KR20110106134A - 온도 드리프트 보정을 실행하는 온-보드 계측 장치를 이용한 작업물의 형상 계측 방법 및 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계 - Google Patents

Abstract

온-보드 계측 장치를 구비하고 수치제어장치에 의해 제어되는 공작기계에 있어서, 작업물의 형상을 계측하는 방법이, 온도 드리프트 보정을 위한 기준점을 작업물에 미리설정하고, 프로브를 그 기준점으로 이동시키고, 프로브의 좌표계를 재설정하여 프로브의 온도 드리프트를 보정하며, 제 1 계측 경로를 따라 작업물의 형상 계측을 실행한다. 다음으로, 상기 방법은 프로브를 그 기준점으로 다시 이동시키고, 프로브의 좌표계를 재설정하여 다시 프로브의 온도 드리프트를 보정하며, 제 2 계측 경로를 따라 작업물의 형상 계측을 실행한다. 이후, 마지막 계측 경로를 따라 작업물의 형상 계측을 실행할 때까지, 각각의 계측 경로마다 유사한 온도 드리프트 보정을 실행한다.

Description

온도 드리프트 보정을 실행하는 온-보드 계측 장치를 이용한 작업물의 형상 계측 방법 및 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계{METHOD OF MEASURING SHAPE OF WORKPIECE BY USING ON-BOARD MEASURING MACHINE FOR CARRYING OUT TEMPERATURE DRIFT CORRECTION AND MACHINE TOOL HAVING ON-BOARD MEASURING MACHINE}

본 발명은, 공작기계에 제공되는 계측 장치 (온-보드 계측 장치) 의 온도 드리프트 보정을 실행하고 그 온-보드 계측 장치를 사용하여 작업물의 형상을 측정하는 방법, 및 그 작업물의 형상을 계측하는 계측 장치가 제공되는 공작기계에 관한것이다.

도 la 및 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 피측정물의 측정면을 프로브로 2 차원 방식으로 주사하면서 주사면과 직교하는 성분을 포함하는 높이 방향 (즉, 연직 방향) 의 위치를 측정함으로써, 피측정물의 측정면의 형상을 계측하는 공지된 3 차원 측정 장치가 있다.

이러한 3 차원 측정 장치는 프로브를 이용하여 피측정물의 측정면을 수십 밀리미터/초 이하의 비교적 낮은 속도로 주사하고, 그러므로 피측정물의 측정면의 전체 면을 측정하기 위해서는 수십 분 이상의 비교적 긴 시간이 걸린다. 그 3 차원 측정 장치 자체는 각각의 축방향에서의 단일 축의 측정 분해능이 1 나노미터 또는 그보다 더 우수하며, 3 차원 측정 장치 전체의 측정 성능은 피측정물의 주위 환경의 온도 변화가 1 ℃ 이하가 되도록 온도를 제어함으로써 확보된다.

그러나, 측정이 10 분 이상 걸리면, 3 차원 측정 장치를 형성하는 부재의 열팽창에 기인하는 메커니즘으로 인해 3 차원 측정 장치 자체가 국소적인 변형을 겪을 수도 있다. 그러므로, 설계상 충분한 고려가 이루어져도, 측정의 결과로서 얻은 측정치에는 측정 환경의 온도 변화에 의존하는 에러가 중첩된다. 이 측정치의 에러는, 주로 3 차원 측정 장치를 형성하는 부재의 열팽창 또는 열수축에서 기인되며, 온도 변화의 시간 주기에 동기되는 비교적 긴 주기에 의한 쉰 (slow) 성분이다. 이하, 이 측정치의 에러를 온도 드리프트라 한다.

3 차원 측정 장치를 형성하는 부재의 열팽창 또는 열수축의 성질에 따라, 주변 온도의 변화에 의한 온도 드리프트는 많은 경우에 안정되기까지 수 시간 이상이 걸리고, 온도 드리프트는 도 2a 에 나타내는 바와 같이 시간과 함께 증가하는 경향이 있다.

이를 극복하기 위해서, 장시간에 걸친 측정 중에, 측정 장치 자체의 변형으로 인해 측정 장치에 온도 드리프트가 일어나는 경우에도, 온도 드리프트를 보정 할 수 있는 3 차원 측정 방법 및 장치의 일례가 일본 공개특허공보 (JP-A) 제 2006-138698 호에 개시되어 있다.

상기 특허 문헌에 개시되는 기술에 따르면, 축대칭 작업물 (예를 들어, 렌즈 및 반도체 웨이퍼) 의 축대칭선이 통과하는 피측정면의 중심점을 중심으로 하는 복수의 동심원을 포함하는 제 l 주사선 및 상기 중심점을 통과하는 2 개의 직선 (십자선) 을 포함하는 제 2 주사선을 따라 피측정면을 프로브가 주사하여, 각각 좌표 데이터를 얻는다 (여기서, 제 l 주사선을 따른 주사에는 제 2 주사선을 따른 주사와 비교해 더 긴 시간이 걸리고, 그 결과 3 차원 측정 장치는 그 장치 주위의 주변 온도의 변화로 인해 좌표축 방향을 따른 드리프트를 겪는다). 그리고, 그 좌표 데이터로부터 제 1 주사선과 제 2 주사선의 교점에 있어서의 좌표 데이터를 추출하고, 추출된 좌표 데이터로부터 3 차원 측정 장치에 있어서의 드리프트량을 구한다. 그리고, 그 드리프트량을 이용하여, 측정 에러를 포함하는 좌표 데이터를 보정한다. 또한, 제 1 주사선과 제 2 주사선의 교점의 좌표 데이터가 존재하지 않는 경우에는, 제 1 주사선을 따른 주사로 얻은 형상 측정 데이터를 보간하여 그 교점을 계산한다.

상기 기술은, 십자선을 따라 계측될 수 있는 축대칭 작업물에만 적용될 수 있고, 축대칭 형상이 아닌 작업물에는 적용될 수 없다. 또한, 제 1 주사선과 제 2 주사선의 교점의 좌표 데이터를 얻기 위한 보간의 계산은 사칙 연산 등을 이용하는 근사에 기초하여 실행되므로 실제의 교점으로부터 나노스케일 편차가 생길 수도 있고 이 편차는 보간에 기인하는 에러로 직결된다.

또한, 상기 기술은 제 1 주사선 (동심원) 을 따른 계측 데이터와 제 2 주사선 (십자선) 을 따른 계측 데이터 사이의 비교 처리, 근사에 기초한 보간 처리, 및 드리프트량의 보정 처리의 연산을 위한 특별한 소프트웨어가 필요하다. 그 결과, 보정 처리를 위한 연산량은 계측 데이터량에 비례하여 증가하고 처리 시간을 길어질 수도 있다. 그러므로, 소프트웨어의 비용 및 하나의 작업물에 대한 길어진 택 타임 (takt time) 은 비용을 증가시킨다.

