JP3394972B2 - 自動工作機械 - Google Patents

自動工作機械

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JP3394972B2
JP3394972B2 JP04233294A JP4233294A JP3394972B2 JP 3394972 B2 JP3394972 B2 JP 3394972B2 JP 04233294 A JP04233294 A JP 04233294A JP 4233294 A JP4233294 A JP 4233294A JP 3394972 B2 JP3394972 B2 JP 3394972B2
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幸司 豊田
充夫 後藤
収 中村
吉久 谷村
幹男 辻
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の利用分野】本発明は自動工作機械に係り、特
に、大型の自動工作機械の加工精度の改良に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、マシンニングセンタやNC工作機
械等の自動工作機械は、X、Yの2軸、又はX、Y、Z
の3軸に備えた測長スケールで工具取付け軸の先端部に
取り付けられた工具の2次元又は3次元の座標を検出
し、その検出結果から工具の現在位置を確認すると共
に、確認した工具の現在位置と予め工具移動経路に従っ
て指令された指令位置とを比較補正しながら前記工具を
ワークに対して相対的に指令位置に移動させることによ
りワークを加工していく。従って、自動工作機械の加工
精度は、工具の座標を検出する測長スケールの精度が重
要になる。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自動工作機械に備えられる測長スケールの場合、測長ス
ケールが通常取り付けられる各軸の案内面の精度や、測
長スケールと案内面の材質の違いによる熱伸縮差、或い
は、各軸の静的変形や動的変形等の検出誤差要因の影響
を受け易く、工具の座標を高精度に検出することが難し
いという欠点があった。特に、大型の自動工作機械で
は、工具の位置と測長スケールとの距離が大きくなるの
で、所謂アッベの原理から外れて測長スケールでの検出
誤差が拡大し易い。 【0004】従って、特に大型の自動工作機械の場合、
加工精度を向上させることが難しかった。本発明は、こ
のような事情に鑑みてなされたもので、各軸の案内面の
精度や材質に影響されず、大型でも高精度な加工精度を
得ることのできる自動工作機械を提供することを目的と
する。 【0005】 【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、工具取付け軸に取付けた工具の座標を検出手
段で検出し、その検出結果から前記工具の現在位置を確
認すると共に、確認した工具の現在位置と予め工具移動
経路に従って指令された指令位置とを比較補正しながら
前記工具をワークに対して相対的に指令位置に移動させ
ることによりワークを加工していく自動工作機械に於い
て、前記検出手段は、前記工具取付け軸に取付けられた
反射体と、前記反射体を追尾して、その追尾する反射体
の移動量を測定すると共に、反射体の移動量から前記工
具の座標を検出する4基のレーザ追尾式測定装置と、か
ら成り、前記4基のレーザ追尾式測定装置で前記工具の
3次元座標を測定すると共に、前記レーザ追尾式測定装
置の基準点間距離4基の相互距離の検定を行うことを特
徴とする。 【0006】 【作用】本発明によれば、工具の座標を検出する検出手
段を、工具取付け軸に取付けられた反射体と、前記反射
体を追尾して、その追尾する反射体の移動量を測定する
と共に、反射体の移動量から前記工具の座標を検出する
レーザ追尾式測定装置と、から構成した。これにより、
自動工作機械の各軸の案内面とは別のところに測定基準
が設けられるので、案内面とは無関係に工具の座標を検
出することができる。 【0007】 【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る自動工作
機械の好ましい実施例について詳説する。図1は、本発
明の自動工作機械の一例で門型マシンニングセンタ10
の斜視図である。 【0008】図1に示すように、門型マシンニングセン
タ10は、X軸方向に移動自在なXキャリッジ12、X
キャリッジ12の中をZ軸方向に移動自在な工具取付け
軸14及び基台16上を前後方向、即ちY軸方向にスラ
イドするY軸テーブル18を有すると共に、工具取付け
軸14の先端部に工具14Aが取付けられる。そして、
制御部15からの工具移動経路を指令する指令情報に従
ってサーボモータ等の図示しない駆動手段がXキャリッ
