JP7412297B2 - 工作機械のタッチプローブの校正方法及び幾何誤差同定方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械のタッチプローブの校正方法及び幾何誤差同定方法に関するものである。

テーブルに取り付けた工作物に対する、主軸に装着して回転する工具の相対位置を、送り軸により制御して加工を行う工作機械では、工作物や治具の位置や寸法を計測するために、例えば、図２に示すようなタッチプローブ２０が用いられることが一般的である。
タッチプローブ２０は、先端のスタイラス球１１が対象物に接触するとトリガー信号を出力するセンサである。主軸２にタッチプローブ２０を装着し、送り軸によりタッチプローブ２０を工作物に接触させ、その際にタッチプローブ２０が出力したトリガー信号を工作機械の制御装置が検知して、信号を受けた時点もしくは遅れを考慮した時点での送り軸の位置を取得する。工作機械では、位置の基準が主軸の回転軸線となるため、主軸軸線に対するタッチプローブのスタイラスの先端の形状や振れ回り量およびトリガー出力時のスタイラスの動作量などに対する補正値を用いて位置検出値を補正する。これにより、主軸軸線を基準とした対象物の位置計測を行うことができる。したがって、タッチプローブの補正値を校正することは、タッチプローブの計測精度を確保する上で重要である。
タッチプローブの校正方法として、特許文献１や特許文献２に開示されている方法が知られている。
特許文献１には、図２に示すように、主軸２の軸線に対してスタイラス軸線が平行であるストレート形のタッチプローブ２０における基準球１２を用いた自動校正方法が記載されている。スタイラス球１１を、テーブル３上の基準球１２の水平方向に接触させる際に、スタイラス球１１の同一点で基準球１２に接触するように主軸２を割り出して基準球１２の４方向を測定することで、タッチプローブ２０の振れ回りやセンサの異方性の影響を排除することができ、赤道面を決定するための垂直方向の２点の測定も含めた計８点の測定により基準球１２の中心に対する主軸軸線の芯合わせを行う。その後、任意のプローブ径方向に接触させて補正値を取得することで校正を行う。
特許文献２では、図３に示すように、主軸２の軸線に対してスタイラス軸線がオフセットしているオフセット形のタッチプローブ１０の校正方法が記載されている。基準球１２の水平方向にタッチプローブ１０を接触させる際に、主軸２を基準角度に割り出した状態で直交４方向に接触を行わせて４点測定し、主軸２を基準角度＋１８０°割り出した状態で同様に４点測定し、赤道面を決定するための垂直方向の２点の測定とスタイラス球１１の径の推定のための２点の測定とを含めた計１２点の測定により基準球１２の中心に対する主軸軸線の芯合わせを行う。この方法ではタッチプローブ１０のオフセット量も同時に算出するため、オフセット量が正確にわかっていないオフセット形のタッチプローブ１０の校正にも適用することができる。

特開２０１７－１９４４５１号公報 特開２０１７－６１０１２号公報

特許文献１の方法では、基準球の中心に対する主軸軸線の芯合わせの際に、８点の測定と６回の主軸割出とを行う。一方、特許文献２の方法では、基準球の中心に対する主軸軸線の芯合わせの際に、１２点の測定と２回の主軸割出とを行う。したがって、特許文献２の方法では、オフセット形のタッチプローブの校正ができる利点はあるが、測定点数が多くなるため測定時間が長くなるという課題がある。

