JP6091826B2 - 加工装置の制御装置、加工装置、及び加工データの補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工装置の制御装置、加工装置、及び加工データの補正方法に関するものである。

従来、工作機械等を用いた機械加工において、基準点のズレを抑制するための治具を加工対象物であるワーク毎に作成し、この治具によってワークを決められた位置に固定することで、要求される加工精度を実現している。

このため、加工部位の近傍を治具で固定できないワークは、加工誤差が大きくなる。
そこで、特許文献１には、干渉計レーザトラッカ等の３Ｄ位置センサーを使用して、機械が休止状態となった際に、機械のヘッド等のエンドエフェクタに取付けられた再帰反射器の位置を計測し、コンピュータがこの計測された位置を機械媒体に従った所望の位置と比較して、命令文に適切な訂正を加えて、機械をさらなる機械加工に先立って正しい位置へと移動させる方法が記載されている。

特表２０００−５１１８２７号公報

特許文献１に記載のように加工誤差を小さくするために、従来から、加工前にセンシング及び加工データ（例えばＮＣデータ）の補正は実施されていた。しかし、加工データの補正では、加工データ全体をシフトさせるような方法が一般的であった。

ここで、加工対象物が大型又は長尺物の成型品になると、製品自体が成型後にひずみを生じさせる場合や成型のための型（例えば鋳型）の消耗によりＣＡＤデータから生成される加工データと製品の形状に誤差（ズレ）が生じる。この誤差は、位置ズレ誤差ではなく、１つの製品形状においてある特定の箇所が外形寸法（ジオメトリ）の誤差を生じる状態である。また、加工対象物を片持ちで支持することで生じる加工対象物のたわみも、誤差の原因となる。

誤差を解消させるために加工データに対して従来の補正を行うと、特定の個所に対応させた補正によって、加工データ全体がシフトしてしまい、製品の寸法が公差内に収まらない可能性がある。
そのため、一般的には、製品の寸法を公差内に収めるように、ＣＡＤデータの修正や新たに生成した別の加工データによる最終仕上げ加工等を行う必要が生じる。このような方法を経て成型された製品は、形状の変更により公差内に加工された製品であり、製品の形状そのものが設計上の意味を成す場合、低品質といえる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加工対象物のズレに対応させた加工データの補正をより高精度に行うことができる、加工装置の制御装置、加工装置、及び加工データの補正方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の加工装置の制御装置、加工装置、及び加工データの補正方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係る加工装置の制御装置は、加工対象物を加工するための加工ツールが多関節のアームに設けられた加工装置の制御装置であって、前記加工装置による前記加工対象物の加工部位を示した加工データを記憶する記憶手段と、前記アームに設置され、前記加工対象物と前記加工装置との距離を前記加工対象物の加工面毎に計測する距離計測手段と、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に前記加工データを補正する補正手段と、を備え、前記加工データは、前記加工面と基準面とを一致させるために前記加工面毎に分割されて前記記憶手段に記憶され、前記補正手段は、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に分割された前記加工データを補正する。

本構成によれば、加工装置は、加工対象物を加工するための加工ツールが多関節のアームに設けられている。そして、加工装置の制御装置は、加工装置による加工対象物の加工部位を示した加工データを記憶する記憶手段を備えている。

ここで、加工対象物が、例えば大型又は長尺物の成型品であり、治具によって固定されるものの片持ちであるような場合には、加工装置による加工部位がたわむ可能性がある。また、成型後にひずみが生じたり、成型のための型の消耗により、成型品とされた加工対象物の寸法に誤差が生じる可能性もある。
このような加工対象物と加工装置との距離が、加工装置のアームに設置された距離計測手段によって、加工対象物の加工面毎に計測される。そして、距離計測手段による計測結果に基づいて、補正手段によって加工面毎に加工データが補正される。

このように、本構成は、加工対象物と加工装置との距離の計測結果に基づいて、加工データにより示される加工対象物の加工部位と実際の加工部位とのズレに応じた加工データの補正を加工面毎に行うので、加工対象物のズレに対応させた加工データの補正をより高精度に行うことができる。

上記第一態様では、前記加工データが、前記加工面と基準面とを一致させるために前記加工面毎に分割されて前記記憶手段に記憶され、前記補正手段が、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に分割された前記加工データを補正する。

本構成によれば、加工データは加工面毎に分割され、距離計測手段による計測結果に基づいて、加工面毎に分割された加工データが補正される。加工データが加工面毎に分割されていないと、ある特定の加工面が基準面とされ、実際の加工対象物において基準面となる加工面と他の加工面との間で製作誤差が生じていると、他の加工面に対する加工精度が低下する。しかし、加工データが加工面毎に分割されると、加工面と基準面とが常に一致することとなり、より精度の高い加工が可能となる。

上記第一態様では、前記距離計測手段が、前記加工面と前記加工装置との距離を少なくとも２カ所計測し、前記補正手段が、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工対象物の実際の位置と前記加工データにより示される位置とのズレの回転中心を算出し、該回転中心に基づいて前記加工データを補正することが好ましい。

本構成によれば、加工対象物の実際の位置と加工データにより示される位置とのズレの回転中心に基づいて加工データが補正される。これにより、本構成は、加工対象物の姿勢、すなわち傾きをも算出して加工データを補正するので、加工データをより高精度に補正できる。

上記第一態様では、所定の前記加工面と前記加工装置との距離を前記距離計測手段によって計測するにあたり、他の前記加工面に生じたズレに基づいて、該所定の前記加工面の計測位置が修正されることが好ましい。

