JP2017193043A - 工作機械における対象物の位置計測方法及び位置計測システム - Google Patents
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Abstract
Description
工具長さの自動計測方法として、例えば、図2に示すようなレーザセンサ10や図3に示すようなタッチセンサ20が用いられる。
まず、レーザセンサ10は、発光部11と、受光部12と、発光部11と受光部12とを支持するベース部13とから成り、レーザ光14を発光部11より出力し、受光部12にて受光する。レーザ光14が物体によって遮られ受光率が一定以下になった場合に信号を発する。ここでは主軸2に工具9を装着して工具9を所定の速度で回転させながら、Z軸により工具9をレーザ光14に接近させ、工具9がレーザ光14を遮断するとベース部13から信号を発信する。その信号を検知した工作機械の制御装置は、信号を受けた時点もしくは遅れを考慮した時点でのZ軸の位置を記憶する。各工具の長さ基準となる基準工具に対しても同様に行い、工具9でのZ軸位置と基準工具でのZ軸位置との差を工具9の長さとする。
次に、タッチセンサ20は、接触を検知すると信号を発する装置であり、主軸2に工具9を装着し、Z軸により工具9をタッチセンサ20に接近させ、工具9が接触した際に信号を発信する。その信号を検知した制御装置は、信号を受けた時点もしくは遅れを考慮した時点でのZ軸の位置を記憶する。各工具の長さ基準となる基準工具に対しても同様に行い、工具9でのZ軸位置と基準工具でのZ軸位置との差を工具9の長さとする。
また、基準工具に対するタッチプローブ30の長さを予め計測し、タッチプローブ30の長方向の補正値として補正して計測することで、工作物31の位置(この場合は高さ)を求めることができる。但し、タッチプローブ30は対象物に接触してトリガー信号を出力するまでにある一定の長さ変化が生じるため、タッチプローブ30が接触してトリガー信号を出力する際の実際の長さが必要となる。
しかし、レーザセンサ10では、タッチプローブ30が接触しないため、タッチプローブ30の接触時の長さを計測することができない。
一方、タッチセンサ20では、タッチセンサ20とタッチプローブ30のそれぞれの動作抵抗が異なることから、両者が同時にトリガー信号を出力できず、タッチプローブ30の接触時長さを計測することができない。
また、特許文献1には、CCDカメラを用いたタッチプローブの接触時長さの測定方法が記載されている。ここではまず押さえ台の上面にタッチプローブを接触させて信号を出力する際の主軸の位置を取得し、接触時のタッチプローブ先端をCCDカメラで撮影することで先端位置を計測する。次に、押さえ台を取り除いてタッチプローブが接触していない時の長さに戻してCCDカメラで先端位置を計測する。両先端位置の差から接触時の縮み量を算出する。基準工具についてもCCDカメラでその先端位置を計測し、その時の主軸の位置も取得する。得られた接触時縮み量、接触時のタッチプローブ先端位置、タッチプローブ接触時の主軸位置、基準工具の先端位置、基準工具での主軸位置の関係から、タッチプローブの接触時の長さを求める。
一方、特許文献2には、レーザセンサと基準ブロックを用いた工作物位置の補正方法について記載されている。ここではまずレーザセンサ近傍に基準ブロックを用意し、レーザ光の位置と基準ブロックの上面の位置(高さ)を一致させておく。また、レーザセンサにて基準工具装着時の位置を記憶しておく。次に、基準ブロックに対してタッチプローブを接触させて位置を記憶し、工作物に対してもタッチプローブを接触させて位置を記憶し、両位置の差と基準工具の位置から、基準工具に対する工作物位置を計測して補正する。この方法では、タッチプローブの接触時長さを求めずに工作物位置計測を行うようにしている。
次に、特許文献1の技術では、高価なCCDカメラによる計測装置が必要となるという課題がある。また、押さえ台を自動で除去するためには、押さえ台を駆動する機構やアクチュエータが必要になり、コストが高くなるという課題もある。
また、特許文献2の技術は、タッチプローブの接触時の長さを測定せずに工作物の位置計測を行えるとしているが、レーザセンサのレーザ光位置と基準ブロック位置を一致させる、もしくは両位置関係を既知にする必要がある。これは、レーザセンサで計測される基準工具の長さと、基準ブロックを接触させる際のタッチプローブの長さとの関係、すなわちタッチプローブの接触時長さを既知にする必要があることと同義である。しかし、その方法については記載がない。
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させた際の前記並進軸の位置を取得する基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準ブロック位置取得段階で取得した前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する位置計測センサ計測段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記位置計測センサ計測段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記長補正値算出段階で算出した前記位置計測センサの前記長方向補正値を用いて、前記主軸に装着した前記位置計測センサにより計測した前記対象物の計測位置を補正する位置計測段階と、を実行することを特徴とする。
