(57)【要約】【課題】  工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を計測することができて、加工寸法精度向上が可能な工作機械を提供する。【解決手段】  主軸６等のワーク支持体と、刃物台７等の工具支持体とを備え、両者を相対移動させて切削加工を行う工作機械に適用される。前記相対移動の方向（Ｘ軸方向）に沿う刃物台７の基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を計測する刃先・基準部間計測手段６１を設ける。刃先・基準部間計測手段６１は、例えば、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔとを同時撮影可能な撮像装置６２と、この撮像装置６４で同時撮影された画像を処理して前記距離Ｌ３を演算する画像処理手段６３とでなる。撮像装置６２は、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔとを別々に検出する２台としても、あるいは１台で移動させて検出するようにしても良い。【選択図】        図１
2012213840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを支持するワーク支持体と、工具を所定の基準部に取付けて支持する工具支持体とを備え、前記ワーク支持体と工具支持体とを相対移動させてワークに工具の先端を接触させてワークに対する切削加工を行う工作機械であって、
前記相対移動の方向に沿う前記工具支持体の前記基準部と前記工具の先端間の距離を計測する刃先・基準部間計測手段を設けたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記刃先・基準部間計測手段は、前記基準部と工具の先端とを同時撮影可能な撮像装置と、この撮像装置で同時撮影された前記基準部と工具の先端を含む画像を処理して前記基準部と工具の先端間の距離を演算する画像処理手段とでなる請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記刃先・基準部間計測手段は、前記基準部および前記工具の先端をそれぞれ撮影する２台の撮像装置と、これら２台の撮像装置で得た２つの画像をそれぞれ処理して、各画像内での基準位置に対する前記基準部および前記工具の先端の座標位置を求める画像処理手段と、この画像処理手段により求められた前記基準部および前記工具の先端の座標位置と、前記２つの画像の前記基準位置の間の実際の距離のデータとから前記基準部と前記工具の先端間の距離を演算する画像処理結果合成手段とでなる請求項１記載の工作機械。
【請求項４】
前記刃先・基準部間計測手段は、前記基準部および前記工具の先端を、これら基準部と工具の先端の離間方向に移動してそれぞれ個別に撮影する撮像装置と、この個別に撮像された前記基準部の画像と前記工具の先端の画像をそれぞれ処理して、それぞれの画像内での基準位置に対する前記基準部および前記工具の先端の座標位置を求める画像処理手段と、この画像処理手段により求められた前記基準部および前記工具の先端の座標位置と、前記撮像装置の移動距離のデータとから前記基準部と前記工具の先端間の距離を演算する画像処理結果合成手段とでなる請求項１記載の工作機械。
【請求項５】
前記刃先・基準部間計測手段は、接触により位置を検出する一つの接触式センサと、この接触式センサで計測した前記基準部および前記工具の先端の位置の検出値の差から、前記基準部と工具の先端間の距離を求める距離演算手段とでなる請求項１記載の工作機械。
【請求項６】
前記ワーク支持体のワークを支持する基準位置であるワーク支持体側基準位置と、前記工具支持体の前記基準部との間の距離を計測する基準間距離計測手段を設けた請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋盤、ドリル、研削盤等の工作機械、特に工具交換における刃先位置の再現性の保証や、熱変位補正等のための計測機能を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋盤等の工作機械では、切削熱や機械運転に伴う各部位の発熱のために、ベッドや他の各部位の熱膨張，熱変形が生じる。このような熱膨張，熱変形は、加工精度の低下に繋がる。冷却装置を装備してその対策とするものもあるが、熱膨張を十分に抑えるには、冷却装置が大掛かりとなり、また冷却だけでは加工精度を確保することができない。そのため、従来より、熱膨張を計測して工具の切り込み量等の熱変位補正を行なうものが種々提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
また、従来、工具交換における刃先位置の再現性を保証する手法として、試し加工による加工寸法から管理する手法や、タッチセンサ等による刃先検出器を設けて刃先位置を管理する手法が用いられている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４４１９１号公報
【特許文献２】特許第２７０６４２０号公報
【特許文献２】特許第３５７７８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記工具の切り込み量等の熱変位補正を行なう手法としては、ワークを支持する主軸の中心と、工具支持体における工具取付けの基準部との距離を個別に計測することで、これら主軸中心と工具支持体の基準部間の距離を精度良く求め、高精度な熱変位補正を行えるものを提案した（例えば、特願２００９−２５１７３６号）。
しかし、この提案例では、主軸中心と工具支持体の基準間の距離は精度良く計測されるが、工具支持体の基準部に対する工具の刃先位置の変化は考慮されていない。そのため、工具交換した場合における刃先位置の再現性が保証されず、加工精度の向上に、今一つ  不十分である。
【０００６】
工具交換における刃先位置の再現性を保証する従来手法である試し加工では、その試し加工や、加工後の測定、測定結果に応じた補正値の入力に作業時間を要し、稼働率の低下を招く。従来の刃先検出器では、機体カバー等に設置される旋回アームにタッチセンサを設けるものであるため、機械的にμｍオーダでの精度を再現性の点から実現することが難しく、工具種類の取付間違いの検出や、ラフな位置管理しか行えない。
