(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する平面内で移動させることにより、前記リンクヘッドの少なくとも２自由度の動作が制御可能なパラレルメカニズムであって、
前記リンクヘッドを前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるためのヘッド駆動機構と、
一端が前記リンクヘッドにリンク回動部を介して前記第１軸線と直交する平面内で互いに回動可能に接続され、他端が前記第１軸線と平行な軸線の回りに回動可能にかつ前記第１軸線と直交する平面内で移動可能に支持された１対のリンクからなるリンク機構と、
前記１対のリンクの他端を前記第１軸線と直交する平面内でそれぞれ移動させるための１対のリンク駆動機構と、
前記リンクヘッドの前記第１軸線の回りの回動量を検出する検出器と、
直交座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、パラレルメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構に対する指令値に変換し、前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記リンクヘッドを所定の回動量及び移動量で動作させたときの前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構に対する指令値とそのときの前記検出器の出力値とに基づいて前記機構パラメータを補正する
ことを特徴とするパラレルメカニズム。
【請求項２】
前記リンク機構は、前記１対のリンクの他端が前記第２軸線と平行な軸線に沿って移動可能に支持されている請求項１に記載のパラレルメカニズム。
【請求項３】
前記リンク機構は、前記１対のリンクの前記リンク回動部が前記リンクヘッドに前記第１軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に配置されている請求項１に記載のパラレルメカニズム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のパラレルメカニズムのキャリブレーション方法であって、
ｋ（ｋ：自然数）個の前記機構パラメータに対して、前記リンクヘッドの少なくともｋ回の異なる位置及び姿勢への回動及び移動の少なくとも一方の動作を実行させてそのときのｋ個の前記検出器の出力値を取得し、
前記ｋ回の前記リンクヘッドの回動及び移動の際の前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構に対する指令値と前記ｋ個の前記検出器の出力値とに基づいて前記ｋ個の機構パラメータの補正値を同定する
ことを特徴とするパラレルメカニズムのキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被加工物（ワーク）を加工するための工具（加工ツール）を変位させる場合に駆動力伝達機構として用いるパラレルメカニズム及びそのキャリブレーション方法に関する。
【０００２】
周知のように、工作機械には研削盤及び旋盤・フライス盤等があり、これら各種の工作機械はその加工内容に応じて選択的に用いられる。
【０００３】
このような工作機械においては、砥石，切削工具等の加工ツールを支持する主軸ヘッドや、ワークを支持するテーブル等を所望の位置に移動させたり、所望の角度で回動させたりすることにより、ワークと加工ツールとを相対的に変位させて研削や切削等の加工が行われる。
【０００４】
近年、この種の工作機械には、高剛性・高精度・高速性を実現する機構として有効であることから、ベースからリンクヘッドまでが並列に連結されたリンクを有するパラレルメカニズムを備えたものが注目されてきており、例えば図１１に示すような工作機械（一部）が知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
この工作機械につき、図１１を用いて説明すると、図１１において、符号１９で示す工作機械は、加工ツールＴを支持するリンクヘッド１９Ａ、及びこのリンクヘッド１９Ａを移動・回動させる１対のリンク１９０Ｂ，１９１Ｂを有するパラレルメカニズム１９Ｂとを備えている。
【０００６】
リンクヘッド１９Ａは、その長手方向に沿って基準線Ｂを有する平面矩形状のツール支持台からなり、ベース（図示せず）上の第１ガイド１９Ｃにヘッドスライダ１９Ｄを介して回動かつ移動可能に支持されている。
【０００７】
一方のリンク１９０Ｂは、一端がリンクヘッド１９Ａに共通枢支部１９Ｅを介して回動可能に枢支され、他端が第１ガイド１９Ｃと平行なベース上の第２ガイド１９Ｆに一方のリンクスライダ１９Ｇを介して回動かつ移動可能に支持されている。
【０００８】
他方のリンク１９１Ｂは、一端がリンクヘッド１９Ａに共通枢支部１９Ｅを介して回動可能に枢支され、他端が第１ガイド１９Ｃ及び第２ガイド１９Ｆと平行なベース上の第３ガイド１９Ｈに他方のリンクスライダ１９Ｉを介して回動かつ移動可能に支持されている。
【０００９】
以上の構成により、一方のリンク１９０Ｂを第２ガイド１９Ｆ（Ｘ軸方向）に沿って、また他方のリンク１９０Ｃを第３ガイド１９Ｈ（Ｘ軸方向）に沿ってそれぞれ移動させると、リンクヘッド１９Ａがリンクスライダ１９Ｇ上でＸ軸方向と直交する軸線の回り（Ｂ軸方向）に回動するとともに、第１ガイド１９Ｃに沿って移動する。
