CN103328154A - 误差测定装置及误差测定方法 - Google Patents

Abstract

由于具有下述步骤：旋转轴几何偏差测定步骤（S2），在该步骤中，通过测定固定在旋转轴上的工件表面的点的位置，从而对旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定；几何偏差参数设定步骤（S3），在该步骤中，将测定出的旋转轴中心线的位置及倾斜度的校正量设定在数控装置中；工件设置误差测定步骤（S4），在该步骤中，测定以旋转轴中心线的位置为基准的工件的设置位置和倾斜度；以及工件设置误差参数设定步骤（S5），在该步骤中，将测定出的工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中，因此，在将工件固定在旋转轴上的状态下，能够通过测定工件表面的点的位置，从而对旋转轴中心的位置及倾斜度进行测定。

Description

误差测定装置及误差测定方法

技术领域

本发明涉及一种误差测定装置及误差测定方法，它们用于在例如5轴控制加工中心这样的多轴工作机械中，对旋转轴中心线的位置及倾斜度和工件的设置位置及倾斜度这种误差进行测定。

背景技术

例如，在以5轴控制加工中心为代表的多轴工作机械的数控装置中，具有对由设置在工作台上的工件的设置位置及倾斜度所产生的影响进行校正的功能、和用于对由旋转轴中心线的位置及倾斜度所产生的影响进行校正的功能。为了有效地使用这些功能，必须准确地测定工件或旋转轴中心线的位置及倾斜度，并将其作为参数适当地设定在控制装置的校正值设定区域中。

在专利文献1中公开了下述方法，在该方法中，利用接触式探头对设置在工作台上的长方体工件的彼此正交的3个面上的各3个点的位置进行检测，根据同一平面上的3个点求出3个通过3个点的平面的公式，求出3个平面相交的点O’的位置，并且，求出与3个平面相交的点O’相距长度L的点，根据O’的坐标和长度L求出旋转矩阵而得到工件的倾斜度。根据提出的该方法，能够测定工件的设置位置及倾斜度。

另外，在专利文献2中公开了下述方法，在该方法中，在工作台上的规定的位置处设置基准球（主球），在使旋转轴旋转了任意的角度的状态下，求出基准球的中心坐标，并且在旋转了规定的角度的状态（以规定的角度分度的状态）下，求出基准球的中心坐标，利用2个中心坐标和分度角度，通过运算而求出工作台的旋转中心坐标。

并且，在非专利文献1中公开了下述方法，在该方法中，以规定的角度将旋转轴分度，同时利用接触式探头自动测量设置在工作台上的基准球的中心坐标，在旋转轴中心线的位置及倾斜度的基础上，确定2个直线进给轴之间的垂直度。

专利文献1：日本特开2006－289524号公报

专利文献2：日本特开2007－44802号公报

非专利文献1：松下哲也、沖忠洋：タッチプローブを用いた5軸制御工作機械の幾何誤差同定、2010年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集（2010）ｐｐ．1105－1106．

非专利文献2：（社）日本工作機械工業会：5軸制御マシニングセンタ精度検査規格標準化説明会資料（2008）．

发明内容

如果通过数控装置对由设置在工作台上的工件的设置位置及倾斜度所产生的影响进行校正，则即使在NC程序中将旋转轴设为不动，但为了对由工件的倾斜度所产生的影响进行校正，也会使旋转轴动作。在该情况下，如果不对由旋转轴中心线的位置和倾斜度所产生的影响同时进行校正，则会导致加工精度的恶化。但是，在专利文献1记载的方法中，存在下述问题：即使能够测定工件的设置位置和倾斜度，也无法测定旋转轴中心线的位置和倾斜度。

另外，在工作台侧具有旋转轴的这种类型的多轴工作机械中，在对由工件的设置位置和倾斜度所产生的影响进行校正的情况下，工件的设置位置大多表现为以旋转轴中心线的位置为基准的相对位置而输入至数控装置。此时，如果旋转轴中心线的位置没有***作员或在数控装置内正确地识别，则无法将工件的设置位置正确地设定在数控装置中。在专利文献1所记载的方法中，由于无法测定旋转轴中心线的位置，因此，工件的设置位置只能够设定为以预先设定出的旋转轴中心位置为基准的值，其结果，存在无法正确地对由工件的设置位置所产生的影响进行校正的问题。

并且，由于多轴工作机械的旋转轴中心线的位置和倾斜度例如随工件的质量或温度等而变化，因此优选在将工件设置在工作台上的状态下以加工直线进行测定。但是，在专利文献2及非专利文献1中公开的方法中，由于必须在工作台上设置基准球，因此，在设置了工件的状态下无法测定旋转轴中心线的位置和倾斜度，其结果，存在无法正确地校正实际加工中的中心线位置及倾斜度的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种误差测定装置及误差测定方法，它们即使在旋转中心位置及倾斜度随工件的质量或温度变化而发生了变化的情况下，也能够以高精度测定旋转中心线的位置和倾斜度，也能够以高精度对作为相对于旋转轴中心位置的相对位移的工件设置位置进行测定。

为了解决上述课题并实现目的，本发明所涉及的另一个误差测定装置，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对旋转轴中心线的位置及倾斜度、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，该误差测定装置的特征在于，具有：旋转轴几何偏差测定单元，其通过测定工件表面的点的位置，从而对旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定；几何偏差参数设定单元，其将测定出的旋转轴中心线的位置及倾斜度设定在数控装置中；工件设置误差测定单元，其测定以旋转轴中心线的位置为基准的工件的设置位置和倾斜度；以及工件设置误差参数设定单元，其将测定出的工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

本发明所涉及的另一个误差测定装置，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对旋转轴的旋转轴中心线的位置、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，该误差测定装置的特征在于，具有：旋转中心位置测定单元，其通过测定工件表面的点的位置，从而对旋转轴中心线的位置进行测定；旋转中心参数设定单元，其将测定出的旋转轴中心线的位置设定在数控装置中；工件设置误差测定单元，其测定以旋转轴中心线的位置为基准的工件的设置位置和倾斜度；以及工件设置误差参数设定单元，其将测定出的工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

本发明所涉及的其他的误差测定装置，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定，该误差测定装置的特征在于，将旋转轴以规定的角度分度，并在至少2个分度角度下，针对与工件的形状一起定义的工件的1点即基准点，根据作为为了确定基准点的3维坐标时所需的点而决定的工件上的多个测定点测，求出基准点的3维坐标，根据分度角度与多个基准点的3维坐标之间的关系，计算旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

本发明所涉及的另一误差测定装置，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置进行测定，该误差测定装置的特征在于，将旋转轴以规定的角度分度，并在至少2个分度角度下，针对与工件的形状一起定义的、将工件投影至与旋转轴正交的2维平面上的1点即基准点，根据作为为了确定基准点的2维坐标时所需的点而决定的工件上的多个测定点测，求出基准点的2维坐标，根据分度角度与多个基准点的2维坐标之间的关系，计算旋转轴的旋转中心线的位置。

另外，为了解决上述课题并实现目的，本发明所涉及的另一个误差测定方法，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置及倾斜度、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，该误差测定方法的特征在于，具有：旋转轴几何偏差测定步骤，在该步骤中，通过测定固定在旋转轴上的工件表面的点的位置，从而对旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定；几何偏差参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的旋转轴中心线的位置及倾斜度的校正量设定在数控装置中；工件设置误差测定步骤，在该步骤中，测定以旋转轴中心线的位置为基准的工件的设置位置和倾斜度；以及工件设置误差参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

本发明所涉及的其它误差测定方法，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，该误差测定方法的特征在于，具有：旋转中心位置测定步骤，在该步骤中，通过测定固定在旋转轴上的工件表面的点的位置，从而对旋转轴中心线的位置进行测定；旋转中心参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的旋转轴中心线的位置的校正量设定在数控装置中；工件设置误差测定步骤，在该步骤中，测定以旋转轴中心线的位置为基准的工件的设置位置和倾斜度；以及工件设置误差参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

本发明所涉及的另一误差测定方法，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定，该误差测定方法的特征在于，将旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，针对与工件的形状一起定义的工件的1点即基准点，根据作为为了确定基准点的3维坐标时所需的点而决定的工件上的多个测定点测，求出基准点的3维坐标，根据分度角度与多个基准点的3维坐标之间的关系，计算旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

