(57)【要約】  移動制御部３０は、振動装置１０を被削材に対して移動させる送り機構７を制御する。振動制御部２１は、振動装置１０の圧電素子１２ｌ、１２ｂの振動を制御する。振動制御部２１は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具１１と被削材等との接触を検出する。振動制御部２１は、状況値として、振動に要する消費エネルギおよび共振周波数の少なくとも１つを取得する。振動制御部２１は、少なくとも２つの接触位置の座標値をもとに、切削工具１１と被削材の回転中心との相対的な位置関係を定める。
2019044911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する移動制御部と、
前記振動装置のアクチュエータの振動を制御する振動制御部と、を備え、
前記振動制御部は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と、対象物との接触を検出する、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項２】
前記振動制御部は、状況値として、振動に要する消費エネルギおよび共振周波数の少なくとも１つを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項３】
前記振動制御部は、接触位置を特定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の振動切削装置。
【請求項４】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、旋削加工後の被削材または被削材の回転中心との相対的な位置関係が既知である基準面に対し、旋削加工の際の切削工具の回転角度位置とは異なる少なくとも２つの位置で、切削工具が接触したときの座標値をもとに、切削工具と被削材の回転中心との相対的な位置関係を定める、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項５】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、被削材の取付面、被削材の送り運動方向、被削材の回転中心の少なくともいずれかとの相対的な位置関係が既知である基準面における接触位置の座標値をもとに、切削工具と、被削材の取付面、被削材の送り運動方向、被削材の回転中心の少なくともいずれかとの相対的な位置関係を定める、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項６】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を、既知形状をもつ物体に対して相対移動させて、切削工具の刃先が前記物体の既知形状部分に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、前記切削工具の刃先が前記物体の既知形状部分の少なくとも３つの位置で接触したときの座標値をもとに、前記切削工具の刃先に関する情報を特定する、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項７】
前記制御部は、取付位置に関する情報として、工具刃先のノーズ半径、工具刃先の中心座標、工具刃先の形状誤差の少なくとも１つを求める、
ことを特徴とする請求項６に記載の振動切削装置。
【請求項８】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を被削材に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、切削加工後の被削材に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の前記送り機構による送り機能を利用して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具の取付誤差、工具刃先の形状誤差、被削材に対する切削工具の相対移動方向のずれの少なくとも１つを特定する、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記振動装置のアクチュエータの振動を制御し、
前記制御部は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と、被削材または基準面との接触を検出する、
ことを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の振動切削装置。
【請求項１０】
コンピュータに、
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する機能と、
前記振動装置のアクチュエータの振動を制御する機能と、を実現させるためのプログラムであって、
振動制御機能は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と、対象物との接触を検出する機能を含む、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１７年８月２９日に出願された日本国特許出願２０１７−１６４６９９号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、工具を振動させながら被削材（ワーク）を切削する振動切削装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、様々な被削材に精密な切削加工を施すことが求められている。特許文献１は、切削工具の刃先を被削材に対して楕円振動させる振動装置を備えた切削装置を開示し、この切削装置は、鉄系材料や脆性材料に対して精密微細加工を施すことを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交換等により切削工具を新たに切削装置に取り付けたとき、高い加工精度を維持するために、切削工具の刃先位置を正確に測定する必要がある。そのため従来では、切削装置に測定器を付加して切削工具の刃先位置を測定しているが、コスト高となり、また切削装置の座標原点と測定器の座標原点の相対位置関係が熱変形等により変化すると、刃先位置の正確な測定が困難となる問題がある。【０００６】
また別の手法として、切削工具で一度被削材を加工し、加工後の被削材の形状測定の結果にもとづいて刃先位置を補正する手法も利用されている。この場合も、被削材の形状測定のために測定器が必要であり、コスト高となることは否定できない。【０００７】
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、測定器を付加することなく、工具刃先と被削材などの対象物との相対的な位置関係を特定する技術、または両者の相対的位置関係を特定するために必要となる技術、または設計上の切削環境との誤差を特定する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の振動切削装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する移動制御部と、振動装置のアクチュエータの振動を制御する振動制御部とを備える。振動制御部は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と対象物との接触を検出する。対象物は、被削材、被削材を取り付ける部品、または既知形状をもつ物体であってよい。【０００９】
本発明の別の態様もまた、振動切削装置である。この装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、旋削加工後の被削材または被削材の回転中心との相対的な位置関係が既知である基準面に対し、旋削加工の際の切削工具の回転角度位置とは異なる少なくとも２つの位置で、切削工具が接触したときの座標値をもとに、切削工具と被削材の回転中心との相対的な位置関係を定める。【００１０】
本発明のさらに別の態様もまた、振動切削装置である。この装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、被削材の取付面、被削材の送り運動方向、被削材の回転中心の少なくともいずれかとの相対的な位置関係が既知である基準面における接触位置の座標値をもとに、切削工具と、被削材の取付面、被削材の送り運動方向、被削材の回転中心の少なくともいずれかとの相対的な位置関係を定める。【００１１】
本発明のさらに別の態様もまた、振動切削装置である。この装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を、既知形状をもつ物体に対して相対移動させて、切削工具の刃先が物体の既知形状部分に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、切削工具の刃先が物体の既知形状部分の少なくとも３つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具の刃先に関する情報を特定する。【００１２】
本発明のさらに別の態様もまた、振動切削装置である。この装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を被削材に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、切削加工後の被削材に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構による送り機能を利用して振動装置を相対移動させて、切削工具が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具の取付誤差、工具刃先の形状誤差、被削材に対する切削工具の相対移動方向のずれの少なくとも１つを特定する。【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、工具刃先と対象物との相対的な位置関係を特定する技術、また両者の相対的位置関係を特定するために必要となる技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の振動切削装置の概略構成を示す図である。
【図２】振動切削装置の機能構成を示す図である。
【図３】楕円振動される切削工具が被削材を切削する様子を示す図である。
【図４】被削材を切削するプロセスを説明するための図である。
【図５】楕円振動される切削工具と被削材の間に作用する力を模式的に示す図である。
【図６】ワークに対する切削実験の概要を説明するための図である。
【図７】非接触時に対するたわみ振動方向の消費電力変化量の時間変化を示す図である。
【図８】切削痕の最大切り込み深さと、ワークの横方向位置の測定結果を示す図である。
【図９】たわみ振動方向の消費電力変化量と、切削痕の最大切り込み深さの関係を示す図である。
【図１０】回帰直線およびその信頼区間を表現する直線を示す図である。
【図１１】切削工具と被削材回転中心との相対的な位置関係を定める手法を説明するための図である。
【図１２】Ａ点座標の導出手法を示す図である。
【図１３】基準面を説明するための図である。
【図１４】振動装置をＣ軸回転可能に取り付けた振動切削装置の一例を示す図である。
【図１５】刃先と基準ブロックの既知形状部分とが接触した様子を示す図である。
【図１６】刃先と基準ブロックの位置関係を示す図である。
【図１７】基準ブロックの上面に接触させたときの切削工具の傾いた状態を模式的に示す図である。
【図１８】接触位置の高さ変化を示す図である。
【図１９】振動装置をＣ軸回転可能に取り付けた振動切削装置の別の例を示す図である。
【図２０】刃先と基準ブロックの既知形状部分とが接触した様子を示す図である。
【図２１】刃先と基準ブロックの位置関係を示す図である。
【図２２】基準ブロックの既知形状の部分を刃先に接触させた状態を示す図である。
【図２３】被削材を加工する様子を示す図である。
【図２４】工具中心の取付誤差を導出する手法を説明するための図である。
【図２５】工具刃先の形状誤差を特定する手法を説明するための図である。
【図２６】被削材回転軸と工具直進軸の平行度を特定する手法を説明するための図である。
【図２７】被削材回転軸と工具直進軸の直交度を特定する手法を説明するための図である。
【図２８】工具中心の取付誤差を推定する手法を説明するための図である。
【図２９】工具中心の取付誤差を推定する手法を説明するための図である。
【図３０】工具中心の取付誤差を推定する手法を説明するための図である。
【図３１】Ｂ軸回転中心を導出する手法を説明するための図である。
【図３２】走査線加工における切削送り方向とピック送り方向とを概念的に示す図である。
【図３３】工具中心の取付誤差を推定する手法を説明するための図である。
【図３４】工具中心の取付誤差を推定する手法を説明するための図である。
【図３５】刃先形状誤差を測定する手法を示す図である。
【図３６】直線切れ刃による加工の様子を示す図である。
【図３７】同定手法を説明するための図である。
【図３８】座標変換を説明するための図である。
【図３９】加工面に刃先を接触させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態の振動切削装置は、切削負荷の変化や振動による発熱などが生じても振動装置の振動を略一定に維持するような振動制御を実行しつつ、振動の制御状況を示す状況値を監視する機能をもつ。監視する振動制御状況値は、振動に要する消費エネルギ量や、追尾する共振周波数であり、振動切削装置は、振動制御状況値を監視することで、振動装置にかかる負荷等を推測できる。実施形態の振動切削装置は、振動制御状況値の監視機能を利用して、工具刃先と被削材（もしくは被削材を取り付ける部品）との接触を検出し、接触位置を特定することで、切削工具の取付位置を測定する技術を提案する。
