JP2928355B2 - レーザ心合せ方法及びその検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザー心合せ方法及びその制御装置に関す
るものである。

（従来の技術） 自動化製造工程においては、加工品は多くの場合１つ
以上の機械を用いて精密加工による製造を行う。例えば
自動化工作機械においては、初めに原材料片に一つ以上
の穴を穿孔し、その後同一の機械または別の機械で、先
に穿孔された穴の開口部を面取り又は拡大する操作が行
われる。次にまた別の機械又は初めの機械の別の部分で
初めに穿孔された穴の少なくとも一部にタップ立てねじ
切り操作を行う。この様な工作例を続けて行うようなと
き、穿孔されタップ立てされた穴の軸は、原材料の隣接
面で斜めに並ぶようになり、機械加工作業の少なくとも
一部は原材料内の比較的近づきにくい位置で行われるよ
うになる可能性がある。この種の自動化機械加工作業
は、例えば自動車工業において広く行われており、エン
ジンブロック、気化器用ハウジング、燃料ポンプ、ディ
ストリビューター等の機械加工はこの方式で行わなけれ
ばならない。またこの種の機械加工作業には、一般に極
めて高い精度が要求される。これは高い精度で機械加工
作業を行うことにより、製造される部品の品質が向上す
るばかりでなく、工具の寿命を延長することができ、ま
た機械工作ラインにおける休止期間を短縮することがで
きるからである。現在用いられている自動化機械加工ラ
インでは、ごく小さな改善やこれに対応する休止期間の
短縮が結果として大きいコスト節約をもたらすことがで
きるのである。

おおよその自動化工作機械設備においては、工作機械
と加工片との間の直線配列を調節する手段、つまり心合
せ位置調節手段が含まれている。ある一部の製造ライン
では、工作機械を心合せするための位置調節が行われる
し、他の製造ラインでは工作片の心合せのための位置調
節をすることが可能にされ、さらに別の製造ラインで
は、工作機械と加工片の両者に効果のある心合せのため
の位置調節ができるようにされている。位置調節を行い
得るような特別な心合せは、工作中における工作機械及
び／又は加工片の動きによって定められる。典型的な工
作機械及び／又は加工片の調節は、工作機械と基礎及び
／又は加工片と基礎において位置調節可能に配置された
楔組立体によって行われる。

通常では工作機械の配列は基準部材（マスターパー
ツ）を用いてチェックされる。前記基準部材は原材料片
を精密に加工して作られた特定な加工品の正確な複製品
（代表見本）である。従って工作機械と基準部材の位置
や心合せを比較して、工作機械及び加工品の一方又は両
方に対する位置調節を必要に応じて行うことができる。
従来から心合せをチェックするために最も一般的に使用
されている装置は、機械的又は電子機械的に作動するゲ
ージ類又は計器類である。工作機械及び基準部材の立体
的位置及び方位は、心合せ誤差の指示が得られる電子読
取り装置を備えた機械装置によって測定される。

しかしながら、これらの機械的及び電子機械的に作動
するゲージ類は、特定の工作機械又は特定の形式の工作
機械に対してのみ専用に設けられる複雑かつ高価な設備
であり、その上、最も精巧な機械的及び電子機械的作動
のゲージ類では、重力、温度その他の変動に対して寸法
形状に歪みを生ずることがある。

ところで、レーザービームは、比較的長距離に亘って
寸法の安定している直線を画定し得ることが知られてい
る。レーザー放射装置は、衝突するレーザービームエネ
ルギーの中心位置を感知して識別するように作動する感
光性標的と組合わせて使用される。このレーザー放射装
置と感光性標的との組合わせは、離れて置かれた物体の
心合せの測定が正確に行い得るので極めて効果的である
ことが判明している。心合せを行うためには、一方の物
体にレーザー放射装置を、他方の物体に感光標的を取り
付ければよい。

（発明が解決しようとする課題） レーザー心合せについての初期的な研究論文は、1968
年のASTME技術レポートMR68−408における「工業におけ
るレーザー心合せ」及び1976年のSME技術レポートMR76
−864の「レーザー心合せ：最近の使用と応用」に発表
されている。

感光性標的の操作部はハウジング内に取り付けられた
小さな平板光電池である。感光性標的のハウジング内の
光電池（セル）の表面が心合せされる工作機械又は基準
部材の正しい標的点に設けられているか否かを確かめる
のは極めて困難である。特に、感光性標的のハウジン
グ、工作機械又は基準部材の寸法形状上の制約のために
光電池が心合せ点の前方又は後方に設けられたり、又は
心合せ点に対して角度を以て心合せが行われたりするこ
とがある。このような取り付け位置の誤差はレーザー心
合せ装置に測定誤差を生じさせ測定可能な精度を低下さ
せる。

これらの問題はアメリカ合衆国特許第4483618号記載
の技術によって解決されている。該特許では、感光性標
的が反射鏡を有していて、該反射鏡は入射するレーザー
ビームを光電池に反射するようになっている。この光電
池は、該反射鏡の反射面と該光電池との間の光学距離
が、該反射鏡の反射面と心合せを比較すべき加工片又は
工作機械上の点との距離に等しくなるように配置され
る。このような等距離配置を行うことで、光電池を所望
測定点に実際に置くことが困難であるか不可能であるよ
うな場合に比べて正確な心合せ測定を実施することがで
きる。前記アメリカ合衆国特許におけるこの等距離関係
での配置は、感光性標的が心合せすべき物体に対して感
光性標的ハウジングが心合せ不良を生ずるような角度で
あるような場合であっても正確な測定結果を得ることが
できる。

