JP2003019645A

JP2003019645A - 工作機械用の工具形状検出装置

Info

Publication number: JP2003019645A
Application number: JP2001202565A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Wakaoka; 俊介若岡; Shigeki Takami; 重樹高見
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】工具が工作機械と衝突して工具が損傷したり、
工具が工作機械の一部を切削したりする心配がない実用
的な工具形状検出装置を提供する。【解決手段】工具形状検出装置１２は、形状検出センサ
８の上方に位置検出センサ６が設置されている。また、
形状検出センサ８による検出領域から位置検出センサ６
による検出領域までの距離が、所定の距離「Ｈ」に設定
されている。そして、工具５を、位置検出センサ６によ
って検出させてから、所定の距離「Ｈ」だけ形状検出セ
ンサ８による検出領域に近づけた後に、形状検出センサ
８による工具５の形状の検出を行うようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の工具の
形状を検出するための工具形状検出装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の中には、工具の形状を検出す
るための工具形状検出装置を付設したものがある。通常
の工具形状検出装置は、レーザー光を利用した形状検出
センサが設置されており、その形状検出センサによる検
出領域（レーザー光の発光部と受光部との中間領域）に
工具を近づけて（アプローチさせて）、工具によってレ
ーザー光を徐々に遮断させ、工具がレーザー光の８５％
を遮断した位置で形状検出信号を出力し、工具の形状を
検出するようになっている。なお、通常の工具形状検出
装置においては、工具に当てるレーザー光は、工具の形
状を精度良く測定するために、発光部側でフォーカスビ
ームとされ、検出領域においてビーム径がφ２０〜３０
μｍとなるように絞られる。そして、細い工具で繰り返
し測定した場合でも、測定誤差が±５μｍ以内に抑えら
れる。かかる工具形状検出装置は、非接触で工具の形状
を測定できるため、脆性の高い工具や複数の刃を有する
工具等の形状を測定することができる上、工具を回転さ
せながら工具の形状を測定することができる、というメ
リットがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の工具形状検
出装置においては、工具のアプローチ中に、工具の位置
が形状検出センサの小さな検出領域を外れると、形状検
出センサが形状検出信号を出力せず、工具のアプローチ
を継続する。このため、自動測定を行う場合には、工具
が工作機械と衝突して工具が損傷したり、工具が工作機
械の一部を切削してしまったりする可能性がある。ま
た、かかる事態を防止するためには、工具をアプローチ
させる距離を制限すべく制御装置をプログラミングした
り、工具のおおよその長さを測定前にプログラミングし
たりする必要があるが、そのようなプログラミング作業
には非常に手間がかかる。

【０００４】本発明の目的は、上記従来の工具形状検出
装置が有する問題点を解消し、工具が工作機械と衝突し
て工具が損傷したり、工具が工作機械の一部を切削した
りする心配がない実用的な工具形状検出装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の構成のう
ち、請求項１に記載された発明の構成は、工作機械に設
置されており、レーザー光を利用した形状検出センサに
よって工具の形状を検出する工具形状検出装置であっ
て、工具の位置を検出するための位置検出センサが、形
状検出センサと別個に設置されているとともに、形状検
出センサによる検出領域から位置検出センサによる検出
領域までの距離が所定の距離に設定されており、位置検
出センサによって検出された工具を、前記所定の距離だ
け形状検出センサによる検出領域に近づけた後に、形状
検出センサによる工具の形状の検出を行うことにある。
請求項２に記載された発明の構成は、請求項１に記載さ
れた発明において、工具を形状検出センサによる検出領
域に近づける際に、工具の先端が形状検出センサによる
検出領域から特定の距離だけ外れた場合には、工具の移
動を停止することにある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の工具形状検出装置
の一実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１
は、本発明に係る工具形状検出装置が設置された工作機
械を示したものである。工作機械１１の基台１には、Ｙ
軸移動部２が設置されており、そのＹ軸移動部２の先端
には、Ｚ軸移動部３が設置されている。そして、Ｚ軸移
動部３の内部に、主軸４が設置されており、その主軸４
の先端に工具５が取り付けられている。また、基台１に
は、工具５の形状を検出するための工具形状検出装置１
２が設置されている。

