(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラムが移動可能に配置されると共に、前記コラムにサドルが移動可能に支持され、前記サドルに主軸を有するラムが移動可能に支持された工作機械の各移動軸の変位を補正する、工作機械の変位補正システムであって、
前記主軸の軸方向に垂直な鉛直平面をＸ，Ｙ平面とし、
前記Ｘ，Ｙ平面と直交する鉛直平面をＹ，Ｚ平面として、
前記コラムの下端部分に配置されて、前記Ｘ，Ｙ平面内での傾斜角度を検出して第１の傾斜角度検出信号を出力する第１の傾斜角度検出器と、
前記コラムの下端部分に配置されて、前記Ｙ，Ｚ平面内での傾斜角度を検出して第２の傾斜角度検出信号を出力する第２の傾斜角度検出器と、
前記コラムの上面に配置されて、前記Ｘ，Ｙ平面内での傾斜角度を検出して第３の傾斜角度検出信号を出力する第３の傾斜角度検出器と、
前記コラムの上面に配置されて、前記Ｙ，Ｚ平面内での傾斜角度を検出して第４の傾斜角度検出信号を出力する第４の傾斜角度検出器と、
Ｘ，Ｙ平面補正部とＹ，Ｚ平面補正部とを有する鉛直平面補正部と、
を備えており、
前記Ｘ，Ｙ平面補正部は、
前記第１の傾斜角度検出器から出力される前記第１の傾斜角度検出信号（Ｓｂｘ）を通すことによりノイズ成分を除去して第１の傾斜量（θ１）を出力する第１のフィルタと、
前記第３の傾斜角度検出器から出力される前記第３の傾斜角度検出信号（Ｓｔｘ）を通すことによりノイズ成分を除去して第３の傾斜量（θ３）を出力する第２のフィルタと、
前記コラムの下端から前記サドルの中心までの距離（ＹPOS）を取得して出力する第１のＹ軸位置取得部と、
前記第１の傾斜量（θ１）と前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記コラムが下端部分から傾斜したことにより生じたＸ軸方向の変位量（ΔＸ１）を求めると共に、前記変位量（ΔＸ１）の逆符号の値を補正量（−ΔＸ１）として出力する第１の基礎傾斜補正量計算部と、
前記第３の傾斜量（θ３）と前記第１の傾斜量（θ１）との差の傾斜量（θｃ１）と、前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記コラムが熱変形により傾斜したことにより生じたＸ軸方向の変位量（ΔＸ３）を求めると共に、前記変位量（ΔＸ３）の逆符号の値を補正量（−ΔＸ３）として出力する第１の熱変形補正量計算部と、
を備えており、
前記Ｙ，Ｚ平面補正部は、
前記第２の傾斜角度検出器から出力される前記第２の傾斜角度検出信号（Ｓｂｚ）を通すことによりノイズ成分を除去して第２の傾斜量（θ２）を出力する第３のフィルタと、
前記第４の傾斜角度検出器から出力される前記第４の傾斜角度検出信号（Ｓｔｚ）を通すことによりノイズ成分を除去して第４の傾斜量（θ４）を出力する第４のフィルタと、
前記コラムの下端から前記サドルの中心までの距離（ＹPOS）を取得して出力する第２のＹ軸位置取得部と、
前記サドルの中心から工具のうち前記主軸側の端部位置である工具端位置までの距離（ＺPOS）を取得して出力するＺ軸位置取得部と、
前記第２の傾斜量（θ２）と前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが下端部分から傾斜したことにより生じたＺ軸方向の変位量（ΔＺ２１）を求めると共に、前記変位量（ΔＺ２１）の逆符号の値を補正量（−ΔＺ２１）として出力する第２の基礎傾斜補正量計算部と、
前記第４の傾斜量（θ４）と前記第２の傾斜量（θ２）との差の傾斜量（θｃ２）と、前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが熱変形により傾斜したことにより生じたＺ軸方向の変位量（ΔＺ４１）を求めると共に、前記変位量（ΔＺ４１）の逆符号の値を補正量（−ΔＺ４１）として出力する第２の熱変形補正量計算部と、
前記第２の傾斜量（θ２）と前記距離（ＺPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが下端部分から傾斜したことにより生じたＹ軸方向の変位量（ΔＹ２２）を求めると共に、前記変位量（ΔＹ２２）の逆符号の値を補正量（−ΔＹ２２）として出力する基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部と、
前記傾斜量（θｃ２）と前記距離（ＹPOS）を基に前記距離（ＹPOS）での傾斜量（θｓ２）を求め、前記傾斜量（θｓ２）と前記距離（ＺPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが熱変形により傾斜したことにより生じたＹ軸方向の変位量（ΔＹ４２）を求めると共に、前記変位量（ΔＹ４２）の逆符号の値を補正量（−ΔＹ４２）として出力する熱変形サドル傾斜補正量計算部と、
を備えている
ことを特徴とする工作機械の変位補正システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ａ）式により前記変位量（ΔＸ１）を演算し、
前記第１の熱変形補正量計算部は、下記（ｂ）式により前記変位量（ΔＸ３）を演算し、
前記第２の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ｃ）式により前記変位量（ΔＺ２１）を演算し、
前記第２の熱変形補正量計算部は、下記（ｄ）式により前記変位量（ΔＺ４１）を演算し、
前記基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部は、下記（ｅ）式により前記変位量（ΔＹ２２）を演算し、
前記熱変形サドル傾斜補正量計算部は、下記（ｆ）式により前記変位量（ΔＹ４２）を演算することを特徴とする工作機械の変位補正システム。
但し、Ｌは前記コラムの高さである。
ΔＸ１＝θ１×ＹPOS  ・・・（ａ）
ΔＸ３＝（Ｌ／θｃ１）×［１−ｃｏｓ｛θｃ１×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｂ）
ΔＺ２１＝θ２×ＹPOS  ・・・（ｃ）
ΔＺ４１＝（Ｌ／θｃ２）×［１−ｃｏｓ｛θｃ２×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｄ）
ΔＹ２２＝θ２×ＺPOS  ・・・（ｅ）
ΔＹ４２＝θｓ２×ＺPOS  ・・・（ｆ）
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
Ｘ軸の位置指令（ＸPOS）に、前記第１の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ１）と前記第１の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ３）を加えて、補正位置指令（ＸPOSC）を出力するＸ軸位置指令補正部と、
Ｚ軸の位置指令（ＺPOS）に、前記第２の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ２１）と前記第２の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ４１）を加えて、補正位置指令（ＺPOSC）を出力するＺ軸位置指令補正部と、
Ｙ軸の位置指令（ＹPOS）に、前記基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＹ２２）と前記熱変形サドル傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＹ４２）を加えて、補正位置指令（ＹPOSC）を出力するＹ軸位置指令補正部と、
を更に備えていることを特徴とする工作機械の変位補正システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１から第４の傾斜角度検出器の他に、前記サドルの上面に配置されて、前記Ｙ，Ｚ平面での傾斜角度を検出して第５の傾斜角度検出信号を出力する第５の傾斜角度検出器を備えており、
前記Ｙ，Ｚ平面補正部は、
前記第５の傾斜角度検出器から出力される第５の傾斜角度検出信号（Ｓｓｚ）を通すことによりノイズ成分を除去して第５の傾斜量（θ５）を出力する第５のフィルタを備えると共に、
