(57)【要約】【課題】旋回軸Ｂ，Ｃによる旋回運動の誤差を、補正を必要とせずに高精度に測定することが可能な工作機械の運動誤差測定方法及び装置を提供する。【解決手段】Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動及び旋回軸Ｂ及び旋回軸Ｃの周りの相対旋回が可能である加工テーブル３及び工具ヘッド２を備える工作機械の運動誤差をダブルボールバー４を用いて測定する方法において、ダブルボールバー４の一方の球41の保持部６を、球41の中心が旋回軸Ｂ，Ｃの交点上に位置するように加工テーブル３に固定し、他方の球40の保持部５を工具ヘッド２に装着固定して、ダブルボールバー４が予め定めた基準長さとなるように位置決めする。工具ヘッド２を、ＺＸ平面内においてダブルボールバー４の基準長さを半径とする円形の送り経路Ｐ1 に沿って送り移動させ、この間のダブルボールバー４の長さ変化の検出結果に基づいてＺＸ平面内での運動誤差と共に旋回軸Ｂのオフセット誤差を求める。【選択図】図４
2009012083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動と、ＹＺ平面又はＺＸ平面と略直交する旋回軸Ｂ及びＸＹ平面と略直交する旋回軸Ｃの周りの相対旋回とが可能な加工テーブル及び工具ヘッドを備える工作機械の運動誤差を、伸縮可能な連結棒の両端に球を固定してなるダブルボールバーを用いて測定する工作機械の運動誤差測定方法において、
前記ダブルボールバーの一方の球を保持する保持部を前記加工テーブルに固定し、前記球の中心が前記旋回軸Ｂ，Ｃの交点に対して所定の位置関係を保つように位置決めする工程と、
前記ダブルボールバーの他方の球を保持する保持部を前記工具ヘッドに装着固定する工程と、
前記加工テーブル又は工具ヘッドを相対移動させ、夫々の保持部に保持させた球を、前記連結棒が予め定めた基準長さとなるように位置決めする工程と、
前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＹＺ平面又はＺＸ平面内において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記ＹＺ平面又はＺＸ平面内での直線運動誤差と共に前記旋回軸Ｂのオフセット誤差を求める工程と、
前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＸＹ平面において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記ＸＹ平面内での直線運動誤差と共に前記旋回軸Ｃのオフセット誤差を求める工程と
を含むことを特徴とする工作機械の運動誤差測定方法。
【請求項２】
互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動と、ＹＺ平面又はＺＸ平面と略直交する旋回軸Ｂ及びＸＹ平面と略直交する旋回軸Ｃの周りの相対旋回とが可能な加工テーブル及び工具ヘッドを備える工作機械の運動誤差を、伸縮可能な連結棒の両端に球を固定してなるダブルボールバーを用いて測定する工作機械の運動誤差測定方法において、
前記ダブルボールバーの一方の球を保持する保持部を、前記球の中心が旋回軸Ｂ又は旋回軸Ｃから離れて位置するように前記加工テーブルに固定する工程と、
前記ダブルボールバーの他方の球を保持する保持部を前記工具ヘッドに装着固定する工程と、
前記加工テーブル又は工具ヘッドを相対移動させ、夫々の保持部に保持させた球を、前記連結棒が予め定めた基準長さとなるように位置決めする工程と、
前記連結棒を略水平とした状態で前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＹＺ平面又はＺＸ平面内において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この移動に同期して前記工具ヘッド又は加工テーブルを前記旋回軸Ｂの周りに旋回動作させて、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記旋回軸Ｂの角度誤差を求める工程と、
前記連結棒を略鉛直とした状態で前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＸＹ平面において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この移動に同期して前記工具ヘッド又は加工テーブルを前記旋回軸Ｃの周りに旋回動作させて、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記旋回軸Ｃの角度誤差を求める工程と
を含むことを特徴とする工作機械の運動誤差測定方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の工作機械の運動誤差測定方法の実施に使用する運動誤差測定装置であって、
前記ダブルボールバーの両端の球を保持する保持部は、
前記加工テーブル又は工具ヘッドに固定される基部と、
該基部に略45°の傾斜を有して連設してあり、夫々の先端に前記球を、 270°を超える中心角度内での転動を可能として支持する支持棒と
