JP7448895B2

JP7448895B2 - 送り装置

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Publication number: JP7448895B2
Application number: JP2021560023A
Authority: JP
Inventors: 純彦中島; 晋也木谷
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: EP4249168A1; US20240017365A1; CN116367959A; JPWO2022123711A1; WO2022123711A1

Description

本発明は、直線状の送り軸を構成する送り装置であって、特に、自身の運動誤差を測定可能な送り装置に関する。

従来、例えば、工具を保持する主軸と、ワークが取り付けられるテーブルとを、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に相対的に移動させるように構成された工作機械が知られている。この工作機械では、Ｘ軸方向の送り軸を構成するＸ軸送り装置、Ｙ軸方向の送り軸を構成するＹ軸送り装置、及びＺ軸方向の送り軸を構成するＺ軸送り装置の３つの送り装置が設けられている。そして、このような構成の工作機械では、これら送り装置の運動精度によって、その加工精度が左右されるため、当該送り装置の運動誤差を正確に測定することにより、運動誤差が一定の許容範囲内に収まるように、適宜修正等を行う必要がある。

近年、工作機械の３次元空間内における運動誤差（位置決め誤差）は、図５に示すように、各送り軸の並進運動の誤差、各送り軸の角度誤差、及び各送り軸相互間の直角度に関する誤差が相互に影響し合った状態で発現されるものと考えられている。したがって、このような各誤差を求めることによって、正確な前記運動誤差を同定することができる。

従来、このような誤差を測定する測定方法として、図６及び図７に示すような測定装置を用いた測定方法が提案されている。図６に示した一例としての工作機械１００は、上面がワーク載置面（所謂テーブル）となったベッド１０１と、門形をしたフレーム１０２と、サドル１０３とから構成される。フレーム１０２は、その水平部がベッド１０１の上方に位置するように配設されるとともに、その２つ垂直部がそれぞれベッド１０１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１０３は、フレーム１０２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１０３には、主軸１０４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。

上記各誤差は、ベッド１０１上に設置されたレーザ測長器１０５及び主軸１０４に装着されたミラー１１０を用いて測定される。具体的には、まず、レーザ測長器１０５を、所定位置、例えば、図６において実線で示す４カ所にそれぞれ設置するとともに、ミラー１１０を主軸１０４に装着する。ついで、前記Ｘ軸送り装置、Ｙ軸送り装置及びＺ軸送り装置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１１０を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器１０５からミラー１１０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１０５に受光することによって、各レーザ測長器１０５によりミラー１１０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１１０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、上記各誤差を算出する。

尚、前記レーザ測長器１０５は、図７に示す基準球１０６の中心点を中心として、レーザ干渉計１０７を旋回移動可能に構成されており、前記ミラー１１０の移動に併せてレーザ干渉計１０５を旋回移動させることで、当該ミラー１１０を自動追尾することができるように構成されている。

ところが、このような構造のレーザ測長器１０５は大変高価であり、上記測定において４個のレーザ測長器１０５を用いるのは非現実的である。このため、従来は１つのレーザ測長器１０５を用い、このレーザ測長器１０５を４カ所に順次移動させて設置し、各設置位置において、前記ミラー１１０を前記各格子点に位置決めして、レーザ測長器１０５とミラー１１０との間の距離を測定するようにしていた。

しかしながら、このように１つのレーザ測長器１０５を用いて運動誤差を測定するようにした場合、レーザ測長器１０５に要する費用は軽減されるものの、当該レーザ測長器１０５の各設置位置において、それぞれ前記ミラー１１０を前記各格子点に位置決めする操作を繰り返して実行する必要があるため、測定に長時間を要し、また、その作業が煩雑で面倒であるという問題があった。１つのレーザ測長器１０５を用いた測定では、４つのレーザ測長器１０５を用いた測定に比べて、単純計算で４倍の時間を必要とする。

そこで、本願出願人は、下記特許文献１において、１つのレーザ測長器を用いながらも、一度の操作で運動誤差を同定することが可能な運動誤差の同定方法を提案している。

特開２０１９－２０６０４３号公報

ところで、近年、工作機械の分野では、前記送り装置に、磁気を用いたスケールや、光学スケールといった高精度なスケールを採用して、当該送り装置を高精度に制御することが行われるようになってきている。

