工作機械の補正値演算方法及びプログラム
【課題】工作機械において、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正すると共に工具の姿勢誤差を補正可能であり、しかも計算量が少なく、回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を演算可能である方法等を提供する。
【解決手段】２軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップ（Ｓ３）と、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップ（Ｓ４）とが含まれる。
【解決手段】２軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップ（Ｓ３）と、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップ（Ｓ４）とが含まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並進軸と回転軸を有する工作機械の幾何学的な誤差を補正するための補正値を演算する方法ないしプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は当該工作機械の一例である、３つの並進軸と２つの回転軸を有する工作機械（５軸制御マシニングセンタ、５軸機）の模式図である。主軸頭２は、並進軸であり互いに直交するＸ軸・Ｚ軸によって、ベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、回転軸であるＣ軸によってクレードル４に対して回転１自由度の運動が可能である。クレードル４は、回転軸であるＡ軸によって、トラニオン５に対して回転１自由度の運動が可能であり、Ａ軸とＣ軸は互いに直交している。トラニオン５は、並進軸でありＸ軸・Ｚ軸に直交するＹ軸により、ベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。各軸は数値制御装置により制御されるサーボモータ（図示せず）により駆動され、被加工物（ワーク）をテーブル３に固定し、主軸頭２に工具を装着して回転させ、被加工物と工具の相対位置を制御して加工を行う。
【０００３】
前記５軸機の運動精度に影響を及ぼす要因として、例えば、回転軸の中心位置の誤差（想定されている位置からのズレ）や回転軸の傾き誤差（軸間の直角度や平行度）等の各軸間の幾何学的な誤差（幾何誤差）がある。幾何誤差が存在すると工作機械としての運動精度が悪化し、被加工物の加工精度が悪化する。そのため、調整により幾何誤差を小さくする必要があるが、ゼロにすることは困難であり、幾何誤差を補正する制御を行うことで高精度な加工を行うことができる。
【０００４】
幾何誤差を補正する手段として、下記特許文献１，２に記載されるような方法が提案されている。特許文献１のものでは、工作機械の幾何誤差を考慮して工具先端点の位置を各並進軸の位置に変換し、それらを指令位置とすることで幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。一方、特許文献２のものでは、幾何誤差がある場合の被加工物に対する工具先端点の位置と幾何誤差がない場合の位置との差分値を並進軸の補正値として制御することで幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。
【０００５】
特許文献１の補正手段では、工具先端点の位置誤差を補正しているが、実際には、幾何誤差により工具先端点の位置誤差だけでなく工具の姿勢誤差が発生する。例えば、図１の５軸機において、図２に示すように主軸頭２にスクエアエンドミル６を取付けてワーク７を平面加工する場合を考えると、Ｘ軸周りの回転幾何誤差αにより主軸頭２に対してテーブル３が傾いているとき、スクエアエンドミル６の先端面の姿勢誤差が発生している。ここで、図２紙面表から裏への方向をフィード方向、太矢印Ｐ方向をピック方向として平面加工を行うとすると、スクエアエンドミル６におけるピック方向の位置決め指令値は互いに間隔の空いた複数の点の集合となる。すると、これらの補正手段では、工具先端点が、各位置決め指令値から、Ｙ軸に対して傾きαだけ傾いた点Ｑに補正されるものの、位置決め指令値に間隔があるため、補正された点Ｑも間隔のあるものとなり、図２で示すように加工面に段差が発生してしまう。
【０００６】
そこで特許文献２のものでは、幾何誤差のある場合のワークに対する工具姿勢ベクトルＴＶＧ＝［ｉ ｊ ｋ］を求め、回転軸（Ａ軸及びＣ軸）の補正値Δａ，ΔｃをベクトルＴＶＧとＡ軸指令値ａを用いて次の［数１］により算出し、回転軸指令値を補正して制御することで工具の姿勢誤差も補正できるとしている。
【０００７】
【数１】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２７２８８７号公報
【特許文献２】特開２００９−１０４３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２のものでは、上記［数１］によりＡ軸指令値ａが０の場合は計算できず、Ａ軸指令値ａが０の近傍でも非常に大きな値になる、いわゆる特異点であるため、補正値を正しく導出できず例外処理を行う必要があるという課題がある。これは、５軸機が並進軸３軸および回転軸２軸の構成であるため、幾何誤差による空間６自由度（並進３自由度、回転３自由度）の誤差全てに対応できないという根本的な理由による。