(57)【要約】【課題】位置計測センサのキャリブレーションを容易に行うことができ、ひいては機械における位置決め精度を容易に向上することができる幾何誤差同定システム、及び幾何誤差同定方法を提供する。【解決手段】ターゲット球１４の中心初期値（初期位置）の計測のための計測値を用いて、タッチプローブ１３の先端部の径方向のキャリブレーションを行うようにした。したがって、中心初期値の計測と同時にタッチプローブ１３のキャリブレーションを行うことができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を有しているとともに、３軸以上の並進軸及び前記主軸以外の１軸以上の回転軸を制御することにより、前記主軸と対象物との位置関係を位置決め可能とした機械において、前記回転軸を制御して被計測治具を複数位置に割り出すとともに、割り出された前記被計測治具の３次元空間上の割出位置を、前記主軸に装着した位置計測センサにより計測して計測値を取得し、前記複数位置における計測値にもとづいて前記並進軸及び／又は前記回転軸に係る前記機械の幾何誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定システムであって、
前記制御装置は、前記被計測治具の初期位置を計測するとともに、前記初期位置を計測するために取得した初期計測値を用いて、前記位置計測センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする幾何誤差同定システム。
【請求項２】
前記位置計測センサがタッチプローブであり、前記被計測治具が球治具であることを特徴とする請求項１に記載の幾何誤差同定システム。
【請求項３】
主軸を有しているとともに、３軸以上の並進軸及び前記主軸以外の１軸以上の回転軸を制御することにより、前記主軸と対象物との位置関係を位置決め可能とした機械において、前記回転軸を制御して球治具を複数位置に割り出すとともに、割り出された前記球治具の３次元空間上の割出位置を、前記主軸に装着したタッチプローブにより計測して計測値を取得し、前記複数位置における計測値にもとづいて前記並進軸及び／又は前記回転軸に係る前記機械の幾何誤差を同定するための幾何誤差同定方法であって、
前記主軸を４方向以上に割り出し、初期位置にある前記球治具に対して前記タッチプローブの同じ点を接触させて計測する第１のステップと、
第１のステップで計測した計測値をもとに、前記球治具の所定の平面上での中心位置を求める第２のステップと、
前記主軸を１方向に割り出し、前記初期位置にある前記球治具に対して前記タッチプローブを５点以上接触させて計測する第３のステップと、
前記第１のステップ及び前記第３のステップで計測した計測値をもとに、前記球治具の前記平面に直交する方向での中心位置を求め、前記初期位置にある前記球治具の３次元空間上の中心位置を求めるとともに、前記タッチプローブの径方向の補正値を求める第４のステップと、
前記補正値を用いながら前記複数位置に割り出された前記球治具を計測し、前記幾何誤差を同定する第５のステップと
を実行することを特徴とする幾何誤差同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並進駆動軸と回転駆動軸とを有する機械における幾何誤差を同定するための幾何誤差同定システム、及び幾何誤差同定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、並進駆動軸と回転駆動軸とを有する機械としては多軸工作機械があり、たとえば特許文献１に開示されている多軸工作機械では、直交３軸であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に加え、テーブル側の回転軸となるＣ軸及びＡ軸の合計５軸方向への動作を制御して加工するようになっている。そして、そのような多軸工作機械では、回転軸の中心位置の誤差や回転軸の傾き誤差（軸間の直角度や平行度）等の各軸間の幾何誤差が、運動精度に影響を及ぼす要因となっている。たとえば特許文献１に開示されている多軸工作機械では、並進軸に関する幾何誤差であるＸ−Ｙ軸間直角度、Ｙ−Ｚ軸間直角度、及びＺ−Ｘ軸間直角度の３つの幾何誤差、主軸に関する幾何誤差である工具−Ｙ軸間直角度、及び工具−Ｘ軸間直角度の２つの幾何誤差、さらにテーブル側の回転軸に関する幾何誤差であるＣ軸中心位置Ｘ方向誤差、Ｃ−Ａ軸間オフセット誤差、Ａ軸角度オフセット誤差、Ｃ−Ａ軸間直角度、Ａ軸中心位置Ｙ方向誤差、Ａ軸中心位置Ｚ方向誤差、Ａ−Ｚ軸間直角度、及びＡ−Ｙ軸間直角度の８つの幾何誤差があり、合計１３個の幾何誤差が存在する。したがって、そのような多軸工作機械において加工精度を向上するためには、それらの幾何誤差を補正すべく同定する必要がある。
