JP7473306B2

JP7473306B2 - 機上測定装置、工作機械、および、機上測定方法

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Publication number: JP7473306B2
Application number: JP2019148709A
Authority: JP
Inventors: 真弘室田; 榮杓洪; 明山本; 友己清水
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Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2024-04-23
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Description

本発明は、加工装置に設けられる加工工具の刃の先端位置を特定する機上測定装置、工作機械、および、機上測定方法に関する。

工作機械で高精度な機械加工を行う際には、工作機械に取り付けられる加工工具の刃の先端位置を求める必要がある。刃の先端位置を測定する技術として、接触式の工具長測定装置がある。しかし、ナノ単位の加工を行う工作機械の刃は鋭利であり、外力によって破損する虞があるため、接触式の工具長測定装置を用いることは望ましくない。

特許文献１には、接触式の工具長測定装置を使用せずに工作機械の刃の先端位置を測定する方法が開示される。この方法は、マシニングセンタの主軸に取り付けられるボールエンドミルの先端にレーザ光を投射し、影を検出して刃の先端位置を検出する。

特開２０００－５５６２８号公報

透明な部材（例えば単結晶ダイヤモンド等）で形成される加工工具がある。透明の加工工具にレーザ光を投射すると、レーザ光が刃を透過する。このように、加工工具の材料によっては、レーザ光を投射する方法で先端位置を検出できない場合がある。

そこで、本発明は、加工工具の材料に関わらず刃の先端位置を測定することができる機上測定装置、工作機械、および、機上測定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、加工装置に設けられる加工工具の刃の先端位置を特定する機上測定装置であって、前記加工工具により加工された加工ワークのうち、前記加工工具により加工されていない基準平面の高さと、前記加工工具により加工された加工面の高さと、を測定する測定部と、前記加工ワークの加工時に指定される加工深さの情報と、前記測定部で測定される前記基準平面の高さおよび前記加工面の高さと、に基づいて前記加工工具の前記刃の前記先端位置を特定する特定部と、を備える。

本発明の第２態様は、第１態様の機上測定装置を備える工作機械である。

本発明の第３態様は、加工装置に設けられる加工工具の刃の先端位置を特定する機上測定方法であって、前記加工工具により加工された加工ワークのうち、前記加工工具により加工されていない基準平面の高さと、前記加工工具により加工された加工面の高さと、を測定する測定工程と、前記加工ワークの加工時に指定される加工深さの情報と、前記測定工程で測定される前記基準平面の高さおよび前記加工面の高さと、に基づいて前記加工工具の前記刃の前記先端位置を特定する特定工程と、を備える。

本発明によれば、加工工具の材料に関わらず刃の先端位置を測定することができる。

工作機械の外観を示す模式図である。工作機械の一部構成を示すブロック図である。工作機械の一部構成を示すブロック図である。基準平面の高さと凹部の底面の高さを測定する状態を示す図である。加工工具の刃の先端位置を特定する処理を示すフローチャートである。Ｖ溝が形成される加工面の断面を示す図である。加工工具により断面形状が二等辺三角形であるＶ溝が形成される状態を示す図である。加工工具により断面形状が二等辺三角形でないＶ溝が形成される状態を示す図である。Ｖ溝に接触子が入り込む状態を示す図である。第３実施形態における接触子の動作を示す図である。第４実施形態における接触子の動作を示す図である。

本発明に係る機上測定装置、工作機械、および、機上測定方法について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［１．工作機械の構成］
図１～図３を用いて工作機械１０の構成を説明する。以下の説明では、水平面と平行し互いに直交する２軸をｘ軸、ｙ軸とし、鉛直面と平行する軸をｚ軸とする。また、ｘ軸の一方側を前方向とし他方側を後方向とする。また、ｙ軸の一方側を右方向とし他方側を左方向とする。また、ｚ軸の一方側を上方向とし他方側を下方向とする。但し、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のいずれが前後方向、左右方向、上下方向に沿っていてもよい。

工作機械１０は、加工ワーク９０にナノ単位の加工を施す加工装置１２として機能し、また、加工後の加工ワーク９０の機上測定を行う機上測定装置１４としても機能する。

図１に示されるように、工作機械１０は、ベッド１６と、テーブル駆動部１８と、テーブル２０と、コラム２２と、回転体駆動部２４と、回転体２６と、回転板２８と、制御装置３０と、を有する。

