JP2021169131A - 多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】より正確な回転軸の回転中心および回転中心の向きを算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】本発明は、ワークが載置されるテーブル４，５とワークを加工する工具６１を、加工プログラム２０１に基づいて回転軸の制御により相対移動させる多軸加工機の回転中心測定方法であって、加工プログラム２０１を取得する加工プログラム取得工程（Ｓ１０１）と、加工プログラム２０１から工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて測定角度を算出する加工プログラム解析工程（Ｓ１０２）と、テーブル４，５に基準球６３を載置するとともにテーブル４，５と工具６１を相対移動させて基準球６３の位置を計測し、回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算する幾何偏差測定工程（Ｓ１０３）を行うことを特徴とする。【選択図】図２
Description
本発明は、回転軸の幾何学的誤差を正確に測定することが可能な多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラムに関するものである。
従来、被加工物（以下、ワーク）に対して複数の角度から工具を近づけて複雑な形状の加工を行う多軸工作機械が知られている。例えば、直進３軸と回転２軸から構成されるマシニングセンタ等の５軸加工機は、Ａ軸周りおよびＣ軸周りに回転するテーブルと、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸にスライド移動する工具を備え、テーブル上にワークを載置して、ワークをＡ軸およびＣ軸周りに回転移動させながら工具をスライド移動して多様な形状の加工を行う。
このような５軸加工機においては、組立時に生じる誤差、ワークや回転軸そのものの重さによる撓み、回転軸の熱による変位等の要因により、回転軸の回転中心の位置や回転中心の向き等に幾何学的な誤差（幾何偏差）が生じる。さらに軸数が多いことに伴って軸同士の幾何偏差の数が増大し、ワークの加工精度に大きな影響を与えてしまう。
このような５軸加工機においては、組立時に生じる誤差、ワークや回転軸そのものの重さによる撓み、回転軸の熱による変位等の要因により、回転軸の回転中心の位置や回転中心の向き等に幾何学的な誤差（幾何偏差）が生じる。さらに軸数が多いことに伴って軸同士の幾何偏差の数が増大し、ワークの加工精度に大きな影響を与えてしまう。
よってワークの加工精度の問題を解消するため、加工を行う前に実際の回転中心の位置や回転中心の向きを求める方法が行われている。
具体的には、図１１に示すように基準球およびタッチプローブを用意し、旋回テーブル上に基準球を設置し、タッチプローブを加工ヘッドの取付部に取り付ける（Ｓ０１）。そして求めたい回転軸周りにテーブルを回転させて回転角度を変えながら、回転角度の異なる基準球の位置をタッチプローブにより３点計測する（Ｓ０２）。計測した３点を通る平面の法線ベクトルを求めることにより回転中心の向きを演算する（Ｓ０３）。さらに計測した３点を通る円弧を近似することで、円弧の中心点を求め、円弧の中心点を通る直線と他の回転軸とにより回転中心の位置を演算する（Ｓ０４）。
具体的には、図１１に示すように基準球およびタッチプローブを用意し、旋回テーブル上に基準球を設置し、タッチプローブを加工ヘッドの取付部に取り付ける（Ｓ０１）。そして求めたい回転軸周りにテーブルを回転させて回転角度を変えながら、回転角度の異なる基準球の位置をタッチプローブにより３点計測する（Ｓ０２）。計測した３点を通る平面の法線ベクトルを求めることにより回転中心の向きを演算する（Ｓ０３）。さらに計測した３点を通る円弧を近似することで、円弧の中心点を求め、円弧の中心点を通る直線と他の回転軸とにより回転中心の位置を演算する（Ｓ０４）。
しかしながら、回転中心の位置を円弧近似により求める場合、基準球の位置を計測する回転角度により、得られる回転中心の位置にばらつきが生じてしまう。例えば、特許文献１や特許文献２記載の方法のように特定の回転角度で基準球の位置を計測している場合は、加工前に使用した基準球の回転角度と実際に加工プログラムで使用される回転角度が異なるため、回転中心の位置にずれが生じ、加工精度が悪化してしまう。
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、より正確な回転軸の回転中心および回転中心の向きを算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラムを提供することである。
本発明は、ワークが載置されるテーブルと前記ワークを加工する工具を、加工プログラムに基づいて回転軸の制御により相対移動させる多軸加工機の回転中心測定方法であって、前記加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、基準球が載置された前記テーブルと前記工具を相対移動させて前記基準球の位置を計測し、前記回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算する幾何偏差測定工程を行うことを特徴とする。
また本発明は、加工プログラムを数値制御部および全体制御部にて処理して回転軸のサーボモータを駆動することにより、ワークが載置されるテーブルと前記ワークを加工する工具を相対移動させる多軸加工機であって、前記数値制御部は、前記加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、基準球が載置された前記テーブルと前記工具を相対移動させて前記基準球の位置を計測し、前記回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算する幾何偏差測定工程を実行することを特徴とする。
また本発明は、加工プログラムを数値制御部および全体制御部にて処理して回転軸のサーボモータを駆動することにより、ワークが載置されるテーブルと前記ワークを加工する工具を相対移動させる多軸加工機であって、前記数値制御部は、前記加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、基準球が載置された前記テーブルと前記工具を相対移動させて前記基準球の位置を計測し、前記回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算する幾何偏差測定工程を実行することを特徴とする。
ここで「テーブル」とは、本実施形態のチルトテーブルおよび旋回テーブルをさす。
本発明によれば、実際にワークを加工する際に使用する加工プログラムを解析して、加工プログラムでよく使用される工具姿勢の指令角度を算出し、この指令角度に基づいて幾何偏差測定工程において使用する基準球の測定角度を導出している。よって、基準球を使用して幾何偏差測定を行った際の回転軸の回転中心の位置および向きと実際の回転軸の回転中心の位置と向きにずれが生じる問題を回避することができ、加工誤差を最小限に抑えることが可能である。
本発明によれば、実際にワークを加工する際に使用する加工プログラムを解析して、加工プログラムでよく使用される工具姿勢の指令角度を算出し、この指令角度に基づいて幾何偏差測定工程において使用する基準球の測定角度を導出している。よって、基準球を使用して幾何偏差測定を行った際の回転軸の回転中心の位置および向きと実際の回転軸の回転中心の位置と向きにずれが生じる問題を回避することができ、加工誤差を最小限に抑えることが可能である。
本発明の多軸加工機の回転中心測定方法は、前記加工プログラム解析工程が前記指令角度の度数分布を算出し、出現頻度の高い前記指令角度を前記測定角度とすることを特徴とする。
また本発明の多軸加工機の回転中心測定方法は、前記加工プログラム解析工程が前記度数分布から前記出現頻度が所定の閾値を超える前記指令角度を算出し、前記出現頻度が所定の閾値を超える前記指令角度のうち下限値、上限値および中間値を前記測定角度とすることを特徴とする。
また本発明の多軸加工機の回転中心測定方法は、前記加工プログラム解析工程が前記度数分布から前記出現頻度が所定の閾値を超える前記指令角度を算出し、前記出現頻度が所定の閾値を超える前記指令角度のうち下限値、上限値および中間値を前記測定角度とすることを特徴とする。
ここで「指令角度の度数分布」とは、加工プログラムに含まれる指令角度のデータの集合を指令角度ごとにわけたときの、それぞれの指令角度の出現頻度の分布状況のことをいう。また「指令角度の度数分布」には、加工プログラムに含まれる指令角度のデータの集合をいくつかの区間にわけたときの、それぞれの区間に所属する指令角度の出現頻度の分布状況も含まれる。
