JP2003136372A - 工具寸法の自動計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具径を計測する第１計測センサ及び計測指
定位置との距離を計測する第２計測センサを移動させず
工具交換動作内の工具通過経路上で工具径及び工具長の
両方の計測が行える方法及び装置を提供する。 【解決手段】 工具ポット３内の次工具Ｔ２と主軸２の
使用済工具Ｔ１とを工具交換アーム５で把持し、工具ポ
ット３と主軸２から下方に抜き出す。この途中で次工具
Ｔ２の先端を横位置の第１計測センサ９が検知したとき
の工具交換アーム５の計測指定位置５ｃと下位置の第２
計測センサ１０との距離Ｌ１を計測する。工具交換アー
ム５を更に下降させ、次工具Ｔ２の工具ホルダのシャン
クＴｏｃの基準径ｄｏを第１計測センサ９が検知したと
きの工具交換アーム５の計測指定位置５ｃと第２計測セ
ンサ１０との距離Ｌ２を計測し、距離Ｌ１と距離Ｌ２か
ら工具長Ｌを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は数値制御工作機械特
にマシニングセンタ，複合加工機において工具交換アー
ムによりマガジン或いはサブアームの工具ポットから取
り出した工具寸法を自動計測する方法と装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】〔第１の従来技術〕立形マシニングセン
タの主軸に装着した工具の工具長を自動計測する方法と
して図１０，図１１に示すものが知られている。先ず主
軸１０１に工具長が既知の基準工具Ｔ１０を装着して、
テーブル１０２の所定位置に取着されているタッチセン
サ１０３の真上に主軸１０１を位置決めする。主軸１０
１を軸線方向に下降させて基準工具Ｔ１０の先端をタッ
チセンサ１０３に接触させ、このときの主軸１０１の下
降移動距離Ｚ０を検出する。

【０００３】次に主軸１０１を上昇させ基準工具Ｔ１０
を工具長が未知の被測定工具Ｔ１１と交換して再び主軸
１０１を下降させる。そして被測定工具Ｔ１１の先端が
タッチセンサ１０３に接触したときの主軸１０１の下降
移動距離Ｚ１を検出する。この操作によって被測定工具
長＝基準工具長−（Ｚ１−Ｚ０）を算出することが出来
る。

【０００４】〔第２の従来技術〕自動工具交換装置によ
る工具交換時の工具旋回移動途中において工具の欠損を
検出するものとして特開平１１−９０７８６号公報が知
られている。これは図１２に示すように主軸１１０の側
部に工具折損検出装置１１１を設けている。工具交換装
置の交換アーム１１２にて主軸１１０に装着されていた
使用済工具Ｔ１３と新しい工具Ｔ１４とを交換するた
め、交換アーム１１２を１８０度旋回させる。このとき
新しい工具Ｔ１４の先端ｔが通過する旋回軌跡Ｒ上に工
具折損検出装置１１１の接触片１１３を位置させてお
く。交換アーム１１２の旋回時に新しい工具Ｔ１４の先
端ｔが接触片１１３に接触してＯＮ信号を発すれば、新
しい工具Ｔ１４は正規の長さを有していて、折損してい
ないことが検知される。もし新しい工具Ｔ１４の先端が
接触片１１３と接触せず、接触片１１３がＯＦＦのまま
であれば新しい工具Ｔ１４は折損していると判断され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた第
１の従来技術は、主軸に基準工具を装着してタッチセン
サに接触するまでの移動距離と、主軸に被測定工具を装
着してタッチセンサに接触するまでの移動距離とから被
測定工具の工具長を算出するものである。そのため基準
工具を必要とし、主軸に基準工具と被測定工具とを装着
替えして、全ての被測定工具をタッチセンサの位置まで
移動する必要があり、これらは切削行為とは別の計測行
為となるため、煩雑で計測に時間を要し非切削時間を増
大させるという問題を有していた。

【０００６】第２の従来技術は交換アームの旋回軌跡の
途中に接触片を設けていて、計測には通常の工具交換時
間以外の時間を要さない。しかし各被測定工具に応じた
位置に接触片を移動させる必要があり、煩雑であるとい
う問題を有していた。また接触片を移動させるためにボ
ールねじやエンコーダ付モータを備えた折損検出装置を
設ける必要があり、設置スペースを要し、高価になると
いう問題を有していた。また第１の従来技術、第２の従
来技術は共に工具長のみを検知するものであり、工具径
に関しては全く考慮されていないという問題を有してい
た。

【０００７】本発明は従来技術の有するこのような問題
に鑑みなされたものであり、その目的とするところ、そ
の１は工具径を計測する第１計測センサおよび距離を計
測する第２計測センサを設けたことであり、これらのセ
ンサの適切な配置により第１，第２の計測センサを移動
させることなく、工具の交換動作内の工具通過経路上で
工具径および工具長を自動計測する方法および装置を提
供しようとするものである。その２は前記第２計測セン
サに替えて工具交換アームの軸方向位置をエンコーダで
第１計測センサによる工具の径方向の計測と同期して位
置座標を読み出して数値制御装置で演算処理し、前記そ
の１と同じく工具の交換動作内の工具通過経路上で工具
径および工具長を自動計測する方法および装置を提供し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載された発明の方法は、工具を工具交換
アームで把持して工具ポットから抜き出す動作中に工具
長を計測する工具寸法の自動計測方法であって、前記工
具交換アームに把持された工具が工具交換アームの抜き
出し移動の途中で前記刃先と対面する固定位置に配設さ
れた非接触式の第１計測センサの前を前記工具の先端が
通過する時点における前記工具交換アーム上の計測指定
位置とこの計測指定位置に対面する固定位置に配設され
た非接触式の第２計測センサとの距離Ｌ１を計測記憶
し、前記工具交換アームの引き続く移動の途中で径方向
計測指定位置を前記第１計測センサが検知した時点にお
ける前記計測指定位置と前記第２計測センサとの距離Ｌ
２を計測し、記憶された前記距離Ｌ１と前記距離Ｌ２か
ら工具長Ｌを算出して工具長を検知するものである。

