WO2022123711A1 - 送り装置 - Google Patents

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WO2022123711A1
WO2022123711A1 PCT/JP2020/045967 JP2020045967W WO2022123711A1 WO 2022123711 A1 WO2022123711 A1 WO 2022123711A1 JP 2020045967 W JP2020045967 W JP 2020045967W WO 2022123711 A1 WO2022123711 A1 WO 2022123711A1
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WO
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axis
error
guide rails
feed
sliders
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/045967
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English (en)
French (fr)
Inventor
純彦 中島
晋也 木谷
Original Assignee
Dmg森精機株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2020/045967 priority patent/WO2022123711A1/ja
Priority to EP20965094.4A priority patent/EP4249168A1/en
Priority to CN202080106535.0A priority patent/CN116367959A/zh
Priority to US18/038,929 priority patent/US20240017365A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/34—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/58—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism a single sliding pair

Definitions

  • the present invention relates to a feeding device that constitutes a linear feeding shaft, and in particular, relates to a feeding device that can measure its own motion error.
  • a machine tool configured to relatively move a spindle for holding a tool and a table on which a work is mounted in three orthogonal three-axis directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis is known. ..
  • this machine tool there are three types: an X-axis feed device that constitutes a feed axis in the X-axis direction, a Y-axis feed device that constitutes a feed axis in the Y-axis direction, and a Z-axis feed device that constitutes a feed axis in the Z-axis direction.
  • a feeding device is provided.
  • the machining accuracy depends on the motion accuracy of these feeders. Therefore, by accurately measuring the motion error of the feeder, the motion error is within a certain allowable range. It is necessary to make appropriate corrections so that it fits in.
  • motion errors in the three-dimensional space of a machine tool include translational motion errors of each feed axis, angle errors of each feed axis, and squareness between each feed axis, as shown in FIG. It is believed that the errors related to each other are expressed in a state of mutual influence. Therefore, by obtaining each such error, it is possible to identify the exact motion error.
  • the machine tool 100 as an example shown in FIG. 6 is composed of a bed 101 whose upper surface is a work mounting surface (so-called table), a gate-shaped frame 102, and a saddle 103.
  • the frame 102 is arranged so that its horizontal portion is located above the bed 101, and its two vertical portions engage with the side portions of the bed 101, respectively, so that the frame 102 can move in the Y-axis direction as a whole. It has become.
  • the saddle 103 engages with the horizontal portion of the frame 102 and is movable in the X-axis direction along the horizontal portion.
  • the main shaft 104 is movable in the Z-axis direction. Moreover, it is rotatably held around an axis parallel to the Z axis.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis are reference axes that are orthogonal to each other, and each feed axis corresponding to the reference axis is an X-axis feed device (not shown), a Y-axis feed device (not shown), and a reference axis. It is composed of a Z-axis feed device (not shown).
  • each of the above errors is measured using a laser length measuring device 105 installed on the bed 101 and a mirror 110 mounted on the spindle 104.
  • the laser length measuring instrument 105 is installed at a predetermined position, for example, at four locations shown by solid lines in FIG. 6, and the mirror 110 is attached to the spindle 104.
  • the mirror 110 is placed at each grid point in which the three-dimensional space is divided into grids at regular intervals.
  • each laser length measuring instrument 105 and the mirror 110 Measure the distance between.
  • the position of the mirror 110 at each of the lattice points in the three-dimensional space is calculated according to the principle of the three-sided survey method, and the calculated position data and the position data are calculated.
  • each of the above errors is calculated.
  • the laser length measuring device 105 is configured so that the laser interferometer 107 can be swiveled and moved around the center point of the reference ball 106 shown in FIG. 7, and the laser interferometer 105 is configured to move along with the movement of the mirror 110. Is configured to be able to automatically track the mirror 110 by turning and moving the mirror 110.
  • the laser length measuring instrument 105 having such a structure is very expensive, and it is unrealistic to use four laser length measuring instruments 105 in the above measurement. Therefore, conventionally, one laser length measuring device 105 is used, and the laser length measuring device 105 is sequentially moved to four places and installed, and the mirror 110 is positioned at each grid point at each installation position. The distance between the laser length measuring device 105 and the mirror 110 was measured.
  • the cost required for the laser length measuring device 105 is reduced, but at each installation position of the laser length measuring device 105. Since it is necessary to repeatedly perform the operation of positioning the mirror 110 at each grid point, it takes a long time for measurement, and there is a problem that the work is complicated and troublesome.
  • the measurement using one laser length measuring instrument 105 requires four times as long as the simple calculation as compared with the measurement using four laser length measuring instruments 105.
  • the applicant of the present application proposes a motion error identification method capable of identifying a motion error with a single operation while using one laser length measuring device in Patent Document 1 below.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a feeding device capable of efficiently measuring its own motion error in a short time.
  • the present invention for solving the above problems
  • Two guide rails provided in parallel along a predetermined feed direction, At least two sliders provided for each of the guide rails and movably engaged with each of the guide rails along the feed direction.
  • a moving table to which each of the sliders is attached and moving in the feed direction In a feeding device provided with a drive mechanism for moving the moving table in the feeding direction, A scale disposed on at least one of the guide rails along the feed direction, and At least two sliders selected from the at least four sliders, each provided on a slider engaged with a guide rail provided with the scale, read information given to the scale and in the feed direction.
  • the present invention relates to a feeding device provided with a motion error calculation unit for calculating a motion error of the moving table based on position information in two directions detected by each read head.
  • the moving table is driven by the driving mechanism, and the moving table moves in the feeding direction due to the engagement relationship between the guide rail and the slider. Then, when the moving table is moved by a predetermined distance, the movement is performed by the motion error calculation unit based on the position information in two directions detected by the reading heads provided on the at least two sliders. The motion error of the table is calculated.
  • the motion error of the feeder is used by using the existing scale disposed in the feeder without using an expensive measuring instrument such as the laser length measuring instrument described above. It is possible to measure the motion error of the feeder with high accuracy without incurring a special cost and without requiring complicated and troublesome preparatory work for the measurement.
  • the operating performance of the machine tool that changes over time should be evaluated at an appropriate time without significantly reducing the operating rate of the machine tool. It is possible to take necessary measures in advance, such as performing necessary maintenance on the machine tool based on the obtained evaluation results.
  • the guide rail provided with the scale and the slider provided with the reading head are appropriately set, so that the motion error calculation unit can perform the straight positioning error in the feed direction as well as the linear positioning error.
  • Various motion errors of the feeder can be derived.
  • the scale is arranged on the two guide rails, and the reading head is arranged on the four sliders, respectively.
