(57)【要約】【課題】工作機械基準面の水平レベルを基に戻すために必要な、支持装置の支持位置の調整量を一意に推定できる支持位置調整量推定装置及び推定方法等を提供する。【解決手段】工作機械の基準面が水平であるときの各支持装置における基準荷重データを記憶した基準荷重データ記憶部３と、各支持装置における支持位置の基準支持位置に対する位置変動量と、基準荷重データに対する荷重変動量との間の関係式であって、３個以上の支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの前記関係式を記憶した関係式記憶部４と、全ての支持装置の荷重検出部により検出される荷重データ、基準荷重データ記憶３に格納された全ての支持装置の基準荷重データ及び関係式記憶部４に格納された関係式に基づいて、固定した支持装置以外の各支持装置について、その支持位置に関する調整量を推定する調整量推定部５とを備える。【選択図】図１
2020075298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持荷重を検出する荷重検出部、及び支持位置を調整するための支持位置調整機構をそれぞれ備えた３個以上の支持装置により支持された工作機械において、該工作機械の予め設定された基準面を水平にするために必要とされる、現状の前記各支持装置の支持位置に対する調整量を推定する方法であって、
前記工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ前記基準支持位置にあるときの、該基準支持位置を示す基準位置データ、及び前記荷重検出部により検出される荷重を示す基準荷重データを取得すると共に、
取得した基準位置データ及び基準荷重データに基づいて、前記各支持装置における支持位置がそれぞれ対応する前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部により検出される荷重データの前記基準荷重データに対する変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって、前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの前記関係式を取得し、
前記各支持装置の荷重検出部によって検出される荷重データが対応する前記基準荷重データから変動している場合に、前記固定した支持装置以外の各支持装置について、その支持位置に対する前記調整量を、全ての前記支持装置により検出された荷重変動量及び前記関係式に基づいて推定するようにしたことを特徴とする、支持装置の支持位置調整量推定方法。
【請求項２】
前記関係式は、ｉ番目の支持装置Ｓｉにおける前記調整量をΔＬｔｉとし、前記荷重変動量をΔＲｉとしたとき、下式によって表される請求項１記載の、支持装置の支持位置調整量推定方法。ｉは１〜ｎの自然数である。また、ｊは１〜ｎの任意の値であり、前記固定される支持装置Ｓｊを示すための符号である。
【数１】
2020075298.tif 000015
但し、Ａ＋は、ｉ番目の支持装置ＳｉがΔＬｉの位置変動量を示したときに生じる支持装置Ｓｉの荷重変動量をΔＲｉとし、そのときに生じるｋ番目の支持装置Ｓｋの荷重変動量をｄＲｉｋとしたときに成立する下記行列Ａに対する一般化逆行列である。ｋは１〜ｎの自然数である。
【数２】
2020075298.tif 000016
【数３】
2020075298.tif 000017
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載した支持位置調整量推定方法により推定された前記調整量を用いて、対応する支持装置の支持位置を調整するようにしたことを特徴とする、支持装置の支持位置調整方法。
【請求項４】
支持荷重を検出する荷重検出部、及び支持位置を調整するための支持位置調整機構をそれぞれ備えた４個以上の支持装置により支持された工作機械において、前記各支持装置の支持位置を調整して、該工作機械の予め設定された基準面を水平にする支持位置調整方法であって、
前記工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ前記基準支持位置にあるときの、該基準支持位置を示す基準位置データ、及び前記荷重検出部により検出される荷重を示す基準荷重データを予め取得すると共に、
取得した基準位置データ及び基準荷重データに基づいて、前記各支持装置における支持位置が対応した前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部によって検出される荷重の変動量を示す荷重変動量との間の下記関係式であって、前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの前記関係式を予め取得し、
前記各支持装置の荷重検出部により検出される荷重データが対応する前記基準荷重データから変動している場合に、まず、前記４個以上の支持装置から選択される３個の支持装置の支持位置を調整して前記工作機械の基準面を水平にし、ついで、残りの各支持装置について、下記関係式に含まれる一般化逆行列Ａ＋の中から該残りの支持装置に対応した列を選択的に抜き出して設定した選択行列を用いて残りの支持装置の支持位置の調整量を推定し、しかる後、推定した調整量に基づいて、対応する支持装置の支持位置を調整するようにしたことを特徴とする、支持装置の支持位置調整方法。
前記関係式は、ｉ番目の支持装置Ｓｉにおける前記調整量をΔＬｔｉとし、前記荷重変動量をΔＲｉとしたとき、下式によって表される。ｉは１〜ｎの自然数である。また、ｊは１〜ｎの任意の値であり、前記固定される支持装置Ｓｊを示すための符号である。
【数１】
2020075298.tif 000018
但し、Ａ＋は、ｉ番目の支持装置ＳｉがΔＬｉの位置変動量を示したときに生じる支持装置Ｓｉの荷重変動量をΔＲｉとし、そのときに生じるｋ番目の支持装置Ｓｋの荷重変動量をｄＲｉｋとしたときに成立する下記行列Ａに対する一般化逆行列である。ｋは１〜ｎの自然数である。