【０００９】請求項１の方法によれば、工具交換アーム
に工具を把持して工具ポットから抜き出す動作中に固定
位置の第１計測センサが工具の先端切刃を検知した時点
で固定位置の第２計測センサから工具交換アームの計測
指定位置までの距離を計測する。続いての工具交換アー
ムの動作中に第１計測センサが工具ホルダのシャンクの
基準径を計測した時点で第２計測センサから工具交換ア
ームの計測指定位置までの距離を計測するようになし
た。従って第１計測センサと第２計測センサとを移動さ
せる必要がなく、これらの計測センサを移動させる駆動
装置に不要となる。また工具ポットから工具を抜き出す
動作中に計測を行うので、計測のための動きを別途行う
必要がなく、工具交換時間を長びかせることがないた
め、非加工時間が短縮でき省エネルギー化の効果を有す
る。

【００１０】請求項２に記載された発明の方法は、工具
ホルダの工具交換アームによる把持部に刻設されたキー
溝の位置に対し一個の刃先を定角度位置に位置させた工
具の前記切刃が前記第１計測センサ前を通過するとき工
具を前記第１計測センサにて計測記憶して工具径を検知
するようになしたものである。

【００１１】請求項２の発明の方法によれば、第１計測
センサの前を切刃が通過する時点で第２計測センサを作
動させる信号を出力するとともに工具径を計測すること
ができるので、工具径計測センサを特別設ける必要がな
く効率的である。

【００１２】また請求項３に記載された発明の装置は、
数値制御装置により制御される工作機械の主軸に装着さ
れる工具を工具交換アームで把持して工具ポットから抜
き出す動作中に工具径と工具長とを計測する工具寸法の
自動計測装置であって、前記工具交換アームに把持され
た工具の抜き出し移動の途中位置の固定位置に配設され
前記工具の径を計測し信号を出力する非接触式の第１計
測センサと、前記工具交換アームに把持された工具の抜
き出し移動の途中位置であって前記工具交換アームの軸
方向計測指定位置までの距離を計測すべく前記計測指定
位置の直下の対面位置の固定位置に配設された非接触式
の第２計測センサとを有し、前記数値制御装置には前記
第１計測センサが前記工具の先端を検知した時点におけ
る前記第２計測センサから前記工具交換アームの計測指
定位置までの距離Ｌ１を記憶する回路と、前記第１計測
センサが前記工具ホルダのシャンクの基準径を計測した
時点における前記第２計測センサから前記工具交換アー
ムの計測指定位置までの距離Ｌ２と前記記憶回路に記憶
された前記距離Ｌ１とから前記工具の工具長Ｌを演算す
る回路が少なくとも内蔵されているものとする。

【００１３】請求項３の発明の装置によれば、工具交換
位置に割り出された工具ポットの下部の固定位置に第１
計測センサと第２計測センサとを配設するのみであるた
め、省スペースで安価な装置となすことが出来た。

【００１４】請求項４に記載された発明の方法は、工具
を工具交換アームで把持して工具ポットから抜き出す動
作中に工具を計測する工具寸法の自動計測方法であっ
て、前記工具の軸方向移動の途中で工具径Ｄを非接触式
の第１計測センサで計測し、前記工具交換アームの軸方
向移動時の位置座標Ｌ３をエンコーダで読み出し、前記
工具径Ｄと前記位置座標Ｌ３とを記憶し、前記工具の更
なる軸方向移動途中に前記第１計測センサで前記工具の
基準径ｄｏを検知し、前記基準径ｄｏを検知した時の前
記工具交換アームの軸方向移動時の位置座標Ｌ４を読み
取り、前記位置座標Ｌ３と前記位置座標Ｌ４とから工具
長Ｌを算出させてなり、工具の交換動作中に工具径Ｄの
計測と工具長Ｌの算出とを行うものである。

【００１５】請求項４に記載された発明の方法によれ
ば、工具交換アームの抜き差し方向の座標位置を数値制
御装置に読み出し、工具長の計測の方法については計測
センサによる直接計測とせず、固設された第１計測セン
サによる工具径Ｄとシャンク部の基準径ｄｏの計測時の
工具交換アームのそれぞれの位置座標Ｌ３とＬ４を軸方
向位置として読み出し記憶し、これらより数値制御装置
で演算させて工具長Ｌを求めるものである。従って計測
は第１計測センサのみで行うもので演算処理は数値制御
装置にて行うようにしたので計測とデータ処理が簡略化
できる。

