JP7026278B1

JP7026278B1 - 運動精度評価装置

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Publication number: JP7026278B1
Application number: JP2021121301A
Authority: JP
Inventors: 成弘入野
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2041-07-26
Also published as: JP2023017203A

Abstract

【課題】工作機械の直線送り軸について、運動誤差が許容範囲内にある領域を使用可能領域として抽出する運動精度評価装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つの直線送り軸を有する運動機構部を備えた工作機械２０において、この運動機構部の運動精度を評価する評価装置１である。評価装置１は、直線送り軸に関わる運動誤差の測定データを記憶する測定データ記憶部２と、測定データ記憶部２に格納された測定データを解析して、直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域を使用可能領域として抽出する評価部３と、評価部３によって抽出された使用可能用域に係る情報を外部に出力する出力部６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の運動機構部の運動精度を評価する評価装置に関し、更に詳しくは、測定された運動精度を基に、該当する送り軸の動作領域の内、使用可能な領域を抽出する評価装置に関する。

従来、工作機械の運動機構部の運動精度を測定する装置の一例として、特開２０１９－２０６０４３号公報に開示された測定装置、及びこれを用いた測定方法が知られている。図２及び図３に示すように、この測定装置１０は、４つのレーザ測長器１１及びミラー１５から構成され、例えば、図２に示すような、工作機械２０の運動精度を測定する。

尚、この例の工作機械２０は、上面がワーク載置面（所謂テーブル）となったベッド２１と、門形をしたフレーム２２と、サドル２３とから構成される。フレーム２２は、その水平部がベッド２１の上方に位置するように配設されるとともに、その２つの垂直部がそれぞれベッド２１の側部に係合して、全体としてＹ軸方向に移動可能になっている。また、サドル２３は、フレーム２２の水平部に係合し、この水平部に沿ってＸ軸方向に移動可能となっており、このサドル２３には、主軸２４がＺ軸方向に移動可能に、且つ、Ｚ軸と平行な軸線を中心に回転可能に保持されている。前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する基準軸であり、この基準軸に対応した各送り軸がＸ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）によって構成されている。

そして、前記測定装置１０の４つのレーザ測長器１１を、ベッド２１上にほぼ等間隔に設置し、前記ミラー１５を主軸２４に装着した状態で、前記工作機械２０の前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）の運動精度を測定する。

具体的には、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）をそれぞれ一定間隔毎に位置決め制御することにより、３次元空間内を一定間隔で格子状に分割した各格子点に前記ミラー１５を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器１１からミラー１５にレーザ光を照射するとともに、その反射光をレーザ測長器１１に受光することにより、各レーザ測長器１１によってミラー１５との間の距離を測定する。

そして、以上のようにして得られた測定データを基に、３辺測量法の原理に従って、３次元空間内の前記各格子点におけるミラー１５の位置を算出し、算出した位置データ及び当該位置データを解析することによって、運動誤差を算出する。

特開２０１９－２０６０４３号公報

ところで、上述のようにして測定された工作機械の運動精度が、所定の許容範囲内に無い場合、このままでは、高精度な加工が実現できない可能性が高いため、従来は、運動機構部である前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）を修理して、その運動精度を回復させるようにしていた。

ところが、運動機構部を修理するには、工作機械の全体的なオーバーホールが必要であり、そのためには、長時間に亘って、工作機械を停止させなければならない、という問題があった。

その一方、例えば、送り装置を構成するボールねじの一部が摩耗しているために、運動精度が悪化している場合、当該ボールねじの摩耗したところ以外の領域については、良好な運動精度が維持されている。そして、この場合、良好な運動精度が維持された領域では、高精度な加工を実現することが可能である。

したがって、各送り装置の動作領域において、その運動精度が許容範囲内にあるところと、許容範囲内に無いところが分かれば、オペレータは、運動精度が許容範囲内にあるところを用いた加工を行うことで、高精度な加工を実現することができて便利である。そして、このような対応を採ることができれば、工作機械をオーバーホールするために停止させることなく、長時間、稼働させることができ、その稼働率を向上させることができる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械の直線送り軸について、運動誤差が許容範囲内にある領域を使用可能領域として抽出する運動精度評価装置の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
少なくとも１つの直線送り軸を有する運動機構部を備えた工作機械において、前記運動機構部の運動精度を評価する評価装置であって、
前記直線送り軸に関わる運動誤差の測定データを記憶する測定データ記憶部と、
前記測定データ記憶部に格納された測定データを解析して、前記直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域を使用可能領域として抽出する評価部と、
前記評価部によって抽出された使用可能領域に係る情報を外部に出力する出力部とを備えた運動精度評価装置に係る。

