特開 2024-5673 数値制御装置、同定方法、及び同定プログラム

(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】P2024005673

(43)【公開日】2024-01-17

(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】

   G05B 19/18 20060101AFI20240110BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20240110BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20240110BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20240110BHJP

   B23Q 1/52 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G05B19/18 W

G05B19/18 X

G05B19/404 K

G05B13/02 P

G05B13/02 D

B23Q17/00 A

B23Q1/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105957

(22)【出願日】2022-06-30

(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）】

3C029

3C048

3C269

5H004

【Ｆターム（参考）】

3C029EE00

3C048BC02

3C048DD12

3C269AB01

3C269BB03

3C269CC02

3C269CC15

3C269EF39

3C269GG02

3C269MN07

3C269MN14

3C269MN16

3C269MN29

3C269PP02

3C269PP03

5H004KC35

5H004KC48

5H004MA11

(57)【要約】

【課題】工作機械の伝達特性のパラメータを精度良く同定して工作機械を適切に制御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、被削材が治具に固定される位置により、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（Ｓ８）。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被削材を加工する工具と前記被削材とを相対的に移動及び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モータに出力した出力結果と、前記工作機械の伝達モデルを前記入力条件に適用して導出した導出結果とに基づいて、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、偏荷重が零になる基準角度から回転した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】

前記取得部が取得した前記入力条件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入力条件判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3】

前記駆動条件は前記モータの駆動時間及び駆動角度を含み、
前記駆動角度を時間で二階微分して駆動加速度を算出し、前記駆動加速度に基づき、前記同定部により前記パラメータを同定するか否かを判定する同定判定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】

前記入力条件判定部が判定する前の前記入力条件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３に記載の数値制御装置。

【請求項5】

前記同定部により同定した前記パラメータに基づき、前記被削材の過積載であるか否かを判定する過積載判定部と、
前記過積載判定部により前記被削材の過積載であると判定された場合、前記被削材の過積載であることを通知する通知部と
を備えることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の数値制御装置。

【請求項6】

前記工作機械は、前記被削材を固定する台を回転し、
前記同定部は、前記パラメータとして、前記台に付加する積載物の前記偏荷重の係数である偏荷重係数を同定し、
前記基準角度と、前記モータのねじり剛性係数と、前記同定部が同定した前記偏荷重係数と、プログラムが指令する、前記台を回転する指令角度とに基づき、前記台に前記被削材を固定したことに因る角度誤差分、前記指令角度を補正する補正部と、
前記補正部が補正した前記指令角度に対応する量だけ前記モータを駆動する駆動制御部と
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7】

前記基準角度と、前記ねじり剛性係数と、前記偏荷重係数と、前記指令角度とに基づき、前記角度誤差を算出する算出部を備え、
前記補正部、前記指令角度を前記算出部が算出した前記角度誤差で補正すること
を特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。

【請求項8】

前記算出部は、
前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重を、前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重係数及び前記基準角度に基づき算出し、
前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重を、前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重係数及び前記基準角度に基づき算出し、
前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重と、前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重との変化量に基づき、前記角度誤差を算出すること
を特徴とする請求項７に記載の数値制御装置。

【請求項9】

前記同定部は、
前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重係数及び前記基準角度を、前記台に前記積載物を付加しない時に前記台を所定角度回動した時の前記出力結果と前記導出結果とに基づいて同定し、
前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重係数及び前記基準角度を、前記台に前記積載物を付加した時に前記台を前記所定角度回動した時の前記出力結果と前記導出結果とに基づいて同定すること
を特徴とする請求項８に記載の数値制御装置。

【請求項10】

被削材を加工する工具と前記被削材とを相対的に移動及び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モータに出力した出力結果と、前記工作機械の伝達モデルを前記入力条件に適用して導出した導出結果とに基づいて、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、偏荷重が零になる基準角度から回転した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11】

被削材を加工する工具と前記被削材とを相対的に移動及び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モータに出力した出力結果と、前記工作機械の伝達モデルを前記入力条件に適用して導出した導出結果とに基づいて、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、偏荷重が零になる基準角度から回転した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】

工作機械を制御するための制御条件を適切に決定する為に、工作機械の伝達特性を示す物理パラメータ（イナーシャ等）を高精度に設定する必要がある。特許文献１は、制御誤差の推定技術を開示する。該推定技術は、制御出力の観測値にプラントの逆モデルを適用して制御入力を演算する。そして、演算した制御入力と、制御入力の観測値との比較により、制御誤差を推定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－７２１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記技術を適用して工作機械の物理パラメータを設定した時、工作機械の駆動時に受ける偏荷重の影響が考慮されず、物理パラメータの精度が低下する。故に、工作機械を適切に制御できる制御条件を決定できない時があるという問題点がある。

【0005】

本発明の目的は、工作機械の伝達特性のパラメータを精度良く同定して工作機械を適切に制御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、被削材を加工する工具と前記被削材とを相対的に移動及び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モータに出力した出力結果と、前記工作機械の伝達モデルを前記入力条件に適用して導出した導出結果とに基づいて、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、偏荷重が零になる基準角度から回転した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、基準角度を含むパラメータを同定する。これにより、数値制御装置は被削材の条件によって基準角度が０でない場合、又は基準角度が未知である場合においても、パラメータを精度良く同定する。故に数値制御装置は工作機械を適切に制御できる。

【0008】

請求項２の数値制御装置は、前記取得部が取得した前記入力条件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入力条件判定部を備えてもよい。数値制御装置は、パラメータの同定に用いる入力条件を判定する。これにより、数値制御装置は、パラメータの同定精度が悪化する入力条件を除去するので、パラメータを精度良く同定できる。

【0009】

請求項３の数値制御装置において、前記駆動条件は前記モータの駆動時間及び駆動角度を含み、前記駆動角度を時間で二階微分して駆動加速度を算出し、前記駆動加速度に基づき、前記同定部により前記パラメータを同定するか否かを判定する同定判定部を備えてもよい。数値制御装置は、モータの駆動時において、算出した駆動加速度が所定値よりも小さく、偏荷重が小さい場合に同定部がパラメータを同定しない。故に数値制御装置は、処理を簡略化できる。

【0010】

請求項４の数値制御装置は、前記入力条件判定部が判定する前の前記入力条件に含まれるノイズを除去するフィルタを備えてもよい。入力条件判定部が判定した後の入力条件は、入力条件判定部の判定により不連続となる。このような不連続な入力条件をフィルタでノイズを除去してパラメータを同定した場合、同定の精度が悪化する可能性がある。数値制御装置は、入力条件判定部が判定する前の入力条件に含まれるノイズをフィルタにより除去する。これにより、数値制御装置は、パラメータを精度良く同定できる。

【0011】

請求項５の数値制御装置は、前記同定部により同定した前記パラメータに基づき、前記被削材の過積載であるか否かを判定する過積載判定部と、前記過積載判定部により前記被削材の過積載であると判定された場合、前記被削材の過積載であることを通知する通知部とを備えてもよい。数値制御装置は、被削材の過積載であるか否かを判定する。被削材の過積載であると判定された場合、通知部の通知により、作業者は被削材の過積載を把握できる。

