JP6333352B1 - 工作機械の計測校正補償システム及び方法 - Google Patents

工作機械の計測校正補償システム及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6333352B1
JP6333352B1 JP2016255329A JP2016255329A JP6333352B1 JP 6333352 B1 JP6333352 B1 JP 6333352B1 JP 2016255329 A JP2016255329 A JP 2016255329A JP 2016255329 A JP2016255329 A JP 2016255329A JP 6333352 B1 JP6333352 B1 JP 6333352B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
speckle
plane
machine tool
fixing means
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016255329A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018106604A (ja
Inventor
黄宜裕
張偉國
劉立中
Original Assignee
國家中山科學研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US15/388,496 priority Critical patent/US10189133B2/en
Priority to EP16206069.3A priority patent/EP3338946B1/en
Application filed by 國家中山科學研究院 filed Critical 國家中山科學研究院
Priority to JP2016255329A priority patent/JP6333352B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6333352B1 publication Critical patent/JP6333352B1/ja
Publication of JP2018106604A publication Critical patent/JP2018106604A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine
    • B23Q11/0007—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine by compensating occurring thermal dilations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2428—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring existing positions of tools or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/248—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods
    • B23Q17/2495—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods using interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02094—Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern
    • G01B9/02095—Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern detecting deformation from original shape
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/402—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37582—Position, angle of workpiece surface
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49206—Compensation temperature, thermal displacement, use measured temperature
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49207—Compensate thermal displacement using measured distance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

【課題】工作機械の計測校正補償システム及び方法を提供することを課題とする。【解決手段】工作機械の計測校正補償システムであって、第１位置決め基台と、工作機械の加工前及び加工時にワーク固定手段の第１位置決め基台の第１ＸＹ平面及び第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出することで、ワーク固定手段の位置を補正する２つの第１スペックルイメージセンサと、第２位置決め基台と、工作機械の加工前及び加工時に工具固定手段の第２位置決め基台の第２ＸＹ平面及び第２ＹＺ平面におけるスペックル位置を検出することで、工具固定手段の位置を補正する２つの第２スペックルイメージセンサと、を含む，これを介して、比較的簡略化、低コスト、熱変形の校正精度が良好な方式で直接正確に工作機械各軸の熱膨張量を測定でき、リアルタイムで工作機械各軸の絶対位置決め座標を校正することで多軸同期動作の位置決め精度が工作機械の熱膨張により低下させない。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の計測校正補償システム及び方法に関し、特に、簡略化、低コスト、熱変形の校正精度が良好な方法で直接工作機械各軸の熱膨張量を正確に測定でき、リアルタイムで工作機械各軸の絶対位置決め座標を校正することで多軸同期動作の位置決め精度が工作機械の熱膨張により低下させないものに関する。
工作機械は、長時間加工の状態において、自体で発生した熱エネルギー或いは環境温度の変化により、工作機械が熱影響により熱変形を生じて工具とワークの相対位置に変化を発生することで、加工寸法或いは形状の偏差が起きて加工精度が低下してしまう。一般的に言うと、工作機械加工時の誤差の４０％〜７０％は熱変形により起きるため、工作機械の熱挙動表現の優劣程度は精度及び安定度を評価する重要指標の１つとして見なすことができ、熱挙動表現に再現性及び安定性がある場合、工作機械が長時間良好な加工品質を維持できることを示し；逆に、工作機械の熱挙動モデルの変動が大き過ぎた場合、加工品質を確保することが困難である。これに鑑み、多く業者は熱誤差に対応する技術を高加工精度及び高安定性に達する技術象徴として見なし、例えば熱親和技術及び熱源の冷却抑制技術などである。
国内工作機械の関連メーカが工作機械の熱変形を解決する方法は、ＣＮＣ数値制御システムの熱変形制御技術であり、その技術は次の各号を含む。１．温度センサを機体温度変化が比較的顕著な位置（赤外線サーモグラフで計測を行うことができる）に取り付けることによって、工作機械の温度変化をキャプチャーし；２．三次元測定機を架設して工作機械の温度上昇変形量を測定及び記録し；３．温度及び熱変形量のデータを利用して工作機械の熱変形モデルを確立し；４．工作機械の熱変形量モデルの構築及び温度上昇補正の検証。
ＣＮＣ数値制御システムの熱変形制御技術は、工作機械温度の変化量を測定してから工作機械の熱変形モジュールの内蔵ソフトウェアを通じて工作機械のリアルタイムな熱変形量を算出して加工主軸の熱変位補償校正量とする。熱変形モジュールのソフトウェアが開発された時、工作機械の熱源及び環境温度のサンプリング範囲に制限があり、工作機械の作動日が増えると、工作機械に内蔵されたモータの発熱特性の変更又は環境温度の変化の過大によりいずれも当初設定した校正ソフトウェアの計算に誤差が生じ、工作機械の動作精度及び加工安定性が低下する。
海外業者が様々な方法を用いて工作機械の熱形変量を低減し、これは次の各号を含む。１．熱対称及び熱平衡の機体構造を設計して工作機械の熱変形誤差の発生に対称特性及び掌握性を持たせ；２．熱親和機体を用いることで工作機械機体の熱変形量を効果的に低減し；３．マルチチャネルゼロ熱源冷却技術を用いることで、熱源温度の変化量を効果的に低減し；４．機体の温度上昇点測定及び熱変形補償。以上の技術は各自機能を有し、且つ全て実施することで、所定の規格に達することができるが、その複雑性、難易度及び製作コストがいずれも非常に高くなる。
よって、比較的簡略化、低コスト、熱変形の校正精度が良好な方式で直接正確に工作機械各軸の熱膨張量を測定でき、リアルタイムで工作機械各軸の絶対位置決め座標を校正することで多軸同期動作の位置決め精度が工作機械の熱膨張により低下させない工作機械の計測校正補償システム及び方法を如何にして発明するかは、本発明が積極的に開示しようとするところである。
米国特許第７，７１５，０１６号明細書 台湾発明特許番号第１５３２０１６号明細書
上記従来技術の欠陥に鑑み、発明者は完璧なものではないことを考えたため、鋭意研究を重ねていたところ、工作機械の計測校正補償システム及び方法を開発し、比較的簡略化、低コスト、熱変形の校正精度が良好な方式で直接正確に工作機械各軸の熱膨張量を測定でき、リアルタイムで工作機械各軸の絶対位置決め座標を校正することで多軸同期動作の位置決め精度が工作機械の熱膨張により低下させない目的を達成するよう期待する。
上記目的及び他の目的を達成するため、本発明の第１の態樣は、工作機械の計測校正補償システムを提供し、第１ＸＹ平面と第１ＸＺ平面とを備え、該工作機械のベースに設けるために用いられ、且つ該工作機械の該ベースに設けられたＸ軸平行移動ステージの近傍に位置し、その素材がゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とする第１位置決め基台と、該工作機械のワーク固定手段に設けるために用いられ、該ワーク固定手段は該Ｘ軸平行移動ステージ上においてＸ軸に沿って平行移動し、該工作機械の加工前及び加工時、これら第１スペックルイメージセンサがＸ軸に沿って該ワーク固定手段の該第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を各々検出し、該ワーク固定手段の該第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面におけるスペックル位置の該工作機械加工前及び加工時の差異は該ワーク固定手段の該工作機械加工時における位置を補正する２つの第１スペックルイメージセンサと、第２ＸＹ平面と第２ＹＺ平面とを備え、該工作機械のベースに設けるために用いられ、且つ該工作機械の該ベースに設けられたＹ軸平行移動ステージ及び該Ｙ軸平行移動ステージ上においてＹ軸に沿って平行移動するＺ軸平行移動ステージの近傍に位置し、その素材がゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とするが第２位置決め基台と、該工作機械の工具固定手段及びＺ軸平行移動ステージに設けるために用いられ、該工具固定手段は該Ｚ軸平行移動ステージ上においてＺ軸に沿って平行移動し、該工作機械の加工前及び加工時、これら第２スペックルイメージセンサがＹ軸に沿って該工具固定手段の該第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿って該工具固定手段の該第２ＹＺ平面におけるスペックル位置を各々検出し、該工具固定手段の該第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第２ＹＺ平面におけるスペックル位置の該工作機械加工前及び加工時での差異は該工具固定手段の該工作機械加工時における位置を補正するために用いられる２つの第２スペックルイメージセンサと、を含む。
上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第１調整ブラケットと第２調整ブラケットと第３調整ブラケットとを更に含み、これら第１スペックルイメージセンサは、該第１調整ブラケットを通じて該工作機械のワーク固定手段に設けられ、これら第２スペックルイメージセンサが各々該第２調整ブラケット及び該第３調整ブラケットを通じて該工作機械のＺ軸平行移動ステージ及び工具固定手段が設けられる。
上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第１レーザー光源と第１干渉フィルタと第１反射鏡とを更に含み、該第１干渉フィルタは、該第１位置決め基台に設けられ、該第１反射鏡が該第１調整ブラケットに設けられ、該第１レーザー光源のレーザー光が該第１干渉フィルタを経由して該第１反射鏡に投射することで、これら第１スペックルイメージセンサが該工作機械の加工前に該ワーク固定手段の該第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出させる。
上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第２レーザー光源と第２干渉フィルタと第２反射鏡とを更に含み、該第２干渉フィルタは、該第２位置決め基台に設けられ、該第２反射鏡が該第２調整ブラケットに設けられ、該第２調整ブラケットが該Ｚ軸平行移動ステージに設けられ、該第２レーザー光源のレーザー光が該第２干渉フィルタを経由して該第２反射鏡に投射することで、これら第２スペックルイメージセンサが該工作機械の加工前に該工具固定手段の該第２ＸＹ平面におけるスペックル位置を検出させる。
上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第３レーザー光源と第３干渉フィルタと第３反射鏡と第４反射鏡とを更に含み、該第３干渉フィルタは、該工作機械のベースに設けられ、該第３反射鏡及び該第４反射鏡が各々該Ｚ軸平行移動ステージ及び該第３調整ブラケットに設けられ、該第３調整ブラケットが該工具固定手段に設けられ、該第３レーザー光源のレーザー光が該第３干渉フィルタ及び該Ｚ軸平行移動ステージに設けられた第３反射鏡を経由して該第３調整ブラケットに設けられた第４反射鏡に投射することで、該第２スペックルイメージセンサが該工作機械加工前に該工具固定手段の該第２ＹＺ平面上のスペックル位置を検出させる。
