JP3101072B2

JP3101072B2 - Ｎｃ工作機械における刃先の経時変位補正装置

Info

Publication number: JP3101072B2
Application number: JP04094918A
Authority: JP
Inventors: 毅藤岡
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JPH05269651A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，ＮＣ旋盤等の数
値情報で制御されるＮＣ工作機械に適用される切削工具
の刃先の位置補正を行うものであり，特に，主軸台の熱
等による位置変位に起因する刃物台からの経時的位置変
位分を検出して座標補正を行うＮＣ工作機械における刃
先の経時変位補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ旋盤は，ある座標に対するバイトの
移動量とその移動速度を数値情報として予め記憶させ，
その数値情報に基づいてＮＣ装置の働きでバイト即ち切
削工具を移動させ，自動的に工作物を切削加工すること
ができるように構成したものである。従って，ＮＣ旋盤
等のＮＣ工作機械においては，加工を開始する前に，座
標軸に対して切削工具の刃先位置を正確にセットしてお
くことが工作物の加工精度を向上させる上で必要不可欠
である。

【０００３】ところで，座標軸に対するバイト，ドリ
ル，リーマ等の切削工具の刃先位置を補正する方法とし
ては，種々の方法があるが，中でも刃先位置を直接測定
することによって刃先位置を補正する方法としては，接
触測定方式による補正方法と非接触測定方式による補正
方法がある。接触測定方式による補正方法とは，ＮＣ工
作機械の機内にタッチセンサ等の接触式測定器を設け，
切削工具の刃先位置を測定してその値を座標の原点に対
する補正値としてＮＣ装置に反映させる方法である。こ
の接触測定方式による補正方法の場合，工作物の長手方
向（Ｚ方向）と径方向（Ｘ方向）の寸法を確保するた
め，切削工具の刃先を二度にわたって接触させねばなら
ない上に，切削工具の刃先にダイヤモンドを使用した
り，あるいは切削工具の刃先が極めて鋭利な形状をして
いる場合に，刃先を測定器に接触させることは刃先のダ
メージにつながる恐れがあり，切削加工上，精度上好ま
しくない現象である。

【０００４】これに対して，非接触測定方式による補正
方法は，切削工具の刃先位置を非接触状態で測定し，座
標軸に対する切削工具の刃先位置を補正する方法であ
り。例えば，本出願人が先に出願した切削工具刃先検出
装置〔特願平３−３７８１２号（特開平４−２５６５５
０号公報参照）〕がある。この切削工具刃先検出装置に
おける補正方法は，ＮＣ工作機械内に設置したＣＣＤカ
メラ等の測定器を用いて，切削工具の刃先位置を測定
し，切削工具の刃先位置を自動的に補正することができ
るものである。

【０００５】上記の刃先位置を補正する方法は，接触測
定方式であれ，非接触測定方式であれ，いずれも主軸台
等に設定した座標軸を基準にして，切削工具の刃先の主
軸台の基準に対する相対位置をずらすことによって補正
を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで，刃先位置の
補正のみでも，ある程度の加工精度を得ることができる
が，それ以上の加工精度が要求される場合には，主軸台
と刃物台間の熱による剛体の熱膨張或いは熱収縮に起因
する座標軸の相対変位が問題となる。

【０００７】前記座標軸の変位は，工作物を試し削りし
た後に，実際にその工作物の寸法測定を行って，その値
から補正作業を行う必要があった。このように，刃物台
から主軸台までの距離を直接測定するわけではないか
ら，誤差を修正するための補正作業を伴うという問題点
がある。従って，主軸台と刃物台の位置関係を直接測定
することができるように構成すると共に，座標軸の変位
を自動的に補正することができるように構成するという
課題を解決する必要がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決することであり，ＮＣ工作機械の機内で主
軸台の変位を非接触状態で測定する方法によって正確に
検出し，且つ座標軸に取り付けた工作物と刃先台の座標
関係を修正することができ，熱等の影響による座標軸の
相対変位を自動的に補正することができるＮＣ工作機械
における刃先の経時変位補正装置を提供することであ
る。

