(57)【要約】【課題】主軸を回転させた状態で、回転軸の幾何誤差を測定することができる測定方法を提供する。【解決手段】物体を非接触状態で検出する検出装置４０をテーブル上に固定した後、主軸８に工具Ｔを保持させ、回転させた状態で、検出装置４０によって検出される、工具ＴのＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とした三次元空間内における検出位置を認識する。次に、回転送り装置により主軸とテーブルとを回転軸回りに予め設定した角度だけ相対的に回転させるとともに、回転後に検出装置４０によって検出される工具Ｔの三次元空間内における検出位置を認識する。ついで、認識された三次元空間内における各検出位置を基に、回転送り装置に係る回転軸の幾何誤差を算出する。【選択図】図２
2018128328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を保持して回転させる主軸と、
ワークが取り付けられるテーブルと、
前記主軸とテーブルとを、前記主軸の軸線に平行なＺ軸、該Ｚ軸に直交するＸ軸、並びに前記Ｘ軸及びＺ軸に直交するＹ軸の直交３軸方向にそれぞれ相対的に移動させるＺ軸送り装置，Ｘ軸送り装置及びＹ軸送り装置と、
前記主軸とテーブルとを相対的に回転させる少なくとも一つの回転送り装置と、
前記Ｘ軸送り装置，Ｙ軸送り装置，Ｚ軸送り装置及び回転送り装置をそれぞれ数値制御する数値制御装置とを備えた工作機械の、前記回転送り装置に係る回転軸の幾何誤差を測定する方法であって、
物体を非接触状態で検出する検出装置を前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記検出装置によって検出される前記工具の、前記Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とした三次元空間内における検出位置を認識し、
次に、前記回転送り装置により前記主軸とテーブルとを相対的に前記回転軸回りに予め設定した角度回転させるとともに、回転後に前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における各検出位置を基に、前記回転送り装置に係る前記回転軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項２】
前記工作機械は、前記回転送り装置として、前記テーブル上面に直交し、且つ前記Ｚ軸と平行なＣ軸を前記回転軸として前記テーブルを回転させるＣ軸送り装置を備えており、
前記検出装置として、レーザ光を照射し、物体によってレーザ光が遮られたとき当該物体を検知するように構成された検出装置を用い、該検出装置をそのレーザ光が前記テーブル上面と平行になり、且つ前記Ｘ軸又はＹ軸と平行になるように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記レーザ光が前記Ｘ軸又はＹ軸と平行になる回転位置に前記テーブルが在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
前記Ｃ軸送り装置により前記テーブルをＣ軸回りの一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
前記Ｃ軸送り装置により前記テーブルを更に前記一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｃ軸送り装置により前記テーブルを更に前記一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における４つの検出位置を基に、前記Ｃ軸送り装置に係る前記Ｃ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項３】
前記工作機械は、前記回転送り装置として、前記テーブル上面及び前記Ｙ軸と平行なＢ軸を前記回転軸として前記テーブルを回転させるＢ軸送り装置を備えており、
前記検出装置として、レーザ光を照射し、物体によってレーザ光が遮られたとき当該物体を検知するように構成された検出装置を用い、該検出装置をそのレーザ光が前記Ｂ軸と平行になるように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置に前記テーブルが在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｂ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、Ｂ軸回りの一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項４】
更に、前記Ｂ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、前記一方向とは逆の方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項３記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項５】
前記工作機械は、前記回転送り装置として、前記テーブル上面及び前記Ｙ軸と平行なＢ軸を前記回転軸として前記主軸を回転させるＢ軸送り装置を備えており、
前記検出装置として、レーザ光を照射し、物体によってレーザ光が遮られたとき当該物体を検知するように構成された検出装置を用い、該検出装置をそのレーザ光が前記Ｂ軸と平行になるように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記主軸の軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置に該主軸が在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｂ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置から、Ｂ軸回りの一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項６】
更に、前記Ｂ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置から、前記一方向とは逆の方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項５記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項７】
前記工作機械は、前記回転送り装置として、Ｙ軸−Ｚ軸平面内で該Ｙ軸及びＺ軸に対して４５°の角度で交わるＤ軸を前記回転軸として前記テーブルを回転させるＤ軸送り装置を備えており、
前記検出装置として、レーザ光を照射し、物体によってレーザ光が遮られたとき当該物体を検知するように構成された検出装置を用い、上面が前記Ｚ軸と平行になる回転位置に前記テーブルが在るときに、レーザ光が前記Ｙ軸及びＺ軸と直交した状態となるように、前記検出装置を前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記テーブル上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置に該テーブルが在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｄ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、Ｄ軸回りの一方向に１８０°回転させた、前記上面が前記Ｚ軸と平行となる回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項８】
