JP2017194451A - 工作機械の誤差同定方法及び誤差同定システム - Google Patents
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Abstract
【課題】工作機械の幾何誤差を、位置計測センサを用いて被計測治具を計測して当該被計測治具の位置から同定するにあたり、位置計測センサの径・長補正値のキャリブレーションも同時に行う。【解決手段】Ｓ１でタッチプローブの長補正値のキャリブレーションを行い、Ｓ２でターゲット球の初期位置を計測してタッチプローブの径補正値キャリブレーションを行う。Ｓ３で、ターゲット球初期位置とタッチプローブの長補正値とを用いて、設定した計測条件で予想される各ターゲット球中心位置とタッチプローブ先端位置を算出し、算出した座標値から指令値リストを作成する。Ｓ４で、指令値リストに基づいてターゲット球にタッチプローブを接触させ、長補正値と径補正値とを用いて補正してターゲット球の中心位置と直径を求める。Ｓ５で、ターゲット球の中心位置座標値や各指令値をもとに、機械の幾何誤差の同定計算を行う。【選択図】図１１
Description
本発明は、工作機械の幾何誤差を、機内での対象物の位置の計測結果から同定する方法及び同定するシステムに関する。
図１は、３つの並進軸および２つの回転軸を有する５軸制御マシニングセンタの模式図である。主軸２は、並進軸であり互いに直交するＸ軸、Ｚ軸によってベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、回転軸であるＣ軸によってクレードル４に対して回転１自由度の運動が可能であり、クレードル４は、回転軸であるＡ軸によってトラニオン５に対して回転１自由度の運動が可能である。Ａ軸とＣ軸は互いに直交している。さらに、トラニオン５は、並進軸でありＸ・Ｚ軸に直交するＹ軸によりベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。したがって、主軸２は、テーブル３に対して並進３自由度および回転２自由度の運動が可能である。各送り軸は、図に示していない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、被加工物をテーブル３に固定し、主軸２に工具を装着して回転させ、被加工物と工具の相対位置および相対姿勢を制御して加工を行うことができる。
このような５軸制御マシニングセンタの運動精度に影響を及ぼす大きな要因として、回転軸の中心位置の誤差（想定する位置からのズレ）や回転軸の傾き誤差（軸間の直角度、平行度）などの各軸間の幾何誤差がある。例えば、図１の５軸制御マシニングセンタには、並進軸に関する幾何誤差として、Ｘ−Ｙ軸間直角度、Ｙ−Ｚ軸間直角度、Ｚ−Ｘ軸間直角度の３つがあり、主軸に関する幾何誤差として、工具−Ｙ軸間直角度、工具−Ｘ軸間直角度の２つがあり、回転軸に関する幾何誤差として、Ｃ軸中心位置Ｘ方向誤差、Ｃ−Ａ軸間オフセット誤差、Ａ軸角度オフセット誤差、Ｃ−Ａ軸間直角度、Ａ軸中心位置Ｙ方向誤差、Ａ軸中心位置Ｚ方向誤差、Ａ−Ｚ軸間直角度、Ａ−Ｙ軸間直角度の８つがあり、合計１３個の幾何誤差が存在する。
幾何誤差が存在すると機械としての運動精度が悪化し、被加工物の加工精度が悪化する。このため、調整により幾何誤差を小さくする必要があるがゼロにすることは困難であり、幾何誤差を補正する制御を行うことで高精度な加工を行うことができる。
幾何誤差が存在すると機械としての運動精度が悪化し、被加工物の加工精度が悪化する。このため、調整により幾何誤差を小さくする必要があるがゼロにすることは困難であり、幾何誤差を補正する制御を行うことで高精度な加工を行うことができる。
このような補正制御を行うためには、機械に内在する幾何誤差を計測もしくは同定する必要がある。機械の幾何誤差を同定する方法として、発明者は特許文献１のような方法を提案している。この発明の方法では、回転軸によってテーブルを複数の角度に回転・傾斜割出して、主軸に装着されたタッチプローブを用いて、テーブル上に固定された球の中心位置をそれぞれ計測し、得られた計測値から機械の幾何誤差を同定する。
タッチプローブは、測定対象に接触したことを感知するセンサを有しており、接触を感知した瞬間に赤外線や電波などで信号を発信して、数値制御装置に接続された受信機でその信号を受信した瞬間もしくは遅れ分を考慮した時点の各軸の現在位置（スキップ値）を取得し、この値を計測値とするものである。
しかし、タッチプローブの計測では、取得した位置を補正する必要がある。これは、タッチプローブが測定対象に接触した際の送り軸の位置に対して、送り軸の位置の基準となる制御点（Ｘ・Ｙ軸は主軸中心、Ｚ軸は主軸端面）とタッチプローブの接触点が異なるためである。例えば、Ｘ・Ｙ軸方向はタッチプローブのスタイラス球の半径分オフセットしており、主軸中心とタッチプローブの芯ズレや、接触時の信号の遅れ、タッチプローブのセンサの方向依存性などによってもオフセットが存在する。Ｚ軸方向については、タッチプローブ本体およびスタイラス長さ分オフセットしており、接触時の信号遅れなどによるオフセットが存在する。したがって、これらオフセットを補正する補正値を取得するキャリブレーションが必要となる。
タッチプローブは、測定対象に接触したことを感知するセンサを有しており、接触を感知した瞬間に赤外線や電波などで信号を発信して、数値制御装置に接続された受信機でその信号を受信した瞬間もしくは遅れ分を考慮した時点の各軸の現在位置（スキップ値）を取得し、この値を計測値とするものである。
しかし、タッチプローブの計測では、取得した位置を補正する必要がある。これは、タッチプローブが測定対象に接触した際の送り軸の位置に対して、送り軸の位置の基準となる制御点（Ｘ・Ｙ軸は主軸中心、Ｚ軸は主軸端面）とタッチプローブの接触点が異なるためである。例えば、Ｘ・Ｙ軸方向はタッチプローブのスタイラス球の半径分オフセットしており、主軸中心とタッチプローブの芯ズレや、接触時の信号の遅れ、タッチプローブのセンサの方向依存性などによってもオフセットが存在する。Ｚ軸方向については、タッチプローブ本体およびスタイラス長さ分オフセットしており、接触時の信号遅れなどによるオフセットが存在する。したがって、これらオフセットを補正する補正値を取得するキャリブレーションが必要となる。
このタッチプローブの径方向補正値のキャリブレーション方法としては、特許文献２，３に示されているような公知技術がある。
特許文献２の方法では、ダイヤルゲージを使って、基準となるリングゲージの中心と主軸中心とが一致するように主軸中心位置を調整し、リングゲージの内径に接触させた時のスキップ値とリングゲージの内径値からタッチプローブの径補正値を求めている。
特許文献３の方法では、基準となるボア内径の一方向に接触させ、その逆方向に接触する際に主軸を１８０°回転させて行い、両スキップ値の平均値からボア中心位置を求め、その後、各方向の補正値を求めている。
一方、長補正値のキャリブレーション方法としては、基準工具を用いた方法（以下「方法１」という。）が知られている。ここでは主軸に基準工具を装着し、テーブル上面などの基準面に対して、ブロックゲージを介して基準工具が接触するようにＺ軸を手動操作しながら、ブロックゲージを手で動かした際の抵抗から、ブロックゲージと基準工具との隙間がほぼ０になる位置を見つけ、その位置を記録する。次に、タッチプローブにて基準面を計測、すなわち、タッチプローブが接触した際のＺ軸位置を取得する。タッチプローブで取得したＺ軸位置から、記録した基準工具でのＺ軸位置とブロックゲージの厚みを引いた値から、タッチプローブの接触時の長さ、すわなちタッチプローブの長補正値を求めるものである。
特許文献２の方法では、ダイヤルゲージを使って、基準となるリングゲージの中心と主軸中心とが一致するように主軸中心位置を調整し、リングゲージの内径に接触させた時のスキップ値とリングゲージの内径値からタッチプローブの径補正値を求めている。
特許文献３の方法では、基準となるボア内径の一方向に接触させ、その逆方向に接触する際に主軸を１８０°回転させて行い、両スキップ値の平均値からボア中心位置を求め、その後、各方向の補正値を求めている。
一方、長補正値のキャリブレーション方法としては、基準工具を用いた方法（以下「方法１」という。）が知られている。ここでは主軸に基準工具を装着し、テーブル上面などの基準面に対して、ブロックゲージを介して基準工具が接触するようにＺ軸を手動操作しながら、ブロックゲージを手で動かした際の抵抗から、ブロックゲージと基準工具との隙間がほぼ０になる位置を見つけ、その位置を記録する。次に、タッチプローブにて基準面を計測、すなわち、タッチプローブが接触した際のＺ軸位置を取得する。タッチプローブで取得したＺ軸位置から、記録した基準工具でのＺ軸位置とブロックゲージの厚みを引いた値から、タッチプローブの接触時の長さ、すわなちタッチプローブの長補正値を求めるものである。
また、特許文献４には、ＣＣＤカメラを用いたタッチプローブの接触時長さの測定方法が記載されている。ここでは押さえ台の上面にタッチプローブを接触させて信号を出力する際の主軸の位置を取得し、接触時のタッチプローブ先端をＣＣＤカメラで撮影することで先端位置を計測する。次に、押さえ台を取り除いてタッチプローブが接触していない時の長さに戻してＣＣＤカメラで先端位置を計測する。両先端位置の差から接触時の縮み量を算出する。基準工具についてもＣＣＤカメラでその先端位置を計測し、その時の主軸の位置も取得する。得られた接触時縮み量、接触時のタッチプローブ先端位置、タッチプローブ接触時の主軸位置、基準工具の先端位置、基準工具での主軸位置の関係から、タッチプローブの接触時の長さ、すなわちタッチプローブの長補正値を求めるものである。
さらに、特許文献５には、レーザセンサと基準ブロックを用いたワーク位置の補正方法について記載されている。レーザセンサは、レーザ光が工具先端によって遮られて受光率が一定以下になった場合に信号を発し、工作機械の制御装置が信号を受信した時点の送り軸の位置を計測値とするものである。この方法では、レーザセンサ近傍に基準ブロックを用意し、レーザ光の位置と基準ブロックの上面の位置（高さ）を一致させておく。また、レーザセンサにて基準工具装着時の位置を記憶しておく。次に、基準ブロックに対してタッチプローブを接触させて位置を記憶する。そして、ワークに対してもタッチプローブを接触させて位置を記憶し、両位置の差と基準工具の位置から、基準工具に対するワーク位置を計測して補正する。この方法では、タッチプローブの長補正値を求めずにワーク位置計測を行うようになっている。
