(57)【要約】第二の部分（４）に関して移動可能な第一の部分（８）を備える工作機械の校正を行うための基準点を画定する方法が提案される。工作機械の第一の部分（８）は、少なくとも１つの校正アーティファクト（２０，３０）と第二の校正アーティファクト（２２，３２）とを有する校正装置（１９）を備える。工作機械の第二の部分（４）は、測定プローブ（１８）を備える。この方法は、測定プローブ（１８）を使って、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定するステップを含む。これらの測定結果は、第一の校正アーティファクトの位置と第二の校正アーティファクトの位置を特定するために使用される。その後、特定された第一および第二の校正アーティファクトの位置に関して固定された位置を有する校正装置（１９）のための基準測定点（Ｉ）が画定される。校正アーティファクトは球であってもよい。
2013503380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第二の部分に関して移動可能な第一の部分を有する工作機械であって、前記第一の部分が少なくとも第一の校正アーティファクトと第二の校正アーティファクトを含む校正装置を備え、前記第二の部分が測定プローブを備える工作機械を、校正またはその校正をチェックする際に使用するための方法であって、
（ｉ）前記測定プローブを使用して、前記第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定するステップと、
（ｉｉ）ステップ（ｉ）の測定結果を使用して、前記第一の校正アーティファクトの位置と前記第二の校正アーティファクトの位置を特定するステップと、
（ｉｉｉ）ステップ（ｉｉ）で特定された前記第一および第二の校正アーティファクトの位置に関して固定された位置を有する、前記校正装置のための基準測定点を画定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記工作機械の前記第一の部分は、前記工作機械の前記第二の部分に関して少なくとも１つの回転軸の周囲で回転可能であり、ステップ（ｉ）の測定は、前記工作機械の前記第一の部分を前記工作機械の前記第二の部分に関して第一の方位へと回転させた状態で実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工作機械の前記第一の部分を前記工作機械の前記第二の部分に関して少なくとも１つの回転軸の周囲で回転させ、それによって前記工作機械の前記第一の部分が前記工作機械の前記第二の部分に関して第二の方位に位置付けられるようにするステップと、
前記測定プローブを使用して、前記第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から前記第一の校正アーティファクトの新しい位置と前記第二の校正アーティファクトの新しい位置を特定するステップと、
前記第一および第二の校正アーティファクトの前記新しい位置から、ステップ（ｉｉｉ）で画定された前記基準測定点の新しい位置を判定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記工作機械は、前記工作機械の前記第一の部分の前記工作機械の前記第二の部分に関する前記第二の方位への回転による前記基準測定点の新しい名目上の位置を計算するステップを実行するコントローラを備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第一および第二の校正アーティファクトの前記新しい位置から判定された前記基準測定点の前記新しい位置を、前記コントローラによって計算された前記基準測定点の前記新しい名目上の位置と比較するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記工作機械の前記第一の部分は、前記工作機械の前記第二の部分に関して第一の回転軸と第二の回転軸の周囲で回転可能であり、前記工作機械の前記第一の部分を前記工作機械の前記第二の部分に関して第二の方位に位置付けるステップは、前記第二の回転軸のみの周囲で回転させるステップを含むことを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記工作機械の前記第一の部分は、前記工作機械の前記第二の部分に関して第一の回転軸の周囲で回転可能であり、ステップ（ｉｉｉ）は、前記工作機械の座標系の中の、前記第一の回転軸を含む所定の平面内にある基準測定点を画定するステップを含むことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記工作機械の前記第一の部分は回転ユニットを備え、および／または前記工作機械の前記第二の部分は旋回工作主軸台を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｉ）は、前記工作機械の前記第一の部分を前記工作機械の前記第二の部分に関して複数の軸に沿って線形に並進運動させ、前記測定プローブが前記第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の前記複数の点を測定できるようにするステップを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｉ）は、前記校正装置が第一の位置にある状態で行われ、前記方法は、
前記工作機械の前記第一の部分を移動させ、それによって前記校正装置を第二の位置に位置付けるステップと、
前記測定プローブを使って、前記第一と第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から、前記第一の校正アーティファクトの新しい位置と前記第二の校正アーティファクトの新しい位置を特定するステップと、
