特許 7516627 校正装置、校正方法及び工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】校正装置、校正方法及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/00 20060101AFI20240708BHJP

   G01B 5/00 20060101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/00 Z

G01B5/00 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023113977

(22)【出願日】2023-07-11

【審査請求日】2023-07-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100227835

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 剛孝

(72)【発明者】

【氏名】黄 穂生

(72)【発明者】

【氏名】中村 風人

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 圭太

【審査官】野口 絢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２３－１５７５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１７０４７５６１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２００９－５１９１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０９９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１８４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １５／００

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｂ２３Ｑ ２３／００

Ｇ０１Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械で用いるタッチプローブのための校正装置であって、
棒状に形成され、軸方向に沿って前記校正装置から進出可能な軸部と、
内側において前記軸部を支持する外筒部と、
前記外筒部の内部に配置され、進出する方向へ向けて前記軸部を付勢する付勢部と、
前記軸部を前記付勢部の付勢力に抗して押し込んだ位置に止め置く仮止め機構と、
前記外筒部に配置され、前記軸部を前記外筒部に対して固定可能な固定部と、
前記軸部又は前記外筒部の外周面に沿って形成されたＸＹ校正部と、
前記軸部の先端に形成され、前記軸部の軸方向と直交する平面を有するＺ校正部と、
を備えることを特徴とした校正装置。

【請求項2】

前記外筒部は、底部にマグネットを有し、前記底部の一部には、底面の径方向に対して外周側へ向けて傾斜した傾斜面が形成されている、請求項１に記載の校正装置。

【請求項3】

前記外筒部は、前記軸部を支持する薄肉円筒部を有し、前記固定部は、前記薄肉円筒部の外周から前記軸部に向けて半径方向の押圧力を解除可能に付与するクランパを有する、請求項１又は請求項２に記載の校正装置。

【請求項4】

請求項１に記載の校正装置を取り付け可能な前記工作機械であって、
加工工具を取付けるための主軸であって、前記加工工具に代えて基準工具及び前記タッチプローブを取り付け可能な主軸と、
加工対象及び前記校正装置が取り付けられるテーブルと、
前記主軸と前記テーブルとを相対移動させる送り軸部と、
を具備することを特徴とした工作機械。

【請求項5】

前記主軸に装着する基準工具は、先端が前記タッチプローブの測定子の球部と同一半径の球形状を有する、請求項４に記載の工作機械。

【請求項6】

前記主軸に装着する基準工具は、所定以上の荷重がかかると折損するヒューズ構造を有する、請求項４又は請求項５に記載の工作機械。

【請求項7】

請求項１に記載の校正装置を用いた前記タッチプローブの校正方法であって、
前記校正装置を前記工作機械に配置することと、
前記仮止め機構によって前記軸部を押し込んだ位置に止め置くことと、
前記工作機械の主軸に基準工具を取り付け、前記基準工具の先端が前記軸部の前記Ｚ校正部の軸方向上方側の位置になるように前記主軸を相対的に移動させることと、
前記仮止め機構を解除して、前記付勢部によって前記軸部を前記基準工具へ向けて付勢することと、
前記基準工具に当接した前記軸部を前記固定部で固定することと、
前記固定された前記軸部の軸方向の基準座標を取得することと、
前記工作機械の前記主軸に前記タッチプローブを取り付けることと、
前記軸部の軸方向と直交する方向の基準座標を取得することと、
前記基準座標に基づいて前記軸方向及び前記軸方向と直交する方向の校正値を取得することと、
を含むことを特徴とした校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、校正装置、校正方法及び工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械は、加工を精度よく行うために加工対象となるワークの位置情報、すなわち座標を必要とする。位置情報は、加工する現場において作業者がワークを工作機械に取り付けた後に、作業者の手作業による測定、又は、工作機械に装備され、センサを備えた測定装置による測定によって取得される。ここでいう測定装置とは、センサを有する測定システムであるため、基準となるゲージ等を用いて測定誤差を認識し、測定結果を校正する必要がある。このような校正作業は、キャリブレーション作業とも呼ばれ、測定結果の精度はキャリブレーション作業の精度に強く依存する。

【0003】

特許文献１には、工作機械に取り付け可能なベースと、球状のキャリブレーションアーチファクトとを含む工作機械用のキャリブレーション装置が開示されている。しかしながら、上下方向、すなわちＺ軸方向の座標原点は、基準工具とゲージブロックとを用いて手動で取得する必要がある。具体的には、測定者は、ゲージブロックが基準工具と球との間に挟み込まれるまで工具を手動で下降するといった工程が必要となり、キャリブレーション装置を使用する場合であってもキャリブレーション作業は煩雑なものとなる。また、水平方向、すなわちＸ軸方向及びＹ軸方向座標とＺ軸方向座標のキャブレーション作業は別個に行う必要がある。このため、キャリブレーション作業の作業時間と作業工数が増加する。さらに、手作業を伴うキャリブレーション作業には技能が必要とされるため、測定者の技能に応じて測定精度にばらつきが生じ、このような煩雑な作業に係る技能を他人に教えることも容易ではない。

【0004】

そこで、例えば、特許文献２には、ベースと、較正アーチファクトと、較正アーチファクトをベースに取り付けるためのロック可能機構と、を備えた座標位置決め機械の較正デバイスが開示されている。ここでは、較正デバイスのロック可能機構は、外力の適用によって較正アーチファクトがベースに対して移動可能なロック解除状態及び較正アーチファクトの位置がベースに対してロックされるロック状態を採用することができる。しかしながら、工作機械のスピンドルに保持されたバー（長さが既知の基準工具）を位置合わせのために較正アーチファクト（較正球）に当接する際に、操作を誤って較正球の側に移動しすぎるという事態が発生することがある。すると、キャリブレーション装置が壊れるだけでなく、バーを介してスピンドル及び工作機械に多大な負荷をかける可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１９－５０９９０２号公報

