工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
【課題】工作機械の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能な工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を提供することを目的とする。
【解決手段】支持体１０に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得工程６０と、各検査点における熱変位位置に基づいて、支持体１０の変形形状の近似曲線Ｃを算出する近似曲線算出工程５２と、移動体２０の指令位置と近似曲線Ｃとに基づいて指令位置に対する補正値Ｒｚを算出する補正値算出工程５３と、補正値Ｒｚにより移動体２０の指令位置を補正する補正工程５６とを備える。
【解決手段】支持体１０に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得工程６０と、各検査点における熱変位位置に基づいて、支持体１０の変形形状の近似曲線Ｃを算出する近似曲線算出工程５２と、移動体２０の指令位置と近似曲線Ｃとに基づいて指令位置に対する補正値Ｒｚを算出する補正値算出工程５３と、補正値Ｒｚにより移動体２０の指令位置を補正する補正工程５６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械における熱変位補正方法および熱変位補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、制御装置により各駆動軸を位置制御することにより工作物の加工を行っている。この工作機械による加工において、工作機械の熱影響により移動体を支持する支持体が熱変形することがある。支持体の熱変形は、移動体の位置に影響を及ぼすため、加工精度の低下を招来するおそれがある。そこで、例えば、特許文献１には、距離センサによりコラムの傾きを測定して駆動軸の指令位置を補正する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８４０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱変位補正方法では、コラムの根元支持部位から一定の傾斜角をもって傾いた場合の傾斜角を測定できる。しかし、実際には、コラムは一定の傾斜角で傾斜することはないため、従来の熱変位方法を適用したとしても熱変位誤差を生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、より高精度に熱変位補正が可能な工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置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】
【０００６】
（工作機械の熱変位補正方法）
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法に係る発明の構成上の特徴は、
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得工程と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変形した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出工程と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正工程と、
を備えることである。
【０００７】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形する前における各前記検査点の基準斜度に対して、前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度の斜度変化量を取得する斜度変化量取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
各前記検査点における前記斜度変化量および前記熱伸長量に基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することである。
【０００８】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度を取得する熱変位後斜度取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
前記支持体が熱変形していない状態から前記支持体が熱変形することに伴う各前記検査点の変位軌道を予め設定し、当該変位軌道と取得した前記斜度変化量とに基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することである
【０００９】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であることである。
【００１０】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２または３において、
前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であり、
前記斜度変化量取得工程は、前記支持点における前記斜度変化量を一定値として取得することである。
【００１１】
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２，３，５の何れか一項において、前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された温度センサにより測定される前記支持体の温度に基づいて前記熱伸長量を取得することである。
【００１２】
請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２，３，５の何れか一項において、前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された歪みセンサにより測定される前記支持体の歪み量に基づいて前記熱伸長量を取得することである。
【００１３】
請求項８に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２，３，５の何れか一項において、前記熱伸長量取得工程は、前記工作機械のベッドに配置された距離センサにより測定される前記検査点までの距離に基づいて前記熱伸長量を取得することである。
【００１４】
請求項９に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜８の何れか一項において、前記検査点は、前記支持体に少なくとも４箇所以上に設定されていることである。
請求項１０に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜９の何れか一項において、前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に垂直な駆動軸の前記指令位置に対する補正値を算出することである。
請求項１１に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１０において、前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に平行な駆動軸の前記指令位置に対する補正値をさらに算出することである。
【００１５】
請求項１２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜１１の何れか一項において、前記工作機械の熱影響は、前記移動体が移動することにより発生する前記支持体の摺動面における熱影響であることである。
【００１６】
（工作機械の熱変位補正装置）
上記の課題を解決するため、請求項１３に記載の工作機械の熱変位補正装置に係る発明の構成上の特徴は、
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得手段と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変位した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出手段と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正手段と、
を備えることである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によると、補正量算出工程において算出される補正値は、熱影響により支持体が熱変形した際の変形形状を曲線で近似し、その近似曲線に対応する移動体の指令位置から算出される構成としている。また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。
【００１８】
つまり、支持体に設定されている少なくとも３箇所の検査点は、熱影響による支持体の熱変形に伴い変位することになる。そして、本発明では、各検査点の熱変位位置に基づいて支持体の変形形状を曲線的に求めている。これにより、支持体の変形形状を直線的に求めた場合と比較して、支持体に支持される移動体の指令位置に対応した補正値をより正確に算出することができる。よって、工作機械の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、検査点位置情報取得工程は、各検査点の熱変位位置を斜度変化量および熱伸長量に基づいて算出する熱変位位置算出工程を有する構成としている。つまり、斜度変化量取得工程は、支持体が熱変形する前の初期状態において測定される各検査点の基準斜度と、工作機械の加工により支持体が熱変形した後の変形状態において測定される検査点の熱変位後斜度の差分から斜度変化量を算出する。ここで、検査点の斜度は、例えば、検査点に配置された傾斜計などのセンサによって測定される。斜度変化量取得工程は、このように測定された各検査点における基準斜度および熱変位後斜度に基づいて斜度変化量を取得している。
【００２０】
また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。この時、熱膨張した支持体は、熱影響による温度と材質の線膨張率とに応じた熱伸長量で長さが変化している。そこで、熱伸長量取得工程は、支持体の初期状態において測定される基準位置から各検査点までの基準長さと、支持体の変形状態において測定される基準位置から各検査点までの熱変位後長さの差分から熱伸長量を算出する。このようにして算出してそれぞれ取得される斜度変化量および熱伸長量は、工作機械の熱影響により支持体が熱変形して生じたものである。
【００２１】
また、熱変位位置算出工程は、この斜度変化量を検査点がどの方向に変位したかを示す変位角度に近似している。この変位角度は、例えば、斜度が水平面に対する傾きとして測定されるものである場合に、変位前後の検査点を通る直線と水平面のなす角である。そして、この変位角度（斜度の変化量）と取得した検査点の熱伸長量から支持体の熱変形に伴いその検査点がどの方向にどれだけ変位したかを算出することができる。そこで、上記構成とすることで、より簡易に検査点の熱変位位置を算出することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によると、検査点位置情報取得工程は、各検査点の熱変位位置を変位軌道および熱変位後斜度に基づいて算出する熱変位位置算出工程を有する構成としている。この検査点の変位軌道とは、支持体の熱変形に伴って変位する検査点の軌道である。上述したように、支持体は、材質の線膨張率により熱伸長量が変化するものである。そのため、各検査点を設定された周辺部位における変形形状は、その部位の温度に伴い変化する熱伸長量によって推定することが可能である。
【００２３】
そこで、周辺部位の熱変形に伴う検査点の変位軌道を熱伸長量に応じて予め記憶しておく。そして、検査点位置情報取得工程は、熱伸長量取得工程により取得された熱伸長量に対応する変位軌道を取得する。ここで、支持体は、熱影響により曲線的に変形することから各検査点の変位軌道も同様に曲線を描くことになる。そこで、熱変位位置算出工程は、取得した変位軌道上において、取得した検査点の熱変位後斜度を接線とする位置を求め、その接点を検査点の熱変位位置として算出している。これにより、より高精度に検査点の熱変位位置を算出することができる。
【００２４】
請求項４に係る発明によると、支持体に設定された検査点のうち１箇所は、支持体が工作機械のベッドに支持された支持点である構成としている。支持体は、工作機械のベッドに対して移動可能または移動不可に支持されている。つまり、支持体は、工作機械の熱影響により変形した場合に、ベッドに支持された支持点を基準に熱変形することになる。よって、この支持点は、熱影響により変位しない検査点として設定することができる。これにより、検査点位置情報取得工程は、支持点である検査点の熱変位位置を簡易に取得することができる。
【００２５】
請求項５に係る発明によると、支持体に設定された検査点のうち１箇所は、支持体が工作機械のベッドに支持された支持点であるものとしている。そして、支持点における熱変位後斜度は、一定値として取得される構成としている。上述したように、支持体は、変形する際に、ベッドに支持される支持点を基準に熱変形することになる。この時、支持体が曲線的に熱変形した場合に、変形形状である曲線上における検査点の法線方向は熱変形の前後で変化しないものと考えることができる。これにより、支持点である検査点における熱変位後斜度は、支持体の熱変形の前後において一定値とみなすことができる。よって、斜度変化量取得工程または熱変位後斜度取得工程は、この検査点における熱変位後斜度の測定を省略することができる。
【００２６】
請求項６に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、検査点に配置された温度センサにより測定される支持体の温度に基づいて熱伸長量を検出する構成としている。また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。この時、熱膨張した支持体は、熱影響による温度と材質の線膨張率とに応じた熱伸長量で長さが変化している。つまり、支持体の熱変形は、工作機械の熱影響により支持体が熱膨張することに起因している。そして、この熱変形に伴う支持体の熱伸長量は、温度および材質の線膨張率に応じた値である。そこで、例えば、熱伸長量取得工程は、予め線膨張率など支持体の温度に対する膨張特性を記憶しておく。これにより、検査点に配置された温度センサにより測定された温度に基づいて支持体の熱伸長量を算出することができる。
【００２７】
請求項７に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、検査点に配置された歪みセンサにより測定される支持体の歪み量に基づいて熱伸長量を検出する構成としている。この歪みセンサは、例えば、支持体の伸縮により内部の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により歪み量を測定する歪みゲージとしてもよい。そして、熱伸長量取得工程は、支持体の熱変形に伴う歪み量を測定し、この歪み量から支持体の熱伸長量を検出することができる。
【００２８】