  • the motion error calculation unit adopts an embodiment (second aspect) configured to calculate the motion error of the moving table based on the position information in two directions detected by the four reading heads. Can be done.
  • the two reading heads provided for at least one of the guide rails include the position in the first axial direction which is the feeding direction and the two guide rails.
  • Two reading heads configured to detect a position in the plane in the second axis direction orthogonal to the first axis and provided with respect to the other guide rail are a position in the first axis direction and the first position. It is possible to adopt an aspect (third aspect) configured to detect the position in the third axis direction orthogonal to the first axis and the second axis.
  • one of the two reading heads provided for at least one of the guide rails has a position in the first axial direction, which is the feeding direction, and the two reading heads. It is configured to detect the position in the second axis direction orthogonal to the first axis in the plane including the guide rail, and the other reading head is the position in the first axis direction and the first axis and the first axis. It is configured to detect the position in the 3rd axis direction orthogonal to the 2nd axis.
  • the two reading heads provided for the other guide rail adopt an aspect (fourth aspect) configured to detect the position in the first axial direction and the position in the third axial direction. Can be done.
  • the motion error calculation unit has a positioning error (straight positioning accuracy) in the first axis direction and the second axis direction in the first axis-second axis plane.
  • Straightness error straightness
  • straightness error in the 3rd axis direction in the 1st axis-3rd axis plane straightness
  • angle error around the 1st axis roll
  • angle error around the 2nd axis It is possible to adopt an aspect (fifth aspect) configured to calculate at least one error selected from (pitch) and an angle error (yaw) around the third axis.
  • the present invention also relates to a machine tool provided with a feeding device according to any one of the first to fifth aspects described above.
  • the motion error of the feeding device is measured by using the existing scale provided in the feeding device without using an expensive measuring device such as the laser length measuring device described above. It is possible to measure, and it is possible to measure the motion error of the feeder with high accuracy without incurring a special cost and without requiring complicated and troublesome preparatory work for the measurement.
  • the operating performance of the machine tool that changes over time should be evaluated at an appropriate time without significantly reducing the operating rate of the machine tool. It is possible to take necessary measures in advance, such as performing necessary maintenance on the machine tool based on the obtained evaluation results.
  • the machine tool 1 of this example has a T-shaped bed 2 when viewed from a plane, a column 3 arranged on one side of the bed 2, and the other of the bed 2.
  • the table 6 arranged on the side, the saddle 4 arranged on the side surface (front surface) of the column 3 on the table 6 side, the spindle 5 rotatably supported by the saddle 4, and the spindle 5 are rotated.
  • the spindle motor (not shown), the X-axis feed section 10 that moves the column 3 along the arrow X-axis, the Y-axis feed section 30 that moves the saddle 4 along the arrow Y-axis, and the table 6.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis are reference axes that are orthogonal to each other.
  • the machine tool 1 of this example includes a motion error calculation unit 70, an output unit 71, and a control device 75 in addition to the above configuration.
  • the X-axis feed unit 10, the Y-axis feed unit 30, the Z-axis feed unit 50, the column 3, the saddle 4 and the table 6, and the motion error calculation unit 70 and the output unit 71 constitute one feed device. do. The details of each part will be described below.
  • the X-axis feed section 10 the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section 50 as the motion mechanism section will be described.
  • the X-axis feed unit 10 is shown as a representative in FIGS. 2 and 3, the Y-axis feed unit 30 and the Z-axis feed unit 50 have the same configuration, and the same components are written in parentheses. The code is attached with.
  • the X-axis feed portion 10 is movably engaged with a pair of guide rails 15 and 16 arranged in parallel along the X-axis on the bed 2 and the guide rails 15 along the guide rails 2.
  • the scales 15a and 15b and the reading heads 18 and 20 form a set of rear encoders, and similarly, the scales 16a and 16b and the reading heads 22 and 24 form a set of rear encoders.
  • a magnetic type or an optical type can be adopted as this linear encoder, but in this example, a magnetic type is adopted.
  • the reading heads 18 and 20 detect the positions of the sliders 17 and 19 in the X-axis direction and the displacements in the Y-axis and Z-axis directions by reading the scales 15a and 15b, and similarly, the reading heads 22. , 24 detect the position of the sliders 21 and 23 in the X-axis direction and the displacement in the Y-axis and Z-axis directions by reading the scales 16a and 16b.
  • the X-axis drive mechanism 11 is screwed into the X-axis feed motor 12, which is a servo motor, the ball screw 13 driven by the X-axis feed motor 12, and the ball screw 13, and is fixed to the lower surface of the column 3. It is composed of a ball nut (not shown), a bearing 14 that rotatably supports both ends of the ball screw 13 (the other bearing is not shown), and the like.
  • the X-axis drive mechanism 11 drives the X-axis feed motor 12 to rotate the ball screw 13, so that the column 3 is guided by the guide rails 15 and 16 and moves along the X-axis.
  • the Y-axis feed portion 30 engages with a pair of guide rails 35, 36 arranged in parallel along the Y-axis on the front surface of the column 3 and movably along the guide rails 35.
  • the scale 36b is composed of read heads 42 and 44 fixed to the sliders 41 and 43, a Y-axis drive mechanism 31 for driving the column 3, and the like.
  • the scales 35a and 35b and the reading heads 38 and 40 form a set of rear encoders, and similarly, the scales 36a and 36b and the reading heads 42 and 44 form a set of rear encoders.
  • This linear encoder can also adopt a magnetic type or an optical type, but in this example, a magnetic type is adopted.
  • each of the reading heads 38 and 40 detects the position of the sliders 37 and 39 in the Y-axis direction and the displacement in the Z-axis and X-axis directions by reading the scales 35a and 35b, and similarly, the reading head 42. , 44 detect the positions of the sliders 41 and 43 in the Y-axis direction and the displacements in the Z-axis and X-axis directions by reading the scales 36a and 36b.
  • the Y-axis drive mechanism 31 is screwed into a Y-axis feed motor 32 which is a servo motor, a ball screw 33 driven by the Y-axis feed motor 32, and the ball screw 33, and is fixed to the rear surface of the saddle 4. It is composed of a ball nut (not shown), a bearing 34 that rotatably supports both ends of the ball screw 33 (the other bearing is not shown), and the like.
  • the Y-axis drive mechanism 31 drives the Y-axis feed motor 32 to rotate the ball screw 33, so that the saddle 4 is guided by the guide rails 35 and 36 and moves along the Y-axis.
  • the Z-axis feed portion 50 engages with a pair of guide rails 55, 56 arranged in parallel along the Z-axis on the bed 2 and the guide rails 55 so as to be movable along the guide rails 55.
