-
Die Offenbarung bezieht sich auf ein Positionsmessverfahren und auf ein Positionsmesssystem zum Messen einer Position eines Objektes wie zum Beispiel ein Werkzeug und ein Werkstück bei einer Bearbeitungsmaschine.
-
Es wurde ein Verfahren verwendet, bei dem eine Bearbeitungsmaschine, die Prozesse an einem an einem Tisch montierten Werkstück mit einem Werkzeug durchführt, das an einer Hauptspindel installiert ist und sich dreht, eine Länge des Werkzeugs und eine Position des Werkstücks für hochgenaue Prozesse automatisch misst und ausgleicht.
-
Das automatische Messverfahren für die Werkzeuglänge verwendet zum Beispiel einen Lasersensor 10, wie er in der 2 dargestellt ist, und einen Berührungssensor 20, wie er in der 3 dargestellt ist.
-
Zunächst hat der Lasersensor 10 einen Lichtsendeabschnitt 11, einen Lichtaufnahmeabschnitt 12 und einen Basisabschnitt 13 zum Stützen des Lichtsendeabschnitts 11 und des Lichtaufnahmeabschnitts 12. Der Lichtsendeabschnitt 11 gibt Laserlicht 14 ab, und der Lichtaufnahmeabschnitt 12 nimmt das Laserlicht 14 auf. Wenn das Laserlicht 14 durch eine Substanz behindert wird und die Lichtaufnahmerate daher eine bestimmte Rate oder kleiner wird, erzeugt der Lasersensor 10 ein Signal. Hierbei ist ein Werkzeug 9 an einer Hauptspindel 2 installiert, und das Werkzeug 9 wird dazu veranlasst, sich dem Laserlicht 14 in einer Z-Achse anzunähern, während das Werkzeug 9 mit einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wird. Wenn das Werkzeug 9 das Laserlicht 14 unterbricht, überträgt der Basisabschnitt 13 das Signal. Eine Steuervorrichtung für die Bearbeitungsmaschine, die das Signal erfasst, speichert eine Position der Z-Achse zu einem Zeitpunkt der Aufnahme des Signals oder zu einem Zeitpunkt, der eine Verzögerung berücksichtigt. Ähnliche Betriebe werden auch an einem Referenzwerkzeug für eine Längenreferenz der jeweiligen Werkzeuge durchgeführt. Eine Differenz zwischen der Z-Achsposition des Werkzeugs 9 und einer Z-Achsposition des Referenzwerkzeus wird als die Länge des Werkzeugs 9 bestimmt.
-
Als nächstes ist der Berührungssensor 20 eine Vorrichtung, die ein Signal erzeugt, wenn der Berührungssensor 20 einen Kontakt erfasst. Wenn das Werkzeug 9 an der Hauptspindel 2 installiert ist und dazu veranlasst wird, sich dem Berührungssensor 20 in der Z-Achse anzunähern und mit dem Berührungssensor 20 in Kontakt zu gelangen, überträgt der Berührungssensor 20 das Signal. Die Steuervorrichtung, die das Signal erfasst, speichert die Z-Achsposition zu einem Zeitpunkt der Aufnahme des Signals oder zu einem Zeitpunkt, der eine Verzögerung berücksichtigt. Ähnliche Betriebe werden auch für das Referenzwerkzeug für eine Längenreferenz der jeweiligen Werkzeuge durchgeführt. Eine Differenz zwischen der Z-Achsposition des Werkzeugs 9 und einer Z-Achsposition des Referenzwerkzeugs wird als die Länge des Werkzeugs 9 bestimmt.
-
Währenddessen verwendet das automatische Messverfahren für die Position des Werkstücks zum Beispiel eine Berührungstriggersonde 30, wie sie in der 4 dargestellt ist. Die Berührungstriggersonde 30 ist eine Vorrichtung, die ein Signal abgibt, wenn ein Kontaktelement mit der Substanz in Kontakt gelangt. Wenn die Berührungstriggersonde 30 an der Hauptspindel 2 installiert ist und dazu veranlasst wird, sich einem Werkstück 31 an dem Tisch 3 in einer Z-Achse anzunähern und mit dem Werkstück 31 in Kontakt zu gelangen, gibt die Berührungstriggersonde 30 das Signal ab. Die Steuervorrichtung, die das Signal erfasst, akquiriert die Z-Achsposition zu einem Zeitpunkt der Aufnahme des Signals oder zu einem Zeitpunkt, der eine Verzögerung berücksichtigt.
-
Eine Länge der Berührungstriggersonde 30 hinsichtlich des Referenzwerkzeugs wird vorläufig gemessen, um die Länge als einen Ausgleichswert in einer Längenrichtung der Berührungstriggersonde 30 für einen Ausgleich und eine Messung zu verwenden, und somit wird die Position (in diesem Fall eine Höhe) des Werkstücks 31 akquiriert. Da die Berührungstriggersonde 30 eine bestimmte, konstante Längenänderung verursacht, bis ein Triggersignal nach dem Kontakt mit dem Objekt abgegeben wird, sollte beachtet werden, dass eine Ist-Länge erforderlich ist, wenn die Berührungstriggersonde 30 mit dem Objekt in Kontakt gelangt und das Triggersignal abgibt.
-
Jedoch gelangt die Berührungstriggersonde 30 nicht mit dem Objekt mit dem Lasersensor 10 in Kontakt, und daher kann die Länge der Berührungstriggersonde 30 im Kontakt nicht gemessen werden.
-
Hinsichtlich des Berührungssensors 20 haben der Berührungssensor 20 und die Berührungstriggersonde 30 währenddessen jeweils unterschiedliche Arbeitswiderstände. Dementsprechend können beide nicht gleichzeitig die Triggersignale abgeben, so dass die Länge der Berührungstriggersonde 30 im Kontakt nicht gemessen werden kann.
-
Ein Verfahren unter Verwendung eines Referenzwerkzeugs (nachfolgend als ein ”Verfahren 1” bezeichnet) war als das Messverfahren für die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt bekannt. Bei dem Verfahren 1 ist das Referenzwerkzeug an einer Hauptspindel installiert, eine Position, an der ein Zwischenraum zwischen einem Messblock und dem Referenzwerkzeug nahezu 0 wird, wird aus einem Widerstand herausgefunden, wenn der Messblock manuell bewegt wird, während eine Z-Achse manuell so betätigt wird, dass das Referenzwerkzeug mit einer Referenzfläche wie zum Beispiel einer oberen Tischfläche über den Messblock in Kontakt gelangt, und die Position wird aufgezeichnet. Als nächstes wird mit der Berührungstriggersonde die Referenzfläche gemessen, d. h. eine Z-Achsposition, wenn die Berührungstriggersonde im Kontakt akquiriert wird. Ein Wert, der durch Subtrahieren der aufgezeichneten Z-Achsposition des Referenzwerkzeugs und einer Dicke des Messblocks von der Z-Achsposition herausgefunden wird, die durch die Berührungstriggersonde akquiriert wird, ist die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt.
-
Die japanische, ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift
JP 2012 61570 offenbart ein Messverfahren für eine Länge einer Berührungstriggersonde im Kontakt unter Verwendung einer CCD-Kamera. Bei dem Verfahren wird zunächst die Berührungstriggersonde mit einer oberen Fläche eines Halteblocks in Kontakt gebracht, eine Position einer Hauptspindel bei Abgabe eines Signals wird akquiriert, und ein distales Ende der Berührungstriggersonde im Kontakt wird durch die CCD-Kamera fotografiert, um eine distale Endposition zu messen. Als nächstes wird bei dem Verfahren der Halteblock entfernt, um die Länge wiederherzustellen, wenn die Berührungstriggersonde nicht in Kontakt ist, und die distale Endposition wird durch die CCD-Kamera gemessen. Eine Schrumpfgröße im Kontakt wird aus einer Differenz zwischen beiden distalen Endpositionen berechnet. Eine distale Endposition des Referenzwerkzeugs wird durch die CCD-Kamera gemessen, um eine Position der Hauptspindel auch zu dem Zeitpunkt zu akquirieren. Die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt wird aus einer Beziehung zwischen der akquirierten Schrumpfgröße im Kontakt, einer distalen Endposition der Berührungstriggersonde im Kontakt, einer Hauptspindelposition, wenn die Berührungstriggersonde im Kontakt ist, einer distalen Endposition des Referenzwerkzeugs und einer Hauptspindelposition zu dem Referenzwerkzeug akquiriert.
