幾何誤差同定装置
【課題】各軸間における傾き誤差を常に精度良く同定することができる幾何誤差同定装置を提供する。
【解決手段】直角度誤差を同定するにあたって直角を形成する２軸平面において直角度誤差の影響が最も大きく現れる±４５ｄｅｇのポイント（若しくは許容範囲内にある計測ポイント）での計測を必ず実行するようにした。したがって、直角度誤差の同定精度が極めて高い。また、直角度誤差の同定精度が高いが故に、直角度誤差の影響が大きいＣ軸やＡ軸に固有の幾何誤差の同定精度も向上することができる。
【解決手段】直角度誤差を同定するにあたって直角を形成する２軸平面において直角度誤差の影響が最も大きく現れる±４５ｄｅｇのポイント（若しくは許容範囲内にある計測ポイント）での計測を必ず実行するようにした。したがって、直角度誤差の同定精度が極めて高い。また、直角度誤差の同定精度が高いが故に、直角度誤差の影響が大きいＣ軸やＡ軸に固有の幾何誤差の同定精度も向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば５軸制御マシニングセンタ等といった多軸工作機械における幾何誤差を同定するための幾何誤差同定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば特許文献１に開示されているように、直交３軸であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に加え、テーブルの回転軸となるＣ軸及びＡ軸の合計５軸方向への動作を制御して加工する５軸制御マシニングセンタといった多軸工作機械が知られている。このような多軸工作機械においては、各部材の寸法精度や部材の組み立て精度の向上にも限度があるため、隣り合う軸間での傾きや位置誤差等といった所謂幾何誤差を同定する必要がある。
そして、上記５軸制御マシニングセンタにおける幾何誤差を同定する方法としては、ボールバーと呼ばれる変位センサを用いて行う３軸円弧補間運動測定、すなわち直線軸２軸と回転軸１軸とを同期させて、テーブル上の所定点と主軸の相対間変位を保持したまま円運動させ、得られた円軌跡の中心偏差量から幾何誤差を同定する方法が一般的に知られている。しかしながら、この方法では、ボールバーという特殊な測定器が必要になるとともに、ボールバーの設置方法によって同定精度に与える影響が大きく、幾何誤差の正確な同定に高い技能が必要になるという問題がある。
【０００３】
そこで、ボールバーの代わりにタッチプローブ（ボールバーと比べると一般的な測定器である）及び計測ターゲットとなるターゲット球を用いて、上記３軸円弧補間運動測定と同様の幾何誤差同定原理からなる幾何誤差同定方法が考案されている。これは、たとえば上記５軸制御マシニングセンタにおいては、テーブル上にターゲット球を設置し、テーブルをＣ軸周り及びＡ軸周りおいて複数の角度で割り出すとともに、テーブル上のターゲット球の位置を主軸に装着したタッチプローブで計測し、この計測されたターゲット球の位置にもとづき複数の割出条件によって描かれた円弧軌跡の中心偏差量から幾何誤差を同定するという方法である。つまり、この方法では、たとえばテーブルをＡ軸周りについては任意の角度で固定し、Ｃ軸周りについて複数回割り出す、或いは逆にテーブルをＣ軸周りについては任意の角度で固定し、Ａ軸周りについて複数回割り出し、それぞれの割出条件でタッチプローブをターゲット球に複数回接触させ、ターゲット球の中心座標を算出するといった計測を繰り返すことになる。そして、このような計測を繰り返すに際しては、複数回割り出す軸（Ａ軸又はＣ軸）の動作範囲を設定し、次に計測ポイント数を任意に設定し、動作範囲と計測ポイント数とから等ピッチで割出角度ピッチを算出し、各割出条件でターゲット球の中心座標を計測することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４４８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、一般的に直交３軸間における傾き誤差（ここでは、直角度誤差となる）は、ボールバーを用いた測定の結果において±４５ｄｅｇの楕円成分になることが知られている。これは、上記タッチプローブを用いた方法においても同様であり、直角度誤差は、計測により得られた円軌跡において４５ｄｅｇの楕円成分として現れることになる。そのため、直角度誤差を精度良く同定するためには、直角度誤差の影響が大きく現れる±４５ｄｅｇのポイントを計測する必要がある。
【０００６】
しかしながら、従来では、上述したように動作範囲と計測ポイント数とから等ピッチで割出角度ピッチを算出し、各割出条件でターゲット球の中心座標を計測するため、±４５ｄｅｇとなるポイントが必ずしも計測ポイントになるとは限らない。したがって、±４５ｄｅｇとなるポイントで計測を行わないような場合には、直角度誤差の同定精度が低くなるといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、各軸間における傾き誤差を常に精度良く同定することができる幾何誤差同定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、前記制御装置は、前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記第１割出角度を計測ポイントとして追加して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度を前記第１割出角度に置換して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求めるとともに、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度に存在するか否かを判断し、前記第１割出角度が存在しない場合には更に前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度と前記第１割出角度との角度差が所定の許容範囲内にあるか否かを判断し、前記角度差が前記許容範囲内にない場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定する一方、前記角度差が前記許容範囲内にある場