位置決め装置及び工作機械装置
【課題】電源投入時に現在座標を許容誤差範囲の精度で検出し、所定位置への復帰動作をすることなく電源投入時の位置から動作を開始できる位置決め装置を提供する。
【解決手段】固定部１２に対する可動部８の相対位置を検出するためのインクリメンタルエンコーダ２３とアブソリュートエンコーダ２１とを備え、制御装置１９は、インクリメンタルエンコーダ２３及びアブソリュートエンコーダ２１の信号データの対応データを記憶した記憶手段と、電源投入時に読み取られた前記アブソリュートエンコーダ２１の信号データから可動部８の初期座標を求める初期座標読取手段２５と、電源投入時以後に読み取られたインクリメンタルエンコーダ２３の信号データを基に可動部８の現在座標を求める現在座標読取手段２５と、対応データによりインクリメンタルエンコーダ２３の信号データに変換する信号変換手段と、を備えている。
【解決手段】固定部１２に対する可動部８の相対位置を検出するためのインクリメンタルエンコーダ２３とアブソリュートエンコーダ２１とを備え、制御装置１９は、インクリメンタルエンコーダ２３及びアブソリュートエンコーダ２１の信号データの対応データを記憶した記憶手段と、電源投入時に読み取られた前記アブソリュートエンコーダ２１の信号データから可動部８の初期座標を求める初期座標読取手段２５と、電源投入時以後に読み取られたインクリメンタルエンコーダ２３の信号データを基に可動部８の現在座標を求める現在座標読取手段２５と、対応データによりインクリメンタルエンコーダ２３の信号データに変換する信号変換手段と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超精密加工機における加工位置を精密に検出して決定する位置決め装置及びその位置決め装置を備えた工作機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信などの情報通信機器、デジタルカメラ、カメラ付携帯電話などの撮像装置、ＤＶＤ・ＣＤなどのＡＶ機器、内視鏡などの医療機器において高性能なレンズが用いられている。これらのレンズを成形する金型には形状精度１００ｎｍ以下、表面粗さ１０ｎｍ以下の厳しい精度が要求されるようになった。そして、これらの光学レンズ等、非軸対称非球面を精密加工するため、複数の移動軸と複数の回転軸とを同時に制御してミクロンオーダ以下の分解能で加工できる工作機械が製作されるようになった。そのため、加工位置を検出するリニアエンコーダとして極めて高い分解能を備えたインクリメンタル型リニアエンコーダが採用されている。
【０００３】
しかし、従来のインクリメンタル型リニアエンコーダでは、電源投入時に可動部の現在位置（絶対位置）を直接検出することができないため、可動部を動かすことにより所定の原点を探すいわゆる「原点合わせ」をおこなう必要もある。そのため、リニアモータを用いた場合のストロークエンドの信号を得るため、低分解能アブソリュート型リニアエンコーダを並列して使用することが考えられた。このような、インクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとを併用した特許文献１によると、固定部と可動部との相対位置を検出する位置検出装置において、一方に位置情報要素（光反射ピット）他方に読取り手段（光反射ピックアップ）を備え、前記位置情報要素（信号データ）は、インクリメンタル型位置情報要素（信号データ）とアブソリュート型位置情報要素（信号データ）とを備えている。そして、前記可動部の動作時にはインクリメンタル型位置情報を、前記可動部が停止している時にはアブソリュート型位置情報（信号データ）を選択的に読み取らせることで、可動部の動作時と停止時とのそれぞれに適合した位置情報を得ることができるというものである。
【０００４】
このようにインクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとを併用したものは、インクリメンタル型リニアエンコーダのパルス信号で制御して可動部を移動後に電源を落とし、再度電源投入した場合、アブソリュートエンコーダの最も近い読み取り値の値を現在座標として認識し、以後インクリメンタル型リニアエンコーダを読み取って動作させる。例えばアブソリュート型リニアエンコーダの単位読み取り値を１とし、インクリメンタル型リニアエンコーダの単位読み取り値を０．１とする。可動部はインクリメンタル型リニアエンコーダのパルス信号により０．１単位で移動し、９．５や１０．４の位置に可動部があるときに電源を落としたとすると、再度電源を投入した場合、アブソリュート型リニアエンコーダの最も近い読み取り値である１０を読み取って、現在座標が１０であると認識する。実際には電源を落としたときの座標が１０．４であった場合には、電源投入時に電源投入前と比較して０．４ずれた値となっているが、これは許容誤差範囲であり問題としない。
【０００５】
しかし、インクリメンタル型リニアエンコーダは絶対位置が検出できないため、基準座標からのトータル移動距離が大きくなると、インクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとの読み取り値のずれが大きくなる。例えばインクリメンタル型リニアエンコーダのパルス信号で可動部の座標が１００．４にあるときに電源を落とした場合、再度電源を入れたときにアブソリュート型リニアエンコーダでの読み取り値は１００となっていないといけないところ、アブソリュート型リニアエンコーダとインクリメンタル型リニアエンコーダの精度の差より、最も近いアブソリュート型リニアエンコーダの読み取り値が１０５等許容誤差範囲を超えた値となる。この場合、電源投入前と同じ位置に移動させる指令を出しても、元の位置と５ずれた位置に移動してしまい、作業者が想定した通りの動作とならないため、加工精度を低下させる問題が起きていた。そこで、従来は電源投入時に常に可動部を基準座標位置に移動させ（復帰動作）、常に同じ位置から移動を開始させることで、アブソリュート型リニアエンコーダとインクリメンタル型リニアエンコーダの精度差に起因するずれに対応していた。
【特許文献１】特開平２−７４８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電源投入のたびに基準座標位置（所定位置）まで可動部を移動させるのは煩雑な作業であり生産効率の低下を招いていた。また、リニアモータの場合、モータを動作させるには電源投入時にコイルに流される電流の位相と、該コイル及び磁極の相対位置とを合わせる磁極合わせを行う必要がある。この磁極合わせにはホール効果により磁極の位置を求めるホール素子を使用するが、ホール素子は高価であり、ホール素子の大きさ分だけ装置全体が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、電源投入時に現在座標を許容誤差範囲の精度で検出し、所定位置への復帰動作をすることなく電源投入時の位置から動作を開始することができる位置決め装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、同期モータの駆動により固定部に対して可動部が移動する移動機構と、前記同期モータの駆動を制御する制御装置とを有する位置決め装置において、前記移動機構は、前記固定部に対する前記可動部の相対位置を検出するためのインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダとを備え、前記制御装置は、前記アブソリュート型エンコーダの信号データ及び前記インクリメンタル型エンコーダの信号データの対応データを記憶した記憶手段と、電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記可動部の初期座標を求める初期座標読取手段と、電源投入時以後に読み取られたインクリメンタル型エンコーダの信号データを基に前記可動部の現在座標を求める現在座標読取手段とを備え、 前記現在座標読取手段は、電源投入時に読み取った前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記記憶手段の対応データに基づいて前記インクリメンタル型エンコーダの信号データに変換して前記可動部の現在座標を求める信号変換手段を備えていることである。