上記目的及び他の目的を達成するため、本発明の第２の態樣は、工作機械の計測校正補償方法を提供し、該工作機械の加工前、請求項１に記載の工作機械の計測校正補償システムを利用して、該工作機械のワーク固定手段のＸ軸に沿う該第１位置決め基台の第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１位置決め基台の第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出し、並びに該工作機械の工具固定手段のＹ軸に沿う該第２位置決め基台の第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿って該第２位置決め基台の第２ＹＺ平面上におけるスペックル位置を検出するステップ（１）と、該工作機械の加工時、請求項１に記載の工作機械の計測校正補償システムを利用して、該工作機械のワーク固定手段のＸ軸に沿う該第１位置決め基台の第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１位置決め基台の第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出し、並びに該工作機械の工具固定手段のＹ軸に沿う該第２位置決め基台の第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿う該第２位置決め基台の第２ＹＺ平面におけるスペックル位置を検出するステップ（２）と、該ワーク固定手段を利用して、該第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面におけるスペックル位置の該工作機械加工前及び加工時での差異を利用して該ワーク固定手段の該工作機械加工時における位置を補正し、並びに該工具固定手段を利用して該第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第２ＹＺ平面におけるスペックル位置の該工作機械加工前及び加工時での差異を利用して該工具固定手段の該工作機械加工時における位置を補正するステップ（３）と、を含む。
上記工作機械の計測校正補償方法において、第１調整ブラケットと第２調整ブラケットと第３調整ブラケットとを更に含み、これら第１スペックルイメージセンサは、該第１調整ブラケットを通じて該工作機械のワーク固定手段に設けられ、これら第２スペックルイメージセンサが各々該第２調整ブラケット及び該第３調整ブラケットを通じて該工作機械のＺ軸平行移動ステージ及び工具固定手段が設けられる。
上記工作機械の計測校正補償方法において、該ステップ（１）内の該工作機械の計測校正補償システムは、第１レーザー光源と第１干渉フィルタと第１反射鏡とを更に含み、該第１干渉フィルタは、該第１位置決め基台に設けられ、該第１反射鏡が該第１調整ブラケットに設けられ、該第１レーザー光源のレーザー光が該第１干渉フィルタを経由して該第１反射鏡に投射することで、これら第１スペックルイメージセンサが該工作機械の加工前に該ワーク固定手段の該第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出させる。
上記工作機械の計測校正補償方法において、該ステップ（１）内の該工作機械の計測校正補償システムは、第２レーザー光源と第２干渉フィルタと第２反射鏡とを更に含み、該第２干渉フィルタは、該第２位置決め基台に設けられ、該第２反射鏡が該第２調整ブラケットに設けられ、該第２調整ブラケットが該Ｚ軸平行移動ステージに設けられ、該第２レーザー光源のレーザー光が該第２干渉フィルタを経由して該第２反射鏡に投射することで、これら第２スペックルイメージセンサが該工作機械の加工前に該工具固定手段の該第２ＸＹ平面におけるスペックル位置を検出させる。
上記工作機械の計測校正補償方法において、該ステップ（１）内の該工作機械の計測校正補償システムは、第３レーザー光源と第３干渉フィルタと第３反射鏡と第４反射鏡とを更に含み、該第３干渉フィルタは、該工作機械のベースに設けられ、該第３反射鏡及び該第４反射鏡が各々該Ｚ軸平行移動ステージ及び該第３調整ブラケットに設けられ、該第３調整ブラケットが該工具固定手段に設けられ、該第２レーザー光源のレーザー光が該第３干渉フィルタ及び該Ｚ軸平行移動ステージに設けられた第３反射鏡を経由して該第３調整ブラケットに設けられた第４反射鏡に投射することで、該第２スペックルイメージセンサが該工作機械加工前に該工具固定手段の該第２ＹＺ平面上のスペックル位置を検出させる。
これを介して、本発明の工作機械の計測校正補償システム及び方法は、比較的簡略化、低コスト、熱変形の校正精度が良好な方式で直接正確に工作機械各軸の熱膨張量を測定でき、リアルタイムで工作機械各軸の絶対位置決め座標を校正することで多軸同期動作の位置決め精度が工作機械の熱膨張により低下させない。
本発明の好ましい実施例に係る工作機械の計測校正補償システムを示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係るワーク固定手段のスペックルパターンの位置決め点を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工具固定手段のスペックルパターンの位置決め点を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工作機械加工前のワーク固定手段のＸ軸に沿うスペックル位置を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工作機械加工前の工具固定手段のＹ軸に沿うスペックル位置を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工作機械加工前の工具固定手段のＹＺ平面に沿うスペックル位置を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工作機械加工前のワーク固定手段及び工具固定手段のスペックル位置を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工作機械加工前のワーク固定手段及び工具固定手段の特定位置におけるスペックル位置を示す模式図である。 本発明の好ましい実施例に係る工作機械加工時のワーク固定手段及び工具固定手段の特定位置におけるスペックル位置を示す模式図である。
本発明の目的、特徴及び効果を十分理解してもらうため、下記具体的実施例を通じて添付図面を基に、本発明に対し詳細な説明を行う。
従来の熱変形補償技術がまず工作機械の温度変化を測定してから工作機械の熱変形量を算出することとは異なる。本発明は、多軸工作機械上に三次元位置決め基台を取り付け、該三次元位置決め基台の低熱変形特性を利用して不変形スペックルパターン取り込みの位置決め技術（特許文献１）を組み合わせ、同時に工具固定手段及びワーク固定手段の三次元熱膨張検出変位量を提供して正確に工具固定手段及びワーク固定手段の三次元相対熱ドリフト量を得ることで、工作機械の位置決め精度を補正し、多軸工作機械の精密加工の位置決めニーズを満たす。
不変形スペックルパターンの画像取り込みによる位置決め技術内のスペックルイメージセンサは、建設的干渉スペックルがスペックルイメージセンサの覗き窓に入り、また覗き窓から移出することを確認し、この干渉スペックルの相対光学的距離差の変化量が５分の１の波長より小さいため、スペックルパターンの画像取り込み範囲に入った建設的スペックル輝点からスペックルパターンの画像取り込み範囲から移出したスペックルまで、大部分建設的干渉を維持し、見るとやはり１つの輝点であり、このスペックルパターンは画像処理ソフトウェア（例えばＳＡＤ、ＳＳＤ、ＮＣＣ、ＳＵＲＦ、ＳＩＦＴなど）による照合・位置決めを経ると、正確な照合変位量を得ることができる。
このほかに、特許文献２を参照すると、スケール不変特徴量変換（ＳＩＦＴ、Ｓｃａｌｅ Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）画像照合による位置決め技術或いは高速化ロバストな特徴量（ＳＵＲＦ、Ｓｐｅｅｄ Ｕｐ Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｅａｔｕｒｅ）画像照合による位置決め技術を利用して隣接する２枚の不変形スペックルパターンを取り込んでスペックルパターンの特徴点の生成及び照合を行い、その後統計的消去法で変位標準偏差１．５倍より大きい特徴マッチ点を除去すると、正確に２枚の隣接するスペックルパターンの画像平面変位量における標準偏差が０．００８ピクセルサイズより小さく、約百分の１のピクセルの標準偏差の大きさに等しい。つまり、スペックルイメージセンサで熱膨張物体表面の前後２枚のスペックルパターンをキャプチャーしてからＳＩＦＴ或いはＳＵＲＦ等の画像照合による位置決め方法を経ると、正確に物体表面熱膨張前後の相対熱膨張変位量を得ることができる。
上記取りまとめにおいて、図１乃至図３を参照すると、本発明の第１の態樣は、第１位置決め基台１と２つの第１スペックルイメージセンサ２と第２位置決め基台３と２つの第２スペックルイメージセンサ４とを含む工作機械の計測校正補償システムを提供する。該第１位置決め基台１は、方形の柱状体とすることができ、且つ第１ＸＹ平面１１と第１ＸＺ平面１２とを備え、該工作機械９のベース９６に設けるために用いられ且つ該工作機械９のＸ軸平行移動ステージ９１の近傍に位置し、該第１ＸＹ平面１１が上に向き、該第１ＸＺ平面１２が該Ｘ軸平行移動ステージ９１に向かい、該Ｘ軸平行移動ステージ９１が該ベース９６に設けられ、該第１位置決め基台１の素材がゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とし；これら第１スペックルイメージセンサ２は、不変形スペックル読取ヘッドとすることができ、且つ該工作機械９のワーク固定手段９４に設けるために用いられ、該ワーク固定手段９４が加工用のワークを固定でき且つ該Ｘ軸平行移動ステージ９１においてＸ軸に沿って平行移動し、またＣ軸を回転軸とし、該工作機械９の加工前及び加工時、これら第１スペックルイメージセンサ２が各々該ワーク固定手段９４に伴ってＸ軸に沿って該ワーク固定手段９４の該第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置を検出し、該ワーク固定手段９４の該第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置の該工作機械９加工前及び加工時での差異は該ワーク固定手段９４の該工作機械９加工時における位置を補正するために用いられ；該第２位置決め基台３は、幅広フラット形の矩形体とすることができ、且つ第２ＸＹ平面３１と第２ＹＺ平面３２とを備え、該第１位置決め基台１の第１ＸＹ平面１１及び第１ＸＺ平面１２が該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２と直交し、該第２位置決め基台３が該工作機械９のベース９６に設けるために用いられ、且つ該工作機械９のＹ軸平行移動ステージ９２及びＺ軸平行移動ステージ９３の近傍に位置し、該第２ＸＹ平面３１が上に向き、該第２ＹＺ平面３２が該Ｙ軸平行移動ステージ９２及び該Ｚ軸平行移動ステージ９３に向かい、該Ｙ軸平行移動ステージ９２が該ベース９６に設けられ、該Ｚ軸平行移動ステージ９３が該Ｙ軸平行移動ステージ９２においてＹ軸に沿って平行移動し、該第２位置決め基台３の素材がゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とし；これら第２スペックルイメージセンサ４は、不変形スペックル読取ヘッドとすることができ、且つ各々該工作機械９の工具固定手段９５及びＺ軸平行移動ステージ９３に設けるために用いられ、該工具固定手段９５が加工用の工具を固定でき且つ該Ｚ軸平行移動ステージ９３においてＺ軸に沿って平行移動し、またＡ軸を回転軸とすることができ、該工作機械９の加工前及び加工時、これら第２スペックルイメージセンサ４が各々該Ｚ軸平行移動ステージ９３と伴ってＹ軸に沿って該工具固定手段９５の該第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置を検出し、並びに該Ｚ軸平行移動ステージ９３及び該工具固定手段９５と伴ってＹＺ平面に沿って該工具固定手段９５の該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置を検出し、該工具固定手段９５の該第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置及び該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置の該工作機械９加工前及び加工時での差異は該工具固定手段９５の該工作機械９加工時における位置を補正するために用いられる。このほかに、先に述べた該第１位置決め基台１は、該工作機械９のＸ軸平行移動ステージ９１の近傍に設けるために用いられ、並びに該第２位置決め基台３が該工作機械９のＹ軸平行移動ステージ９２及びＺ軸平行移動ステージ９３の近傍に設けるために用いられることは、例示であり、該第１位置決め基台１が該工作機械９のＹ軸平行移動ステージ９２の近傍に設けるために用いられ、並びに該第２位置決め基台３が該工作機械９のＸ軸平行移動ステージ９１及びＺ軸平行移動ステージ９３の近傍に設けるために用いられ、或いは該第１位置決め基台１が該工作機械９のＺ軸平行移動ステージ９３の近傍に設けるために用いられ、並びに該第２位置決め基台３が該工作機械９のＸ軸平行移動ステージ９１及びＹ軸平行移動ステージ９２の近傍に設けるために用いられるのは、いずれも本発明の保護範囲に属する。
図１乃至図３を参照すると、上記工作機械９の計測校正補償システムにおいて、第１調整ブラケット５と第２調整ブラケット６と第３調整ブラケット６１とを更に含み、これら第１スペックルイメージセンサ２は該第１調整ブラケット５を通じて該工作機械９のワーク固定手段９４に設けられ、これら第２スペックルイメージセンサ４が各々該第２調整ブラケット６及び該第３調整ブラケット６１を通じて該工作機械９のＺ軸平行移動ステージ９３及び工具固定手段９５に設けられる。これを介して、これら第１スペックルイメージセンサ２は、該第１調整ブラケット５を通じてその位置及び方位を更に調整でき、これら第２スペックルイメージセンサ４が各々該第２調整ブラケット６及び該第３調整ブラケット６１を通じてその位置及び方位を更に調整できる。
