(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークキャリア部材と当該ワークキャリア部材に収容されたワークを機械加工装置に位置決めする方法であって、
前記ワークキャリア部材に収容されたワークの座標を、前記ワークキャリア部材にお互いに水平方向に離れて設けられた少なくとも２つの基準マークに基づいて、測定整合ステーションで測定するステップと、
前記機械加工装置の称呼位置と少なくともおおよそ一致する位置に前記ワークキャリア部材を固定するステップと、
前記機械加工装置の少なくとも１つの称呼基準軸に対する基準マークを走査することによって前記称呼基準軸を決定するステップと、
前記基準マークによって明らかにされた仮想座標系を、前記ワークキャリア部材に収容されたワークの座標と共に、前記機械加工装置の座標系に演算的に重ねるステップと、
を有することを特徴とする前記方法。
【請求項２】
さらに前記少なくとも２つの基準マーク間の距離が前記測定整合ステーションにおいて決定され記憶されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ワークキャリア部材のＺ方向の位置は機械的に決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ワークキャリア部材のＺ方向の位置は、前記ワークキャリア部材にお互いに垂直方向に離れて設けられた少なくとも２つの基準マークを走査することによって決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記基準マークの位置は前記測定整合ステーションにおいて機械的または光学的に走査されることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項６】
前記ワークキャリア部材に収容されたワークの位置は、前記測定整合ステーションにおいて測定キャリパが前記ワークのそれぞれとお互いに９０°の角度だけずれた少なくとも２つの点で接触することによって決定されることを特徴する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ワークキャリア部材に収容されたワークの位置は、前記測定整合ステーションにおいて光学的手段、たとえばレーザビーム手段がお互いに９０°の角度だけずれた少なくとも２つの点で各ワークを走査することによって決定されることを特徴する請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記機械加工装置はワイヤ浸食装置であり、また、前記基準マークは前記ワークキャリア部材に設けられた貫通基準穴によって構成されており、前記基準穴の位置は前記ワイヤ浸食装置の浸食ワイヤによって走査されることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項９】
前記基準穴のそれぞれの中心の位置を決定するために、前記基準穴のそれぞれの壁に前記浸食ワイヤをお互いに９０〜１５０°の角度だけずれた３つの異なる点で接触させ、それぞれの場合に前記浸食ワイヤが前記基準穴の壁に接触次第前記浸食ワイヤの位置を記録し、そして前記３つの接触点の位置に基づいて前記基準穴の中心の位置を演算的に計算することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ワークキャリア部材を前記機械加工装置に固定した後、さらに前記基準マーク間の距離を測定しこれと前記測定整合ステーションで測定された基準マーク間の距離とを比較し、それによって、測定値に所定の偏差がある場合には、前記ワークキャリア部材に収容された各ワークの座標を、前記機械加工装置において前記仮想座標系に対して測定偏差をもとに演算的に修正することを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記仮想座標系の原点は、前記２つの基準マークを結ぶ直線のおおよそ中心となるように選ばれることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記測定整合ステーションで測定された値はインタフェース手段、たとえばネットワークによって前記機械加工装置に転送されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項１３】
前記測定整合ステーションで測定された値は、データ記憶手段に記憶され、そして前記データ記憶手段に記憶されたデータを読み取るのに適した読取り手段によって前記機械加工装置に読み取られることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項１４】
前記測定整合ステーションで測定された値は、前記ワークキャリア部材に配置されまたは接続されたデータ記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項１５】
前記測定整合ステーションで測定され前記ワークキャリア部材に配置されまたは接続されたデータ記憶手段に記憶された値は、前記機械加工装置に付与された読取り手段によってタッチレス方式で読み取られ、そして前記機械加工装置に設けられた記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ワークキャリア部材は、前記測定整合ステーションおよび／または前記機械加工装置に機械的手段、好ましくはばね手段によって位置的に固定され、そして空気圧手段によってリリースされることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項１７】
