特許7337664工作機械における位置計測センサの補正値計測方法及び補正値計測システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-25
(45)【発行日】2023-09-04
(54)【発明の名称】工作機械における位置計測センサの補正値計測方法及び補正値計測システム
(51)【国際特許分類】
B23Q 17/00 20060101AFI20230828BHJP
G05B 19/401 20060101ALI20230828BHJP
G01B 5/00 20060101ALI20230828BHJP
【ＦＩ】
B23Q17/00 A
G05B19/401
G01B5/00 P
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019201709
(22)【出願日】2019-11-06
(65)【公開番号】P2021074806
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-06-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000149066
【氏名又は名称】オークマ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】神戸 礼士
【審査官】中川 康文
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１５２５７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３２６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１６４５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９４４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９３０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１８７４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１５４０３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８３７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０３５３９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６０１１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－０９０７８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ １７／００－２３／００
Ｇ０５Ｂ １９／１８－１９／４１６
Ｇ０１Ｂ ５／００－５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、を有する工作機械を用いて、前記主軸に装着可能な位置計測センサの長方向補正値と径方向補正値とを計測する方法であって、工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準球とを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準球の位置を計測する基準球位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準球位置取得段階で取得した前記基準球の位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準球の相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記基準球位置取得段階で取得した前記基準球の位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記位置計測センサを前記主軸に装着し、前記位置計測センサを用いて、前記基準球への前記位置計測センサの接触点が同一となるように前記主軸を割り出して前記基準球の位置を計測し、計測した前記基準球の位置と、予め記憶された前記基準球の径寸法とを用いて前記位置計測センサの径方向補正値を算出する径補正値算出段階と、
を実行することを特徴とする工作機械における位置計測センサの補正値計測方法。
【請求項2】
前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを１回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記径補正値算出段階までを複数回実行することを特徴とする請求項１に記載の工作機械における位置計測センサの補正値計測方法。
【請求項3】
前記基準球位置取得段階と、前記径補正値算出段階とにおいて、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが前記基準球に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械における位置計測センサの補正値計測方法。
