JP7249846B2

JP7249846B2 - Ｃｎｃ加工装置のキャリブレーション方法

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Publication number: JP7249846B2
Application number: JP2019063455A
Authority: JP
Inventors: 雅大鈴木; 敏鈴木; アンドレアスフィーベル
Original assignee: Hexagon Manufacturing Intelligence
Current assignee: Hexagon Manufacturing Intelligence
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: US12025428B2; JP2020163477A; EP3950222A1; WO2020196063A1; EP3950222A4; EP3950222B1; US20220178679A1

Description

本発明は、三次元形状測定を行うことのできるＣＮＣ加工装置のキャリブレーション方法に関する。

従来、コンピュータ数値制御によってワーク（対象物）を加工することのできるＣＮＣ加工装置が知られている。また、ワークを加工した後、ワークの三次元形状（表面形状）を測定することのできるＣＮＣ加工装置が知られている。このようなＣＮＣ加工装置として、例えば、特許文献１、２に開示された装置が知られている。

特許文献１に開示された装置は、ＣＮＣ加工装置による切削加工の終了後に、加工に使用した工具を、タッチプローブなどの接触式センサに付け替える。次に、タッチプローブの測定子をワークの表面に接触させることによって、ワークの表面との距離を測定する。タッチプローブによって取得された数値データに基づいて、ワークの表面形状を測定することができる。

特許文献２に開示された装置は、ＣＮＣ加工装置による切削加工の終了後に、加工に使用した工具を、レーザ光によって表面との距離を測定することのできる非接触式センサに付け替える。非接触式センサによって取得された数値データに基づいて、ワークの表面形状を測定することができる。

特許文献１、２に開示された装置によれば、ＣＮＣ加工装置によってワークを加工した後、加工に使用した工具をセンサと交換することができる。このような装置によれば、ワークをＣＮＣ加工装置によって加工した後、そのワークの表面形状を引き続き測定することができる。

ＣＮＣ加工装置によってワークの表面形状を正確に測定するためには、センサのキャリブレーション（校正）が必要となる。従来、三次元形状測定装置のキャリブレーション方法として、特許文献３に開示された方法が知られている。

特開２０１３－０８８３４１号公報特開２０１８－８７７４９号公報特開２００６－１６２５３７号公報

特許文献１、２に開示された従来の装置では、加工に使用した工具をセンサに交換する際に、センサを装着するためのホルダとスピンドルの装着孔との間に若干のクリアランスが存在するため、センサの位置がわずかに移動してしまうことがあった。そのため、ワークの表面形状を正確に測定するためには、工具とセンサを交換する度に、センサのキャリブレーションをやり直す必要があった。

特許文献３に開示された三次元形状測定装置のキャリブレーション方法では、１回のキャリブレーションを行う際には、センサエリア内にて最低３箇所の球の中心座標をそれぞれ測定する必要があった。そのため、１回のキャリブレーションに多くの時間を費やしてしまうという問題があった。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、三次元形状測定を行うことのできるＣＮＣ加工装置において、センサのキャリブレーションの作業時間を大幅に短縮することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の発明である。
（１）工具によって対象物を加工した後、スピンドルに装着されている前記工具を非接触式センサに交換し、前記非接触式センサによって前記対象物の表面形状を測定することのできるＣＮＣ加工装置において、前記非接触式センサのキャリブレーションを行うための方法であって、
基準器の中心座標を接触式プローブで測定することにより、前記基準器の中心の機械座標を測定する第１工程と、
前記スピンドルに前記非接触式センサを装着した後、前記基準器の中心座標を前記非接触式センサで１回だけ測定することにより、前記基準器の中心の非接触式センサ座標を測定する第２工程と、
前記第２工程で得られた非接触式センサ座標を、前記第１工程で得られた接触式プローブによる機械座標に一致させるために必要なズレ量を計算する第３工程と、を含む方法。

