JP6622216B2 - 測定プローブの較正 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械などの位置決定装置で使用されるプローブの較正に関する。

工作機械における測定のためにプローブを使用することが知られている。プローブは、接触タイプのプローブ、たとえば、測定されるべきワークピースまたは設定されるべき工具と接触したときにトリガー信号を発信するタッチトリガープローブ（touch trigger probes）であり得る。トリガー信号が発信すると、工作機械のスケールまたは他の位置変換器（position transducers）から読取り値が取得される。

以下のように２つのタイプの工作機械プローブが区別され得る。

・１つのタイプは、機械加工の前のワークピース設定または機械加工の後もしくは間の検査のためにワークピースを測定するのに使用されるプローブを含む。たとえば、プローブを、フライス盤またはマシニングセンタのような工作機械の可動スピンドルに取り付け得る（ワークピース検知スピンドルプローブ）。それは、スピンドルを動かすことによってワークピースと検知関係（sensing relationship）にされる。

・もう１つのタイプのプローブは、切削工具を設定するために使用される（工具設定プローブ）。たとえば、工具設定プローブを、フライス盤またはマシニングセンタのテーブル上に取り付け得る。可動スピンドルに取り付けられた切削工具は、それを工具設定プローブと検知関係にすることによって設定される。

工作機械には、各タイプのプローブのいずれかが装着され得る。

どちらのタイプのプローブも、使用前の較正、および使用中の間隔を置いた定期的な再較正を必要とする。これは、工作機械の座標系におけるデータム位置またはオフセットを決定することを伴い得る。

従来技術では、既知の予め較正されたサイズ、形状、形態などのアーチファクトに対してプローブを較正することが知られている。そのようなアーチファクトは、球体、リングゲージ、または機械加工された穴などの既知の半径または直径を有するもの、および、既知の長さの較正された棒ゲージ、ブロックゲージ、切削工具などの既知の長さを有するものを含む。そのようなアーチファクトは、アーチファクトと較正されるプローブとの間の相対移動を可能にする工作機械上の位置に取り付けられる。

たとえば、工作機械の可動スピンドルに取り付けられたワークピース検知プローブを較正するために、従来技術では、機械テーブルに対して固定された球体またはリングゲージなどの予め較正されたアーチファクトと検知関係になるようにプローブを動かすことが知られている。これは、プローブが機械テーブルに対して移動され、したがってそれは機械テーブルに対して較正されなければならないからである。

逆に、工具設定プローブを較正するために、スピンドルに対して固定された関係で、既知の長さの棒ゲージまたは切削工具などの予め較正されたアーチファクトをスピンドルに取り付けることが知られており、これは、工具設定プローブがスピンドルの位置に対して較正されるからである。予め較正されたアーチファクトの長さは、典型的には、たとえばスピンドルのノーズと一致し得るゲージラインに対するものであることが知られている。スピンドルは、Ｚ軸方向に移動されて、アーチファクトを工具設定プローブと検知関係にする。

接触タイプのプローブは、スタイラス先端部を有する撓み可能なスタイラスを有することができ、スタイラス先端部は、測定されるべきワークピースに接触するかまたは設定されるべき切削工具に接触する。スタイラス先端部は、球、または（特に工具設定のために）円筒、円板、立方体などの形状であり得る。上記のような予め較正されたアーチファクトを使用してデータム位置を決定することに加えて、そのような予め較正されたアーチファクトを使用して、そうしたスタイタス先端部のサイズ（たとえば、半径または直径）を較正することも知られている。スタイラス先端部品は公称サイズで供給され得るが、実際のサイズはオンマシン較正によって決定される。より一般的には、実際のスタイラス先端部サイズが供給されたときに精密に知られていても、その実際のサイズと異なるスタイラス先端部の有効なサイズ寸法（たとえば、半径または直径）を較正で決定することができる。タッチトリガープローブでは、プローブのいわゆる「予備移動（pre-travel）」を較正で打ち消すために、有効サイズは典型的にはスタイラス先端部の実際のサイズよりも小さい。予備移動は、ワークピースまたは切削工具との実際の接触の瞬間とプローブがトリガー信号を発信する時間との間の固定された時間遅延において移動される一定の距離である。

工作機械製造者のＨａａｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｉｎｃは、上述されたように、スピンドルに取り付けた既知の長さの棒ゲージまたは切削工具などの予め較正されたアーチファクトを使用して、まず工具設定プローブをＺ軸方向に較正する較正の方法を使用していると考えられる。これにより、工具設定プローブのＺ軸データム位置が設定される。次いで、スピンドルに取り付けられたワークピース測定プローブの有効Ｚ軸長が、較正された工具設定プローブのスタイラス先端部の上部に対してそれをタッチさせることによって較正される。スピンドルに取り付けられたプローブの長さは、工具設定プローブのトリガー信号から決定される。

