CN112828682A - 机床的误差测量方法以及机床 - Google Patents

Abstract

提供机床的误差测量方法以及机床，能够与目标的形状无关地根据测量结果自动检测干扰而得到准确的测量结果。执行如下步骤：误差值取得步骤(S1)，将具有多个目标的主工件设置于工作台，使用安装于主轴箱的传感器来检测各目标的位置，由此分别取得与各目标的位置相关的测量值，使用所取得的各测量值和预先取得的与各目标的位置相关的校正值，分别取得与各目标的位置相关的误差值；干扰指标值计算步骤(S2)，针对各目标，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及阈值判定步骤(S3)，判定干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

Description

机床的误差测量方法以及机床

技术领域

本发明涉及对机床的误差进行测量的方法以及能够执行该方法的机床。

背景技术

图1是具有3个平移轴的数控机床(加工中心)的示意图。

主轴箱2能够通过作为平移轴且彼此正交的X轴、Z轴来进行2个平移自由度的运动，工作台3能够通过作为平移轴且与X、Z轴正交的Y轴进行1个平移自由度的运动。因此，主轴箱2相对于工作台3具有3个平移自由度。各轴由被数值控制装置控制的伺服电动机驱动，将被加工物固定于工作台3，在主轴箱2的主轴2a上安装刀具而使刀具旋转，从而将被加工物加工成任意的形状。

作为机床的运动精度，有定位精度、直线度等。这些运动精度被转印到被加工物的形状上，成为被加工物的形状、尺寸误差的主要原因。与此相对，通过将定位精度、直线度作为参数来进行校正控制，能够实现高精度的加工。

例如在专利文献1中提供了如下方法：利用接触探头对主工件上的目标的位置进行测量，根据测量结果与校正值的偏差，计算针对直线插补进给的误差的校正参数，根据计算出的校正参数来进行校正控制。

但是，在该方法中，由于将主工件的平面作为测量目标，不具有球或孔的直径这样的规定的长度，因此无法测量目标的规定部位的长度，无法根据与它们的校正值的误差的偏差来判断测量错误。

与此相对，本申请人在专利文献2中提供了如下发明：将主工件上的目标的形状设为球，测量球的规定部位的长度，计算与校正值的误差的偏差，在该偏差超过规定值的情况下判断为测量错误。

专利文献1：日本特开平6-138921号公报

专利文献2：日本特开2012-30338号公报

但是，在利用接触探头对主工件上的目标的位置进行测量时，有时因附着于主工件的异物等的影响而在测量结果中混入干扰，有时无法得到准确的测量结果。如果根据基于这样的测量结果计算出的校正参数来进行校正控制，反而会引起使加工精度恶化的情况。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供能够与目标的形状无关地根据测量结果自动检测干扰而得到准确的测量结果的机床的误差测量方法以及机床。

为了达成上述目的，技术方案1的发明是一种机床的误差测量方法，在机床中，对误差进行测量，所述机床具有2轴以上的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床的误差测量方法执行如下步骤：

误差值取得步骤，将具有多个目标的主工件设置于所述工作台，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测各所述目标的位置，由此分别取得与各所述目标的位置相关的测量值，使用所取得的各所述测量值和预先取得的与各所述目标的位置相关的校正值，分别取得与各所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算步骤，针对各所述目标，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定步骤，判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

为了达成上述目的，技术方案2的发明是一种机床的误差测量方法，在机床中，对误差进行测量，所述机床具有2轴以上的平移轴、1轴以上的旋转轴或与所述平移轴不同的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述2轴以上的平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床的误差测量方法执行如下步骤：

误差值取得步骤，将目标设置于所述工作台，在多个条件下对所述2轴以上的平移轴、以及所述旋转轴或所述不同的平移轴进行定位，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测所述目标的位置，由此针对各定位条件分别取得与所述目标的位置相关的测量值，并根据所取得的各所述测量值分别取得与所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算步骤，针对各所述定位条件，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定步骤，判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