さらに、特許文献５には、レーザセンサと基準ブロックを用いたワーク位置の補正方法について記載されている。レーザセンサは、レーザ光が工具先端によって遮られて受光率が一定以下になった場合に信号を発し、工作機械の制御装置が信号を受信した時点の送り軸の位置を計測値とするものである。この方法では、レーザセンサ近傍に基準ブロックを用意し、レーザ光の位置と基準ブロックの上面の位置（高さ）を一致させておく。また、レーザセンサにて基準工具装着時の位置を記憶しておく。次に、基準ブロックに対してタッチプローブを接触させて位置を記憶する。そして、ワークに対してもタッチプローブを接触させて位置を記憶し、両位置の差と基準工具の位置から、基準工具に対するワーク位置を計測して補正する。この方法では、タッチプローブの長補正値を求めずにワーク位置計測を行うようになっている。
タッチプローブのキャリブレーションは、幾何誤差の同定のための計測を行う前に行っておく必要がある。しかも、主軸の発熱などによる熱変位や経時変化などによりタッチプローブの状態が変化し、必要な補正値が変化する。このため、計測の直前に行うことが望ましい。
しかし、特許文献２，３の方法では、ダイヤルゲージのような別の測定器や、リングゲージやボアのあるワークなどの基準を、別途準備する必要があるという課題がある。
さらに、特許文献２，３や方法１では、手作業が必要であるため、作業が面倒になり、一度キャリブレーションを行うとその後は実施されない場合が多くなる。この場合、熱変形などによるタッチプローブの状態変化がある場合にタッチプローブの計測精度が悪化することになり、高い精度で機械の幾何誤差を同定できなくなるという課題がある。
特許文献４の方法では、高価なＣＣＤカメラによる計測装置が必要となるという課題がある。また、押さえ台を移動する必要があるため、手作業で行う場合は作業頻度が低くなる課題があり、自動で除去するためには、押さえ台を駆動する機構やアクチュエータが必要になり、コストが高くなるという課題がある。
特許文献５の方法は、タッチプローブの長補正値を用いずにワークの位置計測を行っている。しかし、レーザセンサのレーザ光位置と基準ブロック位置を一致させる、もしくは両位置関係を既知にする必要があり、レーザセンサで計測される基準工具の長さと、基準ブロックを接触させる際のタッチプローブの長さとの関係、すなわちタッチプローブの長補正値を既知にする必要があることと同義である。しかし、両位置関係を既知にする方法については記載がない。
しかし、特許文献２，３の方法では、ダイヤルゲージのような別の測定器や、リングゲージやボアのあるワークなどの基準を、別途準備する必要があるという課題がある。
さらに、特許文献２，３や方法１では、手作業が必要であるため、作業が面倒になり、一度キャリブレーションを行うとその後は実施されない場合が多くなる。この場合、熱変形などによるタッチプローブの状態変化がある場合にタッチプローブの計測精度が悪化することになり、高い精度で機械の幾何誤差を同定できなくなるという課題がある。
特許文献４の方法では、高価なＣＣＤカメラによる計測装置が必要となるという課題がある。また、押さえ台を移動する必要があるため、手作業で行う場合は作業頻度が低くなる課題があり、自動で除去するためには、押さえ台を駆動する機構やアクチュエータが必要になり、コストが高くなるという課題がある。
特許文献５の方法は、タッチプローブの長補正値を用いずにワークの位置計測を行っている。しかし、レーザセンサのレーザ光位置と基準ブロック位置を一致させる、もしくは両位置関係を既知にする必要があり、レーザセンサで計測される基準工具の長さと、基準ブロックを接触させる際のタッチプローブの長さとの関係、すなわちタッチプローブの長補正値を既知にする必要があることと同義である。しかし、両位置関係を既知にする方法については記載がない。
そこで、本発明は、並進軸３軸と回転軸が少なくとも１軸ある工作機械の幾何誤差を、タッチプローブ等の位置計測センサを用いてターゲット球等の被計測治具を計測して当該被計測治具の位置から同定するにあたり、位置計測センサの径・長補正値のキャリブレーションを同時に行うことができる誤差同定方法及び誤差同定システ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、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定する方法であって、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させた際の前記並進軸の位置を取得する基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準ブロック位置取得段階で取得した前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する位置計測センサ計測段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記位置計測センサ計測段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより前記被計測治具の位置をそれぞれ計測する位置計測段階と、
前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて、前記位置計測段階での位置計測値を補正する位置補正段階と、
前記位置補正段階で補正した複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定段階と、を実行することを特徴とする。
ここで「工具センサ側」とは、工具センサに基準ブロックを直接設けた場合は勿論、工具センサの近傍に別体の基準ブロックを設けた場合も含む。以下の発明も同様である。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記幾何誤差同定段階までを複数回実行することを特徴とする。
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、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが計測対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、前記工具センサで計測される位置は、前記主軸に装着した工具が前記並進軸により移動して前記工具センサに接触若しくは通過したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、前記被計測治具は球形状であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、前記径補正値取得段階において、前記被計測治具の初期位置を前記位置計測センサにより計測すると共に、前記位置計測センサの径方向の補正値を取得することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させて前記基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させ、その接触の際の前記並進軸の位置を取得して記憶する基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得された前記検知位置と前記基準ブロック位置取得手段で取得された前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する計測位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記計測位置取得手段で取得された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で取得された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより計測した前記被計測治具のそれぞれの位置計測値を、前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて補正して記憶する位置補正手段と、
前記位置補正手段で補正された複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定手段と、を有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定する方法であって、
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックとを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第１の基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記第１の基準ブロック位置取得段階で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第２の基準ブロック位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記第２の基準ブロック位置取得段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより前記被計測治具の位置をそれぞれ計測する位置計測段階と、
前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて、前記位置計測段階での位置計測値を補正する位置補正段階と、