【００１６】請求項５に記載された発明の装置は、工具
を工具交換アームで把持して工具ポットから抜き出す動
作中に工具を計測する工具寸法の自動計測装置であっ
て、前記工具の抜き出し移動の途中位置で前記工具の工
具径を計測し信号を出力するように設けられた非接触式
の第１計測センサと、軸方向駆動手段に併設され前記工
具交換アームの軸方向移動時の位置座標を数値制御装置
に読み出すエンコーダと、計測した前記工具径Ｄとこの
計測時に前記エンコーダで読み出した軸方向位置座標Ｌ
３を記憶する手段と、前記第１計測センサで基準径ｄｏ
を検知した時に前記エンコーダで読み取った位置座標Ｌ
４と前記位置座標Ｌ３とから工具長Ｌを求める演算手段
とを含んでなり、工具の交換動作中に工具径Ｄの計測と
工具長Ｌの算出とを行うものである。

【００１７】請求項５に記載された発明の装置によれ
ば、第１計測センサで工具径を計測して工具径Ｄを求
め、このＤと工具のシャンク部の基準径ｄｏから工具長
方向の工具の位置座標をエンコーダにより数値制御装置
に読み込み，演算により工具長Ｌを決定するようにした
ものである。工具長Ｌを決定するために工具の抜き差し
方向の外方に計測センサを設け、計測センサの支持部材
も必要となる。本発明の自動計測装置の場合は、このよ
うな付帯装置は一切必要でなく、工具交換アームの交換
動作の過程で工具径Ｄの計測、工具長Ｌの算出が可能で
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】回転工具を工具主軸に装着して切
削加工を行う場合、切削時に回転伝達を確実に行わせる
ために、回転工具と工具主軸とをキーにて結合させるこ
とが行われている。マシニングセンタでは主軸先端面に
キーを取り付け、工具ホルダＴｏの交換アーム把持部分
Ｔｏａにこのキーと係合するキー溝Ｔｏｂを設けてい
る。本発明では工具ホルダＴｏに設けたキー溝Ｔｏｂの
位置に対し、定角度位置に工具の切刃の一個の刃先Ｔ２
ａがくるよう工具ホルダＴｏに刃具を予め取り付けた工
具を用いる。そしてこの工具をマガジン内の各工具ポッ
ト３に装着収納する。尚工具がドリルの場合にはランド
と円錐形の底面との交点である角（すみ）の一つが工具
ホルダＴｏのキー溝Ｔｏｂの位置に対し定角度位置にく
るよう工具ホルダＴｏに取り付ける。

【００１９】以下本発明の実施の形態を図面にもとづい
て説明する。 〔実施例１〕図１は数値制御による立形マシニングセン
タにおいて自動工具交換装置の工具交換アームが主軸内
工具と工具ポット内工具とを把持した状態を示す説明図
である。立形マシニングセンタの主軸頭１に回転可能に
軸承された立主軸２は下端に使用済工具Ｔ１を装着して
いる。また図示しない工具マガジンでは次工具Ｔ２が工
具ポット３に装着された状態で工具交換位置に割り出し
位置決めされている。工具交換のため所定位置に位置決
めされた主軸２の軸心線と工具交換位置に割り出された
工具ポット３の軸心線との中間位置に旋回軸４を有する
工具交換アーム５が自動工具交換装置の本体６に旋回且
つ昇降可能に取着されている。

【００２０】工具交換アーム５はツインアーム形で使用
済工具Ｔ１と次工具Ｔ２とに達する腕５ａ，５ｂを旋回
軸４の軸線に対称に左右に備えている。そして両腕５
ａ，５ｂの各先端には工具把持用のグリッパ７，８を備
えている。各工具ホルダＴｏの交換アーム把持部Ｔｏａ
に刻設したキー溝Ｔｏｂに対し定角度位置に一個の刃先
Ｔ２ａがくるよう各工具ホルダＴｏに取り付けられてそ
れぞれの工具が工具ポット３に収納されている。そして
グリッパ７，８はそれぞれの工具を把持したとき工具の
キー溝Ｔｏｂと係合するキー状の突出部７ａ，８ａを有
しているので、それぞれの工具を把持した時点で工具の
キー溝Ｔｏｂとグリッパの突出部７ａ，８ａとが係合さ
れ、工具交換アーム５に対しそれぞれの工具の刃先Ｔ２
ａが一定方向にくるようになる。

【００２１】また、この立形マシニングセンタにおいて
使用する最長工具が工具ポット３に装着されて工具交換
位置に割り出し位置決めされた状態で、最長工具の先端
よりも下方の位置であって、且つ工具ポット３の中心か
ら最大径位置の半径以上離れて、グリッパ７，８に把持
された工具の前記一個の刃先Ｔ２ａと対面する固定位置
に工具径を計測する非接触式の第１計測センサ９が設け
られている。しかもこの固定位置は両端に工具を把持し
た工具交換アーム５が旋回昇降する際に邪魔にならない
位置である。尚、本実施例では第１計測センサ９は工具
交換アーム５が旋回する領域の外側で工具の一個の刃先
Ｔ２ａと対面する位置１個所に設けられるものとする。

【００２２】更に工具ポット３内の次工具Ｔ２を把持し
た状態の工具交換アーム５の腕５ｂの直下には、工具交
換アーム５の計測指定位置５ｃとの距離を計測する非接
触式の第２計測センサ１０が工具交換アーム５の旋回軸
４に平行に工具交換アーム５の旋回及び昇降の邪魔にな
らない固定位置に配設されている。尚、上記の非接触式
の第１計測センサ９及び非接触式の第２計測センサ１０
としては、例えばＫＥＹＥＮＣＥ社製ＣＣＤレーザ変位
センサＬＫが用いられる。このものはセンサから物体ま
での距離を計測するものである。工具径に関してはセン
サから対面している一個の刃先までの距離を計測するこ
とになる。工具ポットの中心からセンサまでの距離は既
知であって、この既知の距離から計測値を差し引くと工
具の半径を知ることが出来る。従って工具直径を求める
ことが出来る。そこで本明細書では、センサにより工具
径を計測する、と表現する。