又、上述の工具姿勢ベクトルＴＶＧの演算は、工具先端点の位置誤差の補正値の演算とほぼ同じ計算量が必要であり、工具の姿勢誤差を補正するには計算量の増大を招くという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明のうち、請求項１〜８，９では、５軸機を始めとする工作機械において、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正すると共に工具の姿勢誤差を補正可能であり、しかも計算量が少なく、回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を演算可能である方法，プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、２軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップと、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップにおいて、更に、前記回転軸の補正値を用いて前記並進軸の補正値を演算することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸の補正値によって前記回転軸の補正を行うことで、前記並進軸において発生すると想定される誤差を更に補正するための前記並進軸の補正値を演算することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップは、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値を用いて前記幾何学的な誤差がない場合の理想的な工具位置を演算する理想工具位置演算ステップと、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータと前記回転軸補正値演算ステップで算出された前記回転軸の補正値を用いて前記幾何学的な誤差がある場合の実際の工具位置を演算する実工具位置演算ステップと、前記理想的な工具位置と前記実際の工具位置の差分を演算する工具位置誤差演算ステップと、前記差分を座標変換する工具位置座標変換ステップと、
を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、上記発明にあって、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の複数の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を１軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の全ての前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を２軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、前記１番目の回転軸から工作物までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を３軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、前記１番目の回転軸から３番目の前記回転軸までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とし、前記２番目の回転軸から工作物までの間における、前記３番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記３番目の回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、上記の工作機械の補正値演算方法をコンピュータに実行させるための工作機械の補正値演算プログラムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、計算量の少ない単純な演算方法で回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を計算量の少ない状態で算出し、５軸機等の工作機械の幾何誤差に起因する工具先端点の位置誤差を補正すると共に、幾何誤差に起因する工具の姿勢誤差も補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】５軸制御マシニングセンタの模式図である。
【図２】従来例に係る工具の姿勢誤差による平面加工の模式図である。
【図３】本発明の制御方法を行う制御装置のブロック線図である。
【図４】本発明における補正値演算のフローチャートである。
【図５】本発明の回転軸の補正値演算に使用する幾何パラメータの開始位置と終了位置の表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態の例として、図１に示す５軸機における補正について、適宜図面に基づいて説明する。当該補正は補正プログラムを実行するコンピュータにより行われるが、そのコンピュータとは、５軸機の数値制御装置であっても良いし、これと接続された独立の制御装置であっても良いし、これらの組合せであっても良い。なお、当該形態は、下記の例に限定されず、例えば４軸以下や６軸以上の工作機械に適用しても良いし、回転軸によりテーブル３が回転２自由度を持つことに代えて、主軸頭２が回転２自由度を持つこととしても良いし、主軸頭２とテーブル３がそれぞれ回転１自由度以上を持つこととしても良い。又、工作機械として、マシニングセンタ（図１）に代えて、旋盤、複合加工機、研削盤等を採用することができる。
【００２３】
図３は本発明の制御方法を行うための数値制御装置１０の一例である。指令値生成手段１１は、加工プログラムＧが入力されると、各駆動軸の指令値を生成する。補正値演算手段１２は、指令値生成手段１１で生成された指令値を基に各軸の補正値を演算し、当該指令値と補正値の合計値を受けたサーボ指令値変換手段１３は、各軸のサーボ指令値を演算して、各軸のサーボアンプ１４ａ〜１４ｅへ送る。各軸のサーボアンプ１４ａ〜１４ｅはそれぞれサーボモータ１５ａ〜１５ｅを駆動し、テーブル３に対する主軸頭２の相対位置および姿勢を制御する。
【００２４】
次に、幾何誤差について説明する。幾何誤差を各軸間の相対並進誤差３方向および相対回転誤差３方向の合計６成分（δｘ，δｙ，δｚ，α，β，γ）であると定義する。５軸機のテーブル３に固定されるワーク７から主軸頭２に固定される工具までの軸のつながりは、Ｃ軸，Ａ軸，Ｙ軸，Ｘ軸，Ｚ軸の順番であり、Ｚ軸と工具間及びワーク７とＣ軸間も考慮すると合計３６個の幾何誤差が存在する。但し、３６個の幾何誤差の中には冗長の関係にあるものが複数存在するため、最終的な幾何誤差としては、それらを除外する。
【００２５】
すると、最終的な幾何誤差は、軸名並びに各幾何誤差の工具側からの順番を添え字として表すと、δｘ５，δｙ５，α５，β５，δｙ４，δｚ４，β４，γ４，γ３，α２，β２，α１，β１の合計１３個となる。これらは、順に、それぞれ、Ｃ軸中心位置Ｘ方向誤差，Ｃ−Ａ軸間オフセット誤差，Ａ軸角度オフセット誤差，Ｃ−Ａ軸間直角度，Ａ軸中心位置Ｙ方向誤差，Ａ軸中心位置Ｚ方向誤差，Ａ−Ｘ軸間直角度，Ａ−Ｙ軸間直角度，Ｘ−Ｙ軸間直角度，Ｙ−Ｚ軸間直角度、Ｚ−Ｘ軸間直角度、主軸−Ｙ軸間直角度、主軸−Ｘ軸間直角度である。なお、数値制御装置１０には、これらの幾何誤差を記憶する記憶手段（図示せず）が含まれる。
