JP2010089182A - Machine tool having workpiece reference measurement position setting function - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a machine tool having a workpiece reference measurement position setting function capable of obtaining the center coordinate of a workpiece and setting it as the workpiece reference measurement position. <P>SOLUTION: A workpiece symmetrical to two lines in which machined surfaces are orthogonal to each other is arranged to make the axis of the mechanical coordinate system and two lines parallel to each other. A spherical measurement piece of a probe of an on-machine measurement instrument is relatively moved toward an end face of the workpiece from the top of the machining surface of the workpiece along the first line parallel to the two lines. After the spherical measurement piece is detached from the end face of the workpiece, the coordinate when the moving speed in the axial direction of the probe reaches the predetermined value is stored (S2-S11). Similarly, the coordinate is stored for the second line (S12-S21). Each mid-point is obtained from the stored coordinate. The obtained coordinate of the mid-point is the center coordinate of the workpiece, and can be set as the reference measurement position of the workpiece. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、工作機械上に被加工物(ワーク)の形状測定および形状解析のために機上計測装置を備えた工作機械に関し、特に、ワークの形状計測のための基準位置設定機能を備えた工作機械に関する。   The present invention relates to a machine tool provided with an on-machine measuring device for measuring and analyzing the shape of a workpiece (work) on a machine tool, and more particularly, provided with a reference position setting function for measuring the shape of a workpiece. It relates to machine tools.

超精密加工において、ナノ単位の形状精度を実現するためには、加工を終了したワークを工作機械から取り外すことなく、工作機械上で加工形状を計測(機上計測)し、計測結果に基づいて補正加工を行うことが必要不可欠である。   In ultra-precision machining, in order to achieve nano-scale shape accuracy, the machined shape is measured (on-machine measurement) on the machine tool without removing the finished workpiece from the machine tool, and the measurement result is used. It is essential to perform correction processing.

そのような機上計測では、工具の刃先と機上計測装置に備えたプローブのスタイラス先端の位置関係を確立することにより、正確な補正加工が可能となる。そのために、ワークを加工するときの座標と、機上計測するときの計測座標の関係が確立していなければならない。このワークを加工するときの座標と、機上計測するときの計測座標の関係が確立していなければならない。このワークを加工するときの座標と、機上計測するときの計測座標の関係をとるためにワークの計測基準位置を設定する必要がある。   In such on-machine measurement, accurate correction processing is possible by establishing the positional relationship between the cutting edge of the tool and the stylus tip of the probe provided in the on-machine measuring device. Therefore, the relationship between the coordinates when machining the workpiece and the measurement coordinates when measuring on the machine must be established. The relationship between the coordinates when machining the workpiece and the measurement coordinates when measuring on the machine must be established. It is necessary to set the measurement reference position of the workpiece in order to take the relationship between the coordinates when machining the workpiece and the measurement coordinates when measuring on the machine.

ワークの計測基準位置の設定方法として、従来、次のような方法が知られている。
ワークの計測基準位置をワークの取り付けられる回転軸の中心とする。そのために、最初に、芯出し球をワークが取り付けられる回転軸の面盤に載置する。そして、変位検出器を用いて芯出し球の中心を回転軸の中心に合わせた後、機上計測装置のプローブを用いて芯出し球の頂点出しを行い、回転軸の中心座標を確定する。次に、芯出し球を取り外し、ワークを取り付ける。ワークまたはワークの治具の中心座標を、変位検出器を用いて回転軸の中心に合わせて、求めておいた回転軸の中心座標をワーク、またはワークの治具の基準位置とするという方法が知られている。
Conventionally, the following methods are known as methods for setting the measurement reference position of a workpiece.
The measurement reference position of the workpiece is set as the center of the rotation axis to which the workpiece is attached. For this purpose, first, the centering sphere is placed on the face plate of the rotating shaft to which the work is attached. Then, after the center of the centering sphere is aligned with the center of the rotation axis using the displacement detector, the centering sphere is vertexed using the probe of the on-machine measuring device to determine the center coordinates of the rotation axis. Next, the centering sphere is removed and the work is attached. The method of aligning the center coordinates of the workpiece or workpiece jig with the center of the rotation axis using a displacement detector, and using the calculated center axis of the rotation axis as the reference position of the workpiece or workpiece jig Are known.

また、特許文献1には、ワークの中心をワークが取り付けられる回転軸にあわせることなく、軸対称形状に必ず存在する頂点を十字機上計測により確定し、ワークの中心になると推定される前記頂点を計測基準点とする技術が開示されている。この技術では、対象となるワークの形状が軸対称形状のみに限定される。また、本加工前の荒加工されたワークの形状を機上計測するので、計測により求めた頂点がワークの中心とは言い難い。そのため、ワークの中心と機上計測により求めた頂点との不一致の問題に対処するために、ワークに加工面以外に余分なスペースを設け、中心が不一致であっても余分なスペースを加工している。   Further, in Patent Document 1, the vertex that is necessarily present in the axially symmetric shape is determined by measuring on the cross machine without matching the center of the workpiece to the rotation axis to which the workpiece is attached, and the vertex that is estimated to be the center of the workpiece is estimated. A technique using as a measurement reference point is disclosed. In this technique, the shape of the target workpiece is limited to an axisymmetric shape only. Moreover, since the shape of the rough-worked workpiece before the main machining is measured on the machine, it is difficult to say that the vertex obtained by the measurement is the center of the workpiece. Therefore, in order to deal with the problem of mismatch between the center of the workpiece and the apex obtained by on-machine measurement, an extra space is provided on the workpiece other than the machining surface, and even if the centers do not match, the extra space is machined. Yes.

また、特許文献2には、ワークの端面座標を推定することによりワークの中心座標を求める技術が開示されている。この技術は、接触式プローブによるワークの形状測定において、ワークの端面でのプローブの変位の急激な変化を検知し測定原点を求めるものである。   Patent Document 2 discloses a technique for obtaining center coordinates of a workpiece by estimating end surface coordinates of the workpiece. In this technique, when measuring the shape of a workpiece using a contact probe, a rapid change in the displacement of the probe at the end surface of the workpiece is detected to obtain the measurement origin.

また、特許文献3には、接触検知によるワークの基準位置設定機能を有する工作機械の技術が開示されている。この技術は、可動軸が流体軸受により支持された工作機械に、加工面が直交する2つの線に対して線対称なワークを、機械座標系の軸と前記2つの線が平行となるように配置し、前記2つの線と平行な第1の線に沿ってワークの両側からプローブのスタイラス先端の測定球を接触させ、接触によって増大する位置偏差を測定し、前記測定球とワークとの接触を検出するものである。   Patent Document 3 discloses a technology of a machine tool having a workpiece reference position setting function based on contact detection. In this technique, a machine tool whose movable shaft is supported by a fluid bearing is used to make a workpiece line-symmetric with respect to two lines whose processing surfaces are orthogonal to each other so that the axis of the machine coordinate system and the two lines are parallel to each other. The measurement ball at the tip of the stylus of the probe is contacted from both sides of the workpiece along a first line parallel to the two lines, the positional deviation increased by the contact is measured, and the contact between the measurement ball and the workpiece Is detected.

また、特許文献4には、加工原点設定方法及びその方法を実施するための工作機械の技術が開示されている。この技術は、コストをかけずに回転工具と被切削材の加工原点を容易かつ正確に設定するため技術であり、主軸に回転工具を回転させない程度の負荷トルクを印加し、主軸に負荷トルクが印加された状態で、切れ刃先端が外面から離れる方向に動くように、主軸またはワークテーブルの一方をジョグ送りし、主軸の回転が検知されたときの座標を加工原点として設定するものである。   Patent Document 4 discloses a machining origin setting method and a machine tool technique for carrying out the method. This technology is a technology for easily and accurately setting the processing origins of a rotary tool and a workpiece without applying cost. A load torque that does not rotate the rotary tool is applied to the spindle, and the load torque is applied to the spindle. In this state, one of the spindle and the work table is jog-fed so that the tip of the cutting edge moves away from the outer surface, and the coordinates when the rotation of the spindle is detected are set as the machining origin.

特開2006−21277号公報JP 2006-21277 A 特開2000−298014号公報JP 2000-298014 A 特開2008−200798号公報JP 2008-200808 A 特開2008−62351号公報JP 2008-62351 A

背景技術で説明した従来技術である芯出し球をワークが取り付けられる回転軸面盤に載置してワークの基準位置を設定する方法は、基準位置設定までの手順が複雑で、設定する作業の時間がかかってしまう。また、芯出し球を外して、ワークを取り付ける際に誤差が生じることは避けられない。さらに、ワークが円筒形状ではない限り、ワークの円筒形状治具の中心とワークの中心を一致させることは困難である。また、オペレータの熟練度によってはかなりの設定誤差が生じる可能性があり問題である。   The method of setting the reference position of the workpiece by placing the centering sphere, which is the conventional technology described in the background art, on the rotary shaft surface plate to which the workpiece is attached, involves a complicated procedure up to the reference position setting. It takes time. Moreover, it is inevitable that an error occurs when the work piece is attached with the centering sphere removed. Furthermore, unless the workpiece is cylindrical, it is difficult to make the center of the workpiece cylindrical jig coincide with the center of the workpiece. Further, depending on the skill level of the operator, a considerable setting error may occur, which is a problem.

また、最近では、ワークの全面を加工する超精密加工に加えて、ワーク自体の形状および寸法が精密に仕上げられて提供され、そのようなワークの中の加工面の位置決めを高精度に行うことが求められるようになっている。しかし、特許文献1に開示される技術では、このような最近のワークの全面加工やワークの形状や寸法の高精度化の課題には対応できない。   Recently, in addition to ultra-precision machining that processes the entire surface of a workpiece, the workpiece itself is provided with a precisely finished shape and dimensions, and the machining surface within such workpiece is positioned with high accuracy. Is now required. However, the technique disclosed in Patent Document 1 cannot cope with the recent problems of the overall processing of the workpiece and the accuracy of the shape and dimensions of the workpiece.

また、特許文献2に開示される技術では、接触式プローブの接触子は球形で、ワーク端面のエッジを正確に検出できないため、測定データを処理することによりワークの端面のエッジを推定している。よって、測定データのサンプリング数が少ないと正確な推定ができない。測定装置の振動、被測定物端面または球型接触子表面の傷やゴミの付着などでワーク端面形状データと実際の端面形状と異なる可能性がある。   Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, since the contact of the contact probe is spherical and the edge of the workpiece end surface cannot be accurately detected, the edge of the workpiece end surface is estimated by processing measurement data. . Therefore, if the number of measurement data samplings is small, accurate estimation cannot be performed. There is a possibility that the workpiece end face shape data differs from the actual end face shape due to vibration of the measuring device, scratches on the end face of the object to be measured or the surface of the spherical contact or adhesion of dust.

また、特許文献3に開示される技術では、位置偏差の増大を数値制御装置の中の制御プログラムによって行っている。位置偏差の値の設定と移動軸の選択、移動軸の送り速度等は加工作業の段取りによってその都度変更する必要があり、そのため数値制御装置にそれらを設定しなおさなければならない。この設定しなおし作業において、設定誤り(特に、符号など)があると正確な検出が行われない。最悪の事態では、プローブあるいは可動軸が移動をし続けプローブとワークとが強い力で衝突し、プローブおよびワークが損傷する恐れがある。また、この技術では、微小な位置偏差の変動を計測するために、工作機械の駆動軸は流体軸受による摩擦なしの機構であることが前提である。そして、流体軸受であっても、ねじ式のものだと、接触誤検知によって、流体軸受が噛んでしまう危険性があるので、リニア式に限定する必要がある。   In the technique disclosed in Patent Document 3, the positional deviation is increased by a control program in the numerical controller. The setting of the position deviation value, selection of the moving axis, the moving speed of the moving axis and the like need to be changed each time according to the machining operation setup, and therefore they must be set again in the numerical controller. In this resetting operation, if there is a setting error (especially a code), accurate detection cannot be performed. In the worst case, the probe or the movable shaft keeps moving, and the probe and the workpiece collide with a strong force, and the probe and the workpiece may be damaged. Further, in this technique, in order to measure a minute change in position deviation, it is premised that the drive shaft of the machine tool is a mechanism without friction by a fluid bearing. And even if it is a fluid bearing, if it is a screw type thing, there exists a danger that a fluid bearing will bite by contact misdetection, Therefore It is necessary to limit to a linear type.

