(57)【要約】【課題】外乱に影響されることのない、高精度のポジションセンサ及びこれを使用したＮＣ工作機械を提供する。【解決手段】固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサ。走査するビーム光がテレセントリック光学系をなすとともに、固定体側には走査するビーム光の一部を遮光するスリットＳが設けられており、走査するビーム光の走査開始時からスリットにより遮光されるまでの時間を測定することにより固定体側と移動体側との相対位置を検出する。【選択図】　図１
2004077380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサにおいて、
前記走査するビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすとともに、前記固定体側には前記走査するビーム光の一部を遮光するスリットが設けられており、前記走査するビーム光の走査開始時からスリットにより遮光されるまでの時間を測定することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出することを特徴とするポジションセンサ。
【請求項２】
前記光反射手段はコーナーキューブプリズムであり、前記固定体側と移動体側との相対距離を検出する請求項１に記載のポジションセンサ。
【請求項３】
前記光反射手段は平面鏡であり、前記固定体側と移動体側との相対傾斜角度を検出する請求項１に記載のポジションセンサ。
【請求項４】
請求項２に記載のポジションセンサと請求項３に記載のポジションセンサとを有し、前記固定体側と移動体側との相対距離と相対傾斜角度とが同時に検出可能であることを特徴とするポジションセンサ。
【請求項５】
固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサにおいて、
前記走査するビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすとともに、前記固定体側には前記走査するビーム光の一部を分割するとともに、該分割されたビーム光を検出する第一のタイミング検出手段が設けられており、
前記固定体側には更に前記走査するビーム光の前記移動体側からの反射光を検出する第二のタイミング検出手段が設けられており、
前記走査するビーム光の前記第一のタイミング検出手段と前記第二のタイミング検出手段とで受光する時間差を測定することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出することを特徴とするポジションセンサ。
【請求項６】
前記光反射手段はコーナーキューブプリズムであり、前記固定体側と移動体側との相対距離を検出する請求項５に記載のポジションセンサ。
【請求項７】
前記光反射手段は平面鏡であり、前記固定体側と移動体側との相対傾斜角度を検出する請求項５に記載のポジションセンサ。
【請求項８】
請求項６に記載のポジションセンサと請求項７に記載のポジションセンサとを有し、前記固定体側と移動体側との相対距離と相対傾斜角度とが同時に検出可能であることを特徴とするポジションセンサ。
【請求項９】
固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサにおいて、
前記走査するビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすとともに、前記固定体側の出射側には前記走査するビーム光の一部を遮光する第一のスリットが設けられており、前記固定体側の入射側には前記走査するビーム光の一部を遮光する第二のスリットが設けられており、前記走査するビーム光が第一のスリットにより遮光されてから第二のスリットにより遮光されるまでの時間を測定することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出することを特徴とするポジションセンサ。
【請求項１０】
前記光反射手段はコーナーキューブプリズムであり、前記固定体側と移動体側との相対距離を検出する請求項９に記載のポジションセンサ。
【請求項１１】
前記光反射手段は平面鏡であり、前記固定体側と移動体側との相対傾斜角度を検出する請求項９に記載のポジションセンサ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のポジションセンサと請求項１１に記載のポジションセンサとを有し、前記固定体側と移動体側との相対距離と相対傾斜角度とが同時に検出可能であることを特徴とするポジションセンサ。
【請求項１３】
刃物保持部とワーク保持台との三次元方向の相対位置を数値制御可能なＮＣ工作機械において、
ワーク保持台には定点（ワーク側の定点）が、刃物保持部には定点（刃物側の定点）がそれぞれ設けられており、
前記ワーク側の定点と刃物側の定点とが所定の距離離れて位置するように設定された際に、前記ワーク側の定点と刃物側の定点との経時的な相対位置及び／又は相対角度が請求項１〜１２のいずれか１項に記載されたポジションセンサにより測定され、該測定結果に基づいて前記ワーク側の定点と刃物側の定点との相対位置及び／又は相対角度が補正できるようになっていることを特徴とするＮＣ工作機械。
【請求項１４】
前記刃物保持部には複数の定点（刃物側の定点）が設けられている請求項１３に記載のＮＣ工作機械。
【請求項１５】
前記ワーク側の定点と刃物側の定点とが複数の所定の距離離れて位置するように複数回設定される請求項１３又は１４のいずれかに記載のＮＣ工作機械。
【請求項１６】
前記ワーク側の定点と刃物側の定点のいずれか一方には測定ヘッドが、他方には光反射素子が配されている請求項１３、１４又は１５のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械。
【請求項１７】
前記ワーク保持台から離れた位置には第二のワーク保持台が設けられるとともに、該第二のワーク保持台には定点（ワーク側の第二定点）が設けられており、
前記ワーク側の定点とワーク側の第二定点とが所定の距離離れて位置するように設定された際に、前記ワーク側の定点とワーク側の第二定点との経時的な相対位置及び／又は相対角度が測定され、該測定結果に基づいて前記ワーク側の定点とワーク側の第二定点との相対位置及び／又は相対角度が補正できるようになっている請求項１３、１４、１５又は１６のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械。
【請求項１８】
前記経時的な相対位置及び／又は相対角度の測定値が所定の閾値を超えると位置の警報及び／又は角度の警報が発せられる請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械。
【請求項１９】
