JP7128333B1 - 多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より正確な回転軸の回転中心を簡単かつ短時間で算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法を提供すること。【解決手段】多軸加工機の回転中心測定方法であって、基準球８と、測定子７１を有しかつ基準球８を測定子７１と接触させたときの測定子７１の移動量を測定値として計測する測定器７とを用い、加工ヘッド２またはテーブル６２，６３の一方に取り付けられた基準球８と他方に取り付けられた測定器７の測定子７１を接触させた状態で回転軸を回転させて測定値を計測する測定工程と、測定値と回転軸の回転角度と基準球８の中心の位置から回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を有することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、回転軸の幾何学的誤差を正確に測定することが可能な多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法に関するものである。

従来、被加工物（以下、ワーク）に対して複数の角度から工具を近づけて複雑な形状の加工を行う多軸工作機械が知られている。例えば、直進３軸と回転２軸から構成されるマシニングセンタ等の５軸加工機は、Ａ軸周りおよびＣ軸周りに回転するテーブルと、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸にスライド移動する工具を備え、テーブル上にワークを載置して、ワークをＡ軸およびＣ軸周りに回転移動させながら工具をスライド移動して多様な形状の加工を行う。
このように構成される５軸加工機においては、組立時に生じる誤差、ワークや回転軸そのものの重さによる撓み、回転軸の熱による変位等の要因により、回転軸の回転中心の位置に幾何学的な誤差（幾何偏差）が生じる。さらに軸数が多いことに伴って軸同士の幾何偏差の数が増大し、ワークの加工精度に大きな影響を与えてしまう。

よって、上述のワークの加工精度の問題を解消するため、加工を行う前に作業者が回転中心の位置を求める調整作業を手動にて行っていた。
具体的には、図１４に示すように基準球８を加工ヘッド２の取付部２１に取り付け、ダイヤルゲージ５１０を旋回テーブル６２上に設置する。そしてＡ軸周りにチルトテーブル６３を回転させて予め決められた角度でチルトテーブル６３を停止させ、その都度ダイヤルゲージ５１０の測定子５１１に基準球８を当接させて作業者がダイヤルゲージの目盛を目視して測定値を記録する。同様の作業をＣ軸においても行う。最後に作業者は、記録した測定値を芯出し用ソフトウェアに入力し、芯出し用ソフトウェアにて得られた回転中心の位置を５軸加工機に設定することで調整作業が完了する。
また、回転中心の位置を求める調整作業は、ダイヤルゲージ５１０を使用した方法だけでなく、タッチプローブを基準球に接触させる方法（特許文献１）や、ボールバーを使用する方法（特許文献２）等が存在する。

特許第５６８６５７８号公報 特開２０１１－３８９０２号公報 特願２０２０－０７２６４６号

回転軸の熱変形により回転中心の位置に差異が生じるため、調整作業は例えば回転軸の熱変形が飽和した状態となる仕上げ加工直前に行うことが望ましい。さらに回転中心の位置は、実際に加工を行う位置によって異なり、また加工時のテーブル上の質量によっても異なるため、実際に加工を行う加工条件と同様の条件で調整作業を行うことが望ましい。
しかしながら、１回の加工ごとに加工条件に合った調整作業を作業者が手動で行うことは、作業時間が長くなり、効率が悪くなるという問題が生じていた。

本願発明者らは上記事情に鑑み、回転中心の位置の調整作業を行う場合に加工プログラムを参照し、実加工で使用される回転角度で回転中心の位置を測定する方法を発明し、出願を行った（特許文献３）。
本発明はさらなる改良を加えたものであって、本発明の目的は、より正確な回転軸の回転中心を簡単かつ短時間で算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法を提供することである。

本発明は、多軸加工機の回転中心測定方法であって、前記多軸加工機は、回転軸を有し、加工ヘッドとテーブルが相対回転可能に構成されており、前記回転中心測定方法は、基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を有することを特徴とする。
また本発明は、回転軸および制御部を有し、加工ヘッドとテーブルが前記回転軸により相対回転可能に構成された多軸加工機であって、前記制御部は、基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を実行することを特徴とする。

