JP2010064181A

JP2010064181A - 加工装置の治具座標特定方法及びその方法を用いた加工装置

Info

Publication number: JP2010064181A
Application number: JP2008232080A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Ishihara; 寛隆石原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: JP5272598B2

Abstract

【課題】この発明は、タッチセンサーを用いて治具の座標位置を計測するものにおいて、その計測精度を向上させ、その結果加工精度の向上を図ることを可能にする加工装置の治具座標特定方法及びその方法を用いた加工装置を提供することを目的とする。
【解決手段】主軸にテスターを把持させてマスターリングの座標位置を計測する第１ステップ（ｓ１）と、上記主軸にタッチセンサーを把持させて上記マスターリングの座標位置を計測する第２ステップ（ｓ２）と、両座標位置の差を算出する第３ステップと（ｓ３）、上記差をタッチセンサーによる計測値の補正値として設定する第４ステップ（ｓ４）と、上記タッチセンサーにより上記治具の座標位置を計測する第５ステップ（ｓ５）と、計測された座標位置を上記補正値に基づいて補正して治具の座標位置として設定する第６ステップ（ｓ６）とを実行する。
【選択図】図６

Description

この発明は、加工装置の治具座標特定方法及びその方法を用いた加工装置に関し、特に、主軸に把持させたタッチセンサーにより治具の座標位置を特定するものに関する。

例えばエンジンやトランスミッションのケース等、車両用パーツの生産において、これらは加工装置により多方向から加工される。これらの加工部分は、例えばワークを保持する治具を載せた状態で鉛直方向に延びる中心線を中心にして回転する加工テーブルと、水平方向に延びる中心線を中心にして加工ツールを回転させるスピンドルとを有する加工装置（マシニングセンタ）によって加工される。

これらの加工のために、ワークは、マシニングセンタに対する所定の加工位置に治具によって保持される。例えば、ワークは、マシニングセンタの機械座標系における所定の加工位置に配置され、その位置から移動することがないように治具によって保持される。

上述のマシニングセンタの場合、水平方向に延びる加工ツールの回転中心線方向がＺ軸方向、鉛直方向がＹ軸方向、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向がＸ軸方向となる、ＸＹＺ座標系を持つ。

ところで、近年では、ワークの加工を行う前に、治具の座標位置を例えば下記特許文献１に開示されているようなタッチセンサーを用いて検出し、検出した座標位置データと所定の治具配置位置の座標とのずれ量を算出し、該算出したずれ量に基づいて加工用データを補正することが行われている。これにより、治具が所定の配置位置からずれていたとしても、上記補正によって加工装置はワークを精度良く加工することができる。
特開２００５−２８８５９３号公報

しかしながら、上述したタッチセンサーは、検出ヘッドを構成するプローブが長細く形成されているために、検出対象物（例えば治具）との接触等によって撓み易くなっており、プローブに撓みが生じた時には、検出結果にずれが生じることがある。このため、タッチセンサーの検出精度の信頼性は必ずしも十分とは言えず、タッチセンサーを用いた上記座標位置の計測のみでは、治具の座標位置を精度良く特定できないために、結果としてワークの加工精度低下を招く虞があった。

この発明は、タッチセンサーを用いて治具の座標位置を計測するものにおいて、その計測精度を向上させ、その結果加工精度の向上を図ることを可能にする加工装置の治具座標特定方法及びその方法を用いた加工装置を提供することを目的とする。

この発明の治具座標特定方法は、加工装置の治具にマスターリングを固定し、主軸にテスターを把持させて上記マスターリングの座標位置を計測する第１ステップと、上記加工装置の治具にマスターリングを固定し、上記主軸にタッチセンサーを把持させて上記マスターリングの座標位置を計測する第２ステップと、上記テスターにより計測されたマスターリングの座標位置と、タッチセンサーにより計測されたマスターリングの座標位置との差を算出する第３ステップと、該第３ステップにて算出された上記差を上記タッチセンサーによる計測値の補正値として設定する第４ステップと、上記タッチセンサーにより上記治具の座標位置を計測する第５ステップと、該第５ステップにて計測された座標位置を上記補正値に基づいて補正して上記治具の座標位置として設定する第６ステップと、から成るものである。