【００２６】
続いて、数値制御装置１０により実行される、幾何誤差に対する補正値の演算方法について説明する。図４は補正値演算のフローチャートである。
【００２７】
ステップＳ１では工具姿勢誤差の補正を行うかどうかを判定する。工具姿勢誤差を補正しない場合、ステップＳ２において回転軸の補正値を演算せず０とする。一方、工具姿勢誤差を補正する場合は、ステップＳ３において回転軸の補正値を演算する。ステップＳ３の演算については後述する。最後に、ステップＳ４において並進軸の補正値の演算を行う。
【００２８】
ステップＳ３の演算の説明の前に、ステップＳ４の並進軸の補正値の演算方法について説明する。主軸頭２にある主軸座標系上の工具先端点ベクトルＰＴを、テーブル３にあるワーク座標系に変換するには、使用する工具の長さをｔとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｃ軸の指令位置をそれぞれｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｃとすると、次に示す［数２］を用いて同次座標変換を行うことで求めることができる。即ち、幾何誤差がない場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルＰＩを求める。
【００２９】
【数２】
【００３０】
一方、次の［数３］のように、各幾何誤差を、変換マトリックスとして上記［数２］の各軸の変換マトリックス間に配置することで、幾何誤差がある場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルＰＲを求める。なお、［数３］は幾何誤差が微小であるとしてそれらの積を０とみなした近似式である。
【００３１】
【数３】
【００３２】
従って、ワーク座標系での工具先端点の位置誤差ΔＰＷ＝（δｘ，δｙ，δｚ）は次に示す［数４］となる。
【００３３】
【数４】
【００３４】
更に、ワーク座標系での工具先端点の位置誤差ΔＰＷを、次の［数５］のように座標変換することで、指令値における誤差ΔＰＯを求めることができる。
【００３５】
【数５】
【００３６】
よって、各軸の指令値と、上述の式の幾何誤差を予め計測・同定したパラメータ（幾何パラメータ）とした下記［数６］により、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の補正値ΔＰ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ）が得られる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
このようにして得た各並進軸の補正値ΔＰを、対応する並進軸の指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。
【００３９】
又、後述する工具姿勢補正をする場合、回転軸の指令値を補正する必要があるが、この回転軸の補正値により回転軸が動作すると、ワークに対する工具先端点の位置も移動するため、回転軸補正値による工具先端点位置の移動分だけ並進軸補正値を修正する。換言すれば、回転軸の補正を指令することで並進軸において発生すると想定される誤差である当該工具先端点位置の移動分につき並進軸補正値を修正する必要がある。この修正を行うために、幾何誤差がある場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルＰＲを求める際に回転軸指令値に補正値を加算した回転軸補正指令値を用いる。即ち、上記［数３］に代えて次の［数７］を用いる。ここで、ΔａはＡ軸の補正値、ΔｃはＣ軸の補正値である。なお、［数７］を近似した［数８］を用いても良い。
【００４０】
【数７】
【数８】
【００４１】
続いて、ステップＳ３の回転軸の補正演算について説明する。
【００４２】
工具からワークまでの軸のつながり順番を考えると、Ａ軸の方がＣ軸に比べて工具側に近いことから、Ａ軸を第１回転軸、Ｃ軸を第２回転軸と呼ぶ。又、工具側から見てＡ軸は４番目、Ｃ軸は５番目に位置する。これらの順番の数を各回転軸の位置に対応付けると、第１回転軸の位置Ｌｏｃ１が４、第２回転軸の位置Ｌｏｃ２が５となる。また、第３回転軸の位置Ｌｏｃ３は、回転軸が２軸しかないため考慮しない。更に、幾何誤差の工具側からの順番についても、幾何誤差の位置と対応付け、１〜６で表すことにする。
【００４３】
回転軸の補正値は、図５の幾何誤差の開始位置ｌｓ＊と終了位置ｌｅ＊の間の幾何パラメータのうち、その回転軸と同じ回転方向の幾何パラメータ（Ａ軸はα＊、Ｂ軸はβ＊、Ｃ軸はγ＊）の合計値の逆符号とする。ここで、＊は上述の位置を示す数のうち当該回転軸に対応するものが入ることを示す。即ち、第１回転軸の補正値はｌｓ１からｌｅ１まで、第２回転軸はｌｓ２からｌｅ２までの合計値の逆符号とする。なお、第３回転軸がある場合はｌｓ３からｌｅ３までとする。
【００４４】
図５に示されるように、補正値として選択する幾何パラメータは、回転軸の数により異なる。回転軸が２軸の場合は、第１回転軸の補正値としては１番目（ｌｓ１＝１）から第２回転軸の位置（ｌｅ１＝Ｌｏｃ２）の幾何パラメータまでであり、第２回転軸の補正値としては、第１回転軸の位置の１つワーク側の位置（ｌｓ２＝Ｌｏｃ１＋１）から最終位置（ｌｅ２＝６）までである。したがって、５軸機の場合は、Ａ軸補正値ΔａとＣ軸補正値Δｃは、次の［数９］により求められる。
【００４５】
【数９】
【００４６】
そして、求めた各回転軸の補正値を、対応する指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具の姿勢誤差を補正することができる。更に、この回転軸補正値に基づいて、上述のように並進軸の補正値を演算し、求めた各並進軸の補正値を、対応する指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具先端点の位置誤差も、同時に補正することができる。
【００４７】
なお、回転軸の位置や、回転軸と幾何誤差成分の対応、開始位置・終了位置は、予め関連付けや設定をしておくと、実際の補正値演算時には、［数９］の右辺の加算のみを行うだけで済み、よって計算量が非常に少なく演算できる。
【００４８】
次いで、本発明の作用効果等につき、数式を用いて説明する。
【００４９】
