JP6435655B2 - 工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法に関するものである。

特許文献１には、工作機械の構造体モデルを複数のブロックに分割して、各々のブロック温度を均一値として構造解析を行うことにより、構造体モデルの熱変位量を推定することが記載されている。つまり、同一のブロック内に含まれる節点における温度が、同一値となる。そして、各節点の熱変位量ベクトルは、｛δ｝＝［Ｋ］^−１［Ｆ］｛Ｔ｝で表される。ここで、｛δ｝は各節点の熱変位量ベクトルであり、［Ｋ］は構造体モデルの剛性マトリックスであり、［Ｆ］は各節点の力係数マトリックスであり、｛Ｔ｝は各ブロックの温度ベクトルである。なお、本明細書において用いるベクトルは、すべて列ベクトルを意味する。

各ブロックの温度ベクトル｛Ｔ｝の要素数はブロック数に応じたものであり、各節点数に比べて大幅に少ない。そのため、各節点の熱変位量ベクトル｛δ｝の演算量が、大幅に低減する。従って、各節点の熱変位量ベクトル｛δ｝の演算速度の高速化を図ることができる。その結果、当該演算を加工中にリアルタイムに行いながら、リアルタイムな熱変位補正が可能となる。

国際公開第２０１２／１５７６８７号

ここで、各ブロック温度は、ブロック内に配置される温度センサにより取得される。上記演算においては、同一ブロック内に含まれる節点における温度は、実際には異なる温度であるが、演算の高速化のため均一値としている。つまり、温度センサが配置される節点と温度センサから離れた節点とを均一温度として構造解析が行われる。従って、温度センサから離れた節点においては、実際の温度と構造解析に用いる温度とのずれが大きくなる。温度のずれが大きいほど、実際の熱変位量と推定される熱変位量とのずれが大きくなる。

多数の温度センサを配置して、分割するブロック数を多くすることにより、同一ブロック内における温度のずれが小さくなる。その結果、高精度な熱変位量が推定できる。しかし、温度センサの数が多くなればなるほど、高コストとなる。

本発明は、分割するブロックの数を少なくしつつ、高精度な熱変位量が推定できる、工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法を提供することを目的とする。

（請求項１）第一発明に係る工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法は、工作機械の構造体モデルの熱解析を行うことにより前記構造体モデルの少なくとも１つの温度分布を取得する熱解析工程と、前記熱解析により取得された前記構造体モデルの温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における第一熱変位量を取得する第一構造解析工程と、前記構造体モデルを複数のブロックに分割した場合に各々のブロック温度を均一値とし、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとした場合に前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得する第二構造解析工程と、対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記各パターンから前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する最適パターン決定工程と、１つの前記ブロックに１つの温度検出位置を有するようにした場合において、前記熱解析により得られた前記温度分布の中から、前記最適組合せパターンにおける前記ブロック温度に一致する節点の位置を、前記工作機械の構造体における前記温度検出位置として決定する温度検出位置決定工程とを備える。

第一熱変位量は、熱解析により取得された構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの構造解析を行っているため、実際の構造体の熱変位量にほぼ等しい。一方、第二熱変位量は、構造体モデルを複数のブロックに分割した場合に各々のブロック温度を均一値とするため、実際の構造体の熱変位量からずれた値となる。

最適パターン決定工程にて、第一熱変位量と第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、ブロック温度の最適組合せパターンが決定される。つまり、当該差が小さくなるようなブロック温度の組合せパターンが最適組合せパターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサを配置することで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。

（請求項２）また、前記第二構造解析工程は、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとし、且つ、ブロック境界位置を複数の位置のパターンとした場合に、前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得し、前記最適パターン決定工程は、対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記ブロック境界位置の最適位置パターン及び前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定するとよい。

最適パターン決定工程にて、第一熱変位量と第二熱変位量との差が小さくなるようなブロック境界位置の最適位置パターン及びブロック温度の最適組合せパターンが決定される。つまり、当該差が小さくなるようなブロック境界位置のパターン及びブロック温度の組合せパターンが最適パターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサを配置すると共に、構造解析において分割するブロック境界位置を最適位置パターンとすることで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。

（請求項３）また、前記第二構造解析工程における前記各々のブロック温度は、前記温度分布のうち前記各々のブロック内における最小値と最大値との範囲内であることを条件とするようにしてもよい。ブロック内に配置された温度センサによる検出温度は、熱解析による温度分布のうち当該ブロック内の温度の中から選択される温度となる。そこで、上記条件を与えることで、第二構造解析に要する演算負荷が低減する。

（請求項４）また、前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記複数の状態における前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定するようにしてもよい。

工作機械の構造体の温度分布は、時間帯によって異なるし、季節や設置環境によって異なる。そこで、複数の温度分布を考慮してブロック温度の最適組合せパターンが決定されることで、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量を推定できる。

（請求項５）また、前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記第一状態における前記ブロック境界位置の最適位置パターンを決定するようにしてもよい。
複数の温度分布を考慮してブロック境界位置の最適位置パターンが決定されることで、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量を推定できる。

（請求項６）また、前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、前記構造体モデルに含まれる複数の節点のうち一部のみの節点における前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量を取得するようにしてもよい。一部のみの節点について変位量の比較が行われるため、最適パターン決定工程における演算負荷が低くなる。

（請求項７）また、前記工作機械は、少なくとも直交３軸方向の移動軸を備え、前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、１つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量をそれぞれ取得し、前記最適パターン決定工程は、前記１つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、対応する最適パターンを決定するようにしてもよい。

直交３軸方向の移動軸において、加工精度への影響度は、それぞれ異なる。そこで、特に加工精度に影響の大きな移動軸のみを考慮して最適パターンを決定することで、演算負荷を低く抑えつつ、加工精度に対して高い効果を得ることができる。

