JP6419575B2 - 工作機械およびワークピース測定方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は工作機械、特にワークピースマウントと、ツールユニットと、測定器と、測定器およびツールユニットに接続可能な制御装置とを有する研削盤に関する。本発明はまた、工作機械、特に研削盤におけるワークピース、特にワークピース直径を測定する方法に関する。

先行技術において、工作機械、特に研削盤が知られている。例えば、円筒研削盤は、材料を削除するためにワークピースと適切な方法で相互作用する砥石車等の回転対称ツールを有する。円筒研削盤は、例えば、外部円筒研削、内部円筒研削またはプランジカット研削、あるいは角のあるプランジカット研削用に構成されることができる。砥石車と同様に、研磨ベルトも円筒研削に原理上使用できる。ワークピースマウントおよびツールユニットが適切な方法で駆動可能であり且つ互いに対して移動可能である場合、例えば偏心的形状を有するワークピース面も回転対称な面同様、機械加工することができる。この方法において、例えば、偏心的形状を有するカム軸、クランクシャフトまたは同じようなワークピースは機械加工または研削することができる。

機械加工対象のワークピースはワークピースマウントの２つの中心間、またはワークピースマウントの一方に収容することができる。また、ワークピースが研削盤の中心間に収容されるのではなく、例えば、ベアリングレール、調整車、ガイドローラ等により収容、ガイドされることができる所謂心なし研削が知られている。

ドイツ特許 ＤＥ１０ ２００９ ０４２ ２５２ Ａ１は、機械加工中のテストアイテムのインプロセス（ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ）測定用に構成された測定器を備える研削盤を開示している。この目的のために、測定器は、リンケージを使用して旋回可能に測定器の基板に接続される測定ヘッドを有する。測定プリズムに連結され、テストアイテムの直径または真円度を判定するために設けられた延出可能な測定プローブを測定ヘッドは有する。このリンケージはある領域上でテストアイテムの動作、例えばクランクシャフトのクランクシャフトジャーナルがその回転軸を中心した回転を完了することができるように構成されている。

インプロセス測定は、偏心的に配置された円筒状面を研削する場合でも、原理上この方法において少なくともセクションずつ達成することができる。このインプロセス測定は研削と同時に達成することができる。しかし、測定器の設計は複雑である。また、リンケージは費用がかかる方法で開発され、操作制御は高価である。

所謂インプロセス測定、即ち、機械加工中に測定することは高精度の機械加工を可能にし、製造品質およびプロセス信頼性の向上に寄与することができる。しかしこの目的のために、測定対象の各ワークピースの寸法、即ち、例えば各直径のために、想定される測定に正確に一致する測定ヘッドを提供することが、通常は必要である。これは、例えば専用の測定ヘッドであってもよいし、または、例えば、想定される間隔に対応して互いに間隔をあけた２つの測定プローブが調節可能に収容される測定ヘッドであってもよい。測定するプローブは各々適合され、対応してテスト対象の寸法に高精度な方法で位置合わせされる。

そのようなインプロセス測定ヘッドは例えばドイツ特許 ＤＥ １９８ １６ ３５３ Ａ１に示されている。それぞれの目的に測定ヘッドを適応させるために必要である、高価なセットアップ、調節、またはキャリブレーションプロセスはこの場合不利になり得る。特に、小バッチおよび中間バッチを有した単一ユニット機械加工の場合には、その測定ヘッドのセットアップにはかなりの時間とお金の消費を要する。

この技術背景に対して、ドイツ特許 ＤＥ １０ ２００９ ０４２ ２５２ Ａ１に記載された測定器はインプロセス測定に必要な測定精度を満足させることがたびたびできないということが既に述べられているにちがいない。関連する測定ヘッドは、リンケージの複数のリンケージ要素により絶対測定基準に連結された測定プローブおよび測定プリズムを有している。リンケージの運動学的連鎖の個々の要素の経路に沿った全ての偏差はテストアイテムに対する測定ヘッドの位置に影響を及ぼす場合がある。これは、特に偏心ワークをセクション毎に測定する場合には不利になりえる。テストアイテムに対する測定ヘッドの位置、例えばその角度位置に対する測定ヘッドの位置はエラーを含んでいるかもしれない。

この技術背景に対して、本発明の根本的目的は、工作機械、特に、少ない費用でワークピースを高精度に且つ高い柔軟性で測定することが可能であり、１つの測定構成により種々の方法で測定を実行することが可能である研削盤を提供することである。また、例えば、工作機械を使用して実行することができる、ワークピース、特にワークピース直径を測定する方法が提供される。

上述の目的は本発明により工作機械、特に研削盤を使用して達成される。即ち、工作機械、特に研削盤であって、
ワークピースを収容するための少なくとも１つのワークピースホルダを備えるワークピースマウントと、
ツールスピンドルを備えるツールユニットであって、ツール、特に少なくとも１つの砥石車を収容し駆動するための研削ヘッドを特に備え、ツールユニットはワークピースに向かって給送軸に沿って移動可能である、ツールユニットと、
ツールユニットに収容される測定器であって、測定器は少なくとも２つの測定プローブを備え、前記少なくとも２つの測定プローブは、測定領域を規定する基本間隔により、測定構成において間隔を置いて配置され、基本間隔は既知の参照寸法より大きく選択されている、測定器と、
測定器およびツールユニットに接続可能な制御装置あって、給送軸に沿ったツールユニットの実際の位置を検出することと、測定領域内へ移動されるワークピースをプローブする時ツールユニットの変位経路に基づいて少なくとも２つの測定プローブにより参照寸法および／または基本間隔を考慮して実際の間隔、特に実際直径を判定することと、を目的として、制御装置は少なくとも２つの測定プローブにより検出される値を得るために構成された制御装置と、を備える工作機械である。