図１乃至図３を参照すると、本発明の第２の態樣は、工作機械の計測校正補償方法を提供し、該工作機械９の加工前、先に述べた工作機械の計測校正補償システムを利用して、該工作機械９のワーク固定手段９４のＸ軸に沿う該第１位置決め基台１の第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１位置決め基台１の第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置を検出し、並びに該工作機械９の工具固定手段９５のＹ軸に沿う該第２位置決め基台３の第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿って該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２上におけるスペックル位置を検出するステップ（１）と、該工作機械９の加工時、先に述べた工作機械の計測校正補償システムを利用して、該工作機械９のワーク固定手段９４のＸ軸に沿う該第１位置決め基台１の第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１位置決め基台１の第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置を検出し、並びに該工作機械９の工具固定手段９５のＹ軸に沿う該第２位置決め基台３の第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿う該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置を検出するステップ（２）と、該ワーク固定手段９４を利用して、該第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置の該工作機械９加工前及び加工時での差異を利用して該ワーク固定手段９４の該工作機械９加工時における位置を補正し、並びに該工具固定手段９５を利用して該第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置及び該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置の該工作機械９加工前及び加工時での差異を利用して該工具固定手段９５の該工作機械９加工時における位置を補正するステップ（３）と、を含む。
図１乃至図３を参照すると、上記工作機械の計測校正補償方法において、第１調整ブラケット５と第２調整ブラケット６と第３調整ブラケット６１とを更に含み、これら第１スペックルイメージセンサ２は該第１調整ブラケット５を通じて該工作機械９のワーク固定手段９４に設けられ、これら第２スペックルイメージセンサ４が各々該第２調整ブラケット６及び該第３調整ブラケット６１を通じて該工作機械９のＺ軸平行移動ステージ９３及び工具固定手段９５に設けられる。これを介して、これら第１スペックルイメージセンサ２は、該第１調整ブラケット５を通じてその位置及び方位を更に調整でき、これら第２スペックルイメージセンサ４が各々該第２調整ブラケット６及び該第３調整ブラケット６１を通じてその位置及び方位を更に調整できる。
図２を参照すると、該ワーク固定手段９４がこれら第１スペックルイメージセンサ２を通じて位置決めした２個のスペックルパターンの位置決め点２１は、各々Ｙ＝０と第１ＸＺ平面１２のスペックルパターンの位置決め座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）、及びＺ＝Ｚ１と第１ＸＹ平面１１のスペックルパターンの位置決め座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）となり、２つの位置決め点を取りまとめると、該ワーク固定手段９４の該第１位置決め基台１に位置決めするスペックルパターンの位置決め座標を（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚｏｂｊｅｃｔ）とすることが得られる。図３を参照すると、該工具固定手段９５が第２ＹＺ平面３２上に移動でき、これら第２スペックルイメージセンサ４を通じて位置決めした２個のスペックルパターンの位置決め点４１は、各々Ｚ＝Ｚ２と第２ＸＹ平面３１のスペックルパターンの位置決め座標（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）、及びＸ＝０と第２ＹＺ平面３２のスペックルパターンの位置決め座標（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）となり、２つの位置決め点を取りまとめると、該工具固定手段９５の該第２位置決め基台３に位置決めするスペックルパターンの位置決め座標を（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）とすることが得られる。該ワーク固定手段９４の該第１位置決め基台１に位置決めするスペックルパターンの位置決め座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚｏｂｊｅｃｔ）及び該工具固定手段９５の該第２位置決め基台３に位置決めするスペックルパターンの位置決め座標（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）に該第１調整ブラケット５、該第２調整ブラケット６及び該第３調整ブラケット６１設置の寸法及び方位を組み合わせると、該ワーク固定手段９４及び該工具固定手段９５の幾何学的中心の該第１位置決め基台１及び該第２位置決め基台３に対する絶対位置決め座標を得ることができる。このほかに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の初期位置決め標線を製作し、例えばＺ＝Ｚ１と第１ＸＹ平面１１のＸ＝Ｘ０のＸ軸初期位置決め標線及びＹ＝０と第１ＸＺ平面１２のＸ＝Ｘ０のＸ軸初期位置決め標線を製作し、この２本のＸ軸初期位置決め標線のＸ軸の読取値は同じである。次に、Ｚ＝Ｚ２と第２ＸＹ平面３１のＹ＝Ｙ０のＹ軸初期位置決め標線及びＸ＝０と第２ＹＺ平面３２のＺ＝Ｚ０のＺ軸初期位置決め標線を製作できる。そして第１位置決め基台１及び該第２位置決め基台３の素材は、ゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とすることができるため、総変形量を規格値より小さくさせることができ；このほかに、工作機械９の熱量は、該第１位置決め基台１及び該第２位置決め基台３に伝達しにくく、且つ該第１位置決め基台１及び該第２位置決め基台３の温度が容易に正確に制御されるため、該第１位置決め基台１及び該第２位置決め基台３は１つの極めて優れ、安定した三次元校正補償システムを提供できる。
図４を参照すると、上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第１レーザー光源７１と第１干渉フィルタ７２と第１反射鏡７３とからなるレーザー干渉計を更に含み、該第１干渉フィルタ７２は、該第１位置決め基台１の第１ＸＹ平面１１上に設けられ、該第１反射鏡７３が該第１調整ブラケット５に設けられ、該第１レーザー光源７１のレーザー光が該第１干渉フィルタ７２を経由して該第１反射鏡７３に投射することで、これら第１スペックルイメージセンサ２が該工作機械９の加工前に該ワーク固定手段９４の該第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置を検出させる。つまり、該第１反射鏡７３で反射したレーザー光をレーザー干渉計に戻り、該第１反射鏡７３及び該第１干渉フィルタ７２の相対変位距離を測定し、該変位距離を利用してこれら第１スペックルイメージセンサ２が該工作機械９の加工前に該第１ＸＹ平面１１及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置座標及びスペックル位置データベースを構築するよう補助する。
図４を参照すると、上記工作機械の計測校正補償方法において、該ステップ（１）内の該工作機械９の計測校正補償システムは、第１レーザー光源７１と第１干渉フィルタ７２と第１反射鏡７３とからなるレーザー干渉計を更に含み、該第１干渉フィルタ７２は、該第１位置決め基台１の第１ＸＹ平面１１上に設けられ、該第１反射鏡７３が該第１調整ブラケット５に設けられ、該第１レーザー光源７１のレーザー光が該第１干渉フィルタ７２を経由して該第１反射鏡７３に投射することで、これら第１スペックルイメージセンサ２が該工作機械９の加工前に該ワーク固定手段９４の該第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置を検出させる。つまり、該第１反射鏡７３で反射したレーザー光をレーザー干渉計に戻り、該第１反射鏡７３及び該第１干渉フィルタ７２の相対変位距離を測定し、該変位距離を利用してこれら第１スペックルイメージセンサ２が該工作機械９の加工前に該第１ＸＹ平面１１及び該第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置座標及びスペックル位置データベースを構築するよう補助する。
以下に詳述し、図４を参照すると、まずＸ軸のフルストローク変位範囲内に該第１反射鏡７３から該第１干渉フィルタ７２に戻ったレーザー光点を詳細に校正することで、該第１反射鏡７３の移動によりいかなるドリフトがないようにする。その後該Ｘ軸平行移動ステージ９１の変位起点をＺ＝Ｚ１、Ｘ＝Ｘ０のＸ軸初期標線上に位置決めし、更にＸ軸の光学スケールを利用して固定距離（約２０ｕｍ〜１００ｕｍ）で連続してｎ回移動する。毎回変位の位置決めした後、これら第１スペックルイメージセンサ２により該第１位置決め基台１の第１ＸＹ平面１１におけるスペックルパターン及び該第１位置決め基台１の第１ＸＺ平面１２におけるスペックルパターンを取得し、各々計ｎ＋１枚のスペックルパターンを記録し、また該第１レーザー光源７１、該第１干渉フィルタ７２及び該第１反射鏡７３によりこれらスペックルパターンのＸ軸における座標変位量を測定する。次に、第１ＸＹ平面１１におけるスペックル位置のデータベース及び第１ＸＺ平面１２におけるスペックル位置のデータベースを構築し、各々１．Ｙ＝０の第１ＸＺ平面１２のスペックル位置のデータベース（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）ｉ＝０，１，２．．．，ｎとし、Ｘ軸起点Ｘｏｂｊｅｃｔ，０の座標値はＸ０で、その他の位置のＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ座標値が該第１レーザー光源７１、該第１干渉フィルタ７２及び該第１反射鏡７３によって測定して得られるため、スペックル位置のデータベース（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）ｉ＝０，１，２．．．，ｎ内にｎ＋１個の座標スペックルパターン及び対応する絶対位置決め座標が含まれる。２．Ｚ＝Ｚ１の第１ＸＹ平面１１のスペックル位置のデータベース（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）ｉ＝０，１，２．．．，ｎとし、Ｘ軸起点Ｘｏｂｊｅｃｔ，０の座標値はＸ０で、その他の位置のＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ座標値が該第１レーザー光源７１、該第１干渉フィルタ７２及び該第１反射鏡７３によって測定して得られるため、スペックル位置のデータベース（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）ｉ＝０，１，２．．．，ｎ内にｎ＋１個の座標スペックルパターン及び対応する絶対位置決め座標が含まれる。そして以上の２つのスペックル位置のデータベースを取りまとめると、該ワーク固定手段９４の該第１位置決め基台１におけるスペックル位置座標を（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚｏｂｊｅｃｔ）ｉ＝０，１，２．．．，ｎとすることが得られ、Ｙ＝０及び第１ＸＺ平面１２のリアルタイム位置スペックルパターンと（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）ｉ＝０，１，２．．．，ｎスペックル位置のデータベースの座標スペックルパターンを照合した後生じた変位ベクトル（ΔＸ、ΔＺ）Ｙ＝０、第１ＸＺ平面は、Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉの変位量ΔＸ及びＺｏｂｊｅｃｔの変位量ΔＺを提供でき；Ｚ＝Ｚ１及び第１ＸＹ平面１１のリアルタイム位置スペックルパターンと（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）ｉ＝０，１，２．．．，ｎスペックル位置のデータベースの座標スペックルパターンを比較した後生じた変位ベクトル（ΔＸ、ΔＹ）Ｚ＝Ｚ１、第１ＸＹ平面は、Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉの変位量ΔＸ及びＹｏｂｊｅｃｔの変位量ΔＹを提供できる。第１ＸＹ平面１１及び第１ＸＺ平面１２のリアルタイムなスペックル位置のＸ軸変位量の二者は同一或いはその差がシステムの位置決め計算精度より小さくなければならず、更に正確なΔＸ変位量を求めるため、ΔＸは２個の変位量の平均値、つまりΔＸ＝（ΔＸＹ＝０、第１ＸＺ平面＋ΔＸＺ＝Ｚ１、第１ＸＹ平面）／２を用いることができる。
図５を参照すると、上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第２レーザー光源８１と第２干渉フィルタ８２と第２反射鏡８３とからなるレーザー干渉計を更に含み、該第２干渉フィルタ８２は、該第２位置決め基台３の第二ＸＹ平面３１上に設けられ、該第２反射鏡８３が該第２調整ブラケット６に設けられ、該第２調整ブラケット６が該Ｚ軸平行移動ステージ９３に設けられ、該第２レーザー光源８１のレーザー光が該第２干渉フィルタ８２を経由して該第２反射鏡８３に投射することで、これら第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該ワーク固定手段９４の該第二ＸＹ平面３１におけるスペックル位置を検出させる。つまり、該第２反射鏡８３で反射したレーザー光をレーザー干渉計に戻り、該第２反射鏡８３及び該第２干渉フィルタ８２の相対変位距離を測定し、該変位距離を利用して該第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置座標及びスペックル位置データベースを構築するよう補助する。
図５を参照すると、上記工作機械の計測校正補償方法において、該ステップ（１）内の該工作機械９の計測校正補償システムは、第２レーザー光源８１と第２干渉フィルタ８２と第２反射鏡８３とからなるレーザー干渉計を更に含み、該第２干渉フィルタ８２は、該第２位置決め基台３の第二ＸＹ平面３１上に設けられ、該第２反射鏡８３が該第２調整ブラケット６に設けられ、該第２調整ブラケット６が該Ｚ軸平行移動ステージ９３に設けられ、該第２レーザー光源８１のレーザー光が該第２干渉フィルタ８２を経由して該第２反射鏡８３に投射することで、これら第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該ワーク固定手段９４の該第二ＸＹ平面３１におけるスペックル位置を検出させる。つまり、該第２反射鏡８３で反射したレーザー光をレーザー干渉計に戻り、該第２反射鏡８３及び該第２干渉フィルタ８２の相対変位距離を測定し、該変位距離を利用して該第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置座標及びスペックル位置データベースを構築するよう補助する。