このようにアメリカ合衆国特許第4483618号の技術に
従って作成される感光性標的は多くの長所を持っている
がその適用範囲に制限があり、一定の基準部材又は工作
機械では寸法形状的に適合するが、異なる基準部材又は
工作機械では寸法が適合しないという問題がある。心合
せする特定の工作機械システムの寸法形状的な制約を調
整するために反射鏡に対する光電池の取り付け位置を調
整することは、これら感光性標的の構造上の条件からい
って実際的でない。

他の極めて重要なレーザー心合せ装置が、アメリカ合
衆国特許第4566202号に開示されている。該特許では回
転器具ホールダーの軸又はチェックに取り付けられたレ
ーザー放射装置が示されている。該特許のレーザー放射
装置は、前記したアメリカ合衆国特許第4483618号に記
載された感光性標的と組合わせて使用することができ
る。そしてこのアメリカ合衆国特許第4566202号による
レーザー放射装置は、該レーザー放射装置を取り付けて
いる回転器具ホールダーを回転させることにより使用さ
れる。回転器具ホールダーの心合せが不適当であるとき
は、レーザービームは基準部材に取り付けた感光性標的
上に環を発生する。従って、レーザービームの移動や角
度合せを感光性標的の読取りから正確に決定することが
でき、それによって適切な位置調節を行うことができ
る。この装置は極めて有効であるが、その読取り結果か
ら各種の演算計算を行い、心合せ不良の形式や量を算定
してその結果に基づいて心合せ不良の修正のための調節
を行わなければならず、これらの演算計算は複雑である
ので、工作機械システムに適切な心合せを行うには時間
がかかり過ぎる欠点があり、また通常の工作機械技術者
の能力を超えてしまう可能性がある。

このため、これらの計算を若干容易に利用することの
できる適切なソフトウエアを持つマイクロプロセッサー
が、ハマー．レーザー．インストルメンツ社から販売さ
れている。しかしながら、技術者の多くはこのマイクロ
プロセッサーやコンピューター及び関連ソフトウエアー
の利用の点で多くの困難な問題点に直面している。それ
らの問題点のうちには、誤差の読みを実際の心合せ調節
に変換する必要性に関するものもある。また、他の問題
点は、技術者が特定の製造ラインのうちの一方の工作機
械及び作業ステーションから他方の工作機械及び作業ス
テーションに利用されるレーザー心合せ装置を移動した
り、又は一方の製造ラインから他方の製造ラインにその
レーザー心合せ装置を移動するときに遭遇する問題であ
る。このような場合に、技術者は、心合せする装置によ
って異なる一連の心合せ工程及びその計算を実施しなく
てはならない。またレーザー放射装置は、ある工作機械
設備では機器ホールダーに最も簡単に取り付けることが
できるのに対し、他の工作機械設備では基準部材に最も
簡単に取り付けることができるし、さらにまた、心合せ
のための調節は、ある工作機械設備では機器ホールダー
で最も簡単に行い得るが、他の工作機械設備では基準部
材で最も簡単に得るというように、前記したアメリカ合
衆国特許第4483618号及び第4566202号を組み合わせたレ
ーザー心合せ装置は、実際上すべての工作機械装置にお
いて使用するのに適しているが、レーザーの設置、計算
及び心合せの各工程における工作機械装置に纒わる多く
の差異は、これを操作する技術者にとって煩わしく、し
ばしば混乱をもたらすものとなっている。

さらにレーザー心合せに関連する他の先行特許として
アメリカ合衆国特許第4679940号がある。この特許は、
感光性標的上のレーザービームの入射を指示し、感光性
標的ハウジングの中心に光電池の電気感知センターを移
行し、レーザービーム強度の変動を保障するための感光
性標的に対する制御装置に関するものである。

以上述べたような先行技術によるレーザー心合せ装置
は有効なものであるが、技術者にとっては、さらに容易
に使用でき、しかも容易に操作法を理解することができ
るように改良されたレーザー心合せ装置の出現が待望さ
れている。

本発明は上記の要望に沿って行われたものであって、
その第１の目的は、相互に移動可能な工作機械及び加工
片の心合せするための改良されたレーザー心合せ方法を
提供することである。

また、本発明の第２の目的は、心合せ装置を操作する
技術者にとって、計算の必要性のないレーザー心合せ方
法を提供することである。

また、本発明の第３の目的は、機械工作現場におい
て、多数の異なる任意の工作機械を用いても相互に心合
せすることができるようなレーザー心合せ方法を提供す
ることである。

また、本発明の第４の目的は、偏位誤差及び角度合せ
誤差を正確に識別し、またさらにそれらの誤差を修正す
るのに必要な位置調節を行うことができるようなレーザ
ー心合せ方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するための本発明は、少なくとも１
つの加工品に対して少なくとも１つの工作機械を心合せ
する方法であって、（ａ）正確に仕上げられた加工品の
代表見本として少なくとも１つの基準部材を準備するこ
と、（ｂ）レーザービームを発生するレーザー放射装置
を準備すること、（ｃ）レーザービームが衝突した位置
を識別する信号を発信することができる感光性標的を準
備すること、（ｄ）前記感光性標的に操作的に結合し、
前記工作機械及び前記基準部材の寸法データを記憶し、
前記感光性標的から発信された位置識別信号に基づいて
心合せデータを算出するように操作されるコンピュータ
ーを準備すること、（ｅ）前記標準部材及び前記工作機
械から選ばれたいずれか一方の上に前記レーザー装置を
取り付けること、（ｆ）前記レーザー放射装置で発生す
るレーザービームとほぼ一線に並ぶように前記レーザー
放射装置を取り付けた前記標準部材又は前記工作機械以
外の標準部材又は工作機械上に前記感光性標的を取り付
けること、（ｇ）前記レーザー放射装置から感光性標的
に向けてレーザービームを放射すること、（ｈ）前記標
準部材に相対し、かつ前記感光性標的を隔てた予め定め
られた位置にある有効標的に対して計算した心合せデー
タを得るために、前記感光性標的から前記コンピュータ
ーに信号を入力すること、（ｉ）前記標準部材に対する
前記工作機械の心合せ誤差を識別するために、前記有効
標的に関するコンピューターからの心合せ情報をディス
プレーすることからなることを特徴とするレーザー心合
せ方法である。