  • Two sliders 61 and 63 that are movably engaged with the guide rail 56 along the guide rail 56, a scale 56a fixed to the upper surface of the guide rail 56 along the guide rail 56, and a scale fixed to the side surface thereof. It is composed of 56b, read heads 62 and 64 fixed to the sliders 61 and 63, respectively, and a Z-axis drive mechanism 51 for driving the table 6.
  • the scales 55a, 55b and the reading heads 58, 60 form a set of rear encoders, and similarly, the scales 56a, 56b and the reading heads 62, 64 form a set of rear encoders.
  • This linear encoder can also adopt a magnetic type or an optical type, but in this example, a magnetic type is adopted.
  • each of the reading heads 58 and 60 detects the position of the sliders 57 and 59 in the Z-axis direction and the displacement in the Y-axis and X-axis directions by reading the scales 55a and 55b, and similarly, the reading head 62. , 64 detect the position of the sliders 61 and 63 in the Z-axis direction and the displacement in the Y-axis and X-axis directions by reading the scales 56a and 56b.
  • the Z-axis drive mechanism 51 is screwed into a Z-axis feed motor 52 which is a servo motor, a ball screw 53 driven by the X-axis feed motor 52, and the ball screw 3, and is fixed to the lower surface of the table 6. It is composed of a ball nut (not shown), a bearing 54 that rotatably supports both ends of the ball screw 53 (the other bearing is not shown), and the like.
  • the Z-axis drive mechanism 51 drives the Z-axis feed motor 52 to rotate the ball screw 53, so that the table 6 is guided by the guide rails 55 and 56 and moves along the Z-axis.
  • the motion error calculation unit 70 and the control device 75 are composed of a computer including a CPU, RAM, ROM, and the like.
  • the control device 75 is a known control device that numerically controls the operation of the spindle motor (not shown), the X-axis feed motor 12, the Y-axis feed motor 32, the Z-axis feed motor 52, and the like. Further, the control device 75 drives the X-axis feed motor 12, the Y-axis feed motor 32, and the Z-axis feed motor 52, respectively, according to an operation program for motion error measurement prepared in advance, and drives the column 3, the saddle 4, and the table. 6 is moved at predetermined intervals and controlled to be positioned in each feed axis direction.
  • the motion error calculation unit 70 moves the column 3, the saddle 4, and the table 6 at predetermined intervals according to the motion error measurement operation program in the respective feed axis directions.
  • the data detected by the read heads 18, 20, 22, 24 of the X-axis feed unit 10 and the data detected by the read heads 38, 40, 42, 44 of the Y-axis feed unit 30 are detected.
  • the motion error in the X-axis feed section 10, the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section 50 is calculated based on the data and the data detected by the read heads 58, 60, 62, 64 of the Z-axis feed section 50. , Perform the calculation process as follows.
  • the motion error calculation unit 70 calculates each motion error in the X-axis feed unit 10 as follows, for example.
  • EXX a straight positioning error in the X-axis direction of the X-axis feed unit 10.
  • EXX the average value of the difference between the movement command value in the X-axis direction and the movement value in the X-axis direction detected by the reading heads 18, 20, 22, and 24 is calculated.
  • EYX which is a straightness error (Y-axis direction) in the X-axis-Y-axis plane of the X-axis feed unit 10.
  • EYX any one of the displacement amounts in the Y-axis direction detected by each of the reading heads 18, 20, 22, and 24, or the average value thereof is calculated.
  • E ZX which is a straightness error (Z-axis direction) in the X-axis-Z-axis plane of the X-axis feed unit 10.
  • EAX any one of the displacement amounts in the Z-axis direction detected by each read head 18, 20, 22, 24, or the average value thereof is calculated.
  • EAX which is an angle error around the X axis in the X axis feed unit 10.
  • the difference value of the displacement in the Y-axis direction detected by the read heads 18 and 22 or the read heads 20 and 24 is calculated.
  • EBX which is an angle error around the Y axis in the X axis feed unit 10.
  • E CX which is an angle error around the Z axis in the X axis feed unit 10.
  • the motion error calculation unit 70 calculates each motion error in the Y-axis feed unit 30 as follows, for example.
  • EYY which is a straight positioning error in the Y-axis direction of the Y-axis feed unit 30.
  • EXY a straightness error (in the X-axis direction) in the Y-axis-X-axis plane of the Y-axis feed unit 30.
  • EXY any one of the displacement amounts in the X-axis direction detected by each read head 38, 40, 42, 44, or the average value thereof is calculated.
  • E ZZ which is a straightness error (Z-axis direction) in the Y-axis-Z-axis plane of the Y-axis feed unit 30:
  • E ZY any one of the displacement amounts in the Z-axis direction detected by each read head 38, 40, 42, 44, or the average value thereof is calculated.
  • E AY which is an angle error around the X axis in the Y axis feed unit 30.
  • E AY the difference value of the displacement in the Z-axis direction detected by the read heads 38 and 40 or the read heads 42 and 44 is calculated.
  • E BY which is an angle error around the Y axis in the Y axis feed unit 30.
  • ECY which is an angle error around the Z axis in the Y axis feed unit 30.
  • the difference value of the position in the Y-axis direction detected by the read heads 38 and 42, or the read heads 40 and 44, or the X-axis detected by the read heads 38 and 40, or the read heads 42 and 44. Calculate the difference value of the displacement in the direction.
  • the motion error calculation unit 70 calculates each motion error in the Z-axis feed unit 50, for example, as follows.
  • EZZ which is a straight positioning error in the Z-axis direction of the Z-axis feed unit 50:
  • the error EZZ the average value of the difference between the movement command value in the Z-axis direction and the movement value in the Z-axis direction detected by each read head 58, 60, 62, 64 is calculated.
  • EXZ Straightness error (X-axis direction) in the Z-axis-X-axis plane of the Z-axis feed unit 50: As the error EXZ , any one of the displacement amounts in the X-axis direction detected by each read head 58, 60, 62, 64, or the average value thereof is calculated.
  • EYZ which is a straightness error (Y-axis direction) in the Z-axis-Y-axis plane of the Z-axis feed unit 50: As the error EYZ , any one of the displacement amounts in the Y-axis direction detected by each read head 58, 60, 62, 64, or the average value thereof is calculated.
  • EAZ which is an angle error around the X axis in the Z axis feed unit 50: As the error EAZ , the difference value of the displacement in the Y-axis direction detected by the read heads 58 and 60 or the read heads 62 and 64 is calculated.
  • E BZ which is an angle error around the Y axis in the Z axis feed unit 30: As the error E BZ , the difference value of the position in the Z-axis direction detected by the read heads 58 and 62, or the read heads 60 and 64, or the X-axis detected by the read heads 58 and 60, or the read heads 62 and 64. Calculate the difference value of the displacement in the direction.
