特開 2023-116218 工作機械の制御装置、工作機械の制御プログラム、工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116218

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】工作機械の制御装置、工作機械の制御プログラム、工作機械

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/4063 20060101AFI20230815BHJP

   G05B 19/18 20060101ALI20230815BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20230815BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

G05B19/4063 L

G05B19/18 W

B23Q17/24 B

B23Q17/00 E

B23Q17/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022018898

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000191180

【氏名又は名称】新日本工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100178582

【弁理士】

【氏名又は名称】行武 孝

(72)【発明者】

【氏名】池田 武司

(72)【発明者】

【氏名】道下 真也

【テーマコード（参考）】

3C029

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C029AA24

3C029AA40

3C029EE02

3C029FF05

3C269AB01

3C269BB03

3C269CC02

3C269EF39

3C269JJ09

3C269JJ20

3C269MN07

3C269MN16

3C269MN27

3C269MN28

3C269MN46

3C269QB03

(57)【要約】

【課題】暖気運転における発熱量の影響を受けにくく、適切なタイミングで工作機械の暖気運転を終了する。
【解決手段】制御装置１Ｓは、カメラ６１と、ＰＣ５５とを含む。カメラ６１は、工具１００の先端位置の位置情報を取得する。ＰＣ５５は、事前データ取得処理と暖気運転処理とをそれぞれ実行する。事前データ取得処理では、主軸４０Ｓを回転させ、工具１００の先端位置の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記先端位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する。暖気運転処理では、取得した比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における現在の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて暖気運転処理の残り時間に関する情報を取得する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークに加工を施すことが可能なアタッチメントを着脱可能に支持する主軸と、当該主軸を所定の回転数で回転させることが可能な駆動部とを有する工作機械の制御装置であって、
前記アタッチメントの特定位置の位置情報である特定位置情報を取得することが可能な位置情報取得部と、
事前データ取得処理と暖気運転処理とをそれぞれ実行することが可能な制御部と、
を備え、
前記事前データ取得処理は、前記主軸を前記回転数で回転させ、前記特定位置情報の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記特定位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する処理であり、
前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、前記アタッチメントによる前記ワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って前記主軸を前記回転数で回転させることで前記アタッチメントの熱変位を安定化させる処理であり、
前記制御部は、前記暖気運転処理において、所定の時刻と当該時刻における前記特定位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記特定位置情報の時間推移である比較情報を取得し、当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得する、工作機械の制御装置。

【請求項2】

入力される指令信号に応じた所定の情報を表示することが可能な表示部を更に備え、
前記制御部は、前記時間情報として、前記対応時刻と前記ターゲット時刻との差に基づいて前記暖気運転処理の残り時間を取得し、当該残り時間に関する前記指令信号を前記表示部に入力する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記暖気運転処理中に、前記組情報を累積することで前記比較情報を更新し、当該更新した比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記対応時刻を更新し、当該更新した対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記時間情報を更新する、請求項１または２に記載の工作機械の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記暖気運転処理が終了すると、当該暖気運転処理において取得した前記比較情報に基づいて前記基準情報を更新する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の工作機械の制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記暖気運転処理が終了すると、当該暖気運転処理において取得した前記比較情報に基づく機械学習によって前記基準情報を更新する、請求項４に記載の工作機械の制御装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記暖気運転処理が終了する度に、前記暖気運転処理において取得した前記比較情報をそれぞれ記憶する、請求項１乃至５の何れか１項に記載の工作機械の制御装置。

【請求項7】

ワークに加工を施すことが可能なアタッチメントを着脱可能に支持する主軸と、当該主軸を所定の回転数で回転させることが可能な駆動部とを有する工作機械の制御装置が実行可能な工作機械の制御プログラムであって、
前記アタッチメントの特定位置の位置情報である特定位置情報を取得する位置情報取得処理と、
事前データ取得処理と、
暖気運転処理と、を前記制御装置に実行させる指示を備え、
前記事前データ取得処理は、前記主軸を前記回転数で回転させ、前記特定位置情報の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記特定位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する処理であり、
前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、前記アタッチメントによる前記ワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って前記主軸を前記回転数で回転させることで前記アタッチメントの熱変位を安定化させる処理であり、
前記暖気運転処理は、所定の時刻と当該時刻における前記特定位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記特定位置情報の時間推移である比較情報を取得し、当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得することを含む、工作機械の制御プログラム。

【請求項8】

ワークに加工を施すことが可能なアタッチメントを着脱可能に支持する主軸と、
当該主軸を所定の回転数で回転させることが可能な駆動部と、
前記アタッチメントの特定位置の位置情報である特定位置情報を取得することが可能な位置情報取得部と、
事前データ取得処理と暖気運転処理とをそれぞれ実行することが可能な制御部と、
を備え、
前記事前データ取得処理は、前記主軸を前記回転数で回転させ、前記特定位置情報の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記特定位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する処理であり、
前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、前記アタッチメントによる前記ワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って前記主軸を前記回転数で回転させることで前記アタッチメントの熱変位を安定化させる処理であり、
前記制御部は、前記暖気運転処理において、所定の時刻と当該時刻における前記特定位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記特定位置情報の時間推移である比較情報を取得し、当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得する、工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の制御装置、工作機械の制御プログラム、工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ワークを加工することが可能な工具を含む主軸と、前記主軸を移動および回転させることが可能な駆動部とを有する工作機械が知られている。このような工作機械では、主軸の回転によって工具の温度が上昇すると当該工具に熱変形が生じるため、その変形量を考慮した上で工具先端位置を制御する必要があった。