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含めず、前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出すことなく前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記並進軸が直交３軸であり、前記回転軸が前記並進軸の異なる何れかと平行である多軸工作機械における直交２軸間での傾き誤差を同定する幾何誤差同定装置であって、前記第１割出角度が、±４５ｄｅｇ及び／又は±１３５ｄｅｇであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転若しくは旋回させる軸に直交する平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定するに際して、その平面において２つの軸間を二等分する角度上にターゲット球が位置する第１割出角度を求め、少なくとも第１割出角度にターゲット球を割り出してタッチプローブを用いた計測を行い、２つの軸間での傾き誤差を同定する。したがって、傾き誤差の影響が最も大きく現れる計測ポイント（請求項４では許容範囲内にある計測ポイントを含む）での計測を必ず実行するため、傾き誤差の同定精度が極めて高い。また、傾き誤差の同定精度が高いが故に、傾き誤差の影響が大きいＣ軸やＡ軸に固有の幾何誤差の同定精度も向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】多軸工作機械を示した斜視説明図である。
【図２】傾き誤差に起因した楕円軌跡を示した説明図である。
【図３】テーブル上にターゲット球を設置した状態を示した説明図である。
【図４】Ａ軸周りでターゲット球を旋回割出するに際して、テーブルのＣ軸周りでの回転角度を９０ｄｅｇオフセットさせてから計測する様子を示した説明図である。
【図５】割出角度ピッチが等ピッチとなる割出条件リストを示した説明図である。
【図６】Ａ軸周りでターゲット球を旋回割出する様子を示した説明図である。
【図７】割出条件リストの修正例を示した説明図である。
【図８】割出条件リストの他の修正例を示した説明図である。
【図９】傾き誤差の同定に係る制御を示したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態となる幾何誤差同定装置について、図面にもとづき詳細に説明する。尚、本実施形態では、多軸工作機械の一例である５軸制御マシニングセンタにおける幾何誤差（特に、並進軸間の傾き誤差）の同定について説明する。
【００１２】
まず、多軸工作機械１について、図１をもとに説明する。図１は、多軸工作機械１を示した斜視説明図である。尚、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は直交３軸（多軸工作機械１が有する並進軸）であって、Ｙ軸方向を多軸工作機械１における前後方向、Ｘ軸方向を左右方向、Ｚ軸方向を上下方向とする。
多軸工作機械１のベッド２の上面には、Ｙ軸案内３、３が形成されており、該Ｙ軸案内３、３には、トラニオン構造のＡＣ軸ユニット４がＹ軸方向へ移動可能に設置されている。ＡＣ軸ユニット４は、前面視で左右方向に幅広なＵ字状に形成されたクレードル５を備えてなるもので、該クレードル５は、左右に内蔵されたＡ軸駆動機構（図示せず）により、Ｘ軸方向と平行なＡ軸（回転軸）周りに旋回傾斜可能となっている。また、ＡＣ軸ユニット４は、クレードル５の上面に加工対象となるワークを載置するためのテーブル６を備えており、該テーブル６は、クレードル５に内蔵されたＣ軸駆動機構（図示せず）により、Ｚ軸と平行なＣ軸（回転軸）周りに３６０度回転可能となっている。
【００１３】
一方、ベッド２には、Ｙ軸案内３、３を跨ぐように門形構造のクロスレール７が固定されており、クロスレール７の前面には、Ｘ軸案内面８が形成されている。そして、Ｘ軸案内面８に、ラムサドル９がＸ軸方向へ移動可能に設置されている。また、ラムサドル９には、Ｚ軸案内面１０が形成されており、該Ｚ軸案内面１０には、下端に主軸１１を備えた主軸頭１２がＺ軸方向へ移動可能に設置されている。尚、ラムサドル９、ＡＣ軸ユニット４、及び主軸頭１２は、各案内面と平行に設置されたボールネジと、該ボールネジに連結されたサーボモータ（図示せず）とにより移動可能となっている。また、多軸工作機械１には、幾何誤差同定装置を含んだ図示しないＮＣ装置（制御装置）が設けられており、ＮＣ装置によって、ＡＣ軸ユニット４や主軸頭１２等の各部材の各軸方向での駆動が制御されている。
そして、上記多軸工作機械１は、テーブル６上に固定されるワークをＡ軸周り及びＣ軸周りで旋回・回転させるとともにＹ軸方向へと移動させる一方、工具を取り付けた主軸１１をＸ軸及びＺ軸へと移動させることにより、ワークに対して多面加工を施すようになっている。
【００１４】
ここで、本発明の要部となる多軸工作機械１におけるＸＹ軸間での直角度誤差γ、及び
ＹＺ軸間での直角度誤差αの同定について説明する。
上述したような多軸工作機械１のＸＹ平面においてＸＹ軸間に直角度誤差γ［ｒａｄ］が存在した場合、図２に示すような半径Ｒの円軌跡を描くと、ＸＹ平面における円軌跡の極座標をθ［ｄｅｇ］とすると、半径誤差ΔＲは下記（式１）で表され、±４５ｄｅｇの傾きをもった楕円となることが一般的に知られている。
【００１５】
【数１】
【００１６】
そして、タッチプローブ及びターゲット球２１を用いて直角度誤差γを同定しようとすると、まず図３に示すようにテーブル６の回転中心からＲだけ離れた位置へターゲット球２１を固定する。そして、Ａ軸旋回中心２２がＣ軸中心線上にあるとすると、Ｃ軸中心線とＡ軸旋回中心２２との交点を座標原点とした場合におけるターゲット球２１の中心座標［Ｘ０ Ｙ０ Ｚ０ Ａ０ Ｃ０］を下記（式２）と設定する。
【００１７】
【数２】
【００１８】
次に、計測範囲を０［ｄｅｇ］〜３６０［ｄｅｇ］と設定するとともに、計測ポイント数を８個とする。すると、割出角度ピッチは４５ｄｅｇとなるため、ＡＣ軸ユニット４において、Ａ軸周りについては任意の角度（ここではテーブル６が水平となる角度）で固定したまま、テーブル６を４５ｄｅｇピッチでＣ軸周りに割り出していき、各計測ポイントにおいて主軸に装着したタッチプローブでターゲット球２１の座標を計測する。そして、得られた計測座標を用い、最小二乗法等により円の軌跡に関する関係式である下記（式３）におけるＡ〜Ｅの各係数を求める。すると、このようにして求めた係数のうち係数Ｄと上記（式１）とに相関があるため、ＸＹ軸間の直角度誤差γを同定することができる。尚、この場合、極座標を示すθはＣ軸周りでのテーブル６の割出角度と一致する。