１個以上のワークをクランプした状態で収容するのに適した前記方法を実行するためのワークキャリア部材は、これに収容された前記ワークを機械加工する機械加工装置のワークテーブル手段に位置的に固定するのに適しており、また、Ｘ方向およびＹ方向、ならびに前記ＸＹ軸の交点、つまりＺ軸のまわりの角度的方向に対する有効位置を決定するためにお互いに水平方向に離れて位置する少なくとも２つの基準マークを具備していることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記ワークキャリア部材はお互いに対角線的に反対位置にある２つの基準マークを有する請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記ワークキャリア部材は少なくともおおよそ長方形の形状をしており、これの少なくとも２つの対角線的に反対のかどにはそれぞれ前記基準マークの１つが設けられていることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
前記基準マークは前記ワークキャリア部材に設けられた貫通穴によって構成されていることを特徴とする請求項１７〜１９の１つに記載の方法。
【請求項２１】
前記ワークキャリア部材および前記クランピングフレーム部材は、それぞれ、その下面にそのＺ方向の位置を規定するのに適した支持面を備えており、前記支持面と共働して前記測定整合ステーションおよび前記機械加工装置にそれぞれ提供されることを特徴とする請求項１７〜２０の１つに記載の方法。
【請求項２２】
前記クランピングフレーム部材は１部品で作られていることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記ワークキャリア部材には、これに収容されたワークの位置およびその座標をそれぞれ記憶し、もし適切なら他のデータをも記憶するデータ記憶手段が設けられていることを特徴とする請求項１７〜２２の１つに記載の方法。
【請求項２４】
前記ワークキャリア部材には、これを前記測定整合ステーションおよび前記機械加工装置にそれぞれクランプして固定するのに適したクランピング手段が設けられていることを特徴とする請求項１７〜２３の１つに記載の方法。
【請求項２５】
前記クランピング手段は、同時に、前記ワークキャリア部材を前記機械加工装置に少なくともあらく心出し確実に整合させるセンタリング要素として設計されていることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記ワークキャリア部材には、さらに、前記ワークキャリア部材のＺ方向の位置を決定するために、お互いに垂直方向に一定の距離だけ離れて位置する少なくとも２つの他の基準マークが設けられていることを特徴とする請求項１７〜２５の１つに記載の方法。
【請求項２７】
前記ワークキャリア部材は、これに収容されたワークを機械加工する機械加工装置、特にワイヤ浸食機械加工装置に固定するのに適したワーククランピング部材として用いられることを特徴とする請求項１７〜２６の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ワークキャリア部材を機械加工装置に位置決めする方法、およびこの方法を実行するのに適したワークキャリア部材に関する。さらに、本発明は、ワークを機械加工装置の作業区域内に正確に位置決めするためのそのようなワークキャリア部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークを機械加工する機械加工装置を大きな中断なく動作させるために、ワークキャリア部材を前記機械加工装置に固定する前に、機械加工を施すワークをワークキャリア部材にクランプして固定し収容することが行われている。この作業は、好ましくは、ワークキャリア部材にワークが固定される特別に適合した測定整合ステーションにおいて行われ、その後、ワークのワークキャリア部材に対する正確な位置が決定され記憶される。通常、ワークキャリア部材には、測定整合ステーションにおいてだけでなく機械加工装置においてもワークキャリア部材の位置を決めるクランピング手段が設けられている。言い換えれば、位置決め手段としての役をも果たす前記クランピング手段、または少なくともそれの１つは、ワークキャリア部材に収容されたワークの位置を決定し記憶する際の基準である。
【０００３】
たいていの場合、これらの位置決めクランピング手段は、ワークキャリア部材から突き出たクランピングピン部材によって構成されており、このクランピングピン部材は、ワークキャリア部材を機械加工装置のワークテーブルにクランプする際に、前記ワークテーブルの対応する位置に設けられたクランピング位置決め孔に嵌合される。このようにして、ワークキャリア部材、そしてワークキャリア部材に収容されたワークは、機械加工装置に付与された座標系または基準格子に対して機械加工装置のワークテーブル上の十分に規定された位置に固定される。もちろん、位置決め孔をワークキャリア部材に設け、位置決めピンまたはスタッドを機械加工装置のワークテーブルに設けることも可能である。
【０００４】
通常、ワークキャリア部材に対する各ワークの正確な位置は、お互いに直角にＸ方向およびＹ方向に伸びる２つの軸と、Ｚ軸（つまり、Ｘ軸とＹ軸の交点を通り直角方向に伸びる軸）のまわりの角度的方向とによって規定される。たとえワークキャリア部材およびこれに収容されたワークのＺ軸方向の位置もまたそれぞれワークを機械加工する際に重要であるとしても、それは位置決めおよび位置の正確な決定のそれぞれに関する限りそれほど重要ではない。
【０００５】
機械加工を施す１個以上のワークを収容するワークキャリア部材を位置的に正確にクランプする方法として、多くの技術が知られている。このような方法に関する要求条件は、ワークに対する所望の機械加工精度によって完全に決まる。さらなる判定規準は次のとおりである。お互いにまったく異なる複数の機械加工装置によって１個のワークをいくつのステップで機械加工しなければならない場合には、ワークキャリア部材をそれぞれ各機械加工装置にクランプしそれから取り除かなければならない。したがって、絶対位置精度のほかに、まず何よりも機械加工装置の座標系または基準格子に対するワークの繰返し位置精度が最も重要である。
【０００６】
以下の観察について、ワークキャリア部材を機械加工装置および／または測定整合ステーションに位置決めするプロセスや方法に関する限り、また、ワークキャリア部材それ自体の設計や構造に関する限り、特に、ワークキャリア部材に収容されたワークの機械加工精度としては１ミリメートルの数千分の一の範囲内の精度が要求されそして実現されるべきものと仮定してある。