【数２】
2020075298.tif 000019
【数３】
2020075298.tif 000020
【請求項５】
支持荷重を検出する荷重検出部、及び支持位置を調整するための支持位置調整機構をそれぞれ備えた３個以上の支持装置により支持された工作機械において、該工作機械の予め設定された基準面を水平にするために必要とされる、現状の前記各支持装置の支持位置に対する調整量を推定する装置であって、
前記工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ前記基準支持位置にあるときに前記荷重検出部により検出される荷重を示す基準荷重データを記憶した基準荷重データ記憶部と、
前記各支持装置における支持位置がそれぞれ対応する前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部により検出される荷重データの前記基準荷重データに対する変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって、前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの前記関係式を記憶した関係式記憶部と、
全ての前記支持装置の荷重検出部により検出される荷重データ、前記基準荷重データ記憶に格納された全ての前記支持装置の基準荷重データ及び前記関係式記憶部に格納された関係式に基づいて、前記固定した支持装置以外の各支持装置について、その支持位置に関する前記調整量を推定する調整量推定部とを備えていることを特徴とする、支持装置の支持位置調整量推定装置。
【請求項６】
前記関係式記憶部に格納される前記関係式は、ｉ番目の支持装置Ｓｉにおける前記調整量をΔＬｔｉとし、前記荷重変動量をΔＲｉとしたとき、下式によって表される請求項５記載の、支持装置の支持位置調整量推定装置。ｉは１〜ｎの自然数である。また、ｊは１〜ｎの任意の値であり、前記固定される支持装置Ｓｊを示すための符号である。
【数１】
2020075298.tif 000021
但し、Ａ＋は、ｉ番目の支持装置ＳｉがΔＬｉの位置変動量を示したときに生じる支持装置Ｓｉの荷重変動量をΔＲｉとし、そのときに生じるｋ番目の支持装置Ｓｋの荷重変動量をｄＲｉｋとしたときに成立する下記行列Ａに対する一般化逆行列である。ｋは１〜ｎの自然数である。
【数２】
2020075298.tif 000022
【数３】
2020075298.tif 000023
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３個以上の支持装置により支持された工作機械において、当該工作機械の予め設定された基準面を水平にするために必要な、各支持装置における支持位置の調整量を推定する方法及び装置、並びに各支持装置における支持位置を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記工作機械は、通常、その基礎構造物であるベッドが３個以上の支持装置により支持された状態で、当該ベッド上に設定された基準面が水平となるように加工され、また、前記支持装置によって前記ベッドが支持され、且つその基準面が水平になった状態で他の構造体が組み付けられている。したがって、工作機械は、その前記基準面が水平となるように据え付けられた状態で加工を行うことによって初めて、予定した加工精度を発現する。尚、水平レベルの検出には、従来、一般的に水準器が用いられている。
【０００３】
以上の背景から、工作機械を工場等に据え付ける際には、従来、同様に３個以上の支持装置によってベッドを支持すると共に、その基準面が水平となるように、前記支持装置における高さ方向の支持位置を調整している。
【０００４】
また、前記基準面の水平レベルは、工作機械の据え付け後、将来に渡って一定に維持されるものではなく、工作機械の経年変化やその稼働状態などによって変動する。したがって、工作機械を据え付けた後に、前記基準面の水平レベルが所定の許容範囲を超える場合には、この水平レベルが許容範囲内となるように、前記支持装置の支持位置を再調整する必要がある。
【０００５】
ところが、前記基準面の水平レベルは、各支持装置の支持位置を微小量だけ変動させることによって変動し、また、一つの支持装置における支持荷重を変動させると、各支持装置における支持荷重がアンバランスとなる。このため、各支持装置における支持荷重のバランスをとりながら、各支持装置における支持位置を調整して、前記水平レベルを許容範囲内に収めるには、水準器を確認しながら、各支持装置における支持位置を試行錯誤によって調整せざるを得ず、当該調整作業が極めて煩雑なものとなっていた。また、この調整作業は、極めて感覚的なものであるため、これを正確且つ効率的に行うには、相応の経験的な熟練を必要とするという側面もある。
【０００６】
そこで、従来、下記特許文献１（特開平４−３３６９２７号公報）に開示された工作機械の自動レベリング装置が提案されている。
【０００７】
この自動レベリング装置は、工作機械の機械ベッドのレベルを検出するレベリング検出手段と、制御手段と、レベリングブロックとから構成される。レベリングブロックは縦滑動子と横滑動子と油圧シリンダから成り、機械ベッドの下方に配設される。また、レベリング検出手段は、レベリングブロックの配置位置に合わせて水管で連絡接続した複数個の水容器とレーザ変位計から成り、機械ベッドのレベル変化を水容器内の水面とレーザ変位計間の距離変化として検出し、検出信号をコンピュータに入力するように構成される。また、制御手段は、油圧シリンダを制御するソレノイドバルブと、シーケンサと、コンピュータとから成り、シーケンサはコンピュータからの信号と複数の近接スイッチからの信号を入力し、ソレノイドバルブに出力するように構成される。
【０００８】