この態様（第１の態様）の運動精度評価装置によれば、予め、適宜測定装置によって、工作機械の運動機構部を構成する直線送り軸の運動精度が測定され、得られた測定データが前記測定データ記憶部に格納される。

そして、前記評価部により、前記測定データ記憶部に格納された測定データが解析され、前記直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域が、使用可能領域として抽出され、抽出された使用可能領域に係る情報が前記出力部によって外部に出力される。

この運動精度評価装置によれば、直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる領域が、使用可能領域として抽出され、抽出された使用可能領域に係る情報が出力部によって外部に出力されるので、オペレータは、出力情報から、直線送り軸の動作領域において、その運動精度が許容範囲内にあるところと、許容範囲内にないところを容易に認識することができる。

そして、直線送り軸の動作領域の内、運動精度が許容範囲内にあるところを用いた加工を行うことで、高精度な加工を実現することができる。斯くして、このような加工を行うことで、オーバーホールなどの対応を取ることなく、工作機械を長時間に亘って稼働させることができ、その稼働率を向上させることができる。尚、許容範囲内にない領域については、この領域での加工を避けることで、不良品が生産されるのを回避することができる。

また、上記第１の態様の運動精度評価装置では、
ＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム記憶部と、
前記ＮＣプログラム記憶部に格納されたプログラムを解析して、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域を抽出するとともに、抽出した工具の動作領域と、前記評価部により抽出された使用可能領域とを重ね合わせる処理を実行して、前記動作領域と使用可能領域とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識するワーク位置設定部とを、更に備え、
前記出力部は、更に、前記ワーク位置設定部によって認識された前記送り軸方向の前記ワークの基準位置を外部に出力するように構成された態様（第２の態様）を採ることができる。

この第２の態様の運動精度評価装置では、予め、実行すべきＮＣプログラムがＮＣプログラム記憶部に格納される。そして、前記ワーク位置設定部により、まず、前記ＮＣプログラム記憶部に格納されたＮＣプログラムが解析され、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域が抽出される。次に、ワーク位置設定部は、抽出した工具の動作領域と、評価部により抽出された使用可能領域とを重ね合わせる処理を実行して、動作領域と使用可能領域とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識する。そして、認識された基準位置が、出力部によって、外部に出力される。

斯くして、この運動精度評価装置によれば、オペレータは、当該ＮＣプログラムを用いて当該ワークを加工する際に、前記出力部から出力される情報を基に、直線送り軸の動作領域の内、運動精度が許容範囲内にあるところを用いて加工可能な、送り軸方向におけるワークの基準位置を認識することができるので、実際に加工を実行する際に、ワークの基準位置が認識された位置となるようにワークを配置することで、運動精度が許容範囲内にあるところを用いた高精度な加工を実現することができる。

また、本発明は、少なくとも１つの直線送り軸を有する運動機構部を備えた工作機械において、前記運動機構部の運動精度を評価する評価装置であって、
前記直線送り軸に関わる運動誤差について、複数回繰り返して測定された測定データ群を記憶する測定データ記憶部と、
前記測定データ記憶部に格納された複数の測定データ群を解析して、前記直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域を許容領域として抽出する一方、運動誤差が許容範囲内に収まらない送り軸方向の領域を許容外領域として抽出し、更に、測定データ群間の繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まる送り軸方向の領域を再現可能領域として抽出する一方、繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まらない送り軸方向の領域を再現不可領域として抽出とともに、前記送り軸方向において、許容領域であり且つ再現可能領域である領域を使用可能領域と評価し、許容外領域であり且つ再現可能領域である領域を補正可能領域と評価し、前記再現不可領域を使用不可領域と評価する評価部と、
前記評価部によって評価された情報を外部に出力する出力部とを備えた運動精度評価装置に係る。

この態様（第３の態様）の運動精度評価装置によれば、予め、適宜測定装置によって、工作機械の運動機構部を構成する直線送り軸の運動精度が複数回繰り返して測定され、測定された複数の測定データ群が前記測定データ記憶部に格納される。

