(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械にてワークを加工する期間中に、ワークに対して工具が振動するときの振動周期を算出する振動解析装置であって、
駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部と、
前記位置情報を用いて加工点の移動経路の接線方向の速度を算出する接線速度算出部と、
前記接線方向の速度を用いて移動経路における加工点の第１の移動距離を算出する移動距離算出部と、
予め測定されたワークの縞目の間隔を取得する縞目間隔取得部と、
前記縞目の間隔および加工点の前記第１の移動距離に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出する振動周期算出部とを備え、
振動周期算出部は、少なくとも２つの前記縞目の間隔に基づいて加工点の第２の移動距離を算出し、前記第１の移動距離と前記第２の移動距離との相互相関関数を算出し、前記相互相関関数に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出することを特徴とする、振動解析装置。
【請求項２】
振動周期算出部は、前記相互相関関数と前記第１の移動距離の自己相関関数との相関比を算出し、前記相関比が１に最も近くなる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出する、請求項１に記載の振動解析装置。
【請求項３】
振動周期算出部は、前記第１の移動距離の自己相関関数、前記第２の移動距離の自己相関関数、および前記相互相関関数に基づいて正規化相互相関関数の値を算出し、正規化相互相関関数の値が１に最も近くなる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出する、請求項１に記載の振動解析装置。
【請求項４】
工作機械にてワークを加工する期間中に、ワークに対して工具が振動するときの振動周期を算出する振動解析装置であって、
駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部と、
前記位置情報を用いて加工点の移動経路の接線方向の速度を算出する接線速度算出部と、
前記接線方向の速度を用いて移動経路における加工点の第１の移動距離を算出する移動距離算出部と、
予め測定されたワークの縞目の間隔を取得する縞目間隔取得部と、
前記縞目の間隔および加工点の前記第１の移動距離に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出する振動周期算出部とを備え、
振動周期算出部は、少なくとも２つの前記縞目の間隔に基づいて加工点の第２の移動距離を算出し、前記第１の移動距離と前記第２の移動距離との差が最小となる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出することを特徴とする、振動解析装置。
【請求項５】
振動周期算出部は、複数の点において前記第１の移動距離と前記第２の移動距離との差の２乗の積算値を算出し、前記積算値が最小となる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出する、請求項４に記載の振動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対する工具の振動の周期を算出する振動解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、所定の駆動軸に沿ってワーク（被加工物）および工具のうち少なくとも一方を移動させながら加工を行うことができる。すなわち、工作機械は、ワークと工具との相対位置を変化させながら加工を行うことができる。加工期間中には、ワークに対する工具の相対位置が変化するために、作業者は、ワークに対する工具の速度等の加工状態を把握することが好ましい。
【０００３】
特許第５３０２３７１号公報には、工作機械の駆動軸および工具の代表点の速度の物理データを、工具の移動距離を基準にして表示する機能を備える工作機械の数値制御装置が開示されている。この装置では、時間の関数である物理データを移動距離の関数である物理データに変換することにより、速度等が異なる加工条件においても同じ加工位置で物理データを比較できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３０２３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワークの加工期間中には、工具がワークに接触した状態でワークに対する工具の相対位置が変化する。このときに、工作機械に取り付けられている装置の振動が工具を保持している主軸ヘッドやワークを保持しているテーブルに伝達することがある。このために、ワークや工具が振動する場合がある。たとえば、インバータ等に取り付けられているファンモータが振動する場合がある。または、工作機械の外部の機械から振動が伝達される場合がある。このような振動源から伝達される振動により工具やワークが振動すると、ワークの加工面に縞模様が生じる場合がある。すなわち、所定の間隔で縞目が生じる場合がある。
