JP2001105279A - 工作機械における計測補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークテーブルに対する工具の取り付け誤
差、工作機械の熱変形による誤差、及び工具寸法誤差を
排除して、数値制御工作機械により加工される工作物の
加工精度を向上すること。 【解決手段】 主軸とワークテーブルを相対移動する１
つの制御軸に沿って基準となるＡ位置を設定し、接触式
検出器の接触子をワークテーブル上のワークの基準とな
るＣ位置に接触してこのＡ位置又はこのＡ位置と同一ま
たは近傍のＢ位置から観たＣ位置を求めて主に工作物の
取り付け誤差である第１誤差を求め、また主軸に装着し
た工具の先端が前記Ａ位置に位置されて非接触式検出器
がオンとなる時の主に工具寸法誤差である第２誤差を求
め、工作物の加工の際には、前記主軸とワークテーブル
との前記制御軸に沿う相対送り量を第１誤差及び第２誤
差により補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸に取り付けた
工具とワークテーブル上の工作物との実際の相対位置と
両者のプログラム上の相対位置との誤差を求め、この誤
差に基づいて加工動作のためにプログラムされた主軸と
ワークテーブルとの相対送り量を補正するようにした工
作機械の計測補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来におけるこの種の第１の計測補正方
法としては、加工に先立って数値制御工作機械の回転主
軸に接触式の検出器を装着してこの検出器の接触子をワ
ークテーブルの基準面及びこのワークテーブル上に取り
付け固定した工作物の基準面に順次接触させ、両者の実
際の相対位置とプログラムされた両者の理論位置との誤
差を求め、検出器に代えて工具を主軸に装着して加工す
る際には、主軸とワークテーブルとのプログラムされた
送り量を前記誤差分だけ補正し、ワークテーブルに対す
る工作物の取り付け誤差が加工精度に影響しないように
している。

【０００３】また、この種の別の第２の計測補正方法と
して、所定位置に非接触式の検出器を設置しておき、主
軸に工具を装着する毎に、前記検出器が工具の先端を検
出してオンとなる位置へ主軸と共に工具を位置決めし、
この時の実際の工具先端位置とプログラムされた理論位
置との誤差を求め、その後の加工動作においてプログラ
ムされた主軸とワークテーブルとの送り量を前記誤差に
より補正し、数値制御装置に指定した理論工具寸法と実
際の工具寸法との誤差や、工作機械の熱変形が工作物の
加工精度に波及しないようにしている。この場合、理論
工具寸法と実際の工具寸法との誤差は、主軸の軸線方向
の寸法であれば工具長誤差であり、主軸の径方向寸法で
あれば工具径誤差である。

【０００４】このような非接触式の検出器は、典型的に
は、主軸軸線を横断する方向の一方からレーザビームを
発し他方側でこのレーザビームを受光する形式のものが
使用され、このレーザビームの一部を工具の軸方向の先
端が遮断することにより工具の軸方向の先端位置を検出
し、また工具をレーザビームを横断する一方及び他方か
らレーザビームにアプローチすることにより工具径を計
測するのに使用できる。特に、この非接触式検出器を使
用する場合では、このような工具軸方向先端位置の検出
動作及び工具径の検出動作を、工具をその後の加工動作
において回転させる速度で主軸を回転させた状態におい
て行うことにより、加工動作における実効工具長や実効
工具径を求めることができる利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
数値制御工作機械は、上述した従来の第１の計測補正方
法と第２の計測補正方法との一方のみを行うようになっ
ており、第１の計測補正方法を行うようにされた工作機
械では、工具寸法との誤差や工作機械の熱変形に対する
補正を行うことができず、逆に第２の計測補正方法を行
うようにされた工作機械では、ワークテーブルに対する
工作物の取り付け誤差の補正を行うことができないと云
う問題がある。

【０００６】また、従来の第２の計測補正方法では、工
具を回転させながら加工動作における実効工具長や実効
工具径を求めるので、工具に振れが生じていても、この
実効工具長や実効工具径と工具に振れが生じないものと
して数値制御装置に設定したプログラム上の工具長や工
具径との差を補正値としてワークテーブルに対する主軸
の送り量が補正される。このようにすると工作物の加工
寸法はプログラム寸法となるが、振れによる断続加工が
起因して加工面精度が低下される問題を生じていた。

【０００７】従って、本発明の主たる目的は、１台の工
作機械上でワークテーブルに対する工作物の取り付け誤
差の補正と工具寸法との誤差や工作機械の熱変形に対す
る補正を行うことができるようにすることにある。本発
明の別の目的は、工具の振れによる加工面精度の低下を
防止できるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の計測補正方法は、非接触により工具
先端位置を検出する第１検出器と接触子を工作物に接触
させて工作物の位置を検出する第２検出器とを併用し、
両検出器が実質的に共通の位置を検出するようにして非
接触により工具先端位置の誤差を求めると共に接触によ
り工作物の取り付け誤差を求め、これら両誤差に基づい
てプログラムに従うワークテーブルと主軸との相対送り
を補正するようにした。より具体的には、前記工具の先
端が工作機械の制御軸上のＡ位置に到達する時に非接触
式の第１検出器がオンとなるように設定し、第２検出器
を前記主軸と共に前記制御軸に沿って前記ワークテーブ
ルに対し相対的に移動し、この第２検出器の接触子を前
記Ａ位置と同一又はこれと近傍のＢ位置および前記ワー
クテーブル上の工作物上の所定のＣ位置に順次接触させ
て前記Ｂ位置から観たＣ位置の予め設定された理論位置
と実際の位置との第１誤差を求め、前記工具を前記主軸
に取り付けて前記制御軸に沿って前記第１検出器がオン
となるように前記ワークテーブルに対し相対的に位置決
めして前記Ａ位置における工具先端の予め定められた理
論位置と実際の位置との第２誤差を求め、前記工具によ
り工作物を加工する際には、前記主軸の前記制御軸に沿
う予めプログラムされた相対移動量を前記第１誤差およ
び第２誤差に基づいて補正する。