【０００９】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、 請求項１において、前記移動機構は、固定部に対して可動部が直線移動する移動機構であり、前記同期モータは、同期リニアモータであり、前記インクリメンタル型エンコーダは、インクリメンタル型リニアエンコーダであり、前記アブソリュート型エンコーダは、アブソリュート型リニアエンコーダであり、前記制御装置は、電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データから、前記記憶手段の対応データに基づいて、前記インクリメンタル型リニアエンコーダの信号データに変換されたデータにより前記同期リニアモータの磁極合わせを行う磁極合わせ実施手段を備えていることである。
【００１０】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記制御装置は、前記可動部が前記記憶手段の対応データに記載されていない相対位置にあるときに電源投入された場合に、前記記憶手段の対応データに基づく直線補間により新たな対応データを作成するデータ作成手段を備えることである。
【００１１】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記制御装置は、前記可動部の移動時において前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データとを読み取り、両者の対応データを記録していくデータ記録手段を備えたことである。
【００１２】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至４のいずれか１項における位置決め装置を備えている工作機械装置であることである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によると、予めアブソリュート型エンコーダの信号データに対するインクリメンタル型エンコーダの信号データの対応が記憶手段に記憶されている。電源投入時の初期座標は、アブソリュート型エンコーダにより読み取られるが、アブソリュート型エンコーダの信号データで捉えた機械原点や絶対位置としての位置座標を、記憶手段により記憶された対応データから信号変換手段により、インクリメンタル型エンコーダの信号データに変換されたデータとして捉えることができ、電源投入時の座標は電源投入前の座標と比較して許容誤差範囲内のずれにとどまる。そして、電源投入時以後に読み取られるインクリメンタル型エンコーダの信号データも、ずれが許容誤差範囲内の前記変換されたデータの絶対位置を基準に読み取られるので、電源投入時の位置から機械を動作させた場合でも、作業者のほぼ想定していた通りの動作をさせることができ、電源投入のたびにインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダの精度差に起因する位置ずれの発生に対処するために行っていた所定位置への復帰動作が不要にとなるので、作業性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によると、電源投入時に読み取ったアブソリュート型リニアエンコーダの信号データ又は信号変換部によりインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データに変換されたデータをもとにして、同期リニアモータの磁極合わせを行うことができるので、従来のように高価なホール素子を使用しないで、安価に可動部の磁極合わせを行うことができ、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によると、可動部が記憶手段の対応データにない位置にあるときであっても、直線補間によって可動部の現在位置座標を求めることができる。このように対応データにない位置においても柔軟に対応が可能となることから、位置決めの作業性を著しく向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によると、新たな対応データを作成したり、既にある対応データの修正をしたりすることができる。このように位置決め機能の向上を自動的に図ることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明によると、位置決め装置によって、正確かつ精密に作動する工作機械装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る位置決め装置をＮＣ加工機に実施した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１はＮＣ加工機の構造を示した平面概要図であり、図２は、ＮＣ加工機の一部に組み付けられた位置決め装置３を示す概要図である。このＮＣ加工機２は特許請求の範囲における工作機械装置に対応する。
【００１９】
ＮＣ加工機２は、該加工機２の正面より加工工具と被加工物の相対運動が左右方向となる移動軸をＸ軸とし、同じく加工工具と被加工物の相対運動が上下方向になる移動軸をＹ軸とし、同じく加工工具と被加工物の相対運動が前後方向になる移動軸をＺ軸とする。そして、Ｙ軸回りの回転軸としてＢ軸、Ｚ軸回りの回転軸としてＣ軸を加えた５軸を制御する同時５軸制御加工装置である。また、Ｘ・Ｙ・Ｚの３軸は夫々直交している。
【００２０】
このＮＣ加工機２は、図１に示すように、主軸４をＣ軸回りに回転させるスピンドルモータ６を組み込んだ主軸台８と、主軸４の長手方向であるＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル１０と、後述するＸ軸方向及びＺ軸方向に直交するＹ軸方向（垂直方向）に沿って主軸台８を移動可能に支持する縦支持部材１２と、主軸４の先端に設けられたチャック１４と、チャック１４に保持される工作物Ｗと対向する位置に設置され、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に直交するＸ軸方向（図１において左右方向）に移動可能なＸ軸テーブル１５と、Ｘ軸テーブル１５に載置され、Ｙ軸方向（垂直方向）に平行なＢ軸回りに回動可能なターンテーブル１６と、ターンテーブル１６に設けられた刃物台１８と、直交する前記Ｘ・Ｙ・Ｚの３軸とＢ・Ｃ２つの回転軸の動作を制御する制御装置１９から構成されている。
【００２１】
主軸台８は背面にＹ軸方向（垂直方向）の一対のスライダ７が設けられ、スライダ７は縦支持部材１２に設けられた一対のガイドレール９に摺動可能に嵌合されている。図２に示すように、アブソリュート型リニアエンコーダ２１とインクリメンタル型リニアエンコーダ２３とが設けられ、Ｙ軸リニアモータ５の固定部（縦支持部材１２）に対する可動部（主軸台８）の位置を検知可能に構成されている。なお、スライダ７、ガイドレール９及びＹ軸リニアモータ５により移動機構を構成する。
【００２２】
両リニアエンコーダ２１,２３の信号はＣＮＣ装置２５にフィードバックされ、ＣＮＣ装置２５からの指令信号に対する誤差に比例した電力をサーボアンプ２７がＹ軸リニアモータ５に供給することで可動部（主軸台８）の位置制御を行うようになっている。また、サーボアンプ２７とＹ軸リニアモータ５の間にスィッチング素子としてＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３５を設けることで、高電圧の通電を可能にしている。また、ＣＮＣ装置２５の記憶部（記憶手段）には図５に示すように、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号による読み取り値（信号データ）をインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに補正する補正テーブル(対応データ)２９が記憶されている。この補正テーブル２９は全てのアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号に対してインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の対応表を作成するとデータ量が膨大となるため、例えば機械原点０から機械エンドまで移動させながら、アブソリュート型エンコーダ２１の信号で一定間隔毎に後述するデータ記録部を用いてインクリメンタル型エンコーダ２３の対応データを記録していく。この作業は機械組付け段階などで予め行っておく。その際、よく使用する領域についてはデータ間隔を短くして記録しておくとさらに良い。
【００２３】
