DE112019004400T5

DE112019004400T5 - Werkzeugmaschine und funkenerosion-bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019004400T5
Application number: DE112019004400.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Goto; Kiyoshi Onohara; Masaharu Imaki; Naoki Suzuki; Takayuki Yanagisawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2039-09-18
Also published as: JP6576594B1; JPWO2020071109A1; TW202014673A; JPWO2020070884A1; US20210199424A1; DE112019004400B4; TWI794546B; WO2020070884A1; CN112771348A; WO2020071109A1

Abstract

Eine Werkzeugmaschine umfasst eine Bearbeitungseinheit (10) zum Zuführen von Schneidöl zu einer Arbeitsoberfläche (3) eines Werkstücks (3) und Bearbeiten der Arbeitsoberfläche (3a), eine optische Sensoreinheit (22), aufteilend Licht, das ausgegeben ist von einer Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle (31a) zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück (3) zu bestrahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks (3) mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück (3) reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen eines Abstands von der Werkzeugmaschine zu der Arbeitsoberfläche (3a) auf Grundlage der Spitzenfrequenz, und eine Formberechnungseinheit (75), berechnend die Form des Werkstücks (3) auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit (22) gemessenen Abstands.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine und eine Funkenerosion-Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten einer Arbeitsoberfläche eines Werkstücks.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlicherweise sind Werkzeugmaschinen bekannt, die ein Objekt bearbeiten und die Oberflächenform einer bearbeiteten Arbeitsoberfläche des Objekts nach der Bearbeitung messen (siehe Patentliteratur 1). Eine in der Patentschrift 1 beschriebene Werkzeugmaschine ist eingerichtet, um die Oberflächenform einer bearbeiteten Arbeitsoberfläche auf Grundlage von Änderungen der Intensität des reflektierten Lichts zu messen.
Da ein optischer Sensor reflektiertes Licht in einem Zustand, in dem das zu dem Zeitpunkt der Bearbeitung aufgetragene Schneidöl an der Arbeitsoberfläche haftet, nicht richtig empfangen kann, wird bei der in Patentschrift 1 beschriebenen Werkzeugmaschine das an der Arbeitsoberfläche haftende Schneidöl vor der Messung der Form durch Abblasen des Schneidöls von der Arbeitsoberfläche entfernt.
REFERENZLISTE
PATENTDOKUMENTE
Patentliteratur 1: JP 2018-36083 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Um das Schneidöl jedoch vollständig zu entfernen, ist es notwendig, das Schneidöl für eine lange Zeit von der Arbeitsoberfläche abzublasen. Um die für das Messen der Form erforderliche Zeit zu verkürzen, ist es wünschenswert, dass die Oberflächenform der Arbeitsoberfläche auch in dem Zustand gemessen werden kann, in dem das Schneidöl auf der Arbeitsoberfläche verbleibt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine zu erhalten, die die Form eines Werkstücks auch in einem Fall messen kann, in dem Schneidöl auf einer Arbeitsoberfläche des Werkstücks verbleibt.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bearbeitungseinheit zum Zuführen von Schneidöl zu einer Arbeitsoberfläche eines Werkstücks und Bearbeiten der Arbeitsoberfläche, und ist eingerichtet, um aufzuweisen: eine optische Sensoreinheit zum Aufteilen von Licht, das ausgegeben ist aus einer Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück zu bestrahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen des Abstands von der Werkzeugmaschine zu der Arbeitsoberfläche auf Grundlage der Spitzenfrequenz; eine Formberechnungseinheit zum Berechnen der Form des Werkstücks auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit gemessenen Abstands.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Form des Werkstücks sogar in einem Fall messen, in dem Schneidöl auf der Arbeitsoberfläche des Werkstücks verbleibt.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine optische Sensoreinheit 20 gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
3 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel von frequenzgewobbeltem Licht zeigt;
4 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Reflexion von Bestrahlungslicht auf einer Arbeitsoberfläche 3a und die Reflexion des Bestrahlungslichts auf Schneidöl zeigt;
5 ist ein Hardware-Blockdiagramm eines Computers in einem Fall, in welchem eine Abstandsberechnungseinheit 40 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert ist;
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Steuereinheit 50 der Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
7A ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Anfangsabstand L₀ zeigt, der der Abstand ist von einem vorderen Ende 21a einer Sensorkopfeinheit 21 zu der Position einer Arbeitsoberfläche 3a in einem Zustand, in dem keine Bearbeitung der Arbeitsoberfläche 3a durchgeführt wird;
7B ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Abstand L von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Position der Arbeitsoberfläche 3a in einem Zustand zeigt, in dem Bearbeitung der Arbeitsoberfläche 3a durchgeführt wurde;
8 ist ein Hardware-Blockdiagramm, das die Hardware eines Teils der Steuereinheit 50 zeigt;
9 ist ein Hardware-Blockdiagramm eines Computers in einem Fall, in dem ein Teil der Steuereinheit 50 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert ist;
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zeigt, wenn die Werkzeugmaschine die Form einer Arbeitsoberfläche 3a eines Werkstücks 3 misst;
11 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Berechnens des Abstands in einer Sensorkörpereinheit 22 zeigt;
12 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel für Signale in einem Frequenzbereich zeigt;
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
14 ist ein schematisches Diagramm, das eine Sensorkopfeinheit 21b von Ausführungsform 2 zeigt;
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
16 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 4 zeigt;
17 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 4 zeigt; und
18 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 5 zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu erläutern, werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In 1 ist ein Tisch 1 eine Basis, auf der ein Werkstück 3, das ein zu bearbeitendes Objekt ist, platziert ist.
Schraubstöcke 2 sind Halterungen zum Fixieren des Werkstücks 3, damit sich das Werkstück 3 bei der Bearbeitung des Werkstücks 3 nicht bewegt. Das Werkstück 3 ist ein Stück Metall oder dergleichen, dessen Arbeitsoberfläche 3a von einer Bearbeitungseinheit 10 bearbeitet werden soll. In Ausführungsform 1 wird der Einfachheit der Erklärung halber angenommen, dass die Arbeitsoberfläche 3a vor der Bearbeitung durch die Bearbeitungseinheit 10 eben ist.
Die Bearbeitungseinheit 10 umfasst einen Bearbeitungskopf 11, ein Bearbeitungswerkzeug 12, eine Kopfantriebseinheit 13 und eine Schneidöldüse 14. Die Bearbeitungseinheit 10 führt der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 Schneidöl zu und bearbeitet die Arbeitsoberfläche 3a.
Der Bearbeitungskopf 11 umfasst eine Kopfkörpereinheit 11a und eine Spindel 11b, die eine Werkzeughalteeinheit ist. Die Kopfkörpereinheit 11a ist eine metallische Struktur zur Unterstützung der Spindel 11b. Die Spindel 11b ist ein metallisches, wellenförmiges Teil, das eine nicht dargestellte Spannvorrichtung zum befestigten/gelösten Halten des Bearbeitungswerkzeugs 12 enthält und das sich in einem Zustand des Haltens des Bearbeitungswerkzeugs 12 rotierend bewegt. Weiterhin ist eine Sensorkopfeinheit 21, die ein Teil einer optischen Sensoreinheit 20 ist, an der Kopfkörpereinheit 11a angebracht.
Das Bearbeitungswerkzeug 12 ist ein Schneidwerkzeug zum Schneiden der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 durch seinen rotierenden Betrieb und ist ein kantiges Werkzeug für die Metallbearbeitung, wie beispielsweise Fräser, ein Schaftfräser, ein Bohrer oder ein Gewindebohrer.
Die Kopfantriebseinheit 13 ist ein Antriebsmechanismus zur relativen Veränderung der Position der Kopfkörpereinheit 11a in Bezug auf die Arbeitsoberfläche 3a in Übereinstimmung mit einem von einer Steuereinheit 50 ausgegebenen Steuersignal. Die Richtung der Änderung der Position der Kopfkörpereinheit 11a, die durch die Kopfantriebseinheit 13 durchgeführt wird, ist die x-Achsenrichtung, die y-Achsenrichtung oder die z-Achsenrichtung, die in 1 dargestellt ist.
Die Schneidöldüse 14 trägt das Schneidöl auf die Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 auf, wenn diese eine Anweisung zum Zuführen des Schneidöls von der Steuereinheit 50 empfängt.
Die optische Sensoreinheit 20 umfasst die Sensorkopfeinheit 21, eine Sensorkörpereinheit 22 und eine optische Übertragungseinheit 23. Die optische Sensoreinheit 20 ist ein Sensor zum Berechnen des Abstandes von einem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der von der Bearbeitungseinheit 10 bearbeiteten Arbeitsoberfläche 3a.
Die Sensorkopfeinheit 21 ist auf einer dem Tisch 1 zugewandten äußeren Oberfläche 11c aus mehreren äußeren Oberflächen angebracht, die die Kopfkörpereinheit 11a aufweist. Die Sensorkopfeinheit 21 emittiert das von der Sensorkörpereinheit 22 ausgegebene Bestrahlungslicht zu der Arbeitsoberfläche 3a, und empfängt reflektiertes Licht, das beides enthält, reflektiertes Licht, das von der Arbeitsoberfläche 3a reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und reflektiertes Licht, das von dem Schneidöl reflektiertes Bestrahlungslicht ist. Die Sensorkopfeinheit 21 gibt das dabei empfangene reflektierte Licht an die Sensorkörpereinheit 22 aus.
