(57)【要約】【課題】工作機械の主軸の中心と主軸に装着した変位測定器の中心とのずれ量を自動的に求めること。【解決手段】工作機械１０のテーブル１４に取り付けられた測定対象物Ｗを変位測定器３２により主軸２４を９０°毎に割り出して測定し、主軸２４をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から主軸２４の中心と変位測定器３２の中心とのずれ量を算出して補正値として記憶し、変位測定器３２の実測定時の測定値を記憶した補正値で補正するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
割出し可能な主軸を有する工作機械の前記主軸に装着した変位測定器の自動心出し方法において、
工作機械のテーブルに取り付けられたワークまたは基準ブロックである測定対象物を前記変位測定器により主軸を９０°毎に割出して測定し、
前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から前記主軸の中心と前記変位測定器の中心とのずれ量を算出して補正値として記憶し、
前記変位測定器の実測定時の測定値を前記記憶した補正値で補正することを特徴とした変位測定器の自動心出し方法。
【請求項２】
主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出して、それぞれの位相において前記工作機械の主軸に対して垂直な方向へ送りながら、前記測定対象物の表面のＺ軸方向の変化を前記変位測定器によって測定し、
該測定結果から測定対象物の表面のピークを求め、前記主軸の位相が０°のときの前記主軸の送り方向の前記ピークの座標と、１８０°のときの前記主軸の送り方向の前記ピークの座標との差、及び、前記主軸の位相が９０°のときの前記主軸の送り方向の前記ピークの座標と、２７０°のときの前記主軸の送り方向の前記ピークの座標との差から、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心の前記主軸の送り方向及び該送り方向に垂直な方向のずれ量を算出するようにした請求項１に記載の変位測定器の自動心出し方法。
【請求項３】
主軸とテーブルとを相対的に直交三軸方向に送ることが可能な工作機械において、
前記テーブルに対する前記主軸の相対的な座標位置を読み取る座標位置読取り装置と、
前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出す割出し装置と、
前記主軸の先端部に装着され前記テーブルに固定されたワークの表面を測定する変位測定器と、
前記テーブルに取り付けられたワークまたは基準ブロックである測定対象物を前記変位測定器により前記主軸を９０°毎に割り出して測定し、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から前記主軸の中心と前記変位測定器の中心とのずれ量を算出して補正値として記憶する変位測定装置とを具備し、
前記変位測定器によるワークの実測定時の測定値を前記変位測定装置に記憶した補正値で補正することを特徴とした工作機械。
【請求項４】
前記変位測定器は、前記主軸の先端部との間に微調整機構を介在させて装着され、前記変位測定装置に記憶した補正値を用いて、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心とが一致するように前記微調整機構を調整する請求項３に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の変位測定器の自動心出し方法及び変位測定機能を工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
主軸先端部の工具装着穴に変位センサを取り付けて、工作機械の軸送り装置によって、主軸をXY平面内で軸送りすることによって、ワークの表面を走査して、ワークの形状を測定する方法がある。こうしたワークの測定方法では、主軸中心と、センサの中心とが完全に一致していなければ、機械座標系と測定点の座標とが一致しないので、ワークの正確な形状を測定することができない。
【０００３】
主軸の中心とセンサの中心とを一致させるために、心出し顕微鏡を１８０°反転させてレティクルを手動にて調整する方法が従来からあるが、この作業は、時間と熟練とを要する作業である。そこで、近時、工作機械の軸送り機能を利用した心出しプロセスを自動化した装置や方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、立主軸、横主軸を有する割出し旋回可能な旋回主軸頭を備え、ワークの上面と四側面を加工する五面ＮＣ加工機において、タッチ信号を出力する計測プローブを立主軸または横主軸の何れかに装着して、穴中心位置若しくはワークの端面位置を測定する芯出し及び端面位置の自動計測方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