所定の加工面に対して、予め定められた計測位置で距離計測手段による計測を行っても、距離計測手段による計測結果と加工データとのズレが他の加工面に生じている場合、該所定の加工面と加工装置との距離を正しく計測していない可能性がある。例えば、加工面の中心位置までの距離を計測するつもりであっても、加工対象物が傾いている場合、距離計測手段は、加工面の中心位置よりも上又は下の位置を計測している可能性がある。このような計測に基づく計測結果を用いても、加工データを精度よく補正できない。
そこで、本構成によれば、所定の加工面と加工装置との距離を距離計測手段によって計測するにあたり、他の加工面に生じたズレに基づいて、所定の加工面の計測位置を修正する。従って、距離計測手段は、修正された計測位置で加工面との距離の計測を行うこととなるので、本構成は、加工データをより高精度に補正できる。

上記第一態様では、前記補正手段が、前記加工データにより示される前記加工対象物の中心位置を実際の前記加工対象物の中心位置に移動させ、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、中心位置を移動させた後の前記加工データを回転させることで補正する。

本構成によれば、加工データにより示される加工対象物の中心位置を実際の加工対象物の中心位置に移動させ、該中心位置を基準とし、距離計測手段による計測結果に基づいて、加工データが回転されて補正されるので、加工データをより高精度に補正できる。

上記第一態様では、前記距離計測手段が、基準とする前記加工面と前記加工装置との距離である基準距離を計測し、前記補正手段が、前記基準距離に基づいて、全ての前記加工面の前記加工データを補正し、更に、前記加工面毎に前記加工データを補正することが好ましい。

加工対象物と加工装置との距離が、そもそも理想的な値に対して誤差を生じていたら、その後の各加工面毎の補正にも誤差を生じることとなる。
そこで、本構成によれば、基準とする加工面と加工装置との距離である基準距離に基づいて、全ての加工面の加工データが補正され、加工対象物と加工装置との距離のずれが解消され、更に、加工面毎に加工データが補正される。
従って、本構成は、加工データをより高精度に補正できる。

上記第一態様では、前記距離計測手段が、前記アームの複数の異なる姿勢毎に、予め定められた基準位置との距離を計測することで、前記アームの異なる姿勢による距離の計測で誤差が生じないように校正されることが好ましい。

加工装置のアームは、関節を駆動させるアクチュエータ毎に駆動誤差が生じ、アーム全体としての駆動誤差は、各アクチュエータに生じた駆動誤差の累積値となる。このため、アームに設置された距離計測手段による計測結果も、この駆動誤差が含まれることとなる。そして、アームの姿勢（加工装置の姿勢）が異なると各アクチュエータの駆動量も異なると共に駆動誤差も異なるので、距離計測手段による計測結果に含まれる駆動誤差も、アームの姿勢に応じて異なる。
そこで、本構成によれは、アームの異なる姿勢毎に、予め定められた基準位置と距離計測手段との距離が計測され、異なる姿勢による距離の計測で誤差が生じないように、距離計測手段が校正される。これにより、本構成は、加工データをより高精度に補正できる。

本発明の第二態様に係る加工装置は、加工対象物を加工するための加工ツールが多関節に設けられたアームと、上記記載の制御装置と、を備える。

本発明の第三態様に係る加工データの補正方法は、加工ツールが多関節のアームに設けられた加工装置を用いた加工対象物の加工部位を示した加工データの補正方法であって、前記アームに設置された距離計測手段によって、前記加工対象物と前記加工装置との距離を前記加工対象物の加工面毎に計測する第１工程と、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に前記加工データを補正する第２工程と、を含み、前記加工データは、前記加工面と基準面とを一致させるために前記加工面毎に分割されて記憶手段に記憶され、前記第２工程は、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に分割された前記加工データを補正する。

本発明によれば、加工対象物のズレに対応させた加工データの補正をより高精度に行うことができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る加工装置の外観図である。 本発明の第１実施形態に係る加工装置で加工されるワークの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る加工装置で加工されるワークの固定方法を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る加工装置の制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る距離計測センサーによる計測例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る距離計測センサーの校正の方法の説明に要する図である。 本発明の第１実施形態に係る片持ちで支持されているワークの加工部位の状態を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る傾いたワークを示す図に対応したＮＣデータの補正の説明に要する図である。 本発明の第１実施形態に係る傾いたワークの他の例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るセンサー位置の修正の説明に要する図である。 本発明の第２実施形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る基準部材の位置を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る理想的なワークの位置と実際のワークの位置とのズレを示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係るワークの中心位置と基準部材との関係を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係るワークの中心位置の測定方法の一例を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る理想的なワークの中心位置の座標を実際のワークの中心位置の座標へ移動させた場合を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係るズレの角度の算出方法を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係るＮＣデータの補正の説明に要する図である。

以下に、本発明に係る加工装置の制御装置、加工装置、及び加工データの補正方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、加工対象物であるワークを加工する加工装置１の外観図である。

加工装置１は、一例として、図１中に符号２，３，４，５，６，７で示す回転軸線まわりに回動する旋回台８、アーム９，１０，１１，１２を有する産業用の６軸ロボット（垂直多関節型ロボット）であり、バルブユニット１３の先端部（アーム１２が接続されている側と反対側の端部）には、アブレイシブノズルアッセンブリ１４及びキャッチャーカップ１５が取り付けられている。なお、以下の説明において、アーム９，１０，１１，１２を区別しない場合は、単に「アーム」という。

キャッチャーカップ１５の入口１５ａと対向するアブレイシブノズルアッセンブリ１４（「加工ツール」ともいう。）の出口１４ａからは、アブレイシブ（研磨剤）が混入された超高圧水が噴射され、アブレイシブノズルアッセンブリ１４の出口１４ａから噴射されたアブレイシブを含む超高圧水は、入口１５ａを介してキャッチャーカップ１５に回収される。また、アブレイシブノズルアッセンブリ１４の先端部（出口１４ａ側の端部）における高さ（縦方向（図１において上下方向）の長さ）寸法は、ワークのサイズにより５５ｍｍ〜２４ｍｍの間で設定され、幅（厚み方向（回転軸線７と直交する方向）の長さ）寸法は２５ｍｍ〜１０ｍｍの間で設定されている。