（２）前記基準器が球状である、上記（１）に記載の方法。

本発明によれば、三次元形状測定を行うことのできるＣＮＣ加工装置において、センサのキャリブレーションの作業時間を大幅に短縮することができる。

ＣＮＣ加工装置の外観を示す斜視図である。図２（ａ）は、センサヘッドの正面図である。図２（ｂ）は、センサヘッドの側面図である。図２（ｃ）は、センサヘッドの外観を示す斜視図である。センサヘッドの内部を示すブロック図である。図４（ａ）は、フライングレーザスポット方式の非接触式センサの例を示す。図４（ｂ）は、フィックスラインレーザ方式の非接触式センサの例を示す。ホルダのより詳細な斜視図である。スピンドルに装着されるホルダの斜視図である。スピンドルに装着されたホルダの正面図である。ワークの形状を測定する前に行われる１回目のキャリブレーションを説明するための模式図である。２回目以降のキャリブレーションを説明するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るＣＮＣ加工装置について説明する。
図１は、本実施形態のＣＮＣ加工装置の外観を示す斜視図である。ＣＮＣ加工装置１は、工具マガジン２０、中間アーム２２、ＡＴＣ（auto tool changer）アーム２４、スピンドル２６、パレット２８、テーブル３０、ＣＮＣコントローラ３２および切削油タンク３４を備えている。

工具マガジン２０には、複数種類の工具が収容されている。工具マガジン２０は、これらの工具を図中の矢印Ａの方向に回転させることができる。工具マガジン２０は、加工に使用する工具を、定位置ＦＰまで移動させることができる。

中間アーム２２は、定位置ＦＰに移動した工具を、工具マガジン２０から取り出して、ＡＴＣアーム２４へ受け渡す。ＡＴＣアーム２４は、軸２４ａを中心に回転して、中間アーム２２から受け取った工具を、スピンドル２６に装着する。スピンドル２６に既に工具が装着されている場合、ＡＴＣアーム２４は、工具をスピンドル２６から取り外した後に、中間アーム２２から受け取った工具を、スピンドル２６に装着する。スピンドル２６から取り外された工具は、中間アーム２２によって、工具マガジン２０の定位置ＦＰに戻される。

加工される対象物（以下、「ワーク」という。）は、パレット２８に載置及び固定される。パレット２８は、図１中の矢印Ｂの方向に回動して起き上がることで、ワークをスピンドル２６に装着された工具に対向させる。テーブル３０は、ＣＮＣコントローラ３２から出力される制御信号に従って、パレット２８を、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向に移動させる。さらに、ＣＮＣコントローラ３２は、ワークＷに対してスピンドル２６を傾けるための制御信号を、テーブル３０へ出力する。これにより、例えば５軸制御のＣＮＣ装置の場合、ワークＷに対してスピンドル２６を２軸方向に傾けることができる。このように、ＣＮＣ加工装置１は、スピンドル２６によって工具を回転させるとともに、ワークに対するスピンドル２６の相対的な位置および向きをＣＮＣコントローラ３２によって制御することができる。これにより、ＣＮＣ加工装置１は、ワークＷを加工することができる。

ワークの加工が終了した後、工具マガジン２０に収容されているセンサヘッド１０を、定位置ＦＰへ移動させる。次に、中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４によって、スピンドル２６に取り付けられている工具と、定位置ＦＰにあるセンサヘッド１０を交換する。次に、ＣＮＣコントローラ３２は、ワークに対するスピンドル２６の相対的な位置および向きを、予め設定されたパターンに従って変化させる。なお、測定時におけるパレット２８の移動は、ｘ、ｙ、及びｚ軸方向のみで行う。その間、センサヘッド１０は、所定時間毎（例えば１０ミリ秒毎）に、ワークとの距離に関する情報を含む測定データを出力する。パソコン４０は、センサヘッド１０から出力された測定データと、ワークに対するスピンドル２６の位置および向きを示すデータとに基づいて、ワークの形状を示す三次元形状データを生成する。