-
Andererseits offenbart die japanische, ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift
JP 2001 105279 ein Ausgleichsverfahren einer Werkstückposition unter Verwendung eines Lasersensors und eines Referenzblocks. Zuerst wird der Referenzblock nahe dem Lasersensor vorbereitet, und eine Position des Laserlichts wird mit einer Position (einer Höhe) einer oberen Fläche des Referenzblocks in Übereinstimmung gebracht. Mit dem Lasersensor wird eine Position gespeichert, an der das Referenzwerkzeug installiert ist. Als nächstes wird die Berührungstriggersonde mit dem Referenzblock in Kontakt gebracht, und die Position wird gespeichert, und die Berührungstriggersonde wird auch mit dem Werkstück in Kontakt gebracht, und die Position wird gespeichert. Die Werkstückposition hinsichtlich des Referenzwerkzeugs wird gemessen und aus einer Differenz zwischen beiden Positionen und der Position des Referenzwerkzeugs ausgeglichen. Bei diesem Verfahren wird die Werkstückposition gemessen, ohne dass die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt akquiriert wird.
-
Wenn jedoch das vorstehend beschriebene Verfahren 1 angewendet wird, sind die folgenden Nachteile vorhanden. Da bei dem Verfahren 1 eine Handarbeit erforderlich ist, kann zunächst die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt nicht automatisch gemessen werden. Dementsprechend gibt es ein Problem, das ein Prozess für die Handarbeit ausgesetzt werden muss, um die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt zu messen, falls die Länge der Berührungstriggersonde aufgrund einer thermischen Versetzung oder aus einem ähnlichen Grund geändert wird.
-
Des Weiteren hat die Technik der
JP 2012 61570 A ein Problem, dass die Messvorrichtung mit einer CCD-Kamera erforderlich ist, die kostspielig ist. Um den Halteblock automatisch zu beseitigen, sind ein Mechanismus zum Antreiben des Halteblocks und ein Aktuator erforderlich, was ein Problem eines Kostenanstiegs verursacht.
-
Andererseits ermöglicht die Technik der
JP 2001 105279 A eine Messung der Position des Werkstücks ohne die Messung der Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt. Jedoch erfordert die Technik eine Übereinstimmung der Laserlichtposition des Lasersensors mit der Referenzblockposition oder das vorherige Wissen einer Positionsbeziehung zwischen beiden. Die erforderlichen Informationen bei dem Verfahren 1 der
JP 2001 105279 A bedeutete, dass eine Beziehung zwischen der Länge des Referenzwerkzeugs, die durch den Lasersensor gemessen wird, und der Länge der Berührungstriggersonde, mit der der Referenzblock in Kontakt gebracht wurde, d. h. die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt, im Voraus bekannt sein muss. Jedoch offenbart die
JP 2001 105279 A nicht das Verfahren.
-
Hinsichtlich den vorstehend geschilderten Nachteilen ist es die Aufgabe der Offenbarung, ein Positionsmessverfahren und eine Positionsmessung für ein Objekt bei einer Bearbeitungsmaschine vorzusehen, die einen Längenrichtungsausgleichswert eines Positionsmesssensors wie zum Beispiel eine Berührungstriggersonde akquirieren können, und die das Objekt durch den Positionsmesssensor mit hoher Genauigkeit und einer vergleichsweise preiswerten Konfiguration vermessen können.
-
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wird ein Positionsmessverfahren für ein Objekt bei einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung vorgesehen. Das Positionsmessverfahren kann eine Position des Objektes messen, das an einem Tisch gesichert ist, und zwar durch einen Positionsmesssensor unter Verwendung der Bearbeitungsmaschine. Die Bearbeitungsmaschine kann drei oder mehr Translationsachsen, eine drehbare Hauptspindel, an der ein Werkzeug zu installieren ist, und den Tisch aufweisen. Der Positionsmesssensor kann an der Hauptspindel installierbar sein. Das Positionsmessverfahren kann eine Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase, eine Referenzblockpositionsakquisitionsphase, eine Relativpositionsberechnungsphase, eine Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase, eine Positionsmesssensormessphase, eine Längenausgleichswertberechnungsphase und eine Positionsmessphase ausführen. In der Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase kann ein Referenzwerkzeug für eine Längenreferenz des Werkzeugs an der Hauptspindel installiert werden, und eine Erfassungsposition eines distalen Endes des Referenzwerkzeugs kann unter Verwendung eines Werkzeugsensors akquiriert werden. In der Referenzblockpositionsakquisitionsphase können Positionen der Translationsachsen akquiriert werden, wenn das an der Hauptspindel installierte Referenzwerkzeug direkt oder indirekt mit einem Referenzblock in Kontakt gebracht wird, der an der Seite des Werkzeugsensors angeordnet ist. In der Relativpositionsberechnungsphase kann eine Relativposition des Referenzblocks hinsichtlich der Erfassungsposition aus der in der Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase akquirierten Erfassungsposition und den Positionen der Translationsachsen berechnet werden, die in der Referenzblockpositionsakquisitionsphase akquiriert werden. In der Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase kann das Referenzwerkzeug an der Hauptspindel installiert werden, und eine Referenzwerkzeugposition kann unter Verwendung des Werkzeugsensors akquiriert werden. Die Referenzwerkzeugposition kann eine distale Endposition des Referenzwerkzeugs sein. In der Positionsmesssensormessphase kann der Positionsmesssensor an der Hauptspindel installiert werden, und eine Position des Referenzblocks kann unter Verwendung des Positionsmesssensors gemessen werden. In der Längenausgleichswertberechnungsphase kann ein Längenrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors aus der in der Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase akquirierten Referenzwerkzeugposition, der in der Positionsmesssensormessphase gemessen Position des Referenzblocks, der in der Relativpositionsberechnungsphase berechneten Relativposition und der Länge des Referenzwerkzeugs berechnet werden. In der Positionsmessphase kann die Messposition des Objekts unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes des Positionsmesssensors ausgeglichen werden, der in der Längenausgleichswertberechnungsphase berechnet wird. Das Objekt kann durch den Positionsmesssensor gemessen werden, der an der Hauptspindel installiert ist.
-
”Die Werkzeugsensorseite” kann offensichtlich jenen Fall beinhalten, in dem der Referenzblock direkt an dem Werkzeugsensor angeordnet ist, und sie kann auch jenen Fall beinhalten, in dem der Referenzblock getrennt nahe dem Werkzeugsensor angeordnet ist. Dasselbe kann für die folgenden Offenbarungen zutreffen.
-
Bei dem Positionsmessverfahren für das Objekt bei der Bearbeitungsmaschine gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung, der in dem ersten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, können die Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase bis zur Relativpositionsberechnungsphase so konfiguriert sein, dass sie einmal ausgeführt werden, und die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase bis zur Positionsmessphase können so konfiguriert sein, dass sie mehrmals ausgeführt werden.
-
Bei dem Positionsmessverfahren für das Objekt bei der Bearbeitungsmaschine gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung, der in dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, können die durch den Positionsmesssensor gemessenen Positionen in der Positionsmesssensormessphase und der Positionsmessphase Positionen der Translationsachsen sein, wenn der Positionsmesssensor einen Kontakt mit dem Objekt erfasst.
