CN111132800A - 机床的机上测定方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种机床的机上测定方法及控制装置，在测定被固定在机床的工作台(16)上的工件(W)的位置时，使机床的旋转进给轴(A、C)转动而使工作台(16)的上面朝向照相机(120)的视线(Oo)的方向对工件(W)进行摄像，使旋转进给轴(A、C)转动而使工作台(16)的侧面朝向摄像装置的视线(Oo)的方向对工件(W)进行摄像，基于摄像了的图像在机床的机上测定工件(W)的位置。

Description

机床的机上测定方法及控制装置
技术领域
本发明涉及可在机床的机上测定工件的机床的机上测定方法及控制机床的控制装置。
背景技术
在使刀具相对于工件相对移动进行切削等加工的机床中，由规定的轴的坐标等指定刀具路径，一边使刀具相对于工件移动一边进行加工的那样对进给轴进行数值控制。机床的控制装置，可按照加工程序由进给轴使工件和刀具相对移动，一边变更刀具相对于工件的相对位置一边自动地进行加工。
在专利文献1、2中，记载了在这样的机床的控制装置中在机床的机上对工件进行摄像的控制装置。专利文献1的发明，对工件及工件安装件进行摄像，生成二维实际图像数据，根据与工件及工件安装件的三维模型有关的数据，生成工件及工件安装件的二维假想图像数据，比较二维实际图像数据及二维假想图像数据，判断两者是否一致。
专利文献2的发明是，从两个视点对安装在机床上的工件进行摄像，生成在各视点的二维图像数据，从该两个二维图像数据认识工件的形状特征，算出工件的在三维模型数据中的此形状特征的位置及姿势，以算出的位置及姿势、工件的三维模型数据及与机床的一部分有关的模型数据为基础，生成包含工件和机床的一部分在内的三维模型数据。
[在先技术文献]
专利文献
专利文献1：日本特开2010－058264号公报
专利文献2：国际公开第2008－026722号
发明内容
发明所要解决的课题
由单个照相机摄像的图像数据没有包含与摄像对象的进深有关的数据，但在专利文献1的发明中，由于仅从一个方向对工件进行摄像，所以存在不能正确地把握工件的形状的问题。在这一点上，在专利文献2的发明中，从两个视点对工件进行摄像，但需要两个摄像装置。另外，在专利文献2的发明中，如果不正确地运算从两个视点看工件时的光轴的交点，则存在从摄像的图像数据中得到的特征形状的位置及姿势的误差变大的问题。为了正确地得到工件的形状，在专利文献2的发明中，必须正确地测定摄像用的照相机的光轴。
本发明将解决这样的现有技术的问题作为技术课题，其目的在于提供一种可容易且正确地测定固定在机床的工作台上的工件及夹具的位置的机床的机上测定方法及控制装置。
为了解决课题的手段
为了实现上述的目的，根据本发明，提供一种机床的机上测定方法，其由旋转进给轴变更工作台的姿势，由摄像装置求出工作台上的工件或者夹具的位置，其特征在于，包含上方摄像工序、侧方摄像工序和算出工序，该上方摄像工序使旋转进给轴转动而使工作台的上面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像；该侧方摄像工序使旋转进给轴转动而使工作台的侧面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像；该算出工序根据由上述上方摄像工序和上述侧方摄像工序摄像的图像，由机床的控制装置算出工件或者夹具的位置。
进而，根据本发明，提供一种机床的控制装置，该机床具有正交3轴的进给轴和两个旋转进给轴，由上述旋转进给轴变更工作台的姿势，由摄像装置求出工作台上的工件或者夹具的位置，该机床的控制装置的特征在于，使上述旋转进给轴转动而使工作台的上面朝向摄像装置的视线的方向，在上述摄像位置对工件或者夹具进行摄像，使上述旋转进给轴转动而使工作台的侧面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像，根据上述摄像了的图像，由机床的控制装置算出工件或者夹具的位置。
[发明的效果]
根据本发明，通过使旋转进给轴转动，使工作台的上面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像，就能测定在工作台平面中的工件的X轴、Y轴方向的位置。另外，通过使旋转进给轴转动，使工作台的侧面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像，可测定垂直于工作台平面的方向即Z轴方向的工件的高度。由于工作台的上面和工作台的侧面处于90°的旋转位置关系，所以测定值难以受到照相机的光轴的误差的影响，能正确地测定工件的位置。
