KR20230020535A

KR20230020535A - 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법

Info

Publication number: KR20230020535A
Application number: KR1020237000876A
Authority: KR
Inventors: 고지 즈치야
Original assignee: 시바우라 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2023-02-10
Also published as: TW202219458A; WO2021261328A1; TWI769869B; DE112021003435T5; CN115735094A

Abstract

주축(18)에 공구(3)를 장착하고, 공구(3)의 위치를 비접촉으로 검출 가능한 검출 유닛(20)을 회전 테이블(13)에 설치해 두고, 계측 대상의 회전축인 C축에 대해서 공구(3)와 회전 테이블(13)을 소정의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 검출 유닛(20)을 사용해서 회전 테이블(13)에 대한 공구(3)의 위치를 검출하는 검출 동작을 반복하고, 복수회의 검출 동작에서 검출된 각 각도 위치에서의 공구(3)의 위치로부터 C축의 중심 위치를 계산한다.

Description

공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법

본 발명은 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 관한 것이다.

공작 기계에 있어서는, 주축에 장착된 공구에 의해, 테이블에 적재된 워크를 가공한다. 가공 시에는, 공구와 워크를 X축, Y축, Z축의 각 방향으로 3차원 이동시킴으로써, 워크에 임의의 입체 형상을 가공할 수 있다.

공작 기계 중 일부는, 가공 자유도를 높이기 위해서, XYZ 방향의 병진축에 더하여, 병진축 둘레로 공구를 회전시키는 회전축을 구비하고 있다. 추가되는 회전축으로서는, 예를 들어 X축 둘레의 회전인 A축, Y축 둘레의 회전인 B축, Z축 둘레의 회전인 C축 등이 있다. 이러한 다축 제어 공작 기계로서는, 예를 들어 X축, Y축, Z축의 3개에 A축, C축의 2개를 추가한 5축 제어의 공작 기계가 이용되고 있다.

전술한 다축 제어 공작 기계에 있어서는, 가공 정밀도의 향상을 위해, 병진축의 위치 오차를 최소한으로 함과 함께, 회전축의 각도 오차 및 회전 중심의 위치 정밀도를 최소한으로 하는 것이 필요하다. 이 중, 회전축 중심 위치의 오차에 의한 가공 정밀도의 저하를 억제하기 위해서, 회전축의 중심 위치를 계측해 두고, 가공 시에 파라미터로서 보정 제어를 행하는 것이 이루어져 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에서는, 회전축의 중심 위치를 계측하는 방법으로서, 워크 대신에 기준 마스터가 되는 타깃구를 테이블 상에 고정함과 함께, 공구 대신에 터치 프로브를 주축에 장착해 두고, 계측해야 할 회전축을 복수의 각도로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 터치 프로브를 타깃구에 접촉시켜서 타깃구의 중심 위치를 계측하고, 복수의 각도 위치에서의 계측값으로부터 당해 회전축의 중심 위치를 산출하고 있다.

특히, 특허문헌 1에서는, 병진축의 동작 범위가 구조적으로 제한되는 공작 기계인 경우에도 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있도록, 회전축의 복수의 각도 위치에서의 터치 프로브와 타깃구의 접촉 동작을, 병진축의 동작 가능 범위 내에서만 행하고, 이동이 제한되는 범위에서는 접촉 동작을 행하지 않고, 계산에 의해 회전축 중심 위치를 계측하고 있다.

한편, 측정 대상의 공구와 측정 장치가 간섭해서 선회축(제4축, 제5축)의 인덱싱 범위가 크게 제한되는 경우에도, 1개의 측정 장치만으로 X, Y, Z 방향 모든 오차량을 측정할 수 있는 날끝 위치 검출 방법이 개발되어 있다(특허문헌 2).

특허문헌 2에서는, 선회 테이블의 회전축 상에 있는 공구의 최하점과, 선회 테이블의 회전축과 직교하는 면 내에 있는 공구 외주의 2군데 이상을 측정해서 구해지는 공구 중심점의 2 방향의 오차량으로부터, X, Y, Z 방향의 날끝 위치 결정 오차량을 구하고 있다.

일본 특허 공개 제2019-152574호 공보 일본 특허 공개 제2020-28922호 공보

전술한 특허문헌 1의 계측 방법에 의해, 병진축의 동작 범위가 제한되어 있는 공작 기계의 경우에도, 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있게 되었다.

그러나, 특허문헌 1의 계측 방법에서는, 타깃구의 위치를 검출하기 위해서, 날붙이 대신에 터치 프로브를 주축에 장착한다.

이 때문에, 계측 시의 공작 기계는, 주축에 공구가 장착된 실제의 가공 시의 상태가 아니고, 계측한 회전축의 중심 위치는 가공 시의 중심 위치와는 달라, 계측 정밀도에 한계가 있다고 하는 문제가 있었다.

또한, 주축에 터치 프로브를 장착할 수 없는 공작 기계에서는, 애당초 특허문헌 1의 계측 방법을 이용할 수 없다는 문제가 있었다.

한편, 특허문헌 2에서는, 공구 중심점의 2 방향의 오차량을 구하기 위해서, 몇 가지의 방법이 제시되어 있지만, 공구 종류가 볼 엔드밀에 한정되고, 공구 선단을 「진원」으로서 취급하는 것이 전제로 되어 있고, 다른 선단 형상의 공구에는 적용을 할 수 없어, 중심 위치의 고정밀도의 계측은 곤란했다. 이 때문에, 다양한 선단 형상의 공구에 대해서도, 단순한 계산으로 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있도록 할 것이 요구되고 있었다.

본 발명의 목적은, 터치 프로브를 사용하지 않고 단순한 계산으로 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 다양한 선단 형상의 공구에 대해서도, 단순한 계산으로 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법은, 주축에 공구를 장착하고, 상기 공구의 위치를 비접촉으로 검출 가능한 검출 유닛을 테이블에 설치해 두고, 계측 대상의 회전축에 대해서 상기 공구와 상기 테이블을 소정의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 유닛을 사용해서 상기 테이블에 대한 상기 공구의 위치를 검출하는 검출 동작을 반복하고, 복수회의 상기 검출 동작에서 검출된 각 각도 위치에서의 상기 공구의 위치로부터 상기 회전축의 중심 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에서는, 비접촉식의 검출 유닛을 사용한 검출 동작을 복수회 반복하고, 각 각도 위치에서의 공구의 위치로부터 기하학적인 계산을 행함으로써, 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

계측에 있어서, 공작 기계의 주축에는 가공용 공구를 장착할 수 있고, 계측 직전에 주축을 회전시켜서 승온시키고, 가공 시와 마찬가지의 상태에서 계측할 수 있다. 또한, 주축에 터치 프로브를 장착할 수 없는 공작 기계에도, 폭넓게 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 터치 프로브를 사용하지 않고 단순한 계산으로 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 테이블에 대한 검출 유닛의 위치 및 방향이 고정밀도로 파악되어 있으면, 보다 적은 횟수로 회전축의 회전 중심을 계산할 수 있지만, 테이블에 대한 검출 유닛의 위치 및 방향이 고정밀도로 파악되어 있지 않아도, 복수회의 검출 동작에 의해 각 각도 위치에서의 공구의 위치를 검출함으로써, 기하학적 연산에 의해 공구의 선단 위치를 좁혀서 고정밀도로 확정할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 검출 유닛은, 상기 공구의 선단이 상기 검출 유닛에 있어서의 특정 위치에 있는 것을 비접촉으로 검출 가능하고, 상기 검출 동작에서는, 상기 주축과 상기 테이블을 상대 이동시켜서 상기 공구와 상기 테이블을 소정의 각도 위치로 인덱싱하고, 상기 각 각도 위치에서 상기 공구가 상기 검출 유닛의 상기 특정 위치에 오도록 상기 주축과 상기 테이블의 상대 위치를 조절하고, 이 상태에서 상기 주축과 상기 테이블의 상대 위치로부터 상기 각 각도 위치에서의 상기 테이블에 대한 상기 공구의 위치를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 검출 동작으로서 검출 유닛을 사용해서 테이블에 대한 공구의 위치를 검출할 때에는, 검출 유닛에 있어서 공구의 위치를 검출해도 되고, 검출 유닛을 공구의 위치 결정 지그로서 사용하여, 공작 기계의 제어 장치로부터 제어용의 위치 데이터를 취득해도 된다. 즉, 공작 기계를 제어 장치의 제어하에서 동작시키고, 주축을 이동시켜서 공구를 검출 유닛의 특정 위치에 배치하고, 이 상태에서 공작 기계의 제어 장치에 있어서의 주축의 위치 데이터를 참조함으로써, 공구의 위치를 취득할 수 있다. 특정 위치로서는, 검출 유닛에 있어서의 공구 검출 영역의 중심 위치 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출 가능한 상기 검출 유닛을 사용하여, 상기 공구와 상기 테이블을, 상기 회전축을 사이에 두고 제1 방향에 대향하는 2개의 각도 위치, 및 상기 회전축을 사이에 두고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 대향하는 2개의 각도 위치의 4개의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 동작을 행하여 상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출하고, 상기 제1 방향에 대향하는 2개의 각도 위치에서 검출된 상기 공구의 위치를 연결하는 선분의 중점을 통과하고 또한 상기 제1 방향에 교차하는 제1 직선과, 상기 제2 방향에 대향하는 2개의 각도 위치에서 검출된 상기 공구의 위치를 연결하는 선분의 중점을 통과하고 또한 상기 제2 방향에 교차하는 제2 직선을 계산하고, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선의 교점을 상기 회전축의 중심 위치로서 계측해도 된다.

본 발명에 있어서, 테이블의 직경 방향의 공구의 위치를 검출 가능한 검출 유닛으로서는, 공구의 측면으로부터의 화상을 검출해서 화상 상의 공구의 위치를 검출하는 화상 센서를, 테이블의 둘레 방향을 향해서 설치한 것을 이용할 수 있다.

회전축을 사이에 두고 대향하는 4개의 각도 위치로서는, 예를 들어 테이블의 0도 위치와 180도 위치를 제1 방향에 대향하는 2개의 각도 위치로 하고, 90도 위치 및 270도 위치를 제2 방향에 대향하는 2개의 각도 위치로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 따르면, 0도와 180도의 각도 위치에서의 검출 동작에서는 확정할 수 없는 중심 위치의 추정 범위를, 90도와 270도의 각도 위치에서의 검출 동작에 의한 공구의 위치에 따라 좁혀가서, 정확한 회전축의 중심을 확정할 수 있어, 계 4개의 각도 위치에서의 검출 동작으로, 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 공구의 상기 테이블의 표면을 따른 위치를 검출 가능한 상기 검출 유닛을 사용하여, 상기 공구와 상기 테이블을, 상기 회전축을 사이에 두고 대향하는 2개의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 동작을 행하여 상기 공구의 상기 테이블의 표면을 따른 위치를 검출하고, 2회의 상기 검출 동작에서의 상기 공구의 위치를 연결하는 선분의 중점을 계산하고, 상기 중점을 상기 회전축의 중심 위치로서 계측해도 된다.