  • E CZ Angle error around the Z axis in the Z axis feed section 50: As the error ECZ , the difference value of the displacement in the Y-axis direction detected by the read heads 58 and 62 or the read heads 60 and 64 is calculated.
  • the output unit 71 is composed of a display device such as a touch panel, and displays each motion error in the X-axis feed unit 10, the Y-axis feed unit 30, and the Z-axis feed unit 50 calculated by the motion error calculation unit 70. do.
  • the X-axis drive mechanism 11, the Y-axis drive mechanism 31, the Z-axis drive mechanism 51, and the spindle motor are controlled by the control device 75. Is appropriately driven to move the spindle 5 and the table 6 appropriately in a three-dimensional space, and such relative movement causes the work placed on the table 6 to be mounted on the spindle 5. It is machined by the tools that have been made.
  • an operation program for measuring the motion error prepared in advance is executed under the control of the control device 75, and the X-axis feed motor 12, the Y-axis feed motor 32, and the Z-axis feed motor 52 execute the operation program.
  • the column 3, the saddle 4, and the table 6 are positioned in the respective feed axis directions at predetermined intervals.
  • the existing scales 55a, 55b, 56a, 56b and the reading heads 58, 60, 62, 64 arranged in the X-axis feed section 10 the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section 50, each movement is performed.
  • the error can be measured, without any special cost, and without complicated and troublesome preparatory work for the measurement, the X-axis feed section 10, the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section.
  • the motion error for 50 can be measured with high accuracy.
  • the motion error (motion performance) of the X-axis feed section 10 the Y-axis feed section 30 and the Z-axis feed section 50 can be easily detected, the operation performance of the machine tool 1 that changes with time can be determined. It is possible to evaluate at a convenient time without significantly reducing the operating rate of the machine tool 1, and necessary measures such as performing necessary maintenance on the machine tool 1 based on the obtained evaluation results are taken in advance. Can be done.
  • the horizontal machining center is exemplified as the machine tool 1, but the present invention is not limited to this, and the present invention includes all conventionally known machining centers such as vertical machining centers, horizontal lathes, and vertical lathes. Can be applied to machine tools.
  • the motion error calculation unit 70 calculates the motion errors of the three feed units of the X-axis feed unit 10, the Y-axis feed unit 30, and the Z-axis feed unit 50.
  • the motion error calculation unit 70 calculates the motion error of this one feed unit. If the machine tool is provided with two feed portions or four or more feed portions, the motion error calculation unit 70 calculates the motion error of these feed portions. It may be configured.
  • the reading heads 18, 20, 22, and 24 provided on the X-axis feed unit 10 are configured to detect the position in the X-axis direction and the displacement in the Y-axis and Z-axis directions. , Not limited to this.
  • one of the two reading heads provided for at least one guide rail is orthogonal to the position in the first axis direction, which is the feed direction, and the first axis in the plane including the two guide rails.
  • the other reading head is configured to detect the position in the first axis direction and the position in the third axis direction orthogonal to the first axis and the second axis.
  • the two reading heads provided with respect to the other guide rail may be configured to detect the position in the first axial direction and the position in the third axial direction.
  • one of the two reading heads provided for at least one guide rail is orthogonal to the position in the first axis direction, which is the feed direction, and the first axis in the plane including the two guide rails. It is configured to detect a position in the second axis direction, and the other read head is configured to detect a position in the first axis direction and a position in the third axis direction orthogonal to the first axis and the second axis.
  • the two reading heads provided with respect to the other guide rail may be configured to detect a position in the first axial direction and a position in the third axial direction.
  • the motion error calculation unit 70 is configured to calculate six motion errors for each feed unit, but is not limited to such a configuration.