【0003】

特許文献１には、ワークと工具とを相対変位させて前記ワークの加工を行う工作機械のワーク加工方法が開示されている。当該加工方法は、第１の工程と、第２工程と、第３の工程と、第４の工程と、第５の工程を有する。第１の工程では、主軸に装着された工具の先端の位置を連続的に測定する。第２の工程では、前記第１の工程における測定結果に基づいて、順次工具の先端位置の変位量を算出する。第３の工程では、温度変化に伴って移動する工具先端の位置が安定したか否かを判定するために、前記変位量が予め設定された許容変位量内にある時間を監視する。第４の工程では、前記変位量が前記許容変位量内にある時間が予め設定された時間である範囲時間より短い場合は暖気運転を継続する一方、前記変位量が許容変位量内にある時間が前記範囲時間に達した場合は暖気運転を終了する。第５の工程では、前記第４の工程において暖気運転が終了した場合に前記ワークの加工を開始する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９５９５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された技術では、第３の工程において、前記変位量が予め設定された許容変位量内にある時間を監視し、第４の工程において、前記変位量が前記許容変位量内にある時間が予め設定された範囲時間に達した場合に工具の温度が安定したと判断して、暖気運転を終了する。すなわち、当該技術では、刻々と工具が熱変形することに対応して、その変位量が許容変位量まで変位する時間を常に監視し、暖機運転の終了を判断する必要がある。たとえば、暖機運転開始直後において、時刻０を基準とする工具の変位量が時刻ｔｓ１に許容変位量に達した場合には、その差分、すなわち、Δｔｓ＝ｔｓ１－０を前記範囲時間と比較する。更に、時刻ｔｓ２を基準とする工具の変位量が時刻ｔｓ３において許容変位量に達した場合には、その差分、すなわち、Δｔｓ＝ｔｓ３－ｔｓ２を前記範囲時間と比較する。このように、予め設定された変位量に対応する経過時間に基づいて暖機運転の定常状態を判定する構成では、たとえば軸受部分に異常が発生し定常温度が変化してしまうと、暖機運転を適切なタイミングで終了させることが困難になるという問題がある。

【0006】

本発明は、暖気運転における発熱量の影響を受けにくく、適切なタイミングで暖気運転を終了することが可能な工作機械の制御装置、工作機械の制御プログラム、工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の局面に係る工作機械の制御装置は、ワークに加工を施すことが可能なアタッチメントを着脱可能に支持する主軸と、当該主軸を所定の回転数で回転させることが可能な駆動部とを有する工作機械の制御装置であって、前記アタッチメントの特定位置の位置情報である特定位置情報を取得することが可能な位置情報取得部と、事前データ取得処理と暖気運転処理とをそれぞれ実行することが可能な制御部と、を備える。前記事前データ取得処理は、前記主軸を前記回転数で回転させ、前記特定位置情報の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記特定位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する処理である。前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、前記アタッチメントによる前記ワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って前記主軸を前記回転数で回転させることで前記アタッチメントの熱変位を安定化させる処理である。前記制御部は、前記暖気運転処理において、所定の時刻と当該時刻における前記特定位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記特定位置情報の時間推移である比較情報を取得し、当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得する。

【0008】

本構成によれば、暖気運転処理中の特定位置情報の変化から、現在のアタッチメントの熱変位状態が、事前に取得した基準情報のいずれの時刻に相当するかを判定し、その結果得られる対応時刻とターゲット時刻とに基づいて、暖気運転処理の運転時間に関する時間情報を取得することができる。このため、暖気運転処理において最終的に収束する定常状態の温度が変化することがあっても、前記基準情報と、現在までの比較情報とを用いて前記時間情報を精度良く取得することができる。

【0009】

上記の構成において、入力される指令信号に応じた所定の情報を表示することが可能な表示部を更に備え、前記制御部は、前記時間情報として、前記対応時刻と前記ターゲット時刻との差に基づいて前記暖気運転処理の残り時間を取得し、当該残り時間に関する前記指令信号を前記表示部に入力することが望ましい。

【0010】

本構成によれば、対応時刻とターゲット時刻との差に基づいて暖気運転処理の残り時間を取得し、表示部に表示させることができる。

【0011】

上記の構成において、前記制御部は、前記暖気運転処理中に、前記組情報を累積することで前記比較情報を更新し、当該更新した比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記対応時刻を更新し、当該更新した対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記時間情報を更新することが望ましい。

【0012】

本構成によれば、暖気運転が進むにつれて、比較情報を構成する組情報の数が増すため、前記時間情報をより精度良く取得することができる。

【0013】

上記の構成において、前記制御部は、前記暖気運転処理が終了すると、当該暖気運転処理において取得した前記比較情報に基づいて前記基準情報を更新することが望ましい。

【0014】

本構成によれば、暖気運転処理が繰り返される度に、基準情報のばらつき誤差を抑えることが可能になるため、前記時間情報を更に精度良く取得することができる。

【0015】

上記の構成において、前記制御部は、前記暖気運転処理が終了すると、当該暖気運転処理において取得した前記比較情報に基づく機械学習によって前記基準情報を更新することが望ましい。

