 상기 제2 방향에 있어서의 상기 제어 주기마다의 제2 목표 위치를 산출한다. 상기 제1 제어부는, 상기 제어 주기마다, 상기 제1 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제1 변위의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 상기 제1 목표 위치의 차에 기초하여 제1 편차를 산출하고, 상기 제1 편차를 축소하도록 상기 제1 구동원을 제어한다. 상기 제2 제어부는, 상기 제어 주기마다, 상기 제2 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제2 변위의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 상기 제2 목표 위치의 차에 기초하여 제2 편차를 산출하고, 상기 제2 편차를 축소하도록 상기 제2 구동원을 제어한다. 또한, 상기 제2 제어부는, 상기 제어 주기마다, 상기 제1 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제1 오차의 최근의 검출값을 취득하고, 상기 제1 오차에 기인하는 상기 워크와 상기 공구의 상기 제2 방향에 있어서의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 상기 제2 가동부의 상기 제2 방향의 이동에 의해 제거되도록, 상기 제1 오차의 검출값에 기초하여 상기 제2 편차를 증가 또는 감소시킨다.

본 개시의 일 양태에 관한 가공 시스템은, 상기 가공기와, 상기 가공기로부터 상기 제1 오차의 검출값의 정보를 취득하고, 취득한 정보에 따른 화상을 표시하는 진단 장치를 갖고 있다.

본 개시의 일 양태에 관한 피가공물의 제조 방법은, 상기 가공기를 사용하여, 상기 워크와 상기 공구를 접촉시켜 상기 워크를 피가공물로 가공하는 스텝을 갖는다.

상기한 구성 또는 수순에 의하면, 진직도에 기인하는 가공 오차를 저감시킬 수 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 가공기의 구성을 도시하는 모식적인 사시도.
도 2의 (a)는 도 1의 가공기의 X축 테이블을 직선 이동시키는 구성의 일례를 도시하는 사시도, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 II-II선에 있어서의 단면도.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 도 1의 가공기의 X축 센서의 구성 및 동작을 설명하는 도면.
도 4는 도 1의 가공기에 있어서의 제어계의 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 도 4의 블록도의 일부에 대하여 상세를 도시하는 도면.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 제어에 이용되는 진직도에 관한 검출값을 설명하기 위한 개념도.
도 7은 변형예에 관한 가공기의 제어계에 관한 블록도.
도 8은 2차원 스케일에 관하여 도 3의 (a)의 구성예와는 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 9는 가이드에 관하여 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 구성예와는 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 10은 도 1의 가공기의 주축의 베어링의 구성의 일례를 도시하는 단면도.

(가공기의 전체 구성)

도 1은, 실시 형태에 관한 가공기(1)의 구성을 도시하는 모식적인 사시도이다. 도면에는, 편의상, 직교 좌표계 XYZ를 붙이고 있다. ＋Y방향은, 예를 들어 연직 상방이다.

본 개시에 관한 기술은, 다양한 가공기에 적용 가능하고, 도시되어 있는 가공기(1)는, 그 일례에 지나지 않는다. 단, 이하의 설명에서는, 편의상, 가공기(1)의 구성을 전제로 한 설명을 하는 경우가 있다.

가공기(1)는, 예를 들어 공구(101)에 의해 워크(103)의 연삭 및/또는 연마를 행한다. 더 상세하게는, 도시의 예에서는, 워크(103)는, Z방향에 평행한 축 주위로 회전된다. 또한, 공구(101)는, 지석에 의해 구성되어 있고, Y방향에 평행한 축 주위로 회전된다. 그리고, 공구(101)가 워크(103)에 맞닿음으로써, 워크(103)의 연삭 및/또는 연마가 행해진다. 이러한 가공기는, 예를 들어 비구면 렌즈 등을 제작하는 비구면 가공기로서 이용 가능하다.

가공기(1)는, 예를 들어 공구(101) 및 워크(103)를 보유 지지하는 기계 본체(3)와, 기계 본체(3)를 제어하는 제어 장치(5)를 갖고 있다.

기계 본체(3)는, 예를 들어 워크(103) 및 공구(101) 각각을 상술한 바와 같이 회전시킴과 함께, 공구(101)와 워크(103)를 근접 및 이격시키도록 상대 이동시킨다. 워크(103)의 회전축 및 공구(101)의 회전축의 상대적인 방향, 각 회전축의 절대 좌표계에 있어서의 방향, 공구(101) 및 워크(103)의 상대 이동의 방향, 공구(101) 및 워크(103)의 절대 좌표계에 있어서의 이동의 유무, 그리고 당해 이동의 방향 등은 적절하게 설정되어도 된다.

도시의 예에서는, 절삭 전에 있어서, 공구(101)는, Y방향으로 이동되어 위치 결정이 이루어진다. 절삭 중에 있어서, 이미 설명한 바와 같이, 워크(103)는, Z방향에 평행한 축 주위로 회전되고, 공구(101)는, Y축에 평행한 축 주위로 회전된다. 또한, 공구(101) 및 워크(103)는, Z방향 및 X방향으로 상대 이동한다. 더 상세하게는, 공구(101)가 절대 좌표계에 있어서 X방향으로 이동하고, 워크(103)가 절대 좌표계에 있어서 Z방향으로 이동한다. 이러한 동작에 의해, 워크(103)는, ＋Z측의 면 및/또는 Z축에 평행한 축 주위의 외주면이 연삭되거나, 및/또는 연마된다.

상기와 같은 회전 및 평행 이동을 실현하는 구성은, 예를 들어 공지의 다양한 구성과 마찬가지로 되거나, 공지의 구성을 응용한 것으로 되거나 해도 된다. 도시의 예에서는, 이하와 같다.

기계 본체(3)는, 기대(7)와, 기대(7)에 지지되어 있는 X축 테이블(9X)과, X축 테이블(9X)에 고정되어 있는 컬럼(11)과, 컬럼(11)에 지지되어 있는 새들(13)과, 새들(13)에 지지되어 있는 공구 주축(15T)을 갖고 있다. 공구 주축(15T)은, 공구(101)를 보유 지지하고 있고, Y방향에 평행한 축 주위로 공구(101)를 회전 가능하다. X축 테이블(9X)은, 기대(7) 상을 X방향으로 직선 이동 가능하고, 이에 의해, 공구(101)가 X방향으로 구동된다. 새들(13)은, 컬럼(11)에 대하여 Y방향으로 직선 이동 가능하고, 이에 의해, 공구(101)가 Y방향으로 구동된다.

또한, 기계 본체(3)는, 기대(7)에 지지되어 있는 Z축 테이블(9Z)과, Z축 테이블(9Z)에 지지되어 있는 워크 주축(15W)을 갖고 있다. 워크 주축(15W)은, 워크(103)를 보유 지지하고 있고, Z방향에 평행한 축 주위로 워크(103)를 회전 가능하다. Z축 테이블(9Z)은, 기대(7) 상을 Z방향으로 직선 이동 가능하고, 이에 의해, 워크(103)가 Z방향으로 구동된다.

또한, 이하의 설명에서는, X축 테이블(9X) 및 Z축 테이블(9Z)을 구별하지 않고, 이것들을 테이블(9)이라고 호칭하는 경우가 있다. 또한, 공구 주축(15T) 및 워크 주축(15W)을 구별하지 않고, 이것들을 주축(15)이라고 호칭하는 경우가 있다.

테이블(9)의 이동, 새들(13)의 이동 및 주축(15)의 회전을 실현하기 위한 기구의 구성은, 공지의 구성 또는 공지의 구성을 응용한 것으로 되어도 된다. 예를 들어, 구동원은, 전동기, 유압 기기 또는 공압 기기로 되어도 된다. 또한, 전동기는, 회전식 전동기 또는 리니어 모터로 되어도 된다. 테이블(9) 또는 새들(13)을 안내하는(다른 관점에서는 구동 방향 이외의 방향에 있어서의 이동을 규제하는) 리니어 가이드는, 가동부와 고정부가 미끄럼 이동하는 미끄럼 안내여도 되고, 가동부와 고정부 사이에서 구름 이동체가 구르는 구름 안내여도 되고, 가동부와 고정부 사이에 공기 또는 오일을 개재시키는 정압 안내여도 되고, 이것들 중 둘 이상의 조합이어도 된다. 마찬가지로, 주축(15)의 베어링은, 미끄럼 베어링, 구름 베어링, 정압 베어링 또는 이것들 중 둘 이상의 조합으로 되어도 된다.

제어 장치(5)는, 예를 들어 특별히 도시하지는 않지만, NC 장치 및 드라이버(예를 들어, 서보 드라이버)를 포함하여 구성되어 있다. NC 장치는, 예를 들어 특별히 도시하지는 않지만, CPU(central processing unit), ROM(read only memory), RAM(random access memory) 및 외부 기억 장치를 포함하여 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, NC 장치는 컴퓨터를 포함하여 구성되어 있다. CPU가 ROM 및/또는 외부 기억 장치에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 제어 등을 행하는 각종 기능부가 구축된다. 또한, NC 장치는, 일정한 동작만을 행하는 논리 회로를 포함하고 있어도 된다.

제어 장치(5)는, 예를 들어 주축(15)(다른 관점에서는, 예를 들어 도시하지 않은 주축 모터)의 회전수, 테이블(9) 및 새들(13)의 속도 및 위치를 제어한다. 위치 제어는, 소위 클로즈드 루프 제어로 되어도 된다. 즉, 테이블(9) 및 새들(13)의 검출 위치가 피드백되어도 된다. 테이블(9) 및 새들(13)의 속도 제어는, 위치 제어와 마찬가지로, 클로즈드 루프 제어로 되어도 된다. 단, 속도 제어는, 피드백이 이루어지지 않는 오픈 루프 제어로 되거나, 전동기의 회전수의 검출값이 피드백되는 세미 클로즈드 루프 제어로 되거나 해도 된다.

가공기(1)의 가공 정밀도는 적절하게 설정되어도 된다. 예를 들어, 가공기(1)는, 서브미크론미터 오더의 정밀도(1㎛ 미만의 오차), 또는 나노미터 오더의 정밀도(10㎚ 미만의 오차)로 가공을 실현 가능한 것이어도 된다. 그러한 공작 기계는, 본원 출원인에 의해 이미 실용화되어 있다(예를 들어, UVM 시리즈, ULG 시리즈 및 ULC 시리즈.). 더 상세하게는, 예를 들어 X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치 결정 정밀도, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치 결정 정밀도, 및/또는 새들(13)의 Y방향에 있어서의 위치 결정 정밀도는, 1㎛ 이하, 0.1㎛ 이하, 10㎚ 이하 또는 1㎚ 이하로 되어도 된다.