ここで「出現頻度」とは、データ群において特定の文字や記号が何回出てくるか表す量であり、出現回数と同義である。本明細書においては、加工プログラムに含まれる指令角度のデータの集合において特定の指令角度が何回で出てくるかを表す量として使用している。
本発明によれば、加工プログラムで使用される工具姿勢の指令角度の度数分布を算出して、出現頻度の高い指令角度を測定角度としているため、簡単かつ正確に幾何偏差測定で使用する測定角度を算出することが可能となる。
ここで「出現頻度」とは、データ群において特定の文字や記号が何回出てくるか表す量であり、出現回数と同義である。本明細書においては、加工プログラムに含まれる指令角度のデータの集合において特定の指令角度が何回で出てくるかを表す量として使用している。
本発明によれば、加工プログラムで使用される工具姿勢の指令角度の度数分布を算出して、出現頻度の高い指令角度を測定角度としているため、簡単かつ正確に幾何偏差測定で使用する測定角度を算出することが可能となる。
本発明は、請求項１から３のいずれか一項記載の回転中心測定方法を多軸加工機によって実行させるように、当該多軸加工機のコンピュータ上で動作するプログラムであり、また本発明は、コンピュータに、多軸加工機の加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて前記多軸加工機の回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算するための測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、を実行させることを特徴とする。
本発明によれば、加工プログラム取得工程と加工プログラム解析工程と幾何偏差測定工程を全て多軸加工機上で実行することで、別の設備を追加することなく、正確な回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算することができ、設備投資を最小限に抑えることが可能となる。
また本発明によれば、加工プログラム取得工程と加工プログラム解析工程を多軸加工機とは異なるコンピュータ上で実行することで事前に測定角度を算出し、ワークを加工する直前に多軸加工機上で既に算出された測定角度を使用して幾何偏差測定工程を実行する。このように工程を異なる装置で行うことにより、ワークを加工する前の初期設定時間を短縮化することが可能となる。
また本発明によれば、加工プログラム取得工程と加工プログラム解析工程を多軸加工機とは異なるコンピュータ上で実行することで事前に測定角度を算出し、ワークを加工する直前に多軸加工機上で既に算出された測定角度を使用して幾何偏差測定工程を実行する。このように工程を異なる装置で行うことにより、ワークを加工する前の初期設定時間を短縮化することが可能となる。
本発明は、より正確な回転軸の回転中心および回転中心の向きを算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラムを提供することが可能となる。さらに上記構成とすることにより、幾何偏差工程で使用する測定角度を簡単かつ迅速に求めることが可能となり、初心者から上級作業者まで、どんな作業者であっても正確な回転軸の回転中心の位置および向きを求めることができる。
以下、図面を用いて本発明の多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法の実施形態として、５軸加工機１００について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能であり、それぞれが独立して発明を構成する。
＜１．第１の実施形態＞
（１．５軸加工機１００の全体構成）
（１．５軸加工機１００の全体構成）
図１、図２および図３を参照して、５軸加工機１００の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る５軸加工機１００の概略図であり、図２は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の内部の構造を示す模式図である。
５軸加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸３軸と、回転軸２軸の５軸制御を行う加工機であり、ワークＷをチルトテーブル４とともに旋回させるテーブル旋回型である。５軸加工機１００には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されており、Ｘ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＡ軸が、Ｚ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＣ軸が設定されている。
５軸加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸３軸と、回転軸２軸の５軸制御を行う加工機であり、ワークＷをチルトテーブル４とともに旋回させるテーブル旋回型である。５軸加工機１００には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されており、Ｘ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＡ軸が、Ｚ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＣ軸が設定されている。
５軸加工機１００は、基台１と、加工ヘッド２と、Ｙ軸移動テーブル３と、Ｙ軸移動テーブル３の上に載置されてＡ軸周りに回転可能に構成されたチルトテーブル４と、チルトテーブル４の上に載置されてＣ軸周りに回転可能に構成された旋回テーブル５と、制御装置７を備える。
基台１、加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５を含む加工エリアＫは、５軸加工機１００の筐体９内に設けられている。
基台１、加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５を含む加工エリアＫは、５軸加工機１００の筐体９内に設けられている。
加工ヘッド２は、基台１に対して、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成されている。加工ヘッド２には工具６１を取り付けるための取付部８が設けられており、取付部８が回転することにより、工具６１を回転させて切削加工を行うことができる。
Ｙ軸移動テーブル３は、基台１に対して、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。Ｙ軸移動テーブル３上には、チルトテーブル４が載置されている。チルトテーブル４の上には旋回テーブル５がさらに載置されている。作業者は、旋回テーブル５上にワークＷを載置することで、工具６１によってワークＷを加工することができる。
チルトテーブル４は、回転軸としてのＡ軸周りに回転可能に構成されており、Ａ軸とＸ軸とが平行となるようにＹ軸移動テーブル３上に載置される。
旋回テーブル５は、回転軸としてのＣ軸周りに回転可能に構成されており、Ａ軸の回転角度が０°の場合に、Ｃ軸とＺ軸とが平行となるようにチルトテーブル４上に載置される。チルトテーブル４及び旋回テーブル５をＡ軸およびＣ軸回りに任意の角度に回転させることで、旋回テーブル５上に載置されたワークＷの工具に対する姿勢を変更して加工することができる。
このように、チルトテーブル４のＡ軸はＸ軸と平行に、旋回テーブル５のＣ軸はＺ軸と平行に設置されていることが望ましいが、実際には各テーブルの加工誤差や取付誤差により、Ａ軸およびＣ軸がそれぞれＸ軸およびＺ軸に対して傾いた状態で取り付けられることとなる。そこで、本実施形態では、実際のＡ軸およびＣ軸の回転中心の位置および実際のＡ軸およびＣ軸の回転中心の向きを測定して、その後の加工処理に使用している。ここで「回転中心の位置」とは回転軸の中心座標であり、「回転中心の向き」とは回転軸の方向を示すベクトルである。Ａ軸およびＣ軸の幾何偏差の算出方法は後述する。
（１．２．５軸加工機１００の機能構成）
図３は、上記実施形態に係る５軸加工機１００のブロック図である。図３に示すように５軸加工機１００は、入力部２０、操作部３０、記憶部４０、制御部５０、サーボモータ６０を備える。
５軸加工機１００は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００と接続され、入力部２０を介してＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００から加工プログラム２０１を取得し、記憶部４０に格納する。また制御部５０は加工プログラム２０１に基づいて、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５、工具６１に設けられた各サーボモータ６０を駆動する。
