KR101157008B1 - 작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계 - Google Patents

Abstract

기상 계측 장치의 프로브의 구형 측정자를 작업물의 가공면 상을 일 방향으로 이동시킨다. 그 구형 측정자가 그 작업물의 일단면으로부터 이탈하고 나서, 프로브의 축방향의 이동 속도가 미리 설정된 소정 속도가 되는 시점에서의 좌표값을 검출한다. 또한, 이 구형 측정자의 작업물의 가공면 상의 동작을 상기와는 반대인 방향으로도 실시한다. 그리고, 이들 검출한 2 개의 좌표값으로부터 작업물의 일단면과 타단면의 중점의 좌표를 구하고, 이것을 작업물의 계측 기준 위치로서 설정한다.

Description

작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계{MACHINE TOOL HAVING A FUNCTION OF SETTING MEASUREMENT REFERENCE POINT OF WORKPIECE}

본 발명은, 공작 기계 상에 피가공물 (작업물) 의 형상 측정 및 형상 해석을 위해서 기상(機上) 계측 장치를 구비한 공작 기계에 관한 것으로서, 특히, 작업물의 형상 계측을 위한 기준 위치 설정 기능을 구비한 공작 기계에 관한 것이다.

초정밀 가공에 있어서, 나노 단위의 형상 정밀도를 실현하기 위해서는, 가공을 종료한 작업물을 공작 기계로부터 떼어내지 않고, 공작 기계 상에서 가공 형상을 계측 (기상 계측) 하고, 계측 결과에 기초하여 보정 가공을 실시하는 것이 필요 불가결하다.

그러한 기상 계측에서는, 공구의 날끝과 기상 계측 장치에 구비한 프로브의 스타일러스 (stylus) 선단의 위치 관계를 확립함으로써, 정확한 보정 가공을 할 수 있게 된다. 그것을 위해서, 작업물을 가공할 때의 좌표와 기상 계측할 때의 계측 좌표의 관계가 확립되어 있어야 한다. 이 작업물을 가공할 때의 좌표와 기상 계측할 때의 계측 좌표의 관계를 확립하기 위해서, 작업물의 계측 기준 위치를 설정할 필요가 있다.

작업물의 계측 기준 위치의 설정 방법으로서, 종래 다음과 같은 방법이 알려져 있다.

(a) 작업물의 계측 기준 위치를 작업물이 장착되는 회전축의 중심으로 한다. 그것을 위해서, 처음에, 센터링 구 (球) 를 작업물이 장착되는 회전축의 면반 (面盤) 에 탑재한다. 다음으로, 변위 검출기를 사용하여 센터링 구의 중심을 회전축의 중심에 맞추고, 그 후, 기상 계측 장치의 프로브를 사용하여 센터링 구의 정점 검출을 실시하고, 상기 회전축의 중심 좌표를 확정한다. 다음으로, 센터링 구를 떼어내고 작업물을 장착한다. 작업물 또는 작업물 지그의 중심 좌표를 변위 검출기를 사용하여 회전축의 중심에 맞추고, 구해 둔 회전축의 중심 좌표를 작업물 또는 작업물 지그의 기준 위치로 한다.

이 센터링 구를 작업물이 장착되는 회전축 면반에 탑재하여 작업물의 기준 위치를 설정하는 종래 기술에서는, 기준 위치 설정까지의 순서가 복잡하여, 설정하는 작업에 시간이 걸린다. 또한, 센터링 구를 떼어내고 작업물을 장착할 때에 오차가 생기는 것은 피할 수 없다. 또한, 작업물이 원통 형상이 아닌 한, 작업물의 원통 형상 지그의 중심과 작업물의 중심을 일치시키기는 곤란하다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라서는 상당한 설정 오차가 생길 가능성이 있어 문제이다.

(b) 작업물의 중심을 작업물이 장착되는 회전축에 맞추지 않고, 축대칭 형상으로 반드시 존재하는 정점을 십자 기상 계측에 의해 확정하고, 작업물의 중심이 될 것으로 추정되는 상기 정점을 계측 기준점으로 하는 기술이 일본의 특허문헌인 일본 공개특허공보 2006-21277호에 개시되어 있다. 이 기술에서는, 대상이 되는 작업물의 형상이 축대칭 형상에만 한정된다. 또한, 본 가공 전의 조(粗) 가공된 작업물의 형상을 기상 계측하기 때문에, 계측에 의해 구한 정점이 작업물의 중심이라고는 말하기 어렵다. 그 때문에, 작업물의 중심과 기상 계측에 의해 구한 정점이 불일치하는 문제에 대처하기 위해서, 작업물에 가공면 이외에 여분의 스페이스를 형성하고, 중심이 불일치해도 여분의 스페이스를 가공하고 있다.

또한 최근에는, 작업물의 전체면을 가공하는 초정밀 가공에 추가하여, 작업물 자체의 형상 및 치수가 정밀하게 마무리되어 제공되고, 그러한 작업물 중의 가공면의 위치 결정을 고정밀도로 실시할 것이 요구되게 되었다. 그러나, 상기 특허문헌에 개시된 기술로는, 이와 같은 최근의 작업물의 전체면 가공이나 작업물의 형상이나 치수의 고정밀도화의 과제에는 대응할 수 없다.

(c) 작업물의 단면(端面) 좌표를 추정함으로써 작업물의 중심 좌표를 구하는 기술이 일본의 특허문헌인 일본 공개특허공보 2000-298014호에 개시되어 있다. 이 기술은, 접촉식 프로브에 의한 작업물의 형상 측정에 있어서, 작업물의 단면에서의 프로브 변위의 급격한 변화를 검지하여 측정 원점을 구하는 것이다.

상기 특허문헌에 개시된 기술에서는, 접촉식 프로브의 접촉자는 구형이어서 작업물 단면의 에지를 정확하게 검출할 수 없기 때문에, 측정 데이타를 처리함으로써 작업물 단면의 에지를 추정하고 있다. 따라서, 측정 데이타의 샘플링 수가 적으면 정확한 추정을 할 수 없다. 측정 장치의 진동, 피측정물 단면 또는 구형 접촉자 표면의 흠집이나 티끌의 부착 등에 의해 작업물 단면 형상 데이타와 실제의 단면 형상이 상이할 가능성이 있다.

(d) 접촉 검지에 의한 작업물의 기준 위치 설정 기능을 갖는 공작 기계의 기술이 일본의 특허문헌인 일본 공개특허공보 2008-200798호에 개시되어 있다. 이 기술은, 가동축이 유체 베어링에 의해 지지된 공작 기계에, 가공면이 직교하는 2 개의 선에 대하여 선대칭인 작업물을, 기계 좌표계의 축과 상기 2 개의 선이 평행이 되도록 배치하고, 상기 2 개의 선과 평행한 제 1 선을 따라 작업물의 양측으로부터 프로브의 스타일러스 선단의 측정 구를 접촉시키고, 접촉에 의해 증대되는 위치 편차를 측정하여, 상기 측정 구와 작업물의 접촉을 검출하는 것이다.

상기 특허문헌에 개시된 기술에서는, 위치 편차의 증대를 수치 제어 장치 중의 제어 프로그램에 의해 실시하고 있다. 위치 편차값의 설정과 이동축의 선택, 이동축의 이송 속도 등은 가공 작업의 절차에 따라 그때마다 변경할 필요가 있고, 그 때문에 수치 제어 장치에 그것들을 재설정해야 한다. 이 재설정 작업에 있어서, 설정 오류 (특히, 부호 등) 가 있으면 정확한 검출이 이루어지지 않는다. 최악의 사태로는, 프로브 혹은 가동축이 이동을 계속하여 프로브와 작업물이 강한 힘으로 충돌하여, 프로브 및 작업물이 손상될 우려가 있다. 또한, 이 기술에서는, 미소한 위치 편차의 변동을 계측하기 위해서, 공작 기계의 구동축은 유체 베어링에 의한 마찰이 없는 기구일 것이 전제된다. 그리고, 유체 베어링이라도 나사식인 것이면, 접촉 오검지에 의해 유체 베어링이 맞물릴 위험성이 있으므로, 리니어식으로 한정할 필요가 있다.

(e) 가공 원점 설정 방법 및 그 방법을 실시하기 위한 공작 기계의 기술이 일본의 특허문헌인 일본 공개특허공보 2008-62351호에 개시되어 있다. 이 기술은, 비용을 들이지 않고 회전 공구와 피절삭재의 가공 원점을 용이하고 또한 정확하게 설정하기 위한 기술로서, 주축에 회전 공구를 회전시키지 않을 정도의 부하 토크를 인가하고, 주축에 부하 토크가 인가된 상태에서, 절삭날 선단이 외면(外面) 으로부터 떨어지는 방향으로 움직이도록, 주축 또는 작업물 테이블의 일방을 조그 이송하고, 주축의 회전이 검지되었을 때의 좌표를 가공 원점으로서 설정하는 것이다.

상기 특허문헌에 개시된 기술에서는, 검지하는 면은 작업물의 편측 면이고, 그 반대측 면은 지그 등에 장착되어 있다. 이 지그 등에 장착되어 있는 면을 검지하고자 하면, 주축 혹은 작업물을 180 도 회전시켜야 하는데, 공작 기계에 있어서 그러한 자세로 하는 것은 매우 곤란하고, 주축을 180 도 회전시켜도, 스핀들의 정확한 위치 결정이 이루어져 있지 않는 한, 검지하는 양 좌표와의 선분이 이동축과 수평으로 유지되기는 매우 곤란하다. 그 때문에, 작업물의 중심을 정확하게 특정할 수는 없다.

그래서 본 발명의 목적은, 종래 기술의 과제를 해결하여 작업물의 중심 위치를 기상 계측 장치의 계측 기준 위치로서 설정할 수 있는 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 작업물의 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계는, 작업물의 가공면이 직교하는 2 개의 직선에 대하여 선대칭인 작업물의 형상 측정 및 형상 해석을 위한 기상 계측 장치를 구비하고, 그 기상 계측 장치로부터의 위치 검출 신호가 입력되는 수치 제어 장치에 의해 제어되는 복수의 가동축을 구비한다. 그리고, 상기 기상 계측 장치는, 기상 계측 장치 내부에 유체 베어링에 의해 지지되는 접촉식 프로브와, 상기 접촉식 프로브의 축방향의 이동 변위를 검출하고 위치 검출 신호를 출력하는 위치 검출 수단을 구비한다. 또한, 상기 공작 기계는, 상기 공작 기계의 각 가동축의 위치를 검출하고 축 위치 검출 신호를 출력하는 가동축 위치 검출 수단을 구비한다. 또한, 상기 수치 제어 장치는, 상기 2 개의 선이 기계 좌표계의 축과 평행이 되도록 배치된 상기 작업물의 상기 가공면에 상기 접촉식 프로브의 측정자를 일정한 접촉압으로 접촉시킨 상태에서, 상기 작업물의 단면으로부터 상기 접촉식 프로브의 측정자가 완전하게 떨어질 때까지 상기 2 개의 선과 각각 평행한 방향으로서, 작업물의 가공면 안으로부터 각각의 단면을 향해 상기 접촉식 프로브를 이동하도록 상기 가동축을 구동하는 가동축 구동 제어 수단과, 상기 위치 검출 수단으로부터 출력되는 위치 검출 신호에 기초하여 그 접촉식 프로브의 축방향의 이동 속도를 산출하는 프로브 이동 속도 산출 수단과, 상기 프로브 이동 속도 산출 수단에 의해 산출된 상기 이동 속도가 미리 결정된 속도에 도달했는지의 여부를 판단하는 판단 수단과, 상기 판단 수단에 의해 상기 이동 속도가 미리 결정된 속도에 도달한 것으로 판단되었을 때의 상기 각 가동축 위치 검출 수단에 의해 검출된 각 가동축의 위치 데이타를 기억하는 기억 수단과, 상기 기억 수단에 기억된 각 가동축의 위치로부터 상기 작업물의 중심 좌표를 산출하고 작업물의 계측 기준점으로서 설정하는 설정 수단을 구비한다.

상기 가동축 위치 검출 수단으로부터의 축 위치 검출 신호는, 모터를 구동하는 모터 구동 장치가 갖는 인터페이스를 통해 상기 수치 제어 장치에 입력하고, 상기 기상 계측 장치의 상기 위치 검출 수단으로부터의 위치 검출 신호는, 상기 모터가 접속되어 있지 않은 모터 구동 장치가 갖는 인터페이스를 통해 상기 수치 제어 장치에 입력할 수 있다.

상기 가동축 위치 검출 수단으로부터 출력되는 축 위치 검출 신호와, 상기 기상 계측 장치의 상기 위치 검출 수단으로부터 출력되는 위치 검출 신호는, 각각 위상이 대략 90 도 상이한 2 상(相) 의 정현파 아날로그 신호로 구성되고, 상기 인터페이스는, 상기 정현파 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 장치와, 상기 A/D 변환 장치로부터 출력되는 디지털 신호를 상기 정현파 아날로그 신호의 1 주기분을 분할한 디지털 신호로 출력하는 내삽 분할 장치를 구비할 수 있다.

상기 가동축 위치 검출 수단 또는 상기 기상 계측 장치에 구비되는 상기 위치 검출 수단은, 리니어 스케일, 인코더, 또는 레이저 간섭계 중의 어느 검출 장치로 할 수 있다.

상기 기억 수단은, 상기 판단 수단에 의해 상기 이동 속도가 미리 결정된 속도에 도달한 것으로 판단되었을 때의, 상기 각 가동축 위치 검출 수단에 의해 검출된 각 가동축의 위치 데이타를 자동적으로 기억할 수 있다.

상기 설정 수단은, 상기 가공면의 수평 방향의 좌우 양 단(端) 에 있어서 상기 기억 수단에 기억된 상기 가동축의 위치 데이타의 차를 구하고, 이 차의 절반 값을 작은 쪽의 좌표에 가산한 좌표를 작업물의 수평 방향의 중심 좌표로 하고, 상기 가공면의 수직 방향의 상하 양 단에 있어서 상기 기억 수단에 기억된 상기 가동축의 위치 데이타의 차를 구하고, 이 차의 절반 값을 작은 쪽의 좌표에 가산한 좌표를 작업물의 수직 방향의 중심 좌표로 하여, 상기 작업물의 중심 좌표를 구하고, 작업물의 계측 기준점으로서 설정할 수 있다.

본 발명은, 이상의 구성을 구비함으로써, 접촉식 프로브가 유체 베어링되는 구성의 기상 계측 장치를 사용하여 작업물의 계측 기준점을 설정할 수 있는 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 의한 공작 기계에 구비되는 기상 계측기의 요부 단면도이다.
도 2 는, 도 1 의 프로브의 구형 측정자가, 작업물의 가공면에 접촉한 상태에서 그 가공면의 양 단 (우단 (RE) 및 좌단 (LE)) 을 향해 경로 (RR) 와 경로 (RL) 를 통과하여 상대적으로 각각 이동하는 것을 설명하는 도면이다.
도 3 은, 도 2 에서 설명한 작업물 (W) 의 단면 위치를 검출하는 원리를 보다 상세히 설명하는 도면이다.
도 4A - 도 4C 는, 프로브가 작업물의 단면으로부터 떨어질 때의 모습을 상세히 설명하는 도면이다.
도 5 는, 수치 제어 장치에 의해 제어되고, 3 개의 직동축 및 2 개의 회전축으로 구동되는, 5 축 동시 제어가 가능한 본 발명에 의한 공작 기계의 일례의 요부를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 기상 계측 장치로부터의 위치 검출 신호와 공작 기계의 각 구동축으로부터의 위치 검출 신호를 수치 제어 장치에 입력하는, 본 발명에 의한 공작 기계의 개략 구성도이다.
도 7 은, 도 6 에 나타내는 공작 기계에 있어서, 공작 기계의 각 가동축과 기상 계측 장치로부터의 신호가 수치 제어 장치에 의해 동시에 피드백 제어되는 것을 설명하는 도면이다.
도 8A 및 도 8B 는, 본 발명의 실시형태에 사용되고 있는 인터페이스를 나타내는 블록도이다.
도 9A - 도 9D 는, 본 발명의 실시형태에 있어서, 작업물이 직육면체일 때 그 가공면의 중심 좌표를 구하여 작업물의 기준 위치로서 설정하는 경우의 설명도이다.
도 10A - 도 10C 는, 본 발명의 실시형태에 있어서, 작업물이 원기둥일 때 그 가공면의 중심 좌표를 구하여 작업물의 기준 위치로서 설정하는 경우의 설명도이다.
도 11 은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 작업물의 기준 위치 설정 처리의 알고리즘을 나타내는 플로우 차트이다.

먼저, 본 발명에 의한 공작 기계에 구비되는 기상 계측기의 일례를 설명한다. 도 1 은 그 기상 계측 장치 (1) 의 요부 단면을 나타내고 있다. 이 기상 계측 장치 (1) 는, 가동부인 프로브 본체 (1b) 를 케이스 (1a) 에 내장하여 구비하고 있다. 프로브 본체 (1b) 는 도시가 생략된 베어링에 의해 지지되고 프로브 본체 (1b) 의 중심축 방향으로 이동할 수 있다. 그 베어링으로는 공기 베어링 등의 유체 베어링이 사용된다.

프로브 본체 (1b) 에는 리니어 스케일 (1d) 이 장착되어 있다. 레이저 헤드 (1c) 로부터 레이저 광을 그 리니어 스케일 (1d) 에 조사하고, 리니어 스케일 (1d) 로부터의 반사광을 도시가 생략된 수광 소자에 의해 수광하여, 프로브 본체 (1b) 의 축방향의 이동 변위를 검출한다.

프로브 본체 (1b) 의 일단에는, 구형 측정자 (1f) 를 구비한 스타일러스 (1e) 가 장착되어 있다. 스타일러스 (1e) 는 가는 막대 형상의 부재이다. 그리고, 스타일러스 (1e) 의 일단은 프로브 본체 (1b) 에 고정되고, 타단에는 구형 측정자 (1f) 가 장착되어 있다. 또한, 설명을 용이하게 하기 위해서, 이후, 프로브 본체 (1b), 스타일러스 (1e) 및 구형 측정자 (1f) 를 총칭하여 프로브 (Pr) 라고 한다.

프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 접촉압 (T) 으로 가압하여 접촉하고, 가공면 (Wa) 을 따르면서 형상 계측을 실시한다. 접촉압 (T) 은, 기상 계측 장치 (1) 에 내장되는 자석, 스프링 등의 탄성체, 혹은 유체 압력 등의 탄성 지지 수단 (도시 생략) 을 사용하여 적절한 크기의 값으로 조정할 수 있다. 프로브 (Pr) 는, 도 1 에 나타내는 「Pr 의 이동 방향」인 화살표 방향으로 변위할 수 있다. 또한, 프로브 (Pr) 가 이동 변위할 수 있는 범위는, 기상 계측 장치 (1) 내의 규제 수단 (도시 생략) 에 의해 규제되어 있다. 이 때문에, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 떨어져도, 프로브 (Pr) 의 프로브 본체 (1b) 가 기상 계측 장치 (1) 로부터 튀어나올 우려는 없다.

도 2 는, 본 발명에 있어서 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 가, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 에 접촉한 상태에서 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 양 단 (우단 (RE) 및 좌단 (LE)) 을 향해 상대적으로 각각 이동하여, 작업물 (W) 로부터 떨어지는 것을 나타내고 있다 (경로 (RR) 와 경로 (RL)). 여기서, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 은 조가공된 가공면, 또는 보정 가공 전의 가공면으로 한다. 부호 AP 는, 작업물 (W) 의 단면 위치를 검출하기 위해서, 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 에 접촉시키는 위치이다 (이후, 「어프로치 위치 (AP)」라고 한다). 본 발명의 기상 계측 장치에 있어서의 프로브 (Pr) 의 원리적인 동작을, 도 2 에 나타내는 프로브 (Pr) 의 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 에 대한 동작을 가지고 설명한다.

먼저, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 어프로치 위치 (AP) 로부터 도 2 에서 우측을 향해 프로브 (Pr) 를 상대적으로 이동시켜 (경로 (RR)), 작업물 (W) 의 우단면 위치 (RE) 로부터 떨어진 후, 다시 작업물 (W) 의 상기 어프로치 위치 (AP) 로 되돌아 오고, 다음으로, 작업물 (W) 의 가공면의 어프로치 위치 (AP) 로부터 도 2 에서 좌측을 향해 프로브 (Pr) 를 상대적으로 이동시켜 (경로 (RL)), 작업물 (W) 의 좌단면 위치 (LE) 로부터 떨어질 때까지 이동시킨다. 이와 같이 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 에 대하여 상대 이동시킴으로써 작업물 (W) 의 양 단면 (RE 및 LE) 의 위치를 검출한다.

다음으로, 도 3 을 이용하여, 도 2 에서 설명한 작업물 (W) 의 단면 위치를 검출하는 본 발명의 원리를 보다 상세히 설명한다. 먼저, 도 3 중의 기호를 설명한다. T 는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 가압하는 힘인 접촉압이다. V₀ 은, 프로브 (Pr) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 떨어질 때의 프로브 (Pr) 의 축방향의 초(初) 속도이다. V 는, 프로브 (Pr) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 떨어진 후의 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도이다. M 은, 프로브 (Pr) 의 질량이다.

는, 프로브 (Pr) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 떨어진 후의 프로브 (Pr) 의 축방향의 가속도이다. t 는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 단면으로부터 이탈한 시점부터의 경과 시간이다. v 는, 프로브 (Pr) 의 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 따른 이송 속도를 나타낸다.

기상 계측 장치 (1) 에 구비된 프로브 (Pr) 의 프로브 본체 (1b) 는, 공기 베어링 등의 유체 베어링에 의해 지지되고 있다. 그리고, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 접촉압 (T) 으로 구형 측정자 (1f) 에 의해 가압하면서 따른다. 접촉압 (T) 은 전술한 자력 등의 탄성 지지 수단으로부터 프로브 본체 (1b) 에 대하여 작용하는 외력이다.

또한 여기서는, 연직 방향의 하방향은, 도면의 지면에 수직인 방향으로서 지면의 표면측에서 이면측을 향하는 방향으로 하고, 프로브 (Pr) 의 운동에 중력의 영향이 없는 것으로 한다. 또한, 접촉압 (T) 은 변동하지 않는 일정한 힘인 것으로 한다.

상태 A 에서는, 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 의 가공면 상을 따르고 있는 상태이기 때문에, 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 의 가공면으로부터 접촉압 (T) 의 항력 (-T) 을 받고 있다. 또한, 작업물 (W) 의 가공면이 프로브 (Pr) 의 축에 수직인 평면인 경우, 프로브 본체 (1b) 의 축방향의 이동 속도는 거의 0 이다.

그리고, 상태 B 에서는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 의 가공면으로부터 완전하게 떨어져 있어, 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 접촉압 (T) 의 항력 (-T) 을 받지 않는다.

따라서, 프로브 (Pr) 는, 접촉압 (T) 과 동일한 외력 (크기 T) 으로 등가속도 운동한다. 여기서, 프로브 (Pr) 의 질량을 M, 프로브 (Pr) 의 가속도 운동의 가속도를

로 나타내면, 프로브 (Pr) 의 운동 방정식은 T = M ×

로 나타낼 수 있다. 그리고 프로브 (Pr) 는, 프로브 본체 (1b) 의 가동 범위까지 운동할 수 있다. 또한, 기상 계측 장치 (1) 에서는, 탄성 지지 수단으로부터 프로브 (Pr) 에 작용하는 힘은, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 떨어져도 순간적으로 제로가 되는 것은 아니다.

그렇게 하면, 프로브 (Pr) 의 이송 속도 (v) 가 동일하고, 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면의 단면으로부터 떨어질 때의 접촉압 (T) 이 동일하고, 또한, 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면의 단면으로부터 떨어질 때의 프로브 (Pr) 의 축방향의 초속도가 동일하면, 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면으로부터 떨어진 후의 프로브 (Pr) 의 속도 변화는 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 어느 단면의 위치에서도 동일해지고, 또한, 프로브 (Pr) 의 운동 궤적은 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 어느 단면의 위치에서도 동일한 궤적이 된다.

다음으로, 도 4A - 도 4C 를 이용하여 프로브 (Pr) 의 운동 궤적과 속도 변화에 대하여 설명한다. 도 4A - 도 4C 에서는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 만을 나타내어 프로브 (Pr) 의 운동 궤적을 설명한다. 도 4A 및 도 4B 는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) (계측면) 으로부터 떨어질 때의 모습을 상세히 설명하고 있다. 또한, 도 3 을 참조하면서 도 4A 및 도 4B 를 보면 이해하기 쉽다.

?위치 P1 에서는, 프로브 (Pr) 는 작업물 (W) 의 단면 위치에 있지만, 구형 측정자 (1f) 가 구형이기 때문에, 이 시점에서는 구형 측정자 (1f) 가 단면으로부터 떨어지지 않는 경우가 많다.

?위치 P2 까지가 작업물 (W) 의 단면 직전까지의 계측이 된다. 통상, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는 가공면 (계측면) 을 따라 이동하기 때문에, 위치 P2 까지의 프로브 (Pr) 의 프로브 축방향의 속도는 0 (제로) 에 가깝고, 미소한 속도 변화는 조가공된 가공면, 또는 보정 가공 전의 가공면에 있어서의 형상 오차 및 프로브 (Pr) 가 이동하는 경로 (RR) 와 작업물 (W) 의 가공면의 실제 형상이 어긋나는 것에서 기인되는 것이다.

?위치 P2 부터 위치 P3 까지는, 프로브 (Pr) 의 중심축은 작업물 단면으로부터 떨어져 있지만, 구형 측정자 (1f) 가 구형이기 때문에, 아직 구형 측정자 (1f) 와 작업물 (W) 의 접촉이 있는 경우이다. 이 구간은 상정하고 있는 가공면 (측정면) 은 아니기 때문에, 형상을 따라 움직일 수 없고, 속도 변화가 커진다. 단, 이 부분의 측정면은 가공면이 아닌 부분이기 때문에, 속도 변화는 불규칙하다.

?위치 P3 은, 구형 측정자 (1f) 가 완전하게 작업물 (W) 로부터 떨어지는 경우이다. 이 시점부터 작업물의 가공면 (Wa) (계측면) 과의 마찰에 의한 영향이나, 작업물 표면으로부터의 항력을 받는 경우는 없다. 프로브 (Pr) 의 프로브 본체 (1b) 는 전술한 바와 같이 유체 베어링에 의해 지지되고 있기 때문에, 프로브 본체 (1b) 에는 마찰력이 작용하지 않는다. 따라서, 이 시점부터는 프로브 (Pr) 의 축방향의 속도는, 접촉압 (T) (압출력) 에 기초하는 선형적인 속도 변화가 된다 (단, 접촉압 (T) 은 일정하게 한다). 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 로부터 떨어질 때의 속도를 Va 로 나타낸다 (도 4B 참조). 프로브 (Pr) 의 축방향의 속도 변화에 대해서는, 도 3 을 이용하여 설명한 바와 같다. 또한, 프로브 (Pr) 의 경사에 의해 접촉압 (T) 을 조정하는 경우에는, 프로브 (Pr) 의 속도 변화는 중력 가속도와 경사 각도에 의존한다.

?위치 P4 는, 검지를 위해서 미리 결정해 둔 속도 (Vb) 에 도달했을 때의 좌표이다 (이하, 「검지 좌표」라고 한다). 프로브 (Pr) 의 자세, 프로브 (Pr) 가 따르는 방향의 이동 속도, 접촉압 (T) 이 동일하면, 작업물 (W) 의 단면 위치 (위치 P1) 와 검지 좌표 (위치 P4) 의 차는 어느 단면에서도 일정해지기 때문에, 정확한 단면 위치를 구할 수 있다. 이것을 기초로 하여 정확한 작업물 (W) 의 중심 위치가 구해진다.

도 4A - 도 4C 에서는, 도 4C 에 나타내는 바와 같이 프로브의 축방향 이동 속도가 Vb 일 때에 단면 검출을 실시하도록 하였다.

상기 서술한 설명에서는, 접촉압 (T) 은 일정하고, 중력의 영향은 없다는 전제에 기초하고 있다. 그러나, 도 2 에 나타내는 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 에 프로브 (Pr) 에 중력이 작용하는 방향으로부터 프로브 (Pr) 를 접촉시키고, 작업물 (W) 의 우단면 위치 (RE) 와 좌단면 위치 (LE) 를 검출하는 경우, 프로브 (Pr) 에 동일하게 중력의 영향이 미친다. 이 경우에도, 상기 서술한 중력의 영향이 없는 것으로 했던 경우와 동일하게, 작업물 (W) 의 단면 위치와 검지 좌표의 차는 어느 단면에서도 일정해진다. 또한, 우단면 위치 (RE) 와 좌단면 위치 (LE) 의 검출을 실시할 때에, 접촉압 (T) 의 시간에 따른 변동이 동일한 경우여도 되고, 접촉압 (T) 도 반드시 일정한 것에 한정되지 않는다. 요컨대, 작업물 (W) 의 어느 단면의 위치에서도 동일한 물리적 조건이 갖추어져 있으면 된다.

다음으로, 상기 서술한 측정 원리를 사용한 작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계의 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 5 는, 수치 제어 장치에 의해 제어되고, 각 축이 직동축 또는 회전축으로 구동되는 공작 기계의 일례이다. 도 5 에는, X 축, Y 축, Z 축의 직동축을 갖고, 또한 X 축 상에 회전축인 B 축과, Y 축 상에 회전축인 C 축을 가져, 5 축 동시 제어가 가능한 공작 기계의 요부가 도시되어 있다.

본 발명에서는, 기상 계측 장치의 접촉식 프로브가 이탈하는 방향에 의한 작업물 단면의 검출을 기본 원리로 하고 있기 때문에, 본 발명은, 공작 기계의 가동축은 유체 베어링에 한정되지 않고, 여러 가지 형식의 가동축에 적용할 수 있다.

도 6 은, 기상 계측 장치로부터의 위치 검출 신호와 공작 기계의 각 구동축으로부터의 위치 검출 신호를 수치 제어 장치에 입력하는 공작 기계의 실시형태의 개략 구성도이다. 이 실시형태에서는, 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (8b) 에는, 작업물 (W) 의 표면 형상을 측정하는 B 축에 장착된 기상 계측 장치 (1) 로부터, 프로브 본체 (1b) 의 이동 변위에 관한 계측 신호인 위치 검출 신호 (ipf) 가 인터페이스 (2) (도 8B 참조) 를 통해 입력된다. 공작 기계의 각 가동축에 설치된 위치 검출 장치로부터 출력되는 위치 검출 신호도 인터페이스 (도시 생략) 를 통해 서보 제어부 (8b) 에 간단하게 동기하면서 입력된다. 이 인터페이스는, 서보 모터 (95) 에 내장되는 위치 검출 장치 (96) (도 7 참조) 로부터 출력되는 위치 검출 신호와 기상 계측 장치 (1) 로부터 출력되는 계측 신호가, 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (8b) 에 동기하여 입력되도록 구성되어 있다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 기상 계측 장치 (1) 의 프로브 본체 (1b) 의 이동 변위를 검출하는 위치 검출 장치나 공작 기계의 직동축의 위치를 검출하는 위치 검출 장치는, 예를 들어 리니어 스케일, 레이저 간섭계 등의 고정밀도의 검출 장치를 사용하면 된다. 또한, 공작 기계의 회전축의 위치를 검출하는 위치 검출 장치에는 인코더를 사용하면 된다.

또한 수치 제어 장치 (8) 는, 공작 기계의 각 가동축의 위치 정보 및 기상 계측 장치 (1) 로부터의 계측 정보 (위치 정보) 를 저장하는 기억 수단과, 이 기억 수단에 저장된 위치 정보를 외부 기억 장치인 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 송출하는 인터페이스를 구비하고 있다. 프로브 (Pr) 의 축방향 이동 속도는, 수치 제어 장치 (8) 에 저장되는 위치 정보에 의해 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어 주기마다의 위치 정보의 차분으로부터 속도를 구할 수 있다.

공작 기계의 각 가동축으로부터의 피드백 신호인 위치 검출 신호와 기상 계측 장치 (1) 로부터의 위치 검출 신호가 동일한 회로 구성의 인터페이스 (도 8 을 참조) 를 통해 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (8b) 에 취득되기 때문에, 각 축의 위치 검출 장치와 기상 계측 장치로부터의 계측 신호 (요컨대, 각 축의 축 위치 검출 신호와 기상 계측 장치의 위치 검출 신호) 가 수치 제어 장치 (8) 에 동기하여 입력된다. 그리고, 판독된 축 위치 검출 신호와 위치 검출 신호는, 위치 정보로서 수치 제어 장치 (8) 의 레지스터인 기억 수단 (도시 생략) 에 수치 제어 장치의 제어 주기마다 기억된다.

본 발명에 있어서, 작업물 (W) 의 단면 위치를 검출하고, 그 검출 위치를 검지 좌표로서 기억하기 위해서는, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 소정 이상이 되면 가동축의 위치 데이타를 제어 주기마다 재기록하고 있는 레지스터의 그 재기록을 (래더의 상폐 접점을 사용하여) 차단하거나, 혹은, 별도의 보존 레지스터에 (신호 개시 검출 명령 (DIFU) 이나 데이타 전송 명령 (M0V) 등을 사용하여) 전송하는 등의 방법을 래더 프로그램에 의해 실시할 수 있다.

또한 수치 제어 장치 (8) 는, 외부 장치인 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 이더넷 (등록 상표) (12) 을 통해 LAN 통신을 실시하고, 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 접속 혹은 내장되는 기억 장치 (11a) 에, 각 축으로부터의 위치 정보와 기상 계측 장치 (1) 로부터의 계측 신호를 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 보낸다. 퍼스널 컴퓨터 (11) 는, 샘플링 주기마다 각 축으로부터의 위치 정보와 기상 계측 장치 (1) 로부터의 위치 정보를 기억 장치 (11a) 에 동기하여 저장한다.

퍼스널 컴퓨터 (11) 내에는 계측용 소프트웨어가 저장되어 있고, 수치 제어 장치 (8) 를 통해 판독된 상기 위치 정보에 기초하여, 피가공물의 형상 계측 등 필요한 연산 처리를 실행한다. 이 형상 계측 등의 필요한 연산 처리는 종래 기술과 동일하다. 또한, 퍼스널 컴퓨터 (11) 에는, 계측용 NC 프로그램, 가공용 NC 프로그램, 가공용 보정 NC 프로그램이 저장되어 있다.

도 7 은, 도 6 에 나타내는 공작 기계에 있어서, 공작 기계의 각 가동축과 기상 계측 장치로부터의 신호가 수치 제어 장치에 의해 동시에 피드백 제어되는 것을 설명하는 도면으로서, 상세하게는, 도 6 에 나타내는 공작 기계의 가동축 (X, Y, Z, B, C) 이, 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (8bX, 8bY, 8bZ, 8bB, 8bC) 에 의해, 위치, 속도, 전류가 피드백 제어되고 있는 것을 나타내는 도면이다. 이 피드백 제어는, 공작 기계를 제어하는 수치 제어 장치에서 통상 실시되고 있는 제어이다. X 축 서보 제어부 (8bX) 를 예로서 설명한다. 도 7 에서, 도 6 과 동일한 기능을 갖는 요소에는 도 6 과 동일한 부호를 부여하였다. X 축 서보 제어부 (8bX) 는, 위치 제어부 (91), 속도 제어부 (92), 및 전류 루프 제어하는 전류 제어부 (93) 로 구성된다.

위치 제어부 (91) 는 에러 레지스터 (91a) 와 위치 루프 게인 (K) 의 증폭기 (91b) 를 갖는다. 위치 제어부 (91) 는, 수치 제어부 (8a) 로부터의 이동 지령을 받아 들이고, 그 이동 지령으로부터 위치 피드백량 (위치 FB) 을 차감하여 얻은 위치 편차량을 처리하여 속도 지령을 생성하고, 그 속도 지령을 속도 제어부 (92) 에 출력한다. 이 위치 편차량은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 에러 레지스터 (91a) 에서 산출된다. 에러 레지스터 (91a) 에서 산출되는 위치 편차량은, 수치 제어부 (8a) 에도 출력된다.

속도 제어부 (92) 는, 이 속도 지령으로부터 속도 피드백량 (속도 FB) 을 차감하여 얻은 속도 편차량에 기초하여 속도 루프 제어를 실시하고, 전류 지령을 생성하고, 그 전류 지령을 전류 제어부 (93) 에 출력한다.

전류 제어부 (93) 는, 이 전류 지령으로부터, 서보 모터 (95) 를 구동하는 앰프 (94) 에 내장되는, 서보 모터 (95) 를 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서 (도시 생략) 로부터의 전류 피드백 (전류 FB) 을 차감하여 얻은 전류 편차량에 기초하여, 전류 루프 제어를 실시한다. 서보 모터 (95) 는 X 축을 구동하는 구동 수단이고, 서보 모터 (95) 에는 그 위치 및 속도를 검출하는 검출 장치 (96) (이하, 「위치 검출 장치」라고 한다) 가 장착되어 있다. 위치 검출 장치 (96) 로부터의 위치 피드백량 (위치 FB) 은 위치 제어부 (91) 에 피드백되고, 속도 피드백량 (속도 FB) 은 속도 제어부 (92) 에 피드백된다.

이상이 X 축 서보 제어부 (8bX) 구성의 설명인데, 다른 가동축 서보 제어부 (8bY, 8bZ, 8bB, 8bC) 에 관해서도 X 축 서보 제어부 (8bX) 와 동일한 구성이므로 설명을 생략한다. 또한, 전술한 바와 같이, X 축, Y 축 및 Z 축은 직동축이고, B 축 및 C 축은 회전축이다.

그리고, 본 실시형태에서는 또한, 공작 기계의 가동축을 구동하는 모터 및 그 위치/속도 검출 수단 (「위치 검출 장치」) 을 접속하지 않는 서보 제어부 (8bF) 를 형성한다. 또한, 부호 8bF 의 「F」는, 공작 기계의 가동축을 제어로부터 자유 (free) 라는 의미에서 유래되며, 공작 기계 중의 어느 가동축을 의미하는 것은 아니다.

수치 제어부 (8) 는, 서보 제어부 (8bF) 가 접속되면, 단순히 제어축이 1 개 증가한 것으로 인식한다. 그리고, 이 증가한 서보 제어부 (8bF) 에는, 그 이외의 서보 제어부 (8bX ～ 8bC) (공작 기계의 가동축을 제어하는 서보 제어부) 와 동일하게, 앰프 (94) 가 접속되어 있다. 이 서보 제어부 (8bF) 에는 서보 모터가 접속되어 있지 않기 때문에, 수치 제어 장치 (8) 는, 서보 제어부 (8bF) 를 서보 오프로 하면서, 팔로업 기능을 사용하여 위치 검출 신호의 카운트는 통상대로 실시되도록, 파라미터 및 제어 소프트가 변경된다.

그리고, 서보 제어부 (8bF) 에는 서보 모터 대신에 기상 계측 장치 (1) 가 접속된다. 그리고, 이 서보 제어부 (8bF) 에는, 서보 제어부 (8bF) 에 접속되는 앰프가 갖는 인터페이스를 통해 기상 계측 장치 (1) 로부터의 계측 신호 (ipf) 가 (서보 모터 (95) 에 내장되는 위치 검출 장치 (96) 로부터의 위치 검출 신호로 전환되어) 입력된다. 상기 인터페이스는 앰프에 구비되는 것으로서, 종래 기술과 상이한 것은 아니다.

도 8A 및 도 8B 는, 본 발명의 실시형태에 사용되고 있는 인터페이스의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 8A 에 나타내는 바와 같이, 앰프 유닛에는 모터 구동 수단인 앰프 (94), A/D 변환 장치 (97) 및 내삽 분할 장치 (98) 가 형성되어 있다. 서보 모터 (95) 에 내장되는 위치 검출 장치 (96) 로부터 출력되는 원(元) 신호 (정현파, 여현파) 는 A/D 변환 장치 (97) 에 입력한다.

