计测系统技术方案

本发明专利技术提供一种计测系统，其可以在短时间内无误差地准确地计测目标球的中心坐标。计测系统(S)使用初始位置计测步骤(S1)和分度计测步骤(S3)确定几何误差，其中，初始位置计测步骤(S1)确定目标球(6)的坐标和目标(6)的尺寸，分度计测步骤(S3)按照多个分度条件定位旋转轴，并根据传感器计测坐标值确定几何误差，所述传感器计测坐标值是通过接触式探针(31)的传感器(32)对目标球(6)进行计测而得到的坐标值。并且，在分度计测步骤(S3)中，通过传感器(32)对目标球(6)进行仅仅3次计测，就可以使用在初始位置计测步骤(S1)中所得到的目标球(6)的尺寸求出目标球(6)的坐标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计测系统，其用来在多轴机床上计测几何误差并进行校正。
技术介绍
在机床的领域中，为了进行高效率加工和复杂形状的工件的加工而开发了一种像 5轴加工中心那样的多轴机床，其在以往的3轴加工中心中附加了 2个旋转轴，期望提高其 加工精度。一般来说，如果轴数增加则组装（制造）变得困难，并且加工精度也存在恶化的 倾向，但是，由于在组装中使加工精度提高存在界限，所以开发了一种校正系统，其通过对 相邻的轴之间的倾斜度或位置误差这样的所谓几何误差进行校正而使加工精度提高。 在上述那样的校正系统中，作为确定几何误差的方法公知如下的方法：使用位移 计和直角尺等测量仪，并根据计测结果求出几何误差，但是这样的方法不但需要多个测量 仪，而且会由于测量技能的不同等原因所造成的计测结果的不确定性而引起确定精度大幅 变动之类的不良情况。并且，作为5轴加工中心的几何误差的确定方法，还众所周知使用被 称为球杆仪的位移传感器进行3轴联动圆弧插补运动测量（即，使2个直线轴和1个旋转 轴同步，使球杆仪以保持工作台上的一点与主轴之间的相对位移的方式进行圆运动，并根 据所获得的圆轨迹的中心偏差量来确定几何误差的方法），但是，在这一方法中，不但需要 球杆仪这种特殊的测量仪，而且还会产生由于球杆仪的设置方法所造成的确定精度变动之 类的不良情况。 因此，开发出一种如专利文献1那样的计测系统，其使用接触式探针（多搭载于机 床上）和作为目标的球体（目标球），根据与通过球杆仪而实现的3轴联动圆弧插补运动测 量相同的原理而求出几何误差。在利用该计测系统对例如工作台回转型5轴加工中心求出 几何误差的情况下，首先在工作台上设置目标球，并计测所设置的坐标。然后，将旋转轴分 度成各种角度，并按照每个分度条件计测目标球的中心坐标和直径。然后，通过对由这些多 个目标球的坐标所描绘的圆弧轨迹的中心偏差量进行计算而确定几何误差。并且，在通过 该计测系统确定几何误差时，使用3个直线轴对通过旋转轴分度而被定位的目标球的中心 坐标和直径进行计测。例如，通过使接触式探针相对于目标球进行仅某1轴的动作，即从+X 方向、-X方向、+Y方向、-Y方向、+Z方向进行单轴动作而使接触式探针接触目标球，并通过 4点以上的接触点坐标以几何学方式计算中心坐标和直径。 专利文献1 :日本特开2011-038902号公报 但是，因为上述的专利文献1的计测系统为了对目标球的中心坐标和直径进行计 测必须使接触式探针多次接触目标球（4次以上），所以目标球的中心坐标和直径的计测需 要很多的工夫和时间。因此，有时还采用一种减少接触次数（3次）而计测目标球的中心坐 标的方法，但为此需要通过其他的方法事先准确地把握目标球的直径值。并且，还存在如下 问题：如果计测时所使用的目标球的直径值产生误差，则会直接导致中心坐标的计测误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种计测系统，其消除上述现有的多轴机床中的计测系统 所存在的问题，并可以在短时间内没有误差地准确计测目标球的中心坐标。 本专利技术之中，技术方案1所述的专利技术的计测系统在具备3个直线轴和2个旋转轴 的多轴机床中，在将传感器设置于主轴或者工作台的任意一方并且将目标设置于另一方的 状态下，使用初始位置计测步骤和分度计测步骤对多轴机床的几何误差进行计测，其中，所 述初始位置计测步骤确定目标或者传感器的坐标和目标的尺寸，所述分度计测步骤按照多 个分度条件定位旋转轴，并根据传感器计测坐标值确定几何误差，所述传感器计测坐标值 是通过传感器对目标进行计测而得到的坐标值，所述计测系统的特征在于，在所述分度计 测步骤中，通过传感器对目标进行仅仅3次计测，使用在所述初始位置计测步骤中所得到 的目标的尺寸求出目标的中心坐标。 