(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・１つの固定式機械フレーム（１）と、
・１つの加工ヘッド（２）と、
・１つの旋回装置（３）とを有する工作機械であって、
前記加工ヘッド（２）が、互いに直交して配向された３つの並進軸（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って前記機械フレーム（１）に対して位置決め可能であり、モータによって駆動される１つの工具（２．１）を有し、
前記旋回装置（３）が、水平旋回軸（Ｓ）を中心にして前記機械フレーム（１）に対して旋回可能であり、１つの工作物位置決め装置（４）を有し、１つの工作物（１００）が、この工作物位置決め装置（４）によって前記旋回軸（Ｓ）に対して垂直に配向された回転軸（Ｄ）を中心にして回転可能である当該工作機械において、
１つの測定フレーム（６）が、前記旋回装置（３）に付設されていて、この測定フレーム（６）は、前記旋回装置（３）と一緒に旋回可能であり、前記旋回装置（３）から熱的に及び／又は機械的に分離されて形成されていて、第１位置測定システムの構成要素と第２位置測定システムの構成要素とが、前記測定フレーム（６）に配置されていて、
・前記第１位置測定システムの別の構成要素が、前記加工ヘッド（２）に配置されていて、前記第２位置測定システムの別の構成要素が、前記工作物位置決め装置（４）に配置されていて、
・前記測定フレーム（６）に対する前記加工ヘッド（２）の空間位置が、前記第１位置測定システムによって測定され、
・前記測定フレーム（６）に対する前記工作物位置決め装置（４）の空間位置が、前記第２位置測定システムによって測定されることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記測定フレーム（６）は、複数のフレキシブル要素（７）を介して結合するように前記旋回装置（３）内に組み込まれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
当該２つの位置測定システムの相互の姿勢が、前記工作機械の稼働中に変化しないように、前記測定フレーム（６）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項４】
前記測定フレーム（６）の少なくとも一部が、Ｌ字形に形成されていて、前記測定フレーム（６）の第１脚部（６．１）が、前記旋回軸（Ｓ）に対して平行に延在し、前記測定フレーム（６）の第２脚部（６．２）が、前記回転軸（Ｄ）に対して平行に延在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記測定フレーム（６）の熱零点が、前記工作物位置決め装置（４）の前記回転軸（Ｄ）上に存在するように、前記測定フレーム（６）が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項６】
前記第２位置測定システムは、構成要素としてドラム状に形成された１つのスケール本体（１０．１）と、このスケール本体（１０．１）を走査するための少なくとも３つの走査ヘッド（１０．２ａ１，１０．２ａ２，１０．２ｂ１，１０．２ｂ１，１０．２ｃ１，１０．２ｃ２）とを有し、
・前記スケール本体（１０．１）が、前記工作物位置決め装置（４）に配置されていて、当該ドラム長手軸が、前記工作物位置決め装置（４）の前記回転軸（Ｄ）と一致し、
・当該複数の走査ヘッド（１０．２ａ１，１０．２ａ２，１０．２ｂ１，１０．２ｂ１，１０．２ｃ１，１０．２ｃ２）が、当該ドラム円周の周りに分散して前記測定フレーム（６）に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項７】
前記スケール本体（１０．１）は、照射式のスケール本体として形成されていて、このスケール本体（１０．１）は、半径方向に且つ軸方向にそれぞれ交互に形成された、異なる光学特性を有する複数の目盛領域を備えること、及び、
前記複数の走査ヘッド（１０．２ａ１，１０．２ａ２，１０．２ｂ１，１０．２ｂ１，１０．２ｃ１，１０．２ｃ２）は、前記スケール本体（１０．１）を光学走査するために構成されていて、それぞれ少なくとも１つの光源と１つの検出装置とを有することを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記第１位置測定システムは、構成要素として少なくとも１つの光学送信装置（８．１）と１つの光学受信装置（８．２）とを有し、
・前記送信装置（８．１）が、前記加工ヘッド（２）に配置されていて、前記受信装置（８．３）が、前記測定フレーム（６）に配置されているか、又は
・前記送信装置（８．１）が、前記測定フレーム（６）に配置されていて、前記受信装置（８．２）が、前記加工ヘッド（２）に配置されているか、又は
