JP6775958B2 - 切削加工機と位置補正の要否の判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工機と、当該切削加工機において位置補正の要否を判別する判別方法に関する。

従来から、セラミックや樹脂材料等からなる被加工物を加工ツールで切削加工する切削加工機が知られている。切削加工機では、被加工物と加工ツールとの相対的な位置関係を３次元で変化させながら被加工物に加工ツールを接触させることで、被加工物を所望の形状に切削するようにしている。

典型的な切削加工機において、被加工物は保持部材に固定されている。保持部材は、例えば、ＸＹＺ直交座標系のＸ軸方向に自在に移動できるとともに、被加工物をＸ軸周りおよびＹ軸周りに揺動可能なように構成されている。また、加工ツールはスピンドルに着脱可能に把持されている。スピンドルは、例えば、ＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向とＺ軸方向とに自在に移動できるとともに、加工ツールをＺ軸周りに回転可能なように構成されている。

この種の切削加工機は、複数の部品を組み立てることによって構成されている。そのため、部品相互の相対位置がずれることによって生じる位置の誤差、すなわち組み付け誤差が発生する。例えば部品の交換を行った場合や切削加工機の設置位置を変えた場合等には、組み付け誤差が大きくなることがある。そこで、切削加工機では、高精度な切削加工を実現する目的で被加工物と加工ツールとの相対的な位置関係を補正する位置補正を行うことがある。これに関連する技術として、特許文献１が挙げられる。例えば特許文献１では、スピンドルに検出ピンを把持させ、検出ピンを部品と接触させた状態で少しずつ移動させることで、切削加工機の制御装置が把握しているスピンドルまたは上記部品の位置と、スピンドルまたは上記部品の実際の位置との差を取得し、この差に基づいてスピンドルまたは上記部品の位置補正を行うようにしている。

特開２００６−３４９３８８号公報

ところで、組み付け誤差は、部品の交換を行った場合や切削加工機の設置位置を変えた場合にだけ発生するのではなく、長時間の使用によっても発生する場合がある。すなわち、長時間の使用により、部品同士の位置が徐々にずれてしまい、結果として組み付け誤差が大きくなることがある。従来は、作業者が勘と経験に基づき、所定の使用時間が経過した時に上記位置補正を行うようにしていた。しかしながら、上記位置補正にはある程度の時間を要する。このため、位置ずれが生じていない時にまで位置補正を行うと、無駄な時間を費やして作業性が低下する。一方で、位置ずれが生じている場合に位置補正を行わないと、切削加工の精度が低下する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、切削加工の精度を維持しつつ、無駄な位置補正を避けることにより作業性を向上させた切削加工機を提供することである。

本発明に係る切削加工機は、被加工物を切削加工するものである。この切削加工機は、ケースと、上記ケース内に配置され、上記被加工物を保持する保持具と、上記ケース内に配置され、上記被加工物を切削するための加工ツールを把持する把持具と、上記保持具および／または上記把持具を駆動することにより、上記把持具に把持された上記加工ツールを上記保持具に保持された上記被加工物に対して相対的に移動させる駆動装置と、上記保持具および上記把持具の少なくとも一方に付された目印と、上記ケースに固定された撮像装置と、を備え、上記保持具に対する上記把持具の位置を較正したときに上記撮像装置により撮像される上記目印の位置を較正位置として記憶する記憶部と、上記撮像装置により撮像された画像が入力され、上記画像から上記目印の位置を取得する取得部と、上記取得部により取得された上記目印の位置と上記記憶部に記憶されている上記較正位置との差を算出する演算部と、上記演算部により算出された上記差が所定値以下の場合には位置補正が不要であると判定し、上記差が所定値を超える場合には位置補正が必要であると判定する判定部と、を有する補正要否判定装置を更に備えている。

本願発明者は、位置補正の作業とは別に、位置補正の要否を判別することにより、前記課題を解決することとした。すなわち、本発明に係る切削加工機においては、位置補正を行う前に、位置補正の要否を客観的に判別するように構成されている。これによって、位置ずれが生じている時にのみ位置補正を行って位置の誤差を低減することができる。また、位置補正の要否の判定に画像を使用することで、検出ピンを少しずつ移動させて行う位置補正に比べて相対的に短い時間で判定結果を得ることができる。その結果、位置ずれが生じていない時には時間のロスを削減して作業者の作業効率を向上することができる。したがって、切削加工の精度を維持しつつ、作業性を向上することができる。

本発明に係る位置補正の要否の判別方法は、ケースと、上記ケース内に配置され、上記被加工物を保持する保持具と、上記ケース内に配置され、上記被加工物を切削するための加工ツールを把持する把持具と、上記保持具および／または上記把持具を駆動することにより、上記把持具に把持された上記加工ツールを上記保持具に保持された上記被加工物に対して相対的に移動させる駆動装置と、上記保持具および上記把持具の少なくとも一方に付された目印と、上記ケースに固定された撮像装置と、を備える切削加工機において、上記保持具に対する上記把持具の位置を較正したときに上記撮像装置により撮像される上記目印の位置を較正位置として記憶する第１の工程と、上記撮像装置により撮像された画像が入力され、上記画像から上記目印の位置を取得する第２の工程と、上記第２の工程により取得された上記目印の位置と上記記憶部に記憶されている上記較正位置との差を算出する第３の工程と、上記第３の工程により算出された上記差が所定値以下の場合には位置補正が不要であると判定し、上記差が所定値を超える場合には位置補正が必要であると判定する第４の工程と、を包含する。