【0016】

本構成によれば、機械学習を用いて、基準情報を高い精度で更新することができる。

【0017】

上記の構成において、前記制御部は、前記暖気運転処理が終了する度に、前記暖気運転処理において取得した前記比較情報をそれぞれ記憶するものでもよい。

【0018】

本構成によれば、制御部に記憶された過去の比較情報の推移、変化に基づいて、工作機械の経年劣化を把握し、保守メンテナンス情報として利用することができる。

【0019】

本発明によって提供されるのは、ワークに加工を施すことが可能なアタッチメントを着脱可能に支持する主軸と、当該主軸を所定の回転数で回転させることが可能な駆動部とを有する工作機械の制御装置が実行可能な工作機械の制御プログラムであって、前記アタッチメントの特定位置の位置情報である特定位置情報を取得する位置情報取得処理と、事前データ取得処理と、暖気運転処理と、を前記制御装置に実行させる指示を備え、前記事前データ取得処理は、前記主軸を前記回転数で回転させ、前記特定位置情報の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記特定位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する処理であり、前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、前記アタッチメントによる前記ワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って前記主軸を前記回転数で回転させることで前記アタッチメントの熱変位を安定化させる処理であり、前記暖気運転処理は、所定の時刻と当該時刻における前記特定位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記特定位置情報の時間推移である比較情報を取得し当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得することを含む。

【0020】

本構成によれば、暖気運転処理中の特定位置情報の変化から、現在のアタッチメントの熱変位状態が、事前に取得した基準情報のいずれの時刻に相当するかを判定し、その結果得られる対応時刻とターゲット時刻とに基づいて、暖気運転処理の運転時間に関する時間情報を取得することができる。このため、暖気運転処理において最終的に収束する定常状態の温度が変化することがあっても、前記基準情報と、現在までの比較情報とを用いて前記時間情報を精度良く取得することができる。

【0021】

本発明によって提供されるのは、ワークに加工を施すことが可能なアタッチメントを着脱可能に支持する主軸と、当該主軸を所定の回転数で回転させることが可能な駆動部と、前記アタッチメントの特定位置の位置情報である特定位置情報を取得することが可能な位置情報取得部と、事前データ取得処理と暖気運転処理とをそれぞれ実行することが可能な制御部と、を備える。前記事前データ取得処理は、前記主軸を前記回転数で回転させ、前記特定位置情報の時間推移である基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記特定位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻を特定する処理である。前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、前記アタッチメントによる前記ワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って前記主軸を前記回転数で回転させることで前記アタッチメントの熱変位を安定化させる処理である。前記制御部は、前記暖気運転処理において、所定の時刻と当該時刻における前記特定位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記特定位置情報の時間推移である比較情報を取得し、当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応時刻を決定し、当該対応時刻と前記ターゲット時刻とに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得する。

【0022】

本構成によれば、暖気運転処理中の特定位置情報の変化から、現在のアタッチメントの熱変位状態が、事前に取得した基準情報のいずれの時刻に相当するかを判定し、その結果得られる対応時刻とターゲット時刻とに基づいて、暖気運転処理の運転時間に関する時間情報を取得することができる。このため、暖気運転処理において最終的に収束する定常状態の温度が変化することがあっても、前記基準情報と、現在までの比較情報とを用いて前記時間情報を精度良く取得することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、暖気運転における発熱量の影響を受けにくく、適切なタイミングで暖気運転を終了することが可能な工作機械の制御装置、工作機械の制御プログラム、工作機械が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態に係る工作機械の斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る工作機械の制御装置の模式図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る工作機械の事前データ取得処理のフローチャートである。

【図4】事前データ取得処理における工具先端位置の時間推移を示すグラフである。

【図5】事前データ取得処理におけるターゲット時刻の決定方法を説明するためのグラフである。

【図6】事前データ取得処理におけるターゲット時刻の決定方法を説明するためのグラフである。

【図7】事前データ取得処理における主軸温度の時間推移を示すグラフである。

【図8】本発明の一実施形態に係る工作機械の暖気運転処理のフローチャートである。

【図9】暖気運転処理において初期推定残り時間を決定するためのグラフである。

【図10】暖気運転処理における工具先端位置の時間推移を表示するためのグラフである。

【図11】暖気運転処理における工具先端位置の時間推移を示すグラフである。

【図12】暖気運転処理における工具先端位置の時間推移を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳述する。図１は、本発明の一実施形態に係る工作機械１の斜視図である。工作機械１は、ワークに所定の加工を施すものであって、一例として門型工作機械である。図１を参照して、工作機械１は、ベッド１０と、左右一対の受け台１１と、テーブル２０と、テーブル駆動部２１と、パレット３０と、フレーム４０と、加工部４１と、サドル４２とを備える。なお、図１では、テーブル２０の移動方向を基準として前後方向が定義され、当該前後方向と直交する水平な方向が左右方向と定義される。更に、前後方向および左右方向とそれぞれ直交する方向が上下方向と定義される。これらの方向の定義は、工作機械１の構造、機能および使用態様を説明するためのものであり、本発明に係る工作機械を限定するものではない。