図２を参照して、センサヘッド１０についてより詳しく説明する。図２（ａ）は、センサヘッド１０の正面図である。図２（ｂ）は、センサヘッド１０の側面図である。図２（ｃ）は、センサヘッド１０の外観を示す斜視図である。これらの図に示すように、センサヘッド１０は、本体部１２と、本体部１２をスピンドル２６に装着するためのホルダ１８を備える。本体部１２は、ワークとの距離を測定するための非接触式センサを内蔵する。ホルダ１８は、スピンドル２６に着脱可能となっている。

本体部１２の先端（図２（ｂ）における左端）には、発光窓１４と、受光窓１６が設けられている。本体部１２に内蔵されている非接触式センサから出射したレーザ光Ｌは、発光窓１４を通過してワークＷに照射される。ワークＷの表面で反射したレーザ光Ｒ（反射光）は、受光窓１６を通過する。

本体部１２の後端（図２（ｂ）における右端）には、ホルダ１８が取り付けられている。ホルダ１８は、工具マガジン２０に収容されている工具と同じ形状を有する。ホルダ１８によって、センサヘッド１０を、他の工具と同様に、スピンドル２６に装着することができる。

センサヘッド１０の耐油・防水機能は、ＩＰ表記で、ＩＰ６４以上であることが望ましい。すなわち、人体および固形物に対する保護等級（第１記号）が「６」（耐塵形）以上であり、水の浸入に対する保護等級（第２記号）が「４」（飛沫に対する保護）以上であることが望ましい。

図３を参照して、センサヘッド１０の本体部１２内に設けられた各部の構成について説明する。本体部１２の内部には、測定制御部１００、無線ＬＡＮユニット１０２、電源制御部１０４、二次電池１０６、モニタ１０８、非接触式センサ１１０および緩衝材１２０が設けられている。測定制御部１００は、非接触式センサ１１０から出力されるデータを、例えば１０ミリ秒毎に取得する。測定制御部１００は、非接触式センサ１１０から出力されるデータを取得する毎に、ワークＷとの距離に関する情報を含む測定データを生成する。測定制御部１００は、生成した測定データを、無線ＬＡＮユニット１０２を介してパソコン４０へ送信する。

無線ＬＡＮユニット１０２から送信された測定データは、パソコン４０に接続された無線ＬＡＮユニット４２によって受信される。この受信された測定データは、パソコン４０内のハードディスク等に蓄積される。電源４４は、交流電力を直流電力に変換して、パソコン４０および無線ＬＡＮユニット４２に電力を供給する。

非接触式センサ１１０は、緩衝材１２０を介して本体部１２内に固定される。センサヘッド１０をスピンドル２６から取り外すとき、センサヘッド１０が振動することがある。また、センサヘッド１０をスピンドル２６と工具マガジン２０との間で移動させるときにも、センサヘッド１０が振動することがある。緩衝材１２０によって、センサヘッド１０に加えられるこのような振動から非接触式センサ１１０を保護することができる。

モニタ１０８は、複数のＬＥＤからなる。各ＬＥＤは、測定制御部１００内の各種信号のオン／オフに応じて、点灯／消灯する。各ＬＥＤの点灯状態によって、測定制御部１００の作動状態を確認することができる。また、各ＬＥＤの点灯状態によって、測定制御部１００と、無線ＬＡＮユニット１０２、電源制御部１０４および非接触式センサ１１０との接続状態を確認することができる。

図４を参照して、上述した非接触式センサ１１０の例について説明する。図４（ａ）は、フライングレーザスポット方式の非接触式センサの例を示す。図４（ｂ）は、フィックスラインレーザ方式の非接触式センサの例を示す。

