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JP6960376B2 - Method for identifying motion error of feeder - Google Patents
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Description

本発明は、少なくとも2つの直交する直線送り軸を備えた送り装置において、前記2つの直線送り軸に対応した基準軸によって画定される2次元平面内での前記送り装置の運動誤差を同定する方法に関する。 The present invention is a method of identifying a motion error of the feeder in a two-dimensional plane defined by a reference axis corresponding to the two linear feed axes in a feeder having at least two orthogonal linear feed axes. Regarding.

前記送り装置を備えた装置として、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。 As a device provided with the feeding device, conventionally, for example, a spindle for holding a tool and a table on which a work is attached are configured to be relatively moved in the orthogonal three-axis directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. Machine tools that have been made are known.

このような構成の工作機械では、その運動誤差として、X軸、Y軸及びZ軸の各送り軸(即ち、X軸送り装置、Y軸送り装置及びZ軸送り装置)における位置決め誤差、各送り軸の真直度などが考慮されており、このような運動誤差を補償する数値制御装置として、特開平8−152909号公報(下記特許文献1)に開示される数値制御装置が提案されている。 In a machine tool having such a configuration, the motion error includes a positioning error in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis feed axes (that is, an X-axis feed device, a Y-axis feed device, and a Z-axis feed device), and each feed. Considering the straightness of the shaft and the like, as a numerical control device for compensating for such a motion error, a numerical control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-152909 (Patent Document 1 below) has been proposed.

ところで、近年では、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。尚、図5に示した各誤差の定義は以下の通りである。
XXは、X軸送り装置のX軸方向における位置決め誤差、
YYは、Y軸送り装置のY軸方向における位置決め誤差、
ZZは、Z軸送り装置のZ軸方向における位置決め誤差、
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)、
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)、
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)、
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)、
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)、
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)、
AXは、X軸送り装置におけるX軸まわりの角度誤差、
AYは、Y軸送り装置におけるX軸まわりの角度誤差、
AZは、Z軸送り装置におけるX軸まわりの角度誤差、
BXは、X軸送り装置におけるY軸まわりの角度誤差、
BYは、Y軸送り装置におけるY軸まわりの角度誤差、
BZは、Z軸送り装置におけるY軸まわりの角度誤差、
CXは、X軸送り装置におけるZ軸まわりの角度誤差、
CYは、Y軸送り装置におけるZ軸まわりの角度誤差、
CZは、Z軸送り装置におけるZ軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、Z軸送り装置と理想のY軸との直角誤差、
B(0X)Zは、Z軸送り装置と理想のX軸との直角誤差、
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。
尚、この他の誤差要因として、Y軸送り装置と理想のZ軸との直角誤差であるEA(0Z)Y、X軸送り装置と理想のZ軸との直角誤差であるEB(0Z)X、X軸送り装置と理想のY軸との直角誤差であるEC(0Y)Xが考えられる。
By the way, in recent years, as shown in FIG. 5, the motion error (positioning error) of the machine tool in the three-dimensional space includes the translational motion error of each feed axis, the angle error of each feed axis, and the mutual feed axis. It is thought that the errors related to the squareness of are expressed in a state in which they influence each other. Therefore, by obtaining each such error, it is possible to identify the accurate motion error. The definition of each error shown in FIG. 5 is as follows.
EXX is the positioning error of the X-axis feeder in the X-axis direction.
EYY is the positioning error of the Y-axis feeder in the Y-axis direction.
EZZ is the positioning error of the Z-axis feeder in the Z-axis direction.
EYX is the straightness error (Y-axis direction) in the X-axis-Y-axis plane of the X-axis feeder.
EZX is the straightness error (Z-axis direction) in the X-axis-Z-axis plane of the X-axis feeder.
EXY is the straightness error (X-axis direction) in the Y-axis-X-axis plane of the Y-axis feeder.
E ZY is straight in the Y-axis -Z-axis plane of the Y-axis feeding device error (Z axis direction),
EXZ is the straightness error (X-axis direction) in the Z-axis-X-axis plane of the Z-axis feeder.
EYZ is the straightness error (Y-axis direction) in the Z-axis-Y-axis plane of the Z-axis feeder.
EAX is the angular error around the X-axis in the X-axis feeder.
EAY is the angular error around the X-axis in the Y-axis feeder.
EAZ is the angular error around the X-axis in the Z-axis feeder.
EBX is the angular error around the Y-axis in the X-axis feeder.
E BY is the angular error around the Y axis in the Y axis feeder.
EBZ is the angular error around the Y-axis in the Z-axis feeder.
E CX is the angle error around the Z axis in the X axis feeder.
ECY is the angular error around the Z axis in the Y axis feeder.
ECZ is the angle error around the Z axis in the Z axis feed device.
EA (0Y) Z is the right angle error between the Z-axis feeder and the ideal Y-axis.
EB (0X) Z is the right angle error between the Z-axis feeder and the ideal X-axis.
EC (0X) Y is a right angle error between the Y-axis feeder and the ideal X-axis.
As the other error factors, E B (0Z is perpendicular error between Y-axis feeding device and is perpendicular error of the Z-axis of the ideal E A (0Z) Y, X-axis feed device and the ideal Z axis ) X , EC (0Y) X, which is a right-angled error between the X-axis feeder and the ideal Y-axis, can be considered.

そして、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50は、上面がワーク載置面(所謂テーブル)となったベッド51と、門形をしたフレーム52と、サドル53とから構成される。フレーム52は、その水平部がベッド51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51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53は、フレーム52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53には、主軸54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。 Conventionally, as a measuring method for measuring such an error, a measuring method using a measuring device as shown in FIGS. 6 and 7 has been proposed. The machine tool 50 as an example shown in FIG. 6 is composed of a bed 51 whose upper surface is a work mounting surface (so-called table), a gate-shaped frame 52, and a saddle 53. The frame 52 is arranged so that its horizontal portion is located above the bed 51, and its two vertical portions engage with the side portions of the bed 51, respectively, so that the frame 52 can move in the Y-axis direction as a whole. It has become. Further, the saddle 53 is engaged with the horizontal portion of the frame 52 and is movable in the X-axis direction along the horizontal portion, and the main shaft 54 of the saddle 53 is movable in the Z-axis direction. Moreover, it is rotatably held around an axis parallel to the Z axis. The X-axis, Y-axis, and Z-axis are reference axes that are orthogonal to each other, and each feed axis corresponding to the reference axis is an X-axis feed device (not shown), a Y-axis feed device (not shown), and a Y-axis feed device (not shown). It is composed of a Z-axis feed device (not shown).

