JP2022034240A

JP2022034240A - 工作機械

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Publication number: JP2022034240A
Application number: JP2020137943A
Authority: JP
Inventors: 健司望月; Kenji Mochizuki
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2040-08-18
Also published as: JP7552139B2

Abstract

【課題】タッチプローブを種々のアプローチ方向でワークに当接させた際のワーク位置の測定精度を向上させつつ、ワークの位置測定の高速化を図ることができる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、環状ゲージ３と記憶部とタッチプローブと位置情報取得手段とキャリブレーション手段とを備える。タッチプローブは、接触子が被測定物に接触することに伴って接離する接点対をタッチプローブの中心軸周りの１２０°毎に有する。位置情報取得手段は、接触子が被測定物の表面に接触したことを検知して被測定物の位置情報を取得する。キャリブレーション手段は、環状ゲージ３の内周面３０に対するアプローチ方向を３０°毎に変更しつつ測定した環状ゲージ３の内周面３０の位置情報と記憶部が記憶している環状ゲージ３の内周面３０の位置情報とに基づいて、位置情報取得手段によって取得される被測定物の位置情報のキャリブレーションを行う。【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械に関する。

工作機械においては、ワーク（被削材）の加工を行う前段階において、工作機械に配置されたワークの位置測定（座標測定）が行われる。ワークの位置測定にあたっては、タッチプローブが用いられる。例えば特許文献１に開示されているように、タッチプローブは、工作機械の主軸に取り付けられるハウジングと、先端部がハウジングから突出するようハウジングに保持されるとともに先端に球状の接触子を有するスタイラスとを備える。ハウジング内には、接触子がワークに当接していない状態においては閉じ、接触子がワークに当接してスタイラスが傾いた状態においては開く接点対が配されている。

ワークの位置測定にあたっては、タッチプローブをワークへ向けて移動させ、接触子をワークに接触させる。接触子とワークとの接触時においては、スタイラスが傾いていないため、タッチプローブの移動は継続される。そして、接触子とワークとの接触後、スタイラスが傾くことでタッチプローブの接点対が離れ、接触検出信号がタッチプローブから工作機械の制御装置に出力される。制御装置は、接触検出信号が出力された時点のタッチプローブの位置（座標）をワークの表面位置として記録する。これをワークの表面の各部に接触子を接触させるよう繰り返すことによって、ワーク全体の位置が検出される。

ここで、前述のごとく、タッチプローブはスタイラスがある程度傾くことで接点対が開き、接触検出信号を出力するため、接触検出信号を出力した時点でのタッチプローブの位置は、接触子がワークに接触した時点でのタッチプローブの位置から僅かにずれた位置にある。これを考慮し、タッチプローブの出力を真の値に近付けるべく、ワークの表面位置を計測する前段階において、タッチプローブの測定結果の補正（キャリブレーション）が行われる。特許文献２に、タッチプローブの測定結果のキャリブレーションを行う工作機械が開示されている。

特許文献２に記載の工作機械においては、内周面の形状（寸法）が既知のリングゲージにおける内周面の位置を、その主軸に取り付けられたタッチプローブを用いて測定する。そして、タッチプローブによるリングゲージの内周面の位置の測定値がリングゲージの内周面の既知の値に近付くよう、タッチプローブの測定値のキャリブレーションが行われる。

ここで、ワークに対するタッチプローブのアプローチ方向が変わると、タッチプローブにおけるスタイラスの傾き方及び接点対の離れ方が変わり、タッチプローブの測定値の誤差が変動し得る。そこで、特許文献２に記載のキャリブレーション方法においては、まず、リングゲートに対して特定方向から当接した場合のタッチプローブの測定値のキャリブレーションを行う。そして、ワーク形状の測定時においては、ワークへのアプローチ方向から見たタッチプローブの回転姿勢が、キャリブレーション時における前記特定方向から見たタッチプローブの回転姿勢と同じになるよう、ワークへのアプローチ方向に応じてタッチプローブの回転姿勢を調整している。

