(57)【要約】【課題】チャックに対する芯押軸等の変位量を精度良く検出し得る切削機械及びその加工位置補正方法を提供する。【解決手段】Ｘ方向およびＺ方向について、ＮＣテーブル原点からテスト材６６の軸心へ向かって移動する移動量（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値）及び傾き角度θ（即ち、長尺ワークに対するチップ２６Ａの仮想移動軌跡の仮想データ）を設定する。即ち、バイト２６の仮想移動軌跡に関する仮想データに基づき、ＣＰＵはチャック１２と芯押軸８９の軸心の傾きθ及び図示しないＮＣスライダの傾きを補正するように長尺ワークを加工する。具体的には、長尺ワークに対し、仮想移動軌跡の仮想データに基づいてバイト２６を補正しながら加工する。従って、バイト２６における仮想移動軌跡の仮想データを精度良く検出し得るので、長尺ワークを切削する場合でも加工精度が向上する。【選択図】図７
2011045962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具に対するワーク保持用のチャックの位置を撮像処理に基づいて検出する第１の位置検出手段と、
上記切削工具に対するワーク支持用の芯押軸の位置を撮像処理に基づいて検出する第２の位置検出手段と、
上記第１の位置検出手段および上記第２の位置検出手段によるそれぞれの画像データに基づき、上記チャックと上記芯押軸の軸心の傾き及び上記切削工具を移動させるスライダの傾きを示す上記切削工具における仮想移動軌跡の仮想データを演算し、この仮想データに基づいて上記切削工具の移動を制御する制御手段と、
を備える切削機械。
【請求項２】
上記第１の位置検出手段は、被写体を撮像する第１の撮像手段と、上記第１の撮像手段の位置誤差を測定するため上記チャックに配置される基準ゲージと、上記チャックに一端が固定されると共に自由端が上記基準ゲージに対応するように配置され且つ上記基準ゲージの熱変位量の基準となる基準体とを備え、
上記第２の位置検出手段は、被写体を撮像する第２の撮像手段と、上記第２の撮像手段の位置誤差を測定するため上記芯押軸に配置される基準マークとを備え、
上記第１の撮像手段は、その光路における撮像位置での上記基準ゲージ及び上記基準ゲージに対応する上記基準体の上記自由端並びに上記撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像すると共に、上記第２の撮像手段は、その光路における撮像位置での上記基準マーク及び上記撮像位置での上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像することにより、上記仮想移動軌跡の仮想データを上記制御手段が上記第１の撮像手段の画像データ及び上記第２の撮像手段の画像データに基づいて演算する請求項１に記載の切削機械。
【請求項３】
切削工具に対するチャックの位置を撮像処理に基づいて検出する第１の位置検出手段および上記切削工具に対する芯押軸の位置を撮像処理に基づいて検出する第２の位置検出手段の画像データを記録手段にそれぞれ記録し、
制御手段はこれらの画像データに基づいて上記チャックと上記芯押軸の軸心の傾き及び上記切削工具を移動させるスライダの傾きを示す上記切削工具における仮想移動軌跡の仮想データを演算すると共に、この仮想データに基づいて切削工具の移動を補正する上記切削機械の加工位置補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばＮＣ旋盤などの切削機械に関し、特に切削工具などを画像処理することによって切削工具等の変位量を測定する切削機械及びその加工位置補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、膨張率又は収縮率が不明な試料を所定温度にした際の変化量を基にして膨張率などを測定する測定装置が開示されている。この測定装置は、試料を所定温度に設定した上で、所定位置に位置決めされているレンズの通過光量における画像データを基にして上記試料の膨張率などを測定するものである。
【０００３】
また、特許文献２には、被加工物であるワークを切削加工するバイト等の切削工具（以下、工具ともいう）をカメラで撮像し、その画像データに基づいて工具の破損や摩耗などの観察を行う工具観察方法において、被加工物の加工前または加工後の少なくとも一方で工具を回転又は移動させてその画像データを複数取り込み、当該複数の画像データの中から焦点が合った画像データを選択的に用いて工具の破損や摩耗などの観察を行う工具観察方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３５３７５１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６９８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、試料の膨張率又は収縮率を測定する装置であり、試料の温度を測定するものではない。また、特許文献２のようにカメラを用いて、工具先端を画像処理して工具を観察する装置であっても、カメラ自身及びカメラ保持ブラケットの熱変位などに対する精度維持は困難である。即ち、カメラが僅かに傾いただけでも、その測定誤差がカメラと被検出工具との距離に応じて幾何学的に拡大され、測定精度が落ちるためである。従って、上記特許文献２の従来を切削機械に適用した場合、本来の目的であるワークに対するバイトの摩耗量や変位量を精度良く測定することは困難であった。
【０００６】
特に、長尺のワークを加工する場合には、このワークを２点で支持するチャック及び芯押台（芯押軸と同義）の距離が長くなる。そのため、加工寸法の誤差が生じ易くなるので、加工精度が低下する。図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、例えば図示しないカメラの基準となる基準点をチャックの外縁に設ける場合、長尺のワークではチャックからＺ方向へ離間する。即ち、図１１（Ａ）に示すように、ワークの軸心と，チャック及び芯押軸の軸心とが全て一致する場合は、ワークを精度良く加工し得る。