【0012】

請求項６の数値制御装置において、前記工作機械は、前記被削材を固定する台を回転し、前記同定部は、前記パラメータとして、前記台に付加する積載物の前記偏荷重の係数である偏荷重係数を同定し、前記基準角度と、前記モータのねじり剛性係数と、前記同定部が同定した前記偏荷重係数と、プログラムが指令する、前記台を回転する指令角度とに基づき、前記台に前記被削材を固定したことに因る角度誤差分、前記指令角度を補正する補正部と、前記補正部が補正した前記指令角度に対応する量だけ前記モータを駆動する駆動制御部とを備えてもよい。数値制御装置は積載物の条件によって基準角度が０でない場合、又は基準角度が未知である場合においても、角度誤差分、指令角度を補正する。故に数値制御装置は工作機械を適切に制御できる。

【0013】

請求項７の数値制御装置は、前記基準角度と、前記ねじり剛性係数と、前記偏荷重係数と、前記指令角度とに基づき、前記角度誤差を算出する算出部を備え、前記補正部、前記指令角度を前記算出部が算出した前記角度誤差で補正してもよい。数値制御装置は角度誤差を算出せずに指令角度を角度誤差分補正する装置よりも、指令角度を角度誤差分補正する処理を簡単にできる。

【0014】

請求項８の数値制御装置において、前記算出部は、前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重を、前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重係数及び前記基準角度に基づき算出し、前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重を、前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重係数及び前記基準角度に基づき算出し、前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重と、前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重との変化量に基づき、前記角度誤差を算出してもよい。数値制御装置は偏荷重の変化量を勘案せず角度誤差分補正する装置よりも、指令角度を精度よく補正できる。

【0015】

請求項９の数値制御装置において、前記同定部は、前記台に前記積載物を付加しない時の前記偏荷重係数及び前記基準角度を、前記台に前記積載物を付加しない時に前記台を所定角度回動した時の前記出力結果と前記導出結果とに基づいて同定し、前記台に前記積載物を付加した時の前記偏荷重係数及び前記基準角度を、前記台に前記積載物を付加した時に前記台を前記所定角度回動した時の前記出力結果と前記導出結果とに基づいて同定してもよい。数値制御装置は台に積載物を付加しない時の偏荷重係数及び基準角度、及び台に積載物を付加した時の偏荷重係数及び基準角度を夫々同定できる。

【0016】

請求項１０の同定方法は、被削材を加工する工具と前記被削材とを相対的に移動及び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モータに出力した出力結果と、前記工作機械の伝達モデルを前記入力条件に適用して導出した導出結果とに基づいて、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、偏荷重が零になる基準角度から回転した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。

【0017】

請求項１１の同定プログラムは、被削材を加工する工具と前記被削材とを相対的に移動及び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モータに出力した出力結果と、前記工作機械の伝達モデルを前記入力条件に適用して導出した導出結果とに基づいて、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、偏荷重が零になる基準角度から回転した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】

【0018】

【図1】工作機械１の斜視図。

【図2】支持装置８の斜視図。

【図3】角度θが９０ｄｅｇ時の支持装置８の背面図。

【図4】被削材ＷがＣ軸に対し偏った位置で治具２０１に固定された時を説明する図。

【図5】被削材ＷがＣ軸に対し偏っていない位置で治具２０１に固定された時を説明する図。

【図6】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7】駆動回路５５の制御系を示す図。

【図8】数値制御装置４０の機能を示す機能ブロック図。

【図9】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10】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】補正処理の流れ図。

【図14】補正処理の評価結果を示すグラフ。

【図15】係数同定処理の流れ図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態を、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、工具により被削材Ｗ（図２参照）の切削加工と旋削加工ができる複合機である。

【0020】

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、Ｙ軸移動機構（図示略）、Ｘ軸移動機構（図示略）、Ｚ軸移動機構（図示略）、移動体１５、立柱５、主軸ヘッド６、主軸（図示略）、支持装置８、工具交換装置９、制御箱（図示略）、数値制御装置４０（図６参照）等を備える。基台２は架台１１、主軸基台１２、右側基台１３、左側基台１４等を備える。架台１１は前後方向に長い略直方体状の構造体である。主軸基台１２は前後方向に長い略直方体状に形成し、架台１１上面後方に設ける。右側基台１３は架台１１上面右前方に設ける。左側基台１４は架台１１上面左前方に設ける。右側基台１３と左側基台１４は夫々、上面に支持装置８を支持する。

【0021】

Ｙ軸移動機構は主軸基台１２上面に設け、Ｙ軸モータ６２（図６参照）等を備える。Ｙ軸移動機構はＹ軸モータ６２の駆動により、略平板状の移動体１５をＹ軸方向に移動する。Ｘ軸移動機構は移動体１５上面に設け、Ｘ軸モータ６１（図６参照）等を備える。Ｘ軸移動機構はＸ軸モータ６１の駆動により、立柱５をＸ軸方向に移動する。立柱５は、Ｙ軸移動機構、移動体１５、Ｘ軸移動機構により、基台２上をＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。Ｚ軸移動機構は立柱５前面に設け、Ｚ軸モータ６３（図６参照）等を備える。Ｚ軸移動機構はＺ軸モータ６３の駆動により、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動する。主軸（図示略）は主軸ヘッド６内部に設け、主軸下部に工具装着穴（図示略）を備える。工具装着穴は工具を装着する。故に、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構は夫々、主軸に装着した工具に対して被削材Ｗを相対的に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動する。主軸は主軸ヘッド６上部に設けた主軸モータ６６（図３参照）で回転する。該時、主軸に設けた工具は、被削材Ｗに対して回転する。

【0022】

工具交換装置９は立柱５と主軸ヘッド６周囲を取り巻く略円環状である。工具交換装置９はＺ軸移動機構が主軸ヘッド６を昇降する間に、主軸に現在装着する工具を交換する。制御箱は工作機械１を覆うカバー（図示略）の外壁に取り付ける。数値制御装置４０は制御箱の内側に格納する。数値制御装置４０はＮＣプログラムに基づき工作機械１の動作を制御する。工作機械１を覆うカバーは外壁面に操作盤１０（図６参照）を備える。操作盤１０は操作部１８と表示部１９を備える。操作部１８は数値制御装置４０の各種設定を行う。表示部１９は各種画面、メッセージ、警報等を表示する。

【0023】

支持装置８は右側基台１３と左側基台１４の上面に固定する。図２、図３の如く、支持装置８はＡ軸台２０、左側支持台２７、駆動部２８、回転台２９、Ｃ軸駆動部３０等を備える。Ａ軸台２０は積載物２００、３００を取り外し可能に付加できる。積載物２００はＡ軸台２０に対しＡ軸側（台側）に付加する。積載物２００の詳細の説明は後述する。積載物３００はＡ軸台２０に対しＡ軸側とは反対側（尾側）に付加する回転シリンダ、ロータリージョイントを含む。ロータリージョイントは切削液、冷却液等の液体を供給する。回転シリンダは被削材Ｗを保持するチャック等の治具の可動部を直線方向に駆動する。