特開平６－１７０６９８号公報特開平４－６３６６４号公報

特許文献２に記載の工作機械においては、ワークの位置測定時に、ワークに対するタッチプローブのアプローチ方向に応じてタッチプローブの回転方向の姿勢を調整する必要があり、ワークの位置測定を高速化させにくい。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、タッチプローブを種々のアプローチ方向でワークに当接させた際のワーク位置の測定精度を向上させつつ、ワークの位置測定の高速化を図ることができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成するため、内周面が環状に形成された環状ゲージと、前記環状ゲージの内周面の位置情報が記憶された記憶部と、被測定物の表面に接触する接触子を有するとともに、前記接触子が被測定物に接触することに伴って接離する接点対を、中心軸周りの所定の接点配置角度毎に有するタッチプローブと、前記接触子が被測定物の表面に接触したことを検知して当該被測定物の位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記環状ゲージの前記内周面に対するアプローチ方向を、前記接点配置角度を等分した角度毎に変更しつつ測定した前記環状ゲージの前記内周面の位置情報と、前記記憶部が記憶している前記環状ゲージの内周面の位置情報とに基づいて、前記位置情報取得手段によって取得される被測定物の位置情報のキャリブレーションを行うキャリブレーション手段とを備える、工作機械を提供する。

本発明によれば、タッチプローブを種々のアプローチ方向でワークに当接させた際のワーク位置の測定精度を向上させつつ、ワークの位置測定の高速化を図ることができる工作機械を提供することが可能となる。

図１は、実施の形態における、工作機械の模式的な全体構成図である。図２は、実施の形態における、タッチプローブの構成を示す一部断面斜視図である。図３は、実施の形態における、環状ゲージの斜視図である。図４は、実施の形態における、キャリブレーション時の接触子の動きを示す、環状ゲージの平面図である。図５は、実施の形態における、接触子が環状ゲージの内周面に接触したときの状態を示す環状ゲージ及びタッチプローブの模式図である。図６は、実施の形態における、スタイラスが傾き、タッチプローブ内の一部の接点対が離れたときの状態を示す環状ゲージ及びタッチプローブの模式図である。図７は、実施の形態における、位置情報取得手段がタッチプローブから出力された接触検知信号を取得したときの状態を示す環状ゲージ及びタッチプローブの模式図である。図８は、実施の形態における、接点対の離れ方の仕方を示す、タッチプローブ及び被測定物の模式的な正面図である。図９は、実施の形態における、接点対の別の離れ方の仕方を示す、タッチプローブ及び被測定物の模式的な正面図である。図１０は、実施の形態における、インターロック手段によって実現されるタッチプローブの接触子の動作を示すための環状ゲージの平面図である。図１１は、実施の形態における、工作機械に固定されたワークと、ワークの位置を測定するときにおけるワークに対する接触子のアプローチ方向とを模式的に示した模式図である。図１２は、実施の形態における、ワークの上面の傾きを検出する方法を示すフローチャートである。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図１２を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

（工作機械１の構成）
図１は、本形態の工作機械１の模式的な全体構成図である。本形態において、工作機械１の使用状態における鉛直方向をＺ方向という。また、以後において、上下の表現は、工作機械１の使用状態における鉛直方向の上下を意味するものとする。

本形態の工作機械１は、例えばＮＣプログラムに従って主軸１６に取り付けられた工具等の動きを制御する制御装置２を備えた３軸の立形マシニングセンタである。なお、これに限られず、工作機械１としては、テーブルや主軸の回転方向を含めた４軸以上の立形マシニングセンタや、横型マシニングセンタ、ターニングセンタ等の他の工作機械を採用することができる。工作機械１は、ベッド１１、サドル１２、テーブル１３、環状ゲージ３、コラム１４、主軸頭１５、主軸１６、タッチプローブ４、及び制御装置２を備える。

ベッド１１の上面には、Ｚ方向に直交するＹ方向に延在する案内面１１１が設けられている。案内面１１１は、ベッド１１上に配されるサドル１２をＹ方向に案内する。サドル１２の上面には、Ｙ方向とＺ方向との双方に直交するＸ方向に延在する案内面１２１が設けられている。案内面１２１は、サドル１２上に配されるテーブル１３をＸ方向に案内する。ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動手段、及びサドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動手段のそれぞれは、例えば図示しないボールねじ及びサーボモータを用いて実現することができ、テーブル１３の移動量は、サーボモータの出力軸に設けられたエンコーダから制御装置２に出力される。

ベッド１１の上面のＹ方向の端部には、コラム１４が設けられている。本形態において、コラム１４はベッド１１に固定されている。以後、Ｙ方向におけるベッド１１におけるコラム１４が設けられた側を後方といい、その反対側を前方という。コラム１４は、ベッド１１の上面から上方に立設した部位と、当該部位の上端部から先端側に突出した部位とを有し、略Ｌ字状を呈している。コラム１４の前面には、Ｚ方向に延在する案内面１４１が設けられている。案内面１４１は、コラム１４の前方に配される主軸頭１５をＺ方向に案内する。コラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動手段は、例えばボールねじ及びサーボモータを用いて実現することができ、主軸頭１５の移動量は、サーボモータの出力軸に設けられたエンコーダから制御装置２に出力される。エンコーダから出力される各種移動手段の移動量に基づいて、制御装置２は、主軸頭１５の基準点の位置を取得できるよう構成されている。主軸頭１５の基準点は、制御装置２が取得する座標点であり、本形態においてはＺ方向における主軸頭１５の下端位置であって、Ｘ方向及びＹ方向における主軸１６の中心軸が存在する位置である。