(이동 기구의 일례)

이미 설명한 바와 같이, 테이블(9)을 직선 상에서 이동시키기 위한 구성은, 적당한 구성으로 되어도 된다. 이하에 일례를 나타낸다.

도 2의 (a)는, X축 테이블(9X)을 직선 이동시키는 구성의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 2의 (b)는, 도 2의 (a)의 II-II선에 있어서의 단면도이다.

도시의 예에서는, X축 테이블(9X)을 가이드하는 X축 가이드(17X)는, V-V 구름 안내에 의해 구성되어 있다. 예를 들어, X축 가이드(17X)는, X축 테이블(9X)을 지지하는 X축 베드(19X)의 상면에 형성된 단면 V자 형상의 2개의 홈(19a)과, X축 테이블(9X)의 하면에 형성된 단면 삼각 형상의 2개의 돌조(9a)와, 홈(19a)과 돌조(9a) 사이에 개재되어 있는 복수의 롤러(21)(구름 이동체)를 갖고 있다. 홈(19a) 및 돌조(9a)는, X방향으로 직선 형상으로 연장되어 있고, 돌조(9a)는 롤러(21)를 통해 홈(19a)에 끼워 맞추어져 있다. 이에 의해, X축 테이블(9X)은, Z방향에 있어서의 이동이 규제된다. 또한, 롤러(21)는, 홈(19a)의 내면 및 돌조(9a)의 외면에 대하여 굴러, 양자의 X방향에 있어서의 상대 이동을 허용한다. 이에 의해, X축 테이블(9X)은, 비교적 작은 저항으로 X방향으로 이동한다. X축 테이블(9X)의 ＋Y측으로의 이동은, 예를 들어 자중에 의해 규제된다. X축 테이블(9X)의 －Y측으로의 이동은, 예를 들어 X축 베드(19X)로부터의 반력에 의해 규제된다.

또한, 도시의 예에서는, X축 테이블(9X)을 구동하는 X축 구동원(21X)은, 리니어 모터에 의해 구성되어 있다. 예를 들어, X축 구동원(21X)은, X축 베드(19X)의 상면에서 X방향으로 배열되어 있는 복수의 자석(21c)으로 이루어지는 자석열(21a)과, X축 테이블(9X)의 하면에 고정되어 있고, 자석열(21a)과 대향하는 코일(21b)을 갖고 있다. 그리고, 코일(21b)에 교류 전력이 공급됨으로써, 자석열(21a)과 코일(21b)이 X방향으로 구동력을 발생시킨다. 나아가서는, X축 테이블(9X)이 X방향으로 이동한다.

X축 테이블(9X)을 직선 이동시키는 구성에 대하여 설명했지만, 도 1로부터 이해되는 바와 같이, 상기한 설명은, X를 Z로 치환하여, Z축 테이블(9Z)을 직선 이동시키는 구성에 원용되어도 된다. 즉, Z축 가이드(17Z)는, Z축 베드(19Z)의 홈(19a)과, Z축 테이블(9Z)의 돌조(9a)와, 그 사이에 개재되는 롤러(21)를 갖는 V-V 구름 안내로 되어도 된다. Z축 가이드(17Z)의 Z축 구동원(23Z)(도 4)은, 리니어 모터에 의해 구성되어도 된다.

(진직도에 기인하는 가공 오차의 저감 방법)

X축 테이블(9X)은, 이상적으로는, X방향으로 직선 이동한다. 그러나, 현실에는, 다양한 요인에 의해 파상(X방향에 직교하는 방향으로의 변위)을 발생시키면서 X방향으로 이동한다. 즉, 공구(101)는, X방향에 직교하는 방향에 있어서 위치 결정 오차를 발생시킨다. 이 오차는, 가이드(17)로서 진직도가 높은 것을 사용했다고 해도, 예를 들어 10㎚ 이상 1㎛ 이하의 크기로 발생한다. 따라서, 예를 들어 초정밀 가공기와 같이 높은 가공 정밀도(예를 들어, 1㎛ 이하 또는 0.1㎛ 이하의 오차)가 요구되는 가공기(1)에 있어서는, 상기한 위치 결정 오차의 영향이 커진다.

그래서, 본 실시 형태에서는, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 변위(오차)를 실시간으로 검출한다. 예를 들어, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 이동 중(다른 관점에서는, 예를 들어 가공 중)에 소정의 주기로 X축 테이블(9X)(다른 관점에서는 공구(101))의 Z방향에 있어서의 오차를 검출한다. 그리고, 그 오차에 기인하는 공구(101)와 워크(103)의 상대 위치의 오차(그 일부 또는 전부)를 제거하도록, Z축 테이블(9Z)(다른 관점에서는 워크(103))을 Z방향에 있어서 이동시킨다. 예를 들어, 도시의 예에서는, X축 테이블(9X)이 ＋Z측으로 오차를 발생시킨 경우에는, 그 오차와 동등한 크기의 이동량으로 Z축 테이블(9Z)을 ＋Z측으로 이동시킨다. 더 상세하게 말하면, Z축 테이블(9Z)의 본래의 Z방향에 있어서의 이동량(NC 프로그램에 의해 규정된 이동량)에, 상기한 오차에 대응하는 이동량을 더한다. 이에 의해, X축 테이블(9X)의 이동에 관한 진직도가 가공 오차에 미치는 영향을 저감시킬 수 있다.

X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 오차를 예로 들어 설명했지만, 상기한 가공 오차의 저감 방법은, X축 테이블(9X)의 Y방향의 오차에 대해서도 적용 가능하고, Z축 테이블(9Z) 및 새들(13)에 대해서도 적용 가능하다. 단, 본 실시 형태의 설명에서는, 주로, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 오차 및 Z축 테이블(9Z)의 X방향에 있어서의 오차를 예로 든다.

이하, 상기한 가공 오차의 저감 방법을 실현하기 위한 구성예에 대하여 설명한다.

(센서)

도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 가공기(1)는, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치 및 Z방향에 있어서의 위치를 검출하는 X축 센서(25X)를 갖고 있다. 지금까지의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, X축 센서(25X)가 검출하는 X방향에 있어서의 위치는, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치에 관한 클로즈드 루프 제어에 이용된다. 또한, X축 센서(25X)가 검출하는 Z방향에 있어서의 위치는, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치에 관한 제어에 이용된다.

도 2의 (a)에서는, X축 센서(25X)로서, 2차원 스케일(환언하면 2차원 인코더)이 예시되어 있다. 2차원 스케일은, 예를 들어 X방향으로 연장되어 있는 스케일부(27)와, 스케일부(27)에 대향하고 있는 검출부(29)를 갖고 있다. 스케일부(27)에 있어서는, 예를 들어 광학적 또는 자기적으로 형성된 복수의 패턴이 X방향(X축 센서(25X)의 구성에 의해서는 X방향에 더하여 Z방향)으로 일정한 피치로 배열되어 있다. 검출부(29)는, 각 패턴과의 상대 위치에 따른 신호를 생성한다. 따라서, 스케일부(27) 및 검출부(29)의 상대 이동에 수반하여 생성되는 신호의 계수(즉, 패턴의 계수)에 의해, 변위(위치)를 검출할 수 있다.

스케일부(27) 및 검출부(29) 중 한쪽(도시의 예에서는 스케일부(27))은, X축 테이블(9X)에 고정되어 있다. 스케일부(27) 및 검출부(29) 중 다른 쪽(도시의 예에서는 검출부(29))은, X축 베드(19X)에 대하여 직접적으로 또는 간접적으로 고정되어 있다. 따라서, X축 테이블(9X)이 이동하면, 스케일부(27) 및 검출부(29)는 상대 이동한다. 이에 의해, X축 테이블(9X)의 변위(위치)가 검출된다.

스케일부(27) 및 검출부(29)의 구체적인 설치 위치는 적절하게 설정되어도 된다. 또한, X축 센서(25X)는, 스케일부(27)의 패턴에 기초하여 스케일부(27)에 대한 검출부(29)의 위치(절대 위치)를 특정 가능한 앱솔루트식의 것이어도 되고, 그러한 특정을 할 수 없는 인크리멘탈식의 것이어도 된다. 공지와 같이, 인크리멘탈식의 스케일이라도, 검출부(29)를 스케일부(27)에 대하여 소정 위치(예를 들어, 이동근)로 이동시켜 캘리브레이션을 행함으로써 절대 위치를 특정할 수 있다.

X축 테이블(9X)의 이동에 관한 오차(Z방향의 변위)는, 당연히, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 이동 가능한 길이에 비교하여 작다. 따라서, X축 센서(25X)에 있어서, Z방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이는, X방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이보다도 짧게 되어도 된다. 예를 들어, 후자는, 전자의 10배 이상 또는 100배 이상으로 되어도 된다. 또한, Z방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이는, 예를 들어 1㎝ 이하, 1㎜ 이하, 10㎛ 이하 또는 1㎛ 이하로 되어도 된다. 또한, X방향의 위치를 검출 가능한 범위는, 예를 들어 Z방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이보다도 긴 것을 전제로 하여, 1㎝ 이상, 5㎝ 이상, 10㎝ 이상 또는 30㎝ 이상으로 되어도 된다. 또한, 상기한 설명에 있어서, X방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이 및 Z방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이는, X축 센서(25X)(더 상세하게는, 예를 들어 스케일부(27))의 X방향의 길이 및 Z방향의 길이로 치환되어도 된다.

X축 센서(25X)에 있어서, X방향의 위치의 검출 정밀도 및 Z방향의 위치의 검출 정밀도는, 서로 동등해도 되고, 서로 달라도 된다. 어느 경우에 있어서도, X축 센서(25X)에 있어서, X방향의 위치의 검출 정밀도 및 Z방향의 위치의 검출 정밀도 각각은, 비교적 높게 되어도 되고, 예를 들어 1㎛ 이하, 0.1㎛ 이하, 10㎚ 이하 또는 1㎚ 이하로 되어도 된다.

X축 테이블(9X)의 위치를 검출하는 X축 센서(25X)에 대하여 설명했지만, 상기한 설명은, X와 Z를 서로 치환하여, Z축 테이블(9Z)을 검출하는 Z축 센서(25Z)(도 4)에 원용되어도 된다.

(2차원 스케일의 일례)

2차원 스케일의 구성은, 공지의 구성을 포함하는 다양한 구성으로 되어도 된다. 이하에는, 그 일례를 나타낸다. 이하의 설명에서는, 편의상, X축 센서(25X)를 예로 든다.

도 3의 (a)는, X축 센서(25X)의 일부의 확대도이다. 또한, 설명의 편의상, 도 3의 (a)와 다른 도면은, 직교 좌표계 XYZ에 대한 스케일부(27) 및 검출부(29)의 방향이 다르지만, 이것은 본질적인 차이는 아니다.

