(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを作り出すためのセット・アップ・モジュール（２１０）と機械加工モジュール（１１０）とを含むワークピース機械加工システムであって、
前記セット・アップ・モジュール（２１０）は、
＊少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）を取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第１のツール・ホルダ（１２２）取り付けデバイス（１２２３）と、ワークピース・キャリア（１２３）を取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第１のワークピース・キャリア（１２３）取り付けデバイス（１２３２）とを含み、
前記機械加工モジュール（１１０）は、
＊少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）を取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第２のツール・ホルダ（１２２）取り付けデバイス（１２２３）と、ワークピース・キャリア（１２３）を取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第２のワークピース・キャリア（１２３）取り付けデバイス（１２３２）とを含み、
＊前記セット・アップ・モジュール（２１０）は、前記ワークピース・キャリア（１２３）に対する前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）の位置決めを制御するための第１の位置決め制御デバイス（１２１）をさらに含み、
＊前記機械加工モジュール（１１０）は、前記ワークピース・キャリア（１２３）に対する前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）の位置決めをチェックするように適合された第２の位置決め制御デバイス（１２１）をさらに含み、前記ツール・ホルダ（１２２）及び前記ワークピース・キャリア（１２３）が、両方とも、セット・アップの後に、前記セット・アップ・モジュールから前記機械加工モジュールへ移送され得るようになっており、したがって、前記第２の位置決め制御デバイス（１２１）は、前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）と前記ワークピース・キャリア（１２３）との間の位置決めが、前記セット・アップ・モジュール（２１０）の上でのセット・アップの間に前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）と前記ワークピース・キャリア（１２３）との間に適用されたものと同一であるということを、前記機械加工モジュール（１１０）の上で確実にすることを可能にする、ワークピース機械加工システム。
【請求項２】
前記第１の位置決め制御デバイス（１２１）は、前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）と前記ワークピース・キャリア（１２３）との間の相対的位置決めに関する基準値を提供する、請求項１に記載のワークピース機械加工システム。
【請求項３】
前記第１の位置決め制御デバイス（１２１）及び前記第２の位置決め制御デバイス（１２１）は、少なくともＸ−Ｙ平面において、前記ツール・ホルダ及び前記ワークピース・キャリアの前記位置決めをチェックするように適合されている、請求項１〜２のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項４】
前記ツール・ホルダ（１２２）は、いくつかのツールが取り外し可能に取り付けられることを可能にする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項５】
前記第１及び第２のツール・ホルダ取り付けデバイス（１２２３）は、ツール・ホルダ（１２２）が移動可能なスライド（１３０、２３０）に取り外し可能に取り付けられることを可能にする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記セット・アップ・モジュール（２１０）は、前記ワークピース・キャリア（１２３）にリンクされている基準に対する前記ツール・ホルダ（１２２）の距離を測定及び記憶するための手段を含む、請求項１〜５のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項７】
前記セット・アップ・モジュール（２１０）は、前記ワークピース・キャリア（１２３）にリンクされている座標規準系において、前記ツール・ホルダ（１２２）の移動の方向を測定するための手段を含む、請求項１〜６のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項８】
前記機械加工モジュール（１１０）は、前記ワークピース・キャリア（１２３）にリンクされている基準に対する前記ツール・ホルダ（１２２）の前記距離を測定するための、及び、前記ワークピース・キャリア（１２３）にリンクされている前記基準に対する前記ツール・ホルダ（１２２）の前記距離に対する差を補償するための手段を含み、前記距離は、前記セット・アップ・モジュールの上で測定され、セット・アップの間に前記セット・アップ・モジュールの上で適用されたものと同一の、前記ツール・ホルダ（１２２）及び前記ワークピース・キャリア（１２３）の相対的位置決めを確実にするようになっている、請求項６に記載のワークピース機械加工システム。
【請求項９】
前記機械加工モジュール（１１０）は、前記ワークピース・キャリアにリンクされている座標規準系において、前記ツール・ホルダ（１２３）の移動の前記方向を測定するための、及び、前記セット・アップ・モジュールの上で測定された前記方向に対する差を補償するための手段を含む、請求項７又は８に記載のワークピース機械加工システム。
【請求項１０】
前記セット・アップ・モジュール（２１０）の第１の位置決め制御デバイス及び第２の位置決め制御デバイスは、前記ワークピース・キャリア（１２３）に対する前記ツール・ホルダ（１２２）の前記相対的位置を補償するように適合されている、請求項１〜９のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項１１】