主軸頭１５には、タッチプローブ４、工具等が取り付けられる主軸１６が設けられている。主軸１６は、タッチプローブ４、工具等を脱着可能に保持するとともに、保持したものを回転させることができるよう構成されている。主軸１６は、スピンドルやシャフトとも称される。

図２は、タッチプローブ４の構成を示す一部断面斜視図である。タッチプローブ４は、ハウジング４１、スタイラス４２、支持部４３、接点対４４、及びコイルばね４５を備える。ハウジング４１は、主軸１６に取り付けられる部位であり、スタイラス４２の一部及び接点対４４を収容している。スタイラス４２は、その先端側の部位が、ハウジング４１の底壁４１１に設けられた貫通孔４１１ａから突出している。スタイラス４２の先端部には、球状の接触子４２１が設けられている。接触子４２１は、タッチプローブ４によって被測定物の位置を測定する際に、被測定物に接触する部位である。被測定物は、ワークや環状ゲージ３など、タッチプローブ４を用いてその表面位置が測定されるものである。

スタイラス４２の基端部には、略三角形状の支持部４３が形成されている。支持部４３は、上下方向から見た形状が略三角形状であり、その頂点部は、スタイラス４２の中心軸周りに等間隔、すなわち１２０°毎に位置している。そして、支持部４３の各頂点部には、スタイラス４２の外周側に向かってスタイラス４２の径方向に形成された円柱状の可動接点４４１が設けられている。また、ハウジング４１の底壁４１１には、各可動接点４４１とともに接点対４４を構成する３つの固定接点４４２が固定されている。各固定接点４４２は、支持部４３の周方向に僅かな間隔をあけて配された一対のボールからなり、可動接点４４１が一対のボール間に挟まれることで、固定接点４４２及び可動接点４４１からなる接点対４４が閉じた状態となる。接点対４４は、スタイラス４２の傾きに応じて支持部４３及び３つの可動接点４４１が傾くことに伴い、３つの可動接点４４１のうちの少なくとも１つが固定接点４４２から離れ、これによって接触検知信号がタッチプローブ４から制御装置２に出力される。３つの接点対４４は、スタイラス４２の中心軸周りの所定の接点配置角度である１２０°毎に配されている。なお、接点対４４の構成はこれに限られず、また、接点対４４の数も例えば４つ以上設けることも可能である。

支持部４３は、コイルばね４５によって下方に付勢されており、スタイラス４２の接触子４２１が被測定物に接触していない状態においては、すべての可動接点４４１が固定接点４４２に押し付けられ、すべての接点対４４が閉じた状態となる。そして、接触子４２１が被測定物に接触してスタイラス４２が傾いた状態においては、少なくとも１つの接点対４４が離隔状態となり、タッチプローブ４から制御装置２に接触検出信号が送られる。

図１に示すごとく、テーブル１３の上面には、環状ゲージ３が配されている。図３は、環状ゲージ３の斜視図である。図４は、環状ゲージ３の平面図である。なお、図４に表れている破線矢印は、後述するキャリブレーション時における、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向を示している。

環状ゲージ３は、内周面３０が環状に形成されている。本形態において、環状ゲージ３は、円環状を呈している。なお、これに限られず、環状ゲージ３は、例えば内周面３０が正多角形であってもよい。環状ゲージ３の内周面３０を多角形とする場合、例えば、内周面３０は、後述のキャリブレーション時における内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向の数、あるいはその倍数だけ頂点を有する正多角形とすることが、キャリブレーション精度向上の観点から好ましい。環状ゲージ３は、内周面３０が精度よく真円状に加工されたものである。詳細は後述するが、環状ゲージ３の内周面３０は、タッチプローブ４による被測定物の位置測定の結果のキャリブレーションのために用いられる。また、環状ゲージ３の外周面には、Ｘ方向及びＺ方向に平行に切り欠かれた第１切欠面３１と、Ｙ方向及びＺ方向に平行に切り欠かれた第２切欠面３２とが形成されている。詳細は後述するが、第１切欠面３１及び第２切欠面３２は、タッチプローブ４のキャリブレーションの精度を確認するための基準面として設けられたものである。

