JP7772972B2 - ３軸工作機械の幾何学的偏差検査用の測定体、３軸工作機械及び３軸工作機械の幾何学的偏差の補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、３軸工作機械の幾何学的偏差検査用の測定体、並びに、幾何学的精度が改善された３軸工作機械及び３軸工作機械の幾何学的偏差の検査及び補正方法に関する。

工作機械の場合の問題として知られている領域は、工作機械の幾何学的精度である。工作機械の幾何学的精度は、ワークピースに対する機械の実際の位置と向きの目標の位置と向きに対する相対的な偏差により測定される。この誤差は、理想的なワークピース形状寸法からの逸脱の原因となり、ひいては工作機械の動作精度の低下につながる。幾何学的精度を向上するために、一般的には、個々の軸の偏差と、個々の軸の互いに対する相対的な位置及び向きが考慮される。

剛体モデルを想定すると、この場合の３軸工作機械には、３種の直線偏差（軸方向に１種、軸方向に対して直交する方向に２種）と３種の回転方向偏差（ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向）がある。従って、各直線軸に対して６種の偏差、つまり、３つの直線軸に対して１８種の偏差が生じる。更に、直線軸の互いに対する３種の直角度偏差も考慮する必要がある。このように、３軸工作機械には、合計２１種の幾何学的誤差が存在し得る。この場合、個々の偏差が互いに重なり合うことで、実際に全体的に重大な誤差となり、工作機械の幾何学的精度に望ましくない影響を与える可能性がある。

本発明の目的は、可能な限り簡易で且つ高いコスト効率で構成された３軸工作機械の幾何学的偏差検査用の測定体及び３軸工作機械、並びに、可能な限り高いコスト効率で且つ迅速に実施することが出来る３軸工作機械の幾何学的偏差を検査及び補正する方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する測定体、請求項１０の特徴を有する３軸工作機械、請求項１２の特徴を有する方法によって達成される。各場合における従属請求項は、本発明の更に好ましい発展形態を示す。

対比すると、請求項１の特徴を有する、本発明に係る３軸工作機械の幾何学的偏差検査用の測定体は、測定体の助けを借りて、３軸工作機械が直線偏差、回転偏差、直角度偏差のいずれも有することがないように、３軸工作機械の幾何学的偏差を補正できるという利点を有する。従って、３軸工作機械によってワークピースを可能な限り高いレベルの精度で加工することができる。この場合、測定体に基づき求めた修正データを３軸工作機械の誤差補正にそのまま用いることができる。測定体は、特に、超高精度機械加工用の工作機械に適している。この測定体は、更に工作機械の点検、修正、長期評価にも特に適しており、ひいては工作機械がその耐用年数全体にわたって超精密加工に使用できるようになる。

これは、測定体がベースプレート、第１壁部及び第２壁部を備えるという本発明によって達成される。第１壁部は、特に正方形であるベースプレート上に配置され、ベースプレートから垂直に突出する。第１壁部は階段状三角形であり、上部露出領域に複数の段部を有する階段状領域を有する。更に、第２壁部は四角形であり、ベースプレート上に垂直に突出するように配置され、第１壁部と直交するように配置される。更に、ベースプレートには第１開口列及び第２開口列が形成される。このように、第１壁部は、ベースプレートから離れて対向する側に複数の段部を有する階段状に構成されている。第２壁部は、正方形の壁、特に矩形の壁であり、ベースプレートと平行な上部露出領域を備え、この露出領域に第１壁部開口列が形成される。

このように、第１壁部の階段状領域は、第１壁部の上部露出領域に存在する。従って、第１壁部の上部露出領域は、Ｚ方向の異なる位置を検出可能とする段部を形成し、ベースプレートはＸ方向及びＹ方向の基底平面に広がる。第１壁部の階段状の上部露出領域により、第１壁部は実質的に三角形の形状を有する。

階段状の第１壁部が、各段部に１つの開口が形成されている段部開口列を備えることが特に好ましい。これにより、Ｚ方向の位置の測定に加えて、異なる高さにおけるＸ方向及びＹ方向の位置の検出も可能となる。

測定体が、ベースプレート上に配置され、第２壁部に直交して位置決めされた第３壁部を有することが更に好ましい。第３壁部は、第２壁部と同様に、ベースプレートと平行に延びる上部露出領域を有する四角形の壁であり、第２壁部開口列を備える。従って、第３壁部は、ベースプレート上に第１壁部と平行に配置される。それ故、第１壁部開口列と第２壁部開口列とは互いに直交にして配置される。この場合、第１壁部、第２壁部及び第３壁部によりコ字状配置が形成される。