前記セット・アップ・モジュール（２１０）の第１の位置決め制御デバイス及び第２の位置決め制御デバイスは、前記セット・アップ・モジュール（２１０）の前記基準値に対応する、前記ツール・ホルダ（１２２）及び前記ワークピース・キャリア（１２３）の相対的位置決め及び配向を得るように適合されている、請求項２及び１０に記載のワークピース機械加工システム。
【請求項１２】
前記セット・アップ・モジュール（２１０）は、前記セット・アップ・モジュール（２１０）の上で前記機械加工をセット・アップするために、前記機械加工モジュール（１１０）の上には設けられていないカメラ（２６０）又は高解像度センサを含む、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項１３】
前記セット・アップを支援するためのセンサ（２６０）及び／又は測定システムを含む、請求項１〜１２のいずれか一つに記載のワークピース機械加工システム。
【請求項１４】
前記第２の位置決め制御デバイス（１２１）は、前記ワークピース・キャリア（１２３）及び前記ツール・ホルダ（１２２）の相対的位置決めが所定の値に対応するということをチェックするために配置されており、また、そうでない場合にはそれを修正するように配置されている、請求項１〜１３のいずれか一つに記載のセット・アップ・モジュール。
【請求項１５】
ワークピースを作り出すための機械加工モジュール（１１０）とセット・アップ・モジュール（２１０）とを使用して、ワークピースを機械加工するための機械加工プロセスであって、
前記セット・アップ・モジュール（２１０）によって、前記機械加工プロセスをセット・アップするステップと、
少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）を、前記セット・アップ・モジュール（２１０）から、生産のために使用されることとなる機械加工モジュール（１１０）へ移送するステップとを含み、前記機械加工プロセスは、
ワークピース・キャリア（１２３）を、セット・アップ・モジュール（２１０）から、生産のために使用されることとなる機械加工モジュール（１１０）へ移送するステップと、
前記セット・アップ・モジュール（２１０）上及び前記機械加工モジュール（１１０）上での前記ワークピース・キャリア（１２３）及び１つ又は複数の前記ツール・ホルダ（１２２）の相対的位置決めをチェックするステップであって、前記セット・アップ・モジュール（２１０）の上でのセット・アップの間に前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）と前記ワークピース・キャリア（１２３）との間で適用されたものと同一の、前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）と前記ワークピース・キャリア（１２３）との間の位置決めを前記機械加工モジュール（１１０）の上で確実にするためにチェックするステップと、
前記ワークピース・キャリア（１２３）及び前記ツール・ホルダ（１２２）によって、前記機械加工モジュール（１１０）の上でワークピースを機械加工するステップとをさらに含む、機械加工プロセス。
【請求項１６】
セット・アップする前記ステップは、前記少なくとも１つのツール・ホルダ（１２２）と前記ワークピース・キャリア（１２３）との間の相対的位置決めに関する基準値の定義を含む、請求項１５に記載の機械加工プロセス。
【請求項１７】
前記機械加工モジュール（１１０）へ移送する前記ステップは、前記ワークピース・キャリア（１２３）に対する前記ツール・ホルダ（１２２）の相対的位置の補正を含む、請求項１５又は１６に記載の機械加工プロセス。
【請求項１８】
相対的位置の補正は、前記セット・アップ・モジュール（２１０）の上で決定された前記基準値に対応する、前記ツール・ホルダ（１２２）及び前記ワークピース・キャリア（１２３）の相対的位置決め及び配向を得ることを可能にする、請求項１７に記載の機械加工プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セット・アップ・モジュールと、生産するように意図された少なくとも１つの機械加工モジュールとを含む方法及びワークピース機械加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械加工モジュール（マシン・ツール）、とりわけ、バー・ターニング・マシン、自動旋盤、ミーリング・マシン、及び移送機械を使用して、ワークピースを製造することは、典型的に、３つの別々の局面を含む。
【０００３】
第１のセット・アップ（又は、プリセット）局面では、オペレータ（たとえば、バー・ターナー・オペレータ）は、機械加工モジュールの上で、機械加工平面を定義してテストし、すなわち、機械加工されることとなる所望のワークピースを得るために必要とされる動作のシーケンス及び軸移動を定義してテストする。たとえば、オペレータは、最も効率的な機械加工平面が可能な限り得られることを確実にし、すなわち、ツール間の衝突、又は、ワークピースとの衝突を回避しながら、所与のワークピースが最小の動作によって機械加工されることを可能にすることを確実にする。オペレータは、使用されることとなるツールを選び、また、得られるワークピースの品質、たとえば、表面条件、公差の順守などをチェックする。
【０００４】
第２の生産局面では、ワークピースのバッチは、プリセットされた機械加工モジュールの上で作り出され、パラメータは、セット・アップ局面の間に定義される。これは、生産的な局面だけである。多くの場合、それは、１日に２４時間実施され、原材料は、バー・フィーダ又はスラグ（ブランク）・ローダによって、機械加工モジュールに給送される。
【０００５】
ワークピースのバッチの生産は、たとえば、同じ機械加工モジュールの上で別のタイプのワークピースを作り出すために中断され得、マシンのメンテナンスなどを可能にし、次いで、その後に再開される。このケースでは、始動局面が、セット・アップ局面の間に以前に定義されたパラメータを適用するために必要である。この始動局面は、セット・アップ局面よりも速い。
【０００６】
セット・アップの間にテストされた結果が得られることを可能にするプリセットされたパラメータによって、この生産が行われるということを確実にするために、セット・アップは、一般的に、生産のためにも使用され得る機械加工モジュールの上で実施される。これにより、生産が中断され（すなわち、アイドル時間）、また、生産機械がセット・アップ期間の期間中に動けなくなる。
【０００７】