上記各誤差は、ベッド51上に設置されたレーザ測長器30及び主軸54に装着されたミラー35を用いて測定される。具体的には、まず、レーザ測長器30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35を主軸54に装着する。そして、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35を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器30からミラー35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30に受光することによって、各レーザ測長器30によりミラー35との間の距離を測定する。 Each of the above errors is measured using a laser length measuring device 30 installed on the bed 51 and a mirror 35 mounted on the spindle 54. Specifically, first, the laser length measuring device 30 is installed at a predetermined position, for example, at four locations shown by solid lines in FIG. 6, and the mirror 35 is attached to the main shaft 54. Then, by positioning and controlling the X-axis feed device, the Y-axis feed device, and the Z-axis feed device at regular intervals, the mirror 35 is placed at each grid point in which the three-dimensional space is divided into grids at regular intervals. By positioning and irradiating the mirror 35 with laser light from each laser length measuring device 30 at each lattice point and receiving the reflected light to the laser length measuring device 30, each laser length measuring device 30 and the mirror 35 Measure the distance between.

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35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。 Then, based on the measurement data obtained as described above, the position of the mirror 35 at each of the lattice points in the three-dimensional space is calculated according to the principle of the three-sided survey method, and the calculated position data and the position data are calculated. Each of the above errors is calculated by analyzing.

尚、前記レーザ測長器30は、図7に示す基準球31の中心点を中心として、レーザ干渉計32を旋回移動可能に構成されており、前記ミラー35の移動に併せてレーザ干渉計30を旋回移動させることで、当該ミラー35を自動追尾することができるように構成されている。 The laser length measuring device 30 is configured so that the laser interferometer 32 can be swiveled around the center point of the reference sphere 31 shown in FIG. 7, and the laser interferometer 30 is moved in accordance with the movement of the mirror 35. Is configured to be able to automatically track the mirror 35 by turning and moving the mirror 35.

このような構造のレーザ測長器30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30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30を用い、このレーザ測長器30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35を前記各格子点に位置決めして、レーザ測長器30とミラー35との間の距離を測定するようにしていた。 The laser length measuring device 30 having such a structure is very expensive, and it is impractical to use four laser length measuring devices 30 in the above measurement. Therefore, conventionally, one laser length measuring device 30 is used, and the laser length measuring device 30 is sequentially moved and installed at four places, and the mirror 35 is positioned at each of the grid points at each installation position. The distance between the laser length measuring device 30 and the mirror 35 was measured.

特開平8−152909号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-152909

ところが、従来のように1つのレーザ測長器30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30に要する費用は軽減されるものの、当該レーザ測長器30の各設置位置において、それぞれ前記ミラー35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30を用いた測定では、4つのレーザ測長器30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。 However, when the motion error is measured by using one laser length measuring device 30 as in the conventional case, although the cost required for the laser length measuring device 30 is reduced, each installation position of the laser length measuring device 30 is reduced. In the above, since it is necessary to repeatedly execute the operation of positioning the mirror 35 at each of the lattice points, there is a problem that the measurement takes a long time and the operation is complicated and troublesome. A measurement using one laser length measuring device 30 requires four times as long as a simple calculation as compared with a measurement using four laser length measuring devices 30.

また、工作機械の運動性能を評価する際に、工作機械の運転によって生じる熱変形の影響を含めて評価するなど、経時的な変化を含めた評価を行う場合に、上記のように、測定に長時間を要すると、測定中に運動性能が変化するため、正確な運動性能を評価することができないという問題がある。 In addition, when evaluating the kinetic performance of a machine tool, when evaluating including changes over time, such as evaluating the effects of thermal deformation caused by the operation of the machine tool, the measurement is performed as described above. If it takes a long time, the exercise performance changes during the measurement, so that there is a problem that accurate exercise performance cannot be evaluated.

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、1つのレーザ測長器を用いた測定であっても、送り装置の運動誤差を従来に比べて短時間で同定することができる同定方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and identification that can identify the motion error of the feeder in a shorter time than in the conventional case even in the measurement using one laser length measuring device. The purpose is to provide a method.

上記課題を解決するための本発明は、
相互に直交するように配設された少なくとも2つの直線送り軸を有し、該2つの直線送り軸を用いて、位置決め対象である2つの対象物の内、少なくとも一方を駆動して、該2つの対象物間の相対的な位置を位置決めするように構成された送り装置について、前記2つの直線送り軸に対応した基準軸により画定される2次元平面内における前記送り装置の運動誤差を同定する方法であって、
一方の前記対象物にレーザ測長器を配設し、他方の前記対象物に反射鏡を配設した状態で、前記送り装置を駆動して、前記2次元平面内における前記2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離を前記レーザ測長器によってそれぞれ測定し、
前記レーザ測長器により測定された距離データ、前記2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物の前記2次元平面における指定位置データ、固定した対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置データ、及び前記送り装置の誤差パラメータを基に、前記2つの対象物の前記2次元平面内における相対的な運動誤差を同定するように構成され、
前記誤差パラメータには、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータ、及び前記2つの対象物を同一の指定位置(相対位置)に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる変位に関する誤差パラメータが含まれる運動誤差同定方法に係る。
The present invention for solving the above problems
It has at least two linear feed shafts arranged so as to be orthogonal to each other, and the two linear feed shafts are used to drive at least one of the two objects to be positioned. For a feeder configured to position relative positions between two objects, identify the motion error of the feeder in a two-dimensional plane defined by a reference axis corresponding to the two linear feed axes. It ’s a method,
With the laser length measuring device disposed on one of the objects and the reflector disposed on the other object, the feeder is driven to be between the two objects in the two-dimensional plane. The distance between the two objects is measured by the laser length measuring device while sequentially positioning the relative positions of the two objects at a plurality of designated positions.
Distance data measured by the laser length measuring device, designated position data in the two-dimensional plane of the other object when it is assumed that the position of one object in the two objects is fixed, and fixed. The two-dimensional plane of the two objects based on the position data of the predetermined reference position of the laser length measuring device or the reflector arranged on the objects in the two-dimensional plane and the error parameter of the feeder. Constructed to identify relative motion errors within
The error parameters include an error parameter set from the geometric model of the feeder, and an error related to displacement that occurs with the passage of time when the two objects are positioned at the same designated position (relative position). The present invention relates to a motion error identification method including parameters.

本発明の同定方法によれば、まず、一方の前記対象物にレーザ測長器を配設し、他方の前記対象物に反射鏡を配設した状態で、前記送り装置を駆動して、前記2次元平面内における前記2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離を前記レーザ測長器によってそれぞれ測定する。 According to the identification method of the present invention, first, the laser length measuring device is arranged on one of the objects, and the feeder is driven in a state where the reflecting mirror is arranged on the other object. While sequentially positioning the relative positions between the two objects in the two-dimensional plane at a plurality of designated positions, the distance between the two objects is measured by the laser length measuring device.