この構成によれば、プローブ先端の撓みにより検出精度の信頼性が十分でないタッチセンサーの計測誤差を校正した上で治具の座標位置を計測することができ、治具の座標位置を精度良く特定することができる。そして、その結果ワークの加工精度の向上を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、上記第５ステップが、加工時における治具の方向に応じて各々座標位置を計測し、上記第６ステップは、加工時における治具の方向に応じて上記計測された座標位置を各々補正するものである。

この構成によれば、加工の途中で方向を転換するものであっても、その方向に応じた補正を行うことができる。

この発明の一実施態様においては、上記治具が、ワークを固定する固定ピンを備えた平治具であって、上記第５ステップが、上記固定ピンの位置を計測するものであり、上記主軸の中心線方向に沿うＺ座標に関し、上記固定ピンの一方側のＺ座標位置を計測するとともに、計測されたピンのＺ座標と上記固定ピンの半径とから固定ピンの座標位置を求めるものである。

この構成によれば、治具のＺ座標の特定を演算により簡易に行うことができる。

この発明の一実施態様においては、上記治具が、ワークを固定する固定ピンを備えた平治具であって、上記第５ステップが、固定ピンの位置を計測するものであり、上記主軸の中心線方向と水平面上で直交するＸ座標に関し、上記固定ピンの両側のＸ座標をそれぞれ計測するとともに、計測された座標位置の平均に基づいて固定ピンの座標位置を求めるものである。

この構成によれば、Ｘ座標の特定を演算により精度良く特定することができる。

この発明の一実施態様においては、上記第５ステップが、上記固定ピンに計測用ピンを挿入した状態で座標位置を計測するものである。

この構成によれば、固定ピンの高さ位置が主軸に対して極端に低い位置にあったとしても、計測用ピンにより計測位置を高い位置に設定することができるため、タッチセンサーの下方移動時に、他の固定ピンや治具の側面等に不用意に接触することを防止でき、座標位置を容易に計測することができる。

この発明の治具座標特定方法を用いた加工装置は、テスター及びタッチセンサーを把持可能に構成された主軸と、該主軸を作動させ、これに把持されたテスターにより、治具に固定されているマスターリングの座標位置を計測させる第１計測作動手段と、上記主軸を作動させ、これに把持されたタッチセンサーにより、上記治具に固定されているマスターリングの座標位置を計測させる第２計測作動手段と、上記テスターにより計測された上記マスターリングの座標位置と、上記タッチセンサーにより計測された上記マスターリングの座標位置との差を算出する算出手段と、該算出手段にて算出された上記差を上記タッチセンサーによる計測値の補正値として設定する補正値設定手段と、上記主軸を作動させ、上記タッチセンサーにより上記治具の座標位置を計測させる治具座標位置計測作動手段と、上記タッチセンサーにより計測された座標位置を上記補正値に基づいて補正して上記治具の座標位置として設定する補正座標位置設定手段と、該補正座標位置設定手段により補正された治具の座標位置に基づいてワークの加工制御を実行する加工制御手段とを備えたものである。

この発明によれば、プローブ先端の撓みにより検出精度の信頼性が十分でないタッチセンサーの計測誤差を校正した上で治具の座標位置を計測することができ、治具の座標位置を精度良く特定することができる。そして、その結果ワークの加工精度の向上を図ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明に係る加工装置である、マシニングセンタを示している。図において、符号１０に示すマシニングセンタは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を機械座標系として持つものである。Ｘ軸およびＺ軸方向は水平方向であって、Ｙ軸方向は鉛直方向である。

マシニングセンタ１０は、例えばドリル、エンドミル、フライスカッタなどの加工ツール１２をＺ軸方向に延びる回転中心線Ｃｓを中心として回転させるスピンドル１４と、スピンドル１４をＹ方向に移動させるとともにＸ方向にも移動させるコラム１６と、治具１８を載せるための加工テーブル２０と、加工テーブル２０をＹ軸方向に延びる回転中心線Ｃｔを中心にして回転させる回転機構２２と、回転機構２２をＺ方向に移動させる送り機構２４を有する。

また、マシニングセンタ１０は、いわゆる数値制御式の加工装置であって、マシニングセンタの制御系を示す図２に示すように、マシニングセンタ１０の制御部１００内の記憶部１５０に記憶されている、ワークに対応して予め作成された加工プログラムデータ（ＮＣプログラムデータ）１６０に従って種々の加工をするように構成されている。なお、マシニングセンタ１０の制御系の詳細は後述する。