Die Sensorkörpereinheit 22 berechnet den Abstand von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a und gibt Abstandsinformationen, die den berechneten Abstand zeigen, an die Steuereinheit 50 aus.
Die optische Übertragungseinheit 23 ist ein Übertragungspfad für Licht, das von der Sensorkörpereinheit 22 zu der Sensorkopfeinheit 21 geleitet wird, und für Licht, das von der Sensorkopfeinheit 21 zu der Sensorkörpereinheit 22 geleitet wird, und umfasst eine optische Faser. Obwohl in der Werkzeugmaschine von Ausführungsform 1 die optische Übertragungseinheit 23 angeordnet ist, wird die optische Übertragungseinheit 23 nicht unbedingt benötigt. In dem Fall, in dem die optische Übertragungseinheit 23 nicht angeordnet ist, kann das Licht über die Umgebung übertragen werden.
Die Steuereinheit 50 gibt ein Steuersignal, das die Position anzeigt, auf die die Kopfkörpereinheit 11a bewegt werden soll, an die Kopfantriebseinheit 13 aus, und gibt eine Anweisung aus, das Schneidöl der Schneidöldüse 14 zuzuführen. Die Steuereinheit 50 berechnet die Form der Arbeitsoberfläche 3a sowohl aus der Position der Kopfkörpereinheit 11a, wobei die Position durch die Kopfantriebseinheit 13 verändert wird, als auch aus dem Abstand, der durch die von der Sensorkörpereinheit 22 ausgegebenen Abstandsinformationen dargestellt ist.
Als nächstes wird die optische Sensoreinheit 20 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die optische Sensoreinheit 20 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Die optische Sensoreinheit 20 umfasst eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 31, eine optische Teilungseinheit 32, eine optische Interferenzeinheit 36, einen Analog-DigitalWandler (im Folgenden als „A/D-Wandler“ bezeichnet) 39 und eine Abstandsberechnungseinheit 40, wie in 2 gezeigt.
In 2 enthält die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 31 eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle 31a zum Ausgeben von frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz mit der Zeit innerhalb eines einzelnen Frequenzbandes variiert. Das einzelne Frequenzband reicht von einer Minimalfrequenz fmin bis zu einer Maximalfrequenz fmax. Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 31 gibt das frequenzgewobbelte Licht an die optische Teilungseinheit 32 aus. 3 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel für frequenzgewobbeltes Licht zeigt. Das frequenzgewobbelte Licht ist ein Signal, dessen Frequenz von der Minimalfrequenz fmin bis zur Maximalfrequenz fmax mit der Zeit variiert. Wenn die Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts die Maximalfrequenz fmax erreicht, kehrt die Frequenz zu diesem Zeitpunkt auf die Minimalfrequenz fmin zurück und variiert danach wieder von der Minimalfrequenz fmin bis zur Maximalfrequenz fmax. Das frequenzgewobbelte Licht kann als Chirp-Signallicht bezeichnet sein.
Die optische Teilungseinheit 32 enthält einen Optokoppler 33 und einen Zirkulator 34. Der Optokoppler 33 ist ein Lichtteilerelement zur Aufteilung des von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 31 ausgegebenen frequenzgewobbelten Lichts in Referenzlicht und Bestrahlungslicht. Der Optokoppler 33 gibt das Referenzlicht an ein optisches Interferometer 37 aus und gibt das Bestrahlungslicht an den Zirkulator 34 aus.
Der Zirkulator 34 gibt das von dem Optokoppler 33 ausgegebene Bestrahlungslicht über die optische Übertragungseinheit 23 an ein bündelndes optisches Element 35 der Sensorkopfeinheit 21 aus. Weiterhin gibt der Zirkulator 34 das von dem bündelnden optischen Element 35 ausgegebene reflektierte Licht an das optische Interferometer 37 aus.
Die Sensorkopfeinheit 21 weist das bündelnde optische Element 35 auf. Das bündelnde optische Element 35 bündelt das von dem Zirkulator 34 abgegebene Bestrahlungslicht auf die Arbeitsoberfläche 3a. Konkret umfasst das bündelnde optische Element 35 zwei asphärische Linsen und formt das von dem Zirkulator 34 ausgegebene Licht unter Verwendung einer asphärischen Linse der vorherigen Stufe zu kollimiertem Licht und bündelt danach das kollimierte Licht unter Verwendung einer asphärischen Linse der nächsten Stufe und bringt das bündelte Licht auf die Arbeitsoberfläche 3a auf.
4 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Reflexion des Bestrahlungslichts auf einer Arbeitsoberfläche 3a und die Reflexion des Bestrahlungslichts auf dem Schneidöl zeigt. Das von dem bündelnden optischen Element 35 ausgegebene Bestrahlungslicht wird nicht nur von der Arbeitsoberfläche 3a reflektiert, sondern auch von dem Schneidöl reflektiert, wie in 4 dargestellt.
Zurückkehrend zu 2 empfängt das bündelnde optische Element 35 das reflektierte Licht, das sowohl das reflektierte Licht von der Arbeitsoberfläche 3a als auch das reflektierte Licht von dem Schneidöl enthält. Das bündelnde optische Element 35 gibt das dabei empfangene reflektierte Licht über die optische Übertragungseinheit 23 an den Zirkulator 34 aus. Der Zirkulator 34 gibt das reflektierte Licht, das von dem bündelnden optischen Element 35 ausgegeben wurde, an das optische Interferometer 37 aus.
Die optische Interferenzeinheit 36 umfasst das optische Interferometer 37 und einen optischen Detektor 38. Die optische Interferenzeinheit 36 erzeugt Interferenzlicht zwischen dem von der Sensorkopfeinheit 21 empfangenen reflektierten Licht und dem Referenzlicht und wandelt das Interferenzlicht in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal an den A/D-Wandler 39 aus.
Das von dem Zirkulator 34 ausgegebene reflektierte Licht und das von dem Optokoppler 33 ausgegebene Referenzlicht werden veranlasst, auf das optische Interferometer 37 einzufallen. Das optische Interferometer 37 erzeugt Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Referenzlicht. Da das vom Werkstück reflektierte Licht das reflektierte Licht von der Arbeitsoberfläche 3a und das reflektierte Licht von dem Schneidöl wie oben beschrieben enthält, enthält das durch den optischen Interferometer 37 erzeugte Interferenzlicht auch Arbeitsoberfläche-Interferenzlicht (erstes Interferenzlicht), das Interferenzlicht ist zwischen dem reflektierten Licht von der Arbeitsoberfläche 3a und dem Referenzlicht, und Schneidöl-Interferenzlicht (zweites Interferenzlicht), das Interferenzlicht ist zwischen dem reflektierten Licht von dem Schneidöl und dem Referenzlicht.
Der optische Detektor 38 erfasst das Interferenzlicht, das sowohl das Arbeitsoberfläche-Interferenzlicht als auch das Schneidöl-Interferenzlicht enthält, und wandelt das Interferenzlicht in ein elektrisches Signal um. Der optische Detektor 38 gibt das elektrische Signal an den A/D-Wandler 39 aus.
Der A/D-Wandler 39 wandelt das von dem optischen Detektor 38 ausgegebene elektrische Signal von einem analogen Signal in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal an die Abstandsberechnungseinheit 40 aus.
Die Abstandsberechnungseinheit 40 analysiert die Frequenzen des durch die optische Interferenzeinheit 36 erzeugten Interferenzlichts durch Umwandeln des von dem A/D-Wandler 39 ausgegebenen digitalen Signals in Signale in einem Frequenzbereich, und berechnet einen Abstand L von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a auf Grundlage eines Ergebnisses der Analyse der Frequenzen. Konkret unterscheidet die Abstandsberechnungseinheit 40 zwischen der Frequenz des Arbeitsoberfläche-Interferenzlichts und der Frequenz des Schneidöl-Interferenzlichts und berechnet den Abstand L von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a auf Grundlage der Frequenz des Arbeitsoberfläche-Interferenzlichts. Die Abstandsberechnungseinheit 40 gibt Abstandsinformationen, die den berechneten Abstand L zeigen, an eine Formberechnungseinheit 75 der Steuereinheit 50 aus.
Die Abstandsberechnungseinheit 40 ist zum Beispiel durch eine nicht dargestellte Abstandsberechnungsschaltung realisiert. Die Abstandsberechnungseinheit ist zum Beispiel eine Einzelschaltung, eine Verbundschaltung, ein programmierbarer Prozessor, ein parallelprogrammierbarer Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (PFGA) oder eine Kombination aus diesen Schaltungen.
