(57)【要約】【課題】複数軸を有する機械において、被制御部材の運動を測定器のセットアップを変えずに測定することのできる機械運動測定装置を提供すること。【解決手段】本発明の機械運動測定装置２０は、２軸以上の直動軸を有し、被制御部材１の位置を制御する機械における被制御部材の運動を測定する機械運動測定装置において、いずれの直動軸とも平行でなく、かつ、いずれの直動軸とも直角とならない方向を加速度検出方向として、加速度成分を検出する加速度検出部２と、指令加速度方向を測定対象方向とする測定対象方向決定部３と、加速度検出方向と測定対象方向のなす角度の余弦逆数を加速度成分に乗じることにより被制御部材の測定対象方向の加速度を求める被制御部材加速度演算部４と、を備える。【選択図】      図１
2010149247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸以上の互いに平行でない直動軸を有し、前記各直動軸に取り付けられた位置検出器の検出位置が前記各直動軸の指令位置に追従するようにサーボ制御を行って被制御部材の位置を制御する機械において前記被制御部材の運動を測定する機械運動測定装置であって、
いずれの前記直動軸とも平行でなく、かつ、いずれの前記直動軸とも直角とならない方向を加速度検出方向として、前記被制御部材の加速度成分を検出する加速度検出部と、
前記各直動軸の指令位置から指令加速度方向を求め、該指令加速度方向を測定対象方向とする測定対象方向決定部と、
前記加速度検出方向と前記測定対象方向のなす角度の余弦逆数を前記加速度検出部で検出した加速度成分に乗じることにより前記被制御部材の前記測定対象方向の加速度を求める被制御部材加速度演算部と、を備えることを特徴とする機械運動測定装置。
【請求項２】
前記測定対象方向決定部は、いずれか１つの直動軸の方向を測定対象軸方向とし、前記測定対象方向が測定対象軸方向と平行となる区間を抽出し、
前記被制御部材加速度演算部は、抽出された区間について前記被制御部材の測定対象方向の加速度を求めることを特徴とする請求項１記載の機械運動測定装置。
【請求項３】
前記加速度演算部で求めた前記被制御部材の測定対象方向の加速度を２回積分することにより、前記被制御部材の前記測定対象方向の位置変化を求める被制御部材変位演算部をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の機械運動測定装置。
【請求項４】
指令位置として２軸の直動軸がなす平面内の円弧指令を用いることを特徴とする請求項３に記載の機械運動測定装置。
【請求項５】
指令位置として前記測定対象軸方向にのみ移動が発生する直線移動指令を用いることを特徴とする請求項３に記載の機械運動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機械運動測定装置に係り、特に複数軸により多自由度の運動を行う機械の運動軌跡や運動精度の測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などの各種産業用機械では、互いに平行でない２つ以上の直動軸を用いて２次元平面あるいは３次元空間内のテーブルや工具といった被制御部材を移動させている。例えば、Ｘ軸方向に移動する部材の上にＸ軸方向に垂直なＹ軸方向に移動するテーブルを載せて、Ｘ軸の位置とＹ軸の位置をそれぞれ個別のモータで駆動して制御することで、テーブルの２次元平面内の位置を制御している。このとき、各軸の位置は各軸のモータに取り付けられたエンコーダや各軸の部材に取り付けられたリニアスケールといった位置検出器により計測し、各軸の位置検出器で検出された位置が各軸の指令位置に追従するようにサーボ制御が行われる。各軸の位置検出器は、被制御部材であるテーブルの位置のＸ軸方向またはＹ軸方向の位置を直接検出することが理想的であるが、実際には構造上の制約から、被制御部材とは離れた場所に位置検出器を取り付けざるを得ず、位置検出器で検出された位置と実際の被制御部材の位置との間には誤差が生じる。この誤差の例としては、例えば機械振動、ロストモーション、弾性変形などが挙げられる。以下ではこれらの誤差を総称して機械誤差と呼ぶ。