【０００７】
ドイツ特許第３１  １５  ５８６号には、とくに小寸法のワークをクランプして収容するのに適した二部品ワーククランピングシステム（ｔｗｏ  ｐａｒｔ  ｗｏｒｋ  ｐｉｅｃｅ  ｃｌａｍｐｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）  が開示されている。このクランピングシステムは、チャック部材と、このチャック部材に十分に規定された位置で接続するのに適したワークキャリア部材とを有している。したがって、チャック部材にはいくつかの突き出た位置決めスタッドまたはピンが設けられており、これらはワークキャリア部材に設けられた対応する数の対応する位置にある位置決め孔に嵌合される。スタッドまたはピンと孔とからなるこれらペアの中の２組の共働によって、ワークキャリア部材に収容されたワークをチャック部材に対して正確に位置決めすることが保証される。第１のスタッドまたはピンと孔とのペアによって、ワークのＸ方向およびＹ方向の正確な位置が決定され、そしてもう一方のスタッドまたはピンと孔とのペアによって、Ｚ軸のまわりのワークの角度的方向が決定される。
【０００８】
このようなクランピングシステムにおいて高度の位置的精度を達成するためには、センタリングピンまたはスタッドだけでなくこれと共働するセンタリング孔をお互いに高精度に位置決めすることが絶対的に必要である。この方法によってのみ、センタリングピンまたはスタッドとセンタリング孔との確かな共働が保証される。しかし、こうして、非常に高度の製造精度が要求される。
【０００９】
このようなセンタリングシステムの他の問題は、通常円錐形に設計されたセンタリングピンまたはスタッドによってもたらされる。なぜなら、Ｘ方向とＹ方向の位置はセンタリングピンまたはスタッドと孔とのそれぞれのペアによってお互いに独立して規定されるため、クランピングチャック部材に対するワークキャリア部材の幾何学的位置が過度に規定されることになるからである。
【００１０】
大きな寸法を持ったこの種のクランピングシステム、たとえばフレーム状に設計されたワークキャリア部材について、これらの問題はなおいっそう顕著である。できるだけ安定かつ正確に位置決めするために、ピンと孔のペアはそれぞれできるだけ他のピンと孔のペアから離れて位置される。したがって、このような設計においては、得られる位置決め精度がたとえば熱的影響によってそこなわれるので、たとえば５０ｃｍの長さおよび／または幅を持ったたとえばフレーム状のワークキャリア部材を備えたクランピングシステムの場合、ワークキャリア部材に収容されたワークの位置に約１ミリメートルの数百分の一の誤差が生じることがあるという不利益が生じる。
【００１１】
これらの問題を最小化するために、本出願人は、上記問題をいくぶん回避しうるヨーロッパ特許出願公開（ＥＰ−Ａ２）第０，４０３，４２８号におけるクランピングシステムを提案し開示している。この設計は、センタリング孔を備えたフレーム状のキャリアユニットの形をしたワークキャリア部材からなっている。センタリング孔は、機械加工装置のワークテーブルの表面の対応する位置に配置されたセンタリングピンと共働する。そのために、機械加工装置に対するワークキャリア部材のＸ方向とＹ方向の位置を規定しそれによって基準座標系または格子の原点を設定するセンタリング孔とセンタリングピンの第１グループが設けられている。そして、ワークキャリア部材の上記原点のまわり、つまりＺ軸のまわりの角度的方向を規定するために、前記第１グループのセンタリング孔とセンタリングピンからＸ方向に一定の距離だけ離れて位置されたセンタリング孔とセンタリングピンの第２グループが設けられている。特に非常に大きなワークキャリア部材の場合には、Ｚ軸のまわりの角度的方向をさらに規定するために、前記第１グループのセンタリング孔とセンタリングピンからＹ方向に一定の距離だけ離れて位置されたセンタリング孔とセンタリングピンのさらに他のグループを設ける。このような設計のクランピングシステムによって、ワークキャリア部材の機械加工装置に対する非常に高度の位置的精度が達成され、熱に起因する長さの変化が前記システムの原点の漠然としたシフトに反映されることはない。
【００１２】
以上の言及および説明はすべて、クランピング時のセンタリング要素の正確かつ十分に規定された共働関係、つまり機械加工装置に対するワークキャリア部材の位置的に規定された位置に関するものである。この仮定は、クランピング時のセンタリング要素の規定された共働関係、つまり機械加工装置に対するワークキャリア部材の位置的に規定された位置によって、自動的に、ワークキャリア部材とこれに収容されたワークとがそれぞれ正確に位置決めされるという事実に基づいている。
【００１３】
しかし、実際には、ある事情のもとでは、ワークキャリア部材の原点が安定的に十分に規定されている場合であっても、そのようなワークキャリア部材に収容されたワークの、センタリング要素とこれらセンタリング要素により規定された原点のそれぞれに対する位置は、１ミリメートルの数百分の一の範囲内で変化することがある。
【００１４】
これの理由は、まず第一に、たぶん熱に起因してワークキャリア部材の寸法および／または機械加工装置のワークテーブルの寸法が変化することであろう。ワークキャリア部材の寸法が熱の影響を受けて変化すれば、ワークキャリア部材に収容されたワークの位置はワークキャリア部材の原点に対してシフトする。ワークキャリア部材に収容されたワークとワークキャリア部材の原点との間の距離が長くなればなるほど絶対位置誤差が大きくなる。また、ワークキャリア部材の寸法が熱に起因して変化した場合には、ワークキャリア部材に設けられたセンタリング要素間の距離が変化する。機械加工装置のワークテーブルに設けられたセンタリング孔またはセンタリングピンどうしの間の距離の変化は、熱に起因する前記ワークテーブルの寸法の変化を反映している。機械加工装置のワークテーブルに設けられたセンタリング要素によって規定された機械原点でさえ、熱の影響を受けて理論的に正しい原点に対してシフトすることがある。
