工作機械で工具を制御するための変換された制御データを発生するための方法および装置
【課題】工作機械においてクランプされた加工品を正確に機械加工できるようにすること
【解決手段】加工品がクランプ手段内にクランプされている場合にクランプ手段内に加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプ状況の目標状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するために工具がどの第１工具配向でどの第１工具パスを移動すべきかを表示する制御データ決定ステップを備え、更にクランプ状況の現在の状態を検出するステップと、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、変換された制御データを発生するステップとを更に備えることを特徴とする。
【解決手段】加工品がクランプ手段内にクランプされている場合にクランプ手段内に加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプ状況の目標状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するために工具がどの第１工具配向でどの第１工具パスを移動すべきかを表示する制御データ決定ステップを備え、更にクランプ状況の現在の状態を検出するステップと、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、変換された制御データを発生するステップとを更に備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための、工作機械で工具を制御するための変換された制御データを発生するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に本発明は、工作機械またはマシニングセンター内にクランプされた加工品を機械加工するための、特にブランクから所定の仕上げ部品の幾何学的形状を有する仕上げ部品に加工品を再加工するためのＣＮＣ制御された工作機械、特にＣＮＣ制御されたフライス盤、ターニング盤、フライス／ターニング盤、またはターニング／フライス盤もしくはＣＮＣ制御されたマシニングセンターで所定のフライス工具を制御するための変換された制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００３】
従来技術では、異なる実施形態のＣＮＣ制御された工作機械が開示されている。
【０００４】
ＣＮＣ（コンピュータ化された数値制御）とは、例えば発生されたＮＣプログラムまたはＣＮＣプログラムを使用することにより、工作機械を数値制御することを意味する。この工作機械には、機械加工により加工品から材料を除去する工具が設けられるようになっている。この機械加工プロセス中の工具の制御は、制御データ、例えばＣＮＣプログラムを使ってあらかじめ決定された制御データを使用する制御装置により実行される。従って、発生された制御データを使用することにより、工作機械内にクランプされた加工品の精密な機械加工が可能となっている。
【０００５】
従来技術によれば、ＣＮＣプログラムは、ＣＡＭ（コンピュータ支援製造）システムおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムにより、ソフトウェアによってサポートされるように記述される。発生されるＣＮＣプログラムは、発生されたパスを移動しながら、このパスに沿って加工品の材料を除去するよう、工作機械内にクランプされた加工品に対して、工作機械のフライスヘッドの支持手段内に挿入された工具の向きを発生されたパスに沿って定める移動命令を含む。
【０００６】
この場合、移動パスの計算は幾何学的形状の寸法に基づき、加工品の所望する仕上げ部品の幾何学的寸法によって調節され、仕上げ部品の輪郭が得られるまで、計算された工具パスを移動することにより、加工品の材料がパスごとに一般に除去される。この目的のために、制御データは、工作機械内の加工品の機械加工中にプログラム制御により工具の交換を自動的に命令し、および／またはプログラム制御により加工品の交換を自動的に命令し、よって制御データを使用することにより、工作機械上でプログラム制御によって工具のこれら交換および／または加工品のこれら交換が自動的に実行されるようにする命令を更に含むことができる。
【０００７】
加工品から材料を除去するよう５の自由度で空間を通過するように工具を自由に移動させることができるようにする、少なくとも５本の軸を含むＣＮＣ制御工作機械は、特にユニバーサルに使用可能である。その理由は、ここで３の空間的方向の自由度（ほとんどの場合、直交軸、例えばｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と称される自由度）および２の角度自由度、すなわち２の回転自由度が任意の工具の配向または工具の配向の制御を可能にしているからである。５本の軸を有する今日のＣＮＣ工作機械は、プログラム制御により、５のいわゆる自由度で５本の軸を同時に駆動できるようになっている。ここで、従来技術は更に、６本の軸によるプログラム制御により５の自由度の工具制御装置を同時に駆動するよう６本の軸、特に３本の並進軸と３本の回転軸を含むＣＮＣ工作機械を更に開示している。基本的には７本以上の軸を有する工作機械も可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術が開示しているＣＮＣ工作機械では、所定の予備的条件下、あらかじめ決定した条件下および／またはある仮定、特に加工品が実際にクランプされた状況にあるという仮定のもとでそれぞれ制御データが計算され、発生される。従って、特に例えば制御データを発生するには、パス計算に基づくクランプされた状況の目標とする状態にある加工品に対するか、または加工品をクランプしているクランプ手段に対する工具の位置および／または工具の配向を正確に生じさせる制御データを発生するため、できるだけ精密なパスを計算できるように、工作機械のクランプ手段内にクランプされた状態にある加工品の位置または姿勢を特に知らなければならない。
【０００９】
従って、従来技術に係わる制御データを発生するための方法は、パスを計算するために、機械加工すべき加工品がクランプされている理想的な状況の目標とする状態に従って、工作機械のクランプ手段内に正確にクランプされていることを特にあらかじめ仮定している。従って、発生された制御データを使用することにより、計算された工具のパスを移動しながら、工具によって加工品の機械加工をしているときには、パスデータの計算に従って加工品を正確に機械加工できるよう、クランプ手段内の加工品の位置および姿勢または配向が、パスデータの計算の根拠をなす、クランプされた状況の目標とする状態に正しく対応していることが更に必要である。
【００１０】
この方法では、パス計算の根拠となるクランプされた状況からずれた状態または加工品のクランプされた状況の目標とする状態からずれた状態で、加工品がクランプ手段にクランプされている場合、発生された制御データを使用して工作機械で加工品を機械加工すると、加工品は誤って、または不正確に機械加工されてしまうという問題が生じる。
【００１１】
ドイツ特許出願第DE10 2007 016 056A1号は、レーザーアブレーション機械にて、加工品を機械加工する際に、クランプされている加工品の回転角方向または並進方向のオフセット量を光学的に測定することを開示している。検出されたオフセット量に基づき、初期の製造データ、すなわちＣＡＤ／ＣＡＭデータが変更され、加工品の検出された実際のクランプ状態に応じ、ＣＡＤ／ＣＡＭ製造データからＮＣプログラムが発生され、このプログラムは次にレーザーアブレーション機械へ供給される。しかしながら、この方法には問題がある。その理由は、例えば大量生産において同じ加工品を連続的に機械加工する場合、加工品ごとにＣＡＤ／ＣＡＭ製造データを変更しなければならず、このため、製造データに基づき、制御データを再び発生させなければならず、実行すべき実際の加工品の機械加工が同じであっても、加工品ごとに再びレーザーアブレーション機械へ制御データを送信しなければならないからである。従って、ドイツ特許出願第DE10 2007 016 056A1号によって開示されている方法は、個々の加工品の１回の機械加工にしか適しておらず、複数の加工品に対して同じ機械加工を行わなければならない、工作機械での大量生産および工作機械での加工品の機械加工には適していない。
【００１２】
ドイツ特許第DE196 31 620A1号は、研削盤上で回転対称な加工品が研削ホイールによる機械加工を受ける場合に、加工品がクランプされている回転テーブルの軸に対する加工品の軸の傾斜を測定する方法について開示している。次に、加工品のテーブルの回転軸に対する回転軸の測定された傾斜に従い、研削ホイールの送り運動を調節する。しかしながらこの場合、回転対称な加工品の傾きの誤差を測定し、機械加工時にこの誤差を考慮しているに過ぎず、クランプされた加工品の並進変位量は考慮されていない。研削ホイールを使ってギアホイールを単に機械加工する場合には、加工品の軸に平行に研削ホイールを移動させるだけでよい。加工品の軸の方向の、実際にクランプされた状況にある加工品の変位量を正確に測定することは必要ではないので、ドイツ特許第DE196 31 620A1号によれば、このような正確な測定法は記載されていない。従って、ドイツ特許第DE196 31 620A1号によって開示された方法は、特に回転対称でない加工品を工作機械で機械加工するのに特に適していない。更にこの方法は、例えば回転対称な加工品の軸に平行な、研削ホイールの研削運動を実行するだけでなく、フライス工具またはドリル工具、例えばエンドフライスカッター、トーラスフライスカッター、チェリーまたはドラムフライスカッター、またはその他のドリル工具もしくはフライス工具を所望する場合に変更しながら、５の自由度で加工品に対する工具の複雑な運動を制御しなければならないような、少なくとも５本の軸を含む工作機械でのより複雑な機械加工には適していない。
【００１３】
本発明の目的は、従来技術の方法の上記問題を解消できる、工作機械のクランプ手段にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械で工具を制御するための変換された制御データを発生するための方法、装置およびコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１４】
特に本発明の目的は、工作機械のクランプ手段に不正確に、またはクランプされた状況の目標とする状態からずれた状態で加工品がクランプされている場合でも、加工品の誤った、または不正確な機械加工を防止できる、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための、工作機械上の工具を制御するための変換された制御データを発生する方法、装置およびコンピュータプログラム製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
更に本発明によれば、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械上で工具を制御する制御データを発生するための方法および装置が提供され、この方法は、
クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するよう、所定の第１の工具の配向を有する第１の工具のパスに沿って、工作機械の工具を制御するための制御データを決定するステップと、
クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するステップと、
クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、
工作機械の工具が、クランプされた加工品を機械加工するように検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、決定されたクランプ状況の偏差に応じて工具を制御するステップとを備える。
【００１６】
本発明によれば、上記目的は、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための、工作機械上で工具を制御するための変換された制御データを発生するための請求項１に記載の方法および変換された制御データを発生するための対応する請求項９に記載の装置によって達成される。
【００１７】
更に本発明は、工作機械が上記本発明の装置を含む、変換された制御データを使用することにより、工具により加工品を機械加工するための少なくとも５本の軸を有する請求項１３に記載の工作機械を提供するものである。
【００１８】
更に本発明は、請求項１６に記載のコンピュータプログラム製品および本発明に係わるコンピュータプログラム製品が記憶されている、請求項１７に記載のデータ支持体を提供するものである。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態および例は、従属請求項に記載されている。
【００２０】
工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械上で工具を制御する制御データを発生するための本発明の方法は、クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するよう、所定の第１の工具の配向を有する第１の工具のパスに沿って、工作機械の工具を制御するための制御データを決定するステップを備える。
【００２１】
特に本発明に係わる方法は、
クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するステップと、
クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、
検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換された制御データを発生するステップとを更に備える。
【００２２】
ここで、「クランプ状況の現在の状態」なる用語とは、本発明のクランプ状況の偏差が、クランプされた状況の目標とする状態からの回転方向の偏差だけでなく、並進方向の偏差も含むような、クランプされている加工品の実際のクランプされている状況を意味する。
【００２３】
このことは、本発明に係わる制御データを発生するための方法が、決定されたクランプされている状況の目標とする状態および／または根拠となるクランプされている状況の目標とする状態を使用することによって実行されるだけでなく、更に少なくとも検出された実際のクランプされている状況の現在の状態を更に使用することによっても実行され、このクランプされている状況の実際のクランプされている状況の現在の状態が、本発明に従って検出されている点で有利である。
【００２４】
従って、加工品がクランプされている状況の目標とする状態からずれた状態でクランプされている場合、元のパスの計算に基づき、すなわちクランプされている状況の目標とする状態と比較して、傾斜または回転変位に関連させると共に、並進変位にも関連させてクランプされている状況の偏差を決定し、考慮することが好ましい。
本発明の方法では、検出されたクランプされた状況の現在の状態とあらかじめ決定されたクランプされた状況の目標とする状態とを比較することにより、このクランプされている状況の偏差を有利に検出し、変換された制御データは、加工品の検出されたクランプされている状況の偏差に応じて、変換された制御データを有利に発生できる。
【００２５】
実際のクランプされている状況の現在の状態に適合した変換された制御データを発生し、加工品の正確な機械加工を可能にするよう、変換された制御データを発生するように、決定された制御データまたは制御データの少なくとも一部を変換によって変更するか、または変換して有利に使用する。特にこのことには、例えば大量生産で同じ加工品を機械加工するときに、特定の機械加工に従ってクランプされた状態の目標とする状態により、制御データの１つのセットだけを発生すればよく、この制御データのセットは、実際のクランプされている状況に従って個々の加工品の各々に対して別々に変換できるという利点がある。特に、最初に発生された制御データ、すなわち基礎となるＮＣプログラムは、すべての加工品に対し、１回だけ発生し、工作機械へ伝送するだけでよいことが望ましい。ここで、クランプ状況に適合した新しい制御データを発生し、送信することなく、各加工品に対して個々の１回の変換だけを行えばよい。
【００２６】
この目的のため、本発明によれば、好ましくは、検出されたクランプされた状況の現在の状態に従って、決定されたクランプ状況の偏差値で加工品がクランプ手段内にクランプされている場合、クランプされている加工品を機械加工するための変換された制御データを使用することにより、検出されたクランプ状況の偏差に応じて、第２工具配向を有する第２工具パスに沿って、工作機械の工具を移動させる。
【００２７】