前記経時的な相対位置の測定値から変化量の振幅と周期とが振動成分として演算され、該演算結果より装置異常又は加工異常の有無が判別される請求項１３〜１８のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポジションセンサ及びこれを使用したＮＣ工作機械に係り、特に、外乱の影響を受けにくいポジションセンサ、及びこれを使用し、刃物とワークとの相対位置の制御を正確に行えるＮＣ工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザー光等の光を利用したポジションセンサが知られている。一例として、図１８に示される構成のポジションセンサについて説明する。レーザー光源（ＬＤ）２４０より出射したレーザー光は、集光レンズ２４２、光ファイバー２４４を経てコリメートレンズ２４６に入射し、コリメートレンズ２４６により平行な光束にされてビームスプリッター２４８に入射する。
【０００３】
ビームスプリッター２４８に入射した光束は直進する透過光と、垂直に曲げられる反射光とに分離される。透過光は光反射素子２２２のうちコーナーキューブプリズム２２２Ａにより反射されて、位置検出素子（ＰＳＤ）２５４に入射する。
【０００４】
コーナーキューブプリズム２２２Ａが光軸の垂直方向にΔＰだけ変位すると、位置検出素子（ＰＳＤ）２５４上では、コーナーキューブプリズム２２２Ａからの反射光は２ΔＰ変位する。したがって、２倍の分解能で変位を検出できる。
【０００５】
一方、ビームスプリッター２４８からの反射光は、更に薄膜ビームスプリッター２５０で垂直に曲げられ、前記の直進する透過光と平行をなす光束となって、光反射素子２２２のうち平面鏡であるミラー２２２Ｂにより反射されて、位置検出素子（ＰＳＤ）２５２に入射する。
【０００６】
このとき、位置検出素子（ＰＳＤ）２５２とミラー２２２Ｂとの間の距離をＨとすると、ミラー２２２Ｂの光軸に対する角度変化ΔΘはΔΘ＝ｔａｎ−１（ΔＱ／Ｈ）となる。ここで、ΔＱは位置検出素子（ＰＳＤ）２５２上での反射光の変位とする。
【０００７】
位置検出素子（ＰＳＤ）２５２及び位置検出素子（ＰＳＤ）２５４で検出した光束は、図示しない制御部により処理され各測定点の位置データ、角度データが得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザー光等の光を利用したポジションセンサは外乱の影響を受けて精度誤差を生じるという問題点がある。特に、マシニングセンタ等の工作機械に使用した場合、加工により生じる熱、切削油剤の飛散、切削粉等の飛散等により精度誤差を生じ易い。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、外乱に影響されることの少ない、高精度のポジションセンサを提供することを目的とする。
【００１０】
また、従来、ＮＣ工作機械において、刃物とワークとの相対位置の制御は、ＣＮＣ部より刃物及びワークの位置データが出力され、アクチュエータ、たとえばステッピングモータ、ボールねじ等を介してそれぞれが位置決めされることにより行われる。すなわち、フィードフォワード制御がなされているのが一般的であった。
【００１１】
しかしながら、ＮＣ工作機械において、前記のような従来のフィードフォワード制御には、以下に説明する問題点がある。
【００１２】
１）モータ等の発熱による装置の熱変形、加工によるワークの熱変形等により、刃物とワークとの相対位置が設定値と実際の位置とで誤差を生じ、その結果ワークの加工精度が低下する。
【００１３】
２）装置が大型化したり、重負荷の加工をしたり、装置のコンプライアンス（剛性）が不十分だったりした場合、刃物がワークから逃げてしまい、刃物とワークとの相対位置が設定値と実際の位置とで誤差を生じ、その結果ワークの加工精度が低下する。
【００１４】
３）地震、ワークの変形、等による異常振動等があった場合でも、モータ等の負荷異常でなければ、検出できないことが多い。
【００１５】
このような問題点に対処するためには、フィードバック制御方式の導入が考えられるが、ＮＣ工作機械の作業環境、たとえば、切削油、切り屑、粉塵等に耐え得る制御方式の導入は容易ではない。
【００１６】
たとえば、特開平９−１０８９９２号公報は、刃物台やワーク台の温度を測定して装置の変形量を推定する構成を提案しているが、実際の変形量を計測していないので誤差が大きいという問題がある。
【００１７】
また、特公平７−３１０５４号公報は、レーザー光等を二次元位置検出素子等に投影して位置ズレを検出する構成を提案しているが、レーザー光等が通過する空気の揺らぎや擾乱により誤差が生じるという問題がある。
【００１８】
したがって、従来の装置を超える、加工精度が高く、無人運転にも耐え得る、制御性のよいＮＣ工作機械が求められていた。
【００１９】
本発明は、上記のポジションセンサを使用することにより、加工精度が高く、異常振動等の早期発見が容易で、制御特性の良好なＮＣ工作機械を提供することをも目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサにおいて、前記走査するビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすとともに、前記固定体側には前記走査するビーム光の一部を遮光するスリットが設けられており、前記走査するビーム光の走査開始時からスリットにより遮光されるまでの時間を測定することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出することを特徴とするポジションセンサを提供する。
【００２１】
本発明によれば、ビーム光を走査させるとともに、このビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすので、従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサに比べて外乱の影響を受けにくい。この詳細については、後述する。また、相対位置（ビーム光光軸の垂直方向の相対位置）の検出は、スリットによりビーム光の一部を遮光し、走査するビーム光の走査開始時からスリットにより遮光されるまでの時間を測定することによりなされる。このような構成であれば、測定精度が向上する。更に、検出値に閾値を設けることにより、外乱の影響を受けても測定誤差を生じにくい。
【００２２】
なお、「固定体側」及び「移動体側」の名称は便宜的に付したものであり、この名称と反対に固定体側が移動するのであっても、移動体側が静止しているのであってもよい（以下、同じ）。
【００２３】
また、本発明は、固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサにおいて、前記走査するビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすとともに、前記固定体側には前記走査するビーム光の一部を分割するとともに、該分割されたビーム光を検出する第一のタイミング検出手段が設けられており、前記固定体側には更に前記走査するビーム光の前記移動体側からの反射光を検出する第二のタイミング検出手段が設けられており、前記走査するビーム光の前記第一のタイミング検出手段と前記第二のタイミング検出手段とで受光する時間差を測定することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出することを特徴とするポジションセンサを提供する。