また、特許文献4に開示される技術では、検知する面はワークの片側の面であり、その反対側の面は治具などに取り付けられている。この治具などに取り付けられている面を検知しようとすると、主軸あるいはワークを180度回転させなければならないが、工作機械においてそのような姿勢にするのは非常に困難であるし、主軸を180度回転させても、スピンドルの正確な位置決めがなされていない限り、検知する両座標との線分が移動軸と水平に保つことは非常に困難である。そのため、ワークの中心を正確に特定することはできない。   In the technique disclosed in Patent Document 4, the surface to be detected is a surface on one side of the workpiece, and the surface on the opposite side is attached to a jig or the like. In order to detect the surface attached to the jig or the like, the main shaft or the work must be rotated 180 degrees. However, it is very difficult to make such a posture in a machine tool, and the main shaft is rotated 180 degrees. Even if the spindle is not accurately positioned, it is very difficult to keep the line segment of both coordinates to be detected level with the moving axis unless the spindle is accurately positioned. Therefore, the center of the work cannot be specified accurately.

そこで本発明の目的は、従来技術の課題を解決しワークの中心位置を機上計測装置の計測基準位置として設定することができる計測基準点設定機能を有する工作機械を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a machine tool having a measurement reference point setting function capable of solving the problems of the prior art and setting a center position of a workpiece as a measurement reference position of an on-machine measuring device.

本願の請求項1に係る発明は、ワークの加工面が直交する2つの線に対して線対称なワークの形状測定および形状解析のための機上計測装置を備え、前記機上計測装置からの位置検出信号が入力される数値制御装置で制御される複数の可動軸を有する工作機械において、前記機上計測装置は、機上計測装置内部に流体軸受により支持される接触式プローブと、該接触式プローブの軸方向の移動変位を検出し位置検出信号を出力する位置検出手段とを備え、前記工作機械は、前記工作機械の各可動軸の位置を検出する可動軸位置検出手段を備え、前記数値制御装置は、前記2つの線が機械座標系の軸と平行になるように配置された前記ワークの前記加工面に前記接触式プローブの測定子を一定の接触圧で接触させた状態で前記ワークの端面から前記接触式プローブの測定子が完全に離れるまで前記2つの線とそれぞれ平行な方向であって、ワークの加工面内からそれぞれの端面に向かって前記接触式プローブを移動するように前記可動軸を駆動する可動軸駆動制御手段と、前記位置検出手段から出力される位置検出信号に基づいて該接触式プローブの軸方向の移動速度を算出するプローブ移動速度算出手段と、前記プローブ移動速度算出手段により算出された前記移動速度があらかじめ決められた速度に達したか否か判断する判断手段と、前記判断手段により前記移動速度があらかじめ決められた速度に達したと判断された時の前記各可動軸位置検出手段により検出された各可動軸の位置データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各可動軸の位置から前記ワークの中心座標を算出しワークの計測基準点として設定する設定手段と、を備えたことを特徴とするワークの計測基準点設定機能を有する工作機械である。   The invention according to claim 1 of the present application includes an on-machine measuring device for shape measurement and shape analysis of a workpiece that is line-symmetric with respect to two lines in which the machining surfaces of the workpiece are orthogonal to each other. In a machine tool having a plurality of movable shafts controlled by a numerical controller to which a position detection signal is input, the on-machine measuring device includes a contact type probe supported by a fluid bearing inside the on-machine measuring device, and the contact Position detecting means for detecting a movement displacement in the axial direction of the probe and outputting a position detection signal, and the machine tool includes movable axis position detecting means for detecting the position of each movable axis of the machine tool, In the numerical control device, the contact point of the contact-type probe is brought into contact with the machining surface of the workpiece arranged so that the two lines are parallel to the axis of the machine coordinate system at a constant contact pressure. From the end face of the workpiece The movable shaft is moved so that the contact probe moves in the direction parallel to the two lines until the contact probe probe is completely separated from the machining surface of the workpiece toward the end surface. A movable axis driving control means for driving, a probe moving speed calculating means for calculating a moving speed in the axial direction of the contact probe based on a position detection signal output from the position detecting means, and a probe moving speed calculating means. Determining means for determining whether or not the calculated moving speed has reached a predetermined speed; and each of the movable shafts when the determining means determines that the moving speed has reached a predetermined speed. Storage means for storing position data of each movable axis detected by the position detection means, and the center of the workpiece from the position of each movable axis stored in the storage means Is a machine tool having calculated the target setting means for setting a measurement reference point of the workpiece, the workpiece measurement reference point setting function, comprising the.

請求項2に係る発明は、前記工作機械の各可動軸の位置を検出する可動軸位置検出手段からの位置検出信号はモータを駆動するモータ駆動装置が有するインタフェースを介して前記数値制御装置に入力し、前記機上計測装置からの位置検出信号はモータが接続されていないモータ駆動装置が有するインタフェースを介して前記数値制御装置に入力することを特徴とする請求項1に記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械である。   In the invention according to claim 2, the position detection signal from the movable shaft position detecting means for detecting the position of each movable shaft of the machine tool is input to the numerical controller via an interface of a motor driving device that drives the motor. 2. The workpiece measurement standard according to claim 1, wherein a position detection signal from the on-machine measuring device is input to the numerical controller via an interface of a motor driving device not connected to a motor. A machine tool having a point setting function.

請求項3に係る発明は、前記可動軸位置検出手段および前記接触式プローブ位置検出手段から出力される信号は、位相が略90度異なる2相の正弦波アナログ信号で構成され、
前記インタフェースは、前記正弦波アナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換装置と、前記A/D変換装置から出力されるデジタル信号を前記正弦波アナログ信号の1周期分を分割したデジタル信号で出力する内挿分割装置を備えていることを特徴とする請求項2に記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械である。
In the invention according to claim 3, the signals output from the movable shaft position detecting means and the contact type probe position detecting means are composed of two-phase sine wave analog signals whose phases are different by approximately 90 degrees,
The interface includes an A / D conversion device that converts the sine wave analog signal into a digital signal, and a digital signal obtained by dividing the digital signal output from the A / D conversion device into one cycle of the sine wave analog signal. The machine tool having a workpiece measurement reference point setting function according to claim 2, further comprising an interpolation unit for outputting.

請求項4に係る発明は、前記位置検出装置または前記機上計測装置に備えられる位置検出装置は、リニアスケール、パルスコーダ、またはレーザ干渉計のうちのいずれかの検出装置であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械である。   The invention according to claim 4 is characterized in that the position detection device provided in the position detection device or the on-machine measurement device is any one of a linear scale, a pulse coder, and a laser interferometer. It is a machine tool which has the measurement reference point setting function of the workpiece | work as described in any one of Claims 1-3.

請求項5に係る発明は、前記記憶手段は、前記判断手段により前記移動速度があらかじめ決められた速度に達したと判断された時の前記各可動軸位置検出手段により検出された各可動軸の位置データを自動的に記憶することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械である。   According to a fifth aspect of the present invention, the storage means stores each of the movable shafts detected by the respective movable shaft position detection means when the determination means determines that the moving speed has reached a predetermined speed. 5. A machine tool having a workpiece measurement reference point setting function according to claim 1, wherein position data is automatically stored.

請求項6に係る発明は、前記設定手段は、前記加工面の水平方向の左右両端において前記記憶手段に記憶された前記可動軸の位置データの差を求め、この差の半分の値を小さい方の座標に加算した座標をワークの水平方向の中心座標とし、前記加工面の垂直方向の上限両端において前記記憶手段に記憶された前記可動軸の位置データの差を求め、この差の半分の値を小さい方の座標に加算した座標をワークの垂直方向の中心座標として、前記ワークの中心座標を求め、ワークの計測基準点として設定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械である。   According to a sixth aspect of the present invention, the setting means obtains a difference in position data of the movable shaft stored in the storage means at the left and right ends of the machining surface in the horizontal direction, and reduces the half of the difference by a smaller value. The coordinate added to the coordinate of the workpiece is set as the center coordinate in the horizontal direction of the workpiece, the difference between the position data of the movable axis stored in the storage means at the upper and lower ends of the vertical direction of the machining surface is obtained, and the value half the difference 6. The center coordinate of the workpiece is obtained by setting the coordinate obtained by adding to the smaller coordinate as the center coordinate in the vertical direction of the workpiece, and set as a measurement reference point of the workpiece. Is a machine tool having a measurement reference point setting function for the workpiece.

本発明により、接触式プローブが流体軸受される構成の機上計測装置を用いてワークの計測基準点を設定できる計測基準点設定機能を有する工作機械を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a machine tool having a measurement reference point setting function capable of setting a measurement reference point of a workpiece using an on-machine measuring device having a configuration in which a contact probe is hydrodynamically bearing.

以下、図面を用いながら本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明の実施形態で用いられる機上計測機を説明する。図1は、本発明の実施形態で用いられる機上計測装置1の要部断面を示している。この機上計測装置1は、可動部であるプローブ本体1bをケース1aに内蔵して備えている。プローブ本体1bは図示省略した軸受により支持されプローブ本体1bの中心軸方向に移動可能である。軸受としては空気軸受などの流体軸受が用いられる。
プローブ本体1bにはリニアスケール1dが取り付けられている。レーザヘッド1cからレーザ光をリニアスケール1dに照射し、リニアスケール1dからの反射光を図示省略した受光素子により受光し、プローブ本体1bの軸方向の移動変位を検出する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an on-machine measuring machine used in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a cross section of the main part of an on-machine measuring device 1 used in the embodiment of the present invention. This on-machine measuring device 1 includes a probe main body 1b, which is a movable part, built in a case 1a. The probe main body 1b is supported by a bearing (not shown) and is movable in the central axis direction of the probe main body 1b. A fluid bearing such as an air bearing is used as the bearing.
A linear scale 1d is attached to the probe main body 1b. Laser light is irradiated from the laser head 1c onto the linear scale 1d, and reflected light from the linear scale 1d is received by a light receiving element (not shown) to detect the displacement of the probe main body 1b in the axial direction.

プローブ本体1bの一端には、球型測定子1fを備えたスタイラス1eが取り付けられている。スタイラス1eは細い棒状の部材である。そして、スタイラス1eの一端はプローブ本体1bに固定され、他端には球型測定子1fが取り付けられている。なお、説明をし易くするためにこれ以降、プローブ本体1b、スタイラス1e、および球型測定子1fを一まとめにしてプローブPrと称する。   A stylus 1e including a spherical probe 1f is attached to one end of the probe main body 1b. The stylus 1e is a thin rod-shaped member. One end of the stylus 1e is fixed to the probe main body 1b, and a spherical measuring element 1f is attached to the other end. For ease of explanation, hereinafter, the probe body 1b, the stylus 1e, and the spherical probe 1f are collectively referred to as a probe Pr.

