JP2014163757A - 工作機械の空間精度測定方法および空間精度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】追尾式レーザ干渉計を用いずに、簡易な構成で工作機械の空間精度を測定する。
【解決手段】レーザの照射方向を変更可能に工作機械１にレーザ干渉計１０を取り付け、予め定められた測定プログラムに従い工作機械上で反射鏡２０を移動させ、測定プログラム３１に基づいてレーザ干渉計１０のレーザの照射方向を変更させながら、移動中の反射鏡２０に向けてレーザ干渉計１０からレーザを照射してレーザ干渉計１０に対する反射鏡２０の距離情報を取得し、レーザ干渉計１０が取得した距離情報に基づいて、工作機械１の空間精度を測定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、三辺測量方式を用いて工作機械の空間精度を測定する空間精度測定方法および空間精度測定装置に関する。

工作機械は、位置指令に応じてワークに対し工具を相対移動させ、ワークを加工する。このような工作機械によりワークを精度よく加工するためには、工作機械の加工領域における三次元空間の位置精度、すなわち空間精度を高める必要がある。この点に関し、従来、レーザ追尾式の測定装置（追尾式レーザ干渉計）と追尾式レーザ干渉計から照射されたレーザを反射する反射体とを工作機械に設け、三辺測量方式を用いて空間精度を測定するようにした装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。

この特許文献１，２記載の装置では、テーブル上に４台の追尾式レーザ干渉計を設けるとともに、工具取付軸に反射体を固定し、反射体の動きに追尾して追尾式レーザ干渉計から反射体にレーザを照射することで、空間精度（特許文献１，２では運動精度と称している）を測定する。なお、この種の追尾式レーザ干渉計の構成については、例えば以下の特許文献３に記載されている。

特許第２７５５３４６号公報 特許第３３９４９７２号公報 独国特許 ＤＥ １０２００７００４９３４ Ｂ４号

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の装置は、追尾式レーザ干渉計を用いるため、装置構成が複雑であり、コストの上昇を招く。

本発明の一態様である工作機械の空間精度測定方法は、レーザの照射方向を変更可能に工作機械にレーザ干渉計を取り付ける第１工程と、予め定められた測定プログラムに従い工作機械上で反射鏡を移動させる第２工程と、測定プログラムに基づいてレーザ干渉計のレーザの照射方向を変更させながら、移動中の反射鏡に向けてレーザ干渉計からレーザを照射してレーザ干渉計に対する反射鏡の距離情報を取得する第３工程と、を含み、レーザ干渉計が取得した距離情報に基づいて、工作機械の空間精度を測定することを特徴とする。

また、本発明の一態様である工作機械の空間精度測定装置は、レーザの照射方向を変更可能に工作機械に取り付けられるレーザ干渉計と、レーザ干渉計に対応して工作機械に移動可能に取り付けられる反射鏡と、予め定められた測定プログラムを読み取る制御部と、反射鏡に向けてレーザを照射するように測定プログラムに基づいてレーザ干渉計のレーザの照射方向を変更させる照射方向変更部と、レーザ干渉計が取得したレーザ干渉計に対する反射鏡の距離情報に基づいて、工作機械の空間精度を求める空間精度測定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、測定プログラムに基づいてレーザ干渉計のレーザの照射方向を変更させながら、移動中の反射鏡に向けてレーザ干渉計からレーザを照射するようにしたので、追尾式レーザ干渉計を用いることなく、簡易な構成により空間精度を測定することができる。

本発明の実施形態に係る空間精度測定装置が適用される工作機械の要部構成を概略的に示す側面図。 図１の工作機械の制御構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る空間精度測定装置の要部構成を概略的に示す図。 図３の装置本体の要部構成を概略的に示す斜視図。 レーザ干渉計による測定範囲を模式的に示す図。 本発明の実施形態に係る空間精度測定装置の制御構成を示すブロック図。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ反射鏡の速度および加速度の一特性を示す図。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態に係る空間精度測定方法における準備段階を説明するための装置本体の平面図および側面図。 本発明の実施形態に係る空間精度測定方法における準備段階を説明するための図であり、特に装置本体の回転軸の原点を取得する方法を説明する図。 本発明の実施形態に係る空間精度測定方法における準備段階を説明するための図であり、特に装置原点の位置座標を取得する方法を説明する図。

