CN107303644B - 机床上的对象物的位置计测方法及位置计测*** - Google Patents

Abstract

提供机床上的对象物的位置计测方法及位置计测***。以比较廉价地结构取得接触式探头等位置计测传感器的长度方向校正值，利用位置计测传感器高精度地进行对象物的计测。根据刀具传感器取得的基准刀具的末端的检测位置、使基准刀具直接或间接地接触基准块时的平移轴的位置、以及检测位置和平移轴的位置，预先计算基准块相对于刀具传感器的检测位置的相对位置，在S1中将基准刀具安装在主轴上，使用刀具传感器取得基准刀具位置，在S2中用安装在主轴上的接触式探头计测基准块的位置，在S3中根据S1中取得的基准刀具位置、S2中取得的基准块的位置、基准块的相对位置、以及基准刀具的长度，计算接触式探头的长度方向校正值，在S4中使用计算出的长度方向校正值校正由接触式探头计测出的对象物的计测位置。

Description

机床上的对象物的位置计测方法及位置计测***

技术领域

本发明涉及用于在机床的机内计测刀具或工件等对象物的位置的位置计测方法及位置计测***。

背景技术

在利用安装于主轴并旋转的刀具对安装在工作台上的工件进行加工的机床上，为了进行高精度的加工，使用自动计测并校正刀具的长度或工件的位置的方法。

作为刀具长度的自动计测方法，例如使用图2所示的激光传感器10、图3所示的接触式传感器20。

首先，激光传感器10由发光部11、受光部12以及支承发光部11和受光部12的基底部13构成，从发光部11输出激光14，通过受光部12受光。激光14被物体遮挡从而受光率为一定值以下的情况下，发出信号。此处，在主轴2上安装刀具9，一边并使刀具9以规定的速度旋转，一边使刀具9沿Z轴接近激光14，当刀具9截断激光14时，从基底部13发送信号。检测到该信号的机床的控制装置存储接收到信号的时刻或考虑了延迟的时刻的Z轴的位置。对于作为各刀具的长度基准的基准刀具，也同样地进行，将刀具9上的Z轴位置与基准刀具上的Z轴位置之差设为刀具9的长度。

接着，接触式传感器20是检测到接触时发出信号的装置，在主轴2上安装刀具9，通过Z轴使刀具9接近接触式传感器20，刀具9接触时发送信号。检测到该信号的控制装置存储接收到信号的时刻或考虑了延迟的时刻的Z轴的位置。对于作为各刀具的长度基准的基准刀具，也同样地进行，将刀具9上的Z轴位置与基准刀具上的Z轴位置之差设为刀具9的长度。

另一方面，作为工件的位置的自动计测方法，例如使用图4所示的接触式探头30。该接触式探头30是当触头接触物体时输出信号的装置，在主轴2上安装接触式探头30，通过Z轴使其接近工作台3上的工件31，当接触式探头30与工件31接触时输出信号。检测到该信号的控制装置取得接收到信号的时刻或考虑了延迟的时刻的Z轴的位置。

此外，预先计测接触式探头30相对于基准刀具的长度，校正并计测为接触式探头30的长度方向的校正值，由此能够求出工件31的位置(该情况下为高度)。但是，到接触式探头30与对象物接触而输出触发信号为止，产生一定的长度变化，因此需要接触式探头30接触而输出触发信号时的实际的长度。

但是，在激光传感器10中，接触式探头30不接触，因此不能计测接触式探头30接触时的长度。

另一方面，在接触式传感器20中，接触式传感器20与接触式探头30的各个动作阻力不同，两者不能同时输出触发信号，不能计测接触式探头30的接触时长度。

因此，作为接触式探头的接触时长度的测定方法，公知使用基准刀具的方法(以下称作“方法1”。)。在该方法1中，在主轴上安装基准刀具，一边手动操作Z轴，使得基准刀具经由块规接触工作台上表面等基准面，一边根据用手移动块规时的阻力找到块规与基准刀具之间的间隙几乎为0的位置，记录该位置。接着，用接触式探头计测基准面，即取得接触式探头接触时的Z轴位置。从接触式探头所取得的Z轴位置减去记录的基准刀具上的Z轴位置和块规的厚度而得的值为接触式探头的接触时的长度。

此外，专利文献1中记载了使用CCD相机的接触式探头的接触时长度的测定方法。此处，首先取得使接触式探头与支承台的上表面接触而输出信号时的主轴的位置，通过用CCD相机拍摄接触时的接触式探头末端来计测末端位置。接着，去掉支承台，恢复接触式探头未接触时的长度，用CCD相机计测末端位置。根据两末端位置之差计算接触时的收缩量。对于基准刀具，也用CCD相机计测其末端位置，也取得此时的主轴的位置。根据取得的接触时收缩量、接触时的接触式探头末端位置、接触式探头接触时的主轴位置、基准刀具的末端位置、基准刀具上的主轴位置的关系，求出接触式探头的接触时的长度。

另一方面，专利文献2中记载了使用激光传感器和基准块的工件位置的校正方法。此处首先在激光传感器附近准备基准块，预先使激光的位置与基准块的上表面的位置(高度)一致。此外，在激光传感器中预先存储基准刀具安装时的位置。接着，使接触式探头接触基准块并存储位置，使接触式探头也接触工件并存储位置，根据两位置之差和基准刀具的位置，计侧并校正工件相对于基准刀具的位置。在该方法中，不求出接触式探头的接触时长度就进行工件位置计测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-61570号公报

专利文献2：日本特开2001-105279号公报

发明内容

发明所要解决的问题

首先，在上述方法1中，必须手动作业，不能自动计测接触式探头的接触时长度。因此，接触式探头的长度因热位移等而发生变化、计测接触式探头的接触时长度的情况下，存在必须中断加工而进行手动作业的问题。

