JP2001259966A - 工具位置補正方法および工具位置補正装置 - Google Patents

工具位置補正方法および工具位置補正装置

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JP2001259966A
JP2001259966A JP2000071952A JP2000071952A JP2001259966A JP 2001259966 A JP2001259966 A JP 2001259966A JP 2000071952 A JP2000071952 A JP 2000071952A JP 2000071952 A JP2000071952 A JP 2000071952A JP 2001259966 A JP2001259966 A JP 2001259966A
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measurement
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JP2000071952A
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Inventor
Hiromitsu Ota
浩充 太田
Original Assignee
Toyoda Mach Works Ltd
豊田工機株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 数値制御工作機械の加工精度を向上させるこ
と。 【解決手段】 本発明の数値制御工作機械は、マシニン
グセンタ100であって本体1と制御装置5とからな
る。本体1は、各種の工具Tが交代で取り付けられる主
軸2と、主軸2に把持された工具Tの先端位置を測定す
る光学測定装置3とを有する。一方、制御装置5は、光
学測定装置3による測定結果に基づいて補正を加えつつ
主軸2を制御して切削加工させる機能をもち、補正機能
を向上させるために、各工具Tと光学測定装置3との組
み合わせに固有な系統誤差に相当する形状補正値αnの
データベース70を格納するRAM7と、RAM7から
読み出した形状補正値αnに基づいて補正する演算を行
うCPU6とをもつ。それゆえ、各工具Tと光学測定装
置3との組み合わせに固有な系統誤差をも補正できるよ
うになり、加工精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具の先端位置を
補正する工具位置補正の技術分野に属する。本発明は、
複数の工具を交換して加工を行うマシニングセンタなど
のコンピュータ数値制御工作機械(CNCマシン)に特
に好適である。
【0002】
【従来の技術】従来技術としては、ある種の工作機械に
は、複数種類の工具が交代で取り付けられる把持手段と
しての主軸に加え、主軸に取り付けられた各工具の先端
位置を所定の方法で測定する測定手段をもったものがあ
った。この種の工作機械では、前記測定手段による測定
結果に基づいて、工具の先端位置に対する補正を加えつ
つ主軸を制御する制御装置が装備されていて、チャッキ
ングの位置誤差等に起因する工具の先端位置の誤差が補
正されるようになっている。
【0003】測定手段としては、たとえば図8に示すよ
うに、工具の先端に断面円形の光線束(レーザビーム)
を照射する半導体レーザ素子31と、光線束の受光強度
を検出するフォトダイオード32とをもつ光学測定装置
3がある。このような光学測定装置は、光線束の受光強
度が閾値(たとえば半分)になることによって工具の先
端位置を判定し、工具の先端位置に関する光学的測定値
を測定することができる。しかも、このような光学測定
装置によれば、非接触測定が行われるので、回転中の工
具や昇温した工具などの先端位置を判定でき、加工中に
近い状態で工具の先端位置を検出することができる。
【0004】ここで、光学測定装置3が工具の先端位置
を検出する際に用いる光線束の直径は、工具よりもずっ
と太いようではいけないが、検出精度を上げたいからと
いってもあまり小さくしてはならず、ある程度の大きさ
の直径が必要である。なぜならば、光線束の太さをあま
り細くすると、工具の軸心が光線束の光軸とわずかにず
れただけでも、大きな測定誤差が発生するようになるか
らである。それゆえ、光学測定装置3で用いる光線束の
直径は、工具の先端位置の形状の細かさに比べてある程
度大きいことが必要である。なお、このような光学測定
装置としては、ドイツのブルーム(BLUM)社から輸
入されているツール測定・折損測定用のレーザシステム
がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術では、図9に示すように、工具の先端部の形状
によって光線束を遮る面積が微妙に異なるので、先端形
状が異なると工具ごとに先端位置の測定値に偏りを生じ
る。この偏りは、従来技術の測定手段ないし測定方法と
各工具との組み合わせに固有な誤差であり、偶然誤差で
はなく系統誤差に分類される。その結果、測定手段ない
し測定方法と各工具との組み合わせに固有な系統誤差が
測定値に混入することになり、各工具の先端位置の測定
の確度(正確度、アキュラシー)はその分だけ低下する
ので、必然的に加工精度も低下してしまう。そこで本発
明は、各工具の先端位置の測定に伴う系統誤差が低減さ
れており、加工精度がより向上した工具位置補正方法、
工具位置補正装置および数値制御工作機械のうちいずれ
かを提供することを解決すべき課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用効果】前記
課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明し
た。(第1手段)本発明の第1手段は、請求項1記載の
工具位置補正方法である。すなわち、本手段は、複数種
類の工具を交代で把持手段に取り付けてワークを加工す
るにあたり、該把持手段に取り付けられた該工具の先端
位置を所定の測定手段で測定した測定値をもって、該工
具の該先端位置を補正して該ワークの加工を行う工具位
置補正方法である。本手段の特徴は、各前記工具と前記