図６を参照すると、上記工作機械の計測校正補償システムにおいて、第３レーザー光源８４と第３干渉フィルタ８５と第３反射鏡８６と第４反射鏡８７からなるレーザー干渉計を更に含み、該第３干渉フィルタ８５は、該工作機械９のベース９６上に設けられ、該第３反射鏡８６及び第４反射鏡８７が各々該Ｚ軸平行移動ステージ９３の側面（該第３反射鏡８６が４５度の反射鏡）及び該第３調整ブラケット６１（該第４反射鏡８７が平面反射鏡）上に設けられ、該第３調整ブラケット６１が該工具固定手段９５に設けられ、該第３レーザー光源８４のレーザー光が該第３干渉フィルタ８５及び該Ｚ軸平行移動ステージ９３に設けられた第３反射鏡８６を経由して該第３調整ブラケット６１に設けられた該第４反射鏡８７に投射することで、該第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該ワーク固定手段９４の該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置を検出させる。つまり、該第３調整ブラケット６１の該第４反射鏡８７で反射したレーザー光をレーザー干渉計に戻り、該第３調整ブラケット６１の該第４反射鏡８７及び該第３干渉フィルタ８５の相対変位距離を測定し、該変位距離を利用して該第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置座標及びスペックル位置データベースを構築するよう補助する。
図６を参照すると、上記工作機械の計測校正補償方法において、該ステップ（１）内の該工作機械９の計測校正補償システムは、第３レーザー光源８４と第３干渉フィルタ８５と第３反射鏡８６と第４反射鏡８７からなるレーザー干渉計を更に含み、該第３干渉フィルタ８５は、該工作機械９のベース９６上に設けられ、該第３反射鏡８６及び第４反射鏡８７が各々該Ｚ軸平行移動ステージ９３の側面（該第３反射鏡８６が４５度の反射鏡）及び該第３調整ブラケット６１（該第４反射鏡８７が平面反射鏡）上に設けられ、該第３調整ブラケット６１が該工具固定手段９５に設けられ、該第３レーザー光源８４のレーザー光が該第３干渉フィルタ８５及び該Ｚ軸平行移動ステージ９３に設けられた第３反射鏡８６を経由して該第３調整ブラケット６１に設けられた該第４反射鏡８７に投射することで、該第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該ワーク固定手段９４の該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置を検出させる。つまり、該第３調整ブラケット６１の該第４反射鏡８７で反射したレーザー光をレーザー干渉計に戻り、該第３調整ブラケット６１の該第４反射鏡８７及び該第３干渉フィルタ８５の相対変位距離を測定し、該変位距離を利用して該第２スペックルイメージセンサ４が該工作機械９の加工前に該第２ＹＺ平面３２におけるスペックル位置座標及びスペックル位置データベースを構築するよう補助する。
以下に詳述し、図５を参照すると、まずＹ軸のフルストローク変位範囲内に該第２反射鏡８３から該第２干渉フィルタ８２に戻ったレーザー光点を詳細に校正することで、該第２反射鏡８３の移動によりいかなるドリフトがないようにする。その後該Ｙ軸平行移動ステージ９２の変位起点をＺ＝Ｚ２、Ｙ＝Ｙ０のＹ軸初期標線上に位置決めし、更にＹ軸の光学スケールを利用して固定距離（約２０ｕｍ〜１００ｕｍ）で連続してｎ回移動する。毎回変位の位置決めした後、該第２スペックルイメージセンサ４により該第２位置決め基台３の第２ＸＹ平面３１におけるスペックルパターンを取得し、各々計ｎ＋１枚のスペックルパターンを記録し、また該第２レーザー光源８１、該第２干渉フィルタ８２及び該第２反射鏡８３によりこれらスペックルパターンのＹ軸における座標変位量を測定する。次に、Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置のデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０，１，２．．．，ｎ，を構築し、Ｙｃｕｔｔｅｒ，０の座標値はＹ０で、その他のｉ＝１〜ｎのＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ相対変位値が該第２レーザー光源８１、該第２干渉フィルタ８２及び該第２反射鏡８３によって測定して得られるため、スペックル位置のデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０，１，２．．．，ｎ内にｎ＋１個の座標スペックルパターン及び対応する絶対位置決め座標が含まれる。そして図６を参照すると、まずＺ軸のフルストローク変位範囲内に該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７から該第３干渉フィルタ８５に戻った光点を詳細に校正することで、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７の移動によりいかなるドリフトがないようにする。Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベースを構築するため、Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１におけるスペックル位置のデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０，１，２．．．，ｎを利用しなければならない。まず該Ｚ軸平行移動ステージ９３のＹ軸方向におけるスペックル位置を確定してからＺ軸方向のスペックル位置を標定する。以下に詳述し、まず該Ｚ軸平行移動ステージ９３のＹ軸動作始点復帰の操作を行い、スペックル位置のデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０，１，２．．．，ｎを利用して該Ｙ軸平行移動ステージ９２起点（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙ０、Ｚ２）のスペックルパターンを呼び出し、そして該Ｚ軸平行移動ステージ９３を移動し、該Ｚ軸平行移動ステージ９３端面上の第２スペックルイメージセンサ４でキャプチャーしたリアルタイムなスペックルパターンと（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙ０、Ｚ２）のスペックルパターンをＳＩＦＴ照合による位置決め方法を利用して該Ｚ軸平行移動ステージ９３をＹｃｕｔｔｅｒ，０＝Ｙ０の位置（位置決め誤差がシステムの位置決め精度より小さい）に移動することで、該Ｚ軸平行移動ステージ９３のＹ軸動作始点復帰の操作を終える。次に該工具固定手段９５上の第２スペックルイメージセンサ４のスペックルパターンの位置決め点４１をＸ＝０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，０＝Ｙ０、Ｚｃｕｔｔｅｒ，０＝Ｚ０のＺ軸動作始点の位置決め標線上に移し、Ｚ軸の光学スケールを利用して固定距離（約２０〜１００ｕｍ）で連続してｎ回移動する。毎回変位の位置決めした後、該第２スペックルイメージセンサ４によって該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２におけるスペックルパターンを取得し、計ｎ＋１枚のスペックルパターンを取得し、また該第３レーザー光源８４、該第３干渉フィルタ８５、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７によって該等スペックルパターンのＺ軸における座標変位量を測定して得られ、つまり第２ＹＺ平面３２上のＸ＝０、Ｙ＝Ｙｃｕｔｔｅｒ，０＝Ｙ０位置に０本目のＺ軸方向のスペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，０、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０１，２．．．，ｎ，を構築し、Ｙｃｕｔｔｅｒ，０の座標値はＹ０で、Ｚｃｕｔｔｅｒ，０の座標値がＺ０で、その他のｊ＝１，２，３，．．．ｎのＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ相対変位座標値が該第３レーザー光源８４、該第３干渉フィルタ８５、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７によって測定して得られるため、スペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，０、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０１，２．．．，ｎ内にｎ＋１個の座標スペックルパターン及び対応する絶対位置決め座標が含まれる。次に、スペックル位置のデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０，１，２．．．，ｎを利用して該Ｙ軸平行移動ステージ９２の第１位置決め点（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，１、Ｚ２）のスペックルパターンを呼び出し、そして該Ｚ軸平行移動ステージ９３を移動して該Ｚ軸平行移動ステージ９３の端面上の第２スペックルイメージセンサ４でキャプチャーしたリアルタイムなスペックルパターンと（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，１、Ｚ２）のスペックルパターンをＳＩＦＴ照合による位置決め方法を利用して該Ｚ軸平行移動ステージ９３をＹｃｕｔｔｅｒ，１位置（位置決め誤差がシステムの位置決め精度より小さい）に移動する。その後、該工具固定手段９５上の第２スペックルイメージセンサ４のスペックルパターンの位置決め点４１をＸ＝０、Ｙ＝Ｙｃｕｔｔｅｒ，１、Ｚｃｕｔｔｅｒ，０＝Ｚ０のＺ軸動作始点の位置決め標線上に移し、Ｚ軸の光学スケールを利用して固定距離（約２０〜１００ｕｍ）で連続してｎ回移動する。毎回変位の位置決めした後、該第２スペックルイメージセンサ４で該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２におけるスペックルパターンを取得し、計ｎ＋１枚の座標スペックルパターンを記録し、また該第３レーザー光源８４、該第３干渉フィルタ８５、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７によってこれらスペックルパターンのＺ軸における座標変位量を測定して得られ、つまり第２ＹＺ平面３２上のＸ＝０、Ｙ＝Ｙｃｕｔｔｅｒ，１位置に１本目のＺ軸方向のスペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ、１、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０，１，２．．．，ｎを構築し、Ｚｃｕｔｔｅｒ，０の座標値はＺ０で、その他のｊ＝１，２．．．，ｎのＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ相対変位値が該第３レーザー光源８４、該第３干渉フィルタ８５、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７によって測定して得られるため、スペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ、１、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０１，２．．．，ｎ内にｎ＋１個の座標スペックルパターン及び対応する絶対位置決め座標が含まれる。上記ステップを続けて第２ＹＺ平面３２上のＸ＝０、Ｙ＝Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ位置のＺ軸スペックルパターンデータベースを構築する。次に、該Ｙ軸平行移動ステージ９２の第ｉ位置決め点（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）のスペックルパターンを呼び出し、また該Ｚ軸平行移動ステージ９３を移動して該Ｚ軸平行移動ステージ９３の端面上の第２スペックルイメージセンサ４でキャプチャーしたリアルタイムなスペックルパターンと（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）のスペックルパターンをＳＩＦＴ照合による位置決め方法を利用して該Ｚ軸平行移動ステージ９３をＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ位置（位置決め誤差がシステム位置決め精度より小さい）に移す。その後、該工具固定手段９５上の第２スペックルイメージセンサ４のスペックルパターンの位置決め点４１をＸ＝０、Ｙ＝Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，０＝Ｚ０のＺ軸動作始点の位置決め標線上に移し、Ｚ軸の光学スケールを利用して固定距離（約２０〜１００ｕｍ）で連続してｎ回移動する。毎回変位の位置決めした後、該工具固定手段９５に取り付けられた第２スペックルイメージセンサ４で該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２におけるスペックルパターンを取得し、計ｎ＋１枚のスペックルパターンを記録し、また該第３レーザー光源８４、該第３干渉フィルタ８５、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７によってこれらスペックルパターンのＺ軸における座標変位量を測定して得られ、つまり第２ＹＺ平面３２上のＸ＝０、Ｙ＝Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ位置にｉ条目のＺ軸方向スペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０，１，２．．．，ｎを構築し、Ｚｃｕｔｔｅｒ，０の座標値はＺ０で、その他のｊ＝１，２．．．，ｎのＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ相対変位値が該第３レーザー光源８４、該第３干渉フィルタ８５、該第３反射鏡８６及び該第４反射鏡８７によって測定して得られ、最後に該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｉ＝０，１，２．．．，ｎ，ｊ＝０，１，２．．．，ｎの構築を終えることができる。先述したとおり、該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２のリアルタイムなスペックルパターンと該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベースの照合による位置決めで得られた位置決め精度は、各々Ｙ軸の光学スケール及びＺ軸の光学スケールで取得した位置決め精度より優れ、更に重要なことは、該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベースで提供する位置決め精度は、工作機械９の熱膨張によって変更することはない。
