特開2019-209466(P2019-209466A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ DMG森精機株式会社の特許一覧
特開2019-209466測定システム、測定方法および測定プログラム
<>
  • 特開2019209466-測定システム、測定方法および測定プログラム 図000003
  • 特開2019209466-測定システム、測定方法および測定プログラム 図000004
  • 特開2019209466-測定システム、測定方法および測定プログラム 図000005
  • 特開2019209466-測定システム、測定方法および測定プログラム 図000006
  • 特開2019209466-測定システム、測定方法および測定プログラム 図000007
  • 特開2019209466-測定システム、測定方法および測定プログラム 図000008
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-209466(P2019-209466A)
(43)【公開日】2019年12月12日
(54)【発明の名称】測定システム、測定方法および測定プログラム
(51)【国際特許分類】
   B23Q 17/00 20060101AFI20191115BHJP
   B23Q 17/20 20060101ALI20191115BHJP
   G01B 11/00 20060101ALI20191115BHJP
【FI】
   B23Q17/00 Z
   B23Q17/20 A
   B23Q17/00 E
   G01B11/00 B
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2018-110640(P2018-110640)
(22)【出願日】2018年6月8日
(71)【出願人】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】DMG森精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002745
【氏名又は名称】特許業務法人河崎・橋本特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】今別府 泰宏
【テーマコード(参考)】
2F065
3C029
【Fターム(参考)】
2F065AA06
2F065AA09
2F065AA20
2F065BB05
2F065DD11
2F065FF09
2F065FF41
2F065GG04
2F065HH04
2F065HH13
2F065JJ02
2F065JJ08
2F065JJ25
2F065LL04
2F065QQ08
2F065QQ24
2F065QQ25
2F065QQ29
2F065SS09
2F065UU05
3C029BB02
3C029EE00
3C029FF05
(57)【要約】
【課題】工作機械内に配置された対象物と工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定して、外乱を検知するための測定システム、測定方法および測定プログラムを提供する。
【解決手段】測定システムは、工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位が、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する制御部を備える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位が、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する制御部を備えた測定システム。
【請求項2】
前記制御部は、前記相対的変位が前記所定範囲を超えたとき、警告を発する、請求項1に記載の測定システム。
【請求項3】
前記対象物は、前記工作機械の内部で加工される被加工物であるか、または前記被加工物を支持する載置台である、請求項1または2に記載の測定システム。
【請求項4】
前記対象物は、連続的または離散的に変化する形状を有する基準点を有し、
前記相対的変位は、前記対象物の前記基準点と前記測定部との間の相対的変位である請求項1〜3のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項5】
前記対象物は、予め設定された所定経路に沿って加工される被加工物であり、
前記制御部は、前記所定経路の始点、中間点または終点における前記被加工物と前記測定部との間の前記相対的変位が、前記所定時間、前記所定範囲内にあるか否かを判断する請求項1〜4のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項6】