セット・アップ局面の間にプリセットされた機械加工パラメータをテストするために、たとえば、センサ、ビデオ・カメラなどの、特殊化した検査機器が、作り出されるワークピースの品質を測定するために必要とされる。このテスト機器は、機械加工モジュールの価格をより高価にする。多くの機械加工モジュールを備える設備のケースでは、それぞれのモジュールは、少なくともそれぞれのセット・アップ局面に関して、それ自身のテスト機器を装備している必要がある。ワークピースを外部でテストするために、機械加工モジュールからワークピースを除去することが可能であるが、この移送は、セット・アップ局面及びモジュールの非生産的な動かない時間をさらに遅くする。そのうえ、それは、機械加工プロセスの中間ステップの間のワークピースの特性の容易な測定を可能にしない。
【０００８】
したがって、このセット・アップ局面又は始動局面の期間を低減させるために、さまざまな解決策が、先行技術において提案されてきた。
【０００９】
たとえば、特許文献１は、外部セット・アップ・デバイスを説明している。このデバイスは、セット・アップがマシン・ツールの外側で実施されることを可能にし、また、得られたパラメータが生産機械の上で生産局面の前にテストされることを可能にする。セット・アップは、取り外し可能なツール・ホルダの上に装着されているツールを使用して実施され、取り外し可能なツール・ホルダは、次いで、生産機械へ移送され、ツールの変化、又は、それらのツール・ホルダの中でのツールの位置決めの変化によって、生産品質が影響を受けないことを確実にするようになっている。
【００１０】
特許文献２は、数値制御を備えたマシン・ツールを説明している。数値的位置決めデバイスは、取り外し可能なツール・ホルダの位置決めを補正することを助け、また、必要とされる位置決めパラメータを穿孔テープの上に記録することを助ける。この解決策は、上記の文献と同じ欠点を有しており、ツール位置決めの差が補正されることを可能にするだけである。
【００１１】
特許文献３は、別の数値的回路を説明しており、それは、セット・アップの間に事前決定されたツールの位置が生産の間に再現されることを可能にし、したがって、始動時間を低減させる。
【００１２】
特許文献４は、ツールをそれらのツール・ホルダの中にプリセットするための方法を説明している。その方法は、取り外し可能なツール・ホルダを備えた外部セット・アップ・デバイスを実装しており、取り外し可能なツール・ホルダは、次いで、生産マシン・ツールに移送され得る。マシン・ツールは、ツール・ホルダの相対的位置決めを正しく再現する。
【００１３】
特許文献５及び特許文献６は、シミュレーション・デバイスに関し、それは、マシン・ツールがプリセットされることを可能にし、外部セット・アップ・デバイスを実装している。
【００１４】
特許文献７、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０は、マシン・ツールをプリセットするためのデバイスを説明しており、取り外し可能なツール・ホルダを備えた外部セット・アップ・デバイスを実装している。
【００１５】
特許文献１１は、いくつかのツール・ホルダを担持するコンベヤーを装備している生産テーブルを備えた生産機械を説明しており、ひいては、ツール・ホルダは、それぞれ、一連の隣接する加工ステーションの中の位置をとることができる。
【００１６】
特許文献１２は、マシン・ツールに関し、そのシャーシーは、ワークピース・キャリア及び１つ又は複数のツール・ホルダを支持するフレームを形成している。シャーシーの上でのワークピース・キャリア及びツール・ホルダの正しい位置決めを確実にするためのシステムが存在している。
【００１７】
特許文献１３は、いくつかの整合された機械加工セル、及び、機械加工されることとなるワークピースを輸送するための輸送デバイスを備えたワークピース生産ラインを説明している。それぞれの機械加工セルは、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアを含む。ツール・ホルダとそれに関連付けられているワークピース・キャリアとの間の相対的位置補償が存在している。
【００１８】
また、特許文献１４が引用され得、マシン・ツールの上のツール、パーツ、又は測定システムを調整するための光学デバイスを説明している。
【００１９】
したがって、これらの異なる解決策は、生産することが意図された機械加工モジュールの外側で、機械加工平面をセット・アップ及びテストすることを可能にする。また、それらは、ツールをテストするために使用されてもよく、また、ツール・ホルダの上にツールを装着するために使用されてもよく、また、ツールをそれらのツール・ホルダの上に正確に装着することが生産の間に再現されることを確実にするために使用されてもよい。しかし、これらの解決策は、生産機械の上の結果の完全な再現性を保証しない。また、実際に、機械加工品質は、それぞれのモジュールの上のワークピース・キャリアの特性及び位置決めに依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１６０２８２１号明細書
【特許文献２】米国特許第３２８２１３８号明細書
【特許文献３】米国特許第４７７６２４７号明細書
【特許文献４】米国特許第３６２５０９７号明細書
【特許文献５】米国特許第３５５５６９０号明細書
【特許文献６】米国特許第４２４０２０７号明細書
【特許文献７】米国特許第３８６７７６３号明細書
【特許文献８】仏国特許発明第２７６８０７２号明細書
【特許文献９】米国特許第５５９５３７７号明細書
【特許文献１０】米国特許第４８８０２２０号明細書
【特許文献１１】独国実用新案第２０２０１３００２６７８号明細書
【特許文献１２】独国特許出願公開第１０２００７０４２２８８号明細書
【特許文献１３】独国特許出願公開第１０２００５０４７２５０号明細書
【特許文献１４】独国実用新案第２００１３２４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の１つの目的は、先行技術の制限を有さない機械加工システム及び外部セット・アップ・モジュールを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、これらの目的は、とりわけ、ワークピースを作り出すように意図されている機械加工モジュールとセット・アップ・モジュールとを含むワークピース機械加工システムであって、
セット・アップ・モジュールは、ツール・ホルダを取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第１のツール・ホルダ取り付けデバイスと、ワークピース・キャリアを取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第１のワークピース・キャリア取り付けデバイスと、前記ワークピース・キャリアに対する前記少なくとも１つのツール・ホルダの位置決めを制御するための第１の位置決め制御デバイスとを含み、
