(57)【要約】【課題】本発明は、数値制御工作機械（１）用の較正方法に関する。【解決手段】ここでこの較正方法は、運動学モデルを使用して、工作機械（１）の線形軸線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の運動と回転軸線（Ｂ、Ｃ、Ａ）の運動とによって生じているポジショニング誤差のための補整モデルを作成する。この較正方法は、較正ボール（６）の位置を測定シーケンスによって測定する。ここでこれは、２つの回転軸線（Ｃ、ＢまたはＣ、Ａ）を中心とした較正ボール（６）の結合された運動を含んでおり、ここで第１の回転軸線（Ｃ）を中心とした測定は、第２の軸線（ＢまたはＡ）を中心とした少なくとも２個の回転位置運動を含んでいる。【選択図】図１
2018088250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御工作機械（１）用の較正方法であって、
前記数値制御工作機械（１）は、作業台（２）と、メインスピンドル（４）を備えたマシンヘッド（３）と、を含んでおり、
前記数値制御工作機械（１）は、さらに、少なくとも３つの線形軸線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、少なくとも２つの回転軸線（Ａ、Ｂ、Ｃ）と、を含んでおり、前記線形軸線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および前記回転軸線（Ａ、Ｂ、Ｃ）によって、前記メインスピンドル（４）と前記作業台（２）とを相対的に動かすことが可能であり、
前記数値制御工作機械（１）は、前記作業台（２）上に取り付けられたジグ（５）を含んでおり、前記ジグ（５）は、較正ボール（６）を備えており、
前記メインスピンドル（４）にはタッチプローブ（７）が取り付けられており、
前記較正方法は、取り付けられている前記タッチプローブ（７）との少なくとも４回、有利には５回の接触測定で前記タッチプローブ（７）によって実施される、前記較正ボール（６）の位置を測定するステップを含んでおり、
前記回転軸線（Ａ、Ｂ、Ｃ）を中心として前記作業台（２）または前記マシンヘッド（３）を回転させることによって、前記較正ボール（６）の位置を少なくとも３回変え、前記較正ボール（６）の位置を測定する前記ステップを、前記較正ボール（６）の位置変化の度に繰り返し、
前記較正方法は、少なくとも３つの、前記較正ボール（６）の測定された位置から、前記作業台（２）と前記メインスピンドル（４）との間の相対的な運動によって生じる運動学誤差を補整する補整モデルを作成するために、運動学モデルを使用する、数値制御工作機械（１）用の較正方法において、
前記較正方法は、前記較正ボール（６）の位置を測定シーケンスによって測定し、前記測定シーケンスは、２つ、有利には３つの回転軸線（Ａ、Ｃ、Ｂ）を中心とした、前記較正ボール（６）の結合された運動を含んでおり、
第１の回転軸線（Ｃ、Ｂ、Ａ）を中心とした測定は、少なくとも２個、有利にはｍ個の、第２の軸線（Ｂ、Ａ、Ｃ）を中心とした回転位置運動を含んでいる、
ことを特徴とする数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項２】
前記較正ボール（６）の回転位置（Ｃｉ；Ｂｊ）に対する前記測定シーケンスは、
【数１】
2018088250.tif 000006
である、
請求項１記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項３】
前記運動学モデルは、前記回転軸線（Ａ、Ｂ、Ｃ）の運動学誤差を考慮するために同次変換行列を使用して、前記作業台（２）と前記メインスピンドル（４）との間の前記相対的な運動を表す、
請求項１または２記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項４】
前記較正ボール（６）の位置を、前記線形軸線Ｘ、ＹおよびＺの座標において測定し、測定した各較正ボール位置（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ）を位置テーブルに記憶させる、