工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する工程と、を備えた測定方法。
【請求項7】
工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する工程と、を実行する測定プログラム。


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定システム、測定方法および測定プログラムに関し、とりわけ工作機械内に配置された対象物と工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定して、外乱を検知するための測定システム、測定方法および測定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従前より、工作機械内に配置された測定システム、いわゆる機上計測システムは知られていた。例えば特許文献1に記載の機上計測装置は、作業者が工作機械のカバーを開けて位置決め作業等を行うため、外気による温度変化によって生じる金型の熱変位を回避するという課題があった。また特許文献1の機上計測装置は、その操作に従事する作業者が有する知識および熟練度で、計測精度および加工時間が大幅に変動する場合があり、高い形状精度を有する金型の安定的な生産が困難であるという課題があった。
【0003】
そこで特許文献1に記載の工作機械は、精密加工において、加工、洗浄から機上での計測作業に至るまで作業者が介入することなく、数値制御装置により自動的に行うように設計されている。具体的には、この工作機械は、加工機の駆動軸の稼働領域を予め加工領域、洗浄領域、計測領域に分けておいて、数値制御装置により駆動軸の位置を常にモニタリングするとともに、駆動軸が各領域に進入した際に、各領域に割り当てられた作業を自動的に開始し、その領域から離れるまで同作業を行い続けるように構成されている。
【0004】
そのため特許文献1の工作機械は、被加工物であるワークに対する一通りの加工を完了した後、ワークを機内に残したまま、工作機械内の主軸等に測定器を装着した状態で測定を行うことができる機上計測装置を備えている。
【0005】
特許文献1に記載の機上計測装置は、レーザヘッドとリニアスケールを用いた変位検出手段を備えるものであるが、こうした変位検出手段は広く知られている。
また、別の変位検出手段として、工作機械の複数の構成部品(例えば主軸に取り付けられるツールやワークが載置されるテーブル等)に加速度センサを設け、それぞれの加速度センサから出力される加速度信号に基づいて、測定器とワークとの間の相対的変位を検出することも提案されている。
【0006】
さらに特許文献2には、非接触変位計を用いた三角測量法による変位測定において、高精度に変位量を測定できる測定装置が開示されている。この測定装置は、載置台、非接触変位計、支持手段、送り機構部、送り制御手段、形状データ生成手段などから構成されている。
【0007】
具体的には、送り制御手段は、非接触変位計から照射されるレーザ光が、測定対象点を含む所定領域内の所定の移動経路で被測定物の表面を照射するように、支持手段と載置台とを相対移動させる。このとき形状データ生成手段は、非接触変位計の受光素子から受信される受光位置データを、移動経路の所定の間隔毎にサンプリングして、被測定物表面の変位量を算出するとともに、算出した変位量の平均値を測定対象点の変位量とするものである。すなわち特許文献2には、一般的な非接触変位計(光学式変位計)と、これを用いた被測定物表面の変位量を算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2013−129036号
【特許文献2】特開2004−012430号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、例えば周辺環境から振動等の外乱が工作機械に伝わったとき、工作機械内に配置された対象物(ワーク)と工作機械に取り付けられた測定部(測定プローブ)との間の相対的変位に影響を及ぼし、機械加工(例えば切削加工)された対象物の寸法および形状の測定に外乱による誤差が生じる場合があるが、特許文献1および2を含む先行技術文献には、こうした外乱による測定誤差については何ら言及されていない。
【0010】
また、加速度センサを用いた変位検出手段を複数の構成部品のそれぞれに配置して、対象物と測定部との間の相対的変位を検出する場合、複数の高価な加速度センサを機上計測装置に配置する必要があるため、機上計測装置の製造コストを引き上げ、工作機械の大型化を招いてしまう。
【0011】