【請求項4】
３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサの長方向補正値と径方向補正値とを計測するシステムであって、前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準球と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準球の位置を計測して記憶する基準球位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記基準球位置取得手段で取得した前記基準球の位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準球の相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得した前記基準工具位置と、前記基準球位置取得手段で取得した前記基準球の位置と、前記相対位置算出手段で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて、前記基準球への前記位置計測センサの接触点が同一となるように前記主軸を割り出して前記基準球の位置を計測し、計測した前記基準球の位置と、予め記憶された前記基準球の径寸法とを用いて前記位置計測センサの径方向補正値を算出して記憶する径補正値算出手段と、
を有することを特徴とする工作機械における位置計測センサの補正値計測システム。
【請求項5】
前記位置計測センサは、前記位置計測センサが対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする請求項４に記載の工作機械における位置計測センサの補正値計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工作機械の機内において工作物の位置を計測するために用いられる位置計測センサの補正値を計測する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
テーブルに取り付けた工作物を、主軸に装着して回転する工具により加工を行う工作機械において、高精度な加工を行うために、工具長さや工作物の位置を自動的に計測して補正する方法が用いられる。
工作物の位置の自動計測方法としては、例えば、図２に示すようなタッチプローブ３０で、プローブの接触子と工作物３１とが接触した時点あるいは遅れを考慮した時点での座標を取得する方法が用いられる。この場合、Ｚ軸方向の工作物３１の座標を取得するには、接触した際のタッチプローブ３０の長さが必要になる。
接触時のタッチプローブ３０の長さの測定方法としては、主軸２ａに基準工具を取り付けて、テーブル３などの基準面に対して、ブロックゲージを介して、基準工具が接触するようにＺ軸を手動で操作しながら、ブロックゲージと基準工具との隙間がほぼ０となる位置を見つけて、このときのＺ軸座標を記録する。そして、タッチプローブ３０を基準面に接触させたときのＺ軸位置の座標を計測し、タッチプローブ３０で計測した座標から、基準工具で記録した座標とブロックゲージの厚みとを引いた値を接触時のタッチプローブ３０の長さとする方法が一般的である。しかし、手作業が必要であり、自動で接触時のタッチプローブ３０の長さを計測することができないという課題があった。
このため、自動でタッチプローブの長さを計測する方法として、本件出願人は、特許文献１において、タッチセンサやレーザセンサ等の工具センサに基準ブロックを取付け、事前に基準工具が基準ブロックに接触するＺ軸位置の座標を記録するとともに、基準工具が工具センサに接触するＺ軸位置の座標を取得して、両者の座標から、工具センサでの接触位置と基準ブロックとの相対位置を既知にして、基準工具で工具センサの接触位置を取得し、位置計測センサで基準ブロックの位置を計測することで、位置計測センサの長さを補正して計測する方法を開示している。また、本件出願人は、特許文献２において、ターゲット球（基準球）の中心初期値の計測値を用いて、タッチプローブの先端部の径方向のキャリブレーションを行うようにした幾何誤差同定方法を開示している。
工作物の位置の自動計測方法としては、例えば、図２に示すようなタッチプローブ３０で、プローブの接触子と工作物３１とが接触した時点あるいは遅れを考慮した時点での座標を取得する方法が用いられる。この場合、Ｚ軸方向の工作物３１の座標を取得するには、接触した際のタッチプローブ３０の長さが必要になる。
接触時のタッチプローブ３０の長さの測定方法としては、主軸２ａに基準工具を取り付けて、テーブル３などの基準面に対して、ブロックゲージを介して、基準工具が接触するようにＺ軸を手動で操作しながら、ブロックゲージと基準工具との隙間がほぼ０となる位置を見つけて、このときのＺ軸座標を記録する。そして、タッチプローブ３０を基準面に接触させたときのＺ軸位置の座標を計測し、タッチプローブ３０で計測した座標から、基準工具で記録した座標とブロックゲージの厚みとを引いた値を接触時のタッチプローブ３０の長さとする方法が一般的である。しかし、手作業が必要であり、自動で接触時のタッチプローブ３０の長さを計測することができないという課題があった。
