JP2002263973A

JP2002263973A - 工作機械

Info

Publication number: JP2002263973A
Application number: JP2001071514A
Authority: JP
Inventors: Taizo Toyama; 退三遠山; Hiromitsu Ota; 浩充太田
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】測定治具等を用いることなく稼働中にも、所
定の機構パラメータのキャリブレーションを実施し得る
工作機械を提供する。【解決手段】工作機械１０によると、第４ジョイント
１６ｂに取り付けた角度センサ４０Ｕ〜４０ｗにより、
第４ジョイント１６ｂの現在の回転角度を検出し測定角
度情報を制御装置７０に出力する。制御装置７０では、
トラベリングプレート１２の現在位置から所定の機構パ
ラメータに基づいて第４ジョイント１６ｂの現在の回転
角度を演算し、この演算角度情報と測定角度情報とを比
較し、両者の差に基づいて所定の機構パラメータを補正
する。これにより、当該所定の機構パラメータは、演算
角度情報と測定角度情報との差に基づいて補正されるの
で、測定治具等を用いることなく当該補正を行うことが
できる。したがって、測定治具等を用いることなく稼働
中にも、所定の機構パラメータのキャリブレーションを
実施することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パラレルリンク機
構を用いた工作機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、パラレルリンク機構を用いた工作
機械として、例えば、本出願人に係る特開平１１−１１
４７７７号公報に開示されるものがある。この工作機械
９０は図１１に示すように、門型のフレーム５０の天井
に支持柱５１を介して取り付けられており、この支持柱
５１の下方にはテーブル５２が位置している。そして、
このテーブル５２には、加工時に図示しない工作物が載
置され、トラベリングプレート９２の位置及び姿勢を実
測値として測定器９８で測定するときには測定治具１０
０あるいは定盤が載置される。

【０００３】即ち、この種の工作機械９０では、直交座
標系で与えられる工具Ｔの先端位置及び姿勢の指令値に
対し、この指令値を各アクチュエータの出力値（各サー
ボモータの回転角）に変換しており、その変換には、基
台９１に固定されるガイド９４の傾斜角度、ロッド９５
の長さ、トラベリングプレート９２に対するロッド９５
の取付位置等の所定の機構パラメータを用いて行う。そ
のため、当該機構パラメータは、工作機械９０の製造時
には設計値を用いていても、その稼働前の現場調整時や
稼働後のメンテナンス時等には、トラベリングプレート
９２の位置及び姿勢を測定器９８で測定して得た実測値
から演算により求めた当該機構パラメータをその設計値
に置き換えて用いている。つまり、従来の工作機械９０
では、測定器９８や測定治具１００等を用いて当該機構
パラメータのキャリブレーションを行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示すような測定治具１００等を用いて行う機構パラメ
ータのキャリブレーションでは、次のような問題があ
る。 (1) 機構パラメータのキャリブレーションには、測定器
９８や測定治具１００等が必要になるため、これらのセ
ットアップや測定には、それ相当の時間が必要とされ
る。そのため、キャリブレーションに要する工数削減に
は限界がある。 (2) 前項(1) に伴い、当該工作機９０の稼働中にはキャ
リブレーションを行うことが困難である。そのため、工
作機９０の再調整等を実施するには、関係するラインを
一時的に停止させなければならない。 (3) 同様に、工作機械９０の稼働状況や周囲環境の温度
変化に応じて生じるパラレルリンク機構の熱膨張、熱収
縮等の変位による機構パラメータの変動には、逐次対応
することが極めて困難であり、事実上対応することがで
きない。

【０００５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、測定治
具等を用いることなく稼働中にも、所定の機構パラメー
タのキャリブレーションを実施し得る工作機械を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の工作機械では、外部に固定される基台
と、前記基台にパラレルリンク機構を介して保持される
トラベリングプレートと、前記パラレルリンク機構を駆
動する複数のアクチュエータと、直交座標系で与えられ
る指令値を所定の機構パラメータに基づいて前記アクチ
ュエータの出力値に変換し前記複数のアクチュエータを
制御する制御装置と、前記パラレルリンク機構を構成す
る可動部の現在位置を検出し、この検出した測定位置情
報を出力する検出器と、を備えた工作機械であって、前
記制御装置は、前記トラベリングプレートの現在位置か
ら前記所定の機構パラメータに基づいて前記可動部の現
在位置を演算し、この演算した演算位置情報と前記検出
器による前記測定位置情報とを比較し、両者の差に基づ
いて前記所定の機構パラメータを補正することを技術的
特徴とする。

【０００７】また、請求項２の工作機械では、請求項１
において、前記所定の機構パラメータの補正は、前記測
定位置情報と前記演算位置情報の差が、予め定められた
値よりも大きいときに行われることを技術的特徴とす
る。

【０００８】さらに、請求項３の工作機械では、請求項
１または２において、前記所定の機構パラメータの補正
は、補正後の所定の機構パラメータが所定の誤差範囲外
にあるときにも、行われることを技術的特徴とする。

【０００９】また、請求項４の工作機械では、請求項１
〜３のいずれか一項において、前記パラレルリンク機構
は、前記基台に所定の傾斜角度でかつ２本づつ略等間隔
に、３方向に放射状に固定された６本のガイドと、前記
アクチュエータにより前記ガイドの長手方向に移動可能
に、前記６本のガイドに各々に設けられた６つのスライ
ドテーブルと、一端が第１対偶を介して前記スライドテ
ーブルの各々に連結され、他端が第２対偶を介して前記
トラベリングプレートに連結される６本のロッドと、を
有し、前記可動部は、前記第１対偶または前記第２対偶
であり、前記検出器は、前記第１対偶または前記第２対
偶の回転角を検出する角度センサであることを技術的特
徴とする。