前記第一および第二の校正アーティファクトの前記新しい位置から、ステップ（ｉｉｉ）で画定された前記基準測定点の新しい位置を判定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の校正アーティファクトは第一の球であり、前記第二の校正アーティファクトは第二の球であり、ステップ（ｉｉ）で特定された前記第一の校正アーティファクトの位置は、前記第一の球の中心の位置であり、ステップ（ｉｉ）で特定された前記第二の校正アーティファクトの位置は前記第二の球の中心の位置であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ｉｉｉ）における前記画定された基準測定点は、前記第一および第二の球の中心を通る直線上に位置することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記画定された基準測定点は、前記第一および第二の球の中心の間に位置し、前記画定された基準測定点は、前記第一および第二の球の中心を結ぶ直線に沿った距離の比として保存されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記校正装置は、前記工作機械に取り付け可能なベースプレートを備え、前記第一および第二の校正アーティファクトは前記ベースプレートに固定されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記第一および第二の校正アーティファクトの位置は、３つの次元で特定されることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
工作機械を校正、またはその校正をチェックする方法であって、
（ａ）前記工作機械の可動部上に校正装置を設置するステップであって、前記校正装置が少なくとも第一の校正アーティファクトと第二の校正アーティファクトを用意するステップと、
（ｂ）前記工作機械により担持される測定プローブを使用して、前記第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から前記第一の校正アーティファクトの位置と前記第二の校正アーティファクトの位置を特定するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で特定された前記第一および第二の校正アーティファクトの位置に関して固定された位置を有する、前記校正装置のための基準測定点を画定するステップと、
（ｄ）前記工作機械の前記可動部を移動させるステップと、
（ｅ）前記測定プローブを使用して、前記第一および第二の校正アーティファクトの表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から、前記第一の校正アーティファクトの新しい位置と前記第二の校正アーティファクトの新しい位置を特定するステップと、
（ｆ）ステップ（ｅ）で特定された前記第一および第二の校正アーティファクトの前記新しい位置から、ステップ（ｃ）で画定された前記基準測定点の新しい位置を判定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
工作機械を校正、またはその校正をチェックする方法であって、
（ａ）前記工作機械の可動部上に校正装置を設置するステップであって、前記校正装置が少なくとも第一の校正球と第二の校正球を用意するステップと、
（ｂ）前記工作機械により担持される測定プローブを使用して、前記第一および第二の校正球の各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から前記第一および第二の校正球の中心の位置を特定するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で特定された前記第一および第二の校正球の中心に関して固定された位置を有する、前記校正装置のための基準測定点を画定するステップと、
（ｄ）前記工作機械の前記可動部を移動させるステップと、
（ｅ）前記測定プローブを使用して、前記第一および第二の校正球の各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から、前記第一および第二の校正球の中心の新しい位置を特定するステップと、
（ｆ）ステップ（ｅ）で特定された前記第一および第二の校正球の中心の前記新しい位置から、ステップ（ｃ）で画定された前記基準測定点の新しい位置を判定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の校正に関し、特に、少なくとも第一と第二の校正アーティファクト（calibration artefact）を備える校正装置を用いる工作機械の、校正時またはその校正チェック時に使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式工作機械はよく知られており、各種の製造業において利用されている。現在、このような工作機械は、加工対象物を保持するための旋回工作主軸台および／または複数軸回転台により担持される主軸または旋盤を含んでいるのが一般的である。コンピュータ制御式のこうした工作機械の動作により、複雑な部品を全自動工程で加工することが可能である。この種の工作機械ではまた、測定プローブとの併用によって、切削後の部品の自動検査を行えるものがますます増えている。測定プローブは一般に、測定サイクルが必要になると工作機械の主軸に装着され、その後、工作機械によって加工対象物に関して移動されて、その加工対象物の表面上の複数の点が測定可能となる。工作機械は一般に、その製造段階で熟練工によって手作業で事前校正されるが、この工程は時間が掛かり、人的エラーが発生しやすい。また、その上にさらに最終使用者が自動校正プロセスを実行する方がよい。これは特に、工作機械を使って高精度の機械加工および／または測定サイクルを実行する場合に言えることである。
【０００３】
測定プローブを利用した工作機械校正プロセスの例は、特許文献１に概説されている。特に、特許文献１に記載された各種の方法によれば、２つまたはそれ以上の異なる回転方位において特徴物、例えば校正球の位置を測定することによって、１つまたはそれ以上の回転軸を特定できる。これは、例えば旋回工作主軸台または旋回テーブルを用いる工作機械の主軸中心線および／または１つまたは複数の回転軸の位置を特定するために利用できる。
【０００４】
また、過去には特許文献２において、工作機械の移動に伴う位置エラーを、測定された球中心位置と、工作機械のコントローラにより計算された名目上の中心地点（nominal sphere centre）と、の比較によって特定できる方法も開示されている。特に、特許文献２は、既知の寸法の１つの測定球を工作機械の回転台に取り付けることを開示している。測定プローブを使用して、球表面上の複数の点が測定され、その測定結果から球中心位置が判定される。その後、回転台はコントローラの制御下で既知の距離だけ回転される。コントローラは、台が移動された既知の距離に基づいて、球中心の新しい（名目上の）位置を計算する。球中心位置が測定プローブを使って再測定され、測定された球中心位置と名目上の球中心位置との差は、位置偏差エラー、すなわちコントローラがどれだけ正確に位置を画定できるかの尺度となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際特許出願第２００７／０６８９１２号