然しながら、特許文献１に記載の方法では、タッチ式の計測プローブを用いているために、プローブの倒れや振れの問題や、プローブ径よりも小さな領域を測定できない問題がある。また、タッチ式の計測プローブでは、測定にタッチ信号（スキップ信号）を用いるため、多点測定とならざるを得ず、連続的な形状データを得ることができす測定時間が長くなる。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、主軸の中心と主軸に装着した変位測定器の中心とのずれ量を自動的に求め、ワークの測定値を迅速に補正可能とした変位測定器の自動心出し方法及び変位測定機能を有する工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、割出し可能な主軸を有する工作機械の前記主軸に装着した変位測定器の自動心出し方法において、工作機械のテーブルに取り付けられたワークまたは基準ブロックである測定対象物を前記変位測定器により主軸を９０°毎に割出して測定し、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から前記主軸の中心と前記変位測定器の中心とのずれ量を算出して補正値として記憶し、前記変位測定器の実測定時の測定値を前記記憶した補正値で補正するようにした変位測定器の自動心出し方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、主軸とテーブルとを相対的に直交三軸方向に送ることが可能な工作機械において、前記テーブルに対する前記主軸の相対的な座標位置を読み取る座標位置読取り装置と、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出す割出し装置と、前記主軸の先端部に装着され前記テーブルに固定されたワークの表面を測定する変位測定器と、前記テーブルに取り付けられたワークまたは基準ブロックである測定対象物を前記変位測定器により前記主軸を９０°毎に割り出して測定し、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から前記主軸の中心と前記変位測定器の中心とのずれ量を算出して補正値として記憶する変位測定装置とを具備し、前記変位測定器によるワークの実測定時の測定値を前記変位測定装置に記憶した補正値で補正するようにした工作機械が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、主軸の中心と主軸に取り付けられた変位測定器の中心とのずれ量を迅速かつ高精度に測定可能となる。また、本発明によれば、測定対象物は、形状、寸法が予め既知の基準ブロックに限られないので、工作機械自身が現在加工した形状、寸法が正確には未知のワークを用いて心出しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の変位測定器の自動心出し方法を実行する工作機械の一例を示す略図である。
【図２】本実施の形態を適用する測定対象物として工作機械のテーブルに取り付けられたワークの一例を示す平面図である。
【図３】図２の矢視線IIIの方向に見たワークの側面図である。
【図４Ａ】主軸の位相０°での図２、３のワークの測定結果を示す略図である。
【図４Ｂ】主軸の位相１８０°における測定結果を示す図４Ａと同様の略図である。
【図４Ｃ】図４Ａ、４Ｂに示す測定結果を重ねて示す略図である。
【図５】本発明の変位測定器の自動心出し方法を示すメインルーチンのフローチャートである。
【図６】主軸の位置決め方法を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図７】測定動作を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図８】突出部の傾斜角の測定方法を示すサブルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１を参照すると、本発明の好ましい実施の形態による工作機械１０は、立形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１２、ベッド１２の前方部分（手前側）の上面で前後方向またはＹ軸方向に移動可能に設けられたテーブル１４、ベッド１２の後端側（奥側）で同ベッド１２の上面に立設、固定されたコラム１６、コラム１６の前面で左右方向またはＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１８、Ｘ軸スライダ１８の前面で上下方向またはＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸スライダ２０、該Ｚ軸スライダ２０に取り付けられ主軸２４を回転可能に支持する主軸頭２２を具備している。
【００１３】