ベッド１６は、工作機械１０の全ての部材を支持する。図２に示されるように、テーブル駆動部１８は、ｘ軸サーボアンプ３２ｘと、ｘ軸サーボモータ３４ｘと、ｘ軸エンコーダ３６ｘと、ｘ軸移動機構３８ｘと、ｙ軸サーボアンプ３２ｙと、ｙ軸サーボモータ３４ｙと、ｙ軸エンコーダ３６ｙと、ｙ軸移動機構３８ｙと、を有する。ｘ軸移動機構３８ｘとｙ軸移動機構３８ｙは、ボールねじ等の動力伝達機構を有する。ｘ軸サーボアンプ３２ｘが制御装置３０から目標値を入力しｘ軸サーボモータ３４ｘに動力信号を出力すると、ｘ軸サーボモータ３４ｘが回転し、ｘ軸移動機構３８ｘがテーブル２０をｘ軸に沿って動作させる。同様に、ｙ軸サーボアンプ３２ｙが制御装置３０から目標値を入力しｙ軸サーボモータ３４ｙに動力信号を出力すると、ｙ軸サーボモータ３４ｙが回転し、ｙ軸移動機構３８ｙがテーブル２０をｙ軸に沿って動作させる。

図１に戻り、コラム２２は、回転体駆動部２４を支持する。図２に示されるように、回転体駆動部２４は、回転体ドライバ４０と、回転モータ４２と、回転機構４４と、ｚ軸サーボアンプ３２ｚと、ｚ軸サーボモータ３４ｚと、ｚ軸エンコーダ３６ｚと、ｚ軸移動機構３８ｚと、を有する。回転機構４４は、ギア等の動力伝達機構を有する。ｚ軸移動機構３８ｚは、ボールねじ等の動力伝達機構を有する。回転体ドライバ４０が制御装置３０から回転指示を入力し回転モータ４２に動力信号を出力すると、回転モータ４２が回転し、回転機構４４が回転体２６をｘ軸と平行する軸を中心にして回転させる。回転体２６の回転により、加工工具４８とプローブ５２のいずれかが下方に向けられる。ｚ軸サーボアンプ３２ｚが制御装置３０から目標値を入力しｚ軸サーボモータ３４ｚに動力信号を出力すると、ｚ軸サーボモータ３４ｚが回転し、ｚ軸移動機構３８ｚが回転体２６をｚ軸に沿って動作させる。

回転体２６は、前後方向に沿って延伸しており、回転体駆動部２４の動作によりコラム２２に対して上下方向に移動する。回転体２６の前端には、回転板２８が取り付けられる。回転板２８の前面には、１組の工具取付部４６と、プローブ５２と、が固定される。工具取付部４６は、刃５０を有する加工工具４８を支持する。工具取付部４６への加工工具４８の取り付けと、工具取付部４６からの加工工具４８の取り外しは自在である。プローブ５２は、先端が曲面の接触子５４を有する。接触子５４は、例えば球体である。プローブ５２は、工具取付部４６に対して９０度ずれた位置に取り付けられる。図２、図３に示されるように、プローブ５２は、圧力センサ５６を有する。

図３に示されように、制御装置３０は、テーブル駆動部１８と回転体駆動部２４とプローブ５２に対して信号線で接続される。制御装置３０は、演算部６０と、記憶部６２と、を有する。演算部６０は、ＣＰＵ等のプロセッサにより構成される。演算部６０は、記憶部６２に記憶されるプログラムを実行することにより切替制御部６４と加工制御部６６と測定制御部６８として機能する。工作機械１０が加工装置１２として使用される場合、演算部６０は加工制御部６６として機能する。一方、工作機械１０が機上測定装置１４として使用される場合、演算部６０は測定制御部６８として機能する。

切替制御部６４は、オペレータが操作装置（不図示）を用いて行う切替操作に応じて、または、加工処理から機上測定処理または機上測定処理から加工処理への移行に応じて、回転体２６の回転動作を制御して、加工工具４８とプローブ５２のいずれかを下方向に向ける。

加工制御部６６は、更に位置補正部７０と加工動作指示部７２として機能する。位置補正部７０は、機上測定装置１４により加工工具４８の刃５０の先端位置が特定される場合に、記憶部６２に記憶される加工工具４８の刃５０の先端位置の情報を補正する。加工動作指示部７２は、加工処理の際に、加工プログラム８４に基づいてｘ軸サーボアンプ３２ｘとｙ軸サーボアンプ３２ｙとｚ軸サーボアンプ３２ｚに加工動作の目標値を出力する。