【0026】

ベッド１０は、左右方向に所定の幅を有するとともに前後方向に長く延びる矩形形状を有しており、工作機械１のベース部分を構成する。ベッド１０は、工作機械１の作業現場に設置（固定）される。ベッド１０は上方向を向く上面部（支持面）を有する。

【0027】

加工部４１は、ベッド１０の上面部の上方に配置され、ワークを加工することが可能とされている。なお、本実施形態のような門型工作機械では、加工部４１は、フレーム４０によって支持される。加工部４１は、上下方向に延びる主軸４０Ｓ（図２参照）を有する。当該主軸４０Ｓには工具１００（加工アタッチメント）が着脱可能に装着される。

【0028】

テーブル２０は、前後方向および左右方向に延びる板状部材である。テーブル２０は、上方向を向く載置面を有し、加工部４１の下方において前後方向に沿って移動可能なようにベッド１０の前記上面部に支持されている。テーブル２０は、鉄などの金属材料から構成される。

【0029】

テーブル駆動部２１は、テーブル２０を前後方向に沿って移動させる。テーブル駆動部２１は、モータ２２と、ボールねじ２３とを有する。ボールねじ２３は、前後方向に延びるようにベッド１０に装着されており、モータ２２の回転駆動力を受けて回転するとともに、テーブル２０を前後方向に沿って移動させる。このため、テーブル２０は、ボールねじ２３のねじ部と係合する不図示のナット部を有する。

【0030】

パレット３０は、テーブル２０と一体で前後方向に移動可能なようにテーブル２０の前記載置面に着脱可能に載置され、ワークを保持する。

【0031】

フレーム４０は、図１に示すように門型形状を有しており、加工部４１が上下方向および左右方向を含む移動面上で移動可能なように加工部４１を支持する。フレーム４０は、左右一対のコラム４０Ａと、当該左右一対のコラム４０Ａ同士を左右方向に沿って互いに接続するクロスレール４０Ｂとを有する。

【0032】

サドル４２は、フレーム４０のクロスレール４０Ｂに左右方向に移動可能に支持されており、前述の加工部４１を支持している。

【0033】

更に、工作機械１は、左右一対のモータ４５１およびボールねじ４５２と、モータ４６１およびボールねじ４６２と、モータ４７１およびボールねじ４７２と、操作部４８とを有する。

【0034】

左右一対のモータ４５１およびボールねじ４５２は、クロスレール４０Ｂを左右一対のコラム４０Ａに対して上下に移動させる。また、モータ４６１およびボールねじ４６２は、クロスレール４０Ｂ上においてサドル４２を左右方向に移動させる。更に、モータ４７１およびボールねじ４７２は、サドル４２に対して加工部４１を上下方向に移動させる。なお、本実施形態では、上記の各モータは公知のサーボモータから構成される。また、各モータが駆動させる駆動対象には、前述のテーブル２０と同様に各ボールねじと係合する不図示のナット部が配置されている。

【0035】

操作部４８は、工作機械１にＮＣプログラムによる加工指令や各種の手動操作を行うために、作業者（機械オペレータ）によって操作される。操作部４８は、作業者の移動とともに移動可能なように、フレーム４０に揺動可能に支持されている。

【0036】

工作機械１は、制御装置１Ｓを更に備える。図２は、本実施形態に係る工作機械１の制御装置１Ｓの模式図である。制御装置１Ｓは、ＮＣ装置５０と、駆動部５１と、温度計５２と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）５５（制御部、表示部）と、照明用電源５６と、カメラ６１（位置情報取得部）と、テレセントリックレンズ６２と、照明装置６３とを有する。

【0037】

前述のように、工作機械１の加工部４１（図１、図２）には、主軸４０Ｓが設けられており、当該主軸４０Ｓはワークに加工を施すことが可能な工具１００（アタッチメント）
を着脱可能に支持する。工具１００は、ワークに接触し切削処理などの所定の処理を施す。

【0038】

ＮＣ装置５０は、工作機械１の制御を統括的に司る。駆動部５１は、ＮＣ装置５０によって制御され、前述の各モータを回転駆動する。また、駆動部５１は、主軸４０Ｓを所定の回転数で回転させる。温度計５２は、主軸４０Ｓの温度を測定し、検出された温度に対応する信号をＮＣ装置５０を通じてＰＣ５５に入力する。

【0039】

ＰＣ５５は、ＮＣ装置５０との間で指令信号の入出力が可能なようにＮＣ装置５０に接続されている。また、ＰＣ５５は、照明用電源５６、カメラ６１に指令信号を入力するとともに、カメラ６１が撮像した画像情報を受信する。更に、ＰＣ５５は、本実施形態における制御部として、事前データ取得処理と暖気運転処理とをそれぞれ実行することが可能である。また、ＰＣ５５は、本実施形態における表示部として機能する不図示の液晶ディスプレイを含む。また、照明用電源５６は、照明装置６３に電圧を供給する。

【0040】

カメラ６１は、テレセントリックレンズ６２を介して、図２の撮像領域Ｓにおける画像情報を取得する。照明装置６３は、撮像領域Ｓの背部に配置され、所定の照明光を照射する。駆動部５１によって加工部４１が移動され、主軸４０Ｓが図２の撮像領域Ｓに配置されると、カメラ６１によって工具１００が撮影可能とされる。この際、テレセントリックレンズ６２の特性によって、工具１００の先端（刃先）の位置（座標）を精度良く測定することができる。換言すれば、カメラ６１は、工具１００の先端（特定位置）の位置情報である特定位置情報を取得する。なお、カメラ６１は、工具１００の工具長、工具径に関する情報を取得することも可能である。