請求項８に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、工作機械のベッドに配置された距離センサにより測定される検査点までの距離に基づいて熱伸長量を検出する構成としている。支持体は、工作機械の熱影響により変形した場合に、支持されるベッドを基準に熱変形することになる。つまり、基準となるベッドに配置された距離センサにより変位した検査点までの距離を測定することにより、熱変形の前後における支持体の熱伸長量を検出することができる。
【００２９】
請求項９に係る発明によると、検査点は、支持体に少なくとも４箇所以上に設定されている構成としている。近似曲線算出工程は、支持体が曲線的に熱変形することから、少なくとも３箇所の検査点の熱変位位置に基づいて近似曲線を算出している。また、この近似曲線算出工程は、例えば、最小自乗法などにより近似曲線を算出する構成とした場合に、４箇所以上の熱変位位置に基づいて２次曲線の近似曲線を算出することができる。これにより、支持体の変形形状により近似した近似曲線を算出することができる。よって、適切な補正値を算出できるので、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００３０】
請求項１０に係る発明によると、補正値算出工程は、移動体の移動方向に垂直な駆動軸の補正値を算出する構成としている。移動体を支持する支持体は、熱影響により変形する際に、移動体の移動方向を湾曲させるように熱変形することがある。このような場合に、上記構成とすることで、補正工程は、移動体を駆動させる駆動軸に対して直交する駆動軸を補正対象とし、当該駆動軸の指令位置を補正することができる。このように、補正値を反映させることで、適切な熱変位補正を行うことができる。
【００３１】
請求項１１に係る発明によると、補正値算出工程は、移動体の移動方向に平行な駆動軸の補正値をさらに算出する構成としている。上述したように、支持体の熱変形が移動体の移動方向を湾曲させるように熱変形した場合に、移動体の指令位置も補正する必要が生じることがある。このような場合に、上記構成とすることで、補正工程は、移動体の移動方向に平行な駆動軸、即ち移動体を駆動させる駆動軸を補正対象とし、当該駆動軸の指令位置を補正することができる。このように、補正値を反映させることで、適切な熱変位補正を行うことができる。
【００３２】
請求項１２に係る発明によると、工作機械の熱影響は、移動体が移動することにより発生する支持体の摺動面における熱影響である構成としている。支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持している移動体が移動することによる発熱が支持体の熱変形に大きく影響している。そこで、工作機械の熱影響を移動体が移動する支持体の摺動面における熱影響とするものとしてもよい。これにより、支持体の変形形状をこの摺動面として曲線近似することができる。よって、摺動面を対象とした補正値を算出し、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００３３】
請求項１３に係る発明によると、補正量算出手段において算出される補正値は、熱影響により支持体が熱変形した際の変形形状を曲線で近似し、その近似曲線に対応する移動体の指令位置から算出される構成としている。また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。
【００３４】
つまり、支持体に設定されている少なくとも３箇所の検査点は、熱影響による支持体の熱変形に伴い変位することになる。そして、本発明では、各検査点の熱変位位置に基づいて支持体の変形形状を曲線的に求めている。これにより、支持体の変形形状を直線的に求めた場合と比較して、支持体に支持される移動体の指令位置に対応した補正値をより正確に算出することができる。よって、工作機械の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００３５】
また、本発明の工作機械の熱変位補正方法としての他の特徴部分について、本発明の工作機械の熱変位補正装置に同様に適用可能である。そして、この場合における効果についても、上記工作機械の熱変位補正方法としての効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第一実施形態：工作機械１の全体図である。
【図２】熱変位補正装置５０を示すブロック図である。
【図３】コラム１０の変形状態を示す側面図である。
【図４】補正値の算出の説明図である。
【図５】図４の一部の拡大図である。
【図６】第二実施形態：熱変位補正装置１５０を示すブロック図である。
【図７】補正値の算出の説明図である。
【図８】図７の一部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。工作機械として、３軸マシニングセンタを例に挙げて説明する。つまり、当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を有する工作機械である。
【００３８】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の工作機械１の熱変位補正装置について図１〜図３を参照して説明する。図１は、工作機械１の全体図である。図２は、熱変位補正装置を示すブロック図である。図３は、コラムの変形状態を示す側面図である。
【００３９】
（工作機械１の構成）
工作機械１は、図１に示すように、ベッド２と、コラム１０（本発明の「支持体」に相当する）と、サドル２０（本発明の「移動体」に相当する）と、主軸基体３０と、テーブル４０と、数値制御装置５０（本発明の「熱変位補正装置」に相当する）とを備える。ベッド２は、上面にＺ軸方向（床面に平行な方向）のレールが形成され、床面に設置されている。工作物Ｗは、工作機械１によって加工される被加工部材である。
【００４０】
コラム１０は、ベッド２の上面に立設するように固定され、サドル２０を支持する支持体である。このコラム１０が工作機械１の加工や環境温度の変化などの熱影響により変形することから、熱変位補正装置は、コラム１０の熱変形に伴うサドル２０の熱変位を補正の対象としている。そこで、本実施形態では、図３に示すように、コラム１０に３箇所の検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏを設定し、コラム１０の熱変形に伴い各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏに基づいて熱変位補正を行うものとしている。
【００４１】
この第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１は、コラム１０のＹ軸方向（床面に対して垂直な方向）の上部付近および中央部付近に設定されている。また、基準検査点Ｐｏは、コラム１０のＹ軸方向の下部においてコラム１０がベッド２に支持された支持点に設定されている。各検査点の設定および熱変位補正の詳細については後述する。
【００４２】
また、コラム１０は、熱変位補正を行うために、内部に複数の傾斜計１１と、複数の温度センサ１２と、レール１３を有している。傾斜計１１は、コラム１０の内部において、コラム１０に設定された検査点Ｐａ１，Ｐｂ２に対応する２箇所に設置されている。この傾斜計１１は、設置された各箇所において、コラム１０の傾斜角度を検知して、傾斜角度に応じた信号を後述する数値制御装置７０に出力している。
【００４３】
温度センサ１２は、コラム１０の内部において、傾斜計１１の配置箇所に加えて、コラム１０に設定された基準検査点Ｐｏに対応する箇所の３箇所に設置されている。この温度センサ１２は、設置された各箇所において、コラム１０の温度を検知して、温度に応じた信号を数値制御装置７０に出力している。
【００４４】
レール１３は、コラム１０の側面においてＹ軸方向に延伸するように形成されている。サドル２０は、コラム１０のレール１３上に設けられ、コラム１０に対してＹ軸方向に移動可能な移動体である。このサドル２０は、コラム１０に固定されたＹ軸モータ（図示しない）の回転駆動によりＹ軸方向へ摺動する。本実施形態では、Ｙ軸方向のレール１３が形成されたコラム１０の側面を、サドル２０が摺動するコラム１０の摺動面１０ａとしている。またサドル２０は、側面にＸ軸方向（床面に平行な方向）のガイド溝が形成されている。
【００４５】
主軸基体３０は、主軸頭３１と、回転主軸３２と、工具３３とを有し、サドル２０に対してＸ軸方向に移動可能な送り台である。主軸頭３１は、Ｘ軸方向のレールが形成され、サドル２０のガイド溝に摺動可能に嵌合されている。そして、主軸頭３１は、サドル２０に固定されたＸ軸モータ（図示しない）の回転駆動により主軸基体３０全体をＸ軸方向へ移動する。
【００４６】
回転主軸３２は、主軸頭３１のハウジング内に収容された主軸モータにより回転可能に設けられ、工具３３を支持している。工具３３は、主軸基体３０の回転主軸３２の先端に固定されている。つまり、工具３３は、回転主軸３２の回転に伴って回転する。なお、工具３３は、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップなどである。つまり、この３軸マシニングセンタである工作機械１は、工具３３をベッド２に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能としている。そして、工作機械１は、工作物ＷをＺ軸方向に移動可能としている。
【００４７】
テーブル４０は、ベッド２のＺ軸方向のレール上に設けられ、ベッド２に対してＺ軸方向に移動可能な送り台である。このテーブル４０は、ベッド２に固定されたＺ軸モータ（図示しない）の回転駆動によりＺ軸方向へ移動する。また、テーブル４０には、所定位置に工作物Ｗを固定する治具４１設置されている。
【００４８】
これにより、工作物Ｗは、テーブル４０のＺ軸方向への移動に伴ってベッド２に対してＺ軸方向に移動する。このような工作機械１においては、制御装置５０による指令位置に基づいて、サドル２０、主軸基体３０、および、テーブル４０が指令位置に移動するように制御される。これにより、工作物Ｗに対して工具３３を相対移動させて加工を行っている。
【００４９】
制御装置５０は、ＮＣデータに基づいて、各軸モータおよび主軸モータなどを制御する。また、制御装置５０は、工作機械１の熱影響によりコラム１０の各部位における熱変位を補正する熱変位補正装置である。以下、工作機械１の制御装置５０のうち、本発明の特徴的な部分の構成について説明する。
【００５０】
制御装置５０は、図２に示すように、制御部５１と、近似曲線算出部５２と、補正値算出部５３と、補正部５４と、検査点位置情報取得部６０とを有する。ここで、制御部５１、近似曲線算出部５２、補正値算出部５３、補正部５４および検査点位置情報取得部６０は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
【００５１】
制御部５１は、入力されるＮＣデータに基づいて各軸モータおよび主軸モータなどを制御する。これにより、制御装置５０は、サドル２０、主軸基体３０、および、テーブル４０を移動するように制御し、工作物Ｗに対して回転駆動させた工具３３を相対移動させて加工を行っている。
【００５２】
上述したように、制御装置５０は、工作機械１の熱影響による熱変位を補正する熱変位補正装置である。つまり、制御装置５０は、工作機械１の熱影響によるコラム１０の変形に対応した補正値を算出し、この補正値に基づいて制御部５１による各軸モータなどの制御を補正することで加工の高精度化を図っている。以下、「制御装置５０」は、「熱変位補正装置５０」とも称する。
【００５３】
熱変位補正装置５０の検査点位置情報取得部６０は、コラム１０が熱変形した後において、コラム１０に設定された検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏの変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを取得する検査点位置情報取得手段である。この検査点位置情報取得部６０は、斜度変化量取得部６１と、熱伸長量取得部６２と、熱変位位置算出部６３とを有する。
【００５４】
斜度変化量取得部６１は、支持体であるコラム１０が熱変形する前後において、コラム１０の３箇所に設定された検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏの斜度変化量を取得する斜度変化量取得手段である。コラム１０の上部付近に設定された検査点Ｐａ１の斜度、およびコラム１０の中央部付近に設定された検査点Ｐｂ２の斜度は、２箇所に設置された傾斜計１１によってそれぞれ測定される。
【００５５】
これにより、斜度変化量取得部６１は、コラム１０が熱変形する前における検査点Ｐａ１，Ｐｂ１の基準斜度を測定する。また、斜度変化量取得部６１は、コラム１０が熱変形した後における検査点Ｐａ１，Ｐｂ１の熱変位後斜度を測定する。そして、斜度変化量取得部６１は、この基準斜度と熱変位後斜度の差分に基づいて、工作機械１の熱影響によるコラム１０の熱変形の前後における検査点Ｐａ１，Ｐｂ２の斜度変化量を取得する。
【００５６】
ここで、コラム１０は、工作機械１の熱影響により変形する際に、基準検査点Ｐｏ、即ちベッド２に支持される支持点を基準に熱変形することになる。この時、コラム１０が曲線的に熱変形した場合に、変形形状である曲線上における基準検査点Ｐｏの法線方向は熱変形の前後で変化しないものと考えることができる。これにより、支持点に設定した基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度は、コラム１０が熱変形する前における基準斜度と等しいものとみなすことができる。そこで、斜度変化量取得部６１は、支持点に設定した基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度を一定値として取得している。
【００５７】
熱伸長量取得部６２は、工作機械１の熱影響により変形したコラム１０の熱伸長量を検出する熱伸長量取得手段である。この熱伸長量は、コラム１０の基準位置からコラム１０が熱変形する前における各検査点までのコラム１０の基準長さに対して、コラム１０が熱変形した後における基準位置から各検査点までの前記支持体の熱変位後長さである。また、コラム１０の基準位置は、支持点（基準検査点Ｐｏ）としている。
【００５８】
ここで、移動体であるサドル２０を支持するコラム１０は、工作機械１の熱影響により熱膨張して変形する。この時、熱膨張したコラム１０は、熱影響による温度と材質の線膨張率とに応じた熱伸長量で長さが変化している。つまり、熱変形に伴うコラム１０の熱伸長量は、温度および材質の線膨張率に応じた値である。そこで、熱伸長量取得部６２は、検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏで測定された温度と、コラム１０の膨張特性とに基づいて算出した値を熱伸長量として取得している。このコラム１０の膨張特性は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されている線膨張率などのコラム１０の温度に対する特性である。
【００５９】
