JPH06312349A - 機上形状計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物の形状や工具消耗などの工具の変形
を、被測定物を工作機械から取外すことなく複雑な形状
でも、工作機械上で高精度で測定すること。 【構成】 被測定部位の位置や傾きに応じて手動で或い
は予め形状モデルが与えられている場合は自動的に、主
軸３ヘッドまたは加工テーブル４上に取付けられた境界
面検出センサであるスタイラス５，７の位置及びその姿
勢を適宜調整して設置し、これらスタイラス５，７を適
宜駆動して加工テーブル４または主軸３ヘッド上に配設
された３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体
９，１１の各面の境界面を検出し、スタイラス５，７先
端の位置ベクトルは接触している既知の平面方程式を満
たすという点から先端位置を決定し、スタイラス５，７
の位置の校正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機上形状計測方法及び
装置に関するものであり、特に、放電加工や切削加工、
研削加工などにおいて、被加工物の形状や工具摩耗など
によって生ずる工具の変形を、被測定物を工作機械から
取外すことなく、工作機械上で計測できる機上形状計測
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工作物の形状や面性状などの
加工状態を、加工中または加工を中断して計測し、加工
条件に反映しようとする試みは既にあり、一部は実用に
供されている。例えば、マシニングセンタなどにおい
て、ＡＴＣ（自動工具交換装置）用ツールの１つとし
て、タッチプローブを主軸に装着して被加工物の形状を
測定している。或いは、工具を加工テーブル上に取付け
たタッチプローブへ接触させて、工具の欠損や摩耗の程
度を計測するなどしている。また、この他にロボットア
ームの位置、姿勢を測定するための位置、姿勢測定方法
に関する技術が、特開昭６２−２３１３１０号公報に掲
載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の機上形状計測方法及び装置では、ＮＣ（数値制
御）工作機械上でのプローブの先端位置、及び、その軸
方向が予め固定されていた。一方、高精度測定を実現す
るには、被測定面に対してプローブを垂直に当てること
が必要であった。したがって、例えば、金型のような形
状が極めて複雑な場合には、高精度の測定が難しかっ
た。

【０００４】図８は従来の測定方法及び装置により測定
ができなかった形状を示す説明図であり、従来の測定方
法では測定が困難な場合の例を示す。図８において、８
１は測定用プローブであり、８２ａ，８２ｂは被測定
物、８３は被測定物８２ａ，８２ｂが載置されているテ
ーブルである。図８のように、被測定物８２ａ，８２ｂ
の上の部分が下の部分を覆うような形状になった場合に
は、５軸を有するＮＣ機械などによるしか測定方法がな
かった。仮に、例えば、測定用プローブ８１の先端に角
度を持たせたとしても、測定用プローブ８１の先端の位
置精度の保証は非常に困難であり、そのため、高精度の
測定は困難であった。また、従来は被測定物の形状を連
続的に高精度に測定することはできなかった。

【０００５】そこで、本発明は、放電加工や切削加工、
研削加工などにおいて、被加工物の形状や工具消耗など
によって生ずる工具の変形を、被測定物を工作機械から
取外すことなく、複雑な形状の場合でも、工作機械上で
高精度で連続に測定できる機上形状計測方法及び装置の
提供を課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
機上形状計測装置は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上
に取付けられた境界面検出センサと、前記加工テーブル
または前記主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数の
平面を有する校正用基準多面体と、前記境界面検出セン
サを駆動して前記校正用基準多面体の各面の境界面を検
出し、前記境界面検出センサの位置の校正を行う位置校
正手段とを具備するものである。

【０００７】請求項２の発明にかかる機上形状計測方法
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサを駆動して、前記加工テーブルまたは前
記主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有
する校正用基準多面体の各面の境界面を検出し、前記境
界面検出センサの位置の校正を行うものである。

【０００８】請求項３の発明にかかる機上形状計測装置
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上にロボットによっ
て握持された境界面検出センサと、前記加工テーブルま
たは前記主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数の平
面を有する校正用基準多面体と、前記ロボットの姿勢を
計測部位に応じて変化させ、各姿勢に対して前記校正用
基準多面体の最適面を少なくとも３面以上選択して境界
面を検出し、前記境界面検出センサの位置の校正を行う
位置校正手段とを具備するものである。

【０００９】請求項４の発明にかかる機上形状計測装置
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサと、前記加工テーブルまたは前記主軸ヘ
ッド上に複数配設された校正用基準多面体と、前記境界
面検出センサを駆動して前記校正用基準多面体間の位置
及び姿勢を計測し、温度変化、経時変化に伴なう工作機
械の変形を推定する変形推定手段とを具備するものであ
る。