技术方案3的发明的特征在于，在上述结构中，根据多个所述误差值和窗函数来计算所述干扰指标值中的至少一个。

技术方案4的发明的特征在于，在上述结构中，根据一个所述误差值与通过所述窗函数使多个所述误差值平滑化而得到的值的差来计算所述干扰指标值中的至少一个。

技术方案5的发明的特征在于，在上述结构中，在所述阈值判定步骤中，在至少一个所述干扰指标值超过阈值的情况下，针对已经取得所述误差值的所述目标或所述定位条件，再次执行所述误差值取得步骤。

技术方案6的发明的特征在于，在上述结构中，在针对所述目标或所述定位条件的所述误差值取得步骤的执行次数超过规定次数的情况下，不再次执行所述误差值取得步骤。

技术方案7的发明的特征在于，在上述结构中，在所述阈值判定步骤中，在至少一个所述干扰指标值超过了阈值的情况下，通知该情况。

为了达成上述目的，技术方案8的发明是一种机床，其具有2轴以上的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床具有：

误差值取得单元，其在将具有多个目标的主工件设置于所述工作台的状态下，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测各所述目标的位置，由此分别取得与各所述目标的位置相关的测量值，使用所取得的各所述测量值和预先取得的与各所述目标的位置相关的校正值，分别取得与各所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算单元，其针对各所述目标，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定单元，其判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

为了达成上述目的，技术方案9的发明是一种机床，其具有2轴以上的平移轴、1轴以上的旋转轴或与所述平移轴不同的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述2轴以上的平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床具有：

误差值取得单元，其在将目标设置于所述工作台的状态下，在多个条件下对所述2轴以上的平移轴、以及所述旋转轴或所述不同的平移轴进行定位，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测所述目标的位置，由此针对各定位条件分别取得与所述目标的位置相关的测量值，并根据所取得的各所述测量值分别取得与所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算单元，其针对各所述定位条件，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定单元，其判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

根据本发明，能够与主工件的目标的形状无关地自动检测干扰较大的测量结果，执行再测量或中断测量。因此，能够得到准确的测量结果，还能够防止加工精度的恶化。

附图说明

图1是数控机床的示意图。

图2是探头和设置工作台上的主工件的示意图。

图3是主工件的示意图。

图4是本发明的误差测量方法的流程图。

标号说明

1：床身；2：主轴箱；2a：主轴；3：工作台；11：接触探头；12：主工件；P：目标。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

作为适用的机床，以图1的数控机床为例来进行说明。但是，作为本发明所涉及的机床，也可以是复合加工机、车床、磨床等其他机床。

在本发明中，如图2所示，将接触探头11安装于主轴箱2的主轴2a，将作为测量对象的主工件12固定于工作台3，利用接触探头11对主工件12的目标的位置进行测量。图2是测量主工件12的平面上的目标而测量X轴的Z方向成分直线度的例子，但对于测量其他轴、其他成分的直线度或定位精度的情况，也能够实施本发明。这里，设置于机床的数控装置作为本发明的误差值取得单元、干扰指标值计算单元、阈值判定单元而发挥功能。

如图3所示，在主工件12中存在多个目标P(P₁、P₂、P₃··P_n-2、P_n-1、P_n)。

目标P₁～P_n的相对位置事先由高精度的测量器等测量，将其测量结果记录为校正值。另外，在图3中示出了目标P为平面上的点的例子，但只要是记录了相对位置的目标，则也可以是带有球的目标或开有孔的目标。

接着，根据图4的流程图对本发明的误差测量方法进行说明。

首先，在目标编号为i时，利用接触探头11对目标P_i的位置进行测量。取得测量而得到的测量值Zm_i与事先记录的校正值Zc_i的差，从而取得误差值ΔZ_i＝Zm_i-Zc_i(S1：误差值取得步骤)。

针对得到的误差值ΔZ_i来计算干扰指标值(S2：干扰指标值计算步骤)。在第i-k个目标P的干扰指标值的计算中，使用第i-2k个到第i个目标P的误差值。因此，在取得第i个目标P的误差值之后，计算第i-k个目标P的干扰指标值。

误差值ΔZ_i与其周边的误差值相比不会急剧地变化。另一方面，在误差值ΔZ_i中包含干扰的情况下，误差值ΔZ_i因干扰而急剧地变化。因此，通过使用窗函数来计算误差值的变化成分d_i-k，并根据误差值的变化成分d_i-k来计算干扰指标值D_i-k。