更に、前記Ｄ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、前記一方向とは逆の方向に１８０°回転させた、前記上面が前記Ｚ軸と平行となる回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項７記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項９】
前記工作機械は、前記回転送り装置として、Ｙ軸−Ｚ軸平面内で該Ｙ軸及びＺ軸に対して４５°の角度で交わるＤ軸を前記回転軸として前記主軸を回転させるＤ軸送り装置を備えており、
前記検出装置として、レーザ光を照射し、物体によってレーザ光が遮られたとき当該物体を検知するように構成された検出装置を用い、該検出装置をそのレーザ光が前記Ｙ軸及びＺ軸と直交するように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記主軸の軸線が前記テーブル上面と平行となる回転位置に該主軸が在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｄ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と平行となる回転位置から、Ｄ軸回りの一方向に１８０°回転させた、前記軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項１０】
更に、前記Ｄ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と平行となる回転位置から、前記一方向とは逆の方向に１８０°回転させた、前記軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項９記載の工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項１１】
前記検出装置によって検出される前記工具の検出位置を前記数値制御装置から取得するようにしたことを特徴とする請求項１乃至１０記載のいずれかの工作機械の幾何誤差測定方法。
【請求項１２】
前記検出装置は、前記テーブルと前記主軸が相対移動する動作領域外の待機位置に配設されており、幾何誤差測定時に、前記検出装置を待機位置から前記テーブル上に搬送して固定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至１１記載のいずれかの工作機械の幾何学誤差測定方法。
【請求項１３】
前記工作機械の加工領域内の雰囲気温度、又は前記工作機械の各構成要素の温度を、該工作機械で実行される加工時の温度と見做せる温度に設定した後、前記幾何誤差測定を行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至１２記載のいずれかの工作機械の幾何誤差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の幾何誤差を測定する方法に関し、特に、主軸とテーブルとを相対的に回転させる回転送り装置について、その回転軸に係る幾何誤差を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工作機械の分野では、相互に直交する直進３軸方向の送り装置であるＸ軸送り装置、Ｙ軸送り装置及びＺ軸送り装置に加えて、主軸とテーブルとを相対的に回転させる２つの回転送り装置を備えた所謂５軸工作機械が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
この５軸工作機械は、複雑な加工を行うことができるという利点を有する反面、単純な直進３軸の工作機械に比べて高い加工精度が得られ難いという一面を有する。その原因の一つとしては、５軸工作機械は直進３軸に加えて２つの回転軸を有し、しかも各軸が直列に繋がった構成を備えているため、各軸の組み立て誤差、即ち、各軸の取り付け位置及び向きに係る誤差が累積的に積み重なって大きな誤差になるものと考えらえる。また、５軸工作機械はこのような機械構造を有するものであるため、熱変形や経年変化の影響を受け易く、このことも一因であると考えられる。
【０００４】
そこで、前記Ｘ軸送り装置、Ｙ軸送り装置及びＺ軸送り装置の送り精度や各送り軸の幾何誤差、並びに各回転送り装置の送り精度やその回転軸の幾何誤差を機上で測定する試みがなされている。特に、回転軸の幾何誤差の測定については、近時、鋭意研究がなされているところであり、その一つとして、下記非特許文献１に開示される測定方法が提案されている。尚、前記幾何誤差とは、各送り軸及び回転軸に係る軸平均線の位置及び向きの誤差を意味し、ＩＳＯ  ２３０−７：２０１５に規定される「ｌｏｃａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒｓ」に相当するものである。
【０００５】
この非特許文献１に開示された測定方法は、伸縮可能なバーの両端にそれぞれボールを備えた所謂ダブルボールバーを用いるものである。具体的には、一方のボール側をテーブルに装着し、他方のボール側を工作機械の主軸に装着した状態で、前記回転軸を中心にテーブルを回転させるとともに、これと同期させて、直進送り軸により前記主軸を前記バーの長さが理論上変化しないように３次元空間内で移動させ、そのときのバーの伸縮量を測定する。そして、得られた測定値、及び所定の理論計算式を基に、前記回転軸の幾何誤差を算出する。
【０００６】
この他、被加工物の形状を計測するためのタッチプローブを用いて、前記回転軸の幾何誤差を測定する方法も、従来、提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】登根慎太郎、加藤教之、堤正臣著  「幾何偏差の測定及び補正による５軸制御マシニングセンタの工具経路精度の向上」  日本機械学会論文集（Ｃ編）７８巻７９４号（２０１２−１０）  第２２７頁〜第２３８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述した非特許文献１に開示される測定方法は、主軸にダブルボールバーを装着した状態で行うものであり、測定時には当該主軸の回転を停止する必要があるため、実際の加工状態に近い状態、即ち、主軸が回転している状態の前記幾何誤差を測定することができないという問題があった。このことは、タッチプローブを用いる測定方法においても同様である。
【０００９】
主軸を回転させた加工状態では、当該主軸を回転させる主軸モータが発熱し、この主軸モータからの熱によって工作機械が熱変形することが従来より知られており、前記回転軸の幾何誤差もこの熱変形の影響を少なからず受けている。したがって、主軸を停止した状態で測定された幾何誤差と、主軸を回転させた状態で測定される幾何誤差とでは、無視できないほどの大きな差を有するものと考えられる。
【００１０】
このため、従来の測定方法、即ち、主軸を停止した状態で測定される幾何誤差データを基に、当該工作機械の運動誤差を補正しても、加工状態で生じている本来の幾何誤差を正確には補正することができず、したがって、高精度な加工を保証することはできない。
【００１１】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、実際の加工に即した状態、即ち、主軸を回転させた状態で、回転軸の幾何誤差を測定することができる測定方法の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、
工具を保持して回転させる主軸と、
ワークが取り付けられるテーブルと、
前記主軸とテーブルとを、前記主軸の軸線に平行なＺ軸、該Ｚ軸に直交するＸ軸、並びに前記Ｘ軸及びＺ軸に直交するＹ軸の直交３軸方向にそれぞれ相対的に移動させるＺ軸送り装置，Ｘ軸送り装置及びＹ軸送り装置と、