【００１７】
図１は、実施形態の振動切削装置１の概略構成を示す。振動切削装置１は、被削材６に対して切削工具１１の刃先を楕円振動させて旋削タイプの加工を行う切削装置である。実施形態の振動切削装置１は、円筒状の被削材６を旋削して圧延用ロールを加工するロール旋盤であるが、旋削タイプ以外の他のタイプの切削装置であってもよい。後述するが本発明者は、制御状況値の監視機能を用いた刃先位置測定手法の実証実験を平削り盤を用いて行っており、実施形態の振動切削装置１は、工具刃先を楕円振動させて振動切削加工を行う切削装置であればよい。
【００１８】
振動切削装置１は、被削材６を回転可能に支持する主軸台２および心押し台３と、切削工具１１が取り付けられた振動装置１０を支持する刃物台４とを、ベッド５上に備える。また振動切削装置１は、少なくとも心押し台３を主軸台２に対して移動させる送り機構（図示せず）と、刃物台４をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させる送り機構７とを備える。図１においてＸ軸方向は、水平方向であって且つ被削材６の軸方向に直交する切込み方向、Ｙ軸方向は鉛直方向である切削方向、Ｚ軸方向は、被削材６の軸方向に平行な送り方向である。なお図１において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正負は切削工具１１側から見た方向を示しているが、切削工具１１と被削材６との間で正負の方向は相対的なものであるため、本明細書では特に各軸の正負方向を厳密には定義せず、正負方向に言及する場合には各図に示した方向に従う。切削加工中、被削材６は、主軸台２に設けられた主軸２ａにより回転させられる。
【００１９】
振動装置１０は、切削工具１１が取り付けられて、切削工具１１の刃先を楕円振動させる振動子を備える。振動子は振動を発生するアクチュエータを備え、アクチュエータは圧電素子であってよい。実施形態においてアクチュエータは、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動を発生させることで、切削工具１１の刃先を楕円軌道で振動させる。Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動の周波数は特に限定されないが、好ましくは１０ｋＨｚ以上であり、さらに好ましくは超音波領域以上であってよい。超音波領域の周波数は、概ね人間の可聴域を超えた周波数を意味し、たとえば１６ｋＨｚ以上の周波数であってよい。振動切削装置１は超音波周波数帯域を利用することで、静音性の優れた加工を実現する。制御部２０は、振動装置１０のアクチュエータの振動、送り機構７による振動装置１０の移動、主軸２ａの回転を、それぞれ制御する。
【００２０】
なお図１には、送り機構７が切削工具１１を被削材６に対して移動させているが、送り機構７は、被削材６を切削工具１１に対して移動させるものであってもよい。つまり送り機構７は切削工具１１を、被削材６などの対象物に対して相対移動させる機能を有していればよく、実施形態において、切削工具１１を移動させるか、または被削材６などの対象物を移動させるかは、振動切削装置１の種類によって定められてよい。
【００２１】
また送り機構７は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の並進方向の送り機能に限らず、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の回転方向の送り機能を有してよい。実施形態の送り機構７は、切削加工の際に必要な移動方向の送り機能だけでなく、切削加工の際に利用されない移動方向の送り機能を有することが好ましい。つまり送り機構７は、切削加工の際に利用する方向の送り機能に加えて、切削加工には必要とされない（いわば冗長な）移動方向の送り機能を有して構成される。冗長な方向の送り機能は、後述する前加工面に対して切削工具１１を相対移動させる際に利用されてよい。
【００２２】
図２は、振動切削装置１の機能構成を示す。振動装置１０は、振動を発生する圧電素子１２ｌ、１２ｂを備え、下部先端に切削工具１１が取り付けられる。圧電素子１２ｌは、振動装置１０をＸ軸方向（切込み方向）に振動させる。以下、Ｘ軸方向の振動を「縦振動」と呼ぶこともある。本明細書において、縦振動に関する部材の符号または記号には、「ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ」の頭文字である「ｌ」を付加している。
【００２３】
圧電素子１２ｂは、振動装置１０をＹ軸方向に往復するようにたわませて、切削工具１１をＹ軸方向（切削方向）に振動させる。以下、Ｙ軸方向の振動（横振動）を「たわみ振動」と呼ぶこともある。本明細書において、たわみ振動に関する部材の符号または記号には、「ｂｅｎｄｉｎｇ」の頭文字である「ｂ」を付加している。
【００２４】
制御部２０は、振動装置１０を被削材６に対して相対移動させる送り機構７を制御する移動制御部３０と、振動装置１０の圧電素子１２ｌ、１２ｂの振動を制御する振動制御部２１とを備える。移動制御部３０は、振動切削装置１における３次元座標の原点を有し、振動装置１０の移動を、切削工具１１の刃先位置の座標で制御してよい。なお制御部２０は、主軸台２における主軸２ａの回転を制御する制御部（図示せず）もさらに備えて構成される。以下、振動制御部２１が振動装置１０の振動を制御する手法について説明する。
【００２５】
振動制御部２１は、圧電素子１２ｌ、１２ｂに印加する周期的な電圧を発生する電圧発振部２５を備える。電圧発振部２５は、駆動制御部２２により制御され、縦振動の共振周波数ｆと、駆動制御部２２の指令による位相θに従う電圧を発生する。共振周波数ｆは、振動装置１０の形状や重量分布により定まり、切削負荷や振動装置１０の温度変化等によって変化しうる。
【００２６】
電圧発振部２５が発生した電圧は、第１の増幅器２３ｌにより増幅されて、圧電素子１２ｌに、共振周波数ｆ，位相θに従う電圧Ｖｌ（ｆ，θ）として印加される。圧電素子１２ｌは、電圧Ｖｌ（ｆ，θ）を印加されて駆動され、振動装置１０の縦振動を発生する。
【００２７】
また電圧発振部２５が発生した電圧は、位相シフト部２４を介して第２の増幅器２３ｂにより増幅されて、圧電素子１２ｂに、共振周波数ｆ，位相θ＋φに従う電圧Ｖｂ（ｆ，θ＋φ）として印加される。圧電素子１２ｂは、電圧Ｖｂ（ｆ，θ＋φ）を印加されて駆動され、振動装置１０のたわみ振動を発生する。増幅器２３ｌ，２３ｂは、例えばスイッチングアンプであってよい。
【００２８】
位相シフト部２４は、電圧発振部２５が発生した電圧位相を、θからθ＋φにずらす。位相シフト部２４を設けない場合には、電圧Ｖｌ，Ｖｂの位相差がなくなり、縦振動とたわみ振動の位相差がなくなって切削工具１１は直線的な振動軌道をとるが、位相シフト部２４が電圧位相をφだけずらすことで、切削工具１１は縦振動とたわみ振動による楕円状の振動軌道で動くことになる。なお位相差φを可変とすれば、振動軌道を可変に生成できる。なお通常は、電圧に対する振動の位相遅れが縦振動とたわみ振動で若干異なるため、位相シフト部２４は、縦振動の位相遅れとたわみ振動の位相遅れの差の調整を行う役割も担っている。
【００２９】
振動装置１０は、切削工具１１に近づくにつれて細くなるテーパ形状を有するように形成される。テーパ形状の種類としては、コニカルホーン形状や、エクスポネンシャルホーン形状、ステップホーン形状などがある。振動装置１０は、縦振動とたわみ振動における節（最も振動が小さくなる部分）の位置が１箇所以上、好ましくは２箇所以上において一致するように形成され、一致する節の位置で支持される。
【００３０】
縦振動は、振動装置１０における山（振幅の大きい部分）の出現数に応じて次数が定められる。たとえば縦振動の山が工具側端部と中央部と反対側端部の３箇所にあれば、２次の縦振動である。たわみ振動においても、概ね同様に次数が定められ、例えばたわみ振動の山が３箇所にあれば１次のたわみ振動である。振動装置１０は、２つの振動の共振周波数が概ね一致するように設計されるが、切削加工中は負荷等によって一致しなくなる。そこで振動制御部２１は、加工精度の向上に相対的に重要な縦振動の共振周波数ｆを追尾し、縦振動の共振周波数ｆに基づいた振動制御を実施する。なお振動制御に際しては、たわみ振動の共振周波数が用いられてもよいし、双方の共振周波数の平均値が追尾されるようにしてもよい。
【００３１】
振動制御部２１は、圧電素子１２ｌに接続された位相検出部２６を備える。位相検出部２６は、圧電素子１２ｌに流れる電流Ｉｌの位相θ’を検出する。圧電素子１２ｌの電流Ｉｌ（ｆ，θ’）は、周波数ｆと、圧電素子１２ｌにおける実際の位相θ’により表現される。位相検出部２６は位相θ’を、増幅器２３ｌの電圧Ｖｌ（ｆ，θ）の位相θと比較し、それらの差Δθ（＝θ’−θ）を算出する。共振周波数（電気的には反共振周波数）の近傍では、電圧Ｖｌと電流Ｉｌの位相差がゼロになる特性があり、実施形態では、この特性を利用し、位相差Δθをゼロに近づけるように周波数ｆを制御するフィードバック制御によって、共振周波数の追尾が行われる。
【００３２】
実際の共振周波数は、様々な要因（例えば切削の負荷や振動の継続による振動装置１０の発熱等）により変化するため、電圧の位相θと電流の位相θ’の位相差Δθも変化する。そこで位相検出部２６では、測定された位相差Δθと、指令データＤで示される目標とする位相差（ここではゼロ）を比較し、その差（誤差）を駆動制御部２２に伝達する。駆動制御部２２は、位相差Δθが０°となるように、電圧発振部２５の発振周波数を変更し、共振周波数を追尾する。実施形態の振動制御部２１は振動振幅を一定に保つ制御を行う。この振幅制御では、負荷が増加すると、消費電力（消費エネルギ）が増加することになる。振動制御部２１は、位相固定ループ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ；ＰＬＬ）を有して、縦振動の共振周波数ｆ（たわみ振動の共振周波数もその近くにある）を追尾する。
【００３３】
制御部２０は、振動の制御状況を示す状況値を監視するための監視部２７を備える。監視部２７には、追尾している共振周波数ｆに対応する電圧が入力され、さらに電圧Ｖｌ（ｆ，θ）と電流Ｉｌ（ｆ，θ’）も入力される。監視部２７は、積（Ｖｌ×Ｉｌ）から縦振動で消費される消費エネルギに対応する電力Ｐｌを算出する。なお電圧Ｖｌと電流Ｉｌは周期的に変化しているから、これらの積の（少なくとも一周期に亘る）積分を積分時間で除した平均値（離散的には積算を積算数で除した平均値）が、縦振動で消費した電力となる。
【００３４】
次の（式１）は、時間ｔにおける瞬間電圧Ｖｌ（ｔ）と瞬間電流Ｉｌ（ｔ）を用いて電力（消費エネルギ）Ｐｌを算出する式を示す。連続時間で電力Ｐｌは（式１）で表される。ここで、Ｔは振動の周期であって周波数ｆの逆数であり、ｍは１以上の整数であり、ｔ＝０を積分開始時間としている。
【数１】
2019044911.tif 000003
【００３５】
デジタル計測の場合に、（式１）を離散化すると、次の（式２）となる。ここで、ｎは積算回数、Δｔはサンプリング間隔であり、ｎΔｔが正確に整数周期になるようにｎが選ばれることが好ましい。
【数２】
2019044911.tif 000004
【００３６】
同様に、監視部２７には、電圧Ｖｂ（ｆ，θ）と電流Ｉｂ（ｆ，θ”）が入力される。ここでθ”は、圧電素子１２ｂにおける実際の位相である。監視部２７は、時間ｔにおける瞬間電圧Ｖｂ（ｔ）と瞬間電流Ｉｂ（ｔ）の積（Ｖｂ×Ｉｂ）からたわみ振動で消費される電力Ｐｂを算出する。
【００３７】
電力Ｐｂを算出する式は、（式１）、（式２）と同様に、次の（式３）、（式４）によって表される。なお、これらの電力は、デジタル計測結果を用いて数値演算によって算出されてもよいし、近似的に、瞬間電流と瞬間電圧の乗算とその結果の平均化を行うアナログ電気回路を用いることで算出されてもよい。これらの消費エネルギ（消費電力）は、所定時間内において消費されるエネルギ（電力）であるから、消費エネルギ率（消費電力率）と捉えてもよい。
【数３】
2019044911.tif 000005
【数４】
2019044911.tif 000006
【００３８】
位置関係導出部２８は、振動の制御状況を示す状況値である電力Ｐｌ，Ｐｂ、共振周波数ｆを、切削工具１１によって被削材６が接触されていない非接触時（無負荷時）に監視部２７から予め取得しておく。位置関係導出部２８は、監視部２７が非接触時に取得した電力Ｐｌ，Ｐｂ、共振周波数ｆと、切削工具１１が被削材６に接触している接触時（負荷印加時）に取得した電力Ｐｌ，Ｐｂ、共振周波数ｆとを比較して、各状況値の変化量を算出してよい。なお実施形態の振動制御部２１は、電圧発振部２５のＰＬＬ制御で、電流Ｉｂや位相θ”を用いないが、これらのうちの少なくともいずれかを用いるようにしてもよい。
【００３９】
図３、図４は、振動装置１０によって楕円振動される切削工具１１が被削材６を切削する様子（振動一周期程度の極短時間に亘る微視的なもの）を示し、図５は、切削工具１１と被削材６の間に作用する力を模式的に示す。図４においてＶｔｏｏｌは切削工具１１の速度を、Ｖｃｈｉｐは切屑Ｈの速度を表現している。
【００４０】
たわみ振動により被削材６の切削方向と同方向側（Ｙ軸正方向側）に退いた切削工具１１（図３（ａ））は、縦振動により被削材６に近づき（Ｘ軸正方向）、被削材６（ワーク）に接触して切削を開始する（図３（ｂ））。切削工具１１の刃先は、微視的には先端に丸味部分を有しており、また先端に対して被削材６から逃げるような逃げ面Ｌを有している（図４）。
【００４１】