本発明によれば、切削加工の精度を維持しつつ、無駄な位置補正を避けることにより作業性を向上させた切削加工機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る切削加工機を示す斜視図である。 図１のフロントカバーを開けた状態の切削加工機を示す斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の一実施形態に係る保持装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る位置補正の要否の判別方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るチェッカーパターンにおいて、較正位置の座標（ｘ０、ｙ０）と実測位置の座標（ｘ１、ｙ１）との差を表す説明図である。 他の一実施形態に係る保持装置を示す斜視図である。 他の一実施形態に係る保持装置を示す斜視図である。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る切削加工機および位置補正の要否の判別方法について説明する。図１に示すように、相互に直交する軸を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたときに、本実施形態に係る切削加工機１はＸ軸とＹ軸とで構成される平面に置かれるものとする。以下、左方および右方とは、図１のフロントカバー７に向かって切削加工機１を見た場合の左方および右方である。また、図１のフロントカバー７に向かって切削加工機１を見た場合に、切削加工機１に近付く方を後方、遠ざかる方を前方とする。同図中の左方をＬ、右方をＲとし、前方をＦ、後方をＲｅとし、上方をＵ、下方をＤとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１の設置態様を何ら限定するものではない。

まず、切削加工機１の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態の切削加工機１は箱状に形成されている。詳しくは、切削加工機１は、第１ベース部２ａ、第２ベース部２ｂ（図２参照）、左側壁部３、右側壁部４、天面部５および後面部６を有するケース１０と、フロントカバー７とを備えている。第２ベース部２ｂは第１ベース部２ａの右方に設けられている。ケース１０の前方は開口されている。左側壁部３は、第１ベース部２ａの左端において上方に延びている。右側壁部４は、第２ベース部２ｂの右端において上方に延びている。後面部６は、第１ベース部２ａの後端および第２ベース部２ｂの後端において上方に延びている。後面部６は、左側壁部３の後端および右側壁部４の後端に接続されている。天面部５は、左側壁部３の上端、右側壁部４の上端および後面部６の上端に接続されている。第１ベース部２ａ、第２ベース部２ｂ、左側壁部３、右側壁部４、天面部５、および後面部６によって、内部空間８が形成されている。天面部５の前端とフロントカバー７との間には、箱状の吸気部９が設けられている。吸気部９は、内部空間８に空気を取り入れるためのものである。吸気部９の上面９ａには、左右方向に延びた網目状の吸気口９ｂが設けられている。吸気部９の下面９ｃ（図２参照）には、左右方向に延びた網目状の吸気口９ｄ（図２参照）が設けられている。吸気口９ｄは、保持装置３０（図４参照）よりも上方側に配置されている。フロントカバー７は、左側壁部３の前端および右側壁部４の前端において上下方向にスライドする。

図２に示すように、フロントカバー７が上方にスライドすることにより、内部空間８が外部空間と通ずるようになる。フロントカバー７には窓部７ａが設けられている。作業者は窓部７ａから内部空間８を視認することができる。図１に示すように、フロントカバー７が閉状態にあるとき、つまり、内部空間８が外部空間と通じていないときには、吸気部９の上面９ａが天面部５と面一となるように吸気部９はケース１０の内部空間８に配置されている。

切削加工機１の内部空間８には、第１ベース部２ａと第２ベース部２ｂとの境界において上方に延びた仕切り壁１２が設けられている。仕切り壁１２により、内部空間８が加工エリア１３と制御エリア１４とに区分けされている。加工エリア１３は制御エリア１４よりも広くなっている。加工エリア１３では、例えば、人工歯の材料である被加工物２４（図４参照）に対して切削加工が行われる。制御エリア１４には、例えば後述する保持装置３０の回転や移動を制御する駆動部３１ａ、３１ｂや、切削装置２３の移動を制御する駆動部２３ｇ等が収容されている。制御エリア１４は、仕切り壁１２に着脱可能なカバー１４ａが組み付けられることにより、閉じられた領域となっている。

図３に示すように、第１ベース部２ａは前方から後方にかけて下降傾斜して形成されている。後面部６およびフロントカバー７は第１ベース部２ａに対して垂直に配置されている。そこで、加工エリア１３においては、第１ベース部２ａに対して垂直な方向をＺ１軸方向とし、第１ベース部２ａに沿ってＸ１軸をとる。Ｙ軸方向は前記と共通とする。このように互いに直交するＸ１軸およびＺ１軸について、Ｘ１軸方向の前方をＦ１、後方をＲｅ１、Ｚ１軸方向の上方をＵ１、下方をＤ１とする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１の設置態様を何ら限定するものではない。

第１ベース部２ａの下方には、水平に形成された下面部１７が設けられている。第１ベース部２ａの前端と下面部１７の前端とは、フロントカバー７と面一に設けられた連結部１８により連結されている。下面部１７の後部には、垂直に配置された後方壁部１９ａが設けられている。後方壁部１９ａの上端は天面部５に接続されている。下面部１７の後端には、垂直に配置された後方外壁部１９ｂが設けられている。後方外壁部１９ｂの上端は天面部５の後端と接続されている。後方壁部１９ａと後方外壁部１９ｂとの間に形成される背面エリア１９ｃには、後述する制御装置６０等が収容されている。

ケース１０の後面部６には、空気を排出する排気口１１ａが設けられている。排気口１１ａは、保持装置３０（図４参照）よりも下方側に配置されている。排気口１１ａは、集塵管１１ｂに接続され、切削加工機１の外部に設けられた集塵装置１１と連通されている。集塵装置１１が動作されると、切削加工機１の外方の空気が吸気口９ｂを介して内部空間８に導入される。内部空間８に導入された空気は、排気口１１ａから集塵管１１を通って集塵装置１１に導かれる。これにより、ケース１０の上方側から下方側に向かって空気が流れ、切削加工で生じた切削粉がケース１０の内部に舞わないように構成されている。