초정밀 가공에 있어서의 나노미터 형상 정밀도를 달성하기 위해서, 초정밀 작업 기계로부터 가공된 작업물을 분리하지 않고 초정밀 기계상에서 가공된 형상이 측정될 필요가 있고 (즉, 온-보드 계측), 계측 결과에 기초하여 보정 작업이 실행될 필요가 있다. 그러나, 이러한 보정을 달성하기 위해서, 온-보드 계측 장치는 측정 분해능이 1 나노미터 또는 그보다 더 우수할 필요가 있다.

초정밀 가공 기계에서는, 일반적으로, 나노미터 위치결정 정밀도를 유지하기 위해서 초정밀 가공 기계의 구동부 및 지지부가 기계의 외부로부터 격리된 내부 공간 (이하, "기계 내부" 라 함) 에 배치된다. 그 기계 내부의 온도는 외부 온도의 변화에 관계없이 일정한 온도를 유지하도록 온도 조정 장치를 이용하여 항상 고정밀도로 제어된다. 그러므로, 1 ℃ 이하의 기계 외부의 온도 변화는 기계 내부에 배치된 구동부 및 지지부의 위치결정 정밀도에 영향을 주지 않는다.

한편, 온-보드 계측 장치는, 기본적으로 가공 후 셋업의 변화없이 그 자리에서 작업물을 계측하기 위해서 작업 부착부 (예컨대, 스핀들) 와 동일한 공간에 장착된다. 그 공간은 초정밀 작업 기계의 내부 공간이 아니고 가공 셋업을 위해 작업원이 간단하게 접근할 수 있는 장소이다.

그러므로, 초정밀 작업 기계 주변의 온도가 미소하게 변하면, 온-보드 계측 장치의 온도도 그에 따라 변한다. 온-보드 계측 장치를 형성하는 부재 중에서, 선형 스케일이 장착된 프로브는 매우 작은 부품이다. 그러므로, 약 0.1 ℃ 의 미소 온도 변화에 의해 프로브의 열팽창 또는 열수축이 일어나고, 선형 스케일과 같은 위치 검출 장치에 의해 검출된 변위에 온도 드리프트가 중첩된다. 또한, 선형 스케일의 변위를 검출하기 위한 레이저 헤드가 부착되는 온-보드 계측 장치의 케이스 부재의 재료에 따라, 열팽창이 일어나서 유사하게 온도 드리프트를 일으킬 수도 있다.

통상적인 머시닝 센터 (machining center) 에서는, 이러한 미소 온도 드리프트가 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나, 적어도, 100 나노미터 이하의 형상 정밀도가 요구되는 초정밀 작업 기계에서는, 미소 열 변동만으로도 온-보드 계측 장치의 온도 드리프트가 수십 나노미터에서 수백 나노미터에 이르러 치명적인 에러가 된다.

그러므로, 온-보드 계측 장치의 온도 드리프트는 초정밀 작업 기계가 사용하는 것과는 상이한 수단에 의해 보정될 필요가 있다. 특히, 이 보정은, 프로브로 2 개의 직선 (십자선) 을 따라 측정면을 주사하는 종래기술의 계측에서 보다는 작업물의 전체 면을 측정하는 3 차원 계측에 더 중요하다.

상기 JP-A 제 2006-138698 호에 기재된 기술은 축대칭선이 통과하는 피측정면의 중심점을 통과하는 2 개의 직선 (십자선) 을 따라 프로브로 피측정면을 주사하는 것 (이하, "십자선 계측" 이라 함) 을 포함한다. 십자선 계측은 단시간에 종료되기 때문에, 측정 정밀도에 대한 온도 드리프트의 영향은 무시할 수 있다. 이는 온도 드리프트가 일반적으로 시간과 함께 서서히 증가하는 경향이 있기 때문이다 (도 2a 참조).

그러나, 상기 십자선 계측은 상기 특허 문헌에 기재된 기술이 적용될 수 없는 축대칭 형상이 아닌 작업물의 온-보드 계측에서는 실행될 수 없고, 그러므로 3 차원 측정 장치로 작업물의 피측정면의 전체 면을 주사할 필요가 있다. 작업물의 계측 면적 및 계측 피치에 따라, 도 1 도시된 바와 같이 작업물을 주사하는 다수의 계측 경로가 있고, 요구되는 계측 시간은 십자선 계측의 수백 배를 초과할 수도 있다.

하나의 계측 경로를 따른 계측 시간 내에서의 온도 드리프트는 작기는 하지만, 작업물의 전체 면의 계측에 있어서는 각각의 계측 경로가 상이한 온도 드리프트를 겪는다. 그러므로, 장시간 동안 실행된 온-보드 계측은 온도 드리프트를 더 받기 쉽다. 계측 시간이 길어질수록, 계측 정밀도가 악화될 확률은 높아진다. 그러므로, 나노스케일 형상 정밀도를 달성하기 위해서는 온도 드리프트를 보정할 필요가 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결할 수 있고 온도 드리프트를 보정할 수 있는 온-보드 계측 장치를 이용하여 작업물의 형상을 계측하는 방법 및 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라 공작기계에 장착되는 온-보드 계측 장치를 이용하여 작업물의 형상을 계측하는 방법에 있어서, 온-보드 계측 장치는 계측 헤드를 구비하고 유체 베어링에 지지되는 접촉식 프로브 및 접촉식 프로브의 변위를 검출하고 계측 위치 데이터를 출력하는 프로브 위치 검출 장치를 포함한다. 프로브 위치 검출 장치로부터 출력되는 프로브 위치 데이터 및 공작기계의 각각의 축의 위치를 검출하는 축 위치 검출 장치로부터 출력되는 축 위치 데이터가 수치제어장치에 입력된다. 상기 작업물의 형상 계측 방법은, 온도 드리프트 보정을 위한 기준점을 상기 작업물에 또는 온도 드리프트 보정을 위한 더미 (dummy) 작업물에 미리 설정하는 단계; 상기 접촉식 프로브의 측정 헤드를 상기 작업물 또는 상기 작업물과 별개인 온도 드리프트 보정을 위한 더미 작업물에 접촉시키면서 복수의 직선형 또는 곡선형 계측 경로를 따라 주사하여 그 각각의 계측 경로 마다 형상 계측을 실행하는 단계, 상기 각각의 계측 경로 마다의 형상 계측 동안, 하나의 계측 경로에 대한 형상 계측 전에 상기 프로브의 측정 헤드를 상기 기준점에 이동시켜 그 기준점에 상기 프로브의 측정 헤드를 접촉시키는 단계, 및 상기 수치제어장치가 갖는 작업물 좌표계 설정 기능을 이용하여 상기 측정 헤드가 상기 기준점에 접촉될 때에 상기 프로브 위치 검출 장치로부터 출력되는 상기 프로브 위치 데이터를 미리 결정된 값으로 설정함으로써 상기 접촉식 프로브의 좌표의 기준치를 설정하여 상기 온-보드 계측 장치의 온도 드리프트를 보정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계에 있어서, 상기 온-보드 계측 장치는, 유체 베어링에 지지되는 접촉식 프로브 및 그 접촉식 프로브의 변위를 검출하고 계측 위치 데이터를 출력하는 프로브 위치 검출 장치를 구비한다. 상기 공작기계는, 상기 프로브 위치 검출 장치로부터 출력되는 프로브 위치 데이터 및 상기 공작기계의 각각의 축의 위치를 검출하는 축위치 검출 장치로부터 출력되는 축위치 데이터를 받는 수치제어장치를 포함한다. 상기 수치제어장치는, 작업물 좌표계를 설정하는 작업물 좌표계 설정 수단, 및 상기 작업물의 형상 계측을 지령하는 계측 프로그램에 따라, 상기 접촉식 프로브의 측정 헤드를 상기 작업물에 접촉시켜 복수의 직선형 또는 곡선형 계측 경로를 주사함으로써 상기 온-보드 계측 장치가 상기 공작기계로 가공되는 작업물의 형상 계측을 실행하게 하는 수단을 포함한다. 상기 온-보드 계측 장치에 의한 각각의 계측 경로 마다의 형상 계측에 있어서, 하나의 계측 경로의 형상 계측 전에, 상기 프로브의 측정 헤드를 상기 기준점에 이동시키고, 그 기준점에 상기 프로브의 측정 헤드를 접촉시키며, 상기 작업물 좌표계 설정 수단에 의해 상기 접촉식 프로브의 좌표계의 기준치를 재설정하여 온도 드리프트 보정을 실행한다.

