JP6586112B2 - Error identification method and error identification system for machine tools - Google Patents

Error identification method and error identification system for machine tools Download PDF

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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。   The present invention relates to a method and a system for identifying a geometric error of a machine tool from a measurement result of a position of an object in the machine.

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。   FIG. 1 is a schematic diagram of a 5-axis control machining center having three translation axes and two rotation axes. The main shaft 2 is a translational axis and can move with two degrees of freedom of translation relative to the bed 1 by the X axis and the Z axis orthogonal to each other. The table 3 can move with one degree of freedom of rotation with respect to the cradle 4 by the C axis that is the rotation axis, and the cradle 4 can move with one degree of freedom of rotation with respect to the trunnion 5 with the A axis that is the rotation axis. Is possible. The A axis and the C axis are orthogonal to each other. Further, the trunnion 5 is a translational axis and is capable of translational movement with one degree of freedom with respect to the bed 1 by a Y axis orthogonal to the X and Z axes. Therefore, the main shaft 2 can move with respect to the table 3 with three translational degrees of freedom and two degrees of freedom of rotation. Each feed shaft is driven by a servo motor controlled by a numerical control device (not shown), and a workpiece is fixed to the table 3, a tool is mounted on the spindle 2, and the workpiece is rotated. Machining can be performed by controlling the relative position and the relative posture.

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。
Major factors that affect the motion accuracy of such a 5-axis control machining center include errors in the center position of the rotating shaft (deviation from the assumed position) and tilt errors of the rotating shaft (perpendicularity and parallelism between axes). There is a geometric error between each axis. For example, the five-axis control machining center of FIG. 1 has three geometric errors related to the translation axis: a perpendicular angle between XY axes, a perpendicular angle between Y and Z axes, and a perpendicular angle between Z and X axes. There are two errors: tool-Y axis perpendicularity and tool-X axis perpendicularity. C-axis center position X-direction error, C-A axis offset error, and A-axis angle offset are geometric errors related to the rotation axis. There are 8 types: error, CA-axis perpendicularity, A-axis center position Y-direction error, A-axis center position Z-direction error, AZ-axis perpendicularity, and A-Y-axis perpendicularity, a total of 13 There is a geometric error.
If there is a geometric error, the movement accuracy of the machine deteriorates, and the machining accuracy of the workpiece deteriorates. For this reason, it is necessary to reduce the geometric error by adjustment, but it is difficult to make it zero, and high-precision machining can be performed by performing control for correcting the geometric error.

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。
In order to perform such correction control, it is necessary to measure or identify a geometric error inherent in the machine. As a method for identifying the geometric error of the machine, the inventor has proposed a method as described in Patent Document 1. In the method of the present invention, the table is rotated and tilted at a plurality of angles by the rotation axis, and the center position of the sphere fixed on the table is measured by using the touch probe attached to the main axis. The machine geometric error is identified from the measured values.
The touch probe has a sensor that senses contact with the measurement object. At the moment the contact is sensed, the touch probe emits a signal using infrared rays or radio waves, and the signal is received by a receiver connected to the numerical controller. The current position (skip value) of each axis at the moment when the received or delayed time is taken into account is acquired, and this value is used as the measurement value.
However, in the measurement of the touch probe, it is necessary to correct the acquired position. This is because the position of the feed axis when the touch probe comes into contact with the object to be measured is a reference point for the position of the feed axis (the X and Y axes are the spindle center, the Z axis is the spindle end face) and the touch probe position. This is because the contact points are different. For example, the X and Y axis directions are offset by the radius of the stylus sphere of the touch probe, and offset due to the misalignment between the center of the spindle and the touch probe, the signal delay at the time of contact, the direction dependence of the sensor of the touch probe, etc. Exists. The Z-axis direction is offset by the length of the touch probe body and the stylus, and there is an offset due to a signal delay at the time of contact. Therefore, calibration for acquiring correction values for correcting these offsets is required.

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。
As a calibration method of the radial direction correction value of the touch probe, there are known techniques as disclosed in Patent Documents 2 and 3.
In the method of Patent Document 2, a dial gauge is used to adjust the center position of the spindle so that the center of the reference ring gauge and the center of the spindle coincide with each other, and the skip value and the ring when contacting the inner diameter of the ring gauge. The diameter correction value of the touch probe is obtained from the inner diameter value of the gauge.
In the method of Patent Document 3, contact is made in one direction of the bore diameter as a reference, and the main shaft is rotated 180 ° when contacting in the opposite direction, and the bore center position is obtained from the average value of both skip values. The correction value in each direction is obtained.
On the other hand, a method using a reference tool (hereinafter referred to as “method 1”) is known as a calibration method for a long correction value. Here, the resistance when moving the block gauge by hand while manually operating the Z-axis so that the reference tool comes into contact with the reference surface such as the table top surface via the block gauge with the reference tool mounted on the spindle Then, a position where the gap between the block gauge and the reference tool is almost zero is found, and the position is recorded. Next, the reference plane is measured with the touch probe, that is, the Z-axis position when the touch probe contacts is acquired. From the Z-axis position acquired with the touch probe, the value obtained by subtracting the Z-axis position with the recorded reference tool and the thickness of the block gauge, the touch probe length, that is, the touch probe length correction value is obtained. Is.

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。
Patent Document 4 describes a method for measuring the contact length of a touch probe using a CCD camera. Here, the position of the spindle when the touch probe is brought into contact with the upper surface of the press stand and a signal is output is obtained, and the tip position is measured by photographing the tip of the touch probe at the time of contact with a CCD camera. Next, the press stand is removed, and the length is returned to the length when the touch probe is not in contact, and the tip position is measured with the CCD camera. The amount of shrinkage at the time of contact is calculated from the difference between the two tip positions. The tip position of the reference tool is also measured with a CCD camera, and the position of the spindle at that time is also acquired. Based on the relationship between the amount of contraction at the time of contact, the tip position of the touch probe at the time of contact, the spindle position at the time of touch probe touch, the tip position of the reference tool, and the spindle position at the reference tool, The length correction value of the touch probe is obtained.
Furthermore, Patent Document 5 describes a method for correcting a workpiece position using a laser sensor and a reference block. The laser sensor emits a signal when the laser beam is blocked by the tip of the tool and the light receiving rate falls below a certain level, and the position of the feed shaft at the time when the machine tool control device receives the signal is used as the measurement value. is there. In this method, a reference block is prepared near the laser sensor, and the position of the laser beam and the position (height) of the upper surface of the reference block are matched. Further, the position at the time of mounting the reference tool is stored by the laser sensor. Next, the touch probe is brought into contact with the reference block to store the position. Then, the position is stored by bringing the touch probe into contact with the workpiece, and the workpiece position with respect to the reference tool is measured and corrected from the difference between both positions and the position of the reference tool. In this method, the workpiece position is measured without obtaining the length correction value of the touch probe.