後面部６の上端は後方壁部１９ａに接続されている。後面部６の上部には、第１ベース部２ａと平行に前方に延びる支持壁部２０が接続されている。支持壁部２０には、垂直に上方に延びた前端部２０ａが形成されている。この前端部２０ａと天面部５との間にカバー２１が設けられている。このような構成において、天面部５、後方壁部１９ａ、後面部６、支持壁部２０、前端部２０ａ、およびカバー２１によって、閉じられた領域の収納エリア２２が形成されている。

収納エリア２２には、被加工物２４の切削を行う切削装置２３が設けられている。切削装置２３は、支持ベース部２３ａと、支持柱２３ｂと、キャリッジ２３ｃと、連結部２３ｄと、加工ツール２３ｆと、駆動部２３ｇ（図１参照）と、駆動部２３ｈとを備えている。支持ベース部２３ａは支持壁部２０上に設けられている。支持柱２３ｂは、支持ベース部２３ａに対して垂直に設けられている。キャリッジ２３ｃは、スピンドル２３ｅと、図示しないスピンドルモータとを備えている。連結部２３ｄは支持柱２３ｂとキャリッジ２３ｃとを連結している。スピンドル２３ｅはキャリッジ２３ｃの下端に接続されている。スピンドル２３ｅは、支持ベース部２３ａの上方に配置されている。スピンドル２３ｅの下端は、加工ツール２３ｆおよび検出ピン３３を着脱自在に把持するように構成されている。駆動部２３ｇおよび駆動部２３ｈは、例えばモータである。

スピンドル２３ｅは、加工ツール２３ｆを把持して、当該加工ツール２３ｆをＺ軸周りに回転させる。回転状態にある加工ツール２３ｆが被加工物２４に当接することで、被加工物２４に対する切削加工が実施される。駆動部２３ｇは、連結部２３ｄを矢印Ｄ１の方向、すなわち、被加工物２４に垂直な方向に移動させる。これにより、加工ツール２３ｆが矢印Ｄ１の方向に移動するようになっている。また、駆動部２３ｈは、スピンドル２３ｅを左右方向に移動させる。これにより、加工ツール２３ｆが左右方向に移動するようになっている。なお、支持壁部２０には図示しない孔部が設けられており、加工ツール２３ｆは、当該孔部を介して加工エリア１３に配置されている。

図４に示すように、加工エリア１３には、保持装置３０が配置されている。保持装置３０は、被加工物２４を保持する保持部２５と、加工ツール２３ｆを収納するツールマガジン３２とを備える。保持部２５とツールマガジン３２とは一体的に形成されている。この例では、被加工物２４が円板状に形成されており、半円弧状の保持部２５で保持されている。保持部２５の前部には第１回転軸２６が接続されている。第１回転軸２６は、保持部２５の前方（Ｆ１方向）に設けられた駆動部２７に接続されている。駆動部２７は、例えば箱状のケース２７ａに収容されているモータである。

駆動部２７は、第１回転軸２６をＸ１軸周りの方向Ｔ１に回転させる。また、保持部２５の後部には第２回転軸２８が接続されている。このような構成において、駆動部２７により第１回転軸２６が方向Ｔ１に回転されると、保持部２５は方向Ｔ１に回転する。これにより、被加工物２４を方向Ｔ１に回転させることができる。

保持部２５および駆動部２７は、Ｌ字状に形成された支持部２９に連結されて支持されている。支持部２９は、Ｘ１軸方向に延びて形成された第１部材２９ａと、Ｙ軸方向に延びて形成された第２部材２９ｂと、第３回転軸２９ｃとを備えている。第２回転軸２８は、支持部２９の第２部材２９ｂに支持されている。駆動部２７は第１部材２９ａの先端に支持されている。支持部２９の第１部材２９ａには、上記半円弧状の保持部２５のＸ１軸方向の中心に対応する位置に、第３回転軸２９ｃが接続されている。第３回転軸２９ｃは、ツールマガジン３２よりもＲ方向に設けられ制御エリア１４に収容されているＹ軸方向回転用の駆動部３１ｂに接続されている。また、支持部２９は、ツールマガジン３２よりもＲ方向に設けられ制御エリア１４に収容されているＸ１軸方向移動用の駆動部３１ａに接続されている。

Ｙ軸方向回転用の駆動部３１ｂは、第１部材２９ａをＹ軸周りの方向Ｔ２に回転させる。これにより、保持部２５を介して、被加工物２４を方向Ｔ２に回転させることができる。また、Ｘ１軸方向移動用の駆動部３１ａは、支持部２９をＸ１軸方向に移動させる。これにより、保持部２５を介して、被加工物２４をＸ１軸方向に移動させることができる。

ツールマガジン３２は、Ｘ１軸方向移動用の駆動部３１ａに固定されている。ツールマガジン３２は箱状に形成されている。ツールマガジン３２は、支持部２９を介して、保持部２５と一体的にＸ１軸方向に移動可能とされている。ツールマガジン３２には複数の孔部３２ａが形成されている。孔部３２ａには、軸状に形成されている加工ツール２３ｆおよび検出ピン３３が挿入された状態で収納されている。加工ツール２３ｆは被加工物２４の切削加工に用いられる。検出ピン３３は、切削加工機１の位置補正に用いられる。

