专利名称：具有工件的测量基准点设定功能的机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了在机床上测定被加工物(工件)的形状以及分析形状，而具备机载测量装置的机床，特别是涉及具备用于测量工件的形状的基准位置设定功能的机床。
背景技术：
在超精密加工中，为了实现纳米单位的形状精度，不从机床中取出完成加工的工件而在机床上测量加工形状(机载测量)，根据测量结果进行修正加工是不可缺少的。在这样的机载测量中，通过确立刀具的刀尖和机载测量装置上具备的探头的触针的尖端的位置关系，可以进行准确的修正加工。为此，必须确立加工工件时的坐标和进行机载测量时的测量坐标的关系。为了确立该加工工件时的坐标和进行机载测量时的测量坐标的关系，需要设定工件的测量基准位置。作为工件的测量基准位置的设定方法，目前已知如下方法。(a)把工件的测量基准位置作为安装工件的旋转轴的中心。为此，最初在安装工件的旋转轴的面盘上放置定心球。然后，使用位移检测器使定心球的中心与旋转轴的中心重合，然后使用机载测量装置的探头找到定心球的顶点，确定上述旋转轴的中心坐标。然后拆下定心球，安装工件。使用位移检测器使工件或工件夹具的中心坐标与旋转轴的中心重合，把求出的旋转轴的中心坐标作为工件或工件夹具的基准位置。在这种把定心球放置在安装工件的旋转轴面盘上，来设定工件的基准位置的现有技术中，直到基准位置设定为止的步骤复杂，需要花费进行设定的作业时间。此外，无法避免在拆下定心球安装工件时产生误差。并且，只要工件不是圆筒形状，就难以使工件的圆筒形夹具的中心与工件的中心一致。此外，还有可能由于操作者的熟练度，产生相当大的设定误差，这也成为问题。(b)在日本专利文献特开2006-21277号公报中公开了以下技术不必使工件的中心与安装工件的旋转轴重合，通过十字机载测量确定必定存在于轴对称形状上的顶点，把被推定为工件的中心的所述顶点设为测量基准点。在该技术中，成为对象的工件的形状仅限于轴对称形状。此外，因为对正式加工前的粗加工后的工件的形状进行机载测量，所以通过测量求出的顶点难以说是工件的中心。因此，为了应对工件的中心和通过机载测量求出的顶点不一致的问题，在工件上在加工面以外设置富余的空间，即使中心不一致，可以加工富余的空间。此外，最近，除了对工件的全面进行加工的超精密加工外，要求最终精密地精加工工件自身的形状以及尺寸，高精度地进行这样的工件中的加工面的定位。但是，在上述专利文献公开的技术中，无法应对这样的最近的工件的全面加工或工件的形状或尺寸的高精度化的课题。(c)在日本的专利文献特开2000-298014号公报中公开了通过推定工件的端面坐标，求出工件的中心坐标的技术。该技术在使用接触式探头进行的工件形状测定中，检测在工件端面的探头的位移的剧烈变化，来求出测定原点。
在上述专利文献公开的技术中，因为接触式探头的接触头是球型，无法准确地检测出工件端面的边缘，所以通过对测定数据进行处理来推定工件的端面的边缘。因此，当测定数据的采样数少时，无法进行准确的推定。由于测定装置的振动、被测定物端面或球型接触头表面的损伤或污物的附着，有可能工件端面形状数据与实际的端面形状不同。(d)在日本专利文献特开2008-200798号公报中公开了，具有通过接触检测来设定工件的基准位置的功能的机床的技术。该技术在由流体轴承支承了可动轴的机床中，以机械坐标系的轴和两条直线平行的方式，配置加工面相对于正交的所述两条直线为线对称的工件，沿着与所述两条线平行的第一线，从工件的两侧开始接触探头的触针尖端的测定球，测定由于接触而增大的位置偏差，检测所述测定球与工件的接触。在上述专利文献中公开的技术中，通过数值控制装置中的控制程序进行位置偏差的增大。根据加工作业的安排，需要每次变更位置偏差值的设定和移动轴的选择、移动轴的进给速度等，因此，必须在数值控制装置中对它们重新进行设定。在该重新设定作业中，当存在设定错误(特别是符号等)时无法进行正确的检测。在最坏的情况下，探头或可动轴继续移动，探头与工件以较强的力碰撞，探头以及工件有可能损伤。此外，在该技术中，为了测量微小的位置偏差的变化，前提是机床的驱动轴是使用流体轴承而没有摩擦的机构。并且，即便是流体轴承，当是螺纹式的流体轴承时，由于接触误检测，存在流体轴承啮合的危险，因此需要限定为直线式。(e)在日本专利文献特开2008-62351号公报中公开了加工原点设定方法以及用于执行该方法的机床的技术。该技术是用于不增加成本地、容易并且准确地设定旋转刀具和被切削材料的加工原点的技术，对主轴施加不使旋转刀具旋转的程度的负载转矩，在对主轴施加了负载转矩的状态下，以切削刃尖端向离开外表面的方向移动的方式点动进给主轴或工件台的一方，将检测到主轴旋转时的坐标设定为加工原点。在上述专利文献公开的技术中，检测的面是工件单侧的面，把相反一侧的面安装在夹具等上。当要检测安装在该夹具等上的面时，必须使主轴或工件旋转180度，但在机床中成为这样的姿势非常困难，即便使主轴旋转180度，只要没有进行主轴的准确的定位，检测到的两个坐标的线段与移动轴保持水平也是非常困难的。