この自動レベリング装置によれば、機械ベッドのレベル変化が水容器内の水面とレーザ変位計間の距離変化として検出され、検出されるレベル変化が所定の範囲内であるか否かにより、レベルの修正の要否が決定され、レベル変化が所定の範囲内になく、レベルの修正が必要である場合には、制御手段による制御の下で各油圧シリンダによりそれぞれのレベリングブロックが駆動され、これにより自動的にレベリングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−３３６９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ベッドを安定して支持するためには、常識的には、最低３個の支持装置によってベッドを支持する必要があり、一般的には、より安定してベッドを支持するために、８個以上の支持装置を用いて当該ベッドを支持している。
【００１１】
そして、ベッドは完全な剛体ではなく、また、支持装置自体も完全な剛体ではないため、各支持装置における支持状態は個々に独立したものではなく、相互に連動した状態にあり、一つの支持装置の支持位置を変更すると、他の全ての支持装置の支持状態、即ち、支持荷重及び支持位置が変動することになる。
【００１２】
したがって、上述した従来の自動レベリング装置において、前記基準面の水平レベルが許容範囲外に変動した場合に、この変動した水平レベルを基の許容範囲内の状態に戻すには、各支持装置の支持位置をそれぞれ基の状態に戻す必要があるが、例えば、或る一つの支持装置の支持位置を基に復元したとしても、他の一の支持装置の支持位置を基に復元する際に、その復元操作の影響を受けて復元済みの支持装置の支持位置が変動することになるため、上述した従来の自動レベリング装置においても、結局のところ、各支持装置について全体的な復元状態を確認しながら、徐々に復元しなければならないという問題は、何ら解決されないでいた。
【００１３】
また、各支持装置の支持位置を徐々に復元させることで、各支持装置における支持位置が収束する場合は良いが、状況によっては、一の支持装置の支持位置を変動させることで他の支持装置の支持位置が大きく変動するというように、各支持装置における支持位置が発散して、収束しない虞もある。
【００１４】
このように、従来の自動レベリング装置では、各支持装置の支持位置を適切な位置に調整する処理が、複雑で時間を要するという問題があり、また、場合によっては、発散して、各支持装置の支持位置を適切な位置に調整することができないという虞もあった。
【００１５】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械ベッドの基準面の水平レベルが変動した場合に、当該基準面の水平レベルを基に戻すために必要な、各支持装置における支持位置の調整量を一意に推定することができる、支持装置の支持位置調整量推定方法、及び支持位置調整量推定装置の提供を、その目的とする。
【００１６】
また、本発明は、前記支持位置調整量推定方法、及び支持位置調整量推定装置により一意に推定された調整量に基づいて、試行錯誤的な作業を伴うことなく、各支持装置の支持位置を調整することができる支持位置調整方法の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、支持荷重を検出する荷重検出部、及び支持位置を調整するための支持位置調整機構をそれぞれ備えた３個以上の支持装置により支持された工作機械において、該工作機械の予め設定された基準面を水平にするために必要とされる、現状の前記各支持装置の支持位置に対する調整量を推定する方法であって、
前記工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ前記基準支持位置にあるときの、該基準支持位置を示す基準位置データ、及び前記荷重検出部により検出される荷重を示す基準荷重データを取得すると共に、
取得した基準位置データ及び基準荷重データに基づいて、前記各支持装置における支持位置がそれぞれ対応する前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部により検出される荷重データの前記基準荷重データに対する変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって、前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの前記関係式を取得し、
前記各支持装置の荷重検出部によって検出される荷重データが対応する前記基準荷重データから変動している場合に、前記固定した支持装置以外の各支持装置について、その支持位置に対する前記調整量を、全ての前記支持装置により検出された荷重変動量及び前記関係式に基づいて推定するようにした、支持装置の支持位置調整量推定方法に係る。
【００１８】
また、本発明の第２の態様は、前記支持位置調整量推定方法により推定された前記調整量を用いて、対応する支持装置の支持位置を調整するようにした、支持装置の支持位置調整方法に係る。
【００１９】
また、本発明の第３の態様は、支持荷重を検出する荷重検出部、及び支持位置を調整するための支持位置調整機構をそれぞれ備えた３個以上の支持装置により支持された工作機械において、該工作機械の予め設定された基準面を水平にするために必要とされる、現状の前記各支持装置の支持位置に対する調整量を推定する装置であって、
前記工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ前記基準支持位置にあるときに前記荷重検出部により検出される荷重を示す基準荷重データを記憶した基準荷重データ記憶部と、
前記各支持装置における支持位置がそれぞれ対応する前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部により検出される荷重データの前記基準荷重データに対する変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって、前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの前記関係式を記憶した関係式記憶部と、
