(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械をテストする方法で、工作機械を支持するよう意図された第１要素（２）と、工作物を支持するよう意図された第２要素（３）が、設定可能な運動パターンで相互に動作可能であり、測定アーム（７）が第１要素と第２要素との間に配置され、測定アーム（７）にほぼ平行な所定の力を第１要素（２）および第２要素（３）に加える動力装置（１４）が測定アーム（７）に平行に配置され、第１要素（２）および第２要素（３）は、所定の意図された動作路で相互に変位し、その結果生じた実際の運動路が測定アームによって記録され、その後、意図された運動路と実際の運動路との比較を実行し、機械の状態の指標として使用される方法であって、第１要素（２）と第２要素（３）との間に、ほぼ測定アーム（７）の長手方向で、第１要素と第２要素間の様々な相互位置で、所定の力を加えることを特徴とする方法。
【請求項２】
所定の力が、要素（２、３）が相互に変位している間に連続的に加えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
要素（２、３）が、意図された相互の円形路で変位することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
円運動が反対方向に実行されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
円運動が異なる半径で実行されることを特徴とする、請求項１から４いずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
同様の運動パターンを異なる機械供給速度で実行することを特徴とする、請求項１から５いずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
運動が、機械にとって正常な供給速度で実行されることを特徴とする、請求項１から６いずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
運動が１つの面で実行されることを特徴とする、請求項１から７いずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
運動が３次元で実行されることを特徴とする、請求項１から７いずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
所定の力の大きさが変更され、その後に運動を反復することを特徴とする、請求項１から９いずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
第１要素（２）と第２要素（３）とが相互に運動可能であり、端部にそれぞれ第１要素（２）および第２要素（３）に関節状に取り付けて、第１要素と第２要素との測定位置変更を可能にするための締め付け装置（９、１１）を有する測定アーム（７）を設けられた、工作機械のテストに使用する構成であって、動力装置（１４）を測定アーム（７）に平行に配置し、測定アームにほぼ平行な所定の力を第１要素（２）および第２要素（３）に加えるよう配置することを特徴とする構成。
【請求項１２】
動力装置（１４）が少なくとも１つの作動シリンダを組み込むことを特徴とする、請求項１１に記載の構成。
【請求項１３】
動力装置（１４）に、第１要素（２）に取り付けるためのブラケット（１５）ばかりでなく、第２要素（３）に取り付けるためのブラケット（１６）も設け、これらのブラケットにそれぞれ、動力装置の回転を可能にする軸受け（２４、１７）を設けることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の構成。
【請求項１４】
第２要素（３）に取り付けるよう意図されたブラケット（１６）に、一方端を測定アーム（７）に取り付けるための装置を設けることを特徴とする、請求項１３に記載の構成。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は特には特許請求項１のプリアンブルによる方法に、特には請求項１１のプリアンブルによる構成に関する。
【０００２】
（最新技術）
多くの状況で、産業は様々な部品の処理および製造に様々なタイプの機械を使用している。これは、例えば製造中の部品の停止または不良な精度を回避するために早めの修理および調節をできるため、このような機械の状況を監視できる必要がある。目的として、変化を迅速に検出し、費用のかかる大きい欠陥が生じる前に矯正できることである。
【０００３】
機械をテストする従来の方法は、代表的な部品を作成し、次に機械の性能を評価するため、その寸法をチェックする。これに関して認められる欠点は、工具および試験片を必要とし、様々なテストの結果を比較することが困難なことである。標準化された試験片を使用すると、確かに比較が容易になるが、なお試験片および工具が必要である。
【０００４】