機械には１４個の幾何誤差δｘ５，δｙ５，α５，β５，γ５，δｙ４，δｚ４，β４，γ４，γ３，α２，β２，α１，β１が存在しているとする。なお、以降の式は簡略化のため、幾何誤差が微小であるとして幾何誤差同士の積を０として扱う近似を行っている。
【００５０】
ワーク座標系での工具先端点の位置誤差（δｘ，δｙ，δｚ）は、［数４］を変形した下記［数１０］となる。
【００５１】
【数１０】
【００５２】
一方、ワーク座標系における工具姿勢誤差は、［数２］及び［数３］のＰＴをＶＴ＝［０ ０ １ ０］ｔに変えたものから求めることができる。よって、工具姿勢誤差（δｉ，δｊ，δｋ）は次の［数１１］となる。
【００５３】
【数１１】
【００５４】
回転軸補正指令による工具姿勢誤差の補正効果について検討する。まず、回転軸を補正指令した場合の工具姿勢誤差（δｉ’，δｊ’，δｋ’）は、次の［数１２］で表される。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
これに対して、幾何誤差が既知であるとして、その値を幾何パラメータとして［数９］で算出される回転軸の補正値は、次の［数１３］となる。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
［数１３］を［数１２］に代入すると、次に［数１４］として示すように、回転軸補正指令後の工具姿勢誤差（δｉ”，δｊ”，δｋ”）が得られる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
［数１４］等によれば、回転軸補正指令後の工具姿勢誤差は、α系の幾何誤差が補正され小さくなっており、高精度な加工が可能になる。しかし、β系の幾何誤差の影響が残っている。これは、２つの回転軸では、姿勢誤差の回転３自由度を全て補正することが理論的に不可能であるためである。
【００６１】
次に、本発明に即した、回転軸及び並進軸補正指令による工具先端点位置誤差の補正の作用効果につき検討する。回転軸および並進軸の補正値を加味して指令した場合のワーク座標系での工具先端点の位置誤差（δｘ’，δｙ’，δｚ’）は［数７］を変形した下記［数１５］となる。
【００６２】
【数１５】
【００６３】
これに対して、幾何誤差が既知であるとして、その値を幾何パラメータとして［数７］を代入した［数６］で算出された並進軸の補正値（Δｘ、Δｙ、Δｚ）は次の［数１６］となる。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
［数１６］を［数１５］に代入すると、次の［数１７］が得られる。これが並進軸および回転軸補正指令後の工具先端点位置誤差（δｘ”，δｙ”，δｚ”）である。
【００６６】
【数１７】
【００６７】
従って、工具姿勢誤差はβ系の幾何誤差の影響が補正しきれず誤差が残るが、工具先端点位置誤差はβ系の幾何誤差も含めた全ての幾何誤差の影響が補正により消えることになり、加工精度の向上が可能になる。
【符号の説明】
【００６８】
１ ベッド
２ 主軸頭
３ テーブル
４ クレードル
５ トラニオン
６ スクエアエンドミル（工具）
７ ワーク（被加工物）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並進軸と回転軸を有する工作機械の幾何学的な誤差を補正するための補正値を演算する方法ないしプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は当該工作機械の一例である、３つの並進軸と２つの回転軸を有する工作機械（５軸制御マシニングセンタ、５軸機）の模式図である。主軸頭２は、並進軸であり互いに直交するＸ軸・Ｚ軸によって、ベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、回転軸であるＣ軸によってクレードル４に対して回転１自由度の運動が可能である。クレードル４は、回転軸であるＡ軸によって、トラニオン５に対して回転１自由度の運動が可能であり、Ａ軸とＣ軸は互いに直交している。トラニオン５は、並進軸でありＸ軸・Ｚ軸に直交するＹ軸により、ベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。各軸は数値制御装置により制御されるサーボモータ（図示せず）により駆動され、被加工物（ワーク）をテーブル３に固定し、主軸頭２に工具を装着して回転させ、被加工物と工具の相対位置を制御して加工を行う。
【０００３】
前記５軸機の運動精度に影響を及ぼす要因として、例えば、回転軸の中心位置の誤差（想定されている位置からのズレ）や回転軸の傾き誤差（軸間の直角度や平行度）等の各軸間の幾何学的な誤差（幾何誤差）がある。幾何誤差が存在すると工作機械としての運動精度が悪化し、被加工物の加工精度が悪化する。そのため、調整により幾何誤差を小さくする必要があるが、ゼロにすることは困難であり、幾何誤差を補正する制御を行うことで高精度な加工を行うことができる。
【０００４】
幾何誤差を補正する手段として、下記特許文献１，２に記載されるような方法が提案されている。特許文献１のものでは、工作機械の幾何誤差を考慮して工具先端点の位置を各並進軸の位置に変換し、それらを指令位置とすることで幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。一方、特許文献２のものでは、幾何誤差がある場合の被加工物に対する工具先端点の位置と幾何誤差がない場合の位置との差分値を並進軸の補正値として制御することで幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。
【０００５】
特許文献１の補正手段では、工具先端点の位置誤差を補正しているが、実際には、幾何誤差により工具先端点の位置誤差だけでなく工具の姿勢誤差が発生する。例えば、図１の５軸機において、図２に示すように主軸頭２にスクエアエンドミル６を取付けてワーク７を平面加工する場合を考えると、Ｘ軸周りの回転幾何誤差αにより主軸頭２に対してテーブル３が傾いているとき、スクエアエンドミル６の先端面の姿勢誤差が発生している。ここで、図２紙面表から裏への方向をフィード方向、太矢印Ｐ方向をピック方向として平面加工を行うとすると、スクエアエンドミル６におけるピック方向の位置決め指令値は互いに間隔の空いた複数の点の集合となる。すると、これらの補正手段では、工具先端点が、各位置決め指令値から、Ｙ軸に対して傾きαだけ傾いた点Ｑに補正されるものの、位置決め指令値に間隔があるため、補正された点Ｑも間隔のあるものとなり、図２で示すように加工面に段差が発生してしまう。