【０００９】この場合、前記第１誤差は、制御軸上の共
通の位置、つまり前記Ａ位置と同一又はこれと近傍のＢ
位置に対してワークテーブルがプログラムされた所定の
位置に位置決めされているため、ワークテーブルに対す
る工作物の取り付け誤差と前記共通のＢ位置とワークテ
ーブルの前記所定位置との間の熱変形誤差との合計を示
す。これに対し、前記第２誤差は、主に前記共通の位置
に工具の先端を位置決めしたときの工具寸法誤差を示
す。工作物を加工する際には、前記制御軸に沿う前記主
軸とワークテーブルとのプログラムされた相対送り量を
前記第１誤差及び第２誤差に基づいて補正することによ
り、工作物の取り付け誤差、工作機械の熱変形による誤
差、及び工具寸法誤差が全て補正され、工作物はこれら
誤差の影響を受けずに高精度に加工される。言い換えれ
ば、前記第１誤差および第２誤差は共通のＢ位置に対す
る誤差であるので、補正量を演算するに際してＢ位置の
絶対位置を用いているにも係わらず、このＢ位置の絶対
位置の精度は重要でない。すなわち、Ｂ位置の絶対位置
の理論値と実際の位置がずれていた場合、この影響が第
１誤差に対してプラス側に働いたとすると、逆に第２誤
差に対してはマイナス側に働くので、第１誤差と第２誤
差を加算することにより、この位置ずれは相殺されるの
である。

【００１０】請求項２の計測補正方法は、前述した第１
誤差を求める際に、接触式第２検出器の接触子を非接触
式第１検出器がオンとなる工作機械の制御軸に沿うＡ位
置に位置決めしてこの位置を記憶すると共にワークテー
ブル上の工作物上の所定のＣ位置に接触させて前記Ａ位
置から観たＣ位置の予め設定された理論位置と実際の位
置との誤差として前記第１誤差を求めるようにした。ま
た、前記第２誤差は、請求項１の方法と同様に、工具を
主軸に取り付けて前記制御軸に沿って前記非接触式第１
検出器がオンとなるように前記ワークテーブルに対し相
対的に位置決めして前記Ａ位置における工具先端の予め
定められた理論位置と実際の位置との誤差として求める
ようにした。

【００１１】この場合、前記第１誤差を求める際の前記
Ａ位置と前記第２誤差を求める際の前記Ａ位置とを前記
制御軸に沿う同一位置とすることができ、請求項１の発
明で設定を必要としていた前記Ｂ位置を不要にでき、Ａ
位置とＢ位置との間の距離を設定する際に巻き込まれる
誤差を排除するようにしている。

【００１２】前述した請求項１及び請求項２の発明にお
いては、第２誤差を求めるときは、主軸の回転を停止さ
せた状態で行ってもよいが、主軸を回転させた状態、よ
り好適にはその後の加工動作で回転させる回転速度で主
軸を回転させた状態で行えば、加工動作中の工具の実効
寸法に基づいた補正が可能となる。ここで、工具の実効
寸法とは、工具の先端が振れを生じる場合に数値制御装
置に設定された実際の工具長や工具径である工具寸法よ
りも大きくなる工具寸法を意味する。さらに、数値制御
装置に設定された実際の工具寸法とは、プログラム上で
指定される工具の呼び寸法を数値制御装置に入力される
工具寸法補正データにより補正した工具寸法を意味す
る。

【００１３】また、前述した請求項１及び請求項２の発
明においては、第２検出器は主軸に装着する形式のもの
を使用するか、或いはこれに代えて、加工動作中は待避
され測定時のみ測定位置へ前進して前記主軸と一体的に
前記制御軸に沿って移動する形式のものを使用する。さ
らに、前述した請求項１及び請求項２の発明における数
値制御装置により制御される工作機械の１つの制御軸と
は、主軸軸線と平行な制御軸又は主軸軸線と直交する制
御軸とすることができる。

【００１４】好適には、請求項３の計測補正方法のよう
に、前記請求項１又は２の計測補正方法における前記第
２誤差を求める工程は、前記主軸を回転させた状態で行
うようにした。主軸と共にこれに取り付けた工具を回転
させることにより、前記第２誤差は加工動作中の工具の
工具先端の振れを含む実効寸法として求められ、この実
効寸法に基づいた補正が可能となる。

【００１５】請求項４の計測補正方法は、請求項３の方
法において、前記第１検出器により前記工具の振れ量を
測定し、この振れ量が所定値を超える毎に前記工具を主
軸から一旦取り外して再度取り付ける操作を行い、この
取り付け取り外し操作が所定回数以上になるとき、工具
異常アラームを警報するか又は前記工具をこれの予備と
して予め用意されている予備工具と交換するようにした
ものである。

【００１６】同一工具の前記主軸に対する取り外し取り
付け操作を所定回数以上行っても工具の振れ量が所定値
以下にならないときは、工具異常アラームを警報してこ
の工具による加工を行わないようにしたり、或いは別の
予備工具を使用するようにし、従来のように振れ量を検
出してこの振れ量分の補正を行う場合に生じていた加工
面精度の低下を排除する。

【００１７】 〔発明の詳細な説明〕図１は本発明の計測補正方法が使
用される工作機械としてのマシニングセンタ１を示して
いる。マシニングセンタ１はベッド２とこのベッド２上
に立設されたコラム３を備えている。コラム３の前面に
は左右に延びる上下２本のガイドレール４が取り付けら
れており。このガイドレール４に沿ってサドル５が左右
（Ｘ軸）方向に移動可能に設けられている。さらに。こ
のサドル５の前面には上下に延びる左右２本のガイドレ
ール６が取り付けられており、このガイドレール６に沿
ってガントリ７が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けら
れている。ガントリ７には工具Ｔが装着される主軸８を
回転可能に支持した主軸頭９が設けられている。