接着，在专利文献1的技术中，存在需要利用了高价的CCD相机的计测装置的问题。而且，为了自动去除支承台，需要驱动支承台的机构或致动器，还存在成本提高的问题。

此外，专利文献2的技术是不测定接触式探头的接触时的长度就能够进行工件的位置计测，但需要使激光传感器的激光位置与基准块位置一致，或已知两位置关系。这相当于必须使由激光传感器计测的基准刀具的长度和使基准块接触时的接触式探头的长度之间的关系、即接触式探头的接触时长度为已知。但是，没有记载该方法。

因此，本发明的目的在于提供一种机床上的对象物的位置计测方法及***，能够以比较廉价的结构取得接触式探头等位置计测传感器的长度方向校正值，并能利用位置计测传感器高精度地进行对象物的计测。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，技术方案1的发明是一种方法，该方法使用具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台的机床，通过能够安装在所述主轴上的位置计测传感器，计测固定在所述工作台上的对象物的位置，

所述方法的特征在于，执行如下的步骤：

刀具传感器位置取得步骤，将作为所述刀具的长度基准的基准刀具安装在所述主轴上，使用刀具传感器取得所述基准刀具的末端的检测位置；

基准块位置取得步骤，取得使安装在所述主轴上的所述基准刀具直接或间接地接触设在所述刀具传感器侧的基准块时的所述平移轴的位置；

相对位置计算步骤，其根据所述刀具传感器位置取得步骤中取得的所述检测位置和所述基准块位置取得步骤中取得的所述平移轴的位置，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置；

基准刀具位置取得步骤，将所述基准刀具安装在所述主轴上，使用所述刀具传感器取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置；

位置计测传感器计测步骤，在所述主轴上安装所述位置计测传感器，使用所述位置计测传感器来计测所述基准块的位置；

长度方向校正值计算步骤，根据所述基准刀具位置取得步骤中取得的所述基准刀具位置、所述位置计测传感器计测步骤中计测出的所述基准块的位置、所述相对位置计算步骤中计算出的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值；以及

位置计测步骤，使用所述长度方向校正值计算步骤中计算出的所述位置计测传感器的所述长度方向校正值，校正由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测出的所述对象物的计测位置。

此处所谓的“刀具传感器侧”是在刀具传感器直接设置基准块的情况，当然也包括在刀具传感器的附近设置分体的基准块的情况。以下的发明也同样如此。

技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1的结构中，执行一次从所述刀具传感器位置取得步骤至所述相对位置计算步骤的处理，执行多次从所述基准刀具位置取得步骤至所述位置计测步骤的处理。

技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1的结构中，在所述位置计测传感器计测步骤及所述位置计测步骤中，所述位置计测传感器所计测的位置是检测到所述位置计测传感器接触到对象物时的所述平移轴的位置。

技术方案4的发明的特征在于，在技术方案1至3中的任意一项的结构中，将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，在执行所述位置计测步骤之前，还执行取得所述位置计测传感器的径向校正值的径向校正值取得步骤，在所述位置计测步骤中，也使用所述径向校正值取得步骤中取得的所述径向校正值来校正所述对象物的计测位置。

为了达到上述目的，技术方案5的发明是一种***，该***在具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台、能够安装在所述主轴上的位置计测传感器、控制所述平移轴和所述主轴的控制装置的机床上，利用所述位置计测传感器计测固定在所述工作台上的对象物的位置，

所述***的特征在于，具有：

基准刀具，其成为所述刀具的长度基准；

刀具传感器，其检测安装在所述主轴上的所述基准刀具的末端位置；

基准块，其设置在所述刀具传感器侧；

刀具传感器位置取得单元，其利用所述平移轴使安装在所述主轴上的所述基准刀具移动，使用所述刀具传感器取得所述基准刀具的末端的检测位置并进行存储；

基准块位置取得单元，其利用所述平移轴使安装在所述主轴上的所述基准刀具移动而直接或间接地接触所述基准块，取得其接触时的所述平移轴的位置并进行存储；

相对位置计算单元，其根据所述刀具传感器位置取得单元中取得的所述检测位置和所述基准块位置取得单元中取得的所述平移轴的位置，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置并进行存储；

基准刀具位置取得单元，其利用所述平移轴使安装在所述主轴上的所述基准刀具移动，使用所述刀具传感器取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置并进行存储；

计测位置取得单元，其由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测所述基准块的位置并进行存储；

长度方向校正值计算单元，其根据所述基准刀具位置取得单元所取得的所述基准刀具位置、所述计测位置取得单元所取得的所述基准块的位置、所述相对位置计算单元所取得的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值并进行存储；以及

位置计算单元，其使用所述长度方向校正值计算单元所存储的所述长度方向校正值，校正所述位置计测传感器取得的计测位置，并计算所述对象物的位置。

技术方案6的发明的特征在于，在技术方案5的结构中，所述位置计测传感器计测所述位置计测传感器检测到所述对象物时的所述平移轴的位置或考虑了信号延迟的位置。

技术方案7的发明的特征在于，在技术方案5或6的结构中，所述***还具有径向校正值取得单元，该径向校正值取得单元将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，取得所述位置计测传感器的径向校正值并进行存储，

所述位置计算单元使用所述长度方向校正值计算单元所取得的所述长度方向校正值和所述径向校正值取得单元所取得的所述径向校正值，校正所述位置计测传感器的计测位置，计算所述对象物的位置。