そして、前記評価部により、前記測定データ記憶部に格納された複数の測定データ群が解析され、前記直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域が許容領域として抽出され、一方、運動誤差が許容範囲内に収まらない送り軸方向の領域が許容外領域として抽出され、更に、測定データ群間の繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まる送り軸方向の領域が再現可能領域として抽出され、一方、繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まらない送り軸方向の領域が再現不可領域として抽出される。

ついで、前記評価部は、前記送り軸方向において、許容領域であり且つ再現可能領域である領域を使用可能領域と評価し、許容外領域であり且つ再現可能領域である領域を補正可能領域と評価し、前記再現不可領域を使用不可領域と評価する。そして、前記評価部によって評価された情報が前記出力部から外部に出力される。

斯くして、この運動精度評価装置によれば、直線送り軸の動作領域が、使用可能領域、補正可能領域及び使用不可領域として区分けされるので、オペレータは、これらの情報から、直線送り軸の動作領域の各区域がどのような領域であるかを容易に認識することができる。そして、直線送り軸の動作領域の内、使用可能領域を用いた加工を行うことで、何らの対策を講じることなく、高精度な加工を実現することができる。

また、直線送り軸の動作領域の内、補正可能な領域では、測定データを基に算出される補正量によって直線送り軸の動作を補正することにより、当該領域においても高精度な加工を実現することができる。そして、このような加工を行うことで、オーバーホールなどの対応を取ることなく、工作機械を長時間に亘って稼働させることができ、その稼働率を向上させることができる。尚、使用不可領域については、この領域での加工を避けることで、不良品が生産されるのを回避することができる。

上記第３の態様の運動精度評価装置では、
ＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム記憶部と、
前記ＮＣプログラム記憶部に格納されたＮＣプログラムを解析して、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域を抽出するとともに、抽出した工具の動作領域と、前記評価部により抽出された使用可能領域及び補正可能領域とを重ね合わせる処理を実行して、前記動作領域と、使用可能領域及び補正可能領域の少なくとも一方とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識するワーク位置設定部とを、更に備え、
前記出力部は、更に、前記ワーク位置設定部によって認識された前記ワークの基準位置を外部に出力するように構成された態様（第４の態様）を採ることができる。

この第４の態様の運動精度評価装置では、予め、実行すべきＮＣプログラムがＮＣプログラム記憶部に格納される。そして、前記ワーク位置設定部により、まず、前記ＮＣプログラム記憶部に格納されたＮＣプログラムが解析され、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域が抽出される。次に、ワーク位置設定部は、抽出した工具の動作領域と、評価部により抽出された使用可能領域及び補正可能領域とを重ね合わせる処理を実行して、動作領域と、使用可能領域及び補正可能領域の少なくとも一方とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識する。そして、認識された基準位置が、出力部によって、外部に出力される。

斯くして、この運動精度評価装置によれば、オペレータは、当該ＮＣプログラムを用いて当該ワークを加工する際に、前記出力部から出力される情報を基に、ワークの基準位置が認識された位置となるようにワークを配置することで、ワークを高精度に加工することができる。即ち、工具の動作領域と使用可能領域とが重なる状態となるように、ワークを配置すれば、何らの対策を講じることなく、高精度な加工を実現することができる。また、工具の動作領域と補正可能領域とが重なるように、ワークを配置すれば、測定データを基に算出される補正量で直線送り軸の動作を補正することにより、高精度な加工を実現することができる。

本発明に係る運動精度評価装置によれば、直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる領域が、使用可能領域として抽出され、抽出された使用可能領域に係る情報が出力部によって外部に出力されるので、オペレータは、出力情報から、直線送り軸の動作領域において、その運動精度が許容範囲内にあるところと、許容範囲内にないところを容易に認識することができる。

本発明の一実施形態に係る運動精度評価装置などの概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る測定装置等を示した斜視図である。本実施形態に係る測定装置等を示した正面図である。運動誤差を生じさせる誤差パラメータを示した説明図である。測定された運動誤差を示すグラフである。測定された運動誤差を示すグラフである。測定された運動誤差を示すグラフである。本実施形態の運動精度評価装置における評価、及びこれに基づく対応を説明するための説明図である。本実施形態の運動精度評価装置における評価、及びこれに基づく対応を説明するための説明図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本例の運動精度評価装置１は、測定データ記憶部２、評価部３、ＮＣプログラム記憶部４、ワーク位置設定部５及び出力部６を備えている。尚、この運動精度評価装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記評価部３、ワーク位置設定部５及び出力部６はコンピュータプログラムによってその機能が実現され、後述する処理を実行する。また、前記測定データ記憶部２及びＮＣプログラム記憶部４はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。