テーブル１４は、ベッド１２の上面において水平なＹ軸方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に延設された一対のＹ軸案内レール１２ａに沿って往復動可能に設けられており、テーブル１４の上面には測定対象物としてのワークＷが固定される。ベッド１２には、テーブル１４をＹ軸案内レール１２ａに沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたサーボモータ（図示せず）が設けられており、テーブル１４には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。テーブル１４には、また、Ｙ軸方向のテーブル１４のＹ軸方向の座標位置を測定するＹ軸スケール２８が取り付けられている。測定対象物として寸法、形状が予め明らかとなっている基準ブロックを用いてもよい。
【００１４】
Ｘ軸スライダ１８は、コラム１６の上方部分の前面おいてＸ軸方向（図１では左右方向）に延設された一対のＸ軸案内レール１６ａに沿って往復動可能に設けられている。コラム１６には、Ｘ軸スライダ１８をＸ軸案内レール１６ａに沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたサーボモータ（図示せず）が設けられており、Ｘ軸スライダ１８には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。コラム１６には、また、Ｘ軸スライダのＸ軸方向の座標位置を測定するＸ軸スケール２６が取り付けられている。
【００１５】
Ｚ軸スライダ２０は、Ｘ軸スライダ１８の前面においてＺ軸方向（図１では上下方向）に延設された一対のＺ軸案内レール１８ａに沿って往復動可能に設けられている。Ｘ軸スライダ１８には、Ｚ軸スライダ２０をＺ軸案内レール１８ａに沿って往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたサーボモータ（図示せず）が設けられており、Ｚ軸スライダ２０には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。Ｘ軸スライダには、また、主軸２４のＺ軸方向の座標位置を測定するＺ軸スケール３０が取り付けられている。
【００１６】
Ｘ軸スケール２６、Ｙ軸スケール２８、Ｚ軸スケール３０は、送り軸位置読取り装置３４に接続されており、送り軸位置読取り装置３４が読み取ったＸ、Ｙ、Ｚの座標位置に関するデータがＮＣ装置４２に送出され、ＮＣ装置４２によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各駆動装置のサーボモータ（図示せず）へ供給される電力（電流値）が制御される。
【００１７】
主軸頭２２は、Ｚ軸に平行な鉛直方向に延びる中心軸線Ｏ周りに回転可能に主軸２４を支持している。主軸頭２２は主軸２４を回転駆動するサーボモータ（図示せず）を有している。該サーボモータは、主軸頭２２のハウジングの外側に取り付けるようにできるが、主軸頭２２のハウジング内面にステーターコイル（図示せず）を設け、そして主軸２４にローターコイル（図示せず）を配設して所謂ビルトインモータとしてもよい。主軸頭２２は、また、主軸２４の割出し回転位置を測定するロータリーエンコーダのような回転センサ３８を有している。回転センサ３８は主軸２４の回転位置読取り装置４０に接続されており、回転位置読取り装置４０によって読み取られた主軸２４の割出し回転位置が主軸２４の位相としてＮＣ装置４２に送出される。ＮＣ装置４２には、また、後述する変位測定装置３６が接続されている。
【００１８】
主軸２４は、テーブル１４に対面する先端部に工具（図示せず）を装着するための工具装着穴（図示せず）が形成されている。図１では、この工具装着穴に変位測定器としての変位センサ３２が装着されている。変位センサ３２は、ケーブル等の有線通信手段または無線ＬＡＮやブルートゥースのような無線通信手段によって変位測定装置３６に接続されている。変位センサ３２は、一般的に対象物の物理変化量をさまざまな素子で検知し、その変化量を距離に演算することでセンサから対象物までの距離（変位）を測定する機器であり、例えばレーザービームを用いた光学式変位センサやCCDカメラを用いた撮像式変位センサ、渦電流式変位センサ等の非接触式変位センサや、差動トランス式変位センサ、デジタルスケール式変位センサ等の接触式変位センサがある。本実施の形態では、変位センサ３２は、一例としてレーザービームを用いた光学式変位センサである。
【００１９】
本実施の形態では、主軸２４をX-Y方向に移動させながら、変位センサ３２によって該変位センサ３２とワークＷの表面との間のＺ軸方向の距離を測定することによって、ワークＷの形状が測定される。変位センサ３２からの信号が変位測定装置３６に送出され、該変位測定装置３６において処理されてワークＷの形状に関するデータが生成される。
【００２０】
以下、本実施の形態の作用を説明する。