ここで、「テーブル」とは、本実施形態のチルトテーブルおよび旋回テーブルの総称である。
本発明によれば、作業者が基準球と測定器を多軸加工機に取り付けるだけで自動的に多軸加工機を駆動して検出値を取得し回転中心を演算するため、短時間で簡単に回転中心の位置を求める調整作業を行うことができる。

また本発明の回転中心測定方法は、測定工程の前に基準球と測定子を接触させた状態で基準球および測定子の相対位置を変化させながら測定値を監視し、測定値の最大値を、回転中心を演算するための測定値とする測定点探索工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、測定点探索工程において測定子の中心線の延長線上に基準球の中心が位置するように基準球と測定器の相対位置を変化させて最適な測定点を求めることが可能であるため、ブレのない測定値を使用して回転中心を求めることができる。

本発明の回転中心測定方法は、測定工程において測定値の取得方法を複数種類から選択可能であり、加工ヘッド、回転軸およびテーブルを一時停止させた状態で測定器により測定値を取得するか、加工ヘッド、回転軸およびテーブルを一時停止させずに連続して移動させながら測定器により測定値を取得するかの選択が可能であることを特徴とする。

本発明によれば、実際の加工に近い状態で回転中心を求めることが可能であるため、精度の高い回転中心の位置を求めることができる。

本発明の回転中心測定方法は、加工プログラムを解析し、解析した結果に基づいて回転中心測定を行うための測定位置または測定値の取得方法を算出する加工プログラム解析工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、実際にワークを加工する際に使用する加工プログラムを解析し、加工プログラム内の工具姿勢の指令角度から回転中心測定を行うための測定位置を導出している。よって、正確な回転中心の位置を算出することが可能となる。

本発明は、精度の高い回転軸の回転中心を算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る５軸加工機１００の概略図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の内部の構造を示す模式図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００に測定器７と基準球８を取り付けた状態を示す模式図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００のブロック図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の測定用プログラム４０１の概要を示す模式図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心演算工程を説明する説明図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心測定の手順を示す全体フロー図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心測定工程（停止モード）を示すフロー図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心測定工程（連続モード）を示すフロー図である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の測定点探索工程を説明する説明図１である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の測定点探索工程を説明する説明図２である。 上記実施形態に係る５軸加工機１００の測定点探索工程を説明する説明図３である。 上記実施形態に係る回転中心測定工程においてＡ軸周りにチルトテーブル６３を回転した状態を説明する模式図である。 従来の回転中心の位置の算出方法を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る５軸加工機２００のブロック図である。 上記実施形態に係る５軸加工機２００の回転中心測定の手順を示す全体フロー図である。

以下、図面を用いて本発明の多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法の実施形態として、５軸加工機１００について説明する。

＜１．第１の実施形態＞
（１．１．５軸加工機１００の全体構成）

図１、図２および図３を参照して、５軸加工機１００の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る５軸加工機１００の概略図であり、図２は５軸加工機１００の内部の構造を示す模式図である。
５軸加工機１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸３軸と、回転軸２軸の５軸制御を行う加工機であり、ワークをチルトテーブル６３とともに旋回させるテーブル旋回型である。５軸加工機１００には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されており、Ｘ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＡ軸が、Ｚ軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてＣ軸が設定されている。

５軸加工機１００は、基台１と、加工ヘッド２と、Ｙ軸移動テーブル３と、Ｙ軸移動テーブル３の上に載置されてＡ軸周りに回転可能に構成されたチルトテーブル６３と、チルトテーブル６３の上に載置されてＣ軸周りに回転可能に構成された旋回テーブル６２と、制御部５０とを備える。
基台１、加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル６３、旋回テーブル６２を含む加工エリアＫは、５軸加工機１００の筐体９内に設けられている。

加工ヘッド２は、基台１に対して、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成されている。加工ヘッド２には工具６１を取り付けるための取付部２１が設けられており、取付部２１が回転することにより、工具６１を回転させて切削加工を行うことができる。

Ｙ軸移動テーブル３は、基台１に対して、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。Ｙ軸移動テーブル３上には、チルトテーブル６３が載置されている。チルトテーブル６３の上には旋回テーブル６２がさらに載置されている。作業者は、旋回テーブル６２上にワークを載置することで、工具６１によってワークを加工することができる。

