JP2015150668A - 工作機械及びワークの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工中にワークに生じる撓みや熱による寸法変化を考慮しながらワークを加工可能な工作機械を提供する。【解決手段】工作機械１は、本体部１０と、工具２を保持する工具保持部３０と、工具保持部に保持された工具を本体部に対して相対移動させる移動手段４０と、本体部に支持され、軸方向Ｚに延びるワークＷを保持するワーク保持部２０と、を備える。ワーク保持部に保持されたワークとの距離を計測する複数のセンサ５０が本体部に設けられている。各センサは、ワークの軸方向に関して他のセンサとは異なるワーク上の位置との距離を計測する。工作機械は、各センサの計測結果に基づいてワークの外形を特定し、当該ワークの外形を特定した結果に基づいて移動手段を制御する制御部６０をさらに備えている。各センサは、工具保持部に工具を保持した状態のままで、ワークとの距離を計測可能になっている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、工作機械及びワークの加工方法に関する。

大型構造物の寸法計測を工作機械上で行う方法として、長さ校正されたマイクロメータやパイテープ等の可搬型測定機器を用いた測定方法、あるいは、工作機械の座標値を基準としてダイヤルゲージや接触式プローブを用いた測定方法が従来の主流であった。前者の方法は、依然として広く用いられているものの、メートルオーダの対象物を測定する場合、人手による作業ばらつきがあり信頼性が充分ではなかった。一方、後者の方法によれば、工作機械の各直線軸(XYZ)方向の座標指示値を計測することができるが，大型機械の設置環境下では環境変動やスライドの経時変化などの要因で信頼性を確保することが難しかった。

さらに、近年ではさらなる高精度化のため, 工作機械の各直線軸（ＸＹＺ）方向の並進誤差だけでなく、３次元的な空間誤差を測定する測定方法も開発されている（例えば、特許文献１、非特許文献１、２参照）。とりわけ、独エタロン社製のＬａｓｅｒ Ｔｒａｃｅｒは、サブμｍの測定精度を実現している. この技術によれば、各直線軸（ＸＹＺ）方向の並進誤差、回転誤差に加えて、重なり合った３軸の直角度の誤差も計測することができ、３次元的な空間誤差を精度良く計測することができる。

特開２０１２−１０４１３６号公報 特開２０１０−２６４５６３号公報 特開２０１２−２７１５号公報

Ｓｃｈｗｅｎｋｅ Ｈ，Ｆｒａｎｋｅ Ｍ，Ｈａｎｎａｆｏｒｄ Ｊ（２００５）Ｅｒｒｏｒ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ＣＭＭｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ ｂｙ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ． Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ ５４（１）：４７５−４７８ Ｋｌａｕｓ Ｗｅｎｄｔ， Ｍａｔｔｈｉａｓ Ｆｒａｎｋｅ，Ｆｒａｎｋ Ｈｅａｒｔｉｇ，（２０１２）Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｌａｒｇｅ ３Ｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｆｏｕｒ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ， Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，４５，２３３９−２３４５ Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ， Ｍ．（１９８９）． Ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ−Ｐａｒｔ ２： Ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ． Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１１（１），２７−３７

とりわけ、ワークが軸方向にメートルオーダの長さをもつ場合、加工中のワークに撓みや熱による寸法変化も生じ得る。しかしながら、上述したダイヤルゲージや接触式プローブを用いた測定方法や、３次元的な空間誤差を測定する測定方法では、ワークを加工する前のある時点における３次元的な幾何寸法や空間誤差しか計測することができない。このため、加工中のワークに生じる撓みや熱による寸法変化を考慮しながらワークを加工していくことができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、加工中にワークに生じる撓みや熱による寸法変化を考慮しながらワークを加工可能な工作機械及びワークの加工方法を提供することである。

本件発明者は、上記課題を解決すべく、接触式プローブを用いた工作機械に関する出願を既に行っている。本先願では、ワーク形状不確かさ、空間誤差不確かさ、プローブ測定不確かさ、絶対距離計不確かさ、等の要素を演算情報に含めることで、高い信頼性を確保している。本発明の実施の形態は、この先願の知見を生かして、ワークとの距離を計測する絶対距離センサを用いて、上記課題を有効に解決すべく創案されたものである。

実施の形態に係る工作機械は、本体部と、工具を保持する工具保持部と、前記工具保持部に保持された前記工具を前記本体部に対して相対移動させる移動手段と、前記本体部に支持され、軸方向に延びるワークを回転可能に保持するワーク保持部と、各々が前記ワーク保持部に保持された前記ワークとの距離を計測する複数のセンサであって、互いに前記ワークの軸方向に関して異なる前記ワーク上の位置との距離を計測する複数のセンサと、各センサの計測結果に基づいて前記ワークの外形を特定し、当該ワークの外形を特定した結果に基づいて前記移動手段を制御する制御部と、を備える。各センサは、前記工具保持部に前記工具を保持した状態のままで、前記ワークとの距離を計測可能になっている。