스케일부(27)는, 예를 들어 서로 평행하게 X방향으로 연장되는 A상 스케일부(27a) 및 B상 스케일부(27b)를 갖고 있다. A상 스케일부(27a) 및 B상 스케일부(27b)는, 광학적 또는 자기적으로 형성된 복수의 패턴(27c)을 갖고 있다. 복수의 패턴(27c)은, X방향에 대하여 경사지는 직선 형상이다. A상 스케일부(27a) 및 B상 스케일부(27b)에서, 복수의 패턴(27c)의 경사각의 크기는 서로 동등하고, 또한 경사 방향은 서로 반대이다. 검출부(29)는, 예를 들어 A상 스케일부(27a)의 패턴(27c)을 검출하는 A상 검출부(29a)와, B상 스케일부(27b)의 패턴(27c)을 검출하는 B상 검출부(29b)를 갖고 있다.

도 3의 (b)는, A상 스케일부(27a)의 일부를 확대하여 도시하는 모식도이다.

A상 검출부(29a)에 의해 검출되는 패턴(27c)의 계수에 의해, A상 스케일부(27a)의 패턴(27c)에 직교하는 방향의 변위 dA가 검출된다. 패턴(27c)에 직교하는 방향의 X축에 대한 경사각을 θ라고 하고, 변위 dA의 X방향 성분을 x1이라고 하고, 변위 dA의 Z방향 성분을 z1이라고 한다. 이때, 이하의 식이 성립된다.

한편, B상 검출부(29b)에 의해 검출되는 패턴(27c)의 계수에 의해, B상 스케일부(27b)의 패턴(27c)에 직교하는 방향의 변위 dB(도 3의 (a))가 검출된다. 이때, A상 스케일부(27a)와 B상 스케일부(27b)에서 패턴(27c)의 경사각은 동일하기 때문에, B상 스케일부(27b)에 있어서도, 패턴(27c)에 직교하는 방향의 X축에 대한 경사각(절댓값)은 θ이다. 또한, 검출부(29)가 Y축 주위로 회전하지 않는다고 가정하면, 변위 dB의 X방향 성분 및 Z방향 성분은, 변위 dA의 X방향 성분 및 Z방향 성분(x1 및 z1)과 동일하다. 따라서, 이하의 식이 성립된다.

상기한 (1) 식 및 (2) 식으로부터, 이하의 식이 도출된다.

이러한 원리에 의해, 도시의 예의 2차원 스케일은, 2방향의 변위를 검출할 수 있다.

X축 센서(25X)에 대하여 설명했지만, 상기한 2차원 스케일에 관한 설명은, X와 Z를 서로 치환하여, Z축 센서(25Z)(도 4)에 원용되어도 된다. 또한, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하여 설명한 2차원 스케일의 구성은, X축 센서(25X) 또는 Z축 센서(25Z)의 구성의 일례에 지나지 않는다. 단, 이하의 설명에서는, 편의상, 상기한 2차원 스케일의 구성을 전제로 한 설명을 하는 경우가 있다.

(가공기에 있어서의 제어계의 구성)

도 4는, 가공기(1)에 있어서의 제어계의 구성을 도시하는 블록도이다. 더 상세하게는, 여기서는, 가공기(1)에 있어서의 제어계의 구성 중, X축 테이블(9X)의 위치 및 Z축 테이블(9Z)의 위치의 제어에 관한 구성이 추출되어 있다.

X축 센서(25X)는, 예를 들어 검출 신호 SX를 X축 산출부(31X)에 입력한다. 검출 신호 SX는, 예를 들어 검출부(29)의 바로 아래를 통과한 하나의 패턴(27c)과 하나의 파형(펄스파)이 대응하고 있는 펄스 신호이다. 펄스파는, 예를 들어 사인파, 구형파, 삼각파 또는 톱니파이다. 검출 신호 SX는, A상 검출부(29a)가 생성하는 펄스 신호와, B상 검출부(29b)가 생성하는 펄스 신호를 포함하고 있다.

X축 산출부(31X)는, 입력된 검출 신호 SX에 기초하여, 검출된 패턴(27c)의 계수를 행하고, 다음으로, (3) 식 및 (4) 식의 연산 등을 행한다. 이에 의해, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치와, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치가 특정된다. 그리고, X축 산출부(31X)는, 전자의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXx와, 후자의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXz를 출력한다.

X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXx는, 제어 장치(5)의 통합 제어부(35)를 경유하여 제어 장치(5)의 X축 제어부(33X)에 입력된다. X축 제어부(33X)는, 신호 SXx에 포함되는 정보에 기초하여, X축 구동원(23X)을 구동하여, X축 테이블(9X)의 위치를 피드백 제어한다.

이상과 같이 하여, X축 테이블(9X)의 X방향의 위치에 관한 일반적인 피드백 제어와 마찬가지의 제어가 행해진다. 이 일반적인 피드백 제어와 마찬가지의 제어는, Z축 테이블(9Z)에 있어서도 마찬가지로 행해진다. 상기한 설명은, X 및 Z(그리고 x 및 z)를 서로 치환하여, Z축 테이블(9Z)의 Z방향의 위치에 관한 제어에 원용되어도 된다.

X축 산출부(31X)에 있어서 생성된 X축 테이블(9X)의 Z방향의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXz는, Z축 산출부(31Z)에서 생성된 Z축 테이블(9Z)의 Z방향의 위치의 정보를 포함하는 신호 SZz와 함께, Z축 제어부(33Z)에 입력된다. 그리고, Z축 제어부(33Z)는, 신호 SZz에 포함되는 정보에 기초하는 피드백 제어에 있어서, 신호 SXz에 포함되는 정보를 가미한 제어를 행한다. 즉, 이미 설명한 바와 같이, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치의 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 제거하도록, 당해 오차의 크기에 따른 이동량으로, Z축 테이블(9Z)의 이동량을 증가 또는 감소시킨다.

상기와 마찬가지로, Z축 테이블(9Z)의 X방향에 있어서의 위치의 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향이 저감되어도 된다. 구체적으로는, Z축 산출부(31Z)에 있어서 생성된 Z축 테이블(9Z)의 X방향의 위치의 정보를 포함하는 신호 SZx는, X축 산출부(31X)에서 생성된 X축 테이블(9X)의 X방향의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXx와 함께, X축 제어부(33X)에 입력된다. 그리고, X축 제어부(33X)는, 신호 SXx에 포함되는 정보에 기초하는 피드백 제어에 있어서, 신호 SZx에 포함되는 정보를 가미한 제어를 행한다.

X축 제어부(33X)에 있어서, 신호 SXx 및 SZx에 기초하는 위치의 취득, 및 취득한 신호에 기초하는 X축 구동원(23X)의 제어는, 소정의 제어 주기로 반복해서 행해진다. 마찬가지로, Z축 제어부(33Z)에 있어서, 신호 SZz 및 SXz에 기초하는 위치의 취득, 및 취득한 신호에 기초하는 Z축 구동원(23Z)의 제어는, 소정의 제어 주기로 반복해서 행해진다. X축 제어부(33X)에 있어서의 제어 주기와, Z축 제어부(33Z)에 있어서의 제어 주기는, 예를 들어 동일(다르게 하는 것도 불가능하지는 않다.)하고, 또한 통합 제어부(35)에 의해 동기가 도모된다.

통합 제어부(35)는, 예를 들어 소정의 샘플링 주기로 X축 산출부(31X)로부터 신호 SXx를 취득한다. 마찬가지로, 통합 제어부(35)는, 예를 들어 소정의 샘플링 주기로 Z축 산출부(31Z)로부터 신호 SZz를 취득한다. 통합 제어부(35)는, 예를 들어 소정의 샘플링 주기로 X축 산출부(31X)로부터 신호 SXz를 취득한다. 통합 제어부(35)는, 예를 들어 소정의 샘플링 주기로 Z축 산출부(31Z)로부터 신호 SZx를 취득한다. 신호 SXx, SZz, SXz 및 SZx는, 샘플링 주기마다의 이동량 또는 위치의 정보를 포함하고 있다.

X축 테이블(9X)의 X방향의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXx 및 Z축 테이블(9Z)의 Z방향의 위치의 정보를 포함하는 SZz의 샘플링 주기는, 예를 들어 X축 제어부(33X) 및 Z축 제어부(33Z)에 있어서의 상기 제어 주기와 동등 또는 상기 제어 주기보다도 짧다. 이에 의해, 피드백 제어에 이용되는 위치의 최근의 검출값이 제어 주기마다 갱신된다.

X축 테이블(9X)의 Z방향의 위치의 정보를 포함하는 신호 SXz 및 Z축 테이블(9Z)의 X방향의 위치의 정보를 포함하는 SZx의 샘플링 주기는, 상기한 제어 주기보다도 짧아도 되고, 동등해도 되고, 길어도 된다. 후술하는 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 진직도에 관한 오차의 최근의 검출값은, 반드시 제어 주기마다 갱신될 필요는 없기 때문이다. 단, 이하의 설명에서는, 편의상, 신호 SXz 및 SZx의 샘플링 주기가 제어 주기 이하인 양태를 전제로 설명하는 경우가 있다.

신호 SXx 및 SZz의 샘플링 주기는, 예를 들어 서로 동일하다(달라도 된다.). 신호 SXz의 샘플링 주기는, 신호 SXx 또는 SZz의 샘플링 주기에 대하여 동일해도 되고, 달라도 된다. 마찬가지로, 신호 SZx의 샘플링 주기는, 신호 SZz 또는 SXx의 샘플링 주기에 대하여 동일해도 되고, 달라도 된다. 단, 이하의 설명에서는, 편의상, 4개의 신호 SXx, SXz, SZz 및 SZx의 샘플링 주기가 서로 동일한 양태를 전제로 설명하는 경우가 있다.

또한, 통합 제어부(35), X축 제어부(33X) 및 Z축 제어부(33Z)는, 기능상 또는 개념상의 구분이다. 따라서, 하드웨어의 관점에 있어서는, 이들 제어부는, 일체적으로 구성되어 있어도 되고, 도시와 마찬가지로, 또는 도시와는 다른 양태로, 분산되어 구성되어 있어도 된다. 또한, X축 제어부(33X) 및 Z축 제어부(33Z)는, 드라이버를 포함하여 개념되어도 된다.