したがって、上述したレーザ測長器１０５のような高価な測定器を別途用意することなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができれば、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、送り装置の運動誤差を高精度に測定することができて有益である。

また、工作機械の上述した各送り軸の並進運動の誤差、各送り軸の角度誤差、及び各送り軸相互間の直角度に関する誤差といった全ての誤差を検出することができなくても、必要最小限の運動誤差を簡単に検出することができれば、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができる。そして、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、自身の運動誤差を短時間で効率的に測定することができる送り装置の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
所定の送り方向に沿って平行に設けられた２本のガイドレールと、
前記各ガイドレールに対してそれぞれ少なくとも２つずつ設けられ、前記送り方向に沿って移動自在に前記各ガイドレールに係合した少なくとも４つのスライダと、
前記各スライダが取り付けられ、前記送り方向に移動する移動台と、
前記移動台を前記送り方向に移動させる駆動機構とを備えた送り装置において、
少なくとも一方の前記ガイドレールに、その前記送り方向に沿って配設されたスケールと、
前記少なくとも４つのスライダから選択される少なくとも２つのスライダであって、前記スケールが設けられたガイドレールに係合するスライダにそれぞれ設けられ、前記スケールに付与された情報を読み取って、前記送り方向における位置及び前記送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッドと、
前記各読み取りヘッドにより検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出する運動誤差算出部とを設けて構成した送り装置に係る。

この態様（第１の態様）の送り装置によれば、前記駆動機構により前記移動台が駆動され、前記ガイドレール及びスライダの係合関係から、当該移動台が前記送り方向に移動する。そして、前記移動台を予め定められた距離だけ移動させたときに、前記少なくとも２つのスライダに設けられた読み取りヘッドにより検出された２方向の位置情報に基づいて、前記運動誤差算出部により前記移動台の運動誤差が算出される。

このように、この送り装置によれば、上述したレーザ測長器のような高価な測定器を用いることなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該送り装置の運動誤差を高精度に測定することができる。

また、送り装置の運動性能を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。

尚、第１の態様の送り装置では、前記スケールを設けるガイドレール、及び前記読み取りヘッドを設けるスライダを適宜設定することで、前記運動誤差算出部は、前記送り方向における真直位置決め誤差の他、当該送り装置の様々な運動誤差を導出することができる。

例えば、前記第１の態様の送り装置において、前記スケールを前記２本のガイドレールに配設するともに、前記読み取りヘッドを前記４つのスライダにそれぞれ配設し、
前記運動誤差算出部は、前記４つの読み取りヘッドによりそれぞれ検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出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。

また、この第２の態様の送り装置において、少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成された態様（第３の態様）を採ることができる。

或いは、上記第２の態様の送り装置において、少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成されるとともに、他方の読み取りヘッドは前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、
他方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第３軸方向の位置を検出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。

そして、上記第３及び第４の態様において、前記運動誤差算出部は、前記第１軸方向における位置決め誤差（真直位置決め精度）と、前記第１軸－第２軸平面における前記第２軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸－第３軸平面における前記第３軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸まわりの角度誤差（ロール）、前記第２軸まわりの角度誤差（ピッチ）及び第３軸まわりの角度誤差（ヨー）の中から選択される少なくとも１つの誤差とを算出するように構成された態様（第５の態様）を採ることができる。

また、本発明は、上記第１の態様～第５の態様のいずれかの送り装置を備えた工作機械に係る。

本発明に係る送り装置によれば、上述したレーザ測長器のような高価な測定器を用いることなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該送り装置の運動誤差を高精度に測定することができる。

本発明の一実施の形態に係る工作機械を示した斜視図である。本実施形態に係る送り装置の概略構成を示した説明図である。本実施形態に係るガイドレール、スライダ及びスケールを示した断面図であり、図２における矢視Ａ－Ａ断面図である。本実施形態に係るガイドレール、スライダ及びスケールを示した断面図であり、図２における矢視Ｂ－Ｂ断面図である。直交３軸方向の送り装置を備えた工作機械における運動誤差を説明するための説明図である。従来の運動誤差測定方法を説明するための説明図である。従来の運動誤差測定方法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。