本发明所涉及的另一误差测定方法，在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置进行测定，该误差测定方法的特征在于，将旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，针对与工件的形状一起定义的、将工件投影至与旋转轴正交的2维平面上的1点即基准点，根据作为为了确定基准点的2维坐标时所需的点而决定的工件上的多个测定点测，求出基准点的2维坐标，根据分度角度与多个基准点的2维坐标之间的关系，计算旋转轴的旋转中心线的位置。

发明的效果

根据本发明，在具有能够对由旋转轴中心线的位置及倾斜度所产生的影响和由工件的设置位置及倾斜度所产生的影响进行校正的数控装置的数控工作机械中，即使在旋转中心位置及倾斜度随工件的质量或温度变化而发生了变化的情况下，也能够以高精度测定旋转中心线的位置和倾斜度，也能够以高精度对作为相对于旋转轴中心位置的相对位移的工件设置位置进行测定。其结果，能够通过校正实现高精度的加工。并且，具有下述效果，即，与分别测定旋转轴中心线的位置及倾斜度和工件的设置位置及倾斜度的情况相比，能够以更少的测定点数量测定全部的误差。

另外，在具有能够对由旋转轴中心线的位置所产生的影响和由工件的设置位置及倾斜度所产生的影响进行校正的数控装置的数控工作机械中，即使在旋转中心位置随工件的质量或温度变化而发生了变化的情况下，也能够以高精度测定旋转中心线的位置，也能够以高精度对作为相对于旋转轴中心位置的相对位移的工件设置位置进行测定。其结果，具有能够通过校正实现高精度的加工的效果。

并且，由于能够利用工件测定旋转轴旋转中心线的位置及倾斜度，因此，能够在即将开始加工前实施测定。其结果，具有下述效果，即，即使在旋转中心位置及倾斜度随工件的质量或温度变化而发生了变化的情况下，也能够以高精度测定旋转中心线的位置和倾斜度，能够通过校正实现高精度的加工。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的误差测定装置的动作顺序的流程图。

图2是表示本发明的第2实施方式的误差测定装置的动作顺序的流程图。

图3是表示图1所示的处理顺序的旋转轴几何偏差测定步骤S2中的处理顺序的流程图。

图4是表示图2所示的处理顺序的旋转中心位置测定步骤S6中的处理顺序的流程图。

图5是表示用于检测大致的工件设置位置，使旋转轴旋转的处理顺序的流程图。

图6是说明用于测定旋转中心线的位置和倾斜度的旋转轴姿态与工件上的基准位置之间的关系的图。

图7是说明在测定旋转中心线的位置和倾斜度的情况下的测定路径的图。

图8是说明用于测定C轴的旋转中心位置的方法的图。

图9是说明在测定C轴的旋转中心位置的情况下的测定路径的图。

图10是说明用于测定A轴的旋转中心位置的方法的图。

图11是说明在测定A轴的旋转中心位置的情况下的测定路径的图。

图12是说明在本发明中作为测定对象的工件设置位置及倾斜度的图。

图13是说明对工件上表面的左下角的位置进行测定的测定点和其测定路径的斜视图。

图14是说明对工件上表面的左上角的位置进行测定的测定点和其测定路径的斜视图。

具体实施方式

举出在工作台侧具有A轴（倾斜轴）和C轴（旋转轴）的多轴工作机械作为例子，说明本发明的实施方式。对于在本实施方式中作为对象的轴结构之外的多轴工作机械，也能够实施并得到与本实施方式相同的效果。

实施方式1

基于图1，说明本发明所涉及的第1实施方式。图1是表示本发明的第1实施方式的误差测定装置的动作顺序的流程图。误差测定装置包含记载有图1所示的流程顺序的动作程序和用于执行该动作程序的CPU而构成，误差测定装置按照图1所示的顺序进行动作。记载有动作程序的各流程顺序的部分和用于执行该部分的CPU构成进行各流程顺序的动作的单元。并且，本实施方式的误差测定装置具有工件设定步骤（工件设定单元）S1、旋转轴几何偏差测定步骤（旋转轴几何偏差测定单元）S2、几何偏差参数设定步骤（几何偏差参数设定单元）S3、工件设置误差测定步骤（工件设置误差测定单元）S4以及工件设置误差参数设定步骤（工件设置误差参数设定单元）S5。

在本实施方式的误差测定装置中，首先，在工件设定步骤S1中，对固定在工作台的规定位置上的工件的大小及形状进行设定。在设定大小和形状的情况下，例如可以作为3维CAD或2维CAD数据进行输入，也可以从预先准备的形状样式中选择适合的形状样式而输入其大小。

根据下述信息，在旋转轴几何偏差测定步骤S2中测定旋转轴中心线的位置和倾斜度，这些信息包括：表示在工件设定步骤S1中设定的工件的大小及形状，和用于固定工件的工作台的大小的信息；在数控装置中设定的工作机械的轴结构类型及各轴的可动范围这样的机械信息；以及与可测定工件上任意点的坐标的测定器相关的信息。在此，将旋转轴中心线的位置和倾斜度这种几何学上的误差称作旋转轴几何偏差。对旋转轴几何偏差的说明例如在上述非专利文献2中进行了详细地说明。

作为可测定工件上任意点的坐标的测定器，通常公知有称作接触式探头的测定器。作为该情况下的与测定器相关的信息，包括接触式探头的前端测头直径、触针长度及工具长度。但是，本实施方式中的测定方法并不限定于接触式探头，利用接触式探头之外的测定方法，例如激光位移计或图像传感器，也能够取得相同的效果。

将在图1的旋转轴几何偏差测定步骤S2中测定出的旋转轴几何偏差，在几何偏差参数设定步骤S3中设定在数控装置中。几何偏差参数设定步骤S3例如可以形成为由操作者将画面上显示的几何偏差的参数输入的方式，也可以形成为将测定出的值直接反映为数控装置的参数的方式。

在工件设置误差测定步骤S4中，对固定在规定位置上的工件的设置位置及倾斜度进行测定，将设置位置作为相对于在旋转轴几何偏差测定步骤S2中测定出的旋转轴中心位置的相对位置而进行计算。在工件设置误差参数设定步骤S5中，将在工件设置误差测定步骤S4中测定出的工件设置位置及倾斜度设定在数控装置中。工件设置误差参数设定步骤S5例如可以形成为由操作者将画面上显示的值输入的方式，也可以形成为将测定出的值直接反映为数控装置的参数的方式。在此，将以旋转中心位置为基准的工件的设置位置及工件的倾斜度称作工件设置误差。

下面，通过在长方体工件固定在工作台上的情况下，使用接触式探头测定几何偏差的具体事例，对用于在旋转轴几何偏差测定步骤S2中测定旋转轴的几何偏差的详细方法进行说明。

图3是表示图1所示的处理顺序的旋转轴几何偏差测定步骤S2中的处理顺序的流程图。旋转轴几何偏差测定步骤S2具有记载有图3所示的流程顺序的动作程序和用于执行该动作程序的CPU，旋转轴几何偏差测定步骤S2按照图3所示的顺序进行动作。记载有动作程序的各流程顺序的部分和用于执行该部分的CPU构成进行各流程顺序的动作的单元。在本实施方式的误差测定装置中作为旋转轴几何偏差测定步骤（旋转轴几何偏差测定单元）S2具有基准点设定步骤（基准点设定单元）S8、测定点决定步骤（测定点决定单元）S9、坐标测定步骤（坐标测定单元）S10、基准点坐标计算步骤（基准点坐标计算单元）S11、旋转轴旋转步骤（旋转轴旋转单元）S12、旋转后测定点计算步骤（旋转后测定点计算单元）S13以及旋转轴几何偏差计算步骤（旋转轴几何偏差计算单元）S14。