【特許文献２】欧州特許第１６９６２８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された方法により、ある工作機械のエラーは評価できるものの、本発明者らは、このような方法が、ある種類の位置エラーを非常に高い精度で特定するためには校正球を工作機械の可動部の所望の位置に設置しなければならないという欠点を伴うことに気付いた。特に、状況によっては、球を正確に位置付けることができなければ測定精度が低下することがわかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、第二の部分に関して移動可能な第一の部分を有する工作機械であって、工作機械の第一の部分が少なくとも第一の校正アーティファクトと第二の校正アーティファクトとを含む校正装置を備え、工作機械の第二の部分が測定プローブを備えるような工作機械を校正、またはその校正をチェックする際に使用するための方法が提供され、この方法は、
（ｉ）測定プローブを使用して、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定するステップと、
（ｉｉ）ステップ（ｉ）の測定結果を使用して、第一の校正アーティファクトの位置と第二の校正アーティファクトの位置を特定するステップと、
（ｉｉｉ）ステップ（ｉｉ）で特定された第一および第二の校正アーティファクトの位置に関して固定された位置を有する、校正装置のための基準測定点を画定するステップと、
を含む。
【０００８】
本発明はそれ故、工作機械の校正時またはその校正のチェック時に使用するための方法を含む。留意すべき点として、工作機械という用語は、機械加工（例えば、部品の切削および／または旋盤加工）を行う機械を指し、測定機能しか持たない専用座標測定器（ＣＭＭ）はこれに含まれない。工作機械は、本発明を実施する際、測定プローブを備える第二の部分に関して移動可能な校正装置を備える第一の部分を含む。以下により詳しく説明する好ましい実施形態において、第一の部分は回転台を備え、この回転台に第一および第二の校正球を有する校正装置が取り付けられる。このような例では、第二の部分は工作機械の主軸内に保持される測定プローブを有していてもよい。
【０００９】
本発明の方法のステップ（ｉ）において、工作機械の第二の部分の測定プローブを用いて、第一の校正アーティファクトの表面上の複数の点または点の集合の位置および、第二の校正アーティファクトの表面上の複数の点または点の集合の位置を測定する。この測定プロセスには、工作機械の第一の部分および／または第二の部分を移動させて、測定プローブが校正アーティファクトに対して必要な表面感知を行える関係となることができるようにするステップを含んでいてもよい。これは、例えば、測定プローブの針先を校正装置の校正アーティファクトの表面上の点と接触させるステップであってもよい。これらの取得された表面上の点の集合は、機械座標系で測定されており、ステップ（ｉｉ）において、第一の校正アーティファクトの位置と第二の校正アーティファクトの位置をそれぞれ特定するために使用される。校正アーティファクトが球である場合、このステップでは、球のベストフィットプロセスを使って、複数の表面位置測定結果から球中心の位置を判定してもよい。
【００１０】
第一および第二の校正アーティファクトの位置がステップ（ｉｉ）で判明した後に、ステップ（ｉｉｉ）が実行され、このステップにおいて、第一および第二の校正アーティファクトの位置に関して固定された位置を有する基準測定点が画定される。換言すれば、基準測定点は、測定された第一および第二の校正アーティファクトの位置に関する局所座標系で画定される。この基準測定点は、例えば、ステップ（ｉｉ）で特定された第一および第二の校正アーティファクトの位置（例えば、球中心）の間の特定の距離の地点にある点として画定してもよい。ステップ（ｉｉｉ）において局所座標系で画定された基準測定点はそれ故、工作機械の第一の部分の機械座標系の中で移動することになる。本発明の方法を用いて特定される基準測定点は、工作機械を校正、またはその校正をチェックするためのどの方法の中で使用してもよい。例えば、本発明の方法を用いて特定された基準測定点は、どのような周知の校正または校正チェック方法においても、１つの校正アーティファクトの測定位置の代わりに使用することができる。
【００１１】
本発明により、校正装置のための、から離れているがそれに関して既知の位置にある基準測定点を特定できる能力は、様々な校正プロセスにおいて利用でき、それには数多くの重要な利点がある。特に、基準測定点は、校正装置の校正アーティファクトに関するいずれの所望の位置にも設定できる。これには、校正装置を正確に位置付けることなく、工作機械の作業空間内の必要な位置についての位置または位置エラーを発見できるという利点がある。例えば、位置エラーを特定の平面に関して、または回転軸から特定の半径の地点で判定してもよく、これについては後に詳しく説明する。その結果、機械のうち、測定を行うべき領域、または加工対象物の特徴箇所を切削するべき領域において位置エラーを測定することができる。
【００１２】
本発明の方法は、周知のどのような種類の工作機械を使って実行してもよい。好ましくは、工作機械の第一の部分は、少なくとも１つの回転軸の周囲で、工作機械の第二の部分に関して回転可能である。第一および第二の部分の間の少なくとも１つの相対回転軸は、少なくとも１つの回転軸を含む工作機械の第一の部分および／または第二の部分によって提供されてもよい。工作機械の第一の部分は、好都合な態様として、回転ユニット、例えば回転台、トラニオンまたはクレードルを備えていてもよい。回転ユニットは、１つの軸、２つの軸または３つ以上の軸の周囲で回転可能であってもよい。第二の部分は、例えば旋回工作主軸台ユニットを備えていてもよい。旋回工作主軸台ユニットは、１つの軸、２つの軸または３つ以上の軸の周囲で回転可能であってもよい。
【００１３】
第一の部分が第二の部分に関して回転可能である場合、ステップ（ｉ）で行われる測定は、好都合な態様として、工作機械の第一の部分を工作機械の第二の部分に関して第一の方位に回転させた状態で行ってもよい。換言すれば、好ましくは、ステップ（ｉ）で測定結果を取得している間、工作機械の第一および第二の部分の間の相対的角度方位を固定したままとする。そして、ステップ（ｉ）においては、第一および第二の部分の間の非回転運動、例えば複数の線形軸に沿った相対移動を利用して、測定プローブを校正装置に対して必要な表面感知を行うことのできる関係にし、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点を測定できるようにしてもよい。
