JP7411132B1 - ワーク形状測定方法、及びワーク形状測定装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の機上で、その運動誤差を取り除いた正確な形状データを得ることができるワーク形状測定装置等を提供する。【解決手段】ワークＷを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及びワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部とを備えた工作機械に設けられる。ワーク形状測定装置２０は、ワークの形状を測定する形状測定器２１と、運動機構部の空間精度を測定する空間精度測定部２５と、空間精度測定部２５によって測定された運動機構部１０の空間精度に基づいて、形状測定器２１によって測定されたワーク形状に係る測定データを補正する形状データ補正部３８とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の機上でワーク形状を測定する方法、及び測定装置に関する。

工作機械により加工したワークの形状を機上でそのまま測定することができれば、仮に、予定通りの寸法にワークを加工できていない場合でも、直ちにその修正加工を行うことができて便利である。このような背景の下、従来から工作機械の機上でワーク形状を測定する測定装置が開発されており、例えば、特開２０２１－３０３１５号公報に開示された測定装置が提案されている。

この測定装置は、測定制御部と、工作機械を構成する回転板の前面に、工具取付部とともに配設されたプローブとを備えて構成される。測定制御部は、機上測定の際に、測定プログラムに基づいて、工作機械を構成するｘ軸移動機構及びｙ軸移動機構を駆動して、ワークが取り付けられたテーブルを水平面であるｘ軸－ｙ軸平面内で移動させるとともに、ｚ軸移動機構を駆動して、プローブが配設された回転板をｚ軸に沿った上下方向に移動させることにより、当該ワークの形状を測定する。

より具体的には、前記測定制御部は、測定プログラムに従い、前記テーブルをｘ軸－ｙ軸平面内で移動させて、順次定められた位置に位置決めしながら、位置決めした各位置において、前記回転板をｚ軸に沿って下方に移動させて、前記プローブをワークに接触させた後、前記回転板をｚ軸に沿って上方に移動させる動作をそれぞれ実行する。そして、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸で定義される三次元空間内において、前記プローブがワークに接触したときの位置（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）を、ｘ軸エンコーダ，ｙ軸エンコーダ及びｚ軸エンコーダからの出力値に基づいて算出し、算出したプローブの位置からワークの形状（寸法）を算出する。尚、前記ｉは、１からｎの整数である。

特開２０２１－３０３１５号公報

ところで、従来から広く知られているように、前記工作機械を構成するｘ軸移動機構、ｙ軸移動機構及びｚ軸移動機構には、それぞれ運動誤差が存在している。したがって、上記従来の測定装置において、その測定制御部により位置決めした際の前記三次元空間内における前記テーブルの位置、及び前記プローブの位置は、制御上の目標位置に対して所定の誤差を含んだものとなっており、これを基に算出されたワーク形状データには、測定の際に生じた工作機械の運動誤差が含まれたものとなっている。

このように、従来の機上測定装置では、その測定データに工作機機械の運動誤差が含まれるため、正確なワーク形状を測定することができないという問題があった。近年、工作機械の前記ｘ軸移動機構、ｙ軸移動機構及びｚ軸移動機構は高精度化が実現され、その運動誤差は極僅かなものとなっているが、同様に、ワークの加工精度も高い精度が求められており、測定上含まれる運動誤差は依然として看過できないものである。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械の機上でワークを測定する際に、当該工作機械の運動誤差を取り除いた正確な形状データを得ることができるワーク形状の測定方法、及び測定装置の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及び前記ワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内で、前記ワークの形状を測定する方法であって、
形状測定器により前記ワークの形状を測定し、
空間精度測定部により前記運動機構部の空間精度を測定するとともに、
前記空間精度測定部によって測定された前記運動機構部の空間精度に基づいて、前記形状測定器によって測定されたワーク形状に係るデータを補正するようにしたワーク形状測定方法に係る。

また、本発明は、ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及び前記ワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内で、前記ワークの形状を測定する装置であって、
前記ワークの形状を測定する形状測定器と、
前記運動機構部の空間精度を測定する空間精度測定部と、
前記空間精度測定部によって測定された前記運動機構部の空間精度に基づいて、前記形状測定器によって測定されたワーク形状に係る測定データを補正する形状データ補正部とを備えたワーク形状測定装置に係る。

本発明によれば、ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及びワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内（機上）において、前記ワークの形状が測定される。

即ち、前記形状測定器によりワークの形状が測定されるとともに、前記空間精度測定部により運動機構部の空間精度が測定され、ついで、形状データ補正部により、形状測定器によって測定されたワーク形状に係るデータが、空間精度測定部によって測定された運動機構部の空間精度に基づいて補正される。尚、当然のことながら、形状データには、所謂寸法に係るデータが含まれる。