また、本発明は、工作機械を基準部材に対して心合せ
するための制御装置であって、（ａ）前記工作機械及び
基準部材から選ばれた一方に移動可能に取り付けできる
レーザービームを発生するためのレーザー放射装置と、
（ｂ）前記工作機械及び基準部材から選ばれた１つに移
動可能に取り付けでき、レーザービームが衝突したとき
に位置識別信号を発生することができる感光性標的と、
（ｃ）前記工作機械及び基準部材から選ばれた１つを位
置調節可能に支持する位置調節装置と、（ｄ）前記感光
性標的に操作的に結合し、前記工作機械及び前記基準部
材の寸法データを記憶し、かつ前記標準部材に相対し前
記感光性標的を隔てた予め定められた位置にある有効標
的に対して心合せデータを計算するように操作されるコ
ンピューターと、（ｅ）前記コンピューターに操作的に
結合し、前記位置調整支持装置に対して、前記レーザー
ビームと前記有効標的の心合せに必要な位置調整識別の
ための位置調整データを発信する出力装置とからなるレ
ーザー心合せ制御装置である。

即ち、本発明は、基本的にレーザーの線状直進性を利
用し、相互に移動可能な工作機械と加工片の一方にレー
ザ放射装置、他方に感光性標的を取り付け、レーザー放
射装置から放射されたレーザービームを感光性標的で受
光し、その位置ずれを検知して心合せを行うものであ
り、その際感光性標的にコンピューター装置を結合し
て、感光性標的から発信される心合せい必要な情報を、
コンピューター上にディスプレイして、これをモニタリ
ングすることにより、その心合せ情報に基づき工作機
械、又は加工片を移動調節して両者の心合せを行うもの
である。

本発明における感光性標的はハウジング内に取り付け
られ、その上に衝突するレーザービームエネルギーの中
心位置を識別するように作動する少なくとも１つの光電
池からなる。本発明において採用される感光性標的は、
基準部材か、又はスピンドルその他の取り付け装置によ
り回転可能にした工作機械のいずれかに取り付けるため
の取り付け装置が備えられている。同様にレーザー放射
装置も基準部材か、又はスピンドルその他の取り付け装
置により回転可能にした工作機械（以下、単に工作機械
という）のいずれかに取り付けるため取り付け装置が備
えられている。従って前記レーザー放射装置及び感光性
標的は、前記基準部材又は工作機械のいずれへも交換可
能に取り付けることができ、そのいずれを選択するかは
心合せすべき工作機械の構造や、操作する技術者のやり
やすさに基づいて定められる。

前記基準部材及び／又は工作機械は、それらの各位置
調節および心合せするための公知の調節手段を有してい
る。一般的にその公知の位置調節手段には楔組立体が用
いられるが、これに限定されるものではない。

本発明の方法を遂行するために、前記感光性標的の光
電池からの識別電気信号を受信して操作される公知のデ
ータ取得システム又はインターフェイスが感光性標的に
接続されている。前記感光性標的の光電池（標的セル）
によって発生される信号は、該光電池上に衝突するレー
ザービームのエネルギー中心位置を指示することができ
る。このような感光性標的について使用される公知のイ
ンターフェイスでは、前記信号をＸ−Ｙ偏位データ及び
角度調節データに変換する。

さらに本発明において、加工プラントにおける多数の
異なる工作機械の記述データを記憶させ、再生し、使用
するために前記インターフェイスにコンピューターを接
続して、そのデータのいずれかを本発明の方法による心
合せに使用することができる。インプットされた心合せ
すべき種々の工作機械の記述データは、工作機械におけ
る最も容易に位置調節できる部分の識別データを含んで
いる。

例えば、ある作業現場では、基準部材に対する調節が
容易であるように構成されるのに対して、別の作業現場
では、工作機械ヘッドの調節が容易であるように構成さ
れる。その作業現場のより容易に調節し得る部分は、
「可動ユニット」として識別される。「可動ユニット」
は、機械のレイアウトを十分に理解している技術者によ
って選択される。そしてこの「可動ユニット」は作業現
場ごとに定めることができ、またその選定も技術者によ
り変更することができる。

また本発明におけるコンピューターは、「有効標的」
を生ずるようにも機能する。この「有効標的」は、例え
ば感光性標的の設置に際して設置上の誤差が生じたよう
な場合でも、有効な心合せを行ない得るようにコンピュ
ーターにより選定された「可動ユニット」について、コ
ンピューターによりその誤差を補正して設けられる計算
上の標的である。従って、上記のほか実際に感光性標的
が容易に調節できないような構成部分上に便宜上置かれ
るような装置構成であっても、コンピューターは「可動
ユニット」について「有効標的」を設置することができ
る。この「有効標的」なる技術概念は、また他の方法で
は物理的にアクセスすることができないように工作機械
又は加工片内の位置に対しても心合せを可能にする利点
もある。即ち、コンピューターは、実際の標的をその場
所に設置することが不可能であるか又は困難であるよう
な場合であっても、計算を行うことによって希望する場
所に「有効標的」として設置することができるのであ
る。