【００１４】
好ましくは、この方法は、工作機械の第一の部分を工作機械の第二の部分に関して、少なくとも１つの回転軸に沿って回転させるステップを含み、それによって、工作機械の第一の部分は、工作機械の第二の部分に関して第二の方位に位置付けられる。次に、測定プローブを用いて、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定するステップを実行してもよい。これらの表面測定結果は次に、第一の校正アーティファクトの新しい位置と第二の校正アーティファクトの新しい位置を特定するために使用してもよい。その後、有利な態様として、ステップ（ｉｉｉ）において画定された基準測定点の新しい位置を、第一および第二の校正アーティファクトの新しい位置から判定してもよい。換言すれば、基準測定点は局所座標系の中で不変位置を有し（すなわち、第一および第二の校正アーティファクトに関して画定される）、機械座標系におけるその新しい位置は、工作機械の第一および第二の部分を第二の方位に位置付けた状態で特定される。
【００１５】
有利な態様として、工作機械はコントローラを備える。コントローラは、好都合な態様として、工作機械の第一の部分を工作機械の第二の部分に関して第二の方位へと回転させたことによる基準測定点の新しい名目上の位置を計算するステップを実行する。この方法はまた、好ましくは、第一および第二の校正アーティファクトの新しい位置から判定された基準測定点の新しい位置を、コントローラによって計算された基準測定点の新しい名目上の位置と比較するステップも含む。この比較ステップは、コントローラによって実行されてもよい。比較ステップは、基準測定点の測定による位置と名目上の位置の間の位置の差を計算するステップであってもよい。換言すれば、名目上の（コントローラにより予測される）基準測定点と実際の（測定された）基準測定点とを比較して、機械の幾何学的不完全性、熱成長またはコントローラに関連する位置エラーを特定してもよい。位置の差は、名目上の基準測定点と測定された基準測定点との間のオフセットベクトルまたは合成距離(resultant distance)として計算してもよい。この位置の差は、コントローラの校正の精度の尺度として使用してもよく、またはその後の測定を補正するために使用される補正率または校正係数として（例えばコントローラによって）保存してもよい。
【００１６】
工作機械の第一の部分は好ましくは、工作機械の第二の部分に関して、第一の回転軸の周囲で回転可能である。工作機械の第一の部分はまた、工作機械の第二の部分に関して第二の回転軸の周囲で回転可能であってもよい。この方法は、工作機械座標系の中で、工作機械の第一の回転軸の位置および／または第二の回転軸の位置を測定する最初のステップを含んでいてもよい。この方法のステップ（ｉｉｉ）は、好都合な態様として、工作機械座標系の中の所定の平面上にある基準測定点を画定するステップを含んでいてもよい。所定の平面は好ましくは、第一の回転軸を含む。有利な態様として、工作機械の第一の部分を工作機械の第二の部分に関して第二の方位に位置付けるステップは、第二の回転軸の周囲で回転させるステップを含む。工作機械の第二の回転軸は、好ましくは第一の回転軸と直交する、または少なくとも略直交する。第一の回転軸は、工作機械のＣ軸としばしば呼ばれるものであり、第二の回転軸はいわゆる回転Ｂ軸であってもよい。
【００１７】
工作機械の第一と第二の部分は好ましくは、複数の線形軸に沿って相互に関して移動可能である。例えば、工作機械は、第一の部分を第二の部分に関して相互に直交する３つの線形軸に沿って移動または駆動させることができてもよい。この方法のステップ（ｉ）はそれ故、好ましくは、工作機械の第一の部分を工作機械の第二の部分に関して複数の軸に沿って線形に並進運動させて、測定プローブが第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の必要な複数の点を測定できるようにするステップを含む。工作機械の第一および第二の部分の間のこの相対的な移動は、第一の部分を１つまたはそれ以上の軸に沿って移動、および／または第二の部分を１つまたはそれ以上の軸に沿って移動させることによって提供してもよい。ステップ（ｉ）において、第一の部分を静止状態に保ちながら第二の部分を移動させてもよく、またはその逆でもよい。工作機械は、第一および／または第二の部分をこのように移動させるための１つまたはそれ以上の駆動モータを備えていてもよい。
【００１８】
好都合な態様として、方法のステップ（ｉ）は、校正装置を第一の位置に位置付けた状態で行うことができる。換言すれば、工作機械の第一の部分を第一の位置に静止させた状態に保ちながら（例えば、第一の部分は第一の位置へと回転または並進運動される台であってもよい）、ステップ（ｉ）の測定を行う。このような例では、ステップ（ｉ）はそれ故、工作機械の第二の部分を移動させて、測定プローブを第一および第二の校正アーティファクトに対して必要な表面感知を行える関係となるようにするステップを含んでいてもよい。この方法は、工作機械の第一の部分を移動させて、校正装置を第二の位置に位置付けるステップ、例えば台を第二の位置へと回転または移動させるステップをさらに含んでいてもよい。さらに、好都合な態様として、測定プローブを使用して、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定するステップを実行してもよく、これらの位置から、第一の校正アーティファクトの新しい位置と第二の校正アーティファクトの新しい位置を特定できる。さらに、第一および第二の校正アーティファクトの新しい位置から、ステップ（ｉｉｉ）において画定された基準測定点の新しい位置を判定してもよい。このような方法において、ステップ（ｉ）は好ましくは、工作機械の第二の部分を少なくとも１つの軸、より好ましくは相互に直交する３つの軸に沿って移動させて、測定プローブが第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点を測定することができるようにするステップを含む。
【００１９】