为了达到上述目的，技术方案8的发明是一种方法，该方法使用具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台的机床，利用能够安装在所述主轴上的位置计测传感器，计测固定在所述工作台上的对象物的位置，所述方法的特征在于，使用刀具传感器和设在所述刀具传感器侧的基准块，执行如下的步骤：

刀具传感器位置取得步骤，将作为所述刀具的长度基准的基准刀具安装在所述主轴上，使用刀具传感器取得所述基准刀具的末端的检测位置；

基准刀具计测位置取得步骤，使用安装在所述主轴上的所述基准刀具取得任意的刀具计测位置；

位置计测传感器计测位置取得步骤，使用安装在所述主轴的所述位置计测传感器取得任意的传感器计测位置；

位置计测传感器长度计算步骤，求出所述刀具计测位置与所述传感器计测位置之差，根据该差和所述基准刀具的长度求出所述位置计测传感器的长度；

第1基准块位置取得步骤，使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器来计测所述基准块的位置；

相对位置计算步骤，根据所述刀具传感器位置取得步骤中取得的所述检测位置、所述第1基准块位置取得步骤中取得的所述基准块的位置、所述位置计测传感器长度计算步骤中计算出的所述位置计测传感器的长度、以及所述基准刀具的长度，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置；

基准刀具位置取得步骤，将所述基准刀具安装在所述主轴上，使用所述刀具传感器取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置；

第2基准块位置取得步骤，将所述位置计测传感器安装在所述主轴上，使用所述位置计测传感器计测所述基准块的位置；

长度方向校正值计算步骤，根据所述基准刀具位置取得步骤中取得的所述基准刀具位置、所述第2基准块位置取得步骤中计测出的所述基准块的位置、所述相对位置计算步骤中计算出的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值；以及

位置计测步骤，使用所述长度方向校正值计算步骤中计算出的所述位置计测传感器的所述长度方向校正值，校正由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测出的所述对象物的计测位置。

技术方案9的发明的特征在于，在技术方案8的结构中，执行一次从所述刀具传感器位置取得步骤至所述相对位置计算步骤的处理，执行多次从所述基准刀具位置取得步骤至所述位置计测步骤的处理。

技术方案10的发明的特征在于，在技术方案8的结构中，在所述第1基准块位置取得步骤、所述第2基准块位置取得步骤、以及所述位置计测步骤中，所述位置计测传感器所计测的位置是检测到所述位置计测传感器接触到对象物时的所述平移轴的位置。

技术方案11的发明的特征在于，在技术方案8至10中的任意一项的结构中，将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，在执行所述位置计测步骤之前，还执行取得所述位置计测传感器的径向校正值的径向校正值取得步骤，在所述位置计测步骤中，也使用所述径向校正值取得步骤中取得的所述径向校正值来校正所述对象物的计测位置。

为了达到上述目的，技术方案12的发明是一种***，该***在具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台、能够安装在所述主轴上的位置计测传感器、控制所述平移轴和所述主轴的控制装置的机床上，利用所述位置计测传感器计测固定在所述工作台上的对象物的位置，所述***的特征在于，具有：

基准刀具，其成为所述刀具的长度基准；

刀具传感器，其检测安装在所述主轴上的所述基准刀具的末端位置；

基准块，其设置在所述刀具传感器侧；

刀具传感器位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述基准刀具和所述刀具传感器，取得所述基准刀具的末端的检测位置并进行存储；

基准刀具计测位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述基准刀具取得任意的刀具计测位置并进行存储；

位置计测传感器计测位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器取得任意的传感器计测位置并进行存储；

位置计测传感器长度计算单元，其求出所述刀具计测位置与所述传感器计测位置之差，根据该差和所述基准刀具的长度计算所述位置计测传感器的长度并进行存储；

第1基准块位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测所述基准块的位置并进行存储；

相对位置计算单元，其根据所述刀具传感器位置取得单元所取得的所述检测位置、所述第1基准块位置取得单元所取得的所述基准块的位置、所述位置计测传感器长度计算单元所计算出的所述位置计测传感器的长度、以及所述基准刀具的长度，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置并进行存储；

基准刀具位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述基准刀具和所述刀具传感器，取得所述基准刀具的末端位置、即基准刀具位置并进行存储；

第2基准块位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测所述基准块的位置并进行存储；

长度方向校正值计算单元，其根据所述基准刀具位置取得单元所取得的所述基准刀具位置、所述第2基准块位置取得单元所计测出的所述基准块的位置、所述相对位置计算单元所计算出的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值并进行存储；以及

位置计算单元，其使用所述长度方向校正值计算单元所计算出的所述位置计测传感器的所述长度方向校正值，校正由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器所计测出的所述对象物的计测位置，计算所述对象物的位置。

技术方案13的发明的特征在于，在技术方案12的结构中，所述位置计测传感器计测所述位置计测传感器检测到所述对象物时的所述平移轴的位置或考虑了信号延迟的位置。

技术方案14的发明的特征在于，在技术方案12或13的结构中，所述***还具有径向校正值取得单元，该径向校正值取得单元将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，取得所述位置计测传感器的径向校正值并进行存储，所述位置计算单元使用所述长度方向校正值计算单元所取得的所述长度方向校正值和所述径向校正值取得单元所取得的所述径向校正值，校正所述位置计测传感器的计测位置，计算所述对象物的位置。

发明效果

根据本发明，事先根据刀具传感器取得的检测位置和使基准刀具或位置计测传感器与基准块接触的基准刀具位置的关系，使刀具传感器的检测位置与基准块的相对位置已知，从而之后，用刀具传感器计测基准刀具位置，用位置计测传感器计测基准块的位置，由此能够取得位置计测传感器的长度方向的校正值。由此，即使位置计测传感器的长度因热位移等而发生变化，通过使用长度方向校正值进行校正，也能够高精度地利用位置计测传感器进行对象物的计测。而且，该方法不需要利用了CCD相机的测定***等，能比较廉价地实现。

