JP2003121545A - 運動精度及び移動速度の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 従来のＤＢＢ法などによる運動精度測定では
評価できなかった実際の運用形態での運動精度及び移送
速度や、３次元空間内での任意の運動に対応した運動精
度及び移動速度の測定を可能とする方法を提供する。 【解決手段】 機械の作用素である工具などの変わりに
速度測定手段１−１を取り付け、速度測定手段の速度検
出位置が作用素の作用する対称面上となるように調整
し、機械に実際の運用と同じ動作をさせ、速度測定手段
によって作用素と対称面の間の運動精度及び相対速度を
測定、記録する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、溶接機
械、溶接ロボット、ディスペンサ装置、ディスペンサロ
ボット、塗装ロボット、描画装置、印刷装置、各種ロボ
ットなどに代表される産業機械を含む各種機械の運動精
度を測定する方法において特に移動速度を測定する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に機械の運動精度や移動速度を測定
する方法としてレーザ干渉計を用いる方法が知られてい
る。

【０００３】直線運動の運動精度を測定する装置として
レニショウによる特許２６３０３４５号や中央精機
（株）の特公平０６−０１７７８６号公報、特公平０７
−０３１０５４号公報があり、商品名「ストレータ」と
して知られている。

【０００４】円弧運動の運動精度を測定する方法として
広く知られているものにＤＢＢ法があり、これにはレニ
ショウによる特開平０５−２５６６０２号公報、特開平
０９−２２９６０３号公報、特公平０７−０８１８０４
号公報や牧野フライス製作所による特公平０８−０１５
７０４号公報や不二越らによる特開平０６−０９１４８
６号公報があり、商品として聖和精機（株）の「ＤＢＢ
測定システム」、レニショー（株）の「ＱＣ１０」等が
知られている。また、ＤＢＢ法以外に円弧運動の運動精
度を測定する方法として、基準リングをトレースする方
法で（株）不二越の「ＣＡＲＹサーキュラテスト」等が
商品として知られている。

【０００５】格子状スケールを利用するものとしてハイ
デンハイン（株）の「ＫＧＭ１０１」が商品と知られ、
これに類似する垣野らの方法については精密工学会誌Ｖ
ｏｌ.６２、Ｎｏ.１１、１９９６ｐ.１６１２〜ｐ.１６
１６にみられる。追尾式レーザ干渉計を用いる方法とし
て工業技術院、東京精密による特開平０７−２３９２０
９号公報、特許２７５５３４６号がある。

【０００６】

【発明が解決しようとずる課題】しかしながら、上記従
来例では以下のような課題がある。

【０００７】レーザ干渉計を用いる方法では直線運動の
場合のみ速度測定が可能であり、２軸以上の直線運動が
組み合わされた場合には各軸の測定結果を合成する事で
相対的な速度の評価が可能であるが、直線運動と回転運
動が組み合わされた場合にはその運動軌跡に見合った速
度測定ができない。

【０００８】直線運動の運動精度を測定する装置である
特許２６３０３４５号、特公平０６−０１７７８６号公
報、特公平０７−０３１０５４号公報では測定が１軸の
直動ステージの運動精度に限定されてしまい、２軸以上
を同期させる運動では実際の運動軌跡に見合った測定が
できない。また、回転軸を有する運動機構には適用でき
ない。また、基本的に運動精度を測定する装置であるた
め移動速度の測定はできない。

【０００９】円弧運動の運動精度を測定するＤＢＢ法と
しての特開平０５−２５６６０２号公報、特開平０９−
２２９６０３号公報、特公平０７−０８１８０４号公報
や特公平０８−０１５７０４号公報、特開平０６−０９
１４８６号公報等では対象が円弧補間運動に限定され
る、２次元的な軌跡に限定されるといった問題があり、
３軸以上を同期させる実際の機械の動きにおける測定は
困難である。また、基本的に運動精度を測定する装置で
あるため移動速度の測定はできない。

【００１０】格子状スケールを利用する方法では２次元
平面内では任意の動きに対応して測定が可能であるが、
格子状スケールに直交する方向の動きを検出できず３次
元的な動きには対応できない。また、機械のストローク
に合わせようと格子状スケールを大きくしようとしても
大きな格子状スケールを製作する事が困難である。