このため、自動でタッチプローブの長さを計測する方法として、本件出願人は、特許文献１において、タッチセンサやレーザセンサ等の工具センサに基準ブロックを取付け、事前に基準工具が基準ブロックに接触するＺ軸位置の座標を記録するとともに、基準工具が工具センサに接触するＺ軸位置の座標を取得して、両者の座標から、工具センサでの接触位置と基準ブロックとの相対位置を既知にして、基準工具で工具センサの接触位置を取得し、位置計測センサで基準ブロックの位置を計測することで、位置計測センサの長さを補正して計測する方法を開示している。また、本件出願人は、特許文献２において、ターゲット球（基準球）の中心初期値の計測値を用いて、タッチプローブの先端部の径方向のキャリブレーションを行うようにした幾何誤差同定方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１９３０４３号公報
【文献】特開２０１６－８３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の方法では、タッチプローブの径補正を行う場合、特許文献２のように別途基準球を用いて、プローブ長さを求める工程とは別の工程を実施する必要があり、時間と手間とがかかっていた。
【0005】
そこで、本発明は、時間及び手間をかけることなく位置計測センサの長さ及び径の補正値を求めることができる補正値計測方法及び補正値計測システム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】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、を有する工作機械を用いて、前記主軸に装着可能な位置計測センサの長方向補正値と径方向補正値とを計測する方法であって、
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準球とを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準球の位置を計測する基準球位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準球位置取得段階で取得した前記基準球の位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準球の相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記基準球位置取得段階で取得した前記基準球の位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記位置計測センサを前記主軸に装着し、前記位置計測センサを用いて、前記基準球への前記位置計測センサの接触点が同一となるように前記主軸を割り出して前記基準球の位置を計測し、計測した前記基準球の位置と、予め記憶された前記基準球の径寸法とを用いて前記位置計測センサの径方向補正値を算出する径補正値算出段階と、を実行することを特徴とする。
ここで、「工具センサ側」とは、工具センサに基準球を直接設けた場合は勿論、工具センサの近傍に別体の基準球を設けた場合も含む。
請求項２に記載の発明は、上記構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを１回実行し、
前記基準工具位置取得段階から前記径補正値算出段階までを複数回実行することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、上記構成において、前記基準球位置取得段階と、前記径補正値算出段階とにおいて、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが前記基準球に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサの長方向補正値と径方向補正値とを計測するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準球と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準球の位置を計測して記憶する基準球位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記基準球位置取得手段で取得した前記基準球の位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準球の相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得した前記基準工具位置と、前記基準球位置取得手段で取得した前記基準球の位置と、前記相対位置算出手段で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて、前記基準球への前記位置計測センサの接触点が同一となるように前記主軸を割り出して前記基準球の位置を計測し、計測した前記基準球の位置と、予め記憶された前記基準球の径寸法とを用いて前記位置計測センサの径方向補正値を算出して記憶する径補正値算出手段と、を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、上記構成において、前記位置計測センサは、前記位置計測センサが対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする。