【０００７】
この発明の目的は、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を計測することができて、加工寸法精度の向上が可能な工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、前記工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を、より精度良く計測することである。
この発明のさらに他の目的は、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を、簡単な構成で計測することができる工作機械を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、より加工寸法精度の向上が可能な工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の工作機械は、ワーク（Ｗ）を支持するワーク支持体（６）と、工具（１８）を所定の基準部（７ｓ）に取付けて支持する工具支持体（７）とを備え、前記ワーク支持体（６）と工具支持体（７）とを相対移動させてワーク（Ｗ）に工具（１８）の先端（１８ｔ）を接触させてワークに対する切削加工を行う工作機械であって、前記相対移動の方向（Ｘ軸方向）に沿う前記工具支持体（７）の前記基準部（７ｓ）と前記工具の先端（１８ｔ）間の距離を計測する刃先・基準部間計測手段（６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ）を設けたことを特徴とする。前記基準部（７ｓ）は、例えば工具支持体（７）における前記相対移動方向を向く面であるか、または点、または部分である。
【０００９】
この構成によると、工具支持体（７）の基準部（７ｓ）と工具の先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を計測する刃先・基準部間計測手段（６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ）を設けたため、工具交換により工具支持体（７）に対する工具（１８）の取付位置に変化があっても、工具支持体（７）の基準部（７ｓ）と工具の先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を実際の計測によって認識できる。そのため、工具先端（１８ｔ）位置を高精度に管理し、加工寸法精度の向上が可能となる。
【００１０】
この発明において、前記刃先・基準部間計測手段（６１）は、前記基準部（７ｓ）と工具の先端（１８ｔ）とを同時撮影可能な撮像装置（６２）と、この撮像装置（６２）で同時撮影された前記基準部（７ｓ）と工具の先端（１８ｔ）を含む画像を処理して前記基準部と工具の先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を演算する画像処理手段（６３）とでなるものであっても良い。
この構成の場合、前記基準部（７ｓ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）とを同時撮影するため、その画像処理によって、前記基準部（７ｓ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を演算し、精度良く求めることができる。
【００１１】
この発明において、前記刃先・基準部間計測手段（６１Ａ）は、前記基準部（７ｓ）および前記工具（１８）の先端（１８ｔ）をそれぞれ撮影する２台の撮像装置（６２1 ，６２2 ）と、これら２台の撮像装置（６２1 ，６２2 ）で得た２つの画像をそれぞれ処理して、各画像内での基準位置に対する前記基準部（７ｓ）および前記工具（１８）の先端（１８ｔ）の座標位置を求める画像処理手段（６３Ａ）と、この画像処理手段（６３Ａ）により求められた前記基準部（７ｓ）および前記工具（１８）の先端（１８ｔ）の座標位置と、前記２つの画像の前記基準位置の間の実際の距離（ＬＸ）のデータとから前記基準部（７ｓ）と前記工具の先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を演算する画像処理結果合成手段（６５）とでなるものとしても良い。前記の「実際の距離（ＬＸ）」とある部分の「実際の」とは、画像上の距離ではないことを意味する。
基準部（７ｓ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）とを同時撮影する場合は、広範囲の撮像を行うことになるため、基準部（７ｓ）と工具先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を高精度に求めるためには、撮像装置の画素数を多くすることが必要となり、また画像処理の処理データ量が多くなって処理に時間がかかる。しかし、上記のように、２台の撮像装置（６２1 ，６２2 ）で基準部（７ｓ）と工具先端（１８ｔ）を別々に撮像することで、狭い範囲の撮像で済み、撮像装置（６２1 ，６２2 ）の画素数が少なくても高精度に基準部と工具先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を求めることができる。また、画像処理の処理データ量が少なくて済み、迅速に計測することができる。したがって、高精度な計測が迅速に行える。
【００１２】
この発明において、前記刃先・基準部間計測手段（６１Ｂ）は、前記基準部（７ｓ）および前記工具（１８）の先端（１８ｔ）を、これら基準部（７ｓ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）の離間方向（Ｘ軸方向）に移動してそれぞれ個別に撮影する撮像装置（６２Ｂ）と、この個別に撮像された前記基準部（７ｓ）の画像と前記工具（１８）の先端（１８ｔ）の画像をそれぞれ処理して、それぞれの画像内での基準位置に対する前記基準部および前記工具の先端（１８ｔ）の座標位置を求める画像処理手段（６３Ｂ）と、この画像処理手段（６３Ｂ）により求められた前記基準部（７ｓ）および前記工具（１８）の先端（１８ｔ）の座標位置と、前記撮像装置の移動距離のデータとから前記基準部と前記工具の先端（１８ｔ）間の距離を演算する画像処理結果合成手段（６５Ｂ）とでなるものであっても良い。
この構成の場合も、基準部（７ｓ）と工具先端（１８ｔ）を別々に撮像することで、狭い範囲の撮像で済み、撮像装置（６２Ｂ）の画素数が少なくても高精度に基準部（７ｓ）と工具先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を求めることができる。また、画像処理の処理データ量が少なくて済み、画像処理手段（６３Ｂ）の能力が低くても演算処理時間を短くできる。
【００１３】
この発明において、前記刃先・基準部間計測手段（６１Ｃ）は、接触により位置を検出する一つの接触式センサ（６７）と、この接触式センサ（６７）で計測した前記基準部（７ｓ）および工具（１８）の先端（１８ｔ）の位置の検出値の差から、前記基準部（７ｓ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）間の距離（Ｌ３）を求める距離演算手段（６８）とでなるものであっても良い。
接触式センサ（６７）を用いる場合、計測のための動作時間を要するが、刃先・基準部間計測手段（６１Ｃ）が簡素な構成で済む。
【００１４】
この発明において、前記ワーク支持体（６）のワーク（Ｗ）を支持する基準位置であるワーク支持体側基準位置（Ｏ）と、前記工具支持体（７）の前記基準部（７ｓ）との間の距離（Ｌ４）を計測する基準間距離計測手段（２９）を設けても良い。
前記基準間距離計測手段（２９）を設けてワーク支持体側基準位置（Ｏ）と工具支持体（７）の前記基準部（７ｓ）との間の距離（Ｌ４）が計測されると、前記刃先・基準部間計測手段（６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ）で計測された工具支持体（７）の基準部（７ｓ）と工具先端（１８ｔ）間の距離を差し引くことで、ワーク支持体側基準位置（Ｏ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）位置との間の距離が分かる。このワーク支持体側基準位置（Ｏ）と工具（１８）の先端（１８ｔ）位置間の距離（Ｌ３）は、ワークの加工後寸法に該当し、ワークの加工される径を実際に計測して加工できることになる。したがって、より高精度に加工寸法精度の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の工作機械は、ワークを支持するワーク支持体と、工具を所定の基準部に取付けて支持する工具支持体とを備え、前記ワーク支持体と工具支持体とを相対移動させてワークに工具の先端を接触させてワークに対する切削加工を行う工作機械であって、前記相対移動の方向に沿う前記工具支持体の前記基準部と前記工具の先端間の距離を計測する刃先・基準部間計測手段を設けたため、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を計測することができて、加工寸法精度の向上が可能となる。
【００１６】
前記刃先・基準部間計測手段が、前記基準部と工具の先端とを同時撮影可能な撮像装置と、この撮像装置で同時撮影された前記基準部と工具の先端を含む画像を処理して前記基準部と工具の先端間の距離を演算する画像処理手段とでなる場合は、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を、精度良く計測することができる。
【００１７】
前記刃先・基準部間計測手段が、前記基準部および前記工具の先端をそれぞれ撮影する２台の撮像装置と、これら２台の撮像装置で得た２つの画像をそれぞれ処理して、各画像内での基準位置に対する前記基準部および前記工具の先端の座標位置を求める画像処理手段と、この画像処理手段により求められた前記基準部および前記工具の先端の座標位置と、前記２つの画像の前記基準位置の間の実際の距離のデータとから前記基準部と前記工具の先端間の距離を演算する画像処理結果合成手段とでなる場合も、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を、精度良く計測することができる。
【００１８】
前記刃先・基準部間計測手段が、前記基準部および前記工具の先端を、これら基準部と工具の先端の離間方向に移動してそれぞれ個別に撮影する撮像装置と、この個別に撮像された前記基準部の画像と前記工具の先端の画像をそれぞれ処理して、それぞれの画像内での基準位置に対する前記基準部および前記工具の先端の座標位置を求める画像処理手段と、この画像処理手段により求められた前記基準部および前記工具の先端の座標位置と、前記撮像装置の移動距離のデータとから前記基準部と前記工具の先端間の距離を演算する画像処理結果合成手段とでなる場合も、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を、精度良く計測することができる。
【００１９】
前記刃先・基準部間計測手段が、接触により位置を検出する一つの接触式センサと、この接触式センサで計測した前記基準部および前記工具の先端の位置の検出値の差から、前記基準部と工具の先端間の距離を求める距離演算手段とでなる場合は、工具支持体の基準部と工具の先端との間の距離を、簡単な構成で計測することができる。
【００２０】
前記ワーク支持体のワークを支持する基準位置であるワーク支持体側基準位置と、前記工具支持体の前記基準部との間の距離を計測する基準間距離計測手段を設けた場合は、実際の加工寸法となるワーク支持体側基準位置と工具の先端間の距離を計測により精度良く求めることができて、より加工寸法の精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図２】同工作機械本体の斜視図である。
【図３】同工作機械の加工動作を示す部分平面図である。
【図４】同工作機械の主軸台部分の正面図である。
【図５】同工作機械の撮像装置の画像の説明図である。
【図６】他の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図７】同工作機械の撮像装置の画像の説明図である。