【００２４】
本発明によれば、上記（請求項１に係る発明）と同様に、ビーム光を走査させるとともに、このビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすので、従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサに比べて外乱の影響を受けにくい（詳細は後述）。また、相対位置（ビーム光光軸の垂直方向の相対位置）の検出は、走査するビーム光の第一のタイミング検出手段（出射光を検出）と第二のタイミング検出手段（反射光を検出）とで受光する時間差を測定することによりなされる。このような構成であれば、測定精度が向上する。更に、検出値に閾値を設けることにより、外乱の影響を受けても測定誤差を生じにくい。
【００２５】
また、本発明は、固定体側より走査するビーム光を射出させるとともに、移動体側に設けられた光反射手段で前記ビーム光を反射させ、該反射光を前記固定体側で検出することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出するポジションセンサにおいて、前記走査するビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすとともに、前記固定体側の出射側には前記走査するビーム光の一部を遮光する第一のスリットが設けられており、前記固定体側の入射側には前記走査するビーム光の一部を遮光する第二のスリットが設けられており、前記走査するビーム光が第一のスリットにより遮光されてから第二のスリットにより遮光されるまでの時間を測定することにより前記固定体側と移動体側との相対位置を検出することを特徴とするポジションセンサを提供する。
【００２６】
本発明によれば、上記（請求項１及び請求項５に係る発明）と同様に、ビーム光を走査させるとともに、このビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすので、従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサに比べて外乱の影響を受けにくい（詳細は後述）。また、相対位置（ビーム光光軸の垂直方向の相対位置）の検出は、走査するビーム光が第一のスリットにより遮光されてから第二のスリットにより遮光されるまでの時間差を測定することによりなされる。このような構成であれば、測定精度が向上する。更に、検出値に閾値を設けることにより、外乱の影響を受けても測定誤差を生じにくい。
【００２７】
ここで、本発明の各構成によれば、従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサに比べて外乱の影響を受けにくい理由について説明する。
【００２８】
従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサの場合、レーザー光は、図２１（ａ）に示されるような断面の強度分布を示す。この状態で、レーザー光が光軸の垂直方向に所定距離だけ変位した場合、図２１（ｂ）に実線で示されるような断面の強度分布を示し、正確な変位量が得られないという問題がある。
【００２９】
これに対し、本発明の各構成においては、ビーム光を走査させるとともに、このビーム光が前記固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすようにされ、このような誤差は生じにくい。以下、図１９及び図２０を使用して説明する。なお、この場合、請求項９〜請求項１１の構成を例として使用する。
【００３０】
図１９（ａ）は、ビーム光を走査させた１スキャン分の光電変換素子に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す。ビーム光の１スキャン分で走査光はスリットにより２回遮光され暗部を生じている。図１９（ｂ）は、２回目に遮光される際に出力電圧が下がる部分（図１９（ａ）の破線内）を拡大して示すものである。また、図１９（ｃ）は、この状態に対応するビーム光Ｂ２とスリットＳとの位置関係を示す。図中の矢印は、ビーム光の走査方向を示す。なお、この構成の詳細は、後述する図９及び図１０に示される。
【００３１】
このように、光電変換素子５２の電圧としては、図１９（ｂ）に示されるような二次曲線状となるので、変曲点を微分回路により求め、これをＯＮ−ＯＦＦの切り替わり点とすれば測定誤差は極小とすることができる。
【００３２】
また、図２０（ａ）に示されるように外乱（ノイズ）によりスパイク状の電流欠落を生じることがある。これは、たとえば、ミストによりビーム光が部分的に遮られたり、熱擾乱等によりビーム光のパワーが部分的に欠落することにより生じる。このような場合、図２０（ａ）の破線内を拡大して示すと、図２０（ｂ）に示されるようになるが、バンドパスフィルタを使用すれば変曲点を正確に求めることができる。したがって、外乱による影響を受けにくいと言える。
【００３３】
また、本発明は、刃物保持部とワーク保持台との三次元方向の相対位置を数値制御可能なＮＣ工作機械において、ワーク保持台には定点（ワーク側の定点）が、刃物保持部には定点（刃物側の定点）がそれぞれ設けられており、前記ワーク側の定点と刃物側の定点とが所定の距離離れて位置するように設定された際に、前記ワーク側の定点と刃物側の定点との経時的な相対位置及び／又は相対角度が測定され、該測定結果に基づいて前記ワーク側の定点と刃物側の定点との相対位置及び／又は相対角度が補正できるようになっていることを特徴とするＮＣ工作機械を提供する。
【００３４】
本発明によれば、ワーク側の定点と刃物側の定点とが位置設定された際に、両者の経時的な相対位置及び／又は相対角度が測定される。なお、ここに言う測定とは、実測のみならず実測値より相対位置及び／又は相対角度が演算されることをも含む。
【００３５】
この測定結果に基づいてフィードバック制御が行われ、ワーク側の定点と刃物側の定点との経時的な相対位置及び／又は相対角度が補正できる。これにより、制御性が向上し、加工精度が高くなる等の性能向上が図れる。
【００３６】
なお、ワーク側の定点と刃物側の定点との経時的な相対位置及び／又は相対角度の変化は、「発明が解決しようとする課題」に記載のように、装置の熱変形、装置の残留応力、異常振動等のほか、装置の磨耗によっても生じる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るポジションセンサの好ましい実施の各形態について詳説する。
【００３８】
本発明のポジションセンサの第一の実施態様を図１、図２及び図５にしたがって説明する。図１は、固定体側に該当する測定ヘッド２０Ａの構成を示す。レーザー光源４０より出射したレーザー光は、コリメートレンズ４２を経てポリゴンミラー４３で走査され、反射鏡４４を経てＦΘレンズ４６に入射し、ＦΘレンズ４６により平行な光束にされてビームスプリッター４８に入射する。
【００３９】