【００１８】また、ベッド２には前後に延びる左右２本
のガイドレール１０が取り付けられており、このガイド
レール１０に沿ってワークテーブル１１が前後（Ｚ軸）
方向に移動可能に設けられている。そして、図略の駆動
機構により、サドル５がＸ軸方向へ、ガントリ７がＹ軸
方向へ、ワークテーブル１１がＺ軸方向へそれぞれ移動
することによって、主軸８に装着された工具Ｔによっ
て、ワークテーブル１１上に載置された工作物が加工さ
れる。

【００１９】ワークテーブル１１の主軸側の側面には非
接触式の第１検出器としてのレーザ検出器２０が取り付
けられている。図２に示すように、このレーザ検出器２
０は、凹字上の基台２１の内側に対向して設けられたレ
ーザ発振器２２とフォトダイオード等の受光器２３を備
えており、レーザ発振器２２からのレーザ光Ｌを工具Ｔ
が遮ることによる受光器２３の受光量の変化から工具Ｔ
の先端の位置を検出することができる。すなわち、受光
器２３に接続されたアンプを介して工具Ｔの先端がレー
ザ光を遮ったことを数値制御装置（ＣＮＣ）４０に通知
することによって、ＣＮＣ４０はそのときの制御軸の現
在位置から工具Ｔの先端の位置を検出することができ
る。ここで、工具Ｔが全てのレーザ光Ｌを遮る必要はな
く、全く遮らないときの受光量に対して所定量だけ受光
量が減少したことによって検出することが可能である。
なお、基台２１の側面には基準ブロック２６が、その先
端面（Ｂ位置）がレーザ光Ｌ（Ａ位置）とＺ軸方向に同
一の位置となるうよう設けられている。

【００２０】一方、コラム３の側方にはコラム３に隣接
して、複数の工具Ｔを備えた工具マガジン１２が設けら
れていると共に、ベッド２上の工具マガジン１２の前面
には、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１３が設けられてお
り、工具マガジン１２と主軸８との間で工具交換を行う
よう構成されている。

【００２１】なお、工具マガジン１２には第２検出器３
０としてのタッチセンサ３０が収納されている。このタ
ッチセンサ３０は工具Ｔと同様に工具マガジン１２およ
び主軸８に装着可能であり、主軸８に装着した状態で主
軸８を移動させ、接触子３１の先端の球が工作物Ｗや基
準面に接触したことを検出するものである。すなわち、
接触子３１の先端の球が工作物Ｗや基準面に接触したこ
とを数値制御装置（ＣＮＣ）４０に通知することによっ
て、ＣＮＣ４０はそのときの制御軸の現在位置から工作
物Ｗや基準面の位置を検出することができる。

【００２２】図３は、上記したマシニングセンタ１の制
御ブロック図である。ＣＮＣ４０は、演算装置であるＣ
ＰＵ４１と、システムプログラム等を記憶したＲＯＭ４
２と、ＮＣプログラムや各種パラメータ等を記憶したＲ
ＡＭ４３、キーボード等の入力装置４４と、ＣＲＴ等の
出力装置４５と、インターフェイス４６，４７，４８を
主たる構成要素としている。そして、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸へ
の移動指令がそれぞれのディジタルサーボユニット５
０，５１，５２に出力され、各ディジタルサーボユニッ
ト５０，５１，５２がＸ軸駆動モータ５３、Ｙ駆動モー
タ５４、Ｚ軸駆動モータ５５を駆動すると共に、各駆動
モータ５３，５４，５５に接続されたエンコーダ５６，
５７，５８によって検出される各軸の現在位置が帰還さ
れてフィードバック制御されるようになっている。

【００２３】なお、図３に示す制御ブロック図において
は、上記したレーザ検出器２０からの検知信号およびタ
ッチセンサ３０からの検知信号はインターフェイス４８
を介してＣＮＣ４０に入力されるように構成されている
が、シーケンスコントローラにおけるＩ／Ｏ信号として
ＣＮＣ４０に入力されるようにしてもよい。

【００２４】次に、図４から図１０に示すフローチャー
トおよび図１１から図１３に基づいて、上記した構成に
おける計測補正方法について説明する。図４および図５
はメインプログラムであり、ＣＮＣ４０のＲＡＭ４３に
記憶されている。

【００２５】まず、Ｓ１００において、工作物位置補正
サイクルを実行するか否かを判断する。この工作物位置
補正サイクルは後述する基準ブロック２６の基準面（Ｂ
位置）に対する工作物Ｗの基準面（Ｃ位置）の位置誤差
Ｚdを補正するためのサイクルであり、この位置誤差Ｚd
の要因としては、工作物Ｗの取り付け誤差、基準ブロッ
ク２６と工作物Ｗとの間の熱変位、駆動系の送り誤差等
が考えられる。そして、この工作物位置補正サイクルを
実行するか否かは、プログラマが加工プログラムを作成
する際に予めに設定しておくか、あるいは、加工に先立
って作業者が必要に応じて入力装置４４から指示する等
により定められている。Ｓ１００の判断がＮＯの場合は
Ｓ１０２に進み、ＹＥＳの場合はＳ１０１を経てＳ１０
２に進む。Ｓ１０１では図６のサブプログラムで示す工
作物位置補正サイクルが実行される。