前記第２の傾斜量（θ２）と前記第５の傾斜量（θ５）と前記距離（ＺPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが傾斜したことにより生じたＹ軸方向の変位量（ΔＹ４）を求めると共に、前記変位量（ΔＹ４）の逆符号の値を補正量（−ΔＹ４）として出力するサドル傾斜補正量計算部を、前記基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部及び前記熱変形サドル傾斜補正量計算部に代えて備えている
ことを特徴とする工作機械の変位補正システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ａ）式により前記変位量（ΔＸ１）を演算し、
前記第１の熱変形補正量計算部は、下記（ｂ）式により前記変位量（ΔＸ３）を演算し、
前記第２の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ｃ）式により前記変位量（ΔＺ２１）を演算し、
前記第２の熱変形補正量計算部は、下記（ｄ）式により前記変位量（ΔＺ４１）を演算し、
前記サドル傾斜補正量計算部は、下記（ｇ）式により前記変位量（ΔＹ４）を演算することを特徴とする工作機械の変位補正システム。
但し、Ｌは前記コラムの高さである。
ΔＸ１＝θ１×ＹPOS  ・・・（ａ）
ΔＸ３＝（Ｌ／θｃ１）×［１−ｃｏｓ｛θｃ１×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｂ）
ΔＺ２１＝θ２×ＹPOS  ・・・（ｃ）
ΔＺ４１＝（Ｌ／θｃ２）×［１−ｃｏｓ｛θｃ２×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｄ）
ΔＹ４＝θ５×ＺPOS  ・・・（ｇ）
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
Ｘ軸の位置指令（ＸPOS）に、前記第１の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ１）と前記第１の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ３）を加えて、補正位置指令（ＸPOSC）を出力するＸ軸位置指令補正部と、
Ｚ軸の位置指令（ＺPOS）に、前記第２の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ２１）と前記第２の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ４１）を加えて、補正位置指令（ＺPOSC）を出力するＺ軸位置指令補正部と、
Ｙ軸の位置指令（ＹPOS）に、前記サドル傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＹ４）を加えて、補正位置指令（ＹPOSC）を出力するＹ軸位置指令補正部と、
を更に備えていることを特徴とする工作機械の変位補正システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械の変位補正システムに関するものであって、コラムが移動する工作機械において、コラムが熱により機械変形しても、コラムが基礎部分から傾斜しても、精度良く各移動軸の補正量を求めることができるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の位置決め制御を行なうサーボ制御装置には、一般的に、図１６に示すようなフルクローズドループのフィードバック制御系が採用されている。
その概要を説明すると、図１６に示すサーボ制御装置では、移動体１に設けられた位置検出器２からの位置フィードバック情報と、サーボモータ３に設けられたパルスコーダ４から微分演算部５を介してフィードバックされる速度フィードバック情報とに基づいて、サーボモータ３の回転を制御している。これにより、移動体１の位置が位置指令に追従するように、位置決め制御を行なっている。
なお、図１６において、Ｋｐは位置ループゲイン、Ｋｖは速度ループ比例ゲイン、Ｋｖｉは速度ループ積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。
【０００３】
上記のフルクローズドループのフィードバック制御系では、検出位置情報を位置フィードバック情報として使用している。
しかし、工作機械内に備えた主軸装置やサーボモータ３などの熱源や、外気の温度変化によって、工作機械の各構造物に機械変位が発生すると、検出位置と工具端位置の関係が変化し、３次元空間における工具の位置決め精度は悪化する。
例えば、熱による機械変位には、熱源によって工作機械の構造物（コラム等）の前後や左右に温度差が生じることにより、構造物に生じる「反り」などの機械変位がある。
【０００４】
上述したように、工作機械の各構造物が熱により機械変位し、この機械変位により静的精度が悪化することは、加工誤差増大の大きな要因の一つであり、大きな問題である。
このような静的精度悪化の対策としては、特許文献１（特開２０１１−１４００９８号公報）に示す技術がある。
【０００５】
特許文献１に開示されている技術では、工作機械（例えば、門形マシニングセンタ）の構造物（例えば、門形のコラム等）の上面等に、傾斜角度検出器（例えば、デジタル水準器）を備えている。傾斜角度検出器（デジタル水準器）は検出した傾斜角度に応じた傾斜量データ（傾斜角度検出信号）を出力する。
そして出力された傾斜量データを基に、各構造物（例えば、コラム、クロスレール、サドル）の機械変位量を算出する。この算出は、予め設定した演算式（理論式）や、データテーブルを用いて行っている。
更に各構造物の機械変位量を基に、各移動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）における変位量を算出する。この算出は、予め設定した演算式（理論式）や、データテーブルを用いて行っている。そして、各移動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）ごとに算出した各変位量の逆符号の値を、各移動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）における補正量としている。
工作機械の位置決め制御を行うサーボ制御装置では、位置指令部から送られてきた位置指令に対して補正量（変位量の逆符号の量）を加算することにより、位置指令を補正し、補正した位置指令によりフィードバック制御をしている。
【０００６】
上述した特許文献１に開示されている技術では、工作機械の構造物に傾斜角度検出器を用いているため、各構造物の機械変位量を正確に算出することができ、ひいては、各移動軸の変位量や、各移動軸の補正量を正確に算出することができ、高精度の補償システムとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１４００９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に開示されている技術には、次に示すような改良点（課題）が残っていた。
確かに、特許文献１に開示されている技術では、傾斜角度検出器により検出した構造物の傾斜角度そのものの値は正確である。このため門形マシニングセンタのようにコラムが固定されているものでは、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜していることは殆ど無く、傾斜角度検出器により検出した構造物の傾斜角度は、熱による機械変位により生じた傾斜角度成分のみである。
【０００９】
しかし、中ぐり盤のような、コラムが移動する工作機械では、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜してしまうこともある。したがって、コラムが移動する工作機械において、コラムに傾斜角度検出器を取り付けて得た傾斜角度は、熱による機械変位により生じた傾斜角度成分のみならず、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜したことにより生じた傾斜角度成分も含むことになる。
【００１０】
したがって、コラムが移動する工作機械に対して、熱による機械変位により生じた傾斜角度成分のみならず、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜したことにより生じた傾斜角度成分も含む傾斜角度を用いて変位補正をしても、変位補正システムとしての精度に限界があった。