第一および第二の校正アーティファクトは、どのような適当な形態の校正アーティファクトであってもよい。第一および第二の校正アーティファクトは、異なる形状であっても、見かけ上、同一であってもよい。各校正アーティファクトは、例えば球、環、立方体、直平行六面体、穴、ボス等であってもよい。有利な態様として、各校正アーティファクトの位置は、そのアーティファクト上の複数の点を測定することによって明確に特定できる。校正装置は、第一および第二の校正アーティファクトだけを備えていてもよい。あるいは、校正装置は、第一および第二の校正アーティファクトの他に１つ又はそれ以上の校正アーティファクトを備えていてもよい。
【００２０】
有利な態様として、第一の校正アーティファクトは第一の球である。好ましくは、第二の校正アーティファクトは第二の球である。第一の球は、好都合な態様として、第二の球から離間される。このような例において、第一の校正アーティファクトの位置は、第一の球の中心の位置であってもよく、第二の校正アーティファクトの位置は、第二の球の中心の位置であってもよい。換言すれば、球の中心が校正アーティファクトの位置を画定してもよい。校正アーティファクトとして球を使用することは、工作機械の計測学分野の当業者の間では周知のように、球の中心は球の表面上のわずかな数の測定点から容易に判断できるため、有利である。
【００２１】
有利な態様として、ステップ（ｉｉｉ）で画定された基準測定点は、ステップ（ｉ）で特定された第一および第二の校正アーティファクトの位置を通過する直線の上に位置付けられる。第一および第二の球を有する校正装置の場合、ステップ（ｉｉｉ）で画定された基準測定点はそれ故、好ましくは、第一および第二の球の中心を通る直線の上に位置付けられる。画定された基準測定点は、球中心を通るように予想される直線の上の、球中心の間にはない点に位置付けられていてもよい。有利な態様として、画定された基準測定点は、第一および第二の球の中心の間に位置付けられる。
【００２２】
校正装置は、工作機械上に別々に取り付けられる第一および第二の校正アーティファクトを備えていてもよい。有利な態様とて、校正装置は、工作機械に取付可能なベースプレートを含み、第一および第二の校正アーティファクトはベースプレートに固定される。好ましくは、第一および第二の校正アーティファクトは、ベースプレートに関して略不変の位置を有し、すなわち、これらは好ましくは、相互に、またベースプレートに関して移動不能である。例えば、校正装置は、２つの脚によってベースプレートに取り付けられた２つの球を備えていてもよい。留意すべき点として、第一および第二の校正アーティファクトの間の間隔は分かっている、または事前に校正されている必要がない。
【００２３】
好ましくは、第一および第二の校正アーティファクトの位置は三次元で特定される。好ましくは、各校正アーティファクトの位置（例えば、球中心位置）は、相互に直交する３つの機械軸（ｘ，ｙ，ｚ）において見つけられてもよい。アーティファクトの位置は、好ましくは３つの軸において画定されるが、２つの軸だけで同じ測定を実行することも可能である。
【００２４】
工作機械の第二の部分は好ましくは、屈曲可能な針を有する接触式測定プローブを備える（例えば、担持する）。接触式測定プローブは、特定の針屈曲閾値を超えるとトリガ信号を発生するタッチトリガプローブであっても、または針屈曲の測定値を出力するいわゆるアナログまたは走査プローブであってもよい。タッチトリガプローブが使用される場合、ステップ（ｉ）は、針を校正アーティファクトの表面上の異なる点と接触させるステップを含んでいてもよい。アナログプローブが使用される場合、ステップ（ｉ）は、測定プローブの針で校正アーティファクトの表面上を走査するステップを含んでいてもよい。あるいは、機械は非接触式（例えば、光学、インダクタンス利用型、容量性）測定プローブを担持していてもよい。工作機械はまた、工具自動交換システムを備えていてもよく、それによって、測定プローブと切削工具が、それぞれ測定と切削サイクルのために工作機械の第二の部分の主軸に自動的に装着される。
【００２５】
上述の方法の各種のステップはもっぱら、必要な工作機械校正データを提供するだけでも、または既存の校正データの妥当性をチェックできるようにするだけでもよい。あるいは、上記の方法は単純に、工作機械に関するより複雑な校正または校正チェックプロセスの一部として使用してもよい。当業者であれば、本発明の方法を使用して特定された基準測定点を多種多様な校正または校正チェック作業の中で利用できる様々な方法が分かるであろう。
【００２６】
それ故、本願においては、工作機械を校正、またはその校正をチェックする方法が開示され、この方法は、（ａ）工作機械の可動部上に校正装置を設置するステップであって、校正装置が少なくとも第一の校正アーティファクトと第二の校正アーティファクトを有するようなステップと、（ｂ）工作機械により担持される測定プローブを使用して、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から、第一の校正アーティファクトの位置と第二の校正アーティファクトの位置を特定するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で特定された第一および第二の校正アーティファクトの位置に関して固定された位置を有する、校正装置のための基準測定点を画定するステップと、（ｄ）工作機械の可動部を移動させるステップと、（ｅ）測定プローブを使用して、第一および第二の校正アーティファクトの各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から、第一の校正アーティファクトの新しい位置と第二の校正アーティファクトの新しい位置を特定するステップと、（ｆ）ステップ（ｅ）で測定された第一および第二の校正アーティファクトの新しい位置から、ステップ（ｃ）で画定された基準測定点の新しい位置を判定するステップと、を含む。
【００２７】
本願では、工作機械を校正する、またはその校正をチェックする方法が開示され、この方法は、（ａ）工作機械の可動部上に校正装置を設置するステップであって、校正装置が少なくとも第一の校正球と第二の校正球を有するようなステップと、（ｂ）工作機械により担持される測定プローブを使用して、第一および第二の校正球の各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から第一および第二の校正球の中心の位置を特定するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で特定された第一および第二の校正球の中心に関して固定された位置を有する、校正装置のための基準測定点を画定するステップと、（ｄ）工作機械の可動部を移動させるステップと、（ｅ）測定プローブを使用して、第一および第二の校正球の各々の表面上の複数の点の位置を測定し、その測定結果から、第一および第二の校正球の中心の新しい位置を特定するステップと、（ｆ）ステップ（ｅ）で特定された第一および第二の校正球の中心の新しい位置から、ステップ（ｃ）で画定された基準測定点の新しい位置を判定するステップと、を含む。