・前記送信装置と前記受信装置とが、前記測定フレームに配置されていて、１つの反射装置が、前記加工ヘッドに配置されているか、又は
・前記送信装置と前記受信装置とが、前記加工ヘッドに配置されていて、１つの反射装置が、前記測定フレームに配置されていることを特徴とする請求項請求項１〜７のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項９】
前記第１位置測定システムの伝播するビーム束を、加工ヘッド（２）と測定フレーム（６）との間で遮蔽する遮蔽要素（９）が、前記加工ヘッド（２）と前記測定フレーム（６）との間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の工作機械。
【請求項１０】
前記加工ヘッド（２）は、少なくとも１つの位置センサ（１１）を有し、前記第１位置測定システムの構成要素が配置されている前記加工ヘッド（２）のハウジングに対する前記工具（２．１）を駆動するモータ軸の位置が、前記位置センサ（１１）によって測定可能であることを特徴とする請求項８に記載の工作機械。
【請求項１１】
前記送信装置（８．１）は、少なくとも３つの光源（８．１ａ，８．１ｂ，８．１ｃ，８．１ｄ）を有し、これらの光源（８．１ａ，８．１ｂ，８．１ｃ，８．１ｄ）は、一定の相対配置で互いに配置されていて、制御評価装置によって時間選択式に起動可能であることを特徴とする請求項８に記載の工作機械。
【請求項１２】
前記受信装置（８．２）は、少なくとも１つの光電検出装置（８．２ａ）と、前記検出装置（８．２ａ）の前方に配置された少なくとも１つの走査格子（８．２ｂ）とを有する請求項１１に記載の工作機械。
【請求項１３】
前記検出装置（８．２ａ）に対する当該起動された光源（８．１ａ，８．１ｂ，８．１ｃ，８．１ｄ）の角度位置を、前記検出装置（８．２ａ）上に発生する縞模様（ＳＭ）の位置から測定するために、前記制御評価装置が指向され且つ構成されている結果、前記工具（２．１）の空間位置が、少なくとも３つの前記光源（８．１ａ，８．１ｂ，８．１ｃ，８．１ｄ）の連続する起動にしたがって測定可能であることを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
前記第１位置測定システムが、能動的又は受動的に追従される干渉計として構成されていて、前記干渉計の送信装置と受信装置とが、前記測定フレーム（６）に配置されている一方で、１つの反射装置が、前記加工ヘッド（２）に配置されていて、
・前記反射装置が、少なくとも１つの反射器を有し、
・前記送信装置が、少なくとも６つの測定ビーム束用の追従機構を有し、これらの測定ビームが、前記追従機構によって前記反射器に追従可能であることを特徴とする請求項８に記載の工作機械。
【請求項１５】
再帰反射器が、測定反射器として機能し、前記測定反射器と１つの固定式基準反射器との間の間隔が、当該追従される干渉計によって測定可能であり、前記測定反射器と前記基準反射器とがそれぞれ、球として形成されていることを特徴とする請求項１４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、請求項１の上位概念に記載の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような種類の工作機械は、例えば欧州特許出願公開第０７１２６８３号明細書から既知である。当該工作機械は、工作物の５軸の切削加工に適していて、固定式の機械フレームと、互いに直交して配向された３つの並進軸に沿って当該機械フレームに対して位置決め可能である加工ヘッドとを有する。この加工ヘッドは、モータによって駆動される工具、例えばフライス工具を有する。さらに、このような種類の工作機械では、水平旋回軸を中心にして当該機械フレームに対して旋回可能である旋回装置が設けられている。この旋回装置は、工作物位置決め装置をさらに有する。工作物が、この工作物位置決め装置によって当該旋回軸に対して垂直に配向された回転軸を中心にして回転可能である。
【０００３】
時としていわゆる変更されたガントリー構造とも呼ばれるこの構造の工作機械は、特定の条件の下では工作物で達成可能な公差設計及び幾何公差に関して良好な精度を提供する。しかしながら、工作機械の回避できない機械負荷及び／又は熱負荷が、個々の構成要素の変形を引き起こし得る。当該変形は、工作機械に組み込まれた位置測定システムによって完全に検出できず、したがって完全に補正できない。結果として、誤差が、加工すべき工作物で発生する。すなわち、当該工作物が、希望する寸法を有しないか又は当該工作物の要求される公差設計及び幾何公差が守れない。
【０００４】