請求項１から３までのいずれか１項記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項５】
前記タッチプローブ（７）は、前記メインスピンドル（４）内に取り付けられており、前記タッチプローブ（７）は、トリガベースの接触測定デバイスであり、自身のトリガ信号を、前記数値制御工作機械（１）にワイヤレス伝送を通じて伝送し、有利には、前記タッチプローブ（７）は、機械加工される部品の位置を特定するためにも使用される、
請求項４記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項６】
前記較正方法の前記運動学モデルは、前記回転軸線（Ａ、Ｂ、Ｃ）の運動によって生じている運動学誤差を、前記位置テーブル内に記憶されている線形軸線位置（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ）に基づいて計算する、
請求項５記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項７】
前記運動学モデルによって作成された前記補整モデルは、前記作業台（２）と前記メインスピンドル（４）との間の相対的な運動によって生じている運動学誤差を補整するための最適化アルゴリズムを含んでいる、
請求項６記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項８】
前記測定シーケンスが、２つの回転軸線（Ｃ、Ｂ、Ａ）を中心とした前記較正ボール（６）の結合された運動を含んでいる場合、前記運動学モデルは、前記回転軸線の運動学誤差（Ａ０Ｃ、Ｂ０Ｃ、Ｘ０Ｃ、Ｙ０Ｃ、Ａ０Ｂ、Ｃ０Ｂ、Ｘ０Ｂ、Ｚ０ＢまたはＡ０Ｃ、Ｂ０Ｃ、Ｘ０Ｃ、Ｙ０Ｃ、Ｂ０Ａ、Ｃ０Ａ、Ｙ０Ａ、Ｚ０Ａそれぞれ）を特徴付ける８つの補整パラメータを考慮する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項９】
前記運動学モデルは、前記較正ボールの理論的に正しい位置に関する前記較正ボール（６）の位置誤差を使用して、前記メインスピンドルに関する前記作業台の運動のポジショニング誤差を補整するための、前記数値制御工作機械（１）用の補整モデルを作成する、
請求項１から８までのいずれか１項記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項１０】
補整モデルを作成する前記運動学モデルは、前記数値制御工作機械（１）外に位置する処理ユニットによって計算され、前記補整モデルは、通信手段によって、有利には電気通信手段によって、前記数値制御工作機械（１）の数値制御システムへと伝送される、
請求項１から９までのいずれか１項記載の数値制御工作機械（１）用の較正方法。
【請求項１１】
前記較正方法は、前記数値制御工作機械（１）のマシンコントロールユニットによって適用される、
ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項記載の較正方法を使用する、数値制御工作機械（１）。
【請求項１２】
補整モデルを作成する前記運動学モデルは、前記数値制御工作機械（１）外に位置する処理ユニットによって計算され、有利には、計算された前記補整モデルは、前記処理ユニットから、電気通信手段を介して、最も有利にはインターネットまたは電話接続を介して、前記数値制御工作機械（１）へと伝送される、
請求項１１記載の数値制御工作機械（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御工作機械用の較正方法に関する。ここでこの較正方法は運動学モデルを使用して、工作機械の線形軸線および回転軸線の運動によって生じているポジショニング誤差のための補整モデルを作成する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の機械テーブルの運動またはマシンヘッドの運動によって生じるポジショニング誤差を補整するために、ポジショニング誤差を測定し、補整モデルを演繹する較正方法が一般的に公知である。