前記位置補正段階で補正した複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定段階と、を実行することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項８の構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記幾何誤差同定段階までを複数回実行することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９の構成において、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが計測対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項８乃至１０の何れかの構成において、前記工具センサで計測される位置は、前記主軸に装着した工具が前記並進軸により移動して前記工具センサに接触若しくは通過したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項８乃至１１の何れかの構成において、前記被計測治具は球形状であることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１２の構成において、前記径補正値取得段階において、前記被計測治具の初期位置を前記位置計測センサにより計測すると共に、前記位置計測センサの径方向の補正値を取得することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１４に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第１の基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記第１の基準プロック位置取得手段で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第２の基準ブロック位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記第２の基準ブロック位置取得手段で計測された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で算出された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより計測した前記被計測治具のそれぞれの位置計測値を、前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて補正して記憶する位置補正手段と、
前記位置補正手段で補正された複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定手段と、を有することを特徴とする。
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させた際の前記並進軸の位置を取得する基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準ブロック位置取得段階で取得した前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する位置計測センサ計測段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記位置計測センサ計測段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより前記被計測治具の位置をそれぞれ計測する位置計測段階と、
前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて、前記位置計測段階での位置計測値を補正する位置補正段階と、
前記位置補正段階で補正した複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定段階と、を実行することを特徴とする。
ここで「工具センサ側」とは、工具センサに基準ブロックを直接設けた場合は勿論、工具センサの近傍に別体の基準ブロックを設けた場合も含む。以下の発明も同様である。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記幾何誤差同定段階までを複数回実行することを特徴とする。
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、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが計測対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、前記工具センサで計測される位置は、前記主軸に装着した工具が前記並進軸により移動して前記工具センサに接触若しくは通過したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、前記被計測治具は球形状であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、前記径補正値取得段階において、前記被計測治具の初期位置を前記位置計測センサにより計測すると共に、前記位置計測センサの径方向の補正値を取得することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させて前記基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させ、その接触の際の前記並進軸の位置を取得して記憶する基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得された前記検知位置と前記基準ブロック位置取得手段で取得された前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する計測位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記計測位置取得手段で取得された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で取得された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより計測した前記被計測治具のそれぞれの位置計測値を、前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて補正して記憶する位置補正手段と、
前記位置補正手段で補正された複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定手段と、を有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定する方法であって、
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックとを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第１の基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記第１の基準ブロック位置取得段階で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第２の基準ブロック位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記第２の基準ブロック位置取得段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより前記被計測治具の位置をそれぞれ計測する位置計測段階と、
前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて、前記位置計測段階での位置計測値を補正する位置補正段階と、
前記位置補正段階で補正した複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定段階と、を実行することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項８の構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記幾何誤差同定段階までを複数回実行することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９の構成において、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが計測対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項８乃至１０の何れかの構成において、前記工具センサで計測される位置は、前記主軸に装着した工具が前記並進軸により移動して前記工具センサに接触若しくは通過したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項８乃至１１の何れかの構成において、前記被計測治具は球形状であることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１２の構成において、前記径補正値取得段階において、前記被計測治具の初期位置を前記位置計測センサにより計測すると共に、前記位置計測センサの径方向の補正値を取得することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１４に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第１の基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記第１の基準プロック位置取得手段で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第２の基準ブロック位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記第２の基準ブロック位置取得手段で計測された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で算出された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより計測した前記被計測治具のそれぞれの位置計測値を、前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて補正して記憶する位置補正手段と、
前記位置補正手段で補正された複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、幾何誤差同定のための各一連の計測時に、位置計測センサの長・径補正値のキャリブレーションを行うことが可能となる。また、手作業が事前準備作業以外は不要であり、別途治具の準備などを行う必要がないことから、機械のオペレータの負担を減らすことができ、幾何誤差同定時に確実に位置計測センサのキャリブレーションが行われることになる。これにより、熱変位等で位置計測センサの状態が変化しても、位置計測センサによる計測精度が低下せず、高精度に工作機械の幾何誤差を同定できる。
