JPH11333670A - 工作機械の熱変形誤差測定及び補正システム - Google Patents
工作機械の熱変形誤差測定及び補正システムInfo
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- JPH11333670A JPH11333670A JP11086907A JP8690799A JPH11333670A JP H11333670 A JPH11333670 A JP H11333670A JP 11086907 A JP11086907 A JP 11086907A JP 8690799 A JP8690799 A JP 8690799A JP H11333670 A JPH11333670 A JP H11333670A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】工作機械の熱変形誤差を補正して工作機械の加
工精度を向上させる。 【解決手段】工作機械８０の移送軸とスピンドル周囲の
温度を多数のセンサで測定し、Ａ／Ｄコンバータ３０で
デジタル信号に変換する。一方、ベッドの位置座標は、
エンコーダからのパルス信号をカウンタ４０でカウント
して検出し、当カウンタ出力と、Ａ／Ｄコンバータの出
力とを演算部１０が受けてデータベース２０に設定され
た熱変形モデリングの式による熱変形誤差を計算し、当
デジタルデータを入出力部５０がデジタル信号に変換
し、コントローラ７０は、当デジタル信号とエンコーダ
からのベッド位置座標とを受け、ベッドの位置座標を計
算された熱変形誤差だけ補正する命令を出力する構成
で、このうちデータベース、Ａ／Ｄコンバータ、カウン
タ、演算部、デジタル入出力部がモジュールとして構成
される。
工精度を向上させる。 【解決手段】工作機械８０の移送軸とスピンドル周囲の
温度を多数のセンサで測定し、Ａ／Ｄコンバータ３０で
デジタル信号に変換する。一方、ベッドの位置座標は、
エンコーダからのパルス信号をカウンタ４０でカウント
して検出し、当カウンタ出力と、Ａ／Ｄコンバータの出
力とを演算部１０が受けてデータベース２０に設定され
た熱変形モデリングの式による熱変形誤差を計算し、当
デジタルデータを入出力部５０がデジタル信号に変換
し、コントローラ７０は、当デジタル信号とエンコーダ
からのベッド位置座標とを受け、ベッドの位置座標を計
算された熱変形誤差だけ補正する命令を出力する構成
で、このうちデータベース、Ａ／Ｄコンバータ、カウン
タ、演算部、デジタル入出力部がモジュールとして構成
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の熱変形
誤差測定及び補正システムに関するもので、より詳しく
は、工作機械の移送軸とスピンドルの熱変形誤差を測定
して、工作機械の稼働中に補正することにより、工作機
械の加工精度を向上させる工作機械の熱変形誤差測定及
び補正システムに関するものである。
誤差測定及び補正システムに関するもので、より詳しく
は、工作機械の移送軸とスピンドルの熱変形誤差を測定
して、工作機械の稼働中に補正することにより、工作機
械の加工精度を向上させる工作機械の熱変形誤差測定及
び補正システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、加工技術の高精度化及び高速化の
要請が増大するにつれて、工作機械の加工精度に影響を
及ぼす工作機械の立体誤差又は運動誤差に対する評価及
び誤差の補正が非常に重要な技術として注目されてい
る。精密な位置制御及び駆動と、機械システムの精度を
高めるため、機械要素を精密に加工し組立てる技術が発
展すべきであることはもちろんであるが、さらに、工作
機械の移送及び加工中における誤差を測定し分析評価
し、この誤差を補正して、各種の誤差を最小化すること
が必要である。
要請が増大するにつれて、工作機械の加工精度に影響を
及ぼす工作機械の立体誤差又は運動誤差に対する評価及
び誤差の補正が非常に重要な技術として注目されてい
る。精密な位置制御及び駆動と、機械システムの精度を
高めるため、機械要素を精密に加工し組立てる技術が発
展すべきであることはもちろんであるが、さらに、工作
機械の移送及び加工中における誤差を測定し分析評価
し、この誤差を補正して、各種の誤差を最小化すること
が必要である。
【０００３】工作機械の精度に影響を及ぼす誤差として
は、系統誤差（Systematic Error）と不規則誤差（Rand
om Error）に大きく分類できる。系統誤差は、更に幾何
学的誤差（Geometric Error）、機構学的誤差（Kinemat
ic Error）、熱変形誤差（Thermal Error）又は動的誤
差（Dynamic Error）などに分類できる。一方、不規則
誤差は、振動、環境により発生する誤差等が該当する。
一般に、系統誤差は、反復作動により発生し、定常的に
現れる誤差で、当該誤差の原因を解明して誤差をある程
度補正することができる。一方、不規則誤差も反復して
発生するが、定常的に現れないため、原因の解明が困難
であり、当該誤差を補正することは容易ではない。
は、系統誤差（Systematic Error）と不規則誤差（Rand
om Error）に大きく分類できる。系統誤差は、更に幾何
学的誤差（Geometric Error）、機構学的誤差（Kinemat
ic Error）、熱変形誤差（Thermal Error）又は動的誤
差（Dynamic Error）などに分類できる。一方、不規則
誤差は、振動、環境により発生する誤差等が該当する。
一般に、系統誤差は、反復作動により発生し、定常的に
現れる誤差で、当該誤差の原因を解明して誤差をある程
度補正することができる。一方、不規則誤差も反復して
発生するが、定常的に現れないため、原因の解明が困難
であり、当該誤差を補正することは容易ではない。
【０００４】本発明に関する熱変形誤差について調査し
てみると、熱変形誤差は、工作機械の全体の誤差の５０
％以上を占め、工作機械に与える影響は極めて大きい。
このような熱変形誤差は、工作機械の作動に起因する内
部熱発生源と外部熱発生源により発生する。工作機械の
内部熱発生源としては、主軸のスピンドルとベアリング
の間で発生する熱、ベッドを移送させるモータで発生す
る熱、ボールスクリューとガイドの間で発生する摩擦
熱、及び加工過程で発生する熱などがあり、外部熱発生
源としては、周囲温度、直射光線による輻射熱などがあ
る。これら熱発生源は、工作機械の該当部分を膨張さ
せ、最終的には工作機械全体の変形を招来し、被削材の