【図８】さらに他の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図９】さらに他の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図１０】図１の説明図を詳細化した説明図である。
【図１１】同工作機械の計測動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の第１の実施形態を図１〜図５、および図１０と共に説明する。この工作機械は、ワークＷを支持するワーク支持体である主軸６と、工具１８を所定の基準部７ｓに取付けて支持する工具支持体である刃物台７とを備え、主軸６と刃物台７とを相対移動させてワークＷに工具１８の先端１８ｔを接触させてワークＷに対する切削加工を行う工作機械である。前記相対移動の方向（Ｘ軸方向）に沿う前記刃物台７の前記基準部７ｓと工具１８の先端１８ｔ間の距離Ｌ３（計測対象寸法）を計測する刃先・基準部間計測手段６１を設けている。また、主軸６のワークＷを支持する基準位置であるワーク支持体側基準位置（この例では主軸軸心Ｏ）と、刃物台７の前記基準部７ｓとの間の距離Ｌ４を計測する基準間距離計測手段２９を設けている。以下、具体的に説明する。
【００２３】
この工作機械は数値制御式の工作機械であり、機械部分である工作機械本体１と、この工作機械本体１を制御する制御装置２とで構成される。工作機械本体１は、主軸移動型の旋盤であり、ベッド３上に送り台４を介して設置された主軸台５に、主軸６が回転自在に支持され、ベッド３上に刃物台７が、支持台２６を介して設置されている。支持台２６は、ベッド３に固定して設置されている。刃物台７はタレットからなり、支持台２６に回転割出可能に支持されている。
【００２４】
図２に示すように、送り台４は、ベッド３に設けられたＸ軸案内９上を、主軸６の軸心Ｏに対して直交する水平な主軸半径方向（Ｘ軸方向）に移動自在に設置され、ベッド３上に設置されたサーボモータ等のモータ１０とその回転出力を直線動作に変換する送りねじ機構１１とからなるＸ軸移動機構１２によって左右に進退駆動される。送りねじ機構１１は、ねじ軸とナットとからなる。
【００２５】
図４のように、主軸台５は、送り台４上に設けられたＺ軸案内１３上に主軸軸心方向（Ｚ軸方向）に移動自在に設置され、送り台４上に設置されたモータ１４とその回転出力を直線動作に変換する送りねじ機構１５からなるＺ軸移動機構１６によって前後に進退駆動される。前記送りねじ機構１５は、ねじ軸とナットとからなる。主軸６の回転駆動は、主軸台５に内蔵の主軸モータ（図示せず）よって行われる。主軸６の前端にはチャック１７が着脱可能に設けられている。チャック１７は、チャック半径方向に移動する複数のチャック爪１７ａにより、ワークＷを把持可能である。
【００２６】
図２において、刃物台７は、支持台２６に対してＸ軸方向に沿う水平な回転中心Ｔ回りに回転自在であり、タレットフェース等と呼ばれる正面の外周部の円周方向複数箇所に、工具ホルダ１８ａを介してバイトや回転工具等の工具１８が取付けられる。刃物台７の正面の外周部が、工具１８を取付ける前記所定の基準部７ｓとなる。なお、各図では刃物台７に取付けられた工具１８を１個のみ図示し、他は図示を省略してある。刃物台７は、その正面形状が、図示のような円形であっても、多角形状であっても良い。
刃物台７は、軸受８（図１０参照）を介して支持台２６に回転自在に支持された中空軸７ｃの先端に固定されており、割出用モータ（図示せず）で中空軸７ｃを回転させることにより、任意の工具１８が主軸６に対向する位置に旋回割出しされる。
【００２７】
図１において、前記刃先・基準部間計測手段６１は、前述のように刃物台７の前記タレットフェースからなる基準部７ｓと工具１８の先端１８ｔ間の距離Ｌ３（計測対象寸法）を計測する手段であり、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔとを同時撮影可能な撮像装置６２と、この撮像装置６２で同時撮影された前記基準部７ｓと工具先端１８ｔを含む画像を処理して前記基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を演算する画像処理手段６３とでなる。
【００２８】
刃物台７の基準部７ｓは、撮像装置６２によって直接に撮像しても良いが、この実施形態では、画像処理が容易なように、刃物台７の基準部７ｓに被検出部材７Ｓを設け、この被検出部材７Ｓの裏面を基準部７ｓとなるタレットフェースと同一平面上に位置させている。撮像装置６２は、具体的には被検出部材７Ｓを撮像することで、被検出部材７Ｓの裏面位置が基準部７ｓであるとして画像処理および上記距離Ｌ３の演算を行う。以下の説明では、被検出部材７Ｓを撮像する場合も、単に基準部７ｓを撮像するとして説明する。
【００２９】
撮像装置６２は、固体撮像素子を用いたＣＣＤカメラ等からなり、主軸台５の側面に取付部材６４を介してＺ軸方向の前向きに取付けられている。後述の各実施形態の撮像装置もこれと同様の構成である。撮像装置６２の設置位置は、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔとを同時撮影可能な位置であれば良く、ベッド３等に設置しても良い。
【００３０】
画像処理手段６３は、前記制御装置２の一部として設けられているが、制御装置２とは独立した画像処理装置であっても良い。画像処理手段６３は、例えば図５に画像Ｇの例を概念的に示すように、画像Ｇにおける工具先端１８ｔと基準部７ｓ（画像に対する符号は実態物の符号である）を、特徴点抽出等の画像処理によって認識し、これら工具先端１８ｔと基準部７ｓ間のＸ軸方向の実際の距離Ｌ３を、画像Ｇ上の距離と実際の距離との、既知データを用いた比較によって求める。この既知データは、例えは、設定された倍率であっても良く、また撮像装置６２の設置位置や、撮像装置６２と画像Ｇの中心等の原点（換言すれば撮像域の原点）ＧＰとの間のＺ軸方向の距離であっても良い。また、撮像装置６２と撮像域の原点ＧＰとを結ぶ直線がＺ軸方向に傾いている場合はその傾き角度を用いて補正した補正値を用いる。撮像装置６２が主軸台５等の可動物に設置されている場合は、その可動物の位置を常に同じ位置として撮像する。各回の撮像を行うときの撮像装置６２の位置と基準部７ｓの位置関係が同じであれば、上記の倍率が定まる。