【０００９】この発明は，工作物を支持する主軸台と前
記工作物に対向して配置された刃物台に設置された切削
工具の刃先との熱等に起因して生じた相対位置関係の経
時変位を変位情報として非接触状態で検出する位置検出
装置と，前記変位情報に基づいて座標設定位置と前記切
削工具の前記刃先との相対位置の補正を行うＮＣ装置と
を有し，前記位置検出装置は，前記主軸台に設置した光
ビームを発する発光体と，前記主軸台と前記刃物台とか
ら離れた熱影響の少ない固定部に前記切削工具の刃先に
対応した部位に設置され且つ前記発光体からの光ビーム
を受光して光スポット位置を計測する光スポット位置検
出装置と，前記固定部に設置し且つ前記切削工具の刃先
形状と刃先位置を画像情報として非接触状態で検出する
刃先検出装置とを有することから成るＮＣ工作機械にお
ける刃先の経時変位補正装置に関する。ここで，光スポ
ット位置検出装置は，ＰＳＤ(position sensitive ligh
tdetector) 即ち半導体位置検出素子によるものであ
る。

【００１０】また，前記固定部は，前記主軸台と前記刃
物台とを有するＮＣ工作機械の加工部を覆うカバーに設
けられている。

【００１１】前記ＮＣ装置は，前記位置検出装置が出力
する前記主軸台と前記刃物台との相対位置の経時変位か
ら前記切削工具の刃先位置の補正値を算出する刃先位置
補正値算出手段，及び前記補正値に基づいてサーボモー
タを駆動するサーボモータ制御手段を有するものであ
る。

【００１２】詳しくは，前記ＮＣ装置は，前記刃先検出
装置がとらえた前記切削工具の刃先形状と刃先位置を画
像情報として記憶する第一メモリ，該第一メモリに記憶
した画像情報と前記刃先検出装置で写しだした前記切削
工具の映像とを比較し，両者が合致しない場合に信号を
発する画像比較手段，該画像比較手段からの信号を入力
して切削工具刃先位置の補正値を算出する刃先位置補正
値算出手段，前記ＰＳＤ光スポット位置検出装置が受光
した光ビームの光スポット位置を基準光スポット位置と
して記憶する第二メモリ，該第二メモリに記憶した前記
基準光スポット位置と前記ＰＳＤ光スポット位置検出装
置が受光した光ビームに光スポット位置とを比較し，両
者が合致しない場合に信号を発する光スポット位置比較
手段，前記光スポット位置比較手段からの信号を入力し
て座標軸の補正値を算出し且つ座標軸を補正する座標補
正値算出手段，前記切削工具刃先位置の補正値又は前記
座標軸の補正値に基づいてサーボモータを駆動するサー
ボモータ制御手段を有している。更に，前記光スポット
位置比較手段が信号を出力した時に，第二メモリの基準
光スポット位置を修正するメモリ修正手段を設けてい
る。

【００１３】このＮＣ工作機械における刃先の経時変位
補正装置は，上記のように構成されているので，ＮＣ工
作機械の機内に切削工具の刃先の座標と工作物を取り付
けた主軸台の座標の位置関係を光学的に非接触の状態で
検出する検出装置を設けたので，主軸台と刃物台間の経
時変位を正確に高精度で測定することができる。

【００１４】また，前記検出装置で検出した変位情報に
基づいて座標設定と切削工具の刃先との位置の補正を行
う機能をＮＣ装置に付加したので，熱等に起因して生じ
た座標軸のずれを自動的に補正することができる。

【００１５】具体的には，前記主軸台及び前記刃物台か
ら離れた熱影響の少ない固定部材に刃物検出装置を設置
したので，この刃物検出装置によって切削工具刃先位置
の変位分が正確に検出される。また，前記主軸台に発光
体を設置すると共に前記固定部材にＰＳＤ光スポット位
置検出装置を設置し，発光体から発せられた光ビームの
光スポット位置をＰＳＤによる光スポット位置検出装置
で計測するようにしたので，熱影響等で主軸台の固定部
材に対する位置関係が変化しても，その変位分を正確に
高精度で計測することができる。

