WO2022195845A1 - 位置関係測定方法および加工装置 - Google Patents

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WO2022195845A1
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英二 社本
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国立大学法人東海国立大学機構
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    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37231—Tool used as touch probe, sensor

Definitions

  • the present disclosure relates to a technique for achieving high-precision cutting by a processing device.
  • a work piece also called a workpiece or workpiece
  • a tool is fixed on a turret or spindle to control the relative motion between the workpiece and the tool.
  • the shape is created by If the fixed position of the work material with respect to the tool and/or the shape of the work material surface deviates from the design value by more than the allowable error, the planned machining cannot be performed, leaving an unmachined portion, or conversely, the design value. Machining with the above depth of cut may result in chipping of the tool. Therefore, before processing, it is necessary to perform a preparatory work (setup) for measuring the relative positional relationship between the work material and the tool.
  • Measurement of Z-direction position of work material reference surface Measure using a setter.
  • a tool setter that detects contact is placed on the upper surface of a workpiece fixed on a work table, and the tool edge (the position of the tool edge with respect to the machine reference point is separately measured) is placed on the upper surface of the tool setter. (assuming the height of the tool setter is known), the Z position of the workpiece reference surface relative to the machine reference point is measured.
  • Patent Document 1 discloses the relationship between a cutting tool and a work material based on first time-series data of detection values relating to a drive motor acquired before contact and second time-series data of detection values relating to a drive motor acquired after contact.
  • a technique for specifying a contact position is disclosed. The contact between the cutting tool and the work material is specified by a regression formula obtained by regression analysis of the second time-series data.
  • the relative positional relationship between the position of the cutting edge of the tool and the workpiece is measured using a sensor such as a dedicated tool setter. Also, considering the mounting error of the sensor, it cannot be said that the measurement accuracy is high. Also, if the fixed position of the work material deviates in the direction of rotation of the ABC axis, or if the surface shape of the work material deviates from the planned shape (design shape), the conventional setup takes a long time. However, the planned processing cannot be performed. In this case, there may be problems such as unmachined portions remaining, or conversely, the amount of machining increases more than planned, and tool wear progresses, causing deterioration of surface roughness and machining accuracy.
  • the present disclosure has been made in view of this situation, and one of the purposes thereof is to provide a technique for realizing cutting with a processing device with high precision.
  • one aspect of the present disclosure is a method for measuring the relative positional relationship between a work material and a tool, comprising moving the tool relative to the work material, a moving step of bringing the work material and the tool into contact; a coordinate value obtaining step of obtaining the coordinate values of a reference point when the work material and the tool are in contact; It has an error derivation step of deriving an error from the design coordinate value of the reference point at the contact position, and an output step of outputting information about the error.
  • a processing apparatus comprising a rotation mechanism that rotates a spindle to which a tool is attached, a feed mechanism that moves the tool relative to a workpiece, and rotation of the spindle by the rotation mechanism. and a control device for controlling the relative movement of the tool by the feed mechanism.
  • the control device moves the tool relative to the work material, acquires the coordinate values of the reference point when the work material and the tool come into contact with each other, and compares the acquired coordinate values with the work material and the tool. It derives the error from the design coordinate value of the reference point at the contact position, and outputs information about the error.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a graph plotting errors
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of derived rotational position error and translational position error; It is a figure for demonstrating the example of a measurement method. It is a figure which shows the example of a regression line. It is a figure which shows the example of a regression line. It is a figure for demonstrating the example of a measurement method.
  • FIG. 4 illustrates information derived from multiple position errors;
  • FIG. 1 shows an example of the schematic configuration of the processing device 1 of the embodiment.
  • the processing device 1 includes a machine tool device 10 and a control device 100 .
  • the control device 100 may be an NC control device that controls the machine tool device 10 according to an NC (numerical control) program, and the machine tool device 10 may be an NC machine tool controlled by the NC control device.
  • the machine tool device 10 and the control device 100 are configured as separate units and connected by a cable or the like, but may be configured as an integrated unit.
  • the machine tool device 10 includes a bed portion 12 and a column portion 14, which are main body portions.
  • a first table 16 and a second table 18 are movably supported on the bed section 12 .
  • the first table 16 is movably supported in the Y-axis direction by rail portions formed on the bed portion 12, and the second table 18 is movably supported in the X-axis direction by rail portions formed on the first table 16.
  • a workpiece setting surface is provided on the upper surface of the second table 18, and a workpiece 62 to be machined is fixed to the workpiece setting surface.
  • the Y-axis motor 22 rotates the ball screw mechanism to move the first table 16 in the Y-axis direction
  • the X-axis motor 20 rotates the ball screw mechanism to move the second table 18 in the X-axis direction. do.
  • the Y-axis sensor 32 detects the position of the first table 16 in the Y-axis direction
  • the X-axis sensor 30 detects the position of the second table 18 in the X-axis direction.
  • a spindle 46 to which a cutting tool 50 is attached is provided above the second table 18 .
  • the spindle motor 40 constitutes a rotation mechanism that rotates the spindle 46
  • the spindle sensor 42 detects the rotation speed of the spindle motor 40 .
  • the rotation mechanism may include a speed reduction mechanism composed of a plurality of gears.
  • the main shaft 46 and the main shaft motor 40 are supported by the main shaft support portion 44 .
  • a holder 48 is fixed to the spindle 46 and an end mill tool, which is a cutting tool 50, is attached to the holder 48. As shown in FIG.
  • the main shaft support portion 44 is supported movably in the Z-axis direction by a rail portion formed on the column portion 14 on its rear side.
  • the Z-axis motor 24 rotates the ball screw mechanism to move the main shaft 46 in the Z-axis direction.
  • the Z-axis sensor 34 detects the position of the spindle 46 in the Z direction.
  • the first tilting motor 52 tilts the main shaft support portion 44 around the axis perpendicular to the axis of the main shaft 46 and the Y-axis.
  • the tilt sensor 56 detects the tilt angle of the main shaft 46 by the first tilt motor 52 .
  • the second tilting motor 54 rotates the gear mechanism to tilt the main shaft support portion 44 around an axis parallel to the Y-axis.
  • a tilt sensor (not shown) separate from the tilt sensor 56 detects the tilt angle of the main shaft 46 by the second tilt motor 54 .
  • the machine tool device 10 may have a third tilt motor (not shown) that tilts the spindle support portion 44 around the C-axis.
  • the control device 100 drives and controls the X-axis motor 20, the Y-axis motor 22, the Z-axis motor 24, the first tilt motor 52, the second tilt motor 54, and the main shaft motor 40 according to the NC program.
  • the control device 100 acquires detection values detected by each of the X-axis sensor 30, Y-axis sensor 32, Z-axis sensor 34, tilt sensor, and spindle sensor 42, and reflects them in drive control of each motor.
  • the work piece 62 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by the X-axis motor 20 and the Y-axis motor 22, respectively, and the cutting tool 50 is moved in the Z-axis direction by the Z-axis motor 24.
  • these movements need only be relative between the cutting tool 50 and the work piece 62 . That is, in the machine tool device 10, the cutting tool 50 may be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the cut material 62 may be moved in the Z-axis direction.
  • the cutting tool 50 is tilted with respect to the workpiece 62 by the first tilting motor 52 and the second tilting motor 54. These tilting motors may be provided on the bed portion 12 side. good.
  • feed mechanisms mechanisms for achieving relative movement between the cutting tool 50 and the work material 62 are collectively referred to as "feed mechanisms".
  • the control device 100 controls the rotation of the spindle 46 by the rotation mechanism and the relative movement of the cutting tool 50 by the feed mechanism.
  • the control device 100 of the embodiment has the function of measuring the relative positional relationship between the work material 62 and the tool attached to the spindle 46.
  • the control device 100 may output information about the translational position error and/or information about the rotational position error of the machine tool device 10 based on the measured positional relationship.
  • the control device 100 may also output information about the shape error of the work material 62 based on the measured relative positional relationship.
  • the tool attached to the spindle 46 in the embodiment is an end mill tool, other types of cutting tools 50 may be attached to the spindle 46 .
  • the tool attached to the spindle 46 may be a tool having no cutting ability, that is, a dummy tool having no cutting edge.
  • Fig. 2 shows an example of tip shape of a dummy tool.
  • the dummy tool 70 has a spherical portion 72 having a center c and a cylindrical portion 74 connected to the spherical portion 72, but does not have a cutting edge.
  • the spherical portion 72 is a spherical component having a spherical shape, and has a hemispherical ball portion forming the lower end side and a small diameter portion connected to the ball portion.
  • the center c of the spherical portion 72 is positioned on the central axis of the dummy tool 70 .
  • the reduced diameter portion has a circular cross-section in a direction perpendicular to the tool axis, the radius of the circular cross-section being smaller than the radius r of the ball portion.
  • the small-diameter portion of the spherical portion 72 shown in FIG. 2 has a shape obtained by removing the top side of a hemisphere with a radius of r along a plane perpendicular to the axis, and a cylindrical portion 74 is connected to the notched top side surface.
  • a method for measuring the relative positional relationship between the workpiece 62 and the cutting tool 50 by bringing the cutting edge of the cutting tool 50 into contact with the workpiece 62 will be described below.
  • the cutting tool 50 may be rotated by the spindle 46 when measuring the positional relationship.
  • a dummy tool 70 may be brought into contact with the work material 62 to measure the relative positional relationship between the work material 62 and the dummy tool 70.
  • the dummy tool 70 is It may contact the work material 62 in a non-rotating state.
  • the control device 100 includes a spindle control section 110 , a movement control section 112 , a contact detection section 114 , a positional relationship measurement section 116 , an output processing section 118 and a design shape holding section 120 .
  • the spindle controller 110 controls the rotation of the spindle 46 by the rotation mechanism
  • the movement controller 112 controls the relative movement between the cutting tool 50 and the work piece 62 by the feed mechanism.
  • the design shape holding unit 120 may hold the three-dimensional shape data defining the design shape of the work material 62, but may hold part of the three-dimensional shape data in order to reduce the amount of data.
  • the design shape holding unit 120 may hold the three-dimensional coordinate values of the surface of the work material having the ideal surface shape planned (designed) as the pre-machining surface. The three-dimensional coordinate values of the part may be held.
  • the positional relationship measuring unit 116 measures the coordinate values (measurement coordinate values) of the tool reference point when the cutting tool 50 and the work piece 62 are brought into contact with each other, and the tool reference point exists. Calculate the error from the planned coordinate values (design coordinate values). Therefore, the design shape holding unit 120 only needs to hold information for deriving coordinate values at which tool reference points are expected to exist at least at one or more contact positions. Specifically, the design shape holding unit 120 may hold the three-dimensional coordinate values of the surface of the work material at one or more contact positions, and the coordinate values ( A coordinate value obtained by adding a relative coordinate value from the contact point to the reference point on the tool to the three-dimensional coordinate value of the surface of the work piece) may be held.
  • the design shape holding unit 120 may hold information for deriving the design coordinate values in consideration of the allowable error. Using this information, the positional relationship measurement unit 116 treats the range from (design coordinate value - error tolerance) to (design coordinate value + error tolerance) as design coordinate values, and derives the error from the measured coordinate values. You can
  • each element described as a functional block that performs various processes can be configured by a circuit block, memory, or other processor in terms of hardware, and is loaded in memory in terms of software. It is realized by a program or the like. Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof, and are not limited to either one.