因此，无法准确地确定工件的中心。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可以解决现有技术的课题，具有把工件的中心位置设定为机载测量装置的测量基准位置的测量基准点设定功能的机床。为了达成上述目的，本发明的具有工件的基准点设定功能的机床具备用于工件的形状测定以及形状分析的机载测量装置，并具备通过输入来自该机载测量装置的位置检测信号的数值控制装置控制的多个可动轴，所述工件的加工面相对于垂直的两条直线线对称。并且，所述机载测量装置具备在机载测量装置内部通过流体轴承支承的接触式探头； 以及检测所述接触式探头的轴方向的移动位移，输出位置检测信号的位置检测单元。此外， 所述机床具备检测所述机床的各可动轴的位置，输出轴位置检测信号的可动轴位置检测单元。而且，所述数值控制装置具有可动轴驱动控制单元，其以如下方式驱动所述可动轴，即在使所述接触式探头的测定头以一定的接触压与使所述两条线与机械坐标系的轴平行地配置的所述工件的所述加工面接触的状态下，在所述接触式探头的测定头完全从所述工件的端面离开之前，沿分别与所述两条线平行的方向，从工件的加工面内向各个端面移动所述接触式探头；探头移动速度计算单元，其根据从所述位置检测单元输出的位置检测信号， 计算该接触式探头的轴方向的移动速度；判断单元，其判断由所述探头移动速度计算单元计算出的所述移动速度是否达到了预先决定的速度；存储单元，其存储由所述判断单元判断为所述移动速度达到了预先决定的速度时的、由所述各个可动轴位置检测单元检测出的各个可动轴的位置数据；以及设定单元，其根据在所述存储单元中存储的各个可动轴的位置，计算所述工件的中心坐标，将其设定为工件的测量基准点。来自所述可动轴位置检测单元的轴位置检测信号，经由驱动电动机的电动机驱动装置所具有的接口，输入给所述数值控制装置，来自所述机载测量装置的所述位置检测单元的位置检测信号，经由未连接所述电动机的电动机驱动装置所具有的接口，输入给所述数值控制装置。所述可动轴位置检测单元或所述机载测量装置所具备的所述位置检测单元是光学尺、编码器、或激光干涉仪中的任意一种检测装置。所述存储单元自动地存储由所述判断单元判断为所述移动速度达到了预先决定的速度时的、由所述各个可动轴位置检测单元检测出的各个可动轴的位置数据。所述设定单元在所述加工面的水平方向的左右两端，求出在所述存储单元中存储的所述可动轴的位置数据的差，把在较小的一方的坐标加上该差的一半的值后得到的坐标作为工件的水平方向的中心坐标，在所述加工面的垂直方向的上下两端，求出在所述存储单元中存储的所述可动轴的位置数据的差，把在较小的一方的坐标加上该差的一半的值后得到的坐标作为工件的垂直方向的中心坐标，求出所述工件的中心坐标，将其设定为工件的测量基准点。本发明通过具备以上的结构，可以提供一种使用流体轴承支承接触式探头的结构的机载测量装置，能够设定工件的测量基准点的测量基准点设定功能的机床。
图1是本发明的机床具备的机载测量器的要部剖面图。图2说明图1的探头的球型测定头在与工件的加工面接触的状态下，通过路径RR 和路径RL分别向该加工面的两端(右端RE以及左端LE)相对移动。图3更详细地说明检测在图2中说明的工件W的端面的位置的原理。图4A-图4C详细地说明探头从工件的端面离开时的样子。图5表示由数值控制装置控制，通过3个直动轴以及2个旋转轴驱动的、可以同时控制5个轴的本发明的机床的一例。图6是把来自机载测量装置的位置检测信号和来自机床的各驱动轴的位置检测信号输入数值控制装置的、本发明的机床的概要结构图。图7说明在图6所示的机床中，通过数值控制装置同时反馈控制来自机床的各可动轴和机载测量装置的信号。图8A以及图8B是表示在本发明的实施方式中采用的接口的框图。图9A-图9E是在本发明的实施方式中，工件是立方体，求出其加工面的中心坐标来设定为工件的基准位置时的说明图。图IOA-图IOC是在本发明的实施方式中，工件为圆柱体，求出其加工面的中心坐标来设定为工件的基准位置时的说明图。图11是表示本发明实施方式的工件的基准位置设定处理的算法的流程图。
具体实施例方式首先说明本发明的机床所具备的机载测量器的一例。图1表示该机载测量装置1 的要部剖面图。该机载测量装置1在壳体Ia中内置具备作为可动部的探头本体lb。探头本体Ib通过省略了图示的轴承支承，可以在探头本体Ib的中心轴方向上移动。作为该轴承，使用空气轴承等流体轴承。在探头本体Ib上安装有光学尺Id。从激光头Ic向该光学尺Id照射激光，通过省略了图示的受光元件接收来自光学尺Id的反射光，检测探头本体Ib的轴向的移动位移。在探头本体Ib的一端安装了具备球型测定头If的触针le。触针Ie为细的棒状部件。并且，触针Ie的一端固定在探头本体Ib上，在另一端安装有球型测定头If。为了简化说明，以后将探头本体lb、触针Ie以及球型测定头If合称为探头ft·。探头ft·的球型测定头If通过接触压T按压接触工件W的加工面Wa，一边仿照加工面Wa—边进行形状测量。