そこで、本発明は、オフセット形のタッチプローブであっても短時間で校正が可能となるタッチプローブの校正方法及び幾何誤差同定方法を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本発明は、３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、工作物および治具を固定可能なテーブルと、前記並進軸および前記主軸を制御する制御装置とを有する工作機械において、基準球を用いて前記主軸に装着したタッチプローブを校正する方法であって、
前記基準球の中心からＺ方向に離れたおおよその位置に前記タッチプローブを位置決めさせた状態から、前記基準球のＺ方向の少なくとも１点に前記タッチプローブを接触させて測定し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の前記基準球の中心の目標座標値をそれぞれ決定する中心目標値決定ステップと、
前記主軸を第１基準角度に割り出して、前記基準球の赤道上のＸ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＸ方向の座標値である第１Ｘ中心座標値を算出して、該第１Ｘ中心座標値を用いてＸ方向の前記目標座標値を更新する第１Ｘ中心目標値更新ステップと、
前記主軸を前記第１基準角度に割り出した状態で、前記基準球の赤道上のＹ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＹ方向の座標値である第１Ｙ中心座標値を算出して、該第１Ｙ中心座標値を用いてＹ方向の前記目標座標値を更新する第１Ｙ中心目標値更新ステップと、
前記主軸を第２基準角度に割り出して、前記基準球の赤道上のＸ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＸ方向の座標値である第２Ｘ中心座標値を算出して、該第２Ｘ中心座標値を用いて、前記第１Ｘ中心目標値更新ステップで更新されたＸ方向の前記目標座標値を更新する第２Ｘ中心目標値更新ステップと、
前記主軸を前記第２基準角度に割り出した状態で、前記基準球の赤道上のＹ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＹ方向の座標値である第２Ｙ中心座標値を算出するＹ中心座標値計測ステップと、
前記第１Ｘ中心座標値と、前記第２Ｘ中心座標値と、前記第１Ｙ中心座標値と、前記第２Ｙ中心座標値とから、前記基準球の中心のＸ方向の座標値およびＹ方向の座標値である第３Ｘ中心座標値および第３Ｙ中心座標値を算出すると共に、前記タッチプローブのオフセット量と、前記タッチプローブの先端に設けたスタイラス球の半径とを算出して、前記第３Ｘ中心座標値および前記第３Ｙ中心座標値を用いて、前記第２Ｘ中心目標値更新ステップで更新されたＸ方向の前記目標座標値と、前記第１Ｙ中心目標値更新ステップで更新されたＹ方向の前記目標座標値とを更新するＸＹ中心目標値更新ステップと、
前記主軸を計測用角度に割り出すと共に、前記ＸＹ中心目標値更新ステップで更新されたＸ方向およびＹ方向の各前記目標座標値に前記主軸を位置決めした状態で、前記基準球のＺ方向の少なくとも１点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＺ方向の座標値であるＺ中心座標値を算出して、該Ｚ中心座標値を用いてＺ方向の前記目標座標値を更新するＺ中心目標値更新ステップと、
前記タッチプローブを前記基準球の複数の任意の点に接触させて測定し、該測定の測定値と、前記ＸＹ中心目標値更新ステップおよび前記Ｚ中心目標値更新ステップでそれぞれ更新されたＸ，Ｙ，Ｚ方向の各前記目標座標値をもとにそれぞれの点での補正値を算出する補正値算出ステップと、
を実行することを特徴とする。
本発明の別の態様は、上記構成において、前記第２基準角度が前記第１基準角度に対して１８０°オフセットした角度であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明は、３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、工作物および治具を固定可能なテーブルと、前記並進軸および前記回転軸および前記主軸を制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着したタッチプローブと基準球とを用いて、任意の姿勢及び／又は角度に割り出した前記基準球の中心位置を計測し、得られた計測値群と、前記基準球の中心指令位置とに基づいて、前記工作機械の幾何学的な誤差を同定する工作機械の幾何誤差同定方法であって、
前記基準球の初期位置を前記タッチプローブで計測すると同時に、請求項１又は２に記載のタッチプローブの校正方法を用いて補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記初期位置を補正することを特徴とする。

