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(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】P2024034256
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】数値制御装置、同定方法、及び同定プログラム
(51)【国際特許分類】
B23Q 3/157 20060101AFI20240306BHJP
G05B 19/19 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
B23Q3/157 F
G05B19/19 Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022138379
(22)【出願日】2022-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005267
【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104178
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 尚
(72)【発明者】
【氏名】小林 太樹
【テーマコード（参考）】
3C002
3C269
【Ｆターム（参考）】
3C002AA03
3C002BB03
3C002GG03
3C002HH02
3C002HH03
3C002KK01
3C002LL01
3C269AB01
3C269BB03
3C269BB05
3C269CC02
3C269EF03
3C269EF15
3C269GG01
3C269GG08
3C269MN27
3C269PP02
(57)【要約】
【課題】従来よりも簡単に工作機械における偏荷重の影響を正確に検出できる数値制御装置、同定方法、及び同定プログラムを提供する。
【解決手段】工作機械において、高速且つ高精度な制御を行う為の制御パラメータの決定には、工作機械に関連する慣性モーメント等の物理パラメータが必要である。工作機械において、工具マガジンにおける工具の装着の状態により、偏荷重が最小になる基準角度が０ｄｅｇ以外になる場合がある。数値制御装置は、基準角度に基づく偏荷重を用いたモデルに最小二乗法を用いることで、基準角度、慣性モーメント等のパラメータを同定する。
【選択図】図１０
【解決手段】工作機械において、高速且つ高精度な制御を行う為の制御パラメータの決定には、工作機械に関連する慣性モーメント等の物理パラメータが必要である。工作機械において、工具マガジンにおける工具の装着の状態により、偏荷重が最小になる基準角度が０ｄｅｇ以外になる場合がある。数値制御装置は、基準角度に基づく偏荷重を用いたモデルに最小二乗法を用いることで、基準角度、慣性モーメント等のパラメータを同定する。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具を収納し、鉛直方向と交差する方向の回転軸を有する工具マガジンを回転させる為のモータを備えた工作機械に対し、前記モータの駆動条件を示す指令を出力する数値制御装置であって、
所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得部と、
前記取得部により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルのパラメータを同定する同定部とを備え、
前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、
前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする数値制御装置。
所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得部と、
前記取得部により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルのパラメータを同定する同定部とを備え、
前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、
前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする数値制御装置。
【請求項2】
前記同定部が同定した前記パラメータ及び前記モータが出力するトルクに基づき、前記モータの加速度を算出する加速度算出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項3】
前記加速度算出部が算出した前記加速度に基づき、前記モータにおける加減速の時定数を算出する時定数算出部を備えることを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項4】
前記時定数算出部は、前記工具マガジンにおいて前記工具を収納した状態の基準となる基準状態における、前記モータの基準時定数、前記工具マガジンの基準慣性モーメント、及び前記工具マガジンの基準偏荷重に基づき、前記モータにおける前記時定数を算出することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
【請求項5】
前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、
前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、経過時間の計時を開始する計時部と、
前記計時部が計時する前記経過時間が所定時間を経過したか判定する時間判定部と、
前記経過時間が前記所定時間を経過したと前記時間判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構の駆動を開始する着脱駆動部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、経過時間の計時を開始する計時部と、
前記計時部が計時する前記経過時間が所定時間を経過したか判定する時間判定部と、
前記経過時間が前記所定時間を経過したと前記時間判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構の駆動を開始する着脱駆動部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項6】
前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、
前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構を駆動する着脱モータの最高回転速度を、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上でないと前記閾値判定部が判定した時の前記最高回転速度よりも低速に決定する速度決定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構を駆動する着脱モータの最高回転速度を、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上でないと前記閾値判定部が判定した時の前記最高回転速度よりも低速に決定する速度決定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項7】
前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、
前記偏荷重の大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構を駆動する着脱モータにおける加減速の時定数を、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上でないと前記閾値判定部が判定した時の前記時定数よりも大きくする時定数決定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記偏荷重の大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構を駆動する着脱モータにおける加減速の時定数を、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上でないと前記閾値判定部が判定した時の前記時定数よりも大きくする時定数決定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項8】
前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、
前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、エラーを報知する報知部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、エラーを報知する報知部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項9】
前記取得部が取得した前記入力条件が、前記工作機械の主軸が装着する前記工具と、前記工具マガジンが収納する前記工具とを交換する工具交換指令であるか判定する指令判定部を備え、
前記同定部は、前記取得部が取得した前記入力条件が前記工具交換指令であると前記指令判定部が判定した時、前記パラメータを同定すること
を特徴とする請求項１～８の何れかに記載の数値制御装置。
前記同定部は、前記取得部が取得した前記入力条件が前記工具交換指令であると前記指令判定部が判定した時、前記パラメータを同定すること
を特徴とする請求項１～８の何れかに記載の数値制御装置。
【請求項10】
前記駆動結果に含まれるノイズを除去するフィルタを備えることを特徴とする請求項９に記載の数値制御装置。
【請求項11】
前記駆動結果を取得する駆動結果取得部と、
前記駆動結果取得部が取得した前記駆動結果を前記同定部による前記パラメータの同定に用いるかを判定する駆動結果判定部と
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の数値制御装置。
前記駆動結果取得部が取得した前記駆動結果を前記同定部による前記パラメータの同定に用いるかを判定する駆動結果判定部と
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の数値制御装置。
【請求項12】
工具を収納し、鉛直方向と交差する方向の回転軸を有する工具マガジンを回転させる為のモータを備えた工作機械における、前記モータの駆動条件を示す指令を決定するためのパラメータを同定する同定方法であって、
所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得工程と、
前記取得工程により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルの前記パラメータを同定する同定工程とを備え、
前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、
前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする同定方法。
所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得工程と、