【０００６】
このような縞模様は、ワークに対する工具の振動周期やワークに対する工具の相対速度に依存して形成される。作業者は、縞模様が生じる原因となる振動の周期についても把握できることが好ましい。ところが、工作機械は、ワークに対する工具の相対速度を変化させながら加工を行う場合がある。加工期間中には、加工点の速度が変化する。この場合には、縞目の間隔が不均一になり、ワークに対する工具の振動の周期を算出することが困難であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動解析装置は、工作機械にてワークを加工する期間中に、ワークに対して工具が振動するときの振動周期を算出する振動解析装置であって、駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部を備える。振動解析装置は、位置情報を用いて加工点の移動経路の接線方向の速度を算出する接線速度算出部と、接線方向の速度を用いて移動経路における加工点の第１の移動距離を算出する移動距離算出部と、予め測定されたワークの縞目の間隔を取得する縞目間隔取得部とを備える。振動解析装置は、縞目の間隔および加工点の第１の移動距離に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出する振動周期算出部を備える。振動周期算出部は、少なくとも２つの縞目の間隔に基づいて加工点の第２の移動距離を算出し、第１の移動距離と第２の移動距離との相互相関関数を算出し、相互相関関数に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出する。
【０００９】
上記発明においては、振動周期算出部は、相互相関関数と第１の移動距離の自己相関関数との相関比を算出し、相関比が１に最も近くなる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出することができる。
【００１０】
上記発明においては、振動周期算出部は、第１の移動距離の自己相関関数、第２の移動距離の自己相関関数、および相互相関関数に基づいて正規化相互相関関数の値を算出し、正規化相互相関関数の値が１に最も近くなる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出することができる。
【００１１】
本発明の他の振動解析装置は、工作機械にてワークを加工する期間中に、ワークに対して工具が振動するときの振動周期を算出する振動解析装置であって、駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部を備える。振動解析装置は、位置情報を用いて加工点の移動経路の接線方向の速度を算出する接線速度算出部と、接線方向の速度を用いて移動経路における加工点の第１の移動距離を算出する移動距離算出部と、予め測定されたワークの縞目の間隔を取得する縞目間隔取得部とを備える。振動解析装置は、縞目の間隔および加工点の第１の移動距離に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出する振動周期算出部を備える。振動周期算出部は、少なくとも２つの縞目の間隔に基づいて加工点の第２の移動距離を算出し、第１の移動距離と第２の移動距離との差が最小となる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出する。
【００１２】
上記発明においては、振動周期算出部は、複数の点において第１の移動距離と第２の移動距離との差の２乗の積算値を算出し、積算値が最小となる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ワークに対する工具の振動の周期を算出する振動解析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態における工作機械の概略斜視図である。
【図２】実施の形態における工作機械のブロック図である。
【図３】ワークの表面に生じる縞模様を説明する概略図である。
【図４】ワークの表面に生じる縞目の間隔を説明する概略図である。
【図５】ワークに対する工具の速度を説明する概略図である。
【図６】実施の形態における制御のフローチャートである。
【図７】移動経路の接線方向の速度を説明する概略図である。
【図８】移動経路における加工点の第１の移動距離を説明する概略図である。
