JP6830997B1

JP6830997B1 - 多軸加工装置及びその補償方法

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Publication number: JP6830997B1
Application number: JP2019236583A
Authority: JP
Inventors: 宜裕 ▲黄▼; 立中劉
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP2021105549A

Abstract

【課題】多軸加工装置に応用される平面型３次元変位検出器を提供する。【解決手段】３次元変位検出器２４１〜２４３を用いて多軸加工装置を計測することにより、様々な変形効果を有効に除去できる多軸加工装置及び補償方法を実現する。【選択図】図２

Description

本発明は多軸加工装置及びその補償方法に関し、特にスペックル誤差校正を応用した多軸加工装置及びその補償方法に関する。

従来技術において、作業機械（ｗｏｒｋｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ）の加工性能に動的精度（ｄｙｎａｍｉｃａｃｃｕｒａｃｙ）及び加工性能再現性（ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）が含まれ、かつ、加工性能再現性とは最初の物品と最後の物品が同じ加工品質を維持することを意味する。最初の物品を加工する時の機械の作業条件（例えば、機械の温度分布、熱変形、応力変形、摩耗など）、作業環境（例えば、環境温度、冷却条件、湿度変化など）と最後の加工物品の作業条件で著しい変化があっても、また加工物の数量、加工作業時間の長さに関係なく、優れた加工性能再現性といえば、機械のすべての加工物に同じ加工品質を維持しなければならない。

我が国の現段階の業界水準では、機械の加工性能再現性がドイツ、日本製品より大きく遅れており、国産機械は一般的に最初の１、２年が好調であっても、一定の作業時間が経過すると、機械の加工品質が著しく低下し、これに機械の熱変形、応力変形、摩耗変形などの効果が含まれ、蓄積される誤差が多すぎて、有効な校正補償ができなくなる。

国内の作業機械関連メーカは作業機械の熱変形問題を解決する方法として、ＣＮＣ数値制御システムを利用した熱変形制御技術を開発し、この技術が（１）機体の温度変化が著しい位置に温度検出器を設置し（赤外線温度撮像素子を利用して計測することができる）、機械の温度変化を取得すること、（２）３次元計測器を架設し、機械の温度上昇変形量を計測及び記録すること、（３）温度及び熱変形量データを利用し、機械の熱変形モデルを構築すること、（４）機械熱変形量モデルを構築し、及び温度上昇補正を検証することを含む。

国内メーカが提案したＣＮＣ数値制御システムの熱変形制御技術は、機械の温度変化量を計測し、さらに機械の熱変形モジュールに組み込まれたソフトウェアにより機械の即時熱変形量を算出して、加工主軸の熱補償校正の変位量とする。熱変形モジュールのソフトウェアの開発時に、機械の熱源と環境温度のサンプリング範囲が限られているため、機械の作業時間が増えるにつれ、機械に内蔵されたモーターの発熱特性が変化し、又は環境温度の変化が大きすぎることは、いずれも当初設定された校正ソフトウェアの算出誤差の原因となり、機械の作業精度及び加工安定性を低下させる。

本発明は多軸加工装置及びその補償方法、特にスペックル誤差校正を応用した多軸加工装置及びその補償方法を提供する。

前記従来技術の欠点に鑑み、本発明は多軸加工装置に応用される平面型３次元変位検出器を提供し、前記３次元変位検出器を用いて多軸加工装置を計測することにより、様々な変形効果を有効に除去することができる多軸加工装置及び補償方法を実現する。

上記目的を達成するために、本発明の一形態は３次元変位検出器を提供する。前記３次元変位検出器は、固定素子、第一変位検出アセンブリ、第二変位検出アセンブリ、第三変位検出アセンブリ、及び信号プロセッサを含む。前記固定素子は、第一外壁、第二外壁、第三外壁、第四外壁及び第五外壁を有する中空筐体であって、これらの外壁がそれぞれ孔を有し、前記第一外壁と前記第三外壁が前記固定素子のｘ軸に面しており、前記第二外壁と前記第四外壁が前記固定素子のｙ軸に面しており、前記第五外壁が前記固定素子のｚ軸に面しており、かつ、前記ｘ軸、前記ｙ軸と前記ｚ軸が３次元座標系を構成する。前記第一変位検出アセンブリは、対を成して前記第一外壁上及び前記第三外壁上に設置される第一コヒーレント光源及び第一光源検出器を含み、前記第一光源検出器は前記第一コヒーレント光源が被検体を照射して発生するスペックルを計測し、かつ第一映像信号を信号プロセッサに出力する。前記第二変位検出アセンブリは、対を成して前記第二外壁上及び前記第四外壁上に設置される第二コヒーレント光源及び第二光源検出器を含み、前記第二光源検出器は前記第二コヒーレント光源が被検体を照射して発生するスペックルを計測し、かつ第二映像信号を信号プロセッサに出力する。前記第三変位検出アセンブリは、レーザー共焦点変位検出器（ｃｏｎｆｏｃａｌｌａｓｅｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ）、クロマティック共焦点変位検出計（ｃｏｎｆｏｃａｌｃｈｒｏｍａｔｉｃｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ）、白色光干渉変位検出器（ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ）又はレーザー三角測量変位検出器（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎｌａｓｅｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ）であって、前記第五外壁上に設置され、前記ｚ軸における被検体の変位を計測し、かつデジタル信号を信号プロセッサに出力する。前記信号プロセッサは、前記第一映像信号、前記第二映像信号及び前記デジタル信号を処理し、３次元変位座標を出力する。

本発明の３次元変位検出器において、前記第一コヒーレント光源と前記第一光源検出器がそれぞれ前記第一外壁の孔及び前記第三外壁の孔を通して被検体を計測し、前記第二コヒーレント光源と前記第二光源検出器がそれぞれ前記第二外壁の孔及び前記第四外壁の孔を通して被検体を計測し、前記第三変位検出アセンブリが前記第五外壁の孔を通して被検体を計測してもよい。

本発明の３次元変位検出器において、前記第一変位検出アセンブリ、前記第二変位検出アセンブリ及び前記第三変位検出アセンブリが被検体の同一表面を計測してもよい。

本発明の別の形態は多軸加工装置を提供する。前記多軸加工装置は、参考位置決め台座、並進台固定フレーム、第一スライドブロック、第二スライドブロック、第一３次元変位検出器、第二３次元変位検出器及び第三３次元変位検出器を含み、前記参考位置決め台座に低熱膨張材料が用いられる。前記並進台固定フレームは、前記参考位置決め台座の下方に設置され、かつ固定フレーム本体、ｘ軸スライドシャフト、ｙ軸スライドシャフト及びｚ軸スライドシャフトを有する。前記ｘ軸スライドシャフトは前記ｙ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｙ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能である。前記ｙ軸スライドシャフトと前記ｚ軸スライドシャフトは前記固定フレーム本体に固定され、前記ｚ軸スライドシャフの一方側にスペックルルーラーが設置され、前記スペックルルーラーに低熱膨張材料が用いられる。前記第一スライドブロックは前記ｘ軸スライドシャフトに連結し、かつｘ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記第二スライドブロックは前記ｚ軸スライドシャフトに連結し、かつｚ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能である。前記第一３次元変位検出器は前記第一スライドブロックに固定されて、前記参考位置決め台座を計測し、前記第二３次元変位検出器は前記第二スライドブロックに固定されて、前記スペックルルーラーを計測し、前記第三３次元変位検出器は前記スペックルルーラーに固定され、前記参考位置決め台座を計測する。なお、前記第一３次元変位検出器、前記第二３次元変位検出器及び前記第三３次元変位検出器が本発明の前記３次元変位検出器を構成することができる。