熱変位位置算出部６３は、コラム１０の熱変形に伴う各検査点の熱変位位置を、各検査点における斜度変化量および熱伸長量に基づいてそれぞれ算出する熱変位位置算出手段である。コラム１０に設定されている３箇所の検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏは、熱影響によるコラム１０の熱変形に伴い変位することになる。この各検査点の熱変位位置を把握することによりコラム１０の変形形状を推定することができる。そこで、熱変位位置算出部６３は、コラム１０の熱変形によりその量を変動させる各検査点における斜度変化量および熱伸長量に基づいて、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを算出している。
【００６０】
ここで、上述したように、コラム１０は、熱影響により変形する際に、基準検査点Ｐｏを基準に熱変形することになる。そのため、基準検査点Ｐｏは、コラム１０が熱変形しても変位量をゼロとすることができる。そこで、熱変位位置算出部６３は、コラム１０の熱変形における基準検査点Ｐｏの熱変位位置は、元の基準検査点Ｐｏとしている。つまり、基準検査点Ｐｏと変位点Ｐｏは同一位置である。
【００６１】
近似曲線算出部５２は、各検査点における熱変位位置に基づいて、コラム１０が熱変形した後におけるコラム１０の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出手段である。ここで、熱変位補正は、より適切な補正値により補正を行うためには、工作機械１の熱影響により変形したコラム１０の変形形状を正確に把握することが必要となる。また、熱変位補正装置５０は、コラム１０が曲線的に熱変形することから、コラム１０の変形形状を曲線で近似して把握するものとしている。これにより、熱変位補正装置５０は、より適切な補正値の算出を図っている。そこで、近似曲線算出部５２は、熱変位位置算出部６３により算出された変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏに基づいて、コラム１０の近似曲線を算出している。
【００６２】
補正値算出部５３は、移動体であるサドル２０の指令位置と近似曲線とに基づいて、サドル２０の指令値に対する補正値を算出する補正値算出手段である。この補正値算出部５３は、制御装置５０における指令値によるサドル２０の指令位置と、近似曲線算出部５２により算出された近似曲線と、に基づいて補正値を算出する。ここで、制御装置５０における指令値とは、制御部５１が入力されるＮＣデータに基づいて各軸モータを制御するために出力する値である。
【００６３】
補正部５４は、算出した補正値によりサドル２０の指令位置を補正する補正手段である。このような構成により、例えば、コラム１０のＹ軸モータが回転駆動するように制御され、移動体であるサドル２０が所定の指令位置に移動する。そして、補正値算出部５３は、取得したコラム１０の変形形状に相当する近似曲線において、サドル２０の指令位置を対応させる。これにより、熱変形によりコラム１０における指令位置の部位がどれだけ変位しているかを推定することができる。つまり、補正部５４は、補正値算出部５３が上記部位の変位量から算出する補正値により制御装置５０の指令位置を補正している。
【００６４】
（熱変位補正）
以下、工作機械１の熱変位補正について、図３〜図５を参照して説明する。図４は、補正値の算出の説明図である。図５は、図４の一部の拡大図である。また、本実施形態における熱変位補正は、熱影響によるコラム１０の熱変形に伴うサドル２０の熱変位を補正の対象としている。そして、説明を簡易化するために、コラム１０は、図３に示すように、熱影響によりＺ軸方向に反り返るように熱変形するものとする。換言すると、熱影響によるコラム１０の変形のうち、Ｙ−Ｚ平面に投影される変形形状に係る熱変位を補正対象としている。よって、熱変位補正は、移動体であるサドル２０の移動方向（Ｙ軸方向）に垂直な駆動軸（Ｚ軸）の補正値を算出するものとする。
【００６５】
また、コラム１０は、工作機械１の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持しているサドル２０が移動することによる発熱がコラム１０の変形に大きく影響している。そこで、工作機械１の熱影響をサドル２０が移動するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響とするものとしている。よって、各検査点は摺動面１０ａの面上に設定されるものとし、また、後述する近似曲線Ｃはこの摺動面１０ａの変形形状を曲線で近似したものである。
【００６６】
先ず、各検査点の設定について説明する。コラム１０における検査点は、第一検査点Ｐａ１、第二検査点Ｐｂ１、および、基準検査点Ｐｏの３箇所が設定されている。本実施形態において、各検査点は、等間隔になるように設定されるとともに、最上の第一検査点Ｐａ１からコラム１０の上端までの距離が各検査点間の距離の半分程度となるように設定している。つまり、本実施形態では、検査点を３箇所にしていることから、第一検査点Ｐａ１、第二検査点Ｐｂ１は、ベッド２からコラム１０の全高に対して、それぞれ８，４割程度の高さに設定されている。また、基準検査点Ｐｏは、上述したように、コラム１０がベッド２に支持された支持点に設定されている。
【００６７】
そして、各検査点はコラム１０が熱影響により変形すると、図３に示すように、この熱変形に伴い変位することになる。第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１の熱変位位置は、それぞれ第一変位点Ｐａ２および第二変位点Ｐｂ２である。また、基準検査点Ｐｏは、ベッド２に対する変位量がゼロであるため、変位点Ｐｏは同一位置である。また、各検査点には温度センサ１２が設置され、さらに第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１には傾斜計１１が設置されている。これにより、コラム１０の熱変形の前後における各検査点における斜度および温度が測定される。
【００６８】
工作機械１による加工中において、サドル２０がコラム１０に対してＹ軸方向の移動を繰り返すと、コラム１０の摺動面１０ａが発熱し、コラム１０が熱変形したものとする。また、コラム１０の変形形状の近似曲線Ｃ、および、サドル２０の補正値の算出について、コラム１０の摺動面１０ａの熱変形を簡略化して示す図４，図５を参照して説明する。
【００６９】
先ず、検査点位置情報取得工程において、各検査点の熱変位位置を取得する。そのため、斜度変化量取得工程において、各検査点の斜度変化量を取得する。つまり、検査点位置情報取得部６０の斜度変化量取得部６１は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２におけるコラム１０の傾斜角度を傾斜計１１より熱変位後斜度として入力する。そして、コラム１０の熱変形の前に取得された基準斜度との差分から各検査点の斜度変化量を算出する。
【００７０】
具体的には、先ず、コラム１０が熱変形する前において、第一検査点Ｐａ１で測定された斜度を熱変位補正装置５０のメモリから取得する。次に、変位点Ｐａ２で測定された斜度αを傾斜計１１より入力される。本実施形態では、コラム１０の熱変形の前における斜度をゼロとしているため、斜度変化量は斜度αと同値となる。よって、この斜度変化量αは、図５に示すように、水平線となす角として算出される。なお、斜度変化量取得部６１は、基準検査点Ｐｏにおける斜度変化量を常にゼロとして取得する。
【００７１】
次に、熱伸長量取得工程において、熱変形によるコラム１０の熱伸長量を検出する。そのため、検査点位置情報取得部６０の熱伸長量取得部６２は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏで測定された温度を温度センサ１２により入力する。さらに、熱伸長量取得部６２は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されているコラム１０の各検査点における膨張特性を取得する。そして、熱伸長量取得部６２は、図４に示すように、各変位点における温度と膨張特性に基づいて、コラム１０の熱変形の前後における熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂを検出する。
【００７２】
続いて、熱変位位置算出工程において、コラム１０の熱変形に伴う変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの位置を算出する。そのため、検査点位置情報取得部６０の熱変位位置算出部６３は、斜度変化量および熱伸長量に基づいて各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを算出する。
【００７３】
ここで、熱変位位置算出部６３は、上述した第一検査点における斜度変化量αを第一検査点Ｐａ１がどの方向に変位したかを示す変位角度θに近似している。この変位角度θは、図５に示すように、第一検査点Ｐａ１と変位点Ｐａ２を通る直線と水平線のなす角である。そして、斜度変化量αで近似された変位角度θと、第一検査点Ｐａ１の熱伸長量ΔＨａに基づいて、第一検査点Ｐａ１のＺ方向の変位量ΔＺａを求めることにより、変位点Ｐａ２の位置が算出される。同様に、第二検査点Ｐｂ１の熱変位位置である変位点Ｐｂ２の位置が算出される。
【００７４】
そして、近似曲線算出工程において、コラム１０の変形形状の近似曲線Ｃを算出する。つまり、近似曲線算出部５２は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの何れの点も通る２次曲線を算出する。近似曲線算出部５２は、この算出された２次曲線をコラム１０の近似曲線Ｃとしている。
【００７５】
補正値算出工程において、サドル２０の指令値に対する補正値を算出する。そこで、補正値算出部５３は、先ず、制御装置５０における指令値によるサドル２０の指令位置Ｐｙを取得する。次に、補正値算出部５３は、コラム１０の変形形状に相当する近似曲線Ｃにおいて、サドル２０の指令位置Ｐｙを対応させ、補正値Ｒｚを算出する。そして、補正工程において、この補正値により指令位置を補正する。つまり、補正部５４は、算出した補正値Ｒｚにより制御部５１が出力する指令位置を補正する。
【００７６】
これにより、例えば、テーブル４０に対する指令位置が補正され、工作物ＷがＺ軸方向に補正量Ｒｚだけさらに移動し、適切な加工位置で加工されることになる。このようにして、熱変位補正装置５０は、工作機械１の加工中において、コラム１０の熱変形に伴うサドル２０の熱変位を逐次補正することにより、加工中におけるコラム１０の熱変動やサドル２０の指令位置に対応し、加工の高精度化を図っている。
【００７７】
（熱変位補正装置の効果）
上述した工作機械１の熱変位補正装置５０によれば、補正値算出部５３において算出される補正値は、熱影響によりコラム１０が熱変形した際の変形形状を曲線で近似し、その近似曲線Ｃに対応するサドル２０の指令位置から算出するものとした。つまり、コラム１０に設定されている３箇所の検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏは、熱影響によるコラム１０の熱変形に伴い変位することになる。そして、各検査点の斜度変化量および熱伸長量に基づいてコラム１０の変形形状を曲線的に求めている。これにより、コラム１０の変形形状を直線的に求めた場合と比較して、コラム１０に支持されるサドル２０の指令位置に対応した補正値をより正確に算出することができる。よって、工作機械１の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００７８】
また、検査点位置情報取得部６０の熱変位位置算出部６３は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２を斜度変化量および熱伸長量に基づいて算出するものとした。つまり、第一検査点Ｐａ１においては、コラム１０が熱変形する前後に測定される基準斜度および熱変位後斜度の差分から斜度変化量αを算出する。そして、熱変位位置算出部６３は、この斜度の変化量αを検査点がどの方向に変位したかを示す変位角度θに近似している。この変位角度θ（≒斜度の変化量α）と検出されている検査点の熱伸長量からコラム１０の変形に伴いその検査点がどの方向にどれだけ変位したかを算出することができる。このようにして、より簡易に各検査点の熱変位位置Ｐａ２，Ｐｂ２を算出することができる。
【００７９】
そして、コラム１０に設定された各検査点のうち１箇所は、コラム１０が工作機械１のベッド２に支持された支持点であるものとした。コラム１０は、工作機械１のベッド２に対して移動不可に支持されている。つまり、コラム１０は、工作機械１の熱影響により変形した場合に、ベッド２に支持された支持点を基準に熱変形することになる。よって、この支持点を熱影響により変位しない基準検査点Ｐｏとして設定するものとした。これにより、支持点である基準検査点Ｐｏの斜度の測定および熱伸長量の検出を簡易化することができる。
【００８０】
さらに、斜度変化量取得部６１は、支持点を検査点とした基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度を一定値として取得するものとした。上述したように、コラム１０は、熱変形する際に、ベッド２に支持される支持点を基準に熱変形することになる。この時、コラム１０が曲線的に熱変形した場合に、変形形状である曲線上における基準検査点Ｐｏの法線方向は熱変形の前後で変化しないものと考えることができる。これにより、支持点である基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度は、コラム１０の熱変形の前後において一定値（ゼロ）とみなすことができる。よって、斜度変化量取得部６１は、この検査点における熱変位後斜度の測定を省略することができる。
【００８１】
熱伸長量取得部６２は、各検査点に配置された温度センサ１２により測定されるコラム１０の温度に基づいて熱伸長量を検出するものとした。また、コラム１０の熱変形は、工作機械１の熱影響によりコラム１０が熱膨張することに起因している。そして、この熱変形に伴うコラム１０の熱伸長量は、温度および材質の線膨張率に応じた値である。そこで、熱伸長量取得部６２は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されているコラム１０の温度に対する膨張特性である線膨張率を取得する。これにより、検査点に配置された温度センサ１２により測定された温度と、コラム１０の線膨張率と、に基づいてコラム１０の熱伸長量を算出することができる。
【００８２】
補正値算出部５３は、サドル２０の移動方向に垂直な駆動軸（Ｚ軸）の補正値Ｒｚを算出するものとした。本実施形態のような構成とする工作機械１において、サドル２０を支持するコラム１０は、熱影響により変形する際に、サドル２０の移動方向をＺ軸方向に湾曲させるように熱変形することがある。このような場合に、Ｚ軸方向の補正値Ｒｚを算出することで、補正部５４は、サドル２０を駆動させる駆動軸（Ｙ軸）に対して直交するＺ軸を補正対象とし、当該Ｚ軸の指令位置を補正することができる。このように、補正値Ｒｚを反映させることで、適切な熱変位補正を行うことができる。
【００８３】
