JPH01500701A

JPH01500701A - 自動工作機械のための較正方法

Info

Publication number: JPH01500701A
Application number: JP62505366A
Authority: JP
Inventors: ピルバラフ，デビッド　イアン
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1989-03-09
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: WO1988002139A1; GB8622218D0; JP2653806B2; EP0283486A1; EP0283486B1; DE3775211D1; US4899094A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】自動工作機械のための較正方法技術分野本発明は自動工作機械、特に旋盤のための較正方法に関する。

背景技術工作機械の分野では、米国特許第４．１５３．９９８号に記載されている種類の「接触トリガプローブ」を用い、スタイラスの面への接触に応じてプローブのスタイラスのｘ、ｙおよび２座標を指示するようにデータ処理手段を作動させるものが知られている。そのようなプローブは、切削工具自身と同じように（例えば、工具保持タレット台上で）加工品に対して相対的な動きをし、工作機械によって加工された後の加工品の大きさを検、査し、さらに加工品を加工中の工作機械を制御するために用いることかできる。

ｘ、ｙおよび２座標で示される測定指示点は、工作機械の測定原点に関して計られる。使用する前に、固定された位置にある一つまたは複数の基準面に対してプローブを作動させることにより、プローブが較正すなわち「基準段窓」され得る。これによりスタイラスの有効接触面と、プローブが取り付けられたタレット台または他の工具保持器の名目上の測定位置との間の「プローブのオフセット」を算出することが可能となる。これらプローブのオフセットは、オフセット算出後にプローブを用いて行われる測定における補正に用いられる。固定された基準位置が正確であると仮定すると、そのような補正は、名目上の測定位置とスタイラスの有効接触面との間の差を考慮にいれたものとなる。

プローブ基準設定の際、仮に基準面と測定原点との間の位置決めに不正確さがあるとすると、潜在的不正確さが生じ得るような工作機械もあるということが見出されてきた。これは測定原点の相対的穆動を生じさせるような工作機械のベッドの変形がある場合に起きてくることがある。このような変形は、例えば、工作機械のベッドに対する荷重または熱作用の結果として生ずることがある。

マシニングセンターの場合には、このような問題は、少なくともＸ軸およびｙ軸においては、次の理由から通常は起きない。マシニングセンターの切削工具スピンドルは工具保持器上にあり、従ってその回転軸はプローブの近傍にある。それ故測定原点の位置に対する工作機械のベッド変形の影響は、プローブの測定位置と切削工具により切削された加工品の面の両方に対し同じ効果を有する。この結果、切削工具により切削される加工品の面は、プローブのオフセットを較正するための基準面として用いることができる。なぜならこの場合、変形の影響は互いに消し合い、問題を生じなくさせるからである。このような方法は例えば、米国特許第４，２８１，３８５号および英国特許出願ＧＢ２，１０８，７１５Ａに記載されている。

旋盤の場合、加工品保持チャックに与えられた基準面を用い、上述の方法でプローブのオフセットを較正することが知られている。例えば米国特許第４．３８２．２１５号およびレニショー・エレクトリカル社（Ｒｅｎｉｓｈａｗ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｌｉｍ１ｔｅｄ）により１９８４年に出版された“Ｕｓｅｒｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ−Ｐｒｏｇｒａｍｓ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｂｅｓ。

Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｉｎ５ｐｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｏｏｌ　Ｄａｔｕａ＋ｉｎｇ　ｗｉｔｈＦａｎｕｃ　６ＴＢ　Ｃｏｎｔｒｏｌ”第３部、２５〜３５頁を参照されたい。しかしながら、この方法は工作機械の変形による上記問題を生じさせるということがあった。この問題は、旋盤によって加工される加工品の表面に対して単にプローブの基準設定をすることによって除くことはできない。なぜなら、チャックの回転軸はプローブを保持する工具保持器から離れているからである。このような基準設定処理は、チャックまたは加工品の回転軸の位置を測定原点に間して正確に知ることができるという仮定を含んでいることを了解する。実際、もし工作機械が変形を受け、上述したマシニングセンターの場合のように不正確さが打ち消されない場合、上記回転軸の位置は正確に知り得ない、なぜなら、回転軸はプローブの近傍に無いからである。