まず、本実施形態に係る工作機械１の概略構成について説明する。図１に示すように、本例の工作機械１は平面から視てアルファベットのＴ字状をしたベッド２、このベッド２の一方の辺上に配設されたコラム３、同じくベッド２の他方の辺上に配設されたテーブル６、前記コラム３の前記テーブル６側の側面（前面）に配設されたサドル４、このサドル４に回転自在に支持された主軸５、及び主軸５を回転させる主軸モータ（図示せず）、並びに前記コラム３を矢示Ｘ軸に沿って移動させるＸ軸送り部１０、前記サドル４を矢示Ｙ軸に沿って移動させるＹ軸送り部３０及び前記テーブル６を矢示Ｚ軸に沿って移動させるＺ軸送り部５０などを備えている。尚、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する基準軸である。

また、本例の工作機械１は、図２に示すように、上記構成の他に、運動誤差算出部７０、出力部７１及び制御装置７５を備えている。そして、本例では、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０、コラム３、サドル４及びテーブル６、並びに運動誤差算出部７０及び出力部７１が一つの送り装置を構成する。以下、各部の詳細について説明する。

まず、運動機構部としてのＸ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０について説明する。尚、図２及び図３には、代表としてＸ軸送り部１０を図示しているが、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０も同様の構成であり、同じ構成物については、括弧書きでその符号を付している。

［Ｘ軸送り部］
前記Ｘ軸送り部１０は、ベッド２上に、Ｘ軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール１５，１６と、このガイドレール１５に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ１７，１９と、ガイドレール１５に沿ってその上面に固設されたスケール１５ａ、及び側面に固設されたスケール１５ｂと、前記スライダ１７，１９にそれぞれ固設された読み取りヘッド１８，２０と、前記ガイドレール１６に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ２１，２３と、ガイドレール１６に沿ってその上面に固設されたスケール１６ａ、及び側面に固設されたスケール１６ｂと、前記スライダ２１，２３にそれぞれ固設された読み取りヘッド２２，２４と、前記コラム３を駆動するＸ軸駆動機構１１などから構成される。

前記スケール１５ａ，１５ｂ及び読み取りヘッド１８，２０は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール１６ａ，１６ｂ及び読み取りヘッド２２，２４は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダは磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド１８，２０は、スケール１５ａ，１５ｂを読み取ることによって、スライダ１７，１９のＸ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＺ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド２２，２４は、スケール１６ａ，１６ｂを読み取ることによって、スライダ２１，２３のＸ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＺ軸方向の変位を検出する。

前記Ｘ軸駆動機構１１は、サーボモータであるＸ軸送りモータ１２、このＸ軸送りモータ１２によって駆動されるボールねじ１３、このボールねじ１３に螺合し、且つ前記コラム３の下面に固設されたボールナット（図示せず）、ボールねじ１３の両端を回転自在に支持する軸受１４（もう一方の軸受は図示せず）などから構成される。このＸ軸駆動機構１１は、Ｘ軸送りモータ１２を駆動してボールねじ１３を回転させることで、コラム３がガイドレール１５，１６に案内されてＸ軸に沿って移動する。

［Ｙ軸送り部］
前記Ｙ軸送り部３０は、前記コラム３の前面に、Ｙ軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール３５，３６と、このガイドレール３５に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ３７，３９と、ガイドレール３５に沿ってその上面に固設されたスケール３５ａ、及び側面に固設されたスケール３５ｂと、前記スライダ３７，３９にそれぞれ固設された読み取りヘッド３８，４０と、前記ガイドレール３６に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ４１，４３と、ガイドレール３６に沿ってその上面に固設されたスケール３６ａ、及び側面に固設されたスケール３６ｂと、前記スライダ４１，４３にそれぞれ固設された読み取りヘッド４２，４４と、前記コラム３を駆動するＹ軸駆動機構３１などから構成される。