本発明の目的はこのように完全に達成される。
本発明によれば、測定ヘッドは、測定対象のワークピースの想定される測定と比較して、測定中に補われるいわゆる「大きめのサイズ」を有する。例えば、ワークピースの直径を測定する場合、まず第１に少なくとも２つの測定プローブの第１測定プローブは、測定器が収容されたツールユニットの移動により、測定が達成できるまで給送軸に沿って移動させられる。その後、ワークピースは、例えば、反対側で、給送軸に沿って対応する方法で移動させられているツールユニットにより、少なくとも２つの測定プローブの第２測定プローブでプローブされる。

ツールユニットの変位経路はダブルプローブ中に判定することができる。実際の間隔は、既知の参照寸法の使用により決定される基本間隔から、単純な方法で判定することができる。

このように、絶対測定の要素と比較測定の要素とを組み合わせることができる測定を行う目的で工作機械は特に有利な方法で構成される。機械側の不正確さ、例えばオペレーション等における温度上昇による変形は、プローブ中の、給送軸に沿ったツールユニットの２つの絶対的な実際の位置間の相対的間隔により、通常、測定結果に単に影響を及ぼすことがあり得る。その測定はエラーの少ない方法をもたらす。

機械側影響要因は測定ヘッド自体に、特に少なくとも２つの測定プローブ間の基本間隔に顕著な方法で影響を及ぼすことはない。高精度な方法で想定される測定に測定ヘッドを調節する必要があるインプロセス測定と比較して、柔軟性が明らかに増大する。これにより、例えば単一ユニット機械加工、小バッチまたは中間バッチの場合においても高品質製造が低コストで確実になる。特に、これらのタイプの適用の場合には、例えば、砥石車が係合できない測定に要する時間はあまり重要ではない。

変位経路判定のために実際の位置を検出する機能を利用することができることは言うまでもない。変位経路は、プローブ中の給送軸に沿ったツールユニットの２つの実際の位置間の間隔に相当する場合がある。実際の位置は絶対的な方法または相対的な方法で検出することができる。

既知の絶対測定ヘッドは一般に少なくとも２つの複雑な測定セルを有し、１つのプローブはそれらの１つと関連する。設計により、プローブは移動可能に、そして、例えば鋏の方法で、または、互いの方向へ移動可能で実質的に互いに平行に配置された部分として配置される。その結果、絶対測定ヘッドの開発には一般的に高い費用がかかる。重量および設置サイズは無視することはできない。投資額が高いため絶対測定ヘッドは適用する測定手段として受け入れられてはいない。測定プローブが互いの方向へ移動可能に配置される絶対測定ヘッドの複雑な設計は頻繁に測定精度の低下と密接な関係がある。これらのタイプの測定ヘッドはそれらの複雑な設計の結果、費用が単に高くなる。

これとは対照的に、測定構成において一定の基本間隔を間に置かれた少なくとも２つの測定プローブと測定ヘッドとの組合せと、既に設けられた移動可能なツールユニットとにより測定精度が更に高くなると共に、構造およびコストにかかる消費が明らかに低減する。すでに述べたように、機械側の偏差、例えば所謂加熱工程は、小さな相対値、即ちツールユニットの２つの実際の位置間の差により測定結果のみに影響を及ぼす場合がある。既知の参照寸法による測定器のキャリブレーションの結果、基本間隔の大きな比率はエラーを無くすまたは低くする方法で同判定にいくらかの影響を及ぼす。

既知のインプロセス測定ヘッドの場合には、自身の測定手段、例えば自身の測定ヘッドは、例えば、同じワークピース上の複数の直径が１つのクランプ装置内で研削される際にいつも直径毎に用意されなければならない。

「大きめのサイズ」を備えた測定ヘッドは、ワークピースをクランプから取り外すことなく測定中に各直径をテストすることができる。また、この文脈において、殆ど同一の精度を維持しながら、投資支出と設置スペースの消費とが明らかに低減する。

言うまでもなく、「〜内に移動する」という言葉は相対的な方法で解釈することができる。測定器の少なくとも２つの測定プローブ間の測定領域内へのワークピースの移動は、例えば、ワークピースの方向へ移動させられている測定プローブにより達成することもできる。

少なくとも２つの測定プローブは例えば接触測定プローブとして、または非接触測定プローブとして構成することができる。
本発明の別の態様によれば、測定器は少なくとも２つの測定プローブが収容された測定ヘッドを備え、測定ヘッドは測定領域へワークピースを移動するために旋回可能である。

この方法において、プローブを実行できるようにするために、測定ヘッドはワークピースの方向へ単純な旋回動作により移動させることができる。これは、例えば、水圧シリンダ等の線形駆動により達成できる。旋回は、例えば研削工程中にツールユニットを移動させることにより引き起こされる衝突を防止することができる。

標準的な方法において、そのような旋回装置以外には、他の駆動装置は測定器に必要ではない。
測定ヘッドは、例えばＵ字型の方法で開発できる。第１、第２測定プローブは、この場合、Ｕ字部分を形成することができる。Ｕ字の内部空間は測定領域を規定する。

本発明の別の態様によれば、測定器は、測定位置と非係合位置との間で旋回を可能にするカップリングリンケージメカニズムを備える。
カップリングリンケージメカニズムは特にスペースを節約した方法で構成することができる。２つの先端位置はカップリングリンケージメカニズム、即ち、例えば測定位置と非係合位置とにより規定することができる。特に、ストッパ等のような構造手段により、測定位置は高いレベルの再現性で変更できる。

カップリングリンケージメカニズムの場合に、例えば機械的手段により測定位置と非係合位置とが規定される際、単純な駆動要素または調整要素を測定器駆動のために選択することができる。カップリングリンケージメカニズム用の高価な制御装置はこのようになくすことができる。

選択肢として、例えば、規定された旋回領域を有するピボットジョイント、または、例えば、制御可能なモーターに連結されたピボットアームをカップリングリンケージメカニズムの代わりに設けることができる。それはモーターがハイレベルの位置決め精度を有する場合、有利になりえる。

更なる開発によれば、基本間隔および実際の間隔の比は略最大２：１であり、好ましくは、最大１．５：１であり、更に好ましくは、最大１．２：１であり、また更に好ましくは最大１．１：１である。