ビームスプリッター４８に入射した光束は直進する透過光Ｂ１と、垂直に反射される反射光Ｂ３とに分離される。透過光Ｂ１は移動体側に該当する光反射素子２２のうちコーナーキューブプリズム２２Ａにより反射されて、この反射光Ｂ２はスリットＳ（図５（ａ）参照）を有するスリット板ＳＡ、ＦΘレンズ５０を経て光電変換素子５２に入射する。この透過光Ｂ１と反射光Ｂ２及び測定ヘッド２０Ａ、コーナーキューブプリズム２２Ａの位置関係が図２に斜視図で示される。
【００４０】
一方、ビームスプリッター４８により垂直に反射される反射光Ｂ３は、走査の開始点を検出する二分割フォトダイオード５４と走査の終了点を検出する二分割フォトダイオード５５とに入射する。
【００４１】
コーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向で原点位置にあるとき（移動がないとき）に、たとえば、走査された透過光Ｂ１の光束の中央にスリットＳが位置するように設定したとする。この場合、光電変換素子５２が受光する走査の１スキャンのうち中間点でのスリットＳの幅分の光が欠落することになる。
【００４２】
この状態で、コーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向にΔＰだけ変位すると、光電変換素子５２が受光する走査光のうち、スリットＳの幅分の光が欠落するタイミングは走査量のうち２ΔＰ分だけ変位する。図５は、この変位２ΔＰを検出する原理を示す。すなわち、図５（ｂ）に示される走査光を受けた光電変換素子５２に発生する出力電圧の時系列的な変化が図５（ｃ）に示される。
【００４３】
この構成によれば、ポリゴンミラー４３による１スキャンの時間は既知であるので、走査開始（二分割フォトダイオード５４で検出）よりスリットＳにより走査光が欠落することによる暗部発生までの時間を計測することにより、原点位置でのこの時間との比較により変位２ΔＰが算出できる。
【００４４】
なお、上記検出方法であれば二分割フォトダイオード５５（走査の終了点を検出する）は必須ではない。ただし、二分割フォトダイオード５４と二分割フォトダイオード５５とで１スキャン分の時間を計測したり、スリットＳによる走査光が欠落することによる暗部発生の時間より走査終了までの時間を計測することにより、変位２ΔＰを算出したりする場合には利用できる。
【００４５】
すなわち、本構成のように、走査開始よりスリットＳにより走査光が欠落することによる暗部発生までの時間を計測することにより変位２ΔＰを算出する方法と、スリットＳにより走査光が欠落することによる暗部が終了してから走査終了までの時間を計測することにより変位２ΔＰを算出する方法は同一思想に基づく。したがって、このような構成も本発明の均等範囲にあると言える。
【００４６】
次に、本発明のポジションセンサの第二の実施態様を図３、図４及び図５にしたがって説明する。なお、ポジションセンサの第一の実施態様（図１、図２参照）と同一、類似の部材については同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００４７】
図３は、固定体側に該当する測定ヘッド２０Ｂの構成を示す。ビームスプリッター４８の透過光Ｂ１は移動体側に該当する光反射素子２２のうちミラー２２Ｂにより反射されて、この反射光Ｂ２はスリットＳ（図５（ａ）参照）を有するスリット板ＳＡ、ＦΘレンズ５０を経て光電変換素子５２に入射する。この透過光Ｂ１と反射光Ｂ２及び測定ヘッド２０Ｂ、ミラー２２Ｂの位置関係が図４に斜視図で示される。図５（ｃ）は、光電変換素子５２に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す。
【００４８】
このとき、光電変換素子５２とミラー２２Ｂとの間の距離をＨとすると、ミラー２２Ｂの光軸に対する角度変化ΔΘはΔΘ＝ｔａｎ−１（ΔＱ／Ｈ）となる。ここで、ΔＱは光電変換素子５２等により検出される値に基づいて算出される反射光Ｂ２の変位（光軸に垂直な方向）とする。
【００４９】
次に、本発明のポジションセンサの第三の実施態様を図６及び図８にしたがって説明する。なお、ポジションセンサの第一の実施態様（図１、図２参照）及びポジションセンサの第二の実施態様（図３、図４参照）と同一、類似の部材については同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００５０】
図６は、固定体側に該当する測定ヘッド２０Ｃの構成を示す。レーザー光源４０より出射したレーザー光は、コリメートレンズ４２を経てポリゴンミラー４３で走査され、反射鏡４４を経てＦΘレンズ４６に入射し、ＦΘレンズ４６により平行な光束にされてビームスプリッター４８に入射する。
【００５１】
ビームスプリッター４８に入射した光束は直進する透過光Ｂ１と、垂直に反射される反射光Ｂ３とに分離される。透過光Ｂ１は移動体側に該当する光反射素子２２のうちコーナーキューブプリズム２２Ａにより反射されて、この反射光Ｂ２は直接光電変換素子５２に入射する。
【００５２】
一方、ビームスプリッター４８により垂直に反射される反射光Ｂ３は、走査の開始点を検出する二分割フォトダイオード５４に入射する。
【００５３】
コーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向で原点位置にあるとき（移動がないとき）に、たとえば、走査開始（二分割フォトダイオード５４で反射光Ｂ３を検出）より透過光Ｂ１が二分割フォトダイオード５２に入射するまでの時間が所定の値だったとする。
【００５４】
この状態で、コーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向にΔＰだけ変位すると、透過光Ｂ１がコーナーキューブプリズム２２Ａで反射し（Ｂ２になる）二分割フォトダイオード５２に入射するまでのタイミングは、走査量のうち２ΔＰ分だけ変位する。図８は、この変位２ΔＰを検出する原理を示す。すなわち、図８（ａ）に示される走査光を受けた光電変換素子５４及び光電変換素子５２に発生する出力電圧の時系列的な変化が図５（ｂ）に示される。
【００５５】
この構成によれば、ポリゴンミラー４３による１スキャンの時間は既知であり、また、原点位置での走査開始より透過光Ｂ１（反射光Ｂ２）が二分割フォトダイオード５２に入射するまでの所定の時間が既知であるので、走査開始（二分割フォトダイオード５４で検出）より透過光Ｂ１（反射光Ｂ２）が二分割フォトダイオード５２に入射するまでの時間を計測することにより、変位２ΔＰが算出できる。
【００５６】
なお、ポジションセンサの第一の実施態様（図１、図２参照）と同様に二分割フォトダイオード５５を設けてもよい。
【００５７】
次に、本発明のポジションセンサの第四の実施態様を図７及び図８にしたがって説明する。なお、ポジションセンサの第一の実施態様（図１、図２参照）等と同一、類似の部材については同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００５８】
図７は、固定体側に該当する測定ヘッド２０Ｄの構成を示す。レーザー光源４０より出射したレーザー光は、コリメートレンズ４２を経てポリゴンミラー４３で走査され、反射鏡４４を経てＦΘレンズ４６に入射し、ＦΘレンズ４６により平行な光束にされてビームスプリッター４８に入射する。