附图说明
图1是本发明的优选的实施方式的机床的立体图。
图2是本发明的优选的实施方式的加工机的立体图。
图3是本发明的优选的实施方式的机床的框图。
图4是用于说明摄像方法的略图。
图5是表示测定画面的图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。
首先，参照图1、2，适用本发明的机床10具备收容在罩100内的加工机1。在加工机1上，在水平左右方向设定了X轴，在水平前后方向设定了Y轴，而且在上下方向设定了Z轴。加工机1作为绕与X轴平行地延伸的轴心旋转的旋转进给轴设定了A轴。加工机1作为绕与Z轴平行地延伸的轴心旋转的旋转进给轴设定了C轴。加工机1具备作为基台的床身11和直立设置在床身11的上面上的立柱12。加工机1具备可绕铅直轴线旋转地支承主轴13的主轴头14和将主轴头14支承在立柱12的前方的床鞍15。主轴头14以主轴13的前端与工作台16相向的方式向下支承主轴13。在主轴13的前端安装刀具。
加工机1具备经托盘P安装工件W的工作台16和对工作台16进行支承的U字形的摆动支承构件18。工作台16具有用于将托盘P固定在工作台16上的夹持器(未图示)，托盘P具有与夹持器卡合的卡合部(未图示)。加工机1具备对摆动支承构件18进行支承的U字形的滑架17。滑架17在X轴方向离开间隔的一对支柱17a、17b上支承摆动支承构件18。摆动支承构件18可绕A轴的轴线摆动地被支承。
加工机1具备基于各自的进给轴使刀具相对于工件相对地移动的驱动装置。驱动装置包含沿各自的进给轴进行驱动的各轴的伺服马达75(图3)。驱动装置使床鞍15相对于立柱12在Y轴方向移动。驱动装置相对于床身11使滑架17在X轴方向移动。在立柱12上，以滑架17可局部地进入的方式形成了空洞部12C。另外，驱动装置使主轴头14相对于床鞍15在Z轴方向移动。驱动装置绕C轴的轴线使工作台16旋转。进而，驱动装置使摆动支承构件18相对于滑架17绕A轴的轴线转动。这样，本实施方式的加工机1是具有相互正交的X轴、Y轴及Z轴的3个直线运动轴和A轴及C轴的2个旋转的旋转进给轴的5轴的加工机。
罩100至少具有平板状的上壁102和前壁104，并包围加工机1的整体。罩100具有开口部106，该开口部106用于操作者接近加工机1特别是加工机1的配置了工作台16及主轴13的前端的刀具T的加工空间。开口部106从上壁102形成到前壁104。另外，罩100具有开闭开口部106的门108。在前壁104上，安装了对加工机1进行操作的操作盘110。在操作盘110上配设了对加工机1进行操作的多个按钮或者输入键112和后述的形成显示和输入部的触摸面板114。
门108具有将在形成罩100的上壁102上的开口部106的部分关闭的上门部分108a和将形成在罩100的前壁104上的开口部106的部分关闭的前门部分108b，形成为大致L字形，可在X轴方向滑动。上门部分108a，如图1所示，在门108处于将开口部106闭锁的位置时，被配置在加工机1的加工空间特别是工作台16的上方。另外，在门108上设置联锁，仅在处于将开口部106闭锁的位置时，许可加工机1动作。在门108的上门部分108a上，配设了可对加工机1的工作台16进行摄像的照相机120。也可以在前门部分108b上形成开口部108C，由透明的玻璃或者树脂制的板构件覆盖该开口部108C，从外部观察加工空间。
参照图3，机床10具备控制装置70，该控制装置70控制各轴的进给装置，进行加工信息的设定，或者进行工件测定。控制装置70例如能由包含经总线而相互连接的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)的那样的微处理器、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)及ROM(Read Only Memory，只读存贮器)的那样的存储器装置及硬盘、固态驱动器(Solid State Drive,SSD)的那样的电子数据的储存装置等在内的计算机装置形成。控制装置70也可以由用于机床10的NC装置或者包含NC装置在内的多个计算机装置形成。