そこで本発明の実施形態は、加速度センサ等の高価な変位検出手段を用いることなく、きわめて簡便な手段を用いて、対象物および/または測定部をまったく移動させない状態(静止させた状態)で、これらの間の相対的変位を測定し、その測定結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る第1の態様は、測定システムに関し、この測定システムは、工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位が、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する制御部を備える。
【0013】
本発明に係る第2の態様は、測定方法に関し、この測定方法は、工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する工程と、を備える。
【0014】
本発明に係る第3の態様は、測定プログラムに関し、工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断する工程と、を実行する。
【発明の効果】
【0015】
本発明に係る1つの実施形態態様によれば、静止させたワークと測定プローブとの間の相対的変位を事前に測定して、工作機械に対する振動等の外乱による相対的変位への影響の有無を判断することにより、機械加工されたワークを測定プローブに対して相対的に移動させながら、ワークの寸法形状を測定する際、より高い信頼性で相対的変位(すなわちワークの寸法形状を)を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の実施形態に係る工作機械の全体的構成を示す概略斜視図である。
図2】工作機械内に配置された一部の構成部品を示す模式的な側面図である。
図3】実施形態に係る測定システムの電気的な構成を示すブロック図である。
図4】(a)は対象物および測定プローブを示す模式図であり、(b)は(a)の測定プローブを用いて、対象物と測定プローブの間の相対的変位の測定原理を示す概念図である。
図5】(a)は、静止させた測定プローブとワークの間の相対的変位の経時的変化を示すグラフであり、(b)は、工作機械が直接的に据え置かれた工場フロアに人為的に衝撃を与えたときの地面振動(加速度)をプロットしたグラフである。
図6】実施形態に係る測定方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
添付図面を参照して本発明に係る工作機械に用いられる測定システムおよび測定方法の実施形態を以下説明する。各実施形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上下」、「左右」、および「X軸、Y軸、Z軸」等)を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。なお各図面において、工作機械の各構成部品の形状または特徴を明確にするため、これらの寸法を相対的なものとして図示し、必ずしも同一の縮尺比で表したものではない。また、各図面において同一の構成部品には同一の符号を用いて示す。
【0018】
[工作機械および測定システムの構成]
図1は、本発明の実施形態に係る工作機械1の全体的構成を示す概略的な斜視図であり、図2は、工作機械1内に配置された一部の構成部品を示す模式的な側面図である。本実施形態に係る工作機械1は、工場等のフロアに直接的に据え置かれた工作機械チャンバ2(以下、単に「チャンバ」ともいう。図1参照)を備える。また工作機械1は、チャンバ2内に配置されたベッド3と(図2)、ベッド3からZ方向(図2の上方向)に延びるコラム4と、コラム4からX方向(図2の左方向)に延びるサドル5と、サドル5に固定された主軸頭10と、に着脱自在に取り付けられた測定プローブ20と、被加工物W(以下、「ワーク」ともいう。)を固定して支持する載置台30(以下、「テーブル」ともいう。)とを備える。
【0019】
本実施形態に係る工作機械1は、測定プローブ20の代わりに適当な切削ツール(図示せず)を取り付けることにより、テーブル30に載置されたワークWを切削加工することができる。また工作機械1は、好適には、X軸、Y軸、Z軸、回転軸および傾斜軸を制御して、ワークWをワンチャッキングで多面加工することができる可能な5軸複合加工機械である。
【0020】
図1および図2に示すワークWは、例えば工作機械1によって切削加工されたギアであり、測定プローブ20は、ワークWとの間の距離を測定することにより、予めプログラムされた移動経路に沿って切削加工されたワークWの寸法および/または形状を測定するものである。
【0021】
図3は、本発明の実施形態に係る測定システム100の電気的な構成を示すブロック図である。実施形態に係る測定システム100は、概略、静止させた(移動指令が発されていない)状態にある測定プローブ20とワークWとの間の相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断するように構成されている。
【0022】