切削装置２３において、キャリッジ２３ｃのＹ軸方向の側壁（左方の側面）には、チェッカーパターン３５ａが付されている。チェッカーパターン３５ａは、キャリッジ２３ｃに直接的に印刷されている。また、保持装置３０において、駆動部２７を構成している箱状のケース２７ａのＸ軸方向の側壁（前面）には、チェッカーパターン３５ｂが付されている。チェッカーパターン３５ｂは、箱状のケース２７ａに直接的に印刷されている。チェッカーパターン３５ａ、３５ｂは、色の濃淡が異なるマス目が交互に配されていることからカメラ１５で識別容易であり、その交点３６が位置を取得する目印３６として機能する。なお、図面では、チェッカーパターンの黒色の部分をハッチングで表示している。各チェッカーパターン３５ａ、３５ｂにおいて、交点３６の数は特に限定されないが、１次元（１軸方向）の位置ずれを判定するためには１つ以上、２次元（２軸方向）の位置ずれを判定するためには２つ以上、３次元（３軸方向）の位置ずれを判定するためには３つ以上である。

ケース１０の左側壁部３において、ケース１０の内壁面には、カメラ１５が固定されている。カメラ１５は、ケース１０の内壁面に直接的に固定されていてもよく、例えば連結具等の他の部材を介して間接的に固定されていてもよい。カメラ１５は、保持装置３０（図４参照）よりも上方側に配置されている。カメラ１５は、ケース１０の内部全体を撮像することができる撮像装置である。カメラ１５は、キャリッジ２３ｃ（図３参照）に付されているチェッカーパターン３５ａ（図３参照）をＹ軸方向（左方）から撮像可能なものである。カメラ１５はまた、駆動部２７に付されているチェッカーパターン３５ｂをＺ軸方向（上方）から撮像可能なものである。カメラ１５は、撮像装置の一例である。

背面エリア１９ｃに収容されている制御装置６０は、切削加工機１の全体の動作を制御している。制御装置６０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）とを備えている。

図５に示すように、制御装置６０は、補正要否判定装置５０と較正装置５６と切削加工部５９とを備える。補正要否判定装置５０は、記憶部５１と、取得部５２と、演算部５３と、判定部５４と、通知部５５とを備える。記憶部５１は、保持装置３０に対する切削装置２３の位置を較正したときに、位置誤差を評価する基準となる較正位置の交点３６の位置を記憶する。取得部５２は、カメラ１５を動作させて、チェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂを撮像する。そして、上記撮像された画像から目印３６の位置を取得する。演算部５３は、取得部５２により取得された目印３６の位置と記憶部５１に記憶されている上記較正位置との差を算出し、位置誤差（ズレ量）を求める。判定部５４は、演算部５３により算出された上記差が所定値以下の場合には位置補正が不要であると判定し、上記差が所定値を超える場合には位置補正が必要であると判定する。通知部５５は、判定部５４の判定結果を作業者に通知する。例えば位置補正が許容範囲を超える場合に、作業者に位置補正が必要である旨を通知する。

この実施形態では、記憶部５１は、複数の交点３６の較正位置を記憶するように構成されている。取得部５２は、複数の交点３６の位置を取得するように構成されている。演算部５３は、複数の交点３６について、取得部５２が取得した位置と記憶部５１に記憶されている較正位置との差を算出するように構成されている。そして、判定部５４は、複数の交点３６の差のうち１つでも上記所定値を超える場合に、位置補正が必要であると判定するように構成されている。

較正装置５６は、較正動作部５７と、較正部５８とを備える。較正動作部５７は、検出ピン３３が所定部位に接触するよう駆動部２３ｇ、２３ｈ、２７、３１ａ、３１ｂを制御する。較正部５８は、検出ピン３３が所定部位に接触したときの切削装置２３および保持装置３０の位置に基づいて、保持装置３０に対する切削装置２３の位置を較正する。切削加工部５９は、切削装置２３や保持装置３０の動作を全体として統括的に制御して、被加工物２４に切削加工を施す。上記各部は、適時に相互通信が可能なように構成されている。上記各部はハードウェアで構成されていてもよく、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより機能的に実現されるようになっていてもよい。上記各部は、プロセッサによって構成されていてもよい。

次に、切削加工機１によって被加工物２４に切削加工を行う場合を説明する。保持装置３０に対する切削装置２３の位置が変わった時、例えば、切削加工機１の設置位置を変えた時や、切削装置２３や保持装置３０を組み付け直した時などには、準備工程として、切削加工機１における位置補正と較正位置の取得とが行われる。位置補正では、例えば検出ピン３３を用いた（接触式の）較正方法を採用することができる。この方法では、まず、保持装置３０の保持部２５に、被加工物２４に代えて、図示しない位置補正用の治具が装着される。また、切削装置２３のスピンドル２３ｅの下端には検出ピン３３を把持させる。次に、較正装置５６の較正動作部５７は、検出ピン３３が所定の部品（例えば保持部２５やツールマガジン３２）に設けられた位置検出ポイントと接触するように、駆動部２３ｇ、２３ｈ、２７を制御する。これにより、切削加工機１の較正装置５６が把握している位置と実際の位置との差を取得する。較正装置５６の較正部５８は、この差に基づいて、スピンドル２３ｅと所定の部品との相対的な位置関係を補正する。

位置補正の直後には、較正位置の取得が行われる。較正位置は、切削加工機１において、位置誤差を評価する基準となるものである。較正位置の取得では、補正要否判定装置５０の取得部５２によってカメラ１５が動作され、チェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂが撮像される。補正要否判定装置５０の演算部５３は、得られたチェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂの画像からチェッカーの交点３６の位置を算出する。位置の算出は、各チェッカーパターンにおいて、少なくとも１個の交点３６について行われる。好ましくは、位置の誤差を確認したい方向の数と同数以上の交点３６について行われる。例えば、２軸方向に対する位置の誤差を確認したい場合には、２個以上の交点３６について交点の位置の算出が行われる。得られた交点の位置情報は、較正位置として補正要否判定装置５０の記憶部５１に保存される。なお、チェッカーの交点位置を算出する手法については、例えば、特開２０１５−１６６１０号公報に開示されている技術を用いることができるため、その詳細な説明は省略する。