斯くして、本発明によれば、形状測定器によって測定されたワーク形状に係るデータが、空間精度測定部によって測定された運動機構部の空間精度に基づいて補正されるので、運動機構部の運動誤差を取り除いた正確なワーク形状データを得ることができる。

本発明において、前記空間精度測定部は、前記二つの送り軸から選定された一方の送り軸に沿って配設されるとともに、検出面として設定した表面に、空間精度を検出するための格子模様が形成された基準物体と、前記検出面と対向するように配設され、前記格子模様を読み取る読取器と、該読取器により読み取られた格子模様に係るデータ基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出する算出部とを備え、
前記形状測定器と前記読取器とは連結部材により連結されるとともに、該連結部材は前記工具保持部によって保持可能に構成され、
前記形状測定器及び空間精度測定部は、前記工具保持部に前記形状測定器及び読取器を保持した状態で、前記一方の送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とを相対移動させる動作中に、それぞれ、ワーク形状及び空間精度を測定するように構成された態様を採ることができる。

この態様によれば、形状測定器と読取器とを連結部材により連結した状態で、これらを工具保持部に保持させ、前記一方の送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とを相対移動させながら、形状測定器によりワーク形状を測定するとともに、空間精度測定部により運動機構部の空間精度を測定する。即ち、前記一方の送り軸に沿ったワーク形状が形状測定器によって測定されるとともに、当該送り軸に関する空間精度が空間精度測定部によって測定される。

尚、空間精度測定部は、基準物体に形成された格子模様を前記読取器によって読み取り、算出部において、読み取った格子模様に係るデータ基づいて運動機構部の空間精度を算出する。

また、上記の態様において、前記基準物体は、直方体形状を有し、その長手方向に沿った相互に直交する二つの表面が検出面に設定され、前記読取器は、二つの検出面にそれぞれ対向するように配設され、前記算出部は、各読取器により読み取られたデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出するように構成された態様を採ることができる。

また、本発明において、前記空間精度測定部は、前記二つの送り軸から選定された一方の送り軸に沿って配設されるとともに、検出面として設定した表面に、空間精度を検出するための格子模様が形成された基準物体と、前記検出面と対向するように配設され、前記格子模様を読み取る読取器と、該読取器により読み取られた格子模様に係るデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出する算出部とを備え、
前記形状測定器と前記読取器とは連結部材により連結されるとともに、該連結部材は前記工具保持部によって保持可能に構成され、
前記形状測定器及び空間精度測定部は、前記工具保持部に前記形状測定器及び読取器を保持した状態で、前記二つの送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とをジグザグに相対移動させる動作中に、それぞれ、ワーク形状及び空間精度を測定するように構成された態様を採ることができる。

この態様によれば、形状測定器と読取器とを連結部材により連結した状態で、これらを工具保持部に保持させ、前記二つの送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とをジグザグに相対移動させながら、形状測定器によりワーク形状を測定するとともに、空間精度測定部により運動機構部の空間精度を測定する。即ち、前記一方の送り軸に沿ったワーク形状が形状測定器によって測定されるとともに、当該一方の送り軸に関する空間精度が空間精度測定部によって測定される。

尚、この態様においても、前記空間精度測定部は、基準物体に形成された格子模様を前記読取器によって読み取り、算出部において、読み取った格子模様に係るデータ基づき、運動機構部の空間精度を算出する。

また、本発明において、前記形状データ補正部は、前記形状測定器によって逐次測定されるワーク形状に係る測定データ、及び前記空間精度測定部によって逐次測定される前記運動機構部の空間精度データに基づいて、該ワーク形状に係る測定データ及び空間精度データを逐次処理することによって前記ワーク形状に係る測定データを補正するように構成された態様を採ることができる。

本発明によれば、形状測定器によって測定されたワーク形状に係るデータが、空間精度測定部によって測定された運動機構部の空間精度に基づいて補正されるので、工作機械の機内（機上）において、運動機構部の運動誤差を取り除いた正確なワーク形状データを得ることができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械を示した斜視図である。 本実施形態に係るワーク測定装置の概略構成を示したブロック図である。 工作機械の運動誤差に係る誤差パラメータを示した説明図である。 本実施形態に係るワーク測定装置の基準ブロック、第１読取カメラ対及び第２読取カメラ対を示した斜視図である。 本実施形態に係る基準ブロックに形成された格子模様、及び第１及び第２読取カメラ対による読み取りを説明するための説明図である。 本実施形態に係る形状測定器を示した正面図である。 本実施形態に係る形状測定器によるワーク形状の測定について説明するための説明図である。 本実施形態に係る形状測定器によるワーク形状の測定について説明するための説明図である。 本実施形態に係る形状データ記憶部に格納されるデータテーブルを示した説明図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本例の工作機械１は、上面にワークＷが載置される載置面を有するベッド２と、運動機構部１０、この運動機構部１０を数値制御する数値制御装置１５、及びベッド２上に載置されたワークＷの形状を測定するためのワーク形状測定装置２０を備えている。