本発明の多軸加工装置において、駆動及び補償システムをさらに含み、前記ｘ軸スライドシャフト、前記ｙ軸スライドシャフト及び前記ｚ軸スライドシャフトを電気によって駆動し、前記第一スライドブロック及び前記第二スライドブロックの加工変位量を制御してもよい。

本発明の別の形態は多軸加工及び補償方法を提供し、前記多軸加工及び補償方法は、前記多軸加工装置を提供するステップと、前記第一３次元変位検出器を前記第一スライドブロックに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記第一スライドブロックが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち第一３次元変位量を取得するステップと、前記第二３次元変位検出器を前記第二スライドブロックに固定して、前記スペックルルーラーを計測し、前記第二スライドブロックが前記スペックルルーラーに対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち第二３次元変位量を取得するステップと、前記第三３次元変位検出器を前記スペックルルーラーに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記スペックルルーラーが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第三３次元変位量を取得するステップと、加工及び補償プロセッサを提供して、前記第一３次元変位量、前記第二３次元変位量及び前記第三３次元変位量を算出し、加工処理変位量及び補償変位量を得ると、前記加工及び補償プロセッサが前記加工処理変位量及び前記補償変位量に基づいて前記第一スライドブロック及び前記第二スライドブロックの移動位置を調整し、前記多軸加工機の加工及び補償フィードバック制御を行うステップを含むことができる。

本発明が別の形態は多軸加工装置を提供し、前記多軸加工装置は、参考位置決め台座、並進台固定フレーム、第一スライドブロックモジュール、第二スライドブロックモジュール及び第三３次元変位検出器を含む。前記参考位置決め台座に低熱膨張材料を用いてもよい。前記並進台固定フレームは、前記参考位置決め台座の下方に設置され、かつ、固定フレーム本体、ｘ軸スライドシャフト、ｙ軸スライドシャフト及びｚ軸スライドシャフトを含む。前記ｘ軸スライドシャフトは前記ｙ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｙ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能である。前記ｙ軸スライドシャフトと前記ｚ軸スライドシャフトは前記固定フレーム本体に固定され、前記ｚ軸スライドシャフトの一方側にスペックルルーラーが設置され、前記スペックルルーラーに低熱膨張材料を用いてもよい。前記第一スライドブロックモジュールは、第一スライドブロック、ｚ軸微量変位プラットフォーム、第一治具、第一連接棒及び第一３次元変位検出器を含む。前記第一スライドブロックが前記ｘ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｘ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記ｚ軸微量変位プラットフォームが前記第一スライドブロック上に設置され、前記第一治具が前記ｚ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第一連接棒が前記第一治具の横側に設置され、前記第一３次元変位検出器が前記第一連接棒上に設置されて前記参考位置決め台座を計測することができる。前記第二スライドブロックモジュールは、第二スライドブロック、ｘ軸微量変位プラットフォーム、ｙ軸微量変位プラットフォーム、第二治具、第二連接棒及び第二３次元変位検出器を含む。前記第二スライドブロックが前記ｚ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｚ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記ｘ軸微量変位プラットフォームが前記第二スライドブロック上に設置され、前記ｙ軸微量変位プラットフォームが前記ｘ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第二治具が前記ｙ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第二連接棒が前記第二治具の横側に設置され、前記第二３次元変位検出器が第二連接棒上に設置され、かつ前記スペックルルーラーを計測することができる。前記第三３次元変位検出器は、前記スペックルルーラーに固定され、前記参考位置決め台座を計測することができる。なお、前記第一３次元変位検出器、前記第二３次元変位検出器及び前記第三３次元変位検出器が本発明の３次元変位検出器を構成することができる。

本発明の別の多軸加工装置において、駆動及び補償システムをさらに含み、前記ｘ軸スライドシャフト、前記ｙ軸スライドシャフト、前記ｚ軸スライドシャフト、前記ｘ軸微量変位プラットフォーム、前記ｙ軸微量変位プラットフォーム及び前記ｚ軸微量変位プラットフォームを電力によって駆動し、前記第一治具及び前記第二治具の加工変位量を制御してもよい。

本発明の別の形態は多軸加工及び補償方法を提供する。前記多軸加工及び補償方法は、前記多軸加工装置を提供するステップと、前記第一３次元変位検出器を前記第一連接棒に固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記第一治具が前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量（△ｘ_{第一治具対参考位置決め台座}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{第一治具対参考位置決め台座}）及びｚ軸変位量（△ｚ_{第一治具対参考位置決め台座}）、即ち、第一３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第一治具対参考位置決め台座}を取得するステップと、前記第二３次元変位検出器を前記第二連接棒に固定して、前記スペックルルーラーを計測し、前記第二治具が前記スペックルルーラーに対するｘ軸変位量（△ｘ_{第二治具対スペックルルーラー}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{第二治具対スペックルルーラー}）及びｚ軸変位量（△ｚ_{第二治具対スペックルルーラー}）、即ち、第二３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第二治具対スペックルルーラー}を取得するステップと、前記第三３次元変位検出器を前記スペックルルーラーに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記スペックルルーラーが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量（△ｘ_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}）及びｚ軸変位量（△ｚ_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}）、即ち、第三３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}を取得するステップと、第二３次元変位量と第三３次元変位量を加算し、第二治具が参考位置決め台座に対する第四３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第二治具対参考位置決め台座}を得るステップと、加工及び補償プロセッサを提供し、前記第一３次元変位量のｘ軸変位量（△ｘ_{第一治具対参考位置決め台座}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{第一治具対参考位置決め台座}）及び前記第四３次元変位量のｚ軸変位量（△ｚ_{第二治具対参考位置決め台座}）に基づいて、加工処理変位量（△ｘ_{第一治具対参考位置決め台座}、△ｙ_{第一治具対参考位置決め台座}、△ｚ_{第二治具対参考位置決め台座}）を得るステップと、前記第一３次元変位量のｚ軸変位量（△ｚ_{第一治具対参考位置決め台座}）、前記第四３次元変位量のｘ軸変位量（△ｘ_{第二治具対参考位置決め台座}）及びｙ軸変位量（△ｙ_{第二治具対参考位置決め台座}）に基づいて、補償変位量（△ｘ_{第二治具対参考位置決め台座}、△ｙ_{第二治具対参考位置決め台座}、△ｚ_{第一治具対参考位置決め台座}）を得るステップと、前記加工及び補償プロセッサが前記加工処理変位量及び前記補償変位量に基づいて、前記第一治具及び前記第二治具の移動位置を調整し、前記多軸加工機の加工及び補償フィードバック制御を行うステップとを含むことができる。

本発明の多軸加工装置において、前記低熱膨張材料が花崗岩、インバー又はゼロ膨張セラミックスであってもよい。

以上の概説と後の詳細説明及び図面はいずれも、本発明の所期の目的を達成するために用いる方法、手段及び効果を説明するものである。本発明のその他の目的及び利点について、以下の説明及び図面において述べる。

本発明の３次元変位検出器の概略図。本発明の多軸加工装置の実施例１の概略図。本発明の多軸加工装置の実施例２の概略図。本発明の第一連接棒ユニットの概略図。本発明の第二連接棒ユニットの概略図。