Obwohl hier das Beispiel gezeigt ist, in dem die Abstandsberechnungseinheit 40 durch die Abstandsberechnungsschaltung implementiert ist, die eine Hardware zur ausschließlichen Verwendung ist, ist keine Beschränkung auf dieses Beispiel beabsichtigt, und die Abstandsberechnungseinheit kann durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert sein. Die Software oder die Firmware ist als ein Programm in einem Speicher eines Computers gespeichert. Der Computer bezieht sich auf Hardware, die ein Programm ausführt und umfasst beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine zentrale Verarbeitungseinrichtung, eine Verarbeitungseinrichtung, eine arithmetische Einrichtung, einen Mikroprozessor, einen Mikrocomputer, einen Prozessor oder einen digitalen Signalprozessor (DSP). 5 ist ein Hardware-Blockdiagramm des Computers in dem Fall, in dem die Abstandsberechnungseinheit 40 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert ist. In dem Fall, dass die Abstandsberechnungseinheit 40 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert ist, wird ein Programm, das den Computer veranlasst, ein Verarbeitungsverfahren der Abstandsberechnungseinheit 40 durchzuführen, in einem Speicher 61 gespeichert. Ein Prozessor 62 des Computers führt dann das in dem Speicher 61 gespeicherte Programm aus.
Als nächstes wird die Konfiguration der Steuereinheit 50 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein schematisches Diagramm, das die Steuereinheit 50 der Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
Eine Eingabeeinheit 71 empfängt eine Anweisung von einem Benutzer, das Schneidöl zuzuführen, eine Anweisung von einem Benutzer, das Werkstück 3 zu bearbeiten, eine Anweisung von einem Benutzer, die Form des Werkstücks 3 zu messen, oder dergleichen. Die Eingabeeinheit 71 ist durch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise Bedientasten realisiert.
Eine Speichereinrichtung 72 speichert Formdaten, die die Zielform der Arbeitsoberfläche 3a zeigen. Die Formdaten enthalten Daten, die die Koordinatenwerte (x, y) jedes einzelnen von mehreren Punkten auf der Arbeitsoberfläche 3a und Daten, die Tiefeninformationen d über jeden der mehreren Punkte zeigen. Die Tiefeninformationen d zeigen eine Schnitttiefe von der Ebene an, die die Arbeitsoberfläche 3a ist, in einem Zustand, in dem noch keine Bearbeitung durchgeführt wird. Die Zielform wird zum Beispiel von einem Benutzer als die Form der Arbeitsoberfläche 3a nach der Bearbeitung entworfen. Die Speichereinrichtung 72 ist zum Beispiel durch eine Festplatte realisiert.
Wenn eine Anweisung zur Bearbeitung des Werkstücks 3 oder eine Anweisung zum Messen der Form des Werkstücks 3 von der Eingabeeinheit 71 empfangen wird, erwirbt eine Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 die in der Speichereinrichtung 72 gespeicherten Formdaten. Die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugt ein Steuersignal, das die Position anzeigt, auf die die Kopfkörpereinheit 11a auf Grundlage der erworbenen Formdaten bewegt werden soll. Die Bewegungsposition der Kopfkörpereinheit 11a ist durch Koordinatenwerte (x, y) ausgedrückt.
Wenn eine Anweisung zur Bearbeitung des Werkstücks 3 von der Eingabeeinheit 71 empfangen wird, enthält das durch die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugte Steuersignal die Tiefeninformationen d über den Punkt, ausgedrückt durch die Koordinatenwerte (x, y). Die Kopfantriebseinheit 13 bewegt die Kopfkörpereinheit 11a zu der Bewegungsposition, die durch das durch die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugte Steuersignal dargestellt ist, und bewegt danach die Kopfkörpereinheit 11a entlang der z-Achsenrichtung auf Grundlage der Tiefeninformationen d.
Andererseits enthält das von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugte Steuersignal, wenn eine Anweisung zur Messung der Form des Werkstücks 3 von der Eingabeeinheit 71 empfangen wird, zum Beispiel Informationen zur Bewegung der Position in der z-Achsenrichtung der Kopfkörpereinheit 11a zu einer Referenzposition. Die Referenzposition ist die Position der Kopfkörpereinheit 11a in der z-Achsenrichtung zum Zeitpunkt der Messung der Form der Arbeitsoberfläche 3a und ist in der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 angegeben. Wenn sich die Kopfkörpereinheit 11a in der Referenzposition befindet, ist der Abstand von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Position der Arbeitsoberfläche 3a L₀, wie in 7A gezeigt, und L₀ wird im Folgenden als der Anfangsabstand bezeichnet. Der Anfangsabstand L₀ wird ebenfalls in der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 angegeben. 7A ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Anfangsabstand L₀ zeigt, der der Abstand ist von einem vorderen Ende 21a einer Sensorkopfeinheit 21 zu der Position der Arbeitsoberfläche 3a in einem Zustand, in dem keine Bearbeitung der Arbeitsoberfläche 3a durchgeführt wird. 7B ist eine erläuternde Zeichnung, die den Abstand L von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Position der Arbeitsoberfläche 3a in einem Zustand zeigt, in dem Bearbeitung der Arbeitsoberfläche 3a durchgeführt wurde.
Zurückkehrend zu 6 bewegt die Kopfantriebseinheit 13, die das Steuersignal empfangen hat, die Kopfkörpereinheit 11a zu der Bewegungsposition, die durch das durch die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugte Steuersignal dargestellt ist, und bewegt danach die Kopfkörpereinheit 11a entlang der z-Achsenrichtung in einer solchen Weise, dass die Position der Kopfkörpereinheit 11a in der z-Achsenrichtung die Referenzposition wird.
Wenn eine Anweisung zum Messen der Form des Werkstücks 3 von der Eingabeeinheit 71 empfangen wird und ein Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 übertragen wird, überträgt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Synchronisationssignal, das ein Auslöser dafür ist, dass frequenzgewobbeltes Licht von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle 31a emittiert wird, an die Sensorkörpereinheit 22. Zudem, wenn eine Anweisung zum Messen der Form des Werkstücks 3 von der Eingabeeinheit 71 empfangen wird, gibt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 die Formdaten und den Anfangsabstand L₀ an jede von der Formberechnungseinheit 75 und einer Fehlerberechnungseinheit 76 aus.
Wenn eine Anweisung zum Zuführen des Schneidöls von der Eingabeeinheit 71 empfangen wird, gibt eine Schneidölzuführungseinheit 74 eine Anweisung zum Zuführen des Schneidöls, wobei die Anweisung zeigt, dass das Schneidöl auf die Arbeitsoberfläche 3a aufgebracht werden soll, an die Schneidöldüse 14 aus.
Die Formberechnungseinheit 75 berechnet die Differenz zwischen dem von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ausgegebenen Anfangsabstand L₀ und dem Abstand L, der durch die von der Abstandsberechnungseinheit 40 ausgegebenen Abstandsinformationen dargestellt ist, als eine Schnitttiefe ΔL (=L-L₀) der Arbeitsoberfläche 3a. Die Formberechnungseinheit 75 gibt Daten, die sowohl die Daten, die die Koordinatenwerte (x, y) jedes der mehreren Punkte zeigen, als auch die Schnitttiefe ΔL, die in den Formdaten enthalten sind, als Daten (x, y, ΔL), die die Form der Arbeitsoberfläche 3a zeigen, an jede von der Fehlerberechnungseinheiten 76 und einer dreidimensionalen Datenumwandlungseinheit 78 aus.
Die Fehlerberechnungseinheit 76 berechnet einen Fehler Δd zwischen der durch die Formberechnungseinheit 75 berechneten Form und der Zielform der Arbeitsoberfläche 3a. Beispielsweise vergleicht die Fehlerberechnungseinheit 76 die von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ausgegebenen Formdaten (x, y, d) mit den von der Formberechnungseinheit 75 ausgegebenen und die Form darstellenden Daten (x, y, ΔL) und berechnet einen Fehler Δd (=d-ΔL) in der z-Achsenrichtung von jedem der mehreren Punkte auf der Arbeitsoberfläche 3a. Die Fehlerberechnungseinheit 76 gibt Fehlerinformationen, die den Fehler Δd in der z-Achsenrichtung von jedem der mehreren Punkte zeigen, an eine Anzeige 79 aus.
Eine Anzeigeverarbeitungseinheit 77 umfasst die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 und die Anzeige 79.
Die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 wandelt die von der Formberechnungseinheit 75 ausgegebenen Daten (x, y, ΔL) in dreidimensionale Daten um und veranlasst die Anzeige 79, die Arbeitsoberfläche 3a in Übereinstimmung mit den dreidimensionalen Daten in drei Dimensionen darzustellen. Die dreidimensionalen Daten werden für dreidimensionales Rendering genutzt.
Die Anzeige 79 ist beispielsweise durch eine Flüssigkristallanzeige implementiert. Die Anzeige 79 stellt die Arbeitsoberfläche 3a in drei Dimensionen dar und zeigt auch den Fehler Δd an, der durch die von der Fehlerberechnungseinheit 76 ausgegebenen Fehlerinformationen dargestellt ist.
8 ist ein Hardware-Blockdiagramm, das die Hardware eines Teils der Steuereinheit 50 zeigt. Wie in 8 gezeigt, ist die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 durch eine Koordinatenwert-Einstellungsschaltung 81 implementiert, die Schneidölzuführungseinheit 74 durch eine Schneidölzuführungsschaltung 82 implementiert, die Formberechnungseinheit 75 durch eine Formberechnungsschaltung 83 implementiert, die Fehlerberechnungseinheit 76 durch eine Fehlerberechnungsschaltung 84 implementiert und die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 durch eine Dreidimensionale-Daten-Umwandlungsschaltung 85 implementiert.