【００５９】
ビームスプリッター４８の透過光Ｂ１は移動体側に該当する光反射素子２２のうちミラー２２Ｂにより反射されて、この反射光Ｂ２は直接光電変換素子５２に入射する。図８（ｂ）は、光電変換素子５２に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す。
【００６０】
このとき、光電変換素子５２とミラー２２Ｂとの間の距離をＨとすると、ミラー２２Ｂの光軸に対する角度変化ΔΘはΔΘ＝ｔａｎ−１（ΔＱ／Ｈ）となる。ここで、ΔＱは光電変換素子５２等により検出される値に基づいて算出される反射光Ｂ２の変位（光軸に垂直な方向）とする。
【００６１】
次に、本発明のポジションセンサの第五の実施態様を図９及び図１１にしたがって説明する。なお、ポジションセンサの第一の実施態様（図１、図２参照）及びポジションセンサの第二の実施態様（図３、図４参照）と同一、類似の部材については同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００６２】
図９は、固定体側に該当する測定ヘッド２０Ｅの構成を示す。レーザー光源４０より出射したレーザー光は、コリメートレンズ４２を経てポリゴンミラー４３で走査され、反射鏡４４を経てＦΘレンズ４６に入射し、ＦΘレンズ４６により平行な光束にされて、スリットＳ（図５（ａ）参照）を有する第一のスリット板ＳＡ−１を経て出射光Ｂ１として出射され、移動体側に該当する光反射素子２２のうちコーナーキューブプリズム２２Ａにより反射されて、この反射光Ｂ２は、スリットＳ（図５（ａ）参照）を有する第二のスリット板ＳＡ−２、ＦΘレンズ５０を経て光電変換素子５２に入射する。図１１は、光電変換素子５２に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す。
【００６３】
コーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向で原点位置にあるとき（移動がないとき）に、たとえば、走査開始後に第一のスリット板ＳＡ−１のスリットＳにより光電変換素子５２が受光する反射光Ｂ２のスリットＳの幅分の光が欠落してから第二のスリット板ＳＡ−２のスリットＳの幅分の光が欠落するまでの時間がｔａだったとする（図１１（ａ））。
【００６４】
この状態で、コーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向にΔＰだけ変位すると、出射光Ｂ１がコーナーキューブプリズム２２Ａで反射し（Ｂ２になる）二分割フォトダイオード５２に入射するまでのタイミングは、走査量のうち２ΔＰ分だけ変位する。図１１（ａ）と（ｂ）は、この変位２ΔＰを検出する原理を示す。すなわち、図１１（ｂ）は、移動体側に該当するコーナーキューブプリズム２２Ａが光軸の垂直方向にΔＰだけ変位した状態で、光電変換素子５２が受光する反射光Ｂ２による出力電圧を示す。
【００６５】
走査開始後に第一のスリット板ＳＡ−１のスリットＳにより光電変換素子５２が受光する反射光Ｂ２のスリットＳの幅分の光が欠落するタイミングは図１１の（ａ）と（ｂ）とで異ならない。これに対し、第一のスリット板ＳＡ−１のスリットＳにより光電変換素子５２が受光する反射光Ｂ２のスリットＳの幅分の光が欠落してから第二のスリット板ＳＡ−２のスリットＳの幅分の光が欠落するまでの時間ｔａ、ｔｂは、図１１の（ｂ）では（ａ）より変位２ΔＰの分だけ長くなる。この時間差（ｔｂ−ｔａ）を計測することにより、変位２ΔＰが算出できる。なお、この実施態様では、二分割フォトダイオードが不用になるというメリットがある。
【００６６】
次に、本発明のポジションセンサの第六の実施態様を図１０及び図１１にしたがって説明する。なお、ポジションセンサの第一の実施態様（図１、図２参照）等と同一、類似の部材については同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００６７】
図１０は、固定体側に該当する測定ヘッド２０Ｆの構成を示す。レーザー光源４０より出射したレーザー光は、コリメートレンズ４２を経てポリゴンミラー４３で走査され、反射鏡４４を経てＦΘレンズ４６に入射し、ＦΘレンズ４６により平行な光束にされて、スリットＳ（図５（ａ）参照）を有する第一のスリット板ＳＡ−１を経て出射光Ｂ１として出射され、移動体側に該当する光反射素子２２のうちミラー２２Ｂにより反射されて、この反射光Ｂ２は、スリットＳ（図５（ａ）参照）を有する第二のスリット板ＳＡ−２、ＦΘレンズ５０を経て光電変換素子５２に入射する。図１１は、光電変換素子５２に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す。
【００６８】
このとき、光電変換素子５２とミラー２２Ｂとの間の距離をＨとすると、ミラー２２Ｂの光軸に対する角度変化ΔΘはΔΘ＝ｔａｎ−１（ΔＱ／Ｈ）となる。ここで、ΔＱは光電変換素子５２等により検出される値に基づいて算出される反射光Ｂ２の変位（光軸に垂直な方向）とする。
【００６９】
以上、本発明のポジションセンサの第一の実施態様から第六の実施態様に示された構成により、固定体側と移動体側との相対位置及び相対傾斜角度とが検出できる。
【００７０】
次に、添付図面に従って本発明に係るＮＣ工作機械の好ましい実施の各形態について詳説する。ＮＣ工作機械とは、数値制御により加工がなされる工作機械であり、マシニングセンタ、グラインディングセンタ、ＮＣ旋盤、ＮＣフライス盤、ＮＣ研削盤、ＮＣ中ぐり盤、ＮＣ歯切り盤、ＮＣボール盤等のみならず、ＮＣ制御による超音波加工機、放電加工機、ホーニング盤、等広く含むものである。
【００７１】
図１２〜図１５は、本発明に係るＮＣ工作機械１０の要部の構成を示す概念図である。各図に示されるように、ＮＣ工作機械１０は、主としてワークを保持するワーク保持台１４、ツール（刃物）を保持する主軸台２６、及び図示しない制御盤等とで構成されている。主軸台２６の先端には刃物保持部１２が位置しており、刃物保持部１２はスピンドル（主軸）２４を支持している。
【００７２】
図１２は、本発明の第一の実施態様を示すものであり、請求項１３に対応する。同図において、ワーク保持台１４にはワーク保持部１４ＡがＺ軸回りに回転自在に支持されている。また、ワーク保持台１４上面の所定位置には測定ヘッド２０が固定されており、これによりワーク側の定点１８を構成している。
【００７３】
主軸台２６先端の刃物保持部１２の側面には光反射素子２２が固定されており、これにより刃物側の定点１６を構成している。光反射素子２２は、コーナーキューブプリズム２２Ａとミラー２２Ｂとよりなる。ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６とは、Ｚ軸方向に所定距離Ｌだけ離して設定されている。
【００７４】