また、ＣＮＣ装置２５は、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データから得た機械原点０を、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに与えるとともに、分解能が低いアブソリュート型リニアエンコーダ２１による信号データ（読み取り値）を、前記補正テーブル２９の補正データに基づいて分解能の高いインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに変換する信号変換部（初期座標読み取り手段、現在座標読み取り手段及び信号変換手段に対応する）を有している。また、ＣＮＣ装置２５は、前記補正テーブル２９の補正データに記載されていない位置にＹ軸リニアモータ５の可動部（主軸台８）があるときに、電源投入された場合に、前記補正データに基づく直線補間によって新たな補正データを作成可能なデータ作成部（データ作成手段）を有している。この新たな補正データは、例えば以下の方法でデータ作成部によって作成される。まず、図６に示すように、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データはＪ点とＮ点において、対応するデータが存在しているとする。そして、Ｊ点での、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の読み取り値をｘ(J)、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の読み取り値をＸ(J)とし、Ｎ点でのアブソリュート型リニアエンコーダ２１の読み取り値をｘ(N)、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の読み取り値をＸ(N)とする。次に電源投入点ＤＰでは、アブソリュート型リニアエンコーダ２１によって、投入位置が読み取られるため、最も近似するＫ点において電源が投入されたと読み取られる。そして、Ｋ点におけるアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データによる読み取り値をx(K)とした場合に、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の読み取り値（推定）Ｘ(K)を、Ｋ点をはさむ対応データが存在する２点（Ｊ点とＮ点）を用いて直線補間により求める。
【００２４】
まず、(Ｘ(K)-Ｘ(J)）/ (Ｘ(N)-Ｘ(J))=(x(K)-x(J)) / (x(N)-x(J))の関係より、Ｘ(K)=(x(K)-x(J))（Ｘ(N)-Ｘ(J)）/(ｘ(N)-ｘ(J))+Ｘ(J)が演算され、Ｘ(K)が求められる。そして、このＸ(K)は、Ｋ点に置けるアブソリュート型リニアエンコーダ２１の読み取り値x(K)に対する新たな補正データとされる。
【００２５】
また、ＣＮＣ装置２５は、前記可動部８の移動時に、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データとを読み取って、両者の対応データを記録していくデータ記録部（データ記録手段）を有している。上記データ作成部によって作成された新たな補正データも、このデータ記録部に記録される。なお、ＣＮＣ装置２５及びサーボアンプ２７によって制御装置１９を構成する。また、アブソリュート型リニアエンコーダ２１、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３、ＣＮＣ装置２５及びサーボアンプ２７により位置決め装置３を構成する。
【００２６】
主軸台８はＹ軸リニアモータ５により、縦支持部材１２に対してＹ軸方向（垂直方向）に移動可能に構成されている。Ｙ軸リニアモータ５は、図２及び図３に示すように、固定部（縦支持部材）１２側にＮ極Ｓ極が交互に並ぶよう配列された複数のマグネット３１と、可動部（主軸台）８側に設けられ、前記マグネット３１と複数個所で磁気的空隙を介して対向する複数のコイル３３とから構成されている。各コイル３３に流される電流の方向及び大きさはＣＮＣ装置２５によって制御されサーボアンプ２７を介して付加される。本実施形態では、図３に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相の互いに１２０度ずつ位相差が設けられた３相交流電流が流入され、同期リニアモータであるＹ軸リニアモータ５は、並んだコイル３３により形成される移動磁界に同期して可動部（主軸台８）が移動する。また、例えばコイル３３ａにはｕ相、３３ｂにはｖ相、３３ｃにはｗ相の電流が夫々流入されるようになっている。ここでＣＮＣ装置２５は、電源投入時にアブソリュート型リニアエンコーダ２１から検知される信号データにより、固定部（縦支持部材１２）に配された複数のマグネット３１に対する可動部（主軸台８）のコイル３３の相対位置を座標上で捉えて、各相のコイル３３に流入させる電流位相を定める磁極合わせ手段を構成する。
【００２７】
また、前記縦支持部材１２はＺ軸テーブル１０上に固定され、Ｚ軸テーブル１０は、図略のリニアモータによりベース１上にＺ軸方向に配設されたＺ軸ガイド１３に沿って移動するようになっている。
【００２８】
Ｘ軸テーブル１５は、図略のリニアモータによりベース１上にＸ軸方向に設置されたＸ軸ガイド１１に沿って移動する。Ｘ軸テーブル１５上に載置されたターンテーブル１６にはそのテーブル１６の周囲にターンテーブルリニアモータ１７がリング状に配置されている。このターンテーブルリニアモータ１７は、Ｘ軸テーブル１５にターンテーブル１６を囲うように設けられた図略の複数のマグネットと、該コイルに複数個所で磁気的空隙を介して対向するようターンテーブル１６の外周に設けられた図略の複数のコイルとから構成されている。
【００２９】
また、前記主軸台８のチャック１４は、工作物Ｗを保持して前記スピンドルモータ６によりＺ軸に平行なＣ軸回りに回転するようになっている。また、図略のリニアエンコーダにより主軸台８のＹ軸方向の移動位置、Ｘ軸テーブル１５及びＺ軸テーブル１０の移動位置が検知され、また、図略のロータリエンコーダにより主軸４及びターンテーブル１６の回転位置が検知される。これらの移動位置及び回転位置の信号データに基づき制御装置１９によって前記リニアモータ、スピンドルモータ６及びターンテーブルリニアモータ１７の作動が制御される。
【００３０】
刃物台１８は、ターンテーブル１６上に固定された基枠（図略）に囲まれたスライダベース（図略）に対してＺ軸方向に摺動可能に配設されたスライダ（図略）と、スライダの先端側に組み付けられる工具ホルダ２０と、スライダの基端側に配設される（図略）光学式リニアスケールと、前記スライダと前記スライダベースの間に配設されたリニアモータ２２とから構成される。工具ホルダ２０には、工具としてのバイト２４がＺ軸方向に平行に保持されている。
【００３１】
上記のように構成されたＮＣ加工機２及び位置決め装置３の作動について以下に説明する。まず、工作物Ｗをチャック１４に保持し、刃物台１８の工具ホルダ２０には、バイト２４をＺ軸に平行に保持する。そして、主軸台８の高さ位置（Ｙ軸方向）をバイト２４の高さ位置にあわせるとともに、Ｚ軸テーブル１０をＺ軸方向移動させて刃物台１８に工作物Ｗを接近させる。その際、リニアモータを駆動させて行うが、各リニアモータの駆動は同様なので、Ｙ軸リニアモータ５を代表として説明する。先ず、Ｙ軸リニアモータ５の電源をＯＮにする。図４のグラフに示すように、このときの可動部（主軸台８）の機械原点０に対する座標位置Ｘ及びその座標位置における電流値Ｕ(X)は、例えば数式（１）Rsin{2π(X+α)/T}（図４参照）で表わされる。なお、電源としては、三相交流のうちｕ相を代表して説明するものとし、Ａ点は電流の正弦波が０を示すアブソリュート型リニアエンコーダ２１の基準点であり、Ｂ点は基準点Ａより１サイクル後の位置を示す点である。αは機械原点０に対する基準点Ａの距離を示し、βはＢ点に対するＰ点の距離を示す。Ｐ点は電源投入時の可動部（主軸台８）の位置を示す点である。また、Ｒは電流の正弦波の振幅（電流値）を示し、Ｔは電流の正弦波の１サイクルの長さを示すとともに隣接する１対の磁石の幅（例えば３０ｍｍ）（図３参照）に対応する値である。
【００３２】
まず、前記数式（１）で、前記αの値は初期切片として予め求めておく。そして、電源投入時のアブソリュート型エンコーダ２１の信号データから、機械原点０からのＰ点の位置座標（初期座標）ｍを求める。このときの位相はsin{2π(ｍ＋α)/T }で表されるので、このＰ点におけるｕ相の位相に合致するＲsin{2π(ｍ＋α)/T }の電流値をＣＮＣ装置２５で演算し、通電するタイミングを計って、指令電流として流すことで、磁極合わせ（位相合わせ）を行う。
【００３３】