상기 축위치 데이터는, 상기 공작기계의 각각의 축을 위한 모터 구동 유닛에 제공된 인터페이스를 거쳐 상기 수치제어장치에 입력될 수도 있고, 상기 계측 위치 데이터는 모터가 접속되어 있지 않은 상기 모터 구동 유닛에 제공된 인터페이스를 거쳐 상기 수치제어장치에 입력될 수도 있다.

상기 구성에 의해, 본 발명은 온도 드리프트를 보정할 수 있는 온-보드 계측 장치를 이용하여 작업물의 형상을 계측하는 방법, 및 온도 드리프트 보정을 시행하는 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계를 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적 및 특징은 첨부의 도면을 참조하는 이하의 실시형태의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 복수의 계측 경로를 따른 각각의 주사에 의한 피측정물의 피측정면의 전체 면의 측정을 설명하는 도이다.
도 2a 는 하나의 계측 경로를 따른 계측 시간과 온도 드리프트 사이의 관계를 설명하는 도이다.
도 2b 는, 복수의 계측 경로의 연속하는 주사에 있어서 각각의 계측 경로를 따른 계측 시간이 짧기 때문에, 계측 시간내의 온도 드리프트량이 작은 것을 설명하는 도이다.
도 3 은 공작기계에 장착된 온-보드 계측 장치가 외부 공기 및 사람으로부터의 열을 받기 쉽다는 것을 설명하는 도이다.
도 4 는 3 개의 선형 구동축 (X 축, Y 축, 및 Z 축) 및 2 개의 회전축 (B 축 및 C 축) 을 구비하며, 5 축의 동기적으로 제어되는 공작기계의 본질적인 부분을 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 사용되는 온-보드 계측 장치의 본질적인 부분의 단면을 나타내고 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 작업물의 형상 계측 방법에 의해 작업물의 계측면내에 설정된 기준점으로부터 시작되는 각각의 계측 경로를 따른 작업물의 형상 계측을 설명하는 도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 작업물의 형상 계측 방법에 의해 작업물과는 별개의 더미 작업물에 설정된 기준점으로부터 시작되는 각각의 계측 경로를 따른 작업물의 형상 계측을 설명하는 도이다.
도 8 은 복수의 계측 경로에 걸쳐서 장시간 계측하더라도, 1 개의 계측 경로의 주사마다 기준점에서의 계측 위치 데이터를 반복적으로 재설정하여 온도 드리프트량을 1 개의 계측 경로에 대응하는 온도 드리프트량으로 억제하기 때문에, 장시간에 걸쳐서 안정적인 계측을 달성할 수 있는 것을 설명하는 도이다.
도 9 는 온-보드 계측 장치로부터의 위치 검출 신호 및 공작기계의 각각의 구동축으로부터의 위치 검출 신호를 수치제어 장치에 입력하는 공작기계의 실시형태의 개략적인 블록도이다.
도 10 은 도 9 에 나타나는 공작기계의 각각의 축으로부터의 신호 및 온-보드 계측 장치로부터의 신호가 수치제어 장치에 입력되는 것을 설명하는 도이다.
도 11a 는 공작기계의 각각의 축으로부터의 피드백 신호 (위치 검출 신호) 가 인터페이스를 거쳐 수치제어장치의 서보 제어부에 취득되는 것을 설명하는 블록도이다.
도 11b 는 온-보드 계측 장치로부터의 위치 검출 신호가 도 11a 와 동일한 회로 구성을 가지는 인터페이스를 거쳐 수치제어장치의 서보 제어부에 취득되는 것을 설명하는 블록도이다.
도 12 는 공작기계가 원래 갖는 작업물 좌표계를 설정하는 G 코드 및 포맷을 설명하는 도이다.
도 13 은 본 발명에 따른 작업물의 형상 계측을 지령하는 계측 프로그램의 일례를 간략하게 설명하는 도이다.
도 14 는 수치제어장치로 실행되는 온도 드리프트 보정 및 작업물의 형상 측정을 실행하는 처리의 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

도 3 은, 공작기계에 장착된 온-보드 계측 장치가 외부 공기 또는 사람으로부터의 열의 영향을 받기 쉽다는 것을 설명하는 도면이다. 이 도 3 을 이용하여, 온-보드 계측 장치로 작업물의 온-보드 계측을 실행하는 것을 설명한다.

5 축 공작기계의 구동부 (21) 및 지지부 (22) 가 커버 (23) 내에 수용된다. 구동부 (21) 및 지지부 (22) 는 진동 방지용 공기 스프링 (24) 이 사이에 개재되어 있는 상태에서 기계 기부 (25) 상에 지지된다. 커버 (23) 는, 구동부 (21), 지지부 (22), 기계 기부 (25), 및 공기 스프링 (24) 을 그 내부에 수용하여, 외부의 주변 온도의 영향이 그 요소에 이르지 않게 한다. 구동부 (21) 에는, 커버 (23) 의 밖에 배치된 공기 베어링용 압축 공기 온도 조절기 (26) 로부터 압축 공기가 압축 공기 유로 (27) 를 거쳐 공급된다. 공기 베어링용 압축 공기 온도 조절기 (26) 에는 압축기 (도시 생략) 로부터의 압축 공기가 공급된다. 공기 베어링에 공급된 공기 베어링용 압축 공기 중 어느 정도의 비율이 미로 (labyrinth) (30) 를 거쳐 커버 (23) 의 밖으로 방출된다.