チルトテーブル６３は、回転軸としてのＡ軸周りに回転可能に構成されており、Ａ軸とＸ軸とが平行となるようにＹ軸移動テーブル３上に載置される。

旋回テーブル６２は、回転軸としてのＣ軸周りに回転可能に構成されており、Ａ軸の回転角度が０°の場合に、Ｃ軸とＺ軸とが平行となるようにチルトテーブル６３上に載置される。チルトテーブル６３及び旋回テーブル６２をＡ軸およびＣ軸回りに任意の角度に回転させることで、旋回テーブル６２上に載置されたワークの工具６１に対する姿勢を変更して加工することができる。

図３は５軸加工機１００に測定器７と基準球８を取り付けた状態を示す模式図である。
チルトテーブル６３のＡ軸の回転中心の位置や、旋回テーブル６２のＣ軸の回転中心の位置は常に一定であることが望ましいが、実際には各テーブルの取付誤差やワークや回転軸そのものの重さによる撓み、回転軸の熱による変位等の要因により、回転中心の位置に誤差が生じる。
そこで本実施形態においては、基準球８および測定器７を用いて調整作業を行い実際のＡ軸およびＣ軸の回転中心の位置を測定して、その後の加工処理に使用している。ここでＡ軸およびＣ軸の「回転中心の位置」とはＡ軸およびＣ軸の回転軸の中心座標である。具体的な調整作業の方法に関しては後述する。

基準球８は、５軸加工機の精度測定等に利用する基準ボールであり、既知のものを利用することできる。基準球８は、５軸加工機１００の加工ヘッド２の取付部２１に取り付けて使用する。

測定器７は、先端に測定子７１を有し、基準球８に測定子７１が接触した際に測定子７１の移動量を測定値７２として計測するセンサであり、ダイヤルゲージを使用することができる。測定器７は、例えば中空状のステム７４と、ステム７４の内部を通ってステム７４の内部を移動可能なスピンドル７３と、スピンドル７３の先端に設けられた測定子７１を備え、測定子７１が基準球８に接触した場合におけるスピンドル７３の移動量を測定値７２として計測する。測定器７は、測定値７２を有線もしくは無線により制御部５０へ送信する機能を有する。一方、制御部５０は、測定器７から受信した測定値７２を、入力部２０を介して記憶部４０に格納する。
測定器７は、旋回テーブル６２上に治具等を介して取り付けて使用する。Ａ軸の回転中心の位置を調整する場合には測定子７１の向きをＺ軸方向と一致するように取り付け、Ｃ軸の回転中心の位置を調整する場合には測定子７１の向きをＹ軸方向と一致するように取り付ける。
測定器７は実際に加工を行うワークを設置する位置に配置することが望ましい。実加工に近い位置で計測することで、より正確な回転軸の回転中心の位置を演算することが可能となる。

（１．２．５軸加工機１００の機能構成）

図４は５軸加工機１００のブロック図である。図４に示すように５軸加工機１００は、入力部２０、操作部３０、記憶部４０、制御部５０、サーボモータ６０を含む。
５軸加工機１００は、回転軸の回転中心測定用の測定用プログラム４０１に基づいてＹ軸移動テーブル３、チルトテーブル６３、旋回テーブル６２、加工ヘッドに設けられた各サーボモータ６０を駆動し、測定器７から取得した測定値７２を取得して、Ａ軸およびＣ軸の回転中心位置を演算する。

入力部２０は、測定器７と５軸加工機１００との間の有線または無線回線等のデータ伝送管理を行うインターフェースであり、測定器７が計測した測定値７２を取得し、各種の信号処理を行い制御部５０に送信する機能を有する。

操作部３０は、表示部３１および手入力部３２を含み、手入力部３２としてキーボードやタッチパネル等が使用される。作業者は表示部３１に表示される内容に従って手入力部３２により５軸加工機１００の各種設定を行うことができる。
具体的には、表示部３１には、回転軸の回転中心の測定を行うための設定画面が表示され、作業者は手入力部３２により５軸加工機１００に対して回転軸の選択、回転中心測定の開始指示、測定値７２の取得方法の選択等の設定を行うことできる。