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準球とを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準球の位置を計測する基準球位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準球位置取得段階で取得した前記基準球の位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準球の相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記基準球位置取得段階で取得した前記基準球の位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記位置計測センサを前記主軸に装着し、前記位置計測センサを用いて、前記基準球への前記位置計測センサの接触点が同一となるように前記主軸を割り出して前記基準球の位置を計測し、計測した前記基準球の位置と、予め記憶された前記基準球の径寸法とを用いて前記位置計測センサの径方向補正値を算出する径補正値算出段階と、を実行することを特徴とする。
ここで、「工具センサ側」とは、工具センサに基準球を直接設けた場合は勿論、工具センサの近傍に別体の基準球を設けた場合も含む。
請求項２に記載の発明は、上記構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを１回実行し、
前記基準工具位置取得段階から前記径補正値算出段階までを複数回実行することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、上記構成において、前記基準球位置取得段階と、前記径補正値算出段階とにおいて、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが前記基準球に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、３軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサの長方向補正値と径方向補正値とを計測するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準球と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準球の位置を計測して記憶する基準球位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記基準球位置取得手段で取得した前記基準球の位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準球の相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得した前記基準工具位置と、前記基準球位置取得手段で取得した前記基準球の位置と、前記相対位置算出手段で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて、前記基準球への前記位置計測センサの接触点が同一となるように前記主軸を割り出して前記基準球の位置を計測し、計測した前記基準球の位置と、予め記憶された前記基準球の径寸法とを用いて前記位置計測センサの径方向補正値を算出して記憶する径補正値算出手段と、を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、上記構成において、前記位置計測センサは、前記位置計測センサが対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、事前に、工具センサでの基準工具位置と、基準工具を元に算出した位置計測センサの長さと、位置計測センサで計測した基準球の位置とから、工具センサでの検知位置と基準球との位置関係を既知にしておくことで、その後は、工具センサで基準工具を自動計測し、位置計測センサで基準球を自動計測することで、位置計測センサの長方向補正値を自動計測可能となる。また、位置計測センサで基準球を自動計測する際に基準球の径寸法を用いて位置計測センサの径方向補正値も同時に自動計測可能となる。
これにより、熱変位等で位置計測センサの長さや姿勢が変化しても、時間及び手間をかけることなく位置計測センサの長さ及び径の補正値を求めることができ、位置計測センサによる対象物の位置計測を高精度に行うことができる。
これにより、熱変位等で位置計測センサの長さや姿勢が変化しても、時間及び手間をかけることなく位置計測センサの長さ及び径の補正値を求めることができ、位置計測センサによる対象物の位置計測を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】マシニングセンタの模式図である。