기계 내부를 덮는 커버 (23) 는, 기계의 미로 구조를 제외하고, 공작기계 내부로부터 공기가 공장기계 외부로 새는 것을 막기 위해 밀폐 구조를 가진다. 그러므로, 공기 베어링에 공급된 압축 공기의 배기는 기계의 내부를 채워 가공 영역 (33) 과의 압력 차이를 형성시키고, 그 결과 공기 베어링으로부터의 배기는 미로 (30) 를 통해 기계 내부로부터 가공 영역 (33) 으로만 흐른다. 이 때문에, 먼지, 외부 공기 등이 미로 (30) 를 통해 외부로부터 커버 (23) 의 내부로 들어가는 것이 방지된다.

커버 (23) 내의 공간에는, 커버 (23) 외부에 배치된 기계 내부 온도 조절기 (28) 로부터 공급 덕트 (29) 를 거쳐 조절된 온도의 공기 (화살표 F) 가 공급된다. 커버 (23) 내의 공간의 온도를 가능한 균일하게 조절하기 위해서, 확산판 (31) 이 사용된다. 기계 내부 온도 조절기 (28) 로부터 공급 덕트 (29) 를 거쳐 공급된 조절된 온도의 공기는, 특정 방향으로만 분출되지 않도록 확산판 (31) 에 의해 확산된다. 기계 내부 온도 조절기 (28) 는 커버 (23) 내의 공기가 기계 내부 온도 조절기 (28) 로 역류되도록, 회수 덕트 (32) 를 통해 커버 (23) 내부와 연통되어 있다. 이 구조에 의해, 커버 (23) 내의 온도는 정밀하게 제어되고, 커버 (23) 내의 공간은 커버 (23) 외의 주변 온도의 변화에 영향을 받지 않는다.

개방된 가공 영역 (33) 을 향하는 구동부 (21) 에 부착된 테이블의 면에는 온-보드 계측 장치 (1) 가 장착된다. 개방된 가공 영역 (33) 을 향하는 이 구동부 (21) 와는 다른 구동부에 장착된 테이블의 면에는 가공되고/계측되는 대상물 (작업물) (40) 이 장착된다. 온도가 정밀하게 조절되는 커버 (23) 내의 공간 영역과는 달리, 개방된 가공 영역 (33) 의 온도는 외부 공기 및 작업자의 접근에 의해 발생하는 열의 영향으로, 커버 (23) 내의 공간과 비교하여 많이 변한다. 이 경우, 온-보드 계측 장치 (1) 의 프로브와 같은 작은 부품은, 외부 공기 또는 작업자의 접근에 의해 발생하는 온도의 미소 변화에 의해 영향을 받아, 프로브의 변위 출력에 영향을 준다.

가공 영역 (33) 을 커버 (가공 영역 커버) 로 가리는 경우에도, 가공 영역 커버는 작업물을 바꾸기 위해 때때로 개폐되고, 커버 (23) 의 내부와는 달리, 기계 내부 온도 조절기 (28) 로부터의 조절된 온도의 공기는 가공 영역 커버 안으로 공급되지 않는다. 그러므로, 외부 공기 또는 작업자의 접근에 의해 발생하는 온도의 미소 변화의 영향을 피하는 것은 어렵다.

여기서, 도 3 의 초정밀 가공기의 구조로부터, 공작기계의 각각의 구동축은 커버 (23) 내에 배치되고, 그러므로 외부 공기 또는 작업자의 접근에 의해 발생하는 온도의 미소 변화의 영향은 극도로 작다. 한편, 온-보드 계측 장치 (1) 는 그 온도의 미소 변동에 의해 영향을 받는다. 온-보드 계측 장치 (1) 는 기본적으로는 공작기계와는 독립적인 구성요소이기 때문에, 그것은 공작기계의 구동축의 위치결정 정밀도에 영향을 주지 않는다.

도 4 는, 온-보드 계측 장치 (1) 가 장착되는 공작기계의 5 축의 가동부를 설명하는 도이다. 이 도는, 수치 제어장치에 의해 제어되며 3 개의 선형 구동축 (x 축, Y 축, Z 축) 및 2 개의 회전축 (B 축 및 C 축) 을 가지는 공작기계의 본질적인 부분을 나타내며, 상기 공작기계의 5 축은 동시에 제어될 수 있다. 회전축인 B 축은 선형 구동축인 X 축 상에 제공되고, 회전축인 C 축은 선형 축인 Y 축 상에 제공된다. 초정밀 가공을 실행하는 공작기계에서는, 도 4 에 나타나는 각각의 축을 형성하는 부재가 주변 온도의 변화에 의해 영향을 받지 않도록 커버 안에 수용된다.

초정밀 가공기의 이런 특성을 이용하여, 온-보드 계측 장치의 온도 드리프트를 보정하고 그 온-보드 계측 장치로 작업물의 형상을 측정하는 방법, 및 이러한 온도 드리프트 보정을 실행하는 온-보드 계측 장치를 구비한 공작기계를 제공한다.

도 5 는, 본 발명의 실시형태에서 사용되는 온-보드 계측 장치 (1) 의 본질적인 부분의 단면을 나타내고 있다. 이 온-보드 계측 장치 (1) 는 케이스 (1a) 내에 장착된 프로브 본체 (1b) 를 구비하고, 이 프로브 본체 (1b) 는 공기 베어링과 같은 베어링 (도시 생략) 에 의해 프로브의 축 방향으로 이동 가능하다. 프로브 본체 (1b) 에는 선형 스케일 (1d) 이 부착된다. 레이저 헤드 (1c) 는 레이저 광을 선형 스케일 (1d) 에 조사하고, 수광 요소 (도시 생략) 는 선형 스케일 (1d) 로부터 반사광 또는 투사광을 수광하여, 프로브 본체 (1b) 의 축방향 변위를 검출한다.

이 프로브 본체 (1b) 의 일단부에는, 스틸러스 (stylus) (1e) 가 부착된다. 이 스틸러스 (1e) 는, 가는 막대 모양의 부재이다. 스틸러스 (1e) 의 일단부는 프로브 본체 (1b) 에 고정되고, 구형 측정 헤드 (1f) 가 스틸러스 (1e) 의 타단부에 부착된다. 설명의 편리함을 위해서, 이하, 프로브 본체 (1b), 스틸러스 (1e), 및 구형 측정 헤드 (1f) 를 집합적으로 프로브 (Pr) 라고 칭한다.

프로브 (Pr) 의 구형 측정 헤드 (1f) 는, 소정의 접촉 압력 (T) 으로 가공 면 (Wa) 을 가압하고 접촉하면서 작업물 (W) 의 가공 면 (Wa) 을 소정의 방향으로 따라감으로써 형상 측정을 실행한다. 접촉 압력 (T) 은, 온-보드 계측 장치 (1) 에 장착되는 편향 수단 (도시 생략), 예컨대 자석, 스프링과 같은 탄성체, 및 유체 압력을 사용하여 적절한 값으로 조정될 수 있다. 프로브 (Pr) 는, 도 5 에서 화살표로 나타낸 "프로브 이동 방향" 으로 변위될 수 있다. 프로브 (Pr) 의 이동가능한 범위는 온-보드 계측 장치 (1) 내의 규제 수단 (도시 생략) 에 의해 규제된다. 그러므로, 프로브 (Pr) 의 구형 계측 헤드 (1f) 가 작업물 (W) 의 가공면 (Wa) 으로부터 멀어져도, 프로브 (Pr) 의 프로브 본체 (1b) 는 온-보드 계측 장치 (1) 로부터 빠져나오지 않는다.