特開2011−38902号公報JP 2011-38902 A 特開平4−63664号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-63664 特開昭58−82649号公報JP 58-82649 A 特開2012−61570号公報JP 2012-61570 A 特開2001−105279号公報JP 2001-105279 A

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。
The calibration of the touch probe needs to be performed before measurement for identifying the geometric error. In addition, the state of the touch probe changes due to thermal displacement due to heat generation of the spindle or the change with time, and the necessary correction value changes. For this reason, it is desirable to perform immediately before measurement.
However, the methods of Patent Documents 2 and 3 have a problem in that it is necessary to separately prepare another measuring instrument such as a dial gauge and a reference such as a work having a ring gauge and a bore.
Further, in Patent Documents 2 and 3 and Method 1, since manual work is required, the work becomes troublesome, and once calibration is performed, it is often not performed after that. In this case, when there is a change in the state of the touch probe due to thermal deformation or the like, the measurement accuracy of the touch probe deteriorates, and there is a problem that the geometric error of the machine cannot be identified with high accuracy.
The method of Patent Document 4 has a problem that an expensive CCD camera measurement device is required. In addition, since it is necessary to move the presser base, there is a problem that the frequency of work is reduced when it is performed manually, and a mechanism and an actuator for driving the presser base are necessary for automatic removal, which is costly. There is a problem of becoming higher.
The method of Patent Document 5 performs workpiece position measurement without using the touch probe length correction value. However, it is necessary to make the laser beam position of the laser sensor coincide with the reference block position, or to make the positional relationship known, and the length of the reference tool measured by the laser sensor and the touch probe when contacting the reference block This is synonymous with the need to make the relationship with the length, that is, the length correction value of the touch probe known. However, there is no description about a method for making both positional relationships known.

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。   Therefore, the present invention measures a geometric error of a machine tool having at least one translational axis and at least one rotational axis by measuring a measurement target such as a target sphere using a position measurement sensor such as a touch probe. An object of the present invention is to provide an error identification method and an error identification system capable of simultaneously calibrating the diameter / length correction values of the position measurement sensor in identifying from the position of the jig.

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。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes three or more translation shafts, one or more rotation shafts, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and the translation shaft. And a position measuring sensor mounted on the spindle to measure a position in a three-dimensional space of the jig to be measured fixed on the table by a machine tool having a control device for controlling the rotating shaft and the spindle. A method for identifying a geometric error of the machine tool from the position measurement value,
A tool sensor position acquisition step of mounting a reference tool serving as a reference for the length of the tool on the spindle and acquiring a detection position of the tip of the reference tool using a tool sensor;
A reference block position obtaining step for obtaining the position of the translation shaft when the reference tool mounted on the spindle is brought into direct or indirect contact with a reference block provided on the tool sensor side;
A relative position calculation step of calculating a relative position of the reference block with respect to the detection position from the detection position acquired in the tool sensor position acquisition step and the position of the translation axis acquired in the reference block position acquisition step;
A reference tool position acquisition step of mounting the reference tool on the spindle and acquiring a reference tool position that is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
A position measurement sensor measurement step of mounting the position measurement sensor on the spindle and measuring the position of the reference block using the position measurement sensor;
The reference tool position acquired in the reference tool position acquisition step, the position of the reference block measured in the position measurement sensor measurement step, the relative position calculated in the relative position calculation step, and the length of the reference tool From the long correction value calculation step of calculating the long direction correction value of the position measurement sensor,
A diameter correction value acquisition step of acquiring a radial direction correction value of the position measurement sensor using the measurement target jig,
A position measurement stage in which the rotation axis is indexed to an arbitrary plurality of angles and the position of the measurement jig is measured by the position measurement sensor,
Using the long direction correction value and the radial direction correction value, a position correction step for correcting the position measurement value in the position measurement step;
Performing a geometric error identifying step of identifying the geometric error from a plurality of the position measurement values corrected in the position correcting step.
Here, the “tool sensor side” includes not only a case where a reference block is directly provided on the tool sensor but also a case where a separate reference block is provided in the vicinity of the tool sensor. The following invention is also the same.
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the tool sensor position acquisition stage to the relative position calculation stage are executed once, and a plurality of processes from the reference tool position acquisition stage to the geometric error identification stage are performed. It is characterized by being executed once.
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the position measured by the position measurement sensor is the position of the translational axis when the position measurement sensor detects that the measurement object has been contacted. It is a position.
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to third aspects, the position measured by the tool sensor is such that a tool mounted on the main shaft moves by the translation shaft and contacts the tool sensor. Or it is the position of the said translation axis at the time of detecting having passed.
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to fourth aspects, the jig to be measured has a spherical shape.
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the fifth aspect, in the diameter correction value acquisition stage, an initial position of the jig to be measured is measured by the position measurement sensor, and a radial direction of the position measurement sensor is measured. A correction value is acquired.
To achieve the above object, the invention described in claim 7 includes three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and the translation axes. And a position measuring sensor mounted on the spindle to measure a position in a three-dimensional space of the jig to be measured fixed on the table by a machine tool having a control device for controlling the rotating shaft and the spindle. And a system for identifying a geometric error of the machine tool from the position measurement value,
A reference tool serving as a reference for the length of the tool;
A tool sensor for detecting a tip position of the reference tool mounted on the spindle;
A reference block installed on the tool sensor side;
Tool sensor position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing the detection position of the tip of the reference tool using the tool sensor;
Reference block position acquisition for acquiring and storing the position of the translation axis at the time of contact with the reference block by moving the reference tool mounted on the spindle by the translation axis to directly or indirectly contact the reference block Means,
A relative position for calculating and storing a relative position of the reference block with respect to the detection position from the detection position acquired by the tool sensor position acquisition means and the position of the translation axis acquired by the reference block position acquisition means. A calculation means;
A reference tool position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing a reference tool position which is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
Measurement position acquisition means for measuring and storing the position of the reference block with the position measurement sensor mounted on the spindle;
The reference tool position acquired by the reference tool position acquisition means, the position of the reference block acquired by the measurement position acquisition means, the relative position acquired by the relative position calculation means, and the reference tool A length correction value calculating means for calculating and storing a length direction correction value of the position measurement sensor from the length;
Diameter correction value acquisition means for acquiring and storing a radial direction correction value of the position measurement sensor using the jig to be measured;
The rotational axis is determined at an arbitrary plurality of angles, and each position measurement value of the measurement target jig measured by the position measurement sensor is corrected using the long direction correction value and the radial direction correction value. Position correction means for storing;
Geometric error identification means for identifying the geometric error from the plurality of position measurement values corrected by the position correction means.
In order to achieve the above object, the invention described in claim 8 is directed to three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and the translation axes. And a position measuring sensor mounted on the spindle to measure a position in a three-dimensional space of the jig to be measured fixed on the table by a machine tool having a control device for controlling the rotating shaft and the spindle. A method for identifying a geometric error of the machine tool from the position measurement value,
Using a tool sensor and a reference block provided on the tool sensor side,
A tool sensor position acquisition step of mounting a reference tool serving as a reference for the length of the tool on the spindle, and acquiring a detection position of a tip of the reference tool using the tool sensor;
A reference tool measurement position acquisition step of acquiring an arbitrary tool measurement position using the reference tool mounted on the spindle;
A position measurement sensor measurement position acquisition stage for acquiring an arbitrary sensor measurement position using the position measurement sensor mounted on the spindle;
A position measurement sensor length calculation step for obtaining a difference between the tool measurement position and the sensor measurement position and obtaining a length of the position measurement sensor based on the difference and the length of the reference tool;
A first reference block position acquisition step of measuring the position of the reference block using the position measurement sensor mounted on the spindle;
The detection position acquired in the tool sensor position acquisition stage, the position of the reference block acquired in the first reference block position acquisition stage, and the length of the position measurement sensor calculated in the position measurement sensor length calculation stage And a relative position calculating step for calculating a relative position of the reference block with respect to the detected position from the length of the reference tool;
A reference tool position acquisition step of mounting the reference tool on the spindle and acquiring a reference tool position that is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
A second reference block position acquisition step of mounting the position measurement sensor on the spindle and measuring the position of the reference block using the position measurement sensor;
The reference tool position acquired in the reference tool position acquisition step, the position of the reference block measured in the second reference block position acquisition step, the relative position calculated in the relative position calculation step, and the reference tool A length correction value calculating step of calculating a length direction correction value of the position measurement sensor from the length of
A diameter correction value acquisition step of acquiring a radial direction correction value of the position measurement sensor using the measurement target jig,
A position measurement stage in which the rotation axis is indexed to an arbitrary plurality of angles and the position of the measurement jig is measured by the position measurement sensor,
Using the long direction correction value and the radial direction correction value, a position correction step for correcting the position measurement value in the position measurement step;
Performing a geometric error identifying step of identifying the geometric error from a plurality of the position measurement values corrected in the position correcting step.
According to a ninth aspect of the present invention, in the configuration of the eighth aspect, the tool sensor position acquisition stage to the relative position calculation stage are executed once, and a plurality of processes from the reference tool position acquisition stage to the geometric error identification stage are performed. It is characterized by being executed once.
A tenth aspect of the present invention is the configuration according to the eighth or ninth aspect, wherein the position measured by the position measurement sensor is the same as that of the translational axis when the position measurement sensor detects that the position measurement sensor has contacted the measurement object. It is a position.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the eighth to tenth aspects, the position measured by the tool sensor is such that a tool mounted on the main shaft moves by the translation shaft and contacts the tool sensor. Or it is the position of the said translation axis at the time of detecting having passed.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the eighth to eleventh aspects, the jig to be measured has a spherical shape.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the configuration of the twelfth aspect, in the diameter correction value acquisition stage, an initial position of the jig to be measured is measured by the position measurement sensor, and a radial direction of the position measurement sensor is measured. A correction value is acquired.
In order to achieve the above object, the invention described in claim 14 includes three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and the translation axes. And a position measuring sensor mounted on the spindle to measure a position in a three-dimensional space of the jig to be measured fixed on the table by a machine tool having a control device for controlling the rotating shaft and the spindle. And a system for identifying a geometric error of the machine tool from the position measurement value,
A reference tool serving as a reference for the length of the tool;
A tool sensor for detecting a tip position of the reference tool mounted on the spindle;
A reference block installed on the tool sensor side;
Tool sensor position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing the detection position of the tip of the reference tool using the tool sensor;
Reference tool measurement position acquisition means for acquiring and storing an arbitrary tool measurement position using the reference tool mounted on the spindle;
Position measurement sensor measurement position acquisition means for acquiring and storing an arbitrary sensor measurement position using the position measurement sensor mounted on the spindle;
A position measurement sensor length calculation means for obtaining a difference between the tool measurement position and the sensor measurement position, calculating and storing the length of the position measurement sensor based on the difference and the length of the reference tool;
First reference block position acquisition means for measuring and storing the position of the reference block using the position measurement sensor mounted on the spindle;
The detection position acquired by the tool sensor position acquisition means, the position of the reference block acquired by the first reference block position acquisition means, and the length of the position measurement sensor calculated by the position measurement sensor length calculation means And relative position calculation means for calculating and storing the relative position of the reference block with respect to the detection position from the length of the reference tool,
A reference tool position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing a reference tool position which is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
Second reference block position acquisition means for measuring and storing the position of the reference block with the position measurement sensor mounted on the spindle;
The reference tool position acquired by the reference tool position acquisition means, the position of the reference block measured by the second reference block position acquisition means, the relative position calculated by the relative position calculation means, A length correction value calculating means for calculating and storing a length direction correction value of the position measurement sensor from the length of the reference tool;
Diameter correction value acquisition means for acquiring and storing a radial direction correction value of the position measurement sensor using the jig to be measured;
The rotational axis is determined at an arbitrary plurality of angles, and each position measurement value of the measurement target jig measured by the position measurement sensor is corrected using the long direction correction value and the radial direction correction value. Position correction means for storing;
Geometric error identification means for identifying the geometric error from the plurality of position measurement values corrected by the position correction means.