尤其是，在技术方案8至14的发明中，设在刀具传感器侧的基准块位置用位置计测传感器来计测，因此基准块的面积为位置计测传感器的末端探头能接触的大小即可。因而，能够缩小基准块，能实现更小型的位置计测***。

此外，位置计测传感器为接触式传感器的情况下，如果也一并取得其径向的校正值，则能够更高精度地计测对象物。

附图说明

图1是加工中心机的示意图。

图2是激光传感器的示意图。

图3是接触式传感器的示意图。

图4是接触式探头的示意图。

图5是作为本发明的刀具传感器的一例的激光传感器的示意图。

图6是安装在加工中心机上的本发明的激光传感器的示意图。

图7是作为本发明的刀具传感器的一例的激光传感器的示意图。

图8作为本发明的刀具传感器的一例的接触式传感器的示意图。

图9是作为本发明的刀具传感器的一例的接触式传感器的示意图。

图10是本发明的计测准备作业的流程图。

图11是本发明的基于接触式探头的位置计测方法的流程图。

图12是本发明的计测准备作业的步骤SR1的说明图。

图13是本发明的计测准备作业的步骤SR2的说明图。

图14是本发明的位置计测方法的步骤S2的说明图。

图15是本发明的计测准备作业的变更例的流程图。

图16是本发明的计测准备作业的变更例的步骤SR1的说明图。

图17是本发明的计测准备作业的变更例的步骤SR2的说明图。

图18是本发明的计测准备作业的变更例的步骤SR3的说明图。

图19是本发明的计测准备作业的变更例的步骤SR5的说明图。

图20是作为本发明的刀具传感器的变更例的激光传感器的示意图。

图21是作为本发明的刀具传感器的变更例的激光传感器的示意图。

图22是作为本发明的刀具传感器的变更例的接触式传感器的示意图。

图23是作为本发明的刀具传感器的变更例的接触式传感器的示意图。

图24是本发明的基于接触式探头的位置计测方法的流程图。

标号说明

1：底座；2：主轴；3：工作台；4：托架；5：耳轴；8：基准刀具；9：刀具；11：发光部；12：受光部；13：基底部；14：激光；30：接触式探头；31：工件；40：激光传感器；41：传感器安装台；42：基准块；43：块规；44：基准球；50：接触式传感器；51：基底部；52：接触式传感器部；53：基准块；54：基准球

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是机床的一个方式，是具有三个彼此垂直的平移轴和两个彼此垂直的旋转轴的加工中心机的示意图。

主轴2能够利用作为平移轴且彼此垂直的X轴、Z轴相对于底座1进行两个自由度的平移运动。工作台3能够利用作为旋转轴的C轴相对于托架4进行一个自由度的旋转运动。托架4能够利用作为旋转轴且与C轴垂直的A轴相对于耳轴5进行一个自由度的旋转运动。耳轴5能够利用作为平移轴且与X轴和Z轴垂直的Y轴相对于底座1进行一个自由度的平移运动。因此，主轴2能够相对于工作台3进行三个自由度的平移运动以及两个自由度的旋转运动。各进给轴被由未图示的数值控制装置控制的伺服电机驱动，将工件固定在工作台3上，在主轴2上安装刀具并使其旋转，控制工件与刀具的相对位置及相对姿势，由此能够进行工件的加工。

另外，作为本发明的机床，不限于加工中心机，也可以是旋床或复合加工机、磨床等机床。此外，轴数不限于五根轴，仅平移轴就可以是三根轴、四根轴、六根轴。而且，不限于工作台3通过旋转轴而具有两个旋转自由度以上的机构，也可以是主轴2具有两个旋转自由度以上的机构、主轴2和工作台3分别具有一个旋转自由度以上的机构。

图5是作为本发明的刀具传感器的一例的激光传感器40的示意图。激光传感器40与图2同样地具有发光部11、受光部12、基底部13，但此处在发光部11与受光部12之间设有基准块42。发光部11、受光部12、基准块42分别固定在基底部13上。

如图6所示，该激光传感器40经由传感器安装台41安装在图1的加工中心机的耳轴5上。但是，如图7所示，可以是将基准块42另外配置在激光传感器40的附近的结构。

图8是作为本发明的刀具传感器的一例的接触式传感器50的示意图。接触式传感器50由基底部51、接触式传感器部52、基准块53构成，接触式传感器部52、基准块53固定在基底部51上。此外，接触式传感器50与激光传感器40同样地安装在图1的加工中心机的耳轴5上。另外，如图9所示，也可以是将基准块53另外配置在接触式传感器50的附近的结构。

下面，对使用激光传感器40作为刀具传感器的情况下的位置计测方法及位置计测***进行说明(与技术方案1及5对应)。但是，使用接触式传感器50的情况也仅检测方法不同，本质上是相同的。

首先，基于图10的流程图，对计测准备作业的步骤进行说明。计测准备作业是在后述的利用作为位置计测传感器的接触式探头进行计测前事先进行的作业，在基准刀具或激光传感器的劣化、更换等的情况下进行即可。

在步骤SR1中，如图12所示，在主轴2上安装基准刀具8，用激光传感器40进行计测。此处，以基准刀具8接近激光14的方式使Z轴移动，取得基准刀具8的末端截断激光14从而受光率成为阈值以下的时刻或考虑了信号延迟的时刻的Z轴位置。取得的Z轴位置Zl被存储在未图示的控制装置内的存储部(刀具传感器位置取得步骤及刀具传感器位置取得单元，此处控制装置作为执行本发明的各步骤的各单元发挥功能)。此外，基准刀具8的长度Td也预先存储在存储部。此处，可以根据Zl和Td计算基准刀具末端位置Zl’(＝Zl-Td)并进行存储。