【００１１】追尾式レーザ干渉計を用いる方法、特開平
０７−２３９２０９号公報、特許２７５５３４６号は３
次元的な動きに対応した測定が可能であるが、装置自体
が高価である、追尾式レーザ干渉肝を機外に設置する、
追尾式レーザ干砂肝自体が大きいといった問題がある。
また、５軸制御工作機械などでは作用素である工具が取
り付く主軸を回転機構上に装着している、あるいは工作
物側に回転機構を持たせる事が多いため、移動軸の物理
的干渉でレーザが遮られ測定が困難になるといった問題
もある。

【００１２】また、以上に述べた従来技術では測定装置
を取り付けるために例えば工作機械のテーブルにワーク
を載せられない、ロボットのハンドにワークを把持させ
たままで動かせない等、実際の運用形態と異なる状態で
測定する事になり正確な評価とはなりにくい。

【００１３】そのため例えば工作機械では実際の加工時
とは異なる状態で運動精度、移動速度の測定を行う工程
と、ワークの加工精度を測定後、その誤差を運動精度、
移動速度の補正にフィードバックする工程の繰り返しが
避けられない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では従来技術の課
題を解決するために、 １．機械の運動精度を測定する方法において、速度測定
手段と該速度測定手段による測定結果を記録する記録手
段を備え、前記機械の作用素が取り付く部分に該作用素
と該作用素が作用する対象面との相対速度を測定可能な
前記速度測定手段を備え、前記速度測定手段の速度検出
位置が前記機械の前記作用素の前記対象面における作用
点と同一となるように調整し、前記機械を実際の運用時
と同じ動作をさせ、前記速度測定手段により前記動作中
の前記作用素と前記対象面との相対速度を測定し、測定
された前記相対速度を前記記録手段によって記録してい
く事を特徴とする運動精度の測定方法を提供し、 ２．１における速度測定手段がドップラー速度計である
事を特徴とする運動精度の測定方法を提供し、 ３．１〜２の測定方法により運動精度が保証された機械
を提供し、 ４．３に記載の機械で製造された製造物を提供するもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の特徴を最も良く表
わす実施例を示す。ここではＸＹＺの直交３軸と主軸側
に回転２軸の座標系を持つ５軸制御のマシニングセンタ
等の工作機械に本発明を適用している。

【００１６】１−１は工作機械の作用素である工具に変
わって取り付けられた速度測定手段である。１−２は説
明をわかりやすくするために対象面上に投影した速度測
定手段１−１の軌跡で、対象機械に実際の運用と同じ動
きを指せた場合の工具軌跡に等しい。なお、図中の矢印
は走査の方向を表わす。１−３は対象面を持つ工作物、
１−４は速度測定手段１−１が取り付けられる主軸、１
−５は主軸１−４を回転可動にする第１の回転機構、１
−６は主軸１−４、第１の回転機構１−５を搭載し回転
可動にする第２の回転機構、１−７は主軸１−４、第１
の回転機構１−５、第２の回転機構１−６が取り付けら
れるＺ軸移動体である。１−８はＺ軸移動体が移動可能
に取り付けられるコラム、１−９はテーブルで工作物１
−３を搭載しＸ軸及びＹ軸方向に移動可能である。１−
１０はベッドで１−１〜１−９が搭載される。１−１１
は速度測定手段１−１で測定された結果を記録する記録
手段である。

【００１７】フライス盤やマシニングセンタ等の工作機
械における本来の加工では、主軸１−４に取り付けられ
た作用素である工具と工作物１−３が相対運動を行い材
料を除去し所望の形状を得る。本発明における運動精度
及び移動速度測定の方法では作用素として速度測定手段
１−１を取り付け、その速度検出位置が工具が材料除去
を行う対象面上となるように調整されている。このとき
速度測定手段１−１は様々な装置が選択できるが、図で
は請求項２に記載のドップラー速度計を取り付けてい
る。

【００１８】速度測定手段１−１を取り付けた状態で通
常の加工プログラムを実行し、実際の工具軌跡と等しい
軌跡１−２に沿って移動したときの速度を記録手段１−
１１に記録する。ここで速度測定手段１−１は本来の作
用素である工具が工作物１−３の対象面に作用する位置
と同じ位置に速度検出位置がくるため、工具と工作物の
相対運動速度を極めて正確に測定する事になり、この測
定された速度を記録手段１−１１によって記録する事で
対象となる機械の運動精度及び移動速度の評価が可能で
ある。