【0041】

次に、本実施形態に係る制御装置１Ｓが実行する工作機械１の暖気運転について説明する。暖気運転とは、工具１００によってワークに加工を施す際に、予め工具１００、主軸４０Ｓの温度が安定するまで、主軸４０Ｓを回転させる動作である。更に、本実施形態では、このような暖気運転の終了タイミングを決定するために、予め事前データ取得処理が実行される。当該事前データ取得処理は、ワークに対する加工時に採用する、工具１００の種類（アタッチメント番号）および主軸回転数に応じてそれぞれ実行されることが望ましい。

【0042】

図３は、本実施形態に係る工作機械１の事前データ取得処理のフローチャートである。なお、図３において破線で囲まれる処理はＰＣ５５が実行するものであり、それ以外の処理はＮＣ装置５０が実行するものである。作業者がＮＣ装置５０を操作して事前データ取得処理を開始するための指令を入力すると（ステップＳ０１）、駆動部５１が主軸４０Ｓを前記撮像領域Ｓに移動させるとともに、予め設定された回転数で主軸４０Ｓを回転させる（ステップＳ０２）。

【0043】

次に、ＮＣ装置５０からＰＣ５５に事前データ取得処理の指令信号が入力され、事前データの取得が開始される（ステップＳ０３）。ＰＣ５５は、前記指令信号を受け付けると、カメラ６１、照明装置６３などを制御して、工具１００の先端位置情報を取得する（ステップＳ０４）。この際、センサ情報として、温度計５２が検出する主軸４０Ｓの温度情報もＰＣ５５に入力される。取得されたこれらの情報は、ＰＣ５５内のメモリに保存される（ステップＳ０５）。

【0044】

次に、ＰＣ５５は、事前データ取得処理が開始されてから経過した時間ｔが、予め設定された閾値時間ｔｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ０６）。ここで、ｔｂ≦ｔの場合（ステップＳ０６でＹＥＳ）、ＰＣ５５は事前データ取得処理を終了し（ステップＳ０７）、当該事前データ取得処理が終了したことを示す信号をＮＣ装置５０に入力する。ＮＣ装置５０は、駆動部５１を制御して主軸４０Ｓを前記撮像領域Ｓから退避させるとともに、主軸４０Ｓの回転を停止させる（ステップＳ０８）。なお、ステップＳ０６においてｔｂ＞ｔの場合、ＰＣ５５はステップＳ０４に戻って事前データ取得処理を継続する。

【0045】

次に、ＰＣ５５が、事前データ取得処理において取得する情報について詳述する。図４は、事前データ取得処理における工具１００の先端位置の時間推移を示すグラフである。前述のように、事前データ取得処理において主軸４０Ｓが回転すると、その駆動に伴う発熱によって工具１００が熱膨張し、図２の工具１００の先端位置が下方に移動し、やがてその変位が収束する。図４のグラフでは、カメラ６１が所定の時間間隔で撮像する工具１００の先端位置が白丸で示され、その回帰曲線が破線で示されている。この破線で示すグラフは、本発明の基準情報に相当する。当該基準情報は、工具１００の先端位置（特定位置）の位置情報（特定位置情報）の時間推移である。

【0046】

ＰＣ５５は、図４の破線グラフに基づいて工具１００の先端の変位が収束する時刻であるターゲット時刻ｔｇを特定する。図５および図６は、事前データ取得処理におけるターゲット時刻ｔｇの決定方法を説明するためのグラフである。

【0047】

例えば、ＰＣ５５は、図５に示すように、前記破線グラフにおける前半部分を直線回帰し直線Ｌ１を特定する。同様に、ＰＣ５５は、前記破線グラフにおける後半部分を直線回帰し直線Ｌ２を特定する。更に、ＰＣ５５は、直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点Ｑにおける基準時刻ｔｆを取得する。ＰＣ５５には、事前に実行される複数の実験などから、前記交点Ｑから工具１００の変位が収束するまでの時間である収束時間Δｔａが記憶されている。したがって、ＰＣ５５は、基準時刻ｔｆに収束時間Δｔａを加えることで、ターゲット時刻ｔｇを算出することができる。

【0048】

また、ＰＣ５５は、図６に示すように、時刻ｔ２と時刻ｔ１との差であるΔｔｐの間における工具１００の先端の変位量ΔＰを演算し、当該ΔＰが予め設定された閾値よりも小さくなった時刻ｔ２をターゲット時刻ｔｇとしてもよい。なお、事前データ取得処理において工具１００の先端の変位が安定したことを示すターゲット時刻ｔｇの決定方法は、その他の方法に基づくものでも良い。たとえば、図４の破線グラフにおいて、工具先端位置Ｐが充分に飽和した飽和変位値を決定し、当該飽和変位値に対して所定の許容値を加算し、この加算された工具先端位置Ｐ（飽和変位値＋許容値）に対応する時刻を、ターゲット時刻ｔｇとしてもよい。また、飽和変位値となった時刻、すなわち、工具先端位置Ｐが飽和（収束）した時刻をターゲット時刻ｔｇとしてもよい。