-
Bei dem Positionsmessverfahren für das Objekt bei einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung, der in irgendeinem des ersten bis dritten Aspektes der Offenbarung enthalten ist, kann des Weiteren eine Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase ausgeführt werden. In der Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase kann ein Radialrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors als ein Sensor mit einem Kontakt mit dem Objekt akquiriert werden. Die Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase kann vor der Ausführung der Positionsmessphase durchgeführt werden. In der Positionsmessphase kann die Messposition des Objektes auch unter Verwendung des Durchmesserausgleichswertes ausgeglichen werden, der in der Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase akquiriert wird.
-
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Positionsmesssystem für ein Objekt bei einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem fünften Aspekt der Offenbarung vorgesehen. Das Positionsmesssystem kann eine Position des Objektes messen, das an einem Tisch gesichert ist, und zwar durch einen Positionsmesssensor bei der Bearbeitungsmaschine. Die Bearbeitungsmaschine kann drei oder mehr Translationsachsen, eine drehbare Hauptspindel, an der ein Werkzeug zu installieren ist, den Tisch, den Positionsmesssensor, der an der Hauptspindel installierbar ist, und eine Steuervorrichtung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die Translationsachsen und die Hauptspindel zu steuern. Das Positionsmesssystem kann ein Referenzwerkzeug, einen Werkzeugsensor, einen Referenzblock, eine Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung, eine Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung, eine Relativpositionsberechnungseinrichtung, eine Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung, eine Messpositionsakquisitionseinrichtung, eine Längenausgleichswertberechnungseinrichtung und eine Positionsberechnungseinrichtung aufweisen. Das Referenzwerkzeug kann für eine Längenreferenz des Werkzeugs vorgesehen sein. Der Werkzeugsensor kann dazu konfiguriert sein, eine distale Endposition des Referenzwerkzeugs zu erfassen, das an der Hauptspindel installiert ist. Der Referenzblock kann an der Werkzeugsensorseite installiert sein. Die Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, das an der Hauptspindel installierte Referenzwerkzeug in den Translationsachsen zu bewegen. Die Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Erfassungsposition des distalen Endes des Referenzwerkzeugs mit dem Werkzeugsensor zu akquirieren und zu speichern. Die Referenzblockakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, das an der Hauptspindel installierte Referenzwerkzeug in den Translationsachsen zu bewegen, um das Referenzwerkzeug direkt oder indirekt mit dem Referenzblock in Kontakt zu bringen. Die Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, Positionen der Translationsachsen an dem Kontakt zu akquirieren und zu speichern. Die Relativpositionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Relativposition des Referenzblocks hinsichtlich der Erfassungsposition von der Erfassungsposition, die in der Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung akquiriert wird, und den Positionen der Translationsachsen, die in der Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung akquiriert werden, zu berechnen und zu speichern. Die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, das an der Hauptspindel installierte Referenzwerkzeug in den Translationsachsen zu bewegen. Die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Referenzwerkzeugposition unter Verwendung des Werkzeugsensors zu akquirieren und zu speichern. Die Referenzwerkzeugposition kann die distale Endposition des Referenzwerkzeugs sein. Die Messpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Position des Referenzblocks mit dem an der Hauptspindel installierten Positionsmesssensor zu messen und zu speichern. Die Längenausgleichswertberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, einen Längenrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors von der in der Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung akquirierten Referenzwerkzeugposition, der in der Messpositionsakquisitionseinrichtung akquirierten Position des Referenzblocks, der in der Relativpositionsberechnungseinrichtung akquirierten Relativposition und der Länge des Referenzwerkzeugs zu berechnen und zu speichern. Die Positionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, die Messposition des Positionsmesssensors unter Verwendung des Längenausgleichswertes auszugleichen, der in der Längenausgleichswertberechnungseinrichtung gespeichert ist, um die Position des Objektes zu berechnen.
-
Bei dem Positionsmesssystem für das Objekt bei der Bearbeitungsmaschine gemäß einem sechsten Aspekt der Offenbarung, der in dem fünften Aspekt der Offenbarung enthalten ist, kann der Positionsmesssensor dazu konfiguriert sein, die Positionen der Translationsachsen zu messen, wenn der Positionsmesssensor das Objekt erfasst, wobei eine Signalverzögerung berücksichtigt wird oder nicht.
-
Das Positionsmesssystem für das Objekt bei der Bearbeitungsmaschine gemäß einem siebten Aspekt der Offenbarung, der in dem fünften Aspekt oder dem sechsten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, kann des Weiteren eine Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung aufweisen. Die Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, einen Radialrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors als ein Sensor mit einem Kontakt mit dem Objekt zu akquirieren und zu speichern. Die Positionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, die Messposition des Positionsmesssensors unter Verwendung des in der Längenausgleichswertberechnungseinrichtung akquirierten Längenausgleichswertes und des in der Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung akquirierten Durchmesserausgleichswertes auszugleichen, um die Position des Objektes zu berechnen.
-
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Positionsmessverfahren für ein Objekt bei einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem achten Aspekt der Offenbarung vorgesehen. Das Positionsmessverfahren kann eine Position des Objektes messen, das an einem Tisch gesichert ist, und zwar durch einen Positionsmesssensor unter Verwendung der Bearbeitungsmaschine. Die Bearbeitungsmaschine kann drei oder mehr Translationsachsen, eine drehbare Hauptspindel, an der ein Werkzeug zu installieren ist, und den Tisch aufweisen. Der Positionsmesssensor kann an der Hauptspindel installierbar sein. Das Positionsmessverfahren kann einen Werkzeugsensor und einen Referenzblock verwenden, der an der Werkzeugsensorseite angeordnet ist. Das Positionsmessverfahren kann eine Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase, eine Referenzwerkzeugmesspositionsakquisitionsphase, eine Positionsmesssensormesspositionsakquisitionsphase, eine Positionsmesssensorlängenberechnungsphase, eine erste Referenzblockpositionsakquisitionsphase, eine Relativpositionsberechnungsphase, eine Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase, eine zweite Referenzblockpositionsakquisitionsphase, eine Längenausgleichswertberechnungsphase und eine Positionsmessphase ausführen. In der Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase kann ein Referenzwerkzeug für eine Längenreferenz des Werkzeugs an die Hauptspindel installiert werden, und eine Erfassungsposition eines distalen Endes des Referenzwerkzeugs kann unter Verwendung des Werkzeugsensors akquiriert werden. In der Referenzwerkzeugmesspositionsakquisitionsphase kann irgendeine vorgegebene Werkzeugmessposition unter Verwendung des Referenzwerkzeugs akquiriert werden, das an der Hauptspindel installiert ist. In der Positionsmesssensormesspositionsakquisitionsphase kann irgendeine vorgegebene Sensormessposition unter Verwendung des Positionsmesssensors akquiriert werden, der an der Hauptspindel installiert ist. In der Positionsmesssensorlängenberechnungsphase kann eine Differenz zwischen der Werkzeugmessposition und der Sensormessposition akquiriert werden, um eine Länge des Positionsmesssensors auf der Grundlage der Differenz und der Länge des Referenzwerkzeugs zu akquirieren. In der ersten Referenzblockpositionsakquisitionsphase kann eine Position des Referenzblocks unter Verwendung des Positionsmesssensors gemessen werden, der an der Hauptspindel installiert ist. In der Relativpositionsberechnungsphase kann eine Relativposition des Referenzblocks hinsichtlich der Erfassungsposition aus der in der Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase akquirierten Erfassungsposition, der in der ersten Referenzblockpositionsakquisitionsphase akquirierten Position des Referenzblocks, der in der Positionsmesssensorlängenberechnungsphase berechneten Länge des Positionsmesssensors und der Länge des Referenzwerkzeugs berechnet werden. In der Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase kann das Referenzwerkzeug an die Hauptspindel installiert werden, und eine Referenzwerkzeugposition kann unter Verwendung des Werkzeugsensors akquiriert werden. Die Referenzwerkzeugposition kann die distale Endposition des Referenzwerkzeugs sein. In der zweiten Referenzblockpositionsakquisitionsphase kann der Positionsmesssensor an der Hauptspindel installiert werden, und eine Position des Referenzblocks wird unter Verwendung des Positionsmesssensors gemessen. In der Längenausgleichswertberechnungsphase kann ein Längenrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors aus der in der Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase akquirierten Referenzwerkzeugposition, der in der zweiten Referenzblockpositionsakquisitionsphase gemessenen Position des Referenzblocks, der in der Relativpositionsberechnungsphase berechneten Relativposition und der Länge des Referenzwerkzeugs berechnet werden. In der Positionsmessphase kann die Messposition des Objektes unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes des Positionsmesssensors ausgeglichen werden, der in der Längenausgleichswertberechnungsphase berechnet wird. Das Objekt kann durch den Positionsmesssensor vermessen werden, der an der Hauptspindel installiert ist.