前記取得工程により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルの前記パラメータを同定する同定工程とを備え、
前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、
前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする同定方法。
【請求項13】
工具を収納し、鉛直方向と交差する方向の回転軸を有する工具マガジンを回転させる為のモータを備えた工作機械における、前記モータの駆動条件を示す指令を決定するためのパラメータを同定する同定プログラムであって、
所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得処理と、
前記取得処理により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルの前記パラメータを同定する同定処理とを備え、
前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、
前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする同定プログラム。
所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得処理と、
前記取得処理により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルの前記パラメータを同定する同定処理とを備え、
前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、
前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする同定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、数値制御装置、同定方法、及び同定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
工具を収納する工具マガジンにおいて、収納された工具の形状及び分布から工具マガジンにアンバランストルク（偏荷重）が生じる。特許文献１は、アンバランストルクを推定し、最適な制御を決定する制御方法を開示する。該制御方法では、工作機械のＮＣ装置が停止状態の工具マガジンのモータの電流値を取得し、アンバランストルクに対抗して工具マガジンを停止状態で保持する為のトルク（停止時負荷トルク）を算出する。ＮＣ装置は工具マガジンを９０度回転する。ＮＣ装置は工具マガジンが回転後に停止した位置でのモータの電流値を取得し、該回転位置での停止時負荷トルクを算出する。ＮＣ装置は算出した二つの停止時負荷トルクに基づき、モータの制御条件を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１６／１３５９５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
該制御方法は制御条件を決定するための上記の動作モードを実行する必要がある。該制御方法では、工具マガジンにおける工具の収納の状態が変化する度、上記の動作モードを実行する必要があり、煩雑である。
【0005】
本発明の目的は、従来よりも簡単に工作機械における偏荷重の影響を正確に検出できる数値制御装置、同定方法、及び同定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１の数値制御装置は、工具を収納し、鉛直方向と交差する方向の回転軸を有する工具マガジンを回転させる為のモータを備えた工作機械に対し、前記モータの駆動条件を示す指令を出力する数値制御装置であって、所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得部と、前記取得部により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルのパラメータを同定する同定部とを備え、前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする。
【0007】
数値制御装置において、基準角度に基づく偏荷重を用いた伝達モデルにより、工具交換中にパラメータを同定できる。これにより、数値制御装置は偏荷重の影響を制御する為の専用の動作モードを実行することなく、従来よりも簡単に、工作機械における偏荷重の影響を正確に検出できる。
【0008】
請求項２の数値制御装置は、前記同定部が同定した前記パラメータ及び前記モータが出力するトルクに基づき、前記モータの加速度を算出する加速度算出部を備えてもよい。数値制御装置は同定部が同定したパラメータに基づきモータの加速度を算出することで、工具マガジンにおける工具を収納の状態に応じて適切な加速度で工具マガジンを回転できる。
【0009】
請求項３の数値制御装置は、前記加速度算出部が算出した前記加速度に基づき、前記モータにおける加減速の時定数を算出する時定数算出部を備えてもよい。数値制御装置は加速度算出部が算出したモータの加速度に基づきモータの加減速の時定数を算出することで、工具マガジンにおける工具を収納の状態に応じて適切な加減速で工具マガジンを回転できる。
【0010】
請求項４の数値制御装置において、前記時定数算出部は、前記工具マガジンにおいて前記工具を収納した状態の基準となる基準状態における、前記モータの基準時定数、前記工具マガジンの基準慣性モーメント、及び前記工具マガジンの基準偏荷重に基づき、前記モータにおける前記時定数を算出してもよい。数値制御装置は基準状態のパラメータと同定したパラメータとに基づき時定数を算出することで、工具マガジンにおける工具を収納の状態に応じてより適切な時定数で工具マガジンを回転できる。
【0011】
請求項５の数値制御装置において、前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、経過時間の計時を開始する計時部と、前記計時部が計時する前記経過時間が所定時間を経過したか判定する時間判定部と、前記経過時間が前記所定時間を経過したと前記時間判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構の駆動を開始する着脱駆動部とを備えてもよい。偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時、工具マガジンの回転の終了後に工具マガジンの回転位置が安定しないことがある。数値制御装置は偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時に所定時間を空けてから着脱機構の駆動を開始する。故に数値制御装置は工具マガジンの回転位置が安定した後に主軸に対する工具の着脱を実行できる。
【0012】
請求項６の数値制御装置において、前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構を駆動する着脱モータの最高回転速度を、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上でないと前記閾値判定部が判定した時の前記最高回転速度よりも低速に決定する速度決定部を備えてもよい。偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時、工具マガジンの回転の終了後に工具マガジンの回転位置が安定しないことがある。数値制御装置は偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時に着脱モータの最高回転速度を減速する。故に数値制御装置は工具マガジンの回転位置が安定した後に主軸に対する工具の着脱を実行できる。
【0013】
請求項７の数値制御装置において、前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、前記偏荷重の大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、前記工作機械の主軸に対する前記工具の着脱を行う為の着脱機構を駆動する着脱モータにおける加減速の時定数を、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上でないと前記閾値判定部が判定した時の前記時定数よりも大きくする時定数決定部を備えてもよい。偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時、工具マガジンの回転の終了後に工具マガジンの回転位置が安定しないことがある。数値制御装置は偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時に着脱モータにおける加減速の時定数を大きくする。故に数値制御装置は工具マガジンの回転位置が安定した後に主軸に対する工具の着脱を実行できる。
【0014】
請求項８の数値制御装置において、前記同定部が同定した前記パラメータは前記偏荷重又は前記工具マガジンの慣性モーメントを更に含み、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが所定の閾値以上であるかを判定する閾値判定部と、前記偏荷重又は前記慣性モーメントの大きさが前記閾値以上であると前記閾値判定部が判定した時、エラーを報知する報知部を備えてもよい。数値制御装置は、偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時に報知部によりエラーを報知する。これにより、使用者は偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きいことを把握できる。
【0015】
請求項９の数値制御装置は、前記取得部が取得した前記入力条件が、前記工作機械の主軸が装着する前記工具と、前記工具マガジンが収納する前記工具とを交換する工具交換指令であるか判定する指令判定部を備え、前記同定部は、前記取得部が取得した前記入力条件が前記工具交換指令であると前記指令判定部が判定した時、前記パラメータを同定してもよい。数値制御装置は工具交換指令に基づき工具マガジンによる工具交換を行う際にパラメータを同定する。故に数値制御装置は被削材の加工前に専用のモードを実行することなく、パラメータを同定できる。
【0016】
請求項１０の数値制御装置は、前記駆動結果に含まれるノイズを除去するフィルタを備えてもよい。数値制御装置は駆動結果に含まれるノイズをフィルタにより除去するので、パラメータを精度良く同定できる。
【0017】
請求項１１の数値制御装置は、前記駆動結果を取得する駆動結果取得部と、前記駆動結果取得部が取得した前記駆動結果を前記同定部による前記パラメータの同定に用いるかを判定する駆動結果判定部とを備えてもよい。数値制御装置はマガジンが駆動した駆動結果をパラメータの同定に用いるか判定することで、パラメータの同定精度が悪化する駆動結果を除去できる。故に数値制御装置はパラメータを精度良く同定できる。
【0018】
請求項１２の同定方法は、工具を収納し、鉛直方向と交差する方向の回転軸を有する工具マガジンを回転させる為のモータを備えた工作機械における、前記モータの駆動条件を示す指令を決定するためのパラメータを同定する同定方法であって、所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得工程と、前記取得工程により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルの前記パラメータを同定する同定工程とを備え、前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする。同定方法は、請求項１の数値制御装置と同様の効果を奏する。