【００１９】
【数３】
【００２０】
同様に、Ｃ軸周りについては固定したまま、Ａ軸周りでクレードル５を割り出していけば、ＹＺ軸間の直角度誤差αを同定することができる。以下、この同定に関して、図９のフローチャートにしたがって説明する。
ＡＣ軸ユニット４におけるクレードル５のＡ軸周りでの旋回動作は、テーブル６をＣ軸周りで回転させる場合と異なって動作範囲に制限がある上、Ａ軸周りでの旋回動作中にクレードル５がラムサドル９と干渉するおそれ等もある。そこで、干渉等の問題を出来る限り回避すべく、図４に示すように、テーブル６のＣ軸周りでの回転角度を９０ｄｅｇオフセットさせてから計測する方法を採用する。この場合、上記（式２）の状態からＡ軸周りでの旋回角度をＡｉ、Ｃ軸周りでの回転角度をＣｉに夫々割り出した際におけるターゲット球２１の中心座標［Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ］は下記（式４）で推定される。
【００２１】
【数４】
【００２２】
その上で、まずＹＺ軸間の直角度誤差αを同定するための割出条件リストを作成する（Ｓ１）。たとえば、テーブル６をＣ軸周りで−９０ｄｅｇに割り出した状態において、クレードル５のＡ軸周りでの動作範囲を−１５ｄｅｇ〜＋１０５ｄｅｇ、計測ポイント数を９点として夫々設定すると、割出角度ピッチは１５ｄｅｇとなり、図５に示すような割出条件リストが作成される。尚、図５における割出条件Ａ’軸及びＣ’軸の旋回若しくは回転角度は、機械指令座標である。
【００２３】
以上のようにＣ’軸を割り出した場合にはＹｉ及びＨが存在するため、図６で示すようにＹＺ平面においてＡ軸旋回中心を座標原点とすると、Ａ軸周りでの旋回に伴いターゲット球２１の中心が描く軌跡は、半径ＲＲで角度Ａ０のオフセットが生じることになる。そこで、固定割出角度情報（すなわち、Ｃ軸周りでの回転角度）とターゲット球２１の位置とからオフセット角度Ａ０を算出する（Ｓ２）。つまり、上記（式４）からＡ軸周りでの旋回角度０ｄｅｇ、Ｃ軸周りでの回転角度ＣｉにおけるＹ軸方向での位置Ｙｉ０は下記（式５）となる。また、半径ＲＲは下記（式６）となり、オフセット角度Ａ０は下記（式７）となる。
【００２４】
【数５】
また、Ａ軸周りで旋回角度Ａｉに割り出した際におけるＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’は下記（式８）となる。
【数６】
【００２５】
それから、直角度誤差αを最も同定しやすい割出角度、すなわちＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’が±４５ｄｅｇとなるＡ軸周りでの旋回割出角度ＡＥを算出する（Ｓ３）。つまり、上記（式８）においてＡ’＝±４５ｄｅｇであるため、Ｓ３で算出される旋回割出角度ＡＥ＝±４５−Ａ０［ｄｅｇ］となる。したがって、例えばＲ＝２００ｍｍ、Ｈ＝５０ｍｍ、Ｃｉ＝９０ｄｅｇとすると、ＹＺ平面での半径ＲＲ＝２０６．１５５ｍｍ、オフセット角度Ａ０＝１３．６３３ｄｅｇとなるため、ＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’が±４５ｄｅｇとなるＡ軸周りでの旋回割出角度ＡＥは、上記動作範囲において、−５８．６３３ｄｅｇということになる。
【００２６】
そこで、上記旋回割出角度ＡＥがＳ１で作成した割出条件リストに存在するか否かを判断する（Ｓ４）。そして、旋回割出角度ＡＥが割出条件リストに存在する場合には、割出条件リストを修正することなく計測動作、すなわちクレードル５を割出条件リストにしたがってＡ軸周りで順に割り出していき、各計測ポイントにおいて主軸に装着したタッチプローブでターゲット球２１の座標を計測する動作を開始し（Ｓ７）、その計測結果に基づいてＹＺ軸間の直角度誤差αを同定する（Ｓ８）。
【００２７】
また、Ｓ４における判断の結果、旋回割出角度ＡＥが割出条件リストに存在しない場合、旋回割出角度ＡＥとＳ１で作成した割出条件リストの内の最も近い旋回割出角度との差が所定の許容範囲内にあるかを判断する（Ｓ５）。たとえば、許容範囲を±１ｄｅｇと設定していたとすると、旋回割出角度ＡＥとＳ１で作成した割出条件リスト（図５のもの）の内の最も近い旋回割出角度は−６０ｄｅｇであるため、両角度の差が許容範囲を超えることになり、Ｓ５でＮＯと判断することになる。このようにして許容範囲外であると判断すると、Ｓ１で作成した割出条件リストを修正する（Ｓ６）。たとえば、図７に示すように動作経路の途中（−４５ｄｅｇと−６０ｄｅｇとの間）に旋回割出角度ＡＥを計測ポイントとして追加したり、図８に示すように旋回割出角度ＡＥに最も近い旋回割出角度−６０ｄｅｇを旋回割出角度ＡＥに置換する。そして、その修正された割出条件リストにしたがって計測動作を開始し（Ｓ７）、その計測結果に基づいてＹＺ軸間の直角度誤差αを同定する（Ｓ８）。尚、Ｓ５における判断の結果、許容範囲内であると、割出条件リストを修正することなくＳ７で計測動作を開始することになる。
【００２８】
以上のような構成を有する幾何誤差同定装置によれば、直角度誤差を同定するにあたって上述したような方法で割出条件リストを修正し、直角を形成する２軸平面において直角度誤差の影響が最も大きく現れる±４５ｄｅｇのポイント（若しくは許容範囲内にある計測ポイント）での計測を必ず実行するため、直角度誤差の同定精度が極めて高い。また、直角度誤差の同定精度が高いが故に、直角度誤差の影響が大きいＣ軸やＡ軸に固有の幾何誤差の同定精度も向上することができる。
【００２９】
なお、本発明に係る幾何誤差同定装置は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、割出条件リストの作成や修正の制御に係る構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【００３０】