機械加工モジュールは、ツール・ホルダを取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第２のツール・ホルダ取り付けデバイスと、ワークピース・キャリアを取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第２のワークピース・キャリア取り付けデバイスと、前記ワークピース・キャリアに対する前記少なくとも１つのツール・ホルダの位置決めをチェックするように適合された第２の位置決め制御デバイスとを含み、
ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアが、セット・アップの後に、両方とも、セット・アップ・モジュールから機械加工モジュールへ移送され得るようになっている、ワークピース機械加工システムによって実現される。
【００２３】
この解決策は、セット・アップ・モジュールと機械加工モジュールとの間で、ツール・ホルダの移送だけでなく、ワークピース・キャリアの移送も可能にするという、先行技術を上回る特定の利点を有する。これは、セット・アップの間に以前にテストされたツール・ホルダ及びワークピース・キャリアによって、機械加工が実施されることを確実にする。したがって、ワークピース・キャリアの中の任意の不具合、たとえば、位置決め及び同心性などの不正確さが、セット・アップの間に測定され得、生産の間に補正又は補償され得る。
【００２４】
また、この解決策は、生産するように意図されている機械加工モジュールを占領することなく、外部セット・アップ・モジュールの上で、セット・アップがバックグラウンド・タスクとして実施されることを可能にする。
【００２５】
好適な実施形態では、セット・アップ・モジュールは、ワークピース・キャリアに対する少なくとも１つのツール・ホルダの位置決めを制御するための第１の位置決め基準を含む。機械加工モジュールは、第２の位置決め基準を含み、第２の位置決め基準は、ワークピース・キャリアに対する少なくとも１つのツール・ホルダの位置決めをチェックするために使用され得る。これは、セット・アップ・モジュールの上でのセット・アップの間に、及び、機械加工の間に、ワークピースに対するツール・ホルダ又はそれぞれのツール・ホルダの位置決めのエラーを補償することを可能にする。
【００２６】
ツール・ホルダは、スライド（コーム（ｃｏｍｂ））に取り外し可能に取り付けられ得る。このために、それは、たとえば、取り外し可能な取り付け手段、たとえば、１つ又は複数のピン、又は、移動可能なスライドと係合することができる部分、たとえば、基準孔部若しくは表面を含むことが可能である。
【００２７】
ツール・ホルダは、取り外し可能に取り付けられているいくつかのツールを含むことが可能である。
【００２８】
機械加工モジュールの上に設けられた位置決め基準は、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアの相対的位置決めが、セット・アップの間にセット・アップ・モジュールに適用されたものと同一であり、及び／又は、位置決めの差を補償することを確実にすることを助ける。このように、フレームに対する機械加工モジュールの位置決めにかかわらず、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアの相対的位置決めを制御することが可能であり、したがって、ワークピース及びツールの相対的位置決めを制御することが可能である。
【００２９】
セット・アップ・モジュールの上の位置決めシステムは、ツール・ホルダの位置とワークピース・キャリアにリンクされている基準との間の距離が測定されることを可能にし、この距離を記憶するように配置され得る。同様に、ツール・ホルダの実際の移動の方向（たとえば、所与の方向に移動するようにインストラクションが出されるとき）が、測定及び記憶され得る。
【００３０】
これは、ワークピース・キャリアとツール・ホルダのピンニングと称される。これらの２つのコンポーネントは、常に、セット・アップ・モジュール及び機械加工モジュールの両方の上に、同じ距離において、及び、同じ配向で、互いに対して正確に整合されて位置決めされている。
【００３１】
同様に、機械加工モジュールにおいて、ワークピース・キャリアにリンクされている座標規準系におけるツール・ホルダの移動の位置及び方向が測定され、セット・アップ・モジュールの上で決定された基準値によって補償される。位置決め及び／又は配向の任意の差が測定され、機械加工の間のツール・ホルダ・スライドの対応する移動によって補償される。
【００３２】
位置決め制御デバイスは、単一のＸ−Ｙ平面におけるツール・ホルダ及びワークピース・キャリアの位置決め、並びに、任意選択で、この平面における移動方向シータをチェックするために使用され得る。これは、Ｚ軸に沿った位置決め及び配向の困難性を回避し、それは、一般的に、感度が低い。これは、整合させるのにより経済的で簡単なデバイスをもたらす。
【００３３】
別の実施形態では、ツール及びワークピースをＺ軸に沿って正確に位置決めすることも必要なときには、位置決め制御デバイスは、Ｚ軸を含む１つ又は複数の平面における正確な位置決めも可能にするように設計され得る。
【００３４】
第１及び第２の位置決め基準は、光学的なターゲットから構成され得る。これらの重ね合わせられたターゲットのアライメントは、ツール・ホルダとワークピース・キャリアの正しい位置決めを確実にする。位置決め制御システムは、重ね合わせられたターゲットを撮影するカメラと、イメージ分析のためのコンピュータ・モジュールとを含むことが可能である。
【００３５】
たとえば、マトリックス・センサに基づくシステム、又は、容量式システム、誘導式システム、抵抗式システム、若しくは機械的なシステムを含む、他のタイプのターゲット、及び、他の位置決め制御システムが実装され得る。
【００３６】
位置決め制御デバイスは、取り外し可能であり、また、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアにそれぞれリンクされ得る。
【００３７】
位置決め制御デバイスは、セット・アップ・モジュール又は機械加工モジュールのフレームに取り付けられてリンクされ得る。
【００３８】