【0019】
請求項１３の同定プログラムは、工具を収納し、鉛直方向と交差する方向の回転軸を有する工具マガジンを回転させる為のモータを備えた工作機械における、前記モータの駆動条件を示す指令を決定するためのパラメータを同定する同定プログラムであって、所定の前記駆動条件である入力条件を取得する取得処理と、前記取得処理により取得した前記入力条件に応じて前記工具マガジンを駆動した駆動結果と、前記工作機械の伝達モデルとに基づいて、前記伝達モデルの前記パラメータを同定する同定処理とを備え、前記伝達モデルは、回転する前記工具マガジンの角度のうち偏荷重が零になる基準角度に基づく前記偏荷重を含み、前記パラメータは、前記基準角度を含むことを特徴とする。同定プログラムは、請求項１の数値制御装置と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】工作機械１の正面図。
【図2】主軸ヘッド７周囲を右側面から見た一部破断図。
【図3】マガジン本体２２の角度θが０ｄｅｇである時の工具マガジン２１を示す図。
【図4】マガジン本体２２の角度θが基準角度θａである時の工具マガジン２１を示す図。
【図5】数値制御装置４０と工作機械１の電気的構成を示すブロック図。
【図6】駆動回路５４の制御系を示す図。
【図7】数値制御装置４０の機能を示す機能ブロック図。
【図8】二段の移動平均フィルタＦＩＲ１、ＦＩＲ２を適用した時の角速度曲線と角加速度曲線の図。
【図9】主処理の流れ図。
【図11】同定処理の流れ図。
【図12】主処理の評価結果を示すグラフ。
【図13】重量同定処理の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の第一実施形態を、図面を参照し説明する。以下説明は、図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は夫々、工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。右方向、前方向、上方向は夫々、正方向であり、左方向、後方向、下方向は夫々、負方向である。図１に示す工作機械１は、工具３（図２参照）により被削材（図示略）に切削加工を施す機械である。数値制御装置４０（図５参照）は工作機械１の動作を制御する。
【0022】
図１、図２を参照し、工作機械１の構造を説明する。工作機械１は基台２、コラム５、制御箱６、テーブル装置１０、主軸ヘッド７、主軸９、工具交換装置２０を備える。基台２は略直方体状の金属製土台である。コラム５は基台２上部後方に固定する。制御箱６はコラム５の背面側に固定する。制御箱６は数値制御装置４０を収納する。
【0023】
テーブル装置１０はＹ軸移動機構（図示略）、Ｙ軸テーブル１２、テーブル１３、Ｘ軸移動機構を備える。Ｙ軸移動機構は基台２上部に設け、Ｙ軸モータ６２（図５参照）を備える。Ｙ軸移動機構はＹ軸モータ６２の駆動に応じてＹ軸テーブル１２をＹ軸方向に移動する。Ｘ軸移動機構はＹ軸テーブル１２上部に設け、Ｘ軸モータ６１（図５参照）を備える。Ｘ軸移動機構はＸ軸モータ６１の駆動に応じてテーブル１３をＸ軸方向に移動する。故にテーブル１３はＸ軸移動機構とＹ軸移動機構により、基台２上をＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。
【0024】
図２を参照し、主軸ヘッド７、主軸９の構造を説明する。主軸ヘッド７はコラム５前面に設けたＺ軸移動機構でＺ軸方向に昇降する。Ｚ軸移動機構はＺ軸モータ６３（図５参照）を備える。Ｚ軸移動機構はＺ軸モータ６３の駆動に応じて主軸ヘッド７をＺ軸方向に移動する。主軸ヘッド７は前方上部に主軸モータ６５を備える。主軸ヘッド７は前方下部の内側に主軸９を回転可能に支持する。
【0025】
主軸９は上下方向に回転軸を有する。主軸９は主軸モータ６５の下方に延びる駆動軸に連結する。故に主軸９は主軸モータ６５の駆動で回転する。主軸９は軸穴９１、装着穴９２、挟持部９３、ドローバー９４を備える。軸穴９１は主軸９の中心を通る。装着穴９２は主軸９の下端部に設け、軸穴９１と連通する。挟持部９３は装着穴９２上方に設ける。ドローバー９４は軸穴９１内側に同軸上に設ける。
【0026】
工具３はホルダ１７及び刃具４を有する。ホルダ１７は一端側に刃具４を保持し、他端側に装着部１７Ａとプルスタッド１７Ｂを備える。装着部１７Ａは円錐状である。プルスタッド１７Ｂは装着部１７Ａの頂上部から軸方向に突出する。装着部１７Ａは装着穴９２に装着する。装着穴９２に装着部１７Ａを装着すると、挟持部９３はプルスタッド１７Ｂを挟持する。ドローバー９４が挟持部９３を下方に押圧すると、挟持部９３はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。
【0027】
主軸ヘッド７は後方上部の内側にクランクレバー３０、引張コイルバネ（図示略）を備える。クランクレバー３０は左側面視略Ｌ字型であり支軸３１を中心に揺動自在である。支軸３１は左右方向に延び、主軸ヘッド７内に固定する。クランクレバー３０前端はドローバー９４に直交して突出したピン９５に上方から係合する。クランクレバー３０後端は板カム３２を備える。板カム３２背面はカム面を備える。板カム３２のカム面はコラム５の軸受部３３に固定したカムフォロア３４と接離可能である。カムフォロア３４は板カム３２のカム面を摺動する。引張コイルバネはクランクレバー３０を右側面視で時計回りに常時付勢する。故にクランクレバー３０はピン９５の下方向への押圧を常時解除する。
【0028】
図１、図２を参照し、工具交換装置２０の構造を説明する。工具交換装置２０は工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１はタレット式である。工具マガジン２１はマガジン本体２２、支軸２３、複数のグリップアーム８、支持台２４、減速機２５、マガジンモータ６４を備える。
【0029】
マガジン本体２２は円盤状である。支軸２３は工作機械１の前方に対して斜め下方に延びる。支軸２３の軸線は後述するマガジン本体２２の中心Ｑを通る。支軸２３はマガジン本体２２を回転可能に支持する。マガジン本体２２は工作機械１の前方に対して正面を向けて設ける。
【0030】
各グリップアーム８はマガジン本体２２の外周に所定間隔毎に設ける。本実施形態では、２８本のグリップアーム８（８０１～８２８、図３参照）がマガジン本体２２に設けられる。複数のグリップアーム８はマガジン本体２２の前後方向に揺動可能に設ける。グリップアーム８は先端に把持部８１を備える。把持部８１はホルダ１７を着脱可能に把持する。
【0031】
支持台２４はフレーム（図示略）に固定する。フレームはコラム５に固定し且つ主軸ヘッド７近傍に設ける。支持台２４は支軸２３を回転可能に支持する。減速機２５は支持台２４上部に固定する。減速機２５は複数のギヤとカム（図示略）を有する。マガジンモータ６４は減速機２５上部に固定する。マガジンモータ６４の回転軸は減速機２５と連結する。
【0032】
図２を参照し、主軸９の装着穴９２に対するホルダ１７の脱着動作を説明する。装着穴９２にホルダ１７の装着部１７Ａを装着した状態で、主軸ヘッド７はＺ軸モータ６３の回転によりテーブル１３上のワーク加工位置から上昇する。主軸ヘッド７が上昇すると、カムフォロア３４はクランクレバー３０の板カム３２を摺動する。故にクランクレバー３０は右側面視で支軸３１を中心に反時計回りに回転し、クランクレバー３０前端はピン９５に上方から係合してドローバー９４を下方に押圧する。ドローバー９４は挟持部９３を下方に付勢し、挟持部９３はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。同時にグリップアーム８の把持部８１は工具３のホルダ１７を把持する。
【0033】
主軸ヘッド７はＡＴＣ原点まで更に上昇する。工具３は主軸９の装着穴９２から脱離する。主軸９から脱離した工具３を、第一工具と称す。工具交換装置２０の複数のグリップアーム８のうち、工具交換位置にある一のグリップアーム８（以下、第一グリップアームと称す。）は、主軸９から脱離した第一工具を把持する。工具交換位置はマガジン本体２２の最下方位置で且つ主軸９に近接して対向する位置である。
【0034】
主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達すると、数値制御装置４０の制御指令に基づき、工具交換装置２０はマガジンモータ６４の回転により、マガジン本体２２を回転する。工具交換装置２０はＮＣプログラムの制御コマンドが指定する刃具４を含む工具３（以下、第二工具と称す。）を工具交換位置に割り出す。該時、マガジン本体２２は第一工具が工具交換位置にある状態から、新たに主軸９に装着する第二工具が工具交換位置にある状態まで回転する。又、工具マガジン２１は第一工具を第一グリップアームにより把持し、且つ第二工具を他のグリップアーム８（以下、第二グリップアームと称す。）に把持した状態で回転する。工具交換位置に割り出した第二工具はＡＴＣ原点に移動した主軸ヘッド７の下方に位置する。
【0035】
次いで、主軸ヘッド７はＺ軸モータ６３の回転によりＡＴＣ原点から下降する。第二工具のホルダ１７の装着部１７Ａが主軸９の装着穴９２に進入する。装着穴９２に装着部１７Ａが挿入した状態で、主軸ヘッド７は更に下降する。カムフォロア３４はクランクレバー３０の板カム３２を摺動する。故にクランクレバー３０は右側面視で支軸３１を中心に時計回りに回転し、クランクレバー３０はピン９５から離れてドローバー９４の下方への押圧を解除する。ドローバー９４は挟持部９３の下方への付勢を解除し、挟持部９３はプルスタッド１７Ｂを挟持する。故に第二グリップアームの把持部８１は第二工具のホルダ１７の把持を解除する。工具交換装置２０の第二グリップアームから第二工具が脱離する。主軸９の装着穴９２に対してホルダ１７の装着部１７Ａの装着が完了し、主軸９に対する第二工具の装着が完了する。
【0036】
図３、図４を参照し、工具マガジン２１における工具３の装着状態について説明する。工具マガジン２１において、複数のグリップアーム８（グリップアーム８０１～８２８）のうち一部のグリップアーム８は工具３を装着する。図３に示す工具マガジン２１では、１２本のグリップアーム８０１～８１１、８２８が工具３を装着する。以下、グリップアーム８０１～８１１、８２８が装着する工具３を、工具３０１～３１１、３２８という。工具３０１～３１１、３２８の重量Ｇ１～Ｇ２８は同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。本実施形態では、重量Ｇ１～Ｇ２８が同じであるものとして説明する。尚、グリップアーム８１２～８２７は工具３を装着していない。
【0037】
工具マガジン２１が図３に示す状態である時、グリップアーム８に装着した工具３の多くがマガジン本体２２の左側に位置するので、マガジン本体２２には、マガジン本体２２の中心Ｑを回転中心として回転しようとする偏荷重（回転モーメント）が工具３０１～３１１、３２８の全体により作用する。以下、工具３０１～３１１、３２８の全体による偏荷重を総偏荷重という。総偏荷重はマガジンモータ６４を特定の方向（図３の場合反時計回り）に回転させようとする。
【0038】
総偏荷重は工具３を装着したグリップアーム８の位置、グリップアーム８が装着する工具３の重量、マガジン本体２２の角度θに基づき変動する。マガジン本体２２の角度θはグリップアーム８０１が工具交換位置にある時に０ｄｅｇである（図３参照）。この状態で、マガジン本体２２が中心Ｑを回転中心として時計回りに回転すると、角度θはプラスになる。マガジン本体２２が中心Ｑを回転中心として反時計回りに回転すると、角度θはマイナスになる。