形状精度に深刻な影響を及ぼす。この熱変形誤差を減ら
すため、基本的には設計段階で熱発生源を最小化し、工
作機械を対称に設計し変形量を最少化し、あるいは、熱
発生源による工作機械全体の温度増加を減少するために
冷却水又は空気を供給する等、多様な方法が用いられて
いる。そして、熱変形誤差を形成する重要な因子を特定
した上で、工作機械の各部の温度分布を予測するため
に、熱変形モデリングを使用して誤差を推定する研究が
進められている。
てみると、熱変形誤差は、工作機械の全体の誤差の５０
％以上を占め、工作機械に与える影響は極めて大きい。
このような熱変形誤差は、工作機械の作動に起因する内
部熱発生源と外部熱発生源により発生する。工作機械の
内部熱発生源としては、主軸のスピンドルとベアリング
の間で発生する熱、ベッドを移送させるモータで発生す
る熱、ボールスクリューとガイドの間で発生する摩擦
熱、及び加工過程で発生する熱などがあり、外部熱発生
源としては、周囲温度、直射光線による輻射熱などがあ
る。これら熱発生源は、工作機械の該当部分を膨張さ
せ、最終的には工作機械全体の変形を招来し、被削材の
形状精度に深刻な影響を及ぼす。この熱変形誤差を減ら
すため、基本的には設計段階で熱発生源を最小化し、工
作機械を対称に設計し変形量を最少化し、あるいは、熱
発生源による工作機械全体の温度増加を減少するために
冷却水又は空気を供給する等、多様な方法が用いられて
いる。そして、熱変形誤差を形成する重要な因子を特定
した上で、工作機械の各部の温度分布を予測するため
に、熱変形モデリングを使用して誤差を推定する研究が
進められている。
【０００５】しかし、熱変形誤差を減らすための上記の
多様な方法は、移送軸の移送とスピンドルの稼動により
必然的に発生する熱発生源を根本的に除去することがで
きない。また、特殊ベアリング、断熱のための特殊材質
の素材、あるいは、工作機械の構造体に熱膨張率の極め
て低い材料等を使用することは、経済的に大きな負担を
生じる。一方、熱変形モデリングによる熱変形誤差の予
測は、未だ部分的な使用に止まり、初歩的な研究段階に
ある。また、多様な工作機械の特性に対応させようとす
ると、モデルの選定が困難となる。
多様な方法は、移送軸の移送とスピンドルの稼動により
必然的に発生する熱発生源を根本的に除去することがで
きない。また、特殊ベアリング、断熱のための特殊材質
の素材、あるいは、工作機械の構造体に熱膨張率の極め
て低い材料等を使用することは、経済的に大きな負担を
生じる。一方、熱変形モデリングによる熱変形誤差の予
測は、未だ部分的な使用に止まり、初歩的な研究段階に
ある。また、多様な工作機械の特性に対応させようとす
ると、モデルの選定が困難となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決するために案出されたものであり、本発明の目的
は、多様な稼動条件下における工作機械の稼動状態中に
測定された工作機械の熱発生源部の温度に応じて算出さ
れた誤差を実際の加工中に補正し得るようにする工作機
械の熱変形誤差及び補正システムを提供することにあ
る。
を解決するために案出されたものであり、本発明の目的
は、多様な稼動条件下における工作機械の稼動状態中に
測定された工作機械の熱発生源部の温度に応じて算出さ
れた誤差を実際の加工中に補正し得るようにする工作機
械の熱変形誤差及び補正システムを提供することにあ
る。
【０００７】本発明の他の目的は、工作機械の熱変形誤
差を補正するため、工作機械の特性に合致させた独立し
たモジュールとして、工作機械に付加的に設置すること
ができる工作機械の熱変形誤差測定及び補正システムを
提供することにある。
差を補正するため、工作機械の特性に合致させた独立し
たモジュールとして、工作機械に付加的に設置すること
ができる工作機械の熱変形誤差測定及び補正システムを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明による工作機械の熱変形誤差測定及び補正シ
ステムは、工作機械の熱補正誤差を測定し補正するシス
テムであって、実験により工作機械の移送軸とスピンド
ルの稼動条件及び熱変形誤差と温度との関係を規定する
熱変形モデリングの式に使用されるすべての係数値を貯
蔵しているデータベースと、工作機械の移送軸とスピン
ドル周囲の温度を測定するため、移送軸とスピンドル周
囲の熱発生源に設けた多数の温度センサーと、温度セン
サーのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコ
ンバータと、移送軸の回転により直線運動するベッドの
位置座標を測定するため、移送軸に隣接して設置される
エンコーダと、エンコーダに連結され、エンコーダのパ
ルス信号をカウントしてベッドの位置座標を検出するカ
ウンタと、Ａ／Ｄコンバータの出力と前記カウンタの出
力を受け、データベースから、温度センサーにより測定
された温度に対応する係数値を選定して、設定された熱
変形モデリングの式による熱変形誤差を計算する演算部
と、演算部に連結され、演算部により計算された熱変形
誤差のデジタルデータをデジタル信号に変換するデジタ
ル入出力部と、デジタル入出力部から出力される移送軸
とスピンドルの熱変形誤差のデジタル信号を受け、エン
コーダからベッドの位置座標を受け、ベッドの位置座標
を計算された熱変形誤差だけ補正する命令を出力するコ
ントローラとから構成され、データベース、Ａ／Ｄコン
バータ、カウンタ、演算部、デジタル入出力部がモジュ
ールとして構成されている。
め、本発明による工作機械の熱変形誤差測定及び補正シ
ステムは、工作機械の熱補正誤差を測定し補正するシス
テムであって、実験により工作機械の移送軸とスピンド
ルの稼動条件及び熱変形誤差と温度との関係を規定する
熱変形モデリングの式に使用されるすべての係数値を貯
蔵しているデータベースと、工作機械の移送軸とスピン
ドル周囲の温度を測定するため、移送軸とスピンドル周
囲の熱発生源に設けた多数の温度センサーと、温度セン
サーのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコ
ンバータと、移送軸の回転により直線運動するベッドの
位置座標を測定するため、移送軸に隣接して設置される
エンコーダと、エンコーダに連結され、エンコーダのパ
ルス信号をカウントしてベッドの位置座標を検出するカ
ウンタと、Ａ／Ｄコンバータの出力と前記カウンタの出
力を受け、データベースから、温度センサーにより測定
された温度に対応する係数値を選定して、設定された熱
変形モデリングの式による熱変形誤差を計算する演算部
