JPH03287343A - 機械座標系補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明（よ工作機械の作業空間に設定される機械座標系
を補正する機械座標系補正装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、工作機械において１社工作機本体やワークを
載置するテーブルに歪が生じると、テーブル上の加工空
間の座標系（Ｘ、　　Ｙ、　　Ｚの３軸からなる）にも
歪みが生じて位置決め及び加工精度が悪くなるので、た
とえ（′Ｌ　３軸のうちの１軸（たとえ［′ｉ、Ｚ軸と
する）を等分し、その等分点でＺ軸に直交する平面につ
いて、夫々のＺ軸及びＹ軸を、異なる座標系に設置され
た光学式測定系によって精密に測定して正規のＺ軸及び
Ｙ軸からの歪み量を求め、その歪み量に基づいて各平面
のＺ軸及びＹ軸を補正する機械座標系補正装置が考えら
れている（たとえ（ヱ特開昭６３−３７４０２号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記装置において（よ一つの軸を基準にして他
の２軸の歪み量を測定し、その測定結果に基づいて補正
量を決定するので、基準となった軸については補正が行
われないと共に基準軸の歪みに伴う他軸の歪みについて
は補正量に組み込まれないので、正確な位置決めや加工
ができないという問題があった。

そこで、本発明は工作機械の歪みに応じて機械座標系を
三次元的に精度良く補正できる機械座標系補正装置を提
供することを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところ（よ第１図に例示するように
、 工作機械の作業空間に設定される機械座標系を工作機械
の歪みに応じて補正する機械座標系補正装置であって、 上記工作機械の機械座標系の基準となる空間格子を構成
する複数の格子点の夫々に関する三次元座標データが格
納された記憶手段Ｍ１と、上記工作機械に設けられ上記
格子点の夫々に対応して該格子点に位置決めされると共
に上記工作機械の歪みに応じて該格子点から移動するこ
とで上記工作機械の歪みを三次元位置偏差として検出す
る複数の治具Ｍ２と、 上記複数の治具Ｍ２の夫々の三次元座標位置を測定する
測定手段Ｍ３と、 該測定された上記複数の治具Ｍ２の夫々の三次元座標位
置と上記記憶手段Ｍ１から読み出した該複数の治具Ｍ２
に夫々対応する格子点の三次元座標データとの三次元位
置偏差を算出する算出手段Ｍ４と、 該算出された三次元位置偏差に基づき、上記工作機械の
機械座標系を補正する補正手段Ｍ５と、を備えた機械座
標系補正装置にある。

［作用］ 以上のように構成された本発明の機械座標系補正装置に
よれ（ｆ−。

工作機械が歪むと、その歪みに応じて、夫々の治具Ｍ２
が当該格子点から移動する。つまり、工作機械の歪みが
、治具Ｍ２の現在位置とその治具Ｍ２に対応する格子点
との三次元位置偏差として、夫々の治具Ｍ２において検
出される。この移動した夫々の治具Ｍ２の三次元座標位
置を、測定手段Ｍ３が測定する。すると、算出手段Ｍ４
が、測定された夫々の治具の三次元位置と記憶手段Ｍ１
から読み出した夫々の治具Ｍ２に対応する格子点の三次
元座標データとの三次元偏差を算出し、補正手段Ｍ５が
、算出された三次元偏差に基づいて、工作機械の機械座
標系を補正する。

したがって、機械座標系１よ工作機械の歪みに応じて三
次元的に補正される。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず、第２図は本発明を適用した機械座標系補正システ
ムの全体構成を表すブロック図である。

図に示すように機械座標系補正システム（よ工作機械３
と、工作機械を制御するコントローラ５と、情報処理装
置７とを主要部として構成さ札工作機械の作業空間に設
定される機械座標系（×、Ｙ、　　Ｚの３軸からなる）
の歪みを自動測定し、その歪み量に応じて機械座標系を
三次元的に補正するものである。

