JP6298672B2 - 運動誤差測定装置及びこれを備えた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、一以上の送り軸によって動作部を運動させる送り装置と、該送り装置を数値制御する数値制御装置とを備えた位置決め装置における、前記動作部の運動誤差を測定する装置及びこれを備えた工作機械に関する。

前記送り装置は、通常、動作部の運動を案内する案内部と、動作部を移動させる駆動部とを備えており、例えば、前記案内部は、転がり案内機構や滑り案内機構から構成され、前記駆動部は、ボールねじと、前記動作部に固設され、且つ前記ボールねじに螺合するナットと、前記ボールねじをその軸中心に回転させて、前記ナット及びこれに連結された動作部を移動させる駆動モータとから構成される。

そして、この送り装置を数値制御する前記数値制御装置は、動作部の目標移動位置（指令位置）を基に制御信号を生成し、この制御信号の下で駆動モータを駆動して、当該駆動モータにより前記ボールねじを軸中心に回転させることにより、前記動作部を目標移動位置に移動させるように構成されている。

上記送り装置が適用される分野は、代表的には、工作機械の分野を例示することができるが、この他にも様々な分野に適用され、近年では、ますます高精度な位置決め制御が要求されるようになってきている。特に、送り方向を反転させる際に追従遅れを生じると、２軸以上の送り軸を有する送り装置の前記各送り軸を同時制御する場合には、所謂象限突起を生じるという問題がある。

斯くして、このような背景から、従来、前記動作部の運動精度を、簡易且つ高精度に測定することができる測定装置が求められおり、その一つとして、下記特許文献１に開示される運動軌跡測定装置が提案されている。

この運動軌跡測定装置は、機械の加速度を測定するための加速度計と、機械の運動軌跡を測定する運動軌跡測定部とを備え、当該運動軌跡測定部は、前記加速度計によって測定された加速度を２階積分して機械位置を得るとともに、前記機械位置のプロファイルが、前記指令位置に対する前記機械の位置の応答性を模擬するモデルにより推定される推定位置、又は前記検出位置のプロファイルと略一致するように前記機械位置を補正することで、前記機械の運動軌跡を測定するように構成されている。

国際公開第２０１０／０６７６５１号

ところで、前記加速度計は、加えられる加速度に応じた電圧を出力するように構成されており、この出力電圧から加速度を算出するには、測定器メーカによって提供される感度係数が用いられ、この感度係数をＫとし、出力電圧をＶとすると、加速度Ｇは、次式
Ｇ＝Ｋ・Ｖ
によって算出される。

ところが、本発明者らの知見によると、加速度計の応答特性には、個体差があり、また、加速度計の使用条件、即ち、その用いる雰囲気温度や、加速度計に加える電力によっても、その応答特性が変化する。このため、測定器メーカによって提供される感度係数をそのまま用いても、正確な加速度を算出することができず、また、この加速度から得られる実位置データも正確なものとはならない。

したがって、前記動作部の運動誤差を高精度に測定するためには、加速度計の出力電圧を基に加速度を算出するための前記感度係数を較正する必要があり、上記従来の運動軌跡測定装置では、この点についての対応がなされていないため、更なる改良が必要であった。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、動作部の運動誤差を、簡易に、しかも従来に増して高精度に測定することができる運動誤差測定装置、並びにこの装置を備えた工作機械の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、一以上の送り軸によって動作部を運動させる送り装置と、該送り装置を数値制御する数値制御装置とを有する位置決め装置における、前記動作部の運動誤差を測定する方法であって、
前記数値制御装置により前記送り装置の送り軸を制御して、前記動作部を、正弦波を描く時間の関数に従った指令位置に移動させるとともに、前記動作部の加速度を検出する加速度センサの出力を所定の時間間隔でサンプリングし、得られた出力データに感度係数を乗じて、前記送り軸の送り方向における、前記動作部の実加速度データを算出する実加速度データ算出工程と、
前記実加速度データを２階積分して得られる実位置データ、及び前記指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出するデータ較正工程と、
前記データ較正工程で得られた較正実位置データと指令位置データとの差をとって、前記動作部の運動誤差を算出する運動誤差算出工程とからなる運動誤差測定方法を実施する運動誤差測定装置に係る。