本実施形態の工作機械の機械構成を示す図である。 本実施形態の工作機械の非構造体の構成を示すブロック図である。 コラムの構造体モデルを示す斜視図である。 コラムの構造体モデルにおいてブロック及びブロック境界位置を示す図である。 第一実施形態における条件決定装置による条件（温度検出位置）の決定方法のフローチャートである。 図５のＳ２にて取得される第一熱変位量である。 図５のＳ３にて生成されるブロック温度テーブルである。 図５のＳ４にて生成されるブロック温度パターンである。 図５のＳ５にて取得される各パターンの第二熱変位量である。 図５のＳ７にて決定される温度検出位置を示すコラムの図である。 第二実施形態において取得される第一熱変位量である。 第二実施形態において取得される各パターンの第二熱変位量である。 第三実施形態における条件決定装置による条件（温度検出位置）の決定方法のフローチャートである。 図１３のＳ１２にて取得される第一熱変位量である。 図１３のＳ１３にて生成されるブロック温度テーブルである。 図１３のＳ１４にて生成される、朝のブロック温度パターンである。 図１３のＳ１４にて生成される、昼のブロック温度パターンである。 図１３のＳ１４にて生成される、夕のブロック温度パターンである。 図１３のＳ１５にて生成される、朝の各パターンの第二熱変位量である。 図１３のＳ１５にて生成される、昼の各パターンの第二熱変位量である。 図１３のＳ１５にて生成される、夕の各パターンの第二熱変位量である。 第四実施形態において決定されるコラムの構造体モデルにおけるブロック境界位置を示す図である。 第四実施形態における条件決定装置による条件（ブロック境界位置）の決定方法のフローチャートである。 第五実施形態における条件決定装置による条件（温度検出位置及びブロック境界位置）の決定方法のフローチャートである。

＜第一実施形態＞
（１．工作機械の機械構成）
工作機械１０の一例としての横型マシニングセンタについて図１を参照して説明する。工作機械１０は移動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）（本発明の「移動軸」に相当）および鉛直方向の回転軸（Ｂ軸）を有する工作機械である。なお、本発明が適用される工作機械１０は、以下に説明する工作機械１０に限られるものではない。

図１に示すように、工作機械１０の機械本体は、構造体としての、ベッド１１、コラム１２、サドル１３、主軸１４、スライドテーブル１５及びターンテーブル１６を備える。ベッド１１は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ベッド１１上には、コラム１２が、Ｘ軸方向（図１の紙面前後方向）に移動可能に設けられる。コラム１２の側面には、サドル１３が、Ｙ軸方向（図１の紙面上下方向）に移動可能に設けられる。サドル１３には、主軸１４が、Ｚ軸方向に平行な軸回りに回転可能に設けられる。主軸１４の先端には、回転工具１９が取り付けられる。また、ベッド１１上には、スライドテーブル１５がＺ軸方向に移動可能に設けられる。スライドテーブル１５上には、ターンテーブル１６がＹ軸回り（Ｂ軸）に回転可能に設けられる。ターンテーブル１６には、被加工物Ｗが治具を介して固定している。

（２．工作機械の非構造体の構成の概要）
図２に示すように、工作機械１０は、上述した構造体１１〜１６に加えて、非構造体としての、熱変位量推定装置２０、熱変位補正装置３０及び制御装置４０とを備える。本発明の条件決定方法は、熱変位量推定装置２０の条件を決定するものである。

制御装置４０は、移動体としての構造体１２〜１６を駆動するためのアクチュエータ（図示せず）を制御して、回転工具１９による被加工物Ｗの加工を行う。詳細には、制御装置４０は、移動する構造体１２〜１６に対する位置指令値に基づいて、各アクチュエータを制御する。

熱変位量推定装置２０は、構造体１１〜１６の所定位置に配置された複数の温度センサ２１ａ〜２１ｄの各々により検出される検出温度Ｔ１〜Ｔ４に基づいて、リアルタイムに構造体モデルの構造解析を行うことにより、各構造体１１〜１６の所定位置における熱変位量を推定する。

例えば、熱変位量推定装置２０は、コラム１２に配置された複数の温度センサ２１ａ〜２１ｄ（図１に示す）による検出温度Ｔ１〜Ｔ４に基づいてコラム１２の構造体モデルの構造解析を行うことにより、加工点熱変位に寄与するコラム１２のサドル１３との摺動面（図１の左側面）の複数位置における熱変位量を推定する。なお、複数の温度センサ２１ａ〜２１ｄは、コラム１２のみに限らず、工作機械１０の各構造体１１〜１６の所定位置に配置されるようにしてもよい。なお、熱変位量推定装置２０の詳細は、後述する。

熱変位補正装置３０は、工作機械１０の各構造体１１〜１６の熱変位に伴って生じる被加工物Ｗと回転工具１９との相対位置のずれを解消するために、移動体としての構造体１２〜１６の位置指令値に対する補正を行う。

具体的には、図２に示すように、熱変位補正装置３０は、補正値演算部３１と、補正部３２とを備える。補正値演算部３１は、熱変位量推定装置２０により得られた熱変位量に基づいて、リアルタイムに、移動体としての構造体１２〜１６に対する位置指令値の補正値を演算する。補正部３２は、補正値演算部３１により得られた補正値に基づいて、制御装置４０による位置指令値を補正する。

（３．構造解析の基本説明）
次に、熱変位量推定装置２０の構造解析部２３（図２に示す）による構造解析の基本について説明する。工作機械１０の構造体の一つであるコラム１２の熱変位に伴う熱変位補正を行う場合を例に挙げて、コラム１２の熱変位量を推定する場合における構造解析の基本について図３を参照して説明する。なお、構造解析部２３による構造解析は、コラム１２の他に、ベッド１１などの他の構造体にも同様に適用できる。

構造解析部２３は、構造体モデルを用いて、有限要素法による構造解析を行う。図３において、太線Ｌ１は、コラム１２の形状線であり、細線Ｌ２は、有限要素法による構造解析における要素Ｓの境界線分である。各細線Ｌ２の端点が節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３，・・・となる。図３においては、各要素Ｓは、四面体一次要素としている。なお、各要素Ｓは、四面体一次要素に限られることなく、四面体二次要素、六面体一次要素、六面体二次要素などを適用できる。