【００１０】さらに、請求項５の工作機械では、請求項
１〜４のいずれか一項において、前記パラレルリンク機
構は、前記基台に所定の傾斜角度でかつ２本づつ略等間
隔に、３方向に放射状に固定された６本のガイドと、前
記アクチュエータにより前記ガイドの長手方向に移動可
能に、前記６本のガイドに各々に設けられた６つのスラ
イドテーブルと、一端が第１対偶を介して前記スライド
テーブルの各々に連結され、他端が第２対偶を介して前
記トラベリングプレートに連結される６本のロッドと、
前記スライドテーブルの位置を検出するリニアスケール
と、を有することを技術的特徴とする。

【００１１】請求項１の発明では、基台により外部に固
定され、トラベリングプレートにより基台にパラレルリ
ンク機構を介して保持され、複数のアクチュエータによ
りパラレルリンク機構を駆動し、制御装置により直交座
標系で与えられる指令値を所定の機構パラメータに基づ
いてアクチュエータの出力値に変換し複数のアクチュエ
ータを制御し、検出器によりパラレルリンク機構を構成
する可動部の現在位置を検出し、この検出した測定位置
情報を出力する。そして、制御装置は、トラベリングプ
レートの現在位置から所定の機構パラメータに基づいて
可動部の現在位置を演算し、この演算した演算位置情報
と検出器による測定位置情報とを比較し、両者の差に基
づいて所定の機構パラメータを補正する。これにより、
当該所定の機構パラメータは、制御装置により演算され
た可動部の演算位置情報と、検出器により検出された測
定位置情報と、の差に基づいて補正されるので、測定治
具等を用いることなく当該補正を行うことができる。

【００１２】請求項２の発明では、所定の機構パラメー
タの補正は、測定位置情報と演算位置情報の差が、予め
定められた値よりも大きいときに行われる。これによ
り、両者の差が、当該予め定められた値よりも小さいと
きには、所定の機構パラメータの補正は行われないの
で、必要な範囲で当該補正を行うことができる。

【００１３】請求項３の発明では、所定の機構パラメー
タの補正は、補正後の所定の機構パラメータが所定の誤
差範囲外にあるときにも、行われる。これにより、所定
の誤差範囲外にあるときには、再度、所定の機構パラメ
ータの補正が行われるので、補正精度を高めることがで
きる。

【００１４】請求項４の発明では、パラレルリンク機構
は、６本のガイドと６つのスライドテーブルと６本のロ
ッドとを有し、可動部は第１対偶または第２対偶であ
り、検出器は第１対偶または第２対偶の回転角を検出す
る角度センサである。これにより、所定の機構パラメー
タは、制御装置により演算された第１対偶または第２対
偶の演算位置情報（回転角）と、角度センサにより検出
された測定位置情報（回転角）と、の差に基づいて補正
されるので、測定治具等を用いることなく当該補正を行
うことができる。

【００１５】請求項５の発明では、パラレルリンク機構
は、６本のガイドと６つのスライドテーブルと６本のロ
ッドと、スライドテーブルの位置を検出するリニアスケ
ールとを有する。これにより、所定の機構パラメータの
補正は、例えば、スライドやボールねじの熱変位の影響
を受けることなく行われるので、補正精度を高めること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の工作機械の実施形
態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態
に係る工作機械１０の機械的構成を示した斜視図であ
る。工作機械１０は、トラベリングプレート１２の主軸
１３に取り付けられた工具Ｔを所望の位置に移動させて
工作物を加工するためのもので、前述した従来の工作機
械９０と同様に、門型のフレーム５０の天井に支持柱５
１を介して取付けられている（図１１参照）。この支持
柱５１の下方には、加工対象となる工作物を載置可能な
テーブル５２が設けられている。

【００１７】図１に示すように、工作機械１０は、主
に、支持柱５１によって外部に固定される基台１１と、
ドリルやエンドミル等の工具Ｔを駆動する主軸１３を備
えたトラベリングプレート１２と、基台１１及びトラベ
リングプレート１２に連結されるロッド１５等からなる
パラレルリンク機構と、このパラレルリンク機構を制御
する制御装置７０等から構成されている。

【００１８】基台１１は、六角柱状をなす部材であり、
その側面には三角形状の板状の支持部１１ａが６枚、ほ
ぼ等間隔に設けられている。そしてこれら６枚の支持部
１１ａには、アクチュエータユニット２０を介してパラ
レルリンク機構を構成するロッド１５が１本ずつそれぞ
れに連結されている。これにより、６本のロッド１５を
可動可能に支持している。

【００１９】アクチュエータユニット２０は、６本のロ
ッド１５のそれぞれに対応して設けられており、スライ
ド２２、スライダ２６、アクチュエータとしてのボール
ねじ２４及びサーボモータ２５Ｕ、２５ｕ、２５Ｖ、２
５ｖ、２５Ｗ、２５ｗ（以下、これら６個のモータを総
称して「モータ２５Ｕ〜２５ｗ」という。）から構成さ
れている。そして、これらのモータ２５Ｕ〜２５ｗに
は、図２に示すように、それぞれモータ位置検出用エン
コーダ３１Ｕ、３１ｕ、３１Ｖ、３１ｖ、３１Ｗ、３１
ｗ（以下、これら６個のモータ位置検出用エンコーダを
総称して「エンコーダ３１Ｕ〜３１ｗ」という。）が取
り付けられている。