切削工具１１は、移動方向が比較的にＹ軸負方向に近い状態で被削材６に対してＸ軸正方向に相対的に近づく（図３（ａ）〜図３（ｂ））と、刃先の丸味部分において被削材６を押しならし、逃げ面Ｌで加工したばかりの面（加工面Ｕ）を擦る（図４（ａ））。この加工プロセスは、バニシングプロセスあるいはプラウイングプロセスと呼ばれる。
【００４２】
次いで、切削工具１１は、移動方向が比較的にＸ軸負方向に近い状態で被削材６に対してＹ軸負方向に相対的に近づく（図３（ｃ）〜図３（ｄ））。このとき、切削工具１１は被削材６を擦り上げ、切屑Ｈを適宜引き上げる（図４（ｂ））。この加工プロセスは、材料除去プロセスと呼ばれる。その後、切削工具１１が被削材６から離れると、一周期における材料除去プロセスは終了し、図３（ａ）の状態（但し一周期分進んだ位置）に戻る。
【００４３】
バニシングプロセス（図４（ａ））において、切削工具１１は、被削材６を切込み方向（Ｘ軸正方向）に押して、被削材６から切込み方向（Ｘ軸負方向）に押される反作用の力Ｆｌｐを受ける。力Ｆｌｐは、縦振動における下死点を中心に縦振動を押し戻すように働く。よって、力Ｆｌｐは、縦振動に対する付加的なバネΔＫｌとして働く。
【００４４】
また切削工具１１は、被削材６を擦る際に、被削材６から切削方向（Ｙ軸正方向）の力Ｆｂｐを受ける。力Ｆｂｐは、たわみ振動における速度の最も速い中立点を中心に、たわみ振動を妨げるように働く。よって、力Ｆｂｐは、たわみ振動に対する付加的な減衰（ダンパー）ΔＣｂとして働く。
【００４５】
材料除去プロセス（図４（ｂ））において、切削工具１１は、被削材６の切屑Ｈを引き上げ、切屑Ｈから切込み方向に引き下げられる（Ｘ軸正方向）反作用の力Ｆｌｃを受ける。力Ｆｌｃは、縦振動における速度の最も速い中立点を中心に、縦振動を妨げるように働く。よって、力Ｆｌｃは、縦振動に対する付加的な減衰（ダンパー）ΔＣｌとして働く。
【００４６】
また切削工具１１は、切屑Ｈを切削方向で相対的に押し（Ｙ軸負方向）、切屑Ｈから力Ｆｂｃ（Ｙ軸正方向）を受ける。力Ｆｂｃは、たわみ振動における左の死点を中心にたわみ振動を押し戻すように働く。よって、力Ｆｂｃは、たわみ振動に対する付加的なバネΔＫｂとして働く。
【００４７】
加工プロセスにおけるバネΔＫｌ，ΔＫｂや減衰ΔＣｂ，ΔＣｌの存在により、加工中、振動切削装置１の振動制御状況を示す状況値、具体的には共振周波数ｆや電力Ｐｌ，Ｐｂの値が変動する。なお実際の振動は加工条件や振動条件によって様々に変わり得るが、バネΔＫｌ，ΔＫｂや減衰ΔＣｂ，ΔＣｌを考慮することで、状況値の変化の傾向を把握できる。
【００４８】
たとえば縦振動の共振周波数ｆに関し、バニシングプロセスにおいて、切込み方向の力Ｆｌｐが大きいほど、バネΔＫｌの弾性作用をより強く受けるため、共振周波数ｆは高くなる。また材料除去プロセスにおいて、左の死点を過ぎてもなお切屑Ｈを引き上げる力Ｆｌｃが長く継続すればするほど、共振周波数ｆは高くなる。他方、左の死点を経過する前に切屑Ｈを引き上げる力Ｆｌｃがより長く継続すれば、縦方向の中立点に向けて復元しようとする切削工具１１に対して復元力（バネ力）を弱める力となるため、共振周波数ｆは低くなる。
【００４９】
また電力Ｐｌに関し、減衰ΔＣｌの存在は、これがない場合に比べて、縦振動に必要なエネルギを増加させる。縦振動に必要なエネルギは電力Ｐｌによって賄われているから、電力Ｐｌが増加するということは、減衰ΔＣｌが増加していることと相関がある。減衰ΔＣｌの増加は、材料除去プロセスにおける力Ｆｌｃの増加を意味するため、したがって監視部２７により電力Ｐｌの増加が確認されると、切削工具１１が切屑Ｈを引き上げる力が増加していることが分かる。
【００５０】
同様に、電力Ｐｂに関し、減衰ΔＣｂの存在は、これがない場合に比べて、たわみ振動に必要なエネルギを増加させる。たわみ振動に必要なエネルギは電力Ｐｂによって賄われているから、電力Ｐｂが増加するということは、減衰ΔＣｂが増加していることと相関がある。減衰ΔＣｂの増加は、バニシングプロセスにおける力Ｆｂｐの増加を意味するため、したがって監視部２７により電力Ｐｂの増加が確認されると、切削工具１１が被削材６から受けるＹ軸方向の力が増加していることが分かる。
【００５１】
このように実施形態の監視部２７は、被削材６の切削中に、振動の制御状況を示す状況値を監視する機能を有する。たとえば切削工具１１の摩耗が進むと、バニシングプロセスにおける力Ｆｂｐが大きくなる傾向がある。そこで監視部２７は、加工中の電力Ｐｂを監視して、増加量が所定値を超えた場合に、切削工具１１の摩耗が進んでいることを検出できる。
【００５２】
以上の監視部２７による監視機能は、加工中の振動の制御状況を示す状況値を監視するものであるが、実施形態の振動切削装置１では、この監視機能を、無負荷時、具体的には切削工具１１の取付位置の測定時に利用する。
工具交換時など、切削工具１１が新たに振動装置１０に取り付けられたとき、移動制御部３０が高い移動精度（加工精度）を出すためには、刃先位置の正確な座標値が特定されている必要がある。振動の制御状況を示す状況値である電力Ｐｌ，Ｐｂ、共振周波数ｆのうち、特にたわみ振動の消費電力Ｐｂは、Ｙ軸方向（切削方向）の力の増加に応答するため、切削工具１１と被削材６との接触に対して高い感度で増加する。そこで以下の例では消費電力Ｐｂの変化（上昇）を利用して接触検出を行うことを示すが、他の状況値、たとえば共振周波数ｆの変化を利用して接触検出を行うことも可能である。
【００５３】
本発明者は、制御状況値の監視機能を用いた刃先位置測定手法の実証実験を行った。この実験では、振動装置１０を平削り盤に装着し、監視部２７が、送り運動されるワークを平削りしたときの振動制御状況値を取得した。なお、この実験では、工具刃先とワークとの接触を検出して、接触位置を特定することを目的としており、さらに実験条件にもとづいた接触位置の誤差に関する考察も行っている。
【００５４】
図６は、ワークＷに対する切削実験の概要を説明するための図である。図６（ａ）は、ワークＷに対して上方から斜め方向に切削を行うことを示し、図６（ｂ）は、ワークＷの上面に観測される切削痕の状態を示す。切削痕は、切削方向において、次第に深く、且つ幅広となる形状となる。
【００５５】
この実験は、
切削工具：単結晶ダイヤモンド（ノーズ半径０．８ｍｍ）
ワークＷ：焼き入れ綱  ５３ＨＲＣ
振動条件：１７ｋＨｚ  １０μｍ（ｐ−ｐ）
のもとで実施された。
振動制御部２１が振動装置１０を楕円振動させ、移動制御部３０が切り込み量を漸増するように振動装置１０を切り込み方向に動かして、監視部２７が、たわみ振動の消費電力Ｐｂを計測した。実験では、ラインＬａでワークＷの切削を行っておき、続いてラインＬａよりも工具刃先を１．５μｍ下げたラインＬｂでワークＷを切削して、監視部２７が、このときの制御状況値を記録した。なお、この実験では、切削工具１１の保護の観点からワークＷを切削方向に送り運動させて切削したが、ワークＷを送り運動させなくても、接触検知を行うことは可能である。
【００５６】
図７は、たわみ振動方向の消費電力Ｐｂの時間変化を示す。なお縦軸は、測定される消費電力から無負荷時の電力を引いたΔＰｂを示している。
図７では、時間ｔ１からΔＰｂが上昇し、時間ｔ２でΔＰｂの上昇が終了している測定結果が得られている。このことは時間ｔ１の近傍で工具刃先がワークＷに接触して切削を開始し、時間ｔ２の近傍でワークＷの右端までの切削が終了して、工具刃先が負荷から解放されたことを意味している。位置関係導出部２８は、時間ｔ１近傍における消費電力変化を直線（曲線）近似して、近似した回帰直線（曲線）がゼロクロスする位置（ｔ１’）を求める。位置関係導出部２８は、求めた時間ｔ１’を移動制御部３０に提供すると、移動制御部３０は、時間ｔ１’における振動装置１０の制御位置座標を、位置関係導出部２８に返す。この制御位置座標は、切削工具１１とワークＷとの接触位置を示すものであり、したがって位置関係導出部２８は、接触位置を特定できる。
【００５７】
なおΔＰｂの検出値にはノイズが重畳されている。本実験による位置検知精度を求めるために、接触前と考えられる区間における消費電力Ｐｂのノイズの標準偏差σを算出すると、以下の実験値が求められた。
平均値Ｍ：  −０．０００９６８７２［Ｗ］
標準偏差σ：  ０．００３３
信頼区間９５％：  ±２σ＝±０．００６６
と求められた。
【００５８】
図８は、切削痕の最大切り込み深さと、ワークＷの横方向位置の測定結果を示す。本実験では、ワークＷに対して上方から斜め方向に切削することで、図８に示す測定結果が得られる。
【００５９】
図９は、たわみ振動方向の消費電力Ｐｂの変化と、切削痕の最大切り込み深さの関係を示す。切り込み深さが深くなるほど切削幅が増加して、切削負荷は大きくなるため、切り込み深さに応じてΔＰｂが上昇する関係となる。本実験では、図９に示す関係から、接触時の消費電力変化を直線（曲線）近似し、近似した回帰直線（曲線）がゼロクロスする位置を求めて、接触位置の検知精度を計算した。
【００６０】
図１０は、ゼロ点近傍のサンプリング点を用いて導出した回帰直線およびその信頼区間を表現する直線を示す。ここで回帰直線は、最小２乗法を用いて、
ｙ＝１４．９７５ｘ−０．００２５
として求められている。なお、この例では回帰直線を求めているが、多次関数である回帰曲線を求めてもよい。本実験において、接触位置の検知誤差ｅｐは、図示されるように、０．６μｍであることが導出された。なお、位置検知誤差を小さくするためには、サンプリング周期を短くしてサンプリング数を増やし、移動平均を行えばよい。
【００６１】
このように実験では、監視部２７が、たわみ振動方向の消費電力Ｐｂの変化（増分）を取得して記録し、位置関係導出部２８が、変化が生じた瞬間（時間ｔ’）、すなわち工具刃先がワークＷに接触した瞬間の工具位置を特定する。この特定手法は様々あるが、一例として最小２乗法を利用することで、工具位置を高精度に特定できる。なお工具位置の特定精度を高めるためには、サンプリング周期を短くしてサンプリング数を増やし、移動平均の点数を増やすことで精度を高めればよい。
【００６２】
このように振動切削装置１は、無負荷時において、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と被削材（ワーク）との接触を検出して、接触位置を定める。上記実験では、たわみ振動に要する消費エネルギ、具体的にはたわみ振動に要する消費電力を利用したが、縦振動の共振周波数ｆの変動値を解析することでも、切削工具と被削材との接触を検出することが可能である。
【００６３】
このように制御部２０は、送り機構７を制御して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が被削材６などの接触対象物に接触したときの座標値を取得する機能を有する。以下、この機能を有することを前提に、旋削タイプの加工を行う振動切削装置１において、切削工具１１と対象物との相対的な位置関係を定める手法を説明する。なお実施例１において被削材６の回転中心は、主軸２ａの回転中心と同義である。
【００６４】
＜実施例１＞
図１１は、切削工具と被削材回転中心との相対的な位置関係を定める手法を説明するための図である。以下では、被削材６の回転軸中心Ａ（ｘ，ｙ）を算出する手法を説明する。この例で被削材６は、一度旋削加工された状態にある。なお被削材６は、鋭利な工具切れ刃の欠損防止の観点から主軸２ａにより回転されていることが好ましいが、回転されていなくてもよい。
【００６５】
まず移動制御部３０は、工具刃先を下方から上方（Ｙ軸正方向）にゆっくりと動かして、Ｐ１点で旋削加工済の被削材６に接触させる。なおＰ１点のＸ軸方向の座標ｘ１は事前設定されており、Ｙ軸方向の座標が変数となる。接触検知は、振動制御部２１により、上述した手法によって行われてよい。なお上記した接触検知手法によれば、位置関係導出部２８は、接触後の消費電力変化から回帰直線を生成して、事後的に接触位置を特定する。そのため移動制御部３０が、工具刃先をＰ１点で接触させた瞬間には、まだ位置関係導出部２８は、接触位置を特定できておらず、移動制御部３０は、Ｐ１点で実際には接触しているが、Ｐ１点よりも僅かばかり上方に工具刃先を動かす必要がある（その分の切削は行われる）。なお位置関係導出部２８は、ΔＰｂの上昇量が所定値を超えると切削工具１１と被削材６との接触を検知し、たとえばノイズ振幅以上のΔＰｂの上昇を検出することで、切削工具１１と被削材６との接触を検知してよい。
【００６６】
位置関係導出部２８が回帰直線を用いて接触したタイミングを導出すると、移動制御部３０は、接触したタイミングの座標、つまりＰ１点座標（ｘ１，ｙ１）を位置関係導出部２８に提供する。位置関係導出部２８は、接触したタイミングを導出すると、移動制御部３０に対して振動装置１０の移動を停止させてよい。なお移動制御部３０は、厳密には切削工具１１の刃先の座標を管理しているのではなく、振動装置１０の座標を管理しているのであるが、刃先座標と振動装置座標とは一対一の関係にあるため、以下、刃先座標をもとに説明を行う。
【００６７】
なお上記したように、被削材６は、既に旋削加工済のものが用いられる。これは、被削材６の回転軸、つまり主軸２ａの回転軸を中心とする同径の円の周上で、Ｐ１点と、後述するＰ２点座標、Ｐ３点座標とを検出するためである。そのため位置関係導出部２８は、旋削加工された被削材６に、工具刃先をＰ１点で接触させているが、前加工として行った旋削加工時のＸ軸およびＹ軸の座標値を、Ｐ１点とすることも可能である。
【００６８】
続いて移動制御部３０は、工具刃先を、下方（図１１におけるＹ軸負方向）に十分な距離だけ下げ、Ｘ軸正方向に既知の距離ｄだけ進める。その後、移動制御部３０は、工具刃先を上方（Ｙ軸正方向）にゆっくりと動かして、Ｐ２点で被削材６に接触させる。位置関係導出部２８が接触を検知して、接触タイミングを導出すると、移動制御部３０は、接触したタイミングの座標、つまりＰ２点座標（ｘ２，ｙ２）を位置関係導出部２８に提供する。
【００６９】