작업물 (W) 의 형상 계측을 실행하기 위해서, 예컨대 온-보드 계측 장치 (1) 의 프로브 (Pr) 가 계측가능 스트로크의 중심 부근에 위치되도록, 프로브 (Pr) 의 구형 측정 헤드 (1f) 가 작업물 (W) 에 접촉되어 있는 상태에서 계측 경로를 따라 온-보드 계측 장치 (1) 를 작업물 (W) 에 대해 상대 이동시킨다. 그리고, 온-보드 계측 장치 (1) 의 작업물 (W) 에 대한 상대 이동 중에, 프로브 (Pr) 의 축방향의 이동량을 계측함으로써, 작업물 (W) 의 형상을 얻을 수 있다.

작업물의 전체 면을 계측함에 있어서, 각각의 계측 경로는 상이한 온도 드리프트를 겪는다. 그러므로, 온-보드 계측과 같은 장시간 계측은 온도 드리프트의 영향을 받기 쉽다. 계측 시간이 길어질수록 계측 정밀도가 악화될 확률이 높아진다 (도 2a 참조). 그러나, 1 개의 계측 경로에서의 계측 시간은 짧고, 그러므로 계측 시간 내에서의 온도 드리프트 양은 작아서 무시할 수 있다 (도 2b 참조).

그러므로, 본 발명에서는, 1 개의 계측 경로를 따른 계측 시간과 온도 드리프트 사이의 관계를 이용하여, 1 개의 (제 i 번째의) 계측 경로에서의 형상 계측을 종료하고 다음의 (제 i + 1 번째의) 계측 경로에서 형상 계측을 개시하기 전에 그때마다 온도 드리프트 보정을 실행한다. 그렇게 하여, 다수의 계측 경로를 장시간에 걸쳐 계측하는 것에 의한 온도 드리프트의 영향을 회피한다.

다음으로, 도 6 및 도 7 을 이용하여, 온-보드 계측에 있어서의 온도 드리프트의 보정을 더 구체적으로 설명한다.

도 6 은, 작업물 (W) 의 계측면에 설정된 기준점 (OP) 으로부터 시작되는 각각의 계측 경로를 따른 작업물 (W) 의 형상 계측을 나타내고 있다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 온-보드 계측 장치 (1) 를 이용하여 작업물 (W) 의 형상 계측을 실행하기 전에, 작업물 (W) 상의 임의의 지점을 온도 드리프트 보정을 위한 기준이 되는 지점 (기준점) (OP) 으로서 설정한다. 이 기준점 (OP) 은, 미리 설정된 작업물 좌표계를 사용하여 작업물 (W) 상의 임의의 위치에 설정될 수 있다. 또한, 작업물 (W) 은 프로브 (Pr) 보다 열용량이 더 크고 외부 주변 온도 변화에 대해 열적으로 팽창되거나 열적으로 수축되기가 쉽지 않다.

상기와 같이, n 개의 계측 경로 (Path 1, Path 2, ... Path n) 중 임의의 하나의 계측 경로를 따른 계측 시간은 비교적 짧고, 그러므로 그 계측 경로에 있어서의 계측 시간 내에서의 온도 드리프트의 영향은 무시할 수 있다 (도 2b 참조). 그러므로, 제 1 계측 경로 Path 1 을 따라 작업물 (W) 의 형상 계측을 실행하기 전에, 프로브 (Pr) 의 구형 측정 헤드 (1f) 를 작업물 (W) 상의 기준점 (OP) 에 접촉시킨다.

그리고, 구형 측정 헤드 (1f) 가 작업물 (W) 에 "접촉" 했을 때의 온-보드 계측 장치 (1) 로부터 출력되는 계측 위치 데이터를 재설정함으로써, 이 제 1 계측 경로 Path 1 에서의 온도 드리프트를 보정한다 ("제 1 온도 드리프트 보정"). 여기서, 데이터는 0 또는 소정의 값으로 재설정될 수도 있다. 이렇게 하여, 접촉식 프로브 (pr) 의 좌표계의 기준치가 제 1 계측 경로 (Path 1) 를 따른 주사 전에 설정된다. 여기서, "접촉" 이란, 작업물 (W) 의 형상 계측을 실행할 때 온-보드 계측 장치 (1) 의 프로브 (Pr) 가 계측가능 스트로크의 중심 부근에 위치되도록, 그 프로브 (Pr) 의 구형 측정 헤드 (1f) 를 작업물에 접촉시키는 것을 의미한다.

프로브 (Pr) 가 제 1 계측 경로 (Path 1) 의 종료점에 도달하면, 제 2 계측 경로 (Path 2) 에서 이동하기 전에 상기 기준점 (OP) 의 위치로 다시 이동한다. 그래서, 상기와 같이, 프로브 (Pr) 의 구형 측정 헤드 (1f) 가 작업물의 기준점 (OP) 에 접촉하게 되고, 구형 측정 헤드 (1f) 가 작업물 (W) 에 접촉할 때 온-보드 계측 장치 (1) 로부터 출력되는 위치 정보가 재설정된다. 위치 정보는 제 1 온도 드리프트 보정 시와 동일한 값 (예를 들어, 0) 으로 재설정된다.

유사하게는, 제 3 계측 경로 (Path 3), ... 제 i 번째 계측 경로 (Path i), ... 및 제 n-l 번째 계측 경로 (Path n-1) 에서의 형상 계측의 종료 후, 프로브 (Pr) 는 기준점 (OP) 으로 이동하고, 제 n 번째 (마지막) 계측 경로 (Path n) 를 위한 온도 드리프트 보정이 실행된다.

결과적으로, 각각의 계측 경로의 주사 전에 온도 드리프트 보정이 실행되는 본 발명에 따른 온-보드 계측에서는, 이러한 온-보드 계측을 실행하지 않는 종래기술에 비해 더 긴 시간이 필요하지만, 온도 드리프트는 적절하게 보정된다.

도 7 은, 계측될 작업물 (W) 과 별도이고 드리프트 보정용인 더미 작업물 (DW) 을 온도 드리프트 보정에 사용하는 예를 나타내고 있다. 더미 작업물 (DW) 로는, 열팽창계수가 작은 유리 및 세라믹과 같은 재료로 이루어진 부재가 사용된다. 열팽창계수가 작은 재료로 이루어진 모조 작업물을 사용함으로써, 외부 주변 온도의 변화로 인한 더미 작업물 (DW) 의 팽창 또는 수축의 영향을 무시할 수 있다.