【００１１】
更に詳述すると、コラムが移動する工作機械において、コラムの傾斜の要因としては、次の２つがある。
（Ａ）熱によりコラムが機械変形することによる傾斜（熱変形による傾斜）。
この傾斜は、コラムが曲線的（円弧状）に変化する撓みとして捉えることができる。
（Ｂ）コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜することにより生じた傾斜（基礎傾斜）。
この傾斜は、直線的な傾き、つまりコラムの鉛直方向の軸が鉛直軸に対して傾く、として捉えることができる。
【００１２】
特許文献１の技術では、コラムの傾斜は上記（Ａ）の熱変形による傾斜のみであることを前提として、構造物の機械変位量や各移動軸の補正量を算出し、補正をしている。
一方、コラムが移動する工作機械（例えば、中ぐり盤）の傾斜は、上記（Ａ）の熱変形による傾斜のみならず、上記（Ｂ）の基礎傾斜も含む。このため、特許文献１の変位補正システムに係る技術を、そのままコラムが移動する工作機械に適用しても、精度の良い変位補正をすることができないのである。
【００１３】
また、特許文献１に示すような、熱による機械変位を補正する補正システムでは、熱変形に起因する変位はゆっくり変化するため、機械移動時や加工時の振動によるノイズを除去するために、時定数の大きな（時定数が分単位）のフィルタを用いればよい。
しかし、構造物（コラム）が移動し、その移動に応じて傾斜量を取得する場合には、機械振動に起因するノイズを除去するために、時定数の小さな（時定数が秒単位）のフィルタを採用しなければならない。つまり応答性の良いフィルタを採用しなければならない。
【００１４】
本発明は、上記の現状に鑑み、コラムが移動する工作機械において、熱変形による傾斜のみならず基礎傾斜が発生した場合であっても、各移動軸の補正量を精度良く得ることができる、工作機械の変位補正システム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】
【００１５】
上記課題を解決する本発明は、
コラムが移動可能に配置されると共に、前記コラムにサドルが移動可能に支持され、前記サドルに主軸を有するラムが移動可能に支持された工作機械の各移動軸の変位を補正する、工作機械の変位補正システムであって、
前記主軸の軸方向に垂直な鉛直平面をＸ，Ｙ平面とし、
前記Ｘ，Ｙ平面と直交する鉛直平面をＹ，Ｚ平面として、
前記コラムの下端部分に配置されて、前記Ｘ，Ｙ平面内での傾斜角度を検出して第１の傾斜角度検出信号を出力する第１の傾斜角度検出器と、
前記コラムの下端部分に配置されて、前記Ｙ，Ｚ平面内での傾斜角度を検出して第２の傾斜角度検出信号を出力する第２の傾斜角度検出器と、
前記コラムの上面に配置されて、前記Ｘ，Ｙ平面内での傾斜角度を検出して第３の傾斜角度検出信号を出力する第３の傾斜角度検出器と、
前記コラムの上面に配置されて、前記Ｙ，Ｚ平面内での傾斜角度を検出して第４の傾斜角度検出信号を出力する第４の傾斜角度検出器と、
Ｘ，Ｙ平面補正部とＹ，Ｚ平面補正部とを有する鉛直平面補正部と、
を備えており、
前記Ｘ，Ｙ平面補正部は、
前記第１の傾斜角度検出器から出力される前記第１の傾斜角度検出信号（Ｓｂｘ）を通すことによりノイズ成分を除去して第１の傾斜量（θ１）を出力する第１のフィルタと、
前記第３の傾斜角度検出器から出力される前記第３の傾斜角度検出信号（Ｓｔｘ）を通すことによりノイズ成分を除去して第３の傾斜量（θ３）を出力する第２のフィルタと、
前記コラムの下端から前記サドルの中心までの距離（ＹPOS）を取得して出力する第１のＹ軸位置取得部と、
前記第１の傾斜量（θ１）と前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記コラムが下端部分から傾斜したことにより生じたＸ軸方向の変位量（ΔＸ１）を求めると共に、前記変位量（ΔＸ１）の逆符号の値を補正量（−ΔＸ１）として出力する第１の基礎傾斜補正量計算部と、
前記第３の傾斜量（θ３）と前記第１の傾斜量（θ１）との差の傾斜量（θｃ１）と、前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記コラムが熱変形により傾斜したことにより生じたＸ軸方向の変位量（ΔＸ３）を求めると共に、前記変位量（ΔＸ３）の逆符号の値を補正量（−ΔＸ３）として出力する第１の熱変形補正量計算部と、
を備えており、
前記Ｙ，Ｚ平面補正部は、
前記第２の傾斜角度検出器から出力される前記第２の傾斜角度検出信号（Ｓｂｚ）を通すことによりノイズ成分を除去して第２の傾斜量（θ２）を出力する第３のフィルタと、
前記第４の傾斜角度検出器から出力される前記第４の傾斜角度検出信号（Ｓｔｚ）を通すことによりノイズ成分を除去して第４の傾斜量（θ４）を出力する第４のフィルタと、
前記コラムの下端から前記サドルの中心までの距離（ＹPOS）を取得して出力する第２のＹ軸位置取得部と、
前記サドルの中心から工具のうち前記主軸側の端部位置である工具端位置までの距離（ＺPOS）を取得して出力するＺ軸位置取得部と、
前記第２の傾斜量（θ２）と前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが下端部分から傾斜したことにより生じたＺ軸方向の変位量（ΔＺ２１）を求めると共に、前記変位量（ΔＺ２１）の逆符号の値を補正量（−ΔＺ２１）として出力する第２の基礎傾斜補正量計算部と、
前記第４の傾斜量（θ４）と前記第２の傾斜量（θ２）との差の傾斜量（θｃ２）と、前記距離（ＹPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが熱変形により傾斜したことにより生じたＺ軸方向の変位量（ΔＺ４１）を求めると共に、前記変位量（ΔＺ４１）の逆符号の値を補正量（−ΔＺ４１）として出力する第２の熱変形補正量計算部と、
前記第２の傾斜量（θ２）と前記距離（ＺPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが下端部分から傾斜したことにより生じたＹ軸方向の変位量（ΔＹ２２）を求めると共に、前記変位量（ΔＹ２２）の逆符号の値を補正量（−ΔＹ２２）として出力する基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部と、
前記傾斜量（θｃ２）と前記距離（ＹPOS）を基に前記距離（ＹPOS）での傾斜量（θｓ２）を求め、前記傾斜量（θｓ２）と前記距離（ＺPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが熱変形により傾斜したことにより生じたＹ軸方向の変位量（ΔＹ４２）を求めると共に、前記変位量（ΔＹ４２）の逆符号の値を補正量（−ΔＹ４２）として出力する熱変形サドル傾斜補正量計算部と、
を備えている
ことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、
前記第１の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ａ）式により前記変位量（ΔＸ１）を演算し、
前記第１の熱変形補正量計算部は、下記（ｂ）式により前記変位量（ΔＸ３）を演算し、
前記第２の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ｃ）式により前記変位量（ΔＺ２１）を演算し、
前記第２の熱変形補正量計算部は、下記（ｄ）式により前記変位量（ΔＺ４１）を演算し、
前記基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部は、下記（ｅ）式により前記変位量（ΔＹ２２）を演算し、
前記熱変形サドル傾斜補正量計算部は、下記（ｆ）式により前記変位量（ΔＹ４２）を演算することを特徴とする。
但し、Ｌは前記コラムの高さである。
下記式では、角度単位は[ｒａｄ]で表し、各角度は微小であるため近似式で示している。
ΔＸ１＝θ１×ＹPOS  ・・・（ａ）
ΔＸ３＝（Ｌ／θｃ１）×［１−ｃｏｓ｛θｃ１×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｂ）
ΔＺ２１＝θ２×ＹPOS  ・・・（ｃ）