基本間隔と実際の間隔の比が小さいほど、機械側が実際の間隔の判定に及ぼす影響は少ない。
これとは対照的に、基本間隔と実際の間隔との比が大きいほど測定器の柔軟性は高まる。測定ヘッドは複数の実際の間隔、特に実際の直径に適している。機械側の影響が、本質的には、例えば基本間隔と実際の間隔との差に対応する変位経路によりもたらされるだけである。

基本間隔は、ツールユニットの変位経路を考慮して、給送軸に沿ってツールユニットを移動させることと、ツールマウント内に収容された参照寸法を両側でプローブすることとにより判定することができる。

基本間隔と参照間隔との比が小さい場合、基本間隔の判定において高いレベルの精度が確保できる。参照寸法が基本間隔にほぼ相当する場合、即ち、単に問題にならないほど小さい場合、高いレベルの精度が達成できる。

更なる開発によれば、少なくとも２つの測定プローブの少なくとも１つのプローブが比例領域において偏向可能であり、制御装置は少なくとも１つの測定プローブの偏向を検出するように構成される。

この目的のために、少なくとも１つの測定プローブには偏向を検出するための変位トランスデューサが設けられている。変位トランスデューサは例えば誘導変位トランスデューサ又は容量変位トランスデューサとして、あるいはポテンシオメータトランスデューサとして構成することができる。偏向を検出するための他の法則が考えられる。偏向は例えば歪みゲージにより検出することができる。また、ピエゾ素子を使用することもできる。

偏向可能な測定プローブは、通常、少なくとも比例領域において非常に正確な位置検出を可能にする。
実際の間隔を判定する場合、少なくとも１つの測定プローブの偏向を考慮に入れることができる。例えば、ツールをプローブするためにツールユニットを移動させる時、絶対的な機械影響を認識し補償することができる。ツールユニットの変位経路は、少なくとも１つの測定プローブの偏向から補正することができる。

本発明の別の開発によれば、ワークピースは、ワークピーススピンドル軸を中心に選択的に回転駆動可能なワークピーススピンドル上に取り付けられ、好ましくは、ワークピーススピンドル軸は給送軸に対して垂直に配置され、好ましくは、ツールスピンドルは、ワークピーススピンドル軸と平行に配置されるツールスピンドル軸を備える。

そのような方法で開発されたワークピーススピンドルは例えば、Ｃ−軸としても設計することができる。制御可能なＣ−軸はワークピースの外周に沿って異なる位置での実際の間隔のターゲット測定を可能にさせる。

少なくとも1つの偏向可能な測定プローブを使用する場合、測定器の適用領域を拡げることができる。例えば、ワークピースの真円度エラーは、特にワークピーススピンドル軸、即ち、Ｃ−軸の周りに選択的に駆動可能なワークピーススピンドルと組んで、検出することができる。例えば、形状公差もこのような方法で制御することができる。

更なる開発によれば、ツールユニットはワークピーススピンドル軸と平行なワークピースに対して移動可能である。
このように、実際の間隔は収容されたワークピースの複数の異なる軸方向位置にて判定することができる。

更なる態様によれば、制御装置は連結移動しながら給送軸に沿って選択的にツールユニットを移動するように構成され、ワークピーススピンドル軸周りに選択的にワークピーススピンドルを駆動するように構成されている。

このタイプの連結移動により偏心的形状、例えばクランクシャフトのクランクピンまたはカムシャフトのカム面、あるいは更なる真円度エラーの検出が可能になる。
回転している偏心ワークピースのある位置に沿って２つの測定プローブを使用して両側でプローブすることにより、それぞれの実際の間隔を検出することは考えられる。更に、またはこの代わりとして、この上方で、例えば偏向可能な測定プローブの使用により表面の不正確さを検出することができる。この検出は、ワークピース回転時に測定プローブが少なくともセクション中のワークピースに当接するような方法でツールユニットが移動される場合に達成できる。

更なる態様によれば、制御装置は、連結移動しながらワークピーススピンドル軸と平行にツールユニットを選択的に移動するように更に構成されている。
従って、例えば、ワークピースの軸方向位置に制限された真円度公差と共に、円筒形状における偏差も判定することができる。この目的のために、測定器でツールユニットを測定中にワークピースに沿って軸方向に移動させることができる。プローブは例えば螺旋経路に沿ってワークピース上で達成できる。

ツールユニットは例えばクロステーブルを備えることができる。または、給送軸用のガイド手段と、ワークピーススピンドル軸に対する（例えば平行）移動とを提供するクロステーブル上に、ツールユニットは収容されることができる。しかしながら、ツールユニットは別の方法でも開発またはガイドすることができることは言うまでもない。原則として、例えば、２つのガイド手段を備えたクロステーブルは省くことができる。例えば給送軸用のガイド手段上にツールユニットは収容することができる。ワークピーススピンドル軸と平行なツールユニットの移動は、この場合、収容されたワークピースのツールユニットに対する移動により原則としてもたらされる。また、更なる開発も考えられる。

本発明の更なる態様によれば、制御装置は、迅速動作またはプローブ動作で選択的にツールユニットを測定器とともに移動するように構成される。
このようにして、移動速度の増加による時間節約と動作信頼性との間で最適性を維持することができる。プローブ動作、例えばクローリング動作で、ツールユニットを急に止めることができる。例えば、少なくとも２つの測定プローブの少なくとも１つがあるプローブ力でワークピースをプローブしていると測定ヘッドが示す時はいつでもこれを達成することができる。これとは対照的に、衝突する恐れがない給送移動は高い加速または速度で達成することができる。

更なる開発によれば、制御装置は、次の機械加工工程における、ワークピースの実際の間隔、特に、実際の直径を考慮して選択的にツールユニットとツールとを駆動し変位するように構成される。