接着，在步骤SR2中，通过基准刀具8取得基准块42的位置。此处如图13所示，在主轴2上安装了基准刀具8的状态下，经由块规43使其与基准块42接触，取得此时的Z轴位置Zb，并使减去块规43的厚度Hb而得的值Zb’(＝Zb-Hb)存储于未图示的控制装置内的存储部(基准块位置取得步骤及基准块位置取得单元)。此处，也可以使用Td计算基准块上表面位置Zb”(＝Zb-Hb-Td)并进行存储。另外，可以以厚度尺寸已知的块等作为块规43。

接着，在步骤SR3中，根据步骤SR1所存储的Z轴位置Zl和步骤SR2所存储的Z轴位置Zb’，计算基准块42相对于激光传感器40的检测位置的相对位置dZb(＝Zl-Zb’)，并存储于控制装置内的存储部(相对位置计算步骤及相对位置计算单元)。此处，块规厚度Hb也预先存储于存储部，可以根据Zl、Zb、Hb计算dZb(dZb＝Zl-Zb-Hb)。但是，存储上述Zl’和Zb”的情况下，能通过dZb＝Zl’-Zb”计算。

接着，基于图11的流程图，对本发明中的、基于接触式探头的位置计测方法进行说明。

首先在步骤S1中，与步骤SR1同样地，在主轴2上安装基准刀具8，用激光传感器40进行计测，使Z轴位置Zd存储于未图示的控制装置内的存储部(基准刀具位置取得步骤及基准刀具位置取得单元)。另外，可以使用Td，并存储Zd’＝Zd-Td。

接着，在步骤S2中，如图14所示，在主轴2上安装接触式探头30，用接触式探头30计测基准块42。此处，以接触式探头30接近基准块42的方式使Z轴移动，取得接触式探头30的末端的探针接触而发送触发信号的时刻或考虑了信号延迟的时刻的Z轴位置Zp。使取得的Z轴位置Zp存储在未图示的控制装置内的存储部(位置计测传感器计测步骤及计测位置取得单元)。

接着，在步骤S3中，计算作为接触式探头30的长度方向校正值的接触时的接触式探头30的长度。即，根据步骤S1所存储的Zd、步骤S2所存储的Zp、存储在控制装置内的存储部的基准块42的相对位置dZb、基准刀具长度Td，求出长度方向校正值(接触时长度)Tp(＝Zp-Zd+dZb+Td)，并使其存储于存储部(长度方向校正值计算步骤及长度方向校正值计算单元)。此处，可以根据Zd’、Zp、dZb求出Tp(＝Zp-Zd’-dZb)。

接着，在步骤S4中，使用接触式探头30进行对象物(此处为作台3上的工件)的计测。此时，使用步骤S3所计算的接触式探头30的长度方向校正值Tp来进行计测位置的校正(位置计测步骤及位置计算单元)。

这样，根据上述方式的位置计测方法及位置计测***，事先根据刀具传感器(激光传感器40或接触式传感器50)取得的检测位置和与基准块42接触的基准刀具位置之间的关系，使刀具传感器的检测位置与基准块42之间的相对位置已知，从而之后，用刀具传感器计测基准刀具8的位置，用位置计测传感器(接触式探头30)计测基准块42的位置，由此能够取得接触式探头30的长度方向校正值(接触时长度)。由此，即使接触式探头30的长度因热位移等而发生变化，通过使用长度方向校正值进行校正，也能够高精度地利用接触式探头30进行工件计测。而且，该方法不需要利用了CCD相机的测定***等，能比较廉价地实现。

接着，对使用图8所示的接触式传感器50的情况下的位置计测方法及位置计测***进行说明(与技术方案8及12对应)。

首先，基于图15的流程图，对计测准备作业的步骤进行说明。

在步骤SR1中，在主轴2上安装基准刀具8，用接触式传感器50进行计测。即，如图16所示，以基准刀具8与接触式传感器部52接触的方式使Z轴移动，取得基准刀具8的末端按压接触式传感器部52的时刻或考虑了信号延迟的时刻的Z轴位置。使取得的Z轴位置Zl存储在未图示的控制装置内的存储部(刀具传感器位置取得步骤及刀具传感器位置取得单元)。此外，基准刀具8的长度Td也预先存储在存储部。

接着，在步骤SR2中，作为计测接触式探头的长度的前期准备，用基准刀具8取得工作台3上表面等的任意的计测位置。即，如图17所示，在主轴2上安装基准刀具8的状态下，使其经由块规43与工作台3上表面等的任意的位置接触，取得此时的Z轴位置Zc，使减去块规43的厚度Hb而得的值Zc’(＝Zc-Hb)存储于未图示的控制装置内的存储部(基准刀具计测位置取得步骤及基准刀具计测位置取得单元)。另外，可以以厚度尺寸已知的块等作为块规43。

接着，在步骤SR3中，在主轴2上安装接触式探头30，与步骤SR2同样地计测工作台3上表面等的任意的计测位置。即，如图18所示，以接触式探头30接近工作台3上表面等的任意的计测位置的方式使Z轴移动，取得接触式探头30的探针接触而发送触发信号的时刻或考虑了信号延迟的时刻的Z轴位置Zp。使取得的Z轴位置Zp存储于未图示的控制装置内的存储部(位置计测传感器计测位置取得步骤及位置计测传感器计测位置取得单元)。