つまり、構造解析部２３は、図３の各要素Ｓに基づいて、コラム１２の構造体モデルについてリアルタイムに有限要素法による構造解析を行い、加工点熱変位に寄与するコラム１２の構造体モデルの一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における熱変位量を推定する。ここで、コラム１２の構造体モデルについて有限要素法による構造解析における解析条件として、全ての節点の温度が必要である。

（４．構造解析のブロック化及びブロック温度の説明）
構造解析部２３は、構造体モデルの全ての節点の温度を実際の構造体１１〜１６の対応する位置における温度として構造解析を行うと、非常に多数の演算回数を要し、長時間の演算時間を要する。

そこで、構造解析部２３は、構造体モデルを複数のブロックに分割して、複数のブロックの各々のブロック温度が均一値であるとして、構造解析を行う。従って、構造解析部２３が構造解析に用いる各節点の温度は、実際の構造体１１〜１６の各部位の温度とは異なる値となるが、ブロック温度を均一値とすることにより、構造解析部２３による構造解析の演算量が大幅に低減し、高速な演算が可能となる。

コラム１２の構造体モデルを分割した複数のブロックＢ１〜Ｂ４について、図４を参照して説明する。図４に示すように、コラム１２の構造体モデルは、Ｙ方向ブロック境界Ｌｙ及びＺ方向ブロック境界Ｌｚにより分割される。つまり、コラム１２の構造体モデルは、複数のブロックＢ１〜Ｂ４に分割される。実際には、コラム１２の構造体モデルは、Ｘ軸方向についても複数のブロックに分割されるが、図４においては、簡易的に示すため、Ｙ−Ｚ平面のみにおいて分割するものとする。

複数のブロックＢ１〜Ｂ４の各々の内部には、各々の温度センサ２１ａ〜２１ｄが配置される。つまり、ブロックＢ１〜Ｂ４の数は、温度センサ２１ａ〜２１ｄの数と一致する。複数のブロックＢ１〜Ｂ４の各々のブロック温度Ｔ１〜Ｔ４は、均一値であって、複数の温度センサ２１ａ〜２１ｄの各々による検出温度Ｔ１〜Ｔ４である。従って、ブロックＢ１〜Ｂ４の各々に含まれる節点の温度は、対応するブロック温度Ｔ１〜Ｔ４とされる。例えば、ブロックＢ１に含まれる全ての節点の温度は、ブロックＢ１の内部に配置される温度センサ２１ａによる検出温度Ｔ１となる。

ここで、温度センサ２１ａ〜２１ｄによる検出温度Ｔ１〜Ｔ４は、温度センサ２１ａ〜２１ｄが配置される位置によって異なる値となる。従って、構造解析に用いるブロック温度Ｔ１〜Ｔ４は、温度センサ２１ａ〜２１ｄの位置によって異なる値となる。ブロック温度Ｔ１〜Ｔ４は、解析精度に影響を及ぼす。そこで、以下に説明する条件決定方法によって、高精度な熱変位量を推定できる温度センサ２１ａ〜２１ｄの位置を決定する。

（５．熱変位量推定装置２０の詳細説明）
次に、熱変位量推定装置２０による熱変位量推定方法について、図２及び図４を参照して説明する。熱変位量推定装置２０は、図２に示すように、温度センサ２１ａ〜２１ｄと、ブロック温度取得部２２と、構造解析部２３とを備える。

温度センサ２１ａ〜２１ｄは、図１に示すように、コラム１２の内部に配置される。図４に示すように、各々の温度センサ２１ａ〜２１ｄは、ブロックＢ１〜Ｂ４の内部に配置される。ブロック温度取得部２２は、ブロック温度Ｔ１〜Ｔ４を、対応する温度センサ２１ａ〜２１ｄの検出温度として取得する。

構造解析部２３は、複数のブロックＢ１〜Ｂ４の各々におけるブロック温度Ｔ１〜Ｔ４に基づいて、コラム１２の構造体モデルの構造解析を行う。本実施形態においては、構造解析部２３は、コラム１２の構造体モデルについて有限要素法による構造解析を行い、コラム１２におけるサドル１３の摺動面のうち、所定の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３の熱変位量を推定する。構造解析の条件として、材料定数、各節点における温度、構造上の拘束条件、支持構造におけるばね要素等が必要となる。ここで、構造解析の条件のうち各節点における温度のみ変化するものであって、他の条件は既知である。そして、各節点における温度情報は、ブロック温度取得部２２により取得されたブロック温度Ｔ１〜Ｔ４を用いる。

構造解析部２３による構造解析は、式（１）のような行列演算式により表される。式（１）の演算回数は、Ｎ_part1×２×Ｎ_block回となる。ここで、以下の式において、行数および列数、もしくは要素数を示す表記としている。

ここで、｛δ_part1｝は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３の熱変位量ベクトル（要素数Ｎ_part1）である。［Ｐ１_part1］は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３に関係する係数マトリックス（行数Ｎ_part1、列数Ｎ_block）である。｛Ｔ_block｝は、各ブロックＢ１〜Ｂ４の温度ベクトル（要素数Ｎ_block）である。つまり、｛Ｔ_block｝は、ブロック温度Ｔ１〜Ｔ４を列ベクトルとして表示したものに相当する。

つまり、構造解析部２３は、予め記憶する係数マトリックス［Ｐ１_part1］、ブロック温度取得部２２により取得されたブロック温度Ｔ１〜Ｔ４を用いて、式（１）に従って節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３の熱変位量を得る。

（６．構造解析式の導出方法）
以下に、構造解析部２３による構造解析に用いる行列演算式（式（１））の導出方法について説明する。構造体モデルの剛性方程式は、式（２）により表される。｛ｆ｝は、各節点の外力ベクトル（要素数Ｎ_all）である。［Ｋ］は、剛性マトリックス（行数Ｎ_all、列数Ｎ_all）であって、コラム１２の材料定数およびコラム１２の形状により得られる既知の値である。｛δ_all｝は、各節点の変位ベクトル（要素数Ｎ_all）である。ａｌｌは、全ての節点数を意味する。明細書において用いるベクトルは、すべて列ベクトルを意味する。