ΔＺ４１＝（Ｌ／θｃ２）×［１−ｃｏｓ｛θｃ２×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｄ）
ΔＹ２２＝θ２×ＺPOS  ・・・（ｅ）
ΔＹ４２＝θｓ２×ＺPOS  ・・・（ｆ）
【００１８】
また本発明は、
Ｘ軸の位置指令（ＸPOS）に、前記第１の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ１）と前記第１の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ３）を加えて、補正位置指令（ＸPOSC）を出力するＸ軸位置指令補正部と、
Ｚ軸の位置指令（ＺPOS）に、前記第２の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ２１）と前記第２の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ４１）を加えて、補正位置指令（ＺPOSC）を出力するＺ軸位置指令補正部と、
Ｙ軸の位置指令（ＹPOS）に、前記基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＹ２２）と前記熱変形サドル傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＹ４２）を加えて、補正位置指令（ＹPOSC）を出力するＹ軸位置指令補正部と、
を更に備えていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、
前記第１から第４の傾斜角度検出器の他に、前記サドルの上面に配置されて、前記Ｙ，Ｚ平面での傾斜角度を検出して第５の傾斜角度検出信号を出力する第５の傾斜角度検出器を備えており、
前記Ｙ，Ｚ平面補正部は、
前記第５の傾斜角度検出器から出力される第５の傾斜角度検出信号（Ｓｓｚ）を通すことによりノイズ成分を除去して第５の傾斜量（θ５）を出力する第５のフィルタを備えると共に、
前記第２の傾斜量（θ２）と前記第５の傾斜量（θ５）と前記距離（ＺPOS）を基に、前記Ｙ，Ｚ平面において、前記コラムが傾斜したことにより生じたＹ軸方向の変位量（ΔＹ４）を求めると共に、前記変位量（ΔＹ４）の逆符号の値を補正量（−ΔＹ４）として出力するサドル傾斜補正量計算部を、前記基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部及び前記熱変形サドル傾斜補正量計算部に代えて備えている
ことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、
前記第１の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ａ）式により前記変位量（ΔＸ１）を演算し、
前記第１の熱変形補正量計算部は、下記（ｂ）式により前記変位量（ΔＸ３）を演算し、
前記第２の基礎傾斜補正量計算部は、下記（ｃ）式により前記変位量（ΔＺ２１）を演算し、
前記第２の熱変形補正量計算部は、下記（ｄ）式により前記変位量（ΔＺ４１）を演算し、
前記サドル傾斜補正量計算部は、下記（ｇ）式により前記変位量（ΔＹ４）を演算することを特徴とする。
但し、Ｌは前記コラムの高さである。
下記式では、角度単位は[ｒａｄ]で表し、各角度は微小であるため近似式で示している。
ΔＸ１＝θ１×ＹPOS  ・・・（ａ）
ΔＸ３＝（Ｌ／θｃ１）×［１−ｃｏｓ｛θｃ１×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｂ）
ΔＺ２１＝θ２×ＹPOS  ・・・（ｃ）
ΔＺ４１＝（Ｌ／θｃ２）×［１−ｃｏｓ｛θｃ２×（ＹPOS／Ｌ）｝］  ・・・（ｄ）
ΔＹ４＝θ５×ＺPOS  ・・・（ｇ）
【００２１】
また本発明は、
Ｘ軸の位置指令（ＸPOS）に、前記第１の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ１）と前記第１の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＸ３）を加えて、補正位置指令（ＸPOSC）を出力するＸ軸位置指令補正部と、
Ｚ軸の位置指令（ＺPOS）に、前記第２の基礎傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ２１）と前記第２の熱変形補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＺ４１）を加えて、補正位置指令（ＺPOSC）を出力するＺ軸位置指令補正部と、
Ｙ軸の位置指令（ＹPOS）に、前記サドル傾斜補正量計算部から出力される前記補正量（−ΔＹ４）を加えて、補正位置指令（ＹPOSC）を出力するＹ軸位置指令補正部と、
を更に備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、コラムが下端部分から傾斜したことにより生じた変位は、コラム下端部分に配置した傾斜角度検出器により検出した傾斜角度を利用して求め、コラムが熱により傾斜したことにより生じた変位は、コラム下端部分に配置した傾斜角度検出器により検出した傾斜角度とコラム上面部分に配置した傾斜角度検出器により検出した傾斜角度との差の傾斜角度を利用して求めるようにしている。このように２系統に分けて求めた傾斜角度に応じた補正量を求めるため、コラムが熱により機械変位しても、コラムが下端部分から傾斜しても、精度良く各移動軸の補正量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】横中ぐり盤を示す斜視図。
【図２】傾斜角度検出器（傾斜センサ）の配置状態を示す概略図。
【図３】Ｘ，Ｙ平面において、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜（基礎傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量を示す説明図。
【図４】Ｙ，Ｚ平面において、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜（基礎傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量を示す説明図。
【図５】Ｙ，Ｚ平面において、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜（基礎傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量を示す説明図。
【図６】Ｘ，Ｙ平面において、コラムが熱により機械変形して傾斜（熱変形による傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量を示す説明図。
【図７】Ｙ，Ｚ平面において、コラムが熱により機械変形して傾斜（熱変形による傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量を示す説明図。
【図８】Ｙ，Ｚ平面において、コラムが熱により機械変形して傾斜（熱変形による傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量を示す説明図。
【図９】本発明の実施例１に係る、工作機械の変位補正システムを示すブロック構成図。
【図１０】実施例１におけるＸ，Ｙ平面補正部の動作状態を示すフローチャート。
【図１１】傾斜角度検出器（傾斜センサ）の配置状態の第２の例を示す概略図。
【図１２】本発明の実施例２に係る、工作機械の変位補正システムを示すブロック構成図。
【図１３】本発明の実施例３に係る、工作機械の変位補正システムを示すブロック構成図。
【図１４】本発明の実施例３の別の例に係る、工作機械の変位補正システムを示すブロック構成図。
【図１５】本発明の実施例４に係る、工作機械の変位補正システムを示すブロック構成図。
【図１６】フルクローズドループのフィードバック制御系を示すブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る、工作機械の変位補正システムを、実施例に基づき詳細に説明する。
【００２５】
〔実施例１〕
実施例１は、本発明を横中ぐり盤に適用した変位補正システムである。まず、横中ぐり盤について説明する。