予め較正されたアーチファクトを使用する較正のそのような既知の方法は、かなり複雑であり、注意を要する手動手順を採用し、たとえば、ピックテスターなどの手動測定工具を使用してアーチファクトを設定し、スピンドルの回転の軸に対する関係を決定するなどする必要があり得る。したがって、既知の方法は、熟練した人材を必要とし、かなりの時間（たとえば３０分）がかかり、その期間は工作機械が非生産的となる。これらの理由により、実際には、較正がうまく行われず、および／または定期的な間隔での再較正が蔑ろにされることがよくある。この結果、測定精度が低くなり、機械加工されたワークピースの品質が低くなる。

本発明は、工作機械などの位置決定装置においてプローブを較正またはデータミングする様々な方法を提供し、装置は、互いに対して可動である第１の部品および第２の部品と、第１の部品に取付け可能な工具設定プローブと、第２の部品に取付け可能なワークピース検知プローブとを含む。

本発明による第１の係る方法では、工具設定プローブは、工具設定プローブとワークピース検知プローブとの間の相対移動から較正またはデータミングされる。相対移動により、ワークピース検知プローブを工具設定プローブと検知関係になるようにし、ワークピース検知プローブが工具設定プローブとの検知関係に達したときに、工具設定プローブに対する較正またはデータム値が取得される。ワークピース検知プローブの寸法またはサイズが、そのように工具設定プローブを較正またはデータミングするために使用され得る。それは、（たとえばスピンドル上の）第２の部品上のゲージラインに対する既知の長さを有する棒ゲージまたは切削工具などの予め較正されたアーチファクトの従来技術での使用とは区別することができる。ワークピース検知プローブの寸法またはサイズは任意であってよい。

この第１の方法では、プローブは、たとえば、撓み可能なワークピース接触または工具接触スタイラスを有する、接触プローブとすることができる。検知関係は、それらの間の接触とすることができる。相対移動は、ワークピース検知プローブが取り付けられた装置の工具ホルダーまたはスピンドルの軸方向（またはＺ軸方向）とすることができる。

本発明による第２の係る方法では、工具設定プローブの部分または特徴部（feature）が、予め較正されたサイズまたは寸法を有し、ワークピース検知プローブが、たとえばプローブ間のそれらを検知関係にする相対移動によって、予め較正されたサイズまたは寸法に対して較正またはデータミングされる。予め較正されたサイズまたは寸法を有する部分または特徴部は、工具設定プローブの可動部品上にあり得る。それは、工作機械のベッドまたはテーブル上に取り付けられた既知のサイズの球体またはリングゲージなどの予め較正されたアーチファクトの従来技術での使用とは区別することができる。

この第２の方法では、工具設定プローブは、接触プローブとすることができ、予め較正されたサイズまたは寸法を有する部分または特徴部は、プローブの撓み可能なスタイラス上にあり得る。ワークピース検知プローブは、やはり、たとえば撓み可能なワークピース接触スタイラスを有する、接触プローブとすることができる。検知関係は、それらの間の接触とすることができる。相対移動は、ワークピース検知プローブが取り付けられた装置の工具ホルダーまたはスピンドルに対して横の一方向または両方向とすることができる。

本発明による第３の係る方法では、ワークピース検知プローブと工具設定プローブは、それぞれが互いに対して較正またはデータミングされる。一方のプローブの部分または特徴部が、予め較正されたサイズまたは寸法を有することができ、他方のプローブは、たとえばプローブ間のそれらを検知関係にする相対移動によって、その予め較正されたサイズまたは寸法に対して較正またはデータミングされる。予め較正されたサイズまたは寸法を有する部分または特徴部は、該当するプローブの可動部品上にあり得る。この第３の方法は、第１の方法および第２の方法のいずれかまたは両方からの好ましい特徴をさらに含んでよい。

本発明はまた、工作機械制御装置で実行されると、上記の方法のいずれかを実施するように構成されたソフトウェアプログラムを提供する。それはまた、係る方法を実施するように構成された工作機械および工作機械制御装置を提供する。

ここで、好ましい本発明の実施形態が添付の図面を参照して説明される。
工作機械の作動部品を概略的に示す図である。 本発明による好ましい方法のステップを実行している、図１の工作機械におけるプローブを示す図である。 本発明による好ましい方法のステップを実行している、図１の工作機械におけるプローブを示す図である。 本発明による好ましい方法のステップを実行している、図１の工作機械におけるプローブを示す図である。 本発明による好ましい方法のステップを実行している、図１の工作機械におけるプローブを示す図である。 本発明による好ましい方法のステップを実行している、図１の工作機械におけるプローブを示す図である。 本発明の好ましい方法のフローチャートである。