実施の形態に係るワークの加工方法は、各々が前記ワーク保持部に保持された前記ワークとの距離を計測する複数のセンサであって、互いに前記ワークの軸方向に関して異なる前記ワーク上の位置との距離を計測する複数のセンサを備える工作機械を用いる。実施の形態に係るワークの加工方法は、工具保持部に工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を特定する工程と、前記ワークの外形を特定した結果に基づいて、前記工具の送り経路を決定する工程と、前記工具を前記送り経路に沿って移動させる工程と、前記工具を前記送り経路に沿って移動させた後に、前記工具保持部に前記工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を再び特定する工程と、前記ワークの外形を再び特定した結果に基づいて、前記工具の次の送り経路を決定する工程と、を備える。

本発明の実施の形態による工作機械によれば、工具保持部に工具を保持した状態のままで、各センサが前記ワークとの距離を計測可能になっている。このため、送り経路に沿って工具を移動させた後に、次の送り経路に沿って工具を移動させる前の状態のワークを実測することができる。そして、各センサによりワークを実測した結果に基づいて、制御部が、次の送り経路に沿って工具を移動させる前の状態のワークの外形を特定し、このワークの外形を特定した結果に基づいて、工具の次の送り経路を決定することができる。すなわち、本実施の形態による工作機械によれば、送り経路に沿って工具を移動させる前の状態のワークの外形に基づいて工具の送り経路を決定することができるため、加工中にワークに撓みや熱による寸法変化が生じても、ワークの寸法変化を考慮しながらワークを高精度に加工していくことができる。

本発明の実施の形態によるワークの加工方法によれば、送り経路に沿って工具を移動させた後に、工具保持部に工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を再び特定する。このような形態によれば、送り経路に沿って工具を移動させた後に、次の送り経路に沿って工具を移動させる前の状態のワークを実測することができる。これにより、次の送り経路に沿って移動させる前の状態のワークの外形を特定し、このワークの外形を特定した結果に基づいて、工具の次の送り経路を決定することができる。すなわち、本実施の形態によるワークの加工方法によれば、送り経路に沿って工具を移動させる前の状態のワークの外形に基づいて工具の送り経路を決定することができるため、加工中にワークに撓みや熱による寸法変化が生じても、ワークの寸法変化を考慮しながらワークを高精度に加工していくことができる。

一実施の形態による工作機械の構成の一例を示す概略斜視図。 図１に示す工作機械の概略正面図。 図１に示す工作機械において工具保持部に校正用ミラーを取り付けて、各センサを校正する工程を示す概略斜視図。 図３に示す工作機械の概略正面図。 保持体の他の形態を示す概略平面図。 図５に示す線VI−VIに沿った断面における保持体を示す概略断面図。

以下、図１乃至図４を参照して、一実施の形態による工作機械１について説明する。図１は、一実施の形態による工作機械１の構成の一例を示す概略斜視図である。図２は、図１に示す線II−IIに沿った断面における工作機械を示す概略断面図である。図１に示す工作機械１は、メートルオーダの大型のワークＷを加工するためのものである。本実施の形態では、工作機械１は、回転する軸方向ｄ１に延びるワークＷを工具２で切削する旋盤からなる。なお、以下の説明では、水平面内を延びるワークＷの軸方向をＺとし、鉛直方向をＹとし、軸方向Ｚ及び鉛直方向Ｙに直交する横方向をＸとして説明する。

図１及び図２に示すように、工作機械１は、建物の床面に設置される本体部１０と、当該本体部１０に支持され、ワークＷを回転可能に保持するワーク保持部２０と、を備えている。このうち、本体部１０は、建物の床面に設置されるベッド１１と、ベッド１１から鉛直方向Ｙ上方に向かって延びてワーク保持部２０を支持する一対の支柱１２と、を有している。ベッド１１は、水平面に沿った平板状の形状を有している。一方、一対の支柱１２は、軸方向Ｚに互いに対向して配置されている。一方の支柱１２は、ベッド１１に固定され、ワーク保持部２０のチャック２１を支持している。他方の支柱１２は、ベッド１１に対して軸方向Ｚに可動に設けられ、ワーク保持部２０の押当部材２２を支持している。