（実施例） 第１図は、基準部材又は工作機械を回転可能なホルダ
ーに保持した可動ユニット１にレーザービーム３を放射
するレーザー放射装置２を取り付けたレーザー心合せ装
置を使用して本発明のレーザー心合せ方法を実施するた
めの作動説明図である。

可動ユニット１は、楔組立体６及び７上に載置され楔
脚４及び楔脚５上に取り付けられる。楔組立体６及び７
は位置調節可能であり、その上の楔脚４及び５、並びに
これに取り付けた可動ユニット１及びレーザー放射装置
２の位置を移動させることができ、これによりレーザー
ビーム３の放射方向を変えることができる。

レーザービーム３は、基準部材又は回転可能な工作機
械ホルダーのいずれかに取り付けられている感光性標的
８に衝突する。感光性標的８は、ハマー．レーザー．イ
ンストルメンツ社により製造されたモデルＴ−261など
が使用される。感光性標的８に対するレーザービーム３
の入射位置及び入射角についての情報は、インターフェ
イス回路９を介してコンピューター10に伝達される。コ
ンピューター10は、主ディスプレイ11及び大きい数値の
ディスプレイ12、プリンター32、その後に述べる各種デ
ィスプレイにおいて情報を出力する。

第２図は、レーザービーム３を放射するレーザー放射
装置２を設置した基準部材13を有する第１図における複
数の構成部の配置を例示したものの概略図である。レー
ザービーム３は工作機械16に設けたスピンドル14に取り
付けられた感光性標的８に衝突する。工作機械16は、ウ
イング基盤20により支持された楔組立体18上に載置され
ている。また、基準部材13は、対向する基盤22により支
持されている。第１図に示したように感光性標的８の情
報は、インターフェイス回路９を介してコンピューター
10に伝達され、ついでその情報は主ディスプレイ11その
他のディスプレイで出力され、これらのディスプレイ出
力情報により技術者が楔組立体18を操作してスピンドル
14の心合せ調節を行う。

先に述べたように、本発明の方法を使用したスピンド
ル心合せ方法の主な工程は、両ウイング基盤の方向を直
線状にすること、両ウイング基盤の方向を基準部材13の
軸線に平行に調節すること、スピンドル14の軸を基準部
材13の軸線に平行にすること及びスピンドル14を基準部
材13の軸線に心合せすることからなる。

初めに注意すべき重要なことは、基準部材13の軸線23
はスピンドル14の心合せするために用いられる主要基準
であることである。第２図の基準部材13の軸23に対する
スピンドル14の心合せは、本発明では「有効標的」を生
ずるコンピューター10によって容易に実施できる。この
「有効標的」は、前記した第１図に示されるような可動
ユニット１上に常に置かれる計算上の標的である。コン
ピューター10は、第１図又は第２図示された４軸の感光
性標的から十分な情報を「読み取る」ことができ、従っ
てこの「有効標的」が読み出さなければならぬものが、
第１図の可動ユニット上に実際に取り付けられている感
光性標的８であることを算出することができる。コンピ
ューター10は、主ディスプレイ11及び／又はその他のデ
ィスプレイでこの読み取られた「有効標的」を表示する
ことができる。この読み取りは第１図の可動ユニット１
に取り付けられたものがレーザー放射装置２でなく、感
光性標的である場合でも同様に行うことができる。

第３図は、感光性標的８の詳細を示す説明図であっ
て、第３図に見られるように感光性標的８には、ハウジ
ング24が設けられ、該ハウジング21は剛性を有する取り
付けスタッド25を有している。該取り付けスタッド25
は、第２図に示されるスピンドル14又は基準部材13に感
光性標的８を取り付けるように設計されている。ハウジ
ング24内には、入射するレーザービームのほぼ50％が透
過されるように作用するビームスプリッター（光束分割
器）26が設けられている。透過レーザービーム3aで示さ
れる。入射レーザービームの残りのレーザービームは前
記ビームスプリッター26によって直角プリズム27に向か
って90度反射され、該直角プリズム27によってさらに90
度反射される。この反射ビームは3bで示されており、前
記した透過ビーム3aとほぼ平行に直進する。透過ビーム
3aは、コリメーターレンズ28を通過してプリズムで90度
反射させて標的セル30に向かって進む。非透過ビーム3b
は、プリズム31によりさらに90度反射され標的セル32に
向かって進む。標的セル30及び32は、ケーブル33によっ
て第１図及び第２図に記載したインターフェイス回路９
に対して電気的かつ作動的に接続される。該標的セル30
及び32はそれぞれその上に衝突するレーザービーム3a又
は3bのエネルギーを収集し、レーザービーム3a又は3bの
エネルギー中心位置を識別する信号が得られるように作
動する活性平面又はセル平面を有している。

第３図に示される有効セル平面34は、プリズム29の反
射面中心から、このプリズム29の反射面中心と標的セル
30平面との間の距離に等しい距離に隔てられた位置にあ
る。有効セル平面34の位置は、感光性標的８の取り付け
スタッド25上において明確に識別でき、これにより有効
セル平面を第２図で示された工作機械16又は基準部材13
に望まれる測定点又は心合せ点に配置することができ
る。