Hier wird davon ausgegangen, dass jede der folgenden Einheiten: die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73, die Schneidölzuführungseinheit 74, die Formberechnungseinheit 75, die Fehlerberechnungseinheit 76 und die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78, die die Komponenten des Teils der Steuereinheit 50 sind, durch Hardware zur ausschließlichen Verwendung implementiert ist, wie in 8 gezeigt. Konkret wird das Beispiel gezeigt, in dem der Teil der Steuereinheit 50 durch die Koordinatenwert-Einstellungsschaltung 81, die Schneidölzuführungsschaltung 82, die Formberechnungsschaltung 83, die Fehlerberechnungsschaltung 84 und die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungsschaltung 85 implementiert ist. Es ist jedoch keine Einschränkung dieses Beispiels beabsichtigt, und ein Teil der Steuereinheit 50 kann durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert sein.
9 ist ein Hardware-Blockdiagramm eines Computers in einem Fall, in dem ein Teil der Steuereinheit 50 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert ist. In dem Fall, in dem der Teil der Steuereinheit 50 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert ist, sind Programme, die den Computer veranlassen, Verarbeitungsvorgänge der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73, der Schneidölzuführungseinheit 74, der Formberechnungseinheit 75, der Fehlerberechnungseinheit 76 und der Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 durchzuführen, in einem Speicher 91 gespeichert. Ein Prozessor 92 des Computers führt die in dem Speicher 91 gespeicherten Programm aus.
Als nächstes wird der Betrieb der Werkzeugmaschine der Ausführungsform 1 beschrieben. Zunächst wird der Vorgang zu dem Zeitpunkt, zu dem die Werkzeugmaschine die Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 schneidet, erläutert. Da der Vorgang des Schneidens der Arbeitsoberfläche 3a gut bekannt ist, wird der Vorgang des Schneidens der Arbeitsoberfläche 3a im Folgenden nur kurz erläutert.
Die Eingabeeinheit 71 empfängt eine Anweisung zur Zuführung des Schneidöls von einem Benutzer. Wenn die Eingabeeinheit 71 eine Anweisung zur Zuführung des Schneidöls empfängt, gibt die Schneidölzuführungseinheit 74 eine Anweisung zur Zuführung des Schneidöls, wobei diese Anweisung anzeigt, dass das Schneidöl auf die Arbeitsoberfläche 3a aufgebracht werden soll, an die Schneidöldüse 14 aus. Wenn die Anweisung zur Zuführung des Schneidöls von der Schneidölzuführungseinheit 74 empfangen ist, trägt die Schneidöldüse 14 das Schneidöl auf die Arbeitsoberfläche 3a auf.
Die Eingabeeinheit 71 empfängt eine Anweisung zur Bearbeitung des Werkstücks 3 von einem Benutzer. Wenn die Eingabeeinheit 71 die Anweisung zur Bearbeitung empfängt, erwirbt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 die in der Speichereinrichtung 72 gespeicherten Formdaten.
Die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugt ein Steuersignal, das die Position anzeigt, auf die die Kopfkörpereinheit 11a auf Grundlage der Formdaten bewegt werden soll, und gibt das Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 aus. Konkret wählt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 einen Punkt aus den mehreren Punkten auf der Arbeitsoberfläche 3a aus, erzeugt ein Steuersignal zum Bewegen der Kopfkörpereinheit 11a auf die Koordinatenwerte (x, y) des einen ausgewählten Punktes und gibt das Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 aus. Dann, wenn das Schneiden an dem einen ausgewählten Punkt abgeschlossen ist, wählt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 einen Punkt aus, an dem das Schneiden noch nicht abgeschlossen ist, erzeugt ein Steuersignal zum Bewegen der Kopfkörpereinheit 11a auf die Koordinatenwerte (x, y) des einen ausgewählten Punktes und gibt das Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 aus. Die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugt wiederholt ein Steuersignal zum Bewegen der Kopfkörpereinheit 11a, bis das Schneiden an allen Punkten der Arbeitsoberfläche 3a abgeschlossen ist.
Jedes Mal, wenn ein Steuersignal von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 empfangen wird, bewegt die Kopfantriebseinheit 13 die Kopfkörpereinheit 11a zu der durch das Steuersignal dargestellten Bewegungsposition und bewegt danach die Kopfkörpereinheit 11a entlang der z-Achsenrichtung auf Grundlage der in dem Steuersignal enthaltenen Tiefeninformationen d. Das von der Kopfkörpereinheit 11a gehaltene Bearbeitungswerkzeug 12 schneidet die Arbeitsoberfläche 3a zum Beispiel durch den rotierenden Betrieb der Spindel 11b.
Wenn hier die Eingabeeinheit 71 eine Anweisung zur Bearbeitung des Werkstücks 3 von einem Benutzer empfängt, gibt die Schneidölzuführungseinheit 74 eine Anweisung zur Zuführung des Schneidöls an die Schneidöldüse 14 aus. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Schneidölzuführungseinheit 74 kann zum Beispiel eine Anweisung ausgeben, das Schneidöl in festen Zeitintervallen der Schneidöldüse 14 zuzuführen. Alternativ kann ein Sensor zum Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Schneidöls auf der Arbeitsoberfläche 3a vorgesehen sein, und wenn der Sensor erfasst, dass kein Schneidöl vorhanden ist, kann die Schneidölzuführungseinheit 74 eine Anweisung zur Zuführung des Schneidöls zu der Schneidöldüse 14 ausgeben.
Ferner gibt hier die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 aus, wenn die Eingabeeinheit 71 eine Anweisung zur Bearbeitung des Werkstücks 3 von einem Benutzer empfängt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und, wenn beispielsweise eine Anweisung zur Bearbeitung des Werkstücks 3 von außen empfangen wird, kann die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 ausgeben. Alternativ kann die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 in Übereinstimmung mit einem in einem internen Speicher gespeicherten Programm ausgeben.
Als nächstes wird der Betrieb zu dem Zeitpunkt erläutert, zu dem die Werkzeugmaschine die Form der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 misst. 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zu dem Zeitpunkt zeigt, zu dem die Werkzeugmaschine die Form der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 misst.
Die Eingabeeinheit 71 erhält von einem Benutzer eine Anweisung, die Form des Werkstücks 3 zu messen. Wenn die Eingabeeinheit 71 eine Anweisung zum Messen der Form empfängt, erwirbt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 die in der Speichereinrichtung 72 gespeicherten Formdaten. Die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugt ein Steuersignal, das die Position zeigt, auf die die Kopfkörpereinheit 11a auf Grundlage der Formdaten bewegt werden soll, und gibt das Steuersignal an jede der folgenden Einheiten aus: die Kopfantriebseinheit 13 und die Sensorkörpereinheit 22 (Schritt ST1). Konkret wählt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 einen Punkt aus den mehreren Punkten auf der Arbeitsoberfläche 3a aus, erzeugt ein Steuersignal zum Bewegen der Kopfkörpereinheit 11a auf die Koordinatenwerte (x, y) des einen ausgewählten Punktes und gibt das Steuersignal an die Kopfantriebseinheit 13 aus. Die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 gibt auch ein Synchronisationssignal an die Sensorkörpereinheit 22 aus (Schritt ST1).
Wenn die Messung des Abstands in Bezug auf den einen ausgewählten Punkt abgeschlossen ist, wählt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 einen Punkt aus, an dem die Messung noch nicht abgeschlossen ist, erzeugt ein Steuersignal zum Bewegen der Kopfkörpereinheit 11a auf die Koordinatenwerte (x, y) des einen ausgewählten Punkts und gibt das Steuersignal an jede von der Kopfantriebseinheit 13 und der Sensorkörpereinheit 22 aus. Die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugt wiederholt ein Steuersignal zum Bewegen der Kopfkörpereinheit 11a, bis die Messung der Abstände in Bezug auf alle Punkte auf der Arbeitsoberfläche 3a abgeschlossen ist.
Jedes durch die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 erzeugte Steuersignal enthält Informationen zum Bewegen der Position in der z-Achsenrichtung der Kopfkörpereinheit 11a auf die Referenzposition. Wenn ein Steuersignal von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 empfangen wird, bewegt die Kopfantriebseinheit 13 die Kopfkörpereinheit 11a auf die durch das Steuersignal dargestellten Bewegungsposition und bewegt danach die Position in der z-Achsenrichtung der Kopfkörpereinheit 11a auf die Referenzposition (Schritt ST2).
Wenn nach dem Empfangen des Synchronisationssignals von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 von der Kopfantriebseinheit 13 eine Benachrichtigung empfangen wird, die anzeigt, dass die Bewegung abgeschlossen ist, startet die Sensorkörpereinheit 22 den Prozess der Abstandsmessung und berechnet den Abstand L von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a (Schritt ST3).
Nachfolgend wird der Prozess der Abstandsberechnung in der Sensorkörpereinheit 22 anhand von 11 konkret erläutert. 11 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Berechnens des Abstands in der Sensorkörpereinheit 22 zeigt.