【００２６】
＜横中ぐり盤の構造＞
図１に示すように、横中ぐり盤１０には、床面に固定されるベッド１１が設けられており、このベッド１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する左右一対のガイドレール１２ａ，１２ｂが設けられている。ガイドレール１２ａ，１２ｂには、コラムベース１３がＸ軸方向に摺動可能に支持されており、このコラムベース１３の上面には、中空状のコラム１４が立設されている。コラム駆動手段（図示省略）を駆動させることにより、コラム１４はＸ軸方向に移動可能となっている。
なお、コラムベース１３はコラム１４の下端部分に相当する部材である。
【００２７】
コラム１４の前面には、Ｙ軸方向に延在する左右一対のガイドレール１５ａ，１５ｂが設けられており、このガイドレール１５ａ，１５ｂには、サドル１６がＹ軸方向に摺動可能に支持されている。サドル駆動手段（図示省略）を駆動させることにより、サドル１６はＹ軸方向に移動可能となっている。
【００２８】
サドル１６には、Ｚ軸方向に貫通するガイド部１７が形成されており、このガイド部１７内には、ラム１８がＺ軸方向に摺動可能に支持されている。ラム駆動手段（図示省略）を駆動させることにより、ラム１８はＺ軸方向に移動可能となっている。
【００２９】
ラム１８内には、主軸１９が回転可能に、且つ、Ｗ軸方向に摺動可能に支持されており、この主軸１９の先端には、所定の加工を行う工具Ｔが着脱可能に装着されている。主軸回転手段（図示省略）を駆動させることにより、主軸１９はＷ軸周りに回転可能となっており、更に、主軸駆動手段（図示省略）を駆動させることにより、主軸１９はＷ軸方向に移動可能となっている。
【００３０】
また、ベッド１１の側方には、床面に固定されるテーブルベッド２１が設けられており、このテーブルベッド２１の上面には、Ｚ軸方向に延在する前後一対のガイドレール２２ａ，２２ｂが設けられている。ガイドレール２２ａ，２２ｂには、テーブルベース２３がＺ軸方向に摺動可能に支持されており、更に、このテーブルベース２３の上部には、回転テーブル２４が回転可能に支持されている。そして、回転テーブル２４の上面には、ワーク（被加工物）Ｗが着脱可能に配置される。テーブル駆動手段（図示省略）を駆動させることにより、テーブルベース２３（回転テーブル２４）はＺ軸方向に移動可能となっており、更に、テーブル回転手段を駆動させることにより、回転テーブル２４はＹ軸周りに回転可能となっている。
【００３１】
工作機械である横中ぐり盤１０には、当該工作機械（横中ぐり盤）１０全体を制御するための制御装置５０が設けられている。この制御装置５０は、上述した各駆動手段及び各回転手段等に接続されており、工具Ｔ及びワークＷの移動方向や移動速度を切り替える制御をするＮＣ制御部や、変位補正システムとしての制御機能部（詳細は後述）などを有している。
【００３２】
なお横中ぐり盤１０において、Ｙ軸は鉛直方向の軸、Ｚ軸は主軸１９の軸方向の軸、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸に直交する方向の軸、Ｗ軸はＺ軸と同じ方向の軸である。
【００３３】
＜傾斜角度検出器の配置状態＞
次に、工作機械の変位補正システムにおいて用いている傾斜角度検出器（傾斜センサ）の配置状態を、図２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、Ｘ，Ｙ平面が正面に見える状態で横中ぐり盤１０を示す概略図であり、図２（ｂ）はＹ，Ｚ平面が正面に見える状態で横中ぐり盤１０を示す概略図である。
この実施例では、傾斜角度検出器（傾斜センサ）として加速度センサを用いているが、傾斜を検出することができる他のタイプのセンサを用いてもよい。なお、加速度センサは重力加速度を検出するセンサであるため、傾斜角度が変化すると検出する重力加速度が変化するので、重力加速度の変化を基に傾斜角度を検出することができるのである。
【００３４】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、コラム１４の下端部分であるコラムベース１３の上面には、傾斜センサＳ１，Ｓ２が配置されている。
傾斜センサＳ１は、Ｘ，Ｙ平面内において水平線に対する傾斜角度を検出して、検出した傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｂｘを出力する。この傾斜角度検出信号Ｓｂｘをローパスフィルタに通しノイズ成分（高周波成分）を除去することにより、コラム下端でのＸ，Ｙ平面での傾斜量θ１を求めることができる。
傾斜センサＳ２は、Ｙ，Ｚ平面内において水平線に対する傾斜角度を検出して、検出した傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｂｚを出力する。この傾斜角度検出信号Ｓｂｚをローパスフィルタに通しノイズ成分（高周波成分）を除去することにより、コラム下端でのＹ，Ｚ平面での傾斜量θ２を求めることができる。
【００３５】
コラム１４の上面には、傾斜センサＳ３，Ｓ４が配置されている。
傾斜センサＳ３は、Ｘ，Ｙ平面内において水平線に対する傾斜角度を検出して、検出した傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｔｘを出力する。この傾斜角度検出信号Ｓｔｘをローパスフィルタに通しノイズ成分（高周波成分）を除去することにより、コラム上端でのＸ，Ｙ平面での傾斜量θ３を求めることができる。
傾斜センサＳ４は、Ｙ，Ｚ平面内において水平線に対する傾斜角度を検出して、検出した傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｔｚを出力する。この傾斜角度検出信号Ｓｔｚをローパスフィルタに通しノイズ成分（高周波成分）を除去することにより、コラム上端でのＹ，Ｚ平面での傾斜量θ４を求めることができる。
【００３６】
＜変位量の計算手法の説明＞
次に、変位量の計算手法（計算原理）を説明する。
【００３７】
（１）  Ｘ，Ｙ平面において、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜（基礎傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量（ΔＸ１，ΔＹ１）を、図３（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
工具端位置の変位量（ΔＸ１，ΔＹ１）は、コラム下端位置からみたサドル中心の変位量（ΔＸ１，ΔＹ１）を求めればよい。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、コラム下端でのＸ，Ｙ平面内の傾斜量がθ１[ｒａｄ]になった場合について説明する。
【００３９】
図３（ｂ）において、ΔＸ１はＸ軸方向の変位量、ΔＹ１はＹ軸方向の変位量、ＹPOSはコラム下端からサドル中心位置までの距離である。
図３（ｂ）より、次の式が得られる。
ΔＸ１＝ｓｉｎθ１×ＹPOS＝θ１×ＹPOS  ・・・（１）
（∵θ１は微小のため ｓｉｎθ１＝θ１）
ΔＹ１＝ΔＸ１×ｔａｎθ１≒０  （∵ΔＹ１は微小のため無視できる）
【００４０】
（２）  Ｙ，Ｚ平面において、コラムが基礎部分（下端部分）から傾斜（基礎傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量（ΔＺ２１，ΔＹ２１）、（ΔＺ２２，ΔＹ２２）を、コラム下端からみたサドル中心位置の変位量を示す図４（ａ），（ｂ）と、サドル中心からみた工具端位置の変位量を示す図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００４１】
図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、コラム下端でのＹ，Ｚ平面内の傾斜量がθ２[ｒａｄ]になった場合について説明する。
【００４２】
図４（ｂ）において、ΔＺ２１はＺ軸方向の変位量、ΔＹ２１はＹ軸方向の変位量、ＹPOSはコラム下端からサドル中心位置までの距離である。
図４（ｂ）より、次の式が得られる。
ΔＺ２１＝ｓｉｎθ２×ＹPOS＝θ２×ＹPOS
（∵θ２は微小のため ｓｉｎθ２＝θ２）
ΔＹ２１＝ΔＺ２１×ｔａｎθ２≒０  （∵ΔＹ２１は微小のため無視できる）
【００４３】