測定方法との組み合わせに固有な系統誤差に相当する補
正値のデータベースを予め用意しておき、該補正値をも
って該測定値のもつ該系統誤差を補正することである。
【0007】本手段では、各工具と測定方法との組み合
わせに固有な系統誤差に相当する補正値のデータベース
が予め用意されているので、必要に応じて瞬時に当該補
正値を参照することができる。それゆえ、工具の交換に
伴ってその先端位置の測定が所定の測定手段で行われる
たびに、瞬時にデータベースから該当する補正値を読み
出してきて、測定値を補正して固有の系統誤差の影響を
ほとんどなくすことができる。また、予め各補正値のデ
ータベースが用意されているので、このような補正を行
う際に、改めて工具の先端位置に関する精密測定などを
行う必要がなくなり、ほとんど時間がかからない。した
がって、本手段の工具位置補正方法によれば、各工具の
先端位置の測定に伴う系統誤差が低減されており、工具
による加工精度をより向上させることができるという効
果がある。そればかりではなく、このように系統誤差を
低減するにあたり、予め各補正値のデータベースが用意
されているので、ほとんど時間がかからないという効果
もある。
【0008】(第2手段)本発明の第2手段は、請求項
2記載の工具位置補正方法である。すなわち、基準工具
を軸方向に前進させ先端位置を光学測定装置により測定
し、この測定装置が測定動作した時の前進端位置を求め
る測定工程と、この前進端位置もしくは加工代が確保さ
れるようオフセットした加工前進端位置に前記基準工具
を送り工作物に試加工を行う試加工工程とからなる基準
工具設定工程と、先端形状が前記基準工具と異なる特定
工具を使用して、前記測定工程と前記試加工工程を行う
特定工具設定工程と、前記基準工具設定工程と前記特定
工具設定工程の後、前記基準工具にて加工された加工底
面位置に対する前記特定工具にて加工された加工底面位
置の偏差を前記光学測定装置の前記基準工具に対する前
記特定工具の検出偏差として求め、この検出偏差を前記
特定工具の形状補正値として記憶する補正値記憶工程
と、さらに前記特定工具を使用して加工動作を行うとき
は、前記形状補正値により加工プログラムの目標位置を
補正するようにしたことを特徴とする工具位置補正方法
である。
【0009】すなわち本方法は、各前記工具で実際に加
工されるテストワークと、該工具によって該テストワー
クに形成された加工深さを測定する実測手段とを用い
て、各該工具の前記先端位置を測定する手段である。本
方法では、実際にテストワークに加工を施してその加工
深さを実測するので、工具の先端位置が最も実際の加工
中に近い状態で測定され、より正確な補正値を求めるこ
とができるようになる。しかも、工具の先端位置という
よりもむしろ工具の有効な加工深さが直接測定されるの
で、本手段によって得られた補正値に基づいて加工が行
われると、加工の仕上がり寸法がより精密になる。した
がって本手段によれば、前述の第2手段の効果に加え
て、実際の加工に最も近い条件で精密測定がなされるだ
けではなく、工具の有効な加工深さが直接的に測定され
るので、本来の目的である加工の仕上がり寸法が最も精
密になるという効果がある。
【0010】(第3手段)本発明の第3手段は、請求項
3記載の工具位置補正方法である。すなわち本手段は、
基準工具を軸方向に前進させ先端位置を光学測定装置に
より測定し、この測定装置が測定動作した時の前進端位
置を求める測定工程と、こ測定工程で求められた前進端
位置に前記基準工具を送り先端位置を接触式測定装置に
より測定し、この測定値を記憶する測定工程とからなる
基準工具設定工程と、先端形状が前記基準工具と異なる
特定工具を使用して、前記測定工程と前記測定工程を行
う特定工具設定工程と、前記基準工具設定工程と前記特
定工具設定工程の後、前記基準工具の測定値に対する前
記特定工具の測定値の偏差を演算し、前記光学測定装置
の前記基準工具に対する前記特定工具の検出偏差として
求め、この測定偏差を前記特定工具の形状補正値として
記憶する補正値記憶工程と、さらに前記特定工具を使用
して加工動作を行うときは、前記形状補正値により加工
プログラムの目標位置を補正するようにしたことを特徴
とする工具位置補正方法である。
【0011】本方法では、前述の第2方法とは異なり、
精密測定にあたっては、実際の加工を行わずに工具の先
端位置を接触式測定手段で測定するだけである。それゆ
え、第2方法よりも精密測定の自動化が容易であり精密
測定に要する時間も短縮されるうえに、テストワークを
使い捨てにしない分だけ精密測定に要するコストも安価
である。したがって本方法によれば、前述の第2方法の
効果に加えて、精密測定の自動化が容易であり精密測定
に要する時間も短縮されるうえに、安価に精密測定する
ことができるという効果がある。
【0012】(第4手段)本発明の第4手段は、請求項
4記載の工具位置補正方法である。基準工具を軸方向に
前進させ先端位置を光学測定装置と接触式測定装置によ
り順次測定させ、これら測定装置が測定動作した時の前
進端位置の位置差を求める基準工具設定工程と、先端形
状が前記基準工具と異なる特定工具を軸方向に前進させ
先端位置を光学測定装置と接触式測定装置により順次測
定させ、これら測定装置が測定動作した時の前進端位置
の位置差を求める特定工具設定工程と、前記基準工具設
定工程と前記特定工具設定工程の後、前記基準工具設定
工程により求められた位置差に対する前記特定工具設定
工程により求められた位置差の偏差を、前記光学測定装
置の前記基準工具に対する前記特定工具の検出偏差とし
て求め、この測定偏差を前記特定工具の形状補正値とし
て記憶する補正値記憶工程と、さらに前記特定工具を使
用して加工動作を行うときは、前記形状補正値により加
工プログラムの目標位置を補正するようにしたことを特
徴とする。本方法では、実際の加工を行わずに工具の先
端位置を接触式測定手段で測定する方法である。したが
って本方法によれば、前述の第3方法とほぼ同様の効果
が得られ、さらに接触式測定手段の代わりに接触式測定
手段を用いる分だけ装置価格がさらに安価になるという
効果がある。
【0013】(第5手段)本発明の第5手段は、請求項