工作機械３に（表機械ベース１０上に設けられたテーブ
ル１２と、昇降移動（Ｚ軸方向）が可能な水平レール１
４ａを有しテーブル１２上を×軸方向に往復移動が可能
なアーチ型の架台１４と、水平レール１４ａに装着され
水平レール１４ａ上を（したがって、Ｙ軸方向に）往復
移動可能なコラム１６とが備えられている。

第３図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、テーブル１２の
上面１２ａｌ：１１　長方形マトリックスを構成するよ
うに多数の取付孔（図示路）が穿設され、各取付孔には
角柱状の治具１８が嵌め込まれテーブル上面１２ａに対
して垂直に自立可能に固定される。各治具１８に（、ｔ
、長尺方向の上中下の３箇所に立方体をなす凹部１８ａ
、１８ｂ、１８Ｃが設けら札各凹部１８ａ〜１８ｃの三
つの内壁面ｕ、　　ｖ、　　ｗは互いに直交するように
仕上げられているので、各内壁面は機械座標系の各座標
平面（×−Ｙ平面、Ｘ−Ｚ平面、Ｙ−Ｚ平面）に平行で
ある。

また、各治具１８の三次元位置を測定するため（ミ夫々
の凹部１８ａ〜１８ｃの各内壁面ｕ　−ｗ上に（よ　そ
れぞれ予め基準点（図に＊印で示した）Ｐ　ｘｙ、　　
Ｐ　ｘｚ、　　Ｐ　ｙ　ｚと、この三つの基準点Ｐｘｙ
−Ｐｙｚから定まる格子点（Ｘ−Ｙ　−Ｘ−Ｚ　−Ｙ−
Ｚの各平面の交点）ＧＰとが設定されている。これら基
準点Ｐｘｙ”Ｐｙｚ及び格子点ＧＰの三次元座標データ
（上情報処理装置７のハードディスク装置３６に予め登
録されている。第４図に示すように、各格子点ＧＰを結
ぶと、正六面体を二段に重ねた直方体を表すスペース・
ネット（図に破線で示した）がテーブル１２上に形成さ
れる（以下、格子点ＧＰ全全体スペース・ネットという
）。

コラム１６は、その下端部に測定プローブ１７や加工工
具（図示路）を着脱可能に取り付けでき、治具］８ある
いは加工対象物（図示路）との距離を測定したり（測定
プローブ１７）、加工対象物を加工したり（加工工具）
できるように構成されている。

測定プローブ１７１上　コラム１６の下端部に装着され
回転及び揺動可能なロッド１７ａと、ロッド１７ａの先
端に設けられ金属面に接触するとその検出信号を出力す
るセンサ部１７ｂとを備えている。センサ部１７ｂの検
出信号は信号線（図示路）によってコントローラ５に伝
達される。また、測定プローブ１７（よ架台１４、水平
レール１４ａ及びコラム１６の移動によって、テーブル
１２上の３次元空間の任意点に移動可能であり、ロッド
１７ａの動きによって各治具１８の凹部１８ａ〜１８ｃ
にも進入可能である。

コントローラ５１よ周知のＣＰＵ２０ａ、ＲＯＭ２０ｂ
、ＲＡＭ２０ｃ、入出力ポート２０ｄを中心とした論理
演算回路として構成さ札　入出力ボート２０ｄ日上工作
機械３の駆動装置（図示路）や各種センサ（図示路）及
び測定プローブ１７からの信号線が接続されている。ま
た、コントローラ５内のデータ通信制御部（以下、Ｓ１
０という）２０ｅに１よ通信回線Ｗを介して情報処理装
置７が接続されている。　　コントローラ５（よ情報処
理装置７からの入力データに基づいて、工作機械３の架
台１４・水平レール１４ａ・コラム１６の移動及び測定
プローブ１７の測定動作を制御する。たとえ（ヱ　コン
トローラ５１表情報処理装置７から移動点Ｐ］〜Ｐ５の
データ（後述する）が入力されると、その移動点データ
に基づいて、測定プローブ１７を垂直下降−水平移動（
前進）させて治具１８の内壁面Ｖに面直に接触させ、そ
して水平移動（後退）−垂直上昇させるという経路で、
各治具１８の三次元位置を測定し、その測定データを情
報処理装置７へ送信する。なお、これら測定プローブ１
７の移動及び測定のための処理及びデータ送信処理は周
知であるので詳細は省略する。