制御装置２は、ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動、サドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動、及びコラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動等を制御することで、主軸頭１５の動きを制御する。工作機械１にてワークを加工する際は、制御装置２は、例えばＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）を用いて作成されたワークの目標形状に基づいてＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）によって生成された加工経路に沿って、主軸１６に取り付けられた工具を移動させる。制御装置２は、ＣＡＭによって生成された加工経路データを、工作機械１が読み取り可能なＮＣ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）プログラムに変換するポスト処理を行う。

制御装置２は、ＣＰＵ（演算処理装置）及びＣＰＵ動作時の演算領域となるＲＡＭを有する制御部２２と、ＲＯＭを含む記憶部２１とを備える。記憶部２１は、制御装置２が実施する各種機能を実現するためのプログラムや、工作機械１における環状ゲージ３の内周面３０の位置情報、環状ゲージ３の第１切欠面３１、第２切欠面３２の位置情報を記憶している。環状ゲージ３の内周面３０の位置情報や、環状ゲージ３の第１切欠面３１、第２切欠面３２の位置情報は、予め３次元測定器等によって測定し、記憶部２１に記憶されている。制御部２２は、位置情報取得手段２２１、キャリブレーション手段２２２、及びインターロック手段２２３を備え、記憶部２１に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより各種機能を実現する。

位置情報取得手段２２１は、主軸１６に取り付けられたタッチプローブ４を用いて、被測定物の表面位置を測定する。位置情報取得手段２２１は、ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動手段、サドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動手段、及びコラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動手段を制御し、種々の経路でタッチプローブ４の接触子４２１を被測定物に接触させる。そして、位置情報取得手段２２１は、タッチプローブ４からの接触検知信号を受け取るとともに、タッチプローブ４の位置を各種サーボモータに設けられたエンコーダから読み取ることで、タッチプローブ４の接触子４２１が接触した被測定物の位置情報（座標情報）を取得する。

キャリブレーション手段２２２は、位置情報取得手段２２１によって取得される環状ゲージ３の内周面３０の位置情報が、記憶部２１が予め記憶している環状ゲージ３の内周面３０の位置情報に近付くようキャリブレーションを行う。これは、次のようなことを考慮したものである。例えば、複数のワークを連続的に加工する場合等は、工作機械１の使用によって主軸１６周辺が高温になる一方、他の部位は比較的低温となるため、例えばコラム１４に反り等の熱変異が発生し、タッチプローブ４による被測定物の位置測定の結果に誤差が生じ得る。そのため、工作機械１によって加工されるワークの位置情報を測定する直前の段階の工作機械１の状態においてタッチプローブ４を用いて形状が既知の環状ゲージ３の内周面３０を測定し、タッチプローブ４による測定値が真の値に近付くようキャリブレーションを行っている。キャリブレーション方法の詳細は、後述する。

インターロック手段２２３は、位置情報取得手段２２１が取得する被測定物の位置情報が信頼できる値にキャリブレーションされているか否かを確認する。具体的には、インターロック手段２２３は、接触子４２１を基準面としての環状ゲージ３の第１切欠面３１及び第２切欠面３２に接触させたときに位置情報取得手段２２１が取得する基準面の位置情報と記憶部２１が予め記憶している第１切欠面３１及び第２切欠面３２の位置情報との差が閾値以下となるまで、キャリブレーションを繰り返すようキャリブレーション手段２２２を制御する。インターロック手段２２３による処理の詳細については後述する。

（キャリブレーション手段２２２が行う処理）
キャリブレーション手段２２２が行う、位置情報取得手段２２１によって取得される被測定物の位置情報のキャリブレーションについて、図５乃至図７を用いて説明する。キャリブレーション手段２２２によるキャリブレーションは、例えば、工作機械１の暖機運転後、ワークの位置測定直前に行われる。

図５において二点鎖線にて示すごとく、キャリブレーション手段２２２は、まず、接触子４２１が環状ゲージ３の内側かつＺ方向から見たときの環状ゲージ３の中心位置３ｃに配されるよう、タッチプローブ４を移動させる。かかる移動は、ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動手段、サドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動手段、及びコラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動手段を制御して行う。

ここで、テーブル１３に対する環状ゲージ３の位置は予め記憶部２１に記憶されており、キャリブレーション手段２２２は、記憶部２１に記憶された環状ゲージ３の位置情報に基づいて、接触子４２１が中心位置３ｃに位置するようにタッチプローブ４を移動させるが、工作機械１に生じる熱に起因するコラム１４等の反りにより、接触子４２１が環状ゲージ３の中心位置３ｃからずれることも想定され得る。