そして、1)レーザ測長器によって測定された距離データと、2)前記指定位置を、前記2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物の前記2次元平面における位置に変換した指定位置(変換指定位置)に係るデータ(変換指定位置データ)と、3)固定した対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置データと、4)前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータと、5)前記2つの対象物を同一の指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる変位に関する誤差パラメータとを基に、前記送り装置によって位置決めされる前記2つの対象物の前記2次元平面内における相対的な運動誤差を同定する。 Then, 1) the distance data measured by the laser length measuring device and 2) the other object when it is assumed that the position of one object in the two objects is fixed to the designated position. Data (conversion designated position data) related to the designated position (conversion designated position) converted to the position on the two-dimensional plane, and 3) a predetermined reference position for the laser length measuring instrument or reflector arranged on the fixed object. With the passage of time, the position data in the two-dimensional plane, 4) the error parameters set from the geometric model of the feeder, and 5) the two objects are positioned at the same designated position. The relative motion error of the two objects positioned by the feeder in the two-dimensional plane is identified based on the error parameters related to the displacement caused by the above.

尚、前記2つの対象物間の相対位置に関する前記指定位置は、前記2次元平面内の位置であれば何ら限定されるものではないが、一例を挙げると、その隣接する変換指定位置を結んだ線が矩形状を成すような位置とすることができる。 The designated position regarding the relative position between the two objects is not limited as long as it is a position in the two-dimensional plane, but to give an example, the adjacent conversion designated positions are connected. The position can be such that the line forms a rectangular shape.

斯くして、この運動誤差の同定方法によれば、前記送り装置によって位置決めされる前記2つの対象物の運動誤差を1つのレーザ測長器を用いて同定する際に、反復した操作を繰り返すことなく、2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離をレーザ測長器によって測定するという、一度の操作で運動誤差を同定することができるので、従来に比べてごく短時間で運動誤差を同定することができる。 Thus, according to this motion error identification method, repeated operations are repeated when identifying the motion error of the two objects positioned by the feeder using one laser length measuring device. Instead, it is possible to identify the motion error with a single operation of measuring the distance between the two objects with a laser length measuring device while sequentially positioning the relative positions between the two objects at a plurality of designated positions. Therefore, it is possible to identify the motion error in a very short time as compared with the conventional case.

したがって、当該送り装置の運動性能を評価する際に、経時的な変化を評価する必要がある場合でも、本発明に係る運動誤差同定方法を用いて運動誤差を同定することで、当該送り装置の正確な運動性能を評価することができる。 Therefore, even when it is necessary to evaluate the change with time when evaluating the motion performance of the feed device, the motion error can be identified by using the motion error identification method according to the present invention. Accurate exercise performance can be evaluated.

尚、本発明に係る運動誤差同定方法では、より具体的には、
前記2次元平面の一方の基準軸をY軸、他方の基準軸をZ軸としたとき、運動誤差Δpn,m、即ちY軸方向の運動誤差ΔY(Y,Z)及びZ軸方向の運動誤差ΔZ(Y,Z)は、以下の数式1によって算出することができる。

Figure 0006960376
Figure 0006960376
但し、Y及び は2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物のY−Z平面における指定位置pn,m(Y,Z)である。また、n=1,...,Nであり、m=1,...,Mであり、N,Mは整数である。
YY(Y)は、Y軸に沿った直線送り軸(Y軸送り軸)のY軸方向における位置決め誤差、
ZZ(Z)は、Z軸に沿った直線送り軸(Z軸送り軸)のZ軸方向における位置決め誤差、
YZ(Z)は、Z軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
ZY(Y)は、Y軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
AY(Y)は、Y軸送り軸における、Y軸及びZ軸に直交する軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、理想のY軸に対するZ軸送り軸の直角誤差であり、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータである。
また、T及びTは、前記2つの対象物を同一の指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる誤差パラメータであって、Tは前記2つの対象物間のY軸方向の変位であり、Tは同じくZ軸方向の変位である。
これらの誤差の内、EYY(Y)、EZZ(Z)、T及びTは、直接測定することによって得られる。
また、その他の誤差、即ち、EYZ(Z)、EZY(Y)、EAY(Y)及びEA(0Y)Zは、下記数式2によって得られる値を最小にする値として得られる。
Figure 0006960376
但し、Pは固定対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記2次元平面内における位置であり、dn,mはレーザ測長器によって測定された距離データである。
More specifically, in the motion error identification method according to the present invention,
When one reference axis of the two-dimensional plane is the Y axis and the other reference axis is the Z axis, the motion error Δpn , m , that is, the motion error ΔY n (Y n , Z m ) in the Y-axis direction and the Z axis. The directional motion error ΔZ m (Y n , Z m ) can be calculated by the following equation 1.
Figure 0006960376
Figure 0006960376
However, Y n and Z m are designated positions pn, m (Y n , Z) in the YZ plane of the other object assuming that the position of one object among the two objects is fixed. m ). In addition, n = 1,. .. .. , N, and m = 1,. .. .. , M, and N, M are integers.
E YY (Y n), the positioning error in the Y-axis direction of the linear feed axis along the Y-axis (Y-axis feed shaft),
E ZZ (Z m), the positioning error in the Z-axis direction of the linear feed axis along the Z-axis (Z-axis feed shaft),
EYZ (Z m ) is the straightness error (Y-axis direction) of the Z-axis feed axis in the Y-axis-Z-axis plane.
E ZZ (Y n ) is the straightness error (Z-axis direction) of the Y-axis feed axis in the Y-axis-Z-axis plane.
E AY (Y n ) is the angular error around the Y-axis feed axis that is orthogonal to the Y-axis and Z-axis.
EA (0Y) Z is a right angle error of the Z-axis feed axis with respect to the ideal Y-axis, and is an error parameter set from the geometric model of the feed device.
Further, T Y and T Z is in a state of positioning the two objects at the same specified position, a error parameters occurring with time, T Y is the Y-axis direction between the two objects a displacement, T Z is the same Z-axis direction of displacement.
Of these errors, E YY (Y n), E ZZ (Z m), T Y and T Z can be obtained by direct measurement.
In addition, other errors, that is, EYZ (Z m ), E ZY (Y n ), E AY (Y n ), and E A (0 Y) Z, are values that minimize the value obtained by the following equation 2. can get.
Figure 0006960376
However, P is the position in the two-dimensional plane of the predetermined reference position of the laser length measuring device or the reflecting mirror arranged on the fixed object, and d n and m are the distance data measured by the laser length measuring device. Is.

本発明に係る運動誤差同定方法によれば、前記送り装置によって位置決めされる前記2つの対象物の運動誤差を1つのレーザ測長器を用いて同定する際に、反復した操作を繰り返すことなく、2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離をレーザ測長器によって測定するという、一度の操作で運動誤差を同定することができるので、従来に比べてごく短時間で運動誤差を同定することができる。 According to the motion error identification method according to the present invention, when identifying the motion error of the two objects positioned by the feeder using one laser length measuring device, without repeating repeated operations. Since the relative position between two objects is sequentially positioned at a plurality of designated positions, and the distance between the two objects is measured by a laser length measuring device, the motion error can be identified by a single operation. , The motion error can be identified in a very short time as compared with the conventional case.