【００２０】パラレルリンク機構は、アクチュエータユ
ニット２０側からトラベリングプレート１２方向に向か
って、ロッド１５を中心に、スライド２２、スライダ２
６、第５ジョイント１６ａ、第４ジョイント１６ｂ、ロ
ッド１５、第３ジョイント１７ｃ、第２ジョイント１７
ｂおよび第１ジョイント１７ａから構成されている。

【００２１】スライド２２は、断面形状がコ型をした棒
状の部材であり、それぞれのスライド２２は基台１１に
対して所定の傾斜角度（例えば４５度）をなすように、
２本つづ略等間隔に、３方向に放射状に基台１１に固定
されている。これらのスライド２２には、その長手方向
に移動可能にスライダ２６が支持されていると共に、ス
ライダ２６に螺合可能なボールねじ２４が回動可能にス
ライド２２に支持されている。このボールねじ２４の一
端側には、それぞれのスライド２２に対応するモータ２
５Ｕ〜２５ｗが連結されている。これにより、ボールね
じ２４に連結されるモータ２５Ｕ〜２５ｗを駆動するこ
とで、それぞれのボールねじ２４を回動させ、その結果
としてスライダ２６をスライド２２の長手方向に移動さ
せ得るように構成されている。

【００２２】図３に示すように、上述したスライダ２６
には、例えば２個のベアリングジョイント、即ち第５ジ
ョイント１６ａ及び第４ジョイント１６ｂを介してそれ
ぞれロッド１５一端側が連結される。これにより、ロッ
ド１５はスライダ２６に対して３次元方向に揺動可能と
なっている。一方、各ロッド１５の他端は、例えば３個
のベアリングジョイント、即ち第１ジョイント１７ａ、
第２ジョイント１７ｂ及び第３ジョイント１７ｃを介し
てトラベリングプレート１２の同一平面上に連結され
る。これにより、ロッド１５はトラベリングプレート１
２に対して３次元方向に揺動可能となっている。また、
第４ジョイント１６ｂには、第４ジョイント１６ｂの回
転角を検出可能な角度センサ４０Ｖが取り付けられてい
る。

【００２３】つまり、本実施形態に係る工作機械１０で
は、ロッド１５の一端が第１対偶である第４ジョイント
１６ｂを介してスライダ２６に連結され、ロッド１５の
他端が第２対偶である第２ジョイント１７ｂを介してト
ラベリングプレート１２に連結されており、このような
ロッド１５がＵ軸、ｕ軸、Ｖ軸、ｖ軸、Ｗ軸、ｗ軸に対
応して６本設けられている。そして、それぞれの軸の第
４ジョイント１６ｂには、第４ジョイント１６ｂの回転
角を検出可能な角度センサ４０Ｕ、４０ｕ、４０Ｖ、４
０ｖ、４０Ｗ、４０ｗ（以下、これら６個の角度センサ
を総称して「角度センサ４０Ｕ〜４０ｗ」という。）が
設けられており、検出した測定角度情報を後述する制御
装置７０に適宜出力している。なお、図３には、代表例
として、Ｖ軸のロッド１５周囲の構成が例示されている
が、他の軸（Ｕ、ｕ、ｖ、Ｗ、ｗ）のロッド１５周囲
も、Ｖ軸と同様に構成されている。

【００２４】図１に示すように、トラベリングプレート
１２は、基台１１と三角形状をなす板状の部材であり、
基台１１よりも小型に形成されている。そして、その周
囲には、基台１１の支持柱１１ａに対応する位置に、前
述の如くロッド１５の他端側が第１ジョイント１７ａ及
び第２ジョイント１７ｂを介して、２本ずつ合計６本連
結されている。またこのトラベリングプレート１２のほ
ぼ中央下方には、ドリルやエンドミル等の工具Ｔを駆動
する主軸１３が取り付けられている。

【００２５】なお、この主軸１３は、図４に示すよう
に、低熱膨張材からなる主軸ホルダ１３ａを介してトラ
ベリングプレート１２に保持されている。これにより、
トラベリングプレート１２から工具Ｔの先端までの熱膨
張等をないものと同視することができる。

【００２６】以上のように構成される工作機械１０は、
後述する制御装置７０より動作指令を与えることによっ
て、アクチュエータユニット２０のモータ２５Ｕ〜２５
ｗを個別に駆動して６本のロッド１５をそれぞれ独立し
て揺動させる。これにより、これら６本のロッド１５の
揺動の組み合わせから、トラベリングプレート１２を６
自由度制御（位置及び姿勢制御）することができる。ま
た、トラベリングプレート１２の６自由度制御に伴う各
第４ジョイント１６ｂの回転角の検出を、角度センサ４
０Ｕ〜４０ｗによって適宜行うことができる。

【００２７】つまり、各支持部１１ａに支持された２本
１組のロッド１５を同期して３組のロッド１５を個別に
駆動することによりトラベリングプレート１２の位置を
決定し、各支持部１１ａに固定された２本１組のロッド
１５のうちの各１本、即ち合計３本のロッド１５を駆動
することによりトラベリングプレート１２の姿勢を決定
することができるようになっている。そして、トラベリ
ングプレート１２に取り付けられた工具Ｔを所望の位置
及び姿勢に移動し、工作物の加工を行うようになってい
る。また後述する所定のキャリブレーション処理からの
要求に応じて、各第４ジョイント１６ｂの測定角度情報
を角度センサ４０Ｕ〜４０ｗから制御装置７０に出力す
るようになっている。