そして、この運動誤差測定装置は、一以上の送り軸によって動作部を運動させる送り装置と、該送り装置を数値制御する数値制御装置とを有する位置決め装置の、前記動作部の運動誤差を測定する測定装置であって、
前記数値制御装置により制御され、正弦波を描く時間の関数に従った指令位置に移動する前記動作部の、前記送り軸の軸方向における加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサの出力を所定の時間間隔でサンプリングし、得られた出力データに感度係数を乗じて、前記送り軸の送り方向における、該動作部の実加速度データを算出する実加速度データ算出部と、
前記実加速度データ算出部によって算出された実加速度データを２階積分して得られる実位置データ、及び前記指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出するデータ較正部と、
前記データ較正部によって算出された較正実位置データと指令位置データとの差をとって、前記動作部の運動誤差を算出する運動誤差算出部とから構成される。

上記運動誤差測定装置によれば、まず、前記数値制御装置により前記送り装置の送り軸が制御され、前記動作部が、正弦波を描く時間の関数に従った指令位置に移動させられると、当該動作部の、前記送り軸の軸方向における加速度が前記加速度センサによって検出される。そして、実加速度データ算出部によって、前記加速度センサの出力が所定の時間間隔でサンプリングされ、得られた出力データに感度係数を乗じることによって、前記送り軸の送り方向における、前記動作部の実加速度データが算出される。

次に、前記データ較正部において、前記実加速度データ算出部により算出された実加速度データを２階積分することによって実位置データが算出され、算出された実位置データと前記指令位置データとの、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように、前記感度係数を調整することによって前記実位置データが較正される。この較正処理は、前記実加速度データ算出部で用いられる感度係数をＫ、調整後の感度係数をＫ_ｉとし、感度係数を調整することによって得られる実位置データを調整実位置データと呼ぶとすると、調整実位置データは、例えば、次式
調整実位置データ＝実位置データ×（Ｋ／Ｋ_ｉ）
によって算出することができ、上記許容範囲に収まるような調整実位置データを較正実位置データとする。

上述したように、加速度センサの応答特性は、その使用条件によって変化し、また、個体差もあることから、測定器メーカから提供される感度係数をそのまま用いても、正確な加速度を算出することができず、また、この加速度から得られる実位置データも正確なものとはならない。

本発明では、感度係数を調整することで、実加速度データを２階積分することにより得られる実位置データと、指令位置データとの差が、予め定めた許容範囲内となるように調整しているので、正確な実位置データを得ることができる。

ついで、前記運動誤差測定部において、前記データ較正部によって算出された較正実位置データと指令位置データとの差をとることによって、前記動作部の運動誤差が算出される。

このように、本発明によれば、動作部の正確な実位置データを得ることができるので、これを指令位置データと比較することによって、当該動作部の運動誤差を従来に増して精度良く算出することができる。また、加速度センサという取り扱いが簡便な測定器を用いているので、測定作業を簡易に行うことができる。

尚、本発明において、前記データ較正部は、
前記指令位置に係るデータを２階微分して得られる指令加速度データと、前記実加速度データ算出部によって算出された実加速度データとの位相を合せる処理と、
位相合わせ後の前記実加速度データを２階積分して得られる実位置データ、及び位相合わせ後の前記指令加速度データに対応する指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出する処理とを実行するように構成されていても良い。

加速度センサの出力値から算出される実位置データと、前記指令位置データとは、その時間軸が必ずしも一致していない、言い換えれば、位相が一致していない。したがって、位相がずれた状態の較正実位置データと指令位置データを比較しても、正確な運動誤差を算出することはできない。そこで、上記のように、前記指令位置に係るデータを２階微分して得られる指令加速度データと、前記実加速度データ算出部によって算出された実加速度データとの位相を合せ、位相合わせ後の前記実加速度データから得られる実位置データと、指令加速度データに対応する指令位置データとを用いて較正実位置データを算出し、算出後の較正実位置データと指令位置データとを比較して動作部の運動誤差を算出することで、当該運動誤差をより高精度に算出することができる。

また、本発明において、前記データ較正部は、
前記実加速度データを２階積分して実位置データを算出する処理と、
算出した実位置データと、前記指令位置データとの位相を合せる処理と、
位相合わせ後の前記実位置データ、及び前記指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出する処理とを実行するように構成されていても良い。

このように、実加速度データを２階積分して得られる実位置データと、指令位置データとの位相合せを行った後、較正実位置データを算出するようにしても、上記と同様に、運動誤差をより高精度に算出することができる。

また、本発明において、前記運動誤差算出部は、
前記較正実位置データと前記指令位置データとの位相を合わせる処理と、
位相合わせ後の較正実位置データと指令位置データとの差をとって、前記動作部の運動誤差を算出する処理とを実行するように構成されていても良い。