【００１６】また，座標軸の変位分の補正は，具体的に
は以下のようにして行われる。まず最初に，検出された
切削工具刃先位置の基準刃先位置に対するずれ分につい
て補正値を算出し，サーボモータを駆動して切削工具刃
先位置を基準刃先位置に一致させる。次いで，予め前記
第二メモリに記憶しておいた前記基準光スポット位置と
前記光スポット位置検出装置が検出した光スポット位置
とのずれから，主軸台の変位分，即ち座標軸の補正値を
算出し，且つ座標軸を補正する。それと同時に，サーボ
モータ制御手段はサーボモータを駆動して刃物台テーブ
ルを補正値だけ移動させる。このようにして，熱等の影
響によって主軸台と刃物台との間の位置関係が変化して
も，自動的に正確な座標設定を行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるＮＣ工作機械における刃先の経時変位補正装置の
一実施例について説明する。図１はＮＣ工作機械（図１
では，ＮＣ旋盤）の一部を示す斜視図である。ＮＣ工作
機械の主ベット１０には，主軸台１１と刃物台テーブル
１２が取り付けられている。主軸台１１には，工作物Ｗ
を把持する工作物把持装置であるスクロールチャック１
３が設けられ，工作物Ｗが回転可能に支持されている。
刃物台テーブル１２はＸ軸スライドテーブル１４に組み
付けられ，更に，Ｘ軸スライドテーブル１４はＺ軸スラ
イドテーブル１５に組み付けられている。Ｘ軸スライド
テーブル１４はＸ軸送りねじ１６と螺合し，Ｚ軸スライ
ドテーブル１５はＺ軸送りねじ１７に螺合している。刃
物台テーブル１２は，Ｚ軸送りサーボモータ（図示せ
ず）及びＸ軸送りサーボモータ１８の働きで，Ｘ軸送り
ねじ１６及びＺ軸送りねじ１７が回転し，Ｚ軸方向及び
Ｘ軸方向に移動可能に構成されている。

【００１８】図２はＮＣ工作機械の一部を示す概略正面
図である。ＮＣ工作機械における工作物Ｗに対する加工
部は，機械的剛性が大きいカバー２０によって覆われて
いる。カバー２０の上面にはガラス板等の透明板２１を
配置した覗き窓２２が設けられている。透明板２１の内
側即ち機内２３にはエア吹出口２４が設けられ，透明板
２１に向けてエアブローを行なうことにより切削油や切
屑等の付着物を吹き飛ばすことができるように構成され
ている。固定部材としてのカバー２０には刃先検出装置
としてのＣＣＤカメラ３が取り付けられ，機外２５から
覗き窓２２を通して機内２３に向けられている。ＣＣＤ
カメラ３は，電荷結合素子(chargecoupuled device)カ
メラである。ＣＣＤカメラ３の作動距離Ｆが，工作物Ｗ
に対向して設置される切削工具の一種であるバイトＴの
刃先の位置にくるような部位に設置する。ＣＣＤカメラ
３は，ＣＣＤカメラ３の直交座標軸の面をＮＣ工作機械
のバイトＴの切削移動軸（ＸーＺ軸）の面に平行になる
ように固定する。

【００１９】一方，ＰＳＤ光スポット位置検出装置１
は，ＣＣＤカメラ３に隣接してカバー２０に設置され，
ＰＳＤ直交座標軸の面がＮＣ工作機械のバイトＴの切削
移動軸（Ｘ−Ｚ軸）の面に平行になるように固定されて
いる。カバー２０は，主軸台１１や刃物台テーブル１２
に比較して，熱影響を無視し得るので，ＣＣＤカメラ３
及びＰＳＤ光スポット位置検出装置１の位置は不変と考
えてよい。カバー２０の側面には開閉カバー２６が設け
られている。また，ＮＣ工作機械の機内においては，主
軸台１１上面に発光ダイオードまたはレーザ等の発光体
２が取り付けられている。発光体２は，発光体２から発
せられる光ビームがＰＳＤ光スポット位置検出装置１の
ＰＳＤ面上に光スポットを結像するような方向に向けて
固定されている。