【０００３】
上記のような機械誤差があるので、このような機械の運動精度を測定する場合、位置検出器の検出位置を測定するだけでは不十分であり、被制御部材に何らかの測定装置を取り付けて被制御部材の位置を測定することが行われている。例えば、特許文献１にあるような、主軸に取り付けたレーザ光源とテーブル上のコーナキューブとの距離を計測することにより被制御部材の位置を測定する方法や、特許文献２にあるような、主軸にセットされる測定ヘッドとテーブル上の交差格子スケールプレートを備え、プレートに対する測定ヘッドの位置を検出することにより、２次元平面内での運動軌跡を測定する方法がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２５８４４号公報
【特許文献２】特開平１１−２１６６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法では、一度に測定できるのは、ある決まった一方向の変位だけであり、異なる方向の変位を測定する場合には、レーザ光源やコーナキューブを取り付けなおしてセットアップを変更する必要があった。すなわち、Ｘ軸方向の変位を測定する場合とＹ軸方向の変位を測定する場合とで測定器の取り付けをやり直さなければならず、複数の軸の測定を行うためには多大な手間と時間を必要としていた。また、特許文献２に記載の方法では、一度に２方向の変位を測定することができるが、測定範囲が限られており、異なる場所で測定を行う場合には、測定器の取り付け位置を変更する必要があった。例えば、工具がＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向に移動する機械においてＸＹ平面内の測定を行う場合に、Ｚ方向の位置を変えて測定を行いたい場合には、テーブルに取り付ける交差格子スケールプレートの取り付け高さを変更する必要があった。さらに、特許文献１および特許文献２ともに、工具側とテーブル側の両方に機材を設置する必要があり、セットアップが複雑で時間のかかるものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数軸を有する機械において、被制御部材の運動を測定器のセットアップを変えずに測定することのできる機械運動測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の機械運動測定装置は、２軸以上の互いに平行でない直動軸を有し、各直動軸に取り付けられた位置検出器の検出位置が各直動軸の指令位置に追従するようにサーボ制御を行って被制御部材の位置を制御する機械における被制御部材の運動を測定する機械運動測定装置であって、いずれの直動軸とも平行でなく、かつ、いずれの直動軸とも直角とならない方向を加速度検出方向として、被制御部材の加速度成分を検出する加速度検出部と、各直動軸の指令位置から指令加速度方向を求め、指令加速度方向を測定対象方向とする測定対象方向決定部と、加速度検出方向と測定対象方向のなす角度の余弦逆数を加速度検出部で検出した加速度成分に乗じることにより被制御部材の測定対象方向の加速度を求める被制御部材加速度演算部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
加速度検出方向と測定対象方向のなす角度の余弦逆数を、加速度検出部で検出した加速度成分に乗じることで被制御部材の測定対象方向の加速度を求めるので、被制御部材の複数の軸方向の運動を、測定器のセットアップを変えずに測定することができる。また、測定位置が変わった場合においても、測定器のセットアップを変えずに測定を行うことができる。さらに、被制御部材の１箇所に測定器をとりつけるだけで被制御部材の運動を測定することができるので、簡単な構成で測定を行うことができ、測定に要する時間や手間を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下に、図面を用いて本発明の実施の形態に係る機械運動測定装置について説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１０】