  • the contact detection section 114 has a function of detecting contact between the cutting tool 50 and the work material 62 .
  • the contact detection unit 114 may detect contact between the cutting tool 50 and the work material 62 by analyzing internal information of the processing apparatus 1 that changes when the cutting tool 50 contacts the work material 62 .
  • the machining apparatus 1 has a torque estimation function
  • the contact detection unit 114 may detect contact between the cutting tool 50 and the work material 62 based on the motor torque waveform when the cutting tool 50 and the work material 62 approach each other and come into contact with each other.
  • the contact detection unit 114 detects the cutting tool 50 and the workpiece from the first time-series data of the detection values regarding the drive motor acquired before the contact and the second time-series data of the detection values related to the drive motor acquired after the contact. Contact with the cutting material 62 may be detected to identify the contact location.
  • the contact detection unit 114 may detect contact by detecting conduction when the cutting tool 50 and the work material 62 contact each other, and specify the detection position. Further, the contact detection unit 114 detects the contact by photographing chips or cutting traces when the cutting tool 50 cuts the work material 62 with a camera, and analyzes the photographed image to specify the contact position. may Thus, the contact detection unit 114 directly or indirectly detects the contact between the cutting tool 50 and the work material 62 without interposing a sensor such as a tool setter between the cutting tool 50 and the work material 62. It is preferable to have a function to Upon detecting the contact between the cutting tool 50 and the work material 62, the contact detection unit 114 measures and acquires the coordinate values of the reference point at the time of contact. The reference point may be set at a predetermined position on the cutting tool 50, and if the cutting tool 50 is a ball end mill, the reference point may be set at the center point of the hemispherical ball portion.
  • the positional relationship measuring unit 116 determines the coordinate values (measurement coordinate values) of the reference point measured at the time of contact, and the existence of the reference point at the position where the ideal cutting tool 50 and the ideal work material 62 are in contact.
  • the relative positional relationship between the work material 62 and the cutting tool 50 is measured from the planned coordinate values (design coordinate values).
  • the ideal cutting tool 50 means a tool having a set shape and arranged at a set mounting position.
  • the ideal work piece 62 means a work piece that has a designed surface shape and is arranged at a predetermined mounting position.
  • the positional relationship measurement unit 116 derives an error (difference) between the measured coordinate values and the design coordinate values as the relative positional relationship. At this time, the positional relationship measurement unit 116 may derive the positional error in the relative movement direction when contacting.
  • the positional relationship measuring unit 116 derives the translational positional error and/or the rotational positional error of the work piece 62 with respect to the cutting tool 50, and further determines the shape error of the surface of the work piece. can be derived.
  • the output processing unit 118 may present information about the derived error to a worker who performs processing setup (preparatory work), or may provide it to the movement control unit 112 .
  • the operator can manually adjust the attachment position of the work material 62 or set an appropriate cutting start position based on the presented error information.
  • the movement control unit 112 inputs the mounting error as the work origin offset amount of each control axis of the machine tool device 10, thereby adjusting the surface position of the work material 62 to the ideal mounting position (minimum mounting error). (i.e., the most desirable position), automatically sets an appropriate cutting start position, and corrects the machining shape and machining amount according to the surface shape of the work material 62. can.
  • the cutting edge of the cutting tool 50 is brought into contact with the surface of the work material whose shape is known as a design value, and from the positional error measured at the contact point, the cutting tool 50 side is used as a reference.
  • a technique for identifying mounting errors of the material 62 and/or surface shape errors of the work material 62 will be described.
  • the shape known as the design value is the design shape when the pre-machined surface shape is determined as the design value, and when the shape after finishing is determined as the design value, it is less than the finishing allowance. It means a pre-machined surface shape obtained by adding a predetermined finishing allowance to the shape after finishing, on the premise that cutting with a depth of cut of is allowed.
  • the design shape holding unit 120 may hold the three-dimensional shape data of the pre-machined surface shape determined as the design value, but at least at one or more positions where the cutting tool 50 and the work material 62 are brought into contact, the reference It is only necessary to hold information for deriving coordinate values (design coordinate values) where points are expected to exist.
  • FIG. 4 is a flow chart showing an example of the procedure for measuring the relative positional relationship between the work material 62 and the cutting tool 50.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 relative to the work material 62 to bring the work material 62 and the cutting tool 50 into contact (S10).
  • the contact detection unit 114 measures and acquires the coordinate values of the reference point when the work material 62 and the cutting tool 50 come into contact with each other (S12).
  • the cutting tool 50 is a ball end mill having a hemispherical ball portion
  • the reference point is the center point of the hemispherical ball portion, but the reference point may be set at another position.
  • the positional relationship measuring unit 116 derives the design coordinate values of the surface of the work material at the position where the work material 62 and the cutting tool 50 are in contact with each other from the three-dimensional shape data held in the design shape holding unit 120.
  • the design coordinate values of the reference point of the cutting tool 50 are calculated from the design coordinate values of the cutting material surface.
  • the design shape holding unit 120 holds the coordinate values (design coordinate values) of the reference point when the cutting tool 50 contacts the work material having the designed surface shape and arranged at the predetermined mounting position. If so, the positional relationship measurement unit 116 may read and acquire the design coordinate values of the reference points of the cutting tool 50 from the design shape storage unit 120 .
  • the positional relationship measurement unit 116 derives the error between the measured coordinate value of the reference point acquired by the contact detection unit 114 and the design coordinate value of the reference point at the position where the work material 62 and the cutting tool 50 are in contact (S14 ), the output processing unit 118 outputs information about the error (S16). As described above, the output processing unit 118 may present the error information to the operator, or may provide it to the movement control unit 112 as an offset amount of the work coordinate system origin. Specific examples of measurement methods are shown below.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the measurement method in Example 1.
  • the solid line shape represents the actual surface shape 80 of the work piece 62
  • the dotted line shape represents the design shape 82 of the work piece 62 placed at the predetermined mounting position.
  • the actual surface shape 80 is formed larger than the design shape 82, but the actual surface shape 80 may be smaller than the design shape 82.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 at one or more designated positions in the height direction of the work piece 62 (perpendicular to the workpiece installation surface and in one of the translational directions).
  • Z-axis direction to contact the surface of the work material 62
  • the contact detection unit 114 acquires the coordinate values of the reference point at the contact position.
  • the specified position is determined by coordinate values of an orthogonal axis different from the Z-axis direction of movement, specifically by X-coordinate values and Y-coordinate values.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the error derivation step of S14.
  • FIG. 6 shows how the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in the Z-axis negative direction at the designated position (x 1 , y 1 ) to bring it into contact with the surface of the work material 62 .
  • the design coordinate values of the reference point c when the cutting tool 50 contacts the design shape 82 are (x 1 , y 1 , z 1 ).
  • the coordinate values of the actual reference point c when touching the shape 80 are measured as (x 1 , y 1 , z 1 ').
  • the positional relationship measuring unit 116 derives the error between the measured coordinate value and the design coordinate value as (z 1 ′ ⁇ z 1 ).
  • the output processing unit 118 calculates the positional error (z 1 ′ ⁇ z 1 ) to output information about
  • the output processing unit 118 may present information about the error to the operator, or may provide the information about the error to the movement control unit 112 as an offset amount of the origin of the work coordinate system.
  • the contact detection unit 114 detects when the work piece 62 and the cutting tool 50 come into contact at a plurality of positions.
  • the positional relationship measuring unit 116 derives a position error by subtracting the design coordinate values of the reference points in the movement direction from the measured coordinate values in the movement direction at a plurality of contact positions. do.
  • the output processing unit 118 may output information regarding the smallest error among the plurality of positional errors, that is, the error that minimizes the (measured coordinate value ⁇ designed coordinate value) at the plurality of contact positions.
  • the direction in which the cutting tool 50 separates from the work material 62 is defined as the positive direction of the Z-axis.
  • the output processing unit 118 may output information regarding the maximum error. By outputting information on the minimum or maximum value of the positional error, it is possible to prevent uncut parts in machining after error correction.
  • the output processing unit 118 may output the position error in the height direction at each contact position and the distribution of a plurality of position errors.
  • the output processing unit 118 may output information regarding the maximum error among the plurality of position errors, that is, the error that maximizes (measured coordinate value - design coordinate value) at a plurality of contact positions.
  • the output processing unit 118 may output information regarding the minimum error.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 relative to the work material 62, the maximum position error in the height direction is set in advance, and the contact position is searched within the maximum error range. becomes possible.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the measurement method in Example 2.
  • the solid line shape represents the actual surface shape 80 of the work piece 62
  • the dotted line shape represents the design shape 82 of the work piece 62 placed at the predetermined mounting position.
  • the actual surface shape 80 is formed larger than the design shape 82, but the actual surface shape 80 may be smaller than the design shape 82.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 at one or more designated positions in one translational direction other than the height direction (Z-axis direction) of the work material 62 to cut the work material. 62, and the contact detection unit 114 acquires the coordinate values of the reference point at the contact position.
  • the cutting tool 50 moves in the X-axis direction, and the specified position is determined by the coordinate values of an orthogonal axis different from the X-axis direction, specifically, the Y coordinate value and the Z coordinate value.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the error derivation step of S14.
  • FIG. 8 shows how the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in the positive direction of the X-axis at the specified position (y 2 , z 2 ) and brings it into contact with the surface of the work material 62 .
  • the design coordinate values of the reference point c when the cutting tool 50 contacts the design shape 82 are (x 2 , y 2 , z 2 ).
  • the coordinate values of the actual reference point c when touching the shape 80 are measured as (x 2 ′, y 2 , z 2 ).
  • the positional relationship measurement unit 116 derives the error between the measured coordinate value and the design coordinate value as (x 2 ′ ⁇ x 2 ).
  • the output processing unit 118 When the movement control unit 112 brings the cutting tool 50 into contact with the surface of the work piece 62 at only one point, the output processing unit 118 outputs Output information.
  • the output processing unit 118 may present information about the error to the operator, or may provide the information about the error to the movement control unit 112 as an offset amount of the origin of the work coordinate system.
  • the contact detection unit 114 detects when the work piece 62 and the cutting tool 50 come into contact at a plurality of positions.
  • the positional relationship measurement unit 116 obtains the translational position error by subtracting the design coordinate values of the reference points in the movement direction from the measured coordinate values in the movement direction at a plurality of contact positions.
  • the output processing unit 118 determines the maximum error, that is, the contact Information regarding the error at which (measured coordinate value ⁇ design coordinate value) is maximum at the position may be output.
  • the right direction is the positive direction of the X-axis
  • the center of the work material is the origin of the X-axis.
  • the output processing unit 118 selects the minimum error from among the plurality of translational position errors, that is, a plurality of may output information on the error that minimizes (measured coordinate value - design coordinate value) at the contact position. By outputting the error information in this way, it is possible to prevent uncut parts in machining after the error correction.
  • the output processing unit 118 may output the translational position error at each contact position and the distribution of a plurality of translational position errors.
  • the cutting tool 50 is moved in the positive direction of the X-axis to make contact at a plurality of positions, and the cutting tool 50 is moved in the negative direction of the X-axis to make contact at the same number of positions.
  • 116 may derive the translational position error in the X-axis direction for the entire workpiece.