본 발명에 있어서, 테이블의 표면을 따른 공구의 위치를 검출 가능한 검출 유닛으로서는, 공구의 테이블의 직경 방향의 위치 및 둘레 방향의 위치를 검출 가능한 검출 유닛을 이용할 수 있고, 보다 구체적으로는, 오토 포커스 기능을 갖는 화상 센서 시스템을 테이블의 둘레 방향을 향해서 테이블에 설치하고, 공구의 측면으로부터의 화상 상의 공구의 위치를 직경 방향의 위치로 하고, 오토 포커스 기능에 의해 검출되는 화상의 깊이 방향의 공구의 위치를 둘레 방향의 위치로서 검출할 수 있다.

회전축을 사이에 두고 대향하는 2개의 각도 위치로서는, 예를 들어 테이블의 0도 위치와 180도 위치 등으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 따르면, 2개의 각도 위치에서의 검출 동작이라고 하는 간단한 조작으로, 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출 가능한 상기 검출 유닛을 사용하여, 상기 공구와 상기 테이블을, 상기 회전축을 중심으로 한 소정 각도 범위 내의 복수의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 동작을 행하여 상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출하고, 복수회의 상기 검출 동작으로 얻어진 상기 공구의 위치를 플롯하고, 근사 계산에 의해 상기 회전축의 중심 위치를 계산 해도 된다.

이러한 본 발명에서는, 공작 기계의 구조적인 제약으로, 회전축 둘레의 일부의 각도 범위에서의 검출 동작을 할 수 없는 경우에도, 동 각도 범위를 제외한 한정된 각도 범위에서 복수회의 검출 동작을 반복함으로써, 회전축 중심 위치의 후보 위치를 예를 들어 원호상으로 플롯할 수 있어, 최소 제곱법 등의 근사 계산에 의해 중심 위치를 확정할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 검출 유닛은, 상기 테이블에 대한 고정 수단을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 테이블에 설치되는 검출 유닛은, 각 각도 위치에서의 검출 동작 사이에, 테이블에 대한 설치 위치가 변동되지 않는 것이 필요하다. 테이블이 상향인 경우, 단순히 적재, 즉 테이블 표면에 대하여 마찰력으로 이동 규제되는 것이면 된다. 테이블이 상향 이외가 되는 경우, 검출 유닛이 테이블로부터 낙하하지 않도록, 테이블에 대하여 다른 고정 수단을 사용하는 것이 바람직하다.

고정 수단으로서는, 착탈이 용이한 것이 바람직하고, 예를 들어 마그네트에 의한 흡착, 점착 시트나 접착제 등에 의한 점착, 클램프 등의 기계적인 고정이어도 된다. 검출 유닛은 비접촉식이기 때문에, 공구와의 접촉에 의한 이동은 기본적으로 없어, 검출 유닛을 테이블에 대하여 강고하게 고정할 필요는 없다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 검출 유닛은, 평행광속을 조사하는 조명부와, 상기 평행광속을 검출하는 촬상부를 갖고, 상기 촬상부에서 검출된 화상으로부터 상기 평행광속 중에 배치된 상기 공구의 선단 위치를 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 조사부로서는, 점 광원과 텔레센트릭 렌즈를 사용해서 평행광속을 형성하는 것, 직선상으로 배열된 광원에 의해 평행광속을 형성하는 것, 광 빔을 평행하게 흔들어서 의사적으로 평행광속을 형성하는 것, 등을 적절히 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 촬상부로서는, 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device)식의 카메라 등, 촬영한 화상을 데이터 출력해서 화상 처리 가능한 화상 검출기를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 촬상부에서 검출된 화상으로부터 평행광속 중에 배치된 공구의 선단 위치를 검출할 때에는, 촬상부에서 검출된 화상에 대하여 기존의 화상 처리를 행함으로써, 평행광속 중에 배치된 공구의 그림자를 검출하고, 에지 검출에 의해 공구 선단의 윤곽으로부터 그 중심 위치를 연산함으로써 공구의 선단 위치를 계산하는 소프트웨어를 사용할 수 있다.

이러한 본 발명에서는, 광학식의 검출을 행함으로써, 공구의 선단 위치를 비접촉으로 고정밀도로 검출할 수 있다.

또한, 위치 검출에 있어서는, 조명부와 촬상부 사이의 평행광속 중에 공구의 선단을 배치하기만 하면 되어, 검출 조작이 용이하다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 공구를 상기 촬상부에 대하여 회전시킨 상태에서, 상기 촬상부에서 상기 화상을 검출하고, 상기 화상으로부터 상기 공구의 윤곽을 검출하고, 상기 윤곽의 대칭성으로부터 상기 공구의 중심축선을 검출하고, 상기 중심축선과 상기 윤곽의 교점을 상기 공구의 선단 위치로서 검출하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에서는, 회전하는 공구의 윤곽이 선 대칭이 되는 것을 이용하여, 공구의 중심축선을 검출할 수 있음과 함께, 검출한 중심축선과 공구의 윤곽의 교점을 취함으로써, 공구의 선단 위치를 확정할 수 있다. 이때, 공구의 선단 형상에 대해서 제약은 없고, 다양한 선단 형상의 공구에 대하여 선단 위치를 확정할 수 있다. 또한, 선단 위치의 확정은, 공구의 화상 상의 기하학적 연산 처리만 하면 되어, 단순한 계산으로 공구의 선단 위치 내지 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 중심축선과 상기 윤곽의 교점을 상기 공구의 선단 위치로서 검출할 때에, 상기 중심축선의 양측에 소정 거리를 두고 한 쌍의 평행선을 설정하고, 한 쌍의 상기 평행선과 상기 윤곽의 교점을 통과하고 또한 상기 중심축선과 직교하는 보조 윤곽선을 설정하고, 상기 중심축선과 상기 보조 윤곽선의 교점을 상기 공구의 선단 위치로서 검출하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에서는, 예를 들어 선단에 복수의 돌기를 갖는 공구나, 치우친 선단을 갖는 공구 등, 회전한 상태에서는 선단부의 윤곽의 형상이 불명료해지는 공구에 대해서도, 보조 윤곽선을 설정함으로써, 중심으로부터 공구의 선단 위치를 확정할 수 있다. 이에 의해, 다양한 선단 형상의 공구에 대해서도, 단순한 계산으로 공구의 선단 위치 내지 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 공구의 연신 방향으로 상기 윤곽을 횡단하는 복수의 횡단선을 설정하고, 각각의 상기 횡단선에 대해서 상기 윤곽과의 2개의 교점 및 2개의 상기 교점의 중점을 검출하고, 각각의 상기 횡단선의 상기 중점을 통과하는 직선을 상기 공구의 중심축선으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에서는, 공구의 연신 방향(공구의 방향, 개략적인 축선 방향)을 이용하여, 공구의 정확한 중심축선(회전 대칭축)을 검출할 수 있다. 이때, 복수의 횡단선을 사용하는 기하학적인 연산 처리에 의해, 간단하게 공구의 선단 위치 내지 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명의 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 있어서, 상기 공구의 연신 방향에 대하여 상기 윤곽의 편측의 형상을 기준 패턴으로서 검출하고, 상기 기준 패턴을 반전한 형상에 합치하는 대칭 패턴을 상기 윤곽으로부터 검출하고, 상기 기준 패턴과 상기 대칭 패턴의 중간을 통과하는 직선을 상기 공구의 중심축선으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에서는, 공구의 연신 방향(공구의 방향, 개략적인 축선 방향)을 이용하여, 공구의 정확한 중심축선(회전 대칭축)을 검출할 수 있다. 이때, 화상 상의 패턴 인식에 의해, 간단하게 공구의 선단 위치 내지 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명에 따르면, 터치 프로브를 사용하지 않고 단순한 계산으로 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법을 제공할 수 있다. 또한, 다양한 선단 형상의 공구에 대해서도, 단순한 계산으로 회전축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 공작 기계를 도시하는 사시도.
도 2는 상기 제1 실시 형태의 검출 유닛을 도시하는 사시도.
도 3은 상기 제1 실시 형태의 검출 유닛을 도시하는 모식도.
도 4는 상기 제1 실시 형태의 검출 동작을 도시하는 사시도.
도 5는 상기 제1 실시 형태의 검출 동작에서의 공구 선단을 도시하는 모식도.
도 6은 상기 제1 실시 형태의 검출 동작을 도시하는 모식도.
도 7a는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 7b는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 7c는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 8a는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 8b는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 8c는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 9는 상기 제1 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 10a는 본 발명의 제2 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 10b는 본 발명의 제2 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 10c는 본 발명의 제2 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 11a는 본 발명의 제3 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 11b는 본 발명의 제3 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 11c는 본 발명의 제3 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 12a는 상기 제3 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 12b는 상기 제3 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 12c는 상기 제3 실시 형태의 C축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 13은 상기 제1 내지 제3 실시 형태의 변형예를 도시하는 모식도.
도 14는 본 발명의 제4 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 15a는 상기 제4 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 15b는 상기 제4 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 16은 상기 제4 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 17은 본 발명의 제5 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 18은 상기 제5 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 19a는 상기 제5 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 19b는 상기 제5 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 20은 상기 제5 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 21a는 본 발명의 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 21b는 본 발명의 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 21c는 본 발명의 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작을 도시하는 모식도.
도 22는 상기 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작의 변형예를 도시하는 모식도.
도 23a는 상기 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작의 변형예를 도시하는 모식도.
도 23b는 상기 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작의 변형예를 도시하는 모식도.
도 23c는 상기 제6 실시 형태의 A축 위치 계측 동작의 변형예를 도시하는 모식도.
도 24a는 상기 제7 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 24b는 상기 제7 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 24c는 상기 제7 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 25a는 상기 제7 실시 형태의 다른 방향의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 25b는 상기 제7 실시 형태의 다른 방향의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 26a는 상기 제8 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 26b는 상기 제8 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 27a는 상기 제9 실시 형태의 공구 선단 형상과 그 화상을 도시하는 모식도.
도 27b는 상기 제9 실시 형태의 공구 선단 형상과 그 화상을 도시하는 모식도.
도 27c는 상기 제9 실시 형태의 공구 선단 형상과 그 화상을 도시하는 모식도.
도 28a는 상기 제9 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.
도 28b는 상기 제9 실시 형태의 공구 선단 위치 검출 처리를 도시하는 모식도.