接着，在步骤SR4中，计算接触式探头的长度方向校正值、即接触时的接触式探头的长度。即，根据步骤SR2所存储的Zc’、步骤SR3所存储的Zp、基准刀具长度Td，求出长度方向校正值Tp(＝Zp-Zc’+Td)，并使其存储于存储部(位置计测传感器长度计算步骤及位置计测传感器长度计算单元)。

接着，在步骤SR5中，在主轴2上安装接触式探头30，计测基准块53的位置Z2。即，如图19所示，以接触式探头30接近基准块53的方式使Z轴移动，取得接触式探头30的探针接触而发送触发信号的时刻或考虑了信号延迟的时刻的Z轴位置Z2(第1基准块位置取得步骤及第1基准块位置取得单元)。

接着，在步骤SR6中，计算接触式传感器50的接触位置与基准块53之间的距离dZb。此处，根据步骤SR1中求出的基准刀具8与接触式传感器50的接触位置Zl、步骤SR5中求出的接触式探头30与基准块53的接触位置Z2、接触式探头30的长度方向校正值Tp、基准刀具长度Td，求出接触式传感器50的接触位置与基准块53之间的距离dZb(＝Z2+Tp-(Zl+Td))，并使其存储于存储部(相对位置计算步骤及相对位置计算单元)。

该情况下利用接触式探头进行计测的流程与图11的流程图相同。

首先，在步骤S1中，与步骤SR1同样地，在主轴2上安装基准刀具8，用接触式传感器50进行计测，使Z轴位置Zl’存储于未图示的控制装置内的存储部(基准刀具位置取得步骤及基准刀具位置取得单元)。

接着，在步骤S2中，与步骤SR5同样地，在主轴2上安装接触式探头30，用接触式探头30对基准块53进行计测，使Z轴位置Z2’存储于未图示的控制装置内的存储部(第2基准块位置取得步骤及第2基准块位置取得单元)。

接着，在步骤S3中，计算接触式探头30的长度方向校正值、即接触时的接触式探头30的长度。即，根据步骤S1所存储的Zl’、步骤S2所存储的Z2’、存储于控制装置内的存储部的接触式传感器50的接触位置与基准块53之间的距离dZb、基准刀具长度Td，求出长度方向校正值Tp’(＝Zl’-Z2’+dZb+Td)，并使其存储于存储部(长度方向校正值计算步骤及长度方向校正值计算单元)。

接着，在步骤S4中，使用接触式探头30进行对象物的计测。此时，用步骤S3所计算的接触式探头30的长度方向校正值Tp’来进行取得位置的校正(位置计测步骤及位置计测单元)。

由此，在上述方式的位置计测方法及位置计测***中，也事先根据接触式传感器50取得的检测位置、使接触式探头30与基准块53接触的基准刀具位置、接触式探头30的长度、基准刀具8的关系，使刀具传感器的检测位置与基准块53的相对位置已知，从而之后，用刀具传感器计测基准刀具8的位置，用接触式探头30计测基准块53的位置，由此能够取得接触式探头30的长度方向校正值(接触时长度)。由此，即使接触式探头30的长度因热位移等而发生变化，通过使用长度方向校正值进行校正，也能够高精度地利用接触式探头30进行工件计测。

尤其是，设在接触式传感器50的基准块位置用接触式探头30来计测，因此基准块53的面积为接触式探头30的探针能接触的大小即可。因而，能够缩小基准块53，能实现更小型的位置计测***。另外，该方式的方法及***用图9的接触式传感器50也能同样地进行。

使用附图说明本发明的其他实施方式。

图20是本发明的激光传感器40的其他方式的示意图。该激光传感器40与图5同样地，除了分别具有发光部11、受光部12、基底部13、基准块42，还具有基准球44。基准块42及基准球44固定在基底部13上。另外，如图21所示，也可以是将基准块42和/或基准球44另外配置在基底部13的附近的结构。

图22是作为本发明的刀具传感器的一例的接触式传感器50的其他方式的示意图。该接触式传感器50与图8同样地，除了分别具有基底部51、接触式传感器部52、基准块53，还具有基准球54。接触式传感器部52、基准块53、基准球54固定在基底部51上。另外，如图23所示，也可以是将基准块53和/或基准球54另外配置在基底部51的附近的结构。

下面，对使用激光传感器40作为刀具传感器的情况下的位置计测方法进行说明。但是，使用接触式传感器50的情况也仅检测方法不同，本质上是相同的。

基于图24的流程图，对本发明中的、利用接触式探头进行计测的流程进行说明。另外，对于计测准备作业，事先进行与图10的流程图相同的作业，并取得相对位置dZb。

对于步骤S1至S3，由于与图11相同，故省略说明。

在步骤S5中，取得接触式探头30的径向校正值。具体而言，首先，在基准球44的水平方向(接触式探头30的径向)的同一平面内，用接触式探头30计测X轴正、负向、Y轴正、负向的总计4个顶点。此时，使主轴2转位，使得接触式探头30的接触点相同。取得的X轴位置的平均值和Y轴位置的平均值分别是球中心的X、Y坐标值。对该中心位置X、Y，再次进行4个顶点的计测。根据取得的4个位置与中心位置之差，计算接触式探头的X轴正向校正值Rxp、X轴负向校正值Rxm、Y轴正向校正值Ryp、Y轴负向校正值Rym(径向校正值取得步骤及径向校正值取得单元)。

接着，在步骤S6中，使用接触式探头30进行对象物的计测。此时，使用步骤S3所计算出的接触式探头30的长度方向校正值Tp、步骤S5中计算出的接触式探头30的径向校正值Rxp、Rxm、Ryp、Rym来进行取得位置的校正。