測定ヘッド２０より出射した光ビームは、コーナーキューブプリズム２２Ａとミラー２２Ｂとでそれぞれ反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される。この２本の反射光ビームにより、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６との相対位置及び／又は相対角度が測定される。測定ヘッド２０、光反射素子２２、及び測定原理の詳細については既述の通りである。
【００７５】
この測定結果により、ＣＮＣによる設定値と実測値との誤差が算出できる。同様に、実測値の経時的な変化が算出できる。一例として、実測値の経時的な変化（時間ｔ０〜ｔ１での変化）が次式で表される。
Ｘ方向の変位：Δｘ　＝（Ｘ２　−Ｘ１　）（ｔ１）−（Ｘ２　−Ｘ１　）（ｔ０）
Ｙ軸回り角度の変位：ΘＹ　＝β（ｔ１）−β（ｔ０）
上式において、ワーク側の定点１８の三次元座標は（Ｘ１　、Ｙ１　、Ｚ１　）であり、刃物側の定点１６の三次元座標は（Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２　）である。
【００７６】
これらの結果をもとに、各変位（Δｘ　、ΘＹ　）がそれぞれ０となるように、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６との経時的な相対位置及び／又は相対角度を補正すればよい。
【００７７】
なお、本実施態様において、ワーク側の定点１８に測定ヘッド２０を、刃物側の定点１６に光反射素子２２を配したが、これと逆の組み合わせ、すなわち、ワーク側の定点１８に光反射素子２２を、刃物側の定点１６に測定ヘッド２０を配する構成であってもよい（請求項１６に対応）。
【００７８】
図１３は、本発明のＮＣ工作機械の第二の実施態様を示すものであり、請求項１４に対応する。同図において、（ａ）は左側面図であり、（ｂ）は正面図である。なお、図１２と同一、類似の部材には同一の番号を付して、その説明を省略する。
【００７９】
ワーク保持台１４にはワーク保持部１４ＡがＺ軸回りに回転自在に支持されている。また、ワーク保持台１４上面の所定位置には測定ヘッド２０が固定されており、これによりワーク側の定点１８を構成している。
【００８０】
主軸台２６先端の刃物保持部１２の側面には光反射素子２２が固定されており、これにより刃物側の定点１６Ａを構成している。さらに、この刃物側の定点１６Ａの上方（Ｘ軸の正方向）Ｄだけ離れた位置に、同様の光反射素子２２が固定されており、これにより他の刃物側の定点１６Ｂを構成している。ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６Ａ及び他の刃物側の定点１６Ｂとは、Ｚ軸方向に所定距離Ｌだけ離して設定されている。
【００８１】
測定ヘッド２０より出射した光ビームは、刃物側の定点１６Ａで反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される。この反射光ビームにより、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６Ａとの相対位置及び／又は相対角度が測定される。次に、主軸台２６が距離Ｄだけ下方（Ｘ軸の負方向）に移動した後、測定ヘッド２０より出射した光ビームが、他の刃物側の定点１６Ｂで反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される（図の想像線を参照）。
【００８２】
上記一連の測定結果により、ＣＮＣによる設定値と実測値との誤差が算出できる。同様に、実測値の経時的な変化が算出できる。一例として、実測値の経時的な変化（時間ｔ０〜ｔ１での変化）が次式で表される。
他の刃物側の定点１６ＢのＸ方向の変位：Δｘ　＝（Ｘ２２−Ｘ１　）（ｔ１）−（Ｘ２２−Ｘ１　）（ｔ０）
刃物側の定点１６Ａと他の刃物側の定点１６Ｂとの間のＹ軸回り角度の変位：θＹ　＝β（ｔ１）−β（ｔ０）
上式において、ワーク側の定点１８の三次元座標は（Ｘ１　、Ｙ１　、Ｚ１　）であり、刃物側の定点１６Ａの三次元座標は（Ｘ２１、Ｙ２１、Ｚ２１）であり、他の刃物側の定点１６Ｂの三次元座標は（Ｘ２２、Ｙ２２、Ｚ２２）である。
【００８３】
これらの結果をもとに、各変位（Δｘ　、ΘＹ　）がそれぞれ０となるように、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６Ａ及び他の刃物側の定点１６Ｂとの相対位置及び／又は相対角度を補正すればよい。
【００８４】
図１３の構成は、図１２の構成と比較した場合、Ｘ軸上に複数の光反射素子２２を配置したので、光ビームと直角方向にあるＸ軸の経時的な相対位置及び／又は相対角度の補正が可能となる効果が得られる。
【００８５】
図１４は、本発明のＮＣ工作機械の第三の実施態様を示すものであり、請求項１５に対応する。なお、図１２、図１３と同一、類似の部材には同一の番号を付して、その説明を省略する。同図において、ワーク保持台１４にはワーク保持部１４ＡがＺ軸回りに回転自在に支持されている。また、ワーク保持台１４上面の所定位置には測定ヘッド２０が固定されており、これによりワーク側の定点１８を構成している。
【００８６】
主軸台２６先端の刃物保持部１２の側面には光反射素子２２が固定されており、これにより刃物側の定点１６を構成している。ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６とは、Ｚ軸方向に所定距離Ｌ１だけ離して設定されている。
【００８７】
測定ヘッド２０より出射した光ビームは、刃物側の定点１６で反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される。この反射光ビームにより、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６との相対位置及び／又は相対角度が測定される。次に、主軸台２６が距離Ｌ２だけ右方（Ｚ軸の正方向）に移動した後、測定ヘッド２０より出射した光ビームが、刃物側の定点１６で反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される（図の想像線を参照）。
【００８８】
上記一連の測定結果により、ＣＮＣによる設定値と実測値との誤差が算出できる。同様に、実測値の経時的な変化が算出できる。なお、一連の算出方法は、前記第二の実施態様に対し軸方向が異なるのみであることより、説明を省略する。
【００８９】
これらの結果をもとに、各変位（Δｘ　、ΘＹ　）がそれぞれ０となるように、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６との経時的な相対位置及び／又は相対角度を補正すればよい。
【００９０】
図１４の構成は、図１２の構成と比較した場合、Ｚ軸上に複数の所定距離を設定して測定したので、Ｚ軸の経時的な相対位置及び／又は相対角度の補正が可能となるという効果が得られる。
【００９１】
図１５は、本発明のＮＣ工作機械の第四の実施態様を示すものであり、請求項１７に対応する。なお、図１２、図１３、図１４と同一、類似の部材には同一の番号を付して、その説明を省略する。同図において、ワーク保持台１４にはワーク保持部１４ＡがＺ軸回りに回転自在に支持されている。また、ワーク保持台１４上面の所定位置には測定ヘッド２０が固定されており、これによりワーク側の定点１８を構成している。