A/D 변환 장치 (97) 는, 위치 검출 장치로부터의 원신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 내삽 분할 장치 (98) 에 출력한다. 이 내삽 분할 장치 (98) 는, 원신호 1 주기 (정현파 1 주기) 분의 디지털 신호를 분할하는 처리를 실시한다. 통상적인 아날로그 신호의 분해능보다 더욱 미세한 분해능이 요구되는 경우에는, 원신호 1 주기분을 미세하게 분할하는 처리를 실시한다. 그 분할한 주기가 분해능이 된다.

도 8B 는 도 6 의 인터페이스 (2) 의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도 8B 의 인터페이스도 도 8A 의 인터페이스와 동일하다. 이와 같이, 기상 계측 장치 (1) 에 있어서도 서보 모터의 구동 제어용 인터페이스를 사용함으로써, 용이하게 신호를 동기하여 수치 제어 장치 (8) 에 용이하게 입력할 수 있고, 또한, 기상 계측 장치 (1) 를 위한 특별한 인터페이스를 준비할 필요가 없어, 비용 증가를 피할 수 있다. 또한, 기상 계측 장치 (1) 로부터 수치 제어 장치 (8) 로의 위치 검출 신호의 입력은 도 8B 에 나타내는 인터페이스에 한정되지 않는다.

도 9A - 도 9E 는, 본 발명의 실시형태에 있어서, 작업물 (W) 이 직육면체일 때 그 가공면 (Wa) 의 중심 좌표를 구하여 워크의 기준 위치로서 설정하는 경우의 설명도이다. 여기서는, 작업물 (W) 을 도 6 에 나타내는 바와 같이 공작 기계에 장착한다. 이 직육면체의 작업물 (W) 는, 도 9A 에 나타내는 바와 같이, 가공면 (Wa) 은 수직면이고, 가공면 (Wa) 은 수직 방향 (Y 축 방향) 과 수평 방향 (X 축 방향) 의 2 개의 직교하는 직선에 대하여 선대칭 형상이다. 또한, 가공면 (Wa) 은 평면에 한정되지 않고, 예를 들어 XY 평면에 투영한 가공면 (Wa) 의 도형이, 직교하는 2 개의 선에 대하여 선대칭인 형상이면 된다.

이와 같은 작업물 (W) 의 중심 좌표를 검출하고 작업물의 계측 기준점으로서 설정하는 경우, 기상 계측 장치 (1) 에 있어서의 프로브 (Pr) 의 스타일러스 (1e) 에 형성되어 있는 구형 측정자 (1f) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 어프로치 위치 (AP) 로부터 선대칭인 선과 평행한 선을 따라 가공면 (Wa) 을 따르면서 이동시켜, 구형 측정자 (1f) 가 가공면 (Wa) 의 단부로부터 완전하게 떨어질 때까지 이동시킨다. 그리고, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 소정 값이 되었을 때의 좌표를 검지 좌표로서 기억한다.

도 9B 및 도 9C 는, 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 에 대하여 상대적으로 수평 방향 (X 축 방향) 으로 이동시켜, 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 완전하게 떨어질 때의 검지 좌표를 구하는 동작 설명도이다. 도 9B 는 작업물 (W) 의 상면 (Wb) 을 상방에서 보았을 때의 도면으로서, 도 6 에 있어서 상방에서 내려다 본 도면이다. 또한, 도 9C 는 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 X 축과 Y 축의 양방에 수직인 방향을 따라 보았을 때의 도면으로서, 도 6 에 있어서 기상 계측 장치 (1) 쪽으로부터 (Z 축 방향을 따라) 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 본 도면이다.

먼저, X 축, Y 축, Z 축을 이동시켜 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 어프로치 위치 (AP) (도 9C 참조) 에 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 접촉압 (T) 으로 접촉시킨다. 그리고 구형 측정자 (1f) 를 어프로치 위치 (AP) 로부터 도 9B 에 나타내는 바와 같이 수평 방향 (X 축 방향) 으로 X 축의 모터 (95x) 를 구동하여 이동시킨다. 여기서는 처음에 도 9B 에서 우측을 향해 구형 측정자 (1f) 는 가공면 (Wa) 을 따르면서 가공면 (Wa) 에 대하여 상대적으로 수평 방향으로 이동한다. 그리고, 구형 측정자 (1f) 가 가공면 (Wa) 으로부터 완전하게 떨어지면, 전술한 바와 같이 프로브 (Pr) 는, 그 축방향으로 접촉압 (T) 에 의한 가속도 운동을 개시한다. 그리고, 프로브 (Pr) 가 미리 설정된 축방향 속도에 도달한 시점의 좌표를 일방의 검지 좌표 (X 좌표) 로서 기억한다. 또한, 「검지 좌표」에 대해서는 도 4 를 이용하여 이미 설명한 용어이다.

다음으로, X 축, Y 축, Z 축을 이동시켜 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 어프로치 위치 (AP) 에 다시 위치 결정하고, 구형 측정자 (1f) 가 전술한 방향과는 반대 방향으로 가공면 (Wa) 과 상대 이동하도록 X 축을 구동한다. 그리고, 동일하게 프로브 (Pr) 가 미리 설정된 축방향 속도에 도달한 시점의 좌표를 타방의 검지 좌표 (X 좌표) 로서 기억한다. 또한, 가공면 (Wa) 의 어프로치 위치 (AP) 는 동일 지점인 것에 한정되지 않아도 된다. 요컨대, 반대 방향으로 프로브 (Pr) 를 상대 이동시켜 작업물 (W) 의 단면을 검출할 때에는, 일 방향으로 프로브 (Pr) 를 이동시켰을 때의 이동의 직선 상으로서 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 안이면 된다.

이렇게 하여 구해진 2 개의 X 좌표값을 가산하고 2 로 나누면, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 수평 방향 (X 축 방향) 의 중간 좌표가 구해진다. 이 좌표는 가공면 (Wa) 의 수평 방향의 중심 위치, 즉 X 축 중심 좌표를 나타내는 것이 된다. 또한, 상기 2 개의 검지 좌표인 2 개의 X 좌표값은 X 축을 반대 방향으로 구동함으로써 얻어진 값이기 때문에, 2 개의 X 좌표값을 가산하는 처리에 의해, X 축의 구동계가 갖는 백래시 등의 기계 오차가 상쇄된다. 이로써, X 축 중심 좌표를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.

도 9D 및 도 9E 는, 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 에 대하여 상대적으로 수직 방향 (Y 축 방향) 으로 이동시켜, 구형 측정자 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 완전하게 떨어질 때의 검지 좌표를 구하는 동작 설명도이다.

먼저, X 축, Y 축, Z 축을 이동시켜 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 어프로치 위치 (AP') (도 9E 참조) 에 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 접촉압 (T) 으로 접촉시킨다. 그리고 어프로치 위치 (AP') 로부터 구형 측정자 (1f) 가 도 9D 에 나타내는 바와 같이 수직 방향 (Y 축 방향) 으로 Y 축의 모터 (95y) 를 구동하여 이동시킨다. 여기서는 처음에 상측을 향해 구형 측정자 (1f) 는 가공면 (Wa) 을 따르면서 가공면 (Wa) 에 대하여 수직 방향으로 상대적으로 이동하고, 구형 측정자 (1f) 가 가공면 (Wa) 으로부터 완전하게 떨어지면, 전술한 바와 같이 프로브 (Pr) 는, 그 축방향으로 접촉압 (T) 에 의한 가속도 운동을 개시한다. 그리고, 프로브 (Pr) 가 미리 설정된 축방향 속도에 도달한 시점의 좌표를 일방의 검지 좌표 (Y 좌표) 로서 기억한다.

다음으로, X 축, Y 축, Z 축을 이동시켜 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 어프로치 위치 (AP') 에 다시 위치 결정하고, 구형 측정자 (1f) 가 전술한 방향과는 반대 방향 (하측 방향) 으로 가공면 (Wa) 과 상대 이동하도록 Y 축을 구동한다. 그리고, 동일하게 프로브 (Pr) 가 미리 설정된 축방향 속도에 도달한 시점의 좌표를 타방의 검지 좌표 (Y 좌표) 로서 기억한다. 또한, 가공면 (Wa) 의 어프로치 위치 (AP') 는 동일 지점인 것에 한정되지 않아도 된다. 요컨대, 반대 방향으로 프로브 (Pr) 를 상대 이동시켜 작업물 (W) 의 단면을 검출할 때에는, 일 방향으로 프로브 (Pr) 를 이동시켰을 때의 이동의 직선 상으로서 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 안이면 된다.