【文献】特表２０２３－５１９２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記事情に鑑み、校正作業中の基準工具の校正装置への過剰な押し込みを防止すると共に過剰な押し込みを恐れて校正作業に慎重になり過ぎることによる作業効率の低下を抑制し、安全性の高い、かつ、操作性の良い校正装置及び校正方法、並びに、これらを用いた工作機械の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の態様によれば、工作機械で用いるタッチプローブのための校正装置であって、棒状に形成され、軸方向に沿って校正装置から進出可能な軸部と、内側において軸部を支持する外筒部と、外筒部の内部に配置され、進出する方向へ向けて軸部を付勢する付勢部と、軸部を付勢部の付勢力に抗して押し込んだ位置に止め置く仮止め機構と、外筒部に配置され、軸部を外筒部に対して固定可能な固定部と、軸部又は外筒部の外周面に沿って形成されたＸＹ校正部と、軸部の先端に形成され、軸部の軸方向と直交する平面を有するＺ校正部と、を備える校正装置が提供される。

【0008】

さらに、本発明の一の態様によれば、本発明の一の態様に係る校正装置を取り付け可能な工作機械であって、加工工具を取付けるための主軸であって、加工工具に代えて基準工具及びタッチプローブを取り付け可能な主軸と、加工対象及び校正装置が取り付けられるテーブルと、主軸とテーブルとを相対移動させる送り軸部と、を具備する工作機械が提供される。

【0009】

また、本発明の一の態様によれば、本発明の一の態様に係る校正装置を用いたタッチプローブの校正方法であって、校正装置を工作機械に配置することと、仮止め機構によって軸部を押し込んだ位置に止め置くことと、工作機械の主軸に基準工具を取り付け、基準工具の先端が軸部のＺ校正部の軸方向上方側の位置になるように主軸を相対的に移動させることと、仮止め機構を解除して、付勢部によって軸部を基準工具へ向けて付勢することと、基準工具に当接した軸部を固定部で固定することと、固定された軸部の軸方向の基準座標を取得することと、工作機械の主軸に前記タッチプローブを取り付けることと、軸部の軸方向と直交する方向の基準座標を取得することと、基準座標に基づいて軸方向及び軸方向と直交する方向の校正値を取得することと、を含む校正方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一の態様に係る校正装置によると、校正装置は、軸方向に沿って校正装置から進出可能な軸部と、進出する方向へ向けて軸部を付勢する付勢部と、軸部を付勢部の付勢力に抗して押し込んだ位置に止め置く仮止め機構と、軸部を外筒部に対して固定可能な固定部とを備える。このため、軸部を付勢部によって付勢し、軸部が進出した位置で固定することができるため、軸部の軸方向における位置決めを簡便、かつ、短時間に行うことができる。また、仮止め機構によって軸部を押し込んだ位置に仮止めすることができる。このため、軸部を固定する位置を設定するために、工作機械の主軸に装着した基準工具の先端部は校正装置の軸部の近傍まで移動すればよく、仮止めを解除し、付勢部によって付勢される軸部を工作機械の主軸に装着した基準工具の先端部に接触させることによって位置を設定することができる。これによって、基準工具の先端部が軸部に衝突して工作機械に負荷がかかることを防止するとともに、基準工具で軸部を所定量押し込むという慎重さの要求される作業がないため、作業効率低下を抑制することができ、工作機械の安全性を確保することができる。さらに、校正装置は、軸部の外周面に沿って形成されたＸＹ校正部と、軸部の先端に形成され、軸部の軸方向と直交する平面を有するＺ校正部とを備える。このため、軸部に沿った方向及び軸部に直交する方向の位置合わせを１つの軸部、すなわち校正装置で簡便に行うことができる。これによって、作業者の技能レベルに依存することなく、操作性良く簡便に校正作業を行うことができ、このような校正作業を面倒がらずに定期的に行うことも可能になるため、加工品の品質、すなわち加工精度を安定させることができる。

【0011】

本発明の一の態様に係る工作機械によると、本発明の一の態様に係る校正装置を取り付けることができると共に、主軸に基準工具及びタッチプローブを取り付けることができる。このため、校正作業を簡便かつ短時間で行うことができる。さらに、工作機械の主軸に装着した基準工具の先端部が軸部に衝突して工作機械に負荷がかかることを防止又は抑制することができ、工作機械の安全性を確保することができる。

【0012】

本発明の一の態様に係る校正方法によると、軸部に沿った方向及び軸部に直交する方向の位置合わせを１つの校正装置で連続的に行うことができる。これによって、簡便かつ短時間で校正作業を行うことができる。さらに、工作機械の主軸に装着した基準工具の先端部が軸部に衝突して工作機械に負荷がかかることを防止又は抑制することができ、工作機械の安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１実施形態に係る校正装置の斜視図を示す。

【図2】図２は、校正装置の軸部を進出させた状態の斜視図を示す。

【図3A-3B】図３Ａは、軸部が上昇した状態の校正装置を図１の３－３線に沿って切断した断面図を示し、図３Ｂは、図３Ａの校正装置の３Ｂ－３Ｂ線に沿って切断した断面図を示す。

【図3C-3D】図３Ｃは、軸部を押し込み位置で仮止めした状態の校正装置を図１の３－３線に沿って切断した断面図を示し、図３Ｄは、図３Ｃの校正装置の３Ｄ－３Ｄ線に沿って切断した断面図を示す。