【００２３】工具交換アーム５による使用済工具Ｔ１と
次工具Ｔ２との交換時、後述の図４に示す数値制御装置
２０から工具交換指令が出されたあと、次工具Ｔ２が図
１に示す正面フライスのように工具先端が工具最大径で
ある工具の場合には図３のフローチャートに示す順序で
作動して次工具Ｔ２の工具径Ｄと工具長Ｌが求められ
る。また、次工具Ｔ２がドリルのように工具先端と工具
最大径の位置とが一致しない工具の場合には図３のフロ
ーチャートに示す順序に一部修正を加えた順序で作動し
て次工具Ｔ２の工具径Ｄと工具長Ｌが求められる。修正
部分については後述する。

【００２４】次工具Ｔ２が図１に示す正面フライスのよ
うに工具先端が工具最大径である工具の場合の自動計測
手順を図３のフローチャートにもとづいて説明する。ス
テップＳ１において、後述の図４に示す数値制御装置２
０から工具交換指令が出される。ステップＳ２におい
て、主軸２が使用済工具Ｔ１を装着した状態で主軸ヘッ
ド１により工具交換位置へ移動される。同時に図示しな
い工具マガジンでは次工具Ｔ２を装着している工具ポッ
ト３が工具交換位置に割り出される。

【００２５】ステップＳ３において、工具交換アーム５
が旋回して両端のグリッパ７，８にてそれぞれ使用済工
具Ｔ１、次工具Ｔ２を把持する。ステップＳ４で工具交
換アーム５が下降移動を開始し、主軸２及び工具ポット
３から使用済工具Ｔ１と次工具Ｔ２を抜き出す。ステッ
プＳ５において、次工具Ｔ２の切刃Ｔ２ａが第１計測セ
ンサ９の前面を通過したとき、その検知信号を指令回路
２５に送り、指令回路２５から距離計測指令信号を第２
計測センサ１０に送る。そして工具径を計測する必要が
あるときは同時に最大径寸法Ｄを計測し、この値Ｄを数
値制御装置２０内の記憶回路２１に記憶する。距離計測
指令信号を受けると直ちに第２計測センサ１０が工具交
換アーム５の腕５ａ又は５ｂの予め決められた計測指定
位置５ｃまでの距離Ｌ１を計測し〔図５〕、数値制御装
置２０内の記憶回路２１に記憶する。

【００２６】ステップＳ６において、第１計測センサ９
が引き続き下降している工具交換アーム５が把持してい
る工具ホルダのシャンクＴｏｃの数値制御装置２０内の
記憶回路２１に予め記憶しているゲージ面Ｔ２ｂの基準
径ｄｏと同一寸法の径を計測したとき、第２計測センサ
１０が工具交換アーム５の計測指定位置５ｃまでの距離
Ｌ２を計測する〔図６〕。なおこの自動工具交換装置で
使用する工具ホルダは全てシャンク部が同一寸法であ
る。そして第１計測センサ９と第２計測センサ１０は固
定位置に取り付けられているため、正規の距離Ｌ２ｏは
全ての工具に対して同一距離となるべきである。

【００２７】この正規の距離Ｌ２ｏを数値制御装置２０
内の記憶回路２１に予め記憶させておく。そして正規の
距離Ｌ２ｏに対し許容設定値αを設け、Ｌ２ｏ±αを記
憶回路２１に記憶しておく。実際には工具交換アーム５
により工具を把持したとき、工具交換アーム５と工具の
ゲージ面との距離は加工誤差等によりばらつきが生じる
ため、計測する距離Ｌ２は正規の距離Ｌ２ｏと一致せず
近似した値となる。もしばらつきが生じないならばステ
ップＳ５において、距離Ｌ１を計測した時点でＬ１−Ｌ
２＝Ｌの演算を行い工具長Ｌを求めることが出来る。

【００２８】ステップＳ７において、ステップＳ６で計
測した距離Ｌ２が数値制御装置２０内の記憶回路２１に
予め記憶している距離Ｌ２ｏ±α以内かどうか判定す
る。計測した距離Ｌ２が正規の距離Ｌ２ｏに対し設定さ
れた許容値±αを含むＬ２ｏ±α以内の近似値以外のの
場合には、ゲージ面Ｔ２ｂの基準径ｄｏ位置とは別位置
において基準径ｄｏと同一寸法を第１計測センサ９が計
測したとして、ステップＳ６に戻り交換アーム５を再下
降させて、正規の位置にあるゲージ面Ｔ２ｂの基準径ｄ
ｏを計測するまでこの操作を繰り返す。

【００２９】ステップＳ８において、ステップＳ７にお
ける判定で計測した距離Ｌ２が正規の距離Ｌ２ｏに対し
設定された許容値±αを含むＬ２ｏ±α以内の近似値の
場合には、第１計測センサ９が正規のゲージ面Ｔ２ｂの
基準径ｄｏを計測したとして、計測した距離Ｌ２を数値
制御装置２０内の演算回路２４に送る。そしてステップ
Ｓ５で数値制御装置２０内の記憶回路２１に記憶した距
離Ｌ１と、計測距離Ｌ２とにより工具長Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２
を数値制御装置２０内の演算回路２４にて演算し計測を
完了する。