前記主軸とテーブルとを相対的に回転させる少なくとも一つの回転送り装置と、
前記Ｘ軸送り装置，Ｙ軸送り装置，Ｚ軸送り装置及び回転送り装置をそれぞれ数値制御する数値制御装置とを備えた工作機械の、前記回転送り装置に係る回転軸の幾何誤差を測定する方法であって、
物体を非接触状態で検出する検出装置を前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記検出装置によって検出される前記工具の、前記Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とした三次元空間内における検出位置を認識し、
次に、前記回転送り装置により前記主軸とテーブルとを相対的に前記回転軸回りに予め設定した角度回転させるとともに、回転後に前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における各検出位置を基に、前記回転送り装置に係る前記回転軸の幾何誤差を算出するようにした工作機械の幾何誤差測定方法に係る。
【００１３】
この幾何誤差測定方法では、まず、物体を非接触状態で検出する検出装置をテーブル上に固定した後、主軸に、例えば、実際に加工で使用する工具を保持させるとともに、これを実加工時の回転速度で回転させた状態にし、前記検出装置によって検出される前記工具の、前記Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とした三次元空間内における検出位置を認識する。
【００１４】
尚、この検出位置は、前記Ｘ軸送り装置，Ｙ軸送り装置及びＺ軸送り装置から入力される位置信号を基に前記数値制御装置において認識されている、例えば機械座標系における位置であって、前記検出装置によって工具が検出されたときの位置である。前記位置信号は、例えば、前記Ｘ軸送り装置，Ｙ軸送り装置及びＺ軸送り装置にそれぞれ設けられるエンコーダやリニアスケールから出力される信号である。
【００１５】
次に、前記回転送り装置により前記主軸とテーブルとを相対的に前記回転軸回りに予め設定した角度回転させ、回転後に前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識する。
【００１６】
そして、認識された前記三次元空間内における各検出位置を基に、前記回転送り装置に係る前記回転軸の幾何誤差を算出する。
【００１７】
斯くして、この幾何誤差測定方法によれば、実際の加工と同様に、主軸を回転させた状態、即ち、主軸モータの熱によって熱変形した状態の工作機械における、前記回転軸の幾何誤差を測定することができるので、実際の加工時に即した正確な幾何誤差を測定することができる。したがって、このようにして測定された正確な幾何誤差を基に、当該工作機械の運動誤差を補正することで、高精度な加工を保証することが可能となる。
【００１８】
尚、本発明では、前記検出装置として、レーザ光を照射し、物体によってレーザ光が遮られたとき当該物体を検知するように構成された検出装置を用いることができる。
【００１９】
また、本発明では、前記工作機械は、前記回転送り装置として、前記テーブル上面に直交し、且つ前記Ｚ軸と平行なＣ軸を前記回転軸として前記テーブルを回転させるＣ軸送り装置を備えた第１の態様を採ることができる。
【００２０】
そして、この第１の態様の工作機械において、前記Ｃ軸の幾何誤差を測定する場合、まず、前記検出装置をそのレーザ光が前記テーブル上面と平行になり、且つ前記Ｘ軸又はＹ軸と平行になるように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記レーザ光が前記Ｘ軸又はＹ軸と平行になる回転位置に前記テーブルが在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
前記Ｃ軸送り装置により前記テーブルをＣ軸回りの一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
前記Ｃ軸送り装置により前記テーブルを更に前記一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｃ軸送り装置により前記テーブルを更に前記一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における４つの検出位置を基に、前記Ｃ軸送り装置に係る前記Ｃ軸の幾何誤差を算出する。
【００２１】
また、前記工作機械は、前記回転送り装置として、前記テーブル上面及び前記Ｙ軸と平行なＢ軸を前記回転軸として前記テーブルを回転させるＢ軸送り装置を備えた第２の態様をとることができる。
【００２２】
そして、この第２の態様の工作機械において、前記Ｂ軸の幾何誤差を測定する場合、まず、前記検出装置をそのレーザ光が前記Ｂ軸と平行になるように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置に前記テーブルが在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｂ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、Ｂ軸回りの一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出する。
【００２３】
尚、この場合に、更に、前記Ｂ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、前記一方向とは逆の方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出するようにしても良い。
【００２４】
このようにすれば、前記Ｂ軸の幾何誤差を、より正確に測定することができる。
【００２５】
また、前記工作機械は、前記回転送り装置として、前記テーブル上面及び前記Ｙ軸と平行なＢ軸を前記回転軸として前記主軸を回転させるＢ軸送り装置を備えた第３の態様を採ることができる。
【００２６】
そして、この第３の態様の工作機械において、前記Ｂ軸の幾何誤差を測定する場合、まず、前記検出装置をそのレーザ光が前記Ｂ軸と平行になるように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記主軸の軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置に該主軸が在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｂ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置から、Ｂ軸回りの一方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出する。
【００２７】
尚、この場合に、更に、前記Ｂ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置から、前記一方向とは逆の方向に９０°回転させた回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｂ軸送り装置に係る前記Ｂ軸の幾何誤差を算出するようにしても良い。
【００２８】
このようにすれば、前記Ｂ軸の幾何誤差を、より正確に測定することができる。
【００２９】
また、前記工作機械は、前記回転送り装置として、Ｙ軸−Ｚ軸平面内で該Ｙ軸及びＺ軸に対して４５°の角度で交わるＤ軸を前記回転軸として前記テーブルを回転させるＤ軸送り装置を備えた第４の態様をとることができる。
【００３０】