さらに、マシニングセンタ１０は、図２に示すように、自動工具交換装置（ＡＴＣ）２６を備えている。ＡＴＣ２６は、スピンドル１４に取付ける加工ツール１２を交換するためのものであって、加工プログラムデータ１６０に従い（加工プログラム１６０のツール番号に従い）、スピンドル１４に取付けられている加工ツール１２と、例えば複数のマガジンポッドそれぞれに待機する種々の加工ツールの１つとを交換するように構成されている。これにより、マシニングセンタ１０は、種々の加工ツール１２を使用して種々の加工を実行する。

図３、図４にワークＷを位置決めする治具１８を示す。治具１８は、加工テーブル２０上面に固定されるベース３０上に直立する治具本体３１に開口部３２が形成されたイケール治具である。治具１８は、ベース３０、治具本体３１の他、ワークＷをクランプしてその位置を保持するクランパを備える複数のクランプ装置（不図示）を有する。また、治具１８は、治具本体３１にマスターリング４０を有する。

また、治具１８は、ワークＷが省略されている図１に示すように、マシニングセンタ１０の加工テーブル２０上に、治具本体３１のマスターリング４０がスピンドル１４と対向するように固定されている。具体的には、マスターリング４０は円筒形状であって、そのマスターリング４０の中心線ＣｍがＺ方向が平行になる姿勢になるように治具１８は加工テーブル２０に固定される。マスターリング４０については後述する。

次に、図３及び図４を参照してワークＷの面Ａ、面Ｂの加工工程について説明する。ワークＷの面Ａ、面Ｂは、図３、図４に示すように、ワークＷが治具１８に保持された状態で加工される。ここで、図３では、ワークＷの面Ａが加工ツール１２と対向する状態にあり、マシニングセンタ１０によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に送られる加工ツール１２により面Ａが加工される。

一方、図３に示す状態から、加工テーブル２０を１８０°回転させ、治具１８及びワークＷの方向を転換すると、図４に示すようにワークＷの面Ａと反対側の面Ｂが加工ツール１２と対向する状態となる。ここで、ワークＷの面Ｂは、マシニングセンタ１０によって開口部３２側からＺ方向に送られる加工ツール１２により加工される。

図５にワークＷを位置決めしている第２の治具５０を示す。治具５０は、水平面に沿って固定面が広がるように設置された平板状の平治具である。治具５０は、ベース５１の他、ワークＷをクランプしてその位置を保持するクランパを備える複数のクランプ装置（不図示）を有する。

次に、ワークＷの面Ａ、Ｂ以外の面Ｃ、面Ｄ、面Ｅ、面Ｆの加工工程について説明する。面Ｃ〜面Ｆは、面Ａ、Ｂと直交する平面である。そこで、面Ｃ〜面Ｆを加工する際、ワークＷは、面Ｃ〜面ＦがＸ軸及びＺ軸と直交する姿勢で治具１８とは異なる治具５０に保持される。ここで、図５では、ワークＷの面Ｃが加工ツール１２と対向する状態にあり、面Ｃは、この状態で加工ツール１２により加工される。

また、図５に示す状態から、加工テーブル２０を９０°ずつ回転させることにより治具５０及びワークＷの方向を転換し、ワークＷの面Ｄ〜面Ｆをそれぞれ加工ツール１２と対向する状態にすることで、面Ｄ〜面Ｆを加工ツール１２により順番に加工することができる。

以上の加工工程により、１度治具を交換するだけでワークＷの全ての面Ａ〜Ｆを加工することが可能になっている。

ところで、上述したように、ワークＷを各治具１８、５０に固定して加工を実行するにあたり、治具１８、５０に保持されているワークＷを精度よく加工するためには、ワークＷを保持する治具１８、５０のＸＹＺ座標系における位置座標、基準点の座標を検出し、検出した座標に基づいて加工を実行する必要がある。

ここで、本発明に係る治具座標特定方法の一例を、図６、図１０のフローチャート、及び図５〜図９、図１１、図１２の説明図を参照しながら説明する。
先ず、図６にフローチャートで示すセンサー校正工程が実行される。図６のステップｓ１では、図７（ａ）に示すように、比較的検出精度が高く信頼性が高いとされる接触式のスモールテスター６０を、所定のホルダー７０を介してマシニングセンタ１０のスピンドル１４に把持させるとともに、加工テーブル２０には、マスターリング４０が固定された治具１８を固定する。