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。
According to the present invention, it is possible to calibrate the length / diameter correction value of the position measurement sensor during each series of measurements for geometric error identification. In addition, no manual work other than pre-preparation work is required, and there is no need to prepare jigs separately, reducing the burden on the machine operator and ensuring calibration of the position measurement sensor during geometric error identification. Will be performed. Thereby, even if the state of the position measurement sensor changes due to thermal displacement or the like, the measurement accuracy by the position measurement sensor does not deteriorate, and the geometric error of the machine tool can be identified with high accuracy.
In addition, a measurement system using a CCD camera or the like is not necessary and can be realized at a relatively low cost.

マシニングセンタの模式図である。It is a schematic diagram of a machining center. レーザセンサの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a laser sensor. レーザセンサの変更例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a change of a laser sensor. マシニングセンタに取り付けられた本発明のレーザセンサの模式図である。It is a schematic diagram of the laser sensor of this invention attached to the machining center. タッチセンサの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a touch sensor. タッチセンサの変更例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a change of a touch sensor. 計測準備作業のフローチャートである。It is a flowchart of a measurement preparation work. 計測準備作業のステップSR1の説明図である。It is explanatory drawing of step SR1 of measurement preparation work. 計測準備作業のステップSR2の説明図である。It is explanatory drawing of step SR2 of measurement preparation work. 本発明の誤差同定方法のステップS1−2の説明図である。It is explanatory drawing of step S1-2 of the error identification method of this invention. 本発明の誤差同定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the error identification method of this invention. タッチプローブとターゲット球の模式図である。It is a schematic diagram of a touch probe and a target sphere. 本発明の誤差同定方法のS1のフローチャートである。It is a flowchart of S1 of the error identification method of this invention. 本発明の誤差同定方法のS2のフローチャートである。It is a flowchart of S2 of the error identification method of this invention. 本発明のターゲット球の初期位置計測における計測値と球中心との関係の模式図である。It is a schematic diagram of the relationship between the measured value in the initial position measurement of the target sphere of this invention, and a sphere center. 本発明のターゲット球の初期位置計測における計測値とタッチプローブ径補正値との関係の模式図である。It is a schematic diagram of the relationship between the measured value in the initial position measurement of the target sphere of this invention, and a touch probe diameter correction value. 変更例の計測準備作業のフローチャートである。It is a flowchart of the measurement preparation work of the example of a change. 変更例の計測準備作業のステップSQ2の説明図である。It is explanatory drawing of step SQ2 of the measurement preparation work of the example of a change. 変更例の計測準備作業のステップSQ3の説明図である。It is explanatory drawing of step SQ3 of the measurement preparation work of the example of a change.

