(57)【要約】  ヒト（観察者）の目（視覚）や指（触覚）で実際にどのように感知されるのかを評価基準としてワークの加工面を評価し、該評価に基づいてワークを加工する加工プロセスを変更するようにした。
2014155727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工したワークの加工面を評価する加工面評価方法において、
ヒトの感覚の特性に基づいた評価基準を用いて、前記ワークの加工面を評価することを特徴とした加工面評価方法。
【請求項２】
前記ヒトの感覚は視覚である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヒトの感覚の特性は、ヒトの視覚の空間周波数に対するコントラスト感度である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションし、
前記加工面における反射光の最大輝度と最小輝度とを演算し、
前記最大輝度と最小輝度からコントラストを演算し、
前記加工面の空間周波数を演算し、
前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定するようにした請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ヒトの感覚は触覚である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ヒトの感覚の特性は、振動刺激周波数の変化に対してヒトが振動刺激を感知する振動刺激の振幅の最小値である触覚の周波数閾値特性である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
工作機械の送り軸の制御装置において、
ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、
前記加工面における反射光の最大輝度と最小輝度とを演算し、該最大輝度と最小輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、
前記加工面の空間周波数を演算する空間周波数演算部と、
前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、
前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備することを特徴とした制御装置。
【請求項８】
工作機械の送り軸の制御装置において、
ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、
前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面を観察者が指で触ったときに、観察者の指に伝達される振動刺激の周波数を演算する振動刺激周波数演算部と、
前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面に形成されるカスプの頂点間の距離と、観察者の指の速度とから求まる観察者の指に伝達される振動刺激の振幅が、前記振動刺激周波数演算部で演算された振動刺激の周波数に対して、ヒトの触覚で感知可能であるか否かを判定する判定部と、
前記振動刺激の振幅がヒトの触覚で感知可能である場合に、振動刺激の振幅がヒトの触覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備することを特徴とした制御装置。
【請求項９】
ワークに対して工具を相対的に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する少なくとも三軸の送り軸を有した工作機械において、
前記三軸の送り軸を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構を制御するＮＣ装置と、
ワークに形成される加工面をシミュレーションして、該加工面を評価する評価装置とを具備し、
前記評価装置が、
ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、
前記加工面における反射光の最大輝度と最小輝度とを演算し、該最大輝度と最小輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、
前記加工面の空間周波数を演算する空間周波数演算部と、
前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、
前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備し、該変更された加工プロセスに基づいて前記ＮＣ装置に工具経路と加工条件を出力することを特徴とした工作機械。
【請求項１０】
ワークに対して工具を相対的に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する少なくとも三軸の送り軸を有した工作機械において、
前記三軸の送り軸を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構を制御するＮＣ装置と、
ワークに形成される加工面をシミュレーションして、該加工面を評価する評価装置とを具備し、