プローブPrの球型測定子1fは、ワークWの加工面Waを接触圧Tで押圧して接触し、加工面Waを倣いながら形状計測を行う。接触圧Tは、機上計測装置1に内蔵される磁石、バネなどの弾性体、あるいは流体圧力などの付勢手段(図示省略)を用いて適宜な大きさの接触圧に調整可能である。プローブPrは、図1に示されるプローブ移動方向の矢印方向に移動変位可能である。また、プローブPrの移動変位可能な範囲は図示省略した機上計測装置1内の規制手段により規制されている。このため、プローブPrの球型計測子1fがワークWの加工面Waから離れても、プローブPrのプローブ本体1bが機上計測装置1から飛び出してしまう恐れはない。   The spherical measuring element 1f of the probe Pr is pressed against the processing surface Wa of the workpiece W with the contact pressure T, and performs shape measurement while following the processing surface Wa. The contact pressure T can be adjusted to a contact pressure of an appropriate size by using a magnet, an elastic body such as a spring, or an urging means (not shown) such as fluid pressure built in the on-machine measuring device 1. The probe Pr can be moved and displaced in the arrow direction of the probe moving direction shown in FIG. Further, the movable displacement range of the probe Pr is regulated by a regulation means in the on-machine measuring device 1 (not shown). For this reason, even if the spherical probe 1 f of the probe Pr is separated from the processing surface Wa of the workpiece W, there is no possibility that the probe main body 1 b of the probe Pr jumps out of the on-machine measuring device 1.

図2は、本発明においてプローブPrの球型測定子1fが、ワークWの加工面Waに接触した状態でワークWの加工面Waの両端に向けて相対的に移動し、ワークWから離れることを示している(経路RRと経路RL)。ここで、ワークWの加工面Waは粗加工された加工面、又は補正加工前の加工面とする。符号APは、ワークWの端面の位置を検出するために、プローブPrをワークWの加工面Waへ接触する位置である(以降、「アプローチ位置AP」という)。図2に示されるプローブPrのワークWの加工面Waに対する動作は、本発明におけるプローブPrの原理的な動作である。   FIG. 2 shows that the spherical probe 1f of the probe Pr moves relative to both ends of the machining surface Wa of the workpiece W and moves away from the workpiece W in a state where the spherical probe 1f of the probe Pr is in contact with the machining surface Wa of the workpiece W. (Route RR and route RL). Here, the processed surface Wa of the workpiece W is a rough processed surface or a processed surface before correction processing. The symbol AP is a position where the probe Pr contacts the machining surface Wa of the workpiece W in order to detect the position of the end surface of the workpiece W (hereinafter referred to as “approach position AP”). The operation of the probe Pr with respect to the work surface Wa of the workpiece W shown in FIG. 2 is a principle operation of the probe Pr in the present invention.

まず、ワークWの加工面Waのアプローチ位置APから紙面右側へ向かってプローブPrを相対的に移動し(経路RR)、ワークWの右端面位置REから離れた後、再度ワークWの前記アプローチ位置APに戻り、ワークWの加工面のアプローチ位置APから紙面左側へ向かってプローブPrを相対的に移動させ(経路RL)、ワークWの左端面位置LEから離れるまで移動させる。このようにプローブPrをワークWの加工面Waに対して相対移動させることによりワークWの両端面の位置を検出する。   First, the probe Pr is relatively moved from the approach position AP of the processing surface Wa of the workpiece W toward the right side of the paper (path RR), and after moving away from the right end surface position RE of the workpiece W, the approach position of the workpiece W again. Returning to AP, the probe Pr is relatively moved from the approach position AP on the processing surface of the workpiece W toward the left side of the drawing (path RL), and is moved until it is separated from the left end surface position LE of the workpiece W. Thus, the position of the both end surfaces of the workpiece | work W is detected by moving the probe Pr relatively with respect to the process surface Wa of the workpiece | work W. FIG.

次に、図3を用いて、図2で説明したワークWの端面の位置を検出する本発明の原理をより詳細に説明する。まず、図3中の記号を説明する。Tは、プローブPrの球型測定子1fがワークWの加工面Waを押圧する力である接触圧である。V0は、プローブPrがワークWの加工面Waから離れる時のプローブPrの軸方向の初速度である。Vは、プローブPrがワークWの加工面Waから離れた後のプローブPrの軸方向の移動速度である。Mは、プローブPrの質量である。αは、プローブPrがワークWの加工面Waから離れた後のプローブPrの軸方向の加速度である。tは、プローブPrの球型測定子1fがワークWの加工面Waの端面から離脱した時点からの経過時間である。vは、プローブPrのワークWの加工面Waに沿った送り速度を表す。 Next, the principle of the present invention for detecting the position of the end face of the workpiece W described in FIG. 2 will be described in more detail with reference to FIG. First, symbols in FIG. 3 will be described. T is a contact pressure which is a force with which the spherical probe 1f of the probe Pr presses the machining surface Wa of the workpiece W. V 0 is an initial velocity in the axial direction of the probe Pr when the probe Pr moves away from the machining surface Wa of the workpiece W. V is the moving speed in the axial direction of the probe Pr after the probe Pr is separated from the processing surface Wa of the workpiece W. M is the mass of the probe Pr. α is the acceleration in the axial direction of the probe Pr after the probe Pr leaves the processing surface Wa of the workpiece W. t is the elapsed time from when the spherical probe 1f of the probe Pr is detached from the end surface of the processed surface Wa of the workpiece W. v represents the feed speed along the machining surface Wa of the workpiece W of the probe Pr.

機上計測装置1に備えられたプローブPrのプローブ本体1bは、空気軸受などの流体軸受により支持されている。そして、ワークWの加工面Waを接触圧Tで球型測定子1fにより押圧しながら倣う。接触圧Tは前述した磁力などの付勢手段からプローブ本体1bに対して働く外力である。
なお、ここでは、鉛直方向の下向き方向は、紙面に垂直な方向であって紙面の表側から裏側へ向かう方向とし、プローブPrの運動に重力の影響がないとする。また、接触圧Tは変動しない一定の力であるとする。
The probe body 1b of the probe Pr provided in the on-machine measuring device 1 is supported by a fluid bearing such as an air bearing. Then, the processing surface Wa of the workpiece W is copied while being pressed by the spherical measuring element 1f with the contact pressure T. The contact pressure T is an external force that acts on the probe body 1b from the biasing means such as the magnetic force described above.
Here, it is assumed that the downward direction in the vertical direction is a direction perpendicular to the paper surface and directed from the front side to the back side of the paper surface, and there is no influence of gravity on the movement of the probe Pr. The contact pressure T is a constant force that does not vary.

状態Aでは、球型測定子1fはワークWの加工面上を倣っている状態であるので、球型測定子1fはワークWの加工面から接触圧Tの抗力−Tを受けている。また、ワークWの加工面がプローブPrの軸に垂直な平面である場合、プローブ本体1bの軸方向の移動速度はほぼ0である。   In the state A, since the spherical measuring element 1f is following the processed surface of the workpiece W, the spherical measuring element 1f receives the drag force -T of the contact pressure T from the processed surface of the workpiece W. When the processing surface of the workpiece W is a plane perpendicular to the axis of the probe Pr, the moving speed in the axial direction of the probe main body 1b is almost zero.

そして、状態Bでは、プローブPrの球型測定子1fはワークWの加工面から完全に離れており、球型測定子1fはワークWの加工面Waから接触圧Tの抗力−Tを受けない。従って、プローブPrは、接触圧Tに等しい外力(大きさT)で等加速度運動する。ここで、プローブPrの質量をM、プローブPrの加速度運動の加速度をαで表すと、プローブPrの運動方程式は、T=M*αで表すことができる。そしてプローブPrは、プローブ本体1bの可動範囲まで運動することができる。なお、機上計測装置1では、付勢手段からプローブPrに作用する力は、プローブPrの球型測定子1fがワークWの加工面Waから離れても瞬間的にゼロになるわけではない。   In the state B, the spherical probe 1f of the probe Pr is completely separated from the machining surface of the workpiece W, and the spherical probe 1f does not receive the drag force -T of the contact pressure T from the machining surface Wa of the workpiece W. . Accordingly, the probe Pr moves at a constant acceleration with an external force (size T) equal to the contact pressure T. Here, when the mass of the probe Pr is represented by M and the acceleration of the acceleration motion of the probe Pr is represented by α, the equation of motion of the probe Pr can be represented by T = M * α. The probe Pr can move to the movable range of the probe main body 1b. In the on-machine measuring device 1, the force acting on the probe Pr from the urging means does not instantaneously become zero even if the spherical probe 1 f of the probe Pr is separated from the processing surface Wa of the workpiece W.

してみると、プローブPrの送り速度が同一であり、球型測定子1fがワークWの加工面の端面から離れる時の接触圧Tが同一であり、また、球型測定子1fがワークWの加工面の端面から離れる時のプローブPrの軸方向の初速度が同じであれば、球型測定子1fがワークWの加工面から離れた後のプローブPrの速度変化はワークWの加工面Waのどの端面の位置でも同じになり、また、プローブPrの運動の軌跡はワークWの加工面Waのどの端面の位置でも同じ軌跡になる。   As a result, the feed rate of the probe Pr is the same, the contact pressure T when the spherical probe 1f is separated from the end surface of the processed surface of the workpiece W is the same, and the spherical probe 1f is the workpiece W. If the initial velocity in the axial direction of the probe Pr when moving away from the end surface of the workpiece W is the same, the change in the velocity of the probe Pr after the spherical probe 1f leaves the workpiece W machining surface is the machining surface of the workpiece W. The position of any end face of Wa is the same, and the locus of movement of the probe Pr is the same locus at any end face of the machining surface Wa of the workpiece W.

次に、図4を用いてプローブPrの運動の軌跡と速度の変化について説明する。図4では、プローブPrの球型測定子1fのみを示してプローブPrの運動の軌跡を説明する。図4は、プローブPrの球型測定子1fがワークWの加工面Wa(計測面)から離れる際の様子を詳細に説明している。なお、図3を参照しながら図4を見ると理解し易い。   Next, changes in the locus and speed of the movement of the probe Pr will be described with reference to FIG. In FIG. 4, only the spherical probe 1f of the probe Pr is shown, and the movement locus of the probe Pr will be described. FIG. 4 illustrates in detail how the spherical probe 1f of the probe Pr moves away from the processing surface Wa (measurement surface) of the workpiece W. It should be noted that it is easy to understand when viewing FIG. 4 while referring to FIG.

●位置P1では、プローブPrはワークWの端面位置に在るが、球型測定子1fが球型であるため、この時点では球型測定子1fが端面から離れない場合が多い。
●位置P2までがワークWの端面ぎりぎりまでの計測になる。通常、プローブPrの球型測定子1fは加工面(計測面)に倣って移動するため、位置P2までのプローブPrのプローブ軸方向の速度は0(ゼロ)に近く、微小な速度変化は粗加工された加工面、又は補正加工前の加工面においての形状誤差およびプローブPrが移動する経路RRとワークWの加工面の実際の形状のずれによるものである。
●位置P2から位置P3までは、プローブPrの中心軸はワーク端面から離れているが、球型測定子1fが球型であるため、まだ球型測定子1fとワークWとの接触が有る場合である。この区間は想定している加工面(測定面)ではないので、形状に沿って動くことができず、速度変化が大きくなる。ただし、この部分の測定面は加工面ではない部分であるため、速度変化は不規則である。
In the position P1, the probe Pr is located at the end face position of the workpiece W, but since the spherical probe 1f is spherical, the spherical probe 1f is often not separated from the end face at this point.
● The measurement up to the end of the workpiece W is up to the position P2. Usually, since the spherical probe 1f of the probe Pr moves following the processing surface (measurement surface), the velocity of the probe Pr in the probe axis direction to the position P2 is close to 0 (zero), and a minute velocity change is rough. This is because of a shape error on the processed surface before processing or the processing surface before the correction processing, and a deviation of the actual shape of the processing surface of the workpiece W and the path RR along which the probe Pr moves.
● From the position P2 to the position P3, the center axis of the probe Pr is away from the workpiece end surface, but the spherical probe 1f is spherical, so that there is still contact between the spherical probe 1f and the workpiece W. It is. Since this section is not the assumed machining surface (measurement surface), it cannot move along the shape, and the speed change becomes large. However, since the measurement surface of this part is not a machined surface, the speed change is irregular.