이렇게 하여 구해진 2 개의 Y 좌표값을 가산하고 2 로 나누면, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 수직 방향 (Y 축 방향) 의 중간 좌표가 구해진다. 이 좌표는 가공면 (Wa) 의 수직 방향의 중심 위치, 즉 Y 축 중심 좌표를 나타내는 것이 된다. 또한, 상기 2 개의 검지 좌표인 2 개의 Y 좌표값은 Y 축을 반대 방향으로 구동함으로써 얻어진 값이기 때문에, 2 개의 Y 좌표값을 가산하는 처리에 의해, Y 축의 구동계가 갖는 백래시 등의 기계 오차가 상쇄된다. 이로써, Y 축 중심 좌표를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.

도 9B ～ 도 9E 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 작업물의 단면 검출 방법은, 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 로부터 상대적으로 떨어뜨려 가는 방향의 동작이기 때문에, 프로브 (Pr) 와 작업물 (W) 의 충돌 위험이 없어져, 고가의 기상 계측 장치 (1) 나 작업물 (W) 의 파손을 방지할 수 있다.

도 10A - 도 10C 는, 본 발명의 실시형태에 있어서, 작업물 (W) 이 원기둥 형상일 때 그 가공면 (Wa) 의 중심 좌표를 구하여 작업물 (W) 의 기준 위치로서 설정하는 경우의 설명도이다. 이 예도 도 6 에 나타내는 바와 같이, 가공면 (Wa) 이 수직면이 되도록 장착된다. 가공면 (Wa) 은 수평축인 X 축과 수직축인 Y 축에 대하여 선대칭이다. 그리고, 도 9 를 이용하여 작업물 (W) 이 직육면체인 경우와 동일하게, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 단면 검출 동작을 실시한다. 그리고, 수평 방향 (X 축 방향) 의 검지 좌표와, 수직 방향 (Y 축 방향) 의 검지 좌표를 검출하고, 수평 방향과 수직 방향에서 얻어진 검지 좌표의 각각의 중간점을 구하면, 원기둥 형상의 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 X 좌표와 Y 좌표의 중심 좌표가 구해진다.

또한, 원기둥 형상의 작업물 (W) 에 있어서도 직육면체의 작업물 (W) 과동일하게, X 축, Y 축의 구동계가 갖는 백래시 등의 기계 오차가 상쇄되고, 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 로부터 상대적으로 떨어뜨려 가는 방향의 동작이기 때문에, 프로브 (Pr) 와 작업물 (W) 의 충돌 위험이 없어져, 고가의 기상 계측 장치 (1) 나 작업물 (W) 의 파손을 방지할 수 있다.

이와 같이 하여 구한 작업물 (W) 의 중심 좌표를 기준 위치로서 설정하면, 기상 계측 장치 (1) 의 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 의 선단 위치와 공구 날끝 위치의 대응을 확립시킬 수 있다. 예를 들어, 가공 프로그램의 좌표계의 원점을 작업물 중심 위치로 하면, 설정한 좌표를 원점으로 함으로써, 구형 측정자 (1f) 의 선단 위치와 공구 날끝 위치는 동일한 위치를 나타내는 것이 되고, 정확한 보정 가공을 실행할 수 있다.

도 11 은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 작업물의 기준 위치 설정 처리의 알고리즘을 나타내는 플로우 차트이다.

공작 기계에, 기계의 좌표계의 축과 작업물 (W) 의 대칭선이 평행이 되도록 작업물 (W) 을 장착하고, 기상 계측 장치 (1) 의 프로브 (Pr) 의 중심축이 작업물 (W) 의 가공면에 대하여 수직이 되도록 배치하고, 또한, 실행하는 가공 프로그램을 수치 제어 장치 (8) 에 입력한 후, 작업물 (W) 의 기준 위치 설정 지령을 도시가 생략된 수동 입력 장치 등을 사용하여 수치 제어 장치에 입력하면, 수치 제어 장치 (8) 의 수치 제어부 (8a) (도 7 참조) 의 프로세서는, 도 11 에 나타내는 처리를 개시한다.

?단계 S1 : 먼저, 입력된 가공 프로그램에 의해, 작업물 (W) 의 가공면에 있어서의 2 개의 대칭선과 평행한 선을 각각 제 1 어프로치선 (이 실시형태에서는, 제 1 어프로치선은 수평선인 X 축과 평행한 선이다), 제 2 어프로치선 (이 실시형태에서는, 제 2 어프로치선은 수직선인 Y 축과 평행한 선이다) 으로 하고, 제 1 어프로치선과 제 2 어프로치선 상에서, 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 수평 방향의 2 개의 어프로치 위치와, 또한 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 의 수직 방향의 2 개의 어프로치 위치를 구하고, 단계 S2 로 이행한다.

?단계 S2 : 단계 S1 에서 구한 수평 방향의 제 1 어프로치선의 일방의 어프로치 위치에 프로브 (Pr) 를 이동시키고, 구형 측정자 (1f) 를 접촉압 (T) 으로 접촉시켜 위치 결정한다.

?단계 S3 : 작업물 (W) 의 일단면을 향해 프로브 (Pr) 를 수평 방향으로 이동시킨다. 즉, X 축의 모터 (95x) 를 구동하고, X 축의 테이블을 이동시켜 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 따르면서 작업물 (W) 의 일단을 향해 상대적으로 이동시킨다.

?단계 S4 : 그리고, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과했는지의 여부를 판단한다.

?단계 S5 : 단계 S4 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단된 경우에는, 프로브 (Pr) 의 이동을 정지한다. 요컨대, X 축의 모터 (95x) 의 구동을 정지하여, X 축 테이블의 이동을 멈춘다. 이 시점에서는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 로부터 완전하게 이탈해 있다.

?단계 S6 : 단계 S4 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단되었을 때의 이동축의 좌표, 즉 X 좌표를 검지 좌표로서 레지스터 (R1) 에 기억한다.

?단계 S7 : 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 과 접촉하지 않도록 퇴피시키고, 단계 S1 에서 구한 수평 방향의 타방의 측정 어프로치 위치에서 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 접촉압 (T) 으로 접촉시켜 위치 결정한다.

?단계 S8 : 작업물 (W) 의 타단면을 향해 프로브 (Pr) 를 수평 방향으로 이동시킨다. 즉, X 축의 모터 (95x) 를 구동하여, X 축의 테이블을 이동 (단계 S3 에서의 X 축의 테이블의 이동과 반대 방향) 시켜 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 따르면서 작업물 (W) 의 타단을 향해 상대적으로 이동시킨다. 또한, 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 에 대하여 상대적으로 일 방향으로 이동시키는 속도는, 그것과는 반대 방향으로 이동시키는 속도와 동일하게 한다.

?단계 S9 : 그리고, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과했는지의 여부를 판단한다.

?단계 S10 : 단계 S9 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단된 경우에는, 프로브 (Pr) 의 이동을 정지한다. 요컨대, X 축의 모터 (95x) 의 구동을 정지하여, X 축 테이블의 이동을 멈춘다. 이 시점에서는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 로부터 완전하게 이탈해 있다.

?단계 S11 : 단계 S9 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단되었을 때의 이동축의 좌표, 즉 X 좌표를 검지 좌표로서 레지스터 (R2) 에 기억한다.

?단계 S12 : 프로브 (Pr) 를 퇴피시키고, 단계 S1 에서 구한 수직 방향의 제 2 어프로치선의 일방의 어프로치 위치에 프로브 (Pr) 를 이동시키고, 구형 측정자 (1f) 를 접촉압 (T) 으로 접촉시켜 위치 결정한다.

?단계 S13 : 작업물 (W) 의 일단면을 향해 프로브 (Pr) 를 수직 방향으로 이동시킨다. 즉, Y 축의 모터 (95y) 를 구동하여, X 축의 테이블을 이동시켜 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 따르면서 그 작업물 (W) 의 일단을 향해 상대적으로 이동시킨다.

?단계 S14 : 그리고, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과했는지의 여부를 판단한다.