全ての前記支持装置の荷重検出部により検出される荷重データ、前記基準荷重データ記憶に格納された全ての前記支持装置の基準荷重データ及び前記関係式記憶部に格納された関係式に基づいて、前記固定した支持装置以外の各支持装置について、その支持位置に関する前記調整量を推定する調整量推定部とを備えた、支持装置の支持位置調整量推定装置に係る。
【００２０】
上述した本発明の第１の態様に係る前記支持位置調整量推定方法、及び第３の態様に係る前記支持位置調整量推定装置によれば、以下のようにして、各支持装置に対する支持位置の調整量が推定される。即ち、まず、準備段階として、工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ基準支持位置にあるときの、該基準支持位置を示す基準位置データ、及び前記荷重検出部により検出される荷重データを基準荷重データとして予め取得する。そして、取得した基準荷重データを基準荷重データ記憶部に格納する。
【００２１】
また、取得した基準位置データ及び基準荷重データに基づいて、前記各支持装置における支持位置が対応した前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部によって検出される荷重の変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの関係式を予め取得する。例えば、或る一の支持装置の支持位置を予め設定された（所定の）変動量だけ徐々に変動させ、その時の当該一の支持装置及び他の支持装置の各支持荷重データから、それぞれの荷重変動量を算出する。ついで、全ての支持装置について、その支持位置を所定の変動量だけ徐々に変動させながら、その時の各支持装置における荷重変動量を算出し、得られた各支持装置における支持位置の位置変動量と荷重変動量とを基に、相互間の関係式を取得する。そして、このようにして取得された関係式から、任意に選択される一の支持装置における支持位置を固定したときの関係式を導出し、導出した関係式を前記関係式記憶部に格納する。
【００２２】
次に、工作機械の基準面の水平レベルが許容範囲外となり、これによって一以上の支持装置において、その荷重検出部によって検出される荷重データが基準荷重データから変動したとすると、その時に全ての支持装置の荷重検出部によって検出される荷重データ、前記基準荷重データ記憶部に格納された基準荷重データ、及び前記関係式記憶部に格納された関係式を基に、前記調整量推定部により、前記固定した支持装置以外の各支持装置について、工作機械の基準面を水平にする、即ち、当該基準面の水平レベルを許容範囲内に収めるために必要とされる、現状の支持位置に対する調整量がそれぞれ算出される。
【００２３】
斯くして、本発明に係る支持位置調整量推定方法及び推定装置によれば、工作機械の基準面の水平レベルが許容範囲外となった場合に、当該基準面を水平にするため必要とされる、各支持装置における調整量をそれぞれ一意に推定することができる。そして、本発明に係る第２の態様に係る支持位置調整方法では、このようにして一意に推定された調整量に基づいて、各支持装置における支持位置を調整することで、試行錯誤的な作業を伴うことなく、一度の調整作業で当該工作機械の基準面を水平にすることができる。
【００２４】
尚、本発明の第１〜第３の態様における前記関係式は、ｉ番目の支持装置Ｓｉにおける前記調整量をΔＬｔｉとし、前記荷重変動量をΔＲｉとしたとき、好ましくは下式数式１によって表される。但し、ｉは１〜ｎの自然数である。また、ｊは１〜ｎの任意の値であり、前記固定される支持装置Ｓｊを示すための符号である。
【数１】
2020075298.tif 000003
但し、Ａ＋は、ｉ番目の支持装置ＳｉがΔＬｉの位置変動量を示したときに生じる支持装置Ｓｉの荷重変動量をΔＲｉとし、そのときに生じるｋ番目の支持装置Ｓｋの荷重変動量をｄＲｉｋとしたときに成立する下記行列Ａに対する一般化逆行列である。ｋは１〜ｎの自然数である。
【数２】
2020075298.tif 000004
【数３】
2020075298.tif 000005
【００２５】
また、本発明の第４の態様は、支持荷重を検出する荷重検出部、及び支持位置を調整するための支持位置調整機構をそれぞれ備えた４個以上の支持装置により支持された工作機械において、前記各支持装置の支持位置を調整して、該工作機械の予め設定された基準面を水平にする支持位置調整方法であって、
前記工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ前記基準支持位置にあるときの、該基準支持位置を示す基準位置データ、及び前記荷重検出部により検出される荷重を示す基準荷重データを予め取得すると共に、
取得した基準位置データ及び基準荷重データに基づいて、前記各支持装置における支持位置が対応した前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部によって検出される荷重の変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって、前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの関係式である上記数式１を予め取得し、
前記各支持装置の荷重検出部により検出される荷重データが対応する前記基準荷重データから変動している場合に、まず、前記４個以上の支持装置から選択される３個の支持装置の支持位置を調整して前記工作機械の基準面を水平にし、ついで、残りの各支持装置について、上記数式１に含まれる一般化逆行列Ａ＋の中から該残りの支持装置に対応した列を選択的に抜き出して設定した選択行列を用いて残りの支持装置の支持位置の調整量を推定し、しかる後、推定した調整量に基づいて、対応する支持装置の支持位置を調整するようにした、支持装置の支持位置調整方法に係る。
【００２６】