測定体は、第３壁部の第２壁部開口列と平行な第３開口列をベースプレート上に有することが更に好ましい。

第１開口列、第２開口列及び第３開口列は、各列が、特に好ましくは四角形で構成されるベースプレートの一端部に沿うようにベースプレートの上側に延在することが好ましい。従って、第１開口列がベースプレートの第１端部と平行であり、第２開口列がベースプレートの第２端部と平行であり、第３開口列がベースプレートの第３端部と平行であることが好ましい。

特に好ましくは、第１開口列が第１壁部と平行であり、及び／又は、第２開口列が第２壁部と平行であり、及び／又は、第３開口列が第３壁部と平行である。これにより、測定体により、ヨー方向誤差、ピッチ方向誤差、ロール方向誤差が検出可能となる。

第１開口列、第２開口列及び第３開口列は、特に好ましくは、同じ数の開口、同じ開口間の間隔、及び同じ開口直径を有する。

本発明の更に好ましい実施形態によると、第１壁部、第２壁部及び第３壁部はそれぞれ第１端部、第２端部及び第３端部から所定の間隔を空けて配置される。

階段状三角形の段部の段部表面は、ベースプレートと平行であり、優れた平坦性を実現するために研磨又はその他の方法で精密に機械加工されていることが更に好ましい。第２壁部及び／又は第３壁部の上部露出領域もまた、優れた平坦性を発揮するために、研磨又は精密に機械加工されていることが好ましい。その結果、測定体を用いた測定の精度を大幅に向上させることができる。

ベースプレートにおいて、第１開口列及び／又は第２開口列及び／又は第３開口列が形成された領域、及び／又は、これらの開口列に隣接する領域は、研磨領域として設けられることが更に好ましい。

測定体は、測定体の安定性向上のために、ベースプレートの下側に補強要素を有することが更に好ましい。補強要素は、好ましくは、２つのスラットを含むスラットクロスであり、各スラットが、ベースプレートの下側でベースプレートの互いに対向する２つの角を結合している。補強要素は、好ましくは、工作機械内に測定体をクランプするためにも使用される。

更に好ましくは、第１開口列、第２開口列及び第３開口列は、正方形のベースプレートの場合、ベースプレートの各角領域に測定プロセス用の開口が１つ形成されるようにベースプレートに配置される。

ベースプレートは好ましくは四角形、特に正方形である。更に好ましくは、ベースプレートの各開口列、段部開口列、並びに、第１壁部開口列及び第２壁部開口列の各列は、少なくとも１つの基準開口を備える。各基準開口の周辺領域は研磨されていることが好ましく、その結果、その研磨面をＺ座標を定める基準要素として用いることが出来る。各基準開口の中心をＸ座標及びＹ座標用の基準要素として用いることができる。

更に好ましくは、第１開口列、第２開口列及び第３開口列における開口は一直線上に配置されている。

測定体は好ましくはインバーから製造される。インバーは、熱膨張係数が非常に低く、測定体の製造に特に良く適している。更に好ましくは、第１壁部、第２壁部及び第３壁部の厚さとベースプレートの厚さは同じである。

更に、本発明は、工具スピンドルと、工具スピンドルにおいてクランプできる測定装置、特に３Ｄ測定センサと、３軸工作機械を制御するための制御部と、を備える３軸工作機械に関する。また、３軸工作機械は、本発明に係る測定体を備え、制御部は、予め決定された測定体の幾何学的目標寸法と、３軸工作機械において測定装置によって測定された測定体の幾何学的実際寸法との目標／実際の比較に基づいて、３軸工作機械の幾何学的データを修正するように構成される。従って、制御部は、先行する工程で測定機器により求められた測定体の幾何学的目標寸法を保存するメモリを有する。３軸工作機械における測定体の幾何学的実際寸法を測定に際し、制御部が、測定体の実際値を測定するために測定体測定用のＮＣプログラムを開始することが好ましい。このようにして、３軸工作機械の幾何学的データが、目標値と実際値との比較により修正され、その修正の結果、３軸工作機械を用いたワークピースの機械加工中の精度が著しく向上する。従って、簡易な方法で、３軸工作機械の幾何学的誤差の補正を実現できる。目標値は、好ましくは、メモリに保存される。

更に、本発明は、３軸工作機械における幾何学的偏差を検査及び補正するための方法に関し、該方法は、
－３軸工作機械のスピンドルに、測定装置、特に３Ｄ測定センサをクランプする工程と、
－本発明に係る測定体を、特に、補強要素をクランプすることにより、３軸工作機械の作業空間に配置する工程と、
－測定体における幾何学的実際データを取得するために、測定装置を測定体の異なる位置に接近させる工程と、
－幾何学的偏差、特に直線偏差、回転偏差及び直角度偏差を測定するために、測定体の取得した実際データと事前に定めた目標データとの間で目標／実際の比較を行う工程と、
－３軸工作機械の加工精度を高めるために、３軸工作機械の制御部において３軸工作機械の幾何学的偏差を補正する工程と、
を含む。