また、節点の温度に応じた節点力の関係式は、式（３）により表される。［Ｆ］は、節点力係数マトリックス（行数Ｎ_all、列数Ｎ_all）であって、コラム１２の材料定数およびコラム１２の形状により得られる既知の値である。｛Ｔ_all｝は、各節点の温度ベクトル（要素数Ｎ_all）である。

式（２）（３）の左辺が共通するため、各節点の熱変位量ベクトル｛δ_all｝は式（４）のように表される。つまり、式（４）における各節点の熱変位量ベクトル｛δ_all｝は、各節点の熱変位量に相当する。ここで、後の説明の容易化のため、式（５）のように、剛性マトリックス［Ｋ］の逆行列と節点力係数マトリックス［Ｆ］の乗算行列は［Ｐ］と表す。

式（５）に基づいて全ての節点の熱変位量ベクトル｛δ_all｝、すなわち全ての節点の熱変位量を演算するためには、非常に多数の演算回数を要し、長時間の演算時間を要する。しかし、本実施形態においては、コラム１２の構造体モデルを複数に分割したブロックＢ１〜Ｂ４の各々における節点の温度は、均一値である。つまり、温度の種類は、ブロックＢ１〜Ｂ４の総数と同数となる。そうすると、上述した式（５）は、以下のように、式（６）のように表される。

式（６）の演算回数は、上述した式（５）の演算回数に比べると大幅に少なくできるが、以下のようにすることで、さらに少なくなる。熱変位量ベクトル｛δ_all｝は、コラム１２の構造体モデルの全ての節点における熱変位量を示している。しかし、熱変位補正装置３０による補正を行うためには、コラム１２全体の熱変位量は必要ではなく、コラム１２のうちサドル１３が摺動する部位だけで十分である。そこで、式（６）における熱変位量ベクトル｛δ_all｝を、コラム１２の一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における熱変位量ベクトル｛δ_part1｝と、それ以外の部位の節点における熱変位量ベクトル｛δ_part2｝とに分けて表すと、式（７）のようになる。

式（７）のうち、コラム１２の構造体モデルの節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における熱変位量ベクトル｛δ_part1｝のみを抽出すると、上述した式（１）のように表すことができる。

（７．条件決定方法）
本実施形態の条件決定方法は、温度センサ２１ａ〜２１ｄを配置する位置、すなわちブロック温度Ｔ１〜Ｔ４を検出する位置を決定する。条件決定方法について、図５〜図１０を参照して説明する。ここで、条件決定方法は、コンピュータによって構成される条件決定装置によって行われる。つまり、以下の処理は、条件決定装置による処理である。

図５に示すように、条件決定装置は、コラム１２の構造体モデルについて、熱解析を行う（図５のＳ１：熱解析工程）。熱解析は、構造体モデル、構造体の熱伝達条件、構造体に付与される外的付与熱条件、拘束条件等に基づいて行われる。熱伝達条件は、例えば構造体の材料に応じたものである。外的付与熱条件は、例えば、構造体の環境温度、外部の構造体（例えば主軸１４など）から受ける熱などである。拘束条件は、熱変位が規制される条件などである。

条件決定装置は、熱解析によって、コラム１２の構造体モデルの温度分布を取得する。本実施形態においては、条件決定装置は、例えば、一日における平均的な環境温度変化を条件とした場合における構造体モデルの温度分布を取得する。なお、条件決定装置が複数の温度分布を取得する場合については、別の実施形態にて説明する。

続いて、条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの第一構造解析を行う（図５のＳ２：第一構造解析工程）。その結果、条件決定装置は、図６に示すように、構造体モデルの少なくとも一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３（図３及び図４に示す）における第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3を取得する。

本実施形態においては、条件決定装置が取得する第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3は、Ｚ軸方向の熱変位量のみを取得するものとする。添え字Ｎｏ１は、第一熱変位量であることに対応し、添え字Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３に対応する。第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3は、熱解析に用いた条件のときにおける実際のコラム１２の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３の熱変位量に一致する。

条件決定装置は、第一熱解析工程と並列に、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて、図７に示すような、ブロックＢ１〜Ｂ４に関するブロック温度テーブルを生成する（図５のＳ３：ブロック温度テーブル生成工程）。

図７に示すように、ブロック温度テーブルは、ブロックＢ１〜Ｂ４の各々について、節点温度の最小値Ｔａ_B1,1、Ｔａ_B2,1、Ｔａ_B3,1、Ｔａ_B4,1から最大値Ｔａ_B1,n1、Ｔａ_B2,n2、Ｔａ_B3,n3、Ｔａ_B4,n4の順に並べて配置される。節点温度の添え字Ｂ１〜Ｂ４は、ブロックＢ１〜Ｂ４に対応し、添え字ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４は、ブロックＢ１〜Ｂ４の各々における節点温度の種類の数に対応する。つまり、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４は、ブロックＢ１〜Ｂ４の各々の節点数以下の数となる。

続いて、条件決定装置は、ブロック温度テーブルに基づいて、各々のブロック温度を複数の組合せパターンとした場合のブロック温度パターンＣを生成する（図５のＳ４：ブロック温度パターン生成工程）。ブロック温度パターンＣ１〜Ｃｊの各々は、図８に示すように、ブロックＢ１〜Ｂ４の各々のブロック温度Ｔａ_B1,1〜Ｔａ_B1,n1、Ｔａ_B2,1〜Ｔａ_B2,n2、Ｔａ_B3,1〜Ｔａ_B3,n3、Ｔａ_B4,1〜Ｔａ_B4,n4を含む。例えば、パターンＣ１は、Ｔａ_B1,1、Ｔａ_B2,1、Ｔａ_B3,1、Ｔａ_B4,1を含むパターンである。つまり、パターンＣの数は、「ｎ１×ｎ２×ｎ３×ｎ４」となる。

続いて、条件決定装置は、ブロック温度パターンＣの各々について、コラム１２の構造体モデルの第二構造解析をそれぞれ行う（図５のＳ５：第二構造解析工程）。その結果、条件決定装置は、図９に示すように、構造体モデルの少なくとも一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３（図３及び図４に示す）における第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjを取得する。