このように、較正実位置データと指令位置データとの差を算出する前に、較正実位置データと指令位置データとの位相合わせを行うことで、上記と同様の理由から、運動誤差をより高精度に算出することができる。

また、前記実加速度データ算出部は、前記動作部を複数サイクル繰り返し動作させて得られる前記出力データの平均値を用いて、前記実加速度データを算出するように構成されているのが好ましい。

また、前記運動誤差算出部は、更に、算出された運動誤差データを、ハイパスフィルタを用いて処理することにより、揺らぎ成分を除去するように構成されているのが好ましい。

また、前記運動誤差算出部は、更に、算出された運動誤差データの内、極大の変動を示す時間帯を含む、所定時間幅内のデータの最大値と最小値との差をとって象限突起量を算出するように構成されているのが好ましい。

また、前記加速度センサ、実加速度データ算出部、データ較正部及び運動誤差算出部は、収納ボックス内に収納され、該収納ボックスが前記動作部対して着脱可能に構成されているのが好ましい。このようにすれば、当該収納ボックスを動作部に装着して当該動作部を移動させるという簡単な作業で、当該動作部の運動誤差を測定することができる。

また、本発明の運動誤差測定装置は、一以上の送り軸によって動作部を運動させる送り装置と、該送り装置を数値制御する数値制御装置とを有する位置決め装置を備えた工作機械に好適に用いることができる。

以上のように、本発明によれば、前記感度係数を調整することで、実加速度データを２階積分することにより得られる実位置データと、指令位置データとの差が、予め定めた許容範囲内となるように調整しているので、動作部の正確な実位置データを得ることができ、これにより、当該動作部の運動誤差を従来に増して精度良く算出することができる。また、加速度センサという取り扱いが簡便な測定器を用いているので、測定作業を簡易に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械を示した斜視図である。 本実施形態に係る運動誤差測定装置の概略構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る運動誤差測定装置の処理を説明するためのフローチャートである。 本実施形態における位相合わせ処理を示したフローチャートである。 本実施形態における較正実位置データ算出処理を示したフローチャートである。 （ａ）はＸ軸方向の指令位置データを示した説明図であり、（ｂ）はＹ軸方向の指令位置データを示した説明図である。 本実施形態における実加速度データ算出部によって算出された平均実加速度データを示した説明図であり、（ａ）は、Ｘ軸方向の平均実加速度データを示した説明図、（ｂ）は、Ｙ軸方向の平均実加速度データを示した説明図である。 本実施形態における位相合わせ処理を説明するための説明図である。 本実施形態における較正実位置データ算出処理を説明するための説明図である。 本実施形態における運動誤差算出処理を説明するための説明図である。 本発明の他の実施形態における較正実位置データ算出処理を示したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る運動誤差測定装置が装着される工作機械の一例を示した斜視図であり、図２は、本実施形態に係る運動誤差測定装置の概略構成を示したブロック図である。

［工作機械の概略構成］
図１に示すように、本例の工作機械１０は、ベッド１１と、ベッド１１上の後方側に立設されたコラム１２と、コラム１２の前面に、上下方向、即ちＺ軸方向に移動可能に配設された主軸頭１３と、主軸頭１３に回転自在に保持される主軸１４と、前側のベッド１１上に、前後方向、即ちＹ軸方向に移動可能に配設された往復台１６と、往復台１６上に、前記Ｙ軸と直交するＸ軸方向に移動可能に配設されたテーブル１８などを備える。

前記主軸頭１３は、送り装置１５によって前記Ｚ軸方向に駆動され、前記往復台１６は、送り装置１７によって前記Ｙ軸方向に駆動され、また、前記テーブル１８は、送り装置１９によって前記Ｘ軸方向に駆動され、これら送り装置１５，１７，１９が数値制御装置２０によって数値制御される。そして、この送り装置１５，１７，１９及び数値制御装置２０が位置決め装置を構成し、前記テーブル１８は、前記送り装置１７及び１９の作動によりＸ−Ｙ平面内においてその位置が位置決めされ、前記主軸１４は、前記送り装置１５の作動により、テーブル１８に対するＺ軸方向の位置が位置決めされる。

［運動誤差測定装置の構成］
図２に示すように、本例の運動誤差測定装置１は、適宜収納ボックス内に収納された、加速度センサ２及び表示装置３、並びに、実加速度データ算出部５、データ較正部６、運動誤差算出部７及び指令位置データ記憶部８から構成されるデータ処理部４からなり、データ処理部４は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどから構成される。