加工装置１によってワークを加工（例えば切断）する場合、アブレイシブノズルアッセンブリ１４及びキャッチャーカップ１５が、ワークに対して所定の位置に配置され、アブレイシブノズルアッセンブリ１４の出口１４ａからアブレイシブの含まれた超高圧水が噴射される。そして、アブレイシブノズルアッセンブリ１４及びキャッチャーカップ１５が移動することにより、ワークが切断される。

図２は、本第１実施形態に係るワーク２０の一例を示す図である。ワーク２０は、例えば長手方向が航空機主翼翼長相当の長さを有し、図２の正面図に示されるような断面形状を有する長尺部材である。また、ワーク２０は、例えば、炭素繊維と樹脂を組み合わせた炭素繊維強化プラスチック（carbon fiber reinforced plastics：CFRP）で形成されている。
加工装置１は、例えば、図２の上面図、側面図、及び下面図に示されるワーク２０の一端部における破線部分（加工部位）を切断する加工を行う。

このように、ワーク２０の一端部を加工するために、本第１実施形態では図３に示されるようにワーク２０の加工部位を有さない他端部のみを治具２１で固定する。このため、ワーク２０は片持ちで固定されることとなり、加工部位にたわみ（傾きや捩れ）が生じる可能性がある。

図４は、本第１実施形態に係る加工装置１の制御装置３０の機能を示す機能ブロック図である。

制御装置３０は、距離計測センサー３１、記憶部３２、加工装置制御部３３、及び補正部３４を備えている。

距離計測センサー３１は、加工装置１のアームに設置され、ワーク２０との距離を計測する。なお、距離計測センサー３１は、アブレイシブノズルアッセンブリ１４が取り付けられているバルブユニット１３に設置される。なお、本第１実施形態では、距離計測センサー３１を一例として非接触センサ（レーザセンサ）とする。

図５は、距離計測センサー３１による距離の計測例を示す図である。距離計測センサー３１は、ワーク２０の加工面毎に加工装置１との距離を計測する。すなわち、図５の上面図に示されるように、ワーク２０の側面を加工する場合、距離計測センサー３１は、ワーク２０の側面と加工装置１との距離を計測する。また、図５の側面図に示されるように、ワーク２０の上面を加工する場合、距離計測センサー３１は、ワーク２０の上面との距離を計測する。

ここで、加工装置１のアームは、関節を駆動させるアクチュエータ毎に駆動誤差が生じ、アーム全体としての駆動誤差は、各アクチュエータに生じた駆動誤差の累積値となる。距離計測センサー３１は加工装置１に対して加工装置１のガタ及び寸法公差内で設置されているが、距離の計測結果には、上記駆動誤差が含まれることとなる。そして、アームの姿勢（加工装置１の姿勢）が異なると各アクチュエータの駆動量も異なると共に駆動誤差も異なるので、距離計測センサー３１による計測結果に含まれる駆動誤差も、アームの姿勢に応じて異なる。
そこで、本第１実施形態では、アームの異なる姿勢毎に、予め定められた基準位置と距離計測センサー３１との距離を計測し、アームの異なる姿勢による距離の計測で誤差が生じないように、距離計測センサー３１を校正（キャリブレーション）する。

距離計測センサー３１の校正の方法について説明する。
一般的に加工ツールのツールセンターポイント（基準位置であり、以下、「ＴＣＰ」という。）は、基準ターゲットなどを使用して校正する。距離計測センサー３１についても、図６に示されるように同様の方法で校正を行う。

図６に示されるように、基準位置としてのターゲット４０に対して、加工装置１は、アームの複数の異なる姿勢で距離計測センサー３１を対峙させて距離の計測を行わせる。そして、加工装置１の指示値（距離計測センサー３１の位置）と距離計測センサー３１による計測結果との和が算出され、この和とターゲット４０までの実距離との差が、誤差として算出され、この誤差に基づいて、距離計測センサー３１のＴＣＰが算出される。距離計測センサー３１の計測結果は、算出されたＴＣＰに基づいて修正され、正しい計測結果とされる。
以上のような距離計測センサー３１を校正によって、加工装置１の位置や姿勢を変化させても、距離計測センサー３１によってワーク２０と加工装置１との距離を正確に計測でき、詳細を後述する加工データの補正がより正確な補正となる。

記憶部３２は、加工装置１を用いたワーク２０の加工部位を示した加工データ（加工プログラムであり、以下、「ＮＣデータ」という。）を記憶する。

加工装置制御部３３は、記憶部３２に記憶されているＮＣデータに基づいて、加工装置１を制御し、ワーク２０を加工させる。

補正部３４は、距離計測センサー３１による計測結果に基づいて、ワーク２０の加工面毎にＮＣデータを補正する。

加工装置制御部３３及び補正部３４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、加工装置制御部３３及び補正部３４の各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

ここで、ＮＣデータは加工装置１、治具２１、及びワーク２０の設計ノミナル値（図面指示値）で作成される。しかし、加工装置１は位置決め誤差、治具２１は部品寸法公差等を有している。また、前段階で異なる加工装置でワーク２０に加工が行われていた場合、ワーク２０は製作誤差を有している。さらに、ワーク２０がプラスチック成型品や鋳物等の場合、ワーク２０の加工面そのものが変形している可能性がある。このため、設計ノミナル値で作成したＮＣデータを何ら補正せずに用いて加工装置１によってワーク２０を加工すると、ワーク２０に加工誤差が発生する可能性が高くなる。
また、図３に示されるようにワーク２０が治具２１によって片持ちされている場合、ワーク２０を剛に支持している箇所は、加工部位から離れたところであり、ワーク２０の加工部位には自重によりたわみが生じている場合がある。