【００３１】
図１において、基準間距離計測手段２９は、前述のように、ワーク支持体側基準位置（この例では主軸軸心Ｏ）と、刃物台７の基準部７ｓとの間の距離Ｌ４を計測する手段であるが、この例では、主軸軸心Ｏの位置を計測する主軸側位置計測手段２０と、刃物台７の基準部７ｓの位置を計測する刃物台側位置計測手段３０と、両計測手段２０，３０の計測結果から上記距離Ｌ４を演算する演算手段４０とでなる。演算手段４０は、この計算した距離Ｌ４と、画像処理で計算された前記距離Ｌ３から、主軸軸心Ｏと工具先端１８ｔとのＸ軸方向の距離Ｌを計算する機能を併せ持つ。主軸側位置計測手段２０および刃物台側位置計測手段３０の具体例は、後に図１０と共に説明する。
【００３２】
なお、加工のために認識することが必要な距離は、加工完了後や加工中のワークＷの径であって、この径は、主軸軸心Ｏと工具先端１８ｔとのＸ軸方向の距離Ｌである。この距離を直接に計測することが困難であるため、上記距離Ｌ３，Ｌ４を計測し、距離Ｌを求めている。
【００３３】
図１において、制御装置２はコンピュータ式の数値制御装置からなり、加工プログラム４１の各命令を、演算制御部４２で解読して実行し、工作機械本体１の各駆動源に制御命令を与える。加工プログラム４１のＸ軸方向の移動命令４１ａは、移動先を示す指令値の位置へ刃物台７をＸ軸方向へ相対的に移動させる命令であり、演算制御部４２により、Ｘ軸のモータ１０を駆動する命令として出力される。
【００３４】
演算制御部４２は、熱変位補正手段４３を有していて、加工プログラム４１におけるＸ軸方向の移動命令４１ａの指令値に対し、モータ１０へ出力する指令値を、前記演算手段４０によって算出された主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを用いて補正する。熱変位補正手段４３は、例えば、演算手段４０から主軸軸心・刃先間相対距離Ｌが入力されると、その値が更新されるまでは常に記憶しておき、その記憶した値を用いて補正を行うものとされる。この場合、主軸側位置計測手段２０および刃物側位置計測手段３０が位置計測を行い、演算手段４０によって算出される主軸軸心・刃先間相対距離Ｌの値が更新されると、その後に行う熱変位補正手段４３の補正量が変わることになる。熱変位補正手段４３による補正量については、後で説明する。
【００３５】
熱変位補正手段４３は、演算手段４０または熱変位補正手段４３に記憶されている主軸軸心・刃先間相対距離Ｌに応じて、加工プログラム４１のＸ軸移動命令４１ａを演算制御部４２で実行し、図３のように加工するときに、そのＸ軸移動命令４１ａの指令値を補正する。この補正は、例えば、主軸軸心・刃先間相対距離Ｌと設計寸法との差を、前記指令値に加算する補正とする。なお、熱変位補正手段４３は、例えば前記演算手段４０の計算結果に対して補正量を定める演算式またはテーブル等の関係設定手段を有していて、この手段を用いて定めた補正量によって前記指令値を補正するようにしても良い。前記関係設定手段で定める関係は、例えば、実際の運転結果等に基づき、演算手段４０で求められる距離と指令値との差に対する補正量等の関係を定めたものとしても良い。このように熱変位補正手段４３により補正を行うことにより、熱変位に対応して精度良く補正できて、加工精度が向上する。
なお、一日のうち、例えば１時間おき等の設定時間毎、あるいは設定時刻毎に計測を行い、演算手段４０の演算結果を更新しておくことで、適切な熱変位補正が行える。
【００３６】
上記構成の作用を説明する。主軸軸心Ｏと刃物台７の基準部７ｓとの間の距離Ｌ４を基準間距離計測手段２９によって計測するが、この距離Ｌ４を計測しただけで、工具長さを既知として計算したのでは、制御上で必要な主軸軸心Ｏと工具先端１８ｔ間の距離Ｌを精度良く求めることができない。工具交換によって刃物台７に対する工具１８の取付位置に誤差が生じた場合、その誤差が加工誤差となる。
これに対して、この実施形態では、工具支持体である刃物台７の基準部７ｓと工具１８の先端１８ｔ間の距離Ｌ３を計測する刃先・基準部間計測手段６１を設けたため、工具交換により刃物台７に対する工具１８の取付位置に変化があっても、刃物台７の基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を実際の計測によって認識できる。そのため、工具先端１８ｔの位置を高精度に管理し、加工寸法精度の向上が可能となる。
【００３７】
刃先・基準部間計測手段６１は、この例では、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔとを同時撮影可能な撮像装置６２と、この撮像装置６２で同時撮影された前記基準部７ｓと工具先端１８ｔを含む画像を処理してその間の距離Ｌ３を演算する画像処理手段６３とでなるものとしている。このように、基準部７ｓと工具先端１８ｔとを同時撮影するため、その画像処理によって、基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を演算し、精度良く求めることができる。その結果、主軸軸心Ｏと刃物台７の基準部７ｓ間の距離Ｌ４の計測値とを用いて、主軸軸心Ｏと工具先端１８ｔ間の距離Ｌを精度良く求めることができ、高精度に加工することができる。
【００３８】
図６，図７は、この発明の他の実施形態を示す。なお特に説明した事項の他は、図１〜図５，図１０と共に前述した第１の実施形態と同様である。この実施形態では、刃先・基準部間計測手段６１Ａは、前記基準部７ｓおよび前記工具１８の先端１８ｔをそれぞれ撮影する２台の撮像装置６２1 ，６２2 と、これら２台の撮像装置６２1 ，６２2 で得た２つの画像Ｇ１，Ｇ２（図７）をそれぞれ処理して、各画像Ｇ１，Ｇ２内での画像原点等の基準位置Ｇ１Ｏ，Ｇ２Ｏに対する前記基準部７ｓおよび前記工具先端１８ｔの座標位置Ｇ１Ｘｓ，Ｇ２Ｘｔを求める画像処理手段６３Ａと、この画像処理手段６３Ａにより求められた前記基準部７ｓおよび前記工具先端１８ｔの座標位置Ｇ１Ｘｓ，Ｇ２Ｘと、前記２つの画像Ｇ１，Ｇ２の前記基準位置Ｇ１Ｏ，Ｇ２Ｏの間の実際の距離ＬＸのデータとから前記基準部７ｓと前記工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を演算する画像処理結果合成手段６５とでなる。なお、上記の「実際の距離ＬＸ」における「実際の」とは、前述のように、画像上の距離ではないことを意味する。