ワーク保持部２０のチャック２１は、ワークＷの基端部を回転可能に保持している。一方、ワーク保持部２０の押当部材２２は、ワークＷの先端部に押し当てられている。このチャック２１と押当部材２２とは、軸方向Ｚに延びる軸線に対して同軸に配置されている。ワークＷの各端部を、対応するチャック２１及び押当部材２２によって支持することによって、ワークＷの水平度を維持している。

本実施の形態では、図１及び図２に示すように、ワーク保持部２０は、チャック２１及び押当部材２２に加えて、ワークＷを鉛直方向Ｙ下方から受ける一対の受け台２３を有している。一対の受け台２３は、軸方向Ｚに互いに離間して配置されている。各受け台２３は、ベッド１１から鉛直方向Ｙ上方に延びてワークＷを受けている。各受け台２３は、ワークＷの径に合わせて受け位置を調整することができるよう鉛直方向Ｙに伸縮自在になっている。一例として、受け台２３として、油静圧式受け台を用いることができる。受け台２３がワークＷを受けることにより、ワークＷの回転による振れを抑制することができる。

また、図１に示すように、工作機械１は、工具２を保持する工具保持部３０と、工具保持部３０に保持された工具２を本体部１０に対して相対移動させる移動手段４０と、を備えている。このうち、工具保持部３０は、刃物台とも呼ばれ、工具２を所定の角度で保持する。一方、移動手段４０は、ベッド１１から鉛直方向Ｙ上方に延びて工具保持部３０を保持している。移動手段４０は、工具保持部３０を横方向Ｘに移動させるＸ方向移動機構（不図示）と、工具保持部３０を軸方向Ｚに移動させるＺ方向移動機構（不図示）と、を含んでいる。

ところで、このような軸方向Ｚにメートルオーダの長さをもつワークＷを加工する場合、加工している間に、ワークＷの軸方向Ｚに直交する径方向に、撓みや熱による寸法変化が生じ得る。そこで、本実施の形態による工作機械１は、加工中にワークＷの径方向に生じる撓みや熱による寸法変化も考慮してワークＷを加工すべく、各々がワーク保持部２０に保持されたワークＷとの距離を計測する複数のセンサ５０と、各センサ５０の計測結果に基づいて移動手段４０を制御する制御部６０と、を備えている。

先ず、センサ５０について説明する。各センサ５０は、ワークＷ上の計測対象となる位置との距離を計測するよう構成されている。ここでいうワークＷ上の計測対象となる位置とは、ワークＷが静止している場合には点状の領域となり、ワークＷが回転している場合にはワークＷの周方向に延びる線状の領域となる。各センサ５０は、ワークＷ上の計測対象となる位置との距離を計測することにより、当該計測対象となる位置におけるワークＷの外形の大きさを取得することができる。

図１及び図２に示すように、複数のセンサ５０は、軸方向Ｚに沿って並べて配置されている。このため、複数のセンサ５０は、互いに軸方向Ｚに関して異なるワークＷ上の位置との距離を計測するようになっている。言い換えると、各センサ５０は、軸方向Ｚに関して他のセンサ５０とは異なるワークＷ上の位置との距離を計測するようになっている。上述のように、各センサ５０は、計測対象となる位置におけるワークＷの外形の大きさを取得することができる。したがって、複数のセンサ５０が互いに軸方向Ｚに関して異なるワークＷ上の位置との距離を計測することにより、ワークＷの軸方向における撓みや振れの分布に関する情報を取得することができる。

隣り合う２つのセンサ５０の各間隔は、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。隣り合う２つのセンサ５０の間隔は、仕様に応じて決定される。

各センサ５０は、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、ワークＷとの距離を計測可能になっている。とりわけ、各センサ５０は、工具２を送り経路に沿って移動させた後にワークＷから離間させた状態において、ワークＷとの距離を計測可能になっている。

図示する例では、各センサ５０は、ワークＷに対して鉛直方向Ｙ下方に配置され、当該ワークＷと鉛直方向Ｙで向き合っている。具体的には、各センサ５０の出光面５１が、ワークＷと鉛直方向Ｙで向き合っている。もっとも、各センサ５０の配置は、図示する例に限定されない。各センサ５０は、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、ワークＷとの距離を計測可能になっている限り、ワークＷに対して他の方向に配置してもよい。一例として、各センサ５０は、ワークＷに対して横方向Ｘに配置されていてもよい。