多軸工作機械、例えばフライス削り、レーザー、研削盤、放電加工または回転旋盤は、作業台とマシンヘッド（マシンスピンドル）とを相対的に動かすために幾つかの自由度を有している。多軸工作機械で使用可能なこの自由度は、ワークピースの機械加工を可能にし、容易にする。特に、ワークピースの複雑な機械加工操作を、同じ工作機械上で、一度の機械加工プロセスにおいて実施することができる。この際に、工作機械の作業台上でワークピースの位置を変える必要はない。近年の工作機械はしばしば、工作機械のＸ、ＹおよびＺ方向における３個の線形運動、言い換えれば並進運動と、多くの場合に１個または２個の回転運動とを提供する。図１は、３つの線形自由度と、２つの回転自由度とを備えた典型的な多軸工作機械を示している。近年の多軸工作機械の精度が高いのにも係わらず、作業台またはマシンヘッドの線形運動または回転運動によって生じる幾何学形状的なポジショニング誤差は不可避である。
【０００３】
機械軸の運動によって生じた、発生しているポジショニング誤差が、機械コントロールシステムによって識別され、作業台またはマシンスピンドルの位置決めの間に補整されるように多軸工作機械を較正することは既知である。このような較正および補整方法を適用することによって、工作機械の位置決め精度が高まる。運動学誤差を演繹するための測定および分析方法（例えばいわゆるＲテスト、文献［１］を参照）は既に存在しているが、このようなシステムは、その適用において、時間および費用がかかりすぎるためにフィールド適用に適していない特定の測定システムを必要とする。
【０００４】
幾つかの機械コントローラ製造業者は、タッチプローブ測定システムを使用する、回転軸線および線形軸線を備えた工作機械の運動学的較正に対するソリューションを提供している（例えばＨｅｉｄｅｎｈａｉｎのｔｏｕｃｈ  ｐｒｏｂｅ  ｃｙｃｌｅ  ４５１  ［２］）。しかし提供されたソリューションは、一時に、１つの回転軸線をベースにした最適化だけしか考慮しない。しかしこれは、多軸工作機械用の較正の質を制限してしまう。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２０１５２２１００１号明細書（DE 10 2015 221 001 A1）および独国特許出願公開第１０２１００３８７８３号明細書（DE 10 210 038 783 A1）は、この種の幾何学形状的な誤差の識別および補整システムを開示している。しかし、幾つかのケースでは、この種のシステムの精度はそれほど高くないだろう。なぜなら、運動学誤差が、ポジショニング誤差のサブセットに基づいて特定されているからである。すなわち、ある１つの回転軸線に関する運動学誤差が、この回転軸線の位置を変化させ、かつ他の回転軸線をある１つの位置に固定することによって行われる測定に基づいて特定され、その後、他の回転軸線に対してこの手順が繰り返される。
【０００６】
欧州特許第１９１４６１２号明細書（EP 1 914 612 B1）は、ポジショニング誤差を補整するために運動学テーブルを使用する運動学モデルを開示している。各軸方向以外の方向において誤差を有している機械軸の場合には、軸線位置に関連した誤差変換量が、運動学テーブル内に記入される。数値制御は、例えばワークピース座標内に事前に定められた工作機械の設定点位置を、運動学テーブルによって規定された運動学的連鎖に基づく機械軸の設定点位置に変換する。
【０００７】
米国特許出願公開第２０１５/０１７７７２７号明細書（US2015/0177727 A1）、独国特許出願公開第１０２０１４０１８５１８号明細書（DE 10 2014 018518 A1）はそれぞれ、機械の動きによって生じた変位誤差を修正する機能が設けられた、数値制御器を開示している。この文献によると、ワークピース領域周辺の測定グリッドが規定され、異なる回転軸線位置に対してこのグリッドが測定され、異なる線形軸線位置および回転軸線位置のために修正マップが特定される。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１５０１６００４９号明細書（US 20150160049 A1）は、多軸工作機械のための、別の幾何学形状的な誤差の識別方法を開示している。