【００１５】
これらすべての問題は、たとえばドイツ特許第３１  １５  ５８６号に開示されているように、幾何学的に過度に規定されたクランピングシステムの場合になおいっそう顕著に現われる。また、ワークキャリア部材と機械加工装置のワークテーブルとの間の異なる熱膨張係数によってさらに誤差が生じる。これらの問題に他のファクタ、たとえばクランプされるワークの重量が重たいことおよび／またはクランプ力が大きいことが加われば、ワークキャリア部材の材料は弾性変形を受けるので、その結果ワークキャリア部材の機械加工装置に対する位置的精度はさらにそこなわれることになる。大きなワークキャリア部材を組み入れる大きなクランピングシステムほど小さなクランピングシステムよりもこれら負のファクタに強く反応するということを特に強調してはならない。
【００１６】
さらに、ワークキャリア部材としては、通常まったく同じ鋼材の複数の別々の要素からなるものを製造するように注意しなければならない。なぜなら、異なる製造バッチに由来する鋼材は熱的膨張および／または弾性に関する限り異なる性質を示すことがあるからである。
【００１７】
さらに、他の技術上周知の誤差源を考慮に入れなければならない。最悪の場合、これらすべての誤差は足し合わされ、機械加工装置に対するワークキャリア部材とこれに収容されたワークのそれぞれの最終的な位置的精度はもはや所要の範囲内におさまらなくなってしまうことがある。こうしたさらなる誤差のいくつかのありうる原因は次のとおりである。
・センタリングピンの製造公差
・センタリング孔の製造公差
・センタリングピンをワークキャリア部材に結合する公差および／またはセンタリング孔を機械加工装置のワークテーブルに対して位置決めする公差
これらすべての公差を最小化するためには、そのような高精度のクランピングシステムを製造するときに非常に多額の支出が必要となる。その結果、それに相応するようにセンタリング要素（共働ペアのピンと孔）およびワークキャリア部材全体にかなりのコストがかかる。
【００１８】
上述したすべての不利益を避けるためには、ワークキャリア部材の位置基準を、ワークキャリア部材を機械加工装置のワークテーブルに取り付けるのに必要なクランピング固定手段から完全に分離し独立して設けることが望ましい。このような場合、これは、言い換えれば、ワークキャリア部材を機械加工装置のワークテーブルにクランプする際に必然的に存在する誤差、および機械加工装置の理論的座標原点と位置決めクランピング要素の位置と共働によって機械的に決められた機械的ワークキャリア部材座標原点との不一致は、ワークキャリア部材の位置的精度および／またはそれに収容されたワークの機械加工精度にもはやまったく影響を及ぼさないということを意味している。また、製造に非常に費用のかかる周知のセンタリング要素をより簡単なものに取り替えたりまたはそれらを完全に省略することが望ましい。達成すべき最終目標は、機械加工装置の理論的座標原点に対するワークキャリア部材の起こりうる寸法変化およびワークキャリア部材に収容されたワークの位置変化をそれぞれ決定し、ワークキャリア部材の前記寸法変化およびワークキャリア部材に収容されたワークの前記位置変化に関してワークキャリア部材に収容されたワークの座標を演算的に修正することである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、機械加工装置に対するワークキャリア部材の位置、そしてこれに収容されたワークの位置を従来よりも正確に決めうるワークキャリア部材を機械加工装置に位置決めする方法を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、機械加工装置に対するワークの位置を簡単かつ正確に決定することができる１個以上のワークをクランプして収容するのに適したワークキャリア部材を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ワークキャリア部材を機械加工装置に位置決めする新しい方法を提供している。本発明によれば、まず、ワークキャリア部材に収容されたワークの座標を、ワークキャリア部材にお互いに水平方向に離れて設けられた少なくとも２つの基準マークに基づいて、測定整合ステーションで測定する。次に、機械加工装置の称呼位置と少なくともおおよそ一致する位置にワークキャリア部材を固定する。そして、機械加工装置の少なくとも１つの称呼基準軸に対する基準マークを走査することによって称呼基準軸を決定する。最後に、基準マークによって明らかにされた仮想座標系を、ワークキャリア部材に収容されたワークの座標と共に、機械加工装置の座標系に演算的に重ねる。
【００２２】
本発明は、さらに、１個以上のワークをクランプして収容するのに適した上記方法に使用されるワークキャリア部材を提供している。このワークキャリア部材は、これに収容されたワークを機械加工する機械加工装置のワークテーブルに位置的に固定するのに適している。また、このワークキャリア部材には、Ｘ方向およびＹ方向、ならびにこれらＸＹ軸の交点、つまりＺ軸のまわりの角度的方向に対するワークキャリア部材の有効位置を決定するために、ワークキャリア部材にお互いに水平方向に離れて位置する少なくとも２つの基準マークを具備している。
【００２３】
この方法の好適な実施例では、さらに、ワークキャリア部材を機械加工装置に固定し、そしてワークキャリア部材に収容されたワークを機械加工する前に、前記基準マーク間の距離を決定し、測定整合ステーションで決定された基準マーク間の距離と比較するようにしている。これら２つの値の偏差が一定の限度を超えておれば、ワークキャリア部材に収容されたワークの座標を、Ｘ方向および／またはＹ方向において前記測定距離偏差をもとに演算的に修正する。これにより、熱に起因するワークキャリア部材の長さの変化が高度に補償されうる。
【００２４】
この方法に使用されるワークキャリア部材の好適な実施例では、ワークキャリア部材のクランピングフレーム部材は１部品で作られるようになっている。よって、そのような設計には、ワークキャリア部材の必須の全体部分が同じ材料からなる、言い換えれば、異なる特性を持った異なる材料を使ってはならないという利点がある。さらに、ワークキャリア部材の組立て公差が生じない。