電流が流されることで、Ｙ軸リニアモータ５の可動部（主軸台８）は移動するが、図５に示すように、電源投入時のアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データ（読み取り値として例えば０．０００２００ｍｍ）はＣＮＣ装置２５の記憶部に記憶された補正テーブル２９に基づいて、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データ（０．０００２１０５ｍｍ）に変換されて、機械原点０からの絶対座標として可動部（主軸台８）の位置制御に使用される。そして、電源投入後にインクリメンタル型リニアエンコーダ２３により検知される信号データより現在座標が求められ、この現在座標の位置がＣＮＣ装置２５にフィードバックされ、ＣＮＣ装置２５からの指令信号に対する誤差に比例した電力をサーボアンプ２７がＹ軸リニアモータ５のコイル３３に供給する。このように分解能の高いインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データを使用して可動部（主軸台８）の現在座標の位置制御が可能になるところから、高精度の加工を行うことができる。
【００３４】
なお、Ｘ軸テーブル１５をＸ軸方向に移動させるリニアモータ（図略）、Ｚ軸テーブル１０をＺ軸方向に移動させるリニアモータ（図略）、及びターンテーブル１６をＢ軸回りに回転させるターンテーブルリニアモータ１７についても、同様に電源投入時にアブソリュート型リニアエンコーダ（図略）により初期座標が求められ、電源投入後はインクリメンタル型リニアエンコーダ（図略）によって現在座標が求められるので、説明を省略する。
【００３５】
また、工作物Ｗの実際の加工においては、スピンドルモータ６を回転させることにより工作物ＷをＣ軸回りに回転させながら、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸と、Ｂ軸回り及びＣ軸回りの同時５軸制御を、制御装置１９でおこなうことにより極めて精密な加工を実現させる。
【００３６】
上記実施形態における位置決め装置３によると、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データをもとにして同期リニアモータ（Ｙ軸リニアモータ５等）の磁極合わせを行うことができるので、従来のように高価なホール素子を使用しないで、安価に可動部（主軸台８）の位置決めを行うことができ、装置全体の小型化も図ることができる。また、予めアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データに対するインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データの対応が記憶部（ＣＮＣ装置２５）に記憶されており、電源投入時の初期座標は、アブソリュート型リニアエンコーダ２１により読み取られるが、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データで捉えた機械原点や絶対位置としての位置座標を、前記記憶データに基づいて信号変換部（ＣＮＣ装置２５）により、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに変換されたデータとして捉えることができ、電源投入時の座標は電源投入前の座標と比較して許容誤差範囲内のずれにとどまる。そして、電源投入時以後に以後に読み取られるインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データも、許容誤差範囲内の前記変換されたデータの絶対位置を基準に読み取られるので、電源投入時の位置から機械（可動部）を動作させた場合でも、作業者のほぼ想定していた通りの動作をさせることができ、電源投入のたびにインクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダの精度差に起因する位置ずれの発生に対処するために行っていた所定位置への復帰動作が不要となるので、作業性を飛躍的に向上させることができる。また、可動部（主軸台８）が記憶部（ＣＮＣ装置２５）の対応データにない位置にあるときであっても、データ作成部（ＣＮＣ装置２５）にて直線補間によって可動部（主軸台８）の現在位置座標を求めることができる。このように対応データにない位置においても柔軟に対応が可能となることから、位置決めの作業性を著しく向上させることができる。また、データ記録部（ＣＮＣ装置２５）によって新たな対応データを作成したり、既にある対応データの修正をしたりすることができる。このように位置決め機能の向上を自動的に図ることができる。そして、このような位置決め装置３を備えることによって、正確かつ精密に作動するＮＣ加工機２を提供することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、工作機械装置として同時５軸制御が可能なＮＣ加工機としたが、これに限定されず、例えば制御装置によってリニアモータが駆動する工作機械であればよい。
【００３８】
また、前記移動機構は、直線移動に限定されず、固定部に対して可動部が相対回転するものでもよく、前記インクリメンタル型エンコーダ及びアブソリュート型エンコーダは、リニアエンコーダに限定されず、例えばインクリメンタル型ロータリエンコーダ及びアブソリュート型ロータリエンコーダでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る実施形態に使用するＮＣ加工機の平面概要図。
【図２】ＮＣ加工機の一部に設けられた位置決め装置を示す概要図。
【図３】同期リニアモータを示す概要図。
【図４】ｕ相に通電される正弦波を示すグラフ。
【図５】アブソリュート型リニアエンコーダの信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データの対応例を示す図。
【図６】直線補間により対応データを求める方法を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
２…工作機械装置（ＮＣ加工機）、３…位置決め装置、５…移動機構（Ｙ軸リニアモータ）、７…移動機構（スライダ）、８…可動部（主軸台）、９…移動機構（ガイドレール）、１２…固定部（縦支持部材）、１９…制御装置、２１…アブソリュート型リニアエンコーダ、２３…インクリメンタル型リニアエンコーダ、２５…制御装置・初期座標読取手段・磁極合わせ手段・現在座標読取手段・記憶手段・信号変換手段・データ作成手段・データ記録手段（ＣＮＣ装置）、２７…制御装置（サーボアンプ）、２９…信号変換手段（補正テーブル）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超精密加工機における加工位置を精密に検出して決定する位置決め装置及びその位置決め装置を備えた工作機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信などの情報通信機器、デジタルカメラ、カメラ付携帯電話などの撮像装置、ＤＶＤ・ＣＤなどのＡＶ機器、内視鏡などの医療機器において高性能なレンズが用いられている。これらのレンズを成形する金型には形状精度１００ｎｍ以下、表面粗さ１０ｎｍ以下の厳しい精度が要求されるようになった。そして、これらの光学レンズ等、非軸対称非球面を精密加工するため、複数の移動軸と複数の回転軸とを同時に制御してミクロンオーダ以下の分解能で加工できる工作機械が製作されるようになった。そのため、加工位置を検出するリニアエンコーダとして極めて高い分解能を備えたインクリメンタル型リニアエンコーダが採用されている。
【０００３】
しかし、従来のインクリメンタル型リニアエンコーダでは、電源投入時に可動部の現在位置（絶対位置）を直接検出することができないため、可動部を動かすことにより所定の原点を探すいわゆる「原点合わせ」をおこなう必要もある。そのため、リニアモータを用いた場合のストロークエンドの信号を得るため、低分解能アブソリュート型リニアエンコーダを並列して使用することが考えられた。このような、インクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとを併用した特許文献１によると、固定部と可動部との相対位置を検出する位置検出装置において、一方に位置情報要素（光反射ピット）他方に読取り手段（光反射ピックアップ）を備え、前記位置情報要素（信号データ）は、インクリメンタル型位置情報要素（信号データ）とアブソリュート型位置情報要素（信号データ）とを備えている。そして、前記可動部の動作時にはインクリメンタル型位置情報を、前記可動部が停止している時にはアブソリュート型位置情報（信号データ）を選択的に読み取らせることで、可動部の動作時と停止時とのそれぞれに適合した位置情報を得ることができるというものである。
【０００４】
このようにインクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとを併用したものは、インクリメンタル型リニアエンコーダのパルス信号で制御して可動部を移動後に電源を落とし、再度電源投入した場合、アブソリュートエンコーダの最も近い読み取り値の値を現在座標として認識し、以後インクリメンタル型リニアエンコーダを読み取って動作させる。例えばアブソリュート型リニアエンコーダの単位読み取り値を１とし、インクリメンタル型リニアエンコーダの単位読み取り値を０．１とする。可動部はインクリメンタル型リニアエンコーダのパルス信号により０．１単位で移動し、９．５や１０．４の位置に可動部があるときに電源を落としたとすると、再度電源を投入した場合、アブソリュート型リニアエンコーダの最も近い読み取り値である１０を読み取って、現在座標が１０であると認識する。実際には電源を落としたときの座標が１０．４であった場合には、電源投入時に電源投入前と比較して０．４ずれた値となっているが、これは許容誤差範囲であり問題としない。
【０００５】
しかし、インクリメンタル型リニアエンコーダは絶対位置が検出できないため、基準座標からのトータル移動距離が大きくなると、インクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとの読み取り値のずれが大きくなる。例えばインクリメンタル型リニアエンコーダのパルス信号で可動部の座標が１００．４にあるときに電源を落とした場合、再度電源を入れたときにアブソリュート型リニアエンコーダでの読み取り値は１００となっていないといけないところ、アブソリュート型リニアエンコーダとインクリメンタル型リニアエンコーダの精度の差より、最も近いアブソリュート型リニアエンコーダの読み取り値が１０５等許容誤差範囲を超えた値となる。この場合、電源投入前と同じ位置に移動させる指令を出しても、元の位置と５ずれた位置に移動してしまい、作業者が想定した通りの動作とならないため、加工精度を低下させる問題が起きていた。そこで、従来は電源投入時に常に可動部を基準座標位置に移動させ（復帰動作）、常に同じ位置から移動を開始させることで、アブソリュート型リニアエンコーダとインクリメンタル型リニアエンコーダの精度差に起因するずれに対応していた。
【特許文献１】特開平２−７４８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電源投入のたびに基準座標位置（所定位置）まで可動部を移動させるのは煩雑な作業であり生産効率の低下を招いていた。また、リニアモータの場合、モータを動作させるには電源投入時にコイルに流される電流の位相と、該コイル及び磁極の相対位置とを合わせる磁極合わせを行う必要がある。この磁極合わせにはホール効果により磁極の位置を求めるホール素子を使用するが、ホール素子は高価であり、ホール素子の大きさ分だけ装置全体が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、電源投入時に現在座標を許容誤差範囲の精度で検出し、所定位置への復帰動作をすることなく電源投入時の位置から動作を開始することができる位置決め装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、同期モータの駆動により固定部に対して可動部が移動する移動機構と、前記同期モータの駆動を制御する制御装置とを有する位置決め装置において、前記移動機構は、前記固定部に対する前記可動部の相対位置を検出するためのインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダとを備え、前記制御装置は、前記アブソリュート型エンコーダの信号データ及び前記インクリメンタル型エンコーダの信号データの対応データを記憶した記憶手段と、電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記可動部の初期座標を求める初期座標読取手段と、電源投入時以後に読み取られたインクリメンタル型エンコーダの信号データを基に前記可動部の現在座標を求める現在座標読取手段とを備え、 前記現在座標読取手段は、電源投入時に読み取った前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記記憶手段の対応データに基づいて前記インクリメンタル型エンコーダの信号データに変換して前記可動部の現在座標を求める信号変換手段を備えていることである。
【０００９】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、 請求項１において、前記移動機構は、固定部に対して可動部が直線移動する移動機構であり、前記同期モータは、同期リニアモータであり、前記インクリメンタル型エンコーダは、インクリメンタル型リニアエンコーダであり、前記アブソリュート型エンコーダは、アブソリュート型リニアエンコーダであり、前記制御装置は、電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データから、前記記憶手段の対応データに基づいて、前記インクリメンタル型リニアエンコーダの信号データに変換されたデータにより前記同期リニアモータの磁極合わせを行う磁極合わせ実施手段を備えていることである。
【００１０】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記制御装置は、前記可動部が前記記憶手段の対応データに記載されていない相対位置にあるときに電源投入された場合に、前記記憶手段の対応データに基づく直線補間により新たな対応データを作成するデータ作成手段を備えることである。
【００１１】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記制御装置は、前記可動部の移動時において前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データとを読み取り、両者の対応データを記録していくデータ記録手段を備えたことである。
【００１２】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至４のいずれか１項における位置決め装置を備えている工作機械装置であることである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によると、予めアブソリュート型エンコーダの信号データに対するインクリメンタル型エンコーダの信号データの対応が記憶手段に記憶されている。電源投入時の初期座標は、アブソリュート型エンコーダにより読み取られるが、アブソリュート型エンコーダの信号データで捉えた機械原点や絶対位置としての位置座標を、記憶手段により記憶された対応データから信号変換手段により、インクリメンタル型エンコーダの信号データに変換されたデータとして捉えることができ、電源投入時の座標は電源投入前の座標と比較して許容誤差範囲内のずれにとどまる。そして、電源投入時以後に読み取られるインクリメンタル型エンコーダの信号データも、ずれが許容誤差範囲内の前記変換されたデータの絶対位置を基準に読み取られるので、電源投入時の位置から機械を動作させた場合でも、作業者のほぼ想定していた通りの動作をさせることができ、電源投入のたびにインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダの精度差に起因する位置ずれの発生に対処するために行っていた所定位置への復帰動作が不要にとなるので、作業性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によると、電源投入時に読み取ったアブソリュート型リニアエンコーダの信号データ又は信号変換部によりインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データに変換されたデータをもとにして、同期リニアモータの磁極合わせを行うことができるので、従来のように高価なホール素子を使用しないで、安価に可動部の磁極合わせを行うことができ、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によると、可動部が記憶手段の対応データにない位置にあるときであっても、直線補間によって可動部の現在位置座標を求めることができる。このように対応データにない位置においても柔軟に対応が可能となることから、位置決めの作業性を著しく向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によると、新たな対応データを作成したり、既にある対応データの修正をしたりすることができる。このように位置決め機能の向上を自動的に図ることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明によると、位置決め装置によって、正確かつ精密に作動する工作機械装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る位置決め装置をＮＣ加工機に実施した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１はＮＣ加工機の構造を示した平面概要図であり、図２は、ＮＣ加工機の一部に組み付けられた位置決め装置３を示す概要図である。このＮＣ加工機２は特許請求の範囲における工作機械装置に対応する。