?단계 S15 : 단계 S14 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단된 경우에는, 프로브 (Pr) 의 이동을 정지한다. 요컨대, Y 축의 모터 (95y) 의 구동을 정지하여, Y 축 테이블의 이동을 멈춘다. 이 시점에서는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 로부터 완전하게 이탈해 있다.

?단계 S16 : 단계 S14 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단되었을 때의 이동축의 좌표, 즉 Y 좌표를 검지 좌표로서 레지스터 (R3) 에 기억한다.

?단계 S17 : 프로브 (Pr) 를 작업물 (W) 과 접촉하지 않도록 퇴피시키고, 단계 S1 에서 구한 수직 방향의 제 2 어프로치선의 타방의 측정 어프로치 위치에서 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 접촉압 (T) 으로 접촉시켜 위치 결정한다.

?단계 S18 : 작업물 (W) 의 타단면을 향해 프로브 (Pr) 를 수직 방향으로 이동시킨다. 즉, Y 축의 모터 (95y) 를 구동하여, Y 축의 테이블을 이동 (단계 S13 에서의 Y 축의 테이블의 이동과 반대 방향) 시켜 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 를 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 을 따르면서 작업물 (W) 의 타단을 향해 상대적으로 이동시킨다.

?단계 S19 : 그리고, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과했는지의 여부를 판단한다.

?단계 S20 : 단계 S19 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단된 경우에는, 프로브 (Pr) 의 이동을 정지한다. 요컨대, Y 축의 모터 (95y) 의 구동을 정지하여, X 축 테이블의 이동을 멈춘다. 이 시점에서는, 프로브 (Pr) 의 구형 측정자 (1f) 는 작업물 (W) 로부터 완전하게 이탈해 있다.

?단계 S21 : 단계 S19 에서, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동 속도가 기준값을 초과한 것으로 판단되었을 때의 이동축의 좌표, 즉 Y 좌표를 검지 좌표로서 레지스터 (R4) 에 기억한다.

?단계 S22 : 레지스터 (R1) ～ 레지스터 (R4) 에 기억된 검지 좌표로부터 작업물 중심 좌표를 구하고, 작업물 (W) 의 계측 기준점으로서 설정한다. 상세히 서술하면, 레지스터 (R1) 와 레지스터 (R2) 에 기억되는 검지 좌표의 X 좌표를 가산하고 2 로 나눔으로써, 2 개의 X 좌표의 중간 좌표를 구한다. 또한, 레지스터 (R3) 와 레지스터 (R4) 에 기억되는 검지 좌표의 Y 좌표를 가산하고, 2 개의 Y 좌표의 중간 좌표를 구한다.

이 X 좌표, Y 좌표의 중간 좌표는, 작업물 (W) 의 중심 좌표를 나타내는 것이기 때문에, 이 작업물 (W) 의 중심 좌표를 작업물의 기준 위치로서 설정하고, 이 기준 위치 설정 처리를 종료한다. 또한, 수평 방향 양 단의 좌표값의 차를 구하고, 이 차의 절반 값을 작은 쪽의 좌표값에 가산한 좌표값을 작업물 (W) 의 수평 방향의 중심 좌표로 하고, 수직 방향 양 단의 좌표값의 차를 구하고, 이 차의 절반 값을 작은 쪽의 좌표값에 가산한 좌표값을 작업물 (W) 의 수직 방향의 중심 좌표로서 작업물 (W) 의 중심 좌표를 구하여, 작업물 (W) 의 기준 위치로서 설정해도 된다.

이렇게 하여 설정된 작업물 (W) 의 기준 위치에 기초하여, 프로브 (Pr) 의 스타일러스 (1e) 의 선단에 장착된 구형 측정자 (1f) 의 선단을 작업물면에 접촉시키고, 기상 계측 장치에 의해 작업물 (W) 을 공작 기계 상에서 계측한다. 이 작업물 (W) 의 기준 위치를 통해, 구형 측정자 (1f) 의 선단과 날의 날끝의 관계가 형성되기 때문에, 계측한 형상에 기초하여 보정 가공이 명확해진다.

Claims (5)

1. 작업물의 가공면이 직교하는 2 개의 직선에 대하여 선대칭인 작업물의 형상 측정 및 형상 해석을 위한 기상 계측 장치를 구비하고, 그 기상 계측 장치로부터의 위치 검출 신호가 입력되는 수치 제어 장치에 의해 제어되는 복수의 가동축을 구비한, 작업물의 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계로서,
   상기 기상 계측 장치는,
   기상 계측 장치 내부에 유체 베어링에 의해 지지되는 접촉식 프로브와,
   상기 접촉식 프로브의 축방향의 이동 변위를 검출하고 위치 검출 신호를 출력하는 위치 검출 수단을 구비하고, 또한,
   상기 공작 기계는,
   상기 공작 기계의 각 가동축의 위치를 검출하고 축 위치 검출 신호를 출력하는 가동축 위치 검출 수단을 구비하고, 또한,
   상기 수치 제어 장치는,
   상기 2 개의 선이 기계 좌표계의 축과 평행이 되도록 배치된 상기 작업물의 상기 가공면에 상기 접촉식 프로브의 측정자를 일정한 접촉압으로 접촉시킨 상태에서, 상기 작업물의 단면으로부터 상기 접촉식 프로브의 측정자가 완전하게 떨어질 때까지 상기 2 개의 선과 각각 평행한 방향으로서, 작업물의 가공면 안으로부터 각각의 단면을 향해 상기 접촉식 프로브를 이동하도록 상기 가동축을 구동하는 가동축 구동 제어 수단과,
   상기 위치 검출 수단으로부터 출력되는 위치 검출 신호에 기초하여 그 접촉식 프로브의 축방향의 이동 속도를 산출하는 프로브 이동 속도 산출 수단과,
   상기 프로브 이동 속도 산출 수단에 의해 산출된 상기 이동 속도가 미리 결정된 속도에 도달했는지의 여부를 판단하는 판단 수단과,
   상기 판단 수단에 의해 상기 이동 속도가 미리 결정된 속도에 도달한 것으로 판단되었을 때의 상기 각 가동축 위치 검출 수단에 의해 검출된 각 가동축의 위치 데이타를 기억하는 기억 수단과,
   상기 기억 수단에 기억된 각 가동축의 위치로부터 상기 작업물의 중심 좌표를 산출하고 작업물의 계측 기준점으로서 설정하는 설정 수단을 구비한 상기 공작 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가동축 위치 검출 수단으로부터의 축 위치 검출 신호는, 모터를 구동하는 모터 구동 장치가 갖는 인터페이스를 통해 상기 수치 제어 장치에 입력하고,
   상기 기상 계측 장치의 상기 위치 검출 수단으로부터의 위치 검출 신호는, 상기 모터가 접속되어 있지 않은 모터 구동 장치가 갖는 인터페이스를 통해 상기 수치 제어 장치에 입력하는 것을 특징으로 하는, 작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 가동축 위치 검출 수단 또는 상기 기상 계측 장치에 구비되는 상기 위치 검출 수단은, 리니어 스케일, 인코더, 또는 레이저 간섭계 중의 어느 검출 장치인 것을 특징으로 하는, 작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기억 수단은, 상기 판단 수단에 의해 상기 이동 속도가 미리 결정된 속도에 도달한 것으로 판단되었을 때의, 상기 각 가동축 위치 검출 수단에 의해 검출된 각 가동축의 위치 데이타를 자동적으로 기억하는 것을 특징으로 하는, 작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 설정 수단은, 상기 가공면의 수평 방향의 좌우 양 단에 있어서 상기 기억 수단에 기억된 상기 가동축의 위치 데이타의 차를 구하고, 이 차의 절반 값을 작은 쪽의 좌표에 가산한 좌표를 작업물의 수평 방향의 중심 좌표로 하고, 상기 가공면의 수직 방향의 상하 양 단에 있어서 상기 기억 수단에 기억된 상기 가동축의 위치 데이타의 차를 구하고, 이 차의 절반 값을 작은 쪽의 좌표에 가산한 좌표를 작업물의 수직 방향의 중심 좌표로 하여, 상기 작업물의 중심 좌표를 구하고, 작업물의 계측 기준점으로서 설정하는 것을 특징으로 하는, 작업물의 계측 기준점 설정 기능을 갖는 공작 기계.
   

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