情報処理装置７［友　ＣＰＵ３０ａ、ＲＯＭ３０ｂ、Ｒ
ＡＭ３０ｃ、入出力ポート３０ｄを中心とした論理演算
回路として構成されており、入出力ポート３０ｄには、
データやコマンドを入力するための入力装置３２、高精
細なカラー画像を表示するデイスプレィ３４、外部記憶
装置の一つであるハードディスク装置３６が接続されて
いる。また、情報処理装置７内のデータ通信制御部（Ｓ
ｔ○）３０ｅに（よ通信回線Ｗを介してコントローラ５
が接続されている。情報処理装置７（よ　コントローラ
５からデータ送信要求が入力されると、ハードディスク
装置から各種データ・ファイルを読み出し、通信回線Ｗ
を介してコントローラに送信する。

デイスプレィ３４には、第３図に示した各治具］８の配
置図及び基準点Ｐｘｙ−Ｐｙｚが表示される。

ハードディスク装置３６に（友各治具１８の凹部１８ａ
〜１８ｃ及び基準点Ｐｘｙ−Ｐｙｚに割り当てられた識
別番号と共に、各治具１８の基準点Ｐｘｙ−Ｐｙｚに関
する三次元座標データ（Ｐ　（ｘ、　　ｙ。

Ｚ）　）や、各基準点Ｐ　ｘｙ−Ｐ　ｙｚにおける凹部
１８ａ〜１８ｃ空間の開放方向を示す面ノルマルベクト
ル（Ｎ（ｉ、　　〕、ｋ））などで構成されたデータ・
ファイルが格納されている。

なお、本実施例で（よ　ハードディスク装置３６が前述
の記憶手段Ｍ１に相当する。

次（二、情報処理装置７で実行される本発明にかかわる
主要な処理であるスペース・ネット検査測定処理につい
て、第５図に示すフローチャートに沿って説明する。

この処理（よ入力装置から検査測定指令が入力されると
開始され　まず、ステップ１００で、冶具１８の凹部１
８ａ〜１８ｃの総数ｎを測定部位数として測定部位数を
計数するカウンタＣ１にセットし、続くステップ１１０
で、測定部位毎の測定回数を計数するカウンタＣ２に各
測定部位に設けられた基準点Ｐｘｙ”Ｐｙｚの総数３を
セットして、ステップ１２０に進む。

ステップ１２０で（上識別番号順に、各凹部］８ａ〜１
８ｃの基準点Ｐｘｙ−Ｐｙｚに関する三次元座標データ
及び面ノルマルベクトルを、ハードディスク装置３６か
ら読み出し、続いてステップ１３０で、ステップ１２０
で読み出した三次元座標データから、測定プローブ］７
が基準点Ｐｘｙ−Ｐｙｚに面直にアプローチするために
必要な中間移動点、即ち、測定通過点Ｐ１．面直アプロ
ーチ開始点Ｐ２、測定予定点Ｐ３、逃げ点Ｐ４、逃げ点
Ｐ４の上空点Ｐ５を算出する。尚、中間移動点の算出の
ための処理は周知であるので、詳細は省略する。

続くステップ］４０では、ステップ１３０で算出した中
間移動点Ｐ１〜Ｐ５の三次元座標データをコントローラ
５へ送信することで、コントローラ５に測定開始を指令
する。続くステップ１５０で、コントーラ５から実際の
測定点く測定プローブ］７の接触点）Ｐｃに関する測定
データ（三次元座標データ）が送信されて来るのを待ち
、測定データが送信されると、ステップ］６０に進んで
、測定データをハードディスク装置３６の所定領域に格
納する。