【図９】縞目の間隔を説明するワークの平面図である。
【図１０】縞目の間隔に基づく第２の移動距離を説明する概略図である。
【図１１】時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を説明する第１のグラフである。
【図１２】時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を説明する第２のグラフである。
【図１３】時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を説明する第３のグラフである。
【図１４】時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を説明する第４のグラフである。
【図１５】時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を説明する第５のグラフである。
【図１６】時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を説明する第６のグラフである。
【図１７】最小二乗法の計算方法を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１から図１７を参照して、実施の形態における振動解析装置について説明する。本実施の形態の振動解析装置は、工作機械にてワークを加工する期間中に、ワークに対して工具が振動するときの振動周期を算出する。
【００１６】
図１は、本実施の形態の工作機械の斜視図である。本実施の形態では、５個の駆動軸を有する数値制御式の工作機械１を例示して説明する。工作機械１は、ワークＷが固定されるテーブル２と、基台７とを備える。工作機械１は、基台７に固定された支柱３を備える。工作機械１は、支柱３に対して矢印９３に示す方向に移動する支持部材６と、支持部材６に支持されたヘッド４とを備える。工具８は、ヘッド４に支持されている。
【００１７】
工作機械１は、ワークＷに対する工具８の相対位置および姿勢を変化させる駆動装置を含む。本実施の形態の駆動装置は、矢印９１に示すＸ軸の方向に基台７を移動する。駆動装置は、矢印９２に示すＹ軸の方向にテーブル２を移動する。駆動装置は、矢印９３に示すＺ軸の方向に支持部材６を移動する。更に、駆動装置は、矢印９４に示す様にヘッド４に対して工具８をＡ軸の方向に回動させる。駆動装置は、矢印９５に示す様に支持部材６に対してヘッド４をＢ軸の方向に回動させる。本実施の形態の工作機械１は、回転軸としてのＡ軸の軸線およびＢ軸の軸線が交わるように形成されている。
【００１８】
本実施の形態における駆動装置は、３つの直動軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）および２つの回転軸（Ａ軸およびＢ軸）から構成される駆動軸によってワークＷに対する工具８の相対位置および姿勢を制御する。そして、駆動装置にてワークＷに対する工具８の相対位置および姿勢を変更しながらワークＷを加工する。駆動装置としては、この形態に限らず、ワークに対する工具の相対位置を変更可能な任意の装置を採用することができる。
【００１９】
本実施の形態の工具８は、フラットエンドミルである。フラットエンドミルを用いてワークＷを切削する加工を例に取り上げて説明する。工具８としては、フラットエンドミルに限られず、任意の工具を採用することができる。
【００２０】
図２は、本実施の形態における工作機械のブロック図である。駆動装置１０は、それぞれの駆動軸を駆動するモータＭ１〜Ｍ５を含む。モータＭ１〜Ｍ５には、それぞれの駆動軸の実際の位置を所定の周期毎に検出する位置検出器１１〜１５が備え付けられている。本実施の形態の位置検出器１１〜１５は、モータＭ１〜Ｍ５に取り付けられた回転角度を検出するエンコーダにより構成されている。
【００２１】
工作機械１は、駆動装置１０を制御する数値制御装置１６と、ワークに対する工具の相対的な振動の周期を演算する振動解析装置２１とを備える。振動解析装置２１は、数値制御装置１６に接続されている。振動解析装置２１は、数値制御装置１６から所望の情報を取得できるように形成されている。
【００２２】
数値制御装置１６は、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置により構成されている。なお、数値制御装置１６が、振動解析装置２１の機能を備えていても構わない。すなわち、数値制御装置１６および振動解析装置２１の機能を有する演算処理装置が配置されていても構わない。
【００２３】