【００１０】請求項５の発明にかかる機上形状計測方法
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサを駆動して、前記加工テーブルまたは前
記主軸ヘッド上に複数配設された校正用基準多面体間の
位置及び姿勢を計測し、温度変化、経時変化に伴なう工
作機械の変形を推定するものである。

【００１１】請求項６の発明にかかる機上形状計測装置
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサと、前記加工テーブルまたは前記主軸ヘ
ッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有する校正
用基準多面体と、前記境界面検出センサを駆動して前記
校正用基準多面体の各面の境界面を検出し、前記境界面
検出センサの位置の校正を行い、被測定物の形状を測定
する形状測定手段とを具備するものである。

【００１２】請求項７の発明にかかる機上形状計測方法
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサを駆動して、前記加工テーブルまたは前
記主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有
する校正用基準多面体の各面の境界面を検出し、前記境
界面検出センサの位置の校正を行い、被測定物の形状を
測定するものである。

【００１３】請求項８の発明にかかる機上形状計測装置
は、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサと、前記加工テーブルまたは前記主軸ヘ
ッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有する校正
用基準多面体と、前記境界面検出センサを駆動して前記
校正用基準多面体の各面の境界面を検出し、前記境界面
検出センサの位置の校正を行う位置校正手段と、前記境
界面検出センサの出力電圧が一定または所定の範囲とな
るように前記境界面検出センサを連続に駆動して被測定
物の形状を測定する形状測定手段とを具備するものであ
る。

【００１４】請求項９の発明にかかる機上形状計測装置
の前記形状測定手段は、被測定物の形状測定の際の前記
境界面検出センサの水平方向及び垂直方向の移動量から
測定点間の仰角または俯角である角度を算出し、前記角
度が所定の範囲を越えるときには、必要に応じて前記境
界面検出センサの前記被測定物に対する向きを変えたの
ち、前記位置校正手段で前記境界面検出センサの位置の
新たな校正を行うものである。

【００１５】

【作用】請求項１及び請求項２の発明においては、主軸
ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境界面検出
センサを駆動して前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッ
ド上に配設された３枚以上の複数の平面を有する校正用
基準多面体の各面の境界面を検出し、前記境界面検出セ
ンサの位置の校正を行うものであるから、境界面検出セ
ンサの位置ベクトルが既知の平面方程式を満足すること
を利用して、境界面検出センサの正確な位置を求め、そ
の位置の校正ができる。

【００１６】請求項３の発明においては、主軸ヘッドま
たは加工テーブル上にロボットによって境界面検出セン
サを握持し、ロボットの姿勢を計測部位に応じて変化さ
せ、各姿勢に対して前記加工テーブルまたは前記主軸ヘ
ッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有する校正
用基準多面体の最適面を少なくとも３面以上選択して境
界面を検出し、前記境界面検出センサの位置の校正を行
うものであるから、ロボットの各姿勢に対して境界面検
出センサの位置ベクトルが既知の平面方程式を満足する
ことを利用して、境界面検出センサの正確な位置を求
め、その位置の校正ができる。

【００１７】請求項４及び請求項５の発明においては、
主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境界面
検出センサを駆動して、前記加工テーブルまたは前記主
軸ヘッド上に複数配設された校正用基準多面体間の位置
及び姿勢を計測し、温度変化、経時変化に伴なう工作機
械の変形を推定するものであるから、複数の校正用基準
多面体に対する境界面検出センサの位置ベクトルが既知
の平面方程式を満足することを利用して、工作機械の温
度変化や経時変化に伴なう変形が推定できる。

【００１８】請求項６及び請求項７の発明においては、
主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境界面
検出センサを駆動して、前記加工テーブルまたは前記主
軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有する
校正用基準多面体の各面の境界面を検出し、前記境界面
検出センサの位置の校正を行い、被測定物の形状を測定
するものであるから、境界面検出センサの位置ベクトル
が既知の平面方程式を満足することを利用して、境界面
検出センサの正確な位置を求め、その位置の校正がで
き、被測定物の形状を測定できる。

【００１９】請求項８の発明においては、主軸ヘッドま
たは加工テーブル上に取付けられた境界面検出センサを
駆動して前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッド上に配
設された３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面
体の各面の境界面を検出し、前記境界面検出センサの位
置の校正を行い、出力電圧が一定または所定の範囲とな
るように前記境界面検出センサを連続に駆動して被測定
物の形状を測定するものであるから、境界面検出センサ
の位置ベクトルが既知の平面方程式を満足することを利
用して、境界面検出センサの正確な位置を求め、その位
置の校正ができ、被測定物の形状を測定できる。