図１は、ワークピースが固定され得るベッド１０と、切削工具が取り付けられ得る回転可能なスピンドル１２とを含む工作機械の動作部品を示す。スピンドル１２は、ベッド１０に対して３つの軸次元Ｘ、Ｙ、Ｚで可動である。この移動は、Ｘ、Ｙ、Ｚモータ３０によって駆動され、サーボループで位置フィードバックを提供するＸ、Ｙ、Ｚエンコーダまたはスケール３２（または他の位置変換器）によって測定される。Ｘ、Ｙ、Ｚ移動は、典型的にはスピンドル１２の回転運動も制御する工作機械の制御装置１８で実行されているプログラムによって制御される。制御装置１８は、従来のＣＮＣコントローラまたは別個のコンピュータであり得る。可動スピンドルおよび固定ベッドが示されているが、代替形態として、固定ベッドが可動テーブルに置き換えられ、スピンドルに対して１または複数の次元での移動を可能にしてもよい。

工具設定プローブ１４が、ベッド１０に固定される。工具設定プローブ１４は、切削工具を設定するために使用され得る。スピンドルプローブ１６が、スピンドル１２に取り付けられ、従来の工具交換装置（図示せず）によって切削工具と交換可能である。スピンドルプローブ１６は、ワークピース設定および／またはワークピース測定のために使用され得る。プローブ１４、１６は、インターフェース１９を介して信号を工作機械の制御装置１８に提供する。スピンドルプローブ１６、インターフェース１９、および制御装置１８の間の通信は、光もしくは赤外線もしくは無線モジュールなどのワイヤレストランシーバモジュール２０を介して、または電磁結合を介して提供され得る。工具設定プローブ１４も、必要に応じてワイヤレストランシーバを介して制御装置と通信することができる。

この例では、プローブは両方とも接触タイプである。スピンドルプローブ１６は、スタイラス２４を有し、スタイラス２４は、ばねによってプローブ本体の静止位置へ付勢され、また、スタイラスのワークピース接触先端部２８がワークピースと接触するとばねの力に対して撓む。同様に、工具設定プローブ１４は、（この例ではクランク状にされた構成を有する）スタイラス２２を有し、スタイラス２２は、ばねによってプローブ１４の本体の静止位置へ付勢され、また、切削工具に接触されると撓む。スタイラス２２の工具接触スタイラス先端部２６は、立方体、円板、円筒、または球体など任意の従来の形態であってよい。工具接触スタイラス先端部２６は、好ましくは供給されたときに認定される予め較正された寸法を有する。予め較正された寸法は、座標測定機のような別個の測定装置で測定されている場合がある。これは、供給されたときに規定の公称直径または他の寸法を有し得るそのようなプローブ用の既知のスタイラス先端部と対照的であり、実直径もしくは有効直径（または他の寸法）が、工作機械上の較正プロセスの一部として決定される。この例では、工具設定プローブのスタイラス先端部２６は、既知の認定された予め較正された直径を有する精密に研削された円板の形態である。

プローブ１４、１６は、好適にはタッチトリガープローブであり、それらの撓み可能なスタイラスがワークピースまたは切削工具に接触するまたは接触されるときにトリガー信号を発信する。これは、適宜に、制御装置１８がＸ、Ｙ、および／またはＺスケール３２の出力をラッチするようにし、スピンドル１２およびベッド１０の瞬間の相対的Ｘ、Ｙ、および／またはＺ位置を示す読取り値を得る。必要に応じて、タッチトリガープローブの代わりに、プローブ１６は、ワークピース表面との接触の結果としてスタイラス２４の撓みの量を測定するＸ、Ｙ、Ｚ出力を提供するアナログまたは走査プローブであってもよい。

使用前、プローブ１４、１６を較正または「データミング」することが必要とされる。これは、図２〜図６およびフローチャートの図７に示されるように、それらを互いに対して較正することによって行われる。

任意選択の予備ステップ４０において、ユーザは、たとえば定規によって、スピンドル１２のノーズからスピンドルプローブ１６のスタイラス先端部２８までのおよその距離を推定または測定する。その結果は、制御装置１８に手動入力され、単純に正のオフセットであり、このオフセットは、スタイラス先端部２８が工具設定プローブ１４の円板２６の上方の短いが任意の距離にあるように、制御装置がＺ方向にプローブ１６を予め位置決めすることを可能にするために使用される。工具設定プローブ円板２６の上方のスピンドルプローブスタイラス先端部２８の正確な高さは重要ではなく、したがって、このステップ４０の測定は精密に行われる必要はない。

あるいは、任意選択の予備ステップ４０において、ユーザは、工作機械のベッド１０からスピンドルプローブ１６のスタイラス先端部２８までの距離を推定または測定してもよい。これは、同じ目的で使用される負のオフセットとして制御装置１８に手動入力される。