挙げられた方法は、回転軸線を中心とした複数の角度からの、作業台上に取り付けられたターゲットボールの位置を示す測定ステップと、一定の量だけ、この回転軸線を中心としてターゲットボールを回転させることと、メインスピンドル上に取り付けられたタッチプローブを用いて、示された各位置でこのターゲットボールの位置を再測定することとを含んでいる。この方法は、ターゲットボールの測定された位置から幾何学形状的な誤差を計算する、幾何学形状的な誤差の計算ステップを含んでいる。ターゲットボールの測定されたポジショニング誤差から楕円形表現が演繹され、１つの回転軸線によって生じたポジショニング誤差を補整するために、並進軸線（ｘ、ｙおよびｚ）上の位置を修正するために、ポジショニング誤差修正ステップが計算される。
【０００９】
米国特許第８７８６２４３号明細書（US 8786243 B2）は、数値制御工作機械用の誤差マップを特定する方法を開示している。測定点が規定され、それらの位置が異なる回転軸線位置で測定され、そこから、これらの測定点の回転によって生じたポジショニング誤差を演繹する。これらの測定に基づいて、ポジショニング誤差用の多次元修正テーブルが作成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の課題は、数値制御工作機械のための、改善された補整モデルを作成する較正方法を提案することである。提案されるこの較正方法は、典型的な産業環境において手頃かつ好都合な測定手段にも基づいているべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は、請求項１の特徴部分に記載された較正方法によって解決される。
【００１２】
提案される較正手順は、異なる回転軸線位置での較正ボールの中心の較正ボールの各測定に基づいている。較正ボールの異なる位置は、工作機械の回転軸線を動かすことによって得られる。例えば作業台は、自身のＣ軸線を中心に、４×９０°回転され、その度毎に、較正ボールの中心の較正ボールの各位置が、マシンヘッド上に（それぞれ、マシンスピンドル上に）取り付けられているタッチプローブによって測定される。各測定位置に対する偏心位置（ポジショニング誤差）は、ポジショニング誤差のマップ内に記憶される。同様の、較正ボールの位置測定と測定されたポジショニング誤差の記憶とが、その後、工作機械の別の回転軸線、例えばＡ軸線またはＢ軸線に対して繰り返される。
【００１３】
次に、本発明の較正方法は、最適化アルゴリズム［４］を使用して運動学誤差を特定するために、工作機械の運動学モデルを使用する。これは、作成された位置誤差マップに基づいており、それによって、少なくとも２つの異なる回転軸線上で測定されたポジショニング誤差を結合する。作成された補整モデルは、異なる線形軸線および回転軸線上で実施された測定に基づいて、運動学的連鎖内の種々の誤差を定量化し、機械加工操作のための機械加工ヘッド内のメインスピンドルに関する、作業台のポジショニングに対する相応の補整を演繹する。
【００１４】
本発明の運動学的較正方法は既知の較正に対比して、標準的な測定システムが使用されていても、工作機械の（測定された回転軸線全体にわたった）大域的な特性を考慮する。較正手順は任意の測定位置を考慮し、ここから、最適な補整値を、マシンヘッド／メインスピンドルに関連する、ワークピース台の全ての並進運動および回転運動に対する、生じている並進位置誤差および回転位置誤差に対して計算する。それが使用可能である場合には、回転位置誤差を、直接的に、回転軸線自身上で補整することも可能である。
【００１５】
既知のソリューションは、ポジショニング誤差のサブセットしか考慮しないことによって、一時に１つの回転軸線の運動学誤差を計算し、これは、補整の精度を下げてしまい得る。並行する他のシステムは、物理的な運動学誤差を考慮することなく、工作機械中心点位置だけを補整する。このような方法は、機械のポジショニング状態の全範囲をカバーするために、広範囲な測定を必要とし、したがって利便性が格段に低い。
【００１６】