【0049】

更に、図７は、事前データ取得処理における主軸温度Ｔの時間推移を示すグラフである。図７では、温度計５２によって測定される実温度を白丸で示し、その回帰曲線が破線で示されている。ＰＣ５５は、上記の図４における工具１００の先端位置の変位の時間推移と並行して、温度計５２によって測定される主軸温度Ｔの時間推移を記憶する。そして、ＰＣ５５は、図６と同様の手法に基づいて、主軸温度Ｔの温度上昇が収束した時刻を暖気運転終了推定時刻ｔｓとして、記憶する。

【0050】

事前データ取得処理では、上記のように取得された各種の情報がＰＣ５５の記憶部に記憶される。

【0051】

次に、ＮＣ装置５０およびＰＣ５５が実行する暖気運転処理について詳述する。暖気運転処理は、事前データ取得処理が実行された後、工具１００によるワークに対する加工が行われる際に当該加工に先立って主軸４０Ｓを所定の回転数で回転させることで工具１００の熱変位を安定化させる処理である。なお、暖気運転処理と、当該暖気運転処理において参照される事前データ取得処理とは、工具１００の種類、回転数などの条件において一致する。図８は、本実施形態に係る工作機械１の暖気運転処理のフローチャートである。なお、図３と同様に、図８において破線で囲まれる処理はＰＣ５５が実行するものであり、それ以外の処理はＮＣ装置５０が実行するものである。

【0052】

作業者がＮＣ装置５０を操作して暖気運転処理を開始するための指令を入力すると（ステップＳ１１）、駆動部５１が主軸４０Ｓを前記撮像領域Ｓに移動させるとともに、ワークを加工するために予め設定された回転数で主軸４０Ｓを回転させる（ステップＳ１２）。更に、ＮＣ装置５０は、暖気運転処理が開始されてから経過した時間ｓが、予め設定された閾値時間ｓｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、ｓ＜ｓｂの場合（ステップＳ０６でＹＥＳ）、ＮＣ装置５０からＰＣ５５に暖気運転処理の指令信号が入力され、暖気運転処理が実行される（ステップＳ１４）。暖気運転処理が実行されると、ＰＣ５５は、刻みカウントｎが１であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。すなわち、ＰＣ５５は、これから取得する工具１００の先端位置および主軸４０Ｓの温度の情報が、当該暖気運転処理における最初のデータに相当する（ｎ＝１）か否かを判定する。なお、刻みカウントｎは暖気運転処理における先端位置測定の繰り返し回数に相当する。

【0053】

ここでｎ＝１の場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ＰＣ５５は、初期推定残り時間Δｔｄを算出し、その時間をＰＣ５５のディスプレイに表示する。又、ＮＣ装置５０のディスプレイでも参照可能とする。図９は、暖気運転処理において初期推定残り時間Δｔｄを決定するためのグラフである。なお、図９の破線グラフは、図７の破線グラフに等しい。初期推定残り時間Δｔｄは、現時点で推定される、暖気運転の残り時間である。ＰＣ５５は、暖気運転処理の開始時に温度計５２によって測定される主軸４０Ｓの温度Ｔｉｎｉを図７の回帰曲線（破線）に当てはめることで（図９参照）、対応初期時刻ｔｃを決定する。この対応初期時刻ｔｃは、暖気運転処理における現在の時刻が、事前データ取得処理におけるいずれの時刻に相当するかを意味する。更に、ＰＣ５５は、決定された対応初期時刻ｔｃと、前述の暖気運転終了推定時刻ｔｓとの差から、初期推定残り時間Δｔｄを算出する。

【0054】

図１０は、暖気運転処理において工具先端位置の時間推移を表示するためのグラフである。なお、図１０の破線グラフは、図４の破線グラフに等しい。すなわち、図１０の時間軸は、事前データ取得処理における時間軸を示している。ＰＣ５５は、上記のように決定された対応初期時刻ｔｃを用いて、事前データ取得処理の工具先端位置Ｐの回帰曲線上に暖気運転処理の初期開始点をプロットする。

【0055】

暖気運転が開始された直後は、工具１００の先端位置の情報が存在しない一方、何らかの目安時間を作業者に報知することが望ましい。このため、本実施形態では、上記のように、ＰＣ５５が温度Ｔｉｎｉに基づいて暖気運転の残り時間を暫定的に報知する。なお、他の実施形態において、ＰＣ５５は、初期推定残り時間Δｔｄに、所定の係数を乗じたもの、あるいは、所定の定数を足し引きしたものを採用してもよい。

【0056】

ステップＳ１６において、初期推定残り時間Δｔｄが算出、表示されると、ＰＣ５５は、カメラ６１、照明装置６３などを制御して、工具１００の先端位置情報を取得する（ステップＳ１７）。この際、センサ情報として、温度計５２が検出する主軸４０Ｓの温度情報もＰＣ５５に入力される。取得されたこれらの情報は、ＰＣ５５内のメモリに保存される（ステップＳ１８）。なお、前述のステップＳ１５において、ｎ≠１の場合（ステップＳ１５でＮＯ）には、ステップＳ１６をスキップして、ステップＳ１７、Ｓ１８が実行される。

【0057】

図１１および図１２は、暖気運転処理における工具先端位置Ｐの時間推移を示すグラフである。なお、いずれのグラフにおいても、その時間軸は、事前データ取得処理における時刻に換算して示している。

