特開2019-206043(P2019-206043A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ DMG森精機株式会社の特許一覧
<>
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000009
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000010
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000011
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000012
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000013
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000014
  • 特開2019206043-送り装置の運動誤差同定方法 図000015
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-206043(P2019-206043A)
(43)【公開日】2019年12月5日
(54)【発明の名称】送り装置の運動誤差同定方法
(51)【国際特許分類】
   B23Q 17/00 20060101AFI20191108BHJP
   B23Q 17/24 20060101ALI20191108BHJP
【FI】
   B23Q17/00 Z
   B23Q17/24 Z
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】OL
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2018-101445(P2018-101445)
(22)【出願日】2018年5月28日
(71)【出願人】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】DMG森精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104662
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 智司
(72)【発明者】
【氏名】下池 昌広
(72)【発明者】
【氏名】入野 成弘
【テーマコード(参考)】
3C029
【Fターム(参考)】
3C029EE02
3C029EE20
(57)【要約】
【課題】送り装置の運動誤差を、1つのレーザ測長器を用いて、従来に比べて短時間で同定することができる方法を提供する。
【解決手段】2つの直線送り軸に対応した基準軸Y,Zで画定される2次元平面内での送り装置の運動誤差を同定する。送り装置を駆動して、2次元平面内におけるレーザ測長器30と反射鏡35との間の相対位置を順次指定位置pに位置決めしながら、両者間の距離をレーザ測長器30によって測定する。レーザ測長器30により測定された距離データ、Y軸−Z軸平面における反射鏡35の指定位置データp、レーザ測長器30のY軸−Z軸平面内における位置データ、及び送り装置の誤差パラメータを基に、この送り装置の運動誤差を同定する。誤差パラメータには、送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータ、及びを時間経過に伴って生じるレーザ測長器30と反射鏡35との間の変位に関する誤差パラメータが含まれる。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
相互に直交するように配設された少なくとも2つの直線送り軸を有し、該2つの直線送り軸を用いて、位置決め対象である2つの対象物の内、少なくとも一方を駆動して、該2つの対象物間の相対的な位置を位置決めするように構成された送り装置について、前記2つの直線送り軸に対応した基準軸により画定される2次元平面内における前記送り装置の運動誤差を同定する方法であって、
一方の前記対象物にレーザ測長器を配設し、他方の前記対象物に反射鏡を配設した状態で、前記送り装置を駆動して、前記2次元平面内における前記2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離を前記レーザ測長器によってそれぞれ測定し、
前記レーザ測長器により測定された距離データ、前記2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物の前記2次元平面における指定位置データ、固定した対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置データ、及び前記送り装置の誤差パラメータを基に、前記2つの対象物の前記2次元平面内における相対的な運動誤差を同定するように構成され、
前記誤差パラメータには、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータ、及び前記2つの対象物を同一の相対位置である指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる変位に関する誤差パラメータが含まれていることを特徴とする運動誤差同定方法。
【請求項2】
前記2次元平面の一方の基準軸をY軸、他方の基準軸をZ軸としたとき、運動誤差Δpn,m、即ちY軸方向の運動誤差ΔY(Y,Z)及びZ軸方向の運動誤差ΔZ(Y,Z)を以下の数式1によって算出するようにしたことを特徴とする請求項1記載の運動誤差同定方法。
【数1】
但し、Y及びZは2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物のY−Z平面における指定位置pn,m(Y,Z)である。また、n=1,...,Nであり、m=1,...,Mであり、N,Mは整数である。
YY(Y)は、Y軸に沿った直線送り軸(Y軸送り軸)のY軸方向における位置決め誤差、
ZZ(Z)は、Z軸に沿った直線送り軸(Z軸送り軸)のZ軸方向における位置決め誤差、
YZ(Z)は、Z軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