  • the motion error calculation unit 70 has a positioning error (straightness positioning accuracy) in the first axis direction, a straightness error (straightness) in the second axis direction in the first axis-second axis plane, and the first.
  • each guide rail with a scale for detecting the position in the biaxial direction, and only the scale necessary for calculating the error is provided for each guide rail or one of the guides. It may be provided on the rail.
  • the reading head provided on the slider only the reading head necessary for calculating the error may be arranged.

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Abstract

送り方向に平行に設けられた２本のガイドレール（１５，１６）と、ガイドレール（１５，１６）に対して設けられたスライダ（１７，１９，２１，２３）と、各スライダ（１７，１９，２１，２３）が取り付けられて送り方向に移動する移動台（３）と、移動台（３）を移動させる駆動機構（１１）とを備える。更に、ガイドレール（１５，１６）に送り方向に沿って配設されたスケールと、スライダ（１７，１９，２１，２３）にそれぞれ設けられ、スケールに付与された情報を読み取って、送り方向における位置及び送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッド（１８，２０，２２，２４）と、各読み取りヘッド（１８，２０，２２，２４）により検出された２方向の位置情報に基づいて、移動台（３）の運動誤差を算出する運動誤差算出部（７０）とを備える。

Description

送り装置
　本発明は、直線状の送り軸を構成する送り装置であって、特に、自身の運動誤差を測定可能な送り装置に関する。
　従来、例えば、工具を保持する主軸と、ワークが取り付けられるテーブルとを、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に相対的に移動させるように構成された工作機械が知られている。この工作機械では、Ｘ軸方向の送り軸を構成するＸ軸送り装置、Ｙ軸方向の送り軸を構成するＹ軸送り装置、及びＺ軸方向の送り軸を構成するＺ軸送り装置の３つの送り装置が設けられている。そして、このような構成の工作機械では、これら送り装置の運動精度によって、その加工精度が左右されるため、当該送り装置の運動誤差を正確に測定することにより、運動誤差が一定の許容範囲内に収まるように、適宜修正等を行う必要がある。
　近年、工作機械の３次元空間内における運動誤差（位置決め誤差）は、図５に示すように、各送り軸の並進運動の誤差、各送り軸の角度誤差、及び各送り軸相互間の直角度に関する誤差が相互に影響し合った状態で発現されるものと考えられている。したがって、このような各誤差を求めることによって、正確な前記運動誤差を同定することができる。
　従来、このような誤差を測定する測定方法として、図６及び図７に示すような測定装置を用いた測定方法が提案されている。図６に示した一例としての工作機械１００は、上面がワーク載置面（所謂テーブル）となったベッド１０１と、門形をしたフレーム１０２と、サドル１０３とから構成される。フレーム１０２は、その水平部がベッド１０１の上方に位置するように配設されるとともに、その２つ垂直部がそれぞれベッド１０１の側部に係合して、全体としてＹ軸方向に移動可能になっている。
　また、サドル１０３は、フレーム１０２の水平部に係合し、この水平部に沿ってＸ軸方向に移動可能となっており、このサドル１０３には、主軸１０４がＺ軸方向に移動可能に、且つ、Ｚ軸と平行な軸線を中心に回転可能に保持されている。前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する基準軸であり、この基準軸に対応した各送り軸がＸ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）によって構成されている。
　上記各誤差は、ベッド１０１上に設置されたレーザ測長器１０５及び主軸１０４に装着されたミラー１１０を用いて測定される。具体的には、まず、レーザ測長器１０５を、所定位置、例えば、図６において実線で示す４カ所にそれぞれ設置するとともに、ミラー１１０を主軸１０４に装着する。ついで、前記Ｘ軸送り装置、Ｙ軸送り装置及びＺ軸送り装置をそれぞれ一定間隔毎に位置決め制御することにより、３次元空間内を一定間隔で格子状に分割した各格子点に前記ミラー１１０を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器１０５からミラー１１０にレーザ光を照射するとともに、その反射光をレーザ測長器１０５に受光することによって、各レーザ測長器１０５によりミラー１１０との間の距離を測定する。
　そして、以上のようにして得られた測定データを基に、３辺測量法の原理に従って、３次元空間内の前記各格子点におけるミラー１１０の位置を算出し、算出した位置データ及び当該位置データを解析することによって、上記各誤差を算出する。
　尚、前記レーザ測長器１０５は、図７に示す基準球１０６の中心点を中心として、レーザ干渉計１０７を旋回移動可能に構成されており、前記ミラー１１０の移動に併せてレーザ干渉計１０５を旋回移動させることで、当該ミラー１１０を自動追尾することができるように構成されている。
　ところが、このような構造のレーザ測長器１０５は大変高価であり、上記測定において４個のレーザ測長器１０５を用いるのは非現実的である。このため、従来は１つのレーザ測長器１０５を用い、このレーザ測長器１０５を４カ所に順次移動させて設置し、各設置位置において、前記ミラー１１０を前記各格子点に位置決めして、レーザ測長器１０５とミラー１１０との間の距離を測定するようにしていた。
　しかしながら、このように１つのレーザ測長器１０５を用いて運動誤差を測定するようにした場合、レーザ測長器１０５に要する費用は軽減されるものの、当該レーザ測長器１０５の各設置位置において、それぞれ前記ミラー１１０を前記各格子点に位置決めする操作を繰り返して実行する必要があるため、測定に長時間を要し、また、その作業が煩雑で面倒であるという問題があった。１つのレーザ測長器１０５を用いた測定では、４つのレーザ測長器１０５を用いた測定に比べて、単純計算で４倍の時間を必要とする。
　そこで、本願出願人は、下記特許文献１において、１つのレーザ測長器を用いながらも、一度の操作で運動誤差を同定することが可能な運動誤差の同定方法を提案している。
特開２０１９－２０６０４３号公報
　ところで、近年、工作機械の分野では、前記送り装置に、磁気を用いたスケールや、光学スケールといった高精度なスケールを採用して、当該送り装置を高精度に制御することが行われるようになってきている。
　したがって、上述したレーザ測長器１０５のような高価な測定器を別途用意することなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができれば、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、送り装置の運動誤差を高精度に測定することができて有益である。
　また、工作機械の上述した各送り軸の並進運動の誤差、各送り軸の角度誤差、及び各送り軸相互間の直角度に関する誤差といった全ての誤差を検出することができなくても、必要最小限の運動誤差を簡単に検出することができれば、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができる。そして、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
　本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、自身の運動誤差を短時間で効率的に測定することができる送り装置の提供を、その目的とする。
　上記課題を解決するための本発明は、
　所定の送り方向に沿って平行に設けられた２本のガイドレールと、
　前記各ガイドレールに対してそれぞれ少なくとも２つずつ設けられ、前記送り方向に沿って移動自在に前記各ガイドレールに係合した少なくとも４つのスライダと、
　前記各スライダが取り付けられ、前記送り方向に移動する移動台と、
　前記移動台を前記送り方向に移動させる駆動機構とを備えた送り装置において、
　少なくとも一方の前記ガイドレールに、その前記送り方向に沿って配設されたスケールと、
　前記少なくとも４つのスライダから選択される少なくとも２つのスライダであって、前記スケールが設けられたガイドレールに係合するスライダにそれぞれ設けられ、前記スケールに付与された情報を読み取って、前記送り方向における位置及び前記送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッドと、
　前記各読み取りヘッドにより検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出する運動誤差算出部とを設けて構成した送り装置に係る。
　この態様（第１の態様）の送り装置によれば、前記駆動機構により前記移動台が駆動され、前記ガイドレール及びスライダの係合関係から、当該移動台が前記送り方向に移動する。そして、前記移動台を予め定められた距離だけ移動させたときに、前記少なくとも２つのスライダに設けられた読み取りヘッドにより検出された２方向の位置情報に基づいて、前記運動誤差算出部により前記移動台の運動誤差が算出される。
　このように、この送り装置によれば、上述したレーザ測長器のような高価な測定器を用いることなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該送り装置の運動誤差を高精度に測定することができる。
　また、送り装置の運動性能を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
　尚、第１の態様の送り装置では、前記スケールを設けるガイドレール、及び前記読み取りヘッドを設けるスライダを適宜設定することで、前記運動誤差算出部は、前記送り方向における真直位置決め誤差の他、当該送り装置の様々な運動誤差を導出することができる。
　例えば、前記第１の態様の送り装置において、前記スケールを前記２本のガイドレールに配設するともに、前記読み取りヘッドを前記４つのスライダにそれぞれ配設し、