前記測定データ記憶部２には、前記測定装置１０によって測定された工作機械２０の運動精度に関するデータが予め格納される。尚、前記測定装置１０及び工作機械２０は、上述した従来例のものと同じ構成を備えるものである。繰り返しにはなるが、以下、その概略を説明する。

前記工作機械２０は、所謂、立形のマシニングセンタであり、上面がワーク載置面となったベッド２１と、門形をしたフレーム２２と、サドル２３などを備えて構成され、フレーム２２は、その水平部がベッド２１の上方に位置するように配設されるとともに、その２つの垂直部がそれぞれベッド２１の側部に係合して、全体としてＹ軸方向に移動可能になっている。

また、サドル２３は、フレーム２２の水平部に係合し、この水平部に沿ってＸ軸方向に移動可能となっており、当該サドル２３には、主軸２４がＺ軸方向に移動可能に、且つ、Ｚ軸と平行な軸線を中心に回転可能に保持されている。そして、ベッド２１にワークが載置され、主軸２４に工具が装着された状態で、主軸２４がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に移動することにより、ワークが加工される。

尚、前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する基準軸であり、この基準軸に対応した各直線送り軸が、それぞれＸ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）によって構成されている。

前記測定装置１０は、４つのレーザ測長器１１、ミラー１５及び演算部（図示せず）から構成され、工作機械２０の運動精度を測定する。例えば、前記４つのレーザ測長器１１を、前記ベッド２１上にほぼ等間隔に設置し、前記ミラー１５を主軸２４に装着した状態で、前記工作機械２０の前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）の運動精度を測定する。

より具体的には、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）をそれぞれ一定間隔毎に位置決め制御することにより、３次元空間内を一定間隔で格子状に分割した各格子点に所定の経路（ルート）で前記ミラー１５を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器１１からミラー１５にレーザ光を照射するとともに、その反射光をレーザ測長器１１で受光することにより、各レーザ測長器１１によって、ミラー１５との間の距離を測定する。

尚、前記レーザ測長器１１は、図３に示す基準球１２の中心点を中心として、レーザ干渉計１３を旋回移動可能に構成されており、前記ミラー１５の移動に併せてレーザ干渉計１３を旋回移動させることで、当該ミラー１５を自動追尾することができるように構成されている。

そして、前記演算部（図示せず）は、このようにして得られる距離データを基に、３辺測量法の原理に従って、３次元空間内の前記各格子点におけるミラー１５の位置を算出し、得られた位置データに基づき、また、この位置データを解析することにより、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）について、例えば、図４に示した各運動誤差を算出する。

尚、図４に示した各運動誤差の定義は以下の通りである。
Ｅ_ＸＸは、Ｘ軸送り装置のＸ軸方向における位置決め誤差、
Ｅ_ＹＹは、Ｙ軸送り装置のＹ軸方向における位置決め誤差、
Ｅ_ＺＺは、Ｚ軸送り装置のＺ軸方向における位置決め誤差、
Ｅ_ＹＸは、Ｘ軸送り装置のＸ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）、
Ｅ_ＺＸは、Ｘ軸送り装置のＸ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）、
Ｅ_ＸＹは、Ｙ軸送り装置のＹ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）、
Ｅ_ＺＹは、Ｙ軸送り装置のＹ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）、
Ｅ_ＸＺは、Ｚ軸送り装置のＺ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）、
Ｅ_ＹＺは、Ｚ軸送り装置のＺ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）、
Ｅ_ＡＸは、Ｘ軸送り装置におけるＸ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＡＹは、Ｙ軸送り装置におけるＸ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＡＺは、Ｚ軸送り装置におけるＸ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＢＸは、Ｘ軸送り装置におけるＹ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＢＹは、Ｙ軸送り装置におけるＹ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＢＺは、Ｚ軸送り装置におけるＹ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＣＸは、Ｘ軸送り装置におけるＺ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＣＹは、Ｙ軸送り装置におけるＺ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_ＣＺは、Ｚ軸送り装置におけるＺ軸まわりの角度誤差、
Ｅ_{Ａ（０Ｙ）Ｚ}は、Ｚ軸送り装置と理想のＹ軸との直角誤差、
Ｅ_{Ｂ（０Ｚ）Ｘ}は、Ｘ軸送り装置と理想のＺ軸との直角誤差、
Ｅ_{Ｃ（０Ｘ）Ｙ}は、Ｙ軸送り装置と理想のＸ軸との直角誤差である。