当業者が本明細書の記載内容から本発明の利点及び効果を簡単に理解できるよう、以下は特定の具体的な実施例を基に本発明の実施形態を説明する。

本発明は、平面型３次元変位検出器を提供し、２つの物体の平面の間の３次元即時位置決め（ｒｅａｌｔｉｍｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）を迅速に行い、従来の３次元スペックル変位検出器の使用上の不便性を解消することができる。従来のスペックル３次元変位検出器は、被検体の側面のスペックル映像（ｉｍａｇｅ）を測量し、被検体のｚ軸（垂直）方向変位量を取得する必要があり、被検体の上表面スペックル映像のみを測量した場合、被検体のｘ、ｙ方向の変位ベクトルのみが得られ、被検体のｚ軸（垂直）方向の変位情報を得ることができない。そのため、本発明は、ｘｙ平面型ダブルスペックルの画像読み取りヘッドに、ｚ軸方向の変位を精確に計測できる検出器を組み合わせた構成を提案し、当該ｚ軸方向の変位検出器がレーザー共焦点変位検出器、クロマティック共焦点変位検出計、白色光干渉変位検出器、レーザー三角測量変位検出器などであってもよい。なお、ｘ、ｙ両軸にスペックル映像変位検出器を用いて、ｚ軸にレーザー共焦点変位検出器、クロマティック共焦点変位検出計、白色光干渉変位検出器又はレーザー三角測量変位検出器などを用いて、三つの変位検出器のレーザー光束が物体表面の同一点に照射される。測量精度を確保するために、通常ｚ軸変位検出器のレーザー光束を集光する必要があり、集光の焦点直径＜１０μｍであるに対し、ｘ、ｙ両軸スペックルの画像取り込みレーザー光点の直径が５００−１０００ｕｍであり、ｚ軸変位検出器の集光レーザーの散乱スペックル面積が非常に小さく、ｘ、ｙ両軸スペックル映像の照合位置決めの精度にほとんど影響がない。一方、ｘ、ｙ両軸スペックル映像検出器は互いに垂直であり、０°散乱スペックル強度が９０°散乱スペックルよりはるかに大きいため、ｘ、ｙ両軸スペックル映像の散乱スペックルが互いにほとんど干渉せず、ｘ、ｙ、ｚの３次元変位検出器が物体表面の同一位置の３次元変位量を測量することができる。

本発明の３次元変位検出器のｘ、ｙ両軸スペックル映像変位検出器は、物体表面の同一点における互いに垂直角度の２枚のスペックル映像を取り込み、各位置決め点にＸ軸方向のスペックル映像アレイ強度分布「Ｉ_ｎ、Ｉ_ｍ」ｘ_{軸‐ｘｉ、ｙｊ}及びｙ軸方向のスペックル映像アレイ強度分布「Ｉ_ｎ、Ｉ_ｍ」_{Ｙ軸−ｘｉ、ｙｊ}をそれぞれ記録するほか、スペックル映像の中心点の（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）３次元座標も記録する。ｘ、ｙ両軸スペックル映像は、ＳＩＦＴ（ＳｃａｌｅＩｎｖａｒｉａｎｔＦｅａｔｕｒｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）照合位置決め技術又はＳＡＤ（ＳｕｍＡｎｄＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＳＳＤ（ＳｕｍｏｆＳｑｕａｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）及びＮＣＣ（ＮｏｒｍａｌｉｚｅｄＣｒｏｓｓＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）などのサブピクセル（Ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）照合位置決め技術を用いることができる。ＳＩＦＴ照合位置決め技術を用いる場合、位置決め精度が０．０１−０．１μｍであり、位置決め重複率が１−１００Ｈｚである。ＳＡＤ、ＳＳＤ、ＮＣＣなどのサブピクセル照合位置決め技術を用いる場合、位置決め精度が０．０５−０．５μｍであり、位置決め重複率が１−１０ｋＨｚである。ｚ軸変位検出器は、位置決め精度が０．００１−０．１μｍであり、位置決め重複率が１０ｋＨｚを超える。ＳＡＤ、ＳＳＤ、ＮＣＣなどのサブピクセル照合位置決めを用いたｘｙ平面スペックル映像変位検出器に、ｚ軸高さ変位検出器を整合することで、高い位置決め精度（＜０．１μｍ）、高い位置決め重複率（＞１０ｋＨｚ）の三軸変位検出器を得ることができる。静止の目標に対し３次元変位の位置決めを行うだけではなく、移動体に対しても３次元変位の即時位置決めを行うことができる。本発明の以下の実施例において、第一変位検出アセンブリ及び第二変位検出アセンブリはいずれもスペックル映像変位検出器を意味し、第一変位検出アセンブリ及び第二変位検出アセンブリを組み合せてｘｙ平面スペックル映像変位検出器とすることができる。

図１は本発明の３次元変位検出器の概略図である。図１が示すように、本発明は３次元変位検出器を提供する。前記３次元変位検出器は、固定素子（１１０）、第一変位検出アセンブリ（１２０）、第二変位検出アセンブリ（１３０）、第三変位検出アセンブリ（１４０）及び信号プロセッサを含む。固定素子（１１０）は、第一外壁、第二外壁、第三外壁、第四外壁及び第五外壁を有する中空筐体であって、これらの外壁がそれぞれ孔を有し、前記第一外壁と前記第三外壁が前記固定素子（１１０）のｘ軸に面しており、前記第二外壁と前記第四外壁が前記固定素子（１１０）のｙ軸に面しており、前記第五外壁が前記固定素子（１１０）のｚ軸に面しており、かつ、前記ｘ軸、前記ｙ軸と前記ｚ軸が３次元座標系を構築する。第一変位検出アセンブリ（１２０）は、対を成して前記第一外壁上及び前記第三外壁上に設置される第一コヒーレント光源（１２２）及び第一光源検出器（１２１）を含み、前記第一光源検出器（１２１）は前記第一コヒーレント光源（１２２）が被検体（１５０）を照射して発生するスペックルを計測し、かつ第一映像信号を信号プロセッサに出力する。第二変位検出アセンブリ（１３０）は、対を成して前記第二外壁上及び前記第四外壁上に設置される第二コヒーレント光源（１３２）及び第二光源検出器（１３１）を含み、前記第二光源検出器（１３１）は前記第二コヒーレント光源（１３２）が被検体（１５０）を照射して発生するスペックルを計測し、かつ第二映像信号を信号プロセッサに出力する。第三変位検出アセンブリ（１４０）は、レーザー共焦点変位検出器、クロマティック共焦点変位検出計、白色光干渉変位検出器又はレーザー三角測量変位検出器であって、前記第五外壁上に設置されてもよい。前記第三変位検出アセンブリ（１４０）は、被検体（１５０）の前記ｚ軸における変位を計測し、かつデジタル信号を信号プロセッサに出力する。信号プロセッサは、前記第一映像信号、前記第二映像信号及び前記デジタル信号を処理し、３次元変位座標を出力するものである。

ここで、前記第一コヒーレント光源と前記第一光源検出器がそれぞれ前記第一外壁の孔及び前記第三外壁の孔を通して被検体を計測し、前記第二コヒーレント光源と前記第二光源検出器がそれぞれ前記第二外壁の孔及び前記第四外壁の孔を通して被検体を計測し、前記第三変位検出アセンブリが前記第五外壁の孔を通して被検体を計測し、前記第一変位検出アセンブリ、前記第二変位検出アセンブリ及び前記第三変位検出アセンブリが被検体の同一表面を計測してもよい。