【００３９】
撮像装置６２1 ，６２2 は、固体撮像素子を用いたＣＣＤカメラ等からなり、主軸台５の側面に取付部材６４を介してＺ軸方向の前向きに取付けられている。両６２1 ，６２2 は、互いに、基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の想定の距離だけ離して配置してあり、画像の視野は、それぞれ基準部７ｓおよび工具先端１８ｔを撮像可能であるが、工具１８の全体入らない視野とされている。撮像装置６２1 ，６２2 の設置位置は、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔとをそれぞれ撮影可能な位置であれば良く、ベッド３等に設置しても良い。
【００４０】
画像処理結果合成手段６５は、例えば制御装置２に設けられる。画像処理結果合成手段６５において、２つの画像Ｇ１，Ｇ２の基準位置Ｇ１Ｏ，Ｇ２Ｏの間の実際の距離ＬＸのデータは、記憶部（図示せず）に設定しておくが、この距離ＬＸは、マスタ工具（図示せず）等を用いた適宜の試験やシミュレーション等の求めたり補正して設定しても良い。
基準間距離測定手段２９の演算手段４０には、画像処理結果合成手段６５で求めた基準部７ｓと前記工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３が入力される。
【００４１】
この構成の場合、２つの撮像装置６２1 ，６２2 を用いるため、基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を、画素数の少ない撮像装置６２1 ，６２2 であっても、精度良く計測できる。すなわち、第１の実施形態のように、基準部７ｓと工具先端１８ｔとを同時撮影する場合は、広範囲の撮像を行うことになるため、高精度に距離Ｌ３を求めるためには、撮像装置６２の画素数を多くすることが必要となり、また画像処理の処理データ量が多くなって処理に時間がかかる。しかし、上記のように、２台の撮像装置６２1 ，６２2 で基準部７ｓと工具先端１８ｔを別々に撮像することで、各画像Ｇ１，Ｇ２は狭い範囲の撮像画像で済み、撮像装置６２1 ，６２2 の画素数が少なくても高精度に基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を求めることができる。また、画像処理の処理データ量が少なくて済み、迅速に計測することができる。したがって、高精度な計測が迅速に行える。
【００４２】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。なお特に説明した事項の他は、図１〜図５，図１０と共に前述した第１の実施形態と同様である。この実施形態では、刃先・基準部間計測手段６１Ｂは、前記基準部７ｓおよび前記工具１８の先端１８ｔを、これら基準部７ｓと工具先端１８ｔの離間方向（Ｘ軸方向）に移動してそれぞれ個別に撮影する撮像装置６２Ｂと、この個別に撮像された前記基準部７ｓの画像と工具先端１８ｔの画像（図示せず）をそれぞれ処理して、それぞれの画像内での基準位置に対する前記基準部７ｓおよび工具先端１８ｔの座標位置を求める画像処理手段６３Ｂと、この画像処理手段６３Ｂにより求められた基準部７ｓおよび工具先端１８ｔの座標位置と、撮像装置６２Ｂの移動距離のデータとから前記基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を演算する画像処理結果合成手段６５Ｂとでなる。
【００４３】
撮像装置６２Ｂは、基準部７ｓと工具先端１８ｔの離間方向（Ｘ軸方向）に相対的に移動可能に設置されていれば良いが、この例では、主軸台５の側面に取付部材６４を介してＺ軸方向の前向きに取付けられている。
【００４４】
画像処理結果合成手段６５Ｂは、例えば制御装置２に設けられる。画像処理結果合成手段６５Ｂにおいて用いる撮像装置６２Ｂの移動距離のデータは、例えば主軸位置計測手段２０に、撮像装置６２Ｂが基準部７ｓおよび工具先端１８ｔを撮像するときの位置を計測させ、その計測結果から前記移動距離のデータを得ている。この他に、画像処理結果合成手段６５Ｂにおいて用いる撮像装置６２Ｂの移動距離のデータは、固定の設定値とし、撮像装置６２Ｂが基準部７ｓおよび工具先端１８ｔを撮像するときの位置を精度良く制御するようにしても良い。
【００４５】
この構成の場合も、基準部７ｓと工具先端１８ｔを別々に撮像することで、狭い範囲の撮像で済み、撮像装置６２Ｂの画素数が少なくても高精度に基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を求めることができる。また、画像処理の処理データ量が少なくて済み、画像処理手段６３Ｂの能力が低くても演算処理時間を短くできる。
【００４６】
図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。なお特に説明した事項の他は、図１〜図５，図１０と共に前述した第１の実施形態と同様である。この実施形態では、刃先・基準部間計測手段６１Ｃは、接触により位置を検出する一つの接触式センサ６７と、この接触式センサ６７で計測した前記基準部７ｓおよび工具先端１８ｔの位置の検出値の差から、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を求める距離演算手段６８とでなる。
【００４７】
接触式センサ６７は、例えばタッチプルーブ等の接触子が接触したときにオン信号を出力するセンサを用いている。接触式センサ６７は、刃物台７に対してＸ軸方向に相対移動可能な物に設置されていれば良いが、この例では、主軸台５にセンサ出入り機構６９を介して設置されている。センサ出入り機構６９は、前記基準部７ｓと工具先端１８ｔの離間方向（Ｘ軸方向）に沿う水平な旋回軸心Ｑ周りに起倒回動自在なように主軸台５に設置された旋回アーム７０と、この旋回アーム７０を回動させるアーム駆動源７１とでなる。接触式センサ６７は、旋回アーム７０の先端に設置されている。アーム駆動源７は電動式のモータやロータリアクチュエータであっても良く、また直動式の流体圧シリンダであって、リンク（図示せず）等を介して旋回アーム７０を旋回させるものであっても良い。接触式センサ６７は、この実施形態では、刃物台７の基準部７ｓに設けられた前記被検出部材７Ｓの裏面に接触することで、基準部７ｓを検出するようにしている。