記憶部４０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されており、制御部５０による各種プログラムに基づく処理の実行時のワークエリア等として用いられる。また記憶部４０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリ、又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）を備えており、制御部５０の処理に利用される測定用プログラム４０１、測定点探索用プログラム４０２、設定値等のデータを格納する。さらに記憶部４０は、回転中心の測定の際に出力される測定値７２等の各種測定データを格納する。

図５は、５軸加工機１００の測定用プログラム４０１の内容を示す模式図である。
測定用プログラム４０１は、測定工程を実行するためのプログラムであり、回転軸を駆動させるためのコード等が含まれる。具体的に測定用プログラム４０１は複数の加工ブロックによって構成されており（図５）、加工ブロックには基準球８の位置および姿勢の指令角度、工具先端点制御を指示するＧコードや、測定器７に対する基準球８の相対速度を指令するＦコード等が記述されている。ここで「姿勢」とは、測定器７と基準球８の相対的な姿勢を指し、姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）の回転角度として指定されている。
全体制御部５１は、回転軸の回転中心を測定する場合に測定用プログラム４０１に基づいてＹ軸移動テーブル３、チルトテーブル６３、旋回テーブル６２、加工ヘッド２に設けられた各サーボモータ６０を駆動する。
測定用プログラム４０１は、Ａ軸、Ｃ軸ごとに複数のプログラムが記憶部４０に格納されている。具体的には、作業者は測定値７２の取得方法を複数種類から選択することができ、それらの方法を実行するためのプログラムが格納されている。複数種類の測定値７２の取得方法とは、例えば、測定値７２を取得する測定位置ごとにＹ軸移動テーブル３、チルトテーブル６３、旋回テーブル６２、加工ヘッド２が停止した状態で測定器７によって測定値７２を取得する停止モード、各サーボモータ６０を駆動させた状態で連続して測定値７２を取得する連続モード等が挙げられる。実加工において回転軸を回転させながら加工を行う場合は連続モードで回転中心の測定を行い、実加工において回転軸を停止させた状態で加工を行う場合は停止モードで測定を行うことが望ましい。実際の加工に近い状態で回転中心を求めることが可能となる。

測定点探索用プログラム４０２は、測定点探索工程を実行するためのプログラムであり、加工ヘッド２やＹ軸移動テーブル３を駆動させるためのＧコード、Ｆコード等が含まれる。

サーボモータ６０は、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル６３、旋回テーブル６２、加工ヘッド２にそれぞれ設けられている。全体制御部５１の指令により各サーボモータ６０を駆動させることで、各構成部品を回転または移動させることができる。

（１．３．制御部５０の機能構成）

制御部５０は、全体制御部５１と、回転中心演算部５２から構成される。

全体制御部５１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で構成され、５軸加工機１００の全体の動作を制御し、各サーボモータ６０を駆動するものである。
また全体制御部５１は、測定用プログラム４０１および測定点探索用プログラム４０２を実行する。

回転中心演算部５２は、測定器７により測定された測定値７２、基準球８の中心ＣＳの位置および回転軸の角度から最小二乗法により、Ａ軸およびＣ軸の回転中心の位置を演算し、求められた回転中心の位置を記憶部４０に格納する。
全体制御部５１は、回転中心演算部５２により求められた回転中心の位置をその後の加工処理における回転軸の回転中心の位置として使用する。

（１．４．回転中心測定方法の説明）

図７は、５軸加工機１００の回転中心測定方法の手順を示す全体フロー図である。
作業者は、仕上げ加工前等の回転軸の回転中心を測定する場合に以下の手順で作業を行う。
作業者は、加工ヘッド２の取付部２１に基準球８を取り付け、旋回テーブル６２上に測定器７を設置する（Ｓ１０１、図３、図７）。測定器７は、実際に加工を行う場合にワークを設置する実加工位置に設置するのが望ましい。
そして作業者は、手入力部３２を介して加工ヘッド２およびＹ軸移動テーブル３を操作して、測定器７の測定子７１と接触する位置まで基準球８を移動させる（Ｓ１０２）。
次に作業者が手入力部３２を操作して、設定画面上に表示された回転中心測定の設定を行う。例えば回転中心測定の設定としては、回転軸の選択や測定値７２の取得方法の選択等が挙げられる。その後、作業者が測定を実施するための開始ボタン等を押下すると、回転中心の測定が開始される（Ｓ１０３：回転中心測定工程）。