【００１０】
一方、ワーク支持台（図示せず）を第１ガイド１９Ｃ及び第２ガイド１９Ｆ・第３ガイド１９Ｈと直交する軸線方向（Ｚ軸方向）に移動させるとともに、この移動方向に沿う軸線の回りに回動させると、ワークがＺ軸方向に移動するとともに、この移動方向に沿う軸線の回りに回動する。
【００１１】
これにより、ワークに対する加工ツールによる３軸方向（Ｘ軸方向及びＺ軸方向・Ｂ軸回り）の加工が行われる。
【００１２】
ところで、この種の工作機械においては、直交座標系で与えられる工具の先端位置情報等に対応する指令値をアクチュエータの出力値に変換（逆変換）し、アクチュエータを駆動制御することが行われる。
【特許文献１】特開２００３−２９１０４１号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に示す工作機械によると、各構成部品の製造誤差や組付誤差によって機構パラメータは必ずしもその設計値とは一致しない。また、その稼動状況や周囲環境の温度変化によって各構成部品の傾斜角度や長さ等の機構パラメータが変動する。このため、機構パラメータの誤差や変動に応じてアクチュエータが駆動制御されず、リンクヘッドの位置精度を高めることができないという問題があった。
【００１４】
従って、本発明の目的は、機構パラメータの誤差や変動に応じてアクチュエータを駆動制御することができ、もってリンクヘッドの位置精度を高めることができるパラレルメカニズム及びそのキャリブレーション方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する平面内で移動させることにより、前記リンクヘッドの少なくとも２自由度の動作が制御可能なパラレルメカニズムであって、前記リンクヘッドを前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるためのヘッド駆動機構と、一端が前記リンクヘッドにリンク回動部を介して前記第１軸線と直交する平面内で互いに回動可能に接続され、他端が前記第１軸線と平行な軸線の回りに回動可能にかつ前記第１軸線と直交する平面内で移動可能に支持された１対のリンクからなるリンク機構と、前記１対のリンクの他端を前記第１軸線と直交する平面内でそれぞれ移動させるための１対のリンク駆動機構と、前記リンクヘッドの前記第１軸線の回りの回動量を検出する検出器と、直交座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、パラレルメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構に対する指令値に変換し、前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記リンクヘッドを所定の回動量及び移動量で動作させたときの前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構に対する指令値とそのときの前記検出器の出力値とに基づいて前記機構パラメータを補正することを特徴とするパラレルメカニズムを提供する。
【００１６】
（２）本発明は、上記目的を達成するために、上記（１）に記載のパラレルメカニズムのキャリブレーション方法であって、ｋ（ｋ：自然数）個の前記機構パラメータに対して、前記リンクヘッドの少なくともｋ回の異なる位置及び姿勢への回動及び移動の少なくとも一方の動作を実行させてそのときのｋ個の前記検出器の出力値を取得し、前記ｋ回の前記リンクヘッドの回動及び移動の際の前記ヘッド駆動機構及び前記１対のリンク駆動機構に対する指令値と前記ｋ個の前記検出器の出力値とに基づいて前記ｋ個の機構パラメータの補正値を同定することを特徴とするパラレルメカニズムのキャリブレーション方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、機構パラメータの誤差や変動に応じてアクチュエータを駆動制御することができ、リンクヘッドの位置精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す平面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれＺ軸方向（図１における主軸方向）及びＸ軸方向（図１における紙面に平行しかつＺ軸に直交する方向）・Ｙ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向）とする。
【００１９】
〔工作機械の全体構成〕
図１〜図４において、符号１で示す工作機械は、例えば円筒研削盤からなり、工作機械本体２及び制御装置３・付属装置（図示せず）から大略構成されている。
【００２０】
（工作機械本体２の構成）
工作機械本体２は、図１に示すように、ワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、砥石等の加工ツール５０１が着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、リンクヘッド３０１をツール取付側で支持するパラレルメカニズム３００とを備えている。