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a machining center which is an embodiment of a machine tool and has three mutually orthogonal translation axes and two mutually orthogonal rotation axes.
The main shaft 2 is a translational axis and can move with two degrees of freedom of translation relative to the bed 1 by the X axis and the Z axis orthogonal to each other. The table 3 can move with one degree of freedom of rotation with respect to the cradle 4 by a C-axis which is a rotation axis. The cradle 4 is a rotation axis and can move with one degree of freedom of rotation with respect to the trunnion 5 by an A axis orthogonal to the C axis. The trunnion 5 is a translational axis and can move with one degree of freedom of translation relative to the bed 1 by a Y-axis orthogonal to the X-axis and the Z-axis. Therefore, the main shaft 2 can move with respect to the table 3 with three translational degrees of freedom and two degrees of freedom of rotation. Each feed shaft is driven by a servo motor controlled by a numerical control device (not shown), and a workpiece is fixed to the table 3, a tool is mounted on the spindle 2 and rotated, and a relative position between the workpiece and the tool is determined. The workpiece can be processed by controlling the relative posture.

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。   The machine according to the present invention is not limited to a machining center, and may be a machine tool such as a lathe, a multi-task machine, or a grinding machine. Further, the number of axes is not limited to five, but may be four or six. Furthermore, the mechanism is not limited to a mechanism in which the table 3 has two or more degrees of freedom of rotation by the rotating shaft, but a mechanism in which the main shaft 2 has two or more degrees of freedom of rotation, or a mechanism in which the main shaft 2 and the table 3 each have one or more degrees of freedom of rotation. Good.

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。
FIG. 2 is a schematic diagram of a laser sensor 40 which is an example of the tool sensor of the present invention. The laser sensor 40 includes a light emitting unit 11, a light receiving unit 12, and a base unit 13. Here, a reference block 42 is provided between the light emitting unit 11 and the light receiving unit 12. The light emitting unit 11, the light receiving unit 12, and the reference block 42 are each fixed to the base unit 13. However, as shown in FIG. 3, the reference block 42 may be separately provided in the vicinity of the laser sensor 40.
As shown in FIG. 4, the laser sensor 40 is attached to the trunnion 5 of the machining center shown in FIG.
In the laser sensor 40, the laser beam 14 is output from the light emitting unit 11, received by the light receiving unit 12, and a signal is emitted when the laser beam 14 is blocked by an object and the light receiving rate becomes below a certain level. The control device (not shown) receives this signal, and the position of the feed shaft at the time when the signal is received or when the delay is taken into consideration is taken as the measured value. For example, the tool is mounted on the spindle 2, the tool is brought close to the laser beam by the Z axis, and the Z axis position Zt at the time when the tool cuts off the laser beam is acquired. Similarly, the Z-axis position Zb is acquired for the reference tool. From the difference between Zt and Zb, the length of the tool relative to the reference tool can be determined. The absolute length of the tool can also be obtained by subtracting the length Td of the reference tool.

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。   FIG. 5 is a schematic diagram of a touch sensor 50 which is an example of the tool sensor of the present invention. The touch sensor 50 includes a base part 51, a touch sensor part 52, and a reference block 53, and the touch sensor part 52 and the reference block 53 are fixed on the base part 51. The touch sensor 50 is attached to the trunnion 5 of the machining center in FIG. As shown in FIG. 6, the reference block 53 may be separately provided in the vicinity of the touch sensor 50.

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。
Hereinafter, an error identification method and an error identification system when the laser sensor 40 is used as a tool sensor will be described (corresponding to claims 1 to 7). However, the touch sensor 50 is essentially the same except for the detection method.
First, the procedure of the measurement preparation work will be described based on the flowchart of FIG. The measurement preparation work is work performed in advance before measurement of a target sphere (measurement jig) by a touch probe as a position measurement sensor described later and identification of a geometric error. However, it may be performed at a low frequency, for example, when the laser sensor has deteriorated or has been replaced due to failure.
In step SR1, as shown in FIG. 8, the reference tool 8 is mounted on the spindle 2, and measurement is performed by the laser sensor 40. Here, the Z-axis is moved so that the reference tool 8 approaches the laser beam 14, and the point when the tip of the reference tool 8 blocks the laser beam 14 and the light receiving rate falls below the threshold or when the signal delay is taken into consideration. Get the Z-axis position. The acquired Z-axis position Zl is stored in a storage unit in a control device (not shown) (tool sensor position acquisition stage and tool sensor position acquisition means, where the control apparatus functions as each means for executing each stage of the present invention. ). The length Td of the reference tool 8 is also stored in advance in the storage unit. Here, the reference tool tip position Zl ′ (= Zl−Td) may be calculated from Zl and Td and stored.

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。
Next, in step SR2, the position of the reference block 42 with the reference tool 8 is acquired. Here, as shown in FIG. 9, with the reference tool 8 mounted on the spindle 2, the reference block 42 is contacted via the block gauge 43, the Z-axis position Zb at that time is obtained, and the thickness Hb of the block gauge 43 is obtained. The value Zb ′ (= Zb−Hb) obtained by subtracting is stored in a storage unit (not shown) in the control device (reference block position acquisition step and reference block position acquisition means). Here, the reference block upper surface position Zb ″ (= Zb−Hb−Td) may be calculated and stored using Td. The block gauge 43 may be a block having a known thickness dimension.
Next, in step SR3, the relative position dZb (= Zl−Zb ′) of the reference block 42 with respect to the detection position of the laser sensor 40 from the Z-axis position Zl stored in step SR1 and the Z-axis position Zb ′ stored in step SR2. And is stored in a storage unit in the control device (relative position calculation step and relative position calculation means). Here, the block gauge thickness Hb may also be stored in the storage unit, and dZb may be calculated from Zl, Zb, and Hb (dZb = Zl−Zb−Hb). However, when Zl ′ and Zb ″ are stored, it can be calculated by dZb = Zl′−Zb ″.

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。
Next, the flow of geometric error identification in the present invention will be described based on the flowchart of FIG.
First, in step S1, calibration of the length correction value of the touch probe 30 is performed. Details will be described later.
Next, in step S2, as shown in FIG. 12, the initial position of the target sphere 32 fixed on the table 3 is measured, and the diameter correction value calibration of the touch probe 30 is performed using the target sphere 32 (diameter correction). Value acquisition stage and diameter correction value acquisition means). Details will be described later.
Next, in step S3, using the target sphere initial position measured in step S2 and the length (length correction value) of the touch probe 30, measurement conditions (index angle of each rotation axis) set in advance are set. Etc.) to calculate the target sphere center position and the tip position of the touch probe after the movement expected by rotating and tilting the rotation axis (position measurement stage and position correction means). Further, a command value list is created in which the three-dimensional position coordinate values calculated at each index angle are used as command values for the X, Y, and Z axes, and the respective index angles are used as command values for the rotation axis.