たとえば、上記実施形態では、算出した旋回割出角度ＡＥが割出条件リストに存在しない場合に割出条件リストを修正する必要のない許容範囲内にあるかを判断するように構成しているが、そのような判断を行うことなく、存在しなかった場合には必ず割出条件リストを修正するように構成することも可能である。
また、上記実施形態では、割出条件リストを修正する際に、旋回割出角度ＡＥを新たに割出条件リストに加えるにあたって動作経路の途中に加えるとしているが、加える位置は適宜変更可能であって、たとえば割出条件リストの最後に加えてもよい。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、直交３軸を並進軸として有する多軸工作機械１において各直交軸間の傾き誤差（直角度誤差）を同定する方法について説明しており、それ故、±４５ｄｅｇの計測ポイントを必ず計測するように構成しているが、たとえばＸ軸方向への案内面が垂直面から前後方向に所定角度傾斜しており、Ｘ軸とＺ軸とに加え、Ｘ軸とＹ軸とを合成してなるＹｓ軸（Ｙｓ軸が前後方向となる）を並進軸として有するような多軸工作機械において、ＸＹｓ軸間での角度誤差を精度良く同定するためには±４５ｄｅｇではなく、ＸＹｓ軸間を二等分する角度で計測した方が良い。つまり、傾き誤差の精度を向上するために計測しなければならない計測ポイントは、±４５ｄｅｇのポイントに何ら限定されるわけではなく、傾き誤差を同定する対象となる多軸工作機械に応じて変更される。
【００３２】
さらにまた、上記実施形態では、クレードルの動作範囲が−１５ｄｅｇ〜＋１０５ｄｅｇであるために、Ｓ３においてＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’が±４５ｄｅｇとなるＡ軸周りでの旋回割出角度ＡＥのみを算出しているが、クレードルの動作範囲に応じて、±４５ｄｅｇではなく±１３５ｄｅｇを用いて旋回割出角度ＡＥを算出したり、両方を用いて旋回割出角度ＡＥを算出したりしても何ら問題はない。
またさらに、許容範囲をどのように設定するかや、計測ポイント数を何個に設定するか等については、言うまでもなく上記実施形態のものに限定されない。
【００３３】
加えて、本発明に係る幾何誤差同定装置が対象とする多軸工作機械は、上記実施形態の多軸工作機械に何ら限定されることはなく、たとえば主軸側に回転軸を２軸以上設けてなるものや、主軸側とテーブル側との夫々に回転軸を１軸ずつ設けてなるものであってもよいし、主軸側又はテーブル側の何れか一方にのみ回転軸を１軸しか備えていないものであってもよい。すなわち、５軸加工機と称されるマシニングセンタベースの工作機械のみならず、旋盤をベースとする複合加工機なども対象となる。そして、そのような場合には、並進軸は２軸でも良いし、それらの並進軸は制御上構成可能であれば、実際の案内面が直交ではなく傾斜した関係であってもよい。
また、回転軸の１つであるＡ軸はクレードルの旋回軸に限定されず、３６０度回転可能な回転軸であってもよいし、ターゲットとタッチプローブの配置を入れ替えても幾何誤差の同定は可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・多軸工作機械、４・・ＡＣ軸ユニット、５・・クレードル、６・・テーブル、２１・・ターゲット球。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば５軸制御マシニングセンタ等といった多軸工作機械における幾何誤差を同定するための幾何誤差同定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば特許文献１に開示されているように、直交３軸であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に加え、テーブルの回転軸となるＣ軸及びＡ軸の合計５軸方向への動作を制御して加工する５軸制御マシニングセンタといった多軸工作機械が知られている。このような多軸工作機械においては、各部材の寸法精度や部材の組み立て精度の向上にも限度があるため、隣り合う軸間での傾きや位置誤差等といった所謂幾何誤差を同定する必要がある。
そして、上記５軸制御マシニングセンタにおける幾何誤差を同定する方法としては、ボールバーと呼ばれる変位センサを用いて行う３軸円弧補間運動測定、すなわち直線軸２軸と回転軸１軸とを同期させて、テーブル上の所定点と主軸の相対間変位を保持したまま円運動させ、得られた円軌跡の中心偏差量から幾何誤差を同定する方法が一般的に知られている。しかしながら、この方法では、ボールバーという特殊な測定器が必要になるとともに、ボールバーの設置方法によって同定精度に与える影響が大きく、幾何誤差の正確な同定に高い技能が必要になるという問題がある。
【０００３】
そこで、ボールバーの代わりにタッチプローブ（ボールバーと比べると一般的な測定器である）及び計測ターゲットとなるターゲット球を用いて、上記３軸円弧補間運動測定と同様の幾何誤差同定原理からなる幾何誤差同定方法が考案されている。これは、たとえば上記５軸制御マシニングセンタにおいては、テーブル上にターゲット球を設置し、テーブルをＣ軸周り及びＡ軸周りおいて複数の角度で割り出すとともに、テーブル上のターゲット球の位置を主軸に装着したタッチプローブで計測し、この計測されたターゲット球の位置にもとづき複数の割出条件によって描かれた円弧軌跡の中心偏差量から幾何誤差を同定するという方法である。つまり、この方法では、たとえばテーブルをＡ軸周りについては任意の角度で固定し、Ｃ軸周りについて複数回割り出す、或いは逆にテーブルをＣ軸周りについては任意の角度で固定し、Ａ軸周りについて複数回割り出し、それぞれの割出条件でタッチプローブをターゲット球に複数回接触させ、ターゲット球の中心座標を算出するといった計測を繰り返すことになる。そして、このような計測を繰り返すに際しては、複数回割り出す軸（Ａ軸又はＣ軸）の動作範囲を設定し、次に計測ポイント数を任意に設定し、動作範囲と計測ポイント数とから等ピッチで割出角度ピッチを算出し、各割出条件でターゲット球の中心座標を計測することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４４８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、一般的に直交３軸間における傾き誤差（ここでは、直角度誤差となる）は、ボールバーを用いた測定の結果において±４５ｄｅｇの楕円成分になることが知られている。これは、上記タッチプローブを用いた方法においても同様であり、直角度誤差は、計測により得られた円軌跡において４５ｄｅｇの楕円成分として現れることになる。そのため、直角度誤差を精度良く同定するためには、直角度誤差の影響が大きく現れる±４５ｄｅｇのポイントを計測する必要がある。