そして、この第４の態様の工作機械において、前記Ｄ軸の幾何誤差を測定する場合、まず、前記検出装置を、上面が前記Ｚ軸と平行になる回転位置に前記テーブルが在るときに、レーザ光が前記Ｙ軸及びＺ軸と直交した状態となるように、前記検出装置を前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記テーブル上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置に該テーブルが在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｄ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、Ｄ軸回りの一方向に１８０°回転させた、前記上面が前記Ｚ軸と平行となる回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出する。
【００３１】
この場合に、更に、前記Ｄ軸送り装置により、前記テーブルを、その上面が前記Ｚ軸と直交する回転位置から、前記一方向とは逆の方向に１８０°回転させた、前記上面が前記Ｚ軸と平行となる回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出するようにしても良い。
【００３２】
このようにすれば、前記Ｄ軸の幾何誤差を、より正確に測定することができる。
【００３３】
また、前記工作機械は、前記回転送り装置として、Ｙ軸−Ｚ軸平面内で該Ｙ軸及びＺ軸に対して４５°の角度で交わるＤ軸を前記回転軸として前記主軸を回転させるＤ軸送り装置を備えた第５の態様をとることができる。
【００３４】
そして、この第５の態様の工作機械において、前記Ｄ軸の幾何誤差を測定する場合、まず、前記検出装置をそのレーザ光が前記Ｙ軸及びＺ軸と直交するように前記テーブル上に固定した後、
前記主軸に工具を保持させ、回転させた状態で、前記主軸の軸線が前記テーブル上面と平行となる回転位置に該主軸が在るときに、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識するとともに、
前記Ｄ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と平行となる回転位置から、Ｄ軸回りの一方向に１８０°回転させた、前記軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
ついで、認識された前記三次元空間内における２つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出する。
【００３５】
この場合に、更に、前記Ｄ軸送り装置により、前記主軸を、その軸線が前記テーブル上面と平行となる回転位置から、前記一方向とは逆の方向に１８０°回転させた、前記軸線が前記テーブル上面と直交する回転位置において、前記検出装置によって検出される前記工具の前記三次元空間内における検出位置を認識し、
この後、認識された前記三次元空間内における３つの検出位置を基に、前記Ｄ軸送り装置に係る前記Ｄ軸の幾何誤差を算出するようにしても良い。
【００３６】
このようにすれば、前記Ｄ軸の幾何誤差を、より正確に測定することができる。
【００３７】
本発明において、前記検出装置は、前記テーブルと前記主軸が相対移動する動作領域外の待機位置に配設され、幾何誤差測定時に、前記検出装置を待機位置から前記テーブル上に搬送して固定するようにしても良い。
【００３８】
また、本発明では、前記工作機械の加工領域内の雰囲気温度、又は前記工作機械の各構成要素の温度を、該工作機械で実行される加工時の温度と見做せる温度に設定した後、前記幾何誤差測定を行うようにしても良い。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、実際の加工と同様に、主軸を回転させた状態、即ち、主軸モータの熱によって熱変形した状態の工作機械における、前記回転軸の幾何誤差を測定することができるので、実際の加工時に即した正確な幾何誤差を測定することができる。そして、このようにして測定された正確な幾何誤差を基に、当該工作機械の運動誤差を補正することで、高精度な加工を保証することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態における工作機械の概略構成を示した斜視図である。
【図２】本実施形態に係る検出装置及び位置検出方法を説明するための説明図である。
【図３】本実施形態に係る検出装置及び位置検出方法を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態に係る検出装置及び位置検出方法を説明するための説明図である。
【図５】本実施形態において、工作機械のＣ軸の幾何誤差を測定する方法を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態において、工作機械のＣ軸の幾何誤差を測定する方法を説明するための説明図である。
【図７】本実施形態において、工作機械のＢ軸の幾何誤差を測定する方法を説明するための説明図である。
【図８】本実施形態において、工作機械のＢ軸の幾何誤差を測定する方法を説明するための説明図である。
【図９】本実施形態に係る測定方法によって測定された幾何誤差を示すグラフである。
【図１０】本実施形態に係る測定方法によって測定された幾何誤差を示すグラフである。
【図１１】本発明を適用可能な他の工作機械の概略構成を示した正面図である。
【図１２】本発明を適用可能な更に他の工作機械の概略構成を示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。
【００４２】
［工作機械の構成］
まず、測定対象としての工作機械の概略構成について説明する。尚、当該工作機械は、一例に過ぎないものであり、本発明を適用することができる工作機械は、これに限定されるものではない。
【００４３】
図１に示すように、本例の工作機械１は、所謂５軸マシニングセンタであり、ベッド３、ベッド３上に所定間隔をあけて立設された左側壁部４及び右側壁部５、並びに同じくベッド３上で、前記左側壁部４及び右側壁部５の後方に立設された後壁部６からなる支持構造体２と、この支持構造体２によって支持されるサドル７、主軸頭８、揺動部材１０及び回転テーブル１１と、数値制御装置３０などを備えている。
【００４４】
前記サドル７は、前記左側壁部４及び右側壁部５上に、これらに跨るように配設されており、前後方向の水平な軸であるＹ軸方向に沿って移動可能になっている。また、主軸頭８は、前記サドル７の前面に設けられており、前記Ｙ軸と直交する水平なＸ軸方向（左右方向）に沿って移動可能になっている。また、主軸頭８には、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向（垂直方向）に沿って設けられた主軸９が回転自在に保持されており、当該主軸９は前記Ｚ軸方向に沿って移動可能になっている。
【００４５】
前記揺動部材１０は左側面視Ｌ字状をした部材であり、その垂直辺部１０ａが前記後壁部６の前面に取り付けられて、前記Ｙ軸と平行なＢ軸を中心として揺動可能になっている。また、前記回転テーブル１１は、前記揺動部材１０の水平辺部１０ｂ上に設けられており、前記Ｂ軸と直交するＣ軸を中心として回転可能になっている。
【００４６】
そして、前記サドル７はＹ軸送り装置２１により駆動されて前記Ｙ軸方向に移動し、前記主軸頭８はＸ軸送り装置２０により駆動されて前記Ｘ軸方向に移動し、前記主軸９はＺ軸送り装置２２により駆動されて前記Ｚ軸方向に移動する。また、前記揺動部材１０はＢ軸送り装置２３により駆動されてＢ軸回りに揺動し、回転テーブル１１はＣ軸送り装置２４により駆動されてＣ軸回りに回転する。また、主軸９は主軸モータ（図示せず）により駆動されてその軸中心に回転する。
【００４７】