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。
Next, in step S4, based on each feed axis command value in the command value list created in step S3, the touch probe 30 is brought into contact with four or more points on the surface of the target sphere 32, and the length correction value acquired in step S1. And the diameter correction value acquired in step S2 to obtain the center position and diameter of the target sphere 32 (position correction stage and position correction means). Here, by using the diameter calibration value of the target sphere 32 measured in advance with a three-dimensional measuring machine or the like, the center position of the target sphere 32 can also be obtained by measurement by three-point contact.
In step S5, machine geometric error identification calculation is performed based on the acquired coordinate value of the center position of the target sphere 32 and the command value at each position (geometric error identification stage and geometric error identification means). Details will be described later.

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)。
Here, the length correction value calibration in step S1 will be described based on the flowchart of FIG.
First, in step S1-1, as in step SR1 described with reference to FIG. 8, the reference tool 8 is mounted on the spindle 2 and measurement is performed by the laser sensor 40, and the Z-axis position Zd is stored in a control device (not shown). (Reference tool position acquisition step and reference tool position acquisition means). Note that Td may be used to store Zd ′ = Zd−Td.
Next, in step S1-2, as shown in FIG. 10, the touch probe 30 is attached to the spindle 2, and the reference block 42 is measured by the touch probe 30. Here, the Z axis is moved so that the touch probe 30 approaches the reference block 42, and the Z axis position Zp at the time when the stylus at the tip of the touch probe 30 comes into contact and the trigger signal is transmitted or when the signal delay is taken into consideration. get. The acquired Z-axis position Zp is stored in a storage unit (not shown) in the control device (position measurement sensor measurement stage and measurement position acquisition means).

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。   Next, in step S <b> 1-3, the length of the touch probe 30 at the time of contact, which is a correction value in the long direction of the touch probe 30, is calculated. That is, Zd stored in step S1-1, Zp stored in step S1-2, the relative position dZb of the reference block 42 stored in the storage unit in the control device, and the reference tool length Td Then, a long direction correction value (contact length) Tp (= Zp−Zd + dZb + Td) is obtained and stored in the storage unit (long correction value calculation step and length correction value calculation means). Here, Tp (= Zp−Zd′−dZb) may be obtained from Zd ′, Zp, and dZb.

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。
Next, details of step S2 will be described based on the flowchart of FIG.
First, before carrying out step S2, as shown in FIG. 12, a touch probe 30 having a stylus ball at the tip is attached to the main shaft 2 of the 5-axis control machining center, and a target ball 32 is set on the table 3. Keep it fixed.
In step S2-1, the touch probe 30 is moved in the Z-direction to make contact with the vicinity of the vertex of the target sphere in the Z + direction, and the Z-axis coordinate value zm1 at the time of contact is stored.
Next, in step S2-2, using the diameter d0 of the target sphere 32 measured in advance with a coordinate measuring machine or the like and the touch probe axial direction correction value t1 acquired in advance, the temporary Z center position zt is obtained from the following equation (1).

[数1]
zt=zm1−d0/2−t1
[Equation 1]
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。
Next, in step S <b> 2-3, the spindle 2 is indexed at 0 °, the touch probe 30 is moved to the vicinity of the X + apex of the target sphere 32, and then the touch probe 30 is moved in the X− direction. The X-axis coordinate value xm1 at the time of contact is stored in contact with the vicinity of the X + side vertex.
Next, in step S2-4, the spindle 2 is indexed at 180 ° so that the touch probe 30 contacts the target sphere 32 at the same point as the point of the stylus sphere contacted in step S2-3. After the touch probe 30 is moved in the vicinity of the − side vertex, the touch probe 30 is moved in the X + direction to make contact with the vicinity of the X− side vertex of the target sphere 32, and the X-axis coordinate value xp1 at the time of contact is stored.
Next, in step S2-5, using the stored xm1 and xp1, the X center position xo is obtained from the following equation (2).
Here, in step S2-3 and step S2-4, as shown in FIG. 15, the touch probe 30 is in contact with the target sphere 32 at the same point of the stylus sphere of the touch probe 30, so Xo can be accurately obtained without being affected by the difference in characteristics due to the difference in the contact direction and the influence of the shake of the touch probe 30 and the spindle 2.

[数2]
xo=(xp1+xm1)/2
[Equation 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。
Next, in step S2-6, as described above, the spindle 2 is indexed to 270 °, the touch probe 30 is moved to the vicinity of the Y + apex of the target sphere 32, and then the touch probe 30 is moved in the Y− direction. Then, the target sphere 32 is brought into contact with the vicinity of the Y + side vertex, and the Y-axis coordinate value ym1 at the time of contact is stored.
Next, in Step S2-7, as described above, the spindle 2 is indexed at 90 °, the touch probe 30 is moved to the vicinity of the Y-side vertex of the target sphere 32, and then the touch probe 30 is moved in the Y + direction. Then, the target sphere 32 is brought into contact with the vicinity of the Y-side vertex, and the Y-axis coordinate value yp1 at the time of contact is stored.
In step S2-8, using the stored ym1 and yp1, the Y center position yo is obtained from the following equation (3).

[数3]
yo=(yp1+ym1)/2
[Equation 3]
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。
Next, in step S2-9, as in step S2-3, the main axis 2 is determined as 0 °, the X + apex of the target sphere 32 is measured, and the X-axis coordinate value xm1 is updated.
Next, in step S2-10, as in step S2-4, the main axis 2 is determined at 180 °, the X-side vertex of the target sphere 32 is measured, and the X-axis coordinate value xp1 is updated.
Next, in step S2-11, the X center position xo is recalculated from Equation 2 using the updated xm1 and xp1.
Next, in Step S2-12, the spindle 2 is indexed at 0 ° (an angle that is indexed during normal measurement).
Next, in step S2-13, the touch probe 30 is positioned immediately above the vertex of the target sphere 32 in the X-coordinate xo, Y-coordinate yo, and Z-axis directions, and the touch probe 30 is moved in the Z-direction to move the target sphere 32. The Z + coordinate direction zm2 at the time of contact is stored.
In step S2-14, the Z center position zo is obtained from the following equation 4.

[数4]
zo=zm2−d0/2−t1
[Equation 4]
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。
Next, in step S2-15, after the touch probe 30 is moved to the vicinity of the X + side vertex of the target sphere 32, the touch probe 30 is moved in the X-direction to contact the vicinity of the X + side vertex of the target sphere 32, The X-axis coordinate value xm2 at the time of contact is stored.
Next, in step S2-16, after moving the touch probe 30 to the vicinity of the X-side vertex of the target sphere 32, the touch probe 30 is moved in the X + direction so as to contact the vicinity of the X-side vertex of the target sphere 32. The X-axis coordinate value xp2 at the time of contact is stored.
Next, in step S2-17, after moving the touch probe 30 to the vicinity of the Y + apex of the target sphere 32, the touch probe 30 is moved in the Y− direction to contact the vicinity of the Y + apex of the target sphere 32, The Y-axis coordinate value ym2 at the time of contact is stored.
Next, in step S2-18, after moving the touch probe 30 to the vicinity of the Y-side apex of the target sphere 32, the touch probe 30 is moved in the Y + direction to make contact with the vicinity of the Y-side apex of the target sphere 32. The Y-axis coordinate value yp2 at the time of contact is stored.
Next, in step S2-19, touch probe diameter correction values tc1, tc2, tc3, and tc4 for X +, X−, Y +, and Y− direction contact are obtained using the following formula 5. Here, since the main axis center and the target sphere center at the time of positioning at the position (xo, yo) coincide with each other, the respective correction values are obtained from the moving distance from the target sphere diameter and the target sphere diameter as shown in FIG. Can do.

