JP2017061012A - 工作機械の幾何誤差同定方法及び幾何誤差同定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】中心軸が主軸中心からオフセットした位置計測センサを用いた場合でも、幾何誤差を計測、同定する過程においてキャリブレーションが行えるようにする。
【解決手段】旋回主軸にターゲット球を設置し、ミーリング主軸のオフセット位置にタッチプローブを装着して、ターゲット球の三次元空間上の初期位置をタッチプローブで計測する初期位置計測ステップ（Ｓ１）と、計測した初期位置に基づいて旋回主軸を複数の角度に割出してターゲット球を位置決めし、タッチプローブによりターゲット球の三次元空間上の位置を計測する誤差計測ステップ（Ｓ３〜Ｓ５）と、計測結果に基づいて各軸間の幾何学的な誤差の演算を行う幾何誤差同定ステップ（Ｓ６）と、を実行する幾何誤差同定方法であって、Ｓ１の初期位置計測ステップでは、ターゲット球の初期位置を計測すると同時にタッチプローブのキャリブレーションを実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、工作機械において幾何誤差を計測して同定するための方法及びプログラムに関する。

図１は、並進３軸と回転２軸を有する５軸制御マシニングセンタ（以下、「５軸機」という。）の模式図である。この５軸機は、工具を保持し回転させることが可能な主軸２と、工作物を保持し回転および傾斜可能なテーブル３とを有している。主軸２は互いに直交する並進軸Ｚ軸及びＸ軸により、ベッド１に対して２自由度の並進運動が可能である。テーブル３は、クレードル４上で回転軸Ｃ軸回りで回転可能に設けられ、クレードル４は、ベッド１でＺ軸とＸ軸とに直交する並進軸Ｙ軸方向へ移動可能に設けられるトラニオン５に回転軸Ａ軸回りで回転可能に支持される。よって、テーブル３は、Ｃ軸とＡ軸とにより２自由度の回転運動と、Ｙ軸により１自由度の並進運動がベッド１に対して可能である。前記各軸は、図２に示す制御装置１０によって制御された各軸のサーボモータ１１Ｘ〜１１Ｃにより駆動し、テーブル３に保持した工作物を主軸２に保持した工具により加工を行う。１２はプログラム等の記憶手段、１３はプログラムや加工条件等の入力手段である。
５軸機のような多軸工作機械は駆動軸数が多いため、駆動軸数が少ない機械に対し運動精度が悪化する傾向にある。その主要因として、各軸間の誤差である幾何学的な誤差（以下、「幾何誤差」という。）がある。この幾何誤差を機械の製造・組立段階で小さくして高精度化を図るのはコスト・技術的に困難な面があり、幾何誤差を補正して制御することにより、多軸工作機械の高精度化を図る技術が開発されている。

５軸機の幾何誤差を補正制御するためには、機械に内在する幾何誤差を計測して、同定する必要がある。機械の幾何誤差を計測、同定する方法として、特許文献１のような方法が提案されている。特許文献１に記載の方法は、主軸に位置計測センサであるタッチプローブを装着して、テーブルに計測ターゲットであるターゲット球を設置し、ターゲット球をさまざまな位置に割り出して、各割出し位置でターゲット球の中心位置をタッチプローブにより計測し、得られた円弧軌跡をもとに機械の幾何誤差を同定する方法である。
タッチプローブはその先端にスタイラス球がついており、スタイラス球が測定対象に接触するとその瞬間に信号を発信する。図２で示した制御装置１０は、接続された受信機１４にてその信号を受信すると、その時点での各軸の現在位置に遅れ分を考慮した位置を接触位置とする。
しかし、スタイラス球の接触位置は、主軸中心から球の半径分オフセットした位置となっている。また、主軸中心とスタイラス球との芯ズレや接触を感知してから制御装置１０が認識するまでの遅れ分、タッチプローブのセンサ特性によってもオフセットが発生する。さらに、接触方向によってもオフセット量が異なるため、予めこのオフセット量を接触方向ごとにキャリブレーションして制御装置１０に記録させておく必要がある。
このキャリブレーション方法として、本件出願人は、特願２０１４−２１８４７６において、幾何誤差の計測を実施する過程でテーブルに設置されたターゲット球の中心位置を、スタイラス球の接触方向が同じとなるように主軸を割出して球の外周５点に接触させて計測を行い、再度主軸の定位置に割出した状態で球の外周に接触させて、そのときの接触位置と、ターゲット球の直径値とを用いてキャリブレーションを行う方法を提案している。