別の構造の工作機械に関しては、上記の問題を解決するために、機械負荷によっても熱の影響によっても可能な限り変形不可能である測定フレームを工作機械内に組み込むことが、独国特許出願公開第１０２０１１０７９７９２号明細書から既知である。この場合、長方形の測定フレームが、固定式の機械部品内に組み込まれていて、小さい熱膨張係数を有する材料から成る。複数の位置測定システムの複数の構成要素が、当該測定フレームに配置されている。これらの構成要素によって、一方では当該測定フレームに対する加工ヘッド又はスピンドルヘッドの位置が測定され、他方では当該測定フレームに対する工作物の位置が測定される。したがって、当該工具位置及び工作物位置に関する位置測定が、提供される機械運動学における機械的影響と熱的影響とから分離され得、上記の機械運動学に関する問題が最小限にされ得る。工作物テーブルの下面に配置された位置測定システムの、限定された空間的な広がりだけを有するスケールに起因して、この位置測定システムによって検出可能な当該テーブルの移動範囲が限定されている。さらに、上記明細書では、どのようにして、適切に形成された測定フレームが、工作物と工具との相対位置決めを５空間自由度で可能にする上記の構造の工作機械内に最も有益に組み込まれ得るかが記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０７１２６８３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１０７９７９２号明細書
【特許文献３】国際公開第０１／３８８２８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記の誤差が位置測定時に最小限にされ、特に工具に対する工作物の位置の可能な限り正確な測定が保証されている、冒頭で述べた種類の工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有する工作機械によって解決される。
【０００８】
本発明の工作機械好適な構成は、従属請求項に記載されている対策から得られる。
【０００９】
本発明の工作機械は、１つの固定式機械フレームと、互いに直交して配向された３つの並進軸に沿って当該機械フレームに対して位置決め可能である１つの加工ヘッドとを有する。さらに、水平旋回軸を中心にして当該機械フレームに対して旋回可能であり、工作物位置決め装置を有する１つの旋回装置が設けられている。工作物が、この工作物位置決め装置によって、当該旋回軸に対して垂直に配向された回転軸を中心にして回転可能である。１つの測定フレームが、当該旋回装置に付設されている。この測定フレームは、当該旋回装置と一緒に旋回可能であり、当該旋回装置から熱的に及び／又は機械的に分離されて形成されていて、第１位置測定システムの構成要素と第２位置測定システムの構成要素とが、当該測定フレームに配置されている。この場合、当該第１位置測定システムの別の構成要素が、当該加工ヘッドに配置されていて、当該第２位置測定システムの別の構成要素が、当該工作物位置決め装置に配置されている。当該測定フレームに対する当該加工ヘッドの空間位置が、当該第１位置測定システムによって測定され、当該測定フレームに対する当該工作物位置決め装置の空間位置が、当該第２位置測定システムによって測定される。
【００１０】
特に、当該測定フレームが、複数のフレキシブル要素を介して結合するように当該旋回装置内に組み込まれて配置されている。
【００１１】
好ましくは、当該２つの位置測定システムの相互の姿勢が、当該工作機械の稼働中に変化しないように、当該測定フレームが形成されている。
【００１２】
当該測定フレームの少なくとも一部をＬ字形に形成することが可能である。この場合、当該測定フレームの第１脚部が、当該旋回軸に対して平行に延在し、当該測定フレームの第２脚部が、当該回転軸に対して平行に延在する。
【００１３】
さらに、当該測定フレームの熱零点が、当該工作物位置決め装置の回転軸上に存在するように、当該測定フレームが形成されていることが有益である。
【００１４】
当該第２位置測定システムが、構成要素としてドラム状に形成された１つのスケール本体と、このスケール本体を走査するための少なくとも３つの走査ヘッドとを有することが提唱され得る。
【００１５】
この場合、
・当該スケール本体が、当該工作物位置決め装置に配置されていて、当該ドラム長手軸が、当該工作物位置決め装置の回転軸と一致し、
・当該複数の走査ヘッドが、当該ドラム円周の周りに分散して当該測定フレームに配置されている。
【００１６】
この場合、当該スケール本体が、照射式のスケール本体として形成され得る。このスケール本体は、半径方向に且つ軸方向にそれぞれ交互に形成された、異なる光学特性を有する複数の目盛領域を備える。当該複数の走査ヘッドが、当該スケール本体を光学走査するために構成されていて、それぞれ少なくとも１つの光源と１つの検出装置とを有する。
【００１７】
当該第１位置測定システムに関しては、この第１位置測定システムが、構成要素として少なくとも１つの光学送信装置と１つの光学受信装置とを有することが提唱され得る。この場合、