別の方法は、油圧シリンダによって適切な力を加え、その結果生じる偏差を例えばマイクロメータなどによって測定することにより、様々な方法で機械の剛性をモニタする。この方法の欠点は、時間がかかり、作動中の機械で測定ができないことである。
【０００５】
知られている別の実施法は、いわゆる「ボール・バー」という特殊な計器を使用し、工作物ホルダと工具ホルダの間に取り付けて、機械が円運動を実行する能力をテストする。計器の測定機器を使用して、円からの偏差を記録する。様々なこのようなテストを様々な時に実施して、比較し、真円度、サーボ応答、直線度、遊びなどの機械の様々な特徴に関する情報を提供することができる。テストは、様々な供給速度、様々な供給方向で、様々な長さのバーを使用し、様々な異なる箇所に工作物ホルダを配置して実行することもできる。
【０００６】
にもかかわらず、負荷を受けた機械の特徴を適切に評価することが困難であるという欠点が残る。
【０００７】
（発明の目的）
本発明の目的は、機械のテスト向上を可能にすることである。さらなる目的は、単純な手段によってこれを達成することである。
【０００８】
（発明の説明）
本発明の目的は、一部は特許請求項１で示す特徴を有する方法によって、一部は特許請求項１１で示す特徴を有する構成によって達成される。
【０００９】
第１要素と第２要素との間に、それを手動で変位させる間に所定の力を加え、同時に、その結果となる変形を測定すると、以前に可能であった状態よりはるかに生産状態に近い状態で機械のテストを実行することが可能である。分析は、運動の構成および運動の方向の両方に関して変位を発生させる方法を変化させることにより、さらに加える力の大きさを変化させることによってさらに改良することができる。
【００１０】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明および特許請求の範囲によって示される。
【００１１】
次に、本発明を添付図面で示した実施形態に関して、さらに詳細に説明する。
【００１２】
（実施形態の説明）
図１は、機械に取り付ける工具によって工作物を機械加工するよう意図された工作機械１を示す。この機械は、スピンドルの形態の第１要素２、および工作物取付台の形態の第２要素３を組み込み、これは工作物取付台に固定され、スピンドルに挿入された工具によって機械加工するよう意図された工作物（図示せず）を機械加工するため、従来の方法によって様々な方向で相互に対して移動可能である。第１要素２はスピンドル・ヘッド４によって支持され、スピンドル・ヘッド４は第２要素３も支持する枠５によって支持される。第１要素２と第２要素３を手動で変位させる間の機械１の挙動をテストするため、以下で説明し、本発明により設計されたテスト構成６を、第１要素２と第２要素３との間で締め付ける。
【００１３】
図２および図３によると、テスト構成６は「ボール・バー」タイプの従来の測定アーム７を組み込み、これは一方端が、機械１の第２要素２に固定するよう意図されたブラケット９に関節８によって連結され、さらに他方端は第２要素３に対して固定するよう意図されたブラケット１１に、関節１０によって連結される。入れ子式要素１２が２つの関節８と１０を連結し、その内部には関節８と１０間の距離の変化を記録するため、測定機器（図示せず）を設ける。測定アーム７およびその測定機器は、測定結果を記録し、分析するために、電線１８によって適切な外部危機に接続することができる。
【００１４】
テスト構成６は動力装置１４も組み込み、これは測定アーム７と同様に、第１要素２と第２要素３との間に固定するよう意図される。そのため、第１要素２に固定するブラケット１５ばかりでなく、第２要素３に固定するためのブラケット１６もある。ブラケット１６は、旋回自在に装着されたアーム１８を軸受け１７で支持し、アームは自由端がヨーク１９に接続され、ヨーク１９にシリンダ・ハウジング２２内に配置された２つの作業シリンダのピストン・ロッド２０、２１が固定される。シリンダ・ハウジング２２は、配管２３を介して作動媒体が供給されるとともに、軸受け２４を介して第１要素２の周囲で旋回可能になるよう意図されたホルダ１５に取り付けられる。
【００１５】
テスト構成６を図１による使用のために取り付けた場合、動力装置１４を使用して、２つのブラケット１５と１６を、したがって第１要素２と第２要素３も分離するか、引き寄せる方向で力を加えることができる。それと同時に、測定アーム６を使用して、要素２と３間に生じる変位の大きさを確認することができる。
【００１６】
テスト・シリーズの結果を図４に模式的に示し、ここで機械１は、要素２と３の間に同時に力を加える間、第２要素３が第１要素２の周囲で円運動を実行するようプログラムされている。この図では、Ｘ軸およびＹ軸の座標系が、その中心２４が第１要素２にあるよう配置され、曲線ａ〜ｆは様々な量の力によって生じる様々な位置での変位の偏差の大きさを示す。矢印を設けた曲線ｂ、ｄおよびｆの場合、運動は、図１の上から見て時計回りの方向であり、他の曲線（ａ、ｃおよびｅ）によって描かれた運動は反時計回りの方向であった。加えた力は、曲線ａおよびｂには３３０Ｎ、曲線ｃおよびｄには６６０Ｎ、曲線ｅおよびｆには８２５Ｎであった。供給速度は、全てのケースで１０００ｍｍ／分であった。これで分かるように、変位量は加える力の量とともに増加するが、運動の方向が異なると増加の様子が異なる。