また、ＣＣＤカメラによる測定システム等が不要であり、比較的安価に実現できる。
また、ＣＣＤカメラによる測定システム等が不要であり、比較的安価に実現できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一形態であり、３つの互いに直交する並進軸と２つの互いに直交する回転軸を有するマシニングセンタの模式図である。
主軸２は、並進軸であり互いに直交するＸ軸、Ｚ軸によってベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、回転軸であるＣ軸によってクレードル４に対して回転１自由度の運動が可能である。クレードル４は、回転軸でありＣ軸に対して直交するＡ軸によってトラニオン５に対して回転１自由度の運動が可能である。トラニオン５は、並進軸でありＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸によりベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。したがって、主軸２は、テーブル３に対して並進３自由度および回転２自由度の運動が可能である。各送り軸は図に示していない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、工作物をテーブル３に固定し、主軸２に工具を装着して回転させ、工作物と工具の相対位置および相対姿勢を制御することで、工作物の加工を行うことができる。
図１は、工作機械の一形態であり、３つの互いに直交する並進軸と２つの互いに直交する回転軸を有するマシニングセンタの模式図である。
主軸２は、並進軸であり互いに直交するＸ軸、Ｚ軸によってベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、回転軸であるＣ軸によってクレードル４に対して回転１自由度の運動が可能である。クレードル４は、回転軸でありＣ軸に対して直交するＡ軸によってトラニオン５に対して回転１自由度の運動が可能である。トラニオン５は、並進軸でありＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸によりベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。したがって、主軸２は、テーブル３に対して並進３自由度および回転２自由度の運動が可能である。各送り軸は図に示していない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、工作物をテーブル３に固定し、主軸２に工具を装着して回転させ、工作物と工具の相対位置および相対姿勢を制御することで、工作物の加工を行うことができる。
なお、本発明に関わる機械としては、マシニングセンタに限らず、旋盤や複合加工機、研削盤などの工作機械でもよい。また、軸数は５軸に限らず、４軸、６軸でもよい。さらにまた、回転軸によりテーブル３が回転２自由度以上を持つ機構に限らず、主軸２が回転２自由度以上を持つ機構や、主軸２とテーブル３がそれぞれ回転１自由度以上を持つ機構でもよい。
図２は、本発明の工具センサの一例であるレーザセンサ４０の模式図である。レーザセンサ４０は、発光部１１、受光部１２、ベース部１３を備えるが、ここでは発光部１１と受光部１２との間に基準ブロック４２が設けられる。発光部１１、受光部１２、基準ブロック４２はそれぞれベース部１３に固定されている。但し、図３に示すように、基準ブロック４２をレーザセンサ４０の近傍に別置した構成でもよい。
このレーザセンサ４０は、図４に示すように、センサ取り付け台４１を介して図１のマシニングセンタのトラニオン５に取り付けられる。
レーザセンサ４０では、レーザ光１４を発光部１１より出力し、受光部１２にて受光し、レーザ光１４が物体によって遮られ受光率が一定以下になった場合に信号を発する。この信号を図示しない制御装置が受信して、信号を受けた時点もしくは遅れを考慮した時点での送り軸の位置を計測値とする。例えば、工具を主軸２に装着して、Ｚ軸により工具をレーザ光に接近させ、工具がレーザ光を遮断した時点のＺ軸位置Ｚｔを取得する。同様に、基準工具に対してもＺ軸位置Ｚｂを取得する。ＺｔとＺｂとの差から、基準工具に対する該工具の長さを求めることができる。基準工具の長さＴｄも差し引くことで、工具の絶対長さを求めることもできる。
このレーザセンサ４０は、図４に示すように、センサ取り付け台４１を介して図１のマシニングセンタのトラニオン５に取り付けられる。
レーザセンサ４０では、レーザ光１４を発光部１１より出力し、受光部１２にて受光し、レーザ光１４が物体によって遮られ受光率が一定以下になった場合に信号を発する。この信号を図示しない制御装置が受信して、信号を受けた時点もしくは遅れを考慮した時点での送り軸の位置を計測値とする。例えば、工具を主軸２に装着して、Ｚ軸により工具をレーザ光に接近させ、工具がレーザ光を遮断した時点のＺ軸位置Ｚｔを取得する。同様に、基準工具に対してもＺ軸位置Ｚｂを取得する。ＺｔとＺｂとの差から、基準工具に対する該工具の長さを求めることができる。基準工具の長さＴｄも差し引くことで、工具の絶対長さを求めることもできる。
図５は、本発明の工具センサの一例であるタッチセンサ５０の模式図である。タッチセンサ５０は、ベース部５１、タッチセンサ部５２、基準ブロック５３から構成され、タッチセンサ部５２、基準ブロック５３はベース部５１上に固定されている。また、タッチセンサ５０は、レーザセンサ４０と同様に図１のマシニングセンタのトラニオン５に取り付けられる。なお、図６に示すように、基準ブロック５３をタッチセンサ５０の近傍に別置した構成でもよい。
以後、工具センサとして、レーザセンサ４０を用いた場合の誤差同定方法及び誤差同定システムについて説明する（請求項１乃至７に対応）。但し、タッチセンサ５０を用いた場合も検知方法が異なるだけで本質的には同じである。
まず、計測準備作業の手順について、図７のフローチャートにもとづいて説明する。計測準備作業は、後述の位置計測センサとしてのタッチプローブによるターゲット球（被計測治具）の計測及び幾何誤差同定の前に事前に行っておく作業である。但し、レーザセンサが劣化した場合や故障して交換した場合等、低い頻度で行えばよい。
ステップＳＲ１において、図８に示すように、主軸２に基準工具８を装着し、レーザセンサ４０にて計測を行う。ここでは基準工具８がレーザ光１４に接近するようＺ軸を移動させ、基準工具８の先端がレーザ光１４を遮断して受光率が閾値以下になった時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置を取得する。取得したＺ軸位置Ｚｌは図示しない制御装置内の記憶部に記憶される（工具センサ位置取得段階及び工具センサ位置取得手段、ここでは制御装置が本発明の各段階を実行する各手段として機能する）。また、基準工具８の長さＴｄも記憶部にあらかじめ記憶させておく。ここで、ＺｌとＴｄとから、基準工具先端位置Ｚｌ’（＝Ｚｌ−Ｔｄ）を算出して記憶させてもよい。
まず、計測準備作業の手順について、図７のフローチャートにもとづいて説明する。計測準備作業は、後述の位置計測センサとしてのタッチプローブによるターゲット球（被計測治具）の計測及び幾何誤差同定の前に事前に行っておく作業である。但し、レーザセンサが劣化した場合や故障して交換した場合等、低い頻度で行えばよい。
ステップＳＲ１において、図８に示すように、主軸２に基準工具８を装着し、レーザセンサ４０にて計測を行う。ここでは基準工具８がレーザ光１４に接近するようＺ軸を移動させ、基準工具８の先端がレーザ光１４を遮断して受光率が閾値以下になった時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置を取得する。取得したＺ軸位置Ｚｌは図示しない制御装置内の記憶部に記憶される（工具センサ位置取得段階及び工具センサ位置取得手段、ここでは制御装置が本発明の各段階を実行する各手段として機能する）。また、基準工具８の長さＴｄも記憶部にあらかじめ記憶させておく。ここで、ＺｌとＴｄとから、基準工具先端位置Ｚｌ’（＝Ｚｌ−Ｔｄ）を算出して記憶させてもよい。
次に、ステップＳＲ２において、基準工具８での基準ブロック４２の位置の取得を行う。ここでは図９に示すように、主軸２に基準工具８を装着した状態で、ブロックゲージ４３を介して基準ブロック４２に接触させ、その時のＺ軸位置Ｚｂを取得し、ブロックゲージ４３の厚みＨｂを差し引いた値Ｚｂ’（＝Ｚｂ−Ｈｂ）を、図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる（基準ブロック位置取得段階及び基準ブロック位置取得手段）。ここで、Ｔｄも用いて基準ブロック上面位置Ｚｂ”（＝Ｚｂ−Ｈｂ−Ｔｄ）を算出して記憶させてもよい。なお、ブロックゲージ４３としては、厚み寸法が既知のブロックなどでもよい。
次に、ステップＳＲ３において、ステップＳＲ１で記憶したＺ軸位置ＺｌとステップＳＲ２で記憶したＺ軸位置Ｚｂ’から、レーザセンサ４０の検知位置に対する基準ブロック４２の相対位置ｄＺｂ（＝Ｚｌ−Ｚｂ’）を算出し、制御装置内の記憶部に記憶する（相対位置算出段階及び相対位置算出手段）。ここで、ブロックゲージ厚みＨｂも記憶部に記憶させておき、ｄＺｂを、ＺｌとＺｂとＨｂから算出しても良い（ｄＺｂ＝Ｚｌ−Ｚｂ−Ｈｂ）。但し、上記Ｚｌ’とＺｂ”とを記憶させた場合には、ｄＺｂ＝Ｚｌ’−Ｚｂ”で計算できる。
次に、ステップＳＲ３において、ステップＳＲ１で記憶したＺ軸位置ＺｌとステップＳＲ２で記憶したＺ軸位置Ｚｂ’から、レーザセンサ４０の検知位置に対する基準ブロック４２の相対位置ｄＺｂ（＝Ｚｌ−Ｚｂ’）を算出し、制御装置内の記憶部に記憶する（相対位置算出段階及び相対位置算出手段）。ここで、ブロックゲージ厚みＨｂも記憶部に記憶させておき、ｄＺｂを、ＺｌとＺｂとＨｂから算出しても良い（ｄＺｂ＝Ｚｌ−Ｚｂ−Ｈｂ）。但し、上記Ｚｌ’とＺｂ”とを記憶させた場合には、ｄＺｂ＝Ｚｌ’−Ｚｂ”で計算できる。
次に、本発明における幾何誤差同定の流れについて、図１１のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１において、タッチプローブ３０の長補正値のキャリブレーションを行う。詳細については後述する。