首先，在基准点设定步骤S8中，基于在工件设定步骤S1中设定的信息，将工件上的1点设定为基准点。图6是说明用于测定旋转中心线的位置和倾斜度的旋转轴姿态与工件上的基准位置之间的关系的图。在规定位置载置工件1的工作台部2在倾斜轴部3上绕倾斜轴部3的中心轴线（C轴）旋转。图6（a）示出了A轴0度C轴0度的情况，（b）示出了A轴0度C轴180度的情况，（c）示出了A轴90度C轴0度的情况。在图6中示意地示出了用于测定A轴和C轴的几何偏差的基准点5以及通过旋转轴的旋转后的基准点5的位置。在工件为长方体的情况下，将基准点5设定在尽可能远离旋转中心4的角部。这是由于例如与将基准点5设定在长方体的中心等处的情况相比，可利用更少的测定点以更高精度确定基准点的坐标。

但是，在使用接触式探头之外的测定器的情况下并没有上述限定，只要对应于所使用的传感器的特性而设定合适的基准点即可。另外，在工件为长方体之外的形状的情况下，只要对应于形状而选择合适的基准点即可。例如如果是圆筒形状，则基准点为圆筒端面的中心，如果是球体，则基准点为球体中心。

通常，在具有倾斜轴A轴和旋转轴C轴的机械中，相对于可360度旋转的C轴，A轴的可动范围较小，例如如果将右旋方向设为正方向，则A轴被非对称地限制为从－30度至120度。如果如图6所示设置工件1，则即使在A轴旋转了90度的状态下，也能够利用接触式探头确定基准点5的坐标，但例如在工件与A轴中心线相比设置在－Y侧的情况下，在A轴旋转了90度的状态下，不能够利用接触式探头进行测定。

为了解决上述问题，在本发明的误差测定装置中具有：检测工件的大致设置位置的单元；计算在使旋转轴旋转了规定的角度的情况下的为了确定基准点时所需的工件上的测定点的单元；以及判断能否通过数控工作机械具有的位置测定功能对测定点进行测定的单元，在判断为无法测定的情况下，变更所述基准点、或变更所述旋转轴的规定的角度、或使固定有所述工件的旋转轴旋转、或者变更工件的固定位置。

使用图5，对在本实施方式中作为对象的多轴工作机械的具体例进行说明。图5是表示用于检测大致的工件设置位置，使旋转轴旋转的处理顺序的流程图。如图5所示，误差测定装置具有工件大致中心位置获取步骤（工件大致中心位置获取单元）S16、工作台旋转步骤（工作台旋转单元）S17以及工件追踪步骤（工件追踪单元）S18。

首先，在工件大致中心位置获取步骤S16中，通过例如手动脉冲手柄使主轴移动至工件上的大致中心位置，获取此时的坐标值。在本实施方式中作为对象的多轴工作机械的情况下，由于如果工件与A轴中心线相比位于－Y侧则无法进行测定，因此，在工件大致中心位置获取步骤S16中获取到的Y坐标的符号为负的情况下，通过使C轴旋转180度而使工件的位置变化。由此，由于工件移动至+Y侧，因此，即使在使A轴旋转了90度的情况下，也能够确定基准点5的坐标。

此外，图5的处理示出了本实施方式中的具体例，但本发明并不限定于图5的处理。例如，工件大致中心位置获取步骤可以由图像传感器等构成，也可以取代工作台旋转步骤S17而变更工件的设置位置。

在测定点决定步骤S9中，决定为了确定在基准点设定步骤S8中设定出的基准点5的坐标时所需的测定点。图7的（a）（b）（c）是表示工件1的测定点的位置及其测定路径（测定顺序）的斜视图，图7的（d）是示出了载置有工件1的工作台部2绕A轴旋转的情况的图。

图7示出了在测定点决定步骤S9中决定的测定点和测定路径。各测定点坐标Pn=（Pnx,Pny,Pnz）和角部坐标Cn=（Cnx,Cny,Cnz）以下述方式进行计算。在此，n是测定点及角部的编号，在图5的处理中的工件追踪步骤S18或从设定在工件上的大致中央处的测定开始点开始向－Z方向移动而对初始的测定点的坐标进行了测定后，按照编号顺序遍历各角部和测定点。此外，各测定点及角部的坐标是以设计上的旋转中心坐标为基准的坐标值。

在坐标测定步骤S10中在各测定点处获取该点的3维坐标值，基于获取到的坐标值而依次决定下一个角部坐标及测定点坐标。如果针对1个旋转轴姿态（分度角度）完成了9个点的测定，则通过旋转轴旋转步骤S12使旋转轴旋转，旋转轴旋转后的测定点的坐标也通过旋转后测定点计算步骤S13依次进行计算，不断测定出测定点的坐标。

在此，W是工件的宽度（X方向），D是工件的深度（Y方向），H是工件的高度（Z方向），Zo是Z轴机械原点，Ls是接触式探头的触针长度，Do是移动时的相对于工件表面的偏移距离。此外，下面的坐标计算式是使A轴旋转90度进行测定的情况下的事例。

C1=(P1x，P1y，P1z+Do)

C2=(P1x-W/4，P1y，P1z+Do)

C3=(P2x-W/4-Do，P2y，P2z+Do)

if  Ls＞H

C4=(P2x-W/4-Do，P2y,P2z-(H-Do)/2)elseC4=(P2x-W/4-Do,P2y，P2=-(Ls-Do)/2)

end

C5=(P3x-Do,P3y,2P3z-P2z)

C6=(P4x-Do,P4_y+D/4,P4z)

C7=(P5x-Do,P5y+D/4+Do,P5z)

C8=(P5x+W/4,P5y+D/4+Do,P5z)

C9=(P6x+W/4,P6y+Do，P6z)

C10=(P7x,P7y+Do，P3z)

C11=(P8x,P8y+Do,P1z+Do)

C12=(P1x,P1y+D/4,P1z+Do)

C13=(-P1x,-P1y。P1z+Do)

C14=（P10x+W/4,P10yP10z+Do)

C15=(P11x+W/4+DoP11yP11z+Do）

if Ls＞H

C16=(P11x+W/4+Do,P11y，P11z一(H-Do)/2)

else

C16=(P11x+W/4+Do,P11y,P11z一(Ls一Do)/2)

end

C17=(P12x+Do,P12y，2P12z-P11z)

C18=(P13x+Do,P13y-D/4，P13z)

C19=(P14x+Do,P14y-D/4-Do,P14z）

C20=(P14x-D/4,P14y-D/4-Do，P14z)

C21=(P15x-W/4,P15y-Do，P15z)

C22=(P16x,P16y-Do,P12z)

C23=(P17x,P17y-Do,P10z+Do)

C24=(P10x,P10y-D/4,P10z+Do)

C25=(P18x，P18y,Zo)

C26=(x7×,-P7z,Zo)

C27=(P7x,-P7z,P7y+Do)

C28=(P19x,-P8z,P19z+Do)

C29=(P20x,-P9z-Do,P19z+Do)

C30=(P20x,-P9z-Do,P20z-(Ls-Do)/2)2)

C31=(P21x,y-Do,2P21z-P20z)

C32=(P22x-W/4,P22y-Do,P22z)

C33=(P23x-W/4-Do,P23y-Do,P23z)

C34=(P23x-W/4-Do,P20y,P23z)

C35=(P24x-Do,P19y,P24z)

C36=(P25x-Do,P25y,P21z)

C37=(P26x-Do,P26y,P19z+Do)

C38=(P19x-W/4,P19y,P19z+Do)

在本实施方式中，在1个旋转轴姿态下针对各平面各测定3个点、即共计9个点，且在3组旋转轴姿态下合计测定了27个点的坐标，但如果假设工件的各平面正交，则最少通过针对1个旋转轴姿态测定6个点即合计测定18个点，就能够求出全部的基准点坐标。

在基准点坐标计算步骤S11中，根据同一平面上的3个点的测定结果求出平面的方程式，根据3个平面的方程式计算3个平面的交点的坐标并设为基准点坐标。对于平面的方程式及平面的交点的计算方法，除了能够应用广泛公知的方法之外，由于作为工件设置误差测定步骤S4的说明进行了详细说明，因此，能够直接应用该方法。在旋转轴几何偏差计算步骤S14中，使用针对1个旋转轴以2组角度得到的基准点坐标，计算旋转轴中心线的位置和倾斜度。

如果将A轴为0度、C轴为0度时的基准点坐标设为P_A0C0，将A轴为0度、C轴为180度时的基准点坐标设为P_A0C180，则C轴旋转中心线的位置P_C及倾斜度θ_C分别如公式1和公式2所示。在此的旋转中心位置P_C是高度Z_C中的中心位置。