尚、本例では、前記数値制御装置２０により前記送り装置１７及び１９を数値制御して、前記テーブル１８に円運動を行わせたときの運動誤差を、この運動誤差測定装置１によって測定するものとする。この場合、前記数値制御装置２０は、正弦波を描く時間の関数に従った指令位置を生成して、前記送り装置１７及び１９を数値制御する。

前記加速度センサ２は、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ作用する加速度に応じた電圧を出力するセンサであり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれについて出力される電圧に感度係数Ｋを乗じることによって、加速度センサ２に作用したＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を算出することができる。

前記表示装置３は、液晶ディスプレイなどの表示部を備え、前記運動誤差算出部７によって算出された運動誤差を表示する。

前記指令位置データ記憶部８は、数値制御装置２０が前記送り装置１７及び１９を数値制御する際に生成する指令位置データと同じ指令位置データを記憶する機能部であり、前記送り装置１９用のＸ軸方向の指令位置データと、前記送り装置１７用のＹ軸方向の指令位置データが、予め格納される。図６（ａ）にＸ軸方向の指令位置データを示し、図６（ｂ）にＹ軸方向の指令位置データを示している。

前記実加速度データ算出部５、データ較正部６及び運動誤差算出部７は、それぞれ図３に示した処理を行う。以下、各部の処理の詳細について説明する。

１．実加速度データ算出部
前記実加速度データ算出部５は、前記数値制御装置２０により前記送り装置１７及び１９が駆動されて前記テーブル１８が円運動を行い、前記加速度センサ２からＸ軸方向及びＹ軸方向の電圧が出力されると、これを前記指令位置データ記憶部８に格納される指令位置データと同じ時間間隔でサンプリングして、取得したＸ軸方向及びＹ軸方向の出力電圧に感度係数Ｋを乗じて、Ｘ軸方向の実加速度データと、Ｙ軸方向の実加速度データとを算出する（ステップＳ１）。このようにして算出される実加速度データを図７に示す。図７（ａ）は、Ｘ軸方向の実加速度データであり、（ｂ）はＹ軸方向の実加速度データである。

尚、この各実加速度データは、前記出力電圧が時間の関数で表されるから、感度係数と時間関数の積として表される。また、本例では、前記数値制御装置２０によって前記テーブル１８が複数回（複数サイクル）円運動を行うものとする。また、ここでは、前記感度係数Ｋとして、加速度センサ２のメーカが提供するものを用いる。

次に、前記実加速度データ算出部５は、算出した複数サイクル分の実加速度データを平均化して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向について、それぞれ１サイクル分の平均実加速度データを算出する（ステップＳ２）。尚、以下では、この平均実加速度データを単に「実加速度データ」という。また、特に明記しない限り、以下の指令位置データの２回微分処理、位相合わせ処理、較正実位置データ算出処理、運動誤差算出処理及び象限突起算出処理においては、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれのデータについて処理するものとする。

２．データ較正部
データ較正部６は、前記実加速度データ算出部５から実加速度データを受信するとともに（ステップＳ３）、前記指令位置データ記憶部８から指令位置データを読み込み（ステップＳ４）、読み込んだ指令位置データを２回微分処理して、指令加速度データを算出する（ステップＳ５）。そして、実加速度データと指令加速度データとの位相合わせ処理を行う（ステップＳ６）。詳しくは、後述する実位置データと指令位置データとを比較する較正実位置データ算出処理において、両データの位相が一致していないと、正確な比較ができない。そこで、前処理として、この位相合わせ処理を行う。以下、この位相合わせ処理について、図４及び図８を用いて、詳しく説明する。

この位相合わせ処理では、まず、カウンタｎを初期値の１に設定した後（ステップＳ２１）、実加速度データと、参照値である指令加速度データとの差の絶対値を算出するとともに、これを総計した差分値Ａ_ｎを算出し（ステップＳ２２）、ついで、算出した差分値Ａ_ｎが初期値である基準値Ｃ_ａ以下の値であるか否かを判断し（ステップＳ２３）、差分値Ａ_ｎが基準値Ｃ_ａ以下の値である場合には、位相差Ｔ_ｎ（＝（ｎ−１）ΔＴ）を記憶するとともに（ステップＳ２４）、基準値Ｃ_ａを差分値Ａ_ｎで置き換える処理を行った後（ステップＳ２５）、ステップＳ２６に進む。一方、差分値Ａ_ｎが基準値Ｃ_ａより大きい値である場合には、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、参照値をシフト時間ΔＴだけ時間軸方向にシフトし、ついで、カウンタｎを更新した後（ステップＳ２７）、時間（ｎ−１）ΔＴが１サイクル時間以上となったかどうかを判断して（ステップＳ２８）、１サイクル時間を超えていない場合には、上記ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理を繰り返す。このステップＳ２２〜Ｓ２８の処理は、参照値をシフト時間ΔＴずつ時間軸方向にシフトしながら、前記差分値Ａ_ｎを算出して、この差分値Ａ_ｎが最小となるずれ時間（ｎ−１）ΔＴを位相差Ｔ_ｎとして算出する処理である。