【００２５】
【作用】
上記の方法および上記のように構成されたワークキャリア部材によって、ワークキャリア部材の公差、ワークキャリア部材のクランピング位置決め要素の公差、および熱的影響の公差にかかわりなく、機械加工するワークの位置を正確に決定し定めることができる。
【００２６】
また、ワークキャリア部材にお互いに水平方向に一定の距離だけ離れて位置された２つの基準マークを設けたため、ワークキャリア部材の有効位置を、Ｘ方向とＹ方向だけでなく、Ｚ軸のまわりの角度的方向についても正確に決定することができる。その結果、ワークキャリア部材のセンタリング固定要素を非常に簡単な設計で製造することができる。したがって、ワークキャリア部材の位置的精度をそこなうという不利益なしに、ワークキャリア部材全体は従来の高精度ワークキャリア部材よりもかなり安価となる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
図１はワークキャリア部材１の一例を示す概略平面図である。ワークキャリア部材１は、ほぼ長方形の形状をした剛性のクランピングフレーム部材２と複数のクランピングバー部材７、８、９とからなり、クランピングフレーム部材２は２つの横フレーム部材３、４と２つのクロスフレーム部材５、６とを１部品で構成してなっている。第１クランピングバー部材７と第２クランピングバー部材８との間には、断面が長方形の平行六面体形状をした２つのワーク５０、５１がクランプされ、また、第２クランピングバー部材８と第３クランピングバー部材９との間には、シリンダー形状の３つのワーク５２、５３、５４がクランプされる。
２つの横フレーム部材３、４には、それぞれ、クランピングフレーム部材２の内側に面する端部に沿って伸長しねじ穴１２を具備する段形状の凹部１１が設けられている。３つのクランピングバー部材７、８、９をクランピングフレーム部材２に固定できるようにするために、クランピングバー部材７、８、９の両端には、縦に長い穴（縦長穴）１５を備えた短い支持アーム部材１４が設けられている。クランピングバー部材７、８、９は、上記支持アーム部材１４を横フレーム部材３、４の凹部１１に載置し、ねじ１６を所定の縦長穴１５を通して横フレーム部材３、４のねじ穴１２の１つにはめることによって横フレーム部材３、４に固定される。
【００２８】
３つのクランピングバー部材の中の２つ、すなわち、クランピングバー部材７と８には、それぞれ、その下端部の一方に沿って伸長する突き出たリブ部材１８が設けられており、このリブ部材１８は、クランプの際クランプされるワーク５０、５１を支える支持部材の役を果たしている。第３クランピングバー部材９には、シリンダー形状のボディー５２、５３、５４を受けるＶ形の凹部１９が設けられている。もちろん、３つのクランピングバー部材７、８、９はほんの模範的な実施例であって、本発明の範囲内において多くの他の設計のクランピングバー部材を使用してもよい。
【００２９】
本実施例において、ワークキャリア部材１には、クランピングフレーム部材２の下面から突き出た４つのクランピング要素または部材２１が設けられており、これらクランピング部材２１は、ワークキャリア部材１を測定整合ステーションや機械加工装置に固定する役を果たしている。４つのクランピング部材２１は、ほぼクランピングフレーム部材２の四隅の領域に配置されており、測定整合ステーションや機械加工装置内のワークキャリア部材１に明瞭な位置決め基準点を提供するために、左側のクロスフレーム部材６に設けられた２つのクランピング部材２１間の距離は、右側のクロスフレーム部材５に設けられた２つのクランピング部材２１間の距離よりもいくらか小さくなっている。クランピング部材２１は、測定整合ステーションや機械加工装置のそれぞれに対してワークキャリア部材１をあらく心出しし位置決めする役を果たしている。
【００３０】
基本的に、このようなワークキャリア部材１は周知の技術である。たとえば、この種のワークキャリア部材は米国特許第５，２０１，５０２号に開示されている。したがって、このようなワークキャリア部材の詳細をさらに説明することは不要である。図示のクランピング部材２１の配置と原理は単なる例示であって、多数の他の設計のクランピング部材を使用してもよいことはもちろんである。たとえば、ワークキャリア部材にクランピングおよび／またはセンタリング部材をまったく設けずに、測定整合ステーションや機械加工装置に適当に設計されたクランピングおよび／またはセンタリング要素を設けることも可能である。
【００３１】
とはいえ、本発明の本質的特徴は、ワークキャリア部材１に２つの基準マークが設けられていることである。本実施例では、クランピングフレーム部材２の２つのクロスフレーム部材５、６のそれぞれに、貫通穴２２、２３の形をとった基準マークがそれぞれ設けられている。これら２つの基準穴２２、２３は、クランピングフレーム部材１の２つのかどの領域に対角線的に互いに反対位置に設けられている。貫通穴２２、２３は基準マークの役を果たしており、ワークキャリア部材１のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ軸のまわりの角度的方向に対する位置を規定するのに役立っている。また、図１では、さらに２つの貫通穴２４、２５が破線で示されている。これら２つのさらなる貫通穴２４、２５は、クランピングフレーム部材２の残り２つの反対側のかどの領域に位置している。これに関して、指摘すべきは、クランピングフレーム部材２に３つ、４つ、またはそれよりも多くの貫通基準穴を設けることも可能だということである。
【００３２】
貫通基準穴２２、２３の形をとった２つの基準マークによって規定される座標系または基準枠２６が、横座標２７（Ｘ軸）および縦座標２８（Ｙ軸）によって図１に概略的に示されている。Ｚ軸は、Ｘ軸とＹ軸の交点または原点を通ってＸ軸およびＹ軸に対して直角をなす線に沿って伸長している。座標系２６に対するクランプされたワーク５０、５１、５２、５３、５４の位置を示すため、ｘで示される一点鎖線が断面長方形の平行六面体形状のワーク５１から縦座標２８に引かれ、また、ｙで示される一点鎖線が断面長方形の平行六面体形状のワーク５１から横座標２７に引かれている。同様に、同種の線が最上位にあるシリンダー形状のワーク５２に対して引かれている。