前記運動機構部１０は、ベッド２に係合して水平なＹ軸方向に移動するフレーム１１、このフレーム１１に載置された状態で当該フレーム１１に係合して前記Ｙ軸と水平面内で直交するＸ軸方向に移動するサドル１２、このサドル１２に保持されて、前記Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸方向（鉛直方向）に移動する主軸１３、前記フレーム１１を駆動するＹ軸送り機構（図示せず）、前記サドル１２を駆動するＸ軸送り機構（図示せず）、及び前記主軸１３を駆動するＺ軸送り機構（図示せず）などを備えている。

前記フレーム１１は、水平部１１ａ及びその両端にそれぞれ接続された２つの垂直部１１ｂから構成される門形をしたフレームであり、前記水平部１１ａがベッド２の上方に位置するように配設されるとともに、前記垂直部１１ｂがそれぞれベッド２の側部に係合している。そして、前記水平部１１ａ上に前記サドル１２が載置されている。また、前記主軸１３は、その下端面に開口する工具保持穴（工具保持部）を有しており、図示しない主軸駆動機構によって、前記Ｚ軸と平行な軸線を中心として回転する。

そして、前記Ｘ軸送り機構（図示せず）、Ｙ軸送り機構（図示せず）、Ｚ軸送り機構（図示せず）及び主軸駆動機構（図示せず）は、それぞれ前記数値制御装置１５によってその作動が制御される。斯くして、この工作機械１では、主軸１３に所定の工具を装着し、ベッド２上にワークＷを載置した状態で、前記数値制御装置１５により所定の加工プログラムに従って、前記Ｘ軸送り機構（図示せず）、Ｙ軸送り機構（図示せず）、Ｚ軸送り機構（図示せず）及び主軸駆動機構（図示せず）が駆動され、これにより主軸１３に保持された工具が、前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義される三次元空間内で移動し、ベッド２上に載置されたワークＷが当該工具によって加工される。

前記ワーク形状測定装置２０は、図１及び図２に示すように、前記ワークＷの形状を測定する形状測定器２１、第１読取カメラ対２７、第２読取カメラ対２８、連結部材２６及び基準物体としての基準ブロック３０、並びに演算装置３５から構成され、更に、演算装置３５は、形状データ記憶部３６、算出部３７及び形状データ補正部３８から構成される。

尚、前記演算装置３５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記算出部３７及び形状データ補正部３８は、コンピュータプログラムによってその機能が実現され、後述する処理を実行する。また、形状データ記憶部３６はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。また、前記第１読取カメラ対２７、第２読取カメラ対２８、連結部材２６、基準ブロック３０及び算出部３７は、前記運動機構部１０の空間精度を測定する空間精度測定部２５を構成する。

前記基準ブロック３０は、図１に示すように、長尺の直方体状をした部材であり、ベッド２上の前記Ｘ軸方向における左側の側縁部に、その長手方向が前記Ｙ軸と平行になるように固設されている。また、図５に示すように、基準ブロック３０の上面３０ａには、その長手方向（Ｙ軸方向）及びこれと直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って所定間隔で形成されたグリッド線からなる格子模様３１ａが形成されている。また、基準ブロック３０の右側の側面３０ｂには、それぞれ、その長手方向（Ｙ軸方向）及びこれと直交する方向（Ｚ軸方向）に沿って所定間隔で形成されたグリッド線からなる格子模様３１ｂが形成されている。これらの格子模様３１ａ，３１ｂは、その間隔が高精度に形成されており、スケールとしての基準模様の役割を担うものである。

図１に示すように、前記連結部材２６は、前記主軸１３の工具保持部に装着可能に設けられた装着部２６ａ、この装着部２６ａの下端部に設けられた水平部２６ｂ、水平部２６ｂの左側の端部に設けられたブラケット２６ｃから構成される。前記水平部２６ｂは、前記装着部２６ａが主軸１３に装着されたとき、その長手方向が前記Ｘ軸に沿うように設けられており、装着部２６ａとは反対側の下面に前記形状測定器２１が取り付けられている。

また、前記ブラケット２６ｃは、正面から視て、水平部及び垂直部を有する鉤状をした部材であり、当該水平部の下面が前記基準ブロック３０の上面３０ａに対向し、垂直部の左側面が基準ブロック３０の側面３０ｂに対向している。そして、図４に示すように、前記第１読取カメラ対２７は、その各受光部が前記基準ブロック３０の上面３０ａと対向して、当該上面３０ａを撮像できるように前記ブラケット２６ｃの水平部に保持されている。同様に、前記第２読取カメラ対２８は、その各受光部が前記基準ブロック３０の側面３０ｂと対向して、当該側面３０ｂを撮像できるように前記ブラケット２６ｃの垂直部に保持されている。