図８は、５軸加工機１００の回転中心測定工程（停止モード）を示すフロー図であり、図１０、図１１および図１２は、５軸加工機１００の測定点探索工程を説明する説明図である。以下、Ａ軸の回転中心の位置を測定する場合を例に挙げて説明を行うが、Ｃ軸の回転中心の位置を測定する場合も同様である。
回転中心測定工程が開始されると、全体制御部５１は、回転軸を測定する際の測定点Ｐ０を探索する測定点探索工程を実行する（Ｓ２０１：測定点探索工程）。ここで測定点とは、基準球８と測定器７の測定子７１が接触する接触点であり、測定点において測定子７１の移動量である測定値７２を取得する。測定子７１の中心線ＣＬ（図１０―図１２）が基準球８の中心ＣＳに向けられた状態で測定子７１を基準球８に接触させて測定値７２を取得しないと測定子７１が基準球８上で移動してしまい測定値７２が不安定となる（図１０）。よって、測定点探索工程では、測定子７１の中心線ＣＬの延長線上に基準球８の中心ＣＳが位置するように基準球８と測定器７の相対位置を変化させて最適な測定点Ｐ０を求める。
具体的には、全体制御部５１は測定点探索用プログラム４０２を取得し、測定点探索用プログラム４０２に沿って、基準球８と測定子７１を接触させた状態で加工ヘッド２をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動テーブル３をＹ軸方向に移動させる（図１０、図１１）。全体制御部５１は、基準球８と測定器７の相対位置をＸ軸方向およびＹ軸方向に変化させながら測定器７の測定値７２を監視する。測定器７の測定値７２が最大となる測定点Ｐ０を最適な測定位置とし（図１２）、その測定位置での測定値７２をＡ軸の回転角度および基準球８の中心ＣＳの位置とともに記憶部４０に格納する。

図１３は、回転中心測定工程においてＡ軸周りにチルトテーブル６３を回転した状態を説明する模式図である。
全体制御部５１は、測定点探索工程が終了した後、測定工程（Ｓ２０２―Ｓ２０５）を実行する。具体的には、設定画面により停止モードが選択されている場合、全体制御部５１は、記憶部４０から停止モード用の測定用プログラム４０１を取得し、基準球８と測定器７の測定子７１が接触した状態で測定用プログラム４０１に沿ってＡ軸まわりにチルトテーブル６３を回転させるとともに先端点制御を行い加工ヘッド２およびＹ軸移動テーブル３をチルトテーブル６３の回転に追従して移動させる（Ｓ２０２）。全体制御部５１は、指定された測定位置で加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３およびチルトテーブル６３を一定時間停止させる（Ｓ２０３、図１３）。
そして、全体制御部５１は、各構成部品が停止している間に入力部２０を介して測定器７から測定値７２を取得し、Ａ軸の回転角度および基準球８の中心ＣＳの位置とともに記憶部４０に格納する（Ｓ２０４：測定工程）。全体制御部５１は、全ての測定位置において測定用プログラム４０１に沿って、Ｓ２０２からＳ２０４を繰り返す（Ｓ２０５）。

図６は、５軸加工機１００の回転中心演算工程を説明する説明図である。
回転中心演算部５２は、測定工程が終了した後にＡ軸の回転中心を演算する（Ｓ２０６：回転中心演算工程）。
回転軸の回転中心の演算方法について、図６の例に沿って以下説明を行う。
図６の例では、測定点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２でそれぞれ測定値Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２が取得され、Ａ軸の回転角度および基準球８の中心ＣＳの位置とともに記憶部４０に格納されているとする。
測定点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２での測定値Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２は、調整作業前の回転中心の位置を使用してチルトテーブル６３を回転させて取得したものであるため、同一とはならず誤差を含む。よって、測定点探索工程で取得した測定点Ｐ０での測定値Ｈ０を基準として、測定値Ｈ１，Ｈ２、Ａ軸の回転角度および基準球８の中心ＣＳの位置から、測定値Ｈ１，Ｈ２の値が測定値Ｈ０と同一となる推定測定点ＳＰ１，ＳＰ２の位置を演算で求める。その後、測定点Ｐ０および推定測定点ＳＰ１，ＳＰ２の位置から最小二乗法によりＡ軸の回転中心の位置を求める。
ここで算出されたＡ軸の回転軸の中心座標のうち、Ｘ座標に関しては測定器７が配置された座標となる。よって、Ｃ軸の調整作業により求められたＣ軸の回転中心のＸ座標を使用する。同様にＣ軸の回転中心のＺ座標に関しても、Ａ軸の回転中心のＺ座標を使用する。
回転中心演算部５２は、求められた回転中心の位置を記憶部４０に格納する。