・当該送信装置が、当該加工ヘッドに配置されていて、当該受信装置が、当該測定フレームに配置されているか、又は
・当該送信装置が、当該測定フレームに配置されていて、当該受信装置が、当該加工ヘッドに配置されているか、又は
・当該送信装置と当該受信装置とが、当該測定フレームに配置されていて、１つの反射装置が、当該加工ヘッドに配置されているか、又は
・当該送信装置と当該受信装置とが、当該加工ヘッドに配置されていて、１つの反射装置が、当該測定フレームに配置されている。
【００１８】
この場合、当該第１位置測定システムの伝播するビーム束を、加工ヘッドと測定フレームとの間で遮蔽する遮蔽要素が、当該加工ヘッドと当該測定フレームとの間に配置され得る。
【００１９】
さらに、当該加工ヘッドが、少なくとも１つの位置センサを有し、当該第１位置測定システムの構成要素が配置されている当該加工ヘッドのハウジングに対する当該工具を駆動するモータ軸の位置が、当該位置センサによって測定可能であることが可能である。
【００２０】
可能な１つの実施の形態では、当該送信装置が、少なくとも３つの光源を有し、これらの光源は、一定の相対配置で互いに配置されていて、制御評価装置によって時間選択式に起動可能である。
【００２１】
さらに、当該受信装置は、少なくとも１つの光電検出装置と、当該検出装置の前方に配置された少なくとも１つの走査格子とを有し得る。
【００２２】
好ましくは、当該検出装置に対する当該起動された光源の角度位置を、当該検出装置上に発生する縞模様の位置から測定するために、当該制御評価装置が指向され且つ構成されている。その結果、当該工具の空間位置が、当該少なくとも３つの光源の連続する起動にしたがって測定可能である。
【００２３】
この代わりに、当該第１位置測定システムが、能動的又は受動的に追従される干渉計として構成され得る。当該干渉計の送信装置と受信装置とが、当該測定フレームに配置されている。その一方で、１つの反射装置が、当該加工ヘッドに配置されている。この場合、
・当該反射装置が、少なくとも１つの反射器を有し、
・当該送信装置が、少なくとも６つの測定ビーム束用の追従機構を有し、これらの測定ビームが、当該追従機構によって当該反射器に追従可能である。
【００２４】
この場合、当該再帰反射器が、測定反射器として機能し、当該測定反射器と１つの固定式基準反射器との間の間隔が、当該追従される干渉計によって測定可能である。この場合、当該測定反射器と当該基準反射器とがそれぞれ、球として形成されている。
【００２５】
本発明の対策によれば、工具と工作物との相対位置の高精度の測定が、対応する工作機械で保証されている。その結果、機械精度が十分に高くなり、工作物の加工が最適化される。このために当該旋回装置内に設けられている測定フレームが、特に非常に短い測定時間を保証する。このことは、工作物と工具との間の位置測定が可能な限り直接に実行されることを意味する。工作物と工具との相対位置測定時に、さらなる構造部品を設けることが回避され得る。その結果、こうして、工作機械の熱的負荷及び／又は機械的負荷によって発生する誤差が、当該位置測定時に確実に最小限にし得る。このような影響によって発生する工作機械の変形が、工具と工作物との相対位置の測定中にもはや生じない。何故なら、当該測定フレームが、当該旋回装置内で熱的に及び／又は機械的に当該工作機械から分離されて形成されているからである。
【００２６】
本発明のその他の詳細及び利点を、図面に関連する本発明の装置の１つの実施の形態の以下の記述に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の工作機械の１つの実施の形態の斜視部分図である。
【図２】図１による工作機械の脚部の断面図である。
【図３】図１による工作機械の脚部の平面図である。
【図４ａ】第１位置測定システムの可能な実施の形態の概略図である。
【図４ｂ】第２位置測定システムの可能な実施の形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の工作機械の１つの実施の形態が、図１に非常に概略的に斜視部分図で示されている。図２及び３は、図１の工作機械の脚部の側面断面図及び平面図である。
【００２９】
本発明の工作機械は、固定式の機械フレーム１を有する。工具スピンドルとしての加工ヘッド２が、互いに直交して配向された３つの並進軸ｘ、ｙ、ｚに沿って当該機械フレーム１に対して相対位置決め可能である。この場合、図１の形態では、１つの下台座領域１．２及び上に向かって延在する３つの側壁１．１が、機械フレーム１から認識可能である。当該工作機械の実際の作業領域が、これらの側壁１．１間に存在する。工作物１００の切削加工が、当該作業領域内で実行される。このため、加工ヘッド２が、工具２．１、例えば、回転モータ軸の端部に配置されているフライス工具を有する。図２から分かるように、この回転モータ軸は、適切な駆動部２．２によってモータ駆動される。