そこで、本第１実施形態に係る制御装置３０は、ワーク２０と加工装置１との距離を、加工装置１に設置された距離計測センサー３１によって、ワーク２０の加工面毎に計測し、距離計測センサー３１による計測結果に基づいて、補正部３４によって、加工面毎にＮＣデータを補正する。

なお、本第１実施形態に係るＮＣデータは、ワーク２０に対して加工装置１により加工される加工面が複数存在する場合、ワーク２０の加工面毎に分割される。ＮＣデータが加工面毎に分割されていないと、ある特定の加工面が基準面とされ、実際のワーク２０において基準面となる加工面と他の加工面との間で製作誤差（例えば角度誤差）が生じていると、他の加工面に対する加工精度が低下する。しかし、加工データが加工面毎に分割されると、加工面と基準面とが常に一致することとなり、より精度の高い加工が可能となる。

特に、ＮＣデータを分割することは、ＮＣデータを分割しない場合に基準面を取り難い加工面の加工に適している。
基準面を取り難い加工面とは、例えば、ワーク２０の姿勢及び位置を変更せずに加工されるワーク２０の下面である。加工面毎に分割されないＮＣデータでは、ワーク２０の下面は基準面とされず、上面や側面が基準面とされるためである。
基準面を取り難い加工面の他の例は、図２に示されるように一端に複数の加工面を有するワーク２０である。一端が複数の加工面を有する場合、加工装置１は、上下左右方向から加工ツールを加工面に近接させる必要があるので、ワーク２０は、図３に示されるように片持ちで支持されるため、加工部位近傍で保持されず、基準面を取ることが難しくなる。

なお、分割された全てのＮＣデータは、設計ノミナル値を延長した値が各加工面のＮＣデータ同士で重なりあるように生成される。この重なりがない場合は、加工面のＮＣデータは他の加工面に対してズレを生じていることとなり、正確な加工ができないこととなる。

次に、図３に示されるような片持ちで支持されているワーク２０を加工する場合を例として、ＮＣデータの補正処理について説明する。

図７は、片持ちで支持されているワーク２０の加工部位の状態を示した図である。
図７に示されるように、片持ちで支持されているワーク２０は、自重によって傾く場合が有る。この傾きには、図７の側面図に示されるように自重によりワーク２０がたわみ、先端が垂れ下がる傾きや、正面図に示されるように右回転又は左回転への傾き（捩れ）がある。このように、片持ちで支持されているワーク２０は、その姿勢や位置にズレが生じる場合がある。なお、姿勢のズレとは、ワーク２０の回転方向のズレであり、位置のズレとは、ワーク２０の高さ方向や水平方向のズレである。

ワーク２０に生じた傾きを補正するために、距離計測センサー３１は、ワーク２０の加工面と加工装置１との距離を少なくとも２カ所計測し、補正部３４は、距離計測センサー３１による計測結果に基づいて、ワーク２０の位置とＮＣデータにより示される位置とのズレの回転中心を算出し、該回転中心に基づいてＮＣデータを補正する。

図８を参照して、ＮＣデータの補正をより詳細に説明する。
図８は、ワーク２０の正面をｙｚ座標系で表わしており、高さ方向がｙ軸とされ、横方向がｚ軸とされ、奥行き方向がｘ軸とされる。なお、図８において実線で示されるワーク２０の位置は、傾きが生じていない理想的なワーク２０の位置であり、図８において破線で示されるワーク２０の位置は、傾きが生じた実際のワーク２０の位置である。

ワーク２０の傾きθを求めるために、図８に示されるように、距離計測センサー３１は、ワーク２０の上面と加工装置１との距離をｚ方向に２カ所で計測する。
この計測において計測距離Ｌ１に対応する計測点を（ｙ１’，ｚ１’）とし、計測距離Ｌ２に対応する計測点を（ｙ２’，ｚ２’）とし、２カ所の計測点の間隔を計測位置間距離ｄとする。なお、計測点（ｙ１’，ｚ１’）に対応する設計ノミナル値（ＮＣデータ）は、（ｙ１，ｚ１）であり、計測点（ｙ２’，ｚ２’）に対応する設計ノミナル値（ＮＣデータ）は、（ｙ２，ｚ２）であり、ｙ１＝ｙ２、ｚ１＝ｚ１’、ｚ２＝ｚ１＋ｄ＝ｚ２’の関係がある。

また、図８における一点鎖線Ａは、理想的な位置におけるワーク２０上面のｚ方向の延長線Ａであり、下記（１）式で表わされる。

また、図８における一点鎖線Ｂは、実際の位置におけるワーク２０上面のｚ方向の延長線Ｂであり、下記（１）式で表わされる。

すなわち、延長線Ａと延長線Ｂとの交点がワーク２０の回転中心であり、延長線Ａと延長線Ｂとワーク２０のなす角が、ワーク２０の傾きθである。

そして、設計ノミナル値（ｙ１，ｚ１）と計測点（ｙ１’，ｚ１’）は、理想的な位置におけるワーク２０と実際の位置におけるワーク２０とにおいて同じ位置として扱えない。これは、ワーク２０が傾いているためであり、設計ノミナル値（ｙ１，ｚ１）に対応する実際のワーク２０の位置（ｙ１，ｚ１）は、傾きθを用いて下記（３）式により求められる。

なお、傾きθが小さい場合は、設計ノミナル値（ｙ２，ｚ２）と計測点（ｙ２’，ｚ２’）は、理想的な位置におけるワーク２０と実際の位置におけるワーク２０とにおいて同じ位置として扱える。