このような方法で、オペレーションの次の段階の基礎となる補正値を例えばワークピースの測定中に決定することができる。このように、ワークピースを、信頼できる方法で、例えば少しずつ、必要な端寸法まで相互に測定および修正することにより移動させることができる。制御装置はターゲットとされた方法でツールユニットを給送し、定義された方法で補正値に基づいてツールを駆動することができる。

更なる態様によれば、 制御装置はツールユニットの位置検出器と連結し、これによりツールユニットの実際位置を検出することができる。
位置検出器は、例えば、給送軸上でツールユニットの実際の位置を高精度で検出可能にする増分または絶対標準器と連結することができる。ツールユニットの異なる実際の位置を比較することにより高精度に変位経路を判定することが可能になる。

本発明の目的は 工作機械、特に研削盤において、ワークピース、特にワークピース直径を測定する方法であって、以下の工程を含む方法によっても達成される。
給送軸に沿ったワークピースに対して移動可能な測定器を準備する工程であって、測定器は好ましくはツールユニット上に収容され、測定器は少なくとも２つの測定プローブを備える、工程と、
参照形状の既知の参照寸法より大きく選択された、少なくとも２つの測定プローブ間の基本間隔を調整する工程であって、基本間隔は測定領域を規定する、工程と、
工作機械中に参照形状を収容する工程と、
測定領域内に参照寸法を挿入する工程と、
参照形状に対して測定器を移動させ測定プローブで参照寸法をプローブすると同時に測定器の実際の位置を検出し、その結果、測定器の変位経路を検出する、工程と、
参照寸法とプローブ時の測定器の実際の位置とを考慮して基本間隔を判定する工程と、を含む方法。

挿入工程は参照形状の参考寸法と測定器との間の相対的移動により達成できることは、ここでも言うまでもない。
この方法を使用して測定器のキャリブレーションまたは標準化は単純な方法で実行することができる。従って、測定プローブを測定領域に挿入することができる限り、少なくとも２つの測定プローブを備えた測定器は複数のワークピース形状を測定するのに適切である。

上述の方法は、更に、
工作機械中にワークピースを収容し、測定領域内にワークピースの測定形状物を挿入する工程と、
測定プローブでワークピースの測定形状物をプローブすると同時に測定器の変位経路を検出する工程と、
基本間隔とプローブ時の測定器の変位経路とを考慮して測定形状物の実際の間隔を判定する工程と、により構成することができる。

既知の参照寸法により測定器を１回キャリブレーションした後は、測定器は複数の測定演算をするために利用することができる。例えば、ワークピースが一旦クランプされた状態で、大まかな測定をすることと、細かい機械加工をすることと、仕上げ機械加工をすること、とを含む、例えば製造シーケンスに、この測定は組込まれることができる。

測定器の変位経路を判定するために使用することができる測定器の実際位置は、例えば絶対的位置として、または、しかしながら、測定標準に対する相対的位置として理解することができることは言うまでもない。実際の間隔を判定する時、測定装置の変位経路は相対的方法または絶対的方法で判定することができる。

この方法は、特に、前述の態様の１つによる工作機械により実行することができる。前述の工作機械の１つまたは幾つかの態様で請求されているように、この方法も更に開発することができることは言うまでもない。

ツール制御プログラムが制御装置上で実施される際、前述の態様による方法の工程を制御装置に実施するように構成されたプログラムコードを含むツール制御プログラムによっても本発明の目的は達成される。

本発明の前述の特徴および以下に説明する本発明の特徴は、各場合において提供される組合せのみならず、本発明の骨組から外れることなく他の組み合わせや単独でも使用することができることは言うまでもない。

本発明の更なる特徴および利点は、図面を参照しつつ幾つかの好ましい例示的実施形態の以下の説明から明らかになる。

本発明による工作機械の上面図である。 図１の本発明による工作機械の斜視図である。 非係合位置および測定位置にある、図２による工作機械用の測定器の側面図である。 測定ヘッドおよび参照ワークピースの概略図である。 ワークピースをプローブする時の図４による測定ヘッドの異なる位置を示す。 図５ａおよび５ｂに対して改良された作動手段でワークピースをプローブする時の図４による測定ヘッドの異なる位置を示す。 ワークピースの形状公差を検出する時の図４による測定ヘッドの図である。 偏心的に回転するワークピースをプローブする時の図４による測定ヘッドの図である。 測定装置をキャリブレートする方法とワークピースを測定する方法との概略フローチャートを示す。

図１は本発明による工作機械を示し、参照番号１０はこの工作機械全体を示している。
ここでは工作機械１０は研削盤として構成されている。例えば、フレームワークの一部として配置することができる支持テーブル１２を工作機械１０は有する。ワークピースマウント１４がサポートテーブル１２に取り付けられ案内される。ワークピーススピンドル１６が設けられたワークピーススピンドル主軸台をワークピースマウント１４は有する。ワークピーススピンドル１６は心押し台（旋盤の中心部）１８と関連している。ワークピースはワークピーススピンドル１６と心押し台１８(図１において不図示）との間に取り付けられることができる。

ワークピーススピンドル１６はワークピーススピンドル軸２０を有し、その周りをワークピースが回転駆動可能（参照番号２４で示す矢印参照）である。ワークピーススピンドル軸２０はＣ軸としても示されている。Ｃ軸はワークピースマウント１４に取り付けられるワークピースの目標制御回転を可能にする。参照番号２２で示す矢印（図２も参照）は、所謂Ｚ軸に沿った可能な移動を表している。ワークピースと工作機械との間の相対的運動はＺ軸に沿って生じさせることができる。この目的のために、ワークピースか、工作機械か、あるいはこれら両方をＺ軸に沿って移動させることができる。Ｚ軸はワークピーススピンドル軸２０と平行な位置またはワークピーススピンドル軸２０と一致する位置にある。