【０００７】
一方、図１１（Ｂ）に示すように、チャックを含む切削機械自体が熱変位などにより、芯押軸がＸ方向へ相対的に変位する場合、ワークの他端（芯押軸側の端縁）へ向かって先細り状に切削され、不良品となる。また、図示しないターレット装置をＸ方向またはＺ方向へ移動させるＸ軸スライダおよびＺ軸スライダ（ＮＣスライダともいう）を含む切削機械自体が熱変位などによって、ＮＣスライダが右上がりの傾きに変位する場合、図１１（Ｃ）に示すように、ワークの他端へ向かって先太り状に切削され、不良品となる。なお、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）は視覚にて把握し易いように図示しているが、実際には変位および傾きは微小である。
【０００８】
本発明は、チャックに対する芯押軸等の変位量を精度良く検出し得る切削機械及びその加工位置補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る切削機械は、切削工具に対するワーク保持用のチャックの位置を撮像処理に基づいて検出する第１の位置検出手段と、上記切削工具に対するワーク支持用の芯押軸の位置を撮像処理に基づいて検出する第２の位置検出手段と、上記第１の位置検出手段および上記第２の位置検出手段によるそれぞれの画像データに基づき、上記チャックと上記芯押軸の軸心の傾き及び上記切削工具を移動させるスライダの傾きを示す上記切削工具における仮想移動軌跡の仮想データを演算し、この仮想データに基づいて上記切削工具の移動を制御する制御手段と、を備える。
【００１０】
なお、上記第１の位置検出手段は、被写体を撮像する第１の撮像手段と、上記第１の撮像手段の位置誤差を測定するため上記チャックに配置される基準ゲージと、上記チャックに一端が固定されると共に自由端が上記基準ゲージに対応するように配置され且つ上記基準ゲージの熱変位量の基準となる基準体とを備え、上記第２の位置検出手段は、被写体を撮像する第２の撮像手段と、上記第２の撮像手段の位置誤差を測定するため上記芯押軸に配置される基準マークとを備えようにしても良い。
【００１１】
そして、上記第１の撮像手段は、その光路における撮像位置での上記基準ゲージ及び上記基準ゲージに対応する上記基準体の上記自由端並びに上記撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像すると共に、上記第２の撮像手段は、その光路における撮像位置での上記基準マーク及び上記撮像位置での上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像することにより、上記仮想移動軌跡の仮想データを上記制御手段が上記第１の撮像手段の画像データ及び上記第２の撮像手段の画像データに基づいて演算する。
【００１２】
また、本発明に係る切削機械の加工位置補正方法は、切削工具に対するチャックの位置を撮像処理に基づいて検出する第１の位置検出手段および上記切削工具に対する芯押軸の位置を撮像処理に基づいて検出する第２の位置検出手段の画像データを記録手段にそれぞれ記録し、制御手段はこれらの画像データに基づいて上記チャックと上記芯押軸の軸心の傾き及び上記切削工具を移動させるスライダの傾きを示す上記切削工具における仮想移動軌跡の仮想データを演算すると共に、この仮想データに基づいて切削工具の移動を補正する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る切削機械及びその加工位置補正方法では、第１の位置検出手段および第２の位置検出手段の画像データに基づき、切削工具における仮想移動軌跡の仮想データを演算すると共に、この仮想データに基づいて切削工具の移動を補正する。ここで、仮想移動軌跡は、切削工具の原点から被加工物（ワーク）の軸心へ向かって移動する移動量を考慮し、且つチャックと芯押軸の軸心の傾き及びスライダの傾きをもって切削工具が移動するであろう軌跡である。即ち、仮想移動軌跡は、チャックと芯押軸の軸心の傾き及びスライダの傾きを示す仮想線である。
【００１４】
本発明に係る切削機械及びその加工位置補正方法においては、切削工具の仮想移動軌跡に関する仮想データ（傾き角度データを含む）に基づき、制御手段はチャックと芯押軸の軸心の傾き及びスライダの傾きを補正するように長尺のワークを加工する。即ち、制御手段は、長尺ワークに対し、仮想移動軌跡の仮想データに基づいて切削工具を補正しながら加工する。従って、本発明に係る切削機械及びその加工位置補正方法によれば、切削工具における仮想移動軌跡の仮想データを精度良く検出し得るので、長尺のワークを切削する場合でも加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施例１の単軸タイプのターレット旋盤を示す正面図である。
【図２】図１に示すターレット旋盤の主要部を示す側面図である。
【図３】図２に示す撮像装置に関する図であり、（Ａ）はその撮像装置の端面図、（Ｂ）はそのシャッターの平面図である。
【図４】図３（Ａ）に示す撮像装置が隔壁に配置されている状態を示す端面図である。
【図５】図１に示す一対の撮像装置でそれぞれの被写体を撮像する時の位置関係を説明する図である。
【図６】図５の６−６線の矢視図である。
【図７】テストカット時の補正アルゴリズムを説明する図である。
【図８】図１に示すターレット旋盤のブロック図である。
【図９】チャックに関する変形例を示す図である。
【図１０】図９の側面図である。
【図１１】ワークの加工状態を示す図であり、（Ａ）は変位および傾きが無い状態を示す図、（Ｂ）または（Ｃ）は変位または傾きがある状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、具体化した一実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