本実施の形態のセンサ５０は、いわゆる非接触型の絶対距離計にて構成されている。非接触型の絶対距離計の一例として、光コム方式の距離計（株式会社光コム社製）が挙げられる。光コム方式の距離計とは、光コム干渉を利用したレーザ距離計のことを指す。光コム方式の距離計では、１０００本以上の離散的な櫛状の光スペクトルを持ったレーザ光を使用し、計測対象物との間を往復した反射光と参照光とを干渉させて得られるビート信号を検出することにより、計測対象物との距離を測定する。光コム方式のレーザ距離計は、光コム干渉を利用するため、レーザ光の遮光があっても原点復帰をする必要がない、という特徴を有している。非接触型の絶対距離計の他の例として、マルチチャンネルファイバ距離計(Etalon Multiline，ドイツEtalon社製)やレーザートラッカー（Ｒａｄｉａｎ Ｌａｓｅｒ Ｔｒａｃｋｅｒ，米国ＡＰＩ社製）が挙げられる。これらの絶対距離計は、メートルオーダの計測対象物であっても、サブμm〜数μｍオーダの絶対距離計測精度を実現することができる。

各センサ５０は、本体部１０に含まれる保持体１３によって保持されている。本実施の形態の保持体１３は、ベッド１１に固定された軸方向Ｚに延びる棒状の部材にて構成されている。とりわけ図示する例では、保持体１３は、一体に形成されている。保持体１３が一体に形成されていることにより、保持体１３を精度よく作製することができ、結果として、各センサ５０を精度よく位置決めすることに寄与する。保持体１３をなす材料としては、温度変化や経時変化の生じ難い材料を選定することができる。

このようなセンサ５０を用いて、ワークＷの外形を特定する方法の一例について図２を参照して説明する。図２に示すように、基準となるセンサ５０ｒｅｆとワークＷとの距離をＬｒｅｆとし、当該基準となるセンサ５０ｒｅｆの計測対象となる位置におけるワークＷの径をφｒｅｆとする。このワークＷの径φｒｅｆは、例えばマイクロメータまたはその他の長さトレーサブルな方法で計測される。任意のセンサ５０ｉとワークＷとの距離をＬｉとし、当該センサ５０ｉの計測対象となる位置におけるワークＷの径をφｉとする。図２に示す幾何学的関係から、
Ｌｒｅｆ−Ｌｉ＝１／２×（φｉ−φｒｅｆ） … （１）
が成立する。式（１）を変形すると、以下の式（２）が得られる。
φｉ＝φｒｅｆ＋２×（Ｌｒｅｆ−Ｌｉ） … （２）
したがって、式（２）を利用することによって、各センサ５０の計測対象となる位置におけるワークＷの外形の大きさを特定することができる。

次に、各センサ５０の計測結果に基づいて移動手段４０を制御する制御部６０について説明する。制御部６０は、各センサ５０の計測結果に基づいてワークＷの外形を特定し、当該ワークＷの外形を特定した結果に基づいて移動手段４０の移動経路を決定するようになっている。

本実施の形態の制御部６０は、種々の情報を記憶する記憶手段６１と、記憶部６１に記憶された情報を読み込んで、移動手段４０の移動経路を決定する演算手段６２と、演算手段６２の決定結果に基づいて移動手段４０へ指令を送る指令手段６３と、を含んでいる。このうち、記憶手段６１には、各センサ５０が計測したワークＷとの距離に関する情報や、後述するようにして予め作製された空間補正データを記憶するようになっている。演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された情報を読み込んで、ワークＷの外形を特定するようになっている。さらに、演算手段６２は、ワークＷの外形を特定した結果に基づいて、工具２の送り経路を決定するようになっている。指令手段６３は、演算手段６２によって決定された送り経路に沿って工具２を移動させるよう、移動手段４０に指令を送るようになっている。

このような記憶手段６１、演算手段６２及び指令手段６３を含む制御部６０の制御の一例について説明する。先ず、制御部６０の記憶手段６１が、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０の計測結果を記憶するようになっている。続いて、演算手段６２が記憶手段６１に記憶された各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を特定し、ワークＷの外形を特定した結果に基づいて、工具２の送り経路を決定する。続いて、指令手段６３が、演算手段６２によって決定された送り経路に沿って工具２を移動させるよう、移動手段４０に指令を送る。次に、工具２を送り経路に沿って移動させた後に、記憶手段６１が、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０の計測結果をさらに記憶する。続いて、演算手段６２が記憶手段６１に記憶された各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を再び特定し、ワークＷの外形を再び特定した結果に基づいて、工具２の次の送り経路を決定する。続いて、指令手段６３が、演算手段６２によって決定された次の送り経路に沿って工具２を移動させるよう、移動手段４０に指令を送る。