【００１７】
図５は、図４のテスト・シリーズから少々異なる状況でのテスト・シリーズの結果を模式的に示す。この場合、供給速度は５０００ｍｍ／分まで増加した。曲線ａ〜ｄで加える力は図４の場合と同じであったが、曲線ｅおよびｆでは９９０Ｎに増加した。ここでも、偏差量は加える力の量とともに増加し、方向によって異なるが、図４と同じ状態ではない。
【００１８】
図４および図５のグラフは、様々な状況における機械の「指紋」を構成すると言うことができ、特に、様々な量の負荷における様々な方向での剛性変動の様子に関する情報を提供する。これは、機械が所定の状況で特定のタイプの運動を実行できる精度の図も提供する。
【００１９】
別のタイプのテスト結果が図６に示され、ここでは直線度Ｓの変化がマイクロメータの単位で測定され、Ｎ（ニュートン）単位で示した印加力Ｆの大きさの関数として図示される。これは、変化が線形であることを示す。
【００２０】
さらなるタイプのテストが、機械に関するさらなるタイプの情報を提供できることは明白である。例えば、第１要素２と第２要素３の間の特定の相互位置で、測定システムのヒステリシスを評価するため、力を増減させて測定を実施することが可能である。これによって、信頼性のある測定結果を迅速に生成することを鑑みて、測定システムの内部摩擦および弾性の補償方法を見出すことが可能である。
【００２１】
精度の理由から、使用する軸受け１７および２４は良好な正確さを有さねばならない。つまり遊びが最小で、それと同時に摩擦が小さくなければならない。針軸受けなどの滑動または転がり軸受けがこの目的には適しているが、磁気または静圧軸受けも魅力的である、ただし費用がかかる。
【００２２】
上述した運動は、ほぼ水平面であったが、言うまでもなく異なる方向、例えば垂直面での運動の分析を妨げるものはない。従来通りに作成した関節８および１０の改良型があれば、これが十分に大きい力を吸収できることを鑑みて、動力装置１４を入れ子式要素１２と一体化することが可能である。それと同時に、所望の方向でテストを実行できるよう、関節８および１０を３次元で動作可能にすることも可能である。一体化したタイプは、取付けおよび取り外しが容易になる。
【００２３】
測定アーム７からの信号転送は、ここでは配線１３を介して示されるが、言うまでもなく、回転運動中の配線での問題を回避するため、例えば何らかの種類の無線転送を使用するなど、他のタイプも想定することができる。
【００２４】
図１に示す工作機械の場合、第１要素２は固定され、第２要素３は、図面の面に対して直角の面で運動可能である。言うまでもなく、第２要素３を固定し、第１要素を運動可能にすることを妨げるものはない。特定の場合で必要および所望とされるものに応じて、このような運動の組合せも可能である。
【００２５】
上述した動力装置１４は、本発明の範囲内で、幾つかの異なる形態をとることもできる。例えば、アーム１８は代わりにシリンダ・ハウジングの形態をとることが可能である。２つのシリンダではなく１つのシリンダを使用することなども可能である。
【００２６】
上述したように、２つのブラケット１５および１６によって、第１要素２および第２要素３に加重する動力装置１４を使用することが可能であり、したがってブラケットは、本発明の範囲内で、適宜、特定のタイプの機械に適合させることができる。
【００２７】
図４から図６に示すタイプのグラフを、負荷を受けた機械の挙動を特徴付ける大量の様々なパラメータを計算するために使用することができる。円運動の精度読み取ることができ、線形運動および様々なタイプの複合運動の精度も計算することができる。力依存度の量は、小さい力依存度は優れた品質および優れた精度を示し、大きい力依存度は不良な品質および不要な精度を示すという点で、機械の品質の良好な尺度を提供する。
【００２８】
また、本発明による特定の工作機械のテストから得られた測定値は、様々な負荷状況における偏差を改良するために、問題の機械の制御プログラムに補正を加えるのに使用することができる。したがって、機械の正確さを大幅に改良することができる。したがって、より費用がかかる高精度の機械の代わりに、比較的安価な機械を使用できれば、経済的利得も莫大になり得る。獲得された前記測定値を、実際の機械加工プロセスのディジタル・シミュレーションにも使用して、そのプロセスのより現実的な形態を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による構成を有する機械工具の模式図である。
【図２】  本発明による構成の上からの図である。
【図３】  図２の構成の側面部分断面図である。
【図４】  ある負荷での機械要素間における様々な方向の変位である。
【図５】  ある負荷での機械要素間における様々な方向の変位である。
【図６】  負荷のグラフである。
【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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