を備えることを特徴とする運動誤差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンター等の工作機械において、互いに相対運動する加工テーブルと工具ヘッドとの運動誤差を測定する方法、及びこの方法の実施に用いられる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンターは、被加工物の取り付け替えなしに多種類の加工を高能率にて行わせ得る工作機械であり、近年、種々の工業製品の生産分野において広く用いられている。マシニングセンターによる加工は、被加工物が固定された加工テーブルと加工工具が取り付けられた工具ヘッドとを、予め設定されたＮＣ（Numerical Control ) プログラムに従って相対運動させて実行される。ところがこの加工に際しては、加工テーブル（及び被加工物）と工具ヘッド（及び加工工具）との相対運動に、送り駆動用のボールねじのピッチエラー、送り駆動系の各部に存在する支持部の弾性変形による送り駆動系のロストモーション等の機械的な要因による誤差が不可避に発生し、被加工物の加工精度を低下させるという問題がある。
【０００３】
このように発生する運動誤差を簡易に測定することを可能とした方法として、高精度に加工された２つの球（ボール）を伸縮自在な連結棒（バー）により連結してなるダブルボールバーを用いる方法（以下ＤＢＢ法という）がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このＤＢＢ法は、所定の位置関係を保った加工テーブル及び工具ヘッドの夫々に保持部を取り付け、これらの保持部の先端に設けた磁気座にダブルボールバーの両端のボールを吸着保持させ、この状態で加工テーブル及び工具ヘッドを互いに直交する３平面（ＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面）内にて円弧補間送りさせて、夫々の送り経路上でのバーの伸縮量を検出する手順により実施される。
【０００５】
磁気座に保持されたボールは、磁気座の中心軸周りに 360°の回転が可能であり、また中心軸を含む面内にて略 180°の回転が可能であって、加工テーブルと平行をなすＸＹ平面内での運動誤差は、 360°の回転による全円軌跡上にて得られ、加工テーブルと垂直なＹＺ平面及びＺＸ平面内での誤差測定は、 180°の回転による半円軌跡上にて得られる。このようにして、ＸＹ，ＹＺ，ＺＸ平面内での運動誤差を、夫々の平面内での分布を含めて求めることができ、更に、分布パターンを解析することにより生じている運動誤差の原因を知ることもできる。
【特許文献１】特開２００１−９２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の如く実施されるＤＢＢ法は、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）を有する３軸制御マシニングセンターにおいては有効な方法であり、測定により得られた運動誤差の原因を排除する処置を適切に実行することによりマシニングセンターにおける加工精度の向上に寄与できることから、ＩＳＯ（International Standard Organization ）にも採用され、国内外に広く普及している。
【０００７】
一方近年においては、直交３軸に加えて、ＸＹ平面と直交する旋回軸Ｃと、ＺＸ平面又はＹＺ平面と直交する旋回軸Ｂとを有し、これらの旋回軸Ｂ，Ｃの周りに加工テーブル又は工具ヘッドを旋回運動させることにより、加工テーブル上の被加工物を、固定面を除く全面に亘って加工することを可能とした５軸制御マシニングセンターの使用が拡大している。
【０００８】
ダブルボールバーを使用するＤＢＢ法は、５軸制御マシニングセンターにおいても直交３軸による運動誤差の測定にそのまま適用することができるが、得られる測定結果に旋回軸Ｂ，Ｃによる旋回運動の誤差、具体的には、ＸＹＺ平面の原点に対する旋回軸Ｂ，Ｃの位置ずれ誤差（オフセット誤差）と、旋回軸Ｂ，Ｃの傾きに起因する誤差（角度誤差）が重畳されることから、高精度の測定結果が得られないという問題があり、金型加工等の高い加工精度が要求される被加工物の加工への５軸制御マシニングセンターの適用を難しくする一因となっている。
【０００９】
そこで従来から、旋回軸Ｂ，Ｃによる旋回運動の誤差測定に従来のＤＢＢ法を適用する試みが種々なされている。ところが、これらの試みにおいては、バーの両端の球を保持する保持部と前記バーとの干渉を避けるために、加工テーブル側の球の中心位置を異なる運動の測定毎に移動させており、移動の前後の他方の球との相対位置（中心間距離及び傾き角度）の変化の特定ができないことから、夫々の移動位置にて得られた運動誤差の測定結果に前記相対位置の変化の影響が生じ、満足すべき測定精度は得られない。
【００１０】
この問題を解消するために、基準球位置をタッチ式のプローブにより測定し、この結果に基づいてＸ，Ｙ，Ｚ軸に対する旋回軸Ｂ，Ｃのオフセット誤差を算出し、算出されたオフセット誤差を用いて旋回軸Ｂ，Ｃによる旋回運動の測定結果を補正する方法も提案されている。この方法は、測定及びオフセット誤差の算出に多くの手間を要する上、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に対する旋回軸Ｂ，Ｃの角度誤差の検出はできないことから、小型の５軸制御マシニングセンターにおいては有効であるが、角度誤差の影響が顕著となる中型以上の５軸制御マシニングセンターにおいては十分な測定精度は得られない。
【００１１】