以上のようにして算出される運動誤差の一例を図５、図６及び図７に示している。

また、本例では、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）により、所定の順方向の経路（順ルート）でミラー１５を移動させて、前記各格子点に位置決めしながら、各レーザ測長器１１により測長した後、ミラー１５を逆方向の経路（逆ルート）で移動させて、前記各格子点に位置決めしながら、各レーザ測長器１１により測長する。即ち、順ルート及び逆ルートについて、２回繰り返して各格子点において測長を行う。

そして、前記演算部（図示せず）は、繰り返し測定によって得られた距離データを基に、順ルートの位置データ、及び逆ルートの位置データを算出し、算出された各ルートに係る位置データ群に基づき、また、当該各位置データ群を解析することにより、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）について、上述した各運動誤差を算出する。斯くして、算出された前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）のそれぞれについて、そのルートごとの各運動誤差に係るデータが前記測定データ記憶部２に格納される。

また、前記ＮＣプログラム記憶部４は、ＮＣ（数値制御）プログラムを記憶する機能部であり、前記工作機械２０で用いられるＮＣプログラムが予め格納される。

前記評価部３は、前記測定データ記憶部２に格納されたデータを参照して、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）のそれぞれについて、対応する運動誤差を確認し、全ての運動誤差が所定の許容範囲内に収まる送り軸方向の領域を許容領域として抽出し、各運動誤差の一つでも前記許容範囲内に収まらない送り軸方向の領域を許容外領域として抽出する。尚、前記許容範囲は、求められる加工精度に応じて、各運動誤差についてそれぞれ設定される。

また、評価部３は、順ルートにおける運動誤差と逆ルートにおける運動誤差を比較することによって、繰り返し誤差を算出し、繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まる送り軸方向の領域を再現可能領域として抽出し、繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まらない送り軸方向の領域を再現不可領域として抽出する。この基準範囲も、求められる加工精度に応じて、各運動誤差についてそれぞれ設定される。

そして、評価部３は、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）のそれぞれについて、その送り軸方向において、許容領域であり且つ再現可能領域である領域を使用可能領域と評価し、許容外領域であり且つ再現可能領域である領域を補正可能領域と評価し、許容外領域であり且つ前記再現不可領域を使用不可領域と評価する。そして、評価部３は、評価した各領域に係る情報を、前記出力部３を介して表示装置７に出力する。尚、表示装置７は、液晶ディスプレイなどからなり、前記各領域に係る情報を数字や図形などによって表示する。

この許容領域、許容外領域、使用可能領域、再現可能領域、再現不可領域及び使用不可領域の概念を図８に基づいて説明する。尚、図８では、Ｘ軸送り装置（図示せず）がＸ軸方向のＸ_０～Ｘ_ｅの動作領域を有し、Ｙ軸送り装置（図示せず）がＹ軸方向のＹ_０～Ｙ_ｅの動作領域を有し、Ｚ軸送り装置（図示せず）がＺ軸方向のＺ_０～Ｚ_ｅの動作領域を有している。

図８において、例えば、Ｚ軸送り装置（図示せず）については、Ｚ軸方向の全領域であるＺ_０～Ｚ_ｅの範囲で全ての運動誤差が前記許容範囲内に収まり、且つ繰り返し誤差が前記基準範囲内にあるとすると、当該Ｚ軸送り装置（図示せず）については、Ｚ_０～Ｚ_ｅの範囲が許容領域［ａ］、且つ再現可能領域［ｒａ］として抽出され、この範囲が使用可能領域［ｕａ］である評価される。

また、Ｘ軸送り装置（図示せず）では、Ｘ軸方向のＸ_０～Ｘ_１及びＸ_２～Ｘ_ｅの範囲で全ての運動誤差が前記許容範囲内に収まっているものの、Ｘ_１～Ｘ_２の範囲で、少なくとも一つの運動誤差が許容範囲外となっているとし、また、このＸ_１～Ｘ_２の範囲での繰り返し誤差は前記基準範囲内に収まっているとすると、当該Ｘ軸送り装置（図示せず）については、Ｘ_０～Ｘ_１及びＸ_２～Ｘ_ｅの範囲が許容領域［ａ］、且つ再現可能領域［ｒａ］として抽出され、これらの範囲が使用可能領域［ｕａ］であると評価される。一方、Ｘ_１～Ｘ_２の範囲は許容外領域［ｎａ］であり、且つ再現可能領域［ｒａ］として抽出され、その結果、この範囲は補正可能領域［ｃａ］であると評価される。