-
Bei dem Positionsmessverfahren für ein Objekt einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem neunten Aspekt der Offenbarung, der in dem achten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, können die Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase bis zur Relativpositionsberechnungsphase so konfiguriert sein, dass sie einmal ausgeführt werden. Die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase bis zur Positionsmessphase können so konfiguriert sein, dass sie mehrmals ausgeführt werden.
-
Bei dem Positionsmessverfahren für ein Objekt einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem zehnten Aspekt der Offenbarung, der in dem achten oder dem neunten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, können die durch den Positionsmesssensor in der ersten Referenzblockpositionsakquisitionsphase, der zweiten Referenzblockpositionsakquisitionsphase und der Positionsmessphase gemessenen Positionen Positionen der Translationsachsen sein, wenn der Positionsmesssensor einen Kontakt mit dem Objekt erfasst.
-
Bei dem Positionsmessverfahren für ein Objekt einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem elften Aspekt der Offenbarung, der in irgendeinem des achten bis zehnten Aspektes der Offenbarung enthalten ist, kann des Weiteren eine Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase ausgeführt werden. In der Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase kann ein Radialrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors als ein Sensor mit einem Kontakt mit dem Objekt akquiriert werden. Die Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase kann vor der Ausführung der Positionsmessphase durchgeführt werden. In der Positionsmessphase kann die Messposition des Objektes auch unter Verwendung des Durchmesserausgleichswertes ausgeglichen werden, der in der Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase akquiriert wird.
-
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Positionsmesssystem für ein Objekt einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem zwölften Aspekt der Offenbarung vorgesehen. Das Positionsmesssystem kann eine Position des Objektes messen, das an einem Tisch gesichert ist, und zwar durch einen Positionsmesssensor bei der Bearbeitungsmaschine. Die Bearbeitungsmaschine kann drei oder mehr Translationsachsen, eine drehbare Hauptspindel, an der ein Werkzeug zu installieren ist, den Tisch, den Positionsmesssensor, der an der Hauptspindel installierbar ist, und eine Steuervorrichtung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die Translationsachsen und die Hauptspindel zu steuern. Das Positionsmesssystem kann ein Referenzwerkzeug, einen Werkzeugsensor, einen Referenzblock, eine Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung, eine Referenzwerkzeugmesspositionsakquisitionseinrichtung, eine Positionsmesssensormesspositionsakquisitionseinrichtung, eine Positionsmesssensorlängenberechnungseinrichtung, eine erste Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung, eine Relativpositionsberechnungseinrichtung, eine Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung, eine zweite Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung, eine Längenausgleichwertberechnungseinrichtung und eine Positionsberechnungseinrichtung aufweisen. Das Referenzwerkzeug dient als Längenreferenz des Werkzeugs. Der Werkzeugsensor kann dazu konfiguriert sein, eine distale Endposition des Referenzwerkzeugs zu erfassen, das an der Hauptspindel installiert ist. Der Referenzblock kann an der Werkzeugsensorseite installiert sein. Die Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Erfassungsposition des distalen Endes des Referenzwerkzeugs durch das an der Hauptspindel installierte Referenzwerkzeug und den Werkzeugsensor zu erfassen. Die Referenzwerkzeugmesspositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, irgendeine vorgegebene Werkzeugmessposition unter Verwendung des an der Hauptspindel installierten Referenzwerkzeugs zu akquirieren und zu speichern. Die Positionsmesssensormesspositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, irgendeine vorgegebene Sensormessposition unter Verwendung des Positionsmesssensors zu akquirieren und zu speichern, der an der Hauptspindel installiert ist. Die Positionsmesssensorlängenberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Differenz zwischen der Werkzeugmessposition und der Sensormessposition zu akquirieren. Die Positionsmesssensorlängenberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Länge des Positionsmesssensors auf der Grundlage der Differenz und der Länge des Referenzwerkzeugs zu berechnen und zu speichern. Die erste Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Position des Referenzblocks durch den an der Hauptspindel installierten Positionsmesssensor zu messen und zu speichern. Die Relativpositionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Relativposition des Referenzblocks hinsichtlich der Erfassungsposition von der in der Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung akquirierten Erfassungsposition, der in der ersten Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung akquirierten Position des Referenzblocks, der in der Positionsmesssensorlängenberechnungseinrichtung berechneten Länge des Positionsmesssensors und der Länge des Referenzwerkzeugs zu berechnen und zu speichern. Die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Referenzwerkzeugposition unter Verwendung des an der Hauptspindel installierten Referenzwerkzeugs und des Werkzeugsensors zu akquirieren und zu speichern. Die Referenzwerkzeugposition kann die distale Endposition des Referenzwerkzeugs sein. Die zweite Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Position des Referenzblocks unter Verwendung des an der Hauptspindel installierten Positionsmesssensors zu messen und zu speichern. Die Längenausgleichswertberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, einen Längenrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors von der in der Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung akquirierten Referenzwerkzeugposition, der in der zweiten Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung gemessenen Position des Referenzblocks, der in der Relativpositionsberechnungseinrichtung berechneten Relativposition und der Länge des Referenzwerkzeugs zu berechnen und zu speichern. Die Positionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, die Messposition des Objektes, die durch den an der Hauptspindel installierten Positionsmesssensor gemessen wird, unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes des Positionsmesssensors auszugleichen, der in der Längenausgleichswertberechnungseinrichtung berechnet wird. Die Positionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Position des Objektes zu berechnen.
-
In dem Positionsmesssystem für ein Objekt einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem dreizehnten Aspekt der Offenbarung, der in dem zwölften Aspekt der Offenbarung enthalten ist, kann der Positionsmesssensor dazu konfiguriert sein, die Positionen der Translationsachsen zu messen, wenn der Positionsmesssensor das Objekt erfasst, wobei eine Signalverzögerung berücksichtigt wird oder nicht.
-
Das Positionsmesssystem für ein Objekt einer Bearbeitungsmaschine gemäß einem vierzehnten Aspekt der Offenbarung, der in dem zwölften oder dreizehnten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, kann des Weiteren eine Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung aufweisen. Die Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, einen Radialrichtungsausgleichswert des Positionsmesssensors als ein Sensor mit einem Kontakt mit dem Objekt zu akquirieren und zu speichern. Die Positionsberechnungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, die Messposition des Positionsmesssensors unter Verwendung des in der Längenausgleichswertberechnungseinrichtung akquirierten Längenausgleichswertes und des in der Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung akquirierten Durchmesserausgleichswertes auszugleichen, um eine Position des Objektes zu berechnen.