前記評価装置が、
ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、
前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面を観察者が指で触ったときに、観察者の指に伝達される振動刺激の周波数を演算する振動刺激周波数演算部と、
前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面に形成されるカスプの頂点間の距離から観察者の指に伝達される振動刺激の振幅が、前記振動刺激周波数演算部で演算された振動刺激の周波数に対して、ヒトの触覚で感知可能であるか否かを判定する判定部と、
前記振動刺激の振幅がヒトの触覚で感知可能である場合に、振動刺激の振幅がヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備し、該変更された加工プロセスに基づいて前記ＮＣ装置に工具経路と加工条件を出力することを特徴とした工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械によって加工されたワークの表面形状の評価方法、および該評価方法を用いた工作機械の制御装置並びに該制御装置を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械でワークを加工する場合、ワーク加工面の評価基準は、通常、加工されたワーク表面の精度、特に表面粗さである。従来、加工面の表面粗さが低ければ低いほど、良好な加工であるとされている。然しながら、近時、加工されたワークの表面粗さがユーザーが求める許容表面粗さより低くとも、観察者が加工面を目視したときに加工面に形成されたカスプによる縞が見えるために、或いは、観察者が指で触ったときに表面にざらざら感があるために、加工されたワークが不合格となることがある。そのために、単に表面粗さを測定するだけでなく、ワークの加工面の光沢感やテクスチャを測定する技術も提案されている。ここで、カスプとは、ワークをピックフィードを与えては回転工具で切削加工したり、ヘールバイトでヘール加工したりする際に、ワークの加工面に生じる微小の切り残しや、サーボ制御で生じる工作機械の振動による微小な加工面の凹凸のことである。【０００３】
例えば、特許文献１には、ディスプレイに表示したチェックパターンを被測定面に投影して、反射像を撮影装置により撮影し、その画像データをコンピュータにより、鏡面度、鏡面度のバラツキ、光沢度、シャープネス、うねりまたは形状誤差、コントラストおよび白濁度といった複数の測定項目を順次自動的に測定し、鏡面度を含む複数の測定項目を指標として表面性状を評価する方法が記載されている。また、特許文献１には、従来技術として、正反射した受光量で光沢度を計測する鏡面光沢度計を用いた表面性状を測定する方法が記載されている。【０００４】
更に、特許文献２には、形状最大高さ（Ｒｚ）と、形状平均波長（ＲＳｍ）表面テクスチャパラメータを組合せて、表面テクスチャを測定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１５４８６号公報
【特許文献２】特表２００３−５００６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載の発明では、チェックパターンを被測定面に投影して、複数の測定項目を指標として表面性状を評価しているが、そのようにして評価された表面性状が、ヒト（観察者）の目（視覚）や指（触覚）で実際にどのように感知されるのか依然として不明であり、評価方法として不十分である。【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを目的としており、加工したワークの加工面の品位を、実際に観察者がヒトの感覚で評価するようにした加工面の評価方法、該評価方法を用いた制御装置および工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、加工したワークの加工面を評価する加工面評価方法において、ヒトの感覚の特性に基づいた評価基準を用いて、前記ワークの加工面を評価するようにした加工面評価方法が提供される。【０００９】
更に、本発明の他の特徴によれば、工作機械の送り軸の制御装置において、ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、前記加工面における反射光の最大輝度と最小輝度とを演算し、該最大輝度と最小輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、前記加工面の空間周波数を演算する空間周波数演算部と、前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備する制御装置が提供される。【００１０】