また、Ｙ軸送り装置（図示せず）では、Ｙ軸方向のＹ_０～Ｙ_１及びＹ_２～Ｙ_ｅの範囲で全ての運動誤差が前記許容範囲内に収まっているものの、Ｙ_１～Ｙ_２の範囲で、少なくとも一つの運動誤差が前記許容範囲外となっているとし、また、このＹ_１～Ｙ_２の範囲での繰り返し誤差が前記基準範囲外になっているとすると、当該Ｙ軸送り装置（図示せず）については、Ｙ_０～Ｙ_１及びＹ_２～Ｙ_ｅの範囲が許容領域［ａ］、且つ再現可能領域［ｒａ］として抽出され、これらの範囲が使用可能領域［ｕａ］であると評価される。一方、Ｙ_１～Ｙ_２の範囲は許容外領域［ｎａ］であり、且つ再現不可領域［ｎｒａ］として抽出され、その結果、この範囲は使用不可領域［ｎｕａ］であると評価される。

以上から、図８に示した例では、ベッド２１の上面において、二点鎖線のハッチングを付した領域が補正可能領域［ｃａ］であり、一点鎖線のハッチングを付した領域が使用不可領域［ｎｕａ］であり、何も付していない領域が使用可能領域［ｕａ］である。

そして、以上のような情報が、評価部３から出力部６を介して表示装置７に出力され、表示される。

前記ワーク位置設定部５は、前記ＮＣプログラム記憶部４に格納されたＮＣプログラムを解析して、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域を抽出するとともに、抽出した工具の動作領域と、前記評価部３により抽出された使用可能領域［ｕａ］及び補正可能領域［ｃａ］とを重ね合わせる処理を実行して、前記動作領域と、使用可能領域［ｕａ］及び補正可能領域［ｃａ］の少なくとも一方とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識する処理を行う。

より具体的には、例えば、前記ワーク位置設定部５は、前記ＮＣプログラム記憶部４に格納されたＮＣプログラムを解析して、その位置指令、送り速度指令等を基に、加工時の工具の動作領域であって、ワークに対して設定された基準位置を基準とした、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）における工具の動作領域を抽出する。

図９は、工作機械２０の運動誤差が図８に示した状態と同じ状態を示したものであるが、例えば、ワーク位置設定部５は、ＮＣプログラムを解析することによって、ワークＷに対して設定される基準位置Ｒ_ｐを基準とした、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）における工具の動作領域［ｍ_ｒ］を抽出する。尚、図９に示したワークＷは円柱形状を有しており、ＮＣプログラム上の基準位置（プログラム原点）Ｒ_ｐは、ワークＷの上面の中心位置に設定されているものとする。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸にそれぞれ平行なワーク座標系、即ち、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸座標系おける基準位置Ｒ_ｐは、ｘ＝０，ｙ＝０，ｚ＝０である。また、図９では、破線で示した角柱形状が工具の動作領域［ｍ_ｒ］を示している。

そして、ワーク位置設定部５は、抽出した工具の動作領域［ｍ_ｒ］と、前記評価部３により抽出された使用可能領域［ｕａ］及び補正可能領域［ｃａ］とを重ね合わせる処理を実行して、動作領域［ｍ_ｒ］と、使用可能領域［ｕａ］及び補正可能領域［ｃａ］の少なくとも一方とが重なり合う状態での、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）、即ち、機械座標系（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸座標系）における前記ワークＷの基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）を認識する処理を行う。図９では、工具の動作領域［ｍ_ｒ］が補正可能領域［ｃａ］に重なり合うように、ワークＷの基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）を設定している。そして、ワーク位置設定部５は、認識した基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）に関する情報を、前記出力部６を介して表示装置７に出力し、出力された情報が表示装置７に表示される。