と、演算部に連結され、演算部により計算された熱変形
誤差のデジタルデータをデジタル信号に変換するデジタ
ル入出力部と、デジタル入出力部から出力される移送軸
とスピンドルの熱変形誤差のデジタル信号を受け、エン
コーダからベッドの位置座標を受け、ベッドの位置座標
を計算された熱変形誤差だけ補正する命令を出力するコ
ントローラとから構成され、データベース、Ａ／Ｄコン
バータ、カウンタ、演算部、デジタル入出力部がモジュ
ールとして構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る工作機械の熱
変形誤差測定及び補正システムの好ましい実施の形態を
添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
変形誤差測定及び補正システムの好ましい実施の形態を
添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】図１は、本発明による工作機械の熱変形誤
差及び補正システムの全体構成図を示す。同図には、工
作機械の熱変形誤差を補正するため、工作機械から独立
した本発明に係るモジュールが示されている。モジュー
ル１００は、演算部１０と、該演算部１０に接続された
データベース２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、カウンタ４
０及びデジタル入出力部５０とから構成されている。
差及び補正システムの全体構成図を示す。同図には、工
作機械の熱変形誤差を補正するため、工作機械から独立
した本発明に係るモジュールが示されている。モジュー
ル１００は、演算部１０と、該演算部１０に接続された
データベース２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、カウンタ４
０及びデジタル入出力部５０とから構成されている。
【００１１】データベース２０には、後述する実験によ
り工作機械の多様な稼動条件及び熱変形誤差と温度との
関係を規定する熱変形モデリングの式に適用されるすべ
ての係数値が貯蔵されている。熱変形モデリングは、温
度と誤差間の関数を規定するもので、線形回帰法をモデ
リング、神経網回路を用いるモデリング、熱的モダル分
析（Thermal Modal Analysis）を用いるモデリングなど
が使用される。このようなモデリングにより、熱発生源
の部位別の温度分布に応じた誤差を求め、この値を用い
てモータに位置値を指令することにより、熱変形誤差を
補正することができる。例えば、線形回帰法によるモデ
ルを数学的なモデル関数で示すと、δ＝Σａｎ・Ｔｎで
あり、熱発生源部位の温度分布（Ｔｎ）と誤差（δ）を
測定すると、すべての係数値ａｎを求めることができ
る。
り工作機械の多様な稼動条件及び熱変形誤差と温度との
関係を規定する熱変形モデリングの式に適用されるすべ
ての係数値が貯蔵されている。熱変形モデリングは、温
度と誤差間の関数を規定するもので、線形回帰法をモデ
リング、神経網回路を用いるモデリング、熱的モダル分
析（Thermal Modal Analysis）を用いるモデリングなど
が使用される。このようなモデリングにより、熱発生源
の部位別の温度分布に応じた誤差を求め、この値を用い
てモータに位置値を指令することにより、熱変形誤差を
補正することができる。例えば、線形回帰法によるモデ
ルを数学的なモデル関数で示すと、δ＝Σａｎ・Ｔｎで
あり、熱発生源部位の温度分布（Ｔｎ）と誤差（δ）を
測定すると、すべての係数値ａｎを求めることができ
る。
【００１２】Ａ／Ｄコンバータ３０は、増幅器６０のア
ナログ信号をデジタル信号に変換し、これを演算部１０
に出力する。この増幅器６０は、後述する移送軸とスピ
ンドルに設けた温度センサである熱電対から出力された
温度に対応する電圧を増幅する役割を有する。カウンタ
４０は、移送軸の回転により直線運動するベッドの位置
座標を測定するエンコーダのパルス信号をカウントし、
ベッドの位置座標を検出し、演算部１０に出力する。エ
ンコーダとしては、公知のロータリーエンコーダ又はリ
ニアエンコーダを使用することができる。一方、演算部
１０には、Ａ／Ｄコンバータ３０からのデジタル信号が
入力される。熱発生源部位に設置された熱電対のすべて
の温度と、カウンタ４０から出力される位置座標とによ
り、この熱電対の温度に対応する係数値をデータベース
２０により決定し、熱電対の温度による熱変形誤差を計
算する。そして、計算された熱変形誤差に相当するデジ
タルデータをデジタル入出力部５０に出力する。このデ
ジタル入出力部５０は、デジタルデータをデジタル信号
に変換してコントローラ７０に出力する。コントローラ
７０は、ベッドの位置座標とスピンドルの移送量に対し
て熱変形誤差量だけ加減する補正命令を工作機械８０に
出力する。従って、工作機械は、工作機械の稼動中に熱
変形誤差を予め反映した上で作動することになり、工作
機械で熱変形誤差が発生しても、この熱変形誤差を補正
して精度の高い加工を行うことができる。
ナログ信号をデジタル信号に変換し、これを演算部１０
に出力する。この増幅器６０は、後述する移送軸とスピ
ンドルに設けた温度センサである熱電対から出力された
温度に対応する電圧を増幅する役割を有する。カウンタ
４０は、移送軸の回転により直線運動するベッドの位置
座標を測定するエンコーダのパルス信号をカウントし、
ベッドの位置座標を検出し、演算部１０に出力する。エ
ンコーダとしては、公知のロータリーエンコーダ又はリ
ニアエンコーダを使用することができる。一方、演算部
１０には、Ａ／Ｄコンバータ３０からのデジタル信号が
入力される。熱発生源部位に設置された熱電対のすべて
の温度と、カウンタ４０から出力される位置座標とによ
り、この熱電対の温度に対応する係数値をデータベース
２０により決定し、熱電対の温度による熱変形誤差を計
算する。そして、計算された熱変形誤差に相当するデジ
タルデータをデジタル入出力部５０に出力する。このデ
ジタル入出力部５０は、デジタルデータをデジタル信号
に変換してコントローラ７０に出力する。コントローラ
７０は、ベッドの位置座標とスピンドルの移送量に対し
て熱変形誤差量だけ加減する補正命令を工作機械８０に
出力する。従って、工作機械は、工作機械の稼動中に熱
変形誤差を予め反映した上で作動することになり、工作
機械で熱変形誤差が発生しても、この熱変形誤差を補正
して精度の高い加工を行うことができる。
【００１３】上記の実施の形態は、モジュール１００と
コントローラ７０を工作機械から独立させて構成し、互
いに入出力可能に接続したものであるが、演算部１０、