前記スケール３５ａ，３５ｂ及び読み取りヘッド３８，４０は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール３６ａ，３６ｂ及び読み取りヘッド４２，４４は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダも磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド３８，４０は、スケール３５ａ，３５ｂを読み取ることによって、スライダ３７，３９のＹ軸方向の位置、並びにＺ軸及びＸ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド４２，４４は、スケール３６ａ，３６ｂを読み取ることによって、スライダ４１，４３のＹ軸方向の位置、並びにＺ軸及びＸ軸方向の変位を検出する。

前記Ｙ軸駆動機構３１は、サーボモータであるＹ軸送りモータ３２、このＹ軸送りモータ３２によって駆動されるボールねじ３３、このボールねじ３３に螺合し、且つ前記サドル４の後面に固設されたボールナット（図示せず）、ボールねじ３３の両端を回転自在に支持する軸受３４（もう一方の軸受は図示せず）などから構成される。このＹ軸駆動機構３１は、Ｙ軸送りモータ３２を駆動してボールねじ３３を回転させることで、サドル４がガイドレール３５，３６に案内されてＹ軸に沿って移動する。

［Ｚ軸送り部］
前記Ｚ軸送り部５０は、ベッド２上に、Ｚ軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール５５，５６と、このガイドレール５５に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ５７，５９と、ガイドレール５６に沿ってその上面に固設されたスケール５５ａ、及び側面に固設されたスケール５５ｂと、前記スライダ５７，５９にそれぞれ固設された読み取りヘッド５８，６０と、前記ガイドレール５６に、これに沿って移動自在に係合する２つのスライダ６１，６３と、ガイドレール５６に沿ってその上面に固設されたスケール５６ａ、及び側面に固設されたスケール５６ｂと、前記スライダ６１，６３にそれぞれ固設された読み取りヘッド６２，６４と、前記テーブル６を駆動するＺ軸駆動機構５１などから構成される。

前記スケール５５ａ，５５ｂ及び読み取りヘッド５８，６０は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール５６ａ，５６ｂ及び読み取りヘッド６２，６４は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダも磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド５８，６０は、スケール５５ａ，５５ｂを読み取ることによって、スライダ５７，５９のＺ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＸ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド６２，６４は、スケール５６ａ，５６ｂを読み取ることによって、スライダ６１，６３のＺ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＸ軸方向の変位を検出する。

前記Ｚ軸駆動機構５１は、サーボモータであるＺ軸送りモータ５２、このＸ軸送りモータ５２によって駆動されるボールねじ５３、このボールねじ３に螺合し、且つ前記テーブル６の下面に固設されたボールナット（図示せず）、ボールねじ５３の両端を回転自在に支持する軸受５４（もう一方の軸受は図示せず）などから構成される。このＺ軸駆動機構５１は、Ｚ軸送りモータ５２を駆動してボールねじ５３を回転させることで、テーブル６がガイドレール５５，５６に案内されてＺ軸に沿って移動する。

次に、前記運動誤差算出部７０、出力部７１及び制御装置７５について説明する。尚、運動誤差算出部７０及び制御装置７５はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成される。

［制御装置］
前記制御装置７５は、前記主軸モータ（図示せず）、Ｘ軸送りモータ１２、Ｙ軸送りモータ３２及びＺ軸送りモータ５２などの動作を数値制御する公知の制御装置である。また、制御装置７５は、予め用意された運動誤差測定用の動作プログラムに従って、Ｘ軸送りモータ１２、Ｙ軸送りモータ３２及びＺ軸送りモータ５２をそれぞれ駆動して、コラム３、サドル４及びテーブル６を所定間隔で移動させ、それぞれの送り軸方向に位置決めする制御を行う。

［運動誤差算出部］
前記運動誤差算出部７０は、前記制御装置７５による制御の下、前記運動誤差測定用の動作プログラムに従い、コラム３、サドル４及びテーブル６を所定間隔で移動させることによって、それぞれの送り軸方向に位置決めする動作が実行されたとき、前記Ｘ軸送り部１０の読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるデータ、前記Ｙ軸送り部３０の読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるデータ、及び前記Ｚ軸送り部５０の読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるデータに基づいて、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における運動誤差を、以下のようにして算出する処理を行う。