ところで、各センサ５０の計測精度を高めるためには、各センサ５０を校正するのがよい。図３及び図４は、各センサ５０を校正する方法について説明するための図である。図３及び図４に示すように、本実施の形態では、工具保持部３０に、工具２の代わりに校正用ミラー３が装着可能になっている。この校正用ミラー３は、各センサ５０を校正するべく、本体部１０に対して高い軸芯位置に保持する。校正用ミラー３は、センサ５０と対面する対向面３ａを有しており、対向面３ａは、センサ５０の出光面５１が平行となることが意図された平面と平行になっている。言い換えると、校正用ミラー３の対向面３ａは、センサ５０から出射されるレーザ光の進行方向が意図された方向に対して直交している。図示する例では、校正用ミラー３の対向面３ａは、水平面と平行になっている。

各センサ５０を校正する方法について説明すると、先ず、移動手段４０によって、校正用ミラー３の対向面３ａをセンサ５０の出光面５１と対面させながら軸方向Ｚに移動させる。このとき、センサ５０の出光面５１が校正用ミラー３の対向面３ａに対して所定の角度以上に傾いていると、センサ５０が意図された通りの計測を行うことができず、センサ５０にエラーが表示される。したがって、センサ５０にエラーが表示されないように、センサ５０の出光面５１の傾きを調整することにより、センサ５０の出光面５１の傾きを意図された角度に合わせることができる。次に、センサ５０の出光面５１の傾きを合わせた状態で、移動手段４０によって、校正用ミラー３の対向面３ａをセンサ５０の出光面５１と対面させながら軸方向Ｚに再び移動させる。これにより、各センサ５０によって、校正用ミラー３との距離が計測される。各センサ５０によって計測された校正用ミラー３との距離は、制御部６０の記憶手段６１に記憶される。続いて、制御部６０の演算手段６２が、各センサ５０が計測した校正用ミラー３との距離の値と、意図された各センサと校正用ミラー３との距離の値と、を対比してこれらの差を求める。各センサ５０についてのこれらの値の差は、当該センサ５０がワークＷとの距離を計測する際の計測誤差となる。そこで、各センサ５０についてのこれらの値の差を、制御部６０の記憶手段６１に記憶する。そして、制御部６０の演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された各センサ５０についての計測誤差を考慮して、ワークＷの外形を特定する。このようにして、制御部６０は、各センサ５０が計測した校正用ミラー３との距離の値に基づいて、各センサ５０の計測結果を補正するようになっている。

次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

先ず、例えばエタロン社製のレーザトレーサ（Ｒａｓｅｒ Ｔｒａｃｅｒ）を使用して、工作機械１の空間補正データを作製する。そして、この空間補正データに基づいて工作機械１を校正する。具体的には、制御部６０の記憶手段６１に、空間補正データを記憶する。そして、制御部６０の演算手段６２が、記憶手段６１に記憶された空間補正データに基づいて、移動手段４０の移動量を補正するようになる。

次に、上述した校正用ミラー３を用いてセンサ５０を校正する方法を利用して各センサ５０を校正する。これにより、制御部６０の記憶手段６１に、各センサ５０についての計測誤差の情報も記憶する。そして、制御部６０の演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された各センサ５０についての計測誤差の情報を考慮して、後述するようにしてワークＷの外形を特定していく。

次に、工具保持部３０に校正用ミラー３の代わりに工具２を装着させる。続いて、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、制御部６０は、各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を特定する。具体的には、各センサ５０が計測したワークＷとの距離の計測結果を、制御部６０の記憶手段６１に記憶する。続いて、制御部６０の演算手段６２が、図２に示すように、基準となるセンサ５０ｒｅｆが計測したワークＷとの距離Ｌｒｅｆと、予め計測した、基準となるセンサ５０ｒｅｆの計測対象となる位置におけるワークＷの径φｒｅｆと、を用いて、式（２）から、各センサ５０ｉの計測対象となる位置におけるワークＷの径φｉを算出する。複数のセンサ５０は、互いに軸方向Ｚに関して異なるワークＷ上の位置との距離を計測することから、各センサ５０の計測対象となる位置におけるワークＷの径φｉを用いて、制御部６０の演算手段６２は、ワークの外形を特定する。このとき、上述したように、制御部６０の演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された各センサ５０についての計測誤差を考慮して、ワークＷの外形を特定する。

次に、制御部６０の演算手段６２は、ワークＷの外形を特定した結果に基づいて、工具２の送り経路を決定する。このとき、制御部６０の演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された空間補正データも考慮して、工具２の送り経路を決定する。続いて、指令手段６３が、演算手段６２によって決定された送り経路に沿って工具２を移動させるよう、移動手段４０に指令を送る。これにより、移動手段４０によって工具２が送り経路に沿って移動させられる。