以下、図１〜図１０を参照して本発明による工作機械の空間精度測定装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る空間精度測定装置が適用される工作機械の要部構成を概略的に示す側面図である。

工作機械１は、例えば横形マシニングセンタであり、ベース２と、ベース２上に立設されるコラム３と、コラム３に設けられる主軸４と、ワークＷが取り付けられるテーブル５とを有し、主軸４に工具６が取り付けられている。以下では、図示のように互いに直交する３軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と定義する。すなわち、主軸４の回転軸に平行な水平方向をＺ軸、鉛直方向をＹ軸、Ｚ軸とＹ軸の双方に垂直な水平方向をＸ軸とそれぞれ定義する。

主軸４は、Ｙ軸用モータの駆動により送りねじを介してＹ軸方向に移動し、Ｚ軸用モータの駆動により送りねじを介してコラム３と一体にＺ軸方向に移動する。テーブル５は、Ｘ軸用モータの駆動により送りねじを介してＸ軸方向に移動する。この構成により、テーブル５上方の３次元空間において、ワークＷに対し工具６が相対移動し、ワークＷを所望の三次元形状に加工することができる。工作機械１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各送り軸の位置を検出する位置検出器（例えばリニアスケール）を有し、加工プログラムによって指令された位置指令値と位置検出器の検出値とに応じて、Ｘ軸用モータ、Ｙ軸用モータおよびＺ軸用モータが制御（例えばフィードバック制御）される。

このような工作機械１において、位置指令値に応じてワークＷを精度よく加工するためには、ワークＷに対する工具６の相対的な位置精度を確保する必要がある。すなわち、位置検出器の検出値と実際の位置との間のずれ量を考慮して各モータを制御する必要がある。そこで、本実施形態では、予め、空間精度測定装置１００を用いて工作機械１の加工領域における３次元空間の位置精度、すなわち空間精度を測定し、この測定結果に基づいて位置指令値を補正する。なお、空間精度を測定することは、測定点における位置指令値と空間精度測定装置１００による測定値との誤差を求めることと同等である。

図２は、工作機械１の制御構成を示すブロック図である。工作機械１は図２の数値制御装置５０により制御される。数値制御装置５０は、加工プログラム５１を読み取り、解釈して各送り軸の指令速度および指令位置を演算する読取解釈部５２と、各送り軸における送りを直線補間や円弧補間するために指令位置や指令速度等に基づいて指令パルスを演算する補間部５３と、指令パルスを取得して各送り軸への位置指令を認識する位置指令認識部５４と、空間精度測定装置１００で測定された測定データと位置検出器による各送り軸の検出値とに基づいて空間座標の誤差を演算し、記憶する誤差演算記憶部５５と、位置指令と誤差演算記憶部５５に記憶された誤差データとから位置指令を補正するための補正データを演算する補正データ演算部５６と、補正データに基づいて位置指令を補正する補正パルスを演算する補正パルス演算部５７と、各送り軸モータＭ（Ｘ軸用モータ、Ｙ軸用モータ、Ｚ軸用モータ）を制御するサーボ部５８と、指令パルスと補正パルスを加えたパルスをサーボ部５８に出力する加算部５９とを備える。

次に、空間精度測定装置１００の構成について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る空間精度測定装置１００の要部構成を概略的に示す図である。図３に示すように、空間精度測定装置１００は、テーブル５上に設置された装置本体１０１と、主軸４に設けられた反射鏡２０とを有する。装置本体１０１は、レーザ測長器１０と、レーザ測長器１０を支持する支持装置１１とを有する。本実施形態では、レーザ測長器１０としてレーザ干渉計が用いられる。