次に、ステップＳ２において、図１２に示すようにテーブル３上に固定したターゲット球３２の初期位置を計測するとともに、ターゲット球３２を用いてタッチプローブ３０の径補正値キャリブレーションを行う（径補正値取得段階及び径補正値取得手段）。詳細については後述する。
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２にて計測したターゲット球初期位置とタッチプローブ３０の長さ（長補正値）とを用いて、あらかじめ設定しておいた計測条件（各回転軸の割出角など）で回転軸が回転・傾斜されることにより予想される移動後の各ターゲット球中心位置とタッチプローブ先端位置を算出する（位置計測段階及び位置補正手段）。さらに、各割出角において算出した３次元位置座標値をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ軸の指令値とし、前記各割出角を回転軸の指令値とする指令値リストを作成する。
まず、ステップＳ１において、タッチプローブ３０の長補正値のキャリブレーションを行う。詳細については後述する。
次に、ステップＳ２において、図１２に示すようにテーブル３上に固定したターゲット球３２の初期位置を計測するとともに、ターゲット球３２を用いてタッチプローブ３０の径補正値キャリブレーションを行う（径補正値取得段階及び径補正値取得手段）。詳細については後述する。
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２にて計測したターゲット球初期位置とタッチプローブ３０の長さ（長補正値）とを用いて、あらかじめ設定しておいた計測条件（各回転軸の割出角など）で回転軸が回転・傾斜されることにより予想される移動後の各ターゲット球中心位置とタッチプローブ先端位置を算出する（位置計測段階及び位置補正手段）。さらに、各割出角において算出した３次元位置座標値をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ軸の指令値とし、前記各割出角を回転軸の指令値とする指令値リストを作成する。
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３にて作成した指令値リストの各送り軸指令値に基づいて、ターゲット球３２の表面４点以上にタッチプローブ３０を接触させ、ステップＳ１で取得した長補正値とステップＳ２で取得した径補正値とを用いて補正して、ターゲット球３２の中心位置と直径を求める（位置補正段階及び位置補正手段）。ここで、あらかじめ３次元測定機などで計測したターゲット球３２の直径校正値を用いることで、３点接触による計測でターゲット球３２の中心位置を求めることもできる。
そして、ステップＳ５では、取得したターゲット球３２の中心位置座標値や各位置での指令値をもとに、機械の幾何誤差の同定計算を行う（幾何誤差同定段階及び幾何誤差同定手段）。詳細については後述する。
そして、ステップＳ５では、取得したターゲット球３２の中心位置座標値や各位置での指令値をもとに、機械の幾何誤差の同定計算を行う（幾何誤差同定段階及び幾何誤差同定手段）。詳細については後述する。
ここで、ステップＳ１の長補正値キャリブレーションについて、図１３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１−１において、図８で説明したステップＳＲ１と同様に、主軸２に基準工具８を装着してレーザセンサ４０にて計測を行い、Ｚ軸位置Ｚｄを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる（基準工具位置取得段階及び基準工具位置取得手段）。なお、Ｔｄを用いて、Ｚｄ’＝Ｚｄ−Ｔｄを記憶させてもよい。
次に、ステップＳ１−２において、図１０に示すように主軸２にタッチプローブ３０を装着し、基準ブロック４２をタッチプローブ３０にて計測する。ここではタッチプローブ３０が基準ブロック４２に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０の先端のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置Ｚｐを取得する。取得したＺ軸位置Ｚｐを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる（位置計測センサ計測段階及び計測位置取得手段）。
まず、ステップＳ１−１において、図８で説明したステップＳＲ１と同様に、主軸２に基準工具８を装着してレーザセンサ４０にて計測を行い、Ｚ軸位置Ｚｄを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる（基準工具位置取得段階及び基準工具位置取得手段）。なお、Ｔｄを用いて、Ｚｄ’＝Ｚｄ−Ｔｄを記憶させてもよい。
次に、ステップＳ１−２において、図１０に示すように主軸２にタッチプローブ３０を装着し、基準ブロック４２をタッチプローブ３０にて計測する。ここではタッチプローブ３０が基準ブロック４２に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０の先端のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置Ｚｐを取得する。取得したＺ軸位置Ｚｐを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる（位置計測センサ計測段階及び計測位置取得手段）。
次に、ステップＳ１−３において、タッチプローブ３０の長方向補正値である接触時のタッチプローブ３０の長さを算出する。すなわち、ステップＳ１−１にて記憶させたＺｄと、ステップＳ１−２にて記憶させたＺｐと、制御装置内の記憶部に記憶されている基準ブロック４２の相対位置ｄＺｂと、基準工具長Ｔｄとから、長方向補正値（接触時長さ）Ｔｐ（＝Ｚｐ−Ｚｄ＋ｄＺｂ＋Ｔｄ）を求めて、記憶部に記憶させる（長補正値算出段階及び長補正値算出手段）。ここで、Ｚｄ’，Ｚｐ，ｄＺｂからＴｐ（＝Ｚｐ−Ｚｄ’−ｄＺｂ）を求めてもよい。
次に、ステップＳ２の詳細について、図１４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ２を実施する前に、図１２に示すように、５軸制御マシニングセンタの主軸２に、先端にスタイラス球を有するタッチプローブ３０を装着させ、テーブル３の上にターゲット球３２を設置・固定しておく。
そして、ステップＳ２−１において、Ｚ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球のＺ＋方向頂点近傍に接触させ、接触時のＺ軸座標値ｚｍ１を記憶する。
次に、ステップＳ２−２において、あらかじめ三次元測定機などで計測しておいたターゲット球３２の直径ｄ０、予め取得しておいたタッチプローブ軸方向補正値ｔ１を用いて、仮のＺ中心位置ｚｔを、以下の数１から求める。
まず、ステップＳ２を実施する前に、図１２に示すように、５軸制御マシニングセンタの主軸２に、先端にスタイラス球を有するタッチプローブ３０を装着させ、テーブル３の上にターゲット球３２を設置・固定しておく。
そして、ステップＳ２−１において、Ｚ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球のＺ＋方向頂点近傍に接触させ、接触時のＺ軸座標値ｚｍ１を記憶する。
次に、ステップＳ２−２において、あらかじめ三次元測定機などで計測しておいたターゲット球３２の直径ｄ０、予め取得しておいたタッチプローブ軸方向補正値ｔ１を用いて、仮のＺ中心位置ｚｔを、以下の数１から求める。
［数１］
ｚｔ＝ｚｍ１−ｄ０／２−ｔ１
ｚｔ＝ｚｍ１−ｄ０／２−ｔ１
次に、ステップＳ２−３において、主軸２を０°に割り出し、ターゲット球３２のＸ＋側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｘ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＸ＋側頂点近傍に接触させ、接触時のＸ軸座標値ｘｍ１を記憶する。
次に、ステップＳ２−４において、ステップＳ２−３で接触したスタイラス球の点と同じ点でタッチプローブ３０がターゲット球３２に接触するように、主軸２を１８０°に割り出し、ターゲット球３２のＸ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｘ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＸ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＸ軸座標値ｘｐ１を記憶する。
次に、ステップＳ２−５において、記憶しておいたｘｍ１とｘｐ１とを用いて、以下の数２よりＸ中心位置ｘｏを求める。
ここで、ステップＳ２−３とステップＳ２−４において、図１５に示すように、タッチプローブ３０のスタイラス球の同一の点でタッチプローブ３０がターゲット球３２に接触しているため、タッチプローブ３０の接触方向の違いによる特性の違いや、タッチプローブ３０や主軸２の振れの影響を受けず、正確にｘｏを求めることができる。
次に、ステップＳ２−４において、ステップＳ２−３で接触したスタイラス球の点と同じ点でタッチプローブ３０がターゲット球３２に接触するように、主軸２を１８０°に割り出し、ターゲット球３２のＸ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｘ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＸ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＸ軸座標値ｘｐ１を記憶する。
次に、ステップＳ２−５において、記憶しておいたｘｍ１とｘｐ１とを用いて、以下の数２よりＸ中心位置ｘｏを求める。
ここで、ステップＳ２−３とステップＳ２−４において、図１５に示すように、タッチプローブ３０のスタイラス球の同一の点でタッチプローブ３０がターゲット球３２に接触しているため、タッチプローブ３０の接触方向の違いによる特性の違いや、タッチプローブ３０や主軸２の振れの影響を受けず、正確にｘｏを求めることができる。
［数２］
ｘｏ＝（ｘｐ１＋ｘｍ１）／２
ｘｏ＝（ｘｐ１＋ｘｍ１）／２
次に、ステップＳ２−６において、上述と同様に、主軸２を２７０°に割り出し、ターゲット球３２のＹ＋側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ＋側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｍ１を記憶する。