【００２０】請求項９の発明においては、請求項８の作
用に加えて、被測定物の形状測定の際の前記境界面検出
センサの水平方向及び垂直方向の移動量から測定点間の
仰角または俯角である角度を算出し、前記角度が所定の
範囲を越えるときには、必要に応じて前記境界面検出セ
ンサの前記被測定物に対する向きを変えたのち、境界面
検出センサの位置の新たな校正を行うものであるから、
境界面検出センサの位置ベクトルが既知の平面方程式を
満足することを利用して、境界面検出センサの正確な位
置を求め、境界面検出センサはその駆動の角度が所定の
範囲を越えると必要に応じて被測定物に対する向きを変
えられ、その位置の新たな校正ができ、被測定物の形状
を測定できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 〈実施例１〉図１は本発明の第一実施例にかかる機上形
状計測方法及び装置を示す説明図である。この図は市販
の粗さ計測用スタイラスを形状計測プローブとして用い
ることにより、放電加工における電極及びワークの形状
変化を測定する様子を示している。図１において、１は
放電加工用の電極、２は被加工物、３は主軸、４は被加
工物２が載置された加工テーブル、５は主軸３側に取付
けられたスタイラス、６はスタイラス５を保持するフレ
キシブルな保持具、７は加工テーブル４側に取付けられ
たスタイラス、８はスタイラス７を保持するフレキシブ
ルな保持具、９は主軸３側に取付けられた校正用基準多
面体、１０は校正用基準多面体９を保持し、直交基準面
をもつプレート、１１は加工テーブル４側に取付けられ
た校正用基準多面体、１２は校正用基準多面体１１を保
持し、直交基準面をもつプレート、１３はＮＣ制御装
置、１４はスタイラス５，７の信号を復調する復調回
路、１５は復調回路１４の信号を処理するコンピュータ
である。本実施例では、加工機本体の主軸３及び加工テ
ーブル４上に多数の平面を有する校正用基準多面体９，
１１が配設されている。これらの校正用基準多面体９，
１１の各面は予め精密に計測されており、プレート１
０，１２の直交基準面に対する面の方程式が求められて
いる。プレート１０，１２はその機械座標系と平行にな
るように設置されている。計測用スタイラス５，７は加
工テーブル４または主軸３とともにＮＣ制御装置１３に
よって駆動される。そして、プローブとして機能する計
測用スタイラス５，７の先端が被測定面に接触した時点
で、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の座標をコンピュータ１５へ送る。
なお、コンピュータ１５の働きはＮＣ制御装置１３で代
用することも可能である。

【００２２】次に、測定原理について説明する。図２は
本発明の第一実施例にかかる機上形状計測方法及び装置
を示す原理図である。図２において、２１は機械原点、
２２は主軸３上の１点、２３はスタイラス５の先端位置
である。図２のように、放電加工機のＮＣ制御装置１３
の表示する主軸位置は、主軸３上の１点２２の機械原点
２１からの変位を表す。これをベクトルｒとし、主軸３
に取付けられたスタイラス先端位置２３の主軸上の１点
２２に対する相対位置をベクトルｒ＾とおくと、測定点
である針先端の位置（スタイラス先端位置２３）はｒ＋
ｒ＾で表される。ｒ＾はスタイラス５の位置や姿勢に応
じて変化する。各姿勢におけるｒ＾を認識するために、
スタイラス５の姿勢を決めたならば、各面の方程式が既
知である異なる３平面にスタイラス先端を接触させるこ
とによって、その各面上に針先端が載っているとして下
記の式を得る。 （ｎi ／ｄi ）（ｒ＋ｒ＾）＝１ （ｉ＝１，２，３） ただし、ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ）T ｒ＾＝（ｘ＾，ｙ＾，ｚ＾）T Ｒ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）T αi ｘ＋βi ｙ＋γi ｚ＝ｄi ｎi ＝（αi ，βi ，γi ） この式を連立させて解くことにより、ｒ＾を求める。

【００２３】ここで用いる基準平面はスタイラス５の姿
勢によって最適な面を選択できるよう、予め校正された
校正用基準多面体の中から選ばれる。この場合、最適な
面はスタイラス５の針が垂直から２０度の範囲の角度に
入っている面をいう。それ以上の角度になると精度の良
い測定が困難になる。この校正用基準多面体を電極定盤
側、加工テーブル側にそれぞれ取付け、各々校正を行っ
ている。

【００２４】特に、放電加工においては、電極の形状が
被加工物側に転写されるために電極の形状精度が重要で
ある。しかし、切削加工と同様に、加工の進行に伴なっ
て工具である電極も消耗する。最近では、放電加工電源
などの進歩によって電極重量消耗比（電極消耗重量／被
加工物加工重量）が０．５％程度の加工が実現している
が、電極角部は大きく消耗するために高精度加工の問題
点になっている。図３は本発明の第一実施例にかかる機
上形状計測方法及び装置による測定結果を示す特性図で
ある。図３には直径１０ｍｍの銅電極の角部の消耗形状
を拡大して示してある。図３において、５１，５２，５
３，５４，５５は時間の経過とともに電極の角部の形状
を測定した測定結果である。半径が数μｍ以下の電極角
部は、加工時間の経過とともに消耗して半径が数十μｍ
にまで電極形状が変化していく様子がわかる。このよう
に、加工の途中で電極や被加工物の形状を高精度にモニ
タすることは本実施例のような測定法を用いなければ不
可能である。