【０００３】
そして、上記幾何誤差を同定するための方法としては、たとえば特許文献１に開示されているようなものがある。これは、位置計測センサとして主軸に装着したタッチプローブと、被測定治具となるターゲット球とを用いて行うものであり、ターゲット球が固定されたテーブルを複数の回転角度及び傾斜角度に割り出しながら、タッチプローブの先端をターゲット球の表面に接触させてターゲット球の中心位置を計測し、得られた計測結果から幾何誤差を同定するというものである。
【０００４】
上述したようなタッチプローブによる計測を行うためには、キャリブレーションが必要となる。これは、タッチプローブの先端をターゲット球の表面に接触させた際の送り軸の位置に対し、送り軸の位置の基準となる主軸中心がタッチプローブの先端（スタライス球）の半径分オフセットしているためである。また、主軸中心とタッチプローブとの芯ズレ、ターゲット球への接触時の信号遅れ、タッチプローブのセンサ特性等によってもオフセットが発生する。そして、それらのオフセット量は、ターゲット球への接触方向によって異なる。
【０００５】
そこで、タッチプローブのキャリブレーション方法として、従来、特許文献２や特許文献３に記載の方法が知られている。特許文献２に記載の方法は、主軸にダイヤルゲージを取り付け、基準となるリングゲージの中心と主軸中心とを同心にした後、主軸にタッチプローブを取り付けてリングゲージの内径に接触させ、その時のスキップ値とリングゲージの内径値とからタッチプローブの径補正値を求めるというものである。一方、特許文献３に記載の方法は、基準となるボアを有する加工物を用い、そのボア内径の一方向にタッチプローブを接触させるとともに、その逆方向にタッチプローブを接触させるにあたり主軸を１８０度回転させて行う。そして、両スキップ値の平均値からボア中心位置を求めるとともに、各方向の補正値を求めるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−３８９０２号公報
【特許文献２】特開平４−６３６６４号公報
【特許文献３】特開昭５８−８２６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
当然ながら、タッチプローブのキャリブレーションは、幾何誤差の同定のための計測よりも前に行う必要がある。また、主軸の発熱による熱変位や経時変化等によって、タッチプローブの補正値は変化するため、キャリブレーションは、計測の直前に行うことが望ましい。しかしながら、上記特許文献２及び３に記載の方法では、ダイヤルゲージのような別の測定器を準備したり、リングゲージやボアを有する加工物等といった基準となるものも別に準備する必要がある。したがって、キャリブレーションが非常に煩わしいという問題があった。また、そのために１度キャリブレーションを行うと、その後キャリブレーションを行わないということも多々あり、幾何誤差の同定の精度が低く、ひいては機械の位置決め精度が低くなる（たとえば、工作機械では精度の高い加工を実施できない）という問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、位置計測センサのキャリブレーションを容易に行うことができ、ひいては機械における位置決め精度を容易に向上することができる幾何誤差同定システム、及び幾何誤差同定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、主軸を有しているとともに、３軸以上の並進軸及び前記主軸以外の１軸以上の回転軸を制御することにより、前記主軸と対象物との位置関係を位置決め可能とした機械において、前記回転軸を制御して被計測治具を複数位置に割り出すとともに、割り出された前記被計測治具の３次元空間上の割出位置を、前記主軸に装着した位置計測センサにより計測して計測値を取得し、前記複数位置における計測値にもとづいて前記並進軸及び／又は前記回転軸に係る前記機械の幾何誤差を同定する制御装置を備えた幾何誤差同定システムであって、前記制御装置は、前記被計測治具の初期位置を計測するとともに、前記初期位置を計測するために取得した初期計測値を用いて、前記位置計測センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記位置計測センサがタッチプローブであり、前記被計測治具が球治具であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項３に記載の発明は、主軸を有しているとともに、３軸以上の並進軸及び前記主軸以外の１軸以上の回転軸を制御することにより、前記主軸と対象物との位置関係を位置決め可能とした機械において、前記回転軸を制御して球治具を複数位置に割り出すとともに、割り出された前記球治具の３次元空間上の割出位置を、前記主軸に装着したタッチプローブにより計測して計測値を取得し、前記複数位置における計測値にもとづいて前記並進軸及び／又は前記回転軸に係る前記機械の幾何誤差を同定するための幾何誤差同定方法であって、前記主軸を４方向以上に割り出し、初期位置にある前記球治具に対して前記タッチプローブの同じ点を接触させて計測する第１のステップと、前記第１のステップで計測した計測値をもとに、前記球治具の所定の平面上での中心位置を求める第２のステップと、前記主軸を１方向に割り出し、前記初期位置にある前記球治具に対して前記タッチプローブを５点以上接触させて計測する第３のステップと、前記第１のステップ及び前記第３のステップで計測した計測値をもとに、前記球治具の前記平面に直交する方向での中心位置を求め、前記初期位置にある前記球治具の３次元空間上の中心位置を求めるとともに、前記タッチプローブの径方向の補正値を求める第４のステップと、前記補正値を用いながら前記複数位置に割り出された前記球治具を計測し、前記幾何誤差を同定する第５のステップとを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被計測治具の初期位置を計測するために取得した初期計測値を用いて、タッチプローブ等の位置計測センサのキャリブレーションを行うため、初期位置の計測と同時に位置計測センサのキャリブレーションを行うことができる。したがって、ダイヤルゲージのような別の測定器を準備したりする必要がなく、キャリブレーションを容易に行うことができる。また、被計測治具の初期位置の計測を行う度にキャリブレーションが行われるため、幾何誤差の同定の精度を向上することができ、ひいては機械における位置決め精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】多軸工作機械を示した斜視説明図である。
【図２】テーブル上にターゲット球を設置した状態を示した説明図である。
【図３】幾何誤差の同定に係る制御を示したフローチャート図である。
【図４】初期位置の測定及びタッチプローブのキャリブレーションに係る制御を示したフローチャート図である。
【図５】タッチプローブによるターゲット球の初期位置の計測における計測値と球中心との関係を示した説明図である。
【図６】タッチプローブによるターゲット球の初期位置の計測における計測値とタッチプローブの補正値との関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態となる幾何誤差同定システム及び方法について、図面にもとづき詳細に説明する。尚、本実施形態では、並進軸と回転軸とを有する機械の一例である５軸制御マシニングセンタにおける幾何誤差の同定について説明する。
【００１３】
まず、多軸工作機械１について、図１をもとに説明する。図１は、多軸工作機械１を示した斜視説明図である。尚、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は直交３軸（多軸工作機械１が有する並進軸）であって、Ｙ軸方向を多軸工作機械１における前後方向、Ｘ軸方向を左右方向、Ｚ軸方向を上下方向とする。