ここで、作業者は、マシニングセンタ１０の操作部４１（図２参照）を適宜操作することにより、コラム１６及び送り機構２４を作動させる。

ここでは、操作部４１を介したマニュアル操作によりコラム１６及び送り機構２４の送り量を調節しながら、スモールテスター６０の先端部に備えられたプローブ６１をマスターリング４０に接近させる。そして、プローブ６１をマスターリング４０の内部に移動させた後、その穴の内周面４０ａに接触させる。具体的には、コラム１６の作動により、スピンドル１４、即ちスモールテスター６０のプローブ６１のＸ方向及びＹ方向の位置を調節し、送り機構２４の作動により、スモールテスター６０のプローブ６１のＺ方向の位置を調節する。なお、操作部４１は、マシニングセンタ１０の機台に取付けられた液晶のタッチパネルやキーボード等により構成される。

ここで、スモールテスター６０のプローブ６１がマスターリング４０の内周面４０ａに接触すると、作業者は、操作部４１の操作によってスピンドル１４を回転駆動させ、図７（ｂ）に示すように、プローブ６１をマスターリング４０の内周面４０ａ上で走査させる。これにより、マシニングセンタ１０の基準点を原点Ｏｍｃとした時のマスターリング４０のＸ座標Ｘｍ０、Ｙ座標Ｙｍ０を座標検出部１０２により計測させる。

上述した方法によりマスターリング４０のＸ座標Ｘｍ０、Ｙ座標Ｙｍ０が計測させると、作業者は操作部４１を適宜操作し、これをマスターリング４０の真正の座標位置データ、すなわち絶対位置データ１５２として制御部１００の記憶部１５０（図２参照）に記憶させる。

次に、作業者は、スモールテスター６０をスピンドル１４から取外し、図８に示すＺ方向側定具８０を固定する。そして、操作部４１の操作によりコラム１６及び送り機構２４を作動させ、スモールテスター６０の場合と同様Ｚ方向側定具８０の先端部に備えられたプローブ８１をマスターリング４０に接近させ、その中心線Ｃｍと直交する端面４０ｂに接触させる。なお、Ｚ方向側定具８０は、スモールテスター６０と同様接触式とされ、比較的検出精度が高く信頼性が高いものとされている。

ここで、Ｚ方向計測具８０は、プローブ８１がマスターリング４０の端面４０ｂに接触した時、その旨を表示部８２にて適宜の数値（例えば、「０．０００」等）によって表示するようになっており、この時、座標面出部１０２によりスピンドル１４先端からマスターリング４０の端面４０ｂまでのＺ方向寸法ｚ２を計測させる。ここでは、予め実測で分かっている原点Ｏｍｃからスピンドル１４先端までの寸法ｚ１と上記ｚ２との総和により、原点Ｏｍｃから端面４０ｂまでの寸法、すなわちマスターリング４０のＺ座標Ｚｍ０を求める。

上述した方法によりマスターリング４０のＺ座標位置が計測されると、作業者は操作部４１を適宜操作し、上記Ｚ座標位置を絶対位置データ１５２として制御部１００の記憶部１５０に記憶させる。

このように、スモールテスター６０及びＺ方向計測具８０を用いた上記各計測により、マスターリング４０の絶対位置（マスターリング４０の原点Ｏｍｃに対する真正の位置座標を意味する）を計測するステップｓ１が実行される。

次に、ステップｓ２に移行し、図９に示すタッチセンサー９０を用いてマスターリング４０の座標位置を計測する。タッチセンサー９０は、座標計測時以外はＡＴＣ２６のマガジンポッドに収納されており、座標計測時にＡＴＣ２６によってスピンドル１４が保持している加工ツール１２と交換される。

タッチセンサー９０は、スピンドル１４に保持された状態でコラム１６によってＸ方向に移動されてワークＷや治具１８とその先端が接触したときにはその接触点のＸ座標を自動的に計測するように、またＹ方向に移動されてワークＷや治具１８と接触したときにはその接触点のＸ座標を自動的に計測するように構成されている。

さらに、送り機構２４がワークＷや治具１８をＺ方向に送り、タッチセンサー９０の先端がワークＷや治具１８と接触したときは、その接触点のＺ座標を自動的に計測するように構成されている。タッチセンサー９０が計測した座標に対する信号は、マシニングセンタ１０の制御部１００の座標検出部１０２に送信される。座標の計測は、図２に示すように、座標検出部１０２がタッチセンサー９０を自動的に操作して行われる。