測定制御部６８は、更に測定動作指示部７６と接触検出部７８と高さ測定部８０と特定部８２として機能する。このうち、測定動作指示部７６と接触検出部７８と高さ測定部８０をまとめて測定部７４と称する。測定動作指示部７６は、機上測定処理の際に、測定プログラム８６に基づいてｘ軸サーボアンプ３２ｘとｙ軸サーボアンプ３２ｙとｚ軸サーボアンプ３２ｚに測定動作の目標値を出力する。接触検出部７８は、圧力センサ５６により検出される圧力値を監視し、加工ワーク９０と接触子５４とが接触したか否かを判断する。高さ測定部８０は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を高さの測定値として判定する。更に、高さ測定部８０は、必要に応じて測定値を補正する。測定値の補正に関しては第２実施形態以降で説明する。特定部８２は、加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する。

記憶部６２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等、各種メモリにより構成される。記憶部６２は、加工プログラム８４と、測定プログラム８６と、工具情報８８と、を記憶する。加工プログラム８４は、加工工具４８の動作を指定するプログラムである。測定プログラム８６は、プローブ５２の動作を指定するプログラムである。工具情報８８は、加工工具４８の種類と形状とサイズと取り付け角度等を示す情報である。工具情報８８は、加工工具４８の刃５０の先端位置の情報を含む。

［２．機上測定装置１４の動作］
［２．１．第１実施形態］
オペレータが操作装置（不図示）で所定操作をすると、切替制御部６４は、回転板２８を回転させて加工工具４８を下方に向ける。このとき、工作機械１０は加工装置１２として機能する。この際、オペレータは、加工工具４８の軸線１０８（図７等参照）の角度を測定し、その角度を加工工具４８の刃５０の取り付け角度として記憶部６２に入力する。

図４に示されるよう、加工動作指示部７２は、加工プログラム８４を実行し、加工ワーク９０に所定深さの凹部９６を形成する。本実施形態では、加工ワーク９０のうち、加工していない非加工面を基準平面９２とし、凹部９６の底面９８を加工面９４とする。

切替制御部６４は、オペレータが操作装置（不図示）を操作することにより出力される切替信号に応じて、または、加工プログラム８４の終了をトリガとして、回転板２８を回転させてプローブ５２を下方に向ける。このとき、工作機械１０は機上測定装置１４として機能する。測定部７４は、オペレータが操作装置（不図示）を操作することにより出力される測定開始信号に応じて、または、回転板２８の回転終了をトリガとして、測定プログラム８６の実行を開始する。

測定プログラム８６が実行されると、図４に示されるように、測定部７４がプローブ５２を相対移動させて基準平面９２の高さと加工面９４の高さを測定し、特定部８２が測定部７４による測定結果に基づいて加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する。図５を用いて具体的な処理を説明する。

ステップＳ１において、測定部７４は、基準平面９２の高さを測定する。ここで測定部７４（測定動作指示部７６、接触検出部７８、高さ測定部８０）は次の処理を行う。測定動作指示部７６は、テーブル２０をｘ－ｙ平面内で相対移動させて、プローブ５２の接触子５４の直下に基準平面９２を近づける。接触子５４に近づける基準平面９２の位置は測定プログラム８６で予め定められる。更に、測定動作指示部７６は、回転体２６をｚ軸に沿って移動させて、基準平面９２にプローブ５２の接触子５４を近づける。接触検出部７８は、圧力センサ５６により検出される圧力値が記憶部６２に記憶される閾値を超える場合に、接触子５４と基準平面９２とが接触したことを検出する。このとき、高さ測定部８０は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を基準平面９２の高さとして、記憶部６２に記憶させる。更に、測定動作指示部７６は、回転体２６をｚ軸に沿って移動させて、基準平面９２からプローブ５２の接触子５４を遠ざける。

ステップＳ２において、測定部７４は、凹部９６の底面９８の高さを測定する。基本的な処理はステップＳ１と同じである。測定動作指示部７６は、テーブル２０をｘ－ｙ平面内で相対移動させて、プローブ５２の接触子５４の直下に凹部９６を近づける。接触子５４に近づける凹部９６の位置は測定プログラム８６で予め定められる。更に、測定動作指示部７６は、回転体２６をｚ軸に沿って移動させて、凹部９６の底面９８にプローブ５２の接触子５４を近づける。接触検出部７８は、圧力センサ５６により検出される圧力値が記憶部６２に記憶される閾値を超える場合に、接触子５４と底面９８とが接触したことを検出する。このとき、高さ測定部８０は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を底面９８の高さとして、記憶部６２に記憶させる。更に、測定動作指示部７６は、回転体２６をｚ軸に沿って移動させて、凹部９６の底面９８からプローブ５２の接触子５４を遠ざける。

ステップＳ３において、高さ測定部８０は、加工面９４の高さを算出する。第１実施形態では、高さ測定部８０は、ステップＳ２で測定された底面９８の高さを加工面９４の高さとする。