［Ｘ軸送り部における運動誤差］
前記運動誤差算出部７０は、例えば、以下のようにして、Ｘ軸送り部１０における各運動誤差を算出する。
・Ｘ軸送り部１０のＸ軸方向における真直位置決め誤差であるＥ_ＸＸ：
誤差Ｅ_ＸＸとして、Ｘ軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されたＸ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０のＸ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）であるＥ_ＹＸ：
誤差Ｅ_ＹＸとして、各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるＹ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０のＸ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）であるＥ_ＺＸ：
誤差Ｅ_ＺＸとして、各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるＺ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０におけるＸ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＡＸ：
誤差Ｅ_ＡＸとして、読み取りヘッド１８及び２２、又は読み取りヘッド２０及び２４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０におけるＹ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＢＸ：
誤差Ｅ_ＢＸとして、読み取りヘッド１８及び２２、若しくは読み取りヘッド２０及び２４によって検出されるＸ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド１８及び２０、若しくは読み取りヘッド２２及び２４によって検出されるＺ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｘ軸送り部１０におけるＺ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＣＸ：
誤差Ｅ_ＣＸとして、読み取りヘッド１８及び２０、又は読み取りヘッド２２及び２４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。

［Ｙ軸送り部における運動誤差］
運動誤差算出部７０は、例えば、以下のようにして、Ｙ軸送り部３０における各運動誤差を算出する。
・Ｙ軸送り部３０のＹ軸方向における真直位置決め誤差であるＥ_ＹＹ：
誤差Ｅ_ＹＹとして、Ｙ軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されたＹ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０のＹ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）であるＥ_ＸＹ：
誤差Ｅ_ＸＹとして、各読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるＸ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０のＹ軸－Ｚ軸平面における真直誤差（Ｚ軸方向）であるＥ_ＺＹ：
誤差Ｅ_ＺＹとして、各読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるＺ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０におけるＸ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＡＹ：
誤差Ｅ_ＡＹとして、読み取りヘッド３８及び４０、又は読み取りヘッド４２及び４４によって検出されるＺ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０におけるＹ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＢＹ：
誤差Ｅ_ＢＹとして、読み取りヘッド３８及び４２、又は読み取りヘッド４０及び４４によって検出されるＺ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｙ軸送り部３０におけるＺ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＣＹ：
誤差Ｅ_ＣＹとして、読み取りヘッド３８及び４２、若しくは読み取りヘッド４０及び４４によって検出されるＹ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド３８及び４０、若しくは読み取りヘッド４２及び４４によって検出されるＸ軸方向の変位の差分値を算出する。

［Ｚ軸送り部における運動誤差］
運動誤差算出部７０は、例えば、以下のようにして、Ｚ軸送り部５０における各運動誤差を算出する。
・Ｚ軸送り部５０のＺ軸方向における真直位置決め誤差であるＥ_ＺＺ：
誤差Ｅ_ＺＺとして、Ｚ軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されたＺ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０のＺ軸－Ｘ軸平面における真直誤差（Ｘ軸方向）であるＥ_ＸＺ：
誤差Ｅ_ＸＺとして、各読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるＸ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０のＺ軸－Ｙ軸平面における真直誤差（Ｙ軸方向）であるＥ_ＹＺ：
誤差Ｅ_ＹＺとして、各読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるＹ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０におけるＸ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＡＺ：
誤差Ｅ_ＡＺとして、読み取りヘッド５８及び６０、又は読み取りヘッド６２及び６４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｚ軸送り部３０におけるＹ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＢＺ：
誤差Ｅ_ＢＺとして、読み取りヘッド５８及び６２、若しくは読み取りヘッド６０及び６４によって検出されるＺ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド５８及び６０、若しくは読み取りヘッド６２及び６４によって検出されるＸ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Ｚ軸送り部５０におけるＺ軸まわりの角度誤差であるＥ_ＣＺ：
誤差Ｅ_ＣＺとして、読み取りヘッド５８及び６２、又は読み取りヘッド６０及び６４によって検出されるＹ軸方向の変位の差分値を算出する。

