具有工件的測量基準點設定功能的工具機的製作方法

2023-12-09 15:11:16 1

專利名稱：具有工件的測量基準點設定功能的工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及為了在工具機上測定被加工物(工件)的形狀以及分析形狀，而具備機載測量裝置的工具機，特別是涉及具備用於測量工件的形狀的基準位置設定功能的工具機。
背景技術：
在超精密加工中，為了實現納米單位的形狀精度，不從工具機中取出完成加工的工件而在工具機上測量加工形狀(機載測量)，根據測量結果進行修正加工是不可缺少的。在這樣的機載測量中，通過確立刀具的刀尖和機載測量裝置上具備的探頭的觸針的尖端的位置關係，可以進行準確的修正加工。為此，必須確立加工工件時的坐標和進行機載測量時的測量坐標的關係。為了確立該加工工件時的坐標和進行機載測量時的測量坐標的關係，需要設定工件的測量基準位置。作為工件的測量基準位置的設定方法，目前已知如下方法。(a)把工件的測量基準位置作為安裝工件的旋轉軸的中心。為此，最初在安裝工件的旋轉軸的面盤上放置定心球。然後，使用位移檢測器使定心球的中心與旋轉軸的中心重合，然後使用機載測量裝置的探頭找到定心球的頂點，確定上述旋轉軸的中心坐標。然後拆下定心球，安裝工件。使用位移檢測器使工件或工件夾具的中心坐標與旋轉軸的中心重合，把求出的旋轉軸的中心坐標作為工件或工件夾具的基準位置。在這種把定心球放置在安裝工件的旋轉軸面盤上，來設定工件的基準位置的現有技術中，直到基準位置設定為止的步驟複雜，需要花費進行設定的作業時間。此外，無法避免在拆下定心球安裝工件時產生誤差。並且，只要工件不是圓筒形狀，就難以使工件的圓筒形夾具的中心與工件的中心一致。此外，還有可能由於操作者的熟練度，產生相當大的設定誤差，這也成為問題。(b)在日本專利文獻特開2006-21277號公報中公開了以下技術不必使工件的中心與安裝工件的旋轉軸重合，通過十字機載測量確定必定存在於軸對稱形狀上的頂點，把被推定為工件的中心的所述頂點設為測量基準點。在該技術中，成為對象的工件的形狀僅限於軸對稱形狀。此外，因為對正式加工前的粗加工後的工件的形狀進行機載測量，所以通過測量求出的頂點難以說是工件的中心。因此，為了應對工件的中心和通過機載測量求出的頂點不一致的問題，在工件上在加工面以外設置富餘的空間，即使中心不一致，可以加工富餘的空間。此外，最近，除了對工件的全面進行加工的超精密加工外，要求最終精密地精加工工件自身的形狀以及尺寸，高精度地進行這樣的工件中的加工面的定位。但是，在上述專利文獻公開的技術中，無法應對這樣的最近的工件的全面加工或工件的形狀或尺寸的高精度化的課題。(c)在日本的專利文獻特開2000-298014號公報中公開了通過推定工件的端面坐標，求出工件的中心坐標的技術。該技術在使用接觸式探頭進行的工件形狀測定中，檢測在工件端面的探頭的位移的劇烈變化，來求出測定原點。
在上述專利文獻公開的技術中，因為接觸式探頭的接觸頭是球型，無法準確地檢測出工件端面的邊緣，所以通過對測定數據進行處理來推定工件的端面的邊緣。因此，當測定數據的採樣數少時，無法進行準確的推定。由於測定裝置的振動、被測定物端面或球型接觸頭表面的損傷或汙物的附著，有可能工件端面形狀數據與實際的端面形狀不同。(d)在日本專利文獻特開2008-200798號公報中公開了，具有通過接觸檢測來設定工件的基準位置的功能的工具機的技術。該技術在由流體軸承支承了可動軸的工具機中，以機械坐標系的軸和兩條直線平行的方式，配置加工面相對於正交的所述兩條直線為線對稱的工件，沿著與所述兩條線平行的第一線，從工件的兩側開始接觸探頭的觸針尖端的測定球，測定由於接觸而增大的位置偏差，檢測所述測定球與工件的接觸。在上述專利文獻中公開的技術中，通過數值控制裝置中的控制程序進行位置偏差的增大。根據加工作業的安排，需要每次變更位置偏差值的設定和移動軸的選擇、移動軸的進給速度等，因此，必須在數值控制裝置中對它們重新進行設定。在該重新設定作業中，當存在設定錯誤(特別是符號等)時無法進行正確的檢測。在最壞的情況下，探頭或可動軸繼續移動，探頭與工件以較強的力碰撞，探頭以及工件有可能損傷。此外，在該技術中，為了測量微小的位置偏差的變化，前提是工具機的驅動軸是使用流體軸承而沒有摩擦的機構。並且，即便是流體軸承，當是螺紋式的流體軸承時，由於接觸誤檢測，存在流體軸承嚙合的危險，因此需要限定為直線式。(e)在日本專利文獻特開2008-62351號公報中公開了加工原點設定方法以及用於執行該方法的工具機的技術。該技術是用於不增加成本地、容易並且準確地設定旋轉刀具和被切削材料的加工原點的技術，對主軸施加不使旋轉刀具旋轉的程度的負載轉矩，在對主軸施加了負載轉矩的狀態下，以切削刃尖端向離開外表面的方向移動的方式點動進給主軸或工件臺的一方，將檢測到主軸旋轉時的坐標設定為加工原點。在上述專利文獻公開的技術中，檢測的面是工件單側的面，把相反一側的面安裝在夾具等上。