座標検出部１０２は、コラム１６及び送り機構２４を作動させることにより、タッチセンサー９０の先端部に備えられた長細のプローブ９１をマスターリング４０に接近させる。そして、プローブ９１をマスターリング４０の内部に移動させた後、その穴の内周面４０ａに接触させる。

ここで、タッチセンサー９０のプローブ９１がマスターリング４０の内周面４０ａに接触した時、座標検出部１０２は、スピンドル１４を回転駆動させ、スモールテスター６０の場合と同様、プローブ９１をマスターリング４０の内周面４０ａ上で走査させることにより、マスターリング４０のＸ座標Ｘｍ１、Ｙ座標Ｙｍ１を計測する。

座標検出部１０２は、上述した方法によりマスターリングのＸ座標Ｘｍ１、Ｙ座標Ｙｍ１を計測すると、これをセンサー検出位置データ１５４（図２参照）として制御部１００の記憶部１５０に記憶させる。

次に、座標検出部１０２は、タッチセンサー９０のプローブ９１をマスターリング４０の端面４０ｂに接触させ、マスターリング４０のＺ座標Ｚｍ１を計測する。

座標検出部１０２は、マスターリングのＺ座標Ｚｍ１を計測すると、これをセンサー検出位置データ１５４として制御部１００の記憶部１５０に記憶させる。

ここで、タッチセンサー９０のプローブ９１に撓みが生じている場合には、図９に示すように、先端部の位置がずれてしまうために、その検出結果が上述した絶対位置からずれている場合がある。

そこで、ステップｓ３では、制御部１００を構成するセンサー校正演算部１０４（図２参照）が、絶対位置データ１５２とセンサー検出位置データ１５４との比較演算により、ステップｓ１で計測された座標位置（Ｘｍ０、Ｙｍ０、Ｚｍ０）と、ステップｓ２で計測された座標位置（Ｘｍ１、Ｙｍ１、Ｚｍ１）との差（Ｘｍ１−Ｘｍ０、Ｙｍ１−Ｙｍ０、Ｚｍ１−Ｚｍ０）を算出し、タッチセンサー９０の検出誤差の幅を算出する。

そして、ステップｓ４に移行し、センサー校正演算部１０４は、ステップｓ３で算出した両データ１５２、１５４の間の差を、タッチセンサー９０で計測されたｎ（ｎはＸ、Ｙ、Ｚ）座標の補正値Δｎとして設定し、これを補正値データ１５６（図２参照）として制御部１００の記憶部１５０に記憶させる。

このように、上述したステップｓ１〜ステップｓ４により、プローブ９１の撓みに起因するタッチセンサー９０の検出誤差を校正するセンサー校正工程が実行される。

次に、図１０にフローチャートで示す治具座標位置データ補正工程が実行される。図１０に示すステップｓ１１では、座標検出部１０２の自動操作によってタッチセンサー９０を治具１８、５０に接触させることにより、治具１８、５０の座標位置を自動的に計測する。ここで、図１、図３、図４では便宜上図示を省略したが、図１１に示すように、治具１８は、ワークＷに形成された基準穴（図示せず）に挿入されてＸ軸方向とＹ軸方向に関してワークＷを固定する加工基準座３３を治具本体３１の片面側に複数有する。ワークＷの上記基準穴は、ワークＷの複数の被加工部分の位置の基準となる穴であり、マシニングセンタ１０のＸＹＺ座標系におけるワークＷの位置を決める穴でもある。

ステップｓ１１において、治具１８は、図１１に示すように、ワークＷの面Ａを加工する時の方向（図３参照）、及び面Ｂを加工する時の方向（図４参照）の各方向に応じて座標位置が計測される。

図１１（ａ）では、ワークＷの面Ａを加工する時の方向に固定されており、タッチセンサー９０のプローブ９１を加工基準座３３に接触させ、その時に検出されたＺ座標Ｚｊ１ａを計測する。

図１１（ｂ）では、加工テーブル２０を図１１（ａ）に示す状態から１８０°回転させることで、治具１８がワークＷの面Ｂを加工する時の方向に固定されている。この時、タッチセンサー９０のプローブ９１を治具本体３１の背面に接触させ、そのＺ座標ｚ４を計測する。ここで、加工基準座３３のＺ座標Ｚｊ１ｂは、予め実測により分かっている治具本体３１の厚みと加工基準座３３の突出量とを合わせた寸法ｚ３に、タッチセンサー９０により計測された上記座標ｚ４を加えた総和ｚ３＋ｚ４により求めることができる。