尚、このステップＳ２２〜Ｓ２８における処理は、比較的粗い間隔、即ち大きなシフト時間ΔＴで、参照値をシフトしながら位相差Ｔ_ｎを検出するようにしており、次のステップＳ２９〜ステップＳ３８の処理において、参照値を時間（Ｔ_ｎ−ｔ）だけ時間軸方向にシフトした状態から、時間（Ｔ_ｎ＋ｔ）だけシフトさせる状態まで、シフト時間ΔＴよりも短いシフト時間Δｔで参照値をシフトさせながら、より正確な位相差Ｔ_ｍを算出する。このようにすることで、正確な位相差Ｔ_ｍを算出する処理時間を短縮することができる。

即ち、まず、ステップＳ２９において、参照値を時間（Ｔ_ｎ−ｔ）だけ時間軸方向にシフトさせる。ついで、ステップＳ３０において、カウンタｍを初期値である１に設定した後、実加速度データと参照値との差の絶対値を総計した差分値Ａ_ｍを算出し（ステップＳ３１）、ついで、算出した差分値Ａ_ｍが初期値である基準値Ｃ_ｂ以下の値であるか否かを判断し（ステップＳ３２）、差分値Ａ_ｍが基準値Ｃ_ｂ以下の値である場合には、位相差Ｔ_ｍ（＝Ｔ_ｎ−ｔ＋（ｍ−１）Δｔ）を記憶するとともに（ステップＳ３３）、基準値Ｃ_ｂを差分値Ａ_ｍで置き換える処理を行った後（ステップＳ３４）、ステップＳ３５に進む。一方、差分値Ａ_ｍが基準値Ｃ_ｂより大きい値である場合にも、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５では、参照値をシフト時間Δｔだけ時間軸方向にシフトし、ついで、カウンタｍを更新した後（ステップＳ３６）、時間（ｍ−１）Δｔが時間２ｔ以上となったかどうかを判断して（ステップＳ２８）、時間２ｔを超えていない場合には、上記ステップＳ３１〜Ｓ３７の処理を繰り返す。このようにして、実加速度データと参照値である指令加速度データの正確な位相差Ｔ_ｍを算出し、算出した位相差Ｔ_ｍだけ、参照値である指令加速度データを時間軸方向にシフトさせて（ステップＳ３８）、実加速度データと指令加速度データとの位相合わせを行う。

尚、この例では、ステップＳ２１〜ステップＳ２８の比較的粗いシフト時間間隔ΔＴでの位相合わせ処理と、ステップＳ２９〜ステップＳ３８の細かな時間間隔Δｔでの位相合わせ処理との２段階の処理を行うことによって、処理時間の短縮を図っているが、ΔＴの時間を適宜細かな時間とすることによって、ステップＳ２９〜ステップＳ３７の処理を省くことも可能である。

次に、前記データ較正部６は、図５に示す較正実位置データ算出処理を行う。この較正実位置データ算出処理では、まず、前記実加速度データを２階積分処理することによって、実位置データを算出する（ステップＳ４１）。ついで、カウンタｉを初期値である−２０に設定した後（ステップＳ４２）、感度係数Ｋ_ｉを、Ｋ_ｉ＝（１＋０．０１ｉ）Ｋに設定して（ステップＳ４３）、前記実位置データを調整する（ステップＳ４４）。上述したように、前記実加速度データは感度係数Ｋと時間関数との積として表されるため、これを２階積分して得られる実位置データも、感度係数Ｋと時間関数との積として表される。したがって、調整実位置データは、実位置データに、Ｋ_ｉとＫの比である（１＋０．０１ｉ）を乗じることによって算出することができる。

次に、調整実位置データと指令位置データとの差Ｄ_ｉを算出する（ステップＳ４５）。この差Ｄ_ｉは、図９に示すように、指令位置データの最大値と調整実位置データの最大値との差であるＤ_ａ、又は、指令位置データの最小値と調整実位置データの最小値との差であるＤ_ｂ、又は指令位置データの最大値と最小値との差ｄ_ａと、調整実位置データの最大値と最小値との差ｄ_ｂとの差であるＤ_ｃ（＝ｄ_ａ−ｄ_ｂ）とする。尚、差Ｄ_ａ、Ｄ_ｂ及びＤ_ｃはいずれも絶対値である。