基準球位置を種々に変えて前述した測定及びオフセット誤差の算出を実施し、夫々の算出結果の数学的な処理により角度誤差を求めることは不可能ではないが、更に多くの手間を要する上、得られる結果の精度は十分ではない。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、旋回軸Ｂ，Ｃによる旋回運動の誤差を、何らの補正も必要とせずに高精度に測定することが可能な工作機械の運動誤差測定方法、及びこの方法の実施に使用する運動誤差測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る工作機械の運動誤差測定方法は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動と、ＹＺ平面又はＺＸ平面と略直交する旋回軸Ｂ及びＸＹ平面と略直交する旋回軸Ｃの周りの相対旋回とが可能な加工テーブル及び工具ヘッドを備える工作機械の運動誤差を、伸縮可能な連結棒の両端に球を固定してなるダブルボールバーを用いて測定する工作機械の運動誤差測定方法において、前記ダブルボールバーの一方の球を保持する保持部を前記加工テーブルに固定し、前記球の中心が前記旋回軸Ｂ，Ｃの交点に対して所定の位置関係を保つように位置決めする工程と、前記ダブルボールバーの他方の球を保持する保持部を前記工具ヘッドに装着固定する工程と、前記加工テーブル又は工具ヘッドを相対移動させ、夫々の保持部に保持させた球を、前記連結棒が予め定めた基準長さとなるように位置決めする工程と、前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＹＺ平面又はＺＸ平面内において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記ＹＺ平面又はＺＸ平面内での直線運動誤差と共に前記旋回軸Ｂのオフセット誤差を求める工程と、前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＸＹ平面において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記ＸＹ平面内での直線運動誤差と共に前記旋回軸Ｃのオフセット誤差を求める工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また本発明に係る工作機械の運動誤差測定方法は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動と、ＹＺ平面又はＺＸ平面と略直交する旋回軸Ｂ及びＸＹ平面と略直交する旋回軸Ｃの周りの相対旋回とが可能な加工テーブル及び工具ヘッドを備える工作機械の運動誤差を、伸縮可能な連結棒の両端に球を固定してなるダブルボールバーを用いて測定する工作機械の運動誤差測定方法において、前記ダブルボールバーの一方の球を保持する保持部を、前記球の中心が旋回軸Ｂ又は旋回軸Ｃから離れて位置するように前記加工テーブルに固定する工程と、前記ダブルボールバーの他方の球を保持する保持部を前記工具ヘッドに装着固定する工程と、前記加工テーブル又は工具ヘッドを相対移動させ、夫々の保持部に保持させた球を、前記連結棒が予め定めた基準長さとなるように位置決めする工程と、前記連結棒を略水平とした状態で前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＹＺ平面又はＺＸ平面内において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この移動に同期して前記工具ヘッド又は加工テーブルを前記旋回軸Ｂの周りに旋回動作させて、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記旋回軸Ｂの角度誤差を求める工程と、前記連結棒を略鉛直とした状態で前記加工テーブル又は工具ヘッドを、前記ＸＹ平面において前記基準長さを半径とする円形の送り経路に沿って送り移動させ、この移動に同期して前記工具ヘッド又は加工テーブルを前記旋回軸Ｃの周りに旋回動作させて、この間の前記連結棒の長さ変化の検出結果に基づいて前記旋回軸Ｃの角度誤差を求める工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
また本発明に係る運動誤差測定装置は、以上の運動誤差測定方法の実施に使用する運動誤差測定装置であって、前記ダブルボールバーの両端の球を保持する保持部が、前記加工テーブル又は工具ヘッドに固定される基部と、該基部に略45°の傾斜を有して連設してあり、夫々の先端に前記球を、 270°を超える中心角度内での転動を可能として支持する支持棒とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る工作機械の運動誤差測定方法においては、加工テーブル又は工具ヘッドに固定される保持部を旋回軸Ｂ，Ｃの交点に対して位置決めした後、これらの保持部により保持されたダブルボールバーの基準長さを維持した状態で加工テーブル及び工具ヘッドをＹＺ平面又はＺＸ平面内及びＸＹ平面内にて送り移動させる手順により、ＸＹ，ＺＸ，ＹＺ平面内での直線運動誤差の測定と同時に旋回軸Ｂ，Ｃのオフセット誤差を測定することができる。
【００１７】
また加工テーブル又は工具ヘッドに固定される保持部を旋回軸Ｂ，Ｃに対して位置決めした後、これらの保持部により保持されたダブルボールバーの基準長さを維持した状態で加工テーブル及び工具ヘッドを、ＹＺ平面又はＺＸ平面内、及びＸＹ平面内にて送り移動させると共に、旋回軸Ｂ，Ｃ周りの旋回動作を行わせる手順により、旋回軸Ｂ，Ｃの角度誤差を測定することができる。このようにして旋回軸Ｂ，Ｃによる旋回運動の誤差を、何らの補正も必要とせずに高精度に測定することが可能となる。
【００１８】
更に本発明に係る運動誤差測定装置においては、ダブルボールバーの両端の球を保持する保持部が、加工テーブル又は工具ヘッドに固定される基部から斜め45°の方向に延びる支持棒を備え、この支持棒の先端に前記球を保持させる構成としたから、本発明に係る運動誤差測定方法の実施に際して必要となるＸＹ，ＹＺ及びＺＸ平面内での円弧補間送りを夫々の全円周に亘って実現することができ、夫々の測定を高精度に実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る運動誤差測定方法が適用されるマシニングセンターの一例を示す外観斜視図である。