-
Durch die Offenbarung ist die Relativposition zwischen der Erfassungsposition des Werkzeugsensors und dem Referenzblock aus der Beziehung zwischen der Erfassungsposition des Werkzeugsensors und der Referenzwerkzeugposition im Voraus bekannt, an der das Referenzwerkzeug oder der Positionsmesssensor mit dem Referenzblock in Kontakt gebracht wird. Danach misst der Werkzeugsensor die Referenzwerkzeugposition, und der Positionsmesssensor misst die Position des Referenzblocks, um das Akquirieren des Längenrichtungsausgleichswertes des Positionsmesssensors zu ermöglichen. Daher kann der Positionsmesssensor das Objekt durch den Ausgleich unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes auch dann hochgenau messen, wenn die Länge des Positionsmesssensors aufgrund einer thermischen Versetzung oder einer ähnlichen Ursache geändert wird. Dieses Verfahren beseitigt das Erfordernis des Messsystems mit der CCD-Kamera oder eines ähnlichen Systems, wodurch das Erreichen von vergleichsweise niedrigen Kosten gewährleistet wird. Insbesondere bei der Offenbarung gemäß den Aspekten 8 bis 14 ist es lediglich erforderlich, einen Bereich des Referenzblocks mit jener Größe zu konfigurieren, dass die distale Endsonde des Positionsmesssensors mit der Referenzblockposition in Kontakt gelangen kann, da die an der Werkzeugsensorseite angeordnete Referenzblockposition durch den Positionsmesssensor gemessen wird. Daher ist der Referenzblock klein, wodurch das Erreichen eines noch kompakteren Positionsmesssystems gewährleistet wird.
-
Falls der Positionsmesssensor der Kontakt-Sensor ist, wird des Weiteren eine hochgenaue Positionsmessung des Werkstücks ermöglicht, wenn die Ausgleichswerte des Positionsmesssensors in den radialen Richtungen zusammen akquiriert werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Bearbeitungszentrale.
-
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Lasersensors.
-
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Berührungssensors.
-
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Berührungstriggersonde.
-
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Lasersensors als ein Beispiel eines Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
6 zeigt eine schematische Ansicht des Lasersensors der Offenbarung, der an der Bearbeitungszentrale montiert ist.
-
7 zeigt eine schematische Ansicht des Lasersensors als ein Beispiel des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Berührungssensors als ein Beispiel des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
9 zeigt eine schematische Ansicht des Berührungssensors als ein Beispiel des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
10 zeigt ein Flussdiagramm für eine Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
11 zeigt ein Flussdiagramm für ein Positionsmessverfahren durch eine Berührungstriggersonde der Offenbarung.
-
12 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt SR1 bei der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
13 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt SR2 bei der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
14 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt S2 in dem Positionsmessverfahren der Offenbarung.
-
15 zeigt ein Flussdiagramm für ein abgewandeltes Beispiel der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
16 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt SR1 des abgewandelten Beispiels der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
17 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt SR2 des abgewandelten Beispiels der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
18 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt SR3 des abgewandelten Beispiels der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
19 zeigt eine beschreibende Ansicht für einen Schritt SR5 des abgewandelten Beispiels der Messvorbereitungsarbeit der Offenbarung.
-
20 zeigt eine schematische Ansicht eines Lasersensors eines abgewandelten Beispiels des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
21 zeigt eine schematische Ansicht eines Lasersensors eines abgewandelten Beispiels des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
22 zeigt eine schematische Ansicht eines Berührungssensors eines abgewandelten Beispiels des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
23 zeigt eine schematische Ansicht eines Berührungssensors eines abgewandelten Beispiels des Werkzeugsensors der Offenbarung.
-
24 zeigt ein Flussdiagramm für ein Positionsmessverfahren durch die Berührungstriggersonde der Offenbarung.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Offenbarung auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben.
-
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Bearbeitungszentrale, die eine Konfiguration einer Bearbeitungsmaschine ist, die drei Translationsachsen, die orthogonal zueinander stehen, und zwei Drehachsen aufweist, die orthogonal zueinander stehen. Eine Bewegung mit zwei Freiheitsgraden für eine Translation einer Hauptspindel 2 in einer X-Achse und einer Z-Achse, die die Translationsachsen sind und die orthogonal zueinander stehen, ist hinsichtlich eines Maschinenbetts 1 möglich. Eine Bewegung mit einem Freiheitsgrad für eine Drehung eines Tisches 3 in einer C-Achse, die die Drehachse ist, ist hinsichtlich einer Gabel 4 möglich. Eine Bewegung mit einem Freiheitsgrad für eine Drehung der Gabel 4 in einer A-Achse, die die Drehachse orthogonal zu der C-Achse ist, ist hinsichtlich einer Zapfenlagerung 5 möglich. Eine Bewegung mit einem Freiheitsgrad für eine Translation des Zapfenlagers 5 in einer Y-Achse, die die Translationsachse ist und orthogonal zu der X-Achse und der Z-Achse steht, ist hinsichtlich des Maschinenbetts 1 möglich. Dementsprechend sind die Bewegungen mit drei Freiheitsgraden für eine Translation und zwei Freiheitsgraden für eine Rotation der Hauptspindel 2 hinsichtlich des Tisches 3 möglich. Servomotoren, die durch eine NC-Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert werden, treiben jeweils Vorschubachsen an. Ein Werkstück ist an dem Tisch 3 gesichert. Ein Werkzeug ist an der Hauptspindel 2 installiert und wird gedreht, und eine Relativposition und eine Relativstellung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug werden gesteuert, wodurch Prozesse des Werkstücks sichergestellt werden.
-
Eine Maschine bezüglich der Offenbarung ist nicht auf die Bearbeitungszentrale beschränkt, sondern kann eine Bearbeitungsmaschine wie zum Beispiel eine Drehmaschine, eine Multitasking-Maschine und eine Schleifmaschine sein. Die Anzahl der Achsen ist nicht auf fünf Achsen beschränkt, und die Translationsachsen alleine können drei Achsen, vier Achsen und sechs Achsen haben. Des Weiteren ist der Mechanismus nicht auf jenen beschränkt, bei dem der Tisch 3 zwei Freiheitsgrade für eine Drehung oder mehr in den Drehachsen hat, und ein Mechanismus kann verwendet werden, bei dem die Hauptspindel 2 zwei Freiheitsgrade für die Drehung oder mehr hat, und ein Mechanismus, bei dem die Hauptspindel 2 und der Tisch 3 jeweils einen Freiheitsgrad für eine Drehung oder mehr haben.
-
Die 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Lasersensors 40 als ein Beispiel eines Werkzeugsensors der Offenbarung. Während der Lasersensor 40 einen Lichtsendeabschnitt 11, einen Lichtaufnahmeabschnitt 12 und einen Basisabschnitt 13 ähnlich wie in der 2 hat, hat der Lasersensor 40 hierbei einen Referenzblock 42 zwischen dem Lichtsendeabschnitt 11 und dem Lichtaufnahmeabschnitt 12. Der Lichtsendeabschnitt 11, der Lichtaufnahmeabschnitt 12 und der Referenzblock 42 sind jeweils an dem Basisabschnitt 13 gesichert.
-
Wie dies in der 6 dargestellt ist, ist der Lasersensor 40 an der Zapfenlagerung 5 der Bearbeitungszentrale in der 1 über einen Sensormontageblock 41 montiert. Wie dies in der 7 dargestellt ist, ist zu beachten, dass der Referenzblock 42 getrennt nahe dem Lasersensor 40 angeordnet sein kann.
-
Die 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Berührungssensors 50 als ein Beispiel des Werkzeugsensors der Offenbarung. Der Berührungssensor 50 ist durch einen Basisabschnitt 51, einen Berührungssensorabschnitt 52 und einen Referenzblock 53 gebildet. Der Berührungssensorabschnitt 52 und der Referenzblock 55 sind an dem Basisabschnitt 51 gesichert. Der Berührungssensor 50 ist an der Zapfenlagerung 5 der Bearbeitungszentrale in der 1 ähnlich wie der Lasersensor 40 montiert. Wie dies in der 9 dargestellt ist, kann der Referenzblock 53 getrennt nahe dem Berührungssensor 50 angeordnet sein.
-
Im Folgenden werden ein Positionsmessverfahren und ein Positionsmesssystem unter Verwendung des Lasersensors 40 als der Werkzeugsensor (entsprechend Ansprüchen 1 und 5) beschrieben. Es ist zu beachten, dass sich der Fall der Verwendung des Berührungssensors 50 nur im Erfassungsverfahren unterscheidet und im Wesentlichen identisch ist.