일반적으로, 센서라는 단어는, 물리량을 신호로 변환하는 변환기만을 가리키는 경우와, 변환기와, 이것에 접속된 기능부를 포함한 장치를 가리키는 경우가 있다. 기능부로서는, 예를 들어 변환기에 전력을 공급하는 드라이버, 및 변환기로부터의 신호의 처리를 행하는 연산부를 들 수 있다. 본 실시 형태에 있어서도, X축 센서(25X) 및 X축 산출부(31X)의 조합이 X축 센서(37X)로서 개념되어도 된다. 마찬가지로, Z축 센서(25Z) 및 Z축 산출부(31Z)의 조합이 Z축 센서(37Z)로서 개념되어도 된다. 하드웨어의 관점에 있어서, X축 센서(25X) 및 X축 산출부(31X)는, 인접되어 있어도 되고, 인접되어 있지 않아도 된다. Z축 센서(25Z) 및 Z축 산출부(31Z)에 대해서도 마찬가지이다.

(각 축에 있어서의 제어계의 구성의 일례)

도 5는, 각 축에 있어서의 제어계의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. 여기서는, Z축 테이블(9Z)의 위치의 제어에 관한 구성을 예로 든다.

NC 프로그램(107)은, 각 축의 구동에 관한 명령의 정보를 포함하고 있다. 예를 들어, NC 프로그램(107)은, X축 테이블(9X), Z축 테이블(9Z) 및 새들(13)의 이동에 관한 명령의 정보를 포함하고 있다. 이동에 관한 명령의 정보는, 예를 들어 이동 궤적 상의 복수의 위치, 및 복수의 위치 사이의 속도의 정보를 포함하고 있다.

제어 장치(5)의 해석부(39)는, NC 프로그램(107)을 읽어내어 해석한다. 이에 의해, 예를 들어 테이블(9) 및 새들(13)의 각각에 대하여, 순차적으로 통과하는 복수의 위치와, 복수의 위치 사이의 속도의 정보가 취득된다.

제어 장치(5)의 보간부(41)는, 해석부(39)가 취득한 정보에 기초하여, 소정의 제어 주기마다의 목표 위치 등을 산출한다. 예를 들어, 순차적으로 통과하는 2개의 위치와, 그 2개의 위치 사이의 속도에 기초하여, 제어 주기마다 순차적으로 도달해야 할 복수의 목표 위치를 2개의 위치 사이로 설정한다. 보간부(41)는, 축마다 제어 주기마다의 목표 위치 등을 산출하여 출력한다. 도 5에서는, Z축 테이블(9Z)의 제어 주기마다의 목표 위치가 제어 장치(5)의 가산부(43)에 출력되어 있다.

가산부(43)에서는, 상기한 제어 주기마다의 목표 위치와, Z축 센서(25Z)에 의해 검출된 Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치(신호 SZz)의 편차가 산출된다. 또한, 이 편차에는, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 오차가 가공 오차에 미치는 영향을 제거하도록, X축 센서(25X)에 의해 검출된 X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 오차가 가산 또는 감산된다. 도 1의 예에서는, X축 테이블(9X)의 오차가 발생한 측(예를 들어, ＋Z측)과 동일한 측으로 Z축 테이블(9Z)을 이동시키는 점에서, 오차는 편차에 가산된다.

그 이후는, 일반적인 제어계의 구성과 마찬가지이다. 예를 들어, 가산부(43)에 있어서 산출된 편차(제어 주기마다의 목표 이동량)는, 제어 장치(5)의 위치 제어부(45)에 입력된다. 위치 제어부(45)는, 입력된 편차에 소정의 게인을 곱하여 제어 주기마다의 목표 속도를 산출하여, 제어 장치(5)의 가산부(47)에 출력한다. 가산부(47)는, 입력된 제어 주기마다의 목표 속도와, Z축 센서(25Z)의 검출 위치가 제어 장치(5)의 미분부(55)에 의해 미분되어 얻어진 검출 속도의 편차를 산출하여, 제어 장치(5)의 속도 제어부(49)에 출력한다. 속도 제어부(49)는, 입력된 편차에 소정의 게인을 곱하여 제어 주기마다의 목표 전류(목표 토크)를 산출하여, 제어 장치(5)의 가산부(51)에 출력한다. 가산부(51)는, 입력된 제어 주기마다의 목표 전류와, 도시하지 않은 전류 검출부로부터의 검출 전류의 편차를 산출하여, 제어 장치(5)의 전류 제어부(53)에 출력한다. 전류 제어부(53)는, 입력된 편차에 따른 전력을 Z축 구동원(23Z)에 공급한다.

상기는 어디까지나 일례이고, 적절하게 변형되어도 된다. 예를 들어, 특별히 도시하지는 않지만, 피드 포워드 제어가 부가되어도 된다. 전류 루프 대신에 가속도 루프가 삽입되어도 된다. 구동원이 회전식의 전동기이고, 그 회전을 검출하는 회전 센서(예를 들어, 인코더 또는 리졸버)가 마련되어 있는 경우에 있어서는, 그 회전 센서의 검출값에 기초하여 속도 제어가 이루어져도 된다.

도시의 예에서는, X축 센서(25X)에 의해 검출되는 오차(신호 SXz에 기초하는 검출 오차)는, 가산부(43)에 입력되었다. 가산부(43)로의 입력 대신에, 보간부(41)에 입력되어 제어 주기마다의 목표 위치의 산출에 이용되어도 된다. 어떻든, 위치 제어부(45)에 입력되는 편차는, NC 프로그램(107)에만 기초하는 목표 위치와, 신호 SZz에 기초하는 검출 위치의 차에만 기초하여 산출되는 경우에 비교하여 증감된다.

도 5에 도시하는 구성은, 적절하게 도 4의 구성과 대응지어져도 된다. 예를 들어, 해석부(39), 보간부(41) 및 가산부(43)는, 통합 제어부(35)의 일부라고 파악되어도 된다. 위치 제어부(45)로부터 전류 제어부(53)까지의 경로는 Z축 제어부(33Z)의 일부라고 파악되어도 된다.

Z축 테이블(9Z)의 이동에 관한 제어에 대하여 설명했지만, 상기한 설명은, X와 Z를 서로 치환하여, X축 테이블(9X)의 이동에 관한 제어에 원용되어도 된다.

(제어에 이용되는 검출값)

제어에 이용되는 진직도에 관한 오차의 최근의 검출값(가산부(43)에 입력되는 오차의 검출값)은, 신호 SXz 또는 SZx가 정보로서 유지하는 검출값(미처리의 검출값) 그대로의 것이어도 되고, 상기 미처리의 검출값에 대하여 어떤 처리가 이루어진 값이어도 된다. 이하에 예를 나타낸다. 이하의 설명에서는, X축 테이블(9X)의 진직도에 관한 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 Z축 테이블(9Z)의 이동에 의해 저감시키는 구성을 예로 들지만, Z축 테이블(9Z)의 진직도에 관한 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 X축 테이블(9X)의 이동에 의해 저감시키는 구성에 대해서도 마찬가지이다.

도 6의 (a)는, 검출 위치의 경시 변화를 도시하는 모식적인 도면이다. 이들 도면에 있어서, 횡축 t는 경과 시간을 나타내고 있다. 도 6의 (a)의 상부의 그래프에 있어서, 종축은, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치를 나타내고 있고, 다른 관점에서는, 신호 SZz에 유지되는 미처리의 검출값을 나타내고 있다. 도 6의 (a)의 하부의 그래프에 있어서, 종축은, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치(오차)를 나타내고 있고, 다른 관점에서는, 신호 SXz에 유지되는 미처리의 검출값을 나타내고 있다.

도면 중에 플롯된 흑점은, 통합 제어부(35)가 Z축 산출부(31Z) 또는 X축 산출부(31X)로부터 샘플링 주기 Ts마다 취득한 미처리의 검출값을 나타내고 있다. 도 6의 (a)의 예에서는, 샘플링 주기 Ts는, Z축 제어부(33Z)에 의해 피드백 제어가 반복되는 제어 주기 Tc와 동일하게 되어 있다. 바꾸어 말하면, 통합 제어부(35)는, 제어 주기 Tc마다, Z축 산출부(31Z) 및 X축 산출부(31X)로부터 신호 SZz 및 SXz를 취득한다.

또한, 여기서 말하는 미처리의 검출값은, 샘플링 주기 Ts마다의 검출값이다. 따라서, 예를 들어 신호 SZz 또는 SXz가 유지하고 있는 검출값(좁은 의미의 미처리의 검출값)에 대하여 어떤 보정이 이루어진 값이라도, 샘플링 주기 Ts마다의 체재가 유지되어 있는 것이라면, 미처리의 검출값으로서 파악되어도 상관없다.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 제어 루프에 있어서, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치의 검출값으로서는, 예를 들어 전회까지의 제어 주기 Tc마다의 제어의 결과로서 얻어진 복수의 미처리의 검출값 중, 최근의 미처리의 검출값이 이용되어도 된다. 예를 들어, 도 6의 (a)의 상부의 그래프에 도시한 바와 같이, 현시점이 시점 t1이라고 하면, 그 직전의 검출값 P1이 Z축 제어부(33Z)(가산부(43))에 입력된다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 실제의 위치에 대한 제어의 지연을 축소하여, 고정밀도로 위치 결정을 행할 수 있다.

한편, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치(오차)의 검출값으로서는, 예를 들어 전회까지의 제어 주기 Tc마다의 제어의 결과로서 얻어진 복수의 미처리의 검출값 중, 소정수의 미처리의 검출값의 평균값(이동 평균)이 이용되어도 된다. 예를 들어, 도 6의 (a)의 하부의 그래프에 도시한 바와 같이, 현시점이 시점 t1이라고 하면, 그 직전의 소정수(도시의 예에서는 3개)의 검출값 P2의 평균값이 Z축 제어부(33Z)(가산부(43))에 입력된다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 특이적인 미처리의 검출값에 따라 Z축 테이블(9Z)을 이동시켜 버릴 개연성을 저감시킬 수 있다. 나아가서는, 가공 오차를 오히려 증대시켜 버릴 개연성을 저감시킬 수 있다. 단, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치와 마찬가지로, 오차의 최근의 미처리의 검출값만이 사용되어도 상관없다.

상기와 같이 소정수의 미처리의 검출값의 평균값을 사용하는 경우에 있어서, 상기 소정수는 적절하게 설정되어도 된다. 예를 들어, 소정수는, 2개여도 되고, 5 이상이어도 되고, 10 이상이어도 된다.