【００９２】
主軸台２６先端の刃物保持部１２の側面には光反射素子２２が固定されており、これにより刃物側の定点１６を構成している。光反射素子２２は、コーナーキューブプリズム２２Ａとミラー２２Ｂとよりなる。ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６とは、Ｚ軸方向に所定距離Ｌだけ離して設定されている。
【００９３】
更に、ワーク保持台１４から離れた位置には第二のワーク保持台３０が設けられるとともに、この第二のワーク保持台３０には定点（ワーク側の第二定点）３２が設けられている。
【００９４】
このように第二のワーク保持台３０を設ける理由は、ワークを自動的に持ち替えて加工する等のためである。すなわち、ワーク保持台１４のワーク保持部１４Ａで保持している部分のワーク（通常は、一端部）は、そのままでは必然的に加工することはできない。そのため、加工済みの部分のワーク（通常は、他端部）を第二のワーク保持台３０のワーク保持部３０Ａで保持させ、その状態でワークを加工する。
【００９５】
このためには、ワーク保持台１４と第二のワーク保持台３０との相対位置関係が正確に把握できていなければならない。本発明の第四の実施態様は、このような課題に答えるためになされたものである。
【００９６】
図において、測定ヘッド２０より出射した光ビームは、刃物側の定点１６で反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される。この反射光ビームにより、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６との相対位置及び／又は相対角度が測定される。
【００９７】
同様に、測定ヘッド２０より出射した光ビームは、ワーク側の第二定点３２に設けられた光反射素子２２で反射され、測定ヘッド２０に戻って検出される。この反射光ビームにより、ワーク側の定点１８とワーク側の第二定点３２との相対位置及び／又は相対角度が測定される。
【００９８】
なお、ワーク側の定点１８とワーク側の第二定点３２との間の測定においては、光ビームが主軸台２６によって遮蔽されないよう、主軸台２６を上方に位置させて行う。
【００９９】
この測定結果により、ＣＮＣによる設定値と実測値との誤差が算出できる。同様に、実測値の経時的な変化が算出できる。一例として、実測値の経時的な変化（時間ｔ０〜ｔ１での変化）が次式で表される。
（１）ワーク側の第二定点３２の刃物側の定点１６に対する変位
Ｘ方向の変位：Δｘ　＝（Ｘ３　−Ｘ２　）（ｔ１）−（Ｘ３　−Ｘ２　）（ｔ０）＝（（Ｘ３　−Ｘ１　）（ｔ１）−（Ｘ２　−Ｘ１　）（ｔ１））−（（Ｘ３　−Ｘ１　）（ｔ０）−（Ｘ２　−Ｘ１　）（ｔ０））
Ｙ軸回り角度の変位：ΘＹ　＝（β３　−β２　）（ｔ１）−（β３　−β２　）（ｔ０）
（２）ワーク側の第二定点３２のワーク側の定点１８に対する変位
Ｘ方向の変位：Δｘ　＝（Ｘ３　−Ｘ１　）（ｔ１）−（Ｘ３　−Ｘ１　）（ｔ０）
Ｘ軸回り角度の変位：Θｘ　＝α２（ｔ１）　−α２（ｔ０）　
上式において、ワーク側の定点１８の三次元座標は（Ｘ１　、Ｙ１　、Ｚ１　）であり、刃物側の定点１６の三次元座標は（Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２　）であり、ワーク側の第二定点３２の三次元座標は（Ｘ３　、Ｙ３　、Ｚ３　）である。
【０１００】
これらの結果をもとに、それぞれの各変位（Δｘ　、ΘＹ　）がそれぞれ０となるように、ワーク側の定点１８と刃物側の定点１６及びワーク側の第二定点３２との経時的な相対位置及び／又は相対角度を補正すればよい。
【０１０１】
なお、各定点間の所定距離（たとえば、Ｄ、Ｌ）は、一般的にはＮＣ工作機械の各軸の位置データを用いるが、定点の位置に位置センサーを設けるとともに、距離データを保有して用いてもよい。
【０１０２】
次に、本発明のＮＣ工作機械の制御系の構成を図１６、図１７にしたがって説明する。本発明のポジションセンサの各実施態様での光電変換素子５２等で検出した光束は、図１６にブロック図で示される制御部により処理され各測定点の位置データ、角度データ、等が得られ、また、これらの各データにより、フィードバック制御が行われる。
【０１０３】
図１６において、光電変換素子５２等からの信号は演算器５８で演算され、位置データに変換され表示器６０に送られて位置表示をするとともに、インターフェース６２に送られ、工作機械ＣＮＣのインターフェース６４を経て工作機械ＣＮＣにおいてフィードバック制御がなされる。
【０１０４】
また、光電変換素子５２等からの信号は演算器５６で演算され、角度データに変換され表示器６０に送られて角度表示をするとともに、インターフェース６２に送られ、ＣＮＣのインターフェース６４を経て工作機械ＣＮＣにおいてフィードバック制御がなされる。
【０１０５】
変位／角度補正演算器６６には、インターフェース６４からの変位データ、角度データが、また、位置データカウント部７０からの現在位置データが入力され、経時的変化に対するＮＣ工作機械１０の各軸の補正移動量が演算される。
【０１０６】
その後、移動指令６８が発せられ、ＮＣ工作機械１０の各軸（刃物台、回転台、等）が移動することによって変位／角度の経時的変化の補正が完了する。この場合、変位／角度補正演算器６６で演算される補正値は、測定ヘッド２０で測定された変位／角度の量である。
【０１０７】
位置データカウント部７０での位置データは、インターフェース６４を経てインターフェース６２に送られ、移動距離データ７２に蓄積され、演算器（角度）５６で角度を演算する際に使用される。この角度は、角度測定用光電変換素子または４分割フォトダイオード５２の値と移動距離データ７２の値より算出される。
【０１０８】
演算器５８で演算された位置データは、周波数検出回路７４に送られ、フーリエ変換処理された後に比較器８２に送られ、記憶されている周波数別判断データ７６と比較され、振動解析結果として表示器８４に表示される。
【０１０９】
同様に、演算器５８で演算された位置データは、振幅変化検出回路７８に送られ、パターン処理された後に比較器８２に送られ、記憶されている振幅変化判断データ８０と比較され、振動解析結果として表示器８４に表示される。
【０１１０】
上記振動解析の詳細のフローが図１７のブロック図に示される。すなわち、図１７は、振幅解析手段の一実施例を示すブロック図であり、請求項１８及び請求項１９の発明を実現する手段である。
【０１１１】
ここで、請求項１８の発明は、経時的な相対位置及び／又は相対角度の測定値が所定の閾値を超えると位置の警報及び／又は角度の警報が発せられることを特徴とする。
【０１１２】
また、請求項１９の発明は、経時的な相対位置の測定値から変化量の振幅と周期とが振動成分として演算され、該演算結果より装置異常又は加工異常の有無が判別されることを特徴とする。
【０１１３】