本発明の実施の形態１を、図１に示すブロック図を用いて説明する。機械運動測定装置２０は、被制御部材１と、被制御部材１のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸位置検出器１０と、被制御部材１をＸ軸方向に駆動するためのＸ軸モータ１１およびＸ軸ボールネジ１２と、Ｘ軸モータ１１を駆動するためのＸ軸サーボ制御部６と、被制御部材１のＹ軸方向の位置を検出するＹ軸位置検出器１３と、被制御部材１をＹ軸方向に駆動するためのＹ軸モータ１４およびＹ軸ボールネジ１５と、Ｙ軸モータ１４を駆動するためのＹ軸サーボ制御部７を備えた機械に対して、被制御部材１に取り付けられた加速度検出部２と、Ｘ軸位置指令・Ｙ軸位置指令の入力に対して測定対象方向を出力する測定対象方向決定部３と、測定対象方向と加速度検出部１で検出した加速度成分の入力に対して被制御部材１の測定対象方向の加速度を出力する被制御部材加速度演算部４と、被制御部材加速度を入力して被制御部材変位を出力する被制御部材変位演算部５を備えて構成される。被制御部材１は、ここではＮＣ工作機械において加工ワークを載置するテーブルとする。
【００１１】
被制御部材１は、Ｘ軸モータ１１とＸ軸ボールネジ１２によりＸ軸方向に駆動され、Ｙ軸モータ１４とＹ軸ボールネジ１５によりＹ軸方向に駆動される。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。Ｘ軸サーボ制御部６はＸ軸モータ１１を駆動するためのトルクを発生し、Ｘ軸位置検出器１０の検出位置がＸ軸位置指令に追従するようにサーボ制御を行う。また、Ｙ軸サーボ制御部７はＹ軸モータ１４を駆動するためのトルクを発生し、Ｙ軸位置検出器１３の検出位置がＹ軸位置指令に追従するようにサーボ制御を行う。このように、被制御部材１はＸ軸方向とＹ軸方向の２つの直動軸の方向に移動するように構成されている。Ｘ軸・Ｙ軸の位置指令は、例えば数値制御装置において加工プログラムで指定された点列を補間することで得られる。
【００１２】
被制御部材１には、加速度検出部２が取り付けられている。加速度検出部２は一方向の加速度を検出する加速度センサであり、その加速度検出方向は、いずれの直動軸とも平行でなく、かつ、いずれの直動軸とも直角とならない方向にとる。また、好ましくは、各直動軸の方向と加速度検出方向とがなす角度が等しくなるようにとる。
【００１３】
ＸＹ平面内における加速度検出方向を図２に示す。図２において、角度αはＸ軸方向と加速度検出方向のなす角度である。すなわち、Ｘ軸方向のベクトルを反時計回りに角度α回転させると、加速度検出方向と一致する。本実施の形態ではＸ軸とＹ軸は直交するようにとっているので、角度αは０°、９０°、１８０°、２７０°ではない角度とする。好ましくは、Ｘ軸と加速度検出方向とがなす角度と、Ｙ軸と加速度検出方向とがなす角度が等しくなるようにとるので、角度αは４５°、１３５°、２２５°、３１５°のいずれかの角度と等しくなるようにとる。以下、本実施の形態では、αは４５°とする。
【００１４】
一方、測定対象方向決定部３は、Ｘ軸位置指令とＹ軸位置指令から、ＸＹ平面上の位置指令の各点において指令加速度の方向を演算し、求められた指令加速度方向が直動軸のいずれかの軸の方向と平行となる区間を測定対象区間として抽出する。そして、測定対象方向決定部３は、指令加速度方向を測定対象方向として出力する。加速度の方向は、Ｘ軸位置指令とＹ軸位置指令をそれぞれ２回微分して各軸の指令加速度成分を求め、求められた各軸の指令加速度成分を合成したベクトルの方向として得ることができる。
【００１５】
被制御部材加速度演算部４は、測定対象方向決定部３から出力された測定対象方向と、加速度検出部１の加速度検出方向とがなす角度の余弦逆数を加速度検出部１で検出した加速度成分に乗ずることにより被制御部材加速度を演算し、演算結果を被制御部材変位演算部５に出力する。被制御部材変位演算部５では、被制御部材加速度を２回積分した結果を被制御部材変位として出力する。
【００１６】
次に、測定対象方向決定部３と被制御部材加速度演算部４の動作について詳述する。本実施の形態１では、位置指令としてＸＹ平面内の円弧形状の指令を用いる。円弧形状の場合の、Ｘ軸、Ｙ軸の位置指令（Ｘｒ，Ｙｒ）を以下の式で与える。