このようにＮＣデータに対して回転補正を行う場合は、回転中心の位置を考慮する必要がある。回転中心を考慮しないと、ＮＣデータは、実際のワーク２０の姿勢に合うが、ワーク２０の位置にズレが生ずる。
例えば、傾きθが同じであっても、図９に示されるように回転中心がワーク２０上に位置する場合と、図８に示されるように回転中心がワーク２０上に位置しない場合とでは、座標変換後のワーク２０の位置は、異なることになるので回転中心の位置は座標変換に対して重要である。

以上、ワーク２０の正面に対応するＮＣデータの補正処理について説明したが、他の加工面に対しても座標系の回転による補正は、同様に行われる。

このように、本第１実施形態に係る補正処理は、ワーク２０の傾きや製作誤差等を加工装置１の座標系に合わせるのではなく、加工装置１をワーク２０の座標系に合わせ、ワーク２０を加工することとなる。
例えば、図３に示されるように片持ちでワーク２０を固定し、固定されていない部分の全面を加工するような場合、ワーク２０が傾いてもそれを修正するための治具を新たに設置できない。このような場合に、加工装置１をワーク２０の座標系、すなわち加工装置１をワーク２０の傾きに合わせることで、加工装置１は、ワーク２０を加工することができる。

図１０は、本第１実施形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップ１００では、距離計測センサー３１によって上面までの距離を計測し、補正部３４によって上面の位置及び姿勢を算出する。なお、上面までの距離とは、すなわち上面の高さ位置である。ステップ１００では、距離計測センサー３１によって上面の少なくとも２カ所計測する。

次の、ステップ１０２では、距離計測センサー３１によって側面（右側面及び左側面）までの距離を計測し、補正部３４によって側面の位置及び姿勢を算出する。なお、側面までの距離とは、すなわち側面の水平位置である。本第１実施形態に係るステップ１０２では、距離計測センサー３１によって各側面の１カ所のみを計測、すなわち加工面の位置のみを算出するが、これに限らず、側面のワーク幅が十分にある場合は、２カ所以上計測し、加工面の姿勢を算出してもよい。

次の、ステップ１０４では、距離計測センサー３１によって下面までの距離を計測し、補正部３４によって下面の位置及び姿勢を算出する。なお、下面までの距離とは、すなわち下面の高さ位置である。ステップ１０４では、距離計測センサー３１によって下面の少なくとも２カ所計測する。

そして、ステップ２００では、ステップ１００及びステップ１０４の算出結果に基づいて、補正部３４によって上面及び側面に対応するＮＣデータの補正が行われる。
具体的には、補正部３４は、上面に対応するＮＣデータに対して、ｘ軸周りの加工ツールの姿勢（傾き）を補正し、ｚ軸周りの加工ツールの姿勢を補正し、ｙ軸方向の加工ツールの位置を補正し、ｚ軸方向の加工ツールの位置を補正する。また、補正部３４は、右側面又は左側面に対応するＮＣデータに対して、ｘ軸周りの加工ツールの姿勢を補正し、ｚ軸周りの加工ツールの姿勢を補正し、ｙ軸方向の加工ツールの位置を補正し、ｚ軸方向の加工ツールの位置を補正する。

ステップ２０２では、ステップ１０２の算出結果に基づいて、補正部３４によって上面、側面、及び下面に対応するＮＣデータの補正が行われる。
具体的には、補正部３４は、上面に対応するＮＣデータに対してｚ軸方向の加工ツールの位置を補正し、側面に対応するＮＣデータに対してｚ軸方向の加工ツールの位置を補正し、下面に対応するＮＣデータに対してｚ軸方向の加工ツールの位置を補正する。

ステップ２０４では、ステップ１０６の算出結果に基づいて、補正部３４によって側面及び下面に対応するＮＣデータの補正が行われる。
具体的には、補正部３４は、下面に対応するＮＣデータに対して、ｘ軸周りの加工ツールの姿勢を補正し、ｚ軸周りの加工ツールの姿勢を補正する。また、補正部３４は、右側面又は左側面に対応するＮＣデータに対して、ｙ軸方向の加工ツールの位置を補正し、ｚ軸方向の加工ツールの位置を補正する。

なお、上記補正処理では、ワーク２０の周囲を一周するように、各ＮＣデータを補正する。このため、補正部３４は、ステップ１０４の算出結果をステップ２００におけるＮＣデータの補正に用いているように、ワーク２０の周囲の補正がその開始と終了とで整合するようにすることが好ましい。

以上説明したように、本第１実施形態に係る加工装置１の制御装置３０は、加工装置１によるワーク２０の加工部位を示したＮＣデータを記憶する記憶部３２、アームに設置され、ワーク２０と加工装置１との距離をワーク２０の加工面毎に計測する距離計測センサー３１、及び距離計測センサー３１による計測結果に基づいて、加工面毎にＮＣデータを補正する補正部３４を備える。
このように、制御装置３０は、ワーク２０と加工装置１との距離の計測結果に基づいて、ＮＣデータにより示されるワーク２０の加工部位と実際の加工部位とのズレに応じたＮＣデータの補正を加工面毎に行うので、ワーク２０のズレに対応させたＮＣデータの補正をより高精度に行うことができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

なお、本第２実施形態に係る加工装置１及び制御装置３０の構成は、図１，４に示す第１実施形態に係る加工装置１及び制御装置３０の構成と同様であるので説明を省略する。

所定の加工面に対して、予め定められた計測位置（以下、「センサー位置」という。）で距離計測センサー３１による計測を行っても、距離計測センサー３１による計測結果とＮＣデータとのズレが他の加工面に生じている場合、該所定の加工面と加工装置１との距離を正しく計測していない可能性がある。例えば、加工面の中心位置までの距離を計測するつもりであっても、ワーク２０が傾いている場合、距離計測センサー３１は、加工面の中心位置よりも上又は下の位置を計測している可能性がある。このような計測に基づく計測結果を用いても、ＮＣデータは、精度よく補正されない。