【００２０】
図示の如くマシニングセンターは、床面上に設置された基台10と、該基台10の上面に前面を除く３方を囲むように垂直に立設された一対の側壁11，11及び後壁12とを有する支持フレーム１を備えている。側壁11，11及び後壁12の上面は水平面として構成されており、側壁11，11の上面には、互いに平行をなして前後方向に延びるＹ方向ガイドレール13，13が敷設され、これらのガイドレール13，13には、夫々に両端を係合保持させて、門型のＹ方向移動体14が横架支持されている。
【００２１】
Ｙ方向移動体14の上面は、水平面として構成されており、この上面には、左右方向（Ｙ方向ガイドレール13，13と直交する方向）に延びるＸ方向ガイドレール15が敷設されており、このガイドレール15に沿って移動自在にＸ方向移動体16が支持されている。
【００２２】
Ｘ方向移動体16の前部は、Ｙ方向移動体14の前縁よりも前方に張り出しており、この張り出し部には、上下に長い矩形の支持ブロック17が固設されている。支持ブロック17は、鉛直面として構成された前面を有しており、この前面には、上下方向（Ｙ方向ガイドレール13，13及びＸ方向ガイドレール15と直交する方向）に延びるＺ方向ガイドレール18が敷設され、このガイドレール15に沿って移動自在にＺ方向移動体19が支持されている。
【００２３】
Ｚ方向移動体19の前面には、円筒形をなすヘッド台20が軸心を鉛直として固設してあり、このヘッド台20の下端には、加工工具2aを着脱自在に装着するための工具ヘッド２が、同軸上での回転可能に突出支持されている。この工具ヘッド２は、ヘッド台20に内蔵された図示しない工具モータからの伝動により、下端に装着された加工工具2aと共に回転駆動される。
【００２４】
以上の構成により工具ヘッド２及びこれに装着された加工工具2aは、Ｙ方向移動体14及びＸ方向移動体16の移動に応じて水平面にて前後方向（Ｙ方向）及び左右方向（Ｘ方向）に移動することができ、またＺ方向移動体19の移動に応じて鉛直面内にて上下方向（Ｚ方向）に移動することができる。これらの移動は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の夫々に対して設けられた送りモータの回転を、ボールねじ機構等の運動変換機構により直線運動に変換して実現されるが、図１中には、各方向の送りモータ及び運動変換機構の図示を省略してある。
【００２５】
一方、フレーム１の後壁12には、前後に延びる水平な旋回軸Ｂの周りに旋回可能な旋回台30が、基台10の上面から上方に適長離れた位置に支持されている。この旋回台30には、旋回軸Ｂから下方に離れ、基台10の上面から上方に離れた位置に、旋回軸Ｂと平行をなして前方に延びるテーブル台31が連設されている。このテーブル台31の上面には、図示しない被加工物を固定するための加工テーブル３が、旋回軸Ｂと直交する旋回軸Ｃの周りでの旋回を可能として設けてある。
【００２６】
以上の構成により加工テーブル３に固定された被加工物は、旋回軸Ｂの周りの旋回台30の旋回と、旋回軸Ｃの周りの加工テーブル３の旋回との組み合わせにより、前記工具ヘッド２及びこれに装着された加工工具2aに対する対向姿勢を自在に変えることができ、夫々の対向姿勢を保った状態で工具ヘッド２及び加工工具2aを回転させ、これらをＸ，Ｙ，Ｚの３方向に移動させることにより、加工テーブル３への固定面を除く被加工物の全面の加工を実施することができる。
【００２７】
本発明に係る運動誤差測定方法（以下本発明方法という）は、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と旋回軸Ｂ，Ｃとを有し、以上の如く構成された５軸制御マシニングセンターにおいて、工具ヘッド２と加工テーブル３との運動誤差を測定すべく実施される。なお、５軸制御マシニングセンターは、図１に示す構成に限らず、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向の相対移動手段、及び旋回軸Ｂ，Ｃ周りの旋回手段の構成を変えて種々実用化されているが、以下に示す本発明方法は、移動手段及び旋回手段の構成の如何に拘らず適用可能である。
【００２８】
図２は、本発明方法の実施に使用する運動誤差測定装置（以下本発明装置という）の側面図である。図示の如く本発明装置は、高精度に加工された２つの球40，41を伸縮可能な連結棒42により連結してなるダブルボールバー４と、このダブルボールバー４の両端の球4a，4bを、夫々の先端に設けた磁気座により転動自在に保持する保持部５，６とを備えている。
【００２９】
ダブルボールバー４は、従来から用いられているものと同様であり、連結棒42の中途には、両端の球40，41の相対的な位置変化に応じた連結棒42の伸縮を検出する検出部43が設けてある。この検出部43は、わずかにピッチを変えた２つの平行縞を重ねたときに発生するモアレ模様が前記平行縞の相対変位よりも大きく移動することを利用し、連結棒42の微小な伸縮を拡大して検出することができるモアレスケールにより構成することができる。      
【００３０】
本発明装置の特徴は、このような連結棒42の両端の球40，41を保持する保持部５，６の構成にある。一方の保持部５は、図２に示す如く、加工工具2aに代えて工具ヘッド２の下端に同軸的に嵌め込み固定される丸棒状の基部50と、該基部50の中途に軸心に対して斜め45°の方向に延びる支持棒51とを備えており、ダブルボールバー４の一側の球40は、支持棒51の先端部に設けた磁気座に保持されている。
【００３１】