【公式1】

$P_C=\left(\begin{array}{ccc}{x}_c& y_c& z_c\end{array}\right)$

$=\left(\frac{(x_{A0C0}+x_{A0C180})}{2}\frac{(y_{A0C0}+y_{A0C180})}{2}\frac{(z_{A0C0}+z_{A0C180})}{2}\right)$ …(公式1)

【公式2】

${\mathrm{\θ}}_C=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\α}}_c& {\mathrm{\β}}_c& {\mathrm{\γ}}_c\end{array}\right)$

$=\left({\mathrm{Tan}}^{-1}\left(\frac{z_{A0C180}-z_{A0C0}}{y_{A0C180}-y_{A0C0}}\right){\mathrm{Tan}}^{-1}\left(\frac{z_{A0C180}-z_{A0C0}}{x_{A0C180}-x_{A0C0}}\right)0\right)$ …(公式2)

如果使用公式2的结果使C轴矢量［0 0 1］^T绕各轴旋转，则C轴矢量C成为下面的公式3。

【公式3】

$C=\left[\begin{array}{c}{c}_i\\ c_j\\ c_k\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\cos \mathrm{\β}}_c& {\sin \mathrm{\β}}_c{\sin \mathrm{\α}}_c& {\sin \mathrm{\β}}_c{\cos \mathrm{\α}}_c\\ 0& {\cos \mathrm{\α}}_c& -\sin {\mathrm{\α}}_c\\ -{\sin \mathrm{\β}}_c& \cos {\mathrm{\β}}_c{\sin \mathrm{\α}}_c& {\cos \mathrm{\β}}_c{\cos \mathrm{\α}}_c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\sin \mathrm{\β}}_c{\cos \mathrm{\α}}_c\\ -{\sin \mathrm{\α}}_c\\ {\cos \mathrm{\β}}_c{\cos \mathrm{\α}}_c\end{array}\right]$ …(公式3)

由此，作为表示C轴旋转中心线的直线的方程式，得到公式4。

【公式4】

$\frac{x-x_c}{c_i}=\frac{y-y_c}{c_j}=\frac{z-z_c}{c_k}$ …（公式4)

并且，如果将A轴设为90度、C轴设为0度的情况下的基准点坐标设为P_A90C0，则C轴旋转中心线的位置P_A及倾斜度θ_A分别如公式5和公式6所示。

【公式5】

$P_A=\left(\begin{array}{ccc}{x}_a& y_a& z_a\end{array}\right)$

$=(\frac{(x_{A0C0}-x_{A90C0})}{(y_{A0C0}-Y_{A90C0})}\·(y_{A0C0}-y_a)y_a{z}_a)$ …（公式5)

【公式6】

${\mathrm{\θ}}_A=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\α}}_a& {\mathrm{\β}}_a& {\mathrm{\γ}}_a\end{array}\right)$

$=(0-{\mathrm{Tan}}^{-1}\left(\frac{x_{A90C0}-x_{A0C0}}{z_{A90C0}-z_{A0C0}}\right)-{\mathrm{Tan}}^{-1}\left(\frac{x_{A90C0}-x_{A0C0}}{y_{A90C0}-y_{A0C0}}\right))$ …(公式6)

此外，关于A轴中心线的y方向位置y_a和z方向位置z_a，作为使连结基准点P_A0C0和基准点P_A90C0的线段绕基准点P_A0C0旋转45度后的线段，与绕基准点P_A90C0旋转－45度后的线段的交点进行计算。

如果使用公式6的结果使A轴矢量［100］^T绕各轴旋转，则A轴矢量A成为下面的公式7。

【公式7】

$A=\left[\begin{array}{c}{a}_i\\ a_j\\ a_k\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\γ}}_a{\cos \mathrm{\β}}_a& -{\sin \mathrm{\γ}}_a& {\mathrm{coa\γ}}_a{\sin \mathrm{\β}}_a\\ {\sin \mathrm{\γ}}_a{\cos \mathrm{\β}}_a& {\cos \mathrm{\γ}}_a& {\sin \mathrm{\γ}}_a{\sin \mathrm{\β}}_a\\ -{\sin \mathrm{\β}}_a& 0& {\mathrm{coa\β}}_a\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}1\\ 0\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\cos \mathrm{\γ}}_a{\cos \mathrm{\β}}_a\\ {\sin \mathrm{\γ}}_a\cos {\mathrm{\β}}_a\\ -{\sin \mathrm{\β}}_a\end{array}\right]$ …(公式7)

由此，作为表示A轴旋转中心线的直线的方程式，得到公式8。

【公式8】

$\frac{x-x_a}{a_i}=\frac{y-y_a}{a_j}=\frac{z-z_a}{a_k}$ …（公式8)

接下来，计算包含A轴中心线和Y轴的平面与C轴中心线的交点。包含A轴中心线和Y轴的平面的法线矢量是A轴矢量（公式7）与Y轴矢量［0 1 0］^T的向量积，因此能够进行如下计算。

【公式9】

A×Y=(0·a_j-1·a_k 0.a_k-0·a_i 1·a_i-0.a_j)…（公式9)

=(-a_k 0 a_j)

由此，包含A轴中心线和Y轴的平面的方程式成为公式10。

【公式10】

-a_z(x-x_a)+a_x(z-z_a)=0…(公式10)

公式10表现的平面与C轴的旋转中心线的交点成为A轴旋转中心高度处的C轴旋转中心位置P_C。包含A轴中心线和Y轴的平面与C轴旋转中心线的交点基于公式4和公式10如下所示求出。

【公式11】

$P_C=(\frac{a_k(x_c-x_a)+a_i(z_a-z_a)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·c_i+x_c\frac{a_k(x_c-x_a)+a_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·\·\·c_j+y_c\frac{a_k(x_c-x_a)+a_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·c_k+z_c)$

…(公式11)

并且，计算包含C轴中心线和Y轴的平面与A轴中心线的交点。包含C轴中心线和Y轴的平面的法线矢量是C轴矢量（公式3）与Y轴矢量［010］^T的向量积，因此能够进行如下计算。

【公式12】

C×Y=(0.c_j-1.c_k 0.c_k-0.c_i 1.c_i-0.c_j)···(公式12)

=(-c_k 0 c_i)

由此，包含C轴中心线和Y轴的平面的方程式成为公式13。

【公式13】

-c_z(x-x_c)+c_x(z-z_c)=0…(公式13)

公式13表现的平面与A轴的旋转中心线的交点成为C轴旋转中心的X方向位置处的A轴旋转中心位置P_A。包含C轴中心线和Y轴的平面与A轴中心线的交点基于公式8和公式13如下所示求出。

【公式14】

$P_A=(\frac{c_k(x_c-x_a)+c_i(z_a-z_a)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·a_i+x_a\frac{c_k(x_c-x_a)+c_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·\·\·a_j+y_a\frac{c_k(x_c-x_a)+c_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·a_k+z_a)$

…（公式14)

根据以上结果，在工作台侧具有A轴和C轴的多轴工作机械的旋转轴上存在的8个几何偏差能够按照公式15进行计算。在此，δ_xAx是A轴原点的X轴方向偏差，δ_yAX是A轴原点的Y轴方向偏差，δ_zAX是A轴原点的Z轴方向偏差，δ_yCA是A轴中心线位置和C轴中心线位置的Y方向偏移，α_AX是YZ平面上的C轴中心线和Z轴之间的角度偏差，γ_AX是XZ平面上的A轴中心线和X轴之间的角度偏差，β_AX是XY平面上的A轴中心线和X轴之间的角度偏差，β_CA是XZ平面上的A轴中心线和C轴中心线之间的角度偏差。

【公式15】

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xAX}}=\frac{c_k(x_c-x_a)+c_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·a_j+x_a\\ {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yAX}}=\frac{c_k(x_c-x_a)+c_i(z_a-c_a)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·a_j+y_a\\ {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{zAX}}=\frac{c_k(x_c-x_a)+c_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·a_k+z_a\\ {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yCA}}=\frac{a_k(x_c-x_a)+a_i(z_a-z_c)}{a_i{c}_k-a_k{c}_i}\·c_k+y_c-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yAX}}\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{AX}}={\mathrm{\α}}_c\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{AX}}={\mathrm{\β}}_A\\ {\mathrm{\γ}}_{\mathrm{AX}}={\mathrm{\γ}}_A\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{CA}}={\mathrm{\β}}_C-{\mathrm{\β}}_A\end{array}\right.j$ …（公式式·使15万