位置決め制御デバイスは、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアにそれぞれ部分的に取り付けられ、部分的に取り外し可能であり、また、リンクされ得る。
【００３９】
光学的なシステムのケースでは、液体の中に、たとえば、オイルの中に浸されたワークピースの位置をチェックすることによって、測定が実施され得る。これは、場合によっては切削液をスプレーすることによって、又は、切粉若しくはゴミの存在によって、引き起こされる測定エラーを防止することを助ける。
【００４０】
セット・アップ・モジュールは、前記セット・アップ・モジュールの上で機械加工をセット・アップするために、機械加工モジュールの上には設けられていないカメラ又は高解像度センサを含むことが可能であり、得られた機械加工の品質をチェックすることが可能であり、また、設備のマシン・ツールのすべての上にこの種類の高解像度センサを設置することを抑えることが可能である。
【００４１】
材料キャリアは、ターニング・マシンのガイド・ブッシュであることが可能である。
【００４２】
材料キャリアは、クランプ又はマンドレルであることが可能である。
【００４３】
材料キャリアは、パレット又はパレット・ホルダであることが可能である。
【００４４】
また、機械加工されることとなるワークピースにターゲットを組み込むか又は取り付けることが可能である。
【００４５】
機械加工プロセスのセット・アップのためのセット・アップ・モジュールにおいて、可能性のある実施形態では、そのようなセット・アップ・モジュールは、
−ツール・ホルダを取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第１のツール・ホルダ取り付けデバイスと、
−ワークピース・キャリアを取り外し可能に取り付けるための少なくとも１つの第１のワークピース・キャリア取り付けデバイスと
を含み、
前記ワークピース・キャリアに対する前記ツール・ホルダの位置決めが制御される、セット・アップ・モジュールに関する。
【００４６】
また、本発明は、ワークピースを作り出すための機械加工モジュールとセット・アップ・モジュールとを使用して、ワークピースを機械加工するための機械加工プロセスであって、
セット・アップ・モジュールによって、機械加工プロセスをセット・アップするステップと、
少なくとも１つのツール・ホルダ及び少なくとも１つのワークピース・キャリアを、セット・アップ・モジュールから、機械加工モジュールへ移送するステップと、
前記ワークピース・キャリア及び前記ツール・ホルダによって、前記機械加工モジュールの上でワークピースを機械加工するステップと
セット・アップ・モジュール及び機械加工モジュールの上でのワークピース・キャリア及び１つ又は複数のツール・ホルダの相対的位置決めをチェックするステップであって、セット・アップ・モジュールの上でのセット・アップの間に前記少なくとも１つのツール・ホルダと前記ワークピース・キャリアとの間に適用されたものと同一の、前記少なくとも１つのツール・ホルダと前記ワークピース・キャリアとの間の位置決めを、前記機械加工モジュールの上で確実にするためにチェックするステップとを含む、機械加工プロセスに関する。
【００４７】
本発明の実装形態の例は、添付の図によって示されている説明の中に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態による、機械加工モジュールの断面図である。
【図２】本発明の実施形態による、セット・アップ・モジュールの斜視図である。
【図３】セット・アップ・モジュールと機械加工モジュールとの間での、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアの移送を概略的に示す図である。
【図４】セット・アップ・モジュール又は機械加工モジュールの上にツール・ホルダ及びワークピース・キャリアを装着することを概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、位置決め制御システムの例の断面図である。
【図６】本発明の実施形態による、位置決め制御システムの例を概略的に示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、位置決め制御システムを概略的に示す図であり、照明は、ターゲットに対して、カメラから反対側にあることを示す図である。
【図８】本発明の実施形態による、位置決め制御システムを概略的に示す図であり、イルミネーションは、ターゲットに対して、カメラと同じ側にあることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１に示されている機械加工モジュール１１０は、コンパクトなユニットを形成しており、保護カバー１１２によって境界を定められており、保護カバー１１２は、エンクロージャ１１４の境界を定める、閉じたケーシングを構成しており、エンクロージャ１１４は、比較的に耐密に封止され得る。この保護カバー１１２は、互いに平行な２つの垂直方向の側壁部１１２ａ及び１１２ｂと、フレームにリンクされた底部壁部１１２ｄに平行な水平方向の上部壁部１１２ｃと、垂直方向の後方壁部１１２ｅと、前方ドアを含むいくつかのパネルを有する前方壁部１１２ｆとを含む。
【００５０】
前方壁部１１２ｆの中のウィンドウが、とりわけ、機械加工アセンブリ１２０を含有するエンクロージャ１１４を見るために使用され得る。この機械加工アセンブリ１２０は、少なくとも１つのツール・ホルダ１２２、スピンドル１２４、及びカウンタ・スピンドル１２５を含む。１つ又は複数のツール・ホルダ１２２は、下記に見られるように、電動式の移動可能なスライド又はコームの上に取り外し可能に装着される。
【００５１】
機械加工アセンブリ１２０は、移動可能なスライド１３０の上に装着されている。図では、この移動可能なスライド１３０は、引き出しの形態になっている。好ましくは、スライド１３０は、受容部を形成しており、受容部は、任意の潤滑液体、とりわけ、オイル、及び、機械加工アセンブリによるワークピースの機械加工から結果として生じる材料の切粉を回収することが可能である。前記移動可能なスライド１３０がエンクロージャ１１４から外へ移動されること、及び、エンクロージャの中へ移動して戻されることを可能にするために、前記スライドは、ガイド手段１３２の上に装着されている。とりわけ、これらのガイド手段１３２は、レールの形態であることが可能である。
【００５２】