特開２０１１−３８９０２号公報

一方、図３に示す多軸工作機械は、工具を保持し工具を回転させることが可能なミーリング主軸２２と、工作物を保持し回転可能な旋削主軸２３とを有している。ミーリング主軸２２は、刃物台２４に内蔵されたＢ軸ユニットの回転軸Ｂ軸により１自由度の回転運動と、さらにコラム２５に設けられた互いに直交する並進軸Ｘ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸とにより３自由度の並進運動がベッド２１に対して可能である。旋削主軸２３は、回転軸Ｃ軸により１自由度の回転運動がベッド２１に対して可能である。各軸は、図４に示す制御装置３０によって制御された各軸のサーボモータ３１Ｘ〜３１Ｃにより駆動し、旋削主軸２３に保持した工作物をミーリング主軸２２に保持した工具により加工を行う。３２は記憶手段、３３は入力手段、３４は受信機である。
この多軸工作機械は、旋削加工をメインに行う旋盤をベースとした機械であるため、並進軸Ｘ軸のマイナス側の可動範囲が小さい。一方でタッチプローブの本来の目的は工作物を測定することにあるが、工作物が大きい場合にはＸ軸のマイナス側での測定ができないため、図５に示すようにミーリング主軸２２の中心からタッチプローブ４１の中心軸までがＸ軸のマイナス方向にオフセットした状態でタッチプローブ４１が取り付けられる。４２はスタイラス球、４３はターゲット球である。
しかしながら、先願のキャリブレーション方法は、このようなミーリング主軸２２の中心から中心軸がオフセットしたタッチプローブ４１のキャリブレーション方法に対応したものとなっておらず、幾何誤差を計測、同定する過程でキャリブレーションを行うことができなかった。

そこで、本発明では、中心軸が主軸中心からオフセットした位置計測センサを用いたものであっても、幾何誤差を計測、同定する過程においてキャリブレーションを行うことができ、高精度な幾何誤差の計測、同定が可能となる工作機械の幾何誤差同定方法及び幾何誤差同定プログラムを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークを保持するワーク回転軸と、工具を保持する主軸とを、３軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸とによって相対移動させて前記ワークの加工を行う工作機械において、
前記ワーク回転軸に計測ターゲットを設置し、前記主軸に位置計測センサを、その中心軸が前記主軸の中心からオフセットする位置に装着して、前記計測ターゲットの三次元空間上の初期位置を前記位置計測センサで計測する初期位置計測ステップと、
前記初期位置計測ステップで計測した前記初期位置に基づいて前記ワーク回転軸を複数の角度に割出して前記計測ターゲットを複数の箇所に位置決めし、前記位置計測センサにより前記計測ターゲットの三次元空間上の位置を計測する誤差計測ステップと、
前記誤差計測ステップでの計測結果に基づいて、前記各軸間の幾何学的な誤差の演算を行う幾何誤差同定ステップと、を実行する幾何誤差同定方法であって、
前記初期位置計測ステップでは、前記計測ターゲットの前記初期位置を計測すると同時に前記位置計測センサのキャリブレーションを実行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の構成において、
前記計測ターゲットを球とし、前記位置計測センサを、先端にスタイラス球を備えたタッチプローブとして、前記初期位置計測ステップでは、
前記主軸を任意の位置に割出して、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも５点以上接触させて計測を行った後、前記主軸を前記任意の位置から１８０°回転した位置に割出して、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも４点以上接触させて計測を行う中心位置計測ステップと、
前記中心位置計測ステップでの計測結果から、前記球の中心位置と、前記主軸の中心からの前記タッチプローブの中心軸のオフセット量との演算を行う球中心位置・オフセット量演算ステップと、
前記球中心位置・オフセット量演算ステップで得られた前記球の中心位置に基づいて、前記球に対して前記タッチプローブの接触方向が同じ方向となるように前記主軸を割出し、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも２点以上接触させて計測を行うスタイラス球半径計測ステップと、
前記スタイラス球半径計測ステップでの計測結果から、前記スタイラス球の半径の演算を行うスタイラス球半径演算ステップと、
前記主軸を任意の位置に割出して、前記球中心位置・オフセット量演算ステップで得られた前記球の中心位置に基づいて、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも５点以上接触させて計測を行うスタイラス径補正値計測ステップと、
前記スタイラス径補正値計測ステップでの計測結果と、前記球中心位置・オフセット量演算ステップで得られた前記球の中心位置及び前記オフセット量とに基づいて、前記スタイラス球の径の補正値の演算を行うスタイラス径補正値演算ステップと
を実施し、前記スタイラス球の径の補正値を用いて前記タッチプローブのキャリブレーション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又は２の構成において、前記中心位置計測ステップでは、前記主軸を割出す前記任意の位置を、前記並進軸の可動範囲と、前記初期位置計測ステップを開始した際の前記並進軸の位置と、前記主軸の中心からの前記タッチプローブの中心軸の概算オフセット量とに基づいて決定することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、工作機械の幾何誤差同定プログラムであって、請求項１乃至３の何れかに記載の工作機械の幾何誤差同定方法を、コンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、幾何誤差を計測・同定するための計測ターゲットの初期位置計測と同時に位置計測センサのキャリブレーションを行うため、主軸中心から位置計測センサの中心軸までがオフセットした位置計測センサを用いたものであっても、幾何誤差を計測、同定する過程においてキャリブレーションを行うことができ、高精度な幾何誤差の計測、同定が可能となる。
特に、請求項３に記載の発明によれば、中心位置計測ステップでは、並進軸の可動範囲を考慮して主軸の割出し位置を決定するため、並進軸の可動範囲を超えるなどして計測ができなくなることを可能な限り防ぐことができる。