【０００６】
そこで特許文献２のものでは、幾何誤差のある場合のワークに対する工具姿勢ベクトルＴＶＧ＝［ｉ ｊ ｋ］を求め、回転軸（Ａ軸及びＣ軸）の補正値Δａ，ΔｃをベクトルＴＶＧとＡ軸指令値ａを用いて次の［数１］により算出し、回転軸指令値を補正して制御することで工具の姿勢誤差も補正できるとしている。
【０００７】
【数１】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２７２８８７号公報
【特許文献２】特開２００９−１０４３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２のものでは、上記［数１］によりＡ軸指令値ａが０の場合は計算できず、Ａ軸指令値ａが０の近傍でも非常に大きな値になる、いわゆる特異点であるため、補正値を正しく導出できず例外処理を行う必要があるという課題がある。これは、５軸機が並進軸３軸および回転軸２軸の構成であるため、幾何誤差による空間６自由度（並進３自由度、回転３自由度）の誤差全てに対応できないという根本的な理由による。又、上述の工具姿勢ベクトルＴＶＧの演算は、工具先端点の位置誤差の補正値の演算とほぼ同じ計算量が必要であり、工具の姿勢誤差を補正するには計算量の増大を招くという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明のうち、請求項１〜８，９では、５軸機を始めとする工作機械において、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正すると共に工具の姿勢誤差を補正可能であり、しかも計算量が少なく、回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を演算可能である方法，プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、２軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップと、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップにおいて、更に、前記回転軸の補正値を用いて前記並進軸の補正値を演算することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸の補正値によって前記回転軸の補正を行うことで、前記並進軸において発生すると想定される誤差を更に補正するための前記並進軸の補正値を演算することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップは、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値を用いて前記幾何学的な誤差がない場合の理想的な工具位置を演算する理想工具位置演算ステップと、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータと前記回転軸補正値演算ステップで算出された前記回転軸の補正値を用いて前記幾何学的な誤差がある場合の実際の工具位置を演算する実工具位置演算ステップと、前記理想的な工具位置と前記実際の工具位置の差分を演算する工具位置誤差演算ステップと、前記差分を座標変換する工具位置座標変換ステップと、
を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、上記発明にあって、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の複数の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を１軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の全ての前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を２軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、前記１番目の回転軸から工作物までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を３軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、前記１番目の回転軸から３番目の前記回転軸までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とし、前記２番目の回転軸から工作物までの間における、前記３番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記３番目の回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、上記の工作機械の補正値演算方法をコンピュータに実行させるための工作機械の補正値演算プログラムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、計算量の少ない単純な演算方法で回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を計算量の少ない状態で算出し、５軸機等の工作機械の幾何誤差に起因する工具先端点の位置誤差を補正すると共に、幾何誤差に起因する工具の姿勢誤差も補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】５軸制御マシニングセンタの模式図である。
【図２】従来例に係る工具の姿勢誤差による平面加工の模式図である。
【図３】本発明の制御方法を行う制御装置のブロック線図である。
【図４】本発明における補正値演算のフローチャートである。
【図５】本発明の回転軸の補正値演算に使用する幾何パラメータの開始位置と終了位置の表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態の例として、図１に示す５軸機における補正について、適宜図面に基づいて説明する。当該補正は補正プログラムを実行するコンピュータにより行われるが、そのコンピュータとは、５軸機の数値制御装置であっても良いし、これと接続された独立の制御装置であっても良いし、これらの組合せであっても良い。なお、当該形態は、下記の例に限定されず、例えば４軸以下や６軸以上の工作機械に適用しても良いし、回転軸によりテーブル３が回転２自由度を持つことに代えて、主軸頭２が回転２自由度を持つこととしても良いし、主軸頭２とテーブル３がそれぞれ回転１自由度以上を持つこととしても良い。又、工作機械として、マシニングセンタ（図１）に代えて、旋盤、複合加工機、研削盤等を採用することができる。