この第４の態様に係る支持位置調整方法によれば、上記と同様にして、まず、準備段階として、工作機械の基準面が水平状態にあるときの各支持装置における支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置について、それぞれ基準支持位置にあるときの、該基準支持位置を示す基準位置データ、及び前記荷重検出部により検出される荷重データを基準荷重データとして予め取得する。
【００２７】
また、取得した基準位置データ及び基準荷重データに基づいて、前記各支持装置における支持位置が対応した前記基準支持位置から変動した際の該支持位置に関する変動量を示す位置変動量と、前記荷重検出部によって検出される荷重の変動量を示す荷重変動量との間の関係式であって前記支持装置から選択される任意の一の支持装置における支持位置を固定したときの関係式である上記数式１を予め取得する。
【００２８】
次に、工作機械の基準面の水平レベルが許容範囲外となり、これによって一以上の支持装置において、その荷重検出部によって検出される荷重データが基準荷重データから変動したとすると、まず、４個以上の支持装置から選択される３個の支持装置の支持位置を、例えば水準器を用いて調整して前記工作機械の基準面を水平にする。
【００２９】
ついで、残りの各支持装置について、上記数式１に含まれる一般化逆行列Ａ＋の中から該残りの支持装置に対応した列を選択的に抜き出して設定した選択行列を用いて残りの支持装置の支持位置の調整量を推定し、しかる後、推定した調整量に基づいて、対応する支持装置の支持位置を調整する。
【００３０】
斯くして、この第４の態様に係る支持位置調整方法によれば、最初に選択される３個の支持装置を操作して工作機械の基準面を水平にする作業については、試行錯誤的な要素が含まれるが、残りの支持装置については、その調整量をそれぞれ一意に推定することができ、このようにして一意に推定された調整量に基づいて、残りの各支持装置における支持位置を調整することで、残りの支持装置については、試行錯誤的な作業を伴うことなく、一度の作業で調整作業を完遂することができる。また、この支持位置調整方法によれば、残りの支持装置についての調整量を精度良く推定することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明の第１及び第３の態様に係る支持位置調整量推定方法及び推定装置によれば、工作機械の基準面の水平レベルが許容範囲外となった場合に、当該基準面を水平にするため必要とされる、各支持装置における調整量をそれぞれ一意に推定することができる。
【００３２】
また、本発明の第２の態様に係る支持位置調整方法によれば、上記のようにして一意に推定された調整量に基づいて、各支持装置における支持位置を調整するようにしているので、試行錯誤的な作業を伴うことなく、一度の調整作業で当該工作機械の基準面を水平にすることができる。
【００３３】
また本発明の第４の態様に係る支持位置調整方法によれば、最初に選択される３個の支持装置を操作して工作機械の基準面を水平にする作業については、試行錯誤的な要素が含まれるが、残りの支持装置については、その調整量をそれぞれ一意に推定することができ、このようにして一意に推定された調整量に基づいて、残りの各支持装置における支持位置を調整することで、残りの支持装置については、試行錯誤的な作業を伴うことなく、一度の作業で調整作業を完遂することができる。また、この支持位置調整方法によれば、残りの支持装置についての調整量を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る支持位置調整量推定装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態で支持される工作機械の概略構成を示すと共に、その基準面が水平になっていない状態を示す説明図である。
【図３】本実施形態で支持される工作機械の概略構成を示すと共に、その基準面が水平になった状態を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る工作機械のモデルを示した説明図である。
【図５】図４に示したモデルを簡略化したモデルを示す説明図である。
【図６】図５に示した簡略モデルにおいて、各支持装置が基準支持位置にあるときの支持状態を示した説明図である。
【図７】図５に示した簡略モデルにおいて、一つの支持装置が支持位置が変動したときの支持状態を示した説明図である。
【図８】本実施形態の支持装置を示した正面図である。
【図９】図８に示した支持装置の縦断面図である。
【図１０】本実施形態における支持装置の配置例を示した説明図である。
【図１１】支持荷重の重ね合せ理論の適合性について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１に示した本例の支持位置調整量推定装置１は、図２に示した、工作機械１００を支持する各支持装置Ｓについての支持位置の調整量を推定する装置である。以下、各装置について説明する。
【００３７】
１．工作機械
本例の工作機械１００は、前記支持装置ＳによりグランドＧ上で支持されるベッド１０１、このベッド１０１上に配設されたコラム１０２、同じくベッド１０１上に矢示Ｙ軸方向に移動可能に配設されたサドル１０３、前記コラム１０２に矢示Ｚ軸方向に移動可能に配設された主軸頭１０４、前記サドル１０３上に前記Ｙ軸及びＺ軸と直交するＸ軸方向に移動可能に配設されたテーブル１０６、及び前記主軸頭１０４に前記Ｚ軸と平行な回転軸を中心として回転可能に保持された主軸１０５などを備えた立形のマシニングセンタである。尚、本例では工作機械１００として立形のマシニングセンタを例示しているが、当然のことながら、本発明を適用し得る工作機械１００は、このような立形マシニングセンタに限定されるものではない。
【００３８】
この工作機械１００は、主軸１０５とテーブル１０６がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に相対移動可能となっており、このような相対移動により、テーブル１０６上に設けられたワーク（図示せず）が主軸１０５に装着された工具Ｔによって加工される。尚、本例では、ベッド１０１が８個の支持装置Ｓによって支持されているものとするが、当然のことながら、ベッド１０１を支持する支持装置Ｓの数は８個に限られるものではない。