控制装置70包含输入部71、读取解释部72、插补运算部73及伺服马达控制部74。在基于加工程序76加工工件的情况下，操作者作成加工程序76。或者，加工程序76能基于工件的目标形状由CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)装置等生成。工件的目标形状，例如，能由CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)装置作成。
加工程序76等加工信息被输入到输入部71。在加工程序76中，包含了刀具的相对于工件的相对移动的信息等。在加工程序76中，例如，包含了由G代码、M代码等对机床的指令。加工信息向输入部71的输入，操作者例如可以从触摸面板114由手输入来进行，或者例如也可以经通信网络输入包含各种信息在内的电子数据。另外，在输入部71，输入刀具信息77、工件信息78等加工信息。在刀具信息77中，包含了钻头、立铣刀等刀具的种类、刀具的直径及刀具的长度等与刀具有关的信息。在工件信息78中包含了与用于加工的工件有关的信息。在与工件有关的信息中，包含了作为未加工工件的三维形状的工件模型。
读取解释部72从输入部71读入加工程序76等。读取解释部72向插补运算部73输出移动指令。插补运算部73运算每个插补周期的位置指令值。例如，插补运算部73算出基于移动指令设定的每个时间间隔的移动量。插补运算部73向伺服马达控制部74输出位置指令值。伺服马达控制部74，基于位置指令向X轴、Y轴、Z轴、A轴及C轴的各进给轴的伺服马达75输出电流值。为了伺服马达控制部74对各轴的伺服马达75进行伺服控制，在X轴、Y轴及Z轴的各进给轴上配设了数字刻度尺的那样的直线位置测定装置(未图示)，而且在A轴及C轴的旋转进给轴上配置了安装在各轴的伺服马达75上的旋转编码器的那样的旋转位置测定装置(未图示)，X轴、Y轴、Z轴、A轴及C轴的各进给轴的位置被反馈给伺服马达控制部74。
机床10基于各种加工信息实施加工。作为与加工有关联的加工信息，除了上述的加工程序76、刀具信息77及工件信息78以外，还包含坐标信息。在坐标信息中，包含在加工程序76中使用的坐标的信息。在机床的坐标系中，设定了以机床的规定的点为原点的机械坐标系和以工件的任意的点为原点的工件坐标系。工件坐标系与工件的移动一起移动。工件坐标系能通过设定相对于机械坐标系的相对位置来确定。在坐标信息中，包含了与这样的机械坐标系不同的其它的坐标的信息。另外，在加工程序76的内部使用多个坐标系的情况下，这些多个坐标系的信息被包含在坐标信息中。
在加工信息中，能包含控制装置的参数。例如，在加工信息中，能包含由操作盘110指定的加工条件的信息。作为这样的加工条件，能例示与移动速度有关的超程值。另外，作为加工条件，能包含与冷却剂有关的信息等。
本实施方式的机床10的控制装置70，还包含指令部20、显示加工信息并且通过操作者敲击或者点击触摸面板114的图标来输入数据、指令的显示和输入部26、存储加工信息及工件信息的存储部28、测定指令部29、测定信息取得部30和匹配处理部31。
指令部20生成用于进行加工的加工信息并向输入部71输出。另外，指令部20通过由操作者对显示和输入部26(触摸面板114)进行操作，编辑被输入给输入部71的加工信息，作为新的加工信息向输入部71输出。例如，编辑被输入给输入部71的加工程序，作为此次的加工的加工程序向输入部71输出。另外，指令部20也接收超程值等由操作盘110输入的加工信息。这样，指令部20能新作成或者编辑加工信息。
指令部20包含显示指令部22、存储指令部25及摄像指令部27。存储指令部25使新生成的加工信息、编辑的加工信息存储在由上述ROM、储存装置形成的存储部28。显示和输入部26基于显示指令部22的指令显示加工信息。另外，通过操作者对触摸面板114进行操作，从显示和输入部26输入各种指令、信息。如图4(a)、(b)所示，摄像指令部27当工作台16及工件W处于第一摄像位置或者第二摄像位置时对照相机120输出用于摄像的意向的摄像指令。另外，仅当门108根据来自上述联锁的信号关闭了时，能将摄像指令向照相机120输出。
另外，本实施方式的存储部28配置在控制装置70的内部，但不限于此方式，存储部28也可以配置在控制装置70的外部。例如，存储卡、硬盘等存储部也可以经通信网络与控制装置连接。
控制装置70包含测定指令部29。工件的测定的指示从指令部20向测定指令部29输出。测定指令部29向读取解释部72输出用于规定的测定的指令，在机床10中进行工件的测定。