-
Zunächst wird im Folgenden eine Prozedur für eine Messvorbereitungsarbeit auf der Grundlage eines Flussdiagramms in der 10 beschrieben. Die Messvorbereitungsarbeit ist eine Arbeit, die im Voraus vor einer Messung durch eine Berührungstriggersonde als ein Positionsmesssensor durchgeführt wird, was später beschrieben wird. Es ist lediglich erforderlich, die Messvorbereitungsarbeit zum Beispiel im Falle einer Verschlechterung oder eines Austauschs eines Referenzwerkzeugs und eines Lasersensors durchzuführen.
-
Wie dies in der 12 dargestellt ist, wird bei einem Schritt SR1 ein Referenzwerkzeug 8 an der Hauptspindel 2 installiert und durch den Lasersensor 40 gemessen. Hierbei wird die Z-Achse so bewegt, dass sich das Referenzwerkzeug 8 dem Laserlicht 14 annähert, und die Z-Achsposition zu einem Zeitpunkt, bei dem ein distales Ende des Referenzwerkzeugs 8 das Laserlicht 14 unterbricht und eine Lichtaufnahmerate ein Schwellwert oder kleiner wird, oder zu einem Zeitpunkt, an dem eine Signalverzögerung berücksichtigt wird, wird akquiriert. Eine Speichereinheit (nicht dargestellt) in der Steuervorrichtung wird veranlasst, die akquirierte Z-Achsposition Zl zu speichern (eine Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase und Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung). Hierbei dient die Steuervorrichtung als eine Einrichtung, die verschiedene Phasen der Offenbarung durchführt. Die Speichereinheit wird auch veranlasst, eine Länge Td des Referenzwerkzeugs 8 vorläufig zu speichern. Hierbei kann eine distale Endposition Zl' des Referenzwerkzeugs aus Zl und Td (= Zl – Td) berechnet und gespeichert werden.
-
Als nächstes wird bei einem Schritt SR2 die Position des Referenzblocks 42 mit dem Referenzwerkzeug 8 akquiriert. Wie dies hierbei in der 13 dargestellt ist, wenn das Referenzwerkzeug 8 an der Hauptspindel 2 installiert ist, wird das Referenzwerkzeug 8 mit dem Referenzblock 42 über einen Messblock 43 in Kontakt gebracht, um eine Z-Achsposition Zb zu dem Zeitpunkt zu akquirieren. Die Speichereinheit (nicht dargestellt) in der Steuervorrichtung wird veranlasst, einen Wert Zb' zu speichern, der durch Subtrahieren einer Dicke Hb des Messblocks 43 (= Zb – Hb) herausgefunden wird (eine Referenzblockpositionsakquisitionsphase und Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung). Eine obere Flächenposition Zb'' des Referenzblocks kann ebenfalls unter Verwendung von Td (= Zb – Hb – Td) berechnet und gespeichert werden. Der Messblock 43 kann ein Block mit einem bereits bekannten Dickenmaß oder ein ähnlicher Block sein.
-
Als nächstes wird bei einem Schritt SR3 eine Relativposition dZb (= Zl – Zb') des Referenzblocks 42 hinsichtlich einer Erfassungsposition des Lasersensors 40 aus der Z-Achsposition Zl, die bei dem Schritt SR1 gespeichert wird, und der Z-Achsposition Zb' berechnet, die bei dem Schritt SR2 gespeichert wird, und sie wird in der Speichereinheit in der Steuervorrichtung gespeichert (eine Relativpositionsberechnungsphase und Relativpositionsberechnungseinrichtung). Hierbei wird die Speichereinheit auch dazu veranlasst, die Messblockdicke Hb zu speichern, und dZb kann aus Zl, Zb und Hb berechnet werden (dZb = Zl – Zb – Hb). Es ist zu beachten, dass, wenn Zl' und Zb'' gespeichert sind, die Berechnung durch dZb = Zl' – Zb'' durchgeführt werden kann.
-
Im Folgenden wird das Positionsmessverfahren durch die Berührungstriggersonde der Offenbarung auf der Grundlage eines Flussdiagramms in der 11 beschrieben.
-
Zunächst wird bei einem Schritt S1 ähnlich wie bei dem Schritt SR1 das Referenzwerkzeug 8 an der Hauptspindel 2 installiert, und der Lasersensor 40 führt die Messung durch. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird dazu veranlasst, eine Z-Achsposition Zd zu speichern (eine Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase und Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung). Unter Verwendung von Td kann Zd' = Zd – Td gespeichert werden.
-
Wie dies in der 14 dargestellt ist, wird als nächstes bei einem Schritt S2 die Berührungstriggersonde 30 an der Hauptspindel 2 installiert, um den Referenzblock 42 durch die Berührungstriggersonde 30 zu messen. Hierbei wird die Z-Achse so bewegt, dass sich die Berührungstriggersonde 30 dem Referenzblock 42 annähert, und eine Z-Achsposition Zp zu einem Zeitpunkt, an dem eine Spitze an einem distalen Ende der Berührungstriggersonde 30 mit dem Referenzblock 42 in Kontakt gelangt und die Berührungstriggersonde 30 das Triggersignal überträgt, oder zu einem Zeitpunkt, bei dem die Signalverzögerung berücksichtigt wird, wird akquiriert. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird dazu veranlasst, die akquirierte Z-Achsposition Zp zu speichern (eine Positionsmesssensormessphase und Messpositionsakquisitionseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt S3 die Länge der Berührungstriggersonde 30 im Kontakt berechnet, die der Längenrichtungsausgleichswert der Berührungstriggersonde 30 ist. Der Längenrichtungsausgleichswert (Länge beim Kontakt) Tp (= Zp – Zd + dZb + Td) wird nämlich akquiriert aus Zd, die bei dem Schritt S1 gespeichert wird, Zp, die bei dem Schritt S2 gespeichert wird, und der Relativposition dZb des Referenzblocks 42 und der Referenzwerkzeuglänge Td, die in der Speichereinheit in der Steuervorrichtung gespeichert sind. Die Speichereinheit wird dazu veranlasst, den Längenrichtungsausgleichswert Tp zu speichern (eine Längenausgleichswertberechnungsphase und Längenausgleichswertberechnungseinrichtung). Hierbei kann Tp (= Zp – Zd' – dZb) aus Zd', Zp und dZb akquiriert werden.
-
Als nächstes wird bei einem Schritt S4 ein Objekt (hier das Werkstück auf dem Tisch 3) unter Verwendung der Berührungstriggersonde 30 gemessen. Diesbezüglich wird die Messposition unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes Tp der Berührungstriggersonde 30 ausgeglichen, der bei dem Schritt S3 berechnet wird (eine Positionsmessphase und Positionsberechnungseinrichtung).
-
Bei dem Positionsmessverfahren und dem Positionsmesssystem mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist somit die Relativposition zwischen der Erfassungsposition des Werkzeugsensors und dem Referenzblock 42 aus der Beziehung zwischen der Erfassungsposition des Werkzeugsensors (der Lasersensor 40 oder der Berührungssensor 50) und der Position des Referenzwerkzeugs im Voraus bekannt, das mit dem Referenzblock 42 in Kontakt gebracht wurde. Danach misst der Werkzeugsensor die Position des Referenzwerkzeugs 8, und der Positionsmesssensor (die Berührungstriggersonde 30) misst die Position des Referenzblocks 42, um die Akquirierung des Längenrichtungsausgleichswertes (Länge im Kontakt) der Berührungstriggersonde 30 zu ermöglichen. In der vorstehend beschriebenen Weise misst die Berührungstriggersonde 30 das Werkstück durch den Ausgleich unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes sehr genau, auch wenn die Länge der Berührungstriggersonde 30 aufgrund der thermischen Versetzung oder einer ähnlichen Ursache geändert wird. Dieses Verfahren beseitigt das Erfordernis des Messsystems mit der CCD-Kamera oder eines ähnlichen Systems, wodurch das Erreichen von vergleichsweise niedrigen Kosten gewährleistet wird.