工作機械１を動作させる動作プログラム１８は、作業者により予め生成されている。数値制御装置１６は、各駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を生成する指令生成部１７を含む。指令生成部１７は、数値制御装置１６に入力される動作プログラム１８に基づいて各駆動軸の位置指令を生成する。指令生成部１７は、位置指令に基づいて各駆動軸の速度指令を算出し、更に速度指令に基づいて電流指令を算出する。そして、モータＭ１〜Ｍ５は、電流指令に基づいて電流が供給されて駆動する。
【００２４】
数値制御装置１６は、ワークＷの加工に関する情報を記憶する記憶部１９を含む。本実施の形態の記憶部１９は、動作プログラム１８を記憶する。指令生成部１７は、記憶部１９から動作プログラム１８を取得する。
【００２５】
振動解析装置２１は、演算部２２、入力部２３および表示部２４を含む。演算部２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等を有する演算処理装置により構成されている。入力部２３は、作業者が所望の情報を入力可能に形成されている。入力部２３は、キーボード等を例示することができる。表示部２４は、演算部２２にて解析した結果を表示する。表示部２４は、表示パネル等により構成されている。
【００２６】
図３に、加工後のワークの加工面の概略図を示す。本実施の形態においては、工具８の底部にてワークＷの表面４１を切削している。工具８には、工具先端点５１が予め設定されている。図３における例では、ワークＷに対して工具８を、矢印９５に示す向きに相対的に移動させている。工作機械１にてワークＷを加工すると、ワークＷの加工面に縞模様が発生する場合がある。この縞模様は、ワークＷに対して工具８が相対的に振動する時に発生する。縞模様は、視覚的に確認することができて、図３では明るい部分と暗い部分とかが交互に形成されている。
【００２７】
本実施の形態においては、加工後のワークＷを見た時に、明るい部分を縞目４２と称する。図３に示す例では、所定の間隔Ｄにて縞目４２が発生している。縞目４２は、例えば、ワークＷに対して工具８が相対的に移動する方向に交差する方向に延びている。縞目４２は、工作機械１に取り付けられている任意の装置が振動源となり、振動が伝播することにより生じる。例えば、インバータに取り付けられているファンモータの振動がヘッド４やテーブル２に伝達されることにより発生する。このような振動源は、一定の振動周期により振動している。
【００２８】
図４に、ワークの加工面に発生する縞目を説明するワークの平面図を示す。図５に、ワークに対する工具の相対速度のグラフを示す。図４および図５を参照して、矢印９６に示すように、ワークＷに対して工具８が移動している。振動源からの振動は一定の振動周期Ｔであるために、縞目４２同士の間隔は、ワークＷに対する工具８の相対速度に依存する。
【００２９】
ワークＷの加工期間中には、ワークＷに対する工具の相対速度が変化する場合がある。図４および図５に示す例では、時間の経過と共にワークＷに対する工具８の速度が徐々に大きくなっている。速度が小さい領域では、縞目４２同士の間隔Ｄ1等は狭くなる。そして、速度が大きい領域では、縞目４２同士の間隔Ｄ5等は大きくなる。図５においては、一定の振動周期Ｔにおいて、グラフと時間軸とに囲まれる領域の面積は、縞目４２同士の間隔Ｄ1〜Ｄ5に対応する。
【００３０】
振動解析装置２１は、縞目４２同士の間隔と工具が移動したときの位置情報に基づいて、振動周期Ｔを算出する。本実施の形態の振動解析装置２１は、ワークＷに対する工具８の相対速度が変化する領域においも振動周期Ｔを算出することができる。
【００３１】
始めに、本実施の形態の第１の振動解析装置について説明する。図３を参照して、作業者は、加工後のワークＷの縞目４２の間隔を予め測定する。縞目４２の間隔は、スケール等により実際に長さを測定することができる。または、作業者は、ワークＷの表面を撮像した画像を解析することにより縞目４２の間隔を測定することができる。なお、ワークＷの縞目４２の間隔の測定は、任意の方法にて行うことができる。
【００３２】
図２を参照して、作業者は、入力部２３を用いて縞目間隔２５を入力する。演算部２２は、振動の解析に関する情報を記憶する記憶部２６を有する。演算部２２は、入力された縞目間隔２５を記憶部２６に記憶する。また、記憶部２６は、位置検出器１１〜１５から取得した各駆動軸の位置情報を記憶する。
【００３３】
演算部２２は、縞目間隔取得部３４を含む。縞目間隔取得部３４は、作業者が入力した縞目間隔を記憶部２６から取得する。演算部２２は、位置情報取得部３１、接線速度算出部３２、および移動距離算出部３３を含む。演算部２２は、縞目に対応する振動周期を算出する振動周期算出部３５を含む。振動周期算出部３５は、縞目間隔取得部３４から取得した縞目４２の間隔および移動距離算出部３３から出力される加工点の第１の移動距離に基づいてワークに対する工具の振動の周期を算出する。
【００３４】