ところで、治具５０について、図４では便宜上図示を省略したが、図１２（ａ）に示すように、治具５０は、ワークＷの上記基準穴に挿入されてＸ軸方向とＺ軸方向に関してワークＷを固定する加工基準座５２をベース５１に複数有する。ここで、治具５０の座標位置を計測するにあたっては、図示のように、加工基準座５２のうちの１つに計測用ピン５３を挿入する。計測用ピン５３は、加工基準座５２に挿入された時、図示のように、これと同軸上に配置され、他よりも上方に突出するようになっている。

ステップｓ１１では、図１２（ａ）に示すように、タッチセンサー９０のプローブ９１を計測用ピン５３が挿入されていない加工基準座５２の上端面に接触させ、その時に検出されたＹ座標Ｙｊ２を計測する。

次に、タッチセンサー９０のプローブ９１を計測用ピン５３に接触させ、そのＸ座標Ｘｊ２及びＺｊ２を計測する。

Ｘ座標Ｘｊ２を計測する場合には、図１２（ｂ）に示すように、プローブ９１の先端を、計測用ピン５３の側面のＸ方向両端部に接触させ、その２つの接点Ｐ１、Ｐ２のＸ座標ｘ１、ｘ２を計測する。ここで、計測用ピン５３のＸ座標Ｘｊ２は、計測用ピン５３の中心点の座標であり、２つの接点のＸ座標ｘ１、ｘ２の中間の座標である。このため、Ｘ座標Ｘｊ２は、上記２つの接点Ｐ１、Ｐ２の座標の平均値（ｘ１＋ｘ２）／２により求めることができる。

また、Ｚ座標Ｚｊ２を計測する場合には、図１２（ｃ）に示すように、プローブ９１の先端を、計測用ピン５３の側面のスピンドル１４側端部に接触させ、その接点Ｐ３のＺ座標ｚ６を計測する。ここで、計測用ピン５３のＺ座標Ｚｊ２は、
計測用ピン５３の中心点の座標であるため、Ｚ座標Ｚｊ２は、接点Ｐ３の座標ｚ６に半径ｚ５を加えた値ｚ５＋ｚ６により求めることができる。

このように、図１０に示すステップｓ１１では、治具１８、５０（加工基準座３３、５２）の座標位置を特定することで、全ての加工角度（加工対象面Ａ〜面Ｆ）において治具の座標位置が計測される。ここで、上述した方法により計測された計測結果は、制御部１００の記憶部１５０に治具座標位置計測データ１５８として記憶される。

次に、ステップｓ１２に移行する。ここでは、制御部１００を構成する加工データ補正部１０６（図２参照）が、座標位置計測データ１５８内の各座標計測値に、補正値データ１５６内の補正値Δｎを加え、タッチセンサー９０により計測された治具１８、５０の座標位置を補正して、記憶部１５０に記憶されている加工プログラムデータ１６０を補正する。

このように、上述したステップｓ１１、ｓ１２により、治具１８、５０の座標位置の計測値に対し、タッチセンサー９０のプローブ９１の撓みに起因する検出誤差分を補正する治具座標位置データ補正工程が実行される。

加工プログラムデータ１６０は、いわゆるＮＣプログラムデータであって、ＸＹＺ座標系に基づく座標値を含んでおり、座標値に基づいて加工を実行する。例えばフライスをＸＹＺ座標系の座標Ｆ１から座標Ｆ２に送る面削り加工をマシニングセンタ１０に実行させる。また、加工プログラムデータ１６０は、治具基準点（加工基準座３３、５２）がＸＹＺ座標系における所定の治具配置位置にあって、且つワーク基準点が、上記治具基準点を原点とする治具１８、５０の座標系において所定の位置にある場合の、すなわち図面上の理論的なＸＹＺ座標系に基づく座標値により作成されている。

治具１８の場合、計測された座標はＺｊａ１、Ｚｊａ２であるため、補正後の座標はそれぞれＺｊ１ａ＋ΔＺ、Ｚｊ１ｂ＋ΔＺで表現される。また、治具５０の場合、計測された座標は、（Ｘｊ２、Ｙｊ２、Ｚｊ２）であるため、補正後の座標はそれぞれ（Ｘｊ２＋ΔＸ、Ｙｊ２＋ΔＹ、Ｚｊ２＋ΔＺ）で表現される。