通过对ΔZ_i-2k～ΔZ_i乘以窗函数w_i-2k～w_i而取总和，如下述的数学式1那样计算误差值的变化成分d_i-k。

【数学式1】

d_i-k＝w_i-2k*ΔZ_i-2k+w_i-2k+1*ΔZ_i-2k+1+…+w_i-2*ΔZ_i-2+w_i-1*ΔZ_i-1+w_i*ΔZ_i

对窗函数w_i的一例进行说明。这里，对k＝2的情况进行说明。使作为对象的第i-4个到第i个目标P的误差值ΔZ_i-4～ΔZ_i平滑化，求出第i-2个目标P的平滑化误差ΔZ_Si-2。例如，如果使用Savitzky-Golay滤波器作为平滑化滤波器，则平滑化后的误差值ΔZ_Si-2能够如下述的数学式2那样表示。

【数学式2】

ΔZs_i-2＝(-3*ΔZ_i-4+12*ΔZ_i-3+17*ΔZ_i-2+12*ΔZ_i-1-3*ΔZ_i)/35

通过从误差值ΔZ_i-2减去平滑化后的误差值ΔZ_Si-2，如下述的数学式3那样计算误差值的变化成分d_i-2。

【数学式3】

d_i-2＝ΔZ_i-2-ΔZs_i-2＝(3*ΔZ_i-4-12*ΔZ_i-3+18*ΔZ_i-2-12*ΔZ_i-1+3*ΔZ_i)/35

接着，对干扰指标值D_i-k的计算方法进行说明。干扰指标值D_i-k通过取误差值的变化成分d_i-k的绝对值来进行计算。另外，如下述的数学式4所示，也可以通过取第k+1个到第i-k个目标P的误差值的变化成分d_k+1～d_i-k的最大值与最小值的差来进行计算。

【数学式4】

D_i-k＝max{d_k+1，…，d_i-k}-min{d_k+1，…，d_i-k}

接着，在S3中，判定计算出的干扰指标值D_i-k是否在阈值D_th以内(阈值判定步骤)。如果在该判定中判定为阈值以内(D_i-k≦D_th)，则在S4中对目标编号i进行递增计数，并转移到下一个目标P的测量。另一方面，在干扰指标值D_i-k大于阈值(D_i-k＞D_th)的情况下，在S5中对同一目标进行重试测量次数N_i-k的判定。

这里，在重试测量次数N_i-k在重试用的阈值N_th以内的情况下，在S6中将目标编号i再次设定为i-k，在S7中对重试测量次数N_i-k进行递增计数，返回S1并再次取得目标P_i-k的误差值。另一方面，在S5中重试测量次数超过了重试用的阈值的情况下，不进行重试而在S4中对目标编号i进行递增计数，而转移到下一个目标P的测量。此时，也可以不转移到下一个目标P的测量而中断测量并通知该情况。

最后，在S8中判定是否完成了所有目标P的测量，如果完成则结束测量。

在测量结束后，仅使用干扰指标值在阈值以内的目标P的误差值来计算校正参数，数控装置根据计算出的校正参数来进行各控制参数的校正。

这样，根据上述方式的误差测量方法和数控机床，执行如下步骤：误差值取得步骤，将具有多个目标P的主工件12设置于工作台3，使用安装于主轴箱2的接触探头11(传感器)来检测各目标P的位置，由此分别取得与各目标P的位置相关的测量值，使用所取得的各测量值和预先取得的与各目标P的位置相关的校正值，分别取得与各目标P的位置相关的误差值；干扰指标值计算步骤，针对各目标P计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及阈值判定步骤，其判定干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

根据该结构，能够与主工件12的目标P的形状无关地自动检测干扰较大的测量结果，执行再测量或中断测量。因此，能够得到准确的测量结果，还能够防止加工精度的恶化。

另外，在上述方式中，在S3的判断中干扰指标值超过阈值的情况下，以重试用的阈值以内的重试测量次数进行重试(误差值的再取得以及干扰指标值计算)，但也可以在干扰指标值超过阈值的情况下不进行重试而中断误差值的再取得，并通知该情况。