図５（ｂ）において、ΔＺ２２はＺ軸方向の変位量、ΔＹ２２はＹ軸方向の変位量、ＺPOSはサドル中心から工具端位置までの距離である。
図５（ｂ）より、次の式が得られる。
ΔＺ２２＝ΔＹ２２×ｔａｎθ２≒０  （∵ΔＺ２２は微小のため無視できる）
ΔＹ２２＝ｓｉｎθ２×ＺPOS＝θ２×ＺPOS
（∵θ２は微小のため ｓｉｎθ２＝θ２）
【００４４】
工具端位置の変位量（ΔＺ２，ΔＹ２）は、
１）コラム下端位置からみたサドル中心位置の変位量（ΔＺ２１，ΔＹ２１）
２）サドル中心位置からみた工具端位置の変位量（ΔＺ２２，ΔＹ２２）
を求め、１）と２）の和が、工具端位置における変位量となる。但し、工具長は小さいため考えない。
したがって、次の式が得られる。
ΔＺ２＝ΔＺ２１＋ΔＺ２２≒ΔＺ２１＝θ２×ＹPOS  ・・・（２）
ΔＹ２＝ΔＹ２１＋ΔＹ２２≒ΔＹ２２＝θ２×ＺPOS  ・・・（３）
【００４５】
（３）  Ｘ，Ｙ平面において、コラムが熱により機械変形して傾斜（熱変形による傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量（ΔＸ３，ΔＹ３）を、図６（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、コラム下端でのＸ，Ｙ平面内の傾斜量がθ１になり、コラム上端でのＸ，Ｙ平面内の傾斜量がθ３になった場合について説明する。このとき、熱変形によるコラム傾斜量θｃ１[ｒａｄ]は、θｃ１＝θ３−θ１となる。
【００４７】
図６（ｂ）において、ΔＸ３はＸ軸方向の変位量、ΔＹ３はＹ軸方向の変位量、ＹPOSはコラム下端からサドル中心位置までの距離である。また、θｓ１はＹPOSでのコラム傾斜量[ｒａｄ]、Ｌはコラム高さ、Ｒは傾きの半径である。
図６（ｂ）より、下記（i），（ii），（iii）の条件式が得られる。
Ｌ＝Ｒ×θｃ１                ・・・（i）
θｓ１＝θｃ１×ＹPOS／Ｌ     ・・・（ii）
ΔＸ３＝Ｒ−Ｒ×ｃｏｓθｓ１  ・・・（iii）
【００４８】
上記の条件式（i），（ii），（iii）より、次の式が得られる。
ΔＸ３＝（Ｌ／θｃ１）×［１−ｃｏｓ｛θｃ１×（ＹPOS／Ｌ）｝］・・・（４）
ΔＹ３＝ΔＸ３×［ｔａｎ｛（ＹPOS／Ｌ）×θｃ１｝］≒０  （∵ΔＹ３は微小のため無視できる）
【００４９】
（４）  Ｙ，Ｚ平面において、コラムが熱により機械変形して傾斜（熱変形による傾斜）したことにより生じた、工具端位置の変位量（ΔＺ４１，ΔＹ４１）、（ΔＺ４２，ΔＹ４２）を、コラム下端からみたサドル中心位置の変位量を示す図７（ａ），（ｂ）と、サドル中心からみた工具端位置の変位量を示す図８（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００５０】
図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、コラム下端でのＹ，Ｚ平面内の傾斜量がθ２になり、コラム上端でのＹ，Ｚ平面内の傾斜量がθ４になった場合について説明する。このとき、熱変形によるコラム傾斜量θｃ２[ｒａｄ]は、θｃ２＝θ４−θ２となる。
【００５１】
図７（ｂ）において、ΔＺ４１はＺ軸方向の変位量、ΔＹ４１はＹ軸方向の変位量、ＹPOSはコラム下端からサドル中心位置までの距離である。また、θｓ２はＹPOSでのコラム傾斜量[ｒａｄ]、Ｌはコラム高さ、Ｒは傾きの半径である。
図７（ｂ）より、下記（iv），（v），（vi）の条件式が得られる。
Ｌ＝Ｒ×θｃ２                ・・・（iv）
θｓ２＝θｃ２×ＹPOS／Ｌ     ・・・（v）
ΔＺ４１＝Ｒ−Ｒ×ｃｏｓθｓ２・・・（vi）
【００５２】
上記の条件式（iv），（v），（vi）より、次の式が得られる。
ΔＺ４１＝（Ｌ／θｃ２）×［１−ｃｏｓ｛θｃ２×（ＹPOS／Ｌ）｝］
ΔＹ４１＝ΔＺ４１×［ｔａｎ｛（ＹPOS／Ｌ）×θｃ２｝］≒０  （∵ΔＹ４１は微小のため無視できる）
【００５３】
図８（ｂ）において、ΔＺ４２はＺ軸方向の変位量、ΔＹ４２はＹ軸方向の変位量、ＺPOSはサドル中心から工具端位置までの距離である。また、θｓ２はＹPOSでの熱変形によるコラム傾斜量[ｒａｄ]である。
図８（ｂ）より、次の式が得られる。
ΔＺ４２＝ΔＹ４２×ｔａｎ｛（ＹPOS／Ｌ）×θｃ２ ｝≒０  （∵ΔＺ４２は微小のため無視できる）
ΔＹ４２＝ｓｉｎθｓ２×ＺPOS＝θｓ２×ＺPOS
（∵θｓ２は微小のため ｓｉｎθｓ２＝θｓ２）
【００５４】
工具端位置の変位量（ΔＺ４，ΔＹ４）は、
３）コラム下端位置からみたサドル中心位置の変位量（ΔＺ４１，ΔＹ４１）
４）サドル中心位置からみた工具端位置の変位量（ΔＺ４２，ΔＹ４２）
を求め、３）と４）の和が、工具端位置における変位量となる。但し、工具長は考えない。
したがって、次の式が得られる。
ΔＺ４＝ΔＺ４１＋ΔＺ４２≒ΔＺ４１
＝（Ｌ／θｃ２）×［１−ｃｏｓ｛θｃ２×（ＹPOS／Ｌ）｝］・・・（５）
ΔＹ４＝ΔＹ４１＋ΔＹ４２≒ΔＹ４２
＝θｓ２×ＺPOS  ・・・（６）
【００５５】
＜変位補正システムの説明＞
次に実施例１に係る、工作機械の変位補正システムの構成及び処理動作を、図９を参照して説明する。
図９に示す変位補正システム１００は、Ｘ，Ｙ平面での変位を補正するＸ，Ｙ平面補正部１１０と、Ｙ，Ｚ平面での変位を補正するＹ，Ｚ平面補正部１３０を有している。
【００５６】
Ｘ，Ｙ平面補正部１１０は、コラムベース１３の上面に配置した傾斜センサＳ１と、コラム１４の上面に配置した傾斜センサＳ３を有している。傾斜センサＳ１は、Ｘ，Ｙ平面におけるコラム下端での傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｂｘを出力し、傾斜センサＳ３は、Ｘ，Ｙ平面におけるコラム上端での傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｔｘを出力する。
【００５７】
ＮＣ制御部から傾斜量取得要求ｄが入力されると、データ取得部（スイッチ機能部）１１１，１１２がデータ取得状態（オン状態）となり、傾斜角度検出信号Ｓｂｘ，Ｓｔｘは、Ａ／Ｄ変換器１１３，１１４に入力されてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された傾斜角度検出信号Ｓｂｘ，Ｓｔｘは、高応答のローパスフィルタ１１５，１１６に入力される。
なお傾斜量取得要求ｄは、ＮＣ加工データ中に組み込まれており、例えば移動していたコラム１４が停止した時点で出力される。
【００５８】
ローパスフィルタ１１５，１１６は応答が速くなるように、その時定数が秒単位になっている。
傾斜角度検出信号Ｓｂｘがローパスフィルタ１１５を通過すると、コラム１４の振動等に起因する高周波成分がカットされて、Ｘ，Ｙ平面におけるコラム下端での傾斜量θ１となる。また、傾斜角度検出信号Ｓｔｘがローパスフィルタ１１６を通過すると、コラム１４の振動等に起因する高周波成分がカットされて、Ｘ，Ｙ平面におけるコラム上端での傾斜量θ３となる。
【００５９】
Ｙ軸位置取得部１１７は、サドル１６のＹ軸位置を検出するセンサからの信号を受けて、コラム下端からサドル中心までの距離ＹPOSを取得して出力する。
【００６０】
基礎傾斜補正量計算部１１８は、傾斜量θ１と距離ＹPOSを取り込み、前述した式（１）を適用することにより、コラム１４が基礎傾斜したときのＸ，Ｙ平面でのＸ軸方向の変位量ΔＸ１を求める。更に基礎傾斜補正量計算部１１８は、求めた変位量ΔＸ１の逆符号の値である−ΔＸ１を、補正量−ΔＸ１として出力する。
【００６１】
熱変形傾斜量計算部１１９は、傾斜量θ１と傾斜量θ３を取り込み、コラム１４が熱変形により傾斜したときのＸ，Ｙ平面での傾斜量θｃ１（＝θ３−θ１）を計算して出力する。
【００６２】
熱変形補正量演算部１２０は、距離ＹPOSと傾斜量θｃ１を取り込み、前述した式（４）を適用することにより、コラム１４が熱変形により傾斜したときのＸ，Ｙ平面でのＸ軸方向の変位量ΔＸ３を求める。更に熱変形補正量演算部１２０は、求めた変位量ΔＸ３の逆符号の値である−ΔＸ３を、補正量−ΔＸ３として出力する。
【００６３】
Ｘ軸位置指令補正部１２１は、ＮＣ制御部から出力されるＸ軸の位置指令ＸPOSに、補正量−ΔＸ１と補正量−ΔＸ３を加えて、補正位置指令ＸPOSCを出力する。
【００６４】