レーザ干渉計１０は、例えば周波数安定化ヘリウム−ネオンレーザを照射するレーザ光源と、レーザ光源から照射されたレーザビームを２つに分割するスプリッタと、スプリッタで分割された２つのレーザビームの一方と反射鏡２０で反射して戻ってきた他方のレーザビームとの干渉によって作られる干渉縞の数を計測する例えばフォトダイオードアレイからなるカウンターとを有し、干渉縞の数の変化から反射鏡２０に対する光路長の変化（レーザ変位）を測定するものである。

反射鏡２０は、レーザ干渉計１０から反射鏡２０へのレーザの入射角が変化しても、その入射と同方向にレーザを反射するレトロレフレクターを有する。主軸４には、工具６の代わりにアーム７が取り付けられ、アーム７の先端部に反射鏡２０が取り付けられている。レーザ干渉計１０は、テーブル５の上面に設置された支持装置１１に、レーザの照射方向を変更可能に取り付けられている。

図４は、装置本体１０１の要部構成を概略的に示す斜視図である。図４に示すように、支持装置１１は、テーブル５上に固定されるベース１２と、ベース１２上に、鉛直方向に延在する軸線Ｌ１を中心としてα軸方向に回転可能に支持されたＬ字状の第１プレート１３と、第１プレート１３の鉛直面に、水平方向に延在する軸線Ｌ２を中心としてβ軸方向に回転可能に支持された円形状の第２プレート１４とを有し、レーザ干渉計１０は、第２プレート１４の表面に取り付けられている。第１プレート１３はα軸用モータにより回転され、第２プレート１４は、β軸用モータにより回転される。このように２軸方向に回転可能な支持装置１１を介してレーザ干渉計１０を設けることで、レーザの照射方向を任意の方向に変更することができる。

図３に示すように、装置本体１０１は、まず、テーブル５の上面角部、すなわちテーブル上面の四隅のうちの一の角部である第１位置Ｐｓ１に配置され、その状態で、レーザ干渉計１０から反射鏡２０までのレーザ長の変化（レーザ変位）を測定する。その後、装置本体１０１を、テーブル５の他の角部である第２位置Ｐｓ２、第３位置Ｐｓ３および第４位置Ｐｓ４に順次移動し、各位置で、同様にレーザ変位を測定する。これにより４箇所のレーザ干渉計１０からの距離情報が得られる。これら距離情報を用いて、三辺測量方式の原理により、反射鏡２０の３次元位置を求めることができる。

なお、レーザ干渉計１０の機械座標系における正確な位置が既知であれば、３箇所のレーザ干渉計１０からの距離情報により反射鏡２０の位置を求めることができるが、本実施形態では、レーザ干渉計１０の位置にも誤差があるため、４箇所のレーザ干渉計１０からの距離情報が必要である。テーブル５上に装置本体１０１を直接取り付けるのではなく、例えば反射鏡２０から遠い第３位置Ｐｓ３および第４位置Ｐｓ４において、取付台１６を介して装置本体１０１を取り付けるようにしてもよい。

レーザ干渉計１０による測定は、予めテーブル上方の加工領域に測定範囲を設定し、この測定範囲に沿って反射鏡２０を移動させながら行う。図５は、レーザ干渉計１０による測定範囲を模式的に示す図である。図５に示すように、測定範囲は六面体（例えば直方体）によって定義され、六面体の各頂点Ｐ１〜Ｐ８がレーザ距離情報を取得する測定点となる。なお、測定範囲を六面体以外により定義してもよい。

測定点Ｐ１〜Ｐ８におけるレーザ距離情報を取得するため、Ｘ軸用モータ、Ｙ軸用モータおよびＺ軸用モータ（これらをまとめて送り軸モータＭと呼ぶ）の駆動により、反射鏡２０を六面体の辺に沿って移動させる。すなわち、予め定められた測定プログラムに従い、反射鏡２０を、例えば点Ｐ１→点Ｐ２→点Ｐ３→点Ｐ４→点Ｐ５→点Ｐ６→点Ｐ７→点Ｐ８へと順次移動させる。