【0039】
工具マガジン２１が図４に示す状態（角度θ＝－５８ｄｅｇ）である時、中心Ｑを支点としてマガジン本体２２に作用する工具３０１～３１１、３２８による偏荷重が釣り合う。該時、総偏荷重の大きさが零になる。以下、総偏荷重の大きさが零になるマガジン本体２２の角度θを基準角度θａという。
【0040】
工具３を装着するマガジン本体２２の状態（以下、工具マガジン２１における工具の装着状態）は、工具３の段取り替え時に変化する。工具３の段取り替えは、工作機械１による被削材の加工前に、使用者又はロボットが工具マガジン２１に収納された工具３と工具マガジン２１に収納されていない工具３とを入れ替える作業である。
【0041】
図５を参照し、数値制御装置４０と工作機械１の電気的構成を説明する。数値制御装置４０はＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、記憶部４４、入出力部４５、駆動回路５１～５５を備える。工作機械１はＸ軸モータ６１、Ｙ軸モータ６２、Ｚ軸モータ６３、マガジンモータ６４、主軸モータ６５、エンコーダ７１～７５を備える。以下、駆動回路５１～５５を区別しない時、駆動回路５０と総称する。Ｘ軸モータ６１、Ｙ軸モータ６２、Ｚ軸モータ６３、マガジンモータ６４、主軸モータ６５を区別しない時、モータ６０と総称する。エンコーダ７１～７５を区別しない時、エンコーダ７０と総称する。
【0042】
ＣＰＵ４１は工作機械１の動作を制御する。ＲＯＭ４２は後述する主処理（図９参照）を実行する為の制御プログラム等を記憶する。ＲＡＭ４３は各種処理実行中に発生する各種データを記憶する。記憶部４４はＮＣプログラム、後述する所定角度θＴＬ、所定値θＬ（上付き一つドット）、ＦθＬ、ＪＬ、基準慣性モーメントＪｂ、基準偏荷重係数Ｆθｂ、基準時定数Ｔ１ｂ等を記憶する。入出力部４５は駆動回路５０、エンコーダ７０、操作部１８、表示部１９と電気的に接続し、駆動回路５０、エンコーダ７０、操作部１８、表示部１９との間で各種信号の入出力を行う。
【0043】
操作部１８、表示部１９は操作盤１５に設ける。操作盤１５は工作機械１を覆うカバー（図示略）の外壁に設ける。操作部１８は各種情報、操作指示等の入力を受け付け、入出力部４５を介してＣＰＵ４１に出力する。表示部１９はＣＰＵ４１からの指令に基づき各種画面、異常情報等を表示する。
【0044】
駆動回路５０は、ＣＰＵ４１が出力する指令に基づき、モータ６０にパルス信号を出力する。エンコーダ７０は、対応するモータ６０の出力軸の角度を検出し、該検出信号を駆動回路５０及び入出力部４５に出力する。モータ６０は何れもサーボモータである。エンコーダ７０は一般的な絶対値エンコーダである。
【0045】
図６を参照し、駆動回路５４の制御系を説明する。数値制御装置４０のＣＰＵ４１はＮＣプログラムの工具交換指令に基づき所定周期毎の目標角度の時系列データ（後述）を生成し、各データに応じた角度指令を駆動回路５４に出力する。角度指令はデータが示す目標角度にマガジン本体２２を回転する時のマガジンモータ６４の出力軸の回転角を示す。
【0046】
エンコーダ７４はマガジンモータ６４の出力軸の現在の回転角情報を戻り値として駆動回路５４に出力する。駆動回路５４は該戻り値と該角度指令に基づき、マガジンモータ６４に出力する駆動電流を制御する。具体的に駆動回路５４は加算器５４Ａで戻り値と角度指令との角度偏差を算出し、該角度偏差に角度比例ゲインを乗じて角速度指令を算出する。加算器５４Ｂは算出した角速度指令と角速度戻り値との角速度偏差を算出する。角速度戻り値は実際の角速度であり、戻り値を微分器５４Ｃで微分した値である。加算器５４Ｄは算出した角速度偏差に角速度比例ゲインを乗じた電流指令と、角速度偏差を積分器５４Ｅで積分してその積分結果に角速度積分ゲインを乗じた電流指令を加算し、トルク指令を生成する。駆動回路５４はトルク指令を示すパルス信号によりマガジンモータ６４を回転する。
【0047】
図７を参照し、工具交換指令を説明する。数値制御装置４０のＣＰＵ４１は、記憶部４４からＮＣプログラムを取得し、ＮＣプログラムの先頭行から１ブロック解釈する（Ｐ１）。ＣＰＵ４１は解釈したブロックの制御指令が工具交換指令である時、主軸９が装着する工具３を第一工具から第二工具に交換する為、目標角度の時系列データを決定する（Ｐ２）。第一工具の工具交換位置はマガジン本体２２の角度θ＝θＳであり、第二工具の工具交換位置はマガジン本体２２の角度θ＝θＥである時、ＣＰＵ４１はマガジン本体２２を旋回角度θＴだけ回転する。尚、θＴ＝θＥ－θＳである。ＣＰＵ４１は所定周期で目標角度のデータを駆動回路５４に出力する。該データは、目標角度まで第二工具を移動する為のマガジンモータ６４の駆動条件を示す。
【0048】
駆動回路５４はＣＰＵ４１が出力した目標角度のデータに基づき、マガジンモータ６４を回転する。マガジン本体２２はマガジンモータ６４の回転により目標角度まで中心Ｑを回転中心として回転する。ＣＰＵ４１が駆動回路５４に目標角度のデータを入力する都度、駆動回路５４はマガジンモータ６４を回転する。
【0049】
図８を参照し、ＣＰＵ４１による目標角度の時系列データの決定方法について説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ４１は第二工具の工具交換位置まで回転する時の角速度が一定に推移する（図８（Ｂ））ように、各目標角度を決定する（図８（Ａ））。次にＣＰＵ４１は図８（Ｂ）に示す角速度の時系列変化を示す波形（以下、「角速度波形」と称す。）に移動平均フィルタ（以下、「ＦＩＲフィルタ」と称す。）を少なくとも二回適用し、角速度変化を滑らかにする（図８（Ｃ）、（Ｄ））。一回目に適用するＦＩＲフィルタを「第一ＦＩＲフィルタ」と称し、図８において「ＦＩＲ１」と表す。第一ＦＩＲフィルタを適用した時の角速度の時定数を、「Ｔ１」と称す。二回目に適用するＦＩＲフィルタを「第二ＦＩＲフィルタ」と称し、図８において「ＦＩＲ２」と表す。第二ＦＩＲフィルタを適用した時の角速度の時定数を、「Ｔ２」と称す。
【0050】
図８（Ｂ）に示す角速度波形に第一ＦＩＲフィルタを適用した時、図８（Ｃ）に示すように、角速度波形のうち角速度が０からＶｍａｘまで変化する部分（立ち上がり部分）、及び、角速度がＶｍａｘから０まで変化する部分（立ち下がり部分）の傾き（角加速度）は一定となる。速度波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分の時間（以下、夫々を「立ち上がり時間」「立ち下がり時間」と称す。）は、何れもｔ１となる。ｔ１は角速度波形に第一ＦＩＲフィルタを適用した時の時定数Ｔ１に対応する。
【0051】
第一ＦＩＲフィルタを適用した角速度波形（図８（Ｃ）参照）に第二ＦＩＲフィルタを適用した時、図８（Ｄ）に示すように、角速度波形の立ち上がり部分及び立下り部分の傾き（角加速度）が一定となる部分の開始部分及び終了部分で、角速度は緩やかに変化する。該時、加速度の時系列変化を示す波形（以下、「角加速度波形」と称す。）において、角速度が緩やかに変化する部分に対応する傾きは一定となる。
【0052】
角速度波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間は、夫々ｔ２ずつ増加し、ｔ１＋ｔ２となる。ｔ２は角速度波形に第二ＦＩＲフィルタを適用した時の時定数Ｔ２に対応する。以上のように、ＣＰＵ４１は角速度に複数のＦＩＲフィルタを適用することで、工具交換時におけるマガジン本体２２の角速度の変化を緩和する。第一ＦＩＲフィルタの時定数Ｔ１及び第二ＦＩＲフィルタの時定数Ｔ２は制御対象となるマガジンモータ６４の加減速時における加減速時定数に対応する。
【0053】
ＣＰＵ４１はＰ１の工程（図７参照）で解釈した工具交換指令に基づいて、所定周期毎に工具マガジン２１の角速度（図８（Ｂ）参照）を算出する。ＣＰＵ４１は算出した角速度に時定数Ｔ１、Ｔ２の第一ＦＩＲフィルタ及び第二ＦＩＲフィルタを適用することで、角速度波形の形状に対応する加減速特性を調整する（図８（Ｃ）、（Ｄ））。ＣＰＵ４１は第一ＦＩＲフィルタ及び第二ＦＩＲフィルタを適用して算出した角加速度波形（図８（Ｄ）参照）に基づき、所定周期毎の目標角度を決定する。ＣＰＵ４１は決定した目標角度のデータを所定周期で駆動回路５１に出力する。尚、ＣＰＵ４１は後述のＰ９（図７参照）の工程で第一ＦＩＲフィルタ及び第二ＦＩＲフィルタの時定数Ｔ１、Ｔ２を最適化して調整する。ＣＰＵ４１は調整した時定数Ｔ１、Ｔ２の第一ＦＩＲフィルタ及び第二ＦＩＲフィルタを用いる。
【0054】
駆動回路５４はＣＰＵ４１が所定周期で出力する目標角度のデータに基づき、マガジンモータ６４を回転する。マガジンモータ６４はマガジン本体２２を目標角度まで回転する。マガジン本体２２は所定周期毎に目標角度まで回転する動作を繰り返す。これにより、マガジン本体２２の角度θは工具交換指令で指定した第二工具の工具交換位置（角度θ＝θＥ）に最終的に到達する。
【0055】
図７を参照し、総偏荷重及び基準角度θａの同定について説明する。以下、モデルより算出することで変数を推定することを、変数を同定するという。ＣＰＵ４１は駆動回路５４がマガジンモータ６４に出力するトルクｕｒａｗ（Ｎ・ｍ）、及びエンコーダ７４からの戻り値θｒａｗを制御対象となるモデルに用いて、総偏荷重及び基準角度θａを同定する。
【0056】
ＣＰＵ４１は総偏荷重及び基準角度θａの同定を実行する前に、今回の工具交換指令において同定を実行するか否かを判定する（Ｐ３）。ＣＰＵ４１は今回の工具交換指令において、旋回角度θＴが所定角度θＴＬ以上である場合、総偏荷重及び基準角度θａの同定を実行すると判定する。所定角度θＴＬは例えば６０ｄｅｇ（＝π／３ｒａｄ）である。
【0057】
ＣＰＵ４１は駆動回路５４が出力するトルクｕｒａｗに減速機２５の減速比ＲＥ及び伝達比τを乗算し、マガジン本体２２が出力するトルクｕ０を以下の数１により算出する。
［数１］
ｕ０＝ｕｒａｗＲＥτ
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２が出力するトルクｕ０にローパスフィルタを適用し、ノイズを除去する（Ｐ４）。ローパスフィルタの適用後、マガジン本体２２が出力するトルクｕは以下の数２で表される。
［数２］
ｕ＝ＧＬＰＦｕｒａｗＲＥτ
数２において、ＧＬＰＦはノイズを除去する為のローパスフィルタである。
［数１］
ｕ０＝ｕｒａｗＲＥτ
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２が出力するトルクｕ０にローパスフィルタを適用し、ノイズを除去する（Ｐ４）。ローパスフィルタの適用後、マガジン本体２２が出力するトルクｕは以下の数２で表される。
［数２］
ｕ＝ＧＬＰＦｕｒａｗＲＥτ
数２において、ＧＬＰＦはノイズを除去する為のローパスフィルタである。
【0058】
ＣＰＵ４１はエンコーダ７４からの戻り値θｒａｗを減速機２５の減速比ＲＥで除算し、マガジン本体２２の角度θ０を以下の数３により算出する。
［数３］
θ０＝θｒａｗ／ＲＥ
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度にローパスフィルタを適用し、ノイズを除去する（Ｐ５）。ローパスフィルタの適用後、マガジン本体２２の角度θは以下の数４で表される。
［数４］
θ＝ＧＬＰＦθｒａｗ／ＲＥ
［数３］
θ０＝θｒａｗ／ＲＥ
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度にローパスフィルタを適用し、ノイズを除去する（Ｐ５）。ローパスフィルタの適用後、マガジン本体２２の角度θは以下の数４で表される。