以下、図１乃至図８に基づいて、本発明の一実施形態である切削機械及びその加工位置補正方法について説明する。なお、実施例１の切削機械であるＮＣ旋盤は、単軸タイプのターレット旋盤（以下、単に旋盤という）Ｓとして説明する。
【００１８】
（旋盤Ｓの概略構成）
図１に示すように、旋盤Ｓ内には、軸線がＺ軸方向と平行になるように固定された主軸台１０と、Ｚ軸方向に平行な方向及びＺ軸方向と直交し垂直方向に対し６０度後方に傾斜したＸ軸方向に平行な方向に移動可能なターレット装置２０とが対向するように配置されている。主軸台１０には、主軸１１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸１１は、図示しない主軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。主軸１１のターレット装置２０側の先端部には、被加工物であるワークＷを把持するチャック１２が取り付けられている。このような構成の主軸台１０及び主軸駆動モータは、ベッド１３上に配置されている。
【００１９】
ターレット装置２０には、取付台であるターレット刃物台（以下、単に刃物台という）２１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転割出し可能に設けられている。刃物台２１上には、複数の切削工具２５，２６（図８参照）が円周上等角度間隔に取り付けられている。このような構成のターレット装置２０は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向へスライド可能に配置されている。
【００２０】
即ち、ターレット装置２０は、図８に示すＮＣテーブル（ターレット装置２０をＸ方向またはＺ方向へ移動させるＸ軸スライダおよびＺ軸スライダを搭載するテーブル）のＮＣモータ５２によってボールねじ機構（図示省略）を介して移動する。ここで、Ｘ軸スライダおよびＺ軸スライダをＮＣスライダともいう。なお、図１に示すように、ターレット装置２０は、固定配置された主軸台１０に対して移動する。一方、刃物台２１は、図８に示すターレットモータ５４によって回転駆動する。
【００２１】
図１に示すように、旋盤Ｓ内には、主軸台１０とターレット装置２０を覆うカバー１４が設けられ、カバー１４内には、主軸台１０側とターレット装置２０側と仕切る隔壁１５が設けられている。この隔壁１５は、刃物台２１上の図９に示す切削工具２５，２６によってチャック１２に把持されたワークＷの外周または端面などを切削加工する際に、飛散する切削粉や切削液などが主軸台１０などに付着しないようにするために設けられている。即ち、この隔壁１５で仕切られた主軸台１０側が隔離ゾーンＳ１となっており、ターレット装置２０側が加工ゾーンＳ２となっている。
【００２２】
主軸１１は隔壁１５に設けられた孔から加工ゾーンＳ２側に突き出され、その主軸１１の先端にチャック１２が取り付けられている。図２及び図５に示すように、チャック１２の外周から若干突出するように配置される基準ゲージ１８は、後述する撮像装置２７の位置誤差を測定するものであり、図９に示す内径加工バイト２５と外径加工バイト２６の両方に共通して使用する。この基準ゲージ１８は、切粉などによる磨耗を防止するため、熱処理済みの鋼で成形される。
【００２３】
なお、基準ゲージ１８はチャック１２の外周面からの突出量が小さいので、チャック１２が回転する際の基準ゲージ１８の回転範囲が少ない。また、基準ゲージ１８をチャック１２に固定しているので、撮像する際の位置合わせが容易となる。更に、チャック１２の同軸線上には、長尺のワークＷＬ（図５参照）を支持する芯押台８８（図１の２点鎖線参照）がターレット装置２０側にスライド可能に配置されている。図５及び図６に示すように、この芯押台８８は円柱状の芯押軸８９を摺動可能に軸支しており、芯押軸８９の先端には円錐状のセンタ９０が配置されている。
【００２４】
（撮像装置２７及び６８に関する構成）
図５に示すように、旋盤Ｓ内には、一対の撮像装置２７及び６８がスライド可能に配置されている。先ず、チャック１２側に配置される撮像装置２７について、説明する。図１及び図２に示すように、撮像装置２７は、隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間すなわち隔壁１５を介してスライド可能に配置されている（図４及び図５参照）。この撮像装置２７は、被写体となる切削工具（以下、バイトともいう）２５，２６の例えば図９に示すチップ２５Ａ，２６Ａ（バイト等のチップでない切削工具のときは刃先）などを撮像する。
【００２５】
即ち、撮像装置２７は、チップ２５Ａ，２６Ａなどを撮像する際には加工ゾーンＳ２側へスライドし、撮像が終了すると隔離ゾーンＳ１側へスライドする。また、撮像装置２７は二系列の撮像を可能としており、例えば図９に示すＢ枠の領域でチップ２５Ａを撮像すると略同時にＡ枠の領域で基準ゲージ１８及びインバー体８６の先端８６Ａを撮像する。なお、撮像装置２７で撮像した画像データは、図８に示すＣＰＵ６０へ出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ６０は、チップ２５Ａ，２６Ａの変位などを照合・演算し、それらの結果に基づいて切削工具の加工位置を補正する。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、撮像装置２７の筐体２７Ａは撮像スペース（レンズ室ともいう）２８Ａ及び防塵スペース（シャッタ室ともいう）２８Ｂに区画されている。具体的には、角筒状の筐体２７Ａのレンズ室２８Ａには、例えば５００万画素のカメラ（撮像素子であるＣＣＤ３０Ａを含む）３０と，撮像レンズ体２９と，フルミラー３１Ａと，ハーフミラー３１Ｂとが収納されている。