このとき、反射鏡２０に追従してレーザが照射されるようにα軸用モータおよびβ軸用モータ（これらをまとめてレーザ干渉計用モータと呼ぶ）を制御し、レーザ干渉計１０の向きを変更する。すなわち、レーザ干渉計１０は、レーザ干渉計１０から反射鏡２０までの距離の変化を測定するものであるため、反射鏡２０の移動に追従してレーザを照射し続ける必要がある。これを実現するため、反射鏡２０の位置に応じてレーザの照射方向を変更する。

図６は、本発明の実施形態に係る空間精度測定装置１００の制御構成を示すブロック図である。図６に示すように、制御部３０は、予め定められた測定プログラム３１を読み込むとともに、空間精度の測定開始指令や各種設定値を入力する入力部３２からの信号を読み込み、この測定プログラム３１および加速度のパラメータ３３と入力部３２からの信号に基づき、レーザ干渉計用モータ（α軸用モータ、β軸用モータ）３６を制御する。測定プログラム３１は、反射鏡２０の移動経路（図５のＰ１〜Ｐ８）と反射鏡２０の移動速度ｖのパラメータを指令値として含む。

図７（ａ），（ｂ）は、反射鏡２０の速度ｖおよび加速度ａの特性の一例を示す図である。図７（ａ）では、時間ｔが０からｔ１の間に、速度ｖが０から設定値ｖ１まで一定の割合で増加している。このとき、加速度ａは、ｔ＝０〜ｔ１において一定（＝ａ１）であり、時間ｔ１経過後に０となる。一方、図７（ｂ）では、時間ｔが０からｔ１の間に速度ｖの増加割合が徐々に大きくなり、その後、時間ｔがｔ１からｔ２の間に一定の割合で速度ｖが増加し、さらに時間ｔがｔ２からｔ３の間に速度ｖの増加割合が徐々に小さくなって、速度ｖが設定値ｖ１に到達している。このとき、加速度ａは、ｔ＝０〜ｔ１において０からａ１まで徐々に増加し、その後、ｔ＝ｔ１〜ｔ２において一定となり、ｔ＝ｔ２〜ｔ３において徐々に減少する。このような送り軸の加速度ａの特性を規定するため、数値制御装置５０には、加速度のパラメータ３３（ｔ１，ｔ２，ｔ３等）が設定されている。

図６に示すように、制御部３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置やサーボ部等を含んで構成され、機能的構成として、レーザ干渉計制御部３０Ａと、空間精度演算部３０Ｂとを有する。

数値制御装置５０は、空間精度の測定開始指令が入力されると、測定プログラム３１を読み込み、測定プログラム３１を実行する。この場合、初期動作として、まず送り軸モータＭに制御信号を出力し、反射鏡２０を測定開始点（図５のＰ１）に移動する。その後、レーザ干渉計１０から測定開始点Ｐ１にレーザが照射されると、反射鏡２０の移動制御を開始し、測定プログラム３１に設定された速度ｖで、図５の移動経路に沿って反射鏡２０を移動する。

レーザ干渉計制御部３０Ａは、入力部３２により空間精度の測定開始指令が入力されると、初期動作として、レーザ干渉計用モータ３６に制御信号を出力し、測定プログラム３１から特定した測定開始点Ｐ１にレーザ干渉計１０を向けて、レーザを照射させる。その後、反射鏡２０の移動制御が開始されると、レーザ干渉計制御部３０Ａは、これに同期してレーザ干渉計１０の追従制御を開始する。