通过内置在机载测量装置1中的磁铁、弹簧等弹性体、或者流体压力等的施力单元(省略图示)，可以将接触压T调整为适当大小的值。探头ft·可以在图1所示的“ft·的移动方向”的箭头的方向上移动。此外，通过机载测量装置1内的限制单元(未图示)限制探头ft·的可移动位移的范围。因此，即使探头ft·的球型测定头If离开工件W的加工面Wa，也不会担心探头ft·的探头本体Ib离开机载测量装置1。图2表示在本发明中，探头ft·的球型测定头If在与工件W的加工面Wa接触的状态下，分别向工件W的加工面Wa的两端(右端RE以及左端LE)相对移动，离开工件W(路径 RR和路径RL)。在此，使工件W的加工面Wa为粗加工后的加工面或修正加工前的加工面。 符号AP是为了检测工件W的端面的位置，使探头ft·向工件W的加工面Wa接触的位置(以后称为“靠近位置AP”)。通过图2所示的探头ft·的相对于工件W的加工面Wa的动作，说明本发明的机载测量装置中的探头ft"的原理上的动作。首先，从工件W的加工面Wa的靠近位置AP在图2中向右侧使探头ft·相对移动 (路径RR)，在从工件W的右端面位置RE离开后，再次返回工件W的所述靠近位置AP，然后， 从工件W的加工面的靠近位置AP在图2中向左侧使探头ft·相对移动(路径RL)，使其移动直到从工件W的左端面位置LE离开。如此，通过使探头ft·相对于工件W的加工面Wa相对移动，来检测工件W的两端面(RE以及LE)的位置。然后，使用图3更详细地说明在图2中说明的检测工件W的端面的位置的本发明的原理。首先说明图3中的符号。T是探头ft·的球型测定头If按压工件W的加工面wa的力，即接触压。VO是探头ft·离开工件W的加工面Wa时的探头ft·的轴向的初速度。V是探头ft·从工件W的加工面Wa离开后的探头ft·的轴向的移动速度。M是探头ft·的质量。α 是探头ft"从工件W的加工面Wa离开后的探头ft·的轴向的加速度。t是从探头ft·的球型测定头If从工件W的加工面Wa的端面脱离的时刻开始的经过时间。ν表示探头ft·沿着工件W的加工面Wa的进给速度。
在机载测量装置1中具备的探头ft"的探头本体lb，通过空气轴承等流体轴承支承。并且，一边以接触压T通过球型测定头If按压工件W的加工面Wa，一边仿照该加工面 Wa。接触压是从上述的磁铁等施力单元对探头本体Ib作用的外力。在此，铅直方向的向下方向是与图的纸面垂直的方向，设为从纸面的表面一侧向背面一侧的方向，假定在探头ft·的运动中没有重力的影响。此外，假定接触压T是不变化的恒定的力。在状态A下，因为是球型测定头If在工件W的加工面上进行仿照的状态，所以球型测定头If从工件W的加工面受到接触压T的反作用力-τ。此外，在工件W的加工面是与探头ft·的轴垂直的平面时，探头本体Ib的轴向的移动速度大体为0。然后，在状态B下，探头ft·的球型测定头If完全离开工件W的加工面，球型测定头If不从工件W的加工面Wa受到接触压T的反作用力-τ。因此，探头ft·通过与接触压T相等的外力(大小为T)进行等加速度运动。在此， 当以M表示探头ft·的质量，以α表示探头ft·的加速度运动的加速度时，探头ft·的运动方程式可以通过T = MX α来表示。并且，探头ft·可以运动到探头本体Ib的可动范围。在机载测量装置1中，从施力单元对探头ft·作用的力，即使探头ft·的球型测定头If离开工件W的加工面Wa，也不会瞬间成为零。于是，如果探头ft·的进给速度ν相同，球型测定头If从工件W的加工面的端面离开时的接触压T相同，此外，球型测定头If从工件W的加工面的端面离开时的探头ft·的轴向的初速度相同，则在球型测定头If离开工件W的加工面后的探头ft·的速度变化无论在工件W的加工面Wa的哪个端面的位置都相同，此外，探头ft·的运动的轨迹无论在工件W的加工面Wa的哪个端面的位置都为相同的轨迹。然后，使用图4A-图4C说明探头ft·的运动的轨迹和速度的变化。在图4A-图4C 中仅表示探头ft"的球型测定头If来说明探头ft·的运动的轨迹。图4A以及图4B详细说明探头ft·的球型测定头If离开工件W的加工面Wa(测量面)时的样子。当参照图3来观看图4A以及图4B时，容易理解。在位置P1，探头ft·存在于工件W的端面位置，但由于球型测定头If是球型，因此在该时刻球型测定头If多数情况不离开端面。在P2位置之前，成为在工件W的端面最大限度的测量。通常，因为探头ft"的球型测定头If仿照加工面(测量面)移动，所以在位置P2之前的探头ft·的探头轴向速度接近 0，由于粗加工的加工面或修正加工前的加工面中的形状误差以及探头ft·进行移动的路径 RR和工件W的加工面的实际的形状的偏差，引起微小的速度变化。从位置P2到位置P3，探头ft·的中心轴离开了工件端面，但因为球型测定头If是球型，所以还是具有球型测定头If与工件W的接触的情况。因为该区间不是设想的加工面 (测定面)，所以无法沿着形状进行移动，速度变化增大。