続いて移動制御部３０は、工具刃先を、下方（Ｙ軸負方向）に十分な距離だけ下げ、Ｘ軸正方向に既知の距離ｄだけ進める。なお進める距離は、既知の距離であればよく、Ｐ１点座標とＰ２点座標の間のＸ軸方向距離（ｄ）と異なっていても構わない。その後、移動制御部３０は、工具刃先を上方（Ｙ軸正方向）にゆっくりと動かして、Ｐ３点で被削材６に接触させる。位置関係導出部２８が接触を検知して、接触タイミングを導出すると、移動制御部３０は、接触したタイミングの座標、つまりＰ３点座標（ｘ３，ｙ３）を位置関係導出部２８に提供する。なお主軸２ａを回転させながら接触検知を行う場合には、接触時に僅かに切削が行われて半径が減少するため、Ｐ１点、Ｐ２点およびＰ３点のそれぞれの接触検知は、異なるＺ軸方向位置で行われることが望ましい。
【００７０】
位置関係導出部２８は、旋削加工の際の切削工具１１の回転角度位置とは異なる少なくとも２つの位置で切削工具１１が接触したときの座標値をもとに、切削工具１１と被削材６の回転中心との相対的な位置関係を定める。たとえば前加工として行った旋削加工時のＸ軸およびＹ軸の座標値をＰ１点としているとき、位置関係導出部２８は、Ｐ１点とそれぞれ異なる回転角度位置となるＰ２点、Ｐ３点の座標値をもとに、切削工具１１と被削材６の回転中心との相対的な位置関係を定める。なお実施例１において位置関係導出部２８は、３つのそれぞれ回転角度位置の異なる接触点、つまりＰ１点、Ｐ２点、Ｐ３点の座標値をもとに、切削工具１１と被削材６の回転中心との相対的な位置関係を定める。位置関係導出部２８は、３つの点を通る円が一つに定まることを利用して、被削材６の回転中心であるＡ点の座標（ｘ，ｙ）と半径Ｒを算出する。
【００７１】
図１２（ａ）、（ｂ）は、Ａ点座標の導出手法を示す。図１２（ａ）に示されるように、ラインＬ１とラインＬ２の交点を算出することで、座標Ａを求めることができる。ラインＬ１、Ｌ２は、以下の（式５）、（式６）により、それぞれ表現される。
【数５】
2019044911.tif 000007
【数６】
2019044911.tif 000008
【００７２】
（式５）、（式６）から、（式７）が導出される。
【数７】
2019044911.tif 000009
ここで、
ｘ１−ｘ２＝−ｄ
ｘ２−ｘ３＝−ｄ
であり、
Ｐ２点座標（ｘ２，ｙ２）を（０，０）と定義すると、
【数８】
2019044911.tif 000010
と、Ａ点のｘ座標が導出される。
【００７３】
また図１２（ｂ）に示すラインＬ３は、以下の（式９）により表現される。
【数９】
2019044911.tif 000011
（式９）に、（式８）で求めたｘを代入すると、
【数１０】
2019044911.tif 000012
と、Ａ点のｙ座標が導出される。
なお、被削材６の回転半径は、以下のように求められる。
【数１１】
2019044911.tif 000013
【００７４】
位置関係導出部２８は、このようにして、Ｐ２点座標（ｘ２，ｙ２）を（０，０）としたときのＡ点座標を導出する。これにより位置関係導出部２８は、３つの接触位置の座標値をもとに、切削工具１１と被削材６の回転中心との相対的な位置関係を定める。
【００７５】
以下、Ａ点座標および半径Ｒの算出精度を考察する。実施例１では、図１０において、接触検知における接触位置検出誤差ｅｐを算出したが、以下では、この検出誤差ｅｐが、Ａ点座標および半径Ｒの精度に及ぼす影響について検証する。
【００７６】
ｘ座標の誤差をｅｘ、ｙ座標の誤差をｅｙ、半径Ｒの誤差をｅＲとする。
つまり、
【数１２】
2019044911.tif 000014
として誤差を考える。
【００７７】
このように誤差を考えた場合、（式８）で表現されたＡ点のｘ座標値、（式１０）で表現されたＡ点のｙ座標値、（式１１）で表現された半径Ｒは、以下のように表現される。
【数１３】
2019044911.tif 000015
【００７８】
誤差ｅｘを求めると、
【数１４】
2019044911.tif 000016
ここで、
【数１５】
2019044911.tif 000017
と近似できることから、誤差ｅｘは、
【数１６】
2019044911.tif 000018
と導出される。
【００７９】
同様に、誤差ｅｙを求めると、
【数１７】
2019044911.tif 000019
ここで、
【数１８】
2019044911.tif 000020
と近似できることから、誤差ｅｙは、
【数１９】
2019044911.tif 000021
と導出される。
【００８０】
誤差ｅＲは、
【数２０】
2019044911.tif 000022
で表現される。
【００８１】
このようにｘ座標の誤差ｅｘ、ｙ座標の誤差ｅｙ、半径Ｒの誤差ｅＲは、いずれも接触位置検出誤差ｅｐで表現でき、接触位置検出誤差ｅｐを小さくすることで、加工精度を高められることが確認された。
【００８２】
実施例１で説明したように、切削工具１１と被削材６の回転中心（主軸中心）との相対位置を特定できると、円筒面の加工に際して正確な直径に仕上げることが可能となり、端面の加工に際しては工具刃先の芯高が狂わないためにいわゆるへそが残ることがなく、球面や非球面加工に対しても高い加工精度を実現できる。
【００８３】
＜実施例２＞
実施例１で位置関係導出部２８は、切削工具１１と、旋削加工後の被削材６との接触を検知して、その接触位置を特定した。実施例２で位置関係導出部２８は、切削工具１１と被削材６を取り付ける部品に設けられた基準面との接触を検知して、部品基準面に対する切削工具１１の相対的な位置を特定してもよい。部品の例としては、たとえば被削材６を支持する主軸２ａであってよく、切削工具１１を主軸２ａの端面や周面に設けられた基準面に接触させることで、位置関係導出部２８は、切削工具１１と主軸２ａとの接触位置を特定し、これによって切削工具１１と、被削材６の取付面や回転中心などとの相対的な位置関係を導出してもよい。
【００８４】
図１３は、基準面を説明するための図である。基準面には、ワークＷの取付面や回転中心などとの相対的な位置関係が既知である面が設定される。この例では、ワークＷを中心軸線回りに回転させて旋削加工を行う切削装置において、ワークＷを固定する主軸２ｂの端面を基準面１とし、主軸２ｂの周面を基準面２と設定する。つまり基準面１は主軸回転軸に垂直な平面、基準面２は主軸回転中心を中心とする円筒面である。位置関係導出部２８は、ワークＷの取付面や回転中心などとの相対的な位置関係が既知である基準面における接触位置の座標値をもとに、切削工具とワークＷの取付面や回転中心などとの相対的な位置関係を定める。
【００８５】
上記したように位置関係導出部２８は、切削工具１１と、部品である主軸２ｂとの接触を検知して、その接触位置を特定できる。
ここで位置関係導出部２８は、基準面１に対して工具刃先の接触検知を行うことで、ワークＷの長さ方向（図の左右方向）の工具刃先原点（ワークＷの取付面すなわちワークＷの左端の面に対する工具刃先の相対位置）を正確に知ることができる。これによりワークＷの端面（図の右端の面）を加工する際に、ワークＷの長さ（左右方向の長さ）を正確に仕上げることができる。
また位置関係導出部２８は、基準面２に対して、実施例１と同様にＹ軸位置が異なる３点（直径が既知であれば２点でよい）で工具刃先の接触検知を行うことで、ワークＷの半径方向の工具刃先原点（ワークＷの回転中心に対する工具刃先の相対位置）を正確に知ることができる。これによりワークＷの円筒面を加工する際に、ワークＷの直径を正確に仕上げることができる。
【００８６】
基準面は、ワークＷの一部に設定されてもよい。たとえば図１３において、基準面１がワークＷの一部である場合、その面からワークＷの右端面までの長さを正確に仕上げることができる。なお図１３では旋削加工の例を示しているが、平削り加工であれば、基準面（正確な平面）上の３点で接触検知すればその平面を特定できるため、基準面に平行な面を、正確な高さで仕上げることができる。また、基準面が正確にＺ軸に垂直な平面であれば、1点で接触検知するだけで底面（基準面と接触しているワークＷの面）と平行な面を正確な高さで仕上げることができる。
【００８７】
以下の実施例３〜１３では、主として実施例１で説明した３点接触検知を応用した技術について説明する。これから説明に使用する図面において、Ａ軸はＸ軸を中心とした回転軸、Ｂ軸はＹ軸を中心とした回転軸、Ｃ軸はＺ軸を中心とした回転軸を意味する。また本明細書および図面では、キャレット（ハット）付き記号に関し、たとえば記号が“ｙ”である場合に、表記の都合上、
【数２１】
2019044911.tif 000023
であることに留意されたい。
つまり、記号ｙの上にキャレット（ハット）を付したものと、同じ記号ｙの横にキャレットを付したものとは、同一の変数を示す。実施例でキャレット付きの記号は、求めるべき変数であることを意味する。なおキャレットを上に付した記号は数式中で使用され、キャレットを横に付した記号は文章中で使用される。また異なる実施例の図面で重複して用いられている記号は、それぞれの実施例の理解のために利用されることに留意されたい。
【００８８】
＜実施例３＞
実施例１で、制御部２０は、旋削加工後の、換言すると前加工された被削材６上の３点の座標値をもとに、切削工具１１と被削材６の回転中心との相対的な位置関係を特定している。実施例３では、制御部２０は、刃先の原点設定用に高精度に加工された既知形状をもつ物体を利用して、切削工具１１と既知形状をもつ物体との相対的な位置関係を定めて、切削工具１１の刃先に関する情報を特定する。以下、切削工具１１の刃先に関する情報を特定するために用いる物体を「基準ブロック」と呼ぶ。制御部２０は、基準ブロックに切削工具１１の刃先を接触させることで刃先位置を同定するため、その前提として、少なくとも接触しにいく基準ブロックの形状を把握している。
【００８９】
図１４は、振動装置１０をＣ軸回転可能に取り付けた振動切削装置１の一例を示す。図１４（ａ）はＸ軸方向から見た振動切削装置１の様子を、図１４（ｂ）はＺ軸方向から見た振動切削装置１の様子を示す。振動装置１０の先端には切削工具１１が取り付けられ、振動装置１０は、支持装置４２により支持される。支持装置４２は、Ｃ軸回転可能となるように取付軸４１に固定される。
【００９０】
Ｂ軸テーブル４３に、既知形状をもつ物体である基準ブロック４０が配置される。実施例３では、切削工具１１を振動装置１０に取り付けた後、切削工具１１の刃先位置を特定するために、制御部２０が、刃先を基準ブロック４０に少なくとも３回接触させ、その接触点の位置座標を用いて、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。実施例３では、送り機構７がＢ軸テーブル４３を移動させる機能を有し、移動制御部３０はＢ軸テーブル４３を移動させて、切削工具１１の刃先１１ａと、基準ブロック４０の既知形状部分とを複数点で接触させる。基準ブロック４０は、刃先１１ａの接触により傷つきにくいように、高硬度な材料で形成される。実施例３では、刃先１１ａのノーズ半径、刃先丸みの中心座標、刃先形状の誤差が未知であり、これらの情報を特定する手法を説明する。以下、刃先１１ａの先端が一定の曲率（ノーズ半径）を有するものとし、刃先丸みの中心を「工具中心」と呼ぶこともある。
【００９１】
図１４（ａ）に示すＹＺ平面において、ノーズ半径Ｒ＾およびＹＺ平面における工具中心（ｚ＾，ｙ＾）を求める。
図１５は、刃先１１ａと基準ブロック４０の既知形状部分とが１点で接触した様子を示す。上記したように刃先１１ａは一定の曲率を有し、ノーズ半径Ｒ＾の円弧面をもつ。なおノーズ半径Ｒ＾は未知である。一方で基準ブロック４０は、形状が既知である部分で刃先１１ａと接触する。実施例３で形状が既知であるとは、位置関係導出部２８が、刃先１１ａが接触する可能性のある箇所の形状を認識していることを意味する。
【００９２】
基準ブロック４０は、少なくとも刃先１１ａと接触する箇所で既知の形状を有していればよく、刃先１１ａと接触する可能性のない箇所の形状を位置関係導出部２８が認識している必要はない。図１５に示す例で基準ブロック４０は、「＋」で示す位置を中心とした半径Ｒｗを有する円弧面を有しており、位置関係導出部２８は、刃先１１ａの原点設定を行う際に、刃先１１ａが当該円弧面と接触することを認識している。別の言い方をすれば、原点設定時、移動制御部３０が、刃先１１ａを基準ブロック４０の既知形状である円弧面に接触させるように、送り機構７を制御してＢ軸テーブル４３を移動させる。当該円弧面の形状データは、図示しないメモリに記録されていてよい。
【００９３】
移動制御部３０は、Ｂ軸テーブル４３を切削工具１１の刃先１１ａに向けて下方から上方（Ｙ軸正方向）にゆっくりと動かす。図１５では、○で示す接触点で、刃先１１ａと基準ブロック４０とが接触している。位置関係導出部２８は、このときの基準ブロック４０における円弧の回転中心位置「＋」の座標を（０，０）と定義する。接触検知は、振動制御部２１により、上述した手法によって行われてよい。
【００９４】
その後、移動制御部３０は、基準ブロック４０を、最初の接触位置を基準として、Ｚ軸方向に＋ΔＺ、−ΔＺだけ動かした位置で、刃先１１ａに接触させる。このいずれの場合でも、刃先１１ａが接触する基準ブロック４０の位置は、半径Ｒｗの円弧面上である。具体的に移動制御部３０は、図１５に示す状態から、基準ブロック４０をＹ軸負方向に十分な距離だけ下げてから、ΔＺだけＺ軸負方向に動かし、その位置からＹ軸正方向にゆっくりと動かして、基準ブロック４０の円弧面を刃先１１ａに接触させる。このときの接触点は、図中、△で示される。続いて移動制御部３０は、基準ブロック４０をＹ軸負方向に十分な距離だけ下げてから、２ΔＺだけＺ軸正方向に動かし、その位置からＹ軸正方向にゆっくりと動かして、基準ブロック４０の円弧面を刃先１１ａに接触させる。このときの接触点は、図中、□で示される。なお２回目の移動に際しては、Ｙ軸負方向の移動を省略してもよい。
【００９５】