【図3E-3F】図３Ｅは、仮止めを解除して軸部を基準工具の先端部に接触した状態の校正装置を図１の３－３線に沿って切断した断面図を示し、図３Ｆは、図３Ｅの校正装置の３Ｆ－３Ｆ線に沿って切断した断面図を示す。

【図3G-3H】図３Ｇは、軸部を固定した状態の校正装置を図１の３－３線に沿って切断した断面図を示し、図３Ｈは、図３Ｇの校正装置の３Ｈ－３Ｈ線に沿って切断した断面図を示す。

【図4A】図４Ａは、覆い部を取り外した校正装置の斜視図を示す。

【図4B】図４Ｂは、カムレバーをアンクランプ状態にした校正装置を図１の４－４線に沿って切断した断面図を示す。

【図4C】図４Ｃは、カムレバーをクランプ状態にした校正装置を図１の４－４線に沿って切断した断面図を示す。

【図5A-5B】図５Ａは、校正装置の側面図を示し、図５Ｂは、図５Ａの校正装置の底面図を示す。

【図5C-5D】図５Ｃは、テーブルに取り付けるときの校正装置の側面図を示し、図５Ｄは、テーブルから取り外すときの校正装置の側面図を示す。

【図6】図６は、タッチプローブの校正作業のフローチャートを示す。

【図7】図７は、基準工具と校正装置とが取り付けられた工作機械の側面図を示す。

【図8】図８は、仮の基準座標と基準座標の関係を表すＺ校正部の平面図を示す。

【図9】図９は、タッチプローブの校正方法を説明するための斜視図を示す。

【図10】図１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の基準座標の取得方法を説明するための平面図を示す。

【図11A-11B】図１１Ａ－１１Ｂは、第２実施形態に係る仮止め機構によって軸部をクランプした状態を平面視及び側面視で模式的に示したものであり、それぞれ１１Ａ－１１Ａ線及び１１Ｂ－１１Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【図11C-11D】図１１Ｃ－１１Ｄは、第２実施形態に係る仮止め機構によって軸部をアンクランプした状態を平面視及び側面視で模式的に示したものであり、それぞれ１１Ｃ－１１Ｃ線及び１１Ｄ－１１Ｄ線に沿って切断した断面図である。

【図12】図１２は、基準工具の変形例の側面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る校正装置、工作機械及び校正方法を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。

【0015】

（第１実施形態）
以下、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。図１及び図２に、校正装置１０の斜視図を示す。図７及び図９に示すように、校正装置１０は、工作機械５０において、例えば、ワーク（図示省略）の位置を正確に測定することを目的としてタッチプローブ６０の位置を校正するために用いられる。このため、校正装置１０は、加工対象としてのワーク（図示省略）を取り付けるための工作機械５０のテーブル５２に取り付けられる。図中には、工作機械５０を工場等の床面のような水平面上に配置したときの装置前後方向、装置左右方向及び装置上下方向を矢印で示す。図中のＸは、装置左右方向（Ｘ軸方向）を示しており、Ｙは、装置前後方向（Ｙ軸方向）を示しており、Ｚは、装置上下方向（Ｚ軸方向）を示す。

【0016】

図１及び図２に示すように、校正装置１０は、外筒部１２と、軸部１４と、固定部１６（図４Ａ参照）とを備える。校正装置１０は、外筒部１２を工作機械５０のテーブル５２（図７参照）の上面に配置し、棒状に形成された金属製の軸部１４を外筒部１２の上方側へ向けて進出させる。このとき、進出した軸部１４の位置を固定するために固定部１６が形成されている。

【0017】

図１及び図３Ａに示すように、外筒部１２は、金属製であり、その外周形状は円柱状に形成されている。外筒部１２の上方側の中心部には、軸部１４を締め付けるための円筒状の薄肉円筒部１８が外筒部１２と一体で形成されている。薄肉円筒部１８及び外筒部１２の中心部には、外筒部１２及び薄肉円筒部１８に収容される軸部１４の軸方向、すなわちＺ軸方向に沿って穴部２０が貫通形成されている。薄肉円筒部１８及び外筒部１２の上方側部分における穴部２０の内径は、軸部１４を収容し、かつ、締め付けることができるように、軸部１４の外径とほぼ同一に形成されている。

【0018】

図３Ａに示すように、外筒部１２の底面側には、穴部２０を塞ぐように円板状のマグネット２２が配置されている。このため、金属製のテーブル５２（図７参照）に配置された校正装置１０の位置がずれないように安定させることができる。穴部２０に収容された軸部１４の下端部とマグネット２２との間には、付勢部としてのコイルバネ２４が配置されている。このため、穴部２０に収容された軸部１４を上方側、すなわち基準工具５８及びタッチプローブ６０側（図７及び図９参照）へ向けて付勢することができる。これによって、軸部１４の上方側に配置された基準工具５８の先端部に軸部１４を当接させることができる。なお、基準工具５８の先端部は球形状が好ましい。

【0019】

穴部２０に収容された軸部１４の上方側には、外周形状が円柱状に形成されたＸＹ校正部２６が形成されている。ＸＹ校正部２６は、軸部１４の他の部分よりも軸部１４の径方向に延在し、かつ、その中心軸が軸部１４の中心軸と一致するように形成されている。