【００１９】
ＮＣ加工機２は、該加工機２の正面より加工工具と被加工物の相対運動が左右方向となる移動軸をＸ軸とし、同じく加工工具と被加工物の相対運動が上下方向になる移動軸をＹ軸とし、同じく加工工具と被加工物の相対運動が前後方向になる移動軸をＺ軸とする。そして、Ｙ軸回りの回転軸としてＢ軸、Ｚ軸回りの回転軸としてＣ軸を加えた５軸を制御する同時５軸制御加工装置である。また、Ｘ・Ｙ・Ｚの３軸は夫々直交している。
【００２０】
このＮＣ加工機２は、図１に示すように、主軸４をＣ軸回りに回転させるスピンドルモータ６を組み込んだ主軸台８と、主軸４の長手方向であるＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル１０と、後述するＸ軸方向及びＺ軸方向に直交するＹ軸方向（垂直方向）に沿って主軸台８を移動可能に支持する縦支持部材１２と、主軸４の先端に設けられたチャック１４と、チャック１４に保持される工作物Ｗと対向する位置に設置され、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に直交するＸ軸方向（図１において左右方向）に移動可能なＸ軸テーブル１５と、Ｘ軸テーブル１５に載置され、Ｙ軸方向（垂直方向）に平行なＢ軸回りに回動可能なターンテーブル１６と、ターンテーブル１６に設けられた刃物台１８と、直交する前記Ｘ・Ｙ・Ｚの３軸とＢ・Ｃ２つの回転軸の動作を制御する制御装置１９から構成されている。
【００２１】
主軸台８は背面にＹ軸方向（垂直方向）の一対のスライダ７が設けられ、スライダ７は縦支持部材１２に設けられた一対のガイドレール９に摺動可能に嵌合されている。図２に示すように、アブソリュート型リニアエンコーダ２１とインクリメンタル型リニアエンコーダ２３とが設けられ、Ｙ軸リニアモータ５の固定部（縦支持部材１２）に対する可動部（主軸台８）の位置を検知可能に構成されている。なお、スライダ７、ガイドレール９及びＹ軸リニアモータ５により移動機構を構成する。
【００２２】
両リニアエンコーダ２１,２３の信号はＣＮＣ装置２５にフィードバックされ、ＣＮＣ装置２５からの指令信号に対する誤差に比例した電力をサーボアンプ２７がＹ軸リニアモータ５に供給することで可動部（主軸台８）の位置制御を行うようになっている。また、サーボアンプ２７とＹ軸リニアモータ５の間にスィッチング素子としてＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３５を設けることで、高電圧の通電を可能にしている。また、ＣＮＣ装置２５の記憶部（記憶手段）には図５に示すように、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号による読み取り値（信号データ）をインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに補正する補正テーブル(対応データ)２９が記憶されている。この補正テーブル２９は全てのアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号に対してインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の対応表を作成するとデータ量が膨大となるため、例えば機械原点０から機械エンドまで移動させながら、アブソリュート型エンコーダ２１の信号で一定間隔毎に後述するデータ記録部を用いてインクリメンタル型エンコーダ２３の対応データを記録していく。この作業は機械組付け段階などで予め行っておく。その際、よく使用する領域についてはデータ間隔を短くして記録しておくとさらに良い。
【００２３】
また、ＣＮＣ装置２５は、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データから得た機械原点０を、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに与えるとともに、分解能が低いアブソリュート型リニアエンコーダ２１による信号データ（読み取り値）を、前記補正テーブル２９の補正データに基づいて分解能の高いインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに変換する信号変換部（初期座標読み取り手段、現在座標読み取り手段及び信号変換手段に対応する）を有している。また、ＣＮＣ装置２５は、前記補正テーブル２９の補正データに記載されていない位置にＹ軸リニアモータ５の可動部（主軸台８）があるときに、電源投入された場合に、前記補正データに基づく直線補間によって新たな補正データを作成可能なデータ作成部（データ作成手段）を有している。この新たな補正データは、例えば以下の方法でデータ作成部によって作成される。まず、図６に示すように、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データはＪ点とＮ点において、対応するデータが存在しているとする。そして、Ｊ点での、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の読み取り値をｘ(J)、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の読み取り値をＸ(J)とし、Ｎ点でのアブソリュート型リニアエンコーダ２１の読み取り値をｘ(N)、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の読み取り値をＸ(N)とする。次に電源投入点ＤＰでは、アブソリュート型リニアエンコーダ２１によって、投入位置が読み取られるため、最も近似するＫ点において電源が投入されたと読み取られる。そして、Ｋ点におけるアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データによる読み取り値をx(K)とした場合に、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の読み取り値（推定）Ｘ(K)を、Ｋ点をはさむ対応データが存在する２点（Ｊ点とＮ点）を用いて直線補間により求める。
【００２４】
まず、(Ｘ(K)-Ｘ(J)）/ (Ｘ(N)-Ｘ(J))=(x(K)-x(J)) / (x(N)-x(J))の関係より、Ｘ(K)=(x(K)-x(J))（Ｘ(N)-Ｘ(J)）/(ｘ(N)-ｘ(J))+Ｘ(J)が演算され、Ｘ(K)が求められる。そして、このＸ(K)は、Ｋ点に置けるアブソリュート型リニアエンコーダ２１の読み取り値x(K)に対する新たな補正データとされる。
【００２５】
また、ＣＮＣ装置２５は、前記可動部８の移動時に、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データとを読み取って、両者の対応データを記録していくデータ記録部（データ記録手段）を有している。上記データ作成部によって作成された新たな補正データも、このデータ記録部に記録される。なお、ＣＮＣ装置２５及びサーボアンプ２７によって制御装置１９を構成する。また、アブソリュート型リニアエンコーダ２１、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３、ＣＮＣ装置２５及びサーボアンプ２７により位置決め装置３を構成する。
【００２６】
主軸台８はＹ軸リニアモータ５により、縦支持部材１２に対してＹ軸方向（垂直方向）に移動可能に構成されている。Ｙ軸リニアモータ５は、図２及び図３に示すように、固定部（縦支持部材）１２側にＮ極Ｓ極が交互に並ぶよう配列された複数のマグネット３１と、可動部（主軸台）８側に設けられ、前記マグネット３１と複数個所で磁気的空隙を介して対向する複数のコイル３３とから構成されている。各コイル３３に流される電流の方向及び大きさはＣＮＣ装置２５によって制御されサーボアンプ２７を介して付加される。本実施形態では、図３に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相の互いに１２０度ずつ位相差が設けられた３相交流電流が流入され、同期リニアモータであるＹ軸リニアモータ５は、並んだコイル３３により形成される移動磁界に同期して可動部（主軸台８）が移動する。また、例えばコイル３３ａにはｕ相、３３ｂにはｖ相、３３ｃにはｗ相の電流が夫々流入されるようになっている。ここでＣＮＣ装置２５は、電源投入時にアブソリュート型リニアエンコーダ２１から検知される信号データにより、固定部（縦支持部材１２）に配された複数のマグネット３１に対する可動部（主軸台８）のコイル３３の相対位置を座標上で捉えて、各相のコイル３３に流入させる電流位相を定める磁極合わせ手段を構成する。