本発明によれば、オフセット形のタッチプローブであっても、少なくとも計１０点の測定で基準球の中心に対する主軸軸線の芯合わせを行うことができ、特許文献２に開示の方法より短時間でオフセット形のタッチプローブの校正が可能となる。
本発明は、オフセット形のタッチプローブだけでなく、ストレート形のタッチプローブにも適用できる。特に、主軸割出時間が長い工作機械でのストレート形のタッチプローブを校正する場合、主軸割出回数が２回と少なくなるため、特許文献１の方法に対して短時間な校正が可能となる。

５軸制御マシニングセンタの模式図である。 ターゲット球とストレート形のタッチプローブとの模式図である。 ターゲット球とオフセット形のタッチプローブとの模式図である。 タッチプローブの校正方法のフローチャートである。 タッチプローブによるＸ方向の１回目の計測状態を示す模式図である。 タッチプローブによるＹ方向の１回目の計測状態を示す模式図である。 タッチプローブによるＸ方向の２回目の計測状態を示す模式図である。 タッチプローブによるＹ方向の２回目の計測状態を示す模式図である。 幾何誤差同定方法のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一形態であり、３つの互いに直交する並進軸と２つの互いに直交する回転軸とを有する５軸制御マシニングセンタの模式図である。
主軸２は、並進軸であり互いに直交するＸ軸、Ｚ軸によってベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、回転軸であるＣ軸によってクレードル４に対して回転１自由度の運動が可能である。クレードル４は、回転軸でありＣ軸に対して直交するＡ軸によってトラニオン５に対して回転１自由度の運動が可能である。トラニオン５は、並進軸でありＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸によりベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。したがって、主軸２は、テーブル３に対して並進３自由度および回転２自由度の運動が可能である。各送り軸は、図示していない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、工作物をテーブル３に固定し、主軸２に工具を装着して回転させ、工作物と工具の相対位置および相対姿勢を制御することで、工作物の加工を行うことができる。
なお、本発明に関わる機械としては、マシニングセンタに限らず旋盤や複合加工機、研削盤などの工作機械でもよい。また、軸数は５軸に限らず、３軸、４軸、６軸でもよい。回転軸が０、１、２、３軸でもよい。さらにまた、回転軸によりテーブル３が回転２自由度以上を持つ機構に限らず、主軸２を備える主軸頭が回転２自由度以上を持つ機構や、主軸頭とテーブル３とがそれぞれ回転１自由度以上を持つ機構でもよい。

次に、タッチプローブの校正方法について、図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、以下の説明で述べるタッチプローブの移動方向であるＸ，Ｙ，Ｚ方向は互いに直交関係にあり、それぞれＸ，Ｙ，Ｚ軸と平行であり、Ｚ方向とタッチプローブのスタイラス軸方向および主軸の軸線方向は平行であるとする。ただし、この関係に限定するものではなく、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向とＸ，Ｙ，Ｚ軸方向とは平行ではなく傾いた関係であってもよい。また、スタイラス軸方向が別の並進軸の軸方向と平行であったり傾いていたりしていてもよい。

ステップ（以下「Ｓ」と表記する）１では、図３に示すように、主軸２にオフセット形のタッチプローブ１０を装着し、テーブル３に基準球１２を取り付け、主軸２を計測用角度０°に割り出した状態で、タッチプローブ１０のスタイラス球１１が、基準球１２の中心位置に対してＺプラス方向のおよその位置に位置決めされた状態から、Ｚマイナス方向に移動させ、スタイラス球１１を基準球１２に接触させてＺ軸位置ｚｐ１を検出する。Ｚ軸位置ｚｐ１、タッチプローブ１０の長補正値Ｔｚ、基準球１２の半径Ｒを用いて、以下の数１により、Ｚ方向での基準球１２の中心位置の仮の座標値（以下「仮Ｚ中心座標値」という。）Ｚｉを算出する。
［数１］
Ｚｉ＝ｚｐ１－Ｔｚ－Ｒ

