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工作機械、工作機械の温度測定部の数及び配置の決定方法及びプログラム コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P120007561
掲載日 2012年5月21日
出願番号 特願2010-256533
公開番号 特開2011-131371
登録番号 特許第5751611号
出願日 平成22年11月17日(2010.11.17)
公開日 平成23年7月7日(2011.7.7)
登録日 平成27年5月29日(2015.5.29)
優先権データ
  • 特願2009-269600 (2009.11.27) JP
発明者
  • 上原 一剛
  • 小幡 文雄
出願人
  • 国立大学法人鳥取大学
発明の名称 工作機械、工作機械の温度測定部の数及び配置の決定方法及びプログラム コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】工作機械において熱変位量の推定を、逆解析により求めた熱源の同定方法によって精度良く熱変位の補正が可能である熱変位補正方法を提供する。
【解決手段】複雑な構造の駆動系の熱変位誤差を補正と、熱変位量の推定をする方法にあたって、まず、構造体に設置されている温度センサのうち有用性の高いものを温度測定部として選択し、次に、被測定構造体の熱源領域の設定を行い、被測定構造体の温度上昇量を行い、次いで逆解析により熱源領域の熱流入量を測定し、熱流入量を変数とする熱変位の補正式の確立が行われる。続いて各熱源への熱流入量を考慮した熱変位量の推定を行い、熱流入量に基づく熱変位補正が可能になる。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要


工作機械の駆動系において、多軸化、複合化に伴って工作機械構造は複雑化し、工作機械の高精度化・高能率化の妨げの一つとなっている熱変位の問題は機械の使用現場において近年ますます顕著な問題になっている。



従来の工作機械の熱変位補正法においては特許文献1~7、非特許文献1に記載されたものがある。



特許文献1では工作機械の各部に配置された複数の温度測定手段の出力に基づいてニューラルネットワークの学習機能を利用して、工作機械における熱変位を高精度に補正する方法が、記載されている。特許文献2および非特許文献1では検出器を用いることなく工作機械の駆動系の熱変位誤差を補正する方法が、記載されている。特許文献3および特許文献5では、温度変化を考慮した熱変位補正方法を記載している。また、特許文献4ではニューラルネットワークの逆解法により強制温調の最適な目標温度を求め、工作機械の熱変形を高度に抑制する新しい方法を提示している。また特許文献6では工作機械の構造物の温度分布を考慮し、機械の位置情報、工具の刃先位置又はワーク位置情報に基づいて熱変位量を推定する熱変位補正方法を記載している。さらに特許文献7では、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて加工点における熱的な変位量を推定する熱変位補正方法を記載している。

産業上の利用分野


本発明は、工作機械、工作機械の温度測定部の数及び配置の決定方法及びプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数の駆動機構によって工具と被削材を相対運動させて該被削材を所定形状に加工する工作機械であって、
前記工作機械に設けられている複数の温度センサと、
前記温度センサのうち温度測定に使用されるものを温度測定部として選択する温度センサ選択部と、
前記工作機械における熱源候補領域を設定する熱源候補領域設定部と、
前記熱源候補領域からの熱流入量を仮定する熱流入量仮定部と、
前記熱流入量仮定部によって仮定された熱流入量に基づいて前記工作機械の推定温度分布を生成する温度分布推定部と、
前記温度測定部による温度検出値と、前記温度分布推定部によって推定された温度分布のうち前記温度測定部に対応する箇所の温度推定値とを対比して、該温度検出値および該温度推定値の間のギャップが小さくなるように、前記熱流入量仮定部に前記熱流入量を別の値に再仮定させて、前記熱流入量仮定部および前記温度分布推定部に繰り返し計算をさせる対比・ギャップ解析部と、
前記繰り返し計算の結果を基にして、前記熱源候補領域からの近似熱流入量および前記工作機械の近似温度分布を算出する近似データ算出部とを備え、
前記温度センサ選択部は、前記温度センサのそれぞれを使用するかどうかに基づいて直交表に従って温度センサの複数の組み合わせを生成し、前記組み合わせのそれぞれについて組み合わせ評価値を算出し、各組み合わせについて算出された前記組み合わせ評価値をある温度センサが使用されているかどうかに基づいて分類することによってその温度センサの温度センサ評価値を算出し、前記温度センサ評価値に基づいて温度測定部として使用する温度センサを選択する、工作機械。

【請求項2】
前記温度センサの選択は、前記温度センサ評価値による評価が高いものから順に使用する温度センサを追加することによって温度センサの複数の組み合わせを生成し、ここで生成した組み合わせのそれぞれについて組み合わせ評価値を算出し、算出した組み合わせ評価値による評価に基づいて温度センサの組み合わせを選択することによって行われる請求項1に記載の工作機械。

【請求項3】
前記温度センサの組み合わせの選択は、算出した組み合わせ評価値による評価が最高である組み合わせを選択することによって行われる請求項2に記載の工作機械。

【請求項4】
前記温度センサの選択は、前記温度センサ評価値が大きいものから順に使用する温度センサを追加することによって温度センサの組み合わせを生成し、生成した組み合わせについて前記組み合わせ評価値を算出し、温度センサを追加する前後の前記組み合わせ評価値を比較し、温度センサの追加後の前記組み合わせ評価値による評価の低下が所定の閾値を超える場合に温度センサの追加を終了して組み合わせ評価値が最大になる組み合わせを選択することによって行われる請求項1に記載の工作機械。