另外，在上述方式中，对多个目标的位置进行测量，分别取得相对于校正值的误差值而进行干扰指标值的计算，但本发明还能够应用于除了具有两轴以上的平移轴之外还具有一轴以上的旋转轴或其他冗余的平移轴的机床。在该情况下，只要在工作台上设置一个目标，在多个条件下对旋转轴和平移轴进行定位，针对各定位条件来测量目标的位置，并与上述方式同样地针对各定位条件取得多个误差值即可。

在该情况下，也能够通过针对各定位条件计算干扰指标值而将该干扰指标值与阈值进行比较，从而获得准确的测量结果。

Claims (9)

1.一种机床的误差测量方法，在机床中，对误差进行测量，所述机床具有2轴以上的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床的误差测量方法执行如下步骤：

误差值取得步骤，将具有多个目标的主工件设置于所述工作台，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测各所述目标的位置，由此分别取得与各所述目标的位置相关的测量值，使用所取得的各所述测量值和预先取得的与各所述目标的位置相关的校正值，分别取得与各所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算步骤，针对各所述目标，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定步骤，判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

2.一种机床的误差测量方法，在机床中，对误差进行测量，所述机床具有2轴以上的平移轴、1轴以上的旋转轴或与所述平移轴不同的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述2轴以上的平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床的误差测量方法执行如下步骤：

误差值取得步骤，将目标设置于所述工作台，在多个条件下对所述2轴以上的平移轴、以及所述旋转轴或所述不同的平移轴进行定位，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测所述目标的位置，由此针对各定位条件分别取得与所述目标的位置相关的测量值，并根据所取得的各所述测量值分别取得与所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算步骤，针对各所述定位条件，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定步骤，判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

3.根据权利要求1所述的机床的误差测量方法，其特征在于，

根据多个所述误差值和窗函数来计算所述干扰指标值中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的机床的误差测量方法，其特征在于，

根据一个所述误差值与通过所述窗函数使多个所述误差值平滑化而得到的值的差来计算所述干扰指标值中的至少一个。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的机床的误差测量方法，其特征在于，

在所述阈值判定步骤中，在至少一个所述干扰指标值超过阈值的情况下，针对已经取得所述误差值的所述目标或所述定位条件，再次执行所述误差值取得步骤。

6.根据权利要求5所述的机床的误差测量方法，其特征在于，

在针对所述目标或所述定位条件的所述误差值取得步骤的执行次数超过规定次数的情况下，不再次执行所述误差值取得步骤。

7.根据权利要求1所述的机床的误差测量方法，其特征在于，

在所述阈值判定步骤中，在至少一个所述干扰指标值超过了阈值的情况下，通知该情况。

8.一种机床，其具有2轴以上的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

该机床具有：

误差值取得单元，其在将具有多个目标的主工件设置于所述工作台的状态下，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测各所述目标的位置，由此分别取得与各所述目标的位置相关的测量值，使用所取得的各所述测量值和预先取得的与各所述目标的位置相关的校正值，分别取得与各所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算单元，其针对各所述目标，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定单元，其判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

9.一种机床，其具有2轴以上的平移轴、1轴以上的旋转轴或与所述平移轴不同的平移轴、能够保持被加工物的工作台以及能够保持刀具的主轴箱，保持于所述主轴箱的刀具能够通过所述2轴以上的平移轴而相对于被加工物进行2个平移自由度以上的相对运动，其特征在于，

所述机床具有：

误差值取得单元，其在将目标设置于所述工作台的状态下，在多个条件下对所述2轴以上的平移轴、以及所述旋转轴或所述不同的平移轴进行定位，使用安装于所述主轴箱的传感器来检测所述目标的位置，由此针对各定位条件分别取得与所述目标的位置相关的测量值，并根据所取得的各所述测量值分别取得与所述目标的位置相关的误差值；

干扰指标值计算单元，其针对各所述定位条件，计算表示测量的干扰程度的至少一个干扰指标值；以及

阈值判定单元，其判定所述干扰指标值是否超过预先设定的阈值。

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