ZY(Y)は、Y軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
AY(Y)は、Y軸送り軸における、Y軸及びZ軸に直交する軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、理想のY軸に対するZ軸送り軸の直角誤差であり、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータである。
また、T及びTは、前記2つの対象物を同一の相対位置である指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる誤差パラメータであって、Tは前記2つの対象物間のY軸方向の変位であり、Tは同じくZ軸方向の変位である。
これらの誤差の内、EYY(Y)、EZZ(Z)、T及びTは、直接測定することによって得られ、その他の誤差EYZ(Z)、EZY(Y)、EAY(Y)及びEA(0Y)Zは、下記数式2によって得られる値を最小にする値として得られる。
【数2】
但し、Pは固定対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置であり、dn,mはレーザ測長器によって測定された距離データである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも2つの直交する直線送り軸を備えた送り装置において、前記2つの直線送り軸に対応した基準軸によって画定される2次元平面内での前記送り装置の運動誤差を同定する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
前記送り装置を備えた装置として、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。
【0003】
このような構成の工作機械では、その運動誤差として、X軸、Y軸及びZ軸の各送り軸(即ち、X軸送り装置、Y軸送り装置及びZ軸送り装置)における位置決め誤差、各送り軸の真直度などが考慮されており、このような運動誤差を補償する数値制御装置として、特開平8−152909号公報(下記特許文献1)に開示される数値制御装置が提案されている。
【0004】
ところで、近年では、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。尚、図5に示した各誤差の定義は以下の通りである。
XXは、X軸送り装置のX軸方向における位置決め誤差、
YYは、Y軸送り装置のY軸方向における位置決め誤差、
ZZは、Z軸送り装置のZ軸方向における位置決め誤差、
YXは、X軸送り装置のX軸−Y軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
ZXは、X軸送り装置のX軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
XYは、Y軸送り装置のY軸−X軸平面における真直誤差(X軸方向)、
ZYは、Y軸送り装置のY軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
XZは、Z軸送り装置のZ軸−X軸平面における真直誤差(X軸方向)、
YZは、Z軸送り装置のZ軸−Y軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
AXは、X軸送り装置におけるX軸まわりの角度誤差、
AYは、Y軸送り装置におけるX軸まわりの角度誤差、
AZは、Z軸送り装置におけるX軸まわりの角度誤差、
BXは、X軸送り装置におけるY軸まわりの角度誤差、
BYは、Y軸送り装置におけるY軸まわりの角度誤差、
BZは、Z軸送り装置におけるY軸まわりの角度誤差、
CXは、X軸送り装置におけるZ軸まわりの角度誤差、
CYは、Y軸送り装置におけるZ軸まわりの角度誤差、
CZは、Z軸送り装置におけるZ軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、Z軸送り装置と理想のY軸との直角誤差、
B(0X)Zは、Z軸送り装置と理想のX軸との直角誤差、
C(0X)Yは、Y軸送り装置と理想のX軸との直角誤差である。
尚、この他の誤差要因として、Y軸送り装置と理想のZ軸との直角誤差であるEA(0Z)Y、X軸送り装置と理想のZ軸との直角誤差であるEB(0Z)X、X軸送り装置と理想のY軸との直角誤差であるEC(0Y)Xが考えられる。
【0005】
そして、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50は、上面がワーク載置面(所謂テーブル)となったベッド51と、門形をしたフレーム52と、サドル53とから構成される。フレーム52は、その水平部がベッド51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51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53は、フレーム52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53には、主軸54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。
【0006】
上記各誤差は、ベッド51上に設置されたレーザ測長器30及び主軸54に装着されたミラー35を用いて測定される。具体的には、まず、レーザ測長器30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35を主軸54に装着する。そして、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35を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器30からミラー35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30に受光することによって、各レーザ測長器30によりミラー35との間の距離を測定する。
【0007】