フライングレーザスポット方式の非接触式センサは、図４（ａ）に示すように、レーザダイオード１１１、ガルバノミラー１１２，１１３、レンズ１１４、ＣＣＤ１１５および走査用モータ１１６で構成されている。レーザダイオード１１１から出射されたレーザ光Ｌは、ガルバノミラー１１２でワークＷに向けて反射され、発光窓１４（図２参照）を通って、ワークＷの表面上の測定点Ｐで反射する。測定点Ｐで反射した反射光Ｒは、図２に示した受光窓１６を通って、ガルバノミラー１１３でレンズ１１４に向けて反射される。

反射光Ｒは、レンズ１１４によって、複数の受光素子からなるＣＣＤ１１５の受光部の所定の軸ＣＡ上に、スポット光（光の点）ｓｐとして結像する。スポット光ｓｐの撮像データは、測定制御部１００へ出力される。スポット光ｓｐの軸ＣＡ上の位置は、センサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離に応じて異なる。測定制御部１００（図３参照）は、ＣＣＤ１１５から出力された撮像データに基づき、センサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離情報を含むデータを生成する。

上述したガルバノミラー１１２および１１３は、走査用モータ１１６の駆動軸に固定されている。走査用モータ１１６の駆動軸は、図４（ａ）中の矢印Ｃの方向に回転することができる。矢印Ｄで示すように、ｘ軸上の所定範囲内（例えば、ワークＷの表面上の測定点Ｐ_ＡとＰ_Ｂの間）を往復するように、レーザ光Ｌが周期的に走査される。測定制御部１００は、測定データを、パソコン４０へ送信する。測定データは、センサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離に関する情報（Ｚ）を含む。測定データは、さらに、レーザ光Ｌのｘ軸上の位置に関する情報（Ｘ）を含む。したがって、センサヘッド１０からパソコン４０へ無線によって送信される測定データは、（Ｘ、Ｚ）と表すことができる。

フライングレーザスポット方式の非接触式センサを用いた場合、ワークＷの表面の状態（例えば、表面の色や反射率など）に応じて、レーザ光の強度を調整することができる。そのため、フライングレーザスポット方式の非接触式センサを用いた場合、ワークＷとの距離を精度良く測定することができる。一方、フライングレーザスポット方式の非接触式センサは、その構造が複雑であるため、コストが高い。

フィックスラインレーザ方式の非接触式センサは、図４（ｂ）に示すように、レーザダイオード１１１、シリンドリカルレンズ（またはパウエルレンズ）１１７、レンズ１１４およびＣＭＯＳイメージセンサ（以下、単に「ＣＭＯＳ」という。）１１５で構成されている。レーザダイオード１１１から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ（またはパウエルレンズ）１１７によって、図４（ｂ）中のｘ軸方向に広がる。したがって、レーザダイオード１１１から出射されたレーザ光は、ライン光（一本の線状の光）ＬＬとなる。ライン光ＬＬは、発光窓１４（図２参照）を通って、ワークＷの表面上の測定点Ｐ_Ａから測定点Ｐ_Ｂへ至るライン上に照射される。

ライン光ＬＬの反射光ＲＬは、受光窓１６（図２参照）を通って、レンズ１１４によって集光され、ＣＭＯＳ１１５の受光部に結像する。結像した像はライン光となっており、ＣＭＯＳ１１５によって撮像される。その撮像データは、測定制御部１００へ出力される。ＣＭＯＳ１１５によって撮像されたライン光は、ワークＷ上の測定点Ｐ_Ａから測定点Ｐ_Ｂの形状に応じて曲線ｃを描く。測定制御部１００は、曲線ｃに基づいて、センサヘッド１０と、測定点Ｐ_ＡからＰ_Ｂ至るライン上の任意の位置との間の距離を算出する。そして、測定制御部１００は、算出した距離の情報を含む測定データを、無線ＬＡＮユニット１０２によりパソコン４０へ送信する。

フィックスラインレーザ方式の非接触式センサは、図４（ａ）に示したフライングレーザスポット方式のように、測定点Ｐ_Ａ－Ｐ_Ｂ間におけるレーザ光の強度を細かく調整することはできない。しかし、フィックスライン方式の非接触式センサは、その構造がシンプルであるため、コストを低く抑えることができる。