図６に示すように、較正位置が取得済みの状態で、作業者が位置補正の要否判別の開始を指示すると、補正要否判定装置５０の取得部５２によってカメラ１５が動作され、チェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂが撮像される（ステップＳ１）。そして、上記得られたチェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂの画像から、チェッカーの交点３６の実測位置が算出される（ステップＳ２）。ここで算出される交点３６の実測位置は、較正位置として保存されている交点３６と対応している。

補正要否判定装置５０の記憶部５１からは、保存されている較正位置の情報が読み込まれる。そして、補正要否判定装置５０の演算部５３によって、ステップＳ２で算出された実測位置と、対応する較正位置とが対比される。そして、較正位置と実測位置との差分から、位置誤差（ズレ量）が算出される（ステップＳ３）。複数対の交点３６を対象とする場合には、典型的には、それぞれの対について取得部５２が取得した実測位置と記憶部５１に記憶されている較正位置との差が算出される。

図７を参照しながら、具体的な位置誤差の求め方の一例について説明する。図７は、保持装置３０に付されているチェッカーパターン３５ｂの例である。図７では、ＸＹ直交２軸方向において、較正位置の座標（ｘ０、ｙ０）を鎖線で示している。ここでは、計１８個のチェッカー交点について座標を示している。また、ステップＳ１、２で得られた実測位置の座標（ｘ１、ｙ１）を実線で示している。この例では、図７に矢印で示すように、実測位置の座標（ｘ１、ｙ１）が較正位置の座標（ｘ０、ｙ０）から右下側に大きくズレている。位置誤差は、例えば大きさと方向の情報を含んだベクトル量として表される。位置誤差（ｄｘ、ｄｙ）の大きさは、較正位置と実測位置との差分から算出される。例えばＸ軸方向における位置誤差は、次式：ｄｘ＝ｘ１−ｘ０；のように算出される。例えばＹ軸方向における位置誤差は、次式：ｄｙ＝ｙ１−ｙ０；のように算出される。例えばＸＹ平面内（２軸方向）における位置誤差は、次式：ｄｘｙ＝（（ｄｘ）^２＋（ｄｙ）^２）^１／２；のように算出される。位置誤差の表し方は、組み付けによる位置ずれの生じ易さや部品の移動方向などを考慮して適宜設定することができる。チェッカーパターン３５ｂの付されている保持装置３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成されている。この場合は、上記ｄｘｙで表される位置誤差を採用することが好ましい。

ステップＳ３で算出された位置誤差は、補正要否判定装置５０の判定部５４によって予め定められた所定の許容範囲内にあるか否かが判定される（ステップＳ４）。例えば、図７の例において、Ｘ軸方向における位置誤差ｄｘを算出する場合には、当該ｄｘが所定の範囲内にある（すなわち、ｄｘ≦所定値を満たす）か否かが判定される。同様に、Ｙ軸方向における位置誤差ｄｙを算出する場合には、当該ｄｙが所定の範囲内にある（すなわち、ｄｙ≦所定値を満たす）か否かが判定される。ＸＹ平面内（２軸方向）における位置誤差ｄｘｙを算出する場合には、当該ｄｘｙが所定の範囲内にある（すなわち、ｄｘｙ≦所定値を満たす）か否かが判定される。

許容範囲は、例えば切削加工機１の切削の誤差等を考慮して、任意に設定することができる。判定部５４は、位置誤差が所定の許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）に、切削加工機１の位置補正が不要であると判定する。一方、判定部５４は、位置誤差が所定の許容範囲を超える場合（Ｎｏ）に、切削加工機１の位置補正が必要であると判定する。複数対の交点３６について位置誤差を算出した場合には、判定部５４が、複数対の位置誤差の平均値を採用して判定を行ってもよいが、ここでは複数対の位置誤差のうちで１つでも許容範囲を超える場合に、判定部５４が、切削加工機１の位置補正が必要であると判定するように設定されている。

位置補正が必要であると判定されたときには、補正要否判定装置５０の通知部５５が、作業者に判定部５４の判定結果を通知する作業者に位置補正が必要である旨を通知する（ステップＳ５）。作業者への通知は、例えば切削加工機１の外壁部等に設けられている図示しない表示部に位置補正が必要である旨を表示したり、ケース１０の内部の照明の色を変更したり、ケース１０の内部の照明を点滅させたり、切削加工機１の図示しないスピーカーから所定の音を発生させたりすることで行うことができる。

位置補正が必要であると判定された場合に、作業者は、切削加工機１に位置補正を指示する（ステップＳ６）。位置補正については、例えば検出ピン３３を用いる方法で上記した準備工程と同様に行うことができる。位置補正を行った後には、較正位置の取得を行う。具体的には、チェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂの撮像を行い、チェッカーの交点の位置を算出する（ステップＳ７）。ステップＳ７によって得られた交点の位置の情報は、新たな較正位置として、補正要否判定装置５０の記憶部５１に上書き更新される（ステップＳ８）。