すなわち、レーザ干渉計制御部３０Ａは、数値制御装置５０による反射鏡２０の移動制御と同時に追従制御を開始し、測定プログラム３１に基づいて反射鏡２０の現在位置を算出し、反射鏡２０に常時レーザが照射されるようにレーザ干渉計用モータ３６を制御する。このとき、レーザ干渉計制御部３０Ａは、測定プログラム３１に設定された反射鏡２０の指令速度ｖおよび数値制御装置５０に設定された加速度のパラメータを読み込み、この設定速度ｖおよび設定加速度ａに対応した速度および加速度でレーザ干渉計１０の向きを変更する。これにより反射鏡２０に常時レーザが照射され、レーザ干渉計１０に対する反射鏡２０の距離情報、すなわちレーザ変位を取得できる。なお、反射鏡２０の移動制御とレーザ干渉計１０の追従制御の同期は、予め測定プログラム３１に組み込んだＭコードによって実現できる。以上の処理動作は、レーザ干渉計１０を図３の第１位置Ｐｓ１、第２位置Ｐｓ２、第３位置Ｐｓ３および第４位置Ｐｓ４に配置した状態でそれぞれ実行される。

空間精度演算部３０Ｂは、レーザ干渉計１０で測定した各測定点Ｐ１〜Ｐ８における距離情報を読み込み、メモリに記憶する。そして、第１位置Ｐｓ１〜第４位置Ｐｓ４における測定動作が全て終了すると、メモリに記憶した距離情報を用いて、三辺測量方式の原理により各測定点Ｐ１〜Ｐ８の位置を演算する。これによりテーブル５の上方の測定範囲における空間精度を求めることができる。空間精度演算部３０Ｂで演算した測定データは、図２の数値制御装置５０（誤差演算記憶部５５）に取り込まれる。

次に、本発明の実施形態に係る空間精度測定方法をより具体的に説明する。この空間精度測定方法は、測定前の準備段階と、測定段階とに大別できる。

（１）準備段階
図８（ａ），（ｂ）は、装置本体１０１の平面図および側面図である。図中、点Ｐｘは、装置本体１０１の回転軸線Ｌ１と回転軸線Ｌ２（図４参照）との交点であり、装置本体１０１の原点（装置原点）に相当する。準備段階では、まず、テーブル５上面の第１位置Ｐｓ１（図３）に、装置本体１０１を設置する。このとき、図８（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ干渉計１０から照射されるレーザＬｓが装置原点Ｐｘを通過するように、支持装置１１へのレーザ干渉計１０の取付位置を調整する。

次に、レーザＬｓの照射方向が主軸４の軸線方向、つまりＺ軸方向と平行となる装置本体１０１の姿勢を基準姿勢として、装置本体１０１がこの基準姿勢となるようにレーザ干渉計１０のα軸方向およびβ軸方向の向きを手動で調整する。図９は、β軸方向の回転調整の方法を説明する図である。図９に示すように、まず、レーザＬｓの照射方向がおおよそＺ軸と平行となるようにレーザ干渉計１０のβ軸方向の向きを変更する。そして、このレーザＬｓが反射鏡２０で受光されるようにテーブル５に対し主軸４を相対移動し、反射鏡２０を位置決めする。この状態で、主軸４を介して反射鏡２０をＹ軸方向に所定量±ｄ（例えば±１０ｍｍ）だけ移動し、その移動中のレーザ変位を測定する。このときの測定値は、表示装置（不図示）に表示される。

ユーザは、表示装置の表示を参照して、レーザ変位が閾値Δａ（例えば１μｍ）以内であるか否かを判定する。そして、閾値Δａ以内でなければ、レーザ干渉計１０の向きをβ軸方向（図９のβ１方向）に所定量だけ変更した後、上述したのと同様にレーザ変位を測定する。レーザＬｓの照射方向がＺ軸に平行に近づくにつれて、反射鏡２０を所定量±ｄだけ移動させた際のレーザ変位は小さくなる。例えば、図９の実線で示す位置から点線で示す位置にレーザ干渉計１０が移動すると、反射鏡２０を所定量±ｄ移動させた際のレーザ変位は閾値Δａ以内となる。

レーザ変位が閾値Δａ以内になると、ユーザは入力部３２を介して設定信号を入力する。これにより、そのときのβ軸の値がβ軸原点として制御部３０のメモリに記憶される。α軸についても同様にしてレーザ変位を測定し、レーザ変位が閾値Δａ以内となったときのα軸の値がα軸原点として制御部３０のメモリに記憶される。すなわち、基準姿勢に対応したα軸原点およびβ軸原点がメモリに記憶される。