【０００６】
しかしながら、従来では、上述したように動作範囲と計測ポイント数とから等ピッチで割出角度ピッチを算出し、各割出条件でターゲット球の中心座標を計測するため、±４５ｄｅｇとなるポイントが必ずしも計測ポイントになるとは限らない。したがって、±４５ｄｅｇとなるポイントで計測を行わないような場合には、直角度誤差の同定精度が低くなるといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、各軸間における傾き誤差を常に精度良く同定することができる幾何誤差同定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、前記制御装置は、前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記第１割出角度を計測ポイントとして追加して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度を前記第１割出角度に置換して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求めるとともに、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度に存在するか否かを判断し、前記第１割出角度が存在しない場合には更に前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度と前記第１割出角度との角度差が所定の許容範囲内にあるか否かを判断し、前記角度差が前記許容範囲内にない場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定する一方、前記角度差が前記許容範囲内にある場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含めず、前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出すことなく前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記並進軸が直交３軸であり、前記回転軸が前記並進軸の異なる何れかと平行である多軸工作機械における直交２軸間での傾き誤差を同定する幾何誤差同定装置であって、前記第１割出角度が、±４５ｄｅｇ及び／又は±１３５ｄｅｇであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転若しくは旋回させる軸に直交する平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定するに際して、その平面において２つの軸間を二等分する角度上にターゲット球が位置する第１割出角度を求め、少なくとも第１割出角度にターゲット球を割り出してタッチプローブを用いた計測を行い、２つの軸間での傾き誤差を同定する。したがって、傾き誤差の影響が最も大きく現れる計測ポイント（請求項４では許容範囲内にある計測ポイントを含む）での計測を必ず実行するため、傾き誤差の同定精度が極めて高い。また、傾き誤差の同定精度が高いが故に、傾き誤差の影響が大きいＣ軸やＡ軸に固有の幾何誤差の同定精度も向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】多軸工作機械を示した斜視説明図である。
【図２】傾き誤差に起因した楕円軌跡を示した説明図である。
【図３】テーブル上にターゲット球を設置した状態を示した説明図である。
【図４】Ａ軸周りでターゲット球を旋回割出するに際して、テーブルのＣ軸周りでの回転角度を９０ｄｅｇオフセットさせてから計測する様子を示した説明図である。
【図５】割出角度ピッチが等ピッチとなる割出条件リストを示した説明図である。
【図６】Ａ軸周りでターゲット球を旋回割出する様子を示した説明図である。
【図７】割出条件リストの修正例を示した説明図である。
【図８】割出条件リストの他の修正例を示した説明図である。
【図９】傾き誤差の同定に係る制御を示したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態となる幾何誤差同定装置について、図面にもとづき詳細に説明する。尚、本実施形態では、多軸工作機械の一例である５軸制御マシニングセンタにおける幾何誤差（特に、並進軸間の傾き誤差）の同定について説明する。
【００１２】
まず、多軸工作機械１について、図１をもとに説明する。図１は、多軸工作機械１を示した斜視説明図である。尚、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は直交３軸（多軸工作機械１が有する並進軸）であって、Ｙ軸方向を多軸工作機械１における前後方向、Ｘ軸方向を左右方向、Ｚ軸方向を上下方向とする。
多軸工作機械１のベッド２の上面には、Ｙ軸案内３、３が形成されており、該Ｙ軸案内３、３には、トラニオン構造のＡＣ軸ユニット４がＹ軸方向へ移動可能に設置されている。ＡＣ軸ユニット４は、前面視で左右方向に幅広なＵ字状に形成されたクレードル５を備えてなるもので、該クレードル５は、左右に内蔵されたＡ軸駆動機構（図示せず）により、Ｘ軸方向と平行なＡ軸（回転軸）周りに旋回傾斜可能となっている。また、ＡＣ軸ユニット４は、クレードル５の上面に加工対象となるワークを載置するためのテーブル６を備えており、該テーブル６は、クレードル５に内蔵されたＣ軸駆動機構（図示せず）により、Ｚ軸と平行なＣ軸（回転軸）周りに３６０度回転可能となっている。
【００１３】