５軸制御マシニングセンタの模式図である。 ５軸制御マシニングセンタの制御装置の構成図である。 旋盤ベースの多軸工作機械の模式図である。 多軸工作機械の制御装置の構成図である。 ターゲット球と、主軸中心から中心軸がオフセットしたタッチプローブとの模式図である。 幾何誤差を計測・同定する方法のフローチャートである。 球の初期位置計測と、タッチプローブのキャリブレーション方法のフローチャートである。 球中心位置・タッチプローブオフセット量を算出するための計測の模式図である。 球中心位置・タッチプローブオフセット量を算出するための計測の模式図である。 スタイラス球半径を算出するための計測の模式図である。 スタイラス径補正値を算出するための計測の模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
ここでは工作機械の一例として、図３に示した多軸工作機械を例示する。すなわち、３つの並進軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と、２つの回転軸（Ｂ軸、Ｃ軸）とを有しており、ミーリング主軸２２、旋回主軸２３がそれぞれ本発明の主軸、ワーク回転軸となる。なお、本発明に関わる工作機械は図３に示す多軸工作機械に限らず、マシニングセンタや旋盤などであってもよい。

最初に幾何誤差について説明する。幾何誤差を隣り合う軸間の相対並進誤差３成分および相対回転誤差３成分の合計６成分（δ_ｘ、δ_ｙ、δ_ｚ、α、β、γ）で定義する。
本例の多軸工作機械の場合、各軸間と、Ｃ軸と工作物間と、Ｂ軸と工具間とに前記６成分の幾何誤差がそれぞれ存在するため、合計３６個の幾何誤差が存在する。ただし、３６個のうち冗長な関係のものを除くと１３個であり、幾何誤差が存在する軸間を工具側からの順番を添え字として表すと、１３個の幾何誤差は、δ_ｘ１、δ_ｚ１、α_１、β_１、α_２、γ_２、β_３、γ_３、α_４、δ_ｘ５、δ_ｙ５、α_５、β_５となる。これらは順に、Ｂ軸中心位置Ｘ方向誤差、Ｂ軸中心位置Ｚ方向誤差、刃物台−Ｙ軸間直角度、Ｂ軸原点誤差、Ｂ−Ｚ軸間直角度、Ｂ−Ｘ軸間直角度、Ｚ−Ｘ軸間直角度、Ｘ−Ｙ軸間直角度、Ｙ−Ｚ軸間直角度、Ｃ軸中心位置Ｘ方向誤差、Ｃ軸中心位置Ｙ方向誤差、Ｃ−Ｙ軸間直角度、Ｃ−Ｘ軸間直角度である。