평균값의 산출에 사용되는 소정수의 미처리의 검출값은, 예를 들어 최근(최신)의 미처리의 검출값을 포함해도 된다. 또한, 여기서 말하는 최근은, 예를 들어 제어 루프에 내장할 수 있는 범위 내의 것이라고 해석되어도 된다. 예를 들어, 멀티태스크에 의해, 미처리의 검출값의 취득의 반복, 평균값의 산출의 반복 및 제어 루프의 반복을 병행하여 실행하고 있는 경우에 있어서, 평균값을 산출하여 제어 루프에 입력할 때까지의 동안에 새롭게 미처리의 검출값이 검출되어도, 당해 미처리의 검출값은 최근의 검출값이 아니라, 평균값에 산입된 미처리의 검출값 중 최신의 것이 최근의 미처리의 검출값이다. 또한, 통상의 피드백 제어에 관한 검출값(신호 SXx 및 SZz가 유지하는 검출값) 등의 다른 설명에 있어서의 최근에 대해서도 마찬가지로 되어도 된다.

평균값의 산출에 사용되는 소정수의 미처리의 검출값은, 예를 들어 샘플링 주기 Ts 간격으로 연속되어 있는 미처리의 검출값이다. 즉, 평균값의 산출에 사용되는 소정수의 미처리의 검출값은, 취사 선택되어 있지 않다. 단, 취사 선택이 행해져도 된다. 예를 들어, 필터링에 의해 특이한 검출값을 제거하고, 나머지의 미처리의 검출값에 기초하여 평균값이 산출되어도 된다. 이 경우, 나머지의 미처리의 검출값의 수가 소정수가 되도록 조정되어도 되고, 그러한 조정이 이루어지지 않아도 된다.

평균값은, 특별히 언급이 없는 한, 상가 평균뿐만 아니라, 가중 평균 등의 다른 평균도 포함하는 것으로 한다. 예를 들어, 현시점에 대하여 가까운 시점의 미처리의 검출값일수록 가중치가 커지도록 가중 평균이 산출되고, 이 가중 평균이 가산부(43)에 입력되는 검출값으로서 사용되어도 된다.

도 6의 (b)는, 도 6의 (a)의 예와는 다른 예를 도시하는, 도 6의 (a)와 마찬가지의 도면이다.

도 6의 (b)의 예에서는, 샘플링 주기 Ts는, 피드백 제어가 반복되는 제어 주기 Tc의 절반 미만으로 되어 있다. 따라서, 제어 주기 Tc 내에 있어서는, Z방향의 위치에 대하여, 복수(도시의 예에서는 6개)의 미처리의 검출값이 취득된다.

Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치의 검출값으로서는, 예를 들어 제어 주기 Tc 내의 복수의 미처리의 검출값 중, 최근의 미처리의 검출값이 이용되어도 된다. 예를 들어, 도 6의 (b)의 상부의 그래프에 도시한 바와 같이, 현시점이 시점 t1이라고 하면, 그 직전의 검출값 P1이 Z축 제어부(33Z)(가산부(43))에 입력되어도 된다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 도 6의 (a)의 예와 마찬가지로, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 실제의 위치에 대한 제어의 지연을 축소하여, 고정밀도로 위치 결정을 행할 수 있다.

한편, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치(오차)의 검출값으로서는, 예를 들어 현시점에 대하여 직전의 제어 주기 Tc 내의 복수의 미처리의 검출값의 평균값이 이용된다. 예를 들어, 도 6의 (b)의 하부의 그래프에 도시한 바와 같이, 현시점이 시점 t1이라고 하면, 그 직전의 복수의 검출값 P2의 평균값이 Z축 제어부(33Z)(가산부(43))에 입력된다. 이렇게 함으로써, 도 6의 (a)의 예와 마찬가지로, 예를 들어 특이적인 미처리의 검출값에 따라 Z축 테이블(9Z)을 이동시켜 버릴 개연성을 저감시킬 수 있다. 물론, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치와 마찬가지로, 오차의 최근의 미처리의 검출값만이 사용되어도 상관없다.

도 6의 (b)의 예에서는, 최근의 제어 주기 Tc 내에 포함되는 복수(도시의 예에서는 6개)의 미처리의 검출값 중, 일부(도시의 예에서는 4개)에만 기초하여, 평균값이 산출되어 있다. 단, 평균값은, 최근의 제어 주기 Tc 내에 포함되는 모든 미처리의 검출값에 기초하여 산출되어도 된다. 또한, 도 6의 (a)의 예로부터도 이해되는 바와 같이, 최근의 제어 주기 Tc에 더하여, 또한 과거의 제어 주기 Tc 내의 미처리의 검출값에 기초하여 평균값이 산출되어도 된다.

(샘플링 주기)

도 4의 설명에 있어서 언급한 바와 같이, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치(오차) 및 Z축 테이블(9Z)의 X방향에 있어서의 위치(오차)를 취득하는 샘플링 주기는, 적절하게 설정되어도 된다. 이 샘플링 주기는, 제어 주기와의 적합의 관점에서 설정되어도 되고, 대상으로 되어 있는 파상의 크기 등에 기초하여 설정되어도 된다. 이하에, 파상의 크기, 가공 조건 및 상술한 평균값을 산출할 때의 미처리의 검출값의 수에 기초하여 샘플링 주기를 설정하는 경우의 예를 나타낸다. 이하의 설명에서는, X축 테이블(9X)의 오차의 샘플링 주기를 예로 들지만, Z축 테이블(9Z)의 오차의 샘플링 주기에 대해서도 마찬가지이다.

예를 들어, X축 테이블(9X)의 파상(Z방향에 있어서의 오차)의 하나의 산의 X방향에 있어서의 길이(반파장)가 0.03㎜ 이상 3㎜ 이하라고 가정한다. 또한, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 속도가 0.12㎜/min 이상 12㎜ /min 이하라고 가정한다. 이때, 파상의 1산을 통과하는 최소 시간은 이하와 같다.

0.03/12＝0.0025min＝0.15sec

파상의 1산의 높이(Z방향에 있어서의 오차)를 안정적으로 검출하기 위해, 1산에 대하여 10개의 미처리의 검출값의 평균(10점 평균)이 필요하다고 가정한다. 또한, 상기한 1산을 통과하는 최소 시간에 있어서도, 1산당 10개의 미처리의 검출값이 얻어지도록 샘플링 주기를 설정하는 것으로 한다. 이 경우의 샘플링 주기는 이하와 같다.

0.15/10＝0.015sec

이상과 같이 하여, 샘플링 주기가 설정되어도 된다. 또한, 다른 관점에서는, 가공기(1)는, 상기와 같이 설정되는 시간 길이 이하의 샘플링 주기로 실시간 처리가 가능하게 구성되어도 된다.

여기서, 샘플링 주기 및 제어 주기의 구체적인 예를 나타낸다. 샘플링 주기 및/또는 제어 주기는, 예를 들어 0.02sec 이하, 0.01sec 이하 또는 0.005sec 이하로 되어도 된다.

(가공 시스템)

도 1로 돌아가, 가공기(1)는, Open CNC(computerized numerical control) 등의 기술을 이용하여 진단 장치(93)와 접속되어도 된다. 다른 관점에서는, 가공기(1)와 진단 장치(93)에 의해 가공 시스템(91)이 구축되어도 된다.

진단 장치(93)는, 예를 들어 컴퓨터(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어도 된다. 컴퓨터는, 특별히 도시하지는 않지만, CPU, ROM, RAM 및 외부 기억 장치를 포함하여 구성되어 있고, CPU가 ROM 및/또는 외부 기억 장치에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 각종 기능부가 구축된다.

진단 장치(93)(기능부)는, 예를 들어 가공기(1)의 제어 장치(5)로부터 가공에 관한 정보를 취득한다. 당해 정보로서는, 예를 들어 X축 센서(25X)에 의해 검출된 X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치(오차)의 정보, 및/또는 Z축 센서(25Z)에 의해 검출된 Z축 테이블(9Z)의 X방향에 있어서의 위치(오차)의 정보를 들 수 있다. 오차의 정보는, 상술한 미처리의 정보여도 되고, 어떤 처리(예를 들어, 상술한 제어를 위한 처리)가 실시된 정보여도 된다. 그리고, 진단 장치(93)는, 취득한 정보에 기초하는 처리를 행한다.

상기한 취득한 정보에 기초하는 처리로서는, 예를 들어 취득한 정보에 기초하는 화상의 표시를 들 수 있다. 예를 들어, 진단 장치(93)는, 표시 장치(93a)를 갖고 있다. 표시 장치(93a)는, 예를 들어 임의의 화상을 표시 가능한 것이고, 액정 디스플레이 또는 유기 EL 디스플레이에 의해 구성되어 있다. 그리고, 진단 장치(93)는, 취득한 정보에 따라 표시 장치(93a)에 표시시키는 화상을 변화시킨다.

진단 장치(93)가 표시하는 화상의 예로서는, 예를 들어 X축 테이블(9X)의 X방향의 위치를 횡축으로 하고, X축 테이블(9X)의 Z방향의 위치(오차)를 종축으로 한 그래프와 같이 오차 자체를 나타내는 것을 들 수 있다. Z축 테이블(9Z)에 대해서도 마찬가지의 화상이 표시되어도 된다. 또한, 화상은, 취득한 오차(진직도)가 클 때 표시되는 소정의 경고 화상이어도 된다.

진단 장치(93)가 실행하는 처리로서는, 상기 외에, 예를 들어 오차(진직도)에 따라 제어 장치(5)로 제어 명령을 송신하는 것을 들 수 있다. 예를 들어, 진단 장치(93)는, 오차가 클 때 가공의 사이클을 정지시키는 신호를 제어 장치(5)로 송신해도 된다.