本発明の３次元変位検出器は、当該分野で現在使われているレーザー共焦点変位検出器、クロマティック共焦点変位検出計、白色光干渉変位検出器又はレーザー三角測量変位検出器などの３次元変位計測装置のいずれとも異なる。位置決めの精度要求により、これらの計測装置でｚ軸のレーザー光束を計測する場合、常に集光する必要があり、そのため、計測スペックルの直径がすべて非常に小さい（＜１０μｍ）。また、ｘｙ軸走査光学システム又はｘｙ軸サーボ変位プラットフォームなどを合わせる必要があり、ｚ軸の高さを計測する時に、ｘ、ｙ軸の平面走査位置決めを同期して行うことでしか、物体表面の３次元輪郭の構築を完成できない。また、現段階では、これらの装置では物体の３次元輪郭走査しかできず、被検体と検出器との間の３次元相対変位計測を行うことができない。

図２は本発明の多軸加工装置の実施例の概略図である。図２が示すように、本発明は多軸加工装置を提供する。前記多軸加工装置は、参考位置決め台座（２１０）、並進台固定フレーム（２２０）、第一スライドブロック（２３１）、第二スライドブロック（２３２）、第一３次元変位検出器（２４１）、第二３次元変位検出器（２４２）及び第三３次元変位検出器（２４３）を含む。参考位置決め台座（２１０）は低熱膨張材料を用いる。並進台固定フレーム（２２０）は、前記参考位置決め台座（２１０）の下方に設置され、前記参考位置決め台座と前記並進台固定フレームとの間の摩擦変形効果をできるだけ低減するために、前記並進台は複数点（少なくとも３つの点）において前記参考位置決め台座を支え、かつ、前記参考位置決め台座の横側と前記並進台固定フレームの間に一点で固定され、より好ましくは、前記参考位置決め台座（２１０）と前記並進台固定フレーム（２２０）の距離を２０ｃｍ以内とし、３次元変位検出器が参考位置決め台座を計測不能になることを避ける。前記並進台固定フレーム（２２０）は固定フレーム本体（２２１）、ｘ軸スライドシャフト（２２３）、ｙ軸スライドシャフト（２２２）及びｚ軸スライドシャフト（２２４）を有し、前記ｘ軸スライドシャフト（２２３）が前記ｙ軸スライドシャフト（２２２）に連結し、前記ｘ軸スライドシャフト（２２３）がｙ軸スライドシャフト（２２２）に沿ってスライド可能であり、前記ｙ軸スライドシャフト（２２２）と前記ｚ軸スライドシャフト（２２４）が前記固定フレーム本体（２２１）に固定され、前記ｚ軸スライドシャフト（２２４）の一方側にスペックルルーラー（２２５）が設置され、前記スペックルルーラー（２２５）が低熱膨張材料を用いる。第一スライドブロック（２３１）は前記ｘ軸スライドシャフト（２２３）に連結し、かつ前記ｘ軸スライドシャフト（２２３）に沿ってスライド可能である。第二スライドブロック（２３２）が前記ｚ軸スライドシャフト（２２４）に連結し、かつ前記ｚ軸スライドシャフト（２２４）に沿ってスライド可能である。第一３次元変位検出器（２４１）は前記第一スライドブロック（２３１）に固定され、前記参考位置決め台座（２１０）を計測する。第二３次元変位検出器（２４２）は前記第二スライドブロック（２３２）に固定され、前記スペックルルーラー（２２５）を計測する。第三３次元変位検出器（２４３）は前記スペックルルーラー（２２５）に固定され、前記参考位置決め台座（２１０）を計測する。なお、前記第一３次元変位検出器（２４１）、前記第二３次元変位検出器（２４２）及び前記第三３次元変位検出器（２４３）は前記３次元変位検出器である。

図３は本発明の多軸加工装置の実施例二の概略図である。図３が示すように、本発明は別の多軸加工装置を提供する。前記多軸加工装置は、参考位置決め台座（３１０）、並進台固定フレーム（３２０）、第一スライドブロック（３３１）モジュール、第二スライドブロック（３４１）モジュール、第三３次元変位検出器（３５３）を含む。参考位置決め台座（３１０）は低熱膨張材料を用いる。並進台固定フレーム（３２０）は、前記参考位置決め台座（３１０）の下方に設置され、かつ固定フレーム本体（３２１）、ｘ軸スライドシャフト（３２３）、ｙ軸スライドシャフト（３２２）及びｚ軸スライドシャフト（３２４）を有する。前記ｘ軸スライドシャフト（３２３）が前記ｙ軸スライドシャフト（３２２）に連結し、かつ前記ｙ軸スライドシャフト（３２２）に沿ってスライド可能である。前記ｙ軸スライドシャフト（３２２）と前記ｚ軸スライドシャフト（３２４）が前記固定フレーム本体（３２１）に固定され、前記ｚ軸スライドシャフト（３２４）の一方側にスペックルルーラー（３２５）が設置され、前記スペックルルーラー（３２５）が低熱膨張材料であってもよい。第一スライドブロック（３３１）モジュールは、第一スライドブロック（３３１）、ｚ軸微量変位プラットフォーム（３３２）、第一治具（３３３）、第一連接棒（３３４）及び第一３次元変位検出器（３５１）を含む。前記第一スライドブロック（３３１）が前記ｘ軸スライドシャフト（３２３）に連結し、かつ前記ｘ軸スライドシャフト（３２３）に沿ってスライド可能であり、前記ｚ軸微量変位プラットフォーム（３３２）が前記第一スライドブロック（３３１）上に設置され、前記第一治具（３３３）が前記ｚ軸微量変位プラットフォーム（３３２）上に設置され、前記第一連接棒設（３３４）が前記第一治具（３３３）の横側に設置され、前記第一３次元変位検出器（３５１）が前記第一連接棒（３３４）上に固定されて、前記参考位置決め台座（３１０）を計測する。第二スライドブロック（３４１）モジュールは、第二スライドブロック（３４１）、ｘ軸微量変位プラットフォーム（３４２−１）、ｙ軸微量変位プラットフォーム（３４２−２）、第二治具（３４３）、第二連接棒（３４４）及び第二３次元変位検出器（３５２）を含む。前記第二スライドブロック（３４１）は前記ｚ軸スライドシャフト（３２４）に連結し、かつ前記ｚ軸スライドシャフト（３２４）に沿ってスライド可能である。前記ｘ軸微量変位プラットフォーム（３４２−１）は前記第二スライドブロック（３４１）上に設置され、前記ｙ軸微量変位プラットフォーム（３４２−２）が前記ｘ軸微量変位プラットフォーム（３４２−１）上に設置され、前記第二治具（３４３）が前記ｙ軸微量変位プラットフォーム（３４２−２）上に設置され、前記第二連接棒（３４４）が前記第二治具（３４３）の横側に設置され、前記第二３次元変位検出器（３５２）が前記第二連接棒（３４４）上に固定されて、前記スペックルルーラー（３２５）を計測する。第三３次元変位検出器（３５３）は前記スペックルルーラー（３２５）に固定されて、前記参考位置決め台座（３１０）を計測する。なお、前記第一３次元変位検出器（３５１）、前記第二３次元変位検出器（３５２）及び前記第三３次元変位検出器（３５３）は前記３次元変位検出器を構成する。