ここで「工具センサ側」とは、工具センサに基準ブロックを直接設けた場合は勿論、工具センサの近傍に別体の基準ブロックを設けた場合も含む。以下の発明も同様である。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記位置計測段階までを複数回実行することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、前記位置計測センサ計測段階及び前記位置計測段階において前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測段階の実行前に、前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階をさらに実行し、前記位置計測段階では、前記径補正値取得段階で取得した前記径補正値も用いて前記対象物の計測位置を補正することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサにより前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させて前記基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させ、その接触の際の前記並進軸の位置を取得して記憶する基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得された前記検知位置と前記基準ブロック位置取得手段で取得された前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する計測位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記計測位置取得手段で取得された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で取得された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記長補正値算出手段に記憶された前記長補正値を用いて前記位置計測センサによる計測位置を補正し、前記対象物の位置を算出する位置算出手段と、を有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項5の構成において、前記位置計測センサは、前記位置計測センサが前記対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項5又は6の構成において、前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段をさらに有し、
前記位置算出手段では、前記長補正値算出手段で取得された前記長補正値と、前記径補正値取得手段で取得された前記径補正値とを用いて前記位置計測センサの計測位置を補正して、前記対象物の位置を算出することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、を有する工作機械を用いて、前記主軸に装着可能な位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測する方法であって、
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックとを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第1の基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記第1の基準ブロック位置取得段階で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記位置計測センサを前記主軸に装着し、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第2の基準ブロック位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記第2の基準ブロック位置取得段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記長補正値算出段階で算出した前記位置計測センサの前記長方向補正値を用いて、前記主軸に装着した前記位置計測センサにより計測した前記対象物の計測位置を補正する位置計測段階と、を実行することを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項8の構成において、前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを1回実行し、前記基準工具位置取得段階から前記位置計測段階までを複数回実行することを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項8又は9の構成において、前記第1の基準ブロック位置取得段階と、前記第2の基準ブロック位置取得段階と、前記位置計測段階とにおいて、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項8乃至10の何れかの構成において、前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測段階の実行前に、前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階をさらに実行し、前記位置計測段階では、前記径補正値取得段階で取得した前記径補正値も用いて前記対象物の計測位置を補正することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項12に記載の発明は、3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサにより前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第1の基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記第1の基準ブロック位置取得手段で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第2の基準ブロック位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得した前記基準工具位置と、前記第2の基準ブロック位置取得手段で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記長補正値算出手段で算出した前記位置計測