［出力部］
前記出力部７１は、例えば、タッチパネルなどの表示装置から構成され、前記運動誤差算出部７０によって算出されたＸ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における各運動誤差を表示する。

以上の構成を備えた本例の工作機械１によれば、前記制御装置７５により制御されて、Ｘ軸駆動機構１１、Ｙ軸駆動機構３１、Ｚ軸駆動機構５１及び主軸モータ（図示せず）が適宜駆動されることにより、主軸５とテーブル６とが３次元空間内で適宜相対的に移動し、このような相対的移動によって、テーブル６上に載置されたワークが、主軸５に装着された工具によって加工される。

そして、必要に応じて、制御装置７５による制御の下、予め用意された運動誤差測定用の動作プログラムが実行されて、Ｘ軸送りモータ１２、Ｙ軸送りモータ３２及びＺ軸送りモータ５２により、コラム３、サドル４及びテーブル６を所定間隔でそれぞれの送り軸方向に位置決めされる。

そして、この動作中に、前記Ｘ軸送り部１０の読み取りヘッド１８，２０，２２，２４によって検出されるデータ、前記Ｙ軸送り部３０の読み取りヘッド３８，４０，４２，４４によって検出されるデータ、及び前記Ｚ軸送り部５０の読み取りヘッド５８，６０，６２，６４によって検出されるデータに基づいて、運動誤差算出部７０により、前記Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における上述した運動誤差がそれぞれ算出される。そして、このようにして算出された運動誤差が前記出力部７１に表示される。

斯くして、本例の工作機械１によれば、上述した従来例のような高価なレーザ測長器を用いることなく、Ｘ軸送り部１０に配設された既存のスケール１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ及び読み取りヘッド１８，２０，２２，２４、Ｙ軸送り部３０に配設された既存のスケール３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ及び読み取りヘッド３８，４０，４２，４４、並びにＺ軸送り部５０に配設された既存のスケール５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ及び読み取りヘッド５８，６０，６２，６４を用いて、当該Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０における各運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０についての運動誤差を高精度に測定することができる。

また、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０の運動誤差（運動性能）を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械１の運転性能を、当該工作機械１の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械１に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例では工作機械１として、横形のマシニングセンタを例示したが、これに限られるものではなく、本発明は、立形のマシニングセンタや、横形の旋盤、立形の旋盤など、従来公知の全ての工作機械に適用することができる。

また、上記工作機械１の構成上、上例では、運動誤差算出部７０において、Ｘ軸送り部１０、Ｙ軸送り部３０及びＺ軸送り部５０の３つの送り部の運動誤差を算出するようにしたが、当然のことながら、このような構成に限られるのではなく、工作機械に１つの送り部が設けられる場合には、運動誤差算出部７０はこの１つの送り部の運動誤差を算出するように構成されていれば良く、工作機械に２つの送り部、或いは４つ以上の送り部が設けられる場合には、運動誤差算出部７０はこれらの送り部の運動誤差を算出するように構成されていても良い。

また、上例では、Ｘ軸送り部１０に設けられる各読み取りヘッド１８，２０，２２，２４がＸ軸方向の位置、並びにＹ軸及びＺ軸方向の変位を検出するように構成されているが、これに限られるものではない。

例えば、少なくとも一方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、送り方向である第１軸方向における位置と、２本のガイドレールを含む平面内においてこの第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方の読み取りヘッドは第１軸方向における位置と、第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、更に、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、第１軸方向における位置と、第３軸方向の位置を検出するように構成されていても良い。このような態様によっても、上記６つの運動誤差を算出することができる。

或いは、少なくとも一方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、送り方向である第１軸方向における位置と、２本のガイドレールを含む平面内において第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方の読み取りヘッドは第１軸方向における位置と、第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、第１軸方向における位置と、第３軸方向の位置を検出するように構成されていても良い。このような態様によっても、上記６つの運動誤差を算出することができる。