【００２０】図３及び図４は，主軸台１１から発せられ
た光ビームが，ＰＳＤ座標面上で，光スポットとして結
像している様子を示す図であり，図３は正面説明図，及
び図４は平面説明図である。ＰＳＤ光スポット位置検出
装置１の光学系６の拡大率は，ＰＳＤ分解能をＮＣ工作
機械の変位量と同程度にしているので，その精度は高め
られる。主軸台１１とカバー２０との間に，熱等による
剛体の熱膨張或いは熱収縮による位置関係の変位が生じ
た場合に，ＰＳＤ座標面上の光スポット位置８は，初期
の位置（基準光スポット位置）から移動する。また，切
削移動軸（Ｘ−Ｚ軸）に平行になるように，光学系６及
びＰＳＤ７を固定しているので，Ｘ軸方向及びＺ軸方向
への機械変位成分はＰＳＤ座標面上のＸ軸方向及びＺ軸
方向への光スポット移動距離と対応する。

【００２１】図５は，このＮＣ工作機械の経時変位補正
装置におけるＰＳＤ光スポット位置検出装置１の一例を
示す回路であり，ＰＳＤ座標面上の光スポット位置を電
気信号として求める光スポット位置検出回路である。Ｐ
ＳＤ７は長さＬ×Ｌの正方形であって，図中の符号
Ｘ₁，Ｘ₂，Ｚ₁，Ｚ₂はそれぞれ各電極から得られる
出力信号（光電流）であり，符号ｘ，ｚはＰＳＤ座標上
における光スポット位置の座標を表している。なお，Ｐ
ＳＤ座標面上の光スポット位置は，次式により求められ
る。（Ｘ₂−Ｘ₁）／（Ｘ₁＋Ｘ₂）＝２ｘ／Ｌ（Ｚ₂−Ｚ₁）／（Ｚ₁＋Ｚ₂）＝２ｚ／ＬＰＳＤの各電極は導線でそれぞれ電流・電圧変換回路に
連結されている。Ｚ方向の電極に連結された電流・電圧
変換回路から出力された出力値を加算及び引算を行い，
次いで，それらを除算して電気信号を出力する。更に，
この電気信号に所定の係数を掛けることによってリニア
補正を行い，ＰＳＤ座標における光スポット位置のＺ成
分を算出する。同様にして，Ｘ方向の電極から得られる
出力信号からＰＳＤ座標における光スポット位置のＸ成
分を算出する。また，測定精度を上げるため，リニア補
正に行う際の係数は，上記電気信号の大きさと実際の変
位量との関係についてキャリブレーション処理等を十分
に行った上で決める。このようにして測定したＰＳＤ座
標における光スポット位置のＸ成分及びＺ成分は，ＮＣ
装置５に伝えられる。

【００２２】図６は，このＮＣ工作機械における経時変
位補正装置の一実施例を示すブロック図である。経時変
位補正装置は，熱等に起因して生じた主軸台１１と刃物
台テーブル１２との位置関係の経時変位を変位情報とし
て非接触状態で検出する位置検出装置４と，前記変位情
報に基づいて座標設定位置と切削工具の刃先位置の補正
を行うＮＣ装置５とから構成されている。位置検出装置
４は，主軸台１１に設置され光ビームを発する発光体２
と，主軸台１１及び刃物台テーブル１２から離れた熱影
響の少ない固定部であるカバー２０に設置され且つ発光
体２から発せられた光ビームを受光して光スポット位置
８を計測するＰＳＤ光スポット位置検出装置１とを有し
ている。更に，位置検出装置４は，切削工具の刃先形状
と刃先位置を画像情報として非接触状態で検出する刃先
検出装置即ちＣＣＤカメラ３を有している。

【００２３】また，ＮＣ装置５は，本来の機能の外に，
ＣＣＤカメラ３がとらえた切削工具の刃先形状及び刃先
位置を画像情報として記憶する第一メモリ３０，第一メ
モリ３０に記憶した画像情報とＣＣＤカメラ３で写し出
した切削工具の映像とを比較し，両者が合致しない場合
に信号を発する画像比較手段３１，画像比較手段３１か
らの信号を入力して切削工具刃先位置の補正値を算出す
る刃先位置補正値算出手段３２，ＰＳＤ光スポット位置
検出装置１が受光した光ビームの光スポット位置を基準
光スポット位置として記憶する第二メモリ３３，第二メ
モリ３３に記憶した基準光スポット位置とＰＳＤ光スポ
ット位置検出装置１が受光した光ビームの光スポット位
置とを比較し，両者が合致しない場合に信号を発する光
スポット位置比較手段３４，光スポット位置比較手段３
４からの信号が入力された時に第二メモリ３３の基準光
スポット位置を修正するメモリ修正手段３６，光スポッ
ト位置比較手段３４からの信号を入力して座標軸の補正
値を算出し且つ座標軸を補正する座標補正値算出手段３
５，及び前記切削工具刃先位置の補正値又は前記座標軸
の補正値に基づいてＸ軸送りサーボモータ１８とＺ軸送
りサーボモータを駆動するサーボモータ制御手段３７を
有している。