このハーフミラー３１Ｂは、撮像レンズ体２９及びフルミラー３１Ａの間に配置されており、入射する被写体光を一部反射し一部透過するミラーである。
【００２７】
上述したフルミラー３１Ａとハーフミラー３１Ｂは、それぞれの撮像光学系の視野が同一サイズとなるように配設している。即ち、それぞれの被写体を交互に撮像できるように、フルミラー３１Ａ及びハーフミラー３１Ｂは配設されている。例えばフルミラー３１Ａで図３（Ａ）の２点鎖線に示す被写体（チップ）２３Ａを撮像する際にはハーフミラー３１Ｂの光路を遮断し、ハーフミラー３１Ｂで被写体（チップ）２４Ａを撮像する際にはフルミラー３１Ａの光路を遮断するように構成している。
【００２８】
従って、カメラ３０の撮像レンズ体２９と２つの被写体（例えばバイト２３，２４など）との間の光路を一対のミラー３１Ａ及び３１Ｂでそれぞれ直角に屈曲させ、１つの視野領域（撮像領域と同義）の範囲で被写体を撮像する。そして、図３に示すように、１つの視野領域で例えばバイト２３のチップ２３Ａを先ず撮像し、且つ上記撮像後に１つの視野領域でバイト２４のチップ２４Ａを引続き撮像する。
【００２９】
レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には、焦点合わせレンズ３３がフルミラー３１Ａに対応する光路上に、透明の防護ガラス３４がハーフミラー３１Ｂに対応する光路上にそれぞれ配置されている。ここで、焦点合わせレンズ３３は、２系列の焦点距離ＬＡ（例えば１００ｍｍ）を合わせるものである。
【００３０】
また、レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には孔２７Ｂが形成されており、この孔２７Ｂからシャッター室２８Ｂへ圧縮空気（以下、エアーともいう）が送られる。即ち、常時シャッター室２８Ｂは、レンズ室２８Ａよりも低い加圧状態たとえば＋０．１１ＭＰａに加圧されている。従って、シャッター室２８Ｂが加圧されているので、クーラント液または切粉などが、シャッター室２８Ｂへ流入するのを防止する。なお、レンズ室２８Ａには図示しないエアー接続口が配置されており、このエアー接続口およびコンプレッサ（図示省略）の間はコンプレッサで生成されるエアーを供給するエアー通路となっている。そして、後述するシャッター３８又は３９を開放する前から閉鎖完了までの間、エアーをレンズ室２８Ａへ噴出し続ける。
【００３１】
シャッター室２８Ｂの焦点合わせレンズ３３及び防護ガラス３４に対向する部位には、開口２７Ｃ及び２７Ｄがそれぞれ形成されている。切換手段であるシャッター３８及び３９は、筐体２７Ａとその支持片２７Ｅ間にスライド可能に配置されており、開口２７Ｃまたは２７Ｄを開閉する。即ち、上述した光路を遮断するシャッター３８または３９は、上述したエアー通路のエアーを用いて、スライドするように構成されている。また、支持片２７Ｅには、開口２７Ｆ及び２７Ｇが、開口２７Ｃ及び２７Ｄに対向するように形成されている。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、シャッター３８はその平面形状が帯状となっており、シャッター３９はその平面形状が略Ｌ字状となっている。そして、シャッター３８及び３９は、開口２７Ｇ及び２７Ｆに対向するよう移動し、開口２７Ｃ及び２７Ｄを開閉する。即ち、シャッター３８及び３９は、それぞれの光路を開放し、図３に示す被写体となる切削工具２４のチップ２４Ａ（図面では２点鎖線で示す）をカメラ３０で撮像する。そして、シャッター３８及び３９は、クーラント液または切粉などがシャッター室２８Ｂへ流入するのを防止するために、閉止している。また、シャッター３８及び３９は、常には光路を閉止しており、且つ同時に光路を開放しない。
【００３３】
引続き、図５に示すように、芯押台８８側に配置される撮像装置６８について、説明する。この撮像装置６８は一系列の撮像のみを対象としているので、ミラーはフルミラー３１Ａのみが配置されている。即ち、図３に示す二系列の光学構成を一系列の光学構成とする以外は撮像装置２７に示す構成と同様であるので、同一番号を付して詳細説明は省略する。なお、図５に示すシャッター６９は、図３（Ｂ）のシャッター３８と同様に、その平面形状が帯状すなわち長尺状の平板となっている。
【００３４】
図５に示すように、撮像装置６８および芯押台８８の芯押軸８９は連結棒７０で連結され、両者が同期して動作するようになっている。即ち、芯押台８８は、長尺ワークＷＬを取外す際に、退避方向（チャック１２側とは逆方向）へスライドする。そのため、連結棒７０で芯押台８８と連結する撮像装置６８も同期して退避する。なお、本実施例では、連結棒７０等の連結手段を用いず、撮像装置６８および芯押台８８を別々に動作させるように構成しても良い。この場合、撮像装置６８とターレット装置２０に搭載するバイト等との干渉が防止され、且つ切削作業中における撮像装置６８の視覚障害を回避し作業性が向上する。
【００３５】
また、図６に示すように、芯押軸８９には、平面形状が等脚台形の基準マーク９１が、連結棒７０に対して９０度の角範囲をもって突設されている。この基準マーク９１は、図５に示す撮像装置６８の位置誤差を測定するものであり、外径加工バイト２６（図６参照）または内径加工バイト２５（図６では図示省略）の両方に共通して使用する。なお、基準マーク９１は、切粉などによる磨耗を防止するため、熱処理済みの鋼で成形される。また、基準マーク９１を芯押軸８９から突設しているので、撮像する際の位置合わせが容易となる。
【００３６】
そして、図６に示すように、基準マーク９１とバイト２６のチップ２６Ａとが、撮像装置６８の視野領域に収めて撮像（一望視と同義）できるように、バイト２６を移動させる。即ち、バイト２６は、チップ検出時に撮像装置６８の一望視Ｃエリア（図中では「Ｃ枠」という）内の所定位置に移動するように予め設定されている。
【００３７】