5記載の工具位置補正装置である。すなわち本手段は、
複数種類の工具が交代で取り付けられる把持手段と、該
把持手段に取り付けられた各該工具の先端位置を所定の
方法で測定する測定手段と、該測定手段による測定結果
に基づいて補正を加えつつ前記把持手段を制御する制御
装置とを有する工具位置補正装置である。本手段の特徴
は、前記制御装置が、各前記工具と前記測定手段との組
み合わせに固有な系統誤差に相当する補正値のデータベ
ースを格納する記憶手段と、該記憶手段から読み出した
該補正値に基づいて前記測定値を実質的に補正する補正
手段とをもつことである。
【0014】本手段では、各工具と測定手段との組み合
わせに固有な系統誤差に相当する補正値のデータベース
が制御装置の記憶手段に格納されているので、必要に応
じて瞬時に当該補正値を参照することができる。そし
て、制御装置の補正手段は、記憶手段から読み出した該
当する補正値に基づいて、測定手段によるその工具の先
端位置の測定値を実質的に補正する。ここで、実質的に
補正するとは、制御装置が把持手段を制御するにあた
り、各工具と測定手段との組み合わせに固有な系統誤差
が結果的に補正される処理がなさるのであれば、どのよ
うな処理の方法や順序をとってもかまわないことを意味
する。
【0015】それゆえ、工具の交換に伴ってその先端位
置の測定が備え付けの測定手段で行われるたびに、瞬時
にデータベースから該当する補正値が読み出されて、測
定値が実質的に補正される。その結果、測定手段とその
工具との組み合わせに固有な系統誤差の影響をほとんど
なくすことができるので、その工具による加工精度を高
めることができる。また、予め各補正値のデータベース
が用意されているので、このような補正を行う際に改め
て工具の先端位置に関する精密測定などを行う必要がな
くなり、系統誤差の補正にほとんど時間がかからない。
あるいは、本手段の工具位置補正装置が他のジョブを行
っている間にこのような補正処理が行われるならば、系
統誤差の補正によって動作が遅くなることは全くない。
【0016】そればかりではなく、いったんデータベー
スが作成されてしまえば、データベースの作成に使用し
た同一規格の測定手段および工具を使用する限り、同型
で他の工具位置補正装置でも同一のデータベースで系統
誤差の補正ができる。それゆえ、単一の記憶手段を共有
してデータベースに複数の工具位置補正装置からアクセ
スするようにするか、そのデータベースをコピーしてそ
れぞれの工具位置補正装置の記憶手段に格納することも
できる。こうすれば、同型の工具位置補正装置を複数個
同時に運転する場合にも、それぞれの工具位置補正装置
のためにいちいちデータセットを作る必要はなくなり、
一つのデータセットを作るだけで事足りる。
【0017】したがって、本手段の工具位置補正装置に
よれば、各工具の先端位置の測定に伴う系統誤差が低減
されており、工具による加工精度をより向上させること
ができるという効果がある。また、このように系統誤差
を低減するにあたり、予め各補正値のデータベースが用
意されているので、ほとんど(あるいは全く)時間がか
からないという効果もある。さらに、同型の工具位置補
正装置を複数個同時に運転する場合にも、一つのデータ
セットを作るだけで事足りるので、データセットの作成
に関して工数低減や省力化ができるという効果がある。
【0018】(第6手段)本発明の第6手段は請求項6
記載の工具位置補正装置である。すなわち本手段は、前
述の第2手段において前記測定手段は各前記工具の先端
に光線束を照射し該光線束の受光強度が閾値になること
によって該工具の前記先端位置を判定して、各該工具の
該先端位置に関する光学的測定値を測定することを特徴
とする。本手段では、光学測定装置によって工具の先端
位置が非接触測定されるので、回転中の工具や昇温した
工具などの先端位置を判定でき、加工中により近い状態
で工具の先端位置を検出することができる。その結果、
工具の把持手段によるチャッキングに伴う把持位置のズ
レや、把持手段(主軸など)および工具等の熱膨張によ
る工具の先端位置の移動や、わずかな摩滅による工具の
先端位置の移動をも、検出することができる。すなわ
ち、ワークに対する各工具の先端位置の移動を、測定精
度に依存する小さな偶然誤差を伴うだけで速やかに検出
することができるようになる(各工具の先端形状に依存
する固有の系統誤差は、補正手段の作用により補正され
る)。
【0019】また、把持手段が主軸であり工具が回転切
削工具である場合などに、工具の回転軸周りのぶれを検
出することができるので、先端位置の測定に伴う偶然誤
差をより小さくすることができる。したがって本手段に
よれば、前述の第5手段の効果に加えて、補正手段によ
って補正されるべき系統誤差は含まれるものの、測定手
段によって工具の先端位置を測定する際に偶然誤差が小
さくなるという効果がある。また、非接触測定であるの
で、回転中の工具や昇温した工具などの先端位置を判定
でき、加工中により近い状態で工具の先端位置を検出す
ることができるという効果がある。
【0020】(第7手段)本発明の第7手段は、請求項
7記載の工具位置補正装置である。すなわち本手段は、
前述の第5手段において、前記データベースは、前記測
定手段による前記測定結果と、前記測定手段よりも測定
精度が高い精密測定手段により測定された精密測定結果
との差に基づいて作成されていることを特徴とする。こ
こで、精密測定手段は、本手段の工具位置補正装置に付
設されていてもよいし、別体になっていてもよい。ある
いは、同型の工具位置補正装置が複数個ある場合には、
一つの工具位置補正装置に付設されていれば、他の工具
位置補正装置には付設されていなくてもよい。
【0021】本手段では、データベースが作成されるに
あたり、測定手段よりも測定精度が高い精密測定手段に
より測定されているので、各工具と測定手段との組み合
わせに固有な系統誤差に相当する補正値は比較的精密に
測定される。しかも、理論計算ではなく実測によって補
正値を算出しているので、理論計算では想定しないよう
な誤差要因が入ってきても、その誤差要因に起因する系
統誤差をも補正する補正値を比較的精密に測定すること
ができる。したがって本手段によれば、前述の第5手段
の効果に加えて、各工具と測定手段との組み合わせに固