【００２６】Ｓ１０２では、ＡＴＣ１３により当該加工
に用いる工具Ｔが工具マガジン１２から主軸８へ移送さ
れて装着される。続いて、Ｓ１０３にて主軸８の回転が
開始される。次に、Ｓ１０４にて工具長補正サイクルを
実行するか否かを判断する。この工具長補正サイクルは
工具先端の位置誤差を補正するためのサイクルであり、
この工具先端の位置誤差の要因としては、工具製造上の
工具長のばらつき、工具摩耗、主軸８の熱変位、主軸８
の遠心膨張による工具Ｔの引込み等が考えられる。そし
て、この工具長補正サイクルを実行するか否かも、先の
工作物位置補正サイクルと同様に予め定められている。
ただし、後述する面補償サイクルを実行する場合は工具
長補正サイクルを実行するように設定しておく必要があ
る。Ｓ１０４の判断がＮＯの場合はＳ１０６に進み、Ｙ
ＥＳの場合はＳ１０５を経てＳ１０６に進む。Ｓ１０５
では図７のサブプログラムで示す工具長補正サイクルが
実行される。

【００２７】Ｓ１０６では工具径補正・振れ検出サイク
ルを実行するか否かを判断する。工具径補正・振れ検出
サイクルは工具径の理論値に対する誤差を補正するため
のサイクルと、工具の装着ミスによる工具の振れを防止
するためのサイクルである。このサイクルを実行するか
否かも、工作物位置補正サイクルと同様に予め定められ
ている。Ｓ１０６の判断がＮＯの場合はＳ１０８に進
み、ＹＥＳの場合はＳ１０７を経てＳ１０８に進む。Ｓ
１０７では図８および図９のサブプログラムで示す工具
径補正・振れ検出サイクルが実行される。

【００２８】次に、Ｓ１０８では上記工作物位置補正サ
イクル、工具長補正サイクル、工具径補正・振れ検出サ
イクルの各サイクルで演算される補正量で誤差を補正す
る。各サイクルのサブプログラムを参照して後述する工
作物位置補正量Ｚd（第１誤差）、工具長補正量Ｚt（第
２誤差）、工具径補正量Ｄdに基づいて補正が行われた
後、Ｓ１０９に進む。

【００２９】ここで、本実施の形態では工作物位置補正
量ＺtについてはＺ軸方向の誤差についてのみ説明して
いるので、Ｓ１０８では工作物位置補正量Ｚdと工具長
補正量Ｚtとの加算値で工具長補正機能によりＺ軸の指
令値を補正し、工具径補正量Ｄaで工具径補正機能によ
りＸ軸およびＹ軸の指令値を補正する。工具長補正機
能、工具径補正機能は一般的にマシニングセンタに備え
られている機能であり、ＮＣプログラムで与えられる指
令値に対して各補正量分だけオフセットして各軸を制御
する機能である。

【００３０】工作物位置補正量については、本実施の形
態で説明するＺ軸方向の誤差のみでなくＸ軸およびＹ軸
方向の誤差も補正可能であるので、この場合はＳ１０８
における誤差補正の方法としては、工具長補正機能を用
いる方法に換えて、ＮＣプログラムの指令値を直接補正
することも可能であり、さらに、マシニングセンタ１の
座標系（機械原点）をオフセットすることも可能であ
る。工具長補正量についても同様に、ＮＣプログラムの
指令値を直接補正する方法やマシニングセンタ１の座標
系（機械原点）をオフセットする方法も採用可能であ
る。

【００３１】Ｓ１０９では加工プログラムに従って工具
Ｔによる工作物Ｗの加工が実行される。続くＳ１１０で
は、工作物Ｗの加工中に工具Ｔの使用時間の積算や主軸
８の動力の監視等により工具Ｔが工具寿命に至ったかを
判断する。Ｓ１１０の判断がＮＯの場合はＳ１１４に進
み、ＹＥＳの場合はＳ１１１、Ｓ１１２あるいはＳ１１
３を経てＳ１１４に進む。

【００３２】Ｓ１１１では面補償サイクルを実行するか
否かを判断する。面補償サイクルは、同一面の加工中に
工具Ｔが寿命となり予備工具と交換する必要が生じたと
きに、工具Ｔの交換の前後の加工によって加工面に段差
が生じることを防止するためのサイクルである。このサ
イクルを実行するか否かも、工作物位置補正サイクルと
同様に予め定めされている。Ｓ１１１の判断がＮＯの場
合は、Ｓ１１２にて単に寿命となった工具である先行工
具を予備工具として工具マガジン１２に貯蔵されている
後続工具に交換するだけでＳ１１４に進み、ＹＥＳの場
合は、図１０のサブプログラムで示す面補償サイクルを
実行してＳ１１４に進む。

【００３３】Ｓ１１４では加工が完了したか否かを判断
し、加工が完了されるまでＳ１０９からＳ１１４の処理
を繰返し、加工が完了するとＳ１１５にて主軸８の回転
を停止させ、続くＳ１１６で次工程の有無を判断する。
Ｓ１１６の判断がＹＥＳの場合はＳ１０２に戻って上記
の処理を繰返し、ＮＯの場合はプログラムエンドとな
る。

【００３４】次に、各サブプログラムの詳細について説
明する。図６は図４のＳ１０１でコールされる工作物位
置補正サイクルを示すサブプログラムであり、Ｓ１２０
にて、まず、工具マガジン１２に格納されているタッチ
センサ３０をＡＴＣ１３により主軸８に装着する。次
に、Ｓ１２１にて、所定の計測プログラムによりタッチ
センサ３０が装着された主軸８を基準ブロック２６に向
けてＺ軸方向に相対前進させる。Ｓ１２２にて接触子３
１が基準ブロック２６の先端面（Ｂ位置）に接触したこ
とを検出する信号がタッチセンサ３０から出力されたか
を検出し、タッチセンサ３０からの信号が出力されるま
で主軸８の前進が続けられる。