【００３０】
垂直並進軸ｚと第１水平並進軸ｘとに沿った加工ヘッド２の移動を実現するため、−図示されていない−適切な縦方向ガイドを介して、加工ヘッド２を、ｘ方向に水平に且つｚ方向に垂直に位置決め可能に、図示されているｘ軸に沿って延在するクロスビーム５に配置することが提唱されている。クロスビーム５が、−同様に図示されていない−縦方向ガイドを介してｙ方向に沿って可動に機械フレーム１又は対向する２つの側壁１．１に配置されることによって、加工ヘッド２が、第２水平並進軸ｙに沿って移動される。
【００３１】
さらに、水平旋回軸Ｓを中心にして機械フレーム１に対して相対旋回可能である旋回装置３が、本発明の工作機械内に設けられている。この場合、この旋回軸Ｓは、第１水平並進軸ｘに対して平行に配向されている。機械フレーム１の側壁１．１内に配置された軸受が、図面に示されていない。旋回装置３が、当該軸受内で図示されていない駆動部によって旋回軸Ｓを中心にしてモータによって旋回可能に配置されている。
【００３２】
旋回装置３は、モータによって駆動される円テーブルとして構成された工作物位置決め装置４をさらに有する。工作物１００が、この円テーブルによって旋回軸Ｓに対して垂直に配向された回転軸Ｄを中心にして旋回可能である。この場合、工作物１００は、−図面に示されていない−従来の締め付け装置によって工作物位置決め装置４のテーブル４．１上に固定される。旋回装置３と工作物位置決め装置４とから構成された完全な装置は、実際にはいわゆるＮＣ傾斜円テーブルとも呼ばれる。
【００３３】
本発明によれば、この場合、特に図２の旋回装置３の概略断面図から分かるように、測定フレーム６を旋回装置３に付設すること、又は、測定フレーム６を旋回装置３内に組み込むことが提唱されている。したがって、旋回装置３に対する測定フレーム６のこのような付設に起因して、この測定フレーム６が、この旋回装置３と一緒に旋回軸Ｓを中心にして旋回可能である。さらに、この実施の形態では、測定フレーム６は、旋回装置３から熱的に且つ機械的に分離されるように構成されている。このことは、測定フレーム６が、温度変動と当該工作機械で発生する加工力とによって可能な限り変形されないで、この測定フレーム６の幾何構造が、その切削動作中でも常に保持されることを意味する。測定フレーム６の対応する構造の詳細に関しては、以下の説明を参照のこと。
【００３４】
この場合、一方では第１位置測定システムによって、測定フレーム６に対する加工ヘッド２、すなわち工具２．１の空間位置が測定され、他方では第２位置測定システムによって、測定フレーム６に対する工作物位置決め装置４、すなわち工作物１００の空間位置が測定されることが、本発明にとって重要である。このため、一方では、当該第１及び第２位置測定システムの特定の構成要素が、測定フレーム６に配置されていて、他方では、当該第１及び第２位置測定システムの別の構成要素が、加工ヘッド２と工作物位置決め装置４とに配置されている。当該第１及び第２位置測定システムの可能な構造と当該第１及び第２位置測定システムの詳細に関しても、別の説明を参照のこと。
【００３５】
測定フレーム６に対する加工ヘッド２又は工作物位置決め装置４の空間位置の測定の結果、工具２．１と工作物１００との相対位置の測定の測定時間が短くなる。こうして、冒頭で説明した位置測定に対する熱的及び／又は機械的な影響が、著しく減少され得る。機械精度が十分に向上する。したがって、工作物の品質が改良される。
【００３６】
この実施の形態では、測定フレーム６は、Ｌ字形に形成されていて、第１脚部６．１を有する。この第１脚部６．１は、中心回転軸Ｄから出発して外側に向かって延在し、旋回軸Ｓに対して平行に延在する。測定フレーム６の第２脚部６．２が、第１脚部６．１に対して垂直に配向されて設けられている。図２によれば、この第２脚部６．２は、第１脚部６．１の外側端部から上に向かって垂直に且つ回転軸Ｄに対して平行に延在する。
【００３７】
当該図示された実施の形態では、測定フレーム６が、旋回装置３から熱的に且つ機械的に分離されていて、可能な限り硬く形成されている。さらに、温度の影響及び熱負荷が、機械フレーム１から測定フレーム６に作用せず、たとえ作用してもこの測定フレーム６を変形させないことが保証される。すなわち、当該２つの測定システムによる、測定フレーム６に対して実行される工作物１００と工具２．１との位置測定が、本発明の工作機械ではこれらの影響に左右されない。これらの位置測定システムの測定フレーム側の当該複数の構成要素の間隔が、熱的な影響によっても機械的な影響によっても変化しない。したがって、当該２つの位置測定システムの姿勢が、当該測定フレームの構造に起因して本発明の工作機械の稼働中に変化しない。
【００３８】