【0024】

Ａ軸台２０は台部２１、連結部２２、２３を備える。台部２１は、基準面Ｒ（図４参照）に対するＡ軸台２０の角度θが０ｄｅｇの時、上面が基準面Ｒと平行となる平面視略長方形状の板状部である。基準面Ｒは水平面と平行な仮想面である。角度θは右側面視において時計回りにＡ軸台２０が回転する時に大きくなる。角度θは右側面視において反時計回りにＡ軸台２０が回転する時に小さくなる。

【0025】

連結部２２は台部２１の右端部から右斜め上方に延び且つ駆動部２８と回動可能に連結する。連結部２２はその右端面から右方に突出する略円柱状の支軸３２を有する。連結部２３は台部２１の左端部から左斜め上方に延び且つ後述する左側支持台２７と回動可能に連結する。連結部２３はその左端面から左方に突出する略円柱状の支軸３１を有する。左側支持台２７はＡ軸台２０右側に位置する。左側支持台２７は支軸３１を回転可能に支持する。左側支持台２７の底部は、左側基台１４（図１参照）の上面に固定する。

【0026】

駆動部２８はＡ軸台２０右側に位置する。駆動部２８は右側支持台２６、Ａ軸モータ６５、減速機（図示略）等を備える。右側支持台２６の底部は、右側基台１３（図１参照）の上面に固定する。右側支持台２６はＡ軸出力軸６７を介して連結部２２の支軸３２を回転可能に支持する。連結部２２の支軸３２とＡ軸モータ６５の出力軸は、Ａ軸出力軸６７、減速機を介して互いに連結する。Ａ軸モータ６５の出力軸が回転すると、Ａ軸台２０はＡ軸を中心に連結部２２、２３と一体に回動する（図３、図４参照）。Ａ軸はＸ軸方向と平行であり、側面視で支軸３１、３２の中心を通る。駆動部２８は工具に対して被削材Ｗを、Ａ軸を中心として回転する。Ａ軸台２０はＡ軸回りに任意角度で傾くことで、主軸に装着する工具に対して被削材ＷをＡ軸回りの任意方向に傾ける。

【0027】

回転台２９は台部２１のＡ軸側面の略中央に回転可能に設ける。回転台２９は円盤状に形成し、Ａ軸台２０のＡ軸側面の略中央に設ける。Ｃ軸駆動部３０は台部２１のＡ軸側面に設け、且つ台部２１の略中央に設けた穴（図示略）を介して回転台２９と連結する。

【0028】

Ｃ軸駆動部３０は内部に回転軸（図示略）、減速機（図示略）、Ｃ軸モータ６４（図４参照）等を備える。回転軸は回転台２９に対して直交する方向に延びる。回転軸は回転台２９に固定する。Ｃ軸モータ６４のローターは減速機を介して回転軸に接続する。故に、Ｃ軸モータ６４が回転軸を回転すると、回転台２９はＣ軸を中心に回転する。回転台２９上面は積載物２００を固定する。

【0029】

図２～図４を参照し、本実施形態の積載物２００について説明する。図２、図３の如く、積載物２００は治具２０１、被削材Ｗを含む。治具２０１は円盤状に形成し、被削材Ｗを回転台２９に固定する。治具２０１の直径は回転台２９の直径よりも大きい。治具２０１の回転軸は回転台２９の回転軸と同軸である。

【0030】

被削材Ｗは仮想軸ＣＷの方向に延びる円柱状である。仮想軸ＣＷはＣ軸と平行に延びる。被削材Ｗは治具２０１に対しＡ軸側に固定する（図４（Ａ）参照）。被削材ＷはＡ軸台２０の角度θが０ｄｅｇの時、治具２０１の後端部に位置する。即ち、仮想軸ＣＷはＣ軸に対し偏心している。Ｃ軸駆動部３０は工具に対して被削材Ｗを、Ｃ軸を中心として回転する。

【0031】

工作機械１において、Ａ軸モータ６５には積載物２００による偏荷重（回転モーメント）が作用する。Ａ軸モータ６５に対しての偏荷重はＡ軸モータ６５を特定の方向に回転させようとする力又はトルクである。Ａ軸モータ６５に対しての偏荷重の大きさは支持装置８のＡ軸台２０の角度θに基づき変動する。図４（Ａ）の如く、Ａ軸台２０の角度θが０ｄｅｇの時、Ａ軸台２０、Ｃ軸駆動部３０及び積載物３００の全体の重心ＧＡは、Ａ軸に対し下方に位置する。以下、Ａ軸台２０、Ｃ軸駆動部３０及び積載物３００の全体を保持体２５と称する。積載物２００の重心ＧＷは、Ａ軸に対し後方に位置する。Ａ軸モータ６５が回転する時、Ａ軸モータ６５に対し鉛直下向き方向に偏荷重による力が作用する。

【0032】

例えば、図５の如く、被削材Ｗの仮想軸ＣＷがＣ軸と同軸であり、治具２０１の中心で固定される時、保持体２５の重心ＧＡと積載物２００の重心ＧＷとがＡ軸を支点として釣り合うのは、Ａ軸台２０の角度θが０ｄｅｇの時である。重心ＧＡと重心ＧＷがＡ軸を支点として釣り合うとは、重力に起因するＡ軸回りのモーメントが零になる場合である。具体的には、保持体２５と積載物２００を合わせた総重心が、A軸回転中心の真下に来る時にＡ軸回りのモーメントが零になる。該時、積載物２００によるＡ軸モータ６５に対しての偏荷重の大きさは零となる。

【0033】

一方、図４（Ｂ）の如く、被削材Ｗが固定される位置がＣ軸に対して偏った位置にある時、保持体２５の重心ＧＡと積載物２００の重心ＧＷとがＡ軸を支点として釣り合うのは、Ａ軸台２０の角度θが０の時ではない。本実施形態において、保持体２５の重心ＧＡと積載物２００の重心ＧＷとがＡ軸を支点として釣り合うのは、Ａ軸台２０の角度θが１０ｄｅｇの時である。このように、被削材Ｗが固定される位置がＣ軸に対して偏った位置にある時、Ａ軸モータ６５に対する偏荷重の大きさが零となる角度が、Ａ軸台２０が水平となる角度（θ＝０ｄｅｇ）から変動する。

【0034】

Ａ軸モータ６５に対する偏荷重の大きさが零となる角度は、被削材Ｗが固定される位置、被削材Ｗの重量に依存して変動する。故にＡ軸モータ６５に対する偏荷重の大きさが零となる角度が不明である時、数値制御装置４０はＡ軸モータ６５の駆動を精度よく制御できない可能性がある。以下、偏荷重の大きさが零になる角度（本実施形態では、θ＝１０ｄｅｇ）を基準角度θ_ａという。