したがって、当該送り装置の運動性能を評価する際に、経時的な変化を評価する必要がある場合でも、当該送り装置の正確な運動性能を評価することができる。 Therefore, when evaluating the kinetic performance of the feeding device, it is possible to evaluate the accurate kinetic performance of the feeding device even when it is necessary to evaluate the change over time.

本発明の一実施形態に係る運動誤差同定方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the motion error identification method which concerns on one Embodiment of this invention. 本実施形態に係る運動誤差同定方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the motion error identification method which concerns on this Embodiment. 本実施形態に係る運動誤差同定方法によって同定された運動誤差を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the motion error identified by the motion error identification method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る運動誤差同定方法によって同定された運動誤差を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the motion error identified by the motion error identification method which concerns on this embodiment. 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。It is explanatory drawing which showed the error parameter which causes motion error. 運動誤差を同定する従来の方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the conventional method for identifying a motion error. レーザ測長器及び反射鏡を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the laser length measuring instrument and the reflector.

以下、本発明の具体的な実施の形態について説明する。尚、本例では、図1に示した工作機械の運動誤差を同定するものとする。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. In this example, it is assumed that the motion error of the machine tool shown in FIG. 1 is identified.

まず、この工作機械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軸送り装置10、前記サドル4を矢示Y軸に沿って移動させるY軸送り装置15及び前記テーブル6を矢示Z軸に沿って移動させるZ軸送り装置20などを備えて構成される。尚、X軸、Y軸及びZ軸は互いに直交する基準軸である。 First, the schematic configuration of the machine tool 1 will be described. As shown in FIG. 1, the machine tool 1 of this example has a bed 2 having an alphabetical T shape when viewed from a plane, a column 3 arranged on one side of the bed 2, and the other of the bed 2. The table 6 arranged on the side, the saddle 4 arranged on the side surface (front surface) of the column 3 on the table 6 side, the spindle 5 rotatably supported by the saddle 4, and the spindle 5 are rotated. A spindle motor (not shown), an X-axis feed device 10 that moves the column 3 along the arrow X-axis, a Y-axis feed device 15 that moves the saddle 4 along the arrow Y-axis, and the table 6. Is provided with a Z-axis feed device 20 or the like for moving the Z-axis along the Z-axis. The X-axis, Y-axis, and Z-axis are reference axes that are orthogonal to each other.

前記X軸送り装置10は、X軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール14,14と、サーボモータであるX軸送りモータ11、このX軸送りモータ11によって駆動されるボールねじ12、このボールねじ12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12の両端を回転自在に支持する軸受13(一方の軸受は図示せず)などから構成される。このX軸送り装置10では、X軸送りモータ11を駆動してボールねじ12を回転させることで、コラム3がガイドレール14,14に案内されてX軸に沿って移動する。 The X-axis feed device 10 includes a pair of guide rails 14 and 14 arranged in parallel along the X-axis, an X-axis feed motor 11 which is a servo motor, and a ball screw driven by the X-axis feed motor 11. 12. A ball nut (not shown) screwed into the ball screw 12 and fixed to the lower surface of the column 3, and a bearing 13 that rotatably supports both ends of the ball screw 12 (one bearing is shown). It is composed of (screw) and so on. In the X-axis feed device 10, the column 3 is guided by the guide rails 14 and 14 and moves along the X-axis by driving the X-axis feed motor 11 and rotating the ball screw 12.

同様に、前記Y軸送り装置15は、Y軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール19,19と、サーボモータであるY軸送りモータ16、このY軸送りモータ16によって駆動されるボールねじ17、このボールねじ17に螺合し、且つ前記サドル4のコラム3側の面に固設されたボールナット(図示せず)、ボールねじ17の両端を回転自在に支持する軸受18(一方の軸受は図示せず)などから構成される。このY軸送り装置15では、Y軸送りモータ16を駆動してボールねじ17を回転させることで、サドル4がガイドレール19,19に案内されてY軸に沿って移動する。 Similarly, the Y-axis feed device 15 is driven by a pair of guide rails 19 and 19 arranged in parallel along the Y-axis, a Y-axis feed motor 16 which is a servo motor, and the Y-axis feed motor 16. A ball screw 17, a ball nut (not shown) screwed into the ball screw 17 and fixed to the surface of the saddle 4 on the column 3 side, and a bearing 18 that rotatably supports both ends of the ball screw 17. (One bearing is not shown) and so on. In the Y-axis feed device 15, the saddle 4 is guided by the guide rails 19 and 19 and moves along the Y-axis by driving the Y-axis feed motor 16 to rotate the ball screw 17.

また、前記Z軸送り装置20は、Z軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール24,24と、サーボモータであるZ軸送りモータ21、このZ軸送りモータ21によって駆動されるボールねじ22、このボールねじ22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22の両端を回転自在に支持する軸受23,23などから構成される。このZ軸送り装置20では、Z軸送りモータ21を駆動してボールねじ22を回転させることで、テーブル6がガイドレール24,24に案内されてZ軸に沿って移動する。 Further, the Z-axis feed device 20 is driven by a pair of guide rails 24, 24 arranged in parallel along the Z-axis, a Z-axis feed motor 21 which is a servomotor, and the Z-axis feed motor 21. It is composed of a ball screw 22, a ball nut (not shown) screwed into the ball screw 22 and fixed to the lower surface of the table 6, bearings 23, 23 that rotatably support both ends of the ball screw 22, and the like. Will be done. In the Z-axis feed device 20, the table 6 is guided by the guide rails 24 and 24 and moves along the Z-axis by driving the Z-axis feed motor 21 and rotating the ball screw 22.

斯くして、この工作機械1は、X軸送り装置10、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20を適宜駆動することにより、主軸5とテーブル6とを3次元空間内で適宜相対的に移動させることができる。 Thus, the machine tool 1 appropriately drives the X-axis feed device 10, the Y-axis feed device 15, and the Z-axis feed device 20 so that the spindle 5 and the table 6 are appropriately relative to each other in the three-dimensional space. Can be moved.

次に、この工作機械1の運動誤差を同定する方法について説明する。尚、本例では、前記工作機械1の運動誤差を以下の時点で測定して、工作機械1に生じる熱変形を考慮した当該工作機械1の運動誤差を同定し、評価するものとする。
1)第1回測定:初期状態で測定
2)第2回測定:第1回測定後、主軸5を回転速度4000min−1で2時間回転させた後に測定
3)第3回測定:第2回測定後、更に、主軸5を回転速度8000min−1で2時間回転させた後に測定
4)第4回測定:第3回測定後、更に、主軸5を回転速度12000min−1で2時間回転させた後に測定
Next, a method for identifying the motion error of the machine tool 1 will be described. In this example, the motion error of the machine tool 1 is measured at the following time points, and the motion error of the machine tool 1 in consideration of the thermal deformation generated in the machine tool 1 is identified and evaluated.
1) 1st measurement: Measured in the initial state
2) 2nd measurement: After the 1st measurement, the spindle 5 is rotated at a rotation speed of 4000 min -1 for 2 hours and then measured.
3) Third measurement: After the second measurement, the spindle 5 is further rotated at a rotation speed of 8000 min -1 for 2 hours before measurement.
4) 4th measurement: After the 3rd measurement, the spindle 5 is further rotated at a rotation speed of 12000 min -1 for 2 hours.