【００２７】
また、前記縦支持部材１２はＺ軸テーブル１０上に固定され、Ｚ軸テーブル１０は、図略のリニアモータによりベース１上にＺ軸方向に配設されたＺ軸ガイド１３に沿って移動するようになっている。
【００２８】
Ｘ軸テーブル１５は、図略のリニアモータによりベース１上にＸ軸方向に設置されたＸ軸ガイド１１に沿って移動する。Ｘ軸テーブル１５上に載置されたターンテーブル１６にはそのテーブル１６の周囲にターンテーブルリニアモータ１７がリング状に配置されている。このターンテーブルリニアモータ１７は、Ｘ軸テーブル１５にターンテーブル１６を囲うように設けられた図略の複数のマグネットと、該コイルに複数個所で磁気的空隙を介して対向するようターンテーブル１６の外周に設けられた図略の複数のコイルとから構成されている。
【００２９】
また、前記主軸台８のチャック１４は、工作物Ｗを保持して前記スピンドルモータ６によりＺ軸に平行なＣ軸回りに回転するようになっている。また、図略のリニアエンコーダにより主軸台８のＹ軸方向の移動位置、Ｘ軸テーブル１５及びＺ軸テーブル１０の移動位置が検知され、また、図略のロータリエンコーダにより主軸４及びターンテーブル１６の回転位置が検知される。これらの移動位置及び回転位置の信号データに基づき制御装置１９によって前記リニアモータ、スピンドルモータ６及びターンテーブルリニアモータ１７の作動が制御される。
【００３０】
刃物台１８は、ターンテーブル１６上に固定された基枠（図略）に囲まれたスライダベース（図略）に対してＺ軸方向に摺動可能に配設されたスライダ（図略）と、スライダの先端側に組み付けられる工具ホルダ２０と、スライダの基端側に配設される（図略）光学式リニアスケールと、前記スライダと前記スライダベースの間に配設されたリニアモータ２２とから構成される。工具ホルダ２０には、工具としてのバイト２４がＺ軸方向に平行に保持されている。
【００３１】
上記のように構成されたＮＣ加工機２及び位置決め装置３の作動について以下に説明する。まず、工作物Ｗをチャック１４に保持し、刃物台１８の工具ホルダ２０には、バイト２４をＺ軸に平行に保持する。そして、主軸台８の高さ位置（Ｙ軸方向）をバイト２４の高さ位置にあわせるとともに、Ｚ軸テーブル１０をＺ軸方向移動させて刃物台１８に工作物Ｗを接近させる。その際、リニアモータを駆動させて行うが、各リニアモータの駆動は同様なので、Ｙ軸リニアモータ５を代表として説明する。先ず、Ｙ軸リニアモータ５の電源をＯＮにする。図４のグラフに示すように、このときの可動部（主軸台８）の機械原点０に対する座標位置Ｘ及びその座標位置における電流値Ｕ(X)は、例えば数式（１）Rsin{2π(X+α)/T}（図４参照）で表わされる。なお、電源としては、三相交流のうちｕ相を代表して説明するものとし、Ａ点は電流の正弦波が０を示すアブソリュート型リニアエンコーダ２１の基準点であり、Ｂ点は基準点Ａより１サイクル後の位置を示す点である。αは機械原点０に対する基準点Ａの距離を示し、βはＢ点に対するＰ点の距離を示す。Ｐ点は電源投入時の可動部（主軸台８）の位置を示す点である。また、Ｒは電流の正弦波の振幅（電流値）を示し、Ｔは電流の正弦波の１サイクルの長さを示すとともに隣接する１対の磁石の幅（例えば３０ｍｍ）（図３参照）に対応する値である。
【００３２】
まず、前記数式（１）で、前記αの値は初期切片として予め求めておく。そして、電源投入時のアブソリュート型エンコーダ２１の信号データから、機械原点０からのＰ点の位置座標（初期座標）ｍを求める。このときの位相はsin{2π(ｍ＋α)/T }で表されるので、このＰ点におけるｕ相の位相に合致するＲsin{2π(ｍ＋α)/T }の電流値をＣＮＣ装置２５で演算し、通電するタイミングを計って、指令電流として流すことで、磁極合わせ（位相合わせ）を行う。
【００３３】
電流が流されることで、Ｙ軸リニアモータ５の可動部（主軸台８）は移動するが、図５に示すように、電源投入時のアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データ（読み取り値として例えば０．０００２００ｍｍ）はＣＮＣ装置２５の記憶部に記憶された補正テーブル２９に基づいて、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データ（０．０００２１０５ｍｍ）に変換されて、機械原点０からの絶対座標として可動部（主軸台８）の位置制御に使用される。そして、電源投入後にインクリメンタル型リニアエンコーダ２３により検知される信号データより現在座標が求められ、この現在座標の位置がＣＮＣ装置２５にフィードバックされ、ＣＮＣ装置２５からの指令信号に対する誤差に比例した電力をサーボアンプ２７がＹ軸リニアモータ５のコイル３３に供給する。このように分解能の高いインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データを使用して可動部（主軸台８）の現在座標の位置制御が可能になるところから、高精度の加工を行うことができる。
【００３４】
なお、Ｘ軸テーブル１５をＸ軸方向に移動させるリニアモータ（図略）、Ｚ軸テーブル１０をＺ軸方向に移動させるリニアモータ（図略）、及びターンテーブル１６をＢ軸回りに回転させるターンテーブルリニアモータ１７についても、同様に電源投入時にアブソリュート型リニアエンコーダ（図略）により初期座標が求められ、電源投入後はインクリメンタル型リニアエンコーダ（図略）によって現在座標が求められるので、説明を省略する。
【００３５】
また、工作物Ｗの実際の加工においては、スピンドルモータ６を回転させることにより工作物ＷをＣ軸回りに回転させながら、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸と、Ｂ軸回り及びＣ軸回りの同時５軸制御を、制御装置１９でおこなうことにより極めて精密な加工を実現させる。
【００３６】
上記実施形態における位置決め装置３によると、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データをもとにして同期リニアモータ（Ｙ軸リニアモータ５等）の磁極合わせを行うことができるので、従来のように高価なホール素子を使用しないで、安価に可動部（主軸台８）の位置決めを行うことができ、装置全体の小型化も図ることができる。また、予めアブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データに対するインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データの対応が記憶部（ＣＮＣ装置２５）に記憶されており、電源投入時の初期座標は、アブソリュート型リニアエンコーダ２１により読み取られるが、アブソリュート型リニアエンコーダ２１の信号データで捉えた機械原点や絶対位置としての位置座標を、前記記憶データに基づいて信号変換部（ＣＮＣ装置２５）により、インクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データに変換されたデータとして捉えることができ、電源投入時の座標は電源投入前の座標と比較して許容誤差範囲内のずれにとどまる。そして、電源投入時以後に以後に読み取られるインクリメンタル型リニアエンコーダ２３の信号データも、許容誤差範囲内の前記変換されたデータの絶対位置を基準に読み取られるので、電源投入時の位置から機械（可動部）を動作させた場合でも、作業者のほぼ想定していた通りの動作をさせることができ、電源投入のたびにインクリメンタル型リニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダの精度差に起因する位置ずれの発生に対処するために行っていた所定位置への復帰動作が不要となるので、作業性を飛躍的に向上させることができる。また、可動部（主軸台８）が記憶部（ＣＮＣ装置２５）の対応データにない位置にあるときであっても、データ作成部（ＣＮＣ装置２５）にて直線補間によって可動部（主軸台８）の現在位置座標を求めることができる。このように対応データにない位置においても柔軟に対応が可能となることから、位置決めの作業性を著しく向上させることができる。また、データ記録部（ＣＮＣ装置２５）によって新たな対応データを作成したり、既にある対応データの修正をしたりすることができる。このように位置決め機能の向上を自動的に図ることができる。そして、このような位置決め装置３を備えることによって、正確かつ精密に作動するＮＣ加工機２を提供することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、工作機械装置として同時５軸制御が可能なＮＣ加工機としたが、これに限定されず、例えば制御装置によってリニアモータが駆動する工作機械であればよい。