本実施例では、基準マーク９１とバイト２６のチップ２６Ａとを一望視できるので、撮像装置６８の停止位置精度が低くても、高い認識精度が得られる。図１及び図５に示すように、撮像装置２７及び６８の各ミラー３１Ａ及び３１Ｂ（図５参照）に対向する光路上の位置には、照明用の光源４３乃至４５がそれぞれ配置されている。これらの光源４３乃至４５は、例えば発光ＬＥＤなどで構成されている。なお、光源４５は、芯押軸８９の移動範囲に亘り対応し得るような長尺の発光面となっている。また、光源４３乃至４５において、例えばミラー等を用いることにより、いずれかの光源４３乃至４５を不要にできるようにしても良い。
【００３８】
（撮像装置２７のスライド機構に関する概略構成）
図１及び図４に示すように、撮像装置２７は、隔壁１５の所定箇所に配置されており、図示しないスライド機構（例えばエアー通路のエアーで作動するシリンダ等）が連結されている。そのため、上述したように撮像装置２７は、隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライドし、切削加工直前には加工ゾーンＳ２から隔離ゾーンＳ１へ後退する。撮像装置２７を後退させる理由は、切削加工のターレット装置２０に搭載するバイト等との干渉を防止すると共に、撮像装置２７が切削作業中における作業者の視覚障害を回避し作業性を向上させるためである。
【００３９】
また、図４に示すように、撮像装置２７と隔壁１５との間には、合成樹脂製（例えばウレタンゴム製）のシールカバー４０が配置されている。即ち、撮像装置２７は、シールカバー４０に嵌め込まれる状態で保持されている。このシールカバー４０には、スライド時の撮像装置２７が加工ゾーン内の切粉を挟んだりするのを防止すると共に、クーラント液が隔離ゾーンＳ１内へ滲み込むのを防止するものである。
【００４０】
更に、撮像装置２７の回りを囲うような導口４０Ａが開口されている。そして、エアーは図示しないエアー通路から導口４０Ａへ送出し（図４の矢印参照）、撮像装置２７とシールカバー４０との隙間からエアーが吹き出るようになっている（図４の太線矢印参照）。なお、撮像装置２７が隔離ゾーンＳ１へ後退している位置（図４の実線に示す待機位置）では、撮像装置２７の先端（シールカバー４０に対向する部位）が、シールカバー４０より若干加工ゾーンＳ２へ突出する状態あるいは面一になるように予め設定されている。
【００４１】
（チャックに関する概略構成）
図５に示すように、チャック１２の外周側には、基準体であるインバー体４７が、上述した基準ゲージ１８に対向するように配置されている。即ち、インバー体４７の先端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａとが、撮像装置２７の視野領域に収めて撮像（一望視）できるように、バイト２６を移動させる。即ち、バイト２６または２５は、チップ検出時に撮像装置２７の一望視Ａエリア（図７及び図９では「Ａ枠」という）または一望視Ｂエリア（図９では「Ｂ枠」という）内の所定位置に移動するように予め設定されている。
【００４２】
図５に示すインバー体４７は、旋盤Ｓ（図１参照）を構成する熱処理済み鋼と比較して熱膨張率が小さい材料（例えば不変鋼であるインバー又は熱膨張率が鉄の２倍であるアルミニウム等）を用いて、例えば角柱状に形成している。そして、インバー体４７は、その一端を図示しない締結部材（ボルトなど）で固定している。そのため、飛び出し防止用のストッパ（図示省略）は、インバー体４７の自由端側にインバー体４７と若干離間した状態で配置されている。
【００４３】
また、チャック１２には、複数個の爪１２Ａが所定の角範囲をもって配置されている。そして、爪１２Ａは、長短複数種類のワークＷ（図１参照）またはＷＬ（図５乃至図７参照）を、挟み保持する。そして、図５乃至図７に示す長尺のワークＷＬでは、その一端をチャック１２で保持し、他端を芯押台８８で支持する。なお、チャック１２には、振動防止用のカウンタウエイト７２が、インバー体４７の配置場所の反対側に配置されている。
【００４４】
（旋盤Ｓの制御系に関する構成）
旋盤Ｓ（図１参照）は、図８に示すように、ＣＰＵ６０と、不揮発性メモリであるＲＯＭ６２，ＲＡＭ６４と、ＮＣテーブル５０に配置されるモータドライバ５１，ＮＣモータ５２と、ターレット装置２０に配置されるモータドライバ５３，ターレットモータ５４と、操作部５６と、表示部５７と、ブザー５８と、を備える。制御手段および補正手段であるＣＰＵ６０は、旋盤Ｓの全体的な動作を司り、たとえば操作部５６に配置される操作キーが操作された場合に、その操作に基づく処理を行う。また、ＣＰＵ６０には位置検出手段および撮像手段の一部を構成する一対のカメラ３０がそれぞれ接続されており、カメラ３０で撮像された画像データがＣＰＵ６０へそれぞれ入力される。
【００４５】
ＲＯＭ６２は旋盤Ｓに各種の処理を制御するプログラムを記録し、そのプログラムによって旋盤Ｓが制御される。記録手段であるＲＡＭ６４は各種データの読み書き用の記録域たとえば画像データ領域６５を有し、この画像データ領域６５に画像データ等が記録される。モータ５２または５４は、ＣＰＵ６０の駆動信号に基づき、モータドライバ５１または５３を介して回転する。表示手段である表示部１２は、カメラ３０で撮像される画像データなどを表示する。警告手段であるブザーは、警告音を出力する。
【００４６】
（本実施例の作用）
先ず、チップ検出時においては、図７に示すように、基準ゲージ１８及びインバー体４７並びにバイト２６のチップ２６Ａを、撮像装置２７のカメラ３０（図５参照）の一望視Ａエリアに収めて撮像する場合は、基準ゲージ１８とバイト２６の刃先２６Ａの上面の高さを同一高さとして行なう。また、チップ検出時には、図４に示すように、撮像装置２７を隔離ゾーンＳ１から加工ゾーンＳ２へスライドさせると共に、図１に示す光源４３を発光させる。
【００４７】