【００２５】更に、本実施例の装置では粗さ計測用のス
タイラスをプローブとして使用しているため、ＮＣ指令
によりスタイラス位置を連続的に走査すれば、各測定部
位における相対的な形状プロファイルが得られる。した
がって、この場合、局所的ではあるが、面粗さの計測と
ともに、形状測定が容易に実施される。しかも、各部位
相互の幾何学的関係は数μｍ程度の誤差内で関係づけら
れる。

【００２６】ここで述べた方法は、光学式等の非接触プ
ローブまたはタッチプローブを用いても実施が可能であ
る。また、スタイラス５，７の代わりに導電性材料でで
きた単純な針もしくは小球を添えたもので、校正用基準
多面体９，１１も導電性材料で構成し、電気的接触を検
出することによっても同様の効果を得る。このように境
界面検出センサとしては、既知のセンサが使用可能であ
り、いずれにしても本実施例のごとく、校正用基準多面
体を使用して先端位置を求めることができる。

【００２７】なお、本実施例の方法によって電極消耗、
被加工物の加工量を測定し、例えば、消耗分に相当する
送り量を既知の方法で補正したり、或いは、既知の方法
で加工条件の変更を行うこともできる。

【００２８】また、フレキシブルな保持具６，８は多関
節ロボットに置換えることができる。この場合には計測
部位に応じてロボットの姿勢を自動的に変化させること
が可能になり、より自動化が推進される。校正用基準多
面体９，１１は、それぞれプレート１０，１２に取付け
られ、プレート１０，１２の直交座標面が機械原点座標
と平行になるようＮＣ加工テーブル４及び主軸３に配設
すれば良く、任意の位置に配設することができ、配設場
所の制約を殆ど受けないことも、本実施例の適用を容易
にしている。

【００２９】勿論、校正用基準多面体は加工テーブル４
及び主軸３に直接固定して使用しても、効果は何ら損な
われない。また、境界面検出センサは工具と同様に工具
交換装置で交換することも可能である。このようにすれ
ば、必要時のみセンサを装着できるので、工具及びワー
クとの干渉を避けられる。この場合、工具交換時の位置
ずれがあっても問題なく測定できるところに効果があ
る。

【００３０】本実施例の方法は、そのまま３次元座標測
定装置にも適用することができる。３次元座標測定装置
のプローブを被測定物の形状に応じた向きに固定し、校
正用基準多面体を用いて校正することにより、複雑な形
状の被加工物でも高精度で測定できるところに効果があ
る。

【００３１】このように、本実施例の機上形状計測装置
は、主軸３ヘッド及び加工テーブル４上に取付けられた
境界面検出センサとして機能するスタイラス５，７と、
前記加工テーブル４及び主軸３ヘッド上に配設された３
枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体９，１１
と、前記スタイラス５，７（境界面検出センサ）を駆動
して前記校正用基準多面体９，１１の各面の境界面を検
出し、前記スタイラス５，７（境界面検出センサ）の位
置の校正を行うＮＣ制御装置１３（位置校正手段）とを
具備している。

【００３２】そして、本実施例の機上形状計測方法は、
主軸３ヘッドまたは加工テーブル４上に取付けられたス
タイラス５，７（境界面検出センサ）を駆動して、前記
加工テーブル４または主軸３ヘッド上に配設された３枚
以上の複数の平面を有する校正用基準多面体９，１１の
各面の境界面を検出し、前記スタイラス５，７（境界面
検出センサ）の位置の校正を行うものである。

【００３３】つまり、本実施例による形状測定装置で
は、被測定部位の位置や傾きに応じて手動で、或いは予
め形状モデルが与えられている場合は自動的に、フレキ
シブルな保持具に取付けられたプローブ（スタイラス
５，７）の位置及びその姿勢を調整して設置する。こう
した場合、調整の段階でプローブ（スタイラス５，７）
の先端位置を機械原点に対して正確に設定することは極
めて難しいので、設定の都度プローブ（スタイラス５，
７）先端の位置を校正する必要がある。この校正に当た
っては、顕微鏡などを用いてプローブ（スタイラス５，
７）先端位置を計測することも可能であるが、３次元的
な位置を、しかも、自動的に認識することは困難であ
る。