図３は、支持棒51の先端部に設けた磁気座の拡大図である。支持棒51の先端部は、テーパ状に縮径された先細の円筒形状を有している。この先端部の端縁には、周方向に等配をなして３つの支持突起52，52，52が突設され、支持棒51の内部には、先端縁から適長離れた位置に磁石53が固設されており、これらの支持突起52，52，52及び磁石53により磁気座が構成されている。
【００３２】
図３中に２点鎖線により示すように、ダブルボールバー４の一側の球40は、支持棒51の先端に設けた支持突起52，52，52に周面を着座させ、支持棒51内部の磁石53の磁力により引き付けられて、支持棒51先端の磁気座に吸着保持されている。支持突起52，52，52の先端は、支持棒51の軸心上に中心を有し、球40と等しい直径を有する凹形に球面加工されており、これらの支持突起52，52，52に着座する球40は、夫々の支持突起52，52，52の先端と面接触し、この着座状態を維持したまま、支持棒51との同心性を保って自在に転動することができる。本発明装置においては、図示の如く、支持突起52，52，52を備える支持棒51の先端部の直径は、球40の直径に比して十分に小さくしてあり、また球40に連結された連結棒42は、球40の直径に比して十分に小径の丸棒としてある。この寸法設定により磁気座に保持された球40は、支持棒５と連結棒42とが干渉しない条件下において 270°を超える中心角内にて転動することができる。
【００３３】
他方の保持部６は、図２に示す如く、加工テーブル３の上面（被加工物の固定面）に、該上面に対して垂直に立ち上がるように適宜の手段により固定される第１基部60と、この第１基部60の上部に積層固定される第２基部61とを備えている。第２基部61の上部には、これの高さ方向に対して45°傾斜した軸心を有する円筒形の保持筒62が固設されており、この保持筒62に支持棒63が軸長方向への移動を可能として嵌合保持されている。
【００３４】
支持棒63は、保持部５における支持棒51と同様に、テーパ状に縮径された先細の先端部を、保持筒62から上向きに突出する側に有しており、この先端部には、ダブルボールバー４の他側の球41を、 270°を超える中心角範囲内での転動を可能として吸着保持する磁気座が設けてある。
【００３５】
保持部６の第１基部60と第２基部61とは、夫々の座面の中心部に設けた円錐形の凹部間に支持球64を介在させ、この支持球64の周囲に配した複数本の固定ねじ65，65…を締め付けることにより、座面同士が所定の隙間を隔てて対向するように固定される固定手段、所謂、ワッブルプレートを介して固定されている。このように固定された第２基部61は、前記固定ねじ65，65…の締め付け程度を加減することにより、第１基部60に対する傾き角度を前記隙間の範囲内にて調整することができる。
【００３６】
この調整により支持棒63先端の磁気座に吸着保持された球41は、図２中に実線の矢符により示すように支持球64を中心とする球面に沿って移動する。この移動を利用して前記球41の位置を、加工テーブル３上での保持部６の固定位置を変えずに微調整することができる。
【００３７】
支持棒63の基部が突出する保持筒62の下側には、同軸上での回転操作可能に調節つまみ66が設けてある。この調節つまみ66は、同側に突出する支持棒63の基部外周に形成された図示しないねじ部に螺合されており、支持棒63は、調節つまみ66を回転操作することにより、保持筒62をガイドとして移動調節できるように構成されている。この移動調節は、支持棒63の先端部に保持された球41の位置を、図２中に破線の矢符により示す向きに微調整すべく実行される。
【００３８】
以上のようにダブルボールバー４の両端の球40，41は、各別の保持部５，６に設けた支持棒51，63先端の磁気座に、 270°を超える中心角範囲内での転動を可能として保持されている。また磁気座を備える支持棒51，63は、保持部５，６の固定対象となる工具ヘッド２（の軸心）及び加工テーブル３（の上面）に対して略45°の傾斜角を有して傾斜している。従って、ダブルボールバー４は、図２に示す如く、工具ヘッド２の側の球40が加工テーブル３の側の球41の鉛直下方に位置する状態を実現することができる。
【００３９】
このように構成された本発明装置を用いて、工具ヘッド２と加工テーブル３との相対運動誤差を測定すべく実施される本発明方法の手順について以下に説明する。図４及び図５は、本発明方法の実施状態を示す説明図であり、図４は、ＺＸ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｂのオフセット誤差の測定状態を示し、図５は、ＸＹ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｃのオフセット誤差の測定状態を示している。
【００４０】
これらの測定を実施する場合、図４及び図５に示す如く、工具ヘッド２に保持部５を固定し、加工テーブル３の上面に保持部６を固定する。前述の如く、工具ヘッド２への保持部５の固定は、前述したように、工具ヘッド２の下端に丸棒状の基部50を嵌め込み固定することによりなされる。また加工テーブル３の上面への保持部６の固定は、第１基部60を固定することになされるが、この固定位置は、図示のように、加工テーブル３の上面の中心からＸ，Ｙ両軸の中間方向に所定長離れた位置とする。
【００４１】
このように保持部６を固定した後、斜め上方に延びる支持棒63の先端にダブルボールバー４の一側の球41を吸着保持させ、この球41の中心が、旋回軸Ｂ及び旋回軸Ｃの交点に一致するように位置決めする。この位置決めは、Ｂ軸及びＣ軸による旋回運動を行わせながら適宜の手段により球41の絶対変位を検出し、旋回運動中に絶対変位が生じない球41の位置を探す手順によりなされる。このとき球41の位置調節は、前述の如く、第２基部61の傾き角度を変え、また支持棒63の軸長方向位置を変えることにより実現される。なお、以上の位置決め手順は、ダブルボールバー４の球41と同径に加工された適宜の基準球を用いて実施してもよい。