【００２３】
図３は本発明の制御方法を行うための数値制御装置１０の一例である。指令値生成手段１１は、加工プログラムＧが入力されると、各駆動軸の指令値を生成する。補正値演算手段１２は、指令値生成手段１１で生成された指令値を基に各軸の補正値を演算し、当該指令値と補正値の合計値を受けたサーボ指令値変換手段１３は、各軸のサーボ指令値を演算して、各軸のサーボアンプ１４ａ〜１４ｅへ送る。各軸のサーボアンプ１４ａ〜１４ｅはそれぞれサーボモータ１５ａ〜１５ｅを駆動し、テーブル３に対する主軸頭２の相対位置および姿勢を制御する。
【００２４】
次に、幾何誤差について説明する。幾何誤差を各軸間の相対並進誤差３方向および相対回転誤差３方向の合計６成分（δｘ，δｙ，δｚ，α，β，γ）であると定義する。５軸機のテーブル３に固定されるワーク７から主軸頭２に固定される工具までの軸のつながりは、Ｃ軸，Ａ軸，Ｙ軸，Ｘ軸，Ｚ軸の順番であり、Ｚ軸と工具間及びワーク７とＣ軸間も考慮すると合計３６個の幾何誤差が存在する。但し、３６個の幾何誤差の中には冗長の関係にあるものが複数存在するため、最終的な幾何誤差としては、それらを除外する。
【００２５】
すると、最終的な幾何誤差は、軸名並びに各幾何誤差の工具側からの順番を添え字として表すと、δｘ５，δｙ５，α５，β５，δｙ４，δｚ４，β４，γ４，γ３，α２，β２，α１，β１の合計１３個となる。これらは、順に、それぞれ、Ｃ軸中心位置Ｘ方向誤差，Ｃ−Ａ軸間オフセット誤差，Ａ軸角度オフセット誤差，Ｃ−Ａ軸間直角度，Ａ軸中心位置Ｙ方向誤差，Ａ軸中心位置Ｚ方向誤差，Ａ−Ｘ軸間直角度，Ａ−Ｙ軸間直角度，Ｘ−Ｙ軸間直角度，Ｙ−Ｚ軸間直角度、Ｚ−Ｘ軸間直角度、主軸−Ｙ軸間直角度、主軸−Ｘ軸間直角度である。なお、数値制御装置１０には、これらの幾何誤差を記憶する記憶手段（図示せず）が含まれる。
【００２６】
続いて、数値制御装置１０により実行される、幾何誤差に対する補正値の演算方法について説明する。図４は補正値演算のフローチャートである。
【００２７】
ステップＳ１では工具姿勢誤差の補正を行うかどうかを判定する。工具姿勢誤差を補正しない場合、ステップＳ２において回転軸の補正値を演算せず０とする。一方、工具姿勢誤差を補正する場合は、ステップＳ３において回転軸の補正値を演算する。ステップＳ３の演算については後述する。最後に、ステップＳ４において並進軸の補正値の演算を行う。
【００２８】
ステップＳ３の演算の説明の前に、ステップＳ４の並進軸の補正値の演算方法について説明する。主軸頭２にある主軸座標系上の工具先端点ベクトルＰＴを、テーブル３にあるワーク座標系に変換するには、使用する工具の長さをｔとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｃ軸の指令位置をそれぞれｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｃとすると、次に示す［数２］を用いて同次座標変換を行うことで求めることができる。即ち、幾何誤差がない場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルＰＩを求める。
【００２９】
【数２】
【００３０】
一方、次の［数３］のように、各幾何誤差を、変換マトリックスとして上記［数２］の各軸の変換マトリックス間に配置することで、幾何誤差がある場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルＰＲを求める。なお、［数３］は幾何誤差が微小であるとしてそれらの積を０とみなした近似式である。
【００３１】
【数３】
【００３２】
従って、ワーク座標系での工具先端点の位置誤差ΔＰＷ＝（δｘ，δｙ，δｚ）は次に示す［数４］となる。
【００３３】
【数４】
【００３４】
更に、ワーク座標系での工具先端点の位置誤差ΔＰＷを、次の［数５］のように座標変換することで、指令値における誤差ΔＰＯを求めることができる。
【００３５】
【数５】
【００３６】
よって、各軸の指令値と、上述の式の幾何誤差を予め計測・同定したパラメータ（幾何パラメータ）とした下記［数６］により、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の補正値ΔＰ＝（Δｘ，Δｙ，Δｚ）が得られる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
このようにして得た各並進軸の補正値ΔＰを、対応する並進軸の指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。
【００３９】
又、後述する工具姿勢補正をする場合、回転軸の指令値を補正する必要があるが、この回転軸の補正値により回転軸が動作すると、ワークに対する工具先端点の位置も移動するため、回転軸補正値による工具先端点位置の移動分だけ並進軸補正値を修正する。換言すれば、回転軸の補正を指令することで並進軸において発生すると想定される誤差である当該工具先端点位置の移動分につき並進軸補正値を修正する必要がある。この修正を行うために、幾何誤差がある場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルＰＲを求める際に回転軸指令値に補正値を加算した回転軸補正指令値を用いる。即ち、上記［数３］に代えて次の［数７］を用いる。ここで、ΔａはＡ軸の補正値、ΔｃはＣ軸の補正値である。なお、［数７］を近似した［数８］を用いても良い。
【００４０】
【数７】
【数８】
【００４１】
続いて、ステップＳ３の回転軸の補正演算について説明する。
【００４２】
工具からワークまでの軸のつながり順番を考えると、Ａ軸の方がＣ軸に比べて工具側に近いことから、Ａ軸を第１回転軸、Ｃ軸を第２回転軸と呼ぶ。又、工具側から見てＡ軸は４番目、Ｃ軸は５番目に位置する。これらの順番の数を各回転軸の位置に対応付けると、第１回転軸の位置Ｌｏｃ１が４、第２回転軸の位置Ｌｏｃ２が５となる。また、第３回転軸の位置Ｌｏｃ３は、回転軸が２軸しかないため考慮しない。更に、幾何誤差の工具側からの順番についても、幾何誤差の位置と対応付け、１〜６で表すことにする。
【００４３】