尚、第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８は、それぞれ、多行多列に配置された光電変換素子を備えており、各素子から出力される受光量に応じた出力値に基づいて、各素子がそれぞれ一つの画素を構成する撮像画像を生成する。また、図５に示すように、これら第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８は、それぞれ、Ｙ軸に沿って所定間隔で配設され、対応した前記格子模様３１ａ，３１ｂを撮像する。

前記形状測定器２１は、図６に示すように、レーザ光２２ａを鉛直方向に照射する発光部２１ａと、その反射光２２ｂを受光する受光部２１ｂとを備えている。発光部２１ａは、図７に示すように、帯状のレーザ光２２ａをワークＷに照射するように構成され、その反射光２２ｂが受光部２１ｂに受光される。受光部２１ｂは多行多列に配置された光電変換素子を備えており、各素子から出力される受光量に応じた出力値に基づいて、各素子がそれぞれ一つの画素を構成する撮像画像が生成される。

例えば、図７に示すように、ワークＷが２段の階段状の形状を有する場合、レーザ光２２ａはワークＷの高さの高い面（高位面Ｗ_１）及び高さの低い面（低位面Ｗ_２）にそれぞれ照射され、その反射光２２ｂが受光部２１ｂに受光される。そして、各光電変換素子からその受光量に応じた電圧値が出力され、この電圧値に基づいて、例えば、図８に示すような撮像画像が生成される。図８に示した撮像画像は、Ｘ軸－Ｚ軸平面に対応する画像であり、撮像画像の各画素位置から、三角測量の原理に基づいて、ワークＷをレーザ光２２ａで垂直方向に切断したときの高位面Ｗ_１と低位面Ｗ_２の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）を検出することができる。

斯くして、前記主軸１３がＸ軸方向における任意の位置Ｘａ、及びＺ軸方向における任意の位置Ｚａにあるときに、前記数値制御装置１５による制御の下で、レーザ光２２ａをワークＷに照射した状態で、当該主軸１３、言い換えれば、連結部材２６を介して当該主軸１３に保持された形状測定器２１を所定のピッチ間隔でＹ軸方向に移動させて、当該レーザ光２２ａによりワークＷをスキャニングすることにより、前記主軸１３のＹ軸に沿った各位置（Ｙ_ｊ）ごとに、ワークＷの高位面Ｗ_１及び低位面Ｗ_２の全体の高さ位置、即ち、Ｘ軸方向の所定間隔ごとの高さ位置（Ｚ軸方向の位置）（Ｘ_ｉ，Ｚ_ｉ）を検出することができる。そして、このようにして、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸で定義される三次元空間内におけるワークＷ表面の位置（Ｘ_ｊ，ｉ，Ｙ_ｊ，ｉ，Ｚ_ｊ，ｉ）が測定され、測定された位置データ（形状データ）が後述する形状データ記憶部３６に実測形状データとして逐次格納される。但し、ｊは１からｍの整数であり、ｉは１からｎの整数である。
また、本例では、Ｙ_ｊ，１＝Ｙ_ｊ，２＝・・・＝Ｙ_ｊ，ｉ＝・・・＝Ｙ_ｊ，ｎである。

前記算出部３７は、前記連結部材２６を介して前記主軸１３に保持された前記第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８によって撮像される画像を解析することにより、前記主軸１３の前記三次元空間内における空間精度（運動誤差）を算出する。

具体的には、前記算出部３７は、前記主軸１３がＸ軸方向における任意の位置Ｘａ、及びＺ軸方向における任意の位置Ｚａにあるときに、前記数値制御装置１５による制御の下で、当該主軸１３を前記ピッチ間隔でＹ軸方向に移動させた際に、前記第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８によって撮像された画像を解析することにより、Ｙ軸に沿って前記ピッチ間隔で位置決めされる各指令位置（目標位置）（Ｙ_ｊ）ごとに、そのＹ軸－Ｚ軸平面内における位置誤差（運動誤差）（Δｐ_ｊ＝ΔＹ_ｊ，ΔＺ_ｊ）を以下の数式１に基づいて算出する。