Wenn nach dem Empfangen des Synchronisationssignals von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 von der Kopfantriebseinheit 13 eine Benachrichtigung empfangen wird, die anzeigt, dass die Bewegung abgeschlossen ist, gibt die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 31 das frequenzgewobbelte Licht, dessen Frequenz mit der Zeit variiert, an den Optokoppler 33 aus (Schritt ST31).
Das frequenzgewobbelte Licht wird durch den Optokoppler 33 in Referenzlicht und Bestrahlungslicht aufgeteilt, und das Bestrahlungslicht wird an den Zirkulator 34 ausgegeben und das Referenzlicht wird an das optische Interferometer 37 ausgegeben. Das Bestrahlungslicht wird veranlasst, über den Zirkulator 34 und die optische Übertragungseinheit 23 auf das bündelnde optische Element 35 einzufallen und wird durch das bündelnde optische Element 35 auf die Arbeitsoberfläche 3a gebündelt.
Das reflektierte Licht wird veranlasst, über das bündelnde optische Element 35, die optische Übertragungseinheit 23 und den Zirkulator 34 auf das optische Interferometer 37 einzufallen. Das von dem Zirkulator 34 ausgegebene reflektierte Licht und das von dem Optokoppler 33 ausgegebene Referenzlicht interferieren an dem optischen Interferometer 37 miteinander, und das Interferenzlicht wird an den optischen Detektor 38 ausgegeben.
Der optische Detektor 38 detektiert das von dem optischen Interferometer 37 ausgegebene Interferenzlicht (Schritt ST32). Der optische Detektor 38 wandelt das Interferenzlicht in ein elektrisches Signal um und gibt dieses elektrische Signal an den A/D-Wandler 39 aus.
Beim Empfangen des elektrischen Signals von dem optischen Detektor 38 wandelt der A/D-Wandler 39 das elektrische Signal von einem analogen Signal in ein digitales Signal um (Schritt ST33) und gibt das digitale Signal an die Abstandsberechnungseinheit 40 aus.
Beim Empfangen des digitalen Signals von dem A/D-Wandler 39 wandelt die Abstandsberechnungseinheit 40 das digitale Signal in Signale in dem Frequenzbereich um, wie in 12 dargestellt, durch Durchführen zum Beispiel von schneller Fourier-Transformation (FFT) auf das digitale Signal. 12 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel für die Signale in einem Frequenzbereich zeigt.
Die Abstandsberechnungseinheit 40 vergleicht die Amplituden der Signale in dem Frequenzbereich und einen Schwellenwert Th und erfasst aus den Signalen in dem Frequenzbereich die Frequenz eines Signals, dessen Amplitude größer ist als der Schwellenwert Th, als eine Spitzenfrequenz. Da das von dem optischen Detektor 38 erfasste Interferenzlicht das Arbeitsoberfläche-Interferenzlicht und das Schneidöl-Interferenzlicht wie oben beschrieben enthält, werden eine Spitzenfrequenz f₁, die dem Arbeitsoberfläche-Interferenzlicht entspricht, und die Spitzenfrequenz f₂, die dem Schneidöl-Interferenzlicht entspricht, erfasst. Der Schwellenwert Th wird in einem internen Speicher der Abstandsberechnungseinheit 40 gespeichert. Der Schwellenwert Th kann der Abstandsberechnungseinheit 40 von außen zugeführt werden.
Da hier der Abstand von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu dem Schneidöl kürzer ist als der Abstand von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a, ist die Größe der Spitzenfrequenz f₂ geringer als die Größe der Spitzenfrequenz f₁. Es wird nämlich die folgende Ungleichung aufgestellt: f₁>f₂.
Wenn die Spitzenfrequenz f₁ und die Spitzenfrequenz f₂ erfasst werden, erkennt die Abstandsberechnungseinheit 40, dass die höhere der Spitzenfrequenzen f₁ und f₂ die Frequenz des Arbeitsoberfläche-Interferenzlichts ist und die niedrigere der Spitzenfrequenzen die Frequenz des Schneidöl-Interferenzlichts ist.
Die Abstandsberechnungseinheit 40 berechnet den Abstand L von dem vorderen Ende 21a der Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a (=L_Oil+L_Depth) auf Grundlage der Spitzenfrequenz f₁, die die Frequenz des Arbeitsoberfläche-Interferenzlichts ist, und der Frequenz f₂ des Schneidöl-Interferenzlichts (Schritt ST34).
Ein Prozess des Berechnens des Abstands L_oil von der Sensorkopfeinheit 21 zu dem Schneidöl unter Verwendung der Spitzenfrequenz f₂ wird durch Gleichung (1) ausgedrückt. In Gleichung (1) wird die Lichtgeschwindigkeit mit c bezeichnet, die Wobbel-Zeit der Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle 31a mit Δτ bezeichnet, das Wobbelband der Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle mit Δv bezeichnet, und eine Referenzfrequenz zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abstand von der Sensorkopfeinheit 21 der gegebene Abstand L₀ ist, mit f₀ bezeichnet. $L_{o i l} = \frac{c (f_{2} - f_{0}) Δ τ}{2 Δ v} + L_{0}$
Ein Prozess des Berechnens der Dicke L_Depth des Schneidöls wird durch Gleichung (2) auf Grundlage der Differenz zwischen der Spitzenfrequenz f₁ und der Spitzenfrequenz f₂, dem Brechungsindex n des Schneidöls, der Lichtgeschwindigkeit c und der Wobbelzeit Δτ und dem Wobbelband Δv der Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle 31a ausgedrückt. $L_{D e p t h} = \frac{c (f_{1} - f_{2}) Δ τ}{2 n Δ v}$
Die Abstandsberechnungseinheit 40 gibt Abstandsinformationen, die den Abstand L zeigen, an die Formberechnungseinheit 75 der Steuereinheit 50 aus (Schritt ST35).
Zurückkehrend zu 10 berechnet die Formberechnungseinheit 75 die Differenz zwischen dem von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ausgegebenen Anfangsabstand L₀ und dem Abstand L, der durch die von der Abstandsberechnungseinheit 40 ausgegebenen Abstandsinformationen dargestellt ist, als die Schnitttiefe ΔL der Arbeitsoberfläche 3a (siehe 7B), wie in der folgenden Gleichung (3) gezeigt (Schritt ST4). $Δ L = L - L_{0}$
Die Formberechnungseinheit 75 extrahiert aus den Formdaten (x, y, d), die von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ausgegeben werden, die Daten, die die Koordinatenwerte (x, y) jedes der mehreren Punkte auf der Arbeitsoberfläche 3a zeigen und die Zielform zeigen.
Die Formberechnungseinheit 75 gibt Daten, die sowohl die extrahierten Daten, die die Koordinatenwerte (x, y) jedes der mehreren Punkte zeigen, als auch die Schnitttiefe ΔL enthalten, als die Daten (x, y, ΔL), die die Form der Arbeitsoberfläche 3a zeigen, an jede von der Fehlerberechnungseinheit 76 und der Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 aus.
Die Fehlerberechnungseinheit 76 erwirbt sowohl die Formdaten (x, y, d), die von der Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ausgegeben werden und die Zielform zeigen, als auch die Daten (x, y, ΔL), die von der Formberechnungseinheit 75 ausgegeben werden und die Form zeigen. Die Fehlerberechnungseinheit 76 vergleicht die Formdaten (x, y, d), die die Zielform zeigen, und die Daten (x, y, ΔL) und berechnet einen Fehler Δd in der z-Achsenrichtung für jeden der mehreren Punkte auf der Arbeitsoberfläche 3a, wie in der folgenden Gleichung (4) gezeigt (Schritt ST5). Der Fehler Δd ist der Fehler zwischen der Schnitttiefe der Arbeitsoberfläche 3a in der Zielform und der Schnitttiefe der Arbeitsoberfläche 3a nach der Bearbeitung. $Δ d = d - Δ L$
Die Fehlerberechnungseinheit 76 gibt Fehlerinformationen, die den Fehler Δd in der z-Achsenrichtung von jedem der mehreren Punkte zeigen, an eine Anzeige 79 aus.
Beim Empfangen der Daten (x, y, ΔL), die die Form von der Formberechnungseinheit 75 zeigen, speichert die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 die Daten (x, y, ΔL). Die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 speichert die einzelnen Daten (x, y, ΔL) über alle Punkte auf der Arbeitsoberfläche 3a.
Die Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit 78 wandelt die einzelnen Daten (x, y, ΔL) über alle Punkte auf der Arbeitsfläche 3a in einzelne dreidimensionale Daten um und veranlasst die Anzeige 79, die Arbeitsoberfläche 3a entsprechend den einzelnen dreidimensionalen Daten in drei Dimensionen anzuzeigen. Die dreidimensionalen Daten werden für dreidimensionales Rendering verwendet.
Die Anzeige 79 stellt die Arbeitsoberfläche 3a in drei Dimensionen dar und zeigt auch den Fehler Δd an, der durch jede einzelne der Fehlerinformationen dargestellt ist, die von der Fehlerberechnungseinheit 76 ausgegeben werden (Schritt ST6). Durch Bezugnehmen auf die Anzeige 79, die den Fehler Δd anzeigt, kann der Benutzer zum Beispiel überprüfen, ob die Bearbeitung des Werkstücks 3 durch die Werkzeugmaschine ordnungsgemäß erfolgt ist oder nicht.
