JP2001239438A

JP2001239438A - 工作機械の熱変位補正方法、その装置、記憶媒体、及び工作機械における加工方法

Info

Publication number: JP2001239438A
Application number: JP2000051742A
Authority: JP
Inventors: Hideji Suzuki; 秀治鈴木; Hisashi Ukai; 久鵜飼; Haruhisa Yamashita; 晴央山下; Tadashi Yamashita; 忠司山下; Toshiyuki Suzuki; 敏之鈴木; Takayuki Suzuki; 孝幸鈴木
Original assignee: Enshu Ltd
Current assignee: Enshu Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、工作機械の熱変位を直接的
に非接触計測して、高精度且つ高速にワークを加工する
工作機械の熱変位補正方法、その装置、記憶媒体、及び
工作機械における加工方法を提供することである。【解決手段】主軸５の位置座標を非接触に検出する発
光部１１、及び受光部１２と、ワークＷの加工前に検出
された主軸５の位置座標に基づいて熱変位補正時に座標
系を補正する基準となる基準座標を算出する変位座標出
力部１６と、この基準座標を記憶する基準座標記憶部１
７と、ワークＷの加工後に検出された主軸５の位置座標
に基づいて熱変位後の変位座標を算出する変位座標出力
部１６と、基準座標と変位座標に基づいてワークＷの加
工後における主軸５の熱変位補正値を算出する変位演算
部１８と、この熱変位補正値に基づいて座標系を補正す
る補正指令部１９ａと、を備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の熱変位
によるワークの加工誤差を低減する工作機械の熱変位補
正方法、その装置、記憶媒体、及び工作機械における加
工方法に係り、詳細には、熱変位を直接的に非接触計測
して加工精度を高める技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属材料を切削、研削、せん断す
ることにより、所要の形状、寸法、表面精度の製品を得
ることを目的とした工作機械が利用されている。この様
な工作機械の高速化、高機能化に伴い、メーカを対象と
する品質管理、品質保証の国際規格であるＩＳＯ（Inte
rnational Organization for Standardization）に工具
を把持する主軸の熱変位測定を義務付ける項目が追加さ
れる等、工作機械の熱変位測定、及び補正が重要視され
ている。

【０００３】この様な熱変位の主な発生要因として、例
えば主軸の回転や移動速度の変化に伴う機体の発熱、冷
暖房の使用による外気温の急激な変化等が挙げられる。
機体の発熱は、特にワーク加工の初期段階において顕著
であり、主軸を移動させるボールネジを膨張させるた
め、加工精度に影響を与える。また、工作機械の継続運
転に伴い、切粉対策として使用される大量の水溶性切削
油温が上昇することも要因の１つとして挙げられる。

【０００４】これらの加工熱は、機体を構成する各部分
に伝わり機体を変形させる。加工熱は機体の熱伝導度や
設置環境等によって不均等なため、工作機械は各部分毎
に熱膨張が不均一となり歪む様に熱変形する。この熱変
形の偏差はワークの加工精度の悪化に直結するため、熱
変位対策は製品の品質を管理、維持する上で不可欠であ
る。しかし、機体の材質が鉄や合金等の鋳物である以
上、この様な熱変位を構造的に抑えることには限界があ
る。

【０００５】そこで、従来より温度センサ、タッチセン
サ等を利用した熱変位補正方法が提案されている。例え
ば、温度センサによる熱変位補正では、熱変位の発生要
因に応じて分割した工作機械の各部分に温度変化を検出
する温度センサを配設し、機械運転に伴う温度変化を測
定する。その測定結果から機体の変形を想定する演算式
を作り、ＸＹＺ軸方向の熱変位として出力した値に基づ
いて熱変位補正を行う。

【０００６】この様な熱変位補正装置として、例えば、
特開平８−２１５９８３号公報において、温度センサの
熱特性を利用した工作機械の熱変位補正方法、及びその
装置が開示されている。この熱変位補正方法では、発熱
の影響を受ける機体の温度変化を検出する温度センサの
熱特性を、主軸の熱変位時定数に一致する様に感度調節
し、温度センサの出力に対応する熱変位を計測する。そ
して、この熱変位と実熱変位との誤差を温度センサの出
力に伴うタイムラグを含んで演算し、演算結果に熱変位
に加算した合計値を用いてＺ軸方向の移動量を補正す
る。

【０００７】また、タッチセンサによる熱変位補正で
は、図１９に示す様に主軸５０を加工位置からタッチセ
ンサＴまで〜の過程を経て移動させることにより、
熱変位の計測を行う。すなわち、ワークとそれを固定す
る治具は、通常載置台上の大部分を占有する。このた
め、主軸５０は加工の妨げとならない様に、ワーク及び
治具を避けて可動領域Ａ内の縁端部に設置されたタッチ
センサＴに向かう。主軸５０は、垂直移動、水平移動を
繰り返して移動することにより、タッチセンサＴに接触
し、〜と逆の経路で再び加工位置に戻る。タッチセ
ンサＴはこの動作を定期的に繰り返して熱変位を補正
し、工作機械の加工精度を高める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
工作機械の熱変位補正方法、及び装置では、以下のよう
な問題があった。温度センサによる熱変位補正では、外
気温の変化や運転負荷等を含めた熱変位を完全に予測す
ることは事実上不可能であり、誤った予測により逆に精
度が低下することがあった。また、外気温度に適した機
体の熱変位時定数は、工作機械の構成に応じた実験を重
ねて確立された所定の演算式に基づいて、間接的に算出
されるため、精度の高い熱変位補正値を求めることは困
難だった。

【０００９】更に、精度を向上させるために機体に多数
の温度センサを設置するが、切粉やクーラントの冷却液
の侵入を防止するため、設置する位置やスペースの確保
に様々な制約があった。また、多数の温度センサを取付
けても、演算回路の複雑化、運転負荷の増加等の問題が
あり、理想的な環境下での機械運用は難しかった。

【００１０】タッチセンサによる熱変位補正では、主軸
の往復時間分ワークの加工を中断させたり、タッチセン
サへの衝突を緩和するため、主軸を減速させる必要があ
る。このため、主軸の長距離移動、速度低下等に伴い、
１回当りの熱変位測定に通常１０秒程度の時間を要す
る。これは、測定回数が増加するに従ってワーク加工の
生産性に大きな影響を与える。

【００１１】ワークの加工前に工作機械の慣らし運転を
行う方法も考え得るが、運転時間がロスタイムとなる。
また、ワーク加工中に機械が停止すると、主軸や載置台
を移動させるボールネジが冷めて縮むため、再度慣らし
運転をしなければならない。更に、加工の種類、設置環
境等に応じて、工作機械の熱変位が異なるため、状況に
応じた専用の慣らし運転を行うためには、事前に大量の
データを収集する必要があった。

【００１２】本発明の課題は、工作機械に発生する熱変
位を直接的に非接触計測することで、実測熱変位データ
をリアルタイムに収集し、この実測熱変位データにより
高精度なワーク加工を可能とした工作機械の新規な熱変
位補正方法を提供することを第１の目的とする。更に、
上記実測熱変位データにより工作機械の熱変位補正方法
を実施するための熱変位補正装置を提供することを第２
の目的とする。更に、上記熱変位補正方法を合理的に実
施するプログラムコードを格納した記憶媒体を提供する
ことを第３の目的とする。そして、上記熱変位補正方法
を実施することで複数のワーク加工のサイクルタイムの
短縮化を可能とした加工方法を提供することを第４の目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、被加工物（例えば、図１の
ワークＷ）を加工する工具（例えば、図１の工具７）を
備え、前記被加工物を所定の座標系に基づき相対的に移
動させて、工具により前記被加工物を加工する工作機械
（例えば、図１の工作機械１００）の熱変位補正方法
（例えば、図３の熱変位補正処理）において、前記被加
工物の加工前と加工後における前記工作機械の熱変位す
る所定部分の位置座標に基づいて、加工後における前記
所定部分の熱変位補正値を算出する補正値算出工程（例
えば、図３のステップＳ４〜Ｓ１４）と、前記補正値算
出工程にて算出された熱変位補正値に基づいて、前記座
標系を補正する補正工程（例えば、図３のステップＳ１
５）と、を含むことを特徴とする。

【００１４】請求項１記載の発明によれば、被加工物を
加工する工具を備え、前記被加工物を所定の座標系に基
づき相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加
工する工作機械の熱変位補正方法において、補正値算出
工程にて前記被加工物の加工前と加工後における前記工
作機械の熱変位する所定部分の位置座標に基づいて、加
工後における前記所定部分の熱変位補正値を算出し、補
正工程にて前記補正値算出工程で算出された熱変位補正
値に基づいて、前記座標系を補正する。

【００１５】請求項７記載の発明は、被加工物（例え
ば、図１のワークＷ）を加工する工具（例えば、図１の
工具７）を備え、前記被加工物を所定の座標系に基づき
相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加工す
る工作機械（例えば、図１の工作機械１００）の熱変位
補正装置（例えば、図１の熱変位補正装置１０）におい
て、前記被加工物の加工前と加工後に、前記工作機械の
熱変位する所定部分の位置座標を検出する座標検出手段
（例えば、図１の発光部１１、及び受光部１２）と、前
記座標検出手段により検出された前記位置座標に基づい
て、加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算出
する補正値算出手段（例えば、図１の変位演算部１８）
と、前記補正値算出手段により算出された熱変位補正値
に基づいて、前記座標系を補正する補正手段（例えば、
図１の補正指令部１９ａ）と、を備えることを特徴とす
る。

【００１６】請求項７記載の発明によれば、被加工物を
加工する工具を備え、前記被加工物を所定の座標系に基
づき相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加
工する工作機械の熱変位補正装置において、座標検出手
段は前記被加工物の加工前と加工後に、前記工作機械の
熱変位する所定部分の位置座標を検出し、補正値算出手
段は前記座標検出手段により検出された前記位置座標に
基づいて、加工後における前記所定部分の熱変位補正値
を算出し、補正手段は前記補正値算出手段により算出さ
れた熱変位補正値に基づいて、前記座標系を補正する。

【００１７】この請求項１または７記載の発明によれ
ば、工作機械の所定部分の位置座標の移動量からその熱
変位を計測する。従って、熱変位を直接的に計測できる
ため、従来の温度センサを用いた予測演算による間接的
な熱変位計測に比べて、高精度な熱変位補正が可能とな
る。また、熱変位を非接触に計測できるため、タッチセ
ンサを用いた所定部分の移動による熱変位計測に比べ
て、高速な熱変位補正が可能となる。