そこで、キャリブレーション手段２２２は、接触子４２１を環状ゲージ３の内側に配した後、タッチプローブ４をＸ方向の一方側に移動させて接触子４２１を環状ゲージ３の内周面３０に接触させ、次にタッチプローブ４をＸ方向の他方側に移動させて接触子４２１を環状ゲージ３の内周面３０に接触させる。これにより、接触子４２１が配された位置における、環状ゲージ３の内周面３０のＸ方向の長さを取得する。そして、当該長さから環状ゲージ３の内周面３０のＸ方向の中心位置を算出する。次いで、環状ゲージ３の内周面３０のＹ方向の中心位置も同様に算出する。このように、まず、接触子４２１を環状ゲージ３内において十字状に移動させ、環状ゲージ３の内周面３０の中心位置３ｃを割り出し、記憶部２１に記憶している中心位置３ｃを更新する。

次いで、キャリブレーション手段２２２は、タッチプローブ４を用いた環状ゲージ３の内周面３０の位置測定を行う。環状ゲージ３の内周面３０の位置測定にあたっては、まず、図５において二点鎖線で示すごとく、接触子４２１が環状ゲージ３の中心位置３ｃに位置するよう、タッチプローブ４を移動させる。次いで、接触子４２１と環状ゲージ３の内周面３０とが接触した接触検知信号を位置情報取得手段２２１が検知するまで、接触子４２１を環状ゲージ３の径方向にまっすぐ移動させる。

このとき、まず、図５に示すごとく、接触子４２１が環状ゲージ３の内周面３０に接触する。図５に示す状態は、接触子４２１が環状ゲージ３の内周面３０に接触しているものの、スタイラス４２は傾いていない状態を示している。かかる状態においては、タッチプローブ４の中心軸の位置が、環状ゲージ３の内周面３０の位置から、接触子４２１の半径分離れた位置にある。そして、かかる状態においては、接触検知信号は出力されないため、タッチプローブ４はさらに外周側に移動する。

図６は、スタイラス４２が傾き、タッチプローブ４内の一部の接点対４４（図２参照）が離れた時点の状態を示している。かかる状態においては、タッチプローブ４内の一部の接点対４４が離れているため、タッチプローブ４から位置情報取得手段２２１に向けて接触検知信号が出力されているものの、接触検知信号出力時から位置情報取得手段２２１が当該接触検知信号を検知するまでには僅かなタイムラグがある。そのため、タッチプローブ４から接触検知信号が出力されてからも、僅かにタッチプローブ４が外周側に移動する。

図７は、位置情報取得手段２２１がタッチプローブ４から出力された接触検知信号を取得した状態を示している。かかる状態においては、図６に示す状態よりもスタイラス４２の傾きがわずかに大きくなっている。そして、かかる状態において、キャリブレーション手段２２２は、タッチプローブ４の外周側への移動を停止し、接触子４２１が環状ゲージ３の中心位置３ｃに戻るようタッチプローブ４を移動させる。

同様に、図４に示すごとく、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向（図４の破線矢印参照）を、環状ゲージ３の中心位置３ｃを中心に、接点配置角度１２０°を等分した角度ずらし、環状ゲージ３の内周面３０の位置を測定する。本形態においては、図４に示すごとく、接点配置角度１２０°を４等分した角度である３０°ずつ、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向（図４の各破線矢印にて示す方向）を変更し、環状ゲージ３の内周面３０の位置を測定する。これにより、接触子４２１は、図４に示すように放射状に移動を繰り返し、環状ゲージ３の内周面３０の位置を取得する。

次いで、キャリブレーション手段２２２は、環状ゲージ３の内周面３０に対するアプローチ方向を、３０°毎に変更しつつ測定した環状ゲージ３の内周面３０の位置情報を、記憶部２１が予め記憶している環状ゲージ３の内周面３０の形状に近付けるようキャリブレーションを行う。すなわち、被測定物に対するアプローチ方向毎にキャリブレーションを行っている。これは次のような事情を考慮したものである。