発明の開示本発明によれば、内部に保持された加工品を機械加工するために回転可能な加工品保持手段、データ処理手段、およびトリガプローブを有し、該トリガプローブは加工品の面における所定点で作動されることができ、これに応じて前記データ処理手段が作動点におけるプローブの位置座標を示す情報を生じ、該座標は加工品における仮想回転軸に基づいた基準点に関係するものであるような自動工作機械のための較正方法が与えられ、その方法は、（ａ）前記プローブを、既知の大きさを有する物品上の少なくとも一つの点に対して作動させ、前記大きさおよび前記データ処理手段によって示される点または各々作動点の位置座標とを用い、プローブのオフセット補正値を計算することによって較正し、および（ｂ）前記工作機械を、実際の回転軸を中心とする形状を与え、該回転軸に関する前記形状の正反対の位置にある第１および第２の点に対し前記プローブを作動させ、前記データ処理手段によって指示され、前記プロブのオフセット補正値によって・補正された、前記作動点の位置座標の各々の平均に基づいて、前記実際の回転軸と仮想回転軸との間にもし差があれば、当該差に関連したオフセットを計算することによって較正することからなる。

実際の回転軸を中心軸とする形状は、加工品へ機械加工することによってその形状が与えられるのが好ましい。なぜなら、これによって同心性を確実に与え、チャック（締付は荷重により変形することがある）の面に基準設定することにより生じ得る不正確さが除かれる。

図面の簡単な説明本発明は添付の図を参照して例により記述される。

これら図において、第１図〜第４図は、本発明の一例の一特徴の原理を説明するために用いられる概略的図面である。

第５図、第６図および第７図は、スタイラスの大きさに対する較正が行われた後、どのように測定がなされるかを説明するために用いられる概略的図面である。

第８図、第９図、第１０ａ図、第１０ｂ図および第１１図は、本発明の例の第２の特徴の原理を説明するために用いられる概略的図面である。

第１２図および第１３図は本発明が用いられるそれぞれ自動旋盤の概略的側面図および概略的平面図である。

第１４ａ図、第１４ｂ図および第１５図は、本発明の例の第２の特徴を拡張した例を説明するために用いられるの概略的図面である。

発明を実施するための最良の形態本発明の以下に示す例では、まず最初に、自動旋盤で用いられる接触トリガプローブを、プローブの球状スタイラスの有効（電子工学的）直径をめることにより較正する方法を記述する。

次に、このように較正されたプローブを、旋盤の実際の中心線（回転軸）について較正するために用いる方法を記述する。

まず第１図において、参照番号１はチャックジョ−２を有する自動旋盤のチャックを示す。参照番号３は、球状スタイラス５を具えた接触トリガプローブ４を保持する旋盤の工具タレット台を示す。参照番号６は、例えば、ジョー２中にできるだけ同心に保持された、既知の直径ｐｒｅｆをもつ基準棒または円筒であるような物品を示す。プローブ４のスタイラス５を、第１図の点線で示されるように正反対の相対する２点て物品６に接触させる。第２図において、仮りにｘｌおよび×２が２つの接点に対し、プローブと結合されたデータ処理手段によって測定されたＸ座標であるとすると、スタイラスの有効（電子工学的）直径ｏｂ　（スタイラスの実際の物理的直径より小さい）は、次の式で与えられる。

Ｄｂ＝Ｄｂｒｅｆ−（ＸＩ−Ｘ２）データ処理手段は上記式に基づいて計算を行い、Ｄｂに基づく座標測定を補正するのに用いるためのスタイラス５の有効（電子工学的）直径の指示値を与えるようにプログラムされる。

データ処理手段とプローブを有する座標測定システムが旋盤の中心線（座標軸）に関して較正してあれば、Ｘ座標がｘｌであると測定される点で単一接触法を用い、以下の式により有効スタイラス半径（Ｒｂ）を得ることができる。

Ｒｂ＝Ｒｒｅｆ−ＸＩ式中、Ｒｒｅｆは物品６の既知の半径である。

有効スタイラス直径（または半径）の計算は、チャックジョー２に保持された物品６の内孔に関して行うことができ、その孔は既知の直径Ｄｒｅｆを有する（第３図参照）。

この場合も同様、このシステムが旋盤の中心線に関して補正されているならば、Ｄｂ−Ｄｒｅｆ−（ＸＩ−Ｘ２）またはＲｂ＝Ｒｒｅｆ−ＸＩジー１−２に保持された物品６に関してスタイラス直径（または半径）について較正する別の方法（工作機械の拘束による）として、離隔して取り付けられた較正用腕によって保持された較正のための物品を用いてもよい（第４図参照）、第４図において、参照番号７は、固定あるいは自動的に位置質えのできる腕８によって保持された既知の大きさの物品を示す。最大の精度のためには、腕８は、物品７が補正中、旋盤の中心線近くにくるように振ることができることが好ましい。そして、腕８は後で邪魔にならない位置へ振られる。図示したように物品７は既知の厚さＤの立方体でもよく、スタイラス５の有効直径Ｄｂは以下の式で与えられる。