多軸工作機械１のベッド２の上面には、Ｙ軸案内３、３が形成されており、該Ｙ軸案内３、３には、トラニオン構造のＡＣ軸ユニット４がＹ軸方向へ移動可能に設置されている。ＡＣ軸ユニット４は、前面視で左右方向に幅広なＵ字状に形成されたクレードル５を備えてなるもので、該クレードル５は、左右に内蔵されたＡ軸駆動機構（図示せず）により、Ｘ軸方向と平行なＡ軸（回転軸）周りに旋回傾斜可能となっている。また、ＡＣ軸ユニット４は、クレードル５の上面に加工対象となるワークを保持するためのテーブル６を備えており、該テーブル６は、クレードル５に内蔵されたＣ軸駆動機構（図示せず）により、Ｚ軸と平行なＣ軸（回転軸）周りに３６０度回転可能となっている。
【００１４】
一方、ベッド２には、Ｙ軸案内３、３を跨ぐように門形構造のクロスレール７が固定されており、クロスレール７の前面には、Ｘ軸案内部８が形成されている。そして、Ｘ軸案内部８に、ラムサドル９がＸ軸方向へ移動可能に設置されている。また、ラムサドル９には、Ｚ軸案内部１０が設けられており、該Ｚ軸案内部１０には、下端に主軸１１を備えた主軸頭１２がＺ軸方向へ移動可能に設置されている。尚、ラムサドル９、ＡＣ軸ユニット４、及び主軸頭１２は、各案内部の案内面と平行に設置されたボールネジと、該ボールネジに連結されたサーボモータとにより移動可能となっている。また、多軸工作機械１には、幾何誤差同定装置を含んだ図示しないＮＣ装置（制御装置）が設けられており、ＮＣ装置によって、ＡＣ軸ユニット４や主軸頭１２等の各部材の各軸方向での駆動が制御されている。
そして、上記多軸工作機械１は、テーブル６上に固定されるワークをＡ軸周り及びＣ軸周りで旋回・回転させるとともにＹ軸方向へと移動させる一方、工具を取り付けた主軸１１をＸ軸及びＺ軸へと移動させることにより、ワークに対して多面加工を施すようになっている。
【００１５】
ここで、本発明の要部となる多軸工作機械１における幾何誤差を同定する方法について説明する。
多軸工作機械１における幾何誤差を同定するにあたっては、その計測の前に主軸１１にタッチプローブ１３を装着する一方、テーブル６上の所定位置にターゲット球１４を設置する（図２）。また、タッチプローブ１３の先端がターゲット球１４のＺ＋方向の頂点近傍に位置するように、主軸頭１２を位置決めする。さらに、ターゲット球１４の直径を予め三次元測定機などで計測しておき、タッチプローブ軸方向補正値ｔ１を公知の方法（たとえば通常の工具の工具長補正値の求め方等）で取得しておく。
【００１６】
そして、図３に示すフローチャート図に沿って幾何誤差の同定方法を説明すると、後述の如くしてターゲット球１４の中心位置（中心初期値）を計測するとともに、ターゲット球１４を用いてタッチプローブ１３のキャリブレーションを行う（Ｓ１）。次に、タッチプローブ軸方向補正値ｔ１とＳ１で計測した中心初期値とを用い、予め設定した計測条件（各回転軸の割出角度を含む）で回転軸を回転させた際に予想される移動後のターゲット球１４の中心位置（中心予想値）とタッチプローブ１３の先端位置とを算出する（Ｓ２）。さらに、各割出角度において算出した中心予想値（すなわち、３次元位置座標値となる）をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の指令値（並進軸の指令値）とするとともに各割出角度を回転軸の指令値とした指令値リストを作成する（Ｓ２）。
【００１７】
また、Ｓ２で作成した指令値リストにもとづいて各軸を制御し、ターゲット球１４を所定の位置へ割り出すとともに、割り出したターゲット球１４の表面４点（それ以上であってもよい）にタッチプローブ１３を接触させて計測することにより、ターゲット球１３の中心位置（中心計測値）と直径値（直径計測値）とを算出する（Ｓ３）。なお、既知であるターゲット球１４の直径値（Ｓ１よりも前に三次元測定機などで計測した直径値）を用いることで、ターゲット球１４の表面３点への接触計測であっても、中心計測値等を求めることができる。