【００３８】
また、前記移動機構は、直線移動に限定されず、固定部に対して可動部が相対回転するものでもよく、前記インクリメンタル型エンコーダ及びアブソリュート型エンコーダは、リニアエンコーダに限定されず、例えばインクリメンタル型ロータリエンコーダ及びアブソリュート型ロータリエンコーダでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る実施形態に使用するＮＣ加工機の平面概要図。
【図２】ＮＣ加工機の一部に設けられた位置決め装置を示す概要図。
【図３】同期リニアモータを示す概要図。
【図４】ｕ相に通電される正弦波を示すグラフ。
【図５】アブソリュート型リニアエンコーダの信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データの対応例を示す図。
【図６】直線補間により対応データを求める方法を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
２…工作機械装置（ＮＣ加工機）、３…位置決め装置、５…移動機構（Ｙ軸リニアモータ）、７…移動機構（スライダ）、８…可動部（主軸台）、９…移動機構（ガイドレール）、１２…固定部（縦支持部材）、１９…制御装置、２１…アブソリュート型リニアエンコーダ、２３…インクリメンタル型リニアエンコーダ、２５…制御装置・初期座標読取手段・磁極合わせ手段・現在座標読取手段・記憶手段・信号変換手段・データ作成手段・データ記録手段（ＣＮＣ装置）、２７…制御装置（サーボアンプ）、２９…信号変換手段（補正テーブル）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期モータの駆動により固定部に対して可動部が移動する移動機構と、前記同期モータの駆動を制御する制御装置とを有する位置決め装置において、
前記移動機構は、前記固定部に対する前記可動部の相対位置を検出するためのインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダとを備え、
前記制御装置は、
前記アブソリュート型エンコーダの信号データ及び前記インクリメンタル型エンコーダの信号データの対応データを記憶した記憶手段と、
電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記可動部の初期座標を求める初期座標読取手段と、
電源投入時以後に読み取られたインクリメンタル型エンコーダの信号データを基に前記可動部の現在座標を求める現在座標読取手段とを備え、
前記現在座標読取手段は、電源投入時に読み取った前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記記憶手段の対応データに基づいて前記インクリメンタル型エンコーダの信号データに変換して前記可動部の現在座標を求める信号変換手段を備えていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
請求項１において、前記移動機構は、固定部に対して可動部が直線移動する移動機構であり、
前記同期モータは、同期リニアモータであり、
前記インクリメンタル型エンコーダは、インクリメンタル型リニアエンコーダであり、
前記アブソリュート型エンコーダは、アブソリュート型リニアエンコーダであり、
前記制御装置は、電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データから、前記記憶手段の対応データに基づいて、前記インクリメンタル型リニアエンコーダの信号データに変換されたデータにより前記同期リニアモータの磁極合わせを行う磁極合わせ実施手段を備えていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記制御装置は、前記可動部が前記記憶手段の対応データに記載されていない相対位置にあるときに電源投入された場合に、前記記憶手段の対応データに基づく直線補間により新たな対応データを作成するデータ作成手段を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記制御装置は、前記可動部の移動時において前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データとを読み取り、両者の対応データを記録していくデータ記録手段を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項における位置決め装置を備えていることを特徴とする工作機械装置。
【請求項１】
同期モータの駆動により固定部に対して可動部が移動する移動機構と、前記同期モータの駆動を制御する制御装置とを有する位置決め装置において、
前記移動機構は、前記固定部に対する前記可動部の相対位置を検出するためのインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダとを備え、
前記制御装置は、
前記アブソリュート型エンコーダの信号データ及び前記インクリメンタル型エンコーダの信号データの対応データを記憶した記憶手段と、
電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記可動部の初期座標を求める初期座標読取手段と、
電源投入時以後に読み取られたインクリメンタル型エンコーダの信号データを基に前記可動部の現在座標を求める現在座標読取手段とを備え、
前記現在座標読取手段は、電源投入時に読み取った前記アブソリュート型エンコーダの信号データから前記記憶手段の対応データに基づいて前記インクリメンタル型エンコーダの信号データに変換して前記可動部の現在座標を求める信号変換手段を備えていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
請求項１において、前記移動機構は、固定部に対して可動部が直線移動する移動機構であり、
前記同期モータは、同期リニアモータであり、
前記インクリメンタル型エンコーダは、インクリメンタル型リニアエンコーダであり、
前記アブソリュート型エンコーダは、アブソリュート型リニアエンコーダであり、
前記制御装置は、電源投入時に読み取られた前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データから、前記記憶手段の対応データに基づいて、前記インクリメンタル型リニアエンコーダの信号データに変換されたデータにより前記同期リニアモータの磁極合わせを行う磁極合わせ実施手段を備えていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記制御装置は、前記可動部が前記記憶手段の対応データに記載されていない相対位置にあるときに電源投入された場合に、前記記憶手段の対応データに基づく直線補間により新たな対応データを作成するデータ作成手段を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記制御装置は、前記可動部の移動時において前記アブソリュート型リニアエンコーダの信号データとインクリメンタル型リニアエンコーダの信号データとを読み取り、両者の対応データを記録していくデータ記録手段を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項における位置決め装置を備えていることを特徴とする工作機械装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２８４６６２（Ｐ２００９−２８４６６２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３４４６７（Ｐ２００８−１３４４６７）
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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