更に、ツールユニット２８が工作機械１０の支持テーブル１２に取り付けられている。ツールユニット２８はツールテーブル２９を有していてもよい。ツールテーブル２９は例えばクロステーブルとして配置されてもよい。他の開発も有り得る。例えば、ツールユニット２８は、研削ヘッドとしてこの場合配置されるツールスピンドル３０を有する。ツール３２、この場合例えば砥石車がツールスピンドル３０に取り付けられる。ツールスピンドル３０によりツールスピンドル軸３４の周りを回転するように（参照番号３６に示す矢印参照）ツール３２をセットしてもよい。ツール３２は、図１においては複数のセクションで見えるだけであるツールユニット２８は、ツール３２の大きい部分を覆うフード３８を更に有する。

特にツールユニット２８がクロステーブルの形でツールテーブル２９を有する場合、ツールスピンドル３０をワークピースマウント１４に対して参照番号４０で示す矢印に沿って移動させることができる。矢印４０もＺ軸に関連させることができる（図２参照）。特に、ワークピースマウント１４がワークピースの機械加工中に矢印２２に沿って縦方向に変位されない時、ツール３２を取り付けたツールスピンドル３０を矢印４０に沿って移動させることによりワークピースとツール３２間の相対的運動を生じさせることができる。

参照番号４２で示す矢印はＸ軸（再び、図２参照）に関連し得る給送方向を表している。ワークピースと係合するためにツール３２をワークピース方向にＸ軸に沿って給送することができる。Ｘ軸は給送軸（図２の給送軸７０参照）として示すこともできる。Ｘ軸または給送軸７０に沿った移動は、例えば、支持テーブル２９および／または支持テーブル１２の適切なガイド手段により案内することができる。

例えば、図１中のツールユニット２８はＢ軸４４も有する。図１に示すように、Ｂ軸は突出面に対し直角に延びている。ツールスピンドル３０はＢ軸４４により回転することができる（参照番号４６で示す旋回矢印参照）。ツールユニット２８上において複数のツールスピンドル３０にツール３２を設けることがＢ軸４４により可能になる。Ｂ軸４４周りの旋回を要求される機械加工位置へこれらツールスピンドル３０を移送することができる。例えば、異なる研削材を有するツール３２を使用するフレキシブルな機械加工がこれにより可能になる。従って、特別な構造に費用をかけることなく、例えば、荒い機械加工、きめ細かい機械加工、あるいは仕上げ機械加工用に異なる砥石車をワークピースに係合させることができる。Ｂ軸４４とＺ軸との関連性、（矢印２２および４０参照）、あるいはＸ軸（矢印４２参照）は図１において異なって開発されてもよい。例えば、ワークピーススピンドル軸２０あるいはツールスピンドル軸３４と平行なこれに代わるものとしてＢ軸４４を配置することもできる。そのように開発する場合には例えば更なるツールをエキステンションアームに取り付けることができる。エキステンションアームはツールスピンドル３０に取り付けられ、ワークピース（図１において不図示）方向に向かってツールスピンドル軸３４の周りに当該更なるツールを内方向に旋回させるために旋回可能である。

特に１つのツールスピンドル３０のみが設けられている場合には工作機械１０はＢ軸４４無しで配置することもできることは言うまでもない。
測定器４８がツールスピンドル３０に取り付けられている（図２参照）。測定器４８は測定ヘッド５０を有する。参照番号５２で示す矢印は測定ヘッド５０を備えた測定器４８がツールスピンドル３０上で旋回可能に取り付けられていることを示す。

ワークピーススピンドル１６を備えたワークピースマウント１４と、ツールスピンドル３０、ツール３２、適用可能な場合、Ｂ軸４４あるいはワークスピンドル軸２０を備えたツールユニット２８とを、ターゲットとされた方法でそれらを駆動あるいは変位するために作動させる目的で特に構成された制御装置を工作機械１０は更に有する。この場合、動作は例えばＸ軸またはＺ軸に沿って達成することができる。更に制御装置５６も、オペレーティングパラメータ例えば位置パラメータが工作機械１０の構成部品から供給されて受け取るように構成することができる。制御装置５６は例えば検知ユニット、評価ユニット、コントロールユニットを有する。

工作機械１０のＸ，Ｙ，およびＺ軸を説明する座標システム５８が図２に示されている。指定された軸および方向は単に説明する目的で使用されるのであって、本開示の目的を制限するものではないことは言うまでもない。更に、工作機械１０の構成部品の移動は相対的な方法で原理上達成することができることは言うまでもない。これは、例えば、第１要素が第２要素に対して移動可能である場合、第１要素あるいは第２要素のいずれかが移動を行なうことができることを意味する。両要素が共に移動されることは等しく考えられる。

図２において、例えばクランプチャックとして配置可能なワークピースクランプ装置６０が、ワークピースマウント１４のツールスピンドル１６に取り付けられている。説明目的で、工作機械１０の異なる構成部品は図２において省略されている。例えば心押し台１８は示されていない。具体的には、例えば、短いワークピースの場合にはワークピースクランプ装置６０上の片側収容で十分であることは言うまでもない。これとは対照的に、例えば特に長くかつ／または壁の薄いワークピースは少なくとも１つの介入された振れ止め（図示せず）により、例えばワークピーススピンドル１６および心押し台１８と共に支持されることができる（図１参照）。

測定器４８は、例えばカップリングリンケージメカニズム６４として配置することができるピボットインメカニズムを有する。測定器４８はツールスピンドル３０上に取り付けられ、前述のツールスピンドルと共に給送軸７０に沿って移動させることができる。給送軸７０はＸ軸に対応してもよいし、前述の軸と平行に配置してもよい。矢印４２は関連する前後の動作を示している。

測定器４８は図２中の測定位置にある。測定位置において、第１測定プローブ６６および第２測定プローブ６８を有する測定ヘッド５０はワークピーススピンドル軸２０の領域中に移動または旋回される。

測定器４８の例示的なデザインを図３ａおよび３ｂを参照して説明する。測定器４８は、カップリングリンケージメカニズム６４により具体化されるピボットメカニズムを有する。カップリングリンケージメカニズム６４は例えばダブルロッカ（ｒｏｃｋｒｅ）としてこの場合配置される。測定器４８のピボットイン機能性を達成する他のメカニズムも考えられる。