Ｓ２では、Ｓ１で得た仮Ｚ中心座標値Ｚｉを、Ｚ方向での基準球１２の中心位置の目標座標値（以下「Ｚ中心目標値」という。）Ｚｏとする。さらに、以下の数２に示すように、それぞれＸ，Ｙ軸の現在値Ｘｉ，Ｙｉにタッチプローブ１０のＸ，Ｙ方向のオフセット量想定値Ｔｘ，Ｔｙを加味して、Ｘ，Ｙ方向での基準球１２の中心位置のそれぞれの目標座標値（以下「Ｘ中心目標値」「Ｙ中心目標値」という。）Ｘｏ，Ｙｏを決定する。
スタイラス球１１の位置を基準球１２に対しておおよその位置から計測を開始したため、Ｘ，Ｙ，Ｚ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏは、実際の中心位置からずれた位置となる。
［数２］
Ｘｏ＝Ｘｉ＋Ｔｘ
Ｙｏ＝Ｙｉ＋Ｔｙ
Ｚｏ＝Ｚｉ

Ｓ３では、主軸２を基準角度０°に割り出した状態で、予め設定したスタイラス球１１の想定半径ｒｉとＺ中心目標値Ｚｏとを用いて、スタイラス球１１の中心位置が基準球１２の赤道面になるＺ座標値を決定し、該Ｚ座標値に位置決めし、Ｘ，Ｙ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ、基準球１２の半径Ｒ、プローブオフセット量想定値Ｔｘ，Ｔｙを考慮して、図５に示すように、Ｘプラス方向からスタイラス球１１を基準球１２に接触させてＸプラス方向位置ｘｐ１を検出する。
なお、主軸２の基準角度が計測用角度と異なる場合は、主軸２を割り出してから計測を行う。
さらに、Ｘマイナス方向からスタイラス球１１を基準球１２に接触させてＸマイナス方向位置ｘｍ１を検出する。
これらの検出値ｘｐ１，ｘｍ１を用いて、以下の数３に基づき、Ｘ方向の主軸０°での中心位置の座標値（以下「０°Ｘ中心座標値」という。）Ｘｃ１を算出する。
［数３］
Ｘｃ１＝（ｘｐ１＋ｘｍ１）／２

Ｓ４では、Ｓ３で求めた０°Ｘ中心座標値Ｘｃ１およびプローブオフセット量想定値Ｔｘを用いて、以下の数４に基づき、Ｘ中心目標値Ｘｏを更新する。
［数４］
Ｘｏ＝Ｘｃ１＋Ｔｘ

Ｓ５では、主軸２を基準角度０°に割り出した状態のまま、Ｓ３と同様に、図６に示すようにＹプラス方向からスタイラス球１１を基準球１２に接触させてＹプラス方向位置ｙｐ１を検出し、さらに、Ｙマイナス方向からスタイラス球１１を基準球１２に接触させてＹマイナス方向位置ｙｍ１を検出する。
ここで、Ｓ４で更新したＸ中心目標値Ｘｏを目標に計測することで、スタイラス球１１の中心を基準球１２のＹ方向の頂点に正確に接触させることができる。
これらの検出値ｙｐ１，ｙｍ１を用いて、以下の数５に基づき、Ｙ方向の主軸０°での中心位置の座標値（以下「０°Ｙ中心座標値」という。）Ｙｃ１、Ｙ方向幅Ｙｗ１を算出する。
［数５］
Ｙｃ１＝（ｙｐ１＋ｙｍ１）／２
Ｙｗ１＝（ｙｐ１－ｙｍ１）／２

Ｓ６では、Ｓ５で求めた０°Ｙ中心座標値Ｙｃ１およびプローブオフセット量想定値Ｔｙを用いて、以下の数６に基づき、Ｙ中心目標値Ｙｏを更新する。
［数６］
Ｙｏ＝Ｙｃ１＋Ｔｙ