この場合、本発明に係る方法は、比較的迅速且つ確実に行うことができる。特に、本発明に係る方法は、３軸工作機械の配送後に、顧客の現場における条件、特に温度条件が動作中の３軸工作機械の幾何学的精度に悪影響を及ぼすことが無いように、顧客の現場において短時間で実施することもできる。

もちろん、この方法を、３軸工作機械の製造における生産工程を可能な限り最適化するために、３軸工作機械の製造現場において実行することもできる。

好ましくは、測定体の目標値が座標測定機器において予め決定され、その後、測定体の座標系が３軸工作機械の座標系と対応するように測定体は３軸工作機械の作業空間に配置される。

３軸工作機械での測定体の測定時に作業空間の温度を検出しておき、作業空間の検出温度に基づき実際データを修正することが更に好ましい。これにより、幾何学的偏差の補正の精度がより向上する。

本発明に係る方法は、好ましくは、３軸工作機械の検査、修正、及び長期評価に役立つ。この場合、本発明に係る方法は、好ましくは、
－各場合の位置偏差（各軸の平行変位（３軸であるため３種の考えられる誤差））、
－各軸毎に２種の真直度偏差（軸方向に対して横断方向の平行変位）、すなわち、合計６種の考えられる幾何学的誤差、及び
－３軸の各軸における３種の回転偏差、つまり、ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向の偏差（すなわち９種の幾何学的偏差）、
－直線軸Ｘ、Ｙ、Ｚの互いに対する３種の直角度偏差（Ｘ－Ｙ直角度偏差、Ｘ－Ｚ直角度偏差、Ｙ－Ｚ直角度偏差）
という２１種の考えられる幾何学的誤差を測定する。

３軸工作機械の設計や運動学により、個々の誤差は無視することもできることに留意されたい。好ましくは、Ｙ軸のピッチ方向誤差は、Ｙ方向の位置決め誤差、Ｙ軸のＸ方向に対する真直度誤差及びＹ軸・Ｘ軸間の直角度誤差により修正される。この場合、前提条件は、工作機械のテーブルからスピンドルへのＸ方向の間隔が一定であることである。更に好ましくは、Ｚ軸のロール方向誤差は、工具がこの軸で回転するため無視される。更に好ましくは、工具の長さが一定である場合、Ｚ軸のピッチ方向誤差及びＺ軸のヨー方向誤差を無視することができる。これら誤差は両方共、Ｚ軸における真直度誤差及び直角度誤差により修正することができる。このように、本測定により、測定の複雑さが軽減される。

本発明の好ましい実施形態を以下の図面を参照し、説明する。
本発明の好ましい実施形態に係る３軸工作機械における測定体の概略斜視図である。 異なる角度からの図１の測定体の概略斜視図である。 図２の測定体の概略平面図である。 測定体の概略側面図であり、Ｘ軸のピッチ方向誤差の測定を一例として示す。 測定体の部分側面図であり、Ｘ軸のロール方向誤差の測定を一例として示す。 Ｘ軸のヨー方向誤差の測定を示す概略図である。

以下、図１～図６を参照して、３軸工作機械１及び３軸工作機械の幾何学的偏差検査用の測定体２について詳細に説明する。

更に、図１～図６を参照して、３軸工作機械の幾何学的偏差を検査及び補正するための方法について説明する。

図１～図５から分かるように、３軸工作機械１は、作業空間３，スピンドル４、及び制御部９を有する。

図１から分かるように、測定体２が、３軸工作機械１の機械テーブル６上に配置される。

図１～図３に、測定体２の詳細が示されている。測定体２は、３軸工作機械の幾何学的偏差を検査するために構成され、測定体を１回クランプすることで、全ての直線誤差、回転誤差、直角度誤差、合計２１種の誤差を測定することができる。特に、測定体２により、３軸工作機械１の工具の位置決め用の座標を非常に正確に決定することができる。

測定体２は、Ｘ方向及びＹ方向に基底面に広がる平面状のベースプレート８を備える。測定体２は、第１壁部１０と、第２壁部２０と、第３壁部３０とを更に有する。第１壁部１０、第２壁部２０及び第３壁部３０は、ベースプレート８上に配置されており、ベースプレート８から垂直に突出し、コ字形を形成している。