従って、これによって変換された制御データを発生し、この変換された制御データの発生時に、加工品の実際のクランプ状況を考慮することにより、実際のクランプ状況に適合した態様で工作機械の工具を制御できるという利点が得られる。
【００２８】
従って、工具を制御するための制御データの発生時に、クランプ状況の目標とする値からの、現在の実際のクランプ状況の現在の値の偏差がある場合、この偏差を検討し、補正することが可能である。従って、初期の制御データを満たす際に、誤ったクランプ状況にあるにもかかわらず、または目標とする状態からずれたクランプ状況にあるにもかかわらず、すなわち目標とするクランプ状況から並進方向に変位しているか、および／または回転方向に変位しているにもかかわらず、変換された制御データを使用することによって加工品は精密に機械加工される。この場合、制御データを、変換制御データに変換することにより、クランプ状況の目標とする値からのクランプ状況の偏差が補正されるように、好ましい態様で、変換された制御データが発生される。
【００２９】
特に目標とするクランプ状況と比較したクランプ状況の並進方向の変位および回転方向の変位との双方を考慮する本発明の方法は、例えば少なくとも５本の軸を含む工作機械で複雑な機械加工をするのに適しており、この工作機械では、回転対称の加工品の軸に平行に、研削ホイールによる簡単な研削移動が行われるだけでなく、所望する場合にフライス工具またはドリル工具、例えばエンドフライスカッター、トーラスフライスカッター、チェリーまたはドラムフライスカッター、または他のドリル工具またはフライス工具を交換しながら、５の自由度で加工品に対する工具の複雑な運動も制御しなければならない。
【００３０】
更に、ギアホイールのような回転対称の加工品を機械加工するための応用例とは別に、本発明の方法は、回転対称でない加工品を機械加工するのにも特に適す。ここで、驚くほど有利な態様で加工品の任意のクランプを選択することができ、この場合、工作機械内には既に初期制御データが存在する可能性があり、新しい制御データ、すなわち新しく発生されるＣＮＣプログラムを発生／伝送することはできない。本発明によれば、目標とするクランプ状況と比較して、並進方向の変位だけでなく回転方向の変位も含む実際のクランプ状況を、初期に発生された制御データに基づいて検出する。その後、工具が加工品に対してあらかじめ決定された機械加工運動を行うように、変換された制御データ、すなわちダイレクト移動命令を発生できる。この場合、運動がどれだけ複雑であるか、すなわち少なくとも５本軸のすべてを同時に移動または制御するかということは、驚くことに無関係である。本発明の方法によれば、変換された制御データにより、５本以上の軸の駆動でさえも同時に実行できる。複雑な任意の機械加工パスに沿って工具を使用することにより、対称的加工品または非対称の加工品の特に複雑な機械加工の場合、所望する場合に少なくとも５本の軸を含む工作機械のすべての軸を同時に同期して駆動する場合でも、本発明から特別な利点が得られる。このことは特に、目標とするクランプ状況と比較した実際のクランプ状況の回転方向の変位および並進方向の変位の双方を、すべての空間的方向で測定するように、実際のクランプ状況またはクランプ状況の偏差を決定するという事実により可能となっている。
【００３１】
提供されるかまたは発生されるＣＮＣプログラムにより、上記制御データを検出し、決定することが好ましく、この制御データは、工具および／または加工品の移動を制御するよう、工具および／または加工品を制御するための工作機械の軸のうちの１本以上を駆動するようになっている移動命令または運動命令に対応することが好ましい。この目的のために、上記方法では、制御に基づくＣＮＣプログラムを変更するだけでなく、加工品のクランプ状況に応じて移動命令を変換するか、または変更されていないＣＮＣプログラムに基づき、直接変換された工作機械の移動命令を発生すること、すなわち例えば軸制御の最適なゼロポイントシフトにより変換された制御データを発生することも好ましい。このことは、リアルタイムで、工作機械上で直接、すなわち加工品の機械加工中の工作機械の数値制御時に直接、行うことが好ましい。
【００３２】
好ましくは、加工品の中心軸と工作機械のクランプ手段の回転軸とが一致するよう、加工品は、クランプされた状況の目標とする状態で、工作機械のクランプ手段内にクランプされている。
【００３３】
制御データの命令を所望する場合に、および好ましく使用することにより、クランプされている加工品が回転するときの中心となるクランプ手段の回転軸とクランプ状況の目標とする状態にある加工品の中心軸とが一致するという点で、このことは有利である。
【００３４】
従って、クランプ状況の現在の状態と目標とする状態との間の偏差、すなわちクランプ状況の偏差は、次のようなパラメータによって簡単にパラメータ化できる。すなわちパラメータとして、例えば工作機械のクランプ手段の回転軸に対する加工品の中心軸の角度および／または加工品の中心軸とクランプ手段の回転軸との間の距離の距離パラメータ、例えば中心軸と回転軸の交点と工作機械のクランプ手段の回転軸に直交する平面との距離、例えばクランプ手段の回転軸と工作機械のクランプ手段の特定の高さにおけるクランプ手段の回転軸に対する直交平面との交点の間の距離、および／またはベクトル方向を示す距離パラメータが挙げられる。
【００３５】
好ましくは、変換された制御データによるクランプされた状況の現在の状態に従ってクランプされている加工品の、工作機械上での機械加工が、決定された制御データによるクランプされた状況の目標とする状態に従ってクランプされている加工品の工作機械上での機械加工に対応するように、変換された制御データを発生するステップにおける変換を実行する。
【００３６】
このことは、変換された制御データはクランプ状況の目標とする状態からの加工品のクランプ状況の偏差の補正値に正しく一致し、よって決定された制御データを使ってクランプ状況の目標とする状態に従いクランプされている加工品を機械加工するので、目標とする状態からずれた状態でクランプされている加工品を、変換された制御データを使用することによって正確に機械加工できるという点で有利である。
【００３７】
好ましくは、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の現在の状態を検出するステップは、加工品の外側表面を光学的にスキャニングすること、誘導スキャニングすることおよび／または機械的にスキャニングすることまたは他の方法でスキャンニングすることを備える。
【００３８】
これによって、加工品の異なる側面にある加工品の外側または外表面をスキャニングすることにより、加工品の外側または外表面上の加工品のポイントに対する異なる角度を測定し、よって光学的スキャニング、誘導的スキャニンおよび／または機械的スキャニングにより、実際のクランプ状況すなわちクランプ状況の現在の状態を検出できるという利点が得られる。
【００３９】
このプロセスでは、例えば非可視レンジ内にある波長で、特に光または別のタイプの電磁放射線により、異なる角度で、加工品を異なる方向から光学的にスキャニングすることが可能となる。
【００４０】
光学的スキャニングに加え、またはその代わりに、実際のクランプ状況を検出するように、検出要素によって異なる角度にて異なる方向から、加工品の外側または外表面を機械的にスキャニングすることも可能である。
【００４１】
この目的のために、加工品の外側表面にある異なるポイントのそれぞれの位置を検出することにより、クランプされた状況の現在の状態に従って実際のクランプされた状況を決定するよう、工作機械のクランプ手段にクランプされた加工品を光学的、誘導的および／または機械的にスキャニングすることが好ましい。
【００４２】
更に、工作機械のスキャニング手段により、光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを自動的に行うことが好ましい。
【００４３】
制御データを発生するステップにおいて、工作機械で決定された制御データをリアルタイムで、即ち加工中に工作機械の直接制御において、対応する工作機械の移動命令に変換することが好ましい。
【００４４】
このことは、元のＣＮＣプログラムを変更するのではなく、決定されたクランプ状況の偏差をクランプ状況に応じて使用することにより、リアルタイムで、すなわち加工品の機械加工中に工作機械での命令を変換することが好ましいことを意味する。所望する場合に、移動命令を実行するためにこの方法において工作機械での補正または変換としてクランプ状況の偏差に応じたゼロポイントシフトを実行し、リアルタイムで検出されたクランプ状況の偏差をリアルタイムで考慮し、対応する変換を実行する。
【００４５】
決定された制御データは、工具位置データおよび工具配向データを含むことが好ましく、工具位置データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第１の工具位置を示し、工具配向データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第１の工具配向を示すことが好ましく、変換された制御データを発生するステップにおける変換は、工具位置データの変換された工具位置データへの変換および／または工具配向データの変換された工具配向データへの回転変換を含むことが好ましく、変換された工具位置データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第２工具位置を示し、変換された工具配向データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第２工具配向を示すことが好ましく、変換および／または回転変換は、時間内の第１ポイントにおいてクランプ状況の目標とする状態にある加工品に対する第１工具位置および第２工具配向が、時間内の第１ポイントにおけるクランプ状況の現在の状態にある加工品に対する第２工具位置および第２工具配向にそれぞれ対応するようになっていることが好ましい。
【００４６】
このことは次の点で有利である。時間内の所定のポイント、例えば時間内の第１ポイントまたは時間内の複数の所定のポイントにおける、クランプ状況にある現在の状態の加工品のクランプ状況の偏移を、それぞれのポイントに関連化すべき正確な変換および／または回転変換によって実行でき、よって回転変換による変換および工具配向を使って時間内のそれぞれのポイントで工具位置を最適に補正できるという点で有利である。
【００４７】
この方法は、好ましくはリアルタイムで発生された変換制御データに従い、工具を第２の機械加工のパスに沿って移動させるステップを更に備え、よって時間内の第１ポイントにおける変換された工具位置データおよび変換された工具配向データは、基本的には時間内の第１ポイントで発生され、第２機械加工パスを移動するステップ中の工具は、基本的には時間内の第１ポイントにおける第２の工具位置および第２の工具配向となることが好ましい。
【００４８】
このことには次の利点がある。従来技術にかかわる工作機械における加工品の機械加工とは独立して、または機械加工する前に、クランプ状況の目標とする状態に基づき、所望する場合にコンピュータで、例えば従来のＣＡＤ／ＣＡＭシステムを使用することによって制御データを発生でき、よって工作機械に実際にクランプされている加工品の目標とする状態からクランプ状況がずれている場合、実際のクランプ状況に従って、変換された制御データへの変換により直接、リアルタイムで、すなわち工作機械での加工品の機械加工中に制御データを変換するという点で、最適に加工品の機械加工を実行できるという利点がある。
【００４９】
このことは、好ましいことに、制御データの最初の計算の根拠となるクランプ状況からのクランプ状況の偏移を独立して行うことができるように、工作機械で自動的に実行できる。
【００５０】
更に本発明は、上記方法の１つ以上に従い、所望する場合には例えば上記好ましい特徴事項のうちの１つ以上により、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械上で工具を制御する変換制御データを発生するための装置も提供する。
【００５１】
本発明の装置は、クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するよう、決定された第１の工具の配向を有する第１の工具のパスに沿って、工作機械の工具を制御するための制御データを決定する制御データ決定手段を備える。
【００５２】
更に、本発明に係わる装置は、クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するためのクランプ状況の現在の状態検出手段と、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するクランプ状況偏差検出手段と、検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換制御データを発生する制御データ発生手段とを更に備え、工作機械の工具は、クランプされた加工品を機械加工するように検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、変換された制御データにより工具を制御することを特徴とする。
【００５３】
このことは、特にクランプ状況の目標とする状態からの加工品のクランプ状況の偏差を考慮する変換された制御データ、従って発生された正しい制御データを発生するための、上記好ましい方法を実行できる装置が提供されるという点で、好ましい。
【００５４】
本装置は、加工品をクランプするためのクランプ手段を備える工作機械内に設置する、即ち組み込むようになっていることが好ましい。
【００５５】
このことには次の利点がある。すなわち装置を直接工作機械内に一体的に設置し、よって加工品の機械加工中にリアルタイムで変換された制御データを発生するよう、変換により制御データの補正を実行できるという利点がある。
【００５６】
工作機械は、ＣＮＣ制御データにより同時に駆動可能である少なくとも５本の軸を含むことが好ましい。ここで、工作機械は、少なくとも５本の軸を含むフライス／ターニング盤、またはターニング／フライス盤、フライス／ドリル盤または少なくとも５本の軸を含むユニバーサルマシニングセンターであることが好ましい。
【００５７】
このことには次の利点がある。すなわち工具を制御するために３の並進自由度および２の回転自由度を含む５の運動自由度で、計算されたパスに沿って工具を移動できるという利点がある。更に、５の自由度での運動のフレキシビリティおよび自由度は、変換制御データを発生するために制御データを補正するのに必要な変換を、実際に工具ガイドにより運動力学的にも実行できることを保証する。
【００５８】
更に、工作機械は、スキャニング手段を備え、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の現在の状態を検出するステップは、スキャニング手段の検出要素による加工品の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、工作機械のスキャニング手段により自動的に実行される。
【００５９】
このことは、工作機械自身がこの工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の現在の状態を検出できるようにするスキャニング手段を含むという点で有利である。
【００６０】
更に本発明は、制御データを使用する工具により加工品を機械加工するための少なくとも５本の軸を有する工作機械を提供し、制御データは、クランプされた加工品を機械加工するために工具がどの配向でどの工具パスを移動するかを示し、この工作機械は、更に加工品をクランプするためのクランプ手段を備え、とくに本発明に係わる装置のうちの１つ以上が設けられている、かかる装置を含む。
【００６１】
好ましくは、工作機械は、スキャニング手段を備え、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の現在の状態を検出するステップは、スキャニング手段の検出要素による加工品の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、工作機械のスキャニング手段により自動的に実行されることが好ましい。
【００６２】
最後に工作機械は、分割ヘッドおよび／または完全に一体化された回転軸、とくに好ましくはＮＣ分割ヘッドおよび完全に一体化されたＮＣ回転軸を含み、それぞれには加工品をクランプするためのクランプ手段が設けられており、これら分割ヘッドおよび／または完全に一体化された回転軸は、クランプされている加工品をクランプ手段の回転軸を中心として回転するようになっている。
【００６３】
このことにより、工作機械のクランプ手段、例えば工具テーブル上に加工品をクランプすることが可能となるだけでなく、更に分割ヘッドのクランプ手段内に加工品を更にクランプすることも可能となり、分割ヘッドは次に所望する場合に工作機械のクランプ手段、例えば工具テーブル内にクランプできるようになっている工作機械で、本発明の方法および本発明の装置を採用または使用できるという利点を提供する。
【００６４】
更にこのことは、従来の工作機械および分割ヘッド、特にＮＣ分割ヘッドを有する従来の工作機械に本発明の方法および本発明の装置を採用できるという利点を提供する。