【００１８】請求項２記載の発明は、被加工物（例え
ば、図１のワークＷ）を加工する工具（例えば、図１の
工具７）を備え、前記被加工物を所定の座標系に基づき
相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加工す
る工作機械（例えば、図１の工作機械１００）の熱変位
補正方法（例えば、図３の熱変位補正処理）において、
前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を非接触
に検出する座標検出工程（例えば、図４のステップＳ４
３）と、前記座標検出工程にて前記被加工物の加工前に
検出された前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位
補正時に前記座標系を補正する基準となる基準座標を算
出する基準座標算出工程（例えば、図４のステップＳ４
４）と、前記基準座標算出工程にて算出された基準座標
を記憶する基準座標記憶工程（例えば、図３のステップ
Ｓ５）と、前記座標検出工程にて前記被加工物の加工後
に検出された前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変
位後の変位座標を算出する変位座標算出工程（例えば、
図３のステップＳ１１）と、前記基準座標と前記変位座
標に基づいて、前記被加工物の加工後における前記所定
部分の熱変位補正値を算出する補正値算出工程（例え
ば、図３のステップＳ１４）と、前記補正値算出工程に
て算出された熱変位補正値に基づいて、前記座標系を補
正する補正工程（例えば、図３のステップＳ１５）と、
を含むことを特徴とする。

【００１９】請求項２記載の発明によれば、被加工物を
加工する工具を備え、前記被加工物を所定の座標系に基
づき相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加
工する工作機械の熱変位補正方法において、座標検出工
程にて前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を
非接触に検出し、基準座標算出工程にて前記座標検出工
程にて前記被加工物の加工前に検出された前記所定部分
の位置座標に基づいて、熱変位補正時に前記座標系を補
正する基準となる基準座標を算出し、基準座標記憶工程
にて前記基準座標算出工程にて算出された基準座標を記
憶し、変位座標算出工程にて前記座標検出工程で前記被
加工物の加工後に検出された前記所定部分の位置座標に
基づいて、熱変位後の変位座標を算出し、補正値算出工
程にて前記基準座標と前記変位座標に基づいて、前記被
加工物の加工後における前記所定部分の熱変位補正値を
算出し、補正工程にて前記補正値算出工程で算出された
熱変位補正値に基づいて、前記座標系を補正する。

【００２０】請求項８記載の発明は、被加工物（例え
ば、図１のワークＷ）を加工する工具（例えば、図１の
工具７）を備え、前記被加工物を所定の座標系に基づき
相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加工す
る工作機械（例えば、図１の工作機械１００）の熱変位
補正装置（例えば、図１の熱変位補正装置１０）におい
て、前記工作機械の熱変位する所定部分（例えば、図１
の主軸５）の位置座標を非接触に検出する座標検出手段
（例えば、図１の発光部１１、及び受光部１２）と、前
記座標検出手段により前記被加工物の加工前に検出され
た前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位補正時に
前記座標系を補正する基準となる基準座標を算出する基
準座標算出手段（例えば、図１の変位座標出力部１６）
と、前記基準座標算出手段により算出された基準座標を
記憶する基準座標記憶手段（例えば、図１の基準座標記
憶部１７）と、前記座標検出手段により前記被加工物の
加工後に検出された前記所定部分の位置座標に基づい
て、熱変位後の変位座標を算出する変位座標算出手段
（例えば、図１の変位座標出力部１６）と、前記基準座
標と前記変位座標に基づいて、前記被加工物の加工後に
おける前記所定部分の熱変位補正値を算出する補正値算
出手段（例えば、図１の変位演算部１８）と、前記補正
値算出手段により算出された熱変位補正値に基づいて、
前記座標系を補正する補正手段（例えば、図１の補正指
令部１９ａ）と、を備えることを特徴とする。

【００２１】請求項８記載の発明によれば、被加工物を
加工する工具を備え、前記被加工物を所定の座標系に基
づき相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加
工する工作機械の熱変位補正装置において、座標検出手
段は前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を非
接触に検出し、基準座標算出手段は前記座標検出手段に
より前記被加工物の加工前に検出された前記所定部分の
位置座標に基づいて、熱変位補正時に前記座標系を補正
する基準となる基準座標を算出し、基準座標記憶手段は
前記基準座標算出手段により算出された基準座標を記憶
し、変位座標算出手段は前記座標検出手段により前記被
加工物の加工後に検出された前記所定部分の位置座標に
基づいて熱変位後の変位座標を算出し、補正値算出手段
は前記基準座標と前記変位座標に基づいて、前記被加工
物の加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算出
し、補正手段は前記補正値算出手段により算出された熱
変位補正値に基づいて、前記座標系を補正する。

【００２２】ここで、上記被加工物は、主として鉄また
は非鉄金属系の合金であり、例えば、鋳鉄、炭素鋼、ク
ロム鋼、銅合金、アルミニウム合金等が挙げられる。ま
た、工具用の部材としては、例えば、超硬合金、セラミ
ック、ダイヤモンド等が挙げられる。工具としては、例
えば、バイト、ドリル、フライス等が挙げられる。

【００２３】また、工作機械は、主として回転運動によ
って切削、研削を行うもの、直線的往復運動によって切
削を行うものがある。前者としては、例えば、旋盤、ボ
ール盤、フライス盤、研削盤等が挙げられる。後者とし
ては、例えば、平削盤、形削盤、立削盤、歯車形削盤等
が挙げられる。

【００２４】この請求項２または８記載の発明によれ
ば、所定部分の移動、回転等に伴って生じる加工熱によ
る変位を直接的に計測する機能を有する。このため、従
来の温度センサを用いた予測演算による間接的な熱変位
計測に比べて高精度な熱変位補正が可能となる。また、
非接触に検出された座標から所定部分の熱変位を計測す
る機能を有することにより、タッチセンサを用いた熱変
位計測の様に所定部分を移動させる時間を必要としな
い。このため、熱変位の単位計測時間が短くなり、計測
回数の増加に伴う加工時間の長期化を抑えた高速な熱変
位補正が可能となる。

【００２５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の工
作機械の熱変位補正方法において、前記変位座標の算出
による熱変位の計測時を所定の計測周期に到達したか否
かに基づいて決定する変位計測時決定工程（例えば、図
３のステップＳ９）、を更に含むことを特徴とする。

【００２６】この請求項３記載の発明によれば、請求項
２記載の工作機械の熱変位補正方法において、変位計測
時決定工程にて前記変位座標の算出による熱変位の計測
時を所定の計測周期に到達したか否かに基づいて決定さ
れる。

【００２７】請求項９記載の発明は、請求項８記載の工
作機械の熱変位補正装置において、前記変位座標の算出
による熱変位の計測時を所定の計測周期に到達したか否
かに基づいて決定する変位計測時決定手段（例えば、図
１の制御部２）、を更に備えることを特徴とする。

【００２８】この請求項９記載の発明によれば、請求項
８記載の工作機械の熱変位補正装置において、変位計測
時決定手段は、前記変位座標の算出による熱変位の計測
時を所定の計測周期に到達したか否かに基づいて決定す
る。

【００２９】この請求項３または９記載の発明によれ
ば、工作機械のユーザが自ら適切な計測時を考慮して補
正指令すること無く、常に一定の周期で熱変位を計測、
補正できる。このため、加工が比較的長時間に渡る場合
でも、安定した高精度な加工を実現できる。

【００３０】更に、請求項４記載の発明のように、請求
項３記載の工作機械の熱変位補正方法において、前記変
位計測時決定工程（例えば、図３のステップＳ９）は、
熱変位の計測周期を、被加工物の加工完了、一定時間の
経過、前記所定部分の一定距離の移動、外気温度の変
化、機体の温度変化、切削油温の変化、前記所定部分の
温度変化等の所定条件に基づいて決定する。

【００３１】更に、請求項１０記載の発明のように、請
求項９記載の工作機械の熱変位補正装置において、前記
変位計測時決定手段（例えば、図１の制御部２）は、熱
変位の計測周期を、被加工物の加工完了、一定時間の経
過、前記所定部分の一定距離の移動、外気温度の変化、
機体の温度変化、切削油温の変化、前記所定部分の温度
変化等の所定条件に基づいて決定する構成としてもよ
い。

【００３２】この請求項４または１０記載の発明によれ
ば、工作機械の使用状態、被加工物の状態、加工内容等
の諸条件に応じて、より適切なタイミングで熱変位を計
測、補正できる。このため、加工が比較的長時間に渡る
場合でも、工作機械や被加工物の特性に合ったより高精
度な加工を実現できる。

【００３３】請求項５記載の発明は、請求項２記載の工
作機械の熱変位補正方法において、前記基準座標、及び
前記変位座標の次元として、１〜３次元の中から任意の
１または複数の次元を選択する次元選択工程（例えば、
図３のステップＳ２）、を更に含むことを特徴とする。

【００３４】この請求項５記載の発明によれば、請求項
２記載の工作機械の熱変位補正方法において、次元選択
工程にて、前記基準座標、及び前記変位座標の次元とし
て、１〜３次元の中から任意の１または複数の次元が選
択される。

【００３５】請求項１１記載の発明は、請求項８記載の
工作機械の熱変位補正装置において、前記基準座標、及
び前記変位座標の次元として、１〜３次元の中から任意
の１または複数の次元を選択する次元選択手段（例え
ば、図１の制御部２）、を更に備えることを特徴とす
る。

【００３６】この請求項１１記載の発明によれば、請求
項８記載の工作機械の熱変位補正装置において、次元選
択手段は、前記基準座標、及び前記変位座標の次元とし
て、１〜３次元の中から任意の１または複数の次元を選
択する。

【００３７】なお、補正対象となる次元の選択は、工作
機械のユーザがマニュアルで指定する構成としてもよい
し、主軸や取付台の可動方向に応じて、工作機械が適切
な次元を自動選択する構成としてもよい。

【００３８】この請求項５または１１記載の発明によれ
ば、熱変位が予測される方向軸のみを対象とした熱変位
計測が可能となる。このため、３軸方向全ての熱変位を
計測する場合に比べて、熱変位補正の効率化、加工の高
速化を図ることができる。

【００３９】更に、請求項６記載の発明のように、請求
項２記載の工作機械の熱変位補正方法において、前記座
標検出工程にて、前記所定部分の可動範囲内に有る任意
の複数点で前記所定部分の位置座標を検出してもよい。