【００２８】制御装置７０は、直交座標系で与えられる
指令値を所定の機構パラメータに基づいてアクチュエー
タユニット２０の出力値に変換し、これによりアクチュ
エータユニット２０を制御するもので、図２に示すよう
に、ＣＰＵ７１、メモリ７２、インタフェイス７３、７
４、７５から構成されている。

【００２９】中央演算処理装置であるＣＰＵ７１は、メ
モリ７２等に記憶された所定の処理プログラム等を逐次
実行することにより、インタフェイス７３、７４を介し
てサーボユニット８１等を制御し、また角度センサ４０
Ｕ〜４０ｗから出力される測定角度情報等を入力し、後
述するような各演算を行う。

【００３０】主記憶装置であるメモリ７２には、実加工
処理やキャリブレーション処理等を実行するためのプロ
グラムが記憶されている。また入出力装置であるインタ
フェイス７４には、加工データ等を入力するキーボード
７６、加工データや現在の工作機械１０の状態あるいは
キャリブレーションの実施状況等を表示する表示装置
（ＣＲＴ）７７、加工データを記憶する二次記憶装置
（例えばハードディスクＨＤＤ）７８が接続されてい
る。

【００３１】入出力装置であるインタフェイス７３に
は、前述したモータ２５Ｕ〜２５ｗを駆動するデジタル
サーボユニット８１、８２、８３、８４、８５、８６
（以下、これら６個のデジタルサーボユニットを総称し
て「サーボユニット８１〜８６」という。）が接続され
ている。各デジタルサーボユニット８１〜８６は、ＣＰ
Ｕ７１からのサーボ調整指令に基づいて、サーボ値を調
整すると共に、ＣＰＵ７１からの指令値に基づいてモー
タ２５Ｕ〜２５ｗをそれぞれ駆動し、各エンコーダ３１
Ｕ〜３１ｗからの出力によってフィードバック制御を行
う。そして、モータ２５Ｕ〜２５ｗによって駆動される
それぞれのスライダ２６を所望の位置にそれぞれ移動す
ることにより、結果として、６本のロッド１５を介して
連結されるトラベリングプレート１２を所望の位置及び
姿勢に制御するようになっている。

【００３２】入出力装置であるインタフェイス７５に
は、前述した角度センサ４０Ｕ〜４０ｗが接続されてい
る。各角度センサ４０Ｕ〜４０ｗからは、各第４ジョイ
ント１６ｂの回転角度の情報、つまり測定角度情報が適
宜送られてくるので、ＣＰＵ７１はインタフェイス７５
を介して当該測定角度情報を取得することができる。

【００３３】次に、本実施形態に係る工作機械１０のキ
ャリブレーションを図４〜図９に基づいて説明する。な
お、本キャリブレーションは、前述した工作機械１０に
おいては、制御装置７０により行われるもので、本キャ
リブレーションに基づく各処理を記述したプログラム
は、制御装置７０のメモリ７２等に記憶されている。

【００３４】まず、図３で説明したＶ軸のロッド１５周
囲の構成を模式的に表した図４に基づいて本キャリブレ
ーションの概要を説明する。なおここでは、Ｖ軸を代表
して説明するが、他の軸（Ｕ、ｕ、ｖ、Ｗ、ｗ）につい
てもＶ軸と同様である。図４に示すように、ロッド１５
の一端は、第１対偶である第４ジョイント１６ｂを介し
てスライダ２６に連結され、その第４ジョイント１６ｂ
には、その回転角度を測定可能な角度センサ４０Ｖが取
り付けられている。一方、第４ジョイント１６ｂの回転
角度は、工具先端位置の指令値から算出することができ
る。そのため、角度センサ４０Ｖによる測定角度θと、
指令値から算出した演算角度θ_Nとは、所定の機構パラ
メータに誤差がなければ常に一致する。

【００３５】ところが実際には、パラレルリンク機構を
構成する、スライド２２の傾斜角度、ロッド１５の長
さ、トラベリングプレート１２に対するロッド１５の取
付位置等による誤差や、工作機械１０の稼働状況や周囲
環境の温度変化に応じて生じるパラレルリンク機構の熱
膨張、熱収縮の変位等によって、所定の機構パラメータ
が変動することから、測定角度θと演算角度θ_Nとの間
には、角度誤差ｄθを生じる。その一方で、当該機構パ
ラメータ(ベクトルＰ）と演算角度θとの間には、次式
(１)が成り立つので、複数点の測定値に基づく最小二乗
法により、当該機構パラメータ(ベクトルＰ）を求める
ことができる。

【００３６】

【数１】

【００３７】したがって、これらの各演算を図５に示す
キャリブレーション処理により行うことによって、工作
機械１０の製造時のみならず、現地調整時や稼働時にお
いても当該機構パラメータのキャリブレーションを行う
ことができる。

【００３８】図５に示すように、本キャリブレーション
処理は、主に、ステップＳ１０〜Ｓ３２からなるアルゴ
リスムにより処理される。なお、この処理は、工作機械
１０の動作中に定期的に実行される。

【００３９】まずステップＳ１０により、主軸１３に取
り付けられた工具Ｔの先端の現在位置を現在位置情報と
して取得する。この現在位置情報は、ステップＳ１４に
より、第４ジョイント１６ｂの角度情報を演算する際に
用いられる。続いてステップＳ１２により、Ｕ軸〜ｗ軸
の各第４ジョイント１６ｂの各回転角度を測定角度情報
として角度センサ４０Ｕ〜４０ｗから取得する。