这样，此处也一并取得接触式探头30的径向的校正值，因此能够更高精度地计测工件的位置。

另外，在上述方式中对位置计测传感器使用接触式探头，但采用激光位移传感器等非接触式传感器作为位置计测传感器来计测工件等的位置的情况下也能适用本发明。该情况下，长度方向校正值并非接触时的长度，而是计测时的对象物与非接触式传感器在表观上的距离。

此外，在上述方式中，取得基准块位置时使用块规使基准刀具间接地与基准块接触，但也可以去除块规，使基准刀具直接与基准块接触。

而且，在上述方式中，执行一次从刀具传感器位置取得步骤至位置计测步骤的处理，但也可以执行一次从刀具传感器位置取得步骤至相对位置计算步骤的处理，执行多次从基准刀具位置取得步骤至位置计测步骤的处理。

Claims (14)

1.一种机床上的对象物的位置计测方法，该机床具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台，所述对象物的位置计测方法是使用所述机床，通过能够安装在所述主轴上的位置计测传感器，计测固定在所述工作台上的对象物的位置，

所述对象物的位置计测方法的特征在于，执行如下的步骤：

刀具传感器位置取得步骤，将作为所述刀具的长度基准的基准刀具安装在所述主轴上，使用刀具传感器取得所述基准刀具的末端的检测位置；

基准块位置取得步骤，取得使安装在所述主轴上的所述基准刀具直接或间接地接触被设在所述刀具传感器侧的基准块时的所述平移轴的位置；

相对位置计算步骤，根据所述刀具传感器位置取得步骤中取得的所述检测位置和所述基准块位置取得步骤中取得的所述平移轴的位置，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置；

基准刀具位置取得步骤，将所述基准刀具安装在所述主轴上，使用所述刀具传感器取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置；

位置计测传感器计测步骤，在所述主轴上安装所述位置计测传感器，使用所述位置计测传感器来计测所述基准块的位置；

长度方向校正值计算步骤，根据所述基准刀具位置取得步骤中取得的所述基准刀具位置、所述位置计测传感器计测步骤中计测出的所述基准块的位置、所述相对位置计算步骤中计算出的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值；以及

位置计测步骤，使用所述长度方向校正值计算步骤中计算出的所述位置计测传感器的所述长度方向校正值，校正由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测出的所述对象物的计测位置。

2.根据权利要求1所述的机床上的对象物的位置计测方法，其特征在于，

执行一次从所述刀具传感器位置取得步骤至所述相对位置计算步骤的处理，

执行多次从所述基准刀具位置取得步骤至所述位置计测步骤的处理。

3.根据权利要求1所述的机床上的对象物的位置计测方法，其特征在于，

在所述位置计测传感器计测步骤及所述位置计测步骤中，所述位置计测传感器所计测的位置是检测到所述位置计测传感器接触到对象物时的所述平移轴的位置。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的机床上的对象物的位置计测方法，其特征在于，

将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，在执行所述位置计测步骤之前，还执行取得所述位置计测传感器的径向校正值的径向校正值取得步骤，在所述位置计测步骤中，还使用所述径向校正值取得步骤中取得的所述径向校正值来校正所述对象物的计测位置。

5.一种机床上的对象物的位置计测***，该机床具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台、能够安装在所述主轴上的位置计测传感器、控制所述平移轴和所述主轴的控制装置，所述对象物的位置计测***在所述机床上利用所述位置计测传感器计测固定在所述工作台上的对象物的位置，

所述对象物的位置计测***的特征在于，具有：

基准刀具，其成为所述刀具的长度基准；

刀具传感器，其检测被安装在所述主轴上的所述基准刀具的末端位置；

基准块，其被设置在所述刀具传感器侧；

刀具传感器位置取得单元，其利用所述平移轴使安装在所述主轴上的所述基准刀具移动，使用所述刀具传感器取得所述基准刀具的末端的检测位置并进行存储；

基准块位置取得单元，其利用所述平移轴使安装在所述主轴上的所述基准刀具移动而直接或间接地接触所述基准块，取得接触时的所述平移轴的位置并进行存储；

相对位置计算单元，其根据由所述刀具传感器位置取得单元取得的所述检测位置和由所述基准块位置取得单元取得的所述平移轴的位置，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置并进行存储；

基准刀具位置取得单元，其利用所述平移轴使安装在所述主轴上的所述基准刀具移动，使用所述刀具传感器取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置并进行存储；

计测位置取得单元，其利用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测所述基准块的位置并进行存储；

长度方向校正值计算单元，其根据所述基准刀具位置取得单元所取得的所述基准刀具位置、所述计测位置取得单元所取得的所述基准块的位置、所述相对位置计算单元所取得的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值并进行存储；以及

位置计算单元，其使用所述长度方向校正值计算单元所存储的所述长度方向校正值，校正所述位置计测传感器取得的计测位置，计算所述对象物的位置。

6.根据权利要求5所述的机床上的对象物的位置计测***，其特征在于，

所述位置计测传感器计测所述位置计测传感器检测到所述对象物时的所述平移轴的位置或考虑了信号延迟的位置。

7.根据权利要求5或6所述的机床上的对象物的位置计测***，其特征在于，

所述机床上的对象物的位置计测***还具有径向校正值取得单元，该径向校正值取得单元将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，取得所述位置计测传感器的径向校正值并进行存储，

所述位置计算单元使用所述长度方向校正值计算单元所取得的所述长度方向校正值和所述径向校正值取得单元所取得的所述径向校正值，校正所述位置计测传感器的计测位置，计算所述对象物的位置。

8.一种机床上的对象物的位置计测方法，该机床具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台，所述对象物的位置计测方法是使用所述机床，通过能够安装在所述主轴上的位置计测传感器，计测固定在所述工作台上的对象物的位置，