本実施形態においては、条件決定装置が取得する第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjは、Ｚ軸方向の熱変位量のみを取得するものとする。添え字Ｎｏ２は、第二熱変位量であることに対応し、添え字Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３に対応し、添え字Ｃ１〜Ｃｊは、ブロック温度パターンＣに対応する。

ここで、条件決定装置における第二構造解析は、構造解析部２３にて式（１）に従って行われる構造解析である。ブロック数が４つであり、節点数が３つであるため、式（１）における係数マトリックス［Ｐ１_part1］は、式（８）のように表される。

そうすると、パターンＣ１における第二熱変位量δ_No2,Z1,C1、δ_No2,Z2,C1、δ_No2,Z3,C1は、式（９）のように表される。また、パターンＣｊにおける第二熱変位量δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,Cjは、式（１０）のように表される。

続いて、条件決定装置は、対応する節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3と各パターンＣの第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjとのそれぞれの差に基づいて、各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する（図５のＳ６：最適パターン決定工程）。つまり、条件決定装置は、パターンＣ１〜Ｃｊの中から１つのパターンを選択する。

各々のブロック温度の最適組合せパターンは、式（１１）に示す評価関数Φ１が最小となる組合せパターンとなる。つまり、パターンＣ１〜Ｃｊの各々についての第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjをそれぞれ式（１１）に代入した場合に、評価関数Φ１が最小となるパターンＣが、最適組合せパターンとなる。ここで、式（１１）において、添え字Ｚ（ｍ）は、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３に対応し、添え字Ｃは、パターンＣ１〜Ｃｊの何れかに対応する。

続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体（コラム１２）における温度検出位置、すなわち温度センサ２１ａ〜２１ｄの配置位置を決定する（図５のＳ７：温度検出位置決定工程）。

例えば、最適パターン決定工程において、パターンＣ２がブロック温度の最適組合せパターンと決定された場合には、図８に示すように、ブロックＢ１〜Ｂ４の各々の最適なブロック温度は、Ｔａ_B1,2、Ｔａ_B2,1、Ｔａ_B3,1、Ｔａ_B4,1となる。

ブロックＢ１における温度検出位置の決定について説明する。条件決定装置は、熱解析により得られたブロックＢ１内の温度分布の中から、最適なブロック温度Ｔａ_B1,2に一致する節点を抽出する。抽出された節点の位置が、温度検出位置、すなわち温度センサ２１ａが配置される位置となる。ブロックＢ２〜Ｂ４における温度検出位置の決定も、同様である。

図１０は、パターンＣ２に対応する節点の位置に温度センサ２１ａ（Ｃ２）、２１ｂ（Ｃ２）、２１ｃ（Ｃ２）、２１ｄ（Ｃ２）を配置した状態を示す。温度センサ２１ａ〜２１ｄが図１０に示す位置に配置され、図２に示すブロック温度取得部２２が各ブロック温度Ｔ１〜Ｔ４を取得し、構造解析部２３がブロック温度Ｔ１〜Ｔ４に基づいて構造解析を行う。

ここで、第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの第一構造解析を行っているため、実際のコラム１２の熱変位量にほぼ等しい。一方、第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjは、コラム１２の構造体モデルを複数のブロックＢ１〜Ｂ４に分割した場合に各々のブロック温度Ｔａ_B1,1〜Ｔａ_B1,n1、Ｔａ_B2,1〜Ｔａ_B2,n2、Ｔａ_B3,1〜Ｔａ_B3,n3、Ｔａ_B4,1〜Ｔａ_B4,n4を均一値とするため、実際の構造体の熱変位量からずれた値となる。

しかし、最適パターン決定工程にて、第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3と第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjとの差に基づいて、ブロック温度の最適組合せパターンが決定される。第一熱変位量δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3と第二熱変位量δ_No2,Z1,C1〜δ_No2,Z1,Cj、δ_No2,Z2,C1〜δ_No2,Z2,Cj、δ_No2,Z3,C1〜δ_No2,Z3,Cjとの差が小さいほど最適であると言える。つまり、当該差が小さくなるようなブロック温度の組合せパターンが最適組合せパターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサ２１ａ（Ｃ２）、２１ｂ（Ｃ２）、２１ｃ（Ｃ２）、２１ｄ（Ｃ２）を配置することで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。

また、第二構造解析工程における各々のブロック温度Ｔａ_B1,1〜Ｔａ_B1,n1、Ｔａ_B2,1〜Ｔａ_B2,n2、Ｔａ_B3,1〜Ｔａ_B3,n3、Ｔａ_B4,1〜Ｔａ_B4,n4は、図７に示すブロック温度テーブルを用いる。つまり、各々のブロック温度Ｔａ_B1,1〜Ｔａ_B1,n1、Ｔａ_B2,1〜Ｔａ_B2,n2、Ｔａ_B3,1〜Ｔａ_B3,n3、Ｔａ_B4,1〜Ｔａ_B4,n4は、熱解析により得られる温度分布のうち各々のブロックＢ１〜Ｂ４内における最小値と最大値との範囲内であることを条件とする。ブロックＢ１〜Ｂ４内に配置された温度センサ２１ａ〜２１ｄによる検出温度Ｔ１〜Ｔ４は、熱解析による温度分布のうち当該ブロックＢ１〜Ｂ４内の温度の中から選択される温度となる。そこで、上記条件を与えることで、第二構造解析に要する演算負荷が低減する。

また、条件決定装置における第一構造解析工程及び第二構造解析工程は、コラム１２の構造体モデルに含まれる複数の節点のうち一部のみの節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第一熱変位量及び第二熱変位量を取得する。一部のみの節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３について変位量の比較が行われるため、最適パターン決定工程における演算負荷が低くなる。

また、工作機械は、直交３軸方向の移動軸を備える。しかし、構造解析部２３による構造解析、並びに、条件決定装置における第一構造解析及び第二構造解析は、１つの移動軸（Ｚ軸）のみにおける熱変位量、第一熱変位量及び第二熱変位量をそれぞれ取得する。そして、１つの移動軸（Ｚ軸）のみにおける第一熱変位量と各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、対応する最適パターンが決定される。