【0035】

図６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５１～５６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、Ｃ軸モータ６４、Ａ軸モータ６５、主軸モータ６６、エンコーダ７１～７６を備える。以下、駆動回路５１～５６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、Ｃ軸モータ６４、Ａ軸モータ６５、主軸モータ６６を区別しない時、モータ６０と総称する。エンコーダ７１～７６を区別しない時、エンコーダ７０と総称する。

【0036】

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１０参照）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。

【0037】

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の出力軸の回転角度を検出し、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。

【0038】

図７を参照し駆動回路５５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Ａ軸送り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５５に出力する。角度指令はデータが示す目標角度にＡ軸台２０を回動する時のＡ軸モータ６５の出力軸の回転角を示す。エンコーダ７５はＡ軸モータ６５の出力軸の現在の回転角情報を戻り値として駆動回路５５に出力する。駆動回路５５は該戻り値と該角度指令に基づき、Ａ軸モータ６５に出力する駆動電流を制御する。具体的に駆動回路５５は加算器５５Ａ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。駆動回路５５は加算器５５Ｂで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５５Ｃで微分した値である。駆動回路５５は加算器５５Ｄで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５５Ｅ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５５はトルク指令を示すパルス信号により、Ａ軸モータ６５を駆動する。

【0039】

被削材Ｗに対して工具をＡ軸早送り指令に基づくＡ軸早送りを説明する。図８の如く、数値制御装置４０のＣＰＵ４１は、はじめにＮＣプログラムを読み込み、ＮＣプログラムから送り軸指令を取得する（Ｐ１）。ＣＰＵ４１は、被削材Ｗを送り軸指令により指定した角度まで移動する為、目標角度の時系列データを決定する（Ｐ２）。ＣＰＵ４１は、所定周期で目標角度のデータを駆動回路５５に出力する。該データは、目標角度まで被削材Ｗを移動する為のＡ軸モータ６５の駆動条件を示す。

【0040】

駆動回路５５は、ＣＰＵ４１が出力した目標角度のデータに基づき、Ａ軸モータ６５を駆動する。Ａ軸モータ６５は、Ａ軸台２０を目標角度までＡ軸まわりに回転する。ＣＰＵ４１が駆動回路５１に目標角度のデータを入力する都度、駆動回路５５はＡ軸モータ６５を駆動する。これにより、Ａ軸台２０は、送り軸指令により指定した回転角度（以下、「指令角度」と称す。）に最終的に到達する。送り軸指令に基づきＣＰＵ４１が実行する上記の制御を、「送り軸制御」と称す。

【0041】

図９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９（Ａ）（Ｂ）に示すように、はじめにＣＰＵ４１は、送り軸指令の指令角度までＡ軸台２０が移動する時の速度が一定に推移する（図９（Ｂ））ように、各目標角度を決定する（図９（Ａ））。次にＣＰＵ４１は、図９（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９（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９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９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。

【0042】

図９（Ｂ）に示す角速度波形に第一ＦＩＲフィルタを適用した時、図９（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。

【0043】

第一ＦＩＲフィルタを適用した角速度波形（図９（Ｃ）参照）に第二ＦＩＲフィルタを適用した時、図９（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。

【0044】

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、送り軸制御時における支持装置８の移動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Ａ軸モータ６５の加減速時における加減速時定数に対応する。

【0045】

ＣＰＵ４１は、Ｐ１の工程（図８参照）によりＮＣプログラムから取得した送り軸指令に基づいて、所定周期毎に工具の角速度（図９（Ｂ）参照）を算出する。ＣＰＵ４１は、時定数Ｔ１、Ｔ２の夫々の第一ＦＩＲフィルタ及び第二ＦＩＲフィルタを、算出した角速度に適用することで、角速度波形の形状に対応する加減速特性を調整する（図９（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９（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Ｐ７（図８参照）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。

【0046】

駆動回路５１は、ＣＰＵ４１が所定周期で出力する目標角度のデータに基づき、Ａ軸モータ６５を駆動する。Ａ軸モータ６５は、Ａ軸台２０を目標角度までＡ軸まわりに回転する。Ａ軸台２０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、Ａ軸台２０は、送り軸指令により指定した指令角度に最終的に到達する。

【0047】

偏荷重及び基準角度θ_ａの同定について説明する。本実施形態において、駆動回路５５がＡ軸モータ６５に対して出力するトルクｕ_ｒａｗ（Ｎ・ｍ）、及びエンコーダ７５からの戻り値ｘ_ｒａｗを制御対象となるモデルに用いて、偏荷重及び基準角度θ_ａを同定する。

【0048】

ＣＰＵ４１は偏荷重及び基準角度θ_ａの同定を実行する前に、今回の制御において同定を実行するか否かを判定する（Ｐ３）。ＣＰＵ４１は三つの条件に基づき、今回の制御において同定を実行するか否かを判定する。

【0049】

第一の条件は、算出した角加速度波形（図９（Ｄ）参照）に基づき、角加速度の最大値Ａ_ＭＡＸが第一所定値以上であることである。第二の条件は、今回の制御における目標角度（目標値θ）の範囲が所内範囲を含むことである。第三の条件は、Ａ軸台２０のＡ軸まわりの回転動作と同時に負荷軸を動作しないことである。負荷軸は其の動作時において、Ａ軸モータ６５が出力するトルクｕ_ｒａｗに影響を与える軸である。負荷軸の動作は、支持装置８をＡ軸と交差する方向に並進移動、又は支持装置８においてＡ軸と交差する方向に回転移動である。本実施形態において、負荷軸はＹ軸及びＣ軸である。

【0050】

三つの条件の何れも満たす時、ＣＰＵ４１はＡ軸モータ６５が出力するトルクｕ_ｒａｗの大きさが十分に大きく、偏荷重及び基準角度θ_ａを精度よく同定できる。ＣＰＵ４１は三つの条件の何れも満たす時、今回の制御において同定を実行すると判定する。

【0051】

ＣＰＵ４１は偏荷重及び基準角度θ_ａの同定を実行する前、ローパスフィルタによりトルクｕ_ｒａｗ及び戻り値ｘ_ｒａｗから微分ノイズを除去する（Ｐ４、Ｐ５）。ローパスフィルタが適用された後のトルクｕは式（１）で表される。ローパスフィルタが適用された後の戻り値ｘは式（２）で表される。式（１）、（２）において、Ｇ_ＬＰＦは微分ノイズを除去する為のローパスフィルタである。
ｕ＝Ｇ_ＬＰＦｕ_ｒａｗ ・・・式（１）
ｘ＝Ｇ_ＬＰＦｘ_ｒａｗ ・・・式（２）