［数４］
θ＝ＧＬＰＦθｒａｗ／ＲＥ
【0059】
ＣＰＵ４１は総偏荷重及び基準角度θａの同定に、Ｐ４、Ｐ５の工程で算出したトルクｕ、角度θを使用するか否かを判定する（Ｐ６）。具体例に、ＣＰＵ４１は数４で表されるマガジン本体２２の角度θに一階時間微分を行う。尚、以下において、「θ（上付き一つドット）」は角度θ（ｒａｄ）の一階時間微分（角速度（ｒａｄ／ｓ））を示す。ＣＰＵ４１は角度θの一階時間微分θ（上付き一つドット）が所定値θＬ（上付き一つドット）以上である場合、総偏荷重及び基準角度θａの同定にトルクｕ、角度θを使用すると判定する。
【0060】
ＣＰＵ４１はモデルを用いて総偏荷重及び基準角度θａを同定する。制御対象となるモデルは複数の変数を用い適宜設定すればよく、例えば、以下の数５で表す。角度θにおける総偏荷重はＦθｓｉｎ（θ－θａ）で表される。偏荷重係数Ｆθ（Ｎ・ｍ）は総偏荷重を算出するためのパラメータである。尚、以下において、「θ（上付き二つドット）」は、角度θの二回時間微分（角加速度（ｒａｄ／ｓ２））を示す。Ｊ（ｋｇ・ｍ２）は工具マガジン２１に関する慣性モーメントである。
【数5】
【0061】
数５において、ｆは以下の数６の関係を満たす。ここで、ＦＣ（Ｎ・ｍ）は工具マガジン２１に関するクーロン摩擦である。ｓｉｇｎ関数は実数に対しその符号に応じて１、－１、０の何れかを返す符号関数である。Ｄ（Ｎ・ｍ／（ｒａｄ／ｓ））は工具マガジン２１に関する粘性摩擦係数である。
【数6】
【0062】
トルクｕは数５、数６、及び加法定理により以下の数７で表される。数７のモデルを特に工作機械１の伝達モデルという。
数７において、Ｆａは以下の数８で定義される係数である。Ｆｂは以下の数９で定義される係数である。
［数８］
Ｆａ＝Ｆθｃｏｓ（θａ）
［数９］
Ｆｂ＝Ｆθｓｉｎ（θａ）
【数7】
［数８］
Ｆａ＝Ｆθｃｏｓ（θａ）
［数９］
Ｆｂ＝Ｆθｓｉｎ（θａ）
【0063】
トルクｕは数７の伝達モデルによって推定可能である。推定誤差ｅ（ρ）は以下の数１０により算出可能である。但し、ρは同定するパラメータである。上付きのＴは転置行列であることを示す。例えば、ρＴはρの転置行列を示す。
［数１０］
ｅ（ρ）＝ｕ－ρＴｘ
数１０において、ρ及びｘは、夫々以下の数１１、数１２の関係を満たす。
［数１０］
ｅ（ρ）＝ｕ－ρＴｘ
数１０において、ρ及びｘは、夫々以下の数１１、数１２の関係を満たす。
【数11】
【数12】
【0064】
ＣＰＵ４１は評価関数｜ｅ（ρ）｜２が最小になるρを逐次最小二乗法により算出する（Ｐ７）。逐次最小二乗法とは、ステップｋにおける同定中のパラメータをサーカムフレックス付きのρ（以下、ρ^と表記する）（ｋ）、ステップｋにおける推定誤差ｅ（ρ）をε（ｋ）、ステップｋにおける共分散行列をＰ（ｋ）とした時、ρ^（ｋ）、ε（ｋ）、Ｐ（ｋ）は以下の数１３、数１４、数１５により算出される。
【数13】
【数14】
【数15】
【0065】
ρ^（ｋ）、ε（ｋ）、Ｐ（ｋ）は何れも数１３、数１４、数１５により、ステップ（ｋ－１）における該ρ^（ｋ－１）、ε（ｋ－１）、Ｐ（ｋ－１）、及びステップｋにおけるトルクｕ（ｋ）、角度θ（ｋ）用いて逐次的に算出可能である。故に数１３、数１４、数１５を毎ステップ計算することで、最終的に評価関数｜ｅ（ρ）｜２が最小になるρを逐次的に算出できる。
【0066】
上記逐次最小二乗法により、ＣＰＵ４１は総偏荷重Ｆθｓｉｎ（θ－θａ）を考慮した伝達モデルにおいて、評価関数｜ｅ（ρ）｜２が最小になるρを算出することで、推定誤差ｅを最小にする変数（慣性モーメントＪ、粘性摩擦係数Ｄ、クーロン摩擦ＦＣ、係数Ｆａ、Ｆｂ）を同定する（Ｐ７）。
【0067】
ＣＰＵ４１は更に数８、数９から導出される数１６、数１７、及び同定したパラメータにより、偏荷重係数Ｆθ、基準角度θａを算出する。これにより、ＣＰＵ４１は基準角度θａ、及び角度θにおける総偏荷重Ｆθｓｉｎ（θ－θａ）を同定する。以下、上記評価関数を用いて同定された慣性モーメントＪ、粘性摩擦係数Ｄ、クーロン摩擦ＦＣ、偏荷重係数Ｆθ、基準角度θａを「パラメータ」と総称する。
【数16】
【数17】
【0068】
ＣＰＵ４１は同定したパラメータを記憶部４４に記憶し、パラメータを更新する（Ｐ８）。ＣＰＵ４１は同定した総偏荷重、慣性モーメントに基づき、工具マガジン２１において工具３の過積載であるか否かを判定する（Ｐ９）。ＣＰＵ４１はＰ９の工程において、総偏荷重が最大となる角度θにおける総偏荷重Ｆθｓｉｎ（θ－θａ）が所定値ＦθＬ以下であるか否かを判定する。総偏荷重の大きさが最大となる時、ｓｉｎ（θ－θａ）＝１またはｓｉｎ（θ－θａ）＝－１であるので、ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬ以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ４１はＰ９の工程において、同定した慣性モーメントＪが所定値ＪＬ以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬを超える時、又は慣性モーメントＪが所定値ＪＬを超える時、工具マガジン２１において工具３の過積載であると判定する。該時、ＣＰＵ４１は表示部１９を介して工具マガジン２１における工具３の過積載を報知し、工作機械１の動作を停止する。
【0069】
ＣＰＵ４１は同定したパラメータに基づき、ＦＩＲフィルタの時定数Ｔ１、Ｔ２を更新する。時定数Ｔ１、Ｔ２は、マガジンモータ６４の加減速における時定数に対応する。ＣＰＵ４１は次回の目標位置の時系列データを生成する時、更新した時定数Ｔ１、Ｔ２の第一ＦＩＲフィルタ及び第二ＦＩＲフィルタを適用する。
【0070】
時定数Ｔ１の算出方法の第一例は、次の通りである。マガジンモータ６４が出力可能な角加速度（θ（上付き二つドット））の最大である最大角加速度Ａｍａｘは、総偏荷重の大きさが最大になる角度θ（ｓｉｎ（θ－θａ）＝１またはｓｉｎ（θ－θａ）＝－１）の時、数５、数６により以下の数１８で表される。尚、数６におけるクーロン摩擦力（左辺第二項）、粘性力（左辺第三項）は、総偏荷重の大きさ（偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜に等しい。）に対して十分小さいので無視する。ＣＰＵ４１は数１８により最大角加速度Ａｍａｘを算出する（Ｐ１１）
［数１８］
Ａｍａｘ＝（ｕｍａｘ－Ｆθ）／Ｊ
ここで、ｕｍａｘはマガジンモータ６４が出力できる最大トルクである。記憶部４４は予め最大トルクｕｍａｘを記憶する。
［数１８］
Ａｍａｘ＝（ｕｍａｘ－Ｆθ）／Ｊ
ここで、ｕｍａｘはマガジンモータ６４が出力できる最大トルクである。記憶部４４は予め最大トルクｕｍａｘを記憶する。
【0071】
工具３の基準装着状態におけるマガジンモータ６４の時定数Ｔ１（基準時定数）は以下の数１９で表される（図８（Ｃ）参照）。ＣＰＵ４１は数１９により時定数Ｔ１を算出する（Ｐ１１）。
［数１９］
Ｔ１＝Ｖｍａｘ／Ａｍａｘ
ここで、Ｖｍａｘはマガジンモータ６４が出力できる最大角速度（最高回転速度）である。記憶部４４は予め最大角速度Ｖｍａｘを記憶する。
［数１９］
Ｔ１＝Ｖｍａｘ／Ａｍａｘ
ここで、Ｖｍａｘはマガジンモータ６４が出力できる最大角速度（最高回転速度）である。記憶部４４は予め最大角速度Ｖｍａｘを記憶する。
【0072】
時定数Ｔ１の算出方法の第二例は、次の通りである。ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の基準装着状態に基づき、時定数を算出する。記憶部４４は予め工具３の基準装着状態における、偏荷重係数Ｆθｂ（基準偏荷重係数）、慣性モーメントＪｂ（基準慣性モーメント）、及び時定数Ｔ１ｂ（基準時定数）を記憶する。基準装着状態は機械仕様で定まる最大イナーシャ積載、最大偏荷重積載状態である。例えば、積載可能な最大重量工具を、総重量が機械仕様で定まる最大積載工具総重量になる本数分、図１のようにマガジンの片側に偏らせて積載した状態が基準積載状態である。基準時定数は、基準積載状態においてマガジンモータ６４が出力可能な最大トルクを超えることなく動作できる時定数である。
【0073】
工具３の基準装着状態において、マガジンモータ６４が出力可能な最大角加速度Ａｍａｘｂは、数１８から導出される以下の数２０で表される。
［数２０］
Ａｍａｘｂ＝（ｕｍａｘ－Ｆθｂ）／Ｊｂ
［数２０］
Ａｍａｘｂ＝（ｕｍａｘ－Ｆθｂ）／Ｊｂ
【0074】
工具３の基準装着状態におけるマガジンモータ６４の時定数Ｔ１ｂ（基準時定数）は数１９から導出される以下の数２１で表される。
［数２１］
Ｔ１ｂ＝Ｖｍａｘ／Ａｍａｘｂ
［数２１］
Ｔ１ｂ＝Ｖｍａｘ／Ａｍａｘｂ
【0075】
数１８～数２１より、時定数Ｔ１は以下の数２２で表される。ＣＰＵ４１は同定したパラメータに基づき、数２２によりＦＩＲフィルタの時定数Ｔ１を算出する。ＣＰＵ４１は基準時定数Ｔ１ｂを算出した時定数Ｔ１に更新し、記憶部４４に記憶する。
【数22】
【0076】
時定数Ｔ１（又はＴ２）の算出方法の第三例は、次の通りである。移動平均フィルタを用いてモータ６０の加減速を行う時、例えば機械系が１自由度系である場合には固有振動の周期Ｔｏｐｔを以下の数２３により算出できる。Ｊは同定したパラメータの慣性モーメント、Ｋは別途測定もしくは算出した機械系のねじり剛性である。
［数２３］
Ｔｏｐｔ＝２π√（Ｊ／Ｋ）
該時、ＣＰＵ４１は、ＦＩＲフィルタの時定数Ｔ１又はＴ２をＴｏｐｔとすることにより、固有振動数を励起せずにモータ６０の加減速を行うことができる。故にＣＰＵ４１は同定したパラメータから算出された該時定数を適用することにより、機械系の固有振動数を打ち消すことで、工作機械１の固有振動を抑制できる。
［数２３］
Ｔｏｐｔ＝２π√（Ｊ／Ｋ）
該時、ＣＰＵ４１は、ＦＩＲフィルタの時定数Ｔ１又はＴ２をＴｏｐｔとすることにより、固有振動数を励起せずにモータ６０の加減速を行うことができる。故にＣＰＵ４１は同定したパラメータから算出された該時定数を適用することにより、機械系の固有振動数を打ち消すことで、工作機械１の固有振動を抑制できる。
【0077】
尚、ＣＰＵ４１は、次の工具交換指令において、前回の工具交換指令により更新した時定数Ｔ１、Ｔ２に基づいて、目標位置の時系列データ（目標角度）を決定する。
【0078】
図９、図１０を参照し、数値制御装置４０のＣＰＵ４１が実行する主処理を説明する。使用者は操作部１８を操作し、ＮＣプログラムの実行を選択する。操作部１８で選択されたＮＣプログラムの実行を受け付けると、ＣＰＵ４１はＲＯＭ４２に記憶した制御プログラムを読み出し、主処理を開始する。
【0079】
図９の如く、ＣＰＵ４１は操作部１８で選択されたＮＣプログラムを読み込む（Ｓ１）。ＣＰＵ４１は読み込んだＮＣプログラムから１ブロック解釈する（Ｓ２）。該処理は図７のＰ１の工程に対応する。ＣＰＵ４１は解釈したブロックの制御指令が終了指令であるか否かを判定する（Ｓ３）。
【0080】
ＣＰＵ４１は解釈した制御指令が終了指令でないと判定した時（Ｓ３：ＮＯ）、解釈した制御指令が工具交換指令であるか否かを判定する（Ｓ４）。ＣＰＵ４１は解釈した制御指令が工具交換指令でないと判定した時（Ｓ４：ＮＯ）、解釈した制御指令に応じた各種処理を実行し（Ｓ５）、処理をＳ２に戻す。
【0081】
ＣＰＵ４１は解釈した制御指令が工具交換指令であると判定した時（Ｓ４：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ６３を回転し、主軸ヘッド７をワーク加工位置からＡＴＣ原点まで上昇する（Ｓ１１）。ＣＰＵ４１は解釈した工具交換指令に応じて駆動回路５４に出力する目標角度の時系列データを生成する（Ｓ１２）。該処理は図７のＰ２の工程に対応する。