【0020】

軸部１４の先端には、軸部１４の軸方向と直交する、すなわち校正装置１０が取り付けられるテーブル５２の取付面ＡＳ（図５Ｃ参照）に平行な平面を有するＺ校正部２８が形成されている。ここで、Ｚ校正部２８の平面上において、いかなるＸ軸方向及びＹ軸方向の位置に基準工具５８が当接した場合であっても、基準工具５８が当接したＸ軸方向及びＹ軸方向の位置におけるＺ軸方向の位置と、ＸＹ校正部２６の中心軸位置におけるＺ軸方向の位置との相対差を、タッチプローブ６０で測定することにより、Ｚ校正部２８の平面上におけるＸＹ校正部２６の中心軸位置での正確なＺ軸方向の位置を取得することができる。このため、基準工具５８が当接する際のＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを簡便、かつ、短時間に行うことができる。

【0021】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、軸部１４の下端には、軸部１４の外周形状に沿ってリング状に形成され、仮止め機構を構成する止め輪１５が取り付けられている。止め輪１５は、その外周部の一部が径方向外側、すなわち、軸部１４の径方向外側へ向けて延在する引掛け部１５ａを有する。また、外筒部１２の穴部２０の下方側には、仮止め機構を構成する第１の段差部１２ａ及び第２の段差部１２ｂが段差状に形成されている。具体的には、第１の段差部１２ａは、穴部２０と同心円状に形成され、穴部２０の内径よりも大きい内径を有する。また、第２の段差部１２ｂは、第１の段差部１２ａの下方側において穴部２０及び第１の段差部１２ａと同心円状に形成され、第１の段差部１２ａの内径よりも大きい内径を有する。さらに、第２の段差部１２ｂは、止め輪１５が取り付けられた軸部１４が上下する際に、引掛け部１５ａが通過できるように、その一部が切り欠いて形成されている。軸部１４は、穴部２０の上方側へ向けて連通する第１の段差部１２ａの上端に止め輪１５が当接するため、この位置で上方側への移動が制限される。

【0022】

また、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、コイルバネ２４の付勢力、すなわち、バネ力に抗して軸部１４を第２の段差部１２ｂまで下方側へ押し下げ、引掛け部１５ａと第２の段差部１２ｂの切り欠いている部分とが底面視で重ならない位置まで軸部１４を回転すると、止め輪１５の引掛け部１５ａが第２の段差部１２ｂに当接し、この位置で軸部１４の上方側への移動を制限する。このため、軸部１４をこの位置に止め置いて、仮止めすることができる。ここでは、引掛け部１５ａは、第２の段差部１２ｂの切り欠いている部分から９０度程度回転移動されている。

【0023】

また、図３Ｅ及び図３Ｆに示すように、基準工具５８（図７参照）の先端部を仮止めした軸部１４の上方側へ所定の間隔を空けて移動した状態で、軸部１４を回転し、引掛け部１５ａを第２の段差部１２ｂの切り欠いている部分から通過させると、軸部１４は、コイルバネ２４のバネ力によって上昇する。このため、軸部１４側の移動によって、Ｚ校正部２８を基準工具５８の先端部に当接させることができる。

【0024】

さらに、図３Ｇ及び図３Ｈに示すように、Ｚ校正部２８を基準工具５８の先端部に当接した状態で、後述するように、カムレバー３２を回動して、軸部１４をクランプすることによって、校正装置１０における軸部１４の高さ位置を固定することができる。

【0025】

図４Ａには、軸部１４及び覆い部３４を取り外した状態の校正装置１０の斜視図を示す。薄肉円筒部１８の径方向外側に形成された固定部１６（図４Ａ参照）は、薄肉円筒部１８を押圧するための金属製のクランパとしての押圧部３０と、押圧部３０を加圧するための金属製のカムレバー３２と、押圧部３０の外側を覆うように配置された硬質樹脂製の覆い部３４と、カムレバー３２を突き当てる突き当て部３１（図４Ｃ参照）と、を有する。なお、ここでは、覆い部３４は硬質樹脂製として説明するが、これに限らず、覆い部が硬質樹脂以外の他の材料で構成されてもよい。

【0026】

図４Ａから図４Ｃに示すように、押圧部３０は、薄肉円筒部１８の外側を囲むように、すなわち挟み込むように形成され、内幅が薄肉円筒部１８の外径と同一に形成された内側部３６を有する。また、押圧部３０の一方の長手方向端部は、外筒部１２にボルト２９で締結されており、他方の長手方向端部には内側部３６まで貫通する隙間３０ａが形成されている。さらに、押圧部３０の他方の長手方向端部には、軸部分が隙間３０ａを通って押圧部３０の内部まで延在する棒状のピン４０が取り付けられている。押圧部３０から露出するピン４０には、カラー３８が取り付けられ、ピン４０の端部にはカムレバー３２がネジ３３で回転可能に連結されている。

【0027】

カムレバー３２は、Ｚ軸方向に沿って延在する中心軸周りに水平方向に沿って回動可能に形成されている。また、カムレバー３２は、中心軸側においてカム形状に形成されたカム部３２ａと、カム部３２ａから中心軸の径方向、ここでは水平方向に沿って延在するレバー部３２ｂとを有する。このため、図４Ｂに示すような軸部１４のアンクランプ状態から、レバー部３２ｂを突き当て部３１に当接する側へ向けて回動させると、図４Ｃに示すように、カム部３２ａがカラー３８を介して押圧部３０を押圧し、弾性変形することによって隙間３０ａが塞がり、内側部３６が薄肉円筒部１８を両側から半径方向内側へ向けて均等に押圧する。これによって、薄肉円筒部１８が弾性的につぶれて軸部１４を締め付けるため、軸部１４の基準工具５８に当接した位置と姿勢をくずすことなく軸部１４を薄肉円筒部１８に対して固定するクランプ状態となる。また、押圧部３０には、ピン４０の押圧部３０側の端部及びピン４０の側部を固定するためのネジ４２、４４が取り付けられている。このため、カムレバー３２をアンクランプ状態からクランプ状態へと回動すると、カム部３２ａのリフト量だけ押圧部３０を安定して引き寄せることができ、薄肉円筒部１８及び軸部１４を安定してクランプすることができる。