모조 작업물 (DW) 의 임의의 지점을 온도 드리프트 보정을 위한 기준이 되는 기준점 (OP) 으로 미리 설정한다. 그리고, 도 6 에 나타낸 방식과 유사하게, 형상 계측을 실행함에 있어서의 온도 드리프트 보정은, 각각의 계측 경로 (Path 1, Path 2, ... Path n) 의 형상 계측을 시작할 때, 미리설정된 기준점 (OP) 으로 프로브 (Pr) 를 이동시킴으로써 개시된다.

도 8 은, 작업물 (W) 의 전체 면의 형상 측정을 실행하는 경우에도, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 온-보드 계측 장치의 프로브로 복수의 계측 경로의 각각을 주사하기 전에 그 프로브의 측정 헤드를 미리설정된 기준점으로 이동시키고 그 기준점과 프로브의 측정 헤드를 접촉시켜 온-보드 계측 장치의 온도 드리프트 보정을 실행함으로써, 온도 드리프트의 영향을 무시할 수 있다는 것을 설명하고 있다.

본 발명에서와 같이, 복수의 (n 개의) 계측 경로를 따라 장시간에 걸쳐 계측을 실행하는 경우에도, 매 계측 경로마다 계측 위치 데이터의 재설정을 반복하여 온도 드리프트량을 1 개의 계측 경로에 대한 온도 드리프트량으로 억제하기 때문에, 안정적인 장시간 계측을 달성할 수 있다.

도 9 는, 온-보드 계측 장치로부터의 위치 검출 신호 및 공작기계의 각각의 구동축으로부터의 위치 검출 신호가 수치제어장치에 입력되는 공작기계의 실시형태의 개략적인 블록도이다. 이 공작기계에 있어서, 작업물 (W) 의 표면 형상을 측정하기 위해 B 축에 장착되는 온-보드 계측 장치 (1) 로부터, 프로브 (Pr) 의 변위에 관한 계측 신호인 위치 검출 신호 (ipf) 가 인터페이스 (2) (도 l1b 참조) 를 거쳐 수치제어장치 (8) 의 서보 제어부 (8b) 에 입력된다. 공작기계의 각각의 가동 축에 제공된 위치 검출 신호로부터 출력되는 위치 검출 신호도 인터페이스 (도시 생략) 를 거쳐 서보 제어부 (8b) 에 동기적으로 입력된다. 이 인터페이스는, 서보모터 (95x, 95y, ...) 에 장착된 위치 검출 장치 (96x, 96y, ...) (도 10 참조) 로부터 출력되는 위치 검출 신호 및 온-보드 계측 장치 (1) 로부터 출력되는 계측 신호가 수치제어장치 (8) 의 서보-제어부 (8b) 에 동기적으로 입력되도록 형성되어 있다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 온-보드 계측 장치 (1) 의 프로브 본체 (1b) 의 변위를 검출하는 위치 검출 장치 및 공작기계의 선형 구동축의 위치를 검출하는 위치 검출 장치로서는, 선형 스케일 및 레이저 간섭계와 같은 고정밀도의 검출 장치가 사용되는 것이 바람직하다. 공작기계의 회전축의 위치를 검출하는 위치 검출 장치로서는 인코더를 사용하는 것이 바람직하다.

수치제어장치 (8) 는 공작기계의 각각의 가동축의 위치 정보와 온-보드 계측 장치 (1) 로부터의 계측 정보 (위치 정보) 의 조각을 저장하는 저장 수단 및 이 저장 수단에 저장된 위치 정보를 외부 저장 장치로서 PC (11) 에 보내는 인터페이스를 포함한다. 프로브 (pr) 의 축방향 이동 속도는, 수치제어장치 (8) 에 저장되는 위치 정보의 조각으로부터 계산될 수 있다. 예를 들어, 각각의 제어 주기 마다의 위치 정보의 조각 사이의 차로부터 속도를 구할 수 있다.

공작기계의 각각의 축으로부터의 피드백 신호인 위치 검출 신호 및 온-보드 계측 장치 (1) 로부터의 위치 검출 신호가 동일한 회로 구성을 가지는 인터페이스 (도 11b 참조) 를 거쳐 수치제어장치 (8) 의 서보 제어부 (8b) 에 의해 각각 획득되기 때문에, 각각의 축의 위치 검출 장치 및 온-보드 계측 장치로부터의 계측 신호 (즉, 각각의 축의 축 위치 검출 신호 및 온-보드 계측 장치의 위치 검출 신호)가 수치제어장치 (8) 에 동기적으로 입력된다. 그리고, 읽힌 축 위치 검출 신호 및 위치 검출 신호는 위치 정보의 조각으로서 수치제어장치 (8) 의 레지스터인 저장 수단 (도시 생략) 에 수치제어장치의 제어 주기마다 저장된다.

수치제어장치 (8) 는 이더넷 (Ethernet) (등록상표) (12) 을 경유하여 외부 장치로서 PC (11) 와 LAN 에서 통신하고, 각각의 축으로부터의 위치 정보 및 온-보드 계측 장치 (1) 로부터의 계측 신호의 조각을 PC (11) 에 접속 또는 장착되는 저장 장치 (11a) 에 보낸다. PC (11) 는 샘플링 주기마다 각각의 축으로부터의 위치 정보 및 온-보드 계측 장치 (1) 로부터의 위치 정보의 조각을 저장장치 (11a) 에 동기적으로 저장한다.

계측용 소프트웨어가 PC (11) 내에 저장되어 있어, 수치제어장치 (8) 를 거쳐 읽힌 위치 정보의 조각에 기초하여 작업물의 형상 계측과 같은 필요한 연산 처리를 실행한다. 형상 계측 등의 필요한 연산 처리는 종래 기술과 유사하다. 이 PC (11) 에는, 계측용 NC 프로그램, 가공용 NC 프로그램, 및 가공용 보정 NC 프로그램이 저장되어 있다.

도 10 은, 도 9 에 나타내는 공작기계의 각각의 축으로부터의 신호 및 온-보드 계측 장치로부터의 신호가 수치제어장치에 입력되는 것을 설명하는 도이다.

도 10 은, 도 9 에 나타나는 공작기계의 각각의 축 (X 축, Y 축, Z 축, B 축 및 C 축) 이 수치제어장치 (8) 의 서보 제어부 (8bX, 8bY, 8bZ, 8bB 및 8bC) 에 의해, 위치, 속도, 및 전류에 대해 피드백 제어되는 것을 나타내는 도이다. 이 피드백 제어는 공작기계를 제어하는 수치제어장치에 의해 통상적으로 실행되는 제어이다. 여기서는, X 축 서보 제어부 (8bX) 를 예로서 설명한다.

X 축 서보 제어부 (8bX) 는, 위치 루프 제어를 실행하는 위치 제어부 (91), 속도 루프 제어를 실행하는 속도 제어부 (92), 및 전류 루프 제어를 실행하는 전류 제어부 (93) 로 형성된다.