【００１７】
【数１】
2010149247.tif 000003
【００１８】
ここで、ｔは時刻、Ｒは指令円弧の半径、ωは指令円弧の角速度、φは指令開始時の位相を表す。円弧形状の指令では、指令加速度の方向は常に指令円弧の中心方向となる。すなわち、時刻ｔにおける指令加速度の方向（ｒＸ，ｒＹ）は以下の式で与えられる。
【００１９】
【数２】
2010149247.tif 000004
【００２０】
ここで、（ｒＸ，ｒＹ）はベクトルの長さが１となるように正規化されている。この場合、１周の円弧指令の中で指令加速度の方向がＸ軸またはＹ軸の方向と平行となる部分は４箇所存在する。すなわち、ωｔ＝φ，φ＋１８０°の２箇所でＹ軸と平行となり、ωｔ＝φ＋９０°，φ＋２７０°の２箇所でＸ軸と平行となる。平行であるかどうかの判定には、所定の閾値を設け、ちょうど平行である点の近傍を平行とみなすようにしてもよい。すなわち、指令加速度の方向とＸ軸またはＹ軸のなす角度が別途パラメータで指定した閾値角度δ以下となっていれば、平行であるとみなして該当する区間を抽出する。すなわち、測定対象軸がＹ軸である場合には（φ−δ≦ωｔ≦φ＋δ），  （φ＋１８０°−δ≦ωｔ≦φ＋１８０°＋δ）の区間を抽出し、測定対象軸がＸ軸である場合には、（φ＋９０°−δ≦ωｔ≦φ＋９０°＋δ，  （φ＋２７０°−δ≦ωｔ≦φ＋２７０°＋δ）となる区間を抽出する。
【００２１】
測定対象方向決定部３では、指令加速度方向（測定対象方向）が測定対象軸（Ｘ軸またはＹ軸）の方向と平行となる区間を抽出し、各区間について式（２）を用いて求めた指令加速度方向を測定対象方向として出力する。被制御部材１に発生する加速度の方向は、被制御部材１に異常な外乱要素が働かない限り、指令加速度方向と一致する。
【００２２】
被制御部材加速度演算部４では、加速度測定部の検出した加速度検出方向の加速度成分から測定対象方向の加速度を求める。測定対象方向の加速度の具体的な計算を、図３を用いて説明する。加速度検出方向と測定対象方向のなす角度をθとして、測定対象方向の加速度を、加速度検出方向と加速度検出方向に垂直な方向に分解する場合、測定対象方向の加速度は加速度検出方向の加速度成分にθの余弦逆数すなわち１／ｃｏｓ（θ）を乗じた値となる。つまり、測定対象方向の加速度Ａｍは、加速度検出方向の加速度検出成分Ａｄと角度θから以下の式で求めることができる。
【００２３】
【数３】
2010149247.tif 000005
【００２４】
加速度検出方向に垂直な方向の加速度が検出できなくても、被制御部材１に加わる加速度の方向が測定対象方向であると判明している場合には、加速度検出方向の加速度検出値とθの値がわかれば、測定対象方向の加速度を式（３）を用いて求めることができる。位置指令が式（１）の円弧指令である場合、加速度検出方向と測定対象方向のなす角度θは以下で求められる。Ｘ軸が測定対象軸である場合には、ωｔ＝φ＋９０°，φ＋２７０°の近傍であり、θ＝α＋（ωｔ−φ）−９０°となる。Ｙ軸が測定対象軸である場合には、ωｔ＝φ，φ＋１８０°の近傍であり、θ＝９０°−（ωｔ−φ）−αとなる。
【００２５】
式（３）においてＡｄにかける乗数１／ｃｏｓ（θ）の値が、測定対象軸がＸ軸である場合とＹ軸である場合とで大きく異なっていると、測定対象軸がＸ軸である場合のＸ軸方向の加速度測定感度と、測定対象軸がＹ軸である場合のＹ軸方向の加速度測定感度が大きく異なってしまう。加速度検出方向とＸ軸、Ｙ軸とそれぞれなす角度を等しくすることで、式（３）においてＡｄにかける乗数１／ｃｏｓ（θ）を測定対象軸の方向によって大きく変化しないようにすることができ、測定対象軸がいずれの軸方向であっても、同じ感度で加速度測定を行うことができる。
【００２６】
測定対象方向の加速度を２回積分することにより、測定対象方向の変位を求めることができる。円弧形状の位置指令を用いる場合、測定対象方向決定部で抽出される区間は指令円弧の象限切り替わり部分となり、測定対象方向は測定対象軸に沿った指令円弧の半径方向となるので、本実施の形態１により、象限切り替わり時の被制御部材の半径方向の変位を測定することが可能となる。