ここで、直交３軸方向の移動軸において、加工精度への影響度は、それぞれ異なる。そこで、特に加工精度に影響の大きな移動軸（Ｚ軸）のみを考慮して最適パターンを決定することで、演算負荷を低く抑えつつ、加工精度に対して高い効果を得ることができる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態においては、条件決定装置は、Ｚ軸方向の第一熱変位量と第二熱変位量とに基づいて温度検出位置を決定した。第二実施形態においては、条件決定装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の第一熱変位量と第二熱変位量とに基づいて温度検出位置を決定する。

条件決定装置は、図５のＳ１における熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの第一構造解析を行う（図５のＳ２：第一構造解析工程）。その結果、条件決定装置は、図１１に示すように、構造体モデルの一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３（図３及び図４に示す）における第一熱変位量δ_No1,X1、δ_No1,X2、δ_No1,X3、δ_No1,Y1、δ_No1,Y2、δ_No1,Y3、δ_No1,Z1、δ_No1,Z2、δ_No1,Z3を取得する。

添え字Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３のＸ軸方向に対応する。添え字Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３のＹ軸方向に対応する。添え字Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３のＺ軸方向に対応する。

そして、条件決定装置が図５のＳ５における第二構造解析を行うことで、図１２に示すように、構造体モデルの一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第二熱変位量δ_No2を取得する（図５のＳ５：第二構造解析工程）。

条件決定装置は、対応する節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第一熱変位量δ_No1（図１１に示す）と各パターンＣの第二熱変位量δ_No2（図１２に示す）とのそれぞれの差に基づいて、各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する（図５のＳ６：最適パターン決定工程）。つまり、条件決定装置は、図１２に示すパターンＣ１〜Ｃｊの中から１つのパターンを選択する。

各々のブロック温度の最適組合せパターンは、式（１２）に示す評価関数Φ２が最小となる組合せパターンとなる。つまり、パターンＣ１〜Ｃｊの各々についての第二熱変位量δ_No2をそれぞれ式（１２）に代入した場合に、評価関数Φ２が最小となるパターンＣが、最適組合せパターンとなる。

続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体（コラム１２）における温度検出位置を決定する（図５のＳ７：温度検出位置決定工程）。
本実施形態のように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向を考慮して温度検出位置を決定することで、演算負荷が高くなるが、より高精度な熱変位量が推定できる。

＜第三実施形態＞
第一実施形態においては、所定の一状態（所定季節における所定時刻の状態又は平均的な状態に相当）における温度分布を用いて温度検出位置を決定した。第三実施形態においては、複数の状態における温度分布を用いて温度検出位置を決定する。ここで、複数の状態とは、一日における複数の時刻における状態、複数の季節の各々の所定時刻における状態、複数の季節の各々について複数の時刻における状態などに相当する。以下には、朝、昼、夕の３つの状態について考慮する。

本実施形態における条件決定装置の処理について、図１３〜図１７Ｃを参照して説明する。図１３に示すように、条件決定装置は、コラム１２の構造体モデルについて、朝、昼、夕の３つの状態のそれぞれの熱解析を行う（図１３のＳ１１：熱解析工程）。つまり、時間帯によって、構造体に付与される外的付与熱条件が異なる。従って、条件決定装置は、熱解析によって、コラム１２の構造体モデルの３つの状態の温度分布を取得する。

続いて、条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの３つの温度部分布の各々に基づいて、構造体モデルの第一構造解析を行う（図１３のＳ１２：第一構造解析工程）。その結果、条件決定装置は、図１４に示すように、朝、昼、夕の３つの状態の各々について、構造体モデルの少なくとも一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３（図３及び図４に示す）における第一熱変位量δ_No1,Z1,D1、δ_No1,Z2,D1、δ_No1,Z3,D1、δ_No1,Z1,D2、δ_No1,Z2,D2、δ_No1,Z3,D2、δ_No1,Z1,D3、δ_No1,Z2,D3、δ_No1,Z3,D3を取得する。添え字Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、朝、昼、夕に対応する。

条件決定装置は、第一熱解析工程と並列に、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて、図１５に示すような、朝、昼、夕の３つの状態の各々について、ブロックＢ１〜Ｂ４に関するブロック温度テーブルを生成する（図１３のＳ１３：ブロック温度テーブル生成工程）。

ここで、図１５に示すように、ブロック温度テーブルの昼、夕の節点温度は、朝の節点温度を基準としたときに、朝の節点に対応する昼、夕の節点における温度として生成される。つまり、図１５において、同列に記載される節点温度は、同一節点における朝、昼、夕の温度である。

図１５のブロックＢ１の節点温度の第一列及び第二列に示すように、朝の節点温度がＴａ_B1,1,D1、となる節点が複数存在する場合であって、当該節点の昼及び夕の温度が異なる場合がある。このような場合には、それぞれを別の種類と考え、朝の節点温度の一方をＴａ_{B1,1,D1,case1}とし、朝の節点温度の他方をＴａ_{B1,1,D1,case2}とする。

続いて、条件決定装置は、ブロック温度テーブルに基づいて、各々のブロック温度を複数の組合せパターンとした場合のブロック温度パターンＣを生成する（図１３のＳ１４：ブロック温度パターン生成工程）。つまり、朝に関するブロック温度パターンＣ１_D1〜Ｃｊ_D1は、図１６Ａに示すようになる。昼、夕に関するブロック温度パターンは、Ｃ１_D2〜Ｃｊ_D2及びＣ１_D3〜Ｃｊ_D3は、図１６Ｂ及び図１６Ｃに示すようになる。

ここで、同一パターンＣにおける朝、昼、夕の各ブロック温度は、各ブロック内の同一節点の温度である。例え番号（Ｃに続く数字が同一の場合を意味する）ば、パターンＣ１_D1におけるブロックＢ１の温度が、節点Ｘの朝の温度であるとした場合に、パターンＣ１_D2におけるブロックＢ１の温度は、節点Ｘの昼の温度であり、且つ、パターンＣ１_D3におけるブロックＢ１の温度は、節点Ｘの夕の温度である。