【００４２】
このようにして加工テーブル３上での保持部６の位置決めを終えた後、工具ヘッド２を移動させ、該工具ヘッド２に装着固定された保持部５を前記保持部６に対して大まかに位置合わせし、斜め下方に延びる支持棒51の先端にダブルボールバー４の他側の球40を吸着保持させる。次いで、この状態で工具ヘッド２を微小移動させ、ダブルボールバー４が基準長さとなるように、より詳しくは、両側の球40，41の中心間の離隔長が基準長さとなるように工具ヘッド２の側の保持部５を位置決めする。この位置決めは、球40，41を連結する連結棒42の中途の検出部43の検出結果を参照しながらなされる。
【００４３】
図４、図５には、以上のように位置決めを終えた状態が実線により示してある。ＺＸ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｂのオフセット誤差を測定する場合、保持部５は、対象となるＺＸ平面内（鉛直面内）においてダブルボールバー４が基準長さとなるように位置決めされる。前述したようにダブルボールバー４の両端の球40，41は、各別の保持部５，６の支持棒51，63先端の磁気座により、 270°を超える中心角度の範囲内にて転動可能に保持されており、前記支持棒51，63は、加工テーブル３の上面及び工具ヘッド２の軸心に対して夫々45°傾斜している。従って、図４に示すように、工具ヘッド２の側の球40が加工テーブル３の側の球41の鉛直下方に位置するように位置決めをすることができる。
【００４４】
ＸＹ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｃのオフセット誤差を測定する場合、保持部５の位置決めは、対象となるＸＹ平面内（水平面内）においてダブルボールバー４が基準長さとなるように実行される。この場合においても同様に、図５に示すような位置決めが可能である。
【００４５】
ＺＸ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｂのオフセット誤差の測定は、図４に示す位置決めを終えた後、ＺＸ平面内にて工具ヘッド２を円弧補間送りし、この送りの間に生じるダブルボールバー４の長さ変化を連結棒42の中途に設けた検出部43により検出する手順により実施される。ＺＸ平面内での円弧補間送りは、Ｘ方向移動体16及びＺ方向移動体19の移動の組み合わせにより精度良く実現することができる。
【００４６】
この送りにより工具ヘッド２の側の球40は、図４中に実線により示す初期位置から移動を開始し、同じく２点鎖線により示す中間位置を経て初期位置に戻るように、ＺＸ平面内において、ダブルボールバー４の基準長さを半径とする円形の送り経路Ｐ1 の全周に沿って移動せしめられ、この間に検出部43においては、工具ヘッド２の側の球40（の中心）と加工テーブル３の側の球41（の中心）との間の相対変位の連結棒42の軸長方向成分が検出される。この検出変位は、Ｘ方向及びＺ方向の送り駆動系の各部に存在する誤差の影響により生じるものであり、送り経路Ｐ1 の全周に亘って得られる検出部43の検出結果中にＺＸ平面内での直線運動誤差が現出する。
【００４７】
一方このとき、加工テーブル３側の球41は、前述の如く旋回軸Ｂと旋回軸Ｃとの交点上に位置決めされており、ＺＸ平面内において旋回軸Ｂが、送り経路Ｐ1 の中心に対してＹ及びＺ方向に位置ずれしている場合、検出部43の検出結果には、旋回軸Ｂの位置ずれ量に対応する誤差成分（オフセット誤差）が重畳されて現出する。
【００４８】
ＸＹ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｃのオフセット誤差の測定は、図５に示す位置決めを終えた後、ＸＹ平面内にて工具ヘッド２を円弧補間送りし、この送りの間に生じるダブルボールバー４の長さ変化を検出する手順により実施される。ＸＹ平面内での円弧補間送りは、Ｙ方向送りテーブル14及びＸ方向移動体16の送り移動の組み合わせにより精度良く実現される。
【００４９】
この送りにより工具ヘッド２の側の球40は、図５中に実線により示す初期位置から移動を開始し、同じく２点鎖線により示す中間位置を経て初期位置に戻るように、ＸＹ平面内において、ダブルボールバー４の基準長さを半径とする円形の送り経路Ｐ2 の全周に沿って移動せしめられる。この間に検出部43において得られる検出結果には、Ｘ方向及びＹ方向の送り駆動系の各部に存在する誤差に起因する運動誤差と、ＸＹ平面内での旋回軸Ｃの位置ずれ量に対応するオフセット誤差とが重畳されて現出する。
【００５０】
図６は、本発明方法の実施により得られる結果の一例を示す説明図である。本図は、ＸＹ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｃのオフセット誤差の測定において得られた結果を、円形の送り経路Ｐ2 の各位置におけるダブルボールバー４の長さの測定値を、送り経路Ｐ2 の中心Ｏ2 からの半径に置き換えて示してある。送り経路Ｐ2 は、中心Ｏ2 を中心としダブルボールバー４の基準長さを半径とする円として表される。
【００５１】
検出部43の検出結果は、図中に実線により示すように、送り経路Ｐ2 の周上の分布パターンとして与えられる。ここでオフセット誤差に起因する位置ずれは、送り経路Ｐ2 の全周に均等に分布した状態で現出するから、図示の検出結果を平均した仮想円の仮想中心Ｏを求めれば、この中心Ｏと送り経路Ｐ2 の中心Ｏ2 との比較により、Ｘ方向のオフセット誤差ΔＸ及びＹ方向のオフセット誤差ΔＹを精度良く抽出することができる。なおＸＹ平面内での直線運動誤差は、オフセット誤差ΔＸ，ΔＹを排除した前記仮想円の周上での分布パターンの解析により、従来から行われているように、その原因を含めて求めることができる。