-
Im Folgenden werden das Positionsmessverfahren und das Positionsmesssystem unter Verwendung des in der 8 dargestellten Berührungssensors 50 beschrieben (entsprechend Ansprüchen 8 und 12).
-
Zunächst wird im Folgenden die Prozedur für die Messvorbereitungsarbeit auf der Grundlage eines Flussdiagramms in der 15 beschrieben.
-
Bei einem Schritt SR1 wird das Referenzwerkzeug 8 an der Hauptspindel 2 installiert und durch den Berührungssensor 50 vermessen. Wie dies nämlich in der 16 dargestellt ist, wird die Z-Achse so bewegt, dass das Referenzwerkzeug 8 mit dem Berührungssensorabschnitt 52 in Kontakt gelangt, und die Z-Achsposition zu einem Zeitpunkt, an dem das distale Ende des Referenzwerkzeugs 8 den Berührungssensorabschnitt 52 drückt, oder zu einem Zeitpunkt, bei dem die Signalverzögerung berücksichtigt wird, wird akquiriert. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird veranlasst, die akquirierte Z-Achsposition Zl zu speichern (die Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase und die Werkzeugsensorpositionsakquisitionseinrichtung). Die Speichereinheit wird auch dazu veranlasst, die Länge Tb des Referenzwerkzeugs 8 vorläufig zu speichern.
-
Als nächstes wird bei einem Schritt SR2 als eine vorläufige Vorbereitung eine beliebige, vorgegebene Messposition wie zum Beispiel die obere Fläche des Tisches 3 mit dem Referenzwerkzeug 8 akquiriert, um die Länge der Berührungstriggersonde zu messen. Wie dies nämlich in der 17 dargestellt ist, wird mit dem an der Hauptspindel 2 installierten Referenzwerkzeug 8 das Referenzwerkzeug 8 mit der beliebigen, vorgegebenen Position wie zum Beispiel die obere Fläche des Tisches 3 über den Messblock 43 in Kontakt gebracht, um eine Z-Achsposition Zc zu diesem Zeitpunkt zu akquirieren. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird dazu veranlasst, einen Wert Zc' zu speichern, der durch Subtrahieren der Dicke Hb des Messblocks 43 (= Zc – Hb) herausgefunden wird (eine Referenzwerkzeugmesspositionsakquisitionsphase und Referenzwerkzeugmesspositionsakquisitionseinrichtung). Der Messblock 43 kann ein Block mit einem bereits bekannten Dickenmaß oder ein ähnlicher Block sein.
-
Als nächstes wird bei einem Schritt SR3 die Berührungstriggersonde 30 an die Hauptspindel 2 installiert, um die beliebige, vorgegebene Messposition wie zum Beispiel die obere Fläche des Tisches 3 ähnlich wie bei dem Schritt SR2 zu messen. Wie dies nämlich in der 18 dargestellt ist, wird die Z-Achse so bewegt, dass sich die Berührungstriggersonde 30 der beliebigen, vorgegebenen Messposition wie zum Beispiel der oberen Fläche des Tisches 3 annähert, und die Z-Achsposition Zp zu einem Zeitpunkt, bei dem die Spitze der Berührungstriggersonde 30 mit der beliebigen, vorgegebenen Messposition in Kontakt ist und die Berührungstriggersonde 30 das Triggersignal überträgt, oder an einem beliebigen Zeitpunkt, der die Signalverzögerung berücksichtigt, wird akquiriert. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird dazu veranlasst, die akquirierte Z-Achsposition Zp zu speichern (eine Positionsmesssensormesspositionsakquisitonsphase und Positionsmesssensormesspositionsakquisitionseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt SR4 die Länge der Berührungstriggersonde im Kontakt berechnet, die der Längenrichtungsausgleichswert der Berührungstriggersonde ist. Der Längenrichtungsausgleichswert Tp wird nämlich aus der bei dem Schritt SR2 gespeicherten Zc', der bei dem Schritt SR3 gespeicherten Zp und der Referenzwerkzeuglänge Td akquiriert (= Zp – Zc' + Td), und die Speichereinheit wird dazu veranlasst, den Längenrichtungsausgleichwert Tp zu speichern (eine Positionsmesssensorlängenberechnungsphase und Positionsmesssensorlängenberechnungseinrichtung). Als nächstes wird bei einem Schritt SR5 die Berührungstriggersonde 30 an der Hauptspindel 2 installiert, um eine Position Z2 des Referenzblocks 53 zu messen. Wie dies nämlich in der 19 dargestellt ist, wird die Z-Achse so bewegt, dass sich die Berührungstriggersonde 30 dem Referenzblock 53 annähert, und eine Z-Achsposition Z2 zu einem Zeitpunkt, bei dem die Spitze der Berührungstriggersonde 30 mit dem Referenzblock 53 im Kontakt ist und die Berührungstriggersonde 30 das Triggersignal überträgt, oder zu einem Zeitpunkt, der die Signalverzögerung berücksichtigt, wird akquiriert (eine erste Referenzblockpositionsakquisitionsphase und erste Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt SR6 ein Abstand dZb zwischen der Kontaktposition des Berührungssensors 50 und dem Referenzblock 53 berechnet. Hierbei wird der Abstand dZb zwischen der Kontaktposition des Berührungssensors 50 und dem Referenzblock 53 (= Z2 + Tp – (Zl + Td)) aus der Kontaktposition Zl des Referenzwerkzeugs 8 mit dem Berührungssensor 50, die bei dem Schritt SR1 akquiriert wird, der Kontaktposition Z2 der Berührungstriggersonde 30 mit dem Referenzblock 53, die bei dem Schritt SR5 akquiriert wird, dem Längenrichtungsausgleichswert Tp der Berührungstriggersonde 30 und der Referenzwerkzeuglänge Td akquiriert. Die Speichereinheit wird dazu veranlasst, den Abstand dZb zu speichern (die Relativpositionsberechnungsphase und die Relativpositionsberechnungseinrichtung).
-
Die Prozedur der Messung durch die Berührungstriggersonde ist in diesem Fall identisch zu dem Flussdiagramm in der 11.
-
Zunächst wird bei einem Schritt S1 ähnlich wie bei dem Schritt SR1 das Referenzwerkzeug 8 an der Hauptspindel 2 installiert und durch den Berührungssensor 50 vermessen. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird dazu veranlasst, die Z-Achsposition Zl' zu speichern (die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase und die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt S2 ähnlich wie bei dem Schritt SR5 die Berührungstriggersonde 30 an der Hauptspindel 2 installiert, um den Referenzblock 53 durch die Berührungstriggersonde 30 zu vermessen. Die Speichereinheit in der Steuervorrichtung (nicht dargestellt) wird dazu veranlasst, eine Z-Achsposition Z2' zu speichern (eine zweite Referenzblockpositionsakquisitionsphase und zweite Referenzblockpositionsakquisitionseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt S3 die Länge der Berührungstriggersonde 30 im Kontakt berechnet, die der Längenrichtungsausgleichswert der Berührungstriggersonde 30 ist. Ein Längenrichtungsausgleichswert Tp' (= Zl' – Z2' + dZb + Td) wird nämlich aus der bei dem Schritt S1 gespeicherten Zl', der bei dem Schritt S2 gespeicherten Z2' und dem Abstand dZb zwischen der Kontaktposition des Berührungssensors 50 und dem Referenzblock 53 sowie der Referenzwerkzeuglänge Td akquiriert, die in der Speichereinheit in der Steuervorrichtung gespeichert sind. Die Speichereinheit wird dazu veranlasst, den Längenrichtungsausgleichswert Tp' zu speichern (die Längenausgleichswertberechnungsphase und die Längenausgleichswertberechnungseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt S4 das Objekt unter Verwendung der Berührungstriggersonde 30 vermessen. Diesbezüglich wird die akquirierte Position unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswerte Tp' der Berührungstriggersonde 30 ausgeglichen, der bei dem Schritt S3 berechnet wird (die Positionsmessphase und die Positionsmesseinrichtung).