図１には示されていないが、ＣＮＣ加工装置１は、非接触式センサを有するセンサヘッド１０だけでなく、さらに接触式センサを備えている。接触式センサは、例えば、接触式タッチプローブからなる。接触式センサによって取得されたタッチ信号は、例えば無線通信によってＣＮＣコントローラ３２へ送信される。ＣＮＣコントローラ３２が受信したタッチ信号は、その時点の接触方式のポイントデータ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）として、例えばハードディスクに蓄積されてもよい。

図５は、上記で説明したホルダ１８のより詳細な斜視図である。図６は、スピンドル２６に装着されるホルダ１８の斜視図である。図７は、スピンドル２６に装着されたホルダ１８の正面図である。なお、図５～図７では、簡略化のために本体部１２を省略している。

図５に示すように、ホルダ１８は、略円錐台形状のテーパー部１８ａと、略円板状の鍔部１８ｂを有する。鍔部１８ｂには、２つの凹部１８ｃが形成されている。２つの凹部１８ｃは、円周方向に互いに略１８０度離れた位置に形成されている。

一方、図６に示すように、ホルダ１８が装着されるスピンドル２６には、２つの凹部１８ｃに対応する位置に２つの凸部２６ａが形成されている。ホルダ１８のテーパー部１８ａをスピンドル２６の装着孔２６ｂに挿入することによって、ホルダ１８をスピンドル２６に装着することができる。図７に示すように、ホルダ１８がスピンドル２６に装着された状態において、２つの凸部２６ａが２つの凹部１８ｃに嵌合している。

スピンドル２６に対するホルダ１８の着脱が円滑となるように、凸部２６ａと凹部１８ｃとの間には一定以上のクリアランス（円周方向のクリアランス）が確保されている。このため、スピンドル２６にホルダ１８が装着された状態において、ホルダ１８はＺ軸を中心としてわずかに（クリアランスの分だけ）回転可能となっている。つまり、ホルダ１８は、図６の矢印Ｅの方向にわずかに回転可能である。

一方、スピンドル２６にホルダ１８が装着された状態において、ホルダ１８のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向への移動は規制されている。ここで、Ｚ軸は、スピンドル２６の回転軸ＲＡと平行な軸である。Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に対して垂直な２方向の軸である（図６参照）。

センサヘッド１０はホルダ１８と一体であるため、ホルダ１８がＺ軸を中心として回転した場合、センサヘッド１０もＺ軸を中心として回転する。センサヘッド１０がＺ軸を中心として回転した場合、センサヘッド１０に内蔵されている非接触式センサの位置が変化するため、非接触式センサの測定値にズレが発生してしまう。したがって、非接触式センサによってワークの表面形状を正確に測定するためには、スピンドル２６にホルダ１８（センサヘッド１０）を装着した後、非接触式センサのキャリブレーションをやり直す必要がある。

本発明者らは、一般的に用いられているＣＮＣ加工装置において、ホルダはＺ軸を中心としてわずかに回転可能である一方、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向への移動、及び、Ｘ軸及びＹ軸を中心とする回転が規制されている点に着目し、本発明を完成させた。

以下、本実施形態に係るＣＮＣ加工装置における非接触式センサのキャリブレーション方法について説明する。ここでいうキャリブレーションとは、接触式プローブにて基準器（例えば基準球）を測定して得られる中心座標に基づき、非接触式センサによって測定される中心座標のズレを調整することを意味する。また、そのような調整に必要な角度（Ｘθ０、Ｙθ０、Ｚθ０）とオフセット（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を計算することをいう。なお、キャリブレーションは、クオリフィケーションと呼ばれることもある。