工具２を送り経路に沿って移動させた後に、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を再び特定する。具体的には、工具２を送り経路に沿って移動させた後に各センサ５０が計測したワークＷとの距離の計測結果を、制御部６０の記憶手段６１に記憶する。続いて、制御部６０の演算手段６２が、各センサ５０の計測結果に基づいて、各センサ５０ｉの計測対象となる位置におけるワークＷの径φｉを再び算出する。複数のセンサ５０は、互いに軸方向Ｚに関して異なるワークＷ上の位置との距離を計測することから、各センサ５０の計測対象となる位置におけるワークＷの径φｉを用いて、制御部６０の演算手段６２は、ワークの外形を再び特定する。このとき、上述したように、制御部６０の演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された各センサ５０についての計測誤差を考慮して、ワークＷの外形を再び特定する。

次に、制御部６０の演算手段６２は、ワークＷの外形を再び特定した結果に基づいて、工具２の次の送り経路を決定する。このとき、制御部６０の演算手段６２は、記憶手段６１に記憶された空間補正データも考慮して、工具２の次の送り経路を決定する。続いて、指令手段６３が、演算手段６２によって決定された次の送り経路に沿って工具２を移動させるよう、移動手段４０に指令を送る。これにより、移動手段４０によって工具２が次の送り経路に沿って移動させられる。

以下同様にして、各センサ５０の計測結果からワークＷの外形を再び特定する工程と、ワークＷの外形を再び特定した結果から工具２の次の送り経路を決定する工程と、を繰り返すことにより、ワークＷが高精度に加工されていく。

以上のように、本実施の形態による工作機械１によれば、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０がワークＷとの距離を計測可能になっている。このため、送り経路に沿って工具２を移動させた後に、次の送り経路に沿って工具２を移動させる前の状態のワークＷを実測することができる。そして、各センサ５０によりワークＷを実測した結果に基づいて、制御部６０が、次の送り経路に沿って工具２を移動させる前の状態のワークＷの外形を特定し、このワークＷの外形を特定した結果に基づいて、工具２の次の送り経路を決定することができる。すなわち、本実施の形態による工作機械によれば、送り経路に沿って工具２を移動させる前の状態のワークＷの外形に基づいて工具２の送り経路を決定することができるため、加工中にワークＷに撓みや熱による寸法変化が生じても、ワークＷの寸法変化を考慮しながらワークＷを高精度に加工していくことができる。

また、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０がワークＷとの距離を計測可能になっているため、工具２を取外すことによる時間のロスや工具２を再び装着することによる精度の変化が生じることなく、ワークＷを加工することができる。

また、本実施の形態による工作機械１によれば、制御部６０は、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を特定し、ワークＷの外形を特定した結果に基づいて工具２の送り経路を決定し、工具２が送り経路に沿って移動するよう移動手段４０を制御し、工具２が送り経路に沿って移動した後に、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を再び特定し、ワークＷの外形を再び特定した結果に基づいて、工具２の次の送り経路を決定し、工具２が次の送り経路に沿って移動するよう移動手段４０を制御するようになっている。このような形態によれば、加工中にワークＷに生じる撓みや熱による寸法変化を考慮しながら、送り経路に沿って工具２を自動で移動させていくことができる。

また、本実施の形態による工作機械１によれば、制御部６０は、予め作製された空間補正データに基づいて移動手段４０の移動量を補正するようになっている。このような形態によれば、工作機械１の各直線軸（ＸＹＺ）方向の並進誤差、回転誤差に加えて、重なり合った３軸の直角度の誤差を考慮して、ワークＷをさらに高精度に加工することができる。

また、本実施の形態による工作機械１によれば、複数のセンサ５０は、軸方向Ｚに沿って並べて配置されている。このような形態によれば、工具保持部３０に工具２を保持した状態において、各センサ５０が工具２に遮蔽され難い。したがって、複数のセンサ５０を軸方向Ｚに沿って並べることで、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままでワークＷとの距離を計測可能なセンサ５０を、容易に実現することができる。加えて、本実施の形態による工作機械１によれば、工具保持部３０に、工具２の代わりに校正用ミラー３が装着可能になっており、移動手段４０によって、校正用ミラー３をセンサ５０と対面させながら軸方向Ｚに移動させることにより、各センサ５０は、校正用ミラー３との距離を予め計測するようになっており、制御部６０は、各センサ５０が計測した校正用ミラー３との距離の値に基づいて、各センサ５０の計測結果を補正するようになっている。このような形態によれば、校正用ミラー３をセンサ５０と対面させながら軸方向Ｚに移動させるだけで、各センサ５０の傾きと、各センサ５０が計測するワークＷとの距離を校正することができる。すなわち、このような形態によれば、人手による作業ばらつきがないため高い信頼性を発揮し、多くの時間を掛けることなく各センサ５０を校正することができる。