前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１、Ｚ軸送り装置２２、Ｂ軸送り装置２３及びＣ軸送り装置２４は、それぞれ前記数値制御装置３０によってその作動が制御される。
【００４８】
前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２はそれぞれ直進送り軸を構成し、これらの送り軸によって、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸から構成される機械座標系の３次元空間が形成される。そして、これらＸ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２は、それぞれボールねじ、ボールねじに螺合するボールナット、ボールねじを駆動するサーボモータ及びサーボモータに付設されるロータリエンコーダなどを備えて構成され、数値制御装置３０は各ロータリエンコーダから送信される位置信号を基に、各送り軸における機械座標系の位置を認識し、各送り軸、即ち、Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２の位置制御を行う。
【００４９】
一方、前記Ｂ軸送り装置２３及びＣ軸送り装置２４は回転送り装置であり、それぞれ回転駆動用のサーボモータ及びこのサーボモータに付設されるロータリエンコーダなどを備えて構成され、数値制御装置３０は各ロータリエンコーダから送信される位置信号を基に、各回転軸（Ｂ軸、Ｃ軸）回りの回転位置（角度位置）を認識し、前記Ｂ軸送り装置２３及びＣ軸送り装置２４の回転位置を制御する。
【００５０】
以上の構成を備えた本例の工作機械１は、前記数値制御装置３０による制御の下で、Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２により駆動されて、機械座標系の３次元空間内で主軸９が移動し、また、Ｂ軸送り装置２３及びＣ軸送り装置２４により駆動されて、回転テーブル１１がＢ軸及びＣ軸を中心に回転する。
【００５１】
斯くして、このような各送り装置２０，２１，２２，２３，２４の動作により、主軸９と回転テーブル１１とが３次元空間内で相対的にその位置、姿勢及び向きを変化させ、これにより、回転テーブル１１上に設けられたワークが主軸９に装着された工具によって加工される。
【００５２】
尚、図１において、前記各送り装置２０，２１，２２，２３，２４についての具体的な構造物の作図は、簡略化のために省略した。
【００５３】
［検出装置の構成］
次に、検出装置の概略構成について説明する。図２に示すように、本例の検出装置４０は、水平な基部４２、及びこの基部４２上に適宜間隔をあけて設けられた２つの垂直辺部４２，４３からなる正面視Ｕ字状をした本体４１と、一方側の垂直辺部４３に内蔵され、他方側の垂直辺部４４に向けてレーザ光Ｌを照射する発光素子４５と、この垂直辺部４４に内蔵され、発光素子４５から照射されたレーザ光Ｌを受光する受光素子４６とから構成される。そして、受光素子４６は受光するレーザ光Ｌが物体により遮られてその受光量が一定量減少したとき、即ち、受光量が所定の閾値を超えて減少したとき、検出信号を前記数値制御装置３０に送信する。
［幾何誤差測定方法］
次に、上述した工作機械１に関し、そのＢ軸送り装置２３の回転軸であるＢ軸、及びＣ軸送り装置２４の回転軸であるＣ軸に係る幾何誤差を、前記検出装置４０を用いて測定する測定方法について説明する。
１．Ｃ軸に関する精度測定
まず、Ｃ軸に関する精度測定を行う。即ち、Ｂ軸送り装置２３のＢ軸の角度を０°にして、前記回転テーブル１１の上面を水平にするとともに、Ｃ軸送り装置２４のＣ軸の角度を０°にして、この回転テーブル１１上の、回転中心軸である前記Ｃ軸よりＹ軸方向マイナス側に、前記検出装置４０を取り付ける。その際、検出装置４０のレーザ光ＬがＸ軸と平行となり、且つＢ軸とＣ軸を含む平面が本体４１の垂直辺部４２，４３間に位置するように、当該検出装置４０を回転テーブル１１上に固定する（図５参照）。また、主軸９に加工に使用する工具Ｔを装着する。
【００５４】
ついで、前記数値制御装置３０による制御の下で、主軸９を実加工における平均的な回転速度と同じ回転速度で回転させた状態で、前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２を駆動して、工具Ｔを前記検出装置４０のレーザ光Ｌの僅か上方に移動させる。その際、工具Ｔの下端中心ＴｏのＸ軸方向の移動位置ｘ１を、機械座標系の原点位置（ｘ１＝０）とする。尚、本例において、数値制御装置３０は、その制御上認識しているＢ軸とＣ軸との交点を機械座標系の原点として、前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２を制御するものとする。
【００５５】
次に、Ｚ軸送り装置２２を駆動して、工具Ｔを低速で降下させる。これにより、図２に示すように、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６によって受光される受光量が所定の閾値を超えたとき、当該受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信される。そして、本例では、数値制御装置３０は、受光素子４６から検出信号を受信したとき、前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２から送信される位置信号を基に、機械座標系における工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置を記録するように構成されている。斯くして、この操作によって、下端中心ＴｏのＺ軸方向の位置ｚ１が数値制御装置３０に記録される。
【００５６】
次に、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２を駆動して、工具ＴをＹ軸マイナス方向及びＺ軸マイナス方向に移動させて、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮らない状態で、当該レーザ光ＬよりＹ軸方向マイナス側に位置し、且つその下端がＺ軸方向マイナス側に位置する状態にする。
【００５７】
ついで、Ｙ軸送り装置２１を駆動して、工具Ｔを低速でＹ軸プラス方向に移動させる。これにより、図３に示すように、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６によって受光される受光量が所定の閾値を超えたとき、当該受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信され、そのときの下端中心ＴｏのＹ軸方向の位置ｙ１が数値制御装置３０に記録される。
【００５８】
以上のようにして、Ｃ軸送り装置２４の回転位置が０°であるときに、検出装置４０によって検出される工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｙ１，ｚ１（図４参照）、言い換えれば、検出装置４０の位置が数値制御装置３０に記録される。
【００５９】
次に、Ｃ軸送り装置２４により回転テーブル１１を、Ｃ軸を中心として左回りに９０°回転させて、回転テーブル１１を−９０°の回転位置に回転させる。そして、前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２を駆動して、上記と同様に、工具Ｔを前記検出装置４０のレーザ光Ｌの僅か上方に移動させる。その際、工具Ｔの下端中心ＴｏのＹ軸方向の移動位置ｙ２を原点位置（ｙ２＝０）とする。
【００６０】
次に、Ｚ軸送り装置２２を駆動して、工具Ｔを低速で降下させ、上記と同様にして、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＺ軸方向の位置ｚ２を数値制御装置３０に記録する。