当該熱的な分離のために、主に、測定フレーム６が、可能な限り小さい熱膨張係数を有する材料から成ることが提唱されている。例えば、非常に小さい熱膨張係数を有する不変鋼又は炭素材料が、当該熱的な分離のために適する。このような材料の選択の代わりに、当該測定フレームを残りの工作機械から熱的に分離するための本発明の工作機械では、能動的な熱補正も、例えば鍛造されたアルミニウムから成る測定フレーム６として実現され得る。この場合、当該鍛造は、アルミニウム材料の適切な水冷却によって実行される。
【００３９】
当該機械的な分離に関しては、図示された実施の形態では、測定フレーム６を複数のフレキシブル要素７を用いて旋回装置３内に組み込むことが提唱されている。図２には、このような複数のフレキシブル要素７の列が、測定フレーム６と旋回装置３との間に概略的に示されている。
【００４０】
例えばいわゆる１次元、２次元又は３次元の固体継手又はこれらの固体継手の組み合わせが、フレキシブル要素７として考慮される。測定フレーム６が、当該フレキシブル要素７を介して旋回装置３に結合される。この場合、１次元固体継手は、測定フレーム６と旋回装置３との間の複数の弾性結合要素から形成され得る。これらの１次元固体継手は、ただ１つの移動方向に沿った測定フレーム６と旋回装置３との限定された相対歪みを可能にする。２次元固体継手は、前後して接続された２つ又はそれより多い中間要素を有し得る。同様に、これらの中間要素も、複数の弾性結合要素を介して互いに測定フレーム６と旋回装置３とに結合されている。さらに、互いに直交した２つの移動方向に沿った測定フレーム６と旋回装置３との限定された相対歪みが可能である。最後に、同様に使用可能な３次元固体継手を用いると、互いに直交する３つの軸に沿った測定フレーム６と旋回装置３との相対歪みも提供され得る。前後して接続された少なくとも２つの中間要素が、当該相対歪みのために使用され得る。この場合、第３軸に沿った相対移動が、少なくとも当該両中間要素のうちの１つの中間要素と当該限定された複数の構成要素との間で可能である。
【００４１】
当該図示された実施の形態では、光学位置測定システムが、測定フレーム６に対する加工ヘッド２の空間位置を測定するための第１位置測定システムとして設けられている。この第１位置測定システムは、主要な構成要素として加工ヘッド２に配置された送信装置８．１と測定フレーム６に配置された受信装置８．２とを有する。この場合、例えば国際公開第０１／３８８２８号パンフレットから既知であるように、当該光学位置測定システムは、２次元空間の角度測定システムとして構成されている。当該構成は、この公開内容に明瞭に記載されている。この実施の形態では、対応する２次元角度測定システムは、送信側に４つの光源８．１ａ〜８．２ｄを有する。これらの光源８．１ａ〜８．２ｄは、例えばＬＥＤとして構成されていて、−図示されていない−制御評価装置によって時間選択式に起動可能である。さらに、これに関しては、専ら少なくとも３つの光源が、測定技術的に基本的に必要になる。検出装置８．２を伴うただ１つの光源８．１ａを示す図４ａから分かるように、前方に配置された走査格子８．２ｂを有する光電検出装置８．２ａが、受信装置８．２側に設けられている。主に、いわゆるパターン化されたフォト検出器が、検出装置８．２ａとして機能する。当該フォト検出器は、周期的に配置された複数の光感知検出素子を有する。当該測定面内に発生する周期的な縞模様ＳＭが、当該パターン化されたフォト検出器によって検出される。当該縞模様ＳＭは、光源８．１ａ〜８．１ｄから放射されたビーム束と走査格子８．２ｂとの相互作用から発生する。この場合、当該フォト検出器上のこの縞模様ＳＭの位置が、検出装置８．２に対するそれぞれの光源８．１ａ〜８．１ｄの角度位置によって決まる。当該第１位置測定システムの光学角度原理に対する詳細に関しては、上記の国際公開第０１／３８８２８号パンフレットを参照のこと。
【００４２】
したがって、当該第１位置測定システムの２次元角度測定システムによって、送信装置８．１の１つの光源８．１ａ〜８．１ｄと検出装置８．２へ向かう１つの法線との成す角度を当該制御評価装置によってその都度測定することが可能である。このとき、当該位置測定のため、当該測定動作中に、個々の光源８．１ａ〜８．１ｄが、当該制御評価装置によって連続して起動され、受信装置８．２とそれぞれの光源８．１ａ〜８．１ｄとの成す方向ベクトルが、それぞれの光源８．１ａ〜８．１ｄに対して測定される。個々の光源８．１ａ〜８．１ｄの姿勢又は配置が互いに既知であるので、当該それぞれの光源８．１ａ〜８．１ｄが存在する姿勢又は空間位置が、こうして測定され得る。こうして、加工ヘッド２の送信装置８．１又は光源８．１ａ〜８．１ｄの配置に起因して、測定フレーム６に対する加工ヘッド２と工具２．１との空間位置の測定が可能である。
【００４３】