５軸加工機１００は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００と接続され、入力部２０を介してＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００から加工プログラム２０１を取得し、記憶部４０に格納する。また制御部５０は加工プログラム２０１に基づいて、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５、工具６１に設けられた各サーボモータ６０を駆動する。
図５は、上記実施形態における５軸加工機１００の加工プログラム２０１の内容を示す模式図である。
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００は、加工プログラム２０１を作成する装置であり、ワークＷの加工形状を作成し、ワークＷの加工形状に基づいて各機械を動作させるための加工プログラム２０１を作成する。
加工プログラム２０１は、複数の加工ブロックによって構成されており（図５）、加工ブロックには、工具６１の先端点の指令位置および工具姿勢の指令角度を指定するＧコードや、ワークＷに対する工具６１の先端点の相対速度を指令するＦコード等が記述されている。ここで「工具姿勢」とは、工具とワークの相対的な姿勢を指し、工具姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）の回転角度として指定されている。
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００は、加工プログラム２０１を作成する装置であり、ワークＷの加工形状を作成し、ワークＷの加工形状に基づいて各機械を動作させるための加工プログラム２０１を作成する。
加工プログラム２０１は、複数の加工ブロックによって構成されており（図５）、加工ブロックには、工具６１の先端点の指令位置および工具姿勢の指令角度を指定するＧコードや、ワークＷに対する工具６１の先端点の相対速度を指令するＦコード等が記述されている。ここで「工具姿勢」とは、工具とワークの相対的な姿勢を指し、工具姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）の回転角度として指定されている。
入力部２０には、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００から加工プログラム２０１が入力される。加工プログラム２０１はＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００からだけでなく、作業者により記憶媒体を介して入力部２０に入力されてもよい。
操作部３０は、表示部３１および手入力部３２を含み、手入力部３２としてキーボードやタッチパネル等が使用される。作業者は表示部３１に表示される内容に従って手入力部３２により５軸加工機１００の各種設定を行うことができる。
記憶部４０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されており、制御部５０による各種プログラムに基づく処理の実行時のワークエリア等として用いられる。また、記憶部４０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリ、又はＳＤＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）を備えており、制御部５０の処理に利用される閾値等のデータ及びプログラム等を記憶する。
サーボモータ６０は、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５、工具６１にそれぞれ設けられている。全体制御部５１の指令により各サーボモータ６０を駆動することで、各構成部品を回転または移動させることができる。
（１．３．制御部５０の機能構成）
制御部５０は、全体制御部５１と、数値制御部５２から構成される。
全体制御部５１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で構成され、５軸加工機１００の全体の動作を制御し、各サーボモータ６０を駆動するものである。
数値制御部５２は、加工プログラム取得部５２１と、加工プログラム解析部５２２と、幾何偏差測定部５２３を備える。
加工プログラム取得部５２１は、加工プログラム取得工程を実行するものであって、作業者が操作部３０を介して選択した加工プログラム２０１を記憶部４０から取得するものである。
加工プログラム解析部５２２は、加工プログラム解析工程を実行するものである。加工プログラム解析部５２２は、加工プログラム取得部５２１により取得された加工プログラムを解析し、加工プログラム２０１の中の加工ブロックごとにおける回転軸２軸に対する指令角度θｎ，Φｎ（ｎは加工ブロックのインデックスであり、ｎ＝１，２，・・・，Ｎである。Ｎは加工ブロック数とする。）を参照する。そして、参照した回転軸２軸の指令角度θｎ，Φｎから度数分布を演算し、幾何偏差を測定するための測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出して、記憶部４０に格納する。
幾何偏差測定部５２３は、加工プログラム解析部５２２において算出された測定角度λ_θｍ，λ_φｍで基準球６３を回転させて基準球６３の位置を計測することにより、実際の回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算して、記憶部４０に格納する。
（１．４．回転中心測定方法の説明）
図４は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心測定方法を示すフロー図であり、図１１は、上記実施形態に係るタッチプローブ６２と旋回テーブル５に設置された基準球６３の模式図である。
作業者はワークＷを加工する前に５軸加工機１００の回転軸の幾何偏差を測定するため回転中心測定を以下の通り行う。
作業者はＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００等により加工プログラム２０１を作成し、入力部２０を介して記憶部４０に加工プログラム２０１を保存する。
次に、作業者が加工ヘッド２の取付部８にタッチプローブ６２を取り付け、旋回テーブル５上に基準球６３を設置する（図１１）。そして、手入力部３２を介して表示部３１に表示された設定画面を操作すると、記憶部４０から加工プログラム２０１が読み出されて、設定画面に加工プログラム２０１が表示される。作業者が表示部３１に表示された加工プログラム２０１を手入力部３２により選択して、回転中心測定を実施するための開始ボタン等を押下すると、回転中心測定が開始され、加工プログラム取得部５２１は記憶部４０から作業者に選択された加工プログラム２０１を取得する（Ｓ１０１：加工プログラム取得工程）。
作業者はワークＷを加工する前に５軸加工機１００の回転軸の幾何偏差を測定するため回転中心測定を以下の通り行う。
作業者はＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００等により加工プログラム２０１を作成し、入力部２０を介して記憶部４０に加工プログラム２０１を保存する。
次に、作業者が加工ヘッド２の取付部８にタッチプローブ６２を取り付け、旋回テーブル５上に基準球６３を設置する（図１１）。そして、手入力部３２を介して表示部３１に表示された設定画面を操作すると、記憶部４０から加工プログラム２０１が読み出されて、設定画面に加工プログラム２０１が表示される。作業者が表示部３１に表示された加工プログラム２０１を手入力部３２により選択して、回転中心測定を実施するための開始ボタン等を押下すると、回転中心測定が開始され、加工プログラム取得部５２１は記憶部４０から作業者に選択された加工プログラム２０１を取得する（Ｓ１０１：加工プログラム取得工程）。
次に、加工プログラム解析部５２２は、加工プログラム取得部５２１により取得された加工プログラム２０１を解析し、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布を算出して、回転軸Ａ軸およびＣ軸の測定角度λ_θｍ，λ_φｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ Ｍは測定角度の数）を算出し、算出された測定角度λ_θｍ，λ_φｍを記憶部４０に格納する（Ｓ１０２：加工プログラム解析工程）。
回転軸の幾何偏差を測定するためには、測定角度λ_θｍ，λ_φｍは３点以上必要（Ｍ≧３）である。
回転軸の幾何偏差を測定するためには、測定角度λ_θｍ，λ_φｍは３点以上必要（Ｍ≧３）である。
そして、幾何偏差測定部５２３は、Ａ軸まわりに測定角度λ_θｍでチルトテーブル４を回転して基準球６３の位置を計測し、同様にＣ軸周りに測定角度λ_φｍで旋回テーブル５を回転して基準球６３の位置を計測し、基準球６３の位置から実際の回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算し、記憶部４０に格納する（Ｓ１０３：幾何偏差測定工程）。