【００３５】タッチセンサ３０から接触子３１が基準ブ
ロック２６に接触したことを示すＯＮ信号が出力される
と、すなわち、Ｓ１２２の判断がＹＥＳとなるとＳ１２
３に進み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。本実
施の形態においては、Ｚ軸方向の工作物位置補正につい
て説明しているので、この場合の現在位置はＺ軸の現在
位置である。すなわち、エンコーダ５８により検出され
るＺ軸駆動モータ５２の現在位置ＺpがＲＡＭ４３の所
定の領域に記憶される。

【００３６】次に、Ｓ１２４にて、所定の計測プログラ
ムによりタッチセンサ３０が装着された主軸８を工作物
Ｗの基準面（Ｃ位置）に向けてＺ軸方向に相対前進させ
る。なお、工作物Ｗの基準面とは、工作物Ｗの加工の基
準となる面であり、工作物毎に予め定められている。Ｓ
１２５にて接触子３１が工作物Ｗの基準面に接触したこ
とを検出する信号がタッチセンサ３０から出力されたか
を検出し、タッチセンサ３０からの信号が出力されるま
で主軸８の前進が続けられる。

【００３７】タッチセンサ３０から接触子３１が工作物
Ｗの基準面に接触したことを示すＯＮ信号が出力される
と、すなわち、Ｓ１２５の判断がＹＥＳとなるとＳ１２
６に進み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。上述
したＳ１２３と同様にこの場合の現在位置はＺ軸の現在
位置であり、エンコーダ５８により検出されるＺ軸駆動
モータ５２の現在位置ＺwがＲＡＭ４３の所定の領域に
記憶される。

【００３８】そして、Ｓ１２７にて主軸８に装着された
接触子３１を取外し、Ｓ１２８で工作物位置補正量（第
１誤差）を演算する。工作物位置補正量ＺdはＺd＝Ｚow
p−（Ｚw−Ｚp）で演算される。ここで、Ｚowpは基準ブ
ロック２６の先端面（Ｂ位置）に対する工作物Ｗの基準
面（Ｃ位置）の理論位置として、プログラミング時に予
め定められている値である。この理論位置Ｚowpから基
準ブロック２６の先端面の実際の位置Ｚpに対する工作
物Ｗの基準面の実際の位置Ｚwを減算することにより、
工作物位置補正量Ｚdを得ることができる。

【００３９】図１１は上述の工作物位置補正サイクルの
動作を示しており、実線で記した主軸８およびタッチセ
ンサ３０は、上記Ｓ１２１で主軸８を前進させ、Ｓ１２
２で接触子３１の基準ブロック２６への接触が検出され
た状態であり、破線で記した主軸８およびタッチセンサ
３０は、上記Ｓ１２４で主軸８を前進させ、Ｓ１２５で
接触子３１の工作物Ｗの基準面への接触が検出された状
態である。なお、図１１において、１４はパレット、１
５は工作物Ｗをパレット１４に固定する治具である。

【００４０】図７は図４のＳ１０５でコールされる工具
長補正サイクルを示すサブプログラムであり、まず、Ｓ
１３０にて、予め定めされた計測プログラムに従って、
工具Ｔが装着された主軸８（Ｓ１０２にて工具が装着さ
れている）をレーザ検出器２０のレーザ光Ｌに向けてＺ
軸方向に相対移動させる。Ｓ１３１にて工具Ｔの先端が
レーザ光Ｌを遮ったことを検出する信号がレーザ検出器
２０から出力されたかを検出し、レーザ検出器２０から
の信号が出力されるまで主軸８の前進が続けられる。

【００４１】レーザ検出器２０から工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを示すＯＮ信号が出力されると、す
なわち、Ｓ１３１の判断がＹＥＳとなるとＳ１３２に進
み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。上述したＳ
１２３と同様にこの場合の現在位置はＺ軸の現在位置で
あり、エンコーダ５８により検出されるＺ軸駆動モータ
５２の現在位置ＺlがＲＡＭ４３の所定の領域に記憶さ
れる。

【００４２】そして、Ｓ１３３で工具長補正量（第２誤
差）を演算する。工具長補正量ＺtはＺt＝Ｚol−Ｚlで
演算される。ここで、Ｚolは工具Ｔ先端がレーザ光Ｌを
遮るとき（Ａ位置）のＺ軸の理論位置である。この理論
位置Ｚolから実際に工具Ｔがレーザ光を遮った時のＺ軸
の現在位置Ｚlを減算することにより、工具長補正量Ｚt
を得ることができる。すなわち、ここでは工具長補正値
と称しているが、実際にはＡ位置における工具Ｔ先端の
位置に対する補正量であり、工具製造上の工具長のばら
つきや工具摩耗のみならず、主軸８の熱変位や主軸８の
遠心膨張による工具Ｔの引込み等の影響をも含んだ誤差
を補正するものである。

【００４３】図１２は上述の工具長補正サイクルの動作
を示しており、上記Ｓ１３０により主軸８を前進させ、
Ｓ１３１で工具Ｔの先端がレーザ光Ｌを遮ったことが検
出された状態である。

【００４４】図８および図９は、図４のＳ１０７でコー
ルされる工具径補正・振れ検出サイクルを示すサブプロ
グラムであり、まず、Ｓ１４０にて、後述する工具Ｔの
再装着回数を示すカウンタＮを０にする。次に、Ｓ１４
１で、工具Ｔが装着された主軸８（Ｓ１０２にて工具が
装着されている）をレーザ検出器２０のレーザ光Ｌに向
けて移動させる。ここで、この場合の移動はＹ軸方向へ
の移動であり、Ｓ１４１では上方からレーザ光に向けて
主軸８を移動させる。Ｓ１４２にて工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを検出する信号がレーザ検出器２０
から出力されたかを検出し、レーザ検出器２０からの信
号が出力されるまで主軸８の移動が続けられる。