また、工作機械１の熱影響は、サドル２０が移動することにより発生するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響であるものとした。コラム１０は、工作機械１の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持しているサドル２０が移動することによる発熱がコラム１０の熱変形に大きく影響している。そこで、工作機械１の熱影響をサドル２０が移動するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響とするものとした。これにより、コラム１０の変形形状をこの摺動面１０ａとして曲線近似することができる。よって、摺動面１０ａを対象とした補正値Ｒｚを算出し、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００８４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の工作機械１の熱変位補正装置について図６〜図８を参照して説明する。図６は、熱変位補正装置１５０を示すブロック図である。図７は、補正値の算出の説明図である。図８は、図７の一部の拡大図である。ここで、第二実施形態は、熱変位補正の検査点位置情報取得工程において、各検査点の熱変位位置の算出方法が第一実施形態と相違する。その他の構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００８５】
本実施形態の熱変位補正装置１５０の検査点位置情報取得部１６０は、図６に示すように、熱変位後斜度取得部１６４と、熱伸長量取得部６２と、熱変位位置算出部１６３とを有する。熱変位後斜度取得部１６４は、支持体であるコラム１０が熱変形した後における各検査点の熱変位後斜度を取得する熱変位後斜度取得手段である。また、熱変位位置算出部１６３は、後述する各検査点の変位軌道と熱変位後斜度とに基づいて、各検査点の熱変位位置を算出する熱変位位置算出手段である。
【００８６】
熱変位補正装置１５０による熱変位補正は、先ず、第一実施形態と同様に検査点位置情報取得工程において、各検査点の熱変位位置を取得する。そのため、熱変位後斜度取得工程において、各検査点の熱変位後斜度を取得する。つまり、検査点位置情報取得部１６０の熱変位後斜度取得部１６４は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２におけるコラム１０の傾斜角度を傾斜計１１より入力する。また、熱変位後斜度取得部１６４は、基準検査点Ｐｏにおける斜度を常にゼロとして取得する。
【００８７】
次に、熱伸長量取得工程において、熱変形によるコラム１０の熱伸長量を検出する。そのため、検査点位置情報取得部１６０の熱伸長量取得部６２は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏで測定された温度を温度センサ１２により入力する。さらに、熱伸長量取得部６２は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されているコラム１０の各検査点における膨張特性を取得する。そして、熱伸長量取得部６２は、図６に示すように、各変位点における温度と膨張特性に基づいて、コラム１０の熱変形の前後における熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂを検出する。
【００８８】
続いて、熱変位位置算出工程において、コラム１０の熱変形に伴う変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの位置を算出する。そのため、検査点位置情報取得部１６０の熱変位位置算出部１６３は、第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１の変位軌道を取得する。そして、熱変位位置算出部１６３は、各検査点の熱変位後斜度および取得した変位軌道に基づいて各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを算出する。この検査点の変位軌道とは、コラム１０が熱変形していない状態からコラム１０が熱変形することに伴う各検査点の軌道であり、温度または熱伸長量などに応じて予め設定されているものである。
【００８９】
上述したように、コラム１０は、材質の線膨張率により熱伸長量が変化するものである。そのため、コラム１０において各検査点を設定された周辺部位における変形形状は、その部位の温度に伴い変化する熱伸長量によって推定することが可能である。そこで、熱変位補正装置５０のメモリは、周辺部位の熱変形に伴う検査点の変位軌道を熱伸長量に応じて予め記憶している。そして、熱変位位置算出部１６３は、熱伸長量取得部６２により検出された熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂに対応する変位軌道Ｏｒｂａ，Ｏｒｂｂを取得する。
【００９０】
ここで、コラム１０は、熱影響により曲線的に熱変形することから検査点の変位軌道も同様に曲線を描くことになる。そこで、熱変位位置算出部１６３は、図７に示すように、第一検査点Ｐａ１が熱伸長量ΔＨａだけ移動した点Ｐａｅを取得した変位軌道Ｏｒｂａの始点とする。そして、熱変位位置算出部１６３は、変位軌道Ｏｒｂａ上において、取得した第一検査点Ｐａ１の斜度αを接線とする位置を求める。
【００９１】
熱変位位置算出部１６３は、これにより求められた接点を第一検査点Ｐａ１の熱変位位置である変位点Ｐａ２として算出している。同様にして、第二検査点Ｐｂ１が熱伸長量ΔＨｂだけ移動した点Ｐｂｅを取得した変位軌道Ｏｒｂｂの始点とし、変位点Ｐｂ２の斜度を接線とする位置を求める。これにより、第二検査点Ｐｂ１の熱変位位置である変位点Ｐｂ２の位置が算出される。
【００９２】
そして、近似曲線算出工程において、コラム１０の変形形状の近似曲線Ｃを算出する。つまり、近似曲線算出部５２は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの何れの点も通る２次曲線を算出する。近似曲線算出部５２は、この算出された２次曲線をコラム１０の近似曲線Ｃとしている。熱変位補正における以降の各工程については、第一実施形態と実質的に同一であるため説明を省略する。
【００９３】
上述した工作機械１の熱変位補正装置５０によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。また、熱変位位置算出部１６３は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２を斜度および変位軌道に基づいて算出するものとした。これにより、より高精度に検査点の熱変位位置を算出することができる。
【００９４】
＜第一、第二実施形態の変形態様＞
第一、第二実施形態において、工作機械１の熱変位補正装置５０，１５０は、熱伸長量取得工程において、各検査点に配置された温度センサ１２により測定される温度に基づいて熱伸長量を検出するものとした。これに対して、検査点に歪みセンサを配置し、この歪みセンサにより測定される歪み量に基づいて熱伸長量を検出する構成としてもよい。この歪みセンサは、例えば、コラム１０の伸縮により内部の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により歪み量を測定する歪みゲージとしてもよい。そして、熱伸長量取得工程は、コラム１０の熱変形に伴う歪み量を測定し、この歪み量からコラム１０の熱伸長量を検出することができる。
【００９５】
または、工作機械１のベッド２に距離センサを配置し、この距離センサにより測定される検査点までの距離に基づいて熱伸長量を検出する構成としてもよい。コラム１０は、工作機械１の熱影響により変形した場合に、支持されるベッド２を基準に熱変形することになる。つまり、基準となるベッド２に配置された距離センサにより変位した検査点までの距離を測定することにより、熱変形の前後におけるコラム１０の熱伸長量を検出することができる。このようにして、熱伸長量取得工程は、温度センサ１２に代えて種々の手段により熱伸長量を検出するものとしてもよい。この場合も、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００９６】
また、第一、第二実施形態において、検査点をコラム１０における３箇所に設定するものとした。これに対して、検査点は、支持体であるコラム１０に少なくとも４箇所以上に設定される構成としてもよい。近似曲線算出工程は、コラム１０が曲線的に熱変形することから、変形形状を曲線で近似するために少なくとも３箇所の検査点を要した。また、この近似曲線算出工程は、例えば、最小自乗法などにより近似曲線Ｃを算出する構成とした場合に、４箇所以上の熱変位位置に基づいて２次曲線の近似曲線を算出することができる。これにより、コラム１０の変形形状により近似した近似曲線Ｃを算出することができる。よって、適切な補正値Ｒｚを算出できるので、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００９７】
さらに、補正値算出工程は、サドル２０の移動方向に平行な駆動軸（Ｙ軸）の補正値をさらに算出する構成としてもよい。ここで、コラム１０の熱変形がサドル２０の移動方向を湾曲させるように熱変形した場合に、制御装置５０における指令値によるサドル２０の指令位置も補正する必要が生じることがある。このような場合に、例えば、各検査点の熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂに基づいてＹ軸の補正値Ｒｙをさらに算出することで、サドル２０の移動方向であるＹ軸の指令位置を補正することができる。このように、サドル２０の移動方向について補正値Ｒｙを適宜反映させることで、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００９８】
第一、第二実施形態において、工作機械１の熱影響は、サドル２０が移動することにより発生するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響であるものとして説明した。また、工作機械１の熱影響は、工作機械１の加工による各軸モータや主軸モータの回転、環境温度の変化、各摺動面における発熱などが考えられる。よって、これらの熱影響によりコラム１０が熱変形する場合に、コラム１０において曲線近似される基準位置を適宜設定するものとしてもよい。よって、種々の熱影響に対応し、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００９９】
また、熱変位補正は、支持体であるコラム１０の熱変形によるものとして説明した。これに対して、工具３３または工作物Ｗを支持し、工作機械１の熱影響により熱変位が生じる部材であれば、本発明の熱変位補正方法を適用することができる。その他に、工作機械１は、３軸マシニングセンタを例に挙げて説明した。これに対して、工作機械１は、例えば、さらに回転軸（Ａ，Ｂ軸）を有する５軸マシニングセンタとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１００】
１：工作機械、 ２：ベッド
１０：コラム（支持体）、 １０ａ：摺動面、 １１：傾斜計、 １２：温度センサ
１３：レール
２０：サドル（移動体）
３０：主軸基体、 ３１：主軸頭、 ３２：回転主軸、 ３３：工具
４０：テーブル、 ４１：治具
５０，１５０：制御装置（熱変位補正装置）、 ５１：制御部
５２：近似曲線算出部、 ５３：補正値算出部、 ５４：補正部
６０，１６０：検査点位置情報取得部、 ６１：斜度変化量取得部
６２：熱伸長量取得部， ６３，１６３：熱変位位置算出部
１６４：熱変位後斜度取得部
Ｗ：工作物、 Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏ：検査点、 Ｐａ２，Ｐｂ２：変位点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械における熱変位補正方法および熱変位補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、制御装置により各駆動軸を位置制御することにより工作物の加工を行っている。この工作機械による加工において、工作機械の熱影響により移動体を支持する支持体が熱変形することがある。支持体の熱変形は、移動体の位置に影響を及ぼすため、加工精度の低下を招来するおそれがある。そこで、例えば、特許文献１には、距離センサによりコラムの傾きを測定して駆動軸の指令位置を補正する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８４０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱変位補正方法では、コラムの根元支持部位から一定の傾斜角をもって傾いた場合の傾斜角を測定できる。しかし、実際には、コラムは一定の傾斜角で傾斜することはないため、従来の熱変位方法を適用したとしても熱変位誤差を生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、より高精度に熱変位補正が可能な工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置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】
【０００６】
（工作機械の熱変位補正方法）
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の工作機械の熱変位補正方法に係る発明の構成上の特徴は、
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得工程と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変形した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出工程と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正工程と、
を備えることである。
【０００７】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形する前における各前記検査点の基準斜度に対して、前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度の斜度変化量を取得する斜度変化量取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
各前記検査点における前記斜度変化量および前記熱伸長量に基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することである。
【０００８】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度を取得する熱変位後斜度取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
前記支持体が熱変形していない状態から前記支持体が熱変形することに伴う各前記検査点の変位軌道を予め設定し、当該変位軌道と取得した前記斜度変化量とに基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することである
【０００９】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であることである。
【００１０】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２または３において、
前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であり、
前記斜度変化量取得工程は、前記支持点における前記斜度変化量を一定値として取得することである。
【００１１】