センサの前記長方向補正値を用いて、前記主軸に装着した前記位置計測センサにより計測した前記対象物の計測位置を補正し、前記対象物の位置を算出する位置算出手段と、を有することを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項12の構成において、前記位置計測センサは、前記位置計測センサが前記対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項12又は13の構成において、前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段をさらに有し、前記位置算出手段では、前記長補正値算出手段で取得された前記長補正値と、前記径補正値取得手段で取得された前記径補正値とを用いて前記位置計測センサの計測位置を補正して、前記対象物の位置を算出することを特徴とする。
特に、請求項8乃至14に記載の発明では、工具センサ側に設けた基準ブロック位置は、位置計測センサで計測しているので、基準ブロックの面積は位置計測センサの先端プローブが接触できる分だけあればよい。よって、基準ブロックを小さくすることができ、より小型な位置計測システムが実現可能となる。
また、位置計測センサが接触式センサである場合、その径方向の補正値も併せて取得すれば、より高精度に対象物の計測が可能となる。
図1は、工作機械の一形態であり、3つの互いに直交する並進軸と2つの互いに直交する回転軸を有するマシニングセンタの模式図である。
主軸2は、並進軸であり互いに直交するX軸、Z軸によってベッド1に対して並進2自由度の運動が可能である。テーブル3は、回転軸であるC軸によってクレードル4に対して回転1自由度の運動が可能である。クレードル4は、回転軸でありC軸に対して直交するA軸によってトラニオン5に対して回転1自由度の運動が可能である。トラニオン5は、並進軸でありX軸およびZ軸に直交するY軸によりベッド1に対して並進1自由度の運動が可能である。したがって、主軸2は、テーブル3に対して並進3自由度および回転2自由度の運動が可能である。各送り軸は図に示していない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、工作物をテーブル3に固定し、主軸2に工具を装着して回転させ、工作物と工具の相対位置および相対姿勢を制御することで、工作物の加工を行うことができる。
このレーザセンサ40は、図6に示すように、センサ取り付け台41を介して図1のマシニングセンタのトラニオン5に取り付けられる。但し、図7に示すように、基準ブロック42をレーザセンサ40の近傍に別置した構成でもよい。
まず、計測準備作業の手順について、図10のフローチャートにもとづいて説明する。計測準備作業は、後述の位置計測センサとしてのタッチプローブによる計測を行う前に事前に行っておく作業であり、基準工具やレーザセンサの劣化や交換などの場合に行えばよい。
ステップSR1において、図12に示すように、主軸2に基準工具8を装着し、レーザセンサ40にて計測を行う。ここでは基準工具8がレーザ光14に接近するようZ軸を移動させ、基準工具8の先端がレーザ光14を遮断して受光率が閾値以下になった時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのZ軸位置を取得する。取得したZ軸位置Zlは図示しない制御装置内の記憶部に記憶される(工具センサ位置取得段階及び工具センサ位置取得手段、ここでは制御装置が本発明の各段階を実行する各手段として機能する)。また、基準工具8の長さTdも記憶部にあらかじめ記憶させておく。ここで、ZlとTdとから、基準工具先端位置Zl’(=Zl−Td)を算出して記憶させてもよい。
次に、ステップSR3において、ステップSR1で記憶したZ軸位置ZlとステップSR2で記憶したZ軸位置Zb’から、レーザセンサ40の検知位置に対する基準ブロック42の相対位置dZb(=Zl−Zb’)を算出し、制御装置内の記憶部に記憶する(相対位置算出段階及び相対位置算出手段)。ここで、ブロックゲージ厚みHbも記憶部に記憶させておき、dZbを、ZlとZbとHbから算出しても良い(dZb=Zl−Zb−Hb)。但し、上記Zl’とZb”とを記憶させた場合には、dZb=Zl’−Zb”で計算できる。
まず、ステップS1において、ステップSR1と同様に、主軸2に基準工具8を装着してレーザセンサ40にて計測を行い、Z軸位置Zdを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる(基準工具位置取得段階及び基準工具位置取得手段)。なお、Tdを用いて、Zd’=Zd−Tdを記憶させてもよい。
次に、ステップS2において、図14に示すように主軸2にタッチプローブ30を装着し、基準ブロック42をタッチプローブ30にて計測する。ここではタッチプローブ30が基準ブロック42に接近するようZ軸を移動させ、タッチプローブ30の先端のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのZ軸位置Zpを取得する。取得したZ軸位置Zpを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる(位置計測センサ計測段階及び計測位置取得手段)。
次に、ステップS4において、タッチプローブ30を用いて対象物(ここではテーブル3上の工作物)の計測を行う。この際に、ステップS3にて算出したタッチプローブ30の長方向補正値Tpを用いて計測位置の補正を行う(位置計測段階及び位置算出手段)。
まず、計測準備作業の手順を、図15のフローチャートにもとづいて説明する。
ステップSR1において、主軸2に基準工具8を装着し、タッチセンサ50にて計測を行う。すなわち、図16に示すように、基準工具8がタッチセンサ部52に接触するようZ軸を移動させ、基準工具8の先端がタッチセンサ部52を押した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのZ軸位置を取得する。取得したZ軸位置Zlを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる(工具センサ位置取得段階及び工具センサ位置取得手段)。また、基準工具8の長さTdも記憶部にあらかじめ記憶させておく。