【００２７】
次に、本実施の形態１における効果を数値シミュレーション例を用いて説明する。半径１００ｍｍ、送り速度５ｍ／ｍｉｎ、時計回り（ＣＷ）の円弧指令を与えたときの被制御部材の変位を測定することを考える。被制御部材はＸ軸方向の剛性が低く、Ｘ軸方向は反共振周波数が５０Ｈｚ、共振周波数が５５Ｈｚ、減衰比が０．１の２慣性共振系の特性を有するものとし、Ｙ軸方向は剛体とみなせるものとする。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに移動時に動摩擦が発生するものとする。このとき、被制御部材１の軌跡は図４に示すようになる。図４は半径方向の誤差を拡大して表示しており、半径方向の１目盛りは５μｍである。象限切り替わり部分で、Ｘ軸方向は約８μｍ、Ｙ軸方向は約１２μｍの象限突起を生じている。一方、加速度検出方向（Ｘ軸方向に対して４５°の角度をなす方向）の加速度成分を図５に示す。指令加速度方向がＹ軸の負方向となる領域（図４の領域Ａ）と、指令加速度方向がＸ軸の負方向となる領域（図４の領域Ｂ）に対応する区間について、図５に示した加速度検出方向の加速度成分から式（３）を用いて求めた被制御部材の加速度を図６に示す。ここで、測定対象方向が直動軸方向と平行であるとみなす角度閾値δは５°とした。また、これらの加速度を２回積分して求めた被制御部材の変位を図７に示す。図６から象限切り替わり時の半径方向変位の変化がわかる。Ｙ軸方向の象限突起は約１２μｍ程度であり、Ｘ軸方向の象限突起は約７μｍであることや、Ｘ軸方向は剛性が低いために変位に振動が発生していることなどがわかる。位置検出器取り付け位置よりも先の部分が振動しているもので、位置検出器１０，１３で検出される変位にはこのような振動は現れない。本実施の形態１の機械運動測定装置２０により被制御部材１の変位を測定することで、被制御部材１の変位の振動を観察することが可能となる。
【００２８】
以上より、実施の形態１では、加速度センサを被制御部材に１つ取り付けるだけのセットアップで、円弧軌跡の複数の箇所の半径方向の加速度および変位を測定することができる。これにより、複数の軸方向の象限突起の大きさや半径方向変位の振動を測定することができる。また、被制御部材１にとりつけるセンサが１つですむので、被制御部材の運動測定のための機材を小型軽量化することができる。さらに、被制御部材１がＸ軸・Ｙ軸に垂直な方向（Ｚ軸方向）にも直動軸を有する場合には、被制御部材１をＺ軸方向に移動させる場合であっても、センサのセットアップを変えずに測定することが可能となる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態２の構成は実施の形態１と同様に図１のブロック図で表される。実施の形態１と相違する点は、位置指令として円弧形状ではなく、測定対象軸の１軸だけが駆動する直線形状の指令を用いる点である。例えば、測定対象軸がＸ軸である場合、位置指令（Ｘｒ，Ｙｒ）を以下の式で与える。
【００３０】
【数４】
2010149247.tif 000006
【００３１】
ここで、ｔは時刻、ｖは送り速度、Ｌは移動距離を表す。測定対象方向決定部３では、Ｘ軸位置指令とＹ軸位置指令を２回微分して求めた指令加速度により、指令加速度が発生する軸方向を測定対象方向とする。本実施の形態２の場合、測定対象方向決定部３は、測定対象方向と測定対象軸方向とが平行となる区間として、測定対象方向に指令加速度が発生する時点より後の区間を抽出する。
【００３２】
次に、被制御部材加速度演算部４では、測定対象方向に指令加速度が発生した区間以降の加速度検出方向の加速度成分から、測定対象方向の加速度Ａｍを、式（３）を用いて求める。測定対象方向と、加速度検出方向のなす角度θは、測定対象軸に応じて、Ｘ軸方向と加速度検出方向がなす角度αを用いて以下で決定される。Ｘ軸が測定対象軸である場合には、θ＝αとなる。一方、Ｙ軸が測定対象軸である場合には、θ＝９０°−αとなる。
α＝４５°ととれば、Ｘ軸と加速度検出方向がなす角度と、Ｙ軸と加速度検出方向とがなす角度が等しくなり、Ｘ軸方向を測定する場合とＹ軸方向を測定する場合の加速度測定の感度を等しくすることができる。