また、本実施の形態による工作機械１によれば、各センサ５０は、ワークＷの鉛直下方に配置されている。この場合、工具保持部３０に工具２を保持した状態において、各センサ５０が工具２に遮蔽され難い。したがって、各センサ５０をワークＷの鉛直下方に配置することで、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままでワークＷとの距離を計測可能なセンサ５０を、容易に実現することができる。

一方、本実施の形態によるワークＷの加工方法によれば、送り経路に沿って工具２を移動させた後に、工具保持部３０に工具２を保持した状態のままで、各センサ５０の計測結果を読み込んで、ワークＷの外形を再び特定する。このような形態によれば、送り経路に沿って工具２を移動させた後に、次の送り経路に沿って工具２を移動させる前の状態のワークＷを実測することができる。これにより、次の送り経路に沿って移動させる前の状態のワークＷの外形を特定し、このワークＷの外形を特定した結果に基づいて、工具２の次の送り経路を決定することができる。すなわち、本実施の形態によるワークＷの加工方法によれば、送り経路に沿って工具２を移動させる前の状態のワークＷの外形に基づいて工具２の送り経路を決定することができるため、加工中にワークＷに撓みや熱による寸法変化が生じても、ワークＷの寸法変化を考慮しながらワークＷを高精度に加工していくことができる。

また、本実施の形態によるワークＷの加工方法によれば、ワークＷの外形を特定する工程に先立って、工作機械１の空間補正データを作製し、前記空間補正データに基づいて工作機械１を校正する工程をさらに備えている。このような形態によれば、工作機械１の各直線軸（ＸＹＺ）方向の並進誤差、回転誤差に加えて、重なり合った３軸の直角度の誤差を考慮して、ワークＷをさらに高精度に加工することができる。

また、本実施の形態によるワークＷの加工方法によれば、複数のセンサ５０は、軸方向Ｚに沿って並べて配置されており、ワークＷの外形を特定する工程に先立って、工具保持部３０に工具２の代わりに校正用ミラー３を装着させ、校正用ミラー３をセンサ５０と対面させながら軸方向Ｚに移動させて、各センサ５０によって、校正用ミラー３との距離を計測させ、各センサ５０が計測した校正用ミラー３との距離の値に基づいて、各センサ５０を校正する工程をさらに備えている。このような形態によれば、校正用ミラー３をセンサ５０と対面させながら軸方向Ｚに移動させるだけで、各センサ５０の傾きと、各センサ５０が計測するワークＷとの距離を校正することができる。すなわち、このような形態によれば、人手による作業ばらつきがないため高い信頼性を発揮し、多くの時間を要することなく各センサ５０を校正することができる。

≪変形例≫
上述した実施の形態では、図１に示すように、本体部１０の保持体１３が、ベッド１１に固定された軸方向Ｚに延びる棒状の部材にて構成されている例を示したが、このような例に限定されない。図５に、保持体１３の他の例を示す。図５に示す例では、保持体１３は、各センサ５０を軸方向Ｚに沿って可動に支持している。具体的には、保持体１３は、軸方向Ｚに延びるボールネジ１４と、当該ボールネジ１４に螺合され、対応するセンサ５０を保持する可動部材１５と、可動部材１５を軸方向Ｚに沿って案内するレール部材１６と、を含んでいる。可動部材１５は、ボールネジ１４によって駆動され、これにより、軸方向Ｚに移動可能になっている。レール部材１６は、ベッド１１に固定され、ボールネジ１４を収容している。このような保持体１３によれば、加工するワークＷの軸方向Ｚにおける長さに合わせて、各センサ５０の計測対象となるワークＷ上の位置を決定することができるため、ワークＷの外形をより精度よく特定することができる。

上述した実施の形態では、図１及び図２に示すように、軸方向Ｚに沿って並べられた複数のセンサ５０からなる１つのセンサ群が、ワークＷに対して鉛直方向Ｙ下方に配置されている例を示したが、センサ群の数は、このような例に限定されない。複数のセンサ群が配置されていてもよい。例えば、軸方向Ｚに沿って並べられた複数のセンサ５０からなる第１センサ群が、ワークＷに対して鉛直方向Ｙ下方に配置され、軸方向Ｚに沿って並べられた複数のセンサ５０からなる第２センサ群が、ワークＷに対して横方向Ｘに配置されていてもよい。工作機械１が複数のセンサ群を備える場合、ワークＷの外形をより高い信頼性にて特定することができる。