図６に、本実施の形態の振動解析装置の制御のフローチャートを示す。ステップ８１において、位置情報取得部３１は、ワークＷの加工期間中に、駆動軸の位置情報を予め定められた時間間隔ごとに時刻と共に取得する。すなわち、位置情報取得部３１は、駆動軸の位置情報を時系列で取得する。本実施の形態の位置情報取得部３１は、位置検出器１１〜１５により検出された各駆動軸における位置を時系列に取得する。または、位置情報取得部３１は、指令生成部１７により生成された制御周期毎の位置指令値を時系列のデータとして取得しても構わない。演算部２２は、取得した位置情報を記憶部２６に記憶する。
【００３５】
ステップ８２において、接線速度算出部３２は、位置情報および工作機械１の構成に基づいて、工具８の工具先端点５１の座標値を算出する。工作機械１の構成には、駆動軸の構成の情報や工具８の種類および寸法の情報が含まれる。工作機械１の構成は、予め演算部２２に入力されて記憶部２６に記憶されている。接線速度算出部３２は、時系列の位置情報に対応させて時系列の工具先端点５１の座標値を算出する。
【００３６】
本実施の形態の工作機械１は、任意の不動の点を原点にした座標系が設定されている。すなわち、機械座標が設定されている。工作機械１の回転軸としてのＡ軸の軸線およびＢ軸の軸線は交点Ｍにて交わる。交点Ｍの座標値は、時刻ｔを関数として、(x(t),y(t),z(t))にて表すことができる。
【００３７】
工具８が鉛直方向の下向き、すなわち工具８の工具軸がＺ軸と平行になり、工具先端点５１がＺ軸の負の方向に向いた状態を、Ａ軸およびＢ軸の基準位置（原点）とする。基準位置にて、Ａ軸およびＢ軸に関する回転角度が零になる。
【００３８】
交点Ｍから工具先端点５１までの長さＬを用いると、工具先端点５１の座標値（Px(t),Py(t),Pz(t)）は、次の式（１）から式（３）にて表すことができる。
【数１】
0006333785.tif 000002
【００３９】
次に、接線速度算出部３２は、それぞれの駆動軸の位置情報を用いて加工点の移動経路の接線方向の速度を算出する。
【００４０】
図７に、加工点の移動経路の概略図を示す。加工点の位置は、工具８の工具先端点５１の位置に相当する。工具先端点５１は、動作プログラム１８により定められる移動経路５２上を移動する。加工点Ｐおよび加工点Ｐから微小時間Δｔが経過した後の加工点Ｐ’が記載されている。矢印９７は、加工点Ｐにおける接線方向の速度を表している。加工点Ｐにおける移動経路５２の接線方向の速度は、加工点Ｐの座標および加工点Ｐ’の座標に基づいて算出することができる。より具体的には、加工点Ｐにおける接線方向の各駆動軸の方向の速度は、次の式（４）から式（６）に基づいて算出することができる。また、この時の速度の大きさは、式（７）により算出することができる。
【数２】
0006333785.tif 000003
【００４１】
図６を参照して、次に、ステップ８３において、移動距離算出部３３は、加工点における接線方向の速度を用いて移動経路５２における加工点の第１の移動距離を算出する。第１の移動距離は、位置検出器１１〜１５からの出力等の実際に加工を行ったときの各駆動軸の位置情報に基づいて算出する。
【００４２】
図８に、第１の移動距離を説明する移動経路の概略図を示す。作業者は、移動経路５２において、解析の始点となる加工点Ｐ１と、解析の終了となる加工点Ｐ２とを指定することができる。加工点Ｐ１および加工点Ｐ２は、時刻により指定することができる。加工点Ｐ1および加工点Ｐ2の各駆動軸における座標値が特定される。
【００４３】
移動距離算出部３３は、加工点Ｐ1から加工点Ｐ2までの区間において、加工点の接線方向の速度Ｖｔ（ｔ）を時間で積分することにより、加工点Ｐ1から加工点Ｐ2までの移動距離を算出することができる。本実施の形態では、矢印９８に示す様に、移動経路５２に沿った移動距離を第１の移動距離と称する。第１の移動距離Ｌ’は、ワークＷの表面４１において工具先端点５１が移動した長さに相当する。時刻ｔ1から時刻ｔ2までの第１の移動距離Ｌ’は、次の式（８）により算出することができる。
【数３】
0006333785.tif 000004
【００４４】
図６を参照して、次に、ステップ８４において、縞目間隔取得部３４は、作業者によって入力された縞目間隔２５を記憶部２６から取得する。ワークＷにおいて、解析に用いる縞目が形成された区間、すなわち、解析の始点および終点は、作業者によって予め定められている。本実施の形態では、縞目間隔取得部３４は、複数の縞目間隔２５を取得する。
【００４５】
図９に、縞目間隔を説明するワークの平面図を示す。作業者は、予め定められた解析する区間に基づいて、縞目４２ａ，４２ｂ，４２ｃ同士の間隔Ｄk，Ｄk+1を測定する。そして、作業者は、これらの値を演算部２２に入力する。
【００４６】