【００２８】
本発明を、あくまでも例として、添付の図面に関して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】回転台を有する工作機械を示す図である。
【図２】２軸回転台によって担持される、本発明の校正装置を示す図である。
【図３ａ】機械座標系における、図２の校正装置の側面図である。
【図３ｂ】機械座標系における、図２の校正装置の平面図である。
【図４】Ｙ＝０平面内で基準測定点を画定するステップを示す図である。
【図５】２つの校正球に関する基準測定点の位置を示す図である。
【図６】Ｂ軸周囲での台と校正装置の回転を示す図である。
【図７】図６に示される回転の後の実測による基準測定点の差を示す図である。
【図８】回転軸から任意の半径の地点で位置エラーを発見できる別の方法を示す図である。
【図９】図８の基準測定点の測定された点と名目上の点の差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１を参照すると、２軸回転台８を有する第一の部分と、主軸台ユニット４を有する第二の部分と、を含む工作機械が概略的に示されている。留意すべき点として、後述のように、図１に描かれている工作機械の構成は単に、当業者の間で周知の、本発明の方法を利用できる多くの様々な工作機械の構成の一例に過ぎない。
【００３１】
工作機械２は主軸台ユニット４を含み、これは機械加工空間の周囲で、相互に直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸に沿って駆動することができる。主軸台４の位置は、線形機械軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の各々に配置された高精度位置エンコーダ（図示せず）によって測定される。工作機械２はまた、２軸回転台８も含む。台８は天板１０を有し、その上に加工対象物または部品を設置して、固定することができる。天板１０は、Ｃ軸の周囲で回転するように駆動できる。天板１０はキャリッジ１２に取り付けられ、キャリッジ１２は機械の部分１４に関してＢ軸の周囲で回転するように駆動できる。回転エンコーダもまた設置され、Ｂ軸とＣ軸が取る角度を測定する。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿った主軸台４の移動と、Ｂ軸とＣ軸の周囲での台の回転は、コンピュータ数値コントローラ（ＣＮＣ）１６、略してコンピュータによって制御される。
【００３２】
図１の主軸台ユニット４は、加工対象物接触針１７を有する測定プローブ１８を担持しているように示されている。この測定プローブは、針の屈曲閾値を超えるたびにトリガ信号を発生するタッチトリガプローブであっても、また針の屈曲量を示すデータを出力するアナログプローブであってもよい。接触式測定プローブが示されているが、留意すべき点として、非接触式（例えば、光学、容量性、インダクタンス利用型等）の測定プローブをその代わりに使用できる。
【００３３】
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿った主軸台４の移動は、天板１０に取り付けられた物体（例えば、検査対象の加工物等）と接触させ、それによってその物体の表面上の点の位置を測定するために利用される。このようして物体表面を測定することは、当業者の間でよく知られている。留意すべき点として、測定プローブは一般に、測定期間中のみ主軸台によって担持され、機械加工期間中は、主軸台には部品の切削用として適した工具（複数の場合もある）が担持される。
【００３４】
工作機械はしばしば、校正情報または校正テーブルを記憶させたコントローラと共に販売される。特に、機械加工の製造者や供給者は一般に、販売前に（例えば、干渉計方式等を用いて）工作機械を手作業で校正し、最終使用者が実行する切削プログラムで部品を所定の寸法に加工できるようにしている。製造者の校正データは多くの用途にとって十分であるが、ある点に関する校正データを作る場合、それには非常に時間がかかることがある。さらに、時間が経つと、または加工機械が再構成または中断されると、エラーが生じる可能性がある。このような理由により、最終使用者やサービスエンジニアのために、工作機械により担持される測定プローブを用いた様々な再校正または校正チェック作業手順が開発されてきた。
【００３５】
前述のように、校正チェック作業手順の一例は、特許文献２に記載されている。この方法では、既知の寸法の球の中心の位置を、工作機械に取り付けられた測定プローブを使って測定する。次に、工作機械が既知の量だけ（すなわち、校正データおよび、コントローラが受け取ったエンコーダの読み取り値に基づいて）球を移動させ、工作機械のコントローラが新しい名目上の球中心位置を計算する。すなわち、工作機械のコントローラは、移動後に球の中心がどこに位置付けられるべきかを計算する。次に、測定プローブを使用して実際の球中心位置を再測定する。実際の球中心と名目上の球中心の間の差は、位置偏差の数値となる。この位置偏差の数値は、工作機械の校正の精度の尺度となる。換言すれば、位置偏差の数値が小さければ、球がコントローラによって予測された量だけ移動しており、校正が正しいことを意味する。位置偏差の数値が大きければ、球がコントローラの予測していない位置まで移動しており、校正がうまく行われていないことを意味する。
【００３６】
特許文献２に記載された方法には多数の欠点があることが、本発明者らによって見出された。特に、この方法を用いて判定された位置偏差の数値は、工作機械の作業空間のうち、これらが測定された領域についてのみ有効であり、この領域は必ずしも、加工対象物が切削または測定される領域であるとは限らない。この先行技術を用いて測定される位置偏差の数値、特に回転運動に関連する数値はそれ故、機械の作業空間のうち、ある部品が切削または測定される領域内で実際に発生する位置偏差とは異なる可能性がある。校正球は、工作機械の可動部上の異なる場所に設置してもよいが、球を所望の位置に（例えば、平面または軸と交差するように）正確に設置しなければならないということは、時間が掛かり、迅速な校正または校正チェックプロセスにとって現実的でない。