【0028】

また、図４Ｃに示すクランプ状態において、レバー部３２ｂを突き当て部３１から離隔する側へ向けて回動させ、図４Ｂに示すアンクランプ状態とすると、カラー３８及び押圧部３０及び薄肉円筒部１８はカム部３２ａによって押圧されなくなる。このため、薄肉円筒部１８は軸部１４を解放し、軸部１４はコイルバネ２４のばね力によって上方側へ向けて進出することができる。

【0029】

図５Ａ及び図５Ｂには、校正装置１０の側面図及び底面図を示す。外筒部１２の底部には、中心部に配置されたマグネット２２の径方向外側の一部に、底面の径方向に対して外筒部１２の外周側かつ上方側へ向けて傾斜した傾斜面１２ｄが形成されている。なお、ボルト３５は、覆い部３４を外筒部１２に固定するボルトである。

【0030】

図５Ｃ及び図５Ｄには、テーブル５２（図７参照）の取付面ＡＳへ取付け及び取り外しをする際の校正装置１０の側面図を示す。図５Ｃに示すように、校正装置１０を取付面ＡＳへ取付ける場合には、校正装置１０を傾けて、傾斜面１２ｄが取付面ＡＳに当接するように配置し、この状態から傾斜面１２ｄを支点として校正装置１０を図中矢印の方向へ傾け、外筒部１２の底面を取付面ＡＳに当接させることができる。また、図５Ｄに示すように、校正装置１０を取付面ＡＳから取り外す場合には、校正装置１０を図中矢印の方向へ傾けて傾斜面１２ｄを取付面ＡＳに当接させることによってマグネット２２を取付面ＡＳから離し、マグネット２２が取付面ＡＳに直接接触していない状態で校正装置１０を取付面ＡＳから取り外すことができる。このため、マグネット２２の磁力によって、校正装置１０が勢いよく取付面ＡＳと当接する、すなわち、衝突することを防止又は抑制することができる。さらに、磁力の作用する方向、すなわち、上下方向に沿って校正装置１０を引っ張り上げる必要がないため、校正装置１０を取付面ＡＳから操作性良く簡便に取り外すことができる。これによって、校正装置１０を取付け及び取り外しをする際に取付面ＡＳを傷つけることを防止又は抑制することができる。また、磁力オン・オフ切換えレバー付の通常のマグネットスタンド方式を採用していないため、校正装置１０のテーブル５２への取付け、取外しが迅速に行える。

【0031】

図６に示すフローチャートに沿った校正方法の説明を通じて、本実施形態に係る校正装置１０、校正方法及び工作機械５０の作用効果を以下に説明する。

【0032】

はじめに、ステップＳ１０へ移行し、図７に示すように、加工対象測定用のタッチプローブ６０の校正を行う工作機械５０のテーブル５２に校正装置１０を設置する。ここで、Ｚ校正部２８の上面（平面）が、工作機械５０の工具を取り付けるための主軸５４の下側端面に対して平行になるように、すなわちＺ校正部２８の平面が水平になるように校正装置１０を設置する。

【0033】

つぎに、ステップＳ２０へ移行し、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、軸部１４を外筒部１２へ押し込み、かつ、回転させることによって、軸部１４を仮止めする。さらに、ステップＳ３０へ移行して、長さＬＴが明らかになっている工具ホルダ５６に取り付けられた基準工具５８を主軸５４に装着し、ステップＳ４０へ移行して、基準工具５８の位置決めをする。位置決めは、工作機械５０に配置され、主軸５４をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に沿って移動させるための送り軸部としての送り軸装置（図示省略）によって、基準工具５８の先端、ここでは、下端が軸部１４のＺ校正部２８の上方側に所定の間隔を空けて位置するように位置決めされる。所定の間隔は、軸部１４の仮止め位置と上昇位置間のストロークの範囲内ならどこでもよく、例えば、ストロークが７ｍｍならば約４ｍｍが選ばれる。基準工具５８を軸部１４に当接しながら軸部１４を押し込む作業がないため衝突を防ぐことができる。

【0034】

基準工具５８が位置決めされると、ステップＳ５０へ移行し、図３Ｅ及び図３Ｆに示すように、軸部１４を回転して仮止めを解除し、バネ力によって軸部１４を上方側へ向けて付勢する。これによって、図７に示すように、基準工具５８の下端にＺ校正部２８を当接させることができる。Ｚ校正部２８が当接すると、ステップＳ６０へ移行し、図３Ｇ及び図３Ｈに示すように、Ｚ校正部２８と基準工具５８とが当接した状態で、カムレバー３２を突き当て部３１側へ向けて回動させて、軸部１４を固定する。

【0035】

図８に示すように、Ｚ校正部２８の平面に基準工具５８の先端が当接した位置を取得し（ステップＳ７０）、Ｚ軸方向の基準Ｚ座標Ｚｍとされる。また、基準Ｚ座標Ｚｍを設定したＸ軸方向及びＹ軸方向の位置は、必ずしもＺ校正部２８の中心、すなわち基準座標（Ｘｍ，Ｙｍ）とはならない。そこで、Ｚ校正部２８の平面に基準工具５８の先端が当接した位置を測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の仮基準座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１）とされる。

