JP6570957B2 - 機械構造体の幾何誤差同定方法と当該幾何誤差同定方法を使用した数値制御方法、数値制御装置及びマシニングセンタ - Google Patents
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Description
(1)C軸回転テーブル上の基準球の中心座標について初期値(普通はC軸回転テーブルの回転角0°、A軸の回転角0°)における計測値の誤差(以下「初期値誤差」と呼称する)
(2)A軸又はC軸の回転軸の割出角度の誤差(以下「割出誤差」と呼称する)
図1は、5軸MCの主軸回りの要部と、5軸MCを制御するための数値制御装置(ブロック図)10を示している。同図で1はフレーム、2は主軸、3はテーブル、4はトラニオン、5はサドルである。数値制御装置10の構成自体は従来の数値制御装置と変わらないが、幾何誤差を補正するためのソフトウェアがROMに格納される。
図2に、5軸MCのC軸とA軸回りを概略的に示す。C軸とA軸を各1回以上所定回転角度で回転させることで、テーブル3上の被測定点を5軸MCの機械座標系の原点から離れた少なくとも4つの異なる複数の位置に移動させる。そして幾何誤差のデータ(後述する誤差ベクトルEのX、Y、Z方向の各成分)を得るために、テーブル3上の被測定点の移動位置を機械座標系で測定する。
特許文献7の技術ではタッチセンサなどを用いて基準球6の中心位置(機械座標位置)を測定する。これは本発明の幾何誤差同定方法でも基本的に同じである。タッチセンサは主軸に取り付けられているので、測定された基準球6の中心位置(機械座標位置)は直交3軸(X軸、Y軸、Z軸)間の直角度誤差や各軸のピッチ誤差の影響を受ける。
(1)特許文献7の同定対象である幾何誤差の計算に初期値誤差も含めて幾何誤差の同定を行う。
(2)割出誤差の影響を除去するために、基準球の中心座標の誤差(計算値と計測値の差=後述する差分ベクトルDj)について回転方向成分を除いて幾何誤差の同定を行う。
被測定点の測定は、図2(A)(B)のように、被測定治具としての基準球6の位置(機械座標位置)を、タッチセンサ7で測定することで行う。タッチセンサ7は主軸2に取り付けて使用する。基準球6を、図2(A)のようにA軸回りに回転するテーブル3の上の任意の位置に固定し、図2(B)の破線で示すように主軸2を操作することにより、この基準球6の表面の少なくとも4カ所に、タッチセンサ7のプローブ7aを当接させる。
図2(C)(D)のように、テーブル3上の任意の位置は、ワーク座標系のベクトルPwと、機械座標系のベクトルPmで表すことができる。ワーク座標系はテーブル上に設定された座標系であり、機械座標系は5軸MCの直線3軸(X、Y、Z)で構成された座標系である。
初期角度(C軸とA軸の回転角度=0°)における基準球6の中心座標からワーク座標ベクトルPwを求める。このワーク座標ベクトルPwを用いて、j番目の測定点における基準球6の理論機械座標ベクトルPm0jと、幾何誤差δiが影響する場合の機械座標ベクトルPmijは、式(7)(8)から、それぞれ次式(12)(13)で表される。
次に割出誤差の影響を除去するために、差分ベクトルDj及び幾何誤差δiの影響Eijについて、基準球の旋回方向成分を除いて幾何誤差の同定を行う。以下、図4Aを参照して説明する。
旋回中心O(X0、Y0、Z0)から基準球6の中心座標(Xm0j、Ym0j、Zm0j)を表すベクトルVjを次式(16)で表す。
以上で説明した幾何誤差同定方法は、フローチャートに示すと図5、図6のようになる。このフローチャートの内容が図1の数値制御装置10のROMに格納されている。図5は、基準球6を原点からj回移動させ、j番目の移動先における中心座標Pjを算出するまでのフローチャートである。S1でj=0とされ、S2で回転2軸が所定の設定角度(θA=Aj、θC=Cj)に位置決めされる。S3で基準球6の中心座標Pjが測定され、S4で基準球6の中心座標Pjがメモリに保存される。
回転軸に割出誤差を意図的に発生させて、特許文献7の技術と本発明の技術で幾何誤差の同定精度を比較した(表4A〜表4C)。条件1は適正な割出角度で基準球を計測した場合であり、条件2はA軸の−30°〜−75°の範囲で0.05°の割出誤差を意図的に発生させた場合である。なお、2つの条件では割出誤差以外の幾何誤差は同じにした。
2:主軸
3:テーブル
4:トラニオン
5:サドル
10:数値制御装置
Claims (9)
- 所定角度で組み合わせた回転2軸を含む機械構造体の幾何誤差を同定する幾何誤差同定方法であって、当該幾何誤差同定方法は、
前記機械構造体の原点を基準とし、前記回転2軸を1回以上所定角度で回転させることにより、前記機械構造体の被測定点を前記原点から離れた少なくとも4つの異なる複数の位置に移動させ、
当該被測定点の、複数の移動先での機械座標ベクトルと、複数の移動先での幾何誤差の影響を含まない理論機械座標ベクトルとの差分ベクトルDを演算し、前記回転2軸の幾何誤差を未知数として複数の移動先における当該幾何誤差の影響を表すベクトルを誤差ベクトルEとしたとき、
前記回転2軸の割出誤差を除去するため、前記回転2軸のいずれか一方が回転する時の前記被測定点の回転軌跡を含む回転面に対して垂直であって前記被測定点及び前記回転軌跡の中心を通る垂直面に、前記差分ベクトルD及び誤差ベクトルEをそれぞれ投射することで得られた射影ベクトルD'及び射影ベクトルE'を使用して、
前記射影ベクトルE'を説明変数として前記射影ベクトルD'を従属変数とする線形回帰式で前記射影ベクトルD'を表し、当該線形回帰式の偏差を最小化することにより回帰係数を算出し、当該回帰係数から前記幾何誤差を同定するようにしたことを特徴とする幾何誤差同定方法。 - 前記幾何誤差に、前記被測定点の前記原点における座標の計測値の誤差である初期値誤差が含まれることを特徴とする請求項1の幾何誤差同定方法。
- 前記回転2軸の組み合わせ角度が90°であることを特徴とする請求項1又は2の幾何誤差同定方法。
- 前記機械構造体がマシニングセンタであって、前記回転2軸が、ワーク搭載用のテーブルを回転させるC軸と、前記テーブルを傾斜させるA軸であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項の幾何誤差同定方法。
- 前記機械構造体の前記被測定点に基準球を配置し、当該基準球の中心機械座標をマシニングセンタの主軸ヘッドに取り付けたタッチセンサで測定するようにしたことを特徴とする請求項4の幾何誤差同定方法。
- 請求項1から5のいずれか1項の幾何誤差同定方法を使用したことを特徴とするマシニングセンタの数値制御方法。
- 請求項6の数値制御方法を使用したことを特徴とするマシニングセンタの数値制御装置。
- 請求項7の数値制御装置を有するマシニングセンタ。
- 前記幾何誤差同定方法で同定した幾何誤差に基づいて、NCプログラムを修正するようにしたことを特徴とする請求項8のマシニングセンタ。
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