一方、ベッド２には、Ｙ軸案内３、３を跨ぐように門形構造のクロスレール７が固定されており、クロスレール７の前面には、Ｘ軸案内面８が形成されている。そして、Ｘ軸案内面８に、ラムサドル９がＸ軸方向へ移動可能に設置されている。また、ラムサドル９には、Ｚ軸案内面１０が形成されており、該Ｚ軸案内面１０には、下端に主軸１１を備えた主軸頭１２がＺ軸方向へ移動可能に設置されている。尚、ラムサドル９、ＡＣ軸ユニット４、及び主軸頭１２は、各案内面と平行に設置されたボールネジと、該ボールネジに連結されたサーボモータ（図示せず）とにより移動可能となっている。また、多軸工作機械１には、幾何誤差同定装置を含んだ図示しないＮＣ装置（制御装置）が設けられており、ＮＣ装置によって、ＡＣ軸ユニット４や主軸頭１２等の各部材の各軸方向での駆動が制御されている。
そして、上記多軸工作機械１は、テーブル６上に固定されるワークをＡ軸周り及びＣ軸周りで旋回・回転させるとともにＹ軸方向へと移動させる一方、工具を取り付けた主軸１１をＸ軸及びＺ軸へと移動させることにより、ワークに対して多面加工を施すようになっている。
【００１４】
ここで、本発明の要部となる多軸工作機械１におけるＸＹ軸間での直角度誤差γ、及び
ＹＺ軸間での直角度誤差αの同定について説明する。
上述したような多軸工作機械１のＸＹ平面においてＸＹ軸間に直角度誤差γ［ｒａｄ］が存在した場合、図２に示すような半径Ｒの円軌跡を描くと、ＸＹ平面における円軌跡の極座標をθ［ｄｅｇ］とすると、半径誤差ΔＲは下記（式１）で表され、±４５ｄｅｇの傾きをもった楕円となることが一般的に知られている。
【００１５】
【数１】
【００１６】
そして、タッチプローブ及びターゲット球２１を用いて直角度誤差γを同定しようとすると、まず図３に示すようにテーブル６の回転中心からＲだけ離れた位置へターゲット球２１を固定する。そして、Ａ軸旋回中心２２がＣ軸中心線上にあるとすると、Ｃ軸中心線とＡ軸旋回中心２２との交点を座標原点とした場合におけるターゲット球２１の中心座標［Ｘ０ Ｙ０ Ｚ０ Ａ０ Ｃ０］を下記（式２）と設定する。
【００１７】
【数２】
【００１８】
次に、計測範囲を０［ｄｅｇ］〜３６０［ｄｅｇ］と設定するとともに、計測ポイント数を８個とする。すると、割出角度ピッチは４５ｄｅｇとなるため、ＡＣ軸ユニット４において、Ａ軸周りについては任意の角度（ここではテーブル６が水平となる角度）で固定したまま、テーブル６を４５ｄｅｇピッチでＣ軸周りに割り出していき、各計測ポイントにおいて主軸に装着したタッチプローブでターゲット球２１の座標を計測する。そして、得られた計測座標を用い、最小二乗法等により円の軌跡に関する関係式である下記（式３）におけるＡ〜Ｅの各係数を求める。すると、このようにして求めた係数のうち係数Ｄと上記（式１）とに相関があるため、ＸＹ軸間の直角度誤差γを同定することができる。尚、この場合、極座標を示すθはＣ軸周りでのテーブル６の割出角度と一致する。
【００１９】
【数３】
【００２０】
同様に、Ｃ軸周りについては固定したまま、Ａ軸周りでクレードル５を割り出していけば、ＹＺ軸間の直角度誤差αを同定することができる。以下、この同定に関して、図９のフローチャートにしたがって説明する。
ＡＣ軸ユニット４におけるクレードル５のＡ軸周りでの旋回動作は、テーブル６をＣ軸周りで回転させる場合と異なって動作範囲に制限がある上、Ａ軸周りでの旋回動作中にクレードル５がラムサドル９と干渉するおそれ等もある。そこで、干渉等の問題を出来る限り回避すべく、図４に示すように、テーブル６のＣ軸周りでの回転角度を９０ｄｅｇオフセットさせてから計測する方法を採用する。この場合、上記（式２）の状態からＡ軸周りでの旋回角度をＡｉ、Ｃ軸周りでの回転角度をＣｉに夫々割り出した際におけるターゲット球２１の中心座標［Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ］は下記（式４）で推定される。
【００２１】
【数４】
【００２２】
その上で、まずＹＺ軸間の直角度誤差αを同定するための割出条件リストを作成する（Ｓ１）。たとえば、テーブル６をＣ軸周りで−９０ｄｅｇに割り出した状態において、クレードル５のＡ軸周りでの動作範囲を−１５ｄｅｇ〜＋１０５ｄｅｇ、計測ポイント数を９点として夫々設定すると、割出角度ピッチは１５ｄｅｇとなり、図５に示すような割出条件リストが作成される。尚、図５における割出条件Ａ’軸及びＣ’軸の旋回若しくは回転角度は、機械指令座標である。
【００２３】
以上のようにＣ’軸を割り出した場合にはＹｉ及びＨが存在するため、図６で示すようにＹＺ平面においてＡ軸旋回中心を座標原点とすると、Ａ軸周りでの旋回に伴いターゲット球２１の中心が描く軌跡は、半径ＲＲで角度Ａ０のオフセットが生じることになる。そこで、固定割出角度情報（すなわち、Ｃ軸周りでの回転角度）とターゲット球２１の位置とからオフセット角度Ａ０を算出する（Ｓ２）。つまり、上記（式４）からＡ軸周りでの旋回角度０ｄｅｇ、Ｃ軸周りでの回転角度ＣｉにおけるＹ軸方向での位置Ｙｉ０は下記（式５）となる。また、半径ＲＲは下記（式６）となり、オフセット角度Ａ０は下記（式７）となる。
【００２４】
【数５】
また、Ａ軸周りで旋回角度Ａｉに割り出した際におけるＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’は下記（式８）となる。
【数６】
【００２５】
それから、直角度誤差αを最も同定しやすい割出角度、すなわちＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’が±４５ｄｅｇとなるＡ軸周りでの旋回割出角度ＡＥを算出する（Ｓ３）。つまり、上記（式８）においてＡ’＝±４５ｄｅｇであるため、Ｓ３で算出される旋回割出角度ＡＥ＝±４５−Ａ０［ｄｅｇ］となる。したがって、例えばＲ＝２００ｍｍ、Ｈ＝５０ｍｍ、Ｃｉ＝９０ｄｅｇとすると、ＹＺ平面での半径ＲＲ＝２０６．１５５ｍｍ、オフセット角度Ａ０＝１３．６３３ｄｅｇとなるため、ＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’が±４５ｄｅｇとなるＡ軸周りでの旋回割出角度ＡＥは、上記動作範囲において、−５８．６３３ｄｅｇということになる。
【００２６】
そこで、上記旋回割出角度ＡＥがＳ１で作成した割出条件リストに存在するか否かを判断する（Ｓ４）。そして、旋回割出角度ＡＥが割出条件リストに存在する場合には、割出条件リストを修正することなく計測動作、すなわちクレードル５を割出条件リストにしたがってＡ軸周りで順に割り出していき、各計測ポイントにおいて主軸に装着したタッチプローブでターゲット球２１の座標を計測する動作を開始し（Ｓ７）、その計測結果に基づいてＹＺ軸間の直角度誤差αを同定する（Ｓ８）。