図１０に、時間に対する縞目同士の間隔のグラフを示す。それぞれの縞目４２の間隔Ｄは、振動源の振動周期Ｔの間に加工点が移動した距離に対応する。本実施の形態においては、少なくとも２つの縞目の間隔から加工点の移動距離を算出する。図９および図１０に示す例では、２つの縞目の間隔Ｄk，Ｄk+1を測定している。例えば、縞目４２の間隔Ｄk，Ｄk+1を積算することにより、予め定められた始点の縞目と終点の縞目との間の移動距離を算出することができる。本実施の形態では、縞目同士の間隔に基づいた加工点の移動距離を第２の移動距離と称する。
【００４７】
図６を参照して、ステップ８５において、振動周期算出部３５は、入力された縞目の間隔に基づいて、第２の移動距離Ｌ（ｔ）を算出することができる。振動周期算出部３５は、加工面の縞目の間隔および移動経路における加工点の移動距離に基づいて、縞目に対応する振動周期を算出する。始めに、第１の移動距離Ｌ’（ｔ）と第２の移動距離Ｌ（ｔ）との相互相関関数に基づいて縞目に対応する振動周期を算出する方法について説明する。
【００４８】
振動周期算出部３５は、第１の移動距離Ｌ’（ｔ）と第２の移動距離Ｌ（ｔ）に基づいて、相互相関関数Ｒr（ａ，Ｔ）を算出する。相互相関関数Ｒr（ａ，Ｔ）は、次の式（９）にて表すことができる。
【数４】
0006333785.tif 000005
【００４９】
ここで、式（９）では、ａ番目の縞目４２を始点（基準）としている。（ａ＋２）番目の縞目４２が終点になる。図９に示す例においては、縞目４２ａが始点となるａ番目の縞目である。縞目４２ｃが終点となる（ａ＋２）番目の縞目である。相互相関関数Ｒr（ａ，Ｔ）は、変数ａと振動周期Ｔの関数になる。
【００５０】
式（９）では、図９に示す様に、２個の縞目４２の間隔を測定する例を示している。このため、変数ｋがａから（ａ＋２）までの値を積算している。式（９）における右辺の第１項は、位置検出器から検出した位置情報に基づいて始点から終点まで移動した距離に相当する。右辺の第２項は、実際に測定した縞目同士の間隔に基づく距離に相当する。
【００５１】
次に、振動周期算出部３５は、第１の移動距離の自己相関関数Ｒs1（ａ，Ｔ）を算出する。第１の移動距離の自己相関関数Ｒs1（ａ，Ｔ）は、次の式（１０）により算出することができる。第１の移動距離の自己相関関数Ｒs1（ａ，Ｔ）は、変数ａの関数になる。
【数５】
0006333785.tif 000006
【００５２】
次に、振動周期算出部３５は、相互相関関数Ｒr（ａ，Ｔ）と第１の移動距離の自己相関関数Ｒs1（ａ，Ｔ）との相関比ｒ1（ａ，Ｔ）を算出する。相関比ｒ1（ａ，Ｔ）は、第１の移動距離の自己相関関数Ｒs1（ａ，Ｔ）に対する相互相関関数Ｒr（ａ，Ｔ）の比として定義することができる。相関比ｒ1（ａ，Ｔ）は、次の式（１１）のように表すことができる。
【数６】
0006333785.tif 000007
【００５３】
次に、振動周期算出部３５は、振動周期Ｔおよび変数ａを変化させながら、相関比ｒ1を算出する。振動周期Ｔおよび変数ａは、予め定められた範囲において、予め定められた間隔ごとの値を用いることができる。
【００５４】
ここで、振動周期Ｔおよび変数ａを変化させたときの第１の移動距離と第２の移動距離との相関性について説明する。相関比ｒ1は、１よりも大きくなったり小さくなったりする場合がある。
【００５５】
図１１から図１３は、変数ａを変化させた場合の時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離のグラフを示す。図１１から図１３は、振動周期が一定の条件で、変数ａを変化させた場合のグラフを示している。それぞれのグラフには、相関比ｒ1が記載されている。振動周期Ｔは、最終的に解析によって得られた振動源の振動周期に設定されている。ここでの例では、振動周期Ｔは０．０４秒に設定されている。
【００５６】
図１１は、変数ａが予め定められたａ0に設定されている。第１の移動距離Ｌ’（ｔ）および第２の移動距離Ｌ（ｔ）が重なる状態になっている。図１２では、変数ａの値を減少した場合を示している。この例では、第２の移動距離Ｌ（ｔ）を、−０．０４秒移動させている。変数ａをマイナス側に変化すると、第２の移動距離Ｌ（ｔ）のグラフが左側に移動している。これに対して、図１３を参照して、変数ａをプラス側に変化すると、第２の移動距離Ｌ（ｔ）が右側に移動する。このように、変数ａを変化させると、第２の移動距離Ｌ（ｔ）が時間軸に沿って平行移動する。変数ａは、グラフのシフト量に対応する。
【００５７】
図１４から図１６は、振動周期を変化させた場合の時間に対する第１の移動距離および第２の移動距離を示すグラフを示す。変数ａは、図１１に示す様にａ0に設定されている。図１４では、振動周期Ｔが振動源の振動周期である０．０４秒に設定されている場合でり、図１１と同一のグラフになる。図１４では、第２の移動距離Ｌ（ｔ）のグラフは、第１の移動距離Ｌ’（ｔ）のグラフと一致する。
【００５８】