[数5]
tc1=xo−xp2−d0/2
tc2=xo−xm2+d0/2
tc3=yo−yp2−d0/2
tc4=yo−ym2+d0/2
[Equation 5]
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。
As described above, in step S2, the center position (xo, yo, zo) of the target sphere 32 is measured together with the acquisition of the touch probe diameter correction values tc1, tc2, tc3, tc4.
If the measured value of each axis when contacting any point on the surface of the sphere toward the center of the target sphere 32 is (xs, ys, zs), any point can be obtained by using the following equation (6). It is also possible to obtain touch probe correction values (tax, tay, taz).

[数6]
tax=xo−xs−d0/2
tay=yo−ys+d0/2
taz=zo−zs+d0/2
[Equation 6]
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dRr、軸方向成分dRa、半径方向成分dRtは、以下の数7として表すことができる。
Next, details of step S5 will be described.
Under one measurement condition, one of the rotation axes is fixed, and the other is calculated at a plurality of angles to measure the target sphere center position. The difference vector of the measured value of the sphere center position with respect to the command value under this measurement condition can be distributed to the radial direction, axial direction, and tangential direction components of the index axis. Each of these components can be approximated by the least square method or the like as a zero-order component (radius error), a first-order component (center deviation), or a quadratic component (elliptical shape) Fourier series, that is, an arc having an error.
Radial component DRR i, axial component dRa i, radial component DRT i measurements in the k-th index angle theta ijk of the j-th rotary shaft in the measurement condition i can be expressed as the following Equation 7 .

[数7]
dRr=ra0+ra1*cos(θijk)+rb1*cos(θijk)+ra2 cos(2θijk)
+rb2 sin(2θijk)
dRa=aa0+aa1*cos(θijk)+ab1*cos(θijk)+aa2 cos(2θijk)
+ab2 sin(2θijk)
dRt=ta0+ta1*cos(θijk)+tb1*cos(θijk)+ta2 cos(2θijk)
+tb2 sin(2θijk)
[Equation 7]
dRr i = ra0 i + ra1 i * cos (θ ijk) + rb1 i * cos (θ ijk) + ra2 i cos (2θ ijk)
+ Rb2 i sin (2θ ijk )
dRa i = aa 0 i + aa 1 i * cos (θ ijk ) + ab 1 i * cos (θ ijk ) + aa 2 i cos (2θ ijk )
+ Ab2 i sin (2θ ijk )
dRt i = ta0 i + ta1 i * cos (θ ijk) + tb1 i * cos (θ ijk) + ta2 i cos (2θ ijk)
+ Tb2 i sin (2θ ijk )

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、R、R、R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。
As geometric errors existing in the 5-axis control machining center of FIG. 1, the perpendicularity between XY axes is dCyx, the perpendicularity between YZ axes is dAxz, the perpendicularity between ZZ axes is dBxz, and the C axis center position X direction The error is dXca, the C-A axis offset error is dYca, the A-axis angle offset error is dAca, the CA-axis perpendicularity is dBca, the A-axis center position Y-direction error is dYay, and the A-axis center position Z-direction error is dZay, the AZ axis perpendicularity is dBay, and the A-Y axis perpendicularity is dCay.
In addition, measurement condition 1 is A axis 0 °, C axis is 0 ° to 360 °, measurement condition 2 is C axis −90 °, A axis is −90 ° to + 90 °, and measurement condition 3 is A axis −90 °. Assuming that the C-axis is 0 ° to 180 °, the relationship between each coefficient in Equation 7 and each geometric error is expressed by Equation 8 below. Here, R 1 , R 2 , and R 3 are distances from the rotation center to the sphere center position on the plane on which the commanded sphere center position on the measurement conditions 1, 2 , and 3 is placed, that is, the radius of the arc locus. It is. By transforming Equation 8, each geometric error can be obtained.

[数8]
ra1=−dXca−(dBca+dBay+dBxz)*H
rb1= dYca+dYay−(dAca+dAxz)*H
rb2= dCyx*R/2
aa1= dBca+dBay
ab1= dAca
ra1=−dYay
rb1= dZay
rb2=−dAxz*R/2
aa1= dCay
ab1=−(dBay+dBxz)
rb2= dBxz*R/2
[Equation 8]
ra1 1 = −dXca− (dBca + dBay + dBxz) * H
rb1 1 = dYca + dYay- (dAca + dAxz) * H
rb2 1 = dCyx * R 1/ 2
aa1 1 = dBca + dBay
ab1 1 = dAca
ra1 2 = -dYay
rb1 2 = dZay
rb2 2 = -dAxz * R 2/ 2
aa1 2 = dCay
ab1 2 = − (dBay + dBxz)
rb2 3 = dBxz * R 3/ 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。
As described above, according to the error identification method and the error identification system of the above embodiment, it is possible to calibrate the length / diameter correction value of the touch probe 30 during each series of measurements for geometric error identification. In addition, since manual work is not necessary other than pre-preparation work and there is no need to separately prepare jigs, the load on the machine operator can be reduced, and the touch probe 30 can be reliably calibrated at the time of geometric error identification. Will be performed. Thereby, even if the state of the touch probe 30 changes due to thermal displacement or the like, the measurement accuracy by the touch probe 30 does not decrease, and the geometric error can be identified with high accuracy.
In addition, a measurement system using a CCD camera or the like is not necessary and can be realized at a relatively low cost.

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。
In the above embodiment, when the reference block position is acquired, the reference tool is indirectly brought into contact with the reference block using a block gauge. However, the reference tool may be directly brought into contact with the reference block without the block gauge. .
In the above embodiment, the tool sensor position acquisition stage to the geometric error identification stage are executed once, but the tool sensor position acquisition stage to the relative position calculation stage are executed once, and the geometric error from the reference tool position acquisition stage is performed. The process up to the identification stage may be executed a plurality of times.