【図2】タッチプローブの模式図である。
【図3】本発明の工具センサの一例であるレーザセンサの模式図である。
【図4】本発明の工具センサの一例であるレーザセンサの模式図である。
【図5】本発明の工具センサの一例であるタッチセンサの模式図である。
【図6】本発明の工具センサの一例であるタッチセンサの模式図である。
【図7】本発明の計測準備作業のフローチャートである。
【図8】本発明のタッチプローブ補正値の計測方法のフローチャートである。
【図9】本発明の計測準備作業のステップＳＲ１（Ｓ１）の説明図である。
【図10】本発明の計測準備作業のステップＳＲ２の説明図である。
【図11】本発明の計測方法のステップＳＲ３の説明図である。
【図12】本発明の計測方法のステップＳＲ５の説明図である。
【図13】本発明の計測方法のステップＳＲ５（Ｓ２）の説明図である。
【図14】本発明の計測方法のステップＳ４の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一形態であり、３つの互いに直交する並進軸を有するマシニングセンタの模式図である。
主軸頭２は、コラム４及びサドル５を介して、並進軸であり互いに直交するＸ軸、Ｚ軸によってベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、並進軸でありＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸によりベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。したがって、主軸頭２は、テーブル３に対して並進３自由度の運動が可能である。各送り軸は、図示しない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、工作物をテーブル３に固定し、主軸頭２の主軸２ａに工具を装着して回転させ、工作物と工具の相対位置および相対姿勢を制御することで、工作物の加工を行うことができる。
図１は、工作機械の一形態であり、３つの互いに直交する並進軸を有するマシニングセンタの模式図である。
主軸頭２は、コラム４及びサドル５を介して、並進軸であり互いに直交するＸ軸、Ｚ軸によってベッド１に対して並進２自由度の運動が可能である。テーブル３は、並進軸でありＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸によりベッド１に対して並進１自由度の運動が可能である。したがって、主軸頭２は、テーブル３に対して並進３自由度の運動が可能である。各送り軸は、図示しない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、工作物をテーブル３に固定し、主軸頭２の主軸２ａに工具を装着して回転させ、工作物と工具の相対位置および相対姿勢を制御することで、工作物の加工を行うことができる。
【0010】
数値制御装置は、本発明の制御装置として、予め記憶部に記憶されたプログラムに従い、工具センサ位置取得手段、基準工具計測位置取得手段、位置計測センサ計測位置取得手段、位置計測センサ長さ算出手段、基準球位置取得手段、相対位置算出手段、基準工具位置取得手段、長補正値算出手段、径補正値算出手段として機能する。補正値の計測に伴う主軸２ａへの基準工具とタッチプローブとの着脱は、作業者が手動で行うか、数値制御装置が工具交換装置を介して自動的に行う。
なお、本発明に関わる機械としては、マシニングセンタに限らず旋盤や複合加工機、研削盤などの工作機械でもよい。また、軸数は３軸に限らず、並進軸のみ３軸、４軸、６軸でもよい。さらにまた、回転軸によりテーブル３や主軸頭２が回転１自由度以上を持つ機構でもよい。
なお、本発明に関わる機械としては、マシニングセンタに限らず旋盤や複合加工機、研削盤などの工作機械でもよい。また、軸数は３軸に限らず、並進軸のみ３軸、４軸、６軸でもよい。さらにまた、回転軸によりテーブル３や主軸頭２が回転１自由度以上を持つ機構でもよい。
【0011】
図３は、本発明の工具センサの一例であるレーザセンサ４０の模式図である。レーザセンサ４０は、レーザ１４を発光するレーザ発光部１１、レーザ１４を受光するレーザ受光部１２、ベース部１３、基準球４２から構成される。レーザ発光部１１、レーザ受光部１２、基準球４２はベース部１３に固定されている。また、レーザセンサ４０は、図１のマシニングセンタのテーブル３の上面に取り付けられる。なお、図４に示すように、基準球４２をベース部１３の近傍に別置した構成でもよい。
【0012】
図５は、本発明の工具センサの一例であるタッチセンサ５０の模式図である。タッチセンサ５０は、タッチセンサ部５１、基準球５２、ベース部５３から構成される。タッチセンサ部５１、基準球５２はベース部５３に固定されている。また、タッチセンサ５０は、レーザセンサ４０と同様に図１のマシニングセンタのテーブル３の上面に取り付けられる。なお、図６に示すように、基準球５２をベース部５３の近傍に別置した構成でもよい。
【0013】
以後、工具センサとして、タッチセンサ５０を用いた場合を説明する。タッチセンサ５０とレーザセンサ４０とは検知方法が異なるだけで本質的には同じである。