  • the output processing unit 118 may output information about the average value of the position errors.
  • the same yz position can be brought into contact a plurality of times at different rotational positions of the main shaft 46 to obtain the reference point.
  • a coordinate value may be measured and an average value of the measured coordinate values may be obtained.
  • the contact position can be searched within the range of the maximum positional error by setting the maximum positional error in the translational direction in advance. becomes possible.
  • the above is an example of moving the cutting tool 50 along the X-axis and deriving the positional error in the X-axis direction.
  • the positional error in the Y-axis direction can be derived. .
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a measurement method in Example 3.
  • the solid line shape represents the actual surface shape 80 of the work piece 62
  • the dotted line shape represents the design shape 82 of the work piece 62 placed at the predetermined mounting position.
  • the movement control unit 112 moves the surface of the work piece apart in one radial direction (X-axis direction in the example of FIG. 9) with respect to one rotation axis (B-axis in the example of FIG. 9). At a plurality of positions, the cutting tool 50 is moved into contact. At this time, the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in a direction neither in the radial direction (X-axis direction) nor in the rotation axis direction (Y-axis direction). This direction of movement is preferably a direction close to perpendicular to the radial direction and the direction of the rotation axis, and is preferably the same direction in a plurality of contact movements. In the example shown in FIG. 9, the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in the Z-axis negative direction.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in the negative direction of the Z-axis to bring it into contact with the surface of the work material 62, as shown in FIG.
  • the movement control unit 112 brings the cutting tool 50 into contact with the surface of the work material 62 at a plurality of positions separated in the X-axis direction.
  • the movement control unit 112 causes the cutting tool 50 to contact the surface of the work material 62 at four positions (A to D). Contact may be made at the above positions.
  • the contact detection unit 114 measures and acquires the coordinate values of the reference points when the work material 62 and the cutting tool 50 are in contact with each other at a plurality of positions, and the positional relationship measurement unit 116 detects the workpiece at a plurality of contact positions.
  • a position error is derived by subtracting the design coordinate value of the reference point in the height direction of the work material from the measured coordinate value in the height direction of the work material.
  • the positional relationship measuring unit 116 simultaneously identifies the rotational position error about the rotation axis (B-axis) and the translational position error in the movement direction (Z-axis) of the surface of the work material based on the position errors at the plurality of contact positions. good.
  • Fig. 10 shows an example of a graph plotting errors at four contact positions.
  • the horizontal axis be the error measured on the X axis and the vertical axis the error measured on the Z axis.
  • the origin of the X-axis indicates the center position of the work material 62 in the X-axis direction.
  • the position error of contact point A is a positive value
  • the position errors of contact points C and D are negative values. Since the position error is expressed as (measured coordinate value - design coordinate value), a positive position error indicates that the measured coordinate value is higher than the design coordinate value, and a negative position error indicates that the measured coordinate value is higher than the design coordinate value. It means that it is lower than the design coordinate value.
  • FIG. 11 shows examples of rotational position error and translational position error derived from a plurality of position errors.
  • the positional relationship measuring unit 116 calculates a regression line that minimizes the sum of squares of the differences between the X-coordinate values and the positional errors at the plurality of contact points.
  • the positional relationship measuring unit 116 calculates a rotational position error, which is an error in the rotational direction of the rotating shaft, as the slope of the regression line, and derives a translational position error at an arbitrary X-coordinate value.
  • the translational position error at the center position of the workpiece 62 in the X-axis direction is derived.
  • the output processing unit 118 outputs information regarding the rotational position error and/or the translational position error. For example, the operator can manually adjust the rotational and translational positions of the workpiece 62 by being presented with information about the rotational and translational positional errors. When actually correcting the rotational position, it is necessary to determine the center of rotation.
  • the output processing unit 118 may set the center of rotation to, for example, the average position of the coordinates of a plurality of contact points, or the center of rotation in the X-axis direction. may be the average position (midpoint) of the two points (points A and D in this example) that are farthest apart from each other. After obtaining the rotation center position, the output processing unit 118 may obtain the translational position error at the center position from the regression line.
  • the movement control unit 112 moves the surface of the work material apart in the Y-axis direction, which is a radial direction different from that in the third embodiment, with respect to the B-axis.
  • the cutting tool 50 is moved in the Z-axis negative direction and brought into contact.
  • the positional relationship measurement unit 116 uses multiple regression analysis from the relationship between the Y coordinate values and the positional errors at the multiple contact points and the relationship between the X coordinate values and the positional errors at the multiple contact points acquired in Example 3. , the Z-axis translational position error, and the rotational position error about the B-axis, as well as the rotational position error about the A-axis may be identified.
  • Example 5 12A and 12B are diagrams for explaining a measurement method in Example 5.
  • FIG. The solid line shape represents the actual surface shape 80 of the work piece 62
  • the dotted line shape represents the design shape 82 of the work piece 62 placed at the predetermined mounting position.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in two translational directions (the X-axis direction and the Y-axis direction) to bring it into contact with the surface of the work material 62 .
  • the workpiece 62 has four surfaces I to IV, and the cutting tool 50 is moved in a translational direction substantially perpendicular to each surface.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50 in the negative direction of the Y-axis to bring the cutting tool 50 into contact with the surface I, moves the cutting tool 50 in the negative direction of the X-axis into contact with the surface II, and moves the cutting tool 50 into contact with the surface III.
  • the cutting tool 50 is moved in the positive direction of the Y-axis to come into contact with the surface IV
  • the cutting tool 50 is moved in the positive direction of the X-axis to come into contact with the surface IV.
  • the movement control unit 112 brings the cutting tool 50 into contact with each surface at a plurality of positions separated in a direction orthogonal to the movement direction and the Z-axis direction.
  • the movement control unit 112 brings the cutting tool 50 into contact with the surfaces I and III at a plurality of positions separated in the X-axis direction, and contacts the surfaces II and IV at a plurality of positions separated in the Y-axis direction.
  • a cutting tool 50 is brought into contact.
  • the cutting tool 50 contacts surface I at points a and b, surface II at points c and d, surface III at points e and f, and surface IV at point g. , h.
  • the cutting tool 50 may contact each surface at three or more points.
  • the contact detection unit 114 measures and acquires the coordinate values of the reference points when the work material 62 and the cutting tool 50 are in contact at a plurality of positions, and the positional relationship measurement unit 116 acquires A position error is derived by subtracting the design coordinate value of the reference point from the measured coordinate value.
  • the positional relationship measuring unit 116 simultaneously measures the translational position error in two translational directions (X-axis direction and Y-axis direction) and the rotational position error around the rotation axis (C-axis) based on the positional errors at a plurality of contact positions. can be identified.
  • FIG. 13 shows an example of a regression line derived based on the positional errors on planes I and III.
  • the horizontal axis is set to the X-axis perpendicular to the Y-axis and the rotation axis (C-axis).
  • the vertical axis represents the error measured in the Y-axis, which is the direction of movement.
  • the positional relationship measuring unit 116 determines a regression line L1 that minimizes the sum of the squares of the differences from the positional errors at each contact point based on the relationship between the X-coordinate values and the positional errors at the plurality of contact points a and b on the surface I.
  • the positional relationship measuring unit 116 obtains a regression line that minimizes the sum of squares of the differences from the positional errors at each contact point, based on the relationship between the X-coordinate values and the positional errors at the plurality of contact points e and f on the surface III. Calculate L3. As described with reference to FIG. 11, the positional relationship measurement unit 116 derives the rotational position error of the plane I and the translational position error in the Y-axis direction from the regression line L1, and the rotational position error and the translational position error of the plane III from the regression line L3. Derive the translational position error in the Y-axis direction. In FIG.
  • the fact that the translational position error of plane I is relatively small with respect to the translational positional error of plane III indicates that the dimensions of the actual workpiece 62 are smaller in the Y-axis direction than the design values.
  • the difference in translational position error corresponds to the shape error in the Y-axis direction.
  • FIG. 14 shows an example of a regression line derived based on the positional errors on planes II and IV.
  • the horizontal axis is set to the Y-axis perpendicular to the X-axis and the rotation axis (C-axis).
  • the vertical axis represents the error measured in the X-axis, which is the direction of movement.
  • the positional relationship measuring unit 116 determines a regression line L2 that minimizes the sum of the squares of the differences from the positional errors at each contact point based on the relationship between the Y-coordinate values and the positional errors at the plurality of contact points c and d on the surface II.
  • the positional relationship measuring unit 116 calculates a regression line that minimizes the sum of squares of differences from the positional errors at each contact point, based on the relationship between the Y coordinate values and the positional errors at the plurality of contact points g and h on the surface IV. Calculate L4. As described with reference to FIG. 11, the positional relationship measurement unit 116 derives the rotational position error of the plane II and the translational position error in the X-axis direction from the regression line L2, and the rotational position error of the plane IV and the rotational position error of the plane IV from the regression line L4. Derive the translational position error in the X-axis direction. In FIG.
  • the fact that the translational position error of plane II is relatively large with respect to the translational positional error of plane IV indicates that the dimensions of the actual workpiece 62 are larger in the X-axis direction than the design values.
  • the difference in translational position error corresponds to the shape error in the X-axis direction.
  • the positional relationship measuring unit 116 determines that the inclination is common to the position errors at the plurality of contact positions a to h (however, the positive and negative of the inclination are opposite between the planes I, III and II, IV), and only the vertical axis shift amount is By calculating different common regression equations (common regression equations used for analysis of covariance, etc., the positive and negative slopes are also common, so please note that this is different from ordinary common regression equations), may identify a translational position error and a common rotational position error.
  • Example 5 by statistically analyzing errors at a plurality of contact positions, translational position errors, rotational position errors, and shape errors can be separated and simultaneously identified.
  • the measurement methods shown in Examples 1 to 5 above may be performed individually, or two or more measurement methods may be performed continuously or in parallel.
  • the six axes (three translational axes and three axis) can identify all position errors.
  • dimensional and form errors of the workpiece surface if the tool information is not accurate enough, these errors will be relative to the tool) can be identified at the same time.
  • the control device 100 uses the offset amount of the workpiece coordinate system, macro variables of the NC program, etc., to automatically shift the machining position, change the machining allowance, and correct the machining shape and dimensions to eliminate uncut parts. It is also possible to avoid or reduce the amount to be cut.
  • the fixed surface of the work material 62 may be a finished reference surface.
  • the shape and dimensions after machining are important, and priority is given to avoiding uncut parts and reducing the amount to be cut. If the information (shape, dimensions) is more accurate, the rotational directions around the two translational axes included in the reference plane and the translational positions (dimensions) from those reference planes are matched to the shape of the work material 62. No corrections such as shifting the machining position, changing the machining allowance, or correcting the machining shape or dimensions are performed. This is because these corrections cause dimensional errors and shape errors of the machined surface with respect to the reference surface.
  • Information may be more accurate than tool information (shape, dimensions, mounting position) (for example, when each dimension is measured with an accurate cuboid or cylinder shape).
  • the direction of rotation about the two translational axes included in the fixed surface and the translational position (dimension) from the fixed surface may also be shifted according to the shape of the workpiece 62. , the machining allowance can be changed, and the machining shape and dimensions can be modified.
  • FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining the measurement method in Example 6.