データベース２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、カウンタ４
０及びデジタル入出力部５０を直接コントローラ７０に
内装することも可能である。また、演算部１０、データ
ベース２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、カウンタ４０及び
デジタル入出力部５０を一つの独立した装置として構成
し、コントローラ７０と通信ポート及びケーブルによっ
て、互いに通信し得るように構成することもできる。
コントローラ７０を工作機械から独立させて構成し、互
いに入出力可能に接続したものであるが、演算部１０、
データベース２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、カウンタ４
０及びデジタル入出力部５０を直接コントローラ７０に
内装することも可能である。また、演算部１０、データ
ベース２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、カウンタ４０及び
デジタル入出力部５０を一つの独立した装置として構成
し、コントローラ７０と通信ポート及びケーブルによっ
て、互いに通信し得るように構成することもできる。
【００１４】次に、本発明に係る補正システムを使用す
る移送軸及びスピンドルの構成と、データベースの形成
方法について説明する。
る移送軸及びスピンドルの構成と、データベースの形成
方法について説明する。
【００１５】図２は、移送軸に装着する熱電対の構成を
示す。本実施の形態においては、移送軸の熱発生源部位
の温度を測定するため、全部で１２個の熱電対を付着し
た。これら熱電対は、図２に示すように、周辺温度（空
気温度）の測定のために用いる熱電対Ｔ１３、ボールス
クリュー１のナット２に装着する３個の熱電対Ｔ２、Ｔ
３、Ｔ４、ベッド３に装着する３個の熱電対Ｔ５、Ｔ
６、Ｔ７、ボールスクリュー１の両側ベアリング４に装
着する２個の熱電対Ｔ８、Ｔ９、そしてリニアエンコー
ダ５に装着する３個の熱電対Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２で
ある。
示す。本実施の形態においては、移送軸の熱発生源部位
の温度を測定するため、全部で１２個の熱電対を付着し
た。これら熱電対は、図２に示すように、周辺温度（空
気温度）の測定のために用いる熱電対Ｔ１３、ボールス
クリュー１のナット２に装着する３個の熱電対Ｔ２、Ｔ
３、Ｔ４、ベッド３に装着する３個の熱電対Ｔ５、Ｔ
６、Ｔ７、ボールスクリュー１の両側ベアリング４に装
着する２個の熱電対Ｔ８、Ｔ９、そしてリニアエンコー
ダ５に装着する３個の熱電対Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２で
ある。
【００１６】これら熱電対は、異なる物質の２本の線材
から構成され、温度に応じて二本の線材で電圧差が発生
するものである。これを図１に示す熱電対増幅器６０に
より増幅し、温度値を得る。
から構成され、温度に応じて二本の線材で電圧差が発生
するものである。これを図１に示す熱電対増幅器６０に
より増幅し、温度値を得る。
【００１７】移送軸の熱変形誤差を測定するための装置
は、図３に示すように、基本的には、移送誤差量を測定
するためのレーザーインターフェロメーター（Laser In
terferometer）と、工作機械の温度を測定するための熱
電対Ｔ２〜Ｔ１３と、これらのデータを貯蔵するコンピ
ュータ６とから構成されている。レーザーインターフェ
ロメーターは、レーザービームを発生するレーザーヘッ
ド７と、発生されたレーザービームを分けるインターフ
ェロメーター８と、分けられた二本のビームをそれぞれ
反射させるリフレクタ（Retroreflector）９とから成
る。本発明に使用されるレーザーインターフェロメータ
ーは、周知技術であるため、その構成と原理についての
詳細な説明は省略する。
は、図３に示すように、基本的には、移送誤差量を測定
するためのレーザーインターフェロメーター（Laser In
terferometer）と、工作機械の温度を測定するための熱
電対Ｔ２〜Ｔ１３と、これらのデータを貯蔵するコンピ
ュータ６とから構成されている。レーザーインターフェ
ロメーターは、レーザービームを発生するレーザーヘッ
ド７と、発生されたレーザービームを分けるインターフ
ェロメーター８と、分けられた二本のビームをそれぞれ
反射させるリフレクタ（Retroreflector）９とから成
る。本発明に使用されるレーザーインターフェロメータ
ーは、周知技術であるため、その構成と原理についての
詳細な説明は省略する。
【００１８】移送軸の方向にレーザーインターフェロメ
ーターを設置し、移送軸の周囲に熱電対Ｔ２〜Ｔ１３を
装着し、熱電対を再び増幅器６０に接続する。コンピュ
ータ６は、レーザーインターフェロメーターと熱電対と
に接続した増幅器から距離と温度の各データ値を得る。
移送軸の自動移送及び停止を反復し、レーザーインター
フェロメーターにより移送量を測定し、当該位相量の値
を得ることにより、移送軸が停止するときの位置、より
正確にはベッド３の位置座標を得ることができる。移送
軸を全移送距離に渡り往復移送し、開始位置に復帰させ
た後、移送軸の周囲に設けた１１個の熱電対Ｔ２〜Ｔ１
２で各部分の温度を測定する。そして、前記過程を反復
することにより、移送軸の温度増加量とその瞬間の移送
軸の移送誤差を同時に得ることができる。
ーターを設置し、移送軸の周囲に熱電対Ｔ２〜Ｔ１３を
装着し、熱電対を再び増幅器６０に接続する。コンピュ
ータ６は、レーザーインターフェロメーターと熱電対と
に接続した増幅器から距離と温度の各データ値を得る。
移送軸の自動移送及び停止を反復し、レーザーインター
フェロメーターにより移送量を測定し、当該位相量の値
を得ることにより、移送軸が停止するときの位置、より
正確にはベッド３の位置座標を得ることができる。移送
軸を全移送距離に渡り往復移送し、開始位置に復帰させ
た後、移送軸の周囲に設けた１１個の熱電対Ｔ２〜Ｔ１
２で各部分の温度を測定する。そして、前記過程を反復
することにより、移送軸の温度増加量とその瞬間の移送
軸の移送誤差を同時に得ることができる。
【００１９】図４は、工作機械の稼動中、熱電対が付着
された部分の温度変化を示すグラフである。実験条件
は、工作機械の稼動時間が約６時間とし、移送速度は５
００ｍｍ／ｍｉｎとし、停止時間は５秒とし、３回往復
させた。そして、自由移送のための移送速度は１，５０
０ｍｍ／ｍｉｎで５回往復移送し、線形移送誤差の測定