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２，３，５の何れか一項において、前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された温度センサにより測定される前記支持体の温度に基づいて前記熱伸長量を取得することである。
【００１２】
請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２，３，５の何れか一項において、前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された歪みセンサにより測定される前記支持体の歪み量に基づいて前記熱伸長量を取得することである。
【００１３】
請求項８に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２，３，５の何れか一項において、前記熱伸長量取得工程は、前記工作機械のベッドに配置された距離センサにより測定される前記検査点までの距離に基づいて前記熱伸長量を取得することである。
【００１４】
請求項９に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜８の何れか一項において、前記検査点は、前記支持体に少なくとも４箇所以上に設定されていることである。
請求項１０に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜９の何れか一項において、前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に垂直な駆動軸の前記指令位置に対する補正値を算出することである。
請求項１１に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１０において、前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に平行な駆動軸の前記指令位置に対する補正値をさらに算出することである。
【００１５】
請求項１２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜１１の何れか一項において、前記工作機械の熱影響は、前記移動体が移動することにより発生する前記支持体の摺動面における熱影響であることである。
【００１６】
（工作機械の熱変位補正装置）
上記の課題を解決するため、請求項１３に記載の工作機械の熱変位補正装置に係る発明の構成上の特徴は、
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得手段と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変位した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出手段と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正手段と、
を備えることである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によると、補正量算出工程において算出される補正値は、熱影響により支持体が熱変形した際の変形形状を曲線で近似し、その近似曲線に対応する移動体の指令位置から算出される構成としている。また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。
【００１８】
つまり、支持体に設定されている少なくとも３箇所の検査点は、熱影響による支持体の熱変形に伴い変位することになる。そして、本発明では、各検査点の熱変位位置に基づいて支持体の変形形状を曲線的に求めている。これにより、支持体の変形形状を直線的に求めた場合と比較して、支持体に支持される移動体の指令位置に対応した補正値をより正確に算出することができる。よって、工作機械の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、検査点位置情報取得工程は、各検査点の熱変位位置を斜度変化量および熱伸長量に基づいて算出する熱変位位置算出工程を有する構成としている。つまり、斜度変化量取得工程は、支持体が熱変形する前の初期状態において測定される各検査点の基準斜度と、工作機械の加工により支持体が熱変形した後の変形状態において測定される検査点の熱変位後斜度の差分から斜度変化量を算出する。ここで、検査点の斜度は、例えば、検査点に配置された傾斜計などのセンサによって測定される。斜度変化量取得工程は、このように測定された各検査点における基準斜度および熱変位後斜度に基づいて斜度変化量を取得している。
【００２０】
また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。この時、熱膨張した支持体は、熱影響による温度と材質の線膨張率とに応じた熱伸長量で長さが変化している。そこで、熱伸長量取得工程は、支持体の初期状態において測定される基準位置から各検査点までの基準長さと、支持体の変形状態において測定される基準位置から各検査点までの熱変位後長さの差分から熱伸長量を算出する。このようにして算出してそれぞれ取得される斜度変化量および熱伸長量は、工作機械の熱影響により支持体が熱変形して生じたものである。
【００２１】
また、熱変位位置算出工程は、この斜度変化量を検査点がどの方向に変位したかを示す変位角度に近似している。この変位角度は、例えば、斜度が水平面に対する傾きとして測定されるものである場合に、変位前後の検査点を通る直線と水平面のなす角である。そして、この変位角度（斜度の変化量）と取得した検査点の熱伸長量から支持体の熱変形に伴いその検査点がどの方向にどれだけ変位したかを算出することができる。そこで、上記構成とすることで、より簡易に検査点の熱変位位置を算出することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によると、検査点位置情報取得工程は、各検査点の熱変位位置を変位軌道および熱変位後斜度に基づいて算出する熱変位位置算出工程を有する構成としている。この検査点の変位軌道とは、支持体の熱変形に伴って変位する検査点の軌道である。上述したように、支持体は、材質の線膨張率により熱伸長量が変化するものである。そのため、各検査点を設定された周辺部位における変形形状は、その部位の温度に伴い変化する熱伸長量によって推定することが可能である。
【００２３】
そこで、周辺部位の熱変形に伴う検査点の変位軌道を熱伸長量に応じて予め記憶しておく。そして、検査点位置情報取得工程は、熱伸長量取得工程により取得された熱伸長量に対応する変位軌道を取得する。ここで、支持体は、熱影響により曲線的に変形することから各検査点の変位軌道も同様に曲線を描くことになる。そこで、熱変位位置算出工程は、取得した変位軌道上において、取得した検査点の熱変位後斜度を接線とする位置を求め、その接点を検査点の熱変位位置として算出している。これにより、より高精度に検査点の熱変位位置を算出することができる。
【００２４】
請求項４に係る発明によると、支持体に設定された検査点のうち１箇所は、支持体が工作機械のベッドに支持された支持点である構成としている。支持体は、工作機械のベッドに対して移動可能または移動不可に支持されている。つまり、支持体は、工作機械の熱影響により変形した場合に、ベッドに支持された支持点を基準に熱変形することになる。よって、この支持点は、熱影響により変位しない検査点として設定することができる。これにより、検査点位置情報取得工程は、支持点である検査点の熱変位位置を簡易に取得することができる。
【００２５】
請求項５に係る発明によると、支持体に設定された検査点のうち１箇所は、支持体が工作機械のベッドに支持された支持点であるものとしている。そして、支持点における熱変位後斜度は、一定値として取得される構成としている。上述したように、支持体は、変形する際に、ベッドに支持される支持点を基準に熱変形することになる。この時、支持体が曲線的に熱変形した場合に、変形形状である曲線上における検査点の法線方向は熱変形の前後で変化しないものと考えることができる。これにより、支持点である検査点における熱変位後斜度は、支持体の熱変形の前後において一定値とみなすことができる。よって、斜度変化量取得工程または熱変位後斜度取得工程は、この検査点における熱変位後斜度の測定を省略することができる。
【００２６】
請求項６に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、検査点に配置された温度センサにより測定される支持体の温度に基づいて熱伸長量を検出する構成としている。また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。この時、熱膨張した支持体は、熱影響による温度と材質の線膨張率とに応じた熱伸長量で長さが変化している。つまり、支持体の熱変形は、工作機械の熱影響により支持体が熱膨張することに起因している。そして、この熱変形に伴う支持体の熱伸長量は、温度および材質の線膨張率に応じた値である。そこで、例えば、熱伸長量取得工程は、予め線膨張率など支持体の温度に対する膨張特性を記憶しておく。これにより、検査点に配置された温度センサにより測定された温度に基づいて支持体の熱伸長量を算出することができる。
【００２７】
請求項７に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、検査点に配置された歪みセンサにより測定される支持体の歪み量に基づいて熱伸長量を検出する構成としている。この歪みセンサは、例えば、支持体の伸縮により内部の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により歪み量を測定する歪みゲージとしてもよい。そして、熱伸長量取得工程は、支持体の熱変形に伴う歪み量を測定し、この歪み量から支持体の熱伸長量を検出することができる。
【００２８】
請求項８に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、工作機械のベッドに配置された距離センサにより測定される検査点までの距離に基づいて熱伸長量を検出する構成としている。支持体は、工作機械の熱影響により変形した場合に、支持されるベッドを基準に熱変形することになる。つまり、基準となるベッドに配置された距離センサにより変位した検査点までの距離を測定することにより、熱変形の前後における支持体の熱伸長量を検出することができる。
【００２９】
請求項９に係る発明によると、検査点は、支持体に少なくとも４箇所以上に設定されている構成としている。近似曲線算出工程は、支持体が曲線的に熱変形することから、少なくとも３箇所の検査点の熱変位位置に基づいて近似曲線を算出している。また、この近似曲線算出工程は、例えば、最小自乗法などにより近似曲線を算出する構成とした場合に、４箇所以上の熱変位位置に基づいて２次曲線の近似曲線を算出することができる。これにより、支持体の変形形状により近似した近似曲線を算出することができる。よって、適切な補正値を算出できるので、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００３０】
請求項１０に係る発明によると、補正値算出工程は、移動体の移動方向に垂直な駆動軸の補正値を算出する構成としている。移動体を支持する支持体は、熱影響により変形する際に、移動体の移動方向を湾曲させるように熱変形することがある。このような場合に、上記構成とすることで、補正工程は、移動体を駆動させる駆動軸に対して直交する駆動軸を補正対象とし、当該駆動軸の指令位置を補正することができる。このように、補正値を反映させることで、適切な熱変位補正を行うことができる。
【００３１】
請求項１１に係る発明によると、補正値算出工程は、移動体の移動方向に平行な駆動軸の補正値をさらに算出する構成としている。上述したように、支持体の熱変形が移動体の移動方向を湾曲させるように熱変形した場合に、移動体の指令位置も補正する必要が生じることがある。このような場合に、上記構成とすることで、補正工程は、移動体の移動方向に平行な駆動軸、即ち移動体を駆動させる駆動軸を補正対象とし、当該駆動軸の指令位置を補正することができる。このように、補正値を反映させることで、適切な熱変位補正を行うことができる。
【００３２】
請求項１２に係る発明によると、工作機械の熱影響は、移動体が移動することにより発生する支持体の摺動面における熱影響である構成としている。支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持している移動体が移動することによる発熱が支持体の熱変形に大きく影響している。そこで、工作機械の熱影響を移動体が移動する支持体の摺動面における熱影響とするものとしてもよい。これにより、支持体の変形形状をこの摺動面として曲線近似することができる。よって、摺動面を対象とした補正値を算出し、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００３３】
請求項１３に係る発明によると、補正量算出手段において算出される補正値は、熱影響により支持体が熱変形した際の変形形状を曲線で近似し、その近似曲線に対応する移動体の指令位置から算出される構成としている。また、移動体を支持する支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。
【００３４】
つまり、支持体に設定されている少なくとも３箇所の検査点は、熱影響による支持体の熱変形に伴い変位することになる。そして、本発明では、各検査点の熱変位位置に基づいて支持体の変形形状を曲線的に求めている。これにより、支持体の変形形状を直線的に求めた場合と比較して、支持体に支持される移動体の指令位置に対応した補正値をより正確に算出することができる。よって、工作機械の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００３５】
また、本発明の工作機械の熱変位補正方法としての他の特徴部分について、本発明の工作機械の熱変位補正装置に同様に適用可能である。そして、この場合における効果についても、上記工作機械の熱変位補正方法としての効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第一実施形態：工作機械１の全体図である。
【図２】熱変位補正装置５０を示すブロック図である。
【図３】コラム１０の変形状態を示す側面図である。
【図４】補正値の算出の説明図である。
【図５】図４の一部の拡大図である。
【図６】第二実施形態：熱変位補正装置１５０を示すブロック図である。
【図７】補正値の算出の説明図である。
【図８】図７の一部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。工作機械として、３軸マシニングセンタを例に挙げて説明する。つまり、当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を有する工作機械である。
【００３８】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の工作機械１の熱変位補正装置について図１〜図３を参照して説明する。図１は、工作機械１の全体図である。図２は、熱変位補正装置を示すブロック図である。図３は、コラムの変形状態を示す側面図である。
【００３９】
（工作機械１の構成）