次に、ステップＳ２−７において、上述と同様に、主軸２を９０°に割り出し、ターゲット球３２のＹ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｐ１を記憶する。
ステップＳ２−８において、記憶しておいたｙｍ１とｙｐ１とを用いて、以下の数３よりＹ中心位置ｙｏを求める。
次に、ステップＳ２−７において、上述と同様に、主軸２を９０°に割り出し、ターゲット球３２のＹ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｐ１を記憶する。
ステップＳ２−８において、記憶しておいたｙｍ１とｙｐ１とを用いて、以下の数３よりＹ中心位置ｙｏを求める。
［数３］
ｙｏ＝（ｙｐ１＋ｙｍ１）／２
ｙｏ＝（ｙｐ１＋ｙｍ１）／２
次に、ステップＳ２−９において、ステップＳ２−３と同様に、主軸２を０°に割り出してターゲット球３２のＸ＋側頂点を計測し、Ｘ軸座標値ｘｍ１を更新する。
次に、ステップＳ２−１０において、ステップＳ２−４と同様に、主軸２を１８０°に割り出してターゲット球３２のＸ−側頂点を計測し、Ｘ軸座標値ｘｐ１を更新する。
次に、ステップＳ２−１１において、更新したｘｍ１とｘｐ１とを用いて数２よりＸ中心位置ｘｏを再計算する。
次に、ステップＳ２−１２において、主軸２を０°（通常の計測時に割り出す角度）に割り出す。
次に、ステップＳ２−１３において、タッチプローブ３０をＸ座標ｘｏ、Ｙ座標ｙｏ、Ｚ軸方向ではターゲット球３２の頂点真上に位置決めさせ、Ｚ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＺ＋プラス方向頂点近傍に接触させ、接触時のＺ軸座標値ｚｍ２を記憶する。
ステップＳ２−１４において、以下の数４からＺ中心位置ｚｏを求める。
次に、ステップＳ２−１０において、ステップＳ２−４と同様に、主軸２を１８０°に割り出してターゲット球３２のＸ−側頂点を計測し、Ｘ軸座標値ｘｐ１を更新する。
次に、ステップＳ２−１１において、更新したｘｍ１とｘｐ１とを用いて数２よりＸ中心位置ｘｏを再計算する。
次に、ステップＳ２−１２において、主軸２を０°（通常の計測時に割り出す角度）に割り出す。
次に、ステップＳ２−１３において、タッチプローブ３０をＸ座標ｘｏ、Ｙ座標ｙｏ、Ｚ軸方向ではターゲット球３２の頂点真上に位置決めさせ、Ｚ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＺ＋プラス方向頂点近傍に接触させ、接触時のＺ軸座標値ｚｍ２を記憶する。
ステップＳ２−１４において、以下の数４からＺ中心位置ｚｏを求める。
［数４］
ｚｏ＝ｚｍ２−ｄ０／２−ｔ１
ｚｏ＝ｚｍ２−ｄ０／２−ｔ１
次に、ステップＳ２−１５において、ターゲット球３２のＸ＋側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｘ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＸ＋側頂点近傍に接触させ、接触時のＸ軸座標値ｘｍ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１６において、ターゲット球３２のＸ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｘ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＸ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＸ軸座標値ｘｐ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１７において、ターゲット球３２のＹ＋側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ＋側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｍ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１８において、ターゲット球３２のＹ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｐ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１９において、Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−方向接触用タッチプローブ径補正値ｔｃ１、ｔｃ２、ｔｃ３、ｔｃ４を、以下の数５を用いて求める。ここで、位置（ｘｏ、ｙｏ）に位置決めした際の主軸中心とターゲット球中心が一致しているため、図１６に示すように、そこからの移動距離とターゲット球直径から各補正値を求めることができる。
次に、ステップＳ２−１６において、ターゲット球３２のＸ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｘ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＸ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＸ軸座標値ｘｐ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１７において、ターゲット球３２のＹ＋側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ−方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ＋側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｍ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１８において、ターゲット球３２のＹ−側頂点近傍にタッチプローブ３０を移動させた後、Ｙ＋方向にタッチプローブ３０を移動させてターゲット球３２のＹ−側頂点近傍に接触させ、接触時のＹ軸座標値ｙｐ２を記憶する。
次に、ステップＳ２−１９において、Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−方向接触用タッチプローブ径補正値ｔｃ１、ｔｃ２、ｔｃ３、ｔｃ４を、以下の数５を用いて求める。ここで、位置（ｘｏ、ｙｏ）に位置決めした際の主軸中心とターゲット球中心が一致しているため、図１６に示すように、そこからの移動距離とターゲット球直径から各補正値を求めることができる。
［数５］
ｔｃ１＝ｘｏ−ｘｐ２−ｄ０／２
ｔｃ２＝ｘｏ−ｘｍ２＋ｄ０／２
ｔｃ３＝ｙｏ−ｙｐ２−ｄ０／２
ｔｃ４＝ｙｏ−ｙｍ２＋ｄ０／２
ｔｃ１＝ｘｏ−ｘｐ２−ｄ０／２
ｔｃ２＝ｘｏ−ｘｍ２＋ｄ０／２
ｔｃ３＝ｙｏ−ｙｐ２−ｄ０／２
ｔｃ４＝ｙｏ−ｙｍ２＋ｄ０／２
以上から、ステップＳ２において、タッチプローブ径補正値ｔｃ１、ｔｃ２、ｔｃ３、ｔｃ４の取得とともにターゲット球３２の中心位置（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）を計測する。
なお、ターゲット球３２の中心に向けて球表面上の任意の点を接触するときの各軸の計測値を（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）とすると、以下の数６を用いることで、任意の点でのタッチプローブ補正値（ｔａｘ、ｔａｙ、ｔａｚ）を求めることもできる。
なお、ターゲット球３２の中心に向けて球表面上の任意の点を接触するときの各軸の計測値を（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）とすると、以下の数６を用いることで、任意の点でのタッチプローブ補正値（ｔａｘ、ｔａｙ、ｔａｚ）を求めることもできる。
［数６］
ｔａｘ＝ｘｏ−ｘｓ−ｄ０／２
ｔａｙ＝ｙｏ−ｙｓ＋ｄ０／２
ｔａｚ＝ｚｏ−ｚｓ＋ｄ０／２
ｔａｘ＝ｘｏ−ｘｓ−ｄ０／２
ｔａｙ＝ｙｏ−ｙｓ＋ｄ０／２
ｔａｚ＝ｚｏ−ｚｓ＋ｄ０／２
次に、ステップＳ５の詳細について説明する。
１つの計測条件において、回転軸の一方を固定し、もう一方を複数の角度に割り出して、ターゲット球中心位置を計測する。この計測条件での指令値に対する球中心位置の計測値の差分ベクトルは、割出軸の半径方向、軸方向、接線方向成分に分配できる。これら各成分は、０次成分（半径誤差）、１次成分（中心偏差）、２次成分（楕円形状）のフーリエ級数、すなわち誤差を持つ円弧として、最小二乗法などにより近似できる。
計測条件ｉにおけるｊ番目の回転軸のｋ番目の割出角θｉｊｋにおける計測値の半径方向成分ｄＲｒｉ、軸方向成分ｄＲａｉ、半径方向成分ｄＲｔｉは、以下の数７として表すことができる。
１つの計測条件において、回転軸の一方を固定し、もう一方を複数の角度に割り出して、ターゲット球中心位置を計測する。この計測条件での指令値に対する球中心位置の計測値の差分ベクトルは、割出軸の半径方向、軸方向、接線方向成分に分配できる。これら各成分は、０次成分（半径誤差）、１次成分（中心偏差）、２次成分（楕円形状）のフーリエ級数、すなわち誤差を持つ円弧として、最小二乗法などにより近似できる。
計測条件ｉにおけるｊ番目の回転軸のｋ番目の割出角θｉｊｋにおける計測値の半径方向成分ｄＲｒｉ、軸方向成分ｄＲａｉ、半径方向成分ｄＲｔｉは、以下の数７として表すことができる。
［数７］
dRrｉ＝ra0ｉ＋ra1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋rb1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋ra2ｉ cos(2θｉｊｋ)
＋rb2ｉ sin(2θｉｊｋ)
dRaｉ＝aa0ｉ＋aa1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋ab1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋aa2ｉ cos(2θｉｊｋ)
＋ab2ｉ sin(2θｉｊｋ)