カップリングリンケージメカニズム６４は２つの例えばロッカとして配置されたカップリング部材７２ａ、７２ｂを有する。ロッカ７２ａ、７２ｂはロッカツールスピンドル３０上で回転可能なように取り付けられる（図２も参照）。ロッカ７２ａ、７２ｂは、例えば接続棒として開発されているカップリング部材７４ａ、７４ｂに接続されている。図３ａおよび３ｂ中で説明される長さ比の場合、互いに対する１つの並列案内手段をロッカ７２ａ、７２ｂと接続棒７４ａ、７４ｂとの双方のために旋回時、生じさせることができる（矢印５２参照）。また、他の長さ比は容易に考えられる。

接続棒７４ａ、７４ｂはそれらの正面領域のエキステンションアーム７６に接続されている。エキステンションアーム７６は例えばピボットジョイントの手段により接続棒７４ａにリンクされている。接続棒７４ｂは例えば縦溝によりエキステンションアーム７６に接続されている。

カップリングリンケージメカニズム６４は、例えばある許容される設置空間条件を満たす目的で開発されることができる。設置空間利点は特に純粋なピボットアームと比較して生じさせることができる。しかし、測定器４８の旋回も他の方法により達成できることは言うまでもない。

ロッカ７２ｂに連結されている調整シリンダ７７が図３ａに示されている。調整シリンダ７７が延出される場合、カップリングリンケージメカニズム６４は旋回することができる。旋回のための他の駆動手段も考えられる。

図３ｂに示された状態は、例えば図２による測定位置に相当する場合がある。これとは対照的に図３ａは例えば測定器４８の非係合位置を示している。図３ｂによる測定位置において、第１測定プローブ６６および第２測定プローブ６８を備えた測定ヘッド５０は例えば往復プローブが可能な方法でワークピースを囲むことができる。測定プローブ６６および６８は、例えば測定対象のワークピースの最大サイズまたは測定対象のワークピースの一部の最大サイズを判定する測定領域を規定する。

図４は測定プローブ６６，６８を備えた測定器４８の測定ヘッド５０を、測定前にどのようにキャリブレートすることができるかを例として示している。この目的のために、既知の参照形状８２、例えば参照ワークピースが測定領域７８内に導入される。参照形状８２を有する参照ワークピースは例えば工作機械１０のワークピースマウント１４内に取り付けることができる。測定領域７８内への移動は測定器４８の旋回により例えば達成することができる。

参照ワークピースの参照形状８２は既知の参照寸法８４を有する。測定ヘッド５０をキャリブレートまたは標準化するために、参照寸法８４または参照形状８２は、第１測定プローブ６６または第２測定プローブ６８を使用した相互の方法で横方向にプローブされる。ツールスピンドル３０の関連動作（図２参照）は矢印４２ａ、４２ｂにより示されている。例えば、測定ヘッド５０はピボットインメカニズム６４およびツールスピンドル３０により位置検出器９２および測定標準器９０にリンクされる。尚、測定標準器９０には例えば、給送軸７０に沿ったツールユニット２８の実際の位置が表されている。

第１測定プローブ６６および第２測定プローブ６８夫々を使用して参照形状８２をプローブする際、関連する実際の位置をこの方法において検出することができる。基本間隔８６は前述の実際の位置と既知の参照寸法８４との間の間隔から簡単な方法で決定することができる。基本間隔８６は、ワークピース上での全ての後続する測定の基本として使用される。位置検出器９２により得られた位置データは例えば評価用制御装置５６に供給することができる。位置は別の方法で検出してもよい。位置検出器９２は、例えば増分検出器または絶対位置検出器として配置することができる。更に、例えば光学または誘導または容量または磁気測定する法則を利用することができる。

図４において参照番号８８で示された矢印は、例えば、ある量だけ、偏向できるように、第２測定プローブ６８が構成され得ることを示している。測定プローブ６８のそのような変更も検出し、制御装置５６に供給することができる。第１測定プローブ６６も同様に開発することができる。キャリブレートオペレーションのフレームワーク内の参照形状８２をプローブする際、例えば第１測定プローブ６６および第２測定プローブ６８はそれらの中立位置内で、即ち、大きな偏向を伴うことなくキャリブレートできる。各場合において測定プローブ６６、６８により出力される位置信号が例えば０になるまで、給送軸７０に沿ったツールスピンドル３０の実際の位置はこのキャリブレート目的のために例えば変更することができる。そのような中立位置においては、例えば所謂第１、第２測定プローブ６６，６８の測定サーキットは０に設定することができる。

正確な間隔を判定することができるように、給送軸７０に沿ったツールスピンドル３０の実際に位置に加えて第１測定プローブ６６または第２測定プローブ６８のプローブ中における偏向を次の測定において考慮することができる。

図５ａおよび５ｂは例えばワークピース９６の直径の判定を示している。図５ａにおいて、測定ヘッド５０の第１測定プローブ６６はワークピース９６に当接している。ツールスピンドル３０の次の移動とそれによる測定ヘッド５０の移動とにより第２測定プローブ６８が反対側でワークピース９６に当接する。ツールスピンドル３０の変位経路は参照番号９８で示す矢印により示されている。基本間隔８６（図４参照）および変位経路９８からワークピース９６の実際の間隔１００、特に実際の直径は簡単な方法で判定することができる。

図４における矢印８８により示された測定プローブ６８または測定プローブ６６の偏向から、実際の間隔１００を判定する場合考慮に入れることができる例えば補正値を算出することができる。

別の方法において、測定プローブ６６、６８により出力される信号が、例えば、中立位置、即ち、０偏向または殆ど０偏向に相当するまで、第１または第２測定プローブ６６，６８の夫々のプローブ中にツールスピンドル３０を上方へ移動させることができる。