【００６５】
最終的に本発明は、コンピュータプログラム製品と組み合わされるか、または制御データを発生するためのプログラム、例えばＣＡＤ／ＣＡＭプログラムおよびコンピュータプログラム製品と組み合わされたコンピュータが制御データを発生するための上記方法のうちの少なくとも１つを技術的に実行し、コンピュータのインターフェースを介し、工作機械へ、変換され、発生された制御データを所望する場合に伝送するようになっていることを特徴とするコンピュータプログラム製品を提供するものである。従って、本発明は、データキャリア上に上記コンピュータプログラム製品が記憶されていることを特徴とするデータ支持体も更に提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】工作機械のクランプ手段にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械の例を略図として示す。
【図２】工作機械の工具を制御するための制御データを発生することに基づき、加工品のクランプ状況の目標とする状態の例を略図として示す。
【図３Ａ】図１の加工品のクランプ状況の目標とする状態例を略横断面図で示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示されたクランプ状況の目標とする状態に対してクランプ状況の状態がずれている、時間内の第１ポイントにおける加工品のクランプ状況の現在の状態の一例を略横断面図で示す。
【図３Ｃ】時間内の第１ポイントにおける工具の、クランプ状況の目標とする状態およびそれに対応する第１工具位置および第１工具配向にある、図３Ａの加工品の例を示す略横断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態において発生された変換制御データに従った、時間内の第１ポイントにおける加工品の、クランプ状況の現在の状態および時間内の第１ポイントにおける加工品の対応する第２工具位置および第２工具配向にある、図３Ｂの加工品の横断面を例として示す略図である。
【図４】（Ａ）本発明に従って変換された制御データを発生するための方法の一実施形態に係わる加工品の位置の変換を例として示す略図である。 （Ｂ）本発明に従って変換された制御データを発生するための方法の一実施形態に係わる工具配向の変換を例として示す略図である。
【図５】本発明に従って変換された制御データを発生するための装置の一実施形態を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
次の記載では、図面を参照しながら、本発明に従い、変換された制御データを発生するための方法および装置の実施形態により、本発明について詳細に記載し、説明する。
【００６８】
図１は、発生された制御データを使用することにより、加工品２００を機械加工するための工具１３０を制御するようになっている工作機械１００を例として示す。以下説明するこの実施形態では、工作機械１００は５本の軸を含むフライス兼ドリル盤となっており、この工作機械は、工作機械１００のクランプ装置およびクランプ手段１２０内にクランプされている加工品２００から工具パスに沿って材料を除去するよう発生されたＣＮＣ制御データを使用するプログラム制御によって、計算された所定の工具パスにより、支持手段内に挿入されている工具１３０を取り外すようになっている。
【００６９】
この目的のために、工作機械１００は、加工品２００をクランプするためのクランプ手段１２０を備える。工作機械１００の好ましい実施形態では、クランプ手段１２０は、加工品２００をクランプするための、工作機械１００の工具テーブルに装着されたクランプ手段１２０となっており、よって工具テーブルを回転することにより、クランプ手段１２０の回転を通してクランプ手段１２０の中心軸Ｍを中心として加工品２００を回転できるようになっている。
【００７０】
しかしながら、本発明は、工具テーブルのクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための制御データを発生することだけに限定されるものでなく、本発明は更に、分割ヘッド、特にＮＣ分割ヘッドのクランプ手段内に加工品がクランプされている場合に異なるクランプ手段内で機械加工するのにも使用できる。
【００７１】
更に、図１において説明する実施形態における工作機械１００は、発生されたＣＮＣ制御データを使用することにより、工具１３０を製造するようになっている制御装置１１０を備える。この目的のために、５軸工作機械１００の制御装置１１０は、３本のリニア軸の方向に並進状態で工具を移動するようになっており、次の記載では、これらリニア軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と称す。
【００７２】
更に、制御装置１１０は、工具の配向を可能にするように、回転軸を中心として工具１３０をガイドするようになっている。従って、クランプ手段１２０および工具テーブルの回転運動軸と共に、軸の総数は５本となっており、これによって、クランプ手段１２０にクランプされている加工品２００に対して、工具１３０を５の運動自由度で、特に３の並進運動自由度および２の回転運動自由度にて、自由に移動することが可能となっている。
【００７３】
しかしながら本発明は、５軸工作機械だけに限定されるものでなく、６本以上の軸、例えば６軸、特に３本の並進軸および３本の回転軸を含む工作機械にも使用できる。また、５本よりも少ない軸を有する工作機械にも使用できる。
【００７４】
図１における制御装置１１０は、スピンドル１１１を備え、このスピンドルは、工具１３０を駆動するようになっており、特に機械加工、特にフライス加工および／またはドリル加工により、加工品２００からの材料の除去を可能にするよう、工具１３０の工具軸を中心に、工具１３０の回転運動を駆動するようになっている。
【００７５】
更に、図１に示された工作機械１００は、検出要素１４１を含むスキャニング手段１４０を備え、このスキャニング手段１４０は、加工品２００をスキャニングするようになっており、特にクランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況を検出できるように、クランプ手段１２０の回転軸Ｍを中心として、異なる回転角において加工品２００を数回スキャニングするようになっている。
【００７６】
しかしながら本発明は、検出要素１４１を含むかかるスキャニング手段１４０を備えた工作機械１００で使用することだけに限定されるものでなく、むしろ検出要素１４１を使用する機械的スキャニングにより、クランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況、特にクランプ手段１２０の回転軸を中心とする異なる回転角方向の位置におけるクランプ状況を検出することも可能であり、これまで説明した工作機械の実施形態とは異なり、検出要素１４１は、工具１３０に従って、制御装置１１０内で交換または置換されるようになっている。
【００７７】
更に、工作機械１００の上記実施形態は、検出要素１４１を使用する機械的スキャニングにより、クランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況を検出することについて記載するものである。しかしながら、本発明は加工品２００のクランプ状況の検出を機械的スキャニングによって行うかかる工作機械１００だけに限定されるものではなく、クランプ手段１２０内の加工品のクランプ状況を、光学的スキャニング、例えばレーザービームによって検出すようになっているスキャニング手段１４０を含む工作機械にも採用できる。
【００７８】
レーザービームによる光学的スキャニングとは別に、光学的波長のレンジ内にない電磁放射線により、加工品を検出することも更に可能である。特に、検出要素１４１による機械的スキャニングと光学的および／または電磁スキャニングとの組み合わせにより、クランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況を検出するスキャニング手段１４０を含む工作機械１００に対して、本発明を使用することも可能である。
【００７９】
図２は、加工品２００のクランプ状況の目標状態を例として示す。５軸ＣＮＣ工作機械において、発生されるＣＮＣ制御データにより工具１３０を制御するのと同じように、制御データにより工具のパスをあらかじめ定めなければならず、工作機械１００および制御装置１１０は、それぞれクランプ手段１２０内にクランプされた加工品に対して工具１３０、ここでは例えばエンドフライスカッターを制御データにより移動させるようになっている。従来技術によれば、工具１３０を制御するための制御データの発生は、クランプ状況の目標とする状態に対応するクランプ状況に基づいている。
【００８０】
図２では、シリンダ形状の加工品２００に対して、かかるクランプ状況の目標状態が示されており、図２は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向を例として示している。簡潔にするために、図２にはクランプ手段１２０は示されていない。しかしながら、図２に示されたクランプ状況の目標とする状態では、ｚ軸に対応する加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸Ｒとが一致しており、回転軸Ｒは、クランプ手段１２０がクランプ手段１２０内にクランプされた加工品２００を回転できるようにするときの回転軸に対応している。
【００８１】
図２に示されたクランプ状況の目標とする状態では、クランプされた加工品２００の中心軸とクランプ手段１２０の回転軸Ｒとが一致しているとき、クランプされた加工品２００は、クランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心として回転するときには同じように加工品２００の自らの中心軸Ｍを中心として回転する。特に加工品２００がクランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心として回転するときの一致に起因し、加工品２００の中心軸Ｍは、クランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心とするタンブリング（空中転回）運動を行わない。
【００８２】
工具１３０は、制御データによってあらかじめ決定された工具のパスに沿って、制御データを使用することにより、クランプされた加工品２００から材料を除去する。しかしながら、クランプされた加工品２００の実際のクランプ状況が図２に示されているクランプ状況の目標とする状態からずれている場合、制御データはクランプ状況の目標状態に従ったクランプ状況に従って発生されたものであるので、加工品は制御データに基づいて誤った状態で機械加工されることになる。
【００８３】
ここで、例えば加工品２００の中心軸Ｍがクランプ手段１２０の回転軸Ｒに向かって、ある傾きまたはある角度となるように加工品２００のクランプ状況がずれていた場合、加工品２００がクランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心として回転すると、この結果、加工品２００のタンブリング運動または中心軸Ｍのタンブリング運動が生じる。この理由は、加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸とが一致していないからである。
【００８４】
図３Ａは、図２に示されたクランプ状況の目標の状態にある、すなわち加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸Ｒとが一致する状態のとき（図示されず）、時間ｔ１における第１ポイントでの、図１に示された加工品２００の横断面を示す。
【００８５】
図３Ｂでは、時間ｔ１内での第１ポイント（時点）のクランプ状況の現在の状態の例が横断面で示されている。図３Ａと対照的に、クランプされている加工品２００の中心軸Ｍは、角度θＳだけクランプ手段２１０の回転軸Ｒからずれている。時間ｔ１内の第１ポイントにおける図３Ｂでのクランプ状況の現在の状態は、運動状況の目標とする状態からの実際のクランプ状況の現在の状態の角度の偏差の他に、角度θＳの傾きに加えて加工品２００の位置が、図示されているベクトルＶだけ並進状態でシフトされるように更にずれている。
【００８６】
偏差、すなわちクランプ状況の目標とする状態とクランプ状況の現在の状態との間の偏差は、時間ｔ１内の第１ポイントにおいて、加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸Ｒとの間の角度の偏差θＳおよび時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＶによって示される位置のシフトによって記述できる。
【００８７】
図３Ｃは、図３Ａに示されるように、クランプ状況の現在の状態にある時間ｔ１内の第１ポイントにおける加工品２００の横断面を再び示しており、発生された制御データによって時間ｔ１における第１ポイントでの結果と同じように、図３Ｃには更に時間ｔ１における第１ポイントでの工具１３０の工具の位置が更に示されている。このことは、工作機械１００が制御装置１１０により、計算された工具パスに沿って工具１３０を制御し、よって時間ｔ１における第１ポイントで工具が図３Ｃに示されるような工具位置および工具配向をとるように、制御データが発生されることを意味する。
【００８８】
ここで、第１工具位置Ｗ１に対応する工具位置は、ベクトルによって示されている（ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った３つの座標によって示されている）。時間ｔ１内の第１ポイントでの工具１３０の配向は、角度θＷＯ１によって記述される第１工具配向ＷＯ１によって示されている。この場合、制御データは時間ｔ１内の第１ポイントでの工具の位置を示すデータ、特に時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＷ１の３つの座標を示す工具位置データと、角度θＷＯ１による、時間ｔ１内の第１ポイントでの工具１３０の第１工具配向ＷＯ１を示す工具配向データとを含む。
【００８９】
図３Ｃの図は、工具配向が現在ｘ−ｚ平面内にある一例として時間ｔ１内のあるポイントが選択された、簡略化された図である。しかしながら、一般的には、工具の配向は、図３Ｃに示されているように、角度θＷＯ１によって示されるだけでなく、（２の回転自由度に対応する）少なくとも２つの角度によっても示される。しかしながら、３つの座標値（位置データ）および２つの角度の値（配向データ）を示すことにより、それぞれの工具の位置を正確にパラメータ化できる。その理由は、ＣＮＣ工作機械の５本の軸によって同時に駆動できる５のすべての自由度は、３つの位置座標および２つの角度パラメータにより、時間内の特定のポイントで、例えば時間ｔ１内の第１ポイントで決定されるからである。
【００９０】
図３Ｃに示される工具位置は、制御データを発生するときに加工品２００のクランプ状況は、軸ＭとＲとが一致するクランプ状況の目標とする状態に対応すると仮定し、時間ｔ１内の第１ポイントに対する工具位置データおよび工具配向データを使用することにより、制御データによってあらかじめ定められる。次に、加工品３００の実際のクランプ状況の現在の状態が、クランプ状況の目標とする状態からずれている場合、制御データを使用して、時間ｔ１内の第１ポイントにおける、工具に対する所望する工具位置に対応しない工具の配向および工具位置へ、工具１３０を移動させる。
【００９１】
図３Ｄは、時間ｔ１内の第１ポイントにおける、図３Ｂに示されたクランプ状況の現在の状態に対応する加工品２００を横断面で示す。ここで、加工品２００に対する図３Ｄ内の工具位置が、図３Ｃに示されるように、加工品２００に対する工具１３０の工具位置に正確に対応するよう、本発明に従って発生された変換された制御データによる予備的定義に従った工具１３０の工具位置が示されている。
【００９２】
この目的のために、時間ｔ１内の第１ポイントにおける工具位置が、図３Ｄ内のベクトルＷ２によって示された第２工具位置Ｗ２に対応し、更に、時間内の第１ポイントにおける工具１３０の工具の配向が第２工具配向ＷＯ２に対応するように工具が制御される。
【００９３】
図４Ａおよび４Ｂは、時間ｔ１内の第１ポイントにおける制御データを、変換された制御データのうちの変換された工具位置制御データへ変換すること、および時間ｔ１内の第１ポイントにおける制御データの工具配向データを、変換された制御データのうちの変換された工具配向データへ変換することを示している。
【００９４】