図１５は、振動周期Ｔを短くした例を示している。振動周期Ｔを短くすることにより第２の移動距離Ｌ（ｔ）のグラフの傾きが大きくなっている。図１０を参照して、全体の第２の移動距離は（Ｄk＋Ｄk+1）であり、一定である。ところが、振動周期Ｔが小さくなると、グラフの傾きは大きくなる。
【００５９】
図１６は、振動周期Ｔを長くした例を示している。この場合には、振動周期Ｔを長くすることにより第２の移動距離Ｌ（ｔ）のグラフの傾きは小さくなる。図１０を参照して、全体の第２の移動距離は一定であるが、振動周期Ｔが大きくなる。このために、グラフの傾きは小さくなる。図１４から図１６の解析例を参照すると、振動周期Ｔを変化させると、第２の移動距離Ｌ（ｔ）のグラフの傾きが変化する。
【００６０】
図１１から図１６に示すグラフの解析結果の一覧を次の表１に示す。変数ａおよび振動周期Ｔを変化させると、相関比ｒ1が変化することが分かる。
【表１】
0006333785.tif 000008
【００６１】
振動周期算出部３５は、相関比ｒ1が１に最も近くなる振動周期Ｔおよび変数ａを算出する。すなわち、振動周期算出部３５は、相互相関関数Ｒrと、自己相関関数Ｒs1とはほぼ等しくなる振動周期Ｔおよび変数ａを算出する。振動周期算出部３５は、相関比ｒ1が１に最も近くなる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出する。上記の例では、図１１および図１４に示す振動周期Ｔを縞目に対応する振動周期として算出する。
【００６２】
このように、本実施の形態の振動解析装置は、周期が一定の振動に起因する加工面の縞目を解析する機能を有する。そして、加工点の速度が一定でなく、縞目の間隔が均一でない場合にも、縞目の間隔と加工点の移動距離とに基づいて振動周期を算出することができる。より具体的には、振動解析装置２１は、ワークＷに対する工具８の相対速度が変化する区間が存在していても、ワークに対する工具の振動周期Ｔを算出することができる。または、振動解析装置２１は、振動周期Ｔに基づいて縞目に対応する振動周波数を算出することができる。
【００６３】
ところで、振動解析装置２１にて算出した振動周波数と同一の周波数によって振動している装置が振動源になる。作業者は、算出された振動周期や振動周波数を用いて、縞目の発生の原因となる振動源を特定することができる。そして、作業者は、振動源に対して振動が生じないように適切な処置を行ったり、振動源の検査を行ったりすることができる。例えば、インバータのファンモータに異常が生じている場合には、ファンモータを取り換える処理を行うことができる。
【００６４】
上記の実施の形態では、第１の移動距離と第２の移動距離との相互相関関数に基づいて縞目に対応する振動周波数を算出している。相互相関関数を用いて振動周期を算出する方法としては、この形態に限られず、他の方法を採用することができる。
【００６５】
本実施の形態の第２の振動解析装置において、振動周期算出部３５は、上記の制御により、第１の移動距離と第２の移動距離との相互相関関数を算出する。また、振動周期算出部３５は、第２の移動距離の自己相関関数を算出する。そして、振動周期算出部３５は、第１の移動距離の自己相関関数、第２の移動距離の自己相関関数、および相互相関関数に基づいて、正規化相互相関関数の値を算出する。第２の移動距離Ｌ（ｔ）の自己相関関数Ｒs2は、次の式（１２）により算出することができる。
【数７】
0006333785.tif 000009
【００６６】
そして、正規化相互相関関数ｒ2は、次の式（１３）にて算出することができる。正規化相互相関関数ｒ2は、１以下の値になる。正規化相互相関関数は、相互相関関数を、第１の移動距離の自己相関関数の平方根および第２の移動距離の自己相関関数の平方根にて除算した値である。
【数８】
0006333785.tif 000010
【００６７】
第２の振動解析装置において、変数ａを変化させた場合および振動周期Ｔを変化させた場合の正規化相互相関関数の解析例を次の表２に示す。変数ａおよび振動周期Ｔは、予め定められた区間において、予め定められた間隔ごとに変化させることができる。変数ａおよび振動周期Ｔを変化させると、正規化相互相関関数ｒ2が変化することが分かる。この例では、変数ａがａ0であり、更に振動周期Ｔが０．０４の時が第１の移動距離のグラフと第２の移動距離のグラフとが最も一致する場合である。この時には、正規化相互相関関数ｒ2が最も１に近いことが分かる。
【表２】
0006333785.tif 000011
【００６８】
第２の振動解析装置では、振動周期算出部３５は、振動周期Ｔと変数ａとを予め定められた区間内で変化させる。振動周期算出部３５は、振動周期Ｔと変数ａとを予め定められた間隔ごとに変化させて、正規化相互相関関数ｒ2を算出する。振動周期算出部３５は、正規化相互相関関数ｒ2が１に最も近くなる振動周期Ｔと変数ａを算出する。そして、振動周期算出部３５は、このときの振動周期Ｔを縞目に対応する振動周期とすることができる。