【００４０】更に、請求項１４記載の発明のように、請
求項７記載の工作機械の熱変位補正装置において、前記
所定部分（例えば、図１６のナット体９ｂ）を前記工作
機械を構成する所定箇所に複数備える構成としてもよ
い。

【００４１】この請求項６または１４記載の発明によれ
ば、工作機械の複数点の熱変位を計測することが可能と
なり、熱変位を１点で計測する場合に比べてより高精度
に熱変位を計測できる。このため、補正精度、加工精度
を向上できる。特に、長尺の被加工物の様に部分毎に熱
変位が大きく異なる場合にその効果は顕著である。

【００４２】更に、請求項１２記載の発明のように、請
求項７記載の工作機械の熱変位補正装置において、前記
所定部分を前記工具が所定の位置に装着された主軸（例
えば、図１の主軸５）として構成してもよい。

【００４３】この請求項１２記載の発明によれば、回
転、移動に伴う熱変位の影響が大きい主軸を所定部分と
することにより、被加工物近傍の熱変位計測が可能とな
り、加工精度を一層向上できる。

【００４４】更に、請求項１３記載の発明のように、請
求項７記載の工作機械の熱変位補正装置において、前記
所定部分を前記被加工物を固設可能な取付台（例えば、
図１３の載置台４）として構成してもよい。

【００４５】この請求項１３記載の発明によれば、被加
工物に直接接触する取付台を所定部分とすることによ
り、被加工物に極めて近い位置における熱変位計測が可
能となり、加工精度を一層向上できる。

【００４６】更に、請求項１５記載の発明のように、請
求項１４記載の工作機械の熱変位補正装置において、前
記所定部分を主軸または取付台を１〜３次元の何れか１
方向に移動させる各軸移動体（例えば、図１６のナット
体９ｂ）として構成してもよい。

【００４７】この請求項１５記載の発明によれば、例え
ばナット体等の主軸や取付台を移動させる各軸移動体を
所定部分とし、その熱変位を直接且つ非接触に計測する
ことが可能となる。このため、可動部の熱変位をより直
接的に計測でき、１軸方向毎に個別の熱変位を計測でき
る。従って、主軸や取付台を所定部分とする場合に比べ
てより高精度な補正、加工を行うことができる。

【００４８】更に、請求項１６記載の発明のように、請
求項８記載の工作機械の熱変位補正装置において、前記
座標検出手段は、前記工作機械を構成する所定箇所に取
付けられ、光線を照射する発光部（例えば、図１の発光
部１１）と、前記所定部分の所定の位置に取付けられ、
前記発光部から照射される光線を１点で受光する受光部
（例えば、図１の受光部１２）と、から構成されるもの
としてもよい。

【００４９】この請求項１６記載の発明によれば、発光
部から照射される光線による各部の座標検出が可能とな
り、その座標の移動量から所定部分の熱変位を直接的に
計測できる。このため、温度センサを用いた工作機械の
様に、予測演算により熱変位を間接的に計測する場合に
比べて高精度な熱変位補正を実現できる。また、タッチ
センサを用いた熱変位計測の様に、所定部分を接触させ
る必要が無い為、所定部分への移動時間や測定時間を要
しない高速な加工が可能となる。更に、工作機械の所定
箇所に受発光部を配設するだけで座標検出手段を容易に
構成できる。

【００５０】ここで、前記受光部は必ずしも所定部分に
取付けられるとは限らず、例えば、前記発光部を所定部
分に取付け、前記受光部を該発光部に略対向して位置す
る構成部分に取付けても、上記各手段または工程で熱変
位計測、及び補正は可能である。すなわち、発光部と受
光部の位置関係を逆にしても同様の効果が得られる。

【００５１】更に、請求項１７記載の発明のように、請
求項１６記載の工作機械の熱変位補正装置において、前
記発光部（例えば、図１５の発光部１１）は、前記工作
機械を構成する所定の複数箇所に対を成して配設される
構成としてもよい。

【００５２】この請求項１７記載の発明によれば、受光
部は発光部から照射される光線を２点で受光することが
可能となり、２点の座標から演算により３次元方向の熱
変位を計測できる。このため、所定部分の移動方向に関
わらず高精度な熱変位補正を実現でき、加工精度を向上
できる。

【００５３】請求項１８記載の発明は、被加工物（例え
ば、図１のワークＷ）を加工する工具（例えば、図１の
工具７）を備え、前記被加工物を所定の座標系に基づき
相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加工す
る工作機械（例えば、図１の工作機械１００）を制御す
るためのコンピュータが実行可能なプログラムを格納し
た記憶媒体であって、前記工作機械の熱変位する所定部
分の位置座標を非接触に検出するためのプログラムコー
ドと、前記被加工物の加工前に検出された前記所定部分
の位置座標に基づいて、熱変位補正時に前記座標系を補
正する基準となる基準座標を算出するためのプログラム
コードと、前記基準座標を記憶させるためのプログラム
コードと、前記被加工物の加工後に検出された前記所定
部分の位置座標に基づいて、熱変位後の変位座標を算出
するためのプログラムコードと、前記基準座標と前記変
位座標に基づいて、前記被加工物の加工後における前記
所定部分の熱変位補正値を算出するためのプログラムコ
ードと、前記熱変位補正値に基づいて、前記座標系を補
正するためのプログラムコードと、を含むプログラムを
格納したことを特徴とする。

【００５４】請求項１８記載の発明の記憶媒体によれ
ば、被加工物を加工する工具を備え、前記被加工物を所
定の座標系に基づき相対的に移動させて、工具により前
記被加工物を加工する工作機械を制御するためのコンピ
ュータが実行可能なプログラムを格納した記憶媒体であ
って、前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を
非接触に検出し、前記被加工物の加工前に検出された前
記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位補正時に前記
座標系を補正する基準となる基準座標を算出し、この基
準座標を記憶させ、前記被加工物の加工後に検出された
前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位後の変位座
標を算出し、前記基準座標と前記変位座標に基づいて、
前記被加工物の加工後における前記所定部分の熱変位補
正値を算出し、この熱変位補正値に基づいて前記座標系
を補正する。

【００５５】従って、所定部分の移動、回転等に伴って
生じる加工熱による変位を直接的に計測するプログラム
をコンピュータ上で実行できる。また、非接触に検出さ
れた座標から所定部分の熱変位を計測するプログラムを
コンピュータ上で実行できる。このため、熱変位の高精
度検出と演算処理の高速化が可能となり、被加工物を高
精度かつ高速に加工できる。

【００５６】請求項１９記載の発明は、被加工物を加工
する工具を備え、前記被加工物を所定の座標系に基づき
相対的に移動させて、工具により前記被加工物を加工す
る工作機械における加工方法において、前記被加工物の
加工前と加工後における、前記工作機械の熱変位する所
定部分の位置座標に基づいて、加工後における前記所定
部分の熱変位補正値を算出する補正値算出工程（例え
ば、図３のステップＳ４〜Ｓ１４）と、前記補正値算出
工程にて算出された熱変位補正値に基づいて、前記座標
系を補正する補正工程（例えば、図３のステップＳ１
５）と、を含むことを特徴とする。

【００５７】請求項１９記載の発明の工作機械における
加工方法によれば、被加工物を加工する工具を備え、前
記被加工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させ
て、工具により前記被加工物を加工する工作機械におけ
る加工方法において、補正値算出工程にて前記被加工物
の加工前と加工後における、前記工作機械の熱変位する
所定部分の位置座標に基づいて、加工後における前記所
定部分の熱変位補正値を算出し、補正工程にて前記補正
値算出工程で算出された熱変位補正値に基づいて、前記
座標系を補正する。

【００５８】従って、所定位置の熱変位を直接的に計測
できるため、従来の温度センサを用いた予測演算による
間接的な熱変位計測に比べて、高精度な熱変位補正が可
能となり、加工精度を向上できる。また、所定位置の熱
変位を非接触に計測できるため、タッチセンサを用いた
所定部分の移動と該所定部分の接触測定による熱変位計
測に比べて、高速な熱変位検出と熱変位補正が可能とな
り、加工時間を短縮できる。特に、複数のワーク加工の
サイクルタイムの短縮化を実現できる。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１８を参照して本
発明の実施の形態について詳細に説明する。

【００６０】まず、構成について説明する。図１は、本
発明を適用した一実施の形態における工作機械１００を
示す正面図である。図１に示す様に工作機械１００は、
制御部２、固定機体（ベッド）３、載置台（テーブル）
４、主軸５、主軸頭６、工具７により構成される。な
お、図１において、主軸５の軸線方向をＺ軸とし、これ
に直交して直交座標系をなす各方向をＸ軸，Ｙ軸とす
る。

【００６１】制御部２は、固定機体３の右端部に立設さ
れて成り、前面部に操作パネル２ａ、表示パネル２ｂを
備える。操作パネル２ａは、その表面にカーソル釦、数
字入力釦等の各種機能釦を備え、押下された釦の押下信
号を制御部２に出力する。例えば後述する熱変位補正処
理（図３参照）において、熱変位補正の対象となる座標
軸を指定する信号を制御部２へ出力する。

【００６２】制御部２は、操作パネル２ａから入力され
る各種指示に基づいて、記憶装置内に格納されている各
種制御プログラムの中から所定のプログラム或いはデー
タをＲＡＭ（図示略）内に一時的に格納する。また、制
御部２は、操作パネル２ａからの入力指示に応じて記憶
装置内に格納されたプログラムに従って各種処理を実行
し、処理結果をＲＡＭ内に格納する。同時に、その処理
結果を表示パネル２ｂに表示させる。そして、ＲＡＭに
格納した処理結果を記憶装置内の所定の保存先に保存す
る。

【００６３】また、制御部２は、ワーク加工プログラム
に基づいて主軸５、発光部１１等の各部を集中制御する
と共に、ワークＷの加工を開始または停止する。制御部
２は、例えば後述する熱変位補正処理（図３参照）にお
いて、ワーク加工プログラムを開始し、操作パネル２ａ
からの入力信号に基づいて補正対象軸を選択する。ま
た、制御部２は、基準座標記憶部１７に記憶された各軸
の基準座標に基づいて主軸５を対応する軸方向に移動さ
せ、開閉筐体１１ｂを開閉させる。

【００６４】また、制御部２は、後述する熱変位補正処
理（図３参照）において、ワークＷの種類や工作機械１
００の設置環境等の諸条件に応じて適切な熱変位計測周
期を算出し、その計測周期を適宜ＲＡＭに記憶、更新す
る。制御部２は、所定の計測周期の到達を判定し、到達
時に熱変位計測の開始を指示する信号を熱変位補正装置
１０へ出力する。