ついで、算出した差Ｄ_ｉが既定の基準値Ｃ_ｃ以下である否かを判定し（ステップＳ４６）、差Ｄ_ｉが基準値Ｃ_ｃ以下である場合には、基準値Ｃ_ｃを差Ｄ_ｉで置き換える処理を行った後（ステップＳ４７）、前記調整実位置データを較正実位置データとして記憶し（ステップＳ４８）、ついで、差Ｄ_ｉが予め定めた許容値以下となっているかどうかを判定し（ステップＳ４９）、差Ｄ_ｉが許容値以下である場合には、記憶した較正実位置データを出力する。一方、ステップＳ４９で差Ｄ_ｉが許容値より大きい判断された場合、及び前記ステップＳ４６で差Ｄ_ｉが、基準値Ｃ_ｃを超えていると判断された場合には、カウンタｉを更新して（ステップＳ５２）、カウンタｉが２０を超えるまで（ステップＳ５１）、上記ステップＳ４３〜Ｓ４９の処理を繰り返して実行する。

このステップＳ４３〜Ｓ４９の処理は、感度係数Ｋを調整することによって、実位置データと指令位置データとの差が、所定の許容範囲に入るように較正する処理であり、この較正処理を行うことによって、加速度センサ２の個体差によって生じる測定誤差、並びにその使用環境により応答特性が変化することによって生じる測定誤差を較正することができる。

そして、差Ｄ_ｉが許容範囲内に収まった場合には、その調整実位置データが較正実位置データとして出力され（ステップＳ４９，Ｓ５０）、差Ｄ_ｉが許容範囲内に収まらない場合には、処理によって、差Ｄ_ｉが最小となる調整実位置データが較正実位置データとして出力される（ステップＳ４６，Ｓ５０，Ｓ５１）。

尚、上記較正処理におけるカウンタｉ（＝−２０〜２０）の設定、感度係数Ｋ_ｉ（＝（１＋０．０１ｉ）Ｋ）の設定は一例であり、本例に限られるものではなく、実位置データを適正に較正できるように、適宜設定されるものである。

３．運動誤差算出部
図３に示すように、前記運動誤差算出部７は、前記データ較正部６によって算出された較正実位置データを受信するとともに（ステップＳ８）、前記指令位置データを受信し（ステップＳ９）、受信した較正実位置データと指令位置データとの位相合わせ処理を行う（ステップＳ１０）。この位相合わせ処理は、データ較正部６における、図４に示した処理と同じ処理であり、指令位置データを参照値として、位相合わせを行う。尚、データ較正部６において算出される前記較正実位置データは、積分処理などを経ており、この処理によって位相にずれが生じている可能性があるため、より正確な運動誤差を算出するために、位相合わせ処理を行う。尚、このときの両者の位相差は、それほど大きくないと考えられるため、図４に示したステップＳ２９〜Ｓ３８の処理のみを行うようにしても良い。

ついで、前記運動誤差算出部７は、位相合わせ後の較正実位置データと指令位置データとの差分を算出した後（ステップＳ１１）、得られた差分データをフィルタリング処理して、運動誤差データを得る（ステップＳ１２）。前記差分データには、１Ｈｚ程度の揺らぎ成分が含まれているため、この揺らぎ成分をハイパスフィルタで除去して、揺らぎ成分を含まない運動誤差データを得る。このようにして得られる運動誤差データを図１０に示す。図１０（ａ）は、Ｘ軸方向の運動誤差データ、（ｂ）はＹ軸方向の運動誤差データである。

次に、前記運動誤差算出部７は、得られた運動誤差データを微分処理して、その極大の変化を示す部分を検出し、これを含む所定時間幅Ｗｔ内の最大値と最小値との差をとることによって、象限突起量Ｐ_X，Ｐ_Ｙを算出する（ステップＳ１３）。図１０に示した例では、Ｐ_X１，Ｐ_X２，Ｐ_Ｙ１，Ｐ_Ｙ２が４つの象限における象限突起量である。尚、象限突起は、前記テーブル１８のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおける反転時に発生し、前記運動誤差データは、この反転時に極大の変化を示すため、前記指令位置データ又は較正実位置データを参照して、前記テーブル１８のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおける反転時を認識し、この反転時を含むように前記所定の時間幅Ｗｔを設定して、前記象限突起量Ｐ_X，Ｐ_Ｙを算出するようにしても良い。