（１．５．加工プログラム解析工程の詳細説明）
図６は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の加工プログラム解析工程を示すフロー図であり、図７は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ａ軸の指令角度θｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度θｎ）を表すグラフの一例である。図８は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ｃ軸の指令角度Φｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度Φｎ）を表すグラフの一例であり、図９は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ａ軸の指令角度θｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度θｎ）を表すグラフのその他の例である。図１０は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ｃ軸の指令角度Φｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度Φｎ）を表すグラフのその他の例である。
取得した加工プログラム２０１に加工ブロックがＮ個あった場合、加工ブロックごとに回転軸Ａ軸の指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸の指令角度Φｎが存在する（図５）。よって、加工プログラム解析部５２２は加工プログラム２０１内を参照し（Ｓ２０１）、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布を算出する（Ｓ２０２）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９のように回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布が図８、図１０のように演算される。
次に、算出された度数分布に基づいて、幾何偏差測定部５２３で実際の回転中心の位置および回転中心の向きを求めるために使用する測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出し、算出された測定角度λ_θｍ，λ_φｍを記憶部４０に格納する（Ｓ２０３）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９である場合、出現頻度が所定の閾値以上の指令角度θｎが加工プログラム２０１の中で多用されていると推定する。出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値、上限値および下限値と上限値の中間の値である中間値の３点を回転軸Ａ軸の幾何偏差測定に使用する測定角度λ_θｍとする。閾値は、予め記憶部４０に格納されているものを使用する。
一例として図７の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が１０°であり、上限値が８５°であり、中間値が４７．５°である。よって、測定角度λ_θ１＝１０°、λ_θ２＝４７．５°、λ_θ３＝８５°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。中間値は四捨五入して使用することもある。
また図９の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が０°であり、上限値が４０°であり、中間値が２０°である。よって、測定角度λ_θ１＝０°、λ_θ２＝２０°、λ_θ３＝４０°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。
取得した加工プログラム２０１に加工ブロックがＮ個あった場合、加工ブロックごとに回転軸Ａ軸の指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸の指令角度Φｎが存在する（図５）。よって、加工プログラム解析部５２２は加工プログラム２０１内を参照し（Ｓ２０１）、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布を算出する（Ｓ２０２）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９のように回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布が図８、図１０のように演算される。
次に、算出された度数分布に基づいて、幾何偏差測定部５２３で実際の回転中心の位置および回転中心の向きを求めるために使用する測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出し、算出された測定角度λ_θｍ，λ_φｍを記憶部４０に格納する（Ｓ２０３）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９である場合、出現頻度が所定の閾値以上の指令角度θｎが加工プログラム２０１の中で多用されていると推定する。出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値、上限値および下限値と上限値の中間の値である中間値の３点を回転軸Ａ軸の幾何偏差測定に使用する測定角度λ_θｍとする。閾値は、予め記憶部４０に格納されているものを使用する。
一例として図７の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が１０°であり、上限値が８５°であり、中間値が４７．５°である。よって、測定角度λ_θ１＝１０°、λ_θ２＝４７．５°、λ_θ３＝８５°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。中間値は四捨五入して使用することもある。
また図９の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が０°であり、上限値が４０°であり、中間値が２０°である。よって、測定角度λ_θ１＝０°、λ_θ２＝２０°、λ_θ３＝４０°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。
さらに例えば、回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布が図８である場合、出現頻度が所定の閾値以上の指令角度φｎが加工プログラム２０１の中で多用されていると推定する。出現頻度が閾値以上である指令角度φｎの下限値、上限値および中間値の３点を回転軸Ｃ軸の幾何偏差測定に使用する測定角度λ_φｍとする。閾値は、予め記憶部４０に格納されているものを使用する。
一例として、図８の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度φｎの下限値が９０°であり、上限値が２７５°であり、中間値が１８２．５°である。よって、測定角度λ_φ１＝９０°、λ_φ２＝１８２．５°、λ_φ３＝２７５°とし、求められた測定角度λ_φ１，λ_φ２，λ_φ３を回転軸Ｃ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。中間値は四捨五入して使用することもある。
また図１０の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度φｎの下限値が０°であり、上限値が３１５°であり、中間値が１５７．５°である。よって、測定角度λ_φ１＝０°、λ_φ２＝１５７．５°、λ_φ３＝３１５°とし、求められた測定角度λ_φ１，λ_φ２，λ_φ３を回転軸Ｃ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。
一例として、図８の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度φｎの下限値が９０°であり、上限値が２７５°であり、中間値が１８２．５°である。よって、測定角度λ_φ１＝９０°、λ_φ２＝１８２．５°、λ_φ３＝２７５°とし、求められた測定角度λ_φ１，λ_φ２，λ_φ３を回転軸Ｃ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。中間値は四捨五入して使用することもある。