そこで、本第２実施形態に係る制御装置３０は、所定の加工面と加工装置１との距離を距離計測センサー３１によって計測するにあたり、他の加工面に生じたズレに基づいて、所定の加工面のセンサー位置を修正する。

図１１を参照して、センサー位置の修正について説明する。
理想的なワーク２０の位置（図１１の実線）に対応する設計ノミナル値のＮＣデータに基づいたセンサー位置が、設計センサー位置Ｈ１（上述した予め定められたセンサー位置）である。図１１の例では、設計センサー位置Ｈ１は、ワーク２０に傾きが生じていない場合、ワーク２０の側面の縦方向中心位置（理想的な計測点（ｙ４，ｚ４））までの距離を計測する位置である。

しかし、ワーク２０に傾きが生じていると、設計センサー位置Ｈ１で距離計測センサー３１が計測しても、その計測点は、図８の破線で示される傾いたワーク２０の側面上部となり、縦方向中心位置ではなく誤った計測点となるので、計測に誤差が生じる。

そこで、予め算出したワーク２０の傾きに基づいて、設計センサー位置Ｈ１を修正した位置（以下、「修正センサー位置Ｈ１’」という。）に距離計測センサー３１を位置させる。これにより、距離計測センサー３１は、傾いたワーク２０の側面の縦方向中心位置（実際の計測点（ｙ４，ｚ４））までの距離を計測することとなる。

なお、設計センサー位置Ｈ１は、各加工面に対応させて予め記憶部３２に記憶されており、補正部３４によって設計センサー位置Ｈ１が修正センサー位置Ｈ１’に修正され、修正センサー位置Ｈ１’は記憶部３２に記憶される。そして、距離計測センサー３１が加工面との距離を計測する場合に、修正センサー位置Ｈ１’が記憶部３２から読み出され、加工装置制御部３３によって、加工装置１が制御され、アームに設置された距離計測センサー３１を修正センサー位置Ｈ１’に位置させる。

センサー位置の修正について、より具体的に説明する。

まず、第１実施形態に係る補正処理で説明したように、ワーク２０の上面と加工装置１との距離をｚ方向に２カ所で計測し、ワーク２０の傾きθを求める。

そして、傾きθによる水平方向（ｚ方向）におけるワーク２０のズレ（以下、「ワーク水平ズレ」という。）ΔＬｚは、（ｚ３−ｚ１）×sin²θである。
一方、距離計測センサー３１が修正センサー位置Ｈ１’に位置した計測結果である計測距離Ｌ３と、設計センサー位置Ｈ１に位置した計測結果とのズレ（以下、「水平方向並進ズレ」という。）をΔＬｗとする。

すなわち、距離計測センサー３１をｙ方向に移動させ、ワーク水平ズレΔＬｚと水平方向並進ズレΔＬｗとが一致するセンサー位置が、実際の計測点（ｙ４，ｚ４）までの距離を計測できる修正センサー位置Ｈ１’である。

なお、ワーク水平ズレΔＬｚと水平方向並進ズレΔＬｗとが一致しない場合は、更に補正量としてΔＬｗ−ΔＬｚを設計ノミナル値の水平方向位置に加算（又は減算）する。

図１２は、本第２実施形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１２における図１０と同一のステップについては図１０と同一の符号を付して、その説明を一部又は全部省略する。

本第２実施形態に係る補正処理は、ステップ１００が終了するとステップ３００へ移行する。

ステップ３００では、ワーク２０の側面に対応する設計センサー位置Ｈ１を上面の計測結果から修正する。
具体的には、補正部３４が、側面に対応する設計センサー位置Ｈ１のｙ軸方向の位置を補正する。

本第２実施形態に係る補正処理は、ステップ３００が終了するとステップ１０２へ移行する。
ステップ１０２では、側面に対応する修正センサー位置Ｈ１’に距離計測センサー３１を位置させ、距離計測センサー３１によって側面（右側面及び左側面）までの距離を計測し、補正部３４によって側面の位置及び姿勢を算出する。

本第２実施形態に係る補正処理は、ステップ１０２が終了するとステップ３０２へ移行する。ステップ３０２では、ワーク２０の下面に対応する設計センサー位置Ｈ１を側面及び上面の計測結果から修正する。
具体的には、補正部３４が、下面に対応する設計センサー位置Ｈ１のｙ軸方向の位置を、上面の計測結果に基づいて補正し、下面に対応する設計センサー位置Ｈ１のｚ軸方向の位置を、側面の計測結果に基づいて補正する。

本第２実施形態に係る補正処理は、ステップ３０２が終了するとステップ１０４へ移行する。
ステップ１０４では、下面に対応する修正センサー位置Ｈ１’に距離計測センサー３１を位置させ、距離計測センサー３１によって下面までの距離を計測し、補正部３４によって下面の位置及び姿勢を算出する。

なお、本第２実施形態に係る補正処理は、設計センサー位置Ｈ１の修正に隣接する加工面までの距離の計測結果を用いることが好ましいので、図１２の補正処理に示されるように、例えば上面、側面（右側面又は左側面）、下面の順に計測することが好ましい。

以上説明したように、本第２実施形態に係る加工装置１の制御装置３０は、所定の加工面と加工装置１との距離を距離計測センサー３１によって計測するにあたり、他の加工面に生じたズレに基づいて、該所定の加工面のセンサー位置を修正する。従って本第２実施形態に係る制御装置３０は、ＮＣデータをより高精度に補正できる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