そして、図５に示すバイト２６のチップ２６Ａを検出する場合、撮像位置（図４の破線で示す状態）の撮像装置２７は、図３に示すように、シャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。なお、シャッター３９側の光路を遮断しているので、ハーフミラー３１Ｂは一望視Ａエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。カメラ３０は、図７に示すように一望視Ａエリア内に位置する被写体であるインバー体４７の先端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａを撮像する。その後の照合処理および補正処理などは、特願２００９−３８１８５号の明細書に記載する処理と同様である。
【００４８】
ところで、図１に示すような短尺のワークＷでは、その加工面がチャック１２に配置される基準ゲージ１８の近傍にあるので、上記補正処理で良好な加工精度を得ることが出来る。一方、図５及び図７に示すような長尺のワークＷＬでは、その他端（芯押台８８側の端部）が基準ゲージ１８から離間しているので、一般的に誤差が生じ易い。
【００４９】
しかし、本実施例において、撮像装置６８のカメラ３０（図５参照）は、図７に示すように、一望視Ｃエリア内に位置する芯押軸８９に配置された基準マーク９１及びバイト２６のチップ２６Ａを撮像する。そのため、チャック１２側および芯押軸８９側の画像データに基づき、図８に示すＣＰＵ６０は、チップ２６Ａの磨耗および軸押軸８９の変位などを精度良く検出し得る。
【００５０】
（補正データを取得する手順）
図７に基づき、補正データを取得する手順について説明する。この補正データ取得モードは、図１に示す旋盤Ｓにおける機械製造時の調整工程（初期化時）またはメンテナンス時などで行う処理である。そして、この補正データに基づき、図８に示すＣＰＵ６０は、キャリブレーションサイクル時などに、変位するベクトル値を演算し補正処理する。ここで、キャリブレーションサイクルは、切削の精度を所定水準に維持する補償値を得るため、図１に示す旋盤Ｓの稼動時に強制的に所定間隔を設けて検査を行うことである。即ち、キャリブレーションサイクルは、旋盤Ｓの運転が開始した後に行う検査である。
【００５１】
まず、補正データ取得モードでは、例えば図７に示すテスト材６６を用いて、テストカットする。このテストカットは、例えばテスト材６６のコーナ１（図中ではＣ１）及びコーナ２（図中ではＣ２）において、切込みと送りを小さくして切削（仕上げ切削と同義）する。ここで、テスト材６６は、その両端付近に径大な輪（Ａ輪およびＢ輪）が形成された長尺の円棒である。そして、コーナ１及びコーナ２は、一対の輪部分における外周端である（図７参照）。なお、ユーザは、予め図示しないマイクロメータ等の測定器を用い、テスト材６６のＺ４Ｌ（一端からＡ輪までの軸方向長さ）、Ｘ４Ｌ（Ａ輪の半径）及びＺ４Ｒ（一端からＢ輪までの軸方向長さ）、Ｘ４Ｒ（Ｂ輪の半径）を測定し、これらの数値を図８に示すＲＡＭ６４に記録させる。
【００５２】
その後、図８に示すＣＰＵ６０は、撮像装置２７で一望視Ａエリア中のインバー体４７の先端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａを撮像させ、撮像装置６８で一望視Ｃエリア中の基準マーク９１とバイト２６のチップ２６Ａを撮像させる。即ち、ＣＰＵ６０は、例えばバイト２６を図７に示すＮＣテーブル原点から一望視Ａエリアを経て一望視Ｃエリアへ移動させる。なお、バイト２６の移動順位は、一望視Ｃエリアを経て一望視Ａエリアへ移動させるなど適宜変更し得る。ここで、図７中において、黒丸からの矢印マークはベクトルを表し、正数および負数がある。また、図７中において、両方向の矢印マークはスカラーを表し、正数のみである。
【００５３】
そして、上述した画像処理に基づきＣＰＵ６０は、一望視ＣエリアにおいてＸ２Ｒ（Ｘ方向における基準マーク９１の先端からＣ枠中のチップ２６Ａの距離）を演算し、一望視ＡエリアにおいてＸ２Ｌ（Ｘ方向におけるインバー体４７の外周面からＡ枠中のチップ２６Ａの距離）とＺ２（Ｚ方向における基準ゲージ１８の一端からＡ枠中のチップ２６Ａの距離）を演算する。ここで、Ｘ方向におけるインバー体４７の外周面とはチャック１２の外周面を意味し、Ｘ方向におけるインバー体４７の外周面と基準ゲージ１８の外周面とはチャックの軸心から同じ距離になっている。
【００５４】
（Ｘ方向についての演算）
バイト２６が図７に示すＮＣテーブル原点（バイト２６の原点と同義）から被加工物の中心点（テスト材６６の軸心）へ向かって移動する移動量（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値と同義）は、以下の式１で得られる。即ち、ＸＬｇｏ＝X１L＋X２L＋X３L  ，ＸＲｇｏ＝X１R＋X２R＋X３R（式１）でＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値が得られる。ここで、ＸＬｇｏ、ＸＲｇｏは、通常のＮＣ旋盤において、各々X方向のＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値に相当する。
【００５５】
ワークの傾き（θ）を考慮しなければ（即ち、傾きθを０にすれば）、Ａ輪側の切削加工位置（コーナ１即ちX５Ｌ）は、ＸＬｇｏ＋X４L＝X５L（式２）となる。ここで、X５Lは、Ｘ方向におけるチップ２６Ａの原点からコーナ１までの距離である。一方、Ｂ輪側の切削加工位置（コーナ２即ちX５R）では、ＸＲｇｏ＋X４Ｒ＝X５Ｒ（式３）となる。ここで、X５Ｒは、Ｘ方向におけるチップ２６Ａの原点からコーナ２までの距離である。
【００５６】
（傾きを考慮した場合のＡ輪側の演算）