また図１０の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度φｎの下限値が０°であり、上限値が３１５°であり、中間値が１５７．５°である。よって、測定角度λ_φ１＝０°、λ_φ２＝１５７．５°、λ_φ３＝３１５°とし、求められた測定角度λ_φ１，λ_φ２，λ_φ３を回転軸Ｃ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。
度数分布から測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出する方法として閾値により求める方法を記載したが、度数分布のピークを求めて、出現頻度が一番高い指令角度を測定角度として算出する方法等、様々な方法を適用することが可能である。
（１．６．幾何偏差測定工程の詳細説明）
図１１は上記実施形態に係るタッチプローブ６２と旋回テーブル５に設置された基準球６３の模式図であり、図１２は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程においてＡ軸周りにチルトテーブル４を回転した状態を説明する模式図である。また図１３は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程においてＣ軸周りに旋回テーブル５を回転した状態を説明する模式図であり、図１４は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程を示すフロー図である。図１５は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程において回転中心の位置を求める方法を説明する模式図である。
幾何偏差測定工程においては、予め加工ヘッド２の取付部８および旋回テーブル５にタッチプローブ６２および基準球６３が取り付けられた状態で開始される（図１１）。
幾何偏差測定部５２３は記憶部４０から測定角度λ_θｍまたはλ_φｍを読み出し、Ａ軸まわりにチルトテーブル４を測定角度λ_θｍで回転して、タッチプローブ６２を用いて基準球６３の位置を計測する。図１２においては、測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３でチルトテーブル４をＡ軸まわりに回転して、測定角度ごとに基準球６３の位置を求めている例を示している。同様に、Ｃ軸まわりに旋回テーブル５を測定角度λ_φｍで回転して、タッチプローブ６２を用いて基準球６３の位置を計測する。図１３においては、測定角度λ_φ１，λ_φ２，λ_φ３で旋回テーブル５をＣ軸まわりに回転して、測定角度ごとに基準球６３の位置を求めている例を示している。このように、幾何偏差を求める回転軸全てに対して測定角度ごとに基準球６３の位置を測定する（Ｓ３０１）。
次に、タッチプローブ６２が計測した基準球６３の位置から、測定角度λ_θｍ，λ_φｍごとに基準球６３の中心位置を算出する（Ｓ３０２）。
そして、測定角度λ_θｍ，λ_φｍごとに求められた基準球６３の中心位置から、Ａ軸およびＣ軸の回転中心の向きを算出する（Ｓ３０３）。具体的には、測定角度λ_θｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点を含む平面を求め、その平面の法線ベクトルをＡ軸の回転中心の向きとする。同様に、測定角度λ_φｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点を含む平面を求め、その平面の法線ベクトルをＣ軸の回転中心の向きとする。
さらに、回転中心の位置を算出する（Ｓ３０４）。具体的には、図１５に示すように、測定角度λ_θｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点であるＡ１，Ａ２，Ａ３を円弧近似し、その円弧の中心点Ａ０を求める。そして、その円弧の中心点Ａ０を通り、かつ中心位置Ａ１，Ａ２，Ａ３の３点を含む平面ＡＰの法線ベクトルと平行な中心線ＡＮを求める。同様に、測定角度λ_φｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を円弧近似し、その円弧の中心点Ｃ０を求め、その円弧の中心点Ｃ０を通り、かつ中心位置の３点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含む平面ＣＰの法線ベクトルと平行な中心線ＣＮを求める。
中心線ＡＮ上にある点のうち中心線ＣＮと最も近い点をＡ軸の回転中心の位置とし、中心線ＣＮ上にある点のうち中心線ＡＮと最も近い点をＣ軸の回転中心の位置とする（Ｓ３０４）。
図１１は上記実施形態に係るタッチプローブ６２と旋回テーブル５に設置された基準球６３の模式図であり、図１２は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程においてＡ軸周りにチルトテーブル４を回転した状態を説明する模式図である。また図１３は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程においてＣ軸周りに旋回テーブル５を回転した状態を説明する模式図であり、図１４は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程を示すフロー図である。図１５は、上記実施形態に係る幾何偏差測定工程において回転中心の位置を求める方法を説明する模式図である。
幾何偏差測定工程においては、予め加工ヘッド２の取付部８および旋回テーブル５にタッチプローブ６２および基準球６３が取り付けられた状態で開始される（図１１）。
幾何偏差測定部５２３は記憶部４０から測定角度λ_θｍまたはλ_φｍを読み出し、Ａ軸まわりにチルトテーブル４を測定角度λ_θｍで回転して、タッチプローブ６２を用いて基準球６３の位置を計測する。図１２においては、測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３でチルトテーブル４をＡ軸まわりに回転して、測定角度ごとに基準球６３の位置を求めている例を示している。同様に、Ｃ軸まわりに旋回テーブル５を測定角度λ_φｍで回転して、タッチプローブ６２を用いて基準球６３の位置を計測する。図１３においては、測定角度λ_φ１，λ_φ２，λ_φ３で旋回テーブル５をＣ軸まわりに回転して、測定角度ごとに基準球６３の位置を求めている例を示している。このように、幾何偏差を求める回転軸全てに対して測定角度ごとに基準球６３の位置を測定する（Ｓ３０１）。
次に、タッチプローブ６２が計測した基準球６３の位置から、測定角度λ_θｍ，λ_φｍごとに基準球６３の中心位置を算出する（Ｓ３０２）。
そして、測定角度λ_θｍ，λ_φｍごとに求められた基準球６３の中心位置から、Ａ軸およびＣ軸の回転中心の向きを算出する（Ｓ３０３）。具体的には、測定角度λ_θｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点を含む平面を求め、その平面の法線ベクトルをＡ軸の回転中心の向きとする。同様に、測定角度λ_φｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点を含む平面を求め、その平面の法線ベクトルをＣ軸の回転中心の向きとする。
さらに、回転中心の位置を算出する（Ｓ３０４）。具体的には、図１５に示すように、測定角度λ_θｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点であるＡ１，Ａ２，Ａ３を円弧近似し、その円弧の中心点Ａ０を求める。そして、その円弧の中心点Ａ０を通り、かつ中心位置Ａ１，Ａ２，Ａ３の３点を含む平面ＡＰの法線ベクトルと平行な中心線ＡＮを求める。同様に、測定角度λ_φｍごとに求めた基準球６３の中心位置の３点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を円弧近似し、その円弧の中心点Ｃ０を求め、その円弧の中心点Ｃ０を通り、かつ中心位置の３点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含む平面ＣＰの法線ベクトルと平行な中心線ＣＮを求める。
中心線ＡＮ上にある点のうち中心線ＣＮと最も近い点をＡ軸の回転中心の位置とし、中心線ＣＮ上にある点のうち中心線ＡＮと最も近い点をＣ軸の回転中心の位置とする（Ｓ３０４）。
このようにワークを加工する際に使用する加工プログラムの指令角度のうち、使用頻度の高い角度を使用して、幾何偏差の測定をするための測定角度とするため、より正確な回転中心の位置および回転中心の向きを求めることができる。
＜２．第２の実施形態＞
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る５軸加工システム５００のブロック図である。尚、各図面及び明細書記載の各実施形態において、同様の構成要素には同様の符号を付与し、適宜説明を省略する。