機械加工アセンブリ１２０は、サポート・ベース１２６の上に配置されており、サポート・ベース１２６の上には、スピンドル１２４及びカウンタ・スピンドル１２５が、取り外し可能な１つ又は複数のツール・ホルダ１２２とともに装着されている。サポート・ベース１２６は、移動可能なスライド１３０の上に直接的に受けられる。したがって、単に、サポート・ベース１２６を移動可能なスライド１３０から分離させ、別の機械加工アセンブリ１２０を装備している新しいサポート・ベース１２６を同じ場所に位置決めすることによって、機械加工モジュールの完全な機械加工アセンブリ１２０を変更させることが可能であるということがわかる。
【００５３】
また、機械加工モジュール１１０は、電気的なキャビネットを含み、電気的なキャビネットは、図には示されていないが、たとえば、後方壁部１１２ｅの上に位置付けされている。この電気的なキャビネットは、エンクロージャ１１４の中に、又は、エンクロージャ１１４の外側に配置されている。また、エンクロージャ１１４は、移動可能なスライド１３０の下に切粉トレイ１２８を含み、また、切粉トレイ１２８の下にオイル・パン１２９を含む。専用トレイ１２８及びパン１２９の中にオイル及び切粉を回収するために、スライド１３０の底部は、孔部が設けられている。スライドに固定されたシュートが、切粉をガイドするために設けられ得る。
【００５４】
また、機械加工モジュール１１０には、ヒューム抽出システムが設けられており、ヒューム抽出システムは、エンクロージャの中に存在しており、ヒューム抽出煙突１４０を装備している。
【００５５】
それぞれの機械加工モジュール１１０の動作の状態を視覚的に制御することを助けるために、有利には、信号ランプ１４２（図１から図３を参照）などのような、動作の状態の視覚的なインジケータが設けられている。
【００５６】
機械加工モジュール１１０は、機械加工されることとなるバーのマガジン１２７をさらに含み、マガジンは、機械加工アセンブリ１２０の後方において、エンクロージャ１１４の中に位置している。機械加工されることとなるバーのこのマガジン１２７は、武器カートリッジ・マガジンと同じ方式で、バーを１本ずつ機械加工アセンブリ１２０に供給する。したがって、機械加工されることとなるバーのこのマガジン１２７は、機械加工アセンブリ１２０のためのバー・フィーダを形成し、機械加工モジュール１１０の後方から（図の中の右側）、原材料を伴うワークピース・キャリア１２３を供給する。既に準備ができている、異なる直径及び／又は異なる材料のバーのバッチは、オペレータが迅速に及び容易にマガジン１２７を再び装填することを可能にする。
【００５７】
バーは、好ましくは、長さが１メートルよりも短い。機械加工されることとなるバーが極めて短いときには、マガジン１２７のフロア空間要件が低減されるだけでなく、バーの機械加工の間の振動も低減され、それは、機械加工プロセスの安定性、したがって、良好な品質の機械加工を確実にする。そのうえ、短いバーは、任意の特定のガイディングを必要とすることなく、ワークピース・キャリア１２３まで前方へ移動され得る。
【００５８】
図２は、本発明の実施形態によるセット・アップ・モジュール２１０を示している。このセット・アップ・モジュールのエレメントの数は、機械加工モジュール１１０のものと同様又は同一であり、さらに詳細には説明されないこととなる。セット・アップ・モジュール２１０は、とりわけ、スライド２３０を含み、スライド２３０は、保護カバー２１２の中で移動可能であり、機械加工エレメントの取り外し又は挿入、とりわけ、下記に詳述されているそのワークピース・キャリア、カウンタ・スピンドル２２５、及びツール・ホルダを備えた、スピンドル１２４と同様のスピンドルの取り外し又は挿入を可能にする。エレメント２４０は、ヒューム抽出煙突であり、２４２は、セット・アップ・モジュールが動作しているか又は停止されているかということを示すライトである。図１に関連して説明されている機械加工モジュールのすべての他のエレメントが、セット・アップ・モジュールの中に存在していることが可能である。このモジュールは、大量のワークピースを大量生産するように意図されていないが、それにもかかわらず、高速生産又は大量生産を意図した特定のエレメントを簡略化することが可能である。たとえば、より小さい又はより遅いバー・フィーダ、より小さいオイル回収パン及び空気回収コンテナなどを提供することが可能である。
【００５９】
そのうえ、セット・アップ・モジュール２１０は、前記セット・アップ・モジュールの上で機械加工をセット・アップし、作り出されるワークピースの品質をチェックするために、少なくとも１つの高解像度カメラ及び／又は少なくとも１つのセンサを含む（機械加工モジュール１１０には設けられていない）。このセンサは、１つ又は複数の高解像度及び／又は高周波カメラなどに基づいて、たとえば、フィーラー、表面インジケータ、ゲージ、高さ測定コラム、ビジョン・システムを含むことが可能である。測定結果は、１つ又は複数のスクリーン２６１の上に表示され得る。
【００６０】
ツールは、ツール・グループ１２２０の中に分配されており、それぞれのツール・グループは、互いに隣り合った１つ又は複数のツールを含む。１つ又は複数のツール・グループは、同じツール・ホルダ１２２に固定されている。マシンは、いくつかのツール・ホルダ１２２を含むことが可能である。前記ツール・ホルダのうちの少なくとも１つは、たとえば、ピンを使用して、セット・アップ・モジュール２１０又は機械加工モジュール１１０の移動可能なスライド（コームと称される）の上に取り外し可能に装着されている。これは、図３に概略的に示されているように、ツール・ホルダ１２２を一方のモジュールから他方のモジュールへ移送することが可能であるということを意味している。同様に、ワークピース・キャリア１２３は、取り付けデバイス１２３２を使用して、セット・アップ・モジュール２１０及び機械加工モジュール１１０の上に取り外し可能に装着され、それが一方のモジュールから他方のモジュールへ移送され得るようになっている。位置補正デバイスは、有利には、下記に開示されているように、ワークピース・キャリアに対するツール・ホルダ又はそれぞれのツール・ホルダの相対的位置を補償するために使用され得る。
【００６１】
１つ又は複数のツールは、対応するツール・ホルダの上に取り外し可能に装着され得る。ツール・ホルダ１２２に対するそれぞれのツールの相対的位置、及び／又は、カッティング・エッジの位置は、たとえば、設置エラーの場合に、測定及び補正エレメントによって適切な数値的補正を適用するために、数値的に測定されて記憶され得、測定及び補正エレメントは、それ自体は知られており、ツール・ホルダの位置補償手段とは異なっている。
【００６２】