當要檢測安裝在該夾具等上的面時，必須使主軸或工件旋轉180度，但在工具機中成為這樣的姿勢非常困難，即便使主軸旋轉180度，只要沒有進行主軸的準確的定位，檢測到的兩個坐標的線段與移動軸保持水平也是非常困難的。因此，無法準確地確定工件的中心。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種可以解決現有技術的課題，具有把工件的中心位置設定為機載測量裝置的測量基準位置的測量基準點設定功能的工具機。為了達成上述目的，本發明的具有工件的基準點設定功能的工具機具備用於工件的形狀測定以及形狀分析的機載測量裝置，並具備通過輸入來自該機載測量裝置的位置檢測信號的數值控制裝置控制的多個可動軸，所述工件的加工面相對於垂直的兩條直線線對稱。並且，所述機載測量裝置具備在機載測量裝置內部通過流體軸承支承的接觸式探頭； 以及檢測所述接觸式探頭的軸方向的移動位移，輸出位置檢測信號的位置檢測單元。此外， 所述工具機具備檢測所述工具機的各可動軸的位置，輸出軸位置檢測信號的可動軸位置檢測單元。而且，所述數值控制裝置具有可動軸驅動控制單元，其以如下方式驅動所述可動軸，即在使所述接觸式探頭的測定頭以一定的接觸壓與使所述兩條線與機械坐標系的軸平行地配置的所述工件的所述加工面接觸的狀態下，在所述接觸式探頭的測定頭完全從所述工件的端面離開之前，沿分別與所述兩條線平行的方向，從工件的加工面內向各個端面移動所述接觸式探頭；探頭移動速度計算單元，其根據從所述位置檢測單元輸出的位置檢測信號， 計算該接觸式探頭的軸方向的移動速度；判斷單元，其判斷由所述探頭移動速度計算單元計算出的所述移動速度是否達到了預先決定的速度；存儲單元，其存儲由所述判斷單元判斷為所述移動速度達到了預先決定的速度時的、由所述各個可動軸位置檢測單元檢測出的各個可動軸的位置數據；以及設定單元，其根據在所述存儲單元中存儲的各個可動軸的位置，計算所述工件的中心坐標，將其設定為工件的測量基準點。來自所述可動軸位置檢測單元的軸位置檢測信號，經由驅動電動機的電動機驅動裝置所具有的接口，輸入給所述數值控制裝置，來自所述機載測量裝置的所述位置檢測單元的位置檢測信號，經由未連接所述電動機的電動機驅動裝置所具有的接口，輸入給所述數值控制裝置。所述可動軸位置檢測單元或所述機載測量裝置所具備的所述位置檢測單元是光學尺、編碼器、或雷射幹涉儀中的任意一種檢測裝置。所述存儲單元自動地存儲由所述判斷單元判斷為所述移動速度達到了預先決定的速度時的、由所述各個可動軸位置檢測單元檢測出的各個可動軸的位置數據。所述設定單元在所述加工面的水平方向的左右兩端，求出在所述存儲單元中存儲的所述可動軸的位置數據的差，把在較小的一方的坐標加上該差的一半的值後得到的坐標作為工件的水平方向的中心坐標，在所述加工面的垂直方向的上下兩端，求出在所述存儲單元中存儲的所述可動軸的位置數據的差，把在較小的一方的坐標加上該差的一半的值後得到的坐標作為工件的垂直方向的中心坐標，求出所述工件的中心坐標，將其設定為工件的測量基準點。本發明通過具備以上的結構，可以提供一種使用流體軸承支承接觸式探頭的結構的機載測量裝置，能夠設定工件的測量基準點的測量基準點設定功能的工具機。


圖1是本發明的工具機具備的機載測量器的要部剖面圖。圖2說明圖1的探頭的球型測定頭在與工件的加工面接觸的狀態下，通過路徑RR 和路徑RL分別向該加工面的兩端(右端RE以及左端LE)相對移動。圖3更詳細地說明檢測在圖2中說明的工件W的端面的位置的原理。圖4A-圖4C詳細地說明探頭從工件的端面離開時的樣子。圖5表示由數值控制裝置控制，通過3個直動軸以及2個旋轉軸驅動的、可以同時控制5個軸的本發明的工具機的一例。圖6是把來自機載測量裝置的位置檢測信號和來自工具機的各驅動軸的位置檢測信號輸入數值控制裝置的、本發明的工具機的概要結構圖。圖7說明在圖6所示的工具機中，通過數值控制裝置同時反饋控制來自工具機的各可動軸和機載測量裝置的信號。圖8A以及圖8B是表示在本發明的實施方式中採用的接口的框圖。圖9A-圖9E是在本發明的實施方式中，工件是立方體，求出其加工面的中心坐標來設定為工件的基準位置時的說明圖。圖IOA-圖IOC是在本發明的實施方式中，工件為圓柱體，求出其加工面的中心坐標來設定為工件的基準位置時的說明圖。圖11是表示本發明實施方式的工件的基準位置設定處理的算法的流程圖。