さらに、加工データ補正部１０６は、ＸＹＺ座標系おける治具基準点のずれ量を算出する。ずれ量は、上記補正後の加工基準座３３、５２の座標（実際の座標）と、図面から割り出されたＸＹＺ座標系における治具１８、５０上の基準点の座標（所定の治具配置位置の座標であって、理論上の座標）との差である。

加工データ補正部１０６は、上記治具基準点のずれ量に基づいて加工プログラムデータ１６０内の座標値を補正する。従って、本実施形態では、タッチセンサー９０により計測された計測結果に対し、タッチセンサー９０の検出誤差を考慮した補正と、治具１８、５０のずれ量を考慮した補正とを行う。

制御部１００は、上述した方法により補正された加工プログラムデータ１６０に従ってワークＷの加工制御を実行する。これにより、タッチセンサー９０の検出誤差、及び治具１８、５０のずれ量を考慮した座標位置データを特定することができ、マシニングセンタ１０の加工精度向上を図ることができる。

このように、本実施形態では、計測精度の比較的高いスモールテスター６０、Ｚ方向計測具８０、及びタッチセンサー９０を用いてマスターリング４０の座標位置を計測することとし、両計測値の差に基づき補正値Δｎを算出するとともに、該補正値Δｎに基づいて、タッチセンサー９０により計測された治具１８、５０の座標位置を補正するようにしている。このため、プローブ９１先端の撓みにより検出精度の信頼性が十分でないタッチセンサー９０の計測誤差を校正した上で治具１８、５０の座標位置を計測することができ、治具１８、５０の座標位置を精度良く特定することができる。そして、その結果ワークＷの加工精度の向上を図ることができる。

また、ステップｓ１１では、加工時の治具１８の方向に応じてそれぞれ座標位置Ｚｊ１ａ、Ｚｊ１ｂを計測しており、同ステップｓ１２では、それぞれの方向に応じて座標位置を補正するようにしている。これにより、治具１８のように加工の途中で方向を転換するものであっても、その方向に応じた補正を行うことができる。

また、治具５０においては、加工基準座５２（計測用ピン５３）の座標位置を計測するようにし、そのＺ座標Ｚｊ２を、計測用ピン５３の一方側の接点Ｐ３の座標ｚ６と計測用ピン５３の半径ｚ５とに基づいて求めることで、治具５０のＺ座標Ｚｊ２の特定を演算により簡易に行うことができる。

また、加工基準座５２（計測用ピン５３）の座標位置のＸ座標を計測する際、上述したように、計測用ピン５３のＸ方向の両端部の座標位置の平均値に基づいてＸ座標Ｘｊ２を特定するようにしたことで、該Ｘ座標Ｘｊ２の特定を演算により精度良く特定することができる。

また、治具５０において、そのＸ座標Ｚｊ２及びＺ座標Ｚｊ２を計測するにあたり、加工基準座５２に計測用ピン５３を挿入した状態で計測するようにしたことで、図１２（ａ）に示すように、加工基準座５２の高さ位置がマシニングセンタ１０のスピンドル１４に対して極端に低い位置にあったとしても、計測用ピン５３により計測位置を高い位置に設定することができる。このため、タッチセンサー９０の下方移動時に、他の加工基準座５２や治具５０のベース５１の側面等に不用意に接触することを防止でき、座標位置を容易に計測することができる。

なお、本発明は、例えば、トランスミッションのケース部や、エンジンのシリンダブロック等車両用パーツ品の加工に適用される。但し、必ずしもこれに限定されるものではなく、その他の産業分野の加工対象物に適用することができる。

また、図６にフローチャートで示すタッチセンサー校正工程では、マスターリング４０をイケール治具１８に取付けた場合を説明したが、これに限らずマスターリング４０を平治具５０の側面に取付けてもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の主軸は、スピンドル１４に対応し、
以下同様に、
固定ピンは、加工基準座３３、５２に対応し、
第１計測作動手段は、操作部４１、及びステップｓ１を実行する座標検出部１０２に対応し、
第２計測作動手段は、ステップｓ２を実行する座標検出部１０２に対応し、
算出手段は、ステップｓ３を実行するセンサー校正演算部１０４に対応し、
補正値設定手段は、ステップｓ４を実行するセンサー校正演算部１０４に対応し、
治具座標位置計測作動手段は、ステップｓ１１を実行する座標検出部１０２に対応し、
補正座標位置設定手段は、ステップｓ１２を実行する加工データ補正部１０６に対応し、
加工制御手段は、制御部１００に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