続いて、ステップ１７０に進んで、基準点Ｐｘｙ〜Ｐｙ
ｚと測定点Ｐｃとのそれぞれの三次元座標データから、
それらの差分値を算出し、続くステップ１８０で、ステ
ップ１７０で算出された差分値のレベルに応じ予め定め
られた色でデイスプレィ３４上の基準点Ｐｘｙ”Ｐｙｚ
に対応する＊点をカラー表示して、ステップ１９０に進
む。

ステップ１９０で（よ　カウンタＣ２の値をディクリメ
ントし、続いてステップ２００でカウンタＣ２の値がＯ
であるか否かを判断し、０でなければステップ１２０に
戻り、Ｏであれ（ヱすなわち３個の基準点Ｐｘｙ−Ｐｙ
ｚについての測定及び差分レベル表示が終わると、ステ
ップ２１０に進む。

ステップ２１０で（よ　３個の測定点Ｐｃの三次元座標
データから実際の格子点（以下、実格子点という）ｇｐ
の三次元座標データを算出し、続くステップ２２０でス
テップ２１０で算出した実格子点ｇｐの三次元座標デー
タをハードディスク装置３６の所定領域に格納して、ス
テップ２３０に進む。

ステップ２３０で］よ　カウンタＣ１の値をディクリメ
ントし、続くステップ２４０で、カウンタＣ１の値が０
であるか否かを判断し、Ｏでなければステップ１１０に
戻り、Ｏであれば、すなわち全ての治具１８の凹部１８
ａについての測定・表示が終わったなら（ヱ処理を終了
する。

上記処理の結果、測定点Ｐｃ及び実格子点ｇｐの三次元
座標データがハードディスク装置３６１：登録されて、
工作機械３の機械座標系の歪みが、格子点ＧＰで構成さ
れた正規のスペース・ネットに対する実格子点ｇｐで構
成された歪みスペース・ネットとして表される。すなわ
ち、第４図に示すように、実格子点ｇｐを結ぶと、正規
のスペース・ネットに対して歪みをもつスペース・ネッ
ト（図に破線で示した。以下、このスペース・ネットを
歪みスペース・ネットという）が形成される。

なお、本実施例で（よ　スペース・ネット検査測定処理
及び測定プローブ１７が前述の測定手段Ｍ３に相当する
。

次に、情報処理装置７で実行される本発明にかかわる主
要な処理である自動測定処理について、第６図に示すフ
ローチャートに沿って説明する。

自動測定処理は、スペース・ネット検査測定処理の後に
、工作機械３において対象物を実際に加工又は測定する
に先立って行われる。

この処理は入力装置３２から自動測定指令が入力される
と開始さ札　まず、ステップ４００で、対象物について
の測定点数を、測定点数を計数するカウンタＣ３にセッ
トし、続くステップ４１０で、識別番号順に、各測定点
（二対応する基準点Ｐｘｙ〜Ｐｙｚに関する三次元座標
データ及び面ノルマルベクトルを、ハードディスク装置
３６から読み出す。なお、測定点（よ対象物に応じて正
規のスペース・ネットの複数の格子点ＧＰを予め指定す
ることで設定する。

続いてステップ４２０で、ステップ４１０で読み出した
三次元座標データから、測定プローブ１７が基準点Ｐｘ
ｙ”Ｐｙｚに面直にアプローチするために必要な中間移
動点Ｐ１〜Ｐ５を算出し、ステップ４３０に進む。

ステップ４３０で（よ中間移動点の総数５を、ステップ
４４０で実行される補正処理の実行回数を計数するカウ
ンタＣ４にセットしてステップ４４０に進む。ステップ
４４０では、歪みスペース・ネットにより一つの中間移
動点Ｐ１〜Ｐ５について、その三次元座標データを補正
して（この処理の詳細は後述する）、ステップ４６０に
進む。

ステップ４６０で（よ　カウンタＣ４のイ直をディクリ
メントし、続くステップ４７０で、カウンタＣ４の値が
Ｏであるか否かを判断し、カウンタＣ４の値がＯでなけ
ればステップ４４０に戻り、０であればステ・ツブ４８
０に進む。