【００３４】そこで、本実施例における校正法では、予
め精密に計測されて各面の方程式が既知である多数の面
の集合体である校正用基準多面体９，１１を用いて行
う。即ち、これらの面の中からプローブ（スタイラス
５，７）の姿勢に応じた面を３面以上選択して、その各
表面にプローブ（スタイラス５，７）の先端を接触させ
る。このプローブ（スタイラス５，７）先端の位置ベク
トルは接触している既知の平面方程式を満たすので、こ
れらの方程式を解いて先端の位置が決定できる。

【００３５】こうして、いかなる位置または姿勢におい
ても校正用基準多面体が校正に必要な面を有しているな
らば、先端位置が決定され、いかなる傾きを有する被測
定面をも測定し得る。

【００３６】したがって、スタイラス５，７（境界面検
出センサ）の位置ベクトルが既知の平面方程式を満足す
ることを利用して、スタイラス５，７（境界面検出セン
サ）の正確な位置を求め、その位置の校正ができる。こ
の結果、本実施例の方法及び装置を用いれば、放電加工
や切削加工、研削加工などにおいて、被加工物の形状や
工具消耗などによって生ずる工具の変形を、被測定物を
工作機械から取外すことなく、複雑な形状の場合でも、
工作機械上で高精度で測定することができる。

【００３７】特に、加工テーブル４または主軸３ヘッド
上にスタイラス５，７（境界面検出センサ）を握持した
ロボットを設置して、計測部位に応じてロボットの姿勢
を自動的に変化させて各姿勢に対して校正用基準多面体
９，１１の最適な面を少なくとも３面選択して境界面を
検出することによりスタイラス５，７（境界面検出セン
サ）の位置の校正を行えば、より自動化が推進できる。

【００３８】また、３次元座標測定装置に適用すれば、
上記スタイラス５，７（境界面検出センサ）を駆動し
て、加工テーブル４または主軸３ヘッド上に配設された
３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体の各面
の境界面を検出し、スタイラス５，７（境界面検出セン
サ）の位置の校正を行い、被測定物の形状を測定できる
ので、複雑な３次元形状の被加工物でも高精度で測定で
き、より高精度な加工ができる。

【００３９】〈実施例２〉図４は本発明の第二実施例に
かかる機上形状計測方法及び装置によるテーブル変形の
計測方法を示す説明図である。この図は、加工テーブル
上に複数個の校正用基準多面体を設置し、各校正用基準
多面体間の姿勢を検出することによって温度変化などに
伴なう加工テーブルの変形を求める方法を示す。なお、
本実施例において、上述の第一実施例と同様の構成また
は相当部分からなるものについては同一符号及び同一記
号を付してその詳細な説明を省略する。図４において、
７１は第１の校正用基準多面体、７２は第２の校正用基
準多面体であり、この第１の校正用基準多面体７１及び
第２の校正用基準多面体７２は共に同一の加工テーブル
４上に配設されている。そして、第１の校正用基準多面
体７１により、ｒ＾を求める。また、同時に第２の校正
用基準多面体によりｒ＾’を求める。ｒ＾−ｒ＾’が第
１の校正用基準多面体７１と第２の校正用基準多面体７
２との差であるが、加工の経過とともに校正用基準多面
体７１，７２を適宜測定することにより、ｒ＾−ｒ＾’
に変化があれば加工テーブル４が変形したことが判明す
る。そこで、この加工テーブル４の変形を求めて、温度
変化、経時変化に伴なう加工テーブル４等の工作機械の
変形を推定し、これを補償するＮＣ指令を発生して加工
を行う。なお、ｒ＾及びｒ＾’の求め方は上記第一実施
例で述べたので、ここでは説明を省略する。

【００４０】このように、本実施例の機上形状計測装置
は、主軸３ヘッド上に取付けられたスタイラス５にて構
成される境界面検出センサと、同一の加工テーブル４上
に各々配設された第１及び第２の校正用基準多面体７
１，７２と、前記境界面検出センサを駆動して第１及び
第２の校正用基準多面体７１，７２間の位置及び姿勢を
計測し、温度変化、経時変化に伴なう加工テーブル４等
の工作機械の変形を推定するＮＣ制御装置１３からなる
変形推定手段とを具備している。

【００４１】そして、本実施例の機上形状計測方法は、
主軸３ヘッド上に取付けられたスタイラス５（境界面検
出センサ）を駆動して、加工テーブル４上に配設された
第１及び第２の校正用基準多面体７１，７２間の位置及
び姿勢を計測し、温度変化、経時変化に伴なう加工テー
ブル４等の工作機械の変形を推定するものである。