５軸加工システム５００は、解析装置４００と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００と、５軸加工機３００から構成され、各装置がネットワーク６００を介して接続されている。
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る５軸加工システム５００のブロック図である。尚、各図面及び明細書記載の各実施形態において、同様の構成要素には同様の符号を付与し、適宜説明を省略する。
５軸加工システム５００は、解析装置４００と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００と、５軸加工機３００から構成され、各装置がネットワーク６００を介して接続されている。
ネットワーク６００は、インターネットまたはＬＡＮ等の通信ネットワークであって、有線または無線で情報を伝達する。
解析装置４００は、ネットワーク６００を介してＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００から加工プログラム２０１を取得し、加工プログラム２０１から回転軸ごとの測定角度を算出して５軸加工機３００へ送信する装置である。
解析装置４００は、加工プログラム取得部４５２１、加工プログラム解析部４５２２を備える。
解析装置４００は、加工プログラム取得部４５２１、加工プログラム解析部４５２２を備える。
加工プログラム取得部４５２１は、加工プログラム取得工程を実行するものであって、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００から送信された加工プログラム２０１を取得するものである。
加工プログラム解析部４５２２は、加工プログラム解析工程を実行するものである。加工プログラム解析部４５２２は、加工プログラム取得部４５２１により取得された加工プログラムを解析し、加工プログラム２０１の中の加工ブロックごとにおける回転軸２軸に対する指令角度θｎ，Φｎを参照する。そして、参照した回転軸２軸の指令角度θｎ，Φｎから度数分布を演算し、幾何偏差を測定するための測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出して、５軸加工機３００へ送信する。
加工プログラム解析工程の詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
加工プログラム解析工程の詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
５軸加工機３００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸３軸と、回転軸２軸の５軸制御を行う加工機であり、数値制御部３５２として幾何偏差測定部３５２３を備える。
幾何偏差測定部３５２３は、幾何偏差測定工程を実行するものであり、解析装置４００から取得した測定角度λ_θｍ，λ_φｍで基準球６３を回転させて基準球６３の位置を計測することにより、実際の回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算して、記憶部４０に格納するものである。
幾何偏差測定工程の詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
幾何偏差測定工程の詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
このように加工プログラム取得工程と加工プログラム解析工程を多軸加工機とは異なる解析装置で実行することで事前に測定角度を算出し、ワークを加工する直前に多軸加工機上で既に算出された測定角度を使用して幾何偏差測定工程を実行する。各工程を異なる装置で行うことにより、ワークを加工する前の初期設定時間を短縮化することが可能となる。
＜３．その他の実施形態＞
以上、本発明における実施形態について説明したが、本開示の適用は上述の内容に限定されるものではない。
以上、本発明における実施形態について説明したが、本開示の適用は上述の内容に限定されるものではない。
例えば、チルトテーブル４および旋回テーブル５といったテーブル側に回転軸２軸が設けられていたが、この形態に限定されることはない。たとえば、テーブル側および工具側に１軸ずつ設けられている形態や、工具側に２軸設けられている５軸制御加工機に対しても、本発明を適用することができる。
また、本発明の実施形態においては、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直線軸３軸と、Ａ軸とＣ軸の回転軸２軸の５軸制御加工機に関して説明を行ったが、この形態に限定されることはない。たとえば、Ａ軸の代わりにＢ軸（すなわち、Ｙ軸に平行な回転軸）の回転で制御してもよいし、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直線軸３軸と、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の回転軸３軸の６軸制御の工作機械に対しても多軸加工機として本発明を適用することができる。
以上、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 基台
２ 加工ヘッド
３ Ｙ軸移動テーブル
４ チルトテーブル
５ 旋回テーブル
６１ 工具
８ 取付部
２０ 入力部
３０ 操作部
３１ 表示部
３２ 手入力部
４０ 記憶部
５０ 制御部
６０ サーボモータ
６２ タッチプローブ
６３ 基準球
１００ ５軸加工機
２００ ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
２０１ 加工プログラム
Ｋ 加工エリア
Ｗ ワーク
２ 加工ヘッド
３ Ｙ軸移動テーブル
４ チルトテーブル
５ 旋回テーブル
６１ 工具
８ 取付部
２０ 入力部
３０ 操作部
３１ 表示部
３２ 手入力部
４０ 記憶部
５０ 制御部
６０ サーボモータ
６２ タッチプローブ
６３ 基準球
１００ ５軸加工機
２００ ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
２０１ 加工プログラム
Ｋ 加工エリア
Ｗ ワーク
＜１．第１の実施形態＞
（１．１．５軸加工機１００の全体構成）
（１．１．５軸加工機１００の全体構成）
図１、図２および図３を参照して、５軸加工機１００の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る５軸加工機１００の概略図であり、図２は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の内部の構造を示す模式図である。
５軸加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸３軸と、回転軸２軸の５軸制御を行う加工機であり、ワークをチルトテーブル４とともに旋回させるテーブル旋回型である。５軸加工機１００には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されており、Ｘ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＡ軸が、Ｚ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＣ軸が設定されている。
５軸加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸３軸と、回転軸２軸の５軸制御を行う加工機であり、ワークをチルトテーブル４とともに旋回させるテーブル旋回型である。５軸加工機１００には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されており、Ｘ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＡ軸が、Ｚ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＣ軸が設定されている。
５軸加工機１００は、基台１と、加工ヘッド２と、Ｙ軸移動テーブル３と、Ｙ軸移動テーブル３の上に載置されてＡ軸周りに回転可能に構成されたチルトテーブル４と、チルトテーブル４の上に載置されてＣ軸周りに回転可能に構成された旋回テーブル５と、制御部５０を備える。
基台１、加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５を含む加工エリアＫは、５軸加工機１００の筐体９内に設けられている。
基台１、加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル４、旋回テーブル５を含む加工エリアＫは、５軸加工機１００の筐体９内に設けられている。