測定値７２の取得方法として停止モードが選択されている場合、加工ヘッド２およびチルトテーブル６３等の構成部品を停止させた状態で測定値７２を取得するため、測定の際に構成部品の振動の影響を最小限にすることができるうえ、実加工に近い状態で回転中心を算出することができる。

図９は、上記実施形態に係る５軸加工機１００の回転中心測定工程（連続モード）を示すフロー図である。
設定画面により連続モードが選択されている場合、全体制御部５１は測定点探索工程を実行（S２０１）した後、記憶部４０から連続モード用の測定用プログラム４０１を取得し、測定用プログラム４０１に沿ってＡ軸まわりにチルトテーブル６３を回転させるとともに先端点制御を行い加工ヘッド２およびＹ軸移動テーブル３をチルトテーブル６３の回転に追従して移動させる（Ｓ３０２：測定工程）。全体制御部５１は、加工ヘッド２、Ｙ軸移動テーブル３およびチルトテーブル６３を一時停止させずに移動させながら指定された測定位置で測定器７から測定値７２を取得し、Ａ軸の回転角度および基準球８の中心ＣＳの位置とともに記憶部４０に格納する（Ｓ３０３：測定工程）。全体制御部５１は、加工ヘッド２およびチルトテーブル６３を移動終了位置まで移動させて停止させる（Ｓ３０４：測定工程）。
その後、回転中心演算部５２はＡ軸の回転中心を演算する（Ｓ２０６：回転中心演算工程）。

上述の通り、測定値７２の取得方法として連続モードが選択されている場合、加工ヘッド２およびチルトテーブル６３等の構成部品を一時停止させずに移動させながら測定値７２を取得するため、測定時間を短縮することができるうえ、実加工に近い状態で回転中心を算出することができ、回転中心誤差を最小限に抑えることが可能となる。

＜２．第２の実施形態＞
（２．１．５軸加工機２００の構成）
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る５軸加工機２００のブロック図である。本発明の第２の実施形態の５軸加工機２００は、入力部２０を介してＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００と接続されており、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００から取得した加工プログラム３０１を利用して回転中心の測定を行うものである。尚、各図面及び明細書記載の実施形態において、第１の実施形態の５軸加工機１００と同様の構成要素には同様の符号を付与し、説明を省略する。

５軸加工機２００は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００と接続され、入力部２０を介してＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００から加工プログラム３０１を取得し、記憶部４０に格納する。また制御部５０は加工プログラム３０１に基づいて、Ｙ軸移動テーブル３、チルトテーブル６３、旋回テーブル６２、工具６１に設けられた各サーボモータ６０を駆動し、実加工を行う。

ＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００は、加工プログラム３０１を作成する装置であり、ワークの加工形状を作成し、ワークの加工形状に基づいて各機械を動作させるための加工プログラム３０１を作成する。
加工プログラム３０１は、複数の加工ブロックによって構成されており、加工ブロックには、工具６１の先端点の指令位置および工具姿勢の指令角度を指定するＧコードや、ワークに対する工具６１の先端点の相対速度を指令するＦコード、Ｍコード等が記述されている。ここで「工具姿勢」とは、工具とワークの相対的な姿勢を指し、工具姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）の回転角度として指定されている。

入力部２０には、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００から加工プログラム３０１が入力される。加工プログラム３０１はＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００からだけでなく、作業者により記憶媒体を介して入力部２０に入力されてもよい。