〔제1 실시 형태〕

도 1에 있어서, 공작 기계(1)는, 베드(11)의 상면에 이동 테이블(12) 및 회전 테이블(13)을 갖는다.

이동 테이블(12)은, 베드(11)의 상면을 따라 이동 가능하게 지지되며, 베드(11)에 형성된 X축 이동 기구(도시 생략)에 의해 이동되어, X축 방향의 소정 위치에 위치 결정 가능하다.

회전 테이블(13)은, 이동 테이블(12)의 상면에 회전 가능하게 설치되며, 이동 테이블(12)에 형성된 C축 회전 기구(도시 생략)에 의해 회전되어, C축 둘레의 소정 각도 위치에 위치 결정 가능하다.

회전 테이블(13)의 상면에는, 가공 대상인 워크(2)가 고정된다.

공작 기계(1)는, 베드(11)의 상면에 문형의 컬럼(14)을 갖는다.

컬럼(14)은, 이동 테이블(12)의 X축 방향의 이동 경로에 걸쳐 있도록 문형으로 형성되어 있다. 컬럼(14)에는, 새들(15) 및 슬라이더(16)를 통해 주축 헤드(17)가 지지되어 있다.

새들(15)은 컬럼(14)의 수평 바를 따라 이동 가능하게 지지되며, 컬럼(14)에 설치된 Y축 이동 기구(도시 생략)에 의해 이동되어, Y축 방향의 소정 위치에 위치 결정 가능하다.

슬라이더(16)는 새들(15)의 수직인 표면을 따라 승강 가능하게 지지되며, 새들(15)에 설치된 Z축 이동 기구(도시 생략)에 의해 이동되어, Z축 방향의 소정 위치에 위치 결정 가능하다.

주축 헤드(17)는 슬라이더(16)의 하부 표면에 회전 가능하게 지지되며, 슬라이더(16)에 형성된 A축 회전 기구(도시 생략)에 의해 회전되어, A축 둘레의 소정 각도 위치에 위치 결정 가능하다.

주축 헤드(17)에는, 주축(18)이 회전 가능하게 지지되며, 주축(18)의 선단에는 공구(3)가 장착된다.

주축(18)은 주축 헤드(17)에 설치된 모터에 의해 회전되며, 워크(2)의 절삭 가공에 필요한 소정의 회전수 및 토크로 공구(3)를 회전시킬 수 있다.

공작 기계(1)는 전술한 이동 테이블(12)의 X축 이동, 새들(15)의 Y축 이동, 슬라이더(16)의 Z축 이동의 3개에, 회전 테이블(13)의 C축 회전, 주축 헤드(17)의 A축 회전의 2개를 추가한 5축 제어에 의해, 워크(2)에 대하여 다양한 절삭 가공이 가능하다. 이들의 동작 제어를 행하기 위해서, 공작 기계(1)에는 CNC(컴퓨터 수치 제어)식의 제어 장치(9)가 접속되어 있다.

이러한 공작 기계(1)에 있어서, 회전 테이블(13)의 C축의 회전축 중심 위치를 이하의 수순으로 계측한다.

도 2에 있어서, 본 실시 형태에서는, 공작 기계(1)의 C축 중심 위치의 계측을 행하기 위해서, 회전 테이블(13)에 검출 유닛(20)을 설치한다.

도 3에 있어서, 검출 유닛(20)은 케이스(21)를 갖고, 케이스(21)의 양단의 다리부(22)로 회전 테이블(13)의 표면에 착탈 가능하다. 다리부(22)는, 점착 혹은 마그네트나 흡반 등의 고정 수단을 갖고, 회전 테이블(13)의 표면에 어긋나지 않도록 고정된다.

케이스(21)는 중간부 상면측으로 개방되는 개구부(23)를 갖는다. 케이스(21)의 내부에는, 개구부(23)를 사이에 두고 한쪽 측에 조명부(24)가 설치되고, 반대측에 텔레센트릭 렌즈(25), 촬상부인 CCD 카메라(26) 및 연산부(27)가 설치되어 있다.

조명부(24)는 개구부(23)를 통해서 텔레센트릭 렌즈(25)를 향해서 평행광속(28)을 조사 가능하다.

평행광속(28)은 텔레센트릭 렌즈(25)에 의해 집속되어, CCD 카메라(26)로 촬영된다.

촬상부인 CCD 카메라(26)는, 입사된 집속광으로부터 평행광속(28)의 횡단 화상을 검출한다. 여기서, 개구부(23)에 검출 대상물(29)이 배치되면, 평행광속(28)의 일부가 차단되어, 그림자(281)가 형성된다.

연산부(27)는 CCD 카메라(26)의 검출 화상을 처리하여, 검출 화상에 나타나는 그림자(281)에 있어서의 폭 및 높이를 측정함으로써, 검출 대상물(29)의 폭 및 높이를 비접촉으로 검출 가능하다.

도 4에 있어서, 전술한 검출 유닛(20)의 개구부(23)에 공구(3)의 선단을 도입함으로써, 공구(3)의 선단이 검출 대상물(29)로서 평행광속(28) 중에 배치되어, 공구(3)의 선단 위치를 검출할 수 있다.

검출 유닛(20)은, 평행광속(28)이 회전 테이블(13)의 둘레 방향(회전 테이블(13)의 반경 방향과 직교하는 방향)이 되도록, 즉 조명부(24)와 CCD 카메라(26)가 회전 테이블(13)의 둘레 방향을 따라 마주보는 자세로 해 둔다.

검출 유닛(20)의 위치는, 회전 테이블(13)의 중심으로부터 이격된 위치이면 되고, 정확한 위치를 계측해 둘 필요는 없다. 또한, 검출 유닛(20)의 방향도, 평행광속(28)이 회전 테이블(13)의 둘레 방향을 정확하게 따르는 방향일 필요는 없다. 이것은, 정확하지 않은 성분이 있어도, 후술하는 대향 위치(각도 위치 A0과 각도 위치 A180, 각도 위치 A90과 각도 위치 A270)에서의 연산 시에, 정확하지 않은 성분이 상쇄되기 때문이다.

공구(3)를 검출 유닛(20)에 도입할 때에는, 공구(3)의 선단 위치가 CCD 카메라(26)의 검출 화상(도 5의 검출 화상(261))의 중앙에 오도록 위치를 조정한다.

도 5에 있어서, CCD 카메라(26)의 검출 화상(261)에는, 공구(3)의 선단의 그림자(281)가 나타난다.

검출 화상(261)에 있어서는, 그림자(281)의 윤곽(282)으로부터, 공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표(Tv, Th)를 정확하게 산출해 낼 수 있다.

검출 화상(261)에서 검출되는 좌표(Tv, Th) 중, 수직 방향의 좌표 Tv는 공작 기계(1)의 Z축 좌표에 상당한다. 한편, 수평 방향의 좌표 Th는, 회전 테이블(13)의 중심에 대한 공구(3)의 직경 방향 위치 Rc(반경 방향의 거리)이며, 회전 테이블(13)의 각도 위치에 따라서 공작 기계(1)의 X축 좌표 및 Y축 좌표에 투영된다. 예를 들어, 회전 테이블(13)이 도 7a의 각도 위치 A0에 있을 때, 검출 화상(261)은 공작 기계(1)의 X축에 교차하고, 좌표 Th는 공작 기계(1)의 Y축의 좌표 Ty가 된다. 회전 테이블(13)이 도 8a의 각도 위치 A90에 있을 때, 검출 화상(261)은 공작 기계(1)의 Y축에 교차하고, 좌표 Th는 공작 기계(1)의 X축의 좌표 Tx가 된다.

공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표(Tv, Th)의 산출에 있어서는, 연산부(27)에 있어서 검출 화상(261)의 화상 처리에 의한 공구(3)의 선단 위치 검출을 행해도 되고, 검출 유닛(20)을 공구(3)의 위치 결정 지그로서 사용하여, 공작 기계(1)의 위치 데이터를 취득해서 공구(3)의 선단 위치로 해도 된다. 이때의 공구(3)의 선단 위치의 검출 처리는, 검출 유닛(20)에 설치된 연산부(27)에서 행할 수 있는 것 외에, 검출 유닛(20)에서는 CCD 카메라(26)에 의한 화상 검출까지를 행하고, 검출 화상(261)의 처리 내지 공구(3)의 선단 위치의 검출은 공작 기계(1)의 제어 장치(9)에서 행해도 된다.

도 6에 있어서, 공작 기계(1)의 제어 장치(9)는, 전술한 각 축 이동 등을 제어하기 위한 동작 제어부(91)를 가짐과 함께, 검출 유닛(20)으로부터 취득한 검출 화상(261)을 화상 처리해서 공구(3)의 선단 위치를 검출하는 공구 위치 검출부(92)를 갖는다.

검출 동작에 있어서는, 동작 제어부(91)의 제어하에서 공작 기계(1)를 동작시키고, 주축(18)을 이동시켜서 공구(3)를 검출 유닛(20)의 개구부(23) 내에 도입하고, 공구(3)의 선단이 검출 유닛(20)의 특정 위치에 오도록 주축(18)과 회전 테이블(13)의 상대 위치를 조절한다. 이 상태에서, 공구 위치 검출부(92)는 동작 제어부(91)로부터 주축(18)의 위치 데이터(공작 기계(1)의 Z축 좌표, X축 좌표 및 Y축 좌표)를 취득하고, 검출 화상(261)에 있어서의 좌표 Tv, Th를 계산하고, 이것을 공구(3)의 선단 위치로 할 수 있다.

특정 위치로서는, 검출 유닛(20)에 있어서의 공구 검출 영역인 개구부(23)의 중심 위치 등을 이용할 수 있다. 공구(3)의 선단을 특정 위치에 배치하기 위해서, CCD 카메라(26)의 검출 화상(261)에 특정 위치를 나타내는 마커 등을 표시할 수 있다. 한편, CCD 카메라(26)의 검출 화상(261)의 중앙 위치를 특정 위치로 하고, 목시 확인만으로 특정 위치라 판정해도 된다. 이것은, 특정 위치가 정확하지 않아도, 후술하는 대향 위치(각도 위치 A0과 각도 위치 A180, 각도 위치 A90과 각도 위치 A270)에서의 연산 시에, 정확하지 않은 성분이 상쇄되기 때문이다.

본 실시 형태에서는, 상술한 검출 유닛(20)을 사용하여, 공작 기계(1)의 C축 중심 위치를 이하의 수순으로 계측한다.

도 7a에 있어서, 우선 회전 테이블(13)을 각도 위치 A0으로 하고, 회전 테이블(13)의 중심으로부터 이격된 위치에 검출 유닛(20)을 둔다.