ステップＳ４において、特定部８２は、刃５０の先端位置を特定する。特定部８２は、加工ワーク９０の加工時に加工プログラム８４で指定される加工深さの情報と、測定された基準平面９２の高さと、測定された加工面９４の高さと、に基づいて、加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する。例えば、加工プログラム８４で加工深さがＤ１とされる一方で、基準平面９２の高さと加工面９４の高さの差がＤ２（＜Ｄ１）である場合、刃５０の先端位置が（Ｄ１－Ｄ２）だけ上方向にずれていることになる。特定部８２は、このようなずれを特定する。特定部８２は、ずれの情報、すなわちずれの方向と深さを加工制御部６６の位置補正部７０に送信する。ずれの情報を受信した位置補正部７０は、記憶部６２に記憶される加工工具４８の刃５０の先端位置の情報を補正する。

［２．２．第２実施形態］
第１実施形態の測定精度を更に向上させることができる第２実施形態を説明する。ここでは、加工装置１２が加工プログラム８４に従い溝加工を行う実施形態を想定する。

工作機械１０は、加工工具４８の刃５０を加工ワーク９０に当接させつつ第１方向に相対移動させる溝加工を、第１方向と交差する第２方向に加工工具４８を所定ピッチずらしながら順次行う。例えば、第１方向を後方向とし、第２方向を左方向とする。図６に示されるように、加工ワーク９０の凹部９６の底面９８には断面がＶ字形状のＶ溝１００が形成される。Ｖ溝１００の２つの壁面１０６により形成される角度は、刃５０の先端の開き角度と同じである。Ｖ溝１００は、溝加工の刃５０の移動軌跡に沿って形成される。すなわち、Ｖ溝１００は、第１方向に延伸し、第２方向に連続して並ぶ。

第１実施形態において、高さ測定部８０は、プローブ５２の接触子５４が底面９８に接触したときにｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を加工面９４の高さ（深さ）とし、加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する。この測定方法の場合、刃５０の先端位置を正確に特定するためには、Ｖ溝１００の最深部１０２にプローブ５２の接触子５４を接触させる必要がある。しかし、プローブ５２の接触子５４がＶ溝１００の幅（＝ピッチ）よりも大きい場合、接触子５４はＶ溝１００に入らない。このため、プローブ５２の接触子５４は最深部１０２に接触しない。

そこで、第２実施形態において、高さ測定部８０は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を補正することによって加工面９４の高さを算出する。具体的には、高さ測定部８０は、Ｖ溝１００の深さ（頂部１０４～最深部１０２までの長さ）を算出し、この算出値をｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値に加算する。ここでは、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値は、Ｖ溝１００の頂部１０４の高さであるものとする。例えば、高さ測定部８０は、次の計算を行う。

［Ａ．Ｖ溝１００の断面形状が二等辺三角形である場合］
図７を用いて、断面形状が二等辺三角形であるＶ溝１００の深さを計算する方法を説明する。例えば、加工工具４８の刃５０が軸線１０８を中心にして線対称であり、加工工具４８の軸線１０８が加工ワーク９０に対して垂直となる場合に、Ｖ溝１００の断面形状は二等辺三角形になる。

高さ測定部８０は、工具情報８８から加工工具４８の刃５０の先端形状の情報と加工工具４８の軸線１０８の角度の情報を入力し、Ｖ溝１００が二等辺三角形になるか否かを判定する。高さ測定部８０は、Ｖ溝１００が二等辺三角形になる場合に、下記（１）式によりＶ溝１００の深さを算出する。
Ｄ＝（Ｐ／２）×ｔａｎ｛９０－（θ₁／２）｝・・・（１）
θ₁：刃５０の先端の開き角（工具情報８８により既知）
Ｐ：Ｖ溝１００のピッチ（加工プログラム８４により既知）
Ｄ：Ｖ溝１００の深さ

高さ測定部８０は、上記（１）式で算出したＶ溝１００の深さ（Ｄ）を、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値に加算し、その算出結果を加工面９４の高さとする。ここで加算というのは、測定された高さに対して算出結果を深さ方向に足すことを意味する。

［Ｂ．Ｖ溝１００の断面形状が二等辺三角形でない場合］
図８を用いて、断面形状が二等辺三角形でないＶ溝１００の深さを計算する方法を説明する。例えば、加工工具４８の刃５０が軸線１０８を中心にして線対称であっても、軸線１０８が加工ワーク９０に対して傾くように加工工具４８が加工装置１２に取り付けられる場合に、Ｖ溝１００の断面形状は二等辺三角形以外の三角形になる。