Wenn hier die Eingabeeinheit 71 eine Anweisung zum Messen der Form des Werkstücks 3 von einem Benutzer empfängt, gibt die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Steuersignal an jede von der Kopfantriebseinheiten 13 und der Sensorkörpereinheit 22 aus. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und wenn beispielsweise eine Anweisung zum Messen der Form des Werkstücks 3 von außen empfangen wird, kann die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Steuersignal an jede von der Kopfantriebseinheiten 13 und der Sensorkörpereinheit 22 ausgeben. Alternativ kann die Koordinatenwert-Einstellungseinheit 73 ein Steuersignal an jede von der Kopfantriebseinheit 13 und der Sensorkörpereinheit 22 in Übereinstimmung mit einem in einem internen Speicher gespeicherten Programm ausgeben.
In der vorstehen erläuterten Ausführungsform 1 umfasst die Werkzeugmaschine die Bearbeitungseinheit 10 zum Zuführen von Schneidöl zu einer Arbeitsoberfläche 3 eines Werkstücks 3 und Bearbeiten der Arbeitsoberfläche 3a, und ist eingerichtet, die optische Sensoreinheit 20 zum Aufteilen des von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle 31a ausgegebenen Lichts zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück 3 zu bestrahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks 3 mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück 3 reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen des Abstands von der Werkzeugmaschine zu der Werkzeugoberfläche 3a auf Grundlage der Spitzenfrequenz, und die Formberechnungseinheit 75 zum Berechnen der Form des Werkstücks 3 auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit 20 gemessenen Abstands, zu umfassen. Die Werkzeugmaschine kann somit die Form des Werkstücks 3 auch in einem Fall messen, in dem Schneidöl auf der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 verbleibt.
Ausführungsform 2.
In der Werkzeugmaschine der Ausführungsform 1 ist die Konfiguration vorgesehen, in der die Sensorkopfeinheit 21 der optischen Sensoreinheit 20 an der Kopfkörpereinheit 11a angebracht ist. Andererseits ist in Ausführungsform 2 eine Werkzeugmaschine eingerichtet, so dass eine Sensorkopfeinheit 21b an einer Spindel 11b angebracht ist. 13 ist ein schematisches Diagramm, das die Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Da in 13 die gleichen Bezugszeichen wie die in 1 gezeigten die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeichnen, wird im Folgenden auf eine Erläuterung der Komponenten verzichtet.
In 13 hält die Spindel 11b eines Bearbeitungskopfes 11 ein Bearbeitungswerkzeug 12 oder die Sensorkopfeinheit 21b befestigt/gelöst. Konkret wird bei der Bearbeitung eines Werkstücks 3 ein Bearbeitungswerkzeug 12 von der Spindel 11b gehalten, und bei der Messung der Form des Werkstücks 3 wird die Sensorkopfeinheit 21b von der Spindel 11b gehalten, wie in 13 gezeigt.
14 ist ein schematisches Diagramm, das die Sensorkopfeinheit 21b von Ausführungsform 2 zeigt. In 14 umfasst die Sensorkopfeinheit 21b ein zylinderförmiges Gehäuse 110. Die Sensorkopfeinheit 21b enthält zwei asphärische Linsen 111 und 112 als ein bündelndes optisches Element 35 und einen Spiegel 113 zur Änderung des Winkels des von der asphärischen Linse 111 der vorherigen Stufe in Richtung der asphärischen Linse 112 der nächsten Stufe emittierten Lichts. Weiterhin ist an einer Seitenoberfläche des Gehäuses 110 ein Anbringungsabschnitt 114 zum Anbringen einer optischen Faser, die eine optische Übertragungseinheit 23 ist, angeordnet.
Da der Anbringungsabschnitt 114 wie oben beschrieben an der Seitenoberfläche des Gehäuses 110 angeordnet ist, kann das Bestrahlungslicht auch in einem Zustand, in dem die Sensorkopfeinheit 21b an der Spindel 11b fixiert ist, zu den asphärischen Linsen 111 und 112 geleitet werden, die das bündelnde optische Element sind. Außerdem kann durch die Anordnung des Spiegels 113 das von der Seitenoberfläche einfallende Bestrahlungslicht parallel zur Mittelachse der Kopfkörpereinheit 11a geführt und auf das Werkstück 3 aufgebracht werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ist die Werkzeugmaschine eingerichtet, so dass die Sensorkopfeinheit 21b an der Spindel 11b angebracht ist. Deshalb kann die Werkzeugmaschine die Sensorkopfeinheit 21b über eine Spannvorrichtung, die die Spindel 11b aufweist, halten. Daher kann die Werkzeugmaschine kostengünstig hergestellt werden, ohne dass ein separater Haltemechanismus vorzusehen ist, um die Sensorkopfeinheit 21b an dem Bearbeitungskopf 11 zu anzubringen.
Ausführungsform 3.
In Ausführungsform 3 umfasst eine Werkzeugmaschine eine Werkzeugaufnahmeeinheit 100 zum Aufnehmen mehrerer Bearbeitungswerkzeuge 12, die zur Bearbeitung einer Arbeitsoberfläche 3a verwendet werden. Eine Sensorkopfeinheit 21 ist ebenfalls in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 aufgenommen. Dann, zu dem Zeitpunkt der Bearbeitung, hält eine Spindel 11b eines der mehreren Bearbeitungswerkzeuge 12, die in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 aufgenommen sind, befestigt/gelöst. Zum Zeitpunkt der Formmessung hält die Spindel 11b eine Sensorkopfeinheit 21b, die in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 gehalten ist.
15 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 3 zeigt. Da in 15 die gleichen Bezugszeichen wie die in 13 gezeigten die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeichnen, wird im Folgenden auf eine Erläuterung der Komponenten verzichtet. Die Werkzeugaufnahmeeinheit 100 ist ein Gestell zum Aufnehmen sowohl der mehreren Bearbeitungswerkzeuge 12, die zur Bearbeitung der Arbeitsoberfläche 3a verwendet werden, als auch der Sensorkopfeinheit 21b.
Eine Werkzeugwechseleinheit 101 besitzt einen Mechanismus zum Auswechseln des von der Spindel 11b gehaltenen Bearbeitungswerkzeugs 12. Zu dem Zeitpunkt der Bearbeitung wählt die Werkzeugwechseleinheit 101 eines der mehreren in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 aufgenommenen Bearbeitungswerkzeuge 12 aus und veranlasst die Spindel 11b, das ausgewählte Bearbeitungswerkzeug 12 zu halten. Andererseits wählt die Werkzeugwechseleinheit 101 zum Zeitpunkt der Formmessung die in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 aufgenommene Sensorkopfeinheit 21b aus und veranlasst die Spindel 11b, die ausgewählte Sensorkopfeinheit 21b zu halten. Da der Mechanismus zum Wechseln eines Bearbeitungswerkzeugs 12 und der Sensorkopfeinheit 21b bekannt ist, wird auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet.
In der oben beschriebenen Ausführungsform 3 ist die Werkzeugmaschine eingerichtet, so dass die Sensorkopfeinheit 21b in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 zum Aufnehmen der Bearbeitungswerkzeuge 12 aufgenommen ist. Daher kann die Werkzeugmaschine kostengünstig hergestellt werden, ohne dass eine separate Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen der Sensorkopfeinheit 21b vorzusehen ist.
Da die in der Werkzeugaufnahmeeinheit 100 aufgenommene Sensorkopfeinheit 21b außerdem eingerichtet ist, um von der Spindel 11b gehalten zu werden, kann die Sensorkopfeinheit 21b auf die gleiche Weise gehandhabt werden wie jedes Bearbeitungswerkzeug 12 gehandhabt wird. Daher kann die Werkzeugmaschine kostengünstig hergestellt werden, ohne dass ein separater Haltemechanismus vorzusehen ist, um die Sensorkopfeinheit 21b an dem Bearbeitungskopf 11 anzubringen.
Ausführungsform 4.
In Ausführungsform 3 ist die Werkzeugmaschine eingerichtet, so dass die Spindel 11b die Sensorkopfeinheit 21b zum Zeitpunkt der Messung einer Form hält. Andererseits ist in Ausführungsform 4 eine Spindel 11b eingerichtet, um eine optische Sensoreinheit 20 zum Zeitpunkt des Messens einer Form zu halten.
16 ist ein schematisches Diagramm, das eine Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 4 zeigt. Wie in 16 gezeigt, hat die optische Sensoreinheit 20 eine Sensorkopfeinheit 21 und eine Sensorkörpereinheit 22. Eine elektrische Verbindung zwischen der optischen Sensoreinheit 20 und einem Bearbeitungskopf 11 wird anhand von 17 erläutert. 17 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Werkzeugmaschine gemäß Ausführungsform 4 zeigt. Wie in 17 gezeigt, haben die optische Sensoreinheit 20 und die Spindel 11b elektrische Verbindungsabschnitte 121 bzw. 122. Die elektrischen Verbindungsabschnitte 121 und 122 sind zum Beispiel durch die Schnittstellennorm im Empfohlenen Standard 232 (RS-232) definiert.