【００３７】
本発明者らはそれ故、工作機械のある部品のための校正装置であって、少なくとも２つの校正アーティファクト、例えば２つの校正球を取り入れた装置が設置される、改良型の方式を考案した。各校正アーティファクトはある位置を明確に画定し、それ故、校正アーティファクトの位置（例えば、球中心位置）に関して固定された位置を有する基準測定点を設定することができる。この基準測定点は、必要に応じて、工作機械の中心面または軸と交差するように選択してもよい。基準測定点は、工作機械が方向転換されたか、または校正装置が移動されたときに特定し（すなわち、再測定して）、移動後にコントローラによって計算された名目上の基準測定点と比較することができる。これによって、あらゆる機械エラーの指標が得られる。この方法の一例を以下に説明する。
【００３８】
図２を参照すると、第一の校正球２０の形態の第一の校正アーティファクトと、第二の校正球２２の形態の第二の校正アーティファクトと、を備える校正装置１９が示されている。第一および第二の球２０，２２は相互に離間され、ベースプレート２４に取り付けられている。ベースプレート２４は、図１に関して上述したタイプの２軸回転台の天板１０に取り付けられている。回転台の回転Ｂ軸とＣ軸もまた示されている。留意すべき点として、第一および第二の球２０，２２は、好ましくは高精度球であるが、球の寸法または相対的間隔が正確に分かっている必要はない。
【００３９】
図３ａと図３ｂは、機械座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における図２の校正装置１９および天板１０の側面図と平面図である。特に、図３ａは、Ｘ−Ｚ平面内の校正装置の側面図であり、図３ｂはＸ−Ｙ平面内の校正装置の上面図である。図３ｂでは、第一および第二の校正球２０，２２が示され、これらは相互に離間されていることが分かる。
【００４０】
工作機械は、機械の機械座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）におけるＣ軸の位置が事前に測定された状態で販売されることがある。好ましくは、本願に記載の方法は、このＣ軸の位置を測定する、または再測定する第一のステップを含む。特に、Ｃ軸の位置は、校正球の一方の中心を測定し、校正装置をＣ軸の周囲で（Ｂ軸をロックしたまま）１８０°回転させ、その後、球の中心の位置を再測定することによって特定してもよい。２つの球の中心の測定値の中間点は、回転Ｃ軸の位置を示す。このような、Ｃ軸の位置を特定するプロセスは、特許文献１により詳細に記載されている。それ故、機械のＸ、Ｙ、Ｚ座標系におけるＣ軸の現在または更新された位置は、図３ｂに示されるように特定される。前述のように、Ｃ軸の位置を再測定することは任意であり、その代わりにその工作機械の製造者によって判定された位置を使用してもよい。
【００４１】
ほとんどの工作機械は、相互に直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸に沿って移動し、これらの軸は一般に、工作機械の製造者によって、例えばレーザ校正技術を使って非常に高い精度で画定されている。Ｘ−Ｚ平面はそれ故、測定されたＣ軸を含むように特定され、このＸ−Ｚ平面はＹ＝０平面として定義される。この平面もまた、図３ｂに示されている。校正装置１９は、略Ｃ軸付近（例えば、回転台の中央付近のどこか）に設置するだけでよい。校正装置を回転台上の特定の位置に正確に設置する必要がない。
【００４２】
次に、校正装置の第一および第二の校正球２０，２２の中心の位置を、台を第一のＢ軸回転角度（例えば、Ｂ＝０°）に位置付けた状態で測定する。球中心位置は、従来のように、工作機械により担持される測定プローブを使用して、各球の表面上の複数の点を測定することによって特定してもよい。次に、球フィッティングプロセスを実行して、球中心位置を計算してもよい。
【００４３】
また、図４に関して、第一および第二の校正球の中心が特定されると、２つの球中心の間に直線が予想される。次に、直線がＹ＝０平面と交差する点Ｒ１が特定され、すなわち、機械座標系の中の、球中心の間の直線がＹ＝０平面と交差する位置が特定される。換言すれば、点Ｒ１の位置がＸ、Ｙ（＝０）、Ｚ座標の中で特定される。
【００４４】
図５を参照すると、球中心を結ぶ直線がＹ＝０平面と交差する点Ｉもまた、球中心に関して画定される局所座標系の中に示されている。特に、図５は、交差点Ｉの位置が第一の校正球２０から第一の距離ａ、および第二の校正球２２から第二の距離ｂの位置に位置付けられる様子を描いたものである。距離ａおよびｂは、球の中心を結ぶ直線に沿って測定される。
【００４５】
交差点Ｉの位置は、距離の絶対値として保存してもよい（例えば、距離ａおよび／またはｂの数値を保存してもよい）が、好ましくは、球中心を結ぶ直線に沿った点の位置の比として保存する。例えば、交差点Ｉを、球中心を結ぶ直線に沿った位置ａ／（ａ＋ｂ）に位置付けられるとして定義する数値を保存することができる。このようにして比を保存することは、球の間の直線に沿って予想される位置を計算することが可能であることを意味する。この例は、図５の中で、Ｙ軸に沿った比を使ってＹ＝０平面での予想ＸＹＺ位置を判定している点において見ることができる。
【００４６】
留意すべき点として、台を第一のＢ軸回転角度に位置付けた状態では、点Ｒ１は点Ｉと同じ空間位置にある。この同じ位置は単純に、機械座標系と局所（アーテイファクト）座標系の両方に示される。
【００４７】
図６を参照すると、工作機械が台をＢ軸の周囲で特定の既知の角度だけ回転させる。台１０’と校正装置はそれ故、第二のＢ軸回転位置に位置付けられ、この第二のＢ軸位置は、図６において破線で示されている。工作機械によって担持される測定プローブを再び使用して、この新しいＢ軸方位にある第一および第二の校正球２０，２２の表面上の複数の点の位置を測定する。その後、フィッティングプロセスによって第一および第二の校正球２０，２２の中心の新しい位置を特定する。
【００４８】
図７を参照すると、台を第二のＢ軸位置に位置付けた状態の配置が示されている。図５に関して説明したように、点Ｉは球中心位置に関して、局所座標系の中で画定される。点Ｉはそれ故、校正装置が回転された時に移動したことになる。点Ｉの新しい位置はそれ故、再測定された球中心位置と、球中心を結ぶ直線に沿った点Ｉの位置を画定する、以前に保存された数値と、を使って特定できる。機械座標系内の点Ｉの新しい位置は、図７においてＲ２mとして示されている。
【００４９】