尚、本例では、主軸5とテーブル6とをY軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差を同定するが、X軸−Y軸平面内で移動させたときの運動誤差、及びX軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差も同様にして同定することができ、これら3つの平面内における運動誤差を総合的に評価することで、結果として、X軸,Y軸及びZ軸を基準軸とする3次元空間内における工作機械1の運動誤差を同定することができる。 In this example, the motion error when the spindle 5 and the table 6 are moved in the Y-axis-Z-axis plane is identified, but the motion error when the spindle 5 and the table 6 are moved in the X-axis-Y-axis plane, and The motion error when moving in the X-axis-Z-axis plane can be identified in the same way, and by comprehensively evaluating the motion error in these three planes, as a result, the X-axis and the Y-axis can be identified. And the motion error of the machine tool 1 in the three-dimensional space with the Z axis as the reference axis can be identified.

以下、前記第1回−第4回の各測定時における運動誤差の測定方法、及び運動誤差の同定方法について説明する。尚、本例では、第1回−第4回の各測定時において同じ手順を実行する。 Hereinafter, a method for measuring the motion error and a method for identifying the motion error at each of the first to fourth measurements will be described. In this example, the same procedure is executed at each of the first to fourth measurements.

まず、Y軸送り装置15により主軸5とテーブル6とをY軸に沿って所定ピッチで移動させたときのY軸方向における位置決め誤差EYY(Y)、及びZ軸送り装置20により主軸5とテーブル6とをZ軸に沿って所定ピッチで移動させたときのZ軸方向における位置決め誤差EZZ(Z)を測定する。n=1,...,N、m=1,...,Mであり、N,Mは整数である。この測定に用いられる測定器は特に限定されるものではなく、本例のレーザ測長器30や、この他のレーザ干渉計、オートコリメータなどを用いて測定することができる。 First, the main shaft 5 by the Y-axis feeding device 15 by the main shaft 5 and the table 6 and a positioning error in the Y-axis direction when moving at a predetermined pitch along the Y-axis E YY (Y n), and Z-axis feed apparatus 20 And the table 6 are moved along the Z axis at a predetermined pitch, and the positioning error E ZZ (Z m ) in the Z axis direction is measured. n = 1, 1. .. .. , N, m = 1,. .. .. , M, and N, M are integers. The measuring instrument used for this measurement is not particularly limited, and the measurement can be performed by using the laser length measuring instrument 30 of this example, another laser interferometer, an autocollimator, or the like.

また、予め定めた基準位置に対する主軸5の経時的な変位を測定する。例えば、第1回−第4回の各測定時に、テーブル6を所定位置に位置決めした状態で、例えば、適宜変位計を用いて、テーブル6上に設定した基準位置と主軸5との間のY軸方向の変位T、及びZ軸方向の変位Tを測定する。 In addition, the displacement of the spindle 5 with time with respect to a predetermined reference position is measured. For example, in each of the 1st to 4th measurements, with the table 6 positioned at a predetermined position, for example, using an appropriate displacement meter, the Y between the reference position set on the table 6 and the spindle 5 Axial displacement TY and Z-axis displacement TZ are measured.

次いで、図7に示したレーザ測長器30をテーブル6上に設置し、ミラー35を主軸5に装着した後、図2に示すように、Z軸送り装置20により、テーブル6をZ軸に沿って所定ピッチで指定位置P1,1からP1,Mに順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。 Next, the laser length measuring device 30 shown in FIG. 7 is installed on the table 6, the mirror 35 is mounted on the spindle 5, and then, as shown in FIG. 2, the table 6 is set to the Z axis by the Z-axis feed device 20. The distance dn, m between the laser length measuring device 30 and the mirror 35 is measured by the laser length measuring device 30 while sequentially positioning the designated positions P 1, 1 to P 1, M along the predetermined pitch.

次に、Y軸送り装置15により、主軸5をY軸に沿って所定ピッチで指定位置P1,MからPN,Mに順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。 Next, the laser length measuring device 30 uses the laser length measuring device 30 to sequentially position the main shaft 5 from the designated positions P1, M to PN, M at a predetermined pitch along the Y axis by the Y-axis feeding device 15. The distance d n, m between the mirror 35 and the mirror 35 is measured.

ついで、同様にして、Z軸送り装置20により、テーブル6をZ軸に沿って所定ピッチで指定位置PN,MからPN,1に順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。 Then, in the same manner, the Z-axis feed device 20 sequentially positions the table 6 from the designated positions PN, M to PN, 1 at a predetermined pitch along the Z-axis, and the laser length measuring device 30 measures the laser. The distance d n, m between the length device 30 and the mirror 35 is measured.

この後、Y軸送り装置15により、主軸5をY軸に沿って所定ピッチで指定位置PN−1,1からP2,1に順次位置決めしながら、レーザ測長器30により当該レーザ測長器30とミラー35との間の距離dn,mを測定する。 After that, the Y-axis feed device 15 sequentially positions the spindle 5 along the Y-axis at a predetermined pitch from the designated positions PN-1, 1 to P 2, 1, and the laser length measuring device 30 measures the laser length. The distance d n, m between the vessel 30 and the mirror 35 is measured.

以上のようにして、レーザ測長器30とミラー35とを、隣接する各指定位置pn,m(Y,Z)を結んだ移動経路がY軸−Z軸平面内で矩形線を描くように所定ピッチで相対移動させ、各指定位置pn,m(Y,Z)において、レーザ測長器30とミラー35との間の距離を測定する。尚、このレーザ測長器30とミラー35との間の相対的な移動は、図2に示すように、レーザ測長器30を固定した状態で、ミラー35をY軸−Z軸平面内で移動させる態様と観念することができる。また、移動経路が含まれるY軸−Z軸平面には、レーザ測長器30の基準球31の中心点が含まれる。 As described above, the movement path connecting the laser length measuring instrument 30 and the mirror 35 at the adjacent designated positions pn, m (Y n , Z m ) draws a rectangular line in the Y-axis-Z-axis plane. The distance between the laser length measuring instrument 30 and the mirror 35 is measured at each designated position pn, m (Y n , Z m ) by moving the laser relative to each other at a predetermined pitch as drawn. As shown in FIG. 2, the relative movement between the laser length measuring device 30 and the mirror 35 is such that the mirror 35 is moved in the Y-axis −Z axis plane with the laser length measuring device 30 fixed. It can be thought of as a moving mode. Further, the Y-axis-Z-axis plane including the movement path includes the center point of the reference sphere 31 of the laser length measuring instrument 30.

