JP5968749B2 - 幾何誤差同定方法と当該幾何誤差同定方法を使用した数値制御方法、数値制御装置及びマシニングセンタ - Google Patents
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Description
図1は、5軸MCの主軸回りの要部と、5軸MCを制御するための数値制御装置(ブロック図)10を示している。同図で1はフレーム、2は主軸、3はテーブル、4はトラニオン、5はサドルである。数値制御装置10の構成自体は従来の数値制御装置と変わらないが、幾何誤差を補正するためのソフトウェアがROMに格納される。
図2に、5軸MCのC軸とA軸回りを概略的に示す。C軸とA軸を各1回以上所定回転角度で回転させることで、テーブル3上の被測定点を5軸MCの機械座標系の原点から離れた少なくとも3つの異なる複数の位置に移動させる。そして幾何誤差のデータ(後述する誤差ベクトルEのX、Y、Z方向の各成分)を得るために、テーブル3上の被測定点の移動位置を機械座標系で測定する。
被測定点の測定は、図2(A)(B)のように、被測定治具としての基準球6の位置(機械座標位置)を、タッチセンサ7で測定することで行う。タッチセンサ7は主軸2に取り付けて使用する。基準球6を、図2(A)のようにA軸回りに回転するテーブル3の上の任意の位置に固定し、図2(B)のように、主軸2を操作することにより、この基準球6の表面の少なくとも4カ所に、タッチセンサ7のプローブ7aを当接させる。
図2(C)(D)のように、テーブル3上の任意の位置は、ワーク座標系のベクトルPwと、機械座標系のベクトルPmで表すことができる。ワーク座標系はテーブル上に設定された座標系であり、機械座標系は5軸MCの直線3軸(X、Y、Z)で構成された座標系である。
本発明の幾何誤差同定方法は誤差を機械座標で表すので、幾何誤差を含む回転2軸の運動を座標回転行列で記述することとする。
ここで、ワーク座標系ベクトルPwと機械座標系ベクトルPmは、以下の式(1)(2)のように表すことができる。
ここでMeAがA軸に関する幾何誤差の座標変換マトリックスであり、MeCがC軸に関する幾何誤差の座標変換マトリックスである。
初期角度(通常は0°)における基準球6の中心座標からワーク座標ベクトルPwを求める。このワーク座標ベクトルPwを用いて、j番目の測定点における基準球6の理論機械座標ベクトルPm0jと、幾何誤差δiが影響する場合の機械座標ベクトルPmijは、式(7)(8)から、それぞれ次式(11)(12)で表される。
〔数11〕
Pm0j =MA・MC・Pw ・・・・・(11)
〔数12〕
Pmij =MeA・MA・MeA -1・MeC・MC・MeC -1・Pw ・・・・・(12)
〔数15〕
Dj =K1・E1j+K2・E2j+・・・+Ki・Eij+ε ・・・・・(15)
回帰係数K1,K2・・Kが、幾何誤差の影響Eijの重みを表す未知変数である。末尾のεが偏差である。
1個の幾何誤差が、単位幾何誤差(回転誤差なら0.001rad、並進誤差なら0.001mm)である場合について、X、Y、Zの3方向の影響を算出し、各測定点について当該3方向のデータを得る。同様に、他の幾何誤差についても、各測定点について3方向のデータを得る。
以上で説明した幾何誤差同定方法は、フローチャートに示すと図3、図4のようになる。このフローチャートの内容が図1の数値制御装置10のROMに格納されている。図3は、基準球6を原点からj回移動させ、j番目の移動先における中心座標Pjを算出するまでのフローチャートである。S1でj=0とされ、S2で回転2軸が所定の設定角度(θA=Aj、θC=Cj)に位置決めされる。S3で基準球6の中心座標Pjが測定され、S4で基準球6の中心座標Pjがメモリに保存される。
2:主軸
3:テーブル
4:トラニオン
5:サドル
10:数値制御装置
Claims (8)
- 所定角度で組み合わせた回転2軸を含む機械構造体の幾何誤差を同定する幾何誤差同定方法であって、当該幾何誤差同定方法は、
前記機械構造体の原点を基準とし、前記回転2軸を1回以上所定角度で回転させることにより、前記機械構造体の被測定点を前記原点から離れた少なくとも3つの異なる複数の位置に移動させ、
当該被測定点の、複数の移動先での機械座標ベクトルと、複数の移動先での幾何誤差の影響を含まない理論機械座標ベクトルとの差分ベクトルDを演算し、当該差分ベクトルDを、前記回転2軸の幾何誤差を未知数として複数の移動先における当該幾何誤差の影響を表すベクトルを誤差ベクトルEとしたとき、当該誤差ベクトルEを説明変数として前記差分ベクトルDを従属変数とする線形回帰式で表し、当該線形回帰式の偏差を最小化することにより回帰係数を算出し、当該回帰係数から前記幾何誤差を同定するようにしたことを特徴とする幾何誤差同定方法。 - 前記回転2軸の組み合わせ角度が90°であることを特徴とする請求項1の幾何誤差同定方法。
- 前記機械構造体がマシニングセンタであって、前記回転2軸が、ワーク搭載用のテーブルを回転させるC軸と、前記テーブルを傾斜させるA軸であることを特徴とする請求項1又は2の幾何誤差同定方法。
- 前記機械構造体の前記被測定点に基準球を配置し、当該基準球の中心機械座標をマシニングセンタの主軸ヘッドに取り付けたタッチセンサで測定するようにしたことを特徴とする請求項3の幾何誤差同定方法。
- 請求項1から4のいずれか1の幾何誤差同定方法を使用したことを特徴とするマシニングセンタの数値制御方法。
- 請求項5の数値制御方法を使用したことを特徴とするマシニングセンタの数値制御装置。
- 請求項6の数値制御装置を有するマシニングセンタ。
- 請求項3又4の幾何誤差同定方法で同定した幾何誤差に基づいて、NCプログラムを修正するようにしたことを特徴とする請求項7のマシニングセンタ。
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