【００３９】
２．支持装置
前記支持装置Ｓは、図８及び図９に示すように、本体１１と、上面に開口する有底のねじ穴１３ａを有し、前記本体１１に支持される保持部材１３と、本体１１に設けられて、当該本体１１に作用する荷重を検出するロードセル１２と、保持部材１３のねじ穴１３ａに螺合されるジャッキボルト１４と、ジャッキボルト１４に外嵌された第１ギア１７と、この第１ギア１７に噛合する第２ギア１８と、この第２ギア１８に接続されるロータリエンコーダ１６と、本体１１に配設されて前記ロータリエンコーダ１６を保持する支持体１５とから構成される。
【００４０】
前記本体１１は、下面に開口する有底の下部穴１１ａ、及び上面に開口する同じく有底の上部穴１１ｂを有し、上部穴１１ｂの底部中心には凸部１１ｃが突設されている。そして、この凸部１１ｃに対応する前記下部穴１１ａの底面に前記ロードセル１２が貼着されている。
【００４１】
前記保持部材１３は、前記本体１１の上部穴１１ｂに挿入され、その下面が前記凸部１１ｃに当接している。また、前記ジャッキボルト１４は、上部が断面正六角形に形成された六角部１４ｂ、下部がねじ軸１４ａとなっており、このねじ軸１４ａが前記保持部材１３のねじ穴１３ａに螺合され、前記六角部１４ｂの上面で工作機械１のベッド１０１を支持する。そして、このジャッキボルト１４を回転させることで、当該ジャッキボルト１４が上下方向に進退し、このような進退動作によってベッド１０１の支持位置が変動する。前記第１ギア１７は前記ジャッキボルト１４のねじ軸１４ａに外嵌、固設され、また、前記支持体１５は前記本体１１の上部に外嵌、固設されている。
【００４２】
斯くして、この支持装置Ｓによれば、前記六角部１４ｂを操作してジャッキボルト１４を回転させると、当該ジャッキボルト１４が上下方向に進退し、このような進退動作によってベッド１０１の支持位置が変動して、当該支持位置を調整される。
【００４３】
また、ジャッキボルト１４が回転すると、当該ジャッキボルト１４と共に第１ギア１７が回転し、この第１ギア１７に噛合した第２ギア１８が回転して、第２ギア１８の回転量がロータリエンコーダ１６によって検出される。そして、第１ギア１７と第２ギア１８とのギア比、及び第２ギアの回転量から、第１ギア１７の回転量、即ち、ジャッキボルト１４の回転量を算出でき、ジャッキボルト１４の回転量とそのねじ軸１４ａのリードから当該ジャッキボルト１４の進退量を算出することができる。尚、本例では第１ギア１７と第２ギア１８とのギア比は１０となっている。
【００４４】
以上のように、この支持装置Ｓによれば、前記六角部１４ｂを操作してジャッキボルト１４を回転させることによって、ベッド１０１の支持位置を調整することができるとともに、当該ジャッキボルト１４による支持位置、即ち、上下方向の位置が前記ロータリエンコーダ１６によって検出される。また、ロードセル１２によって、ジャッキボルト１４に作用する支持荷重が検出される。
【００４５】
このように、本例の支持装置Ｓによれば、一つの装置によって、支持位置の調整、支持位置の検出、及び支持荷重の検出を行うことができる。このような機能を有する支持装置Ｓは従来存在していない。
【００４６】
３．支持位置調整量推定装置
この支持位置調整量推定装置１は、前記工作機械１００のベッド１０１上に設定された基準面１０１ａを水平にするために必要とされる、現状の前記各支持装置Ｓの支持位置に対する調整量を推定する装置である。以下、この支持位置調整量推定装置１の詳細について説明する。
【００４７】
図１に示すように、支持位置調整量推定装置１は、演算部２及び出力部６から構成され、演算部２は基準荷重データ記憶部３、関係式記憶部４及び調整量推定部５から構成される。尚、前記演算部２はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記調整量推定部５は、コンピュータプログラムによってその機能が実現され、後述する処理を実行する。また、基準荷重データ記憶部３及び関係式記憶部４はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。
【００４８】
前記基準荷重データ記憶部３には、前記工作機械１００の基準面１０１ａが水平状態にあるときの各支持装置Ｓｉにおける支持位置をそれぞれ基準支持位置として、各支持装置Ｓｉについて、それぞれ基準支持位置にあるときに、前記ロータリエンコーダ１６から出力される角度データに基づいて算出される高さ方向の位置データが基準位置データとして、及び前記ロードセル１２により検出される荷重データが基準荷重データとして予め格納される。尚、工作機械１００は、水準器など水平を計測可能な機器を用いて、各支持装置Ｓｉの支持位置を調整することによって、その基準面１０１ａが水平となるように調整されている。因みに、図２には、工作機械１００の基準面１０１ａが水平になっていない状態を示し、図３には、各支持装置Ｓｉを調整することによって、基準面１０１ａが水平になった状態の工作機械１００を示している。
【００４９】
前記関係式記憶部４には、前記各支持装置Ｓｉにおける支持位置がそれぞれ対応する前記基準支持位置から変動した際の、各支持位置Ｓｉに関する変動量を示す位置変動量と、対応するロードセル１２によって検出される荷重データの前記基準荷重データに対する変動量を示す荷重変動量との間の関係式が格納される。
【００５０】
この関係式は以下のようにして取得される。即ち、まず、図３に示した工作機械１００を図４に示すようにモデル化した後、このモデルを更に図５に示すように簡略化したモデルを考える。
【００５１】