高さ測定部８０は、工具情報８８から加工工具４８の刃５０の先端形状の情報と加工工具４８の軸線１０８の角度の情報を入力し、Ｖ溝１００が二等辺三角形になるか否かを判定する。Ｖ溝１００が二等辺三角形にならないことを判定する場合に、下記（２）式によりＶ溝１００の深さを算出する。
Ｄ＝Ｐ×ｔａｎθ₂×ｔａｎθ₃／（ｔａｎθ₂＋ｔａｎθ₃）・・・（２）
θ₂＝９０－｛（θ₁／２）－θ₀｝・・・（３）
θ₃＝９０－｛（θ₁／２）＋θ₀｝・・・（４）
θ₀：軸線１０８の角度（工具情報８８により既知）
θ₁：刃５０の先端の開き角（工具情報８８により既知）
Ｐ：Ｖ溝１００のピッチ（加工プログラム８４により既知）
Ｄ：Ｖ溝１００の深さ

[（２）式の算出過程]
Ｄは下記２式で表される。
Ｄ＝Ｌ×ｔａｎθ₂
Ｄ＝（Ｐ－Ｌ）×ｔａｎθ₃
上記２式からＬは下記式で表される。
Ｌ＝（Ｐ×ｔａｎθ₃）／（ｔａｎθ₂＋ｔａｎθ₃）
よって、
Ｄ＝Ｐ×ｔａｎθ₂×ｔａｎθ₃／（ｔａｎθ₂＋ｔａｎθ₃）

高さ測定部８０は、上記（２）式で算出したＶ溝１００の深さ（Ｄ）を、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値に加算し、その算出結果を加工面９４の高さとする。

なお、上記（２）式の代わりに下記（５）式、（６）式によりＶ溝１００の深さ（Ｄ）を算出することも可能である。
Ｄ＝Ｐ×ｓｉｎθ₃×ｃｏｓ（θ₁＋θ₃）／ｓｉｎθ₁ ・・・（５）
Ｄ＝Ｐ×（１＋ｔａｎθ₁／２）×ｔａｎθ₀／２ｔａｎ（θ₁／２）・・・（６）

［２．３．第３実施形態］
第２実施形態の測定精度を更に向上させることができる第３実施形態を説明する。

上述した第２実施形態は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値をＶ溝１００の頂部１０４の高さと仮定する場合の加工面９４の高さを算出する方法である。しかし、図９に示されるように、プローブ５２の接触子５４の一部がＶ溝１００に入り込む場合がある。この場合、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値はＶ溝１００の頂部１０４の高さよりも若干深い高さを検出する。このように、第２実施形態には、若干の誤差が含まれる可能性がある。第３実施形態において、測定部７４は、この誤差を減らすために以下の処理を行う。

図１０に示されるように、測定動作指示部７６は、ｙ軸サーボモータ３４ｙを制御してプローブ５２の第２方向への相対移動および停止を所定距離毎に繰り返し行う。測定動作指示部７６は、ｙ軸サーボモータ３４ｙを停止させる各位置でｚ軸サーボモータ３４ｚを制御して接触子５４を加工面９４に接触させる。高さ測定部８０は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を記憶部６２に記憶させる。互いに隣接する２つの測定位置の間隔がＶ溝１００のピッチ以外である場合、複数の異なる検出値が記憶される。高さ測定部８０は、記憶させた検出値のうち最も浅い高さを示す検出値を選択し、これをＶ溝１００の頂部１０４の高さであるものとする。高さ測定部８０は、第２実施形態で説明した方法により算出したＶ溝１００の深さ（Ｄ）を、選択したＶ溝１００の頂部１０４の高さに加算し、その算出結果を加工面９４の高さとする。

［２．４．第４実施形態］
第３実施形態の測定精度を更に向上させることができる第４実施形態を説明する。

図１１に示されるように、測定動作指示部７６は、ｙ軸サーボモータ３４ｙおよびｚ軸サーボモータ３４ｚを制御してプローブ５２の接触子５４を加工面９４に接触させつつ第２方向に相対移動させる。精度を向上させるためには、移動量を少なくともＶ溝１００のピッチ以上にする必要がある。プローブ５２の相対移動時に、高さ測定部８０は、ｚ軸エンコーダ３６ｚにより検出される検出値を記憶部６２に記憶させる。検出値は、連続して増減する値である。高さ測定部８０は、記憶させた検出値のうち最も浅い高さを示す検出値を選択し、これをＶ溝１００の頂部１０４の高さであるものとする。

［３．変形例］
上述した実施形態において、工作機械１０は、テーブル２０をｘ－ｙ平面に沿って移動させ、回転体２６をｚ軸に沿って移動させる。しかし、工作機械１０は、テーブル２０と回転体２６のいずれをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿って移動させてもよい。