続いて、条件決定装置は、朝、昼、夕の３つの状態の各々におけるブロック温度パターンＣの各々について、コラム１２の構造体モデルの第二構造解析をそれぞれ行う（図１３のＳ１５：第二構造解析工程）。その結果、条件決定装置は、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃに示すように、構造体モデルの少なくとも一部の節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３（図３及び図４に示す）における第二熱変位量δ_No2を取得する。

つまり、条件決定装置は、第二構造解析によって、第一状態としての朝における各パターンＣ１_D1〜Cj_D1の第二熱変位量δ_No2を取得すると共に、他の状態としての昼、夕における各パターンＣ１_D2〜Ｃｊ_D2、Ｃ１_D3〜Ｃｊ_D3の第二熱変位量δ_No2を３つの状態の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得する。

続いて、条件決定装置は、朝、昼、夕の３つの状態について、対応する節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第一熱変位量δ_No1と各パターンＣの第二熱変位量δ_No2とのそれぞれの差に基づいて、各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する（図１３のＳ１６：最適パターン決定工程）。つまり、条件決定装置は、パターンＣ１〜Ｃｊの中から１つのパターンを選択する。各々のブロック温度の最適組合せパターンは、式（１３）に示す評価関数Φ３が最小となる組合せパターンとなる。ここで、式（１３）において、添え字Ｄ（ｑ）は、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対応する。

例えば、最適組合せパターンは、Ｃ２であるとする。つまり、朝における各々のブロック温度の最適組合せパターンは、図１６Ａに示すＣ２_D1となる。昼における各々のブロック温度の最適組合せパターンは、図１６Ｂに示すＣ２_D2となる。夕における各々のブロック温度の最適組合せパターンは、図１６Ｃに示すＣ２_D3となる。

続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体（コラム１２）における温度検出位置、すなわち温度センサ２１ａ〜２１ｄの配置位置を決定する（図１３のＳ１７：温度検出位置決定工程）。つまり、各ブロック温度のパターンＣ２に対応する節点の位置が、温度検出位置となる。

工作機械の構造体の温度分布は、上述したように、時間帯によって異なるし、季節や設置環境によって異なる。そこで、複数の温度分布を考慮してブロック温度の最適組合せパターンが決定されることで、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量を推定できる。

＜第四実施形態＞
上記実施形態においては、ブロックＢ１〜Ｂ４の境界位置が固定した状態において、第一構造解析による第一熱変位量δ_No1と第二構造解析による第二熱変位量δ_No2との差に基づいて、各ブロックＢ１〜Ｂ４の温度検出位置を決定した。本実施形態においては、各ブロックＢ１〜Ｂ４における温度検出位置を固定した状態において、各ブロックＢ１〜Ｂ４の境界位置を決定する。

例えば、コラム１２の場合を例にあげて説明する。図４及び図１８に示すように、コラム１２の構造体モデルにおける複数のブロックＢ１〜Ｂ４は、ブロック境界Ｌｙ，Ｌｚによって区画される。温度検出位置、すなわち温度センサ２１ａ〜２１ｄの配置位置は、図４及び図１８に示すように、固定した位置とする。この場合に、ブロック境界Ｌｙ、Ｌｚの位置は、図４に示す位置とすることもでき、図１８に示す位置とすることもできる。本実施形態においては、ブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置を決定する。

本実施形態における条件決定装置の処理について、図１９を参照して説明する。条件決定装置は、熱解析を行い（図１９のＳ２１）、第一構造解析を行って第一熱変位量δ_No1を取得する（図１９のＳ２２）。熱解析及び第一構造解析は、第一実施形態と同様である。

条件決定装置は、第一構造解析と並列して、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて、予め設定した複数の所定位置の温度を取得する（図１９のＳ２３、ブロック温度取得工程）。複数の所定位置は、温度センサ２１ａ〜２１ｄが配置される位置で、予め決定した位置である。

続いて、ブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置を変化させた複数のパターンＥの各々について、第二構造解析を行うことで第二熱変位量δ_No2を取得する（図１９のＳ２４、第二構造解析工程）。ここで、Ｙ軸方向のブロック境界Ｌｙは、２つの温度センサ２１ａ，２１ｃのうちのＹ軸マイナス側（図１８の下側）に位置する温度センサのＹ軸位置と、２つの温度センサ２１ｂ，２１ｄのうちのＹ軸プラス側（図１８の上側）に位置する温度センサのＹ軸位置との間で、変化させる。Ｚ軸方向のブロック境界Ｌｚは、２つの温度センサ２１ａ，２１ｂのうちのＺ軸マイナス側（図１８の右側）に位置する温度センサのＺ軸位置と、２つの温度センサ２１ｃ，２１ｄのうちのＺ軸プラス側（図１８の左側）に位置する温度センサのＺ軸位置との間で、変化させる。

従って、位置パターンＥの各々において、条件決定装置における第二構造解析の関する式（１）における係数マトリックス［Ｐ１_part1］が異なる。つまり、第二構造解析における式（１）は、位置パターンＥ１の場合には式（１４）で表され、位置パターンＥｋの場合には式（１５）で表される。ここで、それぞれの位置パターンＥ１，Ｅｋにおける係数マトリックス［Ｐ１_part1(E1)］、［Ｐ１_part1(Ek)］は、式（１６）（１７）にて表される。

式（１４）（１５）を展開すると、各位置パターンＥ１，Ｅｋにおける各節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３の第二熱変位量δ_No2は、式（１８）（１９）にて表される。

続いて、条件決定装置は、対応する節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第一熱変位量δ_No1と各位置パターンＥの第二熱変位量δ_No2とのそれぞれの差に基づいて、ブロック境界位置の最適位置パターンを決定する（図１９のＳ２５：最適パターン決定工程）。つまり、条件決定装置は、複数の位置パターンＥの中から１つのパターンを選択する。

ブロック境界位置の最適位置パターンは、式（２０）に示す評価関数Φ４が最小となるパターンとなる。つまり、パターンＥ１〜Ｅｋの各々についての第二熱変位量δ_No2,Z1,E1〜δ_No2,Z1,Ej、δ_No2,Z2,E1〜δ_No2,Z2,Ek、δ_No2,Z3,E1〜δ_No2,Z3,Ekをそれぞれ式（２０）に代入した場合に、評価関数Φ４が最小となるパターンＥが、最適位置パターンとなる。ここで、式（２０）において、添え字Ｅは、パターンＥ１〜Ｅｋの何れかに対応する。