-
Somit ist bei dem Positionsmessverfahren und dem Positionsmesssystem mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ebenso die Relativposition zwischen der Erfassungsposition des Werkzeugsensors und dem Referenzblock 53 aus der Beziehung zwischen der Erfassungsposition des Berührungssensors 50, der Referenzwerkzeugposition, an der die Berührungstriggersonde 30 mit dem Referenzblock 53 in Kontakt gebracht wurde, der Länge der Berührungstriggersonde 30 und dem Referenzwerkzeug 8 im Voraus bekannt. Danach misst der Werkzeugsensor die Position des Referenzblocks 8, und die Berührungstriggersonde 30 misst die Position des Referenzblocks 53, um die Akquirierung des Längenrichtungsausgleichswertes (Länge im Kontakt) der Berührungstriggersonde 30 zu ermöglichen. In der vorstehend beschriebenen Weise misst die Berührungstriggersonde 30 das Werkstück durch den Ausgleich unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes auch dann sehr genau, wenn die Länge der Berührungstriggersonde 30 aufgrund der thermischen Versetzung oder einer ähnlichen Ursache geändert wird.
-
Da insbesondere die Position des Referenzblocks, der an dem Berührungssensor 50 angeordnet ist, durch die Berührungstriggersonde 30 gemessen wird, ist es lediglich erforderlich, einen Bereich des Referenzblocks 53 mit der Größe zu konfigurieren, mit der die Spitze der Berührungstriggersonde 30 mit der Referenzblockposition in Kontakt gelangen kann. Daher ist der Referenzblock 53 klein geschaffen, wodurch ein noch kompakteres Positionsmesssystem erreicht werden kann. Der Berührungssensor 50 in der 9 kann in ähnlicher Weise das Verfahren und das System mit dieser Konfiguration bewirken.
-
Im Folgenden werden andere Ausführungsbeispiele der Offenbarung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben. Die 20 zeigt eine schematische Ansicht des Lasersensors 40 einer anderen Konfiguration der Offenbarung. Der Lasersensor 40 hat eine Referenzkugel 44 entsprechend zusätzlich zu dem Lichtsendeabschnitt 11, dem Lichtaufnahmeabschnitt 12, dem Basisabschnitt 13 und dem Referenzblock 42 ähnlich wie in der 5. Der Referenzblock 42 und die Referenzkugel 44 sind an dem Basisabschnitt 13 gesichert. Wie dies in der 21 dargestellt ist, können der Referenzblock 42 und/oder die Referenzkugel 44 getrennt nahe dem Basisabschnitt 13 angeordnet sein.
-
Die 22 zeigt eine schematische Ansicht des Berührungssensors 50 einer anderen Konfiguration als ein Beispiel des Werkzeugsensors der Offenbarung. Der Berührungssensor 50 hat eine Referenzkugel 54 entsprechend zusätzlich zu dem Basisabschnitt 51, dem Berührungssensorabschnitt 52 und dem Referenzblock 53 ähnlich wie in der 8. Der Berührungssensorabschnitt 52, der Referenzblock 53 und die Referenzkugel 54 sind an dem Basisabschnitt 51 gesichert. Wie dies in der 23 dargestellt ist, können der Referenzblock 53 und/oder die Referenzkugel 54 getrennt nahe dem Basisabschnitt 51 angeordnet sein.
-
Im Folgenden wird das Positionsmessverfahren unter Verwendung des Lasersensors 40 als der Werkzeugsensor beschrieben. Es ist zu beachten, dass sich der Fall der Verwendung des Berührungssensors 50 nur in einem Erfassungsverfahren unterscheidet und im Wesentlichen identisch ist.
-
Im Folgenden wird die Prozedur der Messung durch die Berührungstriggersonde auf der Grundlage eines Flussdiagramms in der 24 beschrieben. Bezüglich der Messvorbereitungsarbeit wird die zu dem Flussdiagramm in der 10 identische Arbeit durchgeführt, um die Relativposition dZb im Voraus zu akquirieren.
-
Da Schritte S1 bis S3 identisch zu der 11 sind, wird die Beschreibung weggelassen.
-
Bei einem Schritt S5 wird ein Durchmesserausgleichswert der Berührungstriggersonde 30 akquiriert. Insbesondere werden zunächst eine positive und negative Richtung einer X-Achse und eine positive und negative Richtung einer Y-Achse, insgesamt vier Scheitel, an einer identischen Ebene in einer horizontalen Richtung der Referenzkugel 44 (eine radiale Richtung der Berührungstriggersonde 30) durch die Berührungstriggersonde 30 gemessen. Diesbezüglich wird die Hauptspindel 2 so indiziert, dass ein Kontaktpunkt der Berührungstriggersonde 30 identisch wird. Ein Durchschnittswert der akquirierten X-Achspositionen und ein Durchschnittswert der akquirierten Y-Achspositionen werden jeweils zu X- und Y-Koordinatenwerten einer Kugelmitte. Die vier Scheitel werden hinsichtlich X und Y der Mittelposition erneut gemessen. Ein positiver X-Achsrichtungsausgleichswert Rxp, ein negativer X-Achsrichtungsausgleichswert Rxm, ein positiver Y-Achsrichtungsausgleichswert Ryp und ein negativer Y-Achsrichtungsausgleichswert Rym der Berührungstriggersonde werden aus einer Differenz zwischen den akquirierten vier Positionen und der Mittelposition berechnet (eine Durchmesserausgleichswertakquisitionsphase und Durchmesserausgleichswertakquisitionseinrichtung).
-
Als nächstes wird bei einem Schritt S6 das Objekt unter Verwendung der Berührungstriggersonde 30 vermessen. Diesbezüglich wird die akquirierte Position unter Verwendung des Längenrichtungsausgleichswertes Tp der Berührungstriggersonde 30, der bei dem Schritt S3 berechnet wird, und der Radialrichtungsausgleichswerte Rxp, Rxm, Ryp und Rym der Berührungstriggersonde 30 ausgeglichen, die bei dem Schritt S5 berechnet werden.
-
Da die Ausgleichswerte der Berührungstriggersonde 30 in den radialen Richtungen zusammen akquiriert werden, wird somit eine noch genauere Messung des Objekts ermöglicht.
-
Auch wenn die Konfiguration die Berührungstriggersonde als den Positionsmesssensor verwendet, ist die Offenbarung auf jenen Fall anwendbar, in dem ein kontaktloser Sensor wie zum Beispiel ein Laserversatzsensor als der Positionsmesssensor zum Messen der Position des Werkstücks oder eines ähnlichen Objekts verwendet wird. In diesem Fall ist der Längenausgleichswert nicht die Länge im Kontakt, sondern ein ersichtlicher Abstand zwischen dem Objekt und dem kontaktlosen Sensor bei der Messung.
-
Um die Referenzblockposition zu akquirieren, bringt die Konfiguration das Referenzwerkzeug mit dem Referenzblock unter Verwendung des Messblocks indirekt in Kontakt. Jedoch kann das Referenzwerkzeug direkt mit dem Referenzblock ohne Messblock in Kontakt gebracht werden.
-
Darüber hinaus werden die Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase bis zur Positionsmessphase bei der Konfiguration nur einmal ausgeführt. Jedoch können die Werkzeugsensorpositionsakquisitionsphase bis zur Relativpositionsberechnungsphase einmal ausgeführt werden, und die Referenzwerkzeugpositionsakquisitionsphase bis zur Positionsmessphase können mehrmals ausgeführt werden.
-
Es wird explizit erklärt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarte Merkmale separat und unabhängig voneinander zum Zweck der Ursprungsoffenbarung und auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsbeispielen und/oder den Ansprüchen offenbart sein sollen. Es wird ausdrücklich gesagt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Einheitsgruppen alle möglichen Zwischenwerte oder Untergruppen zum Zwecke der Ursprungsoffenbarung und auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere als Grenzen der Wertebereiche.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 201261570 [0011]
- JP 2001105279 [0012]
- JP 201261570 A [0014]
- JP 2001105279 A [0015, 0015, 0015]