工作機械１は、図１に示すように、ベッド２と、コラム１０（本発明の「支持体」に相当する）と、サドル２０（本発明の「移動体」に相当する）と、主軸基体３０と、テーブル４０と、数値制御装置５０（本発明の「熱変位補正装置」に相当する）とを備える。ベッド２は、上面にＺ軸方向（床面に平行な方向）のレールが形成され、床面に設置されている。工作物Ｗは、工作機械１によって加工される被加工部材である。
【００４０】
コラム１０は、ベッド２の上面に立設するように固定され、サドル２０を支持する支持体である。このコラム１０が工作機械１の加工や環境温度の変化などの熱影響により変形することから、熱変位補正装置は、コラム１０の熱変形に伴うサドル２０の熱変位を補正の対象としている。そこで、本実施形態では、図３に示すように、コラム１０に３箇所の検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏを設定し、コラム１０の熱変形に伴い各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏに基づいて熱変位補正を行うものとしている。
【００４１】
この第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１は、コラム１０のＹ軸方向（床面に対して垂直な方向）の上部付近および中央部付近に設定されている。また、基準検査点Ｐｏは、コラム１０のＹ軸方向の下部においてコラム１０がベッド２に支持された支持点に設定されている。各検査点の設定および熱変位補正の詳細については後述する。
【００４２】
また、コラム１０は、熱変位補正を行うために、内部に複数の傾斜計１１と、複数の温度センサ１２と、レール１３を有している。傾斜計１１は、コラム１０の内部において、コラム１０に設定された検査点Ｐａ１，Ｐｂ２に対応する２箇所に設置されている。この傾斜計１１は、設置された各箇所において、コラム１０の傾斜角度を検知して、傾斜角度に応じた信号を後述する数値制御装置７０に出力している。
【００４３】
温度センサ１２は、コラム１０の内部において、傾斜計１１の配置箇所に加えて、コラム１０に設定された基準検査点Ｐｏに対応する箇所の３箇所に設置されている。この温度センサ１２は、設置された各箇所において、コラム１０の温度を検知して、温度に応じた信号を数値制御装置７０に出力している。
【００４４】
レール１３は、コラム１０の側面においてＹ軸方向に延伸するように形成されている。サドル２０は、コラム１０のレール１３上に設けられ、コラム１０に対してＹ軸方向に移動可能な移動体である。このサドル２０は、コラム１０に固定されたＹ軸モータ（図示しない）の回転駆動によりＹ軸方向へ摺動する。本実施形態では、Ｙ軸方向のレール１３が形成されたコラム１０の側面を、サドル２０が摺動するコラム１０の摺動面１０ａとしている。またサドル２０は、側面にＸ軸方向（床面に平行な方向）のガイド溝が形成されている。
【００４５】
主軸基体３０は、主軸頭３１と、回転主軸３２と、工具３３とを有し、サドル２０に対してＸ軸方向に移動可能な送り台である。主軸頭３１は、Ｘ軸方向のレールが形成され、サドル２０のガイド溝に摺動可能に嵌合されている。そして、主軸頭３１は、サドル２０に固定されたＸ軸モータ（図示しない）の回転駆動により主軸基体３０全体をＸ軸方向へ移動する。
【００４６】
回転主軸３２は、主軸頭３１のハウジング内に収容された主軸モータにより回転可能に設けられ、工具３３を支持している。工具３３は、主軸基体３０の回転主軸３２の先端に固定されている。つまり、工具３３は、回転主軸３２の回転に伴って回転する。なお、工具３３は、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップなどである。つまり、この３軸マシニングセンタである工作機械１は、工具３３をベッド２に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能としている。そして、工作機械１は、工作物ＷをＺ軸方向に移動可能としている。
【００４７】
テーブル４０は、ベッド２のＺ軸方向のレール上に設けられ、ベッド２に対してＺ軸方向に移動可能な送り台である。このテーブル４０は、ベッド２に固定されたＺ軸モータ（図示しない）の回転駆動によりＺ軸方向へ移動する。また、テーブル４０には、所定位置に工作物Ｗを固定する治具４１設置されている。
【００４８】
これにより、工作物Ｗは、テーブル４０のＺ軸方向への移動に伴ってベッド２に対してＺ軸方向に移動する。このような工作機械１においては、制御装置５０による指令位置に基づいて、サドル２０、主軸基体３０、および、テーブル４０が指令位置に移動するように制御される。これにより、工作物Ｗに対して工具３３を相対移動させて加工を行っている。
【００４９】
制御装置５０は、ＮＣデータに基づいて、各軸モータおよび主軸モータなどを制御する。また、制御装置５０は、工作機械１の熱影響によりコラム１０の各部位における熱変位を補正する熱変位補正装置である。以下、工作機械１の制御装置５０のうち、本発明の特徴的な部分の構成について説明する。
【００５０】
制御装置５０は、図２に示すように、制御部５１と、近似曲線算出部５２と、補正値算出部５３と、補正部５４と、検査点位置情報取得部６０とを有する。ここで、制御部５１、近似曲線算出部５２、補正値算出部５３、補正部５４および検査点位置情報取得部６０は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
【００５１】
制御部５１は、入力されるＮＣデータに基づいて各軸モータおよび主軸モータなどを制御する。これにより、制御装置５０は、サドル２０、主軸基体３０、および、テーブル４０を移動するように制御し、工作物Ｗに対して回転駆動させた工具３３を相対移動させて加工を行っている。
【００５２】
上述したように、制御装置５０は、工作機械１の熱影響による熱変位を補正する熱変位補正装置である。つまり、制御装置５０は、工作機械１の熱影響によるコラム１０の変形に対応した補正値を算出し、この補正値に基づいて制御部５１による各軸モータなどの制御を補正することで加工の高精度化を図っている。以下、「制御装置５０」は、「熱変位補正装置５０」とも称する。
【００５３】
熱変位補正装置５０の検査点位置情報取得部６０は、コラム１０が熱変形した後において、コラム１０に設定された検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏの変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを取得する検査点位置情報取得手段である。この検査点位置情報取得部６０は、斜度変化量取得部６１と、熱伸長量取得部６２と、熱変位位置算出部６３とを有する。
【００５４】
斜度変化量取得部６１は、支持体であるコラム１０が熱変形する前後において、コラム１０の３箇所に設定された検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏの斜度変化量を取得する斜度変化量取得手段である。コラム１０の上部付近に設定された検査点Ｐａ１の斜度、およびコラム１０の中央部付近に設定された検査点Ｐｂ２の斜度は、２箇所に設置された傾斜計１１によってそれぞれ測定される。
【００５５】
これにより、斜度変化量取得部６１は、コラム１０が熱変形する前における検査点Ｐａ１，Ｐｂ１の基準斜度を測定する。また、斜度変化量取得部６１は、コラム１０が熱変形した後における検査点Ｐａ１，Ｐｂ１の熱変位後斜度を測定する。そして、斜度変化量取得部６１は、この基準斜度と熱変位後斜度の差分に基づいて、工作機械１の熱影響によるコラム１０の熱変形の前後における検査点Ｐａ１，Ｐｂ２の斜度変化量を取得する。
【００５６】
ここで、コラム１０は、工作機械１の熱影響により変形する際に、基準検査点Ｐｏ、即ちベッド２に支持される支持点を基準に熱変形することになる。この時、コラム１０が曲線的に熱変形した場合に、変形形状である曲線上における基準検査点Ｐｏの法線方向は熱変形の前後で変化しないものと考えることができる。これにより、支持点に設定した基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度は、コラム１０が熱変形する前における基準斜度と等しいものとみなすことができる。そこで、斜度変化量取得部６１は、支持点に設定した基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度を一定値として取得している。
【００５７】
熱伸長量取得部６２は、工作機械１の熱影響により変形したコラム１０の熱伸長量を検出する熱伸長量取得手段である。この熱伸長量は、コラム１０の基準位置からコラム１０が熱変形する前における各検査点までのコラム１０の基準長さに対して、コラム１０が熱変形した後における基準位置から各検査点までの前記支持体の熱変位後長さである。また、コラム１０の基準位置は、支持点（基準検査点Ｐｏ）としている。
【００５８】
ここで、移動体であるサドル２０を支持するコラム１０は、工作機械１の熱影響により熱膨張して変形する。この時、熱膨張したコラム１０は、熱影響による温度と材質の線膨張率とに応じた熱伸長量で長さが変化している。つまり、熱変形に伴うコラム１０の熱伸長量は、温度および材質の線膨張率に応じた値である。そこで、熱伸長量取得部６２は、検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏで測定された温度と、コラム１０の膨張特性とに基づいて算出した値を熱伸長量として取得している。このコラム１０の膨張特性は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されている線膨張率などのコラム１０の温度に対する特性である。
【００５９】
熱変位位置算出部６３は、コラム１０の熱変形に伴う各検査点の熱変位位置を、各検査点における斜度変化量および熱伸長量に基づいてそれぞれ算出する熱変位位置算出手段である。コラム１０に設定されている３箇所の検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏは、熱影響によるコラム１０の熱変形に伴い変位することになる。この各検査点の熱変位位置を把握することによりコラム１０の変形形状を推定することができる。そこで、熱変位位置算出部６３は、コラム１０の熱変形によりその量を変動させる各検査点における斜度変化量および熱伸長量に基づいて、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを算出している。
【００６０】
ここで、上述したように、コラム１０は、熱影響により変形する際に、基準検査点Ｐｏを基準に熱変形することになる。そのため、基準検査点Ｐｏは、コラム１０が熱変形しても変位量をゼロとすることができる。そこで、熱変位位置算出部６３は、コラム１０の熱変形における基準検査点Ｐｏの熱変位位置は、元の基準検査点Ｐｏとしている。つまり、基準検査点Ｐｏと変位点Ｐｏは同一位置である。
【００６１】
近似曲線算出部５２は、各検査点における熱変位位置に基づいて、コラム１０が熱変形した後におけるコラム１０の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出手段である。ここで、熱変位補正は、より適切な補正値により補正を行うためには、工作機械１の熱影響により変形したコラム１０の変形形状を正確に把握することが必要となる。また、熱変位補正装置５０は、コラム１０が曲線的に熱変形することから、コラム１０の変形形状を曲線で近似して把握するものとしている。これにより、熱変位補正装置５０は、より適切な補正値の算出を図っている。そこで、近似曲線算出部５２は、熱変位位置算出部６３により算出された変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏに基づいて、コラム１０の近似曲線を算出している。
【００６２】
補正値算出部５３は、移動体であるサドル２０の指令位置と近似曲線とに基づいて、サドル２０の指令値に対する補正値を算出する補正値算出手段である。この補正値算出部５３は、制御装置５０における指令値によるサドル２０の指令位置と、近似曲線算出部５２により算出された近似曲線と、に基づいて補正値を算出する。ここで、制御装置５０における指令値とは、制御部５１が入力されるＮＣデータに基づいて各軸モータを制御するために出力する値である。
【００６３】
補正部５４は、算出した補正値によりサドル２０の指令位置を補正する補正手段である。このような構成により、例えば、コラム１０のＹ軸モータが回転駆動するように制御され、移動体であるサドル２０が所定の指令位置に移動する。そして、補正値算出部５３は、取得したコラム１０の変形形状に相当する近似曲線において、サドル２０の指令位置を対応させる。これにより、熱変形によりコラム１０における指令位置の部位がどれだけ変位しているかを推定することができる。つまり、補正部５４は、補正値算出部５３が上記部位の変位量から算出する補正値により制御装置５０の指令位置を補正している。
【００６４】
（熱変位補正）
以下、工作機械１の熱変位補正について、図３〜図５を参照して説明する。図４は、補正値の算出の説明図である。図５は、図４の一部の拡大図である。また、本実施形態における熱変位補正は、熱影響によるコラム１０の熱変形に伴うサドル２０の熱変位を補正の対象としている。そして、説明を簡易化するために、コラム１０は、図３に示すように、熱影響によりＺ軸方向に反り返るように熱変形するものとする。換言すると、熱影響によるコラム１０の変形のうち、Ｙ−Ｚ平面に投影される変形形状に係る熱変位を補正対象としている。よって、熱変位補正は、移動体であるサドル２０の移動方向（Ｙ軸方向）に垂直な駆動軸（Ｚ軸）の補正値を算出するものとする。
【００６５】
また、コラム１０は、工作機械１の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持しているサドル２０が移動することによる発熱がコラム１０の変形に大きく影響している。そこで、工作機械１の熱影響をサドル２０が移動するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響とするものとしている。よって、各検査点は摺動面１０ａの面上に設定されるものとし、また、後述する近似曲線Ｃはこの摺動面１０ａの変形形状を曲線で近似したものである。
【００６６】
先ず、各検査点の設定について説明する。コラム１０における検査点は、第一検査点Ｐａ１、第二検査点Ｐｂ１、および、基準検査点Ｐｏの３箇所が設定されている。本実施形態において、各検査点は、等間隔になるように設定されるとともに、最上の第一検査点Ｐａ１からコラム１０の上端までの距離が各検査点間の距離の半分程度となるように設定している。つまり、本実施形態では、検査点を３箇所にしていることから、第一検査点Ｐａ１、第二検査点Ｐｂ１は、ベッド２からコラム１０の全高に対して、それぞれ８，４割程度の高さに設定されている。また、基準検査点Ｐｏは、上述したように、コラム１０がベッド２に支持された支持点に設定されている。
【００６７】
そして、各検査点はコラム１０が熱影響により変形すると、図３に示すように、この熱変形に伴い変位することになる。第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１の熱変位位置は、それぞれ第一変位点Ｐａ２および第二変位点Ｐｂ２である。また、基準検査点Ｐｏは、ベッド２に対する変位量がゼロであるため、変位点Ｐｏは同一位置である。また、各検査点には温度センサ１２が設置され、さらに第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１には傾斜計１１が設置されている。これにより、コラム１０の熱変形の前後における各検査点における斜度および温度が測定される。