有な系統誤差に相当する補正値は、実測により比較的正
確になるという効果がある。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の工具位置補正方法および
工具位置補正装置の実施の形態については、当業者に実
施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ
十分に説明する。
【0023】[実施例1] (実施例1の構成)本発明の実施例1としての工具位置
補正装置は、図1に示すように、マシニングセンタ本体
1および制御装置5からなるマシニングセンタ100に
一体的に構成されている。マシニングセンタ100は、
大きく分けてマシニングセンタ本体1とその制御装置5
とからなる。マシニングセンタ本体1は、複数種類の工
具Tが交代で取り付けられる把持手段としての主軸2
と、主軸2に取り付けられた各工具Tの先端位置を光学
的な方法で測定する測定手段としての光学測定装置3と
を有する。
【0024】ここで、光学測定装置3は、再び図8に示
すように、所定の直径の円形断面をした光線束(レーザ
ビーム)を水平に照射する半導体レーザ素子31と、こ
の光線束を受光して受光強度を測定するフォトダイオー
ド32とをもつ。そして光学測定装置3は、各工具Tの
先端に光線束(レーザービーム)を照射し、光線束の受
光強度が閾値(半分)になることによって工具Tの先端
位置を判定して、各工具Tの先端位置に関する光学的測
定値を測定する機能をもつ。
【0025】一方、制御装置5は、再び図1に示すよう
に、測定手段としての光学測定装置3による測定結果に
基づいて各工具Tに補正を加えつつ把持手段としての主
軸2を制御する機能をもつ。制御装置5は、大きな機能
要素として、各種プログラムおよび後述のデータベース
70等を格納する記憶手段(メモリ)としてのRAM7
と、演算手段としてプログラムに基づき各種処理を行う
CPU6とをもつ。ここで、RAM7は、各工具Tと光
学測定装置3との組み合わせに固有な系統誤差に相当す
る補正値のデータベース70を格納する記憶手段であ
る。一方、CPU6は、RAM7から読み出した当該補
正値αnに基づいて、光学測定装置3による測定値βn
を実質的に補正する補正手段である。
【0026】工具データに関するデータベース70は、
光学測定装置3による測定結果と、光学測定装置3より
も測定精度が高い精密測定手段により測定された精密測
定結果との差に基づいて作成されている。すなわち、図
2に示すように、データベース70には、工具番号n
(=1,2,・・,f)にそれぞれ対応する工具長(基
準長すなわちいわゆる呼び寸)Lnと、補正値としての
形状補正値αnと、経時補正値βnとからなる。換言す
ると、工具長Lnのデータアレイ71と、形状補正値α
nのデータアレイ72と、経時補正値βnのデータアレ
イ73とからなるデータベース70が、RAM7に格納
されている。これらのデータアレイ71,72,73の
うち、工具長Lnのデータアレイ71と、形状補正値α
nのデータアレイ72とは、独立して移植可能なデータ
ベースとして作成されている。データベース70の各デ
ータは、必要に応じてRAM7から読み出されてCPU
6に供給されるようになっている。
【0027】ここで、経時補正値βnは、前述の光学測
定装置3によって求められ、主軸2および当該工具Tn
の熱膨張や、当該工具Tnのわずかな摩滅などによって
当該工具Tnの先端位置が工具長Lnに対して移動した
分の補正値である。経時補正値βnは、精密な加工が必
要な際には工具を交換するごとに測定される値であっ
て、いったん測定してしまったら再測定が必要でないよ
うな値ではなく、また、他のマシニングセンタにも移植
できる類の値でもない。
【0028】一方、補正値としての形状補正値αnは、
次に説明する精密測定手段によって測定され、当該工具
Tnに固有な先端形状によって光学測定装置3に生じる
測定誤差を補正するための補正値である。形状補正値α
nは、マシニングセンタ100で使用する全ての工具T
nについていったん求まったら、工具長Lnと同じよう
に定数として扱われ、当該工具Tnの先端形状が変更さ
れることがない限り、再測定される必要は原則としてな
い。また、前述のように、形状補正値αnは、工具長L
nと一緒になって移植可能な独立したデータベースを構
成する。
【0029】最後に、精密測定手段は、各工具Tnで実
際に加工されるテストワークWと、工具Tnによってテ
ストワークWに形成された加工深さを測定する実測手段
とを用いて、各工具Tnの先端位置を測定する手段であ
る。精密測定手段は、形状補正値αnを求める際にだけ
使用される手段であって、形状補正値αnのデータアレ
イ72がいったん求まってしまい、テストワークではな
い実際のワークの加工が始まってしまったら、改めて使
用されるようなことは通常ではありえない。なお、本実
施例では精密測定手段に手作業も含まれるので、精密測
定手段については、次の「工具位置補正方法」の項と、
その次の「データベース作成手順」の項とで具体的に説
明する。
【0030】(実施例1の工具位置補正方法)本実施例
のマシニングセンタ100は、以下のような工具位置補
正方法を実施することができる。すなわち、本実施例で
の工具位置補正方法は、複数種類の工具Tnを交代で把
持手段としての主軸2に取り付けてワークを加工するに
あたり、主軸2に取り付けられた工具Tnの先端位置を
光学測定装置3で測定した測定値をもって、工具Tnの
先端位置を補正してワークの加工を行う工具位置補正方
法である。その特徴は、各工具Tnと光学測定装置3と
の組み合わせに固有な系統誤差に相当する形状補正値α
nのデータベースを予め用意しておき、形状補正値αn
をもって、光学測定装置3による測定値のもつ系統誤差
を補正することである。
【0031】本実施例の工具位置補正方法では、各工具
Tnの先端形状と光学測定装置3との組み合わせに固有
な系統誤差に相当する形状補正値αnのデータベースが
予め用意されているので、必要に応じて瞬時に当該補正
値を参照することができる。それゆえ、工具Tnの交換
等に伴ってその先端位置の測定が所定の光学測定装置3