そして、図６に示すように、簡略化モデルの基準面１０１ａが水平状態にあるときに各支持装置Ｓ１〜Ｓ３に作用する前記基準荷重（ロードセル１２からの出力値）をそれぞれＲ１ｒｅｆ、Ｒ２ｒｅｆ、Ｒ３ｒｅｆとし、前記基準支持位置（ロータリエンコーダ１６から出力される角度データに基づいて算出される高さ方向の位置データ）をそれぞれＬ１ｒｅｆ、Ｌ２ｒｅｆ、Ｌ３ｒｅｆとして、図７に示すように、一の支持装置Ｓｉ（ｉ＝１〜３）の支持位置がΔＬｉだけ変動したとすると、当該支持装置Ｓｉを含む各支持装置Ｓｋ（ｋ＝１〜３）に作用する荷重の変化ΔＲｉは下式数式４によって表される。
【数４】
2020075298.tif 000006
但し、ｄＲｉｋは一の支持装置Ｓｉ（ｉ＝１〜３）における支持位置が単位長さ変化したときの各支持装置Ｓｋ（ｋ＝１〜３）に作用する荷重の変動量である。
【００５２】
そして、各支持装置Ｓｉにおけるそれぞれの支持位置の変動によって、各支持装置Ｓｉに作用する荷重の変動量に重ねあわせの理論が成立する場合、各支持装置Ｓｉにおける荷重の変動量ｄＲｉは下式数式５によって表される。
【数５】
2020075298.tif 000007
【００５３】
そして、支持装置Ｓｉの数を３個からｎ個に拡張すると、各支持装置Ｓｉ（ｉは１〜ｎの自然数である）における荷重の変動量ｄＲｉは下式数式６によって表される。尚、上述したｋも１〜ｎの自然数となる。
【数６】
2020075298.tif 000008
【００５４】
因みに、図１０に示すように、８個の支持装置Ｓ１〜Ｓ８を用いて工作機械１００のベッド１０１をその前記基準面１０１ａが水平となるように支持した後、当該支持装置Ｓ６及びＳ７の支持位置を基準支持位置から約５μｍずつ合計で約５０μｍ上方に移動させたときに検出された各支持装置Ｓ１〜Ｓ８における支持荷重を図１１に示す。尚、支持装置Ｓ６及びＳ７の支持位置の変更は、支持装置Ｓ７の支持位置のみを約５μｍずつ３回上方に移動させた後、支持装置Ｓ６の支持位置のみを約５μｍずつ５回上方に移動させ、ついで、支持装置Ｓ７の支持位置のみを約５μｍずつ３回上方に移動させた後、支持装置Ｓ６の支持位置のみを約５μｍずつ５回上方に移動させ、次に、支持装置Ｓ７の支持位置のみを約５μｍずつ４回上方に移動させる態様とした。
【００５５】
この図１１に示すように、支持装置Ｓ６及びＳ７の支持位置をそれぞれ個別に変動させたときの各支持装置Ｓ１〜Ｓ８の支持荷重は、支持位置を移動させる支持装置Ｓ６及びＳ７の支持荷重のみならず、支持装置Ｓ１〜Ｓ５及びＳ８の各支持荷重も変動しており、このことから、各支持装置Ｓｉにおけるそれぞれの支持位置の変動によって、各支持装置Ｓｉに作用する荷重の変動量に重ねあわせの理論が成立することが分かる。
【００５６】
そして、上記数式６から、各支持装置Ｓｉにおける支持位置の変動量ΔＬｉは下式数式７によって算出することができる。
【数７】
2020075298.tif 000009
【００５７】
尚、この数式７に従えば、全ての支持装置Ｓｉの支持位置を調整することになるが、このように全ての支持装置Ｓｉについて調整することを許容すると、前記基準面１０１ａを水平にした各支持装置Ｓｉにおける或る任意の支持位置から、他の支持位置に平行移動させた支持位置までが解となって、前記数式７について一意の解を得ることができない。そこで、支持装置Ｓｉの内の一つの支持装置Ｓｊ（ｊは１〜ｎの任意の値）を固定した状態にした下式数式１によって各支持装置Ｓｉの調整量ΔＬｔｉを算出する。
【数１】
2020075298.tif 000010
但し、Ａ＋は、ｉ番目の支持装置ＳｉがΔＬｉの位置変動量を示したときに生じる支持装置Ｓｉの荷重変動量をΔＲｉとし、そのときに生じるｋ番目の支持装置Ｓｋの荷重変動量をｄＲｉｋとしたときに成立する下記行列Ａに対する一般化逆行列である。
【数２】
2020075298.tif 000011
【数３】
2020075298.tif 000012
【００５８】
前記調整量推定部５は、前記各支持装置Ｓｉのロードセル１２により検出される荷重データを入力し、入力された荷重データ及び前記基準荷重データ記憶３に格納された各支持装置Ｓｉの基準荷重データから、各支持装置Ｓｉにおける支持荷重の変動量ΔＲｉを算出し、算出された支持荷重の変動量ΔＲｉ及び前記関係式記憶部４に格納された関係式（上記数式１）に基づいて、各支持装置Ｓｉの支持位置に関する前記調整量ΔＬｔｉを推定する処理を行う。
【００５９】
そして、前記出力部６は、液晶パネルなどから構成されるディスプレイを備え、前記調整量推定部５によって推定された各支持装置Ｓｉの支持位置に関する調整量ΔＬｔｉを表示する。
【００６０】
以上の構成を備えた本例の支持位置調整量推定装置１によれば、経年変化等により、工作機械１００の基準面１０１ａの水平レベルが許容範囲外となり、これによって一以上の支持装置Ｓにおいて、そのロードセル１２によって検出される荷重データが基準荷重データ記憶部３に格納された基準荷重データから変動した場合に、前記調整量推定部５によって、前記工作機械１００の基準面１０１ａを水平にするために必要とされる、現状の各支持装置Ｓｉの支持位置に対する調整量ΔＬｔｉが推定され、推定された調整量ΔＬｔｉが出力部６に表示される。
【００６１】
具体的には、各支持装置Ｓｉのロードセル１２によって検出される荷重データが調整量推定部５に入力され、調整量推定部５は、入力された各支持装置Ｓｉの荷重データ及び前記基準荷重データ記憶３に格納された各支持装置Ｓｉの基準荷重データから、各支持装置Ｓｉにおける支持荷重の変動量ΔＲｉを算出し、算出された支持荷重の変動量ΔＲｉ及び前記関係式記憶部４に格納された関係式（上記数式１）に基づいて、各支持装置Ｓｉの支持位置に関する前記調整量ΔＬｔｉを推定する。
【００６２】
そして、このようにして調整量推定部５により推定され、出力部６に表示された調整量ΔＬｔｉに基づいて、オペレータが各支持装置Ｓｉのロータリエンコーダ１６の出力値から認識される各支持位置を確認しながら、それぞれジャッキボルト１４を操作して、各支持位置について対応する前記調整量ΔＬｔｉだけ調整することで、工作機械１００の基準面１０１ａを水平状態に復元させることができる。尚、本例の支持装置Ｓでは、当該支持装置Ｓの支持位置の調整、支持位置の検出及び支持荷重の検出を一つの装置で実行することができるので、かかる調整作業を極めて効率的に実行することができる。