図3に示す測定システム100は、図3に示すように、制御部40と、測定プローブ20と、テーブル30(これに支持されたワークW)と、測定プローブ20およびテーブル30を駆動する複合加工駆動部50と、ヒューマン・マシン・インターフェイスとしての入出力部60と、ユーザに不具合または異常を報知する警報部70とを備える。
【0023】
複合加工駆動部50とは、制御部40からの移動指令を受けて、5軸複合加工を具現化する手段の総称である。複合加工駆動部50は、例えば、主軸頭10に内蔵され、測定プローブ20およびテーブル30をX軸、Y軸およびZ軸の周りに回転または傾斜させるサーボモータ(ともに図示せず)を含むものであってもよい。複合加工駆動部50は、同様に、制御部40から静止指令を受けたとき、これらのサーボモータを駆動することなく、測定プローブ20およびテーブル30の静止状態を維持するように構成されている。
【0024】
図4(a)および図4(b)を参照して、本実施形態に係る測定システム100に用いられる測定プローブ20の一例を説明する。図4(a)は、階段状の対象物Wおよび主軸*に取り付けられる測定プローブ20を示す模式図である。階段状の対象物Wは、測定表面SとΔhだけ測定プローブ20により近い測定表面S、および測定表面SとΔhだけ測定プローブ20に対してより遠い測定表面Sを有する。
【0025】
図4(b)は、図4(a)の測定プローブ20を用いて、対象物Wと測定プローブ20の間の相対的変位の測定原理を示す概念図である。図4(b)に示す測定プローブ20は、反射レーザ光を用いた三角測量法により、測定プローブ20と対象物Wとの間の相対的変位を測定するものである。
【0026】
測定プローブ20は、出射孔22を介して、測定表面Sおよび測定表面Sに対して垂直方向にレーザ光を照射し、入射孔24を介して、最大強度の反射レーザ光を受光する受光素子26の受光位置(図4(b)の点線で示す)により、対象物Wと測定プローブ20の間の相対的変位を測定するものであり、高精度の非接触式3次元測定プローブであってもよい。
【0027】
より具体的には、図4(b)において、受光レンズ28の中心位置と対象物Wとの間の距離をh、受光レンズ28の中心位置と受光素子26との間の距離をaとし、受光素子26の中心位置Lにおける法線と、レーザ光源27から照射される入射レーザ光の光軸とが交差する角度をθとする。対象物Wの測定表面Sで反射した反射レーザ光が、受光素子26の中心位置Lに受光され、対象物Wの測定表面SよりΔhだけ上方に変位した測定表面Sで反射した反射レーザ光が、中心位置LからΔgだけずれた位置で受光された場合、変位Δhは、角度θ等の上記パラメータから容易に計算することができる。
【0028】
一方、制御部40は、測定プローブ20の工作機械1内の3次元的な座標位置を常に制御および認識しているので、算出したワークWとの相対的変位Δhと測定プローブ20の工作機械1内の座標位置とをマッチングさせることにより、対象物Wの測定位置における3次元的な座標位置を特定することができる。
【0029】
図5(a)は、測定プローブ20で測定したプローブ変位、すなわち静止させた測定プローブ20とワークWの間の相対的変位Δhの経時的変化を示すグラフである。相対的変位Δhは、外乱の影響に起因して経時的に変化している。
【0030】
図5(b)は、工作機械1が直接的に据え置かれた工場等のフロアに人為的に衝撃を与えたときの地面振動(加速度)をプロットしたグラフである。時刻t=3.68秒において、工作機械1が隣接するフロアに対してハンマーを用いて衝撃を与えた。このとき、地面振動の最大加速度は、0.58m/sであった。
【0031】
図5(a)から明らかなように、時刻t=3.71秒において、フロアから工作機械1に伝わった衝撃に起因して、静止させた(移動指令が発されていない)測定プローブ20とワークWの間の相対的変位Δhが最大で1.7μmまで増大した。
【0032】
静止させた測定プローブ20とワークWの間の相対的変位Δhが大きいほど、例えば切削加工したワークW(例えばギア)の測定精度は低減する。換言すると、切削加工した後のワークWの寸法および形状を測定する際の測定精度を向上させるためには、静止させた測定プローブ20とワークWの間の相対的変位Δhができるだけ小さい(例えば所定の閾値Thより小さい)ことを確認した後に、ワークWの寸法形状を計測する必要がある。
【0033】
そこで本発明に係る測定システム100は、静止させた(移動指令が発されていない)状態にある測定プローブ20とワークWとの間の相対的変位Δhが、所定時間(例えば0.5秒間)、所定の閾値Thの範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて外乱の影響の有無を判断するように構成されている。制御部40は、相対的変位Δhが所定の閾値Th(例えば2.0μm)を超えない場合にのみ、測定プローブ20を用いて、切削加工されたワークWの寸法および形状の測定を継続して行い、所定の閾値Thを超える場合、何らかの外乱があることを、警報部70を介してマシンオペーレータに警告する。警告を受けたマシンオペーレータは、外乱の原因を特定するとともに、これを排除した後、測定システム100を用いて、再度、相対的変位Δhが所定時間、所定の閾値Thの範囲内にあるか否かを確認してもよい。