회전 테이블(13)의 각도 위치 A0은, CCD 카메라(26)의 광축이 공작 기계(1)의 X축을 따른 상태로 한다. 단, 각도 위치 A0은 임의의 각도여도 된다.

검출 유닛(20)을 설치하면, 회전 테이블(13)의 상방으로부터 주축(18)(도 1 참조)을 하강시켜서, 공구(3)를 검출 유닛(20)의 개구부(23)에 도입한다. 그리고, 검출 유닛(20)에 의해 각도 위치 A0에 있어서의 공구(3)의 위치 P0(Tx0, Ty0)을 기록해 둔다.

다음으로, 공구(3)를 상승시켜서 검출 유닛(20)으로부터 빼낸 뒤, 검출 유닛(20)을 얹은 채 회전 테이블(13)을 각도 위치 A0으로부터 180도 회전시켜서, 각도 위치 A0에 대하여 C축을 사이에 두고 제1 방향 D1에 대향하는 각도 위치 A180이라 한다.

도 7b에 있어서, 회전 테이블(13)이 각도 위치 A180에 있는 상태에서, 다시 공구(3)를 검출 유닛(20)에 도입한다. 그리고, 검출 유닛(20)에 의해 각도 위치 A180에 있어서의 공구(3)의 선단 위치 P180(Tx180, Ty180)을 기록해 둔다.

도 7c에 있어서, 각도 위치 A0 위치 및 각도 위치 A180에서의 공구(3)의 위치 P0, P180이 얻어지면, 연산부(27)에 의해, C축 중심 위치를 통과하고 또한 제1 방향 D1과 교차하는 제1 직선 L1을 계산한다. 구체적으로는, 각도 위치 A0에서의 공구(3)의 위치 P0과 각도 위치 A180에서의 공구(3)의 선단 위치 P180을 선분 L01로 연결하고, 그 중점을 통과하고 또한 제1 방향 D1과 교차하는 직선을 제1 직선 L1이라 한다.

도 7a 내지 도 7c의 검출 동작에 의해 제1 직선 L1이 얻어지면, 마찬가지의 수순으로 제2 직선 L2를 계산한다.

도 8a에 있어서, 검출 유닛(20) 및 회전 테이블(13)을 각도 위치 A90(각도 위치 A0으로부터 90도 회전한 각도 위치)이라 하고, 공구(3)를 검출 유닛(20)의 개구부(23)에 도입한다. 그리고, 검출 유닛(20)에 의해 각도 위치 A90에 있어서의 공구(3)의 선단 위치 P90(Tx90, Ty90)을 기록해 둔다.

도 8b에 있어서, 마찬가지의 조작에 의해, 검출 유닛(20) 및 회전 테이블(13)을, 각도 위치 A90에 대하여 C축을 사이에 두고 제2 방향 D2(제1 방향 D1과 교차한다)에 대향하는 각도 위치 A270이라 하고, 검출 유닛(20)에 의해 각도 위치 A270에 있어서의 공구(3)의 선단 위치 P270(Tx270, Ty270)을 기록해 둔다.

도 8c에 있어서, 각도 위치 A90 및 각도 위치 A270에서의 공구(3)의 선단 위치 P90, P270이 얻어지면, 연산부(27)에 의해, C축 중심 위치를 통과하고 또한 제2 방향 D2와 교차하는 제2 직선 L2를 계산한다. 구체적으로는, 각도 위치 A90에서의 공구(3)의 선단 위치 P90과 각도 위치 A270에서의 공구(3)의 선단 위치 P270을 선분 L02로 연결하고, 그 중점을 통과하고 또한 제2 방향 D2와 교차하는 직선을 제2 직선 L2라 한다.

도 9에 있어서, 제1 직선 L1 및 제2 직선 L2가 얻어지면, 연산부(27)에 의해 제1 직선 L1과 제2 직선 L2의 교점 Pc를 계산한다. 이에 의해, C축 중심 위치의 존재 가능 범위가 교점 Pc의 1점에 한정되어, 공작 기계(1)의 정확한 C축 중심 위치를 계측할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 실시 형태에서는, 주축(18)에 공구(3)를 장착하고, 공구(3)의 위치를 비접촉으로 검출 가능한 검출 유닛(20)을 회전 테이블(13)에 설치해 두고, 계측 대상의 C축에 대해서 공구(3)와 회전 테이블(13)을 소정의 각도 위치(A0, A90, A180, A270)로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 검출 유닛(20)에 의해 회전 테이블(13)에 대한 공구(3)의 위치(P0, P90, P180, P270)를 검출하는 검출 동작을 반복하여, 4회의 검출 동작에서 검출된 각 각도 위치에서의 공구(3)의 위치로부터 C축의 중심 위치(Pc)를 계산했다.

이러한 본 실시 형태에서는, 비접촉식의 검출 유닛(20)을 사용한 검출 동작을 4회 반복하여, 각 각도 위치에서의 공구(3)의 위치로부터 기하학적인 계산을 행함으로써, C축의 중심 위치(Pc)를 고정밀도로 계측할 수 있다.

계측에 있어서, 공작 기계(1)의 주축(18)에는 가공용 공구(3)를 장착할 수 있고, 계측 직전에 주축(18)을 회전시켜서 승온시키고, 가공 시와 마찬가지의 상태에서 계측할 수 있다. 또한, 주축(18)에 터치 프로브를 장착할 수 없는 공작 기계(1)에도, 폭넓게 적용할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 따르면, 터치 프로브를 사용하지 않고 단순한 계산으로 C축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 특히 공구(3)의 회전 테이블(13)의 직경 방향의 위치를 검출 가능한 검출 유닛(20)을 사용하여, 공구(3)와 회전 테이블(13)을, C축을 사이에 두고 제1 방향 D1에 대향하는 2개의 각도 위치 A0, A180, 및 C축을 사이에 두고 제1 방향 D1과 교차하는 제2 방향 D2에 대향하는 2개의 각도 위치 A90, A270의 4개의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 검출 동작을 행하여 공구(3)의 회전 테이블(13)의 직경 방향의 위치(P0, P90, P180, P270)를 검출하고, 제1 방향 D1에 대향하는 2개의 각도 위치 A0, A180에서 검출된 공구(3)의 위치 P0, P180을 연결하는 선분 L01의 중점을 통과하고 또한 제1 방향 D1에 교차하는 제1 직선 L1과, 제2 방향 D2에 대향하는 2개의 각도 위치 A90, A270에서 검출된 공구(3)의 위치 P90, P270을 연결하는 선분 L02의 중점을 통과하고 또한 제2 방향 D2에 교차하는 제2 직선 L2를 계산하고, 제1 직선 L1과 제2 직선 L2의 교점 Pc를 C축의 중심 위치로서 계측했다.

이 때문에, 본 실시 형태의 검출 유닛(20)으로서는, 회전 테이블(13)의 직경 방향의 공구(3)의 위치를 검출 가능하면 되고, 공구(3)의 측면으로부터의 검출 화상(261)(도 5 참조)을 검출해서 화상 상의 공구(3)의 위치를 검출하는 화상 센서(조명부(24) 내지 CCD 카메라(26), 도 3 참조)를, 회전 테이블(13)의 둘레 방향을 향해서 설치한 것을 이용할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 따르면, 0도와 180도의 각도 위치 A0, A180에서의 검출 동작에서는 확정할 수 없는 C축 중심 위치의 추정 범위(직선 L1)를, 90도와 270도의 각도 위치 A90, A270에서의 검출 동작에 의한 공구(3)의 위치(직선 L2)에 의해 좁혀가서, 정확한 C축의 중심을 확정할 수 있어, 계 4개의 각도 위치(A0, A90, A180, A270)에서의 검출 동작으로, C축의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 검출 유닛(20)은, 평행광속(28)을 조사하는 조명부(24)와, 평행광속(28)을 검출하는 촬상부(텔레센트릭 렌즈(25) 및 CCD 카메라(26))와, 검출 화상(261)으로부터 평행광속(28) 중에 배치된 공구(3)의 선단 위치를 검출하는 연산부(27)를 갖는 것으로 하고, 검출 화상(261)에 대하여 기존의 화상 처리를 행함으로써, 평행광속(28) 중에 배치된 공구(3)의 그림자(281)를 검출하고, 에지 검출에 의해 공구(3)의 선단의 윤곽(282)으로부터 그 중심 위치를 연산함으로써, 공구(3)의 선단 위치(283)를 계산할 수 있다.

그 결과, 검출 유닛(20)에 의해, 광학식의 검출을 행함으로써, 공구(3)의 선단 위치를 비접촉으로 고정밀도로 검출할 수 있다.

또한, 위치 검출에 있어서는, 조명부(24)와 촬상부(텔레센트릭 렌즈(25) 및 CCD 카메라(26)) 사이의 평행광속(28) 중에 공구(3)의 선단을 배치하기만 하면 되어, 검출 조작이 용이하다.

본 실시 형태에서는, 검출 유닛(20)은, 회전 테이블(13)에 대한 고정 수단을 갖는 것으로 했기 때문에, 검출 유닛(20)의 회전 테이블(13)에 대한 설치 위치가, 각 각도 위치에서의 검출 동작 사이에 변동하지 않도록 할 수 있다.

〔제2 실시 형태〕

도 10a 내지 도 10c에는, 본 발명의 제2 실시 형태가 나타나 있다.

전술한 제1 실시 형태에서는, 공작 기계(1)(도 1 참조)의 C축 중심 위치의 계측을 행하기 위해서, 회전 테이블(13)에 검출 유닛(20)을 설치하고(도 2 및 도 3 참조), 각도 위치 A0, A180에서의 공구(3)의 직경 방향 위치의 검출 동작에 의해 제1 직선 L1을 검출하고, 각도 위치 A90, A270에서의 동 검출 동작에 의해 제2 직선 L2를 검출하고, 그 교점 Pc를 공작 기계(1)의 정확한 C축 중심 위치로서 계측하고 있었다.

이에 반해, 본 실시 형태에서는, 각도 위치 A0, A180에서의 검출 동작에 있어서 공구(3)의 직경 방향 위치와 함께 둘레 방향 위치, 즉 회전 테이블(13)의 표면을 따른 평면 위치를 검출함으로써, 공작 기계(1)의 정확한 C축 중심 위치를 계측한다.

도 10a에 있어서, 각도 위치 A0에 있는 회전 테이블(13)에는 검출 유닛(20A)이 놓여 있다.

검출 유닛(20A)은, 기본 구성이 제1 실시 형태의 검출 유닛(20)과 마찬가지이고, 또한 오토 포커스 기능을 이용한 화상의 깊이 방향의 좌표 검출이 가능하다. 오토 포커스 기능을 사용한 좌표 검출로서는, 예를 들어 도 5의 검출 화상(261)에 있어서, 공구(3)의 그림자(281)의 윤곽(282)에 대하여 에지 검출을 행하고, 콘트라스트 최대가 되는 초점 위치를 검출함으로써, 화상의 깊이 방향의 좌표를 정확하게 검출할 수 있다.