計測準備作業の手順について、図７のフローチャートにもとづいて説明する。計測準備作業は、後述のタッチプローブの長方向及び径方向の補正値の計測を行う前に事前に行っておく作業である。
ステップＳＲ１において、主軸２ａに基準工具８を装着し、タッチセンサ５０にて計測を行う（工具センサ位置取得段階）。ここでは図９に示すように、基準工具８がタッチセンサ部５１に接触するようＺ軸を移動させ、基準工具８の先端がタッチセンサ部５１を押した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸方向の接触位置Ｚ１を取得する。取得した接触位置Ｚ１を数値制御装置内の記憶部に記憶させる。また、基準工具８の長さＴｄも記憶部にあらかじめ記憶させておく。
計測準備作業の手順について、図７のフローチャートにもとづいて説明する。計測準備作業は、後述のタッチプローブの長方向及び径方向の補正値の計測を行う前に事前に行っておく作業である。
ステップＳＲ１において、主軸２ａに基準工具８を装着し、タッチセンサ５０にて計測を行う（工具センサ位置取得段階）。ここでは図９に示すように、基準工具８がタッチセンサ部５１に接触するようＺ軸を移動させ、基準工具８の先端がタッチセンサ部５１を押した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸方向の接触位置Ｚ１を取得する。取得した接触位置Ｚ１を数値制御装置内の記憶部に記憶させる。また、基準工具８の長さＴｄも記憶部にあらかじめ記憶させておく。
【0014】
ステップＳＲ２において、タッチプローブの長さを計測する前準備として、基準工具８でのテーブル３の上面などの任意の計測位置の取得を行う（基準工具計測位置取得段階）。ここでは図１０に示すように、主軸２ａに基準工具８を装着した状態で、ブロックゲージ４４を介して、テーブル３上面などの任意の位置に接触させ、その時のＺ軸方向の接触位置Ｚｃを取得する。そして、ブロックゲージ４４の厚みＨｂを差し引いた値Ｚｃ’（＝Ｚｃ－Ｈｂ）を記憶部に記憶させる。なお、ブロックゲージ４４としては、厚み寸法が既知のブロックなどでもよい。
ステップＳＲ３において、主軸２ａにタッチプローブ３０を装着し、ステップＳＲ２と同じテーブル３上面などの任意の計測位置を計測する（位置計測センサ計測位置取得段階）。ここでは図１１に示すように、タッチプローブ３０がステップＳＲ２と同じテーブル３上面などの任意の計測位置に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラス３０ａが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸方向の接触位置Ｚｐを取得する。取得した接触位置Ｚｐを記憶部に記憶させる。
ステップＳＲ３において、主軸２ａにタッチプローブ３０を装着し、ステップＳＲ２と同じテーブル３上面などの任意の計測位置を計測する（位置計測センサ計測位置取得段階）。ここでは図１１に示すように、タッチプローブ３０がステップＳＲ２と同じテーブル３上面などの任意の計測位置に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラス３０ａが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＺ軸方向の接触位置Ｚｐを取得する。取得した接触位置Ｚｐを記憶部に記憶させる。
【0015】
ステップＳＲ４において、タッチプローブ３０の長方向補正値である接触時のタッチプローブ３０の長さを算出する（位置計測センサ長さ算出段階）。ステップＳＲ２にて記憶させたＺｃ’と、ステップＳＲ３にて記憶させたＺｐと、基準工具長Ｔｄとから長方向補正値Ｔｐ（＝Ｚｐ－Ｚｃ’＋Ｔｄ）を求めて、記憶部に記憶させる。
ステップＳＲ５において、主軸２ａにタッチプローブ３０を装着し、基準球５２のＺ軸方向の接触位置Ｚ２を計測する（基準球位置取得段階）。ここでは図１２に示すように、基準球５２の水平方向（タッチプローブ３０のスタイラス３０ａの径方向）の同一平面において、Ｘ軸プラス・マイナス方向の座標Ｘｐ，Ｘｍ、Ｙ軸プラス・マイナス方向の座標Ｙｐ・Ｙｍをタッチプローブ３０にて計測する。この際、タッチプローブ３０の接触点が同一になるように主軸２ａを割り出す。得られたＸ軸位置の平均値Ｘ０とＹ軸位置の平均値Ｙ０とがそれぞれ球中心のＸ，Ｙ座標値（中心位置）となる。この中心位置Ｘ０，Ｙ０で、図１３に示すように、タッチプローブ３０が基準球５２に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラス３０ａが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点での接触位置Ｚ２を取得する。