ワークピース・キャリア１２３は、たとえば、ガイド・ブッシュを含むことが可能であり、すなわち、それ自身で材料を保持することができるスピンドル、マンドレル、又はクランプによって保持される材料のバーをガイドすることができるエレメントを含むことが可能である。有利には、ワークピース・キャリアは、クランプへ変換され得るガイド・ブッシュを含むことが可能である。
【００６３】
したがって、機械加工平面をセット・アップした後に、取り外し可能なツール・ホルダ１２２及び取り外し可能なワークピース・キャリア１２３は、セット・アップ・モジュール２１０から機械加工モジュール１１０へ移送され得る。これは、セット・アップの間にテスト及び承認された品質及び結果が得られることを可能にしたツール・ホルダ及びワークピース・キャリアによって、機械加工が実施されることとなるということを確実にする。このように、ツール・ホルダの変更から結果として生じる不具合、又は、ワークピース・キャリアを変更することから結果として生じる不具合が回避される。有利には、特定のワークピースのセット・アップのために使用されたツール・ホルダ及びワークピース・キャリアが、前記ワークピースに関連付けられ、また、在庫の中のワークピースのワークピース・プログラムと関連付けられ、前記ワークピースを機械加工するためだけに使用される。このキットは、前記ワークピースの２つのバッチの機械加工の間に保管されている。
【００６４】
図４は、２つのツール・ホルダ１２２及び１つのワークピース・キャリア１２３を、モジュールの上に、たとえば、セット・アップ・モジュール又は機械加工モジュールの上に装着することを、概略的に示している。それぞれのツール・ホルダ１２２は、電動式の様式でその位置を移動及び補正することができるように、取り付けデバイス１２２３によって、モジュール１１０又は２１０のスライド（コーム）に取り付けられている。したがって、スライドに対するツール・ホルダ１２２の位置決めのエラー、又は、セット・アップ・マシンの上での位置決めに対する位置決めの差は、対応する様式でスライドの移動を修正することによって補償される。
【００６５】
それぞれのツール・ホルダ１２２は、位置決め基準１２２１をさらに含み、たとえば、それに限定されないが、下記に開示されているように、ターゲット・キャリア１２２２の上に装着されている光学的なターゲットをさらに含む。有利には、マシンがいくつかのスライド（コーム）の上にいくつかのツール・ホルダ１２２を含むときに、いくつかの異なる位置決め基準が設けられることとなる。同様に、ワークピース・キャリア１２３は、取り付けデバイス１２３２によって装着されており、また、位置決め基準１２３１、たとえば、下記に詳述されている別の光学的なターゲットを含む。それぞれのツール・ホルダ及びワークピース・キャリアにリンクされた位置決め基準の相対的位置決めは、たとえば、フレームにリンクされたビジョン・システムによって制御され得、それは、位置決め基準１２２１と１２３１との間で、Ｘ軸及びＹ軸に沿って距離を測定することを可能にする。有利な実施形態では、システムは、所定の方向へのツール・ホルダ・スライド移動を制御し、イメージの中で測定される移動の実際の方向とターゲット方向との間の差シータを測定する。したがって、Ｘ軸及びＹ軸の直交性エラーを補償することを可能にする。
【００６６】
セット・アップの間に使用された値に対応する、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアの相対的位置決め及び配向を機械加工の間に得るために、このように測定される位置決め及び移動の方向のエラーは、たとえば、前記ツール・ホルダの軸線によって補償される。
【００６７】
図５は、２つの位置決め基準１２２１及び１２３１の部分的な断面の斜視図を示しており、２つの位置決め基準１２２１及び１２３１は、ツール・ホルダ及びワークピース・キャリアにそれぞれリンクされており、それらがモジュール１１０又は２１０のうちの１つの上に装着されるときに重ね合わせられる。モジュール１１０又は２１０のフレームにリンクされている固定位置決め制御デバイス１２１が、２つのターゲット１２２１及び１２３１の間の正しい相対的位置決めをチェックするために使用され得、また、セット・アップ・マシンの上で使用される位置決めに対するこの位置決めの任意のエラー又は差を補償するために使用され得る。位置決め制御デバイス１２１は、顕微鏡レンズを設けられたカメラから構成することが可能であり、又は、異なる重ね合わせられた光学的なターゲット１２２１及び１２３１のイメージをキャプチャすることができ、それらの相対的位置決めをチェックするようになっている光学的なシステムから構成することが可能である。したがって、コンピュータ化されたビジョン・システムが、距離ｘ、ｙ、及び、ターゲット１２２１と１２３１との間の移動方向シータのエラーを測定するために使用され得、前記エラーを補償するようになっている。
【００６８】
また、あまり有利ではないが、ツール・ホルダ又はワークピース・キャリアに固定された位置決め制御デバイス、たとえば、カメラを設けるということも可能である。しかし、この解決策は、それぞれのツール・ホルダ又はキャリアに関して、制御デバイスを必要とする。
【００６９】
また、同様に、カウンタ・スピンドル１２５の上のワークピース・キャリアにリンクされたターゲットと、カウンタ動作で１つ又は複数のツール・ホルダにリンクされたターゲットとを設けることも可能であり、互いに対する、及び／又は、メイン・ワークピース・キャリア１２３に対する、これらのエレメントの位置決めを制御するようになっている。
【００７０】
図６は、ワークピース・キャリア１２３（たとえば、ガイド・ブッシュ又はスピンドル）に関連付けられたターゲット１２３１と、１つ又は複数のツール・ホルダ１２２に関連付けられた１つ又は複数のターゲット１２２１との重ね合わせを概略的に示している。示されているように、ワークピース・キャリアに関連付けられたターゲット１２３１は、ガイド・ブッシュ１２３に対してオフセットされた位置に装着されており、それにもかかわらず、前記ターゲットの軸線は、ガイド・ブッシュの軸線と平行になっている。同様に、それぞれのツール・ホルダ１２２の上に装着されているターゲット１２２１は、ターゲット・キャリア１２２２によってオフセットされている。ツール・ホルダの位置補正デバイスは、モータ１２２４を含み、モータ１２２４には、エンコーダ１２２５が設けられており、エンコーダ１２２５は、Ｘ軸に沿って、それぞれのツール・ホルダの位置Ｘｍを補正するために使用され得、機械加工の間にツール・ホルダを移動させ、ターゲット１２２１−１２３１の任意のＸ位置決めエラーを考慮するようになっている。同様に、エンコーダ１２２７を設けられたモータ１２２６が、Ｙ軸に沿って、それぞれのツール・ホルダの位置Ｙｍを修正するために使用され得、ターゲット１２２１−１２３１の任意のＹ位置決めエラーを補正するようになっている。エレメント１２２０は、Ｘ及びＹに沿って移動可能なツール・ホルダの上のツール・グループであり、一方、前記ツール・ホルダの上に装着されているツールのうちの１つの先端部は、基準１２２８によって示されている。示されているように、ツール・ホルダの基準に対するこの先端部の位置は、コンピュータによって測定及び記憶され得る。また、Ｘ−Ｙ平面における配向の補正が、予測され得る。