そして、前記運動誤差算出部７は、上記のようにして算出した運動誤差データ及び象限突起量Ｐ_X，Ｐ_Ｙに係るデータを前記表示装置３に出力し、これらのデータが、表示装置３によってその表示部に適宜表示される。

［運動誤差の測定態様］
次に、以上の構成を備えた運動誤差測定装置１を用いて、前記工作機械１０のテーブル１８の運動誤差を測定する態様について説明する。

まず、前記運動誤差測定装置１を前記テーブル１８上に固定する。この状態で、前記数値制御装置２０により前記送り装置１７及び１９を数値制御して、前記テーブル１８に円運動を複数サイクル行わせる。

これにより、テーブル１８のＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度が前記加速度センサ２によって検出され、検出されたデータが前記データ処理部４によって処理されて、前記テーブル１８の運動誤差及び象限突起量が算出される。

即ち、まず、実加速度データ算出部５により、前記指令位置データ記憶部８に格納された指令位置データと同じ時間間隔で、前記加速度センサ２から出力される電圧がサンプリングされ、これに既定の感度係数Ｋを乗じた後、得られたデータを平均化することによって１サイクル分の平均化された実加速度データが算出される。

ついで、データ較正部６により、前記指令位置データを２回微分処理して得られる指令加速度データと前記実加速度データとの位相合わせが行われた後、位相合わせ後の実加速度データを２階積分して得られる実位置データと、位相合わせ後の指令加速度データに対応する指令位置データとの差、即ち、指令位置データの最大値と調整実位置データの最大値との差であるＤ_ａ、又は、指令位置データの最小値と調整実位置データの最小値との差であるＤ_ｂ、又は指令位置データの最大値と最小値との差ｄ_ａと、調整実位置データの最大値と最小値との差ｄ_ｂとの差であるＤ_ｃ（＝ｄ_ａ−ｄ_ｂ）が、予め定めた許容範囲内に収まるように、前記感度係数Ｋが調整され、調整後の感度係数Ｋ_ｉに従った較正実位置データが算出される。

ついで、前記運動誤差算出部７により、較正実位置データと指令位置データとの位相合わせが行われ、位相合わせ後の較正実位置データと指令位置データとの差分を算出した後、得られた差分データをフィルタリング処理することによって、運動誤差データが算出され、この運動誤差データを基に、象限突起量が算出される。

そして、算出された運動誤差データ及び象限突起量に係るデータが、表示装置３によってその表示部に適宜表示される。

斯くして、本例の運動誤差測定装置１によれば、感度係数Ｋを調整することで、実加速度データを２階積分することにより得られる実位置データと、指令位置データとの差が、予め定めた許容範囲内となるように調整しているので、加速度センサ２の個体差によって生じる測定誤差、並びにその使用環境により応答特性が変化することによって生じる測定誤差を較正した、正確な実位置データを得ることができ、これを指令位置データと比較することによって、前記テーブル１８の運動誤差を従来に増して精度良く算出することができる。

また、本例の運動誤差測定装置１は、加速度センサ２、データ処理部４及び表示装置３を一つの収納ボックス内に収納した構成となっているので、その持ち運びが可能であるとともに、その取扱いが容易であり、また、数値制御装置２０に接続する必要もないので、簡単な作業で、運動誤差を測定することができ、更に、複数の工作機械１に対して兼用することができるというメリットもある。

以上、本発明の位置具体的な実施の形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何らこれに限定されるものではない。

例えば、上例では、前記運動誤差算出部７において、位相合わせ処理（ステップＳ１０）を行うようにしたが、較正実位置データと指令位置データとの間の位相差が小さければ、特に、この位相合わせ処理（ステップＳ１０）を行う必要はなく、これを省略しても良い。また、同様に、前記データ較正部６の処理において、実加速度データと指定加速度データとの間の位相差が小さければ、特に、前記位相合わせ処理（ステップＳ６）を行う必要はなく、これを省略しても良い。

また、運動誤差を算出するに当たり、検出した加速度に係るデータと、指令位置に係るデータとの間で位相合わせをする必要がある場合において、本例では、データ較正部６において、実加速度データと指定指令位置データを２回微分して得られる指令加速度データとの間の位相合わせを行うようにしたが（ステップＳ６）、図１１に示すように、実位置データを算出した後に（ステップＳ４１）、位相合わせ処理を行い（ステップＳ６）、その後、感度係数Ｋを調整する処理を行うようにしても良い（ステップＳ４２〜Ｓ４９，Ｓ５１，Ｓ５２）。尚、この場合の位相合わせ処理（ステップＳ６）における参照値は、指令位置データとなる。