技术方案2所述的专利技术的特征在于，在技术方案1所述的专利技术中，所述目标是球 体，并且，在所述初始位置计测步骤中所得到的目标的尺寸是直径值或者半径值，在所述分 度计测步骤中，通过在求出所述传感器计测坐标值时参酌所述直径值或者半径值而求出目 标的中心坐标。 技术方案3所述的专利技术的特征在于，在技术方案2所述的专利技术中，通过沿着3个直 线轴的各个进行单轴动作而进行所述传感器向目标的趋近，在使传感器从直线轴的正方向 趋近目标的情况下，减去作为所述目标的球体的直径值或者半径值，在使传感器从直线轴 的负方向趋近的情况下，加上作为所述目标的球体的直径值或者半径值，从而求出目标的 中心坐标。 根据本专利技术的计测系统，在确定多轴机床的几何误差时，在用来求出目标（例如 球体）的坐标的初始计测中，例如，只需使安装于主轴的前端的接触式探针与目标接触5次 而对目标的中心坐标和直径值或者半径值进行计测，使用所获得的目标的直径值或者半径 值，通过旋转轴分度使接触式探针与目标接触3次而计测目标的位置，从而即使事前不通 过三维测量机等准确地计测目标的直径，也可以容易地求出目标的坐标。因此，根据本专利技术 的计测系统，可以大幅度减少在确定多轴机床的几何误差时所需要的时间和工夫。【附图说明】 图1是示出加工中心的说明图（立体图）。 图2是示出加工中心的控制机构的框图。 图3是示出几何误差的确定（计测）处理的内容的流程图。 图4是示出通过5次接触而进行的目标球的中心坐标和半径的计测方法的说明 图。 图5是不出分度条件的一例的图表。 图6是示出使用通过5次接触而进行的目标球的半径的计测结果来计测目标球的 中心坐标的方法的说明图。 图7是示出对目标球的中心坐标进行计测时的半径值、计测误差以及计测位置的 偏离之间的关系的说明图。 标号说明 S :计测系统；6 :目标球；11 :控制装置；21 :加工中心；22 :机座；23 :耳轴（沿Y轴 平动）；24 :托架（以A轴为中心旋转）；25 :工作台（以C轴为中心旋转）；26 :主轴头（沿 X轴、Z轴平动）；31 :接触式探针；32 :传感器。【具体实施方式】 〈多轴机床的结构〉 下面根据附图详细地说明本专利技术的计测系统的一个实施方式。图1示出了作为搭 载有本专利技术涉及的计测系统的多轴机床的一个例子的5轴控制加工中心（工作台回转型5 轴机）（下面简称为"加工中心21")。在加工中心21的机座（基台）22上以能够沿Y轴滑 动的方式设置有主视大致呈U字状的耳轴23,在该耳轴23上以能够以A轴（旋转轴）为中 心旋转的方式设置有主视大致呈U字状的托架24。进而，在托架24上以能够以与A轴正交 的C轴（旋转轴）为中心旋转的方式设置有圆盘状的工作台25。并且，在机座22的上部， 以能够沿着与Y轴正交的X轴和与该X轴、Y轴正交的Z轴滑动的方式设置有可以安装工 具的主轴头26。该主轴头26可以使所安装的工具（未图示）以Z轴为中心旋转。 上述加工中心21通过在使安装于主轴头26的工具旋转的状态下使该主轴头26 相对于固定在工作台25上的被加工物（工件）相对地趋近，能够一边控制被加工物与工具 之间的相对位置和相对姿态，一边对被加工物实施各种加工。并且，因为加工中心21如上 述那样构成，所以表示被加工物与工具之间的位置关系的、从被加工物到工具的轴的顺序 为C轴一A轴一Y轴一X轴一Z轴。 〈多轴机床的控制机构〉 图2是示出上述的加工中心21的控制机构的框图。在控制装置（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计测系统(S)，在具备3个直线轴和2个旋转轴的多轴机床(21)中，在将传感器(32)设置于主轴或者工作台(25)的任意一方并且将目标(6)设置于另一方的状态下，使用初始位置计测步骤和分度计测步骤对多轴机床(21)的几何误差进行计测，其中，所述初始位置计测步骤确定目标(6)或者传感器(32)的坐标和目标(6)的尺寸，所述分度计测步骤按照多个分度条件定位旋转轴，并根据传感器计测坐标值确定几何误差，所述传感器计测坐标值是通过传感器(32)对目标(6)进行计测而得到的坐标值，所述计测系统(S)的特征在于，在所述分度计测步骤中，通过传感器(32)对目标(6)进行仅仅3次计测，使用在所述初始位置计测步骤中所得到的目标(6)的尺寸求出目标(6)的中心坐标。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冲忠洋，
申请(专利权)人：大隈株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP