JPWO2006077629A1 - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

Abstract

位置決め対象物(21)と、該位置決め対象物(21)との距離を非接触で測定し、任意の検出位置から所定範囲の測長エリアでのみ、位置決め対象物(21)を検出すると検出信号を出力する測長手段(8)とを相対的に移動させる移動手段(2)と、この移動手段(2)により上記位置決め対象物(21)及び測長手段(8)を相対移動させる際に、上記測長手段(8)からの検出信号を検出することにより上記移動手段(2)を停止し、上記停止位置と任意検出位置とのオーバーシュート量を自動補正するための軸制御手段と、上記制御手段による自動補正後の座標値を格納し、この基準座標値を元に位置決めを行う位置決め制御手段(11)と、を備えた。

Description

この発明は、位置決め装置に係り、特に高精度な非接触計測実現に関するものである。

従来の放電加工や切削加工等の位置決め装置は、工作物及び工具電極に導電性があることを利用し、工作物と電極または工具間の電気的接触感知手法を用いて、高精度の位置決めを実現している。（例えば、特許文献１参照）。

また、長距離測定レーザ式変位センサを用いて、材料に直接接触させずに、且つ十分な距離を材料と工具の間に残して、材料の残切削量を正確に又、安全に計測する手法も確立している。（例えば、特許文献２参照）。

更にまた、被加工物が載置されるテーブルの粗送り量を検出する第１の位置検出センサおよび微小送り量を検出する第２の位置検出センサを備え、第１の位置検出センサにおける粗送り量検出結果および前記第２の位置検出センサにおける微小送り量検出結果に基づき前記駆動機構を駆動してテーブルの位置決めを行う位置決め手法も確立している。（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−２０５４３９号公報（図２） 特開２０００−５２１９８号公報 特開昭６３−１０９９５６号公報

従来の近接接触感知手段を用いる位置決め装置では、測定物と被測定物間の物理的ダメージを抑制するために、アプローチ速度を落とすことで接触時の衝撃を抑制しなければならず、計測時間が長期化するという問題点があった。
また、上記接触感知用のプローブは、接触時の圧力による変形を抑制するために、剛性を向上させる必要があり、それに伴い、プローブ先端の球形状部分は一定サイズ以上の大きさにする必要があった。
そのため、プローブ先端の球形状部は、微小形状部へ近接させることが不可能となり、同部分の測定が不可能という欠点もあった。
この様な場合、ピンゲージ等を備える専用の測定器を用いるため、測定物を一旦取り出しオフラインで測定したり、また、ピンゲージが入らない微細形状においては、光学的な手段を用いて測定する必要があり、測定物を一旦取り出し、ＣＣＤカメラや等を備える顕微鏡にて、測定断面を拡大・形状測定をオフラインで実施する必要があった。
なお、一度取り外した測定物は、計測結果から再度追加工したいとしても、正確に元の場所に設置し直すことが困難であるため、計測結果に基づく正確な追加工を行うことが不可能であった。

また、上記被測定物が例えば微細ピン形状のような場合、該微細ピン形状が非常に微細であるため、プローブ接触による接触圧力によって被測定物が変形し、測定自体が不可能となる。
この場合、上記で示した通り、ＣＣＤカメラ等を備える顕微鏡にて測定断面を拡大・形状測定をオフラインで実施する必要があった。

一方、長距離測定レーザ式変位センサを用いた場合、非接触にて測定できるため、非常に微細な対象物に対しても測定可能であるが、一般的な長距離測定レーザは分解能10μｍ、誤差0.2ｍｍ程度となるため、高精度位置決め手段としての使用が困難であり、例えば組立ライン等での簡易形状判定の分野での使用に限られ、高精度の加工（分解能0.1μｍぐらい）が要求される例えば放電加工の位置決め制御等に適用することが困難である。
また、高精度レーザ測長器を選定した場合は、誤差5μｍ程度まで抑制できるものの、該高精度レーザ測定器で測長できる範囲が、例えば10ｍｍ±1ｍｍ程度に制限されてしまい、高精度レーザ測定器と測定対象物とを10ｍｍ±1ｍｍ程度の範囲に載置しなければならず、そのままでの実用的な使用が困難となる。
また、分解能0.1μｍの駆動単位で制御する加工機において、加工された高精度ワークをサブミクロン単位で測定することが困難であるため、従来の接触位置決めから代替することも困難である。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、測定時の衝突を危惧する必要が無く、高精度位置決め動作を高速に実施する事が可能であり、また、測定形状毎に複数の形状データに基づく位置決めプログラムをあらかじめ用意する必要が無い位置決め装置を得ることを目的としている。

この発明に係る位置決め装置においては、位置決め対象物と、該位置決め対象物との距離を非接触で測定し、任意の検出位置から所定範囲の測長エリアでのみ、位置決め対象物を検出すると検出信号を出力する測長手段とを相対的に移動させる移動手段と、この移動手段により上記位置決め対象物及び測長手段を相対移動させる際に、上記測長手段からの検出信号を検出することにより上記移動手段を停止し、上記停止位置と任意検出位置とのオーバーシュート量を自動補正するための軸制御手段と、
上記制御手段による自動補正後の座標値を格納し、この基準座標値を元に位置決めを行う位置決め制御手段と、を備えたものである。

この発明によれば、非接触式の測長手段を備え、前記測長手段からの位置データに基づき、高速で接近する測定対象物を、任意の測長距離に入った段階で軸停止させる手段と、前記位置データによりオーバーシュート量を自動補正し、任意の位置に軸制御させる手段と、前記自動補正後の主軸ＮＣ座標値を読込む手段を備えるので、測定時の衝突を危惧する必要が無く、高精度位置決め動作を高速に実現可能である効果がある。

この発明の実施の形態１を示す位置決め装置の構成図である。 位置決め装置のセンサ出力信号を示す図である。 位置決め装置のシステムフロー図である。 位置決め装置において微小部分の高速・高精度深さ計測を示す図である。 レーザ変位計における測定距離と誤差量の関係を示す図である。 この発明の実施の形態２を示す位置決め装置の構成図である。 位置決め装置の位置決めプロセスを示す図である。 この発明の実施の形態３を示すＣ軸併用時の位置決めシステムを示す図である。 位置決め装置のＣ軸併用時の芯ズレ補正値算出方法を示す図である。 この発明の実施の形態４を示す位置決め装置の構成図である。 工作機械の機械温度と機械変位量の関係を示す図である。

符号の説明

１ 軸制御装置、２ 軸駆動部、３ 主軸ヘッド部、４ 加工槽、５ 定盤、６ ツール電極、７ 加工ワーク、８ 非接触センサ、９着脱センサユニット、１０ センサ取付ガイド、１１位置決め制御手段、２１ 測定物、３１ ＋Ｘ軸センサ、３２ −Ｘ軸センサ、３３ ＋Ｙ軸センサ、３４ −Ｙ軸センサ、３５ Ｚ軸センサ、３６ 基準ブロック、４１ Ｃ軸、４２ ＸＹ軸方向センサ、５１ 熱変位補正手段、５２ 熱変位補正用基準ブロック。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る位置決め装置を放電加工機に適用した場合の構成を示すものである。
図１において、放電加工機はＮＣ等の軸制御手段１、軸駆動手段２、主軸ヘッド部３、加工槽４、定盤５等により構成されており、通常は、主軸ヘッド部にツール電極６、定盤側に加工ワーク７が設置されている。

本発明においては、さらにレーザ変位計を代表とする非接触センサ８が、着脱センサユニット９に取り付けられており、センサ取り付けガイド１０を通じて、主軸部に取り付くように構成されている。
ここで、非接触センサ８からの出力信号は、軸制御手段１に送信され、位置決め制御手段１１によって、軸駆動手段２へ最適な軸送り指令を行う。

非接触センサ８からの出力信号を図２に示し、また同出力信号と位置決め制御手段１１により、駆動手段２が最適な計測動作を実施するシステムフローを図３に示す。
本実施の形態で説明する高精度非接触センサは、測長範囲に制限があり、分解能0.5μｍで30ｍｍ±2ｍｍ程度、分解能0.1μｍで5ｍｍ±0.3ｍｍ程度といった一般的なものを使用する。
非接触センサ８からの出力信号は、測長範囲の任意の位置（一般的に測長範囲の中間位置）にて、出力信号がＨ−Ｌ切替されるような出力仕様となっている。
本仕様は、あくまで任意位置で信号を発生させる手段の一例を示しており、他の方法でも代替可能である。
また、図３に示すシステムフォロー図にて軸駆動部２を制御させることにより、非接触センサ８と加工ワーク７側被測定部を一定距離に移動させ、その時の駆動軸の座標値を軸制御手段１により読み取ることが可能である。

まず、図２を用いて、測長範囲の任意の位置にて、出力信号がＨ−Ｌ切替わる動作について説明する。
位置決め指令が実行された場合、軸制御手段１からの指令に基づき、軸駆動部２が主軸ヘッド部３を駆動させることにより着脱センサユニット９に装着された非接触センサ８が加工ワーク７の非測定部（測定物２１）に対し相対移動（接近動作）する。
上述したように、非接触センサ８には測長範囲が存在し、その任意の位置（例えば測長範囲の中間点）で測定物２１を検出すると出力信号がＬからＨに切替わり、測長範囲内では、Ｈレベルを維持し、測長範囲を外れるとＬレベルとなる。

この測長範囲の検出を活用した位置決め動作が本実施の形態であり、次に、図３に示す位置決めプロセスについて、図４に示される動作概念図を活用して説明する。
S1） 位置決め指令を実行された場合、測定対象物への方向（この場合は＋方向）へ、高速の軸移動を実施し、センサヘッド部が測定物へ移動する。
なお、高速の軸移動は、ＮＣ制御装置１にて設定可能な最大速度（例えば、リニア駆動の場合は50ｍ/ｍｉｎ）が設定可能である。
S2） 移動時において一定周期毎（例えば、１KHz程度から10Hz程度の範囲）に、非接触センサ８からの出力信号を参照し、Ｌ信号（任意座標より手前の座標）の場合には、移動を継続する。
S3） 非接触センサ８からの出力信号がＨ信号（任意座標から測定対象までの一定距離）の場合、軸移動を停止させる。
なお、非接触センサ８からのＨ信号を検出に伴うアプローチ停止指令後、実際に軸移動が停止するまでの距離がオーバーシュート距離である。（第１位置）
S4） 軸移動停止後、出力信号を再度参照し、移動に伴うオーバーシュート影響度に応じて、移動制御のシーケンス（軸方向及び軸移動速度）を変更する。
S5） S3)で軸停止した際、センサからの出力信号がＬの場合、オーバーシュート量が大（図２の場合は、2ｍｍ以上（＝センサと測定物２１の距離が28ｍｍ以内））のため、高速軸移動速度より遅い標準速度（従来の位置決めに使用する速度等）にて、任意座標値まで軸戻し（この場合−方向）動作を実施する。
なお、S5)に基づく軸戻し中、一定周期毎（例えば、１KHz程度から10Hz程度の範囲）に非接触センサ８からの出力信号の参照を行い、出力信号がＬからＨになった時点（＝センサと測定物２１の距離が28ｍｍ程度）で軸移動を停止する。
S6） 一方、S3)で軸停止した際、上記出力信号がＨの場合、或いは、S5)に基づく動作により、オーバーシュート量が小（図２の場合は、2ｍｍ以内）と認識できるため、高速軸移動速度より遅い微小送り速度（例えば、30ｍｍ/ｍｉｎ程度から1ｍｍ/ｍｉｎ程度の範囲において）にて、オーバーシュート量の補正を行う。
S7) S6)に基づく任意座標値まで軸戻し中、一定周期毎に出力信号の参照を行い、出力信号Ｌの時点（＝センサと測定物２１の距離が30ｍｍ）で軸移動を停止する。（第２位置）
S8） S7)の位置にて駆動軸の座標値（座標Ａ）をＮＣなどの位置決め制御手段１１にて読込みを行う。
なお、この座標値（座標Ａ）は、本来位置決めすべき目標位置（30ｍｍ）から、微小送り速度で上記一定周期の最低単位分−方向への移動した際のオーバーシュート量を−方向移動した座標値となる。
S9） 座標値（座標Ａ）読み込み後、引き続きS7)と反対方向（＋方向）に微小送り速度でアプローチを行う。
S10) 反対方向（＋方向）にアプローチ時、一定周期毎に出力信号の参照を行い、出力信号Ｈの時点で軸移動を停止する。（第３位置）
S11) S10)の位置にて軸移動の座標値（座標Ｂ）をＮＣなどの軸制御手段にて読込みを行なう。
なお、この座標値（座標Ｂ）は、本来位置決めすべき目標位置から、微小送り速度で上記一定周期の最低単位分＋方向への移動した際のオーバーシュート量を＋方向移動した座標値となる。
S12) アプローチ方向の違いによる出力信号のヒステリシスの値（アプローチ方向（＋方向と−方向）で検出値に違いが発生する場合の、検出値のズレ量）を確認し、ヒステリシスの影響を除去するため、座標Ａ及び座標Ｂの中点に軸移動を実施する。
S13) その地点を最終位置決め完了地点（座標Ｃ）とし、座標読込みを実施する。

本測定方法は、非接触にて実施する特長を有することから、オーバーシュート量の大小に関わらず測定精度に影響を及ぼさない利点がある。
また、オーバーシュート量が測定物と目標座標（アプローチ目標）の距離を越えない限り、衝突によるダメージをうけないため、移動速度をあげることができる。
但し、オーバーシュート量が大きくなりすぎると、目標座標までの座標補正時間が増大するため、測定時間を最短にするためには、軸戻し時の移動速度を適切に設定する必要がある。
リニア駆動装置などにより最大50ｍ／ｍｉｎにて移動させた場合、遅延時間を0.01秒と見積もったとして、オーバーシュート量は、8.3ｍｍとなり、実施例の装置においては、衝突などの問題が発生する恐れはない。

本システムを使用することにより、図４に示すような微小部分の高速・高精度深さ計測が可能となる。
以下にそのプロセスを示す。
１） 深さ計測の基準となる面（計測基準点）に対して、上述した図３に示すプロセスにて高速の位置決め、及び同位置における駆動座標（ＮＣ座標１）の読込みをＮＣなどの駆動制御装置により行う。
２） 続いて、深さ計測部（深さ計測点）にて上記と同様の高速の位置決め、および同位置における駆動座標（ＮＣ座標２）の読込みをＮＣなどの駆動制御装置により行う。
３） 微小部分の深さは、上記座標１と座標２の相対座標より求めることができる。
つまり深さ計測値＝ＮＣ座標１−ＮＣ座標２より算出することができる。

つまり、計測基準点及び深さ計測点のそれぞれにおいて、一定距離（本実施の形態では30ｍｍ）だけ離れた位置にて非接触センサ８を位置決めし、両者のＮＣ座標値の差を算出することにより、高精度な深さデータを迅速に取得することが可能である。
なお、位置決めにはオペレータが介在する必要は無く、プログラムやシステムにて自動化を容易に図ることが可能である。

従来は、ピンゲージ等を備える専用の測定器を用いるため、測定物を一旦取り出し、オフラインで測定する必要があったり、ピンゲージが入らない微細形状においては、測定物を一旦取り出し、ＣＣＤカメラや等を備える顕微鏡にて、測定断面を拡大・形状測定をオフラインで実施する必要があった。
しかし、本方法を利用する事により、加工機上でダイレクトに深さ計測を実施することが可能となる。
機上測定のメリットとして、加工後の測定物を移動させる必要がないため、測定物移動にともなう誤差要因を排除できるため、計測結果に基づき、形状補正のための追加工を容易に実現可能となる。

次に、非接触センサ８を用いて直接的に距離を計測するのではなく、単に任意の距離に位置決めするためだけに同非接触センサ８を使用している理由について以下に説明する。
図５は、代表的なレーザ測長器の誤差量を示したデータである。
グラフのＸ軸（横軸）は、レーザヘッドと測定物の距離の駆動座標を、ＮＣなどの駆動制御手段によって読み込んだ値である。
一方、上記座標値を正とした時に、その時のレーザ測長機が認識する座標データとの差（誤差量）をＹ軸（縦軸）に示している。
レーザ測長機の測定レンジ仕様は、28ｍｍ〜30ｍｍとなっている。
図５（ａ）は駆動座標値からの28ｍｍ〜30ｍｍのデータ、図５（ｂ）は同29.9ｍｍ〜30.1ｍｍのデータ、図５（ｃ）は同29.99〜30.01ｍｍのデータを示している。

駆動座標値とレーザ測長機からのデータが同一である場合、Ｙ軸の誤差量は常にゼロとなるはずである。
しかし、実データでは、測定距離の応じて誤差量が増減しており、現状のレーザ測長精度のＨ／Ｗ精度の限界を示している。
±2ｍｍのフルレンジの測定範囲において、最大誤差量は51μｍとなる。
図５（ａ）においては、繰り返し精度（Data(1)〜(3)）も取得しており、同一条件３回計測した計測結果も同時に示している。
その結果、３回中の計測結果間においてもばらつきが生じている。
すなわち、±2ｍｍのフルレンジにて、高精度の絶対位置測定を実施することは困難であることがわかる。

一方、レーザ測長器は測定レンジの中間地点にて、測定誤差が最小限になるように調整を実施しているため、同地点（この場合30ｍｍ）での繰り返し精度は1μｍ以下に抑制されていることがわかる（図５（ｃ）参照）。
以上より、レーザ測長器は、任意距離（この場合30ｍｍ）離れた測定物を計測する場合には誤差が非常に小さいこととなる。
よって、レーザ測長器を用いることで、測定物より任意距離離れた位置への非常に高精度な位置決めすることが可能であり、本実施の形態の位置決めシステムはこの仕組みを使用している。
なおこの場合、主軸とセンサ部を移動させる駆動手段である数値制御工作機械において、一定以上の静的精度を確保することが、測定精度向上の必須条件となる。

本実施の形態によれば、非接触式の測長手段を備え、前記測長手段からの位置データに基づき、高速で接近する測定対象物を、任意の測長距離に入った段階で軸停止させる手段と、前記位置データによりオーバーシュート量を自動補正し、任意の位置に軸制御させる手段と、前記自動補正後の主軸ＮＣ座標値を読込む手段を備えるので、測定時の衝突を危惧する必要が無く、高精度位置決め動作を高速に実現可能である効果がある。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る位置決め装置を示すものである。
実施の形態１にて示される放電加工機において、さらに＋Ｘ軸センサ３１、−Ｘ軸センサ３２、＋Ｙ軸センサ３３、−Ｙ軸センサ３４、Ｚ軸センサ３５による、計５軸方向の非接触測長手段により構成されている。
後述する位置決めプロセスを実現するため、センサ間の相対座標値はあらかじめ求められている。

図７は、測定物（ツール電極など）における、主軸に対する芯ズレ補正量を計測するための位置決めプロセスを示している。
S21) あらかじめ電極をＺ軸センサ３５上に設置（30ｍｍ以上離す）し、Ｚ軸位置決め指令を実行すると電極はＺ軸センサ方向のＺ軸方向に高速位置決めを実施する。
実施するプロセスは実施の形態１に示すプロセスと同様であるため、ここでは詳細を省く。
そして、位置決め完了後、駆動系の停止座標を、ＮＣを代表とする軸制御手段１にて座標値の読込みを実施する。
この座標値は、Ｚ軸センサ３５より正確に30ｍｍ上方の座標を示している。
引き続き、電極を＋Ｘ軸センサ３１近傍に設置（30ｍｍ以上離す）する。
設置方法は、手動にてオペレータが簡易的に駆動系を操作して実施しても良いし、あらかじめ取得した電極形状データ及び、＋Ｘ軸センサ３１位置座標値に基づき、プログラムにより自動制御させても良い。
電極の設置完了後、＋Ｘ方向位置決め指令を実行する。
電極は、上述と同様に＋Ｘ軸センサ方向に高速に位置決めを実施し、完了後駆動座標をＮＣにて読込みを行う。
この座標値は、＋Ｘ軸センサ３１より正確に−30ｍｍの座標を示している。

S22) ＋Ｘ方向への高速位置決め完了後、同様に−Ｘ軸センサ３２方向に高速移動、高速位置決め、ＮＣ座標読込みを実施する。
この座標値は、−Ｘ軸センサ３２より正確に＋30ｍｍの座標を示している。
S23) 上記S21、S22の結果よりＸ方向幅の、＋Ｘ軸センサ３１及び−Ｘ軸センサ３２間の電極幅中心座標が検出することができる。
すなわち、上記S21、S22による位置決め動作から取得した座標値より、電極のＸ軸方向の芯ズレ量を算出することができる。
この電極芯ズレ量は、＋Ｘ軸センサ及び−Ｘ軸センサの位置は既知であるため、＋Ｘ軸センサと−Ｘ軸センサの位置の中心座標Ａがわかっていることから、仮に、電極が対称であれば、S21）で取得の座標値と、S22)で取得の座標値の中心座標Ｂが、上記座標Ａに一致するはずである。しかしながら、座標Ａと座標Ｂが一致しない場合、電極は対称でないことになり、その値が電極芯ズレ量となる。

次に、Ｙ軸センサの軸線上に電極を移動させる。
電極の移動手段は、Ｘ軸センサへの設置時と同様に、手動にてオペレータが簡易的に駆動系を操作して実施しても良いし、あらかじめ取得した電極形状データ及び、＋Ｙ軸センサ３３位置座標値に基づき、プログラムにより自動制御させても良い。
S24) 電極の設置完了後、＋Ｙ方向位置決め指令を実行する。
電極は、上述と同様に＋Ｙ軸センサ方向に高速に位置決めを実施し、完了後駆動座標をＮＣにて読込みを行う。
この座標値は、＋Ｙ軸センサ３３より正確に−30ｍｍの座標を示している。

S25) ＋Ｙ方向への高速位置決め完了後、同様に−Ｙ軸センサ３４方向に高速移動、高速位置決め、ＮＣ座標読込みを実施する。
この座標値は、−Ｙ軸センサ３４より正確に＋30ｍｍの座標を示している。
S26) 上記S24、S25の結果より、Ｙ方向幅の、＋Ｙ軸センサ３３及び−Ｙ軸センサ３４間の電極幅中心座標が検出することができる。
すなわち、S24、S25による位置決め動作から取得した座標値より、電極のＹ軸方向の芯ズレ量を算出することができる。
この電極芯ズレ量は、＋Ｙ軸センサ及び−Ｙ軸センサの位置は既知であるため、＋Ｙ軸センサと−Ｙセンサの位置の中心座標Ｃわかっていることから、仮に、電極が対称であれば、S24で取得の座標値と、S25取得の座標値の中心座標Ｄが、上記座標Ｃ一致するはずである。しかしながら、座標Ｃと座標Ｄが一致しない場合、電極は対称でないことになり、その値が電極芯ズレ量となる。
なお、必要に応じて、S25、S26実施後、上記S22、S23の再実施により、Ｘ方向の芯ズレ量再測定を実施し、誤差量を最小限にすることが可能である。

S27) ＸＹ方向の芯ズレ量を確定後、Ｚ軸センサ方向に高速移動し、最初の位置決め開始座標まで復帰させ、位置決め動作を終了させる。
上記までの一連の動作は、プログラムにても自動化させることも可能である。

本実施の形態２によれば、±Ｘ方向、±Ｙ方向、Ｚ軸方向の計５軸方向の非接触測長手段を備えるため、従来の接触式の位置決めと比較して、位置決めアプローチ速度を、大幅に向上させることが可能である。
ツール電極の主軸に対する高精度な芯ズレ補正を、従来の接触位置決めでは30ｍｍ／ｍｉｎ程度以下に抑制させる必要があったが、本実施例においては、1000ｍｍ／ｍｉｎ以上の高速位置決め動作が可能となる。
また、リニア駆動系などを利用することにおり、さらなる高速化も実現可能である。

実施の形態３．
実施の形態２においては、芯ズレ補正を実施するための、計５軸方向の非接触センサを用意する必要があるが、主軸にてＣ軸（回転軸）を併用する事により、ＸＹ平面に１軸、Ｚ軸方向に１軸、計２軸分の非接触センサにて、同様の芯ズレ補正を実現可能である。

図８は、Ｃ軸併用時の位置決めシステムを示している。
ＸＹ平面の４方向から計測する代わりに、Ｃ軸回転により１軸方向のセンサのみにより、測定物を４方向（±Ｘ、±Ｙ）から測定することが可能である。

測定結果より、実際の芯ズレ補正量を算出するには図９に示すように、測定物をC0°、C90°、C180°、C270°の４方向に回転させ、以下のプロセスにより実施する。
S31) C0°の位置にてレーザ測長器と測定物を任意の距離に制御し、その際の座標値Ａを取得する（位置決めプロセスは実施の形態１にて明記）。
S32) C180°の位置にて、同様に制御し、座標値Ｂを取得する。
S33) 式１より芯ズレ量ｘを算出する（算出式に関しては、下記を参照）。
S34) C90°の位置にて、同様に制御し、座標値Ｄを取得する。
S35) C270°の位置にて、同様に制御し、座標値Ｅを取得する。
S36) 式２より芯ズレ量ｙ算出する（算出式に関しては、下記を参照）。

［C0°、C180°にて計測］
ｍ＝Ｂｘ−Ｃｘ
ｎ＝Ａｘ−Ｃｘ
（Ｃｘは既知の値とする）
ｄ／２＝（ｍ＋ｎ）／２ （ｄはＸ軸方向の電極の幅）
＝Ａｘ／２＋Ｂｘ／２−Ｃｘ
ｘ＝Ａｘ−ｄ／２
＝Ａｘ／２−Ｂｘ／２＋Ｃｘ ・・・式１

［C90°、C270°にて計測］
ｍ2＝Ｄｘ−Ｃｘ
ｎ2＝Ｅｘ−Ｃｘ
（Ｃｘは既知の値とする）
ｅ／２＝（ｍ2＋ｎ2）／２
＝Ｄｘ／２＋Ｅｘ／２−Ｃｘ
−ｙ＝Ｅｘ−ｅ／２
＝Ｅｘ／２−Ｄｘ／２＋Ｃｘ
ｙ＝−Ｅｘ／２＋Ｄｘ／２−Ｃｘ ・・・式２

［芯ズレ算出値（ｘ、ｙ）］
ｘ＝Ａｘ／２−Ｂｘ／２＋Ｃｘ
ｙ＝−Ｅｘ／２＋Ｄｘ／２−Ｃｘ

また、本方法は、電極の芯ブレを測定する際に、Ｃ軸回転を利用しているが、Ｃ軸本体に芯ズレが存在しないことを前提としている。
主軸のＣ軸駆動部において、回転に対する芯ブレ量が存在する場合、0°に対する90°、180°、270°におけるＣ軸芯ズレ量を測定しておく必要がある。
例えば、90°、180°、270°の場合のＸ方向芯ズレ量をX90、X180、X270とした場合、上記の算出式は以下の通りとなる。
ｘ＝Ａｘ／２−（Ｂｘ−X180）／２＋Ｃｘ ・・・式１’
ｙ＝−（Ｅｘ−X270）／２＋（Ｄｘ−X90）／２−Ｃｘ ・・・式２’
すなわち、あらかじめ本データを取得する事により、上記算出式に補正を実施し、高精度な位置決めを実現可能である。

本実施の形態３によれば、主軸のＣ軸駆動部を備えることにより、各軸方向の非接触測長手段を共用可能であり、ツール電極の主軸に対する高精度な芯ズレ補正を、高速に実現可能である。

実施の形態４．
図１０は、本実施の形態４に係る位置決め装置の放電加工機への適用例を示すものである。
放電加工機は、軸制御手段１、軸駆動手段２、主軸ヘッド部３、等により構成されている。
本実施の形態においては、実施の形態１、２にて示したＸＹＺ軸方向計測が可能であるレーザ変位計を代表とする非接触センサ８が図６に示すように取り付けられている。
また、熱変位補正用基準ブロック５２は、主軸３に直接取り付けられており、機械熱変位量を、基準ブロック５２を代表点として計測可能としている。
非接触センサ８により、基準ブロック５２を測定し、その位置計測結果が、時間を経過して異なった値となれば、その値を機械熱変位量と考えることができる。
非接触センサ８からの出力信号は、軸制御手段１に送信され、機械熱変異量を補正するように位置決め制御手段１１によって、軸駆動手段２へ最適な軸送り指令を行うものである。

主軸３に取付けられたセラミックス材で構成される熱変位補正用基準ブロック５２を、一定周期間隔（例えば、取得間隔１秒から１分程度まで任意に設定可能）で、実施の形態１の如き高速位置決めを行うことにより、位置決め制御手段１１が位置決め後のＮＣ座標値を取得する。
このＮＣ座標値の変位は、工作機械が設置されている温度環境変化に応じて変位する、鋳物を中心とする構造体の機械熱変位量を示すことから、機械熱変位量を一定周期毎に取得することにほかならない。

取得された機械熱変位量は、熱変位補正手段５１にて駆動制御装置であるＮＣの各指令毎にＳ／Ｗ制御上、補正値を本来の位置指令に付加することにより、結果的に駆動動作が、機械熱変位量をキャンセルするように駆動制御することが可能な構成となっている。

また、図１１に、機械温度変化に対する機械熱変位量の関係を示す。
図１１に示される機械温度変化より機械熱変位量を算出することは、近似式を構築することで可能であるが、あくまで近似解であるため、機械熱変位量の補正に限界があることがわかる。
なお、近似式による補正の場合、機械熱変位量に対する補正は、１／２程度が限界となり、例えば、機械熱変位量による、電極先端での機械熱変位量が20μｍの場合、補正を実施したとしても、依然10μｍ程度の熱変位に起因する誤差量が残存する。

一方、ダイレクトに変位量を補正する本実施の形態の場合、計測直後においては、原理上、誤差量をゼロにすることが可能であり、高精度加工を行うべく、正確な機械熱変位量補正を行うためには、本実施の形態に示すように、機械熱変位量の直接計測が有利となる。
なお、本実施の形態のような直接計測を実施する場合、加工を中断し、熱変位補正用基準ブロック５２の計測による無駄時間が発生するが、上述した実施の形態のような非接触計測方式を採用することにより、軸移動速度を機械許容限界まで上げることができるため、無駄時間の発生の抑制が可能である。

本実施の形態４によれば、非接触計測方式を採用した高精度位置決め手段及び取得データからの熱変位補正手段を備えるため、実際の工場のような、複雑な熱変化環境においても高精度に機械変位を測定・補正し、高精度加工を実現できる。

この発明に係る位置決め装置は、各種数値制御工作機械における位置決め手段として用いられるのに適している。

Claims (11)

1. 位置決め対象物と、該位置決め対象物との距離を非接触で測定し、任意の検出位置から所定範囲の測長エリアでのみ、位置決め対象物を検出すると検出信号を出力する測長手段とを相対的に移動させる移動手段と、
   この移動手段により上記位置決め対象物及び測長手段を相対移動させる際に、上記測長手段からの検出信号を検出することにより上記移動手段を停止し、上記停止位置と任意検出位置とのオーバーシュート量を自動補正するための軸制御手段と、
   上記制御手段による自動補正後の座標値を格納し、この基準座標値を元に位置決めを行う位置決め制御手段と、
   を備えたことを特徴とする位置決め装置。
2. 位置決め制御手段におけるオーバーシュート量補正は、上記測長エリアでの上記位置決め対処物の検出位置から実際に停止した第１位置から測長手段の検出位置まで低速移動を行い、測長エリアを外れたことを検出し停止する第２位置の座標値を求め、該第２位置から再度測長手段の検出位置まで低速移動を行ない、測長エリアでの検出位置に達し停止する第３位置の座標値を求め、上記第２位置の座標値及び第３位置の座標値の中間座標を基準座標値とすることを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の位置決め装置。
3. 第１位置での停止位置が測長エリアを外れた場合、該測長エリアに入るように低速移動より早い所定の速度で逆方向に移動し、測長エリアより低速移動により第２位置へ移動することを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
4. 位置決め対象物は定盤に固定され、該定盤に対向しＸＹＺ方向に移動可能な主軸に測長手段を取り付け、主軸の移動に伴う各位置での座標値を求め、位置決めを行うことを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の位置決め装置。
5. 測長手段は定盤に対し±Ｘ軸方向、±Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の計５軸固定され、該定盤に対向しＸＹＺ方向に移動可能な主軸に位置決め対象物を取り付け、主軸の移動に伴う各位置での座標値を求め、位置決めを行うことを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の位置決め装置。
6. 測長手段は定盤に対しＸＹ軸方向、Ｚ軸方向の計２軸固定され、該定盤に対向し任意の角度に回転制御可能な回転駆動部を有したＸＹＺ方向に移動可能な主軸に位置決め対象物を取り付け、主軸の移動に伴う各位置での座標値を求め、位置決めを行うことを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の位置決め装置。
7. 主軸の回転駆動部は、位置決め動作時に、90°、180°、270°回転することを特徴とする請求項６に記載の位置決め装置。
8. 位置決め制御手段からの主軸ＮＣ座標値を一定時間単位毎に読込み、該取得データの変化量を用いて、主軸移動の際に機械熱変位を主因とする補正係数を加えることを特徴とする請求項１乃至７何れかに記載の位置決め装置。
9. 測長手段により、位置決め対象物との距離を非接触で測定し、任意の検出位置から所定範囲の測長エリアでのみ、検出信号を出力する工程と、
   この検出信号を検出することにより上記測長手段及び位置決め対象物の相対移動を停止する工程と、
   上記検出信号検出時から相対移動を実際に停止した第１位置までのオーバーシュート量を補正する工程と、
   この補正された基準座標値を元に位置決めを行う工程と、
   を備えたことを特徴とする位置決め方法。
10. オーバーシュート量補正工程は、第１位置から測長手段の検出位置まで低速移動を行い、測長エリアを外れたことを検出し停止する第２位置の座標値を求める工程と、
    この第２位置から再度測長手段の検出位置まで低速移動を行ない、測長エリアでの検出位置に達し停止する第３位置の座標値を求める工程と、
    からなり、上記第２位置の座標値及び第３位置の座標値の中間座標を基準座標値と決定することを特徴とする請求項９に記載の位置決め方法。
11. 第１位置での停止位置が測長エリアを外れた場合、該測長エリアに入るように低速移動より早い所定の速度で逆方向に移動し、測長エリアより低速移動により第２位置へ移動することを特徴とする請求項１０に記載の位置決め方法。

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