以上の構成を備えた本例の運動精度評価装置１によれば、工作機械２０の運動精度を基に、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）の各動作領域について、前記評価部３により、認識され、評価された許容領域［ａ］，許容外領域［ｎａ］，再現可能領域［ｒａ］，再現不可領域［ｎｒａ］，使用可能領域［ｕａ］，補正可能領域［ｃａ］及び使用不可領域［ｎｕａ］に係る情報が、出力部６を介して表示装置７に表示されるので、オペレータは、この情報を見ることで、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）の動作領域の内、どこの領域が何ら対策を講じることなく使用可能な領域（使用可能領域［ｕａ］）であるか、どの領域が補正することで使用可能な領域（補正可能領域［ｃａ］）であるか、どこの領域が使用できない領域（使用不可領域［ｎｕａ］）であるかを容易に認識することができる。

そして、このような認識が得られることで、オペレータは、ワークＷを使用可能な領域（使用可能領域［ｕａ］）に設置して加工を実行することで、高精度な加工を実現することができ、或いは、補正を要するものの、ワークＷを補正可能な領域（補正可能領域［ｃａ］）に設置して加工を実行することで、同様に高精度な加工を実現することができる。そして、オペレータは、このような措置を講じることにより、使用不可な領域（使用不可領域［ｎｕａ］）を用いた加工を回避することができ、不良品が生産されるのを防止することができる。

例えば、オペレータは、図８において、破線で示すような、ベッド２１上の使用不可領域［ｎｕａ］にワークＷを設置して加工を行うのを回避することができ、実線で示すように、ベッド２１上の補正可能領域［ｃａ］にワークＷを設置することで、高精度な加工を実行することができる。そして、このような加工を行うことで、オーバーホールなどの対応を取ることなく、工作機械２０を長時間に亘って稼働させることができ、その稼働率を向上させることができる。

尚、図８に示した例では、ベッド２１上の大半の部分が補正可能領域［ｃａ］であることから、ワークＷをこの補正可能領域［ｃａ］に設置して加工を行う例を示したが、これに限られるものではなく、使用可能領域［ｕａ］がワークＷを設置することができる広さを有しているのであれば、ワークＷを使用可能領域［ｕａ］に設置して加工を行うのが好ましい。また、ベッド２１上に、使用可能領域［ｕａ］及び補正可能領域［ｃａ］の双方とも、ワークＷを設置して加工を行うことができる程度の広さを有していなければ、言い換えれば、使用不可領域［ｎｕａ］が大半を占める場合には、オペレータは、この工作機械２０について、オーバーホールが必要であると判断することができる。

また、本例の運動精度評価装置１では、ＮＣプログラムを用いてワークＷを加工する場合に、ＮＣプログラムから認識される工具の動作領域［ｍ_ｒ］が、工作機械２０の使用可能領域［ｕａ］及び補正可能領域［ｃａ］の少なくとも一方と重なり合うような、ワークＷの基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）が前記ワーク位置設定部５によって設定され、設定された基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）が前記表示装置７に表示されるので、当該ＮＣプログラムを用いてワークＷを加工する際に、オペレータは、表示装置７に表示された情報に基づいて、ワークＷのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸座標系における基準位置Ｒ_ｐが、設定位置（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）となるようにワークＷを位置合わせすることで、当該ワークＷを高精度に加工することができる。

即ち、例えば、工具の動作領域［ｍ_ｒ］と使用可能領域［ｕａ］とが重なる状態となるように、ワークＷを配置すれば、何らの対策を講じることなく、高精度な加工を実現することができる。また、工具の動作領域［ｍ_ｒ］と補正可能領域［ｃａ］とが重なるように、ワークＷを配置すれば、測定データを基に算出される補正量で、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）における動作を補正することによって、高精度な加工を実現することができる。

尚、前記ワーク位置設定部５によって、ワークＷの基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）が設定できない場合には、当該ワークＷを加工することができないことを意味するので、オペレータは、不用意に、使用不可な領域（使用不可領域［ｎｕａ］）を用いた加工を実行するのを回避することができ、不良品が生産されるのを防止することができる。また、オペレータは、この工作機械２０について、オーバーホールなどについて対策を検討することができる。

以上、本発明の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、何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例では、前記Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）の運動精度を、順ルート及び逆ルートでそれぞれ測定して、２回繰り返し精度を得るようにしたが、このような態様に限られるものではなく、２回以上の繰り返し精度を確認しても良く、或いは、順ルートのみの１回の測定としても良い。