【００４２】したがって、第１及び第２の校正用基準多
面体７１，７２に対するスタイラス５（境界面検出セン
サ）の位置ベクトルが既知の平面方程式を満足すること
を利用して、加工テーブル４等の工作機械の温度変化や
経時変化に伴なう変形が推定できる。この結果、本実施
例の方法及び装置を用いれば、放電加工や切削加工、研
削加工などにおいて、加工テーブル４等の変形を、被測
定物を工作機械から取外すことなく、高精度で測定する
ことが可能になる。

【００４３】ところで、上記第二実施例では、第１の校
正用基準多面体７１及び第２の校正用基準多面体７２の
２つの校正用基準多面体を加工テーブル４上に配設した
場合について説明したが、この校正用基準多面体の配設
個数を更に増やしてもよい。そして、この配設位置を適
宜考慮すれば、加工テーブル４の３次元的な変形を推定
することも可能になる。また、主軸３上に校正用基準多
面体を複数個配設してもよく、この場合は、主軸３の変
形を推定するのに利用できる。

【００４４】〈実施例３〉図５は本発明の第三実施例に
かかる機上形状計測方法及び装置による被測定物の形状
測定を示す説明図である。この図は、スタイラスを被測
定物上で駆動することによって被測定物の形状を測定す
る方法を示す。図５において、２５は被測定物、２６は
スタイラスであり、スタイラス２７はスタイラス２６が
測定でＸ軸方向に走査して移動したところである。

【００４５】次に測定方法について説明する。本装置は
粗さ計測用のスタイラスをプローブとして使用している
ため、ＮＣ指令によりスタイラス位置を連続的に走査
し、各測定部位における相対的な形状プロファイルが得
られる。この走査の際にスタイラスの出力電圧が一定あ
るいは所定の範囲に入るように垂直方向（Ｚ軸方向）に
駆動することにより、μｍオーダの高精度な測定が可能
になる。

【００４６】スタイラス２６が被測定物２５に接触する
とスタイラス２６に加わる圧力に応じた信号が出力電圧
として復調回路２８で得られる。図５の場合、＋Ｘ方向
（Ｘ軸正方向）に走査するとスタイラス２６に加わる圧
力が増し、出力電圧が増加する。スタイラス２６は出力
電圧が所定の範囲にあるようにして測定するのが精度を
得るためには望ましい。そこで、出力信号が増加した場
合に垂直方向（Ｚ軸方向）に上向きに、出力電圧が減少
したときに垂直方向（Ｚ軸方向）に下向きに移動させる
ことにより精度よく形状を連続的に測定することができ
る。

【００４７】〈実施例４〉図６は本発明の第四実施例に
かかる機上形状計測方法及び装置による被測定物の形状
測定を示す説明図である。この図は、スタイラスを被測
定物上で駆動することによって被測定物の形状を測定す
る方法を示す。形状測定の際の水平方向（Ｘ軸及びＹ軸
方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）の各移動量から測定点
間の角度を計算し、その角度が所定の範囲を越えた場合
に、再度校正用基準多面体にてスタイラス（境界面検出
センサ）の位置校正を行う方法を示す。図６において、
３０は被測定物、３１はスタイラスである。

【００４８】次に測定方法について説明する。ＮＣ指令
によりスタイラス位置を連続的に走査する際の水平方向
（Ｘ軸及びＹ軸方向）の移動量と、垂直方向（Ｚ軸方
向）の移動量から測定点の角度がわかる。精度のよい測
定を行うためには、測定点の角度に応じた角度を持つ校
正用基準多面体の面で校正するのが望ましい。そこで、
測定点の角度が予めスタイラスの校正を行った面の角度
から例えば２０度ずれた場合、測定点の角度に近い角度
をもつ校正用基準多面体の面で再度スタイラスの位置の
校正を行う。

【００４９】図７は図６の第四実施例にかかる機上形状
計測方法及び装置による被測定物の形状測定において、
測定点の角度を算出する方法の原理図である。図７にお
いて３５は被測定物、３６はスタイラス、３７はスタイ
ラス３６が測定でＸ軸方向に走査して移動したところで
ある。３８はＸ軸方向に操作した移動量（距離）、３９
はＺ軸方向の移動量（距離）、４０は測定点の角度であ
る。

【００５０】上述の図７の第四実施例に示すように、Ｘ
軸方向の走査に伴いＺ軸方向にスタイラス３６を適切な
位置に動かしながら測定を行う場合のＸ軸方向、Ｚ軸方
向の移動量３８，３９をそれぞれＸ，Ｚとすると、測定
点の角度４０はｔａｎ^-1（Ｚ／Ｘ）と求められる。