間隔は１００ｍｍとした。全体移送量に対して温度測定
→自由移送→線形移送誤差測定→温度測定の過程を１回
実施するのに約１０分かかり、この過程を６０回実施し
た。図４は、６０回実施した過程の移送軸の各部での温
度変化量を示すものである。同図から分かるように、移
送軸の温度分布は、大きく３つの分布を示した。第１の
分布は、ボールスクリュー１のナット２の部分とボール
スクリュー１の右側ベアリング３の部分において見ら
れ、当該部分においては、摩擦熱が発生し、温度が急激
に増加し、その後温度が増加しないという温度分布が形
成され、全体的には温度が約３〜４℃増加することが確
認できた。第２の分布は、ベッド３の部分とリニアエン
コーダ５の部分において見られ、この部分では、徐々に
温度が増加してから更に温度が増加しない形態で温度分
布が形成され、全体的な温度増加は約２〜２．５℃であ
った。第３の分布は、工作機械の周辺空気の温度変化量
であり、当該分布においては、約０．５℃程度減少する
ことが確認された。これら３つの温度分布の測定結果か
ら、工作機械を連続して稼動させ、約３〜４時間が経過
すると、熱的平衡が生じ、温度分布が一定に維持される
ことが分かる。これは、工作機械の熱変形誤差が飽和状
態になったことを意味するもので、移送誤差の測定結果
でも同様の結果が得られている。
された部分の温度変化を示すグラフである。実験条件
は、工作機械の稼動時間が約６時間とし、移送速度は５
００ｍｍ／ｍｉｎとし、停止時間は５秒とし、３回往復
させた。そして、自由移送のための移送速度は１，５０
０ｍｍ／ｍｉｎで５回往復移送し、線形移送誤差の測定
間隔は１００ｍｍとした。全体移送量に対して温度測定
→自由移送→線形移送誤差測定→温度測定の過程を１回
実施するのに約１０分かかり、この過程を６０回実施し
た。図４は、６０回実施した過程の移送軸の各部での温
度変化量を示すものである。同図から分かるように、移
送軸の温度分布は、大きく３つの分布を示した。第１の
分布は、ボールスクリュー１のナット２の部分とボール
スクリュー１の右側ベアリング３の部分において見ら
れ、当該部分においては、摩擦熱が発生し、温度が急激
に増加し、その後温度が増加しないという温度分布が形
成され、全体的には温度が約３〜４℃増加することが確
認できた。第２の分布は、ベッド３の部分とリニアエン
コーダ５の部分において見られ、この部分では、徐々に
温度が増加してから更に温度が増加しない形態で温度分
布が形成され、全体的な温度増加は約２〜２．５℃であ
った。第３の分布は、工作機械の周辺空気の温度変化量
であり、当該分布においては、約０．５℃程度減少する
ことが確認された。これら３つの温度分布の測定結果か
ら、工作機械を連続して稼動させ、約３〜４時間が経過
すると、熱的平衡が生じ、温度分布が一定に維持される
ことが分かる。これは、工作機械の熱変形誤差が飽和状
態になったことを意味するもので、移送誤差の測定結果
でも同様の結果が得られている。
【００２０】図５は、図４の実験と同一条件下におい
て、１００ｍｍ間隔の位置毎の移送誤差を測定した結果
を示す。この結果は、移送軸の熱変形誤差を経過時間毎
に測定したもので、移送長さが長くなるほど移送誤差が
増加し、また、各移送誤差は、図４に示すような熱変形
誤差を伴い、移送長さが長くなるほどこの熱変形誤差の
程度が増加することが分かる。
て、１００ｍｍ間隔の位置毎の移送誤差を測定した結果
を示す。この結果は、移送軸の熱変形誤差を経過時間毎
に測定したもので、移送長さが長くなるほど移送誤差が
増加し、また、各移送誤差は、図４に示すような熱変形
誤差を伴い、移送長さが長くなるほどこの熱変形誤差の
程度が増加することが分かる。
【００２１】したがって、移送軸の誤差を補正する場合
は、移送長さによる移送誤差と熱変形による誤差の両方
を同時に補正することにより、移送軸で発生する誤差を
正確に補正し得ることになる。熱変形誤差の補正におい
ては、前述したように、工作機械の移送軸の全ての稼動
条件に基づき、移送軸部分に装着した熱電対Ｔ２〜Ｔ１
２により温度を測定し、そのときの熱変形誤差を測定
し、前述したように選定された熱変形モデリングの式に
基づき、熱電対の温度と熱変形誤差の関係を規定する係
数の値を計算してデータベース２０を作る。その後、工
作機械の稼動中に、稼動条件によって熱電対で測定した
温度に該当する係数値を、貯蔵されたデータベース２０
から決定し、熱変形誤差を計算し、コントローラ７０か
ら工作機械へ誤差の補正指令を出力する。
は、移送長さによる移送誤差と熱変形による誤差の両方
を同時に補正することにより、移送軸で発生する誤差を
正確に補正し得ることになる。熱変形誤差の補正におい
ては、前述したように、工作機械の移送軸の全ての稼動
条件に基づき、移送軸部分に装着した熱電対Ｔ２〜Ｔ１
２により温度を測定し、そのときの熱変形誤差を測定
し、前述したように選定された熱変形モデリングの式に
基づき、熱電対の温度と熱変形誤差の関係を規定する係
数の値を計算してデータベース２０を作る。その後、工
作機械の稼動中に、稼動条件によって熱電対で測定した
温度に該当する係数値を、貯蔵されたデータベース２０
から決定し、熱変形誤差を計算し、コントローラ７０か
ら工作機械へ誤差の補正指令を出力する。
【００２２】一方、図６及び図７は、工作機械のスピン
ドル部分で発生する熱変形誤差の測定と補正のための装
置を示す。図６は、スピンドル周囲の熱発生源の温度を
測定するための熱電対の装着位置を示す斜視図で、本実
施の形態では、全部で９個の熱電対Ｔ’１〜Ｔ’９を使
用する。また、スピンドルの熱変形誤差を測定するため
に図７に示す装置を用いた。同図に示すように、スピン
ドル１１には、上部と下部にそれぞれマスターボール１
３、１４を装着したマスターシリンダー１２が配設され
ている。スピンドル１１の自由度を測定するため、５個
のギャップセンサーＳ１〜Ｓ５のうち、上部のマスター
ボール１３に２個のギャップセンサーＳ１、Ｓ２を配設
し、下部のマスターボール１４に３個のギャップセンサ
ーＳ３〜Ｓ５を配設した。各ギャップセンサーＳ１〜Ｓ
５は、夫々、ギャップセンサーの出力を電圧信号に変換
して増幅する増幅器に接続されており、増幅器の出力
は、Ａ／Ｄコンバータを介してコンピュータ６へ入力さ
れる。
ドル部分で発生する熱変形誤差の測定と補正のための装
置を示す。図６は、スピンドル周囲の熱発生源の温度を
測定するための熱電対の装着位置を示す斜視図で、本実
施の形態では、全部で９個の熱電対Ｔ’１〜Ｔ’９を使
用する。また、スピンドルの熱変形誤差を測定するため
に図７に示す装置を用いた。同図に示すように、スピン