ステップＳＲ５において、主軸２ａにタッチプローブ３０を装着し、基準球５２のＺ軸方向の接触位置Ｚ２を計測する（基準球位置取得段階）。ここでは図１２に示すように、基準球５２の水平方向（タッチプローブ３０のスタイラス３０ａの径方向）の同一平面において、Ｘ軸プラス・マイナス方向の座標Ｘｐ，Ｘｍ、Ｙ軸プラス・マイナス方向の座標Ｙｐ・Ｙｍをタッチプローブ３０にて計測する。この際、タッチプローブ３０の接触点が同一になるように主軸２ａを割り出す。得られたＸ軸位置の平均値Ｘ０とＹ軸位置の平均値Ｙ０とがそれぞれ球中心のＸ，Ｙ座標値（中心位置）となる。この中心位置Ｘ０，Ｙ０で、図１３に示すように、タッチプローブ３０が基準球５２に接近するようＺ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラス３０ａが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点での接触位置Ｚ２を取得する。
【0016】
ステップＳＲ６において、タッチセンサ５０の検知位置とタッチプローブ３０による基準球５２の検知位置との間のＺ軸方向の距離（相対位置）ｄＺｂを算出する（相対位置算出段階）。ステップＳＲ１で求めた基準工具８とタッチセンサ５０との接触位置Ｚ１と、ステップＳＲ５で求めたタッチプローブ３０と基準球５２との接触位置Ｚ２と、タッチプローブ３０の長方向補正値Ｔｐと、基準工具長Ｔｄとから、タッチセンサ５０との接触位置Ｚ１と基準球５２との接触位置Ｚ２との間のＺ軸方向の距離ｄＺｂ（＝Ｚ２＋Ｔｐ－（Ｚ１＋Ｔｄ））を求めて、記憶部に記憶させる。
【0017】
次に、本発明における、タッチプローブ３０による計測の流れについて、図８のフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ１において、ステップＳＲ１と同様に、主軸２ａに基準工具８を装着し、タッチセンサ５０にて計測を行い、接触位置Ｚ１’（図９）を記憶部に記憶させる（基準工具位置取得段階）。
ステップＳ２において、ステップＳＲ５と同様に、主軸２ａにタッチプローブ３０を装着し、基準球５２をタッチプローブ３０にて計測を行い、接触位置Ｚ２’（図１３）を記憶部に記憶させる。
ステップＳ３において、タッチプローブ３０の長方向補正値である接触時のタッチプローブ３０の長さを算出する（長補正値算出段階）。ステップＳ１にて記憶させた接触位置Ｚ１’と、ステップＳ２にて記憶させた接触位置Ｚ２’と、記憶部に記憶されているタッチセンサ５０の接触位置と基準球５２の接触位置との間の距離ｄＺｂと、基準工具長Ｔｄとから長方向補正値Ｔｐ’（＝Ｚ１’－Ｚ２’＋ｄＺｂ＋Ｔｄ）を求めて、記憶部に記憶させる。
ステップＳ１において、ステップＳＲ１と同様に、主軸２ａに基準工具８を装着し、タッチセンサ５０にて計測を行い、接触位置Ｚ１’（図９）を記憶部に記憶させる（基準工具位置取得段階）。
ステップＳ２において、ステップＳＲ５と同様に、主軸２ａにタッチプローブ３０を装着し、基準球５２をタッチプローブ３０にて計測を行い、接触位置Ｚ２’（図１３）を記憶部に記憶させる。
ステップＳ３において、タッチプローブ３０の長方向補正値である接触時のタッチプローブ３０の長さを算出する（長補正値算出段階）。ステップＳ１にて記憶させた接触位置Ｚ１’と、ステップＳ２にて記憶させた接触位置Ｚ２’と、記憶部に記憶されているタッチセンサ５０の接触位置と基準球５２の接触位置との間の距離ｄＺｂと、基準工具長Ｔｄとから長方向補正値Ｔｐ’（＝Ｚ１’－Ｚ２’＋ｄＺｂ＋Ｔｄ）を求めて、記憶部に記憶させる。
【0018】
ステップＳ４において、基準球５２の水平方向（スタイラス３０ａの径方向）の頂点の計測を行う。予め記憶させた基準球径Ｄｄとスタイラス３０ａの球径Ｄｔ、ステップＳ２にて記憶させた接触位置Ｚ２’と、ステップＳ３にて記憶させた長方向補正値Ｔｐ’とにより、基準球５２の水平方向の頂点の接触位置Ｚ３（＝Ｚ２’－Ｔｐ’－Ｄｄ／２－Ｄｔ／２）を求めて、記憶部に記憶させる。そして、タッチプローブ３０をこの接触位置Ｚ３で、図１４に示すように、タッチプローブ３０が基準球５２に接近するようＸ軸あるいはＹ軸を移動させ、タッチプローブ３０のスタイラス３０ａが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのＸ軸プラス・マイナス方向の座標Ｘ３ｐ，Ｘ３ｍ、Ｙ軸プラス・マイナス方向の座標Ｙ３ｐ，Ｙ３ｍを取得する。
ステップＳ５において、タッチプローブ３０の径方向補正値であるスタイラス３０ａの径補正値を算出する（Ｓ４，Ｓ５：径補正値算出段階）。ステップＳ４にて記憶させたＸ３ｐ，Ｘ３ｍ，Ｙ３ｐ，Ｙ３ｍと、予め記憶させた基準球径Ｄｄとにより、スタイラス３０ａの径方向補正値Ｒｘｐ（＝Ｘ３ｐ－（Ｘ３ｐ＋Ｘ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）、Ｒｘｍ（＝Ｘ３ｍ－（Ｘ３ｐ＋Ｘ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）、Ｒｙｐ（＝Ｙ３ｐ－（Ｙ３ｐ＋Ｙ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）、Ｒｙｍ（＝Ｙ３ｍ－（Ｙ３ｐ＋Ｙ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）を求めて、記憶部に記憶させる。