【００４８】
距離演算手段６８は、接触式センサ６７が基準部７ｓを検出したときの接触式センサ６７のＸ軸方向の位置である主軸台５のＸ軸方向位置と、接触式センサ６７が工具先端１８ｔを検出したときの主軸台５のＸ軸方向位置とを、主軸側位置計測手段２０等のＸ軸方向位置検出手段から取り込み、基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を求める。
【００４９】
距離演算手段６８は、例えば制御装置２に設けられる。基準間距離計測手段２９は、距離演算手段６８の出力する基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を計算に用いる。
【００５０】
この構成の場合、接触式センサ６７を用いるため、計測のための動作時間を要するが、刃先・基準部間計測手段６１Ｃが簡素な構成で済む。
【００５１】
なお、上記各実施形態の他に、刃先・基準部間計測手段として、撮像装置の代わりに、レーザスキャニング装置（図示せず）を用いても良い。レーザスキャニング装置を用いる場合、例えば図８の実施形態と同様に、レーザスキャニング装置を主軸台５か、またはＸ軸方向に移動自在の別の移動体（図示せず）に設置し、主軸台の移動によって基準部７ｓおよび工具先端１８ｔをレーザスキャニング装置が検出したときのレーザスキャニング装置の位置のデータから、基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３を求めるようにする。レーザスキャニング装置は、この他に、光学的にスキャン可能なものとして、ベッド３等に位置固定に設置し、光学的スキャンによって基準部７ｓと工具先端１８ｔを検出し、両者の間の距離Ｌ３を計測するものとしても良い。
【００５２】
次に、図１０，図１１と共に、前記主軸側位置計測手段２０および刃物側位置計測手段３０の具体例を説明する。同図は、図１〜図５に共に説明した第１の実施形態の詳細である。
【００５３】
主軸側位置計測手段２０は、第１基準位置Ｐ１に対する前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）の主軸軸心Ｏの位置を計測する手段であり、スケール２１と読取部２２とからなる。スケール２１は棒状の部材であり、送り台４における主軸半径方向位置が主軸６の軸心Ｏの付近の箇所に基部２１ａが取付けられ、この基部２１ａから主軸半径方向に沿って延びている。なお、前記「軸心付近」とは、軸心位置を含む意味であり、スケール２１の基部２１ａを軸心位置に取付けた場合に比べて、熱変位で生じる計測結果の違いが無視できる程度に離れた範囲を「軸心付近」と称している。以下で言う「軸心付近」も、前記と同様な意味である。スケール２１は、図示の例では送り台４の前面にスペース部材２５を介して取付けられているが、他の箇所、例えば送り台４の上面または下面の前端付近に取付けてもよい。スケール２１の読取部２２を向く面の所定の範囲には、主軸半径方向に沿って目盛り２３が付けられている。読取部２２は、スケール２１の目盛り２３を読み取るものであり、ベッド３上の位置となる第１基準位置Ｐ１に、取付部材２４を介して位置固定に取付けられている。例えば、読取部２２は光学式のものであり、検知用光を投光しその反射光を受光することで目盛り２３を読み込む。あるいは、読取部２２は、磁気式のものであってもよい。
【００５４】
スケール２１における目盛り２３の付けられた範囲は、チャック１７ａに把持され加工可能な最大径のワークＷ（図３）の外径に刃物台７の工具１８の刃先が接する位置に主軸台５が位置するときに読取部２２が対応する位置から、主軸６の軸心Ｏが前記工具１２の刃先と同じ主軸半径方向位置となるときに読取部２２が対応する位置である原点位置までの範囲、またはその範囲内の１点もしくは複数の点で最大熱変位量が計測できる長さの範囲とされている。この実施形態のように、主軸台５が主軸半径方向へ移動可能である場合に、前記のようにスケール２２の目盛り２３を必要不可欠な最小の範囲にだけ付ければ、主軸台５の移動に対応して必要な位置計測を行うができる。目盛り２３の範囲を最小にすることで、コスト低下が図れる。さらに、加工時での主軸台５の移動に対応する範囲については目盛り２３を細かくし、加工時以外、例えばワーク交換、チャック交換等の際にだけ主軸台５が移動する範囲については目盛り２３を粗くすれば、より一層のコスト低下を図れる。目盛り２３をスケール２２の全長にわたって設けてもよい。
【００５５】
刃物側位置計測手段３０は、第２基準位置Ｐ２に対する刃物台７の前記基準部７ｓの主軸半径方向（Ｘ軸方向）の位置を検出する手段であり、スケール３１と読取部３２とからなる。スケール３１は丸棒状の部材で、基部３１ａが刃物台７の回転中心に取付けられ、主軸半径方向すなわち回転中心Ｔに沿って中空軸７ｃを貫通して延びている。スケール３１の基部３１ａは刃物台７に固定であるが、基部３１ａ以外は中空軸７ｃに対し回転自在かつ進退自在である。スケール３１の中空軸７ｃから突出した端部に、読取部２２に対応させて、主軸半径方向に並ぶ目盛り３３が全周に付けられている。読取部３２は、スケール３１の目盛り３３を読み取る円環状のものであり、ベッド３上の位置となる第２基準位置Ｐ２に、取付部材３４を介して位置固定に取付けられている。読取部３２も、光学式のものであっても、磁気式のものであってもよい。
【００５６】
主軸側位置計測手段２０の読取部２２および刃物側位置計測手段３０の読取部３２は、互いに主軸半径方向位置を完全に一致させるか、または両読取部２２，３２の主軸半径方向位置の差による主軸半径方向の熱変位を無視または推定できる程度に揃える。すなわち第１基準位置Ｐ１と第２基準位置Ｐ２との主軸半径方向位置を揃える。
【００５７】
主軸側位置計測手段２０の読取部２２および刃物側位置計測手段３０の読取部３２の各読取値は、制御装置２の演算手段４０に入力される。この実施形態では、演算手段４０が制御装置２に設けられているが、制御装置２とは別に設けても良い。