●位置P3は、球型測定子1fが完全にワークWから離れる場合である。この時点からワークの加工面Wa(計測面)との摩擦による影響や、ワーク表面からの抗力を受けることはない。プローブPrのプローブ本体1bは前述したように流体軸受により支持されているので、プローブ本体1bには摩擦力が働かない。したがって、この時点からはプローブPrの軸方向の速度は、接触圧T(押し出し力)に基づく線形的な速度変化になる(但し、接触力Tは一定とする)。離れる時の速度をVaで表す。プローブPrの軸方向の速度変化については、図3を用いて説明したとおりである。なお、プローブPrの傾きにより接触圧Tを調整する場合には、プローブPrの速度変化は重力加速度と傾き角度に依存する。 The position P3 is when the spherical measuring element 1f is completely separated from the workpiece W. From this point of time, there is no influence of friction with the work surface Wa (measurement surface) of the work and no drag from the work surface. Since the probe body 1b of the probe Pr is supported by the fluid bearing as described above, no frictional force acts on the probe body 1b. Therefore, from this point of time, the speed of the probe Pr in the axial direction becomes a linear speed change based on the contact pressure T (pushing force) (however, the contact force T is constant). The speed at the time of leaving is represented by Va. The change in the velocity of the probe Pr in the axial direction is as described with reference to FIG. In the case where the contact pressure T is adjusted by the inclination of the probe Pr, the speed change of the probe Pr depends on the gravitational acceleration and the inclination angle.

●位置P4は、検知のためにあらかじめ決めておいた速度Vbに達したときの座標である(以下、「検知座標」という)。プローブPrの姿勢、プローブPrの倣い方向の移動速度、接触圧Tが同じであると、ワークWの端面位置(位置P1)と検知座標(位置P4)との差はどの端面でも一定になるため、正確な端面位置を求めることができる。これを基にして、正確なワークWの中心位置が求められる。
図4では、図4(c)に示されるようにプローブの軸方向移動速度がVbの時に端面検出としている。
The position P4 is a coordinate when the speed Vb determined in advance for detection is reached (hereinafter referred to as “detection coordinate”). If the posture of the probe Pr, the moving speed of the probe Pr in the scanning direction, and the contact pressure T are the same, the difference between the end surface position (position P1) of the workpiece W and the detection coordinates (position P4) is constant at any end surface. The exact end face position can be obtained. Based on this, an accurate center position of the workpiece W is obtained.
In FIG. 4, as shown in FIG. 4C, the end face is detected when the axial movement speed of the probe is Vb.

上述した説明では、接触圧Tは一定、重力の影響なしとして説明した。しかし、図2に示されるワークWの加工面にプローブPrに重力が作用する方向からプローブPrを接触させ、ワークWの右端面位置REと左端面位置LEを検出する場合、プローブPrに等しく重力の影響が及ぶことから、上述の重力の影響がないとした場合と同様にワークWの端面位置と検知座標の差はどの端面でも一定となる。また、右端面位置REと左端面位置LEの検出を行う際に、接触圧Tの時間による変動が同じである場合でもよく、接触圧Tも必ずしも一定であることに限定されない。つまり、ワークWのどの端面の位置でも同じ物理的条件がそろっていればよい。   In the above description, the contact pressure T is constant and is not affected by gravity. However, when the probe Pr is brought into contact with the machining surface of the workpiece W shown in FIG. 2 from the direction in which gravity acts on the probe Pr and the right end surface position RE and the left end surface position LE of the workpiece W are detected, the gravity is equal to the probe Pr. Therefore, the difference between the position of the end face of the workpiece W and the detected coordinates is constant at any end face, as in the case where there is no influence of gravity. Further, when the right end surface position RE and the left end surface position LE are detected, the variation of the contact pressure T with time may be the same, and the contact pressure T is not necessarily limited to be constant. In other words, the same physical condition is required at any end surface position of the workpiece W.

次に、上述した測定原理を用いたワークの計測基準点設定機能を有する工作機械の本発明の実施形態を説明する。図5は、数値制御装置によって制御され、各軸が直動軸、または回転軸で駆動される工作機械の一例である。図5では、X軸、Y軸、Z軸の直動軸を有し、X軸上に回転軸であるB軸と、Y軸上に回転軸であるC軸を有し、5軸同時制御が可能な工作機械の要部が示されている。本発明では、機上計測装置の接触式プローブが離脱する方向によるワーク端面の検出を基本原理としていることから、本発明は、工作機械の可動軸は流体軸受に限定されず、種々の形式の可動軸に適用できる。   Next, an embodiment of the present invention of a machine tool having a workpiece measurement reference point setting function using the above-described measurement principle will be described. FIG. 5 is an example of a machine tool that is controlled by a numerical control device and each axis is driven by a linear motion axis or a rotation axis. In FIG. 5, the X axis, the Y axis, and the Z axis have linear motion axes, the X axis is the B axis that is the rotation axis, and the Y axis is the C axis that is the rotation axis. The main part of a machine tool capable of being shown is shown. Since the basic principle of the present invention is to detect the end face of the workpiece in the direction in which the contact type probe of the on-machine measuring device is detached, the present invention is not limited to a fluid bearing for the movable shaft of a machine tool. Applicable to movable shaft.

図6は、機上計測装置からの位置検出信号と工作機械の各駆動軸からの位置検出信号を数値制御装置に入力する工作機械の実施形態の概略構成図である。この実施形態では、数値制御装置8のサーボ制御部8bには、ワークWの表面形状を測定するB軸に取り付けられた機上計測装置1から、プローブ本体1bの移動変位に関する計測信号である位置検出信号ipfがインタフェース2(図8(b)参照)を介して入力する。工作機械の各可動軸に設けられた位置検出装置から出力される位置検出信号も図示を省略したインタフェースを介してサーボ制御部8bに簡単に同期しながら入力する。このインタフェースは、サーボモータ95に内蔵される位置検出装置96(図7参照)から出力される位置検出信号と機上計測装置1から出力される計測信号とが、数値制御装置8のサーボ制御部8bに同期して入力するように構成される。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a machine tool that inputs a position detection signal from the on-machine measuring device and a position detection signal from each drive shaft of the machine tool to the numerical control device. In this embodiment, the servo controller 8b of the numerical controller 8 receives a position that is a measurement signal related to the displacement of the probe main body 1b from the on-machine measuring device 1 attached to the B axis that measures the surface shape of the workpiece W. The detection signal ipf is input via the interface 2 (see FIG. 8B). A position detection signal output from a position detection device provided on each movable shaft of the machine tool is also input to the servo control unit 8b through an interface (not shown) while being simply synchronized. In this interface, the position detection signal output from the position detection device 96 (see FIG. 7) built in the servo motor 95 and the measurement signal output from the on-machine measurement device 1 are converted into a servo control unit of the numerical control device 8. It is configured to input in synchronization with 8b.

本発明の実施形態において、機上計測装置1のプローブ本体1bの移動変位を検出する位置検出装置や工作機械の直動軸の位置を検出する位置検出装置は、例えば、リニアスケール、レーザ干渉計などの高精度の検出装置を用いるとよい。また、工作機械の回転軸の位置を検出する位置検出装置は、パルスコーダを用いるとよい。   In the embodiment of the present invention, the position detection device that detects the displacement of the probe main body 1b of the on-machine measuring device 1 and the position detection device that detects the position of the linear motion axis of the machine tool include, for example, a linear scale, a laser interferometer. It is preferable to use a high-precision detection device such as The position detection device for detecting the position of the rotation axis of the machine tool may be a pulse coder.

また、数値制御装置8は、工作機械の各可動軸の位置情報と機上計測装置1からの計測情報(位置情報)を格納する記憶手段と、この記憶手段に格納された位置情報を外部の記憶装置のパソコンに11に送り出すインタフェースを備えている。プローブPrの軸方向移動速度は、数値制御装置8に格納される位置情報によって算出することができる。例えば、制御周期毎の位置情報の差分から速度を求めることができる。   Further, the numerical control device 8 stores the position information of each movable axis of the machine tool and the measurement information (position information) from the on-machine measuring device 1, and the position information stored in the storage means to the outside. An interface for sending to the personal computer 11 of the storage device is provided. The axial movement speed of the probe Pr can be calculated from position information stored in the numerical controller 8. For example, the speed can be obtained from the difference in position information for each control cycle.

工作機械の各可動軸からのフィードバック信号である位置検出信号と機上計測装置1からの位置検出信号とが同じ回路構成のインタフェース(図8を参照)を介して数値制御装置8のサーボ制御部8bに取得されることから、各軸の位置検出装置と機上計測装置とからの計測信号(つまり、各軸の軸位置検出信号と機上計測装置の位置検出信号)が、数値制御装置8に同期して入力される。そして、読み込まれた軸位置検出信号と位置検出信号は、位置情報として数値制御装置8のレジスタである記憶手段(図示省略)に数値制御装置の制御周期毎に記憶される。   A servo control unit of the numerical control device 8 via an interface (see FIG. 8) having the same circuit configuration as the position detection signal that is a feedback signal from each movable axis of the machine tool and the position detection signal from the on-machine measuring device 1 8b, the measurement signals from the position detection device for each axis and the on-machine measurement device (that is, the axis position detection signal for each axis and the position detection signal for the on-machine measurement device) are obtained from the numerical control device 8. Input in sync with. Then, the read axis position detection signal and position detection signal are stored as position information in a storage means (not shown) that is a register of the numerical controller 8 for each control cycle of the numerical controller.

本発明において、ワークWの端面の位置を検出し、検知座標として記憶する手段としては、プローブPrの軸方向の移動速度が所定以上になったら、可動軸の位置データを制御周期毎に書換えて記憶しているレジスタの書き換えを遮断する(ラダーの常閉接点)、あるいは、別の保存レジスタに転送する方法(DIFU、MOV)などのラダープログラムによって行える。DIFUは信号立ち上がり検出命令、MOVはデータ転送命令である。   In the present invention, as means for detecting the position of the end face of the workpiece W and storing it as detection coordinates, when the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds a predetermined value, the position data of the movable shaft is rewritten for each control cycle. This can be done by a ladder program such as a method of interrupting rewriting of a stored register (ladder normally closed contact) or a method of transferring to another storage register (DIFU, MOV). DIFU is a signal rise detection command, and MOV is a data transfer command.

また、数値制御装置8は、外部装置であるパソコン11に、イーサネット(登録商標)12経由でLAN通信を行ない、パソコン11に接続あるいは内蔵される記憶装置11aに、各軸からの位置情報と機上計測装置1からの計測信号とをパソコン11に送る。パソコン11は、サンプリング周期毎に各軸からの位置情報と機上計測装置1からの位置情報を記憶装置11aに同期して格納する。   Further, the numerical control device 8 performs LAN communication with the personal computer 11 which is an external device via the Ethernet (registered trademark) 12, and the storage device 11 a connected to or built in the personal computer 11 has position information and a function from each axis. The measurement signal from the upper measuring device 1 is sent to the personal computer 11. The personal computer 11 stores the position information from each axis and the position information from the on-machine measuring device 1 in synchronization with the storage device 11a for each sampling period.

パソコン11内には計測用ソフトウェアが格納されており、数値制御装置8を介して読み込まれた前記位置情報に基づき、被加工物の形状計測など所要の演算処理を実行する。この形状計測などの所要の演算処理は従来技術と同様である。また、パソコン11には、計測用NCプログラム、加工用NCプログラム、加工用補正NCプログラムが格納されている。   Measurement software is stored in the personal computer 11 and necessary arithmetic processing such as measurement of the shape of the workpiece is executed based on the position information read via the numerical controller 8. Necessary arithmetic processing such as shape measurement is the same as in the prior art. The personal computer 11 stores a measuring NC program, a machining NC program, and a machining correction NC program.