工作機械１０は、回転板２８に１組の工具取付部４６を有し、１つの加工工具４８を支持する。しかし、工作機械１０は、回転板２８に複数組の工具取付部４６を有し、２以上の加工工具４８を支持してもよい。また、工作機械１０に近接して、加工工具４８を工具収納部から取り出し、工具取付部４６に取り付ける工具交換装置が設けられてもよい。

加工ワーク９０の代わりにダミーワークが使用されてもよい。また、機上測定装置１４は、他の装置で加工された加工ワーク９０を機上測定し、その装置における加工工具４８の刃５０の先端位置を特定してもよい。また、基準平面９２は、他の加工工具４８で加工された面であってもよい。

［４．実施形態から得られる発明］
上記実施形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

本発明の第１態様は、加工装置１２に設けられる加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する機上測定装置１４であって、前記加工工具４８により加工された加工ワーク９０のうち、前記加工工具４８により加工されていない基準平面９２の高さと、前記加工工具４８により加工された加工面９４の高さと、を測定する測定部７４と、前記加工ワーク９０の加工時に指定される加工深さの情報と、前記測定部７４で測定される前記基準平面９２の高さおよび前記加工面９４の高さと、に基づいて前記加工工具４８の前記刃５０の前記先端位置を特定する特定部８２と、を備える。

上記構成によれば、基準平面９２の高さと加工面９４の高さの差を算出することで実際に加工した加工深さが測定され、その加工深さと加工時に指定される加工深さとを比較することで、加工装置１２における加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する。実際に加工した加工深さはプローブ５２等で測定することができる。従って、加工工具４８の材料に関わらず刃５０の先端位置を測定することができる。

本発明の第１態様において、前記加工装置１２は、前記加工工具４８の前記刃５０を前記加工ワーク９０に当接させつつ第１方向（例えば後方向）に相対移動させる溝加工を、前記第１方向と交差する第２方向（例えば左方向）に前記加工工具４８を所定ピッチずらしながら順次行うことにより、前記加工ワーク９０に前記加工深さの凹部９６を形成し、前記凹部９６の底面９８は、前記刃５０の先端形状と一致する断面形状である複数のＶ溝１００が前記第１方向に延伸しかつ前記第２方向に連続して並ぶ前記加工面９４を有していてもよい。

本発明の第１態様において、前記Ｖ溝１００の幅よりも大きい接触子５４を有するプローブ５２と、前記プローブ５２を前記加工ワーク９０に近づける方向と遠ざける方向に相対移動させる第１モータ（ｚ軸サーボモータ３４ｚ）と、前記第１モータの回転位置を検出する第１回転位置センサ（ｚ軸エンコーダ３６ｚ）と、を備え、前記測定部７４は、前記第１モータを制御して前記プローブ５２と前記基準平面９２を近づけて前記接触子５４を前記基準平面９２に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される検出値に基づいて前記基準平面９２の高さを算出し、前記第１モータを制御して前記プローブ５２と前記加工面９４を近づけて前記接触子５４を前記加工面９４に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃５０の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面９４の高さを算出してもよい。

本発明の第１態様において、前記プローブ５２を前記第２方向（例えば左方向）に相対移動させる第２モータ（ｙ軸サーボモータ３４ｙ）と、前記第２モータの回転位置を検出する第２回転位置センサ（ｙ軸エンコーダ３６ｙ）と、を備え、前記測定部７４は、前記第２モータを制御して前記プローブ５２を前記第２方向に相対移動させて、複数の位置で前記第１回転位置センサにより検出される検出値のうち最も浅い高さを示す検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃５０の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面９４の高さを算出してもよい。

上記構成によれば、加工面９４に刃５０の先端形状に起因する微細なＶ溝１００が形成され、プローブ５２の接触子５４がＶ溝１００の最深部１０２に接触することができなくても、算出により最深部１０２の高さを求めることができる。このため、加工面９４の高さを正確に求めることができる。結果として、加工工具４８の刃５０の先端位置を正確に特定することができる。

本発明の第１態様において、前記プローブ５２を前記第２方向（例えば左方向）に相対移動させる第２モータ（ｙ軸サーボモータ３４ｙ）と、前記第２モータの回転位置を検出する第２回転位置センサ（ｙ軸エンコーダ３６ｙ）と、を備え、前記測定部７４は、前記第２モータを制御して前記プローブ５２の前記接触子５４を前記加工面９４に接触させつつ前記第２方向に相対移動させて、前記第１回転位置センサにより検出される検出値のうち最も浅い高さを示す検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃５０の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面９４の高さを算出してもよい。