【００２１】
<ワーク支持駆動ユニット１００の構成>
ワーク支持駆動ユニット１００は、図１に示すように、主軸台ベース１０１及び左右２つの主軸台１０３，１０３を有し、ベッド（基台）１０上の前方端部（図１では下側）に載置されている。
【００２２】
主軸台ベース１０１の背面部（図１では上側）には、左右（Ｚ軸）方向に所定の間隔をもって互いに並列し、かつＺ軸方向に延在する２つの主軸台スライドガイド１０２，１０２が配設されている。
【００２３】
主軸台１０３，１０３は、それぞれが対応する主軸台スライドガイド１０２，１０２上にＺ軸方向に沿って移動自在に配設されている。そして、それぞれが各主軸台スライドガイド１０２，１０２上における所定の位置に位置決めされ、その両中心部間でワークＷを挟持するように構成されている。主軸台１０３，１０３には、それぞれ主軸１０５，１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４，１０４が搭載されている。
【００２４】
<ホイール回転主軸ユニット２００の構成>
ホイール回転主軸ユニット２００は、図１に示すように、加工ツール５０１の被把持部を把持可能なホイール回転主軸２０１、及びこのホイール回転主軸２０１を回転駆動するホイール回転主軸駆動モータ（図示せず）を有し、リンクヘッド３０１に搭載されている。そして、ホイール回転主軸駆動モータの回転駆動力をホイール回転主軸２０１に伝達し、さらにホイール回転主軸２０１上の加工ツール５０１を所定の回転数で回転駆動するように構成されている。
【００２５】
<パラレルメカニズム３００の構成>
パラレルメカニズム３００は、図２及び図３に示すように、リンクヘッド３０１をＸ軸方向に沿って移動させるためのヘッド駆動機構３０２と、一端（ヘッド側端部）がＸ軸及びＺ軸と平行な水平面内でＹ軸と平行な軸線の回りに回動可能に互いに接続された１対のリンク３０３Ａ，３０３Ｂからなるリンク機構３０３と、このリンク機構３０３のリンク３０３Ａ，３０３Ｂの他端（レール側端部）をＸ軸方向に沿ってそれぞれ移動させるための１対のリンク駆動機構３０４，３０５とを備え、ベッド１０（図示せず）上に配置されている。
【００２６】
リンクヘッド３０１は、ヘッド回転ジョイント３０１０及び直動ジョイント３０１１を有し、ヘッド回転ジョイント３０１０がベッド１０上のスライダ案内用のレール３０６，３０６にスライダ３０１２を介して移動可能に配置され、かつ直動ジョイント３０１１がリンク機構３０３（リンク３０３Ａ，３０３Ｂ）のヘッド取付側端部（リンク自由端部）にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に支持されている。そして、レール３０６，３０６上でスライダ３０１２を介してＸ軸（第２軸線）方向に移動し、かつヘッド回転ジョイント３０１０でＹ軸と平行な軸線（第１軸線：Ｂ軸）の回りに回動し得るように構成されている。
【００２７】
リンク連結用回転ジョイント３０３０は、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回動する１自由度のジョイントして機能するように構成されている。
【００２８】
リンクヘッド３０１の上面部には、加工ツール５０１の回転軸線Ｔ（図３に示す）と平行な方向に延在し、かつ直動ジョイント３０１１をＹ軸と直交する一軸線方向に案内するジョイント案内用のレール３０１３（図２に示す）が配置されている。
【００２９】
リンクヘッド３０１の下面部には、ヘッド回転ジョイント３０１０の回転量（回転角度）を検出するエンコーダ等の角度センサ３８０（図４に示す）が配設されている。
【００３０】
ヘッド回転ジョイント３０１０は、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントして機能し、リンクヘッド３０１の下面部に配設され、かつリンク連結用回転ジョイント３０３０の配設位置とは直動ジョイント３０１１の移動方向にオフセットされた位置で移動不能に配置されている。
【００３１】
直動ジョイント３０１１は、レール３０１３上に移動可能に配置されている。これにより、リンク連結用回転ジョイント３０３０が直動ジョイント３０１１と共にレール３０１３に沿って移動案内される。
【００３２】
ヘッド駆動機構３０２は、スライダ３０１２を移動させる送りねじ３０２０、及びこの送りねじ３０２０を駆動するサーボモータ３０２１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０１２を介してリンクヘッド３０１をＸ軸方向に沿って移動させ、リンク駆動機構３０４，３０５と共にリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を変更し得るように構成されている。ヘッド駆動機構３０２には、サーボモータ３０２１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０２２が取り付けられている。
【００３３】
リンク機構３０３は、リンクヘッド３０１の移動・回動平面と同一の仮想平面内で揺動可能な１対のリンク３０３Ａ，３０３Ｂを有し、ワーク支持駆動ユニット１００の後方に配置されている。そして、前述したようにツール取付部（リンク自由端部）側にリンクヘッド３０１の上方部を保持するように構成されている。