Ｄｂ−Ｄ−（Ｘｉ−Ｘ２）システムがスタイラス５の有効直径または半径について較正された後は、プローブ４を大きさの測定に用いた時、この値が考慮にいれられる。第５図において、加工品９の孔の内径Ｄ１を、その孔の正反対にある相対する２点にスタイラス５を接触させることにより測定しようとするならば、プローブ４とデータ処理手段とを有するシステムにより実際に測定される孔の直径に、スタイラス５の直径Ｄｂを加えることにより、Ｄｌが得られる。第６図において、加工品ｌＯの外径Ｄ２が、スタイラス５を正反対にある相対する２点に接触させることにより測定しようとする場合、直径Ｄ２は、データ処理手段とプローブ４を有するシステムにより実際に測定された直径から直径Ｄｂを差し引くことにより得られる。機械の拘束により直接に直径を測定できない場合、旋盤の中心線に対するプローブ中心線の精度が最近向上しているという条件で単一接触法を用いてもよい。例えば、第７図において、加工品１１における半径Ｒ３は、データ処理手段とプローブ４を有するシステムにより実際に測定された半径と、スタイラス５の有効半径との差から得られる。そして加工品１１における半径Ｒ４は、データ処理手段とプローブ４を有するシステムにより実際に測定された半径と、スタイラス５の有効半径とを加えることにより得られる。

ところで、スタイラス５の有効直径（または半径）を決定するための上記計算に関する物品の軸が、工作機械の中心線（回転軸）と平行になっていないならば、それら二つの軸の間の角度を知り、余弦法を（ＸＩ−Ｘ２）またはｘｌに適用することにより、有効直径の計算のために補正される必要がある。

次に、旋盤の実際の中心線のための較正方法を記述する。この中心線は、データ処理手段とプローブ４を有するシステムが座標情報を与えるための基準として仮想される中心線とは、例えば、熱的または他の作用によって違っているかもしれない。（実際に、システムの任意の測定原点から座標がとられ、この原点は中心線に関して通常固定されていると仮定されている。

従りて熱的または他の作用のため、ある時間においてこの仮定が無効になり得る仮定である。以下に記載する較正はこれを補償するものである。）まず第８図において、加工品１２は、工具を用いて旋盤で回転され、第８図の点線で示したように正反対の相対する点にプローブ４のスタイラス５を接触させるのに適した直径にする。

第９図において、もし、Ｘｉがプローブ４およびデータ処理手段により測定された一つの接点のＸ座標であり、ｘｌがプローブ４とデータ処理手段によって測定された他の接点のＸ座標であり、さらにＸｃが旋盤の中心線の仮想されたＸ座標である、ならば、旋盤の中心線のＸ座標についてのシステムの仮定におけるの誤差Ｘｅは以下の式で与えられる：Ｘｅ− Ｘｃ−Ｘｍ式中Ｘｍ＝　（ＸＤＸ２）／２、すなわちｘｌと×２との平均値。

ところで、プローブは、その軸が旋盤の回転軸（中心線）と平行かまたは直角であるように配置することができる（第１０ａ図および第１０ｂ図参照）、このことは、スタイラスの直径または半径についての較正方法に関して前述した方法にも当てはまる。

一度、仮想中心線についての誤差Ｘｅが計算されたならば、この誤差は位置が規定されるための基準点に対するオフセットを直接修正するデータ処理手段によりて、あるいはプローブを用いてめられた座標値を修正するのに用いられることができる。第１１図で参照番号１３は基準点を示し、Ｏはプローブ中心線までのＸ軸のずれを示す。

第１２図および第１３図は、本発明が用いられるそれぞれ自動旋盤の概略的側面図および概略的平面図である。参照番号１４は、旋盤のヘッドストックを示し、参照番号１５は旋盤スピンドルを示し、参照番号１６はＺ軸誘導スクリューを示し、参照番号１７は２軸駆動部を示し、参照番号１８はＺ軸エンコーダを示し、参照番号１９はＸ＠銹導スクリュー、を示し、参照番号２０はＸ軸駆動部を示し、参照番号２１はＸ軸エンコーダを示し、参照番号２２は、コンピュータ数値制御データ処理手段を内装するキャビネットを示す。データ処理手段は、旋盤の操作を制御するのと同様座標位置情報を保存し、上述したことに基づいてスタイラス５の有効直径または半径、および旋盤の仮想中心線と実際の中心線との間の誤差があればそれを決定するための計算を行うようにプログラムされている。

場合によっては、物品７がそれ自体接触トリガプローブとして作用し、トリガ作用を起こすためにプローブ４よりも大きな接触力を必要とし、例えば旋盤によって保持されている工具を設定するのに用いることができる。