【0052】

ＣＰＵ４１はトルクｕ及び戻り値ｘを偏荷重及び基準角度θ_ａの同定に使用するか判定する（Ｐ６）。具体例に、ＣＰＵ４１は微分器５５Ｃから角速度戻り値（角速度（ｒａｄ／ｓ））を取得する。ＣＰＵ４１は取得した角速度戻り値が第二所定値以上である場合、トルクｕ及び戻り値ｘを偏荷重及び基準角度θ_ａの同定に使用すると判定する。

【0053】

ＣＰＵ４１はモデルを用いて偏荷重及び基準角度θ_ａを同定する。本実施形態において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、式（３）で表す。角度θにおける偏荷重はＦ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）で表される。偏荷重係数Ｆ_θ（Ｎ・ｍ）は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（上付き一つドット）」は、角度θの一回時間微分（角速度（ｒａｄ／ｓ））を示す。「θ（上付き二つドット）」は、角度の二回時間微分（角加速度（ｒａｄ／ｓ^２））を示す。Ｊ（ｋｇ・ｍ^２）は支持装置８に関する慣性モーメントである。

【数3】

【0054】

式（３）において、ｆは式（４）の関係を満たす。ここで、Ｆ_Ｃ（Ｎ・ｍ）は支持装置８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））は支持装置８に関する粘性摩擦係数である。

【数4】

【0055】

駆動回路５５が出力するトルクｕは式（３）、（４）、及び加法定理により式（５）で表される。式（５）は、工作機械１の伝達モデルを示す。

【数5】

式（５）において、Ｆ_ａは式（６）で定義される係数である。Ｆ_ｂは式（７）で定義される係数である。
Ｆ_ａ＝Ｆ_θｃｏｓ（θ_ａ） ・・・式（６）
Ｆ_ｂ＝Ｆ_θｓｉｎ（θ_ａ） ・・・式（７）

【0056】

トルクｕは式（５）のモデルによって推定可能である。推定誤差ｅ（ρ）は式（８）により算出可能である。但し、ρは特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、ρ^Ｔはρの転置行列を示す。
ｅ（ρ）＝ｕ－ρ^Ｔｘ ・・・式（８）
式（８）において、ρ及びｘは、夫々式（９）、（１０）の関係を満たす。

【数9】

【数10】

【0057】

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）。具体的に、逐次最小二乗法とは、ステップｋにおける特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）と置いた時、ρ^（ｋ）、ε（ｋ）、Ｐ（ｋ）は以下の式（１１）、（１２）、（１３）により算出される。

【数11】

【数12】

【数13】

【0058】

ρ^（ｋ）、ε（ｋ）、Ｐ（ｋ）は、何れも上記式（１１）、（１２）、（１３）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）、戻り値ｘ（ｋ）用いて逐次的に算出可能である。故に上記式（１１）、（１２）、（１３）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。

【0059】

上記逐次最小二乗法により、ＣＰＵ４１は偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）を考慮したモデルにおいて、評価関数｜ｅ（ρ）｜^２が最小になるρを算出する。即ち、ＣＰＵ４１は推定誤差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Ｆ_Ｃ、係数Ｆ_ａ、Ｆ_ｂ）を同定する（Ｐ７）。

【0060】

ＣＰＵ４１は更に、式（６）、（７）から導出される式（１４）、（１５）により、偏荷重係数Ｆ_θ、基準角度θ_ａを算出する。これにより、ＣＰＵ４１は角度θにおける偏荷重はＦ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）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Ｆ_Ｃ、偏荷重係数Ｆ_θ、基準角度θ_ａを「パラメータ」と総称する。

【数14】

【数15】

【0061】

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）。又、ＣＰＵ４１は被削材Ｗ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、偏荷重が最大となる角度θにおける偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）が第三所定値以下であるか否かを判定する。偏荷重が最大となる時、ｓｉｎ（θ－θ_ａ）＝１であるので、ＣＰＵ４１は偏荷重係数Ｆ_θが第三所定値以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ４１はＰ９の工程において、更に同定した慣性モーメントＪが第四所定値以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ４１は偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）が第三所定値以下である時、又は慣性モーメントＪが第四所定値以下である時の何れかの時に、被削材Ｗの過積載であると判定する。該時、ＣＰＵ４１は表示部１９を介して被削材Ｗの過積載を通知し、工作機械１の動作を停止する。

【0062】

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。主処理は数値制御装置４０の電源がＯＮである時、記憶部４４に記憶した制御プログラムをＣＰＵ４１が読出し実行することにより開始する。

【0063】

ＣＰＵ４１は記憶部４４に記憶したＮＣプログラムを読み出す（Ｓ１）。ＣＰＵ４１は、読み出したＮＣプログラムの指令が早送り条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２）。早送り条件とは、工作機械１において設定可能な最大速度でモータ６０が回転する動作条件を示す。ＣＰＵ４１は早送り条件を満たす命令でないと判定した時（Ｓ２：ＮＯ）、処理をＳ１に戻す。ＣＰＵ４１は早送り条件を満たす命令であると判定した時（Ｓ２：ＹＥＳ）、処理をＳ３に進める。該処理は図８のＰ１の工程に対応する。

【0064】

ＣＰＵ４１は、取得した早送り条件に応じて駆動回路５０に出力する目標角度の時系列データ（目標値θ）を生成する（Ｓ３）。該処理は図８のＰ２の工程に対応する。

【0065】

ＣＰＵ４１は生成した目標角度の時系列データに基づき、角加速度の最大値Ａ_ＭＡＸが第一所定値以上か否か判定する（Ｓ４）。ＣＰＵ４１は角加速度の最大値Ａ_ＭＡＸが第一所定値未満であると判定した時（Ｓ４：ＮＯ）、処理をＳ１に戻す。ＣＰＵ４１は角加速度の最大値Ａ_ＭＡＸが第一所定値以上であると判定した時（Ｓ４：ＹＥＳ）、目標角度の時系列データが所定範囲を含む否かを判定する（Ｓ５）。ＣＰＵ４１は目標角度の時系列データが所定範囲を含まないと判定した時（Ｓ５：ＮＯ）、処理をＳ１に戻す。ＣＰＵ４１は目標角度の時系列データが所定範囲を含むと判定した時（Ｓ５：ＹＥＳ）、今回の制御においてＡ軸と負荷軸（Ｙ軸、Ｃ軸）とを同時に動作しないか否かを判定する（Ｓ６）。ＣＰＵ４１はＡ軸と負荷軸とを同時に動作すると判定した時（Ｓ６：ＮＯ）、処理をＳ１に戻す。ＣＰＵ４１はＡ軸と負荷軸とを同時に動作しないと判定した時（Ｓ６：ＹＥＳ）、処理をＳ７に進める。該処理は図８のＰ３の工程に対応する。

【0066】

ＣＰＵ４１は決定した目標角度の時系列データを駆動回路５０に出力する（Ｓ７）。該時、駆動回路５０はＡ軸モータ６５等の対応するモータ６０を駆動する。工作機械１は工具により被削材Ｗを加工する。ＣＰＵ４１は同定処理を実行する（Ｓ８）。