以上，对于在工件侧具有A轴和C轴的多轴工作机械，对在长方体工件固定在工作台上的情况下，使用接触式探头测定几何偏差的方法进行了说明，但对于具有其他的轴结构的多轴工作机械，本领域技术人员也能够充分地使用。另外，在固定在工作台上的工件是长方体之外的情况下，仅变更基准点的测定方法即可使用相同的方法。

下面，对于工件设置误差测定步骤S4中的处理，以工件为长方体的情况为例进行详细说明。本实施方式对工件为长方体的情况进行说明，但本发明并不限定于上述情况，对于工件为圆筒形状或其他形状的情况，通过实施与形状相对应的测定方法也能够应用本发明。

图12是说明在将长方体形状的工件1设置在工作台2上的情况下所存在的工件设置误差的示意图。图12的（a）是从Z轴方向观察时的正视图，（b）是从X方向观察时的侧视图，（c）是从Y轴方向观察时的侧视图。在此的工件1的设置位置定义为基准点5相对于工作台旋转中心4的位移（△x,△y,△z）。另外，工件1的倾斜度定义为分别绕X、Y、Z轴的旋转角度（△a,△b,△c）。

图13示出了在将XY平面上的左下角设为基准点5的情况下的测定点和测定路径。各测定点坐标Pn=（Pnx,Pny,Pnz）和角部坐标Cn＝（Cnx,Cny,Cnz）以下述方式进行计算。在此，n是测定点及角部的编号，在从设定在工件1上的大致中央处的测定开始点开始向－Z方向移动而对初始的测定点的坐标进行了测定后，按照编号顺序遍历各角部和测定点。此外，各测定点及角部的坐标是以通过旋转轴几何偏差测定步骤S2测定出的旋转中心坐标为基准的坐标值。

C1=(P1x，P1，P1z+Do)

C2=(P1x,P1y-D/4,P1z+Do)

C3=(P2x,P2y-D/4-Do,P2z+Do)

if Ls＞H

C4=(P2x，P2y一D/4一Do,P2z一(H一Do)/2)

else

C4=(P2x·P2y一D/4一Do,P2z一(Ls一Do)/2)

end

C5=(P3x·P3y一Do，2P3z-P2z)

C6=(P4x-W/4,P4y-Do,P4z)

C7=(P5x一W/4-Do,P5y-Do,P5z

C8=(P5x-W/4-Do，P5y+D/4，P5z)

C9=(P6x-Do,P6y+D/4,P6z)

C10=(P7x-Do,P7y·P3z)

C11=(P8x-Do,P8y,P1z+Do）

C12=(P1x-W/4,P1y，P1z+Do)

在此，W是工件的宽度（X方向），D是工件的深度（Y方向），H是工件的高度（Z方向），Zo是Z轴机械原点，Ls是接触式探头的触针长度，Do是移动时相对于工件表面的偏移距离。

图14示出了在将XY平面上的左上角设为基准点5的情况下的测定点和测定路径。该情况下的测定路径与在旋转轴几何偏差测定步骤S2中用于对将A轴和C轴均设为0度时的基准点进行测定的测定路径相同，因此，在该情况下，不用在工件设置误差测定步骤S4中重新进行测定动作。

此外，在图13及图14中示出的测定路径中，对工件的各平面3个点，合计9个点的坐标进行了测定，但如果假设各平面彼此正交，则能够通过合计6个点的测定确定基准点的坐标。另外，在将工件上的另外1点例如右上角或右下角、上表面中央等设为基准点的情况下，也能够同样地生成测定路径而实施测定。

如果将利用接触式探头测定出的3个点的坐标分别设为点P₀（x₀,y₀,z₀）、点P₁（x₁,y₁,z₁）及点P₂（x₂,y₂,z₂），则平面的法线矢量n能够通过公式16和公式17进行计算。

【公式16】

$(a^{\′},b^{\′},c^{\′})=V_1\×V_2$

$=\left(\begin{array}{c}(y_1-y_0)(z_2-z_0)-(z_1-z_0)(y_2-y_0),\\ (z_1-z_0)(x_2-x_0)-(x_1-x_0)(z_2-z_0),\\ (x_1-x_0)(y_2-y_0)-(y_1-y_0)(x_2-x_0)\end{array}\right)$ …(公式16)

【公式17】

$n=(a,b,c)=(\frac{a^{\′}}{\sqrt{a^{\′2}+b^{\′2}+c^{\′2}}},\frac{b^{\′}}{\sqrt{a^{\′2}+b^{\′2}{c}^{\′2}}},\frac{c^{\′}}{\sqrt{a^{\′2}+b^{\′2}+c^{\′2}}})$ …(公式17)

使用通过公式17计算的法线矢量n，将测定出的3个点的坐标偏移与接触式探头的测头半径相对应的距离。根据偏移后的3个点的坐标再次通过公式16和17计算法线矢量，得到平面的方程式的一般形式。

【公式18】

ax+by+cz+d=0

在此，d=n·(-P₀)=n·(-P₁)=n·(-P₂)…(公式18)

分别针对3个平面进行上述计算，通过将3个平面的方程式联立求解，从而作为公式19计算交点的基准点的坐标（△x,△y,△z）。

【公式19】

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}\\ \mathrm{\Δy}\\ \mathrm{\Δz}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{a}_1& b_1& c_1\\ a_2& b_2& c_2\\ a_3& b_3& c_3\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}-d_1\\ -d_2\\ -d_3\end{array}\right]$ …(公式19)

工件的倾斜度（△a,△b,△c）分别是滚动（roll）/俯仰（pitch）/偏航（yaw）角，其坐标旋转矩阵通过公式20进行计算。

【公式20】

$R_F=R_z{R}_y{R}_x\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}c\cos \mathrm{\Δb}& \cos \mathrm{\Δ}c\sin \mathrm{\Δ}b\sin \mathrm{\Δa}-\sin \mathrm{\Δ}c\cos \mathrm{\Δa}& \cos \mathrm{\Δ}c\sin \mathrm{\Δ}b\cos \mathrm{\Δa}+\sin \mathrm{\Δa}+\sin \mathrm{\Δ}c\sin \mathrm{\Δa}\\ \sin \mathrm{\Δ}c\cos \mathrm{\Δb}& \sin \mathrm{\Δ}c\sin \mathrm{\Δ}b\sin \mathrm{\Δa}+\mathrm{coa\Δccoa\Δa}& \sin \mathrm{\Δ}c\sin \mathrm{\Δ}b\cos \mathrm{\Δa}-\cos \mathrm{\Δ}c\sin \mathrm{\Δa}\\ -\sin \mathrm{\Δb}& \cos \mathrm{\Δ}b\sin \mathrm{\Δa}& \cos \mathrm{\Δ}v\cos \mathrm{\Δa}\end{array}\right]$

…(公式20)

在长方体形状的工件中，如果将左侧面的法线矢量（X方向为主要成分）设为n₁=（a₁,b₁,c₁），将正面的法线矢量（Y方向为主要成分）设为n₂=（a₂,b₂,c₂），将上表面的法线矢量（Z方向为主要成分）设为n₃=（a₃,b₃,c₃），则表示工件的倾斜度的坐标变换矩阵还表示为下面的公式21。

【公式21】

$R_F=\left[n_1{n}_2{n}_3\right]=\left[\begin{array}{ccc}{a}_1& a_1& a_3\\ b_1& b_2& b_3\\ c_1& c_2& c_3\end{array}\right]$ …（公式21)

由此，通过将公式20和公式21等置，能够导出下面的公式22，能够计算工件的倾斜度（△a,△b,△c）。

【公式22】

$\mathrm{\Δa}={\tan }^{-1}\left(\frac{c_2}{c_3}\right),\mathrm{\Δb}={\sin }^{-1}(-c_1),\mathrm{\Δc}={\tan }^{-1}\left(\frac{b_1}{a_1}\right)$ …（公式22）