ワークの傾き（θ）を考慮すれば、Ａ輪側の切削加工位置への分担比（ＸＬｇｏとＸＲｇｏとの分担比ＢＬＬおよびＢＬＲ）は、ＢＬＬ＝（ＨＨ−ＨＬ）／ＨＨおよびＢＬＲ＝ＨＬ／ＨＨ（式４）となる。ここで、ＨＨは、Ｚ方向におけるチップ２６Ａに対する基準ゲージ１８の基準点（図７参照）から芯押棒８９の基準マーク９１の中心軸までの距離である。また、ＨＬは、Ｚ方向における上記基準点からＡ輪のコーナ１までの距離である。なお、ＢＬＬおよびＢＬＲは分担比であるので、ＢＬＬ＋ＢＬＲ＝１となる。
【００５７】
式２および式３を式４に代入すると、（ＸＬｇｏ×ＢＬＬ＋ＸＲｇｏ×ＢＬＲ）＋X４L＝X５L（式５）になる。また、式５に式１および式４を代入すると、{（X１L＋X２L＋X３L）×（ＨＨ−ＨＬ）／ＨＨ＋（X１R＋X２R＋X３R）×ＨＬ／ＨＨ}＋X４L＝X５L（式６）になる。ここで、X１LはＸ方向におけるチップ２６Ａの原点からＡ枠中のチップ２６Ａまでの距離であり、X３Lはチャック１２の半径である。また、X１RはＸ方向におけるチップ２６Ａの原点からＣ枠中のチップ２６Ａまでの距離であり、X３Rは芯押軸８９の軸心から基準マーク９１の先端までの距離である。
【００５８】
そして、式６において、X１LとX１RとX５LはＮＣテーブル（図８参照）が移動する値によって得られ、X２LおよびX２Rは撮像装置２７および６８に基づく画像処理によって得られる。即ち、未知数は、X３LおよびX３Rとなる。
【００５９】
（傾きを考慮した場合のＢ輪側の演算）
ワークの傾き（θ）を考慮すれば、Ｂ輪側の切削加工位置への分担比（ＸＬｇｏとＸＲｇｏとの分担比ＢＲＬおよびＢＲＲ）は、ＢＲＬ＝（ＨＨ−ＨＲ）／ＨＨおよびＢＲＲ＝ＨＲ／ＨＨ（式７）となる。ここで、ＨＲは、Ｚ方向における上記基準点からＢ輪のコーナ２までの距離である。なお、ＢＲＬおよびＢＲＲは分担比であるので、ＢＲＬ＋ＢＲＲ＝１となる。
【００６０】
式２および式３を式７に代入すると、（ＸＬｇｏ×ＢＲＬ＋ＸＲｇｏ×ＢＲＲ）＋X４Ｒ＝X５Ｒ（式８）になる。また、式８に式１および式７を代入すると、{（X１L＋X２L＋X３L）×（ＨＨ−ＨＲ）／ＨＨ＋（X１R＋X２R＋X３R）×ＨＲ／ＨＨ}＋X４Ｒ＝X５Ｒ（式９）になる。そして、式９において、X１LとX１RとX５Ｒは、バイト２６を搭載するＸ軸スライダ（図示省略）が移動する値によって得られ、X２LおよびX２Rは撮像装置２７および６８に基づく画像処理によって得られる。即ち、未知数は、X３LおよびX３Rとなる。
【００６１】
未知数X３LおよびX３Rは、式６および式９を連立方程式として解くことによって得られる（この連立方程式は省略する）。そして、未知数X３LおよびX３Rが得られれば、式２および式３により、ＸＬｇｏおよびＸＲｇｏ（X方向におけるＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値）が得られる。
【００６２】
（Ｚ方向についての演算）
Z方向についてのＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値であるＺｇｏを、Ｚｇｏ＝Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３（式１０）とすれば、Ｚｇｏ＋Ｚ４Ｌ＝Ｚ５ＬまたはＺｇｏ＋Ｚ４Ｒ＝Ｚ５Ｒ（式１１）が成り立つ。ここで、Ｚ１はＺ方向におけるチップ２６Ａの原点からＡ枠中のチップ２６Ａまでの距離であり、Ｚ３は基準ゲージ１８の基準点（図７参照）から爪１２Ａまでの距離である。また、Ｚ５ＬはＺ方向におけるチップ２６Ａの原点からテスト材６６のコーナ１までの距離であり、Ｚ５ＲはＺ方向におけるチップ２６Ａの原点からテスト材６６のコーナ２までの距離である。
【００６３】
式１１に式１０を代入すると、Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４Ｌ＝Ｚ５ＬまたはＺ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４Ｒ＝Ｚ５Ｒ（式１２）になる。ここで、式１２において、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ４Ｌ，Ｚ５Ｌ，Ｚ４Ｒ，Ｚ５Ｒは、バイト２６を搭載するＺ軸スライダ（図示省略）が移動する値によって得られる。従って、未知数はＺ３のみであるので、式１２によって得られる。なお、未知数Ｚ３は、式１２の２式の平均値を採用しても良い。
【００６４】
未知数Ｚが得られれば、式１０によってＺｇｏ（Z方向についてのＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値）が得られる。そして、Ｘ方向およびＺ方向について、所謂ウィザード形式で得られたＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値が確定すれば、ＮＣ加工が可能になる。なお、Ｚ方向については、芯押台８８の変位およびＺ軸スライダ（図示省略）の傾きが、所謂微小角度時のコサイン誤差というものであるので、限り無くCOSθ＝１に近い。即ち、Ｚ方向への切削補正値の影響は、無いに等しく無視しても良い。
【００６５】
（傾き角度θについての演算）
チャック１２と芯押軸８９の軸心の傾き角度θ（或いはＮＣスライダの傾き角度θも同様である）は、θ＝ｔａｎ−１（ＸＲｇｏ−ＸＬｇｏ／ＨＨ）の式１３で得られる。図７に示すコーナ１またはコーナ２を切削する際、コーナの微小な領域では式１３に沿う。しかし、円筒または端面（更にはテーパ面）の場合には、式１３で得られたθ角度分をオフセットして切削する。なお、図７に示す例では芯押軸８９がＸ方向へ変位しているが、この場合のＺ方向の変位は上述したように微小角度時のコサイン誤差である。従って、Ｚ方向におけるＺ軸スライダ（図示省略）が傾いた場合も、同様に無視しても良い。但し、Ｘ方向については、Ｚ方向に比べ、切削補正値の影響が大きくなるので、上述した各式を用いて処理する。
【００６６】