【００３４】
一方のリンク３０３Ａは、一方側のリンク端部がベッド１０上におけるスライダ案内用のレール３０３０Ａを移動するスライダ３０３１Ａにリンク回転ジョイント３０３２Ａを介して回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に連結されている。
【００３５】
レール３０３０Ａは、Ｘ軸方向に沿って延在するガイド部材によって形成され、一方のリンク３０３Ａにおける一方側のリンク端部を案内するように構成されている。なお、本実施の形態に示すレール３０３０Ａは、Ｘ軸（レール３０６，３０６）と平行である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｙ軸と直交する平面内であれば、Ｘ軸に対して傾斜してもよい。リンク回転ジョイント３０３２Ａは、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能するように構成されている。
【００３６】
他方のリンク３０３Ｂは、一方側のリンク端部がベッド１０上におけるスライダ案内用のレール３０３０Ｂを移動するスライダ３０３１Ｂにリンク回転ジョイント３０３２Ｂを介して回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に連結されている。リンク３０３Ｂのリンク長は、リンク３０３Ａのリンク長と同一の寸法に設定されている。
【００３７】
レール３０３０Ｂは、レール３０３０ＡとＺ軸方向に所定の間隔をもって並列し、かつＸ軸方向に沿って延在するガイド部材によって形成されている。そして、他方のリンク３０３Ｂにおける一方側のリンク端部を案内するように構成されている。なお、本実施の形態に示すレール３０３０Ｂは、Ｘ軸（レール３０６，３０６）と平行である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｙ軸と直交する平面内であれば、Ｘ軸に対して傾斜してもよい。リンク回転ジョイント３０３２Ｂは、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能するように構成されている。
【００３８】
一方のリンク駆動機構３０４は、スライダ３０３１Ａを移動させる送りねじ３０４０、及びこの送りねじ３０４０を駆動するサーボモータ３０４１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０３１Ａを介してリンク３０３Ａの一方側のリンク端部をＸ軸方向に沿って移動させ、リンクヘッド３０１をＹ軸と平行な軸線の回りに回動させるように構成されている。リンク駆動機構３０４には、サーボモータ３０４１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０４２が取り付けられている。
【００３９】
他方のリンク駆動機構３０５は、スライダ３０３１Ｂを移動させる送りねじ３０５０、及びこの送りねじ３０５０を駆動するサーボモータ３０５１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０３１Ｂを介してリンク３０３Ｂの一方側のリンク端部をＸ軸方向に沿って移動させ、リンクヘッド３０１をＹ軸と平行な軸線の回りに回動させるように構成されている。リンク駆動機構３０５には、サーボモータ３０５１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０５２が取り付けられている。
【００４０】
（制御装置３の構成）
制御装置３は、図４に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）７１及びメモリ７２・インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７３〜７５を備え、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置情報に対応する指令値Ｕを機構パラメータＰに基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５の出力値に変換し、これらヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５を駆動制御するように構成されている。
【００４１】
<ＣＰＵ７１の構成>
ＣＰＵ７１は、メモリ７２あるいは外部記憶装置７８に記憶された加工プログラムを読み出し解析し、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置・姿勢情報を機構パラメータＰに基づきヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５への駆動指令値に変換してサーボモータユニット８０へ出力する。
【００４２】
<メモリ７２の構成>
メモリ７２には、加工ツール５０１による実加工処理を実行するための加工プログラムや機構パラメータＰ等の各種情報が記憶されている。
【００４３】
<インターフェース７３〜７５の構成>