【請求項5】
前記組み合わせ評価値は、
前記熱源候補領域からの基準熱流入量を設定し、
前記基準熱流入量に基づいて前記熱源候補領域での基準温度分布を生成し、
前記熱源候補領域からの仮定熱流入量を設定し、
前記仮定熱流入量に基づいて前記工作機械の推定温度分布を生成し、
前記基準温度分布のうち前記組み合わせに含まれる温度センサに対応する箇所の温度基準値と、前記推定温度分布のうち前記組み合わせに含まれる温度センサに対応する箇所の温度推定値とを対比して、前記温度基準値および前記温度推定値の間のギャップが小さくなるように、前記仮定熱流入量を別の値に再設定して繰り返し計算し、
前記繰り返し計算の結果として得られた最終の推定温度分布と基準温度分布との差異又は最終の仮定熱流入量と基準熱流入量との差異を評価することによって算出する請求項1~4の何れか1つに記載の工作機械。

【請求項6】
前記温度センサのうち前記基準温度分布で温度上昇量が最も小さい位置に配置されているものが基礎温度センサである請求項5に記載の工作機械。

【請求項7】
前記基準熱流入量は、近似データ算出部が以前に算出した近似熱流入量に設定される請求項5又は6に記載の工作機械。

【請求項8】
前記熱源候補領域設定部は、直交表に基づいて複数の熱源候補領域を組み合わせた複数の熱源パターンを設定し、
前記温度センサ選択部は、各熱源パターンについて温度センサ評価値を算出し、その平均値に基づいて温度測定部として使用する温度センサを選択する、請求項1~7の何れか1つに記載の工作機械。

【請求項9】
複数の駆動機構によって工具と被削材を相対運動させて該被削材を所定形状に加工する工作機械の温度測定部の数及び配置の決定方法であって、
前記工作機械のモデル上に熱源候補領域及び複数の評価ポイントを設定するステップと、
前記評価ポイントのそれぞれを使用するかどうかに基づいて直交表に従って評価ポイントの複数の組み合わせを生成するステップと、
前記組み合わせのそれぞれについて組み合わせ評価値を算出するステップと、
各組み合わせについて算出された前記組み合わせ評価値をある評価ポイントが使用されているかどうかに基づいて分類することによってその評価ポイントの評価ポイント評価値を算出するステップと、
前記評価ポイント評価値に基づいて温度測定部を配置する評価ポイントを選択するステップを備え
以下の(1)又は(2)の特徴を有する、工作機械の温度測定部の数及び配置の決定方法。
(1)前記評価ポイントの選択は、前記評価ポイント評価値による評価が高いものから順に使用する評価ポイントを追加することによって評価ポイントの複数の組み合わせを生成し、ここで生成した組み合わせのそれぞれについて組み合わせ評価値を算出し、算出した組み合わせ評価値による評価に基づいて評価ポイントの組み合わせを選択することによって行われる。
(2)前記評価ポイントの選択は、前記評価ポイント評価値が大きいものから順に使用する評価ポイントを追加することによって評価ポイントの組み合わせを生成し、生成した組み合わせについて前記組み合わせ評価値を算出し、評価ポイントを追加する前後の前記組み合わせ評価値を比較し、評価ポイントの追加後の前記組み合わせ評価値による評価の低下が所定の閾値を超える場合に評価ポイントの追加を終了して組み合わせ評価値が最大になる組み合わせを選択することによって行われる。

【請求項10】
複数の駆動機構によって工具と被削材を相対運動させて該被削材を所定形状に加工する工作機械の温度測定部の数及び配置の決定プログラムであって、
前記工作機械のモデル上に熱源候補領域及び複数の評価ポイントを設定するステップと、
前記評価ポイントのそれぞれを使用するかどうかに基づいて直交表に従って評価ポイントの複数の組み合わせを生成するステップと、
前記組み合わせのそれぞれについて組み合わせ評価値を算出するステップと、
各組み合わせについて算出された前記組み合わせ評価値をある評価ポイントが使用されているかどうかに基づいて分類することによってその評価ポイントの評価ポイント評価値を算出するステップと、
前記評価ポイント評価値に基づいて温度測定部を配置する評価ポイントを選択するステップをコンピュータに実行させ
以下の構成(1)又は(2)を有する、工作機械の温度測定部の数及び配置の決定プログラム。
(1)前記評価ポイントの選択は、前記評価ポイント評価値による評価が高いものから順に使用する評価ポイントを追加することによって評価ポイントの複数の組み合わせを生成し、ここで生成した組み合わせのそれぞれについて組み合わせ評価値を算出し、算出した組み合わせ評価値による評価に基づいて評価ポイントの組み合わせを選択することによって行われる。
(2)前記評価ポイントの選択は、前記評価ポイント評価値が大きいものから順に使用する評価ポイントを追加することによって評価ポイントの組み合わせを生成し、生成した組み合わせについて前記組み合わせ評価値を算出し、評価ポイントを追加する前後の前記組み合わせ評価値を比較し、評価ポイントの追加後の前記組み合わせ評価値による評価の低下が所定の閾値を超える場合に評価ポイントの追加を終了して組み合わせ評価値が最大になる組み合わせを選択することによって行われる。
国際特許分類(IPC)
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