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。
Next, an error identification method and an error identification system corresponding to claims 8 to 14 will be described. However, since it is the same as the previous embodiment except for the measurement preparation work, the measurement preparation work will be described based on the flowchart of FIG.
First, step SQ1 is the same as step SR1 of FIG. That is, as shown in FIG. 8, the reference tool 8 is attached to the spindle 2 and measurement is performed by the laser sensor 40. Here, the Z-axis is moved so that the reference tool 8 approaches the laser beam 14, and the point when the tip of the reference tool 8 blocks the laser beam 14 and the light receiving rate falls below the threshold or when the signal delay is taken into consideration. Get the Z-axis position. The acquired Z-axis position Zl is stored in a storage unit (not shown) in the control device (tool sensor position acquisition stage and tool sensor position acquisition means). The length Td of the reference tool 8 is also stored in advance in the storage unit.
Next, in step SQ2, the position of an arbitrary reference surface such as a table or jig upper surface of the reference tool 8 is acquired (reference tool measurement position acquisition stage and reference tool measurement position acquisition means). For example, as shown in FIG. 18, with the reference tool 8 mounted on the spindle 2, it is brought into contact with the upper surface of the table 3 via the block gauge 43, the Z-axis position Za at that time is obtained, and the thickness of the block gauge 43 A value Za ′ (= Za−Hb) obtained by subtracting Hb is stored in a storage unit in the control device (not shown). A block having a known thickness may be used instead of the block gauge.

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)。
Next, in step SQ3, the touch probe 30 is attached to the spindle 2, and the position of the same reference plane as in step SQ2 is measured by the touch probe 30 (position measurement sensor measurement position acquisition stage and position measurement sensor measurement position acquisition). means). For example, as shown in FIG. 19, the Z-axis is moved so that the touch probe 30 approaches the upper surface of the table 3, and the trigger signal is transmitted when the stylus of the touch probe 30 comes into contact or when the signal delay is taken into consideration. The Z-axis position Zq is acquired. The acquired Z-axis position Zq is stored in a storage unit in the control device (not shown).
Next, in step SQ4, the length of the touch probe at the time of contact is calculated. The touch probe contact length Tp (= Zq−Za + Td) is obtained from Za stored in step SQ2, Zq stored in step SQ3, and the reference tool length Td, and stored in the storage unit (position measurement). Sensor length calculation stage and position measurement sensor length calculation means).

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)。
Next, in step SQ5, the reference block 42 is measured by the touch probe 30 (first reference block position acquisition step and first reference block position acquisition means). That is, as shown in FIG. 10, the Z-axis is moved so that the touch probe 30 approaches the reference block 42, and the trigger signal is transmitted when the stylus of the touch probe 30 comes into contact or when the signal delay is considered. The Z-axis position Zp is acquired. The acquired Z-axis position Zp is stored in a storage unit in the control device (not shown).
Next, in step SQ6, the Z-axis position Zl stored in step SQ1, the contact probe length Tp calculated in step SQ4, the Z-axis position Zp stored in step SQ5, and the reference tool length Td From this, the relative position dZb (= Zl−Td−Zp + Tp) of the reference block 42 with respect to the laser sensor 40 is calculated and stored in the storage unit in the control device. (Relative position calculating step and relative position calculating means).

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。
The subsequent geometric error identification flow is the same as that of the previous embodiment described with reference to FIGS. 11 to 16, but step S1-2 in FIG. 13 is the second reference corresponding to claims 8 and 14. It becomes a block position acquisition step and second reference block position acquisition means.
Also in this modified example, the tool sensor position acquisition step in step SQ1 to the relative position calculation step in step SQ6 are executed once, and the subsequent reference tool position acquisition step to geometric error identification step are executed a plurality of times. It may be.

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。   1 .... bed, 2 .... main shaft, 3 .... table, 4 .... cradle, 5 .... trunnion, 8 .... reference tool, 9 .... tool, 11 .... light emitting part, 12 .... light receiving part, 13 ....・ Base part, 14 ・ ・ Laser beam, 30 ・ ・ Touch probe, 32 ・ ・ Target sphere, 40 ・ ・ Laser sensor, 41 ・ ・ Sensor mounting base, 42 ・ ・ Reference block, 43 ・ ・ Block gauge, 50 ・ ・Touch sensor 51 ·· Base portion 52 · · Touch sensor portion 53 · · Reference block.