このように移動制御部３０は、切削工具１１の刃先１１ａと基準ブロック４０の既知形状部分とを、少なくとも３点で接触させ、接触位置の座標値を位置関係導出部２８に提供する。位置関係導出部２８は、それぞれの接触位置での座標値をもとに、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。
【００９６】
図１６は、刃先１１ａと基準ブロック４０の位置関係を示す。図１５において、□で示す接触点で接触した場合、既知円弧中心の座標は（ΔＺ，ｈ２）となる。ｈ２は、移動制御部３０による検出値である。また図１５において△で示す接触点で接触した場合、既知円弧中心の座標は（−ΔＺ，−ｈ１）となる。ｈ１も、移動制御部３０による検出値である。
【００９７】
図１６に示すように、１回目に接触したときの基準ブロック４０における円弧面の半径中心を（０，０）とし、工具中心を（ｚ＾，ｙ＾）としたとき、
【数２２】
2019044911.tif 000024
連立すると、
【数２３】
2019044911.tif 000025
【００９８】
上記式より得られたｚ＾、ｙ＾を用いて、Ｒ＾を求める。
【数２４】
2019044911.tif 000026
【００９９】
以上のように、位置関係導出部２８は、３つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。具体的に位置関係導出部２８は、取付位置に関する情報として、刃先のノーズ半径Ｒおよび工具中心座標（ｚ，ｙ）を求める。
【０１００】
なお、既知の円弧形状を有する基準ブロック４０に対して、上記の３つの接触位置以外の円弧上の点に少なくとも１点以上で接触すれば、上記によって求められたノーズ半径Ｒおよび工具中心座標（ｚ，ｙ）を用いて予測される接触位置からのずれが、工具刃先の上記ノーズ半径Ｒの円弧からのずれ（誤差）として求められる。
【０１０１】
次に位置関係導出部２８は、図１４（ｂ）に示すＸＹ平面において、Ｃ軸回転中心から刃先１１ａ先端までの距離ｌ＾と、最初の取付角度θ＾を求める計算を行う。たとえば複雑な自由曲面形状を加工する場合に、ＸＹＣ軸を同時制御して行う切削送りと、Ｚ軸方向のピックフィードとを繰り返すことがある。このようにＣ軸が切削送り運動に含まれる場合には、Ｃ軸回転中心から刃先１１ａ先端までの距離ｌ＾と、最初の取付角度θ＾に誤差があると加工精度が低下してしまう。そこで位置関係導出部２８は、刃先１１ａをＸＹ平面で動かしたときの、基準ブロック４０の既知形状部分との少なくとも３点の接触座標値をもとに、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。
【０１０２】
図１７は、反時計回りに切削工具１１を回転させて、基準ブロック４０の上面（ｙ基準面）に刃先１１ａを接触させたときの切削工具１１の傾いた状態を模式的に示す。移動制御部３０は送り機構７を制御して、切削工具１１をＣ軸回りに回転させる。基準ブロック４０の上面はＹ軸の垂直面に平行であり、図１４（ｂ）に示すように、基準ブロック４０の上面位置は既知である。
【０１０３】
移動制御部３０は、Ｂ軸テーブル４３を切削工具１１の刃先１１ａに向けて下方から上方（Ｙ軸正方向）にゆっくりと動かし、基準ブロック４０の上面を刃先１１ａに接触させる。その後、移動制御部３０は、基準ブロック４０をＹ軸負方向に十分な距離だけ下げてから、切削工具１１を反時計回り方向にΔＣ回転させ、それから基準ブロック４０をＹ軸正方向にゆっくりと動かして、基準ブロック４０の上面を刃先１１ａに接触させる。続いて移動制御部３０は、基準ブロック４０をＹ軸負方向に十分な距離だけ下げてから、切削工具１１を反時計回り方向にさらにΔＣ回転させ、それから基準ブロック４０をＹ軸正方向にゆっくりと動かして、基準ブロック４０の上面を刃先１１ａに接触させる。これにより位置関係導出部２８は、３点の接触位置におけるＹ軸方向の高さ（ｙ位置）を取得する。
【０１０４】
図１８は、最初の接触位置（初期ｙ位置）からΔＣ回転させたときの接触位置の高さ変化Δｙ１を示す。最初の接触位置を基準として、さらにΔＣ回転させたときの接触位置の高さ変化Δｙ２とする。このときΔｙ１、Δｙ２に関して、以下の式が成立する。
【０１０５】
【数２５】
2019044911.tif 000027
両式からｌ＾を消去させるよう連立させると、
【数２６】
2019044911.tif 000028
得られたθ＾を用いてｌ＾を求めると、
【数２７】
2019044911.tif 000029
【０１０６】
以上のように、位置関係導出部２８は、Ｃ軸回転に関して、３つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具１１の初期の取付位置に関する情報を取得する。具体的に位置関係導出部２８は、取付位置に関する情報として、Ｃ軸回転中心から刃先１１ａまでの距離ｌと、初期の取付角度θを導出している。このように実施例３では、基準ブロック４０を用いることで、位置関係導出部２８が取付位置に関する情報を高精度に特定することができる。
【０１０７】
＜実施例４＞
実施例４でも、制御部２０は、刃先の原点設定用に高精度に加工された既知形状をもつ物体（基準ブロック４０）を利用して、切削工具１１と基準ブロック４０との相対的な位置関係を定めて、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。
【０１０８】
図１９は、振動装置１０をＣ軸回転可能に取り付けた振動切削装置１の別の例を示す。図１９（ａ）はＸ軸方向から見た振動切削装置１の様子を、図１９（ｂ）はＺ軸方向から見た振動切削装置１の様子を示す。振動装置１０の先端には切削工具１１が取り付けられ、振動装置１０は、支持装置４２により支持される。支持装置４２は、Ｃ軸回転可能となるように取付軸４１に固定される。
【０１０９】
Ｂ軸テーブル４３に、既知形状をもつ物体である基準ブロック４０が配置される。実施例４においても、切削工具１１を振動装置１０に取り付けた後、切削工具１１の刃先位置を特定するために、制御部２０が、刃先を基準ブロック４０に少なくとも３回接触させ、その接触点の位置座標を用いて、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。実施例４も、実施例３と同じく、移動制御部３０がＢ軸テーブル４３を移動させて、切削工具１１の刃先１１ａと、基準ブロック４０の既知形状部分とを複数点で接触させる。
【０１１０】
最初にノーズ半径Ｒ＾およびＸＹ平面における工具中心（ｘ＾，ｙ＾）を求める手法を説明する。
図２０は、刃先１１ａと基準ブロック４０の既知形状部分とが１点で接触した様子を示す。刃先１１ａは一定の曲率を有し、ノーズ半径Ｒ＾の円弧面をもつ。ノーズ半径Ｒ＾は未知である。基準ブロック４０は、形状が既知である部分で刃先１１ａと接触する。なお形状が既知であるとは、位置関係導出部２８が、刃先１１ａが接触する可能性のある箇所の形状を認識していることを意味する。
【０１１１】
図２０に示す例で基準ブロック４０は、「＋」で示す位置を中心とした半径Ｒｗを有する円弧面を有しており、位置関係導出部２８は、刃先１１ａの原点設定を行う際に、刃先１１ａが当該円弧面と接触することを認識している。別の言い方をすれば、原点設定時、移動制御部３０が、刃先１１ａを基準ブロック４０の既知形状である円弧面に接触させるように、送り機構７を制御してＢ軸テーブル４３を移動させる。当該円弧面の形状データは、図示しないメモリに記録されていてよい。
【０１１２】
移動制御部３０は、Ｂ軸テーブル４３を切削工具１１の刃先１１ａに向けて下方から上方（Ｙ軸正方向）にゆっくりと動かす。図２０では、○で示す接触点で、刃先１１ａと基準ブロック４０とが接触している。位置関係導出部２８は、このときの基準ブロック４０における円弧の回転中心位置「＋」の座標を（０，０）と定義する。
【０１１３】
その後、移動制御部３０は、基準ブロック４０を、最初の接触位置を基準として、Ｘ軸方向に＋ΔＸ、−ΔＸだけ動かした位置で、刃先１１ａに接触させる。このいずれの場合でも、刃先１１ａが接触する基準ブロック４０の位置は、半径Ｒｗの円弧面上である。具体的に移動制御部３０は、図２０に示す状態から、基準ブロック４０をＹ軸負方向に十分な距離だけ下げてから、ΔＸだけＸ軸負方向に動かし、その位置からＹ軸正方向にゆっくりと動かして、基準ブロック４０の円弧面を刃先１１ａに接触させる。このときの接触点は、図中、△で示される。続いて移動制御部３０は、基準ブロック４０をＹ軸負方向に十分な距離だけ下げてから、２ΔＸだけＸ軸正方向に動かし、その位置からＹ軸正方向にゆっくりと動かして、基準ブロック４０の円弧面を刃先１１ａに接触させる。このときの接触点は、図中、□で示される。なお２回目の移動に際しては、Ｙ軸負方向の移動を省略してもよい。
【０１１４】
このように移動制御部３０は、切削工具１１の刃先１１ａが基準ブロック４０の既知形状部分とを、少なくとも３点で接触させ、接触位置の座標値を位置関係導出部２８に提供する。位置関係導出部２８は、それぞれの接触位置での座標値をもとに、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。
【０１１５】
図２１は、刃先１１ａと基準ブロック４０の位置関係を示す。図２０において、□で示す接触点で接触した場合、既知円弧中心の座標は（ΔＸ，ｈ２）となる。ｈ２は、移動制御部３０による検出値である。また図２０において△で示す接触点で接触した場合、既知円弧中心の座標は（−ΔＸ，−ｈ１）となる。ｈ１も、移動制御部３０による検出値である。
【０１１６】
図２１に示すように、１回目に接触したときの基準ブロック４０における円弧面の半径中心を（０，０）とし、工具中心を（ｘ＾，ｙ＾）としたとき、
【数２８】
2019044911.tif 000030
連立すると、
【数２９】
2019044911.tif 000031
【０１１７】
上記式より得られたｘ＾、ｙ＾を用いて、Ｒ＾を求める。
【数３０】
2019044911.tif 000032
【０１１８】
以上のように、位置関係導出部２８は、３つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具１１の取付位置に関する情報を特定する。具体的に位置関係導出部２８は、取付位置に関する情報として、刃先のノーズ半径Ｒおよび工具中心座標（ｘ，ｙ）を求める。
【０１１９】
次に位置関係導出部２８は、刃先１１ａのｚ座標を求める。
図２２は、基準ブロック４０の既知形状の部分を、切削工具１１の刃先１１ａに接触させた状態を示す。位置関係導出部２８は、このときのｚ座標値を取得することで、刃先の先端点を特定する。
【０１２０】
なお移動制御部３０は、基準ブロック４０における既知の円弧面と刃先１１ａとが接触するように、基準ブロック４０を動かす必要がある。たとえば基準ブロック４０を動かしたときに、基準ブロック４０の円弧面が刃先１１ａと接触する前に、切削工具１１のすくい面と接触することがある。図示の例では、初期取付状態における、すくい面の角度が、Ｚ軸に対して９０度未満となる場合、基準ブロック４０のＺ軸方向の位置によっては、基準ブロック４０の円弧面と切削工具１１のすくい面とが接触して、基準ブロック４０の円弧面が刃先１１ａと接触できないことがある。このとき移動制御部３０は、刃先１１ａが既知円弧面の上部側で接触するように、基準ブロック４０をＹ軸負方向にずらすことが好ましい。
【０１２１】
このように実施例４では、基準ブロック４０を用いることで、位置関係導出部２８が取付位置に関する情報を高精度に特定することができる。
【０１２２】
＜実施例５＞
切削工具１１に取付誤差がある場合、切削加工後の被削材６は、本来予定していた形状と異なる形状をもつことになる。そのため実施例５では、実際に旋削加工した被削材６の加工面と、理想的に旋削加工された場合の被削材６の加工面（つまり設計上の加工面）との差分を利用して、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を特定する。工具中心の取付誤差を特定できれば、特定した取付誤差を補正した切削工具１１の送り経路を算出できる。実施例５において移動制御部３０は、切削加工後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り機能を利用して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、工具刃先の取付誤差を特定する。
【０１２３】
以下では、誤差を導出するために旋削加工した被削材６の加工面を「前加工面」ないしは「既加工面」と呼ぶこともある。なお前加工面を、最終的な仕上げ面よりも肉厚に形成しておくことで、最終仕上げ面を加工する際に、補正した送り経路で仕上げ加工を行うことが可能となる。すなわち、最終的な仕上げ加工の前の中仕上げ加工後に、その加工面を利用して取付誤差を特定しておけばよい。
【０１２４】
制御部２０は、被削材６の前加工面における少なくとも３点の座標値をもとに、切削工具１１の取付誤差を求める。前加工面の切削加工時に取得した１点の座標値を利用する場合、制御部２０は、切削工具１１を、旋削加工の際の切削工具１１の回転角度位置とは異なる位置で前加工面に接触させた少なくとも２点の座標値を取得して、切削工具１１の取付誤差を求めてもよい。つまり制御部２０は、切削工具１１を異なるｙ位置で前加工面に接触させた少なくとも２点の座標値を取得して、切削工具１１の取付誤差を求めてもよい。
【０１２５】
なお前加工時に取得される座標値と、前加工面に接触させることで取得される座標値との精度が若干異なる可能性に配慮すると、制御部２０は、前加工時に取得した座標値は用いずに、切削工具１１を異なるｙ位置で前加工面に接触させた少なくとも３点の座標値を用いて、切削工具１１の取付誤差を求めてもよい。
【０１２６】