【００４０】次に、ステップＳ１４では、先のステップ
Ｓ１０で取得した現在位置情報から現在使用中の所定の
機構パラメータに基づいて第４ジョイント１６ｂの回転
角度を算出する。例えば、この第４ジョイント１６ｂの
角度計算は、図６〜図９に示すように定義されたＤ−Ｈ
パラメータ（θ₁、ｄ₁、ａ₁、α₁）、（θ₂、
ｄ ₂、ａ₂、α₂）、（θ₃、ｄ₃、ａ₃、α₃）、
（θ₄、ｄ₄、ａ₄、α₄）、（θ₅、ｄ₅、ａ₅、α
₅）、（θ₆、ｄ₆、ａ₆、α₆）を用いて、各ジョイ
ント角度θ₂〜θ₅を順次求めることにより行う。

【００４１】ここで、図９(B) に示すように、ワールド
座標系におけるロッド１５方向の単位ベクトルａ_Rと第
０座標系での同ベクトルａ_R0との関係は、次の式(２)、
式(３)に示すように表される。

【００４２】

【数２】

【００４３】したがって、ａ_R0は、次式(４)に示すよう
に求めることができる。

【００４４】

【数３】

【００４５】また、第１座標系における同ベクトルは、
次の式(５)〜式(７)に示すように求めることができる。

【００４６】

【数４】

【００４７】ここで、Ｒ₀は、ワールド座標に対する工
具Ｔの先端の回転を表す行列であり、Ｒ₁は、同次変換
行列の回転部分を取り出したもので、第１座標系の第０
座標系に対する回転を表す３×３行列である。また、ａ
_R1を第１座標系のｘ₁−ｙ₁平面に射影したベクトル
が、ｘ₁軸と成す角度がθ₂になる。したがって、θ₂
は、次式(８)、(９)に示すように求めることができる。

【００４８】

【数５】

【００４９】同様に、θ₃は、第２座標系におけるロッ
ド方向ベクトルａ_R2を第２座標系のｘ₂−ｙ₂平面に射
影したベクトルとｘ₂軸と成す角度になるので、次式(1
0)〜式(13)に示すように求めることができる。

【００５０】

【数６】

【００５１】次に、θ₄は、第３座標系のｙ₃軸と第４
座標系のｚ₄軸の成す角度であると考えることができ
る。そこで、まずｚ₄軸方向ベクトルｕ_Z4をワールド座
標系で求める。そして、ｚ₄軸ベクトルは、ロッド方向
単位ベクトルａ_Rとスライド面へのアプローチベクトル
Ａ_S（ｚ₄軸と同方向のベクトル）の両者に直交し、か
つ、大きさが１のベクトルであることから、次式(14)に
示す連立方程式を解くことにより求めることができる。

【００５２】

【数７】

【００５３】そして、ｕ_Z4の第３座標系でのベクトルｕ
_{Z4_3}と、ｙ₃軸とが成す角度として次式(15)〜(18)に示
すように、θ₄を求めることができる。

【００５４】

【数８】

【００５５】最後に、θ₅、即ち第４ジョイント１６ｂ
の回転角度をスライドアプローチベクトルＡｓとロッド
方向ベクトルａ_Rとの成す角度として、次式(19)に示す
ように求めることができる。

【００５６】

【数９】

【００５７】次に、ステップＳ１６により、このように
して求めた第４ジョイント１６ｂの回転角度である演算
角度情報と、ステップＳ１２で取得した測定角度情報と
の差を求める演算を行う。つまり、両者の差から演算角
度情報の誤差を求める。そして、ステップＳ１８によ
り、この誤差が所定の範囲内にあるか否かの判断を行
う。この範囲は、機構パラメータに要求される精度に基
づいて決定される。

【００５８】ステップＳ１８による判断で、当該誤差が
所定の範囲内にあれば（ステップＳ１８でＹｅｓ）、機
構パラメータはその要求精度を満たしているので、特に
当該機構パラメータを補正することなく、本キャリブレ
ーション処理を終了する。一方、当該誤差が所定の範囲
内にあると判断されなければ（ステップＳ１８でＮ
ｏ）、機構パラメータはその要求精度を満たしていない
ので、続くステップＳ２０に当該機構パラメータの同定
演算を行う。

【００５９】ステップＳ２０では、次式(20)、(21)に基
づいて機構パラメータを同定する演算を行う。

【００６０】

【数１０】

【００６１】即ち、前述した式(１)によるθ_N＝ｆ
（Ｘ，Ｐ）を各パラメータについて全微分することによ
り式(20)が求められる。そのため、複数（０…ｍ）の位
置における測定角度情報を式(20)に対応させることで
（式(21)）、複数の測定角度情報に基づく最小二乗法に
より、機構パラメータの誤差ｄｐ₁…ｄｐ_nを同定する
ことができる。

【００６２】続いて、このステップＳ２０で同定した機
構パラメータが、所定の範囲内にあるか否かを再度判断
するため、前述したステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４と
同様の処理を行う。即ち、ステップＳ２２では、主軸１
３に取り付けられた工具Ｔの先端の現在位置を現在位置
情報として取得し、ステップＳ２４では、Ｕ軸〜ｗ軸の
各第４ジョイント１６ｂの各回転角度を測定角度情報と
して角度センサ４０Ｕ〜４０ｗから取得し、ステップＳ
２６では、先のステップＳ２２で取得した現在位置情報
からステップＳ２０で同定演算した機構パラメータに基
づいて第４ジョイント１６ｂの回転角度を算出する。