制御部２５０は、全体制御部５１と、回転中心演算部５２と、加工プログラム解析部５３から構成される。

加工プログラム解析部５３は、加工プログラム３０１から工具姿勢の指令角度を読み出して解析し、解析した結果に基づいて回転中心測定を行うための測定位置または前記測定値の取得方法を算出する。
具体的には、加工プログラム解析部５３は加工プログラム３０１を記憶部４０から取得し、加工プログラム３０１を解析して加工プログラム３０１の中の加工ブロックごとにおけるＡ軸の指令角度θｎ、およびＣ軸の指令角度φｎ（ｎは加工ブロックのインデックスであり、ｎ＝１，２，・・・，Ｎである。Ｎは加工ブロック数とする。）を参照する。そして、参照した指令角度θｎ，φｎから回転軸の回転中心を測定する場合の測定位置を演算し、記憶部４０に格納する。
測定位置は、Ａ軸の測定角度λ_θｍまたはＣ軸の測定角度λ_φｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ Ｍは測定角度の数）で規定することができる。例えば、回転軸の指令角度θｎ，φｎから加工プログラム３０１中の度数分布を演算し、出現頻度が高い指令角度θｎ，φｎの複数の点を測定角度λ_θｍ，λ_φｍとする。

加工プログラム解析部５３はさらに加工プログラム３０１を参照し、回転軸を停止させた状態で加工を行うプログラムであるか、または回転軸を動作させながら加工を行うプログラムであるかの解析を行う。回転軸を停止させた状態で加工を行うプログラムである場合には、測定値７２の取得方法を停止モードとして記憶部４０に格納し、回転軸を動作させながら加工を行うプログラムである場合には連続モードとして記憶部４０に格納する。

全体制御部５１は、回転中心を測定する場合に加工プログラム解析部５３において算出された測定位置で回転軸を回転させて測定器７から測定値７２を取得し、回転軸の回転角度、基準球８の中心ＣＳの位置とともに記憶部４０に格納する。

（２．２．回転中心測定方法の説明）

図１６は、上記実施形態に係る５軸加工機２００の回転中心測定の手順を示す全体フロー図である。
作業者はワークを加工する前に５軸加工機２００の回転中心測定を以下の通り、行う。
作業者はＣＡＤ／ＣＡＭ装置３００等により加工プログラム３０１を作成し、入力部２０を介して記憶部４０に加工プログラム３０１を保存する。
次に、作業者が加工ヘッド２の取付部２１に基準球８を取り付け、旋回テーブル６２上に測定器７を設置する（Ｓ１０１）。そして作業者は、手入力部３２を介して加工ヘッド２およびＹ軸移動テーブル３を操作して、測定器７の測定子７１と接触する位置まで基準球８を移動させる（Ｓ１０２）。
その後、作業者は手入力部３２を介して表示部３１に表示された設定画面を操作して、設定画面に加工プログラム３０１を表示させ、作業者が表示部３１に表示された加工プログラム３０１を選択し、回転中心測定を実施するための開始ボタンを押下する。

加工プログラム解析部５３は、加工プログラム３０１を記憶部４０から取得し、加工プログラム３０１を解析して加工プログラム３０１の中の回転軸の指令角度θｎ，φｎから回転軸の回転中心を測定する場合の測定位置を演算し、記憶部４０に格納する（Ｓ４０３：加工プログラム解析工程）。さらに加工プログラム解析部５３は、加工プログラム３０１を解析して、回転中心の測定を行うための測定値７２の取得方法を算出し、停止モードであるか連続モードであるかを記憶部４０に格納する。

そして、全体制御部５１は、加工プログラム解析部５３にて演算された最初の測定位置にて測定点探索工程を実行（Ｓ２０１：測定点探索工程）し、測定工程を実行する（Ｓ４０４）。具体的には、測定点探索工程が終了した後、全体制御部５１は、基準球８と測定器７の測定子７１が接触した状態で回転軸まわりにチルトテーブル６３または旋回テーブル６２を回転させるとともに先端点制御を行い加工ヘッド２およびＹ軸移動テーブル３を回転軸の回転に追従して移動させる。全体制御部５１は、記憶部４０に格納された測定位置で測定器７から測定値７２を取得し、回転軸の回転角度および基準球８の中心ＣＳの位置とともに記憶部４０に格納する。全体制御部５１は、全ての測定位置において測定値７２の取得を行う。
全体制御部５１は、記憶部４０に格納されている測定値７２の取得方法を参照し、停止モードである場合は、測定位置において加工ヘッド２およびチルトテーブル６３等の構成部品を停止させた状態で測定値７２を取得する。一方、連続モードである場合は構成部品を一時停止させずに移動させながら測定値７２を取得する。