【００３０】次に次工具Ｔ２が図１に示す正面フライス
のように工具先端が工具最大径である工具の場合におけ
る図３のフローチャートの手順を実施する装置を図４に
示すブロック線図にもとづいて説明する。

【００３１】工具Ｔ１，Ｔ２を把持した工具交換アーム
５は数値制御装置２０の指令にて下降を開始する。第１
計測センサ９は工具交換アーム５に把持された次工具Ｔ
２の先端を検知した信号を数値制御装置２０内の指令回
路２５に送り、指令回路２５から第２計測センサ１０に
距離計測指令を送る。同時に第１計測センサ９は次工具
Ｔ２の最大径Ｄを計測し、この値Ｄを記憶回路２１に記
憶する。

【００３２】更に、第１計測センサ９は次工具Ｔ２の各
部分の径ｄを連続して計測し、その値を第１比較回路２
２に送る。第１比較回路２２では第１計測センサ９から
送られてくる次工具Ｔ２の各部分の径ｄと予め記憶され
記憶回路２１から送られた工具ホルダＴｏのシャンク基
準径ｄｏとを比較して一致したとき信号を指令回路２５
に送り、指令回路２５から第２計測センサ１０に距離計
測指令を送る。第２計測センサ１０は工具交換アーム５
の計測指定位置までの距離Ｌ１を計測し、記憶回路２１
に記憶する。また、第２計測センサ１０では指令回路２
５から第１計測センサ９の計測値の径ｄと基準径ｄｏと
の一致信号を受けたとき工具交換アーム５の計測指定位
置までの距離Ｌ２を計測し、第２比較回路２３に送る。

【００３３】第２比較回路２３では第２計測センサ１０
から送られてくる計測された距離Ｌ２と記憶回路２１か
ら送られた正規の距離Ｌ２ｏに対し設定された許容値±
αを含むＬ２ｏ±αとを比較し、計測された距離Ｌ２が
Ｌ２ｏ±αの近似値以内のとき計測した距離Ｌ２を演算
回路２４に送る。演算回路２４では第２比較回路２３か
ら送られた距離Ｌ２と記憶回路２１から送られた距離Ｌ
１で工具長Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２を演算する。

【００３４】次に次工具Ｔ２がドリルのように工具先端
と工具最大径とが異なる個所にある工具の場合の自動計
測手順を図３のフローチャートにもとづいて修正を加え
て説明する。

【００３５】ドリルのような工具の場合、図３のフロー
チャートにおいて、ステップＳ１からステップＳ４まで
とステップＳ６からステップＳ８までは表面フライスの
ような工具の場合と全く同一である。そしてステップＳ
５において第１計測センサ９が次工具Ｔ２の先端位置を
検知し、その信号で第２計測センサ１０が工具交換アー
ム５の計測指定位置５までの距離Ｌ１を計測して記憶回
路２１に記憶させる点も同一である。

【００３６】しかし、正面フライスのような工具の場
合、このステップＳ５において第１計測センサ９が次工
具Ｔ２の先端位置を検知すると同時に、次工具Ｔ２の最
大径寸法Ｄを計測する。これに対しドリルのような工具
の場合には図３のステップＳ６までの間に別ステップを
設ける必要がある。そしてこの別ステップにおいて工具
交換アーム５を続けて下降させながら、第１計測センサ
９によって連続して次工具Ｔ２の切刃部分の径を計測す
る。そして第１計測センサ９により計測される時々刻々
のデータは数値制御装置２０に送られてチェックされ、
時々刻々のデータのうち最大値を最大工具径寸法Ｄとす
る。そしてこの寸法Ｄは記憶回路２１に記憶される。そ
の後は図３のステップＳ６以下の手順が順次行われる。

【００３７】尚、上記の実施の形態では工具ホルダシャ
ンク上の基準径を径方向の計測指定位置として計測して
いるが、径と軸方向の値が精度良く確保されており既知
となっているものであれば他の部分を計測しても良く、
例えば工具交換アーム上の特定の位置や、工具ネルダの
工具交換アームに把持されるＶ溝部など適宜選択可能で
ある。

【００３８】〔実施例２〕次に実施例２について説明す
る。実施例２は工具ホルダの交換アーム把持部に刻設さ
れたキー溝に対し定角度位置に一個の刃先がくるよう工
具ホルダに刃具を取り付けた工具以外の工具について工
具径を計測する場合に用いられる。

【００３９】最長工具が工具ポットに装着されて工具交
換位置に割り出し位置決めされた状態で、最長工具の先
端よりも下方の位置に二つのセンサ支持体が設けられて
いる。この二つのセンサ支持体は最大径工具の直径以上
離れた対称位置にあって、工具ポットの中心を中心とし
た円弧状の案内面を有している。そして各案内面に沿っ
て円周方向に移動且つクランプ可能に二つの第１計測セ
ンサが取り付けられている。計測に際しては工具ポット
に装着されている工具の刃先の二つと対面するように二
つの第１計測センサをそれぞれ支持体上で案内面に沿っ
て円周方向に移動させてクランプする。

【００４０】そして工具ポットから工具が下降移動する
途中で二つの第１計測センサによってそれぞれ単独で工
具の最大半径を計測する。その後二つの第１計測センサ
の計測値から平均値を求め２倍して実際の工具直径とす
る。尚、実施例２においては基準径ｄｏの計測完了後、
１８０度旋回時に工具交換アームの中心側に配設されて
いる第１計測センサと工具交換アームとが干渉すること
を避けるため、工具交換アームはＬ２より更に下降させ
られる。その後１８０度旋回と上昇により工具交換が行
われる。