更に、本発明の他の特徴によれば、工作機械の送り軸の制御装置において、ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面を観察者が指で触ったときに、観察者の指に伝達される振動刺激の周波数を演算する振動刺激周波数演算部と、前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面に形成されるカスプの頂点間の距離と、観察者の指の速度とから求まる観察者の指に伝達される振動刺激の振幅が、前記振動刺激周波数演算部で演算された振動刺激の周波数に対して、ヒトの触覚で感知可能であるか否かを判定する判定部と、前記振動刺激の振幅がヒトの触覚で感知可能である場合に、振動刺激の振幅がヒトの触覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備する制御装置が提供される。【００１１】
更に、本発明の他の特徴によれば、ワークに対して工具を相対的に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する少なくとも三軸の送り軸を有した工作機械において、前記三軸の送り軸を駆動する駆動機構と、前記駆動機構を制御するＮＣ装置と、ワークに形成される加工面をシミュレーションして、該加工面を評価する評価装置とを具備し、
前記評価装置が、ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、前記加工面における反射光の最大輝度と最小輝度とを演算し、該最大輝度と最小輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、前記加工面の空間周波数を演算する空間周波数演算部と、前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備し、該変更された加工プロセスに基づいて前記ＮＣ装置に工具経路と加工条件を出力するようにした工作機械が提供される。【００１２】
更に、本発明の他の特徴によれば、ワークに対して工具を相対的に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する少なくとも三軸の送り軸を有した工作機械において、前記三軸の送り軸を駆動する駆動機構と、前記駆動機構を制御するＮＣ装置と、ワークに形成される加工面をシミュレーションして、該加工面を評価する評価装置とを具備し、
前記評価装置が、ワークに形成される加工面を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面を観察者が指で触ったときに、観察者の指に伝達される振動刺激の周波数を演算する振動刺激周波数演算部と、前記加工面形状シミュレーション部でシミュレーションされた加工面に形成されるカスプの頂点間の距離から観察者の指に伝達される振動刺激の振幅が、前記振動刺激周波数演算部で演算された振動刺激の周波数に対して、ヒトの触覚で感知可能であるか否かを判定する判定部と、前記振動刺激の振幅がヒトの触覚で感知可能である場合に、振動刺激の振幅がヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備し、該変更された加工プロセスに基づいて前記ＮＣ装置に工具経路と加工条件を出力するようにした工作機械が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒト（観察者）の目（視覚）や指（触覚）で実際にどのように感知されるのかを評価基準としてワークの加工面を評価するようにしたので、ヒトの感覚で評価する場合に客観的な評価が可能となる。そして、ヒトの感覚で良いと評価される顧客満足度の高いワークを製作することができる。また、実加工前にシミュレーションにより加工面性状を予測し、その加工面性状を前記のヒトの感覚の評価基準で自動的に評価し、ヒトの感覚で感知可能な加工面の乱れがあると予測される場合は、感知不能なように加工プロセスを変更するようにした制御装置およびその制御装置を用いた工作機械が提供されるので、ワークの加工不良を削減し、生産効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好ましい実施形態による工作機械の略示ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による加工面評価装置のブロック図である。
【図３】コントラストを説明するための略図である。
【図４】輝度比を説明するための略図である。
【図５】コントラスト感度関数を説明するためのチャートである。
【図６】プロセスの変更方法を説明するための略図である。
【図７】プロセス変更の一例を示すチャートである。
【図８】プロセス変更の他の例を示すチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態による加工面評価装置のブロック図である。
【図１０】ヒトの触覚の周波数閾値特性を説明するためのチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１において、工作機械５０は、加工機６０と、加工面評価装置１０（３０）とを具備している。加工機６０は、工場の床面上に固定される基台としてのベッド６２、該ベッド６２の上面に取り付けられ上面にワークＷが固定されるテーブル６４、ベッド６２に固定されたワークＷに対面させた工具Ｔを先端部に装着する主軸６６を鉛直な回転軸線Ｏを中心として回転可能に支持する主軸頭６８、主軸頭６８を、ベッド６２に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三軸方向に往復駆動する駆動機構５２、駆動機構５２のサーボモーターを制御するＮＣ装置５４、工具経路を演算、生成し、生成された工具経路に関連したデータをＮＣ装置５４へ供給する工具経路演算装置５６、工具経路経路演算装置５６とＮＣ装置５４との間に配設されＮＣ装置５４へ供給される工具経路情報を補正する加工面評価装置１０（３０）を主要な構成要素として具備している。