具體實施例方式首先說明本發明的工具機所具備的機載測量器的一例。圖1表示該機載測量裝置1 的要部剖面圖。該機載測量裝置1在殼體Ia中內置具備作為可動部的探頭本體lb。探頭本體Ib通過省略了圖示的軸承支承，可以在探頭本體Ib的中心軸方向上移動。作為該軸承，使用空氣軸承等流體軸承。在探頭本體Ib上安裝有光學尺Id。從雷射頭Ic向該光學尺Id照射雷射，通過省略了圖示的受光元件接收來自光學尺Id的反射光，檢測探頭本體Ib的軸向的移動位移。在探頭本體Ib的一端安裝了具備球型測定頭If的觸針le。觸針Ie為細的棒狀部件。並且，觸針Ie的一端固定在探頭本體Ib上，在另一端安裝有球型測定頭If。為了簡化說明，以後將探頭本體lb、觸針Ie以及球型測定頭If合稱為探頭ft·。探頭ft·的球型測定頭If通過接觸壓T按壓接觸工件W的加工面Wa，一邊仿照加工面Wa—邊進行形狀測量。通過內置在機載測量裝置1中的磁鐵、彈簧等彈性體、或者流體壓力等的施力單元(省略圖示)，可以將接觸壓T調整為適當大小的值。探頭ft·可以在圖1所示的「ft·的移動方向」的箭頭的方向上移動。此外，通過機載測量裝置1內的限制單元(未圖示)限制探頭ft·的可移動位移的範圍。因此，即使探頭ft·的球型測定頭If離開工件W的加工面Wa，也不會擔心探頭ft·的探頭本體Ib離開機載測量裝置1。圖2表示在本發明中，探頭ft·的球型測定頭If在與工件W的加工面Wa接觸的狀態下，分別向工件W的加工面Wa的兩端(右端RE以及左端LE)相對移動，離開工件W(路徑 RR和路徑RL)。在此，使工件W的加工面Wa為粗加工後的加工面或修正加工前的加工面。 符號AP是為了檢測工件W的端面的位置，使探頭ft·向工件W的加工面Wa接觸的位置(以後稱為「靠近位置AP」)。通過圖2所示的探頭ft·的相對於工件W的加工面Wa的動作，說明本發明的機載測量裝置中的探頭ft"的原理上的動作。首先，從工件W的加工面Wa的靠近位置AP在圖2中向右側使探頭ft·相對移動 (路徑RR)，在從工件W的右端面位置RE離開後，再次返回工件W的所述靠近位置AP，然後， 從工件W的加工面的靠近位置AP在圖2中向左側使探頭ft·相對移動(路徑RL)，使其移動直到從工件W的左端面位置LE離開。如此，通過使探頭ft·相對於工件W的加工面Wa相對移動，來檢測工件W的兩端面(RE以及LE)的位置。然後，使用圖3更詳細地說明在圖2中說明的檢測工件W的端面的位置的本發明的原理。首先說明圖3中的符號。T是探頭ft·的球型測定頭If按壓工件W的加工面wa的力，即接觸壓。VO是探頭ft·離開工件W的加工面Wa時的探頭ft·的軸向的初速度。V是探頭ft·從工件W的加工面Wa離開後的探頭ft·的軸向的移動速度。M是探頭ft·的質量。α 是探頭ft"從工件W的加工面Wa離開後的探頭ft·的軸向的加速度。t是從探頭ft·的球型測定頭If從工件W的加工面Wa的端面脫離的時刻開始的經過時間。ν表示探頭ft·沿著工件W的加工面Wa的進給速度。
在機載測量裝置1中具備的探頭ft"的探頭本體lb，通過空氣軸承等流體軸承支承。並且，一邊以接觸壓T通過球型測定頭If按壓工件W的加工面Wa，一邊仿照該加工面 Wa。接觸壓是從上述的磁鐵等施力單元對探頭本體Ib作用的外力。在此，鉛直方向的向下方向是與圖的紙面垂直的方向，設為從紙面的表面一側向背面一側的方向，假定在探頭ft·的運動中沒有重力的影響。此外，假定接觸壓T是不變化的恆定的力。在狀態A下，因為是球型測定頭If在工件W的加工面上進行仿照的狀態，所以球型測定頭If從工件W的加工面受到接觸壓T的反作用力-τ。此外，在工件W的加工面是與探頭ft·的軸垂直的平面時，探頭本體Ib的軸向的移動速度大體為0。然後，在狀態B下，探頭ft·的球型測定頭If完全離開工件W的加工面，球型測定頭If不從工件W的加工面Wa受到接觸壓T的反作用力-τ。因此，探頭ft·通過與接觸壓T相等的外力(大小為T)進行等加速度運動。在此， 當以M表示探頭ft·的質量，以α表示探頭ft·的加速度運動的加速度時，探頭ft·的運動方程式可以通過T = MX α來表示。並且，探頭ft·可以運動到探頭本體Ib的可動範圍。在機載測量裝置1中，從施力單元對探頭ft·作用的力，即使探頭ft·的球型測定頭If離開工件W的加工面Wa，也不會瞬間成為零。於是，如果探頭ft·的進給速度ν相同，球型測定頭If從工件W的加工面的端面離開時的接觸壓T相同，此外，球型測定頭If從工件W的加工面的端面離開時的探頭ft·的軸向的初速度相同，則在球型測定頭If離開工件W的加工面後的探頭ft·的速度變化無論在工件W的加工面Wa的哪個端面的位置都相同，此外，探頭ft·的運動的軌跡無論在工件W的加工面Wa的哪個端面的位置都為相同的軌跡。然後，使用圖4A-圖4C說明探頭ft·的運動的軌跡和速度的變化。在圖4A-圖4C 中僅表示探頭ft"的球型測定頭If來說明探頭ft·的運動的軌跡。圖4A以及圖4B詳細說明探頭ft·的球型測定頭If離開工件W的加工面Wa(測量面)時的樣子。當參照圖3來觀看圖4A以及圖4B時，容易理解。在位置P1，探頭ft·存在於工件W的端面位置，但由於球型測定頭If是球型，因此在該時刻球型測定頭If多數情況不離開端面。在P2位置之前，成為在工件W的端面最大限度的測量。通常，因為探頭ft"的球型測定頭If仿照加工面(測量面)移動，所以在位置P2之前的探頭ft·的探頭軸向速度接近 0，由於粗加工的加工面或修正加工前的加工面中的形狀誤差以及探頭ft·進行移動的路徑 RR和工件W的加工面的實際的形狀的偏差，引起微小的速度變化。從位置P2到位置P3，探頭ft·的中心軸離開了工件端面，但因為球型測定頭If是球型，所以還是具有球型測定頭If與工件W的接觸的情況。