【0034】
なお、相対的変位Δhを測定する所定時間は、0.5秒間であると説明したが、これに限定されるものではなく、0.1〜0.5秒間であってもよいし、0.5秒間以上、例えば10秒以上であってもよい。また、測定プローブ20は、反射レーザ光の受光位置により相対的変位Δhを測定する光学式の測定センサを用いるものとして説明したが、入射レーザ光と反射レーザ光の位相の差異または照射から反射して受光するまでの時間に基づいて相対的変位Δhを測定する測定センサであってもよい。さらに光学式の測定センサの他、ワークWまでの距離は限定されるものの、より高精度な静電容量式の測定センサを採用してもよい。
【0035】
上記説明では、外乱の影響の有無を判断する際の基準となる相対的変位Δhの所定の閾値Thを2.0μmとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ワークWに要求される仕上げ精度に依存して決定してもよい。例えば機械加工されるワークWにおいて、より高い加工精度が要求される場合、所定の閾値Thを1.0μm以下に設定してもよいし、逆にあまり高い加工精度が要求されない場合、所定の閾値Thを2.0μmより大きく設定してもよい。
【0036】
[測定方法]
図6を参照しながら、本発明の実施形態に係る測定方法について以下説明する。図6は、本実施形態に係る測定方法を説明するフローチャートである。
【0037】
ステップST01において、マシンオペレータは、ワークWをテーブル30に固定するとともに、測定プローブ20を工作機械1の主軸頭10に取り付ける。あるいはマシンオペレータがワークWの原材料となる金属材料をテーブル30に固定し、切削ツール(図示せず)を主軸頭10に取り付けて切削処理、洗浄処理、および乾燥処理を行った後、測定プローブ20と交換してもよい。なお、主軸頭10に対する切削ツールから測定プローブ20への交換は、マシンオペレータの代わりに、自動工具交換装置(ATC:Automatic Tool Changer)を用いて行ってもよい。切削処理から測定処理に至るまで、ワークWをテーブル30に固定したままの状態に維持することにより、テーブル30に対するワークWの固定位置を一定にすることができるので好ましい。
【0038】
ステップST02において、測定システム100の制御部40は、測定プローブ20およびテーブル30(これに支持されたワークW)に対して移動指令を発することなく、測定プローブ20を用いて、静止させた状態にある測定プローブ20とワークWの間の相対的変位Δhを測定し始める。
【0039】
ステップST03において、制御部40は、所定時間T(例えば0.5秒間)が経過したか否かを判断する。制御部40は、所定時間Tが経過するまで(t>T)、測定プローブ20がワークWとの間の相対的変位Δhを測定し続け、測定プローブ20は、相対的変位Δhを示す変位信号を制御部40に出力する。
【0040】
ステップST04において、制御部40は、所定時間T内の相対的変位Δhが所定の閾値Thより大きいか否かを判断する。制御部40は、所定時間T内の相対的変位Δhが所定の閾値Thより大きいとき、衝撃等の外乱が相対的変位Δhに影響を与えたものと判断する。
【0041】
ステップST05において、制御部40は、警報部70を作動させて、衝撃等の外乱が相対的変位Δhに影響を与えたことを報知する。また制御部40は、入出力部60を用いて、外乱を含む相対的変位Δhの時間的推移(図4(a))をマシンオペレータに表示してもよい。
【0042】
ステップST06において、マシンオペレータは、外乱の原因を特定するとともに、これを排除した後、入出力部60を用いて外乱検知のリトライ信号を入力することにより、ステップST02に戻って、静止させた状態にある測定プローブ20とワークWの間の相対的変位Δhを測定し始める(外乱検知のリトライ)。マシンオペレータは、外乱の原因を特定できなかった場合、およびこれを排除できなかった場合も同様に、入出力部60を用いて外乱検知のリトライ信号を入力して、ステップST02に戻ってもよい。
【0043】
2回目以降のステップST03において、制御部40は、相対的変位Δhの測定時間Tを1回目のステップST03における所定時間Tより長く設定してもよい(例えば2秒間、T>T)。相対的変位Δhを測定する時間を長くして、相対的変位Δhに対する外乱の影響の有無をより高い精度で検知するためである。また、外乱の原因が不可避的な振動または定常的な振動である場合、2回目以降の測定時間Tを1回目の所定時間Tより短くしてもよいし(例えば0.3秒間、T<T)、もしくは所定の閾値Thをより大きく設定してもよい(例えば5.0μm)。ただし2回目以降に測定された相対的変位Δhは、1回目に測定された相対的変位Δhと同様、図示しないメモリに記憶させておき、複数回の測定で得られた相対的変位Δhをビッグデータとして用いて、外乱の原因を総合的に解析することが好ましい。