加工ヘッド２内の工具２．１の主要な位置を可能な限り正確に測定するため、１つ又は複数の位置センサ１１を加工ヘッド２内に配置することがさらに提唱され得る。加工ヘッド２のハウジングに対する工具２．１の実際の空間位置が、当該位置センサ１１によって測定可能である。例えば、静電容量式の距離センサが、当該測定のために適した位置センサ１１として使用され得る。このとき、加工ヘッド２のハウジングに対する工具２．１を駆動するモータ軸の位置が、当該位置センサ１１によって測定され得る。同様に、当該第１位置測定システムの構成要素、すなわち主に付設された光源８．１ａ〜８．１ｄを有する送信装置８．１が、加工ヘッド２に配置されている。
【００４４】
さらに、第１位置測定システムを使用した当該測定は、工作機械の作業空間内で実行されるので、送信装置８．１と受信装置８．２との間で伝播するビーム束が、１つ又は複数の遮蔽要素９によって遮蔽されることが有益であるとして実証されている。この実施の形態では、専ら概略的に示された遮蔽要素９が、光非透過性の放射管として形成されている。当該放射管は、加工ヘッド２と一緒に受動的に移動される。この場合、この放射管は、当該伝播するビーム束を加工ヘッド２と測定フレーム６との間で完全に包囲し、当該ビーム束がそこに存在する冷却潤滑剤及び切屑によって妨害されることを回避する。当該ビーム束を完全に包囲するこのような放射管の代わりに、場合によっては専ら光非透過性の遮蔽板等が、遮蔽要素として設けられてもよい。当該遮蔽板等は、当該伝播するビーム束を専ら部分的に空間的に包囲又は遮蔽する。
【００４５】
上記のように、第２位置測定システムが、測定フレーム６に対する工作物位置決め装置４と工作物１００との空間位置を測定するために使用される。この実施の形態では、この第２位置測定システムは、光学式の６次元角度測定装置として構成されている。以下に、この第２位置測定システムを図４ｂに概略的に示されている構成に基づいて説明する。
【００４６】
一方では、ドラム状に形成されたスケール本体１０．１が、構成要素として当該第２位置測定システムに属する。当該スケール本体１０．１は、回転軸Ｄを中心にして回転する工作物位置決め装置４に配置されている。この場合、当該ドラム長手軸が、工作物位置決め装置４の回転軸Ｄと一致する。具体的な実施の形態では、スケール本体１０．１が、円テーブルの円筒状の下部分の円周に、すなわち工作物１００が固定されるテーブル４．１の下に配置されている。
【００４７】
スケール本体１０．１は、照射式のスケール本体として振幅格子の形態で形成されていて、交互に配置された異なる反射率の複数の目盛領域から形成される。この場合、スケール本体１０．１側では、これらの目盛領域が、軸方向に、すなわち図示されているｚ方向に沿って第１領域１０．１ａ内に周期的に配置されている。これらの目盛領域が、半径方向に、すなわち円周方向に第２領域１０．１ｂ内に周期的に連続して配置されている。基本的に、当該走査されるスケール本体は、これとは別に形成され得、交互に配置された異なる光学特性を有する複数の目盛領域を、例えば、異なる移相作用等を呈する複数の目盛領域を有する位相格子として備え得る。
【００４８】
当該第２位置測定システムは、別の構成要素として主に３つの走査ユニット１０．２ａ，１０．２ｂ，１０．２ｃを有する。これらの走査ユニット１０．２ａ，１０．２ｂ，１０．２ｃは、回転するスケール本体１０．１とは違って測定フレーム６に固定式に配置されていて、スケール本体１０．１を光学走査するために使用される。当該３つの走査ユニット１０．２ａ，１０．２ｂ，１０．２ｃは、その円周にわたって１２０°だけ互いにずれて配置されている。この場合、上記のスケール本体１０．１の構造に起因して、２つの走査ヘッド１０．２ａ１及び１０．２ａ２又は１０．２ｂ１及び１０．２ｂ２並びに１０．２ｃ１及び１０．２ｃ２が、走査ユニット１０．２ａ，１０．２ｂ，１０．２ｃごとに設けられていて、当該２つの走査ヘッドはそれぞれ、スケール本体１０．１上の１つの領域１０．１ａ，１０．１ｂを走査するために使用される。したがって、全体では、６つの走査ヘッド１０．２ａ１，１０．２ａ２，１０．２ｂ１，１０．２ｂ１，１０．２ｃ１，１０．２ｃ２が設けられている。
【００４９】
当該第２の位置測定システムの図示された実施の形態の代わりに、最小の構成では、少なくとも３つの走査ヘッドが必要であり、これらの走査ヘッドは、当該スケール本体を走査するために当該ドラム円周の周りに分散して当該測定フレームに配置されている。
【００５０】
当該図示された実施の形態の個々の走査ヘッド１０．２ａ１，１０．２ａ２，１０．２ｂ１，１０．２ｂ１，１０．２ｃ１，１０．２ｃ２が、光源のほかに少なくとも１つの検出装置をさらに有する。この場合、既知の様々な光学走査原理が、スケール本体１０．１を光学走査するために使用され得る。それ故に、ここでは、当該光学走査原理をさらに説明しない。スケール本体１０．１に付随する領域１０．１ａ，１０．１ｂをそれぞれ走査するため、それぞれ１つの走査ユニット１０．２ａ，１０．２ｂ，１０．２ｃに付設された２つの走査ヘッド１０．２ａ１及び１０．２ａ２，１０．２ｂ１及び１０．２ｂ２又は１０．２ｃ１及び１０．２ｃ２が、９０°だけ互いにずれて配置されている。