幾何誤差を計測・同定するためには、図５に示すように多軸工作機械のミーリング主軸２２にオフセットしたタッチプローブ４１を装着し、旋削主軸２３の偏心位置にターゲット球４３を固定する。また、タッチプローブ４１の先端にはスタイラス球４２が取り付けられており、ターゲット球４３の直上にスタイラス球４２の先端が位置するよう位置決めをしておく。さらに、タッチプローブ４１の軸方向の補正値を公知の方法により取得し、ターゲット球４３の直径値についても三次元測定機などで測定して制御装置３０の記憶手段３２に記録させておく。また、記憶手段３２には、幾何誤差を計測・同定するための計測条件（旋回主軸２３の割出し角度など）と、ミーリング主軸２２中心からタッチプローブ４１中心軸までのオフセット量概算値と、スタイラス球４２の半径概算値等についても入力手段３３を介して記録させておく。

次に、図３の多軸工作機械において、制御装置３０が記憶手段３２に記録されたプログラムに基づいて実行する幾何誤差の計測、同定方法について、図６に示すフローチャートをもとに説明する。
まず、旋削主軸２３に固定されたターゲット球４３の中心位置の計測を行う（Ｓ１、初期位置計測ステップ）。但し、ここでは同時に、後述のように記憶手段３２に記録されているスタイラス球４２の径補正値を用いてタッチプローブ４１のキャリブレーションも行う。次に、Ｓ１で計測したターゲット球４３の中心位置と、記憶手段３２に記録された計測条件などをもとに、計測条件に従って旋回主軸２３を割出した際のターゲット球４３の中心指令位置と、タッチプローブ４１をターゲット球４３の直上に位置決めするための位置とを算出する（Ｓ２）。次に、計測条件に従って旋回主軸２３を割出し、Ｓ２で算出した位置決め位置にタッチプローブ４１の位置決めを行い（Ｓ３）、ターゲット球４３の外周表面にスタイラス球４２を接触させてターゲット球４３の中心位置を計測する（Ｓ４）。次に、全ての割出し位置で計測が完了したか否かを判定し（Ｓ５）、完了するまでＳ３〜Ｓ５の誤差計測ステップを繰り返す。全ての割出し位置で計測が完了すると、Ｓ２で算出したターゲット球４３の中心指令位置と、Ｓ４で計測したターゲット球４３の中心計測位置とをもとに幾何誤差の同定計算を公知の方法で行う（Ｓ６、幾何誤差同定ステップ）。

次に、制御装置３０がＳ１で行うターゲット球４３の中心位置の計測と、タッチプローブ４１のキャリブレーションの詳細について、図７に示すフローチャートおよび図８〜図１１に示す模式図をもとに説明する。
まず、並進軸Ｘ軸とＹ軸との可動範囲と、計測を開始したときの並進軸Ｘ軸とＹ軸との現在位置（xs, ys）と、ミーリング主軸２２の中心からタッチプローブ４１の中心軸までのオフセット量概算値tplx’と、スタイラス球４２の半径概算値tc’と、ターゲット球４３の直径dと、をもとに、ミーリング主軸２２の割出し位置を決定する（Ｓ１１）。
この割出し位置について、タッチプローブ４１のオフセットがミーリング主軸２２の中心からＸ軸のマイナス方向となるように割出した状態の割出し位置を０°、Ｘ軸のプラス方向となるように割出した状態の位置を１８０°、Ｙ軸のプラス方向となるように割出した状態の位置を９０°、Ｙ軸のマイナス方向となるように割出した状態の位置を２７０°とする。以下の数１を満たす場合には、ミーリング主軸２２の割出し位置を０°とする。数１を満たさず、数２を満たす場合には、ミーリング主軸２２の割出し位置を９０°とする。