図２に示すように、Ｚ方向は、Ｘ方向に直交し、Ｙ方向に直交する。

図２から分かるように、この場合、第１壁部１０、第２壁部２０、第３壁部３０は、ベースプレート８の基底面上に配置されている。

ベースプレート８は正方形に構成されており、第１端部８１と、第２端部８２と、第３端部８３と、第４端部８４とを備える。

特に図１及び図２から分かるように、３つの壁部１０、２０、３０は幾何学的に異なるように構成されている。この場合、第１壁部１０は、階段状領域１２が形成された上部露出領域１１を備える階段状三角形である。階段状領域１２は複数の段部１３を有する。

各段部１３には、開口１５が１つ形成される。開口１５は段部開口列１４を形成する。本実施形態においては、この場合、第１壁部１０として構成された階段状三角形は７段の段部を有する。

第２壁部２０は、上部露出領域２１を同様に有する矩形の壁部である。上部露出領域２１には、複数の開口２３を有する第１壁部開口列２２が形成される。

第３壁部３０もまた矩形の壁部であり、上部露出領域３１を同様に有する。上部露出領域３１には、複数の開口３３を有する第２壁部開口列３２が形成される。

特に図２から分かるように、第２壁部２０のサイズは、第３壁部３０のサイズよりも小さい。

第２壁部２０の開口２３は、直線に沿って配置される。第３壁部３０の開口３３もまた、直線に沿って配置される。この場合、第２壁部と第３壁部の開口は、開口２３の成す直線と開口３３の成す直線が直角に交わるように配置されている。

特に図２から分かるように、第１壁部１０は、第２壁部２０に対して直角に配置されている。第２壁部２０も、第３壁部３０に対して直角に配置されている。その結果、第１壁部１０と第３壁部３０とは互いに平行である。

更に、第１壁部１０、第２壁部２０及び第３壁部３０は、それぞれの長手方向側面に沿って、ベースプレート８のそれぞれの端部８１、８２、８３から間隔を空けて配置されている。第３壁部３０の一端領域のみが第４端部８４まで延伸している（図２参照）。

軽量化のために、ベースプレート８は、より大きな中央孔部と複数の細長孔部（参照符号なし）とを有する。

ベースプレート８の下側には、第１スラット７１と第２スラット７２を有する強要素７が配置されている。これら２つのスラット７１、７２は十字状に配置されており、ベースプレート８を補強し、ひいては測定体２を補強している。更に、補強要素７により、簡易な方法で、測定体２を機械テーブル６上にクランプ可能となっている。特に、これにより、クランプ過程における測定結果を歪曲しかねない望ましくない応力のベースプレート又は３つの壁部１０、２０、３０への導入が防止される。

更に、測定体２は、ベースプレートにおいて、その上側に、第１開口列１０１、第２開口列１０２及び第３開口列１０３を有する。第１開口列１０１は、第１直線１１１上に配置された複数の開口１０１ａを有する。第１直線１１１は第１端部８１と平行に延伸している。第２開口列１０２は、第２直線１１２上に配置された複数の開口１０２ａを有する。この場合、第２開口列１０２は、第２端部８２と平行である。第３開口列１０３は、第３直線１１３上に配置された複数の開口１０３ａを有する。第３開口列１０３は、第３端部８３と平行である（図３参照）。図３においては、更に分かりやすくするために、第１開口列、第２開口列及び第３開口列の全ての開口に対して参照符号を付与していない。

更に図３から分かるように、第１開口列１０１は、段部開口列１４と平行である。第２開口列１０２は、第２壁部２０の第１壁部開口列２２と平行である。第３開口列１０３は、第２壁部開口列３２と平行である。

第１開口列、第２開口列及び第３開口列において、幾何学的サイズや特に開口間の間隔と同様に、開口の数は同じであることが好ましい。

ストリップ状の研磨基準面（図３には図示せず）を、例えば、これら３列の開口列の隣に平行してそれぞれ設けることができることに留意されたい。

更に、第１開口列１０１、第２開口列１０２及び第３開口列１０３は、１つの開口がベースプレート８の各角部に備わるように設けられている。

更に好ましくは、ベースプレート８の厚さも、壁部１０、２０、３０の壁厚と同じである。

測定体２は、３軸工作機械１の機械テーブル６上に配置される。更に、測定体２を用いた３軸工作機械の実際座標の測定を行う３Ｄ測定センサが、スピンドル４に配置されている。

３軸工作機械１は、更に、３軸工作機械を制御するように構成された制御部９を備える。制御部９は、更に、測定体２の幾何学的寸法の目標／実際の比較に基づき、３軸工作機械１の幾何学的データの修正を行うように構成されている。