　前記運動誤差算出部は、前記４つの読み取りヘッドによりそれぞれ検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出するように構成された態様（第２の態様）を採ることができる。
　また、この第２の態様の送り装置において、少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成された態様（第３の態様）を採ることができる。
　或いは、上記第２の態様の送り装置において、少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成されるとともに、他方の読み取りヘッドは前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、
　他方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第３軸方向の位置を検出するように構成された態様（第４の態様）を採ることができる。
　そして、上記第３及び第４の態様において、前記運動誤差算出部は、前記第１軸方向における位置決め誤差（真直位置決め精度）と、前記第１軸－第２軸平面における前記第２軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸－第３軸平面における前記第３軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸まわりの角度誤差（ロール）、前記第２軸まわりの角度誤差（ピッチ）及び第３軸まわりの角度誤差（ヨー）の中から選択される少なくとも１つの誤差とを算出するように構成された態様（第５の態様）を採ることができる。
　また、本発明は、上記第１の態様～第５の態様のいずれかの送り装置を備えた工作機械に係る。
　本発明に係る送り装置によれば、上述したレーザ測長器のような高価な測定器を用いることなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該送り装置の運動誤差を高精度に測定することができる。
　また、送り装置の運動性能を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
本発明の一実施の形態に係る工作機械を示した斜視図である。 本実施形態に係る送り装置の概略構成を示した説明図である。 本実施形態に係るガイドレール、スライダ及びスケールを示した断面図であり、図２における矢視Ａ－Ａ断面図である。 本実施形態に係るガイドレール、スライダ及びスケールを示した断面図であり、図２における矢視Ｂ－Ｂ断面図である。 直交３軸方向の送り装置を備えた工作機械における運動誤差を説明するための説明図である。 従来の運動誤差測定方法を説明するための説明図である。 従来の運動誤差測定方法を説明するための説明図である。
　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。
　まず、本実施形態に係る工作機械１の概略構成について説明する。図１に示すように、本例の工作機械１は平面から視てアルファベットのＴ字状をしたベッド２、このベッド２の一方の辺上に配設されたコラム３、同じくベッド２の他方の辺上に配設されたテーブル６、前記コラム３の前記テーブル６側の側面（前面）に配設されたサドル４、このサドル４に回転自在に支持された主軸５、及び主軸５を回転させる主軸モータ（図示せず）、並びに前記コラム３を矢示Ｘ軸に沿って移動させるＸ軸送り部１０、前記サドル４を矢示Ｙ軸に沿って移動させるＹ軸送り部３０及び前記テーブル６を矢示Ｚ軸に沿って移動させるＺ軸送り部５０などを備えている。尚、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する基準軸である。
　また、本例の工作機械１は、図２に示すように、上記構成の他に、運動誤差算出部７０、出力部７１及び制御装置７５を備えている。そして、本例では、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０、コラム３、サドル４及びテーブル６、並びに運動誤差算出部７０及び出力部７１が一つの送り装置を構成する。以下、各部の詳細について説明する。
　まず、運動機構部としてのＸ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０について説明する。尚、図２及び図３には、代表としてＸ軸送り部１０を図示しているが、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０も同様の構成であり、同じ構成物については、括弧書きでその符号を付している。
［Ｘ軸送り部］
　前記Ｘ軸送り部１０は、ベッド２上に、Ｘ軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール１５，１６と、このガイドレール１５に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ１７，１９と、ガイドレール１５に沿ってその上面に固設されたスケール１５ａ、及び側面に固設されたスケール１５ｂと、前記スライダ１７，１９にそれぞれ固設された読み取りヘッド１８，２０と、前記ガイドレール１６に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ２１，２３と、ガイドレール１６に沿ってその上面に固設されたスケール１６ａ、及び側面に固設されたスケール１６ｂと、前記スライダ２１，２３にそれぞれ固設された読み取りヘッド２２，２４と、前記コラム３を駆動するＸ軸駆動機構１１などから構成される。
　前記スケール１５ａ，１５ｂ及び読み取りヘッド１８，２０は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール１６ａ，１６ｂ及び読み取りヘッド２２，２４は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダは磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド１８，２０は、スケール１５ａ，１５ｂを読み取ることによって、スライダ１７，１９のＸ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＺ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド２２，２４は、スケール１６ａ，１６ｂを読み取ることによって、スライダ２１，２３のＸ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＺ軸方向の変位を検出する。
　前記Ｘ軸駆動機構１１は、サーボモータであるＸ軸送りモータ１２、このＸ軸送りモータ１２によって駆動されるボールねじ１３、このボールねじ１３に螺合し、且つ前記コラム３の下面に固設されたボールナット（図示せず）、ボールねじ１３の両端を回転自在に支持する軸受１４（もう一方の軸受は図示せず）などから構成される。このＸ軸駆動機構１１は、Ｘ軸送りモータ１２を駆動してボールねじ１３を回転させることで、コラム３がガイドレール１５，１６に案内されてＸ軸に沿って移動する。
［Ｙ軸送り部］
　前記Ｙ軸送り部３０は、前記コラム３の前面に、Ｙ軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール３５，３６と、このガイドレール３５に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ３７，３９と、ガイドレール３５に沿ってその上面に固設されたスケール３５ａ、及び側面に固設されたスケール３５ｂと、前記スライダ３７，３９にそれぞれ固設された読み取りヘッド３８，４０と、前記ガイドレール３６に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ４１，４３と、ガイドレール３６に沿ってその上面に固設されたスケール３６ａ、及び側面に固設されたスケール３６ｂと、前記スライダ４１，４３にそれぞれ固設された読み取りヘッド４２，４４と、前記コラム３を駆動するＹ軸駆動機構３１などから構成される。
　前記スケール３５ａ，３５ｂ及び読み取りヘッド３８，４０は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール３６ａ，３６ｂ及び読み取りヘッド４２，４４は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダも磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド３８，４０は、スケール３５ａ，３５ｂを読み取ることによって、スライダ３７，３９のＹ軸方向の位置、並びにＺ軸及びＸ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド４２，４４は、スケール３６ａ，３６ｂを読み取ることによって、スライダ４１，４３のＹ軸方向の位置、並びにＺ軸及びＸ軸方向の変位を検出する。
　前記Ｙ軸駆動機構３１は、サーボモータであるＹ軸送りモータ３２、このＹ軸送りモータ３２によって駆動されるボールねじ３３、このボールねじ３３に螺合し、且つ前記サドル４の後面に固設されたボールナット（図示せず）、ボールねじ３３の両端を回転自在に支持する軸受３４（もう一方の軸受は図示せず）などから構成される。このＹ軸駆動機構３１は、Ｙ軸送りモータ３２を駆動してボールねじ３３を回転させることで、サドル４がガイドレール３５，３６に案内されてＹ軸に沿って移動する。
［Ｚ軸送り部］
　前記Ｚ軸送り部５０は、ベッド２上に、Ｚ軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール５５，５６と、このガイドレール５５に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ５７，５９と、ガイドレール５６に沿ってその上面に固設されたスケール５５ａ、及び側面に固設されたスケール５５ｂと、前記スライダ５７，５９にそれぞれ固設された読み取りヘッド５８，６０と、前記ガイドレール５６に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ６１，６３と、ガイドレール５６に沿ってその上面に固設されたスケール５６ａ、及び側面に固設されたスケール５６ｂと、前記スライダ６１，６３にそれぞれ固設された読み取りヘッド６２，６４と、前記テーブル６を駆動するＺ軸駆動機構５１などから構成される。