【００６１】
次に、Ｘ軸送り装置２０及びＺ軸送り装置２２を駆動して、工具ＴをＸ軸プラス方向及びＺ軸マイナス方向に移動させて、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮らない状態で、当該レーザ光ＬよりＸ軸方向プラス側に位置し、且つその下端がＺ軸方向マイナス側に位置する状態にする。
【００６２】
ついで、Ｘ軸送り装置２０を駆動して、工具Ｔを低速でＸ軸マイナス方向に移動させ、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＸ軸方向の位置ｘ２を数値制御装置３０に記録する。
【００６３】
以上のようにして、Ｃ軸送り装置２４の回転位置が−９０°であるときに、検出装置４０によって検出される工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｘ２，ｚ２、言い換えれば、検出装置４０の位置を数値制御装置３０に記録する。
【００６４】
次に、Ｃ軸送り装置２４により回転テーブル１１を、Ｃ軸を中心として左回りに更に９０°回転させて、回転テーブル１１を−１８０°の回転位置に回転させる。そして、前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２を駆動して、上記と同様に、工具Ｔを前記検出装置４０のレーザ光Ｌの僅か上方に移動させる。その際、工具Ｔの下端中心ＴｏのＸ軸方向の移動位置ｘ３を原点位置（ｘ３＝ｘ１＝０）とする。
【００６５】
次に、Ｚ軸送り装置２２を駆動して、工具Ｔを低速で降下させ、上記と同様にして、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＺ軸方向の位置ｚ３を数値制御装置３０に記録する。
【００６６】
次に、Ｘ軸送り装置２０及びＺ軸送り装置２２を駆動して、工具ＴをＹ軸プラス方向及びＺ軸マイナス方向に移動させて、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮らない状態で、当該レーザ光ＬよりＹ軸方向プラス側に位置し、且つその下端がＺ軸方向マイナス側に位置する状態にする。
【００６７】
ついで、Ｙ軸送り装置２１を駆動して、工具Ｔを低速でＹ軸マイナス方向に移動させ、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＹ軸方向の位置ｙ３を数値制御装置３０に記録する。
【００６８】
以上のようにして、Ｃ軸送り装置２４の回転位置が−１８０°であるときに、検出装置４０によって検出される工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｙ３，ｚ３、言い換えれば、検出装置４０の位置を数値制御装置３０に記録する。
【００６９】
次に、Ｃ軸送り装置２４により回転テーブル１１を、Ｃ軸を中心として更に左回りに９０°回転させて、回転テーブル１１を−２７０°の回転位置に回転させる。そして、前記Ｘ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１及びＺ軸送り装置２２を駆動して、上記と同様に、工具Ｔを前記検出装置４０のレーザ光Ｌの僅か上方に移動させる。その際、工具Ｔの下端中心ＴｏのＹ軸方向の移動位置ｙ４を原点位置（ｙ４＝ｙ２＝０）とする。
【００７０】
次に、Ｚ軸送り装置２２を駆動して、工具Ｔを低速で降下させ、上記と同様にして、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＺ軸方向の位置ｚ４を数値制御装置３０に記録する。
【００７１】
次に、Ｘ軸送り装置２０及びＺ軸送り装置２２を駆動して、工具ＴをＸ軸マイナス方向及びＺ軸マイナス方向に移動させて、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮らない状態で、当該レーザ光ＬよりＸ軸方向マイナス側に位置し、且つその下端がＺ軸方向マイナス側に位置する状態にする。
【００７２】
ついで、Ｘ軸送り装置２０を駆動して、工具Ｔを低速でＸ軸プラス方向に移動させ、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＸ軸方向の位置ｘ４を数値制御装置３０に記録する。
【００７３】
以上のようにして、Ｃ軸送り装置２４の回転位置が−２７０°であるときに、検出装置４０によって検出される工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｘ４，ｚ４、言い換えれば、検出装置４０の位置を数値制御装置３０に記録する。
【００７４】
斯くして、Ｃ軸送り装置２４の回転位置が０°，−９０°，−１８０°及び−２７０°であるときの検出装置４０の位置が測定される。そして、このようにして測定された検出装置４０の位置データから、Ｃ軸の幾何誤差を同定することができる。例えば、図６に示すように、回転テーブル１１の回転位置が０°のときに測定される検出装置４０の位置がｙ１，ｚ１であり、また、回転テーブル１１の回転位置が−１８０°のときに測定される検出装置４０の位置がｙ３，ｚ３であったとし、数値制御装置３０において制御上認識されているＣ軸の位置（図６においてＣＲで示す）と、実際のＣ軸の位置（図６においてＣＡで示す）との間に、Ｙ軸方向における位置誤差δｙ０ＢＲが存在したとすると、Ｃ軸の傾き及びＢ軸の影響を無視した場合、この位置誤差δｙ０ＢＲは次式によって表される。
２δｙ０ＢＲ＝ｙ１＋ｙ３
このＣ軸についての具体的な幾何誤差の同定については後述する。
【００７５】
尚、このＣ軸の精度測定におけるＸ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１、Ｚ軸送り装置２２及びＣ軸送り装置２４の動作は、数値制御装置３０による制御の下で、自動的に行うことができる。
２．Ｂ軸に関する精度測定
次に、Ｂ軸に関する精度測定を行う。即ち、まず、Ｚ軸送り装置２２を駆動して、工具ＴをＺ軸プラス方向に移動させて、Ｂ軸を中心として回転する回転テーブル１１及び検出装置４０と干渉しない位置に退避させる。
【００７６】
ついで、回転テーブル１１回転位置が−２７０°の状態のままＢ軸送り装置２３を駆動して、図７に示すように、揺動部材１０及び回転テーブル１１を、Ｂ軸を中心として右回りに９０°回転させ、これらを−９０°の回転位置に回転させる。
【００７７】
この後、前記Ｘ軸送り装置２０及びＺ軸送り装置２２を駆動して、Ｙ軸方向の位置はそのままにして、回転テーブル１１及び検出装置４０との干渉を避けつつ、工具Ｔを前記検出装置４０のレーザ光Ｌの僅か上方に移動させる。
【００７８】
次に、Ｚ軸送り装置２２を駆動して、工具Ｔを低速で降下させ、上記と同様にして、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＺ軸方向の位置ｚ５を数値制御装置３０に記録する。
【００７９】
次に、Ｘ軸送り装置２０及びＺ軸送り装置２２を駆動して、工具ＴをＸ軸プラス方向及びＺ軸マイナス方向に移動させて、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮らない状態で、当該レーザ光ＬよりＸ軸方向プラス側に位置し、且つその下端がＺ軸方向マイナス側に位置する状態にする。
【００８０】
ついで、Ｘ軸送り装置２０を駆動して、工具Ｔを低速でＸ軸マイナス方向に移動させ、工具Ｔが検出装置４０のレーザ光Ｌを遮り、受光素子４６から数値制御装置３０に検出信号が送信されたときの、下端中心ＴｏのＸ軸方向の位置ｘ５を数値制御装置３０に記録する。
【００８１】
以上のようにして、Ｂ軸送り装置２３のＢ軸の角度位置が−９０°であるときに、検出装置４０によって検出される工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｘ５，ｚ５、言い換えれば、検出装置４０の位置を数値制御装置３０に記録する。