控制装置70包含测定信息取得部30。测定信息取得部30取得实施工件等的测定时的信息。测定信息取得部30接收来自安装在主轴13的前端的测定探头32的信号。另外，测定信息取得部30接收来自伺服马达控制部74的机械坐标系的坐标值。而且，测定信息取得部30向指令部20输出这些信息。测定信息取得部30向指令部20输出测定探头32与工件接触时输出的跳跃信号和当时的的各轴的机械坐标系的坐标值。指令部20能根据测定值与需要相应地运算加工信息，显示在显示和输入部26。
下面，参照图4、5，说明本实施方式的作用。
如上所述，工件W由夹具40安装在托盘P上，而且托盘P被固定在工作台16上。在将工件W向托盘P上安装时，存在着托盘P上的工件W的位置稍微偏移的情况。另外，存在着工件坐标系相对于机械坐标系的偏置值变化的情况。因此，在每次加工开始前对坐标信息都重新实施测定。
因此，本实施方式的机床10，以能在加工开始之前实施工件的测定的方式构成，通过测定工件的位置，例如能校正工件坐标系的相对于机械坐标系的偏置值。本实施方式的机床10，对于工件的测定方法，可选择手动或者自动地构成。支援以自动方式实施测定的情况下的测定的画面、测定程序被存储在存储部28。另外，支援以手动方式实施测定的情况下的测定的画面被存储在存储部28。
在进行工件的自动测定的情况下，例如通过对操作盘110的按钮或者输入键112进行操作，与工件的自动测定对应的工件测定画面80(图5)被显示在显示和输入部26。工件测定画面80包含了测定点和测定方向选择区域82、测定项目选择区域84及包含模型呼叫按钮86在内的多个呼叫按钮。通过操作者敲击或者点击模型呼叫按钮86，将成为测定对象的用于加工的工件的模型形状从存储部28向指令部20的显示指令部22输出，并显示在测定点和测定方向选择区域82中。由此，通过操作者在触摸面板114上敲击或者点击显示在测定点和测定方向选择区域82上的工件形状的所希望部位P1～P3，可设定工件上的测定点、工件的测定方向。
在测定项目选择区域84中，显示表示工件测定方法的多个测定方法选择图标84a～84d。例如，图标84a是用于测定工件的两个侧面的相对于机械坐标系的角度的图标；图标84b是用于测定形成在工件上的矩形凹部的相向的2边的长度的图标；图标84c是用于测定形成在工件上的圆形凹部的内径的图标；图标84d是用于测定长方体工件的相向的2边的长度的图标。，通过操作者在触摸面板114上选择测定方法选择图标84a～84d之一进行敲击或者点击，根据各个测定方法选择测定。
如果操作者按下操作盘110上的测定开始按钮(未图示)，则根据选择的测定方法开始工件W的测定。首先，基于来自指令部20的指令，从测定指令部29向读取解释部72输出使工件W向规定的测定位置移动的指令。如果工件W到达测定位置，则测定指令部29为了使A轴旋转地使工件W向第一摄像位置移动，向读取解释部72输出指令。第一摄像位置，如图4(a)所示，是工作台16的工件安装面沿作为摄像装置的视线的照相机120的光轴Oo与照相机120正对的位置。由此，工件W及夹具40的上面与照相机120正对。
如果工件W到达第一摄像位置，则摄像指令部27对照相机120输出摄像指令，对处于第一摄像位置的工件W进行摄像。此时，在第一摄像位置，由于工件W的上面相对于照相机120沿光轴Oo正对，所以工件W的平面被摄像。摄像了的工件W的图像数据向存储部28输出，储存在存储部28。
如果在第一摄像位置的工件W的摄像结束，则测定指令部29为了使工件W向第二摄像位置移动，向读取解释部72输出指令。第二摄像位置是使A轴方向从第一摄像位置旋转了90°的位置。由此，工作台16、工件W及夹具40的侧面沿光轴Oo与照相机120正对。
如果工件W到达第二摄像位置，则摄像指令部27对照相机120输出摄像指令，对处于第二摄像位置的工件W进行摄像。此时，在第二摄像位置，由于工件W的侧面相对于照相机120沿光轴Oo正对，所以工件W的侧面被摄像。摄像了的工件W的图像数据向存储部28输出，储存在存储部28。也可以将工作台16以规定角度在C轴方向进给，对工件W的另外的侧面进行摄像，反复进行上述动作，对工件W的多个侧面进行摄像。由此，例如，即使在工件W的特定的侧面因光晕而得不到鲜明的图像的情况下，也可获得适合于处理的侧面。
接着，摄像了的工件W的图像数据在匹配处理部31被解析，通过运算求出包含夹具40在内的工件W的平面形状、尺寸及侧面形状、尺寸。例如，在将图像数据进行了二值化之后通过提取成为边缘的像素，能得到工件W的形状。另外，通过在X轴、Y轴方向对像素数量进行计数，能得到工件W的尺寸。