インターフェース７３には、ヘッド駆動機構３０２（サーボモータ３０２１）及びリンク駆動機構３０４，３０５（サーボモータ３０４１，３０５１）を駆動するサーボモータユニット８０（８１〜８３）が接続されている。サーボモータユニット８１〜８３は、ＣＰＵ７１からの指令値に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５をそれぞれ駆動し、これらヘッド駆動機構３０２のモータ回転検出用エンコーダ３０２２及びリンク駆動機構３０４，３０５のモータ回転検出用エンコーダ３０４２，３０５２からの出力によってフィードバック制御を実行する。インターフェース７４には、加工データ等を入力するためのキーボード（ＫＢ）７６及び加工データや工作機械１の状態等を表示する画像表示装置（ＣＲＴ）７７・加工データを記憶する外部記憶装置７８が接続されている。インターフェース７５には角度センサ３８０が接続されている。
【００４４】
（付属装置の構成）
付属装置は、オイル供給装置・冷却装置・エア供給装置・クーラント供給装置と、これら装置を工作機械本体２に接続するダクト装置等とから構成されている。
【００４５】
〔工作機械１の動作〕
次に、本実施の形態に係る工作機械の動作につき、図５〜図８を用いて説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る工作機械にヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図である。図８は、本発明の第１の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。なお、図５〜図８においては、直動ジョイント等が省略されている。
【００４６】
「Ｘ軸平行動作」
ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０１３に沿って、またリンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って同一の方向及び同一の移動量Ｘ１でそれぞれ移動させると、加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏに合致させた状態でリンクヘッド３０１が図５に２点鎖線で示す初期位置からＸ軸方向に移動して図５に実線で示す位置に配置される。
【００４７】
「回動動作」
リンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って互いに異なる移動量Ｘ１，Ｘ２（Ｘ１＞Ｘ２）で同方向に移動させると、リンクヘッド３０１が図６に２点鎖線で示す初期位置からＹ軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して例えば加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと交差させた状態で図６に実線で示す位置に配置される。
【００４８】
ここで、図７に示すように、ワーク加工時にリンクヘッド３０１が加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと直交させた状態で配置されると、ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６に沿ってワーク側（図７では下方）に移動させることができ、すなわちＸ軸方向の作用力ｆ１，ｆ２に対するリンクヘッド３０１に反力Ｆを発生させることができる。このため、Ｘ軸方向の作用力ｆ１，ｆ２に対するリンクヘッド３０１に反力Ｆを発生させることができない、従来存在した特異点を無くすことができる。
【００４９】
「Ｘ軸平行・回動動作」
リンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って互いに異なる移動量Ｘ１，Ｘ２（Ｘ１＞Ｘ２）で同方向に移動させた後、ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０１３に沿って、またリンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って同一の方向及び同一の移動量Ｘ３でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が図８に２点鎖線で示す初期位置からＹ軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して例えば加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと交差させた状態で図８に１点鎖線で示す位置に配置され、さらにＸ軸方向に移動して図８に実線で示す位置に配置される。
【００５０】
このように、本実施の形態においては、リンクヘッド３０１をＸ軸に沿って移動させるとともに、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回動させることによりリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御し、さらに主軸台１０３，１０３をＺ軸方向に沿って移動させることによりワークＷの位置を制御し、主軸台１０３，１０３によって挟持されたワークＷに対する加工を行うことができる。
【００５１】