【００２４】図７，図８及び図９は，このＮＣ工作機械
における刃先の経時変位補正装置の一実施例の処理を示
すフローチャートである。この経時変位補正のステップ
は，刃物台テーブル１２に固定した切削工具の初期位置
と主軸台１１の初期位置を記憶するステップと，座標補
正を行うステップ（刃物台テーブル１２のズレを補正す
ると共に主軸台１１のずれを補正するステップ）とから
成る。

【００２５】まず，刃物台テーブル１２に固定した切削
工具の初期位置を記憶するステップ，即ちバイトＴの刃
先形状記憶のステップから説明する。図７を参照して説
明すると，複数個のバイトＴの中から，記憶しようとす
るバイトＴを一つ選択して，刃先検出位置（基準刃先位
置）に移動させる（ステップ４１）。選択したバイトＴ
の形状をＣＣＤカメラで写し出す（ステップ４２）。写
し出した映像を画像情報として第一メモリ３０に記憶す
る（ステップ４３）。第一メモリ３０に記憶した画像情
報がバイトＴの原点となる。以下，記憶したいバイトＴ
を順次選び，ステップ４１，ステップ４２及びステップ
４３の処理を繰り返す。記憶すべき全てのバイトＴにつ
いて画像情報を記憶すると，刃先形状記憶のステップは
終了する。また，単体刃物台の場合には，ステップ４
１，ステップ４２及びステップ４３の処理の繰り返しが
行なわれない。

【００２６】次に，主軸台１１の初期位置を記憶するス
テップについて説明する。図８を参照して説明すると，
発光体２から光ビームをＰＳＤ７面に向けて発する（ス
テップ４４）。ＰＳＤ７面上に結像された光スポット位
置８の位置を基準光スポット位置として第二メモリ３０
に記憶する（ステップ４５）。

【００２７】このようにして初期位置の記憶を終え，Ｎ
Ｃ工作機械は作動される。そして，時間の経過に伴って
徐々に主軸台１１と刃物台テーブル１２の位置関係にず
れが生じてくる。そこで，次に座標補正を行うステップ
について，図９のフローチャートを参照して説明する。
まず，検出しようとするバイトＴを選択し，そのバイト
ＴをＣＣＤカメラ３によって写す（ステップ４７）。第
一メモリ３０に記憶しているバイトＴの画像情報とＣＣ
Ｄカメラ３によって写した映像を比較する（ステップ４
８）。この時，同一のバイトＴ同士を比較することは言
うまでもない。画像情報とＣＣＤカメラ３で写した映像
が合致する場合には，バイトＴの刃先位置は依然として
基準刃先位置にあるので何も処理する必要はない。画像
情報とＣＣＤカメラ３で写した映像がずれている場合に
は，ずれの分だけ補正値を算出する（ステップ４９）。
即ち，ＣＣＤカメラ３が画面内にきた時，ＮＣ装置はＮ
Ｃ工作機械の座標軸を取り込み，その合成によりバイト
刃先位置の数値を演算し，補正値を算出する。そして，
ＮＣ装置はその補正値に相当する距離だけ刃物台テーブ
ル１２を移動させるため，Ｘ軸送りサーボモータ１８及
びＺ軸送りサーボモータを駆動する（ステップ５０）。
その結果，バイトＴの刃先位置が基準刃先位置に一致す
る。