ドル１１には、上部と下部にそれぞれマスターボール１
３、１４を装着したマスターシリンダー１２が配設され
ている。スピンドル１１の自由度を測定するため、５個
のギャップセンサーＳ１〜Ｓ５のうち、上部のマスター
ボール１３に２個のギャップセンサーＳ１、Ｓ２を配設
し、下部のマスターボール１４に３個のギャップセンサ
ーＳ３〜Ｓ５を配設した。各ギャップセンサーＳ１〜Ｓ
５は、夫々、ギャップセンサーの出力を電圧信号に変換
して増幅する増幅器に接続されており、増幅器の出力
は、Ａ／Ｄコンバータを介してコンピュータ６へ入力さ
れる。
【００２３】上部のマスターボール１３と下部のマスタ
ーボール１４の変位変化量を測定することにより、ｘ、
ｙ、ｚ軸に対するスピンドルの熱変形誤差を測定するこ
とができる。スピンドルの熱変形誤差を自動的に測定す
るため、コンピュータ６を用いることにより、工作機械
の温度センサーＴ’１〜Ｔ’９の測定温度とギャップセ
ンサーＳ１〜Ｓ５とにより測定された熱変形誤差を自動
入力し、温度と熱変形誤差の関係を規定する係数値を計
算することができる。
ーボール１４の変位変化量を測定することにより、ｘ、
ｙ、ｚ軸に対するスピンドルの熱変形誤差を測定するこ
とができる。スピンドルの熱変形誤差を自動的に測定す
るため、コンピュータ６を用いることにより、工作機械
の温度センサーＴ’１〜Ｔ’９の測定温度とギャップセ
ンサーＳ１〜Ｓ５とにより測定された熱変形誤差を自動
入力し、温度と熱変形誤差の関係を規定する係数値を計
算することができる。
【００２４】図８ないし図１０は、スピンドルに対する
第１実験条件及び実験結果を示す。まず、図８は、スピ
ンドルを４時間、１，０００ｒｐｍで作動させ、さらに
４時間、スピンドルを停止させた実験条件を示す。図９
は、各熱電対の温度変化量を示すグラフである。図９に
示すように、ベアリングの部分、つまりセンサーＴ’６
及びＴ’７が付着された位置に当たる部分の温度が急上
昇し、ベアリングからの距離が遠くなるほど温度が緩慢
に上昇することが分かる。図１０に示すように、ｘ、
ｙ、ｚ軸方向の熱変形誤差は、ｚ軸方向の熱変形誤差ｓ
５とｙ軸方向の熱変形誤差ｓ２、ｓ４は、スピンドルの
稼動時には増加する傾向を示し、スピンドルが停止する
と再度減少する。一方、ｘ軸方向の熱変形誤差ｓ１、ｓ
３は、殆ど変化しないことが分かる。ｚ軸方向への熱変
形誤差ｓ５は、スピンドルのベアリング部分の発熱が継
続していても、ベアリング部分での初期の発熱後、外部
へ放熱する熱量が多くなり、平衡状態、即ち、安定した
段階に至るものと考えられる。ｘ軸方向への熱変形誤差
ｓ１、ｓ３は、殆ど変化が見られないが、ｙ軸方向への
熱変形誤差ｓ２、ｓ４が著しく変化するのは、工作機械
がｘ軸方向には対称的な構造を有しているのに対し、ｙ
軸方向には非対称的な構造を有するため、熱膨張の影響
を受けるからである。
第１実験条件及び実験結果を示す。まず、図８は、スピ
ンドルを４時間、１，０００ｒｐｍで作動させ、さらに
４時間、スピンドルを停止させた実験条件を示す。図９
は、各熱電対の温度変化量を示すグラフである。図９に
示すように、ベアリングの部分、つまりセンサーＴ’６
及びＴ’７が付着された位置に当たる部分の温度が急上
昇し、ベアリングからの距離が遠くなるほど温度が緩慢
に上昇することが分かる。図１０に示すように、ｘ、
ｙ、ｚ軸方向の熱変形誤差は、ｚ軸方向の熱変形誤差ｓ
５とｙ軸方向の熱変形誤差ｓ２、ｓ４は、スピンドルの
稼動時には増加する傾向を示し、スピンドルが停止する
と再度減少する。一方、ｘ軸方向の熱変形誤差ｓ１、ｓ
３は、殆ど変化しないことが分かる。ｚ軸方向への熱変
形誤差ｓ５は、スピンドルのベアリング部分の発熱が継
続していても、ベアリング部分での初期の発熱後、外部
へ放熱する熱量が多くなり、平衡状態、即ち、安定した
段階に至るものと考えられる。ｘ軸方向への熱変形誤差
ｓ１、ｓ３は、殆ど変化が見られないが、ｙ軸方向への
熱変形誤差ｓ２、ｓ４が著しく変化するのは、工作機械
がｘ軸方向には対称的な構造を有しているのに対し、ｙ
軸方向には非対称的な構造を有するため、熱膨張の影響
を受けるからである。
【００２５】一方、図１１乃至図１３は、スピンドルに
対する第２実験条件及び実験結果を示す。図１１は、ス
ピンドルを１２分ずつ同一回転数で回転させ、回転数を
サイン(Sine)関数に類似した増減を行った実験条件を示
す。図１２は、各熱電対の温度変化量を示すグラフであ
り、基本的には図９と同様、ベアリング部分に装着した
センサーＴ’６、Ｔ’７の温度が最も高く急に上昇し、
ベアリングから遠くなるほどに温度が緩慢に上昇するこ
とを示している。また、図１３に示すように、図１０と
同様、ｘ軸方向への熱変形誤差ｓ１、ｓ３は殆どなく、
ｚ軸方向への熱変形誤差ｓ５は増加した後、安定化段階
に至り、その後徐々に減少し、ｙ軸方向への熱変形誤差
ｓ２、ｓ４は持続的に増加する。そして、スピンドルの
回転数を周期的なサイン関数状に増減することにより、
スピンドルの温度と熱変形誤差もその増減に対応した変
化を生じる。このことから、スピンドルの稼動時に発生
する熱の影響が、そのまま反映されることが確認でき
た。
対する第２実験条件及び実験結果を示す。図１１は、ス
ピンドルを１２分ずつ同一回転数で回転させ、回転数を
サイン(Sine)関数に類似した増減を行った実験条件を示
す。図１２は、各熱電対の温度変化量を示すグラフであ
り、基本的には図９と同様、ベアリング部分に装着した
センサーＴ’６、Ｔ’７の温度が最も高く急に上昇し、
ベアリングから遠くなるほどに温度が緩慢に上昇するこ
とを示している。また、図１３に示すように、図１０と
同様、ｘ軸方向への熱変形誤差ｓ１、ｓ３は殆どなく、
ｚ軸方向への熱変形誤差ｓ５は増加した後、安定化段階
に至り、その後徐々に減少し、ｙ軸方向への熱変形誤差
ｓ２、ｓ４は持続的に増加する。そして、スピンドルの
回転数を周期的なサイン関数状に増減することにより、
スピンドルの温度と熱変形誤差もその増減に対応した変
化を生じる。このことから、スピンドルの稼動時に発生
する熱の影響が、そのまま反映されることが確認でき
た。
【００２６】最後に、図１４は、スピンドルの任意の稼
動条件において、補正前の熱変形誤差（補正前ｓ１〜補
正前ｓ５）と補正後熱変形誤差（補正後ｓ１〜補正後ｓ
５）とを示すグラフである。同図を参照すると、第１及
び第２実験条件による図１０及び図１３で示すスピンド
ルの稼動により発生する相当大きな誤差を有するｚ軸方
向への熱変形誤差ｓ５とｙ軸方向への熱変形誤差ｓ２、
ｓ４とを、本発明に係るシステムを用いて計算した熱変
形誤差を反映させることによって、稼動前に予め吸収す