　前記スケール５５ａ，５５ｂ及び読み取りヘッド５８，６０は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール５６ａ，５６ｂ及び読み取りヘッド６２，６４は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダも磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド５８，６０は、スケール５５ａ，５５ｂを読み取ることによって、スライダ５７，５９のＺ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＸ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド６２，６４は、スケール５６ａ，５６ｂを読み取ることによって、スライダ６１，６３のＺ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＸ軸方向の変位を検出する。
　前記Ｚ軸駆動機構５１は、サーボモータであるＺ軸送りモータ５２、このＸ軸送りモータ５２によって駆動されるボールねじ５３、このボールねじ３に螺合し、且つ前記テーブル６の下面に固設されたボールナット（図示せず）、ボールねじ５３の両端を回転自在に支持する軸受５４（もう一方の軸受は図示せず）などから構成される。このＺ軸駆動機構５１は、Ｚ軸送りモータ５２を駆動してボールねじ５３を回転させることで、テーブル６がガイドレール５５，５６に案内されてＺ軸に沿って移動する。
　次に、前記運動誤差算出部７０、出力部７１及び制御装置７５について説明する。尚、運動誤差算出部７０及び制御装置７５はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成される。
［制御装置］
　前記制御装置７５は、前記主軸モータ（図示せず）、Ｘ軸送りモータ１２、Ｙ軸送りモータ３２及びＺ軸送りモータ５２などの動作を数値制御する公知の制御装置である。また、制御装置７５は、予め用意された運動誤差測定用の動作プログラムに従って、Ｘ軸送りモータ１２、Ｙ軸送りモータ３２及びＺ軸送りモータ５２をそれぞれ駆動して、コラム３、サドル４及びテーブル６を所定間隔で移動させ、それぞれの送り軸方向に位置決めする制御を行う。
［運動誤差算出部］
　前記運動誤差算出部７０は、前記制御装置７５による制御の下、前記運動誤差測定用の動作プログラムに従い、コラム３、サドル４及びテーブル６を所定間隔で移動させることによって、それぞれの送り軸方向に位置決めする動作が実行されたとき、前記Ｘ軸送り部１０の読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるデータ、前記Ｙ軸送り部３０の読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるデータ、及び前記Ｚ軸送り部５０の読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるデータに基づいて、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における運動誤差を、以下のようにして算出する処理を行う。
［Ｘ軸送り部における運動誤差］
　前記運動誤差算出部７０は、例えば、以下のようにして、Ｘ軸送り部１０における各運動誤差を算出する。
・Ｘ軸送り部１０のＸ軸方向における真直位置決め誤差であるＥＸＸ：
　誤差ＥＸＸとして、Ｘ軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されたＸ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０のＸ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）であるＥＹＸ：
　誤差ＥＹＸとして、各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるＹ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０のＸ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）であるＥＺＸ：
　誤差ＥＺＸとして、各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるＺ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０におけるＸ軸まわりの角度誤差であるＥＡＸ：
　誤差ＥＡＸとして、読み取りヘッド１８及び２２、又は読み取りヘッド２０及び２４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０におけるＹ軸まわりの角度誤差であるＥＢＸ：
　誤差ＥＢＸとして、読み取りヘッド１８及び２２、若しくは読み取りヘッド２０及び２４によって検出されるＸ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド１８及び２０、若しくは読み取りヘッド２２及び２４によって検出されるＺ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０におけるＺ軸まわりの角度誤差であるＥＣＸ：
　誤差ＥＣＸとして、読み取りヘッド１８及び２０、又は読み取りヘッド２２及び２４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。
［Ｙ軸送り部における運動誤差］
　運動誤差算出部７０は、例えば、以下のようにして、Ｙ軸送り部３０における各運動誤差を算出する。
・Ｙ軸送り部３０のＹ軸方向における真直位置決め誤差であるＥＹＹ：
　誤差ＥＹＹとして、Ｙ軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されたＹ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０のＹ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）であるＥＸＹ：
　誤差ＥＸＹとして、各読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるＸ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０のＹ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）であるＥＺＹ：
　誤差ＥＺＹとして、各読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるＺ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０におけるＸ軸まわりの角度誤差であるＥＡＹ：
　誤差ＥＡＹとして、読み取りヘッド３８及び４０、又は読み取りヘッド４２及び４４によって検出されるＺ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０におけるＹ軸まわりの角度誤差であるＥＢＹ：
　誤差ＥＢＹとして、読み取りヘッド３８及び４２、又は読み取りヘッド４０及び４４によって検出されるＺ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０におけるＺ軸まわりの角度誤差であるＥＣＹ：
　誤差ＥＣＹとして、読み取りヘッド３８及び４２、若しくは読み取りヘッド４０及び４４によって検出されるＹ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド３８及び４０、若しくは読み取りヘッド４２及び４４によって検出されるＸ軸方向の変位の差分値を算出する。
［Ｚ軸送り部における運動誤差］
　運動誤差算出部７０は、例えば、以下のようにして、Ｚ軸送り部５０における各運動誤差を算出する。
・Ｚ軸送り部５０のＺ軸方向における真直位置決め誤差であるＥＺＺ：
　誤差ＥＺＺとして、Ｚ軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されたＺ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０のＺ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）であるＥＸＺ：
　誤差ＥＸＺとして、各読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるＸ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０のＺ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）であるＥＹＺ：
　誤差ＥＹＺとして、各読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるＹ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０におけるＸ軸まわりの角度誤差であるＥＡＺ：
　誤差ＥＡＺとして、読み取りヘッド５８及び６０、又は読み取りヘッド６２及び６４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｚ軸送り部３０におけるＹ軸まわりの角度誤差であるＥＢＺ：
　誤差ＥＢＺとして、読み取りヘッド５８及び６２、若しくは読み取りヘッド６０及び６４によって検出されるＺ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド５８及び６０、若しくは読み取りヘッド６２及び６４によって検出されるＸ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０におけるＺ軸まわりの角度誤差であるＥＣＺ：
　誤差ＥＣＺとして、読み取りヘッド５８及び６２、又は読み取りヘッド６０及び６４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。
［出力部］
　前記出力部７１は、例えば、タッチパネルなどの表示装置から構成され、前記運動誤差算出部７０によって算出されたＸ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における各運動誤差を表示する。
　以上の構成を備えた本例の工作機械１によれば、前記制御装置７５により制御されて、Ｘ軸駆動機構１１、Ｙ軸駆動機構３１、Ｚ軸駆動機構５１及び主軸モータ（図示せず）が適宜駆動されることにより、主軸５とテーブル６とが３次元空間内で適宜相対的に移動し、このような相対的移動によって、テーブル６上に載置されたワークが、主軸５に装着された工具によって加工される。