진단 장치(93)는, 제어 장치(5)와 인접하여 케이블로 접속되어 있어도 되고, 제어 장치(5)(가공기(1))로부터 이격되어 있고, 무선 통신 및/또는 유선 통신을 제어 장치(5)와의 사이에서 행해도 된다. 후자의 경우에 있어서, 제어 장치(5)와 진단 장치(93) 사이에는 인터넷 및/또는 전화망이 개재되어 있어도 된다. 또한, 진단 장치(93)가 제어 장치(5)와 인접되어 있는 경우, 진단 장치(93)는, 가공기(1)의 일부라고 파악되어도 된다. 또한, 진단 장치(93)는, 제어 장치(5)에 포함되어 있어도 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 가공기(1)는, 제1 가동부(X축 테이블(9X))와, 제1 가이드(X축 가이드(17X))와, 제1 구동원(X축 구동원(23X))과, 제1 센서(X축 센서(25X))와, 제2 가동부(Z축 테이블(9Z))와, 제2 가이드(Z축 가이드(17Z))와, 제2 구동원(Z축 구동원(23Z))과, 제2 센서(Z축 센서(25Z))와, 제어 장치(5)를 갖고 있다. X축 테이블(9X)은, 워크(103) 또는 공구(101)(본 실시 형태에서는 공구(101))를 지지한다. X축 가이드(17X)는, X축 테이블(9X)을 제1 방향(X방향)으로 안내한다. X축 구동원(23X)은, X축 테이블(9X)을 X방향으로 구동한다. X축 센서(25X)는, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 변위인 제1 변위와, X축 테이블(9X)의 X방향에 직교하는 제2 방향(Z방향)에 있어서의 변위인 제1 오차에 따른 신호 SX를 출력한다. Z축 테이블(9Z)은, 워크(103) 또는 공구(101)(본 실시 형태에서는 워크(103))를 지지한다. Z축 가이드(17Z)는, Z축 테이블(9Z)을 Z방향으로 안내한다. Z축 구동원(23Z)은, Z축 테이블(9Z)을 Z방향으로 구동한다. Z축 센서(25Z)는, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 변위인 제2 변위에 따른 신호 SZ를 출력한다. 제어 장치(5)는, X축 테이블(9X) 및 Z축 테이블(9Z)의 이동에 관한 명령의 정보를 포함하는 프로그램(NC 프로그램(107))에 따라 X축 구동원(23X) 및 Z축 구동원(23Z)을 제어한다. 제어 장치(5)는, 보간부(41)와, 제1 제어부(X축 제어부(33X))와, 제2 제어부(Z축 제어부(33Z))를 갖고 있다. 보간부(41)는, NC 프로그램(107)에 기초하여, X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 소정의 제어 주기 Tc마다의 제1 목표 위치와, Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 제어 주기 Tc마다의 제2 목표 위치를 산출한다. X축 제어부(33X)는, 제어 주기 Tc마다, X축 센서(25X)로부터의 신호 SX에 기초하는 상기 제1 변위의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 상기 제1 목표 위치의 차에 기초하여 제1 편차를 산출하고, 상기 제1 편차를 축소하도록 X축 구동원(23X)을 제어한다. Z축 제어부(33Z)는, 제어 주기 Tc마다, Z축 센서(25Z)로부터의 신호 SZ에 기초하는 상기 제2 변위의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 상기 제2 목표 위치의 차에 기초하여 제2 편차를 산출하고, 상기 제2 편차를 축소하도록 Z축 구동원(23Z)을 제어한다. 또한, Z축 제어부(33Z)는, 제어 주기 Tc마다, X축 센서(25X)로부터의 신호 SX에 기초하는 상기 제1 오차의 최근의 검출값을 취득하고, 상기 제1 오차에 기인하는 워크(103)와 공구(101)의 Z방향에 있어서의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 Z축 테이블(9Z)의 Z방향의 이동에 의해 제거되도록, 상기 제1 오차의 검출값에 기초하여 상기 제2 편차를 증가 또는 감소시킨다.

따라서, 예를 들어 진직도에 기인하는 가공 오차를 저감시킬 수 있다. 또한, 예를 들어 실시간으로 진직도에 관한 오차가 취득되는 점에서, 재현성이 없는 진직도, 또는 재현성이 단시간에 한정되는 진직도에 대응할 수 있다. 그 결과, 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명자가 행한 실증 실험에서는, 공구(101)와 워크(103)의 상대 이동에 관하여, 25㎚ 이상의 파고의 파상을 5㎚ 이하의 파고의 파상으로 축소할 수 있었다. 또한, 진직도가 가공 오차에 미치는 영향을 축소하기 위한 이동은, NC 프로그램(107)에 따라 워크(103)를 Z방향으로 이동시키기 위한 Z축 테이블(9Z)의 이동에 의해 실현된다. 따라서, NC 프로그램(107)과는 무관계인 테이블(진직도의 영향을 저감시키기 위한 전용의 테이블)을 마련할 필요가 없다. 그 결과, 가공기(1)의 구성을 간소화할 수 있다. 다른 관점에서는, 기설의 가공기(1)에 대하여 본 개시에 관한 기술을 적용하여, 진직도가 가공 오차에 미치는 영향을 저감시킬 수 있다. 또한, 가공기(1)는, X축 센서(25X) 및 Z축 센서(25Z)에 의한 2축에 관한 검출값을 1축에 관한 Z축 테이블(9Z)의 구동에 이용하고 있어, 획기적이다. 또한, 다른 관점에서는, 1축에 관한 X축 테이블(9X)에 대하여 마련된 X축 센서(25X)의 검출값을 X축 테이블(9X) 및 Z축 테이블(9Z)의 2축에 관한 구동에 이용하고 있어, 획기적이다.

제2 센서(Z축 센서(25Z))는, 제2 가동부(Z축 테이블(9Z))의 제1 방향(X방향)에 있어서의 변위인 제2 오차에 따른 신호를 출력해도 된다. 제1 제어부(X축 제어부(33X))는, 제어 주기 Tc마다, Z축 센서(25Z)로부터의 신호 SZ에 기초하는 상기 제2 오차의 최근의 검출값을 취득하고, 상기 제2 오차에 기인하는 워크(103)와 공구(101)의 X방향에 있어서의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 제1 가동부(X축 테이블(9X))의 X방향의 이동에 의해 제거되도록, 상기 제2 오차의 검출값에 기초하여 상기 제1 편차를 증가 또는 감소시켜도 된다.

이 경우, 예를 들어 X축 테이블(9X)의 이동에 관한 진직도뿐만 아니라, Z축 테이블(9Z)의 이동에 관한 진직도에 대해서도, 상기한 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, XZ 평면에 있어서의 임의의 방향에 대하여, 가공 정밀도가 향상된다.

제1 가동부(X축 테이블(9X))는, 워크(103) 및 공구(101) 중 한쪽(본 실시 형태에서는 공구(101))을 지지해도 된다. 제2 가동부(Z축 테이블(9Z))는, 워크(103) 및 공구(101) 중 다른 쪽(본 실시 형태에서는 워크(103))을 지지해도 된다.

이 경우, 예를 들어 X축 테이블(9X) 및 Z축 테이블(9Z) 중 한쪽이 다른 쪽을 지지하고, 양 테이블이 워크(103) 및 공구(101) 중 한쪽을 지지하는 양태(당해 양태도 본 개시에 관한 기술에 포함되어도 된다.)에 비교하여, 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키는 것이 용이하다. 예를 들어, X축 테이블(9X)이 Z축 베드(19Z)를 겸함으로써 Z축 테이블(9Z)을 지지하고 있는 양태(당해 양태도 본 개시에 관한 기술에 포함되어도 된다.)에서는, X축 테이블(9X)이 Z방향으로의 오차를 발생시키면서 X방향에 대하여 경사(Y축 주위로 회전)지면, Z축 테이블(9Z)이 Z축 베드(19Z)에 의해 안내되는 방향이 Z방향에 대하여 경사진다. 그 결과, X축 테이블(9X)의 Z방향의 오차의 크기와 동등한 크기의 변위로 Z축 테이블(9Z)을 이동시켜도, 오차가 검출된 Z방향과 Z축 테이블(9Z)이 이동하는 방향이 서로 경사져 있는 점에서, 오차를 완전히 제거할 수 없게 된다. 그러나, X축 테이블(9X)이 공구(101)를 보유 지지하고, Z축 테이블(9Z)이 워크(103)를 보유 지지하고 있는 양태에 있어서는, 2개의 테이블은, 서로 독립적으로 이동 가능하기 때문에, 상기와 같은 문제를 발생시키지 않는다.

제1 센서(X축 센서(25X))는 2차원 스케일로 되어도 된다.

이 경우, 예를 들어 X축 센서(25X)의 X방향의 변위를 검출하는 센서와, X축 센서(25X)의 Z방향의 변위(오차)를 검출하는 센서를 별개로 설치하고, 그 전체를 X축 센서(25X)로서 이용하는 양태(당해 양태도 본 개시에 관한 기술에 포함되어도 됨)에 비교하여 구성이 간소화된다.

2차원 스케일(X축 센서(25X))은, 제1 방향(X방향)에 있어서 위치를 검출 가능한 범위의 길이가 제2 방향(Z방향)에 있어서 위치를 검출 가능한 범위의 길이의 10배 이상으로 되어도 된다.

이 경우, 예를 들어 NC 프로그램(107)에 따른 X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 이동과, 이 이동에 관한 거리에 비교하여 미소한 진직도에 관한 오차의 양쪽을 과부족 없이 검출하면서, X축 센서(25X)를 소형화할 수 있다. X축 센서(25X)의 소형화에 의해, 예를 들어 X축 센서(25X)의 가공기(1) 내에 있어서의 설치 위치의 자유도가 향상된다. 그 결과, 예를 들어 아베의 원리를 고려하여 X축 센서(25X)를 배치하여, 검출 정밀도를 향상시키는 것이 용이화된다.

제어 장치(5)는, 통합 제어부(35)를 가져도 된다. 통합 제어부(35)는, 소정의 샘플링 주기 Ts로 제1 센서(X축 센서(25X))로부터의 신호 SX에 기초하여 제1 오차(Z방향의 위치)의 미처리의 검출값을 취득하고, 복수의 상기 제1 오차의 미처리의 검출값의 평균값을 산출해도 된다. 제2 제어부(Z축 제어부(33Z))는, 상기 평균값을 상기 제1 오차의 검출값(최근의 검출값)으로서 사용해도 된다.

이 경우, 예를 들어 이미 설명한 바와 같이, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 위치(오차)에 관한 복수의 미처리의 검출값 중, 특이적인 미처리의 검출값에 대하여 Z축 테이블(9Z)을 이동시킬 개연성이 저감된다. 나아가서는, 오히려 가공 정밀도를 저하시켜 버릴 개연성이 저감된다.

제1 가이드(X축 가이드(17X))는 V-V 구름 안내로 되어도 된다.

이 경우, 예를 들어 X축 가이드(17X)의 진직도를 작게 하는 것이 용이하다. 또한, X축 테이블(9X)을 X방향으로 이동시킬 때의 마찰 저항이 작기 때문에, X방향의 위치 결정을 고정밀도로 행할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다. 그 결과, X축 테이블(9X)의 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 Z축 테이블(9Z)의 이동에 의해 저감시키는 효과의 유용성이 높아진다.

제1 구동원(X축 구동원(23X)) 및 제2 구동원(Z축 구동원(23Z)) 각각은 리니어 모터로 되어도 된다.

이 경우, 예를 들어 회전식의 구동원의 회전을 병진 운동으로 변환하여 테이블(9)로 전달하는 양태(당해 양태도 본 개시에 관한 기술에 포함되어도 된다.)에 비교하여, 백래시 등에 기인하는 기계적인 오차가 저감되어, 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다. 그 결과, X축 테이블(9X)의 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 Z축 테이블(9Z)의 이동에 의해 저감시키는 효과의 유용성이 높아진다. 또한, X축 테이블(9X)의 미소한 진직도에 관한 오차의 크기와 동등한 크기로 Z축 테이블(9Z)을 이동시키는 것이 용이화되어, X축 테이블(9X)의 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키는 효과가 향상된다.