因為該區間不是設想的加工面 (測定面)，所以無法沿著形狀進行移動，速度變化增大。但是，因為該部分的測定面是不作為加工面的部分，因此速度變化不規則。位置P3是球型測定頭If完全離開工件W的情況。從該時刻開始，不會受到與工件W的加工面Wa(測量面)的摩擦而引起的影響、不會受到來自工件表面的反作用力。因為探頭ft·的探頭本體Ib如上所述由流體軸承支承，所以不會對探頭本體Ib施加摩擦力。因此，從該時刻，探頭ft·的軸向速度成為基於接觸壓(頂出力)的線性的速度變化(其中，使接觸力T為恆定)。通過Va表示球型測定頭If從工件W離開時的速度(參照圖4B)。關於探頭ft·的軸向的速度變化，與使用圖3說明的相同。在根據探頭ft·的傾斜調整接觸壓 T時，探頭ft·的速度變化取決於重力加速度和傾斜角度。位置P4是達到了為了檢測而預先決定的速度Vb時的坐標(以下稱為「檢測坐標」)。當探頭ft·的姿勢、探頭ft·的仿照方向的移動速度、接觸壓T相同時，因為工件W的端面位置(位置Pl)和檢測坐標(位置P4)的差無論在哪個端面都恆定，所以可以求出準確的端面位置。基於此，求出準確的工件W的中心位置。在圖4A-圖4C中，如圖4C所示，在探頭的軸向移動速度為Vb時，進行端面檢測。在上述的說明中，以接觸壓T為恆定，沒有重力影響作為前提。但是，在從重力作用於探頭ft"的方向，使探頭ft·接觸圖2所示的工件W的加工面Wa，檢測工件W的右端面位置RE和左端面位置LE時，探頭ft·相等地受到重力的影響。此時，也與上述沒有重力的影響的情況相同，工件W的端面位置和檢測坐標的差無論在哪個端面都恆定。此外，在進行右端面位置RE和左端面位置LE的檢測時，還可以是接觸壓T隨時間的變化相同的情況，接觸壓T未必被限定為恆定。即，無論在工件W的哪個端面位置，只要聚齊相同的物理條件即可。然後，說明具有使用上述測定原理的工件的測量基準點設定功能的工具機的本發明的實施方式。圖5是由數值控制裝置控制的、由直動軸或旋轉軸的各軸驅動的工具機的一例。 在圖5中具有X軸、Y軸、Z軸的直動軸，並且在X軸上具有作為旋轉軸的B軸，在Y軸上具有作為旋轉軸的C軸，表示了能夠同時控制5軸的工具機的要部。在本發明中，以機載測量裝置的接觸式探頭脫離的方向上進行的工件端面檢測為基本原理，所以本發明的工具機的可動軸並不限定於流體軸承，可以用於各種形式的可動軸。圖6是把來自機載測量裝置的位置檢測信號以及來自工具機的各驅動軸的位置檢測信號輸入數值控制裝置的工具機的實施方式的概要結構圖。在該實施方式中，從測定工件W 的表面形狀的安裝在B軸上的機載測量裝置1，經由接口 2(參照圖8B)向數值控制裝置8 的伺服控制部8b輸入作為與探頭本體Ib的移動位移有關的測量信號的位置檢測信號ipf。 從設置在工具機的各可動軸上的位置檢測裝置輸出的位置檢測信號，也經由接口(未圖示) 簡單地同步輸入伺服控制部8b。該接口把從伺服電動機95中內置的位置檢測裝置96(參照圖7)輸出的位置檢測信號、以及從機載測量裝置1輸出的測量信號同步地輸入數值控制裝置8的伺服控制部Sb。在本發明的實施方式中，檢測機載測量裝置1的探頭本體Ib的移動位移的位置檢測裝置、或檢測工具機的直動軸的位置的位置檢測裝置，例如可以使用光學尺、雷射幹涉儀等高精度的檢測裝置。此外，在檢測工具機的旋轉軸的位置的位置檢測裝置中可以使用編碼器。此外，數值控制裝置8具備存儲工具機的各可動軸的位置信息以及來自機載測量裝置1的測量信息(位置信息)的存儲單元；把在該存儲單元中存儲的位置信息送出到作為外部存儲裝置的個人計算機11的接口。可以根據在數值控制裝置8中存儲的位置信息計算出探頭ft·的軸向移動速度。例如，可以根據每個控制周期的位置信息的差分，求出速度。因為數值控制裝置8的伺服控制部8b經由相同電路結構的接口(參照圖8)取得作為來自工具機的各可動軸的反饋信號的位置檢測信號、以及來自機載測量裝置1的位置檢測信號，所以同步地對數值控制裝置8輸入來自各軸的位置檢測裝置以及機載測量裝置的測量信號(即，各軸的軸位置檢測信號和機載測量裝置的位置檢測信號)。然後，在數值控制裝置的每個控制周期，把讀入的軸位置檢測信號以及位置檢測信號作為位置信息，存儲在作為數值控制裝置8的寄存器的存儲單元(省略圖示)中。在本發明中，為了檢測出工件W的端面的位置，並作為檢測坐標存儲該檢測位置， 可以通過梯形圖程序進行以下方法如果探頭ft"的軸向的移動速度成為預定以上，則切斷在每個控制周期改寫可動軸的位置數據的寄存器的該改寫(使用梯形圖的常閉觸點)，或者將該改寫轉發給別的保存寄存器(使用信號上升沿檢測命令DIFU或數據轉發命令MOV等)等。此外，數值控制裝置8經由乙太網(註冊商標)12對作為外部裝置的個人計算機 11進行LAN通信，向與個人計算機11連接或內置在個人計算機11中的存儲裝置11a，向個人計算機11發送來自各軸的位置信息以及來自機載測量裝置1的測量信號。個人計算機 11在每個採樣周期，把來自各軸的位置信息以及來自機載測量裝置1的位置信息同步地存儲在存儲裝置Ila中。