図４は本実施例の第一連接棒ユニットの概略図である。図４が示すように、前記第一スライドブロックモジュールは第一連接棒ユニット（４２０）をさらに含み、前記第一連接棒ユニット（４２０）の一端が前記第一治具（４１０）に連結し、前記第一連接棒ユニット（４１０）の他端が前記第一３次元変位検出器（４３０）に連結し、前記第一３次元変位検出器（４３０）に前記参考位置決め台座を計測させる。図５は本実施例の第二連接棒ユニットの概略図である。図５が示すように、前記第二スライドブロックモジュールは第二連接棒ユニット（５２０）をさらに含み、前記第二連接棒ユニット（５２０）の一端が前記第二治具（５１０）に連結し、前記第二連接棒ユニット（５２０）の他端が前記第二３次元変位検出器（５３０）に連結子、前記第二３次元変位検出器（５３０）に前記スペックルルーラーを計測させる。

本実施例一に応用される多軸加工補償方法は、以下のステップを含むことができる。実施例一に記載の多軸加工装置を提供するステップ。前記第一３次元変位検出器を前記第一スライドブロックに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記第一スライドブロックが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量（△ｘ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）及びｚ軸変位量（△ｚ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）、即ち第一３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}を取得するステップ。前記第二３次元変位検出器を前記第二スライドブロックに固定して、前記スペックルルーラーを計測し、前記第二スライドブロックが前記スペックルルーラーに対するｘ軸変位量（△ｘ_{第二スライドブロック対スペックルルーラー}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{第二スライドブロック対スペックルルーラー}）及びｚ軸変位量（△ｚ_{第二スライドブロック対スペックルルーラー}）、即ち、第二３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第二スライドブロック対スペックルルーラー}を取得するステップ。前記第三３次元変位検出器を前記スペックルルーラーに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記スペックルルーラーが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量（△ｘ_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}）及びｚ軸変位量（△ｚ_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}）、即ち、第三３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}を取得するステップ。第二３次元変位量と第三３次元変位量を加算し、第二スライドブロックが参考位置決め台座に対する第四３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}を得るステップ。加工及び補償プロセッサを提供し、前記第一３次元変位量のｘ軸変位量（△ｘ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）、ｙ軸変位量（△ｙ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）及び前記第四３次元変位量のｚ軸変位量（△ｚ_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}）に基づいて、加工処理変位量（△ｘ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}、△ｙ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}、△ｚ_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}）を得るステップ。及び、前記第一３次元変位量のｚ軸変位量（△ｚ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）、前記第四３次元変位量のｘ軸変位量（△ｘ_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}）及びｙ軸変位量（△ｙ_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}）に基づいて、補償変位量（△ｘ_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}、△ｙ_{第二スライドブロック対参考位置決め台座}、△ｚ_{第一スライドブロック対参考位置決め台座}）を得るステップ。前記加工及び補償プロセッサは、前記加工処理変位量及び前記補償変位量に基づいて、前記第一スライドブロック及び前記第二スライドブロックの移動位置を調整し、さらに前記多軸加工機の加工及び補償フィードバック制御を行う。

また、本発明の多軸加工補償方法の実施例は、様々な変形効果を有効に解消できる多軸加工機械を構築するものであり、まず、一枚の低熱膨張量の花崗岩プラットフォームの表面に２次元スペックル映像座標データベース（「Ｉ_ｎ、Ｉ_ｍ」_{Ｘ軸−ｘｉ、ｙｊ}；「Ｉ_ｎ、Ｉ_ｍ」_{Ｙ軸−ｘｉ、ｙｊ}）及び３次元輪郭座標データベース（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）を構築し、次に、この低熱膨張量の花崗岩プラットフォームを多軸加工機頂端に取り付け、多軸加工機械の３次元参考位置決め台座とする。

この花崗岩プラットフォームの下にｘｙ軸変位プラットフォームを取り付け、ｘｙ軸変位プラットフォームのスライドブロックの上方に３次元変位検出器を取り付け、下方に第一治具を取り付け、ｘｙ軸変位プラットフォームのスライドブロック上の３次元変位検出器を利用して、ｘｙ軸変位プラットフォームのスライドブロックが花崗岩プラットフォームの位置決め台座に対する３次元位置決め座標を即時に計測する。

ｘｙ軸変位スライドブロックは低熱膨張材料を用いて作製され、例えば、インバー、ゼロ膨張セラミックスなどであり、かつ、優れた剛性が求められる。作業時に、ｘｙ軸変位スライドブロックの温度を適切に制御するだけで、ｘｙ軸変位スライドブロックの変形量をシステム位置決め精度よりずっと低くすることを保証できるため、スライドブロック上方の３次元変位検出器とスライドブロック下方の第一治具との間の３次元変形量がシステム位置決め精度よりずっと小さいことが確認できる。

従って、ｘｙ軸変位スライドブロック上方の３次元変位検出器が花崗岩プラットフォームの位置決め台座に対する３次元変位計測は、ｘｙ軸変位スライドブロック下方の第一治具の３次元変位計測に相当する。ここで、ｘｙ平面の変位量（△ｘ、△ｙ）_{ｘｙ軸スライドブロック対参考位置決め台座}は変形の無い花崗岩位置決め台座を直接参照したものであり、そのため、（△ｘ、△ｙ）_{ｘｙ軸スライドブロック対参考位置決め台座}は、ｘ、ｙ軸サーボモーター推量＋機械本体＋（ｘｙ）並進台の熱変性、応力変形、摩耗変形など総変形量を含む総変位量である。（△ｘ、△ｙ）_{ｘｙ軸スライドブロック対参考位置決め台座}の即時計測値をサーボ位置決めシステムにフィードバックすることは、機械本体及びｘｙ並進台のすべての変形量を正確に計測し、かつサーボ位置決めシステムにフィードバックすることに相当し、ｘ、ｙ軸方向における第一治具（第一治具の同位置と見なすことができる）の変位量をリアルに反映するものである。また、ｘｙ軸並進台上のスライドブロックはｚ軸方向の加工処理がないため、三軸変位検出器が計測したｚ軸変位量△ｚ_{ｘｙ軸スライドブロック対参考位置決め台座}は、単純に機械本体＋ｘｙ軸並進台がｚ軸方向の総変形量であり、この△ｚ_{ｘｙ軸スライドブロック対参考位置決め台座}の即時計測値をｚ軸サーボモーターにフィードバックして校正補償を行う必要がある。

そして、細長い低熱膨張量の花崗岩板の表面に、建立１次元スペックル映像座標データベース「Ｉ_ｎ、Ｉ_ｍ」_{ｚ軸−ｘｉ、ｙｊ}及び３次元輪郭座標データベース（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）を構築し、ｚ軸スペックルルーラーとする。ｚ軸並進台の横側にｚ軸スペックルルーラーを取り付け、ｚ軸スペックルルーラーの上方に３次元変位検出器を架設し、スペックルルーラーの頂端が花崗岩参考台座に対する３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}を即時に計測し、ｚ軸スライドブロックの横側に別途３次元変位検出器を取り付けて、ｚ軸スライドブロックがｚ軸スペックルルーラーに対する３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{ｚ軸スライドブロック対スペックルルーラー}を即時に計測し、（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{ｚ軸スライドブロック対スペックルルーラー}＋（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}から、ｚ軸スライドブロックが花崗岩参考台座に対する３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{ｚ軸スライドブロック対参考位置決め台座}を得ることができる。