で行われるたびに、瞬時にデータベースから該当する形
状補正値αnを読み出してきて、光学測定装置3による
測定値を補正し、固有の系統誤差の影響をほとんどなく
すことができる。
【0032】したがって、本実施例での工具位置補正方
法によれば、光学測定装置3による各工具Tnの先端位
置の測定に伴う系統誤差が低減されており、当該工具T
nによってワークを加工する際の加工精度をより向上さ
せることができるという効果がある。なお、予め形状補
正値αnを含むデータベース(図2参照)が用意されて
いるので、このような先端形状に固有な系統誤差の補正
を行う際に、改めて工具Tnの先端位置に関する精密測
定などを行う必要がなくなる。それゆえ、本実施例のマ
シニングセンタ100で工具位置補正方法を実施したか
らといって、マシニングセンタ100によるワークの加
工時間が長くなることはない。以上の説明はいささか抽
象的であるので、これからより具体的に説明し直すこと
にする。すなわち、このような工具位置補正方法は、デ
ータベース70の作成と実際の加工との二つの段階に分
かれて順に行われるので、データベース70の作成手順
とワークの加工手順とに分けて、次の項とその次の項と
で具体的に説明する。
【0033】(実施例1のデータベース作成手順)本実
施例を適用したマシニングセンタ100は、実際のワー
クの加工に先立って、次のような手順で全ての工具Tn
について固有の形状補正値αnを求め、工具長Lnと併
せてデータベースを作成しておく。すなわち、先ず図3
のに示すように、基準工具(フラットタイプ・エンド
ミル)T00を主軸2に把持して回転させながら、光学
測定装置3による先端位置の測定を行う(図4中の処理
ステップS101〜S103に相当、以下S101〜S
103という具合に略記する)。この際、基準位置から
光学測定装置3がオンになるまでの主軸2の送りを測定
してS0とし、送りS0をRAM7の所定のアドレス
(図略)に格納しておく。ここで、光学測定装置3は、
光学測定装置3の光線束のうち半分が工具の先端部によ
って遮られ、受光強度が50%になったことを検出する
と、オンの信号を出力するようになっている。そうした
ら、主軸2を回転させたままでいったん基準位置に戻し
ておく(S104)。
【0034】その後、適切な取代を確保できるよう予め
RAM7に格納されていた光学測定装置3の光軸と、直
方体状のテストワークの上面との間の高さの差から取代
を減算もしくは加算した値Cの分だけ差し引いた送りS
0’=S0−Cを算出する。その間に、基準工具T00
を回転させたまま主軸2をテストワークWの上に相対的
に移動させておく。そして、図3のに示すように、テ
ストワークWの所定位置にS0’だけ主軸2を送ると、
光学測定装置3の光線束の半径に相当する程度の深さt
で、基準工具T00によってテストワークWが切削さ
れ、テストワークWに底面が平らな孔が形成される(S
105)。
【0035】そうしたら、いったん主軸2を基準位置に
戻したうえで回転を停止させ(S106)、基準工具T
00によって形成された孔の深さtを、作業員が精密な
デプスゲージ等の深さ測定装置(光学的精密測定装置で
もよい)により手動で測定して、RAM7に記録してお
く。しかる後、工具番号nを1に設定し(S107)、
一番目の工具T01によるテストワークWへの穿孔に備
える。次に、図3のに示すように、主軸2に保持され
た工具を基準工具T00から一番目の工具T01に交換
する(S108)。そのうえで、図4のに示すよう
に、再び主軸2を回転させ(109)、光学測定装置3
がオンになるまで主軸2を送る。そして、光学測定装置
3がオンになるまでの主軸2の送りストロークを測定
し、そのストロークS1をRAM7の所定のアドレスに
格納しておく(S110)。そしてその間に、主軸2を
基準位置に戻しておく(S111)。
【0036】そうしたら、主軸2をテストワークWの所
定位置の上に相対移動させる間に、次の送りストローク
S1’=S1−Cを算出しておく。そして、主軸2がテ
ストワークWの所定位置の上にきたら、この送りストロ
ークS1’だけ主軸2を送り、図3のに示すように、
工具T01でテストワークWを切削して適度な深さの孔
を形成する(S112)。穿孔が終わったら、主軸2は
速やかに基準位置へ復帰し、その回転を停止する(S1
13)。しかる後、工具T01によって形成された孔の
深さt1を、作業員が精密なデプスゲージ等の深さ測定
装置により手動で測定してRAM7に記録しておく。す
ると、制御装置5が自動的に先ほど基準工具T00によ
って形成された孔の深さtに対する工具T01による深
さt1の差を算出し、両者の間の段差Z1=t1−tと
してRAM7に格納しておく(S114)。制御装置5
はまた、段差Z1を工具T01の形状補正値αnとし
て、データベース70に登録しておく(S115)。
【0037】以上の処理が済んだら、工具が最後のもの
であったか否かが判定される(判断ステップS11
6)。ここで、未測定の工具が残っているようであれ
ば、工具番号nが一つだけインクリメントされて(S1
17)、次の工具Tnが主軸2に把持される(S10
8)。そして、新たな工具番号n(=2,3,・・,
f)に対応するストロークSn、Sn’、孔深さtnお
よび段差Znで、何回でも図3のからに相当する処
理が行われる(S108〜S115)。最後に、判断ス
テップS116で工具番号nが最終番号fに達したこと
が判定されたら、制御装置アルゴリズムはステップS1
08〜S117のルーチンを抜け出して終了する。する
と、全ての工具Tnについて固有の形状補正値αnが測
定されてデータベース70に登録され、再び図2に示す
ように、工具長Lnのデータアレイ71、形状補正値α
nのデータアレイ72ならびに経時補正値βnのデータ
アレイ73からなるデータベース70が完成する。な
お、経時補正値βnは、各工具Tnについての送りスト
ロークSnが光学測定装置3によって測定された際に、
工具長Lnと比較して工具長Lnの補正分としてデータ
ベース70に登録されている。
【0038】(実施例1の加工手順)本実施例を適用し
たマシニングセンタ100は、実際のワークの加工にあ
たっては、次のように作用する。すなわち、再び図1に