図４Ａは、図３Ｃに従った時間ｔ１内の第１ポイントにおける第１工具位置を示すベクトルＷ１を示す。従って、まず結果として別のベクトルＷ１＋ｖが結果として得られるように、加工品の位置のシフト（クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状況との間の、並進的偏差）に対応するベクトルｖを、図３Ｂに示されるように加えることにより、時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＷ１の座標を示す制御データの変換が行われる。しかしながら、このデータはまだ変換された工具位置データには対応していないが、この目的のために角度θＳだけベクトルＷ１＋ｖを回転するように、この制御データを変換しなければならない。ここで、角度θＳは、図３Ｂに示されるように、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の回転偏差値に対応する。従って、ベクトルｖに関する変換および角度θＳに関する別の回転変換をすると、換言すれば、次のように工具位置データから、変換された工具位置データへの次の変換を行うように変換マトリックスＴに従った１回の変換を行うと、その結果、時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＷ２の座標によって記述される第２工具位置が得られる。
（数１）
Ｗ２＝Ｔ・Ｗ１．
【００９５】
類似として、図４Ｂは、工具配向データから変換された工具配向データへの変換（回転変換）を示す。図４Ｂは、図３Ｃおよび３Ｄに示されるように、角度θＳだけずれている第１の工具配向ＷＯ１および第２の工具配向ＷＯ２の方向を記述する法ベクトルｎ（ＷＯ１）およびｎ（ＷＯ２）により、工具の配向を示している。従って、工具の配向データから変換工具配向データへの変換、および第１の工具配向ＷＯ１および第２の工具配向ＷＯ２からの変換は、それぞれ角度θＳだけの純粋な回転変換である。
【００９６】
しかしながら、一般にこの回転変換は、図４Ｂに示されるように、任意の工具の配向がｚ−ｘ平面になくても、任意の工具の配向を、これらからずれた任意の工具の配向にパラメータ化できるよう、図３Ａおよび４Ｂに示されるように１つの角度θＳだけでなく、２つの角度によっても、時間内の特定のポイントでパラメータ化される。
【００９７】
従って、上記のように本発明によれば、制御データを使って、変換された制御データが発生される。ここで、この変換は、本発明によれば、加工品２００を機械加工するための変換された制御データを使用することにより工作機械１００および制御装置１１０がそれぞれ工具１３０を制御するように、クランプされた状況の目標とする状態とクランプされた状況の現在の状態との間の、検出された偏差に応じて行われ、よって加工品２００がクランプされた状況の目標とする状態に対応するクランプされた状況でクランプされているときに、制御データを使って加工品２００が機械加工された場合に、機械加工が加工品の機械加工に正確に対応するよう、加工品がクランプされた状況の目標とする状態からずれたクランプ状況にあるにもかかわらず、加工品は正しく機械加工される。
【００９８】
図５は、工作機械で工具１３０を制御するための、変換された制御データを発生するための本発明の装置３００の一実施形態を示し、この装置３００は制御データ決定手段３１０と、クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０と、クランプされた状況の偏差を検出する手段３３０と、制御データ発生手段３４０とを備える。
【００９９】
制御データ決定手段３１０は、工作機械１００の工具１３０がどの第１の工具パスを移動すべきであるかを示し、加工品がクランプされた状況の目標とする状態に従ってクランプされている場合に、クランプされている加工品２００を機械加工するためのどのような工具配置にするかを示す制御データを決定するようになっている。
【０１００】
この目的のために、本実施形態に係わる装置３００は、制御データを発生するための手段と通信するようになっているインターフェース３５０ａを備え、よって制御データ決定手段３１０は、このインターフェース３５０ａを介し、別のシステムによって発生される制御データを決定できる。この目的のためには、制御データ決定手段３１０は、制御データに基づき、クランプされた状況の目標とする状態を更に決定しなければならない。
【０１０１】
しかしながら、本発明は、制御データ決定手段３１０が外部ソースからの発生された制御データをインターフェース３５０ａを介して決定できるようになっている実施形態だけに限定されることはなく、むしろ本発明の別の実施形態に係わる装置３００を、システムの１つのコンポーネントとすることもでき、特に、既に制御データを発生したＣＡＤ／ＣＡＭシステムと組み合わせたコンピュータシステムの１つのコンポーネントとすることもできる。
【０１０２】
クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０は、加工品２００の実際のクランプされた状況を検出するようになっており、ここで、この実施形態では、クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０は、インターフェース３５０ｂを介し（この他にインターフェース３５０ａも介し）、工作機械１００のスキャニング手段１４０に接続されており、スキャニング手段は、異なる回転角方向の位置において加工品２００の機械的および／または光学的スキャニングを実行する。
【０１０３】
更に装置３００は、クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０によって検出された加工品２００のクランプされた状況とクランプ状況の目標とする状態とを比較して使用することにより、クランプされた状況を検出するようになっている、クランプされた状況の偏差検出手段３３０を備え、このクランプされた状況の偏差検出手段３３０は、クランプ手段１２０の回転軸Ｒからの、クランプされた加工品２００の中心軸Ｍの回転方向の偏差、更に例えば図３ＢにおけるベクトルＶに従った並進シフトを所望する場合に検出する。
【０１０４】
更に装置３００は、本発明の方法の上記実施形態のうちの少なくとも１つに従って、変換された制御データを発生するようになっている制御データ発生手段３４０を備える。この実施形態によれば、工作機械１００が制御データ発生手段３４０によって発生された制御データを使用することによって、工具１３０を制御できるよう、インターフェース３５０ａを介して工作機械１００の制御装置と通信するようになっている。この目的のために、変換された制御データを所望する場合にリアルタイムで発生できるよう、本発明の一実施形態では、工作機械１００に装置３００を取り付けてもよいし、または工作機械内に組み込んでもよい。この場合、制御データ発生手段３４０は、発生された制御データを使用することにより、プログラム制御により工具を制御するよう、時間内の特定のポイントで実質的に同時に、制御データを制御データ発生手段により発生するように、変換された制御データを発生する。
【０１０５】
しかしながら、本発明はリアルタイムで実行される変換された制御データをこのように発生する方法だけに限定されず、その代わりに、制御データおよびクランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の検出された偏差をまず使用することによって、変換された制御データをその後発生し、よって制御データにより工具１３０を制御できるように、変換され、発生された制御データをその後の工程でしか工作機械１００へ伝送しないようにしてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための、工作機械で工具を制御するための変換された制御データを発生するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に本発明は、工作機械またはマシニングセンター内にクランプされた加工品を機械加工するための、特にブランクから所定の仕上げ部品の幾何学的形状を有する仕上げ部品に加工品を再加工するためのＣＮＣ制御された工作機械、特にＣＮＣ制御されたフライス盤、ターニング盤、フライス／ターニング盤、またはターニング／フライス盤もしくはＣＮＣ制御されたマシニングセンターで所定のフライス工具を制御するための変換された制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００３】
従来技術では、異なる実施形態のＣＮＣ制御された工作機械が開示されている。
【０００４】
ＣＮＣ（コンピュータ化された数値制御）とは、例えば発生されたＮＣプログラムまたはＣＮＣプログラムを使用することにより、工作機械を数値制御することを意味する。この工作機械には、機械加工により加工品から材料を除去する工具が設けられるようになっている。この機械加工プロセス中の工具の制御は、制御データ、例えばＣＮＣプログラムを使ってあらかじめ決定された制御データを使用する制御装置により実行される。従って、発生された制御データを使用することにより、工作機械内にクランプされた加工品の精密な機械加工が可能となっている。
【０００５】
従来技術によれば、ＣＮＣプログラムは、ＣＡＭ（コンピュータ支援製造）システムおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムにより、ソフトウェアによってサポートされるように記述される。発生されるＣＮＣプログラムは、発生されたパスを移動しながら、このパスに沿って加工品の材料を除去するよう、工作機械内にクランプされた加工品に対して、工作機械のフライスヘッドの支持手段内に挿入された工具の向きを発生されたパスに沿って定める移動命令を含む。
【０００６】
この場合、移動パスの計算は幾何学的形状の寸法に基づき、加工品の所望する仕上げ部品の幾何学的寸法によって調節され、仕上げ部品の輪郭が得られるまで、計算された工具パスを移動することにより、加工品の材料がパスごとに一般に除去される。この目的のために、制御データは、工作機械内の加工品の機械加工中にプログラム制御により工具の交換を自動的に命令し、および／またはプログラム制御により加工品の交換を自動的に命令し、よって制御データを使用することにより、工作機械上でプログラム制御によって工具のこれら交換および／または加工品のこれら交換が自動的に実行されるようにする命令を更に含むことができる。
【０００７】
加工品から材料を除去するよう５の自由度で空間を通過するように工具を自由に移動させることができるようにする、少なくとも５本の軸を含むＣＮＣ制御工作機械は、特にユニバーサルに使用可能である。その理由は、ここで３の空間的方向の自由度（ほとんどの場合、直交軸、例えばｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と称される自由度）および２の角度自由度、すなわち２の回転自由度が任意の工具の配向または工具の配向の制御を可能にしているからである。５本の軸を有する今日のＣＮＣ工作機械は、プログラム制御により、５のいわゆる自由度で５本の軸を同時に駆動できるようになっている。ここで、従来技術は更に、６本の軸によるプログラム制御により５の自由度の工具制御装置を同時に駆動するよう６本の軸、特に３本の並進軸と３本の回転軸を含むＣＮＣ工作機械を更に開示している。基本的には７本以上の軸を有する工作機械も可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術が開示しているＣＮＣ工作機械では、所定の予備的条件下、あらかじめ決定した条件下および／またはある仮定、特に加工品が実際にクランプされた状況にあるという仮定のもとでそれぞれ制御データが計算され、発生される。従って、特に例えば制御データを発生するには、パス計算に基づくクランプされた状況の目標とする状態にある加工品に対するか、または加工品をクランプしているクランプ手段に対する工具の位置および／または工具の配向を正確に生じさせる制御データを発生するため、できるだけ精密なパスを計算できるように、工作機械のクランプ手段内にクランプされた状態にある加工品の位置または姿勢を特に知らなければならない。
【０００９】
従って、従来技術に係わる制御データを発生するための方法は、パスを計算するために、機械加工すべき加工品がクランプされている理想的な状況の目標とする状態に従って、工作機械のクランプ手段内に正確にクランプされていることを特にあらかじめ仮定している。従って、発生された制御データを使用することにより、計算された工具のパスを移動しながら、工具によって加工品の機械加工をしているときには、パスデータの計算に従って加工品を正確に機械加工できるよう、クランプ手段内の加工品の位置および姿勢または配向が、パスデータの計算の根拠をなす、クランプされた状況の目標とする状態に正しく対応していることが更に必要である。
【００１０】
この方法では、パス計算の根拠となるクランプされた状況からずれた状態または加工品のクランプされた状況の目標とする状態からずれた状態で、加工品がクランプ手段にクランプされている場合、発生された制御データを使用して工作機械で加工品を機械加工すると、加工品は誤って、または不正確に機械加工されてしまうという問題が生じる。
【００１１】
ドイツ特許出願第DE10 2007 016 056A1号は、レーザーアブレーション機械にて、加工品を機械加工する際に、クランプされている加工品の回転角方向または並進方向のオフセット量を光学的に測定することを開示している。検出されたオフセット量に基づき、初期の製造データ、すなわちＣＡＤ／ＣＡＭデータが変更され、加工品の検出された実際のクランプ状態に応じ、ＣＡＤ／ＣＡＭ製造データからＮＣプログラムが発生され、このプログラムは次にレーザーアブレーション機械へ供給される。しかしながら、この方法には問題がある。その理由は、例えば大量生産において同じ加工品を連続的に機械加工する場合、加工品ごとにＣＡＤ／ＣＡＭ製造データを変更しなければならず、このため、製造データに基づき、制御データを再び発生させなければならず、実行すべき実際の加工品の機械加工が同じであっても、加工品ごとに再びレーザーアブレーション機械へ制御データを送信しなければならないからである。従って、ドイツ特許出願第DE10 2007 016 056A1号によって開示されている方法は、個々の加工品の１回の機械加工にしか適しておらず、複数の加工品に対して同じ機械加工を行わなければならない、工作機械での大量生産および工作機械での加工品の機械加工には適していない。
【００１２】
ドイツ特許第DE196 31 620A1号は、研削盤上で回転対称な加工品が研削ホイールによる機械加工を受ける場合に、加工品がクランプされている回転テーブルの軸に対する加工品の軸の傾斜を測定する方法について開示している。次に、加工品のテーブルの回転軸に対する回転軸の測定された傾斜に従い、研削ホイールの送り運動を調節する。しかしながらこの場合、回転対称な加工品の傾きの誤差を測定し、機械加工時にこの誤差を考慮しているに過ぎず、クランプされた加工品の並進変位量は考慮されていない。研削ホイールを使ってギアホイールを単に機械加工する場合には、加工品の軸に平行に研削ホイールを移動させるだけでよい。加工品の軸の方向の、実際にクランプされた状況にある加工品の変位量を正確に測定することは必要ではないので、ドイツ特許第DE196 31 620A1号によれば、このような正確な測定法は記載されていない。従って、ドイツ特許第DE196 31 620A1号によって開示された方法は、特に回転対称でない加工品を工作機械で機械加工するのに特に適していない。更にこの方法は、例えば回転対称な加工品の軸に平行な、研削ホイールの研削運動を実行するだけでなく、フライス工具またはドリル工具、例えばエンドフライスカッター、トーラスフライスカッター、チェリーまたはドラムフライスカッター、またはその他のドリル工具もしくはフライス工具を所望する場合に変更しながら、５の自由度で加工品に対する工具の複雑な運動を制御しなければならないような、少なくとも５本の軸を含む工作機械でのより複雑な機械加工には適していない。
【００１３】
本発明の目的は、従来技術の方法の上記問題を解消できる、工作機械のクランプ手段にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械で工具を制御するための変換された制御データを発生するための方法、装置およびコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１４】
特に本発明の目的は、工作機械のクランプ手段に不正確に、またはクランプされた状況の目標とする状態からずれた状態で加工品がクランプされている場合でも、加工品の誤った、または不正確な機械加工を防止できる、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための、工作機械上の工具を制御するための変換された制御データを発生する方法、装置およびコンピュータプログラム製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
更に本発明によれば、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械上で工具を制御する制御データを発生するための方法および装置が提供され、この方法は、
クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するよう、所定の第１の工具の配向を有する第１の工具のパスに沿って、工作機械の工具を制御するための制御データを決定するステップと、
クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するステップと、
クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、
工作機械の工具が、クランプされた加工品を機械加工するように検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、決定されたクランプ状況の偏差に応じて工具を制御するステップとを備える。
【００１６】
本発明によれば、上記目的は、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための、工作機械上で工具を制御するための変換された制御データを発生するための請求項１に記載の方法および変換された制御データを発生するための対応する請求項９に記載の装置によって達成される。
【００１７】
更に本発明は、工作機械が上記本発明の装置を含む、変換された制御データを使用することにより、工具により加工品を機械加工するための少なくとも５本の軸を有する請求項１３に記載の工作機械を提供するものである。
【００１８】
更に本発明は、請求項１６に記載のコンピュータプログラム製品および本発明に係わるコンピュータプログラム製品が記憶されている、請求項１７に記載のデータ支持体を提供するものである。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態および例は、従属請求項に記載されている。
【００２０】
工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械上で工具を制御する制御データを発生するための本発明の方法は、クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するよう、所定の第１の工具の配向を有する第１の工具のパスに沿って、工作機械の工具を制御するための制御データを決定するステップを備える。
【００２１】
特に本発明に係わる方法は、
クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するステップと、
クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、
検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換された制御データを発生するステップとを更に備える。
【００２２】
ここで、「クランプ状況の現在の状態」なる用語とは、本発明のクランプ状況の偏差が、クランプされた状況の目標とする状態からの回転方向の偏差だけでなく、並進方向の偏差も含むような、クランプされている加工品の実際のクランプされている状況を意味する。
【００２３】
このことは、本発明に係わる制御データを発生するための方法が、決定されたクランプされている状況の目標とする状態および／または根拠となるクランプされている状況の目標とする状態を使用することによって実行されるだけでなく、更に少なくとも検出された実際のクランプされている状況の現在の状態を更に使用することによっても実行され、このクランプされている状況の実際のクランプされている状況の現在の状態が、本発明に従って検出されている点で有利である。
【００２４】
従って、加工品がクランプされている状況の目標とする状態からずれた状態でクランプされている場合、元のパスの計算に基づき、すなわちクランプされている状況の目標とする状態と比較して、傾斜または回転変位に関連させると共に、並進変位にも関連させてクランプされている状況の偏差を決定し、考慮することが好ましい。
本発明の方法では、検出されたクランプされた状況の現在の状態とあらかじめ決定されたクランプされた状況の目標とする状態とを比較することにより、このクランプされている状況の偏差を有利に検出し、変換された制御データは、加工品の検出されたクランプされている状況の偏差に応じて、変換された制御データを有利に発生できる。
【００２５】
実際のクランプされている状況の現在の状態に適合した変換された制御データを発生し、加工品の正確な機械加工を可能にするよう、変換された制御データを発生するように、決定された制御データまたは制御データの少なくとも一部を変換によって変更するか、または変換して有利に使用する。特にこのことには、例えば大量生産で同じ加工品を機械加工するときに、特定の機械加工に従ってクランプされた状態の目標とする状態により、制御データの１つのセットだけを発生すればよく、この制御データのセットは、実際のクランプされている状況に従って個々の加工品の各々に対して別々に変換できるという利点がある。特に、最初に発生された制御データ、すなわち基礎となるＮＣプログラムは、すべての加工品に対し、１回だけ発生し、工作機械へ伝送するだけでよいことが望ましい。ここで、クランプ状況に適合した新しい制御データを発生し、送信することなく、各加工品に対して個々の１回の変換だけを行えばよい。
【００２６】
この目的のため、本発明によれば、好ましくは、検出されたクランプされた状況の現在の状態に従って、決定されたクランプ状況の偏差値で加工品がクランプ手段内にクランプされている場合、クランプされている加工品を機械加工するための変換された制御データを使用することにより、検出されたクランプ状況の偏差に応じて、第２工具配向を有する第２工具パスに沿って、工作機械の工具を移動させる。
【００２７】
従って、これによって変換された制御データを発生し、この変換された制御データの発生時に、加工品の実際のクランプ状況を考慮することにより、実際のクランプ状況に適合した態様で工作機械の工具を制御できるという利点が得られる。
【００２８】
従って、工具を制御するための制御データの発生時に、クランプ状況の目標とする値からの、現在の実際のクランプ状況の現在の値の偏差がある場合、この偏差を検討し、補正することが可能である。従って、初期の制御データを満たす際に、誤ったクランプ状況にあるにもかかわらず、または目標とする状態からずれたクランプ状況にあるにもかかわらず、すなわち目標とするクランプ状況から並進方向に変位しているか、および／または回転方向に変位しているにもかかわらず、変換された制御データを使用することによって加工品は精密に機械加工される。この場合、制御データを、変換制御データに変換することにより、クランプ状況の目標とする値からのクランプ状況の偏差が補正されるように、好ましい態様で、変換された制御データが発生される。
【００２９】
特に目標とするクランプ状況と比較したクランプ状況の並進方向の変位および回転方向の変位との双方を考慮する本発明の方法は、例えば少なくとも５本の軸を含む工作機械で複雑な機械加工をするのに適しており、この工作機械では、回転対称の加工品の軸に平行に、研削ホイールによる簡単な研削移動が行われるだけでなく、所望する場合にフライス工具またはドリル工具、例えばエンドフライスカッター、トーラスフライスカッター、チェリーまたはドラムフライスカッター、または他のドリル工具またはフライス工具を交換しながら、５の自由度で加工品に対する工具の複雑な運動も制御しなければならない。
【００３０】
更に、ギアホイールのような回転対称の加工品を機械加工するための応用例とは別に、本発明の方法は、回転対称でない加工品を機械加工するのにも特に適す。ここで、驚くほど有利な態様で加工品の任意のクランプを選択することができ、この場合、工作機械内には既に初期制御データが存在する可能性があり、新しい制御データ、すなわち新しく発生されるＣＮＣプログラムを発生／伝送することはできない。本発明によれば、目標とするクランプ状況と比較して、並進方向の変位だけでなく回転方向の変位も含む実際のクランプ状況を、初期に発生された制御データに基づいて検出する。その後、工具が加工品に対してあらかじめ決定された機械加工運動を行うように、変換された制御データ、すなわちダイレクト移動命令を発生できる。この場合、運動がどれだけ複雑であるか、すなわち少なくとも５本軸のすべてを同時に移動または制御するかということは、驚くことに無関係である。本発明の方法によれば、変換された制御データにより、５本以上の軸の駆動でさえも同時に実行できる。複雑な任意の機械加工パスに沿って工具を使用することにより、対称的加工品または非対称の加工品の特に複雑な機械加工の場合、所望する場合に少なくとも５本の軸を含む工作機械のすべての軸を同時に同期して駆動する場合でも、本発明から特別な利点が得られる。このことは特に、目標とするクランプ状況と比較した実際のクランプ状況の回転方向の変位および並進方向の変位の双方を、すべての空間的方向で測定するように、実際のクランプ状況またはクランプ状況の偏差を決定するという事実により可能となっている。
【００３１】
提供されるかまたは発生されるＣＮＣプログラムにより、上記制御データを検出し、決定することが好ましく、この制御データは、工具および／または加工品の移動を制御するよう、工具および／または加工品を制御するための工作機械の軸のうちの１本以上を駆動するようになっている移動命令または運動命令に対応することが好ましい。この目的のために、上記方法では、制御に基づくＣＮＣプログラムを変更するだけでなく、加工品のクランプ状況に応じて移動命令を変換するか、または変更されていないＣＮＣプログラムに基づき、直接変換された工作機械の移動命令を発生すること、すなわち例えば軸制御の最適なゼロポイントシフトにより変換された制御データを発生することも好ましい。このことは、リアルタイムで、工作機械上で直接、すなわち加工品の機械加工中の工作機械の数値制御時に直接、行うことが好ましい。
【００３２】
好ましくは、加工品の中心軸と工作機械のクランプ手段の回転軸とが一致するよう、加工品は、クランプされた状況の目標とする状態で、工作機械のクランプ手段内にクランプされている。
【００３３】
制御データの命令を所望する場合に、および好ましく使用することにより、クランプされている加工品が回転するときの中心となるクランプ手段の回転軸とクランプ状況の目標とする状態にある加工品の中心軸とが一致するという点で、このことは有利である。
【００３４】
従って、クランプ状況の現在の状態と目標とする状態との間の偏差、すなわちクランプ状況の偏差は、次のようなパラメータによって簡単にパラメータ化できる。すなわちパラメータとして、例えば工作機械のクランプ手段の回転軸に対する加工品の中心軸の角度および／または加工品の中心軸とクランプ手段の回転軸との間の距離の距離パラメータ、例えば中心軸と回転軸の交点と工作機械のクランプ手段の回転軸に直交する平面との距離、例えばクランプ手段の回転軸と工作機械のクランプ手段の特定の高さにおけるクランプ手段の回転軸に対する直交平面との交点の間の距離、および／またはベクトル方向を示す距離パラメータが挙げられる。
【００３５】
好ましくは、変換された制御データによるクランプされた状況の現在の状態に従ってクランプされている加工品の、工作機械上での機械加工が、決定された制御データによるクランプされた状況の目標とする状態に従ってクランプされている加工品の工作機械上での機械加工に対応するように、変換された制御データを発生するステップにおける変換を実行する。
【００３６】
このことは、変換された制御データはクランプ状況の目標とする状態からの加工品のクランプ状況の偏差の補正値に正しく一致し、よって決定された制御データを使ってクランプ状況の目標とする状態に従いクランプされている加工品を機械加工するので、目標とする状態からずれた状態でクランプされている加工品を、変換された制御データを使用することによって正確に機械加工できるという点で有利である。
【００３７】
好ましくは、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の現在の状態を検出するステップは、加工品の外側表面を光学的にスキャニングすること、誘導スキャニングすることおよび／または機械的にスキャニングすることまたは他の方法でスキャンニングすることを備える。
【００３８】
これによって、加工品の異なる側面にある加工品の外側または外表面をスキャニングすることにより、加工品の外側または外表面上の加工品のポイントに対する異なる角度を測定し、よって光学的スキャニング、誘導的スキャニンおよび／または機械的スキャニングにより、実際のクランプ状況すなわちクランプ状況の現在の状態を検出できるという利点が得られる。
【００３９】
このプロセスでは、例えば非可視レンジ内にある波長で、特に光または別のタイプの電磁放射線により、異なる角度で、加工品を異なる方向から光学的にスキャニングすることが可能となる。
【００４０】
光学的スキャニングに加え、またはその代わりに、実際のクランプ状況を検出するように、検出要素によって異なる角度にて異なる方向から、加工品の外側または外表面を機械的にスキャニングすることも可能である。
【００４１】
この目的のために、加工品の外側表面にある異なるポイントのそれぞれの位置を検出することにより、クランプされた状況の現在の状態に従って実際のクランプされた状況を決定するよう、工作機械のクランプ手段にクランプされた加工品を光学的、誘導的および／または機械的にスキャニングすることが好ましい。
【００４２】
更に、工作機械のスキャニング手段により、光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを自動的に行うことが好ましい。
【００４３】
制御データを発生するステップにおいて、工作機械で決定された制御データをリアルタイムで、即ち加工中に工作機械の直接制御において、対応する工作機械の移動命令に変換することが好ましい。
【００４４】
このことは、元のＣＮＣプログラムを変更するのではなく、決定されたクランプ状況の偏差をクランプ状況に応じて使用することにより、リアルタイムで、すなわち加工品の機械加工中に工作機械での命令を変換することが好ましいことを意味する。所望する場合に、移動命令を実行するためにこの方法において工作機械での補正または変換としてクランプ状況の偏差に応じたゼロポイントシフトを実行し、リアルタイムで検出されたクランプ状況の偏差をリアルタイムで考慮し、対応する変換を実行する。
【００４５】
決定された制御データは、工具位置データおよび工具配向データを含むことが好ましく、工具位置データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第１の工具位置を示し、工具配向データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第１の工具配向を示すことが好ましく、変換された制御データを発生するステップにおける変換は、工具位置データの変換された工具位置データへの変換および／または工具配向データの変換された工具配向データへの回転変換を含むことが好ましく、変換された工具位置データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第２工具位置を示し、変換された工具配向データは、時間内の第１ポイントにおける工具の第２工具配向を示すことが好ましく、変換および／または回転変換は、時間内の第１ポイントにおいてクランプ状況の目標とする状態にある加工品に対する第１工具位置および第２工具配向が、時間内の第１ポイントにおけるクランプ状況の現在の状態にある加工品に対する第２工具位置および第２工具配向にそれぞれ対応するようになっていることが好ましい。
【００４６】
このことは次の点で有利である。時間内の所定のポイント、例えば時間内の第１ポイントまたは時間内の複数の所定のポイントにおける、クランプ状況にある現在の状態の加工品のクランプ状況の偏移を、それぞれのポイントに関連化すべき正確な変換および／または回転変換によって実行でき、よって回転変換による変換および工具配向を使って時間内のそれぞれのポイントで工具位置を最適に補正できるという点で有利である。
【００４７】
この方法は、好ましくはリアルタイムで発生された変換制御データに従い、工具を第２の機械加工のパスに沿って移動させるステップを更に備え、よって時間内の第１ポイントにおける変換された工具位置データおよび変換された工具配向データは、基本的には時間内の第１ポイントで発生され、第２機械加工パスを移動するステップ中の工具は、基本的には時間内の第１ポイントにおける第２の工具位置および第２の工具配向となることが好ましい。
【００４８】
このことには次の利点がある。従来技術にかかわる工作機械における加工品の機械加工とは独立して、または機械加工する前に、クランプ状況の目標とする状態に基づき、所望する場合にコンピュータで、例えば従来のＣＡＤ／ＣＡＭシステムを使用することによって制御データを発生でき、よって工作機械に実際にクランプされている加工品の目標とする状態からクランプ状況がずれている場合、実際のクランプ状況に従って、変換された制御データへの変換により直接、リアルタイムで、すなわち工作機械での加工品の機械加工中に制御データを変換するという点で、最適に加工品の機械加工を実行できるという利点がある。
【００４９】
このことは、好ましいことに、制御データの最初の計算の根拠となるクランプ状況からのクランプ状況の偏移を独立して行うことができるように、工作機械で自動的に実行できる。