そして、１回のみの測定の場合、前記評価部３は、許容領域［ａ］を使用可能領域［ｕａ］と評価し、許容外領域［ｎａ］を使用不可領域［ｎｕａ］と評価する。また、ワーク位置推定部５は、ＮＣプログラムから認識される工具の動作領域［ｍ_ｒ］と、前記評価部３により抽出された使用可能領域［ｕａ］とを重ね合わせる処理を実行して、動作領域［ｍ_ｒ］と使用可能領域［ｕａ］とが重なり合う状態での、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）における前記ワークＷの基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）を認識し、認識した基準位置Ｒ_ｐ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）に関する情報を、前記出力部６を介して表示装置７に表示する。

また、上例では、Ｘ軸送り装置（図示せず）、Ｙ軸送り装置（図示せず）及びＺ軸送り装置（図示せず）のそれぞれについて、７種類の運動誤差を測定し、これに基づいて、前記各領域を抽出し、評価するようにしたが、これに限られるものではなく、各送り装置について、少なくとも１種類の運動誤差を測定し、これに基づいて、前記各領域を抽出し、評価するようにしても良い。

また、上例では、測定装置１０として、４つのレーザ測長器１１を用いたが、これに限られるものではなく、工作機械の運動精度を測定できることができる測定装置であればよく、従来公知の各種の測定装置を用いることができる。

また、上例では、運動精度の評価対象としての工作機械２０を立形のマシニングセンタとしたが、評価対象としての工作機械はこれに限られるものではなく、横形のマシニングセンタや旋盤など、運動機構部として少なくとも一つの直線送り軸をする従来公知の各種の工作機械を適用することができる。

繰返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１運動精度評価装置
２測定データ記憶部
３評価部
４ＮＣプログラム記憶部
５ワーク位置設定部
６出力部
７表示装置
１０測定装置
１１レーザ測長器
１５ミラー
２０工作機械

Claims

少なくとも１つの直線送り軸を有する運動機構部を備えた工作機械において、前記運動機構部の運動精度を評価する評価装置であって、
ＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム記憶部と、
前記直線送り軸に関わる運動誤差の測定データを記憶する測定データ記憶部と、
前記測定データ記憶部に格納された測定データを解析して、前記直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域を使用可能領域として抽出する評価部と、
前記ＮＣプログラム記憶部に格納されたＮＣプログラムを解析して、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域を抽出するとともに、抽出した工具の動作領域と、前記評価部により抽出された使用可能領域とを重ね合わせる処理を実行して、前記動作領域と使用可能領域とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識するワーク位置設定部とを備えていることを特徴とする運動精度評価装置。
前記ワーク位置設定部によって認識された前記送り軸方向の前記ワークの基準位置を外部に出力する出力部を備えていることを特徴とする請求項１記載の運動精度評価装置。
少なくとも１つの直線送り軸を有する運動機構部を備えた工作機械において、前記運動機構部の運動精度を評価する評価装置であって、
前記直線送り軸に関わる運動誤差について、複数回繰り返して測定された測定データ群を記憶する測定データ記憶部と、
前記測定データ記憶部に格納された複数の測定データ群を解析して、前記直線送り軸について、その運動誤差が許容範囲内に収まる送り軸方向の領域を許容領域として抽出する一方、運動誤差が許容範囲内に収まらない送り軸方向の領域を許容外領域として抽出し、更に、測定データ群間の繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まる送り軸方向の領域を再現可能領域として抽出する一方、繰り返し誤差が所定の基準範囲内に収まらない送り軸方向の領域を再現不可領域として抽出とともに、前記送り軸方向において、許容領域であり且つ再現可能領域である領域を使用可能領域と評価し、許容外領域であり且つ再現可能領域である領域を補正可能領域と評価し、前記再現不可領域を使用不可領域と評価する評価部と、
前記評価部によって評価された情報を外部に出力する出力部とを備えていることを特徴とする運動精度評価装置。
ＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム記憶部と、
前記ＮＣプログラム記憶部に格納されたＮＣプログラムを解析して、ワークに対して設定された基準位置を基準とした工具の動作領域を抽出するとともに、抽出した工具の動作領域と、前記評価部により抽出された使用可能領域及び補正可能領域とを重ね合わせる処理を実行して、前記動作領域と、使用可能領域及び補正可能領域の少なくとも一方とが重なり合う状態での、前記送り軸方向における前記ワークの基準位置を認識するワーク位置設定部とを備え、
前記出力部は、更に、前記ワーク位置設定部によって認識された前記ワークの基準位置を外部に出力するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の運動精度評価装置。