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35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。
【0008】
尚、前記レーザ測長器30は、図7に示す基準球31の中心点を中心として、レーザ干渉計32を旋回移動可能に構成されており、前記ミラー35の移動に併せてレーザ干渉計30を旋回移動させることで、当該ミラー35を自動追尾することができるように構成されている。
【0009】
このような構造のレーザ測長器30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30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30を用い、このレーザ測長器30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35を前記各格子点に位置決めして、レーザ測長器30とミラー35との間の距離を測定するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平8−152909号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところが、従来のように1つのレーザ測長器30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30に要する費用は軽減されるものの、当該レーザ測長器30の各設置位置において、それぞれ前記ミラー35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30を用いた測定では、4つのレーザ測長器30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。
【0012】
また、工作機械の運動性能を評価する際に、工作機械の運転によって生じる熱変形の影響を含めて評価するなど、経時的な変化を含めた評価を行う場合に、上記のように、測定に長時間を要すると、測定中に運動性能が変化するため、正確な運動性能を評価することができないという問題がある。
【0013】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、1つのレーザ測長器を用いた測定であっても、送り装置の運動誤差を従来に比べて短時間で同定することができる同定方法の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するための本発明は、
相互に直交するように配設された少なくとも2つの直線送り軸を有し、該2つの直線送り軸を用いて、位置決め対象である2つの対象物の内、少なくとも一方を駆動して、該2つの対象物間の相対的な位置を位置決めするように構成された送り装置について、前記2つの直線送り軸に対応した基準軸により画定される2次元平面内における前記送り装置の運動誤差を同定する方法であって、
一方の前記対象物にレーザ測長器を配設し、他方の前記対象物に反射鏡を配設した状態で、前記送り装置を駆動して、前記2次元平面内における前記2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離を前記レーザ測長器によってそれぞれ測定し、
前記レーザ測長器により測定された距離データ、前記2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物の前記2次元平面における指定位置データ、固定した対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置データ、及び前記送り装置の誤差パラメータを基に、前記2つの対象物の前記2次元平面内における相対的な運動誤差を同定するように構成され、
前記誤差パラメータには、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータ、及び前記2つの対象物を同一の指定位置(相対位置)に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる変位に関する誤差パラメータが含まれる運動誤差同定方法に係る。
【0015】
本発明の同定方法によれば、まず、一方の前記対象物にレーザ測長器を配設し、他方の前記対象物に反射鏡を配設した状態で、前記送り装置を駆動して、前記2次元平面内における前記2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離を前記レーザ測長器によってそれぞれ測定する。
【0016】
そして、1)レーザ測長器によって測定された距離データと、2)前記指定位置を、前記2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物の前記2次元平面における位置に変換した指定位置(変換指定位置)に係るデータ(変換指定位置データ)と、3)固定した対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置データと、4)前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータと、5)前記2つの対象物を同一の指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる変位に関する誤差パラメータとを基に、前記送り装置によって位置決めされる前記2つの対象物の前記2次元平面内における相対的な運動誤差を同定する。
【0017】
尚、前記2つの対象物間の相対位置に関する前記指定位置は、前記2次元平面内の位置であれば何ら限定されるものではないが、一例を挙げると、その隣接する変換指定位置を結んだ線が矩形状を成すような位置とすることができる。
【0018】
斯くして、この運動誤差の同定方法によれば、前記送り装置によって位置決めされる前記2つの対象物の運動誤差を1つのレーザ測長器を用いて同定する際に、反復した操作を繰り返すことなく、2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離をレーザ測長器によって測定するという、一度の操作で運動誤差を同定することができるので、従来に比べてごく短時間で運動誤差を同定することができる。