【００６５】固定機体３は、鉄等の鋳物から成り、制御
部２、載置台４等の各部を収容し、工作機械１００の基
本部分を構成する。また、固定機体３の縁端部には、切
粉の外部への散乱を防止するスプラッシュカバー３ａが
立設される。

【００６６】載置台４は、固定機体３の略中央部に設け
られ、工具７によりワークＷを加工可能な所定の位置に
固設される。載置台４は、左右端部２箇所に後述する１
対の発光部１１が配設される。

【００６７】主軸５は、略円柱状の剛性部材から成り、
載置台４の上方部に位置しＺ軸方向に摺動可能な様に主
軸頭６に把持される。また、主軸５は、先端部に取替可
能な工具７が装着され、下端部１箇所の回転しない部位
に受光部１２が取付けられている。主軸５は、主軸頭６
に取付けられた主軸モータ（図示略）により回転駆動さ
れ、主軸頭６のＸＹＺ軸方向（以下、「３軸方向」と称
する。）への移動に伴って主軸頭６と共に同方向に移動
する。

【００６８】主軸頭６は、機械の精度維持の為、円筒形
状の剛性部材から成る。主軸頭６は、主軸５をＺ軸方向
に摺動可能な様に把持し、主軸５と共にＸＹ軸方向に移
動可能である。すなわち、主軸頭６は、制御部２から出
力される制御信号に応じて主軸５を水平方向（ＸＹ軸方
向）または垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動機構
である。

【００６９】工具７は、ワークＷの加工に十分な硬度を
有し、耐摩耗性に優れた超硬合金、セラミック等の金属
から成る刃物、砥石等から成る。工具７は、主軸５の先
端部に着脱可能に装着されワークＷを切削または研削加
工する。

【００７０】また、熱変位補正装置１０は、発光部１
１、受光部１２、電源部１３、電流検出部１４、電圧変
換部１５、変位座標出力部１６、基準座標記憶部１７、
変位演算部１８、ＮＣ（Numerical Control）制御部１
９より構成される。更に、ＮＣ制御部１９は、補正指令
部１９ａ、補正駆動部１９ｂを有する。

【００７１】発光部１１は、図２に示す様に、発光器１
１ａ、開閉筐体１１ｂ、エアノズル１１ｃ、ソレノイド
１１ｄより構成される。発光器１１ａは、載置台４の左
右端部２箇所に一対を成し、受光部１２へのレーザ光が
照射可能な位置に固定的に配設され、受光部１２に対し
てレーザ光Ｒを発する。

【００７２】開閉筐体１１ｂは、発光器１１ａを覆うケ
ース状の筐体であり、ワーク加工時に生じる切削から発
光器１１ａを保護する。また、開閉筐体１１ｂは、後述
する加工処理プログラムの実行に際して所定のタイミン
グで開閉する。エアノズル１１ｃは、発光器１１ａの周
囲に生じる切粉を先端部から発射される空気圧により除
去する。ソレノイド１１ｄは、制御部２の入力信号に基
づいて所定のタイミングで開閉筐体１１ｂを開閉させ
る。

【００７３】受光部１２は、ＰＳＤ１２ａ（図５参照）
を有し、発光器１１ａから照射される１対のレーザ光Ｒ
を１点ずつ受光する。電源部１３は、発光器１１ａの発
光を維持するため、発光部１１に電力を供給する。

【００７４】電流検出部１４は、ＰＳＤ１２ａがレーザ
光Ｒの受光時に出力端子１２ｅから出力される電流を検
出し電圧変換部１５へ出力する。電圧変換部１５は、出
力端子１２ｅから入力される電流を電圧に変換し、その
電圧をＯＰアンプで演算可能に増幅して変位座標出力部
１６へ出力する。

【００７５】変位座標出力部１６は、Ｘ軸変位座標出力
部１６ａ、Ｙ軸変位座標出力部１６ｂ、Ｚ軸変位座標出
力部１６ｃから構成される。Ｘ軸変位座標出力部１６ａ
は、後述する変位座標の検出原理（図６参照）に従っ
て、電圧変換部１５より出力される電圧値からワークＷ
の加工前のＸ軸基準座標を算出し、算出結果をＸ軸基準
座標記憶部１７ａへ出力する。

【００７６】また、Ｘ軸変位座標出力部１６ａは、後述
する変位座標の検出原理（図６参照）に従って、電圧変
換部１５より出力される電圧値からワークＷの加工後の
Ｘ軸変位座標を算出し、算出結果をＸ軸変位演算部１８
ａへ出力する。この時、出力結果は座標電圧として表示
パネル２ｂにデジタル表示される。

【００７７】同様に、Ｙ軸変位座標出力部１６ｂは、後
述する変位座標の検出原理（図６参照）に従って、電圧
変換部１５より出力される電圧値からワークＷの加工前
のＹ軸基準座標を算出し、算出結果をＹ軸基準座標記憶
部１７ｂへ出力する。Ｙ軸変位座標出力部１６ｂは、後
述する変位座標の検出原理（図６参照）に従って電圧変
換部１５より出力される電圧値からワークＷの加工後の
Ｙ軸変位座標を算出し、算出結果をＹ軸変位演算部１８
ｂへ出力する。

【００７８】同様に、Ｚ軸変位座標出力部１６ｃは、後
述する変位座標の検出原理（図７参照）に従って、電圧
変換部１５より出力される電圧値からワークＷの加工前
のＺ軸基準座標を算出し、算出結果をＺ軸基準座標記憶
部１７ｃへ出力する。Ｚ軸変位座標出力部１６ｃは、後
述する変位座標の検出原理（図７参照）に従って電圧変
換部１５より出力される電圧値からワークＷの加工後の
Ｚ軸変位座標を算出し、算出結果をＺ軸変位演算部１８
ｃへ出力する。なお、ここで算出される各座標は相対座
標であり、ＸＹＺの各方向軸は主軸５または載置台４の
移動方向、設置方向等の機械構成に応じて適宜変更可能
である。

【００７９】基準座標記憶部１７は、Ｘ軸基準座標記憶
部１７ａ、Ｙ軸基準座標記憶部１７ｂ、Ｚ軸基準座標記
憶部１７ｃから構成され、例えば１日、３ヶ月等の期間
毎に予め設定されたデータの書替可能な記憶装置であ
る。Ｘ軸基準座標記憶部１７ａは、Ｘ軸方向の熱変位算
出の基準となるＸ軸基準座標を常時記憶する。

【００８０】同様に、Ｙ軸基準座標記憶部１７ｂは、Ｙ
軸方向の熱変位算出の基準となるＹ軸基準座標を常時記
憶する。同様に、Ｚ軸基準座標記憶部１７ｃは、Ｚ軸方
向の熱変位算出の基準となるＺ軸基準座標を常時記憶す
る。

【００８１】変位演算部１８は、Ｘ軸変位演算部１８
ａ、Ｙ軸変位演算部１８ｂ、Ｚ軸変位演算部１８ｃから
構成される。Ｘ軸変位演算部１８ａは、Ｘ軸変位座標出
力部１６ａから出力されるＸ軸変位座標から、Ｘ軸基準
座標記憶部１７ａに記憶されるＸ軸基準座標を減算する
ことによりＸ軸方向の熱変位を計測し、両座標に変位が
有る場合、算出値を熱変位補正値として補正指令部１９
ａへ出力する。

【００８２】同様に、Ｙ軸変位演算部１８ｂは、Ｙ軸変
位座標出力部１６ｂから出力されるＹ軸変位座標から、
Ｙ軸基準座標記憶部１７ｂに記憶されるＹ軸基準座標を
減算することによりＹ軸方向の熱変位を計測し、両座標
に変位が有る場合、算出値を熱変位補正値として補正指
令部１９ａへ出力する。

【００８３】同様に、Ｚ軸変位演算部１８ｃは、Ｚ軸変
位座標出力部１６ｃから出力されるＺ軸変位座標から、
Ｚ軸基準座標記憶部１７ｃに記憶されるＺ軸基準座標を
減算することによりＺ軸方向の熱変位を計測し、両座標
に変位が有る場合、算出値を熱変位補正値として補正指
令部１９ａへ出力する。

【００８４】ＮＣ制御部１９は、主軸５や載置台４等の
制御対象可動部の位置を自動的に制御し、補正指令部１
９ａ、補正駆動部１９ｂを有する。補正指令部１９ａ
は、変位演算部１８から入力されるＸＹＺの各軸方向毎
に算出された熱変位補正値に基づいて、主軸５を各軸方
向に移動させる基準となる座標系を補正する。

【００８５】補正駆動部１９ｂは、補正指令部１９ａか
ら熱変位補正の指令があると、補正指令部１９ａによっ
て補正された上記座標系に基づいて主軸５をサーボモー
タで移動制御させる。このため、主軸５の基準位置は常
にワーク加工前の初期値である基準座標の位置に保たれ
る。

【００８６】なお、ワークＷは、主として炭素鋼、クロ
ム鋼、銅合金等の鉄または非鉄金属系の合金から成る被
加工物である。ワークＷは、載置台４の所定の位置に固
定的に載置され、工具７によって切削または研削加工さ
れる。

【００８７】次に、図３〜図７を参照して動作を説明す
る。そして、図３〜図４は本発明に係る工作機械１００
の熱変位補正処理を実行するフローチャートである。図
３は熱変位補正処理を示すフローチャートであり、図４
は主軸５の位置座標を検出する際に実行される座標算出
処理を示すフローチャートである。なお、以下のフロー
チャートにおいて基準座標は熱変位前の主軸５の座標を
表し、変位座標は熱変位後の主軸５の座標を表す。

【００８８】まず、熱変位補正処理について説明する。
制御部２は、操作パネル２ａから入力されるワーク加工
プログラムの開始指示に伴って、ワーク加工プログラム
を開始する（ステップＳ１）。次に、制御部２は、操作
パネル２ａからの入力信号に基づいて、３つの軸方向
（次元）から熱変位補正の対象となる軸方向を１または
複数選択する（ステップＳ２）。この時、選択される軸
方向は１軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）、２軸（ＸＹ，ＹＺ，ＺＸ
軸）、３軸（ＸＹＺ軸）の中から任意に選択可能であ
る。