なお実施例１でも説明したように、接触点座標値を取得する際に、刃先１１ａの欠損防止の観点から、被削材６を回転させることがある。この場合、僅かながら接触点に溝入れが行われることになるため、次の接触点座標値を取得する際には、ｚ位置を実質的に同一とみなせる範囲内で少しだけずらすことが好ましい。以下では、制御部２０が、３点の座標値を用いて取付誤差を求める例を示すが、取付誤差の検出精度を高めるために、４点以上の座標値を用いてもよい。
【０１２７】
図２３（ａ）は、円筒面および半球面をもつ形状となるように被削材６を加工する様子を示す。被削材６は取付軸４１に回転可能に支持されている。実施例５において、切削工具１１は、取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）をもって振動装置１０に取り付けられている。
図２３（ｂ）は、ＺＸ平面における取付誤差（Δｘ＾，Δｚ＾）を示す。Ｃ２は、理想的な工具中心位置を、Ｃ１は、誤差を含んだ工具中心位置を示す。図２３（ｃ）は、ＸＹ平面における取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾）を示す。
【０１２８】
図２３（ａ）において、矢印で示す送り経路は、理想中心Ｃ２が通過する経路である。ＮＣ工作機械では、工具中心がＣ２にあることを前提として、送り経路が計算される。移動制御部３０は、送り機構７によるＺ軸並進方向の送り機能およびＣ軸回転方向の送り機能を利用して、切削工具１１により被削材６を加工する。図２３（ａ）において、点線は、工具中心がＣ２にあるときの理想的な加工面を示す。この旋削加工では、半径Ｒｗの円筒面を加工することが設計値として定められている。
【０１２９】
しかしながら、実際の工具中心が取付誤差を含んでＣ１にある場合、移動制御部３０が、計算された送り経路にしたがって切削工具１１を移動させると、実線で示す加工面が形成されることになる。
【０１３０】
図２４（ａ）（ｂ）は、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾）を導出する手法を説明するための図である。ＸＹ平面における取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾）により、円筒面の半径はＲｗではなく、ｒｗ’となっている。移動制御部３０は、切削加工後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り機能を利用して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値を取得する。実施例５で、移動制御部３０は、送り機構７によるＸ軸並進方向およびＹ軸並進方向の送り機能を利用して、複数の接触座標値を取得する。
【０１３１】
前加工の際と同じ移動方向の送り機構７による送り機能を利用して切削工具１１を前加工面と接触させても、理論上は加工時と同じ座標位置で接触することになる。そこで実施例５では、前加工面と切削工具１１の接触によって工具中心の取付誤差を導出するために、前加工の際に利用した移動方向の送り機構７による送り機能とは異なる移動方向の送り機能を利用して、切削工具１１を前加工面に接触させる。つまり前加工時に必要な移動方向の送り機能以外の送り機能を利用して、切削工具１１の接触位置を導出する。上記したように移動制御部３０は、前加工時にはＺＣ軸の送り機能を利用しているが、取付誤差の推定処理に際しては、ＸＹ軸の送り機能を利用して、接触点座標を取得する。
【０１３２】
実施例１で説明したように、位置関係導出部２８は、円筒面上の３点の座標値を取得する。
図中、□は円筒面上の点を表現しており、
点１：（Ｒｗ＋Δｘ＾，Δｙ＾）
点２：（Ｒｗ＋Δｘ＾−Δｘ１，−ΔＹ＋Δｙ＾）
点３：（Ｒｗ＋Δｘ＾−Δｘ２，−２ΔＹ＋Δｙ＾）
となる。Δｘ１、Δｘ２は、移動制御部３０により検出される値である。
【０１３３】
なお、この例で点１として示す座標値は、前加工時に取得した座標を利用しているが、移動制御部３０は、３点で刃先１１ａを円筒面に接触させて、３点の座標値を取得してもよい。このとき刃先１１ａの欠損防止の観点から、被削材６を回転させる場合には、移動制御部３０は、円筒面上の異なるｚ位置で刃先１１ａを接触させて、３点の接触座標値を取得することが好ましい。
【０１３４】
位置関係導出部２８は、以下の計算を行う。
【数３１】
2019044911.tif 000033
以上のように、位置関係導出部２８は（Δｘ＾，Δｙ＾）を導出できる。
【０１３５】
Ｚ軸方向の取付誤差Δｚ＾は、実施例２で説明したように、たとえば取付軸４１の基準面を利用して位置関係導出部２８により導出されてよい。以上により、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）が特定される。このように実施例５では、前加工面と、目標とする設計加工面との差分を利用することで、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を特定し、移動制御部３０は、取付誤差を補正した送り経路を再計算できるようになる。
【０１３６】
＜実施例６＞
実施例６では、刃先１１ａの形状崩れを測定する手法を説明する。
実施例３でも説明したように、刃先１１ａには、凹凸が存在していることがある。そこで以下では、刃先の形状が転写される前加工面の凸凹を測定して、加工面の凸凹から、工具刃先の形状誤差を特定する手法を示す。実施例６では、刃先の形状くずれ以外の形状誤差要因による形状誤差を推定し得る場合に、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り運動が正確であるものとして前加工面の形状を１つの刃先点を利用して測定するため、推定した前加工面上の各点の位置と、検出される位置との差分によって、工具刃先の形状誤差が特定される。 実施例６において移動制御部３０は、切削加工後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り機能を利用して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、工具刃先の取付誤差を特定する。
【０１３７】
図２５（ａ）は、半球面を加工する様子を示す。移動制御部３０は、送り機構７によるＸ軸およびＺ軸並進方向の送り機能およびＣ軸回転方向の送り機能を利用して、切削工具１１により被削材６を加工する。図２５（ａ）には、工具中心の取付誤差がなく、理想的な送り経路で加工が行われている様子が示されている。なお工具中心の取付誤差が存在している場合は、工具刃先の形状誤差を推定する前に、実施例５で説明したように取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を測定しておくことが望ましい。以下では位置関係導出部２８が、半球面の理想的な前加工面の形状とのずれから、刃先の形状誤差を推定する。
【０１３８】
図２５（ａ）に示すように、この球面加工では、切削工具１１をＢ軸回転させない旋削加工を行っている。図２５（ａ）と（ｃ）を参照して、刃先１１ａのＡ点の形状は、被削材６におけるａ点の形状に転写され、刃先１１ａのＢ点の形状は、被削材６におけるｂ点の形状に転写され、刃先１１ａのＣ点の形状は、被削材６におけるｃ点の形状に転写される。このように被削材６におけるａからｃに至る前加工面には、刃先１１ａにおけるＡからＣに至る形状が転写される。
【０１３９】
このときＡからＣに至る形状が理想的な円弧形状を有していれば、加工される球面の断面は、理想的な円弧をもつ。しかしながら、図２５（ｃ）に示すように、刃先１１ａに凹凸が存在する場合、その凹凸は被削材６の加工面に転写される。
【０１４０】
図２５（ｂ）は、被削材６の球面形状を測定する様子を示す。移動制御部３０は、送り機構７によるＹ軸およびＺ軸並進方向の送り機能を利用して、複数の接触座標値を取得する。移動制御部３０は、工具中心をＣ軸回転中心に合わせた後、ｘ位置を変化させず（ｘ＝０）にθnをずらしながら、刃先１１ａを半球面原点方向に向けて動かし、複数点で接触させる。θnのずらし量を小さくすることで、接触点を多くとることができる。位置関係導出部２８は、複数の接触点の座標を取得することで、ｘ＝０における球面上の円弧の形状を特定する。位置関係導出部２８は、被削材６の実際の球面形状を取得することで、推定された球面形状からのずれ量を取得でき、したがって刃先１１ａの崩れ形状を導出できる。図２５（ｄ）は、θnにおける球面のずれ量の検出値がΔｒｗ，ｎであることを示しているが、このとき刃先１１ａにおける半径方向崩れはΔＲｎ＾（＝−Δｒｗ，ｎ）（図２５（ｃ）参照）となる。このように位置関係導出部２８は、刃先形状を測定できる。
【０１４１】
実施例６によると、移動制御部３０が、切削後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかったＹ軸並進方向の送り機能を利用することで、位置関係導出部２８が、理想形状であれば接触するはずの位置とのずれ量から、刃先形状のプロファイルを特定できる。位置関係導出部２８が、刃先形状のプロファイルを特定することで、移動制御部３０が、刃先形状のプロファイルを加味した送り経路を計算できるようになる。あるいは、他の加工誤差要因が小さいと推定される場合には、直接、実施例６で測定された形状誤差の分だけ工具移動経路を補正して最終仕上げ加工を行ってもよい。
【０１４２】
＜実施例７＞
実施例５では、切削工具１１に取付誤差がある場合に、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を導出する手法を説明した。実施例７では、切削工具１１に取付誤差があるだけでなく、工具の送り方向にも誤差がある場合に、これら誤差を導出する手法を説明する。
【０１４３】
実施例７においても移動制御部３０は、切削加工後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り機能を利用して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、工具刃先の取付誤差を特定する。
【０１４４】
図２６（ａ）は、切削工具１１をＺ軸方向に動かして前加工したときの様子を示す。移動制御部３０は、送り機構７によるＺ軸並進方向の送り機能およびＣ軸回転方向の送り機能を利用して、切削工具１１により被削材６を加工する。この旋削加工では、Ｚ軸に平行なラインＬ１に沿って切削工具１１を送ったところ、実施例５で説明した工具中心の取付誤差が存在していたことと、Ｚ軸とＣ軸回転中心とが平行でなかったことを理由として、目標とする円筒面に加工誤差が生じている。ラインＬ１について付言すると、ＮＣ工作機械では、ラインＬ１がＺ軸に沿っており、したがってＣ軸回転中心と平行であることを前提として、切削工具１１の送り経路を計算していたところ、Ｚ軸とＣ軸回転中心とが実際には平行でなかったために、移動制御部３０は、実線矢印で送り経路として示す経路で、刃先１１ａを移動させている。したがって、目標とは異なる形状の前加工面が作成されている。
【０１４５】
なお、この平行度の誤差要因については、工作機械の製造時の組立誤差以外に、設置時や送り機構移動時、被削材取付時の重量分布変化による変形、加工力による変形、気温・加工熱による熱変形などが考えられる。この中で、加工力による変形を考慮する場合には、前加工時と最終仕上げ加工時で、加工力が同程度になるような加工条件を設定することが望ましい。
【０１４６】
誤差導出処理において、移動制御部３０は、送り機構７によるＸ軸並進方向、Ｙ軸並進方向およびＺ軸並進方向の送り機能を利用して、複数の接触座標値を取得する。移動制御部３０は、ｚ位置であるＺ１、Ｚ２のそれぞれにおいてｙ位置を変化させて３回ずつｘ方向に移動したときの刃先１１ａの接触座標値を導出する。３点の接触座標値を導出することで、実施例５で説明したように、理想とする工具中心位置からの位置ずれ量（Δｘ＾１，Δｙ＾１）、（Δｘ＾２，Δｙ＾２）が導出される。
【０１４７】
位置関係導出部２８は、（Δｘ＾１，Δｙ＾１，Ｚ１）、（Δｘ＾２，Δｙ＾２，Ｚ２）を導出することで、送り経路の軌道を算出できる。ここで任意のｚにおいて、Ｃ軸回転中心に対して相対的にもつと予想される位置誤差を（Δｘ＾，Δｙ＾）とすると、
【数３２】
2019044911.tif 000034
したがって、
【数３３】
2019044911.tif 000035
となる。なお、ここでは２つのＺ位置での位置ずれを線形補間したが、３つ以上のＺ位置での位置ずれを測定して補間の次数を上げても良い。
【０１４８】
このように実施例７によると、移動制御部３０が、切削後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかったＸ軸およびＹ軸並進方向の送り機能を利用することで、位置関係導出部２８が、理想形状であれば接触するはずの位置とのずれ量から、Ｃ軸に対する切削工具１１の送り方向の平行度を推定できる。実施例７では、Ｃ軸に対する切削工具１１の送り方向の平行度を推定することで、位置関係導出部２８は、被削材６に対する切削工具１１の相対移動方向のずれを特定できる。上式で示したように任意のｚにおける位置誤差が求まることで、移動制御部３０は、この位置誤差を補正した送り経路を算出できるようになる。
【０１４９】
＜実施例８＞
図２７は、切削工具１１をＸ軸方向およびＺ軸方向に動かして球面を前加工したときの様子を示す。この旋削加工では、Ｃ軸に対してＸ軸が直交するべきところ、直交性が崩れていることで、球面に加工誤差が生じている。ＮＣ工作機械では、Ｘ軸を基準として、球面を加工するためのラインＬ２となる送り経路を計算していたところ、工具制御用のＸ軸と被削材６の回転軸となるＣ軸との直交性が崩れているために、移動制御部３０は、実線矢印で送り経路として示す経路で、刃先１１ａを移動させている。
【０１５０】