３軸工作機械は、既に述べたように、３本の直線軸、詳細には、Ｘ方向に第１軸、Ｙ方向に第２軸、Ｚ方向に第３軸を有する。

全体として、３本の直線軸において２１種の偏差が生じ、そのうちの３種は、直線軸の互いに対する直角度偏差である。このように、３軸工作機械では、合計２１個の誤差パラメータがある。

このように、本発明に係る方法によって、３軸工作機械の真直度偏差、回転偏差及び直角度偏差の全ての偏差の検査及び修正を行うことができる。

このため、先ず、目標値を生成するために、座標測定機器（図示なし）により測定体２を測定する。そして、前記目標値は、３軸工作機械１の制御部９に提供されて、メモリに保存される。この場合、測定体２を測定するために、座標系は、ＸＹ平面がベースプレート８と平行となるように設置される。このように、好ましくはインバーで製造されている測定体２の形状寸法が、複数回の測定により得られた測定体２の様々な基本要素のＺ位置、Ｘ位置、Ｙ位置に基づいて求められる。同時に、測定体２の座標系のゼロ位置もまた特定される。例えば、研磨段部表面又は研磨基準面は、Ｚ位置のための基準要素としての役割を果たす。開口列１０１、１０２、１０３の開口、段部１３の開口１５、露出領域１１、２１の開口２３、３３は、Ｘ位置及びＹ位置のための基準要素としての役割を果たす。

ここでは、３軸工作機械の幾何学的偏差を検出するために、測定体２を、３軸工作機械の作業空間３内の機械テーブル６上に導入する。この場合、測定体２は、クランプ又はその他の方法で機械テーブル上に固定される。この場合、測定体のＸＹＺ座標系は、原則として、３軸工作機械のＸＹＺ座標系と平行に配置される必要がある。そして、３Ｄ測定装置５、例えば３Ｄ測定センサにより、３軸工作機械における測定体２の測定が行われる。典型的には、現代の３軸工作機械は、例えば、部品位置や部品形状寸法を検出するために、この種の３Ｄ測定センサを備えている。

このように、測定前に、３軸工作機械の座標系は、測定体２を事前に測定した座標測定機器の座標系と同一となるように配置される。

３軸工作機械の作業空間３に測定体２を固定した後に、制御部９は、３Ｄ測定センサ５による測定体２の測定を行うことにより３軸工作機械１の実際値を測定するために、完全自動実行されるＮＣプログラムを実行することを許可することが好ましい。

３軸工作機械の作業空間３において測定体２を測定している間、３軸工作機械１の作業空間３の温度も検出し、保存しておくことが好ましい。作業空間の温度が、例えば、２０℃である基準温度と異なる場合には、３軸工作機械での被加工物であるワークピースに加工において、ワークピースの熱膨張係数を考慮しなければならない。ここで、対応する修正を３軸工作機械の実際値に実行する必要がある。

３軸工作機械１における測定体２の測定と、必要に応じて温度に関する実際値の調整の完了後に、３軸工作機械の実際値が測定されて、測定体の目標値と比較することができる。このように、３軸工作機械の位置偏差、真直度偏差、直角度偏差の形式の幾何学的偏差を算出し、目標値と実際値との比較により検査及び修正することができる。この場合、一例として、図３は、測定体２の平面図において、真直度偏差Ｇ、直角度偏差Ｒ（角度α）、及び位置偏差Ｐを示している。

例えば、まず、ベースプレート８上のＸ軸に沿う測定された基準要素のＸ方向における実際位置と目標位置との差を評価することで、Ｘ軸の位置偏差を決定することができる。測定体２のゼロ位置と、ゼロ位置に対する基準要素の相対位置は既知であるため、測定された差は、３軸工作機械のＸ軸位置と関連付けることができる。従って、３軸工作機械のＸ軸位置と、これらのＸ軸位置におけるＸ方向の位置偏差の表が作成される。この場合、これらの位置偏差は、保存され、３軸工作機械の修正データ又は誤差補正として制御部９においてそのまま使用される。

或いは、偏差を、数学的に前処理することもできる。例えば、偏差は、様々な数学関数を用いて近似されてもよい。正確には、少しの基準要素しか有さない小さな測定体２の場合、例えば、直線（最適合線）を用いて差を近似することが考えられる。この場合、スケーリング誤差のみが修正される。

測定体２は３軸工作機械の作業空間３の一部のみをカバーするため、検出された実際値は、対応する数学関数により外挿されることが好ましい。その結果、３軸工作機械１の作業空間３全体の偏差が得られる。

同様にして、Ｘ軸の真直度偏差Ｇが求められる。この場合、Ｙ方向又はＺ方向の位置偏差Ｐは、Ｘ方向位置と関連付けられる。この場合、Ｙ方向の実際位置と目標位置との差は、３列の開口列１０１、１０２、１０３の開口と第１壁部１０、第２壁部２０及び第３壁部３０の基準開口においてそれぞれ測定された中心から求められる。Ｚ方向の実際位置と目標位置の差は、例えば、ベースプレート８の基準面と各段部１３の研磨表面から求められる。この場合も、数学的な前処理又は近似が可能である。