回転軸の補正値は、図５の幾何誤差の開始位置ｌｓ＊と終了位置ｌｅ＊の間の幾何パラメータのうち、その回転軸と同じ回転方向の幾何パラメータ（Ａ軸はα＊、Ｂ軸はβ＊、Ｃ軸はγ＊）の合計値の逆符号とする。ここで、＊は上述の位置を示す数のうち当該回転軸に対応するものが入ることを示す。即ち、第１回転軸の補正値はｌｓ１からｌｅ１まで、第２回転軸はｌｓ２からｌｅ２までの合計値の逆符号とする。なお、第３回転軸がある場合はｌｓ３からｌｅ３までとする。
【００４４】
図５に示されるように、補正値として選択する幾何パラメータは、回転軸の数により異なる。回転軸が２軸の場合は、第１回転軸の補正値としては１番目（ｌｓ１＝１）から第２回転軸の位置（ｌｅ１＝Ｌｏｃ２）の幾何パラメータまでであり、第２回転軸の補正値としては、第１回転軸の位置の１つワーク側の位置（ｌｓ２＝Ｌｏｃ１＋１）から最終位置（ｌｅ２＝６）までである。したがって、５軸機の場合は、Ａ軸補正値ΔａとＣ軸補正値Δｃは、次の［数９］により求められる。
【００４５】
【数９】
【００４６】
そして、求めた各回転軸の補正値を、対応する指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具の姿勢誤差を補正することができる。更に、この回転軸補正値に基づいて、上述のように並進軸の補正値を演算し、求めた各並進軸の補正値を、対応する指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具先端点の位置誤差も、同時に補正することができる。
【００４７】
なお、回転軸の位置や、回転軸と幾何誤差成分の対応、開始位置・終了位置は、予め関連付けや設定をしておくと、実際の補正値演算時には、［数９］の右辺の加算のみを行うだけで済み、よって計算量が非常に少なく演算できる。
【００４８】
次いで、本発明の作用効果等につき、数式を用いて説明する。
【００４９】
機械には１４個の幾何誤差δｘ５，δｙ５，α５，β５，γ５，δｙ４，δｚ４，β４，γ４，γ３，α２，β２，α１，β１が存在しているとする。なお、以降の式は簡略化のため、幾何誤差が微小であるとして幾何誤差同士の積を０として扱う近似を行っている。
【００５０】
ワーク座標系での工具先端点の位置誤差（δｘ，δｙ，δｚ）は、［数４］を変形した下記［数１０］となる。
【００５１】
【数１０】
【００５２】
一方、ワーク座標系における工具姿勢誤差は、［数２］及び［数３］のＰＴをＶＴ＝［０ ０ １ ０］ｔに変えたものから求めることができる。よって、工具姿勢誤差（δｉ，δｊ，δｋ）は次の［数１１］となる。
【００５３】
【数１１】
【００５４】
回転軸補正指令による工具姿勢誤差の補正効果について検討する。まず、回転軸を補正指令した場合の工具姿勢誤差（δｉ’，δｊ’，δｋ’）は、次の［数１２］で表される。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
これに対して、幾何誤差が既知であるとして、その値を幾何パラメータとして［数９］で算出される回転軸の補正値は、次の［数１３］となる。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
［数１３］を［数１２］に代入すると、次に［数１４］として示すように、回転軸補正指令後の工具姿勢誤差（δｉ”，δｊ”，δｋ”）が得られる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
［数１４］等によれば、回転軸補正指令後の工具姿勢誤差は、α系の幾何誤差が補正され小さくなっており、高精度な加工が可能になる。しかし、β系の幾何誤差の影響が残っている。これは、２つの回転軸では、姿勢誤差の回転３自由度を全て補正することが理論的に不可能であるためである。
【００６１】
次に、本発明に即した、回転軸及び並進軸補正指令による工具先端点位置誤差の補正の作用効果につき検討する。回転軸および並進軸の補正値を加味して指令した場合のワーク座標系での工具先端点の位置誤差（δｘ’，δｙ’，δｚ’）は［数７］を変形した下記［数１５］となる。
【００６２】
【数１５】
【００６３】
これに対して、幾何誤差が既知であるとして、その値を幾何パラメータとして［数７］を代入した［数６］で算出された並進軸の補正値（Δｘ、Δｙ、Δｚ）は次の［数１６］となる。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
［数１６］を［数１５］に代入すると、次の［数１７］が得られる。これが並進軸および回転軸補正指令後の工具先端点位置誤差（δｘ”，δｙ”，δｚ”）である。
【００６６】
【数１７】
【００６７】
従って、工具姿勢誤差はβ系の幾何誤差の影響が補正しきれず誤差が残るが、工具先端点位置誤差はβ系の幾何誤差も含めた全ての幾何誤差の影響が補正により消えることになり、加工精度の向上が可能になる。
【符号の説明】
【００６８】
１ ベッド
２ 主軸頭
３ テーブル
４ クレードル
５ トラニオン
６ スクエアエンドミル（工具）
７ ワーク（被加工物）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、
前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップと、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップと、
を含むことを特徴とする工作機械の補正値演算方法。
【請求項２】
前記並進軸補正値演算ステップにおいて、
更に、前記回転軸の補正値を用いて前記並進軸の補正値を演算する
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項３】
前記並進軸補正値演算ステップにおいて、
前記回転軸の補正値によって前記回転軸の補正を行うことで、前記並進軸において発生すると想定される誤差を更に補正するための前記並進軸の補正値を演算する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項４】
前記並進軸補正値演算ステップは、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値を用いて前記幾何学的な誤差がない場合の理想的な工具位置を演算する理想工具位置演算ステップと、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータと前記回転軸補正値演算ステップで算出された前記回転軸の補正値を用いて前記幾何学的な誤差がある場合の実際の工具位置を演算する実工具位置演算ステップと、