【００３３】
被制御部材変位演算部５では、測定対象方向に指令加速度が発生した区間以降の測定対象方向の加速度を積分することにより、測定対象方向の変位を求める。
【００３４】
次に、本実施の形態２における効果を、数値シミュレーション例を用いて説明する。Ｘ軸方向に送り速度１０ｍ／ｍｉｎで１ｍｍ移動し、１秒間停止したあと、Ｙ軸方向に２ｍｍ移動する指令を与える。機械のＸ軸方向の機械振動特性は反共振周波数が５０Ｈｚ、共振周波数が５５Ｈｚ、減衰比が０．１の２慣性共振系の特性であり、Ｙ軸方向は反共振周波数が３０Ｈｚ、共振周波数が３５Ｈｚ、減衰比が０．２の２慣性共振系の特性であるものとする。この場合の、加速度検出方向の加速度成分を図８に示す。まずＸ軸の移動に伴う加速度成分の変化が生じ、次に約１秒後から、Ｙ軸の移動に伴う加速度成分の変化が生じている。Ｘ軸の移動開始（すなわちＸ軸方向の指令加速度が発生した時点）から０．５秒間をＸ軸移動区間、Ｙ軸の移動開始（すなわちＹ軸方向の指令加速度が発生した時点）から０．５秒間をＹ軸移動区間とし、それぞれの区間において式（３）を用いて求めた被制御部材の測定対象方向の加速度を図９に示す。また、図９に示した加速度を２回積分して求めた被制御部材の測定対象方向の変位を図１０に示す。図１０より、被制御部材に生じる移動後の残留振動は、Ｘ軸方向は振幅約０．３ｍｍ、周波数約５０Ｈｚであり、Ｙ軸方向は振幅約０．４ｍｍ、周波数約３０Ｈｚであることなどがわかる。これらの振動は、位置検出器取り付け位置よりも先の部分が振動しているもので、位置検出器１０，１３で検出される変位にはこのような大きな振動は現れない。本実施の形態２の構成により被制御部材１の変位を測定することで、被制御部材１の変位の振動を観察することが可能となる。
【００３５】
以上より、実施の形態２では、加速度センサを被制御部材１に１つ取り付けるだけのセットアップで、複数軸方向に移動させたときの被制御部材の変位や残留振動を測定することができる。また、被制御部材にとりつけるセンサが１つですむので、被制御部材の運動測定のための機材を小型軽量化することができる。さらに、被制御部材がＸ軸・Ｙ軸に垂直な方向（Ｚ軸方向）にも直動軸を有する場合には、被制御部材１をＺ軸方向に移動させる場合であっても、センサのセットアップを変えずに測定することが可能となる。
【００３６】
実施の形態３．
実施の形態３の構成を表すブロック図を図１１に示す。実施の形態１および実施の形態２との相違点は、Ｘ軸とＹ軸に垂直なＺ軸方向にも直動軸を有し、被制御部材１がＺ軸方向にも移動する点と、加速度検出方向がＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸とそれぞれなす角度が等しくなるように、加速度検出部２を設置する点である。Ｚ軸方向にも直動軸を有するので、機械運動測定装置２０は、被制御部材１のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸位置検出器１６と、被制御部材１をＺ軸方向に駆動するためのＺ軸モータ１７およびＺ軸ボールネジ１８と、Ｚ軸モータ１７を駆動するためのＺ軸サーボ制御部８と、をさらに備える。
【００３７】
実施の形態３における加速度検出器の検出方向を図１２に示す。Ｘ軸方向と加速度検出方向がなす角度をα、Ｙ軸方向と加速度検出方向がなす角度をβ、Ｚ軸方向と加速度検出方向がなす角度をγとする。α・β・γは、加速度検出方向が直動軸の方向と平行とならないように設定する。本実施の形態では、各直動軸は互いに直交しているので、α・β・γは、０°、９０°、１８０°、２７０°以外の角度とする。また、好ましくは、加速度検出方向と各直動軸とがなす角度が等しくなるように設定する。加速度検出方向と各直動軸とがなす角度が等しくなるためには、加速度検出方向の方向余弦の各成分が等しくなるようにとる。すなわち、以下の式を満たすようにとればよい。
【００３８】
【数５】
2010149247.tif 000007
【００３９】
Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸は直交しているので、
【００４０】