演算手段４０は、主軸側位置計測手段２０の読取部２２の読み取り値と、刃物側位置計測手段３０の読取部３２の読み取り値とから、前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）における主軸軸心Ｏと刃物台７の基準部７ｓとの間の距離を演算し、この距離と、刃先・基準部間計測手段６１（６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ）で求められた工具支持体７の基準部７ｓと工具先端１８ｔ間の距離Ｌ３とから、主軸軸心Ｏと工具１８の先端間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する手段である。
【００５８】
図１１に、常温時の主軸台５および刃物台７の位置（実線）と、昇温時の主軸台５および刃物台７の位置（二点鎖線）とを示す。常温時（例えば１５°Ｃ）の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０は、工作機械および工具１８の既知の寸法から求まる。演算手段４０は、主軸側位置計測手段２０の読取部２２および刃物側位置計測手段３０の読取部３２の各読取値から昇温による主軸台５の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ１および刃物台７の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ２を求め、その熱変位量ΔＬ１，ΔＬ２を常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に加算することで、運転中の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する。
【００５９】
さらに詳しく説明する。
主軸側位置計測手段２０は、スケール２１の目盛り２３を読取部２２で読み取る。読取部２２はベッド３上に位置固定に取付けられているため、読取部２３の読取値から、スケール２１が取付けられた送り台４の主軸半径方向位置が分かる。この送り台４の位置に、送り台４と主軸台５の位置関係を加えることで、主軸台５の主軸半径方向位置が分かる。すなわち、第１基準位置Ｐ１と主軸軸心Ｏとの間の距離Ｌ１が分かる。送り台４は加工時に主軸半径方向に移動するが、その移動量を別の検出手段（図示せず）で検出し、検出された移動量を加算することで、常に主軸台５の主軸半径方向位置を求めることができる。その主軸台５の主軸半径方向位置から、常温時に対する加工時の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ１が求まる。
【００６０】
また、刃物側位置計測手段３０は、スケール３１の目盛り３３を読取部３２で読み取る。読取部３２はベッド３上に位置固定に取付けられているため、読取部３２の読取値から、スケール３１が取付けられた刃物台７の主軸半径方向位置が分かる。すなわち、第２基準位置Ｐ２と刃物台７の工具先端１８ｔの位置との間の距離Ｌ２が分かる。その刃物台７の主軸半径方向位置から、常温時に対する加工時の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ２が求まる。なお、ここでは、刃物台７の熱変位量を、刃物台７に取付けられた工具１８の刃先位置の熱変位量と見なしているが、工具刃先位置の熱変位量は、刃物台７の熱変位量に対して適宜の補正を加えて求めるようにしても良い。
【００６１】
先に述べたように、演算手段４０は、これらの求められた熱変位量ΔＬ１，ΔＬ２を、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に加算することで、運転中等の昇温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する。この主軸軸心・刃先間相対距離Ｌは、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に熱変位による寸法変化が加味されたものであり、現時点の正確な距離を示している。演算手段４０の演算結果は、演算手段４０または熱変位補正手段４３（図１）に記憶される。主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを求めるのに代えて、主軸軸心・刃先間相対距離Ｌの変化を求めてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…工作機械本体
２…制御装置
３…ベッド
５…主軸台
６…主軸（ワーク支持体）
７…（刃物台）工具支持体
７ｓ…基準部
７Ｓ…被検出部材
１８…工具
１８ｔ…先端
２０…主軸側位置計測手段
２１…スケール
２２…読取部
２９…基準間距離計測手段
３０…刃物台側位置計測手段
３１…スケール
３２…読取部
４０…演算手段
６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ…刃先・基準部間計測手段
６２，６２1 ，６２2 ，６２Ｂ…撮像装置
６３，６３Ａ，６３Ｂ…画像処理手段
６５…画像処理結果合成手段
６７…接触式センサ
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…画像
ＧＰ…原点
Ｇ１Ｏ，Ｇ２Ｏ…基準位置
Ｇ１Ｘｓ，Ｇ２Ｘｔ…距離
Ｇ１Ｘｓ，Ｇ２Ｘ…座標位置
Ｌ…主軸軸心・刃先間相対距離
Ｌ３…距離（計測対象寸法）
Ｌ４…距離
Ｏ…主軸軸心（ワーク支持体側基準位置）
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
2012213840.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】
2012213840.tif 000009
【図８】
2012213840.tif 000010
【図９】
2012213840.tif 000011
【図１０】
2012213840.tif 000012
【図１１】
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