（数式１）

但し、前記Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）及びＥ_{Ａ(０Ｙ)Ｚ}は、それぞれ前記三次元空間内における空間精度（空間誤差）であり、
Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）は、Ｙ軸に沿った直線送り軸（Ｙ軸送り機構）のＹ軸方向における位置決め誤差、
Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）は、Ｙ軸送り機構のＹ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）、
Ｅ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）は、Ｙ軸送り機構における、Ｙ軸及びＺ軸に直交する軸まわりの角度誤差、
Ｅ_{Ａ(０Ｙ)Ｚ}は、理想のＹ軸に対するＺ軸送り機構の直角誤差であり、Ｘ軸送り機構、Ｙ軸送り機構及びＺ軸送り機構の幾何学モデルから設定される誤差である。

そして、前記Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）は、第１読取カメラ対２７によって撮像される移動前後の画像を解析して、格子模様３１ａのＹ軸方向の変化量から算出することができ、また、前記Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）及びＥ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）は、第２読取カメラ対２８によって撮像される移動前後の画像を解析することによって算出することができ、Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）は格子模様３１ｂのＺ軸方向の変化量から算出することができ、Ｅ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）は格子模様３１ｂのＸ軸回りの回転量から算出することができる。また、Ｅ_{Ａ(０Ｙ)Ｚ}は、幾何学モデルから予め取得される。
ここで、位置Ｙ_ｊにおいて算出される前記位置決誤差Δｐ_ｊ、並びに各空間精度Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_{Ａ(０Ｙ)Ｚ}を含めて誤差Ｅ_ｊと総称する。

尚、前記Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）は、第２読取カメラ対２８によって撮像される移動前後の画像を解析して、格子模様３１ｂのＹ軸方向の変化量を算出することよっても得ることができるが、本例では、第１読取カメラ対２７によって撮像される画像から算出するようにしている。

斯くして、前記算出部３７は、以上のようにして算出される誤差Ｅ_ｊを逐次前記形状データ補正部３８に送信する。

尚、上記の空間誤差Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）、Ｅ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）及びＥ_{Ａ(０Ｙ)Ｚ}は、図３に示すようなものとして図示される（図３のＹ軸を参照）。図３は、相互に直交する送り軸であるＸ軸送り機構、Ｙ軸送り機構及びＺ軸送り機構によって駆動される主軸１３のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を基準軸とした三次元空間内における空間誤差に係る誤差パラメータを示したものである。
因みに、他の誤差パラメータは、以下のように定義される。
Ｅ_ＸＸは、Ｘ軸送り機構のＸ軸方向における位置決め誤差、
Ｅ_ＺＺは、Ｚ軸送り機構のＺ軸方向における位置決め誤差、
Ｅ_ＹＸは、Ｘ軸送り機構のＸ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）、
Ｅ_ＺＸは、Ｘ軸送り機構のＸ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）、
Ｅ_ＸＹは、Ｙ軸送り機構のＹ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）、
Ｅ_ＸＺは、Ｚ軸送り機構のＺ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）、
Ｅ_ＹＺは、Ｚ軸送り機構のＺ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）、
Ｅ_ＡＸは、Ｘ軸送り機構におけるＸ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＡＺは、Ｚ軸送り機構におけるＸ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＢＸは、Ｘ軸送り機構におけるＹ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＢＹは、Ｙ軸送り機構におけるＹ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＢＺは、Ｚ軸送り機構におけるＹ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＣＸは、Ｘ軸送り機構におけるＺ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＣＹは、Ｙ軸送り機構におけるＺ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＣＺは、Ｚ軸送り機構におけるＺ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_{Ｂ（０Ｚ）Ｘ}は、Ｘ軸送り機構と理想のＺ軸との直角誤差、
Ｅ_{Ｃ（０Ｘ）Ｙ}は、Ｙ軸送り機構と理想のＸ軸との直角誤差である。
ここで、前記Ｅ_ＸＹ及びＥ_ＣＹは、第１読取カメラ対２７によって撮像される移動前後の画像を解析することによって算出することができる。具体的には、Ｅ_ＸＸは格子模様３１ａのＸ軸方向の変化量から算出することができ、Ｅ_ＣＹは格子模様３１ａのＺ軸回りの回転量から算出することができる。

前記形状データ補正部３８は、前記算出部３７から前記誤差Ｅ_ｊを受信すると、受信した誤差Ｅ_ｊに係るデータを前記形状データ記憶部３６に格納するとともに、前記形状測定器２１によって測定されたワークＷの実測形状データ（Ｘ_ｊ，ｉ，Ｙ_ｊ，ｉ，Ｚ_ｊ，ｉ）を読み出して、前記誤差Ｅ_ｊに含まれる位置決誤差Δｐ_ｊに基づき、前記実測形状データ（Ｘ_ｊ，ｉ，Ｙ_ｊ，ｉ，Ｚ_ｊ，ｉ）を以下の数式２に従って補正し、補正した形状データを補正形状データ（ｘ_ｊ,ｉ,ｙ_ｊ,ｉ,ｚ_ｊ,ｉ）として前記形状データ記憶部３６に格納する処理を行う。
（数式２）
（ｘ_ｊ,ｉ,ｙ_ｊ,ｉ,ｚ_ｊ,ｉ）＝（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）－Δｐ_ｊ
即ち、