図２〜図４に示す実施形態おいて、測定対象物としてのワークＷは概略直方体のブロック状の部材であり、上面に突出部Ｒを有している。突出部Ｒは断面が三角形の畝状に形成されており、直線状に延びる稜線Ｐを有している。図２において、直線状の稜線Ｐは、Ｘ軸に対して所定の角度βを以って傾斜している。なお、図２〜図４において、突出部Ｒの断面は、一方の斜辺が他方の斜辺よりも長い不等辺三角形であるが、二等辺三角形であってもよい。
【００２１】
本発明の測定方法のメインルーチンを示すフローチャートである図５において、心出しプロセスが開始される（ステップS10）と、先ず、主軸２４の位置決め動作が開始される（ステップS12）。主軸２４の位置決め方法のサブルーチンを示すフローチャートである図６において、位置決め動作が開始されると（ステップS12）、主軸２４が、測定開始点へ向けてＮＣ装置４２によってＸ軸、Ｙ軸方向に相対的に送られる（ステップS14）。この操作は、手動で行うこともできる。次いで、変位センサ３２からレーザービームを照射し（ステップS16）、Ｚ軸スキップ送りにより測定に適した高さ（Ｚ軸座標位置）へ変位センサ３２を位置決めする（ステップS18）。これによって測定開始点が確立される（ステップS20）。これによって、位置決め動作が終了して（ステップS22）、プロセスはメインルーチンへ帰還する。
【００２２】
位置決め動作に続いて、位相０°での測定サブルーチンが開始される（ステップS24）。なお、本明細書において「位相」は、主軸２４の中心軸線Ｏ周りの割出し回転位置を示している。図７において、測定サブルーチンが開始される（ステップS24）と、先ず、主軸２４が測定開始点へ移動する（ステップS26）。次いで、この測定開始点において、中心軸線Ｏ周りの主軸２４の位相が０°に割り出され（ステップS28）、次いで、変位センサ３２からレーザービームが照射される（ステップS30）。変位センサ３２は、ワークＷの表面からのレーザー反射波によって、ワークＷの表面までの距離を測定する。変位センサ３２が、このように、ワークＷの表面までの距離を測定している間、主軸２４は、図２に示す測定経路１に沿って継続的にＸ軸方向へ送られる。主軸２４がＸ軸方向へ送られる間、変位センサ３２によってワークＷの表面までの距離、すなわちワークＷの表面の高さの変化が所定の時間間隔で測定され続け、測定データが変位測定装置３６へ送出される。その間、送り軸位置読取り装置３４によって読み取られた主軸２４のＸ、Ｙ座標が、ＮＣ装置４２から変位測定装置３６へ送出される。変位測定装置３６は、ワークＷの表面の高さと、該高さが測定されたときのＸ、Ｙ座標とを関連付けて該変位測定装置３６内のメモリに格納する（ステップS34）。
【００２３】
主軸２４が測定経路１の終端位置（図２では右端）に到達すると、中心軸線Ｏ周りの主軸２４の位相０°における測定が終了する（ステップS36）。次いで、ステップS36において、位相２７０°での測定が終了したか否かが、つまり位相０°、１８０°、９０°及び２７０°での測定の全てが終了しているか否かが判定される。全ての位相における測定が終了していなければ（ステップS36でNoの場合）、サブルーチンはステップS28へ戻り、中心軸線Ｏ周りの主軸２４の位相を１８０°に割り出して、ステップS30〜S34に従ってワークＷの形状の測定が行われる。その際、主軸２４は、位相０°での測定を終了した位置から、Ｘ軸方向へ逆向きに、つまり右側から左側へ測定経路２に沿って送られる。
【００２４】
位相１８０°での測定が終了すると、次に位相９０°での測定が、測定経路１に沿って位相０°での測定の場合と同様に行われ、最後に位相２７０°での測定が、測定経路２に沿って位相９０°での測定の場合と同様に行われる。位相２７０°での測定が終了すると（ステップS36でYesの場合）、測定サブルーチンが終了し（ステップS38）、プロセスはメインルーチンへ戻る。
【００２５】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、こうして得られた測定結果の変位測定装置３６における処理方法を説明する。
図４Ａ、４Ｂは位相０°及び１８０°での測定結果、つまり測定経路１、２に沿うワークＷの形状の一例を示している。ワークＷの畝状の突出部Ｒは三角形の断面を有しているので、突出部Ｒを横切るように主軸２４をＸ軸方向へ送りながら、変位センサ３２とワークＷとの間のＺ軸方向の距離を測定することによって、ワークＷの形状が、図４Ａ、４Ｂに示すように頂点Ｐ0；Ｐ180と、該頂点Ｐ0；Ｐ180から延びる２つの斜辺Ｌ1、Ｌ2；Ｌ3、Ｌ4とを有する上方に凸形の三角形として測定される。
【００２６】
位相０°での測定と位相１８０°での測定は、主軸２４の送り方向が互いに反対方向であるが、その測定経路１、２は同一の直線であるので、変位センサ３２が主軸２４に対して偏心していなければ、位相０°での測定結果から得られる頂点Ｐ0と、位相１８０°での測定結果から得られる頂点Ｐ180のＸ座標は一致する。然しながら、変位センサ３２の測定中心と主軸２４の中心軸線Ｏとが一致していなけば、図４Ｃに示すように、変位センサ３２の測定中心と主軸２４の中心軸線Ｏとの間のＸ軸方向の偏心量δの２倍の長さをもって頂点Ｐ0、Ｐ180のＸ座標がずれることとなる。