【0067】

図１１を参照し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Ｆ_Ｃ、偏荷重係数Ｆ_θ、基準角度θ_ａ）を初期値にする（Ｓ１１）。

【0068】

ＣＰＵ４１は、駆動回路５５がＡ軸モータ６５に対して出力するトルクｕ_ｒａｗ、及びエンコーダ７５からの戻り値ｘ_ｒａｗを取得する（Ｓ１２）。ＣＰＵ４１は取得したトルクｕ_ｒａｗ及び戻り値ｘ_ｒａｗの夫々にローパスフィルタを適用し、トルクｕ_ｒａｗ及び戻り値ｘ_ｒａｗからノイズを除去する（Ｓ１３）。該処理は図８のＰ４、Ｐ５の工程に対応する。

【0069】

ＣＰＵ４１は微分器５５Ｃから角速度戻り値（角速度（ｒａｄ／ｓ））を取得し、取得した角速度戻り値が第二所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ＣＰＵ４１は角速度戻り値が第二所定値未満であると判定した時（Ｓ１４：ＮＯ）、処理をＳ１２に戻す。ＣＰＵ４１は角速度戻り値が第二所定値以上であると判定した時（Ｓ１４：ＹＥＳ）、処理をＳ１５に進める。該処理は図８のＰ６の工程に対応する。

【0070】

ＣＰＵ４１は駆動回路５５が出力したトルクｕ及び戻り値ｘを適用した評価関数｜ｅ（ρ）｜²（式（８）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（Ｓ１５）。該処理は、図８のＰ７の工程に対応する。

【0071】

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（Ｓ１７）。該処理は、図８のＰ８の工程に対応する。ＣＰＵ４１は処理を主処理に戻す。

【0072】

図１０の如く、ＣＰＵ４１は同定処理（Ｓ８）が完了した後、同定した偏荷重係数Ｆ_θが第三所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ２１）。ＣＰＵ４１は偏荷重係数Ｆ_θが第三所定値より大きいと判定した時（Ｓ２１：ＮＯ）、処理をＳ２３に進める。ＣＰＵ４１は偏荷重係数Ｆ_θが第三所定値以下であると判定した時（Ｓ２１：ＹＥＳ）、同定した慣性モーメントＪが第四所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。ＣＰＵ４１は慣性モーメントＪが第四所定値より大きいと判定した時（Ｓ２２：ＮＯ）、被削材Ｗの過積載であるとして通知処理を実行する（Ｓ２３）。ＣＰＵ４１はＳ２３において、表示部１９を介して偏荷重係数Ｆ_θ又は慣性モーメントＪが大きく、被削材Ｗの過積載であることを通知する。ＣＰＵ４１はモータ６０の駆動を停止し（Ｓ２４）、主処理を終了する。ＣＰＵ４１は慣性モーメントＪが第四所定値以下であると判定した時（Ｓ２２：ＹＥＳ）、処理をＳ２５に進める。該処理は、図８のＰ９の工程に対応する。

【0073】

ＣＰＵ４１は全ての目標角度の時系列データ（目標値θ）においてパラメータの同定が完了したか否かを判定する（Ｓ２５）。ＣＰＵ４１は全ての目標角度の時系列データにおいてパラメータの同定が完了していないと判定した時（Ｓ２５：ＮＯ）、処理をＳ８に戻す。ＣＰＵ４１は全ての目標角度の時系列データにおいてパラメータの同定が完了したと判定した時（Ｓ２５：ＹＥＳ）、主処理を終了する。

【0074】

図１２の如く、被削材Ｗの仮想軸ＣＷがＣ軸に対し偏心し、偏った位置で固定されている時（図３参照）でも、Ａ軸モータ６５の出力に減速比をかけた支軸３２の出力トルクの同定結果は、出力トルク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導出できることが分かった。

【0075】

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。被削材ＷがＣ軸に対して偏った位置で固定されている時、被削材Ｗが固定された位置により基準角度θ_ａの大きさが変動する。積載物２００の偏荷重は基準角度θ_ａの大きさに依存する。故に、積載物２００の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。

【0076】

これに対し、数値制御装置４０のＣＰＵ４１は基準角度θ_ａに基づく偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）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は被削材Ｗが固定される位置によって基準角度θ_ａが０ｄｅｇでない時、又は基準角度θ_ａが未知である時でも、パラメータを精度良く同定できる。故に数値制御装置４０は工作機械１を適切に制御できる。

【0077】

ＣＰＵ４１は微分器５５Ｃから角速度戻り値（角速度（ｒａｄ／ｓ））を取得し、取得した角速度戻り値が第二所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１４、Ｐ６）。ＣＰＵ４１は角速度戻り値が第二所定値以上であると判定した時、トルクｕ及び戻り値ｘ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及び戻り値ｘを除去するので、パラメータを精度良く同定できる。

【0078】

ＣＰＵ４１はパラメータを同定する前に、算出した角加速度波形（図８（Ｄ）参照）に基づき、角加速度の最大値Ａ_ＭＡＸが第一所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ４、Ｐ３）。数値制御装置４０は角加速度の最大値Ａ_ＭＡＸが第一所定値よりも小さく、偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）が小さい場合にパラメータを同定しない。故に数値制御装置４０は、処理を簡略化できる。

【0079】

ＣＰＵ４１は、駆動回路５５がＡ軸モータ６５に対して出力するトルクｕ_ｒａｗ、及びエンコーダ７５からの戻り値ｘ_ｒａｗにローパスフィルタを適用し、トルクｕ_ｒａｗ及び戻り値ｘ_ｒａｗから微分ノイズを除去する（Ｓ１３、Ｐ４、Ｐ５）。数値制御装置４０において、Ｓ１４の処理により、トルクｕ及び戻り値ｘは角度θに対して不連続となる。このような、不連続なトルクｕ及び戻り値ｘからノイズを除去し、パラメータを同定した場合、パラメータの同定精度が悪化する可能性がある。数値制御装置４０はＳ１４の処理の前にローパスフィルタを適用し、微分ノイズを除去するので、パラメータを精度良く同定できる。

【0080】

ＣＰＵ４１は同定した偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）が第三所定値以下であるか否か（Ｓ２１）、及び同定したクーロン摩擦Ｆ_Ｃが第四所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。ＣＰＵ４１は、偏荷重Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）が第三所定値より大きい、又はクーロン摩擦Ｆ_Ｃが第四所定値より大きいと判定した時、被削材Ｗの過積載であるとして通知処理を実行する（Ｓ２３）。ＣＰＵ４１はＳ２３において、表示部１９を介して被削材Ｗの過積載であることを通知する。数値制御装置４０は被削材Ｗの過積載であると判定した場合、表示部１９を介して通知する。作業者は表示部１９での通知により被削材Ｗの過積載を把握できる。