ることにより、稼動中に測定された誤差は、大幅に減少
する。このため、極めて微少な誤差だけが示されてい
る。
動条件において、補正前の熱変形誤差（補正前ｓ１〜補
正前ｓ５）と補正後熱変形誤差（補正後ｓ１〜補正後ｓ
５）とを示すグラフである。同図を参照すると、第１及
び第２実験条件による図１０及び図１３で示すスピンド
ルの稼動により発生する相当大きな誤差を有するｚ軸方
向への熱変形誤差ｓ５とｙ軸方向への熱変形誤差ｓ２、
ｓ４とを、本発明に係るシステムを用いて計算した熱変
形誤差を反映させることによって、稼動前に予め吸収す
ることにより、稼動中に測定された誤差は、大幅に減少
する。このため、極めて微少な誤差だけが示されてい
る。
【００２７】一方、図１０、図１３及び図１４から、ギ
ャップセンサーＳ１とギャップセンサーＳ３により測定
された熱変形誤差ｓ１、ｓ３が、相互に近似値を有し、
ギャップセンサーＳ２とギャップセンサーＳ４とにより
測定された熱変形誤差ｓ２、ｓ４が相互に近似値を有す
ることが分かる。したがって、図７に示す実施の形態に
おいては、５個のギャップセンサーＳ１〜Ｓ５を使用し
たが、ｘ、ｙ、ｘ軸方向の自由度の熱変形誤差を測定す
るため、互いに垂直に配置される３個のギャップセンサ
ーだけを用いてもよい。
ャップセンサーＳ１とギャップセンサーＳ３により測定
された熱変形誤差ｓ１、ｓ３が、相互に近似値を有し、
ギャップセンサーＳ２とギャップセンサーＳ４とにより
測定された熱変形誤差ｓ２、ｓ４が相互に近似値を有す
ることが分かる。したがって、図７に示す実施の形態に
おいては、５個のギャップセンサーＳ１〜Ｓ５を使用し
たが、ｘ、ｙ、ｘ軸方向の自由度の熱変形誤差を測定す
るため、互いに垂直に配置される３個のギャップセンサ
ーだけを用いてもよい。
【００２８】以上、本発明に係る熱変形誤差の測定及び
補正システムを工作機械に適用した場合を説明したが、
本発明は、熱変形誤差が重大な影響を及ぼす全ての機械
に用いることが可能であり、工作機械に限定されるもの
ではない。例えば、３次元測定装置とロボット移送装置
など、熱変形が発生する全ての機械装置に本発明による
熱変形誤差の測定及び補正システムが適用できる。
補正システムを工作機械に適用した場合を説明したが、
本発明は、熱変形誤差が重大な影響を及ぼす全ての機械
に用いることが可能であり、工作機械に限定されるもの
ではない。例えば、３次元測定装置とロボット移送装置
など、熱変形が発生する全ての機械装置に本発明による
熱変形誤差の測定及び補正システムが適用できる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る工作
機械の熱変形誤差測定及び補正システムは、移送軸とス
ピンドルの作動に伴い移送軸とスピンドルの周囲の熱に
より発生する熱変形誤差を、測定された温度に応じて計
算し、これをコントローラから工作機械へ補正指令を出
力し熱変形誤差を除去することで、工作機械の精度を大
幅に向上させる効果を有する。更に、本発明による補正
システムは、単一のモジュールを個々の工作機械の有す
る特性に適合させることが可能であり、工作機械とは独
立して別置できる利点がある。
機械の熱変形誤差測定及び補正システムは、移送軸とス
ピンドルの作動に伴い移送軸とスピンドルの周囲の熱に
より発生する熱変形誤差を、測定された温度に応じて計
算し、これをコントローラから工作機械へ補正指令を出
力し熱変形誤差を除去することで、工作機械の精度を大
幅に向上させる効果を有する。更に、本発明による補正
システムは、単一のモジュールを個々の工作機械の有す
る特性に適合させることが可能であり、工作機械とは独
立して別置できる利点がある。
【図１】本発明に係る工作機械の熱変形誤差測定及び補
正システムの全体構成を示すブロック図である。
正システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るシステムにおいて、移送軸周囲の
熱発生源の温度を測定するための熱電対の設置位置を示
す斜視図である。
熱発生源の温度を測定するための熱電対の設置位置を示
す斜視図である。
【図３】本発明に係る工作機械の熱変形誤差測定及び補
正システムの移送軸の熱変形誤差データを得るため、実
験に使用した装置の概略構成図である。
正システムの移送軸の熱変形誤差データを得るため、実
験に使用した装置の概略構成図である。
【図４】移送軸の作動時の図２の熱電対により測定され
た移送軸周囲の温度変化を示すグラフである。
た移送軸周囲の温度変化を示すグラフである。
【図５】移送軸の回転により直線運動するベッドの位置
に対応する移送軸の位置誤差と熱変形誤差の変化を示す
グラフである。
に対応する移送軸の位置誤差と熱変形誤差の変化を示す
グラフである。
【図６】本発明に係るシステムにおいて、スピンドル周
囲の熱の温度を測定するための熱電対の設置位置を示す
斜視図である。
囲の熱の温度を測定するための熱電対の設置位置を示す
斜視図である。
【図７】本発明に係る工作機械の熱変形誤差測定及び補
正システムのスピンドルの熱変形誤差データを得るた
め、実験に使用した装置の概略構成図である。
正システムのスピンドルの熱変形誤差データを得るた
め、実験に使用した装置の概略構成図である。
【図８】第１実験において、スピンドルの稼動条件を示
すグラフである。
すグラフである。
【図９】第１実験において、各熱電対の温度変化を示す
グラフである。
グラフである。
【図１０】第１実験において、設置されたギャップセン
サーにより測定された熱変形誤差を示すグラフである。
サーにより測定された熱変形誤差を示すグラフである。
【図１１】第２実験において、スピンドルの稼動条件を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図１２】第２実験において、各熱電対の温度変化を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１３】第２実験において、設置されたギャップセン
サーにより測定された熱変形誤差を示すグラフである。
サーにより測定された熱変形誤差を示すグラフである。
【図１４】スピンドルの任意の稼動条件において、補正
前の熱変形誤差と補正後の熱変形誤差を示すグラフであ
る。
前の熱変形誤差と補正後の熱変形誤差を示すグラフであ
る。
１ ボールスクリュー ２ ナット ３ ベッド ４ ベアリング ５ リニアエンコーダ ６ コンピュータ ７ レーザーヘッド ８ インターフェロメーター ９ リフレクタ １０ 演算部 １１ スピンドル １２ マスタシリンダ １３、１４ マスタボール ２０ データベース ３０ Ａ／Ｄコンバータ ４０ カウンタ ５０ デジタル入出力部 ６０ 増幅器 ７０ コントローラ ８０ 工作機械 １００ モジュール Ｓ１〜Ｓ５ ギャップセンサー Ｔ２〜Ｔ１３、Ｔ’１〜Ｔ’９ 熱電対