Ｘ軸の位置偏差と真直度偏差の修正データが算出されると、Ｘ軸の位置偏差、Ｙ方向におけるＸ軸の真直度偏差、及びＺ方向におけるＸ軸の真直度偏差の補正データに基づいて、更なる評価のために、基準要素の実際位置の測定データの全てが調整される。この時点で、調整後の実際位置はＸ方向における誤差を全く含んでいないと想定することが望ましい。その結果、更なる評価において、Ｘ方向の誤差を無視することができる。

次の工程において、Ｘ軸とＹ軸との間の直角度誤差Ｒを算出することができる。この目的のため、２本の最適合線が算出される。第１の最適合線は、ベースプレート８上のＸ方向に沿う基準要素のＸ軸位置と、それらのＹ方向における位置偏差から得られる。第２の最適合線は、ベースプレート８上のＹ方向に沿う基準要素のＹ軸位置とそれらのＸ方向における位置偏差から得られる。次に、２本の最適合線間の角度αが算出される（図３参照）。この場合、測定された偏差は、制御部９における誤差補正のための修正値としてそのまま用いることができる。

次に、測定データにおける全ての基準要素の実際位置は、測定データがＸ－Ｙ直角度誤差を全く含まないように、直角度誤差に基づきそのＹ位置に応じて調整される。

以降、Ｘ軸の場合と同様に、Ｙ軸の位置偏差及び真直度偏差が算出される。この目的のため、ベースプレート８上のＹ軸に沿う基準位置の実際位置と目標位置との間の差が評価される（図３参照）。ゼロ位置と共に、３軸工作機械のＹ軸位置と、これらのＹ軸位置におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置偏差を含む表が得られる。Ｘ軸の場合と同様に、データは、制御部９において、更に処理されたり、３軸工作機械の誤差補正用の補正データとしてそのまま使用されたりすることができる。ここでも、作業空間３全体を定義するために、対応する数学関数を使用して補正データに外挿する必要がある。

その後、更なる評価のために、全ての基準要素の実際位置が、Ｙ軸における位置偏差と２種の真直度偏差の修正データに基づいて調整される。この時点で、調整後の実際位置はＹ方向における誤差を全く含んでいないと想定することが望ましい。その結果、更なる評価において、Ｙ方向の誤差を無視することができる。一例として、図４、図５及び図６は、Ｘ軸のピッチ方向誤差の測定（図４）、Ｘ軸のロール方向誤差の測定（図５）、及びＸ軸のヨー方向誤差の測定（図６）を示す。

Ｘ軸のヨー方向誤差（図６）を測定可能とするには、幾何学的特徴群がＸ方向に存在し、それらのＸ位置が測定センサを使用して検出可能である必要がある。その誤差を他の誤差から独立して測定可能とするには、特徴群のＹ位置とＺ位置が同一でなければならない。Ｘヨー方向誤差の影響を測定可能とするには、更に、最初のＸ特徴系列の場合とは異なるＹ位置での測定が必要となる。更に、最初のＸ特徴系列からのＹ間隔ｄが既知でなければならない（図６参照）。

次の工程において、Ｘ軸のピッチ方向誤差が算出される。Ｘ軸のピッチ方向誤差（図４）を測定するには、幾何学的特徴群がＸ方向に存在し、それらのＸ位置が測定センサを使用して検出可能である必要がある。その誤差を他の誤差から独立して測定するためには、特徴群のＹ位置とＺ位置が同一でなければならない。Ｘピッチ方向誤差の影響を測定可能とするには、更に、最初のＸ特徴系列の場合とは異なるＺ位置での測定が必要となる。更に、最初のＸ特徴系列からのＺ間隔ｄが既知でなければならない。

Ｘ軸のロール方向誤差（図５）を測定するには、幾何学的特徴群がＸ方向に存在し、それらのＹ位置が測定センサを使用して検出可能である必要がある。その誤差を他の誤差から独立して測定するためには、特徴群のＹ位置とＺ位置が同一でなければならない。Ｘロール方向誤差の影響を測定可能とするには、更に、最初のＸ特徴系列とは異なるＺ位置での測定が必要となる。更に、最初のＸ特徴系列からのＺ間隔ｄが既知でなければならない（図５参照）。