【００５０】
更に本発明は、上記方法の１つ以上に従い、所望する場合には例えば上記好ましい特徴事項のうちの１つ以上により、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械上で工具を制御する変換制御データを発生するための装置も提供する。
【００５１】
本発明の装置は、クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、クランプされた加工品を機械加工するよう、決定された第１の工具の配向を有する第１の工具のパスに沿って、工作機械の工具を制御するための制御データを決定する制御データ決定手段を備える。
【００５２】
更に、本発明に係わる装置は、クランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するためのクランプ状況の現在の状態検出手段と、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するクランプ状況偏差検出手段と、検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換制御データを発生する制御データ発生手段とを更に備え、工作機械の工具は、クランプされた加工品を機械加工するように検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、変換された制御データにより工具を制御することを特徴とする。
【００５３】
このことは、特にクランプ状況の目標とする状態からの加工品のクランプ状況の偏差を考慮する変換された制御データ、従って発生された正しい制御データを発生するための、上記好ましい方法を実行できる装置が提供されるという点で、好ましい。
【００５４】
本装置は、加工品をクランプするためのクランプ手段を備える工作機械内に設置する、即ち組み込むようになっていることが好ましい。
【００５５】
このことには次の利点がある。すなわち装置を直接工作機械内に一体的に設置し、よって加工品の機械加工中にリアルタイムで変換された制御データを発生するよう、変換により制御データの補正を実行できるという利点がある。
【００５６】
工作機械は、ＣＮＣ制御データにより同時に駆動可能である少なくとも５本の軸を含むことが好ましい。ここで、工作機械は、少なくとも５本の軸を含むフライス／ターニング盤、またはターニング／フライス盤、フライス／ドリル盤または少なくとも５本の軸を含むユニバーサルマシニングセンターであることが好ましい。
【００５７】
このことには次の利点がある。すなわち工具を制御するために３の並進自由度および２の回転自由度を含む５の運動自由度で、計算されたパスに沿って工具を移動できるという利点がある。更に、５の自由度での運動のフレキシビリティおよび自由度は、変換制御データを発生するために制御データを補正するのに必要な変換を、実際に工具ガイドにより運動力学的にも実行できることを保証する。
【００５８】
更に、工作機械は、スキャニング手段を備え、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の現在の状態を検出するステップは、スキャニング手段の検出要素による加工品の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、工作機械のスキャニング手段により自動的に実行される。
【００５９】
このことは、工作機械自身がこの工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプ状況の現在の状態を検出できるようにするスキャニング手段を含むという点で有利である。
【００６０】
更に本発明は、制御データを使用する工具により加工品を機械加工するための少なくとも５本の軸を有する工作機械を提供し、制御データは、クランプされた加工品を機械加工するために工具がどの配向でどの工具パスを移動するかを示し、この工作機械は、更に加工品をクランプするためのクランプ手段を備え、とくに本発明に係わる装置のうちの１つ以上が設けられている、かかる装置を含む。
【００６１】
好ましくは、工作機械は、スキャニング手段を備え、工作機械のクランプ手段内にクランプされた加工品のクランプされた状況の現在の状態を検出するステップは、スキャニング手段の検出要素による加工品の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、工作機械のスキャニング手段により自動的に実行されることが好ましい。
【００６２】
最後に工作機械は、分割ヘッドおよび／または完全に一体化された回転軸、とくに好ましくはＮＣ分割ヘッドおよび完全に一体化されたＮＣ回転軸を含み、それぞれには加工品をクランプするためのクランプ手段が設けられており、これら分割ヘッドおよび／または完全に一体化された回転軸は、クランプされている加工品をクランプ手段の回転軸を中心として回転するようになっている。
【００６３】
このことにより、工作機械のクランプ手段、例えば工具テーブル上に加工品をクランプすることが可能となるだけでなく、更に分割ヘッドのクランプ手段内に加工品を更にクランプすることも可能となり、分割ヘッドは次に所望する場合に工作機械のクランプ手段、例えば工具テーブル内にクランプできるようになっている工作機械で、本発明の方法および本発明の装置を採用または使用できるという利点を提供する。
【００６４】
更にこのことは、従来の工作機械および分割ヘッド、特にＮＣ分割ヘッドを有する従来の工作機械に本発明の方法および本発明の装置を採用できるという利点を提供する。
【００６５】
最終的に本発明は、コンピュータプログラム製品と組み合わされるか、または制御データを発生するためのプログラム、例えばＣＡＤ／ＣＡＭプログラムおよびコンピュータプログラム製品と組み合わされたコンピュータが制御データを発生するための上記方法のうちの少なくとも１つを技術的に実行し、コンピュータのインターフェースを介し、工作機械へ、変換され、発生された制御データを所望する場合に伝送するようになっていることを特徴とするコンピュータプログラム製品を提供するものである。従って、本発明は、データキャリア上に上記コンピュータプログラム製品が記憶されていることを特徴とするデータ支持体も更に提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】工作機械のクランプ手段にクランプされた加工品を機械加工するための工作機械の例を略図として示す。
【図２】工作機械の工具を制御するための制御データを発生することに基づき、加工品のクランプ状況の目標とする状態の例を略図として示す。
【図３Ａ】図１の加工品のクランプ状況の目標とする状態例を略横断面図で示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示されたクランプ状況の目標とする状態に対してクランプ状況の状態がずれている、時間内の第１ポイントにおける加工品のクランプ状況の現在の状態の一例を略横断面図で示す。
【図３Ｃ】時間内の第１ポイントにおける工具の、クランプ状況の目標とする状態およびそれに対応する第１工具位置および第１工具配向にある、図３Ａの加工品の例を示す略横断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態において発生された変換制御データに従った、時間内の第１ポイントにおける加工品の、クランプ状況の現在の状態および時間内の第１ポイントにおける加工品の対応する第２工具位置および第２工具配向にある、図３Ｂの加工品の横断面を例として示す略図である。
【図４】（Ａ）本発明に従って変換された制御データを発生するための方法の一実施形態に係わる加工品の位置の変換を例として示す略図である。 （Ｂ）本発明に従って変換された制御データを発生するための方法の一実施形態に係わる工具配向の変換を例として示す略図である。
【図５】本発明に従って変換された制御データを発生するための装置の一実施形態を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
次の記載では、図面を参照しながら、本発明に従い、変換された制御データを発生するための方法および装置の実施形態により、本発明について詳細に記載し、説明する。
【００６８】
図１は、発生された制御データを使用することにより、加工品２００を機械加工するための工具１３０を制御するようになっている工作機械１００を例として示す。以下説明するこの実施形態では、工作機械１００は５本の軸を含むフライス兼ドリル盤となっており、この工作機械は、工作機械１００のクランプ装置およびクランプ手段１２０内にクランプされている加工品２００から工具パスに沿って材料を除去するよう発生されたＣＮＣ制御データを使用するプログラム制御によって、計算された所定の工具パスにより、支持手段内に挿入されている工具１３０を取り外すようになっている。
【００６９】
この目的のために、工作機械１００は、加工品２００をクランプするためのクランプ手段１２０を備える。工作機械１００の好ましい実施形態では、クランプ手段１２０は、加工品２００をクランプするための、工作機械１００の工具テーブルに装着されたクランプ手段１２０となっており、よって工具テーブルを回転することにより、クランプ手段１２０の回転を通してクランプ手段１２０の中心軸Ｍを中心として加工品２００を回転できるようになっている。
【００７０】
しかしながら、本発明は、工具テーブルのクランプ手段内にクランプされた加工品を機械加工するための制御データを発生することだけに限定されるものでなく、本発明は更に、分割ヘッド、特にＮＣ分割ヘッドのクランプ手段内に加工品がクランプされている場合に異なるクランプ手段内で機械加工するのにも使用できる。
【００７１】
更に、図１において説明する実施形態における工作機械１００は、発生されたＣＮＣ制御データを使用することにより、工具１３０を製造するようになっている制御装置１１０を備える。この目的のために、５軸工作機械１００の制御装置１１０は、３本のリニア軸の方向に並進状態で工具を移動するようになっており、次の記載では、これらリニア軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と称す。
【００７２】
更に、制御装置１１０は、工具の配向を可能にするように、回転軸を中心として工具１３０をガイドするようになっている。従って、クランプ手段１２０および工具テーブルの回転運動軸と共に、軸の総数は５本となっており、これによって、クランプ手段１２０にクランプされている加工品２００に対して、工具１３０を５の運動自由度で、特に３の並進運動自由度および２の回転運動自由度にて、自由に移動することが可能となっている。
【００７３】
しかしながら本発明は、５軸工作機械だけに限定されるものでなく、６本以上の軸、例えば６軸、特に３本の並進軸および３本の回転軸を含む工作機械にも使用できる。また、５本よりも少ない軸を有する工作機械にも使用できる。
【００７４】
図１における制御装置１１０は、スピンドル１１１を備え、このスピンドルは、工具１３０を駆動するようになっており、特に機械加工、特にフライス加工および／またはドリル加工により、加工品２００からの材料の除去を可能にするよう、工具１３０の工具軸を中心に、工具１３０の回転運動を駆動するようになっている。
【００７５】
更に、図１に示された工作機械１００は、検出要素１４１を含むスキャニング手段１４０を備え、このスキャニング手段１４０は、加工品２００をスキャニングするようになっており、特にクランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況を検出できるように、クランプ手段１２０の回転軸Ｍを中心として、異なる回転角において加工品２００を数回スキャニングするようになっている。
【００７６】
しかしながら本発明は、検出要素１４１を含むかかるスキャニング手段１４０を備えた工作機械１００で使用することだけに限定されるものでなく、むしろ検出要素１４１を使用する機械的スキャニングにより、クランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況、特にクランプ手段１２０の回転軸を中心とする異なる回転角方向の位置におけるクランプ状況を検出することも可能であり、これまで説明した工作機械の実施形態とは異なり、検出要素１４１は、工具１３０に従って、制御装置１１０内で交換または置換されるようになっている。
【００７７】
更に、工作機械１００の上記実施形態は、検出要素１４１を使用する機械的スキャニングにより、クランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況を検出することについて記載するものである。しかしながら、本発明は加工品２００のクランプ状況の検出を機械的スキャニングによって行うかかる工作機械１００だけに限定されるものではなく、クランプ手段１２０内の加工品のクランプ状況を、光学的スキャニング、例えばレーザービームによって検出すようになっているスキャニング手段１４０を含む工作機械にも採用できる。
【００７８】
レーザービームによる光学的スキャニングとは別に、光学的波長のレンジ内にない電磁放射線により、加工品を検出することも更に可能である。特に、検出要素１４１による機械的スキャニングと光学的および／または電磁スキャニングとの組み合わせにより、クランプ手段１２０内の加工品２００のクランプ状況を検出するスキャニング手段１４０を含む工作機械１００に対して、本発明を使用することも可能である。
【００７９】
図２は、加工品２００のクランプ状況の目標状態を例として示す。５軸ＣＮＣ工作機械において、発生されるＣＮＣ制御データにより工具１３０を制御するのと同じように、制御データにより工具のパスをあらかじめ定めなければならず、工作機械１００および制御装置１１０は、それぞれクランプ手段１２０内にクランプされた加工品に対して工具１３０、ここでは例えばエンドフライスカッターを制御データにより移動させるようになっている。従来技術によれば、工具１３０を制御するための制御データの発生は、クランプ状況の目標とする状態に対応するクランプ状況に基づいている。
【００８０】
図２では、シリンダ形状の加工品２００に対して、かかるクランプ状況の目標状態が示されており、図２は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向を例として示している。簡潔にするために、図２にはクランプ手段１２０は示されていない。しかしながら、図２に示されたクランプ状況の目標とする状態では、ｚ軸に対応する加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸Ｒとが一致しており、回転軸Ｒは、クランプ手段１２０がクランプ手段１２０内にクランプされた加工品２００を回転できるようにするときの回転軸に対応している。
【００８１】
図２に示されたクランプ状況の目標とする状態では、クランプされた加工品２００の中心軸とクランプ手段１２０の回転軸Ｒとが一致しているとき、クランプされた加工品２００は、クランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心として回転するときには同じように加工品２００の自らの中心軸Ｍを中心として回転する。特に加工品２００がクランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心として回転するときの一致に起因し、加工品２００の中心軸Ｍは、クランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心とするタンブリング（空中転回）運動を行わない。
【００８２】
工具１３０は、制御データによってあらかじめ決定された工具のパスに沿って、制御データを使用することにより、クランプされた加工品２００から材料を除去する。しかしながら、クランプされた加工品２００の実際のクランプ状況が図２に示されているクランプ状況の目標とする状態からずれている場合、制御データはクランプ状況の目標状態に従ったクランプ状況に従って発生されたものであるので、加工品は制御データに基づいて誤った状態で機械加工されることになる。
【００８３】
ここで、例えば加工品２００の中心軸Ｍがクランプ手段１２０の回転軸Ｒに向かって、ある傾きまたはある角度となるように加工品２００のクランプ状況がずれていた場合、加工品２００がクランプ手段１２０の回転軸Ｒを中心として回転すると、この結果、加工品２００のタンブリング運動または中心軸Ｍのタンブリング運動が生じる。この理由は、加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸とが一致していないからである。
【００８４】
図３Ａは、図２に示されたクランプ状況の目標の状態にある、すなわち加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸Ｒとが一致する状態のとき（図示されず）、時間ｔ１における第１ポイントでの、図１に示された加工品２００の横断面を示す。
【００８５】