図7は、図6に示される工作機械において、工作機械の各可動軸と機上計測装置からの信号が数値制御装置により同時にフィードバック制御されることを説明する図である。図7は、図6に示される工作機械の可動軸X、Y、Z、B、Cが、数値制御装置8のサーボ制御部8bX、8bY、8bZ、8bB、8bCにより、位置・速度・電流のフィードバック制御されていることを示す図である。このフィードバック制御は、工作機械を制御する数値制御装置で通常行われている制御である。X軸サーボ制御部8bXを例として説明する。図6では、同様な機能を有する部分は同じ符号を付与して説明している。速度制御部92、電流ループ制御する電流制御部93から構成される。   FIG. 7 is a diagram for explaining that signals from each movable shaft of the machine tool and the on-machine measuring device are simultaneously feedback-controlled by the numerical controller in the machine tool shown in FIG. FIG. 7 shows that the movable axes X, Y, Z, B, and C of the machine tool shown in FIG. 6 are controlled by the servo control units 8bX, 8bY, 8bZ, 8bB, and 8bC of the numerical controller 8. It is a figure which shows that feedback control is carried out. This feedback control is control normally performed by a numerical control device that controls a machine tool. The X-axis servo control unit 8bX will be described as an example. In FIG. 6, parts having similar functions are described with the same reference numerals. It comprises a speed control unit 92 and a current control unit 93 that controls the current loop.

位置制御部91はエラーレジスタ91aと位置ループゲインKの増幅器91bを有する。位置制御部91は数値制御部8aからの移動指令を受け取り、位置フィードバック量(位置FB)を差し引いて得た位置偏差量を処理して速度指令を速度制御部92に出力する。この位置偏差量は図7に示されるように、エラーレジスタ91aで算出される。エラーレジスタ91aで算出される位置偏差量は、数値制御部8aにも出力される。
速度制御部92は、この速度指令から速度フィードバック量(速度FB)を差し引いて得た速度偏差量に基づいて、速度制御部92で速度ループ制御を行い、電流指令を電流制御部93に出力する。
The position control unit 91 includes an error register 91a and a position loop gain K amplifier 91b. The position control unit 91 receives the movement command from the numerical control unit 8 a, processes the position deviation amount obtained by subtracting the position feedback amount (position FB), and outputs the speed command to the speed control unit 92. This position deviation amount is calculated by the error register 91a as shown in FIG. The positional deviation amount calculated by the error register 91a is also output to the numerical control unit 8a.
Based on the speed deviation amount obtained by subtracting the speed feedback amount (speed FB) from the speed command, the speed control unit 92 performs speed loop control by the speed control unit 92 and outputs the current command to the current control unit 93. .

電流制御部は、この電流指令から、サーボモータ95を駆動するアンプ94に内蔵される、サーボモータ95を流れる電流を検出する電流センサ(図示省略)からの電流フィードバック(電流FB)を差し引いて得た電流偏差量に基づいて電流ループ制御を行う。サーボモータ95はX軸を駆動する駆動手段であり、サーボモータ95にはその位置・速度を検出する検出装置(以下、「位置検出装置」という)96が取り付けられている。位置検出装置96からの位置フェードバック量(位置FB)は位置制御部91にフィードバックされ、速度フィードバック量(速度FB)は速度制御部92にフィードバックされる。   The current control unit is obtained by subtracting current feedback (current FB) from a current sensor (not shown) that detects a current flowing through the servo motor 95 built in the amplifier 94 that drives the servo motor 95 from the current command. Current loop control is performed based on the current deviation amount. The servo motor 95 is drive means for driving the X-axis, and a detection device (hereinafter referred to as “position detection device”) 96 for detecting the position / velocity is attached to the servo motor 95. The position fadeback amount (position FB) from the position detection device 96 is fed back to the position control unit 91, and the speed feedback amount (speed FB) is fed back to the speed control unit 92.

以上がX軸サーボ制御部8bXの構成の説明であるが、他の可動軸サーボ制御部8bY、8bZ、8bB、8bCに関しても、X軸サーボ制御部8bXと同様の構成であることから、説明を省略する。なお、X軸、Y軸、およびZ軸は直動軸であり、B軸及びC軸は回転軸である。   The above is the description of the configuration of the X-axis servo control unit 8bX. The other movable-axis servo control units 8bY, 8bZ, 8bB, and 8bC have the same configuration as the X-axis servo control unit 8bX. Omitted. Note that the X axis, the Y axis, and the Z axis are linear motion axes, and the B axis and the C axis are rotation axes.

そして、本実施形態では更に、工作機械の可動軸を駆動するモータおよびその位置・速度検出手段を接続しないサーボ制御部8bFを設ける。なお、符号8bFの「F」は、工作機械の可動軸を制御しないという意味での「自由」(free)を意味しており、工作機械のいずれかの可動軸を意味するものではない。   In the present embodiment, a servo controller 8bF that does not connect a motor that drives the movable shaft of the machine tool and its position / speed detection means is provided. Note that “F” of reference numeral 8bF means “free” in the sense that the movable axis of the machine tool is not controlled, and does not mean any movable axis of the machine tool.

数値制御部8は、サーボ制御部8bFを単に制御軸が1つ増加したと認識する。そして、この増加したサーボ制御部8bFには、工作機械の可動軸を制御するほかのサーボ制御部8bX〜8bCと同様にアンプが接続されている。このサーボ制御部8bFにはサーボモータが接続されていないことから、数値制御装置8は、サーボ制御部8bFをサーボオフにしつつ、フォローアップ機能を用いて位置検出信号のカウントは通常通り行われるように、パラメータおよび制御ソフトが変更される。   The numerical control unit 8 recognizes that the servo control unit 8bF is simply increased by one control axis. The increased servo control unit 8bF is connected to an amplifier similarly to the other servo control units 8bX to 8bC that control the movable shaft of the machine tool. Since no servo motor is connected to the servo control unit 8bF, the numerical control device 8 is configured so that the position detection signal is counted as usual using the follow-up function while the servo control unit 8bF is turned off. Parameters and control software are changed.

そして、サーボ制御部8bFにはサーボモータの代わりに機上計測装置1が接続される。本実施形態では、サーボ制御部8bFには、サーボ制御部8bFに接続されるアンプが有するインタフェースを介して、サーボモータ95に内蔵される位置検出装置96からの位置検出信号に換えて、機上計測装置1からの計測信号ipfが入力する。前記インタフェースは、アンプに備えられるものであり従来技術と相違するものではない。   The on-machine measuring device 1 is connected to the servo controller 8bF instead of the servo motor. In this embodiment, the servo control unit 8bF is replaced with a position detection signal from the position detection device 96 built in the servo motor 95 via an interface of an amplifier connected to the servo control unit 8bF. A measurement signal ipf from the measurement apparatus 1 is input. The interface is provided in an amplifier and is not different from the prior art.

図8は、本発明の実施形態に用いられているインタフェースの一例を示すブロック図である。図8(a)に示されるように、アンプユニットには、モータ駆動手段であるアンプ94、A/D変換装置97と内挿分割装置98が設けられている。サーボモータ95に内蔵される位置検出装置96から出力される元信号(正弦波、余弦波)は、A/D変換装置97に入力する。   FIG. 8 is a block diagram showing an example of an interface used in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8A, the amplifier unit is provided with an amplifier 94 which is a motor driving means, an A / D conversion device 97, and an interpolation division device 98. An original signal (sine wave, cosine wave) output from the position detection device 96 built in the servo motor 95 is input to the A / D conversion device 97.

A/D変換装置97は、位置検出装置からのアナログ信号である元信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を内挿分割装置98に出力する。内挿分割装置98は、元信号1周期(正弦波1周期)分のデジタル信号を分割する処理を行う。通常のアナログ信号の分解能より、細かい分解能が要求される場合に行う処理として、元信号1周期分を細かく分割して、分割した周期を分解能とする。   The A / D conversion device 97 converts the original signal, which is an analog signal from the position detection device, into a digital signal, and outputs this digital signal to the interpolation division device 98. The interpolation / splitting device 98 performs a process of dividing the digital signal for one cycle of the original signal (one cycle of the sine wave). As processing performed when a finer resolution is required than the resolution of a normal analog signal, one period of the original signal is divided finely, and the divided period is set as the resolution.

図8(b)においても同様である。図8(b)は図6にインタフェース2の一例である。このように、機上計測装置1においてもサーボモータの駆動制御用のインタフェースを用いることで、容易に信号を同期して数値制御装置8に取り込むことが容易に行え、更に、機上計測装置1のための特別なインタフェースを用意する必要がなく、コストアップを避けることができる。なお、機上計測装置1から数値制御装置8への位置検出信号の入力は図8に示されるインタフェースに限定されるものではない。   The same applies to FIG. 8B. FIG. 8B is an example of the interface 2 in FIG. As described above, the on-machine measuring device 1 can also be used to easily capture the signal in the numerical control device 8 in synchronization with the use of the servo motor drive control interface. It is not necessary to prepare a special interface for, and cost increase can be avoided. In addition, the input of the position detection signal from the on-machine measuring device 1 to the numerical control device 8 is not limited to the interface shown in FIG.

図9は、本発明の実施形態において、ワークWが直方体でその加工面Waの中心座標を求めワークの基準位置として設定する場合の説明図である。ここでは、ワークWを図6に示されるように工作機械に取り付ける。この直方体のワークWは、図9(a)に示されるように、加工面Waは垂直面であり、加工面Waは垂直方向(Y軸方向)と水平方向(X軸方向)の2つの直交する直線に対して線対称の形状である。なお、加工面Waは平面に限定されず、例えば、XY平面に投影した加工面Waの図形が、直交する2つの線に対して線対称な形状であればよい。   FIG. 9 is an explanatory diagram when the workpiece W is a rectangular parallelepiped and the center coordinates of the machining surface Wa are obtained and set as the reference position of the workpiece in the embodiment of the present invention. Here, the workpiece W is attached to the machine tool as shown in FIG. In this rectangular parallelepiped work W, as shown in FIG. 9A, the machining surface Wa is a vertical surface, and the machining surface Wa is two orthogonal directions in the vertical direction (Y-axis direction) and the horizontal direction (X-axis direction). This is a line-symmetric shape with respect to the straight line. Note that the processing surface Wa is not limited to a flat surface, and for example, the shape of the processing surface Wa projected onto the XY plane may be a line-symmetric shape with respect to two orthogonal lines.

このようなワークWの中心座標を検出しワークの計測基準点として設定する場合、機上計測装置1におけるプローブPrのスタイラス1eに設けられている球型測定子1fをワークWの加工面Waのアプローチ位置APから線対称の線と平行な線に沿って加工面Waに倣いながら移動させ、球型測定子1fが加工面Waの端部から完全に離れるまで移動させる。そして、プローブPrの軸方向の移動速度が所定値になった時の座標を検知座標として記憶する。   When such a center coordinate of the workpiece W is detected and set as a measurement reference point of the workpiece, the spherical probe 1f provided on the stylus 1e of the probe Pr in the on-machine measuring device 1 is used for the machining surface Wa of the workpiece W. The approach position AP is moved while following the machining surface Wa along a line parallel to the line symmetry line, and moved until the spherical measuring element 1f is completely separated from the end of the machining surface Wa. And the coordinate when the moving speed of the probe Pr in the axial direction becomes a predetermined value is stored as the detected coordinate.