【００６３】そして、ステップＳ２８では、ステップＳ
２６で求めた第４ジョイント１６ｂの演算角度情報と、
ステップＳ２４で取得した測定角度情報との差を演算
し、両者の差から演算角度情報の誤差を求める。

【００６４】続くステップＳ３０により、ステップＳ１
８と同様に、この誤差が所定の範囲内にあるか否かの判
断を行い、当該誤差が所定の範囲内にあれば（ステップ
Ｓ３０でＹｅｓ）、同定した機構パラメータはその要求
精度を満たしているので、次のステップＳ３２により現
在の機構パラメータを同定した機構パラメータに置き換
え、本キャリブレーション処理を終了する。なお、ステ
ップＳ１８と同様に、この範囲も機構パラメータに要求
される精度に基づいて決定される。

【００６５】一方、当該誤差が所定の範囲内にあると判
断されなければ（ステップＳ３０でＮｏ）、同定した機
構パラメータでもその要求精度を満たしていないことに
なるので、ステップＳ１０に処理を移行した再度、ステ
ップＳ１０〜３０までの一連のキャリブレーション処理
を行う。

【００６６】以上説明したように本実施形態に係る工作
機械１０によると、パラレルリンク機構を構成する第４
ジョイント１６ｂに取り付けた角度センサ４０Ｕ〜４０
ｗにより、第４ジョイント１６ｂの現在の回転角度を検
出し測定角度情報を制御装置７０に出力する。制御装置
７０では、トラベリングプレート１２の現在位置から所
定の機構パラメータに基づいて第４ジョイント１６ｂの
現在の回転角度を演算し、この演算した演算角度情報と
実測した測定角度情報とを比較し、両者の差に基づいて
所定の機構パラメータを補正する。これにより、当該所
定の機構パラメータは、制御装置７０により演算された
第４ジョイント１６ｂの演算角度情報と、角度センサ４
０Ｕ〜４０ｗにより検出された測定角度情報と、の差に
基づいて補正されるので、測定治具等を用いることなく
当該補正を行うことができる。したがって、測定治具等
を用いることなく稼働中にも、所定の機構パラメータの
キャリブレーションを実施し得る効果がある。

【００６７】また、本実施形態に係る工作機械１０によ
ると、ステップＳ１４により求めた第４ジョイント１６
ｂの演算角度情報と、ステップＳ１２で取得した測定角
度情報との差を、ステップＳ１６により求め、ステップ
Ｓ１８により、両者の差が所定の範囲内にあれば、特に
当該機構パラメータを補正することなく、本キャリブレ
ーション処理を終了する。これにより、必要な範囲で当
該補正を行うことができる。したがって、所定の機構パ
ラメータのキャリブレーションを効率良く実施し得る効
果がある。

【００６８】さらに、本実施形態に係る工作機械１０に
よると、ステップＳ２０により同定演算した機構パラメ
ータを用いて求めた第４ジョイント１６ｂの演算角度情
報と、ステップＳ２４で取得した測定角度情報との差
を、ステップＳ２８により求め、ステップＳ３０によ
り、両者の差が所定の範囲内にあると判断されなけれ
ば、ステップＳ１０に戻って再度、ステップＳ２０によ
る同定演算を行う。これにより、補正精度を高めること
ができる。したがって、測定治具等を用いることなく稼
働中にも、所定の機構パラメータの高精度なキャリブレ
ーションを実施し得る効果がある。

【００６９】次に、パラレルリンク機構の可動部の現在
位置を検出する検出器の変形例を図１０に基づいて説明
する。図１０(A) に示す変形例は、第４ジョイント１６
ｂの回転角度を角度センサ４０Ｕ〜４０ｗにより検出す
ることに加えて、スライド２２の軸方向に沿って取り付
けたリニアスケール４３により、スライダ２６の現在位
置を検出するようにしたものである。このリニアスケー
ル４３は、スライド２２やボールねじ２４の膨張変形等
に影響を受けることなく、スライダ２６の位置を測定し
得るように、スライド２２に固定されている。

【００７０】これにより、スライド２２を移動するスラ
イダ２６の現在位置をリニアスケール４３によって検出
することができることに加え、スライド２２に軸方向の
長さ変動があれば、リニアスケール４３により、その膨
張あるいは収縮の量を測定することができる。したがっ
て、スライド２２やボールねじ２４が熱膨張、熱収縮等
により変位した場合であっても、スライダ２６の位置を
正しく認識することができるので、工作機械１０の稼働
状況や周囲環境の温度変化に応じて生じるパラレルリン
ク機構の熱膨張、熱収縮等の変位による機構パラメータ
の変動にも、逐次対応して、上述したキャリブレーショ
ン処理による機構パラメータの補正を行うことができ
る。

【００７１】図１０(B) に示す変形例は、第４ジョイン
ト１６ｂの回転角度を角度センサ４０Ｕ〜４０ｗにより
検出することに加えて、スライド２２の軸方向に沿って
取り付けたセンサ付き低熱膨張部４５により、スライダ
２６の現在位置を検出するようにしたものである。この
低熱膨張部４５は、スライド２２の軸方向に取付可能な
棒状に形成された熱膨張係数の小さい材料からなり、一
端側に原点センサ４６、他端側に他点センサ４７を設け
ている。