上記ステップＳ１〜４あるいはステップＳ１〜９によって適切なタイミングで位置補正された切削加工機１において、作業者から切削加工の開始が指示されると、５軸制御による高精度な切削加工がなされる。より具体的には、例えば図示しない外部コンピュータ等から送られた加工情報に基づいて、制御装置６０の切削加工部５９によって適切な加工ツール２３ｆが選択される。選択された加工ツール２３ｆは、切削装置２３のスピンドル２３ｅに着脱可能に把持される。切削加工部５９は、切削装置２３の動作を制御する。例えば、スピンドル２３ｅの動作すべきタイミングやその内容等を制御する。これと共に、切削加工部５９は、被加工物２４を保持する保持部２５や、保持部２５に連結する支持部２９の動作を統括的に制御する。これにより、被加工物２４と加工ツール２３ｆとの相対的な位置関係を３次元で変化させながら、被加工物２４に加工ツール２３ｆを接触させることで、被加工物２４を所望の形状に切削加工することができる。

以上のように、本実施形態の切削加工機１は、補正要否判定装置５０を備えている。これにより、切削装置２３と保持装置３０との位置関係に位置ずれが生じている場合には、位置補正が必要であることを的確に把握することができる。したがって、位置ずれが生じている場合には、的確に位置補正を行うことができ、切削加工の精度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、補正要否判定装置５０により補正が必要と判定されたときにのみ、位置補正を行うこととしている。よって、位置ずれが生じていないとき、すなわち位置補正が必要でないときに、無駄な位置補正を行ってしまうことを避けることができる。したがって、無駄な時間を費やして作業性が低下することを防止することができる。

ところで、位置補正の要否の判断において、例えば検出ピン３３を利用する場合には、保持装置３０などに沿って検出ピン３３を移動させる時間が必要である。しかし、本実施形態では、判定に画像を利用するようにしている。これにより、目印３６の位置を瞬時に取得することができ、位置補正の要否の判断に要する時間を短縮することができる。

また、本実施形態によれば、切削装置２３は、加工ツール２３ｆを着脱自在に把持するように構成されるとともに、検出ピン３３を着脱自在に把持するように構成されている。また、切削加工機１は、切削装置２３に把持された検出ピン３３が所定部位に接触するよう駆動部２３ｇ、２３ｈ、２７、３１ａ、３１ｂを制御する較正動作部５７と、検出ピン３３が上記所定部位に接触したときの切削装置２３および保持装置３０の位置に基づいて、保持装置３０に対する切削装置２３の位置を較正する較正部５８と、を有する較正装置５６を備えている。本実施形態では、位置補正の要否の判別と、位置の較正とで方法を使い分けている。つまり、位置補正の要否の判別には目印３６を利用して、相対的に短い時間で判別を行う一方で、実際の較正には、検出ピン３３を用いた（接触式の）較正方法を利用し、相対的に長い時間をかけて精度の高い補正を行うようにしている。上記態様によれば、補正の要否の判断を短時間で行うと共に、高いレベルで位置誤差を低減することができる。

また、本実施形態によれば、保持装置３０および切削装置２３の少なくとも一方に、チェッカーパターン３５ａ、３５ｂが付されており、目印３６は、チェッカーパターン３５ａ、３５ｂの複数の交点を含んでいる。チェッカーパターン３５ａ、３５ｂの画像はカメラ１５における識別が容易であるため、補正要否の判定の精度を向上することができる。また、目印３６として複数の交点を用いることで、ＸＹＺ直交座標系の１軸方向の位置ずれだけでなく、２軸方向の位置ずれをも判定することができる。

また、本実施形態によれば、目印３６は、チェッカーパターン３５ａ、３５ｂのそれぞれに３つ以上の交点３６を含んでいる。これにより、ＸＹＺ直交座標系において、必要に応じて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの位置ずれを判別することができる。

また、本実施形態によれば、記憶部５１は、複数の交点３６の較正位置を記憶するように構成され、取得部５２は、複数の交点３６の位置を取得するように構成され、演算部５３は、複数の交点３６について、取得部５２が取得した位置と記憶部５１に記憶されている較正位置との差を算出するように構成され、判定部５４は、複数の交点３６の差のうち１つでも上記所定値を超える場合に、位置補正が必要であると判定するように構成されている。これにより、位置補正の要否を高精度に判定することができる。

また、本実施形態によれば、切削装置２３は、保持装置３０に接近する方向および離反する方向に移動可能に構成され、目印３６は切削装置２３に付されており、カメラ１５は、上記接近する方向および離反する方向に対し垂直な方向から目印３６を撮像するように配置されている。これにより、切削方向（Ｚ１軸方向）の位置ずれを高精度に判定することができる。

また、本実施形態によれば、切削装置２３は、保持装置３０に接近する方向および離反する方向に移動可能に構成され、保持装置３０は、上記接近する方向および離反する方向に対し垂直な所定方向に移動可能に構成され、目印３６は保持装置３０に付されており、カメラ１５は、上記所定方向に対し垂直な方向から目印３６を撮像するように配置されている。これにより、保持装置３０の移動する方向の位置ずれを高精度に判定することができる。

また、本実施形態によれば、目印３６は、切削装置２３および保持装置３０のうちの少なくとも一方の表面に直接的に印刷されている。これにより、目印３６が動いたり剥がれ落ちたりする心配が無くなり、位置誤差の要否判定を安定して行うことができる。また、目印３６を直接的に印刷することで、狭小領域に目印３６を配置し易くなる利点もある。

また、本実施形態によれば、カメラ１５は、保持装置３０よりも上方に配置されている。これにより、例えばカメラ１５を第１ベース部２ａや第２ベース部２ｂに配置する場合などと比べて、被加工物２４の切削加工によって生じた切削粉がカメラ１５に付着し難くなる。したがって、カメラ１５の検知精度をより良く維持することができる。