(-90°＜Aa＜90°，-90°＜Ac＜90°)

但是，公式21和公式22是在长方体的各面完全正交的理想状态下成立的公式，因此，在测定实际的工件的情况下，不能直接使用。因此，将长方体的一个面设为主基准面，将与主基准面正交的另一个面设为副基准面，计算各面的法线矢量。在主基准面和副基准面的选择方式中，作为主基准面有5种选择，作为与主基准面相对应的副基准面有3种选择，合计有15种选择，但在本实施方式中，对其中的将左侧面设为主基准面而将正面设为副基准面的方法进行说明。

首先，对作为主基准面的左侧面的法线矢量n₁与作为副基准面的正面的法线矢量n₂的向量积进行计算并将其设为上表面的法线矢量n₃。并且，对求出的上表面的法线矢量n₃与左侧面的法线矢量n₁的向量积进行计算，将其与正面的法线矢量n₂进行置换。将全部的法线矢量标准化而通过公式21求出表示工件的倾斜度的坐标变换矩阵，通过公式22计算工件的倾斜度（△a,△b,△c）。通过上述方法，即使在实际的工件中各平面并不正交的情况下，也能够适当地计算工件的倾斜度。

此外，对于本领域技术人员，参考上述方法，在选择了不同的主基准面和副基准面的情况下，也能够容易地计算工件的倾斜度。

实施方式2

在本发明的第2实施方式中，对在数控工作机械中测定旋转中心线的位置和工件的设置位置及倾斜度的方法进行说明，其中，数控工作机械具有直线进给轴、旋转轴以及数控装置，该数控装置能够对由旋转轴中心线的位置所产生的影响和由工件的设置位置及倾斜度所产生的影响进行校正。

图2是表示第2实施方式的误差测定装置的动作顺序的流程图。误差测定装置具有记载了图2所示的流程顺序的动作程序和用于执行该动作程序的CPU，误差测定装置按照图2所示的顺序进行动作。记载有动作程序的各流程顺序的部分和用于执行该部分的CPU构成进行各流程顺序的动作的单元。本实施方式的误差测定装置中，取代第1实施方式的旋转轴几何偏差测定步骤（旋转轴几何偏差测定单元）S2、几何偏差参数设定步骤（几何偏差参数设定单元）S3，而具有旋转中心位置测定步骤（旋转中心位置测定单元）S6和旋转中心参数设定步骤（旋转中心参数设定单元）S7。

在本实施方式中，首先，在工件设定步骤S1中，对固定在规定位置上的工件的大小及形状进行设定。在设定大小和形状的情况下，例如可以作为3维CAD或2维CAD数据进行输入，也可以从预先准备的形状样式中选择适合的形状样式而输入其大小。

根据下述信息，在旋转中心位置测定步骤S6中测定旋转轴中心线的位置，这些信息包括：表示在工件设定步骤S1中设定的工件的大小及形状，和固定有工件的工作台的大小的信息；在数控装置中设定的工作机械的轴结构类型及各轴的可动范围这样的机械信息；以及与可测定工件上任意点的坐标的测定器相关的信息。

作为可测定工件上任意点的坐标的测定器，通常公知有称作接触式探头的测定器，作为该情况下的与测定器相关的信息，是接触式探头的前端测头直径、触针长度及工具长度。但是，本实施方式中的测定方法并不限定于接触式探头，利用接触式探头之外的测定方法，例如激光位移计或图像传感器，也能够取得相同的效果。

将在旋转中心位置测定步骤S6中测定出的旋转轴中心位置，在旋转轴中心参数设定步骤S7中设定在数控装置中。旋转中心参数设定步骤S7例如可以形成为由操作者将画面上显示的几何偏差的参数输入的方式，也可以形成为将测定出的值直接反映为数控装置的参数的方式。

在工件设置误差测定步骤S4中，对固定在规定位置的工件的设置位置及倾斜度进行测定，将设置位置作为相对于在旋转中心位置测定步骤S6中测定出的旋转轴中心位置的相对位置而进行计算。在工件设置误差参数设定步骤S5中，将在工件设置误差测定步骤S4中测定出的工件设置位置及倾斜度设定在数控装置中。工件设置误差参数设定步骤S5例如可以形成为由操作者将画面上显示的值输入的方式，也可以形成为将测定出的值直接反映为数控装置的参数的方式。在此，将以旋转中心位置为基准的工件的设置位置及工件的倾斜度称作工件设置误差。

下面，通过在长方体工件固定在工作台上的情况下，使用接触式探头测定几何偏差的具体事例，对用于在旋转中心位置测定步骤S6中测定旋转轴中心线的中心位置的详细方法进行说明。

图4是表示图2所示的处理顺序的旋转中心位置测定步骤S6中的处理顺序的流程图。本实施方式的误差测定装置中，取代第1实施方式的旋转轴几何偏差计算步骤（旋转轴几何偏差计算单元）S14，而具有旋转中心位置计算步骤（旋转中心位置计算单元）S15。

首先，在基准点设定步骤S8中，基于在工件设定步骤S1中设定的信息，在将工件1投影在与作为测定对象的旋转轴正交的平面上的状态下，将工件上的1点设定为基准点。在图8中示意地示出了用于测定C轴的几何偏差的基准点5以及通过旋转轴的旋转后的基准点5的位置。图8的（a）示出了A轴0度和C轴0度的情况，（b）示出了A轴0度和C轴180度的情况。在工件为长方体的情况下，将基准点5设定在尽可能远离旋转中心4的角部。这是由于例如与将基准点5设定在长方体的中心等处的情况相比，可通过更少的测定点以更高精度确定基准点的坐标。

但是，在使用接触式探头之外的测定器的情况下并没有上述限定，只要对应于所使用的传感器的特性而设定合适的基准点即可。另外，在工件为长方体之外的形状的情况下，只要对应于形状而选择合适的基准点即可。例如如果是圆筒形状，则基准点为圆筒端面的中心，如果是球体，则基准点为球体中心。

在测定点决定步骤S9中，决定为了确定在基准点设定步骤S8中设定出的基准点5的坐标时所需的测定点。图9的（a）和（b）是表示工件1的测定点的位置和其测定路径（测定顺序）的斜视图。各测定点坐标Pn=（Pnx,Pny,Pnz）和角部坐标Cn=（Cnx,Cny,Cnz）以下述方式进行计算。在此，n是测定点及角部的编号，在从设定在工件上的大致中央处的测定开始点开始向－Z方向移动而对初始的测定点的坐标进行了测定后，按照编号顺序遍历各角部和测定点。此外，各测定点及角部的坐标是以设计上的旋转中心坐标为基准的坐标值。

在坐标测定步骤S10中，在各测定点获取该点的3维坐标值，基于下面所示的坐标件算式，根据获取到的坐标值，依次决定下一个角部坐标及测定点坐标。如果针对1个旋转轴姿态已完成4个点的测定，则通过旋转轴旋转步骤S12使旋转轴旋转，再次测定出测定点的坐标而计算基准点5的坐标。在此，W是工件的宽度（X方向），D是工件的深度（Y方向），H是工件的高度（Z方向），ds是接触式探头的触针直径，Ls是接触式探头的触针长度，Do是移动时相对于工件表面的偏移距离。

C1=(P1x，P1y，P1z+Do)

C2=(P1x-W/2-Do，P1y，P1z+Do)

C3=(P1x-W/2-Do,P1y，P1z-ds)

C4=(P2x-Do，P2y+D/4,P2z)

C5=(P3x-Do，P3y+D/4+Do,P3z)

C6=(P3x+W/4，P3y+D/4+Do，P3z)

C7=(P4x+W/4，P4y+Do，P4z)

C8=(P1x，P5y+Do，P1z)

C9=(-P1x,-P1y，P1z+Do)

C10=(P6x+W/2+Do，P6y，P6z+Do)

C11=(P6x+W/2+Do，P6y，P6z-ds)

C12=(P7x+Do，P7y-D/4，P7z)

C13=(P8x+Do，P8y-D/4-Do，P8z)

C14=(P8x-W/4，P8y-D/4-Do，P8z)

C15=(P9x-W/4，P9y-Do，P9z)

C16=(P6x，P10y-Do，P6z)