図３Ｂでは、時間ｔ１内での第１ポイント（時点）のクランプ状況の現在の状態の例が横断面で示されている。図３Ａと対照的に、クランプされている加工品２００の中心軸Ｍは、角度θＳだけクランプ手段２１０の回転軸Ｒからずれている。時間ｔ１内の第１ポイントにおける図３Ｂでのクランプ状況の現在の状態は、運動状況の目標とする状態からの実際のクランプ状況の現在の状態の角度の偏差の他に、角度θＳの傾きに加えて加工品２００の位置が、図示されているベクトルＶだけ並進状態でシフトされるように更にずれている。
【００８６】
偏差、すなわちクランプ状況の目標とする状態とクランプ状況の現在の状態との間の偏差は、時間ｔ１内の第１ポイントにおいて、加工品２００の中心軸Ｍとクランプ手段１２０の回転軸Ｒとの間の角度の偏差θＳおよび時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＶによって示される位置のシフトによって記述できる。
【００８７】
図３Ｃは、図３Ａに示されるように、クランプ状況の現在の状態にある時間ｔ１内の第１ポイントにおける加工品２００の横断面を再び示しており、発生された制御データによって時間ｔ１における第１ポイントでの結果と同じように、図３Ｃには更に時間ｔ１における第１ポイントでの工具１３０の工具の位置が更に示されている。このことは、工作機械１００が制御装置１１０により、計算された工具パスに沿って工具１３０を制御し、よって時間ｔ１における第１ポイントで工具が図３Ｃに示されるような工具位置および工具配向をとるように、制御データが発生されることを意味する。
【００８８】
ここで、第１工具位置Ｗ１に対応する工具位置は、ベクトルによって示されている（ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った３つの座標によって示されている）。時間ｔ１内の第１ポイントでの工具１３０の配向は、角度θＷＯ１によって記述される第１工具配向ＷＯ１によって示されている。この場合、制御データは時間ｔ１内の第１ポイントでの工具の位置を示すデータ、特に時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＷ１の３つの座標を示す工具位置データと、角度θＷＯ１による、時間ｔ１内の第１ポイントでの工具１３０の第１工具配向ＷＯ１を示す工具配向データとを含む。
【００８９】
図３Ｃの図は、工具配向が現在ｘ−ｚ平面内にある一例として時間ｔ１内のあるポイントが選択された、簡略化された図である。しかしながら、一般的には、工具の配向は、図３Ｃに示されているように、角度θＷＯ１によって示されるだけでなく、（２の回転自由度に対応する）少なくとも２つの角度によっても示される。しかしながら、３つの座標値（位置データ）および２つの角度の値（配向データ）を示すことにより、それぞれの工具の位置を正確にパラメータ化できる。その理由は、ＣＮＣ工作機械の５本の軸によって同時に駆動できる５のすべての自由度は、３つの位置座標および２つの角度パラメータにより、時間内の特定のポイントで、例えば時間ｔ１内の第１ポイントで決定されるからである。
【００９０】
図３Ｃに示される工具位置は、制御データを発生するときに加工品２００のクランプ状況は、軸ＭとＲとが一致するクランプ状況の目標とする状態に対応すると仮定し、時間ｔ１内の第１ポイントに対する工具位置データおよび工具配向データを使用することにより、制御データによってあらかじめ定められる。次に、加工品３００の実際のクランプ状況の現在の状態が、クランプ状況の目標とする状態からずれている場合、制御データを使用して、時間ｔ１内の第１ポイントにおける、工具に対する所望する工具位置に対応しない工具の配向および工具位置へ、工具１３０を移動させる。
【００９１】
図３Ｄは、時間ｔ１内の第１ポイントにおける、図３Ｂに示されたクランプ状況の現在の状態に対応する加工品２００を横断面で示す。ここで、加工品２００に対する図３Ｄ内の工具位置が、図３Ｃに示されるように、加工品２００に対する工具１３０の工具位置に正確に対応するよう、本発明に従って発生された変換された制御データによる予備的定義に従った工具１３０の工具位置が示されている。
【００９２】
この目的のために、時間ｔ１内の第１ポイントにおける工具位置が、図３Ｄ内のベクトルＷ２によって示された第２工具位置Ｗ２に対応し、更に、時間内の第１ポイントにおける工具１３０の工具の配向が第２工具配向ＷＯ２に対応するように工具が制御される。
【００９３】
図４Ａおよび４Ｂは、時間ｔ１内の第１ポイントにおける制御データを、変換された制御データのうちの変換された工具位置制御データへ変換すること、および時間ｔ１内の第１ポイントにおける制御データの工具配向データを、変換された制御データのうちの変換された工具配向データへ変換することを示している。
【００９４】
図４Ａは、図３Ｃに従った時間ｔ１内の第１ポイントにおける第１工具位置を示すベクトルＷ１を示す。従って、まず結果として別のベクトルＷ１＋ｖが結果として得られるように、加工品の位置のシフト（クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状況との間の、並進的偏差）に対応するベクトルｖを、図３Ｂに示されるように加えることにより、時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＷ１の座標を示す制御データの変換が行われる。しかしながら、このデータはまだ変換された工具位置データには対応していないが、この目的のために角度θＳだけベクトルＷ１＋ｖを回転するように、この制御データを変換しなければならない。ここで、角度θＳは、図３Ｂに示されるように、クランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間の回転偏差値に対応する。従って、ベクトルｖに関する変換および角度θＳに関する別の回転変換をすると、換言すれば、次のように工具位置データから、変換された工具位置データへの次の変換を行うように変換マトリックスＴに従った１回の変換を行うと、その結果、時間ｔ１内の第１ポイントにおけるベクトルＷ２の座標によって記述される第２工具位置が得られる。
（数１）
Ｗ２＝Ｔ・Ｗ１．
【００９５】
類似として、図４Ｂは、工具配向データから変換された工具配向データへの変換（回転変換）を示す。図４Ｂは、図３Ｃおよび３Ｄに示されるように、角度θＳだけずれている第１の工具配向ＷＯ１および第２の工具配向ＷＯ２の方向を記述する法ベクトルｎ（ＷＯ１）およびｎ（ＷＯ２）により、工具の配向を示している。従って、工具の配向データから変換工具配向データへの変換、および第１の工具配向ＷＯ１および第２の工具配向ＷＯ２からの変換は、それぞれ角度θＳだけの純粋な回転変換である。
【００９６】
しかしながら、一般にこの回転変換は、図４Ｂに示されるように、任意の工具の配向がｚ−ｘ平面になくても、任意の工具の配向を、これらからずれた任意の工具の配向にパラメータ化できるよう、図３Ａおよび４Ｂに示されるように１つの角度θＳだけでなく、２つの角度によっても、時間内の特定のポイントでパラメータ化される。
【００９７】
従って、上記のように本発明によれば、制御データを使って、変換された制御データが発生される。ここで、この変換は、本発明によれば、加工品２００を機械加工するための変換された制御データを使用することにより工作機械１００および制御装置１１０がそれぞれ工具１３０を制御するように、クランプされた状況の目標とする状態とクランプされた状況の現在の状態との間の、検出された偏差に応じて行われ、よって加工品２００がクランプされた状況の目標とする状態に対応するクランプされた状況でクランプされているときに、制御データを使って加工品２００が機械加工された場合に、機械加工が加工品の機械加工に正確に対応するよう、加工品がクランプされた状況の目標とする状態からずれたクランプ状況にあるにもかかわらず、加工品は正しく機械加工される。
【００９８】
図５は、工作機械で工具１３０を制御するための、変換された制御データを発生するための本発明の装置３００の一実施形態を示し、この装置３００は制御データ決定手段３１０と、クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０と、クランプされた状況の偏差を検出する手段３３０と、制御データ発生手段３４０とを備える。
【００９９】
制御データ決定手段３１０は、工作機械１００の工具１３０がどの第１の工具パスを移動すべきであるかを示し、加工品がクランプされた状況の目標とする状態に従ってクランプされている場合に、クランプされている加工品２００を機械加工するためのどのような工具配置にするかを示す制御データを決定するようになっている。
【０１００】
この目的のために、本実施形態に係わる装置３００は、制御データを発生するための手段と通信するようになっているインターフェース３５０ａを備え、よって制御データ決定手段３１０は、このインターフェース３５０ａを介し、別のシステムによって発生される制御データを決定できる。この目的のためには、制御データ決定手段３１０は、制御データに基づき、クランプされた状況の目標とする状態を更に決定しなければならない。
【０１０１】
しかしながら、本発明は、制御データ決定手段３１０が外部ソースからの発生された制御データをインターフェース３５０ａを介して決定できるようになっている実施形態だけに限定されることはなく、むしろ本発明の別の実施形態に係わる装置３００を、システムの１つのコンポーネントとすることもでき、特に、既に制御データを発生したＣＡＤ／ＣＡＭシステムと組み合わせたコンピュータシステムの１つのコンポーネントとすることもできる。
【０１０２】
クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０は、加工品２００の実際のクランプされた状況を検出するようになっており、ここで、この実施形態では、クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０は、インターフェース３５０ｂを介し（この他にインターフェース３５０ａも介し）、工作機械１００のスキャニング手段１４０に接続されており、スキャニング手段は、異なる回転角方向の位置において加工品２００の機械的および／または光学的スキャニングを実行する。
【０１０３】
更に装置３００は、クランプされた状況の現在の状態を検出する手段３２０によって検出された加工品２００のクランプされた状況とクランプ状況の目標とする状態とを比較して使用することにより、クランプされた状況を検出するようになっている、クランプされた状況の偏差検出手段３３０を備え、このクランプされた状況の偏差検出手段３３０は、クランプ手段１２０の回転軸Ｒからの、クランプされた加工品２００の中心軸Ｍの回転方向の偏差、更に例えば図３ＢにおけるベクトルＶに従った並進シフトを所望する場合に検出する。
【０１０４】
更に装置３００は、本発明の方法の上記実施形態のうちの少なくとも１つに従って、変換された制御データを発生するようになっている制御データ発生手段３４０を備える。この実施形態によれば、工作機械１００が制御データ発生手段３４０によって発生された制御データを使用することによって、工具１３０を制御できるよう、インターフェース３５０ａを介して工作機械１００の制御装置と通信するようになっている。この目的のために、変換された制御データを所望する場合にリアルタイムで発生できるよう、本発明の一実施形態では、工作機械１００に装置３００を取り付けてもよいし、または工作機械内に組み込んでもよい。この場合、制御データ発生手段３４０は、発生された制御データを使用することにより、プログラム制御により工具を制御するよう、時間内の特定のポイントで実質的に同時に、制御データを制御データ発生手段により発生するように、変換された制御データを発生する。
【０１０５】
しかしながら、本発明はリアルタイムで実行される変換された制御データをこのように発生する方法だけに限定されず、その代わりに、制御データおよびクランプされた状況の現在の状態とクランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の検出された偏差をまず使用することによって、変換された制御データをその後発生し、よって制御データにより工具１３０を制御できるように、変換され、発生された制御データをその後の工程でしか工作機械１００へ伝送しないようにしてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械（１００）のクランプ手段（１２０）内にクランプされた加工品（２００）を機械加工するための工作機械（１００）上で工具（１３０）を制御する制御データを発生するための方法であって、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するよう、決定された第１の工具の配向（ＷＯ１）を有する第１の工具のパスに沿って、前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）を制御するための制御データを決定するステップを備える、工具を制御する制御データを発生するための方法において、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するステップと、
前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、
前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、前記決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換された制御データを発生するステップとを更に備え、
前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）が、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するように前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向（ＷＯ２）を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、前記変換された制御データにより前記工具を制御することを特徴とする、工具（１３０）を制御するための制御データを発生する方法。
【請求項２】
前記加工品の中心軸（Ｍ）と前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）の回転軸（Ｒ）とが一致するよう、前記加工品（２００）は、クランプされた状況の目標とする状態で、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換された制御データによる前記クランプされた状況の現在の状態に従ってクランプされている前記加工品（２００）の、前記工作機械（１００）上での機械加工が、前記決定された制御データによる前記クランプされた状況の目標とする状態に従ってクランプされている前記加工品（２００）の前記工作機械（１００）上での機械加工に対応するように、前記変換された制御データを発生するステップにおける前記変換を実行することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の現在の状態を検出する前記ステップは、前記加工品（２００）の外側表面を光学的にスキャニングすること、誘導スキャニングすることおよび／または機械的にスキャニングすることを備える、請求項１〜３のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項５】
前記加工品（２００）の前記外側表面にある異なるポイントのそれぞれの位置を検出することにより、前記クランプされた状況の現在の状態に従って実際のクランプされた状況を決定するよう、前記工作機械の前記クランプ手段にクランプされた加工品を光学的、誘導的および／または機械的にスキャニングすることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記工作機械（１００）のスキャニング手段（１４０）により、前記光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを自動的に行うことを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記制御データを発生するステップにおいて、前記工作機械で決定された制御データをリアルタイムで、対応する工作機械の移動命令に変換することを特徴とする、請求項１〜６のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項８】
リアルタイムで発生された前記変換された制御データに従い、前記工具（１３０）を前記第２の機械加工のパスに沿って移動させることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