図７を参照すると、該第２位置決め基台３の第２ＸＹ平面３１のスペックル位置のデータベース及び該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベースを取りまとめると、該工具固定手段９５の該第２位置決め基台３のスペックル位置を（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｉ＝０，１，２．．．，ｎ，ｊ＝０，１，２．．．，ｎとすることが得られ、Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１のリアルタイムなスペックルパターンと該第２位置決め基台３の第２ＸＹ平面３１のスペックル位置のデータベースを照合した後生じた変位ベクトル（ΔＸ、ΔＹ）Ｚ＝Ｚ２、第２ＸＹ平面は、Ｘｃｕｔｔｅｒの変位量ΔＸ及びＹｃｕｔｔｅｒ，ｉの変位量ΔＹを提供できる。該工具固定手段９５が該Ｚ軸平行移動ステージ９３上に設けられることにより、該Ｙ軸平行移動ステージ９２の位置修正量ΔＹは比較的直接しないため、ΔＸ修正量のみを用いる。ΔＹ誤差値は、比較的直接のＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２の照合による位置決め校正量（ΔＹ、ΔＺ）Ｘ＝０、第２ＹＺ平面を用いる。Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２のリアルタイムなスペックルパターンと該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベースを照合した後生じた変位ベクトル（ΔＹ、ΔＺ）Ｘ＝０、第２ＹＺ平面は、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉの変位量ΔＹ及びＺｃｕｔｔｅｒ，ｊの変位量ΔＺを提供できる。該第２位置決め基台３の第２ＹＺ平面３２を利用して構築した該スペックル位置のデータベースが平面の絶対位置決め方法として用いられるのは、各々Ｘ軸の光学スケール及びＹ軸の光学スケールの読取値を用いて位置決めすることより更に直接し、更に正確する。
図８及び図９を参照すると、本発明の工作機械の計測校正補償方法は、次に詳述し、まずＹ＝０及び第１ＸＺ平面１２の校正補償方法を考慮し、工作機械９の電源投入時先にＹ＝０及び第１ＸＺ平面１２におけるリアルタイムなスペックルパターンを取得し、このリアルタイムなスペックルパターンとスペックルパターンデータベース（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）ｉ＝０，１，２，．．．，ｎ内の全ての座標スペックルパターンをＳＩＦＴ方法により照合すると、リアルタイムなスペックルパターンに最も近い座標スペックルパターン及びそのスペックル位置座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）及び該２つのスペックルパターンの変位情報（ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い、ΔＺｏｂｊｅｃｔ−起点）を得ることができるため、電源投入の起点Ｙ＝０及び第１ＸＺ平面１２のリアルタイムなスペックルパターンの絶対スペックル位置（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ＋ΔＺｏｂｊｅｃｔ−起点）を得ることができ、この位置がつまりＹ＝０及び第１ＸＺ平面１２が電源投入起点時該ワーク固定手段９４のＹ＝０及び第１ＸＺ平面１２における絶対座標である。次に、該ワーク固定手段９４は、プログラムによって起動し始め、光学スケール移動によって該ワーク固定手段９４の変位情報を記録することで、１秒内の該Ｘ軸平行移動ステージ９１上のワーク固定手段９４の変位情報ΔＸ１秒を累積する。１秒校正時間間隔の選択は、工作機械９の熱膨張変化速度及び工作機械９の位置決め精度に伴って変更でき、本実施例が１秒間を工作機械９の熱膨張校正時間間隔とする。１秒後該ワーク固定手段９４のＹ＝０及び該第１ＸＺ平面１２におけるリアルタイムなスペックルパターンを読み取り、１秒内Ｘ軸の光学スケールで累積した変位量ΔＸ１秒を利用してＸ軸起点座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い）を加えると、１秒後Ｘ軸の光学スケールの予測される位置決め座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸ１秒、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ＋ΔＺｏｂｊｅｃｔ−起点）を得ることができ、そしてこの予測位置に最も近いデータベース座標スペックルパターン（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ）を呼び出し、ＳＩＦＴ方法により１秒後のリアルタイムなスペックルパターンと照合して位置決めすると、１秒後のリアルタイムなスペックルパターンの位置決め修正量（ΔＸｏｂｊｅｃｔ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒、ΔＺｏｂｊｅｃｔ−１秒）を得ることができる。該ワーク固定手段９４のＹ＝０及び第１ＸＺ平面１２における１秒後の予測される位置決めスペックル位置は（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−最接近點＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸ１秒、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ＋ΔＺｏｂｊｅｃｔ−起点）とするが、１秒後リアルタイムなスペックルパターンとデータベースのスペックルパターンを照合して位置決めした後の絶対スペックル位置が（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒、０、Ｚｏｂｊｅｃｔ＋ΔＺｏｂｊｅｃｔ−１秒）とするため、該ワーク固定手段９４のＹ＝０及び第１ＸＺ平面１２における動作１秒後の絶対位置決め誤差の校正［（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒）−（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ起点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸ１秒）、（Ｚｏｂｊｅｃｔ＋ΔＺｏｂｊｅｃｔ−１秒）−（Ｚｏｂｊｅｃｔ＋ΔＺｏｂｊｅｃｔ−起点）］を得ることができる。次に、該ワーク固定手段９４のＺ＝Ｚ１及び第１ＸＹ平面１１における校正補償方法を考慮し、工作機械９の電源投入時先にＺ＝Ｚ１及び第１ＸＹ平面１１におけるリアルタイムなスペックルパターンを取得し、このリアルタイムなスペックルパターンとスペックルパターンデータベース（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）ｉ＝０，１，２，．．．，ｎ内の全ての座標スペックルパターンをＳＩＦＴ方法により照合すると、リアルタイムなスペックルパターンに最も近い座標スペックルパターン及びそのスペックル位置座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）及び該２つのスペックルパターンの変位情報（ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い、ΔＹｏｂｊｅｃｔ−起点）を得ることができるため、Ｚ＝Ｚ１及び第１ＸＹ平面１１における電源投入起点のリアルタイムなスペックルパターンの絶対スペックル位置（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−起点に最も近い、Ｙｏｂｊｅｃｔ＋ΔＹｏｂｊｅｃｔ−起点、Ｚ１）を得ることができ、この位置がつまり該ワーク固定手段９４のＺ＝Ｚ１及び第１ＸＹ平面１１における電源投入起点時の絶対座標である。次に、該Ｘ軸平行移動ステージ９１は、プログラムによって起動し始め、Ｘ軸の光学スケール移動記録によって１秒内の該Ｘ軸平行移動ステージ９１上の移動距離ΔＸ１秒を累積する。１秒後該ワーク固定手段９４のＺ＝Ｚ１及び該第１ＸＹ平面１１におけるリアルタイムなスペックルパターンを読み取る。１秒内Ｘ軸の光学スケールで累積した変位量ΔＸ１秒を利用してＸ軸起点座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い）を加えると、１秒後Ｘ軸の光学スケールの予測される位置決め座標（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸ１秒、Ｙｏｂｊｅｃｔ＋ΔＹｏｂｊｅｃｔ−起点、Ｚ1）を得ることができ、そしてこの予測位置に最も近いデータベース座標スペックルパターン（Ｘｏｂｊｅｃｔ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒、Ｙｏｂｊｅｃｔ、Ｚ１）を呼び出し、ＳＩＦＴ方法により１秒後のリアルタイムなスペックルパターンと照合して位置決めすると、１秒後のリアルタイムなスペックルパターンの位置決め修正量（ΔＸｏｂｊｅｃｔ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒、ΔＹｏｂｊｅｃｔ−１秒）を得ることができる。該ワーク固定手段９４のＺ＝Ｚ１及び第１ＸＹ平面１１における予測される位置決めスペックル位置は（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸ１秒、Ｙｏｂｊｅｃｔ＋ΔＹｏｂｊｅｃｔ−起点、Ｚ１）とするが、１秒後リアルタイムなスペックルパターンとデータベースのスペックルパターンを照合して位置決めした後の絶対スペックル位置が（Ｘｏｂｊｅｃｔ−ｉ−理論位置に最も近い−１秒＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ−ｉ−理論位置に最も近い−１秒、Ｙｏｂｊｅｃｔ＋ΔＹｏｂｊｅｃｔ−１秒、Ｚ１）とするため、該ワーク固定手段９４のＺ＝Ｚ１及び該第１ＸＹ平面１１における動作１秒後の絶対位置決め誤差の校正［（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒）−（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸ１秒）、（Ｙｏｂｊｅｃｔ＋ΔＹｏｂｊｅｃｔ−１秒）−（Ｙｏｂｊｅｃｔ＋ΔＹｏｂｊｅｃｔ−起点）］を得ることができる。２つのスペックルパターンの位置決め点２１を取りまとめると、該ワーク固定手段９４が動作１秒後該第１位置決め基台１に対する絶対位置決め誤差の校正量は、［（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒）−（Ｘｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸｏｂｊｅｃｔ，ｉ−始点に最も近い＋ΔＸ１秒），（ΔＹｏｂｊｅｃｔ−１秒−ΔＹｏｂｊｅｃｔ−起点），（ΔＺｏｂｊｅｃｔ−１秒−ΔＺｏｂｊｅｃｔ−起点）］とする。上記方法により、１秒後該ワーク固定手段９４の絶対位置決め誤差の校正量を得た後、この校正量を工作機械９の軸制御システムにフードバックすると、精密にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加工精度を校正できる。
図８及び図９を参照すると、本発明の工作機械の計測校正補償方法は、以下に詳述し、まず該Ｚ軸平行移動ステージ９３のＺ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１における校正補償方法を考慮し、工作機械９の電源投入時先にＺ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１におけるリアルタイムなスペックルパターンを取得し、このリアルタイムなスペックルパターンとスペックルパターンデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０１，２，．．．，ｎ内の全ての座標スペックルパターンをＳＩＦＴ方法により照合すると、リアルタイムなスペックルパターンに最も近い座標スペックルパターン及びそのスペックル位置座標（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い、Ｚ２）及び該２つのスペックルパターンの変位情報（ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点、ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ）を得ることができるため、このリアルタイムなスペックルパターンの該第２位置決め基台３における絶対位置決めスペックル位置（Ｘｃｕｔｔｅｒ＋ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ、Ｚ２）を得ることができ、この位置がつまり該工具固定手段９５のＺ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１の起点における絶対座標である。次に、該Ｚ軸平行移動ステージ９３は、プログラムによって起動し始め、Ｙ軸の光学スケール移動記録によって１秒内の該Ｚ軸平行移動ステージ９３上の移動距離ΔＹ１秒を累積する。１秒後該Ｚ軸平行移動ステージ９３のＺ＝Ｚ２及び該第２ＸＹ平面３１におけるリアルタイムなスペックルパターンを読み取り、１秒内Ｙ軸の光学スケールで累積した変位量ΔＹ１秒を利用してＹ軸起点座標（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ）を加えると、１秒後該工具固定手段９５のＺ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１における予測される位置決め座標（Ｘｃｕｔｔｅｒ＋ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ＋ΔＹ１秒、Ｚ２）を得ることができ、そしてこの予測位置に最も近いデータベース座標スペックルパターン（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒、Ｚ２）を呼び出し、ＳＩＦＴ方法により１秒後のリアルタイムなスペックルパターンと照合して位置決めすると、１秒後のリアルタイムなスペックルパターンの位置決め修正量（ΔＸｃｕｔｔｅｒ−１秒、ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−最接近預測位値−１秒）を得ることができる。