【0019】
したがって、当該送り装置の運動性能を評価する際に、経時的な変化を評価する必要がある場合でも、本発明に係る運動誤差同定方法を用いて運動誤差を同定することで、当該送り装置の正確な運動性能を評価することができる。
【0020】
尚、本発明に係る運動誤差同定方法では、
前記2次元平面の一方の基準軸をY軸、他方の基準軸をZ軸としたとき、運動誤差Δpn,m、即ちY軸方向の運動誤差ΔY(Y,Z)及びZ軸方向の運動誤差ΔZ(Y,Z)は、以下の数式1によって算出することができる。
【数1】
但し、Y及びZは2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物のY−Z平面における指定位置pn,m(Y,Z)である。また、n=1,...,Nであり、m=1,...,Mであり、N,Mは整数である。
YY(Y)は、Y軸に沿った直線送り軸(Y軸送り軸)のY軸方向における位置決め誤差、
ZZ(Z)は、Z軸に沿った直線送り軸(Z軸送り軸)のZ軸方向における位置決め誤差、
YZ(Z)は、Z軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
ZY(Y)は、Y軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
AY(Y)は、Y軸送り軸における、Y軸及びZ軸に直交する軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、理想のY軸に対するZ軸送り軸の直角誤差であり、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータである。
また、T及びTは、前記2つの対象物を同一の指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる誤差パラメータであって、Tは前記2つの対象物間のY軸方向の変位であり、Tは同じくZ軸方向の変位である。
これらの誤差の内、EYY(Y)、EZZ(Z)、T及びTは、直接測定することによって得られる。
また、その他の誤差、即ち、EYZ(Z)、EZY(Y)、EAY(Y)及びEA(0Y)Zは、下記数式2によって得られる値を最小にする値として得られる。
【数2】
但し、Pは固定対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置であり、dn,mはレーザ測長器によって測定された距離データである。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る運動誤差同定方法によれば、前記送り装置によって位置決めされる前記2つの対象物の運動誤差を1つのレーザ測長器を用いて同定する際に、反復した操作を繰り返すことなく、2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離をレーザ測長器によって測定するという、一度の操作で運動誤差を同定することができるので、従来に比べてごく短時間で運動誤差を同定することができる。
【0022】
したがって、当該送り装置の運動性能を評価する際に、経時的な変化を評価する必要がある場合でも、当該送り装置の正確な運動性能を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】本発明の一実施形態に係る運動誤差同定方法を説明するための説明図である。
図2】本実施形態に係る運動誤差同定方法を説明するための説明図である。
図3】本実施形態に係る運動誤差同定方法によって同定された運動誤差を示した説明図である。
図4】本実施形態に係る運動誤差同定方法によって同定された運動誤差を示した説明図である。
図5】運動誤差を生じさせる誤差パラメータを示した説明図である。
図6】運動誤差を同定する従来の方法を説明するための説明図である。
図7】レーザ測長器及び反射鏡を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の具体的な実施の形態について説明する。尚、本例では、図1に示した工作機械の運動誤差を同定するものとする。
【0025】
まず、この工作機械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軸送り装置10、前記サドル4を矢示Y軸に沿って移動させるY軸送り装置15及び前記テーブル6を矢示Z軸に沿って移動させるZ軸送り装置20などを備えて構成される。尚、X軸、Y軸及びZ軸は互いに直交する基準軸である。
【0026】
前記X軸送り装置10は、X軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール14,14と、サーボモータであるX軸送りモータ11、このX軸送りモータ11によって駆動されるボールねじ12、このボールねじ12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12の両端を回転自在に支持する軸受13(一方の軸受は図示せず)などから構成される。このX軸送り装置10では、X軸送りモータ11を駆動してボールねじ12を回転させることで、コラム3がガイドレール14,14に案内されてX軸に沿って移動する。
【0027】
同様に、前記Y軸送り装置15は、Y軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール19,19と、サーボモータであるY軸送りモータ16、このY軸送りモータ16によって駆動されるボールねじ17、このボールねじ17に螺合し、且つ前記サドル4のコラム3側の面に固設されたボールナット(図示せず)、ボールねじ17の両端を回転自在に支持する軸受18(一方の軸受は図示せず)などから構成される。このY軸送り装置15では、Y軸送りモータ16を駆動してボールねじ17を回転させることで、サドル4がガイドレール19,19に案内されてY軸に沿って移動する。
【0028】
また、前記Z軸送り装置20は、Z軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール24,24と、サーボモータであるZ軸送りモータ21、このZ軸送りモータ21によって駆動されるボールねじ22、このボールねじ22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22の両端を回転自在に支持する軸受23,23などから構成される。このZ軸送り装置20では、Z軸送りモータ21を駆動してボールねじ22を回転させることで、テーブル6がガイドレール24,24に案内されてZ軸に沿って移動する。