【0058】

ステップＳ１８において各種の情報が保存されると、ＰＣ５５は、推定残り時間Δｔｒを算出する（ステップＳ１９）。この推定残り時間Δｔｒは、２≦ｎを条件として、ＰＣ５５が推定する暖気運転の残り時間である。本実施形態では、ＰＣ５５は、時刻ｓ（暖気運転処理における時刻）と、当該時刻ｓにおける工具１００の先端位置Ｐ（特定位置情報）との組み合わせである組情報を複数の組情報について取得する。図１１では、暖気運転処理において取得された５つの組情報が、事前データ取得処理における工具先端位置Ｐの時間推移グラフ上に太破線で示されている。このように、前記複数の組情報から取得される、暖気運転処理における工具１００の先端位置Ｐの時間推移は、本発明の比較情報を構成する。

【0059】

ＰＣ５５は、上記のように得られた比較情報を、事前データ取得処理における基準情報（図１１の破線曲線）の一部に矢印のようにマッチングさせる（トレースする）ことで、前記基準情報の時間軸ｔにおける前記組情報の対応時刻を決定する。前記マッチングとは、５つの組情報によって描かれる短いグラフの傾き、形状（プロファイル）が最も高い精度で重なる部分に当てはめることをいう。当該マッチングには、最小二乗法などの公知の手法を採用することができる。

【0060】

図１１に示すように、ＰＣ５５は、比較情報を基準情報の一部にマッチングさせると、複数の組情報の中で最も新しい時刻ｓを対応現在時刻ｔｅとして決定する。この結果、暖気運転処理における現在の時刻が、事前データ取得処理における何れの時刻に相当するかを特定することができる。このため、ＰＣ５５は、予め設定されているターゲット時刻ｔｇと対応現在時刻ｔｅとの差分から、推定残り時間Δｔｒを算出する（ステップＳ１９）。算出された残り時間Δｔｒは、ＰＣ５５のディスプレイに表示される。又、ＮＣ装置５０のディスプレイでも参照可能とする。なお、残り時間Δｔｒは、暖気運転処理の運転時間に関する、本発明の時間情報に相当する。

【0061】

次に、ＰＣ５５は、上記のΔｔｒが０以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。換言すれば、ＰＣ５５は、図１１の対応現在時刻ｔｅが、ターゲット時刻ｔｇに到達したか否かを判定する。ここで、Δｔｒ≦０の場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）、ＰＣ５５は暖気運転を終了し（ステップＳ２１）、当該暖気運転処理が終了したことを示す信号をＮＣ装置５０に入力する。ＮＣ装置５０は、駆動部５１を制御して主軸４０Ｓを前記撮像領域Ｓから退避させるとともに、主軸４０Ｓの回転を停止させる（ステップＳ２２）。

【0062】

一方、ステップＳ２０においてΔｔｒ＞０の場合（ステップＳ２０でＮＯ）、ＰＣ５５は、ｎを１だけカウントアップして（ステップＳ２３）、ＮＣ装置５０にｎの値を戻す。そして、ＮＣ装置５０およびＰＣ５５は、ステップＳ１３以降の処理を繰り返す。なお、ステップＳ１３においてｓｂ≦ｓの場合（ステップＳ１３でＮＯ）、ＮＣ装置５０は、タイムオーバーと判断し、ステップＳ２２に進み暖気運転処理を強制終了する。

【0063】

図１２を参照して、ｎの値がカウントアップされながら、暖気運転が継続されると、前述の組情報の数が増えていくため、ＰＣ５５が比較情報をより高い精度で基準情報にマッチングさせることができる。この結果、推定残り時間Δｔｒの精度もより高くなる。

【0064】

上記のような暖気運転処理が終了すると、ＰＣ５５のディスプレイまたはＮＣ装置５０の所定の表示部に表示された終了報知情報に基づいて、作業者がそのままＮＣ装置５０を操作してワークに対する加工処理を開始することができる。なお、暖気運転の終了に伴って、ＮＣ装置５０が自動で加工処理を開始してもよい。

【0065】

以上のように、本実施形態では、暖気運転処理における現在時刻が、事前データ取得処理におけるどの時刻に相当するかを判定し、前記事前データ取得処理において予め決定したターゲット時刻ｔｇを基準として、暖気運転処理の運転時間を推測することができる。より詳しくは、ＰＣ５５は、暖気運転処理中の工具１００の先端位置の変化の推移から、現在の工具１００の熱変位状態が事前に取得した基準情報のいずれの時刻に相当するかを判定し、その結果得られる対応現在時刻ｔｅ（対応時刻）とターゲット時刻ｔｇとに基づいて、暖気運転処理の運転時間に関する時間情報（推定残り時間Δｔｒ）を取得することができる。このため、暖気運転処理において最終的に収束する定常状態の温度が変化することがあっても、事前データ取得処理における基準情報と、暖気運転処理における現在までの比較情報とを用いて前記時間情報を精度良く取得することができる。