【００４１】〔実施例３〕実施例１において図１，図２
にもとづいて説明した工具交換アームの軸方向の動きを
利用した工具長，工具径の計測に係わる工具交換アーム
部分の構成は大部分が共通であり詳細な説明は省略す
る。ここでは本実施例の説明用図面図７乃至図９におい
て相違点を取り上げ詳細な説明をする。

【００４２】図７は工具寸法を自動計測する方法のフロ
ーチャート、図８は図７のフローチャートの手順を実施
する装置のブロック線図、図９（ａ）は第１計測センサ
が工具径Ｄを計測し、エンコーダが位置座標Ｌ３を読み
取る状態を示す状態説明図である。図９（ｂ）は、第１
計測センサが移動する工具の径ｄを計測しながら記憶さ
れた基準径ｄｏに達したときにエンコーダが位置座標Ｌ
４を読み取る状態を示す状態説明図である。

【００４３】図７に基づき本願発明の工具寸法を自動計
測する方法の手順を説明する〔符号は図１を参照〕。ス
テップＳ１において、数値制御装置２０から工具交換指
令が出される。この結果ステップＳ２において、使用済
工具Ｔ１が装着された主軸１は工具交換位置に移動し同
時に次工具Ｔ２が装着された工具ポット３が工具マガジ
ンにおいて工具交換位置に割り出される。ステップＳ３
において、工具交換アーム５が旋回して両端のグリッパ
７，８にてそれぞれ使用済工具Ｔ１，次工具Ｔ２を把持
する。

【００４４】ステップＳ４で工具交換アーム５が下降移
動を開始し、主軸２および工具ポット３から使用済工具
Ｔ１と次工具Ｔ２を抜き出す。ステップＳ１乃至ステッ
プＳ４は、図３で説明したものと共通であるが、図３と
図７の自動計測方法の相違点はステップＳ５以降で明確
に現れる。即ち、図３のフローチャートに図示する計測
方法では、工具径と工具長を計測するために第１計測セ
ンサと第２計測センサを用いている。図７のフローチャ
ートに図示する計測方法では工具径Ｄの計測は第１計測
センサを用いるが工具長Ｌは工具の抜き方向の位置座標
をエンコーダから数値制御装置に読み出して演算して求
めている点で相違する。

【００４５】ステップＳ５において、工具Ｔ２の降下に
つれて第１計測センサは刃先を検知し工具径Ｄを計測す
る。同時に工具径Ｄ計測時の位置座標Ｌ３を読み取って
記憶する。ステップＳ６において引き続き降下中の工具
Ｔ２は径ｄが第１計測センサで計測される。ステップＳ
７において、径ｄは記憶された工具基準径ｄｏと対比さ
れｄ＝ｄｏになるまで計測は継続される。ステップＳ８
において、ｄ＝ｄｏとなったときの位置座標Ｌ４ｘを読
み取り記憶される。

【００４６】ステップＳ９において、工具基準径ｄｏに
対応する基準座標Ｌ４ｏは記憶されていることをふま
え、径ｄがｄｏに達したときに読み取った位置座標Ｌ４
とＬ４ｏとの差が設定許容値α以下であるかを判定す
る。この条件を満足する場合には、ステップＳ１０にお
いてＬ４ｘを位置座標Ｌ４として記憶する。ステップＳ
１１において、次工具Ｔ２の工具長Ｌを｜Ｌ３−Ｌ４｜
の演算により求めて工具長Ｌの工具自動計測を終了す
る。

【００４７】次に、次工具Ｔ２が図１に示す正面フライ
スのように工具先端が工具最大径である場合における図
７のフローチャートの手順を実施する装置を図８に示す
ブロック線図と図９（ａ）（ｂ）の状態説明図にもとづ
いて説明する。実施例１で説明した図４のブロック線図
に対し相違する点は第２計測センサ１０に替えて交換ア
ームの軸方向位置読み取り装置としてエンコーダ１１が
設けられている点である。

【００４８】工具Ｔ１，Ｔ２を把持した工具交換アーム
５は数値制御装置２０の指令にて降下を開始する。第１
計測センサ９は降下する次工具Ｔ２の刃先の先端を検知
した信号を指令回路２５に送る。指令回路２５はエンコ
ーダ１１に位置読み取り指令を送り刃先の位置座標Ｌ３
を読み取り記憶回路２１に記憶する。同時に第１計測セ
ンサ９は次工具Ｔ２の最大の工具刃先径すなわち工具径
Ｄを計測し、この工具径Ｄを記憶回路２１に記憶する。
引き続き、第１計測センサ９は次工具Ｔ２の外形各部分
の径ｄを連続して計測しその値を第１比較回路２２に送
る。

【００４９】第１比較回路２２では、記憶回路２１に予
め記憶されている工具ホルダＴｏのシャンクの工具基準
径ｄｏと計測中の径ｄとを比較してｄｏとｄが一致した
とき指令回路２５に信号を送ってエンコーダ１１にその
時の位置座標Ｌ４ｘの読み取りを指令する。位置座標Ｌ
４ｘは第２比較回路２３に送られ記憶回路２１に予め記
憶されていた正規の位置座標Ｌ４ｏと比較される。Ｌ４
ｘ−Ｌ４ｏの差が設定された許容値±αの範囲内であれ
ば演算回路２４において｜Ｌ３−Ｌ４｜を演算し工具長
Ｌが自動演算されることとなる。