【００１９】また、作用素のみが実際の工具と異なるだ
けなので測定装置等を工作物の変わりに機上に搭載する
といった事もなく、実際の運用形態に極めて近い形で評
価が可能である。また、２次元平面内の測定・評価にと
どまらず、容易に３次元空間での測定・評価が可能であ
る。

【００２０】さらに本発明による運動精度及び移動速度
の測定方法では図１中の工作物１−３のように対象面が
自由曲面であるような場合、あるいは対象面に対して作
用素を常に対象面の法線方向から作用させるような場合
において、正確な運動精度及び移動速度の測定が行える
という効果がより一層大きい。また、非接触で速度を測
定できるドップラー速度計を速度測定手段として用いて
いるため機械の各移動軸に対して外乱を生じさせる事無
く測定が可能である。

【００２１】図２は本発明による第２の実施例である。
ここではパラレルリンク機構による工作機械に適用した
例を示してある。２−１は速度測定手段、２−２は説明
のために対象面上に投影した工具軌跡に等しい軌跡、２
−３は対象面を持つ工作物、２−４は工作物２−３を搭
載するテーブル、２−５は可動プレート、２−６は固定
プレート、２−７ａ〜２−７ｆはパラレルリンク機構の
各リンクである。なお、ここでは記録手段を省略してい
る。

【００２２】パラレルリンク機構は各リンクの長さを調
節する事で移動プレート２−５に直線運動及び回転運動
を与え、任意の６自由度の運動を可能にする。この場合
でも本発明による運動精度及び移動速度測定方法は直線
運動や回転運動による制約を受ける事無く、対象面上の
軌跡２−２に沿って機械の運動精度及び移動速度を極め
て正確に測定可能である。また、速度測定結果によって
加工後のカッタマークの出来具合や送りピッチのムラ、
粗さ断面曲線などが予測でき、実際の加工前にプログラ
ムの変更、対象機械の調整などを行う事で加工品質の維
持、向上が容易に達成できる。

【００２３】図３は本発明による第３の実施例である。
ここではロボットアームの運動精度及び移動速度を測定
している。３−１は速度測定手段であり、ロボットアー
ムの用途によって溶接用トーチ、ディスペンサ、ハンド
等の作用素が取り付けられる場所に取り付けられてい
る。３−２は説明のため対象面に投影した作用素の軌跡
に等しい軌跡、３−３は対象面を持つ工作物、３−４は
運動精度及び移動速度の測定対象であるロボットアーム
である。なお、ここでは記録手段を省略している。

【００２４】この実施例で明らかなように本発明による
運動精度及び移動速度測定方法では運動機構が直動であ
るか回転であるかに関わらず適用が可能である。また、
速度測定結果によって溶接やディスペンサでの材料供給
などのムラの発生が予測でき、対象機械に対策を施す事
で損品の無い作業が実現できる。

【００２５】以上の実施例からも明らかなように運動精
度及び移動速度測定の対象となる機械の運動機構はどの
ような形態であっても本発明の実施を妨げる事はない。
また、２次元平面内の測定にとどまらず容易に３次元空
間における測定が可能である。さらに作用素として速度
測定手段を持たせるだけであるため機械の運用形態に極
めて近い状態での測定が可能で機械の伏態をより正確に
反映している。従来の追尾式レーザ干渉計による方法、
装置と比較しても速度測定手段が一つ用意するだけで測
定可能であるためより簡便かつ安価である。

【００２６】本発明による測定は実際の工作物を対象に
行えるので測定結果を直接運動精度や移動速度の補正な
どに反映できるため作業時間が短く、従来のＤＢＢ法な
どに比較して運動精度測定−補正−テスト加工−加工物
測定−補正といった一連の工程が大幅に削減できる。ま
た、ドップラー速度計により対象の機械に外乱を生じさ
せる事無く測定が行える。