示すように、制御装置5で加工プログラムの工具番号指
定手段8によって新たに工具番号nが指定されると、マ
シニングセンタ本体1で工具が交換される。工具交換の
間に、加工プログラムは制御装置5のRAM7にアクセ
スし、データベース70から新たに該当する工具長L
n、形状補正値αnおよび形状補正値αnを読みとり、
CPU6に提供する。
【0039】するとCPU6では、位置決め演算処理が
行われる。すなわち、加工プログラムによって指定され
た主軸2の目標位置に対し、工具長(呼び寸)Ln、形
状補正値αnおよび形状補正値αnの分が補正されて、
演算値が算出される。ここで、CPU6を示すブロック
内には、全ての和を取るように表記されているが、各数
値の符号の取り方によって、各項が加算になるか減算に
なるかが決まっている。そして、制御装置5は、この演
算値をもって主軸2の送りストロークとし、マシニング
センタ本体1に制御信号を出して切削加工を行う。
【0040】ここで、本実施例では高い加工精度を得る
ために、工具が交換されるたびに光学測定装置3による
測定が行われ、経時補正値βnがアップデートされてい
る。しかしながら、加工精度の要求がそれほど高くない
場合には、主軸2の運転を始めたときと、主軸2の暖機
が終わった頃に光学測定装置3による経時補正値βnの
アップデートをするだけでもよい。あるいは、定期的に
(たとえば6時間おきに)光学測定装置3による測定を
行い、経時補正値βnのアップデートをするだけでもよ
い。
【0041】なお、工具の先端形状は極めてわずかな摩
耗分を無視すれば不変であるから、実際のワークの加工
にあたって形状補正値αnをアップデートする必要はな
い。また、工具の刃先が研磨されなおした場合にも、先
端形状が初めの形状と変わらないように研磨し直してい
る限り、形状補正値αnをアップデートする必要はな
い。さらに、工具を新品と交換した場合にも、同型の工
具であれば先端形状は同じであるから、形状補正値αn
をアップデートする必要はなく、同様の理由で他のマシ
ニングセンタに形状補正値αnを含むデータベース70
を移植することも可能である。ただし、経時補正値βn
の方は、適宜アップデートしなければならない。
【0042】(実施例1の作用効果)本実施例を適用し
たマシニングセンタ100は、以上のように構成されて
いるので、以下のような作用効果を発揮する。すなわ
ち、本実施例を適用したマシニングセンタ100では、
各工具Tnの先端形状と光学測定装置3との組み合わせ
に固有な系統誤差に相当する形状補正値αnが、データ
ベース70の一部として制御装置5のRAM7に格納さ
れている。それゆえ、制御装置5は、主軸2に装着され
た工具番号nの工具に該当する形状補正値αnを、必要
に応じて瞬時に参照することができる。そして、制御装
置5の補正手段としてのCPU6は、記憶手段としての
RAM7から読み出した該当する形状補正値αnに基づ
いて、光学測定装置3によるその工具の先端位置の測定
値を実質的に補正する。
【0043】それゆえ、工具の交換に伴って、その先端
位置の測定がマシニングセンタ本体1に備え付けられた
光学測定装置3で行われるたびに、瞬時にデータベース
70から該当する形状補正値αn等が読み出されて、測
定値が実質的に補正される。その結果、光学測定装置3
とその工具の先端形状との組み合わせに固有な系統誤差
の影響をほとんどなくすことができるので、その工具に
よる加工精度を高めることができる。しかも、本実施例
では実際にテストワークWに加工を施してその加工深さ
を実測するので、工具Tnの先端位置が最も実際の加工
中に近い状態で測定され、より正確な形状補正値αnを
求めることができるようになる。しかも、工具Tnの先
端位置というよりもむしろ工具Tnの有効な加工深さが
直接測定されるので、こうして得られた形状補正値αn
に基づいて加工が行われると、加工の仕上がり寸法がよ
りいっそう精密になる。
【0044】また、予め各補正値のデータベース70が
用意されているので、このような補正を行う際に改めて
工具Tnの先端位置に関する精密測定を行う必要がなく
なり、系統誤差(形状補正値αn)の補正は瞬時に行わ
れる。さらに、主軸2の相対移動や工具Tnの交換を行
っている間に、並行してこのような補正処理が行われる
ので、このような系統誤差の補正によってマシニングセ
ンタ本体1の動作が遅くなることは全くない。そればか
りではなく、いったん形状補正値αnを含むデータベー
ス70が作成されてしまえば、工具一式を他の型の工具
で入れ替えない限り、形状補正値αnを改めて測定する
必要はない。すなわち、データベース70の作成に使用
した際と同一規格の光学測定装置3および工具Tnを使
用する限り、他の同型のマシニングセンタでも同一のデ
ータベース70で系統誤差の補正ができる(ただし、経
時補正値βnのアップデートは必要である)。
【0045】それゆえ、データベース70をコピーし
て、多数の同型のマシニングセンタ100のRAM7に
格納することもできる。こうすれば、同型のマシニング
センタ100の複数台を同時に運転する場合にも、それ
ぞれのマシニングセンタ100のためにいちいちデータ
ベース70を作る必要はなくなり、一つのデータベース
70を作るだけで事足りる。なお、データベース70の
うち経時補正値βnは移植する必要はなく、各マシニン
グセンタ100で独立して自動測定されるものとする。
【0046】したがって、本実施例を適用したマシニン
グセンタ100によれば、各工具Tnの先端位置の測定
に伴う系統誤差が低減されており、各工具Tnによる加
工精度をより向上させることができるという効果があ
る。また、このように各工具Tnの先端形状に依存する
系統誤差を低減するにあたり、予め各補正値のデータベ
ース70が用意されているので、補正処理に時間がかか
らないという効果もある。さらに、同型のマシニングセ
ンタ100を複数台同時に運転する場合にも、一つのデ
ータセット70を作るだけで事足りるので、データセッ
ト70の作成に関して工数低減や省力化ができるという
効果がある。以上詳述したように、本実施例を適用した
マシニングセンタ100によれば、ワークの加工工数を
増やすことなく、加工深さを従来よりもずっと精密に仕
上げることができるようになるという効果がある。