【００５１】更に、高精度な測定を行う場合には、測定
点の角度が所定の範囲からずれた場合にスタイラスの角
度を変更する。高精度な測定のためにはスタイラスの針
が垂直から２０度の範囲の角度に入っていることが必要
であり、それ以上の角度になると精度の良い測定が困難
になる。そこで、測定点の角度を合わせてスタイラスの
角度を変更し、その後、校正用基準多面体により校正を
行うのである。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び請求
項２の発明の機上形状計測方法及び装置は、境界面検出
センサと、校正用基準多面体と、位置校正手段とを具備
し、主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付けられた境
界面検出センサを駆動して、加工テーブルまたは主軸ヘ
ッド上に配設された３枚以上の複数の平面を有する校正
用基準多面体の各面の境界面を検出し、境界面検出セン
サの位置の校正を行うことにより、境界面検出センサの
位置ベクトルが既知の平面方程式を満足することを利用
して、境界面検出センサの正確な位置を求め、その位置
の校正ができるので、放電加工や切削加工、研削加工な
どにおいて、被加工物の形状や工具消耗などによって生
ずる工具の変形を、被測定物を工作機械から取外すこと
なく、複雑な形状の場合でも、工作機械上で高精度で測
定することができる。

【００５３】請求項３の発明の機上形状計測装置は、境
界面検出センサと、校正用基準多面体と、位置校正手段
とを具備し、主軸ヘッドまたは加工テーブル上にロボッ
トによって境界面検出センサを握持し、ロボットの姿勢
を計測部位に応じて変化させ、各姿勢に対して加工テー
ブルまたは主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数の
平面を有する校正用基準多面体の最適面を少なくとも３
面以上選択して境界面を検出し、境界面検出センサの位
置の校正を行うことにより、ロボットの各姿勢に対して
境界面検出センサの位置ベクトルが既知の平面方程式を
満足することを利用して、境界面検出センサの正確な位
置を求め、その位置の校正ができるので、一段と自動化
が推進できる。

【００５４】請求項４及び請求項５の発明の機上形状計
測方法及び装置は、境界面検出センサと、校正用基準多
面体と、変形推定手段とを具備し、主軸ヘッドまたは加
工テーブル上に取付けられた境界面検出センサを駆動し
て、加工テーブルまたは主軸ヘッド上に複数配設された
校正用基準多面体間の位置及び姿勢を計測し、温度変
化、経時変化に伴なう工作機械の変形を推定することに
より、複数の校正用基準多面体に対する境界面検出セン
サの位置ベクトルが既知の平面方程式を満足することを
利用して、工作機械の温度変化や経時変化に伴なう変形
が推定できるので、放電加工や切削加工、研削加工など
において、加工テーブル等の工作機械の変形を、被測定
物を工作機械から取外すことなく、工作機械上で高精度
で測定することが可能になる。

【００５５】請求項６及び請求項７の発明の機上形状計
測方法及び装置は、境界面検出センサと、校正用基準多
面体と、形状測定手段とを具備し、主軸ヘッドまたは加
工テーブル上に取付けられた境界面検出センサを駆動し
て、加工テーブルまたは主軸ヘッド上に配設された３枚
以上の複数の平面を有する校正用基準多面体の各面の境
界面を検出し、境界面検出センサの位置の校正を行い、
被測定物の形状を測定することにより、境界面検出セン
サの位置ベクトルが既知の平面方程式を満足することを
利用して、境界面検出センサの正確な位置を求め、その
位置の校正ができ、被測定物の形状を測定できるので、
複雑な３次元形状の被加工物でも高精度で測定でき、よ
り高精度な加工ができる。

【００５６】請求項８の発明の機上形状計測装置は、境
界面検出センサと、校正用基準多面体と、位置校正手段
と、形状測定手段とを具備し、主軸ヘッドまたは加工テ
ーブル上に取付けられた境界面検出センサを駆動して、
加工テーブルまたは主軸ヘッド上に配設された３枚以上
の複数の平面を有する校正用基準多面体の各面の境界面
を検出し、境界面検出センサの位置の校正を行い、境界
面検出センサはその出力電圧が一定または所定の範囲と
なるように連続に駆動して被測定物の形状を測定するこ
とにより、境界面検出センサの位置ベクトルが既知の平
面方程式を満足することを利用して、境界面検出センサ
の正確な位置を求め、その位置の校正ができるので、放
電加工や切削加工、研削加工などにおいて、被加工物の
形状や工具消耗などによって生ずる工具の変形を、被測
定物を工作機械から取外すことなく、複雑な形状の場合
でも、工作機械上で高精度で測定することができる。

【００５７】請求項９の発明の機上形状計測装置は、請
求項８の効果に加えて、被測定物の形状測定の際の境界
面検出センサの水平方向及び垂直方向の移動量から測定
点間の仰角または俯角である角度を算出し、角度が所定
の範囲を越えるときには、必要に応じて境界面検出セン
サの被測定物に対する向きを変えたのち、境界面検出セ
ンサの位置の新たな校正ができるので、放電加工や切削
加工、研削加工などにおいて、被加工物の形状や工具消
耗などによって生ずる工具の変形を、被測定物を工作機
械から取外すことなく、複雑な形状の場合でも、工作機
械上で高精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第一実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置を示す説明図である。