本形態においては、タッチプローブ４の接点対４４が、スタイラス４２の中心軸周りの１２０°毎に配されている。そのため、タッチプローブ４が被測定物に接触する方向によっては、各接点対４４の離れ方が異なり得る。例えば、図８に示すごとく、被測定物１００に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と、スタイラス４２の中心軸から特定の１つの接点対４４を向く方向とが一致している場合、接触子４２１が被測定物１００に接触したときは、前記特定の１つの接点対４４以外の２つの接点対４４が離れる。一方、図９に示すごとく、被測定物１００に対するタッチプローブ４のアプローチ方向Ｌ１と、スタイラス４２の中心軸から特定の２つの接点対４４の周方向の中間位置側を向く方向とが一致している場合、当該特定の２つの接点対４４ではない１つの接点対４４が離れる。このように、被測定物１００に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と、スタイラス４２の中心軸と接点対４４との並び方向との関係に応じて、接点対４４の離れ方が種々変わり、接触子４２１が被測定物１００に接触してから接触検出信号が出力されるまでの時間も種々変わる。

そこで、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向が、接点配置角度を４等分した角度（３０°）変わる毎に逐次キャリブレーションを行うことにより、被測定物１００に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と、スタイラス４２の中心軸と接点対４４との並び方向とが同等な場合と、そうでない場合との双方のキャリブレーションを行うことができ、種々の接点の離れ方に対応した高精度なキャリブレーションを実現できる。キャリブレーションは、工作機械１によって加工されるワークが入れ替わる毎に実施する。工作機械１によってワークを加工した後は、工作機械１内の主軸１６周囲の温度が高くなり、コラム１４が反ることがあるため、複数のワークを連続して加工する場合は、ワークが入れ替わる毎にキャリブレーションを実施することで、コラム１４の反りを考慮したキャリブレーションを実施可能となる。

（インターロック手段２２３が行う処理）
図１０は、インターロック手段２２３によって実現されるタッチプローブ４の接触子４２１の動作を示すための環状ゲージ３の平面図である。キャリブレーション手段２２２によるキャリブレーション後、インターロック手段２２３によってキャリブレーションの精度の検証が行われる。まず、インターロック手段２２３によって、タッチプローブ４を用いて、環状ゲージ３の中心位置３ｃから第１切欠面３１までの位置、及び第１切欠面３１の形状（幅等）を測定する。また、同様に、タッチプローブ４を用いて、環状ゲージ３の中心位置３ｃから、第１切欠面３１とは方向の異なる面である第２切欠面３２までの位置、及び第２切欠面３２の形状（幅等）を測定する。

そして、各測定結果と記憶部２１が予め記憶していた値との差が、所定の閾値以下であるか否かを確認する。本形態では、前記所定の閾値を、本形態で用いたタッチプローブ４を用いて、形状が既知の直方体形状のブロックゲージの繰り返し測定を行ったときの標準偏差である２μｍとしている。インターロック手段２２３により、タッチプローブ４によるブロックゲージの測定誤差が２μｍ以下に収まっていると判断された場合は、キャリブレーションを終了し、工作機械１による次の作業、例えば加工されるワークの位置測定作業等に移る。ワークの位置測定作業においては、キャリブレーション時のタッチプローブ４の速さと同じ速さでタッチプローブ４を移動させ、ワークの位置測定が行われる。一方、インターロック手段２２３により、タッチプローブ４によるブロックゲージの測定誤差が２μｍ以下に収まっていないと判断された場合は、キャリブレーションを再度繰り返し、測定誤差が２μｍ以下に収まるまで工作機械１による次の作業に移らない。

（ワーク１０の位置測定）
前述のごとく、インターロック手段２２３により、タッチプローブ４による測定誤差が２μｍ以下に収まっていると判断された場合は、工作機械１は、タッチプローブ４を用いてワークの位置測定を行う。図１１は、工作機械１に固定されたワーク１０と、ワーク１０の位置を測定するときにおけるワーク１０に対する接触子４２１のアプローチ方向（すなわち図１１における実線の矢印方向）とを模式的に示したものである。なお、図１１においては、接触子４２１が複数表れているが、複数の接触子４２１を用いているわけではなく、接触子４２１の動きの１つ１つを便宜的に１つの図にまとめて表している。

本形態において、ワーク１０は、六角形ブロック状を呈している。なお、ワーク１０は、矩形ブロック状等の他の形状であってもよい。ワーク１０の側面は、互いに平行な一対の第１側面１０１、互いに平行な一対の第２側面１０２、及び互いに平行な一対の第３側面１０３を有する。ワーク１０は、対向する一対の側面（本形態においては一対の第１側面１０１）がＹ方向とＺ方向との双方に平行になる目標配置箇所（すなわち図１１において一点鎖線にて表している箇所）を狙って工作機械１のテーブル１３上に固定されている。しかしながら、図１１に示すごとく、ワーク１０が目標配置箇所からずれて配されることがあるため、テーブル１３上へのワーク１０の配置後、ワーク１０の位置を測定する。図１１においては、ワーク１０の目標配置箇所を一点鎖線で表しており、実際のワーク１０の配置を実線にて表している。