  • FIG. Example 6 relates to a turning type machine tool, in which a workpiece 62a is attached to a chuck 48a fixed to a spindle 46a.
  • the solid line shape represents the actual surface shape 80a of the work piece 62a
  • the dotted line shape represents the design shape 82a of the work piece 62a arranged at the predetermined mounting position.
  • the cutting tool 50a is a tool used for turning, and the reference point may be set at any position on the cutting edge.
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50a in one translational direction (X-axis negative direction) to bring the cutting edge of the cutting tool 50a into contact with the surface of the non-rotating work material 62a. .
  • the movement control unit 112 moves the cutting tool 50a into contact with the work material 62a at a plurality of different rotational positions of the main shaft 46a, and the contact detection unit 114 detects a plurality of different positions between the work material 62a and the cutting tool 50a. Measure and acquire the coordinate value of the reference point when contact is made at the rotational position.
  • the movement control unit 112 separates the cutting tool 50a from the work piece 62a, and the spindle control unit 110 moves the spindle 46a from the rotational position of the spindle 46a at that time.
  • the main shaft 46a is rotated N degrees around the axis, and then the movement control unit 112 brings the cutting tool 50a into contact with the work piece 62a again.
  • the spindle control unit 110 rotates the spindle 46a about the axis N degrees from the rotational position of the spindle 46a in the previous contact process.
  • Cutting tool 50a may contact workpiece 62a at a plurality of different rotational positions of 46a.
  • the movement control unit 112 may bring the workpiece 62a and the cutting tool 50a into contact at least (360/N) times while changing the rotational position of the main shaft 46a.
  • the rotation angle N is set such that (360/N) is an integer.
  • the positional relationship measuring unit 116 calculates the position error by subtracting the design coordinate value of the reference point planned at the time of processing from the measured coordinate value at a plurality of contact positions.
  • the X coordinate value included in the design coordinate values is one predetermined value regardless of the rotational position of the main shaft 46 .
  • FIG. 16 shows information derived from multiple position errors.
  • the positional relationship measurement unit 116 plots the positional errors at a plurality of contact positions against the rotational position in a graph in which the horizontal axis is the rotational position and the vertical axis is the positional error measured in the X-axis direction.
  • the x marks shown in FIG. 16 are the measured values of the position error.
  • the positional relationship measurement unit 116 derives a sine wave to fit multiple positional errors.
  • the amplitude and phase correspond to the amount of eccentricity and angular position of the work piece 62a
  • the amount of offset corresponds to the radial error
  • the deviation of each position error from the sine wave corresponds to the surface of the work piece.
  • Accommodate form errors Perform similar measurements on the side of the work material at other axial positions, and if necessary, perform similar measurements on the end face by making axial contact at multiple rotational positions and multiple radial positions. For example, it is possible to obtain information such as the translational component and angular component of the deviation between the rotation axis and the central axis of the work material 62a, the protrusion amount, and the shape error.
  • the operator may manually correct the mounting error, determine the machining allowance, or control the X-axis position in synchronism with the C-axis to control the workpiece relative to the rotation axis.
  • a program for processing by correcting the translational component and the angular component of the deviation (eccentricity) of the central axis of the material may be created.
  • the direction of contact movement is set to two directions (four directions including positive and negative), and the fixed position and shape error of the identified work material are determined in three directions (translational direction and rotation direction).
  • the direction of contact movement is possible in three orthogonal directions and an infinite number of directions between them. It is possible to identify up to 3 axial) directions, and it is possible to identify up to the same number of directions as the contact movement directions for the dimensional and shape errors of the surface of the work material.
  • regression analysis and common regression equations were used as examples of statistical processing, but the present invention is not limited to these, and the overall error is reduced (for example, the absolute value of the error or the sum of squares is reduced, The optimum value is the minimum), and various numerical analysis methods such as the steepest descent method, the random method, and the neighborhood search method can be used.
  • a positional relationship measuring method comprises a moving step of moving a tool relative to a work material to bring the work material and the tool into contact; a coordinate value acquisition step of acquiring the coordinate value of the reference point; an error derivation step of deriving an error between the acquired coordinate value and the design coordinate value of the reference point at the position where the work material and the tool are in contact; and an output step of outputting the information.
  • the moving step brings the work material into contact with the tool at a plurality of positions
  • the coordinate value acquiring step acquires the coordinate values of the reference points when the work material and the tool come into contact with each other at a plurality of positions
  • the error deriving step may derive the error at multiple touch positions.
  • the outputting step may output information about a minimum or maximum error, which is an error obtained by subtracting the design coordinate value of the reference point in the movement direction from the acquired coordinate value in the movement direction.