【００１６】
駆動機構５２は、一例として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ボールねじ（図示せず）、該ボールねじに係合するナット（図示せず）およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ボールねじの各々の一端部に連結されＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ボールねじを回転駆動するサーボモーターより成るＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸駆動モーターＭｘ、Ｍy、Ｍzを具備している。また、工作機械５０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三軸の直線送り軸に加えて、水平方向のＸ軸を中心とした回転送り軸であるＡ軸や、鉛直方向のＺ軸を中心とした回転送り軸であるＣ軸のような１または複数の回転送り軸を含んでいてもよい。その場合は、駆動機構５２は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸駆動モーターＭｘ、Ｍy、Ｍzに加えて、Ａ軸、Ｃ軸のような回転送り軸用のサーボモーターを含んでいる。
【００１７】
工具経路演算装置５６は、例えば、ＬＡＮのようなコンピュータネットワーク７０を介してＣＡＤ装置５８に接続されたＣＡＭ装置によって構成することができ、ＣＡＤ装置５８が生成したワークＷの形状データに基づいて工具経路を演算し、該工具経路に関連したデータを加工面評価装置１０（３０）に生成する。工具経路演算装置５６は、加工機６０の機械制御装置（図示せず）またはＮＣ装置５４内の制御プログラムの一部として組み込んでもよい。
【００１８】
図２を参照すると、第１の実施形態による加工面評価装置１０は、入力部１２、工具挙動シミュレーション部１４、送り軸挙動シミュレーション部１６、加工面形状シミュレーション部１８、コントラスト演算部２０、空間周波数演算部２２、判定部２４、プロセス変更部２６を主要な構成要素として具備している。
【００１９】
入力部１２では、当該加工プロセスで使用されるワークのための材料、主軸６６の回転速度、送り速度、使用する工具Ｔの工具径、工具長さおよび刃数、工具ＴのワークＷ内への切込み深さ、ピックフィード量、或いは、送り軸の送り速度の補正値等の加工条件に関するデータ１００が工具挙動シミュレーション部１４および送り軸挙動シミュレーション部１６に入力される。入力部１２は、例えば、ＮＣ装置５４または加工機６０の機械制御装置（図示せず）に付随するキーボード（図示せず）やタッチパネル（図示せず）、或いは、工具経路演算装置５６と共にコンピュータネットワークに接続されたサーバーに格納されたデータベース（図示せず）によって構成することができる。
【００２０】
工具挙動シミュレーション部１４は、入力部１２から入力された加工条件１００に基づいて、工具Ｔの倒れや撓み、切れ刃先端の周回動作を含む工具Ｔの挙動を演算によりシミュレーションする。シミュレーション結果である工具Ｔの挙動に関連したデータ１０４は、後述する加工面形状シミュレーション部１８に送出される。
【００２１】
送り軸挙動シミュレーション部１６は、工具経路演算装置５６からの工具経路データ１０２および入力部１２から入力された加工条件１００に基づいてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三軸の直線送り軸や、Ａ軸、Ｃ軸のような回転送り軸の挙動をシミュレーションする。シミュレーション結果である、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三軸の直線送り軸や、Ａ軸、Ｃ軸のような回転送り軸といった送り軸の挙動に関連したデータ１０６は、加工面形状シミュレーション部１８に送出される。
【００２２】
加工面形状シミュレーション部１８では、工具Ｔの挙動に関連したデータ１０４および送り軸の挙動に関連したデータ１０６に基づいて、当該加工プロセスによってワークＷの表面からのチップの除去がシミュレーションされ、ワークＷに形成される加工面の形状、特に、ワークＷの加工面に形成されるカスプの高さや、隣接するカスプの間隔、カスプ側面の傾斜角等が演算される。演算結果であるワークＷの加工面の形状に関連したデータ１０８が、コントラスト演算部２０および空間周波数演算部２２に送出される。
【００２３】