但是，因为该部分的测定面是不作为加工面的部分，因此速度变化不规则。位置P3是球型测定头If完全离开工件W的情况。从该时刻开始，不会受到与工件W的加工面Wa(测量面)的摩擦而引起的影响、不会受到来自工件表面的反作用力。因为探头ft·的探头本体Ib如上所述由流体轴承支承，所以不会对探头本体Ib施加摩擦力。因此，从该时刻，探头ft·的轴向速度成为基于接触压(顶出力)的线性的速度变化(其中，使接触力T为恒定)。通过Va表示球型测定头If从工件W离开时的速度(参照图4B)。关于探头ft·的轴向的速度变化，与使用图3说明的相同。在根据探头ft·的倾斜调整接触压 T时，探头ft·的速度变化取决于重力加速度和倾斜角度。位置P4是达到了为了检测而预先决定的速度Vb时的坐标(以下称为“检测坐标”)。当探头ft·的姿势、探头ft·的仿照方向的移动速度、接触压T相同时，因为工件W的端面位置(位置Pl)和检测坐标(位置P4)的差无论在哪个端面都恒定，所以可以求出准确的端面位置。基于此，求出准确的工件W的中心位置。在图4A-图4C中，如图4C所示，在探头的轴向移动速度为Vb时，进行端面检测。在上述的说明中，以接触压T为恒定，没有重力影响作为前提。但是，在从重力作用于探头ft"的方向，使探头ft·接触图2所示的工件W的加工面Wa，检测工件W的右端面位置RE和左端面位置LE时，探头ft·相等地受到重力的影响。此时，也与上述没有重力的影响的情况相同，工件W的端面位置和检测坐标的差无论在哪个端面都恒定。此外，在进行右端面位置RE和左端面位置LE的检测时，还可以是接触压T随时间的变化相同的情况，接触压T未必被限定为恒定。即，无论在工件W的哪个端面位置，只要聚齐相同的物理条件即可。然后，说明具有使用上述测定原理的工件的测量基准点设定功能的机床的本发明的实施方式。图5是由数值控制装置控制的、由直动轴或旋转轴的各轴驱动的机床的一例。 在图5中具有X轴、Y轴、Z轴的直动轴，并且在X轴上具有作为旋转轴的B轴，在Y轴上具有作为旋转轴的C轴，表示了能够同时控制5轴的机床的要部。在本发明中，以机载测量装置的接触式探头脱离的方向上进行的工件端面检测为基本原理，所以本发明的机床的可动轴并不限定于流体轴承，可以用于各种形式的可动轴。图6是把来自机载测量装置的位置检测信号以及来自机床的各驱动轴的位置检测信号输入数值控制装置的机床的实施方式的概要结构图。在该实施方式中，从测定工件W 的表面形状的安装在B轴上的机载测量装置1，经由接口 2(参照图8B)向数值控制装置8 的伺服控制部8b输入作为与探头本体Ib的移动位移有关的测量信号的位置检测信号ipf。 从设置在机床的各可动轴上的位置检测装置输出的位置检测信号，也经由接口(未图示) 简单地同步输入伺服控制部8b。该接口把从伺服电动机95中内置的位置检测装置96(参照图7)输出的位置检测信号、以及从机载测量装置1输出的测量信号同步地输入数值控制装置8的伺服控制部Sb。在本发明的实施方式中，检测机载测量装置1的探头本体Ib的移动位移的位置检测装置、或检测机床的直动轴的位置的位置检测装置，例如可以使用光学尺、激光干涉仪等高精度的检测装置。此外，在检测机床的旋转轴的位置的位置检测装置中可以使用编码器。此外，数值控制装置8具备存储机床的各可动轴的位置信息以及来自机载测量装置1的测量信息(位置信息)的存储单元；把在该存储单元中存储的位置信息送出到作为外部存储装置的个人计算机11的接口。可以根据在数值控制装置8中存储的位置信息计算出探头ft·的轴向移动速度。例如，可以根据每个控制周期的位置信息的差分，求出速度。因为数值控制装置8的伺服控制部8b经由相同电路结构的接口(参照图8)取得作为来自机床的各可动轴的反馈信号的位置检测信号、以及来自机载测量装置1的位置检测信号，所以同步地对数值控制装置8输入来自各轴的位置检测装置以及机载测量装置的测量信号(即，各轴的轴位置检测信号和机载测量装置的位置检测信号)。然后，在数值控制装置的每个控制周期，把读入的轴位置检测信号以及位置检测信号作为位置信息，存储在作为数值控制装置8的寄存器的存储单元(省略图示)中。在本发明中，为了检测出工件W的端面的位置，并作为检测坐标存储该检测位置， 可以通过梯形图程序进行以下方法如果探头ft"的轴向的移动速度成为预定以上，则切断在每个控制周期改写可动轴的位置数据的寄存器的该改写(使用梯形图的常闭触点)，或者将该改写转发给别的保存寄存器(使用信号上升沿检测命令DIFU或数据转发命令MOV等)等。此外，数值控制装置8经由以太网(注册商标)12对作为外部装置的个人计算机 11进行LAN通信，向与个人计算机11连接或内置在个人计算机11中的存储装置11a，向个人计算机11发送来自各轴的位置信息以及来自机载测量装置1的测量信号。个人计算机 11在每个采样周期，把来自各轴的位置信息以及来自机载测量装置1的位置信息同步地存储在存储装置Ila中。在个人计算机11内存储了测量用软件，根据经由数值控制装置8读入的所述位置信息，执行被加工物的形状测量等需要的运算处理。