위치 제어부 (91) 는, 에러 레지스터 (91a) 및 위치 루프 게인 (K) 의 증폭기 (91b) 를 가진다. 위치 제어부 (91) (에러 레지스터 (91a)) 는, 수치제어부 (8a) 로부터 이동 지령을 받아, 받은 이동 지령으로부터 위치 피드백량 (위치 FB) 을 감하여 위치 편차량을 구한다. 위치 제어부 (91) 는 이 위치 편차량에 위치 루프 게인 (K) 을 곱하여 속도 지령을 구하고 구한 속도 지령을 속도 제어부 (92) 에 보낸다. 에러 레지스터 (91a) 에서 계산한 위치 편차량은 수치제어부 (8a) 에도 출력된다.

속도 제어부 (92) 는, 받은 속도 지령으로부터 속도 피드백량 (속도 FB) 을 감하여 얻은 속도 편차량에 기초하여 속도 루프 제어를 실행하여 전류 지령을 얻고 얻은 전류 지령을 전류 제어부 (93) 에 보낸다.

전류 제어부 (93) 는, 받은 전류 지령으로부터, 서보 모터 (95) 를 구동하는 증폭기 (94) 에 장착되고 서보 모터 (95) 를 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서 (도시 생략) 로부터의 전류 피드백 (전류 FB) 을 감하여 전류 편차량을 구하고 구한 전류 편차량에 기초하여 전류 루프 제어를 실행한다.

서보모터 (95) 는 X 축을 구동하는 구동 수단이며, X 축의 위치 및 속도를 검출하는 위치/속도 검출기 (96) 가 장착된다. 위치/속도 검출기 (96) 로부터의 위치 피드백량 (위치 FB) 은 위치 제어부 (91) 에 피드백되고, 속도 피드백량 (속도 FB) 은 속도 제어부 (92) 에 피드백된다.

도 10 에 나타낸 Y 축, Z 축, B 축 및 C 축의 서보 제어부 (8bY, 8bZ, 8bB, 8bC) 는 상기 X 축 서보 제어부 8bX 와 동일한 구성 및 기능을 가지기 때문에, 그것들에 대한 설명을 생략한다. 도 9 및 도 10 에 있어서, X 축, Y 축, 및 Z 축은 선형 구동축이며, B 축 및 C 축은 회전축이다.

도 10 에 나타낸 수치제어장치에는, X 축, Y 축, Z 축, B 축 및 C 축의 서보 제어부 (8bX, 8bY, 8bZ, 8bB, 및 8bC) 외에, 공작기계의 각각의 축을 구동하는 모터 및 그 위치/속도 검출 수단을 접속하지 않는 서보 제어부 (8bF) 가 제공된다. 이 서보 제어부를 나타내는 도면부호 8bF 의 문자 "F" 는, 서보 제어부가 공작기계의 가동축의 어느 것도 제어하지 않는다는 것을 의미하는 "free" 를 나타내다.

수치제어장치 (8) 는, 상기 서보 제어부 (8bF) 가 서보 제어부 (8bX, 8bY, 8 bZ, 8bB 및 8bC) 에 추가된 것을 단순히 다른 제어축이 추가되었다고 인식한다. 이 추가된 서보 제어부 (8bF) 에는, 공작기계의 각각의 축을 제어하는 서보 제어부 (8bX, 8bY, 8bZ, 8bB 및 8bC) 와 마찬가지로 증폭기 (94) 가 제공된다. 이 서보 제어부 (8bF) 에는 서보모터가 접속되어 있지 않기 때문에, 수치제어장치 (8) 는 이 서보 제어부 (8bF) 를 서보·오프 상태로 한다. 또한, 팔로우-업 (follow-up) 기능을 이용하여 위치 검출 신호가 통상적으로 카운트되도록, 파라미터 및 제어 소프트가 변경된다.

서보모터 대신에, 온-보드 계측 장치 (1) 가 서보 제어부 (8bF) 에 접속된다. 도 10 에 나타낸 예에서는, 서보 제어부 (8bF) 에는, 서보모터 (95) 에 장착되는 위치/속도 검출기 (96) 로부터의 위치 검출 신호 대신에, 온-보드 계측 장치 (1) 로부터의 계측 신호 (ipf) 가 이 서보 제어부 (8bF) 에 접속되는 증폭기 (94) 에 제공되는 인터페이스 (도시 생략) 를 거쳐 입력된다. 상기 인터페이스는 상기와 같이 증폭기 (94) 에 제공되며 종래 기술과 상이하지 않다.

도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 실시형태에 이용되는 인터페이스의 예를 나타내는 블록도이다. 도 11a 에 나타내는 바와 같이, 증폭기 유닛에는, 모터 구동 수단인 증폭기 (94), A/D 변환장치 (97), 및 내삽 분할 장치 (98) 가 제공되어 있다. 서보모터 (95) 에 장착되는 위치 검출 장치 (96) 로부터 출력되는 신호 (정현파 및 여현파의 아날로그 신호) 가 A/D 변환장치 (97) 에 입력된다.

A/D 변환장치 (97) 는, 위치 검출 장치 (96) 로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이 변환에 의해 만들어진 디지털 신호를 내삽 분할 장치 (98) 에 출력한다. 내삽 분할 장치 (98) 는, 위치 검출 장치 (96) 로부터의 1 주기 (정현파 1 주기) 의 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호를 분할하는 처리를 실행한다. 통상적인 아날로그 신호의 분해능보다 더 우수한 분해능이 요구되는 경우에 실행되는 처리로서, 장치 (98) 는 1 주기의 아날로그 신호를 세세하게 분할한다 (분할에 의한 주기가 분해능이 된다).

도 l1b 는, 도 9 에 나타낸 인터페이스 (2) 의 예를 나타내는 블록도이며, 인터페이스 (2) 는 도 11a 에 나타낸 상기 인터페이스 (증폭기 유닛) 와 동일한 구성을 가진다.

온-보드 계측 장치 (1) 에 있어서도 인터페이스로서 서보모터의 구동 제어용의 인터페이스를 사용함으로써, 위치 검출 장치 (96x, 96y, ...) 로부터 출력되는 위치 검출 신호 및 온-보드 계측 장치 (1) 로부터 출력되는 계측 신호를 수치제어장치 (8) 의 서보 제어부 (8b) 에 용이하게 공급할 수 있다. 또한, 온-보드 계측 장치 (1) 을 위해 특별한 인터페이스를 준비할 필요가 없고, 비용 증가를 회피할 수 있다. 온-보드 계측 장치 (1) 로부터의 위치 검출 신호는 반드시 도 11a 또는 도 11b 에 나타낸 인터페이스를 통해 수치제어 장치 (8) 에 입력되는 것은 아니다.

도 12 는, 공작기계가 원래 갖는 작업물 좌표계를 설정하는 G코드 및 포맷을 설명하는 도이다. 본 발명에서는, 온-보드 계측 장치 (1) 의 프로브 (Pr) 를 미리설정된 기준점 (OP) 으로 이동시키고, 그 후 프로브 (Pr) 의 좌표계를 설정하기 위해서 온-보드 계측 장치로부터의 계측 위치 데이터를 재설정한다. 본 발명에서는, 이 재설정은 공작기계가 원래 가지고 있는 작업물 좌표계를 설정하는 기능을 이용하여 실행한다. 이와 같이 재설정을 실행함으로써, 온도 드리프트 보정을 위해 새로운 소프트웨어를 준비할 필요가 없고, 수치제어장치의 구성을 변경할 필요가 없다.