さらに、全ての割出位置での計測が完了したか否かを判定し（Ｓ４）、完了していない場合（Ｓ４でＮＯと判断した場合）には次の計測を行い（Ｓ３）、完了している場合（Ｓ４でＹＥＳと判断した場合）には、算出した中心計測値や指令リストの指令値にもとづいて多軸工作機械１の幾何誤差の同定計算を行い（Ｓ５）、多軸工作機械１における幾何誤差が同定されることになる。
【００１８】
ここで、Ｓ１における中心初期値の計測、及びタッチプローブ１３のキャリブレーションについて、図４に示すフローチャート図にしたがい詳述する。なお、タッチプローブ１３をターゲット球１４に接触させるにあたり、各方向の頂点を狙ってタッチプローブ１３を接触させるものの、厳密に頂点とすることは困難である。したがって、「頂点」とは厳密な頂点のみならず頂点周辺も含む。
中心初期値の計測、及びタッチプローブ１３のキャリブレーションを行うにあたっては、まず、Ｚ−方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＺ＋方向頂点に接触させ、計測したＺ軸座標値ｚｍ１を記憶する（Ｓ２１）。また、既知のターゲット球１４の直径値ｄ０、及び予め取得したタッチプローブ軸方向補正値ｔ１を用いて、仮のＺ中心位置ｚｔを下記数１から求める（Ｓ２２）。
【数１】
2016083729.tif 000003
【００１９】
次に、主軸１１を０°に割り出すとともに、タッチプローブ１３の先端がターゲット球１４のＸ＋方向の頂点近傍に位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｘ−方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＸ＋方向頂点に接触させ、計測したＸ軸座標値ｘｍ１を記憶する（Ｓ２３）。また、Ｓ２３で接触させた点と同じ点がターゲット球１４に接触するように、主軸１１を１８０°に割り出すとともに、タッチプローブ１３の先端がターゲット球１４のＸ−方向の頂点近傍に位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｘ＋方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＸ−方向頂点に接触させ、計測したＸ軸座標値ｘｐ１を記憶する（Ｓ２４）。そして、記憶したＸ軸座標値ｘｐ１とＸ軸座標値ｘｍ１とを用いて、Ｘ中心位置ｘｏを下記数２から求める（Ｓ２５）。このように、タッチプローブ１３の先端における同一の点をターゲット球１４に接触させる（図５に示す）ことにより、タッチプローブ１３の接触方向の違いによる特性の違いや、タッチプローブ１３や主軸１１の振れ等の影響を受けることなく、Ｘ中心位置ｘｏを求めることができる。
【数２】
2016083729.tif 000004
【００２０】
さらに、主軸１１を２７０°に割り出すとともに、タッチプローブ１３の先端がターゲット球１４のＹ＋方向の頂点近傍に位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｙ−方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＹ＋方向頂点に接触させ、計測したＹ軸座標値ｙｍ１を記憶する（Ｓ２６）。また、Ｓ２６で接触させた点と同じ点がターゲット球１４に接触するように、主軸１１を９０°に割り出すとともに、タッチプローブ１３の先端がターゲット球１４のＹ−方向の頂点近傍に位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｙ＋方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＹ−方向頂点に接触させ、計測したＹ軸座標値ｙｐ１を記憶する（Ｓ２７）。そして、記憶したＹ軸座標値ｙｐ１とＹ軸座標値ｙｍ１とを用いて、Ｙ中心位置ｙｏを下記数３から求める（Ｓ２８）。
【数３】
2016083729.tif 000005
【００２１】
そして、仮のＺ中心位置ｚｔ、Ｘ中心位置ｘｏ、Ｙ中心位置ｙｏの算出が予め設定した指定回数だけ行われたかを判定し（Ｓ２９）、指定回数行われていない（Ｓ２９でＮＯと判断する）と、Ｓ２１へ戻って再度仮のＺ中心位置ｚｔ、Ｘ中心位置ｘｏ、Ｙ中心位置ｙｏを算出する。そして、仮のＺ中心位置ｚｔ、Ｘ中心位置ｘｏ、Ｙ中心位置ｙｏの算出を指定回数行うまでＳ２１〜Ｓ２９を繰り返し、その算出が指定回数に達する（Ｓ２９でＹＥＳと判断する）と、Ｓ３０へ移行する。