【0044】
ステップST04において、制御部40は、所定時間T内の相対的変位Δhが所定の閾値Th(例えば2.0μm)以下であると判断したとき、ステップST10以降のステップに進み、同じ測定プローブ20を用いて、測定プローブ20および/またはテーブル30を、予め定義された搬送プログラムに従って(所定の経路に沿って)移動させながら、相対的変位Δhを連続的に測定(スキャン)して、切削加工されたワークWの寸法および形状を測定する。
【0045】
ステップS7において、制御部40は、複合加工駆動部50を制御する移動指令を出力することにより、測定プローブ20および/またはテーブル30を、予め定義された搬送プログラムに従って(所定の経路に沿って)移動させる。すなわち複合加工駆動部50は、制御部40からの移動指令に基づいて、測定プローブ20および/またはテーブル30を駆動する(移動させる)。
【0046】
ステップST08において、移動指令と同時に、測定プローブ20は、制御部40からの測定指令に基づいて、ワークW(テーブル30)との相対的変位Δhを所定の経路に沿って測定(スキャン)し、相対的変位Δhを示す変位信号を制御部40に出力する。
【0047】
上記説明したように、制御部40は、測定プローブ20の工作機械1内の3次元的な座標位置を常に制御および認識しているので、上述の相対的変位Δhと測定プローブ20の座標位置とをマッチングさせることにより、測定プローブ20および/またはテーブル30が所定の経路に沿って移動しているときも同様に、相対的変位Δhを算出することができる。ただし、移動中に算出された相対的変位Δhは、外乱だけでなく、ワークWの加工状態(仕上り状態)にも影響される。したがってワークWが加工プログラムにより定義された加工経路から逸脱して加工された場合、外乱が存在しなくても相対的変位Δhにスパイクノイズが生じ得る。
【0048】
制御部40は、外乱がなく、相対的変位Δhにスパイクノイズが生じた場合、ワークWの一部に突起部または欠損部等が生じたものと判断して、リワーク処理(再加工処理または肉盛り処理)を行ってもよい。
【0049】
ステップST09において、制御部40は、複合加工駆動部50に対し、所定の経路の途中(中間点)において、測定プローブ20およびテーブル30を静止させるように静止指令を出力する。次にステップST02に戻り、制御部40は、測定プローブ20および/またはテーブル30を所定の経路に沿って移動させながら、相対的変位Δhを連続的に測定(スキャン)して、切削加工されたワークWの寸法および形状を測定する。
【0050】
本実施形態に係る制御部40は、上述のように、測定プローブ20から出力される変位信号が所定の許容範囲内にあると判断した場合、その判断結果に基づいて外乱の影響がないと判断する。このように本実施形態に係る測定システム100は、測定プローブ20を用いて、工作機械1に対する外乱による相対的変位Δhへの影響がないことを予め確認しているので、所定経路に沿って機械加工されたワークWの寸法および外形形状を測定し、工作機械1による加工精度を高い信頼性で検証することができる。
【0051】
また制御部40は、所定経路の途中にある複数の中間点(終点を含む)において、ステップST02〜ST09の処理を反復して行ってもよい。すなわち制御部40は、所定経路の始点、中間点および終点(少なくとも3つの測定ポイント)において、静止させた測定プローブ20とワークWとの間の相対的変位Δhが所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断するように構成してもよい。制御部40は、所定経路上の始点、中間点および終点における相対的変位Δhの測定結果に基づいて、相対的変位Δhに影響を与える外乱があったか否かを総合的に判断するように構成してもよい。
【0052】
以上説明したように、本実施形態に係る測定システム100の制御部40は、工作機械1によりワークWを機械加工した後、静止指令を出力して(すなわち移動指令が発されていない状態で)、静止させた状態にある測定プローブ20と対象物Wとの間の相対的変位Δhを予め測定し、異常がなければ、複合加工駆動部50を制御して、測定プローブ20および/またはテーブル30を駆動し、所定経路に沿ったワークWの機械加工の仕上がり状態を精緻に検証することができる。
【0053】
本発明は、制御部40は、ステップST02〜ST09の処理を実質的に実現するマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサ上でこれらの処理を具現化するソフトウェアプログラムを格納するメモリ(ともに図示せず)とを有する。