【００２８】次いで，発光体２から光ビームをＰＳＤ７
面に向けて発する（ステップ５１）。ＰＳＤ７面上に結
像された光スポット位置を，図５で説明した光スポット
位置検出回路で検出する（ステップ５２）。検出された
光スポット位置はＮＣ装置５に入力され，第二メモリ３
３に予め記憶しておいた基準光スポット位置と合致する
か否か比較される（ステップ５３）。両者が合致する場
合には補正の必要がないので処理を終了する。両者が合
致しない場合には，ズレの分だけ補正値を算出する（ス
テップ５４）。そして，補正値だけ座標軸をずらす（ス
テップ５５）と共に，補正値分だけＸ軸送りサーボモー
タ１８及びＺ軸送りサーボモータを駆動して刃物台テー
ブル１２を移動させる（ステップ５６）。また，検出し
た光スポット位置を新たな基準光スポット位置として第
二メモリに記憶させる（ステップ５７）。このため，Ｎ
Ｃ工作機械の運転途中において何度でも補正することが
できる。このようにして切削工具刃先位置の座標補正が
終了する。

【００２９】上記の座標補正のステップを別の角度から
説明すると以下の通りである。図１０，図１１及び図１
２はＮＣ装置が切削工具刃先位置を移動させて，座標補
正を行う処理ステップを示す説明図である。図１０は座
標補正前の位置関係，即ち，熱等の影響によって主軸台
１１と刃物台テーブル１２との間隔が変化した時の主軸
台１１とバイトＴの位置関係を示している。図１１は刃
先検出装置を用いてバイトの刃先位置の補正を行った状
態を示しており，図１２はＰＳＤ光スポット位置検出装
置１を用いて刃物台テーブル１２の移動を行うと同時に
ＮＣ工作機械の座標軸の補正を行った状態を示してい
る。図中の記号について説明をすると，Ｙ，Ｚは補正前
の座標軸，Ｙ₂，Ｚ₂は補正後の座標軸，ｓ₀は基準主
軸台位置，ｔ₀は基準刃先位置，ｔ₁は経時変位後のバ
イトＴの刃先位置，及びｓは経時変位後の主軸台位置を
示している。

【００３０】ＮＣ工作機械を運転開始する前の状態にお
いては，主軸台１１は基準主軸台位置ｓ₀にあり，刃物
台テーブル１２にセットしたバイトＴの刃先位置は基準
刃先位置ｔ₀にあったが，熱の影響によって主軸台１１
と刃物台テーブル１２との間隔が変化して，バイトＴの
刃先位置ｔ₁に移動し，主軸台１１の位置はｓに移動し
たとする（図１０参照）。

【００３１】そこで，最初に，ＣＣＤカメラ３によって
バイトＴの刃先位置を補正する（図１１参照）。この補
正は図９で詳しく説明したステップ４７〜ステップ５０
によって行われる。即ち，工作物を切削加工する前に，
使用しようとするバイトＴの刃先をＣＣＤカメラ３に写
して画像情報として記憶しているので，ＣＣＤカメラ３
はＮＣ工作機械の座標軸を取り込んでおり，この座標軸
から刃先がズレている場合，バイト刃先位置の数値を演
算し，補正値を算出する。ＮＣ装置はこの補正値に相当
する距離だけ刃物台テーブル１２を移動させるため，Ｘ
軸送りサーボモータ１８及びＺ軸送りサーボモータを駆
動する。その結果，バイトＴの刃先位置ｔ₁がＣＣＤカ
メラ３が取り込んでいるＮＣ工作機械の座標軸上の基準
刃先位置ｔ₀に一致する。

【００３２】次に，刃物台テーブル１２の移動を行うと
同時にＮＣ工作機械の座標軸の補正を行う（図１２参
照）。この補正は図９で詳しく説明したステップ５１〜
ステップ５７によって行われる。即ち，カバー２０から
測った主軸台１１のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位に相当
する距離だけ刃物台テーブル１２を移動させるため，Ｘ
軸送りサーボモータ１８及びＺ軸送りサーボモータを駆
動する。それと同時に，ＮＣ工作機械の座標軸もＹ₂，
Ｚ₂に補正する。その結果，主軸台１１と刃物台テーブ
ル１２との位置関係が補正され，ＮＣ工作機械の座標軸
に主軸台１１と刃物台テーブル１２の正確な座標設定が
行われる。