  • the output step may output information about the average value of errors in the moving direction at a plurality of contact positions.
  • the moving step brings the work piece into contact with the tool at a plurality of locations spaced apart in one translational direction, which is the radial direction of the axis of rotation, and the output step provides information about the error in one translational direction and the direction of rotation of the axis of rotation. may output information about the error of
  • the movement step moves the tool relative to each other in two translational directions to bring the workpiece into contact with the tool at multiple locations, and the output step provides information about two translational errors and one rotational error. Information about the error may be output.
  • the moving step brings the work piece into contact with the tool at different rotational positions of the spindle, and the coordinate value acquisition step acquires the coordinate values of the reference point when the work piece and the tool come into contact with each other at different rotational positions of the spindle.
  • the error deriving step may derive errors at the plurality of contact positions, and the outputting step may output information regarding the amount of eccentricity of the work piece.
  • a processing apparatus includes a rotation mechanism that rotates a spindle to which a tool is attached, a feed mechanism that moves the tool relative to a workpiece, and a spindle rotation and feed mechanism by the rotation mechanism. and a control device for controlling the relative movement of the tool by the The control device moves the tool relative to the work material, acquires the coordinate values of the reference point when the work material and the tool come into contact with each other, and compares the acquired coordinate values with the work material and the tool. It derives the error from the design coordinate value of the reference point at the contact position, and outputs information about the error.
  • SYMBOLS 1 Processing apparatus, 10... Machine tool apparatus, 50, 50a... Cutting tool, 100... Control apparatus, 110... Spindle control part, 112... Movement control part, 114... Contact detection unit 116 Positional relationship measurement unit 118 Output processing unit 120 Designed shape holding unit.
  • the present disclosure can be used in the field of processing technology.

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Abstract

制御装置は、被削材に対して切削工具を相対的に移動させて、被削材と切削工具を接触させ（Ｓ１０）、被削材と切削工具とが接触したときの基準点の座標値を取得する（Ｓ１２）。制御装置は、取得した座標値と、被削材と切削工具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出し（Ｓ１４）、誤差に関する情報を出力する（Ｓ１６）。

Description

位置関係測定方法および加工装置
　本開示は、加工装置による切削を高精度に実現するための技術に関する。
　機械加工では、加工装置のテーブルまたは主軸に被削材（工作物またはワークとも呼ばれる）を固定し、刃物台（タレット）または主軸に工具を固定して、被削材と工具の間の相対運動により形状創製を行う。工具に対する被削材の固定位置および／または被削材表面の形状が設計値からその許容誤差以上にずれていると、予定された加工を行えず、未加工部分が残ったり、逆に設計量以上の切込みで加工することで工具が欠損することがある。そこで加工前に、被削材と工具との相対的な位置関係を測定する準備作業（段取り）を行う必要がある。
　以下は、加工前に実施される段取りの例である。
（１）被削材基準面のＺ方向位置の測定
　被削材基準面（回転主軸が鉛直である場合において、被削材の上側表面）のＺ方向（回転主軸の軸方向）位置を、ツールセッタを用いて測定する。たとえばワークテーブル上に固定された被削材の上側表面に、接触を検知するツールセッタを配置し、工具刃先（機械基準点に対する工具刃先位置は別途測定されているものとする）をツールセッタ上面（ツールセッタの高さは既知とする）に接触させることで、機械基準点に対する被削材基準面の相対的なＺ方向位置が測定される。
（２）被削材原点のＸＹ方向位置の測定
　被削材のワーク座標系原点のＸ軸方向およびＹ軸方向（回転主軸の軸方向に垂直な方向）位置を、タッチセンサを用いて測定する。被削材に対して、たとえばスタイラス直径が既知のタッチセンサをＸ軸方向およびＹ軸方向に接触させることで、機械基準点に対する被削材原点の相対的なＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置が測定される。
　近年、ツールセッタ等のセンサを使用することなく、被削材と工具との接触を検出する技術が提案されている。特許文献１は、接触前に取得された駆動モータに関する検出値の第１時系列データと、接触後に取得された駆動モータに関する検出値の第２時系列データから、切削工具と被削材との接触位置を特定する技術を開示する。切削工具と被削材との接触は、第２時系列データを回帰分析して求めた回帰式により特定される。
国際公開第２０２０／１７４５８５号
　従来の段取りでは、工具側の切れ刃位置と被削材との相対的な位置関係を専用のツールセッタ等のセンサを利用して測定しているが、センサの取付作業には時間がかかり、またセンサの取付誤差を考慮すると測定精度が高いとはいえない。また被削材の固定位置がＡＢＣ軸の回転方向にずれていたり、被削材表面形状が予定されている形状（設計形状）からずれている場合、従来の段取りを長時間を費やして行ったとしても、予定された加工を行うことができない。その場合、未加工部分が残ったり、逆に加工量が予定より増えて工具摩耗が進展して表面粗さや加工精度の劣化を引き起こす、などの問題が生じうる。
　本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの１つは、加工装置による切削を高精度に実現するための技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本開示のある態様は、被削材と道具との相対的な位置関係を測定する方法であって、被削材に対して道具を相対的に移動させて、被削材と道具を接触させる移動ステップと、被削材と道具とが接触したときの基準点の座標値を取得する座標値取得ステップと、取得した座標値と、被削材と道具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出する誤差導出ステップと、誤差に関する情報を出力する出力ステップとを有する。
　本開示の別の態様は、加工装置であって、道具が取り付けられた主軸を回転させる回転機構と、被削材に対して道具を相対的に移動させる送り機構と、回転機構による主軸の回転および送り機構による道具の相対移動を制御する制御装置とを備える。制御装置は、被削材に対して道具を相対的に移動させて、被削材と道具とが接触したときの基準点の座標値を取得し、取得した座標値と、被削材と道具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出し、誤差に関する情報を出力する。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
実施形態の加工装置の概略構成を示す図である。 ダミー工具の先端形状の例を示す図である。 制御装置の機能ブロックを示す図である。 被削材と切削工具との相対的な位置関係を測定する手順の例を示すフローチャートである。 測定手法の例を説明するための図である。 誤差導出工程を説明するための図である。 測定手法の例を説明するための図である。 誤差導出工程を説明するための図である。 測定手法の例を説明するための図である。 誤差をプロットしたグラフの例を示す図である。 導出される回転位置誤差と並進位置誤差の例を示す図である。 測定手法の例を説明するための図である。 回帰直線の例を示す図である。 回帰直線の例を示す図である。 測定手法の例を説明するための図である。 複数の位置誤差から導出される情報を示す図である。
　図１は、実施形態の加工装置１の概略構成の一例を示す。加工装置１は、工作機械装置１０および制御装置１００を備える。制御装置１００は、ＮＣ（numerical control）プログラムにしたがって工作機械装置１０を制御するＮＣ制御装置であってよく、工作機械装置１０は、ＮＣ制御装置によって制御されるＮＣ工作機械であってよい。加工装置１において、工作機械装置１０および制御装置１００は別体として構成され、ケーブル等により接続されているが、一体として構成されてもよい。
　工作機械装置１０は、本体部であるベッド部１２およびコラム部１４を備える。ベッド部１２上には、第１テーブル１６および第２テーブル１８が移動可能に支持される。第１テーブル１６は、ベッド部１２に形成されたレール部によりＹ軸方向に移動可能に支持され、第２テーブル１８は、第１テーブル１６に形成されたレール部によりＸ軸方向に移動可能に支持される。第２テーブル１８の上面にはワークピース設置面が設けられ、加工対象である被削材６２が、ワークピース設置面に固定される。
　Ｙ軸モータ２２はボールねじ機構を回転することで、第１テーブル１６をＹ軸方向に移動し、Ｘ軸モータ２０はボールねじ機構を回転することで、第２テーブル１８をＸ軸方向に移動する。Ｙ軸センサ３２は、第１テーブル１６のＹ軸方向の位置を検出し、Ｘ軸センサ３０は、第２テーブル１８のＸ軸方向の位置を検出する。
　第２テーブル１８の上方には、切削工具５０が取り付けられる主軸４６が設けられる。主軸モータ４０は主軸４６を回転させる回転機構を構成し、主軸センサ４２は主軸モータ４０の回転速度を検出する。なお回転機構は、複数のギアから構成される減速機構を含んでよい。主軸４６および主軸モータ４０は主軸支持部４４に支持される。実施形態において、主軸４６にはホルダ４８が固定され、ホルダ４８には、切削工具５０であるエンドミル工具が取り付けられる。
　主軸支持部４４は、その背面側でコラム部１４に形成されたレール部によりＺ軸方向に移動可能に支持される。Ｚ軸モータ２４はボールねじ機構を回転することで、主軸４６をＺ軸方向に移動する。Ｚ軸センサ３４は、主軸４６のＺ方向の位置を検出する。
　第１傾斜モータ５２はギヤ機構を回転することで、主軸支持部４４を主軸４６の軸心およびＹ軸に垂直な軸線回りに傾斜させる。傾斜センサ５６は、第１傾斜モータ５２による主軸４６の傾斜角度を検出する。第２傾斜モータ５４はギヤ機構を回転することで、主軸支持部４４をＹ軸に平行な軸線回りに傾斜させる。傾斜センサ５６とは別の傾斜センサ（図示せず）が、第２傾斜モータ５４による主軸４６の傾斜角度を検出する。工作機械装置１０は、主軸支持部４４をＣ軸回りに傾斜させる第３傾斜モータ（図示せず）を有してもよい。