誤差導出処理において、移動制御部３０は、刃先１１ａを、ある加工点Ｐ１と、Ｃ軸に対して対称となる点Ｐ２で接触させる。このときのＸ方向の移動距離（２ΔＸ）とＹ方向検出値（Δｚ）の差分から、Ｃ軸とＸ軸間の直交度を示すθ＾が、以下の式で求められる。
【数３４】
2019044911.tif 000036
このように直交度を示すθ＾が求まれば、移動制御部３０は、このθ＾を０とする工具の送り経路を算出して補正する。
なお、この手法は、球面以外の面（平面や非球面を含む）に対しても適用可能である。
【０１５１】
実施例８においても移動制御部３０は、切削加工後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り機能を利用して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、工具刃先の取付誤差を特定する。
このように実施例８では、Ｃ軸に対するＸ軸の直交度を推定することで、位置関係導出部２８は、被削材６に対する切削工具１１の相対移動方向のずれ量を特定できる。
【０１５２】
＜実施例９＞
実施例５では、円筒面に刃先１１ａを接触させたときの座標値を利用して、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を推定した。実施例９では、前加工された球面に刃先１１ａを接触させたときの座標値を利用して、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を推定する手法を説明する。前加工された球面は、たとえば図２３に示す被削材６から円筒面を除外したものであってよい。移動制御部３０は、送り機構７によるＸ軸並進方向の送り機能、Ｚ軸並進方向の送り機能およびＣ軸回転方向の送り機能を利用して、切削工具１１により被削材６を前加工する。
【０１５３】
実施例９で示す手法では、同じＺ位置にある３点に刃先１１ａを接触させるように刃先１１ａを移動制御する。誤差導出処理において、移動制御部３０は、送り機構７によるＸ軸並進方向、Ｙ軸並進方向およびＺ軸並進方向の送り機能を利用して、複数の接触座標値を取得する。
【０１５４】
図２８（ａ）は、刃先１１ａがＰ１を加工している様子を示す。ＮＣ工作機械上の工具中心座標は既知であり、（Ｘ１，０，Ｚ１）である。またＸＹ平面に対する工作物中心ＯｃとＰ１を結ぶ線分の角度はθ１である。刃先１１ａのノーズ半径をＲとすると、加工点でもあるＰ１の座標は、
Ｐ１：（Ｘ１−Ｒcosθ１，０，Ｚ１−Ｒsinθ１）
となる。
【０１５５】
Ｐ１の座標が定まると、Ｐ１と同じＺ位置（Ｚ１−Ｒsinθ１）にあり（図２８（ｂ）参照）、Ｙ軸負方向にＰ１からΔＹ、２ΔＹ変位した位置に（図２８（ｃ）参照）、接触するべきＰ２、Ｐ３を設定する。また、ＸＹ面内でＣ軸回転中心とＰ１を結ぶ線分とＣ軸回転中心とＰ２を結ぶ線分間の角度をαとし、Ｃ軸回転中心とＰ１を結ぶ線分とＣ軸回転中心とＰ３を結ぶ線分間の角度をβとする（図２８（ｂ）参照）。
図２９は、ＸＹ平面に対する工作物中心Ｏｃと接触点を結ぶ線分の角度を示す。ここでＰ２との線分の角度をθ２、Ｐ３との線分の角度をθ３とする。
したがって、Ｐ２に接触するための工具中心座標（Ｃ２）、Ｐ３に接触するための工具中心座標（Ｃ３）は、以下のように計算される。
Ｃ２：（Ｘ２＋Ｒcosθ２，−ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１＋Ｒsinθ２）
Ｃ３：（Ｘ３＋Ｒcosθ３，−２ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１＋Ｒsinθ３）
【０１５６】
位置関係導出部２８は、以下の幾何学的関係式により、Ｘ２、Ｘ３、α、β、θ１、θ２，θ３を計算する。
【数３５】
2019044911.tif 000037
各座標値の原点はＯcであり、ＯcはＣ軸回転中心線上にあって、加工点の軌跡（円弧であって、ＸＺ面に平行な平面上にある）の中心（工具取付誤差がある場合、その分、Ｃ軸回転中心線からずれている）と同じｚ座標値を持つ点である。
【０１５７】
移動制御部３０は、Ｐ２、Ｐ３に刃先１１ａを接触させる。このとき移動制御部３０は、刃先１１ａの中心座標の（ｙ，ｚ）をそれぞれＣ２，Ｃ３の上記座標値に合わせてから、Ｘ方向に移動して刃先１１ａを球面に接触させる。このとき、計算値と同じｘ座標値で接触すれば、中心座標の取付誤差がないことが判定される。一方で、計算値と異なるＮＣ工作機械上の工具中心のｘ位置で接触すると、Ｘ方向の移動量が誤差として検出される。
【０１５８】
検出Ｃ２：（Ｘ２＋Δｘ２＋Ｒcosθ２，−ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１＋Ｒsinθ２）
検出Ｃ３：（Ｘ３＋Δｘ３＋Ｒcosθ３，−２ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１＋Ｒsinθ３）
Δｘ２、Δｘ３は、検出値である。
【０１５９】
検出値から、Ｐ２、Ｐ３は、以下のように近似的に導出できる。
検出Ｐ２：（Ｘ２＋Δｘ２，−ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１）
検出Ｐ３：（Ｘ３＋Δｘ３，−２ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１）
なおｚ位置の誤差に関して言えば、工具ノーズ半径が加工面半径に対して一般に小さいこと、仮に取付誤差があっても加工点の軌跡形状（ＸＺ面に平行な平面上にある）は取付誤差分平行移動しているだけでＹ方向に見た曲率は正しい（ＸＹ断面をＺ方向に見た曲率が誤差を持つ）ことから、ｘ位置に比べてｚ位置のずれは小さい。したがってｚ位置のずれは無視できる。
【０１６０】
図３０（ａ）は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３により形成される初期円と、初期円から導出された誤差（Δｘ２、Δｘ３）を用いて形成される仮想円との関係を示す。仮想円は、Ｐ１、検出Ｐ２、検出Ｐ３を通る。（Δｘ’，Δｙ’）は、仮想円の中心である。
図３０（ｂ）は、仮想円の中心座標を原点に戻した座標系を示す。このとき工具取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾）が、下式によって推定される。
（Δｘ＾，Δｙ＾）＝（−Δｘ’，−Δｙ’）
【０１６１】
位置関係導出部２８は、推定された工具取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾）を用いて、以下の幾何学的関係式により、Ｘ２、Ｘ３、α、β、θ１（１つ目の接触点については、加工時と同じままであり、最初の接触時と変化しない。従ってＸ１、Ｚ１と同様にθ１も変化はなく、必ずしも再計算しなくてよい）、θ２，θ３をあらためて計算する。
【数３６】
2019044911.tif 000038
【０１６２】
これにより
Ｃ２：（Ｘ２−Δｘ＾＋Ｒcosθ２，−ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１＋Ｒsinθ２）
Ｃ３：（Ｘ３−Δｘ＾＋Ｒcosθ３，−２ΔＹ，Ｚ１−Ｒsinθ１＋Ｒsinθ３）
が導き出される。
【０１６３】
移動制御部３０は、導出したＣ２、Ｃ３を利用して、新たなＰ２、Ｐ３に刃先１１ａを接触させる。移動制御部３０は、刃先１１ａの中心座標の（ｙ，ｚ）をそれぞれＣ２，Ｃ３の上記座標値に合わせてから、Ｘ方向に動して刃先１１ａを球面に接触させる。このとき、計算値と同じ中心座標で接触すれば、中心座標の取付誤差の推定値に推定誤差がないことが判定される。この処理を繰り返し行うことで、計算値と同じとみなすことのできる中心座標で刃先１１ａが被削材６の球面に接触することになり、すなわち推定誤差が十分に小さくなり、正確な取付誤差を求められる。
【０１６４】
実施例９においても移動制御部３０は、切削加工後の被削材６に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構７による送り機能を利用して振動装置１０を相対移動させて、切削工具１１が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、工具刃先の取付誤差を特定する。
このように実施例９では、前加工された球面と、目標とする設計加工面との差分を繰り返し計算により収束させることで、工具中心の取付誤差（Δｘ＾，Δｙ＾、Δｚ＾）を特定する。
【０１６５】
＜実施例１０＞
実施例５〜９では、切削工具１１をＢ軸回転させない旋削加工について説明したが、実施例１０では、切削工具１１をＢ軸回転させて、刃先１１ａの一点のみを使用する加工について説明する。
図３１（ａ）は、加工時に刃先１１ａの一点が切削に利用される様子を示す。このような加工では、Ｂ軸中心ＯＢに対する相対的な工具中心Ｃの取付位置に誤差があると加工誤差を生じる。
図３１（ｂ）は、Ｂ軸中心ＯＢと工具中心Ｃとの間の距離Ｌ＾と、初期の取付角度θ＾を求めるための説明図である。図示されるように移動制御部３０は、所定のｙ座標、ｚ座標で、取付角度を＋ΔＢ、−ΔＢだけ変更して、刃先１１ａの接触点におけるｘ座標の増分Δｘ１、Δｘ２を検出し、これらを用いて次式のように計算を行う。
【０１６６】
【数３７】
2019044911.tif 000039
以上により、Ｂ軸回転中心に対する相対的な工具中心Ｃの取付位置である、距離Ｌ＾と角度θ＾が求められる。
【０１６７】
＜実施例１１＞
実施例１１では、走査線加工による前加工面を利用して、まずＣ軸回転中心の誤差を同定する。実施例１１においても、前加工面に対して刃先１１ａを複数点で接触させて、理想プロファイルとの差分を導出することで、工具中心から見た相対的なＣ軸回転中心位置の誤差を同定する。
【０１６８】
図３２は、走査線加工におけるＸＺ面内の切削送り方向とＹＺ面内のピック送り方向とを概念的に示す。Ｃ軸回転中心の誤差を同定するために、ＹＺ平面内工作物形状と、ＸＺ平面内工作物形状とを利用できる。
【０１６９】
＜ＹＺ平面内工作物形状の利用＞
図３３（ａ）は、加工時の刃先１１ａの様子を示す。図３３（ａ）で、点線は加工時の工具中心のピック送りプロファイルを、実線は前加工面プロファイルを表現する。理想的な工具中心のピック送りプロファイルおよび前加工面プロファイルは、既知である。
図３３（ｂ）は、Ｃ軸（ここでは工具側にＣ軸が取り付けられている）を加工時の姿勢から９０度回転した後、前加工面に対して複数の点で刃先１１ａを接触させている様子を示す。図３３（ｂ）で、実線は接触点をつないだ接触面プロファイルを表現する。
【０１７０】
位置関係導出部２８は、接触面プロファイルと前加工面プロファイルとが最もフィットするように、Ｃ軸回転中心のＹ方向誤差（Ｃ軸回転後、回転前のＸ方向誤差）を数値解析により同定する。具体的に位置関係導出部２８は、各接触位置を前加工面プロファイルにより推定した上で、実際に接触した検出位置との誤差を導出し、その誤差の総和が最小になるようにＣ軸回転中心座標を同定する。
【０１７１】
＜ＸＺ平面内工作物形状の利用＞
図３４（ａ）は、加工時の刃先１１ａの様子を示す。図３４（ａ）で、点線は加工時の工具中心の切削運動プロファイルを、実線は前加工面プロファイルを表現する。理想的な工具中心の切削運動プロファイルおよび前加工面プロファイルは、既知である。
図３４（ｂ）は、Ｃ軸を加工時の姿勢から９０度回転した後、前加工面に対して複数の点で刃先１１ａを接触させている様子を示す。図３４（ｂ）で、実線は接触点をつないだ接触面プロファイルを表現する。
【０１７２】
位置関係導出部２８は、接触面プロファイルと前加工面プロファイルとが最もフィットするように、Ｃ軸回転中心のＸ方向誤差（Ｃ軸回転後、回転前のＹ方向誤差）を数値解析により同定する。具体的に位置関係導出部２８は、各接触位置を前加工面プロファイルにより推定した上で、実際に接触した検出位置との誤差を導出し、その誤差の総和が最小になるようにＣ軸回転中心座標を同定する。
【０１７３】
図３３（ｂ）または図３４（ｂ）に示したように、工具中心から見た相対的なＣ軸回転中心位置が同定される。Ｃ軸回転中心位置が同定されると、それを利用して、刃先１１ａの形状誤差を測定できる。
図３５は、刃先形状誤差を測定する手法を示す。移動制御部３０が、Ｃ軸を加工時の姿勢から９０度回転させて、前加工面上で刃先１１ａを、同じ刃先位置が接触するように曲線に沿って複数点で接触させる。図３５は、破線が示す尾根に沿って刃先のＺ方向最下点で前加工面に接触する様子を表現している。位置関係導出部２８は、各接触点における計算上の接触位置と検出された接触位置のずれ量から、実施例６と同様にして、刃先形状の崩れを測定する。
【０１７４】
＜実施例１２＞
実施例１２では、等高線加工による前加工面を利用して、Ｃ軸回転中心の誤差を同定する。この場合、位置関係導出部２８は、実施例９で説明したようにＣ軸とＺ軸の位置を変えずに、ＸＹ位置を変えて接触した２点以上の座標値を利用することで、Ｃ軸回転中心と刃先１１ａのｘｙ相対位置を同定できる。
【０１７５】
また前加工時とＣ軸回転位置が９０度異なる姿勢で、同じ刃先位置が接触する曲線上で多点接触させることで、工具刃先の形状誤差を測定できる。また実施例７で説明したように、Ｚ位置を変えて、前加工時とＣ軸回転位置が９０度異なる姿勢で２点以上の接触を行わせることで、Ｃ軸回転中心とＺ軸の平行度（傾き）を同定できる。
【０１７６】
＜実施例１３＞
実施例１３では、直線切れ刃を転写した加工面を利用して、工具の取付角度とＢ軸回転中心位置を同定する手法を説明する。
図３６は、直線切れ刃である刃先１１ａが加工している様子を示す。以下、工具の取付角度によって決まる既加工面の微細溝の主な傾斜面の傾きφ^、Ｂ軸回転中心と刃先先端との距離であるＬ＾、Ｚ軸に対する傾きとなるβ＾を同定する手法を説明する。傾きφ^は、−Ｘ軸から反時計回りを正とした角度であり、傾きβ＾は、−Ｚ軸からの角度とする。