提案された較正手順の利点は、全ての回転軸線のポジショニング誤差を考慮することによって工作機械の回転軸線の運動学誤差を正確に識別することならびに調査のために必要な、異なる軸線位置が極めて少ないことによって、迅速な測定プロセスが可能であることである。このことは、機械の物理的な運動学モデルが考慮されるという事実から生じている。さらに、この手順は、台上に取り付けられた較正ボールまたはパレットと標準的なタッチプローブだけを必要とするので、較正に必要な材料は標準的な作業現場環境にとって手頃かつ好都合なままである。
【００１７】
同次変換行列が、機械の運動学を数学的に表すのに使用される。これは、特にロボット工学および既知の従来技術において使用されている標準的な方法である（［３］を参照）。
【００１８】
同次変換行列Ｔが、別の位置ベクトルｑ’に対する、位置ベクトルｑにおけるデカルト座標ｘ、ｙおよびｚによって規定された任意の位置の変位（並進および／または回転）を計算するために使用される。
ｑ’＝Ｔ・ｑ  ここでｑ＝［ｘ  ｙ  ｚ  １］Ｔ
【００１９】
例えば、ｄｘ、ｄｙおよびｄｚのＸ、ＹおよびＺ軸線に沿った並進を適用する前の角度θの、Ｘ軸線を中心とした回転はそれぞれ、以下のような変換行列Ｔによって表される。
【数１】
2018088250.tif 000003
【００２０】
図１における機械運動学の例を考慮すると、２つの回転軸線の運動学誤差を伴う、機械基部からワークピースへの運動学モデルを、
【数２】
2018088250.tif 000004
によって表すことができる。
【００２１】
運動学モデルは、挙げられた文献［３］において詳細に数学的に記述されている。
【００２２】
本発明および本発明の適用を以降で、添付図面を参照して説明する。本明細書に添付された図面は、以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】３つの線形自由度と２つの回転自由度とを備えた、典型的な多軸工作機械の図
【図２】クランプ結合されたジグと較正ボールとを伴う、図１の作業台の図
【図３】本発明の較正方法のステップの図
【図４】本発明の較正方法のステップの図
【図５】本発明の較正方法のステップの図
【図６】本発明の較正方法のステップの図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、３つの線形軸線Ｘ、ＹおよびＺならびに２つの回転軸線ＢおよびＣを備える、典型的な多軸工作機械１を示している。作業台２は、軸線Ｘに沿って線形に移動可能である。他方で、Ｙ軸線およびＺ軸線に沿った線形運動は、マシニングヘッド３によって実施される。作業台２は、回転軸線ＣおよびＢを中心に回転可能である。別の回転軸線Ａが、例えば、Ｘ軸線を中心としたマシンヘッド３の傾斜を可能にすることを見越して、工作機械１内に組み込まれていてよい（矢印Ａを参照）。
【００２５】
図２は、図１に既に示された作業台２を示している。この作業台２の上には、較正ボール６を頂上に備えたジグ５が取り付けられている。その中心の較正ボール６の各位置は、工作機械１のマシンヘッド３上に取り付けられているタッチプローブ７によって測定される。
【００２６】
以降では、本発明の較正方法を例に基づいて説明する。図３は、提案された較正手順全体を示している。工作機械１（先行する図１および図２を参照）の回転軸線ＣおよびＢの運動学的較正を開始する前に、線形軸線Ｘ、ＹおよびＺが、工作機械１のタッチプローブ７と同様に適切に較正されていなければならない。この較正は、従来技術に従って実施される。較正ボール６を備えるジグ５が作業台２上に取り付けられると、回転軸線の位置が調査のために事前に特定される（例えば、以降の図６に示されているように、Ｃ軸線およびＢ軸線の位置、ＣｉおよびＢｊ、ここでｉ＝１，ｊ、２，ｊ、３，ｊ．．．ｎ，ｊおよびｊ＝１、２．．．ｍ）。続いて、事前に特定された種々の回転軸線位置において較正ボール６の測定が実行され、この較正ボールの測定された位置に基づいて、新たな運動学モデルが計算される。次に、工作機械の機械コントローラが、特定されたこの運動学モデルで更新され、これによって、機械軸の運動によって生じている実際のポジショニング誤差が補整される。次の図４を考慮して、事前に特定された回転軸線位置における較正ボールの測定に関してさらに説明をする。