【００７１】
ターゲット１２２１及び１２３１は、たとえば、十字形状若しくは星形形状のパターンを含むことが可能であり、又は、線形のＸ軸及びＹ線に沿って、重ね合わせられたターゲットのアライメントをチェックすること、並びに、ワークピース・キャリアにリンクされている、座標規準系におけるターゲット１２３１の移動方向シータをチェックすることを助ける他のパターンを含むことが可能である。これらのパターンは、たとえば、ガラス基板の上のフォトリソグラフィーによってプリントされ得る。また、それぞれのターゲットに関する一意的な識別、たとえば、シリアル番号、バーコード、データグラムなどをプリントすることが可能であり、それぞれのターゲットを容易に識別するようになっており、したがって、前記ターゲットに関連付けられたツール・ホルダ又はワークピース・キャリアを容易に識別するようになっており、したがって、特定のワークピースがツール・ホルダ及び関連のワークピース・キャリアによって正しく機械加工されることを確実にする。また、一意的なツール・ホルダ識別は、数値制御１２１１のコンピュータ・メモリの中において、前記ツール・ホルダと関連付けられたパラメータ、たとえば、オフセット値、ゼロ値などを見出すために使用され得る。
【００７２】
図７は、位置決め検証システムの実施形態を概略的に示している。この例では、位置決め制御デバイスは、ターゲット１２２１及び１２３１の一方の側部に、顕微鏡レンズ１２１３及びＣＣＤカメラ１２１を含み、ターゲットの他方の側部に、照明１２１２を含む。照明１２１２によって発生される光は、重ね合わせられたターゲットを通過し、ＣＣＤカメラ１２１に到達し、ＣＣＤカメラ１２１は、レンズ１２１３によって拡大されたイメージ又はイメージのシーケンスをキャプチャする。ビジョン・モジュール１２１０、たとえば、コンピュータ・プログラムは、ターゲットのアライメントをチェックするために、ＣＣＤカメラによってキャプチャされたイメージを処理する。このモジュールによって提供される結果は、数値制御１２１１に送信され得、数値制御１２１１は、セット・アップ・モジュール又は機械加工モジュールを制御し、また、モータ１２２６及び１２２４を制御するために使用され得、観察されるエラーを補償するように、機械加工の間に、１つ又は複数のツール・ホルダを移動させるようになっている。また、たとえば、マイクロメータ・スクリューを使用して、マニュアル位置補正メカニズムが実装され得る。変形例では、セット・アップ・モジュールの中の位置決めエラーは、補正されないか、又は、完全には補正されないが、問題のターゲットに関して記憶され、機械加工モジュールの上での生産の間にこのエラーを再現するようになっている。
【００７３】
図８は、位置決め検証システムの別の実施形態を概略的に示している。この例では、位置決め制御デバイスは、同軸の照明を備えた顕微鏡レンズ１２１４を含み、また、ターゲット１２２１及び１２３１に対して同じ側部にＣＣＤカメラ１２１を含む。照明によって発生される光は、重ね合わせられたターゲットによって反射され、ＣＣＤカメラ１２１に到達し、ＣＣＤカメラ１２１は、レンズ１２１４によって拡大されたイメージ又はイメージのシーケンスをキャプチャする。上記のように、ビジョン・モジュール１２１０、たとえば、コンピュータ・プログラムは、ターゲットの位置決めをチェックするために、並びに、数値制御１２１１を介して補正を実施又は記憶するために、ＣＣＤカメラによってキャプチャされたイメージを処理する。
【００７４】
他の位置決め基準も、ワークピース・キャリアに対する１つ又は複数のツール・ホルダの位置決めをチェックするために予測され得る。非限定的な例として、容量式システム、誘導式システム、若しくは磁気抵抗システム、又は機械的なフィーラーが、このために実装され得る。
【符号の説明】
【００７５】
１１０  機械加工モジュール
１１２、２１２  保護カバー
１１２ａ  側壁部
１１２ｂ  側壁部
１１２ｃ  上部壁部
１１２ｄ  フレームにリンクされている底部壁部
１１２ｅ  後方壁部
１１２ｆ  前方壁部
１１４  エンクロージャ
１２０  機械加工アセンブリ
１２１  位置決め制御デバイス
１２１０  ビジョン・モジュール
１２１１  数値制御
１２１２  照明
１２１３  顕微鏡レンズ
１２１４  同軸の照明を備えたレンズ
１２２  取り外し可能なツール・ホルダ
１２２０  ツール・グループ
１２２１  ツール・ホルダの位置決め基準、たとえばターゲット
１２２２  ターゲット・キャリア
１２２３  ツール・ホルダ取り付けデバイス
１２２４  ツール・ホルダのＸ位置補正デバイス（モータ）
１２２５  モータ１２２４のエンコーダ
１２２６  ツール・ホルダのＹ位置補正デバイス（モータ）
１２２７  モータ１２２６のエンコーダ
１２２８  ツールのうちの１つの先端部
１２３  ワークピース・キャリア（ガイド・ブッシュ、マンドレル及び／又はクランプ）
１２３１  ワークピース・キャリアの位置決め基準、たとえばターゲット
１２３２  ワークピース・キャリア取り付けデバイス
１２４  スピンドル
１２５、２２５  カウンタ・スピンドル
１２６  サポート・ベース
１２７  機械加工されることとなるバーのマガジン
１２８、２２８  切粉トレイ
１２９  オイル・パン
１３０、２３０  移動可能なスライド
１３２  ガイドレール
１４０、２４０  ヒューム抽出煙突
１４２、２４２  信号ランプ
２１０  セット・アップ・モジュール
２６０  センサ又はカメラ
２６１  スクリーン
【図１】
0006796640.tif 000002
【図２】
0006796640.tif 000003
【図３】
0006796640.tif 000004
【図４】
0006796640.tif 000005
【図５】
0006796640.tif 000006
【図６】
0006796640.tif 000007
【図７】
0006796640.tif 000008
【図８】
0006796640.tif 000009