図３７は、同定手法を説明するための図である。移動制御部３０は、任意の角度θ１で、刃先１１ａを前加工面とＰ１で接触させ、Ｐ１のｚ位置であるｚ１を検出する。移動制御部３０は、同じ姿勢のまま、刃先１１ａを前加工面とＤＸずらしたＰ２で接触させ、Ｐ２のｚ位置であるｚ２を検出する。
これにより、ｄｚ＝ｚ２−ｚ１とすると、
φ＾＝atan(ｄｚ/｜ＤＸ｜)
と算出される。この傾き角度が目的形状の傾き角度とずれている場合には、その差分をＢ軸で補正することでより正確な傾斜面を持つ微細溝加工を最終仕上げで行うことができる。
【０１７７】
図３８は、座標変換を説明するための図である。
刃先先端点とＢ軸回転中心の相対関係は、以下のように表現される。
【数３８】
2019044911.tif 000040
【０１７８】
切削位置でのｚ座標を０とするべく、φを用いて座標系を変換すると、
【数３９】
2019044911.tif 000041
となる。
【０１７９】
図３９（ａ）（ｂ）は、それぞれ刃先１１ａの姿勢を変化させて、前加工面に接触させた状態を示す。
図３９（ａ）は、Ｂ軸をθ１回転させた状態で、傾きφに垂直な方向（Ｚ’軸に平行）に刃先１１ａを動かして前加工面に接触させた状態を示す。図３９（ｂ）は、Ｂ軸をθ２回転させた状態で、傾きφに垂直な方向（Ｚ’軸に平行）に刃先１１ａを動かして前加工面に接触させた状態を示す。θ１、θ２は、反時計回りの角度を正とする。このとき、ｚ値として、それぞれｚ’１とｚ’２とが検出される。
【０１８０】
そこで、以下の関係性が成立する。
【数４０】
2019044911.tif 000042
なおｘ’１＋、ｘ’２＋は、適当なずらし量であり、ずらさなくてもよい。
【０１８１】
上記した２つの接触点におけるｚ’座標は、以下のように求められる。
【数４１】
2019044911.tif 000043
連立して解くと、
【数４２】
2019044911.tif 000044
【０１８２】
したがって、
【数４３】
2019044911.tif 000045
【０１８３】
したがって、
【数４４】
2019044911.tif 000046
と算出される。
【０１８４】
このように実施例１３によれば、直線切れ刃を転写した加工面において、刃先１１ａを複数点で接触させることで、Ｂ軸回転中心を導出できる。このように正確なＢ軸回転中心を知ることにより、例えば自由曲面上に微細溝が形成される複雑形状のように、微細溝の傾斜面の角度が変化するためにＢ軸を回転させて加工を行う必要がある場合に、工具刃先のｘｙ位置がずれて加工精度が劣化する（工具刃先位置に対する相対的なＢ軸回転中心位置に誤差があると、Ｂ軸回転に起因して工具刃先のｘｙ位置に誤差を生じる）ことを防ぐことができる。
【０１８５】
以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、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。
【０１８６】
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振動切削装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を対象物（たとえば被削材、被削材を取り付ける部品または既知形状をもつ物体）に対して相対移動させる送り機構を制御する移動制御部と、振動装置のアクチュエータの振動を制御する振動制御部とを備える。振動制御部は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と対象物との接触を検出する機能を有する。この態様によると、振動制御部が、振動制御状況値の変化にもとづいて切削工具と被削材との接触を検出するため、接触を検出するためのセンサ等を別途搭載する必要がない。
【０１８７】
振動制御部は、状況値として、振動に要する消費エネルギおよび共振周波数の少なくとも１つを取得してよい。振動制御部は、状況値として、たわみ振動に要する消費電力を取得してよい。また振動制御部は、接触位置を特定することが好ましい。
【０１８８】
本開示の別の態様の振動切削装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部とを備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、旋削加工後の被削材または被削材の回転中心との相対的な位置関係が既知である基準面に対し、旋削加工の際の切削工具の回転角度位置とは異なる少なくとも２つの位置で、切削工具が接触したときの座標値をもとに、切削工具と被削材の回転中心との相対的な位置関係を定める。制御部が、２つ以上の接触位置の座標値をもとに切削工具と被削材の回転中心との相対的な位置関係を定めることで、位置関係を測定するための測定器等を別途搭載する必要がない。
【０１８９】
本開示のさらに別の態様の振動切削装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部とを備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、被削材の取付面、被削材の送り運動方向、被削材の回転中心の少なくともいずれかとの相対的な位置関係が既知である基準面における接触位置の座標値をもとに、切削工具と、被削材の取付面、被削材の送り運動方向、被削材の回転中心の少なくともいずれかとの相対的な位置関係を定める。なお被削材の直線送り運動およびその周りの回転運動は、空間内にそれぞれ３方向あるが、振動切削装置において被削材の運動は切削工具との間の相対的なものであって、被削材の位置が固定されて、切削工具側が動いてもよい。相対的な位置関係が既知である基準面を利用することで、工具刃先を基準面に接触させることで、相対的な位置関係を定めることができる。
【０１９０】
本開示のさらに別の態様の振動切削装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を、既知形状をもつ物体に対して相対移動させて、切削工具の刃先が物体の既知形状部分に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、切削工具の刃先が物体の既知形状部分の少なくとも３つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具の刃先に関する情報を特定する。制御部が、物体の既知形状部分との３つ以上の接触位置の座標値を利用することで、切削工具の取付位置に関する情報を特定することができる。制御部は、取付位置に関する情報として、工具刃先のノーズ半径、工具刃先の中心座標、工具刃先の形状誤差の少なくとも１つを求めてよい。
【０１９１】
本開示のさらに別の態様の振動切削装置は、切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、振動装置を被削材に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備える。制御部は送り機構を制御して振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材に接触したときの座標値を取得する機能を有する。制御部は、切削加工後の被削材に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の送り機構による送り機能を利用して振動装置を相対移動させて、切削工具が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具の取付誤差、工具刃先の形状誤差、被削材に対する切削工具の相対移動方向のずれの少なくとも１つを特定してよい。制御部は、切削加工後の被削材の形状と、理想的に切削加工された被削材の形状との差分を特定することで、切削工具の取付誤差、工具刃先の形状誤差、被削材に対する切削工具の相対移動方向のずれの少なくとも１つを特定できる。
【０１９２】
制御部は、振動装置のアクチュエータの振動を制御する。制御部は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と被削材または基準面との接触を検出してよい。
【符号の説明】
【０１９３】
１・・・振動切削装置、６・・・被削材、７・・・送り機構、１０・・・振動装置、１１・・・切削工具、１２ｌ，１２ｂ・・・圧電素子、２０・・・制御部、２１・・・振動制御部、２２・・・駆動制御部、２３ｌ，２３ｂ・・・増幅器、２４・・・位相シフト部、２５・・・電圧発振部、２６・・・位相検出部、２７・・・監視部、２８・・・位置関係導出部、３０・・・移動制御部。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
本開示は、工具を振動させながら被削材（ワーク）を切削する振動切削装置に利用できる。
【図１】
2019044911.tif 000047
【図２】
2019044911.tif 000048
【図３】
2019044911.tif 000049
【図４】
2019044911.tif 000050
【図５】
2019044911.tif 000051
【図６】
2019044911.tif 000052
【図７】
2019044911.tif 000053
【図８】
2019044911.tif 000054
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月17日(2019.6.17)
【手続補正１】
【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】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する移動制御部と、
前記振動装置のアクチュエータの振動を制御する振動制御部と、を備え、
前記振動制御部は、振動に要する消費電力を取得し、消費電力の変化にもとづいて切削工具と、対象物との接触を検出する、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項２】
前記振動制御部は、接触位置を特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項３】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を被削材または部品に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材または部品に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、旋削加工後の被削材または被削材の回転中心との相対的な位置関係が既知である基準面に対し、旋削加工の際の切削工具の回転角度位置とは異なる少なくとも２つの位置で、切削工具が接触したときの座標値をもとに、切削工具と被削材の回転中心との相対的な位置関係を定める、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項４】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を、既知形状をもつ物体に対して相対移動させて、切削工具の刃先が前記物体の既知形状部分に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、前記切削工具の刃先が前記物体の既知形状部分の少なくとも３つの位置で接触したときの座標値をもとに、工具刃先のノーズ半径、工具刃先の中心座標、工具刃先の形状誤差の少なくとも１つを特定する、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項５】
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置と、
前記振動装置を被削材に対して相対移動させる送り機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記送り機構を制御して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が被削材に接触したときの座標値を取得する機能を有し、
前記制御部は、切削加工後の被削材に対し、切削加工の際には利用しなかった移動方向の前記送り機構による送り機能を利用して前記振動装置を相対移動させて、切削工具が少なくとも２つの位置で接触したときの座標値をもとに、切削工具の取付誤差、工具刃先の形状誤差、被削材に対する切削工具の相対移動方向のずれの少なくとも１つを特定する、
ことを特徴とする振動切削装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記振動装置のアクチュエータの振動を制御し、
前記制御部は、振動の制御状況を示す状況値を取得し、状況値の変化にもとづいて切削工具と、被削材または基準面との接触を検出する、
ことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の振動切削装置。
【請求項７】
コンピュータに、
切削工具が取り付けられ、振動を発生するアクチュエータを含む振動装置を対象物に対して相対移動させる送り機構を制御する機能と、
前記振動装置のアクチュエータの振動を制御する機能と、を実現させるためのプログラムであって、
振動制御機能は、振動に要する消費電力を取得し、消費電力の変化にもとづいて切削工具と、対象物との接触を検出する機能を含む、
ことを特徴とするプログラム。
【国際調査報告】
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