【００４５】レーザ検出器２０から工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを示すＯＮ信号が出力されると、す
なわち、Ｓ１４２の判断がＹＥＳとなるとＳ１４３に進
み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。この場合の
現在位置はＹ軸の現在位置であり、エンコーダ５７によ
り検出されるＹ軸駆動モータ５１の現在位置ＤuがＲＡ
Ｍ４３の所定の領域に記憶される。

【００４６】Ｓ１４４からＳ１４６では、上記Ｓ１４１
からＳ１４３と同様な処理が行われるが、Ｓ１４４での
主軸８の移動方向はレーザ光に向けて下方からであり、
Ｓ１４６でＹ軸モータ５１の現在位置ＤdがＲＡＭ４３
の所定の領域に記憶される。そして、Ｓ１４７にて、工
具径補正量を演算する。工具径補正量ＤaはＤa＝Ｄo−
（Ｄu−Ｄd−Ｄl）で演算される。ここで、Ｄoは理論上
の工具径として予め定められている値であり、Ｄlはレ
ーザ光の光径である。この理論上の工具径Ｄoから検出
された実際の工具径（Ｄu−Ｄd−Ｄl）を減算すること
により、工具径補正量Ｄaを得ることができる。

【００４７】図１３は上述の工作物径補正サイクルの動
作を示しており、実線で記した主軸８および工具Ｔは、
上記Ｓ１４１により主軸８を移動させ、Ｓ１４２で工具
Ｔがレーザ光Ｌを遮ったことが検出された状態であり、
破線で記した主軸８および工具Ｔは、上記Ｓ１４４によ
り主軸８を移動させ、Ｓ１４５で工具Ｔがレーザ光Ｌを
遮ったことが検出された状態である。

【００４８】図９に移ってＳ１４８では、Ｓ１４７にて
演算された工具径補正量Ｄaが予め設定された許容値以
下であるかを判断する。この許容値は工具径のばらつき
を考慮して決定されており、許容値以下であれば工具径
のばらつきと判断し、許容値以上であれば、この工具径
補正値Ｄaは工具径のばらつきのみならず工具Ｔの振れ
を含んでいると判断するものである。Ｓ１４８の判断が
ＹＥＳの場合はサブプログラムを終了し、ＮＯの場合は
Ｓ１４９に進んで、工具Ｔの再装着を行う。すなわち。
工具ＴをＡＴＣ１３にて一旦取外し、再び装着し直すこ
とにより、工具の装着ミスによる工具の振れを解消する
ものである。

【００４９】Ｓ１５０ではＳ１４９における工具再装着
の回数を計測するカウンタを加算し、Ｓ１５１ではこの
カウンタ値Ｎが予め設定された回数Ｎo以下であるかが
判断される。予め定められた回数以下である場合はＳ１
４１に戻って処理を繰返し、予め定められた回数を超え
てもなお工具径補正量Ｄaが許容値内にならない場合
は、工具Ｔあるいは主軸８の工具クランプ機構に異常が
あると判断し、Ｓ１５２に進んで警報を出力する等の異
常処置を行う。なお、工具マガジン１２に予備工具が格
納されている場合は、Ｓ１５２の異常処置に代えて予備
工具との交換を行うことにより処理を継続することが可
能である。

【００５０】図１０は、図５のＳ１１３でコールされる
面補償サイクルを示すサブプログラムであり、図５のＳ
１１０で工具寿命と判断された工具Ｔ、すなわち先行工
具を主軸８に装着したままの状態で図７のＳ１３０と同
様に、主軸８をレーザ光Ｌに向けてＺ軸方向に相対移動
させ、Ｓ１６１にて工具Ｔの先端がレーザ光Ｌを遮った
ことを検出する信号がレーザ検出器２０から出力された
かを検出し、レーザ検出器２０からの信号が出力される
まで主軸８の前進が続けられる。

【００５１】レーザ検出器２０から工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを示すＯＮ信号が出力されると、す
なわち、Ｓ１６１の判断がＹＥＳとなるとＳ１６２に進
み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。上述したＳ
１２３と同様にこの場合の現在位置はＺ軸の現在位置で
あり、エンコーダ５８により検出されるＺ軸駆動モータ
５２の現在位置Ｚl’がＲＡＭ４３の所定の領域に記憶
される。

【００５２】次にＳ１６３では工具摩耗量ＺmをＺm＝Ｚ
l−Ｚl’にて演算する。すなわち、この先行工具の加工
前である図７のＳ１３２で検出した工具先端の位置Ｚl
と、加工後であるＳ１６２で検出した工具先端の位置Ｚ
l’とから工具摩耗量Ｚmが求められる。続いてＳ１６４
で主軸８の回転を停止し、Ｓ１６５で工具寿命となった
先行工具とこれに代わる予備工具として工具マガジン１
２に貯蔵されている後続工具とをＡＴＣ１３にて交換
し、Ｓ１６６で主軸８の回転を起動する。

【００５３】その後、Ｓ１６７からＳ１６９では上記Ｓ
１６０からＳ１６２と同様にして後続工具の工具先端の
位置を計測し、Ｓ１６９で後続工具の先端がレーザ光Ｌ
を遮ったときのＺ軸の現在位置Ｚl’’がＲＡＭ４３の
所定の領域に記憶される。