　制御装置１００は、ＮＣプログラムにしたがってＸ軸モータ２０、Ｙ軸モータ２２、Ｚ軸モータ２４、第１傾斜モータ５２、第２傾斜モータ５４および主軸モータ４０を駆動制御する。制御装置１００は、Ｘ軸センサ３０、Ｙ軸センサ３２、Ｚ軸センサ３４、傾斜センサおよび主軸センサ４２から、それぞれで検出された検出値を取得し、各モータの駆動制御に反映する。
　図１に示す工作機械装置１０では、被削材６２がＸ軸モータ２０およびＹ軸モータ２２によってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に動かされ、切削工具５０がＺ軸モータ２４によってＺ軸方向に動かされるが、これらの移動は、切削工具５０と被削材６２との間で相対的であればよい。つまり工作機械装置１０において、切削工具５０がＸ軸方向およびＹ軸方向に動かされ、被削材６２がＺ軸方向に動かされてもよい。また工作機械装置１０では、切削工具５０が第１傾斜モータ５２および第２傾斜モータ５４によって被削材６２に対して傾斜させられるが、これらの傾斜モータは、ベッド部１２側に設けられてもよい。
　このように切削工具５０と被削材６２は、いずれが動かされるかは重要ではなく、各移動方向および各回転方向において相対的に動作できればよい。以下、切削工具５０と被削材６２の相対的な移動を実現するための機構を総称して「送り機構」と呼ぶ。制御装置１００は、回転機構による主軸４６の回転および送り機構による切削工具５０の相対移動を制御する。
　実施形態の制御装置１００は、被削材６２と、主軸４６に取り付けられた道具との相対的な位置関係を測定する機能をもつ。制御装置１００は、測定した位置関係にもとづいて、工作機械装置１０の並進方向の位置誤差に関する情報および／または回転方向の位置誤差に関する情報を出力してよい。また制御装置１００は、測定した相対的な位置関係にもとづいて、被削材６２の形状誤差に関する情報を出力してよい。
　実施形態において主軸４６に取り付けられる道具はエンドミル工具であるが、他の種類の切削工具５０が主軸４６に取り付けられてもよい。なお主軸４６に取り付けられる道具は、切削能力をもたない工具、すなわち切れ刃をもたないダミー工具であってもよい。
　図２は、ダミー工具の先端形状の例を示す。ダミー工具７０は、中心ｃを有する球部７２と、球部７２に連結する円柱部７４を有するが、切れ刃を有していない。球部７２は、球形状を有する球状部品であり、下端側を構成する半球状のボール部と、ボール部に接続する小径部を有する。球部７２の中心ｃは、ダミー工具７０の中心軸上に位置する。小径部は、工具軸線に垂直な方向に円形断面を有し、円形断面の半径は、ボール部の半径ｒよりも小さい。図２に示す球部７２の小径部は、半径ｒの半球の頂部側を、軸線に垂直な面で除去した形状をもち、切り欠いた頂部側の面に円柱部７４が連結している。
　以下では、切削工具５０の切れ刃を被削材６２に接触させて、被削材６２と切削工具５０との相対的な位置関係を測定する方法を説明する。位置関係の測定時、切削工具５０は主軸４６により回転させられてよい。なお切削工具５０の代わりに、ダミー工具７０を被削材６２に接触させて、被削材６２とダミー工具７０との相対的な位置関係を測定してもよいが、このときダミー工具７０は回転しない状態で被削材６２に接触してよい。
　図３は、制御装置１００の機能ブロックを示す。制御装置１００は、主軸制御部１１０、移動制御部１１２、接触検出部１１４、位置関係測定部１１６、出力処理部１１８および設計形状保持部１２０を備える。主軸制御部１１０は、回転機構による主軸４６の回転を制御し、移動制御部１１２は、送り機構による切削工具５０と被削材６２との相対移動を制御する。設計形状保持部１２０は、被削材６２の設計形状を定めた三次元形状データを保持してよいが、データ量を削減するために、三次元形状データの一部を保持してもよい。具体的に設計形状保持部１２０は、前加工面として予定（設計）されている理想的な表面形状を有する被削材表面の三次元座標値を保持してよいが、被削材表面の一部の三次元座標値を保持してもよい。
　後述するように、実施例では位置関係測定部１１６が、切削工具５０と被削材６２とを接触させたときに測定した工具基準点の座標値（測定座標値）と、工具基準点が存在することが予定されている座標値（設計座標値）との誤差を導出する。そのため設計形状保持部１２０は、少なくとも、接触させる１以上の位置において、工具基準点が存在することが予定されている座標値を導出するための情報を保持していればよい。具体的に設計形状保持部１２０は、接触させる１以上の位置における被削材表面の３次元座標値を保持してもよく、接触させる１以上の位置において予定されている基準点の座標値（被削材表面の３次元座標値に、工具における接触点から基準点までの相対的な座標値を加えた座標値）を保持してもよい。
　なお被削材６２の設計形状は、仕上げ前の前加工面形状であるため、許容誤差が設定されていてもよい。このとき設計形状保持部１２０は、許容誤差を加味した設計座標値を導出するための情報を保持していてよい。この情報を用いて位置関係測定部１１６は、（設計座標値－誤差許容値）から（設計座標値＋誤差許容値）までの範囲を設計座標値として取り扱って、測定座標値との誤差を導出してよい。
　図３において、さまざまな処理を行う機能ブロックとして記載される各要素は、ハードウェア的には、回路ブロック、メモリ、その他のプロセッサで構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。
　接触検出部１１４は、切削工具５０と被削材６２との接触を検出する機能をもつ。たとえば接触検出部１１４は、切削工具５０が被削材６２に接触したときに変化する加工装置１の内部情報を分析して、切削工具５０と被削材６２との接触を検出してよい。加工装置１がトルク推定機能を搭載している場合、切削工具５０と被削材６２とが接触すると、接触により発生する負荷のために、モータトルクの推定値が急激に上昇する。そこで接触検出部１１４は、切削工具５０と被削材６２とが互いに接近して接触したときのモータトルク波形にもとづいて、切削工具５０と被削材６２との接触を検出してよい。このとき接触検出部１１４は、接触前に取得された駆動モータに関する検出値の第１時系列データと、接触後に取得された駆動モータに関する検出値の第２時系列データから、切削工具５０と被削材６２との接触を検出して、その接触位置を特定してよい。
　別の態様として、接触検出部１１４は、切削工具５０と被削材６２とが接触したときの導通を検知することで接触を検出して、その検出位置を特定してよい。また接触検出部１１４は、切削工具５０が被削材６２を切削したときの切り屑または切削痕をカメラで撮影し、撮影画像を解析することで接触を検出して、その接触位置を特定してもよい。このように接触検出部１１４は、切削工具５０と被削材６２の間にツールセッタ等のセンサを介在させることなく、切削工具５０と被削材６２との接触を直接的または間接的に検出する機能を有することが好ましい。接触検出部１１４は、切削工具５０と被削材６２の接触を検出すると、接触したときの基準点の座標値を測定して、取得する。基準点は、切削工具５０における所定位置に設定されてよく、切削工具５０がボールエンドミルである場合、基準点は、半球状のボール部の中心点に設定されてよい。
　位置関係測定部１１６は、接触時に測定した基準点の座標値（測定座標値）と、理想的な切削工具５０と理想的な被削材６２とが接触した位置において基準点が存在することが予定されている座標値（設計座標値）から、被削材６２と切削工具５０との相対的な位置関係を測定する。ここで理想的な切削工具５０とは、設定された形状を有し、且つ設定された取付け位置に配置された工具を意味する。また理想的な被削材６２とは、設計された表面形状を有し、且つ所定の取付位置に配置された被削材を意味する。
　測定座標値と設計座標値とが一致していれば、その接触位置において、被削材６２と切削工具５０との間に位置誤差は存在しない。一方、測定座標値と設計座標値とが一致していない場合、位置関係測定部１１６は、相対的な位置関係として、測定座標値と設計座標値との誤差（差分）を導出する。このとき位置関係測定部１１６は、接触するときの相対移動方向における位置誤差を導出してよい。
　位置関係測定部１１６は、導出した誤差をもとに、切削工具５０に対する被削材６２の並進方向の位置誤差および／または回転方向の位置誤差を導出し、さらには被削材表面の形状誤差を導出してもよい。出力処理部１１８は、導出された誤差に関する情報を、加工の段取り（準備作業）を行う作業者に提示してよく、または移動制御部１１２に提供してよい。
　前者の場合、作業者は、提示された誤差情報にもとづいて、被削材６２の取付位置を手動で調整したり、適切な切込み開始位置を設定することができる。後者の場合、移動制御部１１２は、工作機械装置１０の各制御軸のワーク原点オフセット量として取付誤差を入力することにより、被削材６２の表面位置を理想的な取付位置（取付誤差が最小となる位置、すなわち最も望ましい位置）へ自動で移動したり、適切な切込み開始位置を自動で設定したり、被削材６２の表面形状に合わせて加工形状や加工量を修正したりすることができる。
　実施形態においては、形状が設計値として既知である被削材表面に対して、切削工具５０の切れ刃を接触させ、接触点において測定される位置誤差から、切削工具５０側を基準として被削材６２の取付誤差および／または被削材６２の表面形状誤差を同定する手法を説明する。なお設計値として既知である形状とは、前加工面形状が設計値として定められているときは、その設計形状であり、仕上げ後の形状が設計値として定められているときは、仕上げ代以下の切込み量の切削が許容されることを前提として、仕上げ後の形状に所定の仕上げ代を加えた前加工面形状を意味する。設計形状保持部１２０は、設計値として定められた前加工面形状の三次元形状データを保持してよいが、少なくとも、切削工具５０と被削材６２とを接触させる１以上の位置において、基準点が存在することが予定されている座標値（設計座標値）を導出するための情報を保持していればよい。
　図４は、被削材６２と切削工具５０との相対的な位置関係を測定する手順の例を示すフローチャートである。
　まず移動制御部１１２が、被削材６２に対して切削工具５０を相対的に移動させて、被削材６２と切削工具５０を接触させる（Ｓ１０）。接触検出部１１４は、被削材６２と切削工具５０とが接触したときの基準点の座標値を測定し、取得する（Ｓ１２）。実施形態において切削工具５０は、半球状のボール部を有するボールエンドミルであり、基準点は、半球状ボール部の中心点とするが、別の位置に基準点を設定してもよい。
　位置関係測定部１１６は、設計形状保持部１２０に保持された三次元形状データから、被削材６２と切削工具５０とが接触した位置における被削材表面の設計座標値を導出し、その被削材表面の設計座標値から、切削工具５０の基準点の設計座標値を算出する。なお設計形状保持部１２０が、設計された表面形状を有し且つ所定の取付位置に配置された被削材に切削工具５０が接触したときの基準点の座標値（設計座標値）を保持している場合には、位置関係測定部１１６は、設計形状保持部１２０から、切削工具５０の基準点の設計座標値を読み出して取得すればよい。
　位置関係測定部１１６は、接触検出部１１４が取得した基準点の測定座標値と、被削材６２と切削工具５０とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出し（Ｓ１４）、出力処理部１１８は、誤差に関する情報を出力する（Ｓ１６）。上記したように出力処理部１１８は、誤差情報を作業者に提示してよく、または移動制御部１１２に、ワーク座標系原点のオフセット量として提供してもよい。以下、測定手法の具体例を示す。
（実施例１）
　図５は、実施例１における測定手法を説明するための図である。実線で示す形状は、被削材６２の実際の表面形状８０を表現し、点線で示す形状は、所定の取付位置に配置した被削材６２の設計形状８２を表現する。図５に示す例では、実際の表面形状８０が、設計形状８２よりも大きく形成されているが、実際の表面形状８０が、設計形状８２より小さいこともある。
　実施例１では、移動制御部１１２が、１つ以上の指定位置で、切削工具５０を、被削材６２の高さ方向（ワークピース設置面に垂直方向であって、並進方向の１つであるＺ軸方向）に移動させて被削材６２の表面に接触させ、接触検出部１１４が、その接触位置における基準点の座標値を取得する。実施例１において、指定位置は、移動させるＺ軸方向とは異なる直交軸の座標値により定められ、具体的にはＸ座標値とＹ座標値により定められる。
　図６は、Ｓ１４の誤差導出工程を説明するための図である。図６は、移動制御部１１２が、指定位置（ｘ１，ｙ１）で切削工具５０をＺ軸負方向に移動して、被削材６２の表面に接触させる様子を示している。指定位置（ｘ１，ｙ１）において、切削工具５０が設計形状８２に接触するときの基準点ｃの設計座標値は（ｘ１，ｙ１，ｚ１）であるが、切削工具５０が表面形状８０に接触したときの実際の基準点ｃの座標値は（ｘ１，ｙ１，ｚ１’）と測定されている。このとき位置関係測定部１１６は、測定座標値と設計座標値の誤差を（ｚ１’－ｚ１）と導出する。
　移動制御部１１２が切削工具５０を被削材６２の表面に１点でのみ接触させる場合、出力処理部１１８は、接触位置における被削材表面の高さ方向の位置誤差（ｚ１’－ｚ１）に関する情報を出力する。出力処理部１１８は、誤差に関する情報を作業者に提示してよく、または誤差に関する情報を移動制御部１１２にワーク座標系原点のオフセット量として提供してもよい。
　移動制御部１１２が切削工具５０を同一方向に被削材６２の表面に複数の位置で接触させる場合、接触検出部１１４は、被削材６２と切削工具５０とが複数の位置で接触したときの基準点の座標値を測定して取得し、位置関係測定部１１６は、複数の接触位置において、移動方向の測定座標値から、移動方向の基準点の設計座標値を減算した位置誤差を導出する。