在個人計算機11內存儲了測量用軟體，根據經由數值控制裝置8讀入的所述位置信息，執行被加工物的形狀測量等需要的運算處理。該形狀測量等需要的運算處理與現有技術相同。此外，個人計算機11存儲了測量用NC程序、加工用NC程序、以及加工用修正NC 程序。圖7說明在圖6所示的工具機中，通過數值控制裝置對來自工具機的可動軸以及機載測量裝置的信號同時進行反饋控制，詳細地說，表示通過數值控制裝置8的伺服控制部 8bX、8bY、8bZ、8bB、8bC對圖6所示的工具機的可動軸X、Y、Z、B、C進行位置、速度、電流的反饋控制。該反饋控制是在控制工具機的數值控制裝置中通常進行的控制。以X軸伺服控制部 8bX為例進行說明。在圖7中，對於具有與圖6相同的功能的要素賦予與圖6相同的符號。 X軸伺服控制部8bX由位置控制部91、速度控制部92、以及進行電流環路控制的電流控制部 93構成。位置控制部91具有誤差寄存器91a和位置環路增益為K的放大器91b。位置控制部91接收來自數值控制部8a的移動指令，對從該移動指令中減去位置反饋量(位置FB) 而得到的位置偏差量進行處理來生成速度指令，將該速度指令輸出給速度控制部92。如圖 7所示，通過誤差寄存器91a計算該位置偏差量。把通過誤差寄存器91a計算出的位置偏差量也輸出給數值控制部8a。速度控制部92根據從該速度指令中減去速度反饋量(速度FB)得到的速度偏差量進行速度環路控制，生成電流指令，將該電流指令輸出給電流控制部93。電流控制部93根據從該電流指令中減去驅動伺服電動機95的放大器94中內置的、檢測流過伺服電動機95的電流的電流傳感器(省略圖示)輸出的電流反饋(電流FB) 而得到的電流偏差量，進行電流環路控制。伺服電動機95是驅動X軸的驅動單元，在伺服電動機95上安裝有檢測其位置以及速度的檢測裝置96 (以下稱為「位置檢測裝置」)。把來自位置檢測裝置96的位置反饋量(位置FB)反饋給位置控制部91，把速度反饋量(速度 FB)反饋給速度控制部92。以上是X軸伺服控制部SbX的結構的說明，關於其他可動軸伺服控制部8bY、8bZ、8bB、8bC，因為是與X軸伺服控制部SbX相同的結構，所以省略說明。如上所述，X軸、Y軸以及Z軸是直動軸，B軸以及C軸為旋轉軸。然後，在本實施方式中，進一步設置不連接驅動工具機的可動軸的電動機以及其位置/速度檢測單元(「位置檢測裝置」)的伺服控制部8bF。符號8bF的「F」表示使工具機的可動軸從控制下獲得自由，並非表示工具機的某一個可動軸。數值控制裝置8，當連接了伺服控制部SbF時，簡單地識別為增加了一個控制軸。 並且，在該增加的伺服控制部8bF上，與除此以外的伺服控制部SbX 8bC(控制工具機的可動軸的伺服控制部)同樣地連接放大器94。因為在該伺服控制部SbF上沒有連接伺服電動機，所以數值控制裝置8變更參數以及控制軟體，以使伺服控制部SbF為伺服關閉，使用追蹤(follow-up)功能，像通常那樣進行位置檢測信號的計數。然後，在伺服控制部SbF上代替伺服電動機而連接機載測量裝置1。並且，經由與伺服控制部8bF連接的放大器具有的接口，把來自機載測量裝置1的測量信號ipf(更換為來自內置在伺服電動機95中的位置檢測裝置96的位置檢測信號)輸入該伺服控制部SbF。 所述接口是放大器中具備的接口，與現有技術沒有不同。圖8A以及圖8B是表示在本發明的實施方式中使用的接口的一例的框圖。如圖8A 所示，在放大器機構中設置有作為電動機驅動單元的放大器94、A/D轉換裝置97以及內插分割裝置98。把從內置在伺服電動機95中的位置檢測裝置96輸出的原信號(正弦波、餘弦波)輸入A/D轉換裝置97。A/D轉換裝置97把作為來自位置檢測裝置的原信號的模擬信號轉換為數位訊號， 把轉換後的數位訊號輸出給內插分割裝置98。該內插分割裝置98進行分割原信號的1周期(正弦波1周期)的數位訊號的處理。在要求比通常的模擬信號的解析度更細小的解析度時，進行細小地分割原信號的一個周期的處理。該分割後的周期成為解析度。圖8B表示圖6的接口 2的一例。該圖8B的接口也和圖8A的接口相同。如此， 通過在機載測量裝置1中也使用伺服電動機的驅動控制用接口，可以容易地把信號同步地取入數值控制裝置8，並且不需要準備用於機載測量裝置1的特別的接口，可以避免成本升高。從機載測量裝置1向數值控制裝置8的位置檢測信號的輸入，並不限於圖8B所示的接圖9A-圖9E是在本發明的實施方式中，工件W為立方體，求出其加工面Wa的中心坐標，將其設定為工件的基準位置時的說明圖。在此，如圖6所示，將工件W安裝在工具機上。 該立方體的工件W如圖9A所示，加工面Wa為垂直面，加工面Wa相對於垂直方向(Y軸方向)以及水平方向(X軸方向)的兩條正交的直線為線對稱的形狀。加工面Wa並不限於平面，例如投影在XY平面上的加工面Wa的圖形是相對於正交的兩條直線為線對稱的形狀即可。在檢測出這樣的工件W的中心坐標並設定為工件的測量基準點時，使設置在機載測量裝置1中的探頭ft"的觸針Ie上的球型測定頭If，從工件W的加工面Wa的靠近位置 AP開始，沿著與線對稱的線平行的線，一邊仿照加工面Wa —邊移動，使球型測定頭If移動到完全離開加工面Wa的端部為止。