【0082】
図１０の如く、ＣＰＵ４１は工具交換指令で指定された旋回角度θＴが所定角度θＴＬ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。ＣＰＵ４１は旋回角度θＴが所定角度θＴＬ未満であると判定した時（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１２（図９参照）で生成した目標角度の時系列データに基づき、駆動回路５４に目標角度のデータを出力する（Ｓ１４）。駆動回路５４は目標角度のデータに基づきマガジンモータ６４を回転する。マガジン本体２２はマガジンモータ６４の回転により目標角度まで回転する。
【0083】
ＣＰＵ４１はエンコーダ７４からの戻り値θｒａｗに基づき、マガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置（角度θ＝θＥ）に到達したか否かを判定する（Ｓ１５）。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達していないと判定した時（Ｓ１５：ＮＯ）、処理をＳ１４に戻す。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達する迄、上記処理を繰り返す。
【0084】
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達したと判定した時（Ｓ１５：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ６３を回転し、主軸ヘッド７をＡＴＣ原点からワーク加工位置まで下降する（Ｓ３７）。主軸ヘッド７が下降中に主軸９は工具交換位置に位置する第二工具を装着する。その後、ＣＰＵ４１は処理をＳ２（図９参照）に戻す。
【0085】
ＣＰＵ４１は旋回角度θＴが所定角度θＴＬ以上であると判定した時（Ｓ１３：ＹＥＳ）、基準角度θａを含むパラメータの同定を実行する。ＣＰＵ４１はＳ１２で生成した目標角度の時系列データに基づき、駆動回路５４に目標角度のデータを出力する（Ｓ１６）。ＣＰＵ４１は同定処理を実行する（Ｓ１７）。
【0086】
図１１を参照し、主処理（図１０参照）で実行される同定処理について説明する。ＣＰＵ４１はパラメータ（慣性モーメントＪ、粘性摩擦係数Ｄ、クーロン摩擦ＦＣ、偏荷重係数Ｆθ、基準角度θａ）を初期化する（Ｓ２１）。初期化はパラメータを０にすることであり、前述したρの各成分を０にすることと等価である。
【0087】
ＣＰＵ４１は駆動回路５４がマガジンモータ６４に出力するトルクｕｒａｗに基づきマガジン本体２２のトルクｕ０を取得し、エンコーダ７５からの戻り値θｒａｗに基づきマガジン本体２２の角度θ０を取得する（Ｓ２２）。ＣＰＵ４１は数２、数４に基づき、Ｓ２２で取得したマガジン本体２２のトルクｕ０、及びマガジン本体２２の角度θ０の夫々にローパスフィルタを適用することで、マガジン本体２２のトルクｕ０及びマガジン本体２２の角度θ０からノイズを除去し、トルクｕ、及び角度θを算出する（Ｓ２３）。該処理は図７のＰ４、Ｐ５の工程に対応する。
【0088】
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θの一階時間微分θ（上付き一つドット）を数４に時間微分を行うことで算出し、算出したマガジン本体２２の角度θの一階時間微分が所定値θＬ（上付き一つドット）以上であるか否かを判定する（Ｓ２４）。ＣＰＵ４１は角度θの一階時間微分が所定値未満であると判定した時（Ｓ２４：ＮＯ）、処理を主処理に戻す。ＣＰＵ４１は角度θの一階時間微分が所定値以上であると判定した時（Ｓ２４：ＹＥＳ）、処理をＳ２５に移行する。該処理は図７のＰ６の工程に対応する。
【0089】
ＣＰＵ４１はＳ２３の処理でローパスフィルタを適用後のマガジン本体２２のトルクｕ及びマガジン本体２２の角度θの夫々を適用した評価関数｜ｅ（ρ）｜2（数１０参照）に基づき、角度θにおける、推定誤差ｅが最小になる時のパラメータを同定する（Ｓ２５）。該処理は、図７のＰ７の工程に対応する。
【0090】
ＣＰＵ４１は同定したパラメータを記憶部４４に記憶し、パラメータを更新する（Ｓ２６）。該処理は、図７のＰ８の工程に対応する。ＣＰＵ４１はその後処理を主処理に戻す。
【0091】
図１０の如く、ＣＰＵ４１は同定処理（Ｓ１７）の終了後、マガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達したか否かを判定する（Ｓ１８）。該処理はＳ１５と同様の処理である。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達していないと判定した時（Ｓ１８：ＮＯ）、処理をＳ１６に戻す。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達する迄、角度θにおけるパラメータを同定する。
【0092】
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θが第二工具の工具交換位置に到達したと判定した時（Ｓ１８：ＹＥＳ）、総偏荷重が最大となる角度θにおける総偏荷重（同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜と等しい）が所定値ＦθＬ以下であるか否かを判定する（Ｓ３０）。ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３０：ＮＯ）、処理をＳ６１に進める。ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬ以下であると判定した時（Ｓ３０：ＹＥＳ）、同定した慣性モーメントＪが所定値ＪＬ以下であるか否かを判定する（Ｓ３１）。ＣＰＵ４１は慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３１：ＮＯ）、処理をＳ６１に進める。ＣＰＵ４１は慣性モーメントＪが所定値ＪＬ以下であると判定した時（Ｓ３１：ＹＥＳ）、重量フラグがＯＮであるか否かを判定する（Ｓ３２）。重量フラグは、後述する重量同定処理において工具マガジン２１に装着された全ての工具３の重量の合計である総重量ＷＴが閾値以上である場合にＯＮになるフラグであり、詳細は後述する。ＣＰＵ４１は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、工具３の過積載であるとして、計時を開始する（Ｓ６１）。ＣＰＵ４１はＳ６１で計時を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ６２）。ＣＰＵ４１は所定時間が経過していないと判定した時（Ｓ６２：ＮＯ）、処理をＳ６２に戻す。ＣＰＵ４１は所定時間が経過したと判定した時（Ｓ６２：ＹＥＳ）、処理をＳ３７に移行する。ＣＰＵ４１は重量フラグがＯＦＦである場合（Ｓ３２：ＮＯ）、処理をＳ３３に進める。該処理は、図７のＰ９の工程に対応する。
【0093】
ＣＰＵ４１は時定数設定を読み込む（Ｓ３３）。時定数設定は時定数Ｔ１、Ｔ２の算出を実行するか否かを決定するための設定である。使用者が操作部１８を操作し、時定数Ｔ１、Ｔ２の算出を実行するか否かを設定する。記憶部４４は該設定を時定数設定として記憶する。
【0094】
ＣＰＵ４１はＳ３３の処理で記憶部４４から読み込んだ時定数設定に基づき、今回の工具交換指令において時定数の算出を実行するか否かを判定する（Ｓ３４）。ＣＰＵ４１は時定数の算出を実行しないと判定した時（Ｓ３４：ＮＯ）、処理をＳ３７に移行する。
【0095】
ＣＰＵ４１は時定数の算出を実行すると判定した時（Ｓ３４：ＹＥＳ）、数２０に基づき、同定したパラメータ（Ｊ、Ｆθ）を用いて最大角加速度Ａｍａｘを算出する（Ｓ３５）。該処理は、図７のＰ１０の工程に対応する。
【0096】
ＣＰＵ４１は数１８～数２３に基づき時定数Ｔ１、Ｔ２を算出し、算出した時定数Ｔ１、Ｔ２を記憶部４４に記憶する（Ｓ３６）。該処理は、図７のＰ１１の工程に対応する。ＣＰＵ４１は処理をＳ３７に移行する。
【0097】
図９の如く、ＣＰＵ４１は解釈した制御指令が終了指令であると判定した時（Ｓ３：ＹＥＳ）、主処理を終了する。
【0098】
図１２はマガジン本体２２を０度から３６０度まで回転した時のマガジン本体２２のトルクｕの測定結果及び同定結果を示す。尚、工具の装着状態は図３に示した状態である。図１２の如く、トルクｕの同定結果は、トルクｕの測定結果に非常に近似した。故に、本実施形態の方法により、パラメータを精度良く同定できることが分かった。
【0099】
数値制御装置４０はパラメータを精度良く同定できるので、パラメータの一つである慣性モーメントＪを利用して工具３全体の総重量ＷＴを精度よく同定することができる。以降、工具３全体の総重量ＷＴの同定について説明する。工具３全体とは工具マガジン２１に装着された全ての工具を示す。
【0100】
工具３が装着された工具マガジン２１の総重量Ｗは以下の式２４で表される。
［数２４］
Ｗ＝Ｊ／Ｒ２
Ｒは工具マガジン２１において基準となる基準半径（ｍ）である。基準半径Ｒは例えば以下の数２５で表される。
［数２５］
Ｒ＝ＲＭ＋（ＲＴ／２）
ＲＭはマガジン本体２２の中心Ｑからグリップアーム８の把持部８１迄の回転半径である。記憶部４４は予め回転半径ＲＭを記憶する。ＲＴは刃具４の基準長さである。刃具４の基準長さの決定方法の第一例は工具マガジン２１に装着する刃具４の工具長の一般的な値から一意に決める方法である。刃具４の基準長さの決定方法の第二例は記憶部４４が記憶する刃具４の工具長の平均値を用いる方法である。記憶部４４は予め刃具４の基準長さＲＴを記憶する。
［数２４］
Ｗ＝Ｊ／Ｒ２
Ｒは工具マガジン２１において基準となる基準半径（ｍ）である。基準半径Ｒは例えば以下の数２５で表される。
［数２５］
Ｒ＝ＲＭ＋（ＲＴ／２）
ＲＭはマガジン本体２２の中心Ｑからグリップアーム８の把持部８１迄の回転半径である。記憶部４４は予め回転半径ＲＭを記憶する。ＲＴは刃具４の基準長さである。刃具４の基準長さの決定方法の第一例は工具マガジン２１に装着する刃具４の工具長の一般的な値から一意に決める方法である。刃具４の基準長さの決定方法の第二例は記憶部４４が記憶する刃具４の工具長の平均値を用いる方法である。記憶部４４は予め刃具４の基準長さＲＴを記憶する。
【0101】
工具３が装着されていない工具マガジン２１の総重量ＷＮは以下の数２６で表される。
［数２６］
ＷＮ＝ＪＮ／Ｒ２
ＪＮは工具３を装着していない工具マガジン２１の慣性モーメントである。
［数２６］
ＷＮ＝ＪＮ／Ｒ２
ＪＮは工具３を装着していない工具マガジン２１の慣性モーメントである。
【0102】
工具３全体の総重量は以下の数２７により表される。
［数２７］
ＷＴ＝Ｗ－ＷＮ
ＣＰＵ４１は工具３が装着された工具マガジン２１の慣性モーメントＪ、及び工具３を装着していない工具マガジン２１の慣性モーメントＪＮを同定することで、数２７に基づき、工具３全体の総重量ＷＴを同定する。
［数２７］
ＷＴ＝Ｗ－ＷＮ
ＣＰＵ４１は工具３が装着された工具マガジン２１の慣性モーメントＪ、及び工具３を装着していない工具マガジン２１の慣性モーメントＪＮを同定することで、数２７に基づき、工具３全体の総重量ＷＴを同定する。
【0103】
図１３を参照し、数値制御装置４０のＣＰＵ４１が実行する重量同定処理を説明する。使用者は操作部１８を操作し、重量同定処理の実行を指示する。ＣＰＵ４１は重量同定処理の実行を受け付けると、ＲＯＭ４２に記憶した制御プログラムを読み出し、制御プログラムを実行する。重量同定処理の実行前、使用者は工具マガジン２１から工具３を取り外す。
【0104】
ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態について設定の入力を受け付けたか否かを判定する（Ｓ４１）。使用者は操作部１８を操作し、工具マガジン２１における工具３の装着状態について、工具マガジン２１から工具３を取り外した旨の設定を入力する。ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態について設定の入力を受け付けていないと判定した時（Ｓ４１：ＮＯ）、処理をＳ４１に戻す。ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態について設定の入力を受け付けたと判定した時（Ｓ４１：ＹＥＳ）、受け付けた設定が工具マガジン２１から全ての工具３を取り外した旨の設定か否かを判定する（Ｓ４２）。ＣＰＵ４１は受け付けた設定が工具マガジン２１から全ての工具３を取り外した旨の設定でないと判定した時（Ｓ４２：ＮＯ）、処理をＳ４１に戻す。
【0105】
ＣＰＵ４１受け付けた設定が工具マガジン２１から全ての工具３を取り外した旨の設定であると判定した時（Ｓ４２：ＹＥＳ）、第一送り処理を実行する（Ｓ４３）。ＣＰＵ４１は第一送り処理において、マガジンモータ６４を回転し、例えばマガジン本体２２の角度θを０（ｄｅｇ）から３６０（ｄｅｇ）に回転する。第一送り処理におけるマガジン本体２２の角度θは適宜変更してもよい。
【0106】
ＣＰＵ４１は同定処理を実行する（Ｓ４４）。Ｓ４４の同定処理は図１１の同定処理と同様の処理である。ＣＰＵ４１はＳ４４の同定処理において、工具３を装着していない工具マガジン２１の慣性モーメントＪＮを同定し、記憶部４４に記憶する。ＣＰＵ４１は数２６、及びＳ４４で同定した工具３を装着していない工具マガジン２１の慣性モーメントＪＮに基づき、工具３を装着していない工具マガジン２１の総重量ＷＮを同定する（Ｓ４５）。
【0107】
Ｓ４４の同定処理の終了後、使用者は工具マガジン２１に工具３を装着する。ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態について設定の入力を受け付けたか否かを判定する（Ｓ４６）。使用者は操作部１８を操作し、工具マガジン２１における工具３の装着状態について、工具マガジン２１に工具３を装着した旨の設定を入力する。ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態について設定の入力を受け付けていないと判定した時（Ｓ４６：ＮＯ）、処理をＳ４５に戻す。ＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態について設定の入力を受け付けたと判定した時（Ｓ４６：ＹＥＳ）、受け付けた設定が工具マガジン２１に工具３を装着した旨の設定か否かを判定する（Ｓ４７）。ＣＰＵ４１は受け付けた設定が工具マガジン２１に工具３を装着した旨の設定でないと判定した時（Ｓ４７：ＮＯ）、処理をＳ４５に戻す。
【0108】
ＣＰＵ４１はＳ４６において受け付けた設定が工具マガジン２１に工具３を装着した旨の設定であると判定した時（Ｓ４７：ＹＥＳ）、第二送り処理を実行する（Ｓ４８）。ＣＰＵ４１は第二送り処理において、第一送り処理（Ｓ４３）と同様にマガジンモータ６４を回転し、例えばマガジン本体２２の角度θを０（ｄｅｇ）から３６０（ｄｅｇ）に回転する。第二送り処理におけるマガジン本体２２の角度θは適宜変更してもよい。第一送り処理と第二送り処理とで、マガジン本体２２の角度θは同じでもよいし、異なっていてもよい。
【0109】
ＣＰＵ４１は同定処理を実行する（Ｓ４９）。Ｓ４９の同定処理は図１１の同定処理と同様の処理である。ＣＰＵ４１はＳ４９の同定処理において、工具３を装着した工具マガジン２１の慣性モーメントＪを同定し、記憶部４４に記憶する。ＣＰＵ４１は数２４、及びＳ４９で同定した工具３を装着した工具マガジン２１の慣性モーメントＪに基づき、工具３を装着した工具マガジン２１の総重量Ｗを同定する（Ｓ５０）。
【0110】
ＣＰＵ４１はＳ４５で同定した工具３を装着していない工具マガジン２１の総重量ＷＮ、Ｓ５０で同定した工具３を装着した工具マガジン２１の総重量Ｗ、及び数２７に基づき、工具３全体の総重量ＷＴを同定する（Ｓ５１）。
【0111】
ＣＰＵ４１は同定した工具３全体の総重量ＷＴが所定値ＷＬ以下であるか否かを判定する（Ｓ５２）。ＣＰＵ４１は工具３全体の総重量ＷＴが所定値ＷＬ以下であると判定した時（Ｓ５２：ＹＥＳ）、重量同定処理を終了する。
【0112】
ＣＰＵ４１は工具３全体の総重量ＷＴが所定値ＷＬよりも大きいと判定した時（Ｓ５２：ＮＯ）、重量フラグをＯＮにする（Ｓ５３）。重量フラグは工具３全体の総重量ＷＴが所定値ＷＬよりも大きい時、値が１に設定され、ＯＮになる。重量フラグは重量同定処理の開始時、値が０であり、ＯＦＦである。重量フラグがＯＮである時、主処理において工具３の過積載であると判定される（Ｓ３２：ＮＯ、図１０参照）。ＣＰＵ４１は重量同定処理を終了する。
【0113】
図１４を参照し、本発明の第二実施形態を説明する。以下の各実施形態では、主処理における、偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）の処理が第一実施形態と異なる。第二実施形態では、偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ６３の回転速度を減速して、工具３の装着を実行する。第二実施形態のその他の構成は、第一実施形態と同じである。以下の各実施形態において、第一実施形態と共通する構成に、第一実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。
【0114】
ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、速度決定処理を実行する（Ｓ６３）。ＣＰＵ４１はＳ６３の処理において、Ｓ３７におけるＺ軸モータ６３の設定した最大角速度Ｖｍａｘよりも減速した速度を最大角速度Ｖ２ｍａｘに決定する。記憶部４４はＺ軸モータ６３の最大角速度Ｖ２ｍａｘを記憶する。ＣＰＵ４１は処理をＳ３７に移行する。ＣＰＵ４１はＳ３７の処理において、Ｓ６１で減速したＺ軸モータ６３の最大角速度Ｖ２ｍａｘにて、主軸ヘッド７をＡＴＣ原点からワーク加工位置まで下降する。
【0115】
図１５を参照し、本発明の第三実施形態を説明する。第三実施形態では、偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ６３の加減速の時定数を大きくして、工具３の装着を実行する。第三実施形態のその他の構成は、第一実施形態と同じである。
【0116】
ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、時定数決定処理を実行する（Ｓ６４）。ＣＰＵ４１はＳ６４の処理において、Ｓ３７におけるＺ軸モータ６３の予め設定した加減速の時定数よりも大きい時定数に決定する。記憶部４４はＺ軸モータ６３の時定数を記憶する。ＣＰＵ４１は処理をＳ３７に移行する。ＣＰＵ４１はＳ３７の処理において、Ｓ６４で決定したＺ軸モータ６３の時定数にて、主軸ヘッド７をＡＴＣ原点からワーク加工位置まで下降する。
【0117】
図１６を参照し、本発明の第四実施形態を説明する。第四実施形態では、偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、工具３の過積載を報知して、モータ６０の駆動を停止する。第四実施形態のその他の構成は、第一実施形態と同じである。
【0118】
ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きい場合（Ｓ３１：ＮＯ）、又は重量フラグがＯＮである場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、報知処理を実行する（Ｓ６５）。ＣＰＵ４１はＳ６５の処理において、表示部１９を介して工具３の過積載を報知する。ＣＰＵ４１はモータ６０の駆動を停止し（Ｓ６６）、主処理を終了する。
【0119】
以上の如く、工作機械１において、高速且つ高精度な制御を行う為の制御パラメータの決定には、工作機械１に関連する慣性モーメント等の物理パラメータが必要である。工具マガジン２１における工具３の装着の状態に基づき、工具３による総偏荷重が釣り合う基準角度θａが変化する。工具３による総偏荷重は基準角度θａの大きさに依存する。故に、従来の数値制御装置は工具３による総偏荷重の影響により物理パラメータを同定することが困難であった。
【0120】
これに対し、数値制御装置４０のＣＰＵ４１は工具交換指令に基づく工具交換の時に、基準角度θａに基づく総偏荷重Ｆθｓｉｎ（θ－θａ）を用いたモデルにより、パラメータを同定する。これにより、ＣＰＵ４１はパラメータを同定する為の専用の動作モードを実行することなく工作機械１の工具マガジン２１における総偏荷重の影響を制御できる。故に数値制御装置４０は従来よりも簡単に、工作機械１における総偏荷重の影響を適切に制御できる。
【0121】
ＣＰＵ４１はマガジンモータ６４が出力できる最大トルクｕｍａｘ、及び同定したパラメータ（偏荷重係数Ｆθ、慣性モーメントＪ）に基づき、パラメータを同定した時の最大角加速度Ａｍａｘを算出する（Ｓ３５、Ｐ１０）。ＣＰＵ４１は同定したパラメータに基づき最大角加速度Ａｍａｘを算出することで、工具マガジン２１における工具３の装着状態に応じて適切な角加速度でマガジン本体２２を回転できる。
【0122】
ＣＰＵ４１はマガジンモータ６４が出力できる最大角速度Ｖｍａｘ及び最大角加速度Ａｍａｘに基づき、数１９により時定数Ｔ１を算出する。ＣＰＵ４１は最大角加速度Ａｍａｘに基づきマガジンモータ６４における加減速の時定数Ｔ１を算出する。故にＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着の状態に応じて適切な加減速でマガジン本体２２を回転できる。
【0123】
ＣＰＵ４１は基準偏荷重係数Ｆθｂ、基準慣性モーメントＪｂ、基準時定数Ｔ１ｂに基づき、数２２により時定数Ｔ１を算出する。ＣＰＵ４１は工具３の基準装着状態のパラメータと同定したパラメータとに基づき、マガジンモータ６４における加減速の時定数Ｔ１を算出する。故にＣＰＵ４１は工具マガジン２１における工具３の装着状態に応じて適切な加減速でマガジン本体２２を回転できる。
【0124】
ＣＰＵ４１は総偏荷重の大きさが最大となる角度θにおける総偏荷重を同定する。該時の総偏荷重の大きさは、同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜と等しい。ＣＰＵ４１は偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬ以下であるか否かを判定する（Ｓ３０、Ｐ９）。又、ＣＰＵ４１は慣性モーメントＪを同定する。ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３０：ＮＯ）、又は慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３１：ＮＯ）、計時を開始する（Ｓ６１）。ＣＰＵ４１は計時を開始してから所定時間が経過したと判定した時（Ｓ６２：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ６３を回転し、主軸ヘッド７をＡＴＣ原点からワーク加工位置まで下降する（Ｓ３７）。
【0125】