＝

但し、ｊは１からｍの整数であり、ｉは１からｎの整数である。

尚、上記のようにして前記形状データ記憶部３６に格納される各データは、図９に示すようなデータテーブルとして当該形状データ記憶部３６に格納される。

以上の構成を備えた本例のワーク形状測定装置２０によれば、例えば、工作機械１で加工されたワークＷの形状を以下のようにして測定することができる。

即ち、まず、図１に示すように、加工後のワークＷがベッド２上に載置された状態で、工作機械１の主軸１３に、形状測定器２１、第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８が設けられた連結部材２６を装着する。ついで、形状測定器２１による測定が可能な状態にするとともに、第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８による基準ブロック３０の格子模様３１ａ，３１ｂの撮像を可能な状態にして、数値制御装置１５による制御の下で、主軸１３を、Ｙ軸方向に前記所定のピッチ間隔で移動させて位置決めする。尚、このとき、主軸１３は、Ｘ軸方向の任意の位置Ｘａに位置決めされ、且つＺ軸方向の任意の位置Ｚａに位置決めされているものとする。

そして、Ｙ軸方向の各位置決位置、即ち、指令位置（目標位置）（Ｙ_ｊ）において、形状測定器２１によりワークＷの形状を逐次測定するとともに、前記第１読取カメラ対２７及び第２読取カメラ対２８により対応した格子模様３１ａ，３１ｂを逐次撮像し、得られた画像に基づいて、算出部３７により、前記主軸１３の前記三次元空間内における誤差Ｅ_ｊを算出し、算出された誤差Ｅ_ｊに基づいて、形状測定器２１によって測定されたワークＷの実測形状データ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）を形状データ補正部３８によって逐次補正する。

その際、形状測定器２１によって測定されたワークＷの実測形状データ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）は当該形状測定器２１から形状データ記憶部３６に直接格納され、算出部３７により算出された誤差Ｅ_ｊは形状データ補正部３８を介して前記形状データ記憶部３６に格納され、形状データ補正部３８によって補正された補正形状データ（ｘ_ｊ,ｉ,ｙ_ｊ,ｉ,ｚ_ｊ,ｉ）は当該形状データ補正部３８から形状データ記憶部３６に直接格納される。

このように、本例のワーク形状測定装置２０によれば、形状測定器２１によって測定したワーク形状に係るデータ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）を、空間精度測定部２５により測定された運動機構部１０の誤差（空間精度）Ｅ_ｊに基づいて、形状データ補正部３８によって補正されるので、工作機械１の機上（ベッド２上）でワークＷの形状を測定する際に、運動機構部１０の運動誤差を取り除いた正確な形状データを得ることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例では、主軸１３を、Ｙ軸方向に前記所定のピッチ間隔で移動させて位置決めし、各位置決位置、即ち、指令位置（目標位置）（Ｙ_ｊ）において、形状測定器２１によるワークＷの形状測定、算出部３７による主軸１３の三次元空間内における誤差Ｅ_ｊの算出、及び形状データ補正部３８における実測形状データ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）の補正を行うようにしたが、このような態様に限られるものではない。

例えば、各指令位置（Ｙ_ｊ）において、主軸１３を更にＸ軸方向に所定ピッチで所定距離だけ移動させて、全体として、主軸１３をジグザグに移動させるようにしても良い。主軸１３をＸ軸方向に所定ピッチで移動させる際に得られる第１読取カメラ対２７の撮像画像を算出部３７により解析して、Ｘ軸方向の各位置において得られる誤差Ｅ_ｊの平均値を用いて、主軸の１３の位置誤差（運動誤差）（Δｐ_ｊ＝ΔＹ_ｊ，ΔＺ_ｊ）を算出するようにしても良い。このようにすれば、精度の良い位置誤差Δｐ_ｊをことができ、精度の良いワーク形状データ（即ち、補正形状データ（ｘ_ｊ,ｉ,ｙ_ｊ,ｉ,ｚ_ｊ,ｉ））を得ることができる。

また、上例では、基準ブロック３０の上面３０ａに格子模様３１ａを形成するとともに、第１読取カメラ対２７を設けたが、このような態様に限られるものではなく、基準ブロック３０の上面３０ａに設ける格子模様３１ａ、及び第１読取カメラ対２７を省略した態様としても良い。この場合、上述したように、基準ブロック３０の側面３０ｂに設けた格子模様３１ｂを第２読取カメラ対２８によって撮像して得られた画像から、Ｅ_ＹＹ（Ｙ_ｊ）を算出することができる。