然後，作為檢測坐標，存儲探頭ft"的軸向的移動速度成為預定值時的坐標。圖9B以及圖9C是使探頭ft·相對於工件W在水平方向(X軸方向)上相對移動，求出球型測定頭If完全離開工件W的加工面Wa時的檢測坐標的動作說明圖。圖9B是從上方看工件W的上表面Wb時的圖，是在圖6中從上方俯視的圖。此外，圖9C是沿著與X軸和Y軸兩個方向垂直的方向看工件W的加工面Wa時的圖，是在圖6中從機載測量裝置1的方向(沿Z軸方向)看工件W的加工面Wa的圖。首先，使X軸、Y軸、Z軸移動，使探頭ft·的球型測定頭If以接觸壓T接觸工件W 的加工面Wa的靠近位置AP (參照圖9C)。然後，驅動X軸的電動機95x，使球型測定頭If從靠近位置AP起如圖9B所述在水平方向(X軸方向)上移動。在此，最初在圖9B中向右側， 球型測定頭If 一邊仿照加工面Wa—邊相對於加工面Wa在水平方向上相對移動。然後，當球型測定頭If完全離開加工面Wa時，如上所述，探頭ft·在其軸向上開始基於接觸壓T的加速度運動。然後，把探頭ft"達到預先設定的軸向速度的時刻的坐標，作為一個檢測坐標 (X坐標)進行存儲。關於「檢測坐標」，是使用圖4已經說明的用語。然後，使X軸、Y軸、Z軸移動，使探頭ft·的球型測定頭If再次定位在靠近位置AP， 並且驅動X軸，使球型測定頭If在與所述方向相反的方向上相對於加工面Wa相對移動。然後，同樣地把探頭ft·達到預先設定的軸向速度時的坐標，作為另一檢測坐標(X坐標)進行存儲。加工面Wa的靠近位置AP可以不限於同一地點。即，在使探頭ft·在相反方向上相對移動來檢測工件W的端面時，在使探頭ft·在一個方向上移動時的移動的直線上，並且在工件W的加工面Wa以內即可。將這樣求出的兩個X坐標值相加然後除以2，求出工件W的加工面Wa的水平方向 (X軸方向)的中間坐標。該坐標表示加工面Wa的水平方向的中心位置，即X軸中心坐標。 作為所述兩個檢測坐標的兩個X坐標值，是通過反向驅動X軸而得到的值，因此，通過把兩個X坐標值相加的處理，可以抵消X軸的驅動系統具有的齒隙等機械誤差。由此，可以高精度地求出X軸中心坐標。圖9D以及圖9E是使探頭ft·相對於工件W在垂直方向上相對移動，求出球型測定頭If完全離開工件W的加工面Wa時檢測坐標的動作說明圖。首先，使X軸，Y軸、Z軸移動，使探頭ft·的球型測定頭If以接觸壓T接觸工件W 的加工面Wa的靠近位置AP』(參照圖9E)。然後，驅動Y軸的電動機95y，以使球型測定頭 If從靠近位置AP』開始如圖9D所示在垂直方向(Y軸方向)上移動。在此，最初向上側，球型測定頭If 一邊仿照加工面Wa—邊相對於加工面Wa在垂直方向上相對移動，當球型測定頭If完全離開加工面Wa時，如上所述，探頭ft·在其軸向上開始基於接觸壓T的加速度運動。然後，把探頭ft·達到預先設定的軸向速度的時刻的坐標，作為一個檢測坐標(Y坐標) 進行存儲。然後，使X軸、Y軸、Z軸移動，使探頭ft·的球型測定頭If再次定位在靠近位置AP』 上，並且驅動Y軸，使球型測定頭If在與所述方向相反的方向上與加工面Wa相對移動。然後，同樣地把探頭ft·達到預先設定的軸向速度時的坐標，作為另一檢測坐標(Y坐標)進行存儲。加工面Wa的靠近位置AP』可以不限於同一地點。即，在使探頭ft·在相反方向上相對移動，來檢測工件W的端面時，是使探頭ft·在一個方向上移動時的移動的直線上，並且在工件W的加工面Wa以內即可。將這樣求出的兩個Y坐標值相加然後除以2，求出工件W的加工面Wa的垂直方向 (Y軸方向)的中間坐標。該坐標表示加工面Wa的垂直方向的中心位置，即Y軸中心坐標。作為所述兩個檢測坐標的兩個Y坐標值，是通過反向驅動Y軸而得到的值，因此，通過把兩個Y坐標值相加的處理，可以抵消Y軸的驅動系統具有的齒隙等機械誤差。由此，可以高精度地求出Y軸中心坐標。如圖9B 圖9E所示，本發明的工件的端面檢測方法是使探頭ft·從工件W相對地離開的方向的動作，所以探頭ft·和工件W碰撞的危險消失，可以防止高價的機載測量裝置 1或工件W的損壞。圖IOA-圖IOC是在本發明的實施方式中，工件W為圓柱形，求出其加工面Wa的中心坐標，然後設定為工件W的基準位置時的說明圖。該例也如圖6所述，以加工面Wa成為垂直面的方式進行安裝。加工面Wa相對於水平軸的X軸和垂直軸的Y軸為線對稱。然後， 使用圖9，與工件W為立方體的情況相同，進行工件W的加工面Wa的端面的檢測動作。並且，如果檢測水平方向(X軸方向)的檢測坐標和垂直方向(Y軸方向)的檢測坐標，求出在水平方向以及垂直方向上得到的檢測坐標各自的中間點，則求出圓柱形的工件W的加工面 Wa的X坐標和Y坐標的中心坐標。此外，在圓柱形的工件W中，也與立方體的工件W相同，X軸、Y軸的驅動系統具有的齒隙等機械誤差相互抵消，是使探頭ft·從工件W相對地離開的方向的動作，所以探頭ft· 和工件W碰撞的危險消失，可以防止高價的機載測量裝置1或工件W的損壞。如果把這樣求出的工件W的中心坐標設定為基準位置，則可以確立機載測量裝置 1的探頭ft·的球型測定頭If的尖端位置和刀具刀尖位置的對應。