도 12 에 있어서, "G92" 는 수치제어장치에 좌표계의 설정을 지령하는 G 코드이며, "IP" 는 "G92" 로 좌표계가 설정되는 축의 명칭이며, "CO" 는 축 명칭 IP 에 대해 설정되는 좌표값이다. "G92" 코드를 이용한 프로그램 기준점 (작업물 기준점) 의 설정은 NC 가공 프로그램에서 통상적으로 이용되고 있다. 본 실시형태에 있어서, 수치제어장치가 온-보드 계측 장치 (1) 를 공작기계의 축의 하나로 인식하고, 좌표계의 설정을 지령하는 "G92" 코드를 이용하여 공작기계의 구동축과 마찬가지로 좌표를 설정하는 것이 가능하다.

도 13 은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 계측 프로그램의 예를 간략하게 설명하는 도이다. 도 6 및 도 7 을 이용한 설명을 도 13 에 도시된 측정 프로그램으로서 구성할 수 있다.

계측 프로그램에 따라, 프로브 (Pr) 는 기준점 (OP) 으로 이동되고, 기준점 (OP) 에서 "G92" 코드를 이용하여 좌표계가 설정된다 (여기서는, O 으로 재설정됨). 그리고, 각각의 계측 경로에서 작업물 (W) 의 형상 계측이 실행되고, 모든 계측 경로에서의 형상 계측이 종료될 때까지, 상기 서술과 유사한 동작 및 처리가 실행된다.

도 14 는, 수치제어장치 (8) 에 의해 실행되는 온도 드리프트 보정 및 작업물의 형상 측정을 실행하기 위한 처리의 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

먼저, 온-보드 계측 장치 (1) 의 프로브 (Pr) 는 기준점으로 이동되고 (단계 S1), 그 프로브 (Pr) 의 좌표계가 설정된다 (단계 S2). 그리고, 작업물의 형상 계측이 특정 계측 경로 (Path i) 를 따라 실행된다 (단계 S3). 그 결과, 모든 계측 경로에 대한 계측이 종료되었는지에 대한 여부 (즉, 마지막 계측 경로 (Path n) 에 대한 계측이 종료되었는지의 여부) 가 결정된다 (단계 S4). 모든 계측 경로에 대해 계측이 아직 종료되지 않았으면, 처리는 단계 S1 로 돌아와 나머지의 계측 경로의 계측을 계속한다. 한편, 모든 계측 경로에 대해 계측이 종료되었으면, 이 형상 측정 처리가 종료된다.

이상과 같이, 수치제어장치 (8) 의 프로세서 (도시 생략) 가 도 14 에 나타낸 처리를 실행하면, 모든 계측 경로를 따라 계측을 실행하는 것이 가능하다.

Claims (3)

1. 공작기계에 장착되는 온-보드 계측 장치를 이용한 작업물의 형상 계측 방법으로서,
   상기 온-보드 계측 장치는, 측정 헤드를 구비하고 유체 베어링에 지지되는 접촉식 프로브 및 그 접촉식 프로브의 변위를 검출하고 계측 위치 데이터를 출력하는 프로브 위치 검출 장치를 포함하고, 상기 프로브 위치 검출 장치로부터 출력되는 프로브 위치 데이터는 상기 공작기계의 각각의 축의 위치를 검출하는 축위치 검출 장치로부터 출력되는 축위치 데이터와 함께 수치제어장치에 입력되며,
   상기 작업물의 형상 계측 방법은,
   온도 드리프트 보정을 위한 기준점을 상기 작업물에 또는 그 작업물과는 별개의 더미 작업물에 미리 설정하는 단계,
   상기 접촉식 프로브의 측정 헤드를 상기 작업물에 접촉시키면서 복수의 직선형 또는 곡선형 계측 경로를 따라 주사하여 그 각각의 계측 경로 마다 형상 계측을 실행하는 단계,
   상기 각각의 계측 경로 마다의 형상 계측 동안, 하나의 계측 경로의 형상 계측 전에 상기 프로브의 측정 헤드를 상기 기준점에 이동시켜 그 기준점에 상기 프로브의 측정 헤드를 접촉시키는 단계, 및
   상기 수치제어장치가 갖는 작업물 좌표계 설정 기능을 이용하여 상기 측정 헤드가 상기 기준점에 접촉될 때에 상기 프로브 위치 검출 장치로부터 출력되는 상기 프로브 위치 데이터를 미리 결정된 값으로 설정함으로써 상기 접촉식 프로브의 좌표의 기준치를 설정하여 상기 온-보드 계측 장치의 온도 드리프트를 보정하는 단계를 갖는, 작업물의 형상 계측 방법.
2. 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계로서,
   상기 온-보드 계측 장치는, 유체 베어링에 지지되는 접촉식 프로브 및 그 접촉식 프로브의 변위를 검출하고 계측 위치 데이터를 출력하는 프로브 위치 검출 장치를 구비하고,
   상기 공작기계는, 상기 프로브 위치 검출 장치로부터 출력되는 프로브 위치 데이터 및 상기 공작기계의 각각의 축위치를 검출하는 축위치 검출 장치로부터 출력되는 축위치 데이터를 받는 수치제어장치를 구비하고,
   상기 수치제어장치는,
   작업물 좌표계를 설정하는 작업물 좌표계 설정 수단, 및
   상기 작업물의 형상 계측을 지령하는 계측 프로그램에 따라, 상기 접촉식 프로브의 측정 헤드를 상기 작업물에 접촉시켜 복수의 직선형 또는 곡선형 계측 경로를 주사함으로써 상기 온-보드 계측 장치가 상기 공작기계로 가공되는 작업물의 형상 계측을 실행하게 하는 수단을 포함하고,
   상기 온-보드 계측 장치에 의한 각각의 계측 경로 마다의 형상 계측에 있어서, 하나의 계측 경로의 형상 계측 전에, 상기 프로브의 측정 헤드를 상기 기준점에 이동시키고, 그 기준점에 상기 프로브의 측정 헤드를 접촉시키며, 상기 작업물 좌표계 설정 수단에 의해 상기 접촉식 프로브의 좌표계의 기준치를 재설정하여 온도 드리프트 보정을 실행하는, 온-보드 계측 장치를 구비하는 공작기계.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 축위치 데이터는, 상기 공작기계의 각각의 축을 위한 모터 구동 유닛에 제공된 인터페이스를 거쳐 상기 수치제어장치에 입력되고, 상기 계측 위치 데이터는 모터가 접속되어 있지 않은 상기 모터 구동 유닛에 제공된 인터페이스를 거쳐 상기 수치제어장치에 입력되는, 온-보드 계측 장치를 구비한 공작기계.

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