１秒後該工具固定手段９５のＺ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１における予測される位置決めスペックル位置は（Ｘｃｕｔｔｅｒ＋ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ＋ΔＹ１秒、Ｚ２）とするが、１秒後リアルタイムなスペックルパターンとデータベースのスペックルパターンを照合して位置決めした後の絶対スペックル位置が（Ｘｃｕｔｔｅｒ＋ΔＸｃｕｔｔｅｒ−１秒、Ｙｃｕｔｔｅｒｔ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒、Ｚ２）とするため、該工具固定手段９５のＺ＝Ｚ２及び該第２ＸＹ平面３１における動作１秒後の絶対位置決め誤差の校正［（ΔＸｃｕｔｔｅｒ−１秒−ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点）、（Ｙｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒）−（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ＋ΔＹ１秒）］を得ることができる。次に、該Ｚ軸平行移動ステージ９３のＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２における校正補償方法を考慮し、該工具固定手段９５の移動はＹ軸及びＺ軸の同期動作の二次元運動であるため、第２ＹＺ平面３２のスペックル座標画像を利用して該工具固定手段９５のＸ＝０及び該第２ＹＺ平面３２におけるリアルタイムなスペックルパターンと照合して位置決めすることで、該工具固定手段９５のリアルタイムな絶対位置決め座標を得ることができる。Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２のリアルタイムなスペックルパターンとデータベースの最も近いスペックル座標画像を迅速に取得して校正・照合・位置決めを行うため、先にＹ軸位置に対しスペックルパターンの絶対位置決めを行ってからＹ軸座標位置と最も近い第２ＹＺ平面３２のＺ軸スペックルパターンデータベースを見つけ出し、このデータベースの全てのスペックル座標画像とＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２で取得したリアルタイムなスペックルパターンをＳＩＦＴ照合方法によりリアルタイムなスペックルパターンの絶対位置決めを行い、以下に詳述する。工作機械９の電源投入時、該工具固定手段９５に設けられたこれら第２スペックルイメージセンサ４は、各々Ｚ＝Ｚ２と第２ＸＹ平面３１、及びＸ＝０と第２ＹＺ平面３２の２つのリアルタイムなスペックルパターンをキャプチャーする。まず、Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１で取得したリアルタイムなスペックルパターンとスペックル位置のデータベース（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚ２）ｉ＝０，１，２，．．．，ｎ内の全ての座標スペックルパターンをＳＩＦＴ照合による位置決め方法により、リアルタイムなスペックルパターンと最も近い座標スペックルパターン及びそのスペックル位置座標（Ｘｃｕｔｔｅｒ、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い、Ｚ２）及びこの２つのスペックルパターンの変位量（ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点、ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ）を得ることができる。Ｙ軸の位置決め情報（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い）を得た後、直ちにＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２のスペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｉ＝０，１，２，．．．，ｎ，ｊ＝０，１，２，．．．，ｎ内の（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０，１，２，．．．，ｎデータベース内のスペックルパターンを呼び出し、Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２で取得したリアルタイムなスペックルパターンとスペックル位置のデータベース（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ）ｊ＝０，１，２，．．．，ｎ内の全てのスペックルパターンをＳＩＦＴ照合による位置決め方法により、このリアルタイムなスペックルパターンに最も近い座標スペックルパターン及びそのスペックル位置座標（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い）及びこの２つのスペックルパターンの変位量（ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ、ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い）を得ることができる。理論上、Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１のリアルタイムなスペックルのＹ軸方向に校正する誤差ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹとＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２のリアルタイムなスペックルのＹ軸方向に校正する誤差ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺの両者は同じ（或いはシステムの位置決め精度より小さい）であり、両者に顕著な差がある場合、２つの修正量の平均値（ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＝０．５×（ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ））を用いることができる。上記ステップから電源投入時Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２におけるリアルタイムなスペックルパターンが第２ＹＺ平面３２に位置決めする絶対位置決め座標（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い）を取得できる。次に、該工具固定手段９５及び該Ｚ軸平行移動ステージ９３は、プログラムによって起動し始め、Ｙ軸の光学スケール及びＺ軸の光学スケール移動の各々記録によって１秒内の該Ｚ軸平行移動ステージ９３上の移動距離ΔＹ１秒及び該工具固定手段９５の移動距離ΔＺ１秒を累積する。１秒後各々Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１のリアルタイムなスペックルパターン及びＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２のリアルタイムなスペックルパターンを読み取り、Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２において、１秒内Ｚ軸の光学スケールで累積した変位量ΔＺ１秒を利用してＺ軸起点座標（Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い）を加えると、１秒後Ｚ軸の光学スケールの予測される位置決め座標（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ＋ΔＹ１秒、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺ１秒）を得ることができ、この予測位置に最も近いスペックルパターン（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒、Ｚｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒）を呼び出し、ＳＩＦＴ方法により１秒後Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２におけるリアルタイムなスペックルパターンと照合して位置決めすると、１秒後のリアルタイムなスペックルパターンの位置決め修正量（ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−予測位置に最も近い−１秒−ＹＺ、ΔＺｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒）を得ることができる。１秒後該工具固定手段９５の予測される位置決めスペックル位置は（０、Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ＋ΔＹ１秒、Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺ１秒）とするが、１秒後リアルタイムなスペックルパターンとスペックル位置データベースのパターンを照合して位置決めした後の絶対座標が（０、Ｙｃｕｔｔｅｒｔ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒−ＹＺ、Ｚｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒）とするため、Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２において、Ｚ軸の光学スケール動作１秒後絶対位置決め誤差の校正［（Ｙｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒−ＹＺ）−（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ＋ΔＹ１秒）、（Ｚｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒）−（Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺ１秒）］を得ることがで

きる。理論上、Ｚ＝Ｚ２及び第２ＸＹ平面３１の１秒後リアルタイムなスペックルパターンのＹ軸方向に校正する誤差［（Ｙｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒−ＸＹ）−（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＸＹ＋ΔＹ１秒）］とＸ＝０及び第２ＹＺ平面３２の１秒後リアルタイムなスペックルパターンのＹ軸方向に校正する誤差［（Ｙｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒−ＹＺ）−（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ＋ΔＹ１秒）］の両者は同じ（或いはシステムの位置決め精度より小さい）であるはずで、両者に顕著な差がある場合、Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２の誤差校正値［（Ｙｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−ｉ−予測位置に最も近い−１秒−ＹＺ）−（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い−ＹＺ＋ΔＹ１秒）］を用いることができる。上記ステップから１秒後Ｘ＝０及び第２ＹＺ平面３２におけるリアルタイムなスペックルパターンが第２ＹＺ平面３２に位置決めする絶対位置決め座標（０、Ｙｃｕｔｔｅｒｔ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒−ＹＺ、Ｚｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒）を取得できる。該工具固定手段９５のスペックルパターンの位置決め点４１及び該Ｚ軸平行移動ステージ９３のスペックルパターンの位置決め点４１を取りまとめると、該工具固定手段９５が動作１秒後該第２位置決め基台３に対する絶対位置決め誤差の校正量は、［（ΔＸｃｕｔｔｅｒ−１秒−ΔＸｃｕｔｔｅｒ−起点）、（Ｙｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ−予測位置に最も近い−１秒−）−（Ｙｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹｃｕｔｔｅｒ，ｉ−起点に最も近い＋ΔＹ１秒）、（Ｚｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ−ｊ−予測位置に最も近い−１秒）−（Ｚｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺｃｕｔｔｅｒ，ｊ−起点に最も近い＋ΔＺ１秒）とする。上記方法により、１秒後該工具固定手段９５の絶対位置決め誤差の校正量を得た後、この校正量を工作機械９の軸制御システムにフードバックすると、精密にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加工精度を校正できる。
一般的な多軸工作機械の平行移動ステージは、ベース上に取り付けられ、また平行移動ステージ上に光学スケール、ワーク固定手段及び工具固定手段を取り付ける。工作機械の熱膨張により工作機械上の各軸平行移動ステージが相対的な熱ドリフト誤差量を発生し、この熱ドリフト誤差量が光学スケール校正を経由して読み出すことができないため、ワーク固定手段及び工具固定手段は工作機械の熱膨張により校正できない相対的な熱ドリフト誤差量を発生し、加工精度に著しく影響を及ぼす。しかしながら、本発明は、多軸工作機械上に低膨張係数の位置決め基台を組み入れ、位置決め基台自体の低熱変形特性及び良好な安定性・剛性を利用して温度変化に伴わない校正補償システムを提供する。このほかに、本発明はワーク固定手段及び工具固定手段の該校正補償システムにおける絶対位置決め座標をリアルタイムで読み取ることで、工作機械の軸制御ユニットにフィードバックして精密加工を行う。