ｚ軸スペックルルーラーは低熱膨張材料を用いて作製され、例えば、インバー、ゼロ膨張セラミックス、ゼロ膨張ガラスなどであり、かつ、優れた剛性が求められる。作業時に、ｚ軸スペックルルーラーの温度を適切に制御するだけで、ｚ軸スペックルルーラーの変形量をシステム位置決め精度よりずっと低くすることを保証できる。同じように、ｚ軸スライドブロックも低熱膨張材料を用いて作製し、例えばインバー、ゼロ膨張セラミックスなどであり、かつ優れた剛性が求められる。作業時に、ｚ軸スライドブロックの温度を適切に制御するだけで、ｚ軸スライドブロックの変形量をシステム位置決め精度よりずっと低くすることを保証できるため、第二治具（第二治具と同位置と見なすことができる）が花崗岩プラットフォーム位置決め台座に対するｚ軸変位量（△ｚ）_{ｚ軸スライドブロック対参考位置決め台座}は、ｚ軸サーボモーター推量＋機械本体＋ｚ軸並進台の熱変性、応力変形、摩耗変形など総変形量を含む総変位量であり、（△ｚ）_{ｚ軸スライドブロック対参考位置決め台座}をサーボ位置決めシステムへ即時にフィードバックすることは、機械本体及びｚ軸並進台のすべてのｚ軸方向変形量を正確に計測し、かつサーボ位置決めシステムにフィードバックすることに相当し、ｚ軸方向における第二治具の変位量をリアルに反映するものである。

また、第二治具はｘ軸、ｙ軸の二方向において如何なる加工作業もないため、３次元変位検出器が計測した２次元変形量である実際の変形量（△ｘ、△ｙ）_{ｚ軸スライドブロック対参考位置決め台座}は、単純にｘｙ平面における機械本体及びｚ軸並進台の総変形量であり、この（△ｘ、△ｙ）ｚ_{軸スライドブロック対参考位置決め台座}の即時計測値をｘ、ｙ軸サーボモーターにフィードバックして校正補償を行う必要がある。

実施例一の多軸加工装置に幾つかの難点があり、つまり、ｘｙ軸スライドブロックが参考位置決め台座に対する△ｚ_{ｘｙ軸スライドブロック対参考位置決め台座}の即時計測値を必ずｚ軸サーボモーターで補償し、また、還有ｚ軸スライドブロックが参考位置決め台座に対する（△ｘ、△ｙ）_{ｚ軸スライドブロック対参考位置決め台座}の即時計測値をｘ、ｙ軸サーボモーターで校正補償を行う必要があり、これの交差式の補償位置決めにより、サーボシステムの煩雑さ及び不確実性が増すことになる。

前記の交差式の補償位置決めによる不便を取り除くために、本発明の第二実施例が提供する多軸加工装置は、参考位置決め台座、並進台固定フレーム、第一スライドブロックモジュール、第二スライドブロックモジュール及び第三３次元変位検出器を含む。参考位置決め台座は低熱膨張材料であってもよい。並進台固定フレームは、前記参考位置決め台座の下方に設置され、かつ、固定フレーム本体、ｘ軸スライドシャフト、ｙ軸スライドシャフト及びｚ軸スライドシャフトを有する。前記ｘ軸スライドシャフトは前記ｙ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｙ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能である。前記ｙ軸スライドシャフトと前記ｚ軸スライドシャフトは前記固定フレーム本体に固定され、前記ｚ軸スライドシャフトの一方側にスペックルルーラーが設置され、前記スペックルルーラーが低熱膨張材料であってもよい。第一スライドブロックモジュールは、第一スライドブロック、ｚ軸微量変位プラットフォーム、第一治具、第一連接棒及び第一３次元変位検出器を有する。前記第一スライドブロックは前記ｚ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｘ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能である。前記ｚ軸微量変位プラットフォームは前記第一スライドブロック上に設置され、前記第一治具が前記ｚ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第一連接棒が前記第一治具の横側に設置され、前記第一３次元変位検出器が前記第一連接棒上に固定されて、前記参考位置決め台座を計測する。第二スライドブロックモジュールは、第二スライドブロック、ｘ軸微量位一プラットフォーム、ｙ軸微量変位プラットフォーム、第二治具、第二連接棒及び第二３次元変位検出器を含む。前記第二スライドブロックは前記ｚ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｚ軸スライドシャフトにそってスライド可能である。前記ｘ軸微量変位プラットフォームは前記第二スライドブロック上に設置され、前記ｙ軸微量変位プラットフォームが前記ｘ軸微量変位プラットフォームと繋がり、前記第二治具が前記ｙ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第二連接棒が前記第二治具の横側に設置され、前記第二３次元変位検出器が前記第二連接棒上に固定されて、前記スペックルルーラーを計測する。第三３次元変位検出器は前記スペックルルーラーに固定されて前記参考位置決め台座を計測する。なお、前記第一３次元変位検出器、前記第二３次元変位検出器及び前記第三３次元変位検出器は、請求項１に記載の３次元変位検出器であってもよい。

本発明の多軸加工装置において、駆動及び補償システムをさらに含み、前記ｘ軸スライドシャフト、前記ｙ軸スライドシャフト、前記ｚ軸スライドシャフト、前記ｘ軸微量変位プラットフォーム、前記ｙ軸微量変位プラットフォーム及び前記ｚ軸微量変位プラットフォームを電気的に駆動してもよい。

従って、本発明の実施例二の多軸加工装置は、使用方法上、第一スライドブロックと第一治具の間にｚ軸微量変位プラットフォームを取り付けて、ｚ軸方向における第一治具の変形量（△ｚ）_第一治具を即時に補償、校正し、第二スライドブロックと第二治具の間にｘ軸、ｙ軸の２つの微量変位プラットフォームを取り付けて、ｘ軸、ｙ軸２方向における第二治具の変形量（△ｘ、△ｙ）_第二治具を即時に補償、校正し、ｘ、ｙ、ｚ三軸微量変位プラットフォームを配置して、熱変形、摩耗変形、応力変形など物理現象により機械＋並進台で発生した総変形量をそれぞれ個別に補償し、元の加工サーボシステムを干渉する必要がない。（△ｘ、△ｙ）_第一治具を用いてｘ、ｙ軸サーボシステムにフィードバックし、（△ｚ）_第二治具をｚ軸サーボシステムにフィードバックし、従来の加工サーボ制御を行い、元のサーボ制御システムを変える必要なく、様々な変形効果を取り除く多軸加工サーボ制御システムを実行することができる。

なお、ｘ軸、ｙ軸方向における第一治具の実際の変位量は、機械頂端の花崗岩プラットフォームの３次元位置決め台座を参照した絶対的な位置決めを行うことができ、ｚ軸方向における変形量は、ｚ軸微量変位プラットフォームで即時に補償することができる。ｚ軸方向における第二治具の実際の変位量は、ｚ軸スペックルルーラー及び機械頂端の花崗岩プラットフォームの３次元位置決め台座を参照して絶対的な位置決めを行うことができ、ｘ軸、ｙ軸２方向の変形量は、ｘ、ｙ両軸微量変位プラットフォームで即時に補償することができる。このような構成により、第一治具の、熱変形量、応力変形量及び摩耗変形量を含むすべての変形量を正確に計測し、かつ校正補償することができる。同じように、第二治具の、熱変形量、応力変形量及び摩耗変形量を含むすべての変形量を正確に計測し、かつ校正補償することができる。つまり、本発明は様々な変形効果を有効に除去する多軸加工機械の構成を提供するものである。