　そして、必要に応じて、制御装置７５による制御の下、予め用意された運動誤差測定用の動作プログラムが実行されて、Ｘ軸送りモータ１２、Ｙ軸送りモータ３２及びＺ軸送りモータ５２により、コラム３、サドル４及びテーブル６を所定間隔でそれぞれの送り軸方向に位置決めされる。
　そして、この動作中に、前記Ｘ軸送り部１０の読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるデータ、前記Ｙ軸送り部３０の読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるデータ、及び前記Ｚ軸送り部５０の読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるデータに基づいて、運動誤差算出部７０により、前記Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における上述した運動誤差がそれぞれ算出される。そして、このようにして算出された運動誤差が前記出力部７１に表示される。
　斯くして、本例の工作機械１によれば、上述した従来例のような高価なレーザ測長器を用いることなく、Ｘ軸送り部１０に配設された既存のスケール１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ及び読み取りヘッド１８，２０，２２，２４、Ｙ軸送り部３０に配設された既存のスケール３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ及び読み取りヘッド３８，４０，４２，４４、並びにＺ軸送り部５０に配設された既存のスケール５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ及び読み取りヘッド５８，６０，６２，６４を用いて、当該Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における各運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０についての運動誤差を高精度に測定することができる。
　また、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０の運動誤差（運動性能）を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械１の運転性能を、当該工作機械１の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械１に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
　以上、本発明の一実施の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、上例では工作機械１として、横形のマシニングセンタを例示したが、これに限られるものではなく、本発明は、立形のマシニングセンタや、横形の旋盤、立形の旋盤など、従来公知の全ての工作機械に適用することができる。
　また、上記工作機械１の構成上、上例では、運動誤差算出部７０において、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０の３つの送り部の運動誤差を算出するようにしたが、当然のことながら、このような構成に限られるのではなく、工作機械に１つの送り部が設けられる場合には、運動誤差算出部７０はこの１つの送り部の運動誤差を算出するように構成されていれば良く、工作機械に２つの送り部、或いは４つ以上の送り部が設けられる場合には、運動誤差算出部７０はこれらの送り部の運動誤差を算出するように構成されていても良い。
　また、上例では、Ｘ軸送り部１０に設けられる各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４がＸ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＺ軸方向の変位を検出するように構成されているが、これに限られるものではない。
　例えば、少なくとも一方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、送り方向である第１軸方向における位置と、２本のガイドレールを含む平面内においてこの第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方の読み取りヘッドは第１軸方向における位置と、第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、更に、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、第１軸方向における位置と、第３軸方向の位置を検出するように構成されていても良い。このような態様によっても、上記６つの運動誤差を算出することができる。
　或いは、少なくとも一方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、送り方向である第１軸方向における位置と、２本のガイドレールを含む平面内において第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方の読み取りヘッドは第１軸方向における位置と、第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、第１軸方向における位置と、第３軸方向の位置を検出するように構成されていても良い。このような態様によっても、上記６つの運動誤差を算出することができる。
　また、上例では、運動誤差算出部７０は、各送り部について６つの運動誤差を算出するように構成されているが、このような構成に限られるものではなくい。例えば、運動誤差算出部７０は、前記第１軸方向における位置決め誤差（真直位置決め精度）と、前記第１軸－第２軸平面における前記第２軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸－第３軸平面における前記第３軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸まわりの角度誤差（ロール）、前記第２軸まわりの角度誤差（ピッチ）及び第３軸まわりの角度誤差（ヨー）の中から選択される少なくとも１つの誤差とを算出するように構成されていても良い。
　また、この場合に、必ずしも、２軸方向の位置を検出するためのスケールを各ガイドレールに設ける必要はなく、誤差を算出するために必要なスケールのみを、各ガイドレール又はいずれか一方のガイドレールに設けた態様としても良い。これに応じて、スライダに設ける読み取りヘッドも、誤差を算出するために必要な読み取りヘッドのみを配設すれば良い。
　また、上例では、各ガイドレールに２つのスライダを設けたが、これに限られるものではなく、各ガイドレールに対して３つ以上のスライダを設けても良い。
　繰り返しになるが、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
　３　　コラム
　４　　サドル
　６　テーブル
　１０　Ｘ軸送り部
　１１　Ｘ軸駆動機構
　１５，１６　ガイドレール
　１７，１９，２１，２３　スライダ
　１８，２０，２２，２４　読み取りヘッド
　３０　Ｙ軸送り部
　３１　Ｙ軸駆動機構
　３５，３６　ガイドレール
　３７，３９，４１，４３　スライダ
　３８，４０，４２，４４　読み取りヘッド
　５０　Ｚ軸送り部
　５１　Ｚ軸駆動機構
　５５，５６　ガイドレール
　５７，５９，６１，６３　スライダ
　５８，６０，６２，６４　読み取りヘッド
　７０　運動誤差算出部
　７１　出力部
　７５　制御装置
 
 

Claims (6)

  1. 　所定の送り方向に沿って平行に設けられた２本のガイドレールと、
    　前記各ガイドレールに対してそれぞれ少なくとも２つずつ設けられ、前記送り方向に沿って移動自在に前記各ガイドレールに係合した少なくとも４つのスライダと、
    　前記各スライダが取り付けられ、前記送り方向に移動する移動台と、
    　前記移動台を前記送り方向に移動させる駆動機構とを備えた送り装置において、
    　少なくとも一方の前記ガイドレールに、その前記送り方向に沿って配設されたスケールと、
    　前記少なくとも４つのスライダから選択される少なくとも２つのスライダであって、前記スケールが設けられたガイドレールに係合するスライダにそれぞれ設けられ、前記スケールに付与された情報を読み取って、前記送り方向における位置及び前記送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッドと、
    　前記各読み取りヘッドにより検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出する運動誤差算出部とを設けて構成したことを特徴とする送り装置。
  2. 　前記スケールを前記２本のガイドレールに配設するともに、前記読み取りヘッドを前記４つのスライダにそれぞれ配設し、
    　前記運動誤差算出部は、前記４つの読み取りヘッドによりそれぞれ検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差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記載の送り装置。
  3. 　少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の送り装置。
  4. 　少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成されるとともに、他方の読み取りヘッドは前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、
    　他方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第３軸方向の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の送り装置。
  5. 　前記運動誤差算出部は、前記第１軸方向における位置決め誤差と、前記第１軸－第２軸平面における前記第２軸方向の真直誤差、前記第１軸－第３軸平面における前記第３軸方向の真直誤差、前記第１軸まわりの角度誤差、前記第２軸まわりの角度誤差及び第３軸まわりの角度誤差の中から選択される少なくとも１つの誤差と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３又は４記載の送り装置。
  6. 　前記請求項１乃至５記載のいずれかの送り装置を備えていることを特徴とする工作機械。
     
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