【0054】
なお本発明に係る対象物Wは、好適な実施形態として、図1に示すように、ギア等のワークW(被加工物)であるとして説明したが、測定プローブ20と対象物Wとの間の相対的変位を測定できるものであれば、これに限定されるものではなく、ワークWが載置されるテーブル30の特定部分、またはテーブル30もしくはベッド3に設置されたブロックゲージ(図示せず)であってもよい。
【0055】
また本発明に係る測定プローブ20は、理解しやすい実施形態として、図2に示すように、主軸頭10に着脱自在に取り付けられるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、工作機械チャンバ2内に配置され、ワークWとの相対的位置が一定または予測可能もしくは計測可能である任意の構成部品(例えばチャンバ2の内側側壁)に着脱可能にまたは固定的に取り付けられるものであってもよい。
【0056】
さらに上記実施形態では、測定プローブ20と対象物Wとの間の相対的変位に影響を与える要因として、工作機械1に対する振動を例示したが、これに限定するものではなく、主軸頭10および/またはワークW(テーブル30)に加わる予見不可能な熱も同様に、これらの構成部品を熱膨張させて、その寸法形状を変化させるので、相対的変位Δhに影響を与える別の要因であると考えられる。
【0057】
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。
【産業上の利用可能性】
【0058】
本発明は、工作機械内に配置された対象物と工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定して、外乱を検知するための測定システム、測定方法および測定プログラムに利用することができる。
【符号の説明】
【0059】
1…工作機械、
2…工作機械チャンバ
3…ベッド
4…コラム
5…サドル
10…主軸頭
20…測定プローブ
22…出射孔
24…入射孔
26…受光素子
27…レーザ光源
28…受光レンズ
30…載置台(テーブル)
40…制御部
50…複合加工駆動部
60…入出力部
70…警報部
100…測定システム
W…ワーク(被加工物、対象物)
Δh…相対的変位

図1
図2
図3
図4
図5
図6
【手続補正書】
【提出日】2019年5月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位が、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、前記フロアからの外乱の影響の有無を判断する制御部を備えた測定システム。
【請求項2】
フロアに据え置かれた工作機械のための測定システムであって、
前記工作機械内に配置された対象物との間の相対的変位を測定する測定部と、
前記測定部を駆動する加工駆動部と、
前記測定部および前記加工駆動部に接続された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加工駆動部が静止状態を維持するように指令を発した後、所定時間が経過するまで、前記相対的変位が所定範囲内にあるか否かを判断することにより、前記フロアから前記工作機械に衝撃が伝わったか否かを判断する、測定システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記相対的変位が前記所定範囲を超えたとき、警告を発する、請求項1または2に記載の測定システム。
【請求項4】
前記対象物は、前記工作機械の内部で加工される被加工物であるか、または前記被加工物を支持する載置台である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項5】
前記対象物は、連続的または離散的に変化する形状を有する基準点を有し、
前記相対的変位は、前記対象物の前記基準点と前記測定部との間の相対的変位である請求項1〜のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項6】
前記対象物は、予め設定された所定経路に沿って加工される被加工物であり、
前記制御部は、前記所定経路の始点、中間点または終点における前記被加工物と前記測定部との間の前記相対的変位が、前記所定時間、前記所定範囲内にあるか否かを判断する請求項1〜のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項7】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、前記フロアからの外乱の影響の有無を判断する工程と、を備えた測定方法。
【請求項8】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