次に、機械座標系における装置原点Ｐｘの位置座標を取得する。図１０は、この位置座標の取得方法を説明する図である。位置座標の取得にあたっては、まず、図１０に示すように、テーブル５に対する主軸４の相対移動により反射鏡２０をおおよそ装置原点Ｐｘまで手動で移動する。次いで、装置本体１０１（支持装置１１）の第１プレート１３をα軸方向に、あるいは第２プレート１４をβ軸方向に回転させながら（図１０では第２プレート１４を回転）、レーザ干渉計１０から反射鏡２０までのレーザ変位を測定する。このときの測定値は、表示装置（不図示）に表示される。

ユーザは、表示装置の表示を参照して、レーザ変位が閾値Δｂ（例えば１μｍ）以内であるか否かを判定し、閾値Δｂ以内でなければ、主軸４をＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向に所定量だけ相対移動した後、上述したのと同様にレーザ変位を測定する。主軸４が装置原点Ｐｘに近づくにつれて、装置本体１０１のプレート１３，１４をα軸方向またはβ軸方向に回転させた際のレーザ変位は小さくなる。レーザ変位が閾値Δｂ以内になると、ユーザは入力部３２を介して設定信号を入力する。これにより、そのときのＸＹＺ座標値が装置原点Ｐｘの座標として制御部３０のメモリに記憶される。

（２）測定段階
準備段階の終了後、測定開始指令が入力されると、数値制御装置５０は、初期動作として送り軸モータＭに制御信号を出力し、図５に示すように反射鏡２０を測定開始点Ｐ１に移動する。さらに、レーザ干渉計制御部３０Ａは、初期動作としてレーザ干渉計２０が測定開始点Ｐ１を向くようにレーザ干渉計用モータ３６に制御信号を出力し、反射鏡２０にレーザを照射させる。このとき、レーザ干渉計１０によって測定されたレーザ長さを基準値（例えば０）としてメモリに記憶する。以降、この基準値を基準として、反射鏡２０を移動させた際のレーザ長さの変化量、つまりレーザ変位が測定される。

初期動作の終了後、数値制御装置５０は、測定プログラム３１に従い送り軸モータＭに制御信号を出力する。これにより、反射鏡２０は、測定プログラム３１に設定された速度ｖおよびパラメータで設定された加速度ａで図５の移動経路（Ｐ１〜Ｐ８）に沿って移動する。このとき、反射鏡２０の移動に同期してレーザの照射方向が変化するように、レーザ干渉計制御部３０Ａは、測定プログラム３１および加速度のパラメータ３３に基づきレーザ干渉計用モータ３６に制御信号を出力する。これにより、反射鏡２０の移動速度ｖおよび加速度ａに応じた速度および加速度で、レーザ干渉計１０の向きが変更される。その結果、反射鏡２０の移動に追従してレーザ干渉計１０から反射鏡２０にレーザが照射され、各測定点Ｐ１〜Ｐ８におけるレーザ変位を測定することができる。

装置本体１０１を第１位置Ｐｓ１に設置した状態で、各測定点Ｐ１〜Ｐ８におけるレーザ変位を測定し終えると、ユーザは、装置本体１０１をテーブル５上の第２位置Ｐｓ２、第３位置Ｐｓ３および第４位置Ｐｓ４へと順次移動する。そして、各位置で、それぞれ上述の準備段階における動作および測定段階における動作が行われる。第１位置Ｐｓ１〜第４位置Ｐｓ４における全ての測定動作が終了した時点では、各測定点Ｐ１〜Ｐ８に対する４箇所のレーザ干渉計１０からの距離情報が制御部３０のメモリに記憶されている。制御部３０（空間精度演算部３０Ｂ）は、これら距離情報を用いて各測定点Ｐ１〜Ｐ８の位置（ＸＹＺ座標）を演算し、測定データとしてメモリに記憶する。ワーク加工時には、数値制御装置５０がこの測定データを取り込み、指令値を補正する。