따라서, 회전 테이블(13)에 놓인 검출 유닛(20A)에 공구(3)를 도입함으로써, 회전 테이블(13)에 대한 공구(3)의 직경 방향 위치 Rc 및 둘레 방향 위치 Cc를 검출할 수 있다. 이러한, 각도 위치 A0에 있어서의 검출 동작에 의해, 공구(3)의 회전 테이블(13)에 대한 평면 위치 PA0이 계측된다.

도 10b에 있어서, 각도 위치 A0에서의 검출 동작이 완료되면, 회전 테이블(13)을 각도 위치 A180으로 이동시키고, 각도 위치 A180에서 마찬가지의 검출 동작을 행함으로써, 공구(3)의 회전 테이블(13)에 대한 평면 위치 PA180이 계측된다.

도 10c에 있어서, 평면 위치 PA0 및 평면 위치 PA180이 얻어지면, 연산부(27)에 의해 평면 위치 PA0과 평면 위치 PA180을 연결하는 선분 LA의 중점 PAc를 계산한다. 이 중점 PAc에 의해, 공작 기계(1)의 정확한 C축 중심 위치를 계측할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 따르면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어짐과 함께, 공구(3)의 선단의 검출 동작이 각도 위치 A0, A180의 2군데에서 완료되어, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 각도 위치 A90, A270 등, 다른 각도 위치에서의 검출 동작이 필요없기 때문에, 예를 들어 각도 위치 A90, A270이 병진축(XYZ축)의 구조적인 제약에 의해 검출 동작의 범위 외가 되는 공작 기계(1)에서도, 각도 위치 A0, A180에서의 검출 동작에 의해 정확한 C축 중심 위치를 계측할 수 있다.

〔제3 실시 형태〕

도 11a 내지 도 12c에는, 본 발명의 제3 실시 형태가 나타나 있다.

전술한 제1 실시 형태에서는 각도 위치 A0, A180 및 각도 위치 A90, A270에서의 검출 동작을 행하고, 제2 실시 형태에서는 각도 위치 A0, A180에서의 검출 동작을 행하고 있어, 각각 회전 테이블(13)의 중심을 사이에 두고 대향하는 각도 위치 A0, A180에서의 검출 동작이 필요했다.

이에 반해, 본 실시 형태에서는, 각도 위치 A0으로부터 180도 미만의 복수의 각도 위치 An에서 각각 제1 실시 형태와 마찬가지로, 공구(3)의 선단 위치의 검출 동작을 행하여, 검출 결과의 연산에 의해 공작 기계(1)의 정확한 C축 중심 위치를 계측한다.

본 실시 형태에 있어서, 공작 기계(1), 회전 테이블(13) 및 검출 유닛(20)에 대해서는 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지이고, 이들의 구성에 관한 중복된 설명은 생략한다.

도 11a에 있어서, 우선, 검출 유닛(20)이 설치된 회전 테이블(13)을 각도 위치 A0에 배치하고, 검출 유닛(20)의 개구부(23)에 공구(3)의 선단을 도입하고, 그 위치를 검출 유닛(20)에서 검출해서 공구(3)의 위치 P0이라 한다.

도 11b에 있어서, 이어서, 회전 테이블(13)을 30도 회전시켜서 다음의 각도 위치 A30까지 회전시켜서, 각도 위치 A0과 마찬가지의 조작에 의해 공구(3)의 위치 P30을 검출한다.

도 11c에 있어서, 회전 테이블(13)을 30도 더 회전시켜서 다음의 각도 위치 A60까지 회전시켜서, 각도 위치 A0과 마찬가지의 조작에 의해 공구(3)의 위치 P60을 검출한다.

도 12a에 있어서, 회전 테이블(13)을 다음 각도 위치 A120까지 회전시켜서, 각도 위치 A0과 마찬가지의 조작에 의해 공구(3)의 위치 P120을 검출한다.

도 12b에 있어서, 회전 테이블(13)을 다음 각도 위치 A150까지 회전시켜서, 각도 위치 A0과 마찬가지의 조작에 의해 공구(3)의 위치 P150을 검출한다.

도 12c에 있어서, 전술한 각도 위치 A0 내지 A150에서 검출된 공구(3)의 위치 P0 내지 P150은 화면 상에 플롯했을 때에 원호상으로 배열되게 된다. 원호상으로 배열된 위치 P0 내지 P150의 점열에 대하여, 예를 들어 최소 제곱법 등에 의해, 원호상의 중심점 PBc의 위치를 고정밀도로 계산할 수 있고, 여기에서 얻어진 중심점 PBc를 공작 기계(1)의 정확한 C축 중심 위치로서 계측할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어짐과 함께, 공작 기계(1)에 있어서의 병진축(XYZ축)의 구조적인 제약에 의해 검출 동작의 가능 범위가 180도 미만이라도, 복수 위치에서의 검출 동작에 의해 정확한 C축 중심 위치를 계측할 수 있다.

〔제1 내지 제3 실시 형태의 변형〕

전술한 제1 내지 제3 실시 형태에 있어서는, 각도 위치 An에서의 검출 동작 시에, 검출 유닛(20)으로 공구(3)의 선단의 화상을 촬영했지만, 공구(3)의 검출 화상 상의 위치는 각도 위치 An마다 어긋나 있어도 된다.

도 13에 있어서, 검출 유닛(20)의 검출 화상(261)에 있어서, 공구(3)의 그림자(281)의 윤곽(282)의 검출 화상(261) 상의 위치는, 각도 위치 A0과 다른 각도 위치 An에서 항상 동일한 위치가 되지 않는 경우가 있다. 그러나, 검출 화상(261)의 화상 처리에 의해, 각도 위치 A0(2점 쇄선)의 위치로부터의 어긋남양 dc0을 산출할 수 있으면, 그 만큼의 보정에 의해 공구(3)의 좌표를 확정할 수 있어, 공구(3)의 검출 화상(261) 상의 위치는 각도 위치 An마다 어긋나 있어도 된다.

〔제4 실시 형태〕

도 14 내지 도 16에는, 본 발명의 제4 실시 형태가 나타나 있다.

본 실시 형태는, 공작 기계(1)에 있어서의 A축 중심 위치로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)를 계측하는 것이다.

본 실시 형태에 있어서의 공작 기계(1) 및 계측에 사용하는 검출 유닛(20)에 대해서는, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 중복된 설명은 생략한다.

본 실시 형태에서는, 회전 테이블(13)에 검출 유닛(20)을 설치한다.

검출 유닛(20)은 개구부(23)가 회전 테이블(13)의 중앙(C축 회전 중심 위치)에 오도록 배치한다. 그리고, 평행광속(28)의 방향이 공작 기계(1)의 X축 방향이 되도록 검출 유닛(20)의 방향을 조정해 둔다. 검출 유닛(20)의 방향은, 회전 테이블(13)의 C축 회전에 의해 조정해도 된다.

검출 유닛(20)이 설치되면, 공작 기계(1)의 각 축 동작에 의해 주축 헤드(17)를 검출 유닛(20)에 접근시키고, 주축(18)에 장착된 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입해서 검출 동작을 행한다.

도 15a에 있어서, 우선, 공작 기계(1)의 A축 회전에 의해, 공구(3)가 Y축 「+」 방향을 향한 상태(A축 둘레의 각도 위치 A0)로 하고, 이 상태에서 공작 기계(1)의 각 축 이동에 의해 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입한다. 또한, 공작 기계(1)의 Y축 및 Z축의 이동에 의해, 검출 유닛(20)에서 얻어지는 검출 화상(262)에 있어서 공구(3)의 그림자(281)의 선단 위치(283)가 검출 화상(262)의 중앙에 오도록 조정하고, 이때의 공작 기계(1)의 Y축 위치 및 Z축 위치(도 16의 Y1, Z1)를 기록해 둔다.

도 15b에 있어서, 이어서, 공작 기계(1)의 A축 회전에 의해, 공구(3)가 Y축 「-」 방향을 향한 상태(A축을 사이에 두고 각도 위치 A0과 대향하는 각도 위치 A180)로 하고, 이 상태에서 공작 기계(1)의 각 축 이동에 의해 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입한다. 또한, 공작 기계(1)의 Y축 및 Z축의 이동에 의해, 검출 유닛(20)에서 얻어지는 검출 화상(262)에 있어서 공구(3)의 그림자(281)의 선단 위치(283)가 검출 화상(262)의 중앙에 오도록 조정하고, 이때의 공작 기계(1)의 Y축 위치 및 Z축 위치(도 16의 Y2, Z2)를 기록해 둔다.

도 16에 있어서, 각도 위치 A0에서의 공작 기계(1)의 Y축 위치 Y1 및 Z축 위치 Z1과, 각도 위치 A180에서의 공작 기계(1)의 Y축 위치 Y2 및 Z축 위치 Z2의 차는, 각각 공구(3)의 선단을 동일한 위치에 배치한 결과, A축(주축 헤드(17)의 회전축(171))에 있어서의 회전 중심의 흔들림에 기초하고 있다.

따라서, 각도 위치 A0 및 각도 위치 A180에서의 각 축 위치의 차분의 1/2로부터, 공작 기계(1)의 A축 중심 위치로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)(Y=(Y1-Y2)/2, Z=(Z1-Z2)/2)를 계측할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 의해서도, A축 중심 위치로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)의 계측에 있어서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

〔제5 실시 형태〕

도 17 내지 도 20에는, 본 발명의 제5 실시 형태가 나타나 있다.

본 실시 형태는, 소위 요람식 공작 기계(1A)에 있어서의 A축 중심 위치와 공구(3)의 선단이 일치하는 좌표를 계측하는 것이다.

도 17에 있어서, 회전 테이블(13)은 크레이들(131)을 통해 이동 테이블(12)(도 1 참조)에 지지되고, 크레이들(131)에 대하여 C축 둘레로 회전 가능하다. 크레이들(131)은 한 쌍의 트러니언(132)에 의해 이동 테이블(12)에 대하여 A축 둘레로 회전 가능하다.

또한, 공작 기계(1A)에 있어서는, 주축 헤드(17)는 슬라이더(16)(도 1 참조)에 대하여 고정되고, A축 회전은 행하지 않고, 항상 Z축 하향으로 보유 지지되어 있다.

본 실시 형태에서는, 회전 테이블(13)에 검출 유닛(20)을 설치한다. 검출 유닛(20)에 대해서는, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 중복된 설명은 생략한다.