【００５０】次に交換アームの軸方向位置読み取り装置
のエンコーダ１１の作用について説明する。エンコーダ
１１としてはロータリエンコーダ１２やリニアエンコー
ダ１３がある。図９（ａ）において、工具交換アーム５
の旋回軸４は、工具の抜き差し方向にロータリエンコー
ダ１２を設けたサーボモータ６により駆動されるか、ま
たは制御モータとリニアエンコーダ１３により絶対位置
を検出し数値制御装置に位置座標が読みだし可能にされ
ている。主軸頭１の主軸２に把持されていた使用済工具
Ｔ１と工具ポット３に準備された次工具Ｔ２とを把持す
る工具交換アーム５が工具の抜き方向に降下開始し、次
工具Ｔ２の刃先を第１計測センサ９が検出したとき工具
刃先の位置座標Ｌ３をエンコーダ１１で読み取って数値
制御装置に記憶させる。

【００５１】図９（ｂ）において、工具交換アーム５が
引き続き降下を続け、次工具Ｔ２のシャンクの基準面Ｓ
の径ｄを第１計測センサ９が検知したときの位置座標Ｌ
４ｘを軸方向の位置検出で読み取る。径ｄの検知完了は
ｄ−ｄｏ＝０（ｄｏは基準径の記憶値）で確認する。位
置座標Ｌ４ｘの適正の是非は｜Ｌ４ｘ−Ｌ４ｏ｜＜α
（Ｌ４ｏ，αは記憶値）で確認する。

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法及び装置は上述のように構
成されているので、次に記載する効果を奏する。

【００５３】請求項１の方法は工具交換アームに工具を
把持して工具ポットから抜き出す動作中に横位置の第１
計測センサが工具の先端を検知した時点で下位置の第２
計測センサから工具交換アームの計測指定位置までの距
離を計測する。続いての工具交換アームの抜き出す動作
中に第１計測センサが工具ホルダのシャンクの基準径の
ような径方向計測指定位置を計測した時点で第２計測セ
ンサから工具交換アームの計測指定位置までの距離を計
測するようになした。このように工具ポットから工具を
抜き出す動作中に計測を行うので、計測のための動きを
別途行う必要がなく、工具交換時間を長びかせることが
ないため、非加工時間が短縮でき省エネルギー化の効果
を有する。

【００５４】請求項２の方法は、第２計測センサの計測
のための信号を出力する第１計測センサにて工具径を計
測するようになしたので工具径計測用のセンサを必要と
せず計測装置を簡素化出来る。

【００５５】請求項３の装置は、工具交換位置に割り出
された工具ポットの下部の固定位置に第１計測センサと
第２計測センサとを配設するのみであるため、省スペー
スで安価な装置となすことが出来る。

【００５６】請求項４の方法は、第２計測センサで工具
交換アームの基準面までの距離を計測する代わりに、工
具交換アームの工具抜き差し方向送り装置に設けた絶対
位置読み取り装置例えばロータリエンコーダまたはリニ
アエンコーダで位置を読み取るようにしたものである。
この方法によれば第１計測センサで工具径Ｄを計測しシ
ャンク部の基準径ｄｏを検知して、そのときの抜き差し
方向のそれぞれの位置座標を前記エンコーダで読み取っ
て数値制御装置に記憶させ工具長を演算させている。こ
のため計測センサが一個でよく計測データと読み取りデ
ータの処理が数値制御装置上で容易であるという効果を
有する。

【００５７】請求項５の装置は、工具径を外側から計測
する固定の第１計測センサの設置のみで良い。工具の抜
き差し方向に計測センサを設けて工具長計測を行うとき
は計測前後に計測センサを移動させるための装置が必要
で自動計測を行うためには駆動装置が必要な場合があ
る。本発明の自動計測装置では、工具交換動作中に工具
径の計測と工具長の算出が可能であるため非切削時間の
短縮，省スペース，省エネルギー化の効果を有する。更
に、工具長を直接計測するための距離計測センサが不要
となり一層省スペース化などの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】工具交換アームが主軸内の使用済工具と工具ポ
ット内の次工具とを把持した状態を示す説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】正面フライスのような工具の寸法を自動計測す
る手順を示したフローチャートである。

【図４】図３のフローチャートの手順を実施する装置と
してのブロック線図である。

【図５】第１計測センサが工具の下端を検知し、第２計
測センサが工具交換アームの計測指定位置までの距離を
計測している状態を示す説明図である。

【図６】第１計測センサが工具シャンクの基準径を計測
し第２計測センサが工具交換アームの計測指定位置まで
の距離を計測している状態を示す説明図である。

【図７】工具寸法を自動計測する方法のフローチャート
である。

【図８】図７のフローチャトの手順を実施する装置のブ
ロック線図である。

【図９】（ａ）は第１計測センサが工具刃先を検知して
工具径Ｄを計測し、エンコーダにより工具刃先の位置座
標Ｌ３を読み取る状態を示す状態説明図、（ｂ）は第１
計測センサが径ｄを計測しながら工具基準面の基準径ｄ
ｏに達した時にエンコーダで位置座標Ｌ４を読み取る状
態を示す状態説明図である。