【0081】

上記実施形態において、Ｓ１の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の取得部の一例である。Ｓ１５の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の同定部の一例である。Ｓ１４の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の入力条件判断部の一例である。角加速度が本発明の駆動加速度の一例である。Ｓ４の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の同定判定部の一例である。Ｓ２１、Ｓ２２の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の過積載判定部の一例である。Ｓ２３の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の通知部の一例である。式（５）は、本発明の伝達モデルの一例である。

【0082】

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。

【0083】

上記実施例はＡ軸モータ６５に関するパラメータの特定について示したが、偏荷重の影響を受ける他の軸についても実施可能である。例えば工作機械１のＣ軸モータ６４について実施する場合、Ｃ軸上の偏荷重はＡ軸の影響も受けるため、偏荷重の算出式はＦθｓｉｎ（θ_Ａ）ｓｉｎ（θ_Ｃ－θ_Ｃ０）である。θ_ＡはＡ軸の角度、θ_ＣはＣ軸の角度、θ_Ｃ０はＣ軸の偏荷重が最小になる基準角度を表す。工作機械１とは異なる機械構成を持つ機械に対しても、偏荷重を受ける軸については当然実施可能である。

【0084】

ＣＰＵ４１は、特定したパラメータに基づき、被削材Ｗの過積載の判定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７０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。

【0085】

数値制御装置４０が同定するパラメータは基準角度θ_ａ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。

【0086】

上記実施例で、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。

【0087】

線形最小二乗法のモデルにおいて推定誤差ｊは式（１６）で表される。

【数16】

式（１６）においてΦは式（１７）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17】

【0088】

式（１６）の正規方程式は式（１８）で表される。

【数18】

ＣＰＵ４１は式（１８）を解くことによりパラメータを同定できる。

【0089】

ＣＰＵ４１はＮＣプログラムの指令が早送り条件を満たさない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、Ｓ２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は指令が切削送り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。

【0090】

上記実施例において、ＣＰＵ４１は角速度戻り値（角速度）の大きさに基づき、取得したトルクｕ及び戻り値ｘ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及び戻り値ｘ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、取得したトルクｕ及び戻り値ｘ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は角加速度の大きさに基づき、取得したトルクｕ及び戻り値ｘをパラメータの同定に用いるか否かを判定してもよい。

【0091】

上記実施例において、ＣＰＵ４１は３つの条件（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の全ての条件を満たした時にパラメータの同定を実行した。これに対し、ＣＰＵ４１は３つの条件の少なくとも一つを満たした時にパラメータの同定を実行してもよい。ＣＰＵ４１はパラメータの同定の実行を上記の３つの条件以外の条件に基づき判定してもよい。ＣＰＵ４１は無条件でパラメータの同定を実行してもよい。この場合、ＣＰＵ４１は主処理において、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の処理を省略してもよい。

【0092】

ＣＰＵ４１は取得したトルクｕ_ｒａｗ、及び戻り値ｘ_ｒａｗをパラメータの同定に用いるか否かを判定した後、微分ノイズを除去してもよい。この場合、ＣＰＵ４１は主処理において、Ｓ１４の処理を実行した後、Ｓ１３の処理を実行する。

【0093】

ＣＰＵ４１は取得したトルクｕ_ｒａｗ、及び戻り値ｘ_ｒａｗの微分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微分ノイズを除去してもよい。ＣＰＵ４１は取得したトルクｕ_ｒａｗ、及び戻り値ｘ_ｒａｗのうちいずれか一方の微分ノイズを除去してもよい。ＣＰＵ４１は取得したトルクｕ_ｒａｗ、及び戻り値ｘ_ｒａｗの微分ノイズを除去しなくてもよい。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。

【0094】

ＣＰＵ４１は同定した偏荷重係数Ｆ_θ、及び慣性モーメントＪの何れか一方の大きさに基づき、被削材Ｗ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Ｆ_θ、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、被削材Ｗの過積載であるか否かを判定してもよい。上記実施例において、ＣＰＵ４１は通知処理にて表示部１９を介して被削材Ｗの過積載であることを通知した。これに対し、ＣＰＵ４１はスピーカ、ランプ等を介して通知してもよい。ＣＰＵ４１は被削材Ｗ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、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の処理を省略してもよい。

【0095】

ＣＰＵ４１は同定したパラメータに基づき、回転台２９に積載物２００を付加した場合における指令角度θを補正してもよい。回転台２９に積載物２００を付加した影響に因り、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は回転台２９に積載物２００を付加した影響を考慮して駆動部２８を制御する。数値制御装置４０による該制御を以下で説明する。

【0096】

数値制御装置４０のＣＰＵ４１は指令角度θ（ｒａｄ）に応じた角度誤差ΔＱ（θ）（ｒａｄ）を算出し、指令角度θを角度誤差ΔＱ（θ）分補正する。角度誤差ΔＱ（θ）はＡ軸送り指令で指示する指令角度θに対応する量だけ駆動部２８を駆動した時の、回転台２９に積載物２００を付加したことに因る角度の誤差である。

【0097】

ＣＰＵ４１は式（１９）を用い角度誤差ΔＱ（θ）を算出する。式（１９）において、Ｅ（ｒａｄ／Ｎ・ｍ）は駆動部２８のねじり剛性係数であり、駆動部２８に固有な値である。Ｆ_θｂ（Ｎ・ｍ）は回転台２９に積載物２００を付加していない時の偏荷重係数である。θ_ａｂは回転台２９に積載物２００を付加していない時の基準角度である。ねじり剛性係数Ｅは予め記憶部４４が記憶する。角度誤差ΔＱ（θ）はねじり剛性係数Ｅに、回転台２９に積載物２００を付加した時と回転台２９に積載物２００を付加していない時との偏荷重の変化量を乗算することで算出される。
ΔＱ（θ）＝Ｅ（Ｆ_θｓｉｎ（θ－θ_ａ）－Ｆ_θｂｓｉｎ（θ－θ_ａｂ））・・・式（１９）

【0098】

図１３を参照し、数値制御装置４０のＣＰＵ４１が実行する補正処理を説明する。ＣＰＵ４１は補正処理を実行することで、指令角度θを補正する。補正処理は数値制御装置４０の電源がＯＮである時、記憶部４４に記憶した制御プログラムをＣＰＵ４１が読出し実行することにより開始する。補正処理の開始前、回転台２９に積載物２００を付加していない時の偏荷重係数Ｆ_θｂ及び基準角度θ_ａｂは、予め記憶部４４が記憶する。

【0099】

ＣＰＵ４１は記憶部４４に記憶したＮＣプログラムを一行読み出す（Ｓ３１）。ＣＰＵ４１はＳ３１で読み出したプログラムがＡ軸送り指令である時、Ａ軸送り指令が指示する指令角度θに応じた角度誤差ΔＱ（θ）を式（１９）に基づき算出する（Ｓ３２）。偏荷重係数Ｆ_θ及び基準角度θ_ａは回転台２９に積載物２００を付加した状態で実行される前回のＳ３６の処理により、ＣＰＵ４１が同定し、記憶部４４に記憶する。ＣＰＵ４１がＳ３６の処理を実行していない時、記憶部４４は偏荷重係数Ｆ_θ及び基準角度θ_ａの初期値を記憶する。