次に、ステップSR3において、主軸2にタッチプローブ30を装着し、ステップSR2と同様にテーブル3上面などの任意の計測位置を計測する。すなわち、図18に示すように、タッチプローブ30がテーブル3上面などの任意の計測位置に接近するようZ軸を移動させ、タッチプローブ30のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのZ軸位置Zpを取得する。取得したZ軸位置Zpを図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる(位置計測センサ計測位置取得段階及び位置計測センサ計測位置取得手段)。
次に、ステップSR5において、主軸2にタッチプローブ30を装着し、基準ブロック53の位置Z2を計測する。すなわち、図19に示すように、タッチプローブ30が基準ブロック53に接近するようZ軸を移動させ、タッチプローブ30のスタイラスが接触してトリガー信号を発信した時点もしくは信号遅れを考慮した時点でのZ軸位置Z2を取得する(第1の基準ブロック位置取得段階及び第1の基準ブロック位置取得手段)。
次に、ステップSR6において、タッチセンサ50の接触位置と基準ブロック53との間の距離dZbを算出する。ここではステップSR1で求めた基準工具8とタッチセンサ50との接触位置Zlと、ステップSR5で求めたタッチプローブ30と基準ブロック53との接触位置Z2と、タッチプローブ30の長方向補正値Tpと、基準工具長Tdとから、タッチセンサ50の接触位置と基準ブロック53との間の距離dZb(=Z2+Tp−(Zl+Td))を求めて、記憶部に記憶させる(相対位置算出段階及び相対位置算出手段)。
まず、ステップS1において、ステップSR1と同様に、主軸2に基準工具8を装着し、タッチセンサ50にて計測を行い、Z軸位置Zl’を図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる(基準工具位置取得段階及び基準工具位置取得手段)。
次に、ステップS2において、ステップSR5と同様に、主軸2にタッチプローブ30を装着し、基準ブロック53をタッチプローブ30にて計測を行い、Z軸位置Z2’を図示しない制御装置内の記憶部に記憶させる(第2の基準ブロック位置取得段階及び第2の基準ブロック位置取得手段)。
次に、ステップS3において、タッチプローブ30の長方向補正値である接触時のタッチプローブ30の長さを算出する。すなわち、ステップS1にて記憶させたZl’と、ステップS2にて記憶させたZ2’と、制御装置内の記憶部に記憶されているタッチセンサ50の接触位置と基準ブロック53との間の距離dZbと、基準工具長Tdとから長方向補正値Tp’(=Zl’−Z2’+dZb+Td)を求めて、記憶部に記憶させる(長補正値算出段階及び長補正値算出手段)。
次に、ステップS4において、タッチプローブ30を用いて対象物の計測を行う。この際に、ステップS3にて算出したタッチプローブ30の長方向補正値Tp’を用いて取得位置の補正を行う(位置計測段階及び位置計測手段)。
特に、タッチセンサ50に設けた基準ブロック位置は、タッチプローブ30で計測しているので、基準ブロック53の面積はタッチプローブ30のスタイラスが接触できる分だけあればよい。よって、基準ブロック53を小さくすることができ、より小型な位置計測システムが実現可能となる。なお、この形態の方法及びシステムは図9のタッチセンサ50でも同様に行える。
図20は、本発明のレーザセンサ40の別の形態の模式図である。このレーザセンサ40は、図5と同様に発光部11、受光部12、ベース部13、基準ブロック42をそれぞれ備えるのに加えて、基準球44を備えている。基準ブロック42及び基準球44はベース部13に固定されている。なお、図21に示すように、基準ブロック42及び/もしくは基準球44をベース部13の近傍に別置した構成でもよい。
また、図22は、本発明の工具センサの一例であるタッチセンサ50の別形態の模式図である。このタッチセンサ50は、図8と同様にベース部51、タッチセンサ部52、基準ブロック53をそれぞれ備えるのに加えて、基準球54を備えている。タッチセンサ部52、基準ブロック53、基準球54はベース部51に固定されている。なお、図23に示すように、基準ブロック53および/もしくは基準球54をベース部51の近傍に別置した構成でもよい。
本発明における、タッチプローブによる計測の流れについて、図24のフローチャートに基づいて説明する。なお、計測準備作業については図10のフローチャートと同じ作業を行って相対位置dZbを取得しておく。
ステップS1からS3については図11と同じであるため説明を省略する。
ステップS5において、タッチプローブ30の径補正値を取得する。具体的にはまず、基準球44の水平方向(タッチプローブ30の径方向)の同一平面において、X軸プラス・マイナス方向、Y軸プラス・マイナス方向の計4頂点をタッチプローブ30にて計測する。この際、タッチプローブ30の接触点が同一になるように主軸2を割り出す。得られたX軸位置の平均値とY軸位置の平均値がそれぞれ球中心のX、Y座標値となる。この中心位置X、Yに対して、再度4頂点の計測を行う。得られた4つの位置と中心位置の差からタッチプローブのX軸プラス方向補正値Rxp、X軸マイナス方向補正値Rxm、Y軸プラス方向補正値Ryp、Y軸マイナス方向補正値Rymを算出する(径補正値取得段階及び径補正値取得手段)。
このように、ここではタッチプローブ30の径方向の補正値も併せて取得しているので、より高精度に工作物の位置計測が可能となる。
また、上記形態では基準ブロック位置を取得する際にブロックゲージを用いて基準工具を間接的に基準ブロックに接触させているが、ブロックゲージをなくして基準工具を直接基準ブロックに接触させてもよい。
さらに、上記形態では工具センサ位置取得段階から位置計測段階までを一回実行しているが、工具センサ位置取得段階から相対位置算出段階までを一回実行し、基準工具位置取得段階から位置計測段階までを複数回実行してもよい。