このような構造は、前述した公知のアメリカ合衆国特
許第4483618号において説明されているように、標的セ
ル30が恰も有効セル34平面に置かれているように感光性
標的を正確に機能させることができる。これに加え、該
特許で示されているように、標的セル30及び有効セル平
面34の図示される配置は、感光性標的８に工作機械又は
基準部材における所望の測定点又は心合せ点についての
角度心合せ不良に対しては実質的に鈍感となる。しかし
本発明において第３図に示される感光性標的８は上記し
たアメリカ合衆国特許第4483618号で示される以上の利
点を持っている。特に感光性標的８は、標的セル30によ
って角度心合せデータを収集することができると同時に
偏位データを標的セル32によって収集することができ
る。これに反して、アメリカ合衆国特許第4483618号に
よる感光性標的は入射されるレーザービームの通路に選
択的に配置されたコリメーターレンズ（視準レンズ）で
遂次的にこれらを読み取らせる必要があった。

第３図に示される本発明の感光性標的８の構造によれ
ば、偏位と角度調節データを同時測定することができる
ので、工作機械の心合せ工程を著しく簡略化することが
できる。その上本発明において使用されるコンピュータ
ーによれば、標的セル30及び32によって収集される諸デ
ータの有効活用によって角度調節や偏位調節などの位置
調節指示を容易に行うことができ、また特に心合せが必
要とされる特定の工作機械についての位置調節の指示を
行うことができる。

第４図は、「有効セル平面」の技術概念の有効性を理
解するための感光性標的８による透視説明図である。図
４によれば「有効セル平面」の概念は技術者が可動ユニ
ットのスピンドルを観察するとき、左右高低の読みの検
知が期待すべきものを指し示すことができるからであ
る。

第５図は、本発明によるコンピューター10によって得
られる主ディスプレイ11を示す。図示されるように主デ
ィスプレイ11では、スピンドルの心合せの側面図と頂面
図の双方が表示される。上段の画像文字がスピンドルの
心合せの「側面図」と「頂面図」である。これらの画像
は心合せ不良の方向のみを示すものである。これに対し
て第５図の下段は、スピンドルの中心線の状況を表すも
のである。つまりスピンドル中心線の心合せ不良の量や
方向が数値で示されるものであり、このディスプレイは
常に動いており、スピンドルヘッドの動きに比例して移
動する。これが０−０を示す場合には、スピンドルが正
しく心合せされていることを表す。また中段に示される
数字は、前部楔脚４及び後部楔脚５の間の誤差を示す。
この数値ディスプレイは、必要とされる実際の動きを示
す「楔」ディスプレイと、実際の心合せ不良を示す「誤
差」ディスプレイとの切替えをすることができる。

第６図のフローチャートにおいて示されるコンピュー
タープログラムにおける「主メニュー」は、プログラム
の種々の部分の主動作手段を表すものである。また「主
メニュー」は、第１の操作メニュー［（１）、（２）及
び（３）］のうちの任意のものから到達することができ
る。

ここで注意すべきことは「主メニュー」は、スピンド
ルの心合せには必要でないことである。しかしながら
「主メニュー」はデータの補正、再呼出し、あるパラメ
ータのリセット又は感光性標的の補正など幾つかの機能
が必要であるとき、プログラムの他の部分に対してさら
に指令するための選択メニューを持っている。

「主メニュー」における７つの選択メニューについて
以下に説明する。

（１）「新スピンドルチェックメニュー」は、新規のチ
ェックプログラムを再開するメニューである。このメニ
ューの選択によりプログラムの操作工程が再スタートす
る。

（２）「データ自動入力メニュー」は、技術者がデータ
の入力を自動で行うか手動で行うかのスイッチ切替えを
行うための操作切替えを行わせるために選択されるメニ
ューである。

（３）「ディスプレイへの戻り」は、技術者が今まで操
作していたディスプレイに戻るときに選択されるメニュ
ーである。全てのデータは保存され、技術者は特定のス
ピンドルについて「操作復帰」できる。

（４）「構成プログラム選択メニュー」は、プログラム
構成（スピンドル作業ステーション及びライン）の選択
及びプログラムの補正部分に対する分岐のときに選択さ
れるメニューである。

（５）「プリント／観察データメニュー」は、技術者に
記憶されているデータを観察させるときに選択されるメ
ニューである。これは現在操作されているスピンドルの
データ、又は以前のスピンドルの測定データのいずれに
ついても行い得る。そのデータは必要に応じてプリント
することができる。

（６）「リテークデータメニュー」は、スピンドルが心
合せされ作業を終了する前に『ノーミン』の新しいセッ
トの採用が望まれるときに選択されるメニューである。
この選択メニューを使用する場合には『ノーミン』スク
リーンに入る前に、技術者は直接第７図に示されるよう
な組立観察スクリーンに戻される。

なお、『ノーミン』なる用語についての定義は後述す
る。

（７）「エキジットプログラムメニュー」は、プログラ
ムを完了し、操作技術者がディスク操作システムに復帰
する場合のメニューである。このメニューでコンピュー
ターのスイッチは切られる。

第６図の「スピンドルモードメニュー」は、プログラ
ムにおける最も重要な選択メニューである。このメニュ
ーには、「全スピンドルチェックメニュー」、「急速ス
ピンドルチェックメニュー」及び「主メニュー」の３つ
が選択される。「主メニュー」についてはすでに詳述し
た。

「全スピンドルチェックメニュー」は、技術者が全て
の構成スクリーンを通して作業を進行するように求めら
れるメニューである。「急速スピンドルチェックメニュ
ー」は、直ちに構成観察スクリーンで作業を進めるメニ
ューである。

「全スピンドルチェックメニュー」を選択した後、さ
らに以下のような選択メニューを選択する。

「ライン選択」メニューは、技術者が工作機械装置の
ライン、ステーション及びヘッドに、それぞれ供用する
３つのディスプレイを選択して観察するメニューであ
る。これにより、技術者は製造作業において採用される
特定の工作機械装置のライン、ステーション及びヘッド
に対してコンピューターを適用させることができる。