コントラスト演算部２０には、入力部１２からワークＷの材料に関するデータ、光源の照度、波長、座標等の光源に関するデータ、および、想定される観察者がワークを観察するときの視線の角度等の観察者に関するデータを含むデータ１１０が入力される。また、ワークＷが、例えば、射出成形機で用いる金型のような場合には、ワークＷの材料に関するデータに代えて、該金型で成形されるプラスチック材料に関するデータを入力することが好ましい。コントラスト演算部２０は、加工面形状シミュレーション部１８からのワークＷの加工面の形状に関連したデータ１０８と入力部１２から入力されるデータ１１０に基づいて、ワークＷの表面での反射光の最大輝度Ｌmaxおよび最小輝度Ｌminを演算し、ワークＷの表面のコントラストを演算する。演算結果であるコントラストｍは判定部２４に送出される。
【００２４】
ここで図３を参照すると、コントラストｍは以下の式から得られる。
ｍ＝（Ｌmax−Ｌmin）／（Ｌmax＋Ｌmin）
ここで
Ｌmax：最大輝度(cd/m2)
Ｌmin：最小輝度(cd/m2)
である。
また、輝度Ｌは、以下の式から得られる。
Ｌ＝β（θi、θr）・（ρ／π）・Ｅ
ここで、
β：輝度比
θi：入射角(deg)
θr：反射角(deg)
ρ：反射率
Ｅ：光源Ｓからの入射光の照度(lx)
である。
【００２５】
ここで図４を参照すると、輝度比βは、二点鎖線で示すように反射の方向によらず一定の完全拡散面の輝度Ｌpd（線分OP）に対する、破線で示す実際の反射面における拡散反射のうち、反射角θr方向の試料面の輝度Ｌ(θr)（線分OS）の比である。完全拡散反射面では、反射の方向によらず輝度は一定となるが、実際の反射面では反射角θrに依存して輝度は変化する。更に、実際の反射面では、入射角θiや反射面の材料によっても輝度は変化する。そこで、輝度比βを求める方法の一例として、輝度計のような測定装置を用いて、様々な材料について、入射角θiを変化させながら、複数の反射角θrについて、反射光線の輝度を予め測定し、入射角θiおよび反射角θrをパラメータとして、輝度比βを、ワークＷのための種々の材料に関連付けて、コントラスト演算部２０にテーブル（データベース）または近似式として格納することができる。
【００２６】
コントラスト演算部２０は、入力部１２から入力されたデータ１１０、特に、ワークＷのための材料、ワークＷと観察者の目との間の距離、観察者の視線の角度、および、加工面形状シミュレーション部１８からの加工面に関連したデータ１０８に基づいて、加工面への入射角θi、加工面での反射角θrを演算し、ワークＷのための材料、入射角θi、および反射角θrをパラメータとして、テーブル（データベース）を参照することによって、輝度比β(θｉ、θr)を求め、該輝度比β(θｉ、θr)から最大輝度Ｌmaxと、最小輝度Ｌminを求め、コントラストｍを求めることができる。
【００２７】
空間周波数演算部２２は、加工面形状シミュレーション部１８からのワークＷの加工面の形状に関連したデータ１０８に基づき空間周波数ωを演算する。ここで、再び図３を参照すると、空間周波数ωは、観察者の目Ｅoに投影される隣接するカスプの頂点間の角度である視角αの逆数、或いは、視角α＝１°あたりのカスプの数として定義される。演算結果である空間周波数ωは判定部２４に送出される。なお、最大輝度Ｌmaxと、最小輝度Ｌminの探索方法は、視線と加工面を固定し、視角αを広げながら輝度が最大となるところを探し、その時の輝度を最大輝度Ｌmaxとし、そのときの視角αから反対側の輝度を最小輝度Ｌminとする。
【００２８】
判定部２４は、コントラスト演算部２０からのコントラストｍと、空間周波数演算部２２からの空間周波数ωとに基づいて、当該加工プロセスで加工されたワークＷの表面のカスプが縞として人の目に認識されるか否かをコントラスト感度関数を用いて判定する。ここで、図５を参照すると、人の視覚は、一般的にコントラスが小さくなると輝度の違いを識別することができなくなる。この輝度の違いを識別できる最小のコントラストは一般的にコントラスト閾値と称され、またコントラスト閾値の逆数はコントラスト感度と称される。コントラスト感度は空間周波数によって変化し、空間周波数に対するコントラスト感度の変化を一般的にコントラスト感度曲線またはコントラスト感度関数Ｆcsと称する。コントラスト感度関数Ｆcsは、空間周波数約４cycle/degreeで頂点を持ち、空間周波数がこれよも高くても低くてもコントラスト感度が低下することが一般的に知られている。
【００２９】
本実施形態では、判定部２４は、コントラスト演算部２０からのコントラストｍと、空間周波数演算部２２からの空間周波数ωとに基づいて、当該加工プロセスによって形成されるワークＷの加工面のカスプの縞のコントラストが、コントラスト感度関数Ｆcsの上側（縞が見えない）となるのか、或いは、下側（縞が見える）となるのかを判定する。コントラスト感度関数Ｆcsは、個人個人で異なるが、予め実験によって適当なコントラスト感度関数Ｆcsを判定部２４に格納することができる。或いは、複数のコントラスト感度関数Ｆcsを判定部２４に格納しておき、ユーザーが適宜選択できるようにしてもよい。
【００３０】
判定部２４において、コントラスト演算部２０からのコントラストｍおよび空間周波数演算部２２からの空間周波数ωが、図５において、コントラスト感度関数Ｆcsの上側（縞が見えない）と判定された（Yes）場合、加工面評価装置１０は、入力部１２から入力された加工条件および工具経路演算装置６４が生成した工具経路に関するデータ１１８をＮＣ装置６２に送出する。
【００３１】