【図２】図２は本発明の第一実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置を示す原理図である。

【図３】図３は本発明の第一実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置による測定結果の例を示す特性図であ
る。

【図４】図４は本発明の第二実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置によるテーブル変形の計測方法を示す説
明図である。

【図５】図５は本発明の第三実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置を示す説明図である。

【図６】図６は本発明の第四実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置を示す説明図である。

【図７】図７は本発明の第四実施例にかかる機上形状計
測方法及び装置を示す原理図である。

【図８】図８は従来の測定方法及び装置により測定がで
きなかった形状を示す説明図である。

【符号の説明】

３ 主軸 ４ 加工テーブル ５，７ スタイラス ９，１１ 校正用基準多面体 １３ ＮＣ制御装置 １５ コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 長男 愛知県名古屋市天白区久方２−12−１ 豊 田工業大学内 (72)発明者 後藤 昭弘 愛知県名古屋市東区矢田南五丁目１番14号 三菱電機株式会社名古屋製作所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサと、 前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッド上に配設された
   ３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体と、 前記境界面検出センサを駆動して前記校正用基準多面体
   の各面の境界面を検出し、前記境界面検出センサの位置
   の校正を行う位置校正手段とを具備することを特徴とす
   る機上形状計測装置。
2. 【請求項２】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサを駆動して、前記加工テーブ
   ルまたは前記主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数
   の平面を有する校正用基準多面体の各面の境界面を検出
   し、前記境界面検出センサの位置の校正を行うことを特
   徴とする機上形状計測方法。
3. 【請求項３】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上にロボ
   ットによって握持された境界面検出センサと、 前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッド上に配設された
   ３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体と、 前記ロボットの姿勢を計測部位に応じて変化させ、各姿
   勢に対して前記校正用基準多面体の最適面を少なくとも
   ３面以上選択して境界面を検出し、前記境界面検出セン
   サの位置の校正を行う位置校正手段とを具備することを
   特徴とする機上形状計測装置。
4. 【請求項４】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサと、 前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッド上に複数配設さ
   れた校正用基準多面体と、 前記境界面検出センサを駆動して前記校正用基準多面体
   間の位置及び姿勢を計測し、温度変化、経時変化に伴な
   う工作機械の変形を推定する変形推定手段とを具備する
   ことを特徴とする機上形状計測装置。
5. 【請求項５】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサを駆動して、前記加工テーブ
   ルまたは前記主軸ヘッド上に複数配設された校正用基準
   多面体間の位置及び姿勢を計測し、温度変化、経時変化
   に伴なう工作機械の変形を推定することを特徴とする機
   上形状計測方法。
6. 【請求項６】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサと、 前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッド上に配設された
   ３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体と、 前記境界面検出センサを駆動して前記校正用基準多面体
   の各面の境界面を検出し、前記境界面検出センサの位置
   の校正を行い、被測定物の形状を測定する形状測定手段
   とを具備することを特徴とする機上形状計測装置。
7. 【請求項７】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサを駆動して、前記加工テーブ
   ルまたは前記主軸ヘッド上に配設された３枚以上の複数
   の平面を有する校正用基準多面体の各面の境界面を検出
   し、前記境界面検出センサの位置の校正を行い、被測定
   物の形状を測定することを特徴とする機上形状計測方
   法。
8. 【請求項８】 主軸ヘッドまたは加工テーブル上に取付
   けられた境界面検出センサと、 前記加工テーブルまたは前記主軸ヘッド上に配設された
   ３枚以上の複数の平面を有する校正用基準多面体と、 前記境界面検出センサを駆動して前記校正用基準多面体
   の各面の境界面を検出し、前記境界面検出センサの位置
   の校正を行う位置校正手段と、 前記境界面検出センサの出力電圧が一定または所定の範
   囲となるように前記境界面検出センサを連続に駆動して
   被測定物の形状を測定する形状測定手段とを具備するこ
   とを特徴とする機上形状計測装置。
9. 【請求項９】 前記形状測定手段は、被測定物の形状測
   定の際の前記境界面検出センサの水平方向及び垂直方向
   の移動量から測定点間の仰角または俯角である角度を算
   出し、前記角度が所定の範囲を越えるときには、必要に
   応じて前記境界面検出センサの前記被測定物に対する向
   きを変えたのち、前記位置校正手段で前記境界面検出セ
   ンサの位置の新たな校正を行うことを特徴とする請求項
   ８に記載の機上形状計測装置。