【００２７】
図４は、ゼロ位置における回転軸線で、すなわち、機械の線形軸線が初めに較正されている状態に相当して、ジグ５および較正ボール６の基準位置を設定および測定した後に、第１の回転軸線、例えば回転軸線Ｃを中心にした較正ボール６の位置が、この第１の回転軸線を中心とした較正ボール６の（部分的な）回転（例えばＣ１，１からＣ２，１位置へ）によって増すことを示している。この回転の後、その中心の較正ボール６の各位置が測定される。較正ボール６の中心位置は、較正ボール６の周辺の種々の位置での、タッチプローブ７による、典型的に５回の接触測定によって特定される。較正ボールの中心の測定は、第１の回転軸線、例えば回転軸線Ｃを中心とした全ての、事前に特定された位置に対して繰り返される。その後、較正ボール６は、第２の回転軸線、例えば回転軸線Ｂを中心として（部分的に）（例えばＢ１からＢ２位置へ）回転され、較正ボールの中心が、第１の回転軸線位置の全てまたはサブセットに対して再び測定される。各測定に対して、３つの線形軸線Ｘ、ＹおよびＺに従った較正ボール６の中心の位置Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ（ここではｋ＝１、２．．．Ｎであり、Ｎは、種々の較正ボール位置測定の総数である）が、例えばテーブル内へ報告される（事前に特定された回転軸線位置および線形軸線位置での較正ボール６の中心の測定された位置１、２、３．．．Ｎを含んでいる、図６のテーブルを参照）。
【００２８】
全ての既知の較正方法に対比して、較正ボールの中心の位置の測定は、２つの回転軸線（例えばＢおよびＣ）を中心とした較正ボールの増分式かつ結合式の回転による本発明の較正方法で行われる。したがって第１の軸線を中心とした測定が、第２の軸線を中心とした較正ボールの位置の増分変化の後に繰り返される。これに続いて、第２の軸線を中心とした較正ボールの位置が再び変えられ、第１の軸線を中心とした測定等が繰り返される。したがって測定された位置のシーケンスは、既知の測定方法とは異なる。本発明の方法に即した測定シーケンスの例は以下の通りである。
位置（Ｃ１,１；Ｂ１）→位置（Ｃ２,１；Ｂ１）→位置（Ｃ３,１；Ｂ１）→．．．→位置（Ｃｎ,１；Ｂ１）→
位置（Ｃ１,２；Ｂ２）→位置（Ｃ２,２；Ｂ２）→位置（Ｃ３,２；Ｂ２）→．．．→位置（Ｃｎ,２；Ｂ２）→
位置（Ｃ１,３；Ｂ３）→位置（Ｃ２,３；Ｂ３）→位置（Ｃ３,３；Ｂ３）→．．．→位置（Ｃｎ,３；Ｂ３）→
．．．
位置（Ｃ１,ｍ；Ｂｍ）→位置（Ｃ２,ｍ；Ｂｍ）→位置（Ｃ３,ｍ；Ｂｍ）→．．．→位置（Ｃｎ,ｍ；Ｂｍ）
【００２９】
この例は、一般的なケースを成し、ここでは、第２の軸線位置の全ての異なる位置Ｂ１、Ｂ２．．．Ｂｍに対して、第１の回転軸線とは異なる数、さらには異なる角度も使用される。
【００３０】
比較すると、従来技術の測定シーケンスは以下の通りである。
位置（Ｃ１；Ｂ１）→位置（Ｃ２；Ｂ１）→位置（Ｃ３；Ｂ１）→．．．→位置（Ｃｎ；Ｂ１）
→
位置（Ｃ１；Ｂ１）→位置（Ｃ１；Ｂ２）→位置（Ｃ１；Ｂ３）→．．．→位置（Ｃ１；Ｂｍ）
【００３１】
従来技術の測定シーケンスは、２つの軸線を中心とした回転を結合しない。このような方法によって、各軸線（例えば軸線Ｃ）の運動学誤差は、他の軸線（例えば軸線Ｂ）から独立して測定される。
【００３２】
従来技術に対比して、本発明の方法の測定シーケンスは、２つの軸線（例えばＣおよびＢ）、または場合によっては２つより多くの軸線の運動を結合する。これによって、結合された軸運動の運動学誤差が測定され、評価されるだろう。較正ボールの測定された位置の結果として生じるセット（これは例えば図６に相応してテーブルによって表される）が、運動学モデルを計算するために使用される。本発明のこの測定方法シーケンスを使用することによって、実質的により正確な運動学モデルが得られる。
【００３３】