dRtｉ＝ta0ｉ＋ta1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋tb1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋ta2ｉ cos(2θｉｊｋ)
＋tb2ｉ sin(2θｉｊｋ)
dRrｉ＝ra0ｉ＋ra1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋rb1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋ra2ｉ cos(2θｉｊｋ)
＋rb2ｉ sin(2θｉｊｋ)
dRaｉ＝aa0ｉ＋aa1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋ab1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋aa2ｉ cos(2θｉｊｋ)
＋ab2ｉ sin(2θｉｊｋ)
dRtｉ＝ta0ｉ＋ta1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋tb1ｉ＊cos(θｉｊｋ)＋ta2ｉ cos(2θｉｊｋ)
＋tb2ｉ sin(2θｉｊｋ)
図１の５軸制御マシニングセンタに存在する幾何誤差として、Ｘ−Ｙ軸間直角度をｄＣyx、Ｙ−Ｚ軸間直角度をｄＡxz、Ｚ−Ｘ軸間直角度をｄＢxz、Ｃ軸中心位置Ｘ方向誤差をｄＸca、Ｃ−Ａ軸間オフセット誤差をｄＹca、Ａ軸角度オフセット誤差をｄＡca、Ｃ−Ａ軸間直角度をｄＢca、Ａ軸中心位置Ｙ方向誤差をｄＹay、Ａ軸中心位置Ｚ方向誤差をｄＺay、Ａ−Ｚ軸間直角度をｄＢay、Ａ−Ｙ軸間直角度をｄＣayとする。
また、計測条件１をＡ軸０°でＣ軸を０°〜３６０°、計測条件２をＣ軸−９０°でＡ軸を−９０°〜＋９０°、計測条件３をＡ軸−９０°でＣ軸を０°〜１８０°とすると、数７の各係数と各幾何誤差との関係は、以下の数８となる。ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、計測条件１，２，３における指令上の全球中心位置が載る平面における回転中心から球中心位置までの距離であり、すなわち、円弧軌跡の半径である。数８を変形することで、各幾何誤差を求めることができる。
また、計測条件１をＡ軸０°でＣ軸を０°〜３６０°、計測条件２をＣ軸−９０°でＡ軸を−９０°〜＋９０°、計測条件３をＡ軸−９０°でＣ軸を０°〜１８０°とすると、数７の各係数と各幾何誤差との関係は、以下の数８となる。ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、計測条件１，２，３における指令上の全球中心位置が載る平面における回転中心から球中心位置までの距離であり、すなわち、円弧軌跡の半径である。数８を変形することで、各幾何誤差を求めることができる。
［数８］
ra1１＝−ｄＸca−（ｄＢca＋ｄＢay＋ｄＢxz）＊Ｈ
rb1１＝ ｄＹca＋ｄＹay−（ｄＡca＋ｄＡxz）＊Ｈ
rb2１＝ ｄＣyx＊Ｒ１／２
aa1１＝ ｄＢca＋ｄＢay
ab1１＝ ｄＡca
ra1２＝−ｄＹay
rb1２＝ ｄＺay
rb2２＝−ｄＡxz＊Ｒ２／２
aa1２＝ ｄＣay
ab1２＝−（ｄＢay＋ｄＢxz）
rb2３＝ ｄＢxz＊Ｒ３／２
ra1１＝−ｄＸca−（ｄＢca＋ｄＢay＋ｄＢxz）＊Ｈ
rb1１＝ ｄＹca＋ｄＹay−（ｄＡca＋ｄＡxz）＊Ｈ
rb2１＝ ｄＣyx＊Ｒ１／２
aa1１＝ ｄＢca＋ｄＢay
ab1１＝ ｄＡca
ra1２＝−ｄＹay
rb1２＝ ｄＺay
rb2２＝−ｄＡxz＊Ｒ２／２
aa1２＝ ｄＣay
ab1２＝−（ｄＢay＋ｄＢxz）
rb2３＝ ｄＢxz＊Ｒ３／２
このように、上記形態の誤差同定方法及び誤差同定システムによれば、幾何誤差同定のための各一連の計測時に、タッチプローブ３０の長・径補正値のキャリブレーションを行うことが可能となる。また、手作業が事前準備作業以外は不要であり、別途治具の準備などを行う必要がないことから、機械のオペレータの負担を減らすことができ、幾何誤差同定時に確実にタッチプローブ３０のキャリブレーションが行われることになる。これにより、熱変位等でタッチプローブ３０の状態が変化しても、タッチプローブ３０による計測精度が低下せず、高精度に幾何誤差を同定できる。
また、ＣＣＤカメラによる測定システム等が不要であり、比較的安価に実現できる。
また、ＣＣＤカメラによる測定システム等が不要であり、比較的安価に実現できる。
なお、上記形態では基準ブロック位置を取得する際にブロックゲージを用いて基準工具を間接的に基準ブロックに接触させているが、ブロックゲージをなくして基準工具を直接基準ブロックに接触させてもよい。
また、上記形態では工具センサ位置取得段階から幾何誤差同定段階までを一回実行しているが、工具センサ位置取得段階から相対位置算出段階までを一回実行し、基準工具位置取得段階から幾何誤差同定段階までを複数回実行するようにしてもよい。
また、上記形態では工具センサ位置取得段階から幾何誤差同定段階までを一回実行しているが、工具センサ位置取得段階から相対位置算出段階までを一回実行し、基準工具位置取得段階から幾何誤差同定段階までを複数回実行するようにしてもよい。
次に、請求項８乃至１４に対応した誤差同定方法及び誤差同定システムについて説明する。但し、計測準備作業以外は先の形態と同じであるため、計測準備作業について、図１７のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳＱ１は、図７のステップＳＲ１と同じである。すなわち、図８に示すように、主軸２に基準工具８を装着し、レーザセンサ４０にて計測を行う。ここでは基準工具８がレーザ光１４に接近するようＺ軸を移動させ、基準工具８の先端がレーザ光１４を遮断して受光率が閾値以下になった時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置を取得する。取得したＺ軸位置Ｚｌは図示しない制御装置内の記憶部に記憶される（工具センサ位置取得段階及び工具センサ位置取得手段）。また、基準工具８の長さＴｄも記憶部にあらかじめ記憶させておく。
次に、ステップＳＱ２では、基準工具８でのテーブルや治具上面などの任意の基準面の位置の取得を行う（基準工具計測位置取得段階及び基準工具計測位置取得手段）。例えば図１８に示すように、主軸２に基準工具８を装着した状態で、ブロックゲージ４３を介して、テーブル３の上面に接触させ、その時のＺ軸位置Ｚａを取得し、ブロックゲージ４３の厚みＨｂを差し引いた値Ｚａ’（＝Ｚａ−Ｈｂ）を、図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる。なお、ブロックゲージでなく、厚み寸法が既知のブロックなどでもよい。
まず、ステップＳＱ１は、図７のステップＳＲ１と同じである。すなわち、図８に示すように、主軸２に基準工具８を装着し、レーザセンサ４０にて計測を行う。ここでは基準工具８がレーザ光１４に接近するようＺ軸を移動させ、基準工具８の先端がレーザ光１４を遮断して受光率が閾値以下になった時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置を取得する。取得したＺ軸位置Ｚｌは図示しない制御装置内の記憶部に記憶される（工具センサ位置取得段階及び工具センサ位置取得手段）。また、基準工具８の長さＴｄも記憶部にあらかじめ記憶させておく。
次に、ステップＳＱ２では、基準工具８でのテーブルや治具上面などの任意の基準面の位置の取得を行う（基準工具計測位置取得段階及び基準工具計測位置取得手段）。例えば図１８に示すように、主軸２に基準工具８を装着した状態で、ブロックゲージ４３を介して、テーブル３の上面に接触させ、その時のＺ軸位置Ｚａを取得し、ブロックゲージ４３の厚みＨｂを差し引いた値Ｚａ’（＝Ｚａ−Ｈｂ）を、図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる。なお、ブロックゲージでなく、厚み寸法が既知のブロックなどでもよい。
次に、ステップＳＱ３では、主軸２にタッチプローブ３０を装着し、ステップＳＱ２と同じ任意の基準面の位置をタッチプローブ３０にて計測する（位置計測センサ計測位置取得段階及び位置計測センサ計測位置取得手段）。例えば図１９に示すように、タッチプローブ３０がテーブル３の上面に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置Ｚｑを取得する。取得したＺ軸位置Ｚｑを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる。
次に、ステップＳＱ４において、接触時のタッチプローブの長さを算出する。ステップＳＱ２にて記憶したＺａと、ステップＳＱ３にて記憶したＺｑと、基準工具長Ｔｄとから、タッチプローブ接触時長さＴｐ（＝Ｚｑ−Ｚａ＋Ｔｄ）を求めて、記憶部に記憶させる（位置計測センサ長さ算出段階及び位置計測センサ長さ算出手段）。
次に、ステップＳＱ４において、接触時のタッチプローブの長さを算出する。ステップＳＱ２にて記憶したＺａと、ステップＳＱ３にて記憶したＺｑと、基準工具長Ｔｄとから、タッチプローブ接触時長さＴｐ（＝Ｚｑ−Ｚａ＋Ｔｄ）を求めて、記憶部に記憶させる（位置計測センサ長さ算出段階及び位置計測センサ長さ算出手段）。
次に、ステップＳＱ５において、基準ブロック４２をタッチプローブ３０にて計測する（第１の基準ブロック位置取得段階及び第１の基準ブロック位置取得手段）。すなわち、図１０に示すように、タッチプローブ３０が基準ブロック４２に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸位置Ｚｐを取得する。取得したＺ軸位置Ｚｐを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる。
次に、ステップＳＱ６において、ステップＳＱ１で記憶したＺ軸位置Ｚｌと、ステップＳＱ４で算出したタッチプローブ３０の接触時長さＴｐと、ステップＳＱ５で記憶したＺ軸位置Ｚｐと、基準工具長Ｔｄとから、レーザセンサ４０に対する基準ブロック４２の相対位置ｄＺｂ（＝Ｚｌ−Ｔｄ−Ｚｐ＋Ｔｐ）を算出し、制御装置内の記憶部に記憶する。（相対位置算出段階及び相対位置算出手段）。
次に、ステップＳＱ６において、ステップＳＱ１で記憶したＺ軸位置Ｚｌと、ステップＳＱ４で算出したタッチプローブ３０の接触時長さＴｐと、ステップＳＱ５で記憶したＺ軸位置Ｚｐと、基準工具長Ｔｄとから、レーザセンサ４０に対する基準ブロック４２の相対位置ｄＺｂ（＝Ｚｌ−Ｔｄ−Ｚｐ＋Ｔｐ）を算出し、制御装置内の記憶部に記憶する。（相対位置算出段階及び相対位置算出手段）。