前記理想的な工具位置と前記実際の工具位置の差分を演算する工具位置誤差演算ステップと、
前記差分を座標変換する工具位置座標変換ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項５】
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
前記回転軸と同じ回転方向の複数の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項６】
前記工作機械は前記回転軸を１軸有しており、
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の全ての前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項７】
前記工作機械は前記回転軸を２軸有しており、
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、
前記１番目の回転軸から工作物までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項８】
前記工作機械は前記回転軸を３軸有しており、
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、
前記１番目の回転軸から３番目の前記回転軸までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とし、
前記２番目の回転軸から工作物までの間における、前記３番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記３番目の回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法を、コンピュータに実行させるための工作機械の補正値演算プログラム。
【請求項１】
２軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、
前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップと、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップと、
を含むことを特徴とする工作機械の補正値演算方法。
【請求項２】
前記並進軸補正値演算ステップにおいて、
更に、前記回転軸の補正値を用いて前記並進軸の補正値を演算する
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項３】
前記並進軸補正値演算ステップにおいて、
前記回転軸の補正値によって前記回転軸の補正を行うことで、前記並進軸において発生すると想定される誤差を更に補正するための前記並進軸の補正値を演算する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項４】
前記並進軸補正値演算ステップは、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値を用いて前記幾何学的な誤差がない場合の理想的な工具位置を演算する理想工具位置演算ステップと、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータと前記回転軸補正値演算ステップで算出された前記回転軸の補正値を用いて前記幾何学的な誤差がある場合の実際の工具位置を演算する実工具位置演算ステップと、
前記理想的な工具位置と前記実際の工具位置の差分を演算する工具位置誤差演算ステップと、
前記差分を座標変換する工具位置座標変換ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項５】
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
前記回転軸と同じ回転方向の複数の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項６】
前記工作機械は前記回転軸を１軸有しており、
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の全ての前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項７】
前記工作機械は前記回転軸を２軸有しており、
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、
前記１番目の回転軸から工作物までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項８】
前記工作機械は前記回転軸を３軸有しており、
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から２番目の前記回転軸までの間における、１番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記１番目の回転軸の補正値とし、
前記１番目の回転軸から３番目の前記回転軸までの間における、前記２番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記２番目の回転軸の補正値とし、
前記２番目の回転軸から工作物までの間における、前記３番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記３番目の回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の補正値演算方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法を、コンピュータに実行させるための工作機械の補正値演算プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２０９９９（Ｐ２０１２−２２０９９９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３０７８（Ｐ２０１１−８３０７８）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]