【００２７】
また、Ｓ４における判断の結果、旋回割出角度ＡＥが割出条件リストに存在しない場合、旋回割出角度ＡＥとＳ１で作成した割出条件リストの内の最も近い旋回割出角度との差が所定の許容範囲内にあるかを判断する（Ｓ５）。たとえば、許容範囲を±１ｄｅｇと設定していたとすると、旋回割出角度ＡＥとＳ１で作成した割出条件リスト（図５のもの）の内の最も近い旋回割出角度は−６０ｄｅｇであるため、両角度の差が許容範囲を超えることになり、Ｓ５でＮＯと判断することになる。このようにして許容範囲外であると判断すると、Ｓ１で作成した割出条件リストを修正する（Ｓ６）。たとえば、図７に示すように動作経路の途中（−４５ｄｅｇと−６０ｄｅｇとの間）に旋回割出角度ＡＥを計測ポイントとして追加したり、図８に示すように旋回割出角度ＡＥに最も近い旋回割出角度−６０ｄｅｇを旋回割出角度ＡＥに置換する。そして、その修正された割出条件リストにしたがって計測動作を開始し（Ｓ７）、その計測結果に基づいてＹＺ軸間の直角度誤差αを同定する（Ｓ８）。尚、Ｓ５における判断の結果、許容範囲内であると、割出条件リストを修正することなくＳ７で計測動作を開始することになる。
【００２８】
以上のような構成を有する幾何誤差同定装置によれば、直角度誤差を同定するにあたって上述したような方法で割出条件リストを修正し、直角を形成する２軸平面において直角度誤差の影響が最も大きく現れる±４５ｄｅｇのポイント（若しくは許容範囲内にある計測ポイント）での計測を必ず実行するため、直角度誤差の同定精度が極めて高い。また、直角度誤差の同定精度が高いが故に、直角度誤差の影響が大きいＣ軸やＡ軸に固有の幾何誤差の同定精度も向上することができる。
【００２９】
なお、本発明に係る幾何誤差同定装置は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、割出条件リストの作成や修正の制御に係る構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【００３０】
たとえば、上記実施形態では、算出した旋回割出角度ＡＥが割出条件リストに存在しない場合に割出条件リストを修正する必要のない許容範囲内にあるかを判断するように構成しているが、そのような判断を行うことなく、存在しなかった場合には必ず割出条件リストを修正するように構成することも可能である。
また、上記実施形態では、割出条件リストを修正する際に、旋回割出角度ＡＥを新たに割出条件リストに加えるにあたって動作経路の途中に加えるとしているが、加える位置は適宜変更可能であって、たとえば割出条件リストの最後に加えてもよい。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、直交３軸を並進軸として有する多軸工作機械１において各直交軸間の傾き誤差（直角度誤差）を同定する方法について説明しており、それ故、±４５ｄｅｇの計測ポイントを必ず計測するように構成しているが、たとえばＸ軸方向への案内面が垂直面から前後方向に所定角度傾斜しており、Ｘ軸とＺ軸とに加え、Ｘ軸とＹ軸とを合成してなるＹｓ軸（Ｙｓ軸が前後方向となる）を並進軸として有するような多軸工作機械において、ＸＹｓ軸間での角度誤差を精度良く同定するためには±４５ｄｅｇではなく、ＸＹｓ軸間を二等分する角度で計測した方が良い。つまり、傾き誤差の精度を向上するために計測しなければならない計測ポイントは、±４５ｄｅｇのポイントに何ら限定されるわけではなく、傾き誤差を同定する対象となる多軸工作機械に応じて変更される。
【００３２】
さらにまた、上記実施形態では、クレードルの動作範囲が−１５ｄｅｇ〜＋１０５ｄｅｇであるために、Ｓ３においてＹＺ平面で見た実際の割出角度Ａ’が±４５ｄｅｇとなるＡ軸周りでの旋回割出角度ＡＥのみを算出しているが、クレードルの動作範囲に応じて、±４５ｄｅｇではなく±１３５ｄｅｇを用いて旋回割出角度ＡＥを算出したり、両方を用いて旋回割出角度ＡＥを算出したりしても何ら問題はない。
またさらに、許容範囲をどのように設定するかや、計測ポイント数を何個に設定するか等については、言うまでもなく上記実施形態のものに限定されない。
【００３３】
加えて、本発明に係る幾何誤差同定装置が対象とする多軸工作機械は、上記実施形態の多軸工作機械に何ら限定されることはなく、たとえば主軸側に回転軸を２軸以上設けてなるものや、主軸側とテーブル側との夫々に回転軸を１軸ずつ設けてなるものであってもよいし、主軸側又はテーブル側の何れか一方にのみ回転軸を１軸しか備えていないものであってもよい。すなわち、５軸加工機と称されるマシニングセンタベースの工作機械のみならず、旋盤をベースとする複合加工機なども対象となる。そして、そのような場合には、並進軸は２軸でも良いし、それらの並進軸は制御上構成可能であれば、実際の案内面が直交ではなく傾斜した関係であってもよい。
また、回転軸の１つであるＡ軸はクレードルの旋回軸に限定されず、３６０度回転可能な回転軸であってもよいし、ターゲットとタッチプローブの配置を入れ替えても幾何誤差の同定は可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・多軸工作機械、４・・ＡＣ軸ユニット、５・・クレードル、６・・テーブル、２１・・ターゲット球。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、
前記制御装置は、前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする幾何誤差同定装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、
前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記第１割出角度を計測ポイントとして追加して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の幾何誤差同定装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、