次に、第1回−第4回の各測定時に得られた、主軸5のY軸方向の位置決め誤差EYY(Y)、テーブル6のZ軸方向の位置決め誤差EZZ(Z)、主軸5のY軸方向の変位T、及び主軸5のZ軸方向の変位T、並びにレーザ測長器30とミラー35との間の距離データdn,mを基に、それぞれ指令位置pn,m(Y,Z)に対する運動誤差Δpn,m、即ちY軸方向の運動誤差ΔY(Y,Z)及びZ軸方向の運動誤差ΔZ(Y,Z)を同定する。 Next, 1st - obtained during each measurement of the 4th, the positioning error E YY in the Y-axis direction of the main shaft 5 (Y n), the positioning error E ZZ Z-axis direction of the table 6 (Z m), displacement T Y in the Y-axis direction of the main shaft 5, and displacement T Z of the Z-axis direction of the main shaft 5, and based on the distance data d n, the m between the laser measurement device 30 and the mirror 35, respectively commanded position p The kinetic error Δpn , m with respect to n, m (Y n , Z m ), that is, the kinetic error ΔY n (Y n , Z m ) in the Y-axis direction and the kinetic error ΔZ m (Y n , Z m ) in the Z-axis direction. To identify.

具体的には、運動誤差Δpn,mは、以下の数式1によって算出することができる。

Figure 0006960376
但し、EYZ(Z)は、Z軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Y軸方向)、
ZY(Y)は、Y軸送り軸のY軸−Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)、
AY(Y)は、Y軸送り軸における、Y軸及びZ軸に直交する軸まわりの角度誤差、
A(0Y)Zは、理想のY軸に対するZ軸送り軸の直角誤差であり、前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータである。 Specifically, the motion error Δpn , m can be calculated by the following mathematical formula 1.
Figure 0006960376
However, EYZ (Z m ) is the straightness error (Y-axis direction) of the Z-axis feed axis in the Y-axis-Z-axis plane.
E ZZ (Y n ) is the straightness error (Z-axis direction) of the Y-axis feed axis in the Y-axis-Z-axis plane.
E AY (Y n ) is the angular error around the Y-axis feed axis that is orthogonal to the Y-axis and Z-axis.
EA (0Y) Z is a right angle error of the Z-axis feed axis with respect to the ideal Y-axis, and is an error parameter set from the geometric model of the feed device.

そして、これらの4つの誤差パラメータEYZ(Z)、EZY(Y)、EAY(Y)及びEA(0Y)Zは、下記数式2によって得られる値を最小にする値として得られる。

Figure 0006960376
但し、Pは固定した状態と観念されるレーザ測長器30の基準位置(前記基準球31の中心位置)のY軸−Z軸平面内における位置である。 And these four error parameters E YZ (Z m), E ZY (Y n), E AY (Y n) and E A (0Y) Z is a value that minimizes a value obtained by the following equation 2 can get.
Figure 0006960376
However, P is a position in the Y-axis-Z-axis plane of the reference position (center position of the reference sphere 31) of the laser length measuring instrument 30 which is considered to be in a fixed state.

以上のようにして、第1回−第4回の各測定によって得られた各データを基に算出された、前記Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20により動作される主軸5とテーブル6との間のY軸−Z軸平面内における運動誤差Δpn,mを図3に示す。図3では、指定位置pn,mを●で示し、第1回測定時の運動誤差Δpn,mを○、第2回測定時の運動誤差Δpn,mを□、第3回測定時の運動誤差Δpn,mを▲、第4回測定時の運動誤差Δpn,mを■で表わしている。尚、図3では、運動誤差Δpn,mを1000倍に拡大してプロットしている。 As described above, the spindle 5 and the table 6 operated by the Y-axis feed device 15 and the Z-axis feed device 20 calculated based on the data obtained by each of the first to fourth measurements. The motion errors Δpn and m in the Y-axis −Z-axis plane between and are shown in FIG. In FIG. 3, the designated positions pn and m are indicated by ●, the motion errors Δpn and m during the first measurement are indicated by ○, the motion errors Δpn and m during the second measurement are indicated by □, and the motion errors Δpn and m during the third measurement are indicated by □. The motion error Δpn , m at the time of the fourth measurement is represented by ▲, and the motion error Δpn , m at the time of the fourth measurement is represented by ■. In FIG. 3, the motion errors Δpn and m are plotted at a magnification of 1000 times.

図3から分かるように、この工作機械1では、主軸5を高速回転させるほど、Z軸方向の誤差が拡大して、その線図がZ軸の負方向(左側)にシフトした状態となる。これは、主軸5を高速回転させることで、主軸5内における発熱が増大し、これに伴う熱変形(熱膨張)によって、主軸5がテーブル6側、即ちZ軸負方向に変位したことを表している。この主軸5のZ軸方向の変位Tは既に測定されているので、同じく測定により既知となったY軸方向の変位Tも併せてキャンセルすると、第1回−第4回の各測定によって得られた主軸5とテーブル6との間のY軸−Z軸平面内における運動誤差Δpn,mは図4に示すようになる。 As can be seen from FIG. 3, in this machine tool 1, as the spindle 5 is rotated at high speed, the error in the Z-axis direction increases, and the diagram is shifted to the negative direction (left side) of the Z-axis. This means that the heat generated in the spindle 5 is increased by rotating the spindle 5 at high speed, and the spindle 5 is displaced to the table 6 side, that is, in the negative direction of the Z axis due to the accompanying thermal deformation (thermal expansion). ing. This displacement T Z of the Z-axis direction of the main shaft 5 has been measured, likewise when even together cancel displacement T Y in the Y-axis direction become known by measurement, 1st - by the measurement of the 4th The motion errors Δpn and m in the Y-axis −Z-axis plane between the obtained spindle 5 and the table 6 are as shown in FIG.

斯くして、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20により動作される主軸5とテーブル6との間のY軸−Z軸平面内における純粋な運動誤差Δpn,mは、図4に示すような主軸5の熱変形分をキャンセルしたものとして表される。そして、この図4からすると、当該工作機械1のY軸−Z軸平面内における運動性能は主軸5の回転速度には依存せず、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20の運動性能に依存していることが分かる。 Thus, the pure motion error Δpn, m in the Y-axis-Z-axis plane between the spindle 5 and the table 6 operated by the Y-axis feed device 15 and the Z-axis feed device 20 is shown in FIG. It is expressed as canceling the thermal deformation of the spindle 5. According to FIG. 4, the kinetic performance of the machine tool 1 in the Y-axis-Z-axis plane does not depend on the rotational speed of the spindle 5, and depends on the kinetic performance of the Y-axis feed device 15 and the Z-axis feed device 20. You can see that it depends.