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。
A machine having three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and a controller that controls the translation axis, the rotation axis, and the spindle, respectively. In a machine, a method of measuring a position in a three-dimensional space of a jig to be measured fixed on the table by a position measurement sensor mounted on the spindle, and identifying a geometric error of the machine tool from the position measurement value Because
A tool sensor position acquisition step of mounting a reference tool serving as a reference for the length of the tool on the spindle and acquiring a detection position of the tip of the reference tool using a tool sensor;
A reference block position obtaining step for obtaining the position of the translation shaft when the reference tool mounted on the spindle is brought into direct or indirect contact with a reference block provided on the tool sensor side;
A relative position calculation step of calculating a relative position of the reference block with respect to the detection position from the detection position acquired in the tool sensor position acquisition step and the position of the translation axis acquired in the reference block position acquisition step;
A reference tool position acquisition step of mounting the reference tool on the spindle and acquiring a reference tool position that is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
A position measurement sensor measurement step of mounting the position measurement sensor on the spindle and measuring the position of the reference block using the position measurement sensor;
The reference tool position acquired in the reference tool position acquisition step, the position of the reference block measured in the position measurement sensor measurement step, the relative position calculated in the relative position calculation step, and the length of the reference tool From the long correction value calculation step of calculating the long direction correction value of the position measurement sensor,
A diameter correction value acquisition step of acquiring a radial direction correction value of the position measurement sensor using the measurement target jig,
A position measurement stage in which the rotation axis is indexed to an arbitrary plurality of angles and the position of the measurement jig is measured by the position measurement sensor,
Using the long direction correction value and the radial direction correction value, a position correction step for correcting the position measurement value in the position measurement step;
A geometric error identification step for identifying the geometric error from a plurality of the position measurement values corrected in the position correction step;
An error identification method for a machine tool, characterized in that
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。
From the tool sensor position acquisition stage to the relative position calculation stage is executed once,
The machine tool error identification method according to claim 1, wherein the process from the reference tool position acquisition stage to the geometric error identification stage is executed a plurality of times.
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。   3. The machine tool according to claim 1, wherein the position measured by the position measurement sensor is a position of the translational axis when the position measurement sensor detects that the object is in contact with a measurement object. Error identification method. 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。   The position measured by the tool sensor is a position of the translation axis when it is detected that a tool attached to the spindle moves by the translation axis and contacts or passes through the tool sensor. An error identification method for a machine tool according to any one of claims 1 to 3. 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。   5. The machine tool error identification method according to claim 1, wherein the measurement jig has a spherical shape. 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。   6. The radial correction value acquisition step according to claim 5, wherein in the diameter correction value acquisition step, an initial position of the measurement target jig is measured by the position measurement sensor, and a correction value in a radial direction of the position measurement sensor is acquired. Error identification method for machine tools. 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。
A machine having three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and a controller that controls the translation axis, the rotation axis, and the spindle, respectively. In a machine, a position measurement sensor mounted on the spindle measures a position in a three-dimensional space of a jig to be measured fixed on the table, and identifies a geometric error of the machine tool from the position measurement value Because
A reference tool serving as a reference for the length of the tool;
A tool sensor for detecting a tip position of the reference tool mounted on the spindle;
A reference block installed on the tool sensor side;
Tool sensor position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing the detection position of the tip of the reference tool using the tool sensor;
Reference block position acquisition for acquiring and storing the position of the translation axis at the time of contact with the reference block by moving the reference tool mounted on the spindle by the translation axis to directly or indirectly contact the reference block Means,
A relative position for calculating and storing a relative position of the reference block with respect to the detection position from the detection position acquired by the tool sensor position acquisition means and the position of the translation axis acquired by the reference block position acquisition means. A calculation means;
A reference tool position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing a reference tool position which is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
Measurement position acquisition means for measuring and storing the position of the reference block with the position measurement sensor mounted on the spindle;
The reference tool position acquired by the reference tool position acquisition means, the position of the reference block acquired by the measurement position acquisition means, the relative position acquired by the relative position calculation means, and the reference tool A length correction value calculating means for calculating and storing a length direction correction value of the position measurement sensor from the length;
Diameter correction value acquisition means for acquiring and storing a radial direction correction value of the position measurement sensor using the jig to be measured;
The rotational axis is determined at an arbitrary plurality of angles, and each position measurement value of the measurement target jig measured by the position measurement sensor is corrected using the long direction correction value and the radial direction correction value. Position correction means for storing;
Geometric error identification means for identifying the geometric error from a plurality of the position measurement values corrected by the position correction means;
An error identification system for a machine tool characterized by comprising:
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。
A machine having three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and a controller that controls the translation axis, the rotation axis, and the spindle, respectively. In a machine, a method of measuring a position in a three-dimensional space of a jig to be measured fixed on the table by a position measurement sensor mounted on the spindle, and identifying a geometric error of the machine tool from the position measurement value Because
Using a tool sensor and a reference block provided on the tool sensor side,
A tool sensor position acquisition step of mounting a reference tool serving as a reference for the length of the tool on the spindle, and acquiring a detection position of a tip of the reference tool using the tool sensor;
A reference tool measurement position acquisition step of acquiring an arbitrary tool measurement position using the reference tool mounted on the spindle;
A position measurement sensor measurement position acquisition stage for acquiring an arbitrary sensor measurement position using the position measurement sensor mounted on the spindle;
A position measurement sensor length calculation step for obtaining a difference between the tool measurement position and the sensor measurement position and obtaining a length of the position measurement sensor based on the difference and the length of the reference tool;
A first reference block position acquisition step of measuring the position of the reference block using the position measurement sensor mounted on the spindle;
The detection position acquired in the tool sensor position acquisition stage, the position of the reference block acquired in the first reference block position acquisition stage, and the length of the position measurement sensor calculated in the position measurement sensor length calculation stage And a relative position calculating step for calculating a relative position of the reference block with respect to the detected position from the length of the reference tool;
A reference tool position acquisition step of mounting the reference tool on the spindle and acquiring a reference tool position that is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
A second reference block position acquisition step of mounting the position measurement sensor on the spindle and measuring the position of the reference block using the position measurement sensor;
The reference tool position acquired in the reference tool position acquisition step, the position of the reference block measured in the second reference block position acquisition step, the relative position calculated in the relative position calculation step, and the reference tool A length correction value calculating step of calculating a length direction correction value of the position measurement sensor from the length of
A diameter correction value acquisition step of acquiring a radial direction correction value of the position measurement sensor using the measurement target jig,
A position measurement stage in which the rotation axis is indexed to an arbitrary plurality of angles and the position of the measurement jig is measured by the position measurement sensor,
Using the long direction correction value and the radial direction correction value, a position correction step for correcting the position measurement value in the position measurement step;
A geometric error identification step for identifying the geometric error from a plurality of the position measurement values corrected in the position correction step;
An error identification method for a machine tool, characterized in that
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。
From the tool sensor position acquisition stage to the relative position calculation stage is executed once,
9. The error identification method for a machine tool according to claim 8, wherein the steps from the reference tool position acquisition step to the geometric error identification step are executed a plurality of times.
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。   10. The machine tool according to claim 8, wherein the position measured by the position measurement sensor is a position of the translational axis when the position measurement sensor detects that the object is in contact with a measurement object. Error identification method. 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。   The position measured by the tool sensor is a position of the translation axis when it is detected that a tool attached to the spindle moves by the translation axis and contacts or passes through the tool sensor. The machine tool error identification method according to claim 8. 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。   The machine tool error identification method according to claim 8, wherein the jig to be measured has a spherical shape. 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。   The radial correction value acquisition step according to claim 12, wherein in the diameter correction value acquisition step, an initial position of the measurement target jig is measured by the position measurement sensor, and a correction value in a radial direction of the position measurement sensor is acquired. Error identification method for machine tools. 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。
A machine having three or more translation axes, one or more rotation axes, a spindle that can be rotated by mounting a tool, a table, and a controller that controls the translation axis, the rotation axis, and the spindle, respectively. In a machine, a position measurement sensor mounted on the spindle measures a position in a three-dimensional space of a jig to be measured fixed on the table, and identifies a geometric error of the machine tool from the position measurement value Because
A reference tool serving as a reference for the length of the tool;
A tool sensor for detecting a tip position of the reference tool mounted on the spindle;
A reference block installed on the tool sensor side;
Tool sensor position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing the detection position of the tip of the reference tool using the tool sensor;
Reference tool measurement position acquisition means for acquiring and storing an arbitrary tool measurement position using the reference tool mounted on the spindle;
Position measurement sensor measurement position acquisition means for acquiring and storing an arbitrary sensor measurement position using the position measurement sensor mounted on the spindle;
A position measurement sensor length calculation means for obtaining a difference between the tool measurement position and the sensor measurement position, calculating and storing the length of the position measurement sensor based on the difference and the length of the reference tool;
First reference block position acquisition means for measuring and storing the position of the reference block using the position measurement sensor mounted on the spindle;
The detection position acquired by the tool sensor position acquisition means, the position of the reference block acquired by the first reference block position acquisition means, and the length of the position measurement sensor calculated by the position measurement sensor length calculation means And relative position calculation means for calculating and storing the relative position of the reference block with respect to the detection position from the length of the reference tool,
A reference tool position acquisition means for moving the reference tool mounted on the spindle by the translation shaft and acquiring and storing a reference tool position which is a tip position of the reference tool using the tool sensor;
Second reference block position acquisition means for measuring and storing the position of the reference block with the position measurement sensor mounted on the spindle;
The reference tool position acquired by the reference tool position acquisition means, the position of the reference block measured by the second reference block position acquisition means, the relative position calculated by the relative position calculation means, A length correction value calculating means for calculating and storing a length direction correction value of the position measurement sensor from the length of the reference tool;
Diameter correction value acquisition means for acquiring and storing a radial direction correction value of the position measurement sensor using the jig to be measured;
The rotational axis is determined at an arbitrary plurality of angles, and each position measurement value of the measurement target jig measured by the position measurement sensor is corrected using the long direction correction value and the radial direction correction value. Position correction means for storing;
Geometric error identification means for identifying the geometric error from a plurality of the position measurement values corrected by the position correction means;
An error identification system for a machine tool characterized by comprising:
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