【００３３】
図２において、ワークキャリア部材１は、図１の線Ａ−Ａに沿う縦断面図で示されている。わかりやすくするために、クランピングフレーム部材２によってクランプされた図１に示すワークやいくつかの隠れ線は図２では示していない。この図面から、下方に突き出た４つのクランピング要素２１の中の２つがはっきりと表われている。すでに述べたように、これらクランピング要素は、一方では、測定整合ステーションや機械加工装置に対してワークキャリア部材１をあらく位置決めし、他方では、測定整合ステーションや機械加工装置のワークテーブルにそれぞれワークキャリア部材１をしっかり固定する役を果たしている。実際の固定クランピング作業はたとえばばねの力によって機械的に行われ、そしてクランピング要素の解放は空気圧によって行われる。したがって、たとえ空気圧系または油圧系に漏れがあったりまたは停電があった場合にもワークキャリア部材１を所定の位置に固定し続けることが保証される。好ましくは、電源および／または空気圧源が故障した場合にもワークキャリア部材１が所定の位置に間違いなく保持されるようにクランピング装置は自己固定作用を備えている。
【００３４】
図３において、ワークキャリア部材１は、図１の線Ｂ−Ｂに沿う断面図で示されている。同図において、クランピングバー部材７は縦断面図で示され、長手方向の輪郭形状を示している。
【００３５】
図４には、測定整合ステーション（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ａｎｄ  ａｌｉｇｎｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ）３０、ワイヤ浸食装置（ｗｉｒｅ  ｅｒｏｓｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）４０、およびコンピュータ４５が非常に概略的に示されている。測定整合ステーション３０は、すでに名称によって暗に示されているように、ワークキャリア部材１に対するワークキャリア部材１に収容されたワーク５ｘの正確な位置を決定する役を果たしている。このような測定整合ステーション３０、ならびにワークの位置を決定する測定および整合のやり方は周知の技術であり、それ自体で本発明の本質的部分を形成することはないので、以下では、本発明に欠くことのできない事実に限定して説明する。
【００３６】
測定整合ステーション３０は、測定テーブル３１と、フレーム構造３２によって支持された測定アーム部材３３とからなっている。測定アーム部材３３には、これの自由端に載置された測定キャリパ３４が設けられている。このような測定整合ステーション３０の動作に必要なコンピュータ４５は、記号的に示されたデータ線３５によって測定整合ステーション３０に接続されている。測定アーム部材３３、そして測定キャリパ３４は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に変位可能である。当業者によく知られているように、測定アーム部材３３のＸ方向およびＹ方向の現在位置、ならびに基準点に対する位置は、周知の測定処理によってきわめて正確に決定し記録することができる。ワークキャリア部材１をＺ方向に正確に位置決めするために、測定テーブル３１には、ワークキャリア部材１を載せる支持面（詳細には図示せず）が、好ましくはクランピング要素２１の領域に設けられている。したがって、ワークキャリア部材１の高さ位置が正確に知れているからといって測定アーム部材３３のＺ方向の位置は決定されない。これに反して、測定アーム部材３３の変位の偏向または経路は、コンピュータ４５によって困難なくきわめて正確にディジタル的に決定され、処理され、そして記憶される。
【００３７】
好ましくは、図４に示されているように参照番号５ｘで示されワークキャリア部材１に収容されたワークの位置を決定する前に、まず、クランピングフレーム部材２に設けた基準穴２２、２３の正確な位置を決定する。このために、測定キャリパ３４の先端を基準穴２２、２３にそれぞれ導入し、当該基準穴の壁に測定キャリパ３４の先端を少なくとも３回、好ましくはお互いに９０〜１５０°だけずれた位置で接触させる。測定キャリパ３４の先端が基準穴の壁に触れ次第、測定キャリパ３４と測定アーム部材３３のそれぞれのＸ方向およびＹ方向の位置が、測定整合ステーション３０の基準原点に対して決定され、記憶される。基準穴２２、２３の壁の３点をそれぞれ測定することによって、基準穴の軸を正確かつ明瞭に電気的に決定することができる。その後、仮想座標系または基準枠を演算的にワークキャリア部材１に重ねるが、その際、２つの基準穴２２、２３の測定された中心は前記仮想座標系または基準枠の基準（ｂａｓｉｓ）  の役を果たす。
【００３８】
さて、ワークキャリア部材１に収容されたワーク５ｘの位置および正確な座標は、それぞれ、上記の仮想座標系または基準枠に対して正確に決定することができる。このために、測定キャリパ３４をクランプされたワーク５ｘのほうへ少なくとも２回、好ましくは９０°だけずれた異なる方向に移動させ、測定キャリパ３４の先端とワーク５ｘの表面とが接触した時に測定アーム部材３３のＸ方向とＹ方向の位置を決定する。それぞれの測定値はコンピュータ４５に記憶される。このようにして、ワークキャリア部材１に収容された各ワーク５ｘの位置と座標が、それぞれ、上記の仮想座標系または基準格子に対して決定される。全体の測定手順はコンピュータ４５によって制御され、測定値はコンピュータ４５に記憶される。このようにして、ワークキャリア部材１に付与され２つの基準穴２２、２３の位置によって規定された仮想座標系または基準枠に対するワーク５ｘの正確な位置と方向が知られ、次の処理の用意がなされる。
【００３９】