Ｓ７では、主軸２を基準角度に対して１８０°の角度、すなわち１８０°に割り出し、Ｓ３と同様に、図７に示すようにＸプラス方向およびＸマイナス方向からスタイラス球１１を基準球１２に接触させて、それぞれＸプラス方向位置ｘｐ２、Ｘマイナス方向位置ｘｍ２を検出する。
ここで、Ｓ６で更新したＹ中心目標値Ｙｏを目標に計測することで、オフセット量Ｔｙの誤差の影響は残るが、スタイラス球１１の中心を基準球１２のＸ方向の頂点に正確に接触させることができる。
これらの検出値ｘｐ２，ｘｍ２を用いて、以下の数７に基づき、Ｘ方向の主軸１８０°での中心位置の座標値（以下「１８０°Ｘ中心座標値」という。）Ｘｃ２を算出する。
［数７］
Ｘｃ２＝（ｘｐ２＋ｘｍ２）／２

Ｓ８では、Ｓ７で求めた１８０°Ｘ中心座標値Ｘｃ２（第２Ｘ中心座標値）を用いて、以下の数８に基づき、Ｘ中心目標値Ｘｏを更新する。
［数８］
Ｘｏ＝Ｘｃ２－Ｔｘ

Ｓ９では、主軸２を基準角度１８０°に割り出した状態のまま、Ｓ３と同様に、図８に示すようにＹプラス方向およびＹマイナス方向からスタイラス球１１を基準球１２に接触させて、それぞれＹプラス方向位置ｙｐ２、Ｙマイナス方向位置ｙｍ２を検出する。
ここで、Ｓ８で更新したＸ中心目標値Ｘｏを目標に計測することで、スタイラス球１１の中心を基準球１２のＸ方向の頂点に正確に接触させることができる。
これらの検出値ｙｐ２，ｙｍ２を用いて、以下の数９に基づき、Ｙ方向の主軸１８０°での中心位置の座標値（以下「１８０°Ｙ中心座標値」という。）Ｙｃ２、Ｙ方向幅Ｙｗ２を算出する。
［数９］
Ｙｃ２＝（ｙｐ２＋ｙｍ２）／２
Ｙｗ２＝（ｙｐ２－ｙｍ２）／２

Ｓ１０では、Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９で求めた０°Ｘ，Ｙ中心座標値Ｘｃ１，Ｙｃ１および１８０°Ｘ，Ｙ中心座標値Ｘｃ２，Ｙｃ２を用いて、以下の数１０に基づき、基準球１２のＸ，Ｙ中心座標値Ｘｓ，Ｙｓ、およびプローブオフセット量Ｆｘ，Ｆｙを算出する。
［数１０］
Ｘｓ＝（Ｘｃ１＋Ｘｃ２）／２
Ｙｓ＝（Ｙｃ１＋Ｙｃ２）／２
Ｆｘ＝（Ｘｃ１－Ｘｃ２）／２
Ｆｙ＝（Ｙｃ１－Ｙｃ２）／２

さらに、算出したＸｓ，Ｙｓ，Ｆｘ，Ｆｙを用いて、以下の数１１に基づき、Ｘ，Ｙ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ、プローブオフセット量想定値Ｔｘ，Ｔｙを更新する。
［数１１］
Ｘｏ＝Ｘｓ＋Ｆｘ
Ｙｏ＝Ｙｓ＋Ｆｙ
Ｔｘ＝Ｆｘ
Ｔｙ＝Ｆｙ

さらに、Ｓ１０では、Ｙ方向幅Ｙｗ１，Ｙｗ２のどちらかもしくは平均値、基準球１２の半径Ｒを用いて、以下の数１２に基づき、スタイラス球１１の半径ｒｏを推定する。
［数１２］
ｒｗ＝（Ｙｗ１＋Ｙｗ２）／２
ｒｏ＝（ｒｗ＾２－Ｒ＾２＋ｒｉ＾２）／２／（Ｒ＋ｒｉ）