【００２７】
既述のようにＸ座標に関連付けられて変位測定装置３６のメモリに格納されている位相０°での測定データに基づき、頂点Ｐ0から延びる２つの斜辺を例えば最小二乗法を用いて直線Ｌ1、Ｌ2により近似して、その交点として頂点Ｐ0の座標を求めることができる。図４Ａにおいて、斜辺を示す直線Ｌ1、Ｌ2は、ａi、ｂi（ｉ＝１または２）を定数として以下の式にて表すことができる。
Ｌ1：Ｚ＝ａ1×Ｘ＋ｂ1…（１）
Ｌ2：Ｚ＝ａ2×Ｘ＋ｂ2…（２）
頂点Ｐ0ではＺ座標が一致するので、頂点Ｐ0を与えるＸ0は、式（１）、（２）から以下のようになる。
Ｘ0＝（ｂ2−ｂ1）／（ａ1−ａ2）…（３）
【００２８】
同様に、図４Ｂにおいて、斜辺Ｌ3、Ｌ4を示す直線は、同様にａi、ｂi（ｉ＝３または４）を定数として以下の式にて表すことができる。
Ｌ3：Ｚ＝ａ3×Ｘ＋ｂ3…（４）
Ｌ4：Ｚ＝ａ4×Ｘ＋ｂ4…（５）
頂点Ｐ180ではＺ座標が一致するので、頂点Ｐ180を与えるＸ180は、上記２つの式（４）、（５）から以下のようになる。
Ｘ180＝（ｂ4−ｂ3）／（ａ3−ａ4）…（６）
【００２９】
図４Ｃにおいて、位相０°でのＸ軸方向の偏心量δx、すなわち主軸２４の中心軸線Ｏと変位センサ３２の測定中心とのＸ軸方向の偏差は以下の式から求めることができる。
δx＝（Ｘ180−Ｘ0）／２…（７）
【００３０】
位相９０°及び２７０°についても同様の処理を行うことによって、位相９０°でのＹ軸方向の偏心量δy、すなわち主軸２４の中心軸線Ｏと変位センサ３２の測定中心とのＹ軸方向の偏差は以下の式から求めることができる。
δy＝（Ｘ270−Ｘ90）／２…（８）
【００３１】
上述の処理は突出部Ｒの稜線ＰがＹ軸に平行に延設されていることを前提としているので、稜線ＰがＹ軸に平行でなければ、このようにして求められたδx、δyは稜線Ｐの傾斜角βに基づく誤差を含むこととなる。そして、この誤差は突出部Ｒの稜線ＰがＹ軸から逸れる、つまり傾斜角βが小さくなるにつれ大きくなる。
【００３２】
以下、Ｘ軸に対する突出部Ｒの稜線Ｐの傾斜角βに基づく誤差の補正方法を説明する。
ステップS38に続いてワークＷの突出部Ｒの直線状に延びる稜線ＰのＸ軸に対する傾斜角βが測定（傾斜角測定）される（ステップS40）。傾斜角の測定サブルーチンを示す図８を参照すると、先ず、主軸２４が傾斜角測定開始点へ移動する（ステップS42）。これは、上述した位相０°での測定のときの開始点であるとともに位相２７０°での測定終了位置から、Ｙ軸方向に所定の距離ｄだけオフセットされた位置である。また、このとき主軸２４の中心軸線Ｏ周りの位相は０°である。次いで、図７の測定サブルーチンの場合と同様に、変位センサ３２からレーザービームが照射され（ステップS44）、傾斜角測定用の測定経路３（図２参照）に沿って主軸２４がＸ軸方向へ送られる（ステップS46）。その間、ＮＣ装置４２から主軸２４のＸ、Ｙ座標が変位測定装置３６へ送出され、ワークＷの表面の高さと、該高さが測定されたときのＸ、Ｙ座標とが関連付けられて変位測定装置３６内のメモリに格納される（ステップS48）。主軸２４が測定経路３の終端位置（図２では右端）に到達すると、傾斜角測定が終了して（ステップS50）、プロセスはメインルーチンへ帰還する。
【００３３】
このように、ステップS40（サブルーチンのステップS40〜S50）において、Ｙ軸方向に所定の距離ｄだけオフセットされた傾斜角測定用の測定経路３（図２参照）に沿って主軸２４をＸ軸方向へ送りながら、位相０°に関して既述した方法と同様に測定が行われる。距離ｄだけオフセットしたときに得られる頂点ＰdのＸ座標Ｘdと、上述した位相０°のときの頂点Ｐ0のＸ座標Ｘ0とから、Ｘ軸に対する稜線Ｐの延設方向の傾斜角βは以下の式から求められる。
β＝ｔａｎ-1（ｄ／（Ｘd-Ｘ0））…（９）
【００３４】
Ｘ軸に対する稜線Ｐの延設方向の傾斜角βが、所定の角度β0よりも小さくなると、傾斜角βによる誤差が無視できないほど大きくなる。そこで、ステップS52において、傾斜角βと角度β0とが比較され、補正が必要ないと判断される場合（ステップS52でYesの場合）、補正することなく式（７）、（８）に基づきδx、δyが偏心量として出力される。補正が必要であると判断される場合（ステップS52でNoの場合）、以下の（１０）、（１１）に基づき補正されたδx′、δy′が偏心量として出力される。
δx′＝（Ｘ180−δy／ｔａｎβ−Ｘ0）／２…（１０）
δy′＝（Ｘ270−δx／ｔａｎβ−Ｘ90）／２…（１１）
【００３５】
こうして得られたδx、δyまたはδx′、δy′が、変位測定器である変位センサ３２の実測定時における測定値を補正するための補正値として用いられる。上述の実施形態では、ＸＺ平面について説明したが、ＸをＹに置き換えることにより、ＹＺ平面についても同様に求めることができる。本実施形態では便宜上、主軸２４の９０°毎の位相０°、９０°、１８０°、２７０°をそれぞれ機械座標系のＸ軸正の方向、Ｙ軸正の方向、Ｘ軸負の方向、Ｙ軸負の方向と対応させたが、必ずしも対応させる必要はない。主軸２４の任意の位相を０°とし、その方向を測定座標系のＸ軸の正の方向と定義し、以下、主軸２４の位相９０°、１８０°、２７０°をそれぞれ測定座標系のＹ軸正の方向、Ｘ軸負の方向、Ｙ軸負の方向と定義し、機械座標系と測定座標系との回転方向のオフセット量を把握して両座標系間で測定値を換算可能にしておけば、主軸２４の位相０°が任意の方向であっても、上述の説明は成り立つのである。
【００３６】
図１には図示しないが、主軸２４の先端部にＸＹ軸方向位置微調整機構（手動または自動）を介在させて変位センサ３２を装着することができる。上述の方法で求めた補正値を用いてＸＹ軸方向位置微調整機構を調整し、変位センサ３２の中心を主軸２４の中心と物理的に一致させる。こうすれば、実測定時において測定値を補正することなく、そのまま採用することができる。
【００３７】
既述の説明では、測定対象物としてのワークＷは、直線状に延びる稜線Ｐを有した断面が三角形状の突出部Ｒを有しているが、本発明はこれに限定されず、測定対象物は、主軸２４をＸ軸方向（またはＹ軸方向）へ送りながら、変位センサ３２で測定対象物の表面を測定したときに、１つのピークつまり１つの頂点または１つの底点が確定されるような形状を有していればよい。従って、突出部Ｒは畝状でなくとも、例えば三角錐、四角錐それ以上の多角形の錐体または錐台、円錐や円錐台、柱体、半球体、回転楕円体の半体部分、或いは、面内に突出している部分という意味でこうした形状の凹所とすることができる。
【００３８】
また、既述の説明では変位測定器としてレーザービームを照射する変位センサ３２を一例として説明したが、本発明では変位測定器はこれに限定されず、静電容量式や撮像式の変位測定器としたり、或いは、触針の変位を差動トランスやデジタルスケールで検出する接触式三次元変位測定器とすることができる。更に、変位測定器としての変位センサ３２は、レーザービームを照射してワークＷの表面からのレーザー反射波によって、ワークＷの表面までの距離を測定すると説明したが、変位センサ３２または変位測定器を、その出力値が測定中常に一定値を保つように、主軸２４をＺ軸方向に変位させつつ測定対象物としてのワークＷまたは基準ブロックの表面に沿って走査させ、測定対象物の表面の形状、寸法を測定するようにもできる。また、工作機械は立形マシニングセンタに限らず、本発明は、横形マシニングセンタ、回転送り軸を有する５軸マシニングセンタ、フライス盤、放電加工機等、少なくとも直交三軸の送り軸を有する工作機械に適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    工作機械
１２    ベッド
１４    テーブル
１６    コラム
１８    Ｘ軸スライダ
２０    Ｚ軸スライダ
２２    主軸頭
２４    主軸
３２    変位センサ
３４    送り軸位置読取り装置
３６    変位測定装置
３８    回転センサ
４０    回転位置読取り装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月1日(2014.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、割出し可能な主軸を有する工作機械の前記主軸に装着した変位測定器の自動心出し方法において、主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出して、それぞれの位相において前記工作機械の主軸に対して垂直な方向へ送りながら、工作機械のテーブルに取り付けられたワークまたは基準ブロックである測定対象物の表面の前記主軸の中心軸線方向の変位を前記変位測定器により測定し、該測定結果から測定対象物の表面の突出部または凹部の座標を求め、前記主軸の位相が０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、１８０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差、及び、前記主軸の位相が９０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、２７０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差から、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心との前記主軸に対して垂直な方向のずれ量を算出して補正値として記憶し、前記変位測定器の実測定時の測定値を前記記憶した補正値で補正するようにした変位測定器の自動心出し方法が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、主軸とテーブルとを相対的に直交三軸方向に送ることが可能な工作機械において、前記テーブルに対する前記主軸の相対的な座標位置を読み取る座標位置読取り装置と、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