次に、旋盤の操作中較正を繰り返し行い、旋盤の実際の中心線の移行を較正する本発明の拡張例について記述する。第１４ａ図において、この図は実際の中心線が、正しい仮定された位置にある加工品２３の状態を示しており、第１．４　ｂ図は、実際の中心線が移行した第２の状態にある加工品２３の位置を示している。第１の状態では、プローブ４は、基準点からの正しい中心線（回転軸）位置および工具のずれを指示するであろう。あるいは別の記憶データを、基準点からプローブ４の中心線までのプローブのオフセットを記憶するように修正することができる。第２の状態では、旋盤スピンドルは、特定化されない原因により未知の量だけ移動している。この場合、旋盤の実際の中心線に対する基準位置の詳細はもはや有効ではない。それゆえ、旋盤の実際の中心線に対する再較正が、前述したことを基にしてなされる必要がある。このような再較正は、長い期間の一連の操作中繰り返し行われ、旋盤の実際の中心線の８行に対し連続的に較正し直すようにしてもよい。上述した手順の第２の半分だけ（中心線に対する較正）が繰り返される必要があることが留意されるべ籾である。すなわちプローブ自体は、基準物品６または７の既知の大きさに対して補正されているので、通常再較正は不必要である。旋盤における連続する較正はその上での特定の位置についてであろうし、もし中心線の移動が、仮想中心線と実際の中心線との間の角度の誤差をもたらすならば、異なった領域について繰り返し較正し直してもよいことは、やはり留意すべきである（第１５図参照）。この場合、再較正時のプローブ４の位置で、既知の角度誤差およびＺ軸での距離のずれに基づき、領域２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ−での誤差をデータ処理手段によって計算することができる。角度傾斜による誤差は、データ処理手段のソフトウェアにより位置測定の読みが調節される相互作用制御システムへ組込むのに利用できるようにしてもよい。別の方法として、位置データの補償あるいは修正なしで旋盤制御システムを再調節することができる外部コンピュータへデータを送ワてもよい。

場合によりては、特定の物品１２を用いることの別方法として、取り扱われる実際の加工品についてどのような直径でも適切なものであれば、旋盤の中心線移行の較正のために用いることができる。なぜなら、この方法は大きさに無関係であるからである。あるいは、加工品自体または旋盤上の取付は具について、後で消滅させてもよい名目上の直径を与えてもよい。

国際調査鮒失ＡＮＮＥＸ　７０　Ｔ：’Ｅ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡｒ、５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＯＲＴ　０ＮＩｒＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＡ？”’＝ＸＣＪ、τ：０ＮＮｏ、ＰＣτ７ノＧＢ８７／Ｃ０６４４（ＳＡ、１８６３７）ｅｐｏｒｔＧＥ−Ａ−２０３３ＳＬＣ２ｍ、’０５７８０　Ｎｏｒ、＠

Claims

【特許請求の範囲】１）内部に保持された加工品を機械加工するために回転可能な加工品保持手段，データ処理手段，およびトリガプローブを有し、該トリガプローブは加工品の面における所定点で作動されることができ、これに応じて前記データ処理手段が作動点におけるプローブの位置座標を示す情報を生じ、該座標は加工品における仮想回転軸に基づいた基準点に関係するものである自動工作機械のための較正方法において（ａ）前記プローブを、既知の大きさを有する物品上の少なくとも一つの点に対して作動させ、前記大きさおよび前記データ処理手段によって示される点または各々作動点の位置座標とを用い、プローブのオフセット補正値を計算することによって較正し、および（ｂ）前記工作機械を、実際の回転軸を中心とする形状を与え、該回転軸に関する前記形状の正反対の位置にある第１および第２の点に対し前記プローブを作動させ、前記データ処理手段によって指示され、前記プローブのオフセット補正値によって補正された、前記作動点の位置座標の各々の平均に基づいて、前記実際の回転軸と仮定された回転軸との間にもし差があれば、当該差に関連したオフセットを計算することによって較正することからなる自動工作機械のための較正方法。２）前記プローブが、前記プローブを既知の大きさを有する物品の相対する２点に対して作動させ、プローブのオフセット補正値Ｄｂを、Ｄｂ＝Ｄｂｒｅｆ−（Ｘ１−Ｘ２）式中、Ｄｒｅｆは既知の大きさであり、Ｘ１およびＸ２は前記データ処理手段によって測定される前記作動点の座標であるにより計算することによって較正される請求の範囲第１項に記載の方法。３）前記実際の回転軸を中心とする形状を、加工品に該形状を機械加工することによりあたえる請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。４）前記実際の回転軸と前記仮想回転軸との間の差に関するずれＸｅが、式：Ｘｅ＝Ｘｃ−Ｘｍ式中、Ｘｃは回転軸の仮想位置座標であり、Ｘｍは前記実際の回転軸に中心をもつ前記形状の作動点の位置座標の平均値であるによって与えられる請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の方法。５）前記工程（ｂ）を連続して繰り返し、前記工作機械を較正し直す請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の方法。６）前記工程（ｂ）を前記工作機械の異なった作動領域について繰り返す請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。