図１７において、振動解析が開始されると（ステップ１００）、変位データの変動測定（ステップ１０２）の結果がＦＦＴ解析（ステップ１０４）と振幅変化パターン解析（ステップ１３０）とにそれぞれ送られる。前者においては周波数により分別され、後者においては波形のパターンにより分別される。
【０１１４】
ＦＦＴ解析（ステップ１０４）がなされた後、周波数別判断データによる分類（ステップ１０６）がなされる。この分類は、要因毎に分類される。たとえば、空気温度擾乱等（ステップ１０８）、電気ノイズ等（ステップ１１０）、モーター振動等（ステップ１１２）等である。周波数による分別は、周波数分類で考えられる要因データ（ステップ１１４）と対比することによりなされる。
【０１１５】
この結果は表示され（ステップ１１６）、また、データ変動は仕様精度範囲内であるか否かが判別される（ステップ１１８）。その結果、仕様精度範囲内である場合には、正常と判断され（ステップ１２０）、仕様精度範囲外である場合にはエラー警報が発せられる（ステップ１２２）。
【０１１６】
一方、波形のパターンにより分別される振幅変化パターン解析（ステップ１３０）の場合、パターン別判断データによる分類（ステップ１３２）がなされる。具体的には、振幅急変、緩増減、散発等である。この分類は、要因毎に分類される。たとえば、切削加工振動等（ステップ１３４）、軸受異常、アンバランス、ブレ（ステップ１３６）、刃物欠損等（ステップ１３８）等である。波形のパターンによる分別は、振幅変化パターン分類で考えられる要因データ（ステップ１４０）と対比することによりなされる。
【０１１７】
この結果は表示され（ステップ１１６）、また、データ変動は仕様精度範囲内であるか否かが判別される（ステップ１１８）。その結果、仕様精度範囲内である場合には、正常と判断され（ステップ１２０）、仕様精度範囲外である場合にはエラー警報が発せられる（ステップ１２２）。
【０１１８】
以上に説明した構成は、本発明の実施例であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各種の構成が採り得る。
【０１１９】
なお、光反射素子２２を公知資料である特開平１−５７１１１号に示されるように、２個のコーナーキューブプリズムと１個のミラーとで構成することにより、経時的な相対位置及び相対角度の全要素（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δα、Δβ、Δγ）が測定でき、かつ、これらの値の補正ができる。
【０１２０】
しかしながら、本発明の実施態様によれば、機械剛性、コンプライアンス、等の諸点より鑑み、より加工精度の高いＮＣ工作機械が提供できる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明（ポジションセンサ）によれば、ビーム光を走査させるとともに、このビーム光が固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすので、従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサに比べて外乱の影響を受けにくい。また、相対位置の検出は、スリットによりビーム光の一部を遮光し、走査するビーム光の走査開始時からスリットにより遮光されるまでの時間を測定することによりなされる。このような構成であれば、測定精度が向上する。
【０１２２】
また、本発明（ポジションセンサ）によれば、上記と同様に、ビーム光を走査させるとともに、このビーム光が固定体側と移動体側との間で平行な光束をなすので、従来のスポット状のレーザー光等を利用するポジションセンサに比べて外乱の影響を受けにくい。また、相対位置の検出は、走査するビーム光の第一のタイミング検出手段（出射光を検出）と第二のタイミング検出手段（反射光を検出）とで受光する時間差を測定することによりなされる。このような構成であれば、測定精度が向上する。
【０１２３】
また、本発明（ＮＣ工作機械）によれば、ワーク側の定点と刃物側の定点とが位置設定された際に、両者の経時的な相対位置及び／又は相対角度が測定される。この測定結果に基づいてフィードバック制御が行われ、ワーク側の定点と刃物側の定点との相対位置及び／又は相対角度が補正できる。これにより、制御性が向上し、加工精度が高くなる等の性能向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポジションセンサの第一の実施態様を示す概略図
【図２】図１の斜視図
【図３】本発明のポジションセンサの第二の実施態様を示す概略図
【図４】図３の斜視図
【図５】本発明のポジションセンサの第一及び第二の実施態様の原理を示す概念図
【図６】本発明のポジションセンサの第三の実施態様を示す概略図
【図７】本発明のポジションセンサの第四の実施態様を示す概略図
【図８】本発明のポジションセンサの第三及び第四の実施態様の原理を示す概念図
【図９】本発明のポジションセンサの第五の実施態様を示す概略図
【図１０】本発明のポジションセンサの第六の実施態様を示す概略図
【図１１】本発明のポジションセンサの第五及び第六の実施態様の原理を示す概念図
【図１２】本発明のＮＣ工作機械の第一の実施態様を示す概略図
【図１３】本発明のＮＣ工作機械の第二の実施態様を示す概略図
【図１４】本発明のＮＣ工作機械の第三の実施態様を示す概略図
【図１５】本発明のＮＣ工作機械の第四の実施態様を示す概略図
【図１６】本発明のＮＣ工作機械の制御部の一実施例を示すブロック図
【図１７】振幅解析手段の一実施例を示すブロック図
【図１８】従来例のポジションセンサの構成を示す概略図
【図１９】光電変換素子に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す図
【図２０】光電変換素子に発生する出力電圧の時系列的な変化を示す図
【図２１】レーザー光の強度分布を示す図
【符号の説明】
１０…ＮＣ工作機械、１２…刃物保持部、１４…ワーク保持台、１６…刃物側の定点、１８…ワーク側の定点、２０…測定ヘッド（固定体）、２２…光反射素子（光反射手段）、２４…スピンドル（主軸）、２６…主軸台、３０…第二のワーク保持台、３２…ワーク側の第二定点、３４…光反射素子、４３…ポリゴンミラー、５２…光電変換素子（タイミング検出手段）、５４…光電変換素子（タイミング検出手段）、Ｂ…ビーム光、Ｓ…スリット
【図１】
2004077380.tif 000003
【図２】
2004077380.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004077380.tif 000013
【図１２】
2004077380.tif 000014
【図１３】
2004077380.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004077380.tif 000017
【図１６】
2004077380.tif 000018
【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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