Ein Kommunikationskabel 25 zum Übertragen und Empfangen von einzelnen Informationen, die Abstandsinformationen, ein Steuersignal und ein Synchronisationssignal enthalten, die zuvor beschrieben wurden, ist mit dem elektrischen Anschlussabschnitt 122 verbunden, den die Spindel 11b aufweist. Das Kommunikationskabel 25 wird durch die Innenseiten der Spindel 11b und einer Kopfkörpereinheit 11a geführt, aus der Kopfkörpereinheit 11a herausgeführt und mit einer Steuereinheit 50 verbunden. Daher ermöglicht es die Werkzeugmaschine der Ausführungsform 4, Übertragen und Empfangen eines Signals zwischen der Steuereinheit 50 und der optischen Sensoreinheit 20 durch eine Verbindung zwischen dem elektrischen Verbindungsabschnitt 122 der Spindel 11b und dem elektrischen Verbindungsabschnitt 121 der optischen Sensoreinheit 20 durchzuführen.
Zurückkehrend zu 16, ist eine Werkzeugaufnahmeeinheit 102 ein Gestell zum Aufnehmen sowohl mehrerer Bearbeitungswerkzeuge 12, die zur Bearbeitung einer Arbeitsoberfläche 3a verwendet werden, als auch der optischen Sensoreinheit 20. Eine Werkzeugwechseleinheit 101 besitzt einen Mechanismus zum Auswechseln des von der Spindel 11b gehaltenen Bearbeitungswerkzeugs 12. Zum Zeitpunkt der Bearbeitung wählt die Werkzeugwechseleinheit 101 eines der mehreren in der Werkzeugaufnahmeeinheit 102 aufgenommenen Bearbeitungswerkzeuge 12 aus und veranlasst die Spindel 11b, das ausgewählte Bearbeitungswerkzeug 12 zu halten. Andererseits wählt die Werkzeugwechseleinheit 101 zum Zeitpunkt der Formmessung die in der Werkzeugaufnahmeeinheit 102 aufgenommene optische Sensoreinheit 20 aus und veranlasst die Spindel 11b, die ausgewählte optische Sensoreinheit 20 zu halten.
In 16 und 17 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie die in 15 gezeigten die gleichen Komponenten oder ähnliche Komponenten.
In der oben beschriebenen Ausführungsform 4 ist die Werkzeugmaschine eingerichtet, so dass die optische Sensoreinheit 20 in der Werkzeugaufnahmeeinheit 102 zum Aufnehmen der Bearbeitungswerkzeuge 12 aufgenommen ist. Daher kann die Werkzeugmaschine kostengünstig hergestellt werden, ohne dass eine separate Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen der optischen Sensoreinheit 20 vorzusehen ist.
Da die in der Werkzeugaufnahmeeinheit 102 aufgenommene optische Sensoreinheit 20 außerdem eingerichtet ist, um von der Spindel 11b gehalten werden, kann die optische Sensoreinheit 20 auf die gleiche Weise gehandhabt werden wie jedes Bearbeitungswerkzeug 12 gehandhabt wird. Daher kann die Werkzeugmaschine kostengünstig hergestellt werden, ohne dass ein separater Haltemechanismus vorzusehen ist, um die optische Sensoreinheit 20 an dem Bearbeitungskopf 11 anzubringen.
Da außerdem das Kommunikationskabel 25 zwischen der Steuereinheit 50 und der optischen Sensoreinheit 20 eingerichtet ist, um durch das Innere der Kopfkörpereinheit 11a geführt zu werden, kann verhindert werden, dass das Kommunikationskabel 25 gebrochen wird, wenn sich der Bearbeitungskopf 11 bewegt.
Bei der Werkzeugmaschine nach den Ausführungsformen 1 bis 4 führt die Bearbeitungseinheit 19 Schneidöl der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 zu.
Als das Öl, das die Bearbeitungseinheit 19 der Arbeitsoberfläche 3a zuführt, kann jedoch jede Flüssigkeit verwendet werden, die als ein Hauptzweck der Verhinderung des Verschleißes eines Werkzeugs, wobei der Verschleiß mit der Metallbearbeitung einhergeht, oder der Verhinderung des Temperaturanstiegs eines Werkzeugs, wobei der Temperaturanstieg mit der Metallbearbeitung einhergeht, dient, und ist nicht auf Schneidöl beschränkt. Die Flüssigkeit, die für einen solchen Hauptzweck verwendet wird, wird Bearbeitungsöl genannt, und das Schneidöl ist in dem Bearbeitungsöl enthalten. Funkenerosionsöl, das später noch erwähnt wird, oder dergleichen ist in dem Bearbeitungsöl enthalten.
Ausführungsform 5.
In den Ausführungsformen 1 bis 4 wird die Werkzeugmaschine, die die optische Sensoreinheit 20 aufweist, erläutert.
In Ausführungsform 5 wird eine Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung, die eine optische Sensoreinheit 20 aufweist, erläutert.
18 ist ein schematisches Diagramm, das die Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 zeigt. Da in 18 die gleichen Bezugszeichen wie die in 1 gezeigten die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeichnen, wird im Folgenden auf eine Erläuterung der Komponenten verzichtet.
Die in 18 gezeigte Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung misst den Abstand von der Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung zu einer Arbeitsoberfläche 3a unter Verwendung einer an einem Bearbeitungskopf 11 angebrachten Elektrode 15 und berechnet die Form eines Werkstücks 3 auf Grundlage des gemessenen Abstands.
Ein Schraubstock 2' ist eine Halterung zum Fixieren des Werkstücks 3, so dass sich das Werkstück 3 zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks 3 nicht bewegt.
Ein Arbeitstank 4 ist ein Behälter zur Aufnahme von Funkenerosionsöl 5, das Bearbeitungsöl ist. Ein Tisch 1 und das Werkstück 3 befinden sich jeweils so in dem Arbeitstank 4, dass beide Teile in ihrer Gesamtheit in das Funkenerosionsöl 5 eingetaucht sind.
Die Elektrode 15 ist an einer dem Tisch 1 zugewandten äußeren Oberfläche 11c von mehreren äußeren Oberflächen, die eine Kopfkörpereinheit 11a aufweist, angebracht. Die Elektrode 15 hat einen vorderen Endabschnitt 15a, aus dem die Elektrode Elektronen abgibt. Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem vorderen Endabschnitt 15a und der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 bewirkt die Elektrode 15, dass durch elektrische Entladung Funken entstehen. Da die Arbeitsoberfläche 3a durch das Entstehen von Funken abgeschabt wird, kann eine Bearbeitung des Werkstücks 3 durchgeführt werden. Als Elektrode 15 wird ein hochleitfähiges Material wie Kupfer oder Graphit verwendet.
Auch bei der in 18 gezeigten Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung berechnet die optische Sensoreinheit 20 den Abstand von einem vorderen Ende 21a einer Sensorkopfeinheit 21 zu der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 und berechnet die Form des Werkstücks 3 auf Grundlage des berechneten Abstands, wie bei der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine.
Wenn die optische Sensoreinheit 20 den Abstand berechnet, wendet die Sensorkopfeinheit 21 Bestrahlungslicht, das von einer Sensorkörpereinheit 22 ausgegeben wird, auf die Arbeitsoberfläche 3a an, wie in Ausführungsform 1. Die Sensorkopfeinheit 21 empfängt reflektiertes Licht, das sowohl reflektiertes Licht enthält, das von der Arbeitsoberfläche 3a reflektiertes Bestrahlungslicht ist, als auch reflektiertes Licht, das von dem Funkenerosionsöl 5 reflektiertes Bestrahlungslicht ist. Die Sensorkopfeinheit 21 gibt das dabei empfangene reflektierte Licht an die Sensorkörpereinheit 22 aus.
Wenn eine Bearbeitungseinheit 10 die Arbeitsoberfläche 3a bearbeitet, muss das Werkstück 3 als Ganzes in das Funkenerosionsöl 5 eingetaucht werden. Andererseits spielt es bei der Berechnung des Abstands durch die optische Sensoreinheit 20 keine Rolle, ob die Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 in das Funkenerosionsöl 5 eingetaucht ist oder nicht. Daher kann die optische Sensoreinheit 20 den Abstand in einem Zustand berechnen, in dem die Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 nicht in das Funkenerosionsöl 5 eingetaucht ist, indem der Tisch 1 in der negativen Richtung der z-Achse unter Verwendung eines Aktuators oder dergleichen, der nicht dargestellt ist, bewegt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform 5 umfasst die Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung die Bearbeitungseinheit 10 zur Bearbeitung der Arbeitsoberfläche 3a des in Bearbeitungsöl eingetauchten Werkstücks 3 und ist eingerichtet, um zu umfassen: eine optische Sensoreinheit 20 zum Aufteilen von Licht, das ausgegeben ist von einer Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle 31a zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz innerhalb eines einzelnen Frequenzbandes periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück 3 zu bestahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks 3 mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück 3 reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen des Abstands von der Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung zu der Werkzeugoberfläche 3a auf Grundlage der Spitzenfrequenz; und eine Formberechnungseinheit 75 zum Berechnen der Form des Werkstücks 3 auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit 20 gemessenen Abstands. Die Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung kann somit die Form des Werkstücks 3 auch in einem Fall messen, in dem Schneidöl auf der Arbeitsoberfläche 3a des Werkstücks 3 verbleibt.