加工駆動部が静止状態を維持するように静止指令を発した後、所定時間が経過するまで、前記相対的変位が所定範囲内にあるか否かを判断することにより、前記フロアから前記工作機械に衝撃が伝わったか否かを判断する工程と、を備えた測定方法。
【請求項9】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、前記フロアからの外乱の影響の有無を判断する工程と、を実行する測定プログラム。
【請求項10】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
加工駆動部が静止状態を維持するように静止指令を発した後、所定時間が経過するまで、前記相対的変位が所定範囲内にあるか否かを判断することにより、前記フロアから前記工作機械に衝撃が伝わったか否かを判断する工程と、を実行する測定プログラム。
【手続補正書】
【提出日】2019年9月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位が、前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、引き続き、前記測定部を用いて前記工作機械の内部で加工される被加工物の寸法および/または形状を測定するか否かを決定する制御部を備えた測定システム。
【請求項2】
フロアに据え置かれた工作機械のための測定システムであって、
前記工作機械内に配置された対象物との間の相対的変位を測定する測定部と、
前記測定部を駆動する加工駆動部と、
前記測定部および前記加工駆動部に接続された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加工駆動部が静止状態を維持するように指令を発した後、所定時間が経過するまで、前記相対的変位が所定範囲内にあるか否かを判断し、前記相対的変位が前記所定範囲内にある場合にのみ、引き続き、前記測定部を用いて前記工作機械の内部で加工される被加工物の寸法および/または形状を測定する、測定システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記相対的変位が前記所定範囲を超えたとき、警告を発する、請求項1または2に記載の測定システム。
【請求項4】
前記対象物は、前記工作機械の内部で加工される前記被加工物であるか、または前記被加工物を支持する載置台である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項5】
前記対象物は、連続的または離散的に変化する形状を有する基準点を有し、
前記相対的変位は、前記対象物の前記基準点と前記測定部との間の相対的変位である請求項1〜4のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項6】
前記対象物は、予め設定された所定経路に沿って加工される前記被加工物であり、
前記制御部は、前記所定経路の始点、中間点または終点における前記被加工物と前記測定部との間の前記相対的変位が、前記所定時間、前記所定範囲内にあるか否かを判断する請求項1〜5のいずれか1項に記載の測定システム。
【請求項7】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、引き続き、前記測定部を用いて前記工作機械の内部で加工される被加工物の寸法および/または形状を測定するか否かを決定する工程と、を備えた測定方法。
【請求項8】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
加工駆動部が静止状態を維持するように静止指令を発した後、所定時間が経過するまで、前記相対的変位が所定範囲内にあるか否かを判断し、前記相対的変位が前記所定範囲内にある場合にのみ、引き続き、前記測定部を用いて前記工作機械の内部で加工される被加工物の寸法および/または形状を測定する工程と、を備えた測定方法。
【請求項9】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
前記工作機械および前記測定部に対して移動指令が発されていない状態において、前記相対的変位が、所定時間、所定範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、引き続き、前記測定部を用いて前記工作機械の内部で加工される被加工物の寸法および/または形状を測定するか否かを決定する工程と、を実行する測定プログラム。
【請求項10】
フロアに据え置かれた工作機械内に配置された対象物と前記工作機械に取り付けられた測定部との間の相対的変位を測定する工程と、
加工駆動部が静止状態を維持するように静止指令を発した後、所定時間が経過するまで、前記相対的変位が所定範囲内にあるか否かを判断し、前記相対的変位が前記所定範囲内にある場合にのみ、引き続き、前記測定部を用いて前記工作機械の内部で加工される被加工物の寸法および/または形状を測定する工程と、を実行する測定プログラム。