実際の間隔１００を判定する際、工作側影響要因、例えば工作機械１０の加熱工程が、原理上、小さな変位経路９８の手段により測定結果に単に影響を及ぼすはずである。例えば基本間隔８６と参照間隔８４の差に相当する「大きめのサイズ」は測定対象の寸法が異なる複数の異なるワークピース９６を許容する。

図５ａおよび５ｂに原理上似ている測定シーケンスが図６ａおよび６ｂに示されている。しかしながら、ワークピース９６のプローブは異なる給送速度で達成される。従って、例えば、測定プローブがまだワークピース９６と接触しない予備位置へ迅速な運動または速い運動を初期に有する測定プローブ６６を供給することは有利なはずである。測定ヘッド５０またはワークピース９６への損傷を回避するために、予備位置からの進行、つまり更なる給送は測定プローブ６６’がワークピース９６をプローブするまでプローブ運動により達成することができる。

測定プローブ６８のプローブは迅速な運動で最初に予備位置へ供給される当該測定プローブにより同様の方法で達成することができる。予備位置からの進行、つまり更なる給送は遅いプローブ運動（参照番号１０２ａで示す矢印参照）により達成することができる。

ワークピース９６の実際の間隔は変位経路９８および既知の基本間隔８６から判定できる。
図７は測定ヘッド５０が更に応用できることを示している。図７のテスト対象のワークピース９６は参照番号１０４で示す形状偏差を有する。この場合、これは例えば円形状の偏差または円筒形状の偏差であってもよい（例示として参照番号１０６ａ、１０６ｂで示す許容差符号参照）。測定プローブ６６は偏向可能であり、従って、ワークピース９６がワークピーススピンドル軸２０の回りを回転する時、連続的または断続的な方法で形状偏差１０４を検出することができる。この文脈において、それは、大きな偏差を検出するために測定プローブ６６が大きな比例領域を有する時であるのが好ましい。

円筒形状許容差は 、例えば、ワークピース９６の回転時、測定器４８が取り付けられたツールスピンドル３０がワークピーススピンドル軸２０と平行なＺ軸に沿って変位する時に常に検出することができる。例示として、例えば、そのような円筒形状の面は螺旋経路に沿ってプローブすることができる。ワークピース９６はこのように走査されることができる。

図８においてワークピース９６は中央部分１０８を中心とする偏心的部分がワークスピンドル軸２０を中心として回転するような方法で開発されている。例えば制御装置５６が、Ｘ軸、即ち給送軸７０に沿ったツールスピンドル３０を駆動すると同時に工作物スピンドル軸２０にこの場合一致する所謂Ｃ軸を中心にワークピース９６を駆動する目的で開発されている場合、少なくともセクション中で偏心的に開発されているこれらのタイプのワークピース９６を測定することができる。例えば、第１測定プローブ６６の想定される接触位置の連結移動は、ワークピース９６が偏心的に回転する時、ワークピース９６上で生じさせることができる。円形状の許容差または円筒形状の許容差も、例えば、このように原理上検出することができる。偏心ワークピース９６をセクション毎に駆動することと、各場合において２つの測定プローブ６６および６８により図５ａ、５ｂまたは図６ａ、６ｂに類似した方法で実際の間隔、例えば実際の直径を検出することと、は考えられる。

図９はワークピースを測定する方法の異なるステップを示し、当該方法は例えば工作機械１０を使用して実施できる。
その方法は例えばキャリブレートすることまたは標準化することを含む初期ブロック１３０を有する。

参照寸法、例えば参照体は第１ステップ１３２で準備され測定領域に導入される。その導入は例えば測定器を旋回することにより達成することができる。
参照寸法を第１プローブすることは、例えば、次のステップ１３４にて第１測定プローブを使用して達成することができる。第１のプローブ１３４は例えばステップ１３６および１３８により終了することができる。ステップ１３６は第１測定プローブの測定サーキットを電気的にキャリブレートすることを含むことができる。ステップ１３８はＸ軸または給送軸に沿った作動位置を検出することを有することができる。

第２測定プローブにより第２のプローブを行うことを含むステップ１４０がその後続くことができる。第２のプローブのステップ１４０は、このステップ１４０を終了させることができるステップ１４２及び１４４を含むことができる。ステップ１４２は、第２測定プローブの測定サーキットを電気的にキャリブレートすることを含むことができる。ステップ１４４は給送軸またはＸ軸に沿った第２の実際の位置を検出することを含むことができる。

検出された値および既知の参考寸法から、更なる測定の根拠として使用できる基本間隔を後のステップ１４６において判定することができる。ステップ１４８にて、キャリブレートすることまたは標準化することを終了させる。

参照番号１５０で示されたブロックには、例えば、前もって判定された基本間隔を使用してワークピースを測定すること記載されている。
第１ステップ１５２にて、測定対象のワークピースがマウントされ、例えば、旋回により測定器がその測定領域へ移動される。

予備位置には、任意のステップ１５４にて第１給送速度で接近することができる。更なるステップ１５６において第１測定位置に接近することができ、この位置においてワークピースの第１のプローブを行うことが第１測定プローブを使用して達成される。その接近は例えば第２速度で達成することができる。更なるステップ１５８において、第１プローブすることにリンクされた位置数値が得られる。

下流である、次の任意のステップ１６０において、第２予備位置は第１給送速度で接近することができる。後のステップ１６２は、第２測定プローブがワークピース９６に接触することができる第２測定位置へ接近することを含む。その接近は例えば第２給送速度で達成することができる。更なるステップ１６４において、第２のプローブにリンクされた位置数値が測定できる。

得られたデータおよび基本間隔から実際の間隔が判定されるステップ１６６は、第１、第２のプローブに関連する。測定演算はステップ１６８により終了する。このステップには例えば測定器を外方向に旋回することも含んでいてよい。

矢印１７０は、１回キャリブレーションした後は、複数の測定を実施できることを示している。この場合、異なる実際の間隔はそれらが測定領域へ移動させることができる限りにおいて判定することができる。

上述された方法ステップは例えばツール管理プログラムの目的であることができる。

Claims (15)