判定部２４において、コントラスト演算部２０からのコントラストｍおよび空間周波数演算部２２からの空間周波数ωが、図５において、コントラスト感度関数Ｆcsの下側（縞が見える）と判定された（No）場合、加工面評価装置１０は、後述するように、ワークＷの加工面の表面粗さが要求を満たす範囲で、カスプの縞のコントラストがコントラスト感度関数Ｆcsの上側（縞が見えない）となるように、当該加工プロセスを変更する指令を入力部１２（指令１２０1）、工具挙動シミュレーション部１４（指令１２０2）、工具経路演算装置６４（指令１２０3）、送り軸挙動シミュレーション部１６（指令１２０4）の少なくとも１つに送出する。ここで、加工プロセスの変更には、主軸６６の回転速度、送り軸の送り速度、使用する工具Ｔの工具径、工具長さおよび刃数、工具ＴのワークＷ内への切込み深さ、ピックフィード量、或いは、送り軸の送り速度の補正値等の加工条件に加え、主軸６６を回転支持する軸受の軸受強度、工具経路演算装置５６が生成する工具経路の変更が含まれる。
【００３２】
図６を参照すると、空間周波数演算部２２からの空間周波数ωが、コントラスト感度関数Ｆcsの頂点Ｐを与える空間周波数ωpよりも大きい場合（図６の点Ａ）、プロセス変更部２６は、コントラストｍを小さくする方向（ａ1）か、或いは、コントラストｍを小さくすると共に空間周波数ωが高くなる方向（ａ2）に加工プロセスを変更する。反対に、空間周波数演算部２２からの空間周波数ωが、コントラスト感度関数Ｆcsの頂点Ｐを与える空間周波数ωpよりも小さい場合（図６の点Ｂ）、プロセス変更部２６は、コントラストｍを小さくする方向（ｂ1）か或いはコントラストｍを小さくすると共に空間周波数ωが低くなる方向（ｂ2）に加工プロセスを変更する。
【００３３】
コントラストｍを小さくする方向ａ1、ｂ1へのプロセス変更は、例えば、使用する工具Ｔの工具径を小さくする指令１２０1を入力部１２へ出力することによって行うことができる。或いは、主軸頭６８が主軸６６を回転支持する軸受が、磁力を用いた磁気軸受のような場合、該磁気軸受の磁力を低下させる指令１２０2を工具挙動シミュレーションに送出して軸受の剛性を低下させることによって、加工面全体のカスプを大きくし局所的なカスプを目立たなくして、コントラストｍを小さくすることができる。或いは、図７に示すように、送り軸の加速度を小さくする指令１２０4を送り軸挙動シミュレーション部１６に送出して、送り軸の加減速時の位置エラーに基づくカスプ高さを低減して、コントラストｍを小さくすることができる。
【００３４】
送り軸が反転するときにサーボモーターに送出される速度指令への補正フィルタを変更する指令１２０4を送り軸挙動シミュレーション部１６へ送出するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、補正フィルタを小さくなだらかな形にすることによって、送り軸の象限切換時の位置エラーの絶対値は大きくなるがワークＷに形成される加工面の形状はなだらかになり、コントラストｍが小さくなると共に空間周波数ωが変化する（方向ａ2、ｂ2）。
【００３５】
こうして、本実施形態では、加工面評価装置１０は、観察者の視覚によってワークＷの加工面に縞が感知できなくなるまで、つまり、判定部２４による判定がYesとなるまで、加工プロセスの修正を繰り返す。このように、本実施形態では、ワークＷの加工面に形成される主としてカスプによる縞のコントラストｍと空間周波数ωとに基づいて、コントラスト感度関数Ｆcsを用いて、該縞が観察者の視覚によって感知できるか否かを判断し、観察者の視覚によって加工面に縞が感知できなくなるまで加工プロセスを修正するようになっている。
【００３６】
次に、図９を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施形態では、人の感覚に基づく加工面の評価基準として、視覚、特にコントラスト感度を用いたが、第２の実施形態では、評価基準として、触覚、特に触覚の周波数閾値特性を用いている。なお、図９において、図２と同様の構成要素は同じ参照番号にて指示されている。
【００３７】
図９を参照すると、第２の実施形態による加工面評価装置３０は、第１の実施形態の加工面評価装置１０のコントラスト演算部２０および空間周波数演算部２２に代えて、振動刺激周波数演算部３２を具備している。第２の実施形態では、振動刺激周波数演算部３２へは、入力部１２からワークＷの加工面上を滑る観察者の指の速度（加工面に対する相対速度）１３０が入力され、加工面形状シミュレーション部１８から加工面形状に関するデータ１０８、特に隣接するカスプの頂点間の距離が入力される。
【００３８】
振動刺激周波数演算部３２は、観察者の指の速度と、隣接するカスプの頂点間の距離とに基づいて、観察者の指に伝達される振動刺激の周波数を演算し、演算結果である振動刺激の周波数に関連したデータを判定部３４に送出する。判定部３４には、また、加工面形状シミュレーション部１８から加工面の形状に関するデータ１０８、特に隣接するカスプの頂点間の距離が送出される。
【００３９】
ここで、図１０を参照すると、人の触覚には、振動刺激の周波数が高くなると、小さな振動刺激振幅を感知できなくなる特性（触覚の周波数閾値特性）があることが知られている。本実施形態では、判定部３４は、振動刺激周波数演算部３２からの振動刺激の周波数と、カスプの頂点間の距離と観察者の指の速度とから求まる観察者の指に伝達される振動刺激の振幅とに基づいて、当該加工プロセスによって形成されるワークＷの加工面のカスプを観察者が指で触って感知できるか否かを判定する。