そして、Ｘ軸用のフィードバック制御系が図１６に示すようなものである場合においては、両図に示す位置指令の代わりに補正位置指令ＸPOSCがフィードバック制御系に入力されて、各構造物（コラム１４等）のＸ軸位置が制御される。
【００６５】
Ｙ，Ｚ平面補正部１３０は、コラムベース１３の上面に配置した傾斜センサＳ２と、コラム１４の上面に配置した傾斜センサＳ４を有している。傾斜センサＳ２は、Ｙ，Ｚ平面におけるコラム下端での傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｂｚを出力し、傾斜センサＳ４は、Ｙ，Ｚ平面におけるコラム上端での傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｔｚを出力する。
【００６６】
ＮＣ制御部から傾斜量取得要求ｄが入力されると、データ取得部（スイッチ機能部）１３１，１３２がデータ取得状態（オン状態）となり、傾斜角度検出信号Ｓｂｚ，Ｓｔｚは、Ａ／Ｄ変換器１３３，１３４に入力されてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された傾斜角度検出信号Ｓｂｚ，Ｓｔｚは、高応答のローパスフィルタ１３５，１３６に入力される。
なお傾斜量取得要求ｄは、ＮＣ加工データ中に組み込まれており、例えば移動していたコラム１４が停止した時点で出力される。
【００６７】
ローパスフィルタ１３５，１３６は応答が速くなるように、その時定数が秒単位になっている。
傾斜角度検出信号Ｓｂｚがローパスフィルタ１３５を通過すると、コラム１４の振動等に起因する高周波成分がカットされて、Ｙ，Ｚ平面におけるコラム下端での傾斜量θ２となる。また、傾斜角度検出信号Ｓｔｚがローパスフィルタ１３６を通過すると、コラム１４の振動等に起因する高周波成分がカットされて、Ｙ，Ｚ平面におけるコラム上端での傾斜量θ４となる。
【００６８】
Ｙ軸位置取得部１３７は、サドル１６のＹ軸位置を検出するセンサからの信号を受けて、コラム下端からサドル中心までの距離ＹPOSを取得して出力する。
【００６９】
基礎傾斜補正量計算部１３８は、傾斜量θ２と距離ＹPOSを取り込み、前述した式（２）を適用することにより、コラム１４が基礎傾斜したときのＹ，Ｚ平面でのＺ軸方向の変位量ΔＺ２１を求める。更に基礎傾斜補正量計算部１３８は、求めた変位量ΔＺ２１の逆符号の値である−ΔＺ２１を、補正量−ΔＺ２１として出力する。
【００７０】
熱変形傾斜量計算部１３９は、傾斜量θ２と傾斜量θ４を取り込み、コラム１４が熱変形により傾斜したときのＹ，Ｚ平面での傾斜量θｃ２（＝θ４−θ２）を計算して出力する。
【００７１】
熱変形補正量演算部１４０は、距離ＹPOSと傾斜量θｃ２を取り込み、前述した式（５）を適用することにより、コラム１４が熱変形により傾斜したときのＹ，Ｚ平面でのＺ軸方向の変位量ΔＺ４１を求める。更に熱変形補正量演算部１４０は、求めた変位量ΔＺ４１の逆符号の値である−ΔＺ４１を、補正量−ΔＺ４１として出力する。
【００７２】
Ｚ軸位置指令補正部１４１は、ＮＣ制御部から出力されるＺ軸の位置指令ＺPOSに、補正量−ΔＺ２１と補正量−ΔＺ４１を加えて、補正位置指令ＺPOSCを出力する。
【００７３】
そして、Ｚ軸用のフィードバック制御系が図１６に示すようなものである場合においては、両図に示す位置指令の代わりに補正位置指令ＺPOSCがフィードバック制御系に入力されて、各構造物（ラム１８等）のＺ軸位置が制御される。
【００７４】
Ｚ軸位置取得部１４２は、ラム１８のＺ軸位置を検出するセンサ及び主軸１９のＺ軸位置を検出するセンサからの信号を受けて、サドル中心から工具端位置（主軸に取り付けられている工具の端部位置のうち、主軸側の端部の位置）までの距離ＺPOSを取得して出力する。
【００７５】
基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部１４３は、傾斜量θ２と距離ＺPOSを取り込み、前述した式（３）を適用することにより、コラム１４が基礎傾斜したときのＹ，Ｚ平面でのＹ軸方向の変位量ΔＹ２２を求める。更に基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部１４３は、求めた変位量ΔＹ２２の逆符号の値である−ΔＹ２２を、補正量−ΔＹ２２として出力する。
【００７６】
熱変形サドル傾斜量計算部１４４は、傾斜量θｃ２（＝θ４−θ２）と距離ＹPOSを取り込み、距離ＹPOSでのコラム傾斜量θｓ２を計算して出力する。
【００７７】
熱変形サドル傾斜補正量演算部１４５は、距離ＺPOSと傾斜量θｓ２を取り込み、前述した式（６）を適用することにより、コラム１４が熱変形により傾斜したときのＹ，Ｚ平面でのＹ軸方向の変位量ΔＹ４２を求める。更に熱変形サドル傾斜補正量演算部１４５は、求めた変位量ΔＹ４２の逆符号の値である−ΔＹ４２を、補正量−ΔＹ４２として出力する。
【００７８】
Ｙ軸位置指令補正部１４６は、ＮＣ制御部から出力されるＹ軸の位置指令ＹPOSに、補正量−ΔＹ２２と補正量−ΔＹ４２を加えて、補正位置指令ＹPOSCを出力する。
【００７９】
そして、Ｙ軸用のフィードバック制御系が図１６に示すようなものである場合においては、両図に示す位置指令の代わりに補正位置指令ＹPOSCがフィードバック制御系に入力されて、各構造物（サドル１６等）のＹ軸位置が制御される。
【００８０】
図１０は、実施例１に係る工作機械の変位補正システム１００のＸ，Ｙ平面補正部１１０の動作状態を示すフローチャートである。
【００８１】
この例では、傾斜量取得要求ｄがあったことを条件（ステップＳ１）に、ステップＳ２〜Ｓ５のローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理が繰り返し行われるようにしている。
ＬＰＦ処理では、傾斜角度検出信号Ｓｔｘ，Ｓｂｘが取得され（ステップＳ２）、Ａ／Ｄ変換処理がされ（ステップＳ３）、ＬＰＦを通すことにより傾斜量θ１，θ３を求め（ステップＳ４）、更に傾斜量θｃ１を求める（ステップＳ５）。
【００８２】
傾斜量θ１，θ３，θｃ１が閾値を越えている場合（ステップＳ６）には、アラーム通知処理をする（ステップＳ７）。
【００８３】
傾斜量θ１，θ３，θｃ１が閾値以下である場合（ステップＳ６）には、補正量−ΔＸ１，−ΔＸ３を計算し（ステップＳ８）、Ｘ軸の位置指令ＸPOSに補正量−ΔＸ１，−ΔＸ３を加えて補正した位置指令ＸPOSCを得る（ステップ９）。
【００８４】
なお、Ｙ，Ｚ平面補正部１３０においても、Ｘ，Ｙ平面補正部１１０と同様に、傾斜量取得要求ｄがあったことを条件に、ステップＳ２〜Ｓ５と同様なローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理が繰り返し行われるようにしている。
【００８５】
〔実施例２〕
次に本発明の実施例２に係る、工作機械の変位補正システムを説明する。実施例２は実施例１の一部を変更したものであり、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００８６】
実施例２では、図１１に示すように、サドル１６の上面に第５の傾斜センサＳ５が配置されている。傾斜センサＳ５は、Ｙ，Ｚ平面内において水平線に対する傾斜角度を検出して、検出した傾斜角度を示す傾斜角度検出信号Ｓｓｚを出力する。この傾斜角度検出信号Ｓｓｚをローパスフィルタに通してノイズ成分（高周波成分）を除去することにより、サドル上面でのＹ，Ｚ平面内での傾斜量θ５を求めることができる。
他の傾斜センサＳ１〜Ｓ４は、図２に示す実施例１と同じである。
【００８７】
図１２は実施例２に係る工作機械の変位補正システム１００Ａを示す。この変位補正システム１００Ａは、Ｘ，Ｙ平面補正部１１０とＹ，Ｚ平面補正部１３０Ａを有している。
Ｘ，Ｙ平面補正部１１０は実施例１と同じであり、Ｙ，Ｚ平面補正部１３０Ａは実施例１のＹ，Ｚ平面補正部１３０を一部変更した構成となっている。
【００８８】
ここでは、Ｙ，Ｚ平面補正部１３０Ａのうち、実施例１のＹ，Ｚ平面補正部１３０と異なる部分について説明する。
【００８９】
ＮＣ制御部から傾斜量取得要求ｄが入力されると、データ取得部（スイッチ機能部）１５１がデータ取得状態（オン状態）となり、傾斜角度検出信号Ｓｓｚは、Ａ／Ｄ変換器１５２に入力されてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された傾斜角度検出信号Ｓｓｚは、高応答のローパスフィルタ１５３に入力される。