【００８９】次に、制御部２は、主軸５を基準座標記憶
部１７に予め記憶された基準座標に対応する基準位置へ
移動させる（ステップＳ３）。次に、制御部２は、図４
において後述する主軸５の基準座標の算出処理を実行し
（ステップＳ４）、変位座標出力部１６で算出された基
準座標を基準座標記憶部１７に記憶させる（ステップＳ
５）。

【００９０】次に、制御部２は、ワークＷの種類や工作
機械１００の設置環境に応じた適切な熱変位の計測周期
を算出し（ステップＳ６）、算出結果に基づいてＲＡＭ
内の計測周期を更新、記憶する（ステップＳ７）。次
に、制御部２は、ワークＷの加工を開始する（ステップ
Ｓ８）と同時に計測周期の到達待機状態に入る。

【００９１】次いで、制御部２は、計測周期に到達した
か否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、計測周期
に到達した場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、制御部２
は、基準座標記憶部１７に予め記憶された基準座標に基
づいて主軸５を基準位置へ移動させる（ステップＳ１
０）。なお、ステップＳ９において計測周期に未到達の
場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、再度ステップＳ８に戻り
それ以降の処理を繰り返し実行する。

【００９２】次に、熱変位補正装置１０は、図４におい
て後述する主軸５の変位座標の計測処理を実行する（ス
テップＳ１１）。すなわち、熱変位補正装置１０は、電
流検出部１４の出力電流を電圧変換部１５で電圧に変換
後、増幅し変位座標出力部１６へ変位座標として出力す
る。出力結果は座標電圧として表示パネル２ｂにデジタ
ル表示される。

【００９３】次に、変位座標出力部１６は、基準座標記
憶部１７に記憶されている基準座標と、変位座標出力部
１６から出力された熱変位座標と、を比較し両座標の変
位を計測する（ステップＳ１２）。

【００９４】次に、制御部２は、両座標の変位の有無を
判定し（ステップＳ１３）、変位が有れば（ステップＳ
１３；Ｙｅｓ）、変位演算部１８に上記変位に基づく熱
変位補正値を算出させる（ステップＳ１４）。次に、補
正指令部１９ａは、算出された補正値に基づいて主軸５
を各軸方向に移動させる際の基準となる座標系を補正す
る（ステップＳ１５）。そして、補正駆動部１９ｂは、
補正された座標系に基づいて主軸５の基準位置が常にワ
ーク加工前の基準座標の位置を保つ様に、主軸５を移動
制御する（ステップＳ１６）。

【００９５】そして、再度ステップＳ８に戻りそれ以降
の処理を実行する。なお、ステップＳ１３において、制
御部２が両座標の変位無しと判定した場合（ステップＳ
１３；Ｎｏ）、再度ステップＳ８に戻りそれ以降の処理
を実行する。

【００９６】次に、図４を参照して主軸５の座標算出処
理について説明する。まず、制御部２は、１対の発光部
２１にレーザ光Ｒを照射させる（ステップＳ４１）。受
光部２２は、２本のレーザ光Ｒを受光する（ステップＳ
４２）と、変位座標出力部１６は、レーザ光Ｒの受光位
置座標を検出する（ステップＳ４３）。そして、変位座
標出力部１６は、検出結果に基づいて主軸５の３軸方向
の座標（基準座標または変位座標）を算出し（ステップ
Ｓ４４）、次処理へ移行する。

【００９７】次に、図５を参照してＰＳＤ１２ａを利用
した座標検出原理について説明する。ＰＳＤ（Position
Sensitive Light Detector）１２ａは、フォトダイオ
ードを応用した受光素子であり、受光部１２に内蔵され
る。ＰＳＤ１２ａは、スポット状のレーザ光Ｒの照射位
置の中心点（以下、「入射点」と称する。）を２次元的
に検出する。

【００９８】図５（ａ）は、ＰＳＤ１２ａを対角線で２
分した断面図である。図５（ａ）に示す様に、ＰＳＤ１
２ａは平板状の半導体基板である。表面にＰ層１２ｂ、
中間にＩ層１２ｃ、裏面にＮ層１２ｄを形成した３層か
ら構成される。

【００９９】図５（ｂ）は、ＰＳＤ１２ａの斜視図であ
る。図５（ｂ）に示す様に、２対の電極（Ｅ₁，Ｅ₂）、
（Ｅ₃，Ｅ₄）が共にＰ層１２ｂ側に１対の各電極が互い
に交叉する様に形成され、各電極に挟まれた基板の表面
と裏面にそれぞれ反対導電型の抵抗層が形成されてい
る。

【０１００】Ｐ層１２ｂにレーザ光Ｒの光子が入射する
と、入射点には光エネルギに比例した正の電荷が生じ、
Ｎ層１２ｄには負の電荷が生じる。発生した電荷は、光
電流としてＰ層１２ｂを通過し、Ｐ層１２ｂの対角線上
の角部２箇所に設けられた１対の電極（Ｅ₁，Ｅ₂）から
分割電流（Ｉ₁ ，Ｉ₂）として各々出力される。ここ
で、電極Ｅ₁，Ｅ₂間におけるＰ層１２ｂの抵抗値分布は
均一である為、光電流は入射点Ｇから電極Ｅ₁，Ｅ₂まで
の各距離（抵抗値）に反比例する。

【０１０１】以下に、入射点ＧのＸ座標の算出方法を説
明する。電極Ｅ₁，Ｅ₂間の距離をＬ、ＰＳＤ１２ａの電
気的中心位置をＣ、Ｃと入射点Ｇ間の距離をＸ、電極Ｅ
₁，Ｅ₂の出力電流を各々Ｉ₁，Ｉ₂、共通電極Ｅ₀から出
力される電流をＩ₀、とすると、Ｉ₁，Ｉ₂は、電極Ｅ₁，
Ｅ₂からＧまでの抵抗値Ｒに反比例するから次式
（１）、（２）が成立する。Ｉ₁＝Ｉ₀（Ｌ／２−Ｘ）／Ｌ・・・（１）Ｉ₂＝Ｉ₀（Ｌ／２＋Ｘ）／Ｌ・・・（２）

【０１０２】ここで、Ｉ₀＝Ｉ₁＋Ｉ₂であるから、
（１）、（２）式よりＸが次式（３）の様に求まる。Ｘ＝Ｌ（Ｉ₂−Ｉ₁）／２（Ｉ₁＋Ｉ₂）・・・（３）また、同様に入射点ＧのＹ座標も次式（４）の様に求ま
る。Ｙ＝Ｌ（Ｉ₄−Ｉ₃）／２（Ｉ₃＋Ｉ₄）・・・（４）

【０１０３】この様に、ＰＳＤ１２ａは、Ｃを原点とす
る入射点ＧのＸ座標、Ｙ座標を簡単な演算により検出可
能である。なお、変位座標出力部１６は、２対の電極
（Ｅ₁，Ｅ₂）、（Ｅ₃，Ｅ₄）の出力電流の大きさとは無
関係に電圧変換後の比率で演算するため、入射光量の変
化による影響を受け難い正確な座標を算出できる。

【０１０４】次に、図６を参照してＸ，Ｙ軸方向の変位
算出方法について説明する。図６において、１対の発光
部１１が照射するレーザ光Ｒの為す受光部１１側の角度
をφ、２本のレーザ光Ｒの入射点Ａ，Ｂの座標をそれぞ
れ（Ｘ_A，Ｙ_A）、（Ｘ_B，Ｙ_B）とする。また、熱変位前
のレーザ光Ｒの入射点Ａ₁，Ｂ₁の座標をそれぞれ
（Ｘ ₁，Ｙ₁）、（Ｘ₂，Ｙ₂）とし、熱変位後のレーザ光
Ｒの入射点Ａ₂，Ｂ₂の座標をそれぞれ（Ｘ₃，Ｙ₃）、
（Ｘ₄，Ｙ₄）とする。

【０１０５】Ｘ軸方向の変位Ｘは、Ａ₁，Ｂ₁の中点座標
から次式（５）の様に求まる。同様に、Ｙ軸方向の変位
Ｙは、Ａ₂，Ｂ₂の中点座標から次式（６）の様に求ま
る。Ｘ＝（Ｘ₃＋Ｘ₄）／２−（Ｘ₁＋Ｘ₂）／２・・・（５）Ｙ＝（Ｙ₃＋Ｙ₄）／２−（Ｙ₁＋Ｙ₂）／２・・・（６）

【０１０６】上述の原理により、工作機械１００の熱変
位する所定部分である主軸５にＰＳＤ１２ａを取付ける
ことによって、レーザ光Ｒの入射点Ａ，ＢのＸＹ軸方向
の変位が求まる。この変位は主軸５自体の変位でもある
ため、主軸５のＸＹ軸方向の熱変位補正値も同時に算出
可能である。

【０１０７】ここで、本実施の形態では、発光部１１を
２箇所に設け、２点の入射点の中点から変位を計測する
構成としたが、発光部１１を１箇所とし、１点の入射点
から変位を計測する構成としてもＸＹ軸方向の変位は求
まる。

【０１０８】次に、図７を参照してＺ軸方向の変位算出
方法について説明する。図７において、１対の発光部１
１が照射するレーザ光Ｒの為す受光部１１側の角度を
φ、熱変位前の入射点Ａ₃，Ｂ₃の座標をそれぞれ
（Ｘ₅，Ｙ₅）、（Ｘ₆，Ｙ₆）とし、熱変位後の入射点Ａ
₄，Ｂ₄の座標をそれぞれ（Ｘ₇，Ｙ₇）、（Ｘ₈，Ｙ₈）と
する。また、Ｘ₆−Ｘ₅より求まるＡ₃，Ｂ₃間の距離をＺ
₃、Ｘ₈−Ｘ₇より求まるＡ₄，Ｂ ₄間の距離をＺ₄とする
と、Ｚ軸方向の変位Ｚは、次式（７）の様に求まる。

【０１０９】ｔａｎ（φ／２）＝（（Ｚ₄−Ｚ₃）／２）
÷Ｚより、Ｚ＝（Ｚ₄−Ｚ₃）／２ｔａｎ（φ／２）・・・（７）すなわち、所定部分である主軸５にＰＳＤ１２ａを取付
けることによって、レーザ光Ｒの入射点Ａ₃，Ｂ₃のＺ軸
方向の変位が求まる。この変位は主軸５自体の変位でも
あるため、同時に主軸５のＺ軸方向の熱変位補正値を算
出できる。

【０１１０】上述の原理により、所定部分である主軸５
にＰＳＤ１２ａを取付けることによって、レーザ光Ｒの
入射点Ａ₃，Ｂ₃のＺ軸方向の変位が求まる。この変位は
主軸５自体の変位でもあるため、主軸５のＺ軸方向の熱
変位補正値も同時に算出可能である。