これ以降の幾何誤差同定の流れは、図１１から図１６で説明した先の形態と同じであるが、図１３のステップＳ１−２は、請求項８及び請求項１４に対応した第２の基準ブロック位置取得段階及び第２の基準ブロック位置取得手段となる。
また、この変更例においても、ステップＳＱ１の工具センサ位置取得段階からステップＳＱ６の相対位置算出段階までを一回実行し、その後の基準工具位置取得段階から幾何誤差同定段階までを複数回実行するようにしてもよい。
また、この変更例においても、ステップＳＱ１の工具センサ位置取得段階からステップＳＱ６の相対位置算出段階までを一回実行し、その後の基準工具位置取得段階から幾何誤差同定段階までを複数回実行するようにしてもよい。
１・・ベッド、２・・主軸、３・・テーブル、４・・クレードル、５・・トラニオン、８・・基準工具、９・・工具、１１・・発光部、１２・・受光部、１３・・ベース部、１４・・レーザ光、３０・・タッチプローブ、３２・・ターゲット球、４０・・レーザセンサ、４１・・センサ取り付け台、４２・・基準ブロック、４３・・ブロックゲージ、５０・・タッチセンサ、５１・・ベース部、５２・・タッチセンサ部、５３・・基準ブロック。
Claims (14)
- ３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定する方法であって、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させた際の前記並進軸の位置を取得する基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準ブロック位置取得段階で取得した前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する位置計測センサ計測段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記位置計測センサ計測段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより前記被計測治具の位置をそれぞれ計測する位置計測段階と、
前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて、前記位置計測段階での位置計測値を補正する位置補正段階と、
前記位置補正段階で補正した複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定段階と、
を実行することを特徴とする工作機械の誤差同定方法。 - 前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、
前記基準工具位置取得段階から前記幾何誤差同定段階までを複数回実行することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の誤差同定方法。 - 前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが計測対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であ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誤差同定方法。
- 前記工具センサで計測される位置は、前記主軸に装着した工具が前記並進軸により移動して前記工具センサに接触若しくは通過したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の工作機械の誤差同定方法。
- 前記被計測治具は球形状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の工作機械の誤差同定方法。
- 前記径補正値取得段階において、前記被計測治具の初期位置を前記位置計測センサにより計測すると共に、前記位置計測センサの径方向の補正値を取得することを特徴とする請求項５に記載の工作機械の誤差同定方法。
- ３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させて前記基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させ、その接触の際の前記並進軸の位置を取得して記憶する基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得された前記検知位置と前記基準ブロック位置取得手段で取得された前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する計測位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記計測位置取得手段で取得された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で取得された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより計測した前記被計測治具のそれぞれの位置計測値を、前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて補正して記憶する位置補正手段と、
前記位置補正手段で補正された複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定手段と、
を有することを特徴とする工作機械の誤差同定システム。 - ３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定する方法であって、
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックとを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第１の基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記第１の基準ブロック位置取得段階で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第２の基準ブロック位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記第２の基準ブロック位置取得段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより前記被計測治具の位置をそれぞれ計測する位置計測段階と、
前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて、前記位置計測段階での位置計測値を補正する位置補正段階と、
前記位置補正段階で補正した複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定段階と、
を実行することを特徴とする工作機械の誤差同定方法。 - 前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、
前記基準工具位置取得段階から前記幾何誤差同定段階までを複数回実行することを特徴とする請求項８に記載の工作機械の誤差同定方法。 - 前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが計測対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする請求項８又は９に記載の工作機械の誤差同定方法。
- 前記工具センサで計測される位置は、前記主軸に装着した工具が前記並進軸により移動して前記工具センサに接触若しくは通過したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の工作機械の誤差同定方法。
- 前記被計測治具は球形状であることを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載の工作機械の誤差同定方法。
- 前記径補正値取得段階において、前記被計測治具の初期位置を前記位置計測センサにより計測すると共に、前記位置計測センサの径方向の補正値を取得することを特徴とする請求項１２に記載の工作機械の誤差同定方法。
- ３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記並進軸及び前記回転軸、前記主軸をそれぞれ制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着した位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された被計測治具の三次元空間上の位置を計測し、その位置計測値から前記工作機械の幾何誤差を同定するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第１の基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記第１の基準プロック位置取得手段で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第２の基準ブロック位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記第２の基準ブロック位置取得手段で計測された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で算出された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記被計測治具を用いて前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段と、
前記回転軸を任意の複数角度に割り出して、前記位置計測センサにより計測した前記被計測治具のそれぞれの位置計測値を、前記長方向補正値と前記径方向補正値とを用いて補正して記憶する位置補正手段と、
前記位置補正手段で補正された複数の前記位置計測値から前記幾何誤差を同定する幾何誤差同定手段と、
を有することを特徴とする工作機械の誤差同定システム。
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