검출 유닛(20)은 개구부(23)가 회전 테이블(13)의 중앙(C축 회전 중심 위치)에 오도록 배치한다. 그리고, 평행광속(28)의 방향이 공작 기계(1A)의 X축 방향이 되도록 검출 유닛(20)의 방향을 조정해 둔다. 검출 유닛(20)의 방향은, 회전 테이블(13)의 C축 회전에 의해 조정해도 된다.

검출 유닛(20)이 설치되면, 공작 기계(1A)의 각 축 동작에 의해 주축 헤드(17)를 검출 유닛(20)에 접근시키고, 주축(18)에 장착된 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입해서 검출 동작을 행한다.

도 18의 (A)에 있어서, 우선, 크레이들(131)의 A축 회전에 의해, 회전 테이블(13)이 Y축 「+」 방향을 향한 상태(A축 둘레의 각도 위치 A0)로 하고, 이 상태에서 공작 기계(1A)의 각 축 이동에 의해 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입한다.

도 19a에 있어서, 크레이들(131)을 각도 위치 A0으로 한 상태에서, 공작 기계(1A)의 Y축 및 Z축의 이동에 의해, 검출 유닛(20)에서 얻어지는 검출 화상(263)에 있어서 공구(3)의 그림자(281)의 선단 위치(283)가 검출 화상(263)의 중앙에 오도록 조정하고, 이때의 공작 기계(1A)의 Y축 위치 및 Z축 위치(도 20의 Y1, Z1)를 기록해 둔다.

도 18의 (B)에 있어서, 계속해서, 크레이들(131)의 A축 회전에 의해, 회전 테이블(13)이 Y축 「-」 방향을 향한 상태(A축을 사이에 두고 각도 위치 A0과 대향하는 각도 위치 A180)로 하고, 이 상태에서 공작 기계(1A)의 각 축 이동에 의해 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입한다.

도 19b에 있어서, 크레이들(131)을 각도 위치 A180으로 한 상태에서, 공작 기계(1A)의 Y축 및 Z축의 이동에 의해, 검출 유닛(20)에서 얻어지는 검출 화상(263)에 있어서 공구(3)의 그림자(281)의 선단 위치(283)가 검출 화상(263)의 중앙에 오도록 조정하고, 이때의 공작 기계(1A)의 Y축 위치 및 Z축 위치(도 20의 Y2, Z2)를 기록해 둔다.

도 20에 있어서, 각도 위치 A0에서의 공작 기계(1A)의 Y축 위치 Y1 및 Z축 위치 Z1과, 각도 위치 A180에서의 공작 기계(1A)의 Y축 위치 Y2 및 Z축 위치 Z2의 차는, 각각 공구(3)의 선단을 동일한 위치에 배치한 결과, 크레이들(131)의 A축 회전 중심의 흔들림에 기초하고 있다.

따라서, 각도 위치 A0 및 각도 위치 A180에서의 각 축 위치로부터, 식 (Y=(Y1+Y2)/2, Z=(Z1+Z2)/2)에 의해, 공작 기계(1A)의 A축 중심 위치와 공구(3)의 선단이 일치하는 좌표를 계측할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 의해서도, A축 중심 위치와 공구(3)의 선단이 일치하는 좌표의 계측에 있어서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

〔제6 실시 형태〕

도 21a 내지 도 23c에는, 본 발명의 제6 실시 형태가 나타나 있다.

본 실시 형태는, 전술한 제4 실시 형태와 마찬가지의 구성을 사용하여, 공작 기계(1)에 있어서의 A축 중심 위치로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)를 계측하는 것이다.

단, 제4 실시 형태가 각도 위치 A0과, A축을 사이에 두고 각도 위치 A0과 대향하는(즉 180도 간격이 되는) 각도 위치 A180의, 2군데에서 공작 기계(1)의 Y축 위치 Y1, Y2 및 Z축 위치 Z1, Z2를 검출한 데 반해, 본 실시 형태에서는, 각도 위치 A0으로부터 180도의 범위 내의 복수의 각도 위치 An에서 Y축 위치 및 Z축 위치의 검출 동작을 행한다.

도 21a에 있어서, 우선, 공작 기계(1)의 A축 회전(주축 헤드(17)의 회전축(171)의 회전)에 의해, 공구(3)가 Y축 「+」 방향을 향한 상태(A축 둘레의 각도 위치 A0)로 하고, 이 상태에서 공작 기계(1)의 각 축 이동에 의해 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입한다.

도 21b에 있어서, 공구(3)가 각도 위치 A0에 배치된 뒤, 공작 기계(1)의 Y축 및 Z축의 이동에 의해, 검출 유닛(20)에서 얻어지는 검출 화상(264)에 있어서 공구(3)의 그림자(281)의 선단 위치(283)가 검출 화상(264)의 중앙에 오도록 조정하고, 이때의 공작 기계(1)의 Y축 위치 및 Z축 위치를 기록해 둔다. 기록되는 Y축 위치 및 Z축 위치는, 각 각도 위치 An에 있어서의 A축 중심 위치 Q0이 된다.

계속해서, 공작 기계(1)의 A축 회전에 의해, 공구(3)를 각도 위치 A30(각도 위치 A0으로부터 30도 회전한 상태)으로 하고, 이 상태에서 각도 위치 A0과 마찬가지로, 공작 기계(1)의 각 축 이동에 의해 공구(3)의 선단을 개구부(23)에 도입하고, 검출 유닛(20)에서 얻어지는 검출 화상(264)에 있어서 공구(3)의 그림자(281)의 선단 위치(283)가 검출 화상(264)의 중앙에 오도록 조정하고, 그때의 공작 기계(1)의 Y축 위치 및 Z축 위치(A축 중심 위치 Q30)를 기록한다.

또한, 공작 기계(1)의 A축 회전에 의해, 공구(3)를 각도 위치 A60(각도 위치 A0으로부터 60도 회전한 상태)로 하고, 각도 위치 A0, A30과 마찬가지의 수순으로 공작 기계(1)의 Y축 위치 및 Z축 위치(A축 중심 위치 Q60)를 기록한다.

마찬가지로 하여, 각도 위치 A90, A120, A150, A180에 있어서의 공작 기계(1)의 Y축 위치 및 Z축 위치(A축 중심 위치 Q90, Q120, Q150, Q180)를 기록해 간다.

도 21c에 있어서, 상술한 검출 동작을 반복해서 얻어진 각도 위치 An(A0 내지 A180)에 있어서의 A축 중심 위치 Qn(Q0 내지 Q180)을 화면 상에 플롯하면, 이들은 원호상으로 배열된 점열 QC가 된다. 이들 점열 QC에 대하여, 예를 들어 최소 제곱법 등에 의해, 원호상의 점열 QC의 중심점 QCc의 위치(각 각도 위치 An에 공통인 공구(3)의 선단 위치)를 고정밀도로 계산할 수 있다. 여기에서 얻어진 중심점 QCc에 의해, 공작 기계(1)의 A축 중심 위치 Qn으로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)를 정확하게 계측할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태 및 제4 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어짐과 함께, 공작 기계(1)에 있어서의 병진축(XYZ축)의 구조적인 제약에 의해 검출 동작의 가능 범위가 180도 미만이라도, 복수의 각도 위치 An에서의 검출 동작에 의해 A축 중심 위치 Qn으로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)를 정확하게 계측할 수 있다.

〔제6 실시 형태의 변형예〕

도 22에 있어서, 전술한 제6 실시 형태에서 계측된 A축 중심 위치 Qn으로부터 공구(3)의 선단까지의 어긋남의 거리(오프셋양)는, 공작 기계(1)의 NC 장치에 등록되어, 공작 기계(1)의 동작 시의 보정값으로서 참조된다.

공작 기계(1)의 NC 장치에 등록할 때에는, 공구(3)의 선단 위치인 중심점 QCc로부터 실제의 A축 중심 위치 Qn까지의 거리 D(오프셋양)가 필요해진다. A축 중심 위치 Qn에 의한 원호상의 점열 QC의 최소 제곱법 연산에 의해, 중심점 QCc의 위치와 함께 중심점 QCc로부터 A축 중심 위치 Qn까지의 거리 D(근사값)를 나타내는 근사 원호 반경이 얻어지므로, 이 반경을 중심점 QCc와 A축 중심 위치 Qn의 실제의 거리 D로 할 수 있다.

공작 기계(1)의 NC 장치에 등록하는 경우, 거리 D를 공구(3)에 평행한 Z축 방향의 성분 Dz와 공구(3)와 직교하는 Y축 방향의 성분 Dy로 분리해야 한다. 이 때문에, A축 중심 위치 Qn과 공구(3)의 선단(중심점 QCc)을 연결하는 선분의 각도 θ가 필요해진다. 그러나, 중심점 QCc의 계산에 사용한 최소 제곱법에서는, 근사 원호 반경(거리 D)을 부여하는 선분의 각도 θ는 얻어지지 않는다.

도 23a에 있어서, 전술한 각도 θ가 얻어지지 않는 것에 더하여, 전술한 복수의 각도 위치 An(A0 내지 A180)에서 원호상의 점열 QC로서 검출되는 A축 중심 위치 Qn(샘플링점)은, 점열 QC의 근사 원호에 대하여 변동(직경 방향의 변위)이 있다. 또한, A축 중심 위치 Qn을 검출하는 각도 위치 An이 되는 각도(0도 내지 180도)에서 중심점 QCc로부터 연장되는 기준선 Ln을 그으면, 각 각도에서의 A축 중심 위치 Qn은 이들의 기준선 Ln에 대해서도 변동(둘레 방향의 변위)을 갖고 있다.

이러한 오차 분포하에서, 앞의 각도 θ의 최적값을 결정하기 위해서, 이하와 같은 조작을 채용할 수 있다.

도 23b에 있어서, 제1 조작으로서, 공구(3)가 Z축을 따른 방향(각도 위치 A90)에서의 A축 중심 위치 Q90을 채용해 버리는 것이다. 구체적으로는, 중심점 QCc로부터 A축 중심 위치 Q90으로 뻗은 선분을 구하고, 이 선분과 Z축이 이루는 각도를 θ라 한다.

이러한 조작에 의하면, 전체 최적이 되지는 않지만, 기준으로서는 가장 적합하다.

도 23c에 있어서, 제2 조작으로서, 공구(3)가 Z축에 대하여 소정 각도(예를 들어 40도)가 되는 방향(각도 위치 A0으로부터 130도의 각도 위치 A130)에 있어서, 중심점 QCc로부터 A축 중심 위치 Q130으로 뻗은 선분을 구하고, 이 선분과 Z축으로부터 40도를 이루는 기준선 L130이 이루는 각도를 θ로 해도 된다.

또한, 복수의 각도 위치 An에 있는 A축 중심 위치 Qn에 있어서, 기준선 Ln과의 각도 θn을 구하고, 그 평균값을 구해도 된다.