このように本実施形態の空間精度測定方法によれば、第１工程として、レーザの照射方向を変更可能に工作機械１にレーザ干渉計１０を取り付け、第２工程として、予め定められた測定プログラム３１に従い工作機械１上で反射鏡２０を移動させ、第３工程として、測定プログラム３１に基づいてレーザ干渉計１０のレーザの照射方向を変更させながら移動中の反射鏡２０に向けてレーザ干渉計１０からレーザを照射し、レーザ干渉計１０に対する反射体２０の距離情報を取得することで、レーザ干渉計１０が取得した距離情報に基づいて工作機械１の空間精度を測定するようにした。これにより、追尾式レーザ干渉計を用いない簡易な構成により空間精度を測定することができ、安価な装置構成を実現することができる。

上記第２工程では、予め定められた設定加速度ａおよび設定速度ｖで反射鏡２０を移動させ、上記第３工程では、この設定加速度ａおよび設定速度ｖに対応した加速度および速度でレーザ干渉計１０のレーザの照射方向を変更させるようにした。これにより、反射鏡２０の移動速度ｖが変化する場合であっても、反射鏡２０の動きに追従してレーザ干渉計１０からレーザを照射することができ、レーザ変位を良好に測定することができる。

互いに直交するα軸方向およびβ軸方向に回転可能に支持装置１１を構成し、この支持装置１１にレーザ干渉計１０を取り付けるようにしたので、レーザ干渉計１０の向きを容易に変更することができる。したがって、測定範囲に沿った反射鏡２０の移動時に、レーザ干渉計１０を有する装置本体１０１の位置を固定したまま、反射鏡２０に対しレーザを連続的に照射することができる。装置本体１０１をテーブル５上の第１位置Ｐｓ１〜第４位置Ｐｓ４に順次移動してレーザ変位の測定を行うので、装置本体１０１の位置に誤差があっても、反射鏡２０の３次元位置を精度よく測定することができる。使用する装置本体１０１は１台であり、コストを抑えることができる。

（変形例）
上記実施形態では、装置本体１０１を第１位置Ｐｓ１〜第４位置Ｐｓ４に順次移動して、各位置でレーザ変位の測定を行うようにしたが、装置本体１０１を４台設け、これらを第１位置Ｐｓ１〜第４位置Ｐｓ４にそれぞれ設置するようにしてもよい。これにより各位置でのレーザ変位の測定を同時に行うことができ、短時間で工作機械１の空間精度を測定することが可能となる。なお、２台または３台の装置本体１０１を設けるようにしてもよい。この場合も複数個所からのレーザ変位の測定を同時に行うことができ、空間精度測定に要する時間の短縮が可能である。

上記実施形態では、レーザ干渉計１０の動作を制御部３０により制御するようにしたが、数値制御装置５０（図２）を制御部３０として用いることもできる。この場合、読取解釈部５２が測定プログラム３１を読み込み、サーボ部５８で送り軸モータＭとレーザ干渉計用モータ３６をそれぞれ制御するように構成すればよい。

上記実施形態では、支持装置１１を介してレーザ干渉計１０を工作機械１のテーブル５上に取り付けるようにしたが、レーザの照射方向を変更可能に工作機械１に取り付けられるのであれば、レーザ干渉計１０の取付位置は上述したものに限らない。主軸４に反射鏡２０を取り付けるようにしたが、レーザ干渉計１０に対して相対移動可能に取り付けられるのであれば、反射鏡２０の取付位置も上述したものに限らない。