数１において、xplはＸ軸方向のプラス可動限界位置、xmlはＸ軸方向のマイナス可動限界位置、数２において、yplはＹ軸方向のプラス可動限界位置、ymlはＹ軸方向のマイナス可動限界位置である。従って、数１及び数２の双方を満たさない場合には、計測することが困難であると判断して、操作者にその旨を報知するとともに計測を中断する。

次に、Ｓ１１で決定した位置にミーリング主軸２２を割出し（Ｓ１２）、Ｚ軸のマイナス方向にＺ軸を動作させて、ターゲット球４３のＺ軸方向の頂点付近にタッチプローブ４１を接触させて、接触時のＺ軸座標値zm1を取得し（Ｓ１３）、ターゲット球４３の直径dと、タッチプローブ４１の軸方向の補正値tlとをもとに、以下の数３によりＺ軸方向仮中心位置zo’を算出して（Ｓ１４）、記憶手段３２に記録する。

次に、ターゲット球４３のＸ軸プラス方向の頂点付近にタッチプローブ４１を移動させ、Ｘ軸マイナス方向にＸ軸を動作させてターゲット球４３のＸ軸プラス方向頂点付近に接触させて、接触時のＸ軸座標値xp1を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ１５）。次に、ターゲット球４３のＸ軸マイナス方向の頂点付近にタッチプローブ４１を移動させ、Ｘ軸プラス方向にＸ軸を動作させてターゲット球４３のＸ軸マイナス方向頂点付近に接触させて、接触時のＸ軸座標値xm1を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ１６）。
続いて、ターゲット球４３のＹ軸プラス方向の頂点付近にタッチプローブ４１を移動させ、Ｙ軸マイナス方向にＹ軸を動作させてターゲット球４３のＹ軸プラス方向頂点付近に接触させて、接触時のＹ軸座標値yp1を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ１７）。次に、ターゲット球４３のＹ軸マイナス方向の頂点付近にタッチプローブ４１を移動させ、Ｙ軸プラス方向にＹ軸を動作させてターゲット球４３のＹ軸マイナス方向頂点付近に接触させて、接触時のＹ軸座標値ym1を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ１８）。

次に、ターゲット球４３の中心位置とタッチプローブ４１のオフセット量との計測が完了したか判定し（Ｓ１９）、完了していない場合は、ミーリング主軸２２を、Ｓ１１で決定した割出し位置から１８０°の位置に割出して（Ｓ２０）、Ｓ１５〜Ｓ１８を繰り返し、接触時の座標値xp2、xm2、yp2、ym2を取得する。図８，９は、Ｓ１４およびＳ２０でミーリング主軸２２を０°もしくは１８０°の位置に割出して、ターゲット球４３にタッチプローブ４１をＸ軸方向から接触させた場合の模式図である。このＳ１３〜Ｓ１８までの５点の計測と、Ｓ２０で位相を変えた後のＳ１５〜Ｓ１８までの４点の計測とが中心位置計測ステップとなる。
こうしてＳ１９でターゲット球４３の中心位置とタッチプローブ４１のオフセット量との計測が完了したと判定された場合、次にターゲット球４３のＸ軸とＹ軸方向の中心位置（xo, yo）と、タッチプローブ４１のオフセット量tplx、tplyを以下の数４、数５により算出して記憶手段３２に記録する（Ｓ２１、球中心位置・オフセット量演算ステップ）。

次に、ミーリング主軸２２を０°の位置に割出して、Ｓ２１で算出したＹ軸方向中心位置にＹ軸を位置決めして、ターゲット球４３のＸ軸プラス方向の頂点付近にタッチプローブ４１を移動させ、Ｘ軸マイナス方向にＸ軸を動作させてターゲット球４３のＸ軸プラス方向頂点付近に接触させて、接触時のＸ軸座標値xp3を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ２２）。次に、ミーリング主軸２２を１８０°の位置に割出して、ターゲット球４３のＸ軸マイナス方向の頂点付近にタッチプローブ４１を移動させ、Ｘ軸プラス方向にＸ軸を動作させてターゲット球４３のＸ軸マイナス方向頂点付近に接触させて、接触時のＸ軸座標値xm3を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ２３）。図１０は、Ｓ２２とＳ２３でターゲット球４３に対しタッチプローブ４１をＸ軸方向から接触させた場合の模式図である。このＳ２２とＳ２３とがスタイラス球半径計測ステップとなる。
なお、Ｓ２２とＳ２３では、ミーリング主軸２２の割出し位置を０°と１８０°とし、ターゲット球４３に対してタッチプローブ４１をＸ軸方向から接触させたが、Ｓ１１でミーリング主軸２２の割出し位置を９０°と決定した場合には、割出し位置を９０°、２７０°とし、ターゲット球４３に対してタッチプローブ４１をＹ軸方向から接触させてもよい。
次に、以下の数６によりスタイラス球４２の半径tcを算出する（Ｓ２４、スタイラス球半径演算ステップ）。