現在の熱変形補償技術は、まず工作機械の温度変化を測定してから工作機械の熱変形量を算出する。本発明は、直接正確に工作機械各軸の熱膨張量を測定し、工作機械各軸の絶対位置決め座標をリアルタイムで校正でき、多軸の同期動作の位置決め精度が工作機械の熱膨張により低下させないようにする。本発明は、総合加工機、旋盤／フライス盤複合機及び多軸工作機械の位置決め精度を現在の１５〜２０ｕｍから１〜５ｕｍに精密させることで、工作機械の加工品質を向上できる。
発明の詳細な説明の項においてなされた好ましい実施例は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではないことは当業者にとって明白だろう。当該実施例との等価構造変化及び置換は、いずれも本発明の範疇内にカバーする。よって本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で特定するものに準じる。
１ 第１位置決め基台
１１ 第１ＸＹ平面
１２ 第１ＸＺ平面
２ 第１スペックルイメージセンサ
２１ スペックルパターンの位置決め点
３ 第２位置決め基台
３１ 第２ＸＹ平面
３２ 第２ＹＺ平面
４ 第２スペックルイメージセンサ
４１ スペックルパターンの位置決め点
５ 第１調整ブラケット
６ 第２調整ブラケット
６１ 第３調整ブラケット
７１ 第１レーザー光源
７２ 第１干渉フィルタ
７３ 第１反射鏡
８１ 第２レーザー光源
８２ 第２干渉フィルタ
８３ 第２反射鏡
８４ 第３レーザー光源
８５ 第３干渉フィルタ
８６ 第３反射鏡
８７ 第４反射鏡
９ 工作機械
９１ Ｘ軸平行移動ステージ
９２ Ｙ軸平行移動ステージ
９３ Ｚ軸平行移動ステージ
９４ ワーク固定手段
９５ 工具固定手段
９６ ベース

Claims (2)

  1. 工作機械の計測校正補償システムであって、
    第１ＸＹ平面と第１ＸＺ平面とを備え、前記工作機械のベースに設けられ、且つ前記工作機械の前記ベースに設けられたＸ軸平行移動ステージの近傍に位置し、その素材がゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とする第１位置決め基台と、
    前記工作機械のワーク固定手段に設けられ、前記ワーク固定手段は前記Ｘ軸平行移動ステージ上においてＸ軸に沿って平行移動し、前記作機械の加工前及び加工時、これら第１スペックルイメージセンサがＸ軸に沿って前記ワーク固定手段の前記第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を各々検出し、前記ワーク固定手段の前記第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１ＸＺ平面におけるスペックル位置の前記工作機械加工前及び加工時の差異は前記ワーク固定手段の前記工作機械加工時における位置を補正する、不変形スペックル読取ヘッドとしての２つの第１スペックルイメージセンサと、
    第２ＸＹ平面と第２ＹＺ平面とを備え、前記工作機械のベースに設けられ、且つ前記工作機械の該ベースに設けられたＹ軸平行移動ステージ及び前記Ｙ軸平行移動ステージ上においてＹ軸に沿って平行移動するＺ軸平行移動ステージの近傍に位置し、その素材がゼロ膨張ガラス、不変鋼或いは花崗岩とするが第２位置決め基台と、
    前記工作機械の工具固定手段及びＺ軸平行移動ステージに設けられ、前記工具固定手段は前記Ｚ軸平行移動ステージ上においてＺ軸に沿って平行移動し、前記工作機械の加工前及び加工時、前記第２スペックルイメージセンサがＹ軸に沿って前記工具固定手段の前記第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿って前記工具固定手段の前記第２ＹＺ平面におけるスペックル位置を各々検出し、前記工具固定手段の前記第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第２ＹＺ平面におけるスペックル位置の前記工作機械加工前及び加工時での差異は前記工具固定手段の前記工作機械加工時における位置を補正するために用いられる、不変形スペックル読取ヘッドとしての２つの第２スペックルイメージセンサと、を含み、
    第１調整ブラケットと第２調整ブラケットと第３調整ブラケットとを更に含み、前記第１スペックルイメージセンサは、前記第１調整ブラケットを通じて前記工作機械のワーク固定手段に設けられ、前記第２スペックルイメージセンサが各々前記第２調整ブラケット及び前記第３調整ブラケットを通じて前記工作機械のＺ軸平行移動ステージ及び工具固定手段が設けられており、
    第１レーザー光源と第１干渉フィルタと第１反射鏡とを更に含み、前記第１干渉フィルタは、前記第１位置決め基台に設けられ、前記第１反射鏡が前記第１調整ブラケットに設けられ、前記第１レーザー光源のレーザー光が前記第１干渉フィルタを経由して前記第１反射鏡に投射することで、前記第１スペックルイメージセンサが前記工作機械の加工前に前記ワーク固定手段の前記第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出させ、
    第２レーザー光源と第２干渉フィルタと第２反射鏡とを更に含み、前記第２干渉フィルタは、前記第２位置決め基台に設けられ、前記第２反射鏡が前記第２調整ブラケットに設けられ、前記第２調整ブラケットが前記Ｚ軸平行移動ステージに設けられ、前記第２レーザー光源のレーザー光が前記第２干渉フィルタを経由して前記第２反射鏡に投射することで、前記第２スペックルイメージセンサが前記工作機械の加工前に前記工具固定手段の前記第２ＸＹ平面におけるスペックル位置を検出させ、かつ
    第３レーザー光源と第３干渉フィルタと第３反射鏡と第４反射鏡とを更に含み、前記第３干渉フィルタは、前記工作機械のベースに設けられ、前記第３反射鏡及び前記第４反射鏡が各々前記Ｚ軸平行移動ステージ及び前記第３調整ブラケットに設けられ、前記第３調整ブラケットが前記工具固定手段に設けられ、前記第３レーザー光源のレーザー光が前記第３干渉フィルタ及び前記Ｚ軸平行移動ステージに設けられた第３反射鏡を経由して前記第３調整ブラケットに設けられた第４反射鏡に投射することで、前記第２スペックルイメージセンサが前記工作機械加工前に前記工具固定手段の前記第２ＹＺ平面上のスペックル位置を検出させることを特徴とする工作機械の計測校正補償システム。
  2. 工作機械の計測校正補償方法であって、
    前記工作機械の加工前、請求項１に記載の工作機械の計測校正補償システムを利用して、前記工作機械のワーク固定手段のＸ軸に沿う前記第１位置決め基台の第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１位置決め基台の第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出し、並びに前記工作機械の工具固定手段のＹ軸に沿う前記第２位置決め基台の第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿って前記第２位置決め基台の第２ＹＺ平面上におけるスペックル位置を検出するステップ（１）と、
    前記工作機械の加工時、請求項１に記載の工作機械の計測校正補償システムを利用して、前記工作機械のワーク固定手段のＸ軸に沿う前記第１位置決め基台の第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１位置決め基台の第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出し、並びに前記工作機械の工具固定手段のＹ軸に沿う前記第２位置決め基台の第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及びＹＺ平面に沿う前記第２位置決め基台の第２ＹＺ平面におけるスペックル位置を検出するステップ（２）と、
    前記ワーク固定手段を利用して、前記第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１ＸＺ平面におけるスペックル位置の前記工作機械加工前及び加工時での差異を利用して前記ワーク固定手段の前記工作機械加工時における位置を補正し、並びに前記工具固定手段を利用して前記第２ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第２ＹＺ平面におけるスペックル位置の前記工作機械加工前及び加工時での差異を利用して前記工具固定手段の前記工作機械加工時における位置を補正するステップ（３）と、を含み、
    前記工作機械の計測校正補償システムは、第１調整ブラケットと第２調整ブラケットと第３調整ブラケットとを更に含み、前記第１スペックルイメージセンサは、前記第１調整ブラケットを通じて前記工作機械のワーク固定手段に設けられ、前記第２スペックルイメージセンサが各々前記第２調整ブラケット及び前記第３調整ブラケットを通じて前記工作機械のＺ軸平行移動ステージ及び工具固定手段が設けられており、
    前記ステップ（１）において、前記工作機械の計測校正補償システムは、第１レーザー光源と第１干渉フィルタと第１反射鏡とを更に含み、前記第１干渉フィルタは、前記第１位置決め基台に設けられ、前記第１反射鏡が前記第１調整ブラケットに設けられ、前記第１レーザー光源のレーザー光が前記第１干渉フィルタを経由して前記第１反射鏡に投射することで、前記第１スペックルイメージセンサが前記工作機械の加工前に前記ワーク固定手段の前記第１ＸＹ平面におけるスペックル位置及び前記第１ＸＺ平面におけるスペックル位置を検出させ、
    前記ステップ（１）において、前記工作機械の計測校正補償システムは、第２レーザー光源と第２干渉フィルタと第２反射鏡とを更に含み、前記第２干渉フィルタは、前記第２位置決め基台に設けられ、前記第２反射鏡が前記第２調整ブラケットに設けられ、前記第２調整ブラケットが前記Ｚ軸平行移動ステージに設けられ、前記第２レーザー光源のレーザー光が前記第２干渉フィルタを経由して前記第２反射鏡に投射することで、前記第２スペックルイメージセンサが前記工作機械の加工前に前記工具固定手段の前記第２ＸＹ平面におけるスペックル位置を検出させ、かつ
    前記ステップ（１）において、前記工作機械の計測校正補償システムは、第３レーザー光源と第３干渉フィルタと第３反射鏡と第４反射鏡とを更に含み、前記第３干渉フィルタは、前記工作機械のベースに設けられ、前記第３反射鏡及び前記第４反射鏡が各々前記Ｚ軸平行移動ステージ及び前記第３調整ブラケットに設けられ、前記第３調整ブラケットが前記工具固定手段に設けられ、前記第３レーザー光源のレーザー光が前記第３干渉フィルタ及び前記Ｚ軸平行移動ステージに設けられた第３反射鏡を経由して前記第３調整ブラケットに設けられた第４反射鏡に投射することで、前記第２スペックルイメージセンサが前記工作機械加工前に前記工具固定手段の前記第２ＹＺ平面上のスペックル位置を検出させることを特徴とする工作機械の計測校正補償方法。
JP2016255329A 2016-12-22 2016-12-28 工作機械の計測校正補償システム及び方法 Active JP6333352B1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/388,496 US10189133B2 (en) 2016-12-22 2016-12-22 Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool
EP16206069.3A EP3338946B1 (en) 2016-12-22 2016-12-22 Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool
JP2016255329A JP6333352B1 (ja) 2016-12-22 2016-12-28 工作機械の計測校正補償システム及び方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/388,496 US10189133B2 (en) 2016-12-22 2016-12-22 Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool
EP16206069.3A EP3338946B1 (en) 2016-12-22 2016-12-22 Measurement, calibration and compensation system and method for machine tool
JP2016255329A JP6333352B1 (ja) 2016-12-22 2016-12-28 工作機械の計測校正補償システム及び方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6333352B1 true JP6333352B1 (ja) 2018-05-30
JP2018106604A JP2018106604A (ja) 2018-07-05

Family

ID=91075214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016255329A Active JP6333352B1 (ja) 2016-12-22 2016-12-28 工作機械の計測校正補償システム及び方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10189133B2 (ja)
EP (1) EP3338946B1 (ja)
JP (1) JP6333352B1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109283890A (zh) * 2018-11-20 2019-01-29 陕西海力特精密机械有限公司 数控机床托板热误差自动补偿装置
CN117518982A (zh) * 2023-11-14 2024-02-06 盐城市恒帅机械有限公司 一种提高机床加工精度的方法及系统

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201413991D0 (en) 2014-08-07 2014-09-24 Ubisense Ltd Tool tracking
US10845192B2 (en) * 2017-09-13 2020-11-24 Shawn Thomas Lause Machine tool test fixture
WO2019084948A1 (zh) * 2017-11-06 2019-05-09 大连理工大学 一种卧式数控车床的主轴径向热漂移误差建模及补偿方法
GB201800534D0 (en) 2018-01-12 2018-02-28 Ubisense Ltd Tool tracking
CN108692695A (zh) * 2018-07-16 2018-10-23 东莞市南部佳永电子有限公司 全方位检测的刮刀检测设备