Ｙ軸におけるロール方向誤差とヨー方向誤差の測定は、図４及び図５に示す測定に従って行われる。

次の工程において、Ｘ軸とＺ軸間の直角度が算出される。このため、２本の最適合線が算出される。第１の最適合線は、ベースプレート８上のＸ方向に沿う基準要素のＸ軸位置と、それらのＺ方向における位置偏差から得られる。第２の最適合線は、第１壁部１０（階段状三角形）上のＸ方向に沿う基準要素のＺ軸位置とそれらのＸ方向の位置偏差から得られる。次に、２本の最適合線間の角度αを算出する。測定された偏差は、制御部９において誤差補正のための修正値としてそのまま用いることができる。

同様に、Ｙ軸とＺ軸間の直角度が算出される。この場合、第１の最適合線は、ベースプレート８上のＹ方向に沿う基準要素のＹ軸位置と、それらのＺ方向における位置偏差から得られる。第２の最適合線は、第２壁部２０上のＹ方向に沿う基準要素のＺ軸位置とそれらのＹ方向における位置偏差から得られる。これら２本の直線間の直角度の偏差もまた、誤差補正のための修正値としてそのまま用いることができる。

そして、測定データにおける全ての基準要素の実際位置が、測定データがＸ－Ｚ直角度誤差及びＸ－Ｙ直角度誤差のいずれも含まないように、直角度誤差に基づきそのＺ位置に応じて調整される。

更なる工程において、Ｚ軸の幾何学的偏差が算出される。このため、３つの壁部１０、２０、３０の基準要素（基準開口と研磨段部表面）が用いられる。上記の評価においてＸ軸及びＹ軸の誤差と３種の直角度誤差とは既に測定データから削除されているため、この工程では、段部の測定に必要である、Ｘ方向又はＹ方向における変位は、Ｚ軸の幾何学的偏差に影響しないものと想定される。

従って、第１壁部１０上のＺ方向の基準位置の実際位置と目標位置との間の差を評価することにより、Ｚ軸の位置偏差が測定される。測定体２のゼロ位置とゼロ位置に対する基準要素の相対位置は既知であるため、測定された差は、３軸工作機械のＺ軸位置と関連付けることができる。従って、Ｚ軸位置の表が得られ、これらの位置は３軸工作機械の修正データ又は誤差補正としてそのまま使用することが出来る。Ｘ軸やＹ軸の場合と同様に、該データは、更に処理されたり、修正データとしてそのまま用いたりすることができる。ここでもまた、対応する数学関数を用いて補正データに外挿することが出来る。

他の軸の場合と同様に、Ｚ軸の直角度偏差が同様に測定される。この場合、Ｙ軸方向又はＸ軸方向の位置偏差がＺ軸位置と対応付けられる。この場合、実際位置と目標位置との間の差が、開口の測定された中心から求められる。真直度偏差のさらなる処理は、Ｚ軸の位置偏差と同様に行うことができる。

このようにして、測定体２の助けを借りて、ヨー方向、ピッチ方向、ロー方向を含む全ての関連する幾何学的誤差を検査して、修正することができる。この方法は、熱条件に変化があった場合の３軸工作機械の幾何学的誤差を修正するのに特に適しているが、これは、そのような場合には一般的に線形誤差が発生するが、これらの誤差は簡単に外挿できるからである。更に、本方法は、作業空間内が基準温度とは異なる温度である場合に、様々な熱膨張係数を有する材料に合わせて３軸工作機械の形状寸法を調整するためにも使用できる。

本発明の上記の説明に加えて、本発明の追加開示として、本明細書では図１～図６の本発明の図解を明示的に参照する。

１３ 軸工作機械
２ 測定体
３ 作業空間
４ スピンドル
５ 測定装置（３Ｄ測定センサ）
６ 機械テーブル
７ 補強要素
８ ベースプレート
９ 制御部
１０ 第１壁部
１１ 上部露出領域
１２ 階段状領域
１３ 段部
１４ 段部開口列
１５ 開口
２０ 第２壁部
２１ 上部露出領域
２２ 第１壁部開口列
２３ 開口
３０ 第３壁部
３１ 上部露出領域
３２ 第２壁部開口列
３３ 開口
７１ 第１スラット
７２ 第２スラット
８１ 第１端部
８２ 第２端部
８３ 第３端部
８４ 第４端部
１０１ 第１開口列
１０１ａ 開口
１０２ 第２開口列
１０２ａ 開口
１０３ 第３開口列
１０３ａ 開口
１１１ 第１直線
１１２ 第２直線
１１３ 第３直線
ｄ 間隔
Ｇ 真直度偏差
Ｒ 直角度誤差
Ｐ 位置偏差
Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
Ｚ Ｚ軸
α 直角度偏差

Claims (12)