【００８２】
斯くして、Ｂ軸送り装置２３の回転位置が０°及び−９０°であるときの検出装置４０の位置が測定される。そして、このようにして測定される検出装置４０の位置データから、Ｂ軸の幾何誤差を同定することができる。このＢ軸についての具体的な幾何誤差の同定については後述する。
【００８３】
尚、このＢ軸の精度測定におけるＸ軸送り装置２０、Ｙ軸送り装置２１、Ｚ軸送り装置２２及びＢ軸送り装置２３の動作は、数値制御装置３０による制御の下で、自動的に行うことができる。
３．Ｂ軸及びＣ軸に係る幾何誤差の同定
本例の工作機械１の構成の場合、直進送り軸の運動誤差が無視できる程度に小さいとすると、Ｂ軸及びＣ軸に係る各幾何誤差は、上記の各精度測定値を基に、以下の数式１〜６によって表すことができる。
（数式１）
ｙ１＋ｙ３＝２δｙ０ＢＲ−２ｚ＊１×α０ＣＲ
（数式２）
ｚ３−ｚ１＝（ｙ＊３−ｙ＊１）×α０ＣＲ
（数式３）
ｘ２＋ｘ４＝２（δｘ０ＢＲ＋δｘ０ＣＢ）＋２ｚ＊２×β０ＢＲ
（数式４）
ｚ４−ｚ２＝（ｘ＊４−ｘ＊２）×β０ＢＲ
（数式５）
ｘ５−ｚ＊５×β０ＢＲ＝ｚ４＋δｘ０ＢＲ−δｚ０ＢＲ
（数式６）
ｚ５＝−（ｘ４−ｚ＊５×β＊ＢＲ）＋δｘ０ＢＲ＋δｚ０ＢＲ
【００８４】
尚、上式の各パラメータの定義は以下の通りである。
δｘ０ＢＲ：Ｂ軸のＸ軸方向の位置誤差
δｙ０ＢＲ：Ｃ軸のＹ軸方向の位置誤差
δｚ０ＢＲ：Ｂ軸のＺ軸方向の位置誤差
δｘ０ＣＢ：Ｂ軸に対するＣ軸のＸ軸方向の位置誤差
α０ＣＲ：Ｃ軸のＺ軸に対する平行度（Ｘ軸回り）
β０ＣＲ：Ｃ軸のＺ軸に対する平行度（Ｙ軸回り）
また、＊を付したものは、ノミナルな値、即ち、数値制御装置３０において、その制御上認識されている値を意味している。
【００８５】
斯くして、上述した数式１〜数式６の連立方程式を解くことで、Ｂ軸のＸ軸方向の位置誤差δｘ０ＢＲ、Ｃ軸のＹ軸方向の位置誤差δｙ０ＢＲ、Ｂ軸のＺ軸方向の位置誤差δｚ０ＢＲ、Ｂ軸に対するＣ軸のＸ軸方向の位置誤差δｘ０ＣＢ、Ｃ軸のＺ軸に対する平行度（Ｘ軸回り）α０ＣＲ、及びＣ軸のＺ軸に対する平行度（Ｙ軸回り）β０ＣＲの６つの幾何誤差を同定することができる。
【００８６】
以上のように、本例の幾何誤差測定方法によれば、実際の加工時と同じ回転速度で主軸９を回転させた状態、即ち、主軸モータ（図示せず）の熱によって熱変形した状態の工作機械１における各回転軸、即ち、Ｂ軸及びＣ軸の幾何誤差を測定することができるので、実際の加工時に即した正確な幾何誤差を測定することができる。したがって、このようにして測定された正確な幾何誤差を基に、当該工作機械１の運動誤差を補正することで、高精度な加工を保証することができる。
【００８７】
また、加工に使用する工具Ｔを用いて測定することができるので、測定のために特別なマスターツールなどを用意する必要がない。また、前記検出装置４０には、機上で工具長を測定する一般的なレーザ測定装置を用いることができ、この検出装置４０についても、新たなもの用意する必要がない。
【００８８】
このように、本例の幾何誤差測定方法によれば、特に新たな器具を用意することないため、廉価に、しかも工作機械１の熱変形を考慮した正確な幾何誤差を測定することができる。
【００８９】
尚、上述した工作機械１において、Ｂ軸のＸ軸方向の位置誤差δｘ０ＢＲ、Ｃ軸のＹ軸方向の位置誤差δｙ０ＢＲ、Ｂ軸のＺ軸方向の位置誤差δｚ０ＢＲ、Ｂ軸に対するＣ軸のＸ軸方向の位置誤差δｘ０ＣＢ、Ｃ軸のＺ軸に対する平行度（Ｙ軸回り）β０ＣＲ、及びＣ軸のＺ軸に対する平行度（Ｘ軸回り）α０ＣＲの６つの幾何誤差を測定したその結果の一例を図９及び図１０に示す。
【００９０】
この例では、直径１０ｍｍのストレートエンドミルを主軸９に装着して、当該主軸９を２００００ｍｉｎ−１の回転速度で回転させ、約３０分毎に、上述したＢ軸及びＣ軸についての精度測定を実行して、その都度測定値から前記各幾何誤差を同定した。そして、この作業を２１０分間継続した後、主軸９を停止し、停止して約１５分経過したときと、約３０分経過したときに、同様にして各幾何誤差の測定を行い、その後、再び主軸９を２００００ｍｉｎ−１の回転速度で回転させ、約３２０分まで、約１５分ごとに各幾何誤差の測定を行った。
【００９１】
図９及び図１０に示すように、各幾何誤差δｘ０ＢＲ、δｙ０ＢＲ、δｚ０ＢＲ、δｘ０ＣＢ、β０ＣＲ及びα０ＣＲは、主軸９の回転を開始後にそれぞれその値が変動し、主軸９を停止することによって、元の状態に戻ろうとする傾向を示している。したがって、このことから、工作機械１を停止した状態と、工作機械１が加工状態にあるときとでは、その各幾何誤差δｘ０ＢＲ、δｙ０ＢＲ、δｚ０ＢＲ、δｘ０ＣＢ、β０ＣＲ及びα０ＣＲの値が異なり、主軸９を回転させた状態で測定を行うことで、より実加工時に即した正確な幾何誤差を測定することができることが分かる。
【００９２】
また、図９に示すように、Ｂ軸のＺ軸方向の位置誤差δｚ０ＢＲは、主軸９を回転して２１０分経過後には８０μｍ変動しており、Ｂ軸のＺ軸方向の位置誤差δｚ０ＢＲが主軸９の回転による熱影響を最も大きく受けることが分かる。また、主軸９を停止した後、その値は３０分で約４５μｍも変化しており、たとえ十分な時間、主軸９のウォーミングアップを行ったとしても、一旦主軸９を止めれば、短い時間で工作機械１が変形することを示している。また，変位はＺ軸方向だけでなく、Ｂ軸のＸ軸方向の位置も約２０μｍ変位した。また、図１０に示されるように、Ｃ軸の向きに係る誤差の変化は比較的小さかった。
【００９３】
以上のことからすると、上記幾何誤差の測定は、工作機械１の主軸９を所定時間回転させるなど、工作機械１にランニング運転を実行させて、当該工作機械１の加工領域内の雰囲気温度、又は当該工作機械１の各構成要素の温度を、当該工作機械１で実行される加工時の温度と見做せる温度に設定した後行うのが好ましい。
【００９４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００９５】
例えば、上例では、Ｃ軸に関する精度測定を、回転テーブル１１の回転位置が０°、−９０°、−１８０°、−２７０°である順に行うようにしたが、これに限られるものではなく、いずれの回転位置から測定を始めても良く、或いは、順不同に測定しても良い。要は、４カ所における測定値が得られれば良い。
【００９６】
また、上例では、Ｂ軸に関する精度測定において、図７に示すように、揺動部材１０及び回転テーブル１１を−９０°の回転位置に回転させた状態で、工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｘ５，ｚ５を測定するようにしたが、これに限られるものではなく、図８に示すように、揺動部材１０及び回転テーブル１１を９０°の回転位置に回転させた状態で、工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置ｘ６，ｚ６を測定するようにしても良い。
【００９７】
更に、揺動部材１０及び回転テーブル１１を０°、−９０°及び９０°の回転位置に回転させた状態でそれぞれ測定される、工具Ｔの下端中心Ｔｏの位置（ｘ４，ｚ４）（ｘ５，ｚ５）及び（ｘ６，ｚ６）を用いて前記幾何誤差を算出するようにしても良い。このようにすれば、より正確な幾何誤差を同定することができる。
【００９８】
また、前記検出装置４０は、通常の状態では、これを、回転テーブル１１と主軸９とが相対移動する動作領域外の待機位置に配設し、幾何誤差測定時に、適宜装置を用いて、当該検出装置４０を待機位置から回転テーブル１１上に搬送して固定するようにするのが好ましい。
【００９９】
また、上例では、工作機械１の回転テーブル１１がＢ軸回りに回転する構成としたが、これに限られるものではなく、前記Ｂ軸送り装置２３は、主軸頭８をＢ軸回りに回転させるように構成されていても良い。このような構成の工作機械においても、上述と同様の方法によって、各幾何誤差δｘ０ＢＲ、δｙ０ＢＲ、δｚ０ＢＲ、δｘ０ＣＢ、β０ＣＲ及びα０ＣＲを同定することができる。