【００５４】そして、Ｓ１７０で後続工具に対する工具
長補正量Ｚt’’を演算する。工具長補正量Ｚt’’はＺ
t’’＝Ｚol’’−Ｚl’’−Ｚmで演算される。ここ
で、Ｚol’’は上述のＺolと同様に後続工具の先端がレ
ーザ光Ｌを遮るとき（Ａ位置）のＺ軸の理論位置であ
り、この理論位置Ｚol’’から実際に工具Ｔがレーザ光
を遮った時のＺ軸の位置Ｚl’’を減算し、さらに、Ｓ
１６３で演算された工具摩耗量Ｚmを減算することによ
って工具長補正量Ｚt’’が求められる。詳述すると、
上記の図７における工具長補正サイクルにて演算された
工具長補正量の考え方に従えば、ここでの工具長補正量
Ｚt’’はＺt’’＝Ｚol’’−Ｚl’’で良い。しか
し、先行工具は工具長補正量を求めるための計測を行っ
たときに対して摩耗しているので、先行工具の交換直前
に加工していた面は理論値に対して工具摩耗量だけ削り
残しを生じている。したがって、この値で工具長補正を
行って加工を継続すると、先行工具にて加工された面と
後続工具で加工された面との間に段差を生じるのであ
る。よって、この段差を解消すべく、後続工具の工具長
補正量に先行工具の工具摩耗量を加味させるのである。

【００５５】なお、図１０では説明上Ｓ１６３にて工具
摩耗量Ｚmを演算しているが、Ｓ１７０でのＺ軸補正量
の演算では、Ｚt’’＝Ｚol’’−Ｚl＋Ｚl’−Ｚl’’
にて演算することができる。すなわち、先行工具の加工
前の計測時（Ｓ１３０からＳ１３２）のＺ軸の現在位
置、加工後の計測時（Ｓ１６０からＳ１６２）のＺ軸の
現在位置および後続工具の計測時（Ｓ１６７からＳ１６
９）のＺ軸の現在位置に基づいて演算することができる
ので、摩耗量Ｚmは必ずしも演算する必要はない。

【００５６】そして、このようにして得られた工具長補
正量Ｚt’’に基づいて、Ｓ１７１にて、先の図４のＳ
１０８での誤差補正と同様にして工具長補正量Ｚt’’
により補正が行われる。すなわち、Ｓ１０８で工作物位
置補正量Ｚdと工具長補正量Ｚtとの加算値でＺ軸の指令
値を補正していたものを、Ｓ１７１で工作物位置補正量
Ｚdと工具長補正量Ｚt’’との加算値で補正するように
更新する。

【００５７】なお。上述の実施の形態において、基準ブ
ロック２６は必ずしもレーザ検出器２０に固定されてい
る必要はない。すなわち、図１４に示すように、ワーク
テーブル１１に固定することもできる。この場合、図４
のＳ１０８で工作物位置補正量Ｚdと工具長補正量Ｚtと
の加算値でＺ軸の指令値を補正したのに代えて、工作物
位置補正量Ｚd、工具長補正量Ｚt、Ａ位置とＢ位置との
間の距離Ｚabの加算値でＺ軸の指令値を補正する必要が
ある。ただし、基準ブロック２６とレーザ検出器２０と
の間での熱変位を排除するために、あるいは熱変位が生
じても加工精度に悪影響を及ぼさない程度の少量となる
ようにレーザ検出器２０の近傍のワークテーブル１１に
設けることが好ましい。

【００５８】また、レーザ検出器２０はワークテーブル
１１に設けられていさえすれば、その位置は特に限定さ
れないが、工作物Ｗの加工の妨げにならない位置に配置
する必要があり、図１５に示すように、ブラケット２４
をワークテーブル１１の側面に固定し、旋回シリンダ２
５により計測時と加工時とでレーザ検出器２０をリトラ
クト可能に取り付けることができる。

【００５９】さらに、タッチセンサ３０は主軸８に装着
する形式のもので説明したが、主軸８の工具装着穴の近
傍に固定され、タッチセンサの使用時と加工時とのでリ
トラクトする形式のタッチセンサを用いることも可能で
ある。工作機械としても、上述の実施の形態におけるマ
シニングセンタ１のみならず、他の構成のマシニングセ
ンタ、例えば、主軸８側がＺ軸方向に移動する形式等、
種々の工作機械に適用できる。なお、主軸８側がＺ軸方
向に移動するクイルタイプの工作機械の場合、このクイ
ルが主軸サポートに相当する。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、非接触により工具先端位置を検出する第１検出
器と接触子を工作物に接触させて工作物の位置を検出す
る第２検出器とを併用し、両検出器が実質的に共通の位
置を検出するようにして非接触により工具先端位置の誤
差を求めると共に接触により工作物の取り付け誤差を求
め、これら両誤差に基づいてプログラムに従うワークテ
ーブルと主軸との相対送りを補正するようにしたので、
工作物の取り付け誤差、工作機械の熱変形による誤差、
及び工具寸法誤差が全て補正され、工作物をこれら誤差
の影響を受けずに高精度に加工できる効果が奏せられ
る。

【００６１】好ましくは、請求項２の発明のように、主
にワークテーブルに対する工作物の取り付け誤差である
第１誤差を求める際に接触式第２検出器の接触子を接触
させる工作機械の制御軸に沿うＡ位置と、主に工具寸法
誤差である第２誤差を求める際に主軸に取り付けた工具
を非接触式第１検出器がオンとなるように位置決めする
前記制御軸に沿うＡ位置とを同一の位置としたので、請
求項１の発明が奏する効果に加えて、請求項１の発明で
設定を必要としていた前記Ｂ位置の設定を不要にでき、
このＢ位置を設定する際に巻き込まれる誤差を排除でき
るといった付加的な効果が奏せられる。

【００６２】請求項３の発明によれば、主軸と共に工具
を回転させた状態で工具の先端を非接触式の第１検出器
がオンとなる位置に位置決めすることにより、主に工具
寸法である第２誤差を求めるようにしたので、前記第２
誤差は加工動作中の工具の工具先端の振れを含む実効寸
法に基づいた誤差として検出でき、この工具の実効寸法
に基づいた送り量の補正を行って、工作物の加工精度を
一層向上できる。