出す割出し装置と、前記主軸の先端部に装着され、前記テーブルに固定されたワークまたは基準ブロックである測定対象物の表面の前記主軸の中心軸線方向の変位を前記主軸に対して垂直な方向への送りに合わせて測定する変位測定器と、前記テーブルに取り付けられた前記測定対象物を前記変位測定器により前記主軸を９０°毎に割り出して測定し、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から前記測定対象物の表面の突出部または凹部の座標を求め、前記主軸の位相が０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、１８０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差、及び、前記主軸の位相が９０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、２７０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差から、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心との前記主軸に対して垂直な方向のずれ量を算出して補正値として記憶する変位測定装置とを具備し、前記変位測定器によるワークの実測定時の測定値を前記変位測定装置に記憶した補正値で補正するようにした工作機械が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
割出し可能な主軸を有する工作機械の前記主軸に装着した変位測定器の自動心出し方法において、
前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出して、それぞれの位相において前記工作機械の主軸に対して垂直な方向へ送りながら、工作機械のテーブルに取り付けられたワークまたは基準ブロックである測定対象物の表面の前記主軸の中心軸線方向の変位を前記変位測定器により測定し、
該測定結果から測定対象物の表面の突出部または凹部の座標を求め、前記主軸の位相が０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、１８０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差、及び、前記主軸の位相が９０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、２７０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差から、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心との前記主軸に対して垂直な方向のずれ量を算出して補正値として記憶し、
前記変位測定器の実測定時の測定値を前記記憶した補正値で補正することを特徴とした変位測定器の自動心出し方法。
【請求項２】
主軸とテーブルとを相対的に直交三軸方向に送ることが可能な工作機械において、
前記テーブルに対する前記主軸の相対的な座標位置を読み取る座標位置読取り装置と、
前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出す割出し装置と、
前記主軸の先端部に装着され、前記テーブルに固定されたワークまたは基準ブロックである測定対象物の表面の前記主軸の中心軸線方向の変位を前記主軸に対して垂直な方向への送りに合わせて測定する変位測定器と、
前記テーブルに取り付けられた前記測定対象物を前記変位測定器により前記主軸を９０°毎に割り出して測定し、前記主軸をその中心軸線周りに０°と１８０°及び９０°と２７０°に割り出したときの測定結果から前記測定対象物の表面の突出部または凹部の座標を求め、前記主軸の位相が０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、１８０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差、及び、前記主軸の位相が９０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標と、２７０°のときの前記主軸の送り方向の前記突出部または凹部の座標との差から、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心との前記主軸に対して垂直な方向のずれ量を算出して補正値として記憶する変位測定装置とを具備し、
前記変位測定器によるワークの実測定時の測定値を前記変位測定装置に記憶した補正値で補正することを特徴とした工作機械。
【請求項３】
前記変位測定器は、前記主軸の先端部との間に微調整機構を介在させて装着され、前記変位測定装置に記憶した補正値を用いて、前記主軸の中心と前記変位測定器の中心とが一致するように前記微調整機構を調整する請求項２に記載の工作機械。