【００６８】
工作機械１による加工中において、サドル２０がコラム１０に対してＹ軸方向の移動を繰り返すと、コラム１０の摺動面１０ａが発熱し、コラム１０が熱変形したものとする。また、コラム１０の変形形状の近似曲線Ｃ、および、サドル２０の補正値の算出について、コラム１０の摺動面１０ａの熱変形を簡略化して示す図４，図５を参照して説明する。
【００６９】
先ず、検査点位置情報取得工程において、各検査点の熱変位位置を取得する。そのため、斜度変化量取得工程において、各検査点の斜度変化量を取得する。つまり、検査点位置情報取得部６０の斜度変化量取得部６１は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２におけるコラム１０の傾斜角度を傾斜計１１より熱変位後斜度として入力する。そして、コラム１０の熱変形の前に取得された基準斜度との差分から各検査点の斜度変化量を算出する。
【００７０】
具体的には、先ず、コラム１０が熱変形する前において、第一検査点Ｐａ１で測定された斜度を熱変位補正装置５０のメモリから取得する。次に、変位点Ｐａ２で測定された斜度αを傾斜計１１より入力される。本実施形態では、コラム１０の熱変形の前における斜度をゼロとしているため、斜度変化量は斜度αと同値となる。よって、この斜度変化量αは、図５に示すように、水平線となす角として算出される。なお、斜度変化量取得部６１は、基準検査点Ｐｏにおける斜度変化量を常にゼロとして取得する。
【００７１】
次に、熱伸長量取得工程において、熱変形によるコラム１０の熱伸長量を検出する。そのため、検査点位置情報取得部６０の熱伸長量取得部６２は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏで測定された温度を温度センサ１２により入力する。さらに、熱伸長量取得部６２は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されているコラム１０の各検査点における膨張特性を取得する。そして、熱伸長量取得部６２は、図４に示すように、各変位点における温度と膨張特性に基づいて、コラム１０の熱変形の前後における熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂを検出する。
【００７２】
続いて、熱変位位置算出工程において、コラム１０の熱変形に伴う変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの位置を算出する。そのため、検査点位置情報取得部６０の熱変位位置算出部６３は、斜度変化量および熱伸長量に基づいて各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを算出する。
【００７３】
ここで、熱変位位置算出部６３は、上述した第一検査点における斜度変化量αを第一検査点Ｐａ１がどの方向に変位したかを示す変位角度θに近似している。この変位角度θは、図５に示すように、第一検査点Ｐａ１と変位点Ｐａ２を通る直線と水平線のなす角である。そして、斜度変化量αで近似された変位角度θと、第一検査点Ｐａ１の熱伸長量ΔＨａに基づいて、第一検査点Ｐａ１のＺ方向の変位量ΔＺａを求めることにより、変位点Ｐａ２の位置が算出される。同様に、第二検査点Ｐｂ１の熱変位位置である変位点Ｐｂ２の位置が算出される。
【００７４】
そして、近似曲線算出工程において、コラム１０の変形形状の近似曲線Ｃを算出する。つまり、近似曲線算出部５２は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの何れの点も通る２次曲線を算出する。近似曲線算出部５２は、この算出された２次曲線をコラム１０の近似曲線Ｃとしている。
【００７５】
補正値算出工程において、サドル２０の指令値に対する補正値を算出する。そこで、補正値算出部５３は、先ず、制御装置５０における指令値によるサドル２０の指令位置Ｐｙを取得する。次に、補正値算出部５３は、コラム１０の変形形状に相当する近似曲線Ｃにおいて、サドル２０の指令位置Ｐｙを対応させ、補正値Ｒｚを算出する。そして、補正工程において、この補正値により指令位置を補正する。つまり、補正部５４は、算出した補正値Ｒｚにより制御部５１が出力する指令位置を補正する。
【００７６】
これにより、例えば、テーブル４０に対する指令位置が補正され、工作物ＷがＺ軸方向に補正量Ｒｚだけさらに移動し、適切な加工位置で加工されることになる。このようにして、熱変位補正装置５０は、工作機械１の加工中において、コラム１０の熱変形に伴うサドル２０の熱変位を逐次補正することにより、加工中におけるコラム１０の熱変動やサドル２０の指令位置に対応し、加工の高精度化を図っている。
【００７７】
（熱変位補正装置の効果）
上述した工作機械１の熱変位補正装置５０によれば、補正値算出部５３において算出される補正値は、熱影響によりコラム１０が熱変形した際の変形形状を曲線で近似し、その近似曲線Ｃに対応するサドル２０の指令位置から算出するものとした。つまり、コラム１０に設定されている３箇所の検査点Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏは、熱影響によるコラム１０の熱変形に伴い変位することになる。そして、各検査点の斜度変化量および熱伸長量に基づいてコラム１０の変形形状を曲線的に求めている。これにより、コラム１０の変形形状を直線的に求めた場合と比較して、コラム１０に支持されるサドル２０の指令位置に対応した補正値をより正確に算出することができる。よって、工作機械１の熱影響による多様な変位状態に対応し、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００７８】
また、検査点位置情報取得部６０の熱変位位置算出部６３は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２を斜度変化量および熱伸長量に基づいて算出するものとした。つまり、第一検査点Ｐａ１においては、コラム１０が熱変形する前後に測定される基準斜度および熱変位後斜度の差分から斜度変化量αを算出する。そして、熱変位位置算出部６３は、この斜度の変化量αを検査点がどの方向に変位したかを示す変位角度θに近似している。この変位角度θ（≒斜度の変化量α）と検出されている検査点の熱伸長量からコラム１０の変形に伴いその検査点がどの方向にどれだけ変位したかを算出することができる。このようにして、より簡易に各検査点の熱変位位置Ｐａ２，Ｐｂ２を算出することができる。
【００７９】
そして、コラム１０に設定された各検査点のうち１箇所は、コラム１０が工作機械１のベッド２に支持された支持点であるものとした。コラム１０は、工作機械１のベッド２に対して移動不可に支持されている。つまり、コラム１０は、工作機械１の熱影響により変形した場合に、ベッド２に支持された支持点を基準に熱変形することになる。よって、この支持点を熱影響により変位しない基準検査点Ｐｏとして設定するものとした。これにより、支持点である基準検査点Ｐｏの斜度の測定および熱伸長量の検出を簡易化することができる。
【００８０】
さらに、斜度変化量取得部６１は、支持点を検査点とした基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度を一定値として取得するものとした。上述したように、コラム１０は、熱変形する際に、ベッド２に支持される支持点を基準に熱変形することになる。この時、コラム１０が曲線的に熱変形した場合に、変形形状である曲線上における基準検査点Ｐｏの法線方向は熱変形の前後で変化しないものと考えることができる。これにより、支持点である基準検査点Ｐｏにおける熱変位後斜度は、コラム１０の熱変形の前後において一定値（ゼロ）とみなすことができる。よって、斜度変化量取得部６１は、この検査点における熱変位後斜度の測定を省略することができる。
【００８１】
熱伸長量取得部６２は、各検査点に配置された温度センサ１２により測定されるコラム１０の温度に基づいて熱伸長量を検出するものとした。また、コラム１０の熱変形は、工作機械１の熱影響によりコラム１０が熱膨張することに起因している。そして、この熱変形に伴うコラム１０の熱伸長量は、温度および材質の線膨張率に応じた値である。そこで、熱伸長量取得部６２は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されているコラム１０の温度に対する膨張特性である線膨張率を取得する。これにより、検査点に配置された温度センサ１２により測定された温度と、コラム１０の線膨張率と、に基づいてコラム１０の熱伸長量を算出することができる。
【００８２】
補正値算出部５３は、サドル２０の移動方向に垂直な駆動軸（Ｚ軸）の補正値Ｒｚを算出するものとした。本実施形態のような構成とする工作機械１において、サドル２０を支持するコラム１０は、熱影響により変形する際に、サドル２０の移動方向をＺ軸方向に湾曲させるように熱変形することがある。このような場合に、Ｚ軸方向の補正値Ｒｚを算出することで、補正部５４は、サドル２０を駆動させる駆動軸（Ｙ軸）に対して直交するＺ軸を補正対象とし、当該Ｚ軸の指令位置を補正することができる。このように、補正値Ｒｚを反映させることで、適切な熱変位補正を行うことができる。
【００８３】
また、工作機械１の熱影響は、サドル２０が移動することにより発生するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響であるものとした。コラム１０は、工作機械１の加工や環境温度の変化などの熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持しているサドル２０が移動することによる発熱がコラム１０の熱変形に大きく影響している。そこで、工作機械１の熱影響をサドル２０が移動するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響とするものとした。これにより、コラム１０の変形形状をこの摺動面１０ａとして曲線近似することができる。よって、摺動面１０ａを対象とした補正値Ｒｚを算出し、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００８４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の工作機械１の熱変位補正装置について図６〜図８を参照して説明する。図６は、熱変位補正装置１５０を示すブロック図である。図７は、補正値の算出の説明図である。図８は、図７の一部の拡大図である。ここで、第二実施形態は、熱変位補正の検査点位置情報取得工程において、各検査点の熱変位位置の算出方法が第一実施形態と相違する。その他の構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００８５】
本実施形態の熱変位補正装置１５０の検査点位置情報取得部１６０は、図６に示すように、熱変位後斜度取得部１６４と、熱伸長量取得部６２と、熱変位位置算出部１６３とを有する。熱変位後斜度取得部１６４は、支持体であるコラム１０が熱変形した後における各検査点の熱変位後斜度を取得する熱変位後斜度取得手段である。また、熱変位位置算出部１６３は、後述する各検査点の変位軌道と熱変位後斜度とに基づいて、各検査点の熱変位位置を算出する熱変位位置算出手段である。
【００８６】
熱変位補正装置１５０による熱変位補正は、先ず、第一実施形態と同様に検査点位置情報取得工程において、各検査点の熱変位位置を取得する。そのため、熱変位後斜度取得工程において、各検査点の熱変位後斜度を取得する。つまり、検査点位置情報取得部１６０の熱変位後斜度取得部１６４は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２におけるコラム１０の傾斜角度を傾斜計１１より入力する。また、熱変位後斜度取得部１６４は、基準検査点Ｐｏにおける斜度を常にゼロとして取得する。
【００８７】
次に、熱伸長量取得工程において、熱変形によるコラム１０の熱伸長量を検出する。そのため、検査点位置情報取得部１６０の熱伸長量取得部６２は、変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏで測定された温度を温度センサ１２により入力する。さらに、熱伸長量取得部６２は、熱変位補正装置５０のメモリに予め記憶されているコラム１０の各検査点における膨張特性を取得する。そして、熱伸長量取得部６２は、図６に示すように、各変位点における温度と膨張特性に基づいて、コラム１０の熱変形の前後における熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂを検出する。
【００８８】
続いて、熱変位位置算出工程において、コラム１０の熱変形に伴う変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの位置を算出する。そのため、検査点位置情報取得部１６０の熱変位位置算出部１６３は、第一検査点Ｐａ１および第二検査点Ｐｂ１の変位軌道を取得する。そして、熱変位位置算出部１６３は、各検査点の熱変位後斜度および取得した変位軌道に基づいて各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏを算出する。この検査点の変位軌道とは、コラム１０が熱変形していない状態からコラム１０が熱変形することに伴う各検査点の軌道であり、温度または熱伸長量などに応じて予め設定されているものである。
【００８９】
上述したように、コラム１０は、材質の線膨張率により熱伸長量が変化するものである。そのため、コラム１０において各検査点を設定された周辺部位における変形形状は、その部位の温度に伴い変化する熱伸長量によって推定することが可能である。そこで、熱変位補正装置５０のメモリは、周辺部位の熱変形に伴う検査点の変位軌道を熱伸長量に応じて予め記憶している。そして、熱変位位置算出部１６３は、熱伸長量取得部６２により検出された熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂに対応する変位軌道Ｏｒｂａ，Ｏｒｂｂを取得する。
【００９０】
ここで、コラム１０は、熱影響により曲線的に熱変形することから検査点の変位軌道も同様に曲線を描くことになる。そこで、熱変位位置算出部１６３は、図７に示すように、第一検査点Ｐａ１が熱伸長量ΔＨａだけ移動した点Ｐａｅを取得した変位軌道Ｏｒｂａの始点とする。そして、熱変位位置算出部１６３は、変位軌道Ｏｒｂａ上において、取得した第一検査点Ｐａ１の斜度αを接線とする位置を求める。
【００９１】
熱変位位置算出部１６３は、これにより求められた接点を第一検査点Ｐａ１の熱変位位置である変位点Ｐａ２として算出している。同様にして、第二検査点Ｐｂ１が熱伸長量ΔＨｂだけ移動した点Ｐｂｅを取得した変位軌道Ｏｒｂｂの始点とし、変位点Ｐｂ２の斜度を接線とする位置を求める。これにより、第二検査点Ｐｂ１の熱変位位置である変位点Ｐｂ２の位置が算出される。
【００９２】
そして、近似曲線算出工程において、コラム１０の変形形状の近似曲線Ｃを算出する。つまり、近似曲線算出部５２は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２，Ｐｏの何れの点も通る２次曲線を算出する。近似曲線算出部５２は、この算出された２次曲線をコラム１０の近似曲線Ｃとしている。熱変位補正における以降の各工程については、第一実施形態と実質的に同一であるため説明を省略する。