이러한 조작에 의하면, 조작이 번잡하지만, 전체 최적이 되는 각도 θ를 얻을 수 있다.

전술한 복수의 각도 위치 An에 있는 A축 중심 위치 Qn에 있어서는, 전체 범위를 균등 분할해서 각도 θ를 구해도 되지만, 일부의 각도 범위의 샘플링 밀도를 높이거나 혹은 낮추거나 해도 된다.

이상의 조작에 의해, 각도 θ가 얻어지면, 전술한 Z축 방향의 성분 Dz와 공구(3)와 직교하는 Y축 방향의 성분 Dy(도 22 참조)는, 각각 Dz=Dcosθ, Dy=Dsinθ로서 계산할 수 있다.

〔제1 내지 제6 실시 형태의 변형〕

전술한 제1 내지 제6 각 실시 형태에 있어서는, 각각 검출 유닛(20, 20A)에 의해 공구(3)의 선단 위치를 검출했다.

예를 들어, 제1 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, CCD 카메라(26)의 검출 화상(261)의 중앙에 공구(3)의 선단 위치를 파악하여, 검출 화상(261)에 나타나는 공구(3)의 선단의 그림자(281)의 윤곽(282)으로부터, 공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표(Tv, Th)를 산출해 내고 있었다.

이때, 공구(3)의 선단의 요철 형상이 복잡한 등, 공구(3)의 선단 형상에 따라서는, 좌표를 정확하게 검출할 수 없는 경우가 있다.

이에 반해, 공구(3)의 선단 위치(Tv, Th)를 간단하고 또한 정확하게 검출하기 위해서, 이하에 나타내는 수순을 이용할 수 있다.

〔제7 실시 형태〕

도 24a에 나타내는 바와 같이, CCD 카메라(26)(도 3 참조)의 검출 화상(261)에는, 공구(3)의 선단의 그림자(281)가 나타난다(도 5와 마찬가지). 그림자(281)의 윤곽(282)의 일부에는, 공구(3)의 선단 위치(283)가 나타나고, 그 좌표(Tv, Th)의 계측이 구해진다.

본 실시 형태에서는, 공구(3)를 CCD 카메라(26)에 대하여 회전시킨 상태에서, CCD 카메라(26)로 검출 화상(265)을 검출하고(제1 내지 제6 실시 형태에 있어서의 검출 화상(261 내지 264)과 마찬가지), 검출 화상(265)으로부터 공구(3)의 윤곽(282)을 검출한다.

본 실시 형태에서는, 공구(3)가 회전하고 있음으로써, 검출 화상(265)에 나타나는 윤곽(282)은 회전 중심에 대하여 대칭이 되고, 이 윤곽(282)의 대칭성으로부터 공구(3)의 중심축선(284)을 정확하게 검출하고, 중심축선(284)과 윤곽(282)의 교점을 공구(3)의 선단 위치(283)로서 검출할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 윤곽(282)으로부터 공구(3)의 중심축선(284)을 검출할 때에는, 다음과 같은 연산 처리를 행한다.

도 24b에 나타내는 바와 같이, 검출 화상(265)에 있어서, 공구(3)를 소정의 각도 위치(예를 들어 도 21b에 나타내는 각도 위치 A90)에 배치하고, 그때의 공구(3)의 연신 방향 D90으로 한다. 이어서, 연신 방향 D90을 따라 소정 간격으로 평행하게, 연신 방향 D90에 직교하면서 윤곽(282)을 횡단하는 복수의 횡단선(30)을 설정해 간다.

도 24c에 나타내는 바와 같이, 설정한 복수의 횡단선(30)에 대하여, 각각 윤곽(282)과의 2개의 교점(31, 32)을 검출하고, 또한 2개의 교점(31, 32)의 중점(33)을 검출한다. 그리고, 각 횡단선(30)의 중점(33)을 통과하는 직선을 검출함으로써, 이 직선을 공구(3)의 중심축선(284)으로 할 수 있다.

이러한 본 실시 형태에서는, 공구(3)의 연신 방향 Dn(각 각도 위치 An, 공구(3)의 방향, 개략적인 축선 방향)을 이용하여, 회전 대칭의 축을 검출함으로써, 공구(3)의 정확한 중심축선(284)을 검출할 수 있고, 정확한 중심축선(284)과 윤곽(282)의 교점으로부터, 공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표(Th, Tv)를 고정밀도로 검출할 수 있다.

이때, 중심축선(284)의 검출에는 복수의 횡단선(30)의 중점 검출을 행하고, 선단 위치(283)의 검출에는 윤곽(282)의 교점 검출을 행함으로써, 각각은 기하학적인 연산 처리로 실행할 수 있고, 이에 의해 공구(3)의 선단 위치(283) 내지 회전축(A축 혹은 C축)의 중심 위치를 고정밀도로, 또한 간단하게 계측할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 공구(3)의 방향(연신 방향 Dn)은 임의의 각도(각도 위치 An)로 할 수 있다.

도 25a에 있어서, 공구(3)는 각도 위치 A150이 되고, 연신 방향 D150에 직교하는 복수의 횡단선(30)이 설정된다.

도 25b에 나타내는 바와 같이, 각 횡단선(30)에 있어서는 2개의 교점(31, 32) 및 중점(33)이 검출되고, 복수의 중점(33)을 통과하는 중심축선(284)과 윤곽(282)의 교점으로부터 공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표(Th, Tv)를 정확하게 검출할 수 있다.

〔제8 실시 형태〕

전술한 제7 실시 형태에서는, 윤곽(282)으로부터 공구(3)의 중심축선(284)을 검출할 때에, 복수의 횡단선(30)의 중점 검출을 행하였다.

이에 반해, 본 실시 형태에서는, 회전 대칭 도형인 윤곽(282)의 편측씩의 패턴 인식에 의해 공구(3)의 중심축선(284)을 검출한다.

도 26a에 나타내는 바와 같이, 검출 화상(265)에 있어서, 공구(3)를 소정의 각도 위치(예를 들어 도 21b에 나타내는 각도 위치 A90)에 배치하고, 그때의 공구(3)의 연신 방향 D90으로 한다. 이어서, 연신 방향 D90에 대하여 윤곽(282)의 편측(연신 방향 D90을 따른 직선으로 윤곽(282)을 2분할한 일부)의 형상(41)을 기준 패턴(40)으로서 검출한다.

도 26b에 나타내는 바와 같이, 기준 패턴(40)이 검출되면, 기준 패턴(40)을 반전한 형상에 합치하는 대칭 패턴(42)을 연산하고, 이 대칭 패턴(42)에 일치하는 형상(43)을 윤곽(282)으로부터 검출한다. 대칭 패턴(42)이 검출되면, 기준 패턴(40)과 대칭 패턴(42)의 중간을 통과하는 직선(기준 패턴(40)과 대칭 패턴(42)의 선 대칭의 축)을 공구(3)의 중심축선(284)으로 한다.

이러한 본 실시 형태에서는, 공구(3)의 연신 방향 Dn(각 각도 위치 An, 공구(3)의 방향, 개략적인 축선 방향)을 이용하여, 윤곽(282)의 편측씩의 패턴 인식에 의해, 공구(3)의 정확한 중심축선(284)을 검출할 수 있고, 정확한 중심축선(284)과 윤곽(282)의 교점으로부터, 공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표(Th, Tv)를 고정밀도로 검출할 수 있다.

이때, 윤곽(282)의 편측씩의 패턴 인식으로서, 기준 패턴(40) 및 대칭 패턴(42)의 검출은, 각각 기하학적인 연산 처리에서 실행할 수 있고, 이에 의해 공구(3)의 선단 위치(283) 내지 회전축(A축 혹은 C축)의 중심 위치를 고정밀도로, 또한 간단하게 계측할 수 있다.

〔제9 실시 형태〕

전술한 제7 실시 형태에서는, 윤곽(282)으로부터 공구(3)의 중심축선(284)을 검출한 뒤, 중심축선(284)과 윤곽(282)의 교점을 검출해서 공구(3)의 선단 위치(283)로 하였다.

이에 반해, 본 실시 형태에서는, 공구(3)의 선단부의 윤곽(282)에 보조 윤곽선을 설정함으로써, 선단에 복수의 돌기를 갖는 공구(3)나, 중심으로부터 치우친 선단을 갖는 공구(3) 등, 회전한 상태에서는 선단부의 윤곽(282)의 형상이 불명료해지는 공구(3)에 대해서도, 공구(3)의 선단 위치를 확정할 수 있도록 한다.

도 27a 및 도 27b에 나타내는 바와 같이, 공구(3)의 선단부에는 회전 중심을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 날끝(3T)이 형성되어 있었던 것으로 한다. 도 27b에 있어서, 실선으로 나타난 날끝(3T)은, 공구(3)가 회전함으로써, 2점 쇄선으로 나타난 위치로 이동한다.

전술한 각 실시 형태에서는, 각각 공구(3)의 측방(공구(3)의 회전 축선과 교차하는 방향)으로부터, CCD 카메라(26)로 공구(3)의 선단부를 촬영한다.

예를 들어, CCD 카메라(26)가 도 27b의 도면 중 하측으로부터 공구(3)를 촬영하는 것으로 하여, 한 쌍의 날끝(3T)이 CCD 카메라(26)의 광축과 직교 방향에 대향하는 상태(도 27b에서 실선의 상태)에서는, 한 쌍의 날끝(3T)을 모두 CCD 카메라(26)의 포커싱 범위 Rf0에 들어가게 할 수 있다. 그런데, 공구(3)가 회전하고, 한 쌍의 날끝(3T)이 CCD 카메라(26)의 광축을 따른 상태에 근접함에 따라(도 27b에서 2점 쇄선의 상태), CCD 카메라(26)로부터 각각의 날끝(3T)까지의 거리의 차가 확대하고, 한쪽이 CCD 카메라(26)로부터 먼 초점 심도 범위 Rf1에 있고, 다른 쪽이 CCD 카메라(26)로부터 가까운 초점 심도 범위 Rf2에 있는 상태가 되어, CCD 카메라(26)가 한 쌍의 날끝(3T)의 양쪽에 포커싱할 수는 없다.

이와 같이, 공구(3)를 회전시킴으로써, 한 쌍의 날끝(3T)의 CCD 카메라(26)로부터의 거리가 주기적으로 변화하여, CCD 카메라(26)로 촬영되는 화상에는 일부에 흐려짐이 발생한다.