本実施例では、ワイヤ浸食装置４０は、ワークキャリア部材１に収容されたワーク５ｘを機械加工する機械加工手段として用いられている。このようなワイヤ浸食装置４０の欠くことのできない本質的な部分ないし要素は、図４のまったくの概略図にはっきりと表われているものについて、好ましくは周知のオープンフレーム部材の形をとったワークテーブル４１と、Ｘ方向とＹ方向に変位可能なワイヤ案内ヘッド部材４２と、実際の浸食ワイヤ（ｅｒｏｓｉｏｎ  ｗｉｒｅ）４３とである。ワイヤ浸食装置４０は、概略的に示されたデータ線４６によってコンピュータ４５に接続されている。
【００４０】
次に、ワークキャリア部材１内のワークの位置を正確に決定する方法、およびワークキャリア部材１をワイヤ浸食装置４０に正確に位置決めする方法について、図１と図４を参照しながら詳細に説明する。もちろん、本発明の方法または本発明の範囲内における類似の方法は他の機械加工装置についても実行可能であり、下記の例に示すようなワイヤ浸食装置４０に限定されるものではない。
【００４１】
第１のステップとして、測定整合ステーション３０において、ワークキャリア部材１に収容されクランプされたワーク５０、５１、５２、５３、５４の正確な位置を基準穴２２、２３に対して決定する。これによって、仮想座標系または基準格子がワークキャリア部材１に重ねられる。それから、前記仮想座標系に対するワークの位置座標をコンピュータ４５に記憶し、そしてデータ線４６によって機械加工装置（本実施例ではワイヤ浸食装置４０）に転送する。次のステップとして、ワークキャリア部材１を測定整合ステーション３０から取り外し、ワイヤ浸食装置４０に移してワークテーブル４１にしっかりとクランプする。ワークキャリア部材１のＺ方向、つまり高さ位置に対する正確な位置決めは、ワイヤ浸食装置４０のワークテーブル４１の平面とワークキャリア部材１の平らな下面との共働によって行われる。
【００４２】
ワークキャリア部材１に設けられたクランピング要素２１によって、ワークキャリア部材１は、ワイヤ浸食装置４０の基準原点に対してＸ方向とＹ方向にあらく位置決めされる。実際、１ミリメートルの数十分の一くらいの位置精度の偏差は重要な影響をまったく及ぼさない。ある特定の状況においてワークキャリア部材１をワイヤ浸食装置４０の前記基準原点に対してより正確に位置決めすることが要求される場合には、ワークキャリア部材１に、たとえば米国特許第５，０６５，９９１号に開示されているような、より正確に動作するクランピング位置決め手段を設けるとよい。
【００４３】
クランピング要素の位置に対する基準穴２２、２３の位置は測定整合ステーション３０でなされた先の測定プロセスからわかっているので、１ミリメートルの数十分の一の範囲内でワークキャリア部材１をワイヤ浸食装置４０にクランプする精度で十分に、ワイヤ浸食装置４０が、周知の方法で、たとえばよく知られているように浸食ワイヤ４３を案内する液体ジェットによって、基準穴２２、２３のおおよその位置を見つけ出し、浸食ワイヤ４３を基準穴２２、２３に通すことが保証できる。それから、これもまた周知の技術であるが、浸食ワイヤ４３をワークキャリア部材１の下側に集めて張る。
【００４４】
浸食ワイヤ４３は、つかまれて張られ次第、浸食ワイヤ４３とワークキャリア部材１とをお互いに相対的に動かすことによって基準穴２２の壁と接触するようになる。好ましくは、このような相対運動は、浸食ワイヤ４３が基準穴２２の壁とお互いに９０〜１５０°だけずれた位置で接触するのを保証するために３回行われる。浸食ワイヤ４３とワークキャリア部材１との間の抵抗を測定することによって、浸食ワイヤ４３と基準穴２２の壁との間で接触が起こる測定アーム部材３３の偏向点と測定アーム部材３３の正確なＸＹ位置とをそれぞれ正確に決定することができる。この方法によって、これら３つの接触点の位置に基づいて、基準穴２２の中心を正確に計算することができる。この方法が持つさらに重要な利点は、前記仮想座標系または基準格子の基準である基準穴２２、２３の位置が実際の機械加工ツール、つまり浸食ワイヤ４３の助けをかりて決定されるので、このように位置的誤差が最小化され機械的公差が回避されるということである。
【００４５】
それから、上記と同じようにして、基準穴２３の中心の位置、そして必要があればさらに基準穴２４、２５の中心の位置をそれぞれ正確に決定する。これらの測定結果に基づいて、先にワークキャリア部材１に重ねられた前記仮想座標系または基準枠を、機械加工装置、つまり本実施例ではワイヤ浸食装置４０によって認識する。したがって、この仮想座標系または基準枠は、先に測定整合ステーション３０で決定されたワーク位置座標と共に、ワイヤ浸食装置４０の基準座標系に重ねることができる。その結果、最終的に、ワークキャリア部材１に収容されたワーク５０、５１、５２、５３、５４のＸ軸とＹ軸に対する位置、およびＺ軸のまわりの角度方向に対する位置は正確にワイヤ浸食装置４０に知られることになる。このデータに基づいて、実際の機械加工プロセスが開始される。
【００４６】
ワークキャリア部材に設けられた基準マークに対してワークキャリア部材に収容されたワークの位置を正確に求めるプロセスを実行するためには、機械加工装置、つまり本実施例ではワイヤ浸食装置４０が、自由に使える対応するソフトウェアを備えていることが必要となる。そのようなプログラムは周知の技術であるので、そのようなソフトウェアを詳細にさらに説明する必要はない。
【００４７】
測定整合ステーション３０と機械加工装置４０との間のデータ交換は、欲すれば、ソフトウェア記憶手段、たとえばフロッピーディスクによって、もし機械加工装置４０が適当な記憶手段を備えていれば、たとえばフロッピーディスクドライブによって実行可能である。
【００４８】
本発明による方法によれば、ワークキャリア部材１が機械加工装置４０に固定される位置的精度に関係なく、また、ワークキャリア部材１の製造時に避けられない公差に関係なく、さらには、ワーク５０、５１、５２、５３、５４をワークキャリア部材１にクランプしそれに対して整合させる際にそれぞれ生じる公差に関係なく、機械加工プロセスの開始前にあらかじめ未知の程度の精度でワーク５０、５１、５２、５３、５４の位置を正確に知ることが保証される。
【００４９】
次に、本発明による方法またはそれから得られる方法によって提供されるいつかのさらなる、しかし排他的でない可能性を説明する。
【００５０】
ワークキャリア部材１に３つの基準穴２２、２３、２４が設けられている場合には、第３の基準穴２４をクロスチェック基準として用いることができる。これにより、第３基準穴２４を他の２つの基準穴２２、２３と同じ方法で測定し、これらの測定結果から計算により平均値が得られる。
【００５１】
ワークキャリア部材１に４つの基準穴２２、２３、２４、２５が設けられている場合には、前記仮想座標系または基準格子の正確な位置を決定することのほかに、熱的影響によって起こりうるワークキャリア部材１の長さまたは幅の変化を決定することができる。これらのさらなる測定結果に基づいて、仮想座標系または基準格子をそれに応じて修正することができる。
【００５２】
基準穴の位置は特別な状況に応じて自由に選択することができる。したがって、たとえば、クランピングバー部材７、８、および／または９に基準穴を設けることができる。これによる利点として、熱的長さ偏差の影響を最小にしつつ、基準穴を機械加工されるワークにできるだけ近づけることができる。
【００５３】
本発明の方法の一変形例によれば、仮想座標系または基準格子の原点は、ワークキャリア部材１の中心に置かれる。このようにして、上記原点に対して測定されるワークキャリア部材１の起こりうる長さ偏差は単に全長偏差の最大５０％だけ全体の精度に影響を及ぼすようになる。
【００５４】
本発明によるプロセスの好適な実施例では、ワークキャリア部材１が機械加工装置４０に固定された後に、基準穴２２、２３の中心間の距離を測定し、測定整合ステーション３０で測定されたそれらの間の距離と比較するようになっている。これら２つの測定距離の間に一定程度の偏差があれば、基準穴２２、２３間の距離の前記測定偏差をもとに、機械加工装置４０によってワーク５０、５１、５２、５３、５４の位置を計算で修正する。これにより、たとえば熱的原因によるワークキャリア部材１の長さ変化といった影響をＸ方向、Ｙ方向共にほぼ完全に補償することができる。
【００５５】
本発明による方法の他の実施例では、測定整合ステーション３０で決定されたワーク５ｘの座標を、ワークキャリア部材１に設けられた電気的記憶手段に転送し記憶するようになっている。この種の記憶装置としては、電源手段を必要とせずに転送された情報やデータを記憶できる半導体要素または磁気ストリップが適している。半導体要素または磁気ストリップからのデータ変換は、好ましくは、タッチレス方式、たとえば搬送周波数システムによって行われる。この場合には、エネルギーの変換のために誘導交流フィールドが提供される。そのような記憶要素を用いることによって、ワークキャリア部材１にクランプされたワークに関するデータを確実に移転することができる。
【００５６】
要するに、指摘しうる点は、ワークキャリア部材１が測定整合ステーションおよび機械加工装置にそれぞれ固定されるＸ方向とＹ方向の位置は、ワークキャリア部材にクランプされたワークの位置が少なくとも２つの基準マークに対して十分かつ正確に知られているので、それほど重要ではないということである。言い換えれば、このことは、ワークキャリア部材を測定整合ステーションのワークテーブルおよび機械加工装置のワークテーブルにそれぞれ不正確に固定することができるということである。測定整合ステーションの場合には、仮想座標系または基準格子が生成され、また、機械加工装置の場合には、先に生成された仮想座標系または基準格子が認識されワークの機械加工の基準の役を果たすからである。このようにして、非常に簡単な構造をしかつ非常に安価に製造できるクランピング要素を使用することができる。
【００５７】
このようなプロセスにおいて一定の重要性を持つ要素はソフトウェアである。ソフトウェアは精度および修正の可能性に決定的な影響を及ぼすからである。しかし、よく作られたソフトウェアを用いれば、仮想座標系または基準格子の位置、そしてワークキャリア部材に収容されたワークの位置を決定し、ほぼ完全な精度で機械加工を行うことができる。
【００５８】
最後に、指摘しておくべき点は、前記基準穴の代わりに、他の種類の基準マークをワークキャリア部材１に設けることができるということである。このような他の基準マークとしては、適当な位置検出手段によって明確に認識しうる突起、凹部、スロット、光学的マーク、または類似の手段の形をとることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、機械加工装置に対するワークキャリア部材の位置、そしてこれに収容されたワークの位置を正確に決定することができる。
【００６０】
また、本発明のワークキャリア部材によれば、機械加工装置に対するワークの位置を簡単かつ正確に決定することができる１個以上のワークをクランプして収容するのに適したワークキャリア部材を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワークキャリア部材の概略を示す平面図
【図２】ワークがクランプされていない状態における図１の線Ａ−Ａに沿う図１のワークキャリア部材の縦断面図
【図３】ワークがクランプされていない状態における図１の線Ｂ−Ｂに沿う図１のワークキャリア部材の断面図
【図４】測定整合ステーション、ワークを載せたワークキャリア部材を備えたワイヤ浸食装置、およびコンピュータの略図
【符号の説明】
１…ワークキャリア部材
２…クランピングフレーム部材
７、８、９…クランピングバー部材
２１…クランピング要素または部材（クランピング手段）
２２、２３、２４、２５…貫通穴（基準マーク）
２６…座標系または基準枠
２７…横座標（Ｘ軸）
２８…縦座標（Ｙ軸）
３０…測定整合ステーション
３４…測定キャリパ
４０…ワイヤ浸食装置（機械加工装置）
４１…ワークテーブル
４３…浸食ワイヤ
４５…コンピュータ
５０、５１、５２、５３、５４…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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