CN108955553B (zh) * 2018-07-26 2023-06-06 苏州科技大学 基于激光数字散斑干涉定位的多点应变测量装置和方法
CN108908337B (zh) * 2018-07-26 2023-05-05 苏州科技大学 基于数字散斑干涉的机械手重复定位精度测量装置和方法
EP3611466B1 (en) * 2018-08-16 2021-03-31 National Chung Shan Institute of Science and Technology Laser speckle rotational and strain encoders used for precise positioning of robots with articulated arms
WO2020041955A1 (zh) * 2018-08-28 2020-03-05 大连理工大学 一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法
CN109333162B (zh) * 2018-11-30 2023-07-04 华中科技大学 一种高速切削变形场的在线测量系统及其方法
CN109765845A (zh) * 2019-03-07 2019-05-17 台州稳迅自动化设备有限公司 一种数控切割机工件自动校准精准控制系统
CN110293431B (zh) * 2019-06-24 2020-08-28 中国航发动力股份有限公司 一种五轴机床零点标定方法及装夹装置
CN110440690B (zh) * 2019-07-30 2020-11-17 华中科技大学 一种用于单点金刚石车床直线轴误差测量的装置及方法
US11442427B2 (en) * 2019-12-25 2022-09-13 National Chung-Shan Institute Of Science And Technology Multiaxis machining device and compensation method thereof
CN111336899B (zh) * 2020-03-13 2021-08-06 清华大学 机床主轴头姿态角多值测量量具及测量方法
DE102020204232B4 (de) * 2020-04-01 2023-05-17 P&L Gmbh & Co. Kg Werkzeugmaschine mit hochgenauer Bearbeitungsmöglichkeit und Verfahren zum Betreiben
DE102020120887B4 (de) * 2020-08-07 2022-05-12 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum erfassen einer einhängeposition eines auflagestegs und flachbettwerkzeugmaschine
JP2022049546A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 株式会社小松製作所 制御装置、産業機械及び制御方法
CN112902848B (zh) * 2021-01-19 2022-08-26 重庆理工大学 三轴数控机床的z向线性位移与误差测量方法及系统
CN113297761B (zh) * 2021-05-21 2023-06-27 武汉武重机床有限公司 一种数控机床热变形测试补偿方法
CN113770807B (zh) * 2021-09-03 2023-03-14 西安交通大学 一种数控机床热误差测量用传感器固定装置
CN116197735A (zh) * 2021-11-30 2023-06-02 昆山意步智能科技有限公司 一种新型智能机床加工系统
CN114964578B (zh) * 2022-07-27 2022-11-15 华能(浙江)能源开发有限公司玉环分公司 基于数字散斑的水冷壁在线应力监测方法及装置
CN116652696B (zh) * 2023-07-28 2023-11-10 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种柔性线加工中心定位精度快速检测装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05269651A (ja) * 1992-03-23 1993-10-19 Seibu Electric & Mach Co Ltd Ｎｃ工作機械における刃先の経時変位補正装置
JP2007198979A (ja) * 2006-01-27 2007-08-09 Ministry Of National Defense Chung Shan Inst Of Science & Technology スペックル捕獲デバイス、光学式マウス及びスペックル捕獲方法
US20080088853A1 (en) * 2005-12-15 2008-04-17 Chung Shan Institute Of Science And Technology Image invariant optical speckle capturing device and method
JP2010117253A (ja) * 2008-11-13 2010-05-27 Chung-Shan Inst Of Science & Technology Armaments Bureau Ministry Of National Defense 画像不変光斑点の捕獲装置と方法
JP2011117917A (ja) * 2009-12-03 2011-06-16 Ministry Of National Defense Chung Shan Inst Of Science & Technology スペックルの定位方法およびその定位系統
JP2016122283A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 國家中山科學研究院 迅速なサブピクセル絶対位置決めの装置及び方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6642506B1 (en) * 2000-06-01 2003-11-04 Mitutoyo Corporation Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities
JP4950108B2 (ja) * 2008-03-27 2012-06-13 株式会社森精機製作所 工作機械の位置補正方法及びその装置
US8330721B2 (en) * 2009-02-19 2012-12-11 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optical navigation device with phase grating for beam steering
KR101533303B1 (ko) * 2011-11-16 2015-07-02 무라다기카이가부시끼가이샤 공작 기계
US8605294B2 (en) * 2012-03-09 2013-12-10 Chung-Shan Institute of Science and Technology, Armaments, Bureau, Ministry of National Defense Actuating apparatus, actuating system and method for actuating a working stage to move relative to a platform with high-precision positioning capability
US9671218B2 (en) * 2014-12-22 2017-06-06 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Device and method of quick subpixel absolute positioning

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05269651A (ja) * 1992-03-23 1993-10-19 Seibu Electric & Mach Co Ltd Ｎｃ工作機械における刃先の経時変位補正装置
US20080088853A1 (en) * 2005-12-15 2008-04-17 Chung Shan Institute Of Science And Technology Image invariant optical speckle capturing device and method
JP2007198979A (ja) * 2006-01-27 2007-08-09 Ministry Of National Defense Chung Shan Inst Of Science & Technology スペックル捕獲デバイス、光学式マウス及びスペックル捕獲方法
JP2010117253A (ja) * 2008-11-13 2010-05-27 Chung-Shan Inst Of Science & Technology Armaments Bureau Ministry Of National Defense 画像不変光斑点の捕獲装置と方法
JP2011117917A (ja) * 2009-12-03 2011-06-16 Ministry Of National Defense Chung Shan Inst Of Science & Technology スペックルの定位方法およびその定位系統
JP2016122283A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 國家中山科學研究院 迅速なサブピクセル絶対位置決めの装置及び方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109283890A (zh) * 2018-11-20 2019-01-29 陕西海力特精密机械有限公司 数控机床托板热误差自动补偿装置
CN109283890B (zh) * 2018-11-20 2023-11-03 东莞市义信精密模具科技有限公司 数控机床托板热误差自动补偿装置
CN117518982A (zh) * 2023-11-14 2024-02-06 盐城市恒帅机械有限公司 一种提高机床加工精度的方法及系统
CN117518982B (zh) * 2023-11-14 2024-04-19 盐城市恒帅机械有限公司 一种提高机床加工精度的方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018106604A (ja) 2018-07-05
US10189133B2 (en) 2019-01-29
US20180178339A1 (en) 2018-06-28
EP3338946A1 (en) 2018-06-27
EP3338946B1 (en) 2019-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6333352B1 (ja) 工作機械の計測校正補償システム及び方法
CN109341546B (zh) 一种点激光位移传感器在任意安装位姿下的光束标定方法
CN108801146A (zh) 一种机床五自由度误差测量装置及误差模型建立方法
CN104391366A (zh) 一种太赫兹波段离轴三反射镜系统及其装调方法
JP6747151B2 (ja) 追尾式レーザ干渉計による位置決め機械の検査方法及び装置
Saadat et al. Measurement systems for large aerospace components
CN106825639B (zh) 基于几何误差补偿和测距调整提高车床加工精度的方法
CN208720994U (zh) 一种机床五自由度误差测量装置
TWI633522B (zh) Measuring and correcting compensation system and method for machine tool
Kidani et al. Design and analysis of a built-in yaw measurement system using dual linear scales for automatic machine tool error compensation
CN113091653B (zh) 基于五棱镜测量直线导轨角自由度误差的装置及方法
TWI717162B (zh) 一種多軸加工裝置及其補償方法
CN113916128A (zh) 一种基于光笔式视觉测量系统的提高精度的方法
US20230194240A1 (en) Coordinate measuring system
KR101373139B1 (ko) 레이저 간섭계를 이용한 직각도 측정 방법
JP3394972B2 (ja) 自動工作機械
Larue et al. How optical CMMs and 3D scanning will revolutionize the 3D metrology world
Fang et al. Simultaneous calibration of probe parameters and location errors of rotary axes on multi-axis CNC machines by using a sphere
JP6474587B2 (ja) 測定値補正方法、測定値補正プログラム及び測定装置
JP2007327754A (ja) 被加工物の真直度測定方法およびワークの平面研削方法
Icasio-Hernández et al. Calibration of endoscopic systems coupled to a camera and a structured light source
JP6830997B1 (ja) 多軸加工装置及びその補償方法
Liu et al. A line measurement method for geometric error measurement of the vertical machining center
JP6405195B2 (ja) 測定値補正方法、測定値補正プログラム及び測定装置
WO2023236298A1 (zh) 六自由度位移测量方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180410

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180424

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6333352

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250