도 27c에 나타내는 바와 같이, 공구(3)의 그림자(281)의 윤곽(282)은, 선단을 제외하고 명료하지만, 선단에 대해서는 한 쌍의 날끝(3T)이 CCD 카메라(26)의 광축 방향으로 변위하기 때문에, 흐려짐이 발생한 상태가 된다. 그 결과, 전술한 제7 내지 제8 실시 형태와 같이, 중심축선(284)과 윤곽(282)의 교점에 의해 공구(3)의 선단 위치(283)의 좌표를 확정할 수 없다.

이에 반해, 본 실시 형태에서는, 전술한 제7 또는 제8 실시 형태와 마찬가지로 하여 중심축선(284)을 검출함과 함께, 공구(3)의 선단부의 윤곽(282)에 보조 윤곽선을 설정하고, 이 윤곽 보조선과 중심축선(284)의 교점을 공구(3)의 선단 위치(283)로서 검출한다. 구체적으로는, 이하의 수순을 사용한다.

도 28a에 있어서, 공구(3)의 그림자(281)에 대하여 중심축선(284)을 검출하면, 중심축선(284)의 양측에, 소정 거리 Ofs를 두고, 중심축선(284)과 평행한 한 쌍의 평행선 M, Mb를 설정한다. 여기서, 소정 거리 Ofs는, 한 쌍의 평행선 Ma, Mb와 윤곽(282)의 교점 Ca, Cb가, 윤곽(282)의 흐려짐이 발생하지 않은 부분을 통과하도록 설정한다. 소정 거리 Ofs는, 윤곽(282)의 상태를 보고 조정해도 되지만, 공구(3)의 날끝(3T)의 설계 치수에 기초하여 설정해도 된다.

도 28b에 있어서, 한 쌍의 평행선 Ma, Mb와 윤곽(282)의 교점 Ca, Cb가 얻어지면, 한 쌍의 교점 Ca, Cb를 통과하고 또한 중심축선(284)과 직교하는 보조 윤곽(285)을 설정하고, 중심축선(284)과 보조 윤곽(285)의 교점을 공구(3)의 선단 위치(283)로서 검출한다.

본 실시 형태에서는, 보조 윤곽(285)을 설정함으로써, 예를 들어 한 쌍의 날끝(3T) 등, 선단에 복수의 돌기를 갖는 공구(3)나, 치우친 선단을 갖는 공구(3) 등, 회전한 상태에서는 선단부의 윤곽(282)의 형상이 불명료해지는 공구(3)에 대해서도, 중심축선(284)과 보조 윤곽(285)의 교점에 의해 공구(3)의 선단 위치(283)를 확정할 수 있다. 이에 의해, 다양한 선단 형상의 공구(3)에 대해서도, 단순한 계산으로 공구(3)의 선단 위치(283) 내지 회전축(A축 혹은 C축)의 중심 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

〔다른 실시 형태〕

또한, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형 등은 본 발명에 포함된다.

상기 각 실시 형태에서는, 5축 제어의 공작 기계(1, 1A)의 C축 혹은 A축의 회전 중심 위치를 계측했지만, 본 발명을 적용하는 공작 기계 및 축은 임의로 선택할 수 있다.

예를 들어, 공작 기계로서는 회전축으로서 A축 및 B축을 갖는 5축 제어여도 되고, 그 B축의 회전 중심 위치를 계측해도 된다. 또한, 공작 기계는 4축 제어 혹은 6축 제어 등이어도 되고, 적어도 회전축 중심 위치가 문제가 되는 회전축을 갖는 것이면 된다.

상기 실시 형태에서는, 공구(3)의 선단 위치를 검출하기 위해서 검출 유닛(20, 20A)을 사용했지만, 검출 유닛(20, 20A)으로서는 평행광속(28)을 형성하는 것에 한하지 않고, 레이저광 빔을 평행하게 흔들어서 대상물을 주사하는 것(의사적으로 평행광속이 된다)을 사용해도 된다. 또한, 공구(3)에 대하여 비접촉이면 되고, 다른 검출 방식이어도 된다.

본 발명은, 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법에 이용할 수 있다.

1, 1A: 공작 기계, 2: 워크, 3: 공구, 3T: 날끝, 9: 제어 장치, 91: 동작 제어부, 92: 공구 위치 검출부, 11: 베드, 12: 이동 테이블, 13: 회전 테이블, 131: 크레이들, 132: 트러니언, 14: 컬럼, 15: 새들, 16: 슬라이더, 17: 주축 헤드, 171: 회전축, 18: 주축, 20, 20A: 검출 유닛, 21: 케이스, 22: 고정 수단을 포함하는 다리부, 23: 개구부, 24: 조명부, 25: 텔레센트릭 렌즈, 26: 촬상부인 CCD 카메라, 261 내지 265: 검출 화상, 27: 연산부, 28: 평행광속, 281: 그림자, 282: 윤곽, 283: 선단 위치, 284: 중심축선, 285: 보조 윤곽선, 29: 검출 대상물, 31, 32: 교점, 33: 중점, A0 내지 A270, An: 각도 위치, Ca, Cb: 교점, Cc: 둘레 방향 위치, D: 거리, D1: 제1 방향, D2: 제2 방향, dc0: 어긋남양, Dy: Y축 방향의 성분, Dz: Z축 방향의 성분, L01, L02: 선분, L1: 제1 직선, L130: 기준선, L2: 제2 직선, LA: 선분, Ln: 기준선, Ma, Mb: 평행선, Ofs: 소정 간격, P0 내지 P270: 공구 선단 위치, PA0, PA180: 평면 위치, PAc: 중점, PBc: 중심점, Pc: 교점, Q0 내지 Q180, Qn: A축 중심 위치, QC: 점열, QCc: 중심점, Rc: 직경 방향 위치, Th, Tv: 선단 위치의 좌표, Tx0 내지 Tx270: X축 좌표, Ty0 내지 Ty270: Y축 좌표, Y1, Y2: Y축 위치, Z1, Z2: Z축 위치, θ, θn: 각도.

Claims

주축에 공구를 장착하고, 상기 공구의 위치를 비접촉으로 검출 가능한 검출 유닛을 테이블에 설치해 두고,
계측 대상의 회전축에 대해서 상기 공구와 상기 테이블을 소정의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 유닛을 사용해서 상기 테이블에 대한 상기 공구의 위치를 검출하는 검출 동작을 반복하고,
복수회의 상기 검출 동작에서 검출된 각 각도 위치에서의 상기 공구의 위치로부터 상기 회전축의 중심 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 검출 유닛은, 상기 공구의 선단이 상기 검출 유닛에 있어서의 특정 위치에 있는 것을 비접촉으로 검출 가능하고,
상기 검출 동작에서는, 상기 주축과 상기 테이블을 상대 이동시켜서 상기 공구와 상기 테이블을 소정의 각도 위치로 인덱싱하고, 상기 각 각도 위치에서 상기 공구가 상기 검출 유닛의 상기 특정 위치에 오도록 상기 주축과 상기 테이블의 상대 위치를 조절하고, 이 상태에서 상기 주축과 상기 테이블의 상대 위치로부터 상기 각 각도 위치에서의 상기 테이블에 대한 상기 공구의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출 가능한 상기 검출 유닛을 사용하여,
상기 공구와 상기 테이블을, 상기 회전축을 사이에 두고 제1 방향에 대향하는 2개의 각도 위치, 및 상기 회전축을 사이에 두고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 대향하는 2개의 각도 위치의 4개의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 동작을 행하여 상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출하고,
상기 제1 방향에 대향하는 2개의 각도 위치에서 검출된 상기 공구의 위치를 연결하는 선분의 중점을 통과하고 또한 상기 제1 방향에 교차하는 제1 직선과, 상기 제2 방향에 대향하는 2개의 각도 위치에서 검출된 상기 공구의 위치를 연결하는 선분의 중점을 통과하고 또한 상기 제2 방향에 교차하는 제2 직선을 계산하고, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선의 교점을 상기 회전축의 중심 위치로서 계측하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공구의 상기 테이블의 표면을 따른 위치를 검출 가능한 상기 검출 유닛을 사용하여,
상기 공구와 상기 테이블을, 상기 회전축을 사이에 두고 대향하는 2개의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 동작을 행하여 상기 공구의 상기 테이블의 표면을 따른 위치를 검출하고,
2회의 상기 검출 동작에서의 상기 공구의 위치를 연결하는 선분의 중점을 계산하고, 상기 중점을 상기 회전축의 중심 위치로서 계측하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출 가능한 상기 검출 유닛을 사용하여,
상기 공구와 상기 테이블을, 상기 회전축을 중심으로 한 소정 각도 범위 내의 복수의 각도 위치로 인덱싱하고, 각 각도 위치에서 상기 검출 동작을 행하여 상기 공구의 상기 테이블의 직경 방향의 위치를 검출하고,
복수회의 상기 검출 동작에서 얻어진 상기 공구의 위치를 플롯하고, 근사 계산에 의해 상기 회전축의 중심 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 유닛은, 상기 테이블에 대한 고정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 유닛은, 평행광속을 조사하는 조명부와, 상기 평행광속을 검출하는 촬상부를 갖고,
상기 촬상부에서 검출된 화상으로부터 상기 평행광속 중에 배치된 상기 공구의 선단 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제7항에 있어서,
상기 공구를 상기 촬상부에 대하여 회전시킨 상태에서, 상기 촬상부에서 상기 화상을 검출하고,
상기 화상으로부터 상기 공구의 윤곽을 검출하고, 상기 윤곽의 대칭성으로부터 상기 공구의 중심축선을 검출하고,
상기 중심축선과 상기 윤곽의 교점을 상기 공구의 선단 위치로서 검출하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제8항에 있어서,
상기 중심축선과 상기 윤곽의 교점을 상기 공구의 선단 위치로서 검출할 때에,
상기 중심축선의 양측에 소정 거리를 두고 한 쌍의 평행선을 설정하고, 한 쌍의 상기 평행선과 상기 윤곽의 교점을 통과하고 또한 상기 중심축선과 직교하는 보조 윤곽선을 설정하고,
상기 중심축선과 상기 보조 윤곽선의 교점을 상기 공구의 선단 위치로서 검출하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 공구의 연신 방향으로 상기 윤곽을 횡단하는 복수의 횡단선을 설정하고, 각각의 상기 횡단선에 대해서 상기 윤곽과의 2개의 교점 및 2개의 상기 교점의 중점을 검출하고, 각각의 상기 횡단선의 상기 중점을 통과하는 직선을 상기 공구의 중심축선으로 하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 공구의 연신 방향에 대하여 상기 윤곽의 편측의 형상을 기준 패턴으로서 검출하고, 상기 기준 패턴을 반전한 형상에 합치하는 대칭 패턴을 상기 윤곽으로부터 검출하고, 상기 기준 패턴과 상기 대칭 패턴의 중간을 통과하는 직선을 상기 공구의 중심축선으로 하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 회전축 중심 위치 계측 방법.