上述の予め位置決めするステップ４０が省略されている場合、スピンドル１２は、スピンドルプローブが円板２６の上方の任意の高さになるように、手動で位置決めされ得る。しかしながら、これは、手動位置決めのため、また（後述される）次のステップ４２で１または複数の比較的遅い送り速度でスピンドルがより長い距離を移動する必要があり得るため、より長い時間がかかることがある。

図２に示されるように円板２６の上方に予め位置決めされると、制御装置１８は、以下のステップを有するソフトウェアマクロプログラムを実行する。プログラムは、任意の適切な機械可読記憶媒体、たとえば、テープ、ＣＤ−ＲＯＭディスク、またはＵＳＢメモリスティックから、制御装置１８にロードされ記憶され得る。

ステップ４２では、工具設定プローブ１４が（インターフェース１９でそれを有効にすることによって）オンにされ、スピンドル１２が図２に示される位置から下方へＺ方向に送られて、スピンドルプローブ１６が工具設定プローブ１４の円板２６と接触させられる。スピンドルプローブ１６のスタイラス先端部２８が工具設定プローブ１４の円板２６に接触すると、スタイラス２２が撓み、工具設定プローブ１４がトリガー信号を制御装置１８に発信する。これは、Ｚスケール３２のＺ出力をラッチし、Ｚ方向の移動を停止する。スケールからのラッチされたＺ読取り値は、測定中にデータム位置またはオフセットとして後で使用するために、（工作機械の座標系における）Ｚ軸トリガー位置として制御装置１８に記憶される。

ステップ４２におけるこのＺ移動は、好ましくは、後で通常の測定中に使用される速度に対応する送り速度で行うべきである。これにより、いわゆる「予備移動」（円板２６との実際の接触の瞬間とＺスケール３２がラッチされる時間との間の固定された時間遅延において移動される一定の距離）を較正で打ち消すことが可能になる。実施において複数の送り速度で測定が行われる場合、各送り速度は、異なる量の予備移動を伴うことになる。したがって、ステップ４２は、送り速度ごとに、制御装置１８に記録された対応するＺ軸トリガー位置で繰り返されるべきである。たとえば、切削工具のＺ長を、それが回転しているときとそれが静止している（回転していない）ときとの両方で設定することが望まれることがある。典型的には、より遅い送り速度が回転しているときに使用され、より速い送り速度が回転していないときに使用される。この場合、ステップ４２は両方の送り速度について繰り返される。

上記のステップ４２は、工具設定プローブ１４に対するＺ軸データム位置またはオフセットを設定し、これに対して、切削工具のＺ軸長の将来の測定が参照される。このデータム位置またはオフセットは、そのスタイラス２４を有するスピンドルプローブ１６のＺ軸長を使用して設定されている。既に述べられたように、スピンドルプローブのこのＺ軸長は任意とされ、それは既知である必要がない。それが任意選択のステップ４０で測定される場合でも、この測定は、目的が単にプローブを予め位置決めすることなので、非常に概算的で不正確であり得る。これは、従来技術方法と対照的であり、従来技術方法では、まず、工具設定プローブのＺ軸高さが、スピンドルに保持された棒ゲージまたは切削工具であってスピンドル上のゲージラインに対する精密に知られた長さを有する棒ゲージまたは切削工具に対して、最初に較正またはデータミングされ、次いで、スピンドルプローブのＺ軸長が、それをこの予め較正された工具設定プローブに対して接触させることによって較正される。そのような従来技術方法では、既知の長さの棒ゲージまたは切削工具は、後続の工具設定およびワークピース測定の必要とされる精度に見合った精度で、注意深く設定されなければならない。

次に、（インターフェース１９において一方を無効にし、他方を有効にすることにより、）工具設定プローブ１４がオフにされ、スピンドルプローブ１６がオンにされる。ステップ４４において、制御装置１８は、＋Ｘおよび−Ｘの両方の方向（図３および４）ならびに＋Ｙおよび−Ｙの両方の方向（図示せず）から、プローブ１６のスタイラス先端部２８が円板２６の側部に接触させられるように、スピンドル１２を移動するようプログラムされている。この段階では、円板２６の厳密なＸ−Ｙ位置が知られていないので、これらの移動は、円板２６のＸおよびＹ直径において正確に行われない。移動は、プローブ１６がスピンドル１２で静止している（回転していない）間に行われる。

したがって、スピンドルプローブ１６のスタイラス先端部２８が工具設定プローブ１４の円板２６に接触すると、スタイラス２４が撓み、スピンドルプローブ１６がトリガー信号を制御装置１８に発信する。トリガー信号が受信されると、ＸとＹの両方のスケール３２から、＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、および−Ｙ方向における４つの各タッチポイントで読取り値が取得される。このステップ４４は、制御装置１８が円板２６のＸ、Ｙ直径のＸおよびＹ位置をより精密に計算することを可能にする。それにより、次のステップ４６で、プローブ１６を円板２６のＸおよびＹ直径において予め位置決めすることができる。しかしながら、このステップ４４は、それなしでプローブ１６を十分な精度で位置決めできる場合は省略されてよい。