ステップ４８０で（よ　ステップ４４０で補正した中間
移動点Ｐ１〜Ｐ５の三次元座標データをコントローラ５
へ送信することで、コントローラ５１こ測定開始を指令
する。続くステ・ツブ４９０で、コントーラ５から測定
点Ｐｃに関する測定データ（三次元座標データ）が送信
されて来るのを待ち、測定データを受信すると、ステッ
プ５００に進む。

ステップ５００で（よ測定データを、歪みスペース・ネ
ット（二より補正する処理を実行し、続くステップ５１
０でハードディスク装置３６に格納する。続いて、ステ
ップ５２０に進み、基準点Ｐｘｙ〜Ｐｙｚと測定点Ｐｃ
とのそれぞれの三次元座標データから、それらの差分値
を算出し、続くステップ５３０で、ステップ５００で算
出された差分値のレベルに応じ予め定められた色でデイ
スプレィ上の基準点Ｐｘｙ”Ｐｙｚに対応する＊点をカ
ラー表示して、ステップ５４０に進む。

ステップ５４０で（よ　カウンタＣ３のイ直をディクリ
メントし、続いてステップ５５０で、カウンタＣ３の値
が○であるか否かを判断し、Ｏでなけれ１社ステップ４
１０に戻り、Ｏであれ１′Ｌ　すなわち全ての測定点Ｐ
ｃについての補正及び差分値算出・カラー表示が終了し
たならＩｆ、　処理仁終了する。

なお、本実施例で（よ上記の自動測定処理が前述の算出
手段Ｍ４及び補正手段Ｍ５に相当する。

ステップ４４０で実行される中間移動点Ｐ］〜Ｐ５の補
正処理の詳細について、第７図に示すフローチャート１
こ沿って説明する。

まずステップ４４１で、中間移動点Ｐ］〜Ｐ５（以下、
この処理においては中間移動点を空間点という）が所属
する正六面体を算出し、続いてステップ４４２で、正六
面体の各面から空間点までの距離の比率を算出すること
で正六面体において空間点が占める位置を求め、ステッ
プ４４３に進む。ステップ４４３では、ステップ４４２
で求めた空間点が歪みスペース・ネットで（よ　どの歪
み六面体に所属するのかを算出する。すなわち、第８図
に示すように正規の正六面体（図に破線で示した）内の
空間点を、歪んだ六面体（図に実線で示した）に置き換
える。続いて、ステップ４４４に進み、演算回数を計数
するカウンタＣ５に演算回数３をセットして、ステップ
４４５に進む。

ステップ４４５で（よ第９図に示すように、当該歪み六
面体における相対する２面（全３組）について、空間点
を夫々の面に投影して得られる面上点を、当該面の相対
する稜からの距離の比率を算出することで求め、続くス
テップ４４６で、相対する面上点α１・α２、β］・β
２、γ１・γ２を結ぶ直線上における仮点ＩＰＩ、ＩＦ
２、ＩＦ５を、二つの面からの距離の比率を算出するこ
とで求め、ステップ４４７に進む。

ステップ４４７で（上　カウンタＣ５の値をディクリメ
ントし、続くステップ４４８で、カウンタＣ５の値がＯ
であるか否かを判断し、０でなければステップ４４５に
戻り、Ｏであるならばステップ４４９に進む。

ステップ４４９で（よ　３個の仮置ＩＰＩ〜ＩＰ３の三
次元座標データの平均を算出することで、３個の仮置Ｉ
ＰＩ〜ｌＰ３の平均点を求め、この平均点を歪み六面体
の位置として設定し、続いてステップ４５０で、ステッ
プ４４２で算出した正六面体の位置の三次元座標データ
から、歪み六面体の位置の三次元座標データを減算し、
ステップ４５１に進む。