【００６３】
斯くして、本例の支持位置調整量推定装置１によれば、工作機械１００の基準面１０１ａの水平レベルが許容範囲外となった場合に、当該基準面１０１ａを水平にするため必要とされる、各支持装置Ｓｉにおける調整量ΔＬｔｉをそれぞれ一意に推定することができる。そして、このようにして一意に推定された調整量ΔＬｔｉに基づいて、各支持装置Ｓｉにおける支持位置を調整することで、試行錯誤的な作業を伴うことなく、一度の調整作業で当該工作機械１００の基準面１０１ａを水平状態に復元することができる。
【００６４】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、前記工作機械１００の基準面１０１ａを水平状態に復元する際の、前記支持装置Ｓｉの支持位置を調整する支持位置調整方法に係る。この第２の実施形態に係る支持位置調整方法は、上述した第１の実施形態に係る支持位置調整量推定装置１及びこれを用いた支持位置調整量推定方法によって得られる調整量ΔＬｔｉの誤差が大きい場合に有効な支持位置調整方法である。以下、その詳細について説明する。尚、本方法では、工作機械１００は４個以上の支持装置Ｓによって支持されている必要があり、本例では、図１０に示すように、８個の支持装置Ｓ１〜Ｓ８によって支持されているものとする。
【００６５】
本例の支持位置調整方法では、経年変化等により、工作機械１００の基準面１０１ａの水平レベルが許容範囲外となり、これによって一以上の支持装置Ｓにおいて、そのロードセル１２によって検出される荷重データが基準荷重データ記憶部３に格納された基準荷重データから変動した場合に、まず、前記支持装置Ｓ１〜Ｓ８から選択される３個の支持装置Ｓについて、水準器などの計測器を用いてその支持位置を調整し、工作機械１００の基準面１０１ａを水平にする。
【００６６】
ついで、残りの各支持装置Ｓについて、上記関係式（数式１）に含まれる一般化逆行列Ａ＋の中から該残りの支持装置Ｓに対応した列を選択的に抜き出して設定した選択行列を用いて残りの支持装置Ｓの支持位置の調整量ΔＬｔを推定する。
【００６７】
例えば、３個の支持装置Ｓ３、Ｓ５及びＳ８を用いて、工作機械１００の基準面１０１ａを水平にする場合、残りの５個の支持装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６及びＳ７について、選択行列である下式数式８により、その調整量ΔＬｔ１、ΔＬｔ２、ΔＬｔ４、ΔＬｔ６及びΔＬｔ７を算出する。
【数８】
2020075298.tif 000013
【００６８】
そして、算出された残りの支持装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６及びＳ７の支持位置に対する調整量ΔＬｔ１、ΔＬｔ２、ΔＬｔ４、ΔＬｔ６及びΔＬｔ７に基づいて、オペレータが残りの各支持装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６及びＳ７について、そのロータリエンコーダ１６の出力値から認識される各支持位置を確認しながら、それぞれジャッキボルト１４を操作して、各支持位置について対応する前記調整量ΔＬｔ１、ΔＬｔ２、ΔＬｔ４、ΔＬｔ６及びΔＬｔ７だけ調整する。
【００６９】
以上の操作により、全ての支持装置Ｓｉによって工作機械１００を均等に支持しながら、その基準面１０１ａを水平状態に復元することができる。
【００７０】
以上のように、第２の実施形態に係る支持位置調整方法によれば、最初に選択される３個の支持装置Ｓを操作して工作機械１００の基準面１０１ａを水平にする作業については、試行錯誤的な要素が含まれるが、残りの支持装置Ｓについては、その調整量ΔＬｔをそれぞれ一意に推定することができ、このようにして一意に推定された調整量ΔＬｔに基づいて、各支持装置Ｓにおける支持位置を調整することで、残りの支持装置Ｓについては、試行錯誤的な作業を伴うことなく、一度の作業で調整作業を完遂することができる。
【００７１】
また、この支持位置調整方法によれば、残りの支持装置Ｓについての調整量ΔＬｔを精度良く推定することができる。
【００７２】
尚、支持装置Ｓｉから３個の支持装置Ｓを選択する際には、経験的な知見に基づいて、最も工作機械１００が安定するものを選択することが可能であるが、下式数式９で表わされる条件数κ（Ａ）が最も小さくなる組み合わせの３個の支持装置Ｓを選択するのが好ましい。このようにすれば、感などの主観的な要素に依らず、客観的、理論的に誤差を最も小さくすることができる。
【数９】
2020075298.tif 000014
【００７３】
以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、上述した実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１    支持位置調整量推定装置
２    演算部
３    基準荷重データ記憶部
４    関係式記憶部
５    調整量推定部
６    出力部
Ｓ    支持装置
１１  本体
１２  ロードセル
１３  保持部材
１４  ジャッキボルト
１５  支持体
１６  ロータリエンコーダ
１７  第１ギア
１８  第２ギア
１００  工作機械
１０１  ベッド
１０１ａ  基準面
【図１】
2020075298.tif 000024
【図２】
2020075298.tif 000025
【図３】
2020075298.tif 000026
【図４】
2020075298.tif 000027
【図５】
2020075298.tif 000028
【図６】
2020075298.tif 000029
【図７】
2020075298.tif 000030
【図８】
2020075298.tif 000031
【図９】
2020075298.tif 000032
【図１０】
2020075298.tif 000033
【図１１】
2020075298.tif 000034