Claims (14)
- 3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、を有する工作機械を用いて、前記主軸に装着可能な位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測する方法であって、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させた際の前記並進軸の位置を取得する基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記基準ブロック位置取得段階で取得した前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記主軸に前記位置計測センサを装着して、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する位置計測センサ計測段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記位置計測センサ計測段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記長補正値算出段階で算出した前記位置計測センサの前記長方向補正値を用いて、前記主軸に装着した前記位置計測センサにより計測した前記対象物の計測位置を補正する位置計測段階と、
を実行することを特徴とする工作機械における対象物の位置計測方法。 - 前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを一回実行し、
前記基準工具位置取得段階から前記位置計測段階までを複数回実行することを特徴とする請求項1に記載の工作機械における対象物の位置計測方法。 - 前記位置計測センサ計測段階及び前記位置計測段階において前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする請求項1又は2に記載の工作機械における対象物の位置計測方法。
- 前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測段階の実行前に、前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階をさらに実行し、前記位置計測段階では、前記径補正値取得段階で取得した前記径補正値も用いて前記対象物の計測位置を補正することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の工作機械における対象物の位置計測方法。
- 3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサにより前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させて前記基準ブロックに対して直接又は間接的に接触させ、その接触の際の前記並進軸の位置を取得して記憶する基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得された前記検知位置と前記基準ブロック位置取得手段で取得された前記並進軸の位置とから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を前記並進軸により移動させ、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサで前記基準ブロックの位置を計測して記憶する計測位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得された前記基準工具位置と、前記計測位置取得手段で取得された前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で取得された前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記長補正値算出手段に記憶された前記長補正値を用いて前記位置計測センサによる計測位置を補正し、前記対象物の位置を算出する位置算出手段と、
を有することを特徴とする工作機械における対象物の位置計測システム。 - 前記位置計測センサは、前記位置計測センサが前記対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする請求項5に記載の工作機械における対象物の位置計測システム。
- 前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段をさらに有し、
前記位置算出手段では、前記長補正値算出手段で取得された前記長補正値と、前記径補正値取得手段で取得された前記径補正値とを用いて前記位置計測センサの計測位置を補正して、前記対象物の位置を算出することを特徴とする請求項5又は6に記載の工作機械における対象物の位置計測システム。 - 3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、を有する工作機械を用いて、前記主軸に装着可能な位置計測センサにより、前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測する方法であって、
工具センサと、前記工具センサ側に設けられた基準ブロックとを用い、
前記工具の長さ基準となる基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得する工具センサ位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得する基準工具計測位置取得段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得する位置計測センサ計測位置取得段階と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを求める位置計測センサ長さ算出段階と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第1の基準ブロック位置取得段階と、