第１および第２の回転軸線（例えばＣおよびＢ）を中心とした、選択された全ての位置に対して測定された較正ボール６の正確な位置に基づいて、工作機械の回転軸線の生じた運動学誤差が、機械運動学の物理的なモデルを使用して検索され、これによって運動学モデルが計算される。この運動学モデルは、図５に示されている例のように、マシンヘッド３内にクランプ結合されている機械加工ツールと、作業台２上にクランプ結合されている部品と、の間の運動学的連鎖全体を考慮する。運動学モデルは、同次変換行列を用いて、数学的に表される（文献［３］を参照）。標準的な最適化方法、例えば、非線形最小二乗曲線あてはめ（文献［４］を参照）が、回転軸線に関する異なる運動学誤差（例えば、図５における値Ａ０Ｃ、Ｂ０Ｃ、Ｘ０Ｃ、Ｙ０Ｃ、Ａ０Ｂ、Ｃ０Ｂ、Ｘ０Ｂ、Ｚ０Ｂ）を計算するために使用される。これは、図６のテーブル内で挙げられた較正ボールの中心の有効に測定された位置Ｘ、ＹおよびＺ座標に最適にフィットする。最終的に、工作機械のポジショニング誤差を補整するために、数値制御器のパラメータが、運動学モデルによって計算された、得られた運動学誤差で更新される。
【００３４】
上述したように、本発明の較正方法は、数値制御工作機械用であり、ここでは、数値制御工作機械は、作業台とメインスピンドルを備えたマシンヘッドとを含んでいる。数値制御工作機械はさらに、少なくとも３つの線形軸線（方向Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、少なくとも２つの回転軸線、場合によっては３つの回転軸線と、を含んでいる。これらの軸線によって、メインスピンドルと作業台とを相対的に動かすことが可能である。新たな較正方法を実行するために、数値制御工作機械に、較正ボールを備えたジグが装備される必要がある。較正ボールを備えたジグは作業台上に取り付けられ、またマシンヘッドのメインスピンドルにはタッチプローブが装備される必要がある。本発明の較正方法は、取り付けられているタッチプローブとの少なくとも４回、有利には５回の接触測定でタッチプローブによって実施される、較正ボールの位置を測定するステップを含んでいる。ここで、回転軸線（Ａ、Ｂ、Ｃ）を中心として作業台またはマシンヘッドを回転させることによって、較正ボールの位置が少なくとも３回変えられ、較正ボールの位置を測定するステップは、較正ボールの位置変化の度に繰り返される。
【００３５】
この較正方法は、少なくとも３つの、較正ボールの測定された位置から、数値制御工作機械の運動学誤差を計算する運動学モデルを使用し、これによって、メインスピンドルに関する作業台の運動のポジショニング誤差を補整する。
【００３６】
運動学モデルは、較正ボールの理論的に正しい位置に関する較正ボールの位置誤差を使用して、数値制御工作機械用の補整モデルを作成し、これによって、メインスピンドルに関する作業台の運動のポジショニング誤差を補整する。
【００３７】
本発明の較正方法は、較正ボールの位置を測定シーケンスによって測定する。ここでこれは、２つ、有利には３つの回転軸線を中心とした、較正ボールの結合された運動を含み、ここで第１の回転軸線を中心とした測定は、少なくとも２個、有利にはｍ個の、第２の軸線を中心とした回転位置運動を含んでいる。
【００３８】
本発明の較正方法に従うと、較正ボール（６）の回転位置（Ｃｉ；Ｂｊ）に対する測定シーケンスは以下のようになり得る。
【数３】
2018088250.tif 000005
【００３９】
有利には、数値制御工作機械用の、本発明の較正方法は、回転軸線（例えばＡ、Ｂ、Ｃ）の運動学誤差を考慮するために同次変換行列を使用する運動学モデルで、作業台とメインスピンドルとの間の相対的な運動を表す。
【００４０】
較正ボールの位置は、線形軸線Ｘ、ＹおよびＺの座標において測定可能であり、ここでは、測定された各較正ボール位置（例えばＸｋ、Ｙｋ、Ｚｋ）が位置テーブルに記憶される。
【００４１】
さらに、タッチプローブを、トリガベースの接触測定デバイスとしてメインスピンドル内に取り付けることができる。これは、自身のトリガ信号を、数値制御工作機械にワイヤレス伝送を通じて伝送する。有利には、このタッチプローブは、機械加工される部品の基準位置を特定するためにも使用される。
【００４２】
この較正方法の運動学モデルは、例えば、回転軸線（例えばＡ、Ｂ、Ｃ）の運動によって生じている運動学誤差を、位置テーブル内に記憶されている線形軸線位置（例えばＸｋ、Ｙｋ、Ｚｋ）に基づいて計算することができる。
【００４３】