【００５２】
図４に示すように実施されるＺＸ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｂのオフセット誤差の測定も、ＸＹ平面内での直線運動誤差及び旋回軸Ｃのオフセット誤差の測定の場合と同様の処理により実現することができる。
【００５３】
更に図４に示す位置決め状態を得た後、Ｙ方向移動体14及びＺ方向移動体19の送り移動を組み合わせ、ＹＺ平面内で工具ヘッド２を円弧補間送りさせて、この間に生じるダブルボールバー４の長さ変化を検出する手順によりＹＸ平面内での直線運動誤差を測定することができる。このようにして得られる検出結果には、旋回軸ＢのＺ方向のオフセット誤差と、旋回軸ＣのＹ方向のオフセット誤差とが含まれるが、これらは前述した手順により求められており、これらの結果を用いた補正によりＹＺ平面内での直線運動誤差を高精度に測定することが可能となる。
【００５４】
図７、図８は、本発明方法の実施状態を示す説明図であり、図７は、旋回軸Ｃの角度誤差の測定方法の実施状態を示し、図８は、旋回軸Ｂの角度誤差の測定方法の実施状態を示している。これらの測定においては、工具ヘッド２の側の保持部５は、同様の構成のものを同様に装着して使用する。一方、加工テーブル３の側の保持部６は、位置決めが不要であることから、加工テーブル３の上面への固定が可能な基台67と、この基台67に斜め45°の方向に延びるように固定された支持棒68とを備える単純な構成とすることができ、図示の如く、加工テーブル３の周縁近傍に固定される。
【００５５】
図９は、旋回軸Ｃの角度誤差の説明図である。図５に示す手順により図６に示すように求められる旋回軸Ｃのオフセット誤差（ΔＸ及びΔＹ）は、旋回軸Ｂとの交点を含むＸＹ平面（基準平面）内での位置ずれ量を示している。この位置ずれ量は、鉛直軸であるＺ軸に対して旋回軸Ｃが傾きを有している場合、Ｚ軸方向の各位置にて異なる値となる。
【００５６】
図９に示す如く、Ｚ座標がＺ0 であるＸＹ平面内での前述した測定の結果から求められたオフセット誤差がΔＸ0 ，ΔＹ0 であって、Ｚ座標がＺ1 である他のＸＹ平面内での測定の結果から求められたオフセット誤差がΔＸ1 ，ΔＹ1 であった場合、旋回軸ＣのＸ，Ｙ方向の角度誤差Ｃx ，ＣY （ｒａｄ）は、下式により与えられる。
【００５７】
Ｃx ＝（ΔＸ1 −ΔＸ0 ）／（Ｚ1 −Ｚ0 ）  …（１）
ＣY ＝（ΔＹ1 −ΔＹ0 ）／（Ｚ1 −Ｚ0 ）  …（２）
【００５８】
角度誤差Ｃx ，ＣY は、Ｚ軸に対する旋回軸Ｃの傾きのＸ軸方向成分及びＹ軸方向成分であり、これらの角度誤差Ｃx ，ＣY を知ることができれば、これらと、図５に示す手順により基準平面内において求めたオフセット誤差ΔＸ0 ，ΔＹ0 とを（１）式又は（２）式に適用することにより、Ｚ軸方向の任意の位置に生じるオフセット誤差ΔＸ1 ，ΔＹ1 を求めることができる。なお図９には、旋回軸Ｃの傾きを拡大して示してあるが、実際の傾き角度は微小な角度である。
【００５９】
以上のような旋回軸Ｃ角度誤差Ｃx ，ＣY の測定は、工具ヘッド２に保持部５を、加工テーブル３に保持部６を夫々前述したように固定し、次に工具ヘッド２を送り移動させ、この工具ヘッド２に装着固定された保持部５を加工テーブル３に固定された保持部６の上方に大まかに位置合わせする。この状態で、保持部５の支持棒51及び保持部６の支持棒68の先端に設けた磁気座にダブルボールバー４の両端の球40，41を夫々吸着保持させ、工具ヘッド２を微小移動させてダブルボールバー４が基準長さとなるように位置決めする。
【００６０】
図７は、この位置決めを終えた状態を示している。工具ヘッド２の位置決めは、図示の如く、保持部５，６の間にてダブルボールバー４が鉛直となるように実施する。旋回軸Ｃの角度誤差は、以上の位置決めを終えた後、テーブル台31上の加工テーブル３を旋回軸Ｃの周りに旋回運動させ、この旋回運動に同期して工具ヘッド２をＸＹ平面内にて円弧補間送りして、この間のダブルボールバー４の長さ変化を検出する手順により求めることができる。
【００６１】
工具ヘッド２の円弧補間送りは、この送りによって工具ヘッド２の側の球40が辿る経路Ｐ3 が、旋回軸Ｃ周りの加工テーブル３の旋回により加工テーブル３の側の球41が辿る経路Ｐ4 と同径の円弧経路となるように実施される。このような円弧補間送りは、Ｘ方向移動体16及びＺ方向移動体19の送り動作の組み合わせにより、加工テーブル３の旋回動作と正確に同期させて実現することができる。
【００６２】
このとき、工具ヘッド２の側の球40の経路Ｐ3 はＸＹ平面内に存在するのに対し、加工テーブル３の側の球41の経路Ｐ4 は、該加工テーブル３の旋回軸Ｃと直交する面内に存在するから、ＸＹ平面と直交するＺ軸に対して加工テーブル３の旋回軸Ｃが傾きを有している場合、以上の手順の実行中にダブルボールバー４の長さは、送り経路の各部において変化する。
【００６３】
図10は、図７に示す旋回軸Ｃの角度誤差の測定により得られる結果の一例を示す説明図である。本図は、前記経路Ｐ3 ，Ｐ4 上の各位置において得られるダブルボールバー４の長さ変化ΔＺの検出値をＸＹ平面に展開して図示したものである。図中に実線により示すΔＺの検出値は、ＸＹ平面の原点Ｏを中心とし、図中に破線により示す基礎円に対して、Ｘ方向及びＹ方向にオフセットした円となる。
【００６４】