また、上例では、運動誤差算出部７０は、各送り部について６つの運動誤差を算出するように構成されているが、このような構成に限られるものではなくい。例えば、運動誤差算出部７０は、前記第１軸方向における位置決め誤差（真直位置決め精度）と、前記第１軸－第２軸平面における前記第２軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸－第３軸平面における前記第３軸方向の真直誤差（真直度）、前記第１軸まわりの角度誤差（ロール）、前記第２軸まわりの角度誤差（ピッチ）及び第３軸まわりの角度誤差（ヨー）の中から選択される少なくとも１つの誤差とを算出するように構成されていても良い。

また、この場合に、必ずしも、２軸方向の位置を検出するためのスケールを各ガイドレールに設ける必要はなく、誤差を算出するために必要なスケールのみを、各ガイドレール又はいずれか一方のガイドレールに設けた態様としても良い。これに応じて、スライダに設ける読み取りヘッドも、誤差を算出するために必要な読み取りヘッドのみを配設すれば良い。

また、上例では、各ガイドレールに２つのスライダを設けたが、これに限られるものではなく、各ガイドレールに対して３つ以上のスライダを設けても良い。

繰り返しになるが、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工作機械
２ベッド
３コラム
４サドル
６テーブル
１０Ｘ軸送り部
１１Ｘ軸駆動機構
１５，１６ガイドレール
１７，１９，２１，２３スライダ
１８，２０，２２，２４読み取りヘッド
３０Ｙ軸送り部
３１Ｙ軸駆動機構
３５，３６ガイドレール
３７，３９，４１，４３スライダ
３８，４０，４２，４４読み取りヘッド
５０Ｚ軸送り部
５１Ｚ軸駆動機構
５５，５６ガイドレール
５７，５９，６１，６３スライダ
５８，６０，６２，６４読み取りヘッド
７０運動誤差算出部
７１出力部
７５制御装置

Claims

所定の送り方向に沿って平行に設けられた２本のガイドレールと、
前記各ガイドレールに対してそれぞれ少なくとも２つずつ設けられ、前記送り方向に沿って移動自在に前記各ガイドレールに係合した少なくとも４つのスライダと、
前記各スライダが取り付けられ、前記送り方向に移動する移動台と、
前記移動台を前記送り方向に移動させる駆動機構とを備えた送り装置において、
少なくとも一方の前記ガイドレールに、その前記送り方向に沿って配設されたスケールと、
前記少なくとも４つのスライダから選択される少なくとも２つのスライダであって、前記スケールが設けられたガイドレールに係合するスライダにそれぞれ設けられ、前記スケールに付与された情報を読み取って、前記送り方向における位置及び前記送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッドと、
前記各読み取りヘッドにより検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出する運動誤差算出部とを設けて構成したことを特徴とする送り装置。
前記スケールを前記２本のガイドレールに配設するともに、前記読み取りヘッドを前記４つのスライダにそれぞれ配設し、
前記運動誤差算出部は、前記４つの読み取りヘッドによりそれぞれ検出された２方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差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記載の送り装置。
少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の送り装置。
少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドの内の一方は、前記送り方向である第１軸方向における位置と、前記２本のガイドレールを含む平面内において前記第１軸と直交する第２軸方向の位置を検出するように構成されるとともに、他方の読み取りヘッドは前記第１軸方向における位置と、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向の位置を検出するように構成され、
他方の前記ガイドレールに対して設けられる２つの読み取りヘッドは、前記第１軸方向における位置と、前記第３軸方向の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の送り装置。
前記運動誤差算出部は、前記第１軸方向における位置決め誤差と、前記第１軸－第２軸平面における前記第２軸方向の真直誤差、前記第１軸－第３軸平面における前記第３軸方向の真直誤差、前記第１軸まわりの角度誤差、前記第２軸まわりの角度誤差及び第３軸まわりの角度誤差の中から選択される少なくとも１つの誤差と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３又は４記載の送り装置。
前記請求項１乃至５記載のいずれかの送り装置を備えていることを特徴とする工作機械。