1. ３軸工作機械（１）における幾何学的偏差を検査するための測定体であって、
   ベースプレート（８）と、
   前記ベースプレート（８）上に配置され、前記ベースプレート（８）から垂直に突出する第１壁部（１０）と、
   前記ベースプレート（８）上に配置され、前記ベースプレート（８）から垂直に突出し、前記第１壁部（１０）に直交して配置された第２壁部（２０）と、を備え、
   前記ベースプレート（８）に、第１開口列（１０１）及び第２開口列（１０２）が形成され、
   前記第１壁部（１０）は、階段状三角形であり、上部露出領域（１１）に複数の段部（１３）を有する階段状領域（１２）を備え、
   前記第２壁部（２０）は、正方形の壁部であり、前記ベースプレート（８）と平行に延在する上部露出領域（２１）に第１壁部開口列（２２）を備え、
   前記第１開口列（１０１）は段部開口列（１４）と平行に配置され、前記第２開口列（１０２）は前記第１壁部開口列（２２）と平行に配置されている、測定体。
2. 前記階段状領域（１２）は、前記段部開口列（１４）を備え、
   各段部（１３）には、特に開口（１５）及び研磨基準面が形成されている、請求項１に記載の測定体。
3. 更に、前記ベースプレート（８）上に配置され、前記ベースプレート（８）から垂直に突出する第３壁部（３０）を備え、
   前記第３壁部（３０）は、前記第２壁部（２０）に直交するように配置され、
   前記第３壁部（３０）は、上部露出領域（３１）に複数の開口（３３）から成る第２壁部開口列（３２）を備える、請求項２に記載の測定体。
4. 前記第１壁部（１０）、前記第２壁部（２０）及び前記第３壁部（３０）は、ベースプレート上にコ字形に配置されている、請求項３に記載の測定体。
5. 更に、前記第２壁部開口列（３２）と平行に延びる第３開口列（１０３）をベースプレート（８）に備える、請求項３に記載の測定体。
6. 前記第１開口列（１０１）、前記第２開口列（１０２）及び前記第３開口列（１０３）の各列は前記ベースプレート（８）の一端部に沿って延在し、開口列の開口の１つが前記ベースプレート（８）の各角部に配置されている、請求項５に記載の測定体。
7. 前記第１壁部（１０）、前記第２壁部（２０）及び前記第３壁部（３０）は、前記ベースプレート（８）上に第１端部（８１）、第２端部（８２）及び第３端部（８３）から間隔を空けて配置されており、
   前記間隔は、前記第１開口列、前記第２開口列及び前記第３開口列の前記開口の直径の２倍以上である、請求項５に記載の測定体。
8. 前記段部（１３）の前記開口に加えて研磨面が存在し、及び／又は、前記第１開口列及び／又は前記第２開口列及び／又は前記第３開口列の前記開口に加えて、研磨面が形成されている、請求項５に記載の測定体。
9. 更に、前記ベースプレート（８）を機械的に補強するために前記ベースプレート（８）の下側に配置される、及び／又は、クランプ補助具として前記工作機械に配置される補強要素（７）を備える、請求項１記載の測定体。
10. ３軸工作機械であって、
    工具スピンドル（４）と、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の測定体（２）と、
    前記工具スピンドル（４）にクランプ可能であり、前記３軸工作機械（１）に固定された前記測定体（２）の実際値を検出するように構成された測定装置（５）と、
    前記３軸工作機械（１）を制御するように構成された制御部（９）と、を備え、
    前記制御部（９）は、更に、前記測定体（２）の寸法の幾何学的目標値と、測定装置（５）により前記３軸工作機械（１）のために測定された前記３軸工作機械（１）に固定された前記測定体（２）の実際値とに基づき、目標／実際の間の比較を行い、目標値と実際値との間に偏差が生じた場合に、前記制御部（９）の制御プログラムにおいて前記３軸工作機械（１）の幾何学的データの修正を行うように構成されている、３軸工作機械。
11. 前記制御部（９）は、前記測定体（２）の前記目標値が保存されるメモリを備える、請求項１０に記載の３軸工作機械。
12. ３軸工作機械における幾何学的偏差を検査及び補正する方法であって、
    前記３軸工作機械の工具スピンドル（４）に、測定装置（５）をクランプする工程と、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の測定体（２）を、前記３軸工作機械の作業空間に配置する工程と、
    前記測定体（２）を用いて前記３軸工作機械における幾何学的実際データを取得するために、前記測定体（２）の複数の位置に接近する工程と、
    幾何学的偏差を測定するために、前記測定体（２）の前記幾何学的実際データと保存された目標データとの間で目標／実際の比較を行う工程と、
    前記３軸工作機械の制御部（９）において、前記幾何学的偏差を補正する工程と、を含む方法。