Ｙ軸移動テーブル３は、基台１に対して、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。Ｙ軸移動テーブル３上には、チルトテーブル４が載置されている。チルトテーブル４の上には旋回テーブル５がさらに載置されている。作業者は、旋回テーブル５上にワークを載置することで、工具６１によってワークを加工することができる。
旋回テーブル５は、回転軸としてのＣ軸周りに回転可能に構成されており、Ａ軸の回転角度が０°の場合に、Ｃ軸とＺ軸とが平行となるようにチルトテーブル４上に載置される。チルトテーブル４及び旋回テーブル５をＡ軸およびＣ軸回りに任意の角度に回転させることで、旋回テーブル５上に載置されたワークの工具に対する姿勢を変更して加工することができる。
図５は、上記実施形態における５軸加工機１００の加工プログラム２０１の内容を示す模式図である。
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００は、加工プログラム２０１を作成する装置であり、ワークの加工形状を作成し、ワークの加工形状に基づいて各機械を動作させるための加工プログラム２０１を作成する。
加工プログラム２０１は、複数の加工ブロックによって構成されており（図５）、加工ブロックには、工具６１の先端点の指令位置および工具姿勢の指令角度を指定するＧコードや、ワークに対する工具６１の先端点の相対速度を指令するＦコード等が記述されている。ここで「工具姿勢」とは、工具とワークの相対的な姿勢を指し、工具姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）の回転角度として指定されている。
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００は、加工プログラム２０１を作成する装置であり、ワークの加工形状を作成し、ワークの加工形状に基づいて各機械を動作させるための加工プログラム２０１を作成する。
加工プログラム２０１は、複数の加工ブロックによって構成されており（図５）、加工ブロックには、工具６１の先端点の指令位置および工具姿勢の指令角度を指定するＧコードや、ワークに対する工具６１の先端点の相対速度を指令するＦコード等が記述されている。ここで「工具姿勢」とは、工具とワークの相対的な姿勢を指し、工具姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）の回転角度として指定されている。
記憶部４０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されており、制御部５０による各種プログラムに基づく処理の実行時のワークエリア等として用いられる。また、記憶部４０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリ、又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）を備えており、制御部５０の処理に利用される閾値等のデータ及びプログラム等を記憶する。
加工プログラム解析部５２２は、加工プログラム解析工程を実行するものである。加工プログラム解析部５２２は、加工プログラム取得部５２１により取得された加工プログラムを解析し、加工プログラム２０１の中の加工ブロックごとにおける回転軸２軸に対する指令角度θｎ，φｎ（ｎは加工ブロックのインデックスであり、ｎ＝１，２，・・・，Ｎである。Ｎは加工ブロック数とする。）を参照する。そして、参照した回転軸２軸の指令角度θｎ，φｎから度数分布を演算し、幾何偏差を測定するための測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出して、記憶部４０に格納する。
図４は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心測定方法を示すフロー図であり、図１１は、上記実施形態に係るタッチプローブ６２と旋回テーブル５に設置された基準球６３の模式図である。
作業者はワークを加工する前に５軸加工機１００の回転軸の幾何偏差を測定するため回転中心測定を以下の通り行う。
作業者はＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００等により加工プログラム２０１を作成し、入力部２０を介して記憶部４０に加工プログラム２０１を保存する。
次に、作業者が加工ヘッド２の取付部８にタッチプローブ６２を取り付け、旋回テーブル５上に基準球６３を設置する（図１１）。そして、手入力部３２を介して表示部３１に表示された設定画面を操作すると、記憶部４０から加工プログラム２０１が読み出されて、設定画面に加工プログラム２０１が表示される。作業者が表示部３１に表示された加工プログラム２０１を手入力部３２により選択して、回転中心測定を実施するための開始ボタン等を押下すると、回転中心測定が開始され、加工プログラム取得部５２１は記憶部４０から作業者に選択された加工プログラム２０１を取得する（Ｓ１０１：加工プログラム取得工程）。
作業者はワークを加工する前に５軸加工機１００の回転軸の幾何偏差を測定するため回転中心測定を以下の通り行う。
作業者はＣＡＤ／ＣＡＭ装置２００等により加工プログラム２０１を作成し、入力部２０を介して記憶部４０に加工プログラム２０１を保存する。
次に、作業者が加工ヘッド２の取付部８にタッチプローブ６２を取り付け、旋回テーブル５上に基準球６３を設置する（図１１）。そして、手入力部３２を介して表示部３１に表示された設定画面を操作すると、記憶部４０から加工プログラム２０１が読み出されて、設定画面に加工プログラム２０１が表示される。作業者が表示部３１に表示された加工プログラム２０１を手入力部３２により選択して、回転中心測定を実施するための開始ボタン等を押下すると、回転中心測定が開始され、加工プログラム取得部５２１は記憶部４０から作業者に選択された加工プログラム２０１を取得する（Ｓ１０１：加工プログラム取得工程）。
図６は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の加工プログラム解析工程を示すフロー図であり、図７は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ａ軸の指令角度θｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度θｎ）を表すグラフの一例である。図８は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ｃ軸の指令角度φｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度φｎ）を表すグラフの一例であり、図９は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ａ軸の指令角度θｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度θｎ）を表すグラフのその他の例である。図１０は、上記実施形態の加工プログラム解析工程における回転軸Ｃ軸の指令角度φｎの度数分布（縦軸が出現頻度、横軸が指令角度φｎ）を表すグラフのその他の例である。
取得した加工プログラム２０１に加工ブロックがＮ個あった場合、加工ブロックごとに回転軸Ａ軸の指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸の指令角度φｎが存在する（図５）。よって、加工プログラム解析部５２２は加工プログラム２０１内を参照し（Ｓ２０１）、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布を算出する（Ｓ２０２）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９のように回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布が図８、図１０のように演算される。
次に、算出された度数分布に基づいて、幾何偏差測定部５２３で実際の回転中心の位置および回転中心の向きを求めるために使用する測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出し、算出された測定角度λ_θｍ，λ_φｍを記憶部４０に格納する（Ｓ２０３）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９である場合、出現頻度が所定の閾値以上の指令角度θｎが加工プログラム２０１の中で多用されていると推定する。出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値、上限値および下限値と上限値の中間の値である中間値の３点を回転軸Ａ軸の幾何偏差測定に使用する測定角度λ_θｍとする。閾値は、予め記憶部４０に格納されているものを使用する。