次に、ミーリング主軸２２を０°の位置に割出して（Ｓ２５）、Ｓ２１で算出したＸ軸とＹ軸方向中心位置にＸ軸とＹ軸とを位置決めして、Ｚ軸をターゲット球４３のＺプラス方向頂点真上に位置決めし、Ｚ軸のマイナス方向にＺ軸を動作させて、ターゲット球４３のＺ軸方向の頂点真上にタッチプローブ４１を接触させて、接触時のＺ軸座標値zm4を取得する（Ｓ２６）。そして、ターゲット球４３の直径dと、タッチプローブ４１の軸方向の補正値tlとをもとに、以下の数７によりＺ軸中心位置zoを算出して記憶手段３２に記録する（Ｓ２７）。

次に、Ｓ２１で算出したＹ軸方向中心位置にＹ軸を位置決めし、Ｓ２７で算出したＺ軸中心位置と、Ｓ２４で算出したスタイラス球４２の半径とをもとに、ターゲット球４３のＸ軸プラス方向の頂点真上にタッチプローブ４１を移動させ、Ｘ軸マイナス方向にＸ軸を動作させてターゲット球４３のＸ軸プラス方向頂点に接触させて、接触時のＸ軸座標値xp4を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ２８）。次に、ターゲット球４３のＸ軸マイナス方向の頂点真上にタッチプローブ４１を移動させ、Ｘ軸プラス方向にＸ軸を動作させてターゲット球４３のＸ軸マイナス方向頂点に接触させて、接触時のＸ軸座標値xm4を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ２９）。図１１はこの計測の模式図である。
次に、ターゲット球４３のＹ軸プラス方向の頂点真上にタッチプローブ４１を移動させ、Ｙ軸マイナス方向にＹ軸を動作させてターゲット球４３のＹ軸プラス方向頂点に接触させて、接触時のＹ軸座標値yp4を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ３０）。次に、ターゲット球４３のＹ軸マイナス方向の頂点真上にタッチプローブ４１を移動させ、Ｙ軸プラス方向にＹ軸を動作させてターゲット球４３のＹ軸マイナス方向頂点に接触させて、接触時のＹ軸座標値ym4を取得して記憶手段３２に記録する（Ｓ３１）。このＳ２５〜Ｓ３１までの５点の計測がスタイラス径補正値計測ステップとなる。

そして、スタイラス４２の径補正値tc1（Ｘ軸プラス方向の径補正値）、tc2（Ｘ軸マイナス方向の径補正値）、tc3（Ｙ軸プラス方向の径補正値）、tc4（Ｙ軸マイナス方向の径補正値）を以下の数８により算出して記憶手段３２に記録する（Ｓ３２、スタイラス径補正値演算ステップ）。

このように、上記形態の幾何誤差同定方法及び幾何誤差同定プログラムによれば、幾何誤差を計測・同定するためのターゲット球４３の初期位置計測と同時にスタイラス径補正値を用いてタッチプローブ４１のキャリブレーションを行うため、ミーリング主軸２２の中心からタッチプローブ４１の中心軸までがオフセットしたタッチプローブ４１を用いたものであっても、幾何誤差を計測、同定する過程においてキャリブレーションを行うことができ、高精度な幾何誤差の計測、同定が可能となる。
特にここでは、中心位置計測ステップにおいて、並進軸の可動範囲を考慮してミーリング主軸２２の割出し位置を決定するため、並進軸の可動範囲を超えるなどして計測ができなくなることを可能な限り防ぐことができる。