【0036】

基準Ｚ座標Ｚｍ及び仮基準座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１）が設定されると、ステップＳ８０へ移行し、基準工具５８に代えて、図７に示すタッチプローブ６０を主軸５４に装着する。つぎに、ステップＳ９０へ移行し、タッチプローブ６０の先端に配置された測定子６２が、仮基準座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１）に位置決めされる。さらに、ステップＳ１００へ移行し、このように主軸５４に装着されたタッチプローブ６０によって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置の校正が行われる。なお、基準工具５８の先端部は、平形状、尖り形状、球形状、実際の切削工具等、種々考えられる。軸部１４先端のＺ校正部２８の平面は、微視的には工作機械５０の主軸５４の軸線と垂直になる保証も、完全な平面度である保証もない。したがって、Ｚ校正部２８に当接する基準工具５８の先端部は、通常、点接触となる球形状が選択される。しかし、仮基準座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１）におけるＺ校正部２８に対する基準工具５８と測定子６２との当接位置に厳密にはごくわずかな差が生じることが考えられる。この差も極力０にする高精度測定のためには、基準工具５８の先端部を測定子６２の球部半径Ｒと同一寸法の半径Ｒの球形状にすることが好ましい。

【0037】

ステップＳ９０及びステップＳ１００におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置の校正について具体的に説明する。はじめに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の基準座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を取得する。なお、タッチプローブ６０は、測定対象と接触すると信号を発することができる。工作機械は、制御装置と信号を受信する受信装置を備えており、タッチプローブ６０が測定対象と接触したことを検知できる。また、タッチプローブ６０の測定子６２は、基準座標（Ｘｍ，Ｙｍ）の取得における測定時には、移動方向に対して常に同じ位相を向くように制御されている。図１０に示すように、工作機械５０は、送り軸装置によって主軸５４を相対的に移動させ、仮基準座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１）にあるタッチプローブ６０の測定子６２をＸ軸正方向（Ｘ軸＋方向）へ経路Ｃ３（図９参照）に沿って移動する。移動された測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置Ｃ３ＰにおいてＸ座標を測定する。また、タッチプローブ６０の測定子６２をＸ軸負方向（Ｘ軸－方向）へ経路Ｃ４（図９参照）に沿って移動する。移動された測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置Ｃ４ＰにおいてＸ座標を測定する。ここで、位置Ｃ３Ｐ及び位置Ｃ４ＰのＹ座標はＹｍ１で一定であるため、工作機械５０は、これらのＸ座標の平均値を位置Ｃ３Ｐと位置Ｃ４Ｐとの中間位置における第１のＸ座標を算出することができる。

【0038】

さらに、工作機械５０は、送り軸装置によって主軸５４を相対的に移動させ、Ｘ座標を第１のＸ座標としたタッチプローブ６０の測定子６２をＹ軸正方向（Ｙ軸＋方向）へ経路Ｃ５（図９参照）に沿って移動する。移動された測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置においてＹ座標を測定する。また、タッチプローブ６０の測定子６２をＹ軸負方向（Ｙ軸－方向）へ経路Ｃ６（図９参照）に沿って移動する。移動された測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置においてＹ座標を測定する。ここで、２箇所のＸ座標は第１のＸ座標で一定であるため、工作機械５０は、これらのＹ座標の平均値を中間位置におけるＹ座標、すなわち基準座標Ｙｍとして算出することができる。

【0039】

さらに、工作機械５０は、送り軸装置によって主軸５４を相対的に移動させ、Ｙ座標を基準座標Ｙｍとしたタッチプローブ６０の測定子６２をＸ軸＋方向へ経路Ｃ３に沿って移動する。移動された測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置においてＸ座標を測定する。また、タッチプローブ６０の測定子６２をＸ軸－方向へ経路Ｃ４に沿って移動する。移動された測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置においてＸ座標を測定する。ここで、２箇所のＹ座標はＹｍで一定であるため、工作機械５０は、これらのＸ座標の平均値を中間位置におけるＸ座標、すなわち基準座標Ｘｍとして算出することができる。これによって、タッチプローブ６０の測定子６２を基準座標（Ｘｍ，Ｙｍ）に位置決めする。

【0040】

図９に示されるように、基準座標（Ｘｍ，Ｙｍ）に位置決めされたタッチプローブ６０の測定子６２によって、Ｘ軸方向位置及びＹ軸方向位置の校正測定が行われる。はじめに、タッチプローブ６０の測定子６２をＸ軸＋方向へ位置決めする、すなわち経路Ｃ３に沿って移動する。移動した測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置でＸ軸＋方向の校正測定を行い、Ｘ軸＋方向の校正値（Ｘ座標及びＹ座標）を取得する。また、タッチプローブ６０の測定子６２をＸ軸負方向（Ｘ軸－方向）へ位置決めする、すなわち経路Ｃ４に沿って移動する。移動した測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置でＸ軸－方向の校正測定を行い、Ｘ軸－方向の校正値（Ｘ座標及びＹ座標）を取得する。

【0041】

さらに、タッチプローブ６０の測定子６２をＹ軸＋方向へ位置決めする、すなわち経路Ｃ５に沿って移動する。移動した測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置でＹ軸＋方向の校正測定を行い、Ｙ軸＋方向の校正値（Ｘ座標及びＹ座標）を取得する。また、タッチプローブ６０の測定子６２をＹ軸－方向へ位置決めする、すなわち経路Ｃ６に沿って移動する。移動した測定子６２がＸＹ校正部２６に接した位置でＹ軸－方向の校正測定を行い、Ｙ軸－方向の校正値（Ｘ座標及びＹ座標）を取得する。Ｘ軸＋方向、Ｘ軸－方向、Ｙ軸＋方向及びＹ軸－方向の校正値の取得を複数回繰り返し、その平均値が校正値として工作機械５０に記憶される、すなわち記録される。