【数６】
2010149247.tif 000008
【００４１】
となる。式（５）と式（６）より、
【００４２】
【数７】
2010149247.tif 000009
【００４３】
と設定すればよい。この角度は、約５４．７°となる。また、言い換えると、加速度検出方向のＸＹＺ空間内でのベクトルが（１，１，１）の方向になるように加速度検出方向をすればよい。
【００４４】
このとき、加速度検出部１で検出した加速度検出方向の加速度成分をＡｄとし、測定対象方向と加速度検出方向と加速度検出方向のなす角度をθとすると、測定対象方向の加速度Ａｍは、式（３）で与えられる。実施の形態２と同様に、いずれかひとつの直動軸を測定対象軸として測定対象軸にのみ移動指令を与えた場合の測定対象軸方向の運動を測定する場合、角度θは、測定対象軸の方向によって以下のように決定される。Ｘ軸が測定対象軸である場合には、θ＝αとなる。Ｙ軸が測定対象軸である場合には、θ＝βとなる。Ｚ軸が測定対象軸である場合には、θ＝γとなる。
【００４５】
このように実施の形態３を用いれば、加速度センサを１方向に取り付けるだけで、Ｘ軸方向・Ｙ軸方向・Ｚ軸方向に移動させたときの被制御部材１の変位を、セットアップを変えずに測定することができる。また、ＸＹ平面内の円弧形状指令の場合の被制御部材１の半径方向の変位測定と、ＹＺ平面内の円弧形状指令の場合の被制御部材１の半径方向の変位測定とを同一のセットアップで行うことができ、これによりＸ軸方向・Ｙ軸方向・Ｚ軸方向の象限突起の測定を、セットアップを変えずに行うことが可能となる。
【００４６】
なお、以上の実施の形態では、各直動軸の位置指令を与える数値制御装置と機械運動測定装置は別個のものとして説明したが、数値制御装置の中に機械運動測定装置を含むものであってもよい。このような構成とすることで、機械運動測定装置で求めた被制御部材の変位や運動精度に基づいて数値制御装置の制御パラメータを調整したり、機械の診断を行ったりするといった様々な応用が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、この発明に係る機械運動測定装置は、数値制御工作機械やロボットにおいて、機械の運動を測定するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態１，２に係る機械運動測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１，２における加速度検出部の加速度検出方向を示す図である。
【図３】測定対象方向の加速度演算の説明図である。
【図４】実施の形態１における被制御部材の軌跡を示す図である。
【図５】実施の形態１における加速度検出方向の加速度成分を示す図である。
【図６】実施の形態１における測定対象方向の加速度を示す図である。
【図７】実施の形態１における測定対象方向の変位を示す図である。
【図８】実施の形態２における加速度検出方向の加速度成分を示す図である。
【図９】実施の形態２における測定対象方向の加速度を示す図である。
【図１０】実施の形態２における測定対象方向の変位を示す図である。
【図１１】実施の形態３に係る機械運動測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態３における加速度検出方向を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  被制御部材
２  加速度検出部
３  測定対象方向決定部
４  被制御部材加速度演算部
５  被制御部材変位演算部
６  Ｘ軸サーボ制御部
７  Ｙ軸サーボ制御部
８  Ｚ軸サーボ制御部
１０  Ｘ軸位置検出器
１１  Ｘ軸モータ
１２  Ｘ軸ボールネジ
１３  Ｙ軸位置検出器
１４  Ｙ軸モータ
１５  Ｙ軸ボールネジ
１６  Ｚ軸位置検出器
１７  Ｚ軸モータ
１８  Ｚ軸ボールネジ
２０  機械運動測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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