なお、上記形態における、中心位置計測ステップ、スタイラス球半径計測ステップ、スタイラス径補正値計測ステップのそれぞれの計測点数については、数を増やしても差し支えない。
また、上記形態では幾何誤差の同定方法を多軸工作機械の制御装置がプログラムに従って実行する内容としているが、同定方法を実行する制御手段としては内部の制御装置に限らず、当該制御装置に接続された外部のコンピュータであってもよい。

２１・・ベッド、２２・・ミーリング主軸、２３・・旋回主軸、２４・・刃物台、２５・・コラム、３０・・制御装置、３２・・記憶手段、３３・・入力手段、３４・・受信機、４１・・タッチプローブ、４２・・スタイラス球、４３・・ターゲット球。

Claims (4)

1. ワークを保持するワーク回転軸と、工具を保持する主軸とを、３軸以上の並進軸と１軸以上の回転軸とによって相対移動させて前記ワークの加工を行う工作機械において、
   前記ワーク回転軸に計測ターゲットを設置し、前記主軸に位置計測センサを、その中心軸が前記主軸の中心からオフセットする位置に装着して、前記計測ターゲットの三次元空間上の初期位置を前記位置計測センサで計測する初期位置計測ステップと、
   前記初期位置計測ステップで計測した前記初期位置に基づいて前記ワーク回転軸を複数の角度に割出して前記計測ターゲットを複数の箇所に位置決めし、前記位置計測センサにより前記計測ターゲットの三次元空間上の位置を計測する誤差計測ステップと、
   前記誤差計測ステップでの計測結果に基づいて、前記各軸間の幾何学的な誤差の演算を行う幾何誤差同定ステップと、を実行する幾何誤差同定方法であって、
   前記初期位置計測ステップでは、前記計測ターゲットの前記初期位置を計測すると同時に前記位置計測センサのキャリブレーションを実行することを特徴とする工作機械の幾何誤差同定方法。
2. 前記計測ターゲットを球とし、前記位置計測センサを、先端にスタイラス球を備えたタッチプローブとして、
   前記初期位置計測ステップでは、
   前記主軸を任意の位置に割出して、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも５点以上接触させて計測を行った後、前記主軸を前記任意の位置から１８０°回転した位置に割出して、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも４点以上接触させて計測を行う中心位置計測ステップと、
   前記中心位置計測ステップでの計測結果から、前記球の中心位置と、前記主軸の中心からの前記タッチプローブの中心軸のオフセット量との演算を行う球中心位置・オフセット量演算ステップと、
   前記球中心位置・オフセット量演算ステップで得られた前記球の中心位置に基づいて、前記球に対して前記タッチプローブの接触方向が同じ方向となるように前記主軸を割出し、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも２点以上接触させて計測を行うスタイラス球半径計測ステップと、
   前記スタイラス球半径計測ステップでの計測結果から、前記スタイラス球の半径の演算を行うスタイラス球半径演算ステップと、
   前記主軸を任意の位置に割出して、前記球中心位置・オフセット量演算ステップで得られた前記球の中心位置に基づいて、前記タッチプローブを前記球の外周に少なくとも５点以上接触させて計測を行うスタイラス径補正値計測ステップと、
   前記スタイラス径補正値計測ステップでの計測結果と、前記球中心位置・オフセット量演算ステップで得られた前記球の中心位置及び前記オフセット量とに基づいて、前記スタイラス球の径の補正値の演算を行うスタイラス径補正値演算ステップと
   を実施し、前記スタイラス球の径の補正値を用いて前記タッチプローブのキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の幾何誤差同定方法。
3. 前記中心位置計測ステップでは、前記主軸を割出す前記任意の位置を、前記並進軸の可動範囲と、前記初期位置計測ステップを開始した際の前記並進軸の位置と、前記主軸の中心からの前記タッチプローブの中心軸の概算オフセット量とに基づいて決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の幾何誤差同定方法。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の工作機械の幾何誤差同定方法を、コンピュータに実行させるための工作機械の幾何誤差同定プログラム。

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