また、本実施形態によれば、ケース１０における保持装置３０よりも上方の部分に、空気を取り入れる吸気口９ｂが形成され、ケース１０における保持装置３０よりも下方の部分に、空気を排出する排気口１１ａが形成され、排気口１１ａに接続された集塵装置１１を備えている。これにより、ケース１０内の内部空間８において、上方側から下方側に向かって空気が流れるようになり、更に切削粉がカメラ１５に付着し難くなる。

また、本実施形態によれば、保持装置３０は、加工ツール２３ｆを収容する複数の孔部３２ａが形成されかつ第１方向に移動可能なツールマガジン３２と、ツールマガジン３２に支持され、上記第１方向に対して垂直に延びる第１回転軸周りに回転可能な第１支持アーム２７、２９と、第１支持アーム２７、２９に支持されるとともに被加工物２４を支持し、上記第１回転軸の軸方向と垂直な方向に延びる第２回転軸周りに回転可能な第２支持アーム２５と、を有している。そして、目印３６は、ツールマガジン３２、第１支持アーム２７、２９、および第２支持アーム２５の少なくとも一つに付されている。

また、本実施形態によれば、補正要否判定装置５０は、判定部５４の判定結果を作業者に通知する通知部５５を有している。これにより、作業者は容易に位置補正の要否判定結果を把握することができる。したがって、作業者の作業効率を向上し得る。

なお、上記実施形態では、切削装置２３と保持装置３０とにそれぞれチェッカーパターン３５ａ、３５ｂが付され、ケース１０に固定されたカメラ１５によってそれぞれ画像を取得し、位置誤差を算出するようにしていたが、これに限定されるものではない。例えば切削装置２３についてのみ組み付けの誤差を評価したい場合には、保持装置３０に付されたチェッカーパターン３５ｂを不要として、チェッカーパターン３５ａについてのみ位置補正の要否を判定してもよい。また、例えば保持装置３０についてのみ組み付けの誤差を評価したい場合には、切削装置２３に付されたチェッカーパターン３５ａを不要として、チェッカーパターン３５ｂについてのみ位置補正の要否を判定してもよい。さらに、カメラ１５は２台以上であってもよい。例えばチェッカーパターン３５ａ、３５ｂの数と同じ台数のカメラ１５を設置してもよい。

なお、上記実施形態では、目印３６としてチェッカーパターン３５ａ、３５ｂの交点３６を採用したが、これに限定されるものではない。目印３６は、撮像装置１５によって位置情報を把握可能なものであればよく、その形状や大きさは特に限定されない。例えば上記実施形態のようにカメラ１５を用いる場合には、色や反射率等にコントラストを有する図柄であるとよい。なお、ここで言う「図柄」とは、文字、数字、記号、絵柄、模様等を含む総称である。

また、上記実施形態では、切削装置２３を構成するキャリッジ２３ｃにチェッカーパターン３５ａを付し、保持装置３０の駆動部２７にチェッカーパターン３５ｂを付していたが、チェッカーパターン３５ａ、３５ｂを付す部位は、上記に限定されるものではない。また、チェッカーパターン３５ａ、３５ｂを付す面は水平であってもよく、例えば曲面等の凹凸面であってもよい。図８、図９は、他の一実施形態に係る保持装置３０を示す斜視図である。図８の実施形態では、保持装置３０において、Ｌ字状に形成された支持部２９にチェッカーパターン３５ｃが付されている。図９の実施形態では、保持装置３０において、半円弧状の保持部２５にチェッカーパターン３５ｄが付されている。

また、上記実施形態では、チェッカーパターン３５ａ、３５ｂが保持装置２３や切削装置３０の表面に直接的に印刷されていたが、これに限定されるものではない。チェッカーパターン３５ａ、３５ｂは、例えば刻印等によって保持装置２３や切削装置３０の表面にダイレクトマーキングしてもよいし、ラベル等に印刷して保持装置２３や切削装置３０の表面に貼付してもよい。

また、上記実施形態では、カメラ１５がケース１０の左側壁部３に固定されていたが、これに限定されるものではない。カメラ１５は、例えばケース１０の右側壁部４、天面部５あるいは後面部６に設けられていてもよい。また、上記実施形態では、カメラ１５がケース１０の内部全体を撮像可能なように配置されていたが、これに限定されるものではない。カメラ１５は、必ずしもケース１０の内部全体を撮像できなくてもよく、例えばチェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂを含むケース１０内部の一部のみを撮像するように配置されていてもよい。また、カメラ１５はチェッカーパターン３５ａおよび／または３５ｂを撮像できる限りにおいて、カメラ１５はケース１０内に配置されていなくてもよい。カメラ１５は、例えばケース１０の外部に配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、位置誤差が許容範囲を超えた場合、つまり、ステップＳ４でＮＯと判定された場合に、ステップＳ５として位置補正が必要な旨を作業者に通知し、ステップＳ６として作業者が切削加工機１に位置補正を指示するようにしていたが、これに限定されるものではない。例えばステップＳ５を省略し、ステップＳ４に引き続き自動的に位置補正を行うように設定してもよい。

ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。

１ 切削加工機
１０ ケース
１５ カメラ（撮像装置）
２３ 切削装置（把持具）
２４ 被加工物
３０ 保持装置（保持具）
３５ａ、ｂ チェッカーパターン
３６ チェッカーパターンの交点（目印）
６０ 制御装置

Claims (12)