ジ12、Y軸テーブル18及び工具取付け軸14を図中
X−X方向、Y−Y方向、Z−Z方向に駆動して工具1
4Aを移動させると共に、工具14Aの座標が後記する
検出手段により検出されて制御部15に逐次フィードバ
ックされる。 【0009】次に、工具14Aの座標を検出する検出手
段について説明する。検出手段は、主として工具取付け
軸14に取付けられた反射体24と、反射体24を追尾
して、その追尾する反射体24の移動量を測定すると共
に、反射体24の移動量データから工具14Aの座標を
検出するレーザ追尾式の測定装置20とで構成される。
また、レーザ追尾式の測定装置20はY軸テーブル18
の後端に設けられ、測定装置20はその前面4隅に追尾
式レーザ干渉計22、22…が図示しない回転支持機構
を介して夫々設けられる。この回転支持機構により反射
レーザ光を追尾できるようになっている。一方、工具取
付け軸14の先端部近傍には、反射体24が前記追尾式
レーザ干渉計側22に向けて取付けられている。これに
より、工具取付け軸14の移動と共に移動する反射体2
4に各追尾式レーザ干渉計22からレーザ光を照射し
て、反射体24から反射した反射レーザ光を追尾するこ
とにより反射体24の移動量を測定する。そして、測定
された反射体24の移動量データは、測定装置20内の
演算処理部で演算されて反射体24の基準点から所定距
離だけ離れた工具14Aのヘッド部14aの座標として
表されるようになっている。尚、Y軸テーブル18の移
動においては、反射体24はY軸テーブル16と共に移
動する追尾式レーザ干渉計22に対して相対的に変位す
る。 【0010】次に、上記の如く構成された本発明の自動
工作機械の一例である門型マシンニングセンタ10でワ
ーク(図示せず)を加工する方法を説明する。ワークを
加工する場合、先ず、ワークをY軸テーブル18の所定
位置に固定する。次に、制御部15からの工具移動経路
を指令する指令情報に従ってXキャリッジ12、Y軸テ
ーブル18及び工具取付け軸14を駆動して工具14A
を移動させる。これにより、工具取付け軸14に取付け
られた反射体24も工具14Aの移動に伴われて移動す
るので、レーザ追尾式の測定装置20の追尾式レーザ干
渉計22により反射体24を追尾して反射体24の移動
量を測定し、測定した反射体24の移動量データを測定
装置20内の演算処理部で演算して工具14Aのヘッド
部14aの座標として表わす。 【0011】次に、レーザ追尾式の測定装置20で検出
された工具14Aの座標は制御部15にフィードバック
される。制御部15では、測定装置20で検出された座
標から工具14Aの現在位置を確認すると共に、確認し
た工具14Aの現在位置と前記指令情報で指令された指
令位置とを比較してXキャリッジ12、Y軸テーブル1
8及び工具取付け軸14の駆動を補正し、工具14Aを
ワークに対して相対的に指令位置に移動させることによ
りワークを加工していく。これにより、工具14Aの移
動補正を自動的に行いながらワークを加工することがで
きる。 【0012】次に、工具14Aのヘッド部14aの座標
を検出する検出手段を、工具取付け軸14に取付けられ
た反射体24と、反射体24を追尾して、その追尾する
反射体24の移動量を測定すると共に、反射体24の移
動量データから工具14Aの座標を検出するレーザ追尾
式の測定装置20とで構成したことによる作用効果を説
明する。 【0013】上記のように検出手段を構成したので、前
述したワークの加工方法から分かるように、門型マシン
ニングセンタ10のX、Y、Zの各軸の案内面とは無関
係に工具14Aの座標を検出することができる。これに
より、従来の門型マシンニングセンタの検出手段である
測長スケールのように案内面の精度や材質に影響を受け
ることがないと共に、各軸の静的な構造や移動に伴う動
的変形にも影響されることがなく、更には、測定基準が
レーザであり、レーザは測長スケールの精度検定に用い
られるものであるから、測長スケールに比べて測長精度
そのものを向上させることができる。また、追尾式レー
ザ干渉計22で反射体24を追尾する方式は、広い範囲
に渡って精度良く反射体の移動量を測定でき、工具14
Aの座標の検出精度が良くなる。従って、工具14Aの
座標を検出する検出精度を向上させることができるの
で、門型マシンニングセンタ10の加工精度を向上で
き、特に大型の門型マシンニングセンタ10でも高精度
の加工精度を得ることができる。 【0014】尚、本実施例では、3次元の自動工作機械
の例で説明したが、2次元の自動工作機械にも適用で
き、この場合は図2に示すように、レーザ追尾式の測定
装置20を門型マシンニングセンタ10を設置する床に
固定することによって、Xキャリッジ12と工具取付け
軸14の座標を検出する。また、3基の追尾式レーザ干
渉計22があれば反射体24の移動量を測定することは