【図１０】第１の従来技術の説明図である。

【図１１】第１の従来技術の説明図である。

【図１２】第２の従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 立主軸 ３ 工具ポット ４ 旋回軸 ５ 工具交換アーム ７，８ グリッパ ５ｃ 計測指定位置 ９ 第１計測センサ １０ 第２計測センサ １１ エンコーダ １２ ロータリエンコーダ １３ リニアエンコーダ ２０ 数値制御装置 ２１ 記憶回路 ２２ 第１比較回路 ２３ 第２比較回路 ２４ 演算回路 Ｔｏ 工具ホルダ Ｔｏａ 把持部 Ｔｏｂ キー溝 Ｔｏｃ，Ｔ２ａ 工具ホルダのシャンク Ｔ１ 使用済工具 Ｔ２ 次工具 Ｔ２ａ 刃先 Ｄ 工具径 Ｌ 工具長 Ｌ１，Ｌ２ 距離 Ｌ３，Ｌ４ 位置座標 ｄｏ 基準径

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を工具交換アームで把持して工具ポ
   ットから抜き出す動作中に工具長を計測する工具寸法の
   自動計測方法であって、前記工具交換アームに把持され
   た工具が工具交換アームの抜き出し移動の途中で前記刃
   先と対面する固定位置に配設された非接触式の第１計測
   センサの前を前記工具の先端が通過する時点における前
   記工具交換アーム上の計測指定位置とこの計測指定位置
   に対面する固定位置に配設された非接触式の第２計測セ
   ンサとの距離Ｌ１を計測記憶し、前記工具交換アームの
   引き続く移動の途中で径方向計測指定位置を前記第１計
   測センサが検知した時点における前記計測指定位置と前
   記第２計測センサとの距離Ｌ２を計測し、記憶された前
   記距離Ｌ１と前記距離Ｌ２から工具長Ｌを算出して工具
   長を検知することを特徴とする工具寸法の自動計測方
   法。
2. 【請求項２】 工具ホルダの工具交換アームによる把持
   部に刻設されたキー溝の位置に対し一個の刃先を定角度
   位置に位置させた工具の前記切刃が前記第１計測センサ
   前を通過するとき工具を前記第１計測センサにて計測記
   憶して工具径を検知するようになした請求項１に記載の
   工具寸法の自動計測方法。
3. 【請求項３】 数値制御装置により制御される工作機械
   の主軸に装着される工具を工具交換アームで把持して工
   具ポットから抜き出す動作中に工具径と工具長とを計測
   する工具寸法の自動計測装置であって、前記工具交換ア
   ームに把持された工具の抜き出し移動の途中位置の固定
   位置に配設され前記工具の径を計測し信号を出力する非
   接触式の第１計測センサと、前記工具交換アームに把持
   された工具の抜き出し移動の途中位置であって前記工具
   交換アームの軸方向計測指定位置までの距離を計測すべ
   く前記計測指定位置の直下の対面位置の固定位置に配設
   された非接触式の第２計測センサとを有し、前記数値制
   御装置には前記第１計測センサが前記工具の先端を検知
   した時点における前記第２計測センサから前記工具交換
   アームの計測指定位置までの距離Ｌ１を記憶する回路
   と、前記第１計測センサが前記工具ホルダのシャンクの
   基準径を計測した時点における前記第２計測センサから
   前記工具交換アームの計測指定位置までの距離Ｌ２と前
   記記憶回路に記憶された前記距離Ｌ１とから前記工具の
   工具長Ｌを演算する回路が少なくとも内蔵されているこ
   とを特徴とする工具寸法の自動計測装置。
4. 【請求項４】 工具を工具交換アームで把持して工具ポ
   ットから抜き出す動作中に工具を計測する工具寸法の自
   動計測方法であって、前記工具の軸方向移動の途中で工
   具径Ｄを非接触式の第１計測センサで計測し、前記工具
   交換アームの軸方向移動時の位置座標Ｌ３をエンコーダ
   で読み出し、前記工具径Ｄと前記位置座標Ｌ３とを記憶
   し、前記工具の更なる軸方向移動途中に前記第１計測セ
   ンサで前記工具の基準径ｄｏを検知し、前記基準径ｄｏ
   を検知した時の前記工具交換アームの軸方向移動時の位
   置座標Ｌ４を読み取り、前記位置座標Ｌ３と前記位置座
   標Ｌ４とから工具長Ｌを算出させてなり、工具の交換動
   作中に工具径Ｄの計測と工具長Ｌの算出とを行うことを
   特徴とする工具の自動計測方法。
5. 【請求項５】 工具を工具交換アームで把持して工具ポ
   ットから抜き出す動作中に工具を計測する工具寸法の自
   動計測装置であって、前記工具の抜き出し移動の途中位
   置で前記工具の工具径を計測し信号を出力するように設
   けられた非接触式の第１計測センサと、軸方向駆動手段
   に併設され前記工具交換アームの軸方向移動時の位置座
   標を数値制御装置に読み出すエンコーダと、計測した前
   記工具径Ｄとこの計測時に前記エンコーダで読み出した
   軸方向位置座標Ｌ３を記憶する手段と、前記第１計測セ
   ンサで基準径ｄｏを検知した時に前記エンコーダで読み
   取った位置座標Ｌ４と前記位置座標Ｌ３とから工具長Ｌ
   を求める演算手段とを含んでなり、工具の交換動作中に
   工具径Ｄの計測と工具長Ｌの算出とを行うことを特徴と
   する工具寸法の自動計測装置。