本実施例においては、Ｘ方向およびＺ方向について、上述したＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値が確定し、且つ傾き角度θが確定すれば（即ち、これらの数値を図８に示すＲＡＭ６４に記録させることにより）、長尺のワークＷＬ（図５参照）に適宜対応するＮＣ加工が可能になる。従って、本実施例によれば、長さが異なる各種の長尺ワークに対するチップ２６Ａ（図７参照）の仮想移動軌跡の仮想データすなわちＧｅｏｍｅｔｒｉｃ−Ｏｆｆｓｅｔ値およびチャック１２と芯押軸８９の軸心の傾きあるいはＮＣスライダの傾き角度θを精度良く検出（演算をも含む概念）し得るので、長尺ワークを切削する場合でも長尺ワークの加工精度が向上する。
【００６７】
ここで、仮想移動軌跡は、バイト２６の原点から被加工物（ワークと同義）の軸心へ向かって移動する移動量を考慮し、且つチャック１２と芯押軸８９の軸心の傾き及びＮＣスライダ（図示省略）の傾きをもってバイト２６が移動するであろう軌跡である。即ち、仮想移動軌跡は、チャック１２と芯押軸８９の軸心の傾き及びＮＣスライダの傾きを示す仮想線である。
【００６８】
本実施形態においては、バイト２６の仮想移動軌跡に関する仮想データ（傾き角度θのデータを含む）に基づき、図８に示すＣＰＵ６０はチャック１２と芯押軸８９の軸心の傾き及びＮＣスライダの傾きを補正するように長尺ワークＷＬを加工する。即ち、ＣＰＵ６０は、長尺ワークＷＬに対し、仮想移動軌跡の仮想データに基づいてバイト２６を補正しながら加工する。従って、本実施形態によれば、バイト２６における仮想移動軌跡の仮想データを精度良く検出し得るので、長尺ワークＷＬを切削する場合でも加工精度が向上する。なお、本実施例によれば、撮像装置６８が芯押台８８の芯押軸８９と連動してスライドするので、撮像装置６８は長さが異なる各種の長尺ワークに対応するように、自動的に停止し得る。
【００６９】
（チャックに関する変形例）
以下、図９及び図１０に基づき、チャック１７に関する変形例を説明する。但し、上述した実施例１の図５に示すチャック１２に関する構成と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。
【００７０】
図９及び図１０に示すように、チャック１７は、その先端が小径部１７Ａとなっている。また、チャック１７には、切欠部１７Ｂ（図１０参照）がチャック１７の軸心方向に沿うよう形成されている。この切欠部１７Ｂは、図９に示すように、小径部１７Ａの外周から大径の基端部分（この部分は「通し孔」となる）までに亘り形成されている。
【００７１】
円柱状のインバー体８６は、その一端が締結部材であるボルト４９Ａによってチャック１７の基端部分で固定されている。このインバー体８６の先端８６Ａは、図１０に示すように、半円状となっている。即ち、図９に示すように、インバー体８６の先端８６Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａとが、例えば図６に示す撮像装置２７の視野領域（一望視Ａエリア）に収めて撮像する。
【００７２】
そして、図１０に示すバイト２５のチップ２５Ａを検出する場合（この場合バイト２６は一望視Ａエリアには無い）、図３に示すように、先ずシャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。カメラ３０は、図９に示す一望視Ａエリア内に位置する被写体であるインバー体４７の先端４７Ａおよび基準ゲージ１８を撮像する。即ち、図３に示すように、シャッター３９側の光路を遮断しているので、ハーフミラー３１Ｂは一望視Ａエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。
【００７３】
撮像後直ちに、シャッター３８を閉止させると共に、シャッター３９をスライドさせフルミラー３１Ａ側の光路を開放する。シャッター３８及び３９の切換えは、その切換え瞬間の時間差（略同時と同義）たとえば０．５秒で行う。引続き、カメラ３０は、図９に示すように、一望視Ｂエリア内に位置する被写体であるバイト２５のチップ２５Ａを撮像する。即ち、図３に示すように、シャッター３８側の光路を遮断しているので、フルミラー３１Ａは一望視Ｂエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。この際、ハーフミラー３１Ｂはフルミラー３１Ａで反射された被写体光を透過するので、カメラ３０は一望視Ｂエリア内の被写体のみを撮像する。
【００７４】
なお、本発明は実施例１で説明した短軸旋盤に限定されず、例えば２軸正面旋盤またはフライス盤など種々の切削機械（切削工具とワークを相対的に移動させて加工する機械）に適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１２…チャック、１８…基準ゲージ、２１…ターレット刃物台（取付台）、２５…内径加工用のバイト、２５Ａ…刃先、２６…外径加工用のバイト、２６Ａ…刃先、２７，６８…撮像装置（撮像手段）、３０…カメラ、４７，８６…インバー体（基準体）、４７Ａ，８６Ａ…インバー体の先端、６０…ＣＰＵ（照合手段，演算手段，補正手段）、６２…ＲＯＭ（記憶手段）、６４…ＲＡＭ（記録手段）、６６…テスト材、７０…連結棒、８８…芯押台、８９…芯押軸、Ｓ…旋盤（切削機械）、Ｗ…ワーク（被加工物）
【図１】
2011045962.tif 000003
【図２】
2011045962.tif 000004
【図３】
2011045962.tif 000005
【図４】
2011045962.tif 000006
【図５】
2011045962.tif 000007
【図６】
2011045962.tif 000008
【図７】
2011045962.tif 000009
【図８】
2011045962.tif 000010
【図９】
2011045962.tif 000011
【図１０】
2011045962.tif 000012
【図１１】
2011045962.tif 000013