【００２２】
そして、Ｓ３０では主軸１１を通常の計測時に割り出す角度である０°に割り出す。その後、Ｘ座標ｘｏ、Ｙ座標ｙｏ、Ｚ座標はターゲット球１４のＺ＋方向の頂点近傍となる位置に、タッチプローブ１３の先端が位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｚ−方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＺ＋方向頂点に接触させ、計測したＺ軸座標値ｚｍ２を記憶する（Ｓ３１）。そして、記憶したＺ軸座標値ｚｍ２に加え、既知のターゲット球１４の直径値ｄ０、及び予め取得したタッチプローブ軸方向補正値ｔ１を用いて、Ｚ中心位置ｚｏを下記数４から求める（Ｓ３２）。
【数４】
2016083729.tif 000006
【００２３】
また、Ｘ座標はターゲット球１４のＸ＋方向の頂点近傍となる位置、Ｙ座標ｙｏ、Ｚ座標ｚｏに、タッチプローブ１３の先端が位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｘ−方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＸ＋方向頂点に接触させ、計測したＸ軸座標値ｘｍ２を記憶する（Ｓ３３）。また、Ｘ座標はターゲット球１４のＸ−方向の頂点近傍となる位置、Ｙ座標ｙｏ、Ｚ座標ｚｏに、タッチプローブ１３の先端が位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｘ＋方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＸ−方向頂点に接触させ、計測したＸ軸座標値ｘｐ２を記憶する（Ｓ３４）。
【００２４】
さらに、Ｘ座標ｘｏ、Ｙ座標はターゲット球１４のＹ＋方向の頂点近傍となる位置、Ｚ座標ｚｏに、タッチプローブ１３の先端が位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｙ−方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＹ＋方向頂点に接触させ、計測したＹ軸座標値ｙｍ２を記憶する（Ｓ３５）。また、Ｘ座標ｘｏ、Ｙ座標はターゲット球１４のＹ−方向の頂点近傍となる位置、Ｚ座標ｚｏに、タッチプローブ１３の先端が位置するように主軸頭１２を位置決めした後、Ｙ＋方向へタッチプローブ１３を移動させてターゲット球１４のＹ−方向頂点に接触させ、計測したＹ軸座標値ｙｐ２を記憶する（Ｓ３６）。
【００２５】
そして、Ｘ＋方向タッチプローブ径補正値ｔｃ１、Ｘ−方向タッチプローブ径補正値ｔｃ２、Ｙ＋方向タッチプローブ径補正値ｔｃ３、及びＹ−方向タッチプローブ径補正値ｔｃ４（すなわち校正値）を下記数５から求める（Ｓ３７）。つまり、主軸１１の中心とターゲット球１４の中心とを一致させることで、図６に示すように、今回取得した各座標値、ターゲット球１４の中心位置ｘｏ、ｙｏ、及びターゲット球１４の直径値ｄ０から各タッチプローブ径補正値を求めることができる。
【数５】
2016083729.tif 000007
【００２６】
以上のようにして、Ｓ１では、中心初期値（Ｘ中心位置ｘｏ、Ｙ中心位置ｙｏ、Ｚ中心位置ｚｏ）の計測、及びタッチプローブ１３のキャリブレーション（タッチプローブ径補正値の取得）を行うことになる。
なお、ターゲット球１４の中心に向けて球表面上の点に接触させる際の各軸の計測値を（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）とすると、下記数６からタッチプローブ径補正値（ｔａｘ、ｔａｙ、ｔａｚ）を求めることができる。
【数６】
2016083729.tif 000008
【００２７】
次に、Ｓ５における幾何誤差の同定について詳述する。