【０００７】工具形状検出装置１２は、支持部７の前方
に、検出部９が突出するように設けられており、その検
出部９の左側に、位置検出センサ６と形状検出センサ８
とが上下に連設されている。図２は、位置検出センサ６
および形状検出センサ８の設置部分を示したものであ
り、位置検出センサ６は、前側の発光部６ａが照射した
光線（たとえば赤外線）１５を後側の受光部６ｂによっ
て検出するようになっている。また、形状検出センサ８
は、前側の発光部８ａが照射したレーザー光１６を後側
の受光部８ｂによって検出するようになっている。な
お、位置検出センサ６の発光部６ａは、水平な帯状の光
線を照射する。また、形状検出センサ８の発光部８ａ
は、工具の形状を精度良く測定するために、検出領域
（前側の発光部８ａと後側の受光部８ｂとの中間領域）
においてビーム径がφ２０〜３０μｍとなるように、フ
ォーカスビームを照射する。さらに、位置検出センサ６
の発光部６ａが照射する帯状の光線と形状検出センサ８
の発光部８ａが照射するフォーカスビームとの距離は、
図２の如く、所定の長さ「Ｈ」に設定されている。一
方、図１の如く、検出部９は、信号線１０によって、制
御装置（図示せず）に接続されており、位置検出センサ
６および形状検出センサ８が検出したデータを、制御装
置に送信できるようになっている。

【０００８】工作機械１１において、工具形状検出装置
１２によって、工具５の形状を測定する場合には、工具
５を工具形状検出装置１２の形状検出センサ８の発光部
８ａが照射するレーザー光１６に当てることができる位
置まで、Ｙ軸移動部２をＹ軸に沿って右側に移動させ
る。なお、ワークの加工作業を行う場合には、Ｙ軸移動
部２をＹ軸に沿って左側に移動させる。そして、所定の
位置（工具５の軸心が形状検出センサ８の発光部８ａが
照射するレーザー光１６の幅方向の中心の鉛直上方とな
る位置）までＹ軸移動部２をＹ軸に沿って右側に移動さ
せた後には、制御装置により、形状測定プログラムにし
たがって、工具の形状を測定する。

【０００９】図３は、形状測定プログラムを示すフロー
チャートであり、図４は、その形状測定プログラムにお
ける工具の動きを示したものである。形状測定プログラ
ムにおいては、まず、Ｓ１で、主軸が回転を開始し、Ｓ
２で、工具５が位置検出センサ６の検出領域にアプロー
チを開始する（すなわち、下降し始める）。なお、工具
５が下降する場合には、高さ検出カウンタ（図示せず）
によって、工具５の高さが計測され続ける。さらに、Ｓ
３で、位置検出センサ６が工具５を検知したか否か（す
なわち、工具５が、位置検出センサ６の発光部６ａによ
って照射された光線を遮断したか否か）判断され、「Ｙ
ＥＳ」と判断された場合には、Ｓ４で、位置検出センサ
６が検知した時点における工具５の高さＺを、所定の高
さ「Ｈ」として記憶する（図４（ａ）の状態）。一方、
Ｓ３で、「ＮＯ」と判断された場合には、工具５の位置
検出センサ６へのアプローチが続行される。そして、Ｓ
４が実行された後には、Ｓ５で、工具５が、形状検出セ
ンサ８にアプローチを開始し（図４（ｂ）の状態）す
る。なお、工具５が形状検出センサ８にアプローチする
場合には、高さ検出カウンタが計測する工具５の高さＺ
は、「Ｈ」から次第に減少する。そして、Ｓ６で、形状
検出センサ８が工具５を検知したか否か（すなわち、工
具５が、形状検出センサ８の発光部８ａによって照射さ
れたレーザー光１６の８５％を遮断したか否か）判断さ
れる。そして、Ｓ６で「ＹＥＳ」と判断された場合には
（図４（ｃ）の状態）、Ｓ７で、形状検出センサ８によ
って、工具５の長さ、直径、形状が測定され、しかる後
に、Ｓ８で、そのデータが制御装置に送信され、解析さ
れて、以降のワークの加工作業に利用される。一方、Ｓ
６で、「ＮＯ」と判断された場合には、高さ検出カウン
タが計測している工具５の高さの値が、予め設定された
特定の高さ「−α」になるまで、工具５が下降し続け、
「−α」になった時点で、下降を中止し、警告手段（図
示せず）がアラーム音を発する（図４（ｄ）の状態）。

【００１０】工具形状検出装置１２は、上記の如く、工
具５の位置を検出するための位置検出センサ６が、形状
検出センサ８と別個に設置されているため、工具５を形
状検出センサ８に近づける際に、工具５が予め位置検出
センサ６によって検出されるので、工具５をどの程度移
動させたら形状検出センサ８の小さな検出領域内に入れ
ることができるのか容易に予測することができる。した
がって、工具形状検出装置１２によれば、工具５を形状
検出センサ８の検出領域内へ短時間の内に移動させるこ
とができる。

【００１１】また、工具形状検出装置１２は、形状検出
センサ８による検出領域から位置検出センサ６による検
出領域までの距離が所定の距離「Ｈ」に設定されてお
り、位置検出センサ６によって検出された工具５を、所
定の距離「Ｈ」だけ形状検出センサ８による検出領域に
近づけた後に、形状検出センサ８による工具５の形状の
検出を行うため、形状検出センサ８の検出ミスによって
工具５が異常下降することによって工具５が損傷したり
工作機械１１が切削されたりするトラブルが発生しな
い。また、工具５の形状を測定する前に、工具５のおお
むねの形状等をプログラミングする必要がないので、工
具５の形状を、短時間の内に非常に容易に測定すること
ができる。