【００７２】なお、原点センサ４６および他点センサ４
７は、スライダ２６が近接したことを検出できるように
構成されており、検出情報を制御装置７０に出力するこ
とができる。またこの原点センサ４６の取付位置は、ト
ラベリングプレート１２の工具Ｔの先端が機械原点にあ
るときに、スライダ２６が位置するところ設定され、ま
た他点センサ４７の取付位置は、原点センサ４６から所
定間隔だけ隔てて設定されている。また、低熱膨張部４
５は、スライド２２やボールねじ２４の膨張変形等に影
響を受けることのないように、その一端４５ａだけがモ
ータ２５Ｖの反対側に位置するスライド２２の端部２２
ａに固定されている。

【００７３】これにより、スライド２２を移動するスラ
イダ２６の現在位置を、原点センサ４６から当該現在位
置までの間のエンコーダ３１Ｖによるパルス数により検
出することができることに加え、スライド２２に軸方向
の長さ変動があれば、原点センサ４６から他点センサ４
７までの間でカウントされるパルス数が変動するので、
このパルスの変動数から、スライド２２やボールねじ２
４の膨張あるいは収縮の量を測定することができる。し
たがって、スライド２２やボールねじ２４が熱膨張、熱
収縮等により変位した場合であっても、スライダ２６の
位置を正しく認識することができるので、工作機械１０
の稼働状況や周囲環境の温度変化に応じて生じるパラレ
ルリンク機構の熱膨張、熱収縮等の変位による機構パラ
メータの変動にも、逐次対応して、上述したキャリブレ
ーション処理による機構パラメータの補正を行うことが
できる。

【００７４】また、ボールねじ２４を熱膨張係数の小さ
い材料から構成することにより、ボールねじ２４の熱膨
張等をないものと同視することができるので、このよう
な構成によっても、スライド２２を移動するスライダ２
６の現在位置をエンコーダ３１Ｖによるパルス数により
検出することができ、またスライド２２が熱膨張、熱収
縮等により変位した場合であっても、スライダ２６の位
置を正しく認識することができる。したがって、工作機
械１０の稼働状況や周囲環境の温度変化に応じて生じる
パラレルリンク機構の熱膨張、熱収縮等の変位による機
構パラメータの変動にも、逐次対応して、上述したキャ
リブレーション処理による機構パラメータの補正を行う
ことができる。

【００７５】

【発明の効果】請求項１の発明では、基台により外部に
固定され、トラベリングプレートにより基台にパラレル
リンク機構を介して保持され、複数のアクチュエータに
よりパラレルリンク機構を駆動し、制御装置により直交
座標系で与えられる指令値を所定の機構パラメータに基
づいてアクチュエータの出力値に変換し複数のアクチュ
エータを制御し、検出器によりパラレルリンク機構を構
成する可動部の現在位置を検出し、この検出した測定位
置情報を出力する。そして、制御装置は、トラベリング
プレートの現在位置から所定の機構パラメータに基づい
て可動部の現在位置を演算し、この演算した演算位置情
報と検出器による測定位置情報とを比較し、両者の差に
基づいて所定の機構パラメータを補正する。これによ
り、当該所定の機構パラメータは、制御装置により演算
された可動部の演算位置情報と、検出器により検出され
た測定位置情報と、の差に基づいて補正されるので、測
定治具等を用いることなく当該補正を行うことができ
る。したがって、測定治具等を用いることなく稼働中に
も、所定の機構パラメータのキャリブレーションを実施
し得る効果がある。

【００７６】請求項２の発明では、所定の機構パラメー
タの補正は、測定位置情報と演算位置情報の差が、予め
定められた値よりも大きいときに行われる。これによ
り、両者の差が、当該予め定められた値よりも小さいと
きには、所定の機構パラメータの補正は行われないの
で、必要な範囲で当該補正を行うことができる。したが
って、測定治具等を用いることなく稼働中にも、所定の
機構パラメータのキャリブレーションを効率良く実施し
得る効果がある。

【００７７】請求項３の発明では、所定の機構パラメー
タの補正は、補正後の所定の機構パラメータが所定の誤
差範囲外にあるときにも、行われる。これにより、所定
の誤差範囲外にあるときには、再度、所定の機構パラメ
ータの補正が行われるので、補正精度を高めることがで
きる。したがって、測定治具等を用いることなく稼働中
にも、所定の機構パラメータの高精度なキャリブレーシ
ョンを実施し得る効果がある。

【００７８】請求項４の発明では、パラレルリンク機構
は、６本のガイドと６つのスライドテーブルと６本のロ
ッドとを有し、可動部は第１対偶または第２対偶であ
り、検出器は第１対偶または第２対偶の回転角を検出す
る角度センサである。これにより、所定の機構パラメー
タは、制御装置により演算された第１対偶または第２対
偶の演算位置情報（回転角）と、角度センサにより検出
された測定位置情報（回転角）と、の差に基づいて補正
されるので、測定治具等を用いることなく当該補正を行
うことができる。したがって、測定治具等を用いること
なく稼働中にも、所定の機構パラメータのキャリブレー
ションを実施し得る効果がある。

【００７９】請求項５の発明では、パラレルリンク機構
は、６本のガイドと６つのスライドテーブルと６本のロ
ッドと、スライドテーブルの位置を検出するリニアスケ
ールとを有する。これにより、所定の機構パラメータの
補正は、例えば、スライドやボールねじの熱変位の影響
を受けることなく行われるので、補正精度を高めること
ができる。したがって、測定治具等を用いることなく稼
働中にも、所定の機構パラメータのキャリブレーション
を実施し得る効果があることに加え、さらに補正精度を
高める効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械の機械的構
成を示す斜視図である。