【0100】

ＣＰＵ４１は算出した角度誤差ΔＱ（θ）を用いて。指令角度θを補正する（Ｓ３３）。ＣＰＵ４１は例えば、指令角度θから角度誤差ΔＱ（θ）を差し引いて、指令角度θを補正する。ＣＰＵ４１はＳ１で読み出したプログラムがＡ軸送り指令でない時、Ｓ３２、Ｓ３３を省略してもよい。

【0101】

ＣＰＵ４１はＳ１で読み出したプログラムがＡ軸早送り指令であるか否かを判定する（Ｓ３４）。ＣＰＵ４１はＳ１で読み出したプログラムがＡ軸早送り指令であると判定した時（Ｓ３４：ＹＥＳ）、Ｓ３で補正した指令角度θに関するＡ軸早送りを実行する（Ｓ３５）。ＣＰＵ４１は同定処理（Ｓ３６）を実行する。Ｓ３６の同定処理は図１１の同定処理と同様の処理である。ＣＰＵ４１はＳ３６において、偏荷重係数Ｆ_θ及び基準角度θ_ａを含むパラメータを同定し、記憶部４４に記憶する。ＣＰＵ４１は処理をＳ１に戻す。尚、ＣＰＵ４１はＳ３６において、回転台２９に積載物２００を付加していない時の偏荷重係数Ｆ_θｂ及び基準角度θ_ａｂの同定、及び記憶部４４への記憶を実行しない。

【0102】

ＣＰＵ４１はＳ１で読み出したプログラムがＡ軸早送り指令でないと判定した時（Ｓ３４：ＮＯ）、読み出したプログラムが工作機械１の動作を停止する指令であるか否かを判定する（Ｓ３７）。ＣＰＵ４１はＳ１で読み出したプログラムが工作機械１の動作を停止する指令でないと判定した時（Ｓ３７：ＮＯ）、読み出したプログラムの指令に応じた処理を実行し（Ｓ３８）、処理をＳ３１に戻す。ＣＰＵ４１はＳ１で読み出したプログラムが工作機械１の動作を停止する指令であると判定した時（Ｓ３７：ＹＥＳ）、補正処理を終了する。

【0103】

図１４の如く、被削材Ｗの仮想軸ＣＷがＣ軸に対し偏心し、偏った位置で固定されている時（図３参照）でも、算出された角度誤差ΔＱ（θ）は指令角度θの誤差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、指令角度θを補正することで工作機械１を適切に制御できることが分かった。

【0104】

ＣＰＵ４１は補正処理と別途行う係数同定処理にて、積載物２００を回転台２９に付加していない時の偏荷重係数Ｆ_θｂ、基準角度θ_ａｂ及び積載物２００を回転台２９に付加した時の偏荷重係数Ｆ_θ、基準角度θ_ａを夫々同定してもよい。

【0105】

図１５を参照し、数値制御装置４０のＣＰＵ４１が実行する係数同定処理を説明する。係数同定処理は数値制御装置４０の電源がＯＮである時、記憶部４４に記憶した制御プログラムをＣＰＵ４１が読出し実行することにより開始する。

【0106】

ＣＰＵ４１は回転台２９に積載物２００を付加していないか否かを判定する（Ｓ５１）。作業者は操作部１８を操作して積載物２００の重量をＣＰＵ４１に入力する。ＣＰＵ４１は入力された積載物２００の重量が０でない時、回転台２９に積載物２００を付加しているとして（Ｓ５１：ＮＯ）、処理をＳ５１に戻す。

【0107】

ＣＰＵ４１は入力された積載物２００の重量が０である時、回転台２９に積載物２００を付加していないとして（Ｓ５１：ＹＥＳ）、第一送り処理を実行する（Ｓ５２）。ＣＰＵ４１はＳ５２において、Ａ軸モータ６５を駆動し、例えば基準面Ｒに対するＡ軸台２０の角度θが０（ｄｅｇ）から９０（ｄｅｇ）、９０（ｄｅｇ）から０（ｄｅｇ）に回動する。第一送り処理におけるＡ軸台２０が回転する角度は適宜変更してもよい。

【0108】

ＣＰＵ４１は無積載時同定処理を実行する（Ｓ５３）。Ｓ５３の無積載時同定処理は図１１の同定処理と同様の処理である。ＣＰＵ４１はＳ５３において、回転台２９に積載物２００を付加していない時の偏荷重係数Ｆ_θｂ及び基準角度θ_ａｂを同定し、記憶部４４に記憶する。

【0109】

ＣＰＵ４１は回転台２９に積載物２００を付加しているか否かを判定する（Ｓ５４）。作業者は回転台２９に積載物２００を付加し、操作部１８を操作して積載物２００の重量をＣＰＵ４１に入力する。ＣＰＵ４１は入力された積載物２００の重量が０である時、回転台２９に積載物２００を付加していないとして（Ｓ５４：ＮＯ）、処理をＳ５４に戻す。

【0110】

ＣＰＵ４１は入力された積載物２００の重量が０よりも大きい時、回転台２９に積載物２００を付加しているとして（Ｓ５４：ＹＥＳ）、第二送り処理を実行する（Ｓ５５）。ＣＰＵ４１はＳ５５において、第一送り処理（Ｓ５２）と同様にＡ軸モータ６５を駆動し、例えば基準面Ｒに対するＡ軸台２０の角度θが０（ｄｅｇ）から９０（ｄｅｇ）、９０（ｄｅｇ）から０（ｄｅｇ）に回動する。第二送り処理におけるＡ軸台２０が回転する角度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、Ａ軸台２０が回転する角度は同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0111】

ＣＰＵ４１は積載時同定処理を実行する（Ｓ５６）。Ｓ５６の積載時同定処理は図１１の同定処理と同様の処理である。ＣＰＵ４１はＳ５６において、回転台２９に積載物２００を付加した時の偏荷重係数Ｆ_θ、及び基準角度θ_ａを同定し、記憶部４４に記憶する。ＣＰＵ４１は係数同定処理を終了する。図示しないが、ＣＰＵ４１が係数同定処理において同定した偏荷重係数Ｆ_θ、Ｆ_θｂ、及び基準角度θ_ａ、θ_ａｂを用いて角度誤差ΔＱ（θ）を算出することで、図１４の評価結果と同様の評価結果を示す。

【0112】

上記変形例において、Ｓ３３の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の補正部の一例である。Ｓ３５の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の駆動制御部の一例である。Ｓ３２の処理を行うＣＰＵ４１は本発明の算出部の一例である。

【符号の説明】

【0113】

１ 工作機械
２０ Ａ軸台
４０ 数値制御装置
４１ ＣＰＵ
２００ 積載物
Ｗ 被削材

【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】