【0029】
斯くして、この工作機械1は、X軸送り装置10、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20を適宜駆動することにより、主軸5とテーブル6とを3次元空間内で適宜相対的に移動させることができる。
【0030】
次に、この工作機械1の運動誤差を同定する方法について説明する。尚、本例では、前記工作機械1の運動誤差を以下の時点で測定して、工作機械1に生じる熱変形を考慮した当該工作機械1の運動誤差を同定し、評価するものとする。
1)第1回測定:初期状態で測定
2)第2回測定:第1回測定後、主軸5を回転速度4000min−1で2時間回転させた後に測定
3)第3回測定:第2回測定後、更に、主軸5を回転速度8000min−1で2時間回転させた後に測定
4)第4回測定:第3回測定後、更に、主軸5を回転速度12000min−1で2時間回転させた後に測定
【0031】
尚、本例では、主軸5とテーブル6とをY軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差を同定するが、X軸−Y軸平面内で移動させたときの運動誤差、及びX軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差も同様にして同定することができ、これら3つの平面内における運動誤差を総合的に評価することで、結果として、X軸,Y軸及びZ軸を基準軸とする3次元空間内における工作機械1の運動誤差を同定することができる。
【0032】
以下、前記第1回−第4回の各測定時における運動誤差の測定方法、及び運動誤差の同定方法について説明する。尚、本例では、第1回−第4回の各測定時において同じ手順を実行する。
【0033】
まず、Y軸送り装置15により主軸5とテーブル6とをY軸に沿って所定ピッチで移動させたときのY軸方向における位置決め誤差EYY(Y)、及びZ軸送り装置20により主軸5とテーブル6とをZ軸に沿って所定ピッチで移動させたときのZ軸方向における位置決め誤差EZZ(Z)を測定する。n=1,...,N、m=1,...,Mであり、N,Mは整数である。この測定に用いられる測定器は特に限定されるものではなく、本例のレーザ測長器30や、この他のレーザ干渉計、オートコリメータなどを用いて測定することができる。
【0034】
また、予め定めた基準位置に対する主軸5の経時的な変位を測定する。例えば、第1回−第4回の各測定時に、テーブル6を所定位置に位置決めした状態で、例えば、適宜変位計を用いて、テーブル6上に設定した基準位置と主軸5との間のY軸方向の変位T、及びZ軸方向の変位Tを測定する。
【0035】
次いで、図7に示したレーザ測長器30をテーブル6上に設置し、ミラー35を主軸5に装着した後、図2に示すように、Z軸送り装置20により、テーブル6をZ軸に沿って所定ピッチで指定位置P1,1からP1,Mに順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。
【0036】
次に、Y軸送り装置15により、主軸5をY軸に沿って所定ピッチで指定位置P1,MからPN,Mに順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。
【0037】
ついで、同様にして、Z軸送り装置20により、テーブル6をZ軸に沿って所定ピッチで指定位置PN,MからPN,1に順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。
【0038】
この後、Y軸送り装置15により、主軸5をY軸に沿って所定ピッチで指定位置PN−1,1からP2,1に順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。
【0039】
以上のようにして、レーザ測長器30とミラー35とを、隣接する各指定位置pn,m(Y,Z)を結んだ移動経路がY軸−Z軸平面内で矩形線を描くように所定ピッチで相対移動させ、各指定位置pn,m(Y,Z)において、レーザ測長器30とミラー35との間の距離を測定する。尚、このレーザ測長器30とミラー35との間の相対的な移動は、図2に示すように、レーザ測長器30を固定した状態で、ミラー35をY軸−Z軸平面内で移動させる態様と観念することができる。また、移動経路が含まれるY軸−Z軸平面には、レーザ測長器30の基準球31の中心点が含まれる。
【0040】
次に、第1回−第4回の各測定時に得られた、主軸5のY軸方向の位置決め誤差EYY(Y)、テーブル6のZ軸方向の位置決め誤差EZZ(Z)、主軸5のY軸方向の変位T、及び主軸5のZ軸方向の変位T、並びにレーザ測長器30とミラー35との間の距離データdn,mを基に、それぞれ指令位置pn,m(Y,Z)に対する運動誤差Δpn,m、即ちY軸方向の運動誤差ΔY(Y,Z)及びZ軸方向の運動誤差ΔZ(Y,Z)を同定する。
【0041】
具体的には、運動誤差Δpn,mは、以下の数式1によって算出することができる。
【数1】
但し、EYZ(Z)は、Z軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
ZY(Y)は、Y軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
AY(Y)は、Y軸送り軸における、Y軸及びZ軸に直交する軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、理想のY軸に対するZ軸送り軸の直角誤差であり、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータである。
【0042】
そして、これらの4つの誤差パラメータEYZ(Z)、EZY(Y)、EAY(Y)及びEA(0Y)Zは、下記数式2によって得られる値を最小にする値として得られる。
【数2】
但し、Pは固定した状態と観念されるレーザ測長器30の基準位置(前記基準球31の中心位置)のY軸−Z軸平面内における位置である。