例如，如果使加工程序的坐標系的原點為工件中心位置，則通過將設定的坐標作為原點，球型測定頭If的尖端位置和刀具刀尖位置表示相同的位置，可以執行準確的修正加工。圖11是表示本發明的實施方式的工件的基準位置設定處理的算法的流程圖。在工具機上以機械的坐標系的軸和工件W的對稱線平行的方式安裝工件W，以使機載測量裝置1的探頭ft·的中心軸相對於工件W的加工面垂直的方式進行配置，並且，在向數值控制裝置8輸入了要執行的加工程序後，當使用省略了圖示的手動輸入裝置等向數值控制裝置輸入工件W的基準位置設定指令時，數值控制裝置8的數值控制部8a(參照圖7) 的處理器開始圖11所示的處理。步驟Sl 首先，通過輸入的加工程序，將工件W的加工面中的與兩個對稱線平行的線分別設為第一靠近線(在該實施方式中，第一靠近線是與水平線的X軸平行的線)、第二靠近線(在該實施方式中，第二靠近線是與垂直線的Y軸平行的線)，在第一靠近線和第二靠近線上，求出工件W的加工面Wa的水平方向的兩個靠近位置，並且求出工件W的加工面 Wa的垂直方向的兩個靠近位置，然後向步驟S2轉移。步驟S2 使探頭ft·移動到在步驟Sl中求出的水平方向的第一靠近線的一個靠近位置，使球型測定頭If以接觸壓T接觸並定位。步驟S3 使探頭ft·在水平方向上向工件W的一個端面移動。即，驅動X軸的電動機95x，使X軸的工作檯移動，使探頭ft·的球型測定頭If 一邊仿照工件W的加工面Wa，一邊向工件W的一端相對移動。步驟S4 然後，判斷探頭ft"的軸向的移動速度是否超過了基準值。步驟S5 當在步驟S4中判斷為探頭ft"的軸向的移動速度超過了基準值時，停止探頭ft·的移動。即，停止X軸的電動機95x的驅動，停止X軸工作檯的移動。在該時刻，探頭ft·的球型測定頭If完全離開工件W。步驟S6 把在步驟S4中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時的移動軸的坐標，即X坐標作為檢測坐標，存儲在寄存器Rl中。步驟S7 使探頭ft·後退以便不與工件W接觸，在步驟Sl中求出的水平方向的另一測定靠近位置，使探頭ft·的球型測定頭If以接觸壓T接觸定位。步驟S8 使探頭ft·在水平方向上向工件W的另一端面移動。即，驅動X軸的電動機95x，移動X軸的工作檯(與步驟S3中的X軸的工作檯的移動相反的方向)，使探頭ft·的球型測定頭If 一邊仿照工件W的加工面Wa，一邊向工件W的另一端相對移動。使探頭ft· 相對於工件W的加工面Wa相對地在一個方向上移動的速度，與使其在相反的方向上移動的速度相同。步驟S9 然後，判斷探頭ft·的軸向的移動速度是否超過了基準值。步驟SlO 當在步驟S9中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時，停止探頭ft·的移動。即，停止X軸的電動機95x的驅動，停止X軸工作檯的移動。在該時刻，探頭ft·的球型測定頭If完全離開工件W。步驟Sll 把在步驟S9中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時的移動軸的坐標，即X坐標作為檢測坐標，存儲在寄存器R2中。步驟S12 使探頭ft·後退，使探頭ft·移動到在步驟Sl中求出的垂直方向的第二靠近線的一個靠近位置，使球型測定頭If以接觸壓T接觸並定位。步驟S13 使探頭ft·在垂直方向上向工件W的一個端面移動。即，驅動Y軸的電動機95y，使Y軸的工作檯移動，使探頭ft·的球型測定頭If 一邊仿照工件W的加工面Wa， 一邊向該工件W的一端相對移動。步驟S14 然後，判斷探頭ft"的軸向的移動速度是否超過了基準值。步驟S15 當在步驟S14中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時，停止探頭ft·的移動。即，停止Y軸的電動機95y的驅動，停止Y軸工作檯的移動。在該時刻， 探頭ft·的球型測定頭If完全離開工件W。步驟S16 把在步驟S14中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時的移動軸的坐標，即Y坐標作為檢測坐標，存儲在寄存器R3中。步驟S17 使探頭ft·後退以便不與工件W接觸，在步驟Sl中求出的垂直方向的第二靠近線的另一測定靠近位置，使探頭ft·的球型測定頭If以接觸壓T接觸定位。步驟S18 使探頭ft·在垂直方向上向工件W的另一端面移動。即，驅動Y軸的電動機95y，移動Y軸的工作檯(與步驟S13中的Y軸的工作檯的移動相反的方向)，使探頭 Pr的球型測定頭If 一邊仿照工件W的加工面Wa，一邊向工件W的另一端相對移動。步驟S19 然後，判斷探頭ft·的軸向的移動速度是否超過了基準值。步驟S20 當在步驟S19中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時，停止探頭ft·的移動。