　このとき出力処理部１１８は、複数の位置誤差の中から、最小の誤差、つまり複数の接触位置において（測定座標値－設計座標値）が最小となる誤差に関する情報を出力してよい。実施形態では、図示のように被削材６２から切削工具５０が離れる方向を、Ｚ軸の正方向としている。なお被削材６２に切削工具５０が近づく方向をＺ軸の正方向とする場合、出力処理部１１８は、最大の誤差に関する情報を出力してよい。位置誤差の最小値または最大値に関する情報を出力することで、誤差補正後の加工における削り残しを防ぐことができる。出力処理部１１８は、各接触位置における高さ方向の位置誤差や、複数の位置誤差の分布を出力してもよい。
　なお出力処理部１１８は、複数の位置誤差の中から、最大の誤差、つまり複数の接触位置において（測定座標値－設計座標値）が最大となる誤差に関する情報を出力してよい。なお被削材６２に切削工具５０が近づく方向をＺ軸の正方向とする場合、出力処理部１１８は、最小の誤差に関する情報を出力してよい。位置誤差の最大値または最小値に関する情報を出力することで、最初の加工時の切込みが過大にならないようにオフセット量を設定したり、切込みを修正することができる。
　なお切削工具５０に代えて、非回転のダミー工具７０の球部７２を被削材６２に接触させる場合には、同じｘｙ位置において、主軸４６の異なる回転位置で複数回接触させて基準点の座標値を測定し、測定された複数の座標値の平均値を求めてよい。これにより主軸４６に対するダミー工具７０の偏心の影響を取り除いて、より正確な基準点の座標値を測定できる。
　なお移動制御部１１２が切削工具５０を被削材６２に対して相対移動させるに際し、高さ方向の最大位置誤差を事前に設定することで、その最大誤差の範囲内で接触位置の探索を行うことが可能となる。
（実施例２）
　図７は、実施例２における測定手法を説明するための図である。実線で示す形状は、被削材６２の実際の表面形状８０を表現し、点線で示す形状は、所定の取付位置に配置した被削材６２の設計形状８２を表現する。図７に示す例では、実際の表面形状８０が、設計形状８２よりも大きく形成されているが、実際の表面形状８０が、設計形状８２より小さいこともある。
　実施例２では、移動制御部１１２が、１つ以上の指定位置で、切削工具５０を、被削材６２の高さ方向（Ｚ軸方向）以外の１つの並進方向に移動させて被削材６２の表面に接触させ、接触検出部１１４が、その接触位置における基準点の座標値を取得する。図７に示す例において切削工具５０はＸ軸方向に移動し、指定位置は、Ｘ軸方向とは異なる直交軸の座標値、具体的にはＹ座標値とＺ座標値により定められる。
　図８は、Ｓ１４の誤差導出工程を説明するための図である。図８は、移動制御部１１２が、指定位置（ｙ２，ｚ２）で切削工具５０をＸ軸正方向に移動して、被削材６２の表面に接触させる様子を示している。指定位置（ｙ２，ｚ２）において、切削工具５０が設計形状８２に接触するときの基準点ｃの設計座標値は（ｘ２，ｙ２，ｚ２）であるが、切削工具５０が表面形状８０に接触したときの実際の基準点ｃの座標値は（ｘ２’，ｙ２，ｚ２）と測定されている。位置関係測定部１１６は、測定座標値と設計座標値の誤差を（ｘ２’－ｘ２）と導出する。
　移動制御部１１２が切削工具５０を被削材６２の表面に１点でのみ接触させる場合、出力処理部１１８は、接触位置における被削材表面の並進位置誤差（ｘ２’－ｘ２）に関する情報を出力する。出力処理部１１８は、誤差に関する情報を作業者に提示してよく、または誤差に関する情報を移動制御部１１２にワーク座標系原点のオフセット量として提供してもよい。
　移動制御部１１２が切削工具５０を同一方向に被削材６２の表面に複数の位置で接触させる場合、接触検出部１１４は、被削材６２と切削工具５０とが複数の位置で接触したときの基準点の座標値を測定して取得し、位置関係測定部１１６は、複数の接触位置において、移動方向の測定座標値から、移動方向の基準点の設計座標値を減算した並進位置誤差を導出する。
　移動制御部１１２が、切削工具５０をＸ軸正方向に移動して複数の位置で接触させた場合、出力処理部１１８は、複数の並進位置誤差の中から、最大の誤差、つまり複数の接触位置において（測定座標値－設計座標値）が最大となる誤差に関する情報を出力してよい。実施形態では、右方向をＸ軸の正方向とし、被削材中心の位置をＸ軸原点としている。一方、移動制御部１１２が、切削工具５０をＸ軸負方向に移動して複数の位置で接触させた場合、出力処理部１１８は、複数の並進位置誤差の中から、最小の誤差、つまり複数の接触位置において（測定座標値－設計座標値）が最小となる誤差に関する情報を出力してよい。このように誤差情報を出力することで、誤差補正後の加工における削り残しを防ぐことができる。出力処理部１１８は、各接触位置における並進位置誤差や、複数の並進位置誤差の分布を出力してもよい。
　なおＸ軸に関し、切削工具５０をＸ軸正方向に移動して複数の位置で接触させ、また切削工具５０をＸ軸負方向に移動して、同数の位置で接触させて、位置関係測定部１１６が、被削材全体のＸ軸方向における並進位置誤差を導出してもよい。
　上記したように、各接触位置での並進位置誤差は、
　（各接触位置での並進位置誤差）＝測定座標値－設計座標値
　と算出される。
　位置関係測定部１１６は、以下のように被削材全体の並進位置誤差を算出する。
　被削材全体の並進位置誤差＝Σ（各接触位置での並進位置誤差）／接触回数
　このように位置関係測定部１１６は、複数の接触位置における並進方向の位置誤差の平均値を算出し、出力処理部１１８は、位置誤差の平均値に関する情報を出力してよい。
　なお切削工具５０に代えて、非回転のダミー工具７０の球部７２を被削材６２に接触させる場合には、同じｙｚ位置において、主軸４６の異なる回転位置で複数回接触させて基準点の座標値を測定し、測定された複数の座標値の平均値を求めてよい。これにより主軸４６に対するダミー工具７０の偏心の影響を取り除いて、より正確な基準点の座標値を測定できる。
　なお移動制御部１１２が切削工具５０を被削材６２に対して相対移動させるに際し、並進方向の最大位置誤差を事前に設定することで、その最大誤差の範囲内で接触位置の探索を行うことが可能となる。
　以上は、Ｘ軸に沿って切削工具５０を動かし、Ｘ軸方向の位置誤差を導出する例であるが、Ｙ軸に沿って切削工具５０を動かすことで、Ｙ軸方向の位置誤差を導出できる。
（実施例３）
　図９は、実施例３における測定手法を説明するための図である。実線で示す形状は、被削材６２の実際の表面形状８０を表現し、点線で示す形状は、所定の取付位置に配置した被削材６２の設計形状８２を表現する。
　実施例３では、移動制御部１１２が、１つの回転軸（図９の例ではＢ軸）に対して１つの半径方向（図９の例ではＸ軸方向）に離れた被削材表面上の複数の位置において、切削工具５０を移動させて接触させる。このとき移動制御部１１２は、切削工具５０を、当該半径方向（Ｘ軸方向）ではなく且つ回転軸方向（Ｙ軸方向）でもない方向に移動する。この移動方向は、当該半径方向および当該回転軸方向に垂直に近い方向であることが好ましく、複数回の接触運動において同じ方向となることが好ましい。図９に示す例で、移動制御部１１２は切削工具５０を、Ｚ軸負方向に移動させる。
　移動制御部１１２は、図６に示すように、切削工具５０をＺ軸負方向に動かして、被削材６２の表面に接触させる。移動制御部１１２は、Ｘ軸方向に離れた複数の位置で切削工具５０を被削材６２の表面に接触させる。図９に示す例では、移動制御部１１２が、４つの位置（Ａ～Ｄ）で切削工具５０を被削材６２の表面に接触させているが、２つの位置、３つの位置、または５つ以上の位置で接触させてよい。
　接触検出部１１４は、被削材６２と切削工具５０とが複数の位置で接触したときの基準点の座標値を測定して取得し、位置関係測定部１１６は、複数の接触位置において、被削材高さ方向の測定座標値から、被削材高さ方向の基準点の設計座標値を減算した位置誤差を導出する。位置関係測定部１１６は、複数の接触位置における位置誤差にもとづいて、被削材表面の回転軸（Ｂ軸）回りの回転位置誤差と移動方向（Ｚ軸）の並進位置誤差を同時に同定してよい。
　図１０は、４つの接触位置における誤差をプロットしたグラフの例を示す。横軸をＸ軸、縦軸をＺ軸において測定された誤差とする。ここでＸ軸の原点は、被削材６２のＸ軸方向中心位置を示す。図１０に示す例では、接触点Ａの位置誤差が正値であり、接触点Ｃ、Ｄの位置誤差が負値である。位置誤差は（測定座標値－設計座標値）で表現されるため、正の位置誤差は、測定された座標値が設計座標値より高いことを、負の位置誤差は、測定された座標値が設計座標値より低いことを意味する。
　図１１は、複数の位置誤差から導出される回転位置誤差と並進位置誤差の例を示す。位置関係測定部１１６は、複数の接触点におけるＸ座標値と位置誤差の関係から、各接触点での位置誤差との差の二乗和が最小となるような回帰直線を算出する。位置関係測定部１１６は、回転軸の回転方向の誤差である回転位置誤差を、回帰直線の傾きとして算出し、任意のＸ座標値における並進位置誤差を導出する。図１１の例では、被削材６２のＸ軸方向中心位置における並進位置誤差を導出している。
　出力処理部１１８は、回転位置誤差および／または並進位置誤差に関する情報を出力する。たとえば作業者は、回転位置誤差および並進位置誤差に関する情報を提示されることで、被削材６２の回転位置および並進位置を手動で調整できるようになる。なお実際に回転位置を補正する際には、その回転中心を決める必要があるが、出力処理部１１８は、回転中心を、たとえば複数の接触点の座標の平均位置としてもよいし、Ｘ軸方向に最も離れた２点（この例では点Ａと点Ｄ）の平均位置（中点）としてもよい。出力処理部１１８は回転中心位置を求めると、その中心位置での並進位置誤差を回帰直線から求めてよい。
（実施例４）
　実施例３で説明した内容に加えて、実施例４では、移動制御部１１２が、Ｂ軸に対して実施例３とは別の半径方向となるＹ軸方向に離れた被削材表面上の複数の位置において、切削工具５０をＺ軸負方向に移動させて接触させる。位置関係測定部１１６は、複数の接触点におけるＹ座標値と位置誤差の関係と、実施例３で取得した複数の接触点におけるＸ座標値と位置誤差の関係から、重回帰分析を利用して、Ｚ軸方向の並進位置誤差、Ｂ軸回りの回転位置誤差に加えて、Ａ軸回りの回転位置誤差を同定してよい。
（実施例５）
　図１２は、実施例５における測定手法を説明するための図である。実線で示す形状は、被削材６２の実際の表面形状８０を表現し、点線で示す形状は、所定の取付位置に配置した被削材６２の設計形状８２を表現する。
　実施例５では、移動制御部１１２が、切削工具５０を、２つの並進方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）に移動させて、被削材６２の表面に接触させる。この例では、説明の便宜上、被削材６２が４つの面I～面IVを有し、各面に対して切削工具５０を略垂直な並進方向に移動させる。移動制御部１１２は、面Iに対して切削工具５０をＹ軸負方向に移動して接触させ、面IIに対して切削工具５０をＸ軸負方向に移動して接触させ、面IIIに対して切削工具５０をＹ軸正方向に移動して接触させ、面IVに対して切削工具５０をＸ軸正方向に移動して接触させる。
　移動制御部１１２は、各面に対して、移動方向およびＺ軸方向に直交する方向に離れた複数の位置で切削工具５０を接触させる。移動制御部１１２は面I、面IIIに対して、Ｘ軸方向に離れた複数の位置で切削工具５０を接触させ、面II、面IVに対して、Ｙ軸方向に離れた複数の位置で切削工具５０を接触させる。図１２に示す例では、切削工具５０が、面Iに点ａ、ｂで接触し、面IIに点ｃ、ｄで接触し、面IIIに点ｅ、ｆで接触し、面IVに点ｇ、ｈで接触している。各面に対して切削工具５０は、３点以上で接触してよい。
　接触検出部１１４は、被削材６２と切削工具５０とが複数の位置で接触したときの基準点の座標値を測定して取得し、位置関係測定部１１６は、複数の接触位置において、取得された測定座標値から、基準点の設計座標値を減算した位置誤差を導出する。位置関係測定部１１６は、複数の接触位置における位置誤差にもとづいて、２つの並進方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）の並進位置誤差と、回転軸（Ｃ軸）回りの回転位置誤差を同時に同定してよい。
　図１３は、面Iと面IIIにおける位置誤差にもとづいて導出された回帰直線の例を示す。面Iと面IIIに対しては切削工具５０をＹ軸方向に移動させるため、横軸を、Ｙ軸および回転軸（Ｃ軸）に垂直なＸ軸に設定している。縦軸は、移動方向であるＹ軸において測定された誤差を表現する。位置関係測定部１１６は、面Iにおける複数の接触点ａ、ｂにおけるＸ座標値と位置誤差の関係から、各接触点での位置誤差との差の二乗和が最小となるような回帰直線Ｌ１を算出する。また位置関係測定部１１６は、面IIIにおける複数の接触点ｅ、ｆにおけるＸ座標値と位置誤差の関係から、各接触点での位置誤差との差の二乗和が最小となるような回帰直線Ｌ３を算出する。図１１に関して説明したように、位置関係測定部１１６は、回帰直線Ｌ１から、面Iの回転位置誤差とＹ軸方向の並進位置誤差を導出し、回帰直線Ｌ３から、面IIIの回転位置誤差とＹ軸方向の並進位置誤差を導出する。図１３において、面Iの並進位置誤差が面IIIの並進位置誤差に対して相対的に小さいことは、実際の被削材６２の寸法が設計値に比べてＹ軸方向に小さいことを示し、並進位置誤差の差分はＹ軸方向の形状誤差に対応する。
　図１４は、面IIと面IVにおける位置誤差にもとづいて導出された回帰直線の例を示す。面IIと面IVに対しては切削工具５０をＸ軸方向に移動させるため、横軸を、Ｘ軸および回転軸（Ｃ軸）に垂直なＹ軸に設定している。縦軸は、移動方向であるＸ軸において測定された誤差を表現する。位置関係測定部１１６は、面IIにおける複数の接触点ｃ、ｄにおけるＹ座標値と位置誤差の関係から、各接触点での位置誤差との差の二乗和が最小となるような回帰直線Ｌ２を算出する。また位置関係測定部１１６は、面IVにおける複数の接触点ｇ、ｈにおけるＹ座標値と位置誤差の関係から、各接触点での位置誤差との差の二乗和が最小となるような回帰直線Ｌ４を算出する。図１１に関して説明したように、位置関係測定部１１６は、回帰直線Ｌ２から、面IIの回転位置誤差とＸ軸方向の並進位置誤差を導出し、回帰直線Ｌ４から、面IVの回転位置誤差とＸ軸方向の並進位置誤差を導出する。図１４において、面IIの並進位置誤差が面IVの並進位置誤差に対して相対的に大きいことは、実際の被削材６２の寸法が設計値に比べてＸ軸方向に大きいことを示し、並進位置誤差の差分はＸ軸方向の形状誤差に対応する。