さらに説明すると、本発明によれば、第一治具の横側に第一連接棒ユニットを取り付け、元々第一スライドブロック上に取り付けられていた平面型３次元変位検出器を第一連接棒ユニット上に移動させて、第一治具が花崗岩平板台座に対する３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_第一治具を計測し、第一連接棒ユニットが低熱膨張材料で作製され、例えば、インバー、ゼロ膨張セラミックスなどであり、かつ、優れた剛性が求められる。作業時に、第一連接棒ユニットの温度を適切に制御するだけで、第一連接棒ユニットの変形量をシステム位置決め精度よりずっと低くすることを保証でき、花崗岩プラットフォーム参考台座上における第一治具の位置決めを精確に行うことができる。

第二治具の横側に第二連接棒ユニットを取り付け、元々第二スライドブロック上に取り付けられていた平面型３次元変位検出器を第二連接棒ユニット上に移動させて、第二治具がスペックルルーラーに対する３次元変位量（△ｘ、△ｙ、△ｚ）_{第二治具対スペックルルーラー}を即時に計測し、スペックルルーラー上の平面型３次元変位検出器でスペックルルーラーが位置決め台座に対する３次元変位量（△ｘ’、△ｙ’、△ｚ’）_{スペックルルーラー対参考位置決め台座}を即時に計測し、さらに（△ｘ＋△ｘ’、△ｙ＋△ｙ’、△ｚ＋△ｚ’）_{第二治具対参考位置決め台座}を算出することで、第二治具が花崗岩平板台座に対する３次元変位量（△ｘ＋△ｘ’、△ｙ＋△ｙ’、△ｚ＋△ｚ’）_第二治具を得る。第二連接棒ユニットは低熱膨張材料で作製され、例えば、インバー、ゼロ膨張セラミックスなどであり、かつ優れた剛性が求められる。作業時に、第二連接棒ユニットの温度を適切に制御するだけで、第二連接棒ユニットの変形量をシステム位置決め精度よりずっと低くすることを保証でき、スペックルルーラーにおいて第二治具を精確に位置決めすることができる。同様に、スペックルルーラーは低熱膨張材料で作製され、例えば、インバー、ゼロ膨張セラミックスなどであり、かつ優れた剛性が求められ、作業時にスペックルルーラーの温度を適切に制御するだけで、スペックルルーラーの変形量をシステム位置決め精度よりずっと低くすることを保証でき、花崗岩平板台座において第二治具を精確に位置決めすることができる。

第一スライドブロックと第一治具の間にｚ軸微量変位プラットフォームを取り付けて、第一治具の変形量（△ｚ）_第一治具を即時に補償、校正し、第二スライドブロックと第二治具の間にｘ軸、ｙ軸２つの微量変位プラットフォームを取り付けて、第二治具の変形量（△ｘ、△ｙ）_第二治具を即時に補償、校正し、安排ｘ、ｙ、ｚ三軸微量変位プラットフォームを配置して、（機械）＋（並進台）などで発生した変形量をそれぞれ個別に補償し、元の加工サーボシステムを干渉する必要ない。（△ｘ、△ｙ）_第一治具を用いてｘ、ｙ軸サーボシステムにフィードバックし、（△ｚ）_第二治具をｚ軸サーボシステムにフィードバックし、従来の加工サーボ制御を行い、従来の三軸変位プラットフォーム構造を除き、このような余分の三軸微量変位プラットフォームを含む加工機械では、元の加工サーボ制御システムを変える必要なく、様々な変形効果を除去する多軸加工サーボ制御システムを実行することができる。

以上の実施例において、前記参考位置決め台座と前記並進台固定フレームとの間の摩擦をできるだけ下げるために、前記並進台が複数点（少なくとも３点）において前記参考位置決め台座を支え、かつ、前記参考位置決め台座の横側と前記並進台固定フレームの間に一点で固定する。

作業機械の加工性能に動的精度（ｄｙｎａｍｉｃａｃｃｕｒａｃｙ）及び加工性能再現性（ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）が含まれ、かつ、加工性能再現性とは最初の物品と最後の物品が同じ加工品質を維持することを意味する。最初の物品を加工する時の機械の作業条件（例えば、機械の温度分布、熱変形、応力変形、摩耗など）、作業環境（例えば、環境温度、冷却条件、湿度変化など）と最後の加工物品の作業条件で著しい変化することがある。しかし、加工物の数量、加工作業時間の長さに関係なく、優れた加工性能再現性といえば、機械のすべての加工物に同じ加工品質を維持しなければならない。本発明は、様々な変形効果を有効に解消できる多軸加工機械を提供し、国内の総合加工機、スライス加工（ｔｕｒｎ−ｍｉｌｌｉｎｇ）複合機及び多軸加工機の位置決め精度を現在の１５−２０μｍから、１−５μｍまで改善するきっかけを作り、先進国の位置決め精度に追いつき又は追い越し、国内の作業機械業者が韓国、中国大陸に追われている状況を打開し、一気にドイツ、日本を超えて精密加工機械のリーダーになることを目指す。

以上の実施例は本発明の特徴と効果を例示的に説明するものであり、本発明の実質的な技術内容範囲を制限するものではない。当業者は、発明の精神と範囲に反しない前提で、前記述実施例に対し修正と変更を行うことができる。従って、本発明の権利保護範囲は、以下の請求の範囲の記載通りとする。

１１０固定素子
１２０第一変位検出アセンブリ
１２１第一光源検出器
１２２第一コヒーレント光源
１３０第二変位検出アセンブリ
１３１第二光源検出器
１３２第二コヒーレント光源
１４０第三変位検出アセンブリ
１５０被検体
２１０参考位置決め台座
２２０並進台固定フレーム
２２１固定フレーム本体
２２２ｙ軸スライドシャフト
２２３ｘ軸スライドシャフト
２２４ｚ軸スライドシャフト
２２５スペックルルーラー
２３１第一スライドブロック
２３２第二スライドブロック
２４１第一３次元変位検出器
２４２第二３次元変位検出器
２４３第三３次元変位検出器
３１０参考位置決め台座
３２１固定フレーム本体
３２２ｙ軸スライドシャフト
３２３ｘ軸スライドシャフト
３２４ｚ軸スライドシャフト
３２５スペックルルーラー
３３１第一スライドブロック
３３２ｚ軸微量変位プラットフォーム
３３３第一治具
３３４第一連接棒ユニット
３４１第二スライドブロック
３４２‐１ｘ軸微量変位プラットフォーム
３４２‐２ｙ軸微量変位プラットフォーム
３４３第二治具
３４４第二連接棒ユニット
３５１第一３次元変位検出器
３５２第二３次元変位検出器
３５３第三３次元変位検出器
４１０第一治具
４２０第一連接棒ユニット
４３０第一３次元変位検出器
５１０第二治具
５２０第二連接棒ユニット
５３０第二３次元変位検出器