【０１１１】次に、図８は、熱変位の計測開始条件と計
測対象軸の対応関係を表すマトリクスを示す図である。
制御部２は、このマトリクスに基づいて図３のステップ
Ｓ６に示した計測周期の算出及び更新を行う。

【０１１２】図８において、◎は○と比較してより適性
度が高いことを示す。すなわち、如何なる計測開始条件
であっても１〜３次元の全座標軸の変位計測は可能であ
る。特に、外気温度の変化、機体温度の変化を計測開始
条件とする場合は、全座標軸において高精度な変位計測
を行うことができる。また、殆どの計測開始条件におい
て、全座標軸の変位計測が最適であることがわかる。

【０１１３】この様に、工作機械１００はワークＷの加
工完了、一定時間の経過、加工、工具の交換等に伴う主
軸５の一定距離の移動、外気温度の変化、固定機体３の
温度変化、切削油温度の変化、主軸５の温度変化、各軸
移動体の温度変化等の諸条件に応じて熱変位の計測周期
を適宜変更可能に構成されている。

【０１１４】ワークＷの加工完了では、通常個数単位の
加工終了毎に計測を開始するが、ワークＷのサイズに合
わせて部分加工の終了毎に計測を開始してもよい。ま
た、時間経過、距離移動、温度変化では、数値設定を任
意に変更できる構成としてもよい。更に、多様な計測開
始条件を任意に組み合わせて計測頻度を増やすことによ
り、より高精度な熱変位計測を行うことも勿論可能であ
る。

【０１１５】図９は、各種熱変位補正方法に応じた３軸
方向の熱変位の時間的推移を示す特性図である。図９に
おいて、横軸はワーク加工プログラムの実行開始からの
経過時間（単位：min）を表し、縦軸は各軸方向の加工
誤差（単位：μ）を表す。この図９に示す様に、温度セ
ンサを用いた従来の補正方法に比べて１／１０以下とい
う高精度で熱変位補正を実施可能である。また、加工時
間の経過に伴う加工誤差の増加率も極めて小さい。

【０１１６】上述の様に、本発明を適用した工作機械１
００の熱変位補正装置１０によれば、主軸５の回転しな
い部分に取付けられた受光部１２で変位座標を検出す
る。この変位座標と予め記憶された基準座標から熱変位
を計測し、ワーク座標系の補正値を決定する。このた
め、直接的に計測された熱変位に基づいて補正制御する
ことが可能となり、温度センサを用いた予測演算による
熱変位補正方法に比べて高精度にワークＷを加工でき
る。また、非接触計測された座標から簡単な演算式で相
対的な熱変位を求めるため、タッチセンサを用いた熱変
位補正方法に比べて高速にワークＷを加工できる。

【０１１７】また、本発明の記憶媒体によれば、被加工
物を加工する工具を備え、前記被加工物を所定の座標系
に基づき相対的に移動させて、工具により前記被加工物
を加工する工作機械を制御するためのコンピュータが実
行可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、前記
工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を非接触に検
出し、前記被加工物の加工前に検出された前記所定部分
の位置座標に基づいて、熱変位補正時に前記座標系を補
正する基準となる基準座標を算出し、この基準座標を記
憶させ、前記被加工物の加工後に検出された前記所定部
分の位置座標に基づいて、熱変位後の変位座標を算出
し、前記基準座標と前記変位座標に基づいて、前記被加
工物の加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算
出し、この熱変位補正値に基づいて前記座標系を補正す
る。

【０１１８】従って、所定部分の移動、回転等に伴って
生じる加工熱による変位を直接的に計測するプログラム
をコンピュータ上で実行できる。また、非接触に検出さ
れた座標から所定部分の熱変位を計測するプログラムを
コンピュータ上で実行できる。このため、熱変位の高精
度検出と演算処理の高速化が可能となり、被加工物を高
精度かつ高速に加工できる。

【０１１９】更に、本発明の工作機械における加工方法
によれば、被加工物を加工する工具を備え、前記被加工
物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工具に
より前記被加工物を加工する工作機械における加工方法
において、補正値算出工程にて前記被加工物の加工前と
加工後における、前記工作機械の熱変位する所定部分の
位置座標に基づいて、加工後における前記所定部分の熱
変位補正値を算出し、補正工程にて前記補正値算出工程
で算出された熱変位補正値に基づいて、前記座標系を補
正する。

【０１２０】従って、所定位置の熱変位を直接的に計測
できるため、従来の温度センサを用いた予測演算による
間接的な熱変位計測に比べて、高精度な熱変位補正が可
能となり、加工精度を向上できる。また、所定位置の熱
変位を非接触に計測できるため、タッチセンサを用いた
所定部分の移動と該所定部分の接触測定による熱変位計
測に比べて、高速な熱変位検出と熱変位補正が可能とな
り、加工時間を短縮できる。特に、複数のワーク加工の
サイクルタイムの短縮化を実現できる。

【０１２１】以上、本発明を適用した熱変位補正装置１
０の代表的な実施の形態について説明したが、次に、図
１０〜図１８を参照して、上記熱変位補正処理と座標算
出処理を利用した他の実施の形態について説明する。

【０１２２】他の実施の形態における工作機械１００の
全体構造は、上記実施の形態において詳述した工作機械
１００と主要構成、及び動作を同一とするため、その細
部構成の図示及び説明は省略する。また、図１０〜図１
８において、図１の工作機械１００と同一の構成部分に
は同一符合を付し、特に構成、及び効果を異にする部分
について詳細に説明する。

【０１２３】図１０は、発光部１１をスプラッシュガー
ド３ａの裏面に配設した工作機械１１０を示す図であ
る。同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は平面図で
ある。両図に示す様に、１対の発光部１１は主軸５を覆
うように固定機体３に立設されたスプラッシュカバー３
ａの背面２箇所に配設される。また、発光部１１の照射
方向には開閉板１１ｂが設けられる。開閉板１１ｂは、
制御部２の開閉信号に基づいて、熱変位の計測周期の到
達、終了毎に開閉動作を繰り返す。このため、発光部１
１への切粉の侵入を最小限に抑えることができる。特に
ワークＷのサイズが大きい場合でも、載置台４の縁端部
に配設する場合に比べて、発光部１１が主軸５の水平移
動を妨げることが少ない。

【０１２４】図１１は、発光部１１を工具マガジン８内
に配設した工作機械１２０を示す図である。同図（ａ）
は正面図であり、同図（ｂ）は平面図である。両図に示
す様に、工具マガジン８は、加工条件に応じて交換され
る工具７を複数収納する円盤型ケースであり、固定機体
３の左端部にＺ軸を中心軸として回転可能に設けられ
る。工具マガジン８は、制御部２から入力される制御信
号に基づいて、回転駆動または停止し、上記加工条件に
応じて工具７を交換する。

【０１２５】カバー８ａは、工具マガジン８の周辺部で
発光部１１の照射方向に、開閉可能に設けらる。カバー
８ａは、制御部２の開閉信号に基づいて、熱変位の計測
周期の到達、終了毎に開閉動作を繰り返す。そして、１
対の発光部１１は工具マガジン８の縁端部２箇所に配設
される。このため、発光器１１ａへの切粉の侵入を最小
限に抑えることができる。特にワークＷのサイズが大き
い場合でも、載置台４の縁端部に配設する場合に比べ
て、発光部１１が主軸５の水平移動を妨げることが少な
い。

【０１２６】また、ワークＷは相対的に３軸方向に移動
可能な構成であればよい。例えば図１２の工作機械１３
０の様に、載置台４のＸＹ軸方向への移動に伴ってワー
クＷが移動し、主軸５はＺ軸方向に移動する構成として
も同様の効果が得られる。更に、図１３に示す工作機械
１４０の様に、発光部１１と受光部１２の取付位置を反
対にする構成にしても同様の効果が得られる。この様
に、発光部１１は工作機械の固定部分に配設されるとは
限らず、受光部１２は工作機械の可動部分に取付られる
とは限らない。

【０１２７】図１４は、載置台４を回転可能に取付けた
工作機械１５０を示す図である。同図（ａ）は正面図で
あり、同図（ｂ）は載置台４の外観斜視図である。両図
に示す様に、１対の発光部１１が配設された載置台４は
Ｘ軸方向の回転軸Ｓを中心に回転可能に取付けられる。
このため、加工熱に伴う入射点のずれを補正できる。

【０１２８】図１５は、発光部１１を２対設けた工作機
械１６０の加工部を示す図である。同図（ａ）は発光部
１１をワークの両端２箇所（加工開始点、停止点）に１
対ずつ取付け、受光部１２を主軸５に取付けた正面図で
ある。また、同図（ｂ）は発光部１１を主軸５に取付
け、受光部１２をワークの両端２箇所に取付けた正面図
である。

【０１２９】両図において、主軸５の基準座標は加工前
と加工後の２箇所で定まっている。このため、２箇所で
熱変位を計測することが可能となり、補正精度をより向
上できる。また、特に長尺のワークＷの加工を行う場合
でも、加工精度の低下を抑えることができる。

【０１３０】なお、発光部１１及び受光部１２は３箇所
以上に設ける構成にしてもよい。例えば図１６（ａ）
は、発光部１１を３箇所に取り付けた工作機械１７０を
示す側面図である。同図（ａ）において、サーボモータ
９は工作機械１７０の所定の位置３箇所に設けられ、制
御部２の指令に基づいて駆動または停止することによ
り、ボールネジ９ａを所定量回動させる。

【０１３１】ボールネジ９ａは、ナット体９ｂをＸ，
Ｙ，Ｚの各軸方向に摺動可能な様にサーボモータ９の回
転軸の延長線上３箇所に取付けられる。ボールネジ９ａ
は、サーボモータ９の駆動に伴って、各軸方向を中心に
正逆両方向に所定量回動する。ナット体９ｂは、主軸頭
６等の可動部の受光部側側面の略中央位置３箇所に固定
的に配設され、ボールネジ９ａを回動可能に把持する。
ナット体９ｂは、ボールネジ９ａの回動または停止に伴
って所定の軸方向に移動または停止する。

【０１３２】同図（ｂ）は、発光部１１の取付部分を示
す拡大図である。同図（ｂ）に示す様に、発光部１１は
ナット体９ｂの縁端部１箇所に取り付けられる。受光部
１２は、発光部１１に対向し、レーザ光Ｒを受光可能な
位置に取り付けられる。なお、発光部１１と受光部１２
の取付位置を反対にすることも勿論可能である。