従って、この円の仮想中心ＯZ と基礎円の中心Ｏとの間に存在するオフセット量のＸ方向成分がΔＺX 、Ｙ方向成分がΔＺY であった場合、旋回軸Ｃの角度誤差Ｃx ，ＣY は、ダブルボールバー４の基準長さＬを用いた下式により求めることができる。
【００６５】
Ｃx ＝ΔＺx ／Ｌ  …（３）
ＣY ＝ΔＺY ／Ｌ  …（４）
【００６６】
なお図10においては、ダブルボールバー４の長さの検出結果を単純な円として示してあるが、実際の検出結果は、図６に示すように、周上の各位置にて変動する分布パターンとして与えられる。
【００６７】
旋回軸Ｃの角度誤差Ｃx ，ＣY を高精度に求めるためには、前述した位置決めに際してダブルボールバー４を正しく鉛直とする必要があるが、わずかな位置決め角度の相違により生じる検出結果の差異は無視できる程度であり、位置決めに際してのダブルボールバー４の鉛直を厳密に管理する必要はない。また旋回軸Ｃの傾きに起因するダブルボールバー４の長さ変化は、旋回軸Ｃの中心から離れるに従って大きくなるから、加工テーブル３の側の保持部６の固定位置は、図７に示すように加工テーブル３の周縁近傍に設定するのが望ましいが、球41の中心と旋回軸Ｃとが一致しないように保持部６の固定位置を設定すれば、得られた検出結果から角度誤差Ｃx ，ＣY を求めることは可能である。
【００６８】
旋回軸Ｂの角度誤差を測定する場合、図８に示すように、工具ヘッド２を送り移動させて加工テーブル３の外側に位置合わせし、保持部５の支持棒51及び保持部６の支持棒68の先端にダブルボールバー４の両端の球40，41を夫々吸着保持させ、次いで、この状態を保って工具ヘッド２を微小移動させ、ダブルボールバー４が基準長さとなるように位置決めする。この位置決めは、図示の如く、保持部５，６間にてダブルボールバー４が水平となるように実施する。
【００６９】
旋回軸Ｂの角度誤差の測定は、以上の位置決めを終えた後、旋回台30を旋回軸Ｂの周りに旋回運動させ、この旋回運動に同期して工具ヘッド２をＺＸ平面内にて円弧補間送りせしめ、この間のダブルボールバー４の長さ変化を検出する手順によりなされる。この手順の実施中、工具ヘッド２の側の球40は、ＺＸ平面内に存在する円弧経路に沿って移動するのに対し、加工テーブル３の側の球41は、旋回軸Ｂと直交する面内に存在する円弧経路に沿って移動する。従って、旋回台30の旋回軸ＢがＺＸ平面と直交するＹ軸に対して傾きを有している場合、以上の手順の実行中に生じるダブルボールバー４の長さ変化の検出結果には、旋回軸Ｂの傾きの大きさ及び方向が含まれることとなり、ダブルボールバー４の長さ変化の検出結果に基づいて旋回軸Ｂの角度誤差Ｂx ，Ｂz を求めることができる。
【００７０】
旋回軸Ｂの角度誤差に正確に対応する検出結果を得るためには、前述した位置決めに際してダブルボールバー４を正しく水平とする必要があるが、わずかな位置決め角度の相違により生じる検出結果の差異は無視できる程度であり、位置決めに際してのダブルボールバー４の水平を厳密に管理する必要はない。また旋回軸Ｂの傾きに起因するダブルボールバー４の長さ変化は、旋回軸Ｂから離れるに従って大きくなるから、加工テーブル３の側の保持部６の固定位置は、図８に示す如く、保持部６に吸着保持される球41が加工テーブル３の上面の近くとなるように設定するのが望ましい。図７及び図８に示す保持部６の固定位置は、旋回軸Ｂ，Ｃの角度誤差の測定に好適に兼用することができる。
【００７１】
なお以上の実施の形態においては、ＺＸ平面内での直線運動誤差及びＣ軸のオフセット誤差の測定に際し、加工テーブル３側の保持部６が保持する球41を、旋回軸Ｂ，Ｃの交点上に位置決めする場合について説明したが、この交点の下方にダブルボールバー４の旋回に必要なストロークが確保できない場合には、旋回軸Ｂ，Ｃの交点の上方にオフセットした位置に前記球41を位置決めして測定を実施してもよい。この場合においても、前記交点からのオフセット長さが既知であれば、前記直線運動誤差及びオフセット誤差を同様の手順により精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る運動誤差測定方法が適用されるマシニングセンターの一例を示す外観斜視図である。
【図２】本発明方法の実施に使用する運動誤差測定装置の側面図である。
【図３】支持棒の先端部の拡大図である。
【図４】本発明方法の実施状態を示す説明図である。
【図５】本発明方法の実施状態を示す説明図である。
【図６】本発明方法の実施により得られる結果の一例を示す説明図である。
【図７】本発明方法の実施状態を示す説明図である。
【図８】本発明方法の実施状態を示す説明図である。
【図９】旋回軸の角度誤差の説明図である。
【図１０】図７に示す旋回軸Ｃの角度誤差の測定により得られる結果の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
２      工具ヘッド
３      加工テーブル
４      ダブルボールバー
５，６  保持部
14      Ｙ方向移動体
16      Ｘ方向移動体
19      Ｚ方向移動体
40，41  球
42      連結棒
43      検出部
Ｂ，Ｃ  旋回軸
【図１】
2009012083.tif 000003
【図２】
2009012083.tif 000004
【図３】
2009012083.tif 000005
【図４】
2009012083.tif 000006
【図５】
2009012083.tif 000007
【図６】
2009012083.tif 000008
【図７】
2009012083.tif 000009
【図８】
2009012083.tif 000010
【図９】
2009012083.tif 000011
【図１０】
2009012083.tif 000012