【0066】

また、本実施形態では、ＰＣ５５が、入力される指令信号に応じた所定の情報を表示することが可能な表示部（ディスプレイ）を更に備えている。そして、ＰＣ５５は、前記時間情報として、対応現在時刻ｔｅとターゲット時刻ｔｇとの差に基づいて暖気運転処理の推定残り時間Δｔｒを取得し、当該推定残り時間Δｔｒに関する指令信号を前記表示部に入力する。このような本構成によれば、対応現在時刻ｔｅとターゲット時刻ｔｇとの差に基づいて暖気運転処理の推定残り時間Δｔｒを取得し、表示部に表示させることができる。

【0067】

また、本実施形態では、ＰＣ５５は、暖気運転処理中に、前記組情報を累積することで前記比較情報を更新し、当該更新した比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで対応現在時刻ｔｅを更新する。そして、ＰＣ５５は、当該更新した対応現在時刻ｔｅとターゲット時刻ｔｇとに基づいて推定残り時間Δｔｒを更新する。このような構成によれば、暖気運転が進むにつれて、比較情報を構成する組情報の数が増すため、推定残り時間Δｔｒをより精度良く取得することができる。

【0068】

なお、ＰＣ５５は、暖気運転処理が終了すると、当該暖気運転処理において取得した比較情報に基づいて、前記基準情報を更新することが望ましい。このような構成によれば、暖気運転処理が繰り返される度に、基準情報のばらつき誤差を抑えることが可能になるため、推定残り時間Δｔｒを更に精度良く取得することができる。

【0069】

なお、ＰＣ５５は、暖気運転処理が終了すると、当該暖気運転処理において取得した比較情報に基づく機械学習（再学習）によって、前記基準情報を更新してもよい。このような構成によれば、機械学習を用いて、基準情報を高い精度で更新することができる。当該機械学習には、公知の教師あり学習、教師なし学習、強化学習などを用いても良い。

【0070】

また、ＰＣ５５は、暖気運転処理が終了する度に、当該暖気運転処理において取得した比較情報を履歴としてそれぞれ個別に記憶してもよい。このような構成によれば、ＰＣ５５に記憶された過去の比較情報の推移、変化に基づいて、作業者が工作機械１の経年劣化を把握し、保守メンテナンス情報として利用することができる。たとえば、比較情報が時系列に大きくずれていく傾向がある場合、作業者はカメラ６１や温度計５２に何らかの不具合が生じていると判断することができる。また、作業者は、主軸４０Ｓの軸受部に異常が発生している可能性を見出すこともできる。

【0071】

なお、本発明は、ワークに加工を施すことが可能な工具１００を着脱可能に支持する主軸４０Ｓと、当該主軸４０Ｓを所定の回転数で回転させることが可能な駆動部５１とを有する工作機械１の制御装置１Ｓが実行可能な工作機械１の制御プログラムを含む。

【0072】

当該制御プログラムは、工具１００の先端位置（特定位置）の位置情報である特定位置情報を取得する処理（位置情報取得処理）と、事前データ取得処理と、暖気運転処理と、を前記制御装置に実行させる指示を備えている。

【0073】

前記事前データ取得処理は、主軸４０Ｓを所定の回転数で回転させ、工具１００の先端の基準情報を取得するとともに、前記基準情報に基づいて前記先端位置の変位が収束する時刻であるターゲット時刻ｔｇを特定する処理である。

【0074】

前記暖気運転処理は、前記事前データ取得処理が実行された後、工具１００による前記ワークに対する加工が行われる際に、当該加工に先立って主軸４０Ｓを前記回転数で回転させることで工具１００の熱変位を安定化させる処理である。

【0075】

また、前記暖気運転処理は、所定の時刻と当該時刻における工具１００の先端の位置情報との組み合わせである組情報を複数の前記組情報についてそれぞれ取得するとともに、当該複数の組情報から前記暖気運転処理における前記先端の位置情報の時間推移である比較情報を取得し、当該比較情報を前記基準情報の一部にマッチングさせることで前記基準情報の時間軸における前記組情報の対応現在時刻ｔｅを決定し、当該対応現在時刻ｔｅとターゲット時刻ｔｇとに基づいて前記暖気運転処理の運転時間に関する情報である時間情報を取得することを含む。なお、前述の制御装置１Ｓにおいて実行されるその他の処理も、上記の制御プログラムに含まれる。

【0076】

以上、本発明に係る工作機械１の制御装置１Ｓ、工作機械１の制御プログラム、工作機械１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、下記のような変形例が可能である。

【0077】

（１）上記の実施形態では、工作機械１が門型の工作機械である場合に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造からなる工作機械でもよい。

【0078】

（２）また、上記の実施形態では、工作機械１における事前データ取得処理、暖気運転処理が、ＮＣ装置５０およびＰＣ５５によって実行される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記の各処理は、ＮＣ装置５０のみ又はＰＣ５５のみによって実行されるものでもよいし、その他の制御部によって実行されるものでもよい。

【0079】

（３）また、上記の実施形態では、カメラ６１およびテレセントリックレンズ６２の組み合わせによって工具１００の先端を撮像する態様にて説明したが、本発明の位置情報取得部は、その他の構成からなるものでもよい。

【符号の説明】

【0080】

１ 工作機械
１０ ベッド
１００ 工具（アタッチメント）
１１ 受台
１Ｓ 制御装置
４０Ｓ 主軸
５０ ＮＣ装置
５１ 駆動部
５２ 温度計
５５ ＰＣ
５６ 照明用電源
６１ カメラ
６２ テレセントリックレンズ
６３ 照明装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】