ステップＳ５において、タッチプローブ３０の径方向補正値であるスタイラス３０ａの径補正値を算出する（Ｓ４，Ｓ５：径補正値算出段階）。ステップＳ４にて記憶させたＸ３ｐ，Ｘ３ｍ，Ｙ３ｐ，Ｙ３ｍと、予め記憶させた基準球径Ｄｄとにより、スタイラス３０ａの径方向補正値Ｒｘｐ（＝Ｘ３ｐ－（Ｘ３ｐ＋Ｘ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）、Ｒｘｍ（＝Ｘ３ｍ－（Ｘ３ｐ＋Ｘ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）、Ｒｙｐ（＝Ｙ３ｐ－（Ｙ３ｐ＋Ｙ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）、Ｒｙｍ（＝Ｙ３ｍ－（Ｙ３ｐ＋Ｙ３ｍ）／２－Ｄｄ／２）を求めて、記憶部に記憶させる。
【0019】
このように、上記形態のタッチプローブ３０（位置計測センサ）の補正値計測方法及び補正値計測システムでは、タッチセンサ５０（工具センサ）を用いて、基準工具８の先端の検知位置（Ｚ１）を取得するステップＳＲ１と、基準工具８を用いて任意の工具計測位置（Ｚｃ）を取得するステップＳＲ２とを実行する。また、タッチプローブ３０（位置計測センサ）を用いて任意のセンサ計測位置（Ｚｐ）を取得するステップＳＲ３と、工具計測位置（Ｚｃ）とセンサ計測位置（Ｚｐ）との差を求め、当該差と基準工具８の長さ（Ｔｄ）とに基づいてタッチプローブ３０の長さ（Ｔｐ）を求めるステップＳＲ４とを実行する。また、タッチプローブ３０を用いて基準球５２の位置（Ｚ２）を計測するステップＳＲ５と、検知位置（Ｚ１）と、基準球５２の位置（Ｚ２）と、タッチプローブ３０の長さ（Ｔｐ）と、基準工具８の長さ（Ｔｄ）とから、検知位置（Ｚ１）に対する基準球５２の位置（Ｚ２）の相対位置（ｄＺｂ）を算出するステップＳＲ６とを実行する。
【0020】
そして、タッチセンサ５０を用いて基準工具８の基準工具位置（Ｚ１’）を取得するステップＳ１と、基準工具位置（Ｚ１’）と、タッチプローブ３０を用いて計測した基準球５２の位置（Ｚ２’）と、相対位置（ｄＺｂ）と、基準工具８の長さ（Ｔｄ）とから、タッチプローブ３０の長方向補正値（Ｔｐ’）を算出するステップＳ２，Ｓ３を実行する。また、タッチプローブ３０を用いて基準球５２の位置（Ｘ３ｐ，Ｘ３ｍ、Ｙ３ｐ，Ｙ３ｍ）を計測し、計測した基準球５２の位置（Ｘ３ｐ，Ｘ３ｍ、Ｙ３ｐ，Ｙ３ｍ）と、予め記憶された基準球５２の径寸法（Ｄｄ）とを用いてタッチプローブ３０の径方向補正値（Ｒｘｐ、Ｒｘｍ、Ｒｙｐ、Ｒｙｍ）を算出するステップＳ４，Ｓ５を実行する。
【0021】
よって、事前に、タッチセンサ５０での基準工具８の位置（Ｚ１）と、基準工具８を元に算出したタッチプローブ３０の長さ（Ｔｐ）と、タッチプローブ３０で計測した基準球５２の位置（Ｚ２）とから、タッチセンサ５０での検知位置と基準球５２との位置関係（ｄＺｂ）を既知にしておくことで、その後は、タッチセンサ５０で基準工具８を自動計測し、タッチプローブ３０で基準球５２を自動計測することで、タッチプローブ３０の長方向補正値を自動計測可能となる。また、タッチプローブ３０で基準球５２を自動計測する際に基準球５２の径寸法を用いてタッチプローブ３０のスタイラス３０ａの径方向補正値も同時に自動計測可能となる。
これにより、熱変位等でタッチプローブ３０の長さや姿勢が変化しても、時間及び手間をかけることなくタッチプローブ３０の長さ及び径の補正値を求めることができ、タッチプローブ３０による対象物の位置計測を高精度に行うことができる。
これにより、熱変位等でタッチプローブ３０の長さや姿勢が変化しても、時間及び手間をかけることなくタッチプローブ３０の長さ及び径の補正値を求めることができ、タッチプローブ３０による対象物の位置計測を高精度に行うことができる。
【0022】
なお、上記形態において、計測準備作業であるステップＳＲ１～ＳＲ６は、１回実行すれば足りるが、ステップＳ１～Ｓ５は、複数回実行してもよい。
また、上記形態では、Ｓ３でタッチプローブの長補正値を算出する際に、Ｓ２でタッチプローブと基準球との接触位置を計測しているが、これを省略して、ステップＳＲ５で取得した接触位置を用いてもよい。長補正値の算出と径補正値の算出との順番は、上記形態と逆であってもよい。
また、位置計測センサとしてはタッチプローブに限らず、レーザ変位センサなどの非接触センサも採用できる。この場合、接触時の長さではなく、計測時の計測対象物と非接触センサの見かけ上の距離が対象となる。
また、上記形態では、Ｓ３でタッチプローブの長補正値を算出する際に、Ｓ２でタッチプローブと基準球との接触位置を計測しているが、これを省略して、ステップＳＲ５で取得した接触位置を用いてもよい。長補正値の算出と径補正値の算出との順番は、上記形態と逆であってもよい。
また、位置計測センサとしてはタッチプローブに限らず、レーザ変位センサなどの非接触センサも採用できる。この場合、接触時の長さではなく、計測時の計測対象物と非接触センサの見かけ上の距離が対象となる。
【符号の説明】
【0023】
１・・ベッド、２・・主軸頭、２ａ・・主軸、３・・テーブル、８・・基準工具、１１・・レーザ発光部、１２・・レーザ受光部、３０・・タッチプローブ、３０ａ・・スタイラス、３１・・工作物、４０・・レーザセンサ、４２，５２・・基準球、４４・・ブロックゲージ、５０・・タッチセンサ、５１・・タッチセンサ部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】