【図２】本実施形態に係る工作機械を制御する制御装置
の構成を示すブロック図である。

【図３】本実施形態に係る工作機械のロッド周囲の構成
を示す説明図である。

【図４】図３に示すロッド周囲の構成を模式的に表した
説明図である。

【図５】本実施形態に係る工作機械の制御装置によるキ
ャリブレーション処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【図６】Ｄ−Ｈパラメータの座標系定義を各ジョイント
ごとに分解した説明図で、図６(A) はトラベリングプレ
ートと第１ジョイントとの関係を示すもの、図６(B) は
図６(A) をｙ_T軸方向から見たものである。

【図７】Ｄ−Ｈパラメータの座標系定義を各ジョイント
ごとに分解した説明図で、図７(A) は第１ジョイントと
第２ジョイントとの関係を示すもの、図７(B) は第２ジ
ョイントと第３ジョイントとの関係を示すものである。

【図８】Ｄ−Ｈパラメータの座標系定義を各ジョイント
ごとに分解した説明図で、図８(A) は第３ジョイントと
第４ジョイントとの関係を示すもの、図８(B) は第４ジ
ョイントと第５ジョイントとの関係を示すものである。

【図９】図９(A) は、Ｄ−Ｈパラメータの座標系定義を
各ジョイントごとに分解した説明図で、第５ジョイント
とスライダとの関係を示すもの、図９(B) は、ロッド方
向のベクトルを示す説明図である。

【図１０】本実施形態に係る工作機械の検出器の変形例
を示す説明図である。

【図１１】従来の工作機械によるキャリブレーションの
実施に要する構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０工作機械１１基台１２トラベリングプレート１３主軸１５ロッド（パラレルリンク機
構）１６ａ第５ジョイント（パラレルリンク機
構）１６ｂ第４ジョイント（可動部、パラレルリ
ンク機構、第１対偶）１７ａ第１ジョイント（パラレルリンク機
構）１７ｂ第２ジョイント（可動部、パラレルリ
ンク機構、第２対偶）１７ｃ第３ジョイント（パラレルリンク機
構）２０アクチュエータユニット（アクチュエ
ータ）２２スライド（パラレルリンク機
構、ガイド）２４ボールねじ２５Ｕ〜２５ｗモータ２６スライダ（パラレルリンク機
構、スライドテーブル）４０Ｕ〜４０ｗ角度センサ（検出器）４３リニアスケール４５低熱膨張部７０制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｑ 15/22 Ｇ０５Ｄ 3/12 ＳＧ０５Ｄ 3/12 Ｂ２３Ｑ 1/10 Ｆターム(参考） 3C001 KA01 KB10 TA02 TB02 TB04 3C048 BC01 CC20 DD21 EE01 5H303 AA01 BB03 BB09 BB14 CC01 DD01 DD25 DD26 FF06 GG06 GG11 HH05 KK22 LL03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部に固定される基台と、前記基台にパラレルリンク機構を介して保持されるトラ
ベリングプレートと、前記パラレルリンク機構を駆動する複数のアクチュエー
タと、直交座標系で与えられる指令値を所定の機構パラメータ
に基づいて前記アクチュエータの出力値に変換し前記複
数のアクチュエータを制御する制御装置と、前記パラレルリンク機構を構成する可動部の現在位置を
検出し、この検出した測定位置情報を出力する検出器
と、を備えた工作機械であって、前記制御装置は、前記トラベリングプレートの現在位置
から前記所定の機構パラメータに基づいて前記可動部の
現在位置を演算し、この演算した演算位置情報と前記検
出器による前記測定位置情報とを比較し、両者の差に基
づいて前記所定の機構パラメータを補正することを特徴
とする工作機械。
【請求項２】前記所定の機構パラメータの補正は、前記測定位置情報と前記演算位置情報の差が、予め定め
られた値よりも大きいときに行われることを特徴とする
請求項１記載の工作機械。
【請求項３】前記所定の機構パラメータの補正は、補正後の所定の機構パラメータが所定の誤差範囲外にあ
るときにも、行われることを特徴とする請求項１または
２記載の工作機械。
【請求項４】前記パラレルリンク機構は、前記基台に所定の傾斜角度でかつ２本づつ略等間隔に、
３方向に放射状に固定された６本のガイドと、前記アクチュエータにより前記ガイドの長手方向に移動
可能に、前記６本のガイドに各々に設けられた６つのス
ライドテーブルと、一端が第１対偶を介して前記スライドテーブルの各々に
連結され、他端が第２対偶を介して前記トラベリングプ
レートに連結される６本のロッドと、を有し、前記可動部は、前記第１対偶または前記第２対偶であ
り、前記検出器は、前記第１対偶または前記第２対偶の回転
角を検出する角度センサであることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項５】前記パラレルリンク機構は、前記基台に所定の傾斜角度でかつ２本づつ略等間隔に、
３方向に放射状に固定された６本のガイドと、前記アクチュエータにより前記ガイドの長手方向に移動
可能に、前記６本のガイドに各々に設けられた６つのス
ライドテーブルと、一端が第１対偶を介して前記スライドテーブルの各々に
連結され、他端が第２対偶を介して前記トラベリングプ
レートに連結される６本のロッドと、前記スライドテーブルの位置を検出するリニアスケール
と、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項
に記載の工作機械。