【０１３３】このため、３軸方向の移動体の熱変位を各
々別に計測することが可能となり、演算により３軸同時
に計測する場合に比べて、より高精度な熱変位補正を実
現できる。また、ワークＷの加工位置から離れた位置に
受発光部を取付けるため、シャッタ、エアノズル等の切
粉除去手段を備える必要がない。

【０１３４】なお、本発明は、上記実施の形態における
記述内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、図１７に
示す工作機械（旋盤）１８０の様に回転チャック５ａに
ワークＷを取付け、刃物台６ａにバイト７ａを設ける構
成としてもよい。また、本発明は、図１８に示す工作機
械１９０の様に主軸５、及び主軸頭６を横方向に向けて
コラム９に配置した横置型の工作機械にも適用可能であ
る。なお、ワークＷは固定した治具台４ａに取付けられ
ている。

【０１３５】また、以上の実施の形態では３軸方向の熱
変位を同時計測する構成としたが、本発明はこれに限定
されるものではない。例えば、操作パネル２ａからの補
正対象軸の指定に基づいて、３軸（ＸＹＺ軸）方向の中
から任意の１軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）、または２軸（ＸＹ，
ＹＺ，ＺＸ軸）方向を選択し、選択された軸方向の熱変
位のみ計測する構成としてもよい。この場合、１または
２軸方向の熱変位計測が選択された際には、レーザ光Ｒ
を１本としても熱変位計測は可能である。

【０１３６】また、受光部１２がレーザ光Ｒを１点で受
光する構成とすれば、ＸＹ軸方向の熱変位計測時に２点
の中点を求める演算が不要となり、熱変位補正値をより
高速に算出できる。更に、熱変位補正装置１０は工作機
械と別体として構成してもよい。また、受発光部の取付
位置や配置数、工作機械各部の詳細動作等についても本
発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意であり、その他構成
部材の材質等についても適宜変更可能である。

【０１３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明の工作機械の熱変位
補正方法によれば、工作機械の所定部分の位置座標の移
動量からその熱変位を計測する。従って、熱変位を直接
的に計測できるため、従来の温度センサを用いた予測演
算による間接的な熱変位計測に比べて、高精度な熱変位
補正が可能となる。また、熱変位を非接触に計測できる
ため、タッチセンサを用いた所定部分の移動による熱変
位計測に比べて、高速な熱変位補正が可能となる。

【０１３８】請求項２記載の発明の工作機械の熱変位補
正方法によれば、所定部分の移動、回転等に伴って生じ
る加工熱による変位を直接的に計測する機能を有する。
このため、従来の温度センサを用いた予測演算による間
接的な熱変位計測に比べて高精度な熱変位補正が可能と
なる。また、非接触に検出された座標から所定部分の熱
変位を計測する機能を有することにより、タッチセンサ
を用いた熱変位計測の様に所定部分を移動させる時間を
必要としない。このため、熱変位の単位計測時間が短く
なり、計測回数の増加に伴う加工時間の長期化を抑えた
高速な熱変位補正が可能となる。

【０１３９】請求項３記載の発明の工作機械の熱変位補
正方法によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、
工作機械のユーザが自ら適切な計測時を考慮して補正指
令すること無く、常に一定の周期で熱変位を計測、補正
できる。このため、加工が比較的長時間に渡る場合で
も、安定した高精度な加工を実現できる。

【０１４０】請求項４記載の発明の工作機械の熱変位補
正方法によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、
工作機械の使用状態、被加工物の状態、加工内容等の諸
条件に応じて、より適切なタイミングで熱変位を計測、
補正できる。このため、加工が比較的長時間に渡る場合
でも、工作機械や被加工物の特性に合ったより高精度な
加工を実現できる。

【０１４１】請求項５記載の発明の工作機械の熱変位補
正方法によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、
熱変位が予測される方向軸のみを対象とした熱変位計測
が可能となる。このため、３軸方向全ての熱変位を計測
する場合に比べて、熱変位補正の効率化、加工の高速化
を図ることができる。

【０１４２】請求項６記載の発明の工作機械の熱変位補
正方法によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、
工作機械の複数点の熱変位を計測することが可能とな
り、熱変位を１点で計測する場合に比べてより高精度に
熱変位を計測できる。このため、補正精度、加工精度を
向上できる。特に、長尺の被加工物の様に部分毎に熱変
位が大きく異なる場合にその効果は顕著である。

【０１４３】請求項７記載の発明の工作機械の熱変位補
正装置によれば、工作機械の所定部分の位置座標の移動
量からその熱変位を計測する。従って、熱変位を直接的
に計測できるため、従来の温度センサを用いた予測演算
による間接的な熱変位計測に比べて、高精度な熱変位補
正が可能となる。また、熱変位を非接触に計測できるた
め、タッチセンサを用いた所定部分の移動による熱変位
計測に比べて、高速な熱変位補正が可能となる。

【０１４４】請求項８記載の発明の工作機械の熱変位補
正装置によれば、所定部分の移動、回転等に伴って生じ
る加工熱による変位を直接的に計測する機能を有する。
このため、従来の温度センサを用いた予測演算による間
接的な熱変位計測に比べて高精度な熱変位補正が可能と
なる。また、非接触に検出された座標から所定部分の熱
変位を計測する機能を有することにより、タッチセンサ
を用いた熱変位計測の様に所定部分を移動させる時間を
必要としない。このため、熱変位の単位計測時間が短く
なり、計測回数の増加に伴う加工時間の長期化を抑えた
高速な熱変位補正が可能となる。

【０１４５】請求項９記載の発明の工作機械の熱変位補
正装置によれば、請求項８記載の発明の効果に加えて、
工作機械のユーザが自ら適切な計測時を考慮して補正指
令すること無く、常に一定の周期で熱変位を計測、補正
できる。このため、加工が比較的長時間に渡る場合で
も、安定した高精度な加工を実現できる。

【０１４６】請求項１０記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項９記載の発明の効果に加え
て、工作機械の使用状態、被加工物の状態、加工内容等
の諸条件に応じて、より適切なタイミングで熱変位を計
測、補正できる。このため、加工が比較的長時間に渡る
場合でも、工作機械や被加工物の特性に合ったより高精
度な加工を実現できる。

【０１４７】請求項１１記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項８記載の発明の効果に加え
て、熱変位が予測される方向軸のみを対象とした熱変位
計測が可能となる。このため、３軸方向全ての熱変位を
計測する場合に比べて、熱変位補正の効率化、加工の高
速化を図ることができる。

【０１４８】請求項１２記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項７記載の発明の効果に加え
て、回転、移動に伴う熱変位の影響が大きい主軸を所定
部分とすることにより、被加工物近傍の熱変位計測が可
能となり、加工精度を一層向上できる。

【０１４９】請求項１３記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項７記載の発明の効果に加え
て、被加工物に直接接触する取付台を所定部分とするこ
とにより、被加工物に極めて近い位置における熱変位計
測が可能となり、加工精度を一層向上できる。

【０１５０】請求項１４記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項７記載の発明の効果に加え
て、所定部分が複数備えられるため、工作機械の複数点
の熱変位を計測することが可能となり、熱変位を１点で
計測する場合に比べてより高精度に熱変位を計測でき
る。このため、補正精度、加工精度を向上できる。特
に、長尺の被加工物の様に部分毎に熱変位が大きく異な
る場合にその効果は顕著である。

【０１５１】請求項１５記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項１４記載の発明の効果に加え
て、例えばナット体等の主軸や取付台を移動させる各軸
移動体を所定部分とし、その熱変位を直接且つ非接触に
計測することが可能となる。このため、可動部の熱変位
をより直接的に計測でき、１軸方向毎に個別の熱変位を
計測できる。従って、主軸や取付台を所定部分とする場
合に比べてより高精度な補正、加工を行うことができ
る。

【０１５２】請求項１６記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項８記載の発明の効果に加え
て、発光部から照射される光線による各部の座標検出が
可能となり、その座標の移動量から所定部分の熱変位を
直接的に計測できる。このため、温度センサを用いた工
作機械の様に、予測演算により熱変位を間接的に計測す
る場合に比べて高精度な熱変位補正を実現できる。ま
た、タッチセンサを用いた熱変位計測の様に、所定部分
を接触させる必要が無い為、移動時間や測定時間を要し
ない高速な加工が可能となる。更に、工作機械の所定箇
所に受発光部を配設するだけで座標検出手段を容易に構
成できる。

【０１５３】請求項１７記載の発明の工作機械の熱変位
補正装置によれば、請求項１６記載の発明の効果に加え
て、受光部は発光部から照射される光線を２点で受光す
ることが可能となり、２点の座標から演算により３次元
方向の熱変位を計測できる。このため、所定部分の移動
方向に関わらず高精度な熱変位補正を実現でき、加工精
度を向上できる。

【０１５４】請求項１８記載の発明の記憶媒体によれ
ば、所定部分の移動、回転等に伴って生じる加工熱によ
る変位を直接的に計測するプログラムをコンピュータ上
で実行できる。また、非接触に検出された座標から所定
部分の熱変位を計測するプログラムをコンピュータ上で
実行できる。このため、熱変位の高精度検出と演算処理
の高速化が可能となり、被加工物を高精度かつ高速に加
工できる。

【０１５５】請求項１９記載の発明の工作機械における
加工方法によれば、所定位置の熱変位を直接的に計測で
きるため、従来の温度センサを用いた予測演算による間
接的な熱変位計測に比べて、高精度な熱変位補正が可能
となり、加工精度を向上できる。また、所定位置の熱変
位を非接触に計測できるため、タッチセンサを用いた所
定部分の移動と該所定部分の接触測定による熱変位計測
に比べて、高速な熱変位検出と熱変位補正が可能とな
り、加工時間を短縮できる。特に、複数のワーク加工の
サイクルタイムの短縮化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施の形態の工作機械の構
成を示す正面図である。