【0043】
以上のようにして、第1回−第4回の各測定によって得られた各データを基に算出された、前記Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20により動作される主軸5とテーブル6との間のY軸−Z軸平面内における運動誤差Δpn,m図3に示す。図3では、指定位置pn,mを●で示し、第1回測定時の運動誤差Δpn,mを○、第2回測定時の運動誤差Δpn,mを□、第3回測定時の運動誤差Δpn,mを▲、第4回測定時の運動誤差Δpn,mを■で表わしている。尚、図3では、運動誤差Δpn,mを1000倍に拡大してプロットしている。
【0044】
図3から分かるように、この工作機械1では、主軸5を高速回転させるほど、Z軸方向の誤差が拡大して、その線図がZ軸の負方向(左側)にシフトした状態となる。これは、主軸5を高速回転させることで、主軸5内における発熱が増大し、これに伴う熱変形(熱膨張)によって、主軸5がテーブル6側、即ちZ軸負方向に変位したことを表している。この主軸5のZ軸方向の変位Tは既に測定されているので、同じく測定により既知となったY軸方向の変位Tも併せてキャンセルすると、第1回−第4回の各測定によって得られた主軸5とテーブル6との間のY軸−Z軸平面内における運動誤差Δpn,m図4に示すようになる。
【0045】
斯くして、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20により動作される主軸5とテーブル6との間のY軸−Z軸平面内における純粋な運動誤差Δpn,mは、図4に示すような主軸5の熱変形分をキャンセルしたものとして表される。そして、この図4からすると、当該工作機械1のY軸−Z軸平面内における運動性能は主軸5の回転速度には依存せず、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20の運動性能に依存していることが分かる。
【0046】
以上詳述したように、本例の運動誤差同定方法によれば、主軸5のY軸方向の位置決め誤差EYY(Y)、テーブル6のZ軸方向の位置決め誤差EZZ(Z)、主軸5のY軸方向の変位T、及び主軸5のZ軸方向の変位Tを測定するとともに、レーザ測長器30とミラー35とをその相対的な移動経路がY軸−Z軸平面内で矩形線を描くように所定ピッチで相対移動させ、各指定位置において、レーザ測長器30とミラー35との間の距離を測定するだけで、Y軸−Z軸平面内における主軸5とテーブル6との間の運動誤差を同定することができ、従来に比べて、極めて短時間で当該運動誤差を同定することができる。
【0047】
即ち、従来では、上述したように、レーザ測長器30を少なくとも4カ所の異なる位置に設置し、各設置状態において、それぞれミラー35を3次元空間内で設定される各格子点に位置決めしながら、レーザ測長器30によって距離を測定するという測定操作を、少なくとも4回繰り返して行う必要があるため、測定に極めて長い時間を要していた。したがって、例えば本例のように、工作機械1の熱変形を考慮した運動誤差を同定するような場合には、この従来の方法では、測定を完了する頃には、工作機械1の熱変形の状態が変化しているため、当該工作機械1の正確な運動性能を評価することができなかった。
【0048】
これに対し、本例の運動誤差同定方法では、2次元平面内での運動誤差を同定するようにしているので、レーザ測長器30とミラー35との相対移動させる指定位置(測定点)を従来に比べて格段に減少させることができ、言い換えれば、レーザ測長器30による測定回数を格段に減少させることができるので、その測定時間を従来に比べて格段に減少させることができる。斯くして、本例の運動誤差同定方法によれば、熱変形による影響など、工作機械1の運動性能の経時的な変化を評価する場合でも、当該運動性能を正確に評価することができる。
【0049】
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、何らこれに限定されるものではない。例えば、上例では、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20により主軸5とテーブル6とをY軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差を同定するようにしたが、これに限られるものではなく、X軸送り装置10及びZ軸送り装置20により主軸5とテーブル6とをX軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差を上例と同様の手法によって同定するようにしても良い。或いは、X軸送り装置10及びY軸送り装置15により主軸5とテーブル6とをX軸−Y軸平面内で移動させたときの運動誤差を上例と同様の手法によって同定するようにしても良い。
【0050】
更に、このようにして得られたX軸−Y軸平面内、X軸−Z軸平面内及びY軸−Z軸平面内における各運動誤差を基に、工作機械1のX軸,Y軸及びZ軸を基準軸とする3次元空間内における運動誤差を同定するようにしても良い。また、このような運動誤差の同定過程で、上述した誤差パラメータEXX、EYY、EZZ、EYX、EZX、EXY、EZY、EXZ、EYZ、EAX、EAY、EAZ、EBX、EBY、EBZ、ECX、ECY、ECZ、EA(0Y)Z、EB(0X)Z、EC(0X)Y、EA(0Z)Y、EB(0Z)X、EC(0Y)Xを導出することができる。
【0051】
また、本発明により運動誤差を同定するができる送り装置は、上述した構造の工作機械1に含まれる送り装置に限られるものではなく、相互に直交する直線送り軸を備えた送り装置であれば、どのような構造の送り装置であっても良く、更に、工作機械である場合に、上述した構造のものには限定されない。
【0052】
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。
【符号の説明】
【0053】
1 工作機械
2 ベッド
3 コラム
4 サドル
5 主軸
6 テーブル
10 X軸送り装置
15 Y軸送り装置
20 Z軸位送り装置
30 レーザ測長器
31 基準球
32 レーザ干渉計
35 ミラー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7