본 개시에 관한 가공 시스템(91)은, 상기와 같은 가공기(1)와, 진단 장치(93)를 가져도 된다. 진단 장치(93)는, 가공기(1)로부터 상기 제1 오차(X축 테이블(9X)의 Z방향의 위치)의 검출값의 정보를 취득하고, 취득한 정보에 따른 화상을 표시해도 된다.

이 경우, 예를 들어 가공기(1)의 제어를 위한 정보를 이용하여, X축 가이드(17X)의 안내면의 상태를 관리할 수 있다. 바꾸어 말하면, X축 가이드(17X)의 안내면의 상태를 측정하는 특별한 측정 시스템을 추가할 필요가 없다. 또한, 가공 중에 실시간으로 안내면의 상태를 관리할 수 있다. 그 결과, 예를 들어 안내면이 경년 열화 또는 파손을 발생시킨 상태에서의 가공(불량품의 제조)을 계속해 버릴 개연성이 저렴하게 저감된다.

또한, 본 개시에 관한 피가공물의 제조 방법은, 상기와 같은 가공기(1)를 사용하여, 워크(103)와 공구(101)를 접촉시켜 워크(103)를 피가공물로 가공하는 스텝을 갖는다.

이 경우, 예를 들어 상술한 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키는 효과에 의해, 형상의 정밀도가 높은 피가공물을 얻을 수 있다.

(변형예)

이하에는, 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 기본적으로, 실시 형태와의 상이 부분에 대해서만 설명한다. 특별히 언급이 없는 사항은, 실시 형태와 마찬가지로 되거나, 실시 형태로부터 유추되거나 해도 된다. 이하의 설명에서는, 실시 형태의 구성에 대응하는 구성에 대하여, 편의상, 실시 형태와 차이가 있어도 실시 형태의 부호를 붙이는 경우가 있다.

(대상으로 하는 축에 관한 변형예)

도 7은, 변형예에 관한 가공기(201)의 제어계에 관한 블록도이다. 이 도면은, 도 4를 더 간략화한 도면에 상당한다.

실시 형태의 설명에서도 서술한 바와 같이, 진직도가 가공 오차에 미치는 영향을 저감시키는 방법은, 복수의 평행 이동에 관한 축 중 어느 축의 어느 방향의 진직도에 대하여 적용되어도 된다. 도 7에서는, 모든 축의 모든 방향의 진직도에 대하여, 가공 오차를 저감시키는 방법이 적용된 양태가 예시되어 있다. 구체적으로는 이하와 같다.

X축 테이블(9X)의 위치를 검출하는 X축 센서(37X)(X축 센서(25X) 및 X축 산출부(31X)를 포함한다.)는, 지금까지 설명한 신호 SXx 및 SXz에 더하여, X축 테이블(9X)의 Y방향에 있어서의 위치의 검출값의 정보를 포함하는 신호 SXy를 출력한다. 즉, X축 센서(37X)는, 3축 모두의 위치를 검출 가능하다.

상기와 같은 3축의 위치를 검출하는 X축 센서(37X)는, 적절하게 실현되어도 된다. 예를 들어, 이미 설명한 X축 센서(25X)에 더하여, X축 센서(25X)와 마찬가지의 구성을 갖는 2차원 스케일을 X방향의 위치와 Y방향의 위치를 검출하는 방향으로 마련해도 된다. 또한, 예를 들어 X축 센서(25X)에 더하여, Y방향의 위치만을 검출하는 센서가 마련되어도 된다. 또한, X축 센서(25X)(2차원 스케일) 대신에, 3차원 스케일이 마련되어도 된다. 3차원 스케일은, 예를 들어 2차원 스케일과 마찬가지 또는 유사한 구성에 있어서, 패턴(27c)에 따라 생성되는 신호 SX의 강도에 기초하여 스케일부(27)와 검출부(29)의 거리를 특정하는 것으로 되어도 된다.

그리고, 신호 SXz에 유지되어 있는 X축 테이블(9X)의 Z방향의 검출 위치(검출 오차)에 기초하는 Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치의 제어에 더하여, 당해 제어와 마찬가지로, 신호 SXy에 유지되어 있는 X축 테이블(9X)의 Y방향의 검출 위치(검출 오차)에 기초하는 새들(13)의 Y방향에 있어서의 위치의 제어가 이루어져도 된다. 구체적으로는, 신호 SXy의 정보는, Y축 제어부(33Y)에 입력된다. Y축 제어부(33Y)는, Y방향의 오차에 기인하는 워크(103) 및 공구(101)의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 새들(13)의 Y방향에 있어서의 이동에 의해 제거되도록, Y방향의 검출 오차에 기초하여, 새들(13)을 구동하는 Y축 구동원(23Y)을 제어한다.

또한, X축 테이블(9X)의 Z방향의 오차의 영향을 제거할 때는, Z축 테이블(9Z)의 위치 제어 루프의 편차에 Z방향의 오차가 가산되었다. 한편, 새들(13)은, Z축 테이블(9Z)과는 달리, X축 테이블(9X)에 지지되어 있다. 따라서, X축 테이블(9X)의 Y방향의 오차의 영향을 제거할 때는, 상기와는 반대로, 새들(13)의 위치 제어 루프의 편차로부터 Y방향의 오차가 감산된다. 단, 이 설명은, 도 1에 도시하는 직교 좌표계 XYZ의 정부를 그대로 제어에 적용한 경우의 개념상의 것이다. 따라서, 예를 들어 실제의 제어부 내의 연산에 있어서는, 가산 및 감산은 상기한 설명과 반대여도 된다.

상기한 X축 테이블(9X)의 진직도에 관한 제어와 마찬가지로, Z축 테이블(9Z)의 진직도에 관한 제어, 및 새들(13)의 진직도에 관한 제어가 행해져도 된다.

구체적으로는, Y축 센서(37Y)는, 새들(13)의 X방향에 있어서의 검출 위치(검출 오차)의 정보를 포함하는 신호 SYx와, 새들(13)의 Y방향에 있어서의 검출 위치의 정보를 포함하는 신호 SYy와, 새들(13)의 Z방향에 있어서의 검출 위치(검출 오차)의 정보를 포함하는 신호 SYz를 출력한다. 신호 SYy는, NC 프로그램(107)에 따르는 새들(13)의 Y방향에 있어서의 위치 제어에 이용된다. 신호 SYx는, 새들(13)의 X방향에 있어서의 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키기 위한 X축 테이블(9X)의 X방향에 있어서의 위치 제어에 이용된다. 신호 SYz는, 새들(13)의 Z방향에 있어서의 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키기 위한 Z축 테이블(9Z)의 Z방향에 있어서의 위치 제어에 이용된다.

Z축 센서(37Z)는, 이미 설명한 신호 SZx 및 SZz에 더하여, Z축 테이블(9Z)의 Y방향에 있어서의 검출 위치(검출 오차)의 정보를 포함하는 신호 SZy를 출력한다. 신호 SZy는, Z축 테이블(9Z)의 Y방향에 있어서의 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키기 위한 새들(13)의 Y방향에 있어서의 위치 제어에 이용된다.

그 밖에, 특별히 도시하지는 않지만, 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키는 방법은, 예를 들어 하나의 축의 하나의 방향의 진직도(예를 들어, X축 테이블(9X)의 Z방향에 있어서의 오차)에만 적용되어도 된다. 또한, 예를 들어 당해 방법은, 하나의 축의 2개의 방향의 진직도(예를 들어, X축 테이블(9X)의 Z방향 및 Y방향에 있어서의 오차)에만 적용되어도 된다. 또한, 예를 들어 당해 방법은, 하나의 축의 하나의 방향의 진직도 및 상기 하나의 방향과는 다른 방향으로의 평행 이동에 관한 다른 하나의 축의 상기 하나의 방향과 동일한 방향의 진직도(예를 들어, X축 테이블(9X)의 Y방향에 있어서의 오차 및 Z축 테이블(9Z)의 Y방향에 있어서의 오차)에만 적용되어도 된다.

(2차원 스케일의 구성의 다른 예)

도 8은, 2차원 스케일에 관하여, 도 3의 (a)를 참조하여 설명한 구성예와는 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 여기서는, 설명의 편의상, X축 센서(25X)를 예로 든다.

X축 센서(25X)는, 도 3의 (a)의 구성예와 마찬가지로, 스케일부(27)와, 검출부(29)를 갖고 있다. 스케일부(27)는, 서로 평행하게 X방향으로 연장되는 A상 스케일부(27a) 및 B상 스케일부(27b)를 갖고 있다. 검출부(29)는, A상 스케일부(27a)의 패턴(27c)을 검출하는 A상 검출부(29a)와, B상 스케일부(27b)의 패턴(27c)을 검출하는 B상 검출부(29b)를 갖고 있다.

단, 도 3의 (a)의 구성예와는 달리, A상 스케일부(27a)에 있어서는, X방향으로 평행하게 연장되는 복수의 패턴(27c)이 Z방향으로 배열되어 있다. 따라서, A상 검출부(29a)는 Z방향의 위치를 검출한다. 또한, B상 스케일부(27b)에 있어서는, Z방향으로 평행하게 연장되는 복수의 패턴(27c)이 X방향으로 배열되어 있다. 따라서, B상 검출부(29b)는 X방향의 위치를 검출한다. 이상과 같이 하여, 도시의 2차원 스케일은 2방향의 변위를 검출한다.

그 밖에, 특별히 도시하지는 않지만, 예를 들어 2차원 스케일은, 2차원적으로 배치된 비트 패턴을 검출하는 것이어도 된다. 또한, 2차원 스케일은, 소정의 주기로 스케일부를 촬상하여 화상을 취득하고, 전회의 화상과 금회의 화상의 비교에 기초하여 2방향의 이동량을 산출하는 것이어도 된다.

(가이드의 구성의 다른 예)

도 9는, 테이블(9) 또는 새들(13)을 안내하는 가이드에 관하여, 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 구성예와는 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 이 도면은, 도 2의 (b)에 상당하는 단면도로 되어 있다. 설명의 편의상, 가이드에 안내되는 부재로서 테이블(9)을 예로 든다.

도 9에 도시하는 가이드(17A)는, 소위 정압 안내에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 테이블(9)의 피안내면과 베드(19)의 안내면 사이에는 간극이 구성되어 있다. 당해 간극에는 펌프(57) 등에 의해 소정의 압력으로 유체가 공급된다. 유체는, 기체(예를 들어, 공기)여도 되고, 액체(예를 들어, 오일)여도 된다.