【００４０】
図１０に示す触覚の周波数閾値特性を示す曲線または関数Ｆtsは、個人個人で異なるが、予め実験によって適当な周波数閾値関数Ｆtsを判定部３４に格納することができる。或いは、複数の周波数閾値関数Ｆtsを判定部２４に格納しておき、ユーザーが適宜選択できるようにしてもよい。
【００４１】
このように、本実施形態では、判定部３４は、振動刺激の周波数と、隣接するカスプの頂点間の距離とに基づいて、当該加工プロセスによって形成されるワークＷの加工面のカスプが、触覚の周波数閾値特性Ｆtsの下側（カスプを感じない）となるのか、或いは、上側（カスプを感じる）となるのかを判定し、加工面評価装置３０は、第１の実施形態と同様に、観察者の触覚によってワークＷの加工面に形成されるカスプが感知できなくなるまで、つまり、判定部３４による判定がYesとなるまで、加工プロセスの修正を繰り返す。
【符号の説明】
【００４２】
１０    加工面評価装置
１２    入力部
１４    工具挙動シミュレーション部
１６    送り軸挙動シミュレーション部
１８    加工面形状シミュレーション部
２０    コントラスト演算部
２２    空間周波数演算部
２４    判定部
２６    プロセス変更部
３０    加工面評価装置
３２    振動刺激周波数演算部
３４    判定部
５０    工作機械
５６    工具経路演算装置
６２    ベッド
６４    テーブル
６８    主軸頭
【図１】
2014155727.tif 000003
【図２】
2014155727.tif 000004
【図３】
2014155727.tif 000005
【図４】
2014155727.tif 000006
【図６】
2014155727.tif 000007
【図７】
2014155727.tif 000008
【図８】
2014155727.tif 000009
【図９】
2014155727.tif 000010
【図１０】
2014155727.tif 000011
【図５】
2014155727.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月13日(2016.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、加工したワークの加工面を評価する加工面評価方法において、ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションして求め、求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を求め、前記反射光の輝度から前記加工面のコントラスを求め、前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を求め、前記コントラストと前記空間周波数とに基づき、コントラスト関数を用いて、前記加工面のコントラスがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定することで前記ワークの加工面を評価する加工面評価方法が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
更に、本発明の他の特徴によれば、工作機械の送り軸の制御装置において、ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を演算し、該輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を演算する空間周波数演算部と、前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備する制御装置が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
更に、本発明の他の特徴によれば、ワークに対して工具を相対的に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する少なくとも三軸の送り軸を有した工作機械において、前記三軸の送り軸を駆動する駆動機構と、前記駆動機構を制御するＮＣ装置と、ワークに形成される加工面をシミュレーションして、該加工面を評価する評価装置とを具備し、
前記評価装置が、ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を演算し、該輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を演算する空間周波数演算部と、前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備し、該変更された加工プロセスに基づいて前記ＮＣ装置に工具経路と加工条件を出力するようにした工作機械が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工したワークの加工面を評価する加工面評価方法において、
ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションして求め、