この場合、スライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂを位置決めすると、リンクヘッド３０１上のリンク連結用回転ジョイント３０３０の位置が決定されるため、リンクヘッド３０１の移動・回動位置（加工ツール５０１の先端位置）が決定される。このため、リンクヘッド３０１を所望の移動・回動位置に位置決めするには、これら移動・回動位置から特定の演算式（逆変換式）に基づいてスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂの位置を演算し、これら演算値に対応する位置にスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂを移動させる。
【００５２】
〔工作機械１のキャリブレーション方法〕
次に、本実施の形態に係る工作機械１のキャリブレーション方法につき、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態に係る工作機械のキャリブレーション方法を説明するために示す平面図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る工作機械（パラレルメカニズム）のキャリブレーション方法を説明するために示すフローチャートである。
【００５３】
本実施の形態に示す工作機械１の制御装置３においては、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置情報に対応する指令値（Ｘ，Ｂ）をアクチュエータ（ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５）の出力値に機構パラメータＰ（スライド原点位置：ＳＬＯｘu1，ＳＬＯｚu1，ＳＬＯｘu2，ＳＬＯｚu2，ＳＬＯｘu3，ＳＬＯzu3、スライド角度：ＳＬＡu1，ＳＬＡu2，ＳＬＡu3、リンク長：ＲＬ１，ＲＬ２）に基づいて変換してアクチュエータ座標Ｕ（Ｕ１〜Ｕ３）を求め、ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５を駆動制御する。この場合、次に示す手順を経て機構パラメータＰのキャリブレーションが一定周期毎あるいは任意のタイミングで実施される。
【００５４】
本実施の形態におけるキャリブレーションは、ヘッド回転ジョイント３０１０の回動角の誤差ｄＢを角度センサ３８０で測定し、この誤差ｄＢを用いて機構パラメータＰの誤差を求めることにより実施される。
【００５５】
先ず、ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５を駆動し、リンクヘッド３０１を任意の位置に位置決めする（図１０のステップＳ１）。次に、このリンクヘッド３０１の位置決め状態において角度センサ３８０から出力値を測定し、ヘッド回転ジョイント３０１０の回転角の誤差ｄＢを求める（図１０のステップＳ２）。これをｋ回繰り返してｋ個の異なる位置にリンクヘッド３０１を位置決めし、ｋ個の誤差ｄＢを得る（図１０のステップＳ３）。この場合、ｋの回数としては、機構パラメータＰの数、すなわち本実施の形態においては１１個の機構パラメータがあるので、１１回が最低限必要な回数である。ここで、精度を高める上では、これ以上の回数を繰り返して多数の誤差ｄＢを得ることが好ましい。また、リンクヘッド３０１の位置・姿勢については、Ｘ軸方向・Ｂ軸回りの広い範囲にリンクヘッド３０１を位置決めして誤差ｄＢを得ることが精度を高める上では好ましい。
【００５６】
このようにして、ｋ個の誤差ｄＢを得る（図１０のステップＳ３のＹＥＳ）と、これらｋ個の誤差ｄＢとそのときのアクチュエータ座標（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０１２への位置指令値）Ｕとを用いて機構パラメータＰを同定する（図１０のステップＳ４）。以下、機構パラメータＰの同定の仕方を説明する。なお、図１０のステップＳ３において、誤差ｄＢの個数が（ｋ−１）個である（図１０のステップＳ３のＮＯ）場合にはステップＳ１に戻る。
【００５７】
アクチュエータ座標（指令値）ＵをＵ＝（Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3）とするとともに、そのときのスライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０１２（図３に示す）の座標をそれぞれ（ｘ1，ｚ1）・（ｘ2，ｚ2）・（ｘ０，ｚ０）とすると、リンク長ＲＬ１，ＲＬ２は座標（ｘ1，ｚ1）・（ｘ2，ｚ2）・（ｘ0，ｚ0）を用いて次のように表すことができる。
【００５８】
【数１】
0005071250.tif 000002
【００５９】
（１）よりｚ0を求めると、次のようになる。
【００６０】
【数２】
0005071250.tif 000003
【００６１】
（３）を（２）に代入すると、次のようになる。
【００６２】
【数３】
0005071250.tif 000004
【００６３】
これを次のように置き換える。
【００６４】
【数４】
0005071250.tif 000005
【００６５】
これを整理すると、次に示すようになる。
【００６６】
【数５】
0005071250.tif 000006