また、レーザ干渉計用モータ３６として一対のモータ（α軸用モータ、β軸用モータ）を用い、照射方向変更部の１つであるレーザ干渉計制御部３０Ａによりモータ３６を制御するようにしたが、反射鏡２０に向けてレーザを照射するように測定プログラム３１に基づいてレーザ干渉計１０のレーザの照射方向を変更させるのであれば、照射方向変更部の構成はいかなるものでもよい。制御部３０に空間精度測定部の１つである空間精度演算部３０Ｂを設け、レーザ干渉計１０が取得した距離情報に基づいて工作機械１の空間精度を求めるようにしたが、空間精度測定部の構成はこれに限らない。互いに直交するα軸方向（第１回転軸廻り）およびβ軸方向（第２回転軸廻り）に回転可能にレーザ干渉計支持部の１つである支持装置１１を構成し、レーザ干渉計を２軸方向に回転可能に支持するようにしたが、レーザ干渉計支持部の構成もこれに限らない。

上記実施形態では、横形のマシニングセンタに空間精度測定方法を適用するようにしたが、本発明による空間精度測定方法は、立形のマシニングセンタや他の工作機械にも同様に適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ 工作機械
１０ レーザ干渉計
１１ 支持装置
２０ 反射鏡
３０ 制御部
３０Ａ レーザ干渉計制御部
３０Ｂ 空間精度演算部
３１ 測定プログラム
３６ レーザ干渉計用モータ
１００ 空間精度測定装置

Claims (6)

1. レーザの照射方向を変更可能に工作機械にレーザ干渉計を取り付ける第１工程と、
   予め定められた測定プログラムに従い前記工作機械上で反射鏡を移動させる第２工程と、
   前記測定プログラムに基づいて前記レーザ干渉計のレーザの照射方向を変更させながら、移動中の前記反射鏡に向けて前記レーザ干渉計からレーザを照射して前記レーザ干渉計に対する前記反射鏡の距離情報を取得する第３工程と、を含み、
   前記レーザ干渉計が取得した距離情報に基づいて、前記工作機械の空間精度を測定することを特徴とした工作機械の空間精度測定方法。
2. 請求項１に記載の工作機械の空間精度測定方法において、
   前記第２工程では、予め定められた設定加速度および設定速度で前記反射鏡を移動させ、
   前記第３工程では、前記設定加速度および前記設定速度に対応した加速度および速度で前記レーザ干渉計のレーザの照射方向を変更させる工作機械の空間精度測定方法。
3. 請求項１または２に記載の工作機械の空間精度測定方法において、
   前記レーザ干渉計を所定位置に配置して前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程を実行した後、前記レーザ干渉計を別の位置に配置して前記第１工程、前記第２工程および前記第３の工程を実行し、それぞれの位置で前記レーザ干渉計が取得した距離情報に基づいて、前記工作機械の空間精度を測定する工作機械の空間精度測定方法。
4. 請求項１または２に記載の工作機械の空間精度測定方法において、
   前記レーザ干渉計を複数備え、これら複数のレーザ干渉計を互いに異なる位置に配置して前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程をそれぞれ実行し、前記複数のレーザ干渉計が取得した距離情報に基づいて、前記工作機械の空間精度を測定する工作機械の空間精度測定方法。
5. レーザの照射方向を変更可能に工作機械に取り付けられるレーザ干渉計と、
   前記レーザ干渉計に対応して前記工作機械に移動可能に取り付けられる反射鏡と、
   予め定められた測定プログラムを読み取る制御部と、
   前記反射鏡に向けてレーザを照射するように前記測定プログラムに基づいて前記レーザ干渉計のレーザの照射方向を変更させる照射方向変更部と、
   前記レーザ干渉計が取得した前記レーザ干渉計に対する前記反射鏡の距離情報に基づいて、前記工作機械の空間精度を求める空間精度測定部と、を備えることを特徴とした工作機械の空間精度測定装置。
6. 請求項５に記載の空間制度測定装置において、
   主軸に対して相対移動可能なテーブルに取り付けられたレーザ干渉計支持部をさらに備え、
   前記レーザ干渉計は、第１回転軸周りおよび第１回転軸に直交する第２回転軸周りに回転可能に前記レーザ干渉計支持部に取り付けられ、
   前記反射鏡は、前記主軸に取り付けられる工作機械の空間精度測定装置。

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