ステップ４４は、スピンドルプローブ１６のスタイラス球２８に対する工具設定スタイラス円板２６のＸ、Ｙ位置を決定する。しかしながら、これは、スピンドル１２の回転の軸に対する円板の位置を必ずしも与えない。なぜならば、プローブ１６は、そのスタイラス先端部２８が回転の軸から外れてスピンドルに取り付けられ得るからである。

したがって、ステップ４６で、プローブ１６は図５および図６の矢印Ｒで示されるようにスピンドル１２で回転される。連続して回転している間に、それは、（図示されるような）＋Ｘおよび−Ｘの両方の方向ならびに（図示されていない）＋Ｙおよび−Ｙの両方の方向から、ステップ４４で決定された直径に沿って円板２６に再び接触させられる。制御装置１８は、プローブ１６からトリガー信号を受信すると、各接触についてＸ−Ｙスケール読取り値をラッチする。プローブ１６が、そのスタイラス先端部２８が回転の軸から外れてスピンドル１２に取り付けられた場合でも、送り速度が、回転の速度に対して十分に遅く設定され、これらのＸ−Ｙスケール読取り値はそのようないかなる軸外取付けによっても影響されない。したがって、このステップは、制御装置１８がスピンドル１２の回転の真の軸に対してＸ−Ｙ平面内の円板２６の位置を決定することを可能にする。Ｘ方向での円板の中心は、＋Ｘ方向と−Ｘ方向で取得された読取り値の間の中点として決定される。Ｙ方向での円板の中心は、＋Ｙ方向と−Ｙ方向で取得された読取り値の間の中点として決定される。

あるいは、ステップ４６は、以下のようにスピンドル１２の回転の真の軸に対する円板２６の位置を決定することができる。スピンドルプローブ１６を連続的に回転しながらそれを円板に接触させるのではなく、＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、および−Ｙ方向での各読取り値が、プローブ１２が静止している（回転していない）状態で取得される。しかしながら、＋Ｘ読取り値と−Ｘ読取り値との間でプローブ１２は１８０°にわたって回転される。同様に、それは、＋Ｙ読取り値と−Ｙ読取り値との間でも１８０°にわたって回転される。上述のように、制御装置１８は次いで、読取り値間の中点を使用して、スピンドル１２の回転の真の軸に対するＸ−Ｙ平面内の円板２６の真位置を決定する。

このステップ４６は、スタイラス先端部２８が回転の軸に中心があると確信されている場合、スピンドル回転なしに実行されてよい。しかしながら、そのような確信を得るために手動の確認および調整がおそらく必要となり、それを回避することが好都合である。

上記のステップは、工具設定プローブ１４を較正する。ここで、我々は、既知のサイズおよび既知の空間内の位置を有するアーチファクト（予め較正された円板２６）を有している。すなわち、円板２６の直径がその較正値から知られており、工作機械の座標系でのそのＸ−Ｙ位置が上述のようにスピンドル１２の回転の軸に対して決定されている。スピンドル１２が工具セッター円板２６の中心とアライメントされ得る。また、工具設定プローブ１４は、工具設定プローブ１４に対して切削工具のＺ軸長を設定するとき、基準としてＺ軸データム位置またはオフセットを有する。これらの値またはそれらから導出されたオフセットもしくはデータム値（たとえば、スタイラス円板２６の外周の＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙ接触位置に関係する）は、切削工具を設定するために後続の測定を行うときに使用するために、制御装置１８に記憶される。しかしながら、工具設定プローブ１４が切削工具によってトリガーされるとき、それが予備移動の対象となることに留意されたい。これは、＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙ接触位置に対して、経験から決定された一定の距離たとえば４０μｍを加算または減算することによって較正で打ち消され得る。好適には、記憶された較正値またはオフセットは、この経験値によって調整される。

次に、スピンドルプローブ１６が較正される。ステップ４８で、プローブ１６が静止している（回転していない）状態で、＋Ｘおよび−Ｘの両方の方向ならびに＋Ｙおよび−Ｙの両方の方向から、スタイラス先端部２８が、工具セッター円板２６に対して再び接触させられる。この場合、図３および図４と異なり、スピンドル１２は、ステップ４６で求められたようなＸおよびＹ軸での円板２６の直径とアライメントされる。ＸおよびＹスケール読取り値は、プローブ１６がこれらのタッチの結果としてトリガー信号を発信したとき、それぞれラッチされる。このステップの目的は、ワークピースをスピンドルプローブ１６によってそれらをプロービングすることによって測定するときに使用するためにスタイラスオフセットを入手することであり、それは制御装置１８に記憶される。これは、少なくとも部分的にＸ−Ｙ測定値についてスピンドルプローブ１６を較正する。