以上より、例えば、図１８に示すブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置が、最適位置パターンＥであると決定される。式（２２）より、第一熱変位量δ_No1と第二熱変位量δ_No2との差が小さいほど最適であると言える。つまり、当該差が小さくなるようなブロック境界位置のパターンＥが最適位置パターンとされる。従って、決定されたブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置に基づいて複数のブロックＢ１〜Ｂ４に分割することで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。

なお、第三実施形態におけるブロック温度の決定において、複数の温度分布を用いて最適なブロック温度を決定することを、本実施形態におけるブロック境界位置の決定に適用することができる。この場合、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量が推定される。

＜第五実施形態＞
本実施形態においては、ブロックＢ１〜Ｂ４の境界位置を変化させると共に、温度検出位置を変化させたときのそれぞれのパターンの第二熱変位量δ_No2と、第一熱変位量δ_No1との差に基づいて、最適なブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置を決定すると共に、決定されたブロック境界Ｌｙ，Ｌｚにより分割されたブロックＢ１〜Ｂ４における最適な温度検出位置を決定する。

本実施形態における条件決定装置の処理について、図２０を参照して説明する。条件決定装置は、熱解析を行い（図２０のＳ３１）、第一構造解析を行って第一熱変位量δ_No1を取得する（図２０のＳ３２）。熱解析及び第一構造解析は、第一実施形態と同様である。

条件決定装置は、第一構造解析と並列して、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム１２の構造体モデルの温度分布に基づいて、ブロック境界位置のパターンＥ毎のブロック温度テーブルを生成する（図２０のＳ３３：ブロック温度テーブル生成工程）。つまり、条件決定装置は、図７に示すようなブロック温度テーブルを、ブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置パターンＥ毎に生成する。

続いて、条件決定装置は、ブロック温度テーブルに基づいて、位置パターンＥ毎に、各々のブロック温度を複数の組合せパターンとした場合のブロック温度パターンＣを生成する（図２０のＳ３４：ブロック温度パターン生成工程）。つまり、条件決定装置は、図８に示すようなブロック温度テーブルを、ブロック境界Ｌｙ，Ｌｚの位置パターンＥ毎に生成する。

続いて、条件決定装置は、位置パターンＥ毎に、ブロック温度パターンＣの各々について、コラム１２の構造体モデルの第二構造解析をそれぞれ行う（図２０のＳ３５：第二構造解析工程）。

続いて、条件決定装置は、対応する節点Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３における第一熱変位量δ_No1と位置パターンＥ毎における温度パターンＣの第二熱変位量δ_No2とのそれぞれの差に基づいて、ブロック境界位置の最適位置パターンを決定すると共に、決定された最適位置パターンにおいてブロック温度の最適組合せパターン（図２０のＳ３６：最適パターン決定工程）。

ブロック境界位置及びブロック温度に関する最適パターンは、式（２１）に示す評価関数Φ５が最小となるパターンとなる。つまり、パターンＥ１〜Ｅｋの各々について、且つ、パターンＣ１〜Ｃｊの各々についての第二熱変位量δ_No2をそれぞれ式（２１）に代入した場合に、評価関数Φ５が最小となるパターンＥ且つパターンＣが、最適パターンとなる。

続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体（コラム１２）における温度検出位置、すなわち温度センサ２１ａ〜２１ｄの配置位置を決定する（図２０のＳ３７：温度検出位置決定工程）。

以上のように、最適パターン決定工程にて、第一熱変位量と第二熱変位量との差が小さくなるようなブロック境界位置のパターン及びブロック温度の組合せパターンが最適パターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。そして、温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサを配置すると共に、構造解析において分割するブロック境界位置を最適位置パターンとすることで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。

１０：工作機械、 １１：ベッド、 １２：コラム、 １３：サドル、 １４：主軸、 １５：スライドテーブル、 １６：ターンテーブル、 １９：回転工具、 ２０：熱変位量推定装置、 ２１ａ−２１ｄ：温度センサ、 Ｂ１−Ｂ４：ブロック、 Ｌｙ，Ｌｚ：ブロック境界、 Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３：節点

Claims (7)

1. 工作機械の構造体モデルの熱解析を行うことにより前記構造体モデルの少なくとも１つの温度分布を取得する熱解析工程と、
   前記熱解析により取得された前記構造体モデルの温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における第一熱変位量を取得する第一構造解析工程と、
   前記構造体モデルを複数のブロックに分割した場合に各々のブロック温度を均一値とし、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとした場合に前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得する第二構造解析工程と、
   対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記各パターンから前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する最適パターン決定工程と、
   １つの前記ブロックに１つの温度検出位置を有するようにした場合において、前記熱解析により得られた前記温度分布の中から、前記最適組合せパターンにおける前記ブロック温度に一致する節点の位置を、前記工作機械の構造体における前記温度検出位置として決定する温度検出位置決定工程と、
   を備える、工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
2. 前記第二構造解析工程は、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとし、且つ、ブロック境界位置を複数の位置のパターンとした場合に、前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得し、
   前記最適パターン決定工程は、対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記ブロック境界位置の最適位置パターン及び前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する、
   請求項１に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
3. 前記第二構造解析工程における前記各々のブロック温度は、前記温度分布のうち前記各々のブロック内における最小値と最大値との範囲内であることを条件とする、請求項１又は２に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
4. 前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、
   前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、
   前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、
   前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記複数の状態における前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
5. 前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、
   前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、
   前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、
   前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記第一状態における前記ブロック境界位置の最適位置パターンを決定する、
   請求項２に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
6. 前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、前記構造体モデルに含まれる複数の節点のうち一部のみの節点における前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量を取得する、請求項１〜５の何れか一項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
7. 前記工作機械は、少なくとも直交３軸方向の移動軸を備え、
   前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、１つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量をそれぞれ取得し、
   前記最適パターン決定工程は、前記１つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、対応する最適パターンを決定する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。

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