工作機械のコントローラはまた、Ｂ軸回転による点Ｉの位置の名目上の、すなわち計算による変化を、以前に測定された位置Ｒ１に加えることによって、名目上の位置Ｒ２ｎを計算するようにもプログラムされている。換言すれば、工作機械のコントローラは、台が所定の角度だけＢ軸の周囲で回転された後に、位置Ｉが機械座標内のどこに位置付けられるべきかを計算する。すると、差、すなわち位置エラーΔを、測定されたＲ２mと名目上のＲ２nの数値の間で特定できる。
【００５０】
このプロセスをその後、１つまたはそれ以上の別のＢ軸方位において繰り返し、エラー表または補正表を作成してもよい。この表は、その後の機械の移動を補正するため（切削精度向上のため）、または測定プローブを使用した測定を補正するために使用できる。あるいは、エラー表は単純に、機械的な修理や工作機械の全面的な再校正が必要か否かを判断するために使用してもよい。
【００５１】
本発明はそれ故、Ｙ＝０平面（すなわち、もう一方の回転軸Ｃを含む平面）においてエラーを特定できるという利点を有することが分かる。これによって、Ｃ軸に関する最適基準位置でＢ軸周囲の回転を補正するための正確な校正データが得られる。特に、この方法を使用した正確なアーティファクトの位置決めは不要であり、セットアップに関係なく、必要な平面または回転軸上に補正データを集中させることができる。
【００５２】
留意すべき点として、１つの球だけを使ってこのような精度を実現する必要がある場合、その球を、その中心がＹ＝０平面にあるように、ごく高い精度で位置決めしなければならない。これには、例えば、ダイアルテストインディケータ（それ自体に固有の不正確さがある）またはその他を使用する必要があり、それによって、測定が大幅に複雑となる。あるいは、１つの球を回転させて２箇所の位置に位置付け、第二の仮想上の球とすることができるが、これには、精度がＣ軸方位の精度に大きく依存するという欠点がある。本発明によって２つの球を備える校正デバイスを使用することはそれ故、１つの球によるアプローチより有利であることが分かり、特に、複雑なセットアッププロセスを実行したり、または回転軸の位置または方位を正確に知っていたりする必要がない。
【００５３】
図８と図９を参照すると、本発明の他の方法が示されており、この方法もまた、２つの球の中心を結ぶ直線を、あらゆる好都合な予想半径の位置まで予想するというアイディアを利用している。この方法は、第一の校正球３０と第二の校正球３２を備える校正装置を、Ｃ軸の周囲で回転可能な工作機械台３４に取り付けるステップを含む。回転台３４を、図８に示されるように、第一の角度方位（例えば、Ｃ＝０°）に設置する。測定プローブを使って、第一の球３０と第二の球３２の表面上の複数の点を測定し、その測定結果から、第一および第二の球の中心の位置を周知の方法で計算する。測定された球中心を通過する直線を予想し、点Ｒ１を、台の回転Ｃ軸から特定の半径ｒの位置に画定する。第二の球３２の中心から点Ｒ１までの距離ａもまた記録する。
【００５４】
回転台３４をＣ軸の周囲で、ある角度、例えば１０°だけ回転させる。第一の球３０と第二の球３２の中心位置もまた、球の表面上の複数の点を測定することによって特定する。新しく測定された球中心を通過する直線を予想し、第二の球３２の中心から距離ａの位置に位置付けられた点Ｒ２mの位置を特定する。工作機械のコントローラはまた、名目上の位置Ｒ２を計算し、これは点Ｒ１の回転Ｃ軸から得られる。すると、差、すなわち位置エラーΔ２を、測定されたＲ２mと名目上のＲ２nの数値の間に特定できる。これは、図９に示されている。
【００５５】
このプロセスを複数のＣ軸方位について繰り返し、それによって、回転Ｃ軸から半径方向の距離ｒにおいて発生する位置エラーのマップを作成する。このようにして、位置エラーは、回転軸から半径方向へのどの所望の距離の位置においても特定でき、校正アーティファクトをその半径方向の位置に正確に位置決めする必要がない。
【００５６】
この方法にはまた、１回の測定動作から複数の半径上の点に関する位置エラー情報が得られるという利点がある。例えば、エラーを台の中心（ｒ＝０）および外周縁（例えば、ｒ＝３００ｍｍ）においてもマッピングできる。１つの球でこれを行うには、試験を何回か実行する必要があり、また球の正確な位置決めに依存する。これに対して、本願で提案する方法を使用すれば、上記のエラーは１対の球による測定結果、1セットから特定できる。
【００５７】
上記の例は本発明を説明するためのものに過ぎない。当業者であれば、上記の例の数多くの改良および変形を着想でき、これらは本発明によって包含される。例えば、上記のような２つの校正アーティファクトを用いる方式は、以前には１つの校正アーティファクトの位置の測定に依存していたどの周知の校正また校正チェックの方法の中で使用することができる。また、上記の具体的な例は、２軸回転台を含む第一の部分と、相互に直交する３つの線形軸に沿って移動可能な第二の部分と、を有する工作機械について述べているが、この方法は、様々な構成の工作機械に利用可能である点に留意することも重要である。例えば、第二の部分に２つの回転軸があるような工作機械を使用してこの方法を実行することができ、例えば第二の部分は１つの軸または複数の軸を有する旋回工作主軸台ユニットを含んでいてもよい。校正装置を備える工作機械の第一の部分はまた、回転軸が１つだけであっても、または回転軸がなくてもよく、および／または１つまたはそれ以上の線形軸に沿って並進運動可能であってもよい。実際、第一および第二の部分の間の全ての相対的な線形および回転運動が工作機械の第二の部分の運動だけによって提供されるような工作機械にこの方法を実行する際、第一の部品を完全に静止させた状態のままであってもよい。工作機械の異なる回転軸を説明するために上で使用した様々な用語もまた、各種の方法の利用可能性を一切限定せず、純粋に理解を助けるために使用されている。
【図１】
2013503380.tif 000003
【図２】
2013503380.tif 000004
【図３ａ】
2013503380.tif 000005
【図３ｂ】
2013503380.tif 000006
【図４】
2013503380.tif 000007
【図５】
2013503380.tif 000008
【図６】
2013503380.tif 000009
【図７】
2013503380.tif 000010
【図８】
2013503380.tif 000011
【図９】
2013503380.tif 000012
【国際調査報告】
2013503380.tif 000013
2013503380.tif 000014