Ｓ１１では、Ｓ１０で更新したＸ，Ｙ中心目標値Ｘｏ，ＹｏにＸ，Ｙ軸を位置決めして、主軸２を計測用角度０°に割り出した状態で、タッチプローブ１０をＺマイナス方向に移動して基準球１２に接触させてＺ軸位置ｚｐ２を検出し、タッチプローブ１０の長補正値Ｔｚおよび基準球１２の半径Ｒを考慮して、以下の数１３に基づき、Ｚ方向の基準球１２の中心位置の座標値（以下「Ｚ中心座標値」という。）Ｚｓを算出する。
［数１３］
Ｚｓ＝ｚｐ２－Ｔｚ－Ｒ

Ｓ１２では、Ｓ１１で得たＺ中心座標値Ｚｓを用いて、以下の数１４に基づき、基準球１２のＺ中心目標値Ｚｏを更新する。
［数１４］
Ｚｏ＝Ｚｓ

Ｓ１３では、基準球１２の半径Ｒ、Ｘ，Ｙ，Ｚ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ、スタイラス球１１の半径ｒｏ、プローブオフセット量想定値Ｔｘ，Ｔｙ，長補正値Ｔｚを考慮して、タッチプローブ１０を任意の方向から移動させて基準球１２に接触させて各軸の位置を検出し、基準球１２の半径Ｒを考慮して、該方向に対する補正値を取得する。

なお、上述の説明では、図３のオフセット形のタッチプローブ１０を用いたが、図２のストレート形のタッチプローブ２０でもよい。その場合、タッチプローブ２０のＸ，Ｙ方向オフセット量想定値Ｔｘ，Ｔｙはともに０として考える、もしくはＴｘ，Ｔｙ自体を考慮しない。また、プローブオフセット量Ｆｘ，Ｆｙの計算も行わなくてよい。

このように、上記形態のタッチプローブ１０の校正方法では、基準球１２の中心からＺ方向に離れたおおよその位置にタッチプローブ１０を位置決めさせた状態から、基準球１２のＺ方向の１点にタッチプローブ１０を接触させて測定し、Ｘ，Ｙ，Ｚ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏをそれぞれ決定するＳ１，Ｓ２（中心目標値決定ステップ）と、
主軸２を０°（第１基準角度）に割り出して、基準球１２の赤道上のＸ方向の２点にタッチプローブ１０を接触させて測定し、該測定の測定値から０°Ｘ中心座標値Ｘｃ１（第１Ｘ中心座標値）を算出して、０°Ｘ中心座標値Ｘｃ１を用いてＸ中心目標値Ｘｏを更新するＳ３，Ｓ４（第１Ｘ中心目標値更新ステップ）と、
主軸２を０°に割り出した状態で、基準球１２の赤道上のＹ方向の２点にタッチプローブ１０を接触させて測定し、該測定の測定値から０°Ｙ中心座標値Ｙｃ１（第１Ｙ中心座標値）を算出して、０°Ｙ中心座標値Ｙｃ１を用いてＹ中心目標値Ｙｏを更新するＳ５，Ｓ６（第１Ｙ中心目標値更新ステップ）と、
主軸２を１８０°（第２基準角度）に割り出して、基準球１２の赤道上のＸ方向の２点にタッチプローブ１０を接触させて測定し、該測定の測定値から１８０°Ｘ中心座標値Ｘｃ２（第２Ｘ中心座標値）を算出して、１８０°Ｘ中心座標値Ｘｃ２を用いてＸ中心目標値Ｘｏを更新するＳ７，Ｓ８（第２Ｘ中心目標値更新ステップ）と、
主軸２を１８０°に割り出した状態で、基準球１２の赤道上のＹ方向の２点にタッチプローブ１０を接触させて測定し、該測定の測定値から１８０°Ｙ中心座標値（第２Ｙ中心座標値）Ｙｃ２を算出するＳ９（Ｙ中心座標値計測ステップ）と、
０°Ｘ中心座標値Ｘｃ１と、１８０°Ｘ中心座標値Ｘｃ２と、０°Ｙ中心座標値Ｙｃ１と、１８０°Ｙ中心座標値Ｙｃ２とから、Ｘ中心座標値Ｘｓ（第３Ｘ中心座標値）およびＹ中心座標値Ｙｓ（第３Ｙ中心座標値）を算出すると共に、タッチプローブ１０のオフセット量Ｔｘ，Ｔｙと、スタイラス球１１の半径ｒｏとを算出して、Ｘ，Ｙ中心座標値Ｘｓ，Ｙｓを用いて、Ｘ中心目標値ＸｏとＹ中心目標値Ｙｏとを更新するＳ１０（ＸＹ中心目標値更新ステップ）と、
主軸２を０°（計測用角度）に割り出すと共に、更新されたＸ，Ｙ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏに主軸２を位置決めした状態で、基準球１２のＺ方向の１点にタッチプローブ１０を接触させて測定し、該測定の測定値からＺ中心座標値Ｚｓを算出して、該Ｚ中心座標値Ｚｓを用いてＺ中心目標値Ｚｏを更新するＳ１１，Ｓ１２（Ｚ中心目標値更新ステップ）と、
タッチプローブ１０を基準球１２の複数の任意の点に接触させて測定し、該測定の測定値と、ＸＹ中心目標値更新ステップおよびＺ中心目標値更新ステップでそれぞれ更新されたＸ，Ｙ，Ｚ方向の各中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏをもとにそれぞれの点での補正値を算出するＳ１３（補正値算出ステップ）と、を実行する。