図８は、ＣＮＣ加工装置１によってワークＷの形状を測定する前に行われる１回目のキャリブレーションを説明するための模式図である。
１回目のキャリブレーションでは、まず、スピンドル２６に装着された接触式センサ（接触式プローブ）を使用して、基準球の機械座標系における中心座標（ＴＸ、ＴＹ、ＴＺ）を測定する。

次に、スピンドル２６に装着されたセンサヘッド１０（非接触式センサ１１０）を使用して、基準球の非接触式センサ座標系における中心座標（ＳＸ１、ＳＹ１、ＳＺ１）を測定する。そして、測定毎に非接触式センサの位置を変化させてこのような測定を３回以上繰り返す。なお、図８では、このような測定を４回行った例を示している。２回目の測定で、中心座標（ＳＸ２、ＳＹ２、ＳＺ２）が得られる。３回目の測定で、中心座標（ＳＸ３、ＳＹ３、ＳＺ３）が得られる。４回目の測定で、中心座標（ＳＸ４、ＳＹ４、ＳＺ４）が得られる。これらを整理すると、以下の表１の通りとなる。

次に、非接触式センサ座標系の中心座標を、接触式プローブによる機械座標系の中心座標に一致させるために必要な角度（Ｘθ０、Ｙθ０、Ｚθ０）とオフセット（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を計算する。
例えば、Ｘθ０は、ＳＹ３及びＳＹ４をＴＹに一致させるために必要なＸθ方向のセンサヘッド１０の回転量として計算することができる。Ｙθ０は、ＳＺ１及びＳＺ２をＴＺに一致させるために必要なＹθ方向のセンサヘッド１０の回転量として計算することができる。Ｚθ０は、ＳＹ１及びＳＹ２をＴＹに一致させるために必要なＺθ方向のセンサヘッド１０の回転量として計算することができる。Ｘ０は、ＳＸ１～ＳＸ４の平均値をＴＸに一致させるために必要なＸ軸方向のズレ量として計算することができる。Ｙ０は、ＳＹ１～ＳＹ４の平均値をＴＹに一致させるために必要なＹ軸方向のズレ量として計算することができる。Ｚ０は、ＳＺ１～ＳＺ４の平均値をＴＺに一致させるために必要なＺ軸方向のズレ量として計算することができる。ここで、Ｘθとは、Ｘ軸周りの回転方向を意味する。Ｙθは、Ｙ軸周りの回転方向を意味する。Ｚθは、Ｚ軸周りの回転方向を意味する。

上記で説明した１回目のキャリブレーションを行った後、ＣＮＣ加工装置１によってワークＷの表面形状を測定する。上記で計算した角度（Ｘθ０、Ｙθ０、Ｚθ０）とオフセット（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を使用して、センサヘッド１０に内蔵されている非接触式センサ１１０によって測定した非接触式センサ座標系における座標を、接触式プローブによる機械座標系に変換することができる。

次に、スピンドル２６に装着されているセンサヘッド１０を工具に交換することによって、ワークＷを加工することができる。ワークＷを加工した後、スピンドル２６に装着されている工具をセンサヘッド１０に交換することによって、ワークＷの表面形状を測定することができる。上述した通り、スピンドル２６に装着されているセンサヘッド１０を交換した場合には、センサヘッド１０に内蔵されている非接触式センサ１１０のキャリブレーションをやり直す必要がある。

図９は、２回目以降のキャリブレーションを説明するための模式図である。
センサヘッド１０をスピンドル２６に装着するためのホルダ１８は、Ｚ軸を中心としてわずかに回転可能であるが、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向への移動、及び、Ｘ軸及びＹ軸を中心とする回転は規制されている。したがって、２回目以降のキャリブレーションでは、センサヘッド１０のＺ軸周りの回転を考慮すれば十分であり、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向への移動、及び、Ｘ軸及びＹ軸を中心とする回転を考慮する必要がない。すなわち、２回目以降のキャリブレーションでは、基準球の中心座標を非接触式センサによって１回測定すれば十分であり、３回以上測定する必要がない。