図9(b),図9(c)は、水平方向(X軸方向)にワークWとプローブPrを相対的に移動させて、球型測定子1fがワークWの加工面Waから完全に離れる時の検知座標を求める動作説明図である。図9(b)はワークWの上面Wbを上方から見たときの図であり、図6において上方から見下ろした図である。また、図9(c)はワークWの加工面Waを上方から見たときの図であり、図6において機上計測装置1の方向からワークWの加工面を見下ろした図である。   9B and 9C, the workpiece W and the probe Pr are relatively moved in the horizontal direction (X-axis direction), so that the spherical probe 1f is completely separated from the machining surface Wa of the workpiece W. It is operation | movement explanatory drawing which calculates | requires the detection coordinate at the time. FIG. 9B is a diagram when the upper surface Wb of the workpiece W is viewed from above, and is a diagram as viewed from above in FIG. FIG. 9C is a diagram when the machining surface Wa of the workpiece W is viewed from above, and is a diagram in which the machining surface of the workpiece W is looked down from the direction of the on-machine measuring device 1 in FIG.

まず、X軸、Y軸、Z軸を移動させてワークWの加工面Waのアプローチ位置AP(図9(c)参照)にプローブPrの球型測定子1fを接触圧Tで接触させる。そしてアプローチ位置APから球型測定子1fが図9(b)に示されるように水平方向(X軸方向)にX軸を駆動し移動させる。ここでは最初に紙面右側に向かって球型測定子1fは加工面Waを倣いながら加工面Waに対して水平方向に相対的に移動し、球型測定子1fが加工面Waから完全に離れると、前述したようにプローブPrは、プローブPrの軸方向に接触圧Tによる加速度運動を開始する。そして、プローブPrがあらかじめ設定された軸方向速度に到達した時点の座標を一方の検知座標(X座標)として記憶する。なお、検知座標については図4を用いて既に説明した用語である。   First, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are moved to bring the spherical probe 1f of the probe Pr into contact with the approach position AP (see FIG. 9C) of the work surface Wa of the workpiece W with the contact pressure T. Then, the spherical measuring element 1f moves from the approach position AP by driving the X axis in the horizontal direction (X axis direction) as shown in FIG. 9B. In this case, first, the spherical probe 1f moves in the horizontal direction with respect to the machining surface Wa while following the machining surface Wa toward the right side of the drawing, and when the spherical probe 1f is completely separated from the machining surface Wa. As described above, the probe Pr starts acceleration motion by the contact pressure T in the axial direction of the probe Pr. Then, the coordinates when the probe Pr reaches the preset axial speed are stored as one detected coordinate (X coordinate). The detected coordinates are the terms already described with reference to FIG.

次に、X軸、Y軸、Z軸を移動させて、プローブPrの球型測定子1fをアプローチ位置APに再度位置決めし、球型測定子1fが前述の方向とは反対方向に加工面Waと相対移動するようにX軸を駆動する。そして、同様にプローブPrがあらかじめ設定された軸方向速度に到達した時点の座標を他方の検知座標(X座標)として記憶する。なお、加工面Waのアプローチ位置APは同一地点であることに限定されなくてもよい。つまり、反対方向にプローブPrを相対移動させてワークWの端面を検出する際には、一方向にプローブPrを移動させた際の移動の直線上であってワークWの加工面Wa内であればよい。   Next, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are moved to reposition the spherical probe 1f of the probe Pr at the approach position AP, and the spherical probe 1f is processed in the direction opposite to the above-described direction Wa. The X axis is driven so as to move relatively. Similarly, the coordinates when the probe Pr reaches the preset axial speed are stored as the other detected coordinates (X coordinates). In addition, the approach position AP of the processing surface Wa may not be limited to being the same point. That is, when detecting the end face of the workpiece W by relatively moving the probe Pr in the opposite direction, it may be on the straight line of movement when the probe Pr is moved in one direction and within the machining surface Wa of the workpiece W. That's fine.

こうして求められた2つのX座標値を加算し2で割れば、ワークWの加工面Waの水平方向(X軸方向)の中間座標が求められる。この座標は加工面Waの水平方向の中心位置、すなわち、X軸中心座標を表すものとなる。なお、前記2つの検知座標である2つのX座標値はX軸を反対方向に駆動することによって得られた値であるので、2つのX座標値を加算する処理によって、X軸の駆動系が有するバックラッシなどの機械誤差が相殺される。これによって、X軸中心座標を精度よく求めることができる。   If the two X coordinate values thus obtained are added and divided by 2, intermediate coordinates in the horizontal direction (X-axis direction) of the machining surface Wa of the workpiece W can be obtained. This coordinate represents the horizontal center position of the processing surface Wa, that is, the X-axis center coordinate. Note that the two X coordinate values that are the two detected coordinates are values obtained by driving the X axis in opposite directions, so that the process of adding the two X coordinate values causes the X axis drive system to Mechanical errors such as having backlash are offset. Thereby, the X-axis center coordinate can be obtained with high accuracy.

図9(d),図9(e)は、水平方向(X軸方向)にワークWとプローブPrを相対的に移動させて、球型測定子1fがワークWの加工面Waから完全に離れる時の検知座標を求める動作説明図である。
まず、X軸、Y軸、Z軸を移動させてワークWの加工面Waのアプローチ位置AP’(図9(e)参照)にプローブPrの球型測定子1fを接触圧Tで接触させる。そしてアプローチ位置AP’から球型測定子1fが図9(d)に示されるように垂直方向(Y軸方向)にY軸を駆動し移動させる。ここでは最初に上側に向かって球型測定子1fは加工面Waを倣いながら加工面Waに対して垂直方向に相対的に移動し、球型測定子1fが加工面Waから完全に離れると、前述したようにプローブPrは、プローブPrの軸方向に接触圧Tは加速度運動を開始する。そして、プローブPrがあらかじめ設定された軸方向速度に到達した時点の座標を一方の検知座標(Y座標)として記憶する。
9D and 9E, the workpiece W and the probe Pr are relatively moved in the horizontal direction (X-axis direction), so that the spherical measuring element 1f is completely separated from the machining surface Wa of the workpiece W. It is operation | movement explanatory drawing which calculates | requires the detection coordinate at the time.
First, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are moved to bring the spherical probe 1f of the probe Pr into contact with the approach position AP ′ (see FIG. 9E) of the processing surface Wa of the workpiece W with the contact pressure T. Then, from the approach position AP ′, the spherical measuring element 1f is moved by driving the Y axis in the vertical direction (Y axis direction) as shown in FIG. 9D. Here, first, the spherical measuring element 1f moves in the vertical direction with respect to the processing surface Wa while following the processing surface Wa toward the upper side, and when the spherical measuring element 1f is completely separated from the processing surface Wa, As described above, the probe Pr starts an acceleration motion in the axial direction of the probe Pr. Then, the coordinates at the time when the probe Pr reaches the preset axial speed are stored as one detected coordinate (Y coordinate).

次に、X軸、Y軸、Z軸を移動させて、プローブPrの球型測定子1fをアプローチ位置AP’に再度位置決めし、球型測定子1fが前述の方向とは反対方向(下側方向)に加工面Waと相対移動するようにY軸を駆動する。そして、同様にプローブPrがあらかじめ設定された軸方向速度に到達した時点の座標を他方の検知座標(Y座標)として記憶する。なお、加工面Waのアプローチ位置AP’は同一地点であることに限定されなくてもよい。つまり、反対方向にプローブPrを相対移動させてワークWの端面を検出する際には、一方向にプローブPrを移動させた際の移動の直線上であってワークWの加工面Wa内であればよい。   Next, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are moved to reposition the spherical probe 1f of the probe Pr at the approach position AP ′, so that the spherical probe 1f is in a direction opposite to the aforementioned direction (lower side) The Y axis is driven so as to move relative to the processing surface Wa in the direction). Similarly, the coordinates when the probe Pr reaches the preset axial speed are stored as the other detected coordinates (Y coordinates). Note that the approach position AP ′ of the processing surface Wa may not be limited to the same point. That is, when detecting the end face of the workpiece W by relatively moving the probe Pr in the opposite direction, it may be on the straight line of movement when the probe Pr is moved in one direction and within the machining surface Wa of the workpiece W. That's fine.

こうして求められた2つのY座標値を加算し2で割れば、ワークWの加工面Waの垂直方向(Y軸方向)の中間座標が求められる。この座標は加工面Waの垂直方向の中心位置、すなわち、Y軸中心座標を表すものとなる。なお、前記2つの検知座標である2つのY座標値はY軸を反対方向に駆動することによって得られた値であるので、2つのY座標値を加算する処理によって、Y軸の駆動系が有するバックラッシなどの機械誤差が相殺される。これによって、Y軸中心座標を精度よく求めることができる。
図9(b)〜(e)に示されるように、本発明のワークの端面検出方法は、プローブPrをワークWから相対的に離していく方向の動作であるから、プローブPrとワークWの衝突の危険がなくなり、高価な機上計測装置1やワークWの破損を防止できる。
If the two Y coordinate values thus obtained are added and divided by 2, intermediate coordinates in the vertical direction (Y-axis direction) of the machining surface Wa of the workpiece W can be obtained. This coordinate represents the vertical center position of the processing surface Wa, that is, the Y-axis center coordinate. Note that the two Y coordinate values that are the two detected coordinates are values obtained by driving the Y axis in opposite directions, so that the process of adding the two Y coordinate values causes the Y axis drive system to Mechanical errors such as having backlash are offset. Thereby, the Y-axis center coordinates can be obtained with high accuracy.
As shown in FIGS. 9B to 9E, the workpiece end surface detection method of the present invention is an operation in a direction in which the probe Pr is relatively separated from the workpiece W. The risk of collision is eliminated, and damage to the expensive on-machine measuring device 1 and the workpiece W can be prevented.

図10は、本発明の実施形態において、ワークWが円柱形状でその加工面Waの中心座標を求めワークWの基準位置として設定する場合の説明図である。この例も図6に示されるように、加工面Waが垂直面となるように取り付けられる。加工面Waは水平軸のX軸と垂直軸のY軸に対して線対称である。そして、図9を用いてワークWが直方体の場合と同様に、ワークWの加工面Waの端面の検出動作を行う。そして、水平方向(X軸方向)の検知座標と、垂直方向(Y軸方向)の検知座標を検出し、水平方向と垂直方向で得られた検知座標のそれぞれの中間点を求めれば、円柱形状のワークWの加工面WaのX座標とY座標の中心座標が求まる。   FIG. 10 is an explanatory diagram in the case where the workpiece W is cylindrical and the center coordinates of the processed surface Wa are obtained and set as the reference position of the workpiece W in the embodiment of the present invention. Also in this example, as shown in FIG. 6, the processing surface Wa is attached to be a vertical surface. The processing surface Wa is line symmetric with respect to the horizontal X axis and the vertical Y axis. Then, as in the case where the workpiece W is a rectangular parallelepiped, the operation of detecting the end surface of the machining surface Wa of the workpiece W is performed using FIG. If the detection coordinates in the horizontal direction (X-axis direction) and the detection coordinates in the vertical direction (Y-axis direction) are detected, and an intermediate point between the detection coordinates obtained in the horizontal direction and the vertical direction is obtained, a cylindrical shape is obtained. The center coordinates of the X and Y coordinates of the machining surface Wa of the workpiece W are obtained.

また、円柱形状のワークWにおいても直方体のワークWと同様に、X軸、Y軸の駆動系が有するバックラッシなどの機械誤差が相殺され、プローブPrをワークWから相対的に離していく方向の動作であるから、プローブPrとワークWの衝突の危険がなくなり、高価な機上計測装置1やワークWの破損を防止できる。   Also, in the cylindrical workpiece W, similarly to the rectangular parallelepiped workpiece W, mechanical errors such as backlash of the X-axis and Y-axis drive systems are canceled out, and the probe Pr is moved away from the workpiece W in a relative direction. Since it is an operation, there is no danger of collision between the probe Pr and the workpiece W, and damage to the expensive on-machine measuring device 1 and the workpiece W can be prevented.