この方法の採用により、オフセット形のタッチプローブ１０であっても、少なくとも計１０点の測定で基準球１２の中心に対する主軸軸線の芯合わせを行うことができる。よって、短時間でタッチプローブ１０の校正が可能となる。
また、オフセット形のタッチプローブ１０だけでなく、ストレート形のタッチプローブ２０にも適用できる。特に、主軸２の割出時間が長い工作機械でのストレート形のタッチプローブ２０を校正する場合、主軸割出回数が２回と少なくなるため、短時間な校正が可能となる。

次に、本発明の工作機械の誤差同定方法の一実施形態について説明する。
対象となる工作機械は、図１に示す５軸制御マシニングセンタである。よって、重複する説明は省略する。
図９は、誤差同定方法のフローチャートである。
Ｓ２１では、テーブル３上に基準球１２を取り付け、主軸２にタッチプローブ１０を装着し、タッチプローブ１０を基準球１２のほぼ真上の位置に位置決めした状態から、タッチプローブ１０を用いて基準球１２の中心位置を計測する。この基準球１２の初期位置の計測において、図４で説明したタッチプローブ１０の校正方法を用いる。最終的な基準球１２のＸ，Ｙ，Ｚ中心目標値Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏが基準球１２の初期の中心位置として取得でき、補正値をもとにタッチプローブ１０の校正も行われる。
Ｓ２２では、Ｃ軸、Ａ軸を複数の組合せの角度に割り出し、それぞれの状態で基準球１２の中心位置を計測する。
Ｓ２３では、Ｓ２２において計測した基準球１２の中心位置計測値群を用いて、５軸制御マシニングセンタの幾何誤差を同定する。同定は、例えば特許文献１，２に開示されるような公知の方法で行う。

１・・ベッド、２・・主軸、３・・テーブル、１０・・オフセット形のタッチプローブ、１１・・スタイラス球、１２・・基準球、２０・・ストレート形のタッチプローブ。

Claims (3)