【００９０】
ローパスフィルタ１５３は応答が速くなるように、その時定数が秒単位になっている。
傾斜角度検出信号Ｓｓｚがローパスフィルタ１５３を通過すると、コラム１４の振動等に起因する高周波成分がカットされて、Ｙ，Ｚ平面におけるサドル上面での傾斜量θ５となる。
【００９１】
Ｚ軸位置取得部１５４は、ラム１８のＺ軸位置を検出するセンサ及び主軸１９のＺ軸位置を検出するセンサからの信号を受けて、サドル中心からから工具端位置までの距離ＺPOSを取得して出力する。
【００９２】
サドル傾斜補正量計算部１５５は、距離ＺPOS[ｍ]と傾斜量θ５を取り込み、式（７）を適用することにより、サドル１６の上面におけるＹ，Ｚ平面でのＹ軸方向の変位量ΔＹ４を求める。
ΔＹ４＝θ５×ＺPOS・・・（７）
更にサドル傾斜補正量演算部１５５は、求めた変位量ΔＹ４の逆符号の値である−ΔＹ４を、補正量−ΔＹ４として出力する。
【００９３】
Ｙ軸位置指令補正部１５６は、ＮＣ制御部から出力されるＹ軸の位置指令ＹPOSに、補正量−ΔＹ４を加えて、補正位置指令ＹPOSCを出力する。
【００９４】
そして、Ｙ軸用のフィードバック制御系が図１６に示すようなものである場合においては、両図に示す位置指令の代わりに補正位置指令ＹPOSCがフィードバック制御系に入力されて、各構造物（サドル１６等）のＹ軸位置が制御される。
【００９５】
他の部分の構成及び動作は、図９に示す実施例１と同様である。
【００９６】
〔実施例３〕
次に本発明の実施例３に係る、工作機械の変位補正システムを説明する。実施例３は、データ取得部の配置位置を変更したものである。
【００９７】
図９に示す実施例１の変位補正システム１００では、傾斜センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とＡ／Ｄ変換器１１３，１１４，１３３，１３４（フィルタ１１５，１１６，１３５，１３６）の間に、データ取得部（スイッチ機能部）１１１，１１２，１３１，１３２を配置している。したがってデータ取得部１１１等がデータ取得状態（オン状態）になった後、フィルタ１１５，１１６，１３５，１３６の出力が安定するまで時間をおき、その後に補正量計算値を確定する必要がある。
また図１２に示す実施例２の変位補正システム１００Ａでは、傾斜センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５とＡ／Ｄ変換器１１３，１１４，１３３，１３４，１５２（フィルタ１１５，１１６，１３５，１３６，１５３）の間に、データ取得部（スイッチ機能部）１１１，１１２，１３１，１３２，１５１を配置している。したがってデータ取得部１１１等がデータ取得状態（オン状態）になった後、フィルタ１１５，１１６，１３５，１３６，１５３の出力が安定するまで時間をおき、その後に補正量計算値を確定する必要がある。
【００９８】
図１３に示す実施例３に係る変位補正システム１００Ｂでは、図９に示す変位補正システム１００におけるデータ取得部１１１，１１２，１３１，１３２の配置位置を、図９に示す配置位置ではなく、フィルタ１１５，１１６，１３５，１３６の直後にするよう、配置位置を変更したものである。
同様に、図１４に示す実施例３の他の例である変位補正システム１００Ｃは、図１２に示す変位補正システム１００Ａにおけるデータ取得部１１１，１１２，１３１，１３２，１５１の配置位置を、図１２に示す配置位置ではなく、フィルタ１１５，１１６，１３５，１３６，１５３の直後にするよう、配置位置を変更したものである。
【００９９】
このようにデータ取得部１１１等をフィルタ１１５等の直後に配置することにより、フィルタ１１５等から出力の安定した傾斜量θ１等を出力させておく状態にしておけば、傾斜量取得要求ｄが入力されたタイミングにおいて直ちに補正量計算を確定することができる。
【０１００】
更に、データ取得部１１１等をまったく無くし、傾斜量θ１等を常時出力させ、補正量を常に求めて常時、変位補正をするようにすることもできる。
【０１０１】
〔実施例４〕
次に本発明の実施例４に係る、工作機械の変位補正システム１００Ｄを、図１５を参照しつつ説明する。
【０１０２】
実施例４では、Ｘ，Ｙ平面補正部１１０Ｄのフィルタとして、高応答のローパスフィルタ１１５のみならず、低応答のローパスフィルタ１１５ａ，１１６ａを用いている。
低応答のローパスフィルタ１１５ａは、傾斜角度検出信号Ｓｂｘが入力されると、高周波成分をカットして傾斜量θ１を出力し、この傾斜量θ１が熱変形傾斜量計算部１１９に入力される。低応答のローパスフィルタ１１６ａは、傾斜角度検出信号Ｓｔｘが入力されると、高周波成分をカットして傾斜量θ３を出力し、この傾斜量θ３が熱変形傾斜量計算部１１９に入力される。
結局、熱変形傾斜量計算部１１９には、低応答のローパスフィルタ１１５ａ，１１６ａを通過して得た傾斜量θ１，θ３が入力される。熱変形はゆっくりと変化するため、ローパスフィルタ１１５ａ，１１６ａは低応答の方が、ノイズ成分が低減できるのである。
【０１０３】
また実施例４では、Ｙ，Ｚ平面補正部１３０Ｄのフィルタとして、高応答のローパスフィルタ１３５のみならず、低応答のローパスフィルタ１３５ａ，１３６ａを用いている。
低応答のローパスフィルタ１３５ａは、傾斜角度検出信号Ｓｂｚが入力されると、高周波成分をカットして傾斜量θ２を出力し、この傾斜量θ２が熱変形傾斜量計算部１３９に入力される。低応答のローパスフィルタ１３６ａは、傾斜角度検出信号Ｓｔｚが入力されると、高周波成分をカットして傾斜量θ４を出力し、この傾斜量θ４が熱変形傾斜量計算部１３９に入力される。
結局、熱変形傾斜量計算部１３９には、低応答のローパスフィルタ１３５ａ，１３６ａを通過して得た傾斜量θ２，θ４が入力される。熱変形はゆっくりと変化するため、ローパスフィルタ１３５ａ，１３６ａは低応答の方が、ノイズ成分が低減できるのである。
【０１０４】
他の部分は、図９に示す実施例１と同様である。
また、低周波ローパスフィルタを用いた本構成は、ローパスフィルタの後にデータ取得部（スイッチ機能部）のある、実施例３にも適用できる。
【０１０５】
なお上記の各実施例では、Ｘ，Ｙ平面補正部とＹ，Ｚ平面補正部の両方を備えていたが、一方の平面補正部のみを備えた工作機械の変位補正システムとすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、横中ぐり盤のみならず、コラムが移動する各所の工作機械に利用して、各移動軸の補正量を精度良く求めることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  移動体
２  位置検出器
３  サーボモータ
４  パルスコーダ
５  微分演算器
１０  横中ぐり盤
１１  ベッド
１２ａ，１２ｂ  ガイドレール
１３  コラムベース
１４  コラム
１５ａ，１５ｂ  ガイドレール
１６  サドル
１７  ガイド部
１８  ラム
１９  主軸
２１  テーブルヘッド
２２ａ，２２ｂ  ガイドレール
２３  テーブルベース
２４  回転テーブル
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ  工作機械の変位補正システム
１１０，１１０Ｄ  Ｘ，Ｙ平面補正部
１１１，１１２，１３１，１３２，１５１  データ取得部（スイッチ機能部）
１１３，１１４，１３３，１３４，１５２  Ａ／Ｄ変換器
１１５，１１６，１３５，１３６，１５３  高応答ローパスフィルタ
１１５ａ，１１６ａ，１３５ａ，１３６ａ  低応答ローパスフィルタ
１１７，１３７  Ｙ軸位置取得部
１１８，１３８  基礎傾斜補正量計算部
１１９，１３９  熱変形傾斜量計算部
１２０，１４０  熱変形補正量計算部
１２１  Ｘ軸位置指令補正部
１３０，１３０Ａ，１３０Ｄ  Ｙ，Ｚ平面補正部
１４１  Ｚ軸位置指令補正部
１４２  Ｚ軸位置取得部
１４３  基礎傾斜サドル傾斜補正量計算部
１４４  熱変形サドル傾斜量計算部
１４５  熱変形サドル傾斜補正量計算部
１４６  Ｙ軸位置指令補正部
１５４  Ｚ軸位置取得部
１５５  サドル傾斜補正量計算部
１５６  Ｙ軸位置補正指令部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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