工作機械（１００）のクランプ手段（１２０）内にクランプされた加工品（２００）を機械加工するための工作機械（１００）上で工具（１３０）を制御する制御データを発生するための装置であって、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するよう、決定された第１の工具の配向（ＷＯ１）を有する第１の工具のパスに沿って、前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）を制御するための制御データを決定する制御データ決定手段（３１０）を備える、工具を制御する制御データを発生するための装置において、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するためのクランプ状況の現在の状態検出手段３２０と、
前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するクランプ状況偏差検出手段３３０と、
前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、前記決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換された制御データを発生する制御データ発生手段３４０とを更に備え、
前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）が、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するように前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向（ＷＯ２）を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、前記変換された制御データにより前記工具を制御することを特徴とする、工具（１３０）を制御する制御データを発生するための装置。
【請求項１０】
前記装置は、前記加工品（２００）をクランプするための前記クランプ手段（１２０）を備える工作機械（１００）内に設置するようになっていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記工作機械（１００）は、少なくとも５本の軸を含み、これら５本の軸は、ＣＮＣ制御データにより同時に駆動可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記工作機械（１００）は、スキャニング手段（１４０）を備え、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の現在の状態を検出する前記ステップは、前記スキャニング手段（１４０）の検出要素（１４１）による前記加工品（２００）の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、前記光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、前記工作機械（１００）の前記スキャニング手段（１４０）により自動的に実行されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
加工品（２００）をクランプするためのクランプ手段（１２０）と、工具（１３０）がどの工具パスを移動するかを示すと共に前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するためにどんな工具の配向にするかを示す制御データにより前記工具（１３０）を制御するための制御手段とを備え、前記工具（１３０）により前記加工品（２００）を機械加工するための少なくとも５本の軸を含む工作機械であって、
前記工作機械（１００）は、請求項９〜１２のいずれかに記載の装置（３００）を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項１４】
前記工作機械（１００）は、スキャニング手段（１４０）を備え、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の現在の状態を検出する前記ステップは、前記スキャニング手段（１４０）の検出要素（１４１）による前記加工品（２００）の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、前記光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、前記工作機械（１００）の前記スキャニング手段（１４０）により自動的に実行されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
工作機械（２００）をクランプするためのクランプ手段（１２０）を有すると共に、前記クランプ手段（１２０）の回転軸（Ｒ）を中心として、前記クランプされた加工品（２００）を回転するようになっている分割ヘッドを備えることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の工作機械。
【請求項１６】
コンピュータで読み取り可能な媒体と、この媒体内部に記憶されたコンピュータプログラムを備え、前記コンピュータプログラムは、データ処理装置のデータ処理手段により処理されるように設定された命令に対応する一連の状態として記憶されており、よってコンピュータプログラム製品と組み合わされるか、または制御データを発生するためのプログラムおよび前記コンピュータプログラム製品と組み合わされた前記データ処理装置が、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するようになっているコンピュータプログラム製品。
【請求項１】
工作機械（１００）のクランプ手段（１２０）内にクランプされた加工品（２００）を機械加工するための工作機械（１００）上で工具（１３０）を制御する制御データを発生するための方法であって、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するよう、決定された第１の工具の配向（ＷＯ１）を有する第１の工具のパスに沿って、前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）を制御するための制御データを決定するステップを備える、工具を制御する制御データを発生するための方法において、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するステップと、
前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するステップと、
前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、前記決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換された制御データを発生するステップとを更に備え、
前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）が、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するように前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向（ＷＯ２）を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、前記変換された制御データにより前記工具を制御することを特徴とする、工具（１３０）を制御するための制御データを発生する方法。
【請求項２】
前記加工品の中心軸（Ｍ）と前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）の回転軸（Ｒ）とが一致するよう、前記加工品（２００）は、クランプされた状況の目標とする状態で、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換された制御データによる前記クランプされた状況の現在の状態に従ってクランプされている前記加工品（２００）の、前記工作機械（１００）上での機械加工が、前記決定された制御データによる前記クランプされた状況の目標とする状態に従ってクランプされている前記加工品（２００）の前記工作機械（１００）上での機械加工に対応するように、前記変換された制御データを発生するステップにおける前記変換を実行することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の現在の状態を検出する前記ステップは、前記加工品（２００）の外側表面を光学的にスキャニングすること、誘導スキャニングすることおよび／または機械的にスキャニングすることを備える、請求項１〜３のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項５】
前記加工品（２００）の前記外側表面にある異なるポイントのそれぞれの位置を検出することにより、前記クランプされた状況の現在の状態に従って実際のクランプされた状況を決定するよう、前記工作機械の前記クランプ手段にクランプされた加工品を光学的、誘導的および／または機械的にスキャニングすることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記工作機械（１００）のスキャニング手段（１４０）により、前記光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを自動的に行うことを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記制御データを発生するステップにおいて、前記工作機械で決定された制御データをリアルタイムで、対応する工作機械の移動命令に変換することを特徴とする、請求項１〜６のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項８】
リアルタイムで発生された前記変換された制御データに従い、前記工具（１３０）を前記第２の機械加工のパスに沿って移動させることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
工作機械（１００）のクランプ手段（１２０）内にクランプされた加工品（２００）を機械加工するための工作機械（１００）上で工具（１３０）を制御する制御データを発生するための装置であって、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）のクランプ状況の目標とする状態を示すクランプされた状況の目標とする状態に従って、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するよう、決定された第１の工具の配向（ＷＯ１）を有する第１の工具のパスに沿って、前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）を制御するための制御データを決定する制御データ決定手段（３１０）を備える、工具を制御する制御データを発生するための装置において、
前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の実際の現在の状態を示す、クランプされた状況の現在の状態を検出するためのクランプ状況の現在の状態検出手段３２０と、
前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間の偏差を示す、前記クランプされた状況の現在の状態と前記クランプされた状況の目標とする状態との間のクランプされた状況の偏差を検出するクランプ状況偏差検出手段３３０と、
前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて、前記決定された制御データのうちの少なくとも一部の変換を実行することにより、変換された制御データを発生する制御データ発生手段３４０とを更に備え、
前記工作機械（１００）の前記工具（１３０）が、前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するように前記検出されたクランプされた状況の偏差に応じて決定された第２の工具配向（ＷＯ２）を有する第２の工具パスに沿って移動するよう、前記変換された制御データにより前記工具を制御することを特徴とする、工具（１３０）を制御する制御データを発生するための装置。
【請求項１０】
前記装置は、前記加工品（２００）をクランプするための前記クランプ手段（１２０）を備える工作機械（１００）内に設置するようになっていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記工作機械（１００）は、少なくとも５本の軸を含み、これら５本の軸は、ＣＮＣ制御データにより同時に駆動可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記工作機械（１００）は、スキャニング手段（１４０）を備え、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の現在の状態を検出する前記ステップは、前記スキャニング手段（１４０）の検出要素（１４１）による前記加工品（２００）の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、前記光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、前記工作機械（１００）の前記スキャニング手段（１４０）により自動的に実行されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
加工品（２００）をクランプするためのクランプ手段（１２０）と、工具（１３０）がどの工具パスを移動するかを示すと共に前記クランプされた加工品（２００）を機械加工するためにどんな工具の配向にするかを示す制御データにより前記工具（１３０）を制御するための制御手段とを備え、前記工具（１３０）により前記加工品（２００）を機械加工するための少なくとも５本の軸を含む工作機械であって、
前記工作機械（１００）は、請求項９〜１２のいずれかに記載の装置（３００）を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項１４】
前記工作機械（１００）は、スキャニング手段（１４０）を備え、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記加工品（２００）の前記クランプされた状況の現在の状態を検出する前記ステップは、前記スキャニング手段（１４０）の検出要素（１４１）による前記加工品（２００）の外側表面の光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングを備え、前記光学的スキャニング、誘導的スキャニングおよび／または機械的スキャニングは、前記工作機械（１００）の前記スキャニング手段（１４０）により自動的に実行されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
工作機械（２００）をクランプするためのクランプ手段（１２０）を有すると共に、前記クランプ手段（１２０）の回転軸（Ｒ）を中心として、前記クランプされた加工品（２００）を回転するようになっている分割ヘッドを備えることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の工作機械。
【請求項１６】
コンピュータで読み取り可能な媒体と、この媒体内部に記憶されたコンピュータプログラムを備え、前記コンピュータプログラムは、データ処理装置のデータ処理手段により処理されるように設定された命令に対応する一連の状態として記憶されており、よってコンピュータプログラム製品と組み合わされるか、または制御データを発生するためのプログラムおよび前記コンピュータプログラム製品と組み合わされた前記データ処理装置が、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するようになっているコンピュータプログラム製品。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２５１４１（Ｐ２０１０−２２５１４１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２６２７１（Ｐ２０１０−２６２７１）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（５０６３８１５９９）ディッケル マホ プロンテン ゲーエムベーハー (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２７１（Ｐ２０１０−２６２７１）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（５０６３８１５９９）ディッケル マホ プロンテン ゲーエムベーハー (16)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]