1. 工作機械であって、
   ワークピース（９６）を収容するための少なくとも１つのワークピースホルダ(１６、１８）を備えるワークピースマウント（１４）と、
   ツールスピンドル（３０）を備えるツールユニット（２８）であって、ツール（３２）を備え、ツールユニット（２８）はワークピース（９６）に向かって給送軸（７０）に沿って移動可能である、ツールユニット（２８）と、
   前記ツールユニット（２８）に収容される測定器（４８）であって、少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）を備え、前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）は、測定領域（７８）を規定する固定の基本間隔（８６）をあけて配置され、前記基本間隔（８６）は参照形状部品（８２）の既知の参照寸法（８４）より間隔が大きい、測定器（４８）と、
   前記測定器（４８）および前記ツールユニット（２８）に接続可能な制御装置（５６）であって、前記給送軸（７０）に沿った前記ツールユニット（２８）の実際の位置を検出することと、前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）により検出される値を得るために構成され、前記測定領域（７８）内へ移動させられる前記ワークピース（９６）が前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）により順次交互にプローブされる時の前記ツールユニット（２８）の変位（９８）に基づき、且つ前記参照形状部品（８２）の既知の前記参照寸法（８４）および／または前記基本間隔（８６）を考慮して前記ワークピース（９６）の実際の間隔（１００）を測定する、制御装置（５６）と、を備える工作機械。
2. 前記測定器（４８）は前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）が収容された測定ヘッド（５０）を備え、前記測定ヘッド（５０）は前記測定領域（７８）へ前記ワークピース（９６）を移動するために旋回可能である、請求項１に記載の工作機械（１０）。
3. 前記測定器（４８）は、測定位置と非係合位置との間で旋回を可能にするカップリングリンケージメカニズム（６４）を備える、請求項１または２に記載の工作機械（１０）。
4. 前記基本間隔（８６）および実際の間隔（１００）の比は最大２：１である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の工作機械（１０）。
5. 前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）のうちの少なくとも１つのプローブ（６６，６８）が偏向可能であり、前記制御装置（５６）は少なくとも１つの測定プローブ（６６，６８）の偏向を検出するように構成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の工作機械（１０）。
6. 前記ワークピース（９６）は、前記ワークピーススピンドル軸（２０）を中心に選択的に回転駆動可能なワークピーススピンドル（１６）上に取り付けられ、前記ワークピーススピンドル軸（２０）は前記給送軸（７０）に対して垂直に配置され、前記ツールスピンドル（３０）は、ワークピーススピンドル軸（２０）と平行に配置されるツールスピンドル軸（３４）を備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の工作機械（１０）。
7. 前記ツールユニット（２８）は前記ワークピーススピンドル軸（２０）と平行な前記ワークピース（９６）に対して移動可能である、請求項６に記載の工作機械（１０）。
8. 前記制御装置（５６）は、連結移動にて前記給送軸（７０）に沿って選択的に前記ツールユニット（２８）を移動するように構成され、前記ワークピーススピンドル軸（２０）周りに選択的に前記ワークピーススピンドル（１６）を駆動するように構成されている、請求項６または請求項７に記載の工作機械（１０）。
9. 前記制御装置（５６）は、連結移動にて前記ワークピーススピンドル軸（２０）と平行に前記ツールユニット（２８）を選択的に移動するように更に構成されている、請求項７または請求項８のいずれかに記載の工作機械（１０）。
10. 迅速動作モードまたはプローブ動作モードで動作する前記測定器（４８）で選択的に前記ツールユニット（２８）を移動するように前記制御装置（５６）は構成される、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の工作機械（１０）。
11. 前記制御装置（５６）は、後続する機械加工工程における、前記ワークピース（９６）の実際の間隔（１００）を考慮して選択的に前記ツールユニット（２８）と前記ツール（３２）とを駆動し変位するように構成される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の工作機械（１０）。
12. 前記制御装置（５６）は前記ツールユニット（２８）の位置検出器（９２）と連結し、これにより前記ツールユニット（２８）の実際位置を検出することができる、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の工作機械（１０）。
13. 工作機械（１０）において、ワークピースの実際の間隔（１００）を測定する方法であって、
    ワークピース（９６）に対して給送軸（７０）に沿って移動可能な測定器（４８）を提供する工程であって、前記測定器（４８）はツールユニット（２８）上に収容され、前記測定器（４８）は少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）を備える、工程と、
    参照形状部品（８２）の既知の参照寸法（８４）より間隔が大きい、前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）間の基本間隔（８６）を調整する工程であって、前記基本間隔（８６）は測定領域（７８）を規定する、工程と、
    工作機械（１０）内に参照形状部品（８２）を収容する工程と、
    測定領域（７８）内に参照形状部品（８２）を挿入する工程と、
    参照形状部品（８２）に対して前記測定器（４８）を移動させ、前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）で順次交互に前記参照形状部品（８２）をプローブすることにより、前記測定器（４８）の実際の位置を検出し、その結果、プローブ時の前記測定器（４８）の変位を検出する、工程と、
    前記参照寸法（８４）とプローブ時の前記測定器（４８）の変位とを考慮して前記基本間隔（８６）を測定する工程と、を含む方法。
14. 工作機械（１０）中に前記ワークピース（９６）を収容し、前記測定領域（７８）内に前記ワークピース（９６）の測定形状物を挿入する工程と、
    前記少なくとも２つの測定プローブ（６６，６８）で前記ワークピース（９６）の測定形状物をプローブすることにより、前記測定器（４８）の変位を検出する工程と、
    前記基本間隔（８６）とプローブ時の前記測定器（４８）の変位とを考慮して測定形状物の実際の間隔（１００）を判定する工程と、をさらに含む請求項１３に記載の方法。
15. ツール制御プログラムが制御装置（５６）上で実施される時、請求項１３または１４で請求されるような方法の工程を制御装置（５６）に実施するように構成されたプログラムコードを含むツール制御プログラム。

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