该形状测量等需要的运算处理与现有技术相同。此外，个人计算机11存储了测量用NC程序、加工用NC程序、以及加工用修正NC 程序。图7说明在图6所示的机床中，通过数值控制装置对来自机床的可动轴以及机载测量装置的信号同时进行反馈控制，详细地说，表示通过数值控制装置8的伺服控制部 8bX、8bY、8bZ、8bB、8bC对图6所示的机床的可动轴X、Y、Z、B、C进行位置、速度、电流的反馈控制。该反馈控制是在控制机床的数值控制装置中通常进行的控制。以X轴伺服控制部 8bX为例进行说明。在图7中，对于具有与图6相同的功能的要素赋予与图6相同的符号。 X轴伺服控制部8bX由位置控制部91、速度控制部92、以及进行电流环路控制的电流控制部 93构成。位置控制部91具有误差寄存器91a和位置环路增益为K的放大器91b。位置控制部91接收来自数值控制部8a的移动指令，对从该移动指令中减去位置反馈量(位置FB) 而得到的位置偏差量进行处理来生成速度指令，将该速度指令输出给速度控制部92。如图 7所示，通过误差寄存器91a计算该位置偏差量。把通过误差寄存器91a计算出的位置偏差量也输出给数值控制部8a。速度控制部92根据从该速度指令中减去速度反馈量(速度FB)得到的速度偏差量进行速度环路控制，生成电流指令，将该电流指令输出给电流控制部93。电流控制部93根据从该电流指令中减去驱动伺服电动机95的放大器94中内置的、检测流过伺服电动机95的电流的电流传感器(省略图示)输出的电流反馈(电流FB) 而得到的电流偏差量，进行电流环路控制。伺服电动机95是驱动X轴的驱动单元，在伺服电动机95上安装有检测其位置以及速度的检测装置96 (以下称为“位置检测装置”)。把来自位置检测装置96的位置反馈量(位置FB)反馈给位置控制部91，把速度反馈量(速度 FB)反馈给速度控制部92。以上是X轴伺服控制部SbX的结构的说明，关于其他可动轴伺服控制部8bY、8bZ、8bB、8bC，因为是与X轴伺服控制部SbX相同的结构，所以省略说明。如上所述，X轴、Y轴以及Z轴是直动轴，B轴以及C轴为旋转轴。然后，在本实施方式中，进一步设置不连接驱动机床的可动轴的电动机以及其位置/速度检测单元(“位置检测装置”)的伺服控制部8bF。符号8bF的“F”表示使机床的可动轴从控制下获得自由，并非表示机床的某一个可动轴。数值控制装置8，当连接了伺服控制部SbF时，简单地识别为增加了一个控制轴。 并且，在该增加的伺服控制部8bF上，与除此以外的伺服控制部SbX 8bC(控制机床的可动轴的伺服控制部)同样地连接放大器94。因为在该伺服控制部SbF上没有连接伺服电动机，所以数值控制装置8变更参数以及控制软件，以使伺服控制部SbF为伺服关闭，使用追踪(follow-up)功能，像通常那样进行位置检测信号的计数。然后，在伺服控制部SbF上代替伺服电动机而连接机载测量装置1。并且，经由与伺服控制部8bF连接的放大器具有的接口，把来自机载测量装置1的测量信号ipf(更换为来自内置在伺服电动机95中的位置检测装置96的位置检测信号)输入该伺服控制部SbF。 所述接口是放大器中具备的接口，与现有技术没有不同。图8A以及图8B是表示在本发明的实施方式中使用的接口的一例的框图。如图8A 所示，在放大器机构中设置有作为电动机驱动单元的放大器94、A/D转换装置97以及内插分割装置98。把从内置在伺服电动机95中的位置检测装置96输出的原信号(正弦波、余弦波)输入A/D转换装置97。A/D转换装置97把作为来自位置检测装置的原信号的模拟信号转换为数字信号， 把转换后的数字信号输出给内插分割装置98。该内插分割装置98进行分割原信号的1周期(正弦波1周期)的数字信号的处理。在要求比通常的模拟信号的分辨率更细小的分辨率时，进行细小地分割原信号的一个周期的处理。该分割后的周期成为分辨率。图8B表示图6的接口 2的一例。该图8B的接口也和图8A的接口相同。如此， 通过在机载测量装置1中也使用伺服电动机的驱动控制用接口，可以容易地把信号同步地取入数值控制装置8，并且不需要准备用于机载测量装置1的特别的接口，可以避免成本升高。从机载测量装置1向数值控制装置8的位置检测信号的输入，并不限于图8B所示的接图9A-图9E是在本发明的实施方式中，工件W为立方体，求出其加工面Wa的中心坐标，将其设定为工件的基准位置时的说明图。在此，如图6所示，将工件W安装在机床上。 该立方体的工件W如图9A所示，加工面Wa为垂直面，加工面Wa相对于垂直方向(Y轴方向)以及水平方向(X轴方向)的两条正交的直线为线对称的形状。加工面Wa并不限于平面，例如投影在XY平面上的加工面Wa的图形是相对于正交的两条直线为线对称的形状即可。在检测出这样的工件W的中心坐标并设定为工件的测量基准点时，使设置在机载测量装置1中的探头ft"的触针Ie上的球型测定头If，从工件W的加工面Wa的靠近位置 AP开始，沿着与线对称的线平行的线，一边仿照加工面Wa —边移动，使球型测定头If移动到完全离开加工面Wa的端部为止。