【００５１】
円テーブル又は工作物位置決め装置４及びこの工作物位置決め装置４上に配置された工作物１００の、測定フレーム６に対する空間位置が、全ての６空間自由度で測定され得る。
【００５２】
第２位置測定システム又はこの第２位置測定システムの構成要素と測定フレーム６との相対位置に関しては、測定フレーム６の熱的な零点が、第２位置測定システムの当該測定フレーム側の構成要素の中心点に存在することが有益であると実証されている。このことは、主に、測定フレーム６の熱的な零点が特に工作物位置決め装置４の回転軸Ｄ上に存在することを意味する。この場合、熱的な零点は、熱的な影響時でも、空間的に変化しないままであり且つ移動しない測定フレーム６の点を意味する。
【００５３】
本発明の範囲内では、説明した具体的な実施の形態のほかに、当然に、さらに別の構成の可能性が存在する。
【００５４】
したがって、当該測定フレームを上記のＬ字形とは違って形成することが可能である。この場合、例えば、当該旋回装置の形に適合されたＵ字形の測定フレームが考えられる。したがって、当該測定フレームを当該旋回装置内に対称に組み込むことが可能である。当該対称な組み込みは、特に当該旋回装置内の均一な重量分布をもたらす。
【００５５】
さらに、特定の機械構造において、場合によっては機械的な又は熱的な影響が特に問題にならない場合、当該測定フレームを、例えば専ら熱的に又は専ら
機械的に当該旋回装置から分離することが可能である。
【００５６】
また、この代わりに、当該測定フレームが、当該旋回装置内に組み込まれるのではなくて、当該旋回装置上に配置されてもよい。
【００５７】
当該第１位置測定システムが、上記の実施の形態とは違って構成されてもよい。したがって、上記の実施の形態とは反対に、送信装置を測定フレームに配置し、受信装置を加工ヘッドに配置することが可能である。また、送信装置と受信装置との双方を測定フレームに配置し、受動的な反射装置を加工ヘッドに設置すること、又は、送信装置と受信装置との双方を加工ヘッドに配置し、受動的な反射装置を測定フレームに設置することが考えられる。このような場合には、当該送信装置から当該反射装置上に入射するビーム束が、当該受信装置の方向に戻るように反射するように、当該反射装置をそれぞれ構成する必要がある。
【００５８】
さらに、第１位置測定システムを追従される干渉計として構成することが可能である。当該干渉計の送信装置及び受信装置が、測定フレームに配置されている一方で、反射装置が、加工ヘッドに配置されている。この場合には、当該反射装置が、少なくとも１つの反射器を有し、当該送信装置が、少なくとも６つの測定ビーム束用の追従機構を有する。これらの測定ビームが、当該追従機構によって当該反射器に追従可能である。この場合、当該追従機構は、適切な駆動部を有する能動的な追従機構として構成され得るか又は連結部等を有する受動的な追従機構として構成され得る。
【００５９】
１つの実施の形態では、当該反射器は、測定反射器として、追従される干渉計と一緒に使用される。この場合、当該測定反射器と固定式の基準反射器との間のその都度の間隔が、当該干渉計によって測定可能である。当該測定反射器と当該基準反射器との双方がそれぞれ、特に球として形成され得、屈折率ｎ＝２を有する材料等から成り得る。
【００６０】
さらに、第２位置測定システムに関しても、代わりの実施の形態が可能である。したがって、例えば、説明した６次元の角度測定装置内での説明した光学走査の代わりに、別の走査原理、例えば、磁気走査、電磁誘導走査又は静電容量走査等も使用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  機械フレーム
１．１  側壁
１．２  下台座領域
２  加工ヘッド
２．１  工具
２．２  駆動部
３  旋回装置
４  工作物位置決め装置
４．１  テーブル
５  クロスビーム
６  測定フレーム
６．１  第１脚部
６．２  第２脚部
７  フレキシブル要素
８．１  送信装置
８．１ａ  光源
８．１ｂ  光源
８．１ｃ  光源
８．１ｄ  光源
８．２  受信装置
８．２ａ  光電検出装置
８．２ｂ  走査格子
９  遮蔽要素
１０．１  スケール本体
１０．１ａ  第１領域
１０．１ｂ  第２領域
１０．２ａ  走査ユニット
１０．２ａ１  走査ヘッド
１０．２ａ２  走査ヘッド
１０．２ｂ  走査ユニット
１０．２ｂ１  走査ヘッド
１０．２ｂ２  走査ヘッド
１０．２ｃ  走査ユニット
１０．２ｃ１  走査ヘッド
１０．２ｃ２  走査ヘッド
１１  位置センサ
１００  工作物
Ｓ  水平旋回軸
Ｄ  中心回転軸
ＳＭ  縞模様
【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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