「標的選択」メニューは、技術者が何処の感光性標的
を使用しているかをコンピューターに『告知』するため
に選択されるメニューである。これらの感光性標的は数
値により表示される。このプログラムでは、選択された
特定の感光性標的に対する補正ファクターも読み込まれ
る。

「標的ポート選択メニュー」は、技術者がスクリーン
を利用し、これによって、例えば「標的をポートＡに接
続」とか「標的をポートＢに接続」とかの登録を入力す
ることで技術者が何処に感光性標的を接続したかをスク
リーンに表示することができるようにするメニューであ
る。

「標的ケーブル方位メニュー」は、技術者が『ノーミ
ン』（ノーミンの意味は後述する）の取付誤差測定のた
めに標的方位が12−６時方位であるか３−９時方位であ
るかをコンピューターに『告知』することができるよう
にするためのメニューである。

「セットアップ観察メニュー」は、先に述べた「スピ
ンドルモードメニュー」中の（２）「急速スピンドルチ
ェックメニュー」に連結するものと同様に、技術者が第
１図の25、即ち第７図に示されるセットアップ観察スク
リーン40を観察することができるようにするためのメニ
ューである。第７図のスクリーン右側の図面は、心合せ
のためにレーザー放射装置と感光性標的を何処に取り付
けるべきかを示すものである。これらを図示されたよう
に取付けることが重要である。何故ならばコンピュータ
ーはこの構成を『予期』して、該構成に基づくスピンド
ルの心合せ不良を計算しかつディスプレイするからであ
る。

「未修正読取ディスプレイ」メニューは、技術者が第
８図に示されるような未修正読み出しスクリーンの読取
りを行うためのメニューである。未修正読み出しスクリ
ーンでは、中心からの垂直（Ｖ）距離及び中心からの水
平（Ｈ）距離、垂直（Ｖ）との傾斜、水平（Ｈ）との傾
斜の４組の数値が示される。この未修正読取ディスプレ
イによる読取りは技術者が『有効標的』でなく、未修正
の実際の感光性標的位置を読取るものである。第８図の
「未修正読取ディスプレイ」によれば、技術者はレーザ
ー放射装置又は感光性標的がスピンドルに適正に取付け
られているか否かを検証することができる。若しこれら
が取付け不良の場合には、特に極めて精密さを要求され
る場合には、この取付け不良が好ましくない結果を生ず
るので注意を要する。

「『ノーミン』読取ディスプレイメニュー」では、第
９図に示されるようなディスプレイの読取りを行うもの
である。なお、ここで『ノーミン』なる用語は、０°に
おける読みを「正常読み（ノーマルリーディング）」と
し、180°における読みを「反転読み（インバーテッド
リーディング）」とした２つの読取り原則に従うものを
いい、その冒頭の文字を合成して示した略語（NORMIN）
である。

レーザー装置平面及び標的平面の２つの読取りは、こ
の両者の取付け誤差を定めるためにコンピューター内で
結合される。コンピューターでは、入力された「未修正
読取り」から取付け誤差を減算し、「純粋な」取付け誤
差をディスプレイする。つまり、技術者は、スピンドル
に対する基準部材の純粋な心合せ不良を見つけることが
できる。

『ノーミン』読取りディスプレイに対するコンピュー
タープログラムで使用される標的は、同時に中心情報及
び角度情報を出力する同時４軸標的である。これらの取
り付け誤差を確認するためには３つの『ノーミン』読取
りを行うのみでよい。第９図のスクリーンの上部左側部
分は技術者にレーザー放射装置及び感光性標的の回転の
方向を示し、上部右側はレーザー装置及び標的の回転方
位を示す。

第10図の全スピンドルチェックメニューのための数値
ディスプレイー、数個の構成のうちの任意の１つとして
示すことができる。それは主ディスプレイとして前部楔
脚４及び後部楔脚５の心合せ不良を示すか、又は中心及
び傾斜角の心合せ不良を示す。これらのモードの選択は
行われている条件による。ある場合には、直接その傾斜
を観察すればよい。一般的にいって、スピンドルは先ず
平行について、次いで中心について調整される。楔部移
動がなされる場合には、船型のディスプレイの選択が好
ましい。上述の全スピンドル数値のディスプレーは英国
法単位とメートル法単位の間で切替えることができる。
急速回転スピンドルに対する数値ディスプレイは、中心
及び角度のみを示すことを除いて全スピンドルの場合と
同じである。この急速スピンドルは寸法情報を持たない
から楔部誤差を示すことができない。従ってプログラム
の急速スピンドル部分は、楔誤差及び楔移動に対する計
算を行うことはできない。

第６図に示されたフローチャートによる操作プログラ
ムに加え、本発明によるコンピューター装置は複数の構
成を持つプログラム側面を有する。この構成側面は実施
されるべき２つの主要タスク、即ち標的の補正と構成の
組立てを準備する。この構成側面は、第６図に示された
主メニューにおける構成プログラムの選択を介して到達
される。これは全ての構成が組立てられるか又は変更さ
れるかのプログラム側面である。そのプログラムの構成
側面に対する主メニューは、３つの構成選択及びデータ
メニュー、セットアップ構成、及び主プログラムへの戻
りである。そのプログラムの構成側面に応答してコンピ
ューターによって出力されるスクリーンディスプレイの
うちに、第１図の標的補正要因29におけるディスプレイ
である第11図の標的補正要因スクリーン、第１図の構成
観察30におけるディスプレイである第12図の構成観察ス
クリーン及び第１図における寸法入力のディスプレイで
ある第13図の寸法入力スクリーンがある。