上記構成によれば、加工面９４に刃５０の先端形状に起因する微細なＶ溝１００が形成され、プローブ５２の接触子５４がＶ溝１００の最深部１０２に接触することができなくても、算出により最深部１０２の高さを求めることができる。特に、Ｖ溝１００の頂部１０４から最深部１０２までの深さを正確に算出できる。このため、加工面９４の高さをより正確に求めることができる。結果として、加工工具４８の刃５０の先端位置をより正確に特定することができる。

本発明の第２態様は、第１態様の機上測定装置１４を備える工作機械１０である。

本発明の第３態様は、加工装置１２に設けられる加工工具４８の刃５０の先端位置を特定する機上測定方法であって、前記加工工具４８により加工された加工ワーク９０のうち、前記加工工具４８により加工されていない基準平面９２の高さと、前記加工工具４８により加工された加工面９４の高さと、を測定する測定工程と、前記加工ワーク９０の加工時に指定される加工深さの情報と、前記測定工程で測定される前記基準平面９２の高さおよび前記加工面９４の高さと、に基づいて前記加工工具４８の前記刃５０の前記先端位置を特定する特定工程と、を備える。

本発明の第３態様において、前記加工装置１２は、前記加工工具４８の前記刃５０を前記加工ワーク９０に当接させて第１方向（例えば後方向）に相対移動させる溝加工を、前記第１方向と交差する第２方向（例えば左方向）に前記加工工具４８を所定ピッチずらしながら順次行うことにより、前記加工ワーク９０に前記加工深さの凹部９６を形成し、前記凹部９６の底面９８は、前記刃５０の先端形状と一致する断面形状である複数のＶ溝１００が前記第１方向に延伸しかつ前記第２方向に連続して並ぶ前記加工面９４を有してもよい。

本発明の第３態様において、前記Ｖ溝１００の幅よりも大きい接触子５４を有するプローブ５２と、前記プローブ５２を前記加工ワーク９０に近づける方向と遠ざける方向に相対移動させる第１モータ（ｚ軸サーボモータ３４ｚ）と、前記第１モータの回転位置を検出する第１回転位置センサ（ｚ軸エンコーダ３６ｚ）と、を備え、前記測定工程は、前記第１モータを制御して前記プローブ５２と前記基準平面９２を近づけて前記接触子５４を前記基準平面９２に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される検出値に基づいて前記基準平面９２の高さを算出する工程と、前記第１モータを制御して前記プローブ５２と前記加工面９４を近づけて前記接触子５４を前記加工面９４に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃５０の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面９４の高さを算出する工程と、を備えてもよい。

本発明の第３態様において、前記プローブ５２を前記第２方向（例えば左方向）に相対移動させる第２モータ（ｙ軸サーボモータ３４ｙ）と、前記第２モータの回転位置を検出する第２回転位置センサ（ｙ軸エンコーダ３６ｙ）と、を備え、前記測定工程は、前記第２モータを制御して前記プローブ５２を前記第２方向に相対移動させて、複数の位置で前記第１回転位置センサにより検出される検出値のうち最も浅い高さを示す検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面９４の高さを算出する工程を備えてもよい。

本発明の第３態様において、前記プローブ５２を前記第２方向（例えば左方向）に相対移動させる第２モータ（ｙ軸サーボモータ３４ｙ）と、前記第２モータの回転位置を検出する第２回転位置センサ（ｙ軸エンコーダ３６ｙ）と、を備え、前記測定工程は、前記第２モータを制御して前記プローブ５２を前記加工面９４に接触させつつ前記第２方向に相対移動させて、前記第１回転位置センサにより検出される検出値のうち最も浅い高さを示す検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃５０の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面９４の高さを算出する工程を備えてもよい。

なお、本発明に係る機上測定装置、工作機械、および、機上測定方法は、上述の実施形態および変形例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…工作機械１２…加工装置
１４…機上測定装置
３４ｚ…ｚ軸サーボモータ（第１モータ）３４ｙ…ｙ軸サーボモータ（第２モータ）
３６ｚ…ｚ軸エンコーダ（第１回転位置センサ）
３６ｙ…ｙ軸エンコーダ（第２回転位置センサ）
４８…加工工具５０…刃
５２…プローブ５４…接触子
７４…測定部８２…特定部
９０…加工ワーク９２…基準平面
９４…加工面９６…凹部
９８…底面１００…Ｖ溝