ワーク１０の位置を測定するにあたっては、まず、図１１に示すごとく、タッチプローブ４を、ワーク１０の側面の各部に対し、ワーク１０の側面に直交する方向にアプローチする。ここで、記憶部２１は、図１１に一点鎖線で示したような目標配置箇所にワーク１０が配された場合のワーク１０の位置を記憶しており、この情報からアプローチ方向を算出している。本形態においては、ワーク１０の各側面へのタッチプローブ４のアプローチ方向は、目標配置箇所に正確に配されたと想定されたワークの各側面に垂直な方向である。そのため、実際にテーブル１３上に配されたワーク１０の各側面に垂直な方向と、各側面へのタッチプローブ４のアプローチ方向とは直角から若干ずれた角度で交わる。

本形態において、各側面へのタッチプローブ４のアプローチ方向は、キャリブレーション手段２２２によるキャリブレーション時の、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と一致する。図１１においては、キャリブレーション時の、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と同じ方向を二点鎖線の矢印にて示している。

ワーク１０の各側面の位置を測定する際、位置情報取得手段２２１は、ワーク１０の各側面に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と同じアプローチ方向で環状ゲージ３の内周面３０に当接したときのキャリブレーション結果を用いる。例えば、１つの第１側面１０１の位置を測定する際は、キャリブレーション時に環状ゲージ３の内周面３０に対してＸ方向の一方側にタッチプローブ４をアプローチさせたときのキャリブレーション結果を用いて、位置情報取得手段２２１が当該第１側面１０１の位置を取得する。他の面についても同様である。なお、本形態においては、ワーク１０の側面の位置測定時におけるタッチプローブ４のアプローチ方向は、キャリブレーション時における環状ゲージ３に対するタッチプローブ４のアプローチ方向と一致している例を示したが、これに限られない。これらの方向が一致していない場合において、ワーク１０の各側面の位置を測定する際は、ワーク１０の側面に対するアプローチ方向に最も近い方向で環状ゲージ３の内周面３０に当接したときのキャリブレーション結果を用いてもよいし、或いは、ワーク１０の側面に対するアプローチ方向に近い方向で環状ゲージ３の内周面３０に当接したときのキャリブレーション結果に基づいて補間したキャリブレーション結果を用いてもよい。これにより、ワーク１０へのタッチプローブ４のアプローチ方向がどのような方向になっても、高精度でワーク１０の各側面の位置を測定することができる。以上のように、位置情報取得手段２２１によってワーク１０の側面の位置を取得することができる。

次に、図１２を用いて、ワーク１０の上面の傾きを検知する方法を説明する。図１２は、ワーク１０の上面の傾きを検出する方法のフローチャートである。本形態においては、ワーク１０は、テーブル１３上に固定された状態において、ワーク１０の上面が水平（Ｚ方向に直交する方向）となるよう配されるが、ワーク１０の形状等によっては、ワーク１０の上面が水平面から傾くことが想定される。そこで、本形態においては、ワーク１０の加工工程に移るまでに、ワーク１０の上面の傾きを確認する。

まず、ステップＳ１において、ワーク１０の側面位置測定後、ワーク１０の角部（本形態では６隅）の位置を算出し、タッチプローブ４を各角部にＺ方向に当接させ、各角部の高さ位置Ａ乃至Ｆを取得する。そして、ステップＳ２において各角部の高さの測定結果の最大値、ステップＳ３において各角部の高さの測定結果の最小値を求め、次ぐステップＳ４において、これらの差Ｒ＝ＭＡＸ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）－ＭＩＮ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）を求める。

次いで、ステップＳ５において、算出した差Ｒが所定値以下であるか否かを判定する。この所定値は、許容されるワーク１０の傾きの最大値を示し、例えば５μｍとすることができる。ステップＳ５において、前述の差Ｒが５μｍを超えると判断された場合、作業者にワーク１０が所定値を超えて傾いていることをアラームを発して知らせる。この場合、作業者は、例えば手作業等でワーク１０の上面の傾きを修正し、これをアラームが出なくなるまで続ける。一方、ステップＳ５において、差Ｒが５μｍ以下であると判断されて初めて、ワーク１０の加工（切削加工等）へ移行する。