　位置関係測定部１１６は、複数の接触位置ａ～ｈにおける位置誤差に対して、傾きが共通（ただし面I、IIIとII、IVでは傾きの正負が逆となる）で縦軸シフト量のみが異なる共通回帰式（共分散分析等で利用される共通回帰式では傾きの正負も共通であるため、その点が通常の共通回帰式と異なる点に注意されたい）を算出することにより、各面の並進位置誤差と共通の回転位置誤差を同定してもよい。
　このように実施例５においては、複数の接触位置における誤差を統計的に分析することで、並進位置誤差、回転位置誤差、さらに形状誤差を分離して同時に同定できる。
　以上の実施例１～５で示した測定手法は、個別に実施してもよいし、２つ以上の測定手法を連続または並行して実施してもよい。例えば、実施例４と実施例５で示した技術をそれぞれ実施して、ＺＡＢ方向の位置誤差と、ＸＹＣ方向の位置誤差を同定すれば、被削材表面の６軸（並進３軸と回転３軸）すべての位置誤差を同定できる。多くの接触点で位置誤差を測定することにより、被削材表面の寸法誤差および形状誤差（道具の情報が十分に正確ではない場合、これらの誤差は道具に対する相対的な値となる）も、同時に同定することができる。
　これらの情報を利用し、作業者は手動で被削材６２の取付位置を調整したり、仕上げ加工の適切な取り代を設定できる。制御装置１００は、ワーク座標系のオフセット量やＮＣプログラムのマクロ変数等を利用して、自動的に加工位置をずらしたり、取り代を変更したり、加工形状や寸法を修正して削り残しを回避したり、削る量を減らしたりすることも可能である。
　なお被削材６２の固定される面は、仕上げ加工済みの基準面である場合もある。そのような場合で、加工後の形状と寸法が重要であって、削り残しの回避や削る量を減らすことよりも優先され、且つ道具の情報（形状、寸法、取付け位置）が被削材６２の情報（形状、寸法）より正確な場合、その基準面に含まれる２つの並進軸回りの回転方向、およびそれらの基準面からの並進位置（寸法）については、被削材６２の形状に合わせて加工位置をずらしたり、取り代を変更したり、加工形状や寸法を修正したりする補正は行わない。これらの補正を行うと、基準面に対する加工面の寸法誤差や形状誤差を生じるからである。実施例３で示した図９の例に当てはめると、被削材６２の底面（ＸＹ面に平行）が基準面である場合、ＡＢ軸方向とＺ軸方向の補正は行わず、例えばＣ軸方向とＸＹ軸方向の補正（固定位置の修正または加工位置のオフセット）を実施例５に示す技術で得られる情報をもとに実施し、実施例４で得られる情報をもとに削り始める適切な位置を設定するとともに削り残しが発生しないかどうかを確認できる。
　一方、被削材６２の固定される面が仕上げ加工前の面である場合や、加工後の形状と寸法より、削り残しの回避や削る量を減らすことが優先される場合、被削材の情報（形状、寸法）の方が道具の情報（形状、寸法、取付け位置）より正確な場合（例えば正確な直方体や円柱形状で各寸法が測定されている場合）もある。そのような場合には、固定される面に含まれる２つの並進軸回りの回転方向、および固定面からの並進位置（寸法）についても、被削材６２の形状に合わせて加工位置をずらしたり、取り代を変更したり、加工形状や寸法を修正したりすることができる。
（実施例６）
　図１５（ａ）、（ｂ）は、実施例６における測定手法を説明するための図である。実施例６は、旋削タイプの工作機械に関し、主軸４６ａに固定されたチャック４８ａに被削材６２ａが取り付けられている。実線で示す形状は、被削材６２ａの実際の表面形状８０ａを表現し、点線で示す形状は、所定の取付位置に配置した被削材６２ａの設計形状８２ａを表現する。切削工具５０ａは、旋削加工に用いられる工具であって、基準点は切れ刃の任意の位置に設定されてよい。
　実施例６では、移動制御部１１２が、切削工具５０ａを、１つの並進方向（Ｘ軸負方向）に移動させて、切削工具５０ａの切れ刃を非回転の被削材６２ａの表面に接触させる。移動制御部１１２は、主軸４６ａの複数の異なる回転位置で、切削工具５０ａを移動させて被削材６２ａに接触させ、接触検出部１１４は、被削材６２ａと切削工具５０ａとが複数の異なる回転位置で接触したときの基準点の座標値を測定して取得する。
　具体的には移動制御部１１２が、切削工具５０ａを被削材６２ａに接触させた後、切削工具５０ａを被削材６２ａから離し、主軸制御部１１０は、そのときの主軸４６ａの回転位置から、主軸４６ａを軸心回りにＮ度回転して、それから移動制御部１１２が、再び切削工具５０ａを被削材６２ａに接触させる。このように今回の接触工程の前に、主軸制御部１１０が、前回の接触工程における主軸４６ａの回転位置から、主軸４６ａを軸心回りにＮ度回転することで、移動制御部１１２が、主軸４６ａの複数の異なる回転位置で、切削工具５０ａを被削材６２ａに接触させてよい。移動制御部１１２は、主軸４６ａの回転位置を変えながら、少なくとも（３６０／Ｎ）回、被削材６２ａと切削工具５０ａを接触させてよい。ここでは（３６０／Ｎ）が整数となるように、回転角度Ｎが設定される。
　位置関係測定部１１６は、複数の接触位置において、測定座標値から、加工時に予定されている基準点の設計座標値を減算した位置誤差を算出する。実施例６において、設計座標値に含まれるＸ座標値は、主軸４６の回転位置にかかわらず、１つの所定値となる。
　図１６は、複数の位置誤差から導出される情報を示す。位置関係測定部１１６は、横軸を回転位置、縦軸をＸ軸方向において測定された位置誤差とするグラフにおいて、複数の接触位置における位置誤差を回転位置に対してプロットする。図１６に示す×印は、位置誤差の測定値である。位置関係測定部１１６は、複数の位置誤差にフィットするように正弦波を導出する。
　この正弦波において、振幅と位相が被削材６２ａの偏心の量と角度位置に対応し、そのオフセット量が半径誤差に対応し、その正弦波からの各位置誤差のずれが被削材表面の形状誤差に対応する。他の軸方向位置においても被削材側面に対して同様の測定を行い、また必要に応じて端面に対しても複数の回転位置、複数の半径位置で軸方向接触させて同様の測定を行えば、回転軸と被削材６２ａの中心軸とのずれの並進成分および角度成分、突き出し量、形状誤差などの情報を得ることができる。これらの情報を基に、作業者は取付誤差を手作業で修正してもよいし、取り代を定めてもよいし、Ｃ軸同期でＸ軸位置を制御することで上記回転軸に対する被削材中心軸のずれ（偏心）の並進成分および角度成分を補正して加工するプログラムを作成してもよい。
　実施形態では、説明の便宜上、１つの測定手法において、接触運動の方向を２方向（正負も含めると４方向）までとし、同定される被削材の固定位置や形状誤差を３方向（並進方向と回転方向を合わせた数）までとした。しかしながら、接触運動の方向は直交３方向とそれらの間の無数の方向が可能であり、被削材取付誤差（固定位置）については空間内の最大自由度である６軸（並進３軸と回転３軸）方向までを同定することが可能であり、被削材表面の寸法や形状の誤差については接触運動の方向と同数の方向までを同定することが可能である。また実施形態では、統計処理の例として回帰分析や共通回帰式を利用したが、これらに限定されるものではなく、全体として誤差が小さくなる（例えば誤差の絶対値や二乗の総和が小さくなる、最適値としては最小となる）ように同定を行えば良く、最急降下法やランダム法、近傍探索法などの各種数値解析手法を利用することができる。
　以上、本開示を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　本開示の態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の位置関係測定方法は、被削材に対して道具を相対的に移動させて、被削材と道具を接触させる移動ステップと、被削材と道具とが接触したときの基準点の座標値を取得する座標値取得ステップと、取得した座標値と、被削材と道具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出する誤差導出ステップと、誤差に関する情報を出力する出力ステップとを有する。
　この態様によると、実際の測定座標値と設計された座標値との誤差に関する情報を出力することで、段取りを高精度に実施することが可能となる。
　移動ステップは、複数の位置で被削材と道具を接触させ、座標値取得ステップは、被削材と道具とが複数の位置で接触したときの基準点の座標値を取得し、誤差導出ステップは、複数の接触位置における誤差を導出してよい。出力ステップは、取得した移動方向の座標値から、移動方向の基準点の設計座標値を減算した誤差であって、最小または最大の誤差に関する情報を出力してよい。
　出力ステップは、複数の接触位置における移動方向の誤差の平均値に関する情報を出力してよい。移動ステップは、回転軸の半径方向である１つの並進方向に離れた複数の位置で被削材と道具を接触させ、出力ステップは、１つの並進方向の誤差に関する情報と、回転軸の回転方向の誤差に関する情報を出力してよい。
　移動ステップは、２つの並進方向に道具を相対的に移動させて、複数の位置で被削材と道具を接触させ、出力ステップは、２つの並進方向の誤差に関する情報と、１つの回転方向の誤差に関する情報を出力してよい。移動ステップは、主軸の異なる回転位置で被削材と道具を接触させ、座標値取得ステップは、主軸の異なる回転位置で被削材と道具とが接触したときの基準点の座標値を取得し、誤差導出ステップは、複数の接触位置における誤差を導出し、出力ステップは、被削材の偏心量に関する情報を出力してよい。
　本開示の別の態様の加工装置は、道具が取り付けられた主軸を回転させる回転機構と、被削材に対して道具を相対的に移動させる送り機構と、回転機構による主軸の回転および送り機構による道具の相対移動を制御する制御装置とを備える。制御装置は、被削材に対して道具を相対的に移動させて、被削材と道具とが接触したときの基準点の座標値を取得し、取得した座標値と、被削材と道具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出し、誤差に関する情報を出力する。
１・・・加工装置、１０・・・工作機械装置、５０，５０ａ・・・切削工具、１００・・・制御装置、１１０・・・主軸制御部、１１２・・・移動制御部、１１４・・・接触検出部、１１６・・・位置関係測定部、１１８・・・出力処理部、１２０・・・設計形状保持部。
　本開示は、加工技術の分野に利用できる。

Claims (8)

  1. 　被削材と道具との相対的な位置関係を測定する方法であって、
    　前記被削材に対して、前記道具を相対的に移動させて、前記被削材と前記道具を接触させる移動ステップと、
    　前記被削材と前記道具とが接触したときの基準点の座標値を取得する座標値取得ステップと、
    　取得した座標値と、前記被削材と前記道具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出する誤差導出ステップと、
    　前記誤差に関する情報を出力する出力ステップと、
    　を有することを特徴とする位置関係測定方法。
  2. 　前記移動ステップは、複数の位置で前記被削材と前記道具を接触させ、
    　前記座標値取得ステップは、前記被削材と前記道具とが複数の位置で接触したときの基準点の座標値を取得し、
    　前記誤差導出ステップは、複数の接触位置における誤差を導出する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の位置関係測定方法。
  3. 　前記出力ステップは、取得した移動方向の座標値から、移動方向の基準点の設計座標値を減算した誤差であって、最小または最大の誤差に関する情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の位置関係測定方法。
  4. 　前記出力ステップは、複数の接触位置における移動方向の誤差の平均値に関する情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項２または３に記載の位置関係測定方法。
  5. 　前記移動ステップは、回転軸の半径方向である１つの並進方向に離れた複数の位置で前記被削材と前記道具を接触させ、
    　前記出力ステップは、前記１つの並進方向の誤差に関する情報と、前記回転軸の回転方向の誤差に関する情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の位置関係測定方法。
  6. 　前記移動ステップは、２つの並進方向に前記道具を相対的に移動させて、複数の位置で前記被削材と前記道具を接触させ、
    　前記出力ステップは、前記２つの並進方向の誤差に関する情報と、１つの回転方向の誤差に関する情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の位置関係測定方法。
  7. 　前記移動ステップは、主軸の異なる回転位置で前記被削材と前記道具を接触させ、
    　前記座標値取得ステップは、前記主軸の異なる回転位置で前記被削材と前記道具とが接触したときの基準点の座標値を取得し、
    　前記誤差導出ステップは、複数の接触位置における誤差を導出し、
    　前記出力ステップは、前記被削材の偏心量に関する情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の位置関係測定方法。
  8. 　道具が取り付けられた主軸を回転させる回転機構と、
    　被削材に対して前記道具を相対的に移動させる送り機構と、
    　前記回転機構による前記主軸の回転および前記送り機構による前記道具の相対移動を制御する制御装置と、を備えた加工装置であって、
    　前記制御装置は、
    　前記被削材に対して前記道具を相対的に移動させて、前記被削材と前記道具とが接触したときの基準点の座標値を取得し、
    　取得した座標値と、前記被削材と前記道具とが接触した位置における基準点の設計座標値との誤差を導出し、
    　前記誤差に関する情報を出力する、
    　ことを特徴とする加工装置。
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