【図２】図１の発光部の構成を示す側面図である。

【図３】図１の工作機械の熱変位補正処理を示すフロー
チャートである。

【図４】図１の主軸の座標算出処理を示すフローチャー
トである。

【図５】ＰＳＤの構成を示す図であり、（ａ）はＰＳＤ
の構成を示す側面図であり、（ｂ）は斜視図である。

【図６】ＰＳＤのＸＹ軸方向の変位算出原理を示す模式
図である。

【図７】ＰＳＤのＺ軸方向の変位算出原理を示す模式図
である。

【図８】熱変位の計測開始条件と計測対象軸の対応関係
を表すマトリクスを示す図である。

【図９】各種熱変位補正方法に応じた３軸方向の熱変位
の時間的推移を示す特性図である。

【図１０】発光部をスプラッシュガードの裏面に配設し
た工作機械を示す図であり、（ａ）は正面図であり、
（ｂ）は平面図である。

【図１１】発光部を工具マガジン内部に配設した工作機
械を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は平
面図である。

【図１２】載置台をＸＹ軸方向に移動可能な工作機械を
示す図である。

【図１３】発光部と受光部の取付位置を反対にした工作
機械を示す図である。

【図１４】載置台を回転可能に取付けた工作機械を示す
図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は載置台の外
観斜視図である。

【図１５】発光部を２対設けた工作機械の加工部を示す
図であり、（ａ）は発光部をワークの両端２箇所に取付
けた正面図であり、（ｂ）は発光部の取付位置を反対に
した正面図である。

【図１６】発光部を３箇所に取り付けた工作機械を示す
図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は発光部の取
付部分の拡大図である。

【図１７】主軸をワークの下方に設けた工作機械の加工
部分を示す図であり、（ａ）は発光部が１対の加工部分
を示す図であり、（ｂ）は発光部が２対の加工部分を示
す図である。

【図１８】本発明を適用した横置型の工作機械の側面図
である。

【図１９】タッチセンサを利用した従来の熱変位補正方
法を示す図であり、（ａ）は主軸の側面図、（ｂ）は平
面図である。

【符号の説明】

１００工作機械２制御部２ａ操作パネル２ｂ表示パネル３固定機体３ａスプラッシュカバー４載置台４ａ治具５主軸５ａ回転チャック６主軸頭６ａ刃物台７工具７ａバイト８工具マガジン８ａ工具カバー９サーボモータ９ａボールネジ９ｂナット体１０熱変位補正装置１１発光部１１ａ発光器１１ｂ開閉筐体１１ｃエアノズル１１ｄソレノイド１２受光部１２ａＰＳＤ１２ｂＰ層１２ｃＩ層１２ｄＮ層１２ｅ出力端子１３電源部１４電流検出部１５電圧変換部１６変位座標出力部１６ａＸ軸変位座標出力部１６ｂＹ軸変位座標出力部１６ｃＺ軸変位座標出力部１７基準座標記憶部１７ａＸ軸基準座標記憶部１７ｂＹ軸基準座標記憶部１７ｃＺ軸基準座標記憶部１８変位演算部１８ａＸ軸変位演算部１８ｂＹ軸変位演算部１８ｃＺ軸変位演算部１９ＮＣ制御部１９ａ補正指令部１９ｂ補正駆動部Ｒレーザ光Ｓ回転軸ＴタッチセンサＷワーク

フロントページの続き (72)発明者山下晴央静岡県浜松市高塚町4888番地エンシュウ株式会社内 (72)発明者山下忠司静岡県浜松市高塚町4888番地エンシュウ株式会社内 (72)発明者鈴木敏之静岡県浜松市高塚町4888番地エンシュウ株式会社内 (72)発明者鈴木孝幸静岡県浜松市高塚町4888番地エンシュウ株式会社内Ｆターム(参考） 3C001 KA05 KB10 TA02 TB10 5H269 AB01 AB26 CC02 DD01 EE05 FF06 NN07 QC01 QC03 9A001 BB02 BB03 HH34 JJ46 KK37 KK54 LL09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を加工する工具を備え、前記被加
工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工具
により前記被加工物を加工する工作機械の熱変位補正方
法において、前記被加工物の加工前と加工後における、前記工作機械
の熱変位する所定部分の位置座標に基づいて、加工後に
おける前記所定部分の熱変位補正値を算出する補正値算
出工程と、前記補正値算出工程にて算出された熱変位補正値に基づ
いて、前記座標系を補正する補正工程と、を含むことを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項２】被加工物を加工する工具を備え、前記被加
工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工具
により前記被加工物を加工する工作機械の熱変位補正方
法において、前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を非接触
に検出する座標検出工程と、前記座標検出工程にて前記被加工物の加工前に検出され
た前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位補正時に
前記座標系を補正する基準となる基準座標を算出する基
準座標算出工程と、前記基準座標算出工程にて算出された基準座標を記憶す
る基準座標記憶工程と、前記座標検出工程にて前記被加工物の加工後に検出され
た前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位後の変位
座標を算出する変位座標算出工程と、前記基準座標と前記変位座標に基づいて、前記被加工物
の加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算出す
る補正値算出工程と、前記補正値算出工程にて算出された熱変位補正値に基づ
いて、前記座標系を補正する補正工程と、を含むことを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項３】前記変位座標の算出による熱変位の計測時
を所定の計測周期に到達したか否かに基づいて決定する
変位計測時決定工程、を更に含むことを特徴とする請求項２記載の工作機械の
熱変位補正方法。
【請求項４】前記変位計測時決定工程は、熱変位の計測
周期を、被加工物の加工完了、一定時間の経過、前記所
定部分の一定距離の移動、外気温度の変化、機体の温度
変化、切削油温の変化、前記所定部分の温度変化等の諸
条件の中から少なくとも１つの条件に基づいて決定する
ことを特徴とする請求項３記載の工作機械の熱変位補正
方法。
【請求項５】前記基準座標、及び前記変位座標の次元と
して、１〜３次元の中から任意の１または複数の次元を
選択する次元選択工程、を更に含むことを特徴とする請求項２記載の工作機械の
熱変位補正方法。
【請求項６】前記座標検出工程は、前記所定部分の可動
範囲内の任意の複数点にて前記所定部分の位置座標を検
出することを特徴とする請求項２記載の工作機械の熱変
位補正方法。
【請求項７】被加工物を加工する工具を備え、前記被加
工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工具
により前記被加工物を加工する工作機械の熱変位補正装
置において、前記被加工物の加工前と加工後に、前記工作機械の熱変
位する所定部分の位置座標を検出する座標検出手段と、前記座標検出手段により検出された前記位置座標に基づ
いて、加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算
出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段により算出された熱変位補正値に基
づいて、前記座標系を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項８】被加工物を加工する工具を備え、前記被加
工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工具
により前記被加工物を加工する工作機械の熱変位補正装
置において、前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を非接触
に検出する座標検出手段と、前記座標検出手段により前記被加工物の加工前に検出さ
れた前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位補正時
に前記座標系を補正する基準となる基準座標を算出する
基準座標算出手段と、前記基準座標算出手段により算出された基準座標を記憶
する基準座標記憶手段と、前記座標検出手段により前記被加工物の加工後に検出さ
れた前記所定部分の位置座標に基づいて、熱変位後の変
位座標を算出する変位座標算出手段と、前記基準座標と前記変位座標に基づいて、前記被加工物
の加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算出す
る補正値算出手段と、前記補正値算出手段により算出された熱変位補正値に基
づいて、前記座標系を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項９】前記変位座標の算出による熱変位の計測時
を所定の計測周期に到達したか否かに基づいて決定する
変位計測時決定手段、を更に備えることを特徴とする請求項８記載の工作機械
の熱変位補正装置。
【請求項１０】前記変位計測時決定手段は、熱変位の計
測周期を、被加工物の加工完了、一定時間の経過、前記
所定部分の一定距離の移動、外気温度の変化、機体の温
度変化、切削油温の変化、前記所定部分の温度変化等の
諸条件の中から少なくとも１つの条件に基づいて決定す
ることを特徴とする請求項９記載の工作機械の熱変位補
正装置。
【請求項１１】前記基準座標、及び前記変位座標の次元
として、１〜３次元の中から任意の１または複数の次元
を選択する次元選択手段、を更に備えることを特徴とする請求項８記載の工作機械
の熱変位補正装置。
【請求項１２】前記所定部分は、前記工具が所定の位置
に装着された主軸であることを特徴とする請求項７記載
の工作機械の熱変位補正装置。
【請求項１３】前記所定部分は、前記被加工物を固設可
能な取付台であることを特徴とする請求項７記載の工作
機械の熱変位補正装置。
【請求項１４】前記所定部分は、前記工作機械を構成す
る所定箇所に複数備えられることを特徴とする請求項７
記載の工作機械の熱変位補正装置。
【請求項１５】前記所定部分は、主軸または取付台を１
〜３次元の何れか１方向に移動させる各軸移動体である
ことを特徴とする請求項１４記載の工作機械の熱変位補
正装置。
【請求項１６】前記座標検出手段は、前記工作機械を構
成する所定箇所に取付けられ、光線を照射する発光部
と、前記所定部分の所定の位置に取付けられ、前記発光
部から照射される光線を１点で受光する受光部と、から
構成されることを特徴とする請求項８記載の工作機械の
熱変位補正装置。
【請求項１７】前記発光部は、前記工作機械を構成する
所定の複数箇所に対を成して配設されることを特徴とす
る請求項１６記載の工作機械の熱変位補正装置。
【請求項１８】被加工物を加工する工具を備え、前記被
加工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工
具により前記被加工物を加工する工作機械を制御するた
めのコンピュータが実行可能なプログラムを格納した記
憶媒体であって、前記工作機械の熱変位する所定部分の位置座標を非接触
に検出するためのプログラムコードと、前記被加工物の加工前に検出された前記所定部分の位置
座標に基づいて、熱変位補正時に前記座標系を補正する
基準となる基準座標を算出するためのプログラムコード
と、前記基準座標を記憶させるためのプログラムコードと、前記被加工物の加工後に検出された前記所定部分の位置
座標に基づいて、熱変位後の変位座標を算出するための
プログラムコードと、前記基準座標と前記変位座標に基づいて、前記被加工物
の加工後における前記所定部分の熱変位補正値を算出す
るためのプログラムコードと、前記熱変位補正値に基づいて、前記座標系を補正するた
めのプログラムコードと、を含むプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒
体。
【請求項１９】被加工物を加工する工具を備え、前記被
加工物を所定の座標系に基づき相対的に移動させて、工
具により前記被加工物を加工する工作機械における加工
方法において、前記被加工物の加工前と加工後における、前記工作機械
の熱変位する所定部分の位置座標に基づいて、加工後に
おける前記所定部分の熱変位補正値を算出する補正値算
出工程と、前記補正値算出工程にて算出された熱変位補正値に基づ
いて、前記座標系を補正する補正工程と、を含むことを特徴とする工作機械における加工方法。