最後に、スピンドルプローブ１６の較正がステップ５０で完了される。これは、スピンドルプローブ１６のスタイラス球２８の有効半径または直径、および工具設定プローブ１４の円板２６に対するその位置を決定する。一般に、スピンドル１２におけるプローブ１６の取付けは、スタイラス球２８の位置がスピンドル１２の回転の軸と一致しないようにされ得ることが想起される。ステップ４８での測定は、（スタイラス球２８ではなく）回転の軸が円板２６にアライメントされた状態で行われ、したがって、スタイラス球２８の半径および位置が十分に精密に決定されることを可能にできないことがある。

したがって、ステップ５０で、再度、プローブ１６が静止している（回転していない）状態で、＋Ｘおよび−Ｘの両方の方向ならびに＋Ｙおよび−Ｙの両方の方向から、スタイラス先端部２８が、工具セッター円板２６に対して接触させられる。スピンドルプローブ１６からの結果のトリガー信号は、前述のようにＸ、Ｙスケール３２をラッチするために使用される。制御装置１８が＋Ｘおよび−Ｘ読取り値をまず取得すると想定して、それは次いでこれら２つの読取り値の間の中点を決定する。これは、Ｘ方向での工具設定円板２６に対するスタイラス球２８の中心を与える。次に、この情報を使用して、それは、スピンドル１２を移動させてスタイラス球２８の中心を円板２６のＹ直径とアライメントし、＋Ｙおよび−Ｙ読取り値を取得する。＋Ｙ読取り値と−Ｙ読取り値との間の中点は、同様に、Ｙ方向での工具設定円板２６に対するスタイラス球２８の中心を与える。さらに、スタイラス球２８の直径が、＋Ｙ読取り値と−Ｙ読取り値との差から円板２６の既知の予め較正された直径を引くことによって計算される。スタイラス球２８の有効半径は、この直径を２で割ることによって計算される。

ステップ４８および５０で使用される送り速度は、好ましくは、ワークピース上のプローブ測定の際に使用される送り速度に対応するべきである。ステップ４２で説明されたように、これは、予備移動（円板２６との実際の接触の瞬間とＸおよび／またはＹスケール３２がラッチされる時間との間の固定された時間遅延において移動される一定の距離）を較正で打ち消す。したがって、制御装置１８は、予備移動を考慮に入れ、スタイラス球２８のいわゆる「電子（electronic）」半径または有効半径をその物理半径ではなく評価する。複数の送り速度がプローブ測定中に使用される場合ステップ４８および５０は好ましくは各送り速度について繰り返される。

タッチトリガープローブは通常、Ｘ−Ｙ平面内の異なる方向（ベクトル角度）でプロービングするときに異なる値の予備移動を有する。結果として、異なるＸ−Ｙプローブ方向が使用される場合、ステップ５０は、＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、および−Ｙ方向のみでなくこれらの方向のそれぞれについて繰り返され得る。これにより、各方向（各ベクトル角度）に対応するスタイラス球の「電子」または有効半径が与えられる。たとえば、制御装置は、１２個のベクトル角度に対応する最大１２個の有効スタイラス半径を計算し記憶することができる。

スタイラス球の半径および位置の結果の値は、ワークピースの後続の測定を修正するために制御装置１８内のプログラムによって使用される。

上述された方法は、プローブ１４、１６と共に使用されてよく、それらのスタイラスは、それらの設計によってまたはそれらの製造中に設定された固定されたばね定数およびばね予荷重（spring pre-loads）によって静止位置に付勢される。それはまた、ばね定数またはばね予荷重がユーザに調整可能なプローブと共に使用され得る。プローブ１４、１６の有効Ｘ−Ｙ軸ばね定数および／またはばね予荷重は、好ましくは、ステップ４４、４６、４８、および５０において工具設定プローブ１４のスタイラス２２の前にスピンドルプローブ１６のスタイラス２４がＸ−Ｙ方向に撓むように、互いに対して設定される。これは、工具設定プローブ１４のスタイラス２２が、スピンドルプローブのスタイラス２４よりもかなり大きい有効Ｘ−Ｙ予荷重によってその静止位置に付勢される場合に達成されることができ、したがって、工具セッタースタイラス２２は、スピンドルプローブ１６のスタイラス２４の初期のＸ−Ｙ撓みおよびトリガーの間、その静止位置に留まる。あるいは、プローブのそれぞれの有効Ｘ−Ｙばね定数は、スピンドルプローブ１２がトリガーするときに工具セッタースタイラス２２が比較的少量だけ撓むようになされてもよい。工具セッタースタイラスのそのような少量の移動は、ステップ５０でのスピンドルプローブスタイラス先端部２８の有効半径の決定に影響し得る。しかしながら、これは、スタイラス先端部２８の有効半径から、経験によって決定された小さな一定値（たとえば２μｍ）を引くことによって補償され得る。