Claims

３次元変位検出器であって、
前記３次元変位検出器は固定素子、第一変位検出アセンブリ、第二変位検出アセンブリ、第三変位検出アセンブリを含み、
前記固定素子は、第一外壁、第二外壁、第三外壁、第四外壁及び第五外壁を有する中空筐体であり、これらの外壁はそれぞれ孔を有し、前記第一外壁と前記第三外壁が前記固定素子のｘ軸に面しており、前記第二外壁と前記第四外壁が前記固定素子のｙ軸に面しており、前記第五外壁が前記固定素子のｚ軸に面しており、かつ、前記ｘ軸、前記ｙ軸と前記ｚ軸が３次元座標系を構成し、
前記第一変位検出アセンブリは、前記第一外壁上及び前記第三外壁上に対を成して設置された第一コヒーレント光源及び第一光源検出器を含み、
前記第二変位検出アセンブリは、前記第二外壁上及び前記第四外壁上に対を成して設置された第二コヒーレント光源及び第二光源検出器を含み、
前記第三変位検出アセンブリは、レーザー共焦点変位検出器、クロマティック共焦点変位検出計、白色光干渉変位検出器又はレーザー三角測量変位検出器であり、かつ前記第五外壁上に設置されている、３次元変位検出器。
前記第一コヒーレント光源と前記第一光源検出器はそれぞれ前記第一外壁の孔及び前記第三外壁の孔を通して被検体を計測し、
前記第二コヒーレント光源と前記第二光源検出器はそれぞれ前記第二外壁の孔及び前記第四外壁の孔を通して前記被検体を計測し、
前記第三変位検出アセンブリは前記第五外壁の孔を通して前記被検体を計測する、請求項１に記載の３次元変位検出器。
前記第一変位検出アセンブリ、前記第二変位検出アセンブリ及び前記第三変位検出アセンブリは前記被検体の同じ表面を計測する、請求項２に記載の３次元変位検出器。
多軸加工装置であって、
低熱膨張材料による参考位置決め台座と、
前記参考位置決め台座の下方に設置され、かつ固定フレーム本体、ｘ軸スライドシャフト、ｙ軸スライドシャフト及びｚ軸スライドシャフトを有する並進台固定フレームであって、前記ｘ軸スライドシャフトが前記ｙ軸スライドシャフトに連結し、前記ｘ軸スライドシャフトがｙ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記ｙ軸スライドシャフト及び前記ｚ軸スライドシャフトが前記固定フレーム本体に固定され、前記ｚ軸スライドシャフトの一方側にスペックルルーラーが設置され、前記スペックルルーラーが低熱膨張材料である並進台固定フレームと、
前記ｘ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｘ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能な第一スライドブロックと、
前記ｚ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｚ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能な第二スライドブロックと、
前記第一スライドブロックに固定される第一３次元変位検出器と、
前記第二スライドブロックに固定される第二３次元変位検出器と、
前記スペックルルーラーに固定される第三３次元変位検出器とを含み、
前記第一３次元変位検出器、前記第二３次元変位検出器及び前記第三３次元変位検出器が請求項１に記載の３次元変位検出器である、多軸加工装置。
多軸加工装置であって、
低熱膨張材料による参考位置決め台座と、
前記参考位置決め台座の下方に設置され、かつ固定フレーム本体、ｘ軸スライドシャフト、ｙ軸スライドシャフト及びｚ軸スライドシャフトを有する並進台固定フレームであって、前記ｘ軸スライドシャフトが前記ｙ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｙ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記ｙ軸スライドシャフト及び前記ｚ軸スライドシャフトが前記固定フレーム本体に固定され、前記ｚ軸スライドシャフトの一方側にスペックルルーラーが設置され、前記スペックルルーラーが低熱膨張材料である並進台固定フレームと、
第一スライドブロック、ｚ軸微量変位プラットフォーム、第一治具、第一連接棒及び第一３次元変位検出器を含む第一スライドブロックモジュールであって、前記第一スライドブロックが前記ｘ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｘ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記ｚ軸微量変位プラットフォームが前記第一スライドブロック上に設置され、前記第一治具が前記ｚ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第一連接棒が前記第一治具の横側に設置され、前記第一３次元変位検出器が前記第一連接棒上に設置されて、前記参考位置決め台座を計測する第一スライドブロックモジュールと、
第二スライドブロック、ｘ軸微量変位プラットフォーム、ｙ軸微量変位プラットフォーム、第二治具、第二連接棒及び第二３次元変位検出器を含む第二スライドブロックモジュールであって、前記第二スライドブロックが前記ｚ軸スライドシャフトに連結し、かつ前記ｚ軸スライドシャフトに沿ってスライド可能であり、前記ｘ軸微量変位プラットフォームが前記第二スライドブロック上に設置され、前記ｙ軸微量変位プラットフォームが前記ｘ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第二治具が前記ｙ軸微量変位プラットフォーム上に設置され、前記第二連接棒が前記第二治具の横側に設置され、前記第二３次元変位検出器が前記第二連接棒上に設置されて、前記スペックルルーラーを計測する第二スライドブロックモジュールと、
前記スペックルルーラーに固定されて、前記参考位置決め台座を計測する第三３次元変位検出器とを含み、
前記第一３次元変位検出器、前記第二３次元変位検出器及び前記第三３次元変位検出器が請求項１に記載の３次元変位検出器である、多軸加工装置。
前記低熱膨張材料は、花崗岩、インバー又はゼロ膨張セラミックスである、請求項４又は５に記載の多軸加工装置。
多軸加工補償方法であって、
請求項４に記載の多軸加工装置を提供するステップと、
前記第一３次元変位検出器を前記第一スライドブロックに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記第一スライドブロックが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第一３次元変位量を取得するステップと、
前記第二３次元変位検出器を前記第二スライドブロックに固定して、前記スペックルルーラーを計測し、前記第二スライドブロックが前記スペックルルーラーに対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第二３次元変位量を取得するステップと、
前記第三３次元変位検出器を前記スペックルルーラーに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記スペックルルーラーが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第三３次元変位量を取得するステップと、
加工及び補償プロセッサを提供し、前記第一３次元変位量、前記第二３次元変位量及び前記第三３次元変位量を算出することで加工処理変位量及び補償変位量を得て、前記加工及び補償プロセッサが前記加工処理変位量及び前記補償変位量に基づいて前記第一スライドブロック及び前記第二スライドブロックの移動位置を調整し、前記多軸加工装置の加工及び補償のフィードバック制御を行うステップを含む、多軸加工補償方法。
多軸加工補償方法であって、
請求項５に記載の多軸加工装置を提供するステップと、
前記第一３次元変位検出器を前記第一連接棒に固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記第一治具が前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第一３次元変位量を取得するステップと、
前記第二３次元変位検出器を前記第二連接棒に固定して、前記スペックルルーラーを計測し、前記第二治具が前記スペックルルーラーに対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第二３次元変位量を取得するステップと、
前記第三３次元変位検出器を前記スペックルルーラーに固定して、前記参考位置決め台座を計測し、前記スペックルルーラーが前記参考位置決め台座に対するｘ軸変位量、ｙ軸変位量及びｚ軸変位量、即ち、第三３次元変位量を取得するステップと、
第二３次元変位量と第三３次元変位量を加算して、前記第二治具が参考位置決め台座に対する第四３次元変位量を得るステップと、
加工及び補償プロセッサを提供し、前記第一３次元変位量のｘ軸変位量、ｙ軸変位量及び前記第四３次元変位量のｚ軸変位量に基づいて、加工処理変位量を得るステップと、
前記第一３次元変位量のｚ軸変位量、前記第四３次元変位量のｘ軸変位量及びｙ軸変位量に基づいて、補償変位量を得るステップと、
加工及び補償プロセッサを提供し、前記加工処理変位量及び前記補償変位量に基づいて前記第一治具及び前記第二治具の移動位置を調整し、前記多軸加工装置の加工及び補償のフィードバック制御を行うステップとを含む、多軸加工補償方法。