一例として図７の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が１０°であり、上限値が８５°であり、中間値が４７．５°である。よって、測定角度λ_θ１＝１０°、λ_θ２＝４７．５°、λ_θ３＝８５°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。中間値は四捨五入して使用することもある。
また図９の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が０°であり、上限値が４０°であり、中間値が２０°である。よって、測定角度λ_θ１＝０°、λ_θ２＝２０°、λ_θ３＝４０°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。
取得した加工プログラム２０１に加工ブロックがＮ個あった場合、加工ブロックごとに回転軸Ａ軸の指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸の指令角度φｎが存在する（図５）。よって、加工プログラム解析部５２２は加工プログラム２０１内を参照し（Ｓ２０１）、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎおよび回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布を算出する（Ｓ２０２）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９のように回転軸Ｃ軸に対する指令角度φｎの度数分布が図８、図１０のように演算される。
次に、算出された度数分布に基づいて、幾何偏差測定部５２３で実際の回転中心の位置および回転中心の向きを求めるために使用する測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出し、算出された測定角度λ_θｍ，λ_φｍを記憶部４０に格納する（Ｓ２０３）。
例えば、回転軸Ａ軸に対する指令角度θｎの度数分布が図７、図９である場合、出現頻度が所定の閾値以上の指令角度θｎが加工プログラム２０１の中で多用されていると推定する。出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値、上限値および下限値と上限値の中間の値である中間値の３点を回転軸Ａ軸の幾何偏差測定に使用する測定角度λ_θｍとする。閾値は、予め記憶部４０に格納されているものを使用する。
一例として図７の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が１０°であり、上限値が８５°であり、中間値が４７．５°である。よって、測定角度λ_θ１＝１０°、λ_θ２＝４７．５°、λ_θ３＝８５°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。中間値は四捨五入して使用することもある。
また図９の度数分布においては、出現頻度が閾値以上である指令角度θｎの下限値が０°であり、上限値が４０°であり、中間値が２０°である。よって、測定角度λ_θ１＝０°、λ_θ２＝２０°、λ_θ３＝４０°とし、求められた測定角度λ_θ１，λ_θ２，λ_θ３を回転軸Ａ軸について幾何偏差測定を行う場合の回転角度とする。
加工プログラム解析部４５２２は、加工プログラム解析工程を実行するものである。加工プログラム解析部４５２２は、加工プログラム取得部４５２１により取得された加工プログラムを解析し、加工プログラム２０１の中の加工ブロックごとにおける回転軸２軸に対する指令角度θｎ，φｎを参照する。そして、参照した回転軸２軸の指令角度θｎ，φｎから度数分布を演算し、幾何偏差を測定するための測定角度λ_θｍ，λ_φｍを算出して、５軸加工機３００へ送信する。
加工プログラム解析工程の詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
加工プログラム解析工程の詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
１ 基台
２ 加工ヘッド
３ Ｙ軸移動テーブル
４ チルトテーブル
５ 旋回テーブル
６１ 工具
８ 取付部
２０ 入力部
３０ 操作部
３１ 表示部
３２ 手入力部
４０ 記憶部
５０ 制御部
６０ サーボモータ
６２ タッチプローブ
６３ 基準球
１００ ５軸加工機
２００ ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
２０１ 加工プログラム
Ｋ 加工エリア
２ 加工ヘッド
３ Ｙ軸移動テーブル
４ チルトテーブル
５ 旋回テーブル
６１ 工具
８ 取付部
２０ 入力部
３０ 操作部
３１ 表示部
３２ 手入力部
４０ 記憶部
５０ 制御部
６０ サーボモータ
６２ タッチプローブ
６３ 基準球
１００ ５軸加工機
２００ ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
２０１ 加工プログラム
Ｋ 加工エリア
Claims (6)
- ワークが載置されるテーブルと前記ワークを加工する工具を、加工プログラムに基づいて回転軸の制御により相対移動させる多軸加工機の回転中心測定方法であって、
前記加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、
前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、
基準球が載置された前記テーブルと前記工具を相対移動させて前記基準球の位置を計測し、前記回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算する幾何偏差測定工程を行うことを特徴とする多軸加工機の回転中心測定方法。 - 前記加工プログラム解析工程は、前記指令角度の度数分布を算出し、出現頻度の高い前記指令角度を前記測定角度とすることを特徴とする請求項１記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 前記加工プログラム解析工程は、前記度数分布から前記出現頻度が所定の閾値を超える前記指令角度を算出し、前記出現頻度が所定の閾値を超える前記指令角度のうち下限値、上限値および中間値を前記測定角度とすることを特徴とする請求項２記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 請求項１から３のいずれか一項記載の回転中心測定方法を多軸加工機によって実行させるように、当該多軸加工機のコンピュータ上で動作するプログラム。
- コンピュータに、
多軸加工機の加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、
前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて前記多軸加工機の回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算するための測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、を実行させることを特徴とするプログラム。 - 加工プログラムを数値制御部および全体制御部にて処理して回転軸のサーボモータを駆動することにより、ワークが載置されるテーブルと前記ワークを加工する工具を相対移動させる多軸加工機であって、
前記数値制御部は、
前記加工プログラムを取得する加工プログラム取得工程と、
前記加工プログラムから工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて測定角度を算出する加工プログラム解析工程と、
基準球が載置された前記テーブルと前記工具を相対移動させて前記基準球の位置を計測し、前記回転軸の回転中心の向きおよび回転中心の位置を演算する幾何偏差測定工程を実行することを特徴とする多軸加工機。
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| JP2020072646A JP6959389B2 (ja) | 2020-04-15 | 2020-04-15 | 多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラム |
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| JP6959389B2 JP6959389B2 (ja) | 2021-11-02 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020072646A Active JP6959389B2 (ja) | 2020-04-15 | 2020-04-15 | 多軸加工機、多軸加工機の回転中心測定方法およびプログラム |
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