また、上例では、基準ブロック３０の側面３０ｂに格子模様を形成するとともに、第２読取カメラ対２８を設けて、この第２読取カメラ対２８によって撮像された画像を解析することにより、空間誤差Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）及びＥ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）を算出し、この空間誤差Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）及びＥ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）を用いて主軸１３の位置誤差Δｐ_ｊを算出し、この位置誤差Δｐ_ｊを用いて実測形状データ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）の補正するようにしたが、このような態様に限られるものではない。多少精度が劣ることが許容される場合には、基準ブロック３０の側面３０ｂに設ける格子模様、及び第２読取カメラ対２８を省略した態様としても良い。この場合、上記の数式１において、Ｅ_ＺＹ（Ｙ_ｊ）及びＥ_ＡＹ（Ｙ_ｊ）は無視、即ち、「０」として取り扱われる。

また、上例では、形状データ補正部３８は、前記形状測定器２１によって逐次測定されるワークＷ形状に係る実測形状データ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）、及び前記算出部３７によって逐次算出される誤差Ｅ_ｊに基づいて、逐次補正形状データ（ｘ_ｊ,ｉ,ｙ_ｊ,ｉ,ｚ_ｊ,ｉ）を算出するようにしたが、このような態様に限られるものではなく、形状データ補正部３８は、ワークＷの全ての実測形状データ（Ｘ_ｊ,ｉ,Ｙ_ｊ,ｉ,Ｚ_ｊ,ｉ）、及び全ての誤差Ｅ_ｊが得られた後に、これらに基づいて補正形状データ（ｘ_ｊ,ｉ,ｙ_ｊ,ｉ,ｚ_ｊ,ｉ）を算出するように構成されていても良い。

基準物体として、基準ブロックを例示したが、これに限られるものでは無く、例えば、これを板材としても良い。また、直交する２面に格子模様を設ける場合には、２枚の板材を相互に直交するように直角に連結した態様としても良い。この場合、各板材の表面に格子模様が形成される。

また、上例では、ワークＷの形状データとして、位置データを例示したが、これに限られるものでは無く、形状データには、この位置データから算出される寸法データも含まれる。

また、本例のワーク形状測定装置２０は、工作機械１で加工されたワークＷをそのまま機上（ベッド２上）でその形状を測定する場合に、好適に用いることができるが、他の工作機械で加工されたワークＷを、当該工作機械１の機上で測定する際にも、好適に用いることができる。

また、上例で用いた形状測定器２１はあくまでも一例であり、当然のことながらワークの形状を測定することができるものであれば、他の態様の形状測定器を用いることができる。

また、上例の空間精度測定部２５の構成もこれに限られるものではなく、運動機構部１０の空間精度を測定することができれば、他の態様のものであっても良い。

また、工作機械１の構成も、何ら上例のものに限られるものではない。

繰返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１ 工作機械
２ ベッド
１０ 運動機構部
１１ フレーム
１２ サドル
１３ 主軸
１５ 数値制御装置
２０ ワーク形状測定装置
２１ 形状測定器
２５ 空間精度測定部
２６ 連結部材
２７ 第１読取カメラ対
２８ 第２読取カメラ対
３０ 基準ブロック
３５ 演算装置
３６ 形状データ記憶部
３７ 算出部
３８ 形状データ補正部

Claims (8)

1. ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及び前記ワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内で、前記ワークの形状を測定する方法であって、
   形状測定器により前記ワークの形状を測定し、
   空間精度測定部により前記運動機構部の空間精度を測定するとともに、
   前記空間精度測定部によって測定された前記運動機構部の空間精度に基づいて、前記形状測定器によって測定されたワーク形状に係るデータを補正するように構成され、
   前記空間精度測定部は、前記二つの送り軸から選定された一方の送り軸に沿って配設されるとともに、検出面として設定した表面に、空間精度を測定するための格子模様が形成された基準物体と、前記検出面と対向するように配設され、前記格子模様を読み取る読取器と、該読取器により読み取られた格子模様に係るデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出する算出部とを備えており、
   前記形状測定器と前記読取器とを連結部材により連結した状態で前記工具保持部に保持させた後、前記一方の送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とを相対移動させながら、前記形状測定器によりワーク形状を測定するとともに、前記空間精度測定部により前記運動機構部の空間精度を測定し、得られた空間精度データに基づいて、前記ワーク形状に係る測定データを補正するようにしたことを特徴とするワーク形状測定方法。
2. 前記基準物体は、直方体形状を有し、その長手方向に沿った相互に直交する二つの表面が検出面に設定され、前記読取器は、二つの検出面にそれぞれ対向するように配設され、前記算出部は、各読取器により読み取られたデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のワーク形状測定方法。
3. ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及び前記ワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内で、前記ワークの形状を測定する方法であって、
   形状測定器により前記ワークの形状を測定し、
   空間精度測定部により前記運動機構部の空間精度を測定するとともに、
   前記空間精度測定部によって測定された前記運動機構部の空間精度に基づいて、前記形状測定器によって測定されたワーク形状に係るデータを補正するように構成され、
   前記空間精度測定部は、前記二つの送り軸から選定された一方の送り軸に沿って配設されるとともに、検出面として設定した表面に、空間精度を検出するための格子模様が形成された基準物体と、前記検出面と対向するように配設され、前記格子模様を読み取る読取器と、該読取器により読み取られた格子模様に係るデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出する算出部とを備えており、
   前記二つの送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とをジグザグに相対移動させながら、前記形状測定器によりワーク形状を測定するとともに、前記空間精度測定部により前記運動機構部の空間精度を測定し、得られた空間精度データに基づいて、前記ワーク形状に係る測定データを補正するようにしたことを特徴とするワーク形状測定方法。
4. 前記形状測定器によって逐次測定されるワーク形状に係る測定データ、及び前記空間精度測定部によって逐次測定される前記運動機構部の空間精度データに基づいて、該ワーク形状に係る測定データ及び空間精度データを逐次処理することによって前記ワーク形状に係る測定データを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワーク形状測定方法。
5. ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及び前記ワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内で、前記ワークの形状を測定する装置であって、
   前記ワークの形状を測定する形状測定器と、
   前記運動機構部の空間精度を測定する空間精度測定部と、
   前記空間精度測定部によって測定された前記運動機構部の空間精度に基づいて、前記形状測定器によって測定されたワーク形状に係る測定データを補正する形状データ補正部とを備え、
   前記空間精度測定部は、前記二つの送り軸から選定された一方の送り軸に沿って配設されるとともに、検出面として設定した表面に、空間精度を検出するための格子模様が形成された基準物体と、前記検出面と対向するように配設され、前記格子模様を読み取る読取器と、該読取器により読み取られた格子模様に係るデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出する算出部とを備え、
   前記形状測定器と前記読取器とは連結部材により連結されるとともに、該連結部材は前記工具保持部によって保持可能に構成され、
   前記形状測定器及び空間精度測定部は、前記工具保持部に前記形状測定器及び読取器を保持した状態で、前記一方の送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とを相対移動させる動作中に、それぞれ、ワーク形状及び空間精度を測定するように構成されていることを特徴とするワーク形状測定装置。
6. 前記基準物体は、直方体形状を有し、その長手方向に沿った相互に直交する二つの表面が検出面に設定され、前記読取器は、二つの検出面にそれぞれ対向するように配設され、前記算出部は、各読取器により読み取られたデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出するように構成されていることを特徴とする請求項５記載のワーク形状測定装置。
7. ワークを保持するワーク保持部、工具を保持する工具保持部、及び前記ワーク保持部と工具保持部とを少なくとも相互に直交する二つの送り軸方向に相対的に移動させる運動機構部を備えた工作機械の機内で、前記ワークの形状を測定する装置であって、
   前記ワークの形状を測定する形状測定器と、
   前記運動機構部の空間精度を測定する空間精度測定部と、
   前記空間精度測定部によって測定された前記運動機構部の空間精度に基づいて、前記形状測定器によって測定されたワーク形状に係る測定データを補正する形状データ補正部とを備え、
   前記空間精度測定部は、前記二つの送り軸から選定された一方の送り軸に沿って配設されるとともに、検出面として設定した表面に、空間精度を検出するための格子模様が形成された基準物体と、前記検出面と対向するように配設され、前記格子模様を読み取る読取器と、該読取器により読み取られた格子模様に係るデータに基づいて、前記運動機構部の空間精度を算出する算出部とを備え、
   前記形状測定器と前記読取器とは連結部材により連結されるとともに、該連結部材は前記工具保持部によって保持可能に構成され、
   前記形状測定器及び空間精度測定部は、前記工具保持部に前記形状測定器及び読取器を保持した状態で、前記二つの送り軸を用いて、前記ワーク保持部と工具保持部とをジグザグに相対移動させる動作中に、それぞれ、ワーク形状及び空間精度を測定するように構成されていることを特徴とするワーク形状測定装置。
8. 前記形状データ補正部は、前記形状測定器によって逐次測定されるワーク形状に係る測定データ、及び前記空間精度測定部によって逐次測定される前記運動機構部の空間精度データに基づいて、該ワーク形状に係る測定データ及び空間精度データを逐次処理することによって前記ワーク形状に係る測定データを補正するように構成されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のワーク形状測定装置。
   

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