Claims

加工工具の刃を加工ワークに当接させつつ第１方向に相対移動させる溝加工を、前記第１方向と交差する第２方向に前記加工工具を所定ピッチずらしながら順次行うことが可能な加工装置に設けられる前記加工工具の刃の先端位置を特定する機上測定装置であって、
接触子を有するプローブと、
前記加工工具により前記刃の先端形状と一致する断面形状であり互いに隣接する複数の溝が加工された前記加工ワークのうち、前記加工工具により加工されていない基準平面の高さを、前記プローブの前記接触子を前記基準平面に接触させることによって検出し、前記加工工具により加工された加工面の高さを、前記プローブの前記接触子を前記加工面の前記溝の頂部に接触させることによって検出される検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて算出する測定部と、
前記加工ワークの加工時に指定される加工深さの情報と、前記測定部で検出される前記基準平面の高さと、前記測定部で算出される前記加工面の高さと、に基づいて前記加工工具の前記刃の前記先端位置を特定する特定部と、
を備える、機上測定装置。
請求項１に記載の機上測定装置であって、
前記プローブを前記加工ワークに近づける方向と遠ざける方向に相対移動させる第１モータと、
前記第１モータの回転位置を検出する第１回転位置センサと、を備え、
前記プローブの前記接触子は、前記溝よりも大きく、
前記測定部は、
前記第１モータを制御して前記プローブと前記基準平面を近づけて前記接触子を前記基準平面に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される前記検出値に基づいて前記基準平面の高さを検出し、
前記第１モータを制御して前記プローブと前記加工面を近づけて前記接触子を前記加工面の前記溝の前記頂部に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される前記検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面の高さを算出する、機上測定装置。
請求項１又は２に記載の機上測定装置であって、
前記測定部は、前記加工面のうち予め定められた前記溝の前記頂部に前記プローブの前記接触子を接触させる、機上測定装置。
請求項２に記載の機上測定装置であって、
前記プローブを前記第２方向に相対移動させる第２モータと、
前記第２モータの回転位置を検出する第２回転位置センサと、を備え、
前記測定部は、
前記第２モータを制御して前記プローブの前記接触子を前記加工面に接触させつつ前記第２方向に相対移動させて、前記第１回転位置センサにより検出される前記検出値のうち最も浅い高さを示す前記検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面の高さを算出する、機上測定装置。
請求項１～４のいずれか１項に記載の機上測定装置を備える、工作機械。
加工工具の刃を加工ワークに当接させつつ第１方向に相対移動させる溝加工を、前記第１方向と交差する第２方向に前記加工工具を所定ピッチずらしながら順次行うことが可能な加工装置に設けられる前記加工工具の刃の先端位置を特定する機上測定方法であって、
前記加工工具により前記刃の先端形状と一致する断面形状であり互いに隣接する複数の溝が加工された前記加工ワークのうち、前記加工工具により加工されていない基準平面の高さを、プローブの接触子を前記基準平面に接触させることによって検出し、前記加工工具により加工された加工面の高さを、前記プローブの前記接触子を前記加工面の前記溝の頂部に接触させることによって検出される検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて算出する測定工程と、
前記加工ワークの加工時に指定される加工深さの情報と、前記測定工程で検出される前記基準平面の高さと、前記測定工程で算出される前記加工面の高さと、に基づいて前記加工工具の前記刃の前記先端位置を特定する特定工程と、
を備える、機上測定方法。
請求項６に記載の機上測定方法であって、
前記プローブを前記加工ワークに近づける方向と遠ざける方向に相対移動させる第１モータと、
前記第１モータの回転位置を検出する第１回転位置センサと、を備え、
前記プローブの前記接触子は、前記溝よりも大きく、
前記測定工程は、
前記第１モータを制御して前記プローブと前記基準平面を近づけて前記接触子を前記基準平面に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される前記検出値に基づいて前記基準平面の高さを検出する工程と、
前記第１モータを制御して前記プローブと前記加工面を近づけて前記接触子を前記加工面の前記溝の前記頂部に接触させるときに前記第１回転位置センサにより検出される前記検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面の高さを算出する工程と、を備える、機上測定方法。
請求項６又は７に記載の機上測定方法であって、
前記測定工程では、前記加工面のうち予め定められた前記溝の前記頂部に前記プローブの前記接触子を接触させる、機上測定方法。
請求項７に記載の機上測定方法であって、
前記プローブを前記第２方向に相対移動させる第２モータと、
前記第２モータの回転位置を検出する第２回転位置センサと、を備え、
前記測定工程は、
前記第２モータを制御して前記プローブの前記接触子を前記加工面に接触させつつ前記第２方向に相対移動させて、前記第１回転位置センサにより検出される前記検出値のうち最も浅い高さを示す前記検出値と、前記所定ピッチの情報と、前記刃の前記先端形状の情報と、に基づいて前記加工面の高さを算出する工程を備える、機上測定方法。