なお、実施の形態は例示であり、発明の範囲はそれに限定されない。

１ … 工作機械、 ２… 工具、 ３… 校正用ミラー、 ３ａ…対向面、 １０… 本体部１０、 １１… ベッド、 １２… 支柱１２、 １３… 保持体、 １４… レール部材１４、 １５…可動部材１５、 ２０… ワーク保持部２０、 ２１… チャック、 ２２… 押当部材、 ２３… 受け台、 ３０… 工具保持部、 ４０… 移動手段、 ５０… センサ、 ５１… 出光面、 ６０… 制御部、 ６１… 記憶手段、 ６２… 演算手段、 ６３… 指令手段、 Ｘ… 横方向、 Ｙ… 鉛直方向、 Ｚ… 軸方向、 Ｗ… ワーク

Claims (10)

1. 本体部と、
   工具を保持する工具保持部と、
   前記工具保持部に保持された前記工具を前記本体部に対して相対移動させる移動手段と、
   前記本体部に支持され、軸方向に延びるワークを保持するワーク保持部と、
   各々が前記ワーク保持部に保持された前記ワークとの距離を計測する複数のセンサであって、互いに前記ワークの軸方向に関して異なる前記ワーク上の位置との距離を計測する複数のセンサと、
   各センサの計測結果に基づいて前記ワークの外形を特定し、当該ワークの外形を特定した結果に基づいて前記移動手段を制御する制御部と、を備え、
   各センサは、前記工具保持部に前記工具を保持した状態のままで、前記ワークとの距離を計測可能になっている、工作機械。
2. 前記制御部は、
   前記工具保持部に前記工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を特定し、
   前記ワークの外形を特定した結果に基づいて、工具の送り経路を決定し、
   前記工具が前記送り経路に沿って移動するよう前記移動手段を制御し、
   前記工具が前記送り経路に沿って移動した後に、前記工具保持部に前記工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を再び特定し、
   前記ワークの外形を再び特定した結果に基づいて、前記工具の次の送り経路を決定し、
   前記工具が前記次の送り経路に沿って移動するよう前記移動手段を制御するようになっている、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記制御部は、予め作製された空間補正データに基づいて前記移動手段の移動量を補正するようになっている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記複数のセンサは、前記ワークの軸方向に沿って並べて配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の工作機械。
5. 前記工具保持部に、前記工具の代わりに校正用ミラーが装着可能になっており、
   前記移動手段によって、前記校正用ミラーを前記センサと対面させながら前記ワークの軸方向に移動させることにより、各センサは、前記校正用ミラーとの距離を予め計測するようになっており、
   前記制御部は、各センサが計測した前記校正用ミラーとの距離の値に基づいて、各センサの計測結果を補正するようになっている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
6. 前記本体部は、各センサを保持する保持体を有し、
   前記保持体は、一体に成形されている、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の工作機械。
7. 各センサは、前記ワークに対して鉛直下方に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の工作機械。
8. 各々が前記ワーク保持部に保持された前記ワークとの距離を計測する複数のセンサであって、互いに前記ワークの軸方向に関して異なる前記ワーク上の位置との距離を計測する複数のセンサを備える工作機械を用いた、ワークの加工方法であって、
   工具保持部に工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を特定する工程と、
   前記ワークの外形を特定した結果に基づいて、前記工具の送り経路を決定する工程と、
   前記工具を前記送り経路に沿って移動させる工程と、
   前記工具を前記送り経路に沿って移動させた後に、前記工具保持部に前記工具を保持した状態のままで、各センサの計測結果を読み込んで、前記ワークの外形を再び特定する工程と、
   前記ワークの外形を再び特定した結果に基づいて、前記工具の次の送り経路を決定する工程と、
   を備える、ワークの加工方法。
9. 前記ワークの外形を特定する工程に先立って、前記工作機械の空間補正データを作製し、前記空間補正データに基づいて前記工作機械を校正する工程をさらに備える、請求項８に記載のワークの加工方法。
10. 前記複数のセンサは、前記ワークの軸方向に沿って並べて配置されており、
    前記ワークの外形を特定する工程に先立って、前記工具保持部に、前記工具の代わりに校正用ミラーを装着させ、
    前記校正用ミラーを前記センサと対面させながら前記ワークの軸方向に移動させて、各センサによって、前記校正用ミラーとの距離を計測させ、
    各センサが計測した前記校正用ミラーとの距離の値に基づいて、各センサを校正する工程をさらに備える、請求項８または９に記載のワークの加工方法。

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