在本实施方式中，在1个旋转轴姿态下针对各平面测定2个点、即共计4个点，且在2组旋转轴姿态下合计测定8个点的坐标，但如果假设工件的各平面正交，则最少通过针对1个旋转轴姿态测定3个点，合计进行6个点的测定，就能够计算旋转中心线的位置。如果旋转轴有2个，则此时的测定点数量最少为12个点。

在基准点坐标计算步骤S11中，根据同一平面上的2个点的测定结果求出直线野的方程式，根据2个直线的方程式计算交点的坐标并设为基准点坐标。根据2个点求出直线方程式的计算以及求出2个直线方程式的交点的计算能够通过公知的方法进行。在旋转中心位置计算步骤S15中，使用针对1个旋转轴以2组角度得到的基准点坐标，计算旋转轴中心线的位置。如果将C轴为0度时的基准点5的坐标设为P_A0C0，将C轴为180度时的基准点5的坐标设为P_A0C180，则本实施方式中的C轴的旋转中心位置以2个坐标值的平均值的形式进行计算。

在本实施方式中，在C轴的中心位置的基础上还对A轴的中心位置进行计算，因此，返回基准点设定步骤S8，设定用于测定A轴中心位置的基准点5。在基准点设定步骤S8中，基于在工件设定步骤S1中设定的信息，在将工件投影至与作为测定对象的旋转轴正交的平面上的状态下，将工件上的1点设定为基准点。

在图10中示意地示出了用于测定A轴的几何偏差的基准点5以及通过旋转轴的旋转后的基准点5的位置。图10的（a）表示A轴0度和C轴0度的情况，（b）表示A轴90度和C轴0度的情况。在此，如果如图10所示设置工件，则即使在使A轴旋转了90度的状态下，也能够利用接触式探头确定基准点的坐标，但例如在工件1与A轴中心线相比设置在－Y侧的情况下，在使A轴旋转了90度的状态下，不能够利用接触式探头进行测定。

为了解决上述问题，在本发明的误差测定装置中具有：检测工件的大致设置位置的单元；计算在使旋转轴旋转了规定的角度的情况下的为了确定基准点时所需的工件上的测定点的单元；以及判断能否通过数控工作机械所具有的位置测定功能对测定点进行测定的单元，在判断为无法测定的情况下，变更所述基准点、或变更所述旋转轴的规定的角度、或使固定有所述工件的旋转轴旋转、或者变更工件的固定位置。

使用图5，对在本实施方式中作为对象的多轴工作机械的具体例进行说明。首先，在工件大致中心位置获取步骤S16中，例如通过手动脉冲手柄使主轴移动至工件上的大致中心位置，获取此时的坐标值。在本实施方式中作为对象的多轴工作机械的情况下，由于在工件1与A轴中心线相比位于－Y侧时无法进行测定，因此，在工件大致中心位置获取步骤S16中获取到的Y坐标的符号为负的情况下，通过使C轴旋转180度而使工件的位置变化。由此，由于工件1移动至+Y侧，因此，即使在使A轴旋转了90度的状态下，也能够确定基准点5的坐标。

此外，图5的处理示出了本实施方式中的具体例，但本发明并不限定于图5的处理。例如，工件大致中心位置获取步骤S16可以由图像传感器等构成，也可以取代工作台旋转步骤S17而变更工件的设置位置。

在测定点决定步骤S9中，决定为了确定在基准点设定步骤S8中设定出的基准点5的坐标时所需的测定点。在图11中示出了在测定点决定步骤S9中决定的测定点和测定路径。图11的（a）（b）是表示工件1的测定点的位置及其测定路径（测定顺序）的斜视图，图11的（c）是示出了载置有工件1的工作台部2绕A轴旋转的情况的图。各测定点坐标Pn=（Pnx,Pny,Pnz）和角部坐标Cn=（Cnx,Cny,Cnz）以下述方式进行计算。在此，n是测定点及角部的编号，在图5的处理中的工件追踪步骤S18或从设定在工件上的大致中央处的测定开始点开始向－Z方向移动而对初始的测定点的坐标进行了测定后，按照编号顺序遍历各角部和测定点。此外，各测定点及角部的坐标是以设计上的旋转中心坐标为基准的坐标值。

在坐标测定步骤S10中在各测定点处获取该点的3维坐标值，基于下面所示的坐标件算式，根据获取到的坐标值，依次决定下一个角部坐标及测定点坐标。如果针对1个旋转轴姿态已完成4个点的测定，则通过旋转轴旋转步骤S12使旋转轴旋转，再次测定出测定点的坐标而计算基准点5的坐标。在此，W是工件的宽度（X方向），D是工件的深度（Y方向），H是工件的高度（Z方向），Zo是Z轴机械原点，Ls是接触式探头的触针长度，Do是移动时的相对于工件表面的偏移距离。此外，下面的坐标计算式是在使A轴旋转90度而进行测定的情况下的事例。

C1=(P1x,P1y，P1z+Do)

C2=(P1x,P1y+D/4,P1z+Do)

C3=(P2x,P2y+D/4+Do,P2z+Do)

if Ls＞H

C4=(P2x，P2y+D/4+Do,P2z-(H-Do)/2)

else

C4=(P2x,P2y+D/4+Do，P2z-(Ls-Do)/2)

end

C5=(P3x,P3y+Do，2P3z-P2z)

C6=(P1x,P1y，Zo)

C7=(P1x,-P4z，Zo)

C8=(P1x,-P4z，P4y+Do)

C9=(P5x,-P3z，P5y+Do)

C10=(P5x,-P2z-Do,P6z+Do)

C11=(P6x,-P2z-Do,P6z-(Ls-Do)/2)

C12=(P7x,P7y-Do,2P7z-P6z)

在基准点坐标计算步骤S11中，根据同一平面上的2个点的测定结果求出直线野的方程式，根据2个直线的方程式计算交点的坐标并设为基准点坐标。根据2个点求出直线方程式的计算以及求出2个直线方程式的交点的计算能够通过公知的方法进行。在旋转中心位置计算步骤S15中，使用针对1个旋转轴以2组角度获得的基准点坐标，计算旋转轴中心线的位置。关于本实施方式中的A轴的旋转中心位置，作为使连结A轴为0度时的基准点P_A0C0和A轴为90度时的基准点P_A90C0的线段绕基准点P_A0C0旋转45度后的线段，与绕基准点P_A90C0旋转－45度后的线段的交点进行计算。

以上，对于在工件侧具有A轴和C轴的多轴工作机械，说明了在长方体工件固定在工作台上的情况下，使用接触式探头测定旋转中心位置的方法，但对于具有其他的轴结构的多轴工作机械，本领域技术人员也能够充分地使用。另外，即使在固定在工作台上的工件是长方体之外的情况下，仅变更基准点的测定方法即可使用相同的方法。

针对工件设置误差测定步骤S4及工件设置误差参数设定步骤S5中的处理，使用与实施方式1中记载的方法相同的方法。在实施方式1中，针对工件为长方体的情况进行了说明，但本发明并不限定于上述情况，对于工件为圆筒形状或其他形状的情况，也能够通过实施与形状相对应的测定方法而应用本发明。

工业实用性

本发明的误差测定装置及误差测定方法能够有效地应用在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，特别地，在5轴控制加工中心这种多轴工作机械中，能够有效地用于测定旋转轴中心线的位置及倾斜度和工件的设置位置及倾斜度这种误差。

标号的说明

1    工件

2    工作台部

3    倾斜轴部

4    旋转中心

5    工件上的基准点

S1   工件设定步骤（工件设定单元）

S2   旋转轴几何偏差测定步骤（旋转轴几何偏差测定单元）

S3   几何偏差参数设定步骤（几何偏差参数设定单元）

S4   工件设置误差测定步骤（工件设置误差测定单元）

S5   工件设置误差参数设定步骤（工件设置误差参数设定单元）

S6   旋转中心位置测定步骤（旋转中心位置测定单元）

S7   旋转中心参数设定步骤（旋转中心参数设定单元）

S8   基准点设定步骤（基准点设定单元）

S9   测定点决定步骤（测定点决定单元）

S10  坐标测定步骤（坐标测定单元）

S11  基准点坐标计算步骤（基准点坐标计算单元）

S12  旋转轴旋转步骤（旋转轴旋转单元）

S13  旋转后测定点计算步骤（旋转后测定点计算单元）

S14  旋转轴几何偏差计算步骤（旋转轴几何偏差计算单元）

S15  旋转中心位置计算步骤（旋转中心位置计算单元）

S16  工件大致中心位置获取步骤（工件大致中心位置获取单元）

S17  工作台旋转步骤（工作台旋转单元）

S18  工件追踪步骤（工件追踪单元）

Claims (15)