運動学モデルによって作成された補整モデルは、作業台とメインスピンドルとの間の相対的な運動によって生じている運動学誤差を補整するための最適化アルゴリズムを含んでいる。
【００４４】
測定シーケンスが、２つの回転軸線（例えばＣ、ＢまたはＣ、Ａ）を中心とした較正ボールの結合された運動を含んでいる場合、運動学モデルは、回転軸線の運動学誤差（例えばＡ０Ｃ、Ｂ０Ｃ、Ｘ０Ｃ、Ｙ０Ｃ、Ａ０Ｂ、Ｃ０Ｂ、Ｘ０Ｂ、Ｚ０ＢまたはＡ０Ｃ、Ｂ０Ｃ、Ｘ０Ｃ、Ｙ０Ｃ、Ｂ０Ａ、Ｃ０Ａ、Ｙ０Ａ、Ｚ０Ａそれぞれ）を特徴付ける８つの補整パラメータを考慮する。
【００４５】
運動学モデルは、較正ボールの理論的に正しい位置に関する較正ボールの位置誤差を使用して、メインスピンドルに関する作業台の運動のポジショニング誤差を補整するための、数値制御工作機械用の補整モデルを作成することができる。
【００４６】
運動学モデルは有利には補整モデルを作成し、この運動学モデルは、数値制御工作機械外に位置する処理ユニットによって計算される。補整モデルは、例えば、通信手段によって、例えば電気通信手段によって、数値制御工作機械の数値制御システムへと伝送される。
【００４７】
この較正方法は、例えば、数値制御工作機械のマシンコントロールユニットによって適用される。
【００４８】
本発明は、補整モデルを作成する運動学モデルが、数値制御工作機械外に位置する処理ユニットによって計算されることが可能であることを含んでいる。このような場合には、計算された補整モデルを、処理ユニットから、電気通信手段を介して、最も有利にはインターネットまたは電話接続を介して、数値制御工作機械へと伝送することができる。
【００４９】
本発明は、明示的に説明された例および実施形態に制限されない。図示された選択肢はむしろ、本発明を最も有利な方法で実行することを当業者に動機付けるための、熟考された提案である。
【００５０】
文献
［１］Ｓ．Ｗｅｉｋｅｒｔ著，Ｒ−Ｔｅｓｔ，ａ  Ｎｅｗ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ａｃｃｕｒａｃｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｎ  Ｆｉｖｅ  Ａｘｉｓ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｔｏｏｌｓ，ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ−Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，５３／１，２００４年，４２９頁−４３２頁
［２］Ｔｏｕｃｈ  ｐｒｏｂｅ  ｃｙｃｌｅ  ４５１  ｉｎ  Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ  Ｂｅｎｕｔｚｅｒ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ  Ｚｙｋｌｅｎｐｒｏｇｒａｍｍｉｅｒｕｎｇ  ｉＴＮＣ５３０，２０１０年
［３］Ｔ．Ｂａｊｄ等著，Ｃｈａｐｔｅｒ  ２  ｉｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０１０年
［４］Ｄ．Ｍ．ＢａｔｅｓおよびＤ．Ｇ．Ｗａｔｔｓ著，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｗｉｌｅｙ，１９８８年
【符号の説明】
【００５１】
１  数値制御工作機械
２  作業台
３  マシンヘッド
４  メインスピンドル
５  ジグ
６  較正ボール
７  タッチプローブ
Ａ、Ｂ、Ｃ  作業台またはマシンヘッドの回転軸線
Ｘ、Ｙ、Ｚ  作業台またはマシンヘッドの線形軸線
【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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【外国語明細書】
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