このようにして求めたワークWの中心座標を基準位置として設定すれば、機上計測装置1のプローブPrの球形測定子1fの先端位置と工具刃先位置の対応を確立することができる。例えば、加工プログラムの座標系の原点をワーク中心位置とすれば、設定した座標を原点とすることによって、球形測定子1fの先端位置と工具刃先位置は同じ位置を示すものとなり、正確な補正加工を実行できる。   If the center coordinates of the workpiece W thus determined are set as the reference position, the correspondence between the tip position of the spherical probe 1f of the probe Pr of the on-machine measuring device 1 and the tool edge position can be established. For example, if the origin of the coordinate system of the machining program is the workpiece center position, the tip position of the spherical probe 1f and the tool edge position indicate the same position by using the set coordinates as the origin, and accurate correction machining is performed. Can be executed.

図11は、本発明の実施形態におけるワークの基準位置設定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
工作機械に、機械の座標系の軸とワークWの対称線が平行となるようにワークWを取り付け、機上計測装置1のプローブPrの中心軸がワークWの加工面に対して垂直となるように配置し、かつ、実行する加工プログラムを数値制御装置8に入力した後、ワークWの基準位置設定指令を図示省略した手動入力装置などを用いて数値制御装置に入力すると、数値制御装置8の数値制御部8a(図7参照)のプロセッサは、図11に示す処理を開始する。
FIG. 11 is a flowchart showing an algorithm for workpiece reference position setting processing according to the embodiment of the present invention.
The work W is mounted on the machine tool so that the axis of the machine coordinate system and the symmetry line of the work W are parallel to each other, and the central axis of the probe Pr of the on-machine measuring device 1 is perpendicular to the machining surface of the work W. When a machining program to be executed is input to the numerical control device 8 and a reference position setting command for the workpiece W is input to the numerical control device using a manual input device (not shown) or the like, the numerical control device 8 The processor of the numerical controller 8a (see FIG. 7) starts the process shown in FIG.

●[ステップS1]まず、入力された加工プログラムにより、ワークWの加工面における2つの対称線と平行な線を第1のアプローチ線(この実施形態では、第1のアプローチ線は水平線のX軸と平行な線である)、第2のアプローチ線(この実施形態では、第2のアプローチ線は垂直線のY軸と平行な線である)とし、第1のアプローチ線と第2のアプローチ線上で、ワークWの加工面Waの水平方向の2つのアプローチ位置、ワークWの加工面Waの垂直方向の2つのアプローチ位置を求めステップS2へ移行する。
●[ステップS2]ステップS1で求めた水平方向の第1のアプローチ線の一方のアプローチ位置にプローブPrを移動させ、球形測定子1fを接触圧Tで接触させて位置決めする。
[Step S1] First, according to the input machining program, a line parallel to two symmetry lines on the machining surface of the workpiece W is changed to a first approach line (in this embodiment, the first approach line is a horizontal X axis). ), A second approach line (in this embodiment, the second approach line is a line parallel to the Y axis of the vertical line), and on the first approach line and the second approach line Thus, two approach positions in the horizontal direction of the machining surface Wa of the workpiece W and two approach positions in the vertical direction of the machining surface Wa of the workpiece W are obtained, and the process proceeds to step S2.
[Step S2] The probe Pr is moved to one approach position of the first approach line in the horizontal direction obtained in Step S1, and the spherical probe 1f is brought into contact with the contact pressure T for positioning.

●[ステップS3]ワークWの一端面に向かってプローブPrを水平方向に移動させる。すなわち、X軸のモータ95xを駆動し、X軸のテーブルを移動させてプローブPrの球型測定子1fをワークWの加工面Waを倣いながらワークWの一端に向かって相対的に移動させる。
●[ステップS4]そして、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたか否かを判断する。
●[ステップS5]ステップS4で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された場合には、プローブPrの移動を停止する。つまり、X軸のモータ95xの駆動を停止し、X軸テーブルの移動を止める。この時点では、プローブPrの球型測定子1fはワークWから完全に離脱している。
[Step S3] The probe Pr is moved in the horizontal direction toward one end surface of the workpiece W. That is, the X-axis motor 95x is driven, the X-axis table is moved, and the spherical probe 1f of the probe Pr is moved relatively toward one end of the workpiece W while following the machining surface Wa of the workpiece W.
[Step S4] Then, it is determined whether or not the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds a reference value.
[Step S5] If it is determined in step S4 that the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, the movement of the probe Pr is stopped. That is, the driving of the X-axis motor 95x is stopped and the movement of the X-axis table is stopped. At this time, the spherical probe 1f of the probe Pr is completely detached from the workpiece W.

●[ステップS6]ステップS4で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された時の移動軸の座標、すなわち、X座標を検知座標としてレジスタR1に記憶する。
●[ステップS7]プローブPrをワークWと接触しないように退避させ、ステップS1で求めた水平方向の他方の測定アプローチ位置でプローブPrの球型測定子1fを接触圧Tで接触させて位置決めする。
●[ステップS8]ワークWの他端面に向かってプローブPrを水平方向に移動させる。すなわち、X軸のモータ95xを駆動し、X軸のテーブルを移動(ステップS3でのX軸のテーブルの移動と反対方向)させてプローブPrの球型測定子1fをワークWの加工面Waを倣いながらワークWの他端に向かって相対的に移動させる。なお、プローブPrを相対的に移動させる速度は一方方向の移動とその反対方向の移動とで同一である。
[Step S6] In step S4, the coordinate of the moving axis when it is determined that the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, that is, the X coordinate, is stored in the register R1 as the detected coordinate.
[Step S7] The probe Pr is retracted so as not to come into contact with the workpiece W, and the spherical probe 1f of the probe Pr is brought into contact with the contact pressure T at the other horizontal measurement approach position obtained in step S1 and positioned. .
[Step S8] The probe Pr is moved in the horizontal direction toward the other end surface of the workpiece W. That is, the X-axis motor 95x is driven to move the X-axis table (in the direction opposite to the movement of the X-axis table in step S3), so that the spherical probe 1f of the probe Pr is moved over the machining surface Wa of the workpiece W. It moves relatively toward the other end of the workpiece W while copying. The speed at which the probe Pr is moved relatively is the same for movement in one direction and movement in the opposite direction.

●[ステップS9]そして、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたか否かを判断する。
●[ステップS10]ステップS9で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された場合には、プローブPrの移動を停止する。つまり、X軸のモータ95xの駆動を停止し、X軸テーブルの移動を止める。この時点では、プローブPrの球型測定子1fはワークWから完全に離脱している。
●[ステップS11]ステップS9で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された時の移動軸の座標、すなわち、X座標を検知座標としてレジスタR2に記憶する。
[Step S9] Then, it is determined whether or not the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds a reference value.
[Step S10] If it is determined in step S9 that the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, the movement of the probe Pr is stopped. That is, the driving of the X-axis motor 95x is stopped and the movement of the X-axis table is stopped. At this time, the spherical probe 1f of the probe Pr is completely detached from the workpiece W.
[Step S11] In step S9, the coordinate of the movement axis when it is determined that the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, that is, the X coordinate is stored in the register R2 as the detection coordinate.

●[ステップS12]プローブPrを退避し、ステップS1で求めた垂直方向の第2のアプローチ線の一方のアプローチ位置にプローブPrを移動させ、球形測定子1fを接触圧Tで接触させて位置決めする。
●[ステップS13]ワークWの一端面に向かってプローブPrを垂直方向に移動させる。すなわち、Y軸のモータ95yを駆動し、X軸のテーブルを移動させてプローブPrの球型測定子1fをワークWの加工面Waを倣いながらワークWの一端に向かって相対的に移動させる。
●[ステップS14]そして、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたか否かを判断する。
[Step S12] The probe Pr is retracted, the probe Pr is moved to one approach position of the second approach line in the vertical direction obtained in step S1, and the spherical probe 1f is brought into contact with the contact pressure T for positioning. .
[Step S13] The probe Pr is moved in the vertical direction toward one end surface of the workpiece W. That is, the Y-axis motor 95y is driven, the X-axis table is moved, and the spherical probe 1f of the probe Pr is moved relatively toward one end of the workpiece W while following the machining surface Wa of the workpiece W.
[Step S14] Then, it is determined whether or not the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds a reference value.

●[ステップS15]ステップS14で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された場合には、プローブPrの移動を停止する。つまり、Y軸のモータ95yの駆動を停止し、Y軸テーブルの移動を止める。この時点では、プローブPrの球型測定子1fはワークWから完全に離脱している。
●[ステップS16]ステップS14で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された時の移動軸の座標、すなわち、Y座標を検知座標としてレジスタR3に記憶する。
●[ステップS17]プローブPrをワークWと接触しないように退避させ、ステップS1で求めた垂直方向の第2のアプローチ線の他方の測定アプローチ位置でプローブPrの球型測定子1fを接触圧Tで接触させて位置決めする。
[Step S15] If it is determined in step S14 that the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, the movement of the probe Pr is stopped. That is, the drive of the Y-axis motor 95y is stopped, and the movement of the Y-axis table is stopped. At this time, the spherical probe 1f of the probe Pr is completely detached from the workpiece W.
[Step S16] In step S14, the coordinate of the movement axis when it is determined that the movement speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, that is, the Y coordinate is stored in the register R3 as the detection coordinate.
[Step S17] The probe Pr is retracted so as not to contact the workpiece W, and the spherical probe 1f of the probe Pr is brought into contact pressure T at the other measurement approach position of the second approach line in the vertical direction obtained in Step S1. Position by touching with.

●[ステップS18]ワークWの他端面に向かってプローブPrを垂直方向に移動させる。すなわち、Y軸のモータ95yを駆動し、Y軸のテーブルを移動(ステップS13でのY軸のテーブルの移動と反対方向)させてプローブPrの球型測定子1fをワークWの加工面Waを倣いながらワークWの他端に向かって相対的に移動させる。
●[ステップS19]そして、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたか否かを判断する。
●[ステップS20]ステップS19で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された場合には、プローブPrの移動を停止する。つまり、Y軸のモータ95yの駆動を停止し、X軸テーブルの移動を止める。この時点では、プローブPrの球型測定子1fはワークWから完全に離脱している。
[Step S18] The probe Pr is moved in the vertical direction toward the other end surface of the workpiece W. That is, the Y-axis motor 95y is driven, the Y-axis table is moved (in the direction opposite to the movement of the Y-axis table in step S13), and the spherical probe 1f of the probe Pr is moved over the machining surface Wa of the workpiece W. It moves relatively toward the other end of the workpiece W while copying.
[Step S19] Then, it is determined whether or not the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds a reference value.
[Step S20] If it is determined in step S19 that the axial movement speed of the probe Pr has exceeded the reference value, the movement of the probe Pr is stopped. That is, the drive of the Y-axis motor 95y is stopped, and the movement of the X-axis table is stopped. At this time, the spherical probe 1f of the probe Pr is completely detached from the workpiece W.

●[ステップS21]ステップS19で、プローブPrの軸方向の移動速度が基準値を超えたと判断された時の移動軸の座標、すなわち、Y座標を検知座標としてレジスタR4に記憶する。
●[ステップS22]レジスタR1〜レジスタR4に記憶された検知座標よりワーク中心座標を求め、ワークWの計測基準点として設定する。詳述すると、レジスタR1とレジスタR2に記憶される検知座標のX座標を加算し2で割ることによって、2つのX座標の中間座標を求める。また、レジスタR3とレジスタR4に記憶される検知座標のY座標を加算し、2つのY座標の中間座標を求める。
[Step S21] In step S19, the coordinate of the movement axis when it is determined that the moving speed of the probe Pr in the axial direction exceeds the reference value, that is, the Y coordinate is stored in the register R4 as the detection coordinate.
[Step S22] The work center coordinates are obtained from the detected coordinates stored in the registers R1 to R4, and set as measurement reference points for the work W. More specifically, the intermediate coordinates of the two X coordinates are obtained by adding the X coordinates of the detected coordinates stored in the registers R1 and R2 and dividing by two. Further, the Y coordinate of the detected coordinate stored in the register R3 and the register R4 is added to obtain an intermediate coordinate between the two Y coordinates.