なお、本第３実施形態に係る加工装置１及び制御装置３０の構成は、図１，４に示す第１実施形態に係る加工装置１及び制御装置３０の構成と同様であるので説明を省略する。

ワーク２０と加工装置１との距離が、そもそも理想的な値に対して誤差を生じていたら、その後の各加工面毎の補正にも誤差を生じることとなる。
そこで、本第３実施形態では、距離計測センサー３１が、ワーク２０の基準とする加工面と加工装置１との距離である基準距離を計測し、補正部３４が、基準距離に基づいて、全ての加工面のＮＣデータを補正し、更に、加工面毎にＮＣデータを補正する。
なお、基準距離と設計ノミナル値で示される距離計測センサー３１とワーク２０との距離との差がＮＣデータの補正量である。

基準距離の計測について、具体的に説明する。
ワーク２０が、その前面が加工されたものである場合、前面を基準面（その面からのワーク２０のネット形状が既知であること、下記図１３の例では正面）とし、ワーク２０の前面までの距離を計測することでワーク２０と加工装置１とのｘ方向（基準面に直交する方向であり、下記図１３の例では長手方向）の相対位置を把握する。
なお、前面が加工されていない場合、ワーク２０に加工され、ワーク２０に対する位置が既知であるツールホール（インデックスホールともいう）の位置を利用し、当該箇所に図１３に示されるように距離計測センサー３１による計測の基準となる基準部材５０を設置する。基準部材５０は、距離計測センサー３１が非接触センサ（レーザセンサ）の場合は反射板であり、距離計測センサー３１が接触センサ（タッチプローブ）の場合は反射しない治具である。

図１４は、本第３実施形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１４における図１２と同一のステップについては図１２と同一の符号を付して、その説明を一部又は全部省略する。

まず、ステップ４００で、距離計測センサー３１によって基準面又は基準部材５０までの距離である基準距離を計測する。

次のステップ４０２では、ステップ４００による計測で得られた基準距離で、全ての設計センサー位置Ｈ１を修正する。すなわち、図１４の例では、上面、右側面、左側面、及び下面の設計センサー位置Ｈ１のｘ方向の位置が基準距離に基づいて修正される。これにより、ワーク２０と加工装置１との距離のずれが解消される。
本第３実施形態に係る補正処理は、ステップ４０２の処理が終了するとステップ１００へ移行する。

また、ステップ４０４では、ステップ４００による計測で得られた基準距離で、加工面毎のＮＣデータを補正する。すなわち、図１４の例では、上面、右側面、左側面、及び下面のＮＣデータのｘ方向の位置が基準距離で修正される。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について説明する。

なお、本第４実施形態に係る加工装置１及び制御装置３０の構成は、図１，４に示す第１実施形態に係る加工装置１及び制御装置３０の構成と同様であるので説明を省略する。
本第４実施形態に係る制御装置３０の補正部３４は、ＮＣデータにより示されるワーク２０の中心位置を実際のワーク２０の中心位置に移動させ、距離計測センサー３１による計測結果に基づいて、中心位置を移動させた後のＮＣデータを回転させることで補正する。

図１５は、ＮＣデータにより示されるワーク２０の位置、すなわち理想的なワーク２０の位置（図１５の実線）と、実際のワーク２０の位置（図１５の破線）とのズレを示す模式図である。図１５に示されるように理想的なワーク２０の中心位置と実際のワーク２０の中心位置には、正面及び側面に対してズレが生じている。

そして、本第４実施形態では、ワーク２０に嵌め合わせられている、基準部材５０によって、ワーク２０の中心位置を特定する。基準部材５０は、その正確な形状が既知とされている。

図１６は、本第４実施形態に係るワーク２０の中心位置と基準部材５０との関係を示す模式図である。ワーク２０には、基準穴２０Ａが設けられており、基準穴２０Ａの中心位置は、ワーク２０の中心位置に相当する。そして、基準穴２０Ａの中心位置と基準部材５０の中心軸線とが一致するように、基準部材５０が嵌め合わせてある。

図１７は、本第４実施形態に係るワーク２０の中心位置の測定方法の一例を示す模式図である。レーザセンサーである距離計測センサー３１は、センサー光を計測可能範囲内で走査し、最も遠い計測点５０Ａ，５０Ｃ及び最も近い計測点５０Ｂの座標を計測する。そして、計測点５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃから幾何学的に円弧の形状が求められ、求められた円弧の中心が、ワーク２０の基準穴２０Ａの中心位置として特定される。
なお、図１７に示される側面図では、ワーク２０の中心位置の座標としてｙ１，ｚ１を求める場合について示されている。中心位置の座標ｘ１は、基準穴２０Ａの中心軸の延長線上に位置し、ワーク２０の正面の幅及び基準部材５０の高さは既知であるため、距離計測センサー３１で基準部材５０の高さ位置を計測することにより求めることができる。

なお、本第４実施形態に係る基準部材５０の形状は、円柱形とされているが、これに限らず、正方形等、他の形状とされてもよい。
また、ワーク２０の中心位置の測定方法は、基準部材５０を用いる方法に限らず、例えば、ワーク２０そのものに基準位置を設け、該基準位置に基づいて中心位置を測定する等、他の方法としてもよい。

そして、図１８に示されるように、全ての加工面における理想的なワーク２０の中心位置の座標を実際のワーク２０の中心位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）へ移動させる。この中心位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）が、後述する補正の基準位置となる。

次に、距離計測センサー３１は、各加工面と加工装置１との距離を計測し、補正部３４は、距離計測センサー３１による計測結果に基づいて、理想的なワーク２０の位置と実際のワーク２０の位置とのズレの角度算出し、該角度に基づいてワーク２０の加工面毎にＮＣデータを補正（以下、「回転補正」という。）する。

図１９は、本第４実施形態に係るズレの角度の算出方法を示す模式図である。
なお、ズレの角度、すなわち傾きの算出に用いる計測は、傾きの大きいと予想される加工面から始める。例えば、ワーク２０が航空機に用いられるストリンガーである場合、前垂れが生じているであろうことから、上面から先に計測される。