然后，作为检测坐标，存储探头ft"的轴向的移动速度成为预定值时的坐标。图9B以及图9C是使探头ft·相对于工件W在水平方向(X轴方向)上相对移动，求出球型测定头If完全离开工件W的加工面Wa时的检测坐标的动作说明图。图9B是从上方看工件W的上表面Wb时的图，是在图6中从上方俯视的图。此外，图9C是沿着与X轴和Y轴两个方向垂直的方向看工件W的加工面Wa时的图，是在图6中从机载测量装置1的方向(沿Z轴方向)看工件W的加工面Wa的图。首先，使X轴、Y轴、Z轴移动，使探头ft·的球型测定头If以接触压T接触工件W 的加工面Wa的靠近位置AP (参照图9C)。然后，驱动X轴的电动机95x，使球型测定头If从靠近位置AP起如图9B所述在水平方向(X轴方向)上移动。在此，最初在图9B中向右侧， 球型测定头If 一边仿照加工面Wa—边相对于加工面Wa在水平方向上相对移动。然后，当球型测定头If完全离开加工面Wa时，如上所述，探头ft·在其轴向上开始基于接触压T的加速度运动。然后，把探头ft"达到预先设定的轴向速度的时刻的坐标，作为一个检测坐标 (X坐标)进行存储。关于“检测坐标”，是使用图4已经说明的用语。然后，使X轴、Y轴、Z轴移动，使探头ft·的球型测定头If再次定位在靠近位置AP， 并且驱动X轴，使球型测定头If在与所述方向相反的方向上相对于加工面Wa相对移动。然后，同样地把探头ft·达到预先设定的轴向速度时的坐标，作为另一检测坐标(X坐标)进行存储。加工面Wa的靠近位置AP可以不限于同一地点。即，在使探头ft·在相反方向上相对移动来检测工件W的端面时，在使探头ft·在一个方向上移动时的移动的直线上，并且在工件W的加工面Wa以内即可。将这样求出的两个X坐标值相加然后除以2，求出工件W的加工面Wa的水平方向 (X轴方向)的中间坐标。该坐标表示加工面Wa的水平方向的中心位置，即X轴中心坐标。 作为所述两个检测坐标的两个X坐标值，是通过反向驱动X轴而得到的值，因此，通过把两个X坐标值相加的处理，可以抵消X轴的驱动系统具有的齿隙等机械误差。由此，可以高精度地求出X轴中心坐标。图9D以及图9E是使探头ft·相对于工件W在垂直方向上相对移动，求出球型测定头If完全离开工件W的加工面Wa时检测坐标的动作说明图。首先，使X轴，Y轴、Z轴移动，使探头ft·的球型测定头If以接触压T接触工件W 的加工面Wa的靠近位置AP’(参照图9E)。然后，驱动Y轴的电动机95y，以使球型测定头 If从靠近位置AP’开始如图9D所示在垂直方向(Y轴方向)上移动。在此，最初向上侧，球型测定头If 一边仿照加工面Wa—边相对于加工面Wa在垂直方向上相对移动，当球型测定头If完全离开加工面Wa时，如上所述，探头ft·在其轴向上开始基于接触压T的加速度运动。然后，把探头ft·达到预先设定的轴向速度的时刻的坐标，作为一个检测坐标(Y坐标) 进行存储。然后，使X轴、Y轴、Z轴移动，使探头ft·的球型测定头If再次定位在靠近位置AP’ 上，并且驱动Y轴，使球型测定头If在与所述方向相反的方向上与加工面Wa相对移动。然后，同样地把探头ft·达到预先设定的轴向速度时的坐标，作为另一检测坐标(Y坐标)进行存储。加工面Wa的靠近位置AP’可以不限于同一地点。即，在使探头ft·在相反方向上相对移动，来检测工件W的端面时，是使探头ft·在一个方向上移动时的移动的直线上，并且在工件W的加工面Wa以内即可。将这样求出的两个Y坐标值相加然后除以2，求出工件W的加工面Wa的垂直方向 (Y轴方向)的中间坐标。该坐标表示加工面Wa的垂直方向的中心位置，即Y轴中心坐标。作为所述两个检测坐标的两个Y坐标值，是通过反向驱动Y轴而得到的值，因此，通过把两个Y坐标值相加的处理，可以抵消Y轴的驱动系统具有的齿隙等机械误差。由此，可以高精度地求出Y轴中心坐标。如图9B 图9E所示，本发明的工件的端面检测方法是使探头ft·从工件W相对地离开的方向的动作，所以探头ft·和工件W碰撞的危险消失，可以防止高价的机载测量装置 1或工件W的损坏。图IOA-图IOC是在本发明的实施方式中，工件W为圆柱形，求出其加工面Wa的中心坐标，然后设定为工件W的基准位置时的说明图。该例也如图6所述，以加工面Wa成为垂直面的方式进行安装。加工面Wa相对于水平轴的X轴和垂直轴的Y轴为线对称。然后， 使用图9，与工件W为立方体的情况相同，进行工件W的加工面Wa的端面的检测动作。并且，如果检测水平方向(X轴方向)的检测坐标和垂直方向(Y轴方向)的检测坐标，求出在水平方向以及垂直方向上得到的检测坐标各自的中间点，则求出圆柱形的工件W的加工面 Wa的X坐标和Y坐标的中心坐标。此外，在圆柱形的工件W中，也与立方体的工件W相同，X轴、Y轴的驱动系统具有的齿隙等机械误差相互抵消，是使探头ft·从工件W相对地离开的方向的动作，所以探头ft· 和工件W碰撞的危险消失，可以防止高价的机载测量装置1或工件W的损坏。如果把这样求出的工件W的中心坐标设定为基准位置，则可以确立机载测量装置 1的探头ft·的球型测定头If的尖端位置和刀具刀尖位置的对应。