【００２７】図４は本発明による運動精度及び速度測定
方法によって記録手段に記録される相対移動速度の一例
である。４−１は対象機械への相対移動速度の指令値
で、４−２は実測された相対移動速度であり、図中には
両者を重ねて表示してある。このように指令値と測定結
果を比較する事で対象機械の運動精度及び移動速度の評
価及び補正、あるいは対象機械への移動指令値を作成す
るプログラムの評価及びデバッグ、あるいは各移動軸の
制御系の評価及びデバッグが容易に行える。

【００２８】以上、本発明の実施例について説明をして
きたが、本発明による実施例はこれらにとどまらず本発
明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態を取る事が
可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機械の運動精度及び移動速度の測定において直動機構や
回転機構といった運動機構の構成や同時制御軸数等の制
約を受けずに測定が可能となり、機上に測定装置を取り
付ける事が無いため実際の機械の動きをより運用時に近
い形態で直接測定が可能となり、２次元平面内の直線運
動や円弧運動に限定される事無く３次元空間での任意の
運動に対して測定が可能となり、速度測定手段のみで測
定が実現でき、対象機械の運動精度及び移動速度の評価
及び補正、あるいは対象機械への移動指令値を作成する
プログラムの評価及びデバッグ、あるいは各移動軸の制
御系の評価及びデバッグが容易に行え、従来行われた運
動精度の測定、実際の加工、加工品の測定、その測定結
果のフィードバックによる補正といった一連の煩雑な工
程が大幅に簡素化され、測定結果から運用時の不具合が
予想され、実際の運用前に対策を施す事で対象機械によ
る製造物の品質維持、向上が容易に達成でき、機械の運
動精度及び移動速度の実際の運用に沿った保証が可能と
なり、機械のより一層の高精度化が図られ、それに伴い
その機械による製造物心より一層高精度なものとなると
いう効果が得られる。

【００３０】特に移動速度精度が加工精度に重要な影響
を及ぼす機械においてその効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による第１の実施例で、５軸制御の工
作機械に適用した例を示す図

【図２】 本発明に上る第２の実施例で、パラレルリン
ク機構を有する工作機械に適用した例を示す図

【図３】 本発明による第３の実施例で、ロボットアー
ムに適用した例を示す図

【図４】 本発明による測定結果の例を示す図

【図５】 従来技術の例で直線運動測定方法の例を示す
図

【図６】 従来技術の例でＤＢＢ法による運動精度測定
方法の例を示す図

【図７】 従来技術の例で追尾式レーザを用いる運動精
度測定方法の例を示す図

【符号の説明】

１−１ 工作機械の作用素である工具に変わって取り
付けられた速度測定手段 １−２ 説明をわかりやすくずるために対象面上に投
影した速度測定手段１−１の軌跡 １−３ 対象面を持つ工作物 １−４ 速度測定手段１−１が取り付けられる主軸 １−５ 主軸１−４を回転可動にする第１の回転機構 １−６ 主軸１−４、第１の回転機構１−５を搭載し
回転可動にする第２の回転機構 １−７ 主軸１−４、第１の回転機構１−５、第２の
回転機構１−６が取り付けられるＺ軸移動体 １−８ Ｚ軸移動体が移動可能に取り付けられるコラ
ム １−９ 工作物１−３を搭載しＸ軸及びＹ軸方向に移
動可能であるテーブル １−１０ １−１〜１−９が搭載されるベッド １−１１ 速度測定手段１−１で測定された結果を記
録する記録手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械の運動精度及び移動速度を測定する
   方法において、 速度測定手段と該速度測定手段による測定結果を記録す
   る記録手段を備え、前記機械の作用素が取り付く部分に
   該作用素と該作用素が作用する対象面との相対速度を測
   定可能な前記速度測定手段を備え、前記速度測定手段の
   速度検出位置が前記機械の前記作用素の前記対象面にお
   ける作用点と同一となるように調整し、前記機械を実際
   の運用時と同じ動作をさせ、前記速度測定手段により前
   記動作中の前記作用素と前記対象面との相対速度を測定
   し、測定された前記相対速度を前記記録手段によって記
   録する事を特徴とする運動精度及び移動速度の測定方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の速度測定手段がドップラ
   ー速度計である事を特徴とする運動精度及び移動速度の
   測定方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の測定方法により運
   動精度及び移動速度が保証された事を特徴とする機械。
4. 【請求項４】 請求項３記載の機械で製造された事を特
   徴とする製造物。