1. 被加工物を切削加工する切削加工機であって、
   ケースと、
   前記ケース内に配置され、前記被加工物を保持する保持具と、
   前記ケース内に配置され、前記被加工物を切削するための加工ツールを把持する把持具と、
   前記保持具および／または前記把持具を駆動することにより、前記把持具に把持された前記加工ツールを前記保持具に保持された前記被加工物に対して相対的に移動させる駆動装置と、
   前記保持具および前記把持具の少なくとも一方に付された目印と、
   前記ケースに固定された撮像装置と、を備え、
   前記把持具は、前記加工ツールを着脱自在に把持するように構成されるとともに、検出ピンを着脱自在に把持するように構成され、
   前記把持具に把持された前記検出ピンが所定部位に接触するよう前記駆動装置を制御する較正動作部と、
   前記検出ピンが前記所定部位に接触したときの前記把持具および前記保持具の位置に基づいて、前記保持具に対する前記把持具の位置を較正する較正部と、
   を有する較正装置を更に備え、
   前記保持具に対する前記把持具の位置を較正したときに前記撮像装置により撮像される前記目印の位置を較正位置として記憶する記憶部と、
   前記撮像装置により撮像された画像が入力され、前記画像から前記目印の位置を取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記目印の位置と前記記憶部に記憶されている前記較正位置との差を算出する演算部と、
   前記演算部により算出された前記差が所定値以下の場合には位置補正が不要であると判定し、前記差が所定値を超える場合には位置補正が必要であると判定する判定部と、
   を有する補正要否判定装置を更に備えた、切削加工機。
2. 前記保持具および前記把持具の少なくとも一方に、チェッカーパターンが付されており、
   前記目印は、前記チェッカーパターンの複数の交点を含んでいる、
   請求項１に記載の切削加工機。
3. 前記目印は、前記チェッカーパターンの３つ以上の交点を含んでいる、
   請求項２に記載の切削加工機。
4. 前記記憶部は、前記複数の交点の較正位置を記憶するように構成され、
   前記取得部は、前記複数の交点の位置を取得するように構成され、
   前記演算部は、前記複数の交点について、前記取得部が取得した位置と前記記憶部に記憶されている較正位置との差を算出するように構成され、
   前記判定部は、前記複数の交点の差のうち１つでも前記所定値を超える場合に、位置補正が必要であると判定するように構成されている、
   請求項２または３に記載の切削加工機。
5. 前記把持具は、前記保持具に接近する方向および離反する方向に移動可能に構成され、
   前記目印は前記把持具に付されており、
   前記撮像装置は、前記接近する方向および離反する方向に対し垂直な方向から前記目印を撮像するように配置されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削加工機。
6. 前記把持具は、前記保持具に接近する方向および離反する方向に移動可能に構成され、
   前記保持具は、前記接近する方向および離反する方向に対し垂直な所定方向に移動可能に構成され、
   前記目印は前記保持具に付されており、
   前記撮像装置は、前記所定方向に対し垂直な方向から前記目印を撮像するように配置されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の切削加工機。
7. 前記目印は、前記把持具および前記保持具のうちの少なくとも一方の表面に直接的に印刷されている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の切削加工機。
8. 前記撮像装置は、前記ケース内における前記保持具よりも上方に配置されている、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の切削加工機。
9. 前記ケースにおける前記保持具よりも上方の部分に、空気を取り入れる吸気口が形成され、
   前記ケースにおける前記保持具よりも下方の部分に、空気を排出する排気口が形成され、
   前記排気口に接続された吸引装置を備えている、
   請求項８に記載の切削加工機。
10. 前記保持具は、
    加工ツールを収容する複数の収容孔が形成されかつ第１方向に移動可能なマガジンと、
    前記マガジンに支持され、前記第１方向に対して垂直に延びる第１回転軸周りに回転可能な第１支持アームと、
    前記第１支持アームに支持されるとともに前記被加工物を支持し、前記第１回転軸の軸方向と垂直な方向に延びる第２回転軸周りに回転可能な第２支持アームと、
    を有し、
    前記目印は、前記マガジン、前記第１支持アーム、および前記第２支持アームの少なくとも一つに付されている、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の切削加工機。
11. 前記補正要否判定装置は、前記判定部の判定結果を作業者に通知する通知部を有している、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の切削加工機。
12. ケースと、前記ケース内に配置され、被加工物を保持する保持具と、前記ケース内に配置され、前記被加工物を切削するための加工ツールを把持する把持具と、前記保持具および／または前記把持具を駆動することにより、前記把持具に把持された前記加工ツールを前記保持具に保持された前記被加工物に対して相対的に移動させる駆動装置と、前記保持具および前記把持具の少なくとも一方に付された目印と、前記ケースに固定された撮像装置と、を備え、前記把持具は、前記加工ツールを着脱自在に把持するように構成されるとともに、検出ピンを着脱自在に把持するように構成され、前記把持具に把持された前記検出ピンが所定部位に接触するよう前記駆動装置を制御する較正動作部と、前記検出ピンが前記所定部位に接触したときの前記把持具および前記保持具の位置に基づいて、前記保持具に対する前記把持具の位置を較正する較正部と、を有する較正装置を更に備える切削加工機において、位置補正の要否を判別する方法であって、
    前記保持具に対する前記把持具の位置を較正したときに前記撮像装置により撮像される前記目印の位置を較正位置として記憶する第１の工程と、
    前記撮像装置により撮像された画像が入力され、前記画像から前記目印の位置を取得する第２の工程と、
    前記第２の工程により取得された前記目印の位置と記憶部に記憶されている前記較正位置との差を算出する第３の工程と、
    前記第３の工程により算出された前記差が所定値以下の場合には位置補正が不要であると判定し、前記差が所定値を超える場合には位置補正が必要であると判定する第４の工程と、
    を包含する、位置補正の要否の判別方法。

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