その後、回転中心演算部５２は回転軸の回転中心を演算する（Ｓ２０６：回転中心演算工程）。

上記の説明では、加工プログラム解析部５３が解析することにより測定値７２の取得方法を選択したが、作業者が設定画面により手動で選択してもよい。
このようにワークを加工する際に使用する加工プログラムを使用して測定位置を算出し、回転軸の回転中心の位置の演算を行うため、より実加工に近い状態で回転中心の位置を求めることができる。

＜３．その他の実施形態＞
以上、本発明における実施形態について説明したが、本開示の適用は上述の内容に限定されるものではない。

例えば、チルトテーブル６３および旋回テーブル６２のようなテーブル側に回転軸２軸が設けられていたが、この形態に限定されることはない。たとえば、テーブル側および工具側に１軸ずつ設けられている形態や、工具側に２軸設けられている５軸制御加工機に対しても、本発明を適用することができる。

また、本発明の実施形態においては、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直線軸３軸と、Ａ軸とＣ軸の回転軸２軸の５軸制御加工機に関して説明を行ったが、この形態に限定されることはない。たとえば、Ａ軸の代わりにＢ軸（すなわち、Ｙ軸に平行な回転軸）の回転で制御してもよいし、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直線軸３軸と、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の回転軸３軸の６軸制御の工作機械に対しても多軸加工機として本発明を適用することができる。

さらに、本発明の実施形態においては、基準球８が５軸加工機１００の加工ヘッド２の取付部２１に取り付けられ、測定器７が旋回テーブル６２上に取り付けられていたが、測定器７が加工ヘッド２に取り付けられ、基準球８が旋回テーブル６２上に取り付けられていてもよい。基準球８と測定器７の測定子７１が接触した状態で回転軸を移動できれば本発明を適用することができる。

以上、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 基台
２ 加工ヘッド
２１ 取付部
３ Ｙ軸移動テーブル
２０ 入力部
３０ 操作部
３１ 表示部
３２ 手入力部
４０ 記憶部
５０，２５０ 制御部
６０ サーボモータ
６２ 旋回テーブル
６３ チルトテーブル
７ 測定器
７１ 測定子
７２ 測定値
８ 基準球
１００，２００ ５軸加工機
４０１ 測定用プログラム
４０２ 測定点探索用プログラム
Ｋ 加工エリア

Claims (7)

1. 多軸加工機の回転中心測定方法であって、
   前記多軸加工機は、回転軸を有し、加工ヘッドとテーブルが相対回転可能に構成されており、
   前記回転中心測定方法は、
   基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、
   前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記基準球と前記測定子の相対位置を変化させながら前記測定値を監視し、前記測定値の最大値を、回転中心を演算するための測定値とする測定点探索工程と、
   前記基準球と前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、
   前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を有することを特徴とする多軸加工機の回転中心測定方法。
2. 前記測定工程では、前記測定値の取得方法を複数種類から選択されることを特徴とする請求項１記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
3. 前記測定工程は、前記加工ヘッド、前記回転軸および前記テーブルを一時停止させた状態で前記測定器により前記測定値を取得することを特徴とする請求項１または２記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
4. 前記測定工程は、前記加工ヘッド、前記回転軸および前記テーブルを一時停止させずに連続して移動させながら前記測定器により前記測定値を取得することを特徴とする請求項１または２記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
5. 前記回転中心測定方法は、加工プログラムを解析し、解析した結果に基づいて回転中心測定を行うための測定位置または前記測定値の取得方法を算出する加工プログラム解析工程を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
6. 前記測定器は、ダイヤルゲージであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
7. 回転軸および制御部を有し、加工ヘッドとテーブルが前記回転軸により相対回転可能に構成された多軸加工機であって、
   前記制御部は、
   基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、
   前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記基準球と前記測定子の相対位置を変化させながら前記測定値を監視し、前記測定値の最大値を、回転中心を演算するための測定値とする測定点探索工程と、
   前記基準球と前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、
   前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を実行することを特徴とする多軸加工機。

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