【００１２】さらに、工具形状検出装置１２は、工具５
を形状検出センサ８による検出領域に近づける際に、工
具５の先端が形状検出センサ８による検出領域から特定
の距離「α」だけ外れた場合には、警告アラームを発し
て、工具５の移動を停止するため、形状検出センサ８の
工具５の検出ミスによる工具５の損傷や工作機械１１の
損傷をより高い精度で防止することができる。

【００１３】なお、本発明の工具形状検出装置の構成
は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではな
く、支持部、検出部、位置検出センサ、形状検出センサ
等の形状・構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。ま
た、工具形状検出装置を設置する工作機械の構成も、上
記実施形態の態様に何ら限定されず、基台、Ｙ軸移動
部、Ｚ軸移動部、主軸等の形状・構造等の構成を、必要
に応じて適宜変更することができる。

【００１４】たとえば、位置検出センサは、赤外線セン
サを発光・受光するものに限定されず、レーザー光等の
他の光線を発光・受光するもの等でも良い。また、位置
検出センサの発光部・受光部は、水平な帯状の光線を発
光・受光するものに限定されず、円筒状の光線や、複数
の平行光線を発光・受光するもの等でも良い。なお、上
記実施形態の如く、水平な帯状の光線を発光・受光する
ものとした場合には、位置検出センサは、シンプルな構
造により工具の位置を精度良く検出することができるも
のとなる、というメリットがある。加えて、工具形状検
出装置は、工具をＺ軸方向に沿って形状検出センサの検
出領域にアプローチさせるものに限定されず、工具をＸ
軸やＹ軸に沿って形状検出センサの検出領域にアプロー
チさせるものに変更することも可能である。一方、本発
明の工具形状検出装置により工具の形状を測定する場合
の作動プログラムも、上記実施形態の如き形状測定プロ
グラムに限定されず、適宜変更することが可能である。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載された工具形状検出装置
は、工具の位置を検出するための位置検出センサが、形
状検出センサと別個に設置されているため、工具を形状
検出センサに近づける際に、工具が予め位置検出センサ
によって検出されるので、工具をどの程度移動させたら
形状検出センサの小さな検出領域内に入れることができ
るのか容易に予測することができる。したがって、請求
項１に記載された工具形状検出装置によれば、工具を形
状検出センサの検出領域内へ短時間の内に移動させるこ
とができる。

【００１６】また、形状検出センサによる検出領域から
位置検出センサによる検出領域までの距離が所定の距離
に設定されており、位置検出センサによって検出された
工具を、所定の距離だけ形状検出センサによる検出領域
に近づけた後に、形状検出センサによる工具の形状の検
出を行うため、形状検出センサの検出ミスによって工具
が異常下降することによって工具が損傷したり工作機械
が切削されたりするトラブルが発生しない。また、工具
の形状を測定する前に、工具のおおむねの形状等をプロ
グラミングする必要がないので、工具の形状を、短時間
の内に非常に容易に測定することができる。

【００１７】請求項２に記載された工具形状検出装置
は、工具を形状検出センサによる検出領域に近づける際
に、工具の先端が形状検出センサによる検出領域から特
定の距離だけ外れた場合には、工具の移動を停止するた
め、形状検出センサの工具の検出ミスによる工具の損傷
や工作機械の損傷をより高い精度で防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】工作機械を示す説明図である。

【図２】位置検出センサおよび形状検出センサの設置部
分を示す説明図である（なお、図２（ｂ）は、図２
（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である）。

【図３】形状測定プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図４】形状測定プログラムにおける工具の動きを示す
説明図である。

【符号の説明】

５・・工具、６・・位置検出センサ、８・・形状検出セ
ンサ、１１・・工作機械、１２・・工具形状検出装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械に設置されており、レーザー光
を利用した形状検出センサによって工具の形状を検出す
る工具形状検出装置であって、工具の位置を検出するための位置検出センサが、形状検
出センサと別個に設置されているとともに、形状検出セ
ンサによる検出領域から位置検出センサによる検出領域
までの距離が所定の距離に設定されており、位置検出センサによって検出された工具を、前記所定の
距離だけ形状検出センサによる検出領域に近づけた後
に、形状検出センサによる工具の形状の検出を行うこと
を特徴とする工作機械用の工具形状検出装置。
【請求項２】工具を形状検出センサによる検出領域に
近づける際に、工具の先端が形状検出センサによる検出
領域から特定の距離だけ外れた場合には、工具の移動を
停止することを特徴とする請求項１に記載の工作機械用
の工具形状検出装置。