以上詳述したように、本例の運動誤差同定方法によれば、主軸5のY軸方向の位置決め誤差EYY(Y)、テーブル6のZ軸方向の位置決め誤差EZZ(Z)、主軸5のY軸方向の変位T、及び主軸5のZ軸方向の変位Tを測定するとともに、レーザ測長器30とミラー35とをその相対的な移動経路がY軸−Z軸平面内で矩形線を描くように所定ピッチで相対移動させ、各指定位置において、レーザ測長器30とミラー35との間の距離を測定するだけで、Y軸−Z軸平面内における主軸5とテーブル6との間の運動誤差を同定することができ、従来に比べて、極めて短時間で当該運動誤差を同定することができる。 As described above in detail, according to the motion error identification method of the present embodiment, the positioning error E YY in the Y-axis direction of the main shaft 5 (Y n), the positioning error E ZZ Z-axis direction of the table 6 (Z m), displacement T Y in the Y-axis direction of the main shaft 5, and with measuring the displacement T Z of the Z-axis direction of the main shaft 5, and a laser measurement device 30 and the mirror 35 is its relative movement path Y axis -Z axis plane By moving relative to each other at a predetermined pitch so as to draw a rectangular line inside and measuring the distance between the laser length measuring instrument 30 and the mirror 35 at each designated position, the main axis 5 and the main axis 5 in the Y-axis-Z-axis plane can be measured. The motion error between the table 6 and the table 6 can be identified, and the motion error can be identified in an extremely short time as compared with the conventional case.

即ち、従来では、上述したように、レーザ測長器30を少なくとも4カ所の異なる位置に設置し、各設置状態において、それぞれミラー35を3次元空間内で設定される各格子点に位置決めしながら、レーザ測長器30によって距離を測定するという測定操作を、少なくとも4回繰り返して行う必要があるため、測定に極めて長い時間を要していた。したがって、例えば本例のように、工作機械1の熱変形を考慮した運動誤差を同定するような場合には、この従来の方法では、測定を完了する頃には、工作機械1の熱変形の状態が変化しているため、当該工作機械1の正確な運動性能を評価することができなかった。 That is, conventionally, as described above, the laser length measuring instruments 30 are installed at at least four different positions, and in each installed state, the mirror 35 is positioned at each lattice point set in the three-dimensional space. Since it is necessary to repeat the measurement operation of measuring the distance with the laser length measuring device 30 at least four times, the measurement takes an extremely long time. Therefore, for example, in the case of identifying the motion error in consideration of the thermal deformation of the machine tool 1 as in this example, in this conventional method, the thermal deformation of the machine tool 1 is reached by the time the measurement is completed. Since the state is changing, it was not possible to evaluate the accurate exercise performance of the machine tool 1.

これに対し、本例の運動誤差同定方法では、2次元平面内での運動誤差を同定するようにしているので、レーザ測長器30とミラー35との相対移動させる指定位置(測定点)を従来に比べて格段に減少させることができ、言い換えれば、レーザ測長器30による測定回数を格段に減少させることができるので、その測定時間を従来に比べて格段に減少させることができる。斯くして、本例の運動誤差同定方法によれば、熱変形による影響など、工作機械1の運動性能の経時的な変化を評価する場合でも、当該運動性能を正確に評価することができる。 On the other hand, in the motion error identification method of this example, since the motion error in the two-dimensional plane is identified, the designated position (measurement point) to be relatively moved between the laser length measuring device 30 and the mirror 35 is set. Since the number of measurements by the laser length measuring device 30 can be remarkably reduced, the measurement time can be remarkably reduced as compared with the conventional one. Thus, according to the motion error identification method of this example, even when evaluating a change over time in the motion performance of the machine tool 1, such as the influence of thermal deformation, the motion performance can be accurately evaluated.

以上、本発明の一実施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、何らこれに限定されるものではない。例えば、上例では、Y軸送り装置15及びZ軸送り装置20により主軸5とテーブル6とをY軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差を同定するようにしたが、これに限られるものではなく、X軸送り装置10及びZ軸送り装置20により主軸5とテーブル6とをX軸−Z軸平面内で移動させたときの運動誤差を上例と同様の手法によって同定するようにしても良い。或いは、X軸送り装置10及びY軸送り装置15により主軸5とテーブル6とをX軸−Y軸平面内で移動させたときの運動誤差を上例と同様の手法によって同定するようにしても良い。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the specific embodiments that the present invention can take are not limited thereto. For example, in the above example, the motion error when the spindle 5 and the table 6 are moved in the Y-axis-Z-axis plane by the Y-axis feed device 15 and the Z-axis feed device 20 is identified. The motion error when the spindle 5 and the table 6 are moved in the X-axis-Z-axis plane by the X-axis feed device 10 and the Z-axis feed device 20 is identified by the same method as in the above example. You may do so. Alternatively, the motion error when the spindle 5 and the table 6 are moved in the X-axis-Y-axis plane by the X-axis feed device 10 and the Y-axis feed device 15 may be identified by the same method as in the above example. good.

更に、このようにして得られたX軸−Y軸平面内、X軸−Z軸平面内及びY軸−Z軸平面内における各運動誤差を基に、工作機械1のX軸,Y軸及びZ軸を基準軸とする3次元空間内における運動誤差を同定するようにしても良い。また、このような運動誤差の同定過程で、上述した誤差パラメータEXX、EYY、EZZ、EYX、EZX、EXY、EZY、EXZ、EYZ、EAX、EAY、EAZ、EBX、EBY、EBZ、ECX、ECY、ECZ、EA(0Y)Z、EB(0X)Z、EC(0X)Y、EA(0Z)Y、EB(0Z)X、EC(0Y)Xを導出することができる。 Further, based on the motion errors in the X-axis-Y-axis plane, the X-axis-Z-axis plane, and the Y-axis-Z-axis plane thus obtained, the X-axis, Y-axis, and the machine tool 1 The motion error in the three-dimensional space with the Z axis as the reference axis may be identified. Further, the identification process of such motion error, error parameter E XX as described above, E YY, E ZZ, E YX, E ZX, E XY, E ZY, E XZ, E YZ, E AX, E AY, E AZ, E BX, E BY, E BZ, E CX, E CY, E CZ, E A (0Y) Z, E B (0X) Z, E C (0X) Y, E A (0Z) Y, E B (0Z) X and EC (0Y) X can be derived.

また、本発明により運動誤差を同定するができる送り装置は、上述した構造の工作機械1に含まれる送り装置に限られるものではなく、相互に直交する直線送り軸を備えた送り装置であれば、どのような構造の送り装置であっても良く、更に、工作機械である場合に、上述した構造のものには限定されない。 Further, the feed device capable of identifying the motion error according to the present invention is not limited to the feed device included in the machine tool 1 having the above-mentioned structure, and any feed device having linear feed axes orthogonal to each other can be used. The feeding device may have any structure, and further, when it is a machine tool, it is not limited to the above-mentioned structure.