Es versteht sich, dass jede Kombination von zwei oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich ist, verschiedene Änderungen an jeder Komponente gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, oder jede Komponente gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung weggelassen werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist für Werkzeugmaschinen und Funkenerosionsbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten einer Arbeitsoberfläche eines Werkstücks geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Tisch,
2, 2': Schraubstock,
3: Werkstück,
3a: Arbeitsoberfläche,

4: Arbeitstank,
5: Funkenerosionsöl,
10: Bearbeitungseinheit,
11: Bearbeitungskopf,
11a: Kopfkörpereinheit,
11b: Spindel (Werkzeughalteeinheit),
11c: äußere Oberfläche,
12: Bearbeitungswerkzeug,
13: Kopfantriebseinheit,
14: Schneidöldüse,
15: Elektrode,
15a: vorderer Endabschnitt,
20: optische Sensoreinheit,
21, 21b: Sensorkopfeinheit,
21a: vorderer Endabschnitt,
22: Sensorkörpereinheit,
23: optische Übertragungseinheit,
25: Kommunikationskabel,
31: Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit,
31a: Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle,
32: optische Teilungseinheit,
33: Optokoppler,
34: Zirkulator,
35: bündelndes optisches Element,
36: optische Interferenzeinheit,
37: optisches Interferometer,
38: optischer Detektor,
39: A/D-Wandler,
40: Abstandsberechnungseinheit,
50: Steuereinheit,
61: Speicher,
62: Prozessor,
71: Eingabeeinheit,
72: Speichereinrichtung,
73: Koordinatenwert-Einstellungseinheit,
74: Schneidölzuführungseinheit,
75: Formberechnungseinheit,
76: Fehlerberechnungseinheit,
78: Anzeigeverarbeitungseinheit,
78: Dreidimensionale-Daten-Umwandlungseinheit,
79: Anzeige,
81: Koordinatenwert-Einstellungsschaltung,
82: Schneidölzuführungsschaltung,
83: Formberechnungsschaltung,
84: Fehlerberechnungsschaltung,
85: Dreidimensionale-Daten-Umwandlungsschaltung,
91: Speicher,
92: Prozessor,
100, 102: Werkzeugaufnahmeeinheit,
101: Werkzeugwechseleinheit,
110: Gehäuse,
111, 112: asphärische Linse,
113: Spiegel,
114: Anbringungsabschnitt und
121, 122: elektrischer Verbindungsabschnitt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018036083 A [0004]

Claims

Werkzeugmaschine, aufweisend eine Bearbeitungseinheit zum Zuführen von Schneidöl zu einer Arbeitsoberfläche eines Werkstücks und Bearbeiten der Arbeitsoberfläche, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine optische Sensoreinheit, aufteilend das Licht, das ausgegeben ist von einer Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück zu bestrahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen eines Abstands von der Werkzeugmaschine zu der Arbeitsoberfläche auf Grundlage der Spitzenfrequenz; und eine Formberechnungseinheit, berechnend eine Form des Werkstücks auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit gemessenen Abstands.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei das Interferenzlicht ein erstes Interferenzlicht, das Interferenzlicht ist zwischen dem von der Arbeitsoberfläche des Werkstücks reflektierten Licht und dem Referenzlicht, und ein zweites Interferenzlicht, das Interferenzlicht ist zwischen dem von dem Schneidöl reflektierten Licht und dem Referenzlicht, enthält, und die optische Sensoreinheit, die den Abstand von der Werkzeugmaschine zu der Arbeitsoberfläche berechnet auf Grundlage einer Spitzenfrequenz des ersten Interferenzlichts und einer Spitzenfrequenz des zweiten Interferenzlichts.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei die optische Sensoreinheit die Spitzenfrequenz des ersten Interferenzlichts und die Spitzenfrequenz des zweiten Interferenzlichts unterscheidet auf Grundlage der Größe der Spitzenfrequenz des ersten Interferenzlichts und der Größe der Spitzenfrequenz des zweiten Interferenzlichts.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, wobei die optische Sensoreinheit den Abstand von der Werkzeugmaschine zu der Arbeitsoberfläche misst auf Grundlage von beidem, eines Abstands von der Werkzeugmaschine zu dem Schneidöl und einer Dicke des Schneidöls.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit aufweist: eine Werkzeughalteeinheit, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche zu halten; eine Kopfkörpereinheit, um die Werkzeughalteeinheit zu halten; und eine Kopfantriebseinheit, um eine Position der Kopfkörpereinheit in Bezug auf einen Tisch, auf dem das Werkstück platziert ist, zu verändern, und die Formberechnungseinheit die Form des Werkstücks berechnet auf Grundlage von beidem, der Position der Kopfkörpereinheit, wobei die Position durch die Kopfantriebseinheit verändert wird, und des durch die optische Sensoreinheit gemessenen Abstands.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit aufweist: eine Werkzeughalteeinheit, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche zu halten; und eine Kopfkörpereinheit, um die Werkzeughalteeinheit zu halten, wobei ein Teil der optischen Sensoreinheit an der Kopfkörpereinheit angebracht ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, wobei eine Sensorkopfeinheit, aufweisend ein bündelndes optisches Element, als der Teil der optischen Sensoreinheit an der Kopfkörpereinheit angebracht ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, wobei die Bearbeitungseinheit einen Tisch umfasst, aufweisend eine Oberfläche, auf der das Werkstück platziert ist, und die Sensorkopfeinheit angebracht ist auf einer äußeren Oberfläche, die der Oberfläche zugewandt ist, auf der das Werkstück platziert ist, aus mehreren äußeren Oberflächen, die die Kopfkörpereinheit aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit umfasst: eine Werkzeughalteeinheit, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche zu halten; und eine Kopfkörpereinheit, um die Werkzeughalteeinheit zu halten, wobei ein Teil der optischen Sensoreinheit durch die Werkzeughalteeinheit gehalten ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei eine Sensorkopfeinheit, aufweisend ein bündelndes optisches Element, als der Teil der optischen Sensoreinheit durch die Werkzeughalteeinheit gehalten ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit eine Werkzeugaufnahmeeinheit, aufnehmend mehrere Werkzeugmaschinen, die zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche genutzt werden, umfasst, und ein Teil der optischen Sensoreinheit in der Werkzeugaufnahmeeinheit aufgenommen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit umfasst: eine Werkzeughalteeinheit, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche zu halten; und eine Kopfkörpereinheit, um die Werkzeughalteeinheit zu halten, wobei die optische Sensoreinheit durch die Werkzeughalteeinheit gehalten ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit eine Werkzeugaufnahmeeinheit, aufnehmend mehrere Werkzeugmaschinen, die zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche genutzt werden, umfasst, und die optische Sensoreinheit in der Werkzeugaufnahmeeinheit aufgenommen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit umfasst: eine Werkzeughalteeinheit, um ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche zu halten; und eine Kopfkörpereinheit, um die Werkzeughalteeinheit zu halten, wobei ein Kommunikationskabel zum Ausgeben von Informationen, enthaltend den durch die optische Sensoreinheit gemessenen Abstand, zu einer Außenseite durch eine Innenseite der Kopfkörpereinheit geführt ist und aus der Kopfkörpereinheit herausgeführt ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungseinheit eine Schneidöldüse, zuführend das Schneidöl zu der Arbeitsoberfläche, umfasst.
Werkzeugmaschine, aufweisend eine Bearbeitungseinheit zum Zuführen von Schneidöl zu einer Arbeitsoberfläche eines Werkstücks und zum Bearbeiten der Arbeitsoberfläche, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine optische Sensoreinheit, aufteilend Licht, das ausgegeben ist aus einer Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz innerhalb eines einzelnen Frequenzbandes periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück zu bestrahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen eines Abstands von der Werkzeugmaschine zu der Arbeitsoberfläche auf Grundlage der Spitzenfrequenz; und eine Formberechnungseinheit, berechnend eine Form des Werkstücks auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit gemessenen Abstands.
Funkenerosion-Bearbeitungsvorrichtung, aufweisend eine Bearbeitungseinheit zum Bearbeiten einer Arbeitsoberfläche eines in Bearbeitungsöl eingetauchten Werkstücks, wobei die Funkenerosion-Bearbeitungsvorrichtung umfasst: eine optische Sensoreinheit, aufteilend Licht, das ausgegeben ist aus einer Frequenzgewobbeltes-Licht-Quelle zum Ausgeben von Licht, dessen Frequenz innerhalb eines einzelnen Frequenzbandes periodisch variiert, in Bestrahlungslicht, mit dem das Werkstück zu bestrahlen ist, und Referenzlicht, Bestrahlen des Werkstücks mit dem Bestrahlungslicht, Erfassen einer Spitzenfrequenz von Interferenzlicht zwischen reflektiertem Licht, das von dem Werkstück reflektiertes Bestrahlungslicht ist, und dem Referenzlicht, und Messen eines Abstands von der Funkenerosion-Bearbeitungsvorrichtung zu der Arbeitsoberfläche auf Grundlage der Spitzenfrequenz; und eine Formberechnungseinheit, berechnend eine Form des Werkstücks auf Grundlage des durch die optische Sensoreinheit gemessenen Abstands.