このX座標、Y座標の中間座標は、ワークWの中心座標を表すものであるから、このワークWの中心座標をワークの基準位置として設定し、この基準位置設定処理を終了する。なお、水平方向両端の座標値の差を求め、この差の半分の値を小さいほうの座標値に加算した座標値をワークWの水平方向の中心座標とし、垂直方向両端の座標値の差を求め、この差の半分の値を小さいほうの座標値に加算した座標値をワークWの垂直方向の中心座標としてワークWの中心座標を求め、ワークWの基準位置として設定してもよい。   Since the intermediate coordinates of the X coordinate and the Y coordinate represent the center coordinates of the workpiece W, the center coordinates of the workpiece W are set as the reference position of the workpiece, and the reference position setting process is terminated. The difference between the coordinate values at both ends in the horizontal direction is obtained, and the coordinate value obtained by adding half of the difference to the smaller coordinate value is set as the center coordinate in the horizontal direction of the workpiece W, and the difference between the coordinate values at both ends in the vertical direction is calculated. The center coordinate of the workpiece W may be obtained using the coordinate value obtained by adding half of the difference to the smaller coordinate value as the center coordinate in the vertical direction of the workpiece W and set as the reference position of the workpiece W.

こうして設定されたワークWの基準位置に基づいて、プローブPrのスタイラス1eの先端に取り付けられた球型測定子1fの先端をワーク面に接触させ、機上計測装置によりワークWを工作機械上で計測する。このワークWの基準位置を介して、球型測定子1fの先端と刃物の刃先が関係づけられることから、計測した形状に基づいて補正加工が明確になる。   Based on the reference position of the workpiece W thus set, the tip of the spherical probe 1f attached to the tip of the stylus 1e of the probe Pr is brought into contact with the workpiece surface, and the workpiece W is moved on the machine tool by the on-machine measuring device. measure. Since the tip of the spherical probe 1f and the cutting edge of the blade are related via the reference position of the workpiece W, the correction processing becomes clear based on the measured shape.

本発明の実施形態で用いられる機上計測装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the on-machine measuring device used by embodiment of this invention. ワークの加工面(計測面)にプローブが接触した状態で、ワークWの両端に向けて移動しワークWから離れることを示している。It shows that the probe moves toward both ends of the workpiece W and leaves the workpiece W in a state where the probe is in contact with the processing surface (measurement surface) of the workpiece. 本発明の測定原理を説明する図である。It is a figure explaining the measurement principle of this invention. プローブがワークの端面から離れる際の様子を詳細に説明する図である。It is a figure explaining in detail the mode at the time of a probe leaving | separating from the end surface of a workpiece | work. 本発明の実施形態で用いられる5軸の可動部を説明する図である。It is a figure explaining the 5-axis movable part used by embodiment of this invention. 機上計測装置からの位置検出信号と工作機械の各駆動軸からの位置検出信号を数値制御装置に入力する工作機械の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the machine tool which inputs the position detection signal from an on-machine measuring device and the position detection signal from each drive shaft of a machine tool into a numerical control apparatus. 図6に示される工作機械において、工作機械の各可動軸と機上計測装置からの信号が数値制御装置により同時にフィードバック制御されることを説明する図である。In the machine tool shown in FIG. 6, it is a figure explaining that the signal from each movable axis | shaft of a machine tool and an on-machine measuring device is feedback-controlled simultaneously by a numerical controller. 本発明の実施形態に用いられているインタフェースを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the interface used for embodiment of this invention. 本発明の実施形態において、ワークが直方体でその加工面の中心座標を求めワークの基準位置として設定する場合の説明図である。In embodiment of this invention, it is explanatory drawing when a workpiece | work is a rectangular parallelepiped and the center coordinate of the processing surface is calculated | required and set as a reference | standard position of a workpiece | work. 本発明の実施形態において、ワークが円柱でその加工面の中心座標を求めワークの基準位置として設定する場合の説明図である。In embodiment of this invention, it is explanatory drawing in case a workpiece | work is a cylinder and the center coordinate of the processing surface is calculated | required and set as a reference | standard position of a workpiece | work. 本発明の実施形態におけるワークの基準位置設定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the algorithm of the reference position setting process of the workpiece | work in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

Pr プローブ
1b プローブ本体
1e スタイラス
1f 球型測定子
W ワーク
Wa 加工面
AP アプローチ位置
RE 右端面位置
LE 左端面位置
Pr Probe 1b Probe body 1e Stylus 1f Spherical probe W Work Wa Machining surface AP Approach position RE Right end face position LE Left end face position

Claims (6)

ワークの加工面が直交する2つの線に対して線対称なワークの形状測定および形状解析のための機上計測装置を備え、前記機上計測装置からの位置検出信号が入力される数値制御装置で制御される複数の可動軸を有する工作機械において、
前記機上計測装置は、
機上計測装置内部に流体軸受により支持される接触式プローブと、該接触式プローブの軸方向の移動変位を検出し位置検出信号を出力する位置検出手段とを備え、
前記工作機械は、前記工作機械の各可動軸の位置を検出し軸位置検出信号を出力する可動軸位置検出手段を備え、
前記数値制御装置は、
前記2つの線が機械座標系の軸と平行になるように配置された前記ワークの前記加工面に前記接触式プローブの測定子を一定の接触圧で接触させた状態で前記ワークの端面から前記接触式プローブの測定子が完全に離れるまで前記2つの線とそれぞれ平行な方向であって、ワークの加工面内からそれぞれの端面に向かって前記接触式プローブを移動するように前記可動軸を駆動する可動軸駆動制御手段と、
前記位置検出手段から出力される位置検出信号に基づいて該接触式プローブの軸方向の移動速度を算出するプローブ移動速度算出手段と、
前記プローブ移動速度算出手段により算出された前記移動速度があらかじめ決められた速度に達したか否か判断する判断手段と、
前記判断手段により前記移動速度があらかじめ決められた速度に達したと判断された時の
前記各可動軸位置検出手段により検出された各可動軸の位置データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された各可動軸の位置から前記ワークの中心座標を算出しワークの計測基準点として設定する設定手段と、
を備えたことを特徴とするワークの計測基準点設定機能を有する工作機械。
A numerical control device comprising an on-machine measuring device for measuring and analyzing a shape of a workpiece that is line-symmetric with respect to two lines whose work planes are orthogonal to each other, and to which a position detection signal is input from the on-machine measuring device In a machine tool having a plurality of movable axes controlled by
The on-machine measuring device is
A contact type probe supported by a hydrodynamic bearing inside the on-machine measuring device, and a position detection means for detecting a displacement in the axial direction of the contact type probe and outputting a position detection signal;
The machine tool includes movable shaft position detection means for detecting the position of each movable shaft of the machine tool and outputting an axis position detection signal,
The numerical controller is
The contact point of the contact probe is brought into contact with the machining surface of the workpiece arranged so that the two lines are parallel to the axis of the machine coordinate system at a constant contact pressure from the end surface of the workpiece. The movable shaft is driven so as to move the contact probe in the direction parallel to the two lines until the contact probe probe is completely separated from the machining surface of the workpiece toward the end surface. Movable axis drive control means for
Probe moving speed calculating means for calculating the axial moving speed of the contact probe based on a position detection signal output from the position detecting means;
Determining means for determining whether or not the moving speed calculated by the probe moving speed calculating means has reached a predetermined speed;
Storage means for storing position data of each movable axis detected by each movable axis position detection means when the determination means determines that the movement speed has reached a predetermined speed;
Setting means for calculating the center coordinates of the workpiece from the position of each movable axis stored in the storage means and setting as a measurement reference point of the workpiece;
A machine tool having a workpiece measurement reference point setting function.
前記工作機械の各可動軸の位置を検出する可動軸位置検出手段からの軸位置検出信号はモータを駆動するモータ駆動装置が有するインタフェースを介して前記数値制御装置に入力し、前記機上計測装置の前記位置検出手段からの位置検出信号はモータが接続されていないモータ駆動装置が有するインタフェースを介して前記数値制御装置に入力することを特徴とする請求項1に記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械。   A shaft position detection signal from a movable shaft position detecting means for detecting the position of each movable shaft of the machine tool is input to the numerical controller via an interface of a motor driving device that drives a motor, and the on-machine measuring device 2. The workpiece measurement reference point setting according to claim 1, wherein a position detection signal from the position detection means is input to the numerical control device via an interface of a motor driving device not connected to a motor. A machine tool with functions. 前記可動軸位置検出手段と前記機上計測装置の前記位置検出手段から出力される位置検出信号は、それぞれ位相が略90度異なる2相の正弦波アナログ信号で構成され、
前記インタフェースは、前記正弦波アナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換装置と、前記A/D変換装置から出力されるデジタル信号を前記正弦波アナログ信号の1周期分を分割したデジタル信号で出力する内挿分割装置を備えていることを特徴とする請求項2に記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械。
The position detection signals output from the movable shaft position detection means and the position detection means of the on-machine measuring device are each composed of a two-phase sine wave analog signal having a phase difference of approximately 90 degrees,
The interface includes an A / D conversion device that converts the sine wave analog signal into a digital signal, and a digital signal obtained by dividing the digital signal output from the A / D conversion device into one cycle of the sine wave analog signal. The machine tool having a workpiece measurement reference point setting function according to claim 2, further comprising an interpolation division device that outputs the workpiece.
前記可動軸位置検出手段または前記機上計測装置に備えられる前記位置検出手段は、リニアスケール、パルスコーダ、またはレーザ干渉計のうちのいずれかの検出装置であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械。   The position detecting means provided in the movable axis position detecting means or the on-machine measuring device is any one of a linear scale, a pulse coder, and a laser interferometer. A machine tool having a workpiece measurement reference point setting function according to any one of the above. 前記記憶手段は、前記判断手段により前記移動速度があらかじめ決められた速度に達したと判断された時の前記各可動軸位置検出手段により検出された各可動軸の位置データを自動的に記憶することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械。   The storage means automatically stores position data of each movable axis detected by each movable axis position detection means when it is determined by the determination means that the moving speed has reached a predetermined speed. A machine tool having a measurement reference point setting function for a workpiece according to any one of claims 1 to 4. 前記設定手段は、前記加工面の水平方向の左右両端において前記記憶手段に記憶された前記可動軸の位置データの差を求め、この差の半分の値を小さい方の座標に加算した座標をワークの水平方向の中心座標とし、前記加工面の垂直方向の上下両端において前記記憶手段に記憶された前記可動軸の位置データの差を求め、この差の半分の値を小さい方の座標に加算した座標をワークの垂直方向の中心座標として、前記ワークの中心座標を求め、ワークの計測基準点として設定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のワークの計測基準点設定機能を有する工作機械。   The setting means obtains a difference between the position data of the movable shaft stored in the storage means at both the left and right ends of the machining surface in the horizontal direction, and adds a value obtained by adding half the difference to the smaller coordinate to the work piece. The difference between the position data of the movable axis stored in the storage means at the upper and lower ends in the vertical direction of the machining surface is obtained, and half the difference is added to the smaller coordinate. The workpiece measurement reference point according to claim 1, wherein the coordinate of the workpiece is the center coordinate in the vertical direction of the workpiece, the center coordinate of the workpiece is obtained and set as the measurement reference point of the workpiece. A machine tool with a setting function.
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