1.一种误差测定装置，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对旋转轴中心线的位置及倾斜度、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，

该误差测定装置的特征在于，具有：

旋转轴几何偏差测定单元，其通过测定被固定的所述工件表面的点的位置，从而对所述旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定；

几何偏差参数设定单元，其将测定出的所述旋转轴中心线的位置及倾斜度设定在数控装置中；

工件设置误差测定单元，其测定以所述旋转轴中心线的位置为基准的所述工件的设置位置和倾斜度；以及

工件设置误差参数设定单元，其将测定出的所述工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

2.一种误差测定装置，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对旋转轴中心线的位置、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，

该误差测定装置的特征在于，具有：

旋转中心位置测定单元，其通过测定所述工件表面的点的位置，从而对所述旋转轴中心线的位置进行测定；

旋转中心参数设定单元，其将测定出的所述旋转轴中心线的位置设定在数控装置中；

工件设置误差测定单元，其测定以所述旋转轴中心线的位置为基准的所述工件的设置位置和倾斜度；以及

工件设置误差参数设定单元，其将测定出的所述工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

3.根据权利要求1所述的误差测定装置，其特征在于，

所述旋转轴几何偏差测定单元具有：

基准点设定单元，其定义所述工件的形状，将所述工件的1点定义为基准点；

测定点决定单元，其决定为了确定所述基准点的3维坐标时所需的所述工件上的测定点；

基准点坐标计算单元，其将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，根据所述工件上的多个所述测定点求出所述基准点的3维坐标；以及

旋转轴几何偏差计算单元，其根据所述分度角度与多个所述基准点的3维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

4.根据权利要求2所述的误差测定装置，其特征在于，

所述旋转中心位置测定单元具有：

基准点设定单元，其定义所述工件的形状，将使得所述工件投影至与所述旋转轴正交的2维平面上的1点定义为基准点；

测定点决定单元，其决定为了确定所述基准点的2维坐标时所需的所述工件上的测定点；

基准点坐标计算单元，其将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，根据所述工件上的多个所述测定点求出所述基准点的2维坐标；以及

旋转中心位置计算单元，其根据所述分度角度与多个所述基准点的2维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置。

5.一种误差测定装置，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，针对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定，

该误差测定装置的特征在于，

将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，针对与所述工件的形状一起定义的所述工件的1点即基准点，根据作为为了确定所述基准点的3维坐标时所需的点而决定的所述工件上的多个测定点测，求出所述基准点的3维坐标，

根据所述分度角度与多个所述基准点的3维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

6.一种误差测定装置，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置进行测定，

该误差测定装置的特征在于，

将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，针对与所述工件的形状一起定义的、将所述工件投影至与所述旋转轴正交的2维平面上的1点即基准点，根据作为为了确定所述基准点的2维坐标时所需的点而决定的所述工件上的多个测定点测，利用所述测定点求出所述基准点的2维坐标，

根据所述分度角度与多个所述基准点的2维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置。

7.根据权利要求1所述的误差测定装置，其特征在于，

所述误差测定装置还具有：

工件大致中心位置获取单元，其检测所述工件的大致设置位置；以及

工件大致中心位置获取单元，其计算在使所述旋转轴旋转了规定的角度的情况下的为了确定所述基准点时所需的工件上的所述测定点，

所述误差测定装置，

判断能否通过所述数控工作机械所具有的位置测定功能测定所述测定点，

在判断为无法测定的情况下，变更所述基准点、或变更所述旋转轴的规定的倾斜度、或使固定有所述工件的所述旋转轴旋转、或者变更所述工件的固定位置。

8.根据权利要求1所述的误差测定装置，其特征在于，

所述测定点的测定是利用接触式探头进行的，在所述工件为长方体时，所述基准点设定在尽可能远离旋转中心的角部。

9.一种误差测定方法，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置及倾斜度、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，

该误差测定方法的特征在于，具有：

旋转轴几何偏差测定步骤，在该步骤中，通过测定固定在所述旋转轴上的所述工件表面的点的位置，从而对所述旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定；

几何偏差参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的所述旋转轴中心线的位置及倾斜度的校正量设定在数控装置中；

工件设置误差测定步骤，在该步骤中，测定以所述旋转轴中心线的位置为基准的所述工件的设置位置和倾斜度；以及

工件设置误差参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的所述工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

10.一种误差测定方法，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置、和工件的设置位置及倾斜度进行测定，

该误差测定方法的特征在于，具有：

旋转中心位置测定步骤，在该步骤中，通过测定固定在所述旋转轴上的所述工件表面的点的位置，从而对所述旋转轴中心线的位置进行测定；

旋转中心参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的所述旋转轴中心线的位置的校正量设定在数控装置中；

工件设置误差测定步骤，在该步骤中，测定以所述旋转轴中心线的位置为基准的所述工件的设置位置和倾斜度；以及

工件设置误差参数设定步骤，在该步骤中，将测定出的所述工件的设置位置和倾斜度设定在数控装置中。

11.根据权利要求9所述的误差测定方法，其特征在于，

所述旋转轴几何偏差测定步骤具有：

基准点设定步骤，在该步骤中，定义所述工件的形状，将所述工件的1点定义为基准点；

测定点决定步骤，在该步骤中，决定为了确定所述基准点的3维坐标时所需的所述工件上的测定点；

基准点坐标计算步骤，在该步骤中，将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，根据所述工件上的多个所述测定点求出所述基准点的3维坐标；以及

旋转轴几何偏差计算步骤，在该步骤中，根据所述分度角度与多个所述基准点的3维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

12.根据权利要求10所述的误差测定方法，其特征在于，

所述旋转中心位置测定步骤具有：

基准点设定步骤，在该步骤中，定义所述工件的形状，将使得所述工件投影至与所述旋转轴正交的2维平面上的1点定义为基准点；

测定点决定步骤，在该步骤中，决定为了确定所述基准点的2维坐标时所需的所述工件上的测定点；

基准点坐标计算步骤，在该步骤中，将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，根据所述工件上的多个所述测定点求出所述基准点的2维坐标；以及

旋转中心位置计算步骤，在该步骤中，根据所述分度角度与多个所述基准点的2维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

13.一种误差测定方法，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置及倾斜度进行测定，

该误差测定方法的特征在于，

将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，针对与所述工件的形状一起定义的所述工件的1点即基准点，根据作为为了确定所述基准点的3维坐标时所需的点而决定的所述工件上的多个测定点测，求出所述基准点的3维坐标，

根据所述分度角度与多个所述基准点的3维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置及倾斜度。

14.一种误差测定方法，其在具有直线进给轴和旋转轴的数控工作机械中，对用于设置工件的旋转轴的旋转轴中心线的位置进行测定，

该误差测定方法的特征在于，

将所述旋转轴以规定的角度分度，并且在至少2个分度角度下，针对与所述工件的形状一起定义的、将所述工件投影至与所述旋转轴正交的2维平面上的1点即基准点，根据作为为了确定所述基准点的2维坐标时所需的点而决定的所述工件上的多个测定点测，利用所述测定点求出所述基准点的2维坐标，

根据所述分度角度与多个所述基准点的2维坐标之间的关系，计算所述旋转轴的旋转中心线的位置。

15.根据权利要求9所述的误差测定方法，其特征在于，

所述误差测定方法还具有工件大致中心位置获取步骤，在该步骤中，获取用于对所述工件的大致设置位置进行检测的工件的大致中心位置，计算在使所述旋转轴旋转了规定的角度的情况下的为了确定所述基准点时所需的工件上的测定点，

在所述误差测定方法中，

判断能否通过所述数控工作机械所具有的位置测定功能测定所述测定点，

在判断为无法测定的情况下，变更所述基准点、或变更所述旋转轴的规定的倾斜度、或使固定有所述工件的所述旋转轴旋转、或者变更所述工件的固定位置。

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