【００６９】
このように、本実施の形態の振動周期算出部３５は、加工点の第１の移動距離と加工点の第２の移動距離とが予め定められた区間において相関が高くなるように振動周期Ｔを算出することができる。また、表示部２４は、振動周期算出部３５によって算出された振動周期Ｔを表示することができる。
【００７０】
次に、本実施の形態の第３の振動解析装置について説明する。第３の振動解析装置では、振動周期算出部３５は、第１の移動距離と第２の移動距離との差が最小となる振動周期を縞目に対応する振動周期として算出する。振動周期算出部３５は、第１の移動距離と第２の移動距離との差の２乗の積算値を算出し、この積算値が最小になる振動周期を算出することができる。すなわち、振動周期算出部３５は、変数ａと振動周期Ｔを変数として、最小二乗法により変数ａと振動周期Ｔを設定することができる。そして、振動周期算出部３５は、この振動周期を縞目に対応する振動周期Ｔとして算出することができる。第１の移動距離Ｌ’（ｔ）と第２の移動距離Ｌ（ｔ）との差の平方の積算値Ｓ（ａ，Ｔ）は次の式（１４）の通りになる。積算値Ｓ（ａ，Ｔ）は、変数ａおよび振動周期Ｔの関数になる。
【数９】
0006333785.tif 000012
【００７１】
図１７に、最小二乗法の式を説明するグラフを示す。横軸は時間であり、縦軸は移動距離を示す。前述の通り、変数ａを変化させることにより、第２の移動距離を移動させることができる。振動周期Ｔを変化させることにより、第２の移動距離の傾きを変化させることができる。そして、式（１４）では、矢印９９に示す様に、第１の移動距離Ｌ’（ｔ）が移動した状態で、第２の移動距離Ｌ（ｔ）との差を算出することができる。
【００７２】
変数ａを変化させた場合および振動周期Ｔを変化させた場合の積算値Ｓの解析例を次の表３に示す。変数ａおよび振動周期Ｔは、予め定められた区間において、予め定められた間隔ごとに変化させることができる。変数ａおよび振動周期Ｔを変化させると、積算値Ｓが変化することが分かる。そして、変数ａがａ0であり、更に振動周期Ｔが０．０４の時が第１の移動距離と第２の移動距離とが最も合致する場合である。この時には、積算値Ｓが最も小さくなることが分かる。
【表３】
0006333785.tif 000013
【００７３】
振動周期算出部３５は、式（１４）に基づいて、第１の移動距離から第２の移動距離を減算した値を算出することができる。そして、振動周期算出部３５は、この値を二乗した積算値Ｓが最小となる振動周期を算出し、この振動周期を縞目に対応する振動周期として算出することができる。
【００７４】
このように、加工点の第１の移動距離と加工点の第２の移動距離との差の２乗の積算値に基づいて、振動周期Ｔを算出することができる。第３の振動解析装置においても、表示部２４は、振動周期算出部３５によって算出された振動周期Ｔを表示することができる。
【００７５】
本実施の形態の振動解析装置は、ワークを加工している期間中に、ワークに対する工具の相対速度が変化する加工に好適であるが、ワークに対する工具の相対速度が一定の場合にも同様の方法により、振動周期を算出することができる。
【００７６】
上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。
【符号の説明】
【００７７】
１    工作機械
８    工具
１１〜１５    位置検出器
１６    数値制御装置
１７    指令生成部
１８    動作プログラム
２１    振動解析装置
２２    演算部
２５    縞目間隔
３１    位置情報取得部
３２    接線速度算出部
３３    移動距離算出部
３４    縞目間隔取得部
３５    振動周期算出部
４１    表面
４２    縞目
５１    工具先端点
５２    移動経路
Ｗ    ワーク
【図１】
0006333785.tif 000014
【図２】
0006333785.tif 000015
【図３】
0006333785.tif 000016
【図４】
0006333785.tif 000017
【図５】
0006333785.tif 000018
【図６】
0006333785.tif 000019
【図７】
0006333785.tif 000020
【図８】
0006333785.tif 000021
【図９】
0006333785.tif 000022
【図１０】
0006333785.tif 000023
【図１１】
0006333785.tif 000024
【図１２】
0006333785.tif 000025
【図１３】
0006333785.tif 000026
【図１４】
0006333785.tif 000027
【図１５】
0006333785.tif 000028
【図１６】
0006333785.tif 000029
【図１７】
0006333785.tif 000030