即，停止Y軸的電動機95y的驅動，停止X軸工作檯的移動。在該時刻， 探頭ft·的球型測定頭If完全離開工件W。步驟S21 把在步驟S19中判斷為探頭ft·的軸向的移動速度超過了基準值時的移動軸的坐標，即Y坐標作為檢測坐標，存儲在寄存器R4中。步驟S22 根據在寄存器Rl 寄存器R4中存儲的檢測坐標求出工件中心坐標，將其設定為工件W的測量基準點。詳細地說，通過將寄存器Rl和寄存器R2中存儲的檢測坐標的X坐標相加然後除以2，求出兩個X坐標的中間坐標。此外，通過將寄存器R3和寄存器 R4中存儲的檢測坐標的Y坐標相加，求出兩個Y坐標的中間坐標。該X坐標、Y坐標的中間坐標表示工件W的中心坐標，所以將該工件W的中心坐標設定為工件的基準位置，結束該基準位置設定處理。此外，可以求出水平方向兩端的坐標值的差，把在較小的一方的坐標值上相加該差的一半的值後得到的坐標值作為工件W的水平方向的中心坐標，求出垂直方向兩端的坐標值的差，把在較小的一方的坐標值上相加該差的一半的值後得到的坐標值作為工件W的垂直方向的中心坐標來求出工件W的中心坐標， 將其設定為工件W的基準位置。根據如此設定的工件W的基準位置，使安裝在探頭ft·的觸針Ie的尖端上的球型測定頭If的尖端與工件表面接觸，通過機載測量裝置在工具機上測量工件W。通過該工件W 的基準位置，使球型測定頭If的尖端與刀具的刀尖相關聯，所以根據測量到的形狀，修正加工變得明確。
權利要求
1.一種具有工件的基準點設定功能的工具機，具備用於工件的形狀測定以及形狀分析的機載測量裝置，並具備通過輸入來自該機載測量裝置的位置檢測信號的數值控制裝置控制的多個可動軸，所述工件的加工面相對於垂直的兩條直線線對稱，所述工具機的特徵在於，所述機載測量裝置具備在機載測量裝置內部通過流體軸承支承的接觸式探頭；以及檢測所述接觸式探頭的軸方向的移動位移，輸出位置檢測信號的位置檢測單元，此外，所述工具機具備檢測所述工具機的各可動軸的位置，輸出軸位置檢測信號的可動軸位置檢測單元，而且，所述數值控制裝置具有可動軸驅動控制單元，其以如下方式驅動所述可動軸，即在使所述接觸式探頭的測定頭以一定的接觸壓與使所述兩條線與機械坐標系的軸平行地配置的所述工件的所述加工面接觸的狀態下，在所述接觸式探頭的測定頭完全從所述工件的端面離開之前，沿分別與所述兩條線平行的方向，從工件的加工面內向各個端面移動所述接觸式探頭；探頭移動速度計算單元，其根據從所述位置檢測單元輸出的位置檢測信號，計算該接觸式探頭的軸方向的移動速度；判斷單元，其判斷由所述探頭移動速度計算單元計算出的所述移動速度是否達到了預先決定的速度；存儲單元，其存儲由所述判斷單元判斷為所述移動速度達到了預先決定的速度時的、 由所述各個可動軸位置檢測單元檢測出的各個可動軸的位置數據；以及設定單元，其根據在所述存儲單元中存儲的各個可動軸的位置，計算所述工件的中心坐標，將其設定為工件的測量基準點。
2.根據權利要求1所述的具有工件的基準點設定功能的工具機，其特徵在於，來自所述可動軸位置檢測單元的軸位置檢測信號，經由驅動電動機的電動機驅動裝置所具有的接口，輸入給所述數值控制裝置，來自所述機載測量裝置的所述位置檢測單元的位置檢測信號，經由未連接所述電動機的電動機驅動裝置所具有的接口，輸入給所述數值控制裝置。
3.根據權利要求1或2所述的具有工件的基準點設定功能的工具機，其特徵在於，所述可動軸位置檢測單元或所述機載測量裝置所具備的所述位置檢測單元是光學尺、 編碼器、或雷射幹涉儀中的任意一種檢測裝置。
4.根據權利要求1所述的具有工件的基準點設定功能的工具機，其特徵在於，所述存儲單元自動地存儲由所述判斷單元判斷為所述移動速度達到了預先決定的速度時的、由所述各個可動軸位置檢測單元檢測出的各個可動軸的位置數據。
5.根據權利要求1所述的具有工件的基準點設定功能的工具機，其特徵在於，所述設定單元在所述加工面的水平方向的左右兩端，求出在所述存儲單元中存儲的所述可動軸的位置數據的差，把在較小的一方的坐標加上該差的一半的值後得到的坐標作為工件的水平方向的中心坐標，在所述加工面的垂直方向的上下兩端，求出在所述存儲單元中存儲的所述可動軸的位置數據的差，把在較小的一方的坐標加上該差的一半的值後得到的坐標作為工件的垂直方向的中心坐標，求出所述工件的中心坐標，將其設定為工件的測量基準點。
全文摘要
提供一種具有工件的測量基準點設定功能的工具機。使機載測量裝置的探頭的球型測定頭在工件的加工面上在一個方向上移動。在該球型測定頭離開該工件的一個端面後，檢測探頭的軸向的移動速度達到預先設定的預定速度的時刻的坐標值。並且，還在與所述相反的方向上進行該球型測定頭的在工件的加工面上的動作。然後，根據上述檢測到的兩個坐標值求出工件的一個端面與另一端面的中點的坐標，將其設定為工件的測量基準位置。
文檔編號G05B19/401GK102207731SQ20101015844
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者山本明, 洪榮杓, 羽村雅之, 蛯原建三 申請人:發那科株式會社