【0047】(実施例1の変形態様1)本実施例の変形
態様1として、全ての工具によるテストワークWへの加
工を先にやっておき、後でまとめて加工深さ(段差Z
n)を手動で測定し制御装置に入力してデータベースを
作成する方法をとるマシニングセンタ100の実施も可
能である。本変形態様は、実施例1での形状補正値αn
の測定手順を変えただけであるが、実施例1と異なっ
て、マシニングセンタ100の運転を中断することなく
終えることができる。そして、その後に作業員の手作業
による加工深さの測定をまとめて行うので、実施例1よ
りもデータベース70の作成をより簡単に行うことがで
きるという効果がある。
【0048】(実施例1の変形態様2)本実施例の変形
態様2として、工具の代わりに加工孔の深さを測る測定
プローブを主軸に把持できるようにしておき、各工具T
nによる段差Znを計る際に、この測定プローブによっ
て自動測定するようにしたマシニングセンタ100の実
施も可能である。本変形態様によれば、加工深さの測定
も自動的に行われるので、作業員の手作業による加工深
さの測定が必要なくなり、より安全かつ速やかに形状補
正値αnを測定することができるようになるという効果
がある。なお、測定プローブとして機械式ではなく光学
的に距離を測定するレーザー測距装置を採用してもよ
い。そうすれば、主軸2に測定プローブを把持させてお
かなくても、主軸2の側面に測定プローブを取り付けて
おくだけでよいから、加工深さの測定に要する時間がさ
らに短縮されるという効果がある。
【0049】[実施例2] (実施例2の構成)本発明の実施例2としてのマシニン
グセンタ(図略)の構成は、おおむね実施例1のマシニ
ングセンタ100と同様であるが、接触式測定手段とし
ての電子ダイヤルゲージ4(図5参照)が装備されてい
る点が実施例1と異なっている。電子ダイヤルゲージ4
も、光学測定装置3と同様にマシニングセンタ本体1
(図1参照)に水平に設置されており、光学測定装置3
と電子ダイヤルゲージ4とは互いに近接して装備されて
いる。そして、電子ダイヤルゲージ4には、上から垂直
に送られてくる主軸2に把持された各工具Tn(n=
0,1,2,..,f)の先端位置を測定して制御装置
5に伝送できるように、配線がされている。
【0050】(実施例2のデータベース作成手順)本実
施例で、基準工具T00を含む各工具Tnにつき形状補
正値αnを測定してデータベース70を作成する手順
は、実施例1の手順と似ているが、次の点で実施例1と
は異なっている。すなわち、図5のに示すように、主
軸2の回転を止めて主軸2を所定のストロークS0’
(=S0−C)だけ送り、主軸2に把持された基準工具
T00の先端位置を測定して測定値Z0を制御装置5に
送る(図6中のS205)。制御装置5では、基準工具
T00の先端位置を示す測定値として、測定値Z0をR
AM7の所定アドレスに格納しておく。
【0051】同様に、図5のに示すように、主軸2の
回転を止めて主軸2を所定のストロークS0’(=S0
−C)だけ送り、主軸2に把持された工具Tnの先端位
置を測定して測定値Znを制御装置5に送る(S20
5)。制御装置5では、基準工具T00の先端位置を示
す測定値Z0から工具Tnの先端位置を示す測定値Zn
を引いて形状補正値αnを算出し(S214)、形状補
正値αnをRAM7のデータベース70に格納する(S
215)。本実施例でのデータベース作成手順は、その
他の点では、おおむね実施例1のデータベース作成手順
と同様である。なお、本実施例を適用したマシニングセ
ンタが実際のワークを加工する手順は、実施例1と同様
であり、実施例1とおおむね同様な加工精度向上の効果
が得られる。
【0052】(実施例2の作用効果)本実施例を適用し
たマシニングセンタでは、前述の実施例1とは異なり、
精密測定にあたって実際の加工を行わずに工具Tnの先
端位置を電子ダイヤルゲージ4で測定するだけである。
それゆえ、実施例1よりも精密測定(すなわち形状補正
値αnの測定)の自動化が容易であり精密測定に要する
時間も短縮されるうえに、テストワークWを使い捨てに
しない分だけ精密測定に要するコストも安価である。し
たがって、本実施例を適用したマシニングセンタによれ
ば、前述の実施例1の効果に加えて、形状補正値αnの
測定が自動化されており、これに要する時間も短縮され
るので工数も低減されているという効果がある。
【0053】[実施例3] (実施例3の構成)本発明の実施例3としてのマシニン
グセンタ(図略)のハードウェア構成は、前述の実施例
2とおおむね同様であり、電子ダイヤルゲージ4に代え
てタッチセンサ4’(図7参照)が装備されている点だ
けが実施例2と異なっている。(実施例3のデータベー
ス作成手順)本実施例のデータベース作成手順も、前述
の実施例2のデータベース作成手順とおおむね同じであ
る。しかし、図7のに示すように、電子ダイヤルゲー
ジ4の代わりにタッチセンサ4’がオンになった瞬間の
ストロークS0’に基づいて基準工具T00の先端位置
の測定値Z0を測定する点が、実施例2と異なってい
る。同様に、図7のに示すように、タッチセンサ4’
がオンになった瞬間のストロークSnに基づいて各工具
Tnの先端位置の測定値Znとを測定する点が、実施例
2と異なっている。ただし、形状補正値αnは、実施例
2と同様に、αn=Zn−Z0として算出され、データ
ベース70を構成するデータとしてRAM7に格納され
る。
【0054】(実施例3の作用効果)本実施例によって
も、前述の実施例2とほぼ同様の作用効果が得られ、さ
らに電子ダイヤルゲージ4の代わりにタッチセンサ4’
を用いている分だけ装置価格が安価になるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1としての数値制御工作機械の構成を
示すブロック図
【図2】 実施例1のデータベースの構成を模式的に示
す図表
【図3】 実施例1で各工具に固有の形状補正値を求め
る方法を示す模式図
【図4】 実施例1での形状補正値を求める手順を示す
フローチャート
【図5】 実施例2で各工具に固有の形状補正値を求め
る方法を示す模式図
【図6】 実施例2での形状補正値を求める手順を示す
フローチャート