1. ３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、工作物および治具を固定可能なテーブルと、前記並進軸および前記主軸を制御する制御装置とを有する工作機械において、基準球を用いて前記主軸に装着したタッチプローブを校正する方法であって、
   前記基準球の中心からＺ方向に離れたおおよその位置に前記タッチプローブを位置決めさせた状態から、前記基準球のＺ方向の少なくとも１点に前記タッチプローブを接触させて測定し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の前記基準球の中心の目標座標値をそれぞれ決定する中心目標値決定ステップと、
   前記主軸を第１基準角度に割り出して、前記基準球の赤道上のＸ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＸ方向の座標値である第１Ｘ中心座標値を算出して、該第１Ｘ中心座標値を用いてＸ方向の前記目標座標値を更新する第１Ｘ中心目標値更新ステップと、
   前記主軸を前記第１基準角度に割り出した状態で、前記基準球の赤道上のＹ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＹ方向の座標値である第１Ｙ中心座標値を算出して、該第１Ｙ中心座標値を用いてＹ方向の前記目標座標値を更新する第１Ｙ中心目標値更新ステップと、
   前記主軸を第２基準角度に割り出して、前記基準球の赤道上のＸ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＸ方向の座標値である第２Ｘ中心座標値を算出して、該第２Ｘ中心座標値を用いて、前記第１Ｘ中心目標値更新ステップで更新されたＸ方向の前記目標座標値を更新する第２Ｘ中心目標値更新ステップと、
   前記主軸を前記第２基準角度に割り出した状態で、前記基準球の赤道上のＹ方向の２点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＹ方向の座標値である第２Ｙ中心座標値を算出するＹ中心座標値計測ステップと、
   前記第１Ｘ中心座標値と、前記第２Ｘ中心座標値と、前記第１Ｙ中心座標値と、前記第２Ｙ中心座標値とから、前記基準球の中心のＸ方向の座標値およびＹ方向の座標値である第３Ｘ中心座標値および第３Ｙ中心座標値を算出すると共に、前記タッチプローブのオフセット量と、前記タッチプローブの先端に設けたスタイラス球の半径とを算出して、前記第３Ｘ中心座標値および前記第３Ｙ中心座標値を用いて、前記第２Ｘ中心目標値更新ステップで更新されたＸ方向の前記目標座標値と、前記第１Ｙ中心目標値更新ステップで更新されたＹ方向の前記目標座標値とを更新するＸＹ中心目標値更新ステップと、
   前記主軸を計測用角度に割り出すと共に、前記ＸＹ中心目標値更新ステップで更新されたＸ方向およびＹ方向の各前記目標座標値に前記主軸を位置決めした状態で、前記基準球のＺ方向の少なくとも１点に前記タッチプローブを接触させて測定し、該測定の測定値から前記基準球の中心のＺ方向の座標値であるＺ中心座標値を算出して、該Ｚ中心座標値を用いてＺ方向の前記目標座標値を更新するＺ中心目標値更新ステップと、
   前記タッチプローブを前記基準球の複数の任意の点に接触させて測定し、該測定の測定値と、前記ＸＹ中心目標値更新ステップおよび前記Ｚ中心目標値更新ステップでそれぞれ更新されたＸ，Ｙ，Ｚ方向の各前記目標座標値をもとにそれぞれの点での補正値を算出する補正値算出ステップと、
   を実行することを特徴とする工作機械のタッチプローブの校正方法。
2. 前記第２基準角度が前記第１基準角度に対して１８０°オフセットした角度であること
   を特徴とする請求項１に記載の工作機械のタッチプローブの校正方法。
3. ３軸以上の並進軸と、１軸以上の回転軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、工作物および治具を固定可能なテーブルと、前記並進軸および前記回転軸および前記主軸を制御する制御装置とを有する工作機械において、前記主軸に装着したタッチプローブと基準球とを用いて、任意の姿勢及び／又は角度に割り出した前記基準球の中心位置を計測し、得られた計測値群と、前記基準球の中心指令位置とに基づいて、前記工作機械の幾何学的な誤差を同定する工作機械の幾何誤差同定方法であって、
   前記基準球の初期位置を前記タッチプローブで計測すると同時に、請求項１又は２に記載のタッチプローブの校正方法を用いて補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記初期位置を補正することを特徴とする工作機械の幾何誤差同定方法。

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