２回目以降のキャリブレーションでは、まず、スピンドル２６に装着された接触式センサ（接触式プローブ）を使用して、基準球の接触式プローブによる機械座標系における中心座標（ＴＸ２、ＴＹ２、ＴＺ２）を測定する（第１工程）。

次に、スピンドル２６にセンサヘッド１０を装着した後、センサヘッド１０（非接触式センサ１１０）を使用して、基準球の非接触式センサ座標系における中心座標（ＳＸ２、ＳＹ２、ＳＺ２）を１回だけ測定する（第２工程）。これらを整理すると、以下の表２の通りとなる。第１工程から基準球の位置を変更していないときは、前回測定した中心座標を（ＳＸ２、ＳＹ２、ＳＺ２）に置き換えて使用する。

次に、非接触式センサ座標系の座標を、接触式プローブによる機械座標系の座標に一致させるために必要な角度（Ｚθ１）とオフセット（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を計算する。（第３工程）。
２回目以降のキャリブレーションでは、センサヘッド１０のＺ軸周りの回転を考慮すれば十分であるため、Ｘθ１及びＹθ１を計算する必要がない。

例えば、Ｚθ１は、ＳＹ２をＴＹ２に一致させるために必要なＺθ方向のセンサヘッド１０の回転量として計算することができる。Ｘ１は、ＳＸ２をＴＸ２に一致させるために必要なＸ軸方向のズレ量として計算することができる。Ｙ１は、ＳＹ２をＴＹ２に一致させるために必要なＹ軸方向のズレ量として計算することができる。Ｚ１は、ＳＺ２をＴＺ２に一致させるために必要なＺ軸方向のズレ量として計算することができる。

上記で計算した角度（Ｚθ１）とオフセット（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を、１回目のキャリブレーションで計算した角度（Ｘθ０、Ｙθ０、Ｚθ０）とオフセット（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）に加えることによって、次の角度（Ｘθ０、Ｙθ０、Ｚθ０＋Ｚθ１）とオフセット（Ｘ０＋Ｘ１、Ｙ０＋Ｙ１、Ｚ０＋Ｚ１）が得られる。次の角度（Ｘθ０、Ｙθ０、Ｚθ０＋Ｚθ１）とオフセット（Ｘ０＋Ｘ１、Ｙ０＋Ｙ１、Ｚ０＋Ｚ１）を使用して、センサヘッド１０に内蔵されている非接触式センサ１１０によって測定した座標を変換して高精度な測定データとして扱うことができる。

本実施形態のＣＮＣ加工装置１におけるキャリブレーション方法によれば、非接触式センサによって基準球の中心座標を１回だけ測定すればよいため、１回のキャリブレーションに必要な時間を大幅に短縮することが可能となる。

上記の実施形態では、基準器が球状である例を示したが、その他の形状の基準器を使用してもよい。例えば、立方体の基準器を使用してもよいし、正三角錐の基準器を使用してもよい。

１ＣＮＣ加工装置
１０センサヘッド
１２本体部
１８ホルダ
２０工具マガジン
２６スピンドル
１１０非接触式センサ

Claims

工具によって対象物を加工した後、スピンドルに装着されている前記工具を非接触式センサに交換し、前記非接触式センサによって前記対象物の表面形状を測定することのできるＣＮＣ加工装置において、前記非接触式センサのキャリブレーションを行うための方法であって、
球状の基準器の中心座標を接触式プローブで測定することにより、前記基準器の中心の機械座標を測定する第１工程と、
前記スピンドルに前記非接触式センサを装着した後、当該非接触式センサを一軸周りに回転させることで得られる前記基準器の表面のライン上の任意の位置情報に基づいて、当該基準器の中心座標を１回だけ測定して当該基準器の中心の非接触式センサ座標を測定する第２工程と、
前記第２工程で得られた非接触式センサ座標を、前記第１工程で得られた接触式プローブによる機械座標に一致させるために必要なズレ量を計算する第３工程と、を含む方法。