【図7】 実施例3で各工具に固有の形状補正値を求め
る方法を示す模式図
【図8】 従来から使用されている光学測定装置の構成
を示す側面図
【図9】 工具の先端形状に依存する光学測定装置の測
定誤差を示す側面図
【符号の説明】
100:マシニングセンタ(工具位置補正装置として) 1:マシニングセンタ本体 2:主軸(把持手段として) 3:光学測定装置(測定手段として) 4:電子ダイヤルゲージ(精密測定手段である接触式測
定手段として) 4’:タッチセンサ(同上) 5:制御装置 6:CPU(補正手段として) 7:RAM(記憶手段として) 70:データベース(工具データ) 71:工具長Ln(呼び寸) 72:形状補正値αn(補正値のデータベースとして) 73:経時補正値βn(主軸および工具の熱膨張等を補
正) 8:工具番号指定手段 9:精密測定処理手段

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数種類の工具を交代で把持手段に取り付
    けてワークを加工するにあたり、該把持手段に取り付け
    られた該工具の先端位置を所定の測定手段で測定した測
    定値をもって、該工具の該先端位置を補正して該ワーク
    の加工を行う工具位置補正方法において、 各前記工具と前記測定手段との組み合わせに固有な系統
    誤差に相当する補正値のデータベースを予め用意してお
    き、該補正値をもって該測定値のもつ該系統誤差を補正
    することを特徴とする工具位置補正方法。
  2. 【請求項2】基準工具を軸方向に前進させ先端位置を光
    学測定装置により測定し、この測定装置が測定動作した
    時の前進端位置を求める測定工程と、この前進端位置も
    しくは加工代が確保されるようオフセットした加工前進
    端位置に前記基準工具を送り工作物に試加工を行う試加
    工工程とからなる基準工具設定工程と、先端形状が前記
    基準工具と異なる特定工具を使用して、前記測定工程と
    前記試加工工程を行う特定工具設定工程と、 前記基準工具設定工程と前記特定工具設定工程の後、前
    記基準工具にて加工された加工底面位置に対する前記特
    定工具にて加工された加工底面位置の偏差を前記光学測
    定装置の前記基準工具に対する前記特定工具の検出偏差
    として求め、この検出偏差を前記特定工具の形状補正値
    として記憶する補正値記憶工程と、 さらに前記特定工具を使用して加工動作を行うときは、
    前記形状補正値により加工プログラムの目標位置を補正
    するようにしたことを特徴とする工具位置補正方法。
  3. 【請求項3】基準工具を軸方向に前進させ先端位置を光
    学測定装置により測定し、この測定装置が測定動作した
    時の前進端位置を求める測定工程と、こ測定工程で求め
    られた前進端位置に前記基準工具を送り先端位置を接触
    式測定装置により測定し、この測定値を記憶する測定工
    程とからなる基準工具設定工程と、 先端形状が前記基準工具と異なる特定工具を使用して、
    前記測定工程と前記測定工程を行う特定工具設定工程
    と、 前記基準工具設定工程と前記特定工具設定工程の後、前
    記基準工具の測定値に対する前記特定工具の測定値の偏
    差を演算し、前記光学測定装置の前記基準工具に対する
    前記特定工具の検出偏差として求め、この測定偏差を前
    記特定工具の形状補正値として記憶する補正値記憶工程
    と、 さらに前記特定工具を使用して加工動作を行うときは、
    前記形状補正値により加工プログラムの目標位置を補正
    するようにしたことを特徴とする工具位置補正方法。
  4. 【請求項4】基準工具を軸方向に前進させ先端位置を光
    学測定装置と接触式測定装置により順次測定させ、これ
    ら測定装置が測定動作した時の前進端位置の位置差を求
    める基準工具設定工程と、 先端形状が前記基準工具と異なる特定工具を軸方向に前
    進させ先端位置を光学測定装置と接触式測定装置により
    順次測定させ、これら測定装置が測定動作した時の前進
    端位置の位置差を求める特定工具設定工程と、 前記基準工具設定工程と前記特定工具設定工程の後、前
    記基準工具設定工程により求められた位置差に対する前
    記特定工具設定工程により求められた位置差の偏差を、
    前記光学測定装置の前記基準工具に対する前記特定工具
    の検出偏差として求め、この測定偏差を前記特定工具の
    形状補正値として記憶する補正値記憶工程と、 さらに前記特定工具を使用して加工動作を行うときは、
    前記形状補正値により加工プログラムの目標位置を補正
    するようにしたことを特徴とする工具位置補正方法。
  5. 【請求項5】複数種類の工具が交代で取り付けられる把
    持手段と、 該把持手段に取り付けられた各該工具の先端位置を所定
    の方法で測定する測定手段と、 該測定手段による測定結果に基づいて補正を加えつつ前
    記把持手段を制御する制御装置と、を有する工具位置補
    正装置において、 前記制御装置は、 各前記工具と前記測定手段との組み合わせに固有な系統
    誤差に相当する補正値のデータベースを格納する記憶手
    段と、 該記憶手段から読み出した該補正値に基づいて前記測定
    値を実質的に補正する補正手段とをもつ、ことを特徴と
    する工具位置補正装置。
  6. 【請求項6】前記測定手段は、各前記工具の先端に光線
    束を照射し、該光線束の受光強度が閾値になることによ
    って該工具の前記先端位置を判定して、各該工具の該先
    端位置に関する光学的測定値を測定する光学測定装置で
    ある、 請求項5記載の工具位置補正装置。
  7. 【請求項7】前記データベースは、前記測定手段による
    前記測定結果と、前記測定手段よりも測定精度が高い精
    密測定手段により測定された精密測定結果との差に基づ
    いて作成されている、 請求項5記載の工具位置補正装置。
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