所述对象物的位置计测方法的特征在于，

使用刀具传感器和被设在所述刀具传感器侧的基准块，执行如下的步骤：

刀具传感器位置取得步骤，将作为所述刀具的长度基准的基准刀具安装在所述主轴上，使用所述刀具传感器取得所述基准刀具的末端的检测位置；

基准刀具计测位置取得步骤，使用安装在所述主轴上的所述基准刀具取得任意的刀具计测位置；

位置计测传感器计测位置取得步骤，使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器取得任意的传感器计测位置；

位置计测传感器长度计算步骤，求出所述刀具计测位置与所述传感器计测位置之差，根据该差和所述基准刀具的长度求出所述位置计测传感器的长度；

第1基准块位置取得步骤，使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器来计测所述基准块的位置；

相对位置计算步骤，根据所述刀具传感器位置取得步骤中取得的所述检测位置、所述第1基准块位置取得步骤中取得的所述基准块的位置、所述位置计测传感器长度计算步骤中计算出的所述位置计测传感器的长度、以及所述基准刀具的长度，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置；

基准刀具位置取得步骤，将所述基准刀具安装在所述主轴上，使用所述刀具传感器取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置；

第2基准块位置取得步骤，将所述位置计测传感器安装在所述主轴上，使用所述位置计测传感器计测所述基准块的位置；

长度方向校正值计算步骤，根据所述基准刀具位置取得步骤中取得的所述基准刀具位置、所述第2基准块位置取得步骤中计测出的所述基准块的位置、所述相对位置计算步骤中计算出的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值；以及

位置计测步骤，使用所述长度方向校正值计算步骤中计算出的所述位置计测传感器的所述长度方向校正值，校正由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测出的所述对象物的计测位置。

9.根据权利要求8所述的机床上的对象物的位置计测方法，其特征在于，

执行一次从所述刀具传感器位置取得步骤至所述相对位置计算步骤的处理，

执行多次从所述基准刀具位置取得步骤至所述位置计测步骤的处理。

10.根据权利要求8所述的机床上的对象物的位置计测方法，其特征在于，

在所述第1基准块位置取得步骤、所述第2基准块位置取得步骤以及所述位置计测步骤中，所述位置计测传感器所计测的位置是检测到所述位置计测传感器接触到对象物时的所述平移轴的位置。

11.根据权利要求8至10中的任意一项所述的机床上的对象物的位置计测方法，其特征在于，

将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，在执行所述位置计测步骤之前，还执行取得所述位置计测传感器的径向校正值的径向校正值取得步骤，在所述位置计测步骤中，还使用所述径向校正值取得步骤中取得的所述径向校正值来校正所述对象物的计测位置。

12.一种机床上的对象物的位置计测***，该机床具有三个以上的平移轴、能够安装刀具并旋转的主轴、工作台、能够安装在所述主轴上的位置计测传感器、控制所述平移轴和所述主轴的控制装置，所述对象物的位置计测***在所述机床中利用所述位置计测传感器计测固定在所述工作台上的对象物的位置，

所述对象物的位置计测***的特征在于，具有：

基准刀具，其成为所述刀具的长度基准；

刀具传感器，其检测安装在所述主轴上的所述基准刀具的末端位置；

基准块，其被设置在所述刀具传感器侧；

刀具传感器位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述基准刀具和所述刀具传感器，取得所述基准刀具的末端的检测位置并进行存储；

基准刀具计测位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述基准刀具取得任意的刀具计测位置并进行存储；

位置计测传感器计测位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器取得任意的传感器计测位置并进行存储；

位置计测传感器长度计算单元，其求出所述刀具计测位置与所述传感器计测位置之差，根据该差和所述基准刀具的长度计算所述位置计测传感器的长度并进行存储；

第1基准块位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测所述基准块的位置并进行存储；

相对位置计算单元，其根据所述刀具传感器位置取得单元所取得的所述检测位置、所述第1基准块位置取得单元所取得的所述基准块的位置、所述位置计测传感器长度计算单元所计算出的所述位置计测传感器的长度、以及所述基准刀具的长度，计算所述基准块相对于所述检测位置的相对位置并进行存储；

基准刀具位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述基准刀具和所述刀具传感器，取得作为所述基准刀具的末端位置的基准刀具位置并进行存储；

第2基准块位置取得单元，其使用安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测所述基准块的位置并进行存储；

长度方向校正值计算单元，其根据所述基准刀具位置取得单元所取得的所述基准刀具位置、所述第2基准块位置取得单元所计测出的所述基准块的位置、所述相对位置计算单元所计算出的所述相对位置、以及所述基准刀具的长度，计算所述位置计测传感器的长度方向校正值并进行存储；以及

位置计算单元，其使用所述长度方向校正值计算单元所计算出的所述位置计测传感器的所述长度方向校正值，校正由安装在所述主轴上的所述位置计测传感器计测出的所述对象物的计测位置，计算所述对象物的位置。

13.根据权利要求12所述的机床上的对象物的位置计测***，其特征在于，

所述位置计测传感器计测所述位置计测传感器检测到所述对象物时的所述平移轴的位置或考虑了信号延迟的位置。

14.根据权利要求12或13所述的机床上的对象物的位置计测***，其特征在于，

所述机床上的对象物的位置计测***还具有径向校正值取得单元，该径向校正值取得单元将所述位置计测传感器设为针对所述对象物的接触式传感器，取得所述位置计测传感器的径向校正值并进行存储，

所述位置计算单元使用所述长度方向校正值计算单元所取得的所述长度方向校正值和所述径向校正值取得单元所取得的所述径向校正值，校正所述位置计测传感器的计测位置，计算所述对象物的位置。

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