【００６７】
ここで、δ，σ，ηを用いて（４）を表わすと、次に示すようになる。
【００６８】
【数６】
0005071250.tif 000007
【００６９】
（５）よりｘ0（小さい方の解）を求めると、次のようになる。
【００７０】
【数７】
0005071250.tif 000008
【００７１】
一方、（１）−（２）を演算し、この演算式に（６）を代入すると、ｚ0が得られる。同様にして、ｘ1，ｚ1とｘ2，ｚ2についても求めることができる。これより、ヘッド回転ジョイント３０１０とリンク連結用回転ジョイント３０３０との間の距離ｄpaは次のようになる。
【００７２】
【数８】
0005071250.tif 000009
【００７３】
また、ヘッド回転ジョイント３０１０の座標は次のようになる。
【００７４】
【数９】
0005071250.tif 000010
【００７５】
上式Ｂpaは、機構パラメータＰ及び指令値Ｕの関数とすると、次のように表わせる。
【数１０】
0005071250.tif 000011
【００７６】
上式を機構パラメータＰについて全微分すると、次のようになる。
【００７７】
【数１１】
0005071250.tif 000012
【００７８】
ここで、ｋ個の位置Ｕ（Ｕ＝Ｕ1，Ｕ2，…，Ｕk）について誤差ｄＢ（ｄＢ＝ｄＢ1，ｄＢ2，…，ｄＢk）を考えると、次のようになる。
【００７９】
【数１２】
0005071250.tif 000013
【００８０】
これを行列表記すると、次のようになる。
【００８１】
【数１３】
0005071250.tif 000014
【００８２】
従って、パラメータ誤差は、次のように表わせる。
【００８３】
【数１４】
0005071250.tif 000015
【００８４】
【数１５】
0005071250.tif 000016
【００８５】
関数ｆは非線形であるため、求められた機構パラメータＰ1を新たなパラメータ値として上記計算を繰り返し、パラメータ誤差が許容値以下になるまで収束計算を行い、機構パラメータＰを補正する。
【００８６】
【数１６】
0005071250.tif 000017
【００８７】
この後、補正後の機構パラメータを新たな機構パラメータＰとして置換し（図１０のステップＳ５）、作業が終了される。その後のリンクヘッド３０１の制御においては、ここで求められた補正後の機構パラメータＰを用い、リンクヘッド３０１の位置及び姿勢の指令値からアクチュエータ座標が演算される。
【００８８】
このようにして、機構パラメータＰのキャリブレーションを実施することができる。これにより、定期的にキャリブレーション作業を行うことにより、経年変化による機構部品の磨耗により生じる機構パラメータＰの誤差にも対応可能となる。
【００８９】
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００９０】
（１）機構パラメータＰの変動に応じてアクチュエータ（ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５）を駆動制御することができ、リンクヘッド３０１の位置精度を高めることができる。
【００９１】
（２）機構パラメータＰのキャリブレーションが一定周期毎あるいは任意のタイミングで実施されるため、機構パラメータＰの熱変位による変動の影響を小さくすることができる。
【００９２】
（３）リンク連結用回転ジョイント３０３０が直動ジョイント３０１１を介してリンクヘッド３０１上で移動可能であるため、各構成部品の加工精度や構成部品同士の組付精度が悪い場合や、またリンク３０３Ａ，３０３Ｂが使用時等の熱変化によって伸縮する場合等の機構パラメータＰに起因する各種誤差を吸収することができ、これら寸法誤差に起因する構成部品及びアクチュエータへの過負荷発生を防止することができる。
【００９３】
以上、本発明の工作機械（パラレルメカニズム）を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００９４】
（１）本実施の形態では、リンク連結用回転ジョイント３０３０がリンクヘッド３０１の上面部に直動ジョイント３０１１を介して配置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンクヘッドの上下両面にそれぞれ直動ジョイントを介してリンク連結用回転ジョイントを配置してもよい。
【００９５】
（２）本実施の形態では、制御対象としての加工ツール５０１がリンクヘッド３０１に保持されるパラレルメカニズム３００である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンクヘッドにワークを保持するパラレルメカニズムであってもよい。
【００９６】
（３）本実施の形態では、リンクヘッド３０１をＢ軸（Ｙ軸と平行な軸線）回りに回動させるとともに、Ｘ軸方向に沿って移動させることにより、リンクヘッド３０１の２自由度の動作が制御可能なパラレルメカニズム３００である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンクヘッドをＢ軸回りに回動させるとともに、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に沿って移動させることにより、リンクヘッド３０１の３自由度の動作が制御可能なパラレルメカニズムであってもよい。すなわち要するに、本発明は、リンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、第１軸線と直交する平面内で移動させることにより、リンクヘッドの少なくとも２自由度の動作が制御可能なパラレルメカニズムであればよい。