第11図に示される標的補正要因スクリーンには、強調
されている標的の軸に対する活性読み出しである『垂直
／角度モード』と称される活性ウインドウが示されてい
る。このウインドウは、技術者からの入力により異なる
軸に『接続』し得る。

第12図に示される構成観察スクリーンでは、技術者は
構成情報に関して成される全ての選択をレビューし、変
更することができる。また、変更を行った後再度構成観
察スクリーンに戻り追加の変更を行うことも可能であ
る。技術者は構成が修正されたときは、プログラムを続
ける前に設定された構成にファイル名の『命名』をしな
ければならない。すでに記憶された構成はどれでもコピ
ーすることができるし、またどの構成でも削除できる。

第13図に示される寸法入力スクリーンでは、アルファ
ベットＡからＦまでの文字によって３つの寸法が表示さ
れる。必要とされる実際寸法はスクリーンの右側の２つ
の観察図によって示される。例えば第13図において「Ｄ
＝3,00インチ」のような特定の寸法部分がハイライトさ
れるならば、その文字表示は右側の図面注に反転映像化
される。寸法はインチ又はミリメートルのいずれによっ
ても入力することができる。プログラムは全ての単位を
英国単位で『記憶』し、メートルオプションを選択した
場合にのみメートル単位に変換される。なお、第12図下
部左隅の『ファイル名』は、この構成がディスクに保存
されるときのファイル名である。コンピューターは、個
々の構成を数値として記憶するので、工作ライン、工作
ステーション及び工作機械ヘッドの名称は、実際上数値
ファイルとして保存される。

第14図は、前部楔脚及び後部楔脚の垂直調節（FFV及
びRFV）、前部楔脚及び後部楔脚の水平調節及び水平角
調節（FFH、RFH及びFAN）を測定するための変数と測定
データ入力を使用した本発明のシステムにより得られた
解析結果を示すディスプレイである。下段の方程式に使
用される略語は、該方程式の直前に記載されている。な
お、これらの略語にない『ABS』は絶対値の略であり、
『ROT』は標的後部を意味する。たとえ実際のセル平面
又は標的後部が楔体又は他のこの種の調節手段からかな
り遠い距離に離れていたとしても、楔体の調節のために
方程式中で前記の入力データや測定値が使用されるし、
又第14図の事例IIIでは、標的後部Ｔが調節不可能部材
に配置され、レーザー放射装置が調節可能部材に取り付
けられていることも留意すべきである。