１つの計測条件において、回転軸の一方を固定し、他方を複数の角度に割り出してターゲット球１４の中心位置を計測することを考える。この計測条件での指令値に対する中心位置の計測値の差分ベクトルは、割出軸の半径方向、軸方向、及び接線方向の３つの成分に分配することができる。これらの各成分は、０次成分（半径誤差）、１次成分（中心偏差）、及び２次成分（楕円形状）のフーリエ級数等、誤差をもつ円弧として最小二乗法などにより近似することができる。そして、計測条件ｉでのｊ番目の回転軸のｋ番目の割出角度θｉｊｋにおける計測値の半径方向成分ｄＲｒｉ、軸方向成分ｄＲａｉ、及び接線方向成分ｄＲｔｉは、下記数７として表すことができる。
【数７】
2016083729.tif 000009
【００２８】
ここで、多軸工作機械１に存在する幾何誤差において、Ｘ−Ｙ軸間直角度をｄＣｘｙ、Ｙ−Ｚ軸間直角度をｄＡｘｚ、Ｚ−Ｘ軸間直角度をｄＢｘｚ、Ｃ軸中心位置Ｘ方向誤差をｄＸｃａ、Ｃ−Ａ軸間オフセット誤差をｄＹｃａ、Ａ軸角度オフセット誤差をｄＡｃａ、Ｃ−Ａ軸間直角度をｄＢｃａ、Ａ軸中心位置Ｙ方向誤差をｄＹａｙ、Ａ軸中心位置Ｚ方向誤差をｄＺａｙ、Ａ−Ｚ軸間直角度をｄＢａｙ、Ａ−Ｙ軸間直角度をｄＣａｙとする。
また、計測条件１をＡ軸０°でＣ軸を０°〜３６０°、計測条件２をＣ軸−９０°でＡ軸を−９０°〜＋９０°、計測条件３をＡ軸−９０°でＣ軸を０°〜１８０°とすると、数７の各係数と各幾何誤差との関係は下記数８となる。したがって、その数８を変形することにより、各幾何誤差を算出、すなわち同定することができる。なお、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれ計測条件１、２、３における指令上の全球中心位置が載る平面における回転中心からターゲット球１４の中心位置までの距離であり、すなわち円弧軌跡の半径である。
【数８】
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【００２９】
以上のような構成を有する幾何誤差同定システム及び方法によれば、ターゲット球１４の中心初期値（初期位置）の計測のための計測値を用いて、タッチプローブ１３の先端部の径方向のキャリブレーションを行うため、中心初期値の計測と同時にタッチプローブ１３のキャリブレーションを行うことができる。そして、その後、ターゲット球１４が固定されているテーブル６を回転させたり傾斜させたりしながら、ターゲット球１４の中心位置を計測し、取得した計測値から多軸工作機械１の幾何誤差を同定している。したがって、ダイヤルゲージのような別の測定器を準備したりする必要がなく、キャリブレーションを容易に行うことができる。また、ターゲット球１４の初期位置の計測を行う度にキャリブレーションが行われるため、幾何誤差の同定の精度を向上することができ、ひいては多軸工作機械１における位置決め精度（多軸工作機械１における加工精度）を向上することができる。
【００３０】
なお、本発明に係る幾何誤差同定システム及び方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【００３１】
たとえば、本発明に係る幾何誤差同定システム及び方法が対象とする機械は、上記実施形態の多軸工作機械に何ら限定されることはなく、旋盤や複合加工機、研削盤などのマシニングセンタ以外の工作機械であってもよい。また、少なくとも３軸の並進軸及び１軸の回転軸を有するものであれば、４軸しか有さない工作機械であってもよいし、６軸以上有している工作機械であってもよい。さらに、主軸側に回転軸を２軸以上設けてなるものや、主軸側とテーブル側との夫々に回転軸を１軸ずつ設けてなるものであってもよいし、主軸側又はテーブル側の何れか一方にのみ回転軸を１軸しか備えていないものであってもよい。加えて、工作機械ではなく、産業機械やロボットであってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１・・多軸工作機械（機械）、１１・・主軸、１３・・タッチプローブ（位置計測センサ）、１４・・ターゲット球（被計測治具、球治具）。
【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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