図１９に示されるように、上面の加工面に対する計測点（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と計測点（ｘ２，ｙ２，ｚ３）からｘ座標における傾きθ１が算出される。また、側面の加工面に対する計測点（ｘ２，ｙ２，ｚ２ａ）と計測点（ｘ２，ｙ３，ｚ２ｂ）、又は計測点（ｘ３，ｙ２，ｚ３ａ）と計測点（ｘ３，ｙ３，ｚ３ｂ）からｙ座標における傾きθ２が算出される。

そして、図２０に示されるように、中心位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を基準（回転中心）として、算出した傾きθ１，θ２で上面及び側面毎のＮＣデータを回転させることで回転補正が行われる。これにより、両側面及び下面の計測範囲が補正の対象個所から外れることが防がれ、かつ微小の誤差（例えば、ワーク２０自身の厚み誤差やひねり誤差等）がより正確にとらえられることとなる。なお、図２０では、上記誤差が明確になるように理想的なワーク２０の位置と実際のワーク２０の位置とをずらして示している。
また、ＮＣデータには、上記計測点もプログラムされているため、理想的なワーク２０の位置座標を実際のワーク２０の位置に合わせるべく回転補正を行うことで、上記計測点の座標も移動する。

次に、他の側面、下面の順に加工面と加工装置１との距離の計測が行われ、加工面全ての回転補正が行われる。

さらに、本第４実施形態では、各加工面に対して、２回目の計測が上面から順に行われる。

１回目の回転補正は、ワーク２０の治具２１に対する設置状況と座標系のズレを検出し、回転補正したこととなる。この回転補正が行われても、実際のワーク２０が理想的なワーク２０に対して公差内ではあるが、一回り大きい場合がある。すなわち、このようなワーク２０は、ネット部だけではなく、エキセス部を含むこととなる。
このため、２回目の計測により、ネット部としてワーク２０に残す部分（ネット加工する部分）の計測が行われることとなり、ワーク２０に対する加工装置１の位置決めがより高精度に行われることとなる。

以上説明したように、本第３実施形態に係る制御装置３０は、ワーク２０の基準とする加工面と加工装置１との距離である基準距離を計測し、基準距離に基づいて、全ての加工面のＮＣデータを補正し、更に、加工面毎にＮＣデータを補正する。従って、本第３実施形態に係る制御装置３０は、加工データをより高精度に補正できる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、加工装置を、ワーク２０に超高圧水を噴射して加工する加工装置１とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、加工装置を、多関節のアームに加工ツールが設けられた他の加工装置とする形態としてもよい。

また、上記各実施形態では、ＮＣデータが加工面毎に分割されている形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＮＣデータは加工面毎に分割されない形態としてもよい。

また、上記各実施形態で説明した補正処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１ 加工装置
９ アーム
１０ アーム
１１ アーム
１２ アーム
１４ アブレイシブノズルアッセンブリ（加工ツール）
２０ ワーク（加工対象物）
３０ 制御装置
３１ 距離計測センサー（距離計測手段）
３２ 記憶部（記憶手段）
３４ 補正部（補正手段）

Claims (8)

1. 加工対象物を加工するための加工ツールが多関節のアームに設けられた加工装置の制御装置であって、
   前記加工装置による前記加工対象物の加工部位を示した加工データを記憶する記憶手段と、
   前記アームに設置され、前記加工対象物と前記加工装置との距離を前記加工対象物の加工面毎に計測する距離計測手段と、
   前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に前記加工データを補正する補正手段と、
   を備え、
   前記加工データは、前記加工面と基準面とを一致させるために前記加工面毎に分割されて前記記憶手段に記憶され、
   前記補正手段は、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に分割された前記加工データを補正する加工装置の制御装置。
2. 前記距離計測手段は、前記加工面と前記加工装置との距離を少なくとも２カ所計測し、
   前記補正手段は、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工対象物の実際の位置と前記加工データにより示される位置とのズレの回転中心を算出し、該回転中心に基づいて前記加工データを補正する請求項１記載の加工装置の制御装置。
3. 所定の前記加工面と前記加工装置との距離を前記距離計測手段によって計測するにあたり、他の前記加工面に生じたズレに基づいて、該所定の前記加工面の計測位置が修正される請求項１又は請求項２記載の加工装置の制御装置。
4. 前記補正手段は、前記加工データにより示される前記加工対象物の中心位置を実際の前記加工対象物の中心位置に移動させ、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、中心位置を移動させた後の前記加工データを回転させることで補正する請求項１記載の加工装置の制御装置。
5. 前記距離計測手段は、基準とする前記加工面と前記加工装置との距離である基準距離を計測し、
   前記補正手段は、前記基準距離に基づいて、全ての前記加工面の前記加工データを補正し、更に、前記加工面毎に前記加工データを補正する請求項１から請求項４の何れか１項記載の加工装置の制御装置。
6. 前記距離計測手段は、前記アームの複数の異なる姿勢毎に、予め定められた基準位置との距離を計測することで、前記アームの異なる姿勢による距離の計測で誤差が生じないように校正される請求項１から請求項５の何れか１項記載の加工装置の制御装置。
7. 加工対象物を加工するための加工ツールが多関節に設けられたアームと、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御装置と、
   を備える加工装置。
8. 加工ツールが多関節のアームに設けられた加工装置を用いた加工対象物の加工部位を示した加工データの補正方法であって、
   前記アームに設置された距離計測手段によって、前記加工対象物と前記加工装置との距離を前記加工対象物の加工面毎に計測する第１工程と、
   前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に前記加工データを補正する第２工程と、
   を含み、
   前記加工データは、前記加工面と基準面とを一致させるために前記加工面毎に分割されて記憶手段に記憶され、
   前記第２工程は、前記距離計測手段による計測結果に基づいて、前記加工面毎に分割された前記加工データを補正する加工データの補正方法。

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