他方で、プローブ１４、１６の有効Ｚ軸ばね定数および／または予荷重は、好ましくは、ステップ４２においてスピンドルプローブ１６のスタイラス２４の前に工具設定プローブ１４のスタイラス２２がＺ方向に撓むように、互いに対して設定される。

所与の方向の有効ばね定数または予荷重を決定するために、実際のばね定数および予荷重は、スタイラス２２、２４の長さおよび構成からもたらされてこの作用を考慮して判断されるべきである。

上述されたように、工具設定プローブ１４からのトリガー信号がＺ軸較正のために使用される。しかしながら、スピンドルプローブ１６からのトリガー信号が、たとえば２つのプローブの相対的ばね定数および予荷重を再構成して、代わりに使用されてもよい。同様に、スピンドルプローブ１６からのトリガー信号でなく、工具設定プローブ１からのトリガー信号が、Ｘ−Ｙ較正のために使用されてもよい。やはり、プローブの相対的ばね定数および予荷重を再構成することが望ましい。

上述されたようにプローブ１４、１６がオンおよびオフされるのではなく、両方が一緒に有効にされ、先にトリガーしたプローブからトリガー信号が取得されてもよい。これを達成するために、インターフェース１９は、２つのプローブからの入力に対して論理ＯＲ関数を実行するハードウェアまたはソフトウェアを備えることができる。

従来技術における予め較正されたアーチファクトと異なり、円板２６が工作機械ベッドまたはテーブル１０に対して固定位置にないことは理解されよう。実際、通常の工具設定動作中に切削工具によって接触されたときに方向Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれかに移動するように設計されている。しかしながら、プローブ１４、１６のばね定数または予荷重は、上述のように、ステップ４６、４８、または５０の間の円板２６のいずれの移動も較正の望ましい精度に対して小さくなるように設定される。あるいは、そのような移動が大きい場合、円板の測定された位置は、経験に照らして決定された一定の補償値を読取り値に対して減算または加算することによって補償され得る。

工具設定プローブ１４のスタイラス２６における予め較正された寸法を使用するのではなく、工具設定プローブにおける他の箇所に与えられる予め較正された寸法、たとえば、そのハウジングの一部の直径を使用することが可能である。

任意選択の第１のステップ４０を除いて、上記の方法は、熟練した技術者の介入なしにプログラミング制御で自動的に進行することができる。上記の方法は、３０分かかる従来技術方法と比較して、２分未満で完了することができる。第１のステップ４０でさえも、それは定規によるおおよその測定にすぎないので、容易であり技能をほとんど必要としない。プローブは、それぞれを単に互いにプロービングすることによって較正される。既知の寸法の予め較正された球体、リングゲージ、棒ゲージ、または工具などの補助的較正アーチファクトは必要ない。また、ピックテスターなどの手動測定機器を使用して、そのようなアーチファクトがスピンドルの回転軸に対して精密に設定されまたは精密に中心があるようにされたことを入念に保証する必要もない。

上述されたように、Ｚ軸での較正のためのステップ４０、４２は、Ｘ−Ｙ軸での較正のためのステップ４４〜５０よりも前に行われる。しかしながら、Ｚ軸較正はＸ−Ｙ較正の後に同様に行われてもよい。また、Ｘ−Ｙ較正なしのＺ軸較正またはその逆を行うこともできる。

上記の例は、旋盤など他の工作機械構成に適用するために修正され得る。旋盤では、プローブ１６は、やはり切削工具を保持する可動タレットに取り付けられ得る。プローブ１６が回転可能なスピンドルに取り付けられない場合、ステップ４６は回転なしに行われなければならない。工具設定プローブ１４は、固定ベッドに取り付けられ得る。あるいは、それは、本出願者のレニショウパブリックリミテッドカンパニー（Ｒｅｎｉｓｈａｗ ｐｌｃ）から入手できる工具設定アームのＨＰシリーズのいずれかのような、可動アームに取り付けられてもよい。そのような可動アームは、それが、較正および工具設定が必要とされるときに動作位置に移動され、通常の機械加工の間は邪魔にならない所に移動されることを可能にする。

Claims (21)