이렇게 가이드(17A)가 정압 안내에 의해 구성되어 있는 경우, 예를 들어 NC 프로그램(107)에 따라 테이블(9)을 그 이동 방향으로 이동시킬 때의 마찰 저항이 작기 때문에, 이동 방향의 위치 결정을 고정밀도로 행할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다. 그 결과, 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키는 효과의 유용성이 높아진다.

(구동 기구의 다른 예)

상기한 도 9는, 구동 기구의 구성으로서 리니어 모터 이외의 구성예를 도시하는 도면으로도 되어 있다. 구체적으로는, 도 9에서는, 나사축(59)과, 나사축(59)과 나사 결합되어 있는 너트(61)가 도시되어 있다. 즉, 나사 기구(예를 들어, 볼 나사 기구 또는 미끄럼 나사 기구)가 도시되어 있다. 나사축(59) 및 너트(61) 중 한쪽(도시의 예에서는 너트(61))의 회전이 규제되어 있는 상태에서, 나사축(59) 및 너트(61) 중 다른 쪽(도시의 예에서는 나사축(59))이 회전됨으로써, 양자는 축 방향으로 상대 이동한다. 나사축(59) 및 너트(61) 중 한쪽(도시의 예에서는 나사축(59))은 베드(19)에 지지되어 있고, 나사축(59) 및 너트(61) 중 다른 쪽(도시의 예에서는 너트(61))은 테이블(9)에 지지되어 있다. 나사축(59)(또는 너트(61))을 회전시키는 구동력은, 예를 들어 회전식의 전동기(도시하지 않음)에 의해 생성된다.

(주축의 베어링의 구성예)

도 10은, 주축(15)의 베어링의 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.

실시 형태의 설명에서 서술한 바와 같이, 주축(15)의 베어링은, 미끄럼 베어링, 구름 베어링, 정압 베어링 또는 이것들 중 둘 이상의 조합으로 되어도 된다. 도 10에서는, 정압 베어링이 예시되어 있다. 구체적으로는, 공구(101) 또는 워크(103)를 보유 지지하여 축 주위로 회전하는 주축 본체(15a)(이 주축 본체(15a)를 주축이라고 호칭해도 된다.)의 외주면과, 주축 본체(15a)를 축 주위로 둘러싸는 베어링 부재(15b)(정압 베어링)의 내주면 사이에는 간극이 구성되어 있다. 당해 간극에는 펌프(57) 등에 의해 소정의 압력으로 유체가 공급된다. 유체는, 기체(예를 들어, 공기)여도 되고, 액체(예를 들어, 오일)여도 된다.

이렇게 주축 본체(15a)가 정압 베어링에 의해 지지되어 있는 경우, 예를 들어 NC 프로그램(107)에 따라 주축 본체(15a)를 축 주위로 회전시킬 때의 마찰 저항이 작기 때문에, 주축 본체(15a)의 회전수를 고정밀도로 제어할 수 있고, 나아가서는, 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다. 그 결과, 진직도가 가공 정밀도에 미치는 영향을 저감시키는 효과의 유용성이 높아진다.

또한, 이상의 실시 형태 및 변형예에 있어서, X방향은 제1 방향의 일례이다. X축 테이블(9X)은 제1 가동부의 일례이다. X축 가이드(17X)는 제1 가이드의 일례이다. X축 구동원(23X)은 제1 구동원의 일례이다. X축 센서(25X)는 제1 센서의 일례이다. X축 제어부(33X)는 제1 제어부의 일례이다. Z방향은 제2 방향의 일례이다. Z축 테이블(9Z)은 제2 가동부의 일례이다. Z축 가이드(17Z)는 제2 가이드의 일례이다. Z축 구동원(23Z)은 제2 구동원의 일례이다. Z축 센서(25Z)는 제2 센서의 일례이다. Z축 제어부(33Z)는 제2 제어부의 일례이다.

본 개시에 관한 기술은, 이상의 실시 형태 및 변형예에 한정되지 않고, 다양한 양태로 실시되어도 된다.

실시 형태의 설명에서도 서술한 바와 같이, 가공기는, 도 1에 예시한 구성의 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가공기는, 초정밀 비구면 가공기와 같은 특수한 공작 기계에 한정되지 않고, 일반적인 공작 기계여도 된다. 또한, 가공기는, 공작 기계에 한정되지 않고, 예를 들어 로봇이어도 된다. 다른 관점에서는, 이동에 관한 명령의 정보를 포함하는 프로그램은, NC 프로그램에 한정되지 않고, 티칭에 의해 생성된 것이어도 된다.

또한, 가공기는, 연삭 및/또는 연마를 행하는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 절삭 또는 방전 가공을 행하는 것이어도 되고, 상술한 다양한 가공의 둘 이상을 행할 수 있는 것이어도 된다. 가공은, 회전하고 있는 워크에 회전하고 있지 않은 공구를 접촉시키는 것(예를 들어, 선삭)이어도 되고, 회전하고 있지 않은 워크에 회전하고 있는 공구를 접촉시키는 것(예를 들어, 전삭)이어도 되고, 워크 및 공구 모두 회전하고 있지 않은 것이어도 된다.

가공기는, 워크 및/또는 공구를 평행 이동시키는 축으로서, 서로 직교하는 적어도 2개의 축을 갖고 있다. 따라서, 예를 들어 가공기는, 평행 이동에 관하여 3개의 축을 갖고 있지 않아도 되고, 반대로, 4개 이상의 축을 갖고 있어도 된다.

1: 가공기
5: 제어 장치
9X: X축 테이블(제1 가동부)
9Z: Z축 테이블(제2 가동부)
17X: X축 가이드(제1 가이드)
17Z: Z축 가이드(제2 가이드)
23X: X축 구동원(제1 구동원)
23Z: Z축 구동원(제2 구동원)
25X: X축 센서(제1 센서)
25Z: Z축 센서(제2 센서)
33X: X축 제어부(제1 제어부)
33Z: Z축 제어부(제2 제어부)
41: 보간부
101: 공구
103: 워크
107: NC 프로그램(프로그램)

Claims

워크 또는 공구를 지지하는 제1 가동부와,
상기 제1 가동부를 제1 방향으로 안내하는 제1 가이드와,
상기 제1 가동부를 상기 제1 방향으로 구동하는 제1 구동원과,
상기 제1 가동부의 상기 제1 방향에 있어서의 변위인 제1 변위와, 상기 제1 가동부의 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 있어서의 변위인 제1 오차에 따른 신호를 출력하는 제1 센서와,
상기 워크 또는 상기 공구를 지지하는 제2 가동부와,
상기 제2 가동부를 상기 제2 방향으로 안내하는 제2 가이드와,
상기 제2 가동부를 상기 제2 방향으로 구동하는 제2 구동원과,
상기 제2 가동부의 상기 제2 방향에 있어서의 변위인 제2 변위에 따른 신호를 출력하는 제2 센서와,
상기 제1 가동부 및 상기 제2 가동부의 이동에 관한 명령의 정보를 포함하는 프로그램에 따라 상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원을 제어하는 제어 장치를 갖고 있고,
상기 제어 장치가,
상기 프로그램의 정보에 기초하여, 상기 제1 가동부의 상기 제1 방향에 있어서의 소정의 제어 주기마다의 제1 목표 위치와, 상기 제2 가동부의 상기 제2 방향에 있어서의 상기 제어 주기마다의 제2 목표 위치를 산출하는 보간부와,
상기 제어 주기마다, 상기 제1 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제1 변위의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 상기 제1 목표 위치의 차에 기초하여 제1 편차를 산출하고, 상기 제1 편차를 축소하도록 상기 제1 구동원을 제어하는 제1 제어부와,
상기 제어 주기마다, 상기 제2 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제2 변위의 최근의 검출값을 취득하고, 그 취득한 검출값과 상기 제2 목표 위치의 차에 기초하여 제2 편차를 산출하고, 상기 제2 편차를 축소하도록 상기 제2 구동원을 제어하는 제2 제어부를 갖고 있고,
상기 제2 제어부가, 상기 제어 주기마다, 상기 제1 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제1 오차의 최근의 검출값을 취득하고, 상기 제1 오차에 기인하는 상기 워크와 상기 공구의 상기 제2 방향에 있어서의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 상기 제2 가동부의 상기 제2 방향의 이동에 의해 제거되도록, 상기 제1 오차의 검출값에 기초하여 상기 제2 편차를 증가 또는 감소시키는, 가공기.
제1항에 있어서, 상기 제2 센서가, 상기 제2 가동부의 상기 제1 방향에 있어서의 변위인 제2 오차에 따른 신호를 출력하고,
상기 제1 제어부가, 상기 제어 주기마다, 상기 제2 센서로부터의 신호에 기초하는 상기 제2 오차의 최근의 검출값을 취득하고, 상기 제2 오차에 기인하는 상기 워크와 상기 공구의 상기 제1 방향에 있어서의 상대 위치의 오차의 적어도 일부가 상기 제1 가동부의 상기 제1 방향의 이동에 의해 제거되도록, 상기 제2 오차의 검출값에 기초하여 상기 제1 편차를 증가 또는 감소시키는, 가공기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 가동부가 상기 워크 및 상기 공구 중 한쪽을 지지하고,
상기 제2 가동부가 상기 워크 및 상기 공구 중 다른 쪽을 지지하는, 가공기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서가 2차원 스케일인, 가공기.
제4항에 있어서, 상기 2차원 스케일에 있어서, 상기 제1 방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이가 상기 제2 방향의 위치를 검출 가능한 범위의 길이의 10배 이상인, 가공기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는, 소정의 샘플링 주기로 상기 제1 센서로부터의 신호에 기초하여 상기 제1 오차의 미처리의 검출값을 취득하고, 복수의 상기 제1 오차의 미처리의 검출값의 평균값을 산출하는 통합 제어부를 갖고 있고,
상기 제2 제어부는, 상기 평균값을 상기 제1 오차의 검출값으로서 사용하여 상기 제2 편차를 증가 또는 감소시키는, 가공기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가이드가 정압 안내 또는 V-V 구름 안내인, 가공기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공기가, 상기 워크 또는 상기 공구를 보유 지지하는 주축과, 당해 주축을 축 주위로 회전 가능하게 지지하는 정압 베어링을 갖고 있는, 가공기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원 각각이 리니어 모터인, 가공기.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 가공기와,
상기 가공기로부터 상기 제1 오차의 검출값의 정보를 취득하고, 취득한 정보에 따른 화상을 표시하는 진단 장치를 갖고 있는, 가공 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 가공기를 사용하여, 상기 워크와 상기 공구를 접촉시켜 상기 워크를 피가공물로 가공하는 스텝을 갖는, 피가공물의 제조 방법.