进而，通过使用公知的匹配处理将工件W的图像数据与三维的模型形状进行比较，能由运算求出工件W的特征部分，特别是设定在工件W上的原点位置在机械坐标系中的位置，即X轴、Y轴、Z轴方向的偏移及工件W的相对于机械坐标系的绕C轴的旋转位置或者工件坐标系的相对于机械坐标系的倾斜或者A轴及/或C轴方向的偏移。
这样，如果测定工件W的尺寸、形状及位置，则测定指令部29根据记述了通过操作者敲击或者点击测定项目选择区域84内的图标84a～84d选择的测定方法的测定程序，向读取解释部72输出使用测定探头32的进行工件W的更精密的测定的测定指令。此时，能使用由工件W的摄像得到的工件W的尺寸、形状及位置，使测定探头32以快速进给的方式移动到工件W的最跟前。即，使用了这样的测定探头32的工件W的测定以往已成为公知，但在使测定探头32移动到测定开始位置的方面存在着问题。使测定探头32与工件W接触来测定工件W的动作，为了防止机床、工件W的破损，必须以低速接触。然而，直到使测定探头32与工件W接触为止，机床的控制装置不能知道工件W处于何处，不知道在何处接触。因此，一边使测定探头32从充分地离开了的位置以低速与工件W接近并探测工件W的位置，一边花费时间使测定探头32与工件W接触。或者，操作者一边目视每个测定部位一边由手动操作使测定探头32移动到工件W的附近，然后以低速使测定探头32和工件W接触。因此，在工件W的测定中需要大量的时间或者需要操作者的劳力。在本实施方式中，如上所述，由于在由测定探头32进行的测定之前从由照相机120得到的工件W的图像数据知道了工件W的尺寸、形状及方向，所以能使测定探头32以高速自动地移动到工件W的附近。
测定指令部29基于由工件W的摄像得到的工件W的尺寸、形状及位置设定使测定探头32相对于工件W相对地移动的位置。然后，根据测定指令部29的指令，如在测定点和测定方向选择区域82中所示，使探头32与工件W的端面接触。测定信息取得部30取得探头32与工件W的端面接触时的机械坐标系的坐标值，并基于此更严密地测定工件W的实际的位置、旋转位置。
符号的说明：
1：加工机
13：主轴
16：工作台
17：滑架
18：摆动支承构件
20：指令部
22：显示指令部
25：存储指令部
26：显示和输入部
27：摄像指令部
28：存储部
29：测定指令部
30：测定信息取得部
31：匹配处理部
70：控制装置
71：输入部
72：读取解释部
73：插补运算部
74：伺服马达控制部
80：工件测定画面
82：测定点和测定方向选择区域
84：测定项目选择区域
86：按钮
100：罩
108：门
110：操作盘
120：照相机
W：工件。

Claims (6)

1.一种机床的机上测定方法，其由旋转进给轴变更工作台的姿势，由摄像装置求出工作台上的工件或者夹具的位置，其特征在于，包含上方摄像工序、侧方摄像工序和算出工序，
该上方摄像工序使旋转进给轴转动而使工作台的上面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像；
该侧方摄像工序使旋转进给轴转动而使工作台的侧面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像；
该算出工序根据由上述上方摄像工序和上述侧方摄像工序摄像的图像，由机床的控制装置算出工件或者夹具的位置。
2.如权利要求1记载的机床的机上测定方法，其特征在于，上述机床具有正交3轴的直线进给轴和两个旋转进给轴。
3.如权利要求1记载的机床的机上测定方法，其特征在于，上述摄像装置配置在上述机床的加工区域的上方。
4.如权利要求1记载的机床的机上测定方法，其特征在于，通过准备用于测定的工件的加工前的三维形状数据，由匹配处理对摄像了的图像数据和该三维形状数据进行比较，求出设定在上述工件上的原点位置。
5.如权利要求4记载的机床的机上测定方法，其特征在于，通过准备用于测定的工件的加工前的三维形状数据，由匹配处理对摄像的图像数据和该三维形状数据进行比较，进而测定工件坐标系的相对于机床的机械坐标系的偏移。
6.一种机床的控制装置，该机床具有正交3轴的进给轴和两个旋转进给轴，由上述旋转进给轴变更工作台的姿势，由摄像装置求出工作台上的工件或者夹具的位置，该机床的控制装置的特征在于，
使上述旋转进给轴转动而使工作台的上面朝向摄像装置的视线的方向，在上述摄像位置对工件或者夹具进行摄像，
使上述旋转进给轴转动而使工作台的侧面朝向摄像装置的视线的方向，由上述摄像装置对工件或者夹具进行摄像，
根据上述摄像了的图像，由机床的控制装置算出工件或者夹具的位置。
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