Claims (8)
- 【請求項１】 工作機械の熱補正誤差を測定し補正する
システムであって、 実験により工作機械の移送軸とスピンドルの稼動条件及
び熱変形誤差と温度との関係を規定する熱変形モデリン
グの式に使用する全ての係数値を貯蔵しているデータベ
ースと、 工作機械の移送軸とスピンドル周囲の温度を測定するた
め、移送軸とスピンドル周囲の熱発生源に設けた多数の
温度センサーと、 該温度センサーのアナログ信号をデジタル信号に変換さ
せるＡ／Ｄコンバータと、 移送軸の回転により直線運動するベッドの位置座標を測
定するため、移送軸に隣接して設置したエンコーダと、 該エンコーダに連結され、エンコーダのパルス信号をカ
ウントしてベッドの位置座標を検出するカウンタと、 該Ａ／Ｄコンバータの出力と該カウンタの出力を受け、
前記データベースから、前記温度センサーにより測定さ
れた温度に対応する係数値を選定して、設定された熱変
形モデリングの式による熱変形誤差を計算する演算部
と、 該演算部に接続され、該演算部により計算された熱変形
誤差のデジタルデータをデジタル信号に変換させるデジ
タル入出力部と、 該デジタル入出力部から出力される移送軸とスピンドル
の熱変形誤差のデジタル信号を受け、該エンコーダから
該ベッドの位置座標を受け、ベッドの位置座標を計算さ
れた熱変形誤差だけ補正する命令を出力するコントロー
ラとから構成され、 該データベース、Ａ／Ｄコンバータ、カウンタ、演算
部、デジタル入出力部がモジュールとして構成されてい
ることを特徴とする工作機械の熱変形誤差測定及び補正
システム。 - 【請求項２】 スピンドルにマスタシリンダを介在さ
せ、スピンドルの自由度誤差を測定するため、５個のギ
ャップセンサーが前記マスタシリンダの上部及び下部に
それぞれ設置されることを特徴とする請求項１記載の工
作機械の熱変形誤差測定及び補正システム。 - 【請求項３】 前記５個のギャップセンサーの内の２個
はマスタシリンダの上部に、他の３個はマスタシリンダ
の下部に設置されることを特徴とする請求項２記載の工
作機械の熱変形誤差測定及び補正システム。 - 【請求項４】 スピンドルにマスタシリンダを介在さ
せ、スピンドルの３自由度誤差を測定するため、互いに
垂直に配列される３個のギャップセンサーが設置される
ことを特徴とする請求項１記載の工作機械の熱変形誤差
測定及び補正システム。 - 【請求項５】 前記データベースには、ベッドの位置座
標、スピンドルの回転数及び回転時間の工作機械の全て
の稼動条件に当たる熱変形モデリング式の温度と誤差の
関係を規定する係数値が貯蔵されていることを特徴とす
る請求項１記載の工作機械の熱変形誤差測定及び補正シ
ステム。 - 【請求項６】 工作機械の熱補正誤差を測定し補正する
システムであって、 実験により工作機械の移送軸とスピンドルの稼動条件及
び熱変形誤差と温度との関係を規定する熱変形モデリン
グの式に使用される全ての係数値を貯蔵しているデータ
ベースと、 工作機械の移送軸とスピンドル周囲の温度を測定するた
め、移送軸とスピンドル周囲の熱発生源に設けた多数の
温度センサーと、 該温度センサーのアナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄコンバータと、 移送軸の回転により直線運動するベッドの位置座標を測
定するため、移送軸に隣接して設置したエンコーダと、 該エンコーダに連結され、エンコーダのパルス信号をカ
ウントしてベッドの位置座標を検出するカウンタと、 該Ａ／Ｄコンバータの出力と該カウンタの出力を受け、
該データベースから、該温度センサーにより測定された
温度に対応する係数値を選定して、設定された熱変形モ
デリングの式による熱変形誤差を計算する演算部と、 該演算部に接続され、該演算部により計算された熱変形
誤差のデジタルデータをデジタル信号へ変換するデジタ
ル入出力部を内装したコントローラと、 該コントローラは前記デジタル入出力部から出力される
移送軸とスピンドルの熱変形誤差のデジタル信号を受
け、前記エンコーダから前記ベッドの位置座標を受け、
ベッドの位置座標を前記計算された熱変形誤差だけ補正
する命令を出力することを特徴とする工作機械の熱変形
誤差測定及び補正システム。 - 【請求項７】 スピンドルにマスタシリンダを介在して
マスタシリンダの上部及び下部に装着された２個のマス
タボールを設置し、自由度誤差を測定するため、５個の
ギャップセンサーを前記２個のマスタボールにそれぞれ
設置したことを特徴とする請求項６記載の工作機械の熱
変形誤差測定及び補正システム。 - 【請求項８】 工作機械の熱補正誤差を測定し補正する
システムであって、 実験により工作機械の移送軸とスピンドルの稼動条件及
び熱変形誤差と温度との関係を規定する熱変形モデリン
グの式に使用されるすべての係数値が貯蔵されているデ
ータベースと、 工作機械の移送軸とスピンドル周囲の温度を測定するた
め、移送軸とスピンドル周囲の熱発生源に設けた多数の
温度センサーと、 該温度センサーのアナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄコンバータと、 移送軸の回転により直線運動するベッドの位置座標を測
定するため、移送軸に隣接して設置したエンコーダと、 該エンコーダに連結され、エンコーダのパルス信号をカ
ウントしてベッドの位置座標を検出するカウンタと、 該Ａ／Ｄコンバータの出力と該カウンタの出力を受け、
該データベースから、該温度センサーにより測定された
温度に対応する係数値を選定して、設定された熱変形モ
デリングの式による熱変形誤差を計算する演算部と、 該演算部に連結され、該演算部により計算された熱変形
誤差のデジタルデータをデジタル信号に変換させるデジ
タル入出力部と、 該デジタル入出力部から出力される移送軸とスピンドル
の熱変形誤差のデジタル信号を受け、該エンコーダから
該ベッドの位置座標を受け、ベッドの位置座標を計算さ
れた熱変形誤差だけ補正する命令を出力するコントロー
ラとから構成され、 該データベース、Ａ／Ｄコンバータ、カウンタ、演算
部、デジタル入出力部は一つの独立した装置を構成し、
該コントローラとは通信ポートとケーブルにより通信す
ることを特徴とする工作機械の熱変形誤差測定及び補正
システム。
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