【0042】

工作機械５０は、Ｘ軸＋方向、Ｘ軸－方向、Ｙ軸＋方向及びＹ軸－方向の校正値からタッチプローブ６０の測定子６２の主軸５４に対する偏心量を演算し、基準座標（Ｘｍ，Ｙｍ）から偏心量を考慮した基準座標（Ｘｍ２，Ｙｍ２）へと位置決めする（図中Ｃ７）。このように、偏心量が考慮された基準座標（Ｘｍ２，Ｙｍ２）へ位置決めされたタッチプローブ６０の測定子６２をさらにＺ軸負方向（Ｚ軸－方向）へ位置決めする、すなわち経路Ｃ８に沿って移動する。移動した測定子６２がＺ校正部２８に接した位置でＺ軸－方向の校正測定を行い、Ｚ軸－方向の校正値（Ｚ座標）を取得する。これを複数回繰り返し、その平均値が校正値として工作機械５０に記録される。

【0043】

本実施形態に係る校正装置１０、校正方法及び工作機械５０によれば、Ｚ校正部２８が形成された軸部１４をコイルバネ２４によって外筒部１２からＺ軸方向に沿って進出させることができ、固定部１６によって進出した位置、すなわち基準工具５８の先端がＺ校正部２８に当接した位置で軸部１４を固定することができる。このため、基準工具５８のＺ軸方向の位置合わせを簡便に行うことができる。また、タッチプローブ６０の校正作業を行うためには、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の基準座標を取得する必要があるが、既存の手段では、工具長ＬＴが把握されている基準工具を数μｍ単位で徐々に近づけつつ、ゲージブロックを出し入れして接触確認を行う作業を手動で実施する必要があった。このため、位置合わせに非常に時間がかかり、また誤操作による基準工具とゲージブロックの衝突のリスクもあった。しかしながら、ここでは、基準工具５８は、Ｚ軸方向の位置合わせの前に所定の位置までＺ校正部２８に近づけるだけでよく、操作性良くかつ安全にＺ校正部の位置合わせをすることができる。

【0044】

また、本実施形態に係る校正装置１０、校正方法及び工作機械５０によれば、仮止め機構１２ａ、１２ｂ、１５によって軸部１４を押し込んだ位置に仮止めすることができる。このため、軸部１４を固定する位置を設定するために、工作機械５０の基準工具５８は校正装置１０の軸部１４の近傍まで移動すればよく、仮止めを解除し、コイルバネ２４によって付勢される軸部１４を工作機械５０の基準工具５８に接触させることによって位置を設定することができる。これによって、基準工具５８が軸部１４を押し込み過ぎて工作機械５０に負荷がかかることを防止又は抑制することができ、工作機械５０の安全性を確保することができる。

【0045】

さらに、本実施形態に係る校正装置１０、校正方法及び工作機械５０によれば、校正装置１０は、軸部１４の外周面に沿って形成されたＸＹ校正部２６と、軸部１４の先端に形成され、Ｚ軸方向と直交する平面を有するＺ校正部２８とを備える。このため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置合わせを１つの軸部１４、すなわち校正装置１０によって簡便に行うことができる。これによって、作業者の技能レベルに依存することなく、校正作業を行うことができる。さらに、このような簡便な校正作業を定期的に行うことが可能になるため、加工品の品質、すなわち加工精度を安定させることができる。

【0046】

本実施形態に係る工作機械５０によると、工作機械５０には校正装置１０を取り付けることができると共に、工作機械５０の主軸５４に基準工具５８及びタッチプローブ６０を取り付けることができる。このため、校正作業を操作性良く簡便かつ短時間で行うことができる。

【0047】

本実施形態に係る校正方法によると、軸部１４の軸方向に沿ったＺ軸方向及び軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の位置合わせを１つの校正装置１０で連続的に行うことができる。これによって、操作性良く簡便かつ短時間で校正作業を行うことができる。

【0048】

以上により、本実施形態に係る校正装置１０、校正方法及び工作機械５０は、加工対象測定用のタッチプローブ６０を容易に校正することができる。

【0049】

（第２実施形態）
以下、図１１Ａから図１１Ｄを用いて第２実施形態に係る校正装置７０について説明する。第１実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0050】

図１１Ａから図１１Ｄには、仮止め機構７４ａ，７６を有する校正装置７０の模式的な平面図及び側面図を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、校正装置７０の外筒部７２は、水平方向に沿って貫通形成された角溝７２ａを有し、角溝７２ａには、角柱形状の係止軸７６がスライド可能に配置されている。また、軸部７４の下方側には、係止軸７６の外周形状に沿った凹部７４ａが形成されている。このため、図１１Ｂに示すように、凹部７４ａと角溝７２ａとが対向する位置まで軸部７４を押し下げ、その状態において、図１１Ａに示すように、係止軸７６を角溝７２ａ及び凹部７４ａに挿し込むことによって、係止軸７６と凹部７４ａとが係合するため、軸部７４を係止、すなわち、仮止めすることができる。また、図１１Ｃに示すように、係止軸７６を角溝７２ａから押し出し、円弧状逃げ部７６ａが軸部７４に対向すると、係止軸７６と軸部７４Ａとの係合が解除されるため、仮止めを解除することができ、図１１Ｄに示すようにコイルバネ２４のバネ力によって、係合が解除された軸部７４を上昇させることができる。

【0051】

本実施形態に係る校正装置７０によれば、仮止め機構７４ａ、７６によって軸部７４を押し込んだ位置に仮止めすることができる。このため、軸部７４を固定する位置を設定するために、工作機械５０の基準工具５８は校正装置１０の軸部７４の近傍まで移動すればよく、仮止めを解除し、コイルバネ２４によって付勢される軸部７４を工作機械５０の基準工具５８に接触させることによって位置を設定することができる。これによって、基準工具５８が軸部７４を押し込み過ぎて工作機械５０に負荷がかかることを防止又は抑制することができ、工作機械５０の安全性を確保することができる。

【0052】

（変形例）
以下、第１実施形態及び第２実施形態に係る工作機械５０の変形例について説明する。第１実施形態及び第２実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0053】

本変形例に係る工作機械５０の基準工具７８は、径方向に沿って切り欠いた１つ又は複数の切欠き部７９ａ、７９ｂを有して基準工具７８の剛性を低下させたヒューズ構造を有する。このため、基準工具７８を校正装置１０、７０の軸部１４、７４へ向けて移動する際に、基準工具７８で誤って軸部１４、７４を押し込み過ぎた場合に、基準工具７８に作用する負荷が基準工具７８側へ伝達することを防止又は抑制するために基準工具７８を折損させることができる。これによって、基準工具７８が軸部１４、７４を押し込み過ぎて工作機械５０に負荷がかかることを防止又は抑制することができ、工作機械５０の安全性を確保することができる。

【0054】

なお、固定部１６は、押圧部３０と、カムレバー３２と、覆い部３４と、突き当て部３１と、を有するとして説明したが、これに限らない。例えば、固定部は、軸部の外周を包囲する薄肉円筒部と、回転させるとカム部分の接触によって薄肉円筒部を変形させ固定することができるカムレバー部と、軸部を固定する方向にカムレバー部を回転させたときにカムレバー部が突き当たる突き当て部と、を有して構成されてもよい。カムレバー部を回転させるだけで、軸部を固定することができ、突き当て部によって容易にトルク管理できるといった作用効果を得ることができる。また、これに代えて、締付部の外周側に設けた、ねじ締め方式の丸軸用クランプ等によって軸部が固定されてもよい。

【0055】

また、ＸＹ校正部２６は、軸部１４の外周に形成されているとして説明したが、これに限らず、外筒部の外周面に形成されてもよい。外筒部の外周面にＸＹ校正部を形成した場合には、軸部の進出によってＸＹ校正部とＺ校正部の位置関係が変化するため、この変化量の補正が必要になるものの、ＸＹ校正部が軸部の外周面に形成されている場合と同様に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置合わせを１つの校正装置によって簡便に行うことができる。

【0056】

さらに、外筒部１２はマグネット２２によって金属製のテーブル５２に固定されているとして説明したが、これに限らず、ボルト締め等の手段によって工作機械の任意の位置に着脱可能に配置されてもよく、又は、工作機械の所定の位置に常に固定されていてもよい。着脱可能に配置される場合には、不使用時には工作機械の外側に保管しておけるため、切りくずやクーラントの影響を受けない。また、着脱可能であれば複数の工作機械で使用することができる。

【0057】

また、校正装置を工作機械に配置することと、基準工具に当接した軸部を固定部で固定することとは、マニピュレーターを用いて行い、工作機械の主軸に基準工具を取り付けることと、工作機械の主軸にタッチプローブを取り付けることとは、工具交換装置を用いて行ってもよい。オペレータが介在せずとも、マニピュレーターによって自動で校正をおこなうことができる。また、校正装置を工作機械に配置したときのマニピュレーターの座標情報から、仮基準座標Ｘｍ１、Ｙｍ１を決定する仮基準座標決定部を備えていてもよいし、軸部を固定する前に基準工具と軸部の当接を確認する撮像装置を備えていてもよい。工作機械の制御装置は、予め設定された周期毎に校正を行うよう工作機械を制御してもよい。

【0058】

以上、校正装置１０、７０、校正方法及び工作機械５０の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、主軸の向きが鉛直な立形工作機械に代えて、主軸の向きが水平な横形工作機械であってもよい。その場合、校正装置は軸部が水平になるようにテーブルの鉛直面に取り付けられる。上記のほか、当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解できると考えられる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 校正装置
１２ 外筒部
１２ａ 第１段差部（仮止め機構）
１２ｂ 第２段差部（仮止め機構）
１２ｄ 傾斜面
１４ 軸部
１５ 止め輪（仮止め機構）
１６ 固定部
１８ 薄肉円筒部
２２ マグネット
２４ コイルバネ（付勢部）
２６ ＸＹ校正部
２８ Ｚ校正部
３０ 押圧部（クランパ）
３２ カムレバー
５０ 工作機械
５２ テーブル
５４ 主軸
５８ 基準工具
６０ タッチプローブ

【要約】

【課題】校正作業中の基準工具の校正装置への過剰な押込みを防止すると共に過剰な押込みを恐れて校正作業に慎重になり過ぎることによる作業効率の低下を抑制し、安全性の高いかつ操作性の良い校正装置及び校正方法並びにこれらを用いた工作機械を提供する。
【解決手段】校正装置１０は、軸方向に沿って校正装置１０から進出可能な軸部１４と、内側において軸部１４を支持する外筒部１２と、外筒部１２の内部に配置され、進出する方向へ向けて軸部１４を付勢するコイルバネ２４と、軸部１４をコイルバネ２４の付勢力に抗して押込んだ位置に止め置く仮止め機構１２ａ、１２ｂ、１５と、外筒部１２に配置され、軸部１４を外筒部１２に対して固定可能な固定部１６と、軸部１４の外周面に沿って形成されたＸＹ校正部２６と、軸部１４の先端に形成され、軸部１４の軸方向と直交する平面を有するＺ校正部２８とを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3A-3B】

【図3C-3D】

【図3E-3F】

【図3G-3H】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A-5B】

【図5C-5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A-11B】

【図11C-11D】

【図12】