1. 工作機械においてプローブを較正またはデータミングする方法であって、前記工作機械は、
   ワークピースが取付け可能な第１の部品と、
   工具が取付け可能な第２の部品であって、前記第１の部品と前記第２の部品が互いに対して可動である、第２の部品と、
   前記工作機械の前記第１の部品と前記第２の部品の相対移動を制御する制御装置と、
   前記第１の部品に取付け可能な工具設定プローブと、
   前記第２の部品に取付け可能なワークピース検知プローブと
   を備え、前記方法は、
   前記第１の部品に取り付けられた前記工具設定プローブと前記第２の部品に取り付けられた前記ワークピース検知プローブとをプローブ方向において互いに検知関係にするように、前記工作機械の前記第１の部品および前記第２の部品を互いに移動させるステップを含み、
   前記工具設定プローブの寸法または位置は、前記プローブ方向において前記ワークピース検知プローブの１または複数のパラメータを設定するために使用され、
   前記ワークピース検知プローブの前記１または複数のパラメータは、前記制御装置に記憶されることを特徴とする方法。
2. 工作機械においてプローブを較正またはデータミングする方法であって、前記工作機械は、
   ワークピースが取付け可能な第１の部品と、
   工具が取付け可能な第２の部品であって、前記第１の部品と前記第２の部品が互いに対して可動である、第２の部品と、
   前記工作機械の前記第１の部品と前記第２の部品の相対移動を制御する制御装置と、
   前記第１の部品に取付け可能な工具設定プローブと、
   前記第２の部品に取付け可能なワークピース検知プローブと
   を備え、前記方法は、
   前記第１の部品に取り付けられた前記工具設定プローブと前記第２の部品に取り付けられた前記ワークピース検知プローブとをプローブ方向において互いに検知関係にするように、前記工作機械の前記第１の部品および前記第２の部品を互いに移動させるステップを含み、
   前記ワークピース検知プローブの寸法または位置は、前記プローブ方向において前記工具設定プローブの１または複数のパラメータを設定するために使用され、
   前記工具設定プローブの前記１または複数のパラメータは、前記制御装置に記憶されることを特徴とする方法。
3. 前記工具設定プローブの寸法は、前記ワークピース検知プローブの１または複数のパラメータを設定するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記工具設定プローブの前記寸法のサイズは、予め較正されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記工具設定プローブの前記寸法は、前記工具設定プローブの撓み可能なスタイラス上にあることを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
6. 前記プローブ方向は、前記ワークピース検知プローブのＸ軸および／またはＹ軸方向であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ワークピース検知プローブの前記パラメータは、前記ワークピース検知プローブのスタイラス先端部の有効半径または直径であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記ワークピース検知プローブの前記パラメータは、前記ワークピース検知プローブのスタイラス先端部のＸ軸および／またはＹ軸を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 前記ワークピース検知プローブからのトリガー信号は、前記工具設定プローブの前記寸法から前記ワークピース検知プローブの前記１または複数のパラメータを設定するために使用されることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記工具設定プローブからのトリガー信号は、前記工具設定プローブの前記寸法から前記ワークピース検知プローブの前記１または複数のパラメータを設定するために使用されることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ワークピース検知プローブの寸法は、前記工具設定プローブのデータム位置またはオフセットパラメータを設定するために使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
12. 前記ワークピース検知プローブの長さ寸法は、前記工具設定プローブと前記ワークピース検知プローブが前記検知関係になるよう移動される前に、互いに対して前記工具設定プローブと前記ワークピース検知プローブを予め位置決めするために、測定され使用されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記プローブ方向は、前記ワークピース検知プローブのＺ軸方向であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記工具設定プローブからのトリガー信号は、前記ワークピース検知プローブの前記寸法から前記工具設定プローブの前記データム位置またはオフセットパラメータを設定するために使用されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記ワークピース検知プローブからのトリガー信号は、前記ワークピース検知プローブの前記寸法から前記工具設定プローブの前記データム位置またはオフセットパラメータを設定するために使用されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記工作機械の第２の部品に対する前記工具設定プローブの位置は、前記ワークピース検知プローブによって測定することによって決定されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記工具設定プローブは、工具に接触したときに撓み可能であるスタイラスと、前記工具との接触を検出するための検出器と、撓みに抗して前記スタイラスを付勢するための手段とを備え、
    前記ワークピース検知プローブは、ワークピースに接触したときに撓み可能であるスタイラスと、前記ワークピースとの接触を検出するための検出器と、撓みに抗して前記スタイラスを付勢するための手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記工具設定プローブおよび前記ワークピース検知プローブの付勢手段は、前記プローブ方向におけるそれぞれの前記スタイラスの間の接触があると、前記工具設定プローブおよび前記ワークピース検知プローブのうちの一方のプローブの前記スタイラスが撓み、前記一方のプローブの検出手段によって前記接触が検出されるように、互いに対して設定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 工作機械の制御装置のためのソフトウェアプログラムであって、前記制御装置で実行されると請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されたことを特徴とする工作機械の制御装置のためのソフトウェアプログラム。
20. 工作機械のための制御装置であって、前記制御装置で実行されると請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されたソフトウェアプログラムを含むことを特徴とする工作機械のための制御装置。
21. 請求項２０に記載の制御装置を有することを特徴とする工作機械。

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