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。 Again, the description of the embodiments described above is exemplary in all respects and not restrictive. Modifications and changes can be made as appropriate for those skilled in the art. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims. Further, the scope of the present invention includes modifications from the embodiment within the scope of the claims and within the scope of the claims.

1 工作機械
2 ベッド
3 コラム
4 サドル
5 主軸
6 テーブル
10 X軸送り装置
15 Y軸送り装置
20 Z軸位送り装置
30 レーザ測長器
31 基準球
32 レーザ干渉計
35 ミラー
1 Machine tool 2 Bed 3 Column 4 Saddle 5 Spindle 6 Table 10 X-axis feed device 15 Y-axis feed device 20 Z-axis position feed device 30 Laser length measuring device 31 Reference ball 32 Laser interferometer 35 Mirror

Claims (1)

相互に直交するように配設された少なくとも2つの直線送り軸であって、基準軸であるY軸に沿った直線送り軸としてのY軸送り軸、及び前記Y軸と直交する基準軸であるZ軸に沿った直線送り軸としてのZ軸送り軸を有し、該2つの直線送り軸を用いて、位置決め対象である2つの対象物の内、少なくとも一方を駆動して、該2つの対象物間の相対的な位置を位置決めするように構成された送り装置について、前記Y軸及びZ軸により画定されるY軸−Z軸平面内における前記送り装置の運動誤差を同定する方法であって、
前記Y軸送り軸の前記Y軸方向における位置決め誤差EYY(Y)、及び前記Z軸送り軸の前記Z軸方向における位置決め誤差EZZ(Z)を測定し、
前記2つの対象物を同一の相対位置である指定位置に位置決めした状態で、時間経過に伴って生じる誤差パラメータであって、前記2つの対象物間のY軸方向の変位T、及びZ軸方向の変位Tを測定するとともに、
一方の前記対象物にレーザ測長器を配設し、他方の前記対象物に反射鏡を配設した状態で、前記送り装置を駆動して、前記Y軸−Z軸平面内における前記2つの対象物間の相対位置を複数の指定位置に順次位置決めしながら、該2つの対象物間の距離dn,mを前記レーザ測長器によってそれぞれ測定し、
前記レーザ測長器により測定された距離データdn,m、前記2つの対象物の内の一方の対象物の位置を固定したと仮定したときの他方の対象物の前記Y軸−Z軸平面における指定位置データpn,m(Y,Z)、固定した対象物に配設されたレーザ測長器又は反射鏡についての所定基準位置の前記Y軸−Z軸平面内における位置データP、及び前記送り装置の誤差パラメータである前記位置決め誤差EYY(Y)、位置決め誤差EZZ(Z)、前記Z軸送り軸のY軸−Z軸平面におけるY軸方向の真直誤差EYZ(Z)、前記Y軸送り軸のY軸−Z軸平面におけるZ軸方向の真直誤差EZY(Y)、前記Y軸送り軸における、前記Y軸及びZ軸に直交する軸まわりの角度誤差EAY(Y)、及び前記送り装置の幾何学モデルから設定される誤差パラメータであって、前記Y軸に対するZ軸送り軸の直角誤差EA(0Y)Z、並びに時間経過に伴って生じる前記Y軸方向の変位T、及びZ軸方向の変位Tを基に、
前記送り装置の運動誤差Δpn,mであるY軸方向の運動誤差ΔY(Y,Z)及びZ軸方向の運動誤差ΔZ(Y,Z)を以下の数式1によって算出するようにしたことを特徴とする運動誤差同定方法。
Figure 0006960376
Figure 0006960376
但し、n=1,...,Nであり、m=1,...,Mであり、N,Mは整数である。
また、前記位置データPは、既知の値である。また、前記誤差EYZ(Z)、EZY(Y)、EAY(Y)及びEA(0Y)Zは、下記数式2によって得られる値を最小にする値として得られる。
Figure 0006960376

At least two linear feed axes arranged so as to be orthogonal to each other, a Y-axis feed axis as a linear feed axis along the Y-axis which is a reference axis, and a reference axis orthogonal to the Y-axis. It has a Z-axis feed axis as a linear feed axis along the Z axis, and the two linear feed axes are used to drive at least one of the two objects to be positioned to drive the two objects. A method of identifying a motion error of a feeder in a Y-axis-Z-axis plane defined by the Y-axis and the Z-axis for a feeder configured to position relative positions between objects. ,
The positioning error E YY (Y n) in the Y-axis direction of the Y-axis feed shaft, and measure the positioning error E ZZ (Z m) in the Z axis direction of the Z-axis feed shaft,
It is an error parameter that occurs with the passage of time when the two objects are positioned at the same relative position, which is the same relative position, and is the displacement TY and Z axis in the Y-axis direction between the two objects. with measuring the direction of displacement T Z,
With the laser length measuring device disposed on one of the objects and the reflecting mirror disposed on the other object, the feeder is driven to drive the two objects in the Y-axis-Z-axis plane. While sequentially positioning the relative positions between the objects at a plurality of designated positions, the distances dn and m between the two objects are measured by the laser length measuring device, respectively.
Distance data d n, m measured by the laser length measuring device, the Y-axis-Z-axis plane of the other object assuming that the position of one object in the two objects is fixed. Specified position data pn, m (Y n , Z m ), position data P in the Y-axis-Z-axis plane of a predetermined reference position for a laser length measuring device or a reflector arranged on a fixed object. , and the feed device error parameters in which the positioning error E YY (Y n), the positioning error E ZZ (Z m), Y-axis direction of the straight error E YZ in the Y-axis -Z axis plane of the Z-axis feed shaft (Z m), said Y-axis feed shaft of the Y-axis -Z-axis Z-axis direction of the straight error in plane E ZY (Y n), in the Y-axis feed shaft, around the axis perpendicular to the Y-axis and Z-axis Angle error E AY (Y n ), an error parameter set from the geometric model of the feeder, and the error E A (0Y) Z of the Z-axis feed axis with respect to the Y axis, and with the passage of time. the Y-axis direction displacement T Y, and based on the displacement T Z of the Z-axis direction resulting Te,
Calculated by the motion error Delta] p n, of motion errors Y-axis direction, which is the m ΔY n (Y n, Z m) and the Z-axis direction of the motion error ΔZ m (Y n, Z m ) Equation 1 below the feed device A method for identifying motion errors, which is characterized in that the method is used.
Figure 0006960376
Figure 0006960376
However, n = 1,. .. .. , N, and m = 1,. .. .. , M, and N, M are integers.
Further, the position data P is a known value. Further, the errors EYZ (Z m ), E ZY (Y n ), E AY (Y n ) and E A (0 Y) Z are obtained as values that minimize the values obtained by the following mathematical formula 2.
Figure 0006960376

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