ステップ４５１で（よ　ステップ４５０の減算の解を、
当該空間点が所属する正六面体を構成する格子点ＧＰの
三次元座標データに加算して、ステップ４６０へ進む。

なお、ステップ５００で実行される測定データの補正処
理も、中間移動点Ｐ１〜Ｐ５の補正処理と同様であるの
で、詳細は省略する。

上記の自動測定処理（及び補正処理）の結果、歪みスペ
ース・ネットにより補正された中間移動点Ｐ１〜Ｐ５の
三次元座標データが、コントローラ５へ送信され、コン
トローラ５から送信された測定データも歪みスペース・
ネットにより補正される。その際、コントローラ５側で
は、送信された三次元座標データに基づいて、架台１４
、水平レール１４ａ、コラム１６を移動させ、測定プロ
ーブ１７を測定点へ移動させて測定舎行うと共］：。

測定データを情報処理装置５へ送信する。

以上説明したように、本実施例の機械座標系補正システ
ムでは工作機械３の機械座標系の歪みを、歪みスペース
・ネットとして検出し、その歪みスペース・ネットによ
って機械座標系を三次元的に補正するので、工作機械３
（よ正確な機械座標系に基づいて、測定又は加工を行う
ことができる。

したがって、工作機械３の位置決め精度や加工精度が向
上する。

さらに、測定プローブ］７の測定データについても歪み
スペース・ネットによって補正するので、より測定精度
が向上する。従来（上工作機械のコントローラからの移
動指令についてのみ補正し、工作機械からの位置情報（
測定指令に対する測定結果）について（よ工作機械の位
置決め精度に頼っていたが、本実施例では工作機械の位
置決め精度に制約されることはない。

また、治具１８を用いて工作機械３の機械座標系の歪み
を歪みスペース・ネットとして検出し、この歪みスペー
ス・ネットを用いて機械座標系を°補正するので、補正
作業が簡単になる。したがって、補正のための処理プロ
グラムが複雑にならないと共に処理量も増大しない。従
来（よ光学測定系により求めた機械座標系の歪み量に基
づいて、工作機械の移動位置について、逐次三次元的に
機械座標系の補正のための演算処理を行っていたので、
処理量が多かったが、本実施例では情報処理装置７の処
理量が軽減されている。

［発明の効果コ 以上詳述したよう１ミ本発明によれば機械座標系の基準
となる空間格子と測定した歪んだ空間格子とから工作機
械の歪みを三次元位置偏差として検出し、検出した三次
元位置偏差に基づき、工作機械の機械座標系表補正する
ので、正確かつ簡単に機械座標系を補正できるので、工
作機械の位置決め精度や加工精度の向上に功を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示する構成図、第２図
は機械座標系補正システムの全体構成を表すブロック図
、第３図（Ａ）は治具の配置説明図、第３図（Ｂ）は治
具の凹部空間における移動経路の説明図、第４図はスペ
ース・ネットの説明図、第５図はスペース・ネット検査
測定処理を示すフローチャート、第６図は自動測定処理
を示すフローチャート、第７図は中間移動点の補正処理
を示すフローチャート、第８図は六面体の説明図、第９
図は歪み六面体による空間点の補正の説明図である。 Ｍｌ・・・記憶手段　Ｍ２・・・治具 Ｍ３・・・測定手段　Ｍ４・・・算出手段Ｍ５・・・補
正手段 ３　・・・工作機械　５　・・・コントローラ７　・・
・情報処理装置　］８・・・治具３６・・・ハードディ
スク装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 工作機械の作業空間に設定される機械座標系を工作機械
   の歪みに応じて補正する機械座標系補正装置であつて、 上記工作機械の機械座標系の基準となる空間格子を構成
   する複数の格子点の夫々に関する三次元座標データが格
   納された記憶手段と、 上記工作機械に設けられ上記格子点の夫々に対応して該
   格子点に位置決めされると共に上記工作機械の歪みに応
   じて該格子点から移動することで上記工作機械の歪みを
   三次元位置偏差として検出する複数の治具と、 上記複数の治具の夫々の三次元座標位置を測定する測定
   手段と、 該測定された上記複数の治具の夫々の三次元座標位置と
   上記記憶手段から読み出した該複数の治具に夫々対応す
   る格子点の三次元座標データとの三次元位置偏差を算出
   する算出手段と、 該算出された三次元位置偏差に基づき、上記工作機械の
   機械座標系を補正する補正手段と、を備えた機械座標系
   補正装置。