この発明の実施形態に係るワークの加工装置の構成要素であるマシニングセンタを示す斜視図。図１に示すマシニングセンタの制御系を示すブロック図。イケール治具に保持されているワークを示す斜視図。イケール治具に保持されているワークを示す斜視図。平治具に保持されているワークを示す斜視図。タッチセンサー校正工程を示すフローチャート。スモールテスターを用いてマスターリングの座標位置を計測する方法を説明するための説明図。Ｚ方向計測具を用いてマスターリングの座標位置を計測する方法を説明するための説明図。タッチセンサーを用いてマスターリングの座標位置を計測する方法を説明するための説明図。治具座標位置データ補正工程を示すフローチャート。タッチセンサーを用いてイケール治具の座標位置を計測する方法を説明するための説明図。タッチセンサーを用いて平治具の座標位置を計測する方法を説明するための説明図。

符号の説明

１０…マシニングセンタ
１４…スピンドル
３３、５２…加工基準座
４０…マスターリング
５３…計測用ピン
６０…スモールテスター
８０…Ｚ方向計測具
９０…タッチセンサー
１００…制御部
１０２…座標検出部
１０４…センサー校正演算部
１０６…加工データ補正部

Claims

加工装置の治具にマスターリングを固定し、主軸にテスターを把持させて上記マスターリングの座標位置を計測する第１ステップと、
上記加工装置の治具にマスターリングを固定し、上記主軸にタッチセンサーを把持させて上記マスターリングの座標位置を計測する第２ステップと、
上記テスターにより計測されたマスターリングの座標位置と、タッチセンサーにより計測されたマスターリングの座標位置との差を算出する第３ステップと、
該第３ステップにて算出された上記差を上記タッチセンサーによる計測値の補正値として設定する第４ステップと、
上記タッチセンサーにより上記治具の座標位置を計測する第５ステップと、
該第５ステップにて計測された座標位置を上記補正値に基づいて補正して上記治具の座標位置として設定する第６ステップと、から成る
加工装置の治具座標特定方法。
上記第５ステップは、加工時における治具の方向に応じて各々座標位置を計測し、
上記第６ステップは、加工時における治具の方向に応じて上記計測された座標位置を各々補正する
請求項１記載の加工装置の治具座標特定方法。
上記治具は、ワークを固定する固定ピンを備えた平治具であって、
上記第５ステップは、上記固定ピンの位置を計測するものであり、上記主軸の中心線方向に沿うＺ座標に関し、上記固定ピンの一方側のＺ座標を計測するとともに、
計測されたピンのＺ座標と上記固定ピンの半径とから固定ピンの座標位置を求めるものである
請求項１記載の加工装置の治具座標特定方法。
上記治具は、ワークを固定する固定ピンを備えた平治具であって、
上記第５ステップは、固定ピンの位置を計測するものであり、上記主軸の中心線方向と水平面上で直交するＸ座標に関し、上記固定ピンの両側のＸ座標をそれぞれ計測するとともに、
計測された座標位置の平均に基づいて固定ピンの座標位置を求めるものである
請求項３記載の加工装置の治具座標特定方法。
上記第５ステップは、上記固定ピンに計測用ピンを挿入した状態で座標位置を計測するものである
加工装置の治具座標特定方法。
請求項１〜５のいずれか一項に記載された治具座標特定方法を用いた加工装置であって、
テスター及びタッチセンサーを把持可能に構成された主軸と、
該主軸を作動させ、これに把持されたテスターにより、治具に固定されているマスターリングの座標位置を計測させる第１計測作動手段と、
上記主軸を作動させ、これに把持されたタッチセンサーにより、上記治具に固定されているマスターリングの座標位置を計測させる第２計測作動手段と、
上記テスターにより計測された上記マスターリングの座標位置と、上記タッチセンサーにより計測された上記マスターリングの座標位置との差を算出する算出手段と、
該算出手段にて算出された上記差を上記タッチセンサーによる計測値の補正値として設定する補正値設定手段と、
上記主軸を作動させ、上記タッチセンサーにより上記治具の座標位置を計測させる治具座標位置計測作動手段と、
上記タッチセンサーにより計測された座標位置を上記補正値に基づいて補正して上記治具の座標位置として設定する補正座標位置設定手段と、
該補正座標位置設定手段により補正された治具の座標位置に基づいてワークの加工制御を実行する加工制御手段とを備えた
治具座標特定方法を用いた加工装置。