工具３全体の総偏荷重又は慣性モーメントの大きさが過剰に大きい時、マガジン本体２２の回転終了後にマガジン本体２２の回転位置が安定しないことがある。該時、工具３の装着を実行すると、主軸９が工具３を十分に装着できない可能性がある。本発明の数値制御装置４０のＣＰＵ４１は所定時間が経過した後、Ｚ軸モータ６３を回転するので、マガジン本体２２の回転位置が安定した後に主軸９に対する工具３の装着を実行できる。
【0126】
ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３０：ＮＯ）、又は慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｚ軸モータ６３の最大角速度Ｖ２ｍａｘに減速する（Ｓ６３）。故にＣＰＵ４１はマガジン本体２２の回転位置が安定した後に主軸９に対する工具３の装着を実行できる。
【0127】
ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３０：ＮＯ）、又は慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｚ軸モータ６３の予め設定した加減速の時定数よりも大きい時定数に決定する（Ｓ６４）。故にＣＰＵ４１はマガジン本体２２の回転位置が安定した後に主軸９に対する工具３の装着を実行できる。
【0128】
ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜が所定値ＦθＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３０：ＮＯ）、又は慣性モーメントＪが所定値ＪＬよりも大きいと判定した時（Ｓ３１：ＮＯ）、報知処理を実行する（Ｓ６５）。ＣＰＵ４１はＳ６５の処理において、表示部１９を介して工具３の過積載であることを報知する。これにより、使用者は工具３の装着状態において、偏荷重係数の絶対値｜Ｆθ｜又は慣性モーメントＪの大きさが過剰に大きいことを把握できる。
【0129】
ＣＰＵ４１はＮＣプログラムから解釈した制御指令が工具交換指令であると判定した時（Ｓ４：ＹＥＳ）、パラメータの同定を行う（Ｓ２５）。故にＣＰＵ４１はパラメータを同定する為に、被削材の加工前にパラメータを同定する為の専用の動作モードを実行することなく、被削材の加工時にパラメータを同定できる。故に数値制御装置４０は従来よりも簡単に、工作機械１における総偏荷重の影響を適切に制御できる。
【0130】
ＣＰＵ４１は駆動回路５４が出力するトルクｕｒａｗに基づき、マガジン本体２２のトルクｕ０を取得する（Ｓ２２）。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２のトルクｕ０にローパスフィルタを適用して、ノイズを除去し、トルクｕを算出する（Ｓ２３、Ｐ４）。ＣＰＵ４１はエンコーダ７４からの戻り値θｒａｗに基づき、マガジン本体２２の角度θ０を取得する（Ｓ２２）。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θ０にローパスフィルタを適用して、ノイズを除去し、角度θを算出する（Ｓ２３、Ｐ５）。数値制御装置４０はマガジン本体２２のトルクｕ０及びマガジン本体２２の角度θ０に含まれるノイズをフィルタにより除去するので、パラメータを精度良く同定できる。
【0131】
ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θ０を取得する（Ｓ２２）。ＣＰＵ４１は数４に基づき、マガジン本体２２の角度θの一階時間微分θ（上付き一つドット）を算出し、算出した角度θの一階時間微分が所定値θＬ（上付き一つドット）以上であるか否かを判定する（Ｓ２４、Ｐ６）。ＣＰＵ４１はマガジン本体２２の角度θの一階時間微分が所定値θＬ以上であると判定した時、マガジン本体２２のトルクｕ及びマガジン本体２２の角度θを使用して、パラメータの同定を行う。これにより、数値制御装置４０はパラメータの同定精度が悪化するトルクｕ及び角度θを除去するので、パラメータを精度良く同定できる。
【0132】
上記実施形態において、工具交換指令は本発明の入力条件の一例である。Ｓ２の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の取得部の一例である。マガジン本体２２のトルクｕ、マガジン本体２２の角度θが本発明の駆動結果の一例である。数７が本発明の伝達モデルの一例である。Ｓ２５の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の同定部の一例である。Ｓ３０、Ｓ３１の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の閾値判定部の一例である。Ｓ６１の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の計時部の一例である。Ｓ６２の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の時間判定部の一例である。Ｓ３７の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の着脱駆動部の一例である。Ｓ６３の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の速度決定部の一例である。Ｓ６４の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の時定数決定部の一例である。Ｓ６５の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の報知部の一例である。Ｓ４の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の指令判定部の一例である。Ｓ２３の処理を行うＣＰＵ４１は本発明のフィルタの一例である。Ｓ２２の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の駆動結果取得部の一例である。Ｓ２４の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の駆動結果判定部の一例である。
【0133】
本発明は上記実施形態から種々変更できる。以下説明する各種変形例は、矛盾が生じない限り夫々組み合わせ可能である。例えば、数値制御装置４０は工作機械１に設ける場合に限らず、工作機械１とは別体に設けてもよい。例えば数値制御装置４０は、工作機械１に接続した装置（ＰＣ、専用機等）でもよい。工具マガジン２１はタレット式に限らず、例えばアーム式でもよい。
【0134】
ＣＰＵ４１は、同定したパラメータに基づき、工具３の過積載の判定（Ｓ３１、Ｓ３２）以外の処理を実行してもよい。例えば数値制御装置４０はエンコーダ７４が出力したフィードバック信号に基づくフィードバック制御だけでなく、フィードフォワード制御を実行してもよい。該時、ＣＰＵ４１はフィードフォワード制御のパラメータを、決定したパラメータにより最適化してもよい。又、フィードバック制御の位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等の制御パラメータを最適化してもよい。該時、数値制御装置４０は工作機械１を高速且つ高精度に制御できる。
【0135】
数値制御装置４０が同定するパラメータは基準角度θａを含んでいればよく、数値制御装置４０は適宜他のパラメータを同定してもよい。
【0136】
上記実施形態において、数値制御装置４０は逐次最小二乗法によりパラメータを同定したが、他の方法でパラメータを同定してもよい。例えば、数値制御装置４０は線形最小二乗法によりパラメータを同定してもよい。線形最小二乗法によりパラメータを同定する方法を以下で説明する。
【0137】
線形最小二乗法のモデルにおいて推定誤差ｊは以下の数２８で表される。
数２８においてΦは以下の数２９で表される。ＣＰＵ４１は推定誤差ｊを最小にするパラメータを同定する。
【数28】
【数29】
【0138】
数２８の正規方程式は以下の数３０で表される。
ＣＰＵ４１は数３０を解くことによりパラメータを同定できる。
【数30】
【0139】
ＣＰＵ４１は旋回角度θＴが所定角度θＴＬ未満である時にパラメータを同定してもよい。この場合、ＣＰＵ４１は主処理において、Ｓ１３の処理を省略してもよい。ＣＰＵ４１は指令が他の条件を満たす時にパラメータを同定してもよい。例えば、ＣＰＵ４１は指令が終了指令の時にパラメータを同定してもよい。又、例えばＣＰＵ４１は、指令に基づく工作機械１の動作が複数の静止状態である時に、パラメータを同定してもよい。
【0140】
上記実施形態において、ＣＰＵ４１は角度θの一階時間微分の大きさに基づき、トルクｕ及び角度θをパラメータの同定に用いるか否かを判定した。これに対し、ＣＰＵ４１は取得した全てのトルクｕ及び角度θをパラメータの同定に用いてもよい。又、ＣＰＵ４１は他の条件に基づき、トルクｕ及び角度θをパラメータの同定に用いるか否かを判定してもよい。例えば、ＣＰＵ４１は角度θの二階時間微分の大きさに基づき、トルクｕ及び角度θをパラメータの同定に用いるか否かを判定してもよい。
【0141】
ＣＰＵ４１は取得したトルクｕｒａｗ及び戻り値θｒａｗをパラメータの同定に用いるか否かを判定した後、ノイズを除去してもよい。
【0142】
ＣＰＵ４１は取得したトルクｕｒａｗ及び戻り値θｒａｗにローパスフィルタを適用してもよい。該時、ＣＰＵ４１はＳ２５の処理の前にトルクｕ及び角度θを算出すればよい。
【0143】
ＣＰＵ４１はトルクｕ０及び角度θ０のノイズを除去する際、ローパスフィルタ以外を適用してもよい。例えば、ＣＰＵ４１はハイパスフィルタを適用することでトルクｕ０及び角度θ０のノイズを除去してもよい。ＣＰＵ４１はトルクｕ０及び角度θ０のうちいずれか一方のノイズを除去してもよい。ＣＰＵ４１はトルクｕ０及び角度θ０のノイズを除去しなくてもよい。この場合、ＣＰＵ４１は同定処理において、Ｓ２３の処理を省略してもよい。
【0144】
ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数Ｆθ、及び慣性モーメントＪの何れか一方の大きさに基づき、工具３の過積載であるか否かを判定してもよい。ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数Ｆθ、及び慣性モーメントＪの両方の大きさに基づき、工具３の過積載であるか否かを判定してもよい。ＣＰＵ４１は、偏荷重係数Ｆθ、及び慣性モーメントＪ以外の同定したパラメータに基づき、工具３の過積載であるか否かを判定してもよい。
【0145】
ＣＰＵ４１は工具３の過積載であるか否かを判定しなくてもよい。この場合、ＣＰＵ４１は主処理において、Ｓ３０～Ｓ３２、Ｓ６１～Ｓ６６の処理を省略してもよい。第四実施形態において、ＣＰＵ４１はＳ６５の処理において表示部１９を介して報知した。これに対し、ＣＰＵ４１はスピーカ、ランプ等を介して報知してもよい。
【0146】
ＣＰＵ４１は同定したパラメータに基づき、工具マガジン２１の工具３の装着時における目標角度を補正してもよい。工具マガジン２１に工具３を装着した影響に因り、慣性モーメントＪ等のパラメータが変化する。数値制御装置４０は工具マガジン２１に工具３を装着した影響を考慮してマガジンモータ６４を制御できる。
【符号の説明】
【0147】
１ 工作機械
３ 工具
２０ 工具交換装置
２２ マガジン本体
４０ 数値制御装置
４１ ＣＰＵ
６４ マガジンモータ
３ 工具
２０ 工具交換装置
２２ マガジン本体
４０ 数値制御装置
４１ ＣＰＵ
６４ マガジンモータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】