前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度を前記第１割出角度に置換して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の幾何誤差同定装置。
【請求項４】
工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、
前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、
前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求めるとともに、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度に存在するか否かを判断し、前記第１割出角度が存在しない場合には更に前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度と前記第１割出角度との角度差が所定の許容範囲内にあるか否かを判断し、前記角度差が前記許容範囲内にない場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定する一方、前記角度差が前記許容範囲内にある場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含めず、前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出すことなく前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする幾何誤差同定装置。
【請求項５】
前記並進軸が直交３軸であり、前記回転軸が前記並進軸の異なる何れかと平行である多軸工作機械における直交２軸間での傾き誤差を同定する幾何誤差同定装置であって、
前記第１割出角度が、±４５ｄｅｇ及び／又は±１３５ｄｅｇであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の幾何誤差同定装置。
【請求項１】
工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、
前記制御装置は、前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする幾何誤差同定装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、
前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記第１割出角度を計測ポイントとして追加して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の幾何誤差同定装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、
前記第１割出角度が、前記複数の割出角度の中に存在するか否かを判断するとともに、前記第１割出角度が存在しない場合には、前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度を前記第１割出角度に置換して、前記タッチプローブを用いた計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の幾何誤差同定装置。
【請求項４】
工具を装着する主軸と、ワークを保持するテーブルとが、少なくとも１つの回転軸と、前記回転軸に直交する平面内で互いに直交する２方向の並進軸とによって相対移動することにより前記ワークを前記工具で加工する多軸工作機械において、前記主軸又は前記テーブルの一方に取り付けられたターゲットの位置を前記回転軸周りで複数の割出角度に割り出すとともに、前記主軸又は前記テーブルの他方に取り付けられたタッチプローブを用いて、各割出角度での前記ターゲットの位置を計測することにより、前記平面内にある２つの軸間での傾き誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定装置であって、
前記制御装置は、前記回転軸周りでの前記複数の割出角度を算出するにあたり、前記回転軸周りでの動作範囲と任意に設定される計測ポイント数とから等ピッチで前記複数の割出角度を算出する一方、
前記平面において前記２つの軸間を二等分する角度上に前記ターゲットが位置する第１割出角度を求めるとともに、前記第１割出角度が、前記複数の割出角度に存在するか否かを判断し、前記第１割出角度が存在しない場合には更に前記複数の割出角度のうち最も前記第１割出角度に近い割出角度と前記第１割出角度との角度差が所定の許容範囲内にあるか否かを判断し、前記角度差が前記許容範囲内にない場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含め、少なくとも前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出して前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定する一方、前記角度差が前記許容範囲内にある場合には前記第１割出角度を前記複数の割出角度に含めず、前記第１割出角度に前記ターゲットを割り出すことなく前記タッチプローブを用いた計測を行い、前記傾き誤差を同定することを特徴とする幾何誤差同定装置。
【請求項５】
前記並進軸が直交３軸であり、前記回転軸が前記並進軸の異なる何れかと平行である多軸工作機械における直交２軸間での傾き誤差を同定する幾何誤差同定装置であって、
前記第１割出角度が、±４５ｄｅｇ及び／又は±１３５ｄｅｇであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の幾何誤差同定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３２３７５（Ｐ２０１２−２３２３７５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０１８３６（Ｐ２０１１−１０１８３６）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
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