例如，如果使加工程序的坐标系的原点为工件中心位置，则通过将设定的坐标作为原点，球型测定头If的尖端位置和刀具刀尖位置表示相同的位置，可以执行准确的修正加工。图11是表示本发明的实施方式的工件的基准位置设定处理的算法的流程图。在机床上以机械的坐标系的轴和工件W的对称线平行的方式安装工件W，以使机载测量装置1的探头ft·的中心轴相对于工件W的加工面垂直的方式进行配置，并且，在向数值控制装置8输入了要执行的加工程序后，当使用省略了图示的手动输入装置等向数值控制装置输入工件W的基准位置设定指令时，数值控制装置8的数值控制部8a(参照图7) 的处理器开始图11所示的处理。步骤Sl 首先，通过输入的加工程序，将工件W的加工面中的与两个对称线平行的线分别设为第一靠近线(在该实施方式中，第一靠近线是与水平线的X轴平行的线)、第二靠近线(在该实施方式中，第二靠近线是与垂直线的Y轴平行的线)，在第一靠近线和第二靠近线上，求出工件W的加工面Wa的水平方向的两个靠近位置，并且求出工件W的加工面 Wa的垂直方向的两个靠近位置，然后向步骤S2转移。步骤S2 使探头ft·移动到在步骤Sl中求出的水平方向的第一靠近线的一个靠近位置，使球型测定头If以接触压T接触并定位。步骤S3 使探头ft·在水平方向上向工件W的一个端面移动。即，驱动X轴的电动机95x，使X轴的工作台移动，使探头ft·的球型测定头If 一边仿照工件W的加工面Wa，一边向工件W的一端相对移动。步骤S4 然后，判断探头ft"的轴向的移动速度是否超过了基准值。步骤S5 当在步骤S4中判断为探头ft"的轴向的移动速度超过了基准值时，停止探头ft·的移动。即，停止X轴的电动机95x的驱动，停止X轴工作台的移动。在该时刻，探头ft·的球型测定头If完全离开工件W。步骤S6 把在步骤S4中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时的移动轴的坐标，即X坐标作为检测坐标，存储在寄存器Rl中。步骤S7 使探头ft·后退以便不与工件W接触，在步骤Sl中求出的水平方向的另一测定靠近位置，使探头ft·的球型测定头If以接触压T接触定位。步骤S8 使探头ft·在水平方向上向工件W的另一端面移动。即，驱动X轴的电动机95x，移动X轴的工作台(与步骤S3中的X轴的工作台的移动相反的方向)，使探头ft·的球型测定头If 一边仿照工件W的加工面Wa，一边向工件W的另一端相对移动。使探头ft· 相对于工件W的加工面Wa相对地在一个方向上移动的速度，与使其在相反的方向上移动的速度相同。步骤S9 然后，判断探头ft·的轴向的移动速度是否超过了基准值。步骤SlO 当在步骤S9中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时，停止探头ft·的移动。即，停止X轴的电动机95x的驱动，停止X轴工作台的移动。在该时刻，探头ft·的球型测定头If完全离开工件W。步骤Sll 把在步骤S9中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时的移动轴的坐标，即X坐标作为检测坐标，存储在寄存器R2中。步骤S12 使探头ft·后退，使探头ft·移动到在步骤Sl中求出的垂直方向的第二靠近线的一个靠近位置，使球型测定头If以接触压T接触并定位。步骤S13 使探头ft·在垂直方向上向工件W的一个端面移动。即，驱动Y轴的电动机95y，使Y轴的工作台移动，使探头ft·的球型测定头If 一边仿照工件W的加工面Wa， 一边向该工件W的一端相对移动。步骤S14 然后，判断探头ft"的轴向的移动速度是否超过了基准值。步骤S15 当在步骤S14中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时，停止探头ft·的移动。即，停止Y轴的电动机95y的驱动，停止Y轴工作台的移动。在该时刻， 探头ft·的球型测定头If完全离开工件W。步骤S16 把在步骤S14中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时的移动轴的坐标，即Y坐标作为检测坐标，存储在寄存器R3中。步骤S17 使探头ft·后退以便不与工件W接触，在步骤Sl中求出的垂直方向的第二靠近线的另一测定靠近位置，使探头ft·的球型测定头If以接触压T接触定位。步骤S18 使探头ft·在垂直方向上向工件W的另一端面移动。即，驱动Y轴的电动机95y，移动Y轴的工作台(与步骤S13中的Y轴的工作台的移动相反的方向)，使探头 Pr的球型测定头If 一边仿照工件W的加工面Wa，一边向工件W的另一端相对移动。步骤S19 然后，判断探头ft·的轴向的移动速度是否超过了基准值。步骤S20 当在步骤S19中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时，停止探头ft·的移动。