【０１００】
また、前記工作機械１は、図１１に示した工作機械５０であっても良い。この工作機械５０も所謂５軸マシニングセンタであり、ベッド５１、紙面に対して直交するＸ軸に沿って移動可能に前記ベッド５１上に設けられたコラム５２、前記Ｘ軸と直交する垂直なＹ軸に沿って移動可能にコラム５２に保持される主軸頭８’、及びコラム５２に対向し、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸に沿って移動可能にベッド５１上に設けられたサドル５５などを備えている。
【０１０１】
前記主軸頭８’には、主軸９’が回転自在に保持されている。また、前記サドル５５には、前記コラム５２に対向する面が前記Ｘ軸と平行となり、且つ前記Ｙ軸及びＺ軸に対して４５°で交差する傾斜面となった支持基台５６が配設されている。また、支持基台５６の傾斜面には、前記Ｙ軸−Ｚ軸平面内でＹ軸及びＺ軸に対して４５°の角度で交わるＤ軸（上例におけるＢ軸に相当）を回転軸として回転可能となった回転基台５７が設けられている。この回転基台５７は、所定の角度位置のときに水平となる面を有し、この面上に回転テーブル１１’が設けられている。
【０１０２】
そして、前記コラム５２はＸ軸送り装置２０’により駆動されてＸ軸方向に移動し、前記主軸頭８’はＹ軸送り装置２１’により駆動されてＹ軸方向に移動し、前記サドル５５はＺ軸送り装置２２’により駆動されてＺ軸方向に移動する。また、回転テーブル１１’はＣ軸送り装置２４’により駆動されてＣ軸回りに回転し、前記回転基台５７はＤ軸送り装置２３’により駆動されてＤ軸回りに回転し、主軸９’は主軸モータ（図示せず）により駆動されてその軸中心に回転する。
【０１０３】
また、前記Ｘ軸送り装置２０’、Ｙ軸送り装置２１’、Ｚ軸送り装置２２’、Ｃ軸送り装置２４’及びＤ軸送り装置２３’は、それぞれ前記数値制御装置３０’によってその作動が制御される。
【０１０４】
この工作機械５０では、回転テーブル１１’の上面がＺ軸と平行になった水平な状態にあるときに、レーザ光Ｌが前記Ｙ軸及びＺ軸と直交した状態となるように、前記検出装置４０を前記回転テーブル１１’上に固定した後、主軸９’に工具Ｔを装着して回転させた状態で、まず、Ｄ軸送り装置２３’を駆動して、回転テーブル１１’を、Ｄ軸を中心として１８０°回転させる。この状態では、図１１において２点鎖線で示すように、回転テーブル１１’の上面は、Ｘ軸−Ｙ軸平面と平行になり、Ｚ軸とは直交した状態になっている。この回転位置を原点、即ち、Ｄ＝０°とする。そして、この状態で、上述したＣ軸に関する精度測定に準じて、Ｃ軸送り装置２４’に係るＣ軸の精度を測定する。ついで、Ｄ軸を中心として回転テーブル１１’を一方の回転方向、或いはその逆の回転方向に１８０°回転させて、前記Ｄ軸の角度位置（回転位置）がＤ＝１８０°となる位置に回転させ、上述したＢ軸に関する精度測定に準じて、Ｄ軸送り装置２３’に係るＤ軸の精度を測定する。
【０１０５】
そして、得られたＣ軸及びＤ軸に関する測定データを基に、上述した数式１〜数式６と同様の数式を用いて、各幾何誤差を同定する。尚、この工作機械５０では、前記Ｂ軸がＤ軸で置き換えられる。
【０１０６】
尚、当然のことながら、前記Ｄ軸の精度測定における、Ｄ＝０°の回転位置と、Ｄ＝１８０°の回転位置との測定の順序は、上記と逆であっても良い。
【０１０７】
また、この工作機械５０においても、Ｄ軸の精度を測定する際に、前記一方及びその逆の方向の両方向に１８０°回転させ得られる双方の測定データを用いて、前記幾何誤差を同定するようにしても良い。
【０１０８】
また、前記工作機械１は、図１２に示した工作機械６０であっても良い。この工作機械６０も所謂５軸マシニングセンタであり、ベッド６１、紙面に対して直交するＸ軸に沿って移動可能に前記ベッド６１上に設けられたコラム６２、前記Ｘ軸と直交する垂直なＹ軸に沿って移動可能にコラム６２に保持されたサドル６３、コラム６２と対向するように設けられるとともに、Ｘ軸及びＹ軸に直交する水平なＺ軸に沿って移動可能にベッド６１上に設けられた回転テーブル１１”などを備えている。
【０１０９】
前記サドル６３は、回転テーブル１１”側に、前記Ｘ軸と平行となり、且つ前記Ｙ軸及びＺ軸に対して４５°で交差する傾斜面を有し、この傾斜面に、Ｙ軸−Ｚ軸平面内でＹ軸及びＺ軸に対して４５°の角度で交わるＤ軸（上例におけるＢ軸に相当）を回転軸として回転可能となった主軸頭８”が設けられている。また、主軸頭８”には、主軸９”が回転自在に保持されている。
【０１１０】
そして、前記コラム６２はＸ軸送り装置２０”により駆動されてＸ軸方向に移動し、前記サドル６３はＹ軸送り装置２１”により駆動されてＹ軸方向に移動し、前記回転テーブル１１”はＺ軸送り装置２２”により駆動されてＺ軸方向に移動する。また、回転テーブル１１”はＣ軸送り装置２４”により駆動されてＣ軸回りに回転し、主軸９”は主軸モータ（図示せず）により駆動されてその軸中心に回転する。また、主軸頭８”はＤ軸送り装置２３”により駆動されてＤ軸回りに回転し、所定の角度位置（回転位置）のときに、その軸線が垂直となり、また、その位置から１８０°回転した角度位置（回転位置）のときに、その軸線が水平となる。
【０１１１】
また、前記Ｘ軸送り装置２０”、Ｙ軸送り装置２１”、Ｚ軸送り装置２２”、Ｃ軸送り装置２４”及びＤ軸送り装置２３”は、それぞれ前記数値制御装置３０”によってその作動が制御される。
【０１１２】
この工作機械６０では、前記検出装置４０を、そのレーザ光Ｌが前記Ｙ軸及びＺ軸と直交するように、回転テーブル１１”上に固定した後、主軸９”に工具Ｔを装着して回転させるとともに、Ｄ軸送り装置２３”を駆動して、前記主軸９”の軸線が前記Ｚ軸と平行となる回転位置をＤ軸の原点（Ｄ＝０°）として、前記主軸９”の軸線が前記Ｙ軸と平行となる回転位置、即ち、Ｄ＝１８０°となる回転位置に主軸頭８”を回転させる。図１２では、この状態を実線で示している。
【０１１３】
そして、この状態で、上述したＣ軸に関する精度測定に準じて、Ｃ軸送り装置２４”に係るＣ軸の精度を測定する。ついで、前記Ｄ軸を中心として、主軸頭８”を一方の回転方向、或いはその逆の回転方向に１８０°回転させて、前記Ｄ軸の回転位置がＤ＝０°となる位置に回転させ、上述したＢ軸に関する精度測定に準じて、Ｄ軸送り装置２３”に係るＤ軸の精度を測定する。
【０１１４】
そして、得られたＣ軸及びＤ軸に関する測定データを基に、上述した数式１〜数式６と同様の数式を用いて、各幾何誤差を同定する。尚、この工作機械６０においても、前記Ｂ軸がＤ軸で置き換えられる。
【０１１５】
尚、当然のことながら、前記Ｄ軸の精度測定における、Ｄ＝０°の回転位置と、Ｄ＝１８０°の回転位置との測定の順序は、上記と逆であっても良い。
【０１１６】
また、この工作機械６０においても、Ｄ軸の精度を測定する際に、前記一方及びその逆の方向の両方向に１８０°回転させ得られる双方の測定データを用いて、前記幾何誤差を同定するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１    工作機械
２    支持構造体
３    ベッド
４    左側壁部
５    右側壁部
６    後壁部
７    サドル
８    主軸頭
９    主軸
１０  揺動部材
２０  Ｘ軸送り装置
２１  Ｙ軸送り装置
２２  Ｚ軸送り装置
２３  Ｂ軸送り装置
２４  Ｃ軸送り装置
３０  数値制御装置
４０  検出装置
４１  本体
４５  発光素子
４６  受光素子
【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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