前記工具センサ位置取得段階で取得した前記検知位置と、前記第1の基準ブロック位置取得段階で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出段階で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出する相対位置算出段階と、
前記基準工具を前記主軸に装着し、前記工具センサを用いて前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得する基準工具位置取得段階と、
前記位置計測センサを前記主軸に装着し、前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測する第2の基準ブロック位置取得段階と、
前記基準工具位置取得段階で取得した前記基準工具位置と、前記第2の基準ブロック位置取得段階で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出段階で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出する長補正値算出段階と、
前記長補正値算出段階で算出した前記位置計測センサの前記長方向補正値を用いて、前記主軸に装着した前記位置計測センサにより計測した前記対象物の計測位置を補正する位置計測段階と、
を実行することを特徴とする工作機械における対象物の位置計測方法。 - 前記工具センサ位置取得段階から前記相対位置算出段階までを1回実行し、
前記基準工具位置取得段階から前記位置計測段階までを複数回実行することを特徴とする請求項8に記載の工作機械における対象物の位置計測方法。 - 前記第1の基準ブロック位置取得段階と、前記第2の基準ブロック位置取得段階と、前記位置計測段階とにおいて、前記位置計測センサで計測される位置は、前記位置計測センサが対象物に接触したことを検知した際の前記並進軸の位置であることを特徴とする請求項8又は9に記載の工作機械における対象物の位置計測方法。
- 前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測段階の実行前に、前記位置計測センサの径方向補正値を取得する径補正値取得段階をさらに実行し、前記位置計測段階では、前記径補正値取得段階で取得した前記径補正値も用いて前記対象物の計測位置を補正することを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載の工作機械における対象物の位置計測方法。
- 3軸以上の並進軸と、工具を装着して回転可能な主軸と、テーブルと、前記主軸に装着可能である位置計測センサと、前記並進軸と前記主軸とを制御する制御装置と、を有する工作機械において、前記位置計測センサにより前記テーブル上に固定された対象物の位置を計測するシステムであって、
前記工具の長さ基準となる基準工具と、
前記主軸に装着した前記基準工具の先端位置を検出する工具センサと、
前記工具センサ側に設置された基準ブロックと、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端の検知位置を取得して記憶する工具センサ位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具を用いて任意の工具計測位置を取得して記憶する基準工具計測位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて任意のセンサ計測位置を取得して記憶する位置計測センサ計測位置取得手段と、
前記工具計測位置と前記センサ計測位置との差を求め、当該差と前記基準工具の長さとに基づいて前記位置計測センサの長さを算出して記憶する位置計測センサ長さ算出手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第1の基準ブロック位置取得手段と、
前記工具センサ位置取得手段で取得した前記検知位置と、前記第1の基準ブロック位置取得手段で取得した前記基準ブロックの位置と、前記位置計測センサ長さ算出手段で算出した前記位置計測センサの長さと、前記基準工具の長さとから、前記検知位置に対する前記基準ブロックの相対位置を算出して記憶する相対位置算出手段と、
前記主軸に装着した前記基準工具と、前記工具センサとを用いて、前記基準工具の先端位置である基準工具位置を取得して記憶する基準工具位置取得手段と、
前記主軸に装着した前記位置計測センサを用いて前記基準ブロックの位置を計測して記憶する第2の基準ブロック位置取得手段と、
前記基準工具位置取得手段で取得した前記基準工具位置と、前記第2の基準ブロック位置取得手段で計測した前記基準ブロックの位置と、前記相対位置算出手段で算出した前記相対位置と、前記基準工具の長さとから、前記位置計測センサの長方向補正値を算出して記憶する長補正値算出手段と、
前記長補正値算出手段で算出した前記位置計測センサの前記長方向補正値を用いて、前記主軸に装着した前記位置計測センサにより計測した前記対象物の計測位置を補正し、前記対象物の位置を算出する位置算出手段と、
を有することを特徴とする工作機械における対象物の位置計測システム。 - 前記位置計測センサは、前記位置計測センサが前記対象物を検知した際の前記並進軸の位置もしくは信号遅れを考慮した位置を計測することを特徴とする請求項12に記載の工作機械における対象物の位置計測システム。
- 前記位置計測センサを前記対象物への接触式センサとして、前記位置計測センサの径方向補正値を取得して記憶する径補正値取得手段をさらに有し、
前記位置算出手段では、前記長補正値算出手段で取得された前記長補正値と、前記径補正値取得手段で取得された前記径補正値とを用いて前記位置計測センサの計測位置を補正して、前記対象物の位置を算出することを特徴とする請求項12又は13に記載の工作機械における対象物の位置計測システム。
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