【００３３】

【発明の効果】この発明によるＮＣ工作機械における刃
先の経時変位補正装置は，上記のように構成されている
ので，主軸台に取り付けられた発光体から発する光ビー
ムをＰＳＤ面上に結像させ，光スポット位置を測定する
ことで主軸台のＮＣ工作機械座標上の変位が検出でき
る。また，ＮＣ装置にて該変位に相当する距離だけ刃物
台テーブルを移動させ且つＮＣ工作機械の座標設定を平
行移動させることによって，自動的に主軸台と刃物台テ
ーブル間の正確な座標設定を行うことができる。従っ
て，刃物台と主軸台間の熱による剛体の熱膨張又は熱収
縮に起因する座標軸の変位を考慮して，切削工具の刃先
を自動的に補正することができるので，ＮＣ工作機械に
おける工作物に対する加工精度を大幅に向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるＮＣ工作機械における刃先の経
時変位補正装置を組み込むことのできるＮＣ工作機械の
一実施例を示す斜視図である。

【図２】ＮＣ工作機械の一部を示す概略正面図である。

【図３】ＮＣ工作機械の一部を示す正面説明図である。

【図４】ＮＣ工作機械の一部を示す平面説明図である。

【図５】ＰＳＤによる光スポット位置検出回路図であ
る。

【図６】この発明によるＮＣ工作機械における経時変位
補正装置の一実施例を示すブロック図である。

【図７】刃物台テーブルの初期位置を記憶するステップ
であり，刃先形状を記憶する処理ステップを示すフロー
チャートである。

【図８】主軸台の初期位置を記憶するステップであり，
基準光スポット位置を記憶する処理ステップを示すフロ
ーチャートである。

【図９】切削工具の刃先位置の座標補正を行う処理ステ
ップを示すフローチャートである。

【図１０】補正前の位置関係，即ち熱の影響によって主
軸台と刃物台テーブルとの間隔が変化した時のバイトと
主軸台の位置関係を示す説明図である。

【図１１】刃先検出装置による補正を行った状態を示す
説明図である。

【図１２】刃物台テーブルの移動を行うと同時にＮＣ工
作機械の座標軸の補正を行った状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ＰＳＤ光スポット位置検出装置（光スポット位置
検出装置）２発光体３ＣＣＤカメラ（刃先検出装置）４検出装置５ＮＣ装置１１主軸台１２刃物台テーブル１８Ｘ軸送りサーボモータ２０カバー（固定部）３０第一メモリ３１画像比較手段３２刃先位置補正値算出手段３３第二メモリ３４光スポット位置比較手段３５座標補正値算出手段３６メモリ修正手段３７サーボモータ制御手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】工作物を支持する主軸台と前記工作物に
対向して配置された刃物台に設置された切削工具の刃先
との熱等に起因して生じた相対位置関係の経時変位を変
位情報として非接触状態で検出する位置検出装置と，前
記変位情報に基づいて座標設定位置と前記切削工具の前
記刃先との相対位置の補正を行うＮＣ装置とを有し，前
記位置検出装置は，前記主軸台に設置した光ビームを発
する発光体と，前記主軸台と前記刃物台とから離れた熱
影響の少ない固定部に前記切削工具の刃先に対応した部
位に設置され且つ前記発光体からの光ビームを受光して
光スポット位置を計測する光スポット位置検出装置と，
前記固定部に設置し且つ前記切削工具の刃先形状と刃先
位置を画像情報として非接触状態で検出する刃先検出装
置とを有することから成るＮＣ工作機械における刃先の
経時変位補正装置。
【請求項２】前記固定部は，前記主軸台と前記刃物台
とを有するＮＣ工作機械の加工部を覆うカバーに設けら
れていることから成る請求項１に記載のＮＣ工作機械に
おける刃先の経時変位補正装置。
【請求項３】前記ＮＣ装置は，前記位置検出装置が出
力する前記主軸台と前記刃物台との相対位置の経時変位
から前記切削工具の刃先位置の補正値を算出する刃先位
置補正値算出手段，及び前記補正値に基づいてサーボモ
ータを駆動するサーボモータ制御手段を有することから
成る請求項１に記載のＮＣ工作機械における刃先の経時
変位補正装置。