ここで、記憶部２１は、予め、目標配置箇所にワーク１０が正確に配されたことを前提としたワーク１０の加工経路を、加工工具と対応付けて記憶している。しかし、前述のように、作業者によってワーク１０が目標配置箇所からずれて固定されることがある。このような場合は、ワーク１０の加工作業に入る前に、記憶部２１が記憶しているワーク１０の加工経路を修正する。すなわち、本形態においては、ワーク１０の側面位置の測定結果を基に、ワーク座標系の任意の原点（例えばワーク１０の角部や中心等）を設定し、目標配置箇所からのワーク１０のずれ量分、記憶部２１が記憶している加工経路を修正する。これにより、ワーク１０が目標配置箇所に対してずれて配されていた場合であっても、ワーク１０を所望の形状に加工することが可能となる。

（実施の形態の作用及び効果）
本形態の工作機械１は、環状ゲージ３の内周面３０に対するアプローチ方向を、接点配置角度（１２０°）を等分した角度毎に変更しつつ測定した環状ゲージ３の内周面３０の位置情報と、記憶部２１が記憶している環状ゲージ３の内周面３０の位置情報とに基づいて、位置情報取得手段２２１によって取得される被測定物の位置情報のキャリブレーションを行うキャリブレーション手段２２２を備える。それゆえ、種々の接点の離れ方に対応した高精度なキャリブレーションを実現できる。特に、本形態においては、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向が、接点配置角度を４等分以上、当分した角度の一つである３０°変わる毎に逐次キャリブレーションを行うことにより、種々の接点の離れ方に対応したより高精度なキャリブレーションを実現できる。

また、本形態の工作機械１は、接触子４２１を基準面（第１切欠面３１及び第２切欠面３２）に接触させたときに位置情報取得手段２２１が取得する基準面の位置情報と記憶部２１が予め記憶している基準面の位置情報との差が閾値以下となるまで、キャリブレーションを繰り返すようキャリブレーション手段２２２を制御するインターロック手段２２３をさらに備える。それゆえ、キャリブレーションの精度が高いことを確認しつつ、その後のワークの切削加工等の工程に移ることができる。それゆえ、ＮＧ品等を製作するリスクを低減することができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。例えば、前記実施の形態においては、キャリブレーション時に、３０°ずつ、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向を変更したが、例えば、接点配置角度１２０°を等分した角度であれば、１５°や４０°等でもよい。なお、キャリブレーション時には、接点配置角度（実施の形態の例では１２０°）の４等分以上、８等分以下、等分した角度毎に、環状ゲージ３の内周面３０に対するタッチプローブ４のアプローチ方向を変更することが、キャリブレーションの速度向上の観点、及び、キャリブレーションの精度向上の観点から好ましい。

１…工作機械２…制御装置
２１…記憶部２２…制御部
２２１…位置情報取得手段２２２…キャリブレーション手段
２２３…インターロック手段３…環状ゲージ
３０…内周面３１…第１切欠面
３２…第２切欠面４…タッチプローブ
４２１…接触子４４…接点対

Claims

内周面が環状に形成された環状ゲージと、
前記環状ゲージの内周面の位置情報が記憶された記憶部と、
被測定物の表面に接触する接触子を有するとともに、前記接触子が被測定物に接触することに伴って接離する接点対を、中心軸周りの所定の接点配置角度毎に有するタッチプローブと、
前記接触子が被測定物の表面に接触したことを検知して当該被測定物の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記環状ゲージの前記内周面に対するアプローチ方向を、前記接点配置角度を等分した角度毎に変更しつつ測定した前記環状ゲージの前記内周面の位置情報と、前記記憶部が記憶している前記環状ゲージの内周面の位置情報とに基づいて、前記位置情報取得手段によって取得される被測定物の位置情報のキャリブレーションを行うキャリブレーション手段とを備える、
工作機械。
前記キャリブレーション手段は、前記環状ゲージの前記内周面に対するアプローチ方向を、前記接点配置角度を４等分以上、等分した角度毎に変更しつつ測定した前記環状ゲージの前記内周面の位置情報と、前記記憶部が記憶している前記環状ゲージの内周面の位置情報とに基づいて、前記位置情報取得手段によって取得される被測定物の位置情報のキャリブレーションを行う、
請求項１に記載の工作機械。
前記環状ゲージの外周面には、基準面が形成されており、
前記記憶部には、前記環状ゲージの前記基準面の位置情報が記憶されており、
前記接触子を前記基準面に接触させたときに前記位置情報取得手段が取得する前記基準面の位置情報と前記記憶部が記憶している前記基準面の位置情報との差が閾値以下となるまで、キャリブレーションを繰り返すよう前記キャリブレーション手段を制御するインターロック手段をさらに備える、
請求項１又は２に記載の工作機械。