（発明の効果） 以上述べた通り本発明によれば、相互に移動可能な工
作機械及び加工片の心合せすることができ、心合せ装置
を操作する技術者にとって、計算の必要性がなく、また
多数の異なる任意の工作機械を用いても相互に心合せす
ることができ、さらにそれらの誤差を修正するのに必要
な位置調節を行うことができるようなレーザー心合せ方
法及びその装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の概略図、第２図は本発明の装置
の好ましい実施例の概略図、第３図は本発明の標的の中
心線に沿って見た横断面図、第４図は本発明の「有効セ
ル」概念を示す斜視図、第５図は本発明のコンピュータ
からの情報出力を示す主ディスプレイスクリーンを示す
図、第６図は本発明のコンピュータに本発明の各種のシ
ステムプロセスがどのように作成されるかを示すフロー
チャート、第７図は本発明のコンピュータにより発生さ
れかつその上に情報をもつセットアップスクリーンを示
す図、第８図は、本発明のコンピュータから供給されか
つその情報をもつ未修正読取ディスプレイを示す図、第
９図は本発明のコンピュータにより発生されかつその上
に情報をもつ『ノーミン』読取りディスプレイを示す
図、第10図は本発明のコンピュータにより発生されかつ
その上に情報をもつ主数値ディスプレイを示す図、第11
図は本発明のコンピュータにより発生されかつその上に
情報をもつ標的補正要因スクリーンを示す図、第12図は
本発明のコンピュータにより発生されかつその上に情報
をもつ構成観察スクリーンを示す図、第13図は本発明の
コンピュータにより発生されかつその上に情報をもつ寸
法入力のディスプレイを示す図、第14図は入力データ及
び本装置により発生される測定データを使用して行われ
る諸計算を示す図である。 １…可動ユニット、２…レーザー放射装置、３…レーザ
ービーム、3a…透過ビーム、3b…非透過ビーム、４、５
…楔脚、６、７、18…楔組立体、８…感光性標的、９…
インターフェース回路、10…コンピュータ、11…ディス
プレイ、12…大きい数値のディスプレイ、13…基準部
材、14…スピンドル、16…工作機械、20…ウイング基
盤、23…軸、24…ハウジング、25…スタッド、26…ビー
ムスプリッタ、27、29、31…プリズム、28…コリメータ
ーレンズ、30、32…標的セル、33…ケーブル、34…有効
セル平面、40…観察スクリーン、46…標的補正要因ディ
スプレイ、48…構成観察ディスプレイ、50…寸法入力デ
ィスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−181858（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−31402（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301042（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−105807（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−84840（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23Q 3/18 B23Q 17/24 G02B 7/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１つの加工品に対して少なくと
   も１つの工作機械を心合せする方法であって、 a.正確に仕上げられた加工品の代表見本として少なくと
   も１つの基準部材を準備すること、 b.レーザービームを発生するレーザー放射装置を準備す
   ること、 c.レーザービームの衝突によりその衝突位置を識別する
   信号を発信することができる感光性標的を準備するこ
   と、 d.前記感光性標的に結合し、前記工作機械及び前記基準
   部材の寸法データを記憶し、前記感光性標的から発信さ
   れた位置標識信号に基づいて心合せデータを算定するよ
   うに操作されるコンピューターを準備すること、 e.前記標準部材及び前記工作機械から選ばれたいずれか
   一方の上に前記レーザー装置を取り付けること、 f.前記レーザー放射装置で放射されるレーザービームと
   ほぼ一線に並ぶようにして前記レーザー放射装置を取り
   付けた前記標準部材又は前記工作機械以外の標準部材又
   は工作機械上に前記感光性標的を取り付けること、 g.前記レーザー放射装置から感光性標的に向けてレーザ
   ービームを放射すること、 h.前記標準部材に対して予め選定された位置にあり、か
   つ前記感光性標的とは離れた位置にある有効標的に対し
   て心合せデータを算出するために、前記感光性標的から
   前記コンピューターに位置識別信号を入力すること、 i.前記標準部材に対する前記工作機械の心合せ誤差を識
   別するために、前記有効標的に対して算出された心合せ
   データをコンピューター上にディスプレーすること、 からなることを特徴とするレーザー心合せ方法。
2. 【請求項２】前記コンピューターは、前記レーザー装置
   の近傍に設けられた有効標的に対する心合せデータを計
   算するように作動することを特徴とする請求項１記載の
   レーザー心合せ方法。
3. 【請求項３】前記工作機械及び前記標準部材のうちの少
   なくとも一方は位置調節可能な支持装置上に配置され、
   前記コンピューターは前記有効標的と前記レーザービー
   ムの心合せするために前記位置調節可能な支持装置にお
   ける調節位置を識別するように作動することを特徴とす
   る請求項１記載のレーザー心合せ方法。
4. 【請求項４】前記コンピューターは、さらに前記有効標
   的と前記レーザービームの心合せに際しての角度誤差及
   び偏位置誤差を識別するように作動することを特徴とす
   る請求項３記載のレーザー心合せ方法。
5. 【請求項５】多数の標準部材から選ばれた１つと多数の
   工作機械から選ばれた１つを心合せする場合には、コン
   ピューターにさらに各工作機械と各標準部材に対する寸
   法データーの入力と、心合せをするために選ばれた工作
   機械と標準部材を識別するための入力をすることを特徴
   とする請求項１記載のレーザー心合せ方法。
6. 【請求項６】工作機械を基準部材に対して心合せするた
   めの制御装置であって、 a.前記工作機械及び基準部材から選ばれた１つに移動可
   能に取り付けできるレーザービームを発生するためのレ
   ーザー放射装置と、 b.前記工作機械及び基準部材から選ばれた１つに移動可
   能に取り付けでき、レーザービームが衝突したときに位
   置識別信号を発生することができる感光性標的と、 c.前記工作機械及び基準部材から選ばれた１つを位置調
   節可能に支持する位置調節装置と、 d.前記感光性標的に操作的に結合し、前記工作機械及び
   前記基準部材の寸法データを記憶し、かつ前記標準部材
   に対して予め定められた位置にあり、かつ前記感光性標
   的と離れた位置にある有効標的に対して心合せデータを
   算出するように操作されるコンピューターと、 e.前記コンピューターに結合し、前記位置調節可能な支
   持装置に対して、前記レーザービームと前記有効標的の
   心合せに必要な調節位置の識別のための位置調節データ
   ーを発信する出力装置と、 からなることを特徴とするレーザー心合せ制御装置。
7. 【請求項７】前記感光性標的が、前記レーザービームを
   第１分割レーザービームと第２分割レーザービームとに
   分割するビーム分割装置と、それぞれ前記第１分割レー
   ザービーム及び第２分割レーザービームとに心合せされ
   た第１標的セル及び第２標的セルと、前記感光性標的が
   角度誤差に対応する信号と偏位誤差に対応する信号とを
   同時に発信することができるように前記ビーム分割装置
   と前記第２標的セルとの中間に配置されたコリメーター
   レンズとを有することを特徴とする請求項６記載のレー
   ザー心合せ制御装置。
8. 【請求項８】前記出力装置が前記角度誤差と前記偏位誤
   差を識別するデータを同時に発信するように作動し得る
   ことを特徴とする請求項７記載のレーザー心合せ制御装
   置。
9. 【請求項９】実質的に位置調節不可能部材に対する位置
   調節可能部材の心合せ方法であって、 a.レーザービームを発生するレーザー放射装置を準備す
   ること、 b.レーザービームが衝突した位置を識別する信号を発生
   することができる感光性標的を準備すること、 c.前記感光性標的に結合し、前記位置調節可能部材と前
   記実質的に位置調節不可能部材の寸法データを記憶し、
   前記寸法データに基づく心合せデータを測定し、前記感
   光性標的から信号を発生するように操作されるコンピュ
   ーターを準備すること、 d.前記位置調節可能部材上に前記レーザー放射装置を取
   り付けること、 e.前記レーザー放射装置で発生するレーザービームとほ
   ぼ１線に並ぶように位置調節不可能部材上に前記感光性
   標的を取り付けること、 f.前記レーザー放射装置から前記感光性標的に向けてレ
   ーザービームを放射すること、 f.計算した心合せデータを得るために、前記感光性標的
   から前記コンピューターに信号を入力すること、 h.前記位置調節可能部材に対して前記実質的に位置調節
   不可能部材の心合せをするために前記位置調節可能部材
   に対して必要な位置調節情報をコンピューター上にディ
   スプレーすること、 からなることを特徴とするレーザー心合せ方法。