【００９７】
（４）本実施の形態では、砥石を加工ツール５０１とする工作機械１に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば旋削用電着ホイール等の旋削工具あるいはレーザ焼入れヘッド等の熱処理工具・表面仕上げ工具等を加工ツールとする他の工作機械に適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムを備えた工作機械の全体を説明するために示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムを説明するために示す斜視図。
【図３】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムを説明するために示す平面図。
【図４】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムを備えた工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムにおけるリンクヘッドのＸ軸平行動作を説明するために示す平面図。
【図６】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムにおけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図。
【図７】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムにヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図。
【図８】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムにおけるリンクヘッドのＸ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムを備えた工作機械のキャリブレーション方法を説明するために示す平面図。
【図１０】本発明の実施の形態に係るパラレルメカニズムを備えた工作機械のキャリブレーション方法を説明するために示すフローチャート。
【図１１】従来の工作機械を説明するために示す斜視図。
【符号の説明】
【００９９】
１…工作機械
２…工作機械本体
３…制御装置
１０…ベッド
７１…ＣＰＵ
７２…メモリ
７３〜７５…インターフェース
７６…キーボード
７７…画像表示装置
７８…外部記憶装置
８０〜８３…サーボモータユニット
１００…ワーク支持駆動ユニット、１０１…主軸台ベース、１０２…主軸台スライドガイド、１０３…主軸台、１０４…主軸駆動モータ、１０５…主軸
３００，８１，９１，１１１，１２１，１６１，１７１…パラレルメカニズム
３０１…リンクヘッド、３０１０…ヘッド回転ジョイント、３０１１…直動ジョイント、３０１２…スライダ、３０１３…ジョイント案内用のレール、３０１４…連結部
３０２…ヘッド駆動機構、３０２０…送りねじ、３０２１…サーボモータ、３０２２…モータ回転検出用エンコーダ
３０３…リンク機構、３０３０…リンク連結用回転ジョイント
３０３Ａ…リンク、３０３０Ａ…スライダ案内用のレール、３０３１Ａ…スライダ、３０３２Ａ…リンク回転用ジョイント、３０３３Ａ…リンク分岐部
３０３Ｂ…リンク、３０３０Ｂ…スライダ案内用のレール、３０３１Ｂ…スライダ、３０３３Ｂ…リンク分岐部
３０４…リンク駆動機構、３０４０…送りねじ、３０４１…サーボモータ、３０４２…モータ回転検出用エンコーダ
３０５…リンク駆動機構、３０５０…送りねじ、３０５１…サーボモータ、３０５２…モータ回転検出用エンコーダ
３０２…ヘッド駆動機構
３８０…角度センサ
４００…テーブル
５００…スライダ
５０１…加工ツール
１０００…パラレルメカニズム支持体、１００１…天井部、１００２…側壁部、１００３…底面部
Ｏ…基準線
Ｔ…回転軸線
Ｗ…ワーク
１９…工作機械、１９Ａ…リンクヘッド、１９Ｂ…パラレルメカニズム、１９０Ｂ，１９１Ｂ…リンク、１９Ｃ…第１ガイド、１９Ｄ…ヘッドスライダ、１９Ｅ…共通枢支部、１９Ｆ…第２ガイド、１９Ｇ…リンクスライダ、１９Ｈ…第３ガイド、１９Ｉ…リンクスライダ
【図１】
0005071250.tif 000018
【図２】
0005071250.tif 000019
【図３】
0005071250.tif 000020
【図４】
0005071250.tif 000021
【図５】
0005071250.tif 000022
【図６】
0005071250.tif 000023
【図７】
0005071250.tif 000024
【図８】
0005071250.tif 000025
【図９】
0005071250.tif 000026
【図１０】
0005071250.tif 000027
【図１１】
0005071250.tif 000028