即，停止Y轴的电动机95y的驱动，停止X轴工作台的移动。在该时刻， 探头ft·的球型测定头If完全离开工件W。步骤S21 把在步骤S19中判断为探头ft·的轴向的移动速度超过了基准值时的移动轴的坐标，即Y坐标作为检测坐标，存储在寄存器R4中。步骤S22 根据在寄存器Rl 寄存器R4中存储的检测坐标求出工件中心坐标，将其设定为工件W的测量基准点。详细地说，通过将寄存器Rl和寄存器R2中存储的检测坐标的X坐标相加然后除以2，求出两个X坐标的中间坐标。此外，通过将寄存器R3和寄存器 R4中存储的检测坐标的Y坐标相加，求出两个Y坐标的中间坐标。该X坐标、Y坐标的中间坐标表示工件W的中心坐标，所以将该工件W的中心坐标设定为工件的基准位置，结束该基准位置设定处理。此外，可以求出水平方向两端的坐标值的差，把在较小的一方的坐标值上相加该差的一半的值后得到的坐标值作为工件W的水平方向的中心坐标，求出垂直方向两端的坐标值的差，把在较小的一方的坐标值上相加该差的一半的值后得到的坐标值作为工件W的垂直方向的中心坐标来求出工件W的中心坐标， 将其设定为工件W的基准位置。根据如此设定的工件W的基准位置，使安装在探头ft·的触针Ie的尖端上的球型测定头If的尖端与工件表面接触，通过机载测量装置在机床上测量工件W。通过该工件W 的基准位置，使球型测定头If的尖端与刀具的刀尖相关联，所以根据测量到的形状，修正加工变得明确。
权利要求
1.一种具有工件的基准点设定功能的机床，具备用于工件的形状测定以及形状分析的机载测量装置，并具备通过输入来自该机载测量装置的位置检测信号的数值控制装置控制的多个可动轴，所述工件的加工面相对于垂直的两条直线线对称，所述机床的特征在于，所述机载测量装置具备在机载测量装置内部通过流体轴承支承的接触式探头；以及检测所述接触式探头的轴方向的移动位移，输出位置检测信号的位置检测单元，此外，所述机床具备检测所述机床的各可动轴的位置，输出轴位置检测信号的可动轴位置检测单元，而且，所述数值控制装置具有可动轴驱动控制单元，其以如下方式驱动所述可动轴，即在使所述接触式探头的测定头以一定的接触压与使所述两条线与机械坐标系的轴平行地配置的所述工件的所述加工面接触的状态下，在所述接触式探头的测定头完全从所述工件的端面离开之前，沿分别与所述两条线平行的方向，从工件的加工面内向各个端面移动所述接触式探头；探头移动速度计算单元，其根据从所述位置检测单元输出的位置检测信号，计算该接触式探头的轴方向的移动速度；判断单元，其判断由所述探头移动速度计算单元计算出的所述移动速度是否达到了预先决定的速度；存储单元，其存储由所述判断单元判断为所述移动速度达到了预先决定的速度时的、 由所述各个可动轴位置检测单元检测出的各个可动轴的位置数据；以及设定单元，其根据在所述存储单元中存储的各个可动轴的位置，计算所述工件的中心坐标，将其设定为工件的测量基准点。
2.根据权利要求1所述的具有工件的基准点设定功能的机床，其特征在于，来自所述可动轴位置检测单元的轴位置检测信号，经由驱动电动机的电动机驱动装置所具有的接口，输入给所述数值控制装置，来自所述机载测量装置的所述位置检测单元的位置检测信号，经由未连接所述电动机的电动机驱动装置所具有的接口，输入给所述数值控制装置。
3.根据权利要求1或2所述的具有工件的基准点设定功能的机床，其特征在于，所述可动轴位置检测单元或所述机载测量装置所具备的所述位置检测单元是光学尺、 编码器、或激光干涉仪中的任意一种检测装置。
4.根据权利要求1所述的具有工件的基准点设定功能的机床，其特征在于，所述存储单元自动地存储由所述判断单元判断为所述移动速度达到了预先决定的速度时的、由所述各个可动轴位置检测单元检测出的各个可动轴的位置数据。
5.根据权利要求1所述的具有工件的基准点设定功能的机床，其特征在于，所述设定单元在所述加工面的水平方向的左右两端，求出在所述存储单元中存储的所述可动轴的位置数据的差，把在较小的一方的坐标加上该差的一半的值后得到的坐标作为工件的水平方向的中心坐标，在所述加工面的垂直方向的上下两端，求出在所述存储单元中存储的所述可动轴的位置数据的差，把在较小的一方的坐标加上该差的一半的值后得到的坐标作为工件的垂直方向的中心坐标，求出所述工件的中心坐标，将其设定为工件的测量基准点。
全文摘要
提供一种具有工件的测量基准点设定功能的机床。使机载测量装置的探头的球型测定头在工件的加工面上在一个方向上移动。在该球型测定头离开该工件的一个端面后，检测探头的轴向的移动速度达到预先设定的预定速度的时刻的坐标值。并且，还在与所述相反的方向上进行该球型测定头的在工件的加工面上的动作。然后，根据上述检测到的两个坐标值求出工件的一个端面与另一端面的中点的坐标，将其设定为工件的测量基准位置。
文档编号G05B19/401GK102207731SQ20101015844
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者山本明, 洪荣杓, 羽村雅之, 蛯原建三 申请人:发那科株式会社