可能であるが、本実施例のように4基の追尾式レーザ干
渉計22を使用すれば、追尾式レーザ干渉計22の基準
点間距離4基の相互距離の検定を行うことができると共
に、1基の追尾式レーザ干渉計22と反射体24の間の
光路に障害物があっても測定を行うことができる。ま
た、本発明の自動工作機械は、門型マシンニングセンタ
10に限定されることはなく、縦型或いは横型のマシン
ニングセンタにも適用することができる。更には、自動
工作機械でも特に2軸以上の直線運動または円弧運動
(回転運動は除く)する構造のものに適用することがで
きる。また、工具取付け軸14に固定する反射体の数は
1個に限定するものではない。 【0015】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動工作
機械によれば、工具の座標を検出する検出手段を、工具
取付け軸に取付けられた反射体と、前記反射体を追尾し
て、その追尾する反射体の移動量を測定すると共に、反
射体の移動量から前記工具の座標を検出するレーザ追尾
式の測定装置と、から構成したので、自動工作機械の各
軸の案内面とは無関係に工具の座標を検出できる。 【0016】これにより、従来の自動工作機械の検出手
段である測長スケールのように案内面の精度や材質に影
響を受けることがないと共に、各軸の静的な構造や移動
に伴う動的変形にも影響されることがなく、更には、測
長スケールに比べて測長精度そのものを向上させること
ができる。また、レーザ追尾式の場合、広い範囲に渡っ
て精度良く工具の座標を検出できる。 【0017】従って、工具の座標を検出する検出精度を
向上させることができるので、自動工作機械の加工精度
を向上でき、特に大型の自動工作機械でも高精度の加工
精度を得ることができる。また、4基のレーザ追尾式測
定装置を使用するので、レーザ追尾式測定装置の基準点
間距離4基の相互距離の検定を行うことができると共
に、1基のレーザ追尾式測定装置と反射体の間の光路に
障害物があっても測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】図1は、本発明の自動工作機械の門型マシンニ
ングセンタの一例で、測定装置をY軸テーブル上に配置
した斜視図 【図2】図2は、本発明の自動工作機械の門型マシンニ
ングセンタの一例で、測定装置を床上に配置した斜視図 【符号の説明】 10…門型マシンニングセンタ 12…Xキャリッジ 14…工具取付け軸 14A…工具 15…制御部 16…基台 18…Y軸テーブル 20…測定装置 22…追尾式レーザ干渉計 24…反射体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 充夫 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 中村 収 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 谷村 吉久 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 辻 幹男 東京都三鷹市下連雀九丁目7番1号 株 式会社東京精密内 (56)参考文献 特開 平2−249909(JP,A) 特開 平2−119120(JP,A) 特開 平7−239209(JP,A) 特開 平7−239217(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 17/00 - 23/00 G01B 9/02 G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 工具取付け軸に取付けた工具の座標を検
    出手段で検出し、その検出結果から前記工具の現在位置
    を確認すると共に、確認した工具の現在位置と予め工具
    移動経路に従って指令された指令位置とを比較補正しな
    がら前記工具をワークに対して相対的に指令位置に移動
    させることによりワークを加工していく自動工作機械に
    於いて、 前記検出手段は、 前記工具取付け軸に取付けられた反射体と、 前記反射体を追尾して、その追尾する反射体の移動量を
    測定すると共に、反射体の移動量から前記工具の座標を
    検出する4基のレーザ追尾式測定装置と、から成り、 前記4基のレーザ追尾式測定装置で前記工具の3次元座
    標を測定すると共に、前記レーザ追尾式測定装置の基準
    点間距離4基の相互距離の検定を行う ことを特徴とする
    自動工作機械。
JP04233294A 1994-03-14 1994-03-14 自動工作機械 Expired - Lifetime JP3394972B2 (ja)

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