求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を求め、
前記反射光の輝度から前記加工面のコントラスを求め、
前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を求め、
前記コントラストと前記空間周波数とに基づき、コントラスト関数を用いて、前記加工面のコントラスがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定することで前記ワークの加工面を評価することを特徴とした加工面評価方法。
【請求項２】
工作機械の送り軸の制御装置において、
ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、
求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を演算し、該輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、
前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を演算する空間周波数演算部と、
前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、
前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備することを特徴とした制御装置。
【請求項３】
ワークに対して工具を相対的に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する少なくとも三軸の送り軸を有した工作機械において、
前記三軸の送り軸を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構を制御するＮＣ装置と、
ワークに形成される加工面をシミュレーションして、該加工面を評価する評価装置とを具備し、
前記評価装置が、
ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションする加工面形状シミュレーション部と、
求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を演算し、該輝度からコントラストを演算するコントラスト演算部と、
前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を演算する空間周波数演算部と、
前記コントラストと前記空間周波数に基づき、コントラスト感度関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定する判定部と、
前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能な場合に、該加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知不能なように加工プロセスを変更する加工プロセス変更部とを具備し、該変更された加工プロセスに基づいて前記ＮＣ装置に工具経路と加工条件を出力することを特徴とした工作機械。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月27日(2016.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、加工したワークの加工面を評価する加工面評価方法において、ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションして求め、求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を求め、前記反射光の輝度から前記加工面のコントラストを求め、前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を求め、前記コントラストと前記空間周波数とに基づき、コントラスト関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定することで前記ワークの加工面を評価する加工面評価方法が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
加工したワークの加工面を評価する加工面評価方法において、
ワークに形成される加工面の形状およびカスプの形状を演算によってシミュレーションして求め、
求めた加工面の形状およびカスプの形状から前記加工面の反射光の輝度を求め、
前記反射光の輝度から前記加工面のコントラストを求め、
前記加工面のカスプの間隔に基づいて空間周波数を求め、
前記コントラストと前記空間周波数とに基づき、コントラスト関数を用いて、前記加工面のコントラストがヒトの視覚にて感知可能であるか否かを判定することで前記ワークの加工面を評価することを特徴とした加工面評価方法。
【国際調査報告】
2014155727.tif 000013
2014155727.tif 000014
2014155727.tif 000015
2014155727.tif 000016