【００９３】
上述した工作機械１の熱変位補正装置５０によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。また、熱変位位置算出部１６３は、各検査点の熱変位位置である変位点Ｐａ２，Ｐｂ２を斜度および変位軌道に基づいて算出するものとした。これにより、より高精度に検査点の熱変位位置を算出することができる。
【００９４】
＜第一、第二実施形態の変形態様＞
第一、第二実施形態において、工作機械１の熱変位補正装置５０，１５０は、熱伸長量取得工程において、各検査点に配置された温度センサ１２により測定される温度に基づいて熱伸長量を検出するものとした。これに対して、検査点に歪みセンサを配置し、この歪みセンサにより測定される歪み量に基づいて熱伸長量を検出する構成としてもよい。この歪みセンサは、例えば、コラム１０の伸縮により内部の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により歪み量を測定する歪みゲージとしてもよい。そして、熱伸長量取得工程は、コラム１０の熱変形に伴う歪み量を測定し、この歪み量からコラム１０の熱伸長量を検出することができる。
【００９５】
または、工作機械１のベッド２に距離センサを配置し、この距離センサにより測定される検査点までの距離に基づいて熱伸長量を検出する構成としてもよい。コラム１０は、工作機械１の熱影響により変形した場合に、支持されるベッド２を基準に熱変形することになる。つまり、基準となるベッド２に配置された距離センサにより変位した検査点までの距離を測定することにより、熱変形の前後におけるコラム１０の熱伸長量を検出することができる。このようにして、熱伸長量取得工程は、温度センサ１２に代えて種々の手段により熱伸長量を検出するものとしてもよい。この場合も、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００９６】
また、第一、第二実施形態において、検査点をコラム１０における３箇所に設定するものとした。これに対して、検査点は、支持体であるコラム１０に少なくとも４箇所以上に設定される構成としてもよい。近似曲線算出工程は、コラム１０が曲線的に熱変形することから、変形形状を曲線で近似するために少なくとも３箇所の検査点を要した。また、この近似曲線算出工程は、例えば、最小自乗法などにより近似曲線Ｃを算出する構成とした場合に、４箇所以上の熱変位位置に基づいて２次曲線の近似曲線を算出することができる。これにより、コラム１０の変形形状により近似した近似曲線Ｃを算出することができる。よって、適切な補正値Ｒｚを算出できるので、より高精度に熱変位補正が可能となる。
【００９７】
さらに、補正値算出工程は、サドル２０の移動方向に平行な駆動軸（Ｙ軸）の補正値をさらに算出する構成としてもよい。ここで、コラム１０の熱変形がサドル２０の移動方向を湾曲させるように熱変形した場合に、制御装置５０における指令値によるサドル２０の指令位置も補正する必要が生じることがある。このような場合に、例えば、各検査点の熱伸長量ΔＨａ，ΔＨｂに基づいてＹ軸の補正値Ｒｙをさらに算出することで、サドル２０の移動方向であるＹ軸の指令位置を補正することができる。このように、サドル２０の移動方向について補正値Ｒｙを適宜反映させることで、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００９８】
第一、第二実施形態において、工作機械１の熱影響は、サドル２０が移動することにより発生するコラム１０の摺動面１０ａにおける熱影響であるものとして説明した。また、工作機械１の熱影響は、工作機械１の加工による各軸モータや主軸モータの回転、環境温度の変化、各摺動面における発熱などが考えられる。よって、これらの熱影響によりコラム１０が熱変形する場合に、コラム１０において曲線近似される基準位置を適宜設定するものとしてもよい。よって、種々の熱影響に対応し、より適切な熱変位補正を行うことができる。
【００９９】
また、熱変位補正は、支持体であるコラム１０の熱変形によるものとして説明した。これに対して、工具３３または工作物Ｗを支持し、工作機械１の熱影響により熱変位が生じる部材であれば、本発明の熱変位補正方法を適用することができる。その他に、工作機械１は、３軸マシニングセンタを例に挙げて説明した。これに対して、工作機械１は、例えば、さらに回転軸（Ａ，Ｂ軸）を有する５軸マシニングセンタとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１００】
１：工作機械、 ２：ベッド
１０：コラム（支持体）、 １０ａ：摺動面、 １１：傾斜計、 １２：温度センサ
１３：レール
２０：サドル（移動体）
３０：主軸基体、 ３１：主軸頭、 ３２：回転主軸、 ３３：工具
４０：テーブル、 ４１：治具
５０，１５０：制御装置（熱変位補正装置）、 ５１：制御部
５２：近似曲線算出部、 ５３：補正値算出部、 ５４：補正部
６０，１６０：検査点位置情報取得部、 ６１：斜度変化量取得部
６２：熱伸長量取得部， ６３，１６３：熱変位位置算出部
１６４：熱変位後斜度取得部
Ｗ：工作物、 Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｏ：検査点、 Ｐａ２，Ｐｂ２：変位点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得工程と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変形した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出工程と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正工程と、
を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形する前における各前記検査点の基準斜度に対して、前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度の斜度変化量を取得する斜度変化量取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
各前記検査点における前記斜度変化量および前記熱伸長量に基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度を取得する熱変位後斜度取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
前記支持体が熱変形していない状態から前記支持体が熱変形することに伴う各前記検査点の変位軌道を予め設定し、当該変位軌道と取得した前記熱変位後斜度とに基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項５】
請求項２または３において、
前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であり、
前記支持点における前記熱変位後斜度は、一定値として取得されることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項６】
請求項２，３，５の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された温度センサにより測定される前記支持体の温度に基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項７】
請求項２，３，５の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された歪みセンサにより測定される前記支持体の歪み量に基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項８】
請求項２，３，５の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、前記工作機械のベッドに配置された距離センサにより測定される前記検査点までの距離に基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項において、
前記検査点は、前記支持体に少なくとも４箇所以上に設定されていることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項において、
前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に垂直な駆動軸の前記指令位置に対する補正値を算出することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に平行な駆動軸の前記指令位置に対する補正値をさらに算出することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項において、
前記工作機械の熱影響は、前記移動体が移動することにより発生する前記支持体の摺動面における熱影響であることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１３】
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得手段と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変位した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出手段と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項１】
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得工程と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変形した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出工程と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正工程と、
を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形する前における各前記検査点の基準斜度に対して、前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度の斜度変化量を取得する斜度変化量取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
各前記検査点における前記斜度変化量および前記熱伸長量に基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記検査点位置情報取得工程は、
前記支持体が熱変形した後における各前記検査点の熱変位後斜度を取得する熱変位後斜度取得工程と、
前記支持体の基準位置から前記支持体が熱変形する前における各前記検査点までの前記支持体の基準長さに対して、前記支持体が熱変位した後における前記基準位置から各前記検査点までの前記支持体の熱変位後長さの熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
前記支持体が熱変形していない状態から前記支持体が熱変形することに伴う各前記検査点の変位軌道を予め設定し、当該変位軌道と取得した前記熱変位後斜度とに基づいて、各前記検査点の前記熱変位位置を算出する熱変位位置算出工程と、
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項５】
請求項２または３において、
前記支持体に設定された前記検査点のうち１箇所は、前記支持体が前記工作機械のベッドに支持された支持点であり、
前記支持点における前記熱変位後斜度は、一定値として取得されることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項６】
請求項２，３，５の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された温度センサにより測定される前記支持体の温度に基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項７】
請求項２，３，５の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、各前記検査点に配置された歪みセンサにより測定される前記支持体の歪み量に基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項８】
請求項２，３，５の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、前記工作機械のベッドに配置された距離センサにより測定される前記検査点までの距離に基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項において、
前記検査点は、前記支持体に少なくとも４箇所以上に設定されていることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項において、
前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に垂直な駆動軸の前記指令位置に対する補正値を算出することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記補正値算出工程は、前記移動体の移動方向に平行な駆動軸の前記指令位置に対する補正値をさらに算出することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項において、
前記工作機械の熱影響は、前記移動体が移動することにより発生する前記支持体の摺動面における熱影響であることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１３】
支持体と、当該支持体に移動可能に支持され指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、
前記支持体が熱変形した後において、前記支持体に設定された少なくとも３箇所の各検査点の熱変位位置を取得する検査点位置情報取得手段と、
各前記検査点における前記熱変位位置に基づいて、前記支持体が熱変位した後における前記支持体の変形形状の近似曲線を算出する近似曲線算出手段と、
前記移動体の前記指令位置と前記近似曲線とに基づいて前記指令位置に対する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値により前記移動体の前記指令位置を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６１６１４（Ｐ２０１１−１６１６１４Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３００３７（Ｐ２０１０−３００３７）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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