【００６３】さらに、請求項４の発明によれば、同一工
具の前記主軸に対する取り外し取り付け操作を所定回数
以上行っても工具の振れ量が所定値以下にならないとき
は、工具異常アラームを警報してこの工具による加工を
行わないようにしたり、或いは別の予備工具を使用する
ようにしたので、従来のように振れ量を検出してこの振
れ量分の補正を行う場合に生じていた加工面精度の低下
を排除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるマシニングセンタ
の全体図である。

【図２】本発明の実施の形態に係わるレーザ検出器の平
面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係わる数値制御装置のブ
ロック図である。

【図４】本発明の実施の形態に係わるフローチャートの
一部である。

【図５】本発明の実施の形態に係わるフローチャートの
一部である。

【図６】図４および図５のフローチャートにおける工作
物位置補正サイクルのサブプログラムのフローチャート
である。

【図７】図４および図５のフローチャートにおける工具
長補正サイクルのサブプログラムのフローチャートであ
る。

【図８】図４および図５のフローチャートにおける工具
径補正・振れ検出サイクルのサブプログラムのフローチ
ャートの一部である。

【図９】図４および図５のフローチャートにおける工具
径補正・振れ検出サイクルのサブプログラムのフローチ
ャートの一部である。

【図１０】図４および図５のフローチャートにおける面
補償サイクルのサブプログラムのフローチャートであ
る。

【図１１】図６のフローチャートにおける工作物位置補
正サイクルの動作を示す平面図である。

【図１２】図７のフローチャートにおける工具長補正サ
イクルの動作を示す平面図である。

【図１３】図８および図９のフローチャートにおける工
具径補正・振れ検出サイクルの動作を示す図である。

【図１４】基準ブロックの他の取り付け位置を示す平面
図である。

【図１５】レーザ検出器の取り付け状態を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

Ｗ・・・工作物、 １１・・・ワークテーブル、 Ｔ・
・・工具、 ８・・・主軸、 ９・・・主軸頭（主軸サ
ポート）、 ４０・・・数値制御装置、 ２０・・・レ
ーザ検出器（第１検出器）、 ３１・・・接触子、 ・
・・タッチセンサ（第２検出器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 浩充 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 大西 主洋 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C001 KA01 TA02 TB02 3C029 AA01 EE02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物を取り付け固定するワークテーブ
   ルと工具を先端に装着可能な主軸を回転支持する主軸サ
   ポートとを数値制御装置により制御される１つの制御軸
   に沿って相対的に移動して前記工具により前記工作物を
   加工する工作機械において、非接触により工具先端位置
   を検出して前記工具の先端が前記制御軸上のＡ位置に到
   達する時にオンとなる非接触式の第１検出器を設けてお
   き、接触子を有する接触式の第２検出器を前記主軸と共
   に前記制御軸に沿って前記ワークテーブルに対し相対的
   に移動し、この第２検出器を前記Ａ位置と同一又はこの
   Ａ位置に近傍のＢ位置および前記ワークテーブル上の工
   作物上の所定のＣ位置に順次接触させて前記Ｂ位置から
   観たＣ位置の予め設定された理論位置と実際の位置との
   第１誤差を求める工程と、前記工具を前記主軸に取り付
   けて前記制御軸に沿って前記第１検出器がオンとなるよ
   うに前記ワークテーブルに対し相対的に位置決めして前
   記Ａ位置における工具先端の予め定められた理論位置と
   実際の位置との第２誤差を求める工程と、前記工具によ
   り工作物を加工する際には、前記主軸の前記制御軸に沿
   う予めプログラムされた相対移動量を前記第１誤差およ
   び第２誤差に基づいて補正する工程と、からなることを
   特徴とする工作機械における計測補正方法。
2. 【請求項２】 工作物を取り付け固定するワークテーブ
   ルと工具を先端に装着可能な主軸を回転支持する主軸サ
   ポートとを数値制御装置により制御される１つの制御軸
   に沿って相対的に移動して前記工具により前記工作物を
   加工する工作機械において、前記主軸と共に前記制御軸
   に沿って前記ワークテーブルに対し相対移動される接触
   式の第２検出器の接触子の先端位置を非接触により検出
   して前記接触子の先端が前記制御軸上のＡ位置に到達す
   る時にオンとなる非接触式の第１検出器を設けておき、
   前記第２検出器の接触子を前記第１検出器がオンとなる
   前記Ａ位置に位置決めしてこの位置を記憶すると共に前
   記ワークテーブル上の工作物上の所定のＣ位置に接触さ
   せて前記Ａ位置から観たＣ位置の予め設定された理論位
   置と実際の位置との第１誤差を求める工程と、前記工具
   を前記主軸に取り付けて前記制御軸に沿って前記第１検
   出器がオンとなるように前記ワークテーブルに対し相対
   的に位置決めして前記Ａ位置における工具先端の予め定
   められた理論位置と実際の位置との第２誤差を求める工
   程と、前記工具により工作物を加工する際には、前記主
   軸の前記制御軸に沿う予めプログラムされた相対移動量
   を前記第１誤差および第２誤差に基づいて補正する工程
   と、からなることを特徴とする工作機械における計測補
   正方法。
3. 【請求項３】 前記第２誤差を求める工程は、前記主軸
   を回転させた状態で行うことを特徴とする請求項１又は
   ２記載の計測補正方法。
4. 【請求項４】 前記第１検出器により前記工具の振れ量
   を測定し、この振れ量が所定値を超える毎に前記工具を
   主軸から一旦取り外して再度取り付ける操作を行い、こ
   の取り付け取り外し操作が所定回数以上になるとき、工
   具異常アラームを警報するか又は前記工具をこれの予備
   として予め用意されている予備工具と交換するようにし
   たことを特徴とする請求項３記載の計測補正方法。