また、前記位相合わせ処理（ステップＳ６）では、参照値をシフトさせるようにしたが、これに限られるものではなく、参照値と位相を合わせる相手方のデータをシフトさせるようにしても良い。

また、上例では、指令位置データを指令位置データ記憶部８に格納するようにしたが、これに限るものではなく、配線は必要になるが、当該運動誤差測定装置１を前記数値制御装置２０と接続して、この数値制御装置２０から指令位置データを取得するようにしても良い。

また、前記データ処理部４を数値制御装置２０内に組み込むようにしても良い。この場合、加速度センサ２が数値制御装置２０に適宜配線によって接続され、また、前記表示装置３は工作機械１に設けられる表示装置と兼用される。また、前記加速度センサ２は、これを予めテーブル１８に埋設するようにしても良い。

また、上例では、運動誤差測定装置１を用いてテーブル１８の運動誤差を測定するようにしたが、測定対象はこれに限られるものではなく、例えば、上記の例において、前記主軸頭１３の運動誤差を測定することもできる。

１ 運動誤差測定装置
２ 加速度センサ
３ 表示装置
４ データ処理部
５ 実加速度データ算出部
６ データ較正部
７ 運動誤差算出部
８ 指令位置データ記憶部
１０ 工作機械
１７ 送り装置
１８ テーブル
１９ 送り装置
２０ 制御装置

Claims (9)

1. 一以上の送り軸によって動作部を運動させる送り装置と、該送り装置を数値制御する数値制御装置とを有する位置決め装置の、前記動作部の運動誤差を測定する測定装置であって、
   前記数値制御装置により制御され、正弦波を描く時間の関数に従った指令位置に移動する前記動作部の、前記送り軸の軸方向における加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサの出力を所定の時間間隔でサンプリングし、得られた出力データに感度係数を乗じて、前記送り軸の送り方向における、該動作部の実加速度データを算出する実加速度データ算出部と、
   前記実加速度データ算出部によって算出された実加速度データを２階積分して得られる実位置データ、及び前記指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出するデータ較正部と、
   前記データ較正部によって算出された較正実位置データと指令位置データとの差をとって、前記動作部の運動誤差を算出する運動誤差算出部とから構成されていることを特徴とする運動誤差測定装置。
2. 前記データ較正部は、
   前記指令位置に係るデータを２階微分して得られる指令加速度データと、前記実加速度データ算出部によって算出された実加速度データとの位相を合せる処理と、
   位相合わせ後の前記実加速度データを２階積分して得られる実位置データ、及び位相合わせ後の前記指令加速度データに対応する指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出する処理とを実行するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の運動誤差測定装置。
3. 前記データ較正部は、
   前記実加速度データを２階積分して実位置データを算出する処理と、
   算出した実位置データと、前記指令位置データとの位相を合せる処理と、
   位相合わせ後の前記実位置データ、及び前記指令位置データにおける、それぞれの極大値同士、又は極小値同士、又は極大値と極小値との差分同士の差が、予め定めた許容範囲内に収まるように前記感度係数を調整した較正実位置データを算出する処理とを実行するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の運動誤差測定装置。
4. 前記運動誤差算出部は、前記較正実位置データと前記指令位置データとの位相を合わせる処理と、位相合わせ後の較正実位置データと指令位置データとの差をとって、前記動作部の運動誤差を算出する処理とを実行するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの運動誤差測定装置。
5. 前記加速度センサ、実加速度データ算出部、データ較正部及び運動誤差算出部は、収納ボックス内に収納され、該収納ボックスが前記動作部対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかの運動誤差測定装置。
6. 前記実加速度データ算出部は、前記動作部を複数サイクル繰り返し動作させて得られる前記出力データの平均値を用いて、前記実加速度データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかの運動誤差測定装置。
7. 前記運動誤差算出部は、更に、算出された運動誤差データを、ハイパスフィルタを用いて処理することにより、揺らぎ成分を除去するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれかの運動誤差測定装置。
8. 前記運動誤差算出部は、更に、算出された運動誤差データの内、極大の変動を示す時間帯を含む、所定時間幅内のデータの最大値と最小値との差をとって象限突起量を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７記載のいずれかの運動誤差測定